KR102557154B1 - 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, 배선 전극을 구비하는 기판, 및 상면으로 빛을 방출하고, 하면에 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되는 도전형 전극을 구비하며, 측면이 패시베이션층에 의하여 감싸지는 반도체 발광소자를 포함하고, 상기 도전형 전극은, 상기 패시베이션층에 의하여 덮이는 절연 영역과, 상기 패시베이션의 관통홀에 배치되어 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되며, 표면이 요철로 형성되는 요철 영역을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치
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 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이에서 배선기판 상에 성장기판에 성장된 반도체 발광 소자가 전사될 수 있다. 하지만, 상기 전사를 수행할 때, 반도체 발광소자와 접착제(bonding materials)과의 결합력이 약하여, 불량이 발생하여, 제조비가 높아지는 단점이 있다.
이에 본 발명에서는 도전형 전극과 강한 결합력을 통하여 디스플레이 장치의 구조적 안정성을 가지는 반도체 발광 소자 구조를 제시한다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 디스플레이 장치에서 배선기판에 반도체 발광 소자를 전사할 때, 안정성과 신뢰성이 향상된 반도체 발광 소자의 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 반도체 발광소자가 배선기판에 강한 결합력으로 결합되는 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 반도체 발광소자의 도전형 전극의 계면을 텍스처링 면(texturing surface)로 형성하여, 강한 결합력(Shear Force) 및 구조적 안정성을 확보한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 배선 전극을 구비하는 기판, 및 상면으로 빛을 방출하고, 하면에 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되는 도전형 전극을 구비하며, 측면이 패시베이션층에 의하여 감싸지는 반도체 발광소자를 포함하고, 상기 도전형 전극은, 상기 패시베이션층에 의하여 덮이는 절연 영역과, 상기 패시베이션의 관통홀에 배치되어 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되며, 표면이 요철로 형성되는 요철 영역을 구비한다.
실시예에 있어서, 상기 요철 영역은 상기 배선 전극과 상기 도전형 전극이 오버랩되는 부분에 형성된다. 상기 도전형 전극은 p형 전극이고, 상기 반도체 발광소자의 상면에는 n형 전극이 배치될 수 있다. 상기 도전형 전극은 p형 전극과 n형 전극을 구비하고, 상기 요철 영역은 상기 p형 전극과 n형 전극에 각각 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 도전형 전극은 하나 이상의 금속층들을 구비하며, 상기 금속층들은 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나로 형성되는 산화방지층을 구비한다. 상기 요철 영역은 상기 산화방지층의 표면에 형성될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 절연 영역의 표면은 평탄한 면으로 형성된다.
실시예에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 상기 절연 영역에서 상기 도전형 전극과 상기 패시베이션층의 사이에 배치되는 점착 전극을 포함한다.
상기 패시베이션층은 상기 도전형 전극의 하면에 형성되는 제1절연부와, 상기 도전형 전극의 측면에서 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 반도체층의 측면 및 제2도전형 반도체층의 측면으로 연장되는 제2절연부를 구비할 수 있다. 상기 제1도전형 전극과 상기 제1절연부 사이에 절연면이 형성되고, 상기 절연면에 상기 점착 전극이 배치될 수 있다. 상기 점착 전극은 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 배선 전극과 상기 도전형 전극은 솔더에 의하여 전기적으로 연결되고, 상기 솔더에는 상기 요철 영역의 리세스된 부분에 대응하는 복수의 홈들이 형성된다.
실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자의 상면에는 복수의 홈들이 형성된다. 상기 배선 전극의 하부에는 반사막이 형성될 수 있다. 상기 기판은 상기 반도체 발광소자들의 사이에 형성되며, 일방향으로 순차적으로 배치되는 홈들을 구비할 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 3의 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 D-D를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광 소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 11은 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 본 발명의 실시예의 단면도이다.
