KR20220049791A - 광원 및 영상 투사 장치 - Google Patents

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KR20220049791A
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송후영
이민우
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엘지전자 주식회사
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Abstract

광원은 복수의 서브 화소에 각각 포함된 복수의 제1 영역과 복수의 제1 영역 사이의 제2 영역을 포함하는 기판과, 복수의 제1 영역에 각각 배치되는 복수의 반도체 발광 소자와, 복수의 제1 영역 및 제2 영역 상에 절연층을 포함한다. 절연층은 제2 영역 상에 제1 절연층과, 제1 절연층으로부터 연장되고, 복수의 반도체 발광 소자 각각의 측면을 둘러싸는 제2 절연층과, 제2 절연층으로부터 연장되고, 복수의 반도체 발광 소자 각각의 상면 상에 렌즈를 포함한다.

Description

광원 및 영상 투사 장치{Light source and image projection device}
실시예는 광원 및 영상 투사 장치에 관한 것이다.
영상 투사 장치는 영상을 확대하여 투사하여 주는 장치로서, 최근 들어 다양한 분야에 널리 채택되고 있다.
현재 상용 중인 것으로서 다음과 같은 2가지 영상 투사 장치가 있다.
첫번째는 LCD(liquid crystal display) 기반 영상 투사 장치로서, 광학 부재에서 조사된 광이 LCD 패널의 복수의 화소에 배치된 액정을 투과하여 만들어진 영상을 확대하여 투사한다.
두번째로, DLP(digital light processing) 기반 영상 투사 장치로서, 광학 부재에서 조사된 광이 마이크로미터 어레이로 구성된 DMD(digital micro-mirror device) 부재에 의해 반사되어 만들어진 영상을 투사한다.
종래에는 광학 부재의 광원으로서 램프 등이 사용되었지만, 헬륨 램프는 크기가 크고 열이 많이 발생되는 문제가 있다.
또한, 종래에는 광학 부재의 광원에서 생성된 광이 퍼지므로 집광(condensed light)을 얻기 어려웠고 광이 평행하게 진행되기(collimate) 어려운 문제가 있다.
이에 따라, 최근에는 발광 소자가 채택된 광원이 개발되고 있다. 발광 소자는 광 출력이 높고, 열이 많이 발생되지 않으며, 내구성이 높고 장수명 사용이 가능하다.
종래의 광원에서는 집광을 얻기 위해 몰딩 부재가 가공되어 형성된 렌즈가 발광 소자 상에 렌즈가 부착된다.
한편, 최근 들어, 비교적 작은 면적에서 고해상도나 고정세도를 갖는 광원이 요구되고 있다. 이를 위해, 발광 소자의 사이즈가 마이크로미터 이하로 작아지고 있다. 마이크로미터 이하의 사이즈를 갖는 발광 소자를 초소형 발광 소자로 명명한다.
따라서, 발광 소자가 마이크로미터 이하의 사이즈로 작아지는 경우 렌즈를 마이크로미터 이하의 사이즈로 가공하기 어렵다. 그러므로, 마이크로미터 이하의 사이즈를 갖는 발광 소자 상에 렌즈가 부착될 수 없어, 집광을 출사하는 광원의 구현이 불가능한 문제가 있다.
한편, 발광 소자는 기판 상에 본딩 방식을 이용하여 전기적으로 연결된다. 종래의 본딩 방식으로 예컨대, 와이어 본딩 방식, 솔더 본딩 방식, 유테틱(eutectic) 본딩 방식, 신터링(sintering) 본딩 방식 등이 있다.
영상 투사 장치는 경박 단소 특성이 요구된다. 이를 위해, 영상 투사 장치에서 광원의 두께가 얇아야 한다. 하지만, 이들 본딩 방식을 이용하는 경우, 본딩층이 수 마이크로미터의 두께를 가지므로, 광원의 두께가 두꺼워지는 문제가 있다.
한편, 발광 소자가 마이크로미터 이하의 사이즈로 작아지는 경우, 활성층의 면적이 작아져 광 출력이 저하되는 문제가 있다.
실시예는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
실시예의 다른 목적은 초소형 반도체 발광 소자에서 집광이 가능한 광원 및 영상 투사 장치를 제공하는 것이다.
또한 실시예의 또 다른 목적은 두께를 줄일 수 있는 광원 및 영상 투사 장치를 제공하는 것이다.
또한 실시예의 또 다른 목적은 광 출력을 높일 수 있는 광원 및 영상 투사 장치를 제공하는 것이다.
실시예의 기술적 과제는 본 항목에 기재된 것에 한정되지 않으며, 발명의 설명을 통해 파악될 수 있는 것을 포함한다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 일 측면에 따르면, 광원은, 복수의 서브 화소에 각각 포함된 복수의 제1 영역과 상기 복수의 제1 영역 사이의 제2 영역을 포함하는 기판; 상기 복수의 제1 영역에 각각 배치되는 복수의 반도체 발광 소자; 및 상기 복수의 제1 영역 및 제2 영역 상에 절연층을 포함하고, 상기 절연층은, 상기 제2 영역 상에 제1 절연층; 상기 제1 절연층으로부터 연장되고, 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 측면을 둘러싸는 제2 절연층; 및 상기 제2 절연층으로부터 연장되고, 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 상면 상에 렌즈를 포함한다.
상기 렌즈는 집광 렌즈를 포함할 수 있다.
상기 렌즈는 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 상면 상에 도넛 구조체를 가질 수 있다.
상기 도넛 구조체는 비대칭 다각형 구조를 가질 수 있다.
상기 광원은 상기 절연층 상에 반사 구조체를 포함할 수 있다.
상기 광원은 상기 복수의 제1 영역에 각각 배치되어, 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 하측에 연결되는 복수의 제1 전극 배선; 및 상기 복수의 반도체 발광 소자 상에 배치되어, 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 상측에 연결되는 제2 전극 배선을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 배선의 적어도 일측 끝단은 단차 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 전극 배선은 상기 복수의 반도체 발광 소자에 공통으로 연결될 수 있다.
