KR100486803B1

KR100486803B1 - 자발광표시장치

Info

Publication number: KR100486803B1
Application number: KR1019970025142A
Authority: KR
Inventors: 아끼라 이시바시; 노리까즈 나까야마
Original assignee: 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1996-06-18
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 2005-06-16
Also published as: KR980006672A; US6222203B1

Abstract

별개의 청색(B), 녹색(G) 및 적색(R) 발광원들을 구비한 자발광 표시 장치에 관한 것으로, 발광원들의 스펙트럼은 각각 상호 실질적으로 중첩하지 않는 프리커서 델타 함수들로서 간주될 정도로 좁은 반 대역폭(30nm 이하)을 가진다. 유한 피크 치들과 극히 좁은 유한 폭들의 스펙트럼을 가진 광원들이 이용되기 때문에, 각 광원에서의 스펙트럼의 형상 변화는 파장 공간으로는 억제되어 오로지 강도 변화만으로 간주될 수 있다. 따라서, 각 발광원에 대한 강도를 변화시키는 것만으로 보정하는 것이 가능하게 되어, 색 재생성이 향상되고 시간에 따른 색의 변화가 없게 된다.

Description

자발광 표시 장치{SELFLUMINOUS DISPLAY DEVICE}

본 발명은 일반적으로 표시 장치의 분야에 관한 것이며, 특히, 본 발명은 예를 들어 반도체 레이저 또는 발광 다이오드로 이루어진 복수의 발광원들을 구비한 자발광 표시 장치(selfluminous display device)에 관한 것이다.

종래의 표시 장치들에는, 거치형 브라운관 즉, CRT(Cathode Ray Tube) 장치와 휴대용 및 박형 장치 실현의 요건을 만족시키는 플랫 패널 디스플레이(FPD: flat panel display)가 있다. 플랫 패널 디스플레이의 예로는 액정 디스플레이(LCD: liquid crystal display)가 있다. 이 표시 장치들에서, LCD 자체는 발광하지 않지만 백라이트를 이용하여 정보를 표시한다. 그와 대조적으로, CRT는 스스로 발광하는 발광 물질을 포함하는 자발광 표시 장치이다.

근래, 음성 분야에서는 노이즈가 제거된 디지털 음원들이 확립된지 오래지만, 표시 장치에서는 확립되지 않았으며, 노이즈가 없는 명료한 색 재생 즉, 디지털 재생에 대한 요구가 증대하고 있다. 그러나, 종래의 자발광 표시 장치에서는, 디지털 재생성을 좋게 하는 것이 어려웠다. 이하 이 점에 대해 설명하겠다.

도 10은 NTSC(National Television System Committee) 방식에 기초하여 CRT에 의해 재생 가능한 영역을 도시하고 있다. 이 도면에서 분명히 알 수 있듯이, 발광 물질을 이용하는 CRT에서는 일점 쇄선으로 도시된 삼각형(CRT)의 내부밖에 재생할 수 없다. 삼각형(CRT)이 주로 중심 근처에 있는 이유는 발광 물질들의 스펙트럼이 폭이 넓고, 색 순도가 열악하고 백색에 근접하기 때문이다. 또한, 발광 물질들에는 약간 상이한 에너지들의 천이 순위(transition order level)가 많이 있으며 천이 에너지에 분포가 있기 때문에 폭이 넓다. 그러나, 시간에 따른 변화 등으로 인하여 이 천이 순위 분포가 변화하며 색 재생성이 열화한다. 또한, 이 넓은 스펙트럼 폭 때문에 색 순도가 열화하고 또한 재생 범위가 좁아진다고 하는 문제가 있다. 실선으로 도시된 삼각형(LED)은 후술할 본 발명의 재생 가능한 영역을 보여준다.

도 11은 CRT를 위한 종래의 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광원의 발광 파장(λ)과 발광 강도 사이의 관계를 도시하고 있으며, 이 경우, 이들 발광원이 이용되는 자발광 표시 장치의 표시 강도(F_NTSC)는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.

여기서, B, G, R은 발광 강도이며, b_i, g_i, r_i는 계수들이다.

이들 RGB 발광원의 발광 강도의 스펙트럼은 각 광원의 열화로 인해 실선으로 도시된 상태에서 파선으로 도시된 상태로 변화한다. 이 도면에서도 분명히 알 수 있듯이, 스펙트럼 형상들의 폭이 넓고 또한 그 변화가 균일하지 않기 때문에, 표시 강도(F_NTSC)를 보정하는 것이 어렵고, 따라서 상술한 바와 같이 색 재생성이 열화한다고 하는 문제가 있었다.

