KR20180052977A - 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 및 이를 포함하는 조명 장치 - Google Patents

마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 및 이를 포함하는 조명 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 적층체 상에 직접 트랜지스터부가 적층된 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드는 기판; 상기 기판의 일면 상에 적층되는 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층체; 상기 p형 반도체층 상에 형성되는 p형 전극; 상기 반도체 적층체 상에 적층되는 절연층; 및 상기 절연층 상에 적층되며, 상기 p형 전극과 전기적으로 연결되는 트랜지스터부;를 포함하고, 적어도 상기 활성층과 상기 p형 반도체층은 2차원으로 배열된 복수의 단위 적층구조물로 분리되어 마이크로 픽셀 어레이를 이룰 수 있다.

Description

마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 및 이를 포함하는 조명 장치{Micro pixel array light emitting diode and lighting device having the same}
본 발명은 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 적층체 상에 직접 트랜지스터부가 적층된 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 및 이를 포함하는 조명 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 운송수단용 조명장치에는 야간 주행 시 전방을 조명하여 시야를 확보할 수 있도록 헤드램프가 구비되며, 헤드램프의 광원으로는 발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)가 사용되고 있다. 이러한 헤드램프는 주행 상황에 따라 운전자가 헤드램프의 조사 각도를 상향 또는 하향으로 조정이 가능하도록 구비된다.
하지만, 야간에 운전자는 고정되어 있는 빛 조사방향 때문에 커브가 많은 도로나, 커브 각이 큰 도로, 가로등이 없는 어두운 도로에서 주행하는 경우에 갑자기 마주하게 되는 보행자나 물체로 인해 능동적으로 대처하는데 어려움이 있다.
이를 해결하고자 트랜지스터 어레이에 발광다이오드 어레이를 본딩(bonding)하여 각각의 발광다이오드를 제어함으로써, 주변환경에 따라 발광 패턴을 다르게 하는 방법이 시도되고 있으나, 트랜지스터 어레이에 각각 발광다이오드를 본딩하는 경우에는 공정 시간이 증가하게 되고, 발광다이오드 어레이 기판을 제조하여 트랜지스터 어레이에 본딩하는 경우에는 발광다이오드 어레이 기판의 제조공정 중에 발광다이오드 어레이 기판이 휘게 되어 트랜지스터 어레이와 발광다이오드 어레이 기판의 본딩이 어렵게 되며, 본딩 불량을 최소화하기 위해 소정 크기(예를 들어, 2×2 ㎟)보다 큰 발광다이오드 어레이를 제작할 수 없었고, 다수의 발광다이오드 중 하나라도 본딩 불량이 발생하게 되면 모든 발광다이오드의 구동이 어려워지는 문제가 있다.
한국공개특허공보 제10-2016-0083035호
본 발명은 반도체 적층체 상에 직접 트랜지스터부를 적층하여 트랜지스터 어레이와의 본딩 공정을 생략할 수 있는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 및 이를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드는 기판; 상기 기판의 일면 상에 적층되는 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층체; 상기 반도체 적층체 상에 적층되는 절연층; 및 상기 절연층 상에 적층되며, 상기 활성층의 발광을 제어하는 트랜지스터부;를 포함할 수 있다.
상기 반도체 적층체는 상기 기판 상에 에피택셜 성장될 수 있다.
상기 p형 반도체층 상에 형성되는 p형 전극;을 더 포함하고, 상기 트랜지스터부는 상기 p형 전극과 전기적으로 연결되며, 적어도 상기 활성층과 상기 p형 반도체층은 2차원으로 배열된 복수의 단위 적층구조물로 분리되어 마이크로 픽셀 어레이를 이룰 수 있다.
상기 n형 반도체층과 전기적으로 연결되는 n형 전극;을 더 포함하고, 상기 n형 전극은 상기 복수의 단위 적층구조물의 공통 전극으로 형성될 수 있다.
상기 n형 전극은 상기 마이크로 픽셀 어레이의 외곽에 형성될 수 있다.
2차원으로 배열된 상기 트랜지스터부를 제1 방향 라인별로 연결하는 복수의 제1 패드; 및 상기 트랜지스터부를 상기 제1 방향 라인과 교차하는 제2 방향 라인별로 연결하는 복수의 제2 패드;를 더 포함할 수 있다.
상기 기판의 타면 상에 상기 복수의 단위 적층구조물에 대응되도록 제공되는 마이크로 렌즈;를 더 포함할 수 있다.
상기 트랜지스터부와 전기적으로 연결되는 캐패시터부;를 더 포함할 수 있다.
상기 트랜지스터부 상에 적층되는 평탄절연층;을 더 포함하고, 상기 캐패시터부는 상기 평탄절연층 상에 상기 트랜지스터부와 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다.
상기 트랜지터부는 상기 p형 전극에 접속되어 상기 p형 전극에 공급되는 전류를 스위칭하는 제1 트랜지스터를 포함할 수 있다.
상기 트랜지터부는 상기 제1 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜지스터의 게이트에 공급되는 전류를 스위칭하는 제2 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
상기 p형 전극 또는 상기 트랜지스터부에 연결되는 방열 구조물;을 더 포함할 수 있다.
상기 p형 반도체층 상에 제공되는 반사층;을 더 포함하고, 상기 기판은 투명 기판일 수 있다.
상기 기판의 일면 또는 타면 상에 제공되어 상기 반도체 적층체에서 방출되는 빛의 특성을 변화시키는 광특성조정부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드; 및 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 트랜지스터부가 본딩되어 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드가 실장되는 회로 기판;을 포함할 수 있다.
상기 회로 기판에 연결되어 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 구동하는 드라이버 모듈;을 더 포함하고, 상기 드라이버 모듈은, 상기 트랜지스터부를 제어하는 제어신호를 생성하는 로직 회로부; 및 상기 제어신호에 따라 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드에 전류를 제공하는 파워 회로부를 포함할 수 있다.
상기 로직 회로부와 상기 파워 회로부는 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 주위에 분리되어 각각 배치될 수 있다.
주변환경 정보를 측정하여 상기 드라이버 모듈에 전달하는 주변 측정부;를 더 포함하고, 상기 드라이버 모듈은 상기 주변 측정부로부터 전달된 주변환경 정보에 따라 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 발광 패턴을 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법은 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 적층하여 반도체 적층체를 형성하는 단계; 상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 식각하여 패터닝하는 단계; 상기 p형 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계; 상기 반도체 적층체 상에 절연층을 적층하는 단계; 및 상기 p형 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 절연층 상에 트랜지스터부를 적층하는 단계;를 포함하고, 상기 패터닝하는 단계에서는 적어도 상기 활성층과 상기 p형 반도체층이 2차원으로 배열된 복수의 단위 적층구조물로 분리되어 마이크로 픽셀 어레이를 이룰 수 있다.
상기 반도체 적층체를 형성하는 단계에서는 상기 기판 상에 상기 반도체 적층체를 에피택셜 성장시킬 수 있다.
상기 n형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 n형 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 n형 전극을 형성하는 단계에서는 상기 복수의 단위 적층구조물의 공통 전극으로 상기 n형 전극을 형성할 수 있다.
상기 트랜지스터부 상에 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 트랜지스터부의 소스와 게이트의 적어도 일부가 각각 노출되도록 상기 층간절연층을 식각하는 단계; 및 노출된 상기 소스와 상기 게이트에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 층간절연층 상에 소스 패드 및 게이트 패드를 각각 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 소스 패드 및 게이트 패드를 각각 형성하는 단계에서는, 상기 소스를 제1 방향 라인별로 연결하도록 복수의 상기 소스 패드를 형성하고, 상기 게이트를 상기 제1 방향 라인과 교차하는 제2 방향 라인별로 연결하도록 복수의 상기 게이트 패드를 형성할 수 있다.
상기 기판 상에 상기 반도체 적층체에서 방출되는 빛의 특성을 변화시키는 광특성조정부를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드는 반도체 적층체 상에 직접 트랜지스터부를 적층함으로써, 트랜지스터 어레이와의 본딩 공정을 생략할 수 있다. 이에 따라 본딩 불량을 방지할 수 있고, 조명 장치에 사용되는 광원의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 트랜지스터 어레이와의 본딩 공정을 생략할 수 있어 종래보다 큰 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 제작할 수 있으며, 단위 적층구조물의 수가 많아지더라도 트랜지스터 어레이 기술을 필요로 하지 않아 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제작이 용이해질 수 있다.
그리고 본 발명에서는 p형 전극과 연결된 트랜지스터부의 소스와 게이트를 이용하여 액티브(Active) 구동을 하고 n형 반도체층이 전기적으로 모두 연결되어 있기 때문에 n형 전극을 n형 반도체층의 공통 전극으로 사용할 수 있어서, 발광 영역 외곽의 비발광부에 n형 전극을 형성할 수 있고, 이에 따라 단위 적층구조물 간의 간격을 최소화할 수 있으며, 단위 적층구조물들 사이의 암부 영역(dark region)을 최소화할 수 있다.
본 발명의 조명 장치는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 사용함으로써, 드라이버 모듈를 통해 마이크로 픽셀을 개별적으로 제어할 수 있고, 주변환경에 따라 발광 패턴을 조정할 수 있다. 이에 따라 운전자가 감지 대상물 또는 도로환경을 쉽게 인지할 수 있어 충돌사고를 예방할 수 있고, 운전자의 시야성을 높여줄 수 있으며, 대향차 운전자의 눈부심을 방지할 수 있다.
한편, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드와 드라이버 모듈을 하나의 방열부재로 방열시킬 수 있으므로, 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있고, 제조비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 n형 전극과 제1 및 제2 패드의 형성을 설명하기 위한 개념도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 평탄절연층과 방열 구조물을 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 트랜지스터부를 나타내는 회로도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 나타내는 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치를 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이버 모듈을 나타내는 평면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 발광 패턴을 설명하기 위한 개념도.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법을 나타낸 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 설명 중, 동일 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하도록 하고, 도면은 본 발명의 실시예를 정확히 설명하기 위하여 크기가 부분적으로 과장될 수 있으며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 기판(110); 상기 기판(110)의 일면 상에 적층되는 n형 반도체층(121), 활성층(122), p형 반도체층(123)을 포함하는 반도체 적층체(120); 상기 반도체 적층체(120) 상에 적층되는 절연층(130); 및 상기 절연층(130) 상에 적층되며, 상기 활성층(122)의 발광을 제어하는 트랜지스터부(140);를 포함할 수 있다.
기판(110)은 반도체 단결정을 성장시키는데 적합한 기판으로서, 사파이어를 포함하는 투명한 재료를 이용하여 형성될 수 있는데, 사파이어 이외에도 산화아연(ZnO), 질화갈륨(GaN), 탄화규소(SiC), 질화알루미늄(AlN), 실리콘(Silicon; Si), 실리콘 산화물(Silicon Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 한편, 사파이어와 같은 물질로 형성된 기판과 반도체층의 격자정합을 향상시키기 위하여 기판(110) 상에 일반적으로 AlN/GaN층 또는 GaN층으로 이루어진 버퍼층이 형성될 수 있으나, 본 발명의 실시예에서는 상기 버퍼층의 자세한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 반도체 적층체(120)가 유기 반도체층으로 이루어진 경우에는 실리콘(Si) 기판 외에도 비정질 실리콘(Amorphous Silicon; a-Si) 기판, 다결정 실리콘(Polycrystalline Silicon; Poly Si) 기판, 산화물(Oxide) 기판 등을 사용할 수도 있다.
반도체 적층체(120)는 기판(110)의 일면 상에 적층되는 n형 반도체층(121), 활성층(122) 및 p형 반도체층(123)을 포함할 수 있고, n형 반도체층(121), 활성층(122) 및 p형 반도체층(123)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 아래에서는 일실시예로 질화갈륨(GaN)계 반도체에 대해서 주로 설명할 것인데, 이러한 재료에 특별히 한정되는 것은 아니다.
n형 반도체층(121)은 기판(110) 상에 형성될 수 있고, 질화갈륨계 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, n형 반도체층(121)은 n형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, n형 도전형 불순물로는 Si, Ge, Sn 등을 사용할 수 있고, Si가 주로 사용되고 있다.
활성층(122)은 n형 반도체층(121) 상에 형성될 수 있고, 다중 양자우물(Multi-Quantum Well) 구조의 InGaN/GaN층으로 이루어질 수 있다. 그리고 활성층(122)은 n형 반도체층(121)과 p형 반도체층(123)에 전압이 인가되거나 전류가 공급되는 경우에 발광할 수 있다.
p형 반도체층(123)은 활성층(122) 상에 형성될 수 있고, 질화갈륨계 반도체 물질로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, p형 반도체층(123)은 p형 도전형 불순물이 도핑된 GaN층 또는 GaN/AlGaN층으로 이루어질 수 있으며, p형 도전형 불순물로는 Mg, Zn, Be 등을 사용할 수 있고, Mg가 주로 사용되고 있다.
p형 반도체층(123)과 활성층(122)의 일부는 메사 식각(MESA Etching)으로 제거될 수 있으며, 이를 통해 저면에 n형 반도체층(121)의 일부를 노출시킬 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 p형 반도체층(123) 상에 형성되는 p형 전극(23);을 더 포함할 수 있다. p형 전극(23)은 p형 반도체층(123) 상에 형성될 수 있고, Ag, Al, Au, Cr, Ir, Mg, Nd, Ni, Pd, Pt, Rh, Ti, W 등의 반사도가 높은 금속을 이용하여 반사전극으로 형성될 수도 있다. 여기서, 반사전극은 활성층(122)에서 발광된 빛 중 기판(110) 쪽이 아닌 반대 방향으로 방사되는 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시키는 역할을 할 수 있다. 또한, p형 전극(23)은 상기 반사도가 높은 금속 중 둘 이상의 합금으로 형성되거나 이종 금속의 적층구조로 형성될 수도 있고, ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3막과 상기 반사도가 높은 금속의 적층구조로 형성될 수도 있다. 그리고 p형 반도체층(123)과의 접착력을 향상시키기 위한 접착층이나, 오믹접속이 가능하게 하는 오믹접속층 등이 더 적층될 수도 있다. 또한, p형 전극(23)은 p형 반도체층(123)의 면적보다 작게 형성되거나 p형 반도체층(123)이 노출되지 않도록 p형 반도체층(123)의 면적과 동일하게 형성될 수 있는데, p형 반도체층(123)이 노출되지 않도록 형성하는 이유는 반사면을 늘려 반사면에 의해 반사되는 빛을 최대한 많게 하기 위함이다.
