KR20130137985A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로 특히, 질화물 반도체 발광 소자에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 반도체 발광 소자를 이용하는 디스플레이 장치에 있어서, 기판 상에 위치하는 다수의 화소 전극; 상기 화소 전극에 제 1전극이 연결되며, 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자; 상기 반도체 발광 소자의 제 2전극이 연결되는 다수의 공통 전극; 및 상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 {Display device using semiconductor light emitting device}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 질화물 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
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.
질화 갈륨(GaN)으로 대표되는 질화물계 화합물 반도체(Nitride Compound Semiconductor)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2 eV)을 가지고 있어, LED를 포함한 고출력 전자부품 소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다.
이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.
이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광 기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다.
따라서, 현재 질화물계 반도체는 청색/녹색 레이저 다이오드와 발광 다이오드(LED)의 제작에 기본물질로 사용되고 있다. 특히 고출력 LED는 백색 조명용 광원으로 주목받고 있어 앞으로 LED 조명으로서의 응용이 더욱 확대될 것으로 예상된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 발광 소자를 단위 화소로 구현함으로써 질화물 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
상기 기술적 과제를 이루기 위하여, 본 발명은, 반도체 발광 소자를 이용하는 디스플레이 장치에 있어서, 기판 상에 위치하는 다수의 화소 전극; 상기 화소 전극에 제 1전극이 연결되며, 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자; 상기 반도체 발광 소자의 제 2전극이 연결되는 다수의 공통 전극; 및 상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 반도체 발광 소자는, 청색 발광 소자이고, 상기 형광체층은, 황색 형광체층일 수 있다.
이때, 황색 형광체층 상에는 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 더 포함할 수 있다.
그리고, 이들 컬러 필터 사이에는 블랙 매트릭스를 더 포함할 수 있다.
여기서, 반도체 발광 소자는, 상기 화소 전극과 공통 전극에 플립칩 본딩되어 구비될 수 있다.
공통 전극은, 상기 반도체 발광 소자에 대하여, 상기 화소 전극의 반대측에 위치할 수 있다. 즉, 수직형 발광 소자가 구비될 수 있다.
이때, 공통 전극은, 개별 반도체 발광 소자들을 덮는 투명 전도성층으로 이루어질 수 있다.
한편, 반도체 발광 소자는, 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 결합되는 수직형 발광 소자로 구현될 수도 있다.
여기서, 기판과 화소 전극 사이에는, 소스 및 드레인 영역, 상기 소스 및 드레인 영역 사이에 게이트 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 더 포함하여 액티브 매트릭스 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
이때, 박막 트랜지스터를 피복하도록 상기 기판 상에 위치하는 층간 절연막을 더 포함할 수 있다.
여기서, 화소 전극은, 상기 층간 절연막을 관통하는 관통 전극에 의하여 상기 소스 영역과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 각각의 반도체 발광 소자 사이에는, 격벽을 더 포함할 수 있고, 이 격벽은 반사성 격벽이 이용될 수 있다.
여기서, 반도체 발광 소자는, 청색 발광 소자이고, 상기 형광체층은, 개별 화소를 구성하는 적색 형광체 및 녹색 형광체일 수 있다.
화소 전극과 반도체 발광 소자의 제 1전극 및 상기 공통 전극과 반도체 발광 소자의 제 2전극 중 적어도 어느 하나는 비등방성 전도성 필름(ACF)에 의하여 연결될 수 있다.
따라서, 반도체 발광 소자와 기판 사이의 적어도 일부분에는 비등방성 전도성 필름(ACF)이 위치할 수 있다.
여기서, 반도체 발광 소자의 크기는 한 변의 길이가 150 ㎛ 이하일 수 있다.
또한, 기판과 화소 전극 사이에는, 상기 화소 전극과 전기적으로 연결되는 보조 전극을 더 포함할 수 있다.
이때, 보조 전극을 피복하는 층간 절연막을 더 포함할 수 있다.
여기서, 화소 전극과 보조 전극은 상기 층간 절연막을 관통하는 관통 전극에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.
