KR20170139355A - 발광소자 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents
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Abstract
실시 예는, 기판; 상기 기판상에 배치되고 제1광을 방출하는 제1발광부, 상기 기판상에 배치되고 제2광을 방출하는 제2발광부, 및 상기 기판상에 배치되고 제3광을 방출하는 제3발광부를 포함하고, 상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 제1방향으로 상기 제2발광부와 이격 배치되고, 상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 이격 배치되는 발광소자 및 이를 포함하는 표시장치를 개시한다.
Description
실시 예는 발광소자 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광 소자 중 하나이다. 발광 다이오드는 저 전압으로 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다. 최근, 발광 다이오드의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정표시장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.
일반적인 액정표시장치는 발광 다이오드로부터 방출된 광과 액정의 투과율을 제어하여 컬러필터를 통과하는 빛으로 이미지 또는 영상을 표시한다. 최근에는 HD 이상의 고화질 및 대화면의 표시장치가 요구되고 있으나, 일반적으로 주로 사용되고 있는 복잡한 구성들을 갖는 액정표시장치 및 유기전계 표시장치는 수율 및 비용에 의해 고화질의 대화면 표시장치를 구현하기에 어려움이 있다.
실시 예는 디스플레이의 픽셀 역할을 수행할 수 있는 발광소자를 제공한다.
실시 예는 복수 개의 발광소자가 픽셀을 구성하는 표시장치를 제공한다.
실시 예에 따른 발광소자는, 기판; 상기 기판상에 배치되고 제1광을 방출하는 제1발광부, 상기 기판상에 배치되고 제2광을 방출하는 제2발광부, 및 상기 기판상에 배치되고 제3광을 방출하는 제3발광부를 포함하고, 상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 제1방향으로 상기 제2발광부와 이격 배치되고, 상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 이격 배치된다.
상기 제2발광부는 제2방향으로 상기 제1발광부 또는 상기 제3발광부보다 길 수 있다.
상기 제1발광부는 청색 파장대의 광을 방출하고, 상기 제2발광부는 녹색 파장대의 광을 방출할 수 있다.
상기 제3발광부는 적색 파장대의 광을 방출할 수 있다.
상기 제3발광부는 청색 파장대의 광을 방출할 수 있다.
상기 제1 내지 제3발광부는, 제1도전형 반도체층, 활성층, 및 제2도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3발광소자의 제1도전형 반도체층은 서로 연결될 수 있다.
상기 제1발광부의 활성층의 높이는 상기 제2발광부의 활성층의 높이보다 높고, 상기 활성층의 높이는 상기 제1도전형 반도체층의 하부면에서 상기 활성층의 하부면까지의 거리일 수 있다.
상기 기판은 제1방향과 평행한 제1측면과 제2측면, 및 제2방향과 평행한 제3측면과 제4측면을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 표시장치는, 복수 개의 공통배선 및 복수 개의 구동배선; 및 상기 공통배선과 구동배선이 교차하는 영역에 배치되는 복수 개의 발광소자 패키지를 포함하고, 복수 개의 발광소자 패키지는, 기판; 상기 기판상에 배치되고 제1광을 방출하는 제1발광부, 상기 기판상에 배치되고 제2광을 방출하는 제2발광부, 및 상기 기판상에 배치되고 제3광을 방출하는 제3발광부를 포함하고, 상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 제1방향으로 상기 제2발광부와 이격 배치되고, 상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 이격 배치된다.
상기 복수 개의 발광소자 패키지는 상기 제1방향 또는 제2방향으로 상기 제1 내지 제3발광부의 배치가 상이할 수 있다.
상기 복수 개의 발광소자 패키지는 상기 제1방향 및 제2방향으로 상기 제1 내지 제3발광부의 배치가 상이할 수 있다.
실시 예에 따르면, 발광소자를 표시장치의 픽셀로 사용할 수 있다.
또한, 곡선 이미지의 가독성을 향상시킬 수 있다.
또한, 구동배선의 구조가 단순화되고, 기존의 드라이버 IC를 그대로 사용할 수 있다.
