KR20170048066A - 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

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 있어서, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 제1도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되는 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부에는 리세스홈이 형성되고, 상기 리세스홈은 바닥부와 상기 제2도전형 반도체층의 가장자리를 따라 형성되어 상기 바닥부를 감싸는 측벽부를 구비한다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법{DISPLAY DEVICE USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 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.
상기 반도체 발광 소자를 이용한 플렉서블 디스플레이는 상기 반도체 발광 소자의 발광 효율을 향상시켜야 한다는 필요성이 존재할 수 있다. 이와 같이, 발광 효율의 향상을 위하여, 상기 반도체 발광소자와 연결되는 배선전극에 의하여 발광면이 가려지는 부분이 최소화되어야 한다. 반면에, 상기 배선전극이 상기 반도체 발광소자와 전기적으로 접촉되는 접촉면이 최대한 확보되어야 한다. 이에, 본 발명에서는 접촉면을 확보하면서도 발광면이 가려지는 부분을 저감할 수 있는 메커니즘에 대하여 제시한다.
본 발명의 일 목적은 디스플레이 장치에서 휘도를 향상하는 구조 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 반도체 발광소자들의 동작전압을 낮추고, 발광 효율을 향상하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 복수의 반도체 발광소자들을 구비하는 디스플레이 장치에 있어서, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 제1도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되는 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부에는 리세스홈이 형성되고, 상기 리세스홈은 바닥부와 상기 제2도전형 반도체층의 가장자리를 따라 형성되어 상기 바닥부를 감싸는 측벽부를 구비한다.
실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들에 전기 신호를 공급하는 배선전극의 적어도 일부는 상기 리세스홈에 배치될 수 있다. 상기 배선전극은 상기 측벽부의 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 상기 측벽부는 서로 평행한 한 쌍의 측벽들을 구비하고, 상기 배선전극은 상기 한 쌍의 측벽들 중 어느 하나를 덮고, 다른 하나는 덮지 않도록 이루어질 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층은 P형 GaN층이고, 상기 제2도전형 반도체층은 N형 GaN 층이며, 상기 리세스 홈은 상기 N형 Gan 층의 적어도 일부가 식각된 부분이 될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 상기 제2도전형 반도체층을 덮도록 형성되는 언도프된 반도체층을 더 포함하고, 상기 리세스홈은 상기 언도프된 반도체층의 일면에서 상기 제1도전형 반도층을 향하여 리세스될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 바닥부의 표면에는 요철이 형성될 수 있다. 상기 측벽부는 상기 바닥부와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은, 제1도전형 반도체층과, 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되는 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부에는 리세스홈이 형성되고, 상기 리세스홈은 바닥부와 상기 제1도전형 반도체층의 가장자리를 따라 형성되어 상기 바닥부를 감싸는 측벽부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자를 개시한다.
또한, 본 발명은, 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 적층되도록, 기판상에 제2도전형 반도체층, 활성층 및 제1도전형 반도체층을 차례로 성장시키는 단계와, 상기 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 식각하여 상기 기판상에서 반도체 발광소자들을 아이솔레이션하는 단계와, 상기 반도체 발광소자를 상기 기판으로부터 분리하는 단계와, 식각을 통하여 상기 제2도전형 반도체층에 리세스홈을 형성하는 단계, 및 상기 리세스홈의 형성된 제2도전형 반도체층을 배선전극과 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 우물형 구조에 의하여 배선전극과 반도체 발광소자들의 접촉 면적이 넓어질 수 있다. 이를 통하여, 반도체 발광소자들의 동작전압을 낮추고 동시에 광추출 효율의 개선을 가져올 수 있다. 따라서 디스플레이 장치의 휘도가 크게 향상될 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 반도체 발광소자들의 일면에 리세스홈을 형성함에 따라, 간단한 제법임에도 불구하고 디스플레이 장치의 휘도 향상이 구현될 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 마이크로 단위의 크기인 반도체 발광소자의 공정 마진에서도 신뢰성을 확보할 수 있는 배선전극 연결구조를 구현할 수 있다.
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 10은 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 11은 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 12는 도 10의 라인 F-F를 따라 취한 단면도이다.
도 13은 도 11의 새로운 구조의 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 14는 도 10의 디스플레이 장치를 기존의 디스플레이 장치와 비교한 전류 흐름도이다.
도 15a는 도 13의 반도체 발광 소자의 제품 사진이고, 도 15b는 본 발명의 우물형 구조 및 배선전극을 나타내는 평면도이다..
