CN111384217B - 发光二极管和包括发光二极管的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及发光二极管和包括发光二极管的显示装置。根据本公开内容的实施方式，提供了具有凹部的发光元件和使用发光元件的显示装置。发光元件包括第一半导体层、发光层和第二半导体层。发光部中的第一半导体层设置有具有凹形状的凹部。还沿着凹部的凹形状设置有设置在第一半导体层上的发光层和第二半导体层。沿着凹部的形状设置的发光层通过从第一半导体层和第二半导体层注入的电子和空穴来发光。此外，可以调整根据凹形状发射的光的光路。因此，可以提供具有提高的光效率的发光元件和使用发光元件的显示装置。

Description

发光二极管和包括发光二极管的显示装置
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年12月26日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0169037号的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容涉及发光元件和包括发光元件的显示装置，更具体地，涉及可以通过使用像凹部一样的发光层来在发光效率方面得到提高的发光部和发光元件以及包括所述发光部和发光元件的显示装置。
背景技术
除了电视或监视器的显示装置以外，显示装置广泛用作膝上型计算机、平板计算机、智能电话、便携式显示装置以及便携式信息装置的显示屏幕。
显示装置可以被分类为反射型显示装置和发光型显示装置。反射型显示装置是其中将环境光或从显示装置的外部光源发射的光反射在显示装置上以显示信息的显示装置。发光型显示装置是其中显示装置中包括发光元件或光源并且通过从发光元件或光源发射的光来显示信息的显示装置。
包括在显示装置中的发光元件可以被实现为能够发射各种波长的光的发光元件或者能够利用能够对发射的光的波长进行过滤的滤色器来发射白光或蓝光的发光元件。
为了利用显示装置实现图像，在显示装置的衬底上设置多个发光元件，并且在具有发光元件的衬底上设置用于供应驱动信号或驱动电流以控制每个发光元件的单独发光的多个驱动元件。此外，根据通过布置在衬底上的多个发光元件的阵列所要显示的信息的布置来进行分析以在衬底上进行显示。
换言之，可以在显示装置中布置多个像素。每个像素可以使用薄膜晶体管作为开关元件，其是驱动元件。可以通过将像素连接至薄膜晶体管来驱动该像素。因此，显示装置可以通过每个像素的操作来显示图像。
使用薄膜晶体管的代表性显示装置包括液晶显示装置和有机发光显示装置。由于液晶显示装置不是自发光型，因此需要被配置成在液晶显示装置的下部(背面)处发光的背光单元。使用该附加的背光单元，液晶显示装置的厚度增加，并且存在以各种设计形式例如柔性或圆形来实现显示装置的限制，并且亮度和响应速度可能会降低。
发明内容
有利的是，包括自发光元件的显示装置可以被实现成比具有附加的光源的显示装置薄，并且其可以被实现为柔性且可折叠的显示装置。
具有这种自发光元件的显示装置可以是包括有机材料作为发光层的有机发光显示装置、使用微型LED作为发光元件的微型LED显示装置等。自发光显示装置例如有机发光显示装置或微型LED显示装置因为不需要额外的光源而可以用作更薄和更多样化的显示装置。
使用有机材料的有机发光显示装置不需要附加的光源，但是易受水分和氧气的影响而导致缺陷像素。因此，需要各种技术来抑制氧气和水分的渗透。
近年来，已对使用微型发光二极管作为发光元件的显示装置进行了研究和开发，并且这种发光显示装置具有优异的图像质量和优异的可靠性。因此，这种显示装置已被认为是下一代显示装置。
LED元件是在将电流提供至半导体时发光的半导体发光元件，并且被广泛用于照明、电视和各种显示装置。LED元件可以由n型半导体层和p型半导体层制成，并且有源层介于n型半导体层与p型半导体层之间。当供应电流时，n型半导体层周围的电子和p型半导体层周围的空穴在有源层中结合，从而发光。
存在若干对于实现其中将LED元件用作单位像素的发光元件的发光显示装置的技术要求。首先，LED元件在半导体晶片衬底例如蓝宝石或硅(Si)上结晶。然后，将多个结晶的LED芯片移植至具有驱动元件的衬底上。此时，需要将LED元件定位在与各个像素对应的位置处的复杂的移植步骤。
LED元件可以使用无机材料形成，但是其需要通过结晶形成。为了使诸如GaN的无机材料结晶，该无机材料必须在能够引起结晶的衬底上结晶。可以在其上有效地引起无机材料的结晶的衬底是半导体衬底，并且如上所述，无机材料应当在半导体衬底上结晶。
使LED元件结晶的处理可以被称为外延、外延生长或外延处理。外延处理是指其中在待生长的晶体的表面上采取特定的取向关系的处理。为了形成LED元件的元件结构，GaN化合物半导体必须以PN结二极管的形式堆叠在衬底上。此时，每个层都是通过继承下覆层的结晶度而生长的。
此时，晶体之内的某些缺陷可能在电子-空穴复合过程中充当非辐射中心。因此，在使用光子的LED元件中，形成各个层的晶体的结晶度对装置效率具有至关重要的影响。
目前，主要将上述蓝宝石衬底用作衬底。近年来，已积极地对基于GaN的衬底进行了研究。
如上所述，用于在半导体衬底上使构造成LED元件的诸如GaN的无机材料结晶所需的半导体衬底的成本很高。因此，除了用于简单照明或背光的光源的LED之外，当大量的LED被用作显示装置的发光像素时，制造成本就会增加，这是一个问题。
另外，如上所述，需要将形成在半导体衬底上的LED元件转移至显示装置的衬底上的步骤。在该处理中，难以分离形成在半导体衬底上的LED元件。此外，当将分离的LED元件移植至期望的位置时，存在许多困难和问题。
可以使用用于将形成在半导体衬底上的LED元件移植至显示装置的衬底上的方法，例如利用使用聚合物材料例如PDMS的移植衬底的移植方法、使用电磁或静电荷的移植方法或类似的用于拾取和移动每个元件的移植方法。已对各种移植方法进行了研究。
