KR20180102422A - 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 구동 박막 트랜지스터를 구비하는 기판과, 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극을 구비하는 반도체 발광소자와, 상기 구동 박막 트랜지스터를 덮도록 형성되며, 상기 반도체 발광소자가 수용되는 수용홀을 구비하는 평탄화층, 및 상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극과 연결되고, 상기 평탄화층을 관통하여 상기 구동 박막 트랜지스터로 연장되는 전극 패턴을 포함하고, 상기 전극 패턴은 광투과성으로 이루어지고, 표면의 적어도 일부에 형성되는 요철부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 박막형, 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 않다는 취약점이 존재한다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광소자로서, 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 발광소자를 이용하여 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
따라서, 최근에는 마이크로 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있으며, 이러한 디스플레이 장치는 고화질과 고신뢰성을 갖기 때문에 차세대 디스플레이로서 각광받고 있다. 다만, 이러한 디스플레이 장치는 마이크로 발광 소자를 이용하기에, 형광체나 배선 등이 외부에 많이 드러나는 경우에, 발광 효율이나 콘트라스트가 저하되는 문제점이 있다.
이에 본 발명에서는 수 내지 수십 마이크로미터 크기로 구성되는 반도체 발광소자를 기반으로 하되, 배선이 용이하면서도, 광추출 효율을 개선할 수 있는 새로운 구조의 디스플레이 장치를 제안한다.
본 발명의 일 목적은, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에서 발광 소자를 회로에 연결하기 위한 배선공정이 용이한 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 배선이 용이하면서도, 광학 성능을 확보할 수 있는 구조를 가지는 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 컵(cup) 형태의 수용홀에 반도체 발광소자가 수용되는 칩 인 컵(CIC, Chip in Cup)에서, 투명 배선이나 반도체 발광소자의 하부에 요철구조를 형성함에 따라, 광추출 효율을 개선하면서도 배선 공정을 보다 용이하게 한다.
구체적인 예로서, 상기 디스플레이 장치는, 구동 박막 트랜지스터를 구비하는 기판과, 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극을 구비하는 반도체 발광소자와, 상기 구동 박막 트랜지스터를 덮도록 형성되며, 상기 반도체 발광소자가 수용되는 수용홀을 구비하는 평탄화층, 및 상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극과 연결되고, 상기 평탄화층을 관통하여 상기 구동 박막 트랜지스터로 연장되는 전극 패턴을 포함한다. 상기 전극 패턴은 광투과성으로 이루어지고, 표면의 적어도 일부에 형성되는 요철부를 구비한다.
실시 예에 있어서, 상기 전극 패턴은, 상기 제1도전형 전극과 연결되며 상기 평탄화층의 제1홀을 통하여 상기 구동 박막 트랜지스터로 연장되는 화소전극 패턴과, 상기 제2도전형 전극과 연결되며 상기 평탄화층의 제2홀을 통하여 상기 구동 박막 트랜지스터로 연장되는 공통전극 패턴을 포함한다. 상기 요철부는 상기 화소전극 패턴 및 공통전극 패턴에 각각 형성될 수 있다.
상기 요철부는 상기 화소전극 패턴과 상기 제1도전형 전극이 오버랩되는 부분에 형성될 수 있다. 상기 요철부는 상기 공통전극 패턴과 상기 제2도전형 전극이 오버랩되는 부분에 형성될 수 있다. 상기 요철부는 상기 화소전극 패턴과 상기 공통전극 패턴이 상기 평탄화층을 덮는 부분에 형성될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극은 각각 광투과성으로 형성된다. 상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극 중 적어도 하나에는 상기 요철부의 리세스된 부분에 대응하는 복수의 홈들이 형성될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 접착층에 의하여 상기 수용홀의 바닥에 부착된다. 상기 반도체 발광소자의 하면에는 복수의 홈들이 형성되고, 상기 접착층은 상기 홈들에 충전되는 복수의 돌기를 구비할 수 있다. 상기 접착층의 하부에는 반사막이 형성될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극은 상기 전극 패턴보다 굴절률이 큰 재질로 형성된다. 상기 평탄화층은 광투과성의 감광성 재질로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 평탄화층의 수용홀에 반도체 발광소자를 배치함에 따라, 픽셀 간을 격벽으로 분리한다. 이와 같이 수용홀 내에서 반도체 발광소자를 배선에 전기적으로 연결함에 따라, 반도체 발광소자의 얼라인이 용이하게 되어, 높은 정밀도로 디스플레이 장치의 제조가 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 요철부를 통하여 디스플레이의 휘도를 향상시키며, 나아가 소비전력을 개선한다. 또한, 전극 패턴에 요철부를 형성함에 따라, 식각에 의하여 간단하게 요철부를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 반도체 발광소자의 하면에 홈을 형성하고, 접착층이 상기 홈을 충전함에 따라, 접착층의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 접착층에서 반도체 발광소자로 반사되는 빛이 접착층에서 보다 용이하게 추출되도록 한다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 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 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광소자를 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 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 부분 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 화소의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 12는 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 13, 도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예들을 나타내는 단면도이다.
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 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광소자를 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 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 부분 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 화소의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 12는 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 13, 도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예들을 나타내는 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 발광소자를 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 발광소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광소자의 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 발광소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광소자에도 적용 가능하다.
