KR20180109263A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 서브 픽셀부, 및 상기 서브 픽셀부와 전기적으로 연결되도록 형성되는 배선전극을 포함하고, 상기 서브 픽셀부는, 동일한 색상의 빛을 출력하도록 형성되며, 홈을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 발광부를 구비하며, 상기 배선 전극은, 상기 제1 및 제2 발광부에 동일한 전기 신호를 전달하는 베이스 전극, 상기 베이스 전극에서 연장되어, 상기 제1 발광부와 전기적으로 연결되는 제1 서브 전극, 및 상기 베이스 전극에서 연장되어, 상기 제2 발광부와 전기적으로 연결되는 제2 서브 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 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.
한편, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 구현시, 일부 반도체 발광 소자는 결함을 가질 가능성이 있으며, 이 경우, 결함이 있는 반도체 발광소자를 결함이 없는 반도체 발광소자로 교체하는 방법에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
보다 구체적으로, 반도체 발광소자가 배치된 기판에서, 일부 반도체 발광소자에서 결함이 발생하면, 이를 해결하기 위한 방식은 크게 두가지로 나누어진다.
하나의 방식은, 결함 있는 반도체 발광소자를 제거 후, 새로운 반도체 발광소자를 부착하는 교체 리페어 방식이다.
그리고, 다른 하나의 방식은, 여분의 cell 을 가지는 2개 이상의 cell 을 단위 cell 안에 배치하여, 결함이 있는 반도체 발광소자에 해당하는 NG cell의 전기적 연결을 끊어, 단위 셀 내에 포함된 나머지 cell 로만 구동하는 리던던시(redundancy) 리페어 방식이 있다.
교체 리페어 방식의 경우는 기술 난이도가 높아서 추가적인 설비 투자와 별도의 칩 설계가 필요하며 그로 인한 cost 증가 문제가 발생한다.
한편, 리던던시 리페어 방식은, 최소 2배수 이상의 개수의 칩 수와 최대 ½ 이하 크기의 칩을 선택적으로 전사(transfer) 해야하는 방식으로서, 선택 전사의 공정이 난이도가 높다.
본 발명의 일 목적은 플렉서블한 디스플레이 장치를 구현하는 새로운 제조공정을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 리던던시 리페어 방식을 이용하여, 결함이 있는 반도체 발광 소자를 쉽게 제거 및 교체할 수 있는 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 기판, 상기 기판 상에 배치되는 서브 픽셀부, 및 상기 서브 픽셀부와 전기적으로 연결되도록 형성되는 배선전극을 포함하고, 상기 서브 픽셀부는, 동일한 색상의 빛을 출력하도록 형성되며, 홈을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 발광부를 구비하며, 상기 배선 전극은, 상기 제1 및 제2 발광부에 동일한 전기 신호를 전달하는 베이스 전극, 상기 베이스 전극에서 연장되어, 상기 제1 발광부와 전기적으로 연결되는 제1 서브 전극, 및 상기 베이스 전극에서 연장되어, 상기 제2 발광부와 전기적으로 연결되는 제2 서브 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 서브 픽셀부는, 언드프된 반도체 층을 더 구비하고, 상기 제1 및 제2 발광부는, 상기 홈을 사이에 두고, 상기 언도프된 반도체 층에 각각 적층되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 언도프된 반도체층에 적층된 상기 제1 및 제2 발광부는, 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 형성되는 활성층, 상기 제1 도전형 반도체층의 일면상에 형성되는 제1 도전형 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층의 일면상에 형성되는 제2 도전형 전극을 포함하며, 상기 제1 발광부에 포함된 제1 도전형 전극은 상기 제1 서브 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 발광부에 포함된 제1 도전형 전극은 상기 제2 서브 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 서브 픽셀부는, 반도체 발광소자가 배치될 수 있는 적어도 하나의 리페어 사이트를 구비하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 배선 전극은, 상기 베이스 전극에서 연장되어 상기 리페어 사이트를 향하도록 형성되는 제3 서브 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 발광부는, 상기 베이스 전극을 통해 상기 제1 및 제2 서브 전극 각각으로 전달되는 동일한 데이터 신호에 기반하여, 발광되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 서브 픽셀부의 적어도 일부를 덮도록 형성되며, 상기 서브 픽셀부에 구비된 상기 제1 및 제2 발광부에서 출력되는 빛의 색상을 변환하도록 형성되는 형광체층을 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 발광부에는, 상기 제1 및 제2 발광부에서 출력되는 빛이 동일한 색상으로 변환되도록, 동일한 물질의 형광체가 적층되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 발광부는 각각, 제1 및 제2 도전형 반도체층, 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 형성되는 활성층, 상기 제1 도전형 반도체층의 일면상에 형성되는 제1 도전형 전극 및 상기 제2 도전형 반도체층의 일면상에 형성되는 제2 도전형 전극을 포함하며, 상기 제1 및 제2 발광부의 상기 제1 도전형 반도체층은 단일의 반도체층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 발광부의 상기 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 