도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d, 도 17a, 도 17b, 도 17, 및 도 17d는 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이고, 도 19는 도 18의 새로운 구조의 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
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 9은 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 본 발명의 디스플레이 장치에는 반도체 발광소자의 크기가 작아, 디스플레이 장치의 휘도를 증가시키기 어려운 문제가 있다. 이는 반도체 발광소자에서 빛이 방출되는 상부면(발광면)의 면적이 작기 때문에, 휘도 증가에 한계가 있기 때문이다. 나아가, 수직형 구조의 반도체 발광소자에서는 상기 발광면의 면적은 접촉하는 배선전극에 의하여 상기 발광면의 일부가 가려져서 줄어들게 된다. 이 경우에, 동작전압, 광추출효율, 광의 확산(spreading)을 고려하여 상부의 배선전극 구조를 결정하게 되는데, 수십 마이크로 단위의 반도체 발광소자에서는 공정 마진(margin) 때문에 직육면체 형태의 단순한 구조를 가지게 된다. 이러한 구조에서는 상부의 배선전극의 면적(또는 배선전극과 반도체 발광소자의 접촉면적)을 저감시키면 동작전압이 증가하는 문제가 있다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 구조의 반도체 발광소자를 제시한다. 이하, 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이고, 도 11은 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이며, 도 12는 도 10의 라인 F-F를 따라 취한 단면도이고, 도 13은 도 11의 새로운 구조의 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다. 또한, 도 14는 도 10의 디스플레이 장치를 기존의 디스플레이 장치와 비교한 전류 흐름도이고, 도 15a는 도 13의 반도체 발광 소자의 제품 사진이고, 도 15b는 본 발명의 우물형 구조 및 배선전극을 나타내는 평면도이다.
도 10, 도 11 및 도 12의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(1000)는 기판(1010), 제1전극(1020), 전도성 접착층(1030), 제2전극(1040) 및 복수의 반도체 발광 소자(1050)를 포함한다. 여기에서, 제1 전극(1020) 및 제2 전극(1040)은 각각 복수의 전극 라인들을 포함할 수 있다.
기판(1010)은 제1전극(1020)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(1020)은 기판(1010) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(1020)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(1030)은 제1전극(1020)이 위치하는 기판(1010)상에 형성된다. 전술한 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(1030)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서 상기 전도성 접착층(1030)은 접착층으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(1020)이 기판(1010)상에 위치하지 않고, 반도체 발광소자의 도전형 전극과 일체로 형성된다면, 접착층은 전도성이 필요없게 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(1020)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 반도체 발광 소자(1050)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(1040)이 위치한다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(1040)은 전도성 접착층(1030) 상에 위치될 수 있다. 즉, 전도성 접착층(1030)은 배선기판과 제2전극(1040)의 사이에 배치된다. 상기 제2전극(1040)은 상기 반도체 발광 소자(1050)와 접촉에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기에서 설명된 구조에 의하여, 복수의 반도체 발광 소자(1050)는 상기 전도성 접착층(1030)에 결합 되며, 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)과 전기적으로 연결된다.
경우에 따라, 반도체 발광 소자(1050)가 형성된 기판(1010) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(1040)을 위치시킬 경우, 상기 제2전극(1040)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(1040)은 전도성 접착층(1030) 또는 투명 절연층에 이격 되어 형성될 수도 있다.
도시와 같이, 복수의 반도체 발광소자(1050)는 제1전극(1020)에 구비되는 복수의 전극 라인들과 나란한 방향으로 복수의 열들을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 반도체 발광소자(1050)는 제2전극(1040)을 따라 복수의 열들을 형성할 수 있다.
나아가, 디스플레이 장치(1000)는, 복수의 반도체 발광소자(1050)의 일면에 형성되는 형광체층(1080)을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(1050)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(1080)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(1080)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(1081) 또는 녹색 형광체(1082)가 될 수 있다. 즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(1051a) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(1081)가 적층 될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(1051b) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(1082)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(1051c)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(1020)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층 될 수 있다. 따라서, 제1전극(1020)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(1040)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(1050)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 단위 화소를 구현할 수 있다.
한편, 이러한 형광체층(1080)의 대비비(Contrast) 향상을 위하여 디스플레이 장치는 각각의 형광체들의 사이에 배치되는 블랙 매트릭스(1091)를 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(1091)는 형광체 도트 사이에 갭을 만들고, 흑색 물질이 상기 갭을 채우는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통하여 블랙 매트릭스(1091)는 외광반사를 흡수함과 동시에 명암의 대조를 향상시킬 수 있다. 이러한 블랙 매트릭스(1091)는, 형광체층(1080)이 적층된 방향인 제1전극(1020)을 따라 각각의 형광체층들의 사이에 위치한다. 이 경우에, 청색 반도체 발광 소자(1051)에 해당하는 위치에는 형광체층이 형성되지 않으나, 블랙 매트릭스(1091)는 상기 형광체층이 없는 공간을 사이에 두고(또는 청색 반도체 발광 소자(1051c)를 사이에 두고) 양측에 각각 형성될 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(1091)는 형광체들의 사이에서 혼색을 방지하는 격벽의 역할을 하게 된다.
한편, 본 예시의 반도체 발광소자(1050)를 살펴보면, 본 예시에서 반도체 발광 소자(1050)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다. 다만, 전극이 상/하로 배치되므로, 발광면이 전극에 의하여 가려져서 상부에서 빛이 발광되는 면의 면적이 줄어들게 된다. 보다 구체적으로, 디스플레이 장치는 시각정보가 출력되는 전면을 구비하고, 제2전극(1040)과 상기 반도체 발광소자(1050)가 전기적으로 연결되는 부분이 상기 반도체 발광소자가 상기 전면을 향하여 출력하는 빛을 가리게 된다.