상기 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광소자(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 발광소자(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 뾰족한 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 발광소자(150)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광소자는 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 발광소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광소자들의 p형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광소자(150)가 압입되며, 이를 통하여 반도체 발광소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 복수의 반도체 발광소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광소자(150)는 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광소자들은 상기 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광소자들을 이용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광소자일 수 있다. 반도체 발광소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광소자(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 발광소자(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 발광소자(150)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자이고, 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 발광소자(151) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광소자(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 발광소자(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 발광소자(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 발광소자(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 발광소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자에 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 발광소자는 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 발광소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광소자(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 발광소자(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 발광소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 상기 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광소자를 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 발광소자(150)가 위치된 제2기판(112)을 상기 반도체 발광소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
상기 반도체 발광소자는 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 발광소자(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 발광소자(150)가 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광소자(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 발광소자들(150)을 외부로 노출시킨다. 필요에 따라, 반도체 발광소자(150)가 결합된 배선기판 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(미도시)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광소자(150)의 일면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 상기 청색 반도체 발광소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광소자도 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 발광소자를 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 발광소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 복수의 반도체 발광소자(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 발광소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광소자(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 발광소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광소자(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 발광소자(250)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광소자들의 사이에는, 제1전극(220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광소자(250)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(240)이 위치한다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광소자는 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 발광소자(250)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 반도체 발광소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(250)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자(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 발광소자(251) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광소자(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 발광소자(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 발광소자들(250) 사이에 위치하고, 반도체 발광소자들(250)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광소자들(250)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(240)은 반도체 발광소자들(250)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광소자(250) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(240)은 반도체 발광소자들(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 발광소자(250)는 제2전극(240)에서 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연결 전극이 반도체 발광소자(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 발광소자(250)의 n형 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 상에 위치될 수 있다. 경우에 따라, 반도체 발광소자(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 발광소자(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 발광소자(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 발광소자(250) 사이에는 격벽(290)이 위치할 수 있다. 즉, 개별 화소를 이루는 반도체 발광소자(250)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광소자(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 발광소자(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 발광소자(250) 사이의 전도성 접착층(230) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(290)은 수직형 반도체 발광소자(250) 및 제2전극(240)의 사이사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광소자(250)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2전극(240)을 반도체 발광소자(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 발광소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 따라서, 반도체 발광소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이에서는 성장기판에서 성장한 반도체 발광소자를 이방성 전도성 필름(ACF, anisotropic conductive film)을 이용하여 배선기판에 전사한다. 하지만, 이러한 방법은 제조 신뢰성을 확보하기가 어렵고, 제조비가 높은 단점이 있다. 특히, 디지털 사이니지의 경우에 플렉서블의 성질이 요구되지 않으므로, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이에서는 다른 접근 방식이 필요하다.
이하, 본 발명에서는 전술한 기술적 난점을 극복하고 목표로 하는 초소형 마이크로 발광 다이오드 기반의 고해상도 디스플레이 구현을 위하여, 새로운 방식의, 수 내지 수십 마이크로미터 크기로 구성되는 초소형 청색 발광 다이오드 기반의 디스플레이용 픽셀 구조를 제안한다.
더욱 상세하게는, 평탄화층의 수용홀에 반도체 발광소자를 배치함에 따라, 반도체 발광소자의 얼라인이 용이하게 되어, 높은 정밀도로 디스플레이 장치의 제조가 가능하게 될 뿐만 아니라, 광투과성의 전극 패턴을 통하여 배선공정이 간단하게 되는 디스플레이 장치를 제시한다. 나아가, 요철부를 통하여 광추출 효율이 개선된 배선구조가 구현된다.
이하, 얼라인이 용이하고 배선공정이 간단할 뿐만 아니라, 광학 성능이 개선된 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 부분 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 화소의 구성을 설명하기 위한 회로도이며, 도 12는 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 10, 도 11 및 도 12의 도시에 의하면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광소자에도 적용 가능하다.
도시에 의하면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 액티브 매트릭스의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다.
디스플레이 장치(1000)는 기판(1010) 및 복수의 반도체 발광소자(1050)를 포함한다.
기판(1010)은 박막 트랜지스터 어레이 기판으로서, 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
상기 기판은 표시 영역 및 비표시 영역을 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 표시 영역은 기판(1010)의 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분으로서, 영상을 표시하는 화소 어레이가 배치되는 영역으로 정의될 수 있다. 상기 비표시 영역은 상기 기판(1010)에서 상기 표시 영역을 제외한 나머지 부분에 마련되는 것으로, 표시 영역을 둘러싸는 상기 기판(1010)의 가장자리 부분으로 정의될 수 있다.
또한, 상기 기판(1010)은 복수의 게이트 라인(GL), 복수의 데이터 라인(DL), 복수의 구동 전원 라인(PL), 복수의 공통 전원 라인(CL) 및 복수의 화소(SP)를 포함할 수 있다.
