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KR102131599B1 - 발광 다이오드 및 그 제조 방법 - Google Patents

발광 다이오드 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR102131599B1
KR102131599B1 KR1020130156478A KR20130156478A KR102131599B1 KR 102131599 B1 KR102131599 B1 KR 102131599B1 KR 1020130156478 A KR1020130156478 A KR 1020130156478A KR 20130156478 A KR20130156478 A KR 20130156478A KR 102131599 B1 KR102131599 B1 KR 102131599B1
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Abstract

발광 다이오드 및 그 제조 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 도전성 기판, 도전성 기판 상에 위치하는 제1 반도체층, 제1 반도체층 상에 위치하는 활성층, 및 활성층 상에 위치하는 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 발광 구조물 상에 위치하는 반투과층을 포함하되, 발광 구조물은 적어도 하나의 홀을 포함하고, 홀은 활성층에서 방출되는 광과 상이한 색의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광 물질을 포함한다.

Description

발광 다이오드 및 그 제조 방법 {LIGHT EMITTING DIODE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 있으며, 전극에 전압을 인가하여 액정층의 액정 분자들을 재배열시킴으로써 투과되는 빛의 양을 조절하는 표시 장치이다.
이러한 액정 표시 장치는 수동 발광 장치이므로, 액정층을 통과하는 빛을 제공하는 백라이트 어셈블리가 요구된다. 백라이트 어셈블리에 이용되는 광원으로서, CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 등이 예시될 수 있으나, 최근, 고휘도의 발광 다이오드를 이용한 백라이트 어셈블리에 대한 수요가 증대되고 있다.
이러한 발광 다이오드는 일반적으로 발광 다이오드 패키지 타입으로 사용된다. 예를 들어, 청색의 광을 방출하는 발광 다이오드 칩을 몰드 프레임에 실장한 후, 실장된 발광 다이오드 칩 상에 적색 및 녹색의 형광체를 도포하여 흰색의 광을 방출하는 발광 다이오드 패키지를 얻을 수 있다.
그러나, 이러한 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩뿐만 아니라 몰드 프레임 및 형광체까지 포함하므로, 그 두께가 두꺼워지게 된다. 이에 따라, 발광 다이오드 패키지가 실장되는 공간에 한계가 존재하게 된다. 바꾸어 말하면, 두꺼운 두께를 가지는 발광 다이오드 패키지는 네로우 베젤(Bezel)을 가지는 표시 장치에 적용되는 에지형 백라이트 어셈블리 및 슬림한 표시 장치에 적용되는 직하형 백라이트 어셈블리에 사용되기 어렵다. 또한, 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩에서 방출된 광을 형광체에서 변환하게 되므로, 색재현성이 떨어지게 된다.
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 높은 색재현성을 가지는 얇은 두께의 발광 다이오드를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 높은 색재현성을 가지는 얇은 두께의 발광 다이오드의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 도전성 기판, 도전성 기판 상에 위치하는 제1 반도체층, 제1 반도체층 상에 위치하는 활성층, 및 활성층 상에 위치하는 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 발광 구조물 상에 위치하는 반투과층을 포함하되, 발광 구조물은 적어도 하나의 홀을 포함하고, 홀은 활성층에서 방출되는 광과 상이한 색의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광 물질을 포함한다.
상기 발광 다이오드는 도전성 기판 및 발광 구조물 사이에 개재되고, 반사성 물질로 이루어지는 도전성 접착층을 더 포함할 수 있다.
상기 반투과층은 DBR(Distributed Bragg Reflector)층을 포함할 수 있다.
상기 제1 반도체층은 p형 질화물 반도체를 포함하고, 제2 반도체층은 n형 질화물 반도체를 포함할 수 있다.
상기 발광 물질은 서로 다른 크기를 가지는 두 종류 이상의 양자점을 포함할 수 있다.
상기 발광 물질은 서로 상이한 색의 광을 방출하는 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함할 수 있다.
여기에서, 상기 발광 구조물의 두께는 활성층에서 방출되는 광, 제1 발광 물질에서 방출되는 광, 및 제2 발광 물질에서 방출되는 광 중 적어도 하나의 공진 길이와 동일할 수 있다.
또한, 상기 활성층은 청색의 광을 방출하고, 제1 발광 물질은 적색의 광을 방출하며, 제2 발광 물질은 녹색의 광을 방출할 수 있다.
또한, 상기 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질은 홀에 혼합되어 충전될 수 있다.
또한, 상기 홀은 복수이고, 복수의 홀 각각은 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질 중 어느 하나만 포함할 수도 있다.
여기에서, 상기 복수의 홀은 행렬 형태로 배열되며, 제1 발광 물질이 충전된 홀 및 제2 발광 물질이 충전된 홀은 행 및 열 방향으로 교대로 배열될 수 있다.
상기 발광 다이오드는 도전성 기판 하부에 직접적으로 위치하는 제1 전극, 및 제2 반도체층 상에 직접적으로 위치하는 제2 전극을 더 포함하되, 제2 전극은 제2 반도체층의 일면의 중심부 상에 위치하고, 홀은 제2 전극을 둘러쌀 수 있다.
상기 발광 구조물은 적어도 하나의 돌출부를 포함하고, 홀은 돌출부 내에 형성될 수 있다.
여기에서, 상기 돌출부는 서로 다른 높이를 가지는 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 포함하고,
상기 홀은 제1 돌출부 내에 포함되는 제1 홀 및 제2 돌출부 내에 포함되는 제2 홀을 포함하며, 발광 물질은 서로 상이한 색의 광을 방출하는 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하고, 제1 홀에는 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질 중 어느 하나가 충전되고, 제2 홀에는 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질 중 다른 하나가 충전될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드는 반사층, 반사층 상에 위치하는 제1 반도체층, 제1 반도체층 상에 위치하는 활성층, 및 활성층 상에 위치하는 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물, 발광 구조물 상에 위치하는 DBR층을 포함하되, 발광 구조물은 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 적어도 하나의 홀을 포함하고, 활성층, 제1 발광 물질, 및 제2 발광 물질은 서로 상이한 색의 광을 방출한다.
