KR20140025055A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법을 제공한다. 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 다수의 제1 전극, 상기 제1 전극이 위치하는 기판 상에 배치된 이방성 전도성 필름층, 상기 이방성 전도성 필름층 상에 위치하고, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자 및 상기 반도체 발광 소자 사이에 위치하고, 상기 반도체 발광 소자와 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극을 포함한다. 따라서, 이방성 전도성 필름을 활용하여 반도체 발광소자 어레이 배치 구조를 단순화할 수 있고, 반도체 발광 소자는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성하여 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 플렉시블 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법{Display device using semiconductor light emitting device and method of fabricating the same}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 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 특징들을 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.
한편, 종래의 평면형 디스플레이 시장에서 주요 디스플레이는 LCD(Liguid Crystal Display)와 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다. 다만, LCD의 경우 빠르지 않는 반응 시간과 LED BLU(Back Light Unit)의 높은 효율을 저하시켜 전력 소모에 큰 유발을 하고 있다는 점과 AMOLED의 경우 유기물이 가지고 있는 신뢰성에 취약하여 수명이 2년 이상을 보장하지 못하고, 양산 수율 또한 좋지 않은 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 발광 소자를 단위 화소로 구현함으로써 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 제공한다. 상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 다수의 제1 전극, 상기 제1 전극이 위치하는 기판 상에 배치된 이방성 전도성 필름층, 상기 이방성 전도성 필름층 상에 위치하고, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자 및 상기 반도체 발광 소자들 사이에 위치하고, 상기 반도체 발광 소자들과 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극을 포함할 수 있다.
상기 반도체 발광 소자들은 다수의 열로 배치되고, 상기 제2 전극은 상기 반도체 발광 소자들의 열들 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 바 형태인 것을 특징으로 한다.
상기 제2 전극과 상기 반도체 발광 소자는 상기 제2 전극으로부터 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상호 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 발광 소자의 크기는 한 변의 길이가 50㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 각각의 반도체 발광 소자 사이에는 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 격벽은 블랙 또는 화이트 절연체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 발광 소자는 청색 발광 소자이고, 상기 형광체층은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체 및 녹색 형광체인 것을 특징으로 한다.
상기 형광체층은 각각의 형광체 사이에 위치하는 블랙 매트릭스를 더 포함할 수 있다.
상기 반도체 발광 소자는 청색 발광 소자이고, 상기 형광체층은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 황색 형광체인 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 발광 소자는 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자일 수 있다.
상기 기판과 상기 제1 전극 사이에는, 소스 및 드레인 영역, 상기 소스 및 드레인 영역 사이에 위치한 게이트 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 박막 트랜지스터를 피복하도록 상기 기판 상에 위치하는 층간 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극은 상기 층간 절연막을 관통하는 관통 전극에 의하여 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 한다.
적색, 녹색 및 청색의 단위 화소가 하나의 화소를 이루거나, 적색, 녹색, 청색 및 흰색의 단위 화소가 하나의 화소를 이루는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 제공한다. 상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법은 다수의 제1 전극이 위치된 제1 기판 상에 이방성 전도성 필름을 도포하는 단계, 상기 제1 전극의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자가 위치된 제2 기판을 상기 제1 전극과 상기 반도체 발광 소자가 대향하도록 배치하는 단계, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 열압착하는 단계, 상기 제2 기판을 제거하는 단계 및 상기 제2 기판을 제거하여 노출된 반도체 발광 소자들 사이에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 반도체 발광 소자는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 플렉시블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 이방성 도전성 필름을 활용하여 반도체 발광소자 어레이 배치 구조를 단순화할 수 있다.
또한, 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2 전극을 반도체 발광 소자 사이에 위치시킬 수 있다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1의 절단선 A-A에 따라 취해진 단면도이다.
도 3은 디스플레이 장치에 이용되는 반도체 발광 소자의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 도 4의 절단선 B-B에 따라 취해진 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이다.
