KR20210063056A - 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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이병준
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 있어서, 복수의 구획된 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하는 공통의 제2 전극; 및 상기 각각의 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기적으로 연결되어 개별 픽셀을 구성하는 다수의 서브 픽셀들을 포함하고, 상기 서브 픽셀들은, 제1 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제1 서브 픽셀; 제2 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제2 서브 픽셀; 제3 색상의 광을 방출하고 무기 발광 소자를 포함하는 제3 서브 픽셀; 및 상기 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 유기 발광 소자를 포함하는 제4 서브 픽셀을 포함할 수 있다.

Description

발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 {DISPLAY DEVICE USING LIGHT EMITTING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 디스플레이 장치 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술 분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)와 OLED(Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 있고, OLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않다는 문제점이 있다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 것으로 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 디스플레이를 구현하여, 전술한 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다. 상기 반도체 발광 소자는 필라멘트 기반의 발광 소자에 비해 긴 수명, 낮은 전력 소모, 우수한 초기 구동 특성, 및 높은 진동 저항 등의 다양한 장점을 가진다.
한편, 일반적으로 알려진 바와 같이, OLED 디스플레이는 재료가 가지고 있는 유기물 특성상 "빛", "열" 및 "수분" 특성에 매우 취약하여 OLED 발광층의 열화 현상이 일어나기 쉬운 문제점이 있다. 그러나 이러한 열화 현상에 대한 획기적 개선은 어려운 상황이다. 따라서, 위와 같이, 백색(W) 서브 픽셀을 추가하는 등의 구조 개선을 통하여 밝기를 개선하는 등의 시도가 이루어지고 있다.
이러한 OLED 디스플레이의 휘도의 열화는 OLED에서 방출되는 빛의 파장이 짧을수록 더 커지는 특성을 보인다. 즉, 청색 물질(Blue 유기 발광층)의 경우에 시간에 따라서 더 큰 열화 특성을 보인다.
이러한 청색 물질의 열화 현상은 디스플레이 화면에 황변 현상이 발생되는 문제점을 보일 수 있다. 즉, 디스플레이 화면이 전체적으로 황색 기운을 띠게 되는 것이다. 이는 청색 물질의 열화 현상에 의하여 청색 광의 휘도 감소에 따른 적색 편이(Red shift) 현상에 기인한다고 볼 수 있다.
따라서, 이러한 OLED 디스플레이의 문제점을 극복할 필요성이 대두된다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 유기 발광 소자의 장점을 유지하면서 신뢰성을 획기적 개선할 수 있는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 유기 발광 소자 디스플레이의 청색 화소 열화에 따른 적색 편이 현상을 해결할 수 있는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1관점으로서, 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 있어서, 복수의 구획된 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하는 공통의 제2 전극; 및 상기 각각의 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기적으로 연결되어 개별 픽셀을 구성하는 다수의 서브 픽셀들을 포함하고, 상기 서브 픽셀들은, 제1 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제1 서브 픽셀; 제2 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제2 서브 픽셀; 제3 색상의 광을 방출하고 무기 발광 소자를 포함하는 제3 서브 픽셀; 및 상기 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 유기 발광 소자를 포함하는 제4 서브 픽셀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 무기 발광 소자의 적어도 일측면에는 전도성 접착층이 위치할 수 있다.
또한, 상기 전도성 접착층은 백색 또는 흑색일 수 있다.
또한, 상기 전도성 접착층은 상기 제1 색상 내지 제3 색상 중 어느 하나의 색상의 염료를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제5 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 색상은 청색일 수 있다.
또한, 상기 제3 서브 픽셀 및 상기 제4 서브 픽셀 중 적어도 어느 하나의 크기는 상기 제1 서브 픽셀 또는 상기 제2 서브 픽셀보다 작을 수 있다.
또한, 상기 유기 발광 소자와 상기 무기 발광 소자의 높이 차이를 보상하기 위한 높이 보상층을 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2관점으로서, 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 있어서, 복수의 구획된 제1 전극; 상기 제1 전극 상에 위치하는 공통의 제2 전극; 상기 각각의 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기적으로 연결되어 개별 픽셀을 구성하는 다수의 서브 픽셀들, 상기 서브 픽셀들은, 제1 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제1 서브 픽셀; 제2 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제2 서브 픽셀; 제3 색상의 광을 방출하고 무기 발광 소자를 포함하는 제3 서브 픽셀을 포함하고; 및 상기 유기 발광 소자와 상기 무기 발광 소자의 높이 차이를 보상하기 위한 높이 보상층을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 유기 발광 소자와 무기 발광 소자를 조합하여 배열하는 하이브리드 발광 어레이 구조를 제공할 수 있다.
또한, 하이브리드 발광 어레이 구조를 가지는 디스플레이 장치는 유기 발광 소자의 장점을 유지하면서 신뢰성을 획기적 개선할 수 있다.
이와 같이, OLED를 이용하는 디스플레이 장치의 큰 문제점 중의 하나를 극복할 수 있고, 이에 따라 제품성 및 품질 등을 크게 향상시킬 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 여기에서 언급하지 않은 추가적인 기술적 효과들도 있다. 당업자는 명세서 및 도면의 전취지를 통해 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 절단된 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 여러 가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 절단된 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 10a는 유기 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 화소 구조를 나타내는 개략도이다.
