KR102067625B1 - 기둥형 발광 다이오드 소자와 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치 및 그들의 제조방법 - Google Patents

기둥형 발광 다이오드 소자와 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치 및 그들의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자는 상부 투명 전극층, 상기 상부 투명 전극층과 소정 간격 이격되어 배치된 하부 투명 전극층, 상기 상부 투명 전극층 및 상기 하부 투명 전극층 사이에 패턴 형성된 기둥형 발광 구조물, 상기 기둥형 발광 구조물 사이에 형성된 형광부, 상기 상부 투명 전극층 상에 형성된 P형 전극패드, 및 상기 하부 투명 전극층 아래에 형성된 N형 전극패드를 포함하고, 상기 기둥 구조물은 U-GaN층, N형 반도체층, 발광층, 및 P형 반도체층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하여, 리드 프레임 및 몰드부가 필요 없어 생산비용 및 개발비가 절감될 뿐만 아니라, 발광 다이오드 소자의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

기둥형 발광 다이오드 소자와 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치 및 그들의 제조방법{Columnar Light emitting device and Liquid crystal display device having columnar light emitting device and Method of manufacturing the sames}
본 발명은 발광 다이오드 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광 효율을 향상시키고 제조 비용을 절감할 수 있는 발광 다이오드 소자 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
발광 다이오드를 구비한 발광 장치는 박막 성장 기술의 발달과 함께 효율 좋은 발광 재료의 개발로 인해서 광통신 수단의 송신 모듈, 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD)의 백라이트, 형광등이나 백열전구를 대체할 수 있는 조명 장치, 및 신호등에까지 그 응용이 확대되고 있다.
발광 다이오드는 외부회로에서 양극과 음극 사이에 전압이 인가되면 양극과 음극으로 정공과 전자가 주입되고 양극과 음극 사이에 형성된 활성층에서 상기 정공과 전자가 재결합하면서 여분의 에너지가 광으로 변환되어 외부로 방출하게 되는 원리이다.
이와 같은 발광 다이오드를 이용한 발광 다이오드 장치는 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)에 발광 다이오드 패키지가 결합된 구조(Package on Board: POB 구조)로, 외부 전원과 연결된 인쇄회로기판으로부터 전류를 인가 받아 발광을 하게 된다.
이하, 도면을 참조로 발광 다이오드를 백 라이트로 적용한 종래기술에 따른 직하형 백 라이트 유닛 및 발광 다이오드 패키지에 대해서 설명하기로 한다.
도 1은 종래기술에 따른 액정표시장치용 직하형 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 개략적인 단면도이고, 도 2는 액정표시장치용 직하형 백 라이트 유닛에 포함된 종래기술에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 액정표시장치용 직하형 백 라이트 유닛은 액정표시패널(80) 아래에 순착적으로 배치된 광학 시트(70), 확산판(60), 광원(LS), 및 반사판(20)을 포함한다. 그리고, 상기 직하형 백 라이트 유닛은 커버 버텀(10) 내부에 장착된다. 또한, 광원(LS)은 발광 다이오드 패키지(30)와 상기 발광 다이오드 패키지(30)를 덮는 회절 렌즈(50)를 포함한다. 특히, 상기 회절 렌즈(50)의 내측 혹은 외측 표면에는 다수 개의 슬릿 패턴(40)들을 포함한다.
여기서, 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 액정표시패널(80)은 균일한 셀 갭을 유지하여 서로 합착된 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판, 그리고 그 두 기판 사이에 주입되어 형성된 액정층을 포함하여 구성된다.
상기 확산판(60)은 상기 광원(LS)으로부터 방사된 빛을 확산시킨다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 광학 시트(70)는 상기 확산판(60)에 의해 확산된 빛을 굴절시켜 빛의 정면 휘도를 높일 목적으로 사용되는 하부 및 상부 프리즘시트로 구성된 프리즘시트와 상기 프리즘시트를 보호하는 보호시트를 포함한다.
