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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-19
(45)【発行日】2024-07-29
(54)【発明の名称】発光素子パッケージ
(51)【国際特許分類】
H01L 33/56 20100101AFI20240722BHJP
H01L 33/62 20100101ALI20240722BHJP
H01L 33/08 20100101ALI20240722BHJP
H01L 33/60 20100101ALI20240722BHJP
【ＦＩ】
H01L33/56
H01L33/62
H01L33/08
H01L33/60
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2021556344
(86)(22)【出願日】2020-03-19
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-24
(86)【国際出願番号】 KR2020003743
(87)【国際公開番号】W WO2020190045
(87)【国際公開日】2020-09-24
【審査請求日】2023-03-16
(31)【優先権主張番号】62/820,466
(32)【優先日】2019-03-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/816,480
(32)【優先日】2020-03-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】506029004
【氏名又は名称】ソウル バイオシス カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＯＵＬ ＶＩＯＳＹＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】６５－１６，Ｓａｎｄａｎ－ｒｏ １６３ Ｂｅｏｎ－ｇｉｌ，Ｄａｎｗｏｎ－ｇｕ，Ａｎｓａｎ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】ジャン，ジョン ミン
(72)【発明者】
【氏名】キム，チャン ヨン
【審査官】高椋 健司
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２９３８１１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２８８０９３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－０６２３５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－２６０１１１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４
Ｇ０９Ｆ ９／３０－ ９／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光透過性材料で形成される、前面及び背面を有する板状の基板と、前記基板の前記前面上に設けられ、前記前面に向かう方向に光を出射する少なくとも一つの発光素子と、
前記基板上に設けられ、前記発光素子を取り囲むモールディング層と、を含み、
前記発光素子は、
前記基板上に設けられた発光構造体と、
前記発光構造体上に設けられ、第１絶縁膜及び第２絶縁膜を含む多層の絶縁膜と、
前記発光構造体上に設けられ、第１バンプ電極及び第２バンプ電極を含む多数個のバンプ電極と、を含み、
前記発光構造体は、
前記基板上の第１エピタキシャルスタックと、
前記第１エピタキシャルスタック上の第２エピタキシャルスタックと、
前記第２エピタキシャルスタック上の第３エピタキシャルスタックと、を含み、
前記第１絶縁膜は、前記発光構造体上に設けられ、前記第１バンプ電極と接続するために前記第１エピタキシャルスタックを露出するように構成されたパターン除去領域を含み、
前記第２絶縁膜は、所定の領域における前記第１絶縁膜上に設けられ、前記第２バンプ電極と接続するために前記第２エピタキシャルスタック又は前記第３エピタキシャルスタックを露出するように構成されたパターン除去領域を含み、
前記モールディング層は、前記背面からの高さが１００マイクロメートル以下の厚さの領域を含む、発光素子パッケージ。
【請求項2】
前記モールディング層は、実質的に平らな上面を有する、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
【請求項3】
前記モールディング層は、５０％以上の外部光反射率、外部光散乱率、又は外部光吸収率を有する、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
【請求項4】
前記モールディング層はブラックカラーを有する、請求項３に記載の発光素子パッケージ。
【請求項5】
さらに、印刷回路基板を含み、
前記印刷回路基板は、前面に設けられた各上部電極、背面に設けられた各下部電極、及び前記各上部電極と前記各下部電極とを接続する各ビア電極を含み、前記各バンプ電極は、対応する各上部電極に接続される、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
【請求項6】
互いに隣接した二つの下部電極の間の距離は、互いに隣接した二つの上部電極の間の距離より大きい、請求項５に記載の発光素子パッケージ。
【請求項7】
前記発光素子は複数個で設けられる、請求項５に記載の発光素子パッケージ。
【請求項8】
前記各発光素子は４個で設けられる、請求項７に記載の発光素子パッケージ。
【請求項9】
前記第１乃至第３エピタキシャルスタックのそれぞれは、ｐ型半導体層と、
ｎ型半導体層と、
前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に設けられた活性層と、を含む、請求項１に記載の発光素子パッケージ。
【請求項10】
前記各バンプ電極は、前記第１エピタキシャルスタックのｐ型半導体層に接続された第１バンプ電極と、
前記第２エピタキシャルスタックのｐ型半導体層に接続された第２バンプ電極と、
前記第３エピタキシャルスタックのｐ型半導体層に接続された第３バンプ電極と、
前記第１乃至第３エピタキシャルスタックの各ｎ型半導体層に接続された第４バンプ電極と、を含む、請求項９に記載の発光素子パッケージ。
【請求項11】
前記各発光素子は第１乃至第４発光素子を含み、前記各下部電極は、第１乃至第６スキャンパッド、及び第１及び第２データパッドを含み、
前記第１発光素子は、前記第１乃至第３スキャンパッド及び前記第１データパッドに接続され、
前記第２発光素子は、前記第１乃至第３スキャンパッド及び前記第２データパッドに接続され、
前記第３発光素子は、前記第４乃至第６スキャンパッド及び前記第１データパッドに接続され、
前記第４発光素子は、前記第４乃至第６スキャンパッド及び前記第２データパッドに接続される、請求項８に記載の発光素子パッケージ。
【請求項12】
各発光素子において、前記各バンプ電極は第１乃至第４バンプ電極を含み、前記第１乃至第３バンプ電極には第１乃至第３スキャン信号が印加され、前記第４バンプ電極にはデータ信号が印加される、請求項１１に記載の発光素子パッケージ。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光素子パッケージ及びこれを適用したアプリケーションに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、ＬＥＤ）を使用する多様な装置が開発されている。発光ダイオードを光源として使用する装置としては、一般的な照明や表示装置を挙げることができる。発光ダイオードを使用する各装置は、最終基板上に個別的に成長した赤色（Ｒｅｄ、Ｒ）、緑色（Ｇｒｅｅｎ、Ｇ）及び青色（Ｂｌｕｅ、Ｂ）発光ダイオード（ＬＥＤ）の各構造を形成することによって得られる。
【0003】
このような発光ダイオードを多様な装置に適用するためには、構造が簡単で、製造が容易である必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の一実施形態は、簡単な構造を有しながらも製造方法が単純な発光素子パッケージ及びそのアプリケーションを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施形態に係る発光素子パッケージは、前面及び背面を有する印刷回路基板と、前記前面上に設けられ、前記前面に向かう方向に光を出射する少なくとも一つの発光素子と、前記印刷回路基板上に設けられ、前記発光素子を取り囲むモールディング層とを含み、前記発光素子は、前記印刷回路基板上に設けられた発光構造体と、前記発光構造体上に設けられた基板と、前記発光構造体と前記印刷回路基板との間に設けられた多数個のバンプ電極と、を含む。前記モールディング層は、前記基板の上面を覆い、外部光の一部を反射、散乱、又は吸収することができる。