상기 제2 전극 배선은 상기 렌즈를 통해 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 상측에 연결될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자는 마이크로미터 이하의 사이즈를 갖는 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시예의 다른 측면에 따르면, 영상 투사 장치는, 영상에 대응하는 집광을 출사하도록 상기 광원; 및 상기 광원의 전방에 배치되어 상기 영상을 투사하는 광학계를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 광원 및 영상 투사 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 기판(124) 상에 배치된 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)에 의해 광원(120)이 구성될 수 있다. 기판(121) 상에 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)가 배치되고, 절연층(124)이 기판(121) 상이나 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 측부 둘레에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 절연층(124)의 일부가 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측에 렌즈(124-3)로서 배치될 수 있다.
따라서, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)에서 생성된 컬러 광, 즉 적색 광, 녹색 광 및 청색 광이 렌즈에 의해 응축되어 집광으로 출사될 수 있다. 즉, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 및 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측에 구비된 렌즈(124-3)에 의해 집광(128)이 출사될 수 있다.
이에 따라, 집광(128)에 의해 광학계(130)에서 요구하는 충분한 광량이 광학계(130)에 입사되므로, 고 휘도 영상이 구현될 수 있다. 아울러, 광원(120) 자체에서 집광(128)을 얻을 수 있으므로, 별도의 집광을 위한 장치가 필요하지 않아 부피, 무게 및 비용을 줄일 수 있고 구조가 단순화할 수 있는 영상 투사 장치를 제공할 수 있다. 영상 투사 장치의 컴팩트(compact)화도 가능하다.
한편, 도 7에 도시한 바와 같이, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측부 둘레에 반사 구조체(125)가 배치됨으로써, 도 18에 도시한 바와 같이, 더 많은 광이 렌즈(124-3)로 입사됨으로써, 집광(128)의 세기가 증가될 수 있다.
한편, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)가 마이크로미터 이하의 사이즈를 가지고, 이 사이즈에 대응하여 형성되는 제1 전극 배선(122-1, 122-2) 또한 매우 작은 사이즈를 가질 수 있다. 이러한 작은 사이즈의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)를 발광하기 위해서는 매우 작은 두께(T11)를 갖는 제1 전극 배선(122-1, 122-2)으로도 충분하다. 제1 전극 배선(122-1, 122-2)가 매우 작은 사이즈를 가지므로, 두께(T11) 또한 매우 얇게 형성할 수 있다. 제1 전극 배선(122-1, 122-2)의 두께(T11)가 얇아져, 광원(120)이나 영상 투사 장치(100)의 컴팩트화가 가능하다.
실시예의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 실시예의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 실시예에 따른 영상 투사 장치를 도시한다.
도 2는 도 1의 광원을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 광원에서 X-Y라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 5는 도 3의 B 영역을 확대한 도면이다.
도 6은 실시예의 반도체 발광 소자 및 렌즈를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 3의 C 영역을 확대한 도면이다.
도 8 내지 도 16은 실시예에 따른 광원의 제조 방법을 설명한다.
도 17은 출원인의 비공개 기술에 따른 반도체 발광 소자의 집광 특성을 도시한다.
도 18은 실시예의 반도체 발광 소자의 집광 특성을 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 '모듈' 및 '부'는 명세서 작성의 용이함이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이며, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것은 아니다. 또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 '상(on)'에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 다른 중간 요소가 존재할 수도 있는 것을 포함한다.
실시예는 집광을 출사하는 광원을 이용함으로써, 별도의 집광을 위한 장치가 필요하지 않아 부피, 무게 및 비용을 줄일 수 있는 영상 투사 장치를 제공할 수 있다. 영상 투사 장치의 컴팩트화도 가능하다.
실시예는 반도체 발광 소자의 본딩 두께를 줄여 광원의 두께를 줄일 수 있는 영상 투사 장치를 제공할 수 있다.
실시예는 반도체 발광 소자의 둘레에 반사 구조체를 배치하여 광 출력을 높일 수 있는 광원 및 영상 투사 장치를 제공할 수 있다.
이와 같이, 부품들을 줄여, 구조가 단순화하여 사이즈를 줄인 영상 투사 장치의 컴팩트화도 가능하다.
[영상 투사 장치]
도 1은 실시예에 따른 영상 투사 장치를 도시한다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 영상 투사 장치(100)는 제어부(110), 광원(120) 및 광학계(130)를 포함할 수 있다. 제1 실시예에 따른 영상 투사 장치(100)는 이보다 더 많은 구성 요소를 포함할 수도 있다.
제어부(110)는 영상에 대응하는 광을 출사하기 위한 제어 신호를 생성할 수 있다.
도시되지 않았지만, 제어부(110)와 광원(120) 사이에 제1 구동부, 제2 구동부 및 제3 구동부가 위치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 구동부, 제2 구동부 및 제3 구동부 각각은 제어부(110)의 제어 신호에 따라 광원(120)을 구동하기 위한 제1 구동 신호, 제2 구동 신호 및 제3 구동 신호를 생성할 수 있다.
광원(120)은 제1 구동 신호, 제2 구동 신호 및 제3 구동 신호에 따라 소정의 영상에 대응하는 컬러 광을 출사할 수 있다.
예컨대, 제1 구동 신호에 의해 광원(120)의 제1 서브 화소(도 2의 PX1)가 발광되어 제1 컬러 광이 출사될 수 있다. 예컨대, 제2 구동 신호에 의해 광원(120)의 제2 서브 화소(PX2)가 발광되어 제2 컬러 광이 출사될 수 있다. 예컨대, 제3 구동 신호에 의해 광원(120)의 제3 서브 화소(PX3)가 발광되어 제3 컬러 광이 출사될 수 있다. 제1 서브 화소(PX1)는 적색 서브 화소이고, 제2 서브 화소(PX2)는 녹색 서브 화소이며, 제3 서브 화소(PX3)는 청색 서브 화소일 수 있다. 제1 컬러 광은 적색 광이고, 제2 컬러 광은 녹색 광이며, 제3 컬러 광은 청색 광일 수 있다.
제1 컬러 광, 제2 컬러 광 및 제3 컬러 광 각각은 광이 응축된 집광(128)일 수 있다. 광원(120)에 의해 집광(128)이 출사될 수 있다.
광원(120)은 도 2에 도시한 바와 같이, 풀 컬러를 구현할 수 있는 복수의 화소(PX)를 포함할 수 있다. 복수의 화소(PX)는 격자로 배열될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
복수의 화소(PX) 각각은 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)을 포함할 수 있다. 도면에는 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)가 일렬로 배열되는 것으로 도시되고 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 예컨대, 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)은 삼각형 또는 사각형을 갖도록 서로 인접하여 배열될 수 있다 예컨대, 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)은 일 방향, 가로 방향 또는 세로 방향을 따라 지그재그로 배열될 수 있다.
