KR20110043992A - 조리개를 포함하는 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법 - Google Patents

조리개를 포함하는 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

조리개를 포함하는 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법이 개시된다. 개시된 발광다이오드 어레이에는 기판에 복수의 발광다이오드에서 방출되는 광의 경로를 제한하는 조리개가 마련되어, 이웃하는 발광다이오드에서 방출되는 광 사이의 간섭을 억제하고, 조리개를 통해 진행된 광을 굴절시키는 렌즈가 마련된다.

Description

조리개를 포함하는 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법{Light emitting diode array integrated with apertures, line printer head, and method of fabricating the light emitting diode array}
본 발명은 조리개를 포함하는 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법에 관한 것이다.
발광다이오드는 PN접합된 화합물 반도체로서 전류를 인가하면 빛을 방출한다. 이러한 발광 다이오드는, 필라멘트를 사용하는 다른 광원들과 달리, 산화, 발열에 의한 단선문제가 없어 수명이 길고, 전력소모가 매우 적은 환경 친화적 소자이다. 또한 발광다이오드는 전류인가와 동시에 응답하는 고속응답 특성을 갖고 있고, 온도, 충격 내구성이 우수하며, 일괄제작공정인 반도체공정으로 제작되므로 소형화 및 집적화가 용이한 장점도 있다.
청색 발광다이오드의 상용화 이후에는 천연색 구현이 가능하게 되어, 발광다이오드는, 과거에 주로 사용된 단순 표시 소자외에, 이동전화, 평판 디스플레이 등의 백라이트 유닛(BackLight Unit; BLU), 옥외 전광판, 자동차의 계기판이나 후미 등, 교통신호, 경관조명에도 사용되고 있고, 또한 수질 오염과 혈중 산소 농도를 측정하는 환경 분야와 바이오 분야에까지 널리 이용이 되고 있다. 나아가, 매년 제품 성능의 향상과 원가의 하락으로 발광다이오드의 적용 범위는 점점 더 확대되어, 가정용 형광등의 대체 조명으로까지 넓혀지고 있다. 최근에는 전자 사진 방식의 화상 형성 장치가 고속 고화질화되는 추세에 따라, 기존의 노광장치인 레이저 주사 장치(Laser Scanning Unit; LSU)의 한계를 극복하기 위하여 발광다이오드를 광원으로 하는 라인 프린터 헤드(Line Printer Head; LPH)가 제안되고 있다. 라인 프린터 헤드는 수천 개의 발광다이오드가 수십 μm의 간격으로 배열되고, 각 발광다이오드는 인쇄 화상정보에 따라 광에너지를 변화시켜 발광다이오드로부터 수 mm 이상 거리에 위치한 감광체에 화상정보를 전달하는 장치로, 종래의 라인 프린터 헤드는 이웃하는 발광다이오드 어레이로부터 방출하는 광이 서로 겹치지 않도록 하는 광학계가 추가적으로 배치되었다.
본 발명은 광간섭을 억제할 수 있는 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 발광다이오드 어레이는,
광의 통로가 되는 복수의 조리개를 포함하는 조리개 기판;
복수의 조리개 각각의 입사단에 적어도 하나씩 배치된 복수의 발광다이오드; 및
복수의 조리개 각각의 출사단쪽에 배치되어, 복수의 발광다이오드에서 출사되어 복수의 조리개를 통해 진행된 광을 굴절시키는 복수의 렌즈;를 포함한다.
조리개 기판은 복수의 발광다이오드가 결정성장하는 성장기판일 수 있다.
조리개 기판은 복수의 발광다이오드가 별도의 성장기판 상에서 성장된 후 접합되는 기판일 수 있다.
복수의 발광다이오드는 성장기판에서 분리되어 조리개 기판에 접합된 화합물 반도체일 수 있다.
복수의 발광다이오드 각각은, 투명기판과 기판접합된 제1 도전형 화합물 반도체층; 제1 도전형 화합물 반도체 상에 마련된 활성층; 및 활성층 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층;을 포함할 수 있다.
복수의 발광다이오드 각각은, 제1 도전형 화합물 반도체층의 일부 영역에 마련된 제1 전극층; 및 제2 도전형 화합물 반도체층 상에 마련된 제2 전극층;을 포함하며, 제2 전극층은 제1 전극층이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 덮으며, 제 2 전극층이 덮는 영역 중 제2 전극층이 제2 도전형 화합물 반도체층과 접하는 영역을 제외한 영역은 절연층이 개재되어 있을 수 있다.
제2 도전형 화합물 반도체층에 반사층이 개재되어 있을 수 있다.
복수의 발광다이오드 각각은 절두형 피라미드형상을 가질 수 있다.
조리개 기판의 입사면에는 배선회로가 마련되며, 복수의 발광다이오드는 조리개 기판에 플립칩 본딩으로 접합될 수 있다.
조리개 기판은 발광다이오드 구동용 집적회로 기판일 수 있다.
복수의 발광다이오드는 별도의 성장기판 상에서 성장된 후 성장기판에서 분리되어 조리개 기판에 접합된 화합물 반도체일 수 있다.
복수의 발광다이오드는 별도의 성장기판 상에서 성장된 후 조리개기판에 플립칩 본딩으로 접합될 수 있다.
조리개 기판은 인쇄회로기판일 수 있다.
복수의 조리개 각각은 조리개 기판의 입사면과 출사면을 잇는 광 통로일 수 있다.
복수의 조리개 각각은 출사단의 단면적이 입사단의 단면적과 같거나 그보다 더 넓도록 형성될 수 있다.
복수의 조리개 각각은 빈 공간 또는 투명 물질로 채워질 수 있다.
복수의 조리개 각각의 외벽은 반사성 물질 또는 광흡수 물질로 형성될 수 있다.
조리개 기판의 입사면에서 복수의 발광다이오드의 접합 영역을 제외한 영역 이 반사막으로 덮일 수 있다.
복수의 발광다이오드가 일렬 또는 복수열로 배열될 수 있다.
복수의 발광다이오드와 복수의 렌즈는, 복수의 발광다이오드에서 방출되는 상면에 맺히는 광빔의 스폿이 등간격이 되도록 배치될 수 있다.
복수의 렌즈는 복수의 조리개 각각의 출사단쪽의 표면이 볼록한 곡면으로 형성되어 굴절력을 가지는 투명한 렌즈층으로 형성될 수 있다.
복수의 렌즈는, 복수의 조리개 각각의 출사단쪽의 불순물 농도가 다르게 되어 굴절력을 가지는 투명한 렌즈층으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 라인 프린터 헤드는, 피노광체를 주주사방향으로 노광시키기 위한 라인 프린터 헤드로서, 전술한 발광다이오드 어레이를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전자 사진 방식의 화상 형성 장치는,
감광체;
감광체의 피주사면에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하는 것으로서, 전술한 라인 프린터 헤드; 및
감광체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상 장치;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 발광다이오드 어레이의 제조 방법은,
복수의 발광다이오드를 주기판의 상면에 마련하는 단계;
복수의 발광다이오드가 마련되는 위치마다 조리개를 주기판에 형성하는 단 계; 및
조리개가 형성되는 위치마다 렌즈를 주기판의 배면에 마련하는 단계;를 포함할 수 있다.
주기판은 복수의 발광다이오드가 결정성장되는 성장기판일 수 있다.
복수의 발광다이오드를 주기판의 상면에 마련하는 단계는,
별도의 성장기판 상에 발광다이오드층을 성장시키는 단계;
발광다이오드층을 주기판상에 접합하는 단계; 및
발광다이오드층을 식각하고 전극을 형성하여 개별 발광다이오드를 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
발광다이오드층을 주기판상에 접합하는 단계는,
발광다이오드층을 성장기판으로부터 분리하는 단계; 및
분리된 발광다이오드층을 주기판상에 접합하는 단계;를 포함할 수 있다.