도 12는 도 10의 라인 F-F를 따라 취한 본 발명의 실시예의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예의 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 14는 수평형 반도체 발광소자가 적용된 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 15는 도 14에 개시된 새로운 구조의 수평형 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
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 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 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이며, 도 4는 도 3a의 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 제1기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
제1기판(110)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(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 제1기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
상기 제1기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(120)은 제1기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 제1기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1기판(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 제1기판(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 제1기판(110)상에 배치되는 구조도 가능하다. 전도성 접착층(130)이 제1기판(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 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 개별 단위 화소를 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)의 단위 화소들을 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(182), 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 성장기판으로서, 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 발광 소자(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 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광 소자를 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 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. 따라서, 반도체 발광 소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 디스플레이 장치는 배선 기판에 상기 반도체 발광 소자가 성장된 성장기판의 반도체 발광 소자를 전사하여야 한다. 하지만, 상기 전사를 수행할 때, 반도체 발광소자와 접착제(bonding materials)과의 결합력이 약하여, 불량이 발생하여, 제조비가 높아지는 단점이 있다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 구조의 반도체 발광 소자를 제시한다. 이하, 새로운 구조의 반도체 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광 소자가 적용된 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이고, 도 11은 도10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이며, 도 12는 도 10의 라인 F-F를 따라 취한 단면도이고, 도 13은 새로운 구조의 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 10, 도 11 및 도 12의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(1000)는 기판(1010), 제1전극(1020), 접착층(1030), 제2전극(1040) 및 복수의 반도체 발광 소자(1050)를 포함한다. 여기에서, 제1 전극(1020) 및 제2전극(1040)은 각각 복수의 전극 라인들을 포함할 수 있다.
기판(1010)은 제1전극(1020)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능하다.
상기 기판은 상기 반도체 발광소자들의 사이에 형성되며, 일방향으로 순차적으로 배치되는 홈들(1092)을 구비할 수 있다. 상기 반도체 발광소자들은 상기 홈들(1092)을 사이에 두고 일 방향으로 순차적으로 배치될 수 있다.
도시에 의하면, 제1전극(1020)은 기판(1010) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 제1전극(1020)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
또한, 접착층(1030)은 제1전극(1020)이 위치하는 기판(1010)과 반도체 발광 소자(1050) 사이에 배치될 수 있다. 접착층(1030)을 형성하여 제1전극(1020)과 반도체 발광 소자(1050)를 물리적으로 접촉시킬 수 있다. 이에 반도체 발광 소자(1050)과 제1전극(1020)이 서로 연결되어 전기적으로 도통될 수 있다. 덧붙여, 접착층(1030)은 실버 페이스트, 주석 페이스트 및 솔더 페이스트로 형성할 수 있다. 다만, 본 실시예에서는 상기 접착층(1030)이 솔더인 경우를 예시한다. 다만, 이는 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 접착층(1030)이 배치된 구조에서는 반도체 발광 소자(1050)들의 사이에 형성된 갭에는 전류가 흐르지 않는 물질이 충전될 수 있다. 이러한 예로써, 상기 갭에는 폴리이미드(1070)가 충전될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자들을 사이에 두고, 제1전극(1020)과 제2전극(1040)이 배치될 수 있다. 제2전극(1040)은 제1전극(1020)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 복수개가 배치될 수 있다. 제1전극(1020)과 제2전극(1040)은 반도체 발광 소자(1050)와 접촉에 의해 전기적으로 연결되며, 배선 전극이 될 수 있다.
도시에 의하면, 제2전극(1040)은 폴리이미드(1070) 상에 배치될 수 있다. 즉, 폴리이미드(1070)는 기판(1010)과 제2전극(1040)의 사이에 있을 수 있다. 상기에서 설명된 구조에 의하여, 복수의 반도체 발광 소자(1050)는 접착층(1030)에 의하여 결합 되며, 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)과 전기적으로 연결된다.
다른 실시예에서, 접착층(1030)이 전술된 이방성 전도성 필름으로 대체될 수도 있다. 상기 이등방성 전도성 필름으로 상기 접착층을 형성하는 경우, 제2전극(1040)은 상기 이방성 전도성 필름 상에 배치될 수도 있다. 즉, 상기 이방성 전도성 필름은 기판(1010)과 제2전극(1040)의 사이에 배치된다. 또한, 복수의 반도체 발광 소자(1050)는 상기 이등방성 전도성 필름에 의하여 결합되어, 제1전극(1020)과 제2전극(1040)과 전기적으로 연결된다.
