KR19980031997A - 전 칼라 발광 다이오드 디스플레이 어셈블리 - Google Patents

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KR19980031997A
KR19980031997A KR1019960051946A KR19960051946A KR19980031997A KR 19980031997 A KR19980031997 A KR 19980031997A KR 1019960051946 A KR1019960051946 A KR 1019960051946A KR 19960051946 A KR19960051946 A KR 19960051946A KR 19980031997 A KR19980031997 A KR 19980031997A
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피. 노만 미카엘
엠. 호름 파이게
Original Assignee
빈센트 비. 인그라시아
모토로라 인코포레이티드
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Abstract

전 칼라 발광 다이오드 디스플레이(310)는 적색광을 만들기 위해 반도체 발광 다이오드(313)를 이용하고 청색광을 만들기 위해 유기 또는 반도체 발광 다이오드(312)를 이용한다. 녹색광은 반도체 발광 다이오드(313)나 유기 발광 다이오드(343)에 의해 만들어진다. 반도체 발광 다이오드의 어레이(array)는 반도체 기판(322)상에 형성되고 유기 또는 반도체 발광 다이오드의 어레이를 광학적으로 투명한 기판(311)상에 형성된다. 광학적으로 투명한 기판과 반도체 기판은 다중 파장 발광 다이오드 디스플레이(310)를 형성하도록 함께 부착된다.

Description

전 칼라 발광 다이오드 디스플레이 어셈블리
본 발명의 배경
본 발명은 일반적으로 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 발광 다이오드 디스플레이 장치에 관한 것이다.
과거에는 통신과 시각 디스플레이 장치를 포함하는 다양한 응용에서 시각 디스플레이를 위한 영상을 만들기 위해 발광 다이오드(LED)가 사용되었다. 전 칼라 디스플레이를 제공하기 위해서는 요구되는 모드 전 칼라 디스플레이의 칼라를 제공하도록 다른 강도에서 조합될 수 있는 순수한 적색, 녹색, 및 청색 칼라를 제공하는 LED를 갖는 것이 중요하다. 다색 영상이나 디스플레이를 만들기 위해서 다색 유기 LED가 단일 기판상에 제작되어 왔다. 이러한 다색 유기 LED 어레이의 한 예가 1995년 6월 13일 노만(Norman et al.)에 부여됨 미국 특허 No. 5,424,560에서 주어진다. 종래의 다색 유기 LED 디스플레이가 갖는 한 문제점은 적색이나 녹색이 전 칼라 디스플레이를 제공하기에는 적절한 파장이 아니라는 점이다. 예를 들면, 유기 LED는 일반적으로 적색에 대해 바람직한 650nm 대신에 약 610nm에서 피크를 갖는 적색을 제공한다. 결과적으로, 이러한 유기 LED를 사용하는 디스플레이는 적절한 전 칼라 디스플레이를 제공하지 않는다.
또한, 청색에 대해 바람직한 400 내지 470nm 부근에 피크를 갖는 청색광을 발광하는 비화 갈륨 반도체 LED를 제공하는 것이 매우 어렵다.
또한, 바람직한 파장에서의 적색 및 녹색광과 함께 바람직한 파장에서의 청색광을 발광하는 반도체 LED를 단일 기판상에 제공하는 것이 매우 어렵다.
따라서, 전 칼라 영상을 제공하기 위해서는 바람직한 범위에 피크를 갖는 적색, 청색, 및 녹색 LED를 갖는 전 칼라 발광 디스플레이를 갖는 것이 좋다.
도 1은 본 발명에 따른 전 칼라 발광 다이오드 디스플레이 어셈블리의 확대된 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 전 칼라 발광 다이오드 디스플레이 어셈블리의 또 다른 실시예의 확대된 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 다중 파장 반도체 발광 다이오드의 실시예의 확대된 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 다중 파장 반도체 발광 다이오드의 실시예의 확대된 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 도 4의 다이오드의 전기적인 구조의 도면.
도 6은 본 발명에 따른 다중 파장 반도체 발광 다이오드의 또 다른 실시예의 확대된 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 도 4의 다이오드의 전기적인 구조의 도면.
도 8은 본 발명에 따른 다중 파장 반도체 발광 다이오드의 또 다른 실시예의 확대된 단면도.
＊도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＊
310:LED311:기판
양호한 실시예의 설명
도 1은 전 칼라 디스플레이나 영상을 만들기에 적합한 적색, 녹색, 및 청색광을 발광하는 전 칼라 발광 다이오드 디스플레이 어셈블리 또는 전칼라 발광 다이오드 디스플레이(310)의 확대된 단면 일부를 도시한다. 디스플레이(310)는 적색, 녹색, 및 청색 칼라가 통과되는 광학적으로 투명한 기판(311)을 포함한다. 전형적으로, 기판(311)은 유리나 투명 플라스틱이다. 다수의 유기 발광 다이오드는 그에 의해 조사된 빛이 기판(311)을 통과하도록 기판(311)의 상부 표면상에 유기 발광 다이오드 어레이로 형성된다. 다수의 유기 발광 다이오드는 제1유기 발광 다이오드(LED)(312), 제2유기 발광 다이오드(LED)(316), 유기발광 다이오드(LED)(319)를 포함한다. 다이오드(312), (316), 및 (319)는 전형적으로 대략 470nm에 중심이 있는 스펙트럼과 대략 80 내지 150nm의 스펙트럼 폭을 갖는 청색광을 조사한다. 이러한 발광 다이오드의 예는 1995년 6월 13일 노만에 부여된 미국 특허 No. 5,424,560에 주어진다.
