KR101768104B1 - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 복수의 열들을 형성하도록 배열되는 복수의 반도체 발광소자들 및 상기 복수의 반도체 발광소자들 중 적어도 일부에서 출력되는 빛의 색상을 변환하도록, 상기 복수의 반도체 발광소자들의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 색변환층을 포함하며, 상기 색변환층은, 베이스부, 상기 베이스부의 내부에서 단일층으로 정렬되는 구형입자 및 상기 구형입자를 감싸거나 상기 구형입자에 의하여 감싸지도록 배치되며, 상기 출력되는 빛의 색상을 변환하도록 이루어지는 퀀텀닷을 포함한다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liguid Crystal Display)와 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 존재하고, AMOLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않을 뿐 아니라 플렉서블의 정도가 약하다는 취약점이 존재한다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다. 따라서, 상기 반도체 발광 소자를 이용하여 플렉서블 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
한편, 이러한 반도체 발광소자들에는 적색, 녹색 및 청색을 구현하기 위하여 색변환 구조 또는 필터 구조를 사용해야한다. 이러한 색변환 구조 또는 필터 구조에 따른 형광체 또는 칼라필터는 화소의 면적이 감소함에 따라, 면적대비 두께비율이 증가하므로, 측면 광손실 또는 칼라필터에 의한 광손실이 발생한다. 이에, 이러한 광손실을 최소화하기 위하여, 초 박막형 색변환 구조(또는 광변환 구조)의 필요성이 제기되고 있다.
본 발명의 일 목적은, 광손실을 줄일 수 있는 색변환 구조(또는 광변환 구조)를 갖는 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 초 박막형 색변환 구조(또는 광변환 구조)를 갖는 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 복수의 열들을 형성하도록 배열되는 복수의 반도체 발광소자들 및 상기 복수의 반도체 발광소자들 중 적어도 일부에서 출력되는 빛의 색상을 변환하도록, 상기 복수의 반도체 발광소자들의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 색변환층을 포함하며, 상기 색변환층은, 베이스부, 상기 베이스부의 내부에서 단일층으로 정렬되는 구형입자 및 상기 구형입자를 감싸거나 상기 구형입자에 의하여 감싸지도록 배치되며, 상기 출력되는 빛의 색상을 변환하도록 이루어지는 퀀텀닷을 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 색변환층은 상기 복수의 반도체 발광소자들이 형성하는 상기 복수의 열들을 순차적으로 덮는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 제3 색변환층을 구비하고, 상기 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 제3 색변환층에는 상기 출력되는 빛의 색상을 서로 다른 색상으로 출력하도록 서로 다른 크기의 퀀텀닷들이 배치되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 제3 색변환층은 각각 상기 출력되는 빛을 적색, 녹색 및 청색의 빛으로 변환하는 제1 퀀텀닷부, 제2 퀀텀닷부 및 제3 퀀텀닷부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 제3 색변환층은 이격부를 사이에 두고 이격 배치되는 것을특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 이격부에는 블랙 매트리스가 위치하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 베이스부는 광 감응성 폴리머가 상기 복수의 반도체 발광소자들의 적어도 일부를 덮도록 코팅됨에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 퀀텀닷은 산소(O2)와의 결합이 제한되도록 실레인(silane)계열의 리간드(ligand)와 결합되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 퀀텀닷과 상기 실레인 계열의 리간드의 결합은 C-H 유기계 또는 불소계의 반응성 화합물을 통해 이루어지는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 C-H 유기계는 aminopropyl triethxysilane, aminopropyldiethoxymethylsilane, Hexamethyldisiloxane 를 함하고, 상기 불소계는 Perfluorooctylsilane를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조방법은, 복수의 반도체 발광 소자들을 배선기판에 결합하는 단계, 상기 반도체 발광 소자들 상에 베이스부를 형성하고, 상기 베이스부의 표면에 퀀텀닷이 결합된 구형입자를 정렬하는 단계 및 상기 베이스부의 내부로 상기 퀀텀닷이 결합된 구형입자를 삽입하여, 색변환층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 퀀텀닷은 상기 구형입자를 감싸거나 상기 구형입자에 의하여 감싸지도록 배치되며, 상기 반도체 발광 소자들에서 출력되는 빛의 색상을 변환하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 정렬하는 단계는, 상기 퀀텀닷이 결합된 구형입자가 상기 베이스부 상에서 자가정렬될 수 있도록, 상기 베이스부가 형성된 반도체 발광소자들과, 상기 퀀텀닷이 결합된 구형입자를 친수성 용액의 내부에 삽입하는 단계; 및 상기 친수성 용액을 제거하고, 상기 퀀텀닷이 결합된 구형입자를 상기 베이스부의 내부로 삽입하는 단계를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 정렬하는 단계는 상기 자가정렬을 위하여 상기 베이스부의 표면에너지를 높이는 단계를 더 포함한다.
실시 예에 있어서, 복수의 퀀텀닷을 상기 구형입자와 공유결합시키는 단계를 더 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 형성된 색변환층의 적어도 일부가 노광에 의하여 제거되도록, 상기 베이스부는 광 감응성 폴리머가 상기 복수의 반도체 발광소자들의 적어도 일부를 덮도록 코팅됨에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 구형입자를 감싸거나, 구형입자에 의해 감싸지는 양자점(또는 퀀텀닷)을 이용함에 따라, 빛의 필터링이 아니라 파장의 변환을 이용한 색변환이 구현된다. 따라서, 필터링보다 광량이 증가될 수 있으며, 나아가 광손실을 저감시킨 색변환 구조를 갖는 디스플레이 장치를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 입자가 작은 구형입자 및 양자점을 이용함에 따라, 색변화 구조의 두께가 보다 얇게 형성될 수 있다. 이릉 통하여, 초박막형의 색변화 구조가 구현되며, 나아가 디스플레이 장치가 보다 박형으로 형성될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면, 실레인(silane)계열의 리간드(ligand)와 양자점을 결합하여 빛, 열, 산화와 같이 외부 자극으로부터의 양자점을 보호함으로써, 디스플레이 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이다.
도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 C-C를 따라 취한 단면도이다.