이 때에, 상기 제1전극, 즉 상기 배선 전극의 하부에는 반사막(1093)이 형성될 수 있다. 또한 경우에 따라, 반도체 발광 소자(1050)가 형성된 기판(1010) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(1040)을 위치시킬 경우, 제2전극(1040)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(1040)은 폴리이미드(1070) 또는 투명 절연층에 이격 되어 형성될 수도 있다.
도시와 같이, 복수의 반도체 발광 소자(1050)는 제1전극(1020)에 구비되는 복수의 전극 라인들과 나란한 방향으로 복수의 열들을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 반도체 발광소자(1050)는 제2전극(1040)을 따라 복수의 열들을 형성할 수 있다.
나아가, 디스플레이 장치(1000)는, 복수의 반도체 발광소자(1050) 상에 형성되는 형광체층(1080)을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(1050)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(1080)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 형광체층(1080)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(1081) 또는 녹색 형광체(1082)가 될 수 있다. 즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(1051a) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(1081)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(1051b) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(1082)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(1051c)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(1020)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층 될 수 있다. 따라서, 제1전극(1020)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(1040)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(1050)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 단위 화소를 구현할 수 있다.
한편, 이러한 형광체층(1080)의 대비비(Contrast) 향상을 위하여 디스플레이 장치는 각각의 형광체들의 사이에 배치되는 블랙 매트릭스(1091)를 더 포함할 수 있다. 블랙 매트릭스(1091)는 형광체 도트 사이에 갭을 만들고, 흑색 물질이 상기 갭을 채우는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통하여 블랙 매트릭스(1091)는 외광반사를 흡수함과 동시에 명암의 대조를 향상시킬 수 있다. 이러한 블랙 매트릭스(1091)는, 형광체층(1080)이 적층된 방향인 제1전극(1020)을 따라 각각의 형광체층들의 사이에 위치한다. 이 경우에, 청색 반도체 발광 소자(1051)에 해당하는 위치에는 형광체층이 형성되지 않으나, 블랙 매트릭스(1091)는 형광체층(1080)이 없는 공간을 사이에 두고(또는 청색 반도체 발광 소자(1051c)를 사이에 두고) 양측에 각각 형성될 수 있다. 블랙 매트릭스(1091)는 형광체들의 사이에서 혼색을 방지하는 격벽의 역할을 할 수 있다.
한편, 본 예시의 반도체 발광소자(1050)를 살펴보면 상면으로 빛을 방출하고, 하면에 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되는 도전형 전극을 구비하며, 측면이 패시베이션층에 의하여 감싸지는 구조를 가지고 있다.
이 때에, 상기 도전형 전극은 상기 배선 전극과의 전기적으로 연결을 위하여 외부로 노출되는 부분에 형성되는 텍스처링 면(texturing surface)을 구비할 수 있다. 상기 텍스처링 면은 반도체 발광소자의 하면에 배치되어, 상기 배선 전극과의 접촉면을 증가하고, 상기 반도체 발광소자의 전사 공정에서 임시 접착층과의 부착을 보다 용이하게 한다. 이하, 이러한 반도체 발광소자에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 13은 본 발명의 실시예의 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
또한, 본 예시의 반도체 발광소자(1050)를 살펴보면, 본 예시에서 반도체 발광 소자(1050)의 전극을 상/하로 배치할 수 있다. 따라서, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
상기 반도체 발광소자(1050)는 상면으로 빛을 방출하고, 하면에 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되는 도전형 전극을 구비하며, 측면이 패시베이션층(1157)에 의하여 감싸진다. 이 경우에, 상기 반도체 발광소자(1050)의 하면의 도전형 전극에 텍스처링에 의한 요철이 형성되며, 이를 통하여 전사를 수행할 때, 반도체 발광소자와 접착제(bonding materials)과의 결합력을 높이게 된다.
보다 구체적으로, 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 반도체 발광 소자(1050)는 제1도전형 전극(1156), 제1도전형 전극(1156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(1155), 제1도전형 반도체층(1155) 상에 형성된 활성층(1154), 활성층(1154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(1153), 제2도전형 반도체층(1153)에 형성되는 제2도전형 전극(1152)및 패시베이션층(1157)을 포함한다.