발광다이오드층을 성장시키는 단계는, 성장기판과 발광다이오드층 사이에 분리층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 발광다이오드층을 성장기판으로부터 분리하는 단계는, 분리층을 선택적으로 식각하여 성장기판과 발광다이오드층을 분리할 수 있다.
발광다이오드층을 주기판상에 접합하는 단계는, 발광다이오드층의 상면을 주기판상에 기판접합하는 단계; 및 성장기판을 발광다이오드층으로부터 분리하는 단계;를 포함할 수 있다.
성장기판을 발광다이오드층으로부터 분리하는 단계는, 성장기판 전체를 발광 다이오드층으로부터 선택적으로 식각하여 제거할 수 있다.
발광다이오드층을 성장시키는 단계는, 성장기판과 발광다이오드층 사이에 식각저지층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
발광다이오드층을 성장시키는 단계는, 성장기판과 발광다이오드층 사이에 분리층을 형성하는 단계를 더 포함하며, 성장기판을 발광다이오드층으로부터 분리하는 단계는, 분리층을 선택적으로 식각하여 성장기판과 발광다이오드층을 분리할 수 있다.
주기판의 상면에 배선회로를 마련하는 단계를 더 포함하며, 발광다이오드층을 주기판상에 접합하는 단계는, 발광다이오드층의 상면을 주기판상에 플립칩 본딩으로 접합할 수 있다.
발광다이오드층을 주기판상에 접합하는 단계는, 발광다이오드층을 복수개 주기판상에 이전할 수 있다.
주기판은 대면적 유리 기판일 수 있다.
주기판은 발광다이오드 구동용 집적회로 기판일 수 있다.
주기판은 실리콘 기판일 수 있다.
주기판은 인쇄회로기판이며, 복수의 발광다이오드를 마련하는 단계는, 별도의 성장기판 상에 복수의 발광다이오드를 형성하는 단계; 복수의 발광다이오드를 개별적으로 분리하는 단계; 및 분리된 복수의 발광다이오드를 주기판에 실장하는 단계;를 포함할 수 있다.
렌즈를 마련하는 단계는, 렌즈를 투명기판에 형성하는 단계; 및 복수의 렌즈 가 조리개의 출사단에 대응되도록 정렬시키면서 투명기판을 주기판의 배면에 접합하는 단계;를 포함할 수 있다.
렌즈를 마련하는 단계는, 투명기판을 주기판의 배면에 접합하는 단계; 및 조리개의 출사단에 대응되는 위치마다 렌즈를 투명기판에 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
투명기판의 렌즈는 용융성형 방법, 포토리소그래피 방법, 임프린트 방법, 또는 불순물 확산 방법으로 형성할 수 있다.
주기판과 투명기판은 SOG(Spin On Glass)로 접합할 수 있다.
조리개를 형성하는 단계는, 복수의 발광다이오드가 성장된 위치에 대응되는 위치마다 주기판의 배면에 구멍을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
구멍을 형성하는 단계는, 구멍을 주기판의 배면쪽 단면적이 주기판의 상면쪽 단면적과 같거나 그보다 더 넓도록 형성할 수 있다.
구멍은 화학적 식각 방법 또는 물리적 식각 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
조리개를 형성하는 단계는, 주기판의 구멍마다 투명물질을 채우는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서 본 발명에 따른 조리개를 포함하는 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법의 실시예들에 관하여 상세히 설명하기로 한다. 아래에 예시되는 실시예는 본 발 명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명을 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 충분히 설명하기 위해 제공되는 것이다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이를 도시하는 부분단면 사시도이며, 도 2는 도 1의 발광다이오드 어레이의 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 발광다이오드 어레이는, 조리개 기판(110)과, 조리개 기판(110)의 입사면(110a)에 마련된 복수의 발광다이오드(130)와, 조리개 기판(110)의 출사면(110b)에 마련된 렌즈층(180)을 포함한다.
조리개 기판(110)은 광의 통로가 되는 복수의 조리개(120)를 포함한다. 조리개 기판(110)의 몸체는 성장기판이거나 별도의 기판일 수 있다. 성장기판은 발광다이오드(130)들이 결정성장(epitaxy)되는 결정성 기판으로 예를 들어, GaAs 기판이나 GaN 기판 등이 있다. 별도의 기판은 성장기판에서 결정성장된 발광다이오드(130)들이 기판접합 등으로 접합되는 기판으로, 예를 들어, 투명한 재질인 글래스, 사파이어, GaP, 플라스틱 등의 재질로 형성될 수 있다.
조리개 기판(110)은, 입사면(110a)과 출사면(110b)이 평평하면서 서로 평행한 평판의 형상을 가질 수 있다. 경우에 따라서, 입사면(110a)과 출사면(110b)이 서로 경사질 수 있으며, 입사면(110a)과 출사면(110b)은 원형 등의 형상으로 형성될 수도 있을 것이다. 예를 들어, 발광다이오드 어레이가 후술하는 라인 프린터 헤드로 사용되는 경우, 조리개 기판(110)은 길다란 직육면체의 막대(bar)형상일 수 있다.
조리개(120)는 조리개 기판(110)의 입사면(110a)과 출사면(110b)을 잇는 광 통로이다. 이러한 조리개(120)의 단면은 원형이나 다각형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 각 조리개(120)의 출사단의 단면적은 입사단의 단면적과 같거나 그보다 더 넓을 수 있다. 예를 들어, 조리개(120)의 단면적은 조리개 기판(110)의 깊이 방향에 대해 일정하던가 조리개 기판(110)의 입사면(110a) 쪽에서 출사면(110b) 쪽으로 갈수록 넓어지도록 형성될 수 있다. 여기서, 조리개(120)의 입사단은 조리개(120)의 조리개 기판(110)의 입사면(110a) 쪽 단부를 의미하며, 조리개(120)의 출사단은 조리개(120)의 조리개 기판(110)의 출사면(110c)쪽 단부를 의미한다. 조리개(120)는 조리개 기판(110)에 뚫린 빈 구멍(110c)일 수 있으며, 또는 빈 구멍(110c)에 투명 물질이 채워져 형성될 수도 있다. 만일 조리개 기판(110)이 투명한 물질로 형성된 경우라면, 조리개(120)의 외벽은 반사성 물질 또는 광흡수 물질로 형성될 수도 있다.
조리개(120)의 입사단에는 적어도 하나의 발광다이오드(130)가 배치된다. 도면에는 조리개(120)와 발광다이오드(130)가 일대일로 대응되게 배치된 예가 도시되고 있으나 이에 한정되지 아니한다. 가령, 하나의 조리개(120)에 복수의 발광다이오드(130)가 대응되도록 배치될 수도 있다. 조리개(120)의 출사단에는 렌즈(185)가 배치된다.
복수의 발광다이오드(130) 각각은 조리개 기판(110)의 입사면(110a)에서 조리개(120)가 마련된 위치에 마련된다. 복수의 발광다이오드(130)의 개별 구성은 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 도 2의 A영역을 확대한 도면으로 발광다이오드의 개별 구성의 일례를 도시한다. 도 3을 참조하면, 복수의 발광다이오드(130)의 각각은 조리개 기판(110)의 조리개(120)가 마련된 위치에 마련된 제1 도전형 화합물 반도체층(131)과, 제1 도전형 화합물 반도체(131) 상에 마련된 활성층(133)과, 활성층(133) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(135)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(131)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(138)과, 제2 도전형 화합물 반도체층(135) 상에 마련된 제2 전극층(137)을 포함한다. 제1 및 제2 전극층(138, 137)은 제1 및 제2 도전형 화합물 반도체층(131, 135)과 각각 오믹접촉되어 전자나 정공을 공급해 주는 층으로, 도전성이 좋은 금속 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 전극층(138, 137)은 Au, Ni, Ti, Al 등의 단일 물질층 또는 이들의 이중층 구조로 형성될 수 있다. 만일 조리개 기판(110)이 GaP과 같은 도전성을 가지는 재질로 형성된 경우라면, 제1 전극층(138)을 대신하여 조리개 기판(110) 자체가 제1 도전형 화합물 반도체층(131)에 대한 전극으로 기능할 수 있을 것이다. 제2 전극층(137)은 제2 도전형 화합물 반도체층(135)의 상부를 덮음으로써, 활성층(133)에서 방출된 광에 대한 반사층으로 기능할 수도 있다.