도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 11a는 도 10의 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 11b는 도 10의 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c 및 도 13은 본 발명에 따른 색변환 구조를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 15a, 도 15b 및 도 15c는 본 발명에 따른 색변환층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 구부리거나, 접을 수 있거나 말 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
상기 플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시와 같이, 상기 제2상태에서 표시되는 정보는 곡면상에 출력되는 시각 정보가 될 수 있다. 이러한 시각 정보는 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다. 상기 단위 화소는 R,G, B의 조합에 의해 형성되는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
상기 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이하, 상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3은 도 2의 라인 B-B를 따라 취한 단면도이며, 도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
상기 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 기판(110)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
상기 기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 기판(110)에 절연층(160)이 적층된 상태가 하나의 배선기판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(160)은 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성이 있고, 유연성 있는 재질로, 상기 기판(110)과 일체로 이루어져 하나의 기판을 형성할 수 있다.
보조전극(170)은 제1전극(120)과 반도체 발광 소자(150)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(160) 상에 위치하고, 제1전극(120)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(170)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(160)을 관통하는 전극홀(171)에 의하여 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(171)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 절연층(160)의 일면에는 전도성 접착층(130)이 형성되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층(160)과 전도성 접착층(130)의 사이에 특정 기능을 수행하는 레이어가 형성되거나, 절연층(160)이 없이 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조도 가능하다. 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조에서는 전도성 접착층(130)이 절연층의 역할을 할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 전도성 접착층(130)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 또한 전도성 접착층(130)은 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 전도성 접착층(130)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 상기 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격하여 절연층(160)에 위치한다. 즉, 상기 전도성 접착층(130)은 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치하는 절연층(160) 상에 배치된다.
절연층(160)에 보조전극(170)과 제2전극(140)이 위치된 상태에서 전도성 접착층(130)을 형성한 후에, 반도체 발광 소자(150)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156)이 형성되는 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에서 p형 전극(156)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156)은 보조전극(170)과 전도성 접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광 소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광 소자들의 p형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광 소자(150)가 압입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광 소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광 소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광 소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 복수의 반도체 발광 소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광 소자(150)는 조합(또는 그룹화)되어 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들은 상기 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광 소자들을 이용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(190)이 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(190)은 반도체 발광 소자들을 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(130)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(150)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 격벽(190)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다. 화이트 절연체의 격벽을 이용할 경우 반사성을 높이는 효과가 있을 수 있고, 블랙 절연체의 격벽을 이용할 경우, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
형광체층(180)은 반도체 발광 소자(150)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(180)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(181) 또는 녹색 형광체(182)가 될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(151)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(120)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(120)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(140)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광 소자(150)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 단위 화소를 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(191)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(191)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자에 의하여 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 단위 화소들이 하나의 화소(pixel)를 이루며, 이를 통하여 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 반도체 발광 소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자(W) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(183), 및 청색 형광체층(183)이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 소자(W) 상에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 단위 화소를 이룰 수 있다.
도 5c를 참조하면, 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 상기 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
본 도면을 참조하면, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 상기 배선기판에는 제1전극(120), 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 배치된다. 이 경우에, 제1전극(120)과 제2전극(140)은 상호 직교 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(110) 및 절연층(160)은 각각 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 의하여 구현될 수 있으며, 이를 위하여 절연층(160)이 위치된 기판에 이방성 전도성 필름이 도포될 수 있다.
다음에, 보조전극(170) 및 제2전극(140)들의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 복수의 반도체 발광 소자(150)가 위치된 제2기판(112)을 상기 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광 소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자는 웨이퍼(wafer) 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
그 다음에, 배선기판과 제2기판(112)을 열압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF press head 를 적용하여 열압착될 수 있다. 상기 열압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열압착에 의하여 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 및 제2전극(140)의 사이의 부분만 전도성을 가지게 되며, 이를 통하여 전극들과 반도체 발광소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광 소자(150)가 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 상기 제2기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 제2기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2기판(112)을 제거하여 반도체 발광 소자들(150)을 외부로 노출시킨다. 필요에 따라, 반도체 발광 소자(150)가 결합된 배선기판 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(미도시)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자(150)의 일면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 상기 청색 반도체 발광 소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 구조에 대하여 설명한다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 라인 C-C를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 복수의 반도체 발광 소자(250)를 포함한다.
기판(210)은 제1전극(220)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1전극(220)은 기판(210) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(220)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(230)은 제1전극(220)이 위치하는 기판(210)상에 형성된다. 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(230)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서도 이방성 전도성 필름에 의하여 전도성 접착층(230)이 구현되는 경우를 예시한다.
기판(210) 상에 제1전극(220)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광 소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께방향으로 전도성을 가지는 부분(231)과 전도성을 가지지 않는 부분(232)으로 구획된다.
또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 전도성 접착층(230)은 반도체 발광 소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(250)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(250)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광 소자(250)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(240)이 위치한다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(256), p형 전극(256) 상에 형성된 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층(254), 활성층(254)상에 형성된 n형 반도체층(253) 및 n형 반도체층(253) 상에 형성된 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(256)은 제1전극(220)과 전도성 접착층(230)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(252)은 후술하는 제2전극(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(250)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 반도체 발광 소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(250)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자(251)이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(280)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(280)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(281) 및 녹색 형광체(282) 일 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(251)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치에서 전술한 바와 같이, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
다시 본 실시예를 살펴보면, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치하고, 반도체 발광 소자들(250)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(250)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치될 수 있다.
제2전극(240)은 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있으며, 제1전극과 상호 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)는 제2전극(240)에서 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연결 전극이 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 상기 제2전극은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다. 이를 통하여 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 상에 위치될 수 있다. 경우에 따라, 반도체 발광 소자(250)가 형성된 기판(210) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(240)을 위치시킬 경우, 상기 제2전극(240)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 또는 투명 절연층에 이격되어 형성될 수도 있다.