상기 복수의 게이트 라인(GL) 각각은 기판(1010) 상에 마련되는 것으로, 기판(1010)의 일 방향을 따라 길게 연장되고, 상기 일방향과 교차하는 타방향을 따라 일정한 간격으로 이격된다. 상기 복수의 데이터 라인(DL)은 복수의 게이트 라인(GL)과 교차하도록 상기 기판(1010) 상에 마련되는 것으로, 상기 타방향을 따라 길게 연장되고, 상기 일방향을 따라 일정한 간격으로 이격된다.
상기 복수의 구동 전원 라인(PL)은 복수의 데이터 라인(DL) 각각과 평행하게 배치되며, 복수의 데이터 라인(DL) 각각과 함께 형성될 수 있다. 상기 복수의 구동 전원 라인(PL) 각각은 외부로부터 제공되는 화소 구동 전원을 인접한 화소(SP)에 공급한다.
상기 복수의 공통 전원 라인(CL)은 복수의 게이트 라인(GL) 각각과 평행하도록 상기 기판(1010) 상에 마련되는 것으로, 복수의 게이트 라인(GL) 각각과 함께 형성될 수 있다. 상기 복수의 공통 전원 라인(CL) 각각은 외부로부터 제공되는 공통 전원을 인접한 화소(SP)에 공급한다.
상기 복수의 화소(SP) 각각은 게이트 라인(GL)과 데이터 라인(DL)에 의해 정의되는 화소 영역에 마련된다. 복수의 화소(SP) 각각은 실제 빛이 발광되는 최소 단위의 영역으로서, 서브 화소로 정의될 수 있다. 상기 서브 화소는 실제 빛이 발광되는 최소 단위의 영역으로서 하나의 반도체 발광소자를 구비한다. 인접한 적어도 3개의 화소는 컬러 표시를 위한 하나의 단위 화소를 구성할 수 있다. 예를 들어, 하나의 단위 화소는 인접한 적색의 화소, 녹색의 화소 및 청색의 화소를 포함하며, 휘도 향상을 위해 백색의 화소를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 반도체 발광소자는, 도 4를 참조하여 전술한 구조를 가질 수 있으며, 적색의 화소, 녹색의 화소 및 청색의 화소에 각각 배치되는 적색 반도체 발광소자, 녹색 반도체 발광소자 및 청색 반도체 발광소자를 구비할 수 있다.
다른 예로서, 상기 복수의 반도체 발광소자(1050)는, 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색의 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 복수의 반도체 발광소자(1050)는 n-Gan, p-Gan, AlGaN, InGan 등 다양한 계층으로 형성되는 질화갈륨 박막이 될 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 복수의 반도체 발광소자는 녹색의 빛을 발광하는 발광소자로 구현되거나, 청색 반도체 발광소자와 녹색 반도체 발광소자를 구비할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광소자는 마이크로 발광 다이오드 칩이 될 수 있다. 여기서, 마이크로 발광 다이오드 칩은 서브 화소에서 발광 영역의 크기보다 작은 단면적을 가질 수 있으며, 이러한 예로서, 1 내지 100 마이크로 미터의 스케일을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 적색 반도체 발광소자, 녹색 반도체 발광소자 및 청색 반도체 발광소자는 각각, 제1도전형 전극(1156), 제1도전형 전극(1156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(1155), 제1도전형 반도체층(1155) 상에 형성된 활성층(1154), 활성층(1154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(1153) 및 제2도전형 반도체층(1153) 상에서 제1도전형 전극(1156)과 수평방향으로 이격 배치되는 제2도전형 전극(1152)을 포함한다. 이 경우에, 상기 제2도전형 전극은 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 일면에 배치되며, 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 타면에는 언도프된(Undoped) 반도체층(1153a)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제1도전형 반도체층(1155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(1152) 및 제2도전형 반도체층(1153)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.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 진성 또는 도핑된 반도체기판에 불순물을 주입하여, 상기 제1도전형 및 제2도전형 반도체층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 불순물 주입에 의하여 p-n 접합이 형성된 영역이 상기 활성층과 같은 역할을 할 수도 있다. 이하 설명하는, 제1도전형 반도체층, 제2도전형 반도체층 및 활성층에 대한 열거 사항은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 도면들을 참조하면, 기판(1010)의 일면에는 상기 기판을 덮도록 형성되며, 상기 반도체 발광소자가 수용되는 수용홀(1061)을 구비하는 평탄화층(1060)이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 평탄화층(1060)은 기판을 덮는 보호막의 역할과 배선전극을 덮어 평면을 형성하는 기능을 하게 되며, 절연재질로 이루어진다. 이러한 예로서, 또한, 상기 평탄화층(1060)은 포토레지스트, 광학 고분자 소재, 기타 공업용 플라스틱 소재 등을 구비할 수 있다.
도시에 의하면, 상기 수용홀(1061)은 복수의 화소 각각에 구비될 수 있다. 상기 수용홀(1061)은 서브 화소에 정의된 발광 영역에 마련되어 반도체 발광소자(1050)를 수납한다. 상기 복수의 반도체 발광소자(1050) 각각은 해당 화소(SP)의 화소 회로(PC)와 연결됨으로써 화소 회로(PC), 즉 구동 박막 트랜지스터(T2)로부터 공통 전원 라인(CL)으로 흐르는 전류에 비례하는 밝기로 발광한다.