도 10b는 유기 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 화소의 열화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 화소 구조를 나타내는 개략도이다.
도 12는 도 11의 A - A선 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 화소 구조를 나타내는 개략도이다.
도 17은 도 16의 C - C선 단면도이다.
도 18 내지 도 20은 전도성 접착층으로 색상을 구현하여 디스플레이 색상 특성을 구현하는 예를 나타내는 도이다.
도 21 내지 도 28은 본 발명의 제1 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 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 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 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.
나아가, 설명의 편의를 위해 각각의 도면에 대해 설명하고 있으나, 당업자가 적어도 2개 이상의 도면을 결합하여 다른 실시예를 구현하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.
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 장치는 단위 화소 또는 단위 화소의 집합으로 정보를 표시하는 모든 디스플레이 장치를 포함하는 개념이다. 따라서 완성품에 한정하지 않고 부품에도 적용될 수 있다. 예를 들어 디지털 TV의 일 부품에 해당하는 패널도 독자적으로 본 명세서 상의 디스플레이 장치에 해당한다. 완성품으로는 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, 데스크 탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품 형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술 분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
또한, 당해 명세서에서 언급된 반도체 발광 소자는 LED, 마이크로 LED 등을 포함하는 개념이며, 혼용되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일실시예를 나타내는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)의 제어부(미도시)에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는, 예를 들어, 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 또는 구부러질 수 있는, 또는 비틀어질 수 있는, 또는 접힐 수 있는, 또는 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다.
나아가, 플렉서블 디스플레이는, 예를 들어 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 또는 구부리거나, 또는 접을 수 있거나 또는 말려질 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 이러한 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률 반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 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. 여기서 단위 화소는, 예를 들어 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
이러한 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 소자를 예시한다. 발광 소자의 일례는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 들 수 있다. 이러한 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이와 같은 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여, 이하 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 절단된 단면도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 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.
도 2에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 적어도 하나의 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, 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 이 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 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, 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. 전극홀(171)은 비아홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
도 2 또는 도 3a에 도시된 바와 같이, 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.
전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 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. 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기 절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
이방성 전도성 필름은 이방성 전도 매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도 매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법이 적용될 수도 있다. 전술한 다른 방법은, 예를 들어, 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 이방성 전도 매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 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 높이 차에 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.
이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스 부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 절연성 베이스 부재의 바닥 부분에 집중적으로 배치되며, 베이스 부재에서 열 및 압력이 가해지면 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직 방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스 부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합 형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 파티클 혹은 나노 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도 3a를 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격되어 절연층(160)에 위치한다. 즉, 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, 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chiptype)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 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 도 3a 및 도 3b에 도시된, 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 p 형 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 휘도 값이 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 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, 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(190)이 위치할 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 베이스 부재가 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 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. 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 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 상에 청색광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)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 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 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러 가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주재료로 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(R), 녹색(G) 및 청색(B) 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 소자(150a)는 황색 형광체층이 개별 소자 마다 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, 반도체 발광 소자(150b)는 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(184), 녹색 형광체층(185), 및 청색 형광체층(186)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전 영역에 사용 가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용 가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자는 전도성 접착층 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다.
이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150, 150a, 150b)의 크기는 예를 들어, 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20×80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150, 150a, 150b)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다.
따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한 변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자(150, 150a, 150b)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다.
따라서, 이러한 경우, HD화질 이상의 고화질을 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 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 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, 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.
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, 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 마주하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광 소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
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 열 압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF 프레스 헤드를 적용하여 열 압착할 수 있다. 열 압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열 압착에 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 발광 소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광 소자(150)가 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 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, 반도체 발광 소자(150)의 일 면에 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 청색 반도체 발광 소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법이나 구조는 여러 가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다.
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 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
이러한 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 적어도 하나의 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. 제1 전극(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(Anisotropy Conductive Film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시 예에서도 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, 반도체 발광 소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이때, 반도체 발광 소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께 방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께 방향으로 전도성을 가지는 부분과 전도성을 가지지 않는 부분으로 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 예를 들어, 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 예를 들어, 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
이러한 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, 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 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 상에 청색광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)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 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, 연결 전극이 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 제2전극(240)은 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.
다시 도 8을 참조하면, 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, 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.
다시 도 8을 참조하면, 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, 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 격벽(290)을 형성할 수 있다.
또한, 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, 격벽(290)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 사이 사이에 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, 도 8에 도시된 바와 같이, 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.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에서는 반도체 발광 소자가 플립 칩 타입으로 배선 기판에 배치되어 개별 화소로 이용된다.
도 10a는 유기 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 화소 구조를 나타내는 개략도이다.
도 10a를 참조하면, 유기 발광 소자(Organic light emitting device)를 이용한 디스플레이 장치의 화소(픽셀) 구조의 일례를 도시하고 있다.
여기서 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Device)의 일례로서 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED)를 들 수 있다. 이하, 유기 발광 소자는 유기 발광 다이오드인 것으로 설명한다.
OLED는 양전극(Anode) 및 음전극(Cathode) 사이에 배치되어 이들에 전기적으로 접속되는 적어도 하나의 유기층을 포함할 수 있다. 전류가 인가되면, 양전극은 정공을 유기층에 주입하고, 음전극은 전자를 주입한다.