전극과, 상기 제2 발광부의 상기 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 전극은, 상기 단일의 제1 도전형 반도체층 상에서 홈을 사이에 두고 서로 이격되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 단일의 제1 도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1 및 제2 발광부의 활성층이 형성되고, 상기 단일의 제1 도전형 반도체층의 타면에는, 상기 제1 및 제2 발광부의 제1 도전형 전극이 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 제1 및 제2 발광부의 제1 도전형 전극은, 상기 단일의 제1 도전형 반도체층의 타면상에서 양측에 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 단일의 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부에는 크랙이 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시 예에 있어서, 상기 크랙에 의해서, 상기 제1 및 제2 발광부의 전기적인 연결이 단절되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 적어도 하나의 반도체층을 공유하는 복수의 반도체 발광소자를 하나의 단위셀에 포함시킬 수 있다. 즉, 단위 셀에는 물리적으로 분리된 복수의 반도체 발광소자가 아닌, 하나의 반도체 층을 공유하는 복수의 반도체 발광소자가 구비됨으로써, 기판으로의 전사 시 공정의 복잡도가 줄어들 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 단위 셀 내에 빈 공간을 두어, 결함이 있는 반도체 발광소자가 포함된 단위 셀에 구비된 빈 공간 내에, 새로운 반도체 발광소자를 배치시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 단위 셀 내에 결함이 있는 반도체 발광소자가 포함되어 있더라도, 이를 대체할 수 있는 반도체 발광 소자를 추가적으로 배치함으로써, 결함 있는 반도체 발광소자의 교체를 원활하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 단위 셀 내에 포함된 복수의 반도체 발광 소자 및 빈 공간으로 각각 분기하는 서브 전극을 두어, 결함 있는 반도체 발광소자를 제거하거나, 빈 공간에 새로운 반도체 발광소자를 배치하더라도, 추가적인 배선을 수행하지 않음으로써, 보다 편하게 반도체 발광소자를 제거 및 교체할 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 C-C를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10, 도 11, 도 12는 본 발명에 따른 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A의 부분의 확대도이다.
도 13, 도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 다른 예의 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A의 부분의 확대도이다.
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.
한편, 반도체 발광소자를 구비한 디스플레이 장치에서는, 적어도 일부의 반도체 발광소자에 결함이 존재할 수 있다. 이러한 결함이 있는 반도체 발광소자는 NG 셀(cell)로 명명될 수 있는데, 본 발명에서는, NG 셀에 해당하는 반도체 발광소자를 보다 쉽게 교체하기 위한 새로운 구조의 반도체 발광소자 구조 및 이를 구비한 디스플레이 장치를 제안한다.
특히, 본 발명에서는, 복수의 발광부 및 반도체 발광 소자를 추가적으로 배치할 수 있는 여분의 공간을 하나의 서브 픽셀부 안에 배치할 수 있다. 그리고, 결함이 있는 발광부에 해당하는 NG 셀의 전기적 연결을 끊어, 서브 픽셀부 내에 포함된 나머지 발광부로만 구동하는 리던던시(redundancy) 리페어 방식에 대하여 제안한다.
여기에서, 발광부는, 하나의 반도체 발광소자를 의미할 수 있다. 본 발명에서 하나의 반도체 발광소자는, 다른 반도체 발광소자와 일부 도전형 반도체층 공유하는 것이 가능하며, 이에 대해서는 아래에서 보다 구체적으로 살펴본다.
이하에서는, 첨부된 도면과 함께, 리던던시 리페어 방식이 적용된 디스플레이 장치에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다. 도 10, 도 11, 도 12는 본 발명에 따른 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A의 부분의 확대도이다. 도 13, 도 14 및 도 15는 본 발명에 따른 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도들이다.
도 10, 도 11 및 도 12에의하면, 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.
디스플레이 장치(1000)는 기판(1010), 서브 픽셀부(1060) 및 서브 픽셀부(1060)를 형성하는 복수의 반도체 발광소자(1050)를 포함한다.
기판(1010)은 박막 트랜지스터 어레이 기판으로서, 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(1010)은 서브 픽셀부(1060)에 전원을 공급하는 제1 및 제2 전극부(1020, 1040)가 구비된다.
또한, 기판(1010)에는, 서브 픽셀부(1060)에 전원공급 및 데이터 신호 전달을 제어하는 구동부(1070)가 구비되며, 이러한 구동부(1070)는 제1 및 제2 전극부(1020, 1040)를 통해, 서브 픽셀부(1060)와 전기적으로 연결되도록 형성된다. 구동부(1070)는 구동 박막 트랜지스터일 수 있으며, 그 외에, 다양한 종류의 스위칭 소자일수 있다. 본 명세서에 따른 도면에서 구동부(1070)는 개략적으로 나타내어지며, 하나의 구동부(1070)는 하나의 서브 픽셀부(1060)에 구동전원을 공급하여, 서브 픽셀부(1060) 단위의 제어를 수행할 수 있다.