반도체 발광 소자를 이용하여 디스플레이 장치를 구현함에 있어서, 반도체 발광 소자는 전류 구동으로 구동될 수 있으며, 따라서 로드 특성에 크게 영향받지 않으므로, 크기가 작은 것이 유리하며, 이러한 발광 소자는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
예를 들어, 단위 픽셀의 크기가 한 변이 600 ㎛, 나머지 한 변이 300 ㎛인 직사각형 픽셀이라 한다면, 이 단위 픽셀에 배치되는 개별 반도체 발광 소자의 크기는 한 변의 길이가 10 ㎛인 정사각형 발광 소자를 이용해도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기를 보일 수 있다.
또한, 다른 디스플레이 장치는 디스플레이 장치의 전체 크기에 따라 구동하기 위한 전력이 크게 증가할 수 있으나, 위에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용하는 디스플레이 장치는 크기에 따라 전력이 크게 증가하지 않는 특성을 갖는다. 따라서 대면적 디스플레이 장치로의 응용이 효과적이다.
이와 같이, 작은 크기의 반도체 발광 소자로 충분한 밝기를 가지는 단위 화소를 구성할 수 있으며, 따라서, 반도체 발광 소자 사이의 거리는 상대적으로 크다.
따라서, 박막 트랜지스터에 의하여 AM 구동되는 경우, 개별 박막 트랜지스터 사이의 간격도 클 수 있으며, 개별 화소 사이의 거리가 크므로, 개별 박막 트랜지스터와 발광 소자 및 그 외의 구성 요소가 휘어짐에 대하여 대항력이 큰 특성을 가지며, 따라서 휘어질 수 있는 디스플레이(flexible display) 장치에 이용될 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 2는 비등방성 전도성 필름의 일례를 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 디스플레이 장치에 이용되는 수평형 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 디스플레이 장치에 이용되는 수직형 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 5는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 디스플레이 장치를 구현하기 위한 반도체 발광 소자가 형성된 웨이퍼를 나타내는 평면도이다.
도 7은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 8은 디스플레이 장치의 패시브 매트릭스 방식의 구동의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 9는 디스플레이 장치의 패시브 매트릭스(PM) 블록 구동의 일례를 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다.
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.
비록 제1, 제2 등의 용어가 여러 가지 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이러한 요소들, 성분들, 영역들, 층들 및/또는 지역들은 이러한 용어에 의해 한정되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다.
도 1에서 도시하는 바와 같이, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일례는, 기판(100) 상에 화소당 화소 전극(230)과 공통 전극(240)이 구비되고, 이 화소 전극(230)과 공통 전극(240)에 전기적으로 연결되고, 개별 화소를 구성하는 반도체 발광 소자(300)를 포함하여 구성된다.
반도체 발광 소자(300)는 발광 다이오드(light emitting diode)가 이용될 수 있으며, 이러한 다이오드 구조를 이루는 반도체층(310)을 포함한다.
이러한 반도체 발광 소자(300) 상에는 발광 소자(300)에서 발광된 빛의 파장을 변환시킬 수 있는 형광체층(400)이 위치할 수 있다.
일례로서, 반도체 발광 소자(300)는, 청색을 발광하는 발광 소자가 이용될 수 있고, 이때, 형광체층(300)은, 청색 광과 혼합되어 청색 광을 백색 광으로 변환시킬 수 있는 황색 형광체층(400)이 이용될 수 있다.
이러한 경우에는, 형광체층(400)에 의하여 변환된 백색 광을 이용하여 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 3원색을 구현하는 컬러 필터(500)가 더 구비될 수 있다.
즉, 적색(R) 필터(510), 녹색(G) 필터(520), 및 청색(B) 필터(530)가 구비되어, 각각의 발광 소자(300)에 의하여 이루어지는 화소는 단위 화소(서브 픽셀; sub-pixel)을 이루고, 이러한 3색의 단위 화소가 하나의 화소(pixel)를 이룰 수 있다.
