KR102421729B1 - 발광소자 패키지 및 이를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시에는, 입사된 광을 다른 파장의 광으로 제공하도록 구성된 제1 및 제2 파장변환부; 상기 제1 및 제2 파장변환부가 서로 이격 배치되도록 상기 제1 및 제2 파장변환부의 측면을 둘러싸는 투광성 격벽 구조; 및 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 상기 제1 및 제2 파장변환부 및 상기 투광성 격벽 구조에 각각 중첩되도록 배치된 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이;를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.

Description

발광소자 패키지 및 이를 이용한 디스플레이 장치{LED LIGHTING DEVICE PACKAGE AND DISPLAY APPARATUS USING THE SAME}
본 발명의 기술적 사상은 발광소자 패키지 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 조명 장치용 광원뿐만 아니라, 다양한 전자 제품의 광원으로 사용되고 있다. 특히, TV, 휴대폰, PC, 노트북 PC, PDA 등과 같은 각종 디스플레이 장치들을 위한 광원으로 널리 사용되고 있다.
종래의 디스플레이 장치는 주로 액정 디스플레이(LCD)로 구성된 디스플레이 패널과 백라이트로 구성되었으나, 최근에는 LED 소자를 그대로 하나의 픽셀로서 사용하여 백라이트가 별도로 요구되지 않는 형태로도 개발되고 있다. 이러한 디스플레이 장치는 컴팩트화할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 LCD에 비해 광효율도 우수한 고휘도 디스플레이를 구현할 수 있다. 또한, 디스플레이 화면의 종횡비를 자유롭게 바꾸고 대면적으로 구현할 수 있으므로 다양한 형태의 대형 디스플레이로 제공할 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 제조비용이 감소되며 소형화가 용이한 발광소자 패키지 및 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 입사된 광을 다른 파장의 광으로 제공하도록 구성된 제1 및 제2 파장변환부; 상기 제1 및 제2 파장변환부가 서로 이격 배치되도록 상기 제1 및 제2 파장변환부의 측면을 둘러싸는 투광성 격벽 구조; 및 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 상기 제1 및 제2 파장변환부 및 상기 투광성 격벽 구조에 각각 중첩되도록 배치된 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이;를 포함하는 발광소자 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 회로 기판과 상기 회로 기판 상에 행과 열을 이루어 배치된 복수의 발광소자 패키지를 포함하며, 상기 복수의 발광소자 패키지 각각은 하나의 화소를 제공하는 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널을 구동하기 위한 구동부; 및 상기 구동부를 제어하기 위한 제어부를 포함하고, 상기 디스플레이 패널은, 입사된 광을 다른 파장의 광으로 제공하도록 구성된 제1 및 제2 파장변환부; 상기 제1 및 제2 파장변환부가 서로 이격 배치되도록 상기 제1 및 제2 파장변환부의 측면을 둘러싸는 투광성 격벽 구조; 및 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 상기 제1 및 제2 파장변환부 및 상기 투광성 격벽 구조에 각각 중첩되도록 배치된 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이;를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 발광소자 패키지 및 이러한 발광소자 패키지를 이용한 디스플레이 장치는 제조하는 데에 소요되는 시간이 감소되며 소형화가 용이한 효과가 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 갖는 디스플레이 장치의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 'A'부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 발광소자 패키지의 개략 사시도이다.
도 4는 도 3의 I방향에서 본 발광소자 패키지의 평면도이다.
도 5는 도 4의 II-II'선을 따라 절개하여 본 측 단면도이다.
도 6은 도 5의 'B'부분을 확대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 측 단면도이다.
도 8 내지 도 13은 도 5의 발광소자 패키지의 주요 제조공정을 개략적으로 도시한 측 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 갖는 디스플레이 장치의 개략 사시도이고, 도 2는 도 1의 'A'부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 디스플레이 장치(1)는 회로 기판(30)과, 회로 기판(30) 상에 배열된 디스플레이 패널(20)을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 디스플레이 패널(20)은 적색(Red, R), 녹색(Green, G), 청색(Blue, B)의 광이 혼합된 광을 방출할 수 있는 복수의 발광소자 패키지(10)를 포함할 수 있다. 복수의 발광소자 패키지(10)는 각각 디스플레이 패널의 하나의 픽셀(pixel)을 구성할 수 있으며, 회로 기판(30) 상에 행과 열을 이루어 배열될 수 있다. 본 실시예에서는, 15×15의 발광소자 패키지(10)들로 배열된 형태를 예시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 실제로는 필요한 해상도에 따른 더 많은 수의 발광소자 패키지들(예, 1024×768, 1920×1080)이 배열될 수 있다.
