KR101789123B1 - 초소형 led 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 - Google Patents

초소형 led 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛 및 이를 포함하는 디스플레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛 및 이를 포함하는 디스플레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백라이트 유닛을 통해 출사되는 광이 어느 일방향으로의 선형편광에 가까운 부분편광을 출사하고, 동시에 광추출효율이 극대화됨에 따라 종래에 비해 현저히 향상된 고휘도의 디스플레이를 구현케 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛 및 이를 포함하는 디스플레이에 관한 것이다.

Description

초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛 및 이를 포함하는 디스플레이{Display backlight unit comprising nano-scale LED electrode assembly and the display comprising the same}
본 발명은 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛 및 이를 포함하는 디스플레이에 관한 것으로, 보다 상세하게는 백라이트 유닛을 통해 출사되는 광이 어느 일방향으로의 선형편광에 가까운 부분편광을 출사하고, 동시에 광추출효율이 극대화됨에 따라 종래에 비해 현저히 향상된 고휘도의 디스플레이를 구현케 하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛 및 이를 포함하는 디스플레이에 관한 것이다.
LED는 1992년 일본 니치아사의 나카무라 등이 저온의 GaN 화합물 완층층을 적용하여 양질의 단결정 GaN 질화물 반도체를 융합시키는데 성공함으로써 개발이 활발하게 이루어져 왔다. LED는 화합물 반도체의 특성을 이용하여 다수의 캐리어가 전자인 n형 반도체 결정과 다수의 캐리어가 정공인 p형 반도체 결정이 서로 접합된 구조를 갖는 반도체로써, 전기신호를 원하는 영역의 파장대역을 가지는 빛으로 변환시켜 표출되는 반도체 소자이다. 이러한 LED와 관련하여 대한민국 공개특허공보 제2009-0121743은 발광다이오드 제조방법 및 이에 의해 제조되는 발광다이오드를 개시하고 있다.
이러한 LED 반도체는 광 변환 효율이 높기에 에너지 소비량이 매우 적으며 수명이 반영구적이고 환경 친화적이어서 그린 소재로서 빛의 혁명이라고 불린다. 최근에는 화합물 반도체 기술의 발달로 고휘도 적색, 주황, 녹색, 청색 및 백색 LED가 개발되었으며, 이를 활용하여 신호등, 핸드폰, 자동차 전조등, 옥외 전광판, LCD BLU(back light unit), 그리고 실내외 조명 등 많은 분야에서 응용되고 있으며 국내외에서 활발한 연구가 계속되고 있다. 특히 넓은 밴드갭을 갖는 GaN계 화합물 반도체는 녹색, 청색 그리고 자외선 영역의 빛을 방출하는 LED 반도체의 제조에 이용되는 물질이며, 청색 LED 소자를 이용하여 백색 LED 소자의 제작이 가능하므로 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
한편, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display)는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치(Flat Panel Display) 중 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 기판과 그 사이에 개재되어 있는 액정층으로 이루어지는 표시 패널을 포함하여 영상을 표시하는 장치이다. 그러나, 상기 표시 패널은 자체적으로 발광하지 못하는 비발광성 소자이기 때문에, 이러한 상기 표시 패널로 광을 공급하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)이 요구되며, 이때 광의 공급원으로 통상적으로 발광다이오드와 같은 발광소자가 포함된다. 상기 발광소자에서 출사되는 광의 강도는 표시패널의 휘도의 물성에 직접적인 영향을 미침에 따라 고효율의 발광소자를 사용하여 높은 강도의 광을 출사시키고 있는 추세에 있다.
상기 발광소자에서 출사되는 광은 통상적으로 어느 특정한 일방향으로 편광되지 않은 여러 방향으로의 편광이 혼재된 광인 것이 일반적인데, 통상의 액정패널은 특정 일방향으로의 선형편광 통해 영상을 시현함에 따라 백라이트 유닛은 특정 일방향으로의 선형편광을 유도하는 기능을 가지는 반사편광필름을 구비하는 것이 일반적이다.
현재까지 상기와 같은 기능을 수행하는 반사편광필름에 대한 연구 및 개발이 많이 되었지만, 백라이트 유닛을 통해 출사되는 광을 100% 특정 일방향으로의 선형편광으로 유도할 수 있는 반사편광필름은 개발되지 못함에 따라 백라이트 유닛에서 출사된 광은 일부 손실된 채로 액정패널에 도달할 수밖에 없어 고효율의 발광소자를 백라이트유닛에 구비시키더라도 고휘도의 액정 디스플레이가 구현되기 매우 어려운 실정이다.
이에 따라 백라이트 유닛을 통해 출사되는 광을 100% 특정 일방향으로의 선형편광으로 유도할 수 있는 반사편광필름이 구비되거나 또는 현저히 고효율의 발광소자를 구비하지 않더라도 고휘도의 디스플레이를 구현할 수 있는 백라이트 유닛의 개발이 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 백라이트 유닛에 구비되는 광원이 선형편광에 가까운 부분편광을 출사함에 따라 손실되는 광이 최소화됨에 따라서 편광자를 구비하지 않아도 높은 휘도를 갖는 디스플레이의 구현에 보다 적합하며, 편광필름을 구비시 더욱 향상된 휘도를 발현하는 디스플레이를 구현할 수 있는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 일방향으로의 선형편광에 가까운 부분편광을 출사하는 본 발명에 따른 백라이트 유닛을 구비함을 통해 종래에 비해 고효율, 고휘도를 발현하고, 부품의 원가가 고가인 편광필름의 소요비용을 절감할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제1 구현예는, 부분편광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 발광부; 및
상기 발광부로부터 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재;를 포함하며, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 동일평면상에 상호 이격된 제1 실장전극과 제2 실장전극을 포함하는 전극라인 및 소자의 장축방향 일단부가 상기 제1 실장전극과 접촉하고, 타단부가 상기 제2 실장전극에 접촉된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리에서 발광하는 전체 초소형 LED 소자들을 대상으로 측정한 실장각들의 평균인 평균실장각을 기준으로 ±30° 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자의 개수가 상기 발광하는 전체 초소형 LED 소자 개수의 80% 이상을 만족하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛을 제공한다.여기서, 상기 실장각은 초소형 LED 소자가 제1 실장전극 또는 제2 실장전극과 수직하게 실장되는 경우의 실장각을 0°로 정의할 때 측정되는 초소형 LED 소자의 장축과 제1 실장전극의 수직축 또는 제2 실장전극의 수직축 간의 사이각 중 예각을 의미한다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함하고, 상기 초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자의 종횡비(Aspect ratio)는 1.2 ~ 100일 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 평균 실장각을 기준으로 ±30°이하의 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자의 개수가 상기 발광하는 전체 초소형 LED 소자 개수의 90% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 평균 실장각을 기준으로 ±10°의 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자 개수가 상기 전체 초소형 LED 소자 개수의 70% 이상을 만족할 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 일구현예에 따르면, 상기 백라이트 유닛은 표시패널의 적어도 일측 하부에 위치하도록 상기 발광부가 배치되며, 반사부재의 상부에 배치되고, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 가이드하여 표시패널을 향해 출사시키는 도광부재를 더 포함할 수 있고, 표시패널과 도광부재 사이에 구비되는 적어도 하나 이상의 광학시트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 백라이트 유닛은 출사되는 광이 표시패널의 배면을 직접 향하도록 발광부가 배치될 수 있고, 표시패널과 발광부 사이에 구비되는 적어도 하나 이상의 광학시트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제2 구현예는, 부분편광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 발광부; 및 상기 발광부로부터 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재;를 포함하며, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 동일평면상에 상호 이격된 제1 실장전극과 제2 실장전극을 포함하는 전극라인 및 소자의 장축방향 일단부가 상기 제1 실장전극과 접촉하고, 타단부가 상기 제2 실장전극에 접촉하는 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 하기 수학식 1에 따른 편광비(polarization ratio)가 0.25 이상인 광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛을 제공한다.
[수학식 1]
Figure 112016056789231-pat00001
상기 수학식 1에서 Imax 및 Imin은 초소형 LED 전극어셈블리의 발광면 상부에 편광판을 위치시킨 후, 편광판의 편광축을 -90°~ +90°까지 회전시키면서 측정된 빛의 최대 강도와 최소 강도를 의미한다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 수학식 1에 따른 편광비는 0.40 이상 수 있다.
또한, 상술한 첫 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명의 제3 구현예는 부분편광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 발광부; 및
상기 발광부로부터 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재;를 포함하며, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 동일평면상에 상호 이격된 제1 실장전극과 제2 실장전극을 포함하는 전극라인 및 소자의 장축방향 일단부가 상기 제1 실장전극과 접촉하고, 타단부가 상기 제2 실장전극에 접촉하는 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리에서 발광하는 전체 초소형 LED 소자들을 대상으로 측정한 실장각들의 평균인 평균 실장각이 30°이하인 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛을 제공한다. 여기서, 상기 실장각은 초소형 LED 소자가 제1 실장전극 또는 제2 실장전극과 수직하게 실장되는 경우의 실장각을 0°로 정의할 때, 측정되는 초소형 LED 소자의 장축과 제1 실장전극의 수직축 또는 제2 실장전극의 수직축 간의 사이각 중 예각을 의미한다.
한편, 상술한 두 번째 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 영상이 시현되는 표시패널; 및 상기 표시패널의 후방측에 배치되는 본 발명에 따른 백라이트유닛;을 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 백라이트유닛은 광원으로써 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는데, 초소형 전극라인에 실장되는 초소형 LED 소자의 정렬성 및 실장되는 초소형 LED 소자의 개수가 보다 현저히 향상됨과 동시에 실장되는 소자 개수의 증가뿐만 아니라 실장되는 초소형 LED 소자가 초소형 전극에 전기적 단락 등 불량 없이 연결됨에 따라 출사되는 광의 강도 및 전기정 연결성이 보다 향상되고, 출사되는 광을 선형편광에 가까운 부분편광으로 출사시킬 수 있다. 이에 따라 이를 구비하는 백라이트 유닛은 고효율로 고강도의 광을 출사하는 동시에 광원에서 초도에 출사되는 광 자체가 선형편광에 가까운 부분편광이어서 표시패널에서 영상을 시현하기 위한 목적하는 특정 일방향으로의 선형편광으로 유도가 매우 용이하고 광의 손실이 현저히 줄어들어 종래에 비해 현저히 향상된 휘도를 가지는 디스플레이의 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 디스플레이 장치의 분해사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 디스플레이장치에 구비되는 백라이트 유닛 중 발광부에 대한 부분확대도이다.
도 3은 본 발명의 비교예에 적용되는 초소형 LED 소자의 광학현미경사진이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 적용되는 초소형 LED 전극어셈블리의 평면모식도이다.
도 6a는 본 발명의 바람직한 일구현예에 적용되는 초소형LED 전극어셈블리에 구동전원을 인가시에 암실에서 발광하는 사진이고, 도 6b는 이때의 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경사진이며, 도 6c은 편광판 회전각도별 편광판을 투과하는 광의 상대적 강도에 대한 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 바람직한 일구현예에 적용되는 초소형LED 전극어셈블리에 구동전원을 인가시에 암실에서 발광하는 사진이고, 도 7b는 이때의 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경사진이며, 도 7c는 편광판 회전각도별 편광판을 투과하는 광의 상대적 강도에 대한 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 바람직한 일구현예에 적용되는 초소형LED 전극어셈블리에 구동전원을 인가시에 암실에서 발광하는 사진이고, 도 8b는 이때의 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경사진이며, 도 8c는 편광판 회전각도별 편광판을 투과하는 광의 상대적 강도에 대한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 일구현예에 적용되는 초소형 LED 소자의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 백라이트 유닛에 포함되는 발광부에 적용되는 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정 모식도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 일구현예에 적용되는 초소형 LED 전극어셈블리의 다른 제조공정 모식도이다.