광원(120)은 도 3에 도시한 바와 같이, 기판(121), 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 및 절연층(124)을 포함할 수 있다.
기판(121)은 전반적인 지지를 담당할 수 있다. 기판(121)은 강도가 우수한 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 기판(121)은 플라스틱 재질, 세라믹 재질, 사파이어 재질, 비도전형 무기 재질 등으로 이루어질 수 있다.
예컨대, 기판(121)은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 화소(PX)를 포함하고, 복수의 화소(PX) 각각은 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)를 포함할 수 있다.
예컨대, 기판(121)은 복수의 제1 영역(121-1)과 제2 영역(121-2)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 영역(121-1)은 각각은 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)에 포함될 수 있다. 즉, 제1 영역(121-1)의 사이즈(또는 면적)은 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각의 사이즈보다 작을 수 있다. 제2 영역(121-2)은 제1 영역(121-1) 사이에 위치될 수 있다.
제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각은 제1 영역(121-1)과 제2 영역(121-2)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각의 중심에 제1 영역(121-1)이 위치되고, 제1 영역(121-1) 둘레에 제2 영역(121-2)이 위치될 수 있다. 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각에 포함된 제2 영역(121-2)은 서로 인접할 수 있다.
도시되지 않았지만, 기판(121)에 신호 라인이 설치되어, 이 신호 라인이 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 신호 라인에 공급된 전원에 의해 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각이 발광될 수 있다.
도시되지 않았지만, 기판(121) 상에 복수의 스캔 라인과 복수의 데이터 라인이 교차하여 배치되고, 복수의 스캔 라인과 복수의 데이터 라인의 교차에 의해 화소(PX)의 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각이 정의될 수 있다.
스캔 라인과 데이터 라인의 교차점에 박박 트랜지스터가 설치될 수 있다. 박막 트랜지스터는 스캔 라인, 데이터 라인 및 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)에 전기적으로 연결될 수 있다.
스캔 라인에 의해 공급된 스캔 신호에 의해 박박 트랜지스터가 턴온되므로, 스캔 신호에 의해 영상을 표시할 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각이 선택될 수 있다. 데이터 라인에 의해 공급된 데이터 신호가 상기 턴온된 박막 트랜지스터를 경유하여 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)에 전달되고, 이 데이터 신호에 의해 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)가 발광될 수 있다. 데이터 신호의 세기에 의해 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)에 흐르는 전류가 결정되고, 이 전류에 의해 광의 세기, 즉 영상의 휘도가 결정될 수 있다.
복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)은 각각 화소(PX)의 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 반도체 발광 소자(123-1)가 제1 서브 화소(PX1)에 배치되고, 제2 반도체 발광 소자(123-2)가 제2 서브 화소(PX2)에 배치되며, 제3 반도체 발광 소자(123-3)가 제3 서브 화소(PX3)에 배치될 수 있다. 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)은 각각은 복수의 제1 영역(121-1)에 배치될 수 있다. 예컨대, 복수의 제1 영역(121-1) 각각의 사이즈는 복수의 서브 화소(PX1, PX2, PX3)의 사이즈와 동일할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 무기질 반도체 재질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 2족-6족 화합물 반도체 재질 또는 3족-5족 화합물 반도체 재질로 이루어질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 하측의 면적이 상측의 면적보다 큰 메사 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측부는 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 하측에 대해 30° 내지 60°일 수 있다.
반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 위에서 보았을 때 원형(도 6 참조)을 가질 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
실시예의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 마이크로미터 이하의 사이즈를 갖는 반도체 발광 소자를 포함할 수 있다. 예컨대, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 마이크로미터 반도체 발광 소자나 나노미터 반도체 발광 소자일 수 있다. 실시예의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 그 모양에 따라 나노 라드(nano rod) 반도체 발광 소자, 원통형(disc-type) 반도체 발광 소자, 판상형(plate-type) 반도체 발광 소자 등을 포함할 수 있다.
예컨대, 실시예의 광원(120)은 수십만에서 수백만개의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)를 포함할 수 있다.
반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 광원(120)의 복수의 서브 화소(PX1, PX2, PX3) 각각에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 반도체 발광 소자(123-1)는 제1 서브 화소(PX1)에 배치되어, 제1 컬러 광, 즉 적색 광을 발광할 수 있다. 예컨대, 제2 반도체 발광 소자(123-2)는 제2 서브 화소(PX2)에 배치되어, 제2 컬러 광, 즉 녹색 광을 발광할 수 있다. 예컨대, 제3 반도체 발광 소자(123-3)는 제3 버스 화소에 배치되어, 제3 컬러 광, 즉 청색 광을 발광할 수 있다.
절연층(124)은 기판(121) 상에 배치될 수 있다. 절연층(124)은 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 상에 배치될 수 있다. 절연층(124)은 기판(121)의 제1 영역(121-1) 및 제2 영역(121-2) 상에 배치될 수 있다.
절연층(124)은 반도체 발광 소자(123-1, 123-2, 123-3)을 둘러쌀 수 있다. 절연층(124)은 반도체 발광 소자(123-1, 123-2, 123-3)의 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다. 절연층(124)은 무기 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예컨대, 절연층(124)은 실리콘 옥사이드 계열(SiOx) 물질이나 실리콘 나이트라이드 계열(SiNx) 물질로 이루어질 수 있다.
절연층(124)은 제1 절연층(124-1), 제2 절연층(124-2) 및 렌즈(124-3)를 포함할 수 있다. 제1 절연층(124-1), 제2 절연층(124-2) 및 렌즈(124-3)는 동일한 물질을 이용하여 동일한 공정에 의해 일체로 형성될 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
제1 절연층(124-1)은 기판(121)의 제2 영역(121-2) 상에 배치되어, 기판(121) 상의 신호 라인 등을 절연하거나 보호할 수 있다.
제2 절연층(124-2)은 제1 절연층(124-1)으로부터 연장되고, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측면을 둘러쌀 수 있다. 제2 절연층(124-2)은 제1 절연층(124-1)으로부터 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측부로 연장되어, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 측부 상에 배치될 수 있다. 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 제1 도전형 반도체층(1510)과 제2 도전형 반도체층(1530)의 이물질에 의한 전기적인 쇼트를 방지하거나 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측면을 따라 흐르는 누설 전류를 방지할 수 있다. 제2 절연층(124-2)은 패시베이션층, 보호층으로 불릴 수 있다.