따라서, 본 예시의 반도체 발광소자는 전극에 의하여 발광면이 가려지는 부분이 최소화하면서도, 상기 전극이 상기 반도체 발광소자와 전기적으로 접촉되는 접촉면이 최대한 확보하는 메커니즘을 구비하게 되며, 이하 이러한 메커니즘에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 13을 참조하면, 예를 들어, 상기 반도체 발광 소자(1050)는 제1도전형 전극(1156)과, 제1도전형 전극(1156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(1155)과, 제1도전형 반도체층(1155) 상에 형성된 활성층(1154)과, 상기 활성층(1154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(1153)을 포함한다.
도시에 의하면, 제2도전형 반도체층에는 제2전극(1040)이 연결된다. 본 예시에서는 제2도전형 전극이 각 반도체 발광소자에 별도로 구비되지 않고, 상기 제2도전형 전극이 상기 제2전극(1040)과 일체로 형성되는 경우를 기준으로 설명한다. 이 경우에는, 상기 제2도전형 전극을 각 반도체 발광소자에 증착하는 과정이 없이, 상기 제2전극이 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(1155)과 제2도전형 반도체층(1153)은 수직방향(또는, 반도체 발광소자나 디스플레이 장치의 두께 방향)으로 서로 오버랩되며, 제2도전형 반도체층(1153)의 상면에 제2전극(1040)이 배치되고, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 하면에 제1도전형 전극(1156)이 배치된다. 이 경우에, 제2도전형 반도체층(1153)의 상면은 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 가장 먼 제2도전형 반도체층(1153)의 일면이며, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 하면은 상기 제2도전형 반도체층(1153)과 가장 먼 제1도전형 반도체층(1155)의 일면이 될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2전극(1040)은 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)을 사이에 두고 상하에 각각 배치된다.
도 13을 도 10 내지 도 12와 함께 참조하면, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 하면은 상기 배선기판에 가장 가까운 면이 될 수 있고, 상기 제2도전형 반도체층의 상면은 상기 배선기판에 가장 먼 면이 될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제1도전형 반도체층(1155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2전극(1040) 및 제2도전형 반도체층(1153)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1도전형 반도체층(1155)은 P형 GaN 층이고, 제2도전형 반도체층(1153)은 N형 Gan 층이 될 수 있다.
이 경우, 상부에 위치한 p형 전극은 제1전극(1020)과 전도성 접착층(1030)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 하부에 위치한 n형 전극은 제2전극(1040)으로서 주변의 반도체 발광소자들을 서로 연결할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
이 때에, 상기 반도체 발광소자는 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 측면들을 감싸도록 형성되는 패시베이션층(1157)을 포함할 수 있다. 상기 패시베이션층(1157)은 상기 반도체 발광소자의 측면을 감싸서, 상기 반도체 발광소자 특성의 안정화를 기하도록 이루어지며, 절연 재질로 형성된다. 이와 같이, 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 사이가 상기 패시베이션층(1157)에 의해 전기적으로 단절되므로, 반도체 발광 소자의 P형 GaN 과 N형 GaN 은 서로 절연될 수 있다.
한편, 상기 활성층(1154)은 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 사이에 배치되어, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2전극(1040)의 사이에서 흐르는 전류에 의하여 빛을 발광하게 된다.
본 예시에서, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 적어도 일부에 형성되는 리세스홈(1160)을 구비할 수 있다. 상기 반도체 발광소자들에 전기 신호를 공급하는 배선전극의 적어도 일부는 상기 리세스홈(1160)에 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 13과 같이, 상기 제2전극(1040)은 상기 배선전극으로서 상기 리세스홈(1160)에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2전극(1040)이 상기 제2도전형 반도체층(1153)에 형성되어 인접하는 반도체 발광소자들을 전기적으로 연결하도록 좌우로 연장되며, 상기 제2전극이 상기 리세스홈(1160)에 배치되는 것이다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제2도전형 전극이 각 반도체 발광소자에 별도로 구비되는 것도 가능하다. 이러한 경우에는, 상기 제2도전형 전극(1152)이 상기 배선전극의 적어도 일부로서 상기 리세스홈(1160)에 배치되며, 상세한 내용은 후술한다.
도 13 및 도 15b를 참조하면, 예를 들어, 상기 리세스홈(1160)은 바닥부(1161)와 측벽부(1162)를 구비할 수 있다. 상기 측벽부(1162)는 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 가장자리를 따라 형성되어 상기 바닥부(1161)를 감싸도록 이루어질 수 있다. 이 경우에 상기 리세스홈은 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 일면에서 타면을 향하여 리세스되며, 상기 일면에서 리세스홈(1160)을 제외한 부분은 사각의 환형으로 형성될 수 있다.