제1도전형 전극(1156) 및 제1도전형 반도체층(1155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 제2도전형 전극(1152) 및 제2도전형 반도체층(1153)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있다. 즉, 반도체 발광소자의 하측에 배치되는 도전형 전극이 p형 전극이고, 상기 반도체 발광소자의 상면에는 n형 전극이 배치된다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
제1도전형 전극(1156)은 제1도전형 반도체층(1155)의 일면에 형성되며, 활성층(1154)은 제1도전형 반도체층(1155)의 타면과 제2도전형 반도체층(1153)의 일면의 사이에 형성되고, 제2도전형 전극(1152)은 제2도전형 반도체층(1153)의 일면에 형성된다. 또한, 활성층(1154)은 제1도전형 반도체층(1155)과 제2도전형 반도체층(1153)의 사이에 배치되며, 제1도전형 전극(1156)과 제2전극(1040)의 사이에 흐르는 전류에 의하여 빛을 발광하게 된다.
패시베이션층(1157)을 반도체 발광 소자(1050)의 최외각에 구비되어 반도체층과 활성층을 감싸므로, 반도체 발광 소자(1050) 안정화 특성의 향상할 수 있다. 절연층(1157)은 반도체 발광 소자(1050)의 제1도전형 반도체층(1155), 활성층(1154), 제2도전형 반도체층(1153) 및 제1도전형 전극(1156)을 감쌀 수 있다.
패시베이션층(1157)은 제1절연부(1157a), 제2절연부(1157b)를 포함할 수 있다. 제1절연부(1157a)는 제1도전형 전극(1156) 일면의 일부와 오버랩되는 형태일 수 있다. 상세하게, 제1절연부(1157a)는 제1도전형 전극(1156)의 가장자리를 덮도록 형성될 수 있으며, 환형을 이룰 수도 있다. 또한, 제1절연부(1157a)는 제1도전형 전극(1156)의 하면과 완전히 오버랩되도록 형성될 수 있다.
제2절연부(1157b)는 제1도전형 전극(1156)의 측면, 제1도전형 반도체층(1155)의 측면 및 제2도전형 반도체층(1153)의 측면을 감싸는 형태일 수 있다. 즉, 상기 제2절연부(1157b)는 상기 도전형 전극의 측면에서 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 반도체층의 측면 및 제2도전형 반도체층의 측면으로 연장된다. 상기 제2절연부(1157b)가 반도체 발광 소자(1050)의 감싸는 형태로 절연보호막을 형성하여, 반도체 발광 소자(1050)의 안전성을 더 확보할 수 있다. 나아가, 제1절연부(1157a)와 제2절연부(1157b)는 연속된 층일 수 있다.
상기 제1도전형 전극과 상기 제1절연부 사이에 절연계면(1161)이 형성되고, 상기 절연계면에 점착 전극(1156c)이 배치될 수 있다. 점착 전극(1156c)은 절연계면(1161)의 면적과 동일하거나 더 큰 면적으로 형성되어 절연계면(1161)을 커버할 수 있다. 절연계면(1161)에 점착 전극(1156c)을 배치함으로써, 제1도전형 전극(1156)과 절연층(1157)의 접착력이 향상될 수 있다. 상기 점착 전극(1156c)은 버퍼 메탈로써 패시베이션 물질과 금속 전극 물질의 접착력을 개선해주는 금속층이 될 수 있다. 이러한 접착력의 향상을 위하여, 상기 점착 전극(1156c)은 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 점착 전극(1156c)이 1nm 내지 10nm의 두께로 형성될 수도 있다. 상기 점착전극에 대한 열거 사항은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도시에 의하면, 상기 제1도전형 전극(1156)은, 상기 패시베이션층(1157)에 의하여 덮이는 절연 영역(1156a)과, 상기 패시베이션층(1157)의 관통홀에 배치되어 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되며, 표면이 요철로 형성되는 요철 영역(1156b)을 구비할 수 있다.