절연층(130, 또는 평탄화층)은 반도체 적층체(120) 상에 적층될 수 있고, p형 전극(23)의 적어도 일부를 피복할 수 있다. 절연층(130)은 IMD(Inter Metal Dielectric)층 또는 ILD(Inter Layer Dielectric)층일 수 있고, p형 전극(23)과 특성이 다른 반도체 사이(예를 들어, p형 전극과 n형 반도체), 특성이 다른 반도체 상호 간(예를 들어, n형 반도체와 p형 반도체), 반도체 적층체(120)과 트랜지스터부(140) 사이, p형 전극(23)에 직접 연결되지 않는 트랜지스터부(140)의 구성요소와 p형 전극(23) 사이(예를 들어, p형 전극과 게이트, p형 전극과 소스)를 서로 절연되도록 하는 역할을 할 수 있다. 또한, 절연층(130)은 본 발명에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 플립칩 방식으로 회로 기판(210)에 접합하기 위하여 반드시 가하게 되는 열과 압력으로부터 반도체 적층체(120)의 반도체층들을 보호하는 역할도 수행할 수 있다. 그리고 절연층(130)의 유전율이 높은 경우에는 절연층(130)과 반도체층(또는 금속층) 상/하부 사이에 자연적으로 캐패시터(기생 캐패시터)가 형성이 되는데, 절연층(130)을 유전율이 낮은 유기물질로 형성하면 기생 캐패시턴스를 감소시킬 수 있다.
또한, 절연층(130)은 감광성 폴리이미드(Photo Sensitive PolyImide; PSPI), 이산화 실리콘(SiO2), 사질화이규소(Si2N4), 알루미나(Al2O3), 질화 실리콘(SiN) 등의 전기적 절연성을 갖는 산화물 또는 질화물 및 절연 특성을 가지며 온도나 습도의 변화를 차단할 수 있는 물질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 절연층(130)은 우수한 전기적 절연성을 갖는 산화물 또는 질화물로 형성될 수 있으며, 내구성 및 연성이 우수하면서도 절연특성까지 우수하고 두꺼운 박막의 제조가 가능한 유기절연체층으로 형성될 수 있다. 상기 유기절연체층은 유기물질로 이루어지고, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 패키징시 열과 압력에 의한 스트레스를 완화하는 스트레스 버퍼 역할을 할 수 있다.
그리고 절연층(130)은 평탄화층일 수 있는데, p형 전극(23) 또는 반도체 적층체(120) 상에 트랜지스터부(140)를 증착(또는 적층)할 수 있도록 반도체 적층체(120) 상에 적층되어 반도체 적층체(120) 상의 증착면을 평탄화시켜 줄 수 있다. 이에 따라 반도체 적층체(120) 상에 트랜지스터부(140)를 적층하여 형성할 수 있다. 그리고 절연층(130)은 반도체 적층체(120)와 트랜지스터부(140)의 사이에 제공되어 형성 재료 또는 성장 방향이 다른 반도체 적층체(120)와 트랜지스터부(140) 간의 응력(stress)을 완화시켜 줄 수 있고, 트랜지스터부(140)의 전기적 특성 저하를 방지하기 위해 절연층(130)의 표면은 고평탄면으로 이루어질 수도 있다.
종래에는 트랜지스터를 이용하여 발광다이오드 어레이를 제어하기 위해서 트랜지스터 어레이에 발광다이오드 어레이를 본딩(bonding)하여 사용하였는데, 발광다이오드 어레이를 트랜지스터 어레이에 본딩하는 경우에는 발광다이오드 어레이의 제조공정 중에 발광다이오드 어레이가 휘게 되어 트랜지스터 어레이와 발광다이오드 어레이의 본딩이 어렵게 되며, 본딩 불량을 최소화하기 위해 소정 크기(예를 들어, 2×2 ㎟)보다 큰 발광다이오드 어레이를 제작할 수 없어 이보다 큰 발광다이오드 어레이를 사용하기 위해서는 여러 개의 발광다이오드 어레이를 배열하여 사용할 수 밖에 없었고, 다수의 발광다이오드 중 하나라도 본딩 불량이 발생하게 되면 모든 발광다이오드의 구동이 어려워지는 문제가 있었다.
하지만, 본 발명에서는 반도체 적층체(120) 상의 증착면을 평탄화시켜주는 절연층(130)을 통해 반도체 적층체(120) 상에 직접 트랜지스터부(140)를 적층함으로써, 트랜지스터 어레이와의 본딩 공정을 생략할 수 있다. 이에 따라 본딩 불량을 방지할 수 있고, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 자동차 헤드램프에 사용되는 경우에는 자동차 헤드램프에 사용되는 광원의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 트랜지스터 어레이와의 본딩 공정을 생략할 수 있어 종래(예를 들어, 2×2 ㎟)보다 큰 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 제작할 수 있으며, 단위 적층구조물(125)의 수가 많아지더라도 트랜지스터 어레이 기술을 필요로 하지 않아 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 제작이 용이해질 수 있다.
트랜지스터부(140)는 절연층(130) 상에 적층될 수 있고, 활성층(122)의 발광을 제어할 수 있다. 이때, 트랜지스터부(140)는 p형 전극(23)과 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 트랜지스터부(140)는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT), 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(Metal Oxide Silicon(Semiconductor) Field Effect Transistor; MOSFET)를 포함할 수 있는데, 상기 박막 트랜지스터(TFT)는 비정질 실리콘 박막 트랜지스터(a-Si TFT), 산화물 박막 트랜지스터(oxide TFT), 다결정 실리콘 박막 트랜지스터(Poly-Si TFT) 등일 수 있다. 트랜지스터부(140)는 소스(source, 141), 드레인(drain, 142), 게이트(gate, 143)를 포함할 수 있고, 드레인(142) 또는 소스(141)가 p형 전극(23)에 연결될 수 있다. 이하에서는 드레인(142)이 p형 전극(23)에 연결되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다.
드레인(142)은 노출된 p형 전극(23)에 연결될 수 있는데, p형 전극(23)의 적어도 일부가 노출되도록 절연층(130)을 식각한 비아홀(via hole)을 통해 드레인(142)과 p형 전극(23)이 접속될 수 있다. 소스(141)와 게이트(143)에는 선택적으로 전원이 공급될 수 있는데, 소스(141)와 게이트(143)에 모두 전원이 공급되어야 드레인(142)에 전류가 공급될 수 있고, 드레인(142)을 통해 p형 전극(23)에 전류가 공급되어 p형 전극(23)과 전기적으로 연결된 활성층(122)에서 빛이 발광될 수 있다. 여기서, 소스(141)와 드레인(142)은 서로 이격될 수 있으며, 소스(141)와 드레인(142) 사이에 게이트 절연막(Gate Insulator; GI, 143a)이 제공되고 소스(141)와 드레인(142)의 사이를 전기적으로 연결할 수 있도록 게이트 절면막(143a) 상에 게이트(143)가 형성될 수 있다.
반도체 적층체(120)는 에피택셜 성장층(Epitaxial Growth layer)일 수 있는데, 예를 들어 질화갈륨계 반도체층일 수 있다. 상기 에피택셜 성장층은 에피택셜(epitaxial)로 성장시켜야 하므로, 기판(110) 상에 트랜지스터부(140)를 먼저 형성하고 트랜지스터부(140) 상에 반도체 적층체(120)를 에피택셜로 성장시키는 데 어려움이 있으며, 트랜지스터부(140) 또는 절연층(130)의 표면에는 반도체 적층체(120)를 에피택셜로 성장시킬 수 없다.
하지만, 본 발명에서는 기판(110)의 표면에 에피택셜로 성장된 반도체 적층체(120) 상에 절연층(130)과 트랜지스터부(140)를 적층하므로, 별도의 본딩 공정 없이 인시튜(in-situ)로 적층하여 트랜지스터부(140)를 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 제조할 수 있다.
상기 에피택셜 성장층은 성장 기판 또는 격자정합을 향상시키기 위한 AlN/GaN층, GaN층 등의 버퍼층 상에 성장될 수 있는데, 반도체 적층체(120)는 기판(110) 상에 에피택셜 성장될 수 있고, 기판(110)은 성장 기판일 수 있다.
한편, 기판(110)은 성장 기판이 아닐 수도 있는데, 반도체 적층체(120)가 별도의 성장 기판에 성장되어 기판(110)에 전사(transfer)될 수도 있다.
그리고 반도체 적층체(120) 중 적어도 활성층(122)과 p형 반도체층(123)은 2차원으로 배열된 복수의 단위 적층구조물(125)로 분리되어 마이크로 픽셀 어레이를 이룰 수 있는데, 상기 마이크로 픽셀 어레이는 발광 영역을 형성할 수 있고, 반도체 적층체(120)가 복수의 단위 적층구조물(125)로 구획되어 마이크로 픽셀(micro-pixel)별로 개별 점소등을 할 수 있다. 한편, 상기 마이크로 픽셀 어레이의 외곽은 비발광부(또는 비발광 영역)일 수 있으며, 복수의 단위 적층구조물(125)에는 p형 전극(23)이 각각 형성될 수 있고, p형 전극(23)에 대응되어 트랜지스터부(140)도 각각 형성될 수 있다.
한편, 복수의 단위 적층구조물(125)은 일정 개수씩 복수의 단위 블록(예를 들어, 라인별)으로 그룹화될 수 있는데, 그룹별로 트랜지스터부(140)가 제공될 수도 있다. 예를 들어, 적색광(Red; R), 녹색광(Green; G), 청색광(Blue; B)이 ‘L’자 형태로 그룹화될 수 있고, 적색광(R), 녹색광(G), 청색광(B) 및 백색광(White; W)이 2×2(또는 사각형) 형태로 그룹화될 수 있는데, RGB 또는 RGBW 그룹별로 트랜지스터부(140)를 제공하여 백생광(W)만을 제어할 수 있다. RGB 또는 RGBW 단위 적층구조물(125) 각각에 트랜지스터부(140)를 형성하는 경우에는 트랜지스터부(140)를 통해 RGB 또는 RGBW 단위 적층구조물(125)을 제어하여 모든 색상의 빛을 구현할 수 있고, 단위 적층구조물(125)을 통한 발광의 온/오프(on/off)를 제어할 수도 있다.
본 발명에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 n형 반도체층(121)과 전기적으로 연결되는 n형 전극(21);을 더 포함할 수 있는데, 활성층(122)과 p형 반도체층(123)이 식각되어 노출된 n형 반도체층(121) 상에 형성될 수 있다. 여기서, n형 반도체층(121)은 활성층(122)과 p형 반도체층(123)을 복수의 단위 적층구조물(125)로 분리시키는 식각에 의해 노출될 수 있다.
n형 전극(21)은 복수의 단위 적층구조물(125)의 공통 전극(common electrode)으로 형성될 수 있는데, n형 반도체층(121)은 모두 전기적으로 연결되어 있을 수 있다. 여기서, n형 반도체층(121)은 연속되는 하나의 반도체층으로 형성되어 모두 전기적으로 연결될 수도 있고, 별도의 n형 확산층(미도시) 상에 서로 분리되어 형성됨으로써 상기 n형 확산층(미도시)을 통해 모두 전기적으로 연결될 수도 있는데, 연속되는 하나의 반도체층으로 형성되거나 서로 분리되어 복수의 반도체층으로 형성된 n형 반도체층(121) 상에 복수의 단위 적층구조물(125)로 분리되어 활성층(122)과 p형 반도체층(123)이 형성될 수 있다. 한편, n형 전극(21)을 형성하기 위해 n형 반도체층(121)을 노출시키는 식각에 의해 활성층(122)과 p형 반도체층(123)이 복수의 단위 적층구조물(125)로 분리될 수 있다.
그리고 n형 전극(21)은 상기 마이크로 픽셀 어레이의 외곽(즉, 발광 영역의 외곽 또는 비발광부)에 형성될 수 있다. n형 전극(21)을 n형 반도체층(121)의 공통 전극으로 형성하는 경우에는 반도체 적층체(120)의 가장자리부(즉, 상기 마이크로 픽셀 어레이의 외곽)에만 n형 전극(21)을 형성할 수 있으므로, 복수의 단위 적층구조물(125) 사이마다 n형 전극(21)을 형성하지 않아도 되기 때문에 단위 적층구조물(125) 간의 간격을 최소화할 수 있고, 이에 따라 단위 적층구조물(125)들 사이의 암부 영역(dark region)을 최소화할 수 있다.
그리고 n형 전극(21)은 반도체 적층체(120)의 둘레를 따라 형성될 수 있는데, 이러한 경우에는 n형 전극(21)에 전원이 인가될 때에 n형 전극(21)과의 거리에 따른 단위 적층구조물(125) 간의 전류(또는 공급 전류량) 차이를 최소화할 수 있다.
한편, p형 전극(23)이 아닌 n형 전극(21)을 공통 전극으로 형성하는 이유는 n형 반도체층(121)이 p형 반도체층(123)보다 상대적으로 전기전도도가 우수하여 빠르게 전류가 흐를 수 있기 때문이다. 또한, n형 반도체층(121)은 전기전도도가 우수하여 전류가 빠르게 흐를 수 있기 때문에 반도체 적층체(120)의 둘레에만 n형 전극(21)을 형성하여도 중앙부의 단위 적층구조물(125)과 가장자리부의 단위 적층구조물(125) 간의 전류 차이가 거의 없어 문제가 되지 않는다. 이에 따라 반도체 적층체(120)의 가장자리부에만 n형 전극(21)을 형성하여 단위 적층구조물(125)들 사이의 암부 영역을 최소화할 수 있다.
본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 플립칩(flip-chip) 방식 등의 바텀 에미션(bottom-emission) 방식 발광다이오드일 수 있는데, 바텀 에미션 방식 발광다이오드는 반도체 적층체(120)의 상면을 통해 빛을 방출시키는 것이 아니라 기판(110)에서 빛을 방출시키는 발광다이오드이며, 본 발명에서는 기판(110) 상에 바로 반도체 적층체(120)가 적층되고 반도체 적층체(120) 상에 트랜지스터부(140)가 적층될 수 있어서, 반도체 적층체(120)에서 발광된 빛이 트랜지스터부(140) 등의 다른 구성 요소에 차단, 흡수되는 등의 방해를 받지 않고 기판(110)을 통해 효과적으로 출사될 수 있다.
이러한 바텀 에미션 방식 중 플립칩 방식은 칩을 뒤집어 기판(110)에서 빛을 방출시키는 발광다이오드로, 탑에미션(top-emission) 등의 종래 방식에서 반도체 적층체(120)의 상면에 있는 p형 전극(23) 등으로 인해 빛이 반사되어 방출되지 못하였던 문제점을 개선한 것이다. 이를 위해 본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 p형 반도체층(123) 상(예를 들어, p형 반도체층과 p형 전극 사이)에 제공되는 반사층(160);을 더 포함할 수 있고, 기판(110)은 투명 기판일 수 있다. 한편, n형 전극(21)에는 본딩부의 높이(또는 본딩면)를 일치시켜 주기 위해 n형 본딩 패드(21a,21b)가 연결될 수 있고, n형 본딩 패드(21a,21b)가 본딩되어 n형 전극(21)이 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.