상기 발광 구조물의 두께는 활성층에서 방출되는 광, 제1 발광 물질에서 방출되는 광, 및 제2 발광 물질에서 방출되는 광 중 적어도 하나의 공진 길이와 동일할 수 있다.
상기 활성층은 청색의 광을 방출하고, 제1 발광 물질은 적색의 광을 방출하며, 제2 발광 물질은 녹색의 광을 방출할 수 있다.
상기 다른 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 제조 방법은 도전성 기판 상에 순차 적층된 제1 반도체층, 활성층, 및 제2 반도체층을 포함하고, 제1 반도체층, 활성층, 및 제2 반도체층 중 적어도 하나의 측면을 노출하는 복수의 홀을 포함하는 발광 구조물을 준비하는 단계, 복수의 홀 내부에 발광 물질을 충전하는 단계, 및 홀 상에 DBR층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 발광 구조물을 준비하는 단계는, 사파이어 기판 상에 예비 발광 구조물을 형성하는 단계, 도전성 접착층을 매개로 예비 발광 구조물과 도전성 기판을 결합하는 단계, 사파이어 기판을 예비 발광 구조물로부터 분리하여 예비 발광 구조물의 일면을 노출시키는 단계, 및 노출된 예비 발광 구조물의 일면을 식각하여 예비 발광 구조물을 발광 구조물로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 발광 물질을 충전하는 단계는, 복수의 홀 내부에 적색의 광을 방출하는 제1 발광 물질 및 녹색의 광을 방출하는 제2 발광 물질을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
즉, 높은 색재현성을 가지는 얇은 두께의 발광 다이오드를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드의 평면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 3 내지 도 9는 도 1의 발광 다이오드의 제조 방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 평면도이다.
도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 평면도이다.
도 13은 도 12의 ⅩⅢ-ⅩⅢ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 평면도이다.
도 15는 도 14의 ⅩⅤ-ⅩⅤ'선을 따라 절단한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드의 평면도이다.
도 17은 도 16의 ⅩⅦ-ⅩⅦ'선을 따라 절단한 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)의 평면도이다. 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단한 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 도전성 기판(120), 발광 구조물(140), 및 반투과층(150)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 도전성 접착층(130), 제1 전극(110), 및 제2 전극(160)을 더 포함할 수 있다.
도전성 기판(120)은 발광 구조물(140)을 지지할 수 있다. 또한, 도전성 기판(120)은 전극으로서의 역할을 수행할 수도 있다. 도전성 기판(120)은 직육면체의 플레이트 형상을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 발광 구조물(140)의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 도전성 기판(120)은 실리콘으로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 도전성이 좋은 금속 물질로 이루어질 수 있다.
발광 구조물(140)은 도전성 기판(120)의 일면 상에 위치할 수 있다. 발광 구조물(140)은 전원이 인가되면 광을 방출하는 물질을 포함할 수 있다. 발광 구조물(140)은 제1 반도체층(140a), 활성층(140b), 및 제2 반도체층(140c)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(140a)은 도전성 기판(120) 상에 위치할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 반도체층(140a)은 p형 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(140a)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다.
활성층(140b)은 제1 반도체층(140a) 상에 위치할 수 있다. 활성층(140b)은 InGaN 및 GaN을 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물 구조(Multi Quantum Well, MQW), 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 이러한 활성층(140b)은 제1 반도체층(140a) 및 제2 반도체층(140c)으로부터 제공되는 정공 및 전자의 재결합(recombination) 과정에서 발생되는 에너지에 의해 빛을 생성할 수 있다.
제2 반도체층(140c)은 활성층(140b) 상에 위치할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 반도체층(140c)은 n형 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체층(140c)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 InAlGaN, GaN, AlGaN, AlInN, InGaN, AlN, InN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 수직형(Vertical) 발광 다이오드일 수 있다. 즉, 절연 기판 상에 n형 반도체층, 활성층(140b), 및 p형 반도체층이 순차 적층된 일반적인 발광 다이오드와는 달리, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 도전성 기판(120) 상에 p형 반도체층(제1 반도체층(140a)), 활성층(140b), 및 n형 반도체층(제2 반도체층(140c))이 순차 적층된 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 와이어(미도시)는 n형 전극(제2 전극(160))에만 하나 연결될 수 있다.
발광 구조물(140)은 적어도 하나의 홀(H)을 포함할 수 있다. 홀(H)은 발광 구조물(140)의 내부에 포함될 수 있다. 또한, 홀(H)은 제2 반도체층(140c)의 상면으로부터 함몰된 형태를 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 홀(H)은 제1 반도체층(140a), 활성층(140b), 및 제2 반도체층(140c)의 측면을 모두 노출시킬 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 활성층(140b) 및 제2 반도체층(140c)의 측면만 노출시키거나, 제2 반도체층(140c)의 측면만을 노출시킬 수도 있다. 즉, 홀(H)의 깊이는 다양하게 변형될 수 있다.
홀(H)은 복수일 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 발광 구조물(140)에 홀(H)이 16개 형성될 수 있지만, 이는 예시적인 것에 불과하고, 발광 구조물(140)에 홀(H)이 n개(n은 2 이상의 자연수) 형성될 수 있다.
복수의 홀(H)은 행렬 형태로 배열될 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 실시예에서, 복수의 홀(H)은 4 x 4의 행렬 형태로 배열될 수 있지만, 이는 예시적인 것에 불과하고, n x m(n 및 m 중 하나는 1 이상의 자연수, 다른 하나는 2 이상의 자연수)의 행렬 형태로 배열될 수 있다. 그러나, 이러한 복수의 홀(H)의 배치 형태가 행렬 형태에 한정되는 것은 아니다. 즉, 복수의 홀(H)은 발광 구조물(140)의 형상에 대응되도록 다양한 형태로 배열될 수 있다.
복수의 홀(H) 내부에는 적어도 하나의 발광 물질(LM)이 충전될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발광 물질(LM)은 활성층(140b)에서 방출되는 광과 상이한 색의 광을 방출하는 물질을 포함할 수 있다. 또한, 발광 물질(LM)은 복수의 색을 방출할 수도 있다. 이러한 발광 물질(LM)은 서로 상이한 색의 광을 방출하는 제1 발광 물질(LM1) 및 제2 발광 물질(LM2)을 포함할 수 있다.
