KR102565147B1 - 복수의 픽셀들을 포함하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 및 그것을 갖는 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛은, 복수의 픽셀들을 포함하며, 각각의 픽셀은, 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제1 발광셀, 제2 발광셀 및 제3 발광셀; 제1 내지 제3 발광셀들을 독립적으로 구동할 수 있도록 상기 제1 내지 제3 발광셀들에 전기적으로 접속된 패드들; 제2 발광셀에서 방출된 광의 파장을 변환하는 제2 파장변환기; 및 제3 발광셀에서 방출된 광의 파장을 변환하는 제3 파장변환기를 포함하되, 제3 파장변환기는 제2 파장변환기보다 더 장파장으로 광의 파장을 변환하고, 제2 발광셀은 제1 발광셀보다 더 큰 면적을 가지며, 제3 발광셀은 제2 발광셀보다 더 큰 면적을 가진다. 복수의 픽셀을 포함하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 사용함으로써 회로 기판 상에 발광셀들을 쉽게 실장할 수 있다.

Description

복수의 픽셀들을 포함하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 및 그것을 갖는 디스플레이 장치
본 발명은 차세대 디스플레이용 발광 다이오드 및 그것을 갖는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 무기 광원으로서, 디스플레이 장치, 차량용 램프, 일반 조명과 같은 여러 분야에 다양하게 이용되고 있다. 발광 다이오드는 수명이 길고, 소비 전력이 낮으며, 응답속도가 빠른 장점이 있어 기존 광원을 빠르게 대체하고 있다.
한편, 종래의 발광 다이오드는 디스플레이 장치에서 백라이트 광원으로 주로 사용되어 왔다. 그러나 최근 발광 다이오드를 이용하여 직접 이미지를 구현하는 차세대 디스플레이로서 마이크로 LED가 개발되고 있다.
디스플레이 장치는 일반적으로 청색, 녹색 및 적색의 혼합색을 이용하여 다양한 색상을 구현한다. 디스플레이 장치의 각 픽셀은 청색, 녹색 및 적색의 서브 픽셀을 구비하며, 이들 서브 픽셀들의 색상을 통해 특정 픽셀의 색상이 정해지고, 이들 픽셀들의 조합에 의해 이미지가 구현된다.
마이크로 LED 디스플레이의 경우, 각 서브 픽셀에 대응하여 마이크로 LED가 배치되며, 이에 따라, 하나의 기판 상에 수많은 개수의 마이크로 LED가 배치될 필요가 있다. 그런데 마이크로 LED는 그 크기가 200 마이크로미터 이하 나아가 100 마이크로 이하의 크기로 대단히 작으며, 이러한 작은 크기로 인해 다양한 문제점이 발생된다. 특히, 작은 크기의 발광 다이오드를 핸들링하는 것이 어려워 디스플레이용 패널 상에 발광 다이오드를 실장하는 것이 용이하지 않으며, 또한, 실장된 마이크로 LED들 중 불량 LED를 양품의 LED로 교체하는 것도 어렵다.
한편, 발광 다이오드는 일반적으로 자외선 또는 청색광을 방출하며, 형광체와 조합하여 녹색광 및 적색광을 구현할 수 있다. 또한, 각 색상의 순도를 향상시키기 위해 서브 픽셀마다 색 필터가 사용되는데, 색 필터도 필터 효율에 차이가 있다. 이에 따라, 동일한 발광 다이오드를 동작하여 동일한 세기의 광을 방출하더라도 청색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 적색 서브 픽셀의 광 세기에 차이가 발생된다. 이러한 차이를 극복하기 위해 각 발광 다이오드의 동작 전류 밀도를 변화시킬 수 있으나, 전류 밀도 변화에 따른 발광 다이오드의 발광 효율 감소가 발생될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 실장 및 교체가 용이한 디스플레이용 발광 다이오드 및 그것을 갖는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 각 서브 픽셀의 발광 다이오드들을 최적의 발광 효율로 동작할 수 있는 디스플레이용 발광 다이오드 및 그것을 갖는 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛은, 복수의 픽셀들을 포함한다. 나아가, 각각의 픽셀은, 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제1 발광셀, 제2 발광셀 및 제3 발광셀; 상기 제1 내지 제3 발광셀들을 독립적으로 구동할 수 있도록 상기 제1 내지 제3 발광셀들에 전기적으로 접속된 패드들; 상기 제2 발광셀에서 방출된 광의 파장을 변환하는 제2 파장변환기; 및 상기 제3 발광셀에서 방출된 광의 파장을 변환하는 제3 파장변환기를 포함하되, 상기 제3 파장변환기는 상기 제2 파장변환기보다 더 장파장으로 광의 파장을 변환하고, 상기 제2 발광셀은 상기 제1 발광셀보다 더 큰 면적을 가지며, 상기 제3 발광셀은 상기 제2 발광셀보다 더 큰 면적을 가진다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는 회로 기판, 및 상기 회로 기판 상에 배열된 복수의 발광 다이오드 유닛을 포함하되, 상기 복수의 발광 다이오드 유닛 각각은 앞의 일 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 제1 내지 제3 발광셀을 포함하여 서로 다른 색상의 광을 방출하는 서브 픽셀들을 포함하는 복수의 픽셀들을 하나의 발광 다이오드 유닛 내에 배치할 수 있어 실장 및 교체가 용이한 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 제공할 수 있다. 나아가, 제1 내지 제3 발광셀의 면적을 다르게 함으로써 각 서브 픽셀의 발광셀들을 최적의 발광 효율로 동작시킬 수 있다.
본 발명의 다른 장점 및 특징들에 대해서는 이하 상세한 설명을 통해 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2의 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀을 확대 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀의 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀의 개략적인 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀의 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀의 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 18a 및 도 18b는 파장변환기를 포함하는 필름을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛은, 복수의 픽셀들을 포함한다. 나아가, 각각의 픽셀은, 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제1 발광셀, 제2 발광셀 및 제3 발광셀; 상기 제1 내지 제3 발광셀들을 독립적으로 구동할 수 있도록 상기 제1 내지 제3 발광셀들에 전기적으로 접속된 패드들; 상기 제2 발광셀에서 방출된 광의 파장을 변환하는 제2 파장변환기; 및 상기 제3 발광셀에서 방출된 광의 파장을 변환하는 제3 파장변환기를 포함하되, 상기 제3 파장변환기는 상기 제2 파장변환기보다 더 장파장으로 광의 파장을 변환하고, 상기 제2 발광셀은 상기 제1 발광셀보다 더 큰 면적을 가지며, 상기 제3 발광셀은 상기 제2 발광셀보다 더 큰 면적을 가진다.
하나의 발광 다이오드 유닛 내에 복수의 픽셀들을 배치하고 각 픽셀 내에 3개의 발광셀들을 배치하여 각 픽셀 내에서 서로 다른 색상의 광을 구현한다. 이에 따라, 하나의 발광 다이오드 유닛을 이용하여 3개의 서브 픽셀들을 포함하는 복수의 픽셀들을 형성할 수 있다. 따라서, 종래의 마이크로 LED에 비해 발광 다이오드유닛의 크기가 상대적으로 증가하므로 실장 및 교체가 쉬워진다. 나아가, 파장변환기의 변환 효율 등을 고려하여 발광셀들의 면적을 서로 다르게 함으로써 발광셀들을 최적의 발광 효율 조건하에서 동작시킬 수 있다.