기판(110)은 기판(110)을 통해 빛을 방출시키기 위해서 p-n접합(또는 n형 반도체층과 p형 반도체층 사이) 부근 또는 활성층(122)에서 발광된 빛을 투과시킬 수 있는 투명 기판일 수 있다.
반사층(160)은 금속으로 이루어져 거울면을 형성하는 금속 반사층 또는 서로 다른 굴절율을 갖는 산화물층들(예를 들어, SiO2와 TiO2)을 교번 적층하여 형성하는 분산 브래그 반사(Distributed Bragg Reflecting: DBR)층일 수 있고, 발광효율을 보다 높이기 위해 p형 반도체층(123)과 p형 전극(23) 사이에 제공되어 기판(110)의 반대방향으로 방사되는 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시킬 수 있다. 이에 따라 종래의 탑에미션 방식보다 개선된 발광효율을 얻을 수 있다.
그리고 플립칩 방식 발광다이오드는 플립칩 본딩되는 회로 기판(210)에 접하는 방열판(241)과 실제로 열이 발생하는 활성층(122)의 거리가 가까워져 열을 보다 쉽게 방출시킬 수 있다는 장점도 있다.
한편, 기판(110)의 반대방향으로 방사되는 빛을 기판(110) 쪽으로 반사시키기 위해 p형 전극(23)을 반사전극으로 형성할 수 있고, p형 전극(23)이 반사전극인 경우에는 반사층(160)이 형성되지 않을 수 있다.
본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 기판(110) 상에 제공되어 반도체 적층체(120)에서 방출되는 빛의 특성을 변화시키는 광특성조정부(170);를 더 포함할 수 있다. 광특성조정부(170)는 기판(110)의 일면 또는 타면 상에 기판(110)과 접하여 형성될 수 있고, 반도체 적층체(120)에서 방출되는 빛의 특성을 변화시킬 수 있는데, 빛의 색, 출사 방향 및 출사량 등을 변화시킬 수 있다.
예를 들어, 광특성조정부(170)는 외부로 백색광을 방출하기 위해서 반도체 적층체(120)에서 방출되는 빛의 색을 백색으로 변환시킬 수 있는데, 형광체(phosphor)를 이용하거나 양자점(Quantum Dot; QD)을 이용할 수 있다.
상기 형광체는 빛, 방사선 등의 조사로 여기되어 형광을 발하는 물질로, 반도체 적층체(120)에서 방출되는 빛의 색에 보색관계에 있는 색의 형광체를 사용하는 경우에 백색광을 구현할 수 있다. 그리고 상기 형광체는 실리콘-형광체(silicone phosphors), 형광체 삽입 유리기판(Phosphor Inserted Glass; PIG) 등의 형태로 사용할 수 있다. 여기서, 실리콘-형광체는 실리콘과 형광체의 혼합물(층)일 수도 있고, 실리콘계 형광체(층)일 수도 있다.
상기 양자점(QD)은 화학적 합성 공정을 통해 만들어져 자체적으로 빛을 내는 수 나노미터(㎚)의 반도체 결정으로, 상기 양자점(QD)도 반도체 적층체(120)에서 방출되는 빛의 색에 보색관계에 있는 색의 양자점(QD)을 사용하는 경우에 백색광을 구현할 수 있다. 그리고 상기 양자점(QD)은 양자점 시트(QD sheet) 등의 형태로 사용할 수 있다.
일실시예로, 청색 발광다이오드를 사용하는 경우에는 황색 형광체 또는 황색 양자점을 사용할 수 있는데, 상기 청색 발광다이오드에서 방출되는 350 내지 450㎚ 파장 영역의 청색광(B)과 상기 황색 형광체 또는 황색 양자점에 의해 방사되는 550 내지 650㎚ 파장 영역의 황색광(Y = R + G)이 혼합되어 480 내지 530㎚ 파장 영역의 백색광(W)이 출사될 수 있다. 여기서, 상기 황색 형광체로는 InGaN, YAG:Ce, ZnS:Mn 등의 물질을 이용할 수 있고, 황색광(Y)은 적색 형광체 또는 양자점에 의한 적색광(R)과 녹색 형광체 또는 양자점에 의한 녹색광(R)을 혼합하여 생성할 수도 있다.
또한, 광특성조정부(170)는 외부로 방출되는 빛의 출사량(또는 광추출효율)을 증가시킬 수 있고, 기판(110)의 표면에 형성되는 광추출구조(층)일 수 있는데, 기판(110)에서 공기중으로 빛을 출사시킬 수 있는 기판(110)의 타면에 형성되는 것이 바람직할 수 있다. 광특성조정부(170)는 유리기판(Glass)의 표면을 오목, 볼록, 반구형, 피라미드형, 콘형, 쐐기형, 삼각뿔형, 사각뿔형 또는 일방향으로 연장되는 형상 등의 형상으로 식각(etching)하여 패턴을 형성한 표면처리 유리기판(Patterned glass) 등의 광추출구조층 형태일 수 있고, 기판(110)의 표면 상에 직접 상기 패턴을 형성한 광추출구조 형태일 수도 있다. 상기 광추출구조(층)는 공기와의 계면에서 반도체 적층체(120)에서 방출되는 빛을 굴절 또는 광산란시켜 빛의 내부 반사를 줄일 수 있고, 이에 따라 빛이 효과적으로 출사될 수 있어 광추출효율을 향상시킬 수 있다.
그리고 광특성조정부(170)는 도포, 인쇄, 분사, 증착 등으로 형성할 수 있는데, 그 형성 방법에는 특별한 제한이 없으며, 상기 표면처리 유리기판을 사용하는 경우에는 기판(110)에 상기 표면처리 유리기판을 접착하여 형성할 수 있고, 기판(110)의 표면에 형성되는 상기 광추출구조의 경우에는 기판(110)을 식각하여 형성할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 n형 전극과 제1 및 제2 패드의 형성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 복수의 단위 적층구조물(125)은 상기 마이크로 픽셀 어레이의 라인별로 연결될 수 있는데, 서로 교차하는 두 방향(예를 들어, x축 방향과 y축 방향)의 라인별로 연결될 수 있다. 이러한 경우, 각 방향(또는 x축 방향과 y축 방향)의 라인들을 각각 선택하여 각 좌표(x,y)의 단위 적층구조물(125)을 개별적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, x축 방향 첫 번째 라인(또는 첫 번째 소스 패드)을 선택(또는 전원 인가)하고 y축 방향 첫 번째 라인(또는 첫 번째 게이트 패드)을 선택(또는 전원 인가)하는 경우에는 (1,1) 좌표의 단위 적층구조물(125)이 점등될 수 있고, 예를 들어, x축 방향 첫 번째와 두 번째 라인(또는 첫 번째와 두 번째 소스 패드)을 선택하고 y축 방향 첫 번째와 두 번째 라인(또는 첫 번째와 두 번째 게이트 패드)을 선택하는 경우에는 (1,1), (1,2), (2,1), (2,2) 좌표의 4개의 단위 적층구조물(125)이 점등될 수 있다.
그리고 본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 트랜지스터부(140)가 피복되도록 절연층(130) 상에 적층되는 층간절연층(180);을 더 포함할 수 있다. 층간절연층(180)은 절연층(130) 상에 적층될 수 있고, 트랜지스터부(140)의 구성요소(또는 소스, 드레인 및 게이트) 간, 각 구성요소에 연결되는 패드(예를 들어, 소스 패드와 게이트 패드) 간 및/또는 상호 연결되지 않은 구성요소와 패드(예를 들어, 소스와 게이트 패드, 게이트와 소스 패드) 사이를 서로 절연되도록 하는 역할을 할 수 있다. 그리고 층간절연층(180)은 산화물, 질화물 등의 절연층(130)의 형성 재료들 중에서 선택된 재료로 형성될 수 있으며, 절연층(130)과 동일한 재료로 형성될 수도 있고, 상이한 재료로 형성될 수도 있다. 또한, 층간절연층(180)은 제1 층간절연층(181)과 제2 층간절연층(182)을 포함할 수 있는데, 적층 순서에 따라 제1 층간절연층(181)과 제2 층간절연층(182)으로 구분될 수 있으며, 제1 층간절연층(181)과 제2 층간절연층(182)은 절연 대상 및 형성 재료가 서로 같을 수도 있고, 다를 수도 있다.
그리고 층간절연층(180)은 열, 수분 등의 외부 환경으로부터 트랜지스터부(140)를 보호할 수 있다. 층간절연층(180)은 온도나 습도의 변화를 차단할 수 있는 물질로 이루어져 트랜지스터부(140)를 열로부터 보호할 수 있고, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 차량용 헤드램프에 사용되는 경우에는 높은 엔진룸 온도(약 150 ℃)에 의한 트랜지스터부(140)의 손상을 방지 또는 억제할 수 있으며, 트랜지스터부(140)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 2차원으로 배열된 트랜지스터부(140)를 제1 방향 라인별로 연결하는 복수의 제1 패드(151); 및 트랜지스터부(140)를 상기 제1 방향 라인과 교차하는 제2 방향 라인별로 연결하는 복수의 제2 패드(152);를 더 포함할 수 있다.
복수의 제1 패드(151)는 트랜지스터부(140)와 전기적으로 연결되도록 제공될 수 있는데, 트랜지스터부(140)의 소스(141)에 연결될 수 있고, 소스 패드일 수 있으며, 층간절연층(180) 상에 적층되어 2차원으로 배열된 트랜지스터부(140)를 제1 방향(예를 들어, x축 방향) 라인별(예를 들어, 상기 마이크로 픽셀 어레이의 제1 방향 라인별)로 연결할 수 있다. 이때, 복수의 제1 패드(151)는 라인(line)으로 복수의 트랜지스터부(140)를 연결하는 복수의 배선(또는 제1 배선)을 통해 복수의 단위 적층구조물(125)을 상기 제1 방향 라인별로 연결할 수 있다.
그리고 제1 패드(151)는 제1 소스패드(151a)와 제2 소스패드(151b)를 포함할 수 있는데, 제1 소스패드(151a)는 제1 층간절연층(181)에 적층될 수 있고, 제2 소스패드(151b)는 제2 층간절연층(182)에 적층될 수 있다. 제1 소스패드(151a)는 소스(141)의 일부를 노출시키는 제1 층간절연층(181)의 식각에 의한 비아홀에 의해 트랜지스터부(140)의 소스(141)에 접속될 수 있고, 제2 소스패드(151b)는 제1 소스패드(151a)의 일부를 노출시키는 제2 층간절연층(182)의 식각에 의한 비아홀에 제1 소스패드(151a)에 접속되어 소스(141)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제2 층간절연층(182)은 제1 소스패드(151a)가 피복되도록 제1 층간절연층(181) 상에 적층될 수 있고, 제1 소스패드(151a)와 제1 게이트패드(152a) 간을 서로 절연시킬 수 있다.
복수의 제2 패드(152)는 트랜지스터부(140)와 전기적으로 연결되도록 제공될 수 있는데, 트랜지스터부(140)의 게이트(143)에 연결될 수 있고, 게이트 패드일 수 있으며, 층간절연층(180) 상에 적층되어 2차원으로 배열된 트랜지스터부(140)를 상기 제1 방향 라인과 교차하는 제2 방향(예를 들어, y축 방향) 라인별(예를 들어, 상기 마이크로 픽셀 어레이의 제2 방향 라인별)로 연결할 수 있다. 이때, 복수의 제2 패드(152)는 라인으로 복수의 트랜지스터부(140)를 연결하는 복수의 배선(또는 제2 배선)을 통해 복수의 단위 적층구조물(125)을 상기 제2 방향 라인별로 연결할 수 있다.
그리고 제2 패드(152)는 제1 게이트패드(152a)와 제2 게이트패드(152b)를 포함할 수 있는데, 제1 게이트패드(152a)는 제1 층간절연층(181)에 적층될 수 있고, 제2 게이트패드(152b)는 제2 층간절연층(182)에 적층될 수 있다. 제1 게이트패드(152a)는 게이트(143)의 일부를 노출시키는 제1 층간절연층(181)의 식각에 의한 비아홀에 의해 트랜지스터부(140)의 게이트(143)에 접속될 수 있고, 제2 게이트패드(152b)는 제1 게이트패드(152a)의 일부를 노출시키는 제2 층간절연층(182)의 식각에 의한 비아홀에 제1 게이트패드(152a)에 접속되어 게이트(143)와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 게이트(143)의 일부 노출을 위한 식각에 의한 제1 층간절연층(181)의 비아홀은 소스(141)의 일부 노출을 위한 식각에 의한 제1 층간절연층(181)의 비아홀과 독립적으로 형성되며, 제2 층간절연층(182)은 제1 소스패드(151a)와 제1 게이트패드(152a)가 피복되도록 제1 층간절연층(181) 상에 적층될 수 있고, 제1 소스패드(151a)와 제1 게이트패드(152a) 간을 서로 절연시킬 수 있다.
제1 소스패드(151a) 또는 제2 소스패드(151b)는 복수의 트랜지스터부(140)를 상기 제1 방향 라인별로 연결할 수 있고, 제1 게이트패드(152a) 또는 제2 게이트패드(152b)는 복수의 트랜지스터부(140)를 상기 제2 방향 라인별로 연결할 수 있는데, 제1 소스패드(151a)가 복수의 트랜지스터부(140)를 상기 제1 방향 라인별로 연결하는 경우에는 제2 게이트패드(152b)가 복수의 트랜지스터부(140)를 상기 제2 방향 라인별로 연결할 수 있고, 제2 소스패드(151b)가 복수의 트랜지스터부(140)를 상기 제1 방향 라인별로 연결하는 경우에는 제1 게이트패드(152a)가 복수의 트랜지스터부(140)를 상기 제2 방향 라인별로 연결할 수 있다.
상기 제1 방향 라인과 상기 제2 방향 라인은 서로 교차하기 때문에 동일한 층간절연층에 형성된 소스 패드와 게이트 패드(즉, 제1 소스패드와 제1 게이트패드 또는 제2 소스패드와 제2 게이트패드)가 상기 제1 방향 라인별로 연결하고, 상기 제2 방향 라인별로 연결하게 되면, 소스 라인(즉, 상기 제1 방향 라인별로 연결하는 소스 패드)과 게이트 라인(즉, 상기 제2 방향 라인별로 연결하는 게이트 패드) 간에 합선(short)이 발생하게 된다.