또한, 동일한 크기의 표시장치에서 픽셀 밀도를 높일 수 있다. 따라서, 고해상도의 대형 표시장치를 구현할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시장치의 개념도이고,
도 2는 도 1의 픽셀을 구성하는 발광소자의 개념도이고,
도 3은 웨이퍼상에 성장된 발광 구조물을 보여주는 도면이고,
도 4는 복수 개의 발광소자가 배선과 전기적으로 연결된 상태를 보여주는 도면이고,
도 5는 도 4의 변형예이고,
도 6 내지 도 8은 다양한 형태의 픽셀 배치를 보여주는 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 개념도이고,
도 10은 도 9의 변형예이고,
도 11a 내지 도 11g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 제조 단계를 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자를 보여주는 평면도이고,
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 픽셀을 구성하는 발광소자의 개념도이고,
도 3은 웨이퍼상에 성장된 발광 구조물을 보여주는 도면이고,
도 4는 복수 개의 발광소자가 배선과 전기적으로 연결된 상태를 보여주는 도면이고,
도 5는 도 4의 변형예이고,
도 6 내지 도 8은 다양한 형태의 픽셀 배치를 보여주는 도면이고,
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 개념도이고,
도 10은 도 9의 변형예이고,
도 11a 내지 도 11g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 제조 단계를 설명하기 위한 도면이고,
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자를 보여주는 평면도이고,
도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
본 실시 예들은 다른 형태로 변형되거나 여러 실시 예가 서로 조합될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 각각의 실시 예로 한정되는 것은 아니다.
특정 실시 예에서 설명된 사항이 다른 실시 예에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 실시 예에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 실시 예에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
예를 들어, 특정 실시 예에서 구성 A에 대한 특징을 설명하고 다른 실시 예에서 구성 B에 대한 특징을 설명하였다면, 구성 A와 구성 B가 결합된 실시 예가 명시적으로 기재되지 않더라도 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
실시 예의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element 사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시장치의 개념도이고, 도 2는 도 1의 픽셀을 구성하는 발광소자의 개념도이고, 도 3은 웨이퍼상에 성장된 발광구조물을 보여주는 도면이다.
도 1을 참고하면, 표시장치는 복수 개의 공통배선(241)과 구동배선(242)이 교차하는 어레이 기판(200), 및 복수 개의 발광소자(100)를 포함하는 패널(40), 공통배선(241)에 구동신호를 인가하는 제1드라이버(20), 구동배선(242)에 구동신호를 인가하는 제2드라이버(30), 및 제1드라이버(20)와 제2드라이버(30)를 제어하는 컨트롤러(50)를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면 별도의 백라이트 유닛을 생략할 수 있다.
어레이 기판(200)은 복수 개의 발광소자(100)가 실장되는 회로기판일 수 있다. 어레이 기판(200)은 단층 또는 다층의 리지드(rigid) 기판이거나 연성 기판일 수 있다. 어레이 기판(200)에는 공통배선(241)과 구동배선(242)이 형성될 수 있다.
픽셀영역에는 발광소자(100)가 실장되어 RGB 픽셀 역할을 수행할 수 있다. 픽셀영역은 복수 개의 공통배선(241)과 구동배선(242)이 교차하는 영역으로 정의할 수 있다.
공통배선(241)은 제1방향으로 배치된 복수 개의 발광소자(100)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이하에서 제1방향은 X방향으로 정의하고, 제2방향은 Y방향으로 정의한다.
공통배선(241)과 복수 개의 발광소자(100)의 전기적 연결 방법은 특별히 제한되지 않는다. 예시적으로, 관통전극을 이용하거나 기판의 리드전극을 이용하여 공통배선(241)과 발광소자(100)를 전기적으로 연결할 수 있다.
구동배선(242)은 Y방향으로 배치된 복수 개의 발광소자(100)와 전기적으로 연결될 수 있다.
구동배선(242)과 복수 개의 발광소자(100)의 전기적 연결 방법은 제한되지 않는다. 예시적으로, 관통전극을 이용하거나 기판의 리드전극을 이용하여 구동배선(242)과 발광소자(100)를 전기적으로 연결할 수도 있다.
보호층(47)은 복수 개의 발광소자(100) 사이에 배치될 수 있다. 보호층(47)은 발광소자(100) 및 어레이 기판(200)의 회로 패턴을 보호할 수 있다.