다이오드(312), (316), 및 (319)는 디스플레이(310)에 의해 제공되기 원하는 영상의 픽셀 공간에 적합한 공간에 중심이 있다. 따라서, 추후 기술될 다른 다이오드로부터의 빛의 전달을 허용하기 위해 다이오드(312), (316), 및 (319)간에 사이 공간이 제공된다. 양호한 실시예에서, 다이오드(312), (316), 및 (319)는 대략 10미크론의 폭으로 대략 10미크론의 사이 공간을 두기 위해 20미크론 중심상에 배열된다. 다이오드(312), (316), 및 (319) 각각은 기판(311)상에 형성된 광학적으로 투명한 홀(hole) 공급 도체를 포함하는 다층의 장치이다. 제1칼라 유기층은 홀 공급층상에 위치하고, 제2칼라 유기층은 제1칼라 유기층상에 위치한다. 제2칼라 유기는 전자 공급 도체를 위해 정의된 영역과, 그 정의된 영역상에 전자 공급 도체로서 동작하는 저작업 기능 도체를 갖는다. 예를 들면, 광학적으로 투명한 홀 공급 동체는 산화 인듐(indium tin oxide)가 될 수 있고, 제1유기층은 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methylphenyl)1-1'biphenyl-4,4'diamine, 제2유기층은 알루미늄(8-hydroxyquinoline), 또한 전자 공급 도체는 은화 마그네슘이나 은화 리듐 또는 종래 기술에 숙련된 자에게 공지된 다른 적절한 물질로 사용될 수 있다.
디스플레이(310)는 또한 그위에 어레이로 형성된 다수의 다중 파장 반도체 발광 다이오드(LED)를 갖는 반도체 기판(322)을 포함한다. 다수의 다중 파장 LED는 제1다중 파장 발광 다이오드(313), 제2다중 파장 발광 다이오드(317), 및 다중 파장 발광 다이오드(323)을 포함한다. 다이오드(313), (317), 및 (323)은 각각 적색과 녹색 광을 조사한다. 적색광은 전형적으로 약 20nm의 스펙트럼 폭을 갖고 약 650nm에서 피크를 갖는 스펙트럼을 갖고, 녹색광은 전형적으로 약 15nm의 스펙트럼 폭과 약 570nm에서 피크를 갖는 스펙트럼을 갖는다. 이러한 LED는 이후의 구성 기술에 따라 상세히 더 기술된다. 다이오드(313), (317), 및 (323)은 다이오드(312), (316), 및 (319)간의 사이 공간을 통해 빛을 조사하도록 배열된다. 부가하여, 다이오드(313), (317), 및 (323)은 전형적으로 기판(311)과 (322)간에 작게 잘못 배열된 것이 디스플레이(310)의 각 픽셀에 대한 정확성이나 배열에 영향을 주지 않도록 사이 공간의 폭보다 더 크다. 양호한 실시예에서, 다이오드(313), (317), 및 (323)는 약 15미크론의 폭으로 20미크론 중심상에 배열된다.
기판(322)는 반도체 발광 다이오드의 어레이를 유기 발광 다이오드의 어레이와 정렬하기 위해 기판(311)에 부착된다. 부착면(330)은 기판(311)상에 형성되고 대응하는 부착면(326)은 기판(322)상에 형성된다. 부착 장치(331)는 부착 기판(322)을 부착면(330)에 부착하는데 사용된다. 또한, 장치(331)는 전형적으로 기판(322)과 (311)간에 전기적인 연결을 제공한다. 부착 장치(331)는 합금 접합 범프(solder bump) 또는 전도 수지 접합 펌프(epoxy bump)를 포함하는 다수의 부착 기술 중 임의의 것이 될 수 있다. 양호한 실시예에서, 면(326) 및 (330)은 다수의 설치 패드이고, 장치(331)는 약 40미크론의 지름을 갖는 다수의 합금 접합 범프이므로, 다수의 범프와 다수의 설치 패드가 부착 기판(311) 및 (322)을 제작한다. 이러한 부착면의 예가 1995년 7월 11일 넬슨(Nelson et al.)에 부여된 미국 특허 No. 5,432,358에서 제공된다. 결과적으로, 다중 파장 반도체 발광 다이오드의 어레이는 디스플레이(310)의 픽셀 어레이를 형성하도록 유기 발광 다이오드의 어레이와 결합한다. 다이오드(312) 및 (313)은 디스플레이(310) 중 점선 박스로 도시된 다중 파장 픽셀(314)을 형성한다. 다중 파장 픽셀(318)은 다이오드(316)과 (317)간에 결합되어 형성되고, 같은 방법으로 점선 박스로 도시된 픽셀(321)이 다이오드(319)와 (323)간에 결합되어 형성된다. 적색 및 녹색광을 얻도록 반도체 LED를 사용하고 청색광을 얻도록 유기 LED를 사용함으로서, 픽셀(314), (318), 및 (321)은 전 칼라 영상을 디스플레이(310)상에 발생하도록 제작되는 정확한 적색, 녹색, 및 청색 칼라를 제공한다.