본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 트랜지스터부(140)와 전기적으로 연결되는 캐패시터부(40);를 더 포함할 수 있다. 캐패시터부(40)는 절연층(130) 상에 적층되어 p형 전극(23)에 연결된 트랜지스터부(140)의 드레인(142) 또는 소스(141)에 접속될 수 있고, p형 전극(23) 또는 단위 적층구조물(125)에 공급되는 전류량을 조정하는 역할을 할 수 있다. 단위 적층구조물(125)은 상기 소스 라인과 상기 게이트 라인을 통해 p형 전극(23)에 전류가 공급되는데, 전류 공급 지점과의 거리에 따라 저항이 달라져 공급되는 전류량에 차이가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 캐패시터부(40)를 통해 각 단위 적층구조물(125)의 p형 전극(23)에 공급되는 전류량을 조정하여 모든 단위 적층구조물(125)의 p형 전극(23)에 동일한 양의 전류가 공급되도록 할 수 있다. 여기서, 각 단위 적층구조물(125)에 제공되는 캐피시터부(40)의 용량은 상기 전류 공급 지점과의 거리에 따라 달라질 수 있다.
이에 복수의 단위 적층구조물(125)에서 모두 동일한 세기의 빛을 방출할 수 있고, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 평탄절연층과 방열 구조물을 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 트랜지스터부(140) 상에 적층되는 평탄절연층(135);을 더 포함할 수 있고, 캐패시터부(40)는 평탄절연층(135) 상에 트랜지스터부(140)와 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다. 즉, 트랜지스터부(140)와 캐패시터부(40) 사이에 평탄절연층(135)이 제공될 수 있다.
여기서, 캐패시터부(40)는 평탄절연층(135) 상에 적층되어 드레인(142)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 캐패시터부(40)는 드레인(142)의 적어도 일부가 노출되도록 평탄절연층(135)를 식각한 비아홀을 통해 드레인(142)과 전기적으로 연결될 수 있는데, 상기 비아홀을 통해 연장되어 드레인(142)과 접속될 수도 있고, 상기 비아홀을 통해 연장된 드레인(142) 상에 적층되어 드레인(142)과 접속될 수도 있으며, 캐패시터부(40)와 드레인(142)을 전기적으로 연결하기 위해 상기 비아홀에 제공되는 연결 배선에 의해 연결될 수도 있다. 그리고 평탄절연층(135)은 트랜지스터부(140) 상에 적층되어 트랜지스터부(140)의 구성요소(또는 소스, 드레인 및 게이트) 간을 서로 절연되도록 하며, 트랜지스터부(140)의 소스(141) 및 게이트(143)와 캐패시터부(140) 사이를 서로 절연되도록 하는 역할을 할 수 있다. 또한, 평탄절연층(135)은 산화물, 질화물 등의 절연층(130)의 형성 재료들 중에서 선택된 재료로 형성될 수 있으며, 절연층(130)과 동일한 재료로 형성될 수도 있고, 상이한 재료로 형성될 수도 있다. 한편, 트랜지스터부(140)와 캐패시터부(40) 사이에 평탄절연층(135)이 제공되고 평탄절연층(135) 상에 복수의 캐피시터부(140)가 형성되는 경우에는 층간절연층(180)이 각 캐피시터부(140) 간을 절연하도록 할 수도 있다.
종래에는 캐패시터를 트랜지스터와 동일면에 형성하여 트랜지스터가 차지하는 공간(또는 면적)으로 인해 캐패시터의 면적을 크게 하는 데 제약이 있었다. 특히, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 경우에는 각 마이크로 픽셀(본 발명의 단위 적층구조물에 대응)마다 트랜지스터와 캐패시터를 형성하여야 하기 때문에 캐패시터의 면적이 더욱 좁아지게 되므로, 충분한 캐패시터의 용량을 얻을 수 없었다.
하지만, 본 발명에서와 같이 평탄절연층(135) 상에 캐패시터부(40)를 형성하는 경우에는 트랜지스터부(140)로 인한 공간(또는 면적)의 제약을 받지 않기 때문에 캐패시터부(40)의 면적을 최대한 넓게 할 수 있고, 캐패시터부(40)의 용량을 늘릴 수 있다. 이에 따라 캐패시터부(40)의 면적 선택의 폭이 넓어질 수 있고, 원하는 캐패시터부(40)의 용량에 따라 용이하게 캐패시터부(40)를 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 캐패시터부(40)의 면적에 대한 제약이 줄어들 수 있고, 이에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 경우에도 단위 적층구조물(125)에 대응되는 면적을 모두 캐패시터부(40)의 면적으로 사용할 수 있으므로, 캐패시터부(40)의 용량을 늘려 충분한 캐패시터부(40)의 용량을 얻을 수 있다.
그리고 본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 p형 전극(23) 또는 트랜지스터부(140)에 연결되는 방열 구조물(185);을 더 포함할 수 있다. 방열 구조물(185)은 p형 전극(23)과 트랜지스터부(140) 중 적어도 어느 하나에 연결되어 반도체 적층체(120) 및/또는 트랜지스터부(140)에서 발생되는 열을 방출시킬 수 있다. 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 발광할 때에 반도체 적층체(120) 및/또는 트랜지스터부(140)에서 열이 발생될 수 있는데, 단위 적층구조물(125)의 구동 및/또는 트랜지스터부(140)의 구동에 의해 반도체 적층체(120) 및/또는 트랜지스터부(140)에서 열이 발생될 수 있다. 이러한 열을 효과적으로 방출시키기 위해 방열 구조물(185)은 p형 전극(23) 또는 트랜지스터부(140)에 연결될 수 있고, 외곽 방향(예를 들어, 상기 p형 전극의 상부 방향)으로 연장되어 적어도 일부가 외부에 노출될 수 있다.
예를 들어, 방열 구조물(185)은 p형 전극(23) 또는 트랜지스터부(140)의 적어도 일부가 노출되도록 층간절연층(180), 평탄절연층(135) 및/또는 절연층(130)을 식각한 비아홀을 통해 p형 전극(23) 또는 트랜지스터부(140)에 연결될 수 있고, 상기 비아홀을 통해 외곽 방향으로 연장되어 적어도 일부가 외부에 노출될 수 있다. 여기서, p형 전극(23)은 p형 반도체층(123)이 복수의 단위 적층구조물(125)로 분리되어 그 면적을 넓히는 데 한계가 있으므로, 절연층(130)에 의해 그 면적을 p형 전극(23)의 면적보다 넓게 하여 방열 구조물(185)의 노출 면적을 넓힐 수 있는 트랜지스터부(140)에 방열 구조물(185)을 연결하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 방열 구조물(185)을 트랜지스터부(140)에 연결하는 경우에는 p형 전극(23)에 직접 연결되어 반도체 적층체(120)에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있는 트랜지스터부(140)의 드레인(142)에 방열 구조물(185)을 연결하는 것이 보다 바람직할 수 있다. 그리고 방열 구조물(185)은 질화 알루미늄(Aluminium Nitride; AlN) 등의 절연 특성을 가지면서 열전도도가 우수한(또는 좋은) 물질로 형성될 수 있다.
또한, 방열 구조물(185)은 공기와 직접 접촉하여 방열할 수도 있고, 조명 장치(200)의 회로 기판(210) 등의 회로 기판에 접촉되어 조명 장치(200)의 방열부재(240) 등의 방열부재에 열을 전달함으로써 방열되도록 할 수도 있다.
한편, 본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 캐패시터부(40)를 포함하는 경우에는 방열 구조물(185)이 캐패시터부(40)에서 발생되는 열도 방열시킬 수 있으며, 캐패시터부(40)에 연결될 수도 있다. 즉, 방열 구조물(185)은 p형 전극(23), 트랜지스터부(140), 캐패시터부(40) 중 적어도 하나에 연결될 수 있고, 반도체 적층체(120), 트랜지스터부(140), 캐패시터부(40) 중 적어도 하나에서 발생되는 열을 방출시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 트랜지스터부를 나타내는 회로도로, 도 4(a)는 제1 트랜지스터만으로 구성되는 트랜지스터부를 나타내고, 도 4(b)는 제1 트랜지스터와 제2 트랜지스터로 구성되는 트랜지스터부를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 트랜지터부(140)는 p형 전극(23)에 접속되어 p형 전극(23)에 공급되는 전류를 스위칭하는 제1 트랜지스터(41)를 포함할 수 있다. 제1 트랜지스터(41)는 p형 전극(23)에 접속될 수 있고, 이를 통해 p형 전극(23)에 공급되는 전류를 스위칭(switching)할 수 있다. 이때, 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a) 또는 소스(141a)가 p형 전극(23)에 접속될 수 있는데, 이하에서는 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)이 p형 전극(23)에 접속되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. 그리고 제1 트랜지스터(41)의 소스(141a)는 소스 패드인 제1 패드(151)에 연결될 수 있고, 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)가 게이트 패드인 제2 패드(152)에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 제1 트랜지스터(41)만으로 상기 p형 전극(23)에 공급되는 전류를 스위칭할 수 있고, 상기 p형 전극(23)에 공급되는 전류의 스위칭에 따라 상기 p형 전극(23)에 공급되는 전류를 p형 전극(23)에 공급하여 단위 적층구조물(125)을 구동할 수 있으며, 제1 트랜지스터(41)는 스위칭(Switching) 기능과 구동(Driving) 기능을 모두 수행하는 복합 기능 트랜지스터일 수 있다. 여기서, 제1 패드(151)와 제2 패드(152) 모두에 전원이 인가되는 경우에 단위 적층구조물(125)이 발광하게 되는데, 제1 패드(151)에 전원이 인가되면, 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류가 제1 트랜지스터(41)의 소스(141a)에 공급될 수 있고, 제2 패드(152)에 전원이 인가되면, 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)를 통해 제1 트랜지스터(41)의 소스(141a)에 공급되는 전류가 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)으로 전달되도록 스위칭함으로써 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류에 의해 단위 적층구조물(125)이 발광할 수 있다. 이때, 제1 패드(151)에는 선택적으로 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류가 인가될 수 있고, 제2 패드(152)에도 선택적으로 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)를 구동하는 전류 또는 전압이 인가될 수 있다. 그리고 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류와 상기 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)를 구동하는 전류는 동일할 수도 있고, 상이할 수도 있는데, 상기 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)를 구동하는 전류는 선택 신호(Selecting Signal)만을 전송하면 되기 때문에 작은 전류만으로도 충분한 반면에 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류는 단위 적층구조물(125)을 발광시켜야 하기 때문에 큰 전류가 필요하므로, 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류가 상기 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)를 구동하는 전류보다 클 수 있다. 한편, 캐패시터부(40)는 그 일측이 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)에 연결될 수 있고, 타측은 접지(ground) 또는 플로팅(floating)될 수 있다. 이러한 경우, 제1 패드(151) 및/또는 제2 패드(152)에 전원 인가(또는 전류 공급)가 끊어지더라도 캐패시터부(40)에 저장된 전하들에 의해 캐패시터부(40)의 용량(또는 상기 캐패시터부에 저장된 전하량)에 따른 일정 시간 동안 그대로 단위 적층구조물(125)이 발광할 수 있다. 또한, 캐패시터부(40)와 제1 트랜지스터(41)의 연결은 이에 한정되지 않고, 필요에 맞게 캐패시터부(40)를 제1 트랜지스터(41)에 연결할 수 있다.
그리고 트랜지터부(140)는 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)와 전기적으로 연결되어 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)에 공급되는 전류를 스위칭하는 제2 트랜지스터(42)를 더 포함할 수 있다. 제2 트랜지스터(42)는 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)와 전기적으로 연결될 수 있는데, 제2 트랜지스터(42)의 드레인(142b)이 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)와 접속될 수 있고, 제2 트랜지스터(42)의 소스(141b)가 제1 패드(151)에 연결될 수 있으며, 제2 트랜지스터(42)의 게이트(143b)가 제2 패드(152)에 연결될 수 있다. 이때, 제1 트랜지스터(41)는 구동 트랜지스터(Driving Transistor)일 수 있고, 제2 트랜지스터(42)는 스위칭 트랜지스터(Switching Transistor)일 수 있다. 여기서, 제1 트랜지스터(41)의 소스(141a) 또는 드레인(142a)이 p형 전극(23)에 접속될 수 있고, 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)는 제2 패드(152)가 아니라 제2 트랜지스터(42)의 드레인(142b)에 연결될 수 있으며, 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a) 또는 소스(141a)로 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류가 공급될 수 있는데, 이하에서는 도 4(b)와 같이 제1 트랜지스터(41)의 소스(141a)가 p형 전극(23)에 접속되고 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)으로 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류가 공급되는 경우를 중심으로 설명하기로 한다. 이때, 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)이 안정적인 전원(예를 들어, 별도의 전원 또는 VDD)에 연결되어 지속적으로 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류가 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)에 공급될 수 있다. 이러한 경우, 제1 패드(151)와 제2 패드(152)에는 상기 선택 신호로 전압 신호(Voltage Signal)를 전송(또는 공급)하고 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)에 안정적으로 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류가 공급될 수 있으므로, 단위 적층구조물(125)의 구동과 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)의 구동에 필요한 각각의 전류량(또는 전압 크기)에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 전원을 효율적으로 사용할 수 있고, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100) 구동의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 전류 구동일 수 있는데, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)이 전류 구동인 경우에는 제1 패드(151)와 제2 패드(152)에 상기 전압 신호를 전송하고 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)에 안정적으로 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류를 공급하여 보다 뛰어난 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 성능을 얻을 수 있다. 그리고 캐패시터부(40)는 그 일측과 타측이 제2 트랜지스터(42)의 드레인(142b)과 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)에 각각 연결되어 제2 트랜지스터(42)의 드레인(142b)과 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a) 사이에 제공될 수 있다. 이러한 경우, 다른 단위 적층구조물(125)에 상기 전압 신호를 전송하기 위해 제2 트랜지스터(42)의 게이트(143b)에 전류 공급이 끊어지게 되더라도 캐패시터부(40)에 저장된 전하들에 의해 일정 시간 동안 발광하고 있는 단위 적층구조물(125)이 그대로 발광할 수 있다. 예를 들어, 상기 전압 신호에 의해 제2 트랜지스터(42)의 드레인(142b)에 전압이 걸리게 되면, 캐패시터부(40)에 전하(또는 전자)가 축적(또는 누적)되게 되고, 축적된 전하에 의해 캐패시터부(40)에 포텐셜(potential)이 생기게 되어 제1 트랜지스터(41)에 전류가 흐르게 됨으로써, 단위 적층구조물(125)이 발광할 수 있다. 또한, 캐패시터부(40)와 제1 트랜지스터(41) 및/또는 제2 트랜지스터(42)의 연결은 이에 한정되지 않고, 필요에 맞게 캐패시터부(40)를 제1 트랜지스터(41) 및/또는 제2 트랜지스터(42)와 연결할 수 있다. 그리고 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)에 드레인 전압(또는 VDD)이 걸리는 경우에는 p형 전극(23)에 접속된 제1 트랜지스터(41)의 소스(141a) 쪽(즉, n형 전극)에 소스 전압(또는 VSS)이 걸릴 수 있다. 여기서, 상기 소스 전압은 상기 드레인 전압과 상이한 전압일 수 있고, 0 V 또는 접지 전압일 수도 있다.