도 7은 도 6의 절단선 C-C에 따라 취해진 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 10은 디스플레이 장치를 구현하기 위한 반도체 발광 소자가 형성된 웨이퍼를 나타내는 평면도이다.
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 단면도들이다.
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.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 절단선 A-A에 따라 취해진 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 보여준다.
반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 기판(100), 제1 전극(200), 이방성 전도성 필름층(300), 반도체 발광 소자(400) 및 제2 전극(600)을 포함한다.
기판(100)은 제1 전극(200)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉시블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1 전극(200)은 데이터 전극의 역할을 하며, 기판(100) 상에 위치한다. 예컨대, 다수의 제1 전극(200)이 기판(100) 상에 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 제1 전극(200)은 바(bar) 형태의 전극일 수 있다.
이방성 전도성 필름층(300)은 제1 전극(200)이 위치하는 기판(100) 상에 형성된다. 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF)은 전도성 물질의 코어가 절연막에 의하여 피복된 다수의 입자로 이루어진 상태이다. 이러한 이방성 전도성 필름은 압력 또는 열이 가해지면 가해진 부분만 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 전기적으로 연결되는 것이다. 이 때, 코어의 형태는 변형되어 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다.
예컨대, 기판(100) 상에 제1 전극(200)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름층(300)을 위치시킨 후에, 후술할 반도체 발광 소자(400)를 열 또는 압력을 가하여 접속시키면, 이러한 열 또는 압력이 가해진 부분인 반도체 발광 소자(400)와 제1 전극(200) 사이의 부분만 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름(302)이 되고, 열 또는 압력이 가해지지 않는 부분의 이방성 전도성 필름(301)은 전도성을 갖지 않는다. 따라서, 반도체 발광 소자(400)와 제1 전극(200) 사이에 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 이루어질 수 있다.
반도체 발광 소자(400)는 개별 화소를 구성하며, 이방성 전도성 필름층(300) 상에 위치한다. 또한, 반도체 발광 소자(400)는 제1 전극(200)과 전기적으로 연결된다. 예컨대, 제1 전극(200)과 반도체 발광 소자(400) 사이에 위치하는 이방성 전도성 필름(302) 영역이 전도성을 갖기 때문에 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때, 상기 반도체 발광 소자(400)는 제1 전극(200) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
반도체 발광 소자(400)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(400)의 크기는 한 변의 길이가 50㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 예를 들어, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(400)를 개별 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 픽셀의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 픽셀인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, 플렉시블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
도 3은 디스플레이 장치에 이용되는 반도체 발광 소자(400)의 일례를 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 반도체 발광 소자(400)는 수직형 구조이다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(414), p형 전극(414) 상에 형성된 p형 반도체층(413), p형 반도체층(413) 상에 형성된 활성층(412), 활성층(412) 상에 형성된 n형 반도체층(411) 및 n형 반도체층(411) 상에 형성된 n형 전극(415)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(414)은 제1 전극(200)과 이방성 전도성 필름((302)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(415)은 후술하는 제2 전극(600)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 수직형 반도체 발광 소자(400)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
한편, 반도체 발광 소자(400)는 질화물계 반도체 발광 소자가 이용될 수 있다. 이러한 질화물계 반도체 발광 소자는 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.
제2 전극(600)은 반도체 발광 소자들(400) 사이에 위치하고, 반도체 발광 소자들(400)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(400)은 다수의 열로 배치되고, 제2 전극(600)은 반도체 발광 소자들(400)의 열들 사이에 위치할 수 있다. 이는 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(400) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2 전극(600)을 반도체 발광 소자들(400) 사이에 위치시킬 수 있다.
제 2 전극(600)은 바 형태의 전극일 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(200)과 제2 전극(600)은 상호 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 따라서, PM 방식의 구조가 된다.