【0006】
本発明の一実施形態において、前記モールディング層は、実質的に平らな上面を有してもよい。
【0007】
本発明の一実施形態において、前記モールディング層は、前記発光構造体と前記印刷回路基板との間の少なくとも一部に充填されてもよい。
【0008】
本発明の一実施形態において、前記モールディング層は、約５０％以上の外部光反射率、外部光散乱率、又は外部光吸収率を有してもよい。
【0009】
本発明の一実施形態において、前記モールディング層はブラックカラーを有してもよい。
【0010】
本発明の一実施形態において、前記印刷回路基板は、前記前面に設けられた各上部電極、前記背面に設けられた各下部電極、及び前記各上部電極と前記各下部電極とを接続する各ビア電極を含み、前記各バンプ電極は、対応する各上部電極に接続されてもよい。
【0011】
本発明の一実施形態において、互いに隣接した二つの下部電極の間の距離は、互いに隣接した二つの上部電極の間の距離より大きくてもよい。
【0012】
本発明の一実施形態において、前記発光素子は複数個で設けられてもよい。例えば、前記各発光素子は４個で設けられ、前記発光素子のそれぞれの発光構造体は、前記基板上に順次積層され、互いに異なる波長帯域の光を出射し、光出射領域が互いに重畳する複数のエピタキシャルスタックを含んでもよい。
【0013】
本発明の一実施形態において、前記複数個のエピタキシャルスタックは、第１光を出射する第１エピタキシャルスタックと、前記第１エピタキシャルスタック上に設けられ、前記第１光と異なる波長帯域の第２光を出射する第２エピタキシャルスタックと、前記第２エピタキシャルスタック上に設けられ、前記第１及び第２光と異なる波長帯域の第３光を出射する第３エピタキシャルスタックと、を含んでもよい。
【0014】
本発明の一実施形態において、前記第１乃至第３エピタキシャルスタックのそれぞれは、ｐ型半導体層と、ｎ型半導体層と、前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間に設けられた活性層と、を含んでもよい。
【0015】
本発明の一実施形態において、前記各バンプ電極は、前記第１エピタキシャルスタックのｐ型半導体層に接続された第１バンプ電極と、前記第２エピタキシャルスタックのｐ型半導体層に接続された第２バンプ電極と、前記第３エピタキシャルスタックのｐ型半導体層に接続された第３バンプ電極と、前記第１乃至第３エピタキシャルスタックの各ｎ型半導体層に接続された第４バンプ電極と、を含んでもよい。
【0016】
本発明の一実施形態において、前記各発光素子は、第１乃至第４発光素子を含み、前記各下部電極は、第１乃至第６スキャンパッド、及び第１及び第２データパッドを含み、前記第１発光素子は、前記第１乃至第３スキャンパッド及び前記第１データパッドに接続され、前記第２発光素子は、前記第１乃至第３スキャンパッド及び前記第２データパッドに接続され、前記第３発光素子は、前記第４乃至第６スキャンパッド及び前記第１データパッドに接続され、前記第４発光素子は、前記第４乃至第６スキャンパッド及び前記第２データパッドに接続されてもよい。
【0017】
本発明の一実施形態において、各発光素子において、前記各バンプ電極は、第１乃至第４バンプ電極を含み、前記第１乃至第３バンプ電極には第１乃至第３スキャン信号が印加され、前記第４バンプ電極にはデータ信号が印加されてもよい。
【0018】
本発明の一実施形態において、前記モールディング層は、真空ラミネート（ｖａｃｕｕｍ ｌａｍｉｎａｔｅ）法で形成されてもよい。
【0019】
本発明の一実施形態において、発光素子パッケージは、表示装置又は車両用照明装置に採用可能であり、この場合、ベース基板と、前記ベース基板上に設けられた少なくとも１個の発光素子パッケージと、を含んでもよい。
【0020】
本発明の一実施形態に係る発光素子パッケージは、各発光素子を形成し、印刷回路基板上に前記各発光素子を配置し、前記各発光素子を覆うように前記印刷回路基板上に真空ラミネート法でモールディング層を形成し、前記印刷回路基板及びモールディング層を切断し、発光素子パッケージを形成することによって製造されてもよい。また、前記モールディング層は、前記基板の上面を覆い、外部光の一部を反射、散乱、又は吸収する材料を含む。
【発明の効果】
【0021】
本発明の一実施形態によると、簡単な構造を有しながらも製造方法が単純な発光素子パッケージを提供することができる。また、本発明の一実施形態によると、前記発光素子を用いた表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】本発明の一実施形態に係る発光素子を示した断面図である。
【図2a】本発明の一実施形態に係る発光素子を具体的に示した平面図である。
【図3a】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法を順次示した平面図である。
【図4a】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法を順次示した平面図である。
【図5a】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法を順次示した平面図である。
【図6a】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法を順次示した平面図である。
【図7a】本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法を順次示した平面図である。
【図8a】発光素子パッケージの製造方法を順次示した図である。
【図8b】発光素子パッケージの製造方法を順次示した図である。
【図8c】発光素子パッケージの製造方法を順次示した図である。
【図8d】発光素子パッケージの製造方法を順次示した図である。
【図9a】本発明の一実施形態に係る発光素子パッケージを示した平面図であって、一つの印刷回路基板に４個の発光素子がマトリックス状に実装されたことを示した上面図である。
【図11】表示装置や車両用照明装置などに適用するために多数個の発光素子パッケージをベース基板に実装し、光源モジュールを製造したことを示した概略的な断面図である。
【図12】は、本発明の一実施形態に係る発光素子パッケージが表示装置に適用される場合を概念的に示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な形態を有し得るので、特定の実施形態を図面に例示し、これを本文で詳細に説明する。しかし、これは、本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物及び代替物を含むものと理解しなければならない。
【0024】
以下、添付の各図面を参照して本発明の好適な実施形態をより詳細に説明する。
【0025】
本発明は、発光素子、より詳細には、光を出射する発光素子に関する。本発明の発光素子は、光源として多様な装置に採用され得る。
【0026】
図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子を示した断面図である。
【0027】
図１を参照すると、本発明の一実施形態に係る発光素子は、順次積層された複数個のエピタキシャルスタックからなる発光構造体を含む。発光構造体は基板１１上に設けられる。
【0028】
基板１１は、前面及び背面を有する板状に設けられる。
【0029】
発光構造体に含まれる複数のエピタキシャルスタックは、２個以上で設けられ、それぞれが互いに異なる波長帯域の光を出射することができる。すなわち、エピタキシャルスタックは、複数個で設けられ、それぞれが互いに同一又は異なるエネルギーバンドを有する。本実施形態では、発光構造体が、基板１１の前面上にエピタキシャルスタックが順次積層された３個の層からなることを示したので、複数のエピタキシャルスタックは、基板１１の前面から第３エピタキシャルスタック４０、第２エピタキシャルスタック３０、及び第１エピタキシャルスタック２０の順に積層される。
【0030】
基板１１は、光透過性絶縁材料で形成されてもよい。
【0031】
基板１１の材料は、基板１１の前面上に設けられるエピタキシャルスタック、すなわち、第３エピタキシャルスタック４０を成長できる成長基板のうち一つで提供されてもよい。本発明の一実施形態において、基板１１は、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ガリウム酸化物（Ｇａ２Ｏ３）、又はシリコン基板（Ｓｉ）であってもよい。
【0032】
各エピタキシャルスタックは、前記基板１１の背面に向かう方向（図１では下側方向）に光を出射する。このとき、一つのエピタキシャルスタックから出射された光は、光経路に位置した他のエピタキシャルスタックを透過しながら基板１１の背面に向かう方向に進行する。
【0033】
