KR20160101571A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 배선전극을 구비하는 배선기판과, 개별화소를 형성하는 복수의 반도체 발광 소자, 및 상기 배선전극과 상기 복수의 반도체 발광 소자를 전기적으로 연결하는 전도성 접착층을 포함하고, 상기 전도성 접착층은, 접착성을 가지는 수지를 구비하는 몸체, 및 상기 몸체내에 배치되며, 유기금속화합물으로부터 석출된 금속원자가 응집하여 형성되는 금속응집부를 포함한다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 플렉서블 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liguid Crystal Display)와 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 존재하고, AMOLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않을 뿐 아니라 플렉서블의 정도가 약하다는 취약점이 존재한다.
한편, 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. 따라서, 상기 반도체 발광 소자를 이용하여 플렉서블 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
이 경우에도, 반도체 발광 소자를 이용한 플렉서블 디스플레이에 적합한 전기적 연결구조가 착안 될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 플렉서블이 가능한 종래와 다른 새로운 형태의 디스플레이 장치에서, 신뢰성이 있는 배선기판과 반도체 발광소자의 전기적 연결 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 목적은, 고정세의 연결배선 구조를 갖는 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 배선전극을 구비하는 배선기판과, 개별화소를 형성하는 복수의 반도체 발광 소자, 및 상기 배선전극과 상기 복수의 반도체 발광 소자를 전기적으로 연결하는 전도성 접착층을 포함하고, 상기 전도성 접착층은, 접착성을 가지는 수지를 구비하는 몸체; 및 상기 몸체내에 배치되며, 유기금속화합물으로부터 석출된 금속원자가 응집하여 형성되는 금속응집부를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 전도성 접착층은, 상기 금속원자의 응집을 촉진하도록 상기 몸체내에 혼입되는 금속 미립자를 더 포함한다.
상기 금속 미립자는 상기 금속원자와 동일재질이거나, 상기 배선전극과 동일재질이 될 수 있다. 상기 금속 미립자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속, 탄소나노튜브, 또는 상기 적어도 하나의 금속의 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속 미립자는 1 내지 1000 나노미터의 크기를 가질 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 금속응집부는 상기 배선전극과 상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 전극을 전기적으로 연결하도록 이루어진다. 상기 금속응집부의 금속원자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 몸체에는 상기 유기금속화합물에서 환원되는 금속의 결합을 촉진시키는 첨가제나 환원제가 포함된다. 상기 첨가제는 올레일아민(Oleylamine)을 구비하고, 상기 환원제는 페닐하이드라진(Phenylhydrazine)을 구비할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 수지는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함한다. 상기 열경화성 수지의 경화온도는 상기 유기금속화합물의 금속환원온도 이상이고, 유리전이온도는 상기 금속환원온도 이하가 될 수 있다.
상기 광경화성 수지의 유리전이온도는 상기 유기금속화합물의 금속환원온도 이하이고, 상기 광경화성 수지는 상기 금속환원온도에서 완전 경화되지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 상기 배선전극의 표면을 감싸도록 형성되며, 상기 배선전극보다 저융점의 재질로 이루어지는 저융점부를 포함할 수 있다.
상기 저용점부는 솔더 물질로 상기 배선전극에 도금될 수 있다. 상기 저용점부의 도금 두께는 10 내지 2000 나노미터이고, 상기 수지는 열경화성 수지이며, 상기 솔더 물질의 융점은 상기 열경화성 수지의 경화온도 이하이고, 상기 유기금속화합물의 금속환원온도 이하가 될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 저융점부는 상기 배선전극과 상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 전극을 각각 감싸도록 이루어질 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 저융점부는 상기 저융점부의 일면에서 돌출되는 저융점 돌출부를 구비한다.
실시 예에 있어서, 상기 배선전극은 상기 배선전극의 일면에서 돌출되는 복수의 배선 돌출부를 구비한다.
실시 예에 있어서, 상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 전극은 일방향으로 돌출되는 발광소자 돌출부를 구비한다. 상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 반도체층은 상기 발광소자 돌출부에 대응하는 요철부를 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 전도성 접착층이 유기금속화합물으로부터 석출된 금속원자가 응집하여 반도체 발광소자와 배선전극을 연결함에 따라, 플렉서블하면서도 신뢰성이 높은 전기적 연결구조가 구현될 수 있다.
또한, 본 발명은, 유기금속화합물을 이용하여, 도전볼을 구비하는 도전성 접착층에서 도전볼의 크기 및 밀도로 인해 제한되는 도전볼 유효개수의 저하를 완화 또는 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은, 금속미립자를 이용하여 전도성 접착층의 빈 공간을 채워 접속면적을 키우며, 접촉저항을 낮출 수 있다.
또한, 본 발명은, 저융점부를 통하여 전도성 접착층의 합착공정에서 반도체 발광소자와 배선전극 간의 솔더링을 유도할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은, 돌출부를 통하여 합착시 금속배선을 일부 파고 들어가는 형태로 물리적 접속이 구현되며, 이를 통하여 면대면 2차원 접촉의 불안한 접속을 해결할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이다.
도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10a은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 사시도이다.
도 10b는 도 10a의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 11a는 금속유기 전도성 필름을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도이고, 도 11b은 도 10a의 금속유기 전도성 필름에서 금속이 석출되는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전도성 접착층을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도이고, 도 13은 도 12에 의하여 제조된 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전도성 접착층을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도이고, 도 15는 도 14에 의하여 제조된 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 16은 도 14의 디스플레이 장치의 변형예를 나타내는 단면도이다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전도성 접착층을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도들이며, 도 19는 도 18의 공정에 의하여 제조된 반도체 발광소자의 단면도이다..