도 12a는 본 발명의 비교예에 따른 초소형LED 전극어셈블리에 구동전원을 인가시에 암실에서 발광하는 사진이고, 도 12b는 이때의 초소형 LED 전극어셈블리의 광학현미경사진이며, 도 12c는 본 발명의 비교예에 적용되는 초소형LED 전극어셈블리의 편광판 회전각도별 편광판을 빠져나오는 광의 상대적 강도에 대한 그래프이다.
도 13는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 디스플레이 장치의 분해사시도이다.
도 14는 도 13에 따른 디스플레이 장치에 적용되는 백라이트 유닛에서 발광부를 부분확대한 사시도이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 일구현예에 적용되는 백라이트 유닛의 평면도이다.
도 16 내지 도 19는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극 어셈블리에서 소자의 실장각을 측정한 도면이다.
이하, 본 발명을 첨부되는 도면을 통해 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이 자체적으로 발광하지 못하는 표시패널을 구비하는 수광형 디스플레이는 표시 패널로 광을 공급하는 백라이트 유닛(Backlight Unit)을 통상적으로 구비하고, 이때 광의 공급원으로 일반적으로 발광다이오드와 같은 발광소자가 포함되는데, 상기 발광소자에서 출사되는 광은 통상적으로 어느 특정한 일방향으로 편광되지 않은 여러 방향으로의 편광이 혼재된 광인 것이 일반적임에 따라서, 백라이트 유닛은 특정 일방향으로의 선형편광을 유도하는 기능을 가지는 반사편광필름을 구비하고 있는데, 현재까지 개발된 반산편광필름은 출사되는 광을 100% 특정 일방향으로의 선형편광으로 유도할 수 없음에 따라서 백라이트 유닛에서 출사된 광은 일부 손실된 채로 액정패널에 도달할 수밖에 없고, 이에 따라 고효율의 발광소자를 백라이트유닛에 구비시키더라도 고휘도의 액정 디스플레이가 구현되기 매우 어려운 실정이다.
이에 본 발명의 제1 구현예는 부분편광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 발광부; 및 상기 발광부로부터 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재;를 포함하며, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 동일평면상에 상호 이격된 제1 실장전극과 제2 실장전극을 포함하는 전극라인 및 소자의 장축방향 일단부가 상기 제1 실장전극과 접촉하고, 타단부가 상기 제2 실장전극에 접촉된 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리에서 발광하는 전체 초소형 LED 소자들을 대상으로 측정한 실장각들의 평균인 평균실장각을 기준으로 ±30° 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자의 개수가 상기 발광하는 전체 초소형 LED 소자 개수의 80% 이상을 만족하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛을 제공함으로써 상술한 문제의 해결을 모색하였다. 이를 통해 초소형 전극라인에 실장되는 초소형 LED 소자의 정렬성이 보다 현저히 향상됨으로써 실장되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시키고, 실장되는 개수의 증가뿐만 아니라 실장되는 초소형 LED 소자가 초소형 전극에 전기적 단락 등 불량 없이 연결됨에 따라 출사되는 광의 강도 및 전기정 연결성이 보다 향상되고, 출사되는 광을 선형편광에 가까운 부분편광으로 출사시킬 수 있음에 따라서 표시패널에서 영상을 시현하기 위한 목적하는 특정 일방향으로의 선형편광으로 유도가 매우 용이하고 광의 손실이 현저히 줄어들어 종래에 비해 현저히 향상된 휘도를 가지는 디스플레이를 구현하는데 보다 적합할 수 있다.
구체적으로 도 1은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 디스플레이 장치의 분해사시도로써, 백라이트 유닛(1001), 상기 백라이트 유닛 상부에 위치하는 표시패널(2100) 및 상기 백라이트 유닛(1001) 및 표시패널(2100)을 지지 및 수납하는 지지부재(3100)를 포함한다. 이하 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛 및 디스플레이 장치에 대한 설명의 편의를 위하여 디스플레이 장치에서 영상이 시현되는 방향을 상부 방향으로, 상기 상부 방향의 반대 방향을 하부 방향(또는 후방)으로 설명하나, 상기 상부 방향이나 하부 방향은 상대적인 개념으로서 다른 방향으로 변환될 수 있다.
더 구체적으로 도 1을 참조하면, 백라이트 유닛(1001)은 표시패널로 광을 공급할 수 있는 발광부(1101) 및 상기 발광부(1101) 하부에 배치되고, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재(1310)를 포함하고, 상기 발광부(1101) 및 표시패널(2100) 사이에는 발광부(1101)에서 출사되는 광을 특정 일방향의 선형편광으로 유도, 확산 및/또는 집광하는 광학시트(1200)를 더 구비할 수 있고, 상기 반사부재(1310) 하부에는 방열부재(1410)를 더 구비할 수 있다.
먼저, 본 발명의 제1 구현예에 따른 백라이트 유닛에 포함되는 발광부(1101)에 대해 설명한다.
상기 발광부(1101)는 표시패널로 광을 공급하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리를 지지하는 베이스기판을 더 포함할 수 있다.
구체적으로 도 2는 도 1에 따른 디스플레이장치에 구비되는 백라이트 유닛 중 발광부에 대한 부분확대도로써, 베이스기판(900)상에 제1 초소형 LED 전극어셈블리(100) 및 제2 초소형 LED 전극어셈블리(200)가 구비되며, 상기 초소형 LED 전극어셈블리(100, 200)로 전원을 공급하는 전원전극(미도시) 및 이를 구동시키는 구동회로기판(미도시)이 더 구비될 수 있다.
도 2를 참조하면, 단일 초소형 LED 전극 어셈블리(100, 200)는 베이스기판(900)상에 형성된 제1 실장전극(111, 211) 및 상기 제1 실장전극(111, 211)과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 실장전극(112, 212)을 포함하는 전극라인(110, 210) 및 제1 실장전극과 제2 실장전극에 동시에 연결된 복수개의 초소형 LED 소자(120, 220)를 포함하며, 상기 복수개의 초소형 LED 소자 중 일소자(121, 221)의 장축방향 일단부가 제1 실장전극(112, 211)에 접촉하고, 타단부가 제2 실장전극(112, 212)에 접촉하여 전기적으로 연결되어 있다.
상기 베이스기판(900)은 초소형 LED 소자가 실장되는 전극라인을 지지하는 지지체로써의 역할을 수행하나, 상기 베이스기판(900)이 반드시 초소형 LED 전극어셈블리에 구비되는 것은 아니고, 초소형 LED 전극어셈블리 제조 후 베이스기판이 제거된 초소형 LED 전극어셈블리가 반사부재(1310)상에 구비하거나 또는 반사부재(1310)를 베이스기판으로 하여 초소형 LED 전극어셈블리가 제조될 수 있는 등 다양한 구현예가 가능하다.
상기 초소형 LED 전극 어셈블리는 본 발명의 발명자에 의한 대한민국 등록특허 제10-1429095호, 대한민국 특허출원 제2014-0085384호가 참조로 삽입될 수 있음에 따라 전극의 구조, 형상, 재질, 전극라인의 제조방법 등에 관한 내용은 생략하며, 본 발명과 연관된 초소형 LED 전극어셈블리의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2에 도시된 것과 같이 발광부(1101)에 구비되는 초소형 LED 전극어셈블리(100, 200)는 동일평면상에 위치되는 제1 실장전극(111, 211)과 제2 실장전극(112, 212)에 초소형 LED 소자가 눕혀서 연결됨에 따라 초소형 LED 소자를 직립시킨 채로 3차원으로 실장시키도록 설계된 전극어셈블리에 비하여 전기적 연결성이 현저히 향상되는 이점이 있다. 또한, 동일평면상에 이격되어 형성된 서로 다른 두 전극에 초소형 LED 소자가 누워서 연결되는데, 이를 통해 초소형 LED 소자의 광추출 효율(extraction efficiency)을 현저히 향상시킬 수 있다.
한편, 도 2와 같이 발광부(1101)에 구비되는 초소형 LED 전극어셈블리(100, 200)는 전극의 폭과 전극간의 거리를 비롯하여 초소형 LED 소자의 크기가 모두 마이크로 또는 나노스케일임에 따라 사람 또는 기계가 낱개로 분리된 초소형 LED 소자를 일일이 실장시켜 제조하기는 불가능에 가깝다. 이에 본 발명의 발명자는 초소형의 전극라인에 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 떨어뜨린 후 전원을 인가시켜 초소형 LED 소자 스스로 서로 다른 두 실장전극에 정렬 및 연결되는 방법으로 도 1과 같은 초소형 LED 전극 어셈블리를 제조하였으나, 목적하는 수준으로 초소형 LED 소자를 정렬시키기는 매우 어려웠다.
구체적으로 도 2에서 제2 초소형 LED 전극어셈블리(200)는 제1 실장전극(211) 및 제2 실장전극(212)을 포함하는 전극라인(200)에 복수개의 초소형 LED 소자(221 ~ 224)가 연결되어 있으며, 구체적으로 일부 초소형 LED 소자(221, 222, 224)는 서로 다른 두 실장전극 상면에 연결되고, 일부 초소형 LED 소자(223)는 서로 다른 두 실장전극의 측면에 끼워져 연결되고 있다.
이때, 복수개의 초소형 LED 소자(221 ~ 224) 각각의 정렬성을 살펴보면, 일부 초소형 LED 소자(221, 222)는 실장전극과 소자의 길이방향이 서로 수직이 되도록 가지런히 정렬되고 있으나 다른 초소형 LED 소자(223)는 실장전극의 측면에 비스듬히 끼워져 연결되고 있고, 또 다른 초소형 LED 소자(224)는 실장전극의 상면에 또 다른 방향으로 비스듬히 연결됨에 따라 전극라인에 실장된 복수개의 초소형 LED 소자의 정렬성이 매우 불규칙한 것을 확인할 수 있다.
이는 상술하였듯이 물리적으로 초소형임에 따라 기계나 사람의 손으로 일일이 낱개의 초소형 LED 소자를 전극라인상 정확히 원하는 위치에 원하는 방향으로 실장시킬 수 없고, 본 발명자에 의한 종래의 방법을 통해서도 초소형 LED 소자를 방향성이 있도록 모두 가지런히 실장시키기 매우 어렵기 때문이다. 구체적으로 본 발명자에 의한 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하는 방법은 초소형 LED 소자를 전기장의 영향아래 소자 표면 분극현상 및 전극과 분극된 소자간의 정전기적 인력에 따라 소자를 전극에 자기정렬 시키게 되는데, 이때 소자 이동 경향은 전기장 형성 전 초소형 LED 소자가 서로 다른 두 전극상에 어디에 위치하고, 어떻게 정렬되어 있는지에 많은 영향을 받기 때문에 초소형 LED 소자를 방향성이 있도록 모두 가지런히 실장시키기 매우 어렵다.
구체적으로 도 3은 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 소자의 광학현미경 사진으로써, 일부 초소형 LED 소자들(225, 226, 227)은 서로 다른 두 실장전극과 비스듬하게 연결될 수 있음에 따라서 초소형 LED 소자를 초소형의 전극라인에 실장시키는 것까지 가능하더라도 모든 초소형 LED 소자를 어떠한 경향상을 갖도록 정렬시키거나 전극상에 수직하게 실장될 수 있도록 정렬시키는 것은 또 다른 문제임을 명확히 알 수 있다.