제1 트랜지스터(41)와 제2 트랜지스터(42)를 포함하는 트랜지스터부(140)의 구동 방법을 설명하면, 먼저 제1 패드(151)를 통해 상기 소스 라인에 전류가 공급될 수 있고, 다음으로 제2 패드(152)를 통해 상기 게이트 라인에 상기 전압 신호 또는 전류 신호가 전송될 수 있다. 이를 통해 제2 트랜지스터(42)가 작동하게 되며, 상기 소스 라인에 공급되는 전류가 제2 트랜지스터(42)의 소스(141b)와 드레인(142b)을 통과하여 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)로 흘러갈 수 있고, 동시에 그 일측과 타측이 제2 트랜지스터(42)의 드레인(142b)과 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)에 각각 연결되어 제2 트랜지스터(42)의 드레인(142b)과 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a) 사이에 제공되는 캐패시터부(40)에 전하가 축적될 수 있다. 상기 소스 라인에 공급되는 전류가 제1 트랜지스터(41)의 게이트(143a)로 흘러가면, 제1 트랜지스터(41)가 작동하게 되며, 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)으로 공급되는 상기 단위 적층구조물(125)을 구동하는 전류가 공급되어 단위 적층구조물(125)이 발광할 수 있다. 그리고 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 디스플레이(Display) 등에 사용하는 경우에는 다른 단위 적층구조물(125)에 상기 전압 신호 또는 전류 신호를 전송하기 위해 제2 트랜지스터(42)의 게이트(143b)에 전류 공급이 끊어지게 되더라도 캐패시터부(40)에 저장된 전하들에 의해 상기 일정 시간 동안 발광하고 있는 단위 적층구조물(125)이 그대로 발광하도록 하는 기능을 수행할 수도 있다. 여기서, 제1 트랜지스터(41)의 드레인(142a)은 별도의 전원에 연결될 수도 있지만, 상기 소스 라인과 상기 게이트 라인 중 어느 하나에 연결될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 렌즈를 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 기판(110)의 타면 상에 복수의 단위 적층구조물(125)에 대응되도록 제공되는 마이크로 렌즈(190);를 더 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈(190)는 투명 재질로 제조되어 복수의 단위 적층구조물(125)을 보호할 수 있는데, 외부의 충격이나 이물질로 인해 복수의 단위 적층구조물(125)이 파손되거나 오작동되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한, 마이크로 렌즈(190)는 1차적으로 단위 적층구조물(125)에서 사방으로 발광되는 빛을 전방으로 집속되어 출사되도록 할 수 있고, 마이크로 렌즈(190)를 통해 전방을 향해서 출사된 빛은 전방에 구비된 투사 렌즈(230) 등을 포함하는 2차 렌즈 군을 통해 집속될 수 있다. 즉, 마이크로 렌즈(190)를 통해 효과적으로 빛이 전면으로 조사되기 때문에 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 면광원 특성을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치를 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치를 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치(200)는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100); 및 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 트랜지스터부(140)가 본딩되어 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장되는 회로 기판(210);을 포함할 수 있다.
마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 2차원적으로 배열된 복수의 단위 적층구조물(125)을 포함할 수 있고, 복수의 단위 적층구조물(125)은 본 발명에 따른 조명 장치(200)의 광원으로서, 전방에 빛을 조사할 수 있다. 복수의 단위 적층구조물(125)은 픽셀의 구성 및 전기적인 제어를 통해 복수의 발광 패턴을 만들 수 있으며, 복수의 단위 적층구조물(125)은 각각의 구분된 광 조사 영역에서 개별 점소등을 할 수 있다. 즉, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 복수의 단위 적층구조물(125)의 개별적인 점소등을 통하여 복수의 발광 패턴을 구현함으로써, 종래의 쉴드에 의한 컷 오프 라인과 같은 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이로써, 대향차 운전자의 눈부심을 방지할 수 있다.
복수의 단위 적층구조물(125)은 복수의 단위 블록(예를 들어, 라인별)으로 그룹화될 수 있는데, 복수의 단위 블록은 각각 블록별로 발광 패턴을 만들 수 있고, 하나의 단위 블록의 발광 패턴은 상황에 따라서 트랜지스터부(140)가 제어할 수 있다. 즉, 발광 패턴이 구현되는 하나의 단위 블록이 복수 개로 형성되어 하나의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 구현할 수 있으며, 복수의 단위 블록은 각각의 블록별로 원하는 발광 패턴에 맞게 발광될 수 있도록 트랜지스터부(140)의 제어에 의해서 제어될 수 있다.
그리고 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 후술될 드라이버 모듈(220)로부터 전원(Power)을 공급받아 발광할 수 있고, 복수의 단위 적층구조물(125) 상에는 투명 재질로 제조되어 복수의 단위 적층구조물(125)을 보호하는 마이크로 렌즈(190)를 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈(190)를 포함하는 경우에는 마이크로 렌즈(190)를 통해 효과적으로 빛이 전면으로 조사될 수 있기 때문에 면광원 특성을 가질 수 있고, 이에 따라 빛이 사방으로 발광되는 점광원의 빛을 전면으로 반사시키기 위한 리플렉터(reflector)를 사용하지 않을 수 있다.
다시 말하면, 종래의 점광원 형태의 광원은 발광되는 빛이 사방으로 진행되기 때문에 리플렉터와 같은 빛을 반사시키는 장치가 필요하였는데, 본 발명에서는 면광원 형태를 가지고 빛이 전방으로 조사되기 때문에 리플렉터를 사용하지 않을 수 있다. 이로 인해, 리플렉터에서의 반사에 의한 광손실을 줄일 수 있어 광효율이 증가할 수 있으며, 조명 장치의 단순화 및 공간확보가 가능해질 수 있다.
회로 기판(210)은 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장될 수 있는데, 소스 패드(151)와 게이트 패드(152)를 통해 트랜지스터부(140)의 소스(141)와 게이트(143)가 본딩되어 실장될 수 있고, n형 전극(21)도 회로 기판(210)에 본딩될 수 있다. 즉, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 회로 기판(210) 상에 플립칩 본딩이나 와이어 본딩에 의한 패키징 공정에 의해서 회로 기판(210)과 전기적으로 연결될 수 있다.
회로 기판(210)에 드라이버 모듈(220)로부터 전류가 가해지면, 트랜지스터부(140)의 스위칭 동작에 의해 어레이된 복수의 단위 적층구조물(125)에 개별적으로 전류가 가해져 빛이 조사될 수 있다. 드라이버 모듈(220)로부터 트랜지스터부(140)의 제어신호와 전류를 제공받게 되면, 원하는 발광 패턴에 맞추어 각각의 단위 적층구조물(125)이 온 또는 오프될 수 있다.
종래의 헤드램프에는 대향차의 눈부심을 방지하기 위하여 반대편 차량에 비추는 빛을 차단시킬 수 있도록 하는 컷 오프 라인 또는 쉴드를 포함하였는데, 컷 오프 라인 또는 쉴드에 의하여 구현되는 빛은 눈부심 방지 하이 빔을 구현할 수는 있지만, 빛 가림 및 빛 손실에 의하여 광효율을 감소케 하는 문제가 있었다.
하지만, 본 발명에서는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)로 직접 발광 패턴을 제어하여 빛의 차단 없이 하이 빔 패턴을 구현할 수 있고, 이에 따라 대향차 운전자의 눈부심을 방지할 수 있으며, 광효율 특성 또한 향상될 수 있다. 따라서, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 사용함으로써, 단위 적층구조물(125)과 연결된 트랜지스터부(140)의 스위칭 동작 제어에 따라 빛의 차단 없이 원하는 발광 패턴 및 하이 빔 패턴을 구현할 수 있게 되고, 이로 인해 컷 오프 라인을 제거할 수 있게 되어 조명 장치(200)의 단순화 및 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100) 주변 공간의 확보가 이루어질 수 있다.
회로 기판(210)에 실장되는 단위 적층구조물(125)의 수와 배치는 조명하고자 하는 곳의 특성에 맞게 설계자에 의해 최적화될 수 있고, 회로 기판(210)의 재질은 유리, 질화알루미늄 웨이퍼, 실리콘 웨이퍼, 탄화규소 웨이퍼, 비정질 실리콘(a-Si) 기판, 다결정 실리콘(Poly-Si) 기판, 산화물(Oxide) 기판뿐만 아니라 다른 재질일 수도 있다.
본 발명의 조명 장치(200)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100) 상에 제공되어 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에서 출사되는 빛을 전방으로 조사하는 투사 렌즈(Projection Lens, 230);를 더 포함할 수 있다. 투사 렌즈(230)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에서 출사되는 빛을 전방으로 조사할 수 있고, 투사 렌즈(230)의 입사면은 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 발광면과 대향할 수 있다.
투사 렌즈(230)는 물체를 구현하려는 거리에 정확한 상이 맺히도록 투사하는 역할을 하는 렌즈로, 차량용에서는 투사 렌즈를 사용하여 왜곡 및 색수차를 줄이기 위해 비구면 렌즈(Aspherical lens)가 적용될 수 있다. 여기서, 상기 비구면 렌즈는 구면이기 때문에 발생하는 구면수차와 왜곡수차에 의해 상의 질이 떨어지는 일반적인 렌즈의 단점을 보완한 렌즈이며, 렌즈의 중앙부는 구면으로 만들고 수차가 많이 발생하는 가장자리를 타원형으로 만들어 수차와 두께를 줄일 수 있는 장점을 가지고 있다. 이와 같이, 비구면 렌즈를 사용하여 주 광축에서 단위 적층구조물(125)의 위치가 벗어날수록 발생하는 패턴의 왜곡을 보정하는 투사 렌즈(230)를 통해 왜곡 수차를 제거할 수 있으며, 투사 렌즈(230)를 통해 형성된 발광 패턴이 전방 25m 스크린에서 연속적인 발광 패턴으로 구현될 수 있다.
종래 조명장치의 구성 요소인 리플렉터는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에서 방출되는 빛을 반사시키므로, 직진성이라는 특징으로 인해 조사되는 빛을 분산시키는 리플렉터를 사용하게 되면, 빛의 손실 및 높은 조도 확보가 어렵다는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명에서는 리플렉터 없이도 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 발광면과 투사 렌즈(230)의 입사면이 서로 대향하고 있기 때문에, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에서 출사되는 빛이 직진성의 특징을 가지고 바로 투사 렌즈(230)를 향해 조사되어 빛의 손실이 거의 없이 광효율이 증가하게 된다. 또한, 단위 적층구조물(125) 상에 구비된 마이크로 렌즈(190)를 통하여 출사된 빛은 면광원 형태로 출사되어 전방에 있는 2차 렌즈 군을 통해 전면으로 빛이 진행하기 때문에 리플렉터가 구비되지 않아도 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 발광면과 서로 대향하고 있는 투사 렌즈(230)의 입사면으로 빛이 조사될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이버 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 조명 장치(200)는 회로 기판(210)에 연결되어 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 구동하는 드라이버 모듈(220);을 더 포함할 수 있고, 드라이버 모듈(220)은 트랜지스터부(140)를 제어하는 제어신호를 생성하는 로직 회로부(221); 및 상기 제어신호에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에 전류를 제공하는 파워 회로부(222)를 포함할 수 있으며, 로직 회로부(221)와 파워 회로부(222)를 통해 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 구동할 수 있다.
드라이버 모듈(220)은 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)와 회로 기판(210)를 전기적으로 연결할 수 있으며, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에 전기적인 신호를 전달할 수 있다.
그리고 드라이버 모듈(220)은 트랜지스터부(140)를 제어하는 제어신호를 생성하는 로직 회로부(221) 및 상기 제어신호에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에 전류를 제공하는 파워 회로부(222)를 포함할 수 있는데, 로직 회로부(221)와 파워 회로부(222)를 통해 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 구동할 수 있다.
로직 회로부(221)와 파워 회로부(222)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 제어하는 역할을 할 수 있는데, 보다 구체적으로 로직 회로부(221)는 발광 패턴 선택부에서 선택된 발광 패턴 신호에 따라 각각의 단위 적층구조물(125)을 스위칭하는 트랜지스터부(140)가 온 또는 오프되는 동작을 제어할 수 있다. 로직 회로부(221)의 트랜지스터 스위칭 동작 제어에 따라 트랜지스터부(140)가 각각의 단위 적층구조물(125)을 점소등할 수 있으며, 후술되는 발광 패턴 선택부로부터 출력되는 발광 패턴 신호에 따라 단위 적층구조물(125)이 개별적으로 온 또는 오프가 되도록 할 수 있다.
파워 회로부(222)는 로직 회로부(221)의 제어신호에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 발광할 수 있도록 전류를 제공할 수 있다. 즉, 복수의 단위 적층구조물(125)을 개별적으로 스위칭하는 트랜지스터부(140)에 로직 회로부(221)에서 발광 패턴에 맞는 제어신호를 생성하고, 로직 회로부(221)의 제어신호에 따라 각각의 단위 적층구조물(125)에 연결된 트랜지스터부(140)가 온 또는 오프되도록 파워 회로부(222)에서 전류를 제공하면, 어레이된 단위 적층구조물(125)에 부분적으로 전류가 흐르게 되어 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 발광 패턴에 맞는 빛을 발광할 수 있다.
한편, 로직 회로부(221)와 파워 회로부(222)는 접착된 방열판(241)에 열을 전달하기 위해 밑부분이 평탄한 금속으로 이루어질 수 있다.
그리고 로직 회로부(221)와 파워 회로부(222)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 주위에 분리되어 각각 배치될 수 있다. 로직 회로부(221)와 파워 회로부(222)는 각각 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100) 주변에 분리되어 배치될 수 있는데, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장된 회로 기판(210)과 로직 회로부(221) 및 파워 회로부(222)가 구비된 드라이버 모듈(220)이 부착되는 방열판(241) 상에서 로직 회로부(221)와 파워 회로부(222)는 각각 회로 기판(210)의 양측에 컨넥터(250)를 통해 연결될 수 있다.