제1 도전형 화합물 반도체층(131), 활성층(133) 및 제2 도전형 화합물 반도체층(135)은 결정성장하여 형성되는 에피탁시층이다. 제1 도전형 화합물 반도체층(131)은 예를 들어 N-도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 제2 도전형 화합물 반도체층(135)은 예를 들어 P-도핑된 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 또는 그 반대로 형성될 수 있다. 한편, 활성층(133)은 P-도핑, N-도핑, 또는 도핑되 지 않은 화합물 반도체로 형성될 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 도전형 화합물 반도체층(131, 135)에서 공급된 정공 및 전자는 활성층(133)에서 재결합되어 광이 방출된다.
발광다이오드(130)는 격자정합(lattice matching)의 문제로 기판선택이 제한적이다. 발광다이오드(130)의 주된 구성인 에피탁시층은 GaAs 기판에서 결정성장하는 적색 계열의 화합물 반도체일 수 있으며, 예를 들어 GaAsP, AlGaAs, InGaP, 또는 InGaAlP계 화합물 반도체일 수 있다. 이러한 GaAs 기판은 적색광에 대한 불투명기판으로, 본 실시예의 조리개 기판(110)의 몸체로 사용될 수 있다. 한편, GaAs 기판은 결정성 기판으로 대면적으로 제작하기 용이하지 않다. 따라서, GaAs 기판 상에 에피탁시층을 성장시킨 후 에피탁시층만을 별도의 대면적 조리개 기판(110)에 이전시켜, 대면적의 발광 다이오드 어레이를 구현할 수도 있다. 또는, 실리콘 기판과 같은 별도의 발광다이오드 구동용 집적회로 기판에 에피탁시층만을 이전시킬 수도 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 발광다이오드(130)는 조리개 기판(110)에 2열로 배열된다. 이때, 복수의 발광다이오드(130)의 첫째 열과 둘째 열은 측면에서 볼 때 서로 엇갈리면서 배치되도록 배열될 수 있다. 이와 같이 배치함으로써, 발광다이오드 어레이의 측면에서 볼 때, 복수의 발광다이오드(130)의 배치가 조밀하게 된다. 도 1은 복수의 발광다이오드(130)가 2열로 배열된 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 복수의 발광다이오드(130)는 일렬 또는 3열 이상의 복수열로 배열될 수도 있다. 만일 복수의 발광다이오드(130)가 3열 이상의 복수열로 배열될 경우, 서로 다른 열의 복수의 발광다이오드(130)는 측면에서 볼 때 서로 엇갈리면서 겹치지 않도록 배열될 수 있다.
렌즈층(180)은 투명한 재질로 형성되며 복수의 렌즈(185)가 마련된 것으로, 조리개 기판(110)의 출사면(110b)에 부착된다. 렌즈(185)는 조리개(120)와 일대일 대응되도록 배치될 수 있다. 본 실시예는 렌즈(185)와 조리개(120)가 일대일 대응된 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 렌즈(185)와 조리개(120)는 일대다로 대응되도록 배치될 수도 있다.
복수의 렌즈(185)는 조리개(120)에 대응되는 렌즈층(180)의 표면을 볼록한 곡면으로 성형하여 형성될 수 있다. 또다른 예로, 렌즈층(180)의 조리개(120)에 대응되는 위치에 불순물을 확산시켜 굴절률을 국소적으로 변조시킴으로써, 렌즈층(180)이 부분적으로 굴절력을 가지게 하여 렌즈(185)의 기능을 수행하도록 할 수도 있다. 이러한 렌즈 자체는 당해 분야에 잘 알려져 있으므로, 상세한 설명은 생략하기로 한다.
복수의 발광다이오드(130)와 렌즈(185)는, 복수의 발광다이오드(130)에서 방출되어 상면(image plane)(미도시)에 맺히는 광빔의 스폿이 복수의 발광다이오드(130)의 배열 방향으로 등간격이 되도록 배치, 설계될 수 있다.
또한, 조리개 기판(110)의 입사면(110a)에서 복수의 발광다이오드(130)가 마련되지 아니한 나머지 영역은 (미도시된) 반사막으로 덮여 있을 수 있다. 이러한 반사막은, 복수의 발광다이오드(130)에서 방출된 광이 조리개 기판(110)의 출사면(110b)쪽으로 향하도록 하여, 광추출효율을 향상시킨다.
상기와 같은 본 실시예의 발광다이오드 어레이는, 조리개 기판(110)에 조리개(120)를 마련함으로써 발광다이오드(130) 각각에서 방출되는 광이 이웃하는 영역으로 침범하지 않으면서 렌즈(185) 쪽으로 전달될 수 있어, 광이 조리개 기판(110)을 진행하면서 발생될 수 있는 이웃하는 발광다이오드(130)간의 크로스토크(crosstalk)를 억제할 수 있다. 또한, 본 실시예의 발광다이오드 어레이는, 조리개 기판(110)에 복수의 렌즈(185)를 마련함으로써 별도의 추가적인 광학부재 없이 집속된 광을 방출할 수 있으므로, 응용기기에서 광학적 구성을 단순하게 할 수 있으며, 소형화할 수 있다. 또한, 본 실시예의 발광다이오드 어레이는, 렌즈(185)를 조리개 기판(110)에 직접 마련함으로써 렌즈(185)와 복수의 발광다이오드(130)사이의 거리가 매우 가깝고 균일하게 구성할 수 있으므로, 광추출 효율을 높이면서 균일성을 유지할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 변형례들을 도시한다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 일 변형예를 도시한다.
도 4a를 참조하면, 본 변형예의 발광다이오드(130′)는, 조리개 기판(110)과 기판접합된 제1 도전형 화합물 반도체층(131)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(131) 상에 마련된 활성층(133)과, 활성층(133) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(135)과, 제2 도전형 화합물 반도체층(135)에 개재된 반사층(136)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(131)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(138)과, 제2 도전형 화합 물 반도체층(135)에 마련된 제2 전극층(137)을 포함한다. 본 실시예의 발광다이오드(130′)는 제2 도전형 화합물 반도체층(135) 내에 반사층(136)이 더 마련된다는 점을 제외하고는 전술한 실시예의 발광다이오드(도 3의 130)와 실질적으로 동일하다.
반사층(136)은 활성층(133)에서 등방적으로 방출되는 광 중에서 상방을 향하는 광을 조리개 기판(110) 쪽으로 반사시켜, 광추출효율을 향상시킨다. 반사층(136)은 예를 들어, 서로 다른 굴절율을 가진 물질이 교번하여 적층된 DBR(distributed Bragg reflector)층일 수 있다. DBR층은 당해 분야에 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 도 4a는 반사층(136)이 제2 도전형 화합물 반도체층(135) 내부에 삽입된 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 제2 도전형 화합물 반도체층(135)의 상면에 마련될 수도 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 다른 변형예를 도시한다.
도 4b를 참조하면, 본 변형예의 발광다이오드(230)는, 조리개 기판(110)과 기판접합된 제1 도전형 화합물 반도체층(231)과, 제1 도전형 화합물 반도체(231) 상에 마련된 활성층(233)과, 활성층(233) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(235)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(231)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(138)과, 제2 도전형 화합물 반도체층 상에 마련된 제2 전극층(137)을 포함한다.