이와 같이 주입된 정공 및 전자는 각각 반대로 하전된 전극을 향하여 이동한다. 전자 및 정공이 동일한 분자 상에 편재화되는 경우, 여기된 에너지 상태를 갖는 편재화된 전자 정공 쌍인 "엑시톤(exciton)"이 형성된다. 엑시톤이 광발광 메커니즘에 의하여 천이될 경우 광이 방출된다.
즉, 이러한 유기 발광 다이오드(OLED) 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 차단층, 발광층, 정공 차단층, 전자 수송층, 전자 주입층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하, 이러한 OLED에 대한 구체적인 구조의 설명은 생략한다.
다시 도 10a를 참조하면, OLED의 단위 화소(픽셀)는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 서브 픽셀로 이루어지며, 여기에 백색(W) 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 즉, 도 10a에서, 단위 픽셀은 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 및 백색(W) 서브 픽셀을 포함하는 네 개의 서브 픽셀로 이루어질 수 있다. 도 10a에서, 단위 픽셀은 수평 방향으로 배치된 네 개의 서브 픽셀을 포함할 수도 있고, 두 열에 배치된 네 개의 서브 픽셀을 포함할 수도 있다.
한편, 일반적으로 알려진 바와 같이, OLED 디스플레이는 재료가 가지고 있는 유기물 특성상 "빛", "열" 및 "수분" 특성에 매우 취약하여 OLED 발광층의 열화 현상이 일어나기 쉬운 문제점이 있다. 그러나 이러한 열화 현상에 대한 획기적 개선은 어려운 상황이다. 따라서, 위와 같이, 백색(W) 서브 픽셀을 추가하는 등의 구조 개선을 통하여 밝기를 개선하는 등의 시도가 이루어지고 있다.
도 10b는 유기 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 화소의 열화 특성을 나타내는 그래프이다.
도 10b를 참조하면, 위에서 설명한 바와 같이, OLED 디스플레이는 재료가 가지고 있는 유기물 특성상 "빛", "열" 및 "수분" 특성에 매우 취약하며, 이는 휘도의 열화로 이어질 수 있다.
또한, 이러한 휘도의 열화는 OLED에서 방출되는 빛의 파장이 짧을수록 더 커지는 특성을 보인다. 즉, 청색 물질(Blue 유기 발광층)의 경우에 시간에 따라서 더 큰 열화 특성을 보임을 알 수 있다.
이러한 청색 물질의 열화 현상은 디스플레이 화면에 황변 현상이 발생되는 문제점을 보일 수 있다. 즉, 디스플레이 화면이 전체적으로 황색 기운을 띠게 되는 것이다. 이는 청색 물질의 열화 현상에 의하여 청색 광의 휘도 감소에 따른 적색 편이(Red shift) 현상에 기인한다고 볼 수 있다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 화소 구조를 나타내는 개략도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 디스플레이 장치의 단위 화소(픽셀)는 제1 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제1 서브 픽셀(R), 제2 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제2 서브 픽셀(G), 제3 색상의 광을 방출하고 무기 발광 소자(LED)를 포함하는 제3 서브 픽셀(Bi) 및 이러한 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제4 서브 픽셀을 포함할 수 있다.
이러한 서브 픽셀들은 각각 복수의 구획된 제1 전극(340; 도 12 참조) 및 이들 제1 전극 상에 위치하는 공통의 제2 전극(370; 도 12 참조) 사이에 전기적으로 연결되어 구성될 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술한다.
구체적인 예를 들면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 디스플레이 장치의 단위 화소(픽셀)는 적색(R), 녹색(G), 청색(Bi) 및 백색(W) 서브 픽셀로 구성될 수 있다. 도 11에서, 단위 픽셀은 수평 방향으로 배치된 네 개의 서브 픽셀을 포함할 수도 있고, 두 열에 배치된 네 개의 서브 픽셀을 포함할 수도 있다.
이때, 적색(R), 녹색(G) 및 백색(W) 서브 픽셀은 유기 발광 다이오드(OLED)로 이루어질 수 있고, 청색(Bi) 화소는 무기 발광 소자(무기 발광 다이오드; LED), 즉, 질화물 계열 반도체(예를 들어, GaN)를 이용하여 이루어질 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 청색 OLED(Blue 유기 발광층)의 경우에 시간에 따라서 더 큰 열화 특성을 보이므로, 청색 OLED은 무기 발광 소자(LED)로 대체하여 단위 픽셀을 구성할 수 있는 것이다.
도 12는 도 11의 A - A선 단면도로서, 본 발명의 제1 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일례를 나타내고 있다.
도 12를 참조하면, AM(active matrix) 구조의 디스플레이 장치(300)를 도시하고 있다. 그러나 본 발명은 AM 구조에 한정되지 않으며, PM(passive matrix) 구조의 디스플레이 장치로도 구현될 수 있음은 물론이다.
도 11을 참조하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(300)는, 복수의 구획된 제1 전극(340), 이들 제1 전극(340) 상에 위치하는 공통의 제2 전극(370) 및 각각의 제1 전극(340) 및 제2 전극(370) 사이에 전기적으로 연결되어 개별 픽셀을 구성하는 다수의 서브 픽셀들(351, 352, 353, 354)을 포함할 수 있다.