본 명세서에서 "발광 다이오드 유닛"은 회로 기판에 실장되는 발광 다이오드의 단위를 나타낸다. 하나의 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀들은 서로 물리적으로 연결되며 따라서 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀들이 함께 실장되거나 교체된다. 따라서, 하나의 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀들은 개별적으로 분리되어 사용되지 않는다. 따라서, 하나의 발광 다이오드 유닛은 내부의 픽셀들을 서로 연결하는 구성 요소를 포함하며, 이 구성 요소는 다른 발광 다이오드 유닛으로부터 이격된다.
특정 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 발광셀은 청색광을 방출하며, 상기 제2 파장변환기는 상기 청색광을 녹색광으로 변환하고, 상기 제3 파장변환기는 상기 청색광을 적색광으로 변환할 수 있다. 상기 제1 발광셀에서 방출된 청색광은 파장변환 없이 사용된다.
한편, 상기 제1 발광셀에 대한 제2 발광셀 및 제3 발광셀의 면적비는 각각 상기 제2 파장변환기의 광 변환 효율 및 상기 제3 파장변환기의 광 변환 효율을 고려하여 설정될 수 있다. 특히, 파장변환기의 광 변환 효율이 낮을수록 해당 발광셀의 면적이 커진다. 일 예로, 상기 제1 발광셀에 대한 제2 발광셀 및 제3 발광셀의 면적비는 각각 상기 제2 파장변환기의 광 변환 효율 및 상기 제3 파장변환기의 광 변환 효율에 반비례할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 디스플레이용 발광 다이오드 유닛은, 상기 제1 발광셀에서 방출된 광의 파장을 제1 파장의 광으로 변환하는 제1 파장변환기를 더 포함하되, 상기 제1 파장변환기는 상기 제2 파장변환기보다 더 단파장으로 광의 파장을 변환하고, 상기 제1 내지 제3 발광셀은 자외선을 방출할 수 있다.
특히, 상기 제1 파장변환기는 자외선을 청색광으로 변환하고, 상기 제2 파장변환기는 상기 자외선을 녹색광으로 변환하고, 상기 제3 파장변환기는 상기 자외선을 적색광으로 변환할 수 있다.
또한, 상기 제1 발광셀에 대한 제2 발광셀 및 제3 발광셀의 면적비는 제1 파장변환기, 제2 파장변환기 및 제3 파장변환기의 광 변환 효율을 고려하여 설정될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 발광셀에 대한 제2 발광셀 및 제3 발광셀의 면적비는각각 상기 제1 파장변환기에 대한 상기 제2 파장변환기의 광 변환 효율비 및 상기 제3 파장변환기의 광 변환 효율비에 반비례할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이용 발광 다이오드 유닛은 상기 제2 파장변환기 상에 배치된 제2 색필터; 및 상기 제3 파장변환기 상에 배치된 제3 색필터를 더 포함할 수 있다. 제2 색필터는 녹색광 이외의 광을 필터링하고, 제3 색필터는 적색광 이외의 광을 필터링할 수 있다. 나아가, 상기 디스플레이용 발광 다이오드 유닛은 상기 제1 파장변환기 상에 배치된 제1 색필터를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 색필터는 청색광 이외의 광을 필터링한다.
특정 실시예에 있어서, 상기 제1 발광셀, 제2 발광셀 및 제3 발광셀의 면적 비는 1:2:7일 수 있다.
한편, 상기 각 픽셀의 제1 내지 제3 발광셀은 제1 도전형 반도체층을 공유할 수 있다. 나아가, 적어도 두 개의 픽셀이 제1 도전형 반도체층을 공유할 수 있다. 발광셀들 또는 픽셀들이 제1 도전형 반도체층을 공유함으로써 제조 공정 및 구조가 단순한 발광 다이오드 유닛을 제공할 수 있다.
한편, 적어도 하나의 패드는 제1 내지 제3 발광셀의 제1 도전형 반도체층 또는 제2 도전형 반도체층에 전기적으로 공통 접속될 수 있다. 따라서, 필요한 패드 수를 감소시킬 수 있다.
상기 디스플레이용 발광 다이오드 유닛은, 상기 제1 내지 제3 발광셀들의 제2 도전형 반도체층들 상에 배치된 오믹 반사층들; 및 상기 복수의 픽셀들의 상기 제1 내지 제3 발광셀들을 덮되 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 적어도 하나의 제1 개구부 및 상기 오믹 반사층들을 노출시키는 제2 개구부들을 가지는 하부 절연층을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 디스플레이용 발광 다이오드 유닛은, 상기 하부 절연층 상에 배치되고 상기 하부 절연층의 제1 개구부를 통해 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하는 제1 패드 전극; 상기 제1 패드 전극으로부터 이격되어 상기 하부 절연층 상에 배치되고 상기 제2 개구부를 통해 상기 오믹 반사층에 전기적으로 접속하는 제2 패드 전극; 및 상기 제1 및 제2 패드 전극들을 덮는 상부 절연층을 더 포함할 수 있으며, 상기 패드들은 상기 상부 절연층의 개구부들을 통해 상기 제1 및 제2 패드 전극들에 접속할 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기를 포함할 수 있다. 상기 하부 절연층은 발광셀들의 측면을 덮을 수 있으며, 따라서, 발광셀들 간의 광 간섭을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 패드들은 상기 제1 내지 제3 발광셀들의 제1 도전형 반도체층들에 공통으로 접속하는 하나의 제1 패드와 제2 도전형 반도체층들에 각각 접속하는 3개의 제2 패드들을 포함할 수 있다. 나아가, 상기 하나의 제1 패드는 적어도 두 개의 픽셀들의 제1 도전형 반도체층들에 공통으로 접속할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 패드들은 상기 제1 내지 제3 발광셀들의 제1 도전형 반도체층들에 각각 접속하는 제1 패드들과 상기 제2 도전형 반도체층들에 공통으로 접속하는 1개의 제2 패드를 포함할 수 있다. 나아가, 상기 하나의 제2 패드는 적어도 두 개의 픽셀들의 제2 도전형 반도체층들에 공통으로 접속할 수 있다.
본 발명의 도 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 회로기판; 및 상기 회로 기판 상에 배열된 복수의 발광 다이오드 유닛을 포함하되, 상기 복수의 발광 다이오드 유닛 각각은 앞에서 설명한 디스플레이용 발광 다이오드 유닛이다.
나아가, 제1 내지 제3 발광셀들은 수동 매트릭스 또는 능동 매트릭스 방식으로 구동될 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이며, 도 3은 도 2의 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀을 확대 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 절취선 A-A를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
우선, 도 1을 참조하면, 디스플레이 장치는 회로 기판(100) 및 디스플레이용 발광 다이오드 유닛(200)을 포함한다. 본 실시예에 따른 디스플레이 장치는 복수의 발광 다이오드 유닛(200)이 회로 기판(100) 상에 배열되는 것에 대해 설명하지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 단일의 발광 다이오드 유닛(200)이 회로 기판(100) 상에 배치될 수도 있다.
