KR20140030887A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 제공한다. 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 다수의 제1 전극, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되고, 개별 화소를 이루고, 자체 휘도값이 상이한 다수의 반도체 발광 소자를 포함하고, 상기 반도체 발광 소자들의 자체 휘도값은 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가하는 발광 소자 어레이 및 상기 반도체 발광 소자들과 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극을 포함한다. 따라서, PM 방식의 발광 소자 어레이를 이용한 디스플레이 장치에서, 전력 손실로 인한 휘도 편차를 줄일 수 있어 PM 방식의 문제점인 로드 효과(load effect)를 줄일 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 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. 구동 방법에 대해서는 일반적으로 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식과 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식으로 구분되며, 특히 AM 방식과 달리 PM 방식의 OLED의 경우 전류 구동을 하는 소자로 전극의 전력 손실(power loss)에 매우 민감하다.
이는 전기적 손실과 유기물의 특성 변형으로 인한 제품화 구현이 실질적으로 쉽지 않은 데서 비롯된 것으로 PM 시장의 경우 TFT 대비 휘도가 상대적으로 열세여서 공정 프로세스, 비용 등 그 장점이 많음에도 불구하고, 대부분이 AM 방식을 채택하고 있으며, 여기에 OLED의 경우 PM이 가지고 있는 전력 손실 특성까지 발생하여 PM OLED를 제품화하는데 어려운 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반도체 발광 소자를 마이크로 픽셀화시켜 배치시에 발생되는 전력 손실의 문제점을 보완한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 제공함에 있다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 일 측면은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 제공한다. 이러한 디스플레이 장치는 기판, 상기 기판 상에 위치하는 다수의 제1 전극, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되고, 개별 화소를 이루고, 자체 휘도값이 상이한 다수의 반도체 발광 소자를 포함하고, 상기 반도체 발광 소자들의 자체 휘도값은 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가하는 발광 소자 어레이, 상기 반도체 발광 소자와 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극 및 상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상호 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 일부분의 발광 소자들의 자체 휘도값은 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 선형으로 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측의 첫번째 위치하는 발광 소자의 자체 휘도값과 두번째 위치하는 발광 소자의 자체 휘도값의 차이는 상기 선형으로 증가하는 값보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 발광 소자는, n형 반도체층, 상기 n형 반도체층 상에 위치하는 활성층, 상기 활성층 상에 위치하는 p형 반도체층, 상기 p형 반도체층 상에 위치하는 p형 전극 및 상기 n형 반도체층의 노출된 표면에 위치하는 n형 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 발광 소자들의 n형 전극과 상기 p형 반도체층 사이의 거리는 상기 제1 전극의 전류주입 방향의 일측에서 타측으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 한다.
상기 적어도 일부분의 반도체 발광 소자들의 n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리는 상기 제1 전극의 전류주입 방향의 일측에서 타측으로 갈수록 선형으로 감소하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측의 첫번째 위치하는 발광 소자의 n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리와 두번째 위치하는 발광 소자의 n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리의 차이는 상기 선형으로 감소되는 값보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
상기 발광 소자들의 p형 반도체층의 길이는 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명의 다른 측면은 기판, 상기 기판 상에 위치하는 다수의 제1 전극, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되고, 개별 화소를 이루는 다수의 반도체 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이, 상기 반도체 발광 소자와 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극 및 상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 포함하고, 상기 제2 전극과 상기 반도체 발광 소자는 상기 제2 전극으로부터 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결되고, 상기 연결 전극들의 두께 또는 폭은 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가하거나, 상기 연결 전극들의 길이는 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 발광 소자들은 다수의 열로 배치되고, 상기 제2 전극은 상기 반도체 발광 소자들의 열들 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 전극의 두께 또는 폭은 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 투명한 플렉시블 기판인 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 발광 소자는 질화물 반도체 발광 소자인 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 발광 소자는 청색 발광 소자이고, 상기 형광체층은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체 및 녹색 형광체인 것을 특징으로 한다.