这种移植处理与实现显示装置的处理的生产率有关，并且针对大规模生产逐个地移植LED元件的方法可能是低效的。
因此，需要复杂的移植处理或方法以将多个LED元件精确地放置在显示装置的衬底上，具体地，放置在薄膜晶体管上布置的驱动电极以及连接至电源电极的焊盘电极上，通过利用使用高分子材料的移植衬底将LED元件与半导体衬底分离。
在上述移植处理或移植处理后的后续处理期间，因为一些LED元件可能会由于移植处理期间的振动或热条件而移动或翻转，因此可能会出现缺陷，并且在发现和修复这些缺陷方面存在许多困难。
作为示例，将对一般的LED元件移植处理进行描述。在半导体衬底上形成LED元件并且在半导体层上形成电极以制造单独的LED元件。此后，使半导体衬底和PDMS衬底(在下文中称为移植衬底)彼此接触以将LED元件移动至移植衬底上。应当考虑到像素的像素间距将形成在半导体衬底上的LED元件从半导体衬底移植至移植衬底上。因此，用于接纳LED元件的突出形状等被设置成考虑到显示装置的像素间距而突出。
通过使激光通过半导体衬底的背面照射到LED元件上而将LED元件从半导体衬底分离，这被称为第一移植。此时，当在照射激光的处理中将LED元件从半导体衬底分离时，由于激光的高能量的能量集中，因此可能会使半导体衬底的GaN材料物理地且迅速地膨胀。因此，可能产生冲击。
此后，将转移至移植衬底的LED元件移植至显示装置的衬底上。在具有薄膜晶体管的衬底上设置用于绝缘和保护薄膜晶体管的保护层，然后，在保护层上设置粘合层。
当使移植衬底与显示装置的衬底接触以施加压力时，通过保护层上的粘合层将转移至移植衬底的LED元件移植至显示装置的衬底。
此时，使移植衬底与LED元件之间的粘合力小于显示装置的衬底与LED元件之间的粘合力，使得将移植衬底上的LED元件顺利地移植至显示装置的衬底，这被称为第二移植。
半导体衬底和显示装置的衬底在尺寸上根本不同，并且显示装置的衬底通常大。
如果由于这种面积和尺寸上的差异而对显示装置的衬底的多个区域重复执行上述第一移植和第二移植，则可以移植与显示装置的各个像素对应的LED元件。
形成在半导体衬底上的LED元件根据其类型可以是红光、绿光和蓝光的LED元件，或者可以是发出白光的LED元件。在通过使用发射不同波长的光的LED元件实现显示装置的像素的方法中，可能进一步增加上述第一移植和第二移植的次数。
另一方面，可以根据显示装置的使用领域来提供不需要使用上述LED元件的移植步骤而使用移植衬底等的显示装置。
不需要移植处理的显示装置可以是用于VR(虚拟现实)或AR(增强现实)的显示装置。与一般的显示装置不同，这种显示装置应当具有非常小的显示装置尺寸和高集成度的发光元件。因此，可以使用形成在半导体衬底上的LED元件，因为其无需通过移植处理被移植至另一衬底。
另外，在半导体衬底上生长LED元件。此外，划分发光元件所位于的发光区域和驱动电路所位于的电路区域以形成LED元件并且在电路区域中布置用于驱动发光区域的薄膜电路或驱动电路来实现显示装置。
LED元件由诸如GaN的化合物半导体制成，并且由于无机材料的特性可以注入高电流，从而实现高亮度并且由于高的环境冲击耐受性例如热、水分和氧气耐受性而具有高的可靠性。
另外，由于LED元件的内部量子效率比处于其90％的水平的有机发光显示装置的内部量子效率高，因此有利的是可以在显示高亮度图像的同时实现具有低功耗的显示装置。
另外，与有机发光显示装置不同，其使用无机材料。因此，可以不需要单独的封装膜或封装衬底来使氧气和水分的渗透最小化，因为其受氧气和水分的影响小。因此，存在可以使显示装置的非显示区域最小化的优点，该非显示区域是在设置封装膜或封装衬底时可能需要的空白区域。
然而，由于LED元件具有其中难以控制由其自身发射的光的光路的结构，因此可能额外需要用于有效提高LED元件的光效率的配置。
此外，当将上述LED元件被移植至显示装置的另一衬底时，随着LED元件的尺寸变得更小，在布置LED元件的步骤中可能无法将LED元件移植至预期位置，并且因此在移植步骤中可能会出现缺陷。
近年来，已对可以提高光效率并且使有缺陷的制造处理减到最少的发光元件和使用该发光元件的显示装置进行了许多研究活动。
如上所述，LED元件具有难以控制从发光层发射的光的光路的问题，并且因此可能使光效率降低。另外，作为要被移植至显示装置的发光元件的LED元件在移植处理中可能翻转。因此，本公开内容的发明者已发明了可以使移植步骤的缺陷率最小化并且通过调整发光部的形状来提高光效率的发光元件以及使用该发光元件的显示装置。
根据本公开内容的实施方式，本公开内容的目的在于提供其中将发光部布置在凹形状中以提高光效率的发光元件以及使用该发光元件的显示装置。
根据本公开内容的实施方式，本公开内容的目的在于提供在移植发光元件的处理期间可以提高处理可靠性和生产率的发光元件和使用该发光元件的显示装置。
根据本公开内容的实施方式的问题不限于上述问题，并且本领域技术人员根据以下描述可以清楚地理解未提及的其他效果。
提供了根据本公开内容的实施方式的具有提高的光效率的发光元件。在第一半导体层中设置至少一个凹部，并且沿着凹部在第一半导体层上设置发光层。此外，沿着凹部的凹形状设置第二半导体层，并且在凹部之内在第二半导体层上设置滤色器或颜色转换层。此外，在凹部之内在第一半导体层上设置发光层和第二半导体层，并且滤色器或颜色转换层的上表面与第一半导体层、发光层和第二半导体层的两端中的每一端的上表面共面。因此，提高了发光元件的光效率。
根据本公开内容的实施方式，提供了具有提高的光效率的显示装置。在衬底上设置至少一个驱动元件并且设置其发光由驱动元件控制的发光元件。发光元件包括至少一个发光部，并且发光部由第一半导体层、设置在第一半导体层上的发光层、第二半导体层和设置在第二半导体层上的滤色器或颜色转换层配置。发光部可以包括凹部以通过控制从发光层发射的光的光路来提高光效率。发光元件可以包括多个发光部，并且各个发光部对应于像素。此外，发光层、第二半导体层和滤色器或颜色转换层在凹部之内在第一半导体层上顺序地设置，并且滤色器或颜色转换层的上表面与第一半导体层、发光层和第二半导体层的两端中的每一端的上表面共面。