회로 기판(100)은 수동 매트릭스 또는 능동 매트릭스 방식으로 발광 다이오드 유닛(200) 내의 발광셀들을 구동하기 위한 회로를 포함한다. 예를 들어 수동 매트릭스 방식으로 구동하기 위해, 회고 기판(100)은 저항 등의 수동 소자를 포함하는 인쇄회로기판일 수 있다. 이와 달리, 능동 매트릭스 방식으로 구동하기 위해, 회로 기판(100)은 박막 트랜지스터와 같은 능동 소자를 포함할 수 있다.
디스플레이용 발광 다이오드 유닛(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 픽셀들(F1, F2, F3, F4)를 포함한다. 여기서 4개의 픽셀들이 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 하나의 발광 다이오드 유닛(200) 내에 배치되는 픽셀의 개수는 2개 또는 3개 일 수도 있고, 5개 이상일 수도 있다. 각 픽셀(F1, F2, F3 또는 F4)은 3개의 발광셀들을 포함하며, 각 발광셀들 상에 파장변환기들이 배치되어 청색, 녹색 및 적색광을 구현한다. 픽셀들(F1, F2, F3, F4)의 구조는 대체로 동일하거나 유사하다. 이하에서 도 3 및 도 4를 참조하여 대표적으로 픽셀(F1)에 대해 자세하게 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 픽셀(F1)은 기판(21), 제1 내지 제3 발광셀(30; 30a, 30b, 30c), 오믹 반사층(31), 하부 절연층(33), 패드전극들(35a, 35b), 상부 절연층(37), 제1 파장변환기(51a), 제2 파장변환기(51b), 제3 파장변환기(51c), 제1 색필터(53a), 제2 색필터(53b), 제3 색필터(53c) 및 광 차단 물질층(55, 또는 격벽)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 각각 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 포함한다. 또한, 픽셀(F1)은 서브 픽셀들(10B, 10G, 10R)을 포함하는데, 서브 픽셀들(10B, 10G, 10R)은 각각 발광셀(30), 파장변환기(51a, 51b, 51c) 및 색필터(53a, 53b, 53c)를 포함한다.
기판(21)은 질화갈륨계 반도체층을 성장시킬 수 있는 기판이면 특별히 제한되지 않는다. 기판(21)의 예로는 사파이어 기판, 질화갈륨 기판, SiC 기판 등 다양할 수 있으며, 패터닝된 사파이어 기판일 수 있다. 하나의 기판(21)에 복수의 픽셀들(F1, F2, F3, F4)이 마련되며, 기판(21)은 직사각형 또는 정사각형의 외형을 가질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(21)의 전체 크기는 픽셀 수에 따라 달라질 수 있다.
제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 서로 이격되어 배치된다. 픽셀(F1) 내의 발광셀들 사이의 간격은 픽셀들(F1, F2, F3, F4) 사이의 간격보다 작을 수 있으나, 같을 수도 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 서로 다른 면적을 가진다. 제2 발광셀(30b)은 제1 발광셀(30a)보다 더 큰 면적을 가지며, 제3 발광셀(30c)은 제2 발광셀(30b)보다 더 큰 면적을 가진다. 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 면적은 파장변환기들(51a, 51b, 51c)의 광 변환 효율을 고려하여 결정될 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.
한편, 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 서로 이웃하여 배치될 수 있다. 즉, 제1 발광셀(30a)은 제2 및 제3 발광셀(30b, 30c)에 이웃하고, 제2 발광셀(30b)은 제1 및 제3 발광셀(30a, 30c)에 이웃하며, 제3 발광셀(30c)은 제1 발광셀 및 제2 발광셀(30a, 30b)에 이웃할 수 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 제3 발광셀(30c)의 장축을 따라 제1 및 제2 발광셀들(30a, 30b)이 배열될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형태로 다양하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 하나의 발광셀이 다른 두 개의 발광셀들 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 상기 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 직사각형 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형상을 가질 수 있다.
제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 각각 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 포함한다. 제1 도전형 반도체층(23)은 기판(21) 하부에 배치된다. 제1 도전형 반도체층(23)은 기판(21) 상에서 성장된 층으로, 불순물, 예컨대 Si이 도핑된 질화갈륨계 반도체층일 수 있다.
제1 도전형 반도체층(23) 상에 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)이 배치된다. 활성층(25)은 제1 도전형 반도체층(23)과 제2 도전형 반도체층(27) 사이에 배치된다. 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 제1 도전형 반도체층(23)보다 작은 면적을 가질 수 있다. 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)이 부분적으로 제거되어 제1 도전형 반도체층(23)의 일부가 노출될 수 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(23)을 노출시키는 관통홀이 형성될 수 있다. 이와 달리, 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)이 메사 형상으로 형성되고, 메사 주위의 제1 도전형 반도체층(23)이 노출될 수도 있다.
활성층(25)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다. 활성층(25) 내에서 우물층의 조성 및 두께는 생성되는 광의 파장을 결정한다. 특히, 우물층의 조성을 조절함으로써 자외선 또는 청색광을 생성하는 활성층을 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 제1 발광셀(30a), 제2 발광셀(30b) 및 제3 발광셀(30c)의 활성층들(25)은 모두 동일 조건하에서 동일 기판(21) 상에서 성장된 것으로 동일 조성 및 두께를 가지며, 이에 따라 동일한 파장의 광을 방출한다.
한편, 제2 도전형 반도체층(27)은 p형 불순물, 예컨대 Mg이 도핑된 질화갈륨계 반도체층일 수 있다. 제1 도전형 반도체층(23) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 각각 단일층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층일 수도 있으며, 초격자층을 포함할 수도 있다. 제1 도전형 반도체층(23), 활성층(25) 및 제2 도전형 반도체층(27)은 금속유기화학 기상 성장법(MOCVD) 또는 분자선 에피택시(MBE)와 같은 공지의 방법을 이용하여 챔버 내에서 기판(21) 상에 성장되어 형성될 수 있다.
오믹 반사층(31)은 각 발광셀(30a, 30b, 30c)의 제2 도전형 반도체층(27)에 오믹 콘택한다. 오믹 반사층(31)은 오믹층과 반사층을 포함할 수 있으며, 예를 들어, Ni이나 ITO와 같은 오믹층 및 Ag나 Al과 같은 반사층을 포함할 수 있다. 오믹 반사층(31)은 또한 ITO와 같은 투명 산화물층과 반사층 사이에 SiO2와 같은 절연층을 포함할 수 있으며, 반사층은 절연층을 통해 투명 산화물층에 접속할 수 있다.
하부 절연층(33)은 발광셀들(30a, 30b, 30c)을 덮으며, 노출된 제2 도전형 반도체층(27) 및 활성층(25)의 측면을 덮는다. 하부 절연층(33)은 제1 도전형 반도체층(23) 및 오믹 반사층(31)을 노출시키는 개구부들을 가진다. 하부 절연층(33)은 SiO2나 Si3N4와 같은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층으로 형성될 수도 있다. 특히, 하부 절연층(33)은 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다.