만약 반도체 발광 소자(250) 상에 제2전극(240)을 위치시키기 위하여는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 사용한다면, ITO 물질은 n형 반도체층과는 접착성이 좋지 않은 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 반도체 발광 소자(250) 사이에 제2전극(240)을 위치시킴으로써, ITO와 같은 투명 전극을 사용하지 않아도 되는 이점이 있다. 따라서, 투명한 재료 선택에 구속되지 않고, n형 반도체층과 접착성이 좋은 전도성 물질을 수평 전극으로 사용하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 위치할 수 있다. 즉, 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 배치될 수 있다. 이 경우, 격벽(290)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 상기 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(290)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로서, 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 격벽(290)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다.
만일 제2전극(240)이 반도체 발광 소자(250) 사이의 전도성 접착층(230) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(290)은 수직형 반도체 발광 소자(250) 및 제2전극(240)의 사이사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광 소자(250)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2전극(240)을 반도체 발광 소자(250) 사이에 위치시킬 수 있고, HD 화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 도시에 의하면, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(291)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(291)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
상기 설명과 같이, 반도체 발광 소자는 전도성 접착층 상에 위치되며, 이를 라서, 반도체 발광 소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 반도체 발광소자들이 단위 화소(또는 픽셀)를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
한편, 반도체 발광소자들을 통해 개별화소를 구성하기 위해서는, 위에서 살펴본 것과 같이, 반도체 발광 소자 상에 형광체층을 형성하는 방법 외에, 양자점(또는 퀀텀닷(quantum dot))을 포함하여 구성되는 색변환층을 활용할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 색변환층은, 빛을 받으면 색을 내는 양자(量子, 퀀텀)를 나노미터 단위로 주입한 반도체 결정으로 구성되며, 이러한 색변환층을 반도체 발광 소자 상에 배치하여 반도체 발광 소자들을 통해 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)을 각각 개별화소를 구현할 수 있다.
예를 들어, 반도체 발광 소자가 백색 광을 발광하는 소자인 경우에는, 개별 화소를 구성하는 색변환층에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 구현될 수 있다. 또한, 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 전술한 바와 같이, 플립 칩 타입의 청색 반도체 발광 소자의 경우에도, 개별 화소를 구성하는 적색(R) 및 녹색(G) 색변환층에 의하여 적색(R)과 녹색(G)이 구현될 수 있다.
이하, 반도체 발광 소자들에서 발광되는 빛을 받아 각각 다른 색을 내는 양자점을 활용하여, 색변환층을 구성하는 새로운 디스플레이 장치의 구조에 대하여 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 설명한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이고, 도 11a는 도 10의 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 11b는 도 10의 E-E를 따라 취한 단면도이다.
앞서, 도 2에 살펴본 것과 같이, 상기 디스플레이 장치(1000)는 기판(1010), 제1전극(1020), 전도성 접착층(1030), 제2전극(1040) 및 복수의 반도체 발광 소자(1050)를 포함한다. 여기에서, 제1 전극(1020)은, 도시된 것과 같이, 복수의 전극라인들을 포함할 수 있다.
이하 설명되는 각 구성에 대한 실시예 또는 변형예에서는 앞서 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
상기 기판(1010)은 제1전극(1020)에 포함된 복수의 전극라인들이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(1020)은 기판(1010) 상에 위치할 수 있다. 또한, 상기 기판(1010) 상에는 제2전극(1040)이 배치된다. 예를 들어, 상기 기판(1010)은 복수의 레이어를 구비하는 배선기판이 되며, 상기 제1전극(1020)과 제2전극(1040)이 복수의 레이어에 각각 형성될 수 있다. 이 경우에 상기 배선기판은 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 디스플레이 장치에서 기판(1010)과 절연층(1060)이 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성이 있고, 유연성 있는 재질로 일체로 구성된 기판이 될 수 있다.
도시에 의하면 상기 제1전극(1020) 및 제2전극(1030)이 복수의 반도체 발광 소자(1050)와 전기적으로 연결된다.
이 경우에, 상기 제1전극(1020)은 제2전극(1040)과 동일평면상에 배치되는 보조전극(1070)을 매개로 상기 복수의 반도체 발광 소자(1050)와 연결될 수 있다. 상기 제1전극(1020) 및 제2전극(1030)과 복수의 반도체 발광 소자(1050)의 전기적 연결은 상기 기판(1010)의 일면에 배치되는 전도성 접착층(1030)에 의하여 이루어진다.
한편, 본 실시 예에서는, 제1 전극이, 보조전극(1070)을 매개로 상기 복수의 반도체 발광 소자(1050)와 전기적으로 연결되는 경우에 대하여 설명하나, 본 발명에서는, 제1 전극 및 제2 전극(1020, 1040)의 배선 구조 및 반도체 발광 소자(1050)의 전기적 연결 구조가 다양하게 변형될 수 있으며, 도 10에 도시된 구조에 한정되지 않음은 당업자에게 자명할 것이다.
한편, 상기 전도성 접착층(1030)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 전도성 접착층(1030)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 또한 전도성 접착층(1030)은 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 전도성 접착층(1030)은 전술한 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 기판(1010)에 보조전극(1070)과 제2전극(1040)이 위치된 상태에서 전도성 접착층(1030)을 형성한 후에, 반도체 발광 소자(1050)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(1050)는 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)과 전기적으로 연결된다.
제1전극(1020) 및 제2전극(1040)이 각각 데이터 전극 및 스캔 전극의 역할을 함에 따라, 반도체 발광소자(1050)의 발광이 제어된다. 이 경우에, 복수의 반도체 발광 소자(1050)는 복수의 전극라인들 각각을 따라 복수의 열을 형성하도록 배열되며, 본 발명에서는, 반도체 발광 소자(1050)가 발광 소자 어레이(array)를 구성한다고 표현할 수 있다. 이러한 반도체 복수의 열들을 형성하는 복수의 반도체 발광 소자(1050), 즉, 발광 소자 어레이에는 색변환층(또는 색변환부(이하, '색변환층'라 함, 1080))이 형성된다.
도시와 같이, 색변환층(1080)은 상기 복수의 반도체 발광소자들(1050)의 적어도 일부를 덮도록 배치되며, 복수의 반도체 발광소자들(1050) 중 적어도 일부에서 출력되는 빛의 색상을 변환하도록 이루어진다.