本実施形態において、第１エピタキシャルスタック２０は第１光を出射し、第２エピタキシャルスタック３０は第２光を出射し、第３エピタキシャルスタック４０は第３光を出射することができる。ここで、第１乃至第３光は、互いに同一又は異なる光であってもよい。本発明の一実施形態において、第１乃至第３光は、可視光線波長帯域のカラー光であってもよい。
【0034】
本発明の一実施形態において、第１乃至第３光は、順次短い波長を有する互いに異なる波長帯域の光であってもよい。すなわち、第１乃至第３光は、互いに同一又は異なる波長帯域を有してもよく、第１光から第３光に行くほど高いエネルギーを有する短波長帯域の光であってもよい。本実施形態において、第１光は赤色光で、第２光は緑色光で、第３光は青色光であってもよい。しかし、第１乃至第３光は、順次長い波長を有する互いに異なる波長帯域の光であってもよく、又は、波長の長さに関係なく不規則に配置された互いに異なる波長帯域の光であってもよい。一実施形態としては、第１光は赤色光で、第２光は青色光で、第３光は緑色光であってもよい。
【0035】
上記のような構造を有する本発明の一実施形態に係る発光構造体において、各エピタキシャルスタックには、それぞれ発光信号を印加する信号配線が独立的に接続され、これによって、各エピタキシャルスタックが独立的に駆動する。その結果、各エピタキシャルスタックからの光の出射有無が決定されることによって多様なカラーが実現され得る。また、互いに異なる波長の光を出すエピタキシャルスタックが上下に重畳して形成されるので、狭い面積への形成が可能である。
【0036】
より詳細に説明すると、本発明の一実施形態に係る発光積層体において、基板１１上には第３エピタキシャルスタック４０が設けられ、第３エピタキシャルスタック４０上には第２接着層６３を挟んで第２エピタキシャルスタック３０が設けられ、第２エピタキシャルスタック３０上には第１接着層６１を挟んで第１エピタキシャルスタック２０が設けられてもよい。
【0037】
第１及び第２接着層６１、６３は、非導電性材料からなってもよく、光透過性を有する材料を含む。例えば、第１及び第２接着層６１、６３には、光学的に透明な接着剤（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｌｅａｒ Ａｄｈｅｓｉｖｅ）が使用されてもよい。しかし、本発明の一実施形態がこれに限定されるのではなく、第１及び第２接着層６１、６３は、特定の波長に対しては光学的に透明であってもよい。例えば、第１及び第２接着層６１、６３は、特定の波長のみを透過させることによって所定のカラーを示すカラーフィルターであってもよい。前記カラーは、多様な色から選択可能であり、例えば、赤色、青色、又は緑色であってもよく、これと異なる色であってもよい。
【0038】
第３エピタキシャルスタック４０は、下部から上部方向に順次配置されたｎ型半導体層４１、活性層４３、及びｐ型半導体層４５を含む。第３エピタキシャルスタック４０のｎ型半導体層４１、活性層４３、及びｐ型半導体層４５は、青色光を出射する半導体材料を含んでもよい。第３エピタキシャルスタック４０のｐ型半導体層４５の上部には第３ｐ型コンタクト電極４５ｐが設けられる。
【0039】
第２エピタキシャルスタック３０は、下部から上部方向に順次配置されたｐ型半導体層３５、活性層３３、及びｎ型半導体層３１を含む。第２エピタキシャルスタック３０のｐ型半導体層３５、活性層３３、及びｎ型半導体層３１は、緑色光を出射する半導体材料を含んでもよい。第２エピタキシャルスタック３０のｐ型半導体層３５の下部には第２ｐ型コンタクト電極３５ｐが設けられる。
【0040】
第１エピタキシャルスタック２０は、下部から上部方向に順次配置されたｐ型半導体層２５、活性層２３、及びｎ型半導体層２１を含む。第１エピタキシャルスタック２０のｐ型半導体層２５、活性層２３、及びｎ型半導体層２１は、赤色光を出射する半導体材料を含んでもよい。第１エピタキシャルスタック２０のｐ型半導体層２５の下部には第１ｐ型コンタクト電極２５ｐが設けられてもよい。
【0041】
第１エピタキシャルスタック２０のｎ型半導体層２１の上部には第１ｎ型コンタクト電極が設けられてもよい。第１ｎ型コンタクト電極２１ｎは、単一層、又は多重層の金属からなってもよい。例えば、第１ｎ型コンタクト電極２１ｎには、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｗ、Ｃｕなどの金属又はこれらの合金を含む多様な材料が使用され得る。
【0042】
本実施形態において、第１乃至第３ｐ型コンタクト電極２５ｐ、３５ｐ、４５ｐは、光を透過できるように透明導電性材料からなってもよい。
【0043】
本実施形態において、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のｎ型半導体層２１、３１、４１には共通配線が接続されてもよい。ここで、共通配線は、共通電圧が印加される配線である。また、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のｐ型半導体層２５、３５、４５には、ｐ型コンタクト電極２５ｐ、３５ｐ、４５ｐを介して発光信号配線がそれぞれ接続されてもよい。より詳細には、第１ｎ型コンタクト電極２１ｎ、第２及び第３ｎ型半導体層３１、４１には共通配線を介して共通電圧ＳＣが印加され、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のｐ型コンタクト電極２５ｐ、３５ｐ、４５ｐには発光信号が発光信号配線を介して印加されることによって、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０の発光が制御される。ここで、発光信号は、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のそれぞれに対応する第１乃至第３発光信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢを含む。本発明の一実施形態において、第１発光信号ＳＲは赤色光、第２発光信号ＳＧは緑色光、第３発光信号ＳＢは青色光の発光に対応する信号であってもよい。
【0044】
上述した実施形態によると、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０は、各エピタキシャルスタックに印加された発光信号によって駆動する。すなわち、第１エピタキシャルスタック２０は第１発光信号ＳＲによって駆動し、第２エピタキシャルスタック３０は第２発光信号ＳＧによって駆動し、第３エピタキシャルスタック４０は第３発光信号ＳＢによって駆動する。ここで、第１、第２、及び第３発光信号ＳＲ、ＳＧ、ＳＢは、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０に互いに独立的に印加され、その結果、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０はそれぞれ独立的に駆動する。発光積層体は、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０から下部方向に出射された第１乃至第３光の組み合わせによって最終的に多様なカラー及び多様な光量の光を提供することができる。
【0045】
上述した実施形態では、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のｎ型半導体層２１、３１、４１に共通電圧が供給され、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のｐ型半導体層２５、３５、４５には発光信号が印加されることを説明したが、本発明の実施形態がこれに限定されるのではない。本発明の他の実施形態では、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のｐ型半導体層２５、３５、４５には共通電圧が供給され、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のｎ型半導体層２１、３１、４１には発光信号が印加され得る。
【0046】
上記のような構造を有する本発明の一実施形態に係る発光積層体は、カラーを実現するにおいて、互いに異なる光が互いに離隔した他の平面上で実現されるのではなく、互いに異なる光の一部を重畳した領域で提供するので、発光素子の小型化及び集積化が可能である。本発明によると、互いに異なる光を具現化する発光素子の一部を一つの領域で重畳させることによって積層体として提供し、その結果、既存の発明に比べて著しく小さい面積でフルカラーの実現が可能である。これによって、小さい面積でも高解像度装置の製造が可能である。また、上記のような構造を有する発光積層体において、互いに異なる波長帯域の光を出射する各エピタキシャルスタックではなく、互いに同一の波長帯域の光を出射する各エピタキシャルスタックが積層された場合は、光の強さが多様に制御された発光装置の製造が可能である。