상기 반도체 발광 소자는 청색 발광 소자이고, 상기 형광체층은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체, 녹색 형광체 및 황색 형광체인 것을 특징으로 한다.
상기 형광체층은 각각의 형광체 사이에 위치하는 블랙 매트릭스를 더 포함할 수 있다.
적색, 녹색 및 청색의 단위 화소가 하나의 화소를 이루거나, 적색, 녹색, 청색 및 흰색의 단위 화소가 하나의 화소를 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 발광 소자를 단위 화소로 구현하고, PM 방식의 구조에서 자체 휘도값이 상이한 발광 소자들을 이용하여 보정함으로써, 전력 손실로 인한 휘도 편차를 줄일 수 있어, PM 방식의 문제점인 로드 효과(load effect)를 줄일 수 있다.
또한, PM 방식의 구조에서 각각의 반도체 발광 소자들에 대한 배선 저항 성분을 조절하여 휘도 편차를 최소화할 수 있다.
또한, 트랜드에 맞게 칩 설계 조정이 용이하여 휘도 얼룩 부분의 방지 설계가 용이한 이점이 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 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 2는 PM 방식의 발광 소자 어레이의 등가 회로이다.
도 3은 반도체 발광 소자들에 대한 전극 길이방향으로 발생되는 저항 성분을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 반도체 발광 소자의 내부저항을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 발광 소자 어레이를 나타낸 상면도이다.
도 6은 발광 소자 어레이의 전력 손실에 대한 보정 전, 후의 휘도 편차를 나타낸 상면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
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 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 보여준다.
반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 기판(100), 제1 전극(200), 다수의 반도체 발광 소자(300)를 포함하는 발광 소자 어레이, 제2 전극(400) 및 형광체층(600)을 포함한다.
기판(100)은 경우에 따라 제1 전극(200)이 배치되는 배선기판일 수 있다. 또한, 기판(100)은 플렉시블 기판일 수 있다. 따라서, 기판(100)은 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 기판(100) 상에 위치한다. 경우에 따라, 제1 전극(200)은 기판(100) 상에 직접 또는 이격하여 위치할 수 있다. 또한, 다수의 제1 전극(200)이 기판(100) 상에 일정한 간격으로 배치될 수 있다. 제1 전극(200)은 바(bar) 형태의 전극일 수 있다. 이러한 제1 전극(200)은 PM 구조에서 스캔 또는 데이터 전극의 역할을 할 수 있다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 다수의 반도체 발광 소자(300)를 포함한다. 이러한 반도체 발광 소자들(300)은 개별 화소를 구성하며, 제1 전극(200)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1 전극(200)은 다수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들(300)은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들(300)은 하나의 제1 전극(200)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 이러한 발광 소자들(300)은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(300)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자들(300)의 자체 휘도값은 상기 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가할 수 있다. 따라서, 동일 전극에 연결된 다수의 반도체 발광 소자들 사이에서 발생되는 전력손실에 따른 휘도 편차를 최소화할 수 있다.
또한, 적어도 일부분의 반도체 발광 소자들(300)의 자체 휘도값은 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 선형으로 증가할 수 있다. 이는, 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 반도체 발광 소자(300)에 대한 전극의 저항성분이 선형으로 증가하므로, 반도체 발광 소자들(300)의 자체 휘도값도 이와 대응되게 선형으로 증가시킴으로써, 휘도 편차를 최소화할 수 있다.
바람직하게, 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측의 첫번째 위치하는 반도체 발광 소자(300)와 두번째 위치하는 반도체 발광 소자(300)의 자체 휘도값의 차이는 상술한 선형으로 증가하는 값(증가분)보다 더 크게 설정할 수 있다. 이는 전류가 주입되는 전극의 일측에 첫번째 위치하는 반도체 발광 소자(300)의 경우, 배선 저항이 상대적으로 더 작기 때문에, 이러한 점을 좀 더 고려하여 첫번째 반도체 발광 소자(300)의 자체 휘도값이 좀 더 낮은 칩을 사용할 수 있다.