마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장된 회로 기판(210)의 양 옆에 로직 회로부(221)가 제공되는 로직 기판과 파워 회로부(222)가 제공되는 파워 기판이 따로 분리되어 배치되는 경우에는 로직 회로부(221)에 들어가는 반도체와 파워 회로부(222)에 들어가는 반도체 간에 서로 영향을 미치지 않을 수 있어 로직 회로부(221)에 들어가는 반도체와 파워 회로부(222)에 들어가는 반도체들의 본딩 온도가 다르더라도 반도체들의 본딩시에 로직 회로부(221)에 들어가는 반도체와 파워 회로부(222)에 들어가는 반도체들의 손상을 방지할 수 있고, 각 로직 기판과 파워 기판을 따로 생산하여 생산성을 높일 수 있다.
본 발명에서는 상기 로직 기판과 상기 파워 기판이 분리 배치된 상태로 컨넥터(250)를 이용해 상기 로직 기판과 상기 파워 기판을 결합할 수 있기 때문에 본딩 온도에 상관없이 각 반도체에 영향을 미치지 않고 작동할 수 있으며, 각 로직 기판과 파워 기판을 따로 생산하여 생산성을 높일 수 있다.
한편, 회로 기판(210)의 양 옆에 로직 회로부(221)가 제공되는 로직 기판과 파워 회로부(222)가 제공되는 파워 기판이 컨넥터(250) 연결 없이 붙어 있는 경우에는 각 로직 기판과 파워 기판을 한 번에 생산할 수 있고, 컨넥터(250)를 사용하지 않거나 줄일 수 있다.
본 발명의 조명 장치(200)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)와 드라이버 모듈(220)에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 방열부재(240);를 더 포함할 수 있다. 방열부재(240)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 빛을 조사하기 위해 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 구동하는 드라이버 모듈(220)과 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에서 발생되는 열을 방출시킬 수 있는데, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 발광할 때에 발생되는 열을 방출시킬 수 있다.
그리고 방열부재(240)는 열전도율이 좋은 알루미늄 계열과 마그네슘 계열의 소재를 사용할 수 있지만, 이외에 다른 금속 재질을 사용하여 형성될 수도 있다. 또한, 방열부재(240)는 사각형 형상을 갖는 것을 예시로 나타내었으나, 원형으로 구비될 수도 있으며, 사각형과 원형 외에 다른 모양으로도 구비될 수 있다.
방열부재(240)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장된 회로 기판(210)과 드라이버 모듈(220)이 부착되는 지지면을 제공하는 방열판(241); 및 방열판(241)에서 연장되는 복수의 방열핀(242)을 포함할 수 있다. 방열부재(240)는 효과적인 열의 방출을 위해 복수의 방열핀(242)을 가질 수 있는데, 복수의 방열핀(242)의 형상, 배열 및 간격은 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장된 회로 기판(210) 및 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 구동하는 드라이버 모듈(220)에서 발생되는 열부하와 복수의 방열핀(242)을 포함한 방열부재(240)의 열전도도를 고려하여 선택될 수 있다.
방열판(241)에는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장된 회로 기판(210)과 드라이버 모듈(220)이 구비될 수 있으며, 회로 기판(210)과 드라이버 모듈(220)은 방열판(241)의 동일면에 구비될 수 있다.
종래의 점광원 형태의 광원을 사용하는 조명 장치는 광원에서 발광되는 빛이 사방으로 진행되기 때문에 빛을 반사시키는 리플렉터와 전방 차량 또는 대향차 운전자의 눈부심을 방지하기 위해 빛을 차단시키는 컷 오프 라인과 같은 장치들이 필요하게 되어 복잡하고 한정된 구조로 인해 광원과 드라이버 모듈은 따로 장착되어 방열되었다.
하지만, 본 발명에서는 2차원적으로 배열된 단위 적층구조물(125) 상에 구비된 마이크로 렌즈(190)를 사용하여 광을 조사함으로써, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 전면으로 발광하는 면광원 형태를 가질 수 있고, 이에 따라 리플렉터를 사용하지 않을 수 있다. 또한, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 사용함으로써, 원하는 발광 패턴을 구현할 수 있게 되어 빛을 차단하는 컷 오프 라인 또한 제거할 수 있고, 조명 장치(200)의 단순화 및 빛을 발광하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100) 주변의 공간 확보가 이루어질 수 있다. 즉, 면광원인 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 사용함으로써, 리플렉터와 컷 오프 라인을 제거할 수 있게 되어 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 부착되는 광원 주변 공간의 확보가 이루어질 수 있고, 이로 인해 드라이버 모듈(220)은 발열이 심한 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100) 주변에 부착되어 하나의 방열판(241)에서 같이 방열될 수 있다.
따라서, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장된 회로 기판(210)과 드라이버 모듈(220)이 하나의 방열판(241)에 구비되어 동시에 방열됨으로써, 향상된 방열 특성을 가질 수 있다.
방열판(241)은 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장된 회로 기판(210)과 드라이버 모듈(220)이 부착되는 지지면을 제공할 수 있고, 드라이버 모듈(220)과 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장된 회로 기판(210)에서 발생되는 열을 방열핀(242)을 통해 외부로 방열하는 기능을 하는 것으로, 뒷면에 복수개의 방열핀(242)이 수직으로 형성될 수 있다.
마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 구동할 때에 드라이버 모듈(220)에서 발생하는 열과 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 발광할 때에 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100) 및 회로 기판(210)에서 발생되는 열은 드라이버 모듈(220) 및 회로 기판(210)과 동일면 상에서 일체로 형성되어 있는 방열판(241)에서 연장되는 복수의 방열핀(242)을 통해 곧바로 외부로 방출될 수 있다.
본 발명의 조명 장치(200)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 실장된 회로 기판(210)과 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 구동하는 드라이버 모듈(220)에서 발생되는 열이 하부 동일면에 설치된 방열판(241)으로 직접 방열되도록 함으로써, 발열로 인한 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 광효율 저하 및 수명저하 현상을 개선할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 발광 패턴을 설명하기 위한 개념도로, 다양한 주변 환경이나 필요에 따라서 요구되는 복수의 발광 패턴을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 사용자는 복수의 발광 패턴 중에서 원하는 발광 패턴을 간단한 조작에 의해서 선택할 수 있으며, 사용자가 선택한 발광 패턴에 따라 드라이버 모듈(220)과 트랜지스터부(140)에 의해 원하는 발광 패턴으로 발광될 수 있다. 사용자에 의해서 선택된 발광 패턴 신호를 전달받은 로직 회로부(221)는 선택된 발광 패턴에 대응하는 단위 적층구조물(125)이 발광되도록 단위 적층구조물(125)에 연결된 트랜지스터부(140)의 스위칭 제어 신호를 보낼 수 있으며, 로직 회로부(221)의 제어신호에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 선택된 발광 패턴으로 발광되도록 파워 회로부(222)에서 전류를 제공할 수 있다. 즉, 복수의 발광 패턴에서 사용자는 여러 주변환경 또는 상황에 맞추어 간단한 조작에 의해 원하는 발광 패턴을 선택할 수 있다.
본 발명에 따른 조명 장치(200)는 주변환경 정보를 측정하여 드라이버 모듈(220)에 전달하는 주변 측정부(미도시);를 더 포함할 수 있고, 드라이버 모듈(220)은 상기 주변 측정부(미도시)로부터 전달된 주변환경 정보에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)의 발광 패턴을 제어할 수 있다. 그리고 상기 주변 측정부(미도시)는 조도를 감지하는 조도센서(미도시), 지리 정보를 획득하는 지리위치 정보장치(미도시) 및 전방을 촬영하는 카메라(미도시) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 드라이버 모듈(220)은 측정된 주변환경 정보에 따라 미리 설정된 발광 패턴으로 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 제어할 수 있는데, 조명 장치(200)는 미리 설정된 복수의 발광 패턴을 저장하는 발광 패턴 저장부(미도시); 및 측정된 주변환경에 대응하여 발광 패턴을 선택하는 발광 패턴 선택부(미도시);를 더 포함할 수 있다.
카메라(미도시), 조도센서(미도시) 및 자리위치 정보장치(미도시)는 운송수단용 장치 내부 또는 외부에 탑재될 수 있다. 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 사용자가 선택한 원하는 발광 패턴을 발광할 뿐만 아니라 주변 측정부(미도시)로부터 측정된 주변환경에 대응하는 제1 내지 제6 발광 패턴으로 자동 발광할 수 있으며, 발광 패턴은 제1 내지 제6 발광 패턴 외에 설계자에 의해 원하는 발광 패턴을 추가 또는 변경할 수 있다.
자세히 살펴보면, 도 8(a)에 제시된 제1 발광 패턴은 도심지 또는 번화가와 같이 가로등으로 인한 주변의 조도가 상대적으로 높은 지역에서 발광하는 발광 패턴일 수 있다. 그리고 도 8(b)에 제시된 제2 발광 패턴은 도로에 상대적으로 커브가 많거나, 커브 각이 크고, 제한속도가 80km 이하일 때에 발광하는 발광 패턴일 수 있고, 주변의 조도가 상대적으로 낮은 지역에서 발광하는 발광 패턴일 수 있는데, 다른 발광 패턴들에 비해 다양한 환경에서 사용될 수 있다. 또한, 도 8(c)에 제시된 제3 발광 패턴은 도로가 상대적으로 직진으로 되어 있으면서 제한속도가 80km 이상인 지역에서 발광하는 발광 패턴일 수 있다.
그리고 도 8(d) 내지 도 8(f)에 제시된 제4 내지 제6 발광 패턴은 전방의 차량과 대향차가 인식되는 경우에 대향차 운전자의 눈부심을 방지시키기 위해 발광하는 발광 패턴일 수 있다. 빛을 차단시켜 대향차 운전자의 눈부심을 방지하는 컷 오프 라인을 사용하지 않고 제4 내지 제6 발광 패턴을 구현함으로써, 전방 차량과 대향차 운전자의 눈부심을 방지함과 동시에 광효율과 시야성을 확보하여 충돌사고를 예방할 수 있다.
이와 같이, 상기 주변 측정부(미도시)로부터 측정된 값에 따라 원하는 발광 패턴으로 바꿀 수 있으며, 복수의 발광 패턴은 미리 설정되어 발광 패턴 저장부(미도시)에 저장될 수 있다. 측정된 주변환경에 대응하는 발광 패턴은 발광 패턴 선택부(미도시)에서 선택할 수 있고, 선택된 발광 패턴은 발광 패턴 신호로 드라이버 모듈(220)에 전달될 수 있다. 발광 패턴 신호를 전달받은 로직 회로부(221)는 선택된 발광 패턴에 대응하는 단위 적층구조물(125)이 발광되도록 단위 적층구조물(125)에 연결된 트랜지스터부(140)의 스위칭 제어 신호를 보낼 수 있으며, 로직 회로부(221)의 제어신호에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 선택된 발광 패턴으로 발광되도록 파워 회로부(222)에서 전류를 제공할 수 있다.
카메라(미도시)는 전방 카메라로서, 예를 들어 차량 실내 인사이드 미러에 구비될 수 있으며, 전방 도로의 영상을 획득하여 전방의 차량과 대향차를 인식할 수 있다. 야간 주행 중 차량의 전방에 대향차가 진입하는 경우, 상기 카메라로부터 송신되는 영상을 판단할 수 있고, 상기 카메라로부터 송신되는 영상에 의해 차량 전방에 대향차가 존재한다고 판단되면, 발광 패턴 선택부(미도시)에서 발광 패턴 저장부(미도시)에 저장되어 있는 제1 내지 제6 광 패턴 중에 운전자의 눈부심을 방지하면서 시인성을 확보할 수 있는 제4 내지 제6 중 어느 하나의 발광 패턴을 선택할 수 있다.
즉, 차량 주행 중에 운전자가 조명 장치(200)를 점등시키면, 카메라가 약 1초 동안 10회의 촬영을 행할 수 있고, 상기 카메라로부터 전방의 차량 또는 대향차가 인식되면, 대향차 운전자의 눈부심을 방지하면서 시야성을 확보할 수 있는 제4 내지 제6 중 어느 하나의 발광 패턴을 발광 패턴 선택부(미도시)에서 선택할 수 있으며, 선택된 발광 패턴은 발광 패턴 신호로 로직 회로부(221)에 전달될 수 있다. 로직 회로부(221)는 제4 내지 제6 중 어느 하나의 발광 패턴에 대응하는 각각의 단위 적층구조물(125)들을 점등시키기 위해 단위 적층구조물(125)을 개별적으로 스위칭하는 트랜지스터부(140)로 제어신호를 전달할 수 있으며, 로직 회로부(221)로부터 제어신호를 전달받은 트랜지스터부(140)는 발광 패턴에 맞는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 발광될 수 있도록 단위 적층구조물(125)을 스위칭할 수 있다. 또한, 발광 패턴 제어신호에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 발광할 수 있도록 파워 회로부(222)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에 전류를 제공하여 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에서는 발광 패턴에 맞는 빛을 발광할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 조명 장치(200)는 상기 카메라로부터 인식된 대향차에 맞는 최적의 발광 패턴을 조사하게 되므로, 운전자는 대향차 또는 전방의 차량을 쉽게 인지할 수 있어 시야성을 확보할 수 있고, 대향차 운전자의 눈부심을 방지시킬 수 있게 되어 충돌사고를 효과적으로 예방할 수 있다.
조도센서(미도시)는 차량이 주행중인 도로가 가로등으로 인해 상대적으로 조도가 낮거나 높은 야간 주행 상황인지를 판별하기 위해 주변의 조도를 감지하여 조도를 측정할 수 있다. 상기 조도센서의 출력 전압이 기준 전압 이하인지 판단하는 단계를 수행하여 조명 장치(200)가 켜진 조건에서 상기 조도센서의 전압이 구체적으로 0.3 V 이하의 출력값으로 계속 유지되면, 주행 도로에 가로등이 없다고 판단하여 주변의 조도가 상대적으로 낮은 지역에서의 주행 상황이라고 판단할 수 있다.
가로등으로 인한 주변의 조도가 상대적으로 낮은 지역이라고 판단되면, 발광 패턴 선택부(미도시)는 발광 패턴 저장부(미도시)에 저장되어 있는 제1 내지 제6 발광 패턴 중에 낮은 조도로 인해 시인성을 확보할 수 있는 제2 발광 패턴을 선택할 수 있다. 따라서, 운전자의 시야가 좁은 상대적으로 낮은 조도의 도로 상황에서 운전자의 감지가 어려운 물체에 국부적으로 조명을 조사함으로써, 보행자 및 동물 등 추돌 사고를 예방할 수 있고, 운전자에게 안정성을 확보해 줄 수 있다.