또한 액정 디스플레이(LCD)가 이용되는 플랫 패널 디스플레이에서도, 색 필터의 전송 스펙트럼에는 유한 강도를 획득하기 위한 폭이 있으며, 따라서 상술한 CRT 경우에서와 같은 문제들이 존재한다. 특히, 도 10에서 일점 쇄선으로 도시된 삼각형(LCD)의 내부밖에 재생할 수 없고 재생성이 나쁘다고 하는 문제가 있었다. 반대로, 색 순도를 향상시키기 위하여 좁은 전송 스펙트럼 대역을 가진 필터가 이용되면, 투과광 강도가 현저히 저하한다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이들 문제점들에 비추어 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 발광 강도가 유일한 파라미터가 되도록 하고, 보다 넓은 범위의 색 재생성을 가지며 또한 시간에 따른 변화가 없는 발광 강도를 얻는 것이 가능한 자발광 표시 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 자발광 표시 장치는 제각기 상호 실질적으로 중복하지 않는 레벨의 스펙트럼을 가진 복수의 발광원들을 포함한다. 복수의 발광원들은, 구체적으로, 적색, 녹색, 청색 반도체 발광 장치들(LED, LD)은 제각기 반 대역폭(half band width)이 30nm 이하인 프리커서 델타 함수형 스펙트럼(precursor delta function shaped spectra)을 가진다. 또는, 제각기 포락 함수(envelope function)의 반 대역폭이 30nm 이하인 스펙트럼을 가진 적색, 녹색, 청색 반도체 레이저들(LD) 또는 발광 다이오드들(LED)이 이용된다. 더 구체적으로, 이득 도파형(gain guided type) 또는 굴절률 도파형(refractive index guided type) 반도체 레이저들 또는 발광 다이오드들이 이용된다. 이들 소자는 기판 상에 II-VI족 화합물 반도체 또는 III-V족 화합물 반도체로 이루어진 적어도 제1 도전형의 클래드 층, 활성층 및 제2 도전형의 클래드 층을 포함한다.

본 발명의 자발광 표시 장치에서는, 복수의 광원들이 상호 실질적으로 중복하지 않는 스펙트럼을 갖기 때문에 즉, 극히 좁은 유한 폭의 발광원들이 이용되기 때문에, 스펙트럼의 형상 변화는 파장 공간으로는 억제되어 강도 변화만으로 간주될 수 있다. 따라서, 강도만을 파라미터로 가진 보정이 가능하게 된다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 자발광 표시 장치의 발광부(100)의 아우트라인을 도시하고 있다. 이 자발광 표시 장치는 직시형 표시 장치 또는 투영형 표시 장치의 광원부일 수 있다. 발광부(100)는 다수의 서비 유닛(101)들로 구성되어 있다. 도 3은 하나의 서브 유닛(101)의 구체적인 구성예를 도시하고 있는데, 그것은 예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3원색의 발광원들(102a 내지 102c)을 포함한다. 도 4a 내지 도 4d는 서브 유닛(101)의 다른 예들을 도시하고 있다. 도 4a에 도시된 적색(R)과 다른 색(

)의 발광원의 조합, 도 4b에 도시된 청색(B)과 다른 색(

)의 발광원의 조합, 도 4c에 도시된 녹색(G)과 다른 색(

)의 발광원의 조합의 형태들 중 어느 형태라도 좋다. 또는, 도 4d에 도시된 임의의 색(X)과 다른 색(

)의 발광원의 조합일 수도 있다. 서브 유닛(101)은 또한 4개 이상의 색의 발광원들의 조합으로 구성될 수도 있다. 또한, 도 4E와 도 4F에 도시된 바와 같이 최소의 에너지를 가지는 적색(R)을 뒷쪽에 그리고 최고의 에너지를 가지는 청색(B)을 앞쪽에 적층한 스택형의 형태를 가질 수도 있다. 만일 이런 구성이라면, 선명도(definition)를 3배 증가시키는 것이 가능하다.

도 5는 상술한 3개의 발광원들(102a 내지 102c) 각각의 스펙트럼을 도시하고 있다. 이들 발광원들(102a 내지 102c)의 스펙트럼은 반 대역폭이 좁고(30nm 이하), 상호 실질적으로 중첩하지 않는 정도로 되어 있으며, 다음 수학식의 프리커서 델타(δ) 함수로 간주될 수 있는 정도이다.

이와 같은 프리커서 델타 함수형 스펙트럼을 가지는(즉, 유한 피크 치와 극히 좁은 유한 폭을 가지는) 발광원들(102a 내지 102c)에서는, 스펙트럼의 형상 변화는 파장 공간으로는 억제되며 강도 변화만으로 간주될 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 자발광 표시 장치에서는, 3개의 발광원들(102a 내지 102c)에 의한 표시 강도(F_DD)를 다음 수학식에서 볼 수 있듯이 상호 독립적인 유닛들의 합으로서 스펙트럼 표시하는 것이 가능하다. 즉, 스펙트럼 형상의 변화는 원칙적으로 극히 작으며, 모든 발광원들(102a 내지 102c)에서 각자의 강도를 변화시키는 것만으로 보정하는 것이 가능하며, 이 때문에 색 재생성이 현저히 향상되고 시간에 따른 변화가 없게 된다.