상기 바닥부(1161)는 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 영역내에서 형성되어, 상기 활성층(1154)에 오버랩된다. 또한, 상기 바닥부(1161)는 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 일면과 평행하게 배치되며, 상기 측벽부(1162)는 상기 바닥부(1161)를 완전히 감싸며, 상기 사각의 환형에 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 배선전극은 상기 측벽부(1162)의 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2전극(1040)이 상기 측벽부(1162)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 이 경우에, 상기 제2전극(1040)은 상기 측벽부(1162)의 어느 일측에 치우쳐서 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 측벽부(1162)는 서로 평행한 한 쌍의 측벽들(1162a, 1162b)을 구비하고, 상기 제2전극(1040)은 상기 한 쌍의 측벽들 중 어느 하나를 덮고, 다른 하나는 덮지 않도록 이루어진다.
또한, 상기 측벽부는 상기 한 쌍의 측벽들과 수직하게 배치되는 다른 한 쌍의 측벽들(1162c, 1162d)을 구비하고, 상기 제2전극(1040)은 다른 한 쌍의 측벽들의 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 이 때에, 상기 다른 한 쌍의 측벽들은 제1측벽(1162c) 및 제2측벽(1162d)을 구비하고, 상기 제2전극(1040)은 상기 제1측벽(1162c), 상기 바닥부(1161) 및 상기 제2측벽(1162d)을 차례로 지나가는 라인을 형성할 수 있다. 이와 같이, 제2도전형 반도체층(1153)에 리세스홈(1160)이 형성되는 우물형 구조에 의하면, 최소한 측벽부에서 상기 제2전극(1040)이 도포되는 부분만큼 상기 제2전극(1040)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 접촉면적이 넓어지게 된다.
도 15b를 참조하면, 구체적으로, 상기 측벽부(1162)의 높이는 상기 한 쌍의 측벽들 중 어느 하나의 길이의 10 내지 20 % 이거나, 상기 제1측벽(1162c)이 상기 배선전극과 오버랩되는 부분의 길이의 25 내지 35% 가 될 수 있다. 예를 들어, 제2도전형 반도체층의 크기가 20μm X 49μm 인 경우에, 바닥부(1161)가 14μm X 34μm 인 리세스홈을 형성하면, 세로방향으로 10 μm 만큼 상기 제2전극(1040)이 제2도전형 반도체층을 덮는 경우에, 상기 제2전극(1040)과 제2도전형 반도체층(1153)의 접촉면적은 약 1.25배가 증가하게 된다.
도시에 의하면, 상기 측벽부(1162)는 상기 바닥부(1161)와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어진다. 예를 들어, 상기 측벽부(1162)의 경사에 의하여 상기 리세스홈은 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 멀어질수록 단면적이 증가하도록 형성될 수 있다. 상기 측벽부(1162)가 경사지므로, 상기 측벽부(1162)의 실제 면적이 증가할 수 있으며, 따라서 제2전극(1040)과 제2도전형 반도체층(1153)의 접촉면적은 전술한 수치보다 증가될 수 있다.
도 14는 기존의 디스플레이 장치와 본 발명을 비교한 I-V 그래프이며, 동일 전류를 흘렸을 때, 동작전압의 차이가 나타남을 알 수 있다. 예를 들어, 100mA의 전류에서 동작전압이 0.5 내지 1 V 정도 감소됨을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명과 같은 우물형 구조의 반도체 발광소자에 의하면, 동작전압이 낮아지고 동시에 광추출 효율이 개선될 수 있다.
나아가, 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 상기 바닥부(1161)의 표면에는 요철이 형성될 수 있다. 상기 요철은 마이크로 단위의 크기로 형성되며, 성장 기판과 제2도전형 반도체층(1153)을 분리한 후에 잔여물로 인해 상기 리세스홈(1160)의 식각시에 형성될 수 있다.
상기 요철은 상기 측벽부(1162)의 적어도 일부에 형성되며, 상기 측벽부(1162)의 요철은 상기 바닥부(1161)의 요철보다 크기가 작도록 형성될 수 있다. 이는 상기 잔여물의 영향으로 상기 바닥부에 상기 잔여물의 형상에 대응하는 요철이 많이 형성될 수 있기 때문이다. 상기 요철에 의하여 제2전극(1040)과 제2도전형 반도체층(1153)의 접촉면적은 보다 증가하며, 상기 반도체 발광소자의 발광면도 증가될 수 있다.
이상에서 살펴본 새로운 디스플레이 장치의 구조에 의하면, 동작전압을 저감하면서, 휘도를 향상하는 구조가 제공될 뿐만 아니라, 반도체 발광소자의 공정 마진에서도 신뢰성을 확보할 수 있는 제조공정이 구현될 수 있다.
이하에서는, 위에서 살펴본 새로운 디스플레이 장치의 구조를 형성하는 제조하는 방법에 대하여 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다. 도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d, 도 17a, 도 17b, 도 17, 및 도 17d는 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
먼저, 제조방법에 의하면, 성장기판(W, 또는 반도체 웨이퍼에 제2도전형 반도체층(1153), 활성층(1154), 제1 도전형 반도체층(1155)을 각각 성장시킨다(도 16a).