제1 발광 물질(LM1)은 나노 형광체 또는 양자점일 수 있다. 여기에서, 양자점은 카드뮴(Cd) 화합물을 이용한 양자점, 예컨대, CdSe일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 카드뮴 화합물을 이용하지 않는 양자점, 예컨대, InP 일 수도 있다. 또한, 제1 발광 물질(LM1)로 이용되는 양자점의 크기는 후술하는 제2 발광 물질(LM2)로 이용되는 양자점의 크기보다 클 수 있다. 여기에서, 양자점의 크기란 양자점의 부피를 의미할 수 있다. 또한, 양자점이 구 형태일 경우, 양자점의 크기는 양자점의 지름을 의미할 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 발광 물질(LM1)의 지름은 약 5nm 내지 50nm일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기에서, 제1 발광 물질(LM1)이 카드뮴을 포함한 양자점일 경우, 제1 발광 물질(LM1)의 지름은 약 30nm일 수 있고, 제1 발광 물질(LM1)이 카드뮴을 포함하지 않는 양자점일 경우, 제1 발광 물질(LM1)의 지름은 약 45nm일 수 있다. 이러한 제1 발광 물질(LM1)은 적색의 광을 방출할 수 있다.
제2 발광 물질(LM2)은 나노 형광체 또는 양자점일 수 있다. 여기에서, 양자점은 카드뮴(Cd) 화합물을 이용한 양자점, 예컨대, CdSe일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 카드뮴 화합물을 이용하지 않는 양자점, 예컨대, InP일 수도 있다. 또한, 제2 발광 물질(LM2)로 이용되는 양자점의 크기는 상술한 제1 발광 물질(LM1)로 이용되는 양자점의 크기보다 작을 수 있다. 즉, 제2 발광 물질(LM2)로 이용되는 양자점은 제1 발광 물질(LM1)로 이용되는 양자점과 동일한 물질로 이루어지되, 크기만 상이할 수 있다. 이러한 제2 발광 물질(LM2)은 녹색의 광을 방출할 수 있다.
제1 발광 물질(LM1) 및 제2 발광 물질(LM2)은 홀(H)에 혼합되어 충전될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하나의 홀(H)에 제1 발광 물질(LM1) 및 제2 발광 물질(LM2)이 5:5의 비율로 혼합될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 4:6 내지 6:4의 비율로 혼합될 수 있다.
복수의 홀(H) 내부에는 상술한 발광 물질(LM) 외에도 레진 등의 충전 물질이 추가적으로 포함될 수 있다. 이러한 레진은 발광 물질(LM)이 홀(H) 내부에서 안정적으로 위치할 수 있게 할 수 있다.
반투과층(150)은 발광 구조물(140) 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 반투과층(150)은 홀(H)을 커버하도록 홀(H) 상에 위치할 수 있다. 바꾸어 말하면, 반투과층(150)은 홀(H)을 밀봉하는 역할을 할 수 있다. 이러한 반투과층(150)은 활성층(140b) 및 발광 물질(LM)에서 방출되는 광의 일부를 반사시키고, 다른 일부를 투과시킬 수 있다.
반투과층(150)은 DBR(Distributed Bragg Reflector)층을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 반투과층(150)은 서로 다른 굴절률을 가지는 제1 층(150a)과 제2 층(150b)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 층(150a)은 제2 층(150b)보다 굴절률이 작을 수 있다. 여기에서, 제1 층(150a) 및 제2 층(150b) 중 어느 하나는 산화 규소(SiOx)로 이루어지고, 제1 층(150a) 및 제2 층(150b) 중 다른 하나는 질화 규소(SiNx)로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 층(150a) 또는 제2 층(150b)은 TiOx, HfOx, 및 ZrOx 중 적어도 어느 하나를 포함할 수도 있다. 도 2에 도시된 예시적인 실시예에서는 제1 층(150a) 및 제2 층(150b)이 적층되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 층(150a) 및 제2 층(150b)이 교대로 적층되어 세 개 층 이상일 수 있다.
도전성 접착층(130)은 도전성 기판(120) 및 발광 구조물(140) 사이에 위치할 수 있다. 구체적으로, 도전성 접착층(130)은 도전성 기판(120)의 상면 및 제1 반도체층(140a)의 하면과 직접적으로 접촉할 수 있다. 도전성 접착층(130)은 반사성 물질로 이루어질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 도전성 접착층(130)은 은(Ag) 또는 금(Au)과 같은 금속 물질로 이루어질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 반사성을 가지는 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
제1 전극(110)은 도전성 기판(120)의 하부에 직접적으로 위치할 수 있다. 제1 전극(110)은 제1 반도체층(140a)과 전기적으로 연결되는 전극일 수 있다. 제1 반도체층(140a)이 p형 질화물 반도체를 포함할 경우, 제1 전극(110)은 p형 전극일 수 있다. 이 경우, 제1 전극(110)은 산화 전도막 또는 Ni/Au와 같은 투명 금속막으로 형성될 수 있다.
제2 전극(160)은 제2 반도체 상에 직접적으로 위치할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 전극(160)은 제2 반도체층(140c)의 일면의 중심부 상에 위치할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 전극(160)은 원통 형상을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형상을 가질 수 있다. 이러한 제2 전극(160)은 제2 반도체층(140c)과 전기적으로 연결되는 전극일 수 있다. 제2 반도체층(140c)이 n형 질화물 반도체를 포함할 경우, 제2 전극(160)은 n형 전극일 수 있다. 이 경우, 제2 전극(160)은 Ti, Al, Pt, Pd, Au, Cr, Fe, Cu, Mo를 포함하는 그룹 중에서 선택된 어느 하나 또는 2 이상의 조합으로 구현될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)는 발광 물질(LM) 및 발광 구조물(140)을 반사성 물질로 이루어지는 도전성 접착층(130)(이하, 반사층) 및 반투과층(150) 사이에 위치시킴으로써, 공진 구조를 가지게 될 수 있다. 이와 같이, 발광 다이오드(100)가 공진 구조를 가지게 되면, 마이크로캐비티(Microcavity) 효과에 따라 발광 물질(LM) 및 활성층(140b)에서 방출된 광이 반사층과 반투과층(150) 사이에서 반사되며 간섭 현상을 일으키고, 보강 간섭이 된 특정한 파장의 광이 선택적으로 반투과층(150)을 투과하여 사출되게 된다. 이에 따라, 사출되는 광의 반치폭이 감소하게 됨으로써, 색순도가 향상되게 되고, 이에 따라 색재현성이 좋아지게 된다.