따라서, 이러한 다수의 화소들을 이용하여 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 것이다. 즉, 도 1은 세 개의 단위 화소에 의하여 하나의 화소가 구현된 상태를 도시하고 있으며, 이는 전체 디스플레이 장치의 일부분을 도시하고 있다.
이때, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 컬러 필터(500) 사이에는 블랙 매트릭스(540)가 구비될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(540)는 명암의 대조를 극대화시킬 수 있다.
한편, 반도체 발광 소자(300)는 질화물계 반도체 발광 소자(300)가 이용될 수 있다. 이러한 질화물계 반도체 발광 소자(300)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자를 구현할 수 있다.
도 1에서는 이러한 반도체 발광 소자(300)의 예로서, 수평형 구조를 가지는 반도체 발광 소자(300)가 장착되어 개별 화소를 구현하는 예를 나타내고 있다. 그러나 수직형 구조의 반도체 발광 소자를 이용할 수도 있음은 물론이다. 이는 아래에서 자세히 설명한다.
이러한 수평형 구조를 가지는 반도체 발광 소자(300)는, 반도체층(310)의 제 1전도성 반도체층과 연결되는 제 1전극(320)이 화소 전극(230)과 전기적으로 연결되고, 반도체층(310)의 제 2전도성 반도체층과 연결되는 제 2전극(330)이 공통 전극(240)과 전기적으로 연결되어 구비될 수 있다.
질화물계 반도체 발광 소자(300)가 수평형 구조를 가지는 경우에는, 주로, 제 1전극(320)이 p-형 전극을 이루고, 제 2전극(330)이 n-형 전극을 이룰 수 있다. 즉, 제 1전도성 반도체층은 p-형 반도체층이고, 제 2전도성 반도체층은 n-형 반도체층으로 구비될 수 있다.
이하, 제 1전도성 반도체층은 p-형 반도체층이고, 제 2전도성 반도체층은 n-형 반도체층이며, 제 1전극(320)은 p-형 전극, 그리고 제 2전극(330)은 n-형 전극인 예로 설명한다.
도 1에서와 같이, 이러한 수평형 반도체 발광 소자(300)는 화소 전극(230)과 공통 전극(240) 상에 플립칩 본딩(flip-chip bonding) 되어 구성될 수 있다.
이와 같은 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(300)의 사이에는 이들 개별 반도체 발광 소자(300)를 서로 분리하는 격벽(260)이 구비될 수 있다.
이러한 격벽(260)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 이 격벽(260)은 반사성 격벽(260)이 이용될 수 있다. 즉, 격벽(260)을 고 반사성 재료로 구비함으로써, 반사판으로 작용할 수 있는 것이다.
경우에 따라, 이 격벽(260)은 회색 계열의 색상을 가지도록 함으로써, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
이와 같은 개별 반도체 발광 소자(300)의 크기는 한 변이 150 ㎛ 이하인 직사각형 또는 정사각형 소자로 구성할 수 있다.
반도체 발광 소자(300)는 전류 구동으로 구동될 수 있으며, 따라서 로드 특성에 크게 영향받지 않으므로, 크기가 작은 것이 유리하며, 이러한 발광 소자(300)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
예를 들어, 단위 픽셀의 크기가 한 변이 600 ㎛, 나머지 한 변이 300 ㎛인 직사각형 픽셀이라 한다면, 이 단위 픽셀에 배치되는 개별 반도체 발광 소자(300)의 크기는 한 변의 길이가 10 ㎛인 정사각형 발광 소자(300)를 이용해도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기를 보일 수 있다.
또한, 다른 디스플레이 장치는 디스플레이 장치의 전체 크기에 따라 구동하기 위한 전력이 크게 증가할 수 있으나, 위에서 설명한 반도체 발광 소자(300)를 이용하는 디스플레이 장치는 크기에 따라 전력이 크게 증가하지 않는 특성을 갖는다. 따라서, 대면적 디스플레이 장치를 구현하는데 적합할 수 있다.