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 접착층을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도이고, 도 21은 도 20의 공정에 의하여 제조된 반도체 발광소자의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 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.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 구부리거나, 접을 수 있거나 말 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
상기 플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시와 같이, 상기 제2상태에서 표시되는 정보는 곡면상에 출력되는 시각 정보가 될 수 있다. 이러한 시각 정보는 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다. 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
상기 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이하, 상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이며, 도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
상기 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 기판(110)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
상기 기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 기판(110)에 절연층(160)이 적층된 상태가 하나의 배선기판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(160)은 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성이 있고, 유연성 있는 재질로, 상기 기판(110)과 일체로 이루어져 하나의 기판을 형성할 수 있다.
보조전극(170)은 제1전극(120)과 반도체 발광 소자(150)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(160) 상에 위치하고, 제1전극(120)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(170)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(160)을 관통하는 전극홀(171)에 의하여 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(171)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 절연층(160)의 일면에는 전도성 접착층(130)이 형성되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층(160)과 전도성 접착층(130)의 사이에 특정 기능을 수행하는 레이어가 형성되거나, 절연층(160)이 없이 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조도 가능하다. 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조에서는 전도성 접착층(130)이 절연층의 역할을 할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 전도성 접착층(130)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 또한 전도성 접착층(130)은 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 전도성 접착층(130)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 상기 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격하여 절연층(160)에 위치한다. 즉, 상기 전도성 접착층(130)은 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치하는 절연층(160) 상에 배치된다.
절연층(160)에 보조전극(170)과 제2전극(140)이 위치된 상태에서 전도성 접착층(130)을 형성한 후에, 반도체 발광 소자(150)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156)이 형성되는 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에서 p형 전극(156)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156)은 보조전극(170)과 전도성 접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광 소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광 소자들의 p형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광 소자(150)가 압입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광 소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광 소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광 소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 복수의 반도체 발광 소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광 소자(150)는 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들은 상기 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광 소자들을 이용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(190)이 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(190)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(130)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(150)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 격벽(190)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다. 화이트 절연체의 격벽을 이용할 경우 반사성을 높이는 효과가 있을 수 있고, 블랙 절연체의 격벽을 이용할 경우, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
형광체층(180)은 반도체 발광 소자(150)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(180)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(181) 또는 녹색 형광체(182)가 될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(151)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(120)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(120)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(140)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광 소자(150)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들을 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(191)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(191)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자에 의하여 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 단위 화소들이 하나의 화소(pixel)를 이루며, 이를 통하여 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 반도체 발광 소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자(W) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 소자(W) 상에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 단위 화소를 이룰 수 있다.
도 5c를 참조하면, 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 상기 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
본 도면을 참조하면, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 상기 배선기판에는 제1전극(120), 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 배치된다. 이 경우에, 제1전극(120)과 제2전극(140)은 상호 직교 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(110) 및 절연층(160)은 각각 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 의하여 구현될 수 있으며, 이를 위하여 절연층(160)이 위치된 기판에 이방성 전도성 필름이 도포될 수 있다.
다음에, 보조전극(170) 및 제2전극(140)들의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 복수의 반도체 발광 소자(150)가 위치된 제2기판(112)을 상기 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광 소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자는 웨이퍼(wafer) 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
그 다음에, 배선기판과 제2기판(112)을 열압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF press head 를 적용하여 열압착될 수 있다. 상기 열압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열압착에 의하여 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 및 제2전극(140)의 사이의 부분만 전도성을 가지게 되며, 이를 통하여 전극들과 반도체 발광소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광 소자(150)가 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 상기 제2기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 제2기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2기판(112)을 제거하여 반도체 발광 소자들(150)을 외부로 노출시킨다. 필요에 따라, 반도체 발광 소자(150)가 결합된 배선기판 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(미도시)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자(150)의 일면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 상기 청색 반도체 발광 소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 구조에 대하여 설명한다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 복수의 반도체 발광 소자(250)를 포함한다.
기판(210)은 제1전극(220)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1전극(220)은 기판(210) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(220)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(230)은 제1전극(220)이 위치하는 기판(210)상에 형성된다. 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(230)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서도 이방성 전도성 필름에 의하여 전도성 접착층(230)이 구현되는 경우를 예시한다.
기판(210) 상에 제1전극(220)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광 소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께방향으로 전도성을 가지는 부분(231)과 전도성을 가지지 않는 부분(232)으로 구획된다.
또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 전도성 접착층(230)은 반도체 발광 소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(250)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(250)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광 소자(250)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(240)이 위치한다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(256), p형 전극(256) 상에 형성된 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층(254), 활성층(254)상에 형성된 n형 반도체층(253) 및 n형 반도체층(253) 상에 형성된 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(256)은 제1전극(220)과 전도성 접착층(230)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(252)은 후술하는 제2전극(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(250)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 반도체 발광 소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(250)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자(251)이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(280)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(280)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(281) 및 녹색 형광체(282) 일 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(251)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치에서 전술한 바와 같이, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
다시 본 실시예를 살펴보면, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치하고, 반도체 발광 소자들(250)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(250)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치될 수 있다.
제2전극(240)은 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있으며, 제1전극과 상호 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)는 제2전극(240)에서 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연결 전극이 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 상기 제2전극은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다. 이를 통하여 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 상에 위치될 수 있다. 경우에 따라, 반도체 발광 소자(250)가 형성된 기판(210) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(240)을 위치시킬 경우, 상기 제2전극(240)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 또는 투명 절연층에 이격되어 형성될 수도 있다.
만약 반도체 발광 소자(250) 상에 제2전극(240)을 위치시키기 위하여는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 사용한다면, ITO 물질은 n형 반도체층과는 접착성이 좋지 않은 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 반도체 발광 소자(250) 사이에 제2전극(240)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.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 위치할 수 있다. 즉, 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 배치될 수 있다. 이 경우, 격벽(290)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 상기 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(290)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로서, 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 격벽(290)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다.