이 경우에, 상기 평탄화층(1060)은 구동 박막 트랜지스터(T2)를 덮도록 형성되며, 상기 수용홀(1061)은 상기 평탄화층(1060)으로부터 오목하게 마련된다. 상기 수용홀(1061)은 상기 평탄화층(1060)의 상면으로부터 기판을 향하여 리세스된다. 예를 들어, 상기 수용홀(1061)은 반도체 발광소자(1050)보다 넓은 크기를 갖는 컵(cup) 형태를 가질 수 있다. 이때, 상기 수용홀(1061)은 상기 반도체 발광소자(1050)의 두께(또는 전체 높이)보다 크기가 큰 깊이를 가지도록 상기 평탄화층(1060)에 오목하게 형성될 수 있다.
도시에 의하면, 복수의 반도체 발광소자(1050)의 제1도전형 전극은 제1컨택홀(CH1)을 통해서 구동 박막 트랜지스터(T2)의 소스 전극에 연결되고, 제2도전형전극은 제2컨택홀(CH2)을 통해서 공통 전원 라인(CL)에 연결된다.
이와 같은, 본 예시에서는 화소의 발광 영역에 오목하게 마련된 수용홀(1061)에 반도체 발광소자(1050)가 수납되고, 반도체 발광소자(1050)의 전극들이 컨택홀(CH1, CH2)을 통해서 화소 회로의 구동 박막 트랜지스터에 연결됨으로써 반도체 발광소자(1050)의 연결 공정이 단순화될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 구동 박막 트랜지스터(T2)는 게이트 전극(GE), 반도체층(SCL), 오믹 컨택층(OCL), 소스 전극(SE), 및 드레인 전극(DE)을 포함한다.
상기 게이트 전극(GE)은 기판(2010) 상에 게이트 라인(GL)과 함께 형성된다. 이러한, 게이트 전극(GE)은 게이트 절연층(1112)에 의해 덮인다.
상기 게이트 절연층(1112)은 무기 물질로 이루어진 단일층 또는 복수의 층으로 구성될 수 있으며, 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx) 등으로 이루어질 수 있다.
상기 반도체층(SCL)은 게이트 전극(GE)과 중첩(overlap)되도록 게이트 절연층(2112) 상에 미리 설정된 패턴(또는 섬) 형태로 마련된다. 이러한 반도체층(SCL)은 비정질 실리콘(amorphous silicon), 다결정 실리콘(polycrystalline silicon), 산화물(oxide) 및 유기물(organic material) 중 어느 하나로 이루어진 반도체 물질로 구성될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
상기 오믹 컨택층(OCL)은 반도체층(SCL) 상에 미리 설정된 패턴(또는 섬) 형태로 마련된다. 여기서, 오믹 컨택층(PCL)은 반도체층(SCL)과 소스/드레인 전극(SE, DE) 간의 오믹 컨택을 위한 것으로, 생략 가능하다.
상기 소스 전극(SE)은 반도체층(SCL)의 일측과 중첩되도록 오믹 컨택층(OCL)의 타측 상에 형성된다. 상기 소스 전극(SE)은 데이터 라인(미도시)과 함께 형성되는 것으로, 인접한 데이터 라인으로부터 분기되거나 돌출된다.
상기 드레인 전극(DE)은 반도체층(SCL)의 타측과 중첩되면서 소스 전극(SE)과 이격되도록 오믹 컨택층(OCL)의 타측 상에 형성된다. 상기 드레인 전극(DE)은 데이터 라인 및 소스 전극(SE)과 함께 형성된다.
층간 절연층(1114)은 구동 박막 트랜지스터(T2)를 포함하는 화소 회로를 덮도록 기판(1010)의 상면에 형성된다. 상기 층간 절연층(1114)은 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘 질화물(SiNx)과 같은 무기 물질로 이루어지거나 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene) 또는 포토 아크릴(photo acryl)과 같은 유기 물질로 이루어질 수 있다.
상기 평탄화층(1060)은 층간 절연층(1114)을 덮도록 기판(1010)의 상면에 형성된다. 이러한 평탄화층(1060)은 구동 박막 트랜지스터(T2)를 포함하는 화소 회로를 보호하면서 층간 절연층(1114) 상에 평탄면을 제공한다. 일 예에 따른 평탄화층(1060)은 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene) 또는 포토 아크릴(photo acryl)과 같은 유기 물질로 이루어질 수 있다.
나아가, 수용홀(1061)은 서브 화소의 발광 영역과 중첩되는 게이트 절연막(1112), 층간 절연층(1114) 및 평탄화층(1060)이 모두 제거되어 형성될 수도 있다. 이러한, 수용홀(1061)은 반도체 발광소자(1050)보다 넓은 크기를 갖는 컵(cup) 형태를 가질 수 있다.
이 경우에, 상기 평탄화층(1060)은 기판(1010)의 수용홀(1061)에 배치된 반도체 발광소자(1050)의 주변을 충전하는 충전부(1063)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 평탄화층(1060)은 멀티 레이어로 형성되며, 기판 위에 적층되는 베이스부(1062)와, 수용홀을 충전하면서 상기 베이스부(1062)에 적층되는 충전부(1063)를 구비할 수 있다. 이 경우에, 상기 베이스부(1062)와 충전부(1063)는 각각 광투과성의 감광성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 베이스부(1062)와 충전부(1063)는 서로 동일 재질로 이루어질 수 있다.