한편, 화소 전극(230)은 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT; 200)와 연결되어, 액티브 매트릭스(active matrix; AM) 형 디스플레이를 구현할 수 있다.
즉, 박막 트랜지스터(200)는, 소스 영역(201) 및 드레인 영역(203), 그리고 채널 영역(204)을 가지며, 채널 영역(204) 상에는 게이트 전극(202)이 위치하게 된다.
이때, 소스 영역(201)은 화소 전극(230)과 전기적으로 연결되어, 이러한 박막 트랜지스터(200)의 구동에 의하여 발광될 화소 및 이 화소의 색상을 능동적으로 구동할 수 있는 것이다.
이러한 박막 트랜지스터(200)는 층간 절연막(220)에 의하여 피복될 수 있고, 이러한 층간 절연막(220)은, 그 위에 화소 전극(230)과 공통 전극(240)을 포함하는 디스플레이를 위한 요소들이 구성될 수 있도록 평탄화된 면을 제공할 수 있다.
이때, 소스 영역(201)과 화소 전극(230)은 층간 절연막(220)을 관통하는 관통 전극(210)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 작은 크기의 반도체 발광 소자(300)로 충분한 밝기를 가지는 단위 화소를 구성할 수 있으며, 따라서, 반도체 발광 소자(300) 사이의 거리는 상대적으로 크다.
따라서, 개별 박막 트랜지스터(200) 사이의 간격도 클 수 있으며, 이 간격에는 층간 절연막(220)이 차지하는 부분이다. 이와 같이, 개별 화소 사이의 거리가 크므로, 개별 박막 트랜지스터(200)와 발광 소자(300) 및 그 외의 구성 요소가 휘어짐에 대하여 대항력이 큰 특성을 가지며, 따라서 휘어질 수 있는 디스플레이(flexible display) 장치에 이용될 수 있는 특성을 가질 수 있다.
한편, 반도체 발광 소자(300)의 제 1전극(320)과 화소 전극(230) 사이의 전기적 연결과, 제 2전극(330)과 공통 전극(240) 사이의 전기적 연결은 비등방성 전도성 필름(anistropy conductive film; ACF; 250, 251)에 의하여 이루어질 수 있다.
이러한 비등방성 전도성 필름(250, 251)은, 도 2에서 도시하는 바와 같이, 전도성 물질의 코어(252)가 절연막(253)에 의하여 피복된 다수의 입자로 이루어진 상태이고, 이러한 비등방성 전도성 필름(250, 251)은 압력 또는 열이 가해지면 이와 같이, 압력 또는 열이 가해진 부분만 절연막(253)이 파괴되면서 코어(252)에 의하여 전기적으로 연결되는 것이다. 이때, 코어(252)의 형태는 변형되어 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다.
따라서, 기판(10) 상에, 또는 층간 절연막(220) 상에, 화소 전극(230) 및 공통 전극(240)이 위치하는 상태에서, 이러한 기판(10) 또는 층간 절연막(220), 그리고 화소 전극(230)과 공통 전극(240) 상에 ACF(250)를 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(300)를 열 또는 압력을 가하여 접속시키면, 이러한 열 또는 압력이 가해진 반도체 발광 소자(300)의 제 1전극(320)과 화소 전극(230) 사이, 그리고 제 2전극(330)과 공통 전극(240) 사이의 부분만 전도성을 띠는 ACF(251)로 되어, 이들 사이의 전기적 연결이 이루어질 수 있는 것이다.
그러므로, 반도체 발광 소자(300)와 기판(100) 사이의 적어도 일부분에는 이러한 ACF(250)가 위치할 수 있다.
이와 같은 과정에 의하여, 반도체 발광 소자(300)를 이용하는 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 개별 단위 화소를 이루는 반도체 발광 소자(300)는 수평형 구조와 수직형 구조를 가질 수 있다.