이와 같이, 발광 다이오드(100)가 공진 구조를 가지게 하기 위해서는 발광 구조물(140)의 두께(TH), 즉, 반사판과 반투과층(150) 사이의 거리를 조절할 필요가 있다. 즉, 발광 구조물(140)의 두께(TH)는 활성층(140b)에서 방출되는 광, 제1 발광 물질(LM1)에서 방출되는 광, 및 제2 발광 물질(LM2)에서 방출되는 광 중 적어도 하나의 공진 길이와 동일할 수 있다.
이와 같은 발광 구조물(140)의 두께(TH)에 대하여 구체적인 예를 들어 설명하도록 한다. 이러한 구체적인 예에서, 활성층(140b)에서는 청색의 광이 방출되고, 제1 발광 물질(LM1)에서는 적색의 광이 방출되며, 제2 발광 물질(LM2)에서는 녹색의 광이 방출된다고 가정하도록 한다.
발광 다이오드(100)가 공진 구조를 가지려면, 발광 구조물(140)의 두께(TH), 즉, 반사반 및 반투과층(150)의 이격 거리가 λ/2n의 정수배가 되어야 한다. 여기에서 λ은 광의 파장이고, n은 광이 방출되는 부분의 굴절률이다.
활성층(140b)에서 방출되는 청색의 광의 파장은 450nm이고, 홀(H)이 형성되지 않은 부분의 발광 구조물(140)의 평균 굴절률은 대략 2.5이다. 즉, 활성층(140b)에서 방출되는 청색의 광이 공진되기 위해서는 발광 구조물(140)의 두께(TH)가 90nm의 정수배가 되어야 한다. 이 경우, 청색의 광을 제외한 나머지 광은 반투과층(150)에서 반사되지 않고 투과될 수 있도록 반투과층(150)의 두께 및 재질을 조절할 수 있다.
제1 발광 물질(LM1)에서 방출되는 적색의 광의 파장은 600nm이고, 제1 발광 물질(LM1)이 위치하는 홀(H)이 형성된 부분의 평균 굴절률은 대략 1.5이다. 즉, 제1 발광 물질(LM1)에서 방출되는 적색의 광이 공진되기 위해서는 발광 구조물(140)의 두께(TH)가 200nm의 정수배가 되어야 한다. 이 경우, 적색의 광을 제외한 나머지 광은 반투과층(150)에서 반사되지 않고 투과될 수 있도록 반투과층(150)의 두께 및 재질을 조절할 수 있다.
제2 발광 물질(LM2)에서 방출되는 녹색의 광의 파장은 550nm이고, 제2 발광 물질(LM2)이 위치하는 홀(H)이 형성된 부분의 평균 굴절률은 대략 1.5이다. 즉, 제2 발광 물질(LM2)에서 방출되는 녹색의 광이 공진되기 위해서는 발광 구조물(140)의 두께(TH)가 180nm의 정수배가 되어야 한다. 이 경우, 녹색의 광을 제외한 나머지 광은 반투과층(150)에서 반사되지 않고 투과될 수 있도록 반투과층(150)의 두께 및 재질을 조절할 수 있다.
이와 같이, 발광 다이오드(100)에서 방출되는 광의 색순도를 향상시키기 위하여, 발광 구조물(140)의 두께(TH)를 상기와 같이 조절할 수 있다. 이때, 발광 다이오드(100)의 슬림화를 위하여 발광 구조물(140)의 두께(TH)가 가장 작은 공진 길이를 가지도록 설계할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 활성층(140b)에서 방출되는 청색의 광만 공진시키고자 할 때에는, 발광 구조물(140)의 두께(TH)를 90nm로 설계할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 제1 발광 물질(LM1)에서 방출되는 적색의 광만 공진시키고자 할 때에는, 발광 구조물(140)의 두께(TH)를 200nm로 설계할 수 있다.
또한, 발광 구조물(140)의 두께(TH)를 조절하여 두 가지 이상의 색의 광을 동시에 공진시킬 수도 있다. 예시적인 실시예에서, 활성층(140b)에서 방출되는 청색의 광 및 제2 발광 물질(LM2)에서 방출되는 녹색의 광을 공진시키고자 할 때에는, 발광 구조물(140)의 두께(TH)를 180nm로 설계할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 활성층(140b)에서 방출되는 청색의 광, 제1 발광 물질(LM1)에서 방출되는 적색의 광, 및 제2 발광 물질(LM2)에서 방출되는 녹색의 광을 모두 공진시키고자 할 때에는, 발광 구조물(140)의 두께(TH)를 1800nm로 설계할 수 있다.
이와 같이, 발광 구조물(140)의 두께(TH)를 조절함으로써, 활성층(140b) 및 발광 물질(LM)에서 방출되는 광의 색순도를 향상시킬 수 있다. 즉, 청색, 적색, 및 녹색의 광 중 적어도 하나의 광의 색순도가 향상됨으로써, 이들이 섞여서 생성되는 흰색의 광의 색순도도 자연스럽게 향상될 수 있다.
또한, 일반적인 발광 다이오드 패키지에 사용되는 몰드 프레임 및 형광체 등이 필요 없기 때문에, 발광 다이오드(100)의 두께가 얇아질 수 있다. 이에 따라, 발광 다이오드(100)는 네로우 베젤을 가지는 표시 장치에 적용되는 에지형 백라이트 어셈블리 및 슬림한 표시 장치에 적용되는 직하형 백라이트 어셈블리에 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 발광 물질(LM)로 양자점을 사용할 경우, 형광체를 사용하였을 경우보다 색재현성을 향상시킬 수 있다. 이때, 발광 물질(LM)로 사용되는 양자점이 카드뮴 화합물을 포함하지 않을 경우, 환경 오염 문제에서 자유로워질 수도 있다.