보호층(47)은 솔더 레지스트와 같은 재질로 형성되거나 절연 재질로 형성될 수 있다. 보호층(47)은 SiO2, Si3N4, TiO2, Al2O3, 및 MgO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보호층(47)은 블랙 매트릭스 재질을 포함할 수도 있다. 보호층(47)이 블랙 매트릭스 재질인 경우, 예컨대 카본 블랙(carbon black), 그라파이트(Graphite) 또는 폴리 피롤(poly pyrrole)로 구현될 수 있다.
컨트롤러(50)는 공통배선(241)과 3구동배선(242)에 선택적으로 전원이 인가되도록 제1, 2드라이버(20, 30)에 제어신호를 출력함으로써 복수 개의 발광소자(100)를 제어할 수 있다.
표시장치는 대각선 크기가 100인치 이상의 대형 전광판이나 TV일 수 있다. 실시 예는 픽셀을 발광다이오드(LED)로 구현하므로 전력 소비가 낮아지며 낮은 유지 비용으로 긴 수명을 제공할 수 있다. 또한, 색순도(color purity) 및 색재현성(color reproduction)이 우수할 수 있다.
도 2를 참고하면 발광소자(100)는 기판(S), 제1광을 방출하는 제1발광부(P1), 기판상에 배치되고 제2광을 방출하는 제2발광부(P2), 및 기판상에 배치되고 제3광을 방출하는 제3발광부(P3)를 포함한다.
기판(S)은 X방향과 평행한 제1측면(S1)과 제2측면(S2), 및 Y방향과 평행한 제3측면(S3)과 제4측면(S4)을 포함할 수 있다. 기판(S)은 제1 내지 제3발광부를 지지하는 구성이면 특별히 제한되지 않는다.
제1발광부(P1)는 청색 파장대의 광을 방출하고, 제2발광부(P2)는 녹색 파장대의 광을 방출할 수 있다. 제3발광부(P3)는 청색 파장대 또는 적색 파장대의 광을 방출할 수 있다.
제3발광부(P3)의 활성층은 청색 파장대의 광을 방출할 수 있고, 별도의 파장변환층에 의해 적색 파장대의 광을 방출할 수 있다. 파장변환층은 발광소자(100) 내에 배치될 수도 있고, 발광소자의 외부에 별도로 형성될 수도 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제3발광부(P3)의 활성층이 적색 파장대의 광을 방출할 수도 있다.
제2발광부(P2)는 Y방향으로 제1발광부(P1) 및/또는 제3발광부(P3)보다 길게 배치될 수 있다(W3>W5>W1). X방향으로 제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)의 폭은 동일(W2=W4=W6)할 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 폭은 서로 상이할 수도 있다.
제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)의 면적비는 1:3:3 또는 1:3:2일 수 있다. 즉, 제2발광부(P2)의 면적은 가장 클 수 있다. 여기서, 제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)의 면적비는 각 발광부의 활성층의 면적비일 수 있다.
제1발광부(P1)와 제3발광부(P3)는 X방향으로 제2발광부(P2)와 이격 배치되고, 제1발광부(P1)와 제3발광부(P3)는 Y방향으로 이격 배치될 수 있다. 즉, 제1발광부(P1)와 제3발광부(P3)는 Y방향으로 동일 라인상에 배치되고 제2발광부(P2)는 이웃한 라인에 배치될 수 있다. 예시적으로 제2발광부(P2)가 좌측에 배치되고 제1발광부(P1)와 제3발광부(P3)가 우측에 배치되는 것으로 도시되었으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제2발광부(P2)가 우측에 배치되고 제1발광부(P1)와 제3발광부(P3)가 좌측에 배치될 수도 있다.
도 3을 참고하면, 웨이퍼(W)상에 발광구조물을 성장시키는 경우, 일부 영역의 발광 구조물을 제거하고 다른 파장대를 갖는 발광 구조물을 재성장시키는 공정을 수행할 수 있다. 이러한 공정에 의하면 예시적으로 녹색 파장대를 발광하는 발광 구조물 라인(이하 녹색 라인)과 청색 파장대를 발광하는 발광 구조물 라인(이하 청색 라인)이 교대로 배치될 수 있다.