보다 구체적으로, 색변환층(1080)은, 베이스부(1082), 상기 베이스부(1082)의 내부에서 단일층으로 정렬되는 구형입자(1084), 상기 구형입자(1084)를 감싸거나, 상기 구형입자(1084)에 의하여 감싸지도록 배치되는 양자점(또는 퀀텀닷, 이하, "퀀텀닷"으로 명명함, 1086)을 포함한다.
여기에서, 베이스부(1082)는 폴리머 또는 실리콘 계열의 필름으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 베이스부(1082)는 광 감응성 필름으로 이루어질 수 있다. 상기 베이스부(1082)는 상기 복수의 반도체 발광소자들(1050) 중 적어도 일부를 덮도록 코팅됨에 의하여 형성될 수 있다.
상기 베이스부(1082)에는, 퀀텀닷(1086)에 의하여 감싸지거나, 퀀텀닷(1086)을 감싸는 구형입자(1084)가 삽입된다. 상기 구형입자(1084)는 도시된 것과 같이, 베이스부(1082)의 내부에서 단일층으로 정렬된다. 이러한 구형입자(1084)는 열처리 및 스탬핑(stamping) 방법 중 적어도 하나를 통해 상기 베이스부(1082) 내부에 삽입되며, 상기 베이스부(1082) 표면에서 자가정렬된 후 상기 열처리 및 스탬핑 방법중 적어도 하나를 통해 상기 베이스부(1082) 내에 단일층을 이루며 삽입될 수 있다. 한편, 상기 베이스부(1082) 내에서 상기 구형입자(1084)가 단일층을 이루며 삽입되기 위해서는, 상기 베이스부(1082)의 표면에서 상기 구형입자(1084)가 자가정렬이 되어야 하며, 이를 위해, 베이스부(1082)의 표면에너지가 제어되어야 한다.
상기 베이스부(1082)는 플라즈마 처리를 통해 표면에너지가 높아질 수 있으며, 이를 통해, 상기 구형입자(1084)를 베이스부(1082)의 표면에서 자가정렬시킬 수 있다.
상기 베이스부(1082)는 산소 플라즈마 처리될 수 있으며, 이를 통해 베이스부(1082)의 표면은, O-H기를 포함하는 친수성의 성질을 가질 수 있다. 이를 통해, 퀀텀닷(1086)과 결합된 구형입자(1084)는 베이스부(1082)의 표면에서 자가정렬될 수 있다. 상기 베이스부(1082)의 표면에너지는 0.02~01.N/m 정도를 가질 수 있다.
구형입자(1084)를 이루는 재료는 Silica와 같은 무기계열, polystyrene과 같은 유기계열, organosilicate와 같은 유-무기 혼성계열 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 상기 색변환층(1080)은 복수의 열을 형성하고, 상기 복수의 열은 각각 상기 제1 전극(1020)의 복수의 전극라인들을 따라 연장되는 바 형태로 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 색변환층(1080)은 서로 평행하게 배치되며, 반도체 발광 소자에서 발광되는 빛의 색상을 서로 다른 색상으로 변환하도록 서로 다른 크기를 갖는 퀀텀닷을 각각 포함하는 제1, 제2 및 제3 색변환층(1080a, 1080b, 1080c, 도 11b 참조)을 포함한다.
상기 퀀텀닷은, 반도체 발광 소자(1050)에서 발광되는 빛을 받아, 상기 빛의 색상을 다른 색상으로 변환시키는 반도체 결정으로서, 그 크기에 따라 퀀텀닷을 통해 방출되는 빛의 색상이 변하는 특성을 갖는다. 따라서 , 본 발명에서는, 제1, 제2 및 제3 색변환층(1080a, 1080b, 1080c) 각각에 서로 다른 크기를 갖는 퀀텀닷을 배치함으로써, 적색, 녹색 및 청색을 각각 발광하는 개별화소를 구현할 수 있다.
이러한 색변환층(1080)은 도 10, 도 11a 및 도 11b에 도시된 것과 같이, 반도체 발광 소자(1050)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(1050)는 백색 광을 발광하는 백색 반도체 발광 소자이고, 색변환층(1080)는 상기 백색 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 제1 색변환층(1080a)은 백색 반도체 발광소자에서 발광되는 빛을 적색으로 변환하는 퀀텀닷을 포함하는 적색 색변환층이 되며, 상기 제2 색변환층(1080b)은 백색 반도체 발광소자에서 발광되는 빛을 녹색으로 변환하는 퀀텀닷을 포함하는 녹색 색변환층이 될 수 있다. 그리고, 상기 제3 색변환층(1080c)은 백색 반도체 발광소자에서 발광되는 빛을 청색으로 변환하는 퀀텀닷을 포함하는 청색 색변환층이 될 수 있다. 도 11b에 도시된 것과 같이, 제1, 제1 및 제3 색변환층(1080a, 1080b, 1080c)은, 각각 서로 다른 크기의 퀀텀닷(1086a, 1086b, 1086c)을 포함한다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 백색 반도체 발광 소자(1050) 상에는 백색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 크기를 갖는 퀀텀닷(1086a)을 포함하는 제1 색변환층(1080a)이 적층될 수 있다.
나아가, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 백색 반도체 발광 소자(1050) 상에는 백색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 크기를 갖는 퀀텀닷(1086b)을 포함하는 제2 색변환층(1080b)이 적층될 수 있다. 상기 제2 색변환층(1080b)에 포함된 퀀텀닷(1086b)의 크기는, 상기 제1 색변환층(1080a)에 포함된 퀀텀닷(1086a)의 크기와 다르다.
나아가, 청색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 백색 반도체 발광 소자(1050) 상에는 백색 광을 청색(B) 광으로 변환시킬 수 있는 크기를 갖는 퀀텀닷(1086c)을 포함하는 제3 색변환층(1080c)이 적층될 수 있다. 상기 제3 색변환층(1080c)에 포함된 퀀텀닷(1086c)의 크기는, 상기 제1 색변환층(1080a) 및 제2 색변환층(1080b)에 포함된 퀀텀닷들(1086a, 1086c)의 크기와 다르다.