제1 패드 전극(35a) 및 제2 패드 전극(35b)이 하부 절연층(33) 상에 배치된다. 제1 패드 전극(35a) 및 제2 패드 전극(35b)은 각 발광셀 상에 배치되며, 제1 패드 전극(35a)은 제1 도전형 반도체층(23)에 전기적으로 접속하고, 제2 패드 전극(35b)은 오믹 반사층(31)에 전기적으로 접속한다. 제1 패드 전극(35a) 및 제2 패드 전극(35b)은 동일 공정으로 함께 형성될 수 있으며, 따라서 동일 레벨에 위치할 수 있다. 제2 패드 전극(35b)은 생략될 수도 있다.
본 실시예에서, 제1 패드 전극(35a)은 제2 패드 전극(35b)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 또한, 하나의 서브 픽셀의 패드 전극들(35a, 35b)은 이웃하는 서브 픽셀의 패드 전극들(35a, 35b)로부터 이격될 수 있다. 따라서, 발광 다이오드 유닛(200) 내에서 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 서로 전기적으로 이격된다. 나아가, 픽셀(F1) 내의 패드 전극들(35a, 35b)는 다른 픽셀들(F2, F3, F4) 내의 패드 전극들(35a, 35b)로부터도 이격된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 발광셀들(30a, 30b, 30c)이 서로 전기적으로 연결되는 다양한 실시예가 가능하며 또한 픽셀들 사이에서 발광셀들이 전기적으로 연결되는 다양한 실시예가 가능하다. 이에 대해서는 다른 실시예들에서 상세하게 설명될 것이다.
한편, 상부 절연층(37)은 제1 및 제2 패드 전극들(35a, 35b)을 덮되, 이들을 노출시키는 개구부들을 가진다. 상부 절연층(37)은 SiO2나 Si3N4와 같은 단일층으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 다중층으로 형성될 수도 있다. 특히, 하부 절연층(33)은 분포 브래그 반사기를 포함할 수도 있다.
한편, 제1 및 제2 범프 패드들(43a, 43b)이 각 발광셀(30a, 30b, 30c) 상에 형성되며, 상부 절연층(37)의 개구부들을 통해 제1 및 제2 패드전극들(35a, 35b)에 접속된다. 구체적으로, 제1 범프 패드(43a)는 제1 패드전극(35a)에 접속하며, 제2 범프 패드(43b)는 제2 패드 전극(35b)에 접속한다. 각 발광셀(30a, 30b, 30c)마다 2개의 범프 패드들(43a, 43b)이 제공된다.
범프 패드들(43a, 43b)은 상대적으로 넓은 면적을 차지하는데, 범프 패드들(43a, 43b)의 최대 폭은 적어도 발광셀의 최소 폭의 1/2을 초과할 수 있다. 범프 패드들(43a, 43b)은 도시한 바와 같이 직사각형 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 원형 또는 타원형 형상을 가질 수도 있다. 범프 패드들(43a, 43b)은 발광 다이오드 유닛(200)을 회로 기판(100)에 실장하기 위해 사용될 수 있으며, 예를 들어 Au 또는 AuSn을 포함할 수 있다.
한편, 범프 패드들(43a, 43b) 이외에 더미 범프 패드(도시하지 않음)가 적어도 하나의 발광셀 상에 배치될 수 있다. 특히, 발광셀들은 서로 다른 면적을 가지므로, 상대적으로 넓은 면적을 가지는 발광셀들(30b 또는 30c) 상에 더미 범프 패드가 배치될 수 있다. 더미 범프 패드는 상부 절연층(37) 상에 배치되어 범프 패드들(43a 43b)로부터 전기적으로 고립될 수 있다. 더미 범프 패드는 발광셀들에서 생성된 열을 방출하기 위한 방열 통로로 이용될 수 있어 발광 다이오드 유닛(200)의 광 효율을 향상시킬 수 있다.
지지 부재(45)가 범프 패드들(43a, 43b)의 측면을 덮을 수 있다. 지지 부재(45)는 또한 더미 범프 패드의 측면을 덮을 수도 있다. 지지 부재(45)는 열경화성 또는 열가소성 수지로 형성될 수 있다.
한편, 제1 내지 제3 파장변환기들(51a, 51b, 51c)은 발광셀들(30a, 30b, 30c)에 대향하여 기판(21) 상에 배치된다. 제1 파장변환기(51a)는 제1 발광셀(30a) 상부에 배치되고, 제2 파장변환기(51b)는 제2 발광셀(30b) 상부에 배치되며, 제3 파장변환기(51c)는 제3 발광셀(30c) 상부에 배치된다.
제1 파장변환기(51a)는 제1 발광셀(30a)에서 방출되는 광의 파장을 변환하며, 제2 파장변환기(51b)는 제2 발광셀(30b)에서 방출되는 광의 파장을 변환하고 제3 파장변환기(51c)는 제3 발광셀(30c)에서 방출되는 광의 파장을 변환한다. 여기서, 제2 파장변환기(51b)는 제1 파장변환기(51a)보다 더 장파장으로 광을 변환하며, 제3 파장변환기(51c)는 제2 파장변환기(51b)보다 더 장파장으로 광을 변환한다. 예를 들어, 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 자외선을 방출할 수 있으며, 제1 파장변환기(51a)는 자외선을 청색광으로 변환하고, 제2 파장변환기(51b)는 자외선을 녹색광으로 변환하고, 제3 파장변환기(51c)는 자외선을 적색광으로 변환할 수 있다.
한편, 제1 색필터(53a), 제2 색필터(53b) 및 제3 색필터(53c)가 각각 제1 내지 제3 파장변환기(51a, 51b, 51c) 상에 배치되어 파장변환기에서 방출되는 광을 필터링한다. 예를 들어, 제1 색필터(53a)는 청색광 이외의 광을 필터링하고, 제2 색필터(53b)는 녹색광 이외의 광을 필터링하며, 제3 색필터(53c)는 적색광 이외의 광을 필터링한다. 상기 제1 내지 제3 색필터(53a, 53b, 53c)를 사용함으로써 청색광, 녹색광 및 적색광의 색 순도를 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서, 상기 활성층(25)이 자외선을 방출하는 것을 예로 설명하지만, 상기 활성층(25)은 청색광을 방출할 수도 있다. 이 경우, 상기 제1 파장변환기(51a)는 생략될 수 있으며, 투명 수지가 제1 파장변환기(51a) 대신 배치될 수 있다. 한편, 제2 파장변환기(51b)는 청색광을 녹색광으로 변환하고, 제3 파장변환기(51c)는 청색광을 적색광으로 변환한다.
한편, 광 차단 물질층(55)은 파장변환기들(51a, 51b, 51c) 사이에 배치될 수 있다. 광 차단 물질층(55)은 하나의 파장변환기에서 다른 파장변환기로 광이 진행하는 것을 차단하여 서브 픽셀들(10B, 10G, 10R) 간의 광 간섭을 방지한다. 광 차단 물질층(55)은 광을 반사시킬 수 있는 백색 수지 또는 PSR로 형성될 수 있다. 한편, 하부 절연층(33)이 분포 브래그 반사기를 포함하거나, 제1 패드 전극(235a) 및/또는 제2 패드 전극(235b)이 발광셀들의 측벽을 덮도록 배치됨으로써, 발광셀들(30a, 30b, 30c) 사이의 광 간섭이 방지된다.
