KR20220013770A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따라 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 구비되고, 상기 회로 기판에 연결된 전극부, 상기 전극부에 연결되고, 상기 전극부에서 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자, 및 상기 반도체 발광 소자를 실링하는 제1 봉지층을 포함하고, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입의 반도체 발광 소자로, 상기 제1 봉기층으로 실링된 사태에서 래핑되어 반도체 층을 성장하는 성장 기판이 상기 제1 봉지층과 동일 높이의 래핑 단면을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치{Display device using semiconductor light emitting element}
본 발명은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 여기서 반도체 발광 소자는 미니 LED(Light Emitting Diodes)에 대응될 수 있다. 본 발명은 미니 LED를 이용한 디스플레이 장치의 박막화 기술에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술 분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 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 디스플레이 장치를 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 갖는다.
이러한 반도체 발광 소자들을 이용한 디스플레이 장치를 구현하기 위해서는, 매우 많은 수의 반도체 발광 소자들이 필요하다. 따라서 제조 비용을 고려할 때, 동일 면적의 기판에서 생산할 수 있는 반도체 발광 소자의 수량이 증가하도록 상기 개별 반도체 발광 소자의 크기는 소형화되어야 한다.
최근 반도체 발광 소자들은 마이크로 크기로 소형화되고 있는 실정이다. 다만, 이러한 마이크로 크기의 반도체 발광 소자는 디스플레이 장치를 생산 수율을 감소하는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 이전 단계로, 마이크로 크기의 LED 보다 큰 사이즈의 미니 LED를 적극적으로 활용하고 있는 실정이다.
미니 LED는 기존 LED와 마이크로 LED 사이의 기술 및 응용 격차를 해소하는 디딤돌로서, 마이크로 LED와 기존 LED 사이의 크기 차이를 채우는 기능을 수행하고 있다. 미니 LED는 LED 칩 크기가 약 100 마이크로미터 수준인 것을 말한다.
다만, 미니 LED의 경우 반도체 층을 성장하기 위한 성장 기판을 그대로 포함하고 있어 연색지수(Color Rendering Index, CRI) 가 낮아지고, 두께에 따른 경계면 화질 저하의 문제가 있었다.
일 실시예의 목적은, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 제공하는 것이다. 구체적으로, 미니 LED를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예의 목적은, 일반적인 P&P (Pick & Place) 공정을 통해 미니 LED를 전사하는 과정에서 칩 손상을 방지하는데 목적이 있다.
일 실시예의 목적은, 미니 LED를 전사 후 박막화 하는 공정을 통해 연색지수(CRI)를 향상 시키는데 있다.
일 실시예의 목적은, 미니 LED를 전사 후 박막화 하는 공정을 통해 디스플레이 모듈간 경계 화질을 개선하는데 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예의 또 다른 목적은, 여기에서 언급하지 않은 다양한 문제점들도 해결하고자 한다. 당업자는 명세서 및 도면의 전 취지를 통해 이해할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 구비되고 상기 회로 기판에 연결된 전극부, 상기 전극부에 연결되고 상기 전극부에서 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자, 및 상기 반도체 발광 소자를 실링하는 제1 봉지층을 포함하고, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입의 반도체 발광 소자로 상기 제1 봉지층으로 실링된 상태에서 래핑(lapping) 되어 반도체 층을 성장하는 성장 기판이 상기 제1 봉지층과 동일 높이의 래핑 단면을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 반도체 발광 소자는 상기 전극부에 연결된 n형 및 p형 전극, 상기 p형 전극에 연결된 p형 반도체 층, 상기 n형 전극에 연결되고, 상기 p형 반도체 층에 적층된 n형 반도체 층, 및 상기 n형 반도체 층을 성장하며 상기 래핑 단면을 포함하는 성장 기판;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 반도체 발광 소자는 수백 마이크로 미터 크기의 미니 LED인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 상기 제1 봉지층 및 상기 성장 기판의 래핑 단면에 적층된 제2 봉지층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 제1 봉지층은 상기 제2 봉지층 보다 높은 경도를 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 제1 봉지층은 유기막으로 구성되고, 상기 제2 봉지층은 유기막과 무기막이 적층된 구조를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 제1 봉지층은 실리콘(Silicone) 계 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법은, 베이스 기판에 플립 칩 타입의 반도체 발광 소자를 전사하는 단계, 제1 봉지층을 적층하여 상기 반도체 발광 소자를 실링하는 단계, 및 래핑 공정을 통해 상기 디스플레이 장치를 박막화 하는 단계를 포함하고, 상기 박막화하는 단계는, 상기 반도체 발광 소자에 포함된 성장 기판을 상기 제1 봉지층과 함께 래핑하여 상기 제1 봉지층과 상기 성장 기판에 동일 높이의 래핑 단면을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법은, 제2 봉지층을 적층하여 상기 래핑 단면을 실링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 제1 봉지층을 적층하는 단계는, 유기막을 적층하고, 상기 제2 봉지층을 적층하는 단계는, 유기막 및 무기막을 교번하여 적층하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예의 디스플레이 장치는, 일반적인 P&P (Pick & Place) 공정을 통해 미니 LED를 전사하는 과정에서 칩 손상을 방지할 수 있다.