기판(1010) 상에는, 구동부(1070)와 서브 픽셀부(1060) 간의 전기적인 연결 및 구동 전원 공급을 위하여, 복수의 게이트 라인(GL), 복수의 데이터 라인(DL), 복수의 구동 전원 라인(PL), 복수의 공통 전원 라인(CL)이 배치될 수 있으며, 본 명세서에서는 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
본 발명에서, 제1 전극부(1020)는 공통 전극, 공통 전원 라인의 역할을 하도록 이루어지고, 제2 전극부(1040)는 데이터 전극, 데이터 라인(DL)의 역할을 하도록 이루어질 수 있다. 또한, 그 반대의 역할을 하도록 이루어질 수도 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 서브 픽셀부(1060)는, 실제 빛이 발광되는 최소 단위의 영역으로서, 서브 픽셀부(1060)는, 동일한 색상의 빛을 출력하도록 형성되며, 홈을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 발광부(1050a, 1050b)를 구비하도록 형성된다.
인접한 적어도 3개의 서브 픽셀부는 컬러 표시를 위한 하나의 단위 픽셀(또는 단위 화소)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 하나의 단위 픽셀은 인접한 적색의 서브 픽셀부, 녹색의 서브 픽셀부 및 청색의 서브 픽셀부를 포함하며, 휘도 향상을 위해 백색의 화소를 더 포함할 수도 있다.
나아가, 서브 픽셀부(1060)의 외면에는 형광체층(1080)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 서브 픽셀부(1060)에 포함된 발광부, 즉, 반도체 발광 소자는 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, 제1 서브 픽셀부 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(1081)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 제1 서브 픽셀부와 인접한 제2 서브 픽셀부 상에 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 소자만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 서브 픽셀부가 하나의 화소를 이룰 수 있다.
보다 구체적으로, 도 10에 도시된 것과 같이, 열방향을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다.
이 경우, 하나의 서브 픽셀부(1060)에는 동일한 색상의 형광체층이 도포되며, 따라서, 서브 픽셀부에 구비된 발광부들에는, 상기 제1 및 제2 발광부에는, 상기 제1 및 제2 발광부에서 출력되는 빛이 동일한 색상으로 변환되도록, 동일한 물질의 형광체가 적층될 수 있다.
나아가, 도시와 같이, 형광체층은, 리페어 사이트(1050c)상에도 적층되도록 형성될 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)의 단위 화소들을 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(1091)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(1091)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 서브 픽셀부(1060)에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.
앞서 살펴본 것과 같이, 서브 픽셀부(1060)는 제1 및 제2 발광부(1050a, 1050b), 그리고 추가적인 발광부(또는 반도체 발광소자)가 배치될 수 있는 빈 공간(또는 리페어 사이트, 1050c)를 포함하도록 이루어진다.
도시에서는, 서브 픽셀부(1060)가 두개의 발광부(1050a, 1050b)를 구비한 것으로 나타내었으나, 본 발명에서는 이에 한정되지 않고, 서브 픽셀부(1060)에 더 많은 발광부가 구비될 수 있다. 본 발명에서 발광부는 반도체 발광소자로도 명명될 수 있다.
본 발명에 따른 서브 픽셀부는, 언드프된 반도체 층(1059)을 구비하도록 이루어지고, 상기 제1 및 제2 발광부(1050a, 1050b)는, 홈을 사이에 두고, 상기 언도프된 반도체 층(1059)에 각각 적층되도록 형성된다.
즉, 제1 및 제2 발광부(1050a, 1050b)는 언도프된 반도체층(1059) 상에서 서로 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 제2 전극부(1040) 또는 배선 전극은, 상기 제1 및 제2 발광부(1050a, 1050b)에 동일한 전기 신호를 전달하는 베이스 전극(1040-1), 상기 베이스 전극(1040-1)에서 연장되어, 상기 제1 발광부(1050a)와 전기적으로 연결되는 제1 서브 전극(1040a), 상기 베이스 전극(1040-1)에서 연장되어, 상기 제2 발광부(1050b)와 전기적으로 연결되는 제2 서브 전극(1040b)을 포함할 수 있다.
나아가, 배선 전극(또는 제2 전극부(1040))는 상기 베이스 전극(1040-1)에서 연장되어, 리페어 사이트(1050c)를 향하는, 제3 서브 전극(1040c)를 더 포함하도록 이루어질 수 있다. 본 발명에서 배선전극에 구비된 서브 전극들은, 서브 픽셀부에 구비된 발광부의 수 및 리페어 사이트의 수에 비례하여 구비될 수 있다.
제1 내지 제3 서브 전극들(1040a, 1040b, 1040c)에는, 각각 동일한 데이터 신호가 전달될 수 있으며, 서브 픽셀부(1060)에 구비된 발광부들은, 상기 동일한 데이터 신호에 기반하여 발광되도록 이루어진다.
한편, 제1 및 제2 서브 전극(1040a, 1040b)는, 베이스 전극(1040-1)으로부터 연장되어, 각각의 발광부들과 전기적으로 연결되는데, 특히 각각의 발광부에 구비된 특정 도전형 반도체층에 구비된 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 서브 픽셀부에 구비된 발광부는, 다양한 구조를 가질 수 있는데, 도 13에 도시된 것과 같이, 언도프된 반도체층(1059)에 적층된 상기 제1 및 제2 발광부(1050a, 1050b)는, 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(1053a, 1053b, 1055a, 1055b), 상기 제1 및 제 도전형 반도체층(1053a, 1053b, 1055a, 1055b) 사이에 형성되는 활성층(1054a, 1054b)이 구비되도록 이루어진다. 나아가, 상기 제1 도전형 반도체층(1053a, 1053b)의 일면상에는 제1 도전형 전극(1052a, 1052b)가 형성되고, 상기 제2 도전형 반도체층(1055a, 1055b)의 일면상에는 제2 도전형 전극(1056a, 1056b)이 형성된다.