도 3은 수평형 발광 소자의 구조를 나타내고 있다. 즉, 투명 유전체 기판(340) 상에 n-형 반도체층(311), 활성층(312), 및 p-형 반도체층(313)으로 이루어지는 반도체층(310)이 위치하고, 이러한 p-형 반도체층(313) 상에는 투명 전극(350)이 구비될 수 있다(도 1에서는 이 투명 전극(350)이 생략되어 표현되어 있다.).
이때, 투명 유전체 기판(340)은 반도체층(310)을 성장시킨 성장 기판으로서의 사파이어 기판이 이용될 수도 있다.
그러나, 이러한 사파이어 기판이 이외의 다양한 물질의 투명 유전체 기판(340)이 이용될 수 있음은 물론이며, 이러한 다양한 물질의 투명 유전체 기판(340)은 반도체층(310)의 성장 기판이 아닐 수도 있다.
그리고, 이 투명 전극(350) 상에는 p-형 전극(320)이 위치하고, 이 p-형 전극(320)은 화소 전극(230)과 ACF(251)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있는 것이다.
한편, 도 4와 같은 수직형 발광 소자가 이용될 수도 있다. 즉, 수직형 발광 소자는, 전도성 캐리어(360) 상에 n-형 반도체층(311), 활성층(312), 및 p-형 반도체층(313)을 포함하는 반도체층(310)이 위치하고, 이 반도체층(310) 상에는 투명 전극(350)이 구비되어 구성될 수 있다.
이러한 n-형 반도체층(311)과 p-형 반도체층(313)의 위치는 서로 바뀔 수 있다. 즉, 전도성 캐리어(360) 상에 p-형 반도체층(313)이 구비될 수 있고, 이러한 p-형 반도체층(313) 상에 활성층(312) 및 n-형 반도체층(311)이 위치하고, 이 n-형 반도체층(311) 상에 투명 전극(350)이 위치할 수 있음은 물론이다.
도 5에서는 이러한 수직형 반도체 발광 소자를 이용하여 구현한 디스플레이 장치의 다른 예를 도시하고 있다.
즉, 기판(100) 상에 화소 전극(230)이 위치하고, 이러한 화소 전극(230)은 ACF(251)에 의하여, 도 4에서 도시하는 바와 같은, 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(300)의 전도성 캐리어(carrier; 360)가 전기적으로 연결된다.
이러한 전도성 캐리어(360) 상에는 반도체층(310)이 위치하고, 이 반도체층(310) 상에는 개별 반도체 발광 소자(300)와 모두 연결되는 투명 전도성층(351)이 구비될 수 있다. 즉, 수직형 발광 소자(300)를 구비하는 디스플레이 장치의 경우에는, 이 투명 전도성층(351)이 디스플레이 장치의 공통 전극으로 이용될 수 있는 것이다. 그러나, 이 투명 전도성층(351)과 전기적으로 연결되는 별도의 공통 전극(도시되지 않음)이 구비될 수 있음은 물론이다.
이러한 공통 전극으로 이용되는 투명 전도성층(351)은 반도체 발광 소자(300)에서 발광되는 빛을 막지 않고 디스플레이가 구현될 수 있도록 도울 수 있다.
이와 같이, 공통 전극으로 이용되는 투명 전도성층(351)은 반도체 발광 소자(300)에 대하여, 화소 전극(230)과 반대측에 위치하게 되는데, 이는 수직형 발광 소자(300)를 이용하기 때문이다.
이러한 반도체 발광 소자(300)는 청색(B) 광을 발광하는 발광 소자(300)를 이용할 수 있고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(400)이 구비될 수 있다.
즉, 하나의 단위 픽셀을 이루는 위치에서, 공통 전극으로 작용하는 투명 전도성층(351) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 형광체(410)가 구비될 수 있고, 다른 단위 픽셀을 이루는 위치에서는, 공통 전극으로 작용하는 투명 전도성층(351) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 형광체(420)가 구비될 수 있다.
한편, 경우에 따라, 반도체 발광 소자(300)는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자(300)가 구비될 수도 있음은 물론이며, 이러한 경우에는, 단위 픽셀을 이루기 위하여, 각각 적색 형광체, 녹색 형광체, 및 청색 형광체가 구비될 수 있다.