이러한 서브 픽셀들은, 제1 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제1 서브 픽셀(351), 제2 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제2 서브 픽셀(352), 제3 색상의 광을 방출하고 무기 발광 소자(LED)를 포함하는 제3 서브 픽셀(354) 및 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제4 서브 픽셀(353)을 포함할 수 있다. 여기서, 각 픽셀과 유기 발광 소자(OLED) 또는 무기 발광 소자(LED)는 동일한 의미일 수 있다. 따라서, 동일한 참조부호를 이용하여 설명할 수 있다.
여기서, 제1 전극(340)은 양전극(애노드; Anode)일 수 있으며, 이러한 제1 전극(340)들은 스위칭 트랜지스터의 역할을 하는 박막 트랜지스터(311)의 드레인 전극(Drain)과 비아(via) 전극(341)을 통하여 연결될 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(310)은 개별 박막 트랜지스터(311)를 포함할 수 있다. 이러한 박막 트랜지스터(311)는 기판(313) 상에 위치하는 게이트 전극(Gate), 이 게이트 전극(Gate) 상에 위치하는 게이트 절연체(Gate Insulator; GI), 이 게이트 절연체(GI) 상에 위치하는 드레인 전극(Drain) 및 소스 전극(Source)을 포함할 수 있다. 이하, 이러한 박막 트랜지스터 기판(310)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
박막 트랜지스터 기판(310) 상에는 절연층(312)이 위치할 수 있고, 이러한 절연층 상에는 제1 평탄화층(320)이 위치할 수 있다.
제1 평탄화층(320) 상에는 개별 박막 트랜지스터(311)와 각각 연결되는 양전극(340)이 배치될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 개별 박막 트랜지스터(311)와 양전극(340)은 절연층(312)과 제1 평탄화층(320)을 관통하는 비아 전극(341)을 통하여 연결될 수 있다.
도 12에서는 위에서 설명한 하나의 개별 픽셀을 이루는 네 개의 서브 픽셀을 도시하고 있다. 즉, 양전극(340) 위에는 각각 제1 색상의 광을 방출하는 제1 서브 픽셀(351), 제2 색상의 광을 방출하는 제2 서브 픽셀(352), 제3 색상의 광을 방출하는 제3 서브 픽셀(354) 및 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 제4 서브 픽셀(353)이 위치할 수 있다.
여기서, 제1 색상은 적색(R)일 수 있고, 제2 색상은 녹색(G)일 수 있고, 제3 색상은 청색(Bi)일 수 있고, 그리고 제4 색상은 백색(W)일 수 있다.
한편, 무기 발광 소자(LED; 354)의 적어도 일측면에는 전도성 접착층(355)이 위치할 수 있다. 즉, LED(354)는 전도성 접착층(355)으로 양전극(340)에 전기적으로 연결되면서 부착될 수 있다. 여기서 전도성 접착층(355)은 위에서 설명한 바와 같다. 즉, 도전볼을 포함한 수지층일 수 있고, 이러한 수지층은 열 또는 빛에 의하여 경화된 수지층일 수 있다.
이때, 전도성 접착층(355)은 특정 색상을 땔 수 있다. 일례로, 전도성 접착층(355)은 백색 또는 흑색일 수 있다. 또한, 다른 예로, 전도성 접착층(355)은 상기 제1 색상 내지 제3 색상 중 어느 하나의 색상의 염료를 포함할 수 있다.
한편, 이러한 각 서브 픽셀들(351, 352, 353, 354)에 대응하는 평탄화층(320)에는 색보정층(130)이 위치할 수 있다. 이러한 색보정층(130)은 각 화소의 색상을 보정할 수 있다.
도 12에서 도시하는 바와 같이, 제3 서브 픽셀(354)을 이루는 무기 발광 소자(LED)는 나머지 서브 픽셀(351, 352, 353)을 이루는 유기 발광 소자(OLED)보다 두께가 두꺼울 수 있다. 따라서, 제1 평탄화층(320) 상에는 이러한 무기 발광 소자(LED)와 유기 발광 소자(OLED) 사이의 높이 차이를 보상하기 위한 높이 보상층(360)이 구비될 수 있다.
일례로, 무기 발광 소자(LED)와 유기 발광 소자(OLED) 사이의 높이 차이가 클 경우, 높이 보상층(360)은 두 층 이상으로 이루어질 수 있다. 도 12에서는, 높이 보상층(360)이 제1 높이 보상층(361) 및 이 제1 높이 보상층(361) 상에 위치하는 제2 높이 보상층(362)을 포함하는 예를 도시하고 있다.
무기 발광 소자(LED)와 유기 발광 소자(OLED) 사이의 높이 차이가 대략 4배 내지 10배에 이를 수 있으며, 이 경우에 여러 차례에 걸쳐서 높이 보상층(360)을 형성하기 유리할 수 있다.
이러한 높이 보상층(360) 상에는 제2 전극(370)이 위치할 수 있다. 또한, 이러한 제2 전극(370)은 각각의 서브 픽셀들(351, 352, 353, 354)과 공통적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 전극(370)은 공통 전극일 수 있다. 이때, 제3 서브 픽셀을 이루는 LED(354)는 수직형 LED일 수 있다. 즉, LED(354)는 서로 반대면인 하측과 상측에 각각 전극이 위치하는 수직형 LED일 수 있다.
이와 같은 높이 보상층(360)의 높이는 적어도 무기 발광 다이오드(LED; 354)의 높이를 가질 수 있다.