한편, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 반도체 발광 소자가 청색 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자인 경우, 즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 백색 반도체 발광 소자 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 크기를 갖는 퀀텀닷을 포함하는 색변환층이 적층될 수 있다. 그리고, 나아가, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자 상에는 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 크기를 갖는 퀀텀닷을 포함하는 색변환층이 적층될 수 있다.
이 경우, 상기 청색의 단위 화소를 이루는 청색 반도체 발광 소자의 일면에는 상기 청색 발도체 발광 소자와 각각 중첩되는 투명물질을 포함하는 투명영역이 형성될 수 있다. 상기 투명영역은 복수의 열을 형성하고, 상기 복수의 열은 각각 상기 제1 전극(1020)의 복수의 전극라인들을 따라 연장되는 바 형태로 이루어진다.
이와 같이, 반도체 발광 소자(1050)들의 적어도 일부에 색변환층(1080)이 형성됨에 따라, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(1020)의 각 라인을 따라 반도체 발광소자에서 발광되는 빛의 색상을 특정색상을 변환하는 색변환층이 적층되며, 라인별로는 적색, 녹색 또는 청색의 색변환층이 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(1020)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 이에 반해, 제2전극(1040)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
한편, 도시에 의하면, 색변환층(1080)은 반도체 발광소자(1050)의 일면에 형성되는 제1, 제2 및 제3 색변환층(1080a, 1080b, 1080c) 및 제1, 제2 및 제3 색변환층(1080a, 1080b, 1080c) 사이에 배치되는 이격부(1090)를 포함한다. 상기 제1, 제2 및 제3 색변환층(1080a, 1080b, 1080c)는 이격부(1090)를 사이에 두고 불연속하게 배치된다. 예를 들어, 제1, 제2 및 제3 색변환층(1080a, 1080b, 1080c)은 각각 상기 제1 전극에 포함된 복수의 전극라인 중 어느 하나를 따라 이격부(1090)가 교대로 반복되어 배치되는 구조를 갖는다.
상기 이격부(1090)는, 동일한 전극라인을 따라 배치된 복수의 반도체 발광소자들 사이에서 격벽의 역할을 하는 전도성 접착층(1030a)의 일면(외면)에 형성될 수 있다. 또한, 상기 이격부(1090)는 양측에 위치하는 상기 색변환층(1080)과 접촉하도록 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 색변환층(1080)은 반도체 발광 소자들의 일면으로부터 연장되어 전도성 접착층(1030a)의 적어도 일부를 함께 덮도록 형성될 수 있다. 한편, 상기 이격부(1090)는 제1, 제2 및 제3 색변환층(1080a, 1080b, 1080c)을 통해 변환되는 서로 다른 색상의 빛에 대한 대비비(contrast) 향상을 위하여 블랙 매트릭스로 채워질 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 이격부는, 서로 다른 색변환층 사이 뿐만 아니라, 동일한 크기를 갖는 퀀텀닷이 배치되는 같은 라인 상에도 위치할 수 있다. 도 14를 참조하면, 반도체 발광 소자 사이사이 공간 모두에 이격부가 배치될 수 있으다. 이때, 상기 색변환층은, 반도체 발광 소자가 배치된 형상을 따라 대응되게 위치할 수 있다. 따라서, 같은 크기의 퀀텀닷을 갖는 색변환층도, 이격부에 의하여 이격배치될 수 있다.
이하에서는, 위에서 살펴본 디스플레이 장치에 포함된 색변환층을 형성하는 구형입자 및 퀀텀닷의 구조에 대하여 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다. 도 12a, 도 12b, 도 12c 및 도 13은 본 발명에 따른 색변환 구조를 설명하기 위한 개념도들이다.
본 발명에 따른 구형입자(1084)와 퀀텀닷(1086)과의 결합관계는 다양한 형태가 존재할 수 있다.
일 예로서, 도 12a에 도시된 것과 같이, 구형입자의 외면에, 퀀텀닷(1086)이 결합될 수 있다. 즉, 상기 구형입자(1084)의 외면, 즉 표면에는 퀀텀닷(1086)이 부착될 수 있다. 상기 퀀텀닷(1086)은 복수로 구비되어 상기 구형입자(1084)의 외주를 따라 배열된다. 따라서, 상기 퀀텀닷(1086)은 구형입자(1084)보다 작은 크기를 갖는다.
이때, 상기 퀀텀닷(1086)은, 산소(O2)와의 결합이 제한되도록 실레인(silane)계열의 리간드(ligand)와 결합되어 존재할 수 있다. 상기 실레인 계열의 리간드의 결합은 C-H 유기계 또는 불소계의 반응성 화합물을 통해 이루어질 수 있다. 상기 C-H 유기계는 aminopropyl triethxysilane, aminopropyldiethoxymethylsilane, Hexamethyldisiloxane 를 포함하고, 상기 불소계는 Perfluorooctylsilane를 포함할 수 있다. 이와 같이, 퀀텀닷은, 실레인(silane)계열의 리간드(ligand)와 결합되어 빛, 열, 산화와 같이 외부 자극으로부터의 보호될 수 있다.
한편, 실레인 계열의 리간드와 결합되어 존재하는 퀀텀닷(1086)은, 구형입자(1084)와의 리간드 결합을 통해 구형입자의 표면에 위치할 수 있다.
여기에서, 상기 구형입자(1084)는 O-H기를 갖으며, 상기 구형입자(1084)에 구비된 O-H기의 H가 퀀텀닷(1086)에 존재하는 Si와 치환됨으로써, 구형입자(1084)와 퀀텀닷(1086)은 O-Si의 공유결합(또는 리간드 결합)에 의하여 서로 결합될 수 있다. 이를 통하여, 퀀텀닷(1086)이 구형입자(1084)의 표면에 부착될 수 있다. 그러므로, 최종적으로 상기 퀀텀닷(1086)이 상기 구형입자(1084)와 결합되는 경우, 상기 구형입자(1084)에 존재하였던 O-H기의 H는 더이상 존재하지 않을 수 있다. 하나의 구형입자(1084) 표면에는 복수의 퀀텀닷(1086)이 존재하며, 따라서, 상기 구형입자는 복수의 퀀텀닷(1086) 각각과 공유결합을 가질 수 있다.