디스플레이(310)의 또 다른 실시예에서, 다이오드(312), (316), 및 (319)는 약 470nm에 중심이 있는 스펙트럼을 갖는 청색광을 조사하는 반도체 다이오드가 될 수 있다. 전형적으로 이러한 청색 발과 반도체 다이오드는 질화 갈륨이다. 이러한 다른 실시예에서, 광학적으로 투명한 기판(311)은 사파이어, 탄화 규소, 질화 갈륨, 또는 그위에 다이오드(312), (316), 및 (319)를 형성하기에 적합한 다른 광학적으로 투명한 물질이 될 수 있다. 다이오드(312), (316), 및 (319)에 의해 조사된 빛은 기판(311)을 통과한다. 이러한 청색 발광 반도체 다이오드는 종래 기술에 숙련된 자에게 공지되어 있다.
도 2는 도 1에서 도시된 디스플레이(310)의 또 다른 실시예인 전 칼라 발광 다이오드 디스플레이(340)의 확대된 단면 일부를 도시한다. 도 1과 같은 참조 번호를 갖는 도 2의 요소는 대응하는 도 1의 요소와 같다. 디스플레이(340)는 또한 가시광을 조사하고, 기판(311)상에 유기 발광 다이오드 어레이로 형성된 다스의 유기 발광 다이오드를 포함한다. 다스의 유기 발광 다이오드는 제1유기 발광 다이오드(343), 제2유기 발광 다이오드(348), 및 제3유기 발광 다이오드(353)를 포함한다. 각 다이오드(343), (348), 및 (353)은 두 개의 발광면 또는 다른 칼라의 빛을 각각 조사하는 두 개의 요소를 포함한다. 예를 들면, 다이오드(343)는 청색광을 조사하는 제1요소(344)와 녹색광을 조사하는 제2발광 요소를 포함한다. 각 요소(344) 및 (346)는 기판(311)상에 있고 소자(344) 및 (346) 모두에 공통된 광학적으로 투명한 홀 공급 도체를 포함한다. 제1칼라 유기층은 홀 공급 도체상에 위치하고, 제2칼라 유기층은 제1칼라 유기층상에 위치하며, 제2칼라 유기층은 전자 공급 도체를 위해 정의된 면을 갖는다. 제1 및 제2유기층은 청색광을 제공하도록 선택된다. 제2발광면은 제2칼라 유기층의 일부에 제3칼라 유기층을 갖고, 제3칼라 유기층은 전자 공급 도체를 위해 정의된 면을 갖는다. 제3유기층은 녹색광을 제공하도록 선택된다. 제1 및 제2발광 다이오드는 각각 소자(344) 및 (346)가 분리하여 활성화될 수 있고 X-Y 매트릭스로 어드레스 지정될 수 있도록 전자 공급 도체를 위해 정의된 면상에 분리된 전자 공급 도체를 갖는다. 이러한 다중 파장 유기 LED의 예는 1995년 6월 13일 노만에 부여된 미국 특허 No. 5,424,560에서 설명된다.
다이오드(343), (348), 및 (353)은 각각 다중 파장 픽셀(341), (347), 및 (351)을 형성하기에 충분한 중심상에 배열된다. 부가하여, 다이오드(343), (348), 및 (353)간의 사이 공간은 사이 공간과 기판(311)을 통한 반도체 발광 다이오드로부터의 빛의 전달을 허용한다.
디스플레이(340)는 또한 기판(322)상에 어레이로 형성된 다수의 반도체 발광 다이오드를 갖는 반도체 기판(322)을 포함한다. 다수의 반도체 발광 다이오드는 제1반도체 다이오드(342), 제2반도체 다이오드(349), 및 제3반도체 다이오드(352)를 포함한다. 다이오드(342), (349), 및 (352)는 다이오드(343), (348), 및 (353)간의 사이 공간을 통해 빛을 전달하기에 적합한 중심상에 배열된다. 부가하여, 다이오드(342), (349), 및 (352)는 기판(322)과 (311)간에 적게 잘못 배열되는 것을 허용하기 위해 사이 공간보다 더 넓은 폭을 갖는다. 기판(322) 및 (311)은 도 1에서 기술된 바와 같이 부착면(330)과 부착장치(331)에 의해 연결된다.
도 2의 실시예에서, 다이오드(343), (349), 및 (352)는 각각 다중 파장 픽셀(341), (347), 및 (351)을 형성하기 위해 적색광만을 조사한다. 점선 박스로 도시된 바와 같이, 다이오드(342) 및 (343)는 픽셀(341)을 형성하도록 결합하고, 다이오드(348) 및 (349)는 픽셀(347)을 형성하도록 결합하고, 또한 다이오드(352) 및 (353)는 디스플레이(340)의 픽셀(351)을 형성하도록 결합한다.