일 실시예의 디스플레이 장치는, 미니 LED를 전사 후 박막화 하는 공정을 통해 연색지수(CRI)를 향상시킬 수 있다.
일 실시예의 디스플레이 장치는, 미니 LED를 전사 후 박막화 하는 공정을 통해 디스플레이 모듈간 경계 화질을 개선할 수 있다.
더 나아가, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 여기에서 언급하지 않은 추가적인 기술적 효과들도 있다. 당업자는 명세서 및 도면의 전 취지를 통해 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도 이다.
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 본 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 10은 기존의 디스플레이 장치의 일 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 기존의 디스플레이 장치의 다른 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 미니 LED의 개념도 이다.
도 13은 일 실시예에 따라 래팽(lapping) 공정된 디스플레이 장치의 개념도이다.
도 14는 도 13의 래핑(lapping) 단면을 도시하고 있다.
도 15는 일 실시예에 따라 래핑 공정 후 봉지 공정이 진행된 미니 LED를 포함하는 디스플레이 장치의 개념도이다.
도 16은 다른 실시예에 따라 래핑 공정 후 봉지 공정이 진행된 미니 LED를 포함하는 디스플레이 장치의 개념도이다.
도 17은 일 실시예에 따라 미니 LED를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
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 형태라도, 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 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 곡률 반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 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, 예를 들어 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.
상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여, 이하 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도 이다.
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 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 1에 도시된 디스플레이 장치(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이 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, 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.
도 3a에 도시된 바와 같이 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 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.
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 전기 절연성을 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 방법이 적용될 수도 있다. 전술한 다른 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. 예를 들어, 상기 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.
상기 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 상기 절연성 베이스 부재의 바닥 부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스 부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직 방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 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 도3a를 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 chiptype)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 도3에 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 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 화소를 구성할 수 있다.
도3에 도시된 바와 같이, 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 베이스 부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 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 소자고, 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 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 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, 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 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, 자외선 발광 소자(150b) 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)의 크기는 예를 들어, 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20 X 80㎛ 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 한 변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자의 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 상기 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. 배선기판(110)에 절연층(160)이 적층되며, 상기 배선기판(110)에는 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 배선기판(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 임시기판(112)을, 상기 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 마주하도록 배치한다.
이 경우에, 임시기판(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 임시기판(112)을 열 압착한다. 예를 들어, 배선기판과 임시기판(112)은 ACF 프레스 헤드를 적용하여 열 압착할 수 있다. 상기 열 압착에 의하여 배선기판과 임시기판(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 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 상기 임시기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 임시기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 임시기판(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 일 면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자고, 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 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 본 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.
상기 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. 상기 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, 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 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, 20 X 80㎛ 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 소자(250)는 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 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, 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.
다시 도 8을 참조하면, 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.
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, 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 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, 도8에 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.
도 10은 기존의 디스플레이 장치의 일 문제점을 설명하기 위한 개념도이다. 도 11은 기존의 디스플레이 장치의 다른 문제점을 설명하기 위한 개념도이다. 구체적으로, 도 10 및 11은 미니 LED를 이용한 디스플레이 장치(300)를 도시하고 있으며, 도 13은 일 실시예에 따른 미니 LED의 개념도를 도시하고 있다.
유기 발광 다이오드의 (Organic Light Emitting Device, OLED) 가 가지고 있는 한계를 극복하기 위한 방안으로, 최근 마이크로 LED가 떠오르고 있는 실정이다. 다만, 수 ~ 수십 마이크로의 크기를 가지고 있는 마이크로 LED는 크기가 매우 작아 이를 이용한 디스플레이 장치의 제작이 용이하지 않고, 이러한 어려움은 디스플레이 장치의 수율을 감소하는 문제로 작용하고 있다.
이에 마이크로 LED보다 수십 배의 크기를 가지고 있는 미니 LED가 적극적으로 활용되고 있는 실정이다. 마이크로 LED와 미니 LED를 정의하는 크기는 일률적으로 정해지지 않았지만, 크기 외에도 도 13에 도시된 바와 같이 미니 LED는 성장 기판(323)을 포함하고 있다는 점에서 마이크로 LED와 구별될 수 있다. 다만, 미니 LED에 포함된 성장 기판(323)는 반도체 층(322)에 발생된 광이 통화하며 연색지수(CRI)를 감소하는 문제가 있었고, 디스플레이 장치의 두께를 증가하는 문제가 있었다. 이하에서, 미니 LED를 이용한 디스플레이 장치의 문제점을 해결하기 위한 방안을 검토해본다.
미니 LED를 이용한 디스플레이 장치는, 일 실시에에 따라, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판(310), 베이스 기판(310) 상에 구비되고 상기 회로 기판에 연결된 전극부(311), 전극부(311)에 연결되고 전극부(311)에서 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자(320) 및 반도체 발광 소자(320)를 실링하는 봉지층(330)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(310)은 도 2에서 설명한 기판(110)에 대응되는 구성으로 가요성을 가질 수 있으며, 반도체 발광 소자(320)에 전압을 인가하기 위한 회로 배선 및 전극부를 포함할 수 있다.