또한, 제2 전극(600)과 반도체 발광 소자(400)는 제2 전극(600)으로부터 돌출된 연결 전극(610)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 반도체 발광 소자(400)가 수직형 구조인 경우, 제2 전극(600)과 반도체 발광 소자(400)의 n형 전극이 연결 전극(610)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 제2 전극(600)은 이방성 전도성 필름층(300) 상에 바로 위치될 수 있다. 경우에 따라, 반도체 발광 소자(400)가 형성된 기판(100) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있고, 그 다음에 제2 전극(600)을 위치시킬 경우, 제2 전극(600)은 투명 절연층 상에 위치할 것이다. 또한, 제2 전극(600)은 이방성 전도성 필름층(300) 또는 투명 절연층에 이격되어 형성될 수도 있다.
한편, 만일 반도체 발광 소자(400) 상에 제2 전극(600)을 위치시키기 위하여는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 사용해야 하는데, ITO 물질은 n형 반도체층과는 접착성이 좋지 않은 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 반도체 발광 소자(400) 사이에 수평 전극(600)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.
개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(400)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광 소자(400) 사이에는 격벽(500)을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 격벽(500)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 이 격벽(500)은 반사성 격벽이 이용될 수 있다. 격벽(500)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다. 화이트 절연체의 격벽을 이용할 경우 고 반사성 효과가 있을 수 있고, 블랙 절연체의 격벽을 이용할 경우, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
한편, 만일 제2 전극(600)이 반도체 발광 소자(400) 사이의 이방성 전도성 필름층(300) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(500)은 수직형 반도체 발광 소자(400) 및 제2 전극(600)의 사이사이에 위치될 것이다.
따라서, 반도체 발광 소자(400)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광 소자(400)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2 전극(600)을 반도체 발광 소자(400) 사이에 위치시킬 수 있고, 플렉시블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 이방성 도전성 필름을 활용하여 반도체 발광소자 어레이 배치 구조를 단순화할 수 있다. 특히, 수직형 반도체 발광소자의 경우 배치 설계가 보다 단순하다.
제2 실시예
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이고, 도 5는 도 4의 절단선 B-B에 따라 취해진 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, PM 방식의 반도체 발광소자 어레이를 적용한 풀 칼라(Full Color) 디스플레이의 설계를 보여준다.
반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 기판(100), 제1 전극(200), 이방성 전도성 필름층(300), 반도체 발광 소자(400), 격벽(500) 및 제2 전극 (600)을 포함한다.
즉, 기판(100) 상에 다수의 제1 전극(200)이 위치하고 있고, 그 위에 이방성 전도성 필름층(300)이 위치되어 있다.
그리고, 이방성 전도성 필름층(300) 상에 제1 전극(200)과 전기적으로 연결된 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자(400)가 위치하고 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자는 수직형 구조일 수 있다.
그리고, 반도체 발광 소자들(400) 사이에, 제1 전극(200)의 길이 방향과 수직한 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광 소자들(400)과 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극(600)이 위치하고 있다.
반도체 발광 소자(400) 사이에는 격벽(500)이 형성되어 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자(400)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(401, 402, 403)일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(401, 402, 403)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(401, 402, 403)에 의하여 3색의 단위 화소가 하나의 화소(pixel)를 이루는 풀 칼라 디스플레이를 설계할 수 있다.
제3 실시예
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이고, 도 7은 도 6의 절단선 C-C에 따라 취해진 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, PM 방식의 반도체 발광소자 어레이 상에 형광체층을 적용한 풀 칼라 디스플레이의 설계를 보여준다.
반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 기판(100), 제1 전극(200), 이방성 전도성 필름층(300), 반도체 발광 소자(400), 격벽(500), 제2 전극(600) 및 형광체층(700)을 포함한다.
즉, 기판(100) 상에 다수의 제1 전극(200)이 위치하고 있고, 그 위에 이방성 전도성 필름층(300)이 형성되어 있다.