제2도전형 반도체층(1153)이 성장하면, 다음은, 상기 제1도전형 반도체층(1152) 상에 활성층(1154)을 성장시키고, 다음으로 상기 활성층(1154) 상에 제1도전형 반도체층(1155)을 성장시킨다. 이와 같이, 제2도전형 반도체층(1153), 활성층(1154) 및 제1도전형 반도체층(1155)을 순차적으로 성장시키면, 도시된 것과 같이, 제2도전형 반도체층(1153), 활성층(1154) 및 제1도전형 반도체층(1155)이 적층 구조를 형성한다.
성장기판(W)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 성장기판(W)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하여 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판 또는 Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(1153)은 n형 반도체층으로서, n-Gan 과 같은 질화물 반도체층이 될 수 있다.
다음은, p형 반도체와 n형 반도체를 분리하고, 상기 기판상에서 서로 고립(isolation)된 복수의 반도체 발광소자를 형성하기 위한 식각 과정이 수행된다. 즉, 상기 제1도전형 반도체층(1155), 활성층(1154) 및 제2도전형 반도체층(1153)을 식각하여 상기 기판상에서 반도체 발광소자들을 아이솔레이션한다.
예를 들어, 도 16b를 참조하면, 상기 제1도전형 반도체층(1155), 활성층(1154) 및 제2도전형 반도체층(1153)의 적어도 일부를 식각하여, 상기 기판상에서 서로 고립(isolation)된 복수의 반도체 발광소자를 형성한다. 이 경우에, 상기 식각은 기판이 드러날때까지 진행될 수 있다. 다른 예로서, 반도체 발광소자의 사이에서 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 일부를 남겨놓은 상태까지 식각이 진행될 수 있다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자들에 적어도 하나의 도전형 전극을 형성(도 16c)한다. 보다 구체적으로, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 일면에 상기 제1도전형 전극(1156)을 형성한다. 즉, 상기 기판상에서 반도체 발광소자들의 어레이를 형성한 후에, 상기 제1도전형 반도체층(1155)에는 제1도전형 전극(1156)이 적층된다.
이후에, 상기 반도체 발광소자들의 측면을 감싸도록 형성되는 패시베이션층(1157)을 형성한다(도 16d).
상기 패시베이션층(1157)은 상기 측면으로 방출되는 빛을 반사하도록, 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 레이어를 구비하며, 상기 복수의 레이어에서 상대적으로 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질이 반복하여 적층될 수 있다.
이후에, 상기 제1도전형 전극을 배선기판과 연결하고, 상기 반도체 발광소자를 상기 기판으로부터 분리하고, 식각을 통하여 상기 제2도전형 반도체층에 리세스홈을 형성하는 단계가 진행된다.
예를 들어, 반도체 발광소자들을 전도성 접착층을 이용하여 배선기판에 결합하며, 성장기판을 제거한다(도 17a). 상기 배선기판은 제1전극(1020)이 형성된 상태이며, 상기 제1전극(1020)은 하부 배선으로서 상기 전도성 접착층(1030)내에서 도전볼 등에 의해 제1도전형 전극(1156)과 전기적으로 연결된다.
다른 예로서, 후술하는 도 18과 같이, 배선기판에 본딩 메탈을 형성하여 성장기판내의 반도체 발광소자를 상기 배선기판으로 선택적으로 본딩하는 것도 가능하다. 이 경우에는 상기 전도성 접착층이 필요없게 되며, 상기 본딩 메탈이 상기 제1전극에 배치되어, 상기 제1도전형 전극에 물리적으로 접촉하게 된다.
상기 성장기판은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거되며, 이를 통하여 상기 반도체 발광소자는 상기 기판으로부터 분리된다.
다음으로, 반도체 발광소자의 사이에 형성된 갭을 전류가 흐르지 않는 물질로 채운다(도 17b). 이러한 예로서, 상기 갭에는 폴리이미드(1158)가 충전될 수 있다. 또한, 상기 폴리이미드는 상기 반도체 발광소자를 완전히 덮도록 충전될 수 있다. 이 경우에, 상기 전도성 접착층이 없는 구조에서는 상기 반도체 발광소자들의 사이는 상기 폴리리미드가 채워질 수 있다(도 18 참조).
이후에, 상기 폴리이미드에 패턴을 형성(도 17b)하고, 다음으로, 식각을 통하여 상기 제2도전형 반도체층에 리세스홈을 형성(도 17c)한다.
상기 리세스홈(1160)은 전술한 바와 같이, 바닥부(1161)와 측벽부(1162)를 구비할 수 있다. 상기 측벽부(1162)는 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 가장자리를 따라 형성되어 상기 바닥부(1161)를 감싸도록 이루어질 수 있다. 이 경우에 상기 리세스홈(1160)은 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 일면에서 타면을 향하여 리세스되며, 상기 일면에서 리세스홈(1160)을 제외한 부분은 사각의 환형으로 형성될 수 있다.