이에 본 발명자는 상술한 것과 같은 소자의 정렬성을 보다 향상시키고자 연구를 계속하던 중에 본 발명에 따른 특정한 조건으로 초소형 LED 소자를 자기정렬시킬 경우 현저히 우수한 방향성 및 정렬성을 가지고 초소형 LED 소자가 두 실장전극상에 전기적 단락 없이 동시에 연결될 수 있으며, 이와 같이 구현된 초소형 LED 소자가 더욱 향상된 강도로 광을 출사하는 동시에 어느 일방향으로 선형편광된 광에 가까운 부분편광을 출사한다는 것을 알게 되었고, 부분편광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 백라이트 유닛의 발광부 광원으로 포함시킬 경우 현저히 우수한 고휘도의 디스플레이를 구현에 적합할 수 있음에 따라 본 발명에 이르게 되었다.
이에 따라, 본 발명의 제1 구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 전극어셈블리에서 발광하는 전체 초소형 LED 소자들을 대상으로 측정한 실장각들의 평균인 평균실장각을 기준으로 ±30° 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자의 개수가 상기 발광하는 전체 초소형 LED 소자 개수의 80% 이상을 만족하고, 바람직하게는 90% 이상을 만족할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 초소형 LED 전극어셈블리에서 발광하는 전체 초소형 LED 소자들을 대상으로 측정한 실장각들의 평균인 평균실장각을 기준으로 ±10° 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자의 개수가 상기 발광하는 전체 초소형 LED 소자 개수의 70% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상을 만족할 수 있고 이를 통해 초소형 LED 는 더욱 특정방향에 가까운 선형편광을 출사할 수 있고, 실장되는 초소형 LED 소자의 개수로 출사되는 광의 강도가 더욱 증가될 수 있다.
먼저, 상기 실장각도란 초소형 LED 소자가 제1 실장전극 또는 제2 실장전극에 수직이 되도록 실장되는 경우에 대비하여 실장된 초소형 LED 소자가 실장전극에 대하여 얼마만큼 비스듬하게 실장 되었는지를 가늠할 수 있는 파라미터로써, 초소형 LED 소자가 실장전극에 수직하게 실장 되었을 때의 실장각을 0°로 정의하였을 때 측정되는 초소형 LED 소자의 장축과 제1 실장전극의 수직축 또는 제2 실장전극의 수직축 간의 사이각 중 예각을 의미한다. 이때 실장각도 측정 대상이 되는 초소형 LED 소자들은 초소형 LED 전극어셈블리에 구동전압을 인가 시에 실제로 발광하는 초소형 LED 소자를 의미하고, 발광유무에 관계없이 단순히 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 초소형 LED 소자를 의미하는 것은 아니다.
이를 구체적으로 설명하면, 제1 실장전극 및 제2 실장전극 상에 소자의 양단이 각각 연결된 복수개의 초소형 LED 소자 중 상기 복수개의 초소형 LED 소자 전체가 구동전원 인가시 모두 발광하는 초소형 LED소자인 경우 제1 초소형 LED 소자의 실장각이란 제1 초소형 LED 소자 장축방향과 제1 실장전극(13)의 수직축 간의 사이각 중 예각을 의미한다. 또한, 평균 실장각이란 발광하는 전체 초소형 LED 소자 각각에 대해 측정된 실장각에 대한 평균값을 의미한다. 이때, 평균 실장각을 기준으로 ±30° 각도 변동범위에 속하는 각도란 "평균실장각 -30°" 내지 "평균실장각 +30°"을 의미한다.
이때, 본 발명에 따른 제1 구현예에 따라 상기 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자의 개수가 전체 초소형 LED 소자 개수의 80% 이상이라는 것은 실장전극에 실장된 초소형 LED 소자들의 장축방향이 어느 한 방향을 향하여 정렬되는 경향이 크다는 것을 의미한다.
예를 들어 5개의 초소형 LED 소자 각각의 실장각이 15°, 30°, 32°, 27° 및 65°라 가정하면, 평균 실장각은 33.8°이고, 상기 평균 실장각을 기준으로 ±30°의 각도 변동범위는 3.8 ~ 63.8°임에 따라서, 5개의 초소형 LED 소자 중 상기 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 가지는 초소형 LED 소자의 개수는 4개가 되고, 전체 초소형 LED 소자 5개 중 중 4개인 80%가 상기 각도 변동범위에 속하는 실장각을 가진다고 할 수 있다.
초소형 LED 전극어셈블리가 구동시 어느 일방향으로 선형편광된 부분편광에 가까운 광을 출사하기 위해서는 초소형 LED 소자의 장축방향 정렬성이 향상될 것이 필요한데 이에 대해 구체적으로 설명을 하면, 동일평면상에 서로 이격되어 형성된 두 실장전극에 직접 연결되는 초소형 LED 소자는 소자의 측면(소자 장축에 평행한 외부면)이 동일평면과 평행하도록 누워 연결되며, 전극라인에 구동전압을 인가시에 누워 연결된 어느 하나의 초소형LED 소자에서 출사되는 광은 소자의 다중양자우물층(MQW)에서 발광하여 바로 소자 외부 빠져나오는 제1 광과 소자의 양 끝단으로 빠져나오는 제2 광의 차이로 인해 어떤 특정 방향의 선형편광 특성을 띠게 된다. 다만, 상기 편광의 방향은 초소형 LED 소자가 정렬되는 방향 의존적일 수 있음에 따라서 전극상에 실장되는 초소형 LED 소자들 중에서 장축방향이 서로 실질적으로 일치하는 초소형 LED 소자들은 서로 동일한 어느 일방향의 선형편광을 출사할 수 있다. 이에 따라 초소형 LED 소자들의 장축방향이 서로 실질적으로 일치하도록 실장전극에 정렬되어 실장될수록 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 어느 특정방향의 선형편광에 가까운 부분편광을 출사할 수 있게 되고, 전체 초소형 LED 소자의 장축방향이 서로 실질적으로 일치하도록 정렬되어 실장될 ‹š 어느 일방향의 선형편광을 출사할 수 있게 된다.
이에 따라 바람직하게는 평균 실장각을 기준으로 ±30°의 범위에 포함되는 각도를 실장각으로 가지는 초소형 LED 소자의 개수가 많아질수록 초소형 LED 전극어셈블리는 어느 일방향의 선형편광에 가까운 편광을 출사할 수 있고, 바람직한 다른 측면에서는 평균 실장각을 기준으로 한 각도변동 폭이 ±30°보다 더 작은 범위, 바람직하게는 ±20°이하, 보다 더 바람직하게는 ±10°이하의 각도 변동폭을 가지고, 상기 각도 변동폭 내에 속하는 각도를 실장각도로 하는 초소형 LED 소자의 개수가 증가할수록 초소형 LED 전극어셈블리가 어느 일방향의 선형편광에 가까운 편광을 출사할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 적용되는 초소형 LED 전극어셈블리에 포함될 수 있는 초소형 LED 소자는 일반적으로 백라이트 유닛의 광원이나, 일반적인 램프 등의 광원으로 사용되는 초소형 LED 소자라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 상기 초소형 LED 소자의 길이는 100 nm 내지 10㎛ 일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 500 nm 내지 5㎛ 일 수 있다. 만일 초소형 LED 소자의 길이가 100 nm 미만인 경우 고효율의 LED 소자의 제조가 어려우며, 10 ㎛를 초과하는 경우 LED 소자의 발광 효율을 저하시킬 수 있다. 초소형 LED 소자의 형상은 원기둥, 직육면체 등 다양한 형상일 수 있고, 바람직하게는 원기둥 형상일 수 있으나 상기 기재에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 초소형 LED 소자의 종횡비는 1.2 ~ 100, 보다 바람직하게는 보다 바람직하게는 1.2 ~ 50일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 1.5 ~ 20, 특히 바람직하게는 1.5 ~ 10일 수 있다. 만일 초소형 LED 소자의 종횡비가 1.2 미만의 경우 전원을 전극라인에 인가해도 초소형 LED 소자가 자기정렬하지 않을 수 있는 문제점이 있고, 만일 종횡비가 100을 초과하면 자기정렬시키기 위해 필요한 전원의 전압은 낮아질 수 있으나 건식에칭 등에 의해 초소형 LED소자를 제조시 공정의 한계상 종횡비 100을 초과하는 소자를 제조하기 어려울 수 있다.
이하, 초소형 LED 소자의 설명에서 '위', '아래', '상', '하', '상부' 및 '하부'는 초소형 LED 소자에 포함된 각 층을 기준으로 하여 수직의 상, 하 방향을 의미한다.
상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 5는 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 소자의 사시도로, 제1 도전성 반도체층(120b)상에 형성된 활성층(120c), 상기 활성층(120c)상에 형성된 제2 도전성 반도체층(120d)을 포함할 수 있고, 상기 1 도전성 반도체층(120b)의 하부에 제1 전극층(120a)을 더 포함할 수 있고, 상기 제2 도전성 반도체층(120d)상에 제2 전극층(120e)을 더 포함할 수 있다.
먼저, 제1 전극층(120a)에 대해 설명한다.
제1 전극층(120a)은 통상의 LED 소자의 전극으로 사용되는 금속 또는 금속산화물을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), ITO 및 이들의 산화물 또는 합금 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게 상기 제1 전극층의 두께는 각각 1 ~ 100 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 제1 전극층을 포함할 경우 제1 반도체층과 전극어셈블리의 연결부위에 금속오믹층을 형성하는 공정에서 요구되는 온도보다 낮은 온도로 접할 시킬 수 있는 이점이 있다.
다음으로 상기 제1 전극층(120a)상에 형성되는 제1 도전성 반도체층(120b)에 대해 설명한다. 상기 제1 도전성 반도체층(120b)은 예컨대, n형 반도체층을 포함할 수 있다. 상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료 예컨대, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 등에서 어느 하나 이상이 선택될 수 있으며, 제1 도전성 도펀트(예: Si, Ge, Sn 등)가 도핑될 수 있다. 바람직하게 상기 제1 도전성 반도체층(120b)의 두께는 500 nm ~ 5㎛ 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 n형 반도체 층으로 사용하는데 제한이 없다.
다음으로, 상기 제1 도전성 반도체층(120b)상에 형성되는 활성층(120c)에 대해 설명한다. 상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(120c)은 상기 제 1도전성 반도체층(120b) 위에 형성되며, 단일 또는 다중 양자 우물 구조로 형성될 수 있다. 상기 활성층(120c)의 위 및/또는 아래에는 도전성 도펀트가 도핑된 클래드층(미도시)이 형성될 수도 있으며, 상기 도전성 도펀트가 도핑된 클래드층은 AlGaN층 또는 InAlGaN층으로 구현될 수 있다. 그 외에 AlGaN, AlInGaN 등의 물질도 활성층(120c)으로 이용될 수 있음은 물론이다. 이러한 활성층(120c)에서는 전계를 인가하였을 때, 전자-정공 쌍의 결합에 의하여 빛이 발생하게 된다. 바람직하게 상기 활성층의 두께는 10 ~ 200 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 활성층의 위치는 LED 종류에 따라 다양하게 위치하여 형성될 수 있다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 활성층으로 사용하는데 제한이 없다. 또한, 활성층의 성장면에 대한 제한은 없으나, 극성면에서 성장된 통상적인 LED 소자 일 수 있으며, 이를 통해 LED 소자 자체가 부분편광이나 편광을 방출하지 않음에도 불구하고 초소형 LED 전극어셈블리에 구비되는 초소형 LED소자의 배열이 본 발명의 특정한 조건을 만족함을 통하여 보다 초소형 LED 전극어셈블리에서 방출되는 광은 부분편광 및/또는 편광일 수 있다.