【0047】
本発明の一実施形態に係る発光積層体は、一つの基板上に多層のエピタキシャルスタックを順次積層した後、多層のエピタキシャルスタックに最小限の工程を通じてコンタクト部を形成し、配線部を接続する。また、個別カラーの発光素子を別々に製造しながら個別的に実装する既存の表示装置の製造方法に比べて、本発明では、多数個の発光素子の代わりに一つの発光積層体のみを実装すればよいので、製造方法が著しく簡単になる。
【0048】
【0049】
【0050】
図２ａ及び図２ｂを参照すると、本発明の一実施形態に係る発光素子は、基板１１と、基板上に設けられ、複数のエピタキシャルスタックを含む発光構造体と、発光構造体上に設けられた各バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐとを含む。発光構造体は、基板１１上に積層された第３エピタキシャルスタック４０、第２エピタキシャルスタック３０、及び第１エピタキシャルスタック２０を含む。
【0051】
第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のそれぞれは、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、及びｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に設けられた活性層を含む。図面では、各エピタキシャルスタックのｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及び活性層を一つの層のエピタキシャルスタックで表示した。
【0052】
第３エピタキシャルスタック４０上には、第３ｐ型コンタクト電極４５ｐ、第２接着層６３、及び第２ｐ型コンタクト電極３５ｐが順次設けられる。第２ｐ型コンタクト電極３５ｐは第２エピタキシャルスタック３０と直接接触する。
【0053】
第２エピタキシャルスタック３０上には、第１接着層６１及び第１ｐ型コンタクト電極２５ｐが順次設けられる。第１ｐ型コンタクト電極２５ｐは第１エピタキシャルスタック２０と直接接触する。
【0054】
第１エピタキシャルスタック２０上には第１ｎ型コンタクト電極２１ｎが設けられる。第１ｎ型半導体層２１は、上面の一部が陥没した構造を有してもよく、第１ｎ型コンタクト電極２１ｎがその陥没した部分に設けられてもよい。
【0055】
第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０が積層された基板１１上には、単層又は多層の絶縁膜が設けられる。本発明の一実施形態において、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０の側面及び上面の一部には、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０の積層体をカバーする第１絶縁膜８１及び第２絶縁膜８３が設けられてもよい。第１及び／又は第２絶縁膜８１、８３は、多様な有／無機絶縁性材料からなってもよく、その材料や形態が限定されるのではない。例えば、第１及び／又は第２絶縁膜８１、８３は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、Ａｌ２Ｏ３又はＤＢＲ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）として設けられてもよい。また、第１及び／又は第２絶縁膜８１、８３はブラックカラーの有機高分子膜であってもよい。
【0056】
画素には、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０に配線部を接続するためのコンタクト部が設けられる。コンタクト部は、第１エピタキシャルスタック２０に発光信号を供給するための第１コンタクト部２０Ｃ、第２エピタキシャルスタック３０に発光信号を供給するための第２コンタクト部３０Ｃ、第３エピタキシャルスタック４０に発光信号を供給するための第３コンタクト部４０Ｃ、及び第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０に共通電圧を印加するための第４コンタクト部５０Ｃを含む。本発明の一実施形態において、第１乃至第４コンタクト部２０Ｃ、３０Ｃ、４０Ｃ、５０Ｃは、平面上から見たとき、多様な位置に設けられ得る。
【0057】
第１乃至第４コンタクト部２０Ｃ、３０Ｃ、４０Ｃ、５０Ｃは、それぞれ第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄ、及び第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐを含んでもよい。
【0058】
第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄのそれぞれは、互いに離隔して絶縁される。
【0059】
第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐのそれぞれは、互いに離隔して絶縁され、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０と重畳する領域、すなわち、光出射領域に設けられてもよい。第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐのそれぞれは、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０の縁部にわたって形成されてもよく、これによって、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０の各活性層の各側面をカバーすることができる。
【0060】
第１コンタクト部２０Ｃは、互いに電気的に接続される第１パッド２０ｐｄ及び第１バンプ電極２０ｂｐを含む。第１パッド２０ｐｄは、第１エピタキシャルスタック２０の第１ｐ型コンタクト電極２５ｐ上に設けられ、第１絶縁膜８１に設けられた第１コンタクトホール２０ＣＨを介して第１ｐ型コンタクト電極２５ｐに接続される。第１バンプ電極２０ｂｐは、少なくとも一部が第１パッド２０ｐｄと重畳する。第１バンプ電極２０ｂｐは、第１パッド２０ｐｄと重畳した領域で第２絶縁膜８３を挟んで第１スルーホール２０ｃｔを介して第１パッド２０ｐｄと接続される。
【0061】
第２コンタクト部３０Ｃは、互いに電気的に接続される第２パッド３０ｐｄ及び第２バンプ電極３０ｂｐを含む。第２パッド３０ｐｄは、第２ｐ型コンタクト電極３５ｐ上に設けられ、第１絶縁膜８１に形成された第２コンタクトホール３０ＣＨを介して第２ｐ型コンタクト電極３５ｐに接続される。第２バンプ電極３０ｂｐは、少なくとも一部が第２パッド３０ｐｄと重畳する。第２バンプ電極３０ｂｐは、第２パッド３０ｐｄと重畳した領域で第２絶縁膜８３を挟んで第２スルーホール３０ｃｔを介して第２パッド３０ｐｄと接続される。
【0062】
第３コンタクト部４０Ｃは、互いに電気的に接続される第３パッド４０ｐｄ及び第３バンプ電極４０ｂｐを含む。第３パッド４０ｐｄは、第３ｐ型コンタクト電極４５ｐ上に設けられ、第１絶縁膜８１に形成された第３コンタクトホール４０ＣＨを介して第３ｐ型コンタクト電極４５ｐに接続される。第３バンプ電極４０ｂｐは、少なくとも一部が第３パッド４０ｐｄと重畳する。第３バンプ電極４０ｂｐは、第３パッド４０ｐｄと重畳した領域で第２絶縁膜８３を挟んで第３スルーホール４０ｃｔを介して第３パッド４０ｐｄと接続される。
【0063】
第４コンタクト部５０Ｃは、互いに電気的に接続される第４パッド５０ｐｄ及び第４バンプ電極５０ｂｐを含む。第４パッド５０ｐｄは、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０の第１ｎ型コンタクト電極２１ｎ、第２及び第３ｎ型半導体層上にそれぞれ設けられた第１乃至第３サブコンタクトホール５０ＣＨａ、５０ＣＨｂ、５０ＣＨｃを介してそれぞれ第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０に接続される。ここで、第３エピタキシャルスタック４０は、上面の一部が除去されることによって第３ｎ型半導体層が露出しており、第４パッド５０ｐｄは第３半導体層の第３ｎ型半導体層に接続される。
【0064】
より詳細に、第４パッド５０ｐｄは、第１エピタキシャルスタック２０の第１ｎ型コンタクト電極上に設けられた第１サブコンタクトホール５０ＣＨａを介して第１エピタキシャルスタック２０に接続され、第２エピタキシャルスタック３０の第２ｎ型半導体層上に設けられた第２サブコンタクトホール５０ＣＨｂを介して第２エピタキシャルスタック３０に接続され、第３エピタキシャルスタック４０の第３ｎ型半導体層上に設けられた第３サブコンタクトホール５０ＣＨｃを介して第３エピタキシャルスタック４０に接続される。第４バンプ電極５０ｂｐは、少なくとも一部が第４パッド５０ｐｄと重畳する。第４バンプ電極５０ｂｐは、第４パッド５０ｐｄと重畳した領域で第２絶縁膜８３を挟んで第４スルーホール５０ｃｔを介して第４パッド５０ｐｄに接続される。