또한, 반투과층(150)이 발광 물질(LM)을 커버함으로써, 발광 물질(LM)을 외부의 수분 및 산소 등으로부터 보호할 수 있다. 일반적으로 양자점의 경우 외부의 수분 및 산소에 매우 취약하지만, 절연성 재질로 이루어진 반투과층(150)이 양자점을 밀봉함으로써, 양자점이 홀(H) 내에서 안정적으로 위치하도록 할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드(100)의 제조 방법을 설명하기 위하여 도 3 내지 도 9를 참조한다. 도 3 내지 도 9는 도 1의 발광 다이오드(100)의 제조 방법을 단계별로 나타낸 단면도들이다. 설명의 편의상 상술한 도면에 나타난 구성 요소와 실질적으로 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타내고 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 사파이어 기판(170) 상에 예비 발광 구조물(140')을 형성한다. 여기에서, 예비 발광 구조물(140')이란 홀(H)이 패터닝되기 전의 발광 구조물(140)을 의미하는 것일 수 있다. 예비 발광 구조물(140')은 제2 예비 반도체층(140c'), 예비 활성층(140b'), 및 제1 예비 반도체층(140a')이 사파이어 기판(170) 상에 순차 적층된 구조를 가질 수 있다. 여기에서. 제2 예비 반도체층(140c'), 예비 활성층(140b'), 및 제1 예비 반도체층(140a')은 각각 제2 반도체층(140c), 활성층(140b), 및 제1 반도체층(140a)의 패터닝 전을 의미할 수 있다. 즉, 예비 발광 구조물(140') 및 예비 발광 구조물(140')에 포함되는 구성 요소들은 발광 구조물(140) 및 발광 구조물(140)에 포함되는 구성 요소들과 실질적으로 동일하되, 그 형상만 상이할 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 일면 상에 도전성 접착층(130)을 구비하고, 상기 일면과 대향하는 타면 상에 제1 전극(110)을 구비하는 도전성 기판(120)을 준비한다. 그 후, 도전성 접착층(130)이 예비 발광 구조물(140')과 대향하도록 도전성 기판(120)을 예비 발광 구조물(140') 상에 배치한다. 그 다음, 도전성 접착층(130)에 소정의 온도와 압력을 가하여 도전성 기판(120)과 예비 발광 구조물(140')을 결합한다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 레이저를 이용하여 사파이어 기판(170)을 예비 발광 구조물(140')로부터 분리한다. 여기에서는 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off, LLO) 공정이 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이에 따라, 예비 발광 구조물(140')의 일면을 노출시킬 수 있다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 노출된 예비 발광 구조물(140')의 일면을 식각하여 홀(H)을 형성한다. 이때, 식각은 일반적인 포토레지스트 공정을 이용하여 수행할 수 있다. 여기에서, 식각 정도를 조절하여 홀(H)의 깊이를 조절할 수도 있다. 이에 따라, 예비 발광 구조물(140')이 홀(H)을 포함하는 발광 구조물(140)로 변환될 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 발광 구조물(140)의 일면 상에 제2 전극(160)을 형성한다. 이러한 제2 전극(160)은 제2 반도체층(140c)의 일면의 중심부에 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 8을 참조하면, 홀(H) 내부에 발광 물질(LM)을 충전한다. 이와 같이, 발광 물질(LM)을 홀(H) 내부에 충전하는 방법은 다양할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 발광 물질(LM)이 나노 형광체인 경우, 스퍼터링 공정을 이용하여 홀(H) 내부에 발광 물질(LM)을 충전할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 발광 물질(LM)이 양자점인 경우, 스프레이 코팅 공정 또는 스크린 프린팅 공정을 이용하여 홀(H) 내부에 발광 물질(LM)을 주입할 수 있다.
다음으로, 도 9를 참조하면, 홀(H) 상에 반투과층(150)을 형성한다. 이러한 반투과층(150)은 상술하였듯이 DBR층일 수 있다. 반투과층(150)은 일반적인 증착 공정을 통하여 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드(101)의 평면도이다. 도 11은 도 10의 ⅩⅠ-ⅩⅠ'선을 따라 절단한 단면도이다. 설명의 편의상 상술한 도면에 나타난 구성 요소와 실질적으로 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타내고 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 홀(H-1)의 형상이 변형될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 홀(H-1)은 제2 전극(160)을 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다. 구체적으로, 홀(H-1)은 제2 반도체층(141c)의 일면의 중심부 상에 위치하는 제2 전극(160)을 둘러쌀 수 있다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 홀(H-1)은 두 개일 수 있지만, 이는 예시적인 것에 불과함은 물론이다. 이와 같이, 홀(H-1)의 형상이 변형됨에 따라, 발광 구조물(141)의 제1 반도체층(141a), 활성층(141b), 및 제2 반도체층(141c)의 형상도 홀(H-1)의 형상에 대응되도록 변형될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드(102)의 평면도이다. 도 13은 도 12의 ⅩⅢ-ⅩⅢ'선을 따라 절단한 단면도이다. 설명의 편의상 상술한 도면에 나타난 구성 요소와 실질적으로 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타내고 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 복수의 홀(H) 각각은 제1 발광 물질(LM1) 및 제2 발광 물질(LM2) 중 어느 하나만 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하나의 홀(H)은 제1 발광 물질(LM1)만 포함하고, 상기 하나에 홀(H)과 인접한 다른 하나의 홀(H)은 제2 발광 물질(LM2)만 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 발광 물질(LM1)이 충전된 홀(H) 및 제2 발광 물질(LM2)이 충전된 홀(H)은 행 및 열 방향으로 교대로 배열될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드(103)의 평면도이다. 도 15는 도 14의 ⅩⅤ-ⅩⅤ'선을 따라 절단한 단면도이다. 설명의 편의상 상술한 도면에 나타난 구성 요소와 실질적으로 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타내고 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 발광 구조물(143)은 적어도 하나의 돌출부(Pr)를 포함할 수 있다. 돌출부(Pr)는 제2 반도체층(143c)으로부터 상부로 돌출되어 연장될 수 있다. 이러한 돌출부(Pr)는 복수일 수 있고, 복수의 돌출부(Pr)는 행렬 형태로 배열될 수 있다. 또한, 복수의 돌출부(Pr)의 높이는 모두 동일할 수 있다.