상기 절연 영역(1156a)는 상기 패시베이션층(1157)의 제1절연부(1157a)에 의하여 덮이는 영역이 될 수 있다. 따라서, 상기 점착 전극은 상기 절연 영역에서 상기 도전형 전극과 상기 패시베이션층의 사이에 배치될 수 있다. 이에 반해, 상기 요철 영역(1156b)은 상기 제1절연부에 의하여 덮이지 않는 영역으로서, 외부로 노출되는 부분이 될 수 있다. 상기 절연 영역(1156a)의 표면은 평탄한 면으로 형성될 수 있다.
상기 요철 영역(1156b)은 식각을 이용한 텍스처링 공정에 의하여 복수의 미세한 홈을 구비하며, 상기 미세홈들을 상기 배선 전극이 상기 제1도전형 전극(1156)을 덮는 부분에 형성될 수 있다. 이를 위하여, 상기 제1도전형 전극(1156)은 식각이 가능한 재질로 형성될 수 있다.
상기 요철 영역(1156b)은 상기 배선 전극과 상기 도전형 전극이 오버랩되는 부분에 형성된다. 이 경우에, 상기 식각은 ICP, RIE 등을 이용한 건식 공정이나 chemical etchant 을 이용한 습식 공정이 모두 이용될 수 있다.
한편, 상기 도전형 전극은 하나 이상의 금속층들을 구비하며, 상기 금속층들은 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나로 형성되는 산화방지층(1156d)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 금속층들은 제1도전형 반도체층(1155)과 오믹(ohmic) 접촉을 형성하는 오믹 접촉층(1156e)을 포함할 수도 있다. 예시로써, ITO, 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 니켈-은(Ni-Ag) 중 어느 하나 이상이 상기 제1도전형 전극(1156b)의 오믹 접촉층(1156e)을 구성할 수 있다.
이 경우에, 상기 요철 영역(1156b)은, 상기 점착 전극(1156c)을 제거하는 공정에서 형성할 수 있다. 표면 텍스처링을 이용하여, 상기 점착 전극(1156c)의 일부만을 제거하며, 이 때에 이물질도 함께 제거될 수 있다. 구체적으로, 상기 점착 전극(1156c)은 상기 절연 영역(1156a)에 해당하는 부분에서는 식각되지 않고, 상기 요철 영역(1156b)에 해당하는 부분에서만 식각될 수 있다. 보다 구체적 예로써, 상기 산화방지층(1156d)의 표면은 수 나모미터 수준의 평면(Flat surface)에서 건식 식각(Dry etching) 이후 수십 나도미터 수준의 surface texturing 이 형성될 수 있다. 즉, 상기 요철 영역(1156b)은 산화방지층(1156d)의 표면에 형성될 수 있으며, 거칠기(Roughness) 는 에칭 시간에 따라 증가시킬 수 있다.
요철 영역(1156b)이 형성된 반도체 발광소자를 전사기판으로 전사함에 따라, 전사기판에 구비되는 Temporary bonding material 과의 결합력이 향상될 수 있다. 또한, 배선 기판에 결합될 때에, 배선 전극과의 접촉 면적을 증가함으로써 솔더 등의 bonding materials 과의 접착력(bonding force)을 높여주는 효과를 갖는다.
이 때에, 상기 배선 전극과 상기 도전형 전극은 솔더에 의하여 전기적으로 연결되고, 상기 솔더에는 상기 요철 영역의 돌기된 부분에 대응하는 복수의 홈들이 형성될 수 있다.
한편, 본 예시에서는 상기 반도체 발광소자의 상면에도 복수의 홈들이 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 제2도전형 반도체층의 상면에도 텍스처링에 의한 미세홈들이 형성될 수 있다. 예를 들어, Ga metal or u-GaN 제거를 통해 N-GaN을 노출시키고, Ar, Cl2 & BCl3 gas phase 를 이용하여 dry-etching 을 하여, 약 100 나노미터 수준의 단차를 보이는 texturing 구조를 갖게 된다.
상기 상면의 미세홈들은 내부에서 발생된 빛의 Light extraction efficiency 를 향상시킬 뿐만 아니라 제2 도전형 전극을 형성할 때에, 넓은 표면적에 의해 강한 결합력(Shear Force) 를 확보할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 요철 영역을 통하여 반도체 발광소자의 하면의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 도전형 전극에서 반도체 발광소자로 반사되는 빛이 보다 용이하게 추출되도록 한다.