본 실시예의 픽셀(F1)은 3개의 서브 픽셀(10B, 10G, 10R)을 가지며, 이들 서브 픽셀이 기판(21) 상에 고정된다. 예를 들어, 서브 픽셀(10B)은 제1 발광셀(10a)에 의해 또는 제1 발광셀(10a)과 제1 파장변환기(51a)의 조합에 의해 청색광을 구현하고, 서브 픽셀(10G)은 제2 발광셀(10b)과 제2 파장변환기(51b)의 조합에 의해 녹색광을 구현하며, 서브 픽셀(10R)은 제3 발광셀(10c)과 제3 파장변환기(51c)의 조합에 의해 적색광을 구현할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 픽셀들(F2, F3 및 F4)는 픽셀(F1)과 동일한 구조의 서브 픽셀들을 포함한다. 또한, 기판, 하부 절연층(33) 및 상부 절연층(37)은 픽셀들(F1, F2, F3, F4) 모두에 걸쳐서 연속적으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 플립형 구조의 발광셀들을 가지는 발광 다이오드 유닛(200)을 제공할 수 있으며, 따라서, 각 발광셀들의 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(21)과 함께 복수의 픽셀들(F1, F2, F3, F4)이 함께 회로 기판(100) 상에 실장될 수 있다. 종래 마이크로 LED의 경우, 개별 서브 픽셀을 실장하기 때문에 공정 수가 많고 실장 공정을 수행하기 어렵다. 이에 반해, 본 실시예에서는 하나의 발광 다이오드 유닛이 복수의 픽셀들(F1, F2, F3, F4)을 포함하기 때문에 발광 다이오드 유닛의 크기가 마이크로 LED에 비해 상대적으로 더 크게 되고 따라서 실장 공정 수가 줄고, 실장이 쉬워진다.
한편, 본 실시예에서 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 서로 다른 면적을 점유한다. 또한, 이들 발광셀들 상에 배치되는 파장변환기(51a, 51b, 51c)도 서로 다른 면적을 점유한다. 발광셀들의 상대적인 면적은 파장변환기들의 광 변환 효율과 밀접하게 관련되며, 나아가 색필터들(53a, 53b, 53c)의 색 필터링 효율도 관련될 수 있다.
파장변환기들은 일반적으로 형광체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 베타 사이알론(SiAlON)은 녹색광을 방출하기에 적합하며, CASN (CaAlSiN) 계열의 형광체는 적색광을 방출하기에 적합하다.
그런데 형광체는 모든 청색광을 녹색광 또는 적색광으로 변환시키지 못하며 각 형광체에 따라 일정한 광 변환 효율이 있다. 특히, 동일 파장의 자외선 또는 청색광을 적색광으로 변환시키는 적색 형광체는 녹색광으로 변환시키는 녹색 형광체에 비해 광 변환 효율이 작다. 더욱이, 적색광은 녹색광에 비해 시감도 또한 낮다. 그러므로, 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)을 동일 면적으로 형성할 경우, 적색광을 구현하는 서브 픽셀(10R)의 제3 발광셀(30c)은 다른 서브 픽셀들(10B 또는 10G)과 유사한 세기의 감도를 구현하기 위해 더 높은 전류 밀도하에서 구동되어야 한다. 녹색광을 구현하는 서브 픽셀(10G)의 제2 발광셀(30b) 또한 제1 발광셀(30a)보다 더 높은 전류 밀도하에서 구동되어야 한다. 즉, 통상적인 이미지 구현을 위해 필요한 전류 밀도가 각 발광셀마다 차이가 있으며, 이에 따라, 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)을 최적의 발광 효율 조건으로 구동할 수 없는 문제가 발생한다.
본 실시에에서는, 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 면적을 다르게 하여 발광셀들을 구동하기 위한 전류 밀도를 동일하거나 유사하게 하여 발광셀들을 최적의 발광 효율 조건으로 구동할 수 있다.
제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 상대적인 면적은 제1 내지 제3 파장변환기들(51a, 51b, 51c)의 상대적인 광 변환 효율을 고려하여 결정될 수 있다. 파장변환기의 광 변환 효율이 작을수록 대응하는 발광셀의 면적을 크게 한다.
예를 들어, 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)이 청색광을 방출하는 경우, 제1 파장변환기(51a)는 생략되며, 제1 발광셀(30a)에 대한 제2 발광셀(30b) 및 제3 발광셀(30c)의 면적비는 각각 제2 파장변환기(51b)의 광 변환 효율 및 제3 파장변환기(51c)의 광 변환 효율에 반비례할 수 있다. 특정 예에서, 제2 파장변환기(51b)가 베타 사이알론을 포함하고, 제3 파장변환기가 CASN을 포함할 경우, 제1 발광셀(30a), 제2 발광셀(30b) 및 제3 발광셀(30c)의 상대적인 면적비는 1:2:7일 수 있다.
또한, 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)이 자외선을 방출하는 경우, 제1 발광셀(30a)에 대한 제2 발광셀(30b) 및 제3 발광셀(30c)의 면적비는 각각 제1 파장변환기(51a)에 대한 상기 제2 파장변환기(51b)의 광 변환 효율비 및 제3 파장변환기(51c)의 광 변환 효율비에 반비례할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 파장변환기들의 광 변환 효율을 고려하여 발광셀들의 면적을 결정하는 것에 대해 설명하지만, 제1 내지 제3 색필터(53a, 53b, 53c)의 필터링 효율이 서로 다를 경우, 이들의 효율 차이 또한 고려하여 발광셀들의 면적을 결정할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 면적을 서로 다르게 하여 이들 발광셀들이 동일한 전류 밀도하에서 구동될 수 있다. 따라서, 발광셀들을 구동하는 전류 밀도를 최적 조건으로 설정할 수 있어 발광 효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 픽셀의 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 다이오드 유닛은 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 발광 다이오드 유닛과 대체로 유사하나, 기판(21)이 생략된 것에 차이가 있다. 제1 내지 제3 파장변환기들(51a, 51b, 51c)은 기판(21) 상에 배치되는 대신 발광셀들(30a, 30b, 30c) 상에 배치된다. 기판(21)은 레이저 리프트 오프 등의 기술을 이용하여 제거될 수 있으며, 노출된 제1 도전형 반도체층(23)의 표면에 러프니스가 형성될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 기판(21)을 제거함으로써 기판(21)을 통해 광이 측면 방향으로 전달되어 인접한 서브 픽셀들 사이 및 인접한 픽셀들(F1, F2, F3, F4) 사이에서 발생될 수 있는 광 간섭을 더욱 억제할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다. 여기서, 굵은 선으로 표시한 영역은 세 개의 발광셀들을 가지는 픽셀을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 회로 기판(도 1의 100) 상에 복수의 발광 다이오드 유닛들이 배열될 수 있으며, 이에 따라, 발광셀들이 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 하나의 발광 다이오드 유닛(200) 내의 픽셀들(F1, F2, F3, F4)은 도 6에 도시한 바와 같이, 주사 라인(scan line)과 데이터 라인(data line)에 연결될 수 있다. 주사 라인과 데이터 라인은 회로 기판(100) 내에 제공될 수 있으며, 전극 패드들(35a, 35b)이 회로 기판(100) 상에 본딩됨으로써 도 6과 같은 회로가 형성될 수 있다. 즉, 픽셀(F1) 내의 3개의 발광셀들과 픽셀(F3) 내의 3개의 발광셀들의 애노드들은 데이터 라인(Vdata1)에 공통으로 연결되며, 캐소드들은 서로 다른 주사 라인들(Vscan1, Vscan2, Vscan3, Vscan4, Vscan5, Vscan6))에 연결된다. 또한, 픽셀(F2) 내의 3개의 발광셀들과 픽셀(F4) 내의 3개의 발광셀들의 애노드들은 데이터 라인(Vdata2)에 공통으로 연결되며, 캐소드들은 서로 다른 주사 라인들(Vscan1, Vscan2, Vscan3, Vscan4, Vscan5, Vscan6))에 연결된다. 도시한 바와 같이, 픽셀(F1)의 각 발광셀의 캐소드는 및 픽셀(F2)의 각 발광셀의 캐소드와 함께 동일한 주사 라인에 연결된다.