홀(H-3)은 돌출부(Pr) 내에 형성될 수 있다. 또한, 홀(H-3)은 제2 반도체층(143c)의 측면만 노출시키고, 활성층(143b) 및 제1 반도체층(143a)의 측면은 노출시키지 않을 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
반투과층(153)의 제1 층(153a) 및 제2 층(153b)은 돌출부(Pr)의 상면 및 측면을 모두 커버할 수 있다. 즉, 반투과층(153)도 돌출부(Pr)에 대응되도록 발광 구조물(143) 상부로 돌출될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드(103)에서는 발광 구조물(143)이 두 개의 두께를 가질 수 있다. 즉, 발광 구조물(143)은 홀(H-3)이 형성되지 않은 부분에서의 제1 두께(TH1) 및 홀(H-3)이 형성된 부분, 즉, 돌출부(Pr)가 위치한 부분에서의 제2 두께(TH2)를 가질 수 있다. 이러한 제2 두께(TH2)는 제1 두께(TH1)보다 당연히 두꺼울 수 있다. 이에 따라, 발광 구조물(143)의 각 부분에서 방출되는 광의 공진 길이를 개별적으로 조절할 수 있다. 이에 따라, 색재현성이 좋고 두께가 더욱 얇아진 발광 다이오드(103)를 얻을 수 있다.
도 1 및 도 2에 대한 설명에서 상술한 구체적인 예를 들어 이를 상세히 설명하도록 한다. 홀(H-3)이 형성되지 않은 부분의 발광 구조물(143)에서는 청색의 광이 방출되므로, 이 부분의 두께, 즉, 제1 두께(TH1)를 90nm로 설계할 수 있다. 또한, 홀(H-3)이 형성된 부분, 즉, 돌출부(Pr)에서는 적색의 광 및 녹색의 광이 방출되므로, 이 부분의 두께, 즉, 제2 두께(TH2)를 200nm 또는 180nm로 설계할 수 있다. 이에 따라, 청색의 광 및 적색의 광, 또는 청색의 광 및 녹색의 광을 동시에 공진시킴과 동시에, 더욱 얇은 두께를 가지는 발광 다이오드(103)를 얻을 수 있다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드(104)의 평면도이다. 도 17은 도 16의 ⅩⅦ-ⅩⅦ'선을 따라 절단한 단면도이다. 설명의 편의상 상술한 도면에 나타난 구성 요소와 실질적으로 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호로 나타내고 그에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 돌출부(Pr')는 서로 다른 높이를 가지는 제1 돌출부(Pr1) 및 제2 돌출부(Pr2)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제1 돌출부(Pr1)는 제2 돌출부(Pr2)보다 높이가 높을 수 있다. 또한, 제1 돌출부(Pr1) 및 제2 돌출부(Pr2)는 행 및 열 방향으로 교대로 배열될 수 있다.
복수의 홀(H-4)은 제1 돌출부(Pr1) 내에 포함되는 제1 홀(H-4a) 및 제2 돌출부(Pr2) 내에 포함되는 제2 홀(H-4b)을 포함할 수 있다. 도 17에 도시된 예시적인 실시예에서, 제1 홀(H-4a)의 깊이가 제2 홀(H-4b)의 깊이보다 깊지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 홀(H-4a)의 깊이 및 제2 홀(H-4b)의 깊이는 실질적으로 동일할 수 있다. 이러한 제1 홀(H-4a) 및 제2 홀(H-4b)은 제2 반도체층(144c)의 측면만 노출시킬 수 있다.
제1 발광 물질(LM1)은 제1 홀(H-4a)에 충전될 수 있다. 또한, 제2 발광 물질(LM2)은 제2 홀(H-4b)에 충전될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 발광 물질(LM1)이 제2 홀(H-4b)에 충전되고, 제2 발광 물질(LM2)이 제1 홀(H-4a)에 충전될 수도 있다.
반투과층(154)의 제1 층(154a) 및 제2 층(154b)은 제1 돌출부(Pr1) 및 제2 돌출부(Pr2)를 모두 커버할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드(104)에서는 발광 구조물(144)이 세 개의 두께를 가질 수 있다. 즉, 발광 구조물(144)은 홀(H-4)이 형성되지 않은 부분에서의 제1 두께(TH1'), 제2 돌출부(Pr2)가 위치한 부분에서의 제2 두께(TH2'), 및 제1 돌출부(Pr1)가 위치한 부분에서의 제3 두께(TH3')를 가질 수 있다. 여기에서, 제1 두께(TH1'), 제2 두께(TH2'), 및 제3 두께(TH3') 순으로 두께가 두꺼워질 수 있다. 이러한 발광 다이오드(104)는 발광 구조물(144)의 각 부분에서 방출되는 광의 공진 길이를 개별적으로 조절할 수 있다. 이에 따라, 색재현성이 더욱 좋아지고 두께가 더욱 얇아진 발광 다이오드(104)를 얻을 수 있다.
도 1 및 도 2에 대한 설명에서 상술한 구체적인 예를 들어 이를 상세히 설명하도록 한다. 홀(H-4)이 형성되지 않은 부분의 발광 구조물(144)에서는 청색의 광이 방출되므로, 이 부분의 두께, 즉, 제1 두께(TH1')를 90nm로 설계할 수 있다. 또한, 제2 돌출부(Pr2)에서는 녹색의 광이 방출되므로, 이 부분의 두께, 즉, 제2 두께(TH2')를 180nm로 설계할 수 있다. 또한, 제1 돌출부(Pr1)에서는 적색의 광이 방출되므로, 이 부분의 두께, 즉, 제3 두께(TH3')를 200nm로 설계할 수 있다.