발광다이오드(230)는 절두형 피라미드 형상의 경사면(230a)을 가진다. 이러한 경사면(230a)은 활성층(233)에서 방출된 광을 조리개 기판(110)으로 반사시켜, 광추출효율을 향상시킨다. 본 실시예는 발광다이오드(230)가 절두형 피라미드 형상으로 가공한 예를 설명하고 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 광추출효율을 향상시키기 위한 다양한 형상이 채용될 수 있다. 본 실시예의 발광다이오드는 절두형 피라미드 형상을 가진다는 점을 제외하고는 도 3을 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이에 채용되는 발광다이오드 소자의 또 다른 변형예를 도시한다.
도 4c를 참조하면, 본 변형예의 발광다이오드(230′)는, 조리개 기판(110)과 기판접합된 제1 도전형 화합물 반도체층(231)과, 제1 도전형 화합물 반도체(231) 상에 마련된 활성층(233)과, 활성층(233) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(235)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(231)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(138)과, 제1 전극층(138)이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 실질적으로 덮는 제2 전극층(237)과, 제2 전극층(237)이 덮는 영역 중 제2 전극층(237)이 제2 도전형 화합물 반도체층(235)과 접하는 영역을 제외한 영역에 개재된 절연층(239)을 포함한다. 절연층(239)은 SiO2등의 절연성 물질로 형성될 수 있다. 본 실시예의 발광다이오드(230′)는 졀연층(239)이 마련되고, 제2 전극층(237)이 제1 전극층(138)이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 실질적으로 덮는다는 점을 제외하고는 도 3을 참조하여 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다.
제2 전극층(237)이 제1 전극층(138)이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 실질적으로 덮음으로써, 활성층(233)에서 방출된 광은 제2 전극층(237)에서 반사되어 조리개 기판(110) 쪽으로 향하게 되므로, 광추출효율이 향상된다. 이를 위해 제2 전극층(237)은 반사특성이 좋은 금속으로 형성될 수 있으며, 광이 투과되지 못하도록 충분히 두텁게 형성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 측단면도이며, 도 6은 도 5에서 B영역을 확대한 개별 발광다이오드의 일 예를 확대한 측단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예의 발광다이오드 어레이는, 조리개 기판(310)과, 조리개 기판(310)의 입사면(310a)에 마련된 복수의 발광다이오드(330)와, 조리개 기판(310)의 출사면(310b)에 마련된 렌즈층(180)을 포함한다.
조리개 기판(310)은 광의 통로가 되는 복수의 조리개(320)를 포함한다. 조리개 기판(310)의 입사면(310a)에는 배선회로(350)가 마련된다. 조리개 기판(310)은 발광다이오드(130)들이 결정성장되는 기판과는 별도로 마련된 기판으로, 예를 들어 발광다이오드(330)를 구동시키는 구동회로가 형성될 수 있는 유리기판이거나, 집적회로가 집적될 수 있는 실리콘 기판 등일 수 있다. 나아가, 조리개 기판(310)은 통상적인 인쇄회로기판일 수도 있다. 배선회로(350)는 예를 들어, 발광다이오드(330)에 전원을 공급하는 단순 배선이거나, 발광다이오드(330)를 구동시키는 구동회로이거나, 발광다이오드 구동회로가 집적된 집적회로일 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 예의 발광다이오드(330)는, 조리개 기판(310)에 플립칩 본딩되는 것으로서, 성장 기판(331)상에 결정성장된 제1 도전형 화합물 반도체 층(332)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(332) 상에 마련된 활성층(333)과, 활성층(333) 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층(335)과, 제1 도전형 화합물 반도체층(332)의 일부 영역에 마련된 제1 전극층(337)과, 제2 도전형 화합물 반도체층(335)에 마련된 제2 전극층(336)을 포함한다. 한편, 조리개 기판(310)상에는 발광다이오드(330)의 플립칩 본딩을 위한 배선회로(350)가 마련될 수 있다. 참조번호 338, 339는 플립칩 본딩을 위한 솔더(solder)를 나타낸다. 도 6은 플립칩 본딩된 부분만을 명료하게 설명하기 위한 것으로, 플립칩 본딩이 되지 않는 부분인 활성층(333) 영역에서 조리개 기판(310)쪽으로의 광경로 부분은 도시되지 않았다. 또한, 도 6은 개별 발광다이오드 소자 하나의 플립칩 본딩을 도시하고 있으나, 이러한 플립칩 본딩은, 웨이퍼 단위에서 복수의 발광다이오드(330)에 대해 이루어질 수 있다. 본 실시예의 발광다이오드(330)는 조리개 기판(310)에 플립칩 본딩하기에, 발광다이오드(330)의 에피탁시 성장을 위한 GaAs와 같은 성장기판을 제거할 필요가 없어, 공정상의 이점이 있다.
상기의 플립칩 본딩의 예는, 발광다이오드(330)를 조리개 기판(310)에 접합시키는 일례이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 전술한 바와 같이 발광다이오드(330)의 주된 구성인 화합물반도체의 에피탁시층을 조리개 기판(310) 상으로 옮긴후, 통상의 반도체 공정을 통하여 개별 발광다이오드(330)를 형성시킴과 아울러 배선회로(350)를 형성할 수도 있을 것이다.
조리개(320)는 조리개 기판(310)의 입사면(310a)과 출사면(310c)을 잇는 광 통로로서, 전술한 실시예의 조리개(도 1의 120)과 실질적으로 동일하다. 또한, 렌 즈층(180)은 조리개 기판(310)의 출사면(310b)에 마련되며, 전술한 실시예의 렌즈층(180)과 실질적으로 동일하다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조방법을 설명한다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 7a에 도시되듯이, 성장기판(510)의 상면(510a)에서 에피탁시층, 즉 발광다이오드층(530)을 성장시킨다. 발광다이오드층(530)은 제1 도전형 화합물 반도체(531), 활성층(533), 제2 도전형 화합물 반도체(535)를 순차적으로 적층하여 형성한다. 성장기판(510)은 발광다이오드층(530)을 형성할 수 있는 결정성 기판으로, 예를 들어, GaAs, GaP 웨이퍼 등이 있다. 발광다이오드층(530)은 유기금속 화학 기상증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), MBE(Molecular Beam Epitaxy) 또는 MOMBE(Metal Organic Molecular Beam Epitaxy) 등 화합물 반도체 에피탁시 장비를 이용하여 성장시킬 수 있다.
다음으로, 도 7b에 도시되듯이, 포토리소그래피 공정을 수행하여 발광다이오드층(530)을 개별 발광다이오드 구조로 식각하고, 금속 패터닝 공정을 수행하여 발광다이오드층(530)에 전극층(537, 538)을 형성함으로써, 복수의 발광다이오드(530')의 소자를 형성한다.
다음으로, 도 7c에 도시되듯이, 성장기판(510)의 배면(510b)에 복수의 구멍(510c)을 형성한다. 복수의 구멍(510c)은 복수의 발광다이오드(530')의 하부에 위치하도록 한다. 복수의 구멍(510c)은 성장기판(510)의 배면(510b)쪽 단면적이 성장기판(510)의 상면(510a)쪽 단면적과 같거나 그보다 더 넓도록 형성한다. 이러한 복수의 구멍(510c)은 예를 들어, 플라즈마, 산, 염기 등을 이용한 화학적 식각 방법 또는 샌드 블래스터(sand blaster), 레이저 드릴링 등을 이용한 물리적 식각 방법으로 형성할 수 있다. 이와 같이 본 실시예는 성장기판(510)에 직접 복수의 구멍(510c)을 형성하여, 성장기판(510) 자체를 조리개 기판으로 사용한다.