웨이퍼 절단시 적어도 하나의 녹색 라인과 청색 라인을 포함하도록 절단하면 각 발광소자는 녹색 발광부와 청색 발광부를 가질 수 있다. 이때, 녹색 라인이 좌측에 오도록 절단하는지(A) 아니면 녹색 라인이 오른쪽에 오도록 절단하는지(B)에 따라 발광소자 내에서 발광부의 배치는 상이해질 수 있다.
이후, 식각을 통해 청색 발광부를 2개로 분리하고 그 중 하나에 파장변환층을 형성하여 적색 발광부를 형성할 수 있다. 따라서, 실시 예에 따르면, 제1발광부와 제3발광부는 청색 라인상에 배치되고 제2발광부는 녹색 라인상에 배치될 수 있다.
도 4는 복수 개의 발광소자가 배선과 전기적으로 연결된 상태를 보여주는 도면이고, 도 5는 도 4의 변형예이고, 도 6 내지 도 8은 다양한 형태의 픽셀 배치를 보여주는 도면이다.
도 4를 참고하면, 복수 개의 발광소자(100)는 X방향 및 Y방향으로 복수 개 배치되어 픽셀로서 기능할 수 있다. 이때, 제1 내지 제3구동배선(243, 244, 245)은 발광소자(100)의 하부에 배치되어 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니고 제1 내지 제3구동배선(243, 244, 245)은 발광소자(100)의 상부에 배치될 수도 있다. 이하에서는 구동배선이 발광소자(100)의 하부에 배치된 것으로 설명한다.
제1구동배선(243)은 제2발광부(P2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2구동배선(244)은 제1발광부(P1)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제3구동배선(245)은 제3발광부(P3)에 전기적으로 연결될 수 있다.
발광소자(100)는 제1발광부(P1)와 제2구동배선(244)을 연결하는 제1-1전극패드(244a), 제2발광부(P2)와 제1구동배선(243)을 연결하는 제1-2전극패드(243a), 제3발광부(P3)와 제3구동배선(245)을 연결하는 제1-3전극패드(245a)를 포함할 수 있다. 제1-1 내지 제1-3전극패드(244a, 243a, 245a)는 관통전극 등에 의해 각 발광부와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1발광부(P1)와 제3발광부(P3)가 Y방향으로 배치되어도 제1 내지 제3구동배선(243, 244, 245)을 Y방향으로 평행하게 형성할 수 있어 회로 패턴이 단순해진다. 따라서, 드라이버 IC의 구동 시퀀스(Sequence)도 단순화될 수 있다.
실시 예에 따르면, 복수 개의 발광소자(100)는 제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)의 배치가 모두 동일할 수 있다. 이러한 구성에 의하면 선형(직선)이미지의 가독성이 우수할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)의 배치는 각 발광소자(100)마다 상이할 수 있다.
도 5를 참고하면, 복수 개의 발광소자(100)는 도면을 기준으로 제2발광부(P2)가 좌측에 배치되는 제1발광소자(A) 및 제2발광부(P2)가 우측에 배치되는 제2발광소자(B)로 구분될 수 있다. 이는 도 3에서 설명한 바와 같이 웨이퍼 상에서 절단되는 위치에 의해 결정될 수 있다.
이때, X방향으로는 제1발광소자(A) 또는 제2발광소자(B)가 연속 배치되고, Y방향으로는 제1발광소자(A)와 제2발광소자(B)가 교대로 배치될 수 있다. 일반적으로 픽셀이 구현하는 디스플레이의 이미지는 직선에 비해 사선 및 곡선의 비중이 높다. 이러한 교차 배열에 의하면 곡선 이미지의 가독성을 향상시킬 수 있다.
이때, 제2발광소자(B)는 하면에 제1발광부(P1)와 제2구동배선(244)을 연결하는 제2-1전극패드(244b), 제2발광부(P2)와 제1구동배선(243)을 연결하는 제2-2전극패드(243b), 제3발광부(P3)와 제3구동배선(245)을 연결하는 제2-3전극패드(245b)를 포함할 수 있다. 제2-1 내지 제2-3전극패드(244b, 243b, 245b)는 관통전극 등에 의해 각 발광부와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1발광소자(A)의 전극패드는 도 4에서 설명한 구조와 동일하다.