상기 충전부(1063)는 반도체 발광소자(1050)가 부착된 수용홀(1061)의 주변 공간에 충전된다. 상기 충전부(1063)는 수용홀(1061)의 주변 공간에 충진된 후, 경화됨으로써 수용홀(1061) 내의 에어 갭을 제거하면서 수용홀(1061)의 주변 공간 상면을 평탄화시킨다. 또한, 상기 충전부(1062)는 후술하는 화소 전극 패턴(AE)과 공통 전극 패턴(CE) 각각을 지지하면서 반도체 발광소자의 패시베이션 역할을 할 수 있다.
이때, 반도체 발광소자(1050)의 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)은 상기 수용홀(1061)의 바닥으로부터 이격된다. 도시에 의하면, 제1도전형 전극(1156)은 구동 박막 트랜지스터(T2)의 소스 전극(SE)에 연결되고, 제2도전형 전극(1152)은 공통 전원 라인(CL)에 연결된다. 반도체 발광소자의 빛을 상측으로 방출하기 위하여, 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)은 각각 광투과성으로 형성될 수 있다.
도시에 의하면, 복수의 서브 화소 각각은 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)과 연결되고, 상기 평탄화층(1060)을 관통하여 상기 구동 박막 트랜지스터로 연장되는 전극 패턴을 포함한다. 이 경우에, 상기 전극 패턴은 광투과성으로 이루어지고, 표면에 형성되는 요철부(1090)를 구비할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 전극 패턴은 화소 전극 패턴(AE) 및 공통 전극 패턴(CE)을 포함할 수 있다.
상기 화소 전극 패턴(AE)은 구동 박막 트랜지스터(T2)의 소스 전극(SE)과 반도체 발광소자(1050)의 제1도전형 전극(1156)을 전기적으로 연결한다. 일 예에 따른 화소 전극 패턴(AE)은 평탄화층(1060)에 마련된 제1컨택홀(CH1)을 통해서 구동 박막 트랜지스터(T2)로 연장되어, 소스 전극(SE)과 연결되면서 반도체 발광소자(1050)의 제1도전형 전극(1156)과 연결된다.
상기 공통 전극 패턴(CE)은 공통 전원 라인(CL)과 반도체 발광소자(1050)의 제2도전형 전극(1152)을 전기적으로 연결한다. 일 예에 따른 공통 전극 패턴(CE)은 평탄화층(1060)에 마련된 제2컨택홀(CH2)을 통해서 박막 트랜지스터(T2)로 연장되어 공통 전원 라인(CL)과 연결되면서 반도체 발광소자(1050)의 제2도전형 전극(1152)과 연결된다.
상기 화소 전극 패턴(AE)과 공통 전극 패턴(CE) 각각은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 투명 도전성 물질은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 물질로 이루어질 수 있다. 다른 예로서, 상기 전극 패턴은 TiO2, AZO, ZnO, ITO, GZO, IZO 또는 두 층이상으로 구성된 산화물층으로 이루어질 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 전극 패턴은 Pedot:PSS 계열 전도성 소재나 Graphene 로 형성될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 전극 패턴의 요철부(1090)는 상기 화소전극 패턴(AE) 및 공통전극 패턴(CE)에 각각 형성된다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 요철부(1090)는 상기 화소전극 패턴(AE) 및 공통전극 패턴(CE) 중 어느 하나에 구비되는 것도 가능하다.
상기 요철부(1090)는 식각을 이용한 텍스처링 공정에 의하여 복수의 미세한 홈을 구비하며, 상기 미세홈들을 상기 화소전극 패턴(AE)이 상기 제1도전형 전극(1156)을 덮는 부분에 형성될 수 있다. 상기 식각은 ICP, RIE 등을 이용한 건식 공정이나 chemical etchant 을 이용한 습식 공정이 모두 이용될 수 있다. 상기 식각에 의하여 미세홈들이 형성될 수 있도록, 이 경우에, 상기 평탄화층은 광투과성의 감광성 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 요철부(1090)는 상기 화소전극 패턴(AE)과 상기 제1도전형 전극(1156)이 오버랩되는 부분에 형성되는 제1부분(1091)을 구비할 수 있다. 상기 제1도전형 전극(1156)을 투과하여 상기 제1부분(1091)으로 입사된 빛은 요철 구조에 의하여 보다 용이하게 상기 화소전극 패턴(AE)의 표면에서 추출될 수 있다. 본 예시에서는 상기 제1부분(1091)은 상기 제1도전형 전극(1156)의 전체를 덮는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 제1부분(1091)은 상기 제1도전형 전극(1156)의 일부만을 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 요철부(1090)는 상기 공통전극 패턴(CE)이 상기 제2도전형 전극(1152)을 덮는 부분에 형성되는 미세홈들을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 요철부(1090)는 상기 공통전극 패턴(CE)과 상기 제2도전형 전극(1152)이 오버랩되는 부분에 형성되는 제2부분(1092)을 구비할 수 있다. 이 경우에도, 상기 제2도전형 전극(1152)을 투과하여 상기 제2부분(1092)으로 입사된 빛은 요철 구조에 의하여 보다 용이하게 상기 공통전극 패턴(CE)의 표면에서 추출될 수 있다.