이에 따라, 청색, 적색, 및 녹색의 광을 모두 공진시킴과 동시에, 더욱 얇은 두께를 가지는 발광 다이오드(104)를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 101, 102, 103, 104: 발광 다이오드
110: 제1 전극 120: 도전성 기판
130: 도전성 접착층 140, 141, 143, 144: 발광 구조물
140': 예비 발광 구조물 140a, 141a, 143a: 제1 반도체층
140a': 제1 예비 반도체층 140b, 141b, 143b: 활성층
140b': 예비 활성층
140c, 141c, 143c, 144c: 제2 반도체층
140c': 제2 예비 반도체층 150, 153, 154: 반투과층
150a, 153a, 154a: 제1 층 150b, 153b, 154b: 제2 층
160: 제2 전극 170: 사파이어 기판
LM: 발광 물질 LM1: 제1 발광 물질
LM2: 제2 발광 물질 H, H-1, H-3, H-4: 홀
H-4a: 제1 홀 H-4b: 제2 홀
Pr, Pr': 돌출부 Pr1: 제1 돌출부
Pr2: 제2 돌출부 TH: 발광 구조물의 두께
TH1, TH1': 제1 두께 TH2, TH2': 제2 두께
TH3': 제3 두께

Claims (20)

  1. 도전성 기판;
    상기 도전성 기판 상에 위치하는 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층 상에 위치하는 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 상에 위치하는 반투과층을 포함하되,
    상기 발광 구조물은 적어도 하나의 홀을 포함하고,
    상기 홀은 상기 활성층에서 방출되는 광과 상이한 색의 광을 방출하는 적어도 하나의 발광 물질을 포함하며,
    상기 반투과층은 DBR(Distributed Bragg Reflector)층을 포함하는 발광 다이오드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 도전성 기판 및 상기 발광 구조물 사이에 개재되고, 반사성 물질로 이루어지는 도전성 접착층을 더 포함하는 발광 다이오드.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 반도체층은 p형 질화물 반도체를 포함하고,
    상기 제2 반도체층은 n형 질화물 반도체를 포함하는 발광 다이오드.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 물질은 서로 다른 크기를 가지는 두 종류 이상의 양자점을 포함하는 발광 다이오드.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 물질은 서로 상이한 색의 광을 방출하는 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 발광 다이오드.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 두께는 상기 활성층에서 방출되는 광, 상기 제1 발광 물질에서 방출되는 광, 및 상기 제2 발광 물질에서 방출되는 광 중 적어도 하나의 공진 길이와 동일한 발광 다이오드.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 활성층은 청색의 광을 방출하고,
    상기 제1 발광 물질은 적색의 광을 방출하며,
    상기 제2 발광 물질은 녹색의 광을 방출하는 발광 다이오드.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 발광 물질 및 상기 제2 발광 물질은 상기 홀에 혼합되어 충전되는 발광 다이오드.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 홀은 복수이고,
    상기 복수의 홀 각각은 상기 제1 발광 물질 및 상기 제2 발광 물질 중 어느 하나만 포함하는 발광 다이오드.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 복수의 홀은 행렬 형태로 배열되며,
    상기 제1 발광 물질이 충전된 홀 및 상기 제2 발광 물질이 충전된 홀은 행 및 열 방향으로 교대로 배열되는 발광 다이오드.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 도전성 기판 하부에 직접적으로 위치하는 제1 전극; 및
    상기 제2 반도체층 상에 직접적으로 위치하는 제2 전극을 더 포함하되,
    상기 제2 전극은 상기 제2 반도체층의 일면의 중심부 상에 위치하고,
    상기 홀은 상기 제2 전극을 둘러싸는 발광 다이오드.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 발광 구조물은 적어도 하나의 돌출부를 포함하고,
    상기 홀은 상기 돌출부 내에 형성되는 발광 다이오드.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 돌출부는 서로 다른 높이를 가지는 제1 돌출부 및 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 홀은 상기 제1 돌출부 내에 포함되는 제1 홀 및 상기 제2 돌출부 내에 포함되는 제2 홀을 포함하며,
    상기 발광 물질은 서로 상이한 색의 광을 방출하는 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하고,
    상기 제1 홀에는 상기 제1 발광 물질 및 상기 제2 발광 물질 중 어느 하나가 충전되고,
    상기 제2 홀에는 상기 제1 발광 물질 및 상기 제2 발광 물질 중 다른 하나가 충전되는 발광 다이오드.
  15. 반사층;
    상기 반사층 상에 위치하는 제1 반도체층, 상기 제1 반도체층 상에 위치하는 활성층, 및 상기 활성층 상에 위치하는 제2 반도체층을 포함하는 발광 구조물;
    상기 발광 구조물 상에 위치하는 DBR층을 포함하되,
    상기 발광 구조물은 제1 발광 물질 및 제2 발광 물질을 포함하는 적어도 하나의 홀을 포함하고,
    상기 활성층, 상기 제1 발광 물질, 및 상기 제2 발광 물질은 서로 상이한 색의 광을 방출하는 발광 다이오드.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 발광 구조물의 두께는 상기 활성층에서 방출되는 광, 상기 제1 발광 물질에서 방출되는 광, 및 상기 제2 발광 물질에서 방출되는 광 중 적어도 하나의 공진 길이와 동일한 발광 다이오드.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 활성층은 청색의 광을 방출하고,
    상기 제1 발광 물질은 적색의 광을 방출하며,
    상기 제2 발광 물질은 녹색의 광을 방출하는 발광 다이오드.