여기서, B, G, R은 발광 강도이며, b_i, g_i, r_i는 계수들이다.

따라서, 본 실시예에 따른 자발광 표시 장치에서는, 3개의 파라미터(3색 RGB의 강도)만으로 색도 다이어그램 상의 모든 점들을 우수한 점 정밀도(superior point precision)로 재생하는 것이 가능하며, 노이즈가 없는 명료한 표시 즉, 디지털 방식으로 색의 재생을 수행하는 것이 가능하다.

또한, 본 실시예에 이용되는 3개 발광원들(102a 내지 102c)은 각각 프리커서 델타 함수형 스펙트럼을 가지기 때문에, 그것들은 도 11에 도시된 색도 좌표도의 바깥 둘레 상에 존재한다. 따라서, 이론상 허용되는 최대 색 재생 범위(도면의 삼각형(LED))를 획득하는 것이 가능하다. 이 예에서, 적색 발광원(102a)은 AlGaAs 화합물 반도체로 이루어진 발광 다이오드(LED)이다. 녹색 발광원(102b)은 ZnCdSe 화합물 반도체로 이루어진 것이며 청색 발광원(102c)은 GaInN 화합물 반도체로 이루어진 것으로 각각 도면에 도시되어 있다.

이하 적색, 녹색, 청색 발광원들(102a 내지 102c)의 구체적인 제조를 설명하겠다. 도 1은 도 3의 A-A' 선에 따른 단면 구조에 해당하며, 발광원들(102a, 102b, 102c)의 예로서 InP(인듐-인) 기판 상에 ZnCdMgSe 클래딩 층과 ZnCdMgSe 활성층을 포함하는 면발광형(surface emission type) 발광 다이오드(LED)의 구성을 도시하고 있다.

즉, 발광 다이오드(10)는 예를 들어 InP로 이루어진 n형 기판(11) 상에 예를 들어 n형 불순물로서 Cl(염소)이 도핑된 ZnCdSe 층(12a) 및 n형 불순물로서 Cl이 도핑된 Zn_x1Cd_y1Mg_1-x1-y1Se(0≤x1, y1≤1) 층(12b)으로 이루어진 약 700nm의 두께를 가진 n형 클래드 층(12), 예를 들어 n형 불순물로서 Cl이 도핑된 Zn_x2Cd_y2Mg_1-x2-y2Se(0≤x2, y2≤1)로 이루어진 약 100nm의 두께를 가진 n형 가이드 층(13), 예들 들어 단일 또는 다중 양자 우물 구조(single or multiple quantum well structure)로 된 Zn_x3Cd_y3Mg_1-x3-y3Se(0≤x3, y3≤1)로 이루어진 6 내지 12nm의 두께를 가진 활성층(14), 예를 들어 p형 불순물로서 N(질소)이 도핑된 Zn_x2Cd_y2Mg_1-x2-y2Se(0≤x2, y2≤1)로 이루어진 약 100nm의 두께를 가진 p형 가이드 층(15), 및 예를 들어 p형 불순물로서 N이 도핑된 Zn_x1Cd_y1Mg_1-x1-y1Se(0≤x1, y1≤1)로 이루어진 약 500nm의 두께를 가진 p형 클래드 층(16)을 순차적으로 성장시켜 제조된다. n형 클래드 층(12)과 p형 클래드 층(16)은 각각 활성층(14)보다 낮은 저항률을 가지며 광을 생성하는 기능은 물론 활성층(14)에 광 및 캐리어를 가두는 기능을 수행한다.

p형 클래드 층(16) 상에 부가적인 층들이 순차적으로 성장된다. 이들 부가적인 층에는, 예를 들어 p형 불순물로서 N이 도핑된 ZnCdMgSe로 이루어진 500nm의 두께를 가진 제1 반도체층(17)이 있다. 또한, ZnCdSe로 이루어진 약 100nm의 두께를 가진 제2 반도체층(18) 및 ZnSe와 CdSe가 교대로 적층된 초격자 반도체층(19), 및 N으로 도핑된 Zn_xCd_1-xSe(0≤x≤1)로 이루어진 콘택트 층(20)이 있다. 제1 반도체층(17), 제2 반도체층(18), 초격자 반도체층(19) 및 콘택트 층(20)은 p측 전극과의 양호한 옴 접촉을 제공한다. 콘택트 층(20) 상에는 폴리이미드 수지 등의 절연층(21)이 형성되며, 이 절연층(21) 내에 전류 통로 영역이 되는 개구부(21a)가 형성된다. 절연층(21)을 포함하는 콘택트 층(20) 상에 Pd(팔라듐), Pt(백금) 및 Au(금)의 적층막으로 이루어진 격자형 p측 전극(grill-like p-side electrode; 22)이 발광면(23)을 에워싸도록 형성된다. 또한, 기판(11)의 배면측에는 In(인듐) 등으로 이루어진 n측 전극(24)이 형성된다.