【0065】
本発明の一実施形態において、図示してはいないが、基板１１には、第１乃至第４コンタクト部２０Ｃ、３０Ｃ、４０Ｃ、５０Ｃに対応して設けられ、第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐのそれぞれに電気的に接続される配線部（図５参照）及び／又は配線部と接続された薄膜トランジスタなどの駆動素子がさらに設けられてもよい。例えば、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０には、第１乃至第３バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐを介して第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のそれぞれに発光信号を供給する第１乃至第３発光信号配線、及び第４バンプ電極５０ｂｐを介して第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０のそれぞれに共通電圧を供給する共通配線が接続されてもよい。本実施形態において、第１乃至第３発光信号配線は第１乃至第３スキャン配線に、共通配線はデータ配線にそれぞれ対応し得る。
【0066】
図３ａ乃至図７ｂは、本発明の一実施形態に係る発光素子の製造方法を順次示した図であって、図３ａ、図４ａ、図５ａ、図６ａ、及び図７ａは平面図で、図３ｂ、図４ｂ、図５ｂ、図６ｂ、及び図７ｂは、図３ａ、図４ａ、図５ａ、図６ａ、及び図７ａのＡ－Ａ’線に沿った断面図である。
【0067】
図３ａ及び図３ｂを参照すると、基板１１上に発光構造体が形成される。発光構造体においては、第３エピタキシャルスタック４０、第３ｐ型コンタクト電極４５ｐ、第２接着層６３、第２ｐ型コンタクト電極３５ｐ、第２エピタキシャルスタック３０、第１接着層６１、第１ｐ型コンタクト電極２５ｐ、第１エピタキシャルスタック２０、及び第１ｎ型コンタクト電極２１ｎが化学気相蒸着法、金属有機化学気相蒸着法、分子線蒸着法などの多様な工程を通じて順次成長し得る。
【0068】
発光構造体は、全体的な配線接続構造などを考慮して多様な形状にパターニングされ得る。例えば、上述した各コンタクトホール、各スルーホール、及び各パッドの位置を考慮して、平面上から見たときに多角形の形態で形成されてもよい。
【0069】
一実施形態によると、エッチング工程を通じて第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０及び第１乃至第３ｐ型コンタクト電極２５ｐ、３５ｐ、４５ｐの一部がエッチングされ、第１乃至第４コンタクトホール２０ＣＨ、３０ＣＨ、４０ＣＨ、５０ＣＨ（図４ａ及び図４ｂ参照）が形成される位置の上面が露出し得る。
【0070】
図４ａ及び図４ｂを参照すると、垂直に積層された発光構造体上にコンフォーマルに（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｌｙ）第１絶縁膜８１が形成されてもよい。第１絶縁膜８１は、酸化物、例えば、シリコン酸化物及び／又はシリコン窒化物を含んでもよい。
【0071】
第１絶縁膜８１は、パターニングされることによって一部が除去され、その結果、第１乃至第４コンタクトホール２０ＣＨ、３０ＣＨ、４０ＣＨ、５０ＣＨが形成される。
【0072】
第１コンタクトホール２０ＣＨは、第１ｐ型コンタクト電極２５ｐ上に配置され、第１ｐ型コンタクト電極２５ｐの一部を露出させる。第２コンタクトホール３０ＣＨは、第２エピタキシャルスタック３０上に配置され、第２ｐ型コンタクト電極３５ｐの一部を露出させる。第３コンタクトホール４０ＣＨは、第３ｐ型コンタクト電極４５ｐ上に配置され、第３ｐ型コンタクト電極４５ｐの一部を露出させる。第４コンタクトホール５０ＣＨは、第１乃至第３サブコンタクトホール５０ＣＨａ、５０ＣＨｂ、５０ＣＨｃを含み、第１乃至第３サブコンタクトホール５０ＣＨａ、５０ＣＨｂ、５０ＣＨｃのそれぞれは、第１ｎ型コンタクト電極２１ｎ、第２エピタキシャルスタック３０の第２ｎ型半導体層、第３エピタキシャルスタック４０の第３ｎ型半導体層上に配置され、第１ｎ型コンタクト電極２１ｎ、第２エピタキシャルスタック３０の第２ｎ型半導体層、第３エピタキシャルスタック４０の第３ｎ型半導体層の一部を露出させる。
【0073】
図５ａ及び図５ｂを参照すると、第１乃至第４コンタクトホール２０ＣＨ、３０ＣＨ、４０ＣＨ、５０ＣＨが形成された第１絶縁膜８１上に第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄが形成される。第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄを形成するための導電膜材料としては、金属を含む多様な導電体が使用可能であり、例えば、第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄは、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ａｌ及びＣｒのうち少なくともいずれか一つからなってもよい。
【0074】
第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄは、第１乃至第４コンタクトホール２０ＣＨ、３０ＣＨ、４０ＣＨ、５０ＣＨが形成された部分と重畳するように形成される。ここで、第４パッド５０ｐｄは、第１乃至第３サブコンタクトホール５０ＣＨａ、５０ＣＨｂ、５０ＣＨｃが形成された部分に同時に重畳するように形成されてもよい。
【0075】
【0076】
第２絶縁膜８３は、パターニングされることによって一部が除去され、その結果、第１乃至第４スルーホール２０ｃｔ、３０ｃｔ、４０ｃｔ、５０ｃｔが形成される。
【0077】
第１乃至第４スルーホール２０ｃｔ、３０ｃｔ、４０ｃｔ、５０ｃｔは、それぞれ第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄ上に配置され、第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄの一部を露出させる。
【0078】
【0079】
第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、それぞれ第１乃至第４スルーホール２０ｃｔ、３０ｃｔ、４０ｃｔ、５０ｃｔが形成された部分と重畳するように形成され、その結果、第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、第１乃至第４スルーホール２０ｃｔ、３０ｃｔ、４０ｃｔ、５０ｃｔを介して第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄにそれぞれ接続される。
【0080】
第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、対応する第１乃至第４パッド２０ｐｄ、３０ｐｄ、４０ｐｄ、５０ｐｄより広い面積を有してもよい。また、第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、平面上から見たとき、第１乃至第３エピタキシャルスタック２０、３０、４０が光を出射する光出射領域と少なくとも一部が重畳してもよい。
【0081】
第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、多様な金属を用いてめっき法で形成されてもよい。第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、めっき工程で金属層を形成するためのシード層（ｓｅｅｄ ｌａｙｅｒ）をさらに含んでもよい。シード層には、多様な金属、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔｉなどを含む金属が使用可能であり、シード層は、めっきしようとする金属材料によって多様に変更され得る。
【0082】
第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐをめっき法で形成する場合、第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐの上面を平らに形成することが可能である。発光構造体は、外部配線との接続のためのコンタクト構造を形成するためのエッチングなどによって上部段差を有するが、他の素子との接続時、段差により、一般的な金属層の形成時に他の素子と発光構造体との間の電気的接続が困難になり得る。しかし、めっき法で形成する場合、段差が大きいエピタキシャル層からなる発光構造体上でも平らな上面を有する各電極の形成が可能である。これに加えて、めっきした第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、それ自体でも平らな上面を有し得るが、扁平度を高めるために追加的に第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐの上面に対して研磨が行われてもよい。