만일 제2전극(240)이 반도체 발광 소자(250) 사이의 전도성 접착층(230) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(290)은 수직형 반도체 발광 소자(250) 및 제2전극(240)의 사이사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광 소자(250)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2전극(240)을 반도체 발광 소자(250) 사이에 위치시킬 수 있고, HD 화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 도시에 의하면, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(291)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(291)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
상기 설명과 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 디스플레이 장치에 의하면, 반도체 발광소자들과 배선기판이 전도성 접착층에 의하여 서로 결합 및 전기적으로 연결된다. 상기에서 설명된 디스플레이 장치에서는 전도성 접착층의 예로서, 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF)이 적용되는 경우를 예시하였다. 다만, 이방성 전도성 필름의 경우에 전극의 사이즈가 작아질수록 전극당 도전볼의 개수가 현저히 줄어주는 문제가 있다. 일반적으로, 도전볼의 크기는 3 내지 20 마이크로미터로 디스플레이의 해상도가 300ppi (pixel per inch) 이상인 경우에는 전극당 도전볼이 불과 수 개 정도로 접속하게 된다. 또한, 배선기판과 반도체 발광소자들의 합착시에 레진의 흐름에 따른 도전볼 유실이 발생하며, 이로 인하여 개별 반도체 발광소자의 점등수율이 저하될 수 있다. 본 발명에서는 고정세의 디스플레이임에도, 전도성 접착층에서 전기적 신뢰성을 확보할 수 있는 메커니즘들을 제시한다. 이하, 이러한 메커니즘들을 구비하는 디스플레이 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 10a은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 사시도이고, 도 10b는 도 10a의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이며, 도 11a는 금속유기 전도성 필름을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도이고, 도 11b은 도 10a의 금속유기 전도성 필름에서 금속이 석출되는 과정을 나타내는 개념도이다.
도 10a 및 도 10b의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
본 예시에 따른 디스플레이 장치(1000)는 기판(또는 배선기판, 1010), 제1전극(1020), 제2전극(1040), 복수의 반도체 발광 소자(1050) 및 전도성 접착층(1030)를 포함한다.
기판(1010)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 기판(1010)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(1010)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
상기 기판(1010)은 배선전극이 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)은 기판(1010) 상에 위치하는 배선전극(1090)이 될 수 있다.
도시에 의하면, 배선기판(1010)에는 보조전극(1070)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 보조전극(1070)은 제1전극(1020)과 반도체 발광 소자(1050)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 제1전극(1020)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(1070)은 닷(dot) 형태이며, 배선기판(1010)에 구비되는 전극홀(1071)에 의하여 제1전극(1020)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(1071)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 보조전극(1070)도 상기 배선전극(1090)에 포함될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 배선기판(1010)의 일면에는 전도성 접착층(1030)이 형성된다. 상기 전도성 접착층(1030)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 상기 배선기판(1010)의 배선전극과 복수의 반도체 발광 소자(1050)를 기계적 및 전기적으로 연결한다. 상기 복수의 반도체 발광 소자(1050)는 개별화소를 형성하는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)가 될 수 있다.
상기 전도성 접착층(1030)은 도 2 내지 도 3b를 참조하여 전술한 바와 같이, 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 접착층(1030)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 전도성 접착층(1030)은 몸체(1031) 및 금속응집부(1032)를 포함한다.
상기 몸체(1031)는 접착성을 가지는 수지를 구비하며, 이를 통하여 절연성 베이스부재가 수 있다. 상기 수지는 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
상기 수지는 불투명 수지를 포함하여 반도체 발광 소자(1050) 사이로 빛을 차단하도록 이루어질 수 있다. 즉, 상기 수지는 반도체 발광 소자(1050) 사이에 빛을 차단하는 격벽 역할을 동시에 한다. 예컨대, 이러한 불투명 수지는 블랙 또는 화이트 수지를 포함할 수 있다.
상기 금속응집부(1032)는 상기 몸체(1031)내에 배치되며, 유기금속화합물으로부터 석출된 금속원자가 응집하여 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전도성 접착층(1030)은 금속유기 전도성 필름(metal-organic conductive film, MOCF)이 될 수 있다.
이는, 미세 분말형태의 유기금속화합물을 열가소성 또는 열경화성 수지에 함유하여 배선접속구조의 중간에 위치시키고 합착할 때, 합착온도나 광에너지 혹은 분자진동에너지를 이용하여 유기금속화합물을 분해하여 석출되는 금속분자가 상하 양쪽의 배선에 위치하여 접속하는 구조이다.
이 경우에, 상기 금속응집부의 금속원자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 11a를 참조하면, 반도체 발광소자가 어레이된 기판과 배선기판 사이에 금속유기 전도성 필름을 위치한 후에 합착함에 따라, 반도체 발광소자와 배선기판이 전기적 및 기계적으로 결합하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 반도체 발광소자 및 상기 배선기판의 바디가 상기 금속유기 전도성 필름의 몸체에 접착되고, 상기 반도체 발광소자의 n도전형 전극(1052)이나 p도전형 전극(1056)이 상기 배선기판의 배선전극(1090)에 전기적으로 연결된다. 즉, 상기 금속응집부는 상기 배선전극과 상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 전극을 전기적으로 연결하도록 형성된다.
이 경우에, 상기 몸체는 에폭시계열의 열경화성 수지를 기반으로 하여 열가소성 수지를 포함한 접착제 수지가 되며, 상기 접착제 수지 내에 유기금속화합물이 함유될 수 있다. 함유된 유기금속화합물의 함량은 20~50w%이고, 금속유기 전도성 필름의 두께는 약 10 마이크로미터가 될 수 있다.
합착과정은 온도별로 3단계로 진행될 수 있다.
먼저, 접착수지의 유리전이온도 이상의 약 70~140도 사이에서 1차로 진행되며, 이때는 두 기판의 금속배선이 서로 근접하면서 접착수지가 두 기판 사이의 빈 공간을 충분이 채울 수 있도록 밀집시킨다다. 합착은 1단계 온도범위 내의 어느 일정한 온도에서 진행될 수도 있지만 2단계 합착온도로 승온하는 과정에서도 충분이 진행될 수 있다.