도시와 같이, 제1 도전형 반도체층(1053a, 1053b)의 일면에는 언도프된 반도체층(1059)이 형성되고, 타면에는, 활성층(1054a, 1054b)이 적층될 수 있다.
나아가, 언도프된 반도체층(1059)이 형성된 제1 도전형 반도체층(1053a, 1053b)의 적어도 일부에는, 제1 도전형 전극(1052a, 1052b)이 각각 형성될 수 있다. 즉, 언도프된 반도체층(1059)은, 제1 도전형 반도체층(1053a, 1053b)을 전체적으로 덮도록 이루어지지 않고, 일부만 덮도록 이루어지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1도전형 전극(1052a, 1052b) 및 제1도전형 반도체층(1053a, 1053b)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(1056a, 1056b) 및 제2도전형 반도체층(1055a, 1055b)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 p형이 되고 제2도전형이 n형이 되는 예시도 가능하다.
나아가, 제1 및 제2 발광부(1050a, 1050b)의 제1 도전형 전극(1052a, 1052b)은 도시와 같이, 언도프된 반도체층(1059)을 중앙에 두고, 양측에 배치될 수 있다.
도 14에 도시된 것과 같이, 제1 발광부(1050a)에 포함된 제1 도전형 전극(1053a)은, 제1 서브 전극(1040a)과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 발광부(1050b)에 포함된 제1 도전형 전극(1053b)은 제2 서브 전극(1040b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 14에는 리페어 사이트(1050c)에 발광부(또는 반도체 발광소자)가 추가적으로 배치되지 않은 것을 도시한 것이나, 리페어 사이트(1050c)에 발광부가 추가적으로 구비되는 경우에는, 추가적으로 구비된 발광부와, 제3 서브 전극(1040c)이 전기적으로 연결될 수도 있다.
한편, 앞서 살펴본 것과 같이, 동일한 서브 픽셀부(1060)에 포함된 복수의 발광부들(1050a, 1050b)은, 베이스 전극(1040d)으로부터, 분기하는 복수의 서브 전극들(1040a, 1040b)을 통해 전달되는 신호에 기반하여 발광하도록 이루어진다.
도 14에 도시된 것과 같이, 제1 발광부(1050a)에 포함된 제1 도전형 전극(1052a)은 제1 서브 전극(1040a)과 전기적으로 연결되고, 제2 발광부(1050b)에 포함된 제1 도전형 전극(1052b)은 제2 서브 전극(1040b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 도 15에 도시된 것과 같이, NG셀에 해당하는 발광부를 제거하기 위하여, 언도프된 반도체층(1059)에 레이저(laser)를 조사하여, 제1 및 제2 발광부(1050a, 1050b)를 물리적으로 분리시킬 수 있다.
이때, 레이저 어블레이션(laser ablation)이 이용되며, 이를 통해, 도 15a의 (a), (b) 및 (c)에 도시된 것과 같이, 레이저가 조사된 언도프된 반도체층(1059)의 단면(1059a)에서는 크랙(crack)이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, NG셀에 해당하는 발광부가 존재하는 경우, 도 15의 (b)에 도시된 것과 같이, 언도프된 반도체층(1059)을 레이저 어블레이션(laser ablation)이용하여, 균열시킨 뒤, 도 15의 (c)에 도시된 것과 같이, NG셀에 해당하는 발광부(예를 들어, 제2 발광부(1050b)에 적층된 언도프된 반도체층까지 포함하는 제2 발광부(1050b))를 제거할 수 있다.
그리고, 도 15의 (c)에 도시된 것과 같이, 리페어 사이트(1050c)에 새로운 반도체 발광소자를 삽입할 수 있다.
이를 통해, 서브 픽셀부(1060)에는 결함이 없는 적어도 2개의 발광부가 구비되어, 다른 서브 픽셀부(1060)와 동일한 밝기의 빛을 방출시킬 수 있다.
한편, 이상에서는, 결함 있는 발광부를 제거하는 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명에서는, 결함 있는 발광부를 제거하지 않고, 그대로 유지시킨 채, 리페어 사이트에 새로운 반도체 발광소자를 삽입하는 것 또한 가능하다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 적어도 하나의 반도체층을 공유하는 복수의 반도체 발광소자를 하나의 단위셀(서브 픽셀부)에 포함시킬 수 있다. 즉, 단위 셀에는 물리적으로 분리된 복수의 반도체 발광소자가 아닌, 하나의 반도체 층을 공유하는 복수의 반도체 발광소자가 구비됨으로써, 기판으로의 전사 시 공정의 복잡도가 줄어들 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 단위 셀 내에 빈 공간을 두어, 결함이 있는 반도체 발광소자가 포함된 단위 셀에 구비된 빈 공간 내에, 새로운 반도체 발광소자를 배치시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 단위 셀 내에 결함이 있는 반도체 발광소자가 포함되어 있더라도, 이를 대체할 수 있는 반도체 발광 소자를 추가적으로 배치함으로써, 결함 있는 반도체 발광소자의 교체를 원활하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 단위 셀 내에 포함된 복수의 반도체 발광 소자 및 빈 공간으로 각각 분기하는 서브 전극을 두어, 결함 있는 반도체 발광소자를 제거하거나, 빈 공간에 새로운 반도체 발광소자를 배치하더라도, 추가적인 배선을 수행하지 않음으로써, 보다 편하게 반도체 발광소자를 제거 및 교체할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서, 서브 픽셀부에 구비되는 발광부들, 즉, 반도체 발광소자는 다양한 구조로 변형될 수 있으며, 이에 대한 예들을 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다. 도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 다른 예의 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도들이다.