상기 발광 다이오드 패키지(30)는 상기 인쇄회로기판(20) 상에 형성되어 빛을 방사시키고, 상기 반사판(40)은 상기 발광 다이오드 패키지(30)에서 방사된 빛을 상기 확산판(60)으로 반사시킨다.
상기 회절 렌즈(50)는 상기 발광 다이오드 패키지(30)에서 방사된 빛의 커버영역을 넓히기 위해서 사용된다.
도 2를 참조하면, 상기 발광 다이오드 패키지(30)는 발광 다이오드 칩(31), 제1 리드 프레임(33), 제2 리드 프레임(35), 몰드부(37), 및 봉지부(39)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 리드 프레임(33) 및 제2 리드 프레임(35)은 인쇄회로기판(미도시)의 제1 전극 및 제2 전극과 각각 전기적으로 연결되어 있다
상기 몰드부(37)는 상기 제1 리드 프레임(33) 및 제2 리드 프레임(35)을 지지하는 역할을 한다.
상기 봉지부(39)는 상기 몰드부(37) 상부의 개구영역 내에 형성되며 투광성 수지로 이루어진다
이와 같은, 종래기술에 따른 직하형 백 라이트 유닛 및 발광 다이오드 패키지는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 종래기술에 따른 직하형 백 라이트 유닛은 광 지향각을 넓히기 위해서 발광 다이오드 패키지(30)를 덮는 회절 렌즈(50)을 사용해야 하고, 상기 발광 다이오드 패키지(30)의 구조가 변경될 때마다 상기 회절 렌즈(50)도 함께 변경되어야 한다는 문제점이 있다.
둘째, 종래기술에 따른 직하형 백 라이트 유닛은 빛의 커버영역을 넓히기 위해 상기 회절 렌즈(50)를 사용함으로써, 상기 회절 렌즈(50)의 두께 이상의 광학적 갭(O/G)이 발생하고, 이에 따라 액정표시장치모듈의 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다.
셋째, 종래기술에 따른 발광 다이오드 패키지(30)는 발광 다이오드 칩(31), 제1 리드 프레임(33), 제2 리드 프레임(35), 몰드부(37), 및 봉지부(39)을 포함하고 있는데, 이 중 상기 제1 리드 프레임(31) 및 제2 리드 프레임(33)은 상기 발광 다이오드 칩(31)의 특성에 따라 구조가 변경되고, 이에 따라 상기 몰드부(37)의 형성도 함께 변경되어야 하기 때문에, 상기 발광 다이오드 패키지(30)의 신뢰성을 저하시키고, 개발비 및 생산단가를 상승시키는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 상기 회절 렌즈(50)를 제거함으로써 광학적 갭(O/G)을 줄일 수 있고, 리드 단자 및 몰드부를 제거하여 발광 다이오드 패키지(30)의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기둥형 발광 다이오드 소자와 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치 및 그들의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 상부 투명 전극층, 상기 상부 투명 전극층과 소정 간격 이격되어 배치된 하부 투명 전극층, 상기 상부 투명 전극층 및 상기 하부 투명 전극층 사이에 패턴 형성된 기둥형 발광 구조물, 상기 기둥형 발광 구조물 사이에 형성된 형광부, 상기 상부 투명 전극층 상에 형성된 P형 전극패드, 및 상기 하부 투명 전극층 아래에 형성된 N형 전극패드를 포함하고, 상기 기둥 구조물은 U-GaN층, N형 반도체층, 발광층, 및 P형 반도체층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기둥형 발광 다이오드 소자를 제공한다.