이러한 배열로 디스플레이(340)는 적색을 제공하도록 반도체 발광 다이오드를 사용하면서 녹색 및 청색을 제공하도록 유기 발광 다이오드를 사용할 수 있다. 이러한 배열은 디스플레이(340)에 의해 전 칼라 영상을 발생하도록 제작된다.
일반적으로 도 3 및 도 4를 참조로, 상면도 및 단면도 각각은 다중 파장 발광 다이오드 또는 장치(10)를 도시한다. 장치(10)는 도 1에서 기술된 다이오드(313)와 유사하게 한 파장 이상의 빛을 조사한다. 도 4를 참조로 볼 수 있는 바와 같이, 장치(10)는 일반적으로 평면 상부면을 갖는 기판(12)을 포함한다. 전기적으로 전도 물질인 접촉층(13)은 기판(12)의 평면상에 위치한다. 제한층(14)은 접촉층(13)의 표면상에 위치한다. 활성층(15)은 제한층(14)의 표면상에 위치하고 또다른 제한층(16)은 활성층(15)의 표면상에 위치하여, 층(15)이 두 제한층 사이에 샌드위치형으로 위치한다. 전기적으로 전도 물질인 접촉층(17)은 표면 조사에 대한 기본 구조, 헤테로구조(heterostructure) 발광 다이오드(LED)(20)를 완성하도록 제한층(16)의 표면상에 위치한다.
전기적으로 전도 물질인 접촉층(23)은 접촉층(23)의 표면상에 위치한다. 제한층(24)은 접촉층(23)의 표면상에 위치한다. 활성층(25)은 제한층(24)의 표면상에 위치하고 또다른 제한층(26)은 활성층(25)의 표면상에 위치한다. 전기적으로 전도 물질인 접촉층(27)은 제2표면 조사에 대한 기본 구조, 헤테로구조 발광 다이오드(LED)(30)를 완성하도록 제한층(26)의 표면상에 위치한다.
한 실시예에서, 다양한 층은 그들이 배치된 순서로 연속하여 층을 에피택셜(epitaxial)식으로 성장시킴으로서 상술된 바와 같이 위치한다. 특정한 예에서와 같이 이러한 실시예에서, 기판(12)은 반 절연 비화 갈륨(GaAs)로 형성되고 에피택셜식으로 성장된 층은 InGaAlP 물질 시스템이다. 또한 측정한 실시예에서와 같이, 접촉층(13)은 n+형 전도성을 갖는 무겁게 도핑된(1018) GaAs로 형성되고, 제한층(14)은 n-형 전도성에 대해 도핑된 InGaAlP로 형성되고, 활성층(15)은 InGaAlP로 형성되고, 제한층(16)은 p-형 전도성에 대해 도핑된 InGaAlP로 형성되고, 접촉층(17)은 p+형 전도성을 갖는 무겁게 도핑된(1018) GaAs로 형성되고, 접촉층(23)은 n+형 전도성을 갖는 무겁게 도핑된(1018) GaAs로 형성되고, 제한층(24)은 n_형 전도성에 대해 도핑된 InAlP로 형성되고, 활성층(25)은 InGaAlP로 형성되고, 제한층(26)은 p_형 전도성에 대해 도핑된 InAlP (또는 0% Ga를 갖는 InGaAlP)로 형성되고, 또한 접촉층(27)은 p+형 전도성을 갖는 무겁게 도핑된(1018) GaAs로 형성된다.
이러한 또 다른 특정한 실시예에서, 헤테로구조 LED(30)는 더 짧은 파장, 예를 들면 570nm 범위내의 녹색광을 조사하도록 구성되고, 헤테로구조 LED(20)는 더 긴 파장, 예를 들면 650nm 범위내의 적색광을 조사하도록 구성된다. LED(30)는 더 짧은 파장의 빛을 조사하도록 구성되므로, 활성층(25)과 제한층(24) 및 (26)은 실질적으로 LED(20)에 의해 조사된 빛에 투명하다. 또한, 상대적으로 얇고 무겁게 도핑된 물질의 접촉층(17) 및 (23)을 형성함으로서, LED(30)에 의해 조사된 빛에 투명하다. 그래서, 다중 파장 장치(10)는 단일 장치 또는 발광면(35)으로 구성되고 LED(30)나 LED(20)로부터의 빛이 발광면(35)을 통해 조사된다.
다중 파장 장치(10)의 어레이를 제작하는 특정한 방법은 다음의 단계를 포함한다. 먼저, 평평한 표면을 갖는 기판이 제공된다. 이어서, 다수의 층의 물질이 층(13) 내지 (17) 및 층(23) 내지 (27)을 포함하여 에티텍셜식으로 형성된다. 전형적인 예로, 제한층(24) 및 (26)이 InAlP로 형성되고 활성층(25)이 녹색광 조사에 대해 몰당 50% Al을 갖는 InGaAlP로 형성된다. 종래 기술에 숙련되 자는 본 설명에서 예를 들면 알루미늄이나 갈륨에 퍼센트를 참조로 할 때 퍼센트가 갈륨에 대한 알루미늄의 양을 나타냄을 알 수 있다. 몰당 50% Al은 In(Ga1-xAlx)P를 나타낸다. 또한, 몰당 0% Al은 InGaP이고, 몰당 0% Ga는 InAlP이다. 제한층(14) 및 (16)은 InGaAlP로 형성되고 활성층(15)은 적색 광 조사에 대해 몰당 0% Al인 InGaAlP로 형성된다. 물론 다른 조합이 고려될 수 있고 원하면 부가 LED가 단일 다중 파장 장치에 결합될 수 있음을 알 수 있다.