2단계 합착온도는 유기금속화합물에서 금속원자가 석출되는 온도이다. Ag-acetate에서 Ag가 석출되는 온도는 약 200도 근처로 Ag-acetate를 구비하는 금속유기 전도성 필름의 경우는 2단계 합착온도가 약 200도 혹은 약간 상회할 수 있다. 2단계 합착 온도에서 접착수지가 완전 경화되지 않아야 석출되는 금속원자가 충분하게 이동하여 배선전극 및 도전형 전극에 흡착 및 응집될 수 있다.
2단계 합착온도에서 충분한 시간 동안 금속원자를 석출시킨 후에는 합착온도를 더 승온시켜 접착수지의 경화온도에서 3단계 합착을 형성한다. 상기 열경화성 수지의 경화온도는 유기금속화합물의 금속환원온도 이상이고, 유리전이온도는 유기금속화합물의 금속환원온도 이하가 될 수 있다.
상기 합착과정에서 일어나는 유기금속화합물에서의 금속원자의 석출로 인한 배선연결은 순차적으로 아래와 같이 설명된다(도 11b 참조).
1. 유기금속화합물의 유기-금속 결합이 접속 공정 시의 열에너지에 의해 끊어져 금속 양이온이 분리됨
2. 분리된 금속 양이온은 환원반응을 거치면서 금속 원자로 환원됨
3. 환원된 금속 원자들은 표면에너지를 낮추기 위해 응집됨(Driving Force: Surface Energy)
4. 응집되면서 금속원자들이 금속 전극의 표면에 부착됨(Driving Force: Wetting Energy)
이러한 과정을 거치면서 금속 재질의 전극 부위에만 응집된 금속이 부착 (Wetting)되고 금속이 없는 전극과 전극 사이의 갭 부분에는 금속의 부착이 거의 없는 선택적 금속 부착이 발생하게 된다. 이를 통하여 반도체 발광소자와 배선기판사이에서 물리-화학적으로 안정적인 전기 접속 및 절연성이 확보된다.
이와 같이, 본 발명에 의하면, 유기금속화합물에서의 금속원자의 환원에 필요한 에너지는 합착과정에 필요한 에너지원을 사용할 수 있는 장점이 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
유기금속결합을 분리하는데, 열에너지 외에 상기 몸체에는 상기 유기금속화합물에서 환원되는 금속의 결합을 촉진시키는 첨가제나 환원제가 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 올레일아민(Oleylamine)을 구비하고, 상기 환원제는 페닐하이드라진(Phenylhydrazine)을 구비할 수 있다. 한편, 금속환원을 증진시키기 위해 배선전극에 음전하로 전기장을 형성하여 유기금속화합물에서의 금속환원에 필요한 전자를 공급할 수도 있다.
다른 예로서, 본 발명에서는 금속유기 전도성 필름의 접착수지를 광경화성수지를 사용하여 빛에너지에 의해 경화시키는 합착과정이 적용될 수 있다. 상기 수지는 광경화성수지에 더하여 열가소성 및 열경화성 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 광경화성 수지의 유리전이온도는 유기금속화합물의 금속환원온도 이하이가 될 수 있다. 또한, 상기 광경화성 수지는 유기금속화합물의 금속환원온도에서 완전 경화되지 않는 특성을 가질 수 있으며, 이러한 예로서, 80% 이하로 경화될 수 있다.
또한, 상기 합착과정에서 초음파 또는 무선전파의 분자진동에너지를 더하여 합착에너지를 공급할 수도 있다.
상기에서 설명된 장점에도 불구하고, 금속유기 전도성 필름은 석출되는 금속원자의 양이 제한적일 수 있으며, 배선금속표면의 거칠기가 석출되는 금속원자의 양으로 충분이 채울 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하여 보다 신뢰성 높은 전기적 연결을 구현하는 여러가지 실시예들을 제시한다. 이하, 이러한 실시예들에 대하여 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전도성 접착층을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도이고, 도 13은 도 12에 의하여 제조된 디스플레이 장치의 단면도이다.
본 예시에 따른 디스플레이 장치(2000)는 기판(또는 배선기판, 2010), 배선전극(2090), 전도성 접착층(2030) 및 복수의 반도체 발광 소자(2050)를 포함한다.
배선기판(2010), 배선전극(2090) 및 복수의 반도체 발광 소자(2050)에 대한 설명은 도 2 내지 도 4, 도 10a 및 도 10b을 참조하여 전술한 내용이 적용될 수 있으며, 앞선 설명으로 그 설명을 갈음한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 상기 전도성 접착층(2030)은 몸체(2031) 및 금속응집부(2032)를 포함한다.
상기 몸체(2031)는 접착성을 가지는 수지를 구비하며, 이를 통하여 절연성 베이스부재가 수 있다. 상기 수지는 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
상기 금속응집부(2032)는 상기 몸체(2031)내에 배치되며, 유기금속화합물으로부터 석출된 금속원자가 응집하여 형성될 수 있다.
이 경우에, 상기 금속응집부(2032)의 금속원자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다. 즉, 상기 유기금속화합물의 양이온인 금속원자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
상기 몸체(2031)와 금속응집부(2032)에 대한 내용은 도 10a 및 도 10b을 참조하여 전술한 내용이 적용될 수 있으며, 앞선 설명으로 그 설명을 갈음한다.
나아가, 본 예시에서, 상기 전도성 접착층(2030)은, 상기 금속원자의 응집을 촉진하도록 상기 몸체(2031)내에 혼입되는 금속 미립자(2033)를 포함할 수 있다.
상기 금속미립자는 유기금속화합물에서 석출되는 금속원자의 시드(seed) 역할을 수행하여 석출되는 금속원자의 양을 증가시키고, 배선기판의 표면 굴곡 등에서 발생하는 배선간 간극을 채워서 배선결속력을 증가시킨다.