다음으로, 상기 활성층(120c)상에 형성되는 제2 도전성 반도체층(120d)에 대해 설명한다. 상기 초소형 LED 소자가 청색 발광 소자일 경우에는, 상기 활성층(120c) 상에는 제 2도전성 반도체층(120d)이 형성되며, 상기 제 2도전성 반도체층(120d)은 적어도 하나의 p형 반도체층으로 구현될 수 있는 데, 상기 p형 반도체층은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0 ≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 예컨대, InAlGaN, GaN, AlGaN, InGaN, AlN, InN 등에서 어느 하나 이상이 선택될 수 있으며, 제 2도전성 도펀트(예: Mg)가 도핑될 수 있다. 여기서, 발광 구조물은 상기 제1도전형 반도체층(120b), 상기 활성층(120c), 상기 제 2도전성 반도체층(120d)을 최소 구성 요소로 포함하며, 각 층의 위/아래에 다른 형광체층, 활성층, 반도체층 및/또는 전극층을 더 포함할 수도 있다. 바람직하게 상기 제2 도전성 반도체층(120d)의 두께는 50 nm ~ 500 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 상기 초소형 LED의 발광은 청색에 제한되지 않으므로, 발광색이 다른 경우 다른 종류의 III-V족 반도체 물질을 p형 반도체 층으로 사용하는데 제한이 없다.
다음으로 상기 제2 도전성 반도체층(120d)상에 형성되는 제2 전극층(120e)에 대해 설명한다.
상기 제2 전극층(120e)은 통상의 LED 소자의 전극으로 사용되는 금속 또는 금속산화물을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), ITO 및 이들의 산화물 또는 합금 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게 상기 제2 전극층의 두께는 각각 1 ~ 100 nm 일 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 제2 전극층을 포함할 경우 제2 반도체층과 전극어셈블리의 연결부위에 금속오믹층을 형성하는 공정에서 요구되는 온도보다 낮은 온도로 접할 시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자는 상기 초소형 LED 소자의 활성층(120c)과 전극라인이 접촉되어 발생하는 단락을 방지하기 위해 초소형 LED 소자의 활성층(120c) 부분을 포함하는 외부면을 덮는 코팅된 절연피막(120f);을 포함할 수 있다.
구체적으로 도 9에서 절연피막(120f)은 활성층(120c)을 포함하여 초소형 LED 소자의 외부면에 코팅되어 있으며, 바람직하게는 반도체층의 외부 표면 손상을 통한 초소형 LED 소자의 내구성 저하를 방지하기 위해 제1 반도체층(120b) 및 제2 반도체층(120d) 중 어느 하나 이상에도 절연피막(120f)이 코팅될 수 있다.
상기 절연피막(120f)은 초소형 LED 소자에 포함된 활성층(120c)이 전극과 접촉 시에 발생하는 전기적 단락을 방지하는 역할을 한다. 또한, 절연피막(120f)은 초소형 LED 소자의 활성층을 포함한 외부면을 보호함으로써 활성층(120c)의 표면 결함을 방지해 발광 효율 저하를 막을 수 있다.
만일 초소형 LED 소자 각각을 일일이 서로 다른 두 전극 사이에 배치시키고 연결시킬 수 있는 경우 활성층이 전극에 닿아 발생하는 전기적 단락을 방지할 수 있지만 나노단위의 초소형 LED 소자를 일일이 전극에 실장하는 것은 물리적으로 어렵다. 이에 따라 본 발명과 같이 전원을 인가하여 서로 다른 두 전극 사이에 초소형 LED 소자를 자기정렬 시킬 경우 초소형 LED 소자는 서로 다른 두 전극 사이를 이동, 정렬 등의 위치변경을 하게 되며, 이 과정에서 초소형 LED 소자의 활성층(120d)이 전극어셈블리에 접촉할 수 있어 전기적 단락이 빈번히 발생할 수 있다.
한편, 초소형 LED 소자를 전극상에 직립하여 세워 전극어셈블리를 구현할 경우에는 활성층과 전극어셈블리가 접촉하여 발생하는 전기적 단락의 문제가 발생하지 않을 수 있다. 즉, 초소형 LED 소자를 전극상에 직립하여 세우지 못하여 전극상에 LED 소자가 누워있는 경우에만 활성층과 전극어셈블리가 접촉할 수 있으며, 이러한 경우는 초소형 LED 소자를 서로 다른 두 전극에 연결시키지 못한 문제가 있을 뿐 전기적 단락의 문제는 발생하지 않을 수 있다.
그러나 본 발명은 서로 다른 두 전극이 동일평면상에 이격되어 형성되고 상기 두 전극이 형성된 동일평면과 평행하게 초소형 LED 소자가 누워서 연결되기 때문에 종래의 초소형 LED를 포함하는 전극어셈블리에서는 발생하지 않았던 초소형 LED 소자의 활성층과 전극간의 접촉에 따른 전기적 단락 문제가 필연적으로 발생할 수 밖에 없다. 따라서 이를 방지하기 위해 초소형 LED 소자는 소자의 외부면에 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막이 반드시 필요하다.
나아가, 본 발명에 따른 전극어셈블리에 포함되는 초소형 LED 소자와 같이 제1 반도체층, 활성층, 제2 반도체층이 순차적으로 수직으로 배열되는 구조의 초소형 LED 소자에서 활성층은 반드시 외부에 노출될 수 밖에 없다. 또한, 이러한 구조의 LED 소자에서 활성층의 위치는 상기 소자의 길이방향으로 정중앙에만 위치하는 것이 아니고, 특정 반도체층 쪽으로 치우쳐 형성될 수 있어 전극과 활성층이 접촉할 가능성이 더욱 높아질 수 있다. 이에 따라 상기 절연피막은 소자에서 활성층의 위치에 관계없이 소자가 서로 다른 두 전극과 전기적으로 연결될 수 있게 함으로써 본 발명의 목적을 달성하기 위해 구비됨이 바람직하다.
상기 절연피막(도 5의 120f)은 바람직하게는 질화규소(Si3N4), 산화알루미늄(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 산화이트륨(Y2O3) 및 이산화티타늄(TiO2) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 성분으로 이루어지나 투명한 것일 수 있으며, 다만 이에 한정되지 않는다. 투명한 절연피막의 경우 상기의 절연피막(도 5의 120f)의 역할을 하는 동시에 절열피막을 코팅함으로써 만일하나 발생할 수 있는 발광효율의 감소를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 절연피막(120f)은 초소형 LED 소자의 제1 전극층(120a) 및 제2 전극층(120e) 중 어느 하나 이상의 전극층에는 절연피막이 코팅되지 않을 수 있고, 보다 바람직하게는 두 전극층(120a, 120e) 모두 절연피막이 코팅되지 않을 수 있다. 이는 상기 두 전극층(120a, 120e)과 서로 다른 전극간에는 전기적으로 연결이 되어야 하는데 만일 두 전극층(120a, 120e)에 절연피막(120f)이 코팅되는 경우 전기적 연결을 방해할 수 있어 초소형 LED의 발광이 감소되거나 전기적으로 연결되지 않아 발광 자체가 되지 않을 수 있는 문제점이 있다. 다만, 초소형 LED 소자의 두 전극층(120a, 120e)과 서로 다른 전극간에 전기적 연결이 있는 경우 초소형 LED 소자의 발광에 문제가 없을 수 있어 상기 초소형 LED 소자의 두 전극층(120a, 120e)의 끝단부를 제외한 나머지 전극층의 부분에는 절연피막(120f)을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 따르면, 상기 초소형 LED 소자는 상기 절연피막(120f) 위에 소수성 피막(120g)을 더 포함할 수 있다. 상기 소수성 피막(120g)은 초소형 LED 소자의 표면에 소수성 특성을 갖게 하여 LED 소자들 간에 응집현상을 방지하기 위한 것으로서 초소형 LED 소자가 용매에 혼합될 때 초소형 LED 소자간에 응집을 최소화 하여 독립된 초소형 소자의 특성 저해 문제를 제거하고, 전원을 전극어셈블리에 인가 시에 보다 용이하게 각각의 초소형 LED 소자가 위치정렬 할 수 있다.
상기 소수성 피막(120g)은 절연피막(120f) 상에 형성될 수 있다. 이 경우 사용 가능한 소수성 피막은 절연피막 상에 형성되어 초소형 LED 소자들 간에 응집현상을 방지할 수 있는 것이라면 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 옥타데실트리크로로실리란(octadecyltrichlorosilane, OTS)과 플루오로알킬트리크로로실란(fluoroalkyltrichlorosilane), 퍼플루오로알킬트리에톡시실란(perfluoroalkyltriethoxysilane) 등과 같은 자기조립 단분자막(SAMs, self-as광학현미경bled monolayers)과 테프론(teflon), Cytop 등과 같은 플루오로 폴리머 (fluoropolymer) 등을 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 제2 구현예에 따른 백라이트유닛의 발광부에 포함되는 초소형 LED 전극어셈블리는 동일평면상에 상호 이격된 제1 실장전극과 제2 실장전극을 포함하는 전극라인 및 소자의 장축방향 일단부가 상기 제1 실장전극과 접촉하고, 타단부가 상기 제2 실장전극에 접촉하는 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리는 하기 수학식 1에 따른 편광비(polarization ratio)가 0.25 이상인 광을 출사한다.
[수학식 1]
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상기 수학식 1에서 Imax 및 Imin은 초소형 LED 전극어셈블리의 발광면 상부에 편광판을 위치시킨 후, 편광판의 편광축을 -90°~ +90°까지 회전시키면서 측정된 빛의 최대 강도와 최소 강도를 의미한다.
상술하였듯이, 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 전극에 실장된 소자들이 장축방향으로 실질적으로 평행하게, 보다 바람직하게는 전극에 상기 장축방향이 수직이 되도록 전극상에 연결됨에 따라 어느 일방향의 선형편광에 가까운 부분편광을 출사한다. 이에 따라 상기 수학식 1에 의한 편광비가 0.25 이상이고, 보다 바람직하게는 0.40 이상일 수 있고, 보다 더 바람직하게는 0.54 이상일 수 있다.
상기 수학식 1의 편광비에 대해 구체적으로 설명하면, 초소형 LED 전극어셈블리의 발광면 상부에 편광판을 위치시킨 후, 편광판의 편광축을 -90°~ +90°까지 회전시키면서 측정된 빛의 최대 강도와 최소 강도에 관련된 비로써, 만일 편광비가 1인 경우 Imin은 0을 의미하고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리에서 출사되는 광은 특정 방향으로 완전히 선형 편광된 광을 의미한다. 만일 상기 편광비가 0인 경우 초소형 LED 전극 어셈블리에서 출사되는 광이 편광되지 않아 초소형 LED 소자와 편광판의 편광축이 이루는 각도와 무관하게 동일한 강도의 빛을 발광함을 의미한다.
본 발명에 따른 백라이트 유닛의 발광부에 포함되는 초소형 LED 전극 어셈블리는 소자의 정렬성이 매우 우수함에 따라 보다 선형편광에 가까운 편광을 출사할 수 있고, 편광비가 0.25 이상인 광을 출사하는 것은 실제 당업계에서 우수한 편광비를 가지는 광을 출사하는 것으로 인정될 수 있음에 따라서 소자의 정렬성이 매우 뛰어난 본 발명에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 영상을 시현하기 위해 특정의 일방향으로 선형편광된 광을 요구하는 수광형 표시패널을 구비하는 디스플레이에 매우 적합할 수 있다.