다음으로, 도 7d에 도시되듯이, 성장기판(510)에 마련된 복수의 구멍(510c)에 투명물질을 채워 조리개(520)를 형성한다. 이 단계를 생략하고, 비어져 있는 복수의 구멍(510c) 자체를 조리개(520)로 사용할 수도 있다.
한편, 도 7e에 도시되듯이, 복수의 렌즈(555)가 일면에 형성된 투명기판(550)을 마련한다. 투명기판(550)은 예를 들어, 글래스, 플라스틱, 폴리머로 형성할 수 있다. 렌즈(555)는 예를 들어, 용융성형하는 방법으로 형성할 수 있다. 또는 포토리소그래피(photolithography) 방법을 이용하여 형성하거나, 임프린팅(imprinting) 방법으로 투명기판(550)에 렌즈(555)를 형성할 수 있다. 도 7e는 투명기판(550)의 일면을 소정 곡률의 렌즈면으로 가공함으로써 렌즈(555)가 형성된 경우를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 투명기판(550)에 불순물을 확산시켜 굴절률을 국소적으로 변조시킴으로써 평판형 렌즈를 형성할 수도 있다.
다음으로, 도 7f에 도시되듯이, 복수의 발광다이오드(530')가 형성된 성장기판(510)의 배면(530b)에 복수의 렌즈(555)가 투명기판(550)을 접합한다. 복수의 발 광다이오드(530')와 복수의 렌즈(555)가 일대일 대응이 되도록 배치시키며 이루어진다. 접합은 예를 들어, 소정의 열과 압력을 가하면서 이루어질 수 있다. 성장기판(530)이나 투명기판(550)의 접합면에는 SOG(Spin On Glass)를 도포하여 접합을 용이하게 할 수도 있다.
본 실시예는 렌즈(555)가 형성된 투명기판(550)을 성장기판(510)에 접합시킨 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 먼저 평판의 투명기판(550')을 복수의 발광다이오드(530')가 형성된 성장기판(510)의 배면(530b)에 접합시키고, 도 8c에 도시된 바와 같이, 투명기판(550')을 가공하여 렌즈(555')를 형성할 수도 있다. 경우에 따라서는, 성장기판(510)의 배면(510b)에 투명한 폴리머를 도포한 뒤 도포된 폴리머층을 임프린트 공정 등을 통해 렌즈면으로 가공할 수도 있을 것이다.
도 9a 내지 도 9i는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 9a에 도시되듯이, 성장기판(610) 상에서 분리층(620)과, 에피택시층, 즉 발광다이오드층(630)을 성장시킨다. 발광다이오드층(630)은 제1 도전형 화합물 반도체(631), 활성층(633), 제2 도전형 화합물 반도체(635)를 순차적으로 적층하여 형성한다. 분리층(620)은 발광다이오드층(630)에 대해 식각선택비가 높은 물질, 예를 들어 AlAs로 형성할 수 있다.
다음으로, 도 9b에 도시되듯이, 분리층(620)을 식각하여 제거함으로써, 성장기판(610)으로부터 발광다이오드층(630)을 분리시킨다. 이러한 발광다이오드 층(630)의 분리는 웨이퍼 단위로 이루어지거나, 성장기판을 복수개로 분리시킨 후 이루어질 수도 있다.
다음으로, 도 9c 및 도 9d에 도시되듯이, 분리된 발광다이오드층(630)을 주기판(650)의 상면(650a)에 접합시킨다. 주기판(650)은 발광다이오드(630)들이 결정성장되는 기판과는 별도로 마련된 기판으로, 예를 들어 발광다이오드(630)를 구동시키는 구동회로가 형성될 수 있는 유리기판이거나, 집적회로가 집적될 수 있는 실리콘 기판 등일 수 있다. 이러한 주기판(650)은 후술하는 바와 같이 조리개(도 9h의 670)가 마련되는 조리개 기판이 된다.
다음으로, 도 9e 및 도 9f에 도시한 바와 같이, 발광다이오드층(630)에 포토리소그래피 공정과 금속 패터닝 공정을 수행하여, 복수의 발광다이오드(630')를 형성하고, 발광다이오드(630')의 구동에 필요한 반도체 소자(660)와 그밖의 배선공정을 통상의 반도체 공정을 통하여 형성한다.
다음으로, 도 9g 및 도 9h에 도시되듯이, 주기판(650)의 배면(650b)에 복수의 구멍(650c)을 형성하고 형성된 구멍(650c)에 투명물질을 채워 조리개(670)를 형성한다. 이때, 복수의 구멍(650c)은 복수의 발광다이오드(630')의 하부에 위치하도록 한다. 이러한 복수의 구멍(650c)는 전술한 바와 같이 화학적 식각 방법이나 물리적 식각 방법으로 형성할 수 있다. 복수의 구멍(650c)에 투명물질을 채우는 단계를 생략하고, 비어져 있는 복수의 구멍(650c) 자체를 조리개(670)로 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 9i에 도시된 바와 같이 주기판(650)의 배면(650b)에 렌즈(685) 가 마련된 투명기판(680)을 부착시킨다. 평판의 투명기판(680)을 부착시킨 후 렌즈(685)를 성형할 수도 있다.
본 실시예는 성장기판(610)으로부터 발광다이오드층(630)을 분리시킨 후, 분리된 발광다이오드층(630)을 주기판(650)에 접합시킨 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 10a 및 도 10b는 먼저 성장기판(610)에서 성장된 발광다이오드층(630)의 상면을 주기판(650')에 접합시킨 후 성장기판(610)을 제거시키는 예를 도시한다. 성장기판(610)의 제거는, 예를 들어 성장기판(610) 전체를 발광다이오드층(630)으로부터 선택적으로 식각하여 제거할 수 있으며, 이때, 성장기판(610)과 발광다이오드층(630) 사이에 개재된 분리층(635)은 식각저지층으로 기능한다. 다른 예로 분리층(635)만을 선택적으로 식각하여 제거함으로써 성장기판(610)과 발광다이오드층(630)을 분리시킬 수 있으며, 이때 성장기판(610)과 발광다이오드층(630) 사이에 개재된 분리층(635)은 희생층으로 기능한다.
도 11a 내지 도 11g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 11a를 참조하면, 성장기판(710) 상에서 에피택시층(730)을 성장시킨다. 에피택시층(730)은 성장기판(710)에 제1 도전형 화합물 반도체(731), 활성층(733), 제2 도전형 화합물 반도체(735)를 순차적으로 적층하여 형성한다. 다음으로, 도 11b에 도시되듯이, 포토리소그래피 공정을 수행하여 발광다이오드층(730)를 개별 발광다이오드 구조로 식각하고, 금속 패터닝 공정을 수행하여 발광다이오드층(730)에 전극층(737, 738)을 형성함으로써, 복수의 발광다이오드(730')의 소자를 형성한 다. 이러한 공정은 도 7a 및 도 7b를 참조한 설명과 실질적으로 동일하다.
또한, 도 11c에 도시되듯이, 배선회로(755)가 마련된 주기판(750)을 별도로 준비한다. 주기판(750)은 예를 들어 발광다이오드를 구동시키는 구동회로가 형성된 유리기판이거나, 실리콘 기판과 같은 집적회로 기판 등일 수 있다. 나아가, 주기판(750)은 통상적인 인쇄회로기판일 수도 있다. 배선회로(750)는 예를 들어, 발광다이오드에 전원을 공급하는 단순 배선이거나, 발광다이오드를 구동시키는 구동회로이거나, 발광다이오드 구동회로가 집적된 집적회로일 수 있다.
다음으로, 도 11d에 도시되듯이, 복수의 발광다이오드(730')를 주기판(750)에 플립칩 본딩으로 접합한다. 이러한 플립칩 본딩은, 복수의 발광다이오드(730')를 웨이퍼 단위에서 주기판(750)에 접합시킬 수 있게 한다.