因此，可以减少待被移植的元件的数目，从而减少移植处理的缺陷率并且提高生产率。通过使用具有至少一个发光部的发光元件，可以提供具有提高的光效率和提高的生产率的显示装置。
根据本公开内容的实施方式，可以通过在发光元件上设置凹部来提高发光元件的光效率。此外，通过使用具有凹部的发光元件，可以提高显示装置的光效率。
此外，根据本公开内容的另一实施方式，提供了具有多个凹部的发光元件，从而简化了制造过程并且提高了工艺稳定性。
本公开内容的效果不限于上面提及的效果，并且本领域技术人员根据下面的描述可以清楚地理解未提及的其他效果。
应当注意，在问题中描述的本公开内容的内容、针对问题的解决方案以及上述效果不指定权利要求的必要特征。因此，权利要求的范围不限于在本公开内容的说明书中描述的内容。
附图说明
图1是示出根据本公开内容的实施方式的发光元件和使用该发光元件的显示装置的示意图。
图2A是示出在根据本公开内容的实施方式的显示装置中使用的发光元件的示意图。
图2B是用于说明根据本公开内容的另一实施方式的显示装置的示意图。
图3是用于说明根据本公开内容的实施方式的显示装置的沿着图2A的线A-A'截取的示意性截面图。
图4是用于说明根据本公开内容的另一实施方式的显示装置的沿着图2B的线B-B'截取的示意性截面图。
图5A是示出根据本公开内容的实施方式的发光元件的示意图。
图5B是用于说明根据本公开内容的实施方式的发光元件的沿着图5A的线C-C'截取的示意性截面图。
图6A是示出根据本公开内容的另一实施方式的发光元件的示意图。
图6B是用于说明根据本公开内容的另一实施方式的发光元件的沿着图6A的线D-D'截取的示意性截面图。
图7是用于说明具有根据本公开内容的实施方式的发光元件的显示装置的视图。
图8A至图8F是用于说明根据本公开内容的实施方式的用于实现各种颜色的各种构造的示意图。
具体实施方式
通过参照下面与附图一起详细描述的实施方式将清楚本公开内容的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法。然而，本公开内容不限于本文公开的实施方式，而是将以各种形式实现。仅通过示例的方式来提供实施方式，使得本领域普通技术人员可以充分理解本公开内容的公开内容和本公开内容的范围。因此，本公开内容将仅由所附权利要求书的范围限定。
附图中所示的用于描述本公开内容的各种实施方式的形状、尺寸、比率、角度、数目等仅是示例，并且本公开内容不限于此。在整个说明书中，相似的附图标记通常表示相似的元件。此外，在本公开内容的以下描述中，可以省略对已知相关技术的详细说明以避免不必要地模糊本公开内容的主题。本文使用的诸如“包含”、“具有”和“包括”的术语通常旨在允许添加其他部件，除非这些术语与术语“仅”一起使用。除非另有明确说明，否则对单数的任何引用可以包括复数。
即使没有明确说明，部件也被解释为包括普通误差范围(例如，公差范围)。
当使用诸如“在…上”、“在…上方”、“在…下方”和“在…旁边”的术语描述两个元件之间的位置关系时，除非这些术语与术语“紧接”或“直接”一起使用，否则一个或更多个元件可以定位在这两个部件之间。
尽管使用术语“第一”、“第二”等来描述各种部件，但这些部件不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个部件与其他部件进行区分。因此，在本公开内容的技术构思中，下面要提到的第一部件可以是第二部件。
本公开内容的各种实施方式的特征中的每一个都可以组合或者彼此部分或完全地组合。各种实施方式的特征也可以在技术上互锁和驱动。各种实施方式的特征可以彼此独立地独立实践或彼此结合来实践。
在下文中，将参照附图详细描述本公开内容的各种实施方式。
图1是示出根据本公开内容的实施方式的发光元件和使用该发光元件的显示装置的示意图。
参照图1，根据本公开内容的实施方式的显示装置100包括具有多个单位像素UP的显示区域AA和限定非显示区域IA的衬底110。
单位像素UP可以由在衬底110的一侧上的多个像素SP1、SP2和SP3构成。像素SP1、SP2和SP3通常可以发射红光、绿光和蓝光。然而，本公开内容不限于此，并且可以包括发射白光的像素。
衬底110是薄膜晶体管阵列衬底，并且可以由玻璃或塑料制成。衬底110可以是两个或更多个衬底的层叠或者可以是被分成两个或更多个层的衬底110。非显示区域IA可以被限定为衬底110上除了显示区域AA之外的区域，非显示区域IA可以具有相对窄的宽度，并且可以被定义为边框区域。
在显示区域AA中布置多个单位像素UP中的每一个。此时，多个单位像素UP中的每一个布置在显示区域AA中以沿着X轴方向具有预定第一参考像素距离并且沿着Y轴方向具有预定第二参考像素距离。第一参考像素距离可以被限定为相邻单位像素UP的中心部分之间的距离。同样地，第二参考像素距离可以被限定为沿着参考方向的相邻单位像素UP的中心部分之间的距离。
另一方面，类似于第一参考像素距离和第二参考像素距离，构成单位像素UP的像素SP1、SP2和SP3之间的距离也可以被定义为第一参考子像素距离和第二参考子像素距离。
包括作为发光元件的LED元件的显示装置100可以具有比上述像素距离或子像素距离小的非显示区域IA的宽度。当利用具备具有等于或短于像素距离或子像素距离的宽度的非显示区域IA的显示装置100实现多屏幕显示装置时，非显示区域IA的宽度比像素距离或子像素距离小。因此，可以实现基本上没有边框区域的多屏幕显示装置。