각각의 발광소자 패키지(10)는 RGB의 광원에 해당하는 복수의 서브 픽셀(sub-pixel)을 포함할 수 있으며, 하나의 발광소자 패키지(10) 내의 복수의 서브 픽셀은 근접하여 배치된 구조로 제공될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 서브 픽셀의 색은 RGB로 한정되는 것은 아니며, CYMK(Cyan, Yellow, Magenta, Black)와 같이 다양한 색이 사용될 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 하나의 픽셀에 RGB의 광원에 각각 해당하는 3개의 서브 픽셀이 포함된 형태를 예시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 4개 이상의 서브 픽셀이 포함될 수 있다.
상기 회로 기판(30)에는 디스플레이 패널(20)의 각각의 발광소자 패키지(10)에 전원을 공급하도록 구성된 구동부 및 구동부를 제어하는 제어부가 배치될 수 있다. 상기 회로 기판(30)은 각 픽셀의 서브 픽셀을 독립적으로 구동하도록 구성된 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 회로 기판(30)은 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 TFT 기판일 수 있다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 패널(20)은 복수의 발광소자 패키지(10)가 배치되는 영역을 정의하는 제1 격벽 구조(21)를 더 포함할 수 있다. 또한, 복수의 발광소자 패키지(10)는 각각 제2 격벽 구조(22)에 둘러싸이도록 배치될 수 있다. 제2 격벽 구조(22)는 각 발광소자 패키지(10)를 전기적으로 분리시켜, 각 발광소자 패키지(10)가 하나의 픽셀로서 서로 독립적으로 구동될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 제2 격벽 구조(22)는 복수의 발광소자 패키지(10)를 회로 기판(30) 상에 견고하게 고정시킬 수 있다. 다만, 제1 및 제2 격벽 구조(21, 22)는 실시예에 따라서는 생략될 수도 있다.
제1 및 제2 격벽 구조(21, 22)는 블랙 매트릭스(black matrix)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스는 상기 회로 기판의 둘레에 배치되어 복수의 발광소자 패키지(10)의 탑재영역을 정의하는 가이드 라인으로서 역할을 할 수 있다. 상기 매트릭스는 블랙(black) 색상에 한정되는 것은 아니며 제품의 용도 및 사용처 등에 따라 백색(white) 매트릭스 또는 녹색(green) 등 다른 색깔을 사용할 수 있으며 필요에 따라서는 투명 재질의 매트릭스를 사용할 수도 있다. 상기 백색 매트릭스는 반사 물질 또는 산란물질을 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스는 수지를 포함하는 폴리머, 세라믹, 반도체 또는 금속과 같은 재료 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3은 도 2의 발광소자 패키지의 개략 사시도이고, 도 4는 도 3의 I방향에서 본 발광소자 패키지의 평면도이다. 도 5는 도 4의 II-II'선을 따라 절개하여 본 측 단면도이고, 도 6은 도 5의 'B'부분을 확대한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 하나의 픽셀을 이루는 발광소자 패키지(10)는 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)를 구비한 셀 어레이(CA)와, 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)와, 상기 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)를 분리하는 투광성 격벽 구조(160)를 포함할 수 있다. 일 실시예의 발광소자 패키지(10)는 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package, CSP)일 수 있으며, 웨이퍼 레벨 패키지(Wafer Level Package, WLP)일 수 있다.
발광소자 패키지(10)는 하나의 픽셀의 RGB광원에 각각 해당하는 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)을 포함할 수 있다. 이 중 제1 및 제2 서브 픽셀(SP1, SP2)은 각각 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)와 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)를 포함하며, 제3 서브 픽셀(SP3)은 파장변환부 없이 투광성 격벽 구조(160)와 제3 발광소자(LED)만 포함할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)에서 방출된 광은 파장변환부를 거쳐 다른 파장의 광으로 변환되어 방출되며, 제3 발광소자(LED3)에서 방출된 광은 파장변환 없이 투광성 격벽 구조(160)를 통해 방출될 수 있다.