다음으로, 도 11e 및 도 11f에 도시되듯이, 주기판(750)의 배면(750b)에 복수의 구멍(750c)을 형성하고 형성된 구멍(750c)에 투명물질을 채워 조리개(770)를 형성한다. 복수의 구멍(750c)에 투명물질을 채우는 단계를 생략하고, 비어져 있는 복수의 구멍(750c) 자체를 조리개(770)로 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 11g에 도시된 바와 같이 주기판(750)의 배면(750b)에 렌즈(785)가 마련된 투명기판(780)을 부착시킨다. 평판의 투명기판(780)을 부착시킨 후 렌즈(785)를 성형할 수도 있다.
본 실시예는 복수의 발광다이오드(730')를 플립칩 본딩으로 주기판(750)에 접합시킨 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그밖의 반도체 소자를 기판에 접합시키는 당해 분야에 알려져 있는 다양한 방법이 채용될 수 있을 것이다.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 12a를 참조하면, 먼저 상면(810a)에 배선회로(815)가 마련된 주기판(810)을 준비한다. 주기판(810)은 예를 들어 인쇄회로기판일 수도 있다.
다음으로, 도 12b 및 12c를 참조하면, 주기판(810)의 배면(810b)에 복수의 구멍(810c)을 형성하고 형성된 구멍(810c)에 투명물질을 채워 조리개(820)를 형성한다. 복수의 구멍(810c)에 투명물질을 채우는 단계를 생략하고, 비어져 있는 복수의 구멍(810c) 자체를 조리개(820)로 사용할 수도 있다.
다음으로, 도 12d에 도시된 바와 같이 주기판(810)의 상면(750a)에 복수의 발광다이오드(830)를 실장시킨다. 이때, 발광다이오드(830)는 조리개(820)가 형성된 위치에 배치되도록 하며, 발광다이오드(830)의 출사면이 조리개(820)가 형성된 면을 향하도록 한다. 발광다이오드(830)는 통상적인 발광다이오드 제조공정을 통해 제조된 소자일 수 있다. 주기판(810)의 상면(750a)에는 발광다이오드(830) 외에도, 다른 소자들을 실장시킬 수 있을 것이다.
다음으로, 도 12e에 도시된 바와 같이 주기판(810)의 배면(810b)에 복수의 렌즈(850)를 부착시킨다. 렌즈(850)는 조리개(820)가 형성된 위치에 배치되도록 한다. 렌즈(850)를 개별적으로 부착하는 대신에, 전술한 실시예처럼 렌즈를 포함하는 투명기판(도 7e의 550)을 주기판(810)의 배면(815)에 부착시킬 수도 있다.
도 13a 내지 도 13g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 어레 이의 제조방법을 도시한다.
도 13a를 참조하면, 발광다이오드층(930A, 930B, 930C)이 결정성장된 성장기판(910A, 910B, 910C)을 복수개 마련한다. 단일 웨이퍼를 복수개 분할하여 복수개 마련할 수도 있다. 발광다이오드층(930A, 930B, 930C)을 성장기판(910A, 910B, 910C)으로부터 쉽게 분리시킬 수 있도록, 그 사이에 분리층(920A, 920B, 920C)이 개재될 수도 있다.
다음으로, 도 13b 및 도 13c를 참조하면, 복수개 마련된 발광다이오드층(930A, 930B, 930C)을 대면적의 주기판(950)의 상면에 접합시킨다. 발광다이오드층(930A, 930B, 930C)은 주기판(950)에 접합하기 전에 성장기판(910A, 910B, 910C)으로부터 분리될 수도 있고, 주기판(950)에 접합한 후에 성장기판(910A, 910B, 910C)으로부터 분리될 수도 있다. 나아가, 플립칩 본딩을 하는 경우에는 성장기판(910A, 910B, 910C)을 분리시키지 않을 수도 있다. 대면적의 주기판(950)은 예를 들어, 대면적화시키기 유리한 유리기판일 수 있다. 이러한 유리기판에 능동형 구동회로를 형성하는 방법은, 액정패널의 제조공정등에서 잘 알려져 있다. 본 실시예는 이와 같이 대면적의 주기판(950)을 이용함으로써, 대면적의 발광다이오드 어레이를 용이하게 구현할 수 있다.
다음으로, 도 13d에 도시되듯이, 포토리소그래피 공정을 수행하여 발광다이오드층(930)을 개별 발광다이오드 구조로 식각하고, 금속 패터닝 공정을 수행하여 복수의 발광다이오드(930')의 소자를 형성한다.
다음으로, 도 13e 및 13f를 참조하면, 주기판(950)의 배면(950b)에 복수의 구멍(950c)을 형성하고 형성된 구멍(950c)에 투명물질을 채워 조리개(970)를 형성한다. 복수의 구멍(950c)에 투명물질을 채우는 단계를 생략하고, 비어져 있는 복수의 구멍(950c) 자체를 조리개(970)로 사용할 수도 있다.
한편, 도 13g에 도시되듯이, 복수의 렌즈(985)가 일면에 형성된 투명기판(980)을 복수의 발광다이오드(930')가 마련된 주기판(950)의 배면(950b)에 접합한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이를 라인 프린터 헤드로 채용한 화상 형성 장치의 일 예의 개략적인 구성도이며, 도 15는 도 14의 화상 형성 장치에서 라인 프린터 헤드와 감광드럼만을 도시한 사시도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예의 화상 형성 장치는, 라인 프린터 헤드(1010), 현상 유닛(1020), 감광드럼(1030), 대전 롤러(1040), 중간 전사 벨트(1050), 전사 롤러(1060) 및 정착 유닛(1070)을 포함할 수 있다.
라인 프린터 헤드(1010)는 화상정보에 따라 변조된 라인형상의 광(L)을 감광드럼(1030)에 주사하는 장치로 도 1 내지 도 6을 참조하여 전술한 실시예들의 발광다이오드 어레이가 채용될 수 있다. 감광드럼(1030)은 감광체의 일 예로서, 원통형 금속 파이프의 외주면에 소정 두께의 감광층이 형성된 것이다. 감광드럼(1030)의 외주면은 라인 프린터 헤드(1010)에서 주사되는 광(L)이 결상되는 전술한 설명에서의 피노광체에 해당된다. 감광체로서, 벨트 형태의 감광 벨트가 적용될 수도 있다. 대전 롤러(1040)는 감광드럼(1030)에 접촉되어 회전되면서 그 표면을 균일한 전위로 대전시키는 대전기의 일 예이다. 대전 롤러(1040)에는 대전 바이어스(Vc)가 인 가된다. 대전 롤러(1040) 대신에 코로나 대전기(미도시)가 사용될 수도 있다. 현상 유닛(1020) 내부에는 토너가 수용된다. 토너는 현상 유닛(1020)과 감광드럼(1030) 사이에 인가되는 현상 바이어스에 의하여 감광드럼(1030)으로 이동되어, 정전 잠상을 가시적인 토너 화상으로 현상시킨다. 감광드럼(1030)에 형성된 토너 화상은 정전기적으로 중간 전사 벨트(1050)로 전사된다. 토너 화상은 전사 롤러(1060)에 인가되는 전사 바이어스에 의하여 전사 롤러(1060)와 중간 전사 벨트(1050) 사이로 이송되는 용지(P)로 전사된다. 용지로 전사된 토너 화상은 정착 유닛(1070)로부터 열과 압력을 받아 용지에 정착됨으로써 화상 형성이 완료된다.
칼라화상을 인쇄하기 위하여, 라인 프린터 헤드(1010), 현상 유닛(1020) 및 감광드럼(1030)은 각 칼라별로 마련된다. 라인 프린터 헤드(1010)는 4개의 광을 4개의 감광드럼(1030)에 각각 주사한다. 4개의 감광드럼(1030)에는 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C) 색상의 화상정보에 대응되는 정전 잠상이 형성된다. 4개의 현상 유닛(1020)은 각각 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너를 감광드럼(1030)에 공급하여 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너화상을 형성시킨다. 흑색(K), 마젠타(M), 엘로우(Y), 시안(C)의 색상의 토너 화상은 중간 전사 벨트(1050)로 중첩 전사된 후에 다시 용지(P)로 전사된다.