如上所述，为了实现其中边框区域基本上不存在或最小化的多屏幕显示装置，显示装置100可以在显示区域AA中保持第一参考像素距离、第二参考像素距离、第一参考子像素距离和第二参考子像素距离恒定。可替选地，也可以将显示区域AA限定为多个区域，并且使上述距离在每个区域中互不相同，并且与非显示区域IA相邻的区域的像素距离可以变得比其他区域宽。因此，可以使边框区域的尺寸比像素距离更加小。
因此，具有不同像素距离的显示装置100可能引起关于图像的失真现象。因此，可以通过考虑所设定的像素距离、与相邻区域相比较而对图像数据进行采样来执行图像处理，从而使图像的失真最小化并且使边框区域最小化。
图2A是示出在根据本公开内容的实施方式的显示装置中使用的发光元件的示意图。图3是用于说明根据本公开内容的实施方式的显示装置的沿着图2A的线A-A'截取的示意性截面图。
为了便于说明，将一起描述图2A和图3。单位像素中的像素SP包括发光元件130，该发光元件130包括第一半导体层131、发光层132和第二半导体层133。为了向发光元件130供应电流，在发光元件130中设置有第一电极E1和第二电极E2，并且连接至相应电极的第一连接电极CE1和第二连接电极CE2延伸至第一接触孔CH1和第二接触孔CH2。
第一电极E1电连接至第二半导体层133，并且第二电极E2电连接至第一半导体层131。第一电极E1电连接至第二半导体层133，并且发光层132和第一半导体层131是电绝缘的。对于这种构造，发光元件130还可以包括绝缘层(未示出)。
作为用于说明本公开内容的示例，上述结构是其中发光元件130被移植到衬底110上的示例。此外，根据以下实施方式，其中半导体层等生长在半导体衬底上并且用作发光元件的实施方式也是可以的。
图2B是用于说明根据本公开内容的另一实施方式的显示装置的示意图。图4是用于说明根据本公开内容的另一实施方式的显示装置的沿着图2B的线B-B'截取的示意性截面图。
将参照图4描述与移植发光元件130的实施方式不同的使用生长在半导体衬底上的发光元件130的另一实施方式。
衬底110可以是作为能够生长半导体层例如第一半导体层131、发光层132和第二半导体层133的半导体衬底的蓝宝石衬底或硅衬底。在半导体衬底上选择性地生长第一半导体层131，然后在选择性地生长的第一半导体层131上连续地生长发光层132和第二半导体层133。
第一半导体层131电连接至第二连接电极CE2，并且第二半导体层133电连接至第一连接电极CE1。虽然第一连接电极CE1电连接至第二半导体层133，但是第一半导体层131和发光层132是绝缘的。为此，还可以在第一连接电极CE1下形成绝缘层134。
衬底110是由半导体材料制成的衬底，并且可以被部分地掺杂以改变电导率。因此，可以在衬底110上设置具有高电导率的电极例如源电极SE和漏电极DE。
另一方面，在连接至源电极SE和漏电极DE的半导体沟道SCL上设置栅极绝缘层111。在栅极绝缘层111上可以设置栅电极GE以在衬底110上布置薄膜晶体管TFT。
半导体沟道SCL是被配置成通过施加至栅电极GE的电信号来使得电流能够在源电极SE与漏电极DE之间流动的层，在半导体沟道SCL中形成有能够在两个电极之间移动电荷的沟道。为此，可以执行掺杂处理。
掺杂处理是注入各种杂质以控制阈值电压的处理，在所述阈值电压下电荷可以流动，并且所使用的杂质可以根据所需的阈值电压等而变化。
在下文中，将参照先前的附图描述包括凹部的发光元件和使用该发光元件的显示装置的各种配置。
图3是用于说明根据本公开内容的实施方式的显示装置的沿着图2A的线A-A'截取的示意性截面图。
参照图3，衬底110的厚度被示出为相对薄。然而，衬底110的厚度实质上可以比设置在衬底110上的层结构的总厚度厚，或者可以由多个层构成或者可以是包括多个层叠衬底的衬底。
薄膜晶体管TFT包括栅电极GE、半导体沟道SCL、源电极SE和漏电极DE。
栅电极GE可以与公共电极CL一起设置在衬底110上。栅电极GE覆盖有栅极绝缘层111。栅极绝缘层111可以由以无机材料制成的单层或多个层形成，并且可以由硅氧化物(SiOx)、硅氮化物(SiNx)等形成。
半导体沟道SCL以预定图案或岛状的形式设置在栅极绝缘层111上以与栅电极GE交叠。这种半导体沟道SCL可以由包括非晶硅、多晶硅、氧化物和有机材料中的至少一种的半导体材料制成，但是不限于此。
源电极SE被设置成与半导体沟道SCL的一侧交叠。漏电极DE被设置成与源电极SE间隔开同时与半导体沟道SCL的另一侧交叠。漏电极DE可以与源电极SE一起设置。源电极SE和漏电极DE可以电连接或分支至电源线或信号线。
在衬底110的整个表面上设置保护层112以覆盖构成像素SP的驱动晶体管TFT等。该保护层112保护驱动晶体管TFT和各种电极并且提供平坦的表面。根据本公开内容的实施方式的保护层112可以由诸如苯并环丁烯或光丙烯酸的有机材料制成。为了便于处理，保护层112优选地由光丙烯酸材料制成。
可以通过使用粘合构件113将根据本公开内容的实施方式的发光元件130设置在保护层112上。可替选地，保护层112还可以包括反射层(未示出)以反射从发光元件130发射的光。另外，发光元件130可以具有各种弯曲的形状以容纳发光元件130。
发光元件130通过从薄膜晶体管TFT流至公共电极CL的电流来发光。根据本公开内容的实施方式的发光元件130还包括发光层EL、第一电极E1或阳极端子以及第二电极E2或阴极端子。第二电极E2可以是反射光的反射电极。
在上述结构中第一电极E1和第二电极E2被配置成分别电连接至第二半导体层133和第一半导体层131。因此，第一连接电极CE1和第二连接电极CE2可以分别直接连接至第二半导体层133和第一半导体层131，并且因此可以省略第一电极E1和第二电极E2。
在保护层112上设置平坦化层114以覆盖发光元件130。平坦化层114可以是设置在保护层112上的单层，或者平坦化层114可以是多层结构以具有足以覆盖保护层112的前表面的设置有发光元件130的位置和前表面的其余位置二者的厚度。
因此，平坦化层114在保护层112上提供了平坦表面。另外，平坦化层114用于固定发光元件130的位置。