또한, 경우에 따라서는, 청색 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 발광 소자만 단독으로 이용될 수도 있음은 물론이다.
그리고, 도 1의 예에서 설명한 바와 같이, 컬러 필터가 구비될 수도 있다.
또한, 화소 전극(230)은 박막 트랜지스터(200)와 연결되어, 액티브 매트릭스(active matrix; AM) 형 디스플레이를 구현할 수 있으며, 이는 도 1을 참조하여 설명한 예와 동일한 사항이 적용될 수 있다.
그 외의 설명되지 않은 부분도 도 1의 예로 설명한 기술적 사항이 동일하게 적용될 수 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 디스플레이 장치를 이루기 위한 반도체 발광 소자(300)는 웨이퍼 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
즉, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 개별 반도체 발광 소자가 구현된 웨이퍼에서 a 선, b 선 및 b' 선으로 구획된 영역을 디스플레이 장치에 그대로 이용할 수 있다.
이를 위하여, 반도체 박막이 형성된 웨이퍼 상에서, 각 반도체층을 전극 배열과 함께 배열하고, 각 단위 화소를 구현하기 위하여 하부의 전극을 공통으로 연결하여 양전극(270)으로 통합하고, 디스플레이 장치의 픽셀 크기에 맞게 반도체층을 개별 단위 소자 영역이 구획되도록 식각함으로써 화소화시킬 수 있는 것이다.
이때, 디스플레이 장치의 면적은 웨이퍼 크기에 비례하도록 할 수 있다. 즉, 웨이퍼의 크기가 커질수록 작은 크기의 디스플레이를 구현하는 경우는 다면치로도 구현이 가능할 것이다.
이렇게 단위 픽셀을 이루기 위해서, 위에서 설명한 바와 같이, 개별 발광 소자의 크기는 한 변이 150 ㎛ 이하인 직사각형 또는 정사각형 소자로 만들 수 있다.
한편, 도 7에서 도시하는 바와 같이, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 패시브 매트릭스(passive matrix; PM) 형태로 구현될 수도 있다.
이는, 기판(100) 상에, 화소 전극(230) 및 공통 전극(240)이 구비되고, 이 화소 전극(230) 및 공통 전극(240)에 반도체 발광 소자(300)가 구비되는 구성을 가지는 것이다.
기판(100) 상에는 화소 전극(230) 및 공통 전극(240)이 직접 구비될 수도 있으나, 도 7에서와 같이, 개별 화소 전극(230)과 연결되는 보조 전극(600)을 통하여 디스플레이 장치를 구동할 수도 있다.
이러한 보조 전극(600)은 층간 절연막(620)에 의하여 피복되며, 이러한 층간 절연막(620)을 관통하는 관통 전극(610)에 의하여 화소 전극(230)과 연결될 수 있다.
그 외에, 발광 소자(300) 상에 위치하는 형광체층(400)과 컬러 필터(500; 510, 520, 530)의 구성은 도 1에서 설명한 바와 동일하다.
이와 같은 패시브 매트릭스(PM) 방식의 디스플레이 장치는, 박막 트랜지스터의 공정이 필요 없으므로, 보다 단순한 구조를 가질 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 반도체 발광 소자는 높은 휘도를 낼 수 있으므로, 패시브 매트릭스 방식으로 구동하여도 자연스러운 계조 표시가 가능하며, 이를 위한 최소 휘도를 제공할 수 있다.
도 8에서는 이러한 패시브 매트릭스 방식의 구동의 일례를 나타낸다. 이러한 구동은 QVGA(320*240*3) 화질을 구동하는 예를 나타내고 있으며, 한 프레임이 16.67 ms이고, 스캔 라인이 320개이며, 라인당 발광 시간이 52.1 ㎲인 경우의 계조 표시를 나타낸다.