기판(121)의 상면뿐만 아니라 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 측면은 제1 절연층(124-1) 및 제2 절연층(124-2)에 의해 덮혀짐으로써, 제1 절연층(124-1) 및 제2 절연층(124-2)에 의해 반도체 발광 소자(123-1, 123-2, 123-3)이 기판(121)에 단단하게 고정될 수 있다.
반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 상면 상에 렌즈(124-3)가 배치되기는 하지만, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 상면 일부는 제1 절연층(124-1) 및 제2 절연층(124-2)에 의해 덮혀지지 않을 수 있다.
렌즈(124-3)는 제2 절연층(124-2)으로부터 연장되고, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 상면 상에 배치될 수 있다.
렌즈(124-3)는 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)에서 출사되는 광을 응축(condense)시킬 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)와 그 상면에 배치된 렌즈(124-3)에 의해 특정 지향각을 갖는 집광(128)이 출사될 수 있다. 여기서, 특정 지향각을 갖는 집광(128)이란 특정 방향으로 광 분포가 밀집된 광을 의미할 수 있다.
렌즈(124-3)는 도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상면 상에 도넛 구조체(200)를 가질 수 있다.
예컨대, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각이 위에서 보았을 때 원형을 갖는 경우, 렌즈(124-3)는 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상면 상에 폐루프의 환형을 갖는 도넛 구조체(200)로 형성될 수 있다. 도넛 구조체(200)의 중심은 관통 가능하다. 즉, 도넛 구조체(200)의 중심에 개구부(210)가 구비되어, 도넛 구조체(200)의 개구부(210)를 통해 복수의 발광 소자 각각의 상면이 외부에 노출될 수 있다. 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상면의 가장자리는 도넛 구조체(200)에 의해 덮혀질 수 있다.
도넛 구조체(200)는 도 4에 도시한 바와 같이, 비대칭 다각형 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 도넛 구조체(200)는 도넛 구조체(200)의 하측에 대해 예각(θ2)을 갖는 경사면(124a)를 가질 수 있다. 도넛 구조체(200)가 비대칭 다각형 구조를 가지므로, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)에서 출사되어 렌즈(124-3)로 입사된 광이 도넛 구조체(200) 내에서 전반사되어 집광(128)이 도넛 구조체(200)의 상면이나 경사면(124a)을 통해 전방으로 출사될 수 있다. 환형을 갖는 도넛 구조체(200)에 의해 환형의 광이 출사되어, 환형의 광이 합쳐져 집광(128)으로 진행될 수 있다.
렌즈(124-3)의 도넛 구조체(200)의 제2 두께(T2)는 제2 절연층(124-2)의 제1 두께(T1)보다 클 수 있다. 렌즈(124-3)의 도넛 구조체(200)의 제2 두께(T2)를 두껍게 하여 집광 효율이 높아질 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 절연층(124-1)의 제3 두께(T3)는 제2 절연층(124-2)의 제1 두께(T1)과 같거나 작을 수 있고, 렌즈(124-3)의 도넛 구조체(200)의 제2 두께(T2)보다 작을 수 있다.
한편, 렌즈(124-3)는 적어도 하나 이상의 절연막을 포함할 수 있다. 아울러, 제1 절연층(124-1) 및 제2 절연층(124-2) 각각은 적어도 하나 이상의 절연막을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 렌즈(124-3), 즉 도넛 구조체(200)의 제2 두께(T2)는 제1 절연층(124-1)의 제3 두께(T3) 또는 제2 절연층(124-2)의 제1 두께(T1)보다 두꺼워, 증착 공정시 도넛 구조체(200)의 비대칭 다각형 구조로 형성하기 어렵다.
나중에 제조 방법(도 8)에서 설명하겠지만, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상면에 도넛 구조체를 갖는 제1 절연막(311)이 형성될 수 있다. 이때, 제1 절연막(311)의 도넛 구조체의 두께는 렌즈(124-3)의 도넛 구조체(200)의 제2 두께(T2)보다 작을 수 있다. 제1 절연막(311)의 도넛 구조체는 렌즈(124-3)의 도넛 구조체와 동일한 형상을 가질 수 있다.
이후, 제2 절연막(312)이 기판(121)의 제2 영역(121-2), 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측면 및 제1 절연막(311) 상에 형성될 수 있다. 이러한 경우, 기판(121)의 제2 영역(121-2) 상에 형성된 제2 절연막(312)은 제1 절연층(124-1)이고, 복수의 반도체 각각의 측면을 둘러싸는 제2 절연막(312)은 제2 절연층(124-2)일 수 있다. 제1 절연막(311) 상에 제2 절연막(312)이 형성되므로, 제1 절연막(311)과 제2 절연막(312)에 의해 렌즈(124-3)가 형성될 수 있다. 제1 절연막(311)이 환형의 도넛 구조체를 가지므로, 제1 절연막(311) 상에 형성되는 제2 절연막(312)은 제1 절연막(311)의 환형의 도넛 구조체에 대응하는 형상, 즉 환형의 도넛 구조체(200)를 가질 수 있다. 따라서, 제1 절연막(311)과 제2 절연막(312)에 의해 환형의 도넛 구조체(200)를 갖는 렌즈(124-3)로 형성될 수 있다. 이때, 렌즈(124-3)의 도넛 구조체(200)는 제1 절연막(311)과 제2 절연막(312)을 합산한 두께, 즉 제2 두께T2)로서, 제2 절연막(312)에 의해 형성된 제1 절연층(124-1)의 제3 두께(T3) 또는 제2 절연층(124-2)의 제1 두께(T1)보다 클 수 있다.