또한, 상기 제1부분(1091)과 유사하게, 본 예시에서 상기 제2부분(1092)은 상기 제2도전형 전극(1152)의 전체를 덮는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 상기 제2부분(1092)은 상기 제2도전형 전극(1152)의 일부만을 덮도록 형성될 수 있다.
이 때에, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)은 상기 전극 패턴보다 굴절률이 큰 재질로 형성될 수 있다. 이는, 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)에서 상기 전극패턴으로 빛의 진행을 보다 용이하게 하기 위함이다. 구체적인 예로서, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)이 멀티 레이어로 이루어진 경우에, 상측 레이어가 상기 전극패턴보다 굴절률이 큰 재질로 형성된다. 다른 예로서, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)이 단일 레이어인 경우에는, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)의 자체가 상기 전극패턴보다 굴절률이 큰 재질로 형성된다.
본 예시에서 기판(1010)은 반도체 발광소자(1050)를 수용홀(1061)에 고정시키는 접착층(1120)을 더 포함한다.
상기 접착층(1120)은 반도체 발광소자(1050)와 수용홀(1061)의 바닥면 사이에 개재되어 반도체 발광소자(1050)를 수용홀(1061)의 바닥면에 부착시킨다. 이 경우에, 상기 수용홀(1061)의 바닥면은 평탄화층에 형성되거나, 기판에 형성될 수 있다. 상기 접착층(1120)은 광투과성 재질로 형성되어, 반도체 발광소자의 하측에서 반사된 빛이 상측을 향하여 투과될 수 있도록 할 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 본 예시에 따른 디스플레이 장치에서 상기 기판(1010)의 상면을 덮는 봉지층(1080)이 구비될 수 있다.
상기 봉지층(1080)은 화소(SP)와 발광 소자(1050)를 덮도록 상기 기판(1010)의 상면에 코팅됨으로써 상기 기판(1010)에 마련된 화소(SP) 및 발광 소자(1050)를 보호한다. 상기 봉지층(1080)은 열 및/또는 광 경화성 수지로 이루어져 액상 상태로 상기 기판(1010)의 상면에 코팅된 후, 열 및/또는 광을 이용한 경화 공정에 의해 경화될 수 있다.
한편, 상기 봉지층(1080)은 형광체층으로 대체될 수 있으며, 이러한 구조는 후술하는 구조에서 보다 상세히 설명한다.
도시에 의하면, 상기 블랙 매트릭스(BM) 및 컬러필터층(CF)가 상기 봉지층(1080) 상에 배치될 수 있다.
상기 블랙 매트릭스(BM)는 상기 기판(1010)에 마련된 각 화소(SP)의 발광 영역과 중첩되는 개구 영역을 정의한다. 즉, 블랙 매트릭스(BM)는 각 화소(SP)의 발광 영역과 중첩되는 개구 영역을 제외한 나머지 영역에 마련됨으로써 인접한 개구 영역 사이의 혼색을 방지한다.
상기 개구 영역에는 컬러필터층(CF)이 배치될 수 있다. 또한, 상기 컬러필터층(CF)은 출력되는 빛의 색순도를 향상시키기 위하여 상기 개구 영역에 배치될 수 있다. 다른 예시로서, 상기 컬러필터층(CF)은 광추출층에 의하여 대체될 수 있다. 상기 광추출층은 투명 물질로 이루어져 발광 소자(1050)로부터 방출되는 광을 외부로 추출하는 역할을 한다. 발광 소자(1050)와 마주하는 광추출층의 대향면은 발광 소자(1050)로부터 방출되는 광의 직진성을 증가시키기 위한 렌즈 형태를 가질 수 있다.
상기에서 예시된 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 의하면, 요철부를 통하여 디스플레이의 휘도를 향상시키며, 나아가 소비전력을 개선하게 된다.
상기에서 설명된 디스플레이 장치는, 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 이하, 이러한 변형예들에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 13, 도 14 및 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예들을 나타내는 단면도이다.
도 13의 예시에서는, 앞서 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 예시의 각 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다. 구체적으로, 요철부를 제외한 나머지 구성은 도 10 내지 도 12에서 설명한 예시의 구성과 동일하다.
본 도면을 참조하면, 상기 요철부(2090)는 제1부분(2091)과 제2부분(2092)에 더하여, 상기 화소전극 패턴(AE)과 상기 공통전극 패턴(CE)이 상기 평탄화층(2080)을 덮는 부분(2093)에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 요철부(2090)는 전극패턴의 상면의 전체에 걸쳐서 형성될 수 있다. 여기서 상기 상면은 상기 전극패턴에서 봉지재(2080)에 의하여 덮이는 면이 될 수 있다.
이 때에, 상기 요철부는 위치에 따라서 요철이 형성되는 피치가 서로 다르도록 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1부분(2091)과 제2부분(2092)에서는 요철의 간격이 상기 평탄화층을 덮는 부분(2093)보다 촘촘하게 형성될 수 있다. 이를 통하여, 반도체 발광소자(2050)의 빛이 방출되는 주된 경로상에서 광추출 효율을 보다 높이면서, 제조가 용이한 구조를 구현하게 된다.