이는, 한 프레임에 200 cd/㎡의 밝기를 구현할 수 있는 발광 소자가 있다면, 이 발광 소자를 PM 구동 시 휘도는, 모든 시간이 점등에 기여한다는 조건에서, 0.625 cd/㎡이다.
따라서, 하나의 단위 화소가 최대 전력으로 64,000 cd/㎡의 밝기를 낼 수 있다면, PM 구동으로 200 cd/㎡의 구현이 가능하다.
도 9에서는 패시브 매트릭스(PM) 블록 구동의 일례를 나타내고 있다. 즉, 발광 소자의 단위 화소에서 내는 최대 휘도를 PM 블록 구동을 통하여 반감시킬 수 있으며, 낮은 해상도의 디스플레이 장치에서는 이러한 PM 구동이 AM 구동을 대처할 수 있을 것으로 보인다.
마찬가지로, QVGA(320*240*3) 화질을 구동하는 예를 나타내고 있으며, 한 프레임이 16.67 ms이고, 스캔 라인이 320/2개이며, 라인당 발광 시간이 104 ㎲인 경우의 계조 표시를 나타낸다.
이는, 한 프레임에 200 cd/㎡의 밝기를 구현할 수 있는 발광 소자가 있다면, 이 발광 소자를 PM 구동 시 휘도는, 모든 시간이 점등에 기여한다는 조건에서, 1.25 cd/㎡이다.
따라서, 하나의 단위 화소가 최대 전력으로 32,000 cd/㎡의 밝기를 낼 수 있다면, PM 구동으로 200 cd/㎡의 구현이 가능하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 기판 200: 박막 트랜지스터
210: 관통 전극 230: 화소 전극
240: 공통 전극 250, 251: ACF
260: 격벽 270: 양전극
300: 반도체 발광 소자 310: 반도체층
320: 제 1전극 330: 제 2전극
340: 투명 유전체 기판 350: 투명 전극
351: 투명 전도성층 400: 형광체층
500: 컬러 필터 600: 보조 전극

Claims (20)

  1. 반도체 발광 소자를 이용하는 디스플레이 장치에 있어서,
    기판 상에 위치하는 다수의 화소 전극;
    상기 화소 전극에 제 1전극이 연결되며, 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자;
    상기 반도체 발광 소자의 제 2전극이 연결되는 다수의 공통 전극; 및
    상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는, 청색 발광 소자이고, 상기 형광체층은, 황색 형광체층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 황색 형광체층 상에는 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 컬러 필터 사이에는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는, 상기 화소 전극과 공통 전극에 플립칩 본딩된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 공통 전극은, 상기 반도체 발광 소자에 대하여, 상기 화소 전극의 반대측에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 공통 전극은, 개별 반도체 발광 소자들을 덮는 투명 전도성층인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는, 상기 화소 전극과 공통 전극 사이에 결합되는 수직형 발광 소자인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 기판과 화소 전극 사이에는, 소스 및 드레인 영역, 상기 소스 및 드레인 영역 사이에 게이트 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터를 피복하도록 상기 기판 상에 위치하는 층간 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 화소 전극은, 상기 층간 절연막을 관통하는 관통 전극에 의하여 상기 소스 영역과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 각각의 반도체 발광 소자 사이에는, 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 격벽은 반사성 격벽인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는, 청색 발광 소자이고, 상기 형광체층은, 개별 화소를 구성하는 적색 형광체 및 녹색 형광체인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 화소 전극과 반도체 발광 소자의 제 1전극 및 상기 공통 전극과 반도체 발광 소자의 제 2전극 중 적어도 어느 하나는 비등방성 전도성 필름(ACF)에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자와 기판 사이의 적어도 일부분에는 비등방성 전도성 필름(ACF)이 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자의 크기는 한 변의 길이가 150 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 기판과 화소 전극 사이에는, 상기 화소 전극과 전기적으로 연결되는 보조 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 보조 전극을 피복하는 층간 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  20. 제 19항에 있어서, 상기 화소 전극과 보조 전극은 상기 층간 절연막을 관통하는 관통 전극에 의하여 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
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