상기 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)는 서로 인접하여 나란하게 배치되되, 제3 발광소자(LED3)가 제1 발광소자(LED1)와 제2 발광소자(LED2)의 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)는 서로 전기적으로 영향을 미치지 않는 한도 내에서 서로 밀접하게 배치될 수 있다. 즉, 후술하는 절연층(120)이 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)의 사이에 배치되어 전기적 절연을 유지할 수 있을 정도의 간격을 두고 배치될 수 있다.
상기 셀 어레이(CA)는 각각 제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2 도전형 반도체층(113)을 갖는 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)를 포함하며, 제1 면(S1) 및 상기 제1 면(S1)과 반대에 위치하는 제2 면(S2)을 가질 수 있다.
상기 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2 도전형 반도체층(113)과 같은 에피텍셜층이 적층된 발광구조물(110)을 포함할 수 있다. 이러한 에피택셜층들은 하나의 웨이퍼에서 동일한 공정에 의해 성장될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)의 활성층(112)은 동일한 광을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층(112)은 청색 광(예, 440㎚∼460㎚)을 방출할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)는 동일한 구조를 가질 수 있으며, 이하에서는 설명이 중복되는 것을 방지하기 위해, 제1 발광소자(LED1)를 중심으로 설명한다.
상기 제1 도전형 반도체층(111)은 상기 셀 어레이(CA)의 제1 면(S1)을 제공할 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(113)은 상기 셀 어레이(CA)의 제2 면(S2)을 제공할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(111) 및 제2 도전형 반도체층(113)은 각각 n형 반도체층 및 p형 반도체층일 수 있다. 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 질화물 반도체일 수 있다. 활성층(112)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(122)은 InGaN/GaN, GaN/AlGaN와 같은 질화물계 MQW일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 GaAs/AlGaAs 또는 InGaP/GaP, GaP/AlGaP와 같은 다른 반도체일 수 있다. 실시예에 따라서는 상기 셀 어레이(CA)의 제1 면(S1)에 요철이 형성될 수 있으며, 이에 의해 광 추출 효율이 더욱 향상될 수 있다. 이러한 요철은 제1 도전형 반도체층(111)의 노출된 표면을 습식 식각하거나 플라즈마를 이용하여 건식 식각함으로써 얻어질 수 있다.
상기 셀 어레이(CA)는 상기 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)를 각각 둘러싸도록 상기 제2 면에 배치된 절연층(120)을 포함할 수 있다. 상기 절연층(120)은 상기 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)를 서로 전기적으로 분리시킬 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(120)은 후술하는 반사층(170)과 접하도록 배치되어, 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3) 간에 이른바 빛샘 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제3 발광소자(LED3)에서 방출된 광(L1)이 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)에서 방출된 광과 서로 간섭하는 것을 광학적으로 차단할 수 있다.
상기 절연층(120)은 전기적으로 절연성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(120)은 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물일 수 있다. 또한, 상기 절연층(120)은 추가적으로 광흡수율이 낮거나 반사성을 갖는 물질 또는 반사성 구조를 포함할 수 있다. 이러한 절연층(120)은 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)의 상호 광학적 간섭을 차단하여 상기 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)의 독립적인 구동을 보장할 수 있다. 특정 예에서, 상기 절연층(120)은 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연막들이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector) 구조를 포함할 수 있다. 이러한 DBR 구조는 상기 굴절률이 서로 다른 복수의 절연막들이 2회 내지 100회 반복하여 적층될 수 있다. 상기 복수의 절연막은 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, ZrO2, TiN, AlN, TiAlN, TiSiN 등의 산화물 또는 질화물로부터 선택될 수 있다.
각각의 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)는 제1 도전형 반도체층(111)과 제2 도전형 반도체층(123)에 각각 전원을 인가하는 전극부(130)를 포함할 수 있다. 전극부(130)는 제1 및 제2 전극(131, 132)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(131, 132)은 각각 제1 도전형 반도체층(111)의 메사 에칭된 영역과 제2 도전형 반도체층(113)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(131)은 Al, Au, Cr, Ni, Ti, Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 제2 전극(132)은 반사성 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(132)은 Ag, Ni, Al, Cr, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
또한, 각각의 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)는 상기 발광소자 패키지(10)에 전원을 인가하기 위한 전극 패드부(140)를 포함할 수 있다. 상기 전극 패드부(140)는 제1 및 제2 전극 패드(141, 142)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 및 제2 전극 패드는(141, 142)는 각각 상기 제1 및 제2 전극(131,132)과 접속될 수 있다.