그리고, 이방성 전도성 필름층(300) 상에 제1 전극(200)과 전기적으로 연결된 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자(400)가 위치하고 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자는 수직형 구조일 수 있다.
그리고, 반도체 발광 소자들(400) 사이에, 제1 전극(200)의 길이 방향과 수직한 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광 소자(400)와 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극(600)이 위치하고 있다.
또한, 반도체 발광 소자(400) 사이에는 격벽(500)이 위치한다.
또한, 형광체층(700)은 반도체 발광 소자(400) 상에 위치한다.
예를 들어, 반도체 발광 소자(400)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자(403)이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(400)이 구비될 수 있다. 이 때, 형광체층(400)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(701) 및 녹색 형광체(702) 일 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(403) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(701)가 구비될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(403) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(702)가 구비될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 발광 소자(403)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소가 하나의 화소를 이룰 수 있다.
한편, 경우에 따라, 반도체 발광 소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자가 구비될 수도 있음은 물론이며, 이러한 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자 상에 적색 형광체, 녹색 형광체, 및 청색 형광체가 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 소자 상에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 단위 화소를 이룰 수 있다.
이때, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(710)가 구비될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(710)는 명암의 대조를 극대화시킬 수 있다.
따라서, 청색 반도체 발광 소자(403) 상에 적색 및 녹색 형광체를 적용하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소가 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이를 설계할 수 있다.
제4 실시예
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 개략도이다.
도 8을 참조하면, PM 방식의 반도체 발광소자 어레이 상에 형광체층을 적용한 풀 칼라 디스플레이의 설계를 보여준다.
도 8의 풀 칼라 디스플레이 장치는 제3 실시예와 비교하여 청색 반도체 발광 소자(403) 상에 적색 형광체(701), 녹색 형광체(702) 및 황색 형광체(703)를 적용하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 흰색(W)의 단위 화소를 하나의 화소로 하는 풀 칼라 디스플레이를 설계한 것을 제외하고 동일한 구성이다.
또한, 각각의 형광체의 사이에 블랙 매트릭스(710)를 구비할 뿐만 아니라, 발광 소자의 발광 영역을 각각 구별시키도록 형광체층(700) 상에 블랙 매트릭스(711)를 더 구비하여 명암의 대조를 더욱 극대화시킬 수 있다.
따라서, 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 흰색(W)의 단위 화소가 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이 구조는 풀 화이트(Full White)시 청색 반도체 발광소자와 황색 형광체의 높은 효율을 극대화하여 저 전력을 추구할 수 있다.
제5 실시예
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 9를 참조하면, 먼저, 다수의 제1 전극(200)이 위치된 제1 기판(110) 상에 이방성 전도성 필름을 도포하여 이방성 전도성 필름층(300)을 형성한다.
제1 기판(110)은 제1 전극(200)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉시블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
다음에, 제1 전극(200)의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자(400)가 위치된 제2 기판(120)을 제1 전극(200)과 반도체 발광 소자(400)가 대향하도록 배치한다.
제2 기판(120)은 수직형 반도체 발광 소자(400)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어 기판 또는 실리콘 기판일 수 있다.
그 다음에, 제1 기판(110)과 제2 기판(120)을 열압착한다. 따라서, 제1 기판(110)과 제2 기판(120)은 본딩(bonding)된다. 이와 더불어, 열압착되는 부분만 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 제1 전극(200)과 반도체 발광 소자(400)의 사이의 부분만 전도성을 갖게 되어 제1 전극(200)과 반도체 발광 소자(400)를 전기적으로 연결할 수 있다.
예를 들어, 제1 기판(110)과 상기 제2 기판(120)을 ACF press head를 적용하여 열압착할 수 있다.