일 예로서, 도 16에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 발광부(2050a, 2050b)는 언도프된 반도체층(2059)에 적층되며, 서로 이격된 제1 도전형 반도체층(2053a, 2053b), 제1 도전형 반도체층(2053a, 2053b에 적층되는 활성층(2054a, 2054b) 및 활성층에 적층되는 제2 도전형 반도체층(2055a, 2055b)를 구비할 수 있다.
제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층(2053a, 2053b, 2054a, 2054b, 2055a, 2055b)은, 언도프된 반도체층(2059) 상에서 홈을 사이에 두고 서로 이격 배치된다.
도시와 같이, 언도프된 반도체층(2059)는 제1 도전형 반도체층(2053a, 2053)의 일 측에 형성될 수 있다. 이 때, 제1 도전형 반도체층(2053a, 2053)의 타측에는 제1 도전형 전극(2052a, 2052b)가 각각 형성될 수 있다.
나아가, 제2 도전형 반도체층(2055a, 2055b)의 일면상에는 제2 도전형 전극(2056a, 2056b)이 형성된다.
도시와 같이, 제1 도전형 반도체층(2053a, 2053b)의 일면에는 언도프된 반도체층(2059)이 형성되고, 타면에는, 활성층(2054a, 2054b)이 적층될 수 있다.
나아가, 언도프된 반도체층(2059)이 형성된 제1 도전형 반도체층(2053a, 2053b)의 일측과 마주보는 타측에는, 제1 도전형 전극(2052a, 2052b)이 각각 형성될 수 있다. 즉, 언도프된 반도체층(2059)은, 제1 도전형 반도체층(2053a, 2053b)을 전체적으로 덮도록 이루어지지 않고, 일부만 덮도록 이루어지도록 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1 도전형 반도체층(2053a, 2053b)의 일면에는 언도프된 반도체층(2059) 및 제1 도전형 전극(2052a, 2052b) 형성되고, 타면에는, 활성층(2054a, 2054b)이 적층될 수 있다.
또한, 상기 제1도전형 전극(2052a, 2052b) 및 제1도전형 반도체층(2053a, 2053b)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(2056a, 2056b) 및 제2도전형 반도체층(2055a, 2055b)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 p형이 되고 제2도전형이 n형이 되는 예시도 가능하다. 비록 도시되지는 않았으나, 제1 도전형 전극(2052a, 2052b)은, 앞서 살펴본 제2 전극부(1040, 도 10 참조)에 구비된 서브전극들과 전기적으로 각각 연결될 수 있다.
다른 예로서, 도 17에 도시된 것과 같이, 제1 및 제2 발광부(3050a, 3050b)는 언도프된 반도체층(2059)에 적층되며, 서로 이격된 제1 도전형 반도체층(3053a, 3053b), 제1 도전형 반도체층(3053a, 3053b에 적층되는 활성층(3054a, 3054b) 및 활성층에 적층되는 제2 도전형 반도체층(3055a, 3055b)를 구비할 수 있다.
제1 도전형 반도체층, 활성층, 제2 도전형 반도체층(3053a, 3053b, 3054a, 3054b, 3055a, 3055b)은, 언도프된 반도체층(3059) 상에서 홈을 사이에 두고 서로 이격 배치된다.
나아가, 제1 도전형 반도체층(3053a, 3053b)의 일면은 언도프된 반도체층(3059)이 형성되고, 타면에는 활성층(3054a, 3054b) 및 제1 도전형 전극(3052a, 3052b)가 형성될 수 있다.
또한, 도시와 같이, 제2 도전형 반도체층(2055a, 2055b)의 일면상에는 제2 도전형 전극(3056a, 3056b)이 형성된다.
도시와 같이, 제1 발광부(3050a)의 제1 및 제2 도전형 전극(3052a, 3056a)은 수평방향으로 이격배치되며, 마찬가지로, 제2 발광부(3050b)의 제1 제2 도전형 전극(3052b, 3056b) 또한, 수평방향으로 이격배치될 수 있다.
또한, 상기 제1도전형 전극(3052a, 3052b) 및 제1도전형 반도체층(3053a, 3053b)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(3056a, 3056b) 및 제2도전형 반도체층(3055a, 3055b)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 p형이 되고 제2도전형이 n형이 되는 예시도 가능하다. 비록 도시되지는 않았으나, 제1 도전형 전극(3052a, 3052b)은, 앞서 살펴본, 제2 전극부(1040, 도 10 참조)에 구비된 서브전극들과 전기적으로 각각 연결될 수 있다.