한편, 본 발명의 구조는 전술한 수직형 반도체 발광소자에만 적용되는 것이 아니라, 수평형 반도체 발광소자에도 적용될 수 있다. 이하, 이러한 구조에 대하여 도 14 및 도 15를 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 14는 수평형 반도체 발광소자가 적용된 디스플레이 장치의 단면도이고, 도 15는 도 15는 도 14에 개시된 새로운 구조의 수평형 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 14 및 도 15의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(2000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(2000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(2000)는 기판(2010), 제1전극(2020), 접착층(2030), 제2전극(2040), 보조전극(2070) 및 복수의 반도체 발광 소자(2050)를 포함한다.
기판(2010)은 일면에 제1전극(2020) 및 보조전극(2070)이 배치되는 배선기판으로서, 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다.
상기 제2전극(2040)은 기판(2010)의 타면에 배치되며, 상기 보조전극(2070)과 비아홀을 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 여기에서, 제1전극(2020) 및 제2전극(2040)은 각각 복수의 전극 라인들을 포함할 수 있으며, 상기 제1전극(2020)은 데이터 전극의 역할을 하고, 상기 제2전극(2040)은 스캔 전극의 역할을 할 수 있다.
접착층(2030)은 제1전극(2020) 및 보조전극(2070)과 반도체 발광 소자(2050) 사이에 배치될 수 있다. 접착층(2030)을 형성하여 제1전극(2020)과 제2전극(2040)을 반도체 발광 소자(2050)를 물리적으로 접촉시킬 수 있으며, 이에 대한 설명은 도 10 내지 도 13을 참조하여 전술한 접착층에 대한 설명으로 갈음한다.
나아가, 디스플레이 장치(2000)는, 복수의 반도체 발광소자(2050) 상에 형성되는 형광체층(2080)과 블랙 매트릭스(2091)를 더 포함할 수 있다. 상기 형광체층(2080)과 블랙 매트릭스(미도시)의 구조도 도 10 내지 도 13을 참조하여 전술한 형광체층과 블랙 매트릭스과 동일하며, 이에 대한 설명도 전술한 내용으로 갈음한다.
한편, 본 예시의 반도체 발광소자(2050)를 살펴보면 상면으로 빛을 방출하고, 하면에 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되는 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)을 구비하며, 측면이 패시베이션층에(2157) 의하여 감싸지는 구조를 가지고 있다.
이 경우에, 상기 반도체 발광소자(2050)의 하면의 도전형 전극에 텍스처링에 의한 요철이 형성되며, 이를 통하여 전사를 수행할 때, 반도체 발광소자와 접착제(bonding materials)과의 결합력을 높이게 된다.
보다 구체적으로, 도 15을 참조하면, 본 발명의 실시예에서 반도체 발광 소자(2050)는 제1도전형 전극(2156), 제1도전형 전극(2156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(2155), 제1도전형 반도체층(2155) 상에 형성된 활성층(2154), 활성층(2154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(2153), 제2도전형 반도체층(2153)에 형성되는 제2도전형 전극(2152) 및 패시베이션층(2157)을 포함한다. 이 때에, 상기 제2도전형 전극(2152)은 제2도전형 반도체층(2153) 상에서 제1도전형 전극(2156)과 수평방향으로 이격 배치되어, 플립칩 구조를 형성한다.
이 경우에, 상기 제1도전형 전극(2156)은 p형 전극이 되고, 상기 제2도전형 전극(2152)은 n형 전극이 될 수 있으며, 본 예시에서는 요철 영역이 상기 p형 전극과 n형 전극에 각각 형성된다.
패시베이션층(2157)은 제1절연부(2157a), 제2절연부(2157b)를 포함할 수 있다. 제1절연부(2157a)는 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)의 일부와 오버랩되는 형태일 수 있다. 상세하게, 제1절연부(2157a)는 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)의 가장자리를 덮도록 형성될 수 있으며, 환형을 이룰 수도 있다. 또한, 제1절연부(2157a)는 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)의 하면과 완전히 오버랩되도록 형성될 수 있다.