第一连接电极CE1将发光元件130的第一电极E1连接至薄膜晶体管TFT的漏电极DE。此外，第一连接电极CE1可以根据薄膜晶体管TFT的结构与源电极SE连接，并且可以将第一连接电极CE1限定为阳极。
根据本公开内容的实施方式的第一连接电极CE1通过被设置成穿过保护层112和平坦化层114的第一接触孔CH1电连接至薄膜晶体管TFT的漏电极DE或源电极SE并且延伸至第一电极E1以进行电连接。
因此，发光元件130的第一电极E1通过第一连接电极CE1电连接至薄膜晶体管TFT的漏电极DE或源电极SE。
在源电极SE和漏电极DE的连接关系中，示出了漏电极DE连接至第一连接电极CE1。然而，第一连接电极CE1和源电极SE可以彼此连接。即，这样的构造是本领域技术人员的选择。
第一连接电极CE1在显示装置是顶部发射型时可以由透明导电材料形成，并且在显示装置是底部发射型时可以由反射导电材料制成。这里，透明导电材料可以是铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)等，但不限于此。反射导电材料可以是Al、Ag、Au、Pt、Cu等，但不限于此。由反射导电材料制成的第一连接电极CE1可以是包括反射导电材料的单层或包括该单层的多层。
公共电极CL连接至发光元件130的第二电极E2，并且可以被限定为阴极电极。第二连接电极CE2将公共电极CL和第二电极E2电连接。此外，公共电极CL和第二电极E2通过第二接触孔CH2在保护层112上电连接。
在根据本公开内容的实施方式的显示装置中，可以通过粘合构件113来固定安装在每个像素SP上的发光元件130。
粘合构件113主要固定每个像素SP的发光元件130。根据本公开内容的实施方式的粘合构件113与发光元件130的下部接触，以使移植处理期间的发光元件130的位置偏离最小化，并且容易将发光元件130与中间衬底分开，从而使发光元件130的移植处理中的缺陷最小化。
根据本公开内容的实施方式的粘合构件113可以通过被点在每个像素SP上并且通过在发光元件的安装过程中施加的按压力而扩散来粘附至发光元件130的底部。因此，发光元件130可以主要通过粘合构件113固定在适当的位置中。因此，根据本实施方式，可以仅通过将发光元件130粘附至表面来执行发光元件的安装处理，从而可以大大地缩短发光元件的安装处理时间。
另外，粘合构件113介于保护层112与平坦化层114之间，并且粘合构件113介于发光元件130与保护层112之间。根据该另一示例的粘合构件113以均匀厚度涂覆在保护层112的整个前表面上。然而，针对接触孔去除了涂覆在保护层112的整个前表面上的粘合构件113的其上要形成接触孔的部分。因此，根据本公开内容的实施方式，在发光元件的安装处理紧之前，将粘合构件113在保护层112的整个前表面上涂覆为均匀厚度，从而缩短用于设置粘合构件113的处理时间。
发光元件130包括第一半导体层131、发光层132和第二半导体层133。第一半导体层131电连接至第二电极E2，并且第二半导体层133电连接至第一电极E1。
此外，在发光元件中限定有凹部120。根据凹部120的凹形状，第一半导体层131、发光层132和第二半导体层133之间的边界具有基本相同的凹形状。
凹部120的凹形状关于横截面可以是方形、倒梯形或半圆形，所述半圆形具有较大的开口上端部的直径。沿着凹部120的凹形状设置的发光层132通过从第一半导体层131和第二半导体层133注入的电子和空穴来发光，并且光路可以根据凹部120的凹形状来调整。
由于光路根据凹部120的凹形状来调整，因此可以提高发光元件130的光效率，并且为了进一步提高，还可以在第一半导体层131的下方设置反射光的反射层以更进一步的提高效率。
图4是用于说明根据本公开内容的另一实施方式的显示装置的沿着图2B的线B-B'截取的示意性截面图。
在用于说明本公开内容的显示装置的实施方式中，发光元件130被形成为生长在晶片上的发光元件，并且其不需要用于向显示装置的衬底进行转移的移植处理。图4示出本公开内容的实施方式作为不需要移植处理的显示装置的示例。
首先，衬底110是可以生长诸如第一半导体层131、发光层132和第二半导体层133的单向单晶的基于晶体硅或蓝宝石的半导体晶片。另外，可以通过适当地掺杂杂质等来调整允许具有半导体特性的半导体层的电流流动的阈值电压，从而形成半导体层或诸如电极的导电层。
在下文中，将参照图4描述本公开内容的另一实施方式，图4将参照先前的附图进行描述。
如上所述，衬底110是半导体晶片，并且在衬底110上设置有薄膜晶体管TFT。可以通过对衬底110的表面执行表面处理来设置薄膜晶体管TFT的源电极SE和漏电极DE。还可以根据薄膜晶体管TFT的驱动规格来适当地对半导体沟道SCL进行掺杂，并且在半导体沟道SCL上设置栅极绝缘层111和栅电极GE以形成薄膜晶体管TFT。
另一方面，由于衬底是可以生长单晶的衬底110。因此，发光元件130可以利用该特性。因此，可以外延生长并且设置第一半导体层131、发光层132和第二半导体层133。在生长第一半导体层131、发光层132和第二半导体层133时，根据衬底110的表面的晶格方向确定第一半导体层131、发光层132和第二半导体层133的晶格方向。此外，可以包括能够控制晶格方向的缓冲层。
设置在衬底110上的薄膜晶体管TFT的漏电极DE通过第一连接电极CE1电连接至发光元件130的第二半导体层133。此时，第一连接电极CE1、第一半导体层131和发光层132可以通过绝缘层134绝缘。
上述显示装置可以在使用半导体衬底作为显示装置的衬底的同时直接地在衬底上形成和布置薄膜晶体管和用于驱动的驱动元件。因此，不需要用于单独的发光元件的移植步骤。另外，由于通过使用半导体处理可以以比常规显示装置更复杂和更精细的尺寸来实现像素，从而可以实现可适用于VR或AR的超高质量显示装置。