제1 절연막(311)과 제2 절연막(312)은 동일한 물질을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
통상 반도체 발광 소자는 사방으로 광이 출사될 수 있다. 따라서, 사방으로 출사되는 광은 약간이 편차는 있지만 대략 균일한 광 분포를 가질 수 있다. 이와 같이 광이 사방으로 출사되므로, 광의 도달 거리가 매우 짧아, 광학계(130)에 도달되는 광량이 적어 고 휘도 영상 구현이 어렵다. 또한, 광의 퍼짐이 심해, 이를 평행광(collimated light)으로 변환하기 위한 콜리메이터가 추가로 설치되어야 하므로, 비용이 증가되고 구조가 복잡해질 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 실시예의 광원(120)의 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 그 상면에 배치된 렌즈(124-3)와 결합되어 특정 지향각을 갖는 집광(128)을 출사할 수 있다. 예컨대, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 광학계(130)에 대해 수직인 방향으로 진행된 집광(128)을 출사함으로써, 광학계(130)에 집광(128)이 그대로 입사되어 광학계(130)에서 요구하는 휘도 조건을 만족하므로 고 휘도 영상이 구현될 수 있다.
한편, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상면에 배치된 렌즈(124-3)은 제1 절연층(124-1) 및 제2 절연층(124-2)에 의해 연결될 수 있다.
반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)와 렌즈(124-3)은 발광 모듈, 집광부, 집광기, 집광원, 발광부, 발광기, 발광원 등을 구성할 수 있다. 예컨대, 기판(121) 상에 복수의 발광 모듈, 복수의 집광원, 복수의 발광원이 배치될 수 있다. 예컨대, 제1 발광 모듈은 적색의 집광을 출사하고, 제2 발광 모듈은 녹색의 집광을 출사하며, 제3 발광 모듈은 청색의 집광을 출사할 수 있다.
실시예에 따르면, 광원(120)에 있어서 절연층(124)의 일부로서, 렌즈(124-3)가 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상면 상에 배치되어, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 광이 대응하는 렌즈(124-3)에 의해 응축되어 집광(128)이 광학계(130)로 출사될 수 있다. 이에 따라, 고 휘도 영상이 구현될 수 있다.
실시예에 따르면, 마이크로미터 이하의 사이즈를 갖는 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)를 이용하여 광원(120)을 구성함으로써, 고 정세도를 갖는 영상이 구현될 수 있다.
실시예에 따르면, 마이크로미터 이하의 사이즈를 갖는 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)를 이용하여 광원(120)을 구성함으로써, 광원(120)이나 영상 투사 장치(100)의 컴팩트화가 가능하다.
한편, 광원(120)은 도 3에 도시한 바와 같이, 반사 구조체(125)를 포함할 수 있다.
반사 구조체(125)는 절연층(124) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 반사 구조체(125)는 제1 절연층(124-1)과 제2 절연층(124-2) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 반사 구조체(125)는 기판(121)의 제1 영역(121-1)에 대응하는 제1 절연층(124-1) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 반사 구조체(125)는 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측면에 대응하는 제2 절연층(124-2) 상에 배치될 수 있다.
반사 구조체(125)는 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각에서 생성된 광을 반사시켜, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상면으로 통해 출사되도록 하여, 광 출력을 높일 수 있다.
예컨대, 반사 구조체(125)는 DBR(Distributed Bragg Reflector) 구조나 ODR(Omni-Directional Reflector) 구조를 가질 수 있다.
반사 구조체(125)는 도 7에 도시한 바와 같이, 복수의 절연막(211, 212)을 포함할 수 있다. 복수의 절연막(211, 212) 중 최내측 절연막은 제1 절연층(124-1) 및/또는 제2 절연층(124-2)에 접할 수 있다.
복수의 절연막(211, 212) 각각은 서로 굴절율이 상이할 수 있다. 예컨대, 제1 절연막(211)의 굴절율과 제2 절연막(212)의 굴절율이 서로 상이할 수 있다. 제1 절연막(211)과 제2 절연막(212)가 교대로 형성되어, 반사 구조체(125)가 구성될 수 있다.
복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각에서 생성되어 측 방향으로 진행된 광이 복수의 절연막(211, 212)에 의해 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 내부로 반사될 수 있다. 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 내부로 반사된 광이 전방으로 출사됨으로써, 광 출력이 증가될 수 있다.
복수의 절연막(211, 212)이 잘 설계되더라도 완전한 반사율, 즉 100% 반사율을 달성하기는 어렵다.
이에 따라, 반사 구조체(125)는 반사층(220)을 포함할 수 있다. 반사층(220)은 복수의 절연막(211, 212) 중 최외측 절연막 상에 배치될 수 있다. 즉, 반사층(220)은 복수의 절연막(211, 212) 중 최외측 절연막에 접할 수 있다. 예컨대, 반사층(220)은 반사율이 우수한 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 은(Ag)이나 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각에서 생성되어 측방향으로 진행된 광이 복수의 절연막(211, 212)에 의해 완전하게 반사되지 않아 일부 광이 복수의 절연막(211, 212)을 투과하더라도, 이 투과된 광이 반사층(220)에 의해 반사됨으로써 광 출력이 증가될 수 있다.
상술한 바와 같이, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측부는 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 하측에 대해 예각(θ1)을 갖는 경사면을 가질 수 있다. 예컨대, 예각(θ1)은 반사 구조체(125)나 제2 전극 배선(126)을 일정한 두께를 갖고 용이하게 형성하기 위해 75°이하일 수 있다. 예컨대, 예각(θ1)은 30° 내지 60°일 수 있다. 예각(θ1)이 30° 미만인 경우, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 사이즈가 커지거나 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 활성층(1520)의 면적이 줄어들 수 있다. 이와 같은 각도로 경사진 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측부 상에 반사 구조체(125)가 배치됨으로써, 광 출력이 더욱 더 증가되고 이에 따라 집광 특성 및/또는 집광 세기가 더욱 더 높아질 수 있다.
한편, 광원(120)은 도 3에 도시한 바와 같이, 복수의 제1 전극 배선(122-1, 122-2) 및 제2 전극 배선(126)을 포함할 수 있다.
복수의 제1 전극 배선(122-1, 122-2)은 각각 기판(121)의 복수의 제1 영역(121-1)에 배치될 수 있다.
도시되지 않았지만, 각각 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 하측에 전기적으로 연결된 복수의 제1 전극 배선(122-1, 122-2) 각각은 기판(121)에 구비된 신호 라인에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 신호 라인이 일 방향을 따라 길게 배치되고, 복수의 제1 전극 배선(122-1, 122-2)은 일 방향을 따라 길게 배치된 신호 라인과 수직으로 연결될 수 있다.