제2절연부(2157b)는 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)의 측면, 제1도전형 반도체층(2155)의 측면 및 제2도전형 반도체층(2153)의 측면을 감싸는 형태일 수 있다. 즉, 상기 제2절연부(2157b)는 상기 도전형 전극의 측면에서 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 반도체층의 측면 및 제2도전형 반도체층의 측면으로 연장된다. 상기 제2절연부(2157b)가 반도체 발광 소자(2050)의 감싸는 형태로 절연보호막을 형성하여, 반도체 발광 소자(2050)의 안전성을 더 확보할 수 있다. 나아가, 제1절연부(2157a)와 제2절연부(2157b)는 연속된 층일 수 있다.
상기 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)과 상기 제1절연부 사이에 절연계면(2161)이 형성되고, 상기 절연계면에 점착 전극(2156c)이 배치될 수 있다. 점착 전극(2156c)은 절연계면(2161)의 면적과 동일하거나 더 큰 면적으로 형성되어 절연계면(261)을 커버할 수 있다. 절연계면(2161)에 점착전극(2156c)을 배치함으로써, 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)과 패시베이션층(2157)의 접착력이 향상될 수 있다. 상기 점착 전극(2156c)에 대한 상세한 설명은 전술한 도 10 내지 도 13의 점착 전극(1156c)에 대한 내용으로 갈음한다.
도시에 의하면, 상기 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)은, 상기 패시베이션층(2157)에 의하여 덮이는 절연 영역(2156a)과, 상기 패시베이션층(2157)의 관통홀에 배치되어 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되며, 표면이 요철로 형성되는 요철 영역(2156b)을 구비할 수 있다.
상기 절연 영역(2156a)는 상기 패시베이션층(2157)의 제1절연부(2157a)에 의하여 덮이는 영역이 될 수 있다. 따라서, 상기 점착 전극(2156c)은 상기 절연 영역(2156a)에서 상기 도전형 전극(2152, 2156)과 상기 패시베이션층(2157)의 사이에 배치될 수 있다. 이에 반해, 상기 요철 영역(2156b)은 상기 제1절연부(2157a)에 의하여 덮이지 않는 영역으로서, 외부로 노출되는 부분이 될 수 있다. 상기 절연 영역(2156a)의 표면은 평탄한 면으로 형성될 수 있다.
상기 요철 영역(2156b)은 식각을 이용한 텍스처링 공정에 의하여 복수의 미세한 홈을 상기 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)의 각각에 구비하며, 이를 위하여, 상기 제1도전형 전극(2156) 및 제2도전형 전극(2152)은 식각이 가능한 재질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 도전형 전극은 하나 이상의 금속층들을 구비하며, 상기 금속층들은 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나로 형성되는 산화방지층(2156d)을 구비할 수 있다. 또한, 상기 금속층들은 도전형 반도체층과 오믹(ohmic) 접촉을 형성하는 오믹 접촉층(2156e)을 포함할 수도 있다. 예시로써, ITO, 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 니켈-은(Ni-Ag) 중 어느 하나 이상이 상기 도전형 전극의 오믹 접촉층(2156e)을 구성할 수 있다.
이 경우에, 상기 요철 영역(2156b)은, 상기 점착 전극(2156c)을 제거하는 공정에서 형성할 수 있다. 표면 텍스처링을 이용하여, 상기 점착 전극의 일부만을 제거하며, 이에 대한 상세한 내용은 도 10 내지 도 13을 참조하여 설명한 내용으로 갈음한다.
요철 영역(2156b)이 형성된 반도체 발광소자를 전사기판으로 전사함에 따라, 전사기판에 구비되는 Temporary bonding material 과의 결합력이 향상될 수 있다. 또한, 배선 기판에 결합될 때에, 배선 전극과의 접촉 면적을 증가함으로써 솔더 등의 bonding materials 과의 접착력(bonding force)을 높여주는 효과를 갖는다.
이 때에, 상기 배선 전극과 상기 도전형 전극은 솔더에 의하여 전기적으로 연결되고, 상기 솔더에는 상기 요철 영역의 돌기된 부분에 대응하는 복수의 홈들이 형성될 수 있다.