  18. 도전성 기판 상에 순차 적층된 제1 반도체층, 활성층, 및 제2 반도체층을 포함하고, 상기 제1 반도체층, 활성층, 및 제2 반도체층 중 적어도 하나의 측면을 노출하는 복수의 홀을 포함하는 발광 구조물을 준비하는 단계;
    상기 복수의 홀 내부에 발광 물질을 충전하는 단계; 및
    상기 홀 상에 DBR층을 형성하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 발광 구조물을 준비하는 단계는,
    사파이어 기판 상에 예비 발광 구조물을 형성하는 단계;
    도전성 접착층을 매개로 상기 예비 발광 구조물과 상기 도전성 기판을 결합하는 단계;
    상기 사파이어 기판을 상기 예비 발광 구조물로부터 분리하여 상기 예비 발광 구조물의 일면을 노출시키는 단계; 및
    노출된 상기 예비 발광 구조물의 일면을 식각하여 상기 예비 발광 구조물을 상기 발광 구조물로 변환하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 발광 물질을 충전하는 단계는,
    상기 복수의 홀 내부에 적색의 광을 방출하는 제1 발광 물질 및 녹색의 광을 방출하는 제2 발광 물질을 주입하는 단계를 포함하는 발광 다이오드의 제조 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12061396B2 (en) 2020-10-12 2024-08-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Display device

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9574135B2 (en) * 2013-08-22 2017-02-21 Nanoco Technologies Ltd. Gas phase enhancement of emission color quality in solid state LEDs
WO2017145026A1 (en) 2016-02-23 2017-08-31 Silanna UV Technologies Pte Ltd Resonant optical cavity light emitting device
US10418517B2 (en) 2016-02-23 2019-09-17 Silanna UV Technologies Pte Ltd Resonant optical cavity light emitting device
US10134802B2 (en) 2016-05-12 2018-11-20 Ostendo Technologies, Inc. Nanophosphors-converted quantum photonic imagers and methods for making the same
US10630056B2 (en) 2016-05-12 2020-04-21 Ostendo Technologies, Inc. Nanophosphors-converted quantum photonic imager for efficient emission of white light in a micro-pixel array and methods for making the same
KR20180076422A (ko) * 2016-12-27 2018-07-06 삼성디스플레이 주식회사 색 변환 패널 및 이를 포함하는 표시 장치
KR102783331B1 (ko) 2017-02-02 2025-03-20 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치
EP3662518A4 (en) * 2017-07-31 2021-04-28 Yale University NANOPOREOUS MICRO-LED DEVICES AND THEIR MANUFACTURING PROCESSES
KR102522529B1 (ko) 2018-04-10 2023-04-14 삼성전자주식회사 발광 다이오드 디스플레이 장치
DE102018122684A1 (de) * 2018-09-17 2020-03-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
US10622514B1 (en) 2018-10-15 2020-04-14 Silanna UV Technologies Pte Ltd Resonant optical cavity light emitting device
KR20200045768A (ko) * 2018-10-23 2020-05-06 엘지전자 주식회사 반도체 발광 소자, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
CN111192892A (zh) * 2018-11-14 2020-05-22 易美芯光（北京）科技有限公司 一种micro led显示器件及其制作方法
KR102797522B1 (ko) 2020-02-12 2025-04-18 삼성전자주식회사 반도체 발광 소자 및 이의 제조 방법
KR20220097772A (ko) * 2020-12-31 2022-07-08 삼성디스플레이 주식회사 표시 패널, 이를 구비한 표시 장치, 및 표시 패널의 제조방법
CN113054066B (zh) * 2021-03-12 2022-12-09 京东方科技集团股份有限公司 一种显示面板及显示装置
TWI778849B (zh) * 2021-10-29 2022-09-21 林芸萱 光學裝置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059418A (ja) * 2005-08-22 2007-03-08 Showa Denko Kk 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP2011029612A (ja) * 2009-06-24 2011-02-10 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
JP2011035017A (ja) 2009-07-30 2011-02-17 Hitachi Cable Ltd 発光素子

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000174329A (ja) 1998-12-03 2000-06-23 Oki Electric Ind Co Ltd 垂直微小共振器型発光ダイオード
US6697403B2 (en) 2001-04-17 2004-02-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Light-emitting device and light-emitting apparatus using the same
TWI227585B (en) 2002-12-13 2005-02-01 Ind Tech Res Inst Resonant cavity component array applicable on wavelength division multiplexing (WDM) and method for producing the same
KR20070030723A (ko) * 2003-09-05 2007-03-16 도트 메트릭스 테크놀로지, 인코포레이티드 나노크기의 측면에피성장을 가지는 양자점 광전자소자 및그 제조방법
US7825006B2 (en) 2004-05-06 2010-11-02 Cree, Inc. Lift-off process for GaN films formed on SiC substrates and devices fabricated using the method
US7560736B2 (en) 2005-08-15 2009-07-14 General Electric Company Mid-infrared resonant cavity light emitting diodes
TW200717843A (en) * 2005-10-19 2007-05-01 Epistar Corp Light-emitting element with high-light-extracting-efficiency
JP4714013B2 (ja) * 2005-11-30 2011-06-29 日本オプネクスト株式会社 半導体レーザ
KR100752696B1 (ko) * 2006-02-16 2007-08-29 삼성전기주식회사 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자
KR20070029223A (ko) 2007-01-31 2007-03-13 전북대학교산학협력단 광결정 반사층을 갖는 공진형 양자구조의 화합물 반도체광소자
CN102779918B (zh) * 2007-02-01 2015-09-02 日亚化学工业株式会社 半导体发光元件
JP2008277651A (ja) 2007-05-02 2008-11-13 Mitsubishi Chemicals Corp 発光ダイオード
JP2008283092A (ja) 2007-05-14 2008-11-20 Dowa Electronics Materials Co Ltd 垂直共振器型半導体発光素子
KR101283368B1 (ko) 2010-04-05 2013-07-15 전북대학교산학협력단 양자점을 이용한 형광공명에너지전달-기반 발광 다이오드
KR101047720B1 (ko) 2010-04-23 2011-07-08 엘지이노텍 주식회사 발광 소자, 발광 소자 제조방법 및 발광 소자 패키지
KR101689664B1 (ko) 2010-11-30 2017-01-09 삼성전자 주식회사 양자점을 포함하는 적층구조물과 그 제조방법 및 상기 적층구조물을 적용한 발광소자
KR101291153B1 (ko) 2010-12-30 2013-07-31 포항공과대학교 산학협력단 발광다이오드 및 그 제조방법
KR20120083829A (ko) 2011-01-18 2012-07-26 한국과학기술연구원 식각형 공명에너지전달 발광다이오드
TW201322437A (zh) * 2011-11-17 2013-06-01 Helio Optoelectronics Corp 高電壓交流發光二極體結構

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059418A (ja) * 2005-08-22 2007-03-08 Showa Denko Kk 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子
JP2011029612A (ja) * 2009-06-24 2011-02-10 Toyoda Gosei Co Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
JP2011035017A (ja) 2009-07-30 2011-02-17 Hitachi Cable Ltd 発光素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12061396B2 (en) 2020-10-12 2024-08-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Display device

Also Published As

Publication number Publication date
US9159874B2 (en) 2015-10-13
KR20150069845A (ko) 2015-06-24
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