在下文中，将参照附图详细描述根据本公开内容的各种实施方式的具有提高的光效率的发光元件及其配置。
图5A是示出根据本公开内容的实施方式的发光元件的示意图。图5B是用于说明根据本公开内容的实施方式的发光元件的沿着图5A的线C-C'截取的示意性截面图。
根据本公开内容的实施方式的发光元件130包括第一半导体层131、发光层132、第二半导体层133、第一电极E1、第二电极E2和绝缘层134。发光元件130根据在第一电极E1与第二电极E2之间流动的电流根据电子与空穴的复合而发光。
第一半导体层131可以是n型半导体层，且第二半导体层133可以是p型半导体层，此外，为方便起见，无论半导体层的类型如何，其都将被描述为第一半导体层131和第二半导体层133。此外，根据电连接关系，即，取决于形成电连接的半导体层，第一电极E1和第二电极E2可以被称为p型电极或n型电极。类似地，为方便起见，无论电极的类型如何，其都将被描述为第一电极或第二电极。此外，在本说明书中，第一半导体层131和第二半导体层133分别可以被称为n型半导体层和p型半导体层。然而，第一半导体层131和第二半导体层133分别可以是相反的n型半导体层和p型半导体层。
第二半导体层133设置在发光层132上以在发光层132中提供空穴。根据本公开内容的实施方式的第二半导体层133可以由p-GaN半导体材料形成。p-GaN半导体材料可以是GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。可以用于对第二半导体层133进行掺杂的杂质可以是Mg、Zn、Be等。
第一半导体层131向发光层132提供电子。根据本公开内容的实施方式的第一半导体层131可以由基于n-GaN的半导体材料形成。n-GaN半导体材料可以是GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。在此，可以用于对第一半导体层131进行掺杂的杂质可以是Si、Ge、Se、Te或C。
发光层132设置在第一半导体层131上。这种发光层132具有多量子阱(MQW)结构，该结构具有阱层和势垒层，该势垒层具有比阱层的带隙高的带隙。根据本公开内容的实施方式的发光层132可以具有诸如InGaN/GaN等的多量子阱结构。
第一电极E1电连接至第二半导体层133，并且连接至作为驱动薄膜像素的驱动晶体管TFT的漏电极DE或源电极SE。第二电极E2连接至公共电极CL。
第一电极E1可以是p型电极，且第二电极E2可以是n型电极。这可以根据是供应电子还是供应空穴来分类，即，根据第一电极E1和第二电极E2是电连接至p型半导体层还是电连接至n型半导体层来分类。在下文中，在说明书中，电极被描述为第一电极E1和第二电极E2。
根据本公开内容的实施方式的第一电极E1和第二电极E2中的每一个可以包括诸如Au、W、Pt、Si、Ir、Ag、Cu、Ni、Ti等的金属材料。第一电极E1和第二电极E2中的每一个可以由透明导电材料制成。透明导电材料可以是铟锡氧化物(ITO)或铟锌氧化物(IZO)。但是，本公开内容不限于此。
绝缘层134覆盖发光元件130的外部并且在第一电极E1和第二电极E2的至少部分处开口。绝缘层134可以由诸如SiNx或SiOx的材料处理并且被布置成覆盖发光层132。
为了对发光元件130中的第一电极E1和第二电极E2进行电连接，设置绝缘层134以用于防止在设置电极以进行连接时意外的电连接。为了提高发光元件130的光效率以及防止混色，发光元件130可以经表面处理以反射光或者可以使发光元件130变黑。
根据本公开内容的实施方式的发光元件130还包括凹部120。根据凹部120的凹形状调整沿着凹部120设置的发光层132，使得可以提高发光元件130的光效率。
凹部120由发光元件130的第一半导体层131的外延生长形成基本形状然后通过诸如蚀刻的处理形成凹部120。之后，可以通过使用选择性外延生长处理方法等在凹部120之内设置发光层132和第二半导体层133。
因此，发光层132和第二半导体层133可以沿着凹部120的凹形状设置。在其上部处具有较宽宽度的凹部120的凹形状可以是菱形、方形、三角形和半圆形。
使用发光元件130的显示装置的视角可以根据凹部120的深度H1而变化。发光层132和第二半导体层133设置在凹部120之内，以优化视角的调整效果。此外，可以使用局部定位方法例如仅在凹部的最低部分的一部分处来调整显示装置的视角。
除了凹部120的深度H1之外，还可以根据凹部120的一侧的倾斜度(θ)调整视角并且提高光效率。可以与凹部120的深度H1相关联地将倾斜度(θ)调整至30到60度，并且可以根据深度H1与倾斜度(θ)之间的相关性来改变最佳角度。
如上所述，发光元件130根据在第一电极E1与第二电极E2之间流动的电流根据电子和空穴的复合而发光。在下文中，将描述沿着发光元件130的凹部120的凹形状的发光层132中的发光机理。
第一半导体层131和第二半导体层133与单晶层一起生长在待生长的表面上，并且因此晶体方向沿着待生长的表面均匀地布置。因此，在第一电极E1和第二电极E2的电荷的流动中，电子和空穴首先在水平方向D1和D3上流动，然后在纵向方向D2和D4上流动。
这使得电荷根据外延生长的第一半导体层131和第二半导体层133的晶体取向而扩散。第一半导体层131和第二半导体层133的分子结构的晶格的方向平行于蚀刻表面，并且电荷相应地流动。即，可以在凹部的整个区域中均匀地发光。
根据上述电荷的流动，根据传送至发光层132的电子和空穴的结合来发出光。相对均匀的电荷被施加至沿着凹部120的凹形状设置的发光层132。因此，光沿着凹部120的形状被发射，并且因此可以提高发光元件130的光效率。
因为发光层132如上所述沿着凹形状设置，使得发光层132可以具有比在平面区域中的常规布置宽的发光区域，所以提高了光效率。因此，改变了所发射的光的量，从而可以提高光效率。