발광면(35)과 인접한 접촉면(36)은 각 다중 파장 장치(10)에 대해 접촉면(27)을 마스킹(masking) 및 에칭(etching) 처리하거나 접촉면(27)을 선택적으로 배치함으로서 정의된다. 이러한 특정한 실시예에서 발광면(35)은 약 11㎛2면적이고 인접한 접촉면(36)은 약 9㎛ × 11㎛ (도 3을 참조)이다. 또한, 다중 파장 장치(10)의 행과 열이 정의된다.
일단 각 다중 파장 장치(10)에 대해 발광면(35)과 인접한 접촉면(36)이 정의되면 제한층(26), 활성층(25), 제한층(24), 접촉층(23)을 통해, 또한 적어도 각 다중 파장 장치(10)의 인접한 접촉면(36)에 접촉층(17)에 접하여 일반적으로 수직 기둥의 형태로 불순물(38)이 주입된다. 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서, 불순물(38)은 접촉층(17)과 양호한 전기적 접촉을 확실하게 하도록 접촉층(17)을 통하고 일부 제한층(16)으로 확장된다. 불순물(38)은 어레이내의 각 다중 파장 장치(10)에 대해 접촉층(17)(LED(20)의 양극)으로의 전기적인 접촉을 외부나 표면에 제공한다. 설명되는 실시예에서의 접촉층(17)이 LED(20)에 대해 p_형 접촉이므로, 불순물(38)은 예를 들면, Be 이온과 같이 접촉층(17)을 외부 접촉을 위한 표면에 만족스럽게 연결하는 물질이다.
또 다른 불순물(40)은 제한층(26), 활성층(25)을 통해, 또한 적어도 각 다중 파장 장치(10)의 인접한 접촉면(36)에서 제한층(24)에 접하여 일반적으로 수직 기둥의 형태로 주입된다. 불순물(40)은 확실하게 접촉층(17)을 통해 주입되지 않도록 주의하여야 한다. 도 3 및 도4에서 설명된 실시예에서, 불순물(40)은 접촉층(23)에 막 못미쳐 멈춘다. 일단 불순물(40)이 주입되면, 주입된 불순물(38) 및 (40)을 활성화하도록 가열 냉각 단계가 실행된다. 가열 냉각 단계는 통상의 분산을 일으키고 층(17)으로 분산되지 않고 접촉층(23)과의 양호한 전기적인 접촉을 확실하게 한다. 불순물(40)은 어레이내의 각 다중 파장장체(10)에 대해 접촉층(23)(LED(30)의 음극)으로의 전기적인 접촉을 외부나 표면에 제공한다. 설명되는 실시예에서는 접촉층(23)이 LED(30)에 대해 n_형 접촉이므로, 불순물(40)은 예를 들면, Si 이온과 같은 접촉층(23)을 외부 접촉을 위한 표면에 만족스럽게 연결하는 물질이다.
제3불순물(42)은 제한층(26), 활성츠(25)을 통하고 적어도 제한층(24)에 주입되지만, 각 다중 파장 장치(10)의 발광면(35) 및 불순물(40)간의(실질적으로는 불순물(40)에 의해 형성된 주입에서 부분적으로) 인접한 접촉면(36)에서 접촉층(23)을 통하지 않는다. 불순물(42)은 각 다중 파장 장치(10)에 대해 발광면(35) 및 전도성 불순물(38) 및 (40)간에 절연 저항체를 형성한다. 그래서, 불순물(42)은 외부의 전기적인 연결로부터 LED(30)를 절연시키고 그렇지 않은 경우 LED(30)의 p-형 층과 불순물(40)간에 형성될 수 있는 임의의 기생 p-n 접합을 제거한다. 설명되는 실시예에서, 불순물(42)은 예를 들면, H나 O의 이온과 같이 외부 접촉으로부터 LED(30)를 분리하거나 절연시키도록 절연 저항체를 만족스럽게 형성하는 물질이다.
제4불순물(45)은 제한층(26), 활성층(25), 제한층(24), 접촉층(23)과 (17)을 통하고, 적어도 각 다중 파장 장치(10)의 불순물(38)과 인접한 다중 파장 장치(10)의 발광면(35)간의(실질적으로는 불순물(38)에서 부분적으로) 제한층(16)에 부분적으로 주입된다. 불순물(45)은 LED의 어레이에서 인접한 LED(20)간에 절연 저항체를 형성한다. 그래서, 불순물(42)은 LED(20)를 절연시키고 LED(20)에 대한 픽셀 제한을 제공한다. 설명되는 실시예에서, 불순물(45)은 예를 들면, H나 O의 이온과 같이 LED(20)를 분리시키거나 절연시키도록 절연 저항체를 만족스럽게 형성하는 물질이다.