한편, 자체 휘도값이 상이한 반도체 발광 소자들(300)을 이용하는 것과 함께 제1 전극(200)의 두께 또는 폭을 함께 조절하여 휘도 편차를 최소화할 수도 있다. 예를 들어, 발광 소자들(300)의 자체 휘도값을 조절하는 것과 함께 제1 전극(200)의 두께 또는 폭을 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가시켜 각 반도체 발광 소자(300)에 대한 밝기를 균일하게 보정할 수 있다.
제2 전극(400)은 제1 전극(200)과 전기적으로 연결된 반도체 발광 소자(300)와 전기적으로 연결된다. 이러한 제2 전극(400)은 PM 구조에서 스캔 또는 데이터 전극의 역할을 할 수 있다.
제2 전극(400)은 반도체 발광 소자(300) 상에 위치하거나, 반도체 발광 소자들(300) 사이에 위치할 수도 있다. 이 경우, 반도체 발광 소자(300)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 소자들(400) 사이에 위치시킬 수 있는 것이다. 또한, 플렉시블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
한편, 제1 전극(200)과 제2 전극(400)은 상호 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 즉, PM 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(300)를 격리시키기 위하여 반도체 발광 소자들(300) 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. 또한, 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.
형광체층(600)은 반도체 발광 소자(300) 상에 위치한다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(300)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(600)이 구비될 수 있다. 이 때, 형광체층(600)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(601) 및 녹색 형광체(602)일 수 있다.
즉, 하나의 단위 픽셀을 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(300) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(701)가 구비될 수 있고, 다른 단위 픽셀을 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(300) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(702)가 구비될 수 있다. 또한, 청색 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 발광 소자만 단독으로 이용될 수 있다.
따라서, 청색 반도체 발광 소자(300) 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.
또한, 청색 반도체 발광 소자(300) 상에 적색 형광체(701), 녹색 형광체(702) 및 황색 형광체(미도시)를 적용하여 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 흰색(W)의 단위 화소를 하나의 화소로 하는 풀 칼라 디스플레이를 설계할 수도 있다. 이 경우, 풀 화이트(Full White)시 청색 반도체 발광 소자와 황색 형광체의 높은 효율을 극대화하여 저 전력을 추구할 수 있다.
이때, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(610)가 구비될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(610)는 명암의 대조를 극대화시킬 수 있다.
한편, 경우에 따라, 반도체 발광 소자(300)는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자가 구비될 수도 있음은 물론이며, 이러한 경우에는, 단위 픽셀을 이루기 위하여, 각각 적색 형광체, 녹색 형광체, 및 청색 형광체가 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 소자 상에 형광체층 대신에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 픽셀을 구성할 수도 있다.
한편, 반도체 발광 소자(300)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자인 경우, 형광체층은 생략될 수 있다. 이 경우, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자에 의하여 3색의 단위 화소가 하나의 화소(pixel)를 이루는 풀 칼라 디스플레이를 설계할 수 있다.
한편, 반도체 발광 소자들(300)의 자체 휘도값을 조절하는 방법으로 각 반도체 발광 소자들(300)의 내부 저항값을 조절하는 방법이 있다. 이하, 각 반도체 발광 소자들(300)의 내부 저항값을 조절하는 방법에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 PM 방식의 발광 소자 어레이의 등가 회로이다.
도 2를 참조하면, 전극 배선에도 저항 성분(Rx)은 존재하지만, 발광 소자 내부에도 저항 성분(Ry)존재함을 알 수 있다. 즉, 각 반도체 발광 소자들에 대한 저항은 배선 저항 및 반도체 발광 소자의 내부 저항을 합한 합계 저항이다. 따라서, 이러한 반도체 발광 소자 내부의 저항 성분(Ry)을 조절하여 반도체 발광 소자들의 자체 휘도값을 조절할 수 있다.
도 3은 반도체 발광 소자들에 대한 전극 길이방향으로 발생되는 저항 성분을 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의상 제1 전극과 제1 전극에 연결된 다수의 반도체 발광 소자들을 포함하는 발광 소자 어레이만 나타냈다.