반면에, 상기 조도센서의 기준 전압이 0.3 V 이상으로 유지되거나 0.3 V 이상과 0.3 V 이하가 주기적으로 반복되면, 가로등 또는 건물에서 나오는 빛으로 인한 주변의 조도가 상대적으로 높은 주행 상황이라고 판단할 수 있다. 따라서, 주변의 조도가 상대적으로 높은 지역이라고 판단되면, 제1 발광패턴을 선택할 수 있다. 여기서, 상기 기준 전압은 미리 정해진 실험치에 의해 결정될 수 있으며, 설계자에 의해 변경될 수도 있다.
가로등 또는 건물에서 나오는 빛에 의해 주변의 조도가 상대적으로 높은 지역에서 발광하는 제1 발광패턴 및 주변의 조도가 상대적으로 낮은 지역에서 시인성을 확보할 수 있는 제2 발광 패턴은 조도센서의 출력 전압값에 따라 발광 패턴 선택부(미도시)에서 선택할 수 있고, 선택된 발광 패턴은 발광 패턴 신호로 로직 회로부(221)에 전달될 수 있다. 로직 회로부(221)는 전달된 제1 또는 제2 발광 패턴 신호에 따라 트랜지스터부(140)가 온 또는 오프되도록 동작을 제어하는 제어 신호를 생성할 수 있다. 제어신호를 전달받은 트랜지스터부(140)는 발광 패턴에 맞는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 점등될 수 있도록 단위 적층구조물(125)을 스위칭할 수 있으며, 발광 패턴 제어신호에 따라 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 발광할 수 있도록 파워 회로부(222)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에 전류를 제공하여 발광 패턴에 맞는 빛을 발광할 수 있다.
지리정보를 획득하는 지리위치 정보장치(미도시)는 차량에 탑재되어 현재 차량이 주행하고 있는 도로에 대한 정보를 얻을 수 있고, 이에 기반하여 조명장치의 발광 패턴을 설정할 수 있도록 함으로써, 사용자의 편의성과 시인성을 향상시키고 안전사고의 발생 가능성을 저감시킬 수 있다.
상기 지리위치 정보장치(미도시)로부터 제공된 위치 정보에 의해 차량이 위치한 도로 주변상황을 판단할 수 있는데, 고속국도 또는 고속도로와 같이 기준 속도 이상으로 진행해야 하는 도로, 주행 중인 차량의 도로가 커브 각이 크거나 많은 도로, 상대적으로 주행중인 차량의 도로가 직진으로 되어있는 도로와 같이 도로 주변환경을 판별하여 도로 환경에 대응하는 발광 패턴을 발광 패턴 선택부(미도시)에서 선택할 수 있다.
지리위치 정보신호에 의해 차량이 위치한 도로를 파악하고 파악된 현재 차량이 위치한 도로가 상대적으로 직진으로 되어 있으면서 도로의 제한 속도가 80km 이상인 도로라고 판단하게 되면, 지향성이 향상된 제3 발광 패턴을 발광 패턴 선택부(미도시)에서 선택할 수 있고, 선택된 발광 패턴은 발광 패턴 신호로 로직 회로부(221)에 전달될 수 있다. 로직 회로부(221)는 제3 발광 패턴에 대응하는 각각의 단위 적층구조물(125)들을 점등시키기 위해서 단위 적층구조물(125)을 개별적으로 스위칭하는 트랜지스터부(140)로 제어신호를 전달할 수 있으며, 로직 회로부(221)로부터 제어신호를 전달받은 트랜지스터부(140)는 제3 발광 패턴에 맞는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)가 발광될 수 있도록 단위 적층구조물(125)을 스위칭할 수 있다.
또한, 도로가 상대적으로 커브가 많거나 커브 각이 크고 도로의 제한 속도가 80km 이하인 도로라고 판단하게 되면, 제2 발광 패턴을 선택할 수 있다. 제2 발광 패턴은 다른 발광 패턴들에 비해 다양한 환경에 사용되기 때문에 야간 주행시 좁은 시야의 운전자에게 안정성을 확보해 줄 수도 있다.
즉, 카메라(미도시), 조도센서(미도시), 지리위치 정보장치(미도시) 중에서 적어도 어느 하나로 측정된 주변환경에 대응하는 발광 패턴은 다양한 상황(또는 환경)별로 발광 패턴 저장부(미도시)에 저장될 수 있고, 측정된 주변환경에 대응하는 발광 패턴을 발광 패턴 선택부(미도시)에서 선택하면, 선택된 발광 패턴 신호는 드라이버 모듈(220)로 전달될 수 있다. 드라이버 모듈(220)은 발광 패턴 선택부(미도시)로부터 출력되는 발광 패턴 신호에 따라 임의의 단위 적층구조물(125)을 온 또는 오프되도록 하는 제어 신호를 생성하여 미리 설정된 발광 패턴이 제공되도록 할 수 있다. 차량 주행 중에 도로의 상태 및 주변환경에 따라 적절한 발광 패턴 선택이 가능하여 야간 주행시 좁은 시야의 운전자에게 안정성과 최적의 시인성을 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 조명 장치(200)의 드라이버 모듈(220)은 측정된 주변환경 정보에 따라 미리 설정된 발광 패턴으로 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)를 제어할 수 있고, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)는 미리 설정된 발광 패턴으로 발광할 수 있다.
한편, 본 발명의 조명 장치(200)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)와 투사 렌즈(230) 사이에 제공되며, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)로부터 출사된 빛을 제어하여 투사 렌즈(230)로 전달하기 위한 광학계(미도시)를 더 포함할 수 있고, 광학계(미도시)는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에서 출사된 빛을 집속하여 진행시키기 위한 분광 렌즈(미도시), 분광 렌즈(미도시)로부터 입사된 빛을 면광원화시키는 복수의 플라이 아이 렌즈(미도시), 플라이 아이 렌즈로(미도시)부터 입사된 빛을 집광시키도록 한 집광 렌즈(미도시) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이를 통해, 렌즈 사이의 거리를 조절함으로써, 빛의 조사 범위를 조절할 수 있기 때문에 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드(100)에서 조사되는 빛은 주행 차로는 물론 갓길의 시야를 확보할 수 있어 갓길을 이용하는 보행자, 동물 또는 주차된 차량을 먼 거리에서 식별이 가능하여 운전자의 시야를 확보할 수 있는 효과가 있다. 즉, 리플렉터를 사용하지 않고 이러한 하나의 광학계(미도시)를 이용하여 투사 렌즈(230)로 빛을 전달하기 때문에 빛의 손실이 발생하지 않아 광효율이 증가할 수 있고, 빛을 멀리 조사할 수 있으며, 지향성이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 조명 장치(200)는 운송수단용 헤드램프일 수 있고, 예를 들어 자동차용 헤드램프일 수 있다. 본 발명의 조명 장치(200)는 차량을 예로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 비행기, 선박 등을 비롯하여 차량이 아닌 다른 제품에도 운송수단을 목적으로 하는 제품이라면 동일하게 본 발명의 조명 장치(200)가 사용될 수 있다.
한편, 일반적으로 자동차용 헤드램프에 사용되는 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 소자는 열에 노출되어 높은 엔진룸 온도(약 150 ℃)에 의해 손상될 수 있으며, 신뢰성이 나쁘다. 하지만, 본 발명에서는 온도나 습도의 변화를 차단할 수 있는 물질로 이루어진 층간절연층(180)으로 트랜지스터부(140)를 피복하므로, 트랜지스터부(140)가 층간절연층(180)를 통해 열로부터 보호받을 수 있어 높은 엔진룸 온도에 의한 손상을 방지 또는 억제할 수 있고, 트랜지스터부(140)의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 9를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법을 보다 상세히 살펴보는데, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 및 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치와 관련하여 앞서 설명된 부분과 중복되는 사항들은 생략하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법은 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 적층하여 반도체 적층체를 형성하는 단계(S100); 상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 식각하여 패터닝하는 단계(S200); 상기 p형 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계(S300); 상기 반도체 적층체 상에 절연층을 적층하는 단계(S400); 및 상기 p형 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 절연층 상에 트랜지스터부를 적층하는 단계(S500);를 포함할 수 있다.
먼저, 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 적층하여 반도체 적층체를 형성한다(S100). 기판의 일면 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 순차적으로 적층하여 반도체 적층체를 형성할 수 있다.
다음으로, 상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 식각하여 패터닝(Patterning)한다(S200). 상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 식각하여 패터닝할 수 있는데, 상기 활성층과 상기 p형 반도체층이 식각되어 상기 n형 반도체층이 노출될 수 있고, 상기 활성층과 상기 p형 반도체층이 복수의 단위 적층구조물로 분리될 수 있다.
상기 패터닝하는 단계에서는 적어도 상기 활성층과 상기 p형 반도체층이 2차원으로 배열된 복수의 단위 적층구조물로 분리되어 마이크로 픽셀 어레이를 이룰 수 있다. 상기 패터닝하는 단계에서 간단하게 상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 복수의 단위 적층구조물로 분리하여 상기 반도체 적층체를 상기 복수의 단위 적층구조물로 구획할 수 있고, 이에 따라 마이크로 픽셀(micro-pixel)별로 개별 점소등을 할 수 있다.
그 다음 상기 p형 반도체층 상에 p형 전극을 형성한다(S300). 상기 p형 반도체층에 전류를 공급할 수 있도록 상기 p형 반도체층 상에 p형 전극을 형성할 수 있다. 상기 p형 전극은 상기 복수의 단위 적층구조물에 각각 형성될 수 있다.
그리고 상기 반도체 적층체 상에 절연층을 적층한다(S400). 상기 반도체 적층체 상에 트랜지스터부를 적층할 수 있도록 상기 반도체 적층체 상의 증착면(또는 적층면)을 평탄화시키기 위해 상기 반도체 적층체 상에 절연층을 적층할 수 있다.
이후에, 상기 p형 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 절연층 상에 트랜지스터부를 적층한다(S500). 상기 p형 전극의 적어도 일부가 노출되도록 상기 절연층을 식각하여 비아홀(via hole)을 형성하고, 상기 비아홀을 통해 상기 p형 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 절연층 상에 소스, 드레인, 게이트를 포함하는 트랜지스터부를 적층할 수 있다. 여기서, 상기 드레인은 상기 p형 전극에 접속될 수 있고, 상기 소스와 상기 드레인은 서로 이격되어 상기 게이트보다 먼저 형성될 수 있다. 그리고 상기 소스와 상기 드레인 사이에 게이트 절연막(Gate Insulator; GI)을 형성한 후에 상기 소스와 상기 드레인을 전기적으로 연결할 수 있도록 상기 게이트 절면막 상에 상기 게이트를 형성할 수 있다. 상기 트랜지스터부는 상기 p형 전극에 대응되어 각각 형성될 수도 있고, 상기 복수의 단위 적층구조물이 그룹화된 각 그룹마다 각각 형성되어 각 그룹의 상기 p형 전극과 동시에 연결될 수도 있다.
상기 트랜지터부는 상기 p형 전극에 접속되어 상기 p형 전극에 공급되는 전류를 스위칭하는 제1 트랜지스터를 포함할 수 있고, 상기 제1 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜지스터의 게이트에 공급되는 전류를 스위칭하는 제2 트랜지스터를 더 포함할 수도 있다. 이러한 경우, 스위칭을 위한 선택 신호로 전압 신호(Voltage Signal)를 상기 제2 트랜지스터에 전송하고 상기 제1 트랜지스터에 안정적으로 상기 단위 적층구조물을 구동하는 전류가 공급될 수 있으므로, 상기 단위 적층구조물의 구동과 상기 제1 트랜지스터의 구동에 필요한 각각의 전류량(또는 전압 크기)에 따라 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 전원을 효율적으로 사용할 수 있고, 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 구동의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법은 상기 드레인에 접속되도록 캐패시터부를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 트랜지스터부가 모두 형성된 후에 상기 캐패시터부를 형성할 수 있다.
그리고 상기 캐패시터부를 형성하는 단계는 상기 트랜지스터부 상에 평탄절연층을 적층하는 단계; 및 상기 평탄절연층 상에 상기 트랜지스터부와 전기적으로 연결되도록 상기 평탄절연층 상에 상기 캐패시터부를 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 상기 캐패시터부의 면적 선택의 폭이 넓어질 수 있고, 원하는 캐패시터부의 용량에 따라 용이하게 상기 캐패시터부를 형성할 수 있다.
상기 반도체 적층체를 형성하는 단계에서는 상기 기판 상에 상기 반도체 적층체를 에피택셜 성장시킬 수 있다. 에피택셜 성장층은 에피택셜(epitaxial)로 성장시켜야 하므로, 상기 기판 상에 상기 트랜지스터부를 먼저 형성하고 상기 트랜지스터부 상에 상기 반도체 적층체를 에피택셜로 성장시키는 데 어려움이 있으며, 상기 트랜지스터부 또는 상기 절연층의 표면에는 상기 반도체 적층체를 에피택셜로 성장시킬 수 없다.
하지만, 본 발명에서는 상기 기판의 표면에 에피택셜로 성장된 상기 반도체 적층체 상에 상기 절연층과 상기 트랜지스터부를 적층하므로, 별도의 본딩 공정 없이 인시튜(in-situ)로 적층하여 상기 트랜지스터부를 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 제조할 수 있다.
상기 n형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 n형 전극을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 n형 전극은 상기 활성층과 상기 p형 반도체층의 식각에 의해 노출된 상기 n형 반도체층 상에 형성되어 상기 n형 반도체층과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 n형 전극을 형성하는 단계에서는 상기 복수의 단위 적층구조물의 공통 전극으로 상기 n형 전극을 형성할 수 있다. 상기 n형 전극을 상기 n형 반도체층의 공통 전극으로 형성하는 경우에는 상기 반도체 적층체의 가장자리부에만 상기 n형 전극을 형성할 수 있으므로, 복수의 단위 적층구조물 사이마다 상기 n형 전극을 형성하지 않아도 되기 때문에 단위 적층구조물 간의 간격을 최소화할 수 있고, 이에 따라 단위 적층구조물들 사이의 암부 영역(dark region)을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 n형 전극을 형성하는 단계에서는 상기 n형 전극을 상기 마이크로 픽셀 어레이의 외곽에 형성할 수 있다.
그리고 상기 n형 전극을 형성하는 단계에서는 상기 n형 전극을 상기 반도체 적층체의 둘레를 따라 형성할 수 있는데, 이러한 경우에는 상기 n형 전극에 전원이 인가될 때에 상기 n형 전극과의 거리에 따른 상기 단위 적층구조물 간의 전류(또는 공급 전류량) 차이를 최소화할 수 있다.