상기 발광소자 패키지(10)는 상기 셀 어레이(CA)의 하부면을 포장하면서 상기 전극 패드부(140)를 노출시키는 몰딩부(150)를 포함할 수 있다. 상기 몰딩부(150)는 상기 발광소자 패키지(10)를 견고하게 지지하기 위해서 높은 영률(Young's Modulus)을 가질 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(150)는 상기 제1 내지 제3 발광소자(LEL1, LED2, LED3)에서 발생한 열을 효과적으로 방출하기 위하여 높은 열 전도도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 몰딩부(150)는 에폭시 수지 또는 실리콘(silicone) 수지를 포함할 수 있다. 또한, 상기 몰딩부(150)는 빛을 반사시키기 위한 광반사성 입자를 포함할 수 있다. 상기 광반사성 입자로는 이산화 티타늄(TiO2) 또는 산화 알루미늄(Al2O3)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 내지 제3 발광소자(LED1, LED2, LED3)은 'I'방향에서 보았을 때, 동일한 면적을 갖도록 배치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 서로 다른 면적을 갖도록 배치될 수도 있다.
상기 투광성 격벽 구조(160)는 상기 셀 어레이(CA)의 제1 면(S1)에 접하여 배치되며, 제1 및 제2 홈부(163, 164)를 갖는다. 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)는 각각 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)을 형성하기 위한 공간으로 제공될 수 있다.
상기 투광성 격벽 구조(160)는, 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)가 충전되는 제1 및 제2 홈부(163, 164)가 두께 방향을 관통하여 형성되며, 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)는 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 홈부(163, 163)는 각각 상기 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)와 중첩되는 영역에 배치될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)를 분리하는 영역에는 상기 제3 발광소자(LED3)가 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)에서 방출된 광은 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)를 통해 방출되며, 상기 제3 발광소자(LED3)에서 방출된 광은 상기 투광성 격벽 구조(160)를 통해 방출될 수 있다.
상기 투광성 격벽 구조(160)는 절연성을 가지는 투명한 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 투광성 격벽 구조(160)는 SiO2, SiNx, Al2O3, HfO 또는 ZrO 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 또한, 실시예에 따라서는, 상기 투광성 격벽 구조(160)는 다층으로 적층된 구조로 형성될 수 있다.
도 7은 발광소자 패키지(10')의 투광성 격벽 구조(260)가 제1 층(260a) 및 제2 층(260b)을 포함하는 다층 구조로 이루어진 예를 도시한 것이다. 상기 제1 층(260a) 및 제2 층(260b)은 서로 다른 굴절률을 가지도록 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 층(260b)은 제1 층(260a)과 봉지부(190)의 굴절률 차를 완화시킬 수 있는 중간 굴절룰을 갖도록 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)에는 각각 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)가 배치될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)는 상기 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)과 접하는 면에 노출되도록 배치될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 실시예에 따라서는 상기 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)와 접하는 면에 투광성 물질층이 더 배치될 수도 있다.
상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)는 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)와 각각 대응되는 위치에 소정의 깊이를 가지고 형성될 수 있다. 이러한 제1 및 제2 홈부(163, 164)는 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 도 3 내지 도 5와 같이, 상면('I') 방향에서 보았을 때, 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)가 각각 사각기둥 형상의 공간부를 가지도록 형성할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 홈부(163, 164)는 모두 동일한 깊이를 가지도록 상기 투광성 격벽 구조(160)를 관통하여 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)와 접하는 면에 투광성 물질층을 배치하여 서로 다른 깊이를 갖도록 형성될 수도 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)의 폭은 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)가 서로 이격된 폭과 실질적으로 동일하게 배치될 수 있다. 따라서, 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)에 형성되는 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)의 폭과 상기 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)가 서로 이격된 폭은 실질적으로 동일하게 배치될 수 있다.
상기 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)는 적어도 한 종류의 형광체 또는 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장변환물질이 실리콘(silicone)과 같은 수지에 분산된 것 일 수 있다. 일 실시예의 경우, 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)에는 각각 청색광을 적색광 및 녹색광으로 파장변환할 수 있는 형광체 또는 양자점이 포함될 수 있다.