도 3을 참조하면, n개의 반도체 발광 소자(300)가 일렬로 배열되어 있고, 제1 전극(200)이 n개의 발광 소자와 전기적으로 연결되어 있다. 이 때, 제1 전극(200)에 전류를 주입하게 되면 전극 길이방향으로 저항 성분이 발생하게 된다.
보다 상세하게 설명하면, 제1 반도체 발광 소자에 대한 배선 저항(Rx1)은 ρ×d/A이다. 이 때, ρ 는 제1 전극 물질의 비저항값, d는 제1 전극의 일측과 발광 소자 사이의 거리, A는 제1 전극의 두께(t)와 폭(W)의 곱이다. 그리고, 제n 발광 소자에 대한 배선 저항(Rxn)은 ρ×nd/A이다. 따라서, 주입 전류(input current)를 I라고 할 때, 제1 반도체 발광 소자와 제n 반도체 발광 소자 간에는 n배 만큼의 저항이 증가하여 전압 강하(drop)가 발생하게 된다. 따라서, 전력손실에 의해 각 반도체 발광 소자들에 대한 합계 저항이 불균일해져 휘도 편차가 발생하게 된다.
도 4는 반도체 발광 소자의 내부저항을 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 발광 소자(300)는 투명유전체기판(미도시) 상에 위치하는 n형 반도체층(310), n형 반도체층(310) 상에 위치하는 활성층(320), 활성층(320) 상에 위치하는 p형 반도체층(330), p형 반도체층(330) 상에 위치하는 p형 전극(340) 및 n형 반도체층(310)의 노출된 표면에 위치하는 n형 전극(350)을 포함한다. 따라서, n형 전극(350)은 제1 전극(200)과 전기적으로 연결되고, p형 전극(340)은 제2 전극(400)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 반도체 발광 소자는 수평형 구조이다. 수평형 구조의 경우, 이등방성 e-필드(e-field)를 형성하기 때문에 수직과 수평 필드를 고려해야 한다. 따라서, n형 전극(350)과 p형 전극(340) 사이의 수평 거리가 길어질 경우 전자의 경로(path)가 늘어나기 때문에 저항 성분(Ry)의 상대적 증가를 유발할 수 있고, 따라서 전력 손실의 영향인자가 될 수 있다.
이 때, n형 전극(350)과 p형 전극(340) 사이의 수평거리는 n형 전극(350)과 p형 반도체층(330) 사이의 거리(m)와 p형 반도체층(330)의 길이(L)의 합에 해당한다.
따라서, n형 전극(350)과 p형 반도체층(330) 사이의 거리(m)는 발광 소자(300)의 내부저항값의 영향인자로서, m을 조절하여 발광 소자(300)의 내부저항값을 증가 또는 감소시킴으로써, 자체 휘도값이 상이한 반도체 발광 소자들(300)을 제조할 수 있다.
그리고, 이렇게 자체 휘도값이 상이한 반도체 발광 소자들(300)을 이용하여 휘도 편차를 최소화할 수 있는 발광 소자 어레이를 설계할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(300)의 n형 전극(350)과 p형 반도체층(330) 사이의 거리를 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 감소시켜 내부저항값을 조절할 수 있다. 이 때, 제1 전극(200)의 배선 저항이 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 선형으로 증가하므로, 적어도 일부분의 발광 소자들(300)의 n형 전극(350)과 p형 반도체층(330) 사이의 거리는 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 선형으로 감소시키는 것이 바람직하다.
특히, 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측의 첫번째 위치하는 반도체 발광 소자의 n형 전극(350)과 p형 반도체층(330) 사이의 거리와 두번째 위치하는 반도체 발광 소자의 n형 전극(350)과 p형 반도체층(330) 사이의 거리의 차이값은 상술한 선형으로 감소되는 값보다 더 큰 것으로 설계할 수 있다.