본 발명은 또한, 기판 위에 기둥형 발광 구조물을 패턴 형성하는 단계, 상기 기둥형 발광 구조물 사이에 형광체를 충진하는 단계, 상기 기둥형 발광 구조물 일측 상에 남겨진 형광체를 애싱 처리하는 단계, 상기 기둥형 발광 구조물 일측 상에 상부 투명 전극을 형성하는 단계, 상기 기판을 제거하는 단계, 상기 상부 투명 전극과 소정 간격 이격되어 상기 기둥형 발광 구조물의 타측 상에 하부 투명 전극을 형성하는 단계, 상기 상부 투명 전극 상에 P형 전극패드를 형성하는 단계, 및 상기 하부 투명 전극 상에 N형 전극패드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 화상이 구현되는 액정패널, 상기 액정패널의 하부에 구비되는 확산판, 상기 확산판의 하부에 구비되는 기판; 및 상기 기판 상에 형성되어 상기 확산판에 빛을 방출하는 것으로, 제1항에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명은 회절 렌즈를 사용하지 않아도 빛의 커버영역을 넓힐 수 있어서 기둥형 발광 다이오드 소자와 확산판 사이의 광학적 갭(O/G)를 줄일 수 있고, 이에 따라 두께도 슬림화 할 수 있다.
본 발명은 기둥형 발광 다이오드 소자와 확산판 사이의 광학적 갭(O/G)을 1mm 이내로 형성함으로써 휘도를 높일 수 있다.
본 발명은 QD 형광체를 이용함으로써 나노미터 수준의 입자 크기에 따라 다른 길이의 파장이 나와 다양한 색을 낼 수 있고, 발광선폭이 기존 형광체에 비해 좁기 때문에 색 재현성이 뛰어나다.
본 발명은 리드 프레임 및 몰드부가 필요 없어 생산비용 및 개발비가 절감될 뿐만 아니라, 발광 다이오드 소자의 신뢰성을 높일 수 있다.
본 발명은 기둥형 발광 구조물의 지름을 얇게 형성하고, 상기 기둥형 발광 구조물간의 간격을 좁게 형성함으로써 밀도가 높아져서 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 액정표시장치용 직하형 백 라이트 유닛의 구조를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 액정표시장치용 직하형 백 라이트 유닛에 포함된 종래기술에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 공정 순서도이다.
도 5a 내지 도 5h는 도 3에 도시된 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조 공정에 따른 공정 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치의 휘도 특성을 설명하기 위한 시뮬레이션이다.
본 명세서에서 기술되는 "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 기술되는 "연결된다" 라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성과 직접적으로 연결되는 경우뿐만 아니라 어떤 구성이 제3의 구성을 통해서 다른 구성과 간접적으로 연결되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 기술되는 "포함하다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 상기 문제점을 해결하기 위해 고안된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자의 개략적인 단면도이다.
도 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자는 상부 투명 전극층(100), 하부 투명 전극층(200), 기둥형 발광 구조물(300), 형광부(400), P형 전극패드(500), 및 N형 전극패드(600)를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자는 상부 투명 전극층(100) 및 상기 상부 투명 전극층(100)과 소정 간격 이격되어 배치된 상기 하부 투명 전극층(200) 사이에 기둥형 발광 구조물(300)이 패턴 형성 되어 있고, 상기 상부 투명 전극층(100), 하부 투명 전극층(200), 및 기둥형 발광 구조물(300) 사이에 형광부(400)가 존재한다. 또한, 상기 상부 투명 전극층(100) 상에 P형 전극패드(500)가 형성되고, 상기 하부 투명 전극층(200) 아래에 N형 전극패트(600)가 형성된다.
상기 기둥형 발광 구조물(300)은 U-GaN층(310), N형 반도체층(320), 발광층(330), 및 P형 반도체층(340)을 포함하여 이루어진다.
상기 기둥형 발광 구조물(300)은 도핑되지 않은 U-GaN층(310) 상에 N형 반도체층(320, N-GaN), 발광층(330, MQW: Multi-Quantum Well), P형 반도체층(340, P-GaN)이 차례로 적층되어 기둥형으로 패턴 형성되어 있다.