제2 전극(370) 상에는 제2 평탄화층(380)이 위치할 수 있다. 위에서 설명한 바와 같이, 무기 발광 소자(LED)와 유기 발광 소자(OLED) 사이의 높이 차이가 발생하므로, 이러한 무기 발광 소자(LED)와 유기 발광 소자(OLED)를 연속적으로 연결하는 제2 전극(370)도 이러한 높이 차이를 가질 수 있다. 따라서, 이러한 높이 차이에 의한 굴곡을 평평하게 하기 위한 제2 평탄화층(380)이 구비될 수 있다.
이러한 제2 평탄화층(380) 상에는 편광층(390)이 위치할 수 있다.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 13을 참조하면, AM(active matrix) 구조의 디스플레이 장치(300)를 도시하고 있다. 그러나 본 발명은 AM 구조에 한정되지 않으며, PM(passive matrix) 구조의 디스플레이 장치로도 구현될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 제2 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(300)는, 복수의 구획된 제1 전극(340), 이들 제1 전극(340) 상에 위치하는 공통의 제2 전극(370) 및 각각의 제1 전극(340) 및 제2 전극(370) 사이에 전기적으로 연결되어 개별 픽셀을 구성하는 다수의 서브 픽셀들(351, 352, 353, 354)을 포함할 수 있다.
도 13에서는 위에서 설명한 하나의 개별 픽셀을 이루는 네 개의 서브 픽셀을 도시하고 있다. 즉, 양전극(340) 위에는 각각 제1 색상의 광을 방출하는 제1 서브 픽셀(351), 제2 색상의 광을 방출하는 제2 서브 픽셀(352), 제3 색상의 광을 방출하는 제3 서브 픽셀(354) 및 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 제4 서브 픽셀(353)이 위치할 수 있다.
여기서, 제1 색상은 적색(R)일 수 있고, 제2 색상은 녹색(G)일 수 있고, 제3 색상은 청색(Bi)일 수 있고, 그리고 제4 색상은 백색(W)일 수 있다.
이때, 청색 광을 방출하는 제3 서브 픽셀(354), 즉, 청색 LED 상에는 퀀텀 탓(356)이 위치할 수 있다. 이러한 퀀텀 닷(356)은 광의 파장의 균일성(uniformity)을 위한 것일 수 있다. 또한, 컬러 보정을 위하여 청색 LED(354)와 청색 퀀텀 닷(Quantum Dot; 356)이 함께 이용될 수 있다.
이러한 청색 광을 발광하는 퀀텀 닷(356)은 청색 LED(354)가 구비된 위치의 제2 전극(370) 상에 위치할 수 있다. 이와 같은 퀀텀 닷(356)은 LED(354)가 유기 발광 소자 디스플레이에 이용될 경우에 청색 LED의 색감이 OLED와 동일해질 수 있도록 보정할 수 있다.
그 외에 설명되지 않은 부분은 도 12를 참조하여 설명한 사항과 동일할 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 14는 본 발명의 제3 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 14를 참조하면, AM(active matrix) 구조의 디스플레이 장치(300)를 도시하고 있다. 그러나 본 발명은 AM 구조에 한정되지 않으며, PM(passive matrix) 구조의 디스플레이 장치로도 구현될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 제3 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(300)는, 복수의 구획된 제1 전극(340), 이들 제1 전극(340) 상에 위치하는 공통의 제2 전극(370) 및 각각의 제1 전극(340) 및 제2 전극(370) 사이에 전기적으로 연결되어 개별 픽셀을 구성하는 다수의 서브 픽셀들(351, 352, 353, 357)을 포함할 수 있다.
도 14에서는 위에서 설명한 하나의 개별 픽셀을 이루는 네 개의 서브 픽셀을 도시하고 있다. 즉, 양전극(340) 위에는 각각 제1 색상의 광을 방출하는 제1 서브 픽셀(351), 제2 색상의 광을 방출하는 제2 서브 픽셀(352), 제3 색상의 광을 방출하는 제3 서브 픽셀(357) 및 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 제4 서브 픽셀(353)이 위치할 수 있다.
여기서, 제1 색상은 적색(R)일 수 있고, 제2 색상은 녹색(G)일 수 있고, 제3 색상은 청색(Bi)일 수 있고, 그리고 제4 색상은 백색(W)일 수 있다.
이때, 청색 광을 방출하는 제3 서브 픽셀(357)은 청색 수평형 LED가 플립칩 본딩되어 구성될 수 있다.
측, 수평형 LED의 위치가 역전되어 두 전극이 하측에 위치하는 상태로 구비되어, LED 중 하나의 전극은 양전극(343)에 연결되고 나머지 하나의 전극은 별도의 음전극(342)에 연결되어 다른 경로를 통하여 제2 전극(370)과 연결될 수 있다.
이때, 도 14에서 도시하는 바와 같이, 제3 서브 픽셀(357)을 이루는 무기 발광 소자(LED)는 나머지 서브 픽셀(351, 352, 353)을 이루는 유기 발광 소자(OLED)보다 두께가 두꺼울 수 있다. 따라서, 제1 평탄화층(320) 상에는 이러한 무기 발광 소자(LED)와 유기 발광 소자(OLED) 사이의 높이 차이를 보상하기 위한 높이 보상층(360)이 구비될 수 있다.