상기 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)는 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)에 이러한 파장변환물질을 충전한 후 경화하여 형성할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)는 각각 적색 형광체(166a) 및 녹색 형광체(167a)가 혼합된 광투과성 액상 수지(166b, 167b)를, 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)에 디스펜싱 또는 잉크젯 프린팅한 후 경화하여 형성할 수 있다.
필요에 따라, 상기 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)의 상면에는 각각 특정 파장의 광을 선택적으로 차단하는 광 필터층(180) 또는 분산 브래그 반사층(Distributed Bragg Reflector, DBR)을 더 배치할 수 있다. 일 실시예의 경우, 특정 파장의 광은 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)에서 방출되는 청색 광일 수 있으며, 상기 광 필터층(180)과 분산 브래그 반사층은 청색 광을 선택적으로 차단하도록 마련될 수 있다. 따라서, 상기 광 필터층(180) 또는 분산 브래그 반사층을 이용함으로써 제1 및 제2 서브 픽셀(SP1, SP2)은 청색광이 제거된 광을 제공할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)의 측면에는 각각 상기 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)에서 방출된 광을 반사하기 위한 반사층(170)이 배치될 수 있다. 상기 반사층(170)은 상기 제1 및 제2 홈부(163, 164) 측면을 모두 덮도록 배치될 수 있다. 따라서, 상기 반사층(170)은 상기 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)에서 방출된 광을 방출하는 각각 분리하여 방출하는 광발창광으로 작용할 수 있다. 상기 반사층(170)은 상기 절연층(120)과 접하도록 배치되어, 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3) 간에 이른바 빛샘 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)에서 방출된 광이 서로 간섭되지 않도록 광학적으로 차단할 수 있다. 상기 반사층(170)은 상기 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)에서 방출된 광을 반사하여, 상기 발광소자 패키지(10)의 전방(도 3의 'I'방향)으로 집중시킬 수 있다. 상기 반사층(170)은 고반사성 금속인 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 반사층(170)은 인접한 제3 서브 픽셀(SP3)의 제3 발광소자(LED3)에서 방출된 광(L1)을 반사하여 상기 발광소자 패키지(10)의 전방(도 3의 'I'방향)으로 집중시킬 수 있다.
이와 같은 투광성 격벽 구조(160)는 상기 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)을 분리하는 격벽으로서 작용할 수 있으며, 특유의 광투과 성질로 인하여, 상기 투광성 격벽 구조(160)를 통하여 상기 제3 발광소자(LED3)로부터 방출된 광이 투과되는 광도파로로서 작용할 수 있다.
상기 투광성 격벽 구조(160)와 제1 및 제2 파장변환부(166, 167)의 상부에는 파장변환물질의 열화를 방지하기 위한 봉지부(190)가 배치될 수 있다. 상기 봉지부(190)는 상기 제1 및 제2 파장변환부(166, 167) 및 상기 투광성 격벽 구조(160)와 접하도록 배치되어, 상기 제1 및 제2 파장변환부(166, 167) 및 상기 투광성 격벽 구조(160)에서 방출되는 광을 전달하는 광도파로로서 사용될 수 있다. 상기 봉지부(190)는 산화물층(191)의 사이에 유기물층(192)이 배치된 다층구조를 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 단층 구조로 이루어질 수도 있다.
종래에는 디스플레이 패널의 서브 픽셀들에서 방출되는 광이 서로 간섭하는 것을 방지하기 위해, 서브 픽셀들 사이에 광차단 효과가 있는 격벽 구조를 채용하였다. 그러나, 디스플레이 패널이 점점 고해상도화 됨에 따라, 픽셀의 크기가 점점 소형화되는 추세이나, 이에 맞추어 격벽 구조의 두께도 얇게 하면 서브 픽셀들에서 방출되는 광들이 서로 간섭하게 되므로, 격벽 구조의 두께를 얇게하는 데에 한계가 있었다. 따라서, 픽셀의 크기가 소형화되더라도, 격벽의 두께를 유지하고 서브 픽셀의 크기를 줄일 수 밖에 없었다. 이로 인해, 디스플레이 패널은 고해상도가 되고 있으나, 각각의 픽셀에서 방출되는 광량이 감소되어, 디스플레이 패널 전체에서 방출되는 광량이 감소되는 문제가 발생하였다.