이때, 각각의 반도체층(320, 340)은 GaN계 반도체 외에도, SiC계 반도체, ZnO계 반도체, GaAs계 반도체, GaP계 반도체, 및 GaAsP계 반도체와 같은 무기반도체로 구성될 수 있다. 또한, 이외에도, 각각의 반도체층(320, 340)은 Ⅲ-Ⅴ족 반도체, Ⅱ-Ⅵ족 반도체, Ⅳ-Ⅳ족 반도체, 및 Si와 같은 Ⅳ족 반도체 또는 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 적절히 선택되어 구현될 수 있다.
상기 발광층(330, MQW: Multi-Quantum Well)은 상기 N형 반도체층(320)과 P형 반도체층(340) 사이에 형성되어 발광을 하는 층으로서 InGaN층을 우물로 하고 (Al)GaN층을 벽층(Barrier Layer)으로 하는 다중양자우물구조(MQW)로 형성될 수 있다. 상기 발광층(330)은 상기 P형 반도체층(340)에서 나온 +의 전하를 갖는 정공과 N형 반도체층(320)에서 나온 -의 전하를 갖는 전자가 결합하여 광을 방출한다.
이때, 상기 발광층(330)에서 방출된 빛은 상, 하, 좌, 우 360°모든 방향으로 발산된다.
도시하지는 않았지만, 상기 기둥형 발광 구조물(300)은 원기둥, 육각기둥, 삼각기둥, 및 다양한 형태로 형성될 수 있다.
상기 기둥형 발광 구조물(300)은 0.5㎛ 내지 10㎛의 범위를 갖는 지름으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기둥형 발광 구조물(300)은 0.5㎛ 내지 10㎛의 범위의 간격으로 패턴 형성될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)는 상기 기둥형 발광 구조물(300)의 지름을 얇게 형성하고, 상기 기둥형 발광 구조물(300)간의 간격을 좁게 형성함으로써 밀도가 높아져서 발광 효율이 향상된다.
상기 상부 투명 전극층(100)은 P형 반도체층(340) 위에 형성된다.
상기 상부 투명 전극층(100)은 인디움 틴 산화막(ITO) 또는 Ni/Au와 같은 투명 금속막으로 형성될 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 투명하면서 전도성이 있는 물질로 이루어질 수도 있다.
상기 상부 투명 전극층(100)은 상기 P형 전극패드(500)와 전기적으로 접속되고, 상기 P형 전극패드(500)로부터 흐른 전류를 상기 P형 반도체층(340)으로 전달한다.
상기 하부 투명 전극층(200)은 상기 U-GaN층(310) 아래에 형성된다.
상기 하부 투명 전극층(200)은 인디움 틴 산화막(ITO) 또는 Ni/Au와 같은 투명 금속막으로 형성될 수 있지만, 반드시 그에 한정되는 것은 아니고, 투명하면서 전도성이 있는 물질로 이루어질 수도 있다.
상기 하부 투명 전극층(200)은 상기 N형 전극패드(600)와 전기적으로 접속되고, 상기 P형 전극패드(500)로부터 흐른 전류는 상기 P형 반도체층(340), 발광층(330), N형 반도체층(320), 및 U-GaN층(310)을 거쳐 상기 하부 투명 전극층(200)으로 전달된다.
상기 P형 전극패드(500)는 상기 상부 투명 전극층(100) 상에 형성된다.
상기 P형 전극패드(500)는 상기 상부 투명 전극층(100)을 외부 회로에 전기적으로 연결하는 콘택 패드로 사용되고, 상기 상부 투명 전극층(100)을 통하여 상기 기둥형 발광 구조물(300)에 전류를 전달한다.
상기 N형 전극패드(600)는 상기 하부 투명 전극층(200) 아래에 형성된다.
상기 N형 전극패드(600)는 상기 하부 투명 전극층(200)을 외부 회로에 전기적으로 연결하는 콘택 패드로 사용되고, 상기 기둥형 발광 구조물(300)을 흐른 전류가 상기 하부 투명 전극층(200)을 통하여 상기 N형 전극패드(600)로 전달된다.
상기 형광부(400)는 상기 상부 투명 전극층(100)과 상기 하부 투명 전극층(200)으로 밀폐되고, 상기 기둥형 발광 구조물(300) 사이에 형성된다.