도 14의 예시에서는, 앞서 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 예시의 각 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다. 구체적으로, 도전형 전극들과 요철부를 제외한 나머지 구성은 도 10 내지 도 12에서 설명한 예시의 구성과 동일하다.
본 도면을 참조하면, 반도체 발광소자(3050)의 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극은 각각 광투과성으로 형성된다.
보다 구체적으로, 상기 적색 반도체 발광소자, 녹색 반도체 발광소자 및 청색 반도체 발광소자는 각각, 제1도전형 반도체층(3155)에 배치되는 제1도전형 전극(3156)과, 제2도전형 반도체층(3153)에 배치되는 제2도전형 전극(3152)을 구비할 수 있다.
전술한 바와 마찬가지로, 상기 제1도전형 전극(3156) 및 제1도전형 반도체층(3155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(3152) 및 제2도전형 반도체층(3153)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.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 진성 또는 도핑된 반도체기판에 불순물을 주입하여, 상기 제1도전형 및 제2도전형 반도체층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 불순물 주입에 의하여 p-n 접합이 형성된 영역이 상기 활성층과 같은 역할을 할 수도 있다.
본 도면들을 참조하면, 상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극 중 적어도 하나에는 상기 요철부의 리세스된 부분에 대응하는 복수의 홈들이 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 제1도전형 전극(3156) 및 제2도전형 전극(3152)의 상면에는 각각 복수의 미세홈들이 형성되고, 상기 미세홈들에 대응하는 미세홈들이 상기 요철부(3090)에 형성될 수 있다. 이러한 구성을 위하여, 상기 제1도전형 전극(3156) 및 제2도전형 전극(3152)은 식각이 가능한 재질로 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 제1도전형 전극(3156)은 멀티 레이어로 이루어진다. 이러한 예로서, 제1도전형 전극(3156)은 제1레이어(3156a)와 제2레이어(3156b)를 구비할 수 있다. 상측에 배치되는 제1레이어(3156a)는 식각이 가능한 재질로 형성된다. 도시에 의하면, 상기 제2레이어(3156b)의 일면에 복수의 돌기가 형성되며, 상기 복수의 돌기가 상기 제1레이어(3156a)를 형성한다. 상기 복수의 돌기에서 상기 화소전극 패턴(AE)이 각각 연장되어 요철부를 구현하게 된다. 이러한 구조는 제2도전형 전극(3152)에도 적용될 수 있다. 따라서, 제2도전형 전극(3152)은 제1레이어(3152a)와 제2레이어(3152b)를 구비하며, 상측에 배치되는 제1레이어(3152a)는 식각이 가능한 재질로 형성된다. 상기 제2레이어(3152b)의 일면에 복수의 돌기가 형성되며, 상기 복수의 돌기가 상기 제1레이어(3152a)를 형성한다. 상기 복수의 돌기에서 상기 공통전극 패턴(CE)이 각각 연장되어 요철부(3090)를 구현하게 된다.
도 15의 예시에서는, 앞서 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한 예시의 각 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다. 본 예시에서는, 접착층과 제2도전형 반도체층의 구조가 전술한 예시들과 달라진다. 또한, 본 예시에서는 단일 색상의 반도체 발광소자가 구비되며, 봉지재 대신에 형광체를 이용하여 색상을 구현하는 구조를 예시한다. 다만, 본 예시에서 설명하는 접착층, 제2도전형 반도체층, 단일 색상 반도체 발광소자 및 형광체는 각각 도 10 내지 도 14를 참조하여 전술한 예시들에 적용될 수 있다.
본 예시에서, 복수의 반도체 발광소자(4050)는, 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색의 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 복수의 반도체 발광소자(1050)는 n-Gan, p-Gan, AlGaN, InGan 등 다양한 계층으로 형성되는 질화갈륨 박막이 될 수 있다.
한편, 전술한 예시의 봉지층은 형광체층으로 대체된다. 상기 형광체층(4080)은 적색의 화소를 이루는 위치에 배치되는 제1형광체부(4081)와 녹색의 화소를 이루는 위치에 배치되는 제2형광체부(4082)를 포함할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1형광체부(4081)과 제2형광체부(4082)의 각각에는 청색 반도체 발광 소자의 청색 광을 적색 광이나 녹색 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체와 녹색 형광체가 구비될 수 있다.
상기 제1형광체부(4081)과 제2형광체부(4082)을 구획하기 위하여, 평탄화층(4060)의 일부가 상기 블랙 매트릭스(BM)까지 돌출될 수 있다. 이러한 예로서, 평탄화층(4060)의 베이스부(4062)에 적층되는 충전부(4063)가 반도체 발광소자들의 사이에서 상기 블랙 매트릭스(BM)까지 돌출되어 형광체가 충전되는 공간을 형성하게 된다.
이 때에, 청색의 화소를 이루는 위치에서는 색을 변환하지 않는 광투과성 물질(4083)이 배치될 수 있다. 상기 광투과성 물질은 가시광선 영역에서 투과율이 높은 물질로서, 예를 들어 에폭시 계열의 PR(포토 레지스트), PDMS(polydimethylsiloxane), 레진 등이 이용될 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1형광체부(4081)과 제2형광체부(4082)에는 청색 반도체 발광 소자의 청색 광을 황색 광이나 백색 광으로 변환시킬 수 있는 황색 형광체가 구비될 수 있다. 이 경우에는, 황색 광이나 백색 광이 컬러필터를 투과하면서 적색, 녹색 및 청색으로 변환될 수 있다.