그러나, 이러한 수평형 LED(357)의 두께는 수직형 LED(354)보다는 상대적으로 얇을 수 있다. 따라서, 하나의 높이 보상층(360)으로 무기 발광 소자(LED)와 유기 발광 소자(OLED) 사이의 높이 차이를 보상하는 것이 유리할 수 있다.
한편, 이러한 수평형 LED(357)의 상측이 제2 전극(370)과 연결될 필요가 없으므로, 제2 전극(370) 중 수평형 LED(357)가 위치하는 부분에서는 개구되는 개구부(371)가 구비될 수 있다.
따라서, 이러한 경우에, 높이 보상층(360)을 수평형 LED(357) 두께만큼 형성할 필요가 없고, 높이 보상층(360)의 높이는 더 낮아질 수 있다.
그 외에 설명되지 않은 부분은 도 12를 참조하여 설명한 사항과 동일할 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 15는 본 발명의 제4 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 15를 참조하면, AM(active matrix) 구조의 디스플레이 장치(300)를 도시하고 있다. 그러나 본 발명은 AM 구조에 한정되지 않으며, PM(passive matrix) 구조의 디스플레이 장치로도 구현될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 제4 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(300)는, 복수의 구획된 제1 전극(340), 이들 제1 전극(340) 상에 위치하는 공통의 제2 전극(370) 및 각각의 제1 전극(340) 및 제2 전극(370) 사이에 전기적으로 연결되어 개별 픽셀을 구성하는 다수의 서브 픽셀들(351, 352, 353, 358)을 포함할 수 있다.
도 15에서는 위에서 설명한 하나의 개별 픽셀을 이루는 네 개의 서브 픽셀을 도시하고 있다. 즉, 양전극(340) 위에는 각각 제1 색상의 광을 방출하는 제1 서브 픽셀(351), 제2 색상의 광을 방출하는 제2 서브 픽셀(352), 제3 색상의 광을 방출하는 제3 서브 픽셀(358) 및 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 제4 서브 픽셀(353)이 위치할 수 있다.
여기서, 제1 색상은 적색(R)일 수 있고, 제2 색상은 녹색(G)일 수 있고, 제3 색상은 청색(Bi)일 수 있고, 그리고 제4 색상은 백색(W)일 수 있다.
이때, 청색 광을 방출하는 제3 서브 픽셀(358)은 청색 수평형 LED가 그대로 본딩되어 구성될 수 있다.
측, 수평형 LED의 위치가 그대로 양전극(340)의 일측에 위치하는 상태로 구비되어, LED 중 하나의 전극(358a)은 양전극(343)에 연결되고 나머지 하나의 전극(358b)은 별도의 음전극(342)에 연결되어 다른 경로를 통하여 제2 전극(370)과 연결될 수 있다.
이와 같이, 수평형 LED(358)를 그대로 본딩하는 경우에, LED(358)의 두 전극(358a, 358b)을 전기적으로 분리하기 위한 절연 구조(363, 364, 365)가 더 구비될 수 있다.
이때, 도 15에서 도시하는 바와 같이, 제3 서브 픽셀(358)을 이루는 무기 발광 소자(LED)는 나머지 서브 픽셀(351, 352, 353)을 이루는 유기 발광 소자(OLED)보다 두께가 두꺼울 수 있다. 따라서, 제1 평탄화층(320) 상에는 이러한 무기 발광 소자(LED)와 유기 발광 소자(OLED) 사이의 높이 차이를 보상하기 위한 높이 보상층(360)이 구비될 수 있다.
그 외에 설명되지 않은 부분은 도 12를 참조하여 설명한 사항과 동일할 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 16은 본 발명의 제5 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 화소 구조를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 제5 실시예에 의한 디스플레이 장치의 단위 화소(픽셀)는 제1 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제1 서브 픽셀(R), 제2 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제2 서브 픽셀(G), 제3 색상의 광을 방출하고 무기 발광 소자(LED)를 포함하는 제3 서브 픽셀(Bi) 및 이러한 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제4 서브 픽셀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제5 서브 픽셀(Bo)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제3 색상을 발광하는 픽셀은 두 픽셀일 수 있으며, 이 두 픽셀은 제3 색상의 광을 안정되게 발광할 수 있도록 서로 상보할 수 있다.
이러한 서브 픽셀들은 각각 복수의 구획된 제1 전극(340; 도 17 참조) 및 이들 제1 전극 상에 위치하는 공통의 제2 전극(370; 도 17 참조) 사이에 전기적으로 연결되어 구성될 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술한다.
구체적인 예를 들면, 본 발명의 제5 실시예에 의한 디스플레이 장치의 단위 화소(픽셀)는 적색(R), 녹색(G), 청색(Bi, Bo) 및 백색(W) 서브 픽셀로 구성될 수 있다. 도 16에서, 단위 픽셀은 수평 방향으로 배치된 다섯 개의 서브 픽셀을 포함할 수도 있고, 두 열에 배치된 다섯 개의 서브 픽셀을 포함할 수도 있다.
이때, 적색(R), 녹색(G), 청색(Bo) 및 백색(W) 서브 픽셀은 유기 발광 다이오드(OLED)로 이루어질 수 있고, 다른 청색(Bi) 화소는 무기 발광 소자(무기 발광 다이오드; LED), 즉, 질화물 계열 반도체(예를 들어, GaN)를 이용하여 이루어질 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 청색 OLED(Blue 유기 발광층)의 경우에 시간에 따라서 더 큰 열화 특성을 보이므로, 청색 OLED는 무기 발광 소자(LED)를 이용하여 보완함으로써 단위 픽셀을 구성할 수 있는 것이다.