실시 예에 따르면, 제1발광소자(A)와 제2발광소자(B)의 발광부 위치가 달라져도 제1 내지 제3구동배선(243, 244, 245)을 Y방향으로 평행하게 형성할 수 있어 회로 패턴이 단순해진다. 따라서, 드라이버 IC의 구동 시퀀스(Sequence)도 단순화될 수 있다.
이러한 교차배열은 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도 6과 같은 Y방향으로 제1발광소자(A)와 제2발광소자(B)가 교차 배열되는 것 이외에도, 도 7과 같이 X방향으로 제1발광소자(A)와 제2발광소자(B)의 교차 배열될 수도 있다. 또는 도 8과 같이 X방향과 Y방향으로 모두 교차 배열될 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 개념도이고, 도 10은 도 9의 변형예이다.
도 9를 참고하면, 실시 예에 따른 발광소자는 제1도전형 반도체층(110)과, 제1도전형 반도체층(110)상에서 이격 배치된 복수 개의 활성층(121, 122, 123), 및 복수 개의 활성층(121, 122, 123)상에 각각 배치되는 복수 개의 제2도전형 반도체층(131, 132, 133)을 포함한다. 도 9는 도 2를 I-I 방향에서 본 단면일 수 있다.
복수 개의 활성층(121, 122, 123)은 제1방향으로 이격 배치된 제1활성층(121), 제2활성층(122), 및 제3활성층(123)을 포함할 수 있다. 제2활성층(122)은 제1활성층(121) 및 제3활성층(123)과 다른 파장대의 광을 방출할 수 있다.
칩의 반사구조에 따라 복수 개의 활성층(121, 122, 123)에서 출사된 광은 도면을 기준으로 상부 또는 하부로 출사될 수 있다.
예시적으로, 제1활성층(121)은 청색 파장대의 광을 발광할 수 있으며, 제2활성층(122)은 녹색 파장대의 광을 발광할 수 있다.
제3활성층(123)은 청색 파장대의 광을 발광할 수 있다. 제3활성층(123)에서 발광한 청색 파장대의 광은 파장변환층에 의해 적색 파장대의 광으로 변환될 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제3활성층(123)은 적색 파장대의 광을 발광할 수도 있다.
제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)는 각각 독립적으로 활성층(121, 122, 123), 및 제2도전형 반도체층(131, 132, 133)을 포함하고, 제1도전형 반도체층(110)을 공유할 수 있다. 이러한 구성에 의하면 상대적으로 두꺼운 제1도전형 반도체층(110)에 의해 발광구조물에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전류 분산 효과도 가질 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 도 10과 같이 각 발광부(P1, P2, P3)의 제1도전형 반도체층(111, 112, 113)은 식각에 의해 구획될 수도 있다.
다시 도 9를 참고하면, 제1도전형 반도체층(110)에는 공통전원이 인가되고, 복수 개의 제2도전형 반도체층(131, 132, 133)에는 구동전원이 선택적으로 인가될 수 있다. 실시 예에 따르면 구동전압이 인가되는 활성층만 개별적으로 발광 가능하다.
예시적으로, 제1도전형 반도체층(110)에 전원이 입력된 상태에서 제1발광부(P1)의 제2도전형 반도체층(131)에만 전원이 입력되면 제1발광부(P1)는 청색광을 발광할 수 있다. 동일하게 제1발광부(P1)와 제2발광부(P2)의 제2도전형 반도체층(131, 132)에 전원이 입력되면 청색광과 녹색광이 동시에 발광할 수 있다.
따라서 발광소자(100)는 표시장치의 픽셀을 구성할 수 있으며, 제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)는 RGB 서브 픽셀로 기능할 수 있다.
실시 예에 따른 발광소자를 이용하여 픽셀을 구현하는 경우 각각의 RGB 픽셀을 구성하기 위해 3개의 발광소자를 패키징하는 공정을 생략할 수 있다. 또한, RGB 패키지에 비해 소형인 발광소자 칩을 픽셀로 사용하므로 해상도가 높은 패널을 제작할 수 있다.
제1도전형 반도체층(110)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제1도전형 반도체층(110)에 제1도펀트가 도핑될 수 있다. 제1도전형 반도체층(110)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. 제1도펀트가 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트인 경우, 제1도전형 반도체층(110)은 n형 질화물 반도체층일 수 있다.