상기 트랜지스터부 상에 층간절연층을 형성하는 단계; 상기 트랜지스터부의 소스와 게이트의 적어도 일부가 각각 노출되도록 상기 층간절연층을 식각하는 단계; 및 노출된 상기 소스와 상기 게이트에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 층간절연층 상에 소스 패드 및 게이트 패드를 각각 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 층간절연층을 형성하는 단계는 상기 트랜지스터부 상에 제1 층간절연층을 형성하는 단계 및 상기 제1 층간절연층 상에 제2 층간절연층을 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 층간절연층을 식각하는 단계는 상기 제1 층간절연층을 식각하는 단계 및 상기 제2 층간절연층을 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 그리고 상기 소스 패드 및 게이트 패드를 각각 형성하는 단계는 제1 소스패드와 제1 게이트패드를 각각 형성하는 단계 및 제2 소스패드와 제2 게이트패드를 각각 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
일실시예로, 상기 트랜지스터부가 피복되도록 상기 절연층 상에 상기 제1 층간절연층을 형성할 수 있다. 그리고 상기 트랜지스터부의 소스와 게이트의 적어도 일부가 각각 노출되도록 상기 제1 층간절연층을 식각하여 상기 식각에 의한 비아홀을 통해 상기 소스와 상기 게이트에 각각 접속되도록 상기 제1 소스패드와 상기 제1 게이트패드를 각각 형성할 수 있다. 그 다음 상기 제1 소스패드와 상기 제1 게이트패드가 피복되도록 상기 제1 층간절연층 상에 상기 제2 층간절연층을 형성할 수 있다. 그리고 상기 제1 소스패드와 상기 제1 게이트패드의 적어도 일부가 각각 노출되도록 상기 제2 층간절연층을 식각하여 상기 식각에 의한 비아홀을 통해 상기 제1 소스패드와 상기 제1 게이트패드에 각각 접속되도록 상기 제2 소스패드와 상기 제2 게이트패드를 각각 형성할 수 있다.
상기 소스 패드 및 게이트 패드를 각각 형성하는 단계에서는, 상기 소스를 제1 방향 라인(예를 들어, 상기 마이크로 픽셀 어레이의 제1 방향 라인)별로 연결하도록 복수의 상기 소스 패드를 형성할 수 있고, 상기 게이트를 상기 제1 방향 라인과 교차하는 제2 방향 라인별(예를 들어, 상기 마이크로 픽셀 어레이의 제2 방향 라인)로 연결하도록 복수의 상기 게이트 패드를 형성할 수 있는데, 복수의 상기 제1 소스패드가 복수의 상기 소스를 상기 제1 방향 라인별로 연결하고 복수의 상기 제2 게이트패드가 복수의 상기 게이트를 상기 제2 방향 라인별로 연결할 수 있으며, 반대로 복수의 상기 제2 소스패드가 복수의 상기 소스를 상기 제1 방향 라인별로 연결하고 복수의 상기 제1 게이트패드가 복수의 상기 게이트를 상기 제2 방향 라인별로 연결할 수 있다.
여기서, 상기 소스 또는 상기 게이트를 상기 제1 방향 라인별 또는 상기 제2 방향 라인별로 연결하는 복수의 상기 제1 소스패드 또는 복수의 상기 제1 게이트패드는 복수의 상기 소스 또는 복수의 상기 게이트를 라인(line)으로 연결하는 복수의 배선(즉, 소스 배선 또는 게이트 배선)일 수 있고, 상기 소스 또는 상기 게이트를 상기 제1 방향 라인별 또는 상기 제2 방향 라인별로 연결하는 복수의 상기 제2 소스패드 또는 복수의 상기 제2 게이트패드는 복수의 상기 소스 또는 복수의 상기 게이트를 라인으로 연결하는 복수의 배선을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법은 상기 p형 전극 또는 상기 트랜지스터부에 접촉되도록 방열 구조물을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 방열 구조물은 상기 반도체 적층체 또는 상기 트랜지스터부에서 발생되는 열을 방출시킬 수 있다. 그리고 상기 방열 구조물을 형성하는 단계는 상기 p형 전극 또는 상기 트랜지스터부의 적어도 일부가 노출되도록 상기 층간절연층, 상기 평탄절연층 및/또는 상기 절연층을 식각하여 비아홀을 형성하는 단계; 및 상기 비아홀을 방열 물질로 채우는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방열 구조물은 상기 방열 물질로 이루어질 수 있고, 상기 방열 물질은 질화 알루미늄(AlN) 등의 절연 특성을 가지면서 열전도도가 우수한 물질일 수 있다.
상기 기판 상에 상기 반도체 적층체에서 방출되는 빛의 특성을 변화시키는 광특성조정부를 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. 상기 광특성조정부는 상기 기판의 일면 또는 타면 상에 상기 기판과 접하여 형성될 수 있고, 상기 반도체 적층체에서 방출되는 빛의 특성을 변화시킬 수 있는데, 빛의 색, 출사 방향 및 출사량 등을 변화시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법은 상기 p형 반도체층과 상기 p형 전극 사이에 반사층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 상기 반사층은 플립칩(flip-chip) 방식에서 발광효율을 보다 높이기 위해 상기 p형 반도체층과 상기 p형 전극 사이에 제공되어 상기 기판의 반대방향으로 방사되는 빛을 상기 기판 쪽으로 반사시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 반도체 적층체 상에 절연층을 적층하여 증착면을 평탄화시킨 후에 직접 트랜지스터부를 적층함으로써, 트랜지스터 어레이와의 본딩 공정을 생략할 수 있다. 이에 따라 본딩 불량을 방지할 수 있고, 조명 장치(예를 들어, 자동차 헤드램프)에 사용되는 광원의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 또한, 트랜지스터 어레이와의 본딩 공정을 생략할 수 있어 종래보다 큰 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 제작할 수 있으며, 단위 적층구조물의 수가 많아지더라도 트랜지스터 어레이 기술을 필요로 하지 않아 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제작이 용이해질 수 있다. 그리고 본 발명에서는 p형 전극과 연결된 트랜지스터부의 소스와 게이트를 이용하여 액티브(Active) 구동을 하고 n형 반도체층이 전기적으로 모두 연결되어 있기 때문에 n형 전극을 n형 반도체층의 공통 전극으로 사용할 수 있어서, 발광 영역 외곽의 비발광부에 n형 전극을 형성할 수 있고, 이에 따라 단위 적층구조물 간의 간격을 최소화할 수 있으며, 단위 적층구조물들 사이의 암부 영역(dark region)을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 사용함으로써, 드라이버 모듈를 통해 마이크로 픽셀을 개별적으로 제어할 수 있고, 주변환경에 따라 발광 패턴을 조정할 수 있다. 이에 따라 운전자가 감지 대상물 또는 도로환경을 쉽게 인지할 수 있어 충돌사고를 예방할 수 있고, 운전자의 시야성을 높여줄 수 있으며, 대향차 운전자의 눈부심을 방지할 수 있다. 한편, 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드와 드라이버 모듈을 하나의 방열부재로 방열시킬 수 있으므로, 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있고, 제조비용을 절감할 수 있다.
상기 설명에서 사용한 “~ 상에”라는 의미는 위치에 관계없이 표면에 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 위치상 상부(위쪽) 또는 하부(아래쪽)에 대향하여 위치하는 경우를 포함하고, 상부면 또는 하부면 전체에 대향하여 위치하는 것뿐만 아니라 부분적으로 대향하여 위치하는 것도 가능하며, 그 면적에 관계없이 위치상 떨어져 대향하거나 상부면 또는 하부면에 직접 접촉한다는 의미로 사용하였다. 예를 들어, “기판 상에”는 기판의 표면(상부면 또는 하부면)이 될 수도 있고, 기판의 표면에 증착된 막의 표면이 될 수도 있다. 또한, “~ 상부(또는 하부)”의 의미는 직접 접촉하는 경우와 직접 접촉하지는 않지만 상부(또는 하부)에 위치하는 경우를 포함하며, 그 면적에 관계없이 높이가 더 높은 곳(또는 낮은 곳)에 위치하면 족하고, 위치상 위쪽(또는 아래쪽)에 있거나 상부면(또는 하부면)에 직접 접촉해 있다는 의미로 사용하였다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
21 : n형 전극 23 : p형 전극
21a,21b: n형 본딩 패드 40 : 캐패시터부
41 : 제1 트랜지스터 42 : 제2 트랜지스터
100 : 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드 110 : 기판
120 : 반도체 적층체 121 : n형 반도체층
122 : 활성층 123 : p형 반도체층
125 : 단위 적층구조물 130 : 절연층
135 : 평탄절연층 140 : 트랜지스터부
141 : 소스 142 : 드레인
143 : 게이트 143a: 게이트 절연막
151 : 제1 패드(소스 패드) 151a: 제1 소스패드
151b: 제2 소스패드 152 : 제2 패드(게이트 패드)
152a: 제1 게이트패드 152b: 제2 게이트패드
160 : 반사층 170 : 광특성조정부
180 : 층간절연층 181 : 제1 층간절연층
182 : 제2 층간절연층 185 : 방열 구조물
190 : 마이크로 렌즈 200 : 조명 장치
210 : 회로 기판 220 : 드라이버 모듈
221 : 로직 회로부 222 : 파워 회로부
230 : 투사 렌즈 240 : 방열부재
241 : 방열판 242 : 방열핀
250 : 컨넥터

Claims (24)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면 상에 적층되는 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층을 포함하는 반도체 적층체;
    상기 반도체 적층체 상에 적층되는 절연층; 및
    상기 절연층 상에 적층되며, 상기 활성층의 발광을 제어하는 트랜지스터부;를 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 적층체는 상기 기판 상에 에피택셜 성장되는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 p형 반도체층 상에 형성되는 p형 전극;을 더 포함하고,
    상기 트랜지스터부는 상기 p형 전극과 전기적으로 연결되며,
    적어도 상기 활성층과 상기 p형 반도체층은 2차원으로 배열된 복수의 단위 적층구조물로 분리되어 마이크로 픽셀 어레이를 이루는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 n형 반도체층과 전기적으로 연결되는 n형 전극;을 더 포함하고,
    상기 n형 전극은 상기 복수의 단위 적층구조물의 공통 전극으로 형성되는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 n형 전극은 상기 마이크로 픽셀 어레이의 외곽에 형성되는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  6. 청구항 1에 있어서,
    2차원으로 배열된 상기 트랜지스터부를 제1 방향 라인별로 연결하는 복수의 제1 패드; 및
    상기 트랜지스터부를 상기 제1 방향 라인과 교차하는 제2 방향 라인별로 연결하는 복수의 제2 패드;를 더 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 기판의 타면 상에 상기 복수의 단위 적층구조물에 대응되도록 제공되는 마이크로 렌즈;를 더 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 트랜지스터부와 전기적으로 연결되는 캐패시터부;를 더 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 트랜지스터부 상에 적층되는 평탄절연층;을 더 포함하고,
    상기 캐패시터부는 상기 평탄절연층 상에 상기 트랜지스터부와 전기적으로 연결되도록 형성되는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  10. 청구항 3에 있어서,
    상기 트랜지터부는 상기 p형 전극에 접속되어 상기 p형 전극에 공급되는 전류를 스위칭하는 제1 트랜지스터를 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 트랜지터부는 상기 제1 트랜지스터의 게이트와 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜지스터의 게이트에 공급되는 전류를 스위칭하는 제2 트랜지스터를 더 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 p형 전극 또는 상기 트랜지스터부에 연결되는 방열 구조물;을 더 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 p형 반도체층 상에 제공되는 반사층;을 더 포함하고,
    상기 기판은 투명 기판인 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판의 일면 또는 타면 상에 제공되어 상기 반도체 적층체에서 방출되는 빛의 특성을 변화시키는 광특성조정부;를 더 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드.
  15. 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항의 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드; 및
    상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 트랜지스터부가 본딩되어 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드가 실장되는 회로 기판;을 포함하는 조명 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 회로 기판에 연결되어 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드를 구동하는 드라이버 모듈;을 더 포함하고,
    상기 드라이버 모듈은,
    상기 트랜지스터부를 제어하는 제어신호를 생성하는 로직 회로부; 및
    상기 제어신호에 따라 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드에 전류를 제공하는 파워 회로부를 포함하는 조명 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 로직 회로부와 상기 파워 회로부는 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 주위에 분리되어 각각 배치되는 조명 장치.
  18. 청구항 16에 있어서,
    주변환경 정보를 측정하여 상기 드라이버 모듈에 전달하는 주변 측정부;를 더 포함하고,
    상기 드라이버 모듈은 상기 주변 측정부로부터 전달된 주변환경 정보에 따라 상기 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 발광 패턴을 제어하는 조명 장치.
  19. 기판 상에 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 적층하여 반도체 적층체를 형성하는 단계;
    상기 활성층과 상기 p형 반도체층을 식각하여 패터닝하는 단계;
    상기 p형 반도체층 상에 p형 전극을 형성하는 단계;
    상기 반도체 적층체 상에 절연층을 적층하는 단계; 및
    상기 p형 전극과 전기적으로 연결되도록 상기 절연층 상에 트랜지스터부를 적층하는 단계;를 포함하고,
    상기 패터닝하는 단계에서는 적어도 상기 활성층과 상기 p형 반도체층이 2차원으로 배열된 복수의 단위 적층구조물로 분리되어 마이크로 픽셀 어레이를 이루는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 반도체 적층체를 형성하는 단계에서는 상기 기판 상에 상기 반도체 적층체를 에피택셜 성장시키는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 n형 반도체층과 전기적으로 연결되도록 n형 전극을 형성하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 n형 전극을 형성하는 단계에서는 상기 복수의 단위 적층구조물의 공통 전극으로 상기 n형 전극을 형성하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법.
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 트랜지스터부 상에 층간절연층을 형성하는 단계;
    상기 트랜지스터부의 소스와 게이트의 적어도 일부가 각각 노출되도록 상기 층간절연층을 식각하는 단계; 및
    노출된 상기 소스와 상기 게이트에 각각 전기적으로 연결되도록 상기 층간절연층 상에 소스 패드 및 게이트 패드를 각각 형성하는 단계;를 더 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 소스 패드 및 게이트 패드를 각각 형성하는 단계에서는,
    상기 소스를 제1 방향 라인별로 연결하도록 복수의 상기 소스 패드를 형성하고,
    상기 게이트를 상기 제1 방향 라인과 교차하는 제2 방향 라인별로 연결하도록 복수의 상기 게이트 패드를 형성하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법.
  24. 청구항 19에 있어서,
    상기 기판 상에 상기 반도체 적층체에서 방출되는 빛의 특성을 변화시키는 광특성조정부를 형성하는 단계;를 더 포함하는 마이크로 픽셀 어레이 발광다이오드의 제조방법.
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