도시되지 않았지만, 복수의 제1 전극 배선(122-1, 122-2) 각각은 일 방향을 따라 길게 배치될 수 있다. 일 방향을 따라 길게 배치된 제1 전극 배선(122-1, 122-2) 각각은 일 방향을 따라 배열된 복수의 서브 화소 각각에 배치된 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 하측에 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 일 방향을 따라 배치되어 제1 전극 배선(122-1, 122-2)에 연결된 된 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각은 동일한 컬러 광을 발광할 수 있다. 일 방을 따라 길게 배치된 복수의 전극 배선 각각의 일측 끝단은 기판(121)에 구비된 신호 라인에 전기적으로 연결될 수 있다.
예컨대, 제1-1 전극 배선이 일 방향을 따라 배치되고, 이 제1-1 전극 배선은 일 방향을 따라 배열된 복수의 제1 서브 화소(PX1) 각각에 배치된 제1 반도체 발광 소자(123-1)의 하측에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1-2 전극 배선이 일 방향을 따라 배치되고, 이 제1-2 전극 배선은 일 방향을 따라 배열된 복수의 제2 서브 화소(PX2) 각각에 배치된 제2 반도체 발광 소자(123-2)의 하측에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1-3 전극 배선이 일 방향을 따라 배치되고, 제1-3 전극 배선은 일 방향을 따라 배열된 복수의 제3 서브 화소(PX3) 각각에 배치된 제3 반도체 발광 소자(123-3)의 하측에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 제1 전극 배선(122-1, 122-2)은 100nm 미만의 두께(T11)을 가질 수 있다. 기판(121)의 제1 영역(121-1)에 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)가 배치되고, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)가 마이크로미터 이하의 사이즈를 가지므로, 기판(121)의 제1 영역(121-1) 또한 마이크로미터 이하의 사이즈를 가질 수 있다. 이와 같이 기판(121)의 제1 영역(121-1)이 매우 작은 사이즈를 가지므로, 증착 공정을 이용하여 100nm 미만의 두께(T11)을 갖는 제1 전극 배선(122-1, 122-2)이 용이하게 형성될 수 있다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 전극 배선(122-1, 122-2)의 적어도 일측 끝단은 단차 구조(122a)를 가질 수 있다. 제1 전극 배선(122-1, 122-2)이 기판(121) 상에 증착된 후, 제1 영역(121-1)에만 남도록 패터닝 공정이 수행될 때, 식각 속도 제어를 통해 제1 전극 배선(122-1, 122-2)의 적어도 일측 끝단에 단차 구조(122a)가 용이하게 형성될 수 있다.
제1 전극 배선(122-1, 122-2)의 측부 상에 제1 절연층(124-1)이나 제2 절연층(124-2)이 배치될 수 있다. 이러한 경우, 제1 전극 배선(122-1, 122-2)의 끝단에 형성된 단차 구조(122a)에 의해 제1 전극 배선(122-1, 122-2)과 제1 절연층(124-1)이나 제2 절연층(124-2) 사이의 접촉 면적이 확대되어, 제1 전극 배선(122-1, 122-2)의 탈착이 방지될 수 있다.
제2 전극 배선(126)은 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 전극 배선(126)은 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측에 연결될 수 있다. 예컨대, 제2 전극 배선(126)은 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)에 공통으로 연결될 수 있다.
제2 전극 배선(126)은 기판(121) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 전극 배선(126)은 기판(121)의 제1 영역(121-1)에 대응하는 반사 구조체(125) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 전극 배선(126)은 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측부에 대응하는 반사 구조체(125) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 제2 전극 배선(126)은 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측 및 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측에 배치된 렌즈(124-3) 상에 배치될 수 있다.
제2 전극 배선(126)이 증착 공정을 통해 기판(121) 상에 증착되고, 이후 패터닝 공정이 필요하지 않으므로 공정이 단순하고 공정 시간이 단축될 수 있다.
예컨대, 제2 전극 배선(126)은 접지될 수 있다. 이러한 경우, 제1 반도체 발광 소자(123-1), 제2 반도체 발광 소자(123-2) 및 제3 반도체 발광 소자(123-3) 각각에 개별적으로 연결된 제1 전극 배선(122-1, 122-2)에 인가된 전압에 따라, 제1 반도체 발광 소자(123-1), 제2 반도체 발광 소자(123-2) 및 제3 반도체 발광 소자(123-3) 각각에서 발광된 광의 휘도가 달라질 수 있다.
제2 전극 배선(126)은 렌즈(124-3)를 통해 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측에 연결될 수 있다. 예컨대, 제2 전극 배선(126)은 렌즈(124-3)의 개구부(210)를 통해 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측에 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제2 전극 배선(126)은 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측 및 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측에 배치된 렌즈(124-3) 상에 배치되므로, 제2 전극 배선(126)에 의해 광의 진행이 방해될 수 있다. 이러한 문제를 해소하기 위해, 제2 전극 배선(126)은 투명 전극을 포함할 수 있다. 예컨대, 투명 전극으로 ITO나 IZO 등이 사용될 수 있다.
한편, 다시 도 1을 참조하면, 광학계(130)는 광원(120)의 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각으로부터 출사된 집광(128)을 변환하여 투사광(132)을 전방, 예컨대 스크린(미도시)에 조사할 수 있다. 이에 따라, 스크린 상에 투사광(132)에 대응하는 영상이 디스플레이될 수 있다. 투사광(132)는 광원(120)의 집광(128)에 의해 구현된 영상이 확장된 광일 수 있다. 이 투사광(132)은 각 서브 화소(PX1, PX2, PX3) 단위로 휘도와 컬러를 가지므로, 스크린 등에 컬러 영상으로 디스플레이될 수 있다.
예컨대, 광학계(130)는 확장 렌즈를 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 확장 렌즈는 투사 렌즈, 투영 렌즈, 조절 렌즈 등으로 불릴 수 있다. 확장 렌즈는 투사 렌즈, 투영 렌즈, 조절 렌즈 등으로 불릴 수 있다. 도시되지 않았지만, 광학계(130)는 전방에 영상이 디스플레이될 위치에 따라 초점을 가변할 수 있는 초점 가변 렌즈를 포함할 수 있다.
실시예에 따르면, 광학계(130)가 확장 렌즈만을 구비함으로써, 기존에 단일 파장의 광을 이용하여 컬러 영상을 생성하기 위해 요구된 수많은 미러나 렌즈와 같은 부재가 필요하지 않아 부피, 무게 및 비용을 줄일 수 있다.