구체적으로 도 6c, 도 7c, 도 8c 및 도 12c는 본 발명의 바람직한 여러 구현예에 따른 백라이트 유닛의 발광부에 적용되는 초소형 LED 전극어셈블리가 출사하는 광의 편광정도를 측정한 결과로써, 상기 도 6c, 도 7c, 도 8c 및 도 12c의 초소형 LED 전극 어셈블리는 공통적으로 초소형 LED 소자와 편광판의 편광축이 이루는 각도가 0°부근 일 때 출사되는 광이 높고, 0°에서 ± 90°로 갈수록 출사되는 광의 강도가 약해지는 것을 알 수 있다. 상기와 같은 결과를 통해 도 6c, 도 7c, 도 8c 및 도 12c에 따른 초소형LED 전극어셈블리는 구동전원 인가시 편광이 출사됨을 명확히 확인할 수 있으며, 구체적으로 도 6c에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 편광비가 0.61, 도 7c에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 편광비가 0.60, 도 8c에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 편광비가 0.45, 도 13c에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 편광비가 0.55로 편광이 우수한 광을 출사함을 알 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 제3 구현예에 따른 백라이트유닛의 발광부는 동일평면상에 상호 이격된 제1 실장전극과 제2 실장전극을 포함하는 전극라인 및 소자의 장축방향 일단부가 상기 제1 실장전극과 접촉하고, 타단부가 상기 제2 실장전극에 접촉하는 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하며, 구동전원 인가 시에 발광하는 전체 초소형 LED 소자들을 대상으로 측정한 실장각들의 평균인 평균 실장각이 30°이하를 만족하고, 바람직하게는 상기 평균 실장각이 20°이하를 만족할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 10°이하, 더더욱 바람직하게는 5°이하를 만족할 수 있다.
이때, 상기 평균 실장각은 상술한 제1 구현예에서의 평균 실장각과 동일한 의미임에 따라서 이를 산출하는 방법에 대한 설명은 생략한다.
가장 바람직하게는 각 초소형 LED 소자의 실장각은 0°에 가까울 수 있고, 이때 초소형 LED 전극어셈블리에 실장된 초소형 LED 소자는 전극라인에 가장 밀집되게 실장될 수 있는 동시에 소자의 정렬성이 매우 우수하여 초소형 LED 소자가 출사하는 광이 어느 일방향의 선형편광을 출사할 수 있다. 만일 발광하는 초소형 LED 소자들을 대상으로 측정된 실장각들의 평균인 평균실장각이 30°를 초과하는 경우 소자의 실장전극상의 정렬성이 불량하여 실장전극라인의 단위면적당 실장되는 소자의 개수가 현저히 줄어들고 초소형 LED 전극어셈블리에 구동전압을 인가시에 소자가 출사하는 광의 편광방향이 서로 상이하게 되어 초소형 LED 소자가 출사하는 광이 어느 일방향의 선형편광에 가까운 부분편광을 출사하기 어려울 수 있다.
이를 도 9를 참조하여 설명하면, 제6 초소형 LED 소자(26) 장축방향(a1)과 제1 실장전극(17)이 이루는 사이각은 90°(실장각 0°)이며, 제7 초소형 LED 소자(27) 장축방향 (b1)과 제1 실장전극(17)이 이루는 사이각이 90°(실장각 0°)인데, 상기 제6 초소형 LED 소자(26)와 제7 초소형 LED 소자(27)와 같이 실장전극과 소자의 장축방향이 서로 수직 또는 수직에 가깝도록 실장될 경우 상기 도 9의 B부분을 통해 확인할 수 있듯이, 한정된 영역(B)에 실장되는 초소형 LED 소자의 개수를 현저히 증가시킬 수 있다. 즉, 비스듬히 제1 실장전극(15) 및 제2 실장전극(16)과 연결되는 제10 초소형 LED 소자(30)가 차지하는 영역에는 최소 2개 이상의 초소형 LED 소자(28, 29)가 실장될 수 있고, 이를 통해 전극과 소자의 장축방향이 수직이 되게 초소형 LED소자가 실장되는 경우 초소형 LED 소자가 실장될 수 있는 영역 증가, 실장되는 실제 소자의 개수 증가 및 출사되는 광량의 증가로 이어질 수 있는 동시에, 출사되는 광이 어느 일방향으로의 선형 편광일 수 있는 이점이 있다.
또한, 실장전극과 소자의 장축방향이 수직에 가깝도록 연결되는 경우 소자의 끝단부와 실장전극간의 접촉면적이 늘어나고 이를 통해 전기적 연결성이 더욱 향상될 수 있다. 도 9의 제10 초소형 LED 소자(30)는 소자의 일끝단 모서리(C)가 제2 실장전극(16)에 살짝 걸쳐져 연결됨에 따라 쉽게 전극에서 떨어져 전기적 불량의 원인이 될 수 있다.
이하, 상술한 본 발명에 따른 제1 구현예 내지 제3 구현예에 포함되는 초소형 LED 전극어셈블리의 제조방법에 대해 설명한다. 다만, 후술하는 제조방법에 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 전극어셈블리는 (1) 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 실장전극 및 상기 제1 실장전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 실장전극을 포함하는 전극라인에 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계; 및 (2) 상기 제1 실장전극과 제2 실장전극에 초소형 LED 소자의 단부를 각각 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 전원을 인가시켜 복수개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬 시키는 단계;를 포함하여 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하되, 상기 전원으로 전압 10 ~ 500 Vpp이고 주파수가 50 kHz ~ 1 GHz 인 교류전원을 인가하여 제조될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 (1) 단계로써, (1) 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 실장전극 및 상기 제1 실장전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 실장전극을 포함하는 전극라인에 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계;에 대해 설명한다.
구체적으로 도 10은 본 발명의 바람직한 일구현예에 포함되는 초소형 LED 전극어셈블리의 제조공정모식도로써, 도 10a는 베이스기판(100) 상에 형성된 제1 실장전극(110), 상기 제1 실장전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 실장전극(130) 및 복수개의 초소형 LED 소자가 포함된 용액(LED소자(120), 용매(140))을 나타낸다.
상기 베이스기판, 제1 실장전극 및 제2 실장전극을 포함하는 전극라인에 대한 구체적인 제조방법, 구조 등에 대한 설명은 상술한 대로 본 발명의 발명자에 의한 대한민국 등록특허 제10-1429095호, 대한민국 특허출원 제2014-0085384호가 참조로 삽입될 수 있음에 따라 이하 제조방법 위주로 구체적으로 설명한다.
먼저, 초소형 LED 소자들을 포함하는 용액(120, 140)을 설명한다.
상기 초소형 LED 소자를 포함하는 용액(120, 140)은 복수개의 초소형 LED 소자(120)를 용매(140)에 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 용액은 잉크 또는 페이스트 상일 수 있다. 바람직하게 상기 용매(140)는 아세톤, 물, 알코올 및 톨루엔으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 아세톤일 수 있다. 다만, 용매(140)의 종류는 상기의 기재에 제한되는 것은 아니며 초소형 LED 소자(120)에 물리적, 화학적 영향을 미치지 않으면서 잘 증발할 수 있는 용매(140)의 경우 어느 것이나 제한 없이 사용될 수 있다.
바람직하게 초소형 LED 소자는 용매 100 중량부에 대해 0.001 내지 100 중량부 포함될 수 있다. 만일 0.001 중량부 미만으로 포함될 경우 전극에 연결되는 초소형 LED 소자의 수가 적어 초소형 LED 전극어셈블리의 정상적 기능발휘가 어려울 수 있고, 이를 극복하기 위하여 여러번 용액을 적가해야 되는 문제점이 있을 수 있으며, 100 중량부를 초과하는 경우 초소형 LED 소자들 개개의 정렬이 방해를 받을 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
한편, 제1 실장전극 및 제2 실장전극을 포함하는 전극라인에 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 본 발명에 따른 (1) 단계는 1-1) 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 실장전극 및 상기 제1 실장전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 실장전극을 포함하는 전극라인을 제조하는 단계; 1-2) 상기 베이스 기판상에 초소형 LED 소자가 실장될 수 있는 전극라인 영역을 둘러싸는 절연 격벽(barrier)을 형성시키는 단계; 및 1-3) 상기 절연 격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계;를 포함할 수 있다.
먼저, 1-1) 단계로써 베이스 기판, 상기 베이스 기판상에 형성된 제1 실장전극 및 상기 제1 실장전극과 동일평면상에 이격되어 형성된 제2 실장전극을 포함하는 전극라인을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
다음으로 1-2) 단계로써 상기 베이스 기판상에 초소형 LED 소자가 실장될 수 있는 전극라인 영역을 둘러싸는 절연 격벽(barrier)을 형성시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 절연 격벽은 후술될 1-3) 단계에서 초소형 LED 소자를 포함하는 용액이 전극라인에 투입될 때, 초소형 LED 소자를 포함하는 용액이 초소형 LED 소자가 실장될 전극라인 영역 이외로 퍼지는 것을 방지하여 목적하는 전극라인 영역에 초소형 LED 소자가 배치될 수 있도록 하는 역할을 담당한다. 상기 절연격벽은 베이스기판(100) 및 상기 베이스기판(100)상에 형성된 전극라인에 도 11과 같이 절연격벽(107)을 형성시킬 수 있다면, 그 방법은 본 발명에서는 특별히 한정하지 않는다.
다음으로 1-3) 단계로써, 상기 절연 격벽으로 둘러싸인 전극라인 영역에 복수개의 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 투입하는 단계를 포함할 수 있다.
절연격벽으로 둘러쌓인 전극라인 영역에 상기 용액을 직접 투입함으로써, 목적하는 전극라인 영역에 초소형 LED 소자를 직접적으로 위치시키기 용이하다. 또한, 상기 용액을 투입한 후 용액 내에서 초소형 LED 소자가 전극라인의 외곽으로 퍼져 초소형 LED 소자를 실장시키려 목적하지 않은 전극라인 영역 및/또는 전극라인이 없는 영역에 초소형 LED 소자가 위치하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
다음으로 (2) 단계로서, 도 10b와 같이 제1 실장전극과 제2 실장전극에 복수개의 초소형 LED 소자들을 동시에 연결시키기 위하여 상기 전극라인에 전원을 인가하여 복수개의 초소형 LED 소자들을 자기정렬 시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 포함되는 초소형 LED 전극어셈블리에 포함된 복수개의 초소형 LED 소자들은 제1 실장전극과 제2 실장전극에 전원을 인가함으로써 자기정렬 되어 도 10c와 같이 제1 실장전극과 제2 실장전극에 동시에 연결된다.
이때, 상기 전원은 전극상에 자기정렬되어 실장되는 초소형 LED 소자의 정렬성을 보다 현저히 향상시켜 실장되는 초소형LED 소자의 단위면적 당 개수를 현저히 증가시키고, 어느 일방향으로의 선형편광에 가까운 부분편광을 출사하기 위하여 상기 전원은 전압이 10 ~ 500 Vpp이고 주파수가 50kHz ~ 1 GHz인 교류전원이고, 바람직하게는 싸인파를 갖는 교류전원일 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 전압이 35 ~ 250 Vpp이고 주파수가 90 kHZ ~ 100 MHz 인 싸인파의 파형을 가지는 교류전원일 수 있다.
만일 상기 전원의 전압이 500 Vpp를 초과하는 경우 상기 주파수 범위를 만족하는 경우라도 실장되는 초소형 LED 소자가 현저히 감소하며, 높은 전압이 전극에 미치는 영향이 강해져 심할 경우 전극라인에 단락이 발생할 수 있는 문제점이 있을 수 있다. 만일 상기 전압이 10 Vpp미만인 경우 주파수 범위를 만족하더라도 낮은 전압에 의해 전압이 과다할 때보다도 더 적은 수의 초소형 LED 소자가 실장될 수 있고, 동시에 실장되는 초소형 LED 소자의 정렬도가 현저히 저하될 수 있다.
또한, 만일 주파수가 50 kHz 미만일 경우 전압범위를 만족하더라도 실장되는 초소형 LED 소자의 개수가 현저히 저하되고, 소자간의 정렬정도 또한 매우 현저히 불규칙해짐에 따라 편광된 광을 출사하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 만일 주파수가 1 GHz를 초과하는 경우 초소형 LED 소자가 빠르게 변화하는 교류전원에 대해 적응하지 못하므로 정렬도가 감소하게 되며, 결국 주파수가 낮을 때와 마찬가지로 편광된 광을 출사하지 못하는 문제점이 있을 수 있다.