이 발광 다이오드(10)는 예를 들어 MBE(Mocular Beam Epitaxy; 분자선 에피탁시) 또는 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; 유기 금속 기상 성장)에 의해 제조될 수 있다. 먼저, n형 InP로 이루어진 기판(11) 상에 층들이 성장된다. 예를 들어 n형 불순물로서 Cl이 도핑된 ZnCdSe 층(12a) 및 유사하게 n형 불순물로서 Cl이 도핑된 Zn_x1Cd_y1Mg_1-x1-y1Se 층(12b)으로 이루어진 약 700nm의 두께를 가진 n형 클래드 층(12)이 형성된다. 그 후, 예를 들어 n형 불순물로서 Cl이 도핑된 Zn_x2Cd_y2Mg_1-x2-y2Se로 이루어진 약 100nm의 두께를 가진 n형 가이드 층(13) 및 예들 들어 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 이루어진 Zn_x3Cd_y3Mg_1-x3-y3Se로 이루어진 6 내지 12nm의 두께를 가진 활성층(14)이 형성된다. 다음으로, 예를 들어 p형 불순물로서 N이 도핑된 Zn_x2Cd_y2Mg_1-x2-y2Se로 이루어진 약 100nm의 두께를 가진 p형 가이드 층(15) 및 예를 들어 p형 불순물로서 N이 도핑된 Zn_x1Cd_y1Mg_1-x1-y1Se로 이루어진 약 500nm의 두께를 가진 p형 클래드 층(16)이 형성된다. 에피탁셜 성장층에 n형 불순물(Cl)을 첨가(도핑)하는 경우에는, II족 원소들과 VI족 원소들의 입자선 외에, Cl의 입자선이 이용될 수 있다. 또한, 에피탁셜 성장층에 p형 불순물(N)을 첨가하는 경우에는, II족 원소들과 VI족 원소들의 입자선 외에, 자기장과 마이크로파를 동시에 인가함으로써 발생되는 플라스마로 된 N의 입자선이 이용될 수 있다.

그 후, 다시, p측 전극과의 양호한 옴 접촉을 제공하기 위한 층들이 형성된다. 구체적으로, 예를 들어 p형 불순물로서 N이 도핑된 ZnCdMgSe로 이루어진 500nm의 두께를 가진 제1 반도체층(17), ZnCdSe로 이루어진 약 100nm의 두께를 가진 제2 반도체층(18), ZnSe와 CdSe가 교대로 적층된 초격자 반도체층(19), 및 N으로 도핑된 Zn_xCd_1-xSe로 이루어진 콘택트 층(20)이 p형 클래드 층(16) 상에 순차적으로 형성된다.

그 후, 콘택트 층(20) 상에 폴리이미드 수지 등의 절연층(21)이 피착 형성된 후 포토리소그래피 등을 통하여 예를 들어 도 1의 지면에 수직하게 연장하는 패턴으로 개구부(21a)로서 도시된 전류 통로부가 형성된다. 콘택트 층(20)으로부터 전면적으로 Pd, Pt, Au를 스퍼터링 등에 의해 순차적으로 적층하여 제조된 격자형 p측 전극(22)이 형성되며, 리프트오프 법(lift-off method)에 의해 발광면(23)이 형성된다. 다른 한편으로, 기판(11)의 배면측에 In 등으로 이루어진 n측 전극(24)이 피착 형성된다.

이 발광 다이오드(10)에서는, p측 전극(22)과 n측 전극(24) 사이에 소정의 전압이 인가되면, p측 전극(22)으로부터 콘택트 층(20)으로 전류가 주입된다. 콘택트 층(20)으로 주입된 전류는 초격자 반도체층(19), 제2 반도체층(18), 제1 반도체층(17), p형 클래드 층(16) 및 가이드 층(15)을 통과하여 활성층(14)으로 주입된다. 활성층(14)에서는, 전자-정공 재결합으로 인한 발광이 생기고, 이것은 발광면(23)을 통하여 기판(11)의 주면에 대하여 수직 방향으로 평면상으로 외부로 꺼내어진다.