이때, 도시하는 바와 같이, 제3 서브 픽셀(Bi) 및 제4 서브 픽셀(W)의 크기는 제1 서브 픽셀(R) 또는 제2 서브 픽셀(G)보다 작을 수 있다. 예를 들면, 이때, 제3 서브 픽셀(Bi) 및 제4 서브 픽셀(W)의 크기는 제1 서브 픽셀(R) 또는 제2 서브 픽셀(G)의 절반일 수 있다.
이는 LED의 크기가 OLED보다 작을 수 있기 때문이다. 따라서, 제4 서브 픽셀(W)은 이러한 LED로 구현되는 제3 서브 픽셀(Bi)의 일측에 위치할 수 있다.
도 17은 도 16의 C - C선 단면도로서, 본 발명의 제5 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타내고 있다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 의한 디스플레이 장치의 단위 화소(픽셀)는 제1 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제1 서브 픽셀(351), 제2 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자(OLED)를 포함하는 제2 서브 픽셀(352), 제3 색상의 광을 방출하고 무기 발광 소자(LED)를 포함하는 제3 서브 픽셀(354) 및 제3 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제5 서브 픽셀(356)을 포함할 수 있다.
도 16을 참조하여 설명한 바와 같이, 제5 서브 픽셀(356)은 제2 서브 픽셀(352)과 제3 서브 픽셀(354) 사이에 위치할 수 있다.
이때, 도 16에서, 제4 서브 픽셀의 위치는 도시되지 않는다. 이러한 단면도에서 제4 서브 픽셀의 위치는 제3 서브 픽셀(354)과 겹치게 되어 보이지 않을 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 무기 발광 소자(LED)를 포함하는 제3 서브 픽셀(354) 및 제3 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제5 서브 픽셀(356)은 제3 색상의 광(청색 광)을 안정되게 발광할 수 있도록 서로 상보할 수 있다.
이러한 서브 픽셀들은 각각 복수의 구획된 제1 전극(340) 및 이들 제1 전극 상에 위치하는 공통의 제2 전극(370) 사이에 전기적으로 연결되어 구성될 수 있다.
그 외에 설명되지 않은 부분은 도 12를 참조하여 설명한 사항과 동일할 수 있다. 따라서, 중복되는 설명은 생략한다.
도 18 내지 도 20은 전도성 접착층으로 색상을 구현하여 디스플레이 색상 특성을 구현하는 예를 나타내는 도이다.
위에서 설명한 바와 같이, 무기 발광 소자(LED; 354)의 적어도 일측면에는 전도성 접착층(355)이 위치할 수 있다. 즉, LED(354)는 전도성 접착층(355)으로 양전극(340)에 전기적으로 연결되면서 부착될 수 있다.
이때, 전도성 접착층(355)은 특정 색상을 땔 수 있다.
도 18을 참조하면, 전도성 접착층(355)은 제1 색상 내지 제3 색상 중 어느 하나의 색상의 염료를 포함할 수 있다. 즉, 적색, 녹색 및 청색 색상 중 어느 하나의 색상을 가지는 염료를 포함할 수 있다.
이러한 염료를 포함하는 전도성 접착층(355)은 디스플레이의 특정 특성을 구현할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이의 구현에 있어서 특정 색상 성분이 필요할 경우에, 전도성 접착층(355)이 이러한 색상의 염료를 포함하도록 구현할 수 있다.
또한, 도 19와 같이, 전도성 접착층(355)은 백색이거나 백색 염료를 포함할 수 있다. 이러한 백색의 전도성 접착층(355)은 광 간섭을 차폐할 수 있다. 또한, 이러한 백색의 전도성 접착층(355)을 이용하여 디스플레이의 휘도를 향상시킬 수 있다.
한편, 도 20과 같이, 전도성 접착층(355)은 흑색이거나 흑색 염료를 포함할 수 있다. 이러한 흑색의 전도성 접착층(355)은 광 간섭을 차폐할 수 있다. 또한, 이러한 흑색의 전도성 접착층(355)은 명암비(Contrast)를 향상시킬 수 있다.
도 21 내지 도 28은 본 발명의 제1 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타내는 단면도이다.
이하, 도 21 내지 도 28을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 의한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 단계적으로 설명한다.
먼저, 도 21을 참조하면, 기판(400) 상에 다수의 LED(354)를 제조할 수 있다. 이때, 기판(400)은 사파이어 기판일 수 있고, LED(354)는 질화갈륨(GaN) 계열의 청색 LED일 수 있다. 이러한 LED(354)를 형성하는 구체적인 과정은 생략한다.
이후, 이러한 다수의 LED(354) 중에서 디스플레이 장치에 부착(전사)을 원하는 대상 LED(354) 상에 위에서 설명한 전도성 접착층(355)을 형성한다.
다음에, 도 22를 참조하면, 준비된 박막 트랜지스터 기판(310) 상에 위에서 형성한 기판(400) 상에 제조된 LED(354)를 위치시킨다. 이때, 청색 화소가 위치할 양전극(340) 상에 전도성 접착층(355)이 형성된 LED(354)를 위치시킨다.