한편, 이상의 실시 예들에서는, 언도프된 반도체층을 공유하는 발광부에 대하여 살펴보았다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 단일의 도전형 반도체층을 공유하는 복수의 발광부를 구비할 수 있으며, 이하에서는, 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다. 도 18 및 도 19는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A의 부분의 확대도이다.
도 18 및 도 19에의하면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(4000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(4000)는 기판(4010), 서브 픽셀부(4060) 및 서브 픽셀부(4060)를 형성하는 복수의 반도체 발광소자(4050)를 포함한다.
기판(4010)은 박막 트랜지스터 어레이 기판으로서, 유리 또는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있다.
상기 기판(4010)은 서브 픽셀부(4060)에 전원을 공급하는 제1 및 제2 전극부(4020, 4040)가 구비된다.
또한, 기판(4010)에는, 서브 픽셀부(4060)에 전원공급 및 데이터 신호 전달을 제어하는 구동부(4070)가 구비되며, 이러한 구동부(4070)는 제1 및 제2 전극부(4020, 4040)를 통해, 서브 픽셀부(4060)와 전기적으로 연결되도록 형성된다. 구동부(4070)는 구동 박막 트랜지스터일 수 있으며, 그 외에, 다양한 종류의 스위칭 소자일수 있다. 본 명세서에 따른 도면에서 구동부(4070)는 개략적으로 나타내어지며, 하나의 구동부(4070)는 하나의 서브 픽셀부(4060)에 구동전원을 공급하여, 서브 픽셀부(4060) 단위의 제어를 수행할 수 있다.
기판(4010) 상에는, 구동부(4070)와 서브 픽셀부(4060) 간의 전기적인 연결 및 구동 전원 공급을 위하여, 복수의 게이트 라인(GL), 복수의 데이터 라인(DL), 복수의 구동 전원 라인(PL), 복수의 공통 전원 라인(CL)이 배치될 수 있으며, 본 명세서에서는 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
본 발명에서, 제1 전극부(4020)는 공통 전극, 공통 전원 라인의 역할을 하도록 이루어지고, 제2 전극부(4040)는 데이터 전극, 데이터 라인(DL)의 역할을 하도록 이루어질 수 있다. 또한, 그 반대의 역할을 하도록 이루어질 수도 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 서브 픽셀부(4060)는, 실제 빛이 발광되는 최소 단위의 영역으로서, 서브 픽셀부(4060)는, 동일한 색상의 빛을 출력하도록 형성되며, 홈을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 발광부(4050a, 4050b)를 구비하도록 형성된다.
인접한 적어도 3개의 서브 픽셀부는 컬러 표시를 위한 하나의 단위 픽셀(또는 단위 화소)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 하나의 단위 픽셀은 인접한 적색의 서브 픽셀부, 녹색의 서브 픽셀부 및 청색의 서브 픽셀부를 포함하며, 휘도 향상을 위해 백색의 화소를 더 포함할 수도 있다.
나아가, 서브 픽셀부(4060)의 외면에는 형광체층(4080)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 서브 픽셀부(4060)에 포함된 발광부, 즉, 반도체 발광 소자는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(4080)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(4080)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(4081) 또는 녹색 형광체(4082)가 될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 제1 서브 픽셀부 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(4081)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 제1 서브 픽셀부와 인접한 제2 서브 픽셀부 상에 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(4082)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 서브 픽셀부가 하나의 화소를 이룰 수 있다.
보다 구체적으로, 도 18에 도시된 것과 같이, 열방향을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다.
이 경우, 하나의 서브 픽셀부(1060)에는 동일한 색상의 형광체층이 도포되며, 따라서, 서브 픽셀부에 구비된 발광부들에는, 상기 제1 및 제2 발광부(4050a, 4050b)에는, 상기 제1 및 제2 발광부(4050a, 4050b)에서 출력되는 빛이 동일한 색상으로 변환되도록, 동일한 물질의 형광체가 적층될 수 있다.
나아가, 도시와 같이, 형광체층은, 리페어 사이트(4050c)상에도 적층되도록 형성될 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)의 단위 화소들을 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(4091)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(4091)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 서브 픽셀부(4060)에 대하여 보다 구체적으로 살펴본다.
앞서 살펴본 것과 같이, 서브 픽셀부(4060)는 제1 및 제2 발광부(4050a, 4050b), 그리고 추가적인 발광부(또는 반도체 발광소자)가 배치될 수 있는 빈 공간(또는 리페어 사이트, 4050c)를 포함하도록 이루어진다.
도시에서는, 서브 픽셀부(4060)가 두개의 발광부(4050a, 4050b)를 구비한 것으로 나타내었으나, 본 발명에서는 이에 한정되지 않고, 서브 픽셀부(4060)에 더 많은 발광부가 구비될 수 있다. 본 발명에서 발광부는 반도체 발광소자로도 명명될 수 있다.