제2 반도체층(18)은 콘택트 층(20)으로 주입된 전류를 확산시켜 활성층(14)의 넓은 영역으로 전류가 주입되게 하는 기능을 갖기 때문에, 상술한 바와 같이 그것이 ZnCdSe 층으로 구성된 경우, 그 두께는 흡수를 억제하기 위해 얇은 것이 바람직하다(이 실시예에서는, 100nm). 이 경우, 유사하게 전류 확산층으로서 기능하는 제1 반도체층(ZnCdMgSe 층)(17)을 두껍게 할 필요가 있다(이 실시예에서는, 500nm). 이와 같은 구성을 채택함으로써, 충분한 정공들이 활성층(14)의 발광면의 중앙부에 도달하고 균일한 발광이 용이하게 얻어진다.

이와 같은 작용에 의해, 본 실시예에 따른 발광 다이오드(10)에서는, 도 5에 도시된 녹색 내지 청색 프리커서 델타 함수형 스펙트럼을 얻는 것이 가능하다. 활성층(14)이 ZnCdSe 화합물 반도체로 이루어지는 경우에는, 그 조성에 따라 그것은 녹색 내지 청색 파장대(예를 들면 512nm)가 되고, 활성층(14)이 ZnSe 화합물 반도체인 경우에는 청색 파장대(예를 들면 470nm)가 된다.

이하 활성층들을 형성하기 위한 바람직한 비(preferred ratio)들의 구체적인 예들을 제시한다. 이들 예는 단일 및 다중 양자 우물 구조들 모두에 이용될 수 있다. 먼저, 청색 소자의 우물 층을 형성하기 위한 우물 층의 비는 Mg_0.2Zn_0.4Cd_0.4Se이어야 한다. 장벽층을 위한 비는 Mg_0.2Zn_0.4Cd_0.4Se이다. 당 기술 분야의 숙련자라면 다중 양자 우물 구조는 장벽층들 사이에 형성된 복수의 우물 층들로 형성될 수 있다는 것을 알 것이다. 또는, 청색 레이저를 형성하기 위하여, ZnSe 우물 층은 ZnSSe 장벽층과 함께 형성될 수도 있다.

녹색 소자를 형성하기 위한 바람직한 비는 Mg_0.1Zn_0.45Cd_0.45Se로 형성된 우물 층으로 이루어진다. 대응하는 장벽 층은 Mg_0.3Zn_0.35Cd_0.35Se로 이루어진다. 또는, 우물 층이 Zn_0.65Cd_0.35Se로 이루어질 수도 있다. 대응하는 장벽 층은 ZnSSe로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 또한, 당 기술 분야의 숙련자라면 다중 양자 우물 구조는 장벽층들 사이에 형성된 복수의 우물 층들로 이루어질 수 있으며 단일 양자 우물 구조는 2개의 장벽층 사이에 샌드위치 모양으로 삽입된 단일 우물 영역으로 이루어진다는 것을 알 것이다. 본 실시예들 각각에서, 활성층 내에 Te를 포함하지 않은 장치들에서 개선된 결과가 얻어졌다는 점에 주목하자. 이것의 부분적인 원인은 Te를 포함하는 II-VI족 반도체가 클러스터들을 만드는 경향이 있기 때문이다.

도 6은 상술한 ZnCdSe 화합물 반도체를 이용하여 제조된 발광 다이오드(10)의 발광 스펙트럼(청색)을 다른 ZnSeTe 및 InGaN 화합물 반도체를 이용하여 형성된 발광 다이오드들의 발광 스펙트럼과 비교하여 도시하고 있다. 이 도면에서도 분명히 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 발광 다이오드(10)는 30nm 이하의 반 대역폭을 가진 프리커서 델타 함수형 스펙트럼을 가지며 유한 피크 치와 극히 좁은 유한 폭을 가지기 때문에, 상술한 바와 같이 스펙트럼 형상이 변화하는 경우에도 그것은 오로지 강도 변화만으로 간주될 수 있다. 상술한 실시예는 발광 다이오드 구조에 관한 것이지만, 레이저 다이오드 또는 LED와 LD의 조합도 이용될 수 있다. 후술하는 실시예들에서도 마찬가지이다.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 소자(semiconductor device; 30)의 구성을 도시하고 있다. 반도체 소자(30)는 제1 실시예에서의 기판(11)과 n형 클래드 층(12) 사이에 Zn_xMg_yCd_1-x-ySe (0≤x, y≤1) 층들 및 Zn_pMg_qCd_1-p-qSe (0≤p, q≤1) 층들을 적층하여 만들어진 Zn_xMg_yCd_1-x-ySe/Zn_pMg_qCd_1-p-qSe 초격자층 브래그 리플렉터 층(superlattice layer Bragg reflector layer; 25)이 삽입된 구조로 이루어져 있다. 이 브래그 리플렉터 층(25)은 다른 층들과 마찬가지로 MBE 등에 의해 형성될 수 있다. 제1 실시예에서와 동일한 구성 부분들에는 동일한 부호를 부여하였으며 그들에 대해서는 설명을 생략하였다.