상기 형광부(400)는 형광체(410) 및 수지(420)가 혼합되어 이루어질 수 있다.
이때, 상기 수지(420)는 실리콘 수지나 엑폭시 수지 또는 기타 투명 재질의 수지로 이루어질 수 있고, 상기 형광체(410)는 황색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체일 수 있으나, QD(Quantum Dot) 형광체를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 QD 형광체는 코어(core)와 셸(shell)로 이루어진 나노 크리스탈 입자로, 코어의 사이즈가 1 내지 50nm 범위에 있다. QD 형광체는 코어의 사이즈를 조절함으로써 청색(B), 황색(Y), 녹색(G), 적색(R)과 같은 다양한 색깔을 발광하는 형광 물질로 사용될 수 있으며, Ⅱ-Ⅵ족의 화합물 반도체(ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe, MgTe 등), Ⅲ-Ⅴ족의 화합물 반도체(GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb, AlAs, AlP, AlSb, AlS 등), 또는 Ⅳ족 반도체(Ge, Si, Pb 등) 중 적어도 두 종류의 반도체를 이종접합 함으로써 QD 형광체의 코어(core)와 셸(shell) 구조를 형성할 수 있다. 상기 QD 형광체의 셸(shell) 외각에 셸 표면의 분자 결합을 종료시키거나 QD 입자간 응집을 억제하고 실리콘 수지나 에폭시 수지 등 수지 내에 분산성을 향상시키거나 또는 형광체 기능을 향상시키기 위해 올리인산(Oleic acid)과 같은 물질을 이용한 유기 리간드(Organic ligand)를 형성할 수도 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)는 QD 형광체를 이용함으로써 나노미터 수준의 입자 크기에 따라 다른 길이의 파장이 나와 다양한 색을 낼 수 있고, 발광선폭이 기존 형광체에 비해 매우 좁기 때문에 색 재현성이 뛰어나다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)는 기둥형 발광 구조물(300)이 상부 투명 전극층(100) 및 하부 투명 전극층(200)을 지지하고, 상기 상부 투명 전극층(100) 및 하부 투명 전극층(200)과 상기 기둥형 발광 구조물(300) 사이에 형광부(400)가 충진되어 있는 구조로써, 종래기술에 따른 발광 다이오드 소자의 리드 프레임, 몰드부, 및 봉지부가 필요하지 않아서 종래기술에 따른 발광 다이오드 소자에 비하여 신뢰성이 높고, 개발비 및 생산단가를 줄일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)는 상기 상부 투명 전극층(100) 및 상기 하부 투명 전극층(200)이 상기 기둥형 발광 구조물(300)과 전기적으로 연결되어 전류를 전달할 수 있기 때문에, 종래기술에 따른 발광 다이오드 소자의 발광 다이오드 칩에 전류를 전달하는 리드 프레임이 필요 없고, 이에 따라 상기 리드 프레임을 지지하는 몰드부도 필요 없게 된다. 또한, 종래기술에 따른 발광 다이오드 소자의 봉지부는 상기 형광부(400)가 대체할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)는 리드 프레임 및 몰드부가 필요 없어 생산비용 및 개발비가 절감될 뿐만 아니라, 발광 다이오드 소자의 신뢰성을 높일 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조 공정을 설명하기 위한 공정 순서도이고, 도 5a 내지 도 5h는 도 3에 도시된 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조 공정에 따른 공정 단면도이다.
도 4, 및 도 5a 내지 5b를 참조하면, 기판(1100) 위에 기둥형 발광 구조물(300)을 패턴 형성한다(S1).
상기 기둥형 발광 구조물(300)을 패턴 형성하는 단계(S1)는, 먼저 상기 기판(1100) 표면을 일정 간격으로 패터닝 한다. 상기 기판(1100)은 사파이어 기판이 이용될 수 있지만, 저렴한 실리콘 기판을 이용하는 것이 바람직하다.