이후, 기판(400)을 박막 트랜지스터 기판(310) 상으로 압력을 가하면 전도성 접착층(355) 내의 도전볼이 LED(354)와 양전극(340)을 전기적으로 연결하게 된다.
또한, 열 또는 빛을 가하면 전도성 접착층(355)이 경화되면서 LED(354)가 양전극(340) 상에서 견고하게 부착될 수 있다.
이후, 해당 LED(354)에 레이저(410)를 가하여 기판(400)을 분리하면, 도 23과 같은 상태가 될 수 있다.
도 24를 참조하면, 나머지 양전극(340) 상에 OLED 픽셀을 형성한다. 즉, 적색 OLED(351), 녹색 OLED(352) 및 백색 OLED(353) 층들을 형성한다.
이후, 도 25를 참조하면, 이러한 OLED 픽셀들(351, 352, 353)을 덮는 높이로 일차적으로 제1 높이 보상층(361)을 형성한다. 즉, 제1 높이 보상층(361)의 높이는 적어도 OLED 픽셀들(351, 352, 353)을 덮는 높이일 수 있다.
다음, 도 26을 참조하면, LED(354)를 덮는 높이로 제2 높이 보상층(362)을 형성한다. 즉, 제2 높이 보상층(362)의 높이는 적어도 LED 픽셀(354)을 덮는 높이일 수 있다.
이후, 도 27을 참조하면, 이러한 OLED 픽셀들(351, 352, 353)과 LED 픽셀(354)들을 공통적으로 전기적으로 연결하는 제2 전극(370)을 형성한다.
이와 같이, 높이 보상층(360)이 제1 높이 보상층(361) 및 제2 높이 보상층(362)을 포함하여 단계적으로 형성되는 경우, 제2 전극(370)에 끊김과 같은 손상 없이 안정적으로 제2 전극(370)을 형성할 수 있다.
다음, 도 28을 참조하면, 안정적으로 형성된 제2 전극(370) 상에 제2 평탄화층(380)을 형성한다.
이후, 이러한 제2 평탄화층(380) 상에 편광층(390)이 형성될 수 있다. 그러면 위에서 설명한 도 12와 같은 구조를 가지는 디스플레이 장치가 제조될 수 있는 것이다.
이와 같은 유기 발광 소자와 무기 발광 소자를 조합하여 배열하는 하이브리드 발광 어레이 구조를 제공할 수 있다.
이러한 하이브리드 발광 어레이 구조를 가지는 디스플레이 장치는 유기 발광 소자의 장점을 유지하면서 신뢰성을 획기적 개선할 수 있다.
이와 같이, OLED를 이용하는 디스플레이 장치의 큰 문제점 중의 하나를 극복할 수 있고, 이에 따라 제품성 및 품질 등을 크게 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
300: 디스플레이 장치
310: 박막 트랜지스터 기판
340: 제1 전극
351, 352, 353, 354, 356: 서브 픽셀
360: 높이 보상층
370: 제2 전극
380: 제2 평탄화층
390: 편광층

Claims (15)

  1. 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 있어서,
    복수의 구획된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 위치하는 공통의 제2 전극; 및
    상기 각각의 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기적으로 연결되어 개별 픽셀을 구성하는 다수의 서브 픽셀들을 포함하고,
    상기 서브 픽셀들은,
    제1 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제1 서브 픽셀;
    제2 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제2 서브 픽셀;
    제3 색상의 광을 방출하고 무기 발광 소자를 포함하는 제3 서브 픽셀; 및
    상기 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 유기 발광 소자를 포함하는 제4 서브 픽셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 무기 발광 소자의 적어도 일측면에는 전도성 접착층이 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전도성 접착층은 백색 또는 흑색인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 전도성 접착층은 상기 제1 색상 내지 제3 색상 중 어느 하나의 색상의 염료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제3 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제5 서브 픽셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제3 색상은 청색인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제3 서브 픽셀 및 상기 제4 서브 픽셀 중 적어도 어느 하나의 크기는 상기 제1 서브 픽셀 또는 상기 제2 서브 픽셀보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유기 발광 소자와 상기 무기 발광 소자의 높이 차이를 보상하기 위한 높이 보상층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 있어서,
    복수의 구획된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 위치하는 공통의 제2 전극;
    상기 각각의 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전기적으로 연결되어 개별 픽셀을 구성하는 다수의 서브 픽셀들, 상기 서브 픽셀들은,
    제1 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제1 서브 픽셀,
    제2 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제2 서브 픽셀, 및
    제3 색상의 광을 방출하고 무기 발광 소자를 포함하는 제3 서브 픽셀을 포함하고; 및
    상기 유기 발광 소자와 상기 무기 발광 소자의 높이 차이를 보상하기 위한 높이 보상층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 색상의 광 내지 제3 색상의 광이 혼합된 광을 방출하는 유기 발광 소자를 포함하는 제4 서브 픽셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제3 색상의 광을 방출하고 유기 발광 소자를 포함하는 제5 서브 픽셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 무기 발광 소자의 적어도 일측면에는 전도성 접착층이 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 전도성 접착층은 백색 또는 흑색인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제3 색상은 청색인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제3 서브 픽셀 및 상기 제4 서브 픽셀 중 적어도 어느 하나의 크기는 상기 제1 서브 픽셀 또는 상기 제2 서브 픽셀보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
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