이 실시예에서, 브래그 리플렉터 층(25)에서는, 반사율이 최대가 되도록 층들의 두께가 발광 파장의 1/4로 설정된다. 또한, 보다 높은 반사율을 얻기 위하여 층들의 반복 수는 크게 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 브래그 리플렉터 층(25)이 삽입된 구성에서는, 전압 강하가 크게 되는 우려가 있지만, 헤테로 계면(hetero-interface)을 조성 경사(composition gradient)하거나, 불순물을 고농도로 첨가(도핑)하거나, 델타 도핑을 이용하여 마이크로커패시터를 제공함으로써, 실제 동작에서 전압 강하를 억제하고 발광 효율의 열화 및 소자의 열화를 억제하는 것이 가능하다. 따라서, 긴 수명의 실현을 도모할 수 있다.

이 실시예의 반도체 소자(30)에서도, 제1 실시예에서와 같이 녹색 내지 청색 프리커서 델타 함수형 스펙트럼을 얻는 것이 가능하다. 따라서, 자발광 표시 장치의 열화를 억제하고 긴 수명의 실현을 도모하고 넓은 색 재생성을 얻는 것이 가능하다. 이득 도파형 반도체 레이저(LD)가 스택 구조를 갖는 경우(도 4f), 그 발광 스펙트럼은 도 9에 도시된 것과 같이 되지만, 이 경우 파선으로 도시된 포락 함수의 반 대역폭이 30nm 이하이면 좋다.

이상 II-VI족 화합물 반도체들로 이루어진 반도체 발광 소자들(LED, LD)의 구조에 대해 설명하였지만, 그것들은 예를 들어 III-V족 반도체들과 같은 다른 화합물 반도체들로 이루어질 수도 있다.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 III-V족 화합물 반도체들로 이루어진 반도체 레이저(60)의 구성을 도시하고 있다. 이 반도체 레이저(60)는 예를 들어 SiC(탄화 실리콘)으로 이루어진 n형 기판(61) 상에 n형 불순물로서 Cl이 도핑된 약 10 내지 200nm의 두께를 가진 GaN 또는 AlN 층으로 이루어진 버퍼 층(62)을 순차적으로 성장시켜 제조된다. 그 후 마찬가지로 n형 불순물로서 Cl이 도핑된 100 내지 500nm의 두께를 가진 GaN 층(63)과, 예를 들어 약 30 내지 50nm의 두께를 가진 Ga_pIn_qN(0≤p, q≤1) 층과 Al_r'Ga_p'In_q'N(0≤p', q', r'≤1) 층을 반복 적층하여 이루어진 초격자 구조의 브래그 리플렉터 층(64)이 형성된다. 다음으로, 예를 들어 n형 불순물로서 Si가 도핑된 Al_x1Ga_y1In_1-x1-y1N(0≤x1, y1≤1)로 이루어진 약 1μm의 두께를 가진 n형 클래드 층(65), 예를 들어 n형 불순물로서 Si가 도핑된 Al_x2Ga_y2In_1-x2-y2N(0≤x2, y2≤1)로 이루어진 약 100 내지 200nm의 두께를 가진 n형 가이드 층(66), 예를 들어 단일 또는 다중 양자 우물 구조의 Al_x3Ga_y3In_1-x3-y3N(0≤x3, y3≤1)로 이루어진 2 내지 20nm의 두께를 가진 활성층(67), 예를 들어 p형 불순물로서 Mg가 도핑된 Al_x2Ga_y2In_1-x2-y2N(0≤x2, y2≤1)로 이루어진 약 100 내지 200nm의 두께를 가진 p형 가이드 층(68), 및 예를 들어 p형 불순물로서 N가 도핑된 Al_x1Ga_y1In_1-x1-y1N(0≤x1, y1≤1)로 이루어진 약 1μm의 두께를 가진 p형 클래드 층(69)이 형성된다.

또한, p형 클래드 층(69) 상에 예를 들어 p형 불순물로서 Mg가 도핑된 약 500nm의 두께를 가진 GaN 층(70)과 예를 들어 p형 불순물로서 Mg가 도핑된 약 0 내지 50nm보다 약간 이상의 두께를 가진 Ga_1-xIn_xN(0≤x≤1) 층(71)이 순차적으로 성장된다. GaN 층(70)과 Ga_1-xIn_xN 층(71)은 p측 전극과의 양호한 옴 접촉을 제공한다. 또한, Ga_1-xIn_xN 층(71) 상에는 폴리이미드 수지 등의 절연층(72)이 형성되며, 이 절연층(72) 내에 전류 통로 영역이 되는 개구부(72a)가 형성된다. 절연층(72)을 포함하는 GaN 또는 Ga_1-xIn_xN 층(71) 상에는 Ni(니켈)과 Au(금)의 적층막으로 이루어진 p측 전극(73)이 형성되어 발광면(74)을 에워싸도록 형성된다. 기판(61)의 배면측에는 Ti(티타늄)과 Al(알루미늄) 등으로 이루어진 n측 전극(75)이 형성된다. 이 반도체 발광 소자(60)에서도, 유일한 차이는 화합물들의 조성이며 제1 실시예의 발광 다이오드에서와 마찬가지로, 그것은 MBE 등과 포토리소그래피 기술을 이용하여 제조될 수 있다.