일 실시예의 발광소자 패키지(10)는 기존의 발광소자 패키지에 채용되던, 광차단 효과가 있는 격벽 구조를 투광성 격벽 구조로 대체하고, 서브 픽셀 중 하나를 투광성 격벽 구조의 하부에 배치함으로써, 서브 픽셀들 간의 거리를 최소화하면서도, 서브 픽셀들의 크기는 최대화할 수 있다. 따라서, 종래에 비해 발광소자 패키지(10)를 더욱 소형화할 수 있다.
다음으로, 도 8 내지 도 13을 참조하여, 발광소자 패키지의 제조공정에 대해 설명한다. 도 8 내지 도 13은 도 5의 발광소자 패키지의 주요 제조공정을 개략적으로 도시한 측 단면도이다. 앞서 설명한 발광소자 패키지(10)와 동일한 도면부호가 부여된 구성은, 설명이 중복되는 것을 방지하기 위해 생략한다.
구체적으로 상기 발광소자 패키지의 제조방법은 칩 스케일 패키지(Chip Scale Package)의 제조방법에 대한 것이다. 이러한 칩 스케일 패키지는 실질적으로 반도체 발광소자와 동일한 수준의 패키지 사이즈를 달성할 수 있다. 따라서, 디스플레이 패널에 이용되는 경우, 화소 사이즈 및 화소 피치를 감소시켜 고해상도의 디스플레이 패널을 제조할 수 있다. 또한, 웨이퍼 레벨로 모든 공정이 이루어지기 때문에 대량 생산에 적합하며, 발광구조물과 함께, 파장변환부 및 광 필터와 같은 광학 구조를 일체형으로 제조할 수 있다는 장점도 갖고 있다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 도전형 반도체층(111), 활성층(112) 및 제2 도전형 반도체층(113)을 각각 포함하는 발광구조물(110), 발광구조물(110)을 각각 둘러싸는 절연층(120), 전극부(130), 전극 패드부(140) 및 몰딩부(50)를 포함하는 셀 어레이(CA)를, 임시 기판(TS)이 부착된 상태로 준비하고, 제1 면(S1)에 투광성 물질층을 증착하고, 제1 및 제2 홈부(163, 164)를 형성하여 투광성 격벽 구조(160)를 배치할 수 있다.
상기 제1 및 제2 홈부(163, 164)는 각각 상기 제1 및 제2 발광소자(LED1, LED2)와 대응되는 영역을 식각(E)하여 픽셀 단위(CELL1, CELL2)로 반복하여 형성하여 마련할 수 있다. 상기 홈부(163, 164)는 상기 투광성 물질층을 oxide-DRIE(oxide-deep reactive ion etching)와 같은 방법으로 건식식각하여 형성할 수 있다. 그러나, 이러한 방법 이외에도, 당업계에서 사용되는 다양한 건식 또는 습식 식각방법이 사용될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 투광성 격벽 구조(160)는 투광성 절연 물질로 이루어질 수 있으며, SiO2, SiNx, Al2O3, HfO, TiO2 또는 ZrO 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 제1 및 제2 홈부(163, 164) 사이의 간격(W1)은 후속 공정에서 부착되는 셀 어레이(CA)의 제3 발광소자(LED3)의 폭에 대응된 크기로 마련될 수 있다. 또한, 인접한 픽셀 사이의 간격(W2)은 다이싱 공정에서 투광성 격벽 구조(160)가 깨지지 않는 범위 내에서 최소한의 폭으로 마련될 수 있다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 홈부(163, 164)의 측면(163a, 164a)에 반사층(170)을 형성할 수 있다. 상기 반사층(170)은 고반사성 금속인 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 및 구리(Cu) 중 적어도 하나를 포함하는 물질을 증착하여 형성할 수 있다. 상기 반사층(170)은 상기 절연층(120)과 접하도록 배치될 수 형성될 수 있다.
다음으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1 홈부(163)에 적색 형광체(166a)가 혼합된 광투과성 액상 수지(166b)를 잉크젯 프린팅하여 제1 파장변환부(166)를 형성하고, 상기 제2 홈부(164)에 녹색 형광체(167a)가 혼합된 광투과성 액상 수지(167b)를 잉크젯 프린팅하여 제2 파장변환부(167)를 형성할 수 있다.