복수 개의 활성층(121. 122, 123)은 제1도전형 반도체층(110)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)과 제2도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 활성층은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
복수 개의 활성층(121. 122, 123)은 단일 우물 구조, 다중 우물 구조, 단일 양자 우물 구조, 다중 양자 우물(Multi Quantum Well; MQW) 구조, 양자점 구조 또는 양자선 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있으며, 활성층의 구조는 이에 한정하지 않는다.
복수 개의 활성층(121. 122, 123)이 우물 구조로 형성되는 경우, 활성층의 우물층/장벽층은 InGaN/GaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/GaN, GaAs(InGaAs)/AlGaAs, GaP(InGaP)/AlGaP 중 어느 하나 이상의 페어 구조로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 우물층은 장벽층의 밴드 갭보다 작은 밴드 갭을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
복수 개의 활성층(121. 122, 123)이 각각 복수 개의 우물층을 갖는 경우 각 우물층은 동일한 파장대의 광을 생성할 수 있다. 예를 들면, 제2활성층(122)에 배치된 복수 개의 우물층은 모두 녹색광을 생성하고, 제1활성층(121)에 배치된 복수 개의 우물층은 모두 청색광을 생성할 수 있다. 실시 예에 따른 발광구조물은 디스플레이의 픽셀을 구현하기 위한 것으로 RGB광을 혼합하여 백색광을 구현하는 구조와 구별된다.
복수 개의 제2도전형 반도체층(131, 132, 133)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제2도전형 반도체층(131, 132, 133)에 제2도펀트가 도핑될 수 있다. 제2도전형 반도체층(131, 132, 133)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제2도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우, 제2도펀트가 도핑된 제2도전형 반도체층(131, 132, 133)은 p형 반도체층일 수 있다.
제2활성층(122)의 높이(d2)는 제1활성층(121) 및 제3활성층(123)의 높이(d1, d3)보다 낮을 수 있다. 제2발광부(P2)는 발광구조물을 식각한 후 재성장시켜 제작할 수 있다. 재성장시 발광구조물이 손상될 수 있으므로 재성장 시간을 최소화하는 것이 바람직하다.
재성장된 제1도전형 반도체층의 두께를 최소화하면 재성장 시간을 줄일 수 있다. 이 과정에서 제2활성층(122)의 높이(d2)는 상대적으로 낮아질 수 있다.
도 11a 내지 도 11h는 본 발명의 일 실시 예에 따른 발광소자의 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a를 참고하면 기판(1) 상에 제1도전형 반도체층(110), 활성층(120), 및 제2도전형 반도체층(130)을 순차적으로 형성하여 발광구조물을 형성할 수 있다.
기판(1)은 사파이어(Al2O3), SiC, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP 및 Ge 중 선택된 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
제1도전형 반도체층(110)과 기판(1) 사이에는 버퍼층(미도시)이 더 구비될 수 있다. 버퍼층은 기판(1) 상에 구비된 발광구조물과 기판(1)의 격자 부정합을 완화할 수 있다.
버퍼층은 Ⅲ족과 Ⅴ족 원소가 결합된 형태이거나 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN 중에서 어느 하나를 포함할 수 있다. 버퍼층에는 도펀트가 도핑될 수도 있으나, 이에 한정하지 않는다.
제1도전형 반도체층(110), 활성층(120), 및 제2도전형 반도체층(130)은 유기금속 화학 증착법(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; MOCVD), 화학 증착법(Chemical Vapor Deposition; CVD), 플라즈마 화학 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD), 분자선 성장법(Molecular Beam Epitaxy; MBE), 수소화물 기상 성장법(Hydride Vapor Phase Epitaxy; HVPE), 스퍼터링(Sputtering) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
이후, 발광구조물의 상면에 마스크(2)를 형성하여 제1영역(3)을 노출시킨다. 마스크(2)의 재질은 한정하지 않는다.
도 11b를 참고하면, 제1도전형 반도체층(110)의 일부까지 제거되도록 식각할 수 있다. 제1도전형 반도체층(110)의 식각 깊이(3a)는 약 100nm 내지 400nm일 수 있다.
이때, 제1영역(3)의 측면에 2차 마스크(2a)를 형성하여, 후속 공정에 의한 발광구조물의 손상을 방지할 수 있다.