또 다른 예로서, 도 12a에서 살펴본 구조를 갖는 퀀텀닷(1086) 및 구형입자(1084)는 도 12b에 도시된 것과 같이, 보호막(1088)에 의하여 감싸질 수 있다. 상기 보호막(1088)에 의하여, 상기 퀀텀닷(1086)은 산화로부터 보호될 수 있다. 상기 보호막(1088)은 상기 퀀텀닷(1086)의 산화를 방지할 수 있는 물질로 이루어진다. 또 다른 예로서, 도 12c에 도시된 것과 같이, 상기 퀀텀닷(1086)은 상기 구형입자(1084) 내부에 위치할 수 있다. 상기 구형입자(1084) 내부에는 복수의 퀀텀닷(1086)이 랜덤하게 분포될 수 있다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 구형입자(1084)와 퀀텀닷(1086)은 다양한 결합관계에 의하여, 다양한 형태를 이룰수 있다.
한편, 퀀텀닷은, 그 크기에 따라 변환되는 색상이 상이하므로, 도 13에 도시된 것과 같이, 적색에 해당하는 단위화소, 녹색에 해당하는 단위화소 및 청색에 해당하는 단위화소의 위치마다 서로 다른 크기의 퀀텀닷이 배치될 수 있다.
도시와 같이, 반도체 발광 소자(1050)의 외면에는 색변환층(1080)이 위치하며, 예를 들어, 백색 광을 발광하는 백색 반도체 발광 소자에 위치한 색변환층(1080)는 상기 백색 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다.
따라서, 제1 색변환층(1080a)은 백색 반도체 발광소자에서 발광되는 빛을 적색으로 변환하는 퀀텀닷을 포함하는 적색 색변환층이 되며, 상기 제2 색변환층(1080b)은 백색 반도체 발광소자에서 발광되는 빛을 녹색으로 변환하는 퀀텀닷을 포함하는 녹색 색변환층이 될 수 있다. 그리고, 상기 제3 색변환층(1080c)은 백색 반도체 발광소자에서 발광되는 빛을 청색으로 변환하는 퀀텀닷을 포함하는 청색 색변환층이 될 수 있다. 그리고, 도시와 같이, 제1, 제1 및 제3 색변환층(1080a, 1080b, 1080c)은, 각각 서로 다른 크기의 퀀텀닷(1086a, 1086b, 1086c)을 포함한다. 즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 백색 반도체 발광 소자(1050) 상에는 백색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 크기를 갖는 퀀텀닷(1086a)을 포함하는 제1 색변환층(1080a)이 적층될 수 있다. 나아가, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 백색 반도체 발광 소자(1050) 상에는 백색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 크기를 갖는 퀀텀닷(1086b)을 포함하는 제2 색변환층(1080b)이 적층될 수 있다. 상기 제2 색변환층(1080b)에 포함된 퀀텀닷(1086b)의 크기는, 상기 제1 색변환층(1080a)에 포함된 퀀텀닷(1086a)의 크기와 다르다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 예시에서는 구형입자에 의해 감싸지는 양자점(또는 퀀텀닷)을 이용함에 따라, 빛의 필터링이 아니라 파장의 변환을 이용한 색변환을 구현한다.
이하에서는, 색변환층을 형성하는 제조방법에 대하여 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다. 도 15a, 도 15b 및 도 15c는 본 발명에 따른 색변환층을 형성하는 방법을 설명하기 위한 개념도들이다.
먼저, 반도체 발광 소자(1050)를 전도성 접착층(미도시)을 이용하여 배선기판(미도시)에 결합하고, 상기 반도체 발광 소자(1050)과 배선전극을 전기적으로 연결한다. 이러한 예로서, 상기 반도체 발광 소자(1050)는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자이며, 상기 배선전극은 스캔 전극 라인과 데이터 전극 라인이 될 수 있다. 다음으로, 상기 복수의 반도체 발광소자들을 덮도록 배치되는 이상에서 살펴본 것과 같은 색변환층을 형성한다.
상기 색변환층을 형성하기 위해서는, 먼저 도 15a의 첫번째 및 두번째 도시된 것과 같이, 반도체 발광 소자(1050) 상에 베이스부(1082)를 형성하는 단계가 진행된다.
여기에서, 베이스부(1082)는 베이스부(1082)는 폴리머 또는 실리콘 계열의 필름으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 베이스부(1082)는 광 감응성 필름으로 이루어질 수 있다. 상기 베이스부(1082)는 상기 복수의 반도체 발광소자들(1050) 중 적어도 일부를 덮도록 코팅됨에 의하여 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에서는, 도 15a의 세번째 도시된 것과 같이, 퀀텀닷(1086)과 결합된 구형입자(1084)가 상기 베이스부(1082) 상에서 자가정렬될 수 있도록 베이스부(1082)의 표면에너지를 높이는 과정을 수행한다. 상기 베이스부(1082)의 표면에너지는, 산소 플라즈마 처리를 통해 제어될 수 있다. 상기 산소 플라즈마 처리를 통해 베이스부(1082)의 표면은, O-H기를 포함하는 친수성의 성질을 가질 수 있다. 따라서, 베이스부(1082)의 에너지는 높아진다. 이를 통해, 상기 베이스부(1082)의 표면에너지는 0.02~01.N/m 정도를 가질 수 있다.
이 경우에, 복수의 퀀텀닷이 상기 구형입자와 공유결합에 의하여 상기 구형입자를 감싸도록 이루어질 수 있다. 따라서, 본 제조방법에서는 상기 복수의 퀀텀닷을 상기 구형입자에 공유결합시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
상기 베이스부가 코팅된 복수의 반도체 발광소자들(1050)은 친수성 용액의 내부에 담겨질 수 있다. 친수성 용액(30)은 예를 들어, 물이 될 수 있다. 이 경우에 퀀텀닷(1086)이 결합된 구형입자(1084)는 물속에 첨가되어 존재할 수 있다.