图6A是示出根据本公开内容的另一实施方式的发光元件的示意图。图6B是用于说明根据本公开内容的另一实施方式的发光元件的沿着图6A的线D-D'截取的示意性截面图。
已参照先前的附图描述了不需要发光元件130的移植步骤的显示装置及其中使用的发明元件，将参照图6A和图6B更详细地对其进行描述。
凹部导引图案120'设置在由晶片制成的衬底110上。凹部导引图案120'的形状可以是诸如方形、菱形、半圆形等的各种形状，其可以是与凹部120的形状相同的形状。
在凹部导引图案120'上设置缓冲层135。上述缓冲层135是用于缓解由半导体衬底上的晶格常数和热膨胀系数的差异引起的应力的层。缓冲层135可以是金属缓冲层135。例如，缓冲层135可以由诸如金属、金属的合金、金属氧化物或金属氮化物的金属材料形成。
缓冲层135与从第一半导体层131到第二半导体层133的每个层的生长密切相关，并且缓冲层135可以根据凹部导引图案120'的凹形状最终生长，从而最后设置在凹部120中。
如先前的附图所示，从第一电极E1和第二电极E2供应的电流的流动首先在横向方向D1和D3上流动，然后在纵向方向D2和D4上流动，使得根据相应的半导体层的分子结构和晶体方向使电子和空穴扩散以生成电流。
如上所述，电子和空穴被均匀地转移至发光层132，并且可以从发光层132的整个区域发出光。由于发光元件130在上述结构中是形成在衬底110上的元件，因此可以不需要单独的移植处理，并且可以设置精细的发光元件，从而实现具有高分辨率的高集成度的显示装置。
图7是用于说明具有根据本公开内容的实施方式的发光元件的显示装置的视图。
鉴于单位像素UP，可以将由多个发光层132和多个第二半导体层133配置的多个发光部布置在单个第一半导体层131上。可以布置多个第一电极E1使得发光部中的每一个被驱动为单独的像素SP。
将第二电极E2和连接至第二电极E2的第二连接电极CE2连接至第一半导体层131。第一半导体层131是连接至多个发光部的公共第一半导体层131。因此，不必针对像素SP中的每一个单独地设置第二电极E2和第二连接电极CE2。
如上所述，不需要将单位像素UP中设置的发光元件设置在单位像素UP中的多个像素SP中的每一个中，而是可以仅设置具有多个发光部的一个发光元件。因此，可以减少发光元件的移植步骤，并且因此可以提高生产率。
图8A至图8F是用于说明根据本公开内容的实施方式的用于实现各种颜色的各种构造的示意图。
将参照图8A至图8C描述本公开内容的各种实施方式中的需要移植处理的发光元件和显示装置的实施方式。将参照图8D至图8F描述不需要移植处理的发光元件和显示装置的实施方式。然而，描述了本公开内容的各种实施方式中的两个示例，但是可以有更多种实施方式。
典型的显示装置被配置成发射由像素发射的红光、绿光、蓝光和白光，并且将相应地进行描述。
参照图8A至图8F，发光元件130还可以包括至少一个凹部120，并且可以包括红色滤色器CFR、绿色滤色器CFG、蓝色滤色器CFB、无色滤色器CFW和颜色转换层CCLW。参照图8A，发光元件130可以是发射蓝光的蓝色LED元件。可以在蓝色LED元件中布置多个凹部并且可以使用红色滤色器CFR、绿色滤色器CFG和无色滤色器CFW填充凹部120，从而布置三原色的像素。因此，滤色器的上表面与第一半导体层、发光层和第二半导体层的两端中的每一端的上表面共面。
参照图8B，发光元件130的发光层可以是包括发射蓝光的量子阱的蓝色LED。在发光元件130中布置多个凹部120并且在凹部120中的每一个中填充颜色转换层CCLW，使得从发光元件130发射的光被改变为白色的波长。另一方面，通过在相应的凹部120上布置红色滤色器CFR、绿色滤色器CFG和蓝色滤色器CFB，可以布置三原色的像素。因此，颜色转换层的上表面与第一半导体层、发光层和第二半导体层的两端中的每一端的上表面共面。
参照图8C，发光元件130包括填充有红色滤色器CFR和绿色滤色器CFG的凹部120。发光元件130可以是发射基本蓝光的LED元件。在发射蓝光的像素区域中，发光层等设置在平面上，而非设置在凹部120中。因此，可以布置三原色的像素。如上所述，可以一起使用包括凹部120的像素和不包括凹部120的像素。
参照图8D，发光元件130可以包括设置在衬底110上的多个凹部120，并且凹部中的每一个可以被配置成发射蓝光。发光元件130可以具有其中每个凹部120中的两个凹部120分别填充有红色滤色器CFR和绿色滤色器CFG以及一个凹部120填充有无色滤色器CFW的结构。
参照图8E，多个凹部130可以设置在衬底110上，并且凹部130中的每一个可以包括颜色转换层CCLW。从每个凹部发射的光可以被配置成发射蓝光，并且颜色转换层CCLW可以是将从凹部120发射的光转换成白光的波长的颜色转换层。另一方面，可以在凹部120上分别布置红色滤色器CFR、绿色滤色器CFG和蓝色滤色器CFB。因此，可以布置三原色的像素。
参照图8F，可以包括至少一个凹部120和填充凹部120的红色滤色器CFR、绿色滤色器CFG或蓝色滤色器CFB。还可以包括不包含上述凹部120的像素，并且可以通过使用滤色器等的各种方法来实现三原色的像素。
虽然已参照附图详细描述了本公开内容的实施方式，但是应理解，本公开内容不限于那些实施方式，而是可以在不脱离本公开内容的范围的情况下作出各种改变和修改。因此，本公开内容中公开的实施方式旨在说明而不是限制本公开内容的范围，并且本公开内容的技术构思的范围不受这些实施方式的限制。因此，应理解，上述实施方式在所有方面都是说明性的而不是限制性的。本公开内容的范围应当根据权利要求来解释，并且在等同范围内的所有技术构思都应当被解释为落入本公开内容的范围内。
发明构思
本发明提供了以下发明构思：
1.一种发光元件，包括：
具有至少一个凹部的第一半导体层；
沿着所述凹部设置的发光层；
沿着所述凹部设置的、设置在所述发光层上的第二半导体层；以及
在所述凹部之内在所述第二半导体层上设置的滤色器或颜色转换层，