구체적으로 자기정렬을 위해 인가시키는 전원의 종류 및 전압, 주파수의 조건에 있어서, 상기 전원이 단순히 진폭과 주기를 갖는 변동하는 전원이고, 그 파형이 싸인파와 같은 정현파 또는 정현파가 아닌 파형들로 구성된 펄스파일 수 있다. 한편, 본 발명자에 의하여 종래 개시된 전원조건으로 전원의 전압(진폭)이 0.1V 내지 1000 V 이고, 주파수는 10 Hz 내지 100 GHz 인 것으로 개시하였으나, 소자간의 정렬성 및 실장전극과의 정렬성을 보다 향상시키기 위한 연구를 계속하던 중 특정 파형을 가지고 특정한 전압 및 주파수를 가질 때 초소형 소자의 정렬성 즉, 소자간에 장축방향이 실질적으로 평행에 가깝고, 더 나아가 상기 장축방향이 실장전극에 수직에 가깝도록 실장됨에 따라 현저히 높은 강도의 광을 출사하고, 이때 출사하는 광이 편광일 수 있으며, 반면에 동일한 전압을 가지더라도 주파수가 상이해지면 출사하는 광의 강도가 어느 정도를 만족해도 편광이 나오지 않을 수도 있고, 또는 반대로 편광이 출사되나 출사되는 광의 전체적인 강도가 저하되는 경우도 있음을 확인하였다.
구체적으로 도 8c은 본 발명의 일 구현예에 따른 초소형LED 전극어셈블리의 편광판 회전각도별 편광판을 빠져나오는 광의 상대적 강도에 대한 그래프로써, 상기 도 8c에 따른 그래프에서는 상술한 수학식 1에 따른 편광비가 0.45 로 계산되고, 도 12c에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 상술한 수학식 1에 따른 편광비가 0.55 임에 따라서 도 8c에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 비해 편광을 출사하는 물성에 있어서 현저히 우수한 것을 확인할 수 있다.
그러나 초소형 LED 전극어셈블리가 전체적으로 출사하는 광의 강도를 보면 도 8a과 상술한 도 12a을 비교하면 도 8a의 초소형 LED 전극어셈블리가 더 밝은 빛을 출사하고 있으며, 도 8b 및 도 12b의 광학현미경 사진을 통해서 확인해도 도 8b가 도 12b의 초소형 LED 전극어셈블리보다 더 많은 개수의 초소형 LED 소자를 포함하고 있는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 소자의 자기정렬 시에 가해지는 전원의 전압, 주파수, 파형 조건에 의해 목적하는 수준의 광이 발광하더라도 편광이 저하되거나 편광이 아닌 광이 발광될 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 반대로 실장되는 소재의 개수가 현저히 적음에 따라서 소자의 정렬성이 우수하여 편광이 발광되더라도 목적하는 수준의 광이 발광되지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리 제조방법은 상술한 (2) 단계에 이후에 (3) 단계로써, 제1 실장전극 및 2 전극과 초소형 LED 소자의 연결부분에 금속오믹층을 형성하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
상기 연결부위에 금속오믹층을 형성하는 이유는 복수개의 초소형 LED가 연결된 서로 다른 두 전극에 전원을 인가하면 초소형 LED 소자들이 발광을 하는데, 이때 전극과 초소형 LED 소자 간에 큰 저항이 발생할 수 있는바 이와 같은 저항을 줄이기 위해 금속오믹층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 금속오믹층은 당업계에 공지된 통상의 방법이라면 제한 없이 사용될 수 있어 본 발명은 이에 대한 구체적인 방법에 대해 한정되지 않으며, 이에 대한 설명도 생략한다.
한편, 상술한 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 발광부의 백라이트 유닛에서의 위치는 상기 발광부에서 출사되는 광이 표시패널의 배면을 직접 향하도록 배치되거나 또는 상기 발광부가 표시패널의 적어도 일측 하부에 위치하도록 배치될 수 있다.
발광부에서 출사되는 광의 방향과 표시패널 배면과의 위치관계에 따라 만일 출사되는 광이 표시패널 배면을 직접 향하도록 하는 경우 도 1과 같은 직하형 백라이트유닛이 구현될 수 있고, 만일 출사되는 광이 표시패널 배면과 평행하도록 배치되는 경우 도 13과 같은 엣지형 백라이트 유닛이 구현될 수 있다.
구체적으로 도 13는 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 디스플레이 장치의 분해사시도로써, 백라이트 유닛(1002) 중 발광부(1102)가 표시패널(2200)의 후방 일측면에 배치되는 엣지형 백라이트 유닛을 나타낸다.
구체적으로 도 14는 도 13에 따른 디스플레이 장치에 적용되는 백라이트 유닛에서 발광부를 부분확대한 사시도로써, 제1 초소형 LED 전극어셈블리(300) 및 제2 초소형 LED 전극어셈블리(400)가 절곡된 지지부재(1111)의 측면에 배치되고, 상기 초소형 LED 전극어셈블리로부터 입사된 광(P)을 가이드 하여 표시패널을 향해 출사(P')시키는 도광부재(1500)를 나타낸다.
상기 도광부재(1500)는 초소형 LED 전극어셈블리에서 출사된 편광을 내부 전반사를 통해 이동시키다가 도광부재(1500) 하면에 형성된 산란패턴 등을 통해 상측으로 출사시키는 기능을 수행하며, 이때, 도광부재(1500) 아래에는 반사 부재(1302)가 배치되어, 도광부재(1500)로부터 아래로 출사된 빛을 상부로 반사하여 광손실을 최소화 할 수 있다.
상기 발광부(1102)가 표시패널(2200)의 후방 일측면에 배치되는 백라이트 유닛의 경우 발광부는 표시패널(2200)의 후방 네측면에 모두 배치될 수도 있다. 구체적으로 도 15는 본 발명의 바람직한 일구현예에 적용되는 백라이트 유닛의 평면도로써, 네 측면(A1 ~ A4)에 발광부가 구비되고, 일측면에 배치되는 발광부에는 복수개의 초소형 LED 전극어셈블리가 구비되며, 상기 초소형 LED 전극어셈블리에 출사된 편광(P)이 도광부재(1501)에 입사하게 되는 엣지형 백라이트 유닛을 나타낸다.
다음으로, 상술한 발광부(1101)에서 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재(1301)에 대해 설명한다.
상기 반사부재(1301)는 발광부(1101)에서 출사된 광이 최대한 표시패널 배면을 향해 재입사되도록 하여 광손실을 최소화하고 이를 통해 고휘도의 디스플레이의 구현을 용이하게 하는 기능을 수행한다.
상기 반사부재(1301)의 백라이트 내 발광부 후방측에 배치되며, 통상의 백라이트 유닛에 구비되는 반사부재의 위치일 수 있고, 목적에 따라 구체적인 배치 등이 달라질 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
상기 반사부재(1301)는 광학, 디스플레이 등의 기술분야에 사용되는 광을 반사시키기에 적합한 통상의 반사부재의 경우 제한없이 사용할 수 있음에 따라 본 발명은 이에 대한 소재, 두께, 형상, 표면구조 등에 대해 특별히 한정하지 않는다. 상기 반사부재의 소재에 대한 비제한적인 예로써, 폴리카보네이트(polycarbonate) 계열, 폴리술폰(polysulfone) 계열, 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 계열, 폴리스티렌(polystyrene) 계열, 폴리비닐클로라이드(poly vinyl chloride) 계열, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol) 계열, 폴리노르보넨(poly norbornene)계열, 폴리에스테르(poly ester) 계열의 물질을 1종 또는 2종 이상 포함하는 재질의 반사부재가 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 백라이트 유닛은 방열부재(도 1의 1401)를 더 포함할 수 있다. 상기 방열부재는 발광부 및 이를 구동시키기 위한 각종 회로부에서 발생하는 열을 디스플레이 외부로 용이하게 방출시킴으로써 백라이트 유닛의 내구성에 기여할 수 있다. 상기 방열부재는 통상의 디스플레이용 백라이트 유닛에 포함되는 방열부재의 형상, 소재일 수 있어서 본 발명은 이에 대해 구체적으로 한정하지 않는다.
한편, 본 발명의 바람직한 일구현예에 따른 백라이트 유닛은 표시패널(2100, 2200)로 공급되는 광의 강도 등 효율을 높이기 위하여 광학시트(1201, 1202)를 더 구비할 수 있다. 상기 광학 시트(1201, 1202)는 상술한 발광부(1101, 1102)와 표시 패널(2100, 2200) 사이에 배치될 수 있고, 상기 광학 시트(1201, 1202)는 발광부의 초소형 LED 전극어셈블리로부터 출사된 부분편광을 제어하는 역할을 한다. 상기 광학 시트(1201, 1202)는 표시패널의 배면을 향해 광이 균등 분사되어 입사되도록 하는 확산 시트(1210, 1240), 광을 집중시켜 휘도의 향상을 위한 집광 시트(1220, 1250) 및 보호 시트(1230, 1260)를 포함할 수 있고, 상기 각 시트는 당업계에서 통상적으로 사용하는 광학시트일 수 있다. 또한, 상기 광학시트는 확산시트, 집광시트, 보호시트 이외에 다른 기능을 수행하는 시트가 더 포함되거나 이들 중 어느 하나 이상의 시트가 생략될 수 있다. 또한, 광학시트는 특정 종류의 시트가 복수개로 구비될 수도 있으며, 각 시트의 적층순서도 목적에 따라 달리할 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다. 또한, 상기 광학시트는 초소형 전극어셈블리로부터 출사되어 입사되는 빛을 표시패널이 영상을 시현할 수 있게 하는 특정한 일방향으로 선형편광(P파)된 광으로 광변조할 수 있는 반사편광시트를 더 포함할 수 있고, 상기 반사편광시트의 광학시트내 배치는 목적에 따라 달리 선택될 수 있어 본 발명은 이를 특별히 한정하지 않는다. 또한, 표시패널로 입사되는 광 중 목적하는 특정 일방향 선형편광이 아닌 광이 표시패널을 투과하지 못하도록 흡수편광시트를 더 구비할 수 있다.
이상으로 상술한 본 발명에 따른 백라이트 유닛은 영상이 시현되는 표시패널의 후방측에 배치되어 디스플레이장치로 구현될 수 있다.
도 1 및 도 13을 참고하여 설명하면, 백라이트 유닛(1001, 1002)의 상부에 표시패널(2100, 2200)이 구비되고, 상기 표시패널(2100. 2200)은 상부 보호부재(3110, 3210)에 의해 패널 전면 가장자리가 지지되며, 상기 표시패널(2100, 2200) 및 백라이트 유닛(1001, 1002)에 포함될 수 있는 광학시트(1201, 1202)는 몰드프레임(3120, 3220)에 의해 수용, 지지 및 고정되고, 상기 광학시트(1201, 1202) 및 백라이트 유닛(1001, 1002)은 하부 보호부재(3130, 3230)에 수용, 지지되어 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
먼저, 상기 표시 패널(2100, 2200)은 상부 방향으로 영상을 시현한다. 상기 표시 패널(2100, 2200)은 수광형 표시 패널로서, 당업계에 공지된 표시패널의 경우 제한 없이 사용될 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 액정 표시 패널(liquid crystal display panel), 전기습윤 표시 패널(electrowetting display panel), 전기영동 표시패널(electrophoretic display panel), MEMS 표시 패널(microelectromechanical system display panel) 등을 포함할 수 있다.
상기 표시 패널(2100, 2200)은 구현하고자 하는 디스플레이 장치의 형상에 따라 그 형상이 달라질 수 있고, 다각형, 원형 등 그 형상에 있어서 특별히 한정하지 않으나, 통상적으로 서로 평행한 두 쌍의 변들을 가지는 직사각형의 판상형일 수 있으며, 두 쌍의 변들 중 어느 한 쌍의 변이 다른 한 쌍의 변보다 길게 형성될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 표시패널(2100, 2200)의 크기는 제조 가능한 크기의 범위내일 수 있고, 본 발명에서는 이를 특별히 제한하지 않는다.