상기 금속 미립자(2033)는 상기 금속원자와 동일재질이거나, 상기 배선전극과 동일재질이 될 수 있다. 이와 같이, 금속미립자를 유기금속화합물의 금속원자와 같은 종류로 할 때 금속미립자가 석출된 이후 금속응집력을 더울 강화시키는 일종의 시드(seed) 역할을 할 수 있으며, 배선전극의 금속 종류와 같은 경우라면 배선전극 상에 응집되어 배선 결속력을 강화시킬 수 있다.
이러한 예로서, 상기 금속 미립자(2033)는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속, 탄소나노튜브, 또는 상기 적어도 하나의 금속의 합금을 포함한다. 이 경우에, 상기 금속응집부(2032)의 금속원자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
상기 금속 미립자(2033)의 크기는 배선표면의 굴곡 및 반도체 발광소자의 도전형 전극의 공차 등으로 고려하여 결정할 수 있으며, 대략 수 나노미터에서 수백 나노미터의 크기가 적당하다. 이러한, 예로서, 상기 금속 미립자(2033)는 1 내지 1000 나노미터의 크기를 가질 수 있다.
상기 금속미립자(2033)에 의하면, 합착 후 합착결과를 현미경으로 판단할 경우, 상기 금속 미립자(2033)에 의한 배선표면에 압흔 자국을 통해 합착상태를 관찰할 수 있는 기능이 발휘될 수 있다. 유기금속화합물로만 이루어진 금속유기 전도성 필름의 경우는 석출되는 금속원자가 크기 너무 미세하여 현미경 관찰이 어려운 문제가 있다.
본 예시에서 합착과정은, 반도체 발광소자가 어레이된 기판과 배선기판 사이에 금속 미립자를 함유한 금속유기 전도성 필름을 위치한 후에 합착하는 과정이며, 이를 통하여 반도체 발광소자와 배선기판이 전기적 및 기계적으로 결합하게 된다. 상기 합착과정은 도 10a 및 도 10b을 참조하여 전술한 내용이 적용될 수 있으며, 앞선 설명으로 그 설명을 갈음한다.
한편, 본 예시의 합착과정에서도 열에너지 외에 상기 몸체에는 상기 유기금속화합물에서 환원되는 금속의 결합을 촉진시키는 첨가제나 환원제가 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 올레일아민(Oleylamine)을 구비하고, 상기 환원제는 페닐하이드라진(Phenylhydrazine)을 구비할 수 있다. 한편, 금속환원을 증진시키기 위해 배선전극에 음전하로 전기장을 형성하여 유기금속화합물에서의 금속환원에 필요한 전자를 공급할 수도 있다.
다른 예로서, 본 발명에서는 금속 미립자를 함유한 금속유기 전도성 필름의 접착수지를 광경화성수지를 사용하여 빛에너지에 의해 경화시키는 합착과정이 적용될 수 있다. 또한, 상기 합착과정에서 초음파 또는 무선전파의 분자진동에너지를 더하여 합착에너지를 공급할 수도 있다.
한편, 본 발명에서는 금속유기 전도성 필름의 한계성을 극복하기 위한 다른 실시예로서, 저융점부를 이용하는 방법에 대하여 제시하며, 이하, 도 14 및 도 15를 참조하여 상세히 설명한다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전도성 접착층을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도이고, 도 15는 도 14에 의하여 제조된 디스플레이 장치의 단면도이며, 도 16은 도 14의 디스플레이 장치의 변형예를 나타내는 단면도이다.
본 예시에 따른 디스플레이 장치(3000)는 기판(또는 배선기판, 3010), 배선전극(3090), 전도성 접착층(3030) 및 복수의 반도체 발광 소자(3050)를 포함한다.
배선기판(3010), 배선전극(3090) 및 복수의 반도체 발광 소자(3050)에 대한 설명은 도 2 내지 도 4, 도 10a 및 도 10b을 참조하여 전술한 내용이 적용될 수 있으며, 앞선 설명으로 그 설명을 갈음한다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 상기 전도성 접착층(3030)은 몸체(3031) 및 금속응집부(3032)를 포함한다.
상기 몸체(3031)는 접착성을 가지는 수지를 구비하며, 이를 통하여 절연성 베이스부재가 수 있다. 상기 수지는 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
상기 금속응집부(3032)는 상기 몸체(3031)내에 배치되며, 유기금속화합물으로부터 석출된 금속원자가 응집하여 형성될 수 있다.
이 경우에, 상기 금속응집부(3032)의 금속원자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
상기 몸체(3031)와 금속응집부(3032)에 대한 내용은 도 10a 및 도 10b을 참조하여 전술한 내용이 적용될 수 있으며, 앞선 설명으로 그 설명을 갈음한다.
나아가, 본 예시에서, 상기 전도성 접착층(3030)은, 상기 배선전극(3090)의 표면을 감싸도록 형성되며, 상기 배선전극(3090)보다 저융점의 재질로 이루어지는 저융점부(3034)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 저융점부(3034)는 상기 배선전극과 상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 전극을 각각 감싸도록 이루어질 수 있다.
이러한 예로서, 상기 저용점부(3034)는 솔더 물질로 상기 배선전극(3090)에 도금될 수 있다. 상기 솔더 물질은 예를 들어, Sb, Pd, Ag, Au 및 Bi 중 적어도 하나가 될 수 있다. 이 경우에, 배선기판의 배선전극(3090)에 솔더가 층착되고, 금속유기 전도성 필름의 합착과정에서 가해지는 열에너지를 이용하여 솔더링이 실시되며, 이를 통하여 본 예시는 배선표면의 굴곡을 채우고 배선간의 물리-화학적 결합 면적을 키워서 배선결속력을 증가시킨다. 전술한 바와 같이, 상기 솔더 물질은 반도체 발광소자의 도전형 전극에 증착되어 상기 열에너지를 이용하여 솔더링될 수 있다.
본 예시에서 합착과정은, 반도체 발광소자가 어레이된 기판과 저융점부(3034)를 구비하는 배선기판 사이에 금속유기 전도성 필름을 위치한 후에 합착하는 과정이며, 이를 통하여 반도체 발광소자와 배선기판이 전기적 및 기계적으로 결합하게 된다. 상기 합착과정은 도 10a 및 도 10b을 참조하여 전술한 내용이 적용될 수 있으며, 앞선 설명으로 그 설명을 갈음한다.