그 다음에, 상기 제2 기판(120)을 제거한다. 예를 들어, 제2 기판(120)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
그 다음에, 상기 제2 기판(120)을 제거하여 노출된 반도체 발광 소자들(400) 사이에 제2 전극(600)을 형성한다. 이 때, 반도체 발광 소자들(400)과 제2 전극(600)은 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(400)은 다수의 열로 배치되고, 제2 전극은 이러한 반도체 발광 소자들(400)의 열들 사이에 형성할 수 있다.
또한, 제2 전극(600)과 반도체 발광 소자(400)는 제2 전극(600)으로부터 돌출된 연결 전극(610)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 제1 전극(200)과 제2 전극(600)은 상호 직교 방향으로 배치될 수 있다.
그 다음에, 필요에 따라, 반도체 발광 소자(400)와 제2 전극(600)이 위치된 기판(110) 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(미도시)을 형성할 수 있다. 경우에 따라, 이러한 투명 절연층은 제2 전극(600)을 형성하기 전에 반도체 발광 소자(400)가 형성된 기판(110) 상에 코팅될 수 있다. 이 경우, 제2 전극(600)은 투명 절연층 상에 위치될 것이다.
또한, 수직형 반도체 발광 소자(400) 사이에 격벽(미도시)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 예로, 격벽은 반도체 발광 소자(400) 사이를 채우는 방식으로 형성할 수 있다. 또 다른 예로, 라미네이션법(lamination)과 마스크를 이용한 에칭법을 이용하여 원하는 형태로 격벽을 형성할 수 있다.
한편, 디스플레이 장치를 이루기 위한 반도체 발광 소자는 웨이퍼 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
도 10은 디스플레이 장치를 구현하기 위한 반도체 발광 소자가 형성된 웨이퍼를 나타내는 평면도이다. 도 10에서 도시하는 바와 같이, 개별 반도체 발광 소자가 구현된 웨이퍼에서 a 선, b 선 및 b' 선으로 구획된 영역을 디스플레이 장치에 그대로 이용할 수 있다. 이때, 디스플레이 장치의 면적은 웨이퍼 크기에 비례하도록 할 수 있다. 즉, 웨이퍼의 크기가 커질수록 작은 크기의 디스플레이를 구현하는 경우는 다면취로도 구현이 가능할 것이다.
제6 실시예
도 11은 본 발명의 제6 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타낸 단면도들이다.
도 11을 참조하면, 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 보여준다.
반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 기판(100), 박막 트랜지스터(800), 층간 절연막(920), 제1 전극(201), 이방성 전도성 필름층(300), 반도체 발광 소자(400) 및 제2 전극(601)을 포함한다.
기판(100)은 배선 기판일 수 있다. 예를 들어, 스캔 라인과 데이터 라인이 형성된 배선 기판일 수 있다.
박막 트랜지스터(800)는 기판(100) 상에 위치한다. 박막 트랜지스터(800)는 소스 영역(801), 드레인 영역(802) 및 게이트 전극(803)을 포함하고, 소스 영역(801) 및 드레인 영역(802) 사이에는 채널 영역(804)이 위치한다. 예를 들어, 박막 트랜지스터(800)의 소스 영역(801)에 데이터 라인이 연결되고, 게이트 전극(803)에 스캔 라인이 연결되고, 드레인 영역(802)에 화소 전극(201)이 연결될 수 있다. 따라서, 이러한 박막 트랜지스터(800)의 구동에 의하여 발광될 화소 및 이 화소의 색상을 능동적으로 구동할 수 있는 것이다.
층간 절연막(920)은 박막 트랜지스터(800)를 피복하기 위해 박막 트랜지스터(800)가 위치된 기판(100) 상에 위치된다.
제1 전극(201)은 화소 전극의 역할을 하는 전극으로서, 층간 절연막(920) 상에 위치하고, 박막 트랜지스터(800)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 제1 전극(201)은 닷(dot) 형태일 수 있다. 여기서, 제1 전극(201)은 층간 절연막(920)을 관통하는 관통 전극(910)에 의하여 박막 트랜지스터(800)의 소스 영역(801)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이방성 전도성 필름층(300)은 제1 전극(201)이 형성된 기판(100) 상에 위치된다.