본 실시예에 따른 반도체 레이저(60)에서는, 제1 실시예와 같이, 녹색 내지 청색 프리커서 델타 함수형 스펙트럼을 얻는 것이 가능하며 따라서 자발광 표시 장치의 열화를 억제하여 긴 수명의 실현을 도모하는 것이 가능하며 넓은 범위의 색 재생성을 얻는 것이 가능하다.

청색 및 녹색 소자들을 형성하기 위한 구체적인 비들은 다음과 같다. 청색 소자들의 활성층은 Ga_0.2In_0.8N으로 이루어지는 것이 바람직하다. 가이드 층은 GaN으로 이루어지는 것이 바람직하다. 클래드 층들은 둘 다 Al_0.1Ga_0.9N으로 이루어진다. 녹색 소자는 Ga_0.5In_0.5N으로 이루어진다. 가이드 층들은 GaN으로 이루어지는 것이 바람직하며, 클래드 층들은 둘 다 Al_0.1Ga_0.9N으로 이루어진다.

또 다른 실시예에서는, n-InAs로 이루어진 기판에 n형 금속층을 도포함으로써 적색 레이저 다이오드가 형성된다. 다음으로, InAs 기판 상에 n 클래딩 층(n-cladding layer)이 형성된다. n 클래딩 층은 n-MgSe_0.66Te_0.34로 이루어진다. 그 후 n 클래딩 층 상에 CdSe로 이루어진 활성층이 형성된다. 계속하여, n 클래딩 층 상에 MgSe_0.66Te_0.34로 이루어진 p 클래딩 층이 형성된다. 마지막으로, p 클래딩 층 상에 p 금속 베이스 층(p-metal base layer)이 형성되어 적색 발광 레이저 다이오드를 형성한다. 또는, 적색 레이저는 다음과 같이 형성될 수도 있다.

먼저, GaAs 기판 상에 n형 금속층이 형성된다. 그 후, 클래드 층 상에 Al_0.42Ga_0.58As로 이루어진 n형 클래드 층이 형성된다. 그 후 클래딩 층 상에 Al_0.35Ga_0.65As로 이루어진 활성층이 형성된다. 그런 다음, p-Al_0.42Ga_0.58As로 이루어진 클래딩 층이 형성된다. 마지막으로, p-GaAs 층과 외부 p 금속층이 형성된다.

이상 본 발명은 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명은 상술한 실시예들에만 국한되지 않으며 그와 동등한 범위 내에서 수정될 수 있다. 예를 들면, 상술한 반도체 발광 소자들(LED, LD)을 구성하는 층들의 조성 등은 상술한 구체적인 실시예들과 다를 수 있다. 즉, 상술한 실시예들에 도시된 II-VI족 화합물 반도체 발광 소자들은 II족 원소로서 Zn(아연), Hg(수은), Cd(카드뮴), Mg(마그네슘), Be(베릴륨)으로 이루어진 집합 중 하나 이상의 원소가 이용되고, VI족 원소들로서 S(황), Se(셀렌), Te(텔루르)로 이루어진 집합 중 하나 이상의 원소가 이용되는 다양한 결정성 구조로 형성될 수 있다.

유사하게, III-V족 화합물 반도체 발광 소자들도 또한 III족 원소로서 Al(알루미늄), Ga(갈륨), In(인듐)으로 이루어진 집합 중 하나 이상의 원소가 이용되고 V족 원소로서 N(질소)와 As(비소)로 이루어진 집합 중 하나 이상의 원소가 이용되는 다양한 결정성 구조로 형성될 수 있다.

또한, 상술한 실시예들에서는 주로 면발광형 반도체 발광 소자들에 대해 설명하였지만, LED는 단면 발광형(end surface emission type)일 수도 있음은 물론이다.

더욱이, 반도체 레이저로서, 상술한 실시예들에서는, 구조적으로 활성층의 일부에만 전류가 주입되는 이득 도파형 LED에 대해 설명하였지만, 활성층의 폭 방향으로 굴절률 차이가 적극적으로 제공되는 굴절률 도파형에도 적용될 수 있다.