도면에 도시하지는 않았지만, 상기 기판(1100) 상부에 포토 레지스트(PR, 미도시)를 도포하고, 마스크(미도시)를 이용한 노광 공정 및 현상 공정을 통해 상기 포토 레지스트(PR, 미도시)을 선택적으로 제거하여 패턴막(미도시)을 형성한다. 상기 패턴막(미도시)을 차단막으로 이용한 에칭 공정을 통해 패터닝 한다.
상기 패터닝된 기판(1100) 위에 유기금속 화학증착법(MOCVD)으로 도핑되지 않은 U-GaN층(310)을 형성한 다음, 그 위에 N형 반도체층(320)을 도핑하여 형성한다. 이는 기판(1100) 위에 N형 반도체층(320)을 형성할 경우 격자 주기가 급격히 변함으로 인하여 결함이 발생되어 박막특성이 저하되는 것을 방지하기 위한 것이다. 그 다음, N형 반도체층(320) 위에 차례로, 활성층(330) 및 P형 반도체층(340)을 도핑하여 상기 기둥형 발광 구조물(300)을 패턴 형성한다.
이때, 상기 기둥형 발광 구조물(300)의 지름은 0.5㎛ 내지 10㎛의 범위로 형성하고, 상기 기둥형 발광 구조물(300)간 간격은 0.5㎛ 내지 10㎛의 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 본 발명에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)는 상기 기둥형 발광 구조물(300)의 지름을 얇게 형성하고, 상기 기둥형 발광 구조물(300)간의 간격을 좁게 형성함으로써 밀도가 높아져서 발광 효율이 향상될 수 있다.
도 4 및 도 5c에서 알 수 있듯이, 상기 기둥형 발광 구조물(300) 사이에 형광체를 충진한다(S2). 구체적으로, 상기 형광체(410)를 수지(420)와 혼합하여 상기 상부 투명 전극층(100), 상기 하부 투명 전극층(200), 및 상기 기둥형 발광 구조물(300) 사이에 충진한다. 이때, 이때, 상기 수지(420)는 실리콘 수지나 엑폭시 수지 또는 기타 투명 재질의 수지로 이루어질 수 있고, 상기 형광체(410)는 황색 형광체, 녹색 형광체, 적색 형광체일 수 있으나, QD(Quantum Dot) 형광체를 이용하는 것이 바람직하다.
도 4 및 도 5d에서 알 수 있듯이, O2 또는 N2 애싱(ashing) 처리하여 상기 기둥형 발광 구조물(300)의 일측 상에 남겨진 형광체 및 수지를 제거한다(S3).
도 4 및 도 5e에서 알 수 있듯이, 상기 기둥형 발광 구조물(300)의 일측 상에 상부 투명 전극(100)을 형성한다(S4). 이는 스퍼터링법(Sputtering)에 의해 p-ITO 물질을 증착하여 상기 상부 투명 전극(100)을 형성할 수 있다.
도 4 및 도 5f에서 알 수 있듯이, 상기 기판(1100)을 제거한다(S5).
상기 기둥형 발광 구조물(300)을 뒤집어 상기 상부 투명 전극(100)이 아래로 오도록 하고, 습식 식각(wet etching) 공정을 통하여 상기 기판(1100)을 제거한다.
도 4 및 도 5g에서 알 수 있듯이, 상기 기둥형 발광 구조물의 타측 상에 하부 투명 전극(200)을 형성한다(S6). 이는 스퍼터링법(Sputtering)에 의해 n-ITO 물질을 증착하여 상기 상부 투명 전극(100)과 소정 간격 이격되어 상기 기둥형 발광 구조물의 타측 상에 하부 투명 전극(200)을 형성할 수 있다.
도 4 및 도 5h에서 알 수 있듯이, 상기 상부 투명 전극(100) 상에 P형 전극패드(500)를 형성하고(S7), 상기 하부 투명 전극(200) 상에 N형 전극패드(600)를 형성한다(S8). 이때 상기 P형 전극패드(500)와 상기 N형 전극패드(600)를 각각 형성할 수 있지만, 동시에 형성할 수도 있다.