其中，所述发光层和所述第二半导体层在所述凹部之内在所述第一半导体层上设置，并且
其中，所述滤色器或所述颜色转换层的上表面与所述第一半导体层、所述发光层和所述第二半导体层的两端中的每一端的上表面共面。
2.根据发明构思1所述的发光元件，还包括支承所述第一半导体层的晶片衬底。
3.根据发明构思2所述的发光元件，还包括所述晶片衬底上的与所述凹部对应的凹部导引图案。
4.根据发明构思3所述的发光元件，其中，所述第一半导体层在所述晶片衬底上沿着所述凹部导引图案设置。
5.根据发明构思1所述的发光元件，其中，所述滤色器是红色滤色器、绿色滤色器、蓝色滤色器和无色滤色器中的至少一个。
6.根据发明构思1所述的发光元件，其中，所述发光层被配置成发射蓝光。
7.根据发明构思1所述的发光元件，还包括所述第一半导体层之下的反射层。
8.根据发明构思1所述的发光元件，其中，当所述颜色转换层填充在所述凹部中时，所述滤色器在所述凹部中在所述颜色转换层上设置。
9.一种显示装置，包括：
衬底上的至少一个驱动元件和至少一个发光元件，
其中，所述发光元件包括至少一个发光部，
其中，所述发光部包括第一半导体层、所述第一半导体层上的发光层、所述发光层上的第二半导体层以及设置在所述第二半导体层上的滤色器或颜色转换层，
其中，所述发光部包括凹部，
其中，所述发光层、所述第二半导体层和所述滤色器或所述颜色转换层在所述凹部之内在所述第一半导体层上顺序地设置，并且
其中，所述滤色器或所述颜色转换层的上表面与所述第一半导体层、所述发光层和所述第二半导体层的两端中的每一端的上表面共面。
10.根据发明构思9所述的显示装置，其中，所述凹部关于横截面具有方形、倒梯形或半圆形中的至少一个形状。
11.根据发明构思9所述的显示装置，其中，所述滤色器是红色滤色器、绿色滤色器、蓝色滤色器和无色滤色器中的至少一个。
12.根据发明构思9所述的显示装置，其中，当所述颜色转换层填充在所述凹部中时，所述滤色器在所述凹部中在所述颜色转换层上设置。
13.根据发明构思9所述的显示装置，其中，所述发光层被配置成发射蓝光。
14.根据发明构思9所述的显示装置，其中，所述发光元件还包括连接至所述第二半导体层的第一电极和连接至所述第一半导体层的第二电极。
15.根据发明构思14所述的显示装置，
其中，多个发光部设置在所述发光元件中，
其中，所述第二电极是公共地连接至所述多个发光部的所述第一半导体层的公共电极，并且
其中，所述第一电极是分别连接至所述多个发光部的所述第二半导体层的多个单独的电极。

Claims (14)

1.一种发光元件，包括：
具有至少一个凹部的第一半导体层；
沿着所述凹部设置的发光层；
沿着所述凹部设置的、设置在所述发光层上的第二半导体层；以及
在所述凹部之内在所述第二半导体层上设置的滤色器或颜色转换层，所述滤色器或所述颜色转换层与所述第二半导体层直接接触，
其中，所述发光层和所述第二半导体层在所述凹部之内在所述第一半导体层上设置，
其中，所述滤色器或所述颜色转换层的上表面与所述第一半导体层、所述发光层和所述第二半导体层中的每一个的两端中的每一端的上表面共面，并且
其中，所述发光元件还包括连接至所述第二半导体层的第一电极和连接至所述第一半导体层的第二电极。
2.根据权利要求1所述的发光元件，还包括支承所述第一半导体层的晶片衬底。
3.根据权利要求2所述的发光元件，还包括所述晶片衬底上的与所述凹部对应的凹部导引图案。
4.根据权利要求3所述的发光元件，其中，所述第一半导体层在所述晶片衬底上沿着所述凹部导引图案设置。
5.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述滤色器是红色滤色器、绿色滤色器、蓝色滤色器和无色滤色器中的至少一个。
6.根据权利要求1所述的发光元件，其中，所述发光层被配置成发射蓝光。
7.根据权利要求1所述的发光元件，还包括所述第一半导体层之下的反射层。
8.根据权利要求1所述的发光元件，其中，当所述颜色转换层填充在所述凹部中时，所述滤色器在所述凹部中在所述颜色转换层上设置。
9.一种显示装置，包括：
衬底上的至少一个驱动元件和至少一个发光元件，
其中，所述发光元件包括至少一个发光部，
其中，所述发光部包括第一半导体层、所述第一半导体层上的发光层、所述发光层上的第二半导体层以及设置在所述第二半导体层上的滤色器或颜色转换层，所述滤色器或所述颜色转换层与所述第二半导体层直接接触，
其中，所述发光部包括凹部，
其中，所述发光层、所述第二半导体层和所述滤色器或所述颜色转换层在所述凹部之内在所述第一半导体层上顺序地设置，
其中，所述滤色器或所述颜色转换层的上表面与所述第一半导体层、所述发光层和所述第二半导体层的两端中的每一端的上表面共面，
其中，所述发光层与在所述凹部之外的所述第一半导体层不交叠，并且
其中，所述发光元件还包括连接至所述第二半导体层的第一电极和连接至所述第一半导体层的第二电极。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其中，所述凹部关于横截面具有方形、倒梯形或半圆形中的至少一个形状。
11.根据权利要求9所述的显示装置，其中，所述滤色器是红色滤色器、绿色滤色器、蓝色滤色器和无色滤色器中的至少一个。
12.根据权利要求9所述的显示装置，其中，当所述颜色转换层填充在所述凹部中时，所述滤色器在所述凹部中在所述颜色转换层上设置。
13.根据权利要求9所述的显示装置，其中，所述发光层被配置成发射蓝光。
14.根据权利要求9所述的显示装置，
其中，多个发光部设置在所述发光元件中，
其中，所述第二电极是公共地连接至所述多个发光部的所述第一半导体层的公共电极，并且
其中，所述第一电极是分别连接至所述多个发光部的所述第二半导体层的多个单独的电极。
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