주사 라인과 데이터 라인에 의해 광을 방출하는 서브 픽셀이 선택될 수 있으며, 순차적으로 구동되는 서브 픽셀을 선택하여 이미지를 구현할 수 있다. 또한, 하나의 서브 픽셀에서 방출되는 광도는 펄스폭 변조(PWM) 방식을 이용하거나 데이터 라인과 주사 라인 사이의 전압(또는 전류)을 변화시켜 조절할 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 7을 참조하면, 앞의 실시예에서는 하나의 픽셀 내의 발광셀들의 애노드들이 동일한 데이터 라인에 연결되고 캐소드들이 서로 다른 주사 라인에 연결되는 것으로 설명하였지만, 본 실시예에서는 하나의 픽셀 내의 발광셀들의 애노드들이 서로 다른 데이터 라인에 연결되고, 캐소드들이 동일한 주사 라인에 연결된다. 또한, 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀들(F1, F2, F3, F4)은 구동 회로 내에서 매트릭스 형태로 배열된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 8을 참조하면, 도 6 및 도 7의 실시예에서는 픽셀들(F1, F2, F3, F4)이 구동 회로 내에서 매트릭스 형태로 배열되지만, 본 실시예에서는 모든 발광셀들의 애노드들이 동일 데이터 라인에 연결된다. 픽셀들(F1, F2, F3, F4)은 기판(21) 상에 매트릭스 형태로 배열될 수 있지만, 픽셀들(F1, F2, F3, F4)과 회로 기판(100) 사이의 전기적 연결을 통해 도 8과 같은 회로를 형성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다.
도 9를 참조하면, 도 8의 실시예에서는 픽셀들(F1, F2, F3, F4)의 모든 발광셀들의 애노드들이 동일 데이터 라인에 연결되지만, 본 실시예에서는 모든 발광셀들의 애노드들이 구도 회로 내에서 서로 다른 데이터 라인에 연결되고, 캐소드들이 동일 주사 라인에 연결된다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치의 구동을 설명하기 위한 개략적인 회로도이다. 앞의 실시예들은 수동 매트릭스(Passive matrix) 구동에 대한 것인데 반해, 본 실시예는 능동 매트릭스(Active matrix) 구동에 대한 것이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 구동 회로는 2개 이상의 트랜지스터(Tr1, Tr2) 및 커패시터를 포함한다. 선택 라인(Vrow1~Vrow3)에 전원이 연결되고, 데이터 라인(Vdata1~Vdata3)에 데이터 전압이 인가되면 해당 발광셀에 전압이 인가된다. 또한, Vdata1 내지 Vdata3의 값에 따라 해당 커패시터에 전하가 충전된다. 커패시터의 충전 전압에 의해 Tr2의 턴온 상태를 유지할 수 있으므로, Vrow1에 전원이 차단되더라도 커패시터의 전압이 유지되고 발광셀(LED1 내지 LED3)에 전압이 인가될 수 있다. 또한, Vdata1 내지 Vdata3의 값에 따라 LED1 내지 LED3에 흐르는 전류를 변화시킬 수 있다. Vdd를 통해 항상 전류가 공급될 수 있으며, 이에 따라 연속 발광이 가능하다.
트랜지스터들(Tr1, Tr2) 및 커패시터는 회로 기판(100) 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 기판 상에 형성된 박막 트랜지스터가 능동 매트릭스 구동을 위해 사용될 수 있다.
한편, 발광셀들의 애노드들은 트랜지스터(Tr2)에 연결되고 캐소드들은 접지된다.
본 실시예에서, 능동 매트릭스 구동을 위한 하나의 실시예를 예시하나, 다른 회로가 사용될 수 있다. 또한, 발광셀들의 애노드들이 서로 다른 트랜지스터들(Tr2)에 연결되고 캐소드들이 접지된 것으로 설명하지만, 복수의 발광셀들의 애노드들이 동일한 공통 전류 공급기(Vdd)에 연결되고, 캐소드들이 서로 다른 트랜지스터들에 연결될 수도 있다.
이상에서 수동 매트릭스 구동 및 능동 매트릭스 구동을 위한 다양한 회로에 대해 설명하였다. 이들 회로들에서 발광셀들의 애노드들 또는 캐소드들은 공통으로 전기적으로 연결될 수 있다. 앞서 설명한 발광 다이오드 유닛(200)의 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 발광 다이오드 유닛(200) 내에서 서로 전기적으로 이격되며, 회로 기판(100)을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 그러나 발광 다이오드 유닛(200) 내의 발광셀들은 그 일부 또는 전부가 발광 다이오드 유닛 내에서 서로 전기적으로 연결될 수 있으며, 이하에서는 이들의 전기적 연결에 대해 설명한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀(F1)의 개략적인 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 픽셀(F1)은 도 4를 참조하여 설명한 픽셀과 대체로 유사하나, 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 제1 도전형 반도체층들(23)이 제1 전극 패드(35a)에 의해 서로 연결된 것에 차이가 있다.
즉, 단일의 제1 전극 패드(35a)가 발광셀들(30a, 30b, 30c) 상에 걸쳐서 형성되며, 각 발광셀 영역의 제1 도전형 반도체층들(23)에 전기적으로 접속한다. 이에 따라, 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 캐소드들이 서로 전기적으로 연결된다.
한편, 제1 전극 패드(35a)에 의해 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 제1 도전형 반도체층들(23)이 서로 연결되므로, 각 발광셀들 상에 제1 범프 패드(43a)를 배치할 필요가 없으며, 하나의 제1 범프 패드(43a)를 이용하여 각 발광셀들(30a, 30b, 30c)에 전류를 공급할 수 있다.
더욱이, 픽셀들(F1, F2, F3, F4) 중 적어도 두개의 픽셀들 내의 발광셀들의 캐소드들이 제1 전극 패드(35a)에 의해 서로 연결될 수 있으며, 따라서, 발광 다이오드 유닛(200) 내에 요구되는 제1 범프 패드(43a)의 개수를 더욱 줄일 수 있다.
제1 범프 패드(43a)의 개수를 감소시킬 수 있어, 발광 다이오드 유닛(200)을 회로 기판(100)에 실장할 때, 실장 불량이 발생할 가능성을 줄일 수 있다.
한편, 본 실시예에서 기판(21) 하부에 발광셀들(30a, 30b, 30c)이 배치된 것을 도시 및 설명하나, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 기판(21)은 생략될 수 있다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀의 개략적인 단면도이다.