한편, 성장기판과 제2도전형 반도체층(1153)을 분리하면, 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 표면에 미세한 요철이 발생할 수 있다. 이 경우에, 상기 미세한 요철에 대하여 화학적 처리를 하지 않은 상태에서, 상기 식각을 수행하여 상기 리세스홈(1160)에 상기 미세한 요철에 대응하는 요철을 형성시킬 수 있다.
다른 예로서, 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 일면에는 언도프된(Undoped) 반도체층(미도시)이 형성될 수 있다. 이 경우에는, 상기 언도프된 반도체층이 상기 제2도전형 반도체층(1153)이 외부로 드러날때까지 식각될 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 상기 제2도전형 반도체층(1153)이 상기 리세스홈(1160)의 바닥부를 형성하게 된다. 상기 리세스홈(1160)의 측벽부(1162)의 전부 또는 대부분은 상기 언도프된 반도체층이 형성하게 된다.
또한, 이 때에도, 성장기판과 상기 언도프된 반도체층을 분리한 후에 화학적 처리없이 상기 식각을 수행하여, 상기 리세스홈(1160)에 상기 미세한 요철에 대응하는 요철을 형성시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 사파이어 기판을 제거하기 자외선 영역의 파장을 가지는 레이저를 이용하여 레이저 빔을 방출하면, 사파이어와 GaN층이 분리된다. 성장 기판이 분리되는 과정에서, Ga 잔류물(droplet)이 두 계면 사이에 존재하는데, 이를 제거하기 위해 염산 등을 이용하여 표면을 세정할 수도 있으나, 세정 과정없이 Un-GaN(doping 되지 않은 전류가 흐르지 않는 영역)층을 건식 식각한다. 이 경우에, Ga 잔여물이 남아 있던 자리와 남아있지 않은 자리에서는 Un-GaN층의 건식 식각 비율(rate) 또는 식각 속도가 다르므로 자연스럽게 텍스처링 구조가 형성될 수 있다.
도시에 의하면, 다음으로 상기 리세스홈의 형성된 제2도전형 반도체층을 배선전극과 전기적으로 연결하는 단계가 진행(도 17d)되며, 이 후에 상기 반도체 발광소자를 덮도록 형광체층(1080)을 형성한다(미도시). 예를 들어, 제2전극(1040)이 상부 배선으로서, 상기 제2도전형 반도체층(1153)과 직접 연결된다. 보다 구체적으로, 제2전극(1040)을 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 일면과, 상기 리세스홈에 증착 또는 인쇄하여, 반도체 발광소자의 상부배선을 형성한다.
상기 제조공정에 의하여 상기 반도체 발광소자들에 전기 신호를 공급하는 배선전극의 적어도 일부는 상기 리세스홈에 배치될 수 있다. 이상에서 설명된 제조방법에 의하면, 반도체 발광소자들의 일면에 리세스홈을 형성함에 따라, 간단한 제법임에도 불구하고 디스플레이 장치의 휘도 향상이 구현될 수 있다.
한편, 본 발명은 반드시 상기 제법에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로서, 각 발광소자마다 제2도전형 전극(1152)을 제2도전형 반도체층(1153)과 리세스홈에 증착한 후에, 발광소자들의 제2도전형 전극(1152)을 연결하는 제2전극(1040)을 형성하는 것도 가능하다. 이와 같이, 이상에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 이하, 이러한 변형예에 대하여 설명한다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이고, 도 19는 도 18의 새로운 구조의 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 18의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(2000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(2000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(2000)는 기판(2010), 제1전극(2020), 제2전극(2040) 및 복수의 반도체 발광 소자(2050)를 포함한다. 여기에서, 제1전극(2020) 및 제2전극(2040)은 각각 복수의 전극 라인들을 포함할 수 있다.
기판(2010)은 제1전극(2020)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(2020)은 기판(2010) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(1020)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다. 제2전극(2040)은 반도체 발광소자를 중심으로 상기 제1전극의 반대측에 배치된다.
복수의 반도체 발광 소자(2050)는 상기 기판(2010)에 결합 되며, 제1전극(2020) 및 제2전극(2040)과 전기적으로 연결된다. 보다 구체적으로, 상기 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(1020)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 반도체 발광 소자(1050)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(1040)이 위치한다.
도시와 같이, 복수의 반도체 발광소자(2050)는 제1전극(2020)에 구비되는 복수의 전극 라인들과 나란한 방향으로 복수의 열들을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 반도체 발광소자(2050)는 제2전극(2040)을 따라 복수의 열들을 형성할 수 있다.
도 19를 참조하면, 예를 들어, 상기 반도체 발광 소자(2050)는 제1도전형 전극(2156)과, 제1도전형 전극(2156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(2155)과, 제1도전형 반도체층(2155) 상에 형성된 활성층(2154)과, 상기 활성층(2154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(2153) 및 제2도전형 반도체층(2153)에 형성되는 제2도전형 전극(2152)을 포함한다.