【0083】
第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、半導体素子における配線材料として使用されるものであれば特に限定されないが、例えば、ＳｎＡｇ、Ｓｎ、ＣｕＳｎ、ＣｕＮ、ＣｕＡｇ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｃｏなどの金属及び／又は金属合金からなってもよい。本発明の一実施形態において、第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、Ｓｎのみからなってもよく、又はＣｕ／Ｎｉ／Ｓｎからなってもよい。第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐがＣｕ／Ｎｉ／Ｓｎからなる場合、発光構造体への不純物の内部拡散が最小化され得るので、特に、Ｃｕが各バンプ電極の材料として使用されることによって、発光構造体へのＳｎの浸透を防止することができる。
【0084】
第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐは、めっき法を用いて形成した後、追加的な熱処理工程、すなわち、リフロー工程を通じて第１乃至第４バンプ電極２０ｂｐ、３０ｂｐ、４０ｂｐ、５０ｂｐの強度を高めることができる。
【0085】
本発明の一実施形態において、上述したような構造を有する発光素子は、パッケージとして具現化され、他の装置、例えば、印刷回路基板上に実装されることによって一つの発光素子パッケージとして機能することができる。その結果、他の装置への実装が容易な構造からなるように、多様な配線が追加的に設けられ得る。
【0086】
図８ａ乃至図８ｄは、発光素子パッケージの製造方法を順次示した図である。図８ａ乃至図８ｄにおいて、説明の便宜のために、第１乃至第３エピタキシャルスタックは、発光構造体１０として単純化して示し、第１乃至第４パッド及び第１乃至第４バンプ電極も、パッドｐｄ及びバンプ電極ｂｐとして単純化して示した。特に、図面では、発光構造体１０は、上面が平らなものとして単純化して示したが、上面に段差及び／又は傾斜を有する構造である。
【0087】
本発明の一実施形態において、配線などが形成された印刷回路基板１１ｐなどに少なくとも一つの発光素子１１０を実装することによって発光素子パッケージを形成することができる。発光素子パッケージは、特に多数個の発光素子１１０を含んでもよい。
【0088】
図８ａを参照すると、印刷回路基板１１ｐが準備され、印刷回路基板１１ｐ上に多数個の発光素子１１０が配置される。
【0089】
印刷回路基板１１ｐは、多様な素子の間の電気的接続のための各配線及び各電極が形成されたものであって、印刷回路基板１１ｐの表面に少なくとも一つの発光素子１１０が実装されてもよい。印刷回路基板１１ｐは、それらの各配線の配置によって多様な形態で提供され得るが、本実施形態では、説明の便宜のために基板１１の前面、背面、及び前面と背面との間に各電極が設けられたことを示した。しかし、印刷回路基板１１ｐの各配線の配置は、これに限定されるのではない。本発明の一実施形態において、印刷回路基板１１ｐは、可撓性を有してもよく、可撓性を有さなくてもよい。
【0090】
本発明の一実施形態において、印刷回路基板１１ｐは前面及び背面を有する。印刷回路基板１１ｐの前面には各上部電極１１ｐａが、背面には設けられた各下部電極１１ｐｃが、そして、印刷回路基板１１ｐの前面及び背面を貫通して各上部電極１１ｐａと各下部電極１１ｐｃとを接続する各ビア電極１１ｐｂが設けられる。印刷回路基板１１ｐの前面は、各発光素子１１０が実装される面である。本発明の一実施形態において、印刷回路基板１１ｐの各上部電極１１ｐａは、後で付着する各発光素子１１０の各バンプ電極ｂｐに対応する位置に形成される。
【0091】
印刷回路基板１１ｐ上の各配線及び／又は各電極は、ＥＮＩＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ Ｎｉｋｅｌ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｇｏｌｄ）で表面処理されてもよい。例えば、本発明の一実施形態において、特に各上部電極１１ｐａはＥＮＩＧで表面処理されてもよい。印刷回路基板１１ｐ上の各配線及び／又は各電極がＥＮＩＧ処理される場合、高温で一部が溶けながら各発光素子１１０の各バンプ電極ｂｐと容易に接続され得る。
【0092】
各発光素子１１０は、キャリア基板１１ｃ上に付着し、印刷回路基板１１ｐの上部に配置される。キャリア基板１１ｃは、各発光素子１１０を移送するためのものであって、一面に接着層１３が形成されており、接着層１３によって各発光素子１１０がキャリア基板１１ｃに付着する。接着層１３は、強い耐熱性を有しながらも各発光素子１１０の着脱が可能なシリコン系高分子であってもよく、テープやシートの形態で製造され、キャリア基板１１ｃの下面に設けられてもよい。接着層１３は、各発光素子１１０がキャリア基板１１ｃに安定的に付着し得る程度の接着力を有し、各発光素子１１０を印刷回路基板１１ｐに付着させるとき、容易に分離され得る程度の接着力を有するものを準備することができる。すなわち、接着層１３の発光素子１１０に対する接着力は、各発光素子１１０と印刷回路基板１１ｐとの間の接着力より小さい値を有してもよい。
【0093】
各発光素子１１０は、基板１１が上部に位置し、発光構造体１０が下部に位置する反転した形態でキャリア基板１１ｃの下部に付着し得る。ここで、キャリア基板１１ｃに付着した発光素子１１０は、基板１１の背面がキャリア基板１１ｃ上の接着層１３に付着し、基板１１が上側に、発光構造体１０が下側に来るように反転した形態を有する。各発光素子１１０は、キャリア基板１１ｃに付着した状態で印刷回路基板１１ｐ上に離隔して配置される。
【0094】
図８ｂを参照すると、各発光素子１１０は印刷回路基板１１ｐ上に付着し、キャリア基板１１ｃ及び接着層１３は除去される。キャリア基板１１ｃ上に付着した各発光素子１１０は、各バンプ電極ｂｐが印刷回路基板１１ｐの対応する各上部電極１１ｐａに接触するように上部から下部方向に圧着し得る。前記圧着段階は、高温で行われてもよく、印刷回路基板１１ｐ上の各上部電極１１ｐａの一部が溶けながら各発光素子１１０の各バンプ電極ｂｐと接続される。キャリア基板１１ｃは後で除去されるが、キャリア基板１１ｃ上の接着層１３が各発光素子１１０の各バンプ電極ｂｐと印刷回路基板１１ｐの各上部電極１１ｐａとの接着力より弱い接着力を有することによって、キャリア基板１１ｃが各発光素子１１０から容易に分離され得る。
【0095】
このように各バンプ電極ｂｐが印刷回路基板１１ｐの各上部電極１１ｐａに付着することによって、全体的な構造は、下部から上部方向に印刷回路基板１１ｐ、各バンプ電極ｂｐ、各パッドｐｄ、発光構造体１０、及び基板１１の順に配置される。発光構造体１０からの光は、発光構造体１０から基板１１の背面に向かう方向（図面では上側方向）に進行し、その結果、印刷回路基板１１ｐの前面に向かう方向は、光が出射される方向になる。
【0096】
図８ｃを参照すると、各発光素子１１０が実装された印刷回路基板１１ｐ上にモールディング層９０が形成される。モールディング層９０は、光の少なくとも一部を透過する性質を有し、外部光の一部を反射、散乱、及び／又は吸収する。モールディング層９０は、発光素子１１０の少なくとも一部を覆い、外部光の一部を多様な方向に反射、散乱、及び／又は吸収することによって、特定の方向、特にユーザーが視認可能な方向に外部光が反射されることを防止する。また、モールディング層９０は、発光素子１１０の少なくとも一部を覆い、外部からの湿気及び／又は物理的な衝撃からの発光素子１１０の損傷を防止することによって発光素子１１０の信頼性を高める。
【0097】
モールディング層９０は、外部光の一部を多様な方向に反射、散乱、及び／又は吸収できるように提供され、特に、前記モールディング層９０はブラックカラーを有してもよい。しかし、ブラックカラー以外にも、外部光のユーザー方向への反射を最大限防止するために外部光の一部を多様な方向に反射、散乱、及び／又は吸収できるものであれば、ブラックカラー以外の他のカラーを有してもよい。
【0098】
外部光の特定方向への反射を防止するために、モールディング層９０は、発光素子１１０の少なくとも一部を取り囲み、特に、発光素子１１０内の基板１１の背面を覆うように形成される。本発明の一実施形態において、モールディング層９０が基板１１の背面を覆うように形成されることによって、外部からの光が基板１１の背面によって反射され、ユーザーの目に視認されることを防止する。このような外部光の特定方向への反射を防止するために、モールディング層９０は、外部光のうち約５０％以上の外部光を多様な方向に反射、散乱又は吸収することができる。本発明の一実施形態において、モールディング層９０は、約８０％以上の外部光を反射、散乱又は吸収することができる。