한편, p형 반도체층(330)의 길이(L)는 전자, 정공의 재결합(recombination) 영역과 밀접한 관계를 갖고 있기 때문에, 각 반도체 발광 소자(300)의 L을 동일하게 설정하고, d만 조절하는 것이 칩 설계상 바람직하다. 즉, 각 반도체 발광 소자(300)의 p형 반도체층의 영역의 크기를 동일하게 설계하는 것이 바람직하다.
이러한 반도체 발광 소자들의 제조 방법으로 예를 들면, n형 반도체층(310) 상에 먼저 활성층(320) 및 p형 반도체층(330)을 위치시킨다. 그 다음에, L은 동일하고, m만 조절되도록 설계된 마스크를 이용하여 활성층(320) 및 p형 반도체층(330)의 일부를 에칭함으로써, 자체 휘도값이 상이한 반도체 발광 소자들을 제조할 수 있다.
이와 같은 개별 반도체 발광 소자(300)의 크기는 한 변의 길이가 100㎛ 이하인 직사각형 또는 정사각형 소자로 구성할 수 있다. 반도체 발광 소자(300)는 전류 구동으로 구동될 수 있으며, 이러한 반도체 발광 소자(300)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
또한, 개별 반도체 발광 소자(300)의 크기를 한 변의 길이가 100㎛ 이하인 소자로 설계할 경우, 재결합 영역과 밀접한 관계를 갖는 p형 반도체층의 길이를 함부로 줄일 수는 없다. 따라서, 반도체 발광 소자(300)의 n형 전극(350)과 p형 반도체층(330) 사이의 거리는 10㎛ 이하로 설계하는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 발광 소자 어레이를 나타낸 상면도이다. 도 5에서는 하나의 열에 배치된 반도체 발광 소자들(300)이 하나의 제1 전극(200)과 하나의 제2 전극(400)에 연결된 구조가 표시되었으나, 이는 PM 방식의 구조를 편의상 설명하기 위해 나타낸 것으로 본 발명은 이러한 구조로 한정되지는 않는다.
도 5를 참조하면, 자체 휘도값이 상이한 반도체 발광 소자들(300) 예컨대, 내부 저항값이 상이한 반도체 발광 소자들(300)이 제1 전극(200)에 전기적으로 연결되어 있다.
각 반도체 발광 소자들(300)에 대한 저항은 제1 전극(200)의 배선 저항 및 발광 소자(300)의 내부 저항을 합한 합계 저항이다. 그리고 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 제1 전극(200)에 연결된 각각의 발광 소자(300)에 대한 배선 저항 성분은 증가한다. 즉 전력 손실이 발생한다.
따라서, 발광 소자들(300)의 n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리를 제1 전극(200)의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 감소시켜 각각의 발광 소자(300)에 대한 합계 저항을 균일하게 조절한 것이다. 따라서, PM 방식의 구조가 가지고 있는 전력 손실(Power loss)의 문제를 보정할 수 있다. 그 결과, 전력 손실에 따른 휘도 편차를 최소화할 수 있다.
한편, 각 반도체 발광 소자의 내부저항값을 조절하는 방법으로 반도체 발광 소자의 n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리를 조절하는 것 이 외에도 각 반도체 발광 소자의 에피 두께를 조절, 각 반도체 발광 소자의 칩 크기를 조절, n형 전극 또는 p형 전극의 두께나 면적을 조절 등의 방법이 가능할 것이다.
이하, 보정 전 발광 소자 어레이와 보정 후 발광 소자 어레이의 휘도 편차를 측정하였다.
도 6은 발광 소자 어레이의 전력 손실에 대한 보정 전, 후의 휘도 편차를 나타낸 상면도이다.
도 6을 참조하면, PM 방식의 발광 소자 어레이에 관한 것으로서, 제1 전극과 발광 부분만 표시하였다. 발광 부분은 반도체 발광 소자의 p형 반도체층의 영역에 해당할 것이다. 각 전극의 일 단에 두 줄로 표시된 측에서 전류가 주입된다.
보정 전 발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 동일한 다수의 반도체 발광 소자를 일렬로 위치시킨 구조이다. 이 때의 반도체 발광 소자는 수평형 반도체 발광 소자로서, 각 반도체 발광 소자의 내부저항값은 균일하다. 예컨대, n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리가 동일하다.