이상과 같이 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)나 기판(121)을 보호하기 위해 구비된 절연층(124)의 일부로서 렌즈(124-3)가 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 상에 배치될 수 있다.
도 17은 출원인의 비공개 기술에 따른 반도체 발광 소자의 집광 특성을 도시한다. 도 18은 실시예의 반도체 발광 소자의 집광 특성을 도시한다.
도 17에서 출원인의 비공개 기술에 따른 반도체 발광 소자는 실시예의 렌즈가 배치되지 않은 것이고, 도 18에서 실시예의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 상술한 바와 같이, 절연층(124)의 일부로서 렌즈(124-3)가 구비된 것이다. 도 17 및 도 18에서 가로축은 반도체 발광 소자의 중심 위치(0°)를 기준으로 반도체 발광 소자의 외측, 즉 반도체 발광 소자가 배치되지 않는 영역, 즉 기판(121)의 제2 영역(121-2)의 위치(180°)를 나타내고, 세로축은 광의 세기를 나타낸다.
도 17에 도시한 바와 같이, 출원인의 비공개 기술에 따른 반도체 발광 소자 상에 광이 분산되므로 집광이 출사되지 않는다.
도 18에 도시된 바와 같이, 실시예의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)와 그 위에 구비된 렌즈(124-3)에 의해, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 상에 집광(128)이 얻어짐을 알 수 있다. 특히, 도 18에서 도시한 바와 같이, 반사 구조체(125)에서 광의 세기가 증가되고, 이와 같이 증가된 광이 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 상측을 통해 출사되며, 이와 같이 출사된 광이 집광(128)의 세기에 기여함을 알 수 있다.
[광원(120)의 제조 방법]
도 8 내지 도 16은 실시예에 따른 광원의 제조 방법을 설명한다. 이하의 설명시 도 8 내지 도 16뿐만 아니라 도 2 내지 도 5도 참고될 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 기판(121) 상에 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)가 형성될 수 있다.
기판(121)은 각각 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3)를 포함하는 복수의 화소를 포함할 수 있다. 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각은 제1 영역(121-1)과 제1 영역(121-1) 둘레에 제2 영역(121-2)을 포함할 수 있다. 제1 영역(121-1)은 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각의 중심에 위치될 수 있다.
기판(121)은 복수의 제1 전극 배선(122-1, 122-2) 각각이 제1 서브 화소(PX1), 제2 서브 화소(PX2) 및 제3 서브 화소(PX3) 각각의 제1 영역(121-1) 상에 형성될 수 있다. 복수의 제1 전극 배선(122-1, 122-2) 각각은 대응하는 신호 라인에 전기적으로 연결될 수 있다. 대응하는 신호 라인은 기판(121)에 구비될 수 있다.
제1 전극 배선(122-1, 122-2)은 스퍼터링과 같은 증착 공정을 이용하여 형성될 수 있다. 제1 전극 배선(122-1, 122-2)은 100nm 미만의 두께(T11)을 갖도록 제1 영역(121-1) 상에 형성될 수 있다. 제1 영역(121-1)의 사이즈가 매우 작아, 제1 영역(121-1) 상에 제1 전극 배선(122-1, 122-2)을 100nm 미만의 두께(T11)로 형성하기 용이할 수 있다. 아울러, 전극 배선이 제1 영역(121-1)에만 형성되도록 패터닝 공정이 수행될 때, 식각 속도 제어를 통해 제1 전극 배선(122-1, 122-2)의 적어도 일측 끝단에 단차 구조(122a)가 용이하게 형성될 수 있다. 이러한 단차 구조(122a)는 이후 형성되는 절연층(도 9의 124)과의 접촉 면적을 확장시켜, 제1 전극 배선(122-1, 122-2)의 탈착이 방지될 수 있다.
복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각은 대응하는 제1 전극 배선(122-1, 122-2) 상에 형성될 수 있다. 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)는 제1 서브 화소(PX1)에 형성되는 제1 반도체 발광 소자(123-1), 제2 서브 화소(PX2)에 형성되는 제2 반도체 발광 소자(123-2) 및 제3 서브 화소(PX3)에 형성되는 제3 반도체 발광 소자(123-3)를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 반도체 발광 소자(123-1)는 적색 광을 발광하고, 제2 반도체 발광 소자(123-2)는 녹색 광을 발광하며, 제3 반도체 발광 소자(123-3)는 청색 광을 발광할 수 있다.
한편, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상면 상에 제1 절연막(311)이 형성될 수 있다. 제1 절연막(311)은 환형의 도넛 구조체를 가질 수 있다. 도넛 구조체는 비대칭 다각형 구조를 가질 수 있다. 도넛 구조체의 내측은 도넛 구조체의 하측에 대해 예각(θ2) 갖는 경사면(124a)를 가질 수 있다.
제1 절연막(311)의 형상, 즉 도넛 구조체의 형상은 이후의 공정에 의해 형성될 렌즈(도 9의 124-3)와 동일할 수 있다. 즉, 렌즈(124-3)는 제1 절연막(311)의 형상에 대응하는 형상으로 형성되어, 도넛 구조체(200)를 가질 수 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 기판(121) 상에 제2 절연막(312)가 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 절연막(312)는 기판(121)의 제2 영역(121-2) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, 제2 절연막(312)은 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측부 상에 형성될 수 있다. 제2 절연막(312)은 제1 절연막(311) 상에 형성될 수 있다. 제1 절연막(311)과 제2 절연막(312)은 동일한 물질을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다.
이러한 경우, 기판(121)의 제2 영역(121-2) 상에 형성된 제2 절연막(312)은 제1 절연층(124-1)으로 형성되고, 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 측부 상에 형성된 제2 절여막은 제2 절연층(124-2)으로 형성될 수 있다.
제1 절연막(311) 및 제1 절연막(311) 상에 형성된 제2 절연막(312)에 의해 렌즈(124-3)이 형성될 수 있다. 즉, 렌즈(124-3)는 환형의 도넛 구조체(200)의 형상을 갖는 제1 절연막(311)과 제1 절연막(311)의 형상에 대응하는 형상을 갖는 제2 절연막(312)에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 렌즈(124-3)의 형상 또한 환형의 도넛 구조체(200)의 형상을 가질 수 있다. 렌즈(124-3)의 도넛 구조체(200)의 볼륨(또는 체적)은 제1 절연막(311)의 볼륨(또는 체적)보다 클 수 있다.