【0099】
モールディング層９０は、発光構造体１０から基板１１の背面方向（すなわち、上側方向）に向かう光を最大限出射できるように、透過性を有し得る厚さで形成されてもよい。例えば、モールディング層９０は、発光構造体１０の背面上に設けられるとき、発光構造体からの光の５０％以上が透過される厚さで形成されてもよく、発光構造体１０の背面からの高さが１００マイクロメートル以下になる厚さで設けられてもよい。又は、モールディング層９０は、発光構造体１０の背面からの高さが発光素子の厚さより小さく設けられてもよい。
【0100】
モールディング層９０は、基板１１の背面側に形成されるだけでなく、発光素子１１０の側面、すなわち、基板１１の側面及び発光構造体１０の側面を覆うことができる。モールディング層９０が発光素子１１０の側面も覆うことによって、発光素子１１０の側面を介して出射される光の少なくとも一部がモールディング層９０によって吸収され得る。これによって、モールディング層９０は、発光構造体１０から出射された光が、隣接した発光構造体１０から出射された光と混合されることを防止することができる。
【0101】
本発明の一実施形態において、モールディング層９０は、有機高分子のうち光を吸収する有機高分子からなってもよい。本発明の一実施形態において、モールディング層９０は、有機高分子に加えて、その内部に有／無機フィラーをさらに含んでもよく、有／無機フィラーをさらに含まなくてもよい。例えば、モールディング層９０がフィラーを含む場合、フィラーは無機フィラーであってもよい。無機フィラーとしては、多様なものが使用可能であり、例えば、シリカ、アルミナなどが使用されてもよい。
【0102】
また、モールディング層９０は、発光構造体１０と印刷回路基板１１ｐとの間の少なくとも一部に充填される。すなわち、モールディング層９０は、各バンプ電極ｂｐが設けられた発光構造体１０と印刷回路基板１１ｐとの間の空のスペースを充填することができる。発光構造体１０と印刷回路基板１１ｐとの間の空間をモールディング層９０が充填することによって、発光構造体１０から発生した熱が効果的に分散され得る。その結果、各発光素子１１０の放熱特性が向上する。
【0103】
本発明の一実施形態において、モールディング層９０は、ラミネート法、塗布法、化学気相蒸着法、印刷法、トランスファーモールディング法などの多様な方式で製造され得る。モールディング層９０の製造時、モールディング層９０の表面を平坦化するための追加的な工程を含み、多様な薄膜化工程が使用され得る。例えば、モールディング層９０の表面の平坦化のために、塗布後、モールディング層９０の材料が硬化される前に、スキージング（ｓｑｕｅｅｇｅｅｉｎｇ）を行ったり、平らなプレートを用いて加圧平坦化を行うことができる。また、モールディング層９０の材料が硬化された後、表面に研磨（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）やラッピング（ｌａｐｐｉｎｇ）が行われてもよい。
【0104】
モールディング層９０の表面を平坦化するための方法のうちラミネート法は、真空で行われる真空ラミネート（ｖａｃｕｕｍ ｌａｍｉｎａｔｅ）法であってもよい。この場合、モールディング層９０は、フィルム形態の有機高分子シートで形成されてもよく、有機高分子シートを各発光素子１１０が実装された印刷回路基板１１ｐ上に配置した後、これを真空雰囲気下で加熱及び加圧することによって形成されてもよい。有機高分子シートは、高温高圧で一部の流動性を帯びることができ、このような流動性により、各発光素子１１０の間の領域及び各発光素子１１０と印刷回路基板１１ｐとの間の空間にまで充填され得る。その後、有機高分子シートは硬化される。本発明の一実施形態において、モールディング層９０がトランスファーモールディング法で形成されることによって、モールディング層９０が平らな上面を得ることができる。トランスファーモールディング方式は、発光素子が実装された一定単位のパッケージを成形金型に載置した後、金型の内部に固体状態で液状化させた樹脂を圧入して成形する圧出成形を通じて行われてもよい。
【0105】
本発明の一実施形態において、モールディング層９０が真空ラミネート法で形成されることによって、モールディング層９０が平らな上面を得ることができる。既存では、モールディング層９０は、有機高分子材料を塗布した後で硬化する工程を用いて形成していたので、この場合、各発光素子１１０が実装された部分と各発光素子１１０が実装されていない領域との間に上面高さの差が発生した。上面高さの差は、各発光素子１１０から出射された光の不均一性を引き起こす。しかし、本発明の一実施形態によると、モールディング層９０の上面を平らに形成することによって、各発光素子１１０の位置に関係なく光の均一度を増加させる。
【0106】
これに加えて、モールディング層９０が設けられることによって各発光素子１１０を安定的に保持するので、発光素子パッケージの剛性が増加するという効果を得ることができる。特に、モールディング層９０は、印刷回路基板１１ｐと各発光素子１１０との間の空間を充填できるので、印刷回路基板１１ｐと各発光素子１１０との接着力を増加させるという効果があり得る。その結果、全体の発光素子パッケージの剛性がさらに増加する。
【0107】
図８ｄを参照すると、モールディング層９０が形成された後、印刷回路基板１１ｐ及び各発光素子１１０が適切な大きさで発光素子パッケージ内に含まれるようにカッティングされることによって発光素子パッケージが形成される。このとき、発光素子１１０が個別的に分離されて含まれるようにカッティングされてもよく、多数個の発光素子１１０が含まれるように広い面積にカッティングされてもよい。カッティング時の各発光素子１１０の個数及び面積などは、後で各発光素子１１０が実装される装置によって異なる形に設定されてもよい。
【0108】
発光素子パッケージにおいて、一つの発光素子パッケージをなす印刷回路基板上に実装される各発光素子の個数は多様に変更され得る。図９ａは、本発明の一実施形態に係る発光素子パッケージを示した平面図であって、一つの印刷回路基板に４個の発光素子がマトリックス状に実装されたことを示した上面図で、図９ｂは、図９ａに示した発光素子パッケージの背面図である。図１０は、図９ａ及び図９ｂに示した発光素子パッケージの回路図である。
【0109】
図９ａ、図９ｂ、及び図１０を参照すると、発光素子パッケージ１１０Ｄは、印刷回路基板１１ｐと、印刷回路基板１１ｐ上に２Ｘ２の形状に実装された４個の発光素子１１０とを含む。しかし、発光素子パッケージ１１０Ｄの個数及び配列形態は、これに限定されるのではなく、多様なマトリックス状、例えば、１Ｘ１、３Ｘ３、４Ｘ４などに配列され得る。各発光素子１１０は、上述したように、第１乃至第３エピタキシャルスタックが垂直方向に積層された構造を有する。これによって、第１乃至第３エピタキシャルスタックは、それぞれ光を発生させる発光ダイオードに相応する。例えば、第１乃至第３エピタキシャルスタックは、赤色光を発光する第１発光ダイオード、緑色光を発光する第２発光ダイオード、及び青色光を発光する第３ダイオードにそれぞれ対応し得る。
【0110】
まず、図１０を参照すると、４個の発光素子を駆動するために第１乃至第６スキャン配線ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３、ＳＣ４、ＳＣ５、ＳＣ６、及び第１及び第２データ配線ＤＴ１、ＤＴ２が４個の発光素子に接続される。４個の発光素子を第１乃至第４発光素子１１０ｐ、１１０ｑ、１１０ｒ、１１０ｓとすると、第１発光素子１１０ｐは第１乃至第３スキャン配線ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３及び第１データ配線ＤＴ１に接続され、第２発光素子１１０ｑは第１乃至第３スキャン配線ＳＣ１、ＳＣ２、ＳＣ３及び第２データ配線ＤＴ２に接続される。そして、第３発光素子１１０ｒは第４乃至第６スキャン配線ＳＣ４、ＳＣ５、ＳＣ６及び第１データ配線ＤＴ１に接続され、第４発光素子１１０ｓは第４乃至第６スキャン配線ＳＣ４、ＳＣ５、ＳＣ６及び第２データ配線ＤＴ２に接続される。
【0111】
第１乃至第４発光素子１１０ｐ、１１０ｑ、１１０ｒ、１１０ｓのそれぞれに含まれた３個の発光ダイオードは、スキャン配線を介してスキャン信号が供給されるとき、データ配線を介して入力されるデータ信号に対応して選択的に発光する。各ダイオードは、スキャン配線とデータ配線との間に接続され、ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間に閾値電圧以上の電圧が印加されるとき、印加された電圧の大きさに相応する輝度で発光する。すなわち、スキャン配線に印加されるスキャン信号及び／又はデータ配線に印加されるデータ信号の電圧を調節することによって、各発光ダイオードの発光を制御することができる。一例として、各フレーム期間の間、それぞれの発光ダイオードは、入力されたデータ信号に相応する輝度で発光する。ブラック輝度に相応するデータ信号を受けた各発光ダイオードは、該当のフレーム期間の間、非発光となることによってブラックを表示する。