도 11c를 참고하면 재성장하는 단계는, 제2발광부(P2)의 제1도전형 반도체층(111a)을 재성장시킨다. 재성장한 제1도전형 반도체층(111a)은 식각되기 이전의 제1도전형 반도체층(110)과 물리적인 계면이 생성될 수도 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 재성장에 의해 계면이 소멸할 수도 있다.
재성장한 제1도전형 반도체층(111a)의 두께는 식각된 제1도전형 반도체층의 두께보다 작을 수 있다. 일반적으로 n-GaN의 성장 온도는 상대적으로 높으므로 식각되지 않는 발광구조물을 손상시킬 수 있다. 특히, 녹색 발광구조물을 제작하는 공정은 상대적으로 온도가 높다. 따라서, 재성장한 제1도전형 반도체층(111a)의 두께는 최소로 제작하는 것이 바람직하다. 발광구조물의 손상을 최소화하기 위해 청색 발광구조물의 성장 온도는 높이고, 녹색 발광구조물의 성장 온도는 낮추는 것이 바람직할 수 있다.
제2활성층(122)은 녹색광을 방출할 수 있다. 즉, 제2활성층(122)의 조성은 식각되지 않는 활성층의 조성과 상이할 수 있다. 제2활성층(122)상에는 제2도전형 반도체층(132)을 형성할 수 있다.
도 11d를 참고하면 제2발광부(P2)의 제1도전형 반도체층의 두께(d2)는 식각된 층의 두께에 비해 100nm 내지 200nm 작을 수 있다. 그 결과, 제2활성층의 높이(d2)는 식각되지 않는 제1발광부의 활성층 높이(d1)보다 낮게 형성될 수 있다. 이때, 제3발광부(P3)를 식각하여 적색광을 방출하는 활성층(123)을 다시 성장시킬 수도 있다.
이후, 마스크를 제거하여 제조 공정을 완료할 수 있다. 필요에 따라 제작된 제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)의 측면을 다시 식각하여 측면 결함(edge defect)을 제거할 수도 있다.
도 11e를 참고하면, 제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)상에 복수 개의 제2전극(161, 162, 163)을 형성할 수 있다. 제2전극(161, 162, 163)은 발광구조물상에 미리 형성된 후 동시에 메사 식각될 수 있다.
이때, 제1도전형 반도체층(110)의 측면을 아이솔레이션 식각(3e)할 수 있다. 아이솔레이션 식각(3e)은 버퍼층 두께까지 식각할 수 있다.
도 11f를 참고하면 발광구조물 상에 포토레지스트층(210), 접착층(220) 및 지지층(230)을 포함하는 지지패드(200)를 형성하여 고정한 후 기판(1)을 제거할 수 있다. 접착층(220)은 포토레지스트층(210)과 지지층(230)을 고정할 수 있다. 이때, 기판(1)을 제거하는 방법은 특별히 제한되지 않는다. 기판(1)은 LLO(Laser Lift Off) 기술을 이용하여 제거할 수 있다.
이후, 노출된 제1도전형 반도체층(110)상에 제1전극(150)을 형성한다. 이때, 상대적으로 도전성이 낮은 버퍼층까지 제거한 후 제1전극(150)을 형성하는 것이 바람직하다. 전술한 아이솔레이션 식각을 미리 한 경우 버퍼층을 제거하면 복수 개의 칩으로 분리할 수 있다.
제1전극(150)을 형성하는 방법은 스퍼터링, 코팅, 증착 등과 같이 통상적으로 사용되는 전극 형성 방법이 모두 적용될 수 있다. 제1전극(150) 형성시 반사층과 오믹층을 더 형성할 수 있다.
도 11g를 참고하면, 제1전극(150)에 점착성 테이프(240)를 부착한 후 포토레지스트층을 제거하여 지지패드를 박리할 수 있다. 포토레지스트층은 스트리퍼 용액에 침지하여 제거할 수 있다. 스트리퍼 용액은 포토레지스트를 녹일 수 있는 다양한 유/무기 용매를 포함할 수 있다. 점착성 테이프(240)는 이후 제거할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자를 보여주는 평면도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 발광소자를 보여주는 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참고하면, 실시 예에 따른 발광소자는 플립칩 타입일 수 있다. 발광소자는 제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3), 제1 내지 제3발광부(P1, P2, P3)를 덮는 보호층(170), 보호층(170)을 관통하여 제1도전형 반도체층(110)과 전기적으로 연결되는 제1전극(194), 및 보호층(170)을 관통하여 복수 개의 제2도전형 반도체층(131, 132, 133)과 전기적으로 연결되는 복수 개의 제2전극(191, 192, 193)을 포함한다.