다음으로, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 파장변환부(166, 167) 및 상기 투광성 격벽 구조(160)를 덮도록 봉지부(190)를 배치할 수 있다. 상기 봉지부(190)는 다층구조를 갖는 필름형상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 물질층을 도포하여 단층구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 12에 도시된 바와 같이, 셀 어레이(CA)에서 임시 기판(TS)을 분리한다. 이때, 셀 어레이(CA)의 손상을 방지하기 위해, 봉지부(190) 상에 테이프와 같은 임시 지지체가 부착될 수 있다.
다음으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 블레이드(BL)를 이용하여 상기 투광성 격벽 구조(160) 및 셀 어레이(CA)를 픽셀 단위(CELL1, CELL2)로 절단하는 공정을 수행함으로써, 도 5에 도시된 발광소자 패키지(10)를 제조할 수 있다. 다만, 픽셀 단위(CELL1, CELL2)로 절단하는 공정은 이에 한정하는 것은 아니며, 레이저 또는 워터 젯(Water Jet)을 이용하여 분리하는 방법 등을 적용할 수도 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 디스플레이 장치
10: 발광소자 패키지
20: 디스플레이 패널
21: 제1 격벽 구조
22: 제2 격벽 구조
30: 회로 기판
110: 발광구조물
111: 제1 도전형 반도체층
112: 활성층
113: 제2 도전형 반도체층
120: 절연층
130: 전극부
131, 132: 제1 및 제2 전극
140: 전극 패드부
141, 142: 제1 및 제2 전극 패드
160: 투광성 기판
163, 164: 제1 및 제2 홈부
166, 167: 제1 및 제2 파장변환부
170: 반사층
180: 광 필터층
190: 공융 접합층
LED1, LED2, LED3: 제1 내지 제3 발광소자
CA: 셀 어레이

Claims (10)

  1. 입사된 광을 다른 파장의 광으로 제공하도록 구성된 제1 및 제2 파장변환부;
    상기 제1 및 제2 파장변환부가 서로 이격 배치되도록 상기 제1 및 제2 파장변환부의 측면을 둘러싸는 투광성 격벽 구조; 및
    각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 상기 제1 및 제2 파장변환부 및 상기 투광성 격벽 구조에 각각 중첩되도록 배치된 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이; 를 포함하고
    상기 투광성 격벽 구조는, 서로 다른 굴절률을 가지는 제1 층 및 제2 층을 포함하는 다층구조로 이루어진 발광소자 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 격벽 구조는 SiO2를 포함하는 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투광성 격벽 구조는 상기 제1 및 제2 파장변환부와 각각 접하는 면에 반사층이 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 셀 어레이는 상기 제1 면을 덮어 상기 제1 내지 제3 발광소자를 서로 전기적으로 분리하는 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 반사층과 접하도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광소자는 청색(Blue)의 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파장변환부는 각각 적색 형광체 및 녹색 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광소자는 서로 나란하게 배치되며, 상기 제3 발광소자는 상기 제1 및 제2 발광소자 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 파장변환부 및 상기 투광성 격벽 구조는 실질적으로 동일한 두께를 갖도록 배치된 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
  10. 회로 기판과 상기 회로 기판 상에 행과 열을 이루어 배치된 복수의 발광소자 패키지를 포함하며, 상기 복수의 발광소자 패키지 각각은 하나의 화소를 제공하는 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널을 구동하기 위한 구동부; 및
    상기 구동부를 제어하기 위한 제어부;를 포함하고,
    상기 디스플레이 패널은,
    입사된 광을 다른 파장의 광으로 제공하도록 구성된 제1 및 제2 파장변환부;
    상기 제1 및 제2 파장변환부가 서로 이격 배치되도록 상기 제1 및 제2 파장변환부의 측면을 둘러싸는 투광성 격벽 구조; 및
    각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 상기 제1 및 제2 파장변환부 및 상기 투광성 격벽 구조에 각각 중첩되도록 배치된 제1 내지 제3 발광소자를 포함하며, 제1 면 및 상기 제1 면과 반대에 위치하는 제2 면을 갖는 셀 어레이;를 포함하며
    상기 투광성 격벽 구조는, 서로 다른 굴절률을 가지는 제1 층 및 제2 층을 포함하는 다층구조로 이루어진 디스플레이 장치.
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