또한, 상기 P형 전극패드(500)는 상기 상부 투명 전극(100) 상이면 어떠한 위치에도 형성될 수 있고, 상기 N형 전극패드(600)은 상기 하부 투명 전극(200) 상이면 어떠한 위치에도 형성될 수 있다.
이하에서는, 각각의 구성의 재료 및 구조 등에 있어서 반복되는 부분에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치를 나타내는 개략적인 단면도로서, 이는 전술한 도 3에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자가 적용된 액정표시장치에 관한 것이다.
도 6에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치(2000)는 전술한 도 3에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)를 포함하고, 화상이 구현되는 액정패널(1500), 상기 액정패널(1500)의 하부에 차례로 구비되는 광학 시트(1400)와 확산판(1300), 상기 확산판(1300)의 하부에 구비되는 기판(1200)을 추가로 포함하여 이루어진다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 액정패널(1500)은 균일한 셀 갭을 유지하여 서로 합착된 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판, 그리고 그 두 기판 사이에 주입되어 형성된 액정층을 포함하여 구성된다.
상기 액정패널(1500)은 상기 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)에서 발광된 빛의 양을 제어하여 칼라 영상을 표현하는 역할을 한다.
상기 광학 시트(1400)은 상기 확산판(1300) 상에 배치되어 확산판(1300)으로부터 입사되는 빛의 휘도 특성을 향상시켜 외부로 방출한다. 이를 위해, 도시하지는 않았지만, 하부 확산시트, 하부 프리즘 시트, 상부 프리즘 시트, 및 상부 확산 시트를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 확산판(1300)은 상기 기둥형 발광 다이오드 소자(1000) 상에 형성된다.
상기 확산판(1300)은 상기 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)로부터 방출되는 광이 면 광원 형태가 되도록 전영역으로 확산시켜 상기 광학 시트(1400)에 조사한다.
상기 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)는 상기 기판(1200) 상에 형성되어 상기 확산판(1300)으로 빛을 방출할 수 있다. 상기 기판(1200)은 인쇄회로기판(PCB)이 이용될 수 있다.
상기 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)에서 방출된 빛은 상, 하, 좌, 우 360°모든 방향으로 발산된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치(2000)는 상기 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)에서 방사된 빛의 커버영역을 넓히기 위해 사용되는 회절 렌즈가 필요 없다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치(2000)는 상기 회절 렌즈를 사용하지 않아도 빛의 커버영역을 넓힐 수 있어서 상기 기둥형 발광 다이오드 소자(1000)와 상기 확산판(1300) 사이의 광학적 갭(O/G)를 줄일 수 있다. 예를 들어, 상기 광학적 갭(O/G)은 1mm 이내로 형성할 수 있다. 이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치(2000)의 두께도 슬림화 할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치의 휘도 특성을 설명하기 위한 시뮬레이션이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 도 7a(1)은 종래기술에 따른 액정표시장치의 무라 결점을 나타내고, 도 7a(2)는 종래기술에 따른 액정표시장치의 휘도를 나타낸다. 도 7b(1)은 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치의 무라 결점을 나타내고, 도 7b(2)는 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치의 휘도를 나타낸다.
도 7a 및 도7b를 참조하면, 종래기술에 따른 액정표시장치 및 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치 모두 무라 결점이 없지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치는 종래기술에 따른 액정표시장치보다 휘도가 20% 이상 높아진 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치는 1mm 이내로 광학적 갭(O/G)을 형성함으로써, 종래기술에 따른 액정표시장치보다 광학적 갭(O/G)이 줄어들어 휘도가 높다.
도시하지는 않았지만, 전술한 도 5a 내지 도 5h에 따른 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조방법이 적용된 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치의 제조방법도 본 발명의 범위 내에 있다.