본 실시예에서는 접촉층(13)(LED(20)의 음극)에 외부 전기적 접촉을 제공하도록 행의 끝부분에 에칭 단계를 실행한다. 이러한 단계에서는 전기적인 접촉을 위해 층(13)의 일부를 노출시키도록 행의 끝부분이 에칭된다.
행 접촉(48)(도 3참조)과 불순물(40)(LED(30)의 음극)과의 접촉(47)은 공지된 방법에 의해 형성된다. 일반적으로, 인접한 다중 파장 장치(10)간의 행에서 행의 끝부분으로 n-형 금속이 배치되고, 본 실시예에서는 행 접촉(48)이 접촉층(13)에 연결된다.
제5불순물(50)은 모든 에피텍셜 층을 통하고, 행으로 위치한 모든 다중 파장 장치(10)에 대해 행 절연을 제공하도록 발광면(35)에 인접한 기판(12)으로 깊게 주입된다. 불순물(50)은 다중 파장 장치(10)의 인접한 행간에 절연 저항체를 형성한다. 설명되는 실시예에서, 불순물(50)은 예를 들면, H 이온 또는 고에너지 O+나 그와 동일한 것과 같이 절연 저항체를 만족스럽게 형성하고 깊게 주입될 수 있는 물질이다.
이어서, 전 구조의 상부 표면에 걸쳐 유전층(52)이 형성되거나 배치되고 p-형 접촉과 n-형 금속으로의 억세스를 위해 바이어스(vias)(53)가 에칭된다. 마지막으로, 공지된 방법을 이용해 p-형 금속화가 배치된다. p-형 금속화는 열 접촉(56)과 각 다중 파장 장치(10)의 발광면(35)에서 접촉층(27)으로의 p-형 접촉(55)을 형성하는데 사용된다. 이러한 특정한 실시예에서, 열 접촉(56)은 각 열에서 각 다중 파장 장치(10)에 대해 주입된 불순물(38)과 n-형 접촉(47)에 접합다. 그래서, LED(30)의 음극이 열 접촉(56)에 의해 LED(20)의 양극에 연결된다. 또한, 바이어스(53) 중 하나는 LED(30)의 양극이 LED(20)의 음극에 연결되도록 접촉(55)이 행 접촉(48)(도 3 참조)에 전기적으로 연결되는 것을 허용한다.
기술된 연결은 도 5에서 설명되는 푸시풀(push-pull) 연결을 제공한다. 각 다중 파장 장치(10)에서 LED(20) 및 (30)의 이러한 푸시풀 연결은 적어도 반 만큼 요구되는 표면적을 줄이면서 모든 LED에 대해 각각의 어드레스 지정 기능을 제공한다.
다중 파장 장치(110)를 포함하는 다른 실시예는 도 6에서의 단면으로 설명된다. 물론 장치(110)는 단일 장치로서, 또는 장치의 어레이에서 웨이퍼(wafer)상에 형성될 수 있음을 알 수 있다. 기판(112)은 일반적으로 평면의 상부 표면을 갖도록 제공된다. 전기적으로 전도 물질인 접촉층(113)은 기판(112)의 평면형 표면상에 위치한다. 제한층(114)은 접촉층(113)의 표면상에 위치한다. 활성층(115)은 제한층(114)의 표면상에 위치하고 또다른 제한층(116)이 활성층(115)의 표면상에 위치한다. 전기적으로 전도 물질인 접촉층(117)은 표면 조사를 위한 기본 구조, 헤테로구조 LED(120)를 완성하도록 제한층(116)의 표면상에 위치한다.
본 실시예에서, 접촉층(117)은 또한 LED(120)상에 위치하는 제2헤테로구조 LED(130)에 대한 접촉층으로 동작한다. 제한층(124)은 접촉층(117)의 표면상에 위치한다. 활성화층(125)은 제한층(124)의 표면상에 위치하고 또 다른 제한층(126)이 활성층(125)의 표면상에 위치한다. 전기적으로 전도 물질인 접촉층(127)은 제2표면 조사를 위한 기본 구조, 헤테로 구조 LED(130)를 완성하도록 제한층(126)의 표면상에 위치한다.
특정한 실시예와 같이 본 실시예에서, 기판(12)은 반 절연체 GaAs로 형성되고 InGaAlP 물질 시스템으로 에피텍셜식으로 성장한 층이다. 이러한 특정한 실시예에서, 접촉층(113)은 n+형 전도성을 갖고 무겁게 도핑된(1018) GaAs로 형성되고, 제한층(114)은 n-형 전도성으로 도핑된 InGaAlP로 형성되고, 활성층(115)은 InGaAlP로 형성되고, 제한층(116)은 p-형 전도성으로 도핑된 InGaAlP로 형성되고, 접촉층(117)은 p+형 전도성을 갖는 무겁게 도핑된(1018) GaAs로 형성되고, 제한층(124)은 p_형 전도성으로 도핑된 InAlP로 형성되고, 활성층(125)은 InGaAlP로 형성되고, 제한층(126)은 n_형 전도성으로 도핑된 InAlP로 형성되고, 또한 접촉층(127)은 n+형 전도성을 갖는 무겁게 도핑된(1018) GaAs로 형성된다.