또한, 도시에 의하면, 상기 블랙 매트릭스(BM) 및 컬러필터층(CF)가 상기 형광체층 상에 배치될 수 있다.
상기 블랙 매트릭스(BM)는 상기 기판(4010)에 마련된 각 화소(SP)의 발광 영역과 중첩되는 개구 영역을 정의한다. 상기 개구 영역에는 컬러필터층(CF)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 각 화소(SP)에 배치된 발광 소자(4050)가 청색 광을 방출하고, 황색 형광체층에 의하여 백색 광으로 변환된 경우에 상기 컬러필터층(CF)에서 적색이나 녹색이 구현될 수 있다. 이 경우에 상기 컬러필터층(CF)은 적색 파장, 녹색 파장 및 청색 파장을 필터링하는 부분들을 각각의 서브 화소에 순차적으로 배치되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 컬러필터층(CF)은 출력되는 빛의 색순도를 향상시키기 위하여 상기 형광체층(4080)의 색상 외에는 필터링하도록 상기 개구 영역에 배치될 수 있다.
본 예시에서는 접착층(4120)이 반도체 발광소자(4050)와 수용홀(4061)의 바닥면 사이에 개재되어 반도체 발광소자(4050)를 수용홀(4061)의 바닥면에 부착시킨다. 상기 접착층은 광투과성 재질로 형성되어, 반도체 발광소자의 하측에서 반사된 빛이 상측을 향하여 투과될 수 있도록 할 수 있다.
이 때에, 상기 반도체 발광소자의 하면에는 복수의 홈들이 형성되고, 상기 접착층(4120)은 상기 홈들에 충전되는 복수의 돌기(4121)를 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 발광소자의 언도프된 반도체층(4153a)의 하면에는 복수의 홈들이 형성될 수 있다. 상기 복수의 홈들을 상기 접착층(4120)이 채우면서, 상기 접착층(4120)에는 복수의 돌기(4121)가 형성된다. 이 경우에, 상기 접착층(4120)의 하부에는 반사막(미도시)이 형성될 수 있다. 이러한 예로서 기판의 일부에 반사막이 형성되며, 상기 반사막을 통하여 반사된 빛이 상기 접착층을 투과하게 된다. 상기 접착층의 복수의 돌기(4121)에 의하여 상기 접착층(4120)을 투과하는 빛의 광추출 효율이 증대된다.
이와 같이, 본 발명에서는, 반도체 발광소자의 하면에 홈을 형성하고, 접착층이 상기 홈을 충전함에 따라, 접착층의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라, 접착층에서 반도체 발광소자로 반사되는 빛이 접착층에서 보다 용이하게 추출되도록 한다.
이상에서 설명한 반도체 발광소자를 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 (12)
- 구동 박막 트랜지스터를 구비하는 기판;
제1도전형 전극 및 제2도전형 전극을 구비하는 반도체 발광소자;
상기 구동 박막 트랜지스터를 덮도록 형성되며, 상기 반도체 발광소자가 수용되는 수용홀을 구비하는 평탄화층; 및
상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극과 연결되고, 상기 평탄화층을 관통하여 상기 구동 박막 트랜지스터로 연장되는 전극 패턴을 포함하고,
상기 전극 패턴은 광투과성으로 이루어지고, 표면의 적어도 일부에 형성되는 요철부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극 패턴은,
상기 제1도전형 전극과 연결되며 상기 평탄화층의 제1홀을 통하여 상기 구동 박막 트랜지스터로 연장되는 화소전극 패턴과,
상기 제2도전형 전극과 연결되며 상기 평탄화층의 제2홀을 통하여 상기 구동 박막 트랜지스터로 연장되는 공통전극 패턴을 포함하고,
상기 요철부는 상기 화소전극 패턴 및 공통전극 패턴에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제2항에 있어서,
상기 요철부는 상기 화소전극 패턴과 상기 제1도전형 전극이 오버랩되는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제2항에 있어서,
상기 요철부는 상기 공통전극 패턴과 상기 제2도전형 전극이 오버랩되는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제2항에 있어서,
상기 요철부는 상기 화소전극 패턴과 상기 공통전극 패턴이 상기 평탄화층을 덮는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극은 각각 광투과성으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제6항에 있어서,
상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극 중 적어도 하나에는 상기 요철부의 리세스된 부분에 대응하는 복수의 홈들이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 반도체 발광소자는 접착층에 의하여 상기 수용홀의 바닥에 부착되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제8항에 있어서,
상기 반도체 발광소자의 하면에는 복수의 홈들이 형성되고, 상기 접착층은 상기 홈들에 충전되는 복수의 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제8항에 있어서,
상기 접착층의 하부에는 반사막이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극은 상기 전극 패턴보다 굴절률이 큰 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치. - 제1항에 있어서,
상기 평탄화층은 광투과성의 감광성 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
Priority Applications (1)
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