본 발명에 따른 서브 픽셀부에 구비된 제1 및 제2 발광부(4050a, 4050b)는 각각, 제1 및 제2 도전형 반도체층(4053, 4055a, 4055b), 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(4053, 4055a, 4055b) 사이에 형성되는 활성층(4054a, 4054b), 상기 제1 도전형 반도체층(4053)의 일면상에 형성되는 제1 도전형 전극(4052a, 4052b) 및 상기 제2 도전형 반도체층(4055a, 4055b)의 일면상에 형성되는 제2 도전형 전극(4056a, 4056b)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 발광부(4050a, 4050b)의 상기 제1 도전형 반도체층(4053)은 단일의 반도체층을 형성한다.
따라서, 제1 발광부(4050a)의 상기 제2 도전형 반도체층(4055a), 활성층(4054a) 및 제2 도전형 전극(4056a)과, 상기 제2 발광부(4050b)의 상기 제2 도전형 반도체층(4055b), 활성층(4054b) 및 제2 도전형 전극(4056b)는, 상기 단일의 제1 도전형 반도체층(4053) 상에서 홈을 사이에 두고 서로 이격되도록 형성된다.
상기 단일의 제1 도전형 반도체층(4053)의 일면에는 상기 제1 및 제2 발광부의 활성층(4054a, 4054b)이 형성되고, 상기 단일의 제1 도전형 반도체층(4053)의 타면에는, 상기 제1 및 제2 발광부(4050a, 4050b)의 제1 도전형 전극(4052a, 4052b)이 각각 구비될 수 있다. 상기 제1 도전형 전극(4052a, 4052b)은, 상기 제1 도전형 반도체층(4053)의 타면상에서 양측에 각각 구비되도록 이루어진다.
한편, 제2 전극부(4040) 또는 배선 전극은, 상기 제1 및 제2 발광부(4050a, 4050b)에 동일한 전기 신호를 전달하는 베이스 전극(4040-1), 상기 베이스 전극(4040-1)에서 연장되어, 상기 제1 발광부(4050a)와 전기적으로 연결되는 제1 서브 전극(4040a), 상기 베이스 전극(4040-1)에서 연장되어, 상기 제2 발광부(4050b)와 전기적으로 연결되는 제2 서브 전극(4040b)을 포함할 수 있다.
나아가, 배선 전극(또는 제2 전극부(4040))은 상기 베이스 전극(4040-1)에서 연장되어, 리페어 사이트(4050c)를 향하는, 제3 서브 전극(4040c)를 더 포함하도록 이루어질 수 있다. 본 발명에서 배선전극에 구비된 서브 전극들은, 서브 픽셀부에 구비된 발광부의 수 및 리페어 사이트의 수에 비례하여 구비될 수 있다.
제1 내지 제3 서브 전극들(4040a, 4040b, 4040c)에는, 각각 동일한 데이터 신호가 전달될 수 있으며, 서브 픽셀부(4060)에 구비된 발광부들은, 상기 동일한 데이터 신호에 기반하여 발광되도록 이루어진다.
한편, 제1 및 제2 서브 전극(4040a, 4040b)는, 베이스 전극(4040-1)으로부터 연장되어, 각각의 발광부들과 전기적으로 연결되는데, 특히 각각의 발광부에 구비된 특정 도전형 반도체층에 구비된 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 18 및 도 19에는 리페어 사이트(4050c)에 발광부(또는 반도체 발광소자)가 추가적으로 배치되지 않은 것을 도시한 것이나, 리페어 사이트(1050c)에 발광부가 추가적으로 구비되는 경우에는, 추가적으로 구비된 발광부와, 제3 서브 전극(4040c)이 전기적으로 연결될 수도 있다.
한편, 앞서 살펴본 것과 같이, 동일한 서브 픽셀부(4060)에 포함된 복수의 발광부들(4050a, 4050b)은, 베이스 전극(4040-1)으로부터, 분기하는 복수의 서브 전극들(4040a, 4040b)을 통해 전달되는 신호에 기반하여 발광하도록 이루어진다.
제1 발광부(4050a)에 포함된 제1 도전형 전극(4052a)은 제1 서브 전극(4040a)과 전기적으로 연결되고, 제2 발광부(4050b)에 포함된 제1 도전형 전극(4052b)은 제2 서브 전극(4040b)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, NG셀에 해당하는 발광부를 제거하기 위하여, 단일의 제1 도전형 반도체층(1053)에 레이저(laser)를 조사하여, 제1 및 제2 발광부(4050a, 4050b)를 물리적으로 분리시킬 수 있다.
이때, 레이저 어블레이션(laser ablation)이 이용되며, 비록 도시되지는 않았지만, 레이저가 조사된 단일의 제1 도전형 반도체층(4053)의 단면(1059a)에서는 크랙(crack)이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, NG셀에 해당하는 발광부가 존재하는 경우, 단일의 제1 도전형 반도체층(4053)을 레이저 어블레이션(laser ablation)이용하여, 균열시킨 뒤, NG셀에 해당하는 발광부를 제거할 수 있다.
그리고, 리페어 사이트(4050c)에 새로운 반도체 발광소자를 삽입할 수 있다.
이를 통해, 서브 픽셀부(4060)에는 결함이 없는 적어도 2개의 발광부가 구비되어, 다른 서브 픽셀부(4060)와 동일한 밝기의 빛을 방출시킬 수 있다.