도 13를 참조하면, 라인 프린터 헤드(1010)는 감광 드럼(1030)과 수 mm 내지 수십 mm의 위치에 배치되며, 화상정보에 따라 감광 드럼(1030)의 외주면에 주주사 방향으로 나열된 복수의 광빔(L)들을 조명한다. 라인 프린터 헤드(1010)는 라인 단 위로 감광드럼(1030)을 노광시키며, 감광드럼(1030)이 회전함에 따라 2차원의 정전잠상이 감광드럼(1030) 외주면에 형성된다.
이러한 라인 프린터 헤드(1010)는, 복수의 렌즈(1015)가 조리개 기판(1011)의 일면에 마련되며, 조리개 기판(1011)의 타면에는 복수의 발광다이오드(1013)가 복수의 렌즈(1015)에 대응되어 배치된 발광다이오드 어레이 구조를 가진다. 복수의 발광다이오드(1013)를 구동시키는 구동회로(미도시)는 전술한 바와 같이 조리개 기판(1011) 상에 마련될 수도 있고, 별도로 마련되어 라인 프린터 헤드(1010) 내에 패키징될 수도 있다.
조리개 기판(1011)에는 전술한 바와 같이 조리개(도 1의 120 참조)가 마련되어 광 간섭을 억제한다. 복수의 렌즈(1015)들을 통해 방출되는 광빔(L)은 감광 드럼(1030)의 외주면에 등간격으로 결상될 수 있다. 발광다이오드(1013) 자체에서 방출되는 광빔은 광지향각이 커서 발산되는데, 통상적으로 수십 μm의 간격으로 배열된 이러한 광빔들을 평행광으로 정형하거나 집속시키기 위해서는 로드 렌즈 어레이(RLA)와 같은 값비싼 광학소자를 필요로 하는데, 본 실시예의 라인 프린터 헤드(1010)는 조리개 기판(1011)에 복수의 렌즈(1015)들이 마련되어 있어, 별도의 광학 수단이 필요하지 아니하므로, 광주사 광학계를 간단하게 구현할 수 있으며 제조비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 실시예의 라인 프린터 헤드(1010)는 소형화가 가능하므로, 화상 형성 장치의 시스템 디자인의 자유도 또한 높일 수 있다.
전술한 실시예에서, 본 발명의 발광다이오드 어레이를 이용한 라인 프린터 헤드를 채용한 장치로서, 컬러화상을 형성하는 화상형성장치를 예로 들어 설명하였 으나, 단색화상을 형성하는 화상형성장치에도 사용될 수 있음은 물론이다.
전술한 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이는, 조리개 기판의 조리개에 의하여 이웃하는 발광다이오들에서 방출된 광이 간섭을 일으키는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전술한 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이는, 발광부에서 발생하는 광이 평행하게 진행하거나 또는 일정거리에 효과적으로 집광할 수 있다. 또한, 전술한 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이는, 렌즈와 발광부 사이의 거리를 기판의 두께정도로 매우 가까우면서도 균일하게 구성할 수 있으므로, 광추출효율을 높히면서도 균일성을 유지할 수 있다.
전술한 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이를 이용한 라인 프린터 헤드는, 로드 렌즈 어레이(Rod Lens Array; RLA) 없이도, 피주사면에 초점이 맺도록 할 수 있다. 또한 전술한 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이를 라인 프린터 헤드에 적용할 경우, 로드 렌즈 어레이가 필요없으므로 라인 프린터 헤드의 제조원가를 획기적으로 절감할 수 있으며, 라인 프린터 헤드의 크기를 매우 줄일 수 있어 프린터의 시스템 디자인 자유도 또한 높일 수 있다.
또한, 전술한 실시예들에 따르는 발광다이오드 어레이의 제조방법은, 조리개가 포함된 발광다이오드를 일괄공정으로 제조할 수 있으므로, 제조원가를 저렴하게 할 수 있다.
전술한 본 발명의 조리개를 포함하는 발광다이오드 어레이, 이를 이용한 라인 프린터 헤드 및 발광다이오드 어레이의 제조방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에 서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광다이오드 어레이의 측단면도이다.
도 3은 도 2에서 A영역을 확대한 개별 발광다이오드의 일 예를 확대한 측단면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 개별 발광다이오드의 변형예들을 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이의 측단면도이다.
도 6은 도 5에서 B영역을 확대한 개별 발광다이오드의 일 예를 확대한 측단면도이다.
도 7a 내지 도 7f는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 8a 내지 도 8c는 도 7e 및 도 7f의 제조 공정의 다른 예를 도시한다.
도 9a 내지 도 9i는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 10a 및 도 10b는 도 9b 및 도 7c의 제조 공정의 다른 예를 도시한다.
도 11a 내지 도 11g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광다이오드 어레이 어레이의 제조방법을 도시한다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 어레이를 라인 프린터 헤드로 채용한 화상 형성 장치의 일 예의 개략적인 구성도이다.
도 14는 도 13의 화상 형성 장치에서 라인 프린터 헤드와 감광드럼만을 도시한 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110, 310, 1011...투명기판 110a, 310b...입사면
110b, 310a...출사면 110c, 310c...홈
120, 320...조리개
130, 130', 230, 230', 330, 1013...발광다이오드
180...렌즈기판 185, 1015...렌즈
1010...라인 프린터 헤드 1020...현상유닛
1030...감광드럼 1040...대전유닛
1050...전사벨트 1060...전사드럼
1070...정착유닛

Claims (47)

  1. 광의 통로가 되는 복수의 조리개를 포함하는 조리개 기판;
    상기 복수의 조리개 각각의 입사단에 적어도 하나씩 배치된 복수의 발광다이오드; 및
    상기 복수의 조리개 각각의 출사단쪽에 배치되어, 상기 복수의 발광다이오드에서 출사되어 상기 복수의 조리개를 통해 진행된 광을 굴절시키는 복수의 렌즈;를 포함하는 발광다이오드 어레이.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 조리개 기판은 상기 복수의 발광다이오드가 결정성장하는 성장기판인 발광다이오드 어레이.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 조리개 기판은 상기 복수의 발광다이오드가 별도의 성장기판 상에서 성장된 후 접합되는 기판인 발광다이오드 어레이.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드는 상기 성장기판에서 분리되어 상기 조리개 기판에 접합된 화합물 반도체인 발광다이오드 어레이.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 각각은,
    상기 투명기판과 기판접합된 제1 도전형 화합물 반도체층;
    상기 제1 도전형 화합물 반도체 상에 마련된 활성층; 및
    상기 활성층 상에 마련된 제2 도전형 화합물 반도체층;을 포함하는 발광다이오드 어레이.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 각각은 상기 제1 도전형 화합물 반도체층의 일부 영역에 마련된 제1 전극층; 및 상기 제2 도전형 화합물 반도체층 상에 마련된 제2 전극층;을 포함하며,
    상기 제2 전극층은 상기 제1 전극층이 마련된 영역을 제외한 나머지 영역을 덮으며, 상기 제2 전극층이 덮는 영역 중 상기 제2 전극층이 제2 도전형 화합물 반도체층과 접하는 영역을 제외한 영역은 절연층이 개재된 발광다이오드 어레이.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 도전형 화합물 반도체층에 반사층이 개재된 발광다이오드 어레이.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드 각각은 절두형 피라미드형상을 갖는 발광다이오드 어레이.