상술된 방법과 같이, 발광면(135)과 인접한 접촉면(136)은 각 다중 파장 장치(110)에 대해 접촉층(127)을 마스킹 및 에칭하거나 접촉층(127)을 선택적으로 배치함으로서 정의된다. 본 특정한 실시예에서는 발광면(135)이 약 12㎛2의 면적이고, 인접한 접촉면(136)을 포함하여 총 제곱 면적이 약 20㎛2(도 6을 참조)임을 알 수 있다. 또한, 다중 파장 장치(110)의 행과 열이 정의된다.
일단 각 다중 파장 장치(110)에 대한 발광면(135)과 인접한 접촉면(136)이 정의되면, 제한층(126), 활성층(125), 제한층(124)을 통하고, 또한 적어도 각 다중 파장 장치(110)의 인접한 접촉면(136)에서 접촉층(117)과 접하여 불순물(138)이 주입된다. 불순물(138)은 LED(120) 및 (130)의 공통 양극(접촉층117)에 외부적인 전기 접촉을 제공한다. 설명되는 실시예에서는 접촉층(117)이 LED(120) 및 LED(130) 모두에 대해 p-형 접촉이므로, 주입된 불순물은 예를 들면, Be 이온과 같이 외부 접촉을 위해 표면에 접촉층(117)을 만족스럽게 연결시키는 물질이 될 수 있다.
도 6의 다중 파장 장치(110)를 제작하는 과정의 나머지 단계는 기본적으로 도 3의 다중 파장 장치(10)와 연관하여 설명된 바와 같다. 주된 차이점은 단일 접촉층(층117)이 양극에 대한 공통된 연결이므로 불순물(40)을 주입하는 단계가 요구되지 않아, 그 결과로 다중 파장 장치(110)가 3개 단자의 장치(도 7의 도면을 참조)가 되는 것이다.
이러한 특정한 장치와 처리의 한 이점은 한 단계 더 적은 처리 단계가 요구되는 것이다. 다중 파장 장치(110)은 각 LED(120) 및 (130)에 대해 공통된 한 양극과 한 음극을 갖기 때문에, 이러한 장치는 상술된 푸시풀 어드레스 지정법으로 구동될 수 없고, 통상의 매트릭스 방법으로 어드레스 지정된다. 그러나, 공통 양극이 어레이의 한 방향을 따라 I/O 요구의 반을 제거함으로서 실질적으로는 외부 연결을 줄인다. 또 다른 가능한 이점은 LED(120) 및 (130) 모두가 동시에 ON상태로 될 수 있다는 점이다.
도 8을 참조로, 본 발명을 구체화한 또 다른 다중 파장 발광 다이오드 장치(210)가 설명된다. 장치(210)는 상기의 두 실시예와 연관되어 설명된 바와 같이 기판상에 다수의 층의 물질의 위치를 정함으로서 구성된다. 도시된 장치(210)에 대한 특정한 구조는 도 6의 장치(110)와 연관되어 설명된 바와 같은 구조를 갖는다. 장치(210)의 제작에서 사용된 단계는 일반적으로 다음에 기술된 바와 같다.
평면형의 표면을 갖는 반 절연 GaAs의 기판(212)이 제공된다. 기판(212)상에는 InGaAlP 물질 시스템에서의 다수의 층이 에픽텍셜식으로 연속하여 성장된다. 층(213) 내지 (217)은 도 6과 연관되어 설명된 층(113) 내지 (117)과 같고, 제1LED(220)를 형성한다. 층(224) 내지 (227)은 도 6과 연관되어 설명된 층(124) 내지 (127)과 같고, 제2LED(230)를 형성한다.
공통 발광면(235)과 인접한 접촉면(236)이 어레이내의 각 장치(210)에 대해 정의된다. 각 인접한 다중 파장 발광 다이오드 장치(210)에서 각 다중 파장 발광 다이오드 장치(210)를 분리하도록 각 다중 파장 발광 다이오드 장치(210)의 인접한 접촉면(236)과 발광면(235) 주위에 메사(mesa) 에칭이 실생된다. 전기적인 접촉(240), (241), 및 (242)은 각 다중 파장 발광 다이오드 장치(210)의 제1접촉층(213), 제2접촉층(217), 및 제3접촉층(227) 각각과 통신하여 배치된다.
다중 파장 발광 다이오드 장치(210)에서 에칭은 장치를 정의하고 인접한 장치로부터 LED의 절연을 제공한다. 또한 에칭은 외부적인 전기 연결을 위해 묻혀져 있는 층으로의 억세스를 제공한다.