【0112】
本発明の一実施形態では、このように６個のスキャン配線及び２個のデータ配線を設けることによって、第１乃至第４発光素子１１０ｐ、１１０ｑ、１１０ｒ、１１０ｓを個別的に駆動することができる。
【0113】
このために、各発光素子は、印刷回路基板１１ｐ上の対応する位置に実装される。再度図９ａ及び図９ｂを参照すると、印刷回路基板１１ｐの前面には、各発光素子１１０に対応する位置に各上部電極１１ｐａが設けられる。すなわち、一つの発光素子１１０は４個のバンプ電極ｂｐを有し、印刷回路基板１１ｐには、一つの発光素子１１０に対して４個の上部電極１１ｐａが設けられる。各発光素子１１０の４個のバンプ電極ｂｐは、１対１で４個の上部電極１１ｐａに重畳して配置されながら接続される。
【0114】
本発明の一実施形態において、第１発光素子１１０の第１乃至第４バンプ電極のうち第１乃至第３バンプ電極はそれぞれ第１乃至第３スキャン配線に接続され、第４バンプ電極は第１データ配線に接続される。第２発光素子１１０の第１乃至第４バンプ電極のうち第１乃至第３バンプ電極はそれぞれ第１乃至第３スキャン配線に接続され、第４バンプ電極は第２データ配線に接続される。第３発光素子１１０の第１乃至第４バンプ電極のうち第１乃至第３バンプ電極はそれぞれ第４乃至第６スキャン配線に接続され、第４バンプ電極は第１データ配線に接続される。第４発光素子１１０の第１乃至第４バンプ電極のうち第１乃至第３バンプ電極はそれぞれ第４乃至第６スキャン配線に接続され、第４バンプ電極は第２データ配線に接続される。
【0115】
印刷回路基板１１ｐの背面には、合計８個の下部電極が配置される。８個の下部電極は、第１乃至第６スキャン配線にスキャン信号を供給する第１乃至第６スキャンパッドと、第１及び第２データ配線にデータ信号を供給する第１及び第２データパッドに対応する。例えば、印刷回路基板１１ｐの背面に形成された８個の下部電極を第１乃至第８下部電極１１ｐｃ＿１、１１ｐｃ＿２、…、１１ｐｃ＿８とすると、第１乃至第６下部電極１１ｐｃ＿１、１１ｐｃ＿２、…、１１ｐｃ＿６は第１乃至第６スキャンパッドに対応し、第７及び第８下部電極１１ｐｃ＿７、１１ｐｃ＿８は第１及び第２データパッドに対応する。しかし、第１乃至第６スキャンパッド、及び第１及び第２データパッドは、その配置及び順序に限定がなく、印刷回路基板１１ｐの背面に多様な形態及び面積で配置可能であり、これと異なる順序に設定されてもよい。
【0116】
本発明の一実施形態において、互いに隣接した二つの下部電極の間の距離は、互いに隣接した二つの上部電極の間の距離より大きくてもよい。発光素子パッケージを形成するにおいて、印刷回路基板の各下部電極は、発光素子パッケージを他の電子素子に実装するとき、他の電子素子との電気的接続のための各接続電極として機能し得るので、互いに隣接した二つの下部電極の間の間隔が相対的に広く形成されることによって、発光素子パッケージが他の電子素子にさらに容易に実装され得る。
【0117】
上述したように、本発明の一実施形態に係る発光素子パッケージは、簡単な構造の印刷回路基板を使用し、その印刷回路基板上に個別駆動が可能な各発光素子を容易に実装することができる。また、４個の発光素子を駆動するにおいて、単に８個の入力端子（すなわち、８個の下部電極）のみを備えてもよいので、簡単な構造で多数個の発光素子の駆動が可能である。
【0118】
本発明の一実施形態によると、発光素子パッケージは、単一素子を光源として使用したり、多数個の発光素子パッケージを再度ベース基板上に実装してモジュール化した後、そのモジュールを光源として用いるなど、多様な形態で他の装置に適用することができる。発光素子パッケージを用いた装置としては、表示装置、生活照明装置、車両用照明（車両用ヘッドライト、照明灯、後尾灯など）、各種装飾用照明装置などを挙げることができる。
【0119】
図１１は、表示装置や車両用照明装置などに適用するために多数個の発光素子パッケージ１１０Ｄをベース基板１１ｂに実装し、光源モジュールを製造したことを示した概略的な断面図である。
【0120】
図１１を参照すると、各配線が形成されたベース基板１１ｂを準備し、ベース基板１１ｂ上に多数個の発光素子パッケージ１１０Ｄを実装することができる。ベース基板１１ｂは、可撓性を有してもよく、可撓性を有さなくてもよい。
【0121】
ベース基板１１ｂ上の各配線は、各発光素子パッケージ１１０Ｄの各下面電極に対応するように設けられる。ベース基板１１ｂ上の各配線は、各接続電極１１ｓを介して発光素子パッケージの各下面電極に接続されてもよい。本発明の一実施形態において、各接続電極１１ｓは、ソルダーの形態で設けられてもよい。
【0122】
図１１のようにベース基板上に各発光素子パッケージを実装する場合、いずれか一つの発光素子パッケージに欠陥が発生すると、その発光素子パッケージのみを良品に交換する方式で容易にリペアすることができる。
【0123】
【0124】
図１２及び図１３を参照すると、本発明の一実施形態に係る発光素子は、多様なカラーの表現が可能な表示装置に画素として採用され得る。多数の発光素子は、上述した各発光素子パッケージ１１０Ｄの形態でベース基板上に多数個で装着されてもよい。
【0125】
本発明の一実施形態に係る表示装置１００は、任意の視覚情報、例えば、テキスト、ビデオ、写真、２次元又は３次元映像などを表示する。
【0126】
表示装置１００は、多様な形状に設けられ得るので、矩形などの直線の辺を含む閉鎖された形態の多角形、曲線からなる辺を含む円、楕円など、直線及び曲線からなる辺を含む半円、半楕円などの多様な形状に設けられ得る。本発明の一実施形態においては、前記表示装置が矩形状に設けられたことを示した。
【0127】
表示装置１００は、映像を表示する複数の画素を有する。各画素のそれぞれは、映像を表示する最小単位であって、一つの発光素子として具現化され得る。これによって、本実施形態では、各画素を１１０で表示した。各画素１１０は、上述した構造の発光素子を含み、白色光及び／又はカラー光を出すことができる。
【0128】
本発明の一実施形態において、各画素は、赤色光を出射する第１画素１１０Ｒ、緑色光を出射する第２画素１１０Ｇ、及び青色光を出射する第３画素１１０Ｂを含む。第１乃至第３画素１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂは、上述した発光素子の第１乃至第３エピタキシャルスタックにそれぞれ対応し得る。
【0129】
第１乃至第３画素１１０Ｒ、１１０Ｇ、１１０Ｂが出射する光は、これに限定されるのではなく、少なくとも二つの画素が互いに同一のカラーの光を出射したり、それぞれ互いに異なる光を出射し、イエロー、マゼンタ、シアンなどのように、上述したカラーと異なるカラーの光を出射することもできる。
【0130】
各画素１１０は行列状に配置される。ここで、各画素１１０が行列状に配列されることは、各画素１１０が行や列に沿って正確に一列に配列される場合のみを意味するのではなく、全体的に行や列に沿って配列されるが、ジグザグ状に配列される形態などのように細部的な位置が変わり得ることを意味する。
【0131】
本実施形態によると、多数個の発光素子パッケージをベース基板に実装するだけでも、多様な大きさの照明装置などを容易に製造することができる。例えば、多数個の発光素子パッケージを用いて大面積の表示装置を容易に製造することができる。また、ベース基板や印刷回路基板が可撓性を有する場合、表示装置も可撓性を有し得るので、多様な形態の表示装置、例えば、ローラブル表示装置、フォルダブル表示装置、カーブド表示装置などを容易に製造することができる。
【0132】
以上では、本発明の好適な実施形態を参照して説明したが、当該技術分野で熟練した当業者又は当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び技術領域から逸脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更可能であることを理解できる。
【0133】
よって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載した内容に限定されるのではなく、特許請求の範囲によって定められるべきである。
【図1】
【図2a】
【図2b】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【図5a】
【図5b】
【図6a】
【図6b】
【図7a】
【図7b】
【図8a】
【図8b】
【図8c】
【図8d】
【図9a】
【図9b】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】