도 12를 참조하면, 도 11 실시예에서는 제1 전극 패드(35a)를 이용하여 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 제1 도전형 반도체층들(23)을 전기적으로 연결하는 것에 대해 설명하였지만, 본 실시예에서는 발광셀들(30a, 30b, 30c)이 제1 도전형 반도체층(23)을 공유한다. 즉, 도 11의 실시예에서는 제1 도전형 반도체층들(23)이 서로 이격되며, 제1 전극 패드(35a)가 제1 도전형 반도체층들(23)을 전기적으로 연결하나, 본 실시예에서는 발광셀들(30a, 30b, 30c)이 제1 도전형 반도체층(23)을 공유하므로, 제1 전극 패드(35a)는 임의의 곳에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접속할 수 있다. 예컨대, 제1 전극 패드(35a)는 도 11에 도시한 바와 같이 관통홀을 통해 제1 도전형 반도체층(23)에 접속할 수도 있고, 도 12에 도시한 바와 같이, 발광셀들(30a, 30b, 30c) 사이의 영역이나 발광셀들(30a, 30b, 30c) 주위의 영역에서 제1 도전형 반도체층(23)에 접속할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 발광셀들(30a, 30b, 30c)이 제1 도전형 반도체층(23)을 공유하므로, 제1 전극 패드(35a)의 접속 영역을 다양하게 선택할 수 있어, 제한된 발광 다이오드 유닛(200) 내에서 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 발광 면적을 증가시킬 수 있다.
픽셀들(F1, F2, F3, F4) 또한 제1 도전형 반도체층(23)을 공유할 수 있는데, 이에 대해서는 도 14 내지 17을 참조하여 뒤에서 상세히 설명된다.
한편, 본 실시예에서 기판(21) 하부에 발광셀들(30a, 30b, 30c)이 배치된 것을 도시 및 설명하나, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 기판(21)은 생략될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛 내의 픽셀(F1)의 개략적인 단면도이다.
도 13을 참조하면, 앞의 실시예들은 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 캐소드들이 서로 전기적으로 연결되는 것에 대해 설명하였지만, 본 실시예에서는 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 애노드들이 서로 전기적으로 연결되는 것에 차이가 있다.
즉, 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 제2 도전형 반도체층들(27)이 제2 전극 패드(35b)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 이에 반해, 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 제1 도전형 반도체층들(23)은 서로 전기적으로 이격된다.
제2 전극 패드(35b)는 제1 내지 제3 발광셀들(30a, 30b, 30c) 상에 걸쳐서 연속적으로 형성될 수 있으며, 각 발광셀 상의 오믹 반사층들(31)에 전기적으로 접속될 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 제2 전극 패드(35b)는 제1 전극 패드들(35a)을 둘러쌀 수 있다.
한편, 제2 전극 패드(35b)에 의해 발광셀들(30a, 30b, 30c)의 제2 도전형 반도체층들(27)이 서로 연결되므로, 각 발광셀 상에 제2 범프 패드(43b)를 배치할 필요가 없으며, 하나의 제2 범프 패드(43b)를 이용하여 각 발광셀들(30a, 30b, 30c)에 전류를 공급할 수 있다.
더욱이, 픽셀들(F1, F2, F3, F4) 중 적어도 두개의 픽셀들 내의 발광셀들의 애노드들이 제2 전극 패드(35b)에 의해 서로 연결될 수 있으며, 따라서, 발광 다이오드 유닛(200) 내에 요구되는 제2 범프 패드(43b)의 개수를 더욱 줄일 수 있다.
제2 범프 패드(43b)의 개수를 감소시킬 수 있어, 발광 다이오드 유닛(200)을 회로 기판(100)에 실장할 때, 실장 불량이 발생할 가능성을 줄일 수 있다.
한편, 본 실시예에서 기판(21) 하부에 발광셀들(30a, 30b, 30c)이 배치된 것을 도시 및 설명하나, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이 기판(21)은 생략될 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
앞서 도 12를 참조하여 설명한 바와 같이, 각 픽셀(F1, F2, F3, F4) 내의 발광셀들(30a, 30b, 30c)은 제1 도전형 반도체층(23)을 공유할 수 있다. 다만, 도시한 바와 같이, 픽셀들 사이에서 제1 도전형 반도체층들을 서로 이격될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 하나의 픽셀 내의 발광셀들의 캐소드들이 서로 연결되므로, 이들을 연결하기 위한 회로가 회로 기판(100) 내에 마련될 필요가 없으며, 또한 제1 범프 패드(43a)의 개수를 감소시킬 수 있다. 즉, 각 픽셀마다 하나의 제1 범프 패드(43a)와 3개의 제2 범프 패드들(43b)이 배치될 수 있다.
한편, 수동 매트릭스 구동을 위해, 동일한 픽셀 내의 발광셀들의 캐소드들은 동일한 데이터 라인 또는 주사 라인에 연결될 것이다. 또한, 능동 매트릭스 구동을 위해, 동일한 픽셀 내의 발광셀들의 캐소드들은 접지될 것이다.
한편, 픽셀들(F1, F2, F3, F4)은 서로 전기적으로 이격되므로, 이들 픽셀들은 구동 회로 내에서 다양하게 배열될 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에서, 픽셀(F1)과 픽셀(F3)은 제1 도전형 반도체층(23)을 공유하며, 픽셀(F2)과 픽셀(F4)도 제1 도전형 반도체층(23)을 공유한다. 이에 따라, 픽셀(F1)과 픽셀(F3)에 공통의 제1 범프 패드(43a)가 배치될 수 있고, 픽셀(F2)와 픽셀(F4)에 공통의 제1 범프 패드(43a)가 배치될 수 있어, 도 14의 실시예에 비해 제1 범프 패드(43a)의 개수를 더욱 줄일 수 있다.
한편, 수동 매트릭스 구동을 위해, 픽셀(F1)과 픽셀(F3) 내의 발광셀들의 캐소드들은 모두 동일한 데이터 라인 또는 주사 라인에 연결될 것이며, 픽셀(F2)과 픽셀(F4) 내의 발광셀들의 캐소드들도 모두 동일한 데이터 라인 또는 주사 라인에 연결될 것이다. 또한, 능동 매트릭스 구동을 위해, 픽셀들(F1, F2, F3, F4) 내의 발광셀들의 캐소드들은 접지될 것이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에서, 픽셀(F1)과 픽셀(F2)이 제1 도전형 반도체층(23)을 공유하며, 픽셀(F3)과 픽셀(F4)도 제1 도전형 반도체층(23)을 공유한다. 이에 따라, 픽셀(F1)과 픽셀(F2)에 공통의 제1 범프 패드(43a)가 배치될 수 있고, 픽셀(F3)와 픽셀(F4)에 공통의 제1 범프 패드(43a)가 배치될 수 있어, 도 14의 실시예에 비해 제1 범프 패드(43a)의 개수를 더욱 줄일 수 있다.