한편, 본 예시에서는 상기 반도체 발광소자의 상면에도 복수의 홈들이 형성될 수 있다. 상기 상면의 복수의 홈들은 내부에서 발생된 빛의 Light extraction efficiency 를 향상시킬 수 있다. 본 예시의 디스플레이 장치 구조에 의하면, 수평형 반도체 발광소자의 p형 전극과 n형 전극에 각각 요철영역을 형성하여, 전사과정에서 접착물질과의 접착력을 높이고, 배선기판에 결합시에 배선전극과의 결합력을 높이는 장점을 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 요철 영역을 통하여 반도체 발광소자의 하면의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 도전형 전극에서 반도체 발광소자로 반사되는 빛이 보다 용이하게 추출되도록 한다.
또한, 본 발명에서는 대면적 웨이퍼에서 성장한 반도체 발광 소자의 도전형 전극의 일부에 점착전극을 형성함으로써, 반도체 발광 소자 내에서 도전형 전극과 패시베이션의 접착력을 향상할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 저항성분이 큰 도전형 전극과 배선의 사이에서 보다 넓은 접촉면적을 형성함으로써, 반도체 발광소자로의 전류 주입이 원활히 이루어질 수 있다. 이를 통하여, 반도체 발광 소자들의 동작전압이 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 Dry etching 공정을 통해 LES(Light Emitting Surface)계면에 texturing surface(수십nm ~ 100nm 크기 이상의 구조)를 형성하여, LES 계면에서 빛의 추출 측면에서 내부 전반사율이 저감하여 광추출 효율(Light extraction efficiency)을 개선하는 효과를 가져온다.
이상에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 배선 전극을 구비하는 기판;
    상면으로 빛을 방출하고, 하면에 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되는 도전형 전극을 구비하며, 측면이 패시베이션층에 의하여 감싸지는 반도체 발광소자;
    이방성 전도성 필름의 베이스 부재에 의해 형성되고, 상기 반도체 발광소자 사이에 위치하는 격벽; 및
    상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이나 전도성 입자가 상기 베이스 부재에 혼합되어 특정 부분만 상기 도전볼이나 전도성 입자에 의해 전도성을 가지고,
    상기 도전형 전극은,
    제1 부분에서 평탄한 면으로 형성되고, 상기 패시베이션층에 의하여 덮이는 절연 영역; 및
    상기 패시베이션층의 관통홀인 제2 부분에 배치되어 상기 배선 전극과 전기적으로 연결되며, 상기 제2 부분에서 표면이 요철로 형성되는 요철 영역을 구비하고,
    상기 절연 영역의 상기 제1 부분에서 상기 도전형 전극과 상기 패시베이션층의 사이에 배치되는 점착 전극을 포함하고,
    상기 점착 전극은 상기 절연 영역에 해당하는 상기 제1 부분에서는 식각되지 않고, 상기 요철 영역에 해당하는 상기 제2 부분에서 식각되고,
    상기 요철 영역은 상기 점착 전극을 제거하는 공정에서 상기 제2 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요철 영역은 상기 배선 전극과 상기 도전형 전극이 오버랩되는 상기 제2 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 도전형 전극은 p형 전극과 n형 전극을 구비하고,
    상기 요철 영역은 상기 p형 전극과 n형 전극에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 도전형 전극은 하나 이상의 금속층들을 구비하며,
    상기 금속층들은 금(Au), 은(Ag) 및 백금(Pt) 중 적어도 하나로 형성되는 산화방지층을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 요철 영역은 상기 산화방지층의 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절연 영역의 표면은 평탄한 면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 점착 전극은 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 상기 도전형 전극의 하면에 형성되는 제1절연부와, 상기 도전형 전극의 측면에서 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 반도체층의 측면 및 제2도전형 반도체층의 측면으로 연장되는 제2절연부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제2항에 있어서,
    상기 배선 전극과 상기 도전형 전극은 솔더에 의하여 전기적으로 연결되고,
    상기 솔더에는 상기 요철 영역의 돌기된 부분에 대응하는 복수의 홈들이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자의 상면에는 복수의 홈들이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 삭제
  15. 삭제
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