100: 상부 투명 전극층 200: 하부 투명 전극층
300: 기둥형 발광 구조물 310: U-GaN층
320: N형 반도체층 330: 발광층
340: P형 반도체층 400: 형광부
410: 형광체 420: 수지
500: P형 전극패드 600: N형 전극패드

Claims (13)

  1. 상부 투명 전극층;
    상기 상부 투명 전극층과 소정 간격 이격되어 배치된 하부 투명 전극층;
    상기 상부 투명 전극층 및 상기 하부 투명 전극층 사이에 패턴 형성된 기둥형 발광 구조물;
    상기 기둥형 발광 구조물 사이에 형성된 형광부;
    상기 상부 투명 전극층 상에 형성된 P형 전극패드; 및
    상기 하부 투명 전극층 아래에 형성된 N형 전극패드를 포함하고,
    상기 기둥형 발광 구조물은 U-GaN층, N형 반도체층, 발광층, 및 P형 반도체층을 포함하며,
    상기 형광부는 상기 상부 투명 전극층과 상기 하부 투명 전극층 사이에서 균일하게 분포된 형광체를 포함하는, 기둥형 발광 다이오드 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기둥형 발광 구조물은 원기둥, 육각기둥, 삼각기둥 형태인, 기둥형 발광 다이오드 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기둥형 발광 구조물은 0.5㎛ 내지 10㎛ 범위인 지름으로 형성되는, 기둥형 발광 다이오드 소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기둥형 발광 구조물은 0.5㎛ 내지 10㎛ 범위의 간격으로 패턴 형성되는, 기둥형 발광 다이오드 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 형광부는 QD(Quantum Dot) 형광체를 포함하여 이루어진, 기둥형 발광 다이오드 소자.
  6. 기판 위에 기둥형 발광 구조물을 패턴 형성하는 단계;
    상기 기둥형 발광 구조물 사이에 형광체를 충진하는 단계;
    상기 기둥형 발광 구조물 일측 상에 남겨진 형광체를 애싱 처리하는 단계;
    상기 기둥형 발광 구조물 일측 상에 상부 투명 전극을 형성하는 단계;
    상기 기판을 제거하는 단계;
    상기 상부 투명 전극과 소정 간격 이격되어 상기 기둥형 발광 구조물의 타측 상에 하부 투명 전극을 형성하는 단계;
    상기 상부 투명 전극 상에 P형 전극패드를 형성하는 단계; 및
    상기 하부 투명 전극 상에 N형 전극패드를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 형광체는 상기 상부 투명 전극과 상기 하부 투명 전극 사이에서 균일하게 분포된, 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판 위에 상기 기둥형 발광 구조물을 패턴 형성하는 단계는,
    상기 기판 표면을 일정 간격으로 패터닝하는 단계;
    상기 기판 위에 U-GaN층을 형성하는 단계;
    상기 U-GaN층 위에 N형 반도체층을 형성하는 단계;
    상기 N형 반도체층 위에 활성층을 형성하는 단계; 및
    상기 활성층 위에 P형 반도체층을 형성하는 단계를 포함하는, 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘 기판인, 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 기둥형 발광 구조물은 0.5㎛ 내지 10㎛ 범위인 지름으로 형성되는, 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 기둥형 발광 구조물은 0.5㎛ 내지 10㎛ 범위의 간격으로 패턴 형성되는, 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조방법.
  11. 화상이 구현되는 액정패널;
    상기 액정패널의 하부에 구비되는 확산판;
    상기 확산판의 하부에 구비되는 기판; 및
    상기 기판 상에 형성되어 상기 확산판에 빛을 방출하는 것으로, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 하나의 기둥형 발광 다이오드 소자를 포함하는, 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 확산판과 상기 기판 간의 광학적 갭이 1㎜ 이하인, 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치.
  13. 청구항 6 내지 10 중 어느 하나의 기둥형 발광 다이오드 소자의 제조방법을 포함하는, 기둥형 발광 다이오드 소자를 구비한 액정표시장치의 제조방법.
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