렌즈(124-3)의 도넛 구조체(200)가 비대칭 다각형 구조를 가지므로, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)에서 출사되어 렌즈(124-3)로 입사된 광이 렌즈(124-3)의 도넛 구조체(200) 내에서 전반사되어 집광(128)이 도넛 구조체(200)의 상면이나 경사면을 통해 전방으로 출사될 수 있다. 환형을 갖는 도넛 구조체(200)에 의해 환형의 광이 출사되어, 환형의 광이 합쳐져 집광(128)으로 진행될 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 기판(121) 상에 반사 구조체(125)가 형성될 수 있다. 예컨대, 반사 구조체(125)는 제1 절연층(124-1) 상에 형성될 수 있다. 예컨대, 반사 구조체(125)는 제2 절연층(124-2) 상에 형성될 수 있다.
예컨대, 반사 구조체(125)는 DBR 구조나 ODR 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 반사 구조체(125)는 반사층(220)을 포함할 수 있지만, 이에 대해서는 한정하지 않는다. 반사층(220)은 반사율이 우수한 금속으로 이루어질 수 있다.
반사 구조체(125)는 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각에서 생성된 광을 반사시켜, 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상면으로 통해 출사되도록 하여, 광 출력을 높일 수 있다.
도 11에 도시한 바와 같이, 기판(121) 상에 유기막(320)이 형성될 수 있다.
도 12에 도시한 바와 같이, 유기막(320)을 대상으로 식각 공정이 수행될 수 있다. 예컨대, 식각 공정은 렌즈(124-3)가 노출될 때까지 수행될 수 있다. 예컨대, 제2 절연층(124-2)과 렌즈(124-3) 사이의 경계지점까지 식각되어, 렌즈(124-3) 상에 유기막(320)이 제거될 수 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 반사 구조체(125)를 대상으로 식각 공정이 수행될 수 있다. 유기막(320)이 마스크 역할을 하므로, 유기막(320)에 의해 노출된 부분에 대응하는 반사 구조체(125)가 식각될 수 있다. 이에 따라, 렌즈(124-3) 상에 형성된 반사 구조체(125)가 제거되어 렌즈(124-3)가 외부에 노출될 수 있다.
도 14에 도시한 바와 같이, 렌즈(124-3)의 중심을 식각하여, 렌즈(124-3)의 중심이 관통되어 개구부(210)가 형성될 수 있다. 렌즈(124-3)의 개구부(210)를 통해 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3)의 상면의 일부가 외부에 노출될 수 있다. 렌즈(124-3)의 중심이 관통되어 개구부(210)가 형성됨으로써, 완전한 환형의 도넛 구조체(200)가 형성될 수 있다. 즉, 도 9에 도시된 렌즈(124-3)는 중심 부분이 관통되지 않기 때문에 환형의 도넛 구조체가 아니다. 이에 반해, 도 14에 도시한 바와 같이, 렌즈(124-3)의 중심이 관통되도록 식각되어 개구부(210)가 형성됨으로써, 완전한 환형의 도넛 구조체(200)가 형성될 수 있다.
도 15에 도시한 바와 같이, 유기막(320)이 제거될 수 있다.
도 16에 도시한 바와 같이, 기판(121) 상에 제2 전극 배선(126)이 형성될 수 있다. 제2 전극 배선(126)이 렌즈(124-3)을 통해 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각의 상측에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 전극 배선(126)이 복수의 반도체 발광 소자(123-1 내지 123-3) 각각에 공통으로 연결될 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 실시예의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 실시예의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 실시예의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 복수의 서브 화소에 각각 포함된 복수의 제1 영역과 상기 복수의 제1 영역 사이의 제2 영역을 포함하는 기판;
    상기 복수의 제1 영역에 각각 배치되는 복수의 반도체 발광 소자; 및
    상기 복수의 제1 영역 및 제2 영역 상에 절연층을 포함하고,
    상기 절연층은,
    상기 제2 영역 상에 제1 절연층;
    상기 제1 절연층으로부터 연장되고, 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 측면을 둘러싸는 제2 절연층; 및
    상기 제2 절연층으로부터 연장되고, 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 상면 상에 렌즈를 포함하는
    광원.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 집광 렌즈를 포함하는
    광원.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 상면 상에 도넛 구조체를 갖는
    광원.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도넛 구조체는 비대칭 다각형 구조를 갖는
    광원.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도넛 구조체는 상기 도넛 구조체의 하측에 대해 예각을 갖는 경사면을 갖는
    광원.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제2 절연층은 제1 두께를 가지며,
    상기 도넛 구조체는 상기 제1 두께보다 큰 제2 두께를 갖는
    광원.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 적어도 하나 이상의 절연막을 포함하는
    광원.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연층 상에 반사 구조체를 포함하는
    광원.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사 구조체는,
    상기 절연층 상에 서로 굴절율이 상이한 복수의 절연막을 포함하는
    광원.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 절연막 중 최외측 절연막 상에 반사층을 포함하는
    광원.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 반사 구조체는 상기 제1 절연층 및 상기 제2 절연층 상에 배치되는
    광원.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 영역에 각각 배치되어, 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 하측에 연결되는 복수의 제1 전극 배선; 및
    상기 복수의 반도체 발광 소자 상에 배치되어, 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 상측에 연결되는 제2 전극 배선을 포함하는
    광원.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극 배선의 적어도 일측 끝단은 단차 구조를 갖는
    광원.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극 배선은 100nm 미만의 두께를 갖는
    광원.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전극 배선은 상기 복수의 반도체 발광 소자에 공통으로 연결되는
    광원.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전극 배선은 투명 전극을 포함하는
    광원.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전극 배선은 상기 복수의 제1 영역 및 제2 영역에 대응하는 상기 절연층 상에 배치되는
    광원.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제2 전극 배선은 상기 렌즈를 통해 상기 복수의 반도체 발광 소자 각각의 상측에 연결되는
    광원.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 마이크로미터 이하의 사이즈를 갖는 반도체 발광 소자를 포함하는
    광원.
  20. 영상에 대응하는 집광을 출사하도록 제1항 내지 제19항의 어느 하나의 항에 의한 광원; 및
    상기 광원의 전방에 배치되어 상기 영상을 투사하는 광학계를 포함하는
    영상 투사 장치.
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