상기 제1도전형 전극(2156) 및 제1도전형 반도체층(2155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(2152) 및 제2도전형 반도체층(2153)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
보다 구체적으로, 상기 제1도전형 전극(2156)은 상기 제1도전형 반도체층(2155)의 일면에 형성되며, 상기 활성층(2154)은 상기 제1도전형 반도체층(2155)의 타면과 상기 제2도전형 반도체층(2153)의 일면의 사이에 형성되고, 상기 제2도전형 전극(2152)은 상기 제2도전형 반도체층(2153)의 일면에 형성된다.
도시에 의하면, 상기 제1도전형 전극(2156)은 상기 제1전극(2020)과 접촉하게 된다. 상기 제1도전형 전극(2156)은 TiO, Ti, Pt 및 Au 중 적어도 하나로 형성되어, 상기 제1전극과 가압에 의하여 물리적으로 접촉하게 된다. 보다 구체적으로, 상기 제1도전형 전극(2156)은 상기 제1전극(2020)의 사이에는 결합용 본딩 메탈(2159)이 배치되며, 상기 본딩 메탈의 양면을 제1도전형 전극(2156)과 상기 제1전극(2020)이 서로 가압 접촉하게 된다. 이 경우에는, 전도성 접착층이 없으므로, 반도체 발광소자의 사이에는 폴리이미드(2158)가 채울 수 있다.
이 경우에, 상기 제2도전형 전극은 상기 제2도전형 반도체층(2153)의 일면에 배치되며, 상기 제2도전형 반도체층(2153)의 타면에는 언도프된(Undoped) 반도체층(2153a)이 형성될 수 있다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 제2전극(2040)과 제2도전형 전극(2152)은 오믹(ohmic) 접촉에 의하여 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2도전형 전극(2152)은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 상기 제2전극(2040)은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다.
상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는 상기 언도프된(Undoped) 반도체층(2153a)과 제2도전형 반도체층(2153)의 적어도 일부에 형성되는 리세스홈을 구비할 수 있다. 상기 반도체 발광소자들에 전기 신호를 공급하는 제2도전형 전극의 적어도 일부가 배선전극의 일부로서 상기 리세스홈(2160)에 배치될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 예를 들어, 상기 리세스홈(2160)은 바닥부(2161)와 측벽부(2162)를 구비할 수 있다. 상기 측벽부(2162)는 상기 제2도전형 반도체층(2153)의 가장자리를 따라 형성되어 상기 바닥부(2161)를 감싸도록 이루어질 수 있다. 이 경우에 상기 리세스홈(2160)은 상기 언도프된(Undoped) 반도체층(2153a)의 일면에서 타면을 향하여 리세스되며, 상기 일면에서 리세스홈(2160)을 제외한 부분은 사각의 환형으로 형성될 수 있다.
상기 바닥부(2161)는 상기 제2도전형 반도체층에서 형성되어, 상기 활성층에 오버랩된다. 또한, 상기 바닥부(2161)는 상기 언도프된(Undoped) 반도체층(2153a)의 일면과 평행하게 배치되며, 상기 측벽부(2162)는 상기 바닥부를 완전히 감싸며, 상기 사각의 환형에 대응하는 형상으로 이루어질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 제2도전형 전극(2152)은 상기 측벽부(2162)의 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제2도전형 전극이 상기 측벽부(2162)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 이 경우에, 상기 제2도전형 전극은 상기 측벽부(2162)의 어느 일측에 치우쳐서 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 측벽부(2162)는 서로 평행한 한 쌍의 측벽들을 구비하고, 상기 제2도전형 전극(2152)은 상기 한 쌍의 측벽들 중 어느 하나를 덮고, 다른 하나는 덮지 않도록 이루어진다.
또한, 상기 측벽부는 상기 한 쌍의 측벽들과 수직하게 배치되는 다른 한 쌍의 측벽들을 구비하고, 상기 제2도전형 전극은 다른 한 쌍의 측벽들의 일부를 덮도록 형성될 수 있다. 이 때에, 상기 다른 한 쌍의 측벽들은 제1측벽 및 제2측벽(미도시, 도 15b 참조)을 구비하고, 상기 제2도전형 전극은 상기 제1측벽, 상기 바닥 및 상기 제2측벽을 차례로 지나가는 라인을 형성할 수 있다. 이와 같이, 제2도전형 반도체층에 리세스홈이 형성되는 우물형 구조에 의하면, 최소한 측벽부에서 상기 제2도전형 전극이 도포되는 부분만큼 상기 제2도전형 전극과 상기 제2도전형 반도체층의 접촉면적이 넓어지게 된다.
도시에 의하면, 상기 측벽부는 상기 바닥부와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어진다. 예를 들어, 상기 측벽부의 경사에 의하여 상기 리세스홈은 상기 제1도전형 반도체층과 멀어질수록 단면적이 증가하도록 형성될 수 있다. 상기 측벽부가 경사지므로, 상기 측벽부의 실제 면적이 증가할 수 있으며, 따라서 상기 제2도전형 전극과 제2도전형 반도체층의 접촉면적은 보다 증가될 수 있다.