보호층(170)은 발광부의 측면 및 하부를 지지하는 기판일 수 있다. 보호층(170)은 PC, PMMA 등의 레진으로 제작할 수 있다. 이때 보호층(170)은 SiO2, Si3N4, TiO2, Al2O3, 및 MgO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
보호층(170)은 광반사층 및/또는 광흡수층의 역할을 수행할 수 있다. 보호층(170)은 광반사층의 역할을 수행하기 위해 광반사 입자를 포함할 수 있으며, 광흡수층의 역할을 수행하기 위해 카본 블랙(carbon black), 그라파이트(Graphite) 등을 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니고 별도의 광반사층을 더 구비할 수도 있다.
제1전극(194)은 보호층(170)을 관통하여 제1도전형 반도체층(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제1도전형 반도체층(110)과 제1전극(194) 사이에는 오믹전극(164)이 배치될 수 있다.
복수 개의 제2전극(191, 192, 193)은 보호층(170)을 관통하여 복수 개의 오믹전극(161, 162, 163)과 전기적으로 연결될 수 있다.
Claims (13)
- 기판;
상기 기판상에 배치되고 제1광을 방출하는 제1발광부;
상기 기판상에 배치되고 제2광을 방출하는 제2발광부; 및
상기 기판상에 배치되고 제3광을 방출하는 제3발광부를 포함하고,
상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 제1방향으로 상기 제2발광부와 이격 배치되고,
상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 이격 배치되는 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제2발광부는 제2방향으로 상기 제1발광부 또는 상기 제3발광부보다 긴 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1발광부는 청색 파장대의 광을 방출하고, 상기 제2발광부는 녹색 파장대의 광을 방출하는 발광소자.
- 제3항에 있어서,
상기 제3발광부는 적색 파장대의 광을 방출하는 발광소자.
- 제3항에 있어서,
상기 제3발광부는 청색 파장대의 광을 방출하는 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 내지 제3발광부는,
제1도전형 반도체층, 활성층, 및 제2도전형 반도체층을 포함하는 발광소자.
- 제6항에 있어서,
상기 제1 내지 제3발광소자의 제1도전형 반도체층은 서로 연결된 발광소자.
- 제6항에 있어서,
상기 제1발광부의 활성층의 높이는 상기 제2발광부의 활성층의 높이보다 높고,
상기 활성층의 높이는 상기 제1도전형 반도체층의 하부면에서 상기 활성층의 하부면까지의 거리인 발광소자.
- 제1항에 있어서,
상기 기판은 제1방향과 평행한 제1측면과 제2측면, 및 제2방향과 평행한 제3측면과 제4측면을 포함하는 발광소자.
- 복수 개의 공통배선 및 복수 개의 구동배선; 및
상기 공통배선과 구동배선이 교차하는 영역에 배치되는 복수 개의 발광소자 패키지를 포함하고,
복수 개의 발광소자 패키지는,
기판;
상기 기판상에 배치되고 제1광을 방출하는 제1발광부,
상기 기판상에 배치되고 제2광을 방출하는 제2발광부, 및
상기 기판상에 배치되고 제3광을 방출하는 제3발광부를 포함하고,
상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 제1방향으로 상기 제2발광부와 이격 배치되고,
상기 제1발광부와 상기 제3발광부는 상기 제1방향과 수직한 제2방향으로 이격 배치되는 표시장치.
- 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 발광소자 패키지는 상기 제1방향 또는 제2방향으로 상기 제1 내지 제3발광부의 배치가 상이한 표시장치.
- 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 발광소자 패키지는 상기 제1방향 및 제2방향으로 상기 제1 내지 제3발광부의 배치가 상이한 표시장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제2발광부는 제2방향으로 상기 제1발광부 또는 상기 제3발광부보다 긴 표시장치.
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|---|---|---|---|---|
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-
2016
- 2016-06-09 KR KR1020160071810A patent/KR20170139355A/ko not_active Application Discontinuation
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