이러한 예로서, 상기 친수성 용액에는 분산용액이 첨가되며, 상기 분산용액에는 상기 퀀텀닷(1086)이 결합된 구형입자(1084)가 혼합될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 퀀텀닷(1086)이 결합된 구형입자(1084)는 무극성 용액에 분산되며 이를 통하여 상기 구형입자가 혼성입자로서 상기 무극성 용액에 혼합된 분산용액이 형성된다. 이 때에, 상기 무극성 용액은 물보다 밀도가 낮은 물질일 수 있다. 무극성 용액은 휘발성을 가지는 용액으로, 에탄올, 메탄올, 이소프로필알콜 또는 부탄올 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
구형입자(1084)와 퀀텀닷(1086)과의 결합관계는 다양한 형태가 존재할 수 있다.
일 예로서, 도 12a에 도시된 것과 같이, 구형입자의 외면에, 퀀텀닷(1086)이 결합될 수 있다. 즉, 상기 구형입자(1084)의 외면, 즉 표면에는 퀀텀닷(1086)이 부착될 수 있다. 상기 퀀텀닷(1086)은 복수로 구비되어 상기 구형입자(1084)의 외주를 따라 배열된다. 따라서, 상기 퀀텀닷(1086)은 구형입자(1084)보다 작은 크기를 갖는다.
이때, 상기 퀀텀닷(1086)은, 산소(O2)와의 결합이 제한되도록 실레인(silane)계열의 리간드(ligand)와 결합되어 존재할 수 있다. 상기 실레인 계열의 리간드의 결합은 C-H 유기계 또는 불소계의 반응성 화합물을 통해 이루어질 수 있다. 상기 C-H 유기계는 aminopropyl triethxysilane, aminopropyldiethoxymethylsilane, Hexamethyldisiloxane 를 포함하고, 상기 불소계는 Perfluorooctylsilane를 포함할 수 있다. 이와 같이, 퀀텀닷은, 실레인(silane)계열의 리간드(ligand)와 결합되어 빛, 열, 산화와 같이 외부 자극으로부터의 보호될 수 있다.
한편, 실레인 계열의 리간드와 결합되어 존재하는 퀀텀닷(1086)은, 구형입자(1084)와의 리간드 결합을 통해 구형입자의 표면에 위치할 수 있다.
여기에서, 상기 구형입자(1084)는 O-H기를 갖으며, 상기 구형입자(1084)에 구비된 O-H기의 H가 퀀텀닷(1086)에 존재하는 Si와 치환됨으로써, 구형입자(1084)와 퀀텀닷(1086)은 O-Si의 공유결합(또는 리간드 결합)에 의하여 서로 결합될 수 있다. 이를 통하여, 퀀텀닷(1086)이 구형입자(1084)의 표면에 부착될 수 있다. 그러므로, 최종적으로 상기 퀀텀닷(1086)이 상기 구형입자(1084)와 결합되는 경우, 상기 구형입자(1084)에 존재하였던 O-H기의 H는 더이상 존재하지 않을 수 있다. 하나의 구형입자(1084) 표면에는 복수의 퀀텀닷(1086)이 존재하며, 따라서, 상기 구형입자는 복수의 퀀텀닷(1086) 각각과 공유결합을 가질 수 있다.
한편, 분산용액이 상기 베이스부가 코팅된 복수의 반도체 발광소자들(1050)가 담겨진 친수성 용액에 첨가되면, 상기 분산용액은 친수성 용액 상에 부유할 수 있다. 보다 구체적으로, 소수성인 구형입자가 친수성 용액 상에 부유할 수 있다. 예를 들어, 상기 분산용액을 단분자층으로 친수성 용액 상에 부유되며, 상기 분산용액 중의 무극성 용매는 휘발되면서, 구형입자는 친수성 용액 상에 단분자층(HCP : Hexagonal Close Packed) 형태로 부유하게 된다.
이후에, 친수성 용액이 제거되며, 이를 통하여 구형입자들이 점차 베이스부(1082)와 가까워지다가, 최종적으로 베이스부(1082)의 상면에 고르게 배치될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 베이스부가 상기 복수의 반도체 발광소자들(1050)와 함께 상기 친수성 용액으로부터 건져내질 수 있으며, 이 때에 상기 구형입자들은 상기 베이스부(1082)의 표면에 단층으로 고르게 배열된다.
다음으로, 도 15a의 네번째 도시와 같이, 상기 퀀텀닷(1086)과 결합된 구형입자(1084)가 상기 베이스부의 내부로 삽입된다. 이러한 삽입은 열처리 및 스탬핑(stamping) 방법 중 적어도 하나에 의하여 수행될 수 있다. 전술한 방법에 의하여, 상기 구형입자(1084)는 상기 베이스부(1082) 표면에서 자가정렬된 후 상기 열처리 및 스탬핑 방법중 적어도 하나를 통해 상기 베이스부(1082) 내에 단일층을 이루며 삽입될 수 있다.
상기 베이스부(1082)는 광 감응성 필름으로 이루어지며, 상기 퀀텀닷(1086)과 결합된 구형입자(1084)가 상기 베이스부(1082)의 내부로 삽입된 후에 노광공정에 의하여 일부가 제거된다. 노광공정에 의하여 상기 복수의 반도체 발광소자들 중 어느 한 색상에 해당하는 열들에서만 상기 베이스부가 남고 나머지는 제거된다.
이를 통하여, 도 15a의 다섯번째 도시와 같이, 빛을 어느 하나의 색상으로 변환하는 한 라인의 색변환층이 완성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 색변환층은 백색광을 적색으로 변환시키는 적색 퀀텀닷을 구비하는 적색 변환층이 되며, 반도체 발광소자는 백색광을 출력하는 소자가 될 수 있다. 즉, 도 15a를 참조하여 설명한 제조방법은, 적색 퀀텀닷을 결합시킨 구형입자를 상기 베이스부(1082)에 삽입한 적색 변환층을 생성하는 방법이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 적색 퀀텀닷이 아니라, 다른 색상의 퀀텀닷을 혼합하면, 다른 색상의 색변환층이 형성될 수 있다.