한편, 이상에서는, 결함 있는 발광부를 제거하는 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명에서는, 결함 있는 발광부를 제거하지 않고, 그대로 유지시킨 채, 리페어 사이트에 새로운 반도체 발광소자를 삽입하는 것 또한 가능하다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 적어도 하나의 반도체층을 공유하는 복수의 반도체 발광소자를 하나의 단위셀(서브 픽셀부)에 포함시킬 수 있다. 즉, 단위 셀에는 물리적으로 분리된 복수의 반도체 발광소자가 아닌, 하나의 반도체 층을 공유하는 복수의 반도체 발광소자가 구비됨으로써, 기판으로의 전사 시 공정의 복잡도가 줄어들 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 단위 셀 내에 빈 공간을 두어, 결함이 있는 반도체 발광소자가 포함된 단위 셀에 구비된 빈 공간 내에, 새로운 반도체 발광소자를 배치시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 단위 셀 내에 결함이 있는 반도체 발광소자가 포함되어 있더라도, 이를 대체할 수 있는 반도체 발광 소자를 추가적으로 배치함으로써, 결함 있는 반도체 발광소자의 교체를 원활하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 단위 셀 내에 포함된 복수의 반도체 발광 소자 및 빈 공간으로 각각 분기하는 서브 전극을 두어, 결함 있는 반도체 발광소자를 제거하거나, 빈 공간에 새로운 반도체 발광소자를 배치하더라도, 추가적인 배선을 수행하지 않음으로써, 보다 편하게 반도체 발광소자를 제거 및 교체할 수 있다.

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 서브 픽셀부;
    상기 서브 픽셀부와 전기적으로 연결되도록 형성되는 배선전극을 포함하고,
    상기 서브 픽셀부는,
    동일한 색상의 빛을 출력하도록 형성되며, 홈을 사이에 두고 이격 배치되는 제1 및 제2 발광부를 구비하며,
    상기 배선 전극은,
    상기 제1 및 제2 발광부에 동일한 전기 신호를 전달하는 베이스 전극,
    상기 베이스 전극에서 연장되어, 상기 제1 발광부와 전기적으로 연결되는 제1 서브 전극, 및
    상기 베이스 전극에서 연장되어, 상기 제2 발광부와 전기적으로 연결되는 제2 서브 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서브 픽셀부는,
    언드프된 반도체 층을 더 구비하고,
    상기 제1 및 제2 발광부는, 상기 홈을 사이에 두고, 상기 언도프된 반도체 층에 각각 적층되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 언도프된 반도체층에 적층된 상기 제1 및 제2 발광부는, 각각
    제1 및 제2 도전형 반도체층;
    상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 형성되는 활성층;
    상기 제1 도전형 반도체층의 일면상에 형성되는 제1 도전형 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층의 일면상에 형성되는 제2 도전형 전극을 포함하며,
    상기 제1 발광부에 포함된 제1 도전형 전극은 상기 제1 서브 전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 발광부에 포함된 제1 도전형 전극은 상기 제2 서브 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 언도프된 반도체층의 적어도 일부에는 크랙이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 크랙에 의해서, 상기 제1 및 제2 발광부가 물리적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서브 픽셀부는,
    반도체 발광소자가 배치될 수 있는 적어도 하나의 리페어 사이트를 구비하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배선 전극은, 상기 베이스 전극에서 연장되어 상기 리페어 사이트를 향하도록 형성되는 제3 서브 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광부는,
    상기 베이스 전극을 통해 상기 제1 및 제2 서브 전극 각각으로 전달되는 동일한 데이터 신호에 기반하여, 발광되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 서브 픽셀부의 적어도 일부를 덮도록 형성되며, 상기 서브 픽셀부에 구비된 상기 제1 및 제2 발광부에서 출력되는 빛의 색상을 변환하도록 형성되는 형광체층을 더 포함하고,
    상기 제1 및 제2 발광부에는,
    상기 제1 및 제2 발광부에서 출력되는 빛이 동일한 색상으로 변환되도록, 동일한 물질의 형광체가 적층되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 형광체층은 상기 서브 픽셀부에 구비된 리페어 사이트를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광부는 각각,
    제1 및 제2 도전형 반도체층;
    상기 제1 및 제2 도전형 반도체층 사이에 형성되는 활성층;
    상기 제1 도전형 반도체층의 일면상에 형성되는 제1 도전형 전극; 및
    상기 제2 도전형 반도체층의 일면상에 형성되는 제2 도전형 전극을 포함하며,
    상기 제1 및 제2 발광부의 상기 제1 도전형 반도체층은 단일의 반도체층을 형성하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 발광부의 상기 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 전극과,
    상기 제2 발광부의 상기 제2 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 전극은,
    상기 단일의 제1 도전형 반도체층 상에서 홈을 사이에 두고 서로 이격되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 단일의 제1 도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1 및 제2 발광부의 활성층이 형성되고,
    상기 단일의 제1 도전형 반도체층의 타면에는, 상기 제1 및 제2 발광부의 제1 도전형 전극이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 발광부의 제1 도전형 전극은, 상기 단일의 제1 도전형 반도체층의 타면상에서 양측에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 단일의 제1 도전형 반도체층의 적어도 일부에는 크랙이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 크랙에 의해서, 상기 제1 및 제2 발광부의 전기적인 연결이 단절되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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