상기 표시패널(2100, 2200)은 베이스 기판(2100B, 22000B), 상기 베이스 기판(2100B, 2200B)에 대향되는 상부기판(2100A, 2200A) 및 상기 베이스 기판(2100B, 2200B)과 상기 상부기판(2100A, 22000A) 사이에 형성된 액정층(미도시)을 포함한다. 상기 표시 패널(2100, 2200)은 평면상에서 볼 때 영상이 시현되는 표시영역과, 상기 표시 영역을 둘러싸며 영상이 표시되지 않은 비표시 영역으로 구획될 수 있고, 상기 비표시 영역은 상기 상부 보호부재(3100, 3200)에 의해 가려질 수 있다. 상기 표시패널(2100, 2200)을 구성하는 각 구성은 당업계에 공지된 구성과 동일할 수 있음에 따라 이에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 당업계에 공지된 구성을 채용할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 베이스 기판(2100B, 2200B)은 다수의 화소 전극들(미도시) 및 상기 화소 전극들과 일대일 대응하여 전기적으로 연결된 다수의 박막 트랜지스터(미도시)들을 포함할 수 있다. 각 박막 트랜지스터는 대응하는 화소 전극 측으로 제공되는 구동신호를 스위칭 한다. 또한, 상기 상부기판(2100A, 2200A)은 상기 화소 전극들과 함께 상기 액정의 배열을 제어하는 전계를 형성하는 공통전극(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 표시패널(2100, 2200)은 액정층을 구동하여 전방으로 영상을 표시하는 역할을 한다.
상기 표시패널(2100, 2200)은 상부 보호부재(3110, 3210)에 의해 패널 전면 가장자리가 지지되며, 상기 상부 보호부재(3110, 3210)는 몰드 프레임(3120, 3220)의 측면 또는 하부 보호부재(3130, 3230)의 측면을 커버할 수 있다. 상기 상부 보호부재(3110, 3210)는 디스플레이 장치의 보호부재로 사용되는 고분자 수지와 같은 유기 재료로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 형상과 기능을 갖는다면 다른 재질로도 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 몰드 프레임(3120, 3220)은 표시패널(2100, 2200)과 광학시트(1201, 1202)를 수용, 지지 및 고정시키는 기능을 수행할 수 있다. 구체적으로 상기 몰드 프레임(3120, 3220)은 상기 표시 패널(2100, 2200)의 가장자리를 따라 제공되어 상기 표시 패널(2100, 2200)의 하부에서 상기 표시패널을 지지한다. 또한, 상기 몰드 프레임(3120, 3220)은 상기 표시 패널(2100, 2200) 이외의 구성요소, 예를 들어 백라이트 유닛(1001, 1002)의 발광부(1101, 1102), 광학시트(1201, 1202) 등을 고정하거나 지지하도록 하는 고정 부재, 예를 들어 걸림턱(미도시)을 가질 수 있다. 상기 몰드 프레임(3120, 3220)은 상기 표시 패널(2100, 2200)의 네 변에 대응하는 위치, 또는 상기 네 변의 적어도 일부에 대응하는 위치에 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 몰드 프레임(3120, 3220)은 상기 표시패널(2100, 2200)의 네 변에 대응하는 사각의 고리 형상을 가질 수 있으며, 또는, 상기 표시 패널(2100, 2200)의 가장자리 중 세 변에 대응하는 ㄷ자 형상을 가질 수 있다. 상기 몰드 프레임(3120, 3220)은 단일 개수로 일체로 형성될 수 있으나 필요에 따라 복수로 형성되어 조립될 수 있다. 상기 몰드 프레임(3120, 3220)은 고분자 수지와 같은 유기 재료로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 형상과 기능을 갖는다면 다른 재질로도 이루어질 수 있고, 디스플레이 장치에 구비되는 동일 기능을 수행하는 구성의 재질일 수 있어 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
다음으로, 상기 하부 보호부재(3130, 3230)는 발광부(1101, 1102) 및 반사부재(1301, 1302)를 포함하는 백라이트 유닛(1001, 1002)를 수용 및 보호 기능 이외에 상기 표시패널(2100, 2200) 방향으로 공급되지 않고 누설되는 광을 반사시켜 표시패널(2100, 2200) 방향으로 상기 광의 경로를 변경시키는 기능을 가질 수 있고, 이러한 기능을 가지는 경우 하부 보호부재의 재질은 광을 표시패널(2100, 2200) 방향으로 반사시킬 수 있는 당업계에 공지된 고분자 수지일 수 있고, 이에 대한 비제한적인 예로써, 폴리카보네이트(polycarbonate) 계열, 폴리술폰(polysulfone) 계열, 폴리아크릴레이트(polyacrylate) 계열, 폴리스티렌(polystyrene) 계열, 폴리비닐클로라이드(poly vinyl chloride) 계열, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol) 계열, 폴리노르보넨(poly norbornene)계열, 폴리에스테르(poly ester) 계열의 물질을 1종 또는 2종 이상 포함할 수 있다.
한편, 상기 하부 보호부재(3130, 3230)는 상술한 것과 같은 반사기능을 제외한 수용 및 보호기능만을 담당할 수 있는데, 이 경우 보호부재의 재질은 상술한 고분자 수지 이외에 디스플레이 장치에 통상적으로 사용되는 보호부재, 예를 들어 금속이나 기계적 강도가 우수한 고분자 수지를 사용할 수 있고, 목적에 따라 달리 채용될 수 있어 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 하지만, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.
<실시예 1>
석영(Quartz) 재질의 두께 800 ㎛ 베이스 기판상에 도 1과 같은 전극라인을 제조하였다. 이때 상기 전극라인에서 제1 실장전극의 폭은 3 ㎛, 제2 실장전극의 폭은 3 ㎛, 상기 제1 실장전극과 인접한 제2 실장전극간의 간격은 2.2 ㎛, 전극의 두께는 0.2㎛ 이었으며, 제1 실장전극 및 제2 실장전극의 재질은 골드이고, 상기 전극라인에서 초소형 LED 소자가 실장되는 영역의 면적은 4.2 ×107 ㎛2이었다. 이후 상기 베이스 기판상에 도 11과 같은 절연격벽을 형성시켰으며, 상기 절연격벽의 재질은 이산화규소이고, 베이스기판에서 상기 절연격벽 끝단까지의 높이는 0.1 ㎛이며, 상기 전극라인에서 초소형 LED 소자가 실장되는 영역(면적 4.2 × 107㎛2)을 제외하고 절연격벽을 베이스기판상에 형성시켰다.
이후 하기 표 1과 같은 스펙을 갖고, 도 5와 같은 구조를 가지며, 초소형 LED 소자의 활성층 부분 외부면에 절연피막이 0.02㎛의 두께로 코팅된 초소형 LED 소자를 아세톤 100 중량부에 대해 0.7 중량부 혼합하여 초소형 LED 소자를 포함하는 용액을 제조하였다.
이후 상기 전극라인에 50 Vpp와 950 kHz의 주파수를 갖는 사인파의 교류 전원을 인가하여 상기 용액을 9 ㎕씩 8번을 떨어뜨려 초소형 LED 소자를 자기정렬 하였다. 이후 초소형 LED 소자와 전극라인의 컨택 향상을 위해 rapid thermal annealing (RTA)을 이용하여 질소 분위기 5.0 x 10-1 torr의 압력에서 810 , 2 분간 열처리를 진행하였으며 이어서 0.05 mM의 금 수용액과 구리 금속박을 이용한 무전해도금을 상온에서 10분씩 2회 반복 진행하였다. 무전해도금을 통하여 전극라인과 초소형 LED 소자 사이에 붙은 금 나노입자를 상기 조건과 동일한 RTA를 재진행하여 전기적 접촉성을 향상시켜 하기 표 2와 같은 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였다.
재질 길이(㎛) 직경(㎛)
제1 전극층 크롬 0.03 0.5
제1 도전성반도체층 n-GaN 2.14 0.5
활성층 InGaN 0.1 0.5
제2 도전성 반도체층 p-GaN 0.2 0.5
제2 전극층 크롬 0.03 0.5
절연피막 산화알루미늄 두께 0.02
초소형 LED 소자 - 2.5 0.52
상기 제조된 초소형 LED 전극어셈블리를 도 1과 같은 구조의 직하형 백라이트 유닛으로 제조하되, 별도의 광학시트(1201)을 포함시키지 않고, 통상적인 도광판을 구비시켜 백라이트 유닛을 제조하였다.
<실시예 2 ~ 실시예 4>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 전극라인에 인가하는 전원의 전압 및 주파수를 하기 표 2와 같이 변경하여 하기 표 2와 같은 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였고, 이를 통해 백라이트 유닛을 제조하였다.
<비교예 1>
실시예 1과 동일하게 실시하여 제조하되, 전극라인에 인가하는 전원의 전압 및 주파수를 하기 표 2와 같이 변경하여 하기 표 2와 같은 초소형 LED 전극어셈블리를 제조하였고, 이를 통해 백라이트 유닛을 제조하였다.
<실험예>
상기 실시예 및 비교예를 통해 제조된 백라이트 유닛 중 초소형 LED 전극어셈블리에 대해 하기의 물성을 측정하였다.
1. 초소형 LED 소자의 실장각 측정
초소형 LED 소자 전극어셈블리에 대해 구동전원을 인가시킨 후 발광하는 초소형 LED 소자와 실장전극 간의 각도를 광학현미경으로 관찰하여 발광하는 전체 LED 소자의 개수, 본 발명의 정의에 따른 소자 각각의 실장각을 측정하였고, 평균 실장각을 계산하여 표 2에 나타내었다. 이때, 실시예 1, 실시예 2, 실시예 4 및 실시예 5에 대한 측정결과를 각각 도 16 내지 도 19에 나타내었다.
2. 편광정도 측정
초소형 LED 전극어셈블리의 발광면 상부에 편광판(3M, DEBF-D400-DS)을 위치시키고, 초소형 LED 전극어셈블리를 구동시키기 위해 60Vpp, 60 Hz의 주파수를 갖는 사인파의 교류전원을 인가시킨 후 편광판을 -90° ~ +90°로 회전시키면서 상기 편광판을 투과하는 편광을 직진 방향에서 CCD (charge coupled device, PSI Co. Ltd.)를 통해 측정하여 이를 하기 표 2 및 도 6c(실시예 1), 도 7c(실시예2), 도 8c(실시예4) 및 도 13c(실시예5) 에 나타내었다.
각 도면을 통해 확인할 수 있듯이, 공통적으로 초소형 LED 소자와 편광판의 편광축이 이루는 각도가 0°부근 일 때 출사되는 광이 높고, 0°에서 ± 90°로 갈수록 출사되는 광의 강도가 약해지는 것을 알 수 있다. 다만, 각 구현예에 따라 광의 편광되는 정도는 상이했으며, 이를 상술한 수학식 1을 통해 계산한 결과 도 6c에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 편광비가 0.61, 도 7c에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 편광비가 0.60, 도 8c 에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 편광비가 0.45, 도 13c에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 편광비가 0.55로 편광이 우수한 광을 출사함을 알 수 있다.
3. 초소형 LED 전극어셈블리 광학현미경 사진 촬영
초소형 LED 전극어셈블리에 대해 광학현미경 사진을 촬영하여 도 6b(실시예 1), 도 7b(실시예2), 도 8b(실시예4) 및 도 13b(실시예5) 에 나타내었다.
촬영된 광학현미경 사진을 통해 전극상에 실장된 초소형 LED 소자의 정렬성, 단위 전극면적당 초소형 LED 개수의 정도를 육안으로 평가하였다.