이와 같이, 다중 파장 반도체 발광 다이오드 장치 구조, 배열, 어레이 상호 연결, 및 제작 과정의 실시예가 설명된다. 설명된 다중 파장 반도체 발광 다이오드 장치는 단일 장치로부터 두 개 이상의 다른 피크 파장의 빛을 조사하는 단일 장치이다. 이는 실질적으로 각 장치에 사용되어야 하는 웨이퍼 차지 면적의 양을 줄이고 영상 발생기에서 픽셀 밀도 및 주유 요소를 개선시킨다. 또한, 각 LED (또는 광 스렉트라)를 분리하여 활성화시키는 기능을 디스플레이 응용에서 매우 가치있는 것이다. 다중 파장 발광 다이오드 장치에서 각 LED (또는 스펙트라)의 분리된 강도 제어는 칼라 차트에서 넓은 범위의 칼라를 제공하도록 두 스펙트라의 혼합을 허용한다. 또한, 유일한 구조와 제작 과정으로, 어레이의 어드레스를 지정하는데 요구되는 I/O를 최소화하는 새로운 어드레스 지정법을 실행하도록 각 다중 파장 발광 다이오드 장치내에서 다수의 LED가 전기적으로 상호 연결될 수 있다.
이로써, 전 칼라 발광 다이오드 디스플레이를 제작하는 새로운 방법이 제공됨이 명백하다. 청색광을 제공하도록 유기 LED 또는 반도체 LED를 이용함으로서, 디스플레이의 각 픽셀을 적색광을 제공하는 분리된 반도체 LED는 전 칼라 디스플레이를 위해 충분한 칼라를 제공한다. 반도체 기판을 광학적으로 투명한 기판에 부착하여 디스플레이의 픽셀을 형성하는데 결합하도록 적색광을 제공하는 다이오드와 녹색광을 제공하는 다이오드가 정렬된다. 적색 발광 다이오드를 청색 발광 반도체 또는 유기 다이오드간의 공간보다 더 크도록 형성함으로서 디스플레이의 픽셀에 영향을 주지 않고 광학적으로 투명한 기판과 반도체 기판간에 작게 잘못 정렬되는 것이 허용된다. 이러한 전 칼라 디스플레이는 통신과 다른 종류의 응용에서 전 칼라 영상을 제공하는데 적합하다.

Claims (3)

  1. 광학적으로 투명한 기판(311)과;
    상기 광학적으로 투명한 기판(311)상에 형성되고 제1파장의 빛을 조사하도록 구성되는 유기 발광 다이오드로서의 제1발광 다이오드(312)와;
    반도체 기판(322)과;
    제2파장의 빛을 조사하도록 구성된 제2발광 다이오드(313)와 상기 제2파장과는 다른 제3파장의 빛을 조사하도록 구성된 제3발광 다이오드(313)로서, 상기 반도체 기판(312)상에 구성된 함께 쌓여있는 반도체 발광 다이오드들이며, 모두 같은 방향으로 빛을 조사하도록 위치되며, 상기 제2 및 제3발광 다이오드(313)중의 한 다이오드가 다른 한 다이오드에 의해 조사된 빛에 투명한 제2 및 제3발광 다이오드(313) 및;
    상기 광학적으로 투명한 기판상의 다수의 설치 패드(330)를 구비하며, 상기 반도체 기판은 다수의 설치 패드(326)에 부착되고, 상기 제1발광 다이오드(312)가 디스플레이의 픽셀을 발생하도록 상기 제2 및 제3발광 다이오드(313)와 협력하는 것을 특징으로 하는 전 칼라 발광 다이오드 디스플레이(310).
  2. 광학적으로 투명한 기판(311)과;
    제1파장의 제1빛을 조사하고 상기 제1파장과 다른 제2파장의 제2빛을 조사하도록 구성되고 상기 광학적으로 투명한 기판(311)상에 구성된 유기 발광 다이오드로서, 상기 투명 기판(311)을 통해 한 방향으로 상기 제1 및 제2빛을 조사하도록 구성되는 제1발광 다이오드(343)와;
    반도체 기판(322)과;
    상기 제1 및 제2파장과는 다른 제3파장의 빛을 조사하도록 상기 반도체 기판(322)상에 구성된 제2발광 다이오드(342) 및;
    상기 광학적으로 투명한 기판(311)상의 부착면(330)을 구비하며, 상기 반도체 기판(322)은 상기 부착면을 부착되고, 상기 제2발광 다이오드(342)가 상기 제1발광 다이오드(343)와 동일 방향으로 빛을 조사하고 디스플레이의 픽셀을 발생하도록 상기 제1발광 다이오드(343)와 협력하는 것을 특징으로 하는 전 칼라 발광 다이오드 디스플레이(340).
  3. 반도체 발광 다이오드인 제1어레이의 발광 다이오드(313, 342)를 갖는 반도체 기판(322)과;
    제2어레이의 유기 발광 다이오드(312, 343)를 갖는 광학적으로 투명한 기판(311) 및;
    상기 광학적으로 투명한 기판상의 부착면(326, 330, 331)을 구비하며, 상기 반도체 기판(322)은 상기 부착면(326)에 부착되고, 칼라 발광 다이오드 디스플레이(310, 340)의 픽셀 어레이를 형성하도록 상기 제1어레이의 발광 다이오드(313, 342)가 상기 제2어레이의 발광 다이오드(312, 343)와 협력하는 것을 특징으로 하는 전 칼라 발광 다이오드 디스플레이(310, 340).
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