나아가, 상기 바닥부의 표면에는 요철(미도시, 도 15a 참조)이 형성될 수 있다. 상기 요철은 마이크로 단위의 크기로 형성되며, 성장 기판과 제2도전형 반도체층을 분리한 후에 잔여물로 인해 상기 리세스홈의 식각시에 형성될 수 있다.
상기 요철은 상기 측벽부의 적어도 일부에 형성되며, 상기 측벽부의 요철은 상기 바닥부의 요철보다 크기가 작도록 형성될 수 있다. 이는 상기 잔여물의 영향으로 상기 바닥부에 상기 잔여물의 형상에 대응하는 요철이 많이 형성될 수 있기 때문이다. 상기 요철에 의하여 상기 제2도전형 전극과 제2도전형 반도체층의 접촉면적은 보다 증가하며, 상기 반도체 발광소자의 발광면도 증가될 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. 복수의 반도체 발광소자들을 구비하는 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는,
    제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되는 제2도전형 반도체층; 및
    상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하고,
    상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부에는 리세스홈이 형성되고,
    상기 리세스홈은 바닥부와 상기 제2도전형 반도체층의 가장자리를 따라 형성되어 상기 바닥부를 감싸는 측벽부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들에 전기 신호를 공급하는 배선전극의 적어도 일부는 상기 리세스홈에 배치되는 것을 특징을 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배선전극은 상기 측벽부의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측벽부는 서로 평행한 한 쌍의 측벽들을 구비하고,
    상기 배선전극은 상기 한 쌍의 측벽들 중 어느 하나를 덮고, 다른 하나는 덮지 않도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 측벽부는 상기 한 쌍의 측벽들과 수직하게 배치되는 다른 한 쌍의 측벽들을 구비하고,
    상기 배선전극은 다른 한 쌍의 측벽들의 일부를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다른 한 쌍의 측벽들은 제1측벽 및 제2측벽을 구비하고,
    상기 배선전극은 상기 제1측벽, 상기 바닥 및 상기 제2측벽을 차례로 지나가는 라인을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 측벽부의 높이는 상기 한 쌍의 측벽들 중 어느 하나의 길이의 10 내지 20 % 이거나, 상기 제1측벽이 상기 배선전극과 오버랩되는 부분의 길이의 25 내지 35% 인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체층은 P형 GaN층이고, 상기 제2도전형 반도체층은 N형 GaN 층이며, 상기 리세스 홈은 상기 N형 Gan 층의 적어도 일부가 식각된 부분인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 시각정보가 출력되는 전면을 구비하고,
    상기 N형 GaN 층은 상기 P형 GaN층보다 상기 전면에 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 상기 제2도전형 반도체층을 덮도록 형성되는 언도프된 반도체층을 더 포함하고,
    상기 리세스홈은 상기 언도프된 반도체층의 일면에서 상기 제1도전형 반도층을 향하여 리세스되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 바닥부는 상기 제2도전형 반도체층에 형성되고, 상기 측벽부는 상기 상기 제2도전형 반도체층과 상기 언도프된 반도체층에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들에 전기 신호를 공급하는 배선전극은 상기 언도프된 반도체층의 일면에서 상기 리세스홈으로 연장되는 것을 특징을 하는 디스플레이 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 바닥부의 표면에는 요철이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 제14항에 있어서,
    상기 요철은 상기 측벽부의 적어도 일부에 형성되며, 상기 측벽부의 요철은 상기 바닥부의 요철보다 크기가 작은 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 측벽부는 상기 바닥부와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 측벽부의 경사에 의하여 상기 리세스홈은 상기 제1도전형 반도체층과 멀어질수록 단면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  17. 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되는 제2도전형 반도체층; 및
    상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하고,
    상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부에는 리세스홈이 형성되고,
    상기 리세스홈은 바닥부와 상기 제1도전형 반도체층의 가장자리를 따라 형성되어 상기 바닥부를 감싸는 측벽부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들에 전기 신호를 공급하는 배선전극의 적어도 일부는 상기 리세스홈에 배치되는 것을 특징을 하는 디스플레이 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제2도전형 반도체층은 N형 GaN 층이고, 상기 리세스 홈은 상기 N형 Gan 층의 적어도 일부가 식각된 부분인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  20. 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 적층되도록, 기판상에 제2도전형 반도체층, 활성층 및 제1도전형 반도체층을 차례로 성장시키는 단계;
    상기 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 식각하여 상기 기판상에서 반도체 발광소자들을 아이솔레이션하는 단계;
    상기 반도체 발광소자를 상기 기판으로부터 분리하는 단계;
    식각을 통하여 상기 제2도전형 반도체층에 리세스홈을 형성하는 단계; 및
    상기 리세스홈의 형성된 제2도전형 반도체층을 배선전극과 전기적으로 연결하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
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