또한, 본 발명의 자발광 표시 장치를 구성하는 발광원들의 스펙트럼 반 대역폭 (및 포락 함수의 반 대역폭)은 색도 다이어그램 상의 재생성 범위가 약간 희생된다면 30nm 이상으로 될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자발광 표시 장치에서는, 상호 실질적으로 중첩하지 않는 정도의 스펙트럼을 가진 복수의 발광원들을 포함하도록 하였기 때문에, 발광 강도만이 유일한 파라미터가 되고, 강도만을 보정한다면 충분하다. 따라서, 색 품질 열화가 없고 색 재생성이 양호한 디지털 특성의 표시 장치를 구현하는 것이 가능하다. 또한, 스펙트럼 반 대역폭이 작기 때문에, 색도 다이어그램 상의 점들을 우수한 점 정밀도로 재생하는 것이 가능하며, 색도 다이어그램 상의 최대 재생성 범위를 가진 표시 장치를 실현하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 자발광 표시 장치에 이용되는 발광 다이오드의 구성을 도시하는 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 자발광 표시 장치의 외관 구성을 도시하는 사시도.

도 3은 도 2의 자발광 표시 장치의 일부를 구성하는 서브 유닛을 도시하는 평면도.

도 4는 다른 서브 유닛의 구성을 도시하는 평면도.

도 5는 본 발명에 이용되는 프리커서 델타 함수로 간주될 수 있는 RGB 광원들의 발광 스펙트럼을 도시하는 특성도.

도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드의 발광 스펙트럼 및 다른 발광 다이오드들의 스펙트럼 특성을 도시하는 특성도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 레이저의 구성을 도시하는 단면도.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 레이저의 구성을 도시하는 단면도.

도 9는 이득 도파형 반도체 레이저의 발광 스펙트럼을 도시하는 특성도.

도 10은 CRT, LCD 및 LED의 발광 특성들을 비교하고 설명하기 위한 색도 좌표도.

도 11은 종래의 RGB 광원들의 발광 스펙트럼을 도시하는 특성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 발광 다이오드

11 : 기판(InP)

12 : n형 클래드 층

13 : n형 가이드 층

14 : 활성층

15 : p형 가이드 층

16 : p형 클래드 층

17 : 제1 반도체층

18 : 제2 반도체층

19 : 초격자 반도체층

20 : 콘택트 층

21 : 절연층

22 : p측 전극

23 : 발광면

24 : n측 전극

100 : 발광부

101 : 서브 유닛

102a 내지 102c : 발광원

Claims

복수의 적색, 녹색 및 청색 발광원(light emission source)들을 포함하되, 상기 적색, 녹색 및 청색 발광원들 각각은 실질적으로 상호 중첩하지 않는 스펙트럼 레벨들을 가지며, 각각 30nm 이하인 스펙트럼 반 대역폭(spectra half band width)을 갖는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치(selfluminous display device).
제1항에 있어서,

적색, 녹색 및 청색 발광원들을 포함하는 상기 발광원들은 각기 반 대역폭이 30nm 이하인 프리커서 델타 함수형 스펙트럼(precursor delta function shaped spectra)을 갖는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 발광원들 중 적어도 하나는 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제3항에 있어서,

상기 발광 다이오드는 면발광형 LED(surface emission type LED)인 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제3항에 있어서,

상기 발광 다이오드는 II-VI족 화합물 반도체로 이루어진 적어도 제1 도전형의 클래드 층(clad layer)과 활성층(active layer) 및 제2 도전형의 클래드 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제3항에 있어서,

상기 발광 다이오드는 III-V족 화합물 반도체로 이루어진 적어도 제1 도전형의 클래드 층과 활성층 및 제2 도전형의 클래드 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 발광원들 중 적어도 하나는 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제7항에 있어서,

상기 반도체 레이저는 면발광형 반도체 레이저인 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제7항에 있어서,

상기 반도체 레이저는 II-VI족 화합물 반도체로 이루어진 적어도 제1 도전형의 클래드 층과 활성층 및 제2 도전형의 클래드 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제7항에 있어서,

상기 반도체 레이저는 III-V족 화합물 반도체로 이루어진 적어도 제1 도전형의 클래드 층과 활성층 및 제2 도전형의 클래드 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 발광원들은 포락 함수(envelope function)의 반 대역폭이 30nm 이하인 스펙트럼을 각각 가진 적색, 녹색 또는 청색 발광들을 가진 레이저들을 포함하는 반도체 레이저들로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제11항에 있어서,

상기 반도체 레이저들은 면발광형 반도체 레이저들인 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제11항에 있어서,

상기 반도체 레이저들은 II-VI족 화합물 반도체로 이루어진 적어도 제1 도전형의 클래드 층과 활성층 및 제2 도전형의 클래드 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.
제11항에 있어서,

상기 반도체 레이저들은 III-V족 화합물 반도체로 이루어진 적어도 제1 도전형의 클래드 층과 활성층 및 제2 도전형의 클래드 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자발광 표시 장치.