다만, 상기 저용점부의 도금 두께는 10 내지 2000 나노미터이고, 상기 몸체(3031)의 수지는 열경화성 수지이며, 상기 솔더 물질의 융점은 상기 열경화성 수지의 경화온도 이하이고, 상기 유기금속화합물의 금속환원온도 이하이거나 비슷한 크기로 100 내지 250도가 될 수 있다.
예를 들어, 합착온도 설정에 있어 솔더링 온도는 접착수지의 경화온도 이하이고 유기금속화합물의 환원온도 이하이거나 비슷한 수준으로 100~250도 사이가 될 수 있다. 솔더도금의 두께는 수 나노미터에서 수백 나노미터가 적당하나 경우에 따라서는 수 마이크로미터가 될 수 있다.
한편, 본 예시의 합착과정에서도 열에너지 외에 상기 몸체에는 상기 유기금속화합물에서 환원되는 금속의 결합을 촉진시키는 첨가제나 환원제가 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 첨가제는 올레일아민(Oleylamine)을 구비하고, 상기 환원제는 페닐하이드라진(Phenylhydrazine)을 구비할 수 있다. 한편, 금속환원을 증진시키기 위해 배선전극에 음전하로 전기장을 형성하여 유기금속화합물에서의 금속환원에 필요한 전자를 공급할 수도 있다.
다른 예로서, 본 발명에서는 금속유기 전도성 필름의 접착수지를 광경화성수지를 사용하여 빛에너지에 의해 경화시키는 합착과정이 적용될 수 있다. 또한, 상기 합착과정에서 초음파 또는 무선전파의 분자진동에너지를 더하여 합착에너지를 공급할 수도 있다.
또 다른 예로서, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 저용점부(3034)는 상기 저용점부(3034)의 일면에서 돌출되는 저융점 돌출부(3034a)를 구비할 수 있다. 상기 저융점 돌출부(3034a)는 상기 라인을 따라 일정간격으로 순차적으로 배치되는 복수의 돌기를 포함한다. 상기 돌기를 이용한 요철구조에 의하여 합착과정에서 솔더링이 실시될 때에, 배선전극과 반도체 발광소자의 전기적 연결이 보완될 수 있다.
한편, 상기 요철구조는 다른 실시예의 형태로 본 발명에 적용될 수 있다. 이하, 금속유기 전도성 필름의 한계성을 극복하기 위한 다른 실시예로서, 요철구조를 이용하는 방법에 대하여, 도 17 및 도 18을 참조하여 상세히 설명한다.
도 17 및 도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전도성 접착층을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도들이며, 도 19는 도 18의 공정에 의하여 제조된 반도체 발광소자의 단면도이다.
본 예시에 따른 디스플레이 장치(4000)는 기판(또는 배선기판, 4010), 배선전극(4090), 전도성 접착층(4030) 및 복수의 반도체 발광 소자(4050)를 포함한다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 상기 전도성 접착층(4030)은 몸체(4031) 및 금속응집부(4032)를 포함한다.
상기 몸체(4031)는 접착성을 가지는 수지를 구비하며, 이를 통하여 절연성 베이스부재가 수 있다. 상기 수지는 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
상기 금속응집부(4032)는 상기 몸체(4031)내에 배치되며, 유기금속화합물으로부터 석출된 금속원자가 응집하여 형성될 수 있다.
이 경우에, 상기 금속응집부(4032)의 금속원자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.
상기 몸체(4031)와 금속응집부(4032)에 대한 내용은 도 10a 및 도 10b을 참조하여 전술한 내용이 적용될 수 있으며, 앞선 설명으로 그 설명을 갈음한다.
나아가, 본 예시에서, 상기 배선전극(4090)은 상기 배선전극(4090)의 일면에서 돌출되는 복수의 배선 돌출부(4035)를 구비하거나, 복수의 반도체 발광 소자(4050)의 도전형 전극은 일방향으로 돌출되는 발광소자 돌출부(4036)를 구비할 수 있다.
도 17을 참조하면, 상기 배선전극(4090)은 라인형태로 이루어지고, 상기 배선 돌출부(4035)는 상기 라인을 따라 일정간격으로 순차적으로 배치되는 복수의 돌기를 포함한다. 상기 복수의 돌기는 배선전극(4090)에 마스킹 후에 식각을 하여 돌기들의 위치에서 상기 배선전극을 외부로 노출시킨 후에 도금증착을 통하여 형성될 수 있다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 상기 발광소자 돌출부(4036)는 도전형 전극의 일면에서 상기 배선전극(4090)을 향하여 돌출될 수 있다. 또한, 발광소자 돌출부(4036)를 구비하는 반도체 발광소자(4050)는 요철구조로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(4050)는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 발광 소자(4050)는 p형 전극(4056), p형 전극(4056)이 형성되는 p형 반도체층(4055), p형 반도체층(4055) 상에 형성된 활성층(4054), 활성층(4054) 상에 형성된 n형 반도체층(4053) 및 n형 반도체층(4053) 상에서 p형 전극(4056)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(4052)을 포함한다.
이 경우에, 배선기판(4010)의 배선구조는 도 2 내지 도 4를 참조하여 전술한 구조와 달라질 수 있다. 이러한 예로서, 상기 n형 전극(4052)은 자체가 라인으로 이루어져서 반도체 발광소자의 어레이상에 배치되며, 따라서 배선기판(4010)상에 별도의 배선전극은 존재하지 않는다(다만, 상기 라인 형태의 n형 전극과 구동부를 연결하기 위한 연결배선은 구비될 수 있다). 이 때에, 배선기판(4010)상의 배선전극(4090)은 라인 형태로 형성되어, 상기 p형 전극(4056)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 배선기판의 구조와, 반도체 발광소자의 구조는 도 10a 내지 도 16를 참조하여 설명한 예시에도 적용될 수 있다.