보정 후 발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 다수의 반도체 발광 소자를 일렬로 위치시킨 구조이다. 이 경우, 각 발광 소자들의 내부저항값은 제1 전극의 전류 주입 방향의 일측에서 타측으로 갈수록 감소하도록 설계하였다. 즉, 반도체 발광 소자들의 n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리는 제1 전극의 전류 주입 방향의 일측에서 타측으로 갈수록 감소한다.
이러한 보정 전 발광 소자 어레이와 보정 후 발광 소자 어레이의 휘도 편차를 측정한 결과, 보정 전 발광 소자 어레이보다 보정 후 발광 소자 어레이의 휘도 편차가 더 작음을 알 수 있다.
따라서, 자체 휘도값이 상이한 반도체 발광 소자를 이용하여 PM 방식의 발광 소자 어레이의 휘도 편차를 보정할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 동일한 다수의 반도체 발광 소자를 이용하고, 다수의 반도체 발광 소자들 사이에서 발생되는 저항성분을 조절한 것을 제외하고 상술한 구조와 동일한 디스플레이 장치를 구현함으로써, 휘도 편차를 최소화된 디스플레이 장치를 제조할 수 있다.
예를 들어, 이러한 디스플레이 장치는 기판, 기판 상에 위치하는 다수의 제1 전극, 제1 전극과 전기적으로 연결되고, 개별 화소를 이루는 다수의 반도체 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이, 반도체 발광 소자와 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극 및 상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극과 반도체 발광 소자는 제2 전극으로부터 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 이러한 연결 전극들의 두께 또는 폭은 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가하거나, 연결 전극들의 길이는 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 감소할 수 있다.
또 다른 예로, 동일한 제1 전극에 다수의 반도체 발광 소자들이 연결된 경우, 이러한 제1 전극의 두께 또는 폭은 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가하도록 설계할 수 있다.
따라서, 반도체 발광 소자에 대한 전극 배선의 저항성분을 변화시켜 입력 전류 변경에 따라 균일한 밝기를 나타낼 수 있다.
제2 실시예
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일부를 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 보여준다. 또한, 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자이다.
반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 기판(100), 제1 전극(200), 층간절연막(700), 이방성 전도성 필름층(800), 제2 전극(400), 다수의 반도체 발광 소자(300)를 포함하는 발광 소자 어레이 및 형광체층(600)을 포함한다.
기판(100)은 플렉시블 기판일 수 있다. 또한, 기판(100)은 투명한 재질을 이용할 수 있다.
제1 전극(200)은 기판(100) 상에 위치한다. 또한, 층간절연막(700)은 제1 전극(200)이 위치한 기판(100) 상에 위치한다.
보조 전극(220)은 제1 전극(200)과 반도체 발광 소자(300)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 층간 절연막(700) 상에 위치하고, 제1 전극(200)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조 전극(220)은 닷(dot) 형태일 수 있다. 여기서, 보조 전극(220)은 층간 절연막(700)을 관통하는 관통 전극(210)에 의하여 제1 전극(200)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 전극(400)은 보조 전극(220)과 이격하여 층간절연막(700) 상에 위치한다.
이방성 전도성 필름층(800)은 보조 전극(220) 및 제2 전극(400)이 위치하는 층간절연막(700) 상에 위치한다. 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, 층간절연막(700) 상에 보조 전극(220)과 제2 전극(400)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름층(800)을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(300)를 열 또는 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 이러한 열 또는 압력이 가해진 부분인 반도체 발광 소자(300)의 p형 전극과 보조 전극(220) 사이 및 반도체 발광 소자(300)의 n형 전극과 제2 전극(400) 사이의 부분만 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름(801)이 되고, 열 또는 압력이 가해지지 않는 부분의 이방성 전도성 필름(802)은 전도성을 갖지 않는다. 따라서, 반도체 발광 소자(300)와 보조전극(220) 사이 및 반도체 발광 소자(300)와 제2 전극(400) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 이루어질 수 있다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 다수의 반도체 발광 소자(300)를 포함한다. 이러한 반도체 발광 소자들(300)은 개별 화소를 구성하며, 제1 전극(200)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1 전극(200)은 다수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들(300)은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들(300)은 하나의 제1 전극(200)에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자들(300)이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판(360)에 성장시킨 반도체 발광 소자들(300)을 이용할 수 있다.