구체적으로 출사되는 광의 편광비가 증가하는 도 8b에서 도 7b, 도 6b의 초소형 LED 전극어셈블리로 갈수록 단위전극면적당 실장되는 초소형 LED 소자의 개수가 현저히 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 초소형 LED 소자가 정렬성이 높아질수록 전극에 실장될 때 보다 많은 개수의 소자가 전극에 실장될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 편광비에 있어서 도 13b에 따른 초소형 LED 전극어셈블리가 도 8b에 따른 초소형 LED 전극어셈블리 보다 큰데 반하여, 도 8b에 따른 초소형 LED 전극어셈블리가 도 13b의 초소형 LED 전극어셈블리보다 더 많은 개수의 발광하는 초소형 LED 소자를 포함하고 있는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 구체적인 전원의 전압, 주파수, 파형 조건에 따라서 실장되는 초소형 LED 소자의 개수가 늘어나더라도 편광이 저하되거나 편광이 아닌 광이 발광될 수 있음을 확인할 수 있다.
4. 발광강도 육안평가
초소형 LED 전극어셈블리를 구동시키기 위해 60Vpp, 60 Hz 의 주파수를 갖는 사인파의 교류전원을 인가시킨 후 암실에서 사진을 촬영하여 그 중 일부를 각각 도 6a(실시예 1), 도 7a(실시예2), 도 8a(실시예4) 및 도 13a(실시예5)에 나타내었다.
구체적으로 도 6a의 구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리는 도 7a 및 도 13a의 구현예에 따른 초소형 LED 전극어셈블리에 비하여 발광되는 빛의 강도에서 현저히 우수함을 확인할 수 있다. 한편, 도 8a의 초소형 LED 전극어셈블리는 발광하는 정도는 도 13a의 초소형 LED 전극어셈블리보다 밝음을 알 수 있다.
실시예1 실시예2 실시예3 실시예 4 실시예5 비교예1
초소형LED 전극어셈블리 자기정렬 위한 인가전원 Vpp 50V, 950 kHz Vpp 60V, 950 kHz Vpp 40V, 950 kHz Vpp 50V, 100 kHz Vpp 15V, 950 kHz Vpp 50V, 30kHz
발광하는 초소형 LED소자 전체 개수 8602 6316 5245 3970 1993 2986
평균 실장각(°) 4.74 8.21 3.62 6.07 3.20 33.18
A1)(개수%2)) 8569 (99.6) 6231 (98.6) 5155
(98.3)		 3830 (96.5) 1954 (98.1) 2215
(74.2)
B3)(개수%2)) 8200 (95.3) 5676 (89.9) 4595
(87.6)		 3269 (82.4) 1736 (87.1) 394
(13.2)
C4)(개수%2)) 7598 (88.3) 5121 (81.1) 4374
(83.4)		 2849 (71.8) 1607 (80.6) 262
(8.8)
편광비 0.61 0.60 0.55 0.45 0.55 0.22
1) A: 평균실장각을 기준으로 ±30°의 범위내 각도를 실장각으로 갖는 소자
2) 발광하는 초소형 LED 소자 전체를 기준으로 한 개수%임.
3) B: 평균실장각을 기준으로 ±20°의 범위내 각도를 실장각으로 갖는 소자
4) C: 평균실장각을 기준으로 ±10°의 범위내 각도를 실장각으로 갖는 소자
구체적으로 상기 표 2에서 확인할 수 있듯이,
초소형 LED 소자를 자기정렬시켜 실장전극상에 실장시킴에 있어서 가해지는 전원의 주파수가 낮은 비교예 1의 경우 전기장에 의한 소자의 회전력이 낮아 소자의 정렬성이 현저히 좋지 않고, 이에 따라서 편광비가 0.22에 불과한 부분편광을 출사함을 확인할 수 있다.
이에 반하여 실시예들은 소자의 정렬성이 현저히 우수함에 따라서 편광비가 0.45 이상의 부분편광을 출사함을 확인할 수 있다.
한편, 실시예 4, 실시예 5 및 비교예 1의 비교를 통해 가해지는 전원의 전압이 클수록 소자를 이동시켜 실장시킬 수 있는 힘이 강함에 따라 실제로 실장되어 발광되는 초소형 LED 소자의 개수에서 차이가 발생함을 확인할 수 있다. 또한, 가해지는 전원의 주파수에 따라서 소자의 회전력 차이가 발생하여 소자의 정렬성에 현저한 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.

Claims (15)

  1. 부분편광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 발광부; 및
    상기 발광부로부터 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재;를 포함하며,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리는 동일평면상에 상호 이격된 제1 실장전극과 제2 실장전극을 포함하는 전극라인, 및 장축방향 일단부가 상기 제1 실장전극과 접촉하고, 타단부가 상기 제2 실장전극에 접촉되며, 길이가 100㎚ ~ 10㎛이고, 종횡비(Aspect ratio)가 1.2 ~ 100인 초소형 LED 소자를 복수개로 포함하고,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리에서 발광하는 전체 초소형 LED 소자들을 대상으로 측정한 실장각들의 평균인 평균실장각을 기준으로 ±30° 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자의 개수가 상기 발광하는 전체 초소형 LED 소자 개수의 80% 이상을 만족하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛:
    여기서, 상기 실장각은 초소형 LED 소자가 제1 실장전극 또는 제2 실장전극과 수직하게 실장되는 경우의 실장각을 0°로 정의할 때 측정되는 초소형 LED 소자의 장축과 제1 실장전극의 수직축 또는 제2 실장전극의 수직축 간의 사이각 중 예각을 의미한다.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 초소형 LED 소자는 제1 도전성 반도체층; 상기 제1 도전성 반도체층상에 형성된 활성층; 및 상기 활성층상에 형성된 제2 도전성 반도체층;을 포함하고,
    상기 초소형 LED 소자의 활성층과 전극라인이 접촉되어 발생하는 전기적 단락을 방지하기 위해 적어도 활성층 부분의 외부면 전체를 덮는 절연피막;을 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 평균 실장각을 기준으로 ±30°이하의 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자의 개수가 상기 발광하는 전체 초소형 LED 소자 개수의 90% 이상을 만족하는 디스플레이용 백라이트유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 평균 실장각을 기준으로 ±10°의 각도 변동범위에 속하는 각도를 실장각으로 갖는 초소형 LED 소자 개수가 상기 전체 초소형 LED 소자 개수의 70% 이상을 만족하는 디스플레이용 백라이트유닛.
  7. 제1항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은
    표시패널의 적어도 일측 하부에 위치하도록 발광부가 배치되고,
    반사부재의 상부에 배치되고, 상기 발광부로부터 입사되는 광을 가이드하여 표시패널을 향해 출사시키는 도광부재를 더 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛.
  8. 제1항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은
    출사되는 광이 표시패널의 배면을 직접 향하도록 발광부가 배치되는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛.
  9. 제7항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은
    표시패널과 도광부재 사이에 구비되는 적어도 하나 이상의 광학시트를 더 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛.
  10. 제8항에 있어서, 상기 백라이트 유닛은
    표시패널과 발광부 사이에 구비되는 적어도 하나 이상의 광학시트를 더 포함하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛.
  11. 부분편광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 발광부; 및
    상기 발광부로부터 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재;를 포함하며,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리는 동일평면상에 상호 이격된 제1 실장전극과 제2 실장전극을 포함하는 전극라인 및 소자의 장축방향 일단부가 상기 제1 실장전극과 접촉하고, 타단부가 상기 제2 실장전극에 접촉하며, 길이가 100㎚ ~ 10㎛이고, 종횡비(Aspect ratio)가 1.2 ~ 100인 초소형 LED 소자를 복수개로 포함하고,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리는 하기 수학식 1에 따른 편광비(polarization ratio)가 0.25 이상인 광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛:
    [수학식 1]
    Figure 112017052927209-pat00003

    상기 수학식 1에서 Imax 및 Imin은 초소형 LED 전극어셈블리의 발광면 상부에 편광판을 위치시킨 후, 편광판의 편광축을 -90°~ +90°까지 회전시키면서 측정된 빛의 최대 강도와 최소 강도를 의미한다.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수학식 1에 따른 편광비가 0.40 이상인 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛.
  13. 부분편광을 출사하는 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 발광부; 및
    상기 발광부로부터 입사되는 광을 영상이 시현되는 표시패널을 향해 반사시키는 반사부재;를 포함하며,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리는 동일평면상에 상호 이격된 제1 실장전극과 제2 실장전극을 포함하는 전극라인, 및 장축방향 일단부가 상기 제1 실장전극과 접촉하고, 타단부가 상기 제2 실장전극에 접촉되며, 길이가 100㎚ ~ 10㎛이고, 종횡비(Aspect ratio)가 1.2 ~ 100인 초소형 LED 소자를 복수개로 포함하고,
    상기 초소형 LED 전극어셈블리에서 발광하는 전체 초소형 LED 소자들을 대상으로 측정한 실장각들의 평균인 평균 실장각이 30°이하인 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛:
    여기서, 상기 실장각은 초소형 LED 소자가 제1 실장전극 또는 제2 실장전극과 수직하게 실장되는 경우의 실장각을 0°로 정의할 때, 측정되는 초소형 LED 소자의 장축과 제1 실장전극의 수직축 또는 제2 실장전극의 수직축 간의 사이각 중 예각을 의미한다.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 평균실장각은 10° 이하인 초소형 LED 전극어셈블리를 포함하는 디스플레이용 백라이트유닛.
  15. 영상이 시현되는 표시패널; 및
    상기 표시패널의 후방측에 배치되는 제1항, 제11항 또는 제13항에 따른 백라이트유닛;을 포함하는 디스플레이 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11500146B2 (en) 2018-08-28 2022-11-15 Samsung Display Co., Ltd. Backlight unit and display device having the same
US11984539B2 (en) 2018-11-27 2024-05-14 Samsung Display Co., Ltd. Light-emitting element, manufacturing method therefor, and display device having light-emitting element

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102502176B1 (ko) * 2017-10-13 2023-02-21 삼성전자주식회사 디스플레이 장치 및 그 제조방법
US20220093828A1 (en) * 2018-11-27 2022-03-24 Samsung Display Co., Ltd. Display device
EP3890022A4 (en) * 2018-11-27 2022-08-24 Samsung Display Co., Ltd. DISPLAY DEVICE
KR20200102607A (ko) * 2019-02-21 2020-09-01 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이의 제조 방법
KR20210022800A (ko) * 2019-08-20 2021-03-04 삼성디스플레이 주식회사 발광 소자 및 이를 포함하는 표시 장치
KR20210132786A (ko) 2020-04-27 2021-11-05 삼성디스플레이 주식회사 화소 및 이를 구비한 표시 장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014057050A (ja) * 2012-08-10 2014-03-27 Panasonic Corp 半導体発光装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000321431A (ja) * 1999-05-17 2000-11-24 Nitto Denko Corp 偏光素子、光学素子、偏光光源装置及び液晶表示装置
KR20130050144A (ko) * 2011-11-07 2013-05-15 엘지이노텍 주식회사 발광소자
KR101898680B1 (ko) * 2012-11-05 2018-09-13 삼성전자주식회사 나노구조 발광 소자
KR101490758B1 (ko) * 2013-07-09 2015-02-06 피에스아이 주식회사 초소형 led 전극어셈블리 및 이의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014057050A (ja) * 2012-08-10 2014-03-27 Panasonic Corp 半導体発光装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11500146B2 (en) 2018-08-28 2022-11-15 Samsung Display Co., Ltd. Backlight unit and display device having the same
US11994710B2 (en) 2018-08-28 2024-05-28 Samsung Display Co., Ltd. Backlight unit arranged in a grid structure and display device having the same
US11984539B2 (en) 2018-11-27 2024-05-14 Samsung Display Co., Ltd. Light-emitting element, manufacturing method therefor, and display device having light-emitting element

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