이 경우에, 상기 p형 반도체층(4055)은 기둥 형태로 이루어진다. 즉, 복수의 반도체 발광 소자(4050)의 도전형 반도체층은 상기 발광소자 돌출부(4036)에 대응하는 요철부(4037)를 구비한다. 보다 구체적으로, 도전형 반도체층(예를 들어, p형 반도체층)이 기둥형태로 이루어지고, 따라서 상기 도전형 반도체층의 일면에 형성되는 도전형 전극(p형 전극)은 돌출구조를 형성하게 된다.
이는 반도체 발광소자의 결정성장과정에서 성장온도 및 압력 성장가스의 유량을 조절하여 3차원 결정성장시키는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 다른 방법으로는, 2차원 결정성장을 한 후 식각공정을 통하여 3차원 요철구조를 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 요철구조는 대체로 원형, 다각형 돔 형태나, 원뿔 형태 및 반도체 발광소자의 결정구조와 관련된 다각뿔 형태로 이루어질 수 있다. 다른 예로서, 식각공정에 의하여 형성되는 경우에 원기둥, 다각기둥 및 나노로드(nano-rod)의 형태로 이루어질 수 있다.
또한, 상기에서는 배선 돌출부(4035)와 발광소자 돌출부(4036)를 별도로 예시하였으나, 상기 배선 돌출부(4035)와 발광소자 돌출부(4036)를 모두 구비하는 구조도 가능하다.
이상에서는 금속유기 전도성 필름의 한계성을 극복하기 위하여, 금속 미립자를 이용하는 방법, 저융점부를 이용한 방법 및 요철구조를 이용한 방법에 대하여 각각 예시하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 발명의 디스플레이 장치에서 금속 미립자, 저융점부 및 요철구조는 둘 이상이 함께 구비될 수 있다.
한편, 상기 요철구조나 저융점부 등에 의하면, 금속유기 전도성 필름뿐만 아니라 이방성 전도성 필름과 같은 이방성 전도매질을 가지는 전도성 접착층의 한계성을 극복할 수 있는 구조가 구현될 수 있다. 이하, 이러한 메커니즘에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 접착층을 이용한 배선기판과 반도체발광소자의 합착과정을 나타내는 공정도이고, 도 21은 도 20의 공정에 의하여 제조된 반도체 발광소자의 단면도이다.
본 예시에 따른 디스플레이 장치(5000)는 기판(또는 배선기판, 5010), 배선전극(5090), 접착층(5030) 및 복수의 반도체 발광 소자(5050)를 포함한다.
배선기판(5010) 및 배선전극(5090)에 대한 설명은 도 17 및 도 18을 참조하여 전술한 내용이 적용될 수 있으며, 앞선 설명으로 그 설명을 갈음한다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 상기 접착층(5030)은 전술한 이방성 전도매질(도전볼이나 금속응집부)이 없이 접착성을 가지는 수지만으로 이루어진다. 상기 수지는 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
상기 수지는 불투명 수지를 포함하여 반도체 발광 소자(5050) 사이로 빛을 차단하도록 이루어질 수 있다. 즉, 상기 수지는 반도체 발광 소자(5050) 사이에 빛을 차단하는 격벽 역할을 동시에 한다. 예컨대, 이러한 불투명 수지는 블랙 또는 화이트 수지를 포함할 수 있다.
본 예시에서, 복수의 반도체 발광 소자(5050)의 도전형 전극은 일방향으로 돌출되는 발광소자 돌출부(5036)를 구비할 수 있다.
도시에 의하면, 상기 발광소자 돌출부(5036)는 도전형 전극의 일면에서 상기 배선전극(5090)을 향하여 돌출될 수 있다. 또한, 발광소자 돌출부(5036)를 구비하는 반도체 발광소자(5050)는 요철구조로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(5050)는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있으며, 상기 반도체 발광 소자(5050)의 구조는 도 17 및 도 18을 참조하여 전술한 반도체 발광 소자의 내용이 적용될 수 있으며, 앞선 설명으로 그 설명을 갈음한다.
이 경우에, 상기 p형 반도체층(5055)은 기둥 형태로 이루어진다. 즉, 복수의 반도체 발광 소자(5050)의 도전형 반도체층은 상기 발광소자 돌출부(5036)에 대응하는 요철부(5037)를 구비한다. 보다 구체적으로, 도전형 반도체층(예를 들어, p형 반도체층)이 기둥형태로 이루어지고, 따라서 상기 도전형 반도체층의 일면에 형성되는 도전형 전극(p형 전극)은 돌출구조를 형성하게 된다.
이는 반도체 발광소자의 결정성장과정에서 성장온도 및 압력 성장가스의 유량을 조절하여 3차원 결정성장시키는 방법에 의하여 형성될 수 있다. 다른 방법으로는, 2차원 결정성장을 한 후 식각공정을 통하여 3차원 요철구조를 형성할 수 있다. 이 경우에, 상기 요철구조는 대체로 원형, 다각형 돔 형태나, 원뿔 형태 및 반도체 발광소자의 결정구조와 관련된 다각뿔 형태로 이루어질 수 있다. 다른 예로서, 식각공정에 의하여 형성되는 경우에 원기둥, 다각기둥 및 나노로드(nano-rod)의 형태로 이루어질 수 있다.
도시된 바와 같이, 반도체 발광소자의 요철구조가 합착시 배선전극의 일부를 파고 들어가는 형태로 물리적 접속을 형성할 수 있다. 이를 통하여, 면대면 2차원 접촉의 불안한 접속을 해결한다. 이 경우에, 상기 배선전극은 반도체 발광소자의 도전형 전극보다 무른 재료가 이용될 수 있으며, 충분한 합착압력을 가하여 요철구조의 도전형 전극이 도전형 전극을 파고들도록 합착조건을 설계할 수 있다.