또한, 이러한 반도체 발광 소자들(300)은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(300)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
반도체 발광 소자(300) 사이에 격벽(500)을 더 포함할 수 있다.
형광체층(600)은 반도체 발광 소자(300) 상에 위치한다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(300)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(600)이 구비될 수 있다. 이 때, 형광체층(600)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(601) 및 녹색 형광체(602) 일 수 있다.
이때, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(610)가 구비될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(610)는 명암의 대조를 극대화시킬 수 있다.
따라서, 청색 반도체 발광 소자(300) 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.
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: 제1 전극
210: 관통 전극 220: 보조 전극
300: 반도체 발광 소자 310: n형 반도체층
320: 활성층 330: p형 반도체층
340: p형 전극 350: n형 전극
360: 투명 유전체 기판 400: 제2 전극
410: 연결 전극 500: 격벽
600: 형광체층 601: 적색 형광체
602: 녹색 형광체 610: 블랙 매트릭스
700: 층간 절연막 800, 801, 802: 이방성 전도성 필름층

Claims (18)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 다수의 제1 전극;
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되고, 개별 화소를 이루고, 자체 휘도값이 상이한 다수의 반도체 발광 소자를 포함하고, 상기 반도체 발광 소자들의 자체 휘도값은 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가하는 발광 소자 어레이;
    상기 반도체 발광 소자와 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극; 및
    상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상호 수직한 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 일부분의 발광 소자들의 자체 휘도값은 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 선형으로 증가하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측의 첫번째 위치하는 발광 소자의 자체 휘도값과 두번째 위치하는 발광 소자의 자체 휘도값의 차이는 상기 선형으로 증가하는 값보다 더 큰 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는,
    n형 반도체층;
    상기 n형 반도체층 상에 위치하는 활성층;
    상기 활성층 상에 위치하는 p형 반도체층;
    상기 p형 반도체층 상에 위치하는 p형 전극; 및
    상기 n형 반도체층의 노출된 표면에 위치하는 n형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자들의 n형 전극과 상기 p형 반도체층 사이의 거리는 상기 제1 전극의 전류주입 방향의 일측에서 타측으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 일부분의 반도체 발광 소자들의 n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리는 상기 제1 전극의 전류주입 방향의 일측에서 타측으로 갈수록 선형으로 감소하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측의 첫번째 위치하는 발광 소자의 n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리와 두번째 위치하는 발광 소자의 n형 전극과 p형 반도체층 사이의 거리의 차이는 상기 선형으로 감소되는 값보다 더 큰 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발광 소자들의 p형 반도체층의 길이는 동일한 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  10. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 다수의 제1 전극;
    상기 제1 전극과 전기적으로 연결되고, 개별 화소를 이루는 다수의 반도체 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이;
    상기 반도체 발광 소자와 전기적으로 연결된 다수의 제2 전극; 및
    상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 형광체층을 포함하고,
    상기 제2 전극과 상기 반도체 발광 소자는 상기 제2 전극으로부터 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결되고,
    상기 연결 전극들의 두께 또는 폭은 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가하거나, 상기 연결 전극들의 길이는 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 감소하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 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.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 전극의 두께 또는 폭은 상기 제1 전극의 전류 주입방향의 일측에서 타측으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  13. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 기판은 투명한 플렉시블 기판인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  14. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는 질화물 반도체 발광 소자인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  15. 제1항 또는 제10항에 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.
  16. 제1항 또는 제10항에 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.
  17. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 형광체층은 각각의 형광체 사이에 위치하는 블랙 매트릭스를 더 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  18. 제1항 또는 제10항에 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.
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