반도체 발광 소자(400)는 이방성 전도성 필름층(300) 상에 위치되고, 제1 전극(201) 상에 대응되도록 배치된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(400)는 수직형 구조일 수 있다.
제2 전극(601)은 공통 전극의 역할을 하는 전극으로서, 반도체 발광 소자(400) 사이에 위치하고, 반도체 발광 소자(400)와 전기적으로 연결된다.
또한, 반도체 발광 소자(400) 사이에 격벽을 더 포함할 수 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자(400)는 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(401, 402, 403)로서, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(401, 402, 403)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(401, 402, 403)에 의하여 적색, 녹색 및 청색의 단위 화소를 이루고, 이러한 3색의 단위 화소가 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이를 설계할 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자(400)가 전부 청색 발광 소자(403)일 경우, 청색 발광 소자(403) 상에 적색 형광체 및 녹색 형광체인 형광체층을 더 구비하여 풀 칼라 디스플레이를 구현할 수 있다.
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 110: 제1 기판
120: 제2 기판 200, 201: 제1 전극
300, 301, 302: 이방성 전도성 필름층
400: 반도체 발광 소자 401: 적색 반도체 발광 소자
402: 녹색 반도체 발광 소자 403: 청색 반도체 발광 소자
411: n형 반도체층 412: 활성층
413: p형 반도체층 414: p형 전극
415: n형 전극 500: 격벽
600, 601: 제2 전극 610: 연결 전극
700: 형광체층 701: 적색 형광체
702: 녹색 형광체 703: 황색 형광체
710, 711: 블랙 매트릭스 800: 트랜지스터
801: 소스 영역 802: 드레인 영역
803: 게이트 전극 804: 채널 영역
910: 관통 전극 920: 층간 절연막

Claims (18)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 다수의 제1 전극;
    상기 제1 전극이 위치하는 기판 상에 배치된 이방성 전도성 필름층;
    상기 이방성 전도성 필름층 상에 위치하고, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자; 및
    상기 반도체 발광 소자들 사이에 위치하고, 상기 반도체 발광 소자들과 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극을 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자들은 다수의 열로 배치되고,
    상기 제2 전극은 상기 반도체 발광 소자들의 열들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 바 형태인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극과 상기 반도체 발광 소자는 상기 제2 전극으로부터 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상호 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자의 크기는 한 변의 길이가 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 반도체 발광 소자 사이에는 격벽을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 격벽은 블랙 또는 화이트 절연체를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 더 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 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.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 형광체층은 각각의 형광체 사이에 위치하는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 청색 발광 소자이고,
    상기 형광체층은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 황색 형광체인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자인 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 제1 전극 사이에는,
    소스 및 드레인 영역, 상기 소스 및 드레인 영역 사이에 위치한 게이트 전극을 포함하는 박막 트랜지스터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터를 피복하도록 상기 기판 상에 위치하는 층간 절연막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 전극은 상기 층간 절연막을 관통하는 관통 전극에 의하여 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    적색, 녹색 및 청색의 단위 화소가 하나의 화소를 이루거나, 적색, 녹색, 청색 및 흰색의 단위 화소가 하나의 화소를 이루는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  18. 다수의 제1 전극이 위치된 제1 기판 상에 이방성 전도성 필름을 도포하는 단계;
    상기 제1 전극의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 다수의 반도체 발광 소자가 위치된 제2 기판을 상기 제1 전극과 상기 반도체 발광 소자가 대향하도록 배치하는 단계;
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 열압착하는 단계;
    상기 제2 기판을 제거하는 단계; 및
    상기 제2 기판을 제거하여 노출된 반도체 발광 소자들 사이에 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법.
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