한편, 도시에 의하면, 상기 배선전극(5090)보다 저융점의 재질로 이루어지는 저융점부(5034)가 배선전극(5090)의 표면을 감싸도록 형성될 수 있다.
이러한 예로서, 상기 저용점부(5034)는 솔더 물질로 상기 배선전극(5090)에 도금될 수 있다. 상기 솔더 물질은 예를 들어, Sb, Pd, Ag, Au 및 Bi 중 적어도 하나가 될 수 있다. 다른 예로서, 상기 솔더 물질이 상기 배선전극(5090)의 일부분에 형성되는 것도 가능하다.
이 경우에, 배선기판의 배선전극(5090)에 솔더가 층착되고, 접착층의 합착과정에서 가해지는 열에너지를 이용하여 솔더링이 실시되며, 이를 통하여 본 예시는 배선표면의 굴곡을 채우고 배선간의 물리-화학적 결합 면적을 키워서 배선결속력을 증가시킨다. 전술한 바와 같이, 상기 솔더 물질은 반도체 발광소자의 도전형 전극에 증착되어 상기 열에너지를 이용하여 솔더링될 수 있다. 나아가, 솔더링을 하기 위하여 합착시 주파수를 더해 분자진동을 유발하여 두 회로의 접속을 증가시킬 수도 있다. 또한, 상기 저용점부(5034)의 도금 두께는 10 내지 2000 나노미터이고, 상기 몸체(5031)의 수지는 열경화성 수지이며, 상기 솔더 물질의 융점은 상기 열경화성 수지의 경화온도 이하이고, 상기 유기금속화합물의 금속환원온도 이하가 될 수 있다.
예를 들어, 합착온도 설정에 있어 솔더링 온도는 접착수지의 경화온도 이하가 될 수 있다. 솔더도금의 두께는 수 나노미터에서 수백 나노미터가 적당하나 경우에 따라서는 수 마이크로미터가 될 수 있다.
한편, 상기 솔더 물질은 상기 발광소자 돌출부(5036)에 도금될 수 있다. 이 경우에는 솔더링 신뢰성이 더욱 높아질 수 있다.
이상에서는 상기 발광소자 돌출부(5036)와 저융점부(5034)를 모두 구비하는 구조에 대하여 예시하였으나, 상기 발광소자 돌출부(5036)와 저융점부(5034)는 선택적으로 구비될 수 있다. 즉, 상기 저융점부(5034)가 없이 상기 발광소자 돌출부(5036)만을 이용하거나, 그 반대의 경우도 가능하다.
또 다른 예로서, 상기 접착층에는 금속 미립자가 혼합될 수 있다. 상기 금속 미립자는 도 12 및 도 13을 참조하여 전술한 금속 미립자가 될 수 있으면, 이에 대한 설명은 전술한 내용으로 갈음한다. 상기 금속미립자는 수백 나노미터급 양각의 요철구조의 단부가 배선전극으로 파고들어 접속면적을 증대시키는 역할을 한다.
본 예시에 의하면, 도전성 접착제로 도전볼 등의 전도매질을 이용하는 방식이 아니라, 반도체 발광소자의 요철구조를 도전통로로 사용하여 도전성을 확보하고 접착제로는 접착수지를 사용하는 간단한 구조가 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 배선전극을 구비하는 배선기판;
    개별화소를 형성하는 복수의 반도체 발광 소자; 및
    상기 배선전극과 상기 복수의 반도체 발광 소자를 전기적으로 연결하는 전도성 접착층을 포함하고,
    상기 전도성 접착층은,
    접착성을 가지는 수지를 구비하는 몸체; 및
    상기 몸체내에 배치되며, 유기금속화합물으로부터 석출된 금속원자가 응집하여 형성되는 금속응집부를 포함하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 접착층은, 상기 금속원자의 응집을 촉진하도록 상기 몸체내에 혼입되는 금속 미립자를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 금속 미립자는 상기 금속원자와 동일재질이거나, 상기 배선전극과 동일재질인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속 미립자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속, 탄소나노튜브, 또는 상기 적어도 하나의 금속의 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 금속 미립자는 1 내지 1000 나노미터의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 금속응집부는 상기 배선전극과 상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 전극을 전기적으로 연결하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속응집부의 금속원자는 Ag, Cu, Au, Ni, Sn, Pt, Zn, Al, Cr, Pd, Ti, Fe 및 Pb 로 이루어진 그룹 내의 적어도 하나의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 몸체에는 상기 유기금속화합물에서 환원되는 금속의 결합을 촉진시키는 첨가제나 환원제가 포함되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 첨가제는 올레일아민(Oleylamine)을 구비하고, 상기 환원제는 페닐하이드라진(Phenylhydrazine)을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수지는 열경화성 수지 또는 광경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열경화성 수지의 경화온도는 상기 유기금속화합물의 금속환원온도 이상이고, 유리전이온도는 상기 금속환원온도 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 광경화성 수지의 유리전이온도는 상기 유기금속화합물의 금속환원온도 이하이고, 상기 광경화성 수지는 상기 금속환원온도에서 완전 경화되지 않는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 배선전극의 표면을 감싸도록 형성되며, 상기 배선전극보다 저융점의 재질로 이루어지는 저융점부를 더 포함하는 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 저용점부는 솔더 물질로 상기 배선전극에 도금되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 저용점부의 도금 두께는 10 내지 2000 나노미터이고,
    상기 수지는 열경화성 수지이며, 상기 솔더 물질의 융점은 상기 열경화성 수지의 경화온도 이하이고, 상기 유기금속화합물의 금속환원온도 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 저융점부는 상기 배선전극과 상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 전극을 각각 감싸도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 저융점부는 상기 저융점부의 일면에서 돌출되는 저융점 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 배선전극은 상기 배선전극의 일면에서 돌출되는 복수의 배선 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 전극은 일방향으로 돌출되는 발광소자 돌출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광소자의 도전형 반도체층은 상기 발광소자 돌출부에 대응하는 요철부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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