이와 같이, 어느 하나의 색상에 대한 색변환층이 완성되면, 다음으로 다른 색상의 색변환층을 형성하게 된다. 도 15b를 참조하면, 도 15a의 다섯번째 도시에서 제거된 부분에는 베이스부가 다시 코팅되며, 도 15a와 동일한 방법으로 녹색 퀀텀닷이 결합된 구형입자가 다시 코팅된 베이스부(1082)에 삽입될 수 있다. 이후에, 노광공정을 이용하여 다시 녹색 퀀텀닷이 결합된 구형입자가 삽입된 베이스부의 적어도 일부가 제거된다. 이를 통하여, 녹색 변환층이 구현될 수 있다. 마지막으로 도 15c와 같이, 전술한 방법을 이용하여 청색 변환층이 형성된다. 다만, 본 예시에서 색상의 순서는 단지 예일뿐 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 따라서, 적색 변환층과, 녹색 변환층 및 청색 변환층의 제조순서는 서로 바뀔 수 있다.
이와 같이, 적색 변환층과, 녹색 변환층 및 청색 변환층은 순차적으로 형성되며, 적색, 녹색, 및 청색이 차례로 반복되는 색변환층이 완성된다. 이를 통하여, 디스플레이 장치에서, 적색, 녹색 및 청색의 단위화소가 구현될 수 있다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명에 따르면, 구형입자를 감싸거나, 구형입자에 의해 감싸지는 양자점(또는 퀀텀닷)을 이용함에 따라, 빛의 필터링이 아니라 파장의 변환을 이용한 색변환이 구현된다. 따라서, 필터링보다 광량이 증가될 수 있으며, 나아가 광손실을 저감시킨 색변환 구조를 갖는 디스플레이 장치를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따르면 입자가 작은 구형입자 및 양자점을 이용함에 따라, 색변화 구조의 두께가 보다 얇게 형성될 수 있다. 이릉 통하여, 초박막형의 색변화 구조가 구현되며, 나아가 디스플레이 장치가 보다 박형으로 형성될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따르면, 실레인(silane)계열의 리간드(ligand)와 양자점을 결합하여 빛, 열, 산화와 같이 외부 자극으로부터의 양자점을 보호함으로써, 디스플레이 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims (15)

  1. 복수의 열들을 형성하도록 배열되는 복수의 반도체 발광소자들; 및
    상기 복수의 반도체 발광소자들 중 적어도 일부에서 출력되는 빛의 색상을 변환하도록, 상기 복수의 반도체 발광소자들의 적어도 일부를 덮도록 배치되는 색변환층을 포함하며,
    상기 색변환층은,
    베이스부; 및
    상기 베이스부 표면이 산소 플라즈마 처리됨에 의하여, 상기 베이스부의 표면에 단일층으로 정렬된 후, 상기 베이스의 내부에 삽입되는 색변환 입자를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 색변환 입자는,
    비금속으로 이루어지는 구형입자;
    상기 구형입자 외주를 따라 배열되어 상기 구형입자 표면에 공유결합 되고, 상기 출력되는 빛을 흡수하여, 상기 출력되는 빛과 다른 색상의 빛을 발광하는 퀀텀닷; 및
    상기 퀀텀탓의 산화를 방지하도록 상기 퀀텀닷을 에워싸는 보호막을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 색변환층은 상기 복수의 반도체 발광소자들이 형성하는 상기 복수의 열들을 순차적으로 덮는 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 제3 색변환층을 구비하고,
    상기 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 제3 색변환층에는 상기 출력되는 빛의 색상을 서로 다른 색상으로 출력하도록 서로 다른 크기의 퀀텀닷들이 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 제3 색변환층은 각각 상기 출력되는 빛을 적색, 녹색 및 청색의 빛으로 변환하는 제1 퀀텀닷부, 제2 퀀텀닷부 및 제3 퀀텀닷부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 색변환층, 제2 색변환층 및 제3 색변환층은 이격부를 사이에 두고 이격 배치되는 것을특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이격부에는 블랙 매트리스가 위치하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 베이스부는 광 감응성 폴리머가 상기 복수의 반도체 발광소자들의 적어도 일부를 덮도록 코팅됨에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 퀀텀닷은 산소(O2)와의 결합이 제한되도록 실레인(silane)계열의 리간드(ligand)와 결합되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 퀀텀닷과 상기 실레인 계열의 리간드의 결합은 C-H 유기계 또는 불소계의 반응성 화합물을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 C-H 유기계는 aminopropyl triethxysilane, aminopropyldiethoxymethylsilane, Hexamethyldisiloxane 를 함하고, 상기 불소계는 Perfluorooctylsilane를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 삭제
  11. 복수의 반도체 발광 소자들을 배선기판에 결합하는 단계;
    상기 반도체 발광 소자들 상에 베이스부를 형성하고, 상기 베이스부 표면을 산소 플라즈마 처리하는 단계;
    상기 베이스부의 표면에 색변환 입자를 단일층으로 정렬시키는 단계; 및
    상기 베이스부의 내부로 상기 색변환 입자를 삽입하여, 색변환층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 색변환 입자는,
    비금속으로 이루어지는 구형입자;
    상기 구형입자 외주를 따라 배열되어 상기 구형입자 표면에 공유결합 되고, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 일부에서 출력되는 빛을 흡수하여, 상기 출력되는 빛과 다른 색상의 빛을 발광하는 퀀텀닷; 및
    상기 퀀텀탓의 산화를 방지하도록 상기 퀀텀닷을 에워싸는 보호막을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 정렬하는 단계는,
    상기 색변환 입자가 상기 베이스부 상에서 자가정렬될 수 있도록, 상기 베이스부가 형성된 반도체 발광소자들과, 상기 색변환 입자를 친수성 용액의 내부에 삽입하는 단계; 및
    상기 친수성 용액을 제거하고, 상기 색변환 입자를 상기 베이스부의 내부로 삽입하는 단계를 포함하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    복수의 퀀텀닷을 상기 구형입자와 공유결합시키는 단계를 더 포함하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 형성된 색변환층의 적어도 일부가 노광에 의하여 제거되도록, 상기 베이스부는 광 감응성 폴리머가 상기 반도체 발광소자들의 적어도 일부를 덮도록 코팅됨에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
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