한편, 수동 매트릭스 구동을 위해, 픽셀(F1)과 픽셀(F2) 내의 발광셀들의 캐소드들은 모두 동일한 데이터 라인 또는 주사 라인에 연결될 것이며, 픽셀(F3)과 픽셀(F4) 내의 발광셀들의 캐소드들도 모두 동일한 데이터 라인 또는 주사 라인에 연결될 것이다. 또한, 능동 매트릭스 구동을 위해, 픽셀들(F1, F2, F3, F4) 내의 발광셀들의 캐소드들은 접지될 것이다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 디스플레이용 발광 다이오드 유닛을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 17을 참조하면, 발광 다이오드 유닛(200) 내의 모든 픽셀들(F1, F2, F3, F4)이 제1 도전형 반도체층을 공유할 수 있다. 이에 따라, 픽셀들(F1, F2, F3, F4)에 공통의 제1 범프 패드(43a)가 배치될 수 있어, 도 15 및 도 16의 실시예들에 비해 제1 범프 패드(43a)의 개수를 더욱 줄일 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 파장변환기를 포함하는 필름을 설명하기 위한 단면도들이다.
우선 도 18a를 참조하면, 앞의 실시예들에 있어서, 제1 내지 제3 파장변환기들(51a, 51b, 51c)은 서로 이격되어 개별적으로 발광셀들(30a, 30b, 30c) 상에 부착 또는 형성될 수 있으나, 본 실시예에 있어서, 제1 내지 제3 파장변환기들(51a, 51b, 51c)은 하나의 필름 내에서 하나의 층 내에 배열되어 있다. 파장변환기들(51a 51b, 51c) 사이의 영역에는 투명 또는 불투명 수지(151)가 배치될 수 있다. 불투명 수지(151)는 광 차단층(55)으로서 기능할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 발광셀들이 청색광을 방출하는 경우, 제1 파장변환기(51a)는 생략될 수도 있으며, 이 경우, 제1 파장변환기(51a)의 위치에는 투명 수지(151)가 위치할 수 있다.
한편, 각 픽셀마다 파장변환기들(51a, 51b, 51c)을 포함하는 필름이 배치될 수도 있고, 하나의 필름이 두 개 이상의 픽셀들을 커버할 수도 있다.
도 18b를 참조하면, 본 실시예에 따른 필름은 여러 층의 적층 필름으로, 예컨대, 제1 층(151a)은 제1 파장변환기(51a)를 포함하고, 제2 층(151b)은 제2 파장변환기(51b)를 포함하며, 제3 층(151c)은 제3 파장변환기(51c)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제3층은 각각 투명 수지(151)와 파장변환기의 조합으로 구성될 수 있다. 한편, 발광셀들이 청색광을 방출하는 경우, 제1층(151a)은 생략될 수 있다.
한편, 각 픽셀마다 적층 필름이 배치될 수도 있고, 하나의 적층 필름이 복수의 픽셀을 커버할 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 몇몇 예들을 설명하지만, 이외에도 다양한 구조의 필름이 사용될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 다양한 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한, 하나의 실시예에 대해서 설명한 사항이나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한, 다른 실시예에도 적용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 복수의 픽셀들을 포함하되,
    각각의 픽셀은,
    각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하는 제1 발광셀, 제2 발광셀 및 제3 발광셀;
    상기 제1 내지 제3 발광셀들을 독립적으로 구동할 수 있도록 상기 제1 내지 제3 발광셀들에 전기적으로 접속된 범프 패드들;
    상기 제2 발광셀에서 방출된 광의 파장을 변환하는 제2 파장변환기; 및
    상기 제3 발광셀에서 방출된 광의 파장을 변환하는 제3 파장변환기를 포함하되, 상기 제3 파장변환기는 상기 제2 파장변환기보다 더 장파장으로 광의 파장을 변환하고,
    상기 제2 발광셀은 상기 제1 발광셀보다 더 큰 면적을 가지며,
    상기 제3 발광셀은 상기 제2 발광셀보다 더 큰 면적을 가지고,
    상기 제1 도전형 반도체층들 및 상기 제2 도전형 반도체층들은 서로 다른 범프 패드들에 각각 전기적으로 접속하며,
    상기 범프 패드들은 각각 대응하는 제1 내지 제3 발광셀 영역 내에 배치되고,
    상기 범프 패드들의 최대 폭은 대응하는 발광셀의 최소 폭의 1/2을 초과하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광셀은 청색광을 방출하며,
    상기 제2 파장변환기는 상기 청색광을 녹색광으로 변환하고,
    상기 제3 파장변환기는 상기 청색광을 적색광으로 변환하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 발광셀에 대한 제2 발광셀 및 제3 발광셀의 면적비는 각각 상기 제2 파장변환기의 광 변환 효율 및 상기 제3 파장변환기의 광 변환 효율에 반비례하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 발광셀에서 방출된 광의 파장을 제1 파장으로 변환하는 제1 파장변환기를 더 포함하되, 상기 제1 파장변환기는 상기 제2 파장변환기보다 더 단파장으로 광의 파장을 변환하고,
    상기 제1 내지 제3 발광셀은 자외선을 방출하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 파장변환기는 자외선을 청색광으로 변환하고,
    상기 제2 파장변환기는 상기 자외선을 녹색광으로 변환하고,
    상기 제3 파장변환기는 상기 자외선을 적색광으로 변환하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 발광셀에 대한 제2 발광셀 및 제3 발광셀의 면적비는 각각 상기 제1 파장변환기에 대한 상기 제2 파장변환기의 광 변환 효율비 및 상기 제3 파장변환기의 광 변환 효율비에 반비례하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 파장변환기 상에 배치된 제1 색필터;
    상기 제2 파장변환기 상에 배치된 제2 색필터; 및
    상기 제3 파장변환기 상에 배치된 제3 색필터를 더 포함하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 파장변환기 상에 배치된 제2 색필터; 및
    상기 제3 파장변환기 상에 배치된 제3 색필터를 더 포함하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 발광셀, 제2 발광셀 및 제3 발광셀의 면적 비는 1:2:7인 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광셀들의 제2 도전형 반도체층들 상에 배치된 오믹 반사층들;
    상기 복수의 픽셀들의 상기 제1 내지 제3 발광셀들을 덮되 제1 도전형 반도체층을 노출시키는 적어도 하나의 제1 개구부 및 상기 오믹 반사층들을 노출시키는 제2 개구부들을 가지는 하부 절연층;
    상기 하부 절연층 상에 배치되고 상기 하부 절연층의 제1 개구부를 통해 제1 도전형 반도체층에 전기적으로 접속하는 제1 패드 전극;
    상기 제1 패드 전극으로부터 이격되어 상기 하부 절연층 상에 배치되고 상기 제2 개구부를 통해 상기 오믹 반사층에 전기적으로 접속하는 제2 패드 전극; 및
    상기 제1 및 제2 패드 전극들을 덮는 상부 절연층을 더 포함하고,
    상기 범프 패드들은 상기 상부 절연층의 개구부들을 통해 상기 제1 및 제2 패드 전극들에 접속하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 하부 절연층은 분포 브래그 반사기를 포함하는 디스플레이용 발광 다이오드 유닛.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 회로기판; 및
    상기 회로 기판 상에 배열된 복수의 발광 다이오드 유닛을 포함하되,
    상기 복수의 발광 다이오드 유닛 각각은 청구항 1 내지 청구항 9, 청구항 13 및 청구항 14의 어느 한 항의 디스플레이용 발광 다이오드 유닛인 디스플레이 장치.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광셀들은 수동 매트릭스 또는 능동 매트릭스 방식으로 구동되는 디스플레이 장치.
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