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 조리개 기판의 입사면에는 배선회로가 마련되며, 상기 복수의 발광다이오드는 상기 조리개 기판에 플립칩 본딩되는 발광다이오드 어레이.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 조리개 기판은 발광다이오드 구동용 집적회로 기판인 발광다이오드 어레이.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드는 별도의 성장기판 상에서 성장된 후 상기 성장기판에서 분리되어 상기 조리개 기판에 접합된 화합물 반도체인 발광다이오드 어레이.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드는 별도의 성장기판 상에서 성장된 후 상기 조리개기판에 플립칩 본딩되는 발광다이오드 어레이.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 조리개 기판은 인쇄회로기판인 발광다이오드 어레이.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 조리개 각각은 상기 조리개 기판의 입사면과 출사면을 잇는 광 통로인 발광다이오드 어레이.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 복수의 조리개 각각은 출사단의 단면적이 입사단의 단면적과 같거나 그보다 더 넓도록 형성된 발광다이오드 어레이.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 복수의 조리개 각각은 빈 공간 또는 투명 물질로 채워진 발광다이오드 어레이.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 복수의 조리개 각각의 외벽은 반사성 물질 또는 광흡수 물질로 형성된 발광다이오드 어레이.
  18. 제1 항에 있어서,
    상기 조리개 기판의 입사면에서 상기 복수의 발광다이오드의 접합 영역을 제외한 영역이 반사막으로 덮인 발광다이오드 어레이.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드가 일렬 또는 복수열로 배열되는 발광다이오드 어레이.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드와 복수의 렌즈는, 상기 복수의 발광다이오드에서 방출되는 상면에 맺히는 광빔의 스폿이 등간격이 되도록 배치되는 발광다이오드 어레이.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 상기 복수의 조리개 각각의 출사단쪽의 표면이 볼록한 곡면으로 형성되어 굴절력을 가지는 투명한 렌즈층으로 형성된 발광다이오드 어레이.
  22. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는, 상기 복수의 조리개 각각의 출사단쪽의 불순물 농도가 다르게 되어 굴절력을 가지는 투명한 렌즈층으로 형성되는 발광다이오드 어레이.
  23. 피노광체를 주주사방향으로 노광시키기 위한 라인 프린터 헤드로서,
    제1 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 기재된 발광다이오드 어레이를 포함하는 라인 프린터 헤드.
  24. 감광체;
    상기 감광체의 피주사면에 광을 주사하여 정전잠상을 형성하는 것으로서, 제23 항에 기재된 라인 프린터 헤드; 및
    상기 감광체에 형성된 정전잠상에 토너를 공급하여 현상시키는 현상 장치;를 포함하는 전자 사진 방식의 화상 형성 장치.
  25. 복수의 발광다이오드를 주기판의 상면에 마련하는 단계;
    상기 복수의 발광다이오드가 마련되는 위치마다 조리개를 상기 주기판에 형성하는 단계; 및
    상기 조리개가 형성되는 위치마다 렌즈를 상기 주기판의 배면에 마련하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 주기판은 상기 복수의 발광다이오드가 결정성장되는 성장기판인 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  27. 제25 항에 있어서,
    상기 복수의 발광다이오드를 주기판의 상면에 마련하는 단계는,
    별도의 성장기판 상에 발광다이오드층을 성장시키는 단계;
    상기 발광다이오드층을 상기 주기판상에 접합하는 단계; 및
    상기 발광다이오드층을 식각하고 전극을 형성하여 개별 발광다이오드를 분리하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  28. 제27 항에 있어서,
    상기 발광다이오드층을 상기 주기판상에 접합하는 단계는,
    상기 발광다이오드층을 상기 성장기판으로부터 분리하는 단계; 및
    분리된 상기 발광다이오드층을 상기 주기판상에 접합하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  29. 제28 항에 있어서,
    상기 발광다이오드층을 성장시키는 단계는, 상기 성장기판과 상기 발광다이오드층 사이에 분리층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 발광다이오드층을 상기 성장기판으로부터 분리하는 단계는, 상기 분리층을 선택적으로 식각하여 상기 성장기판과 상기 발광다이오드층을 분리하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  30. 제27 항에 있어서,
    상기 발광다이오드층을 상기 주기판상에 접합하는 단계는,
    상기 발광다이오드층의 상면을 상기 주기판상에 기판접합하는 단계; 및
    상기 성장기판을 상기 발광다이오드층으로부터 분리하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  31. 제30 항에 있어서,
    상기 성장기판을 상기 발광다이오드층으로부터 분리하는 단계는, 상기 성장기판 전체를 상기 발광다이오드층으로부터 선택적으로 식각하여 제거하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  32. 제31 항에 있어서,
    상기 발광다이오드층을 성장시키는 단계는, 상기 성장기판과 발광다이오드층 사이에 식각저지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  33. 제30 항에 있어서,
    상기 발광다이오드층을 성장시키는 단계는, 상기 성장기판과 상기 발광다이오드층 사이에 분리층을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 성장기판을 상기 발광다이오드층으로부터 분리하는 단계는, 상기 분리층을 선택적으로 식각하여 상기 성장기판과 상기 발광다이오드층을 분리하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  34. 제27 항에 있어서,
    상기 주기판의 상면에 배선회로를 마련하는 단계를 더 포함하며,
    상기 발광다이오드층을 상기 주기판상에 접합하는 단계는, 상기 발광다이오드층의 상면을 상기 주기판상에 플립칩 본딩하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  35. 제27 항 내지 제34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광다이오드층을 상기 주기판상에 접합하는 단계는, 상기 발광다이오드층을 복수개 상기 주기판상에 이전하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  36. 제35 항에 있어서,
    상기 주기판은 대면적 유리 기판인 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  37. 제27 항 내지 제34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주기판은 발광다이오드 구동용 집적회로 기판인 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  38. 제37 항에 있어서,
    상기 주기판은 실리콘 기판인 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  39. 제27 항에 있어서,
    상기 주기판은 인쇄회로기판이며,
    상기 복수의 발광다이오드를 마련하는 단계는,
    별도의 성장기판 상에 복수의 발광다이오드를 형성하는 단계;
    상기 복수의 발광다이오드를 개별적으로 분리하는 단계; 및
    분리된 상기 복수의 발광다이오드를 상기 주기판에 실장하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  40. 제25 항에 있어서,
    상기 렌즈를 마련하는 단계는,
    렌즈를 투명기판에 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 렌즈가 상기 조리개의 출사단에 대응되도록 정렬시키면서 상기 투명기판을 상기 주기판의 배면에 접합하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  41. 제25 항에 있어서,
    상기 렌즈를 마련하는 단계는,
    투명기판을 상기 주기판의 배면에 접합하는 단계; 및
    상기 조리개의 출사단에 대응되는 위치마다 렌즈를 상기 투명기판에 형성하는 단계;를 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  42. 제40 항 또는 제41 항에 있어서,
    상기 투명기판의 렌즈는 용융성형 방법, 포토리소그래피 방법, 임프린트 방법, 또는 불순물 확산 방법으로 형성하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  43. 제40 항 또는 제41 항에 있어서,
    상기 주기판과 상기 투명기판은 SOG(Spin On Glass)로 접합하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  44. 제25 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조리개를 형성하는 단계는,
    상기 복수의 발광다이오드가 성장된 위치에 대응되는 위치마다 상기 주기판의 배면에 구멍을 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  45. 제44 항에 있어서,
    상기 구멍을 형성하는 단계는,
    상기 구멍을 상기 주기판의 배면쪽 단면적이 상기 주기판의 상면쪽 단면적과 같거나 그보다 더 넓도록 형성하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  46. 제45 항에 있어서,
    상기 구멍은 화학적 식각 방법 또는 물리적 식각 방법을 이용하는 형성하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
  47. 제44 항에 있어서,
    상기 조리개를 형성하는 단계는,
    상기 주기판의 구멍마다 투명물질을 채우는 단계를 더 포함하는 발광다이오드 어레이의 제조방법.
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