전극부(311)는 베이스 기판(310) 상에 구비되어 반도체 발광 소자(320)의 n형 전극(3211)에 연결되는 제1 전극부(311a) 및 p형 전극(3212)에 연결되는 제2 전극부(311b)를 포함할 수 있다.
반도체 발광 소자(320)는 미니 LED로 플립(Flip) 칩 타입의 반도체 발광 소자일 수 있다. 경우에 따라서, 수평형(Lateral) 타입의 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(320)는 전극부(311)에 연결되는 전극(321), 상기 전극(321)을 통해 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 층(322) 및 상기 반도체 층(322)을 성장 시키는 성장 기판(323)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 12은 미니 LED인 반도체 발광 소자(320)의 일 실시예를 도시하고 있다. 반도체 발광 소자(320)는 n형 전극(3211)과 p형 전극(3212)이 베이스 기판(310)에 구비된 전극부(311)에 전기적으로 연결되고, 그 위에 반도체 층(322) 및 성장 기판(323)이 위치하도록 베이스 기판에 전사될 수 있다.
반도체 층(322)는 n형 전극(3211)과 p형 전극(3212), p형 전극(3212)에 연결된 p형 반도체 층(3222), n형 전극(3211)에 연결되고 p형 반도체 층(3222)에 적층된 n형 반도체 층(3221)을 포함할 수 있다. 또한, 반도체 층(322)은 n형 반도체 층(3221)과 p형 반도체 층(3222) 사이에 구비되는 활성층(3223)을 포함할 수 있다.
성장 기판(323)은 일반적으로 반도체 층을 성장하기 위해 사용되는 기판으로 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다. 성장 기판(323)은 상이한 물질의 반도체 층(322)을 성장 하기 위해 PSS(patterned sapphire substrate) 구조를 포함할 수 있다. PSS 구조는 성장용 사파이어 기판 표면에 마이크로 사이즈의 일정한 형태의 패턴을 포함하는 구조를 의미할 수 있다. 도 12은 성장 기판(323)이 n형 반도체 층(3221)을 성장하는 실시예를 도시하고 있으나, 경우에 따라서 p형 반도체 층(3222)이 성장하는 구조로 반도체 발광 소자(320)가 제작될 수 있다.
반도체 발광 소자(320)의 반도체 발광 소자(320)를 실링하는 봉지층(330)은 유기막 및 무기막이 번갈아 성막되는 구조를 포함할 수 있다. 무기막은 수분과 공기의 침투를 훌륭하게 막아내는 특성을 지녀 봉지로 쓰기에 적합한 반면, 소재 특성상 파티클(작은 먼지)이 존재하고 이러한 파티클 때문에 핀홀이라고 불리는 일종의 구멍이 생겨 이 경로를 통해 공기와 수분이 침투하는 문제가 있을 수 있다. 유기막은 기본적으로 내부가 성긴 물질로 침투를 막는 역할 보다는 적측된 무기막 위에서 파티클을 둘러 싸 평탄화를 하고, 다음 무기막의 성막을 돕는 역할을 할 수 있다.
봉지층(330)은 반도체 발광 소자(320)를 외부로부터 실링하기 위해 적층되는 물질로, 반도체 발광 소자(320)의 측면 및 상면을 감싸도록 구비될 수 있다.
도 10에서 설명하고 있는 디스플레이 장치의 적층 구조는, 반도체 발광 소자(320)가 포함하고 있는 성장 기판(323)으로 두께가 두꺼워지고, 화질이 떨어지는 문제가 있다.
구체적으로, 플립 칩 타입으로 연결된 미니 LED(= 반도체 발광 소자(320))는 성장 기판(323)을 통해 반도체층(322)에서 발생한 광을 조사하기 때문에 성장 기판(323)이 두꺼울수록 연색지수(CIR)가 감소하는 문제가 있다.
또한, 성장 기판(323)의 두께는 디스플레이 장치의 두께를 증가하고, 디스플레이 모듈 간 경계에서 화질이 감소하는 문제를 야기할 수 있다. 이는 디스플레이 모듈 간 경계 면에서 발생하는 전반사 때문이다. (이와 관련하여서는 도 11을 참조한다.) 도 10의 디스플레이 장치(300)는 하나의 단위 모듈을 구성할 수 있으며, 단위 모듈을 배열하여 대형 화면을 구현할 수 있다. 이때 제1 단위 모듈(300a)과 인접하는 제2 단위 모듈(300b)은 물리적으로 틈(Gap)이 발생할 수 밖에 없다. 제1 단위 모듈(300a)에서 틈(Gap)에 인접한 반도체 발광 소자(320ga)는 사선 방향으로 조사되는 광이 틈(Gap)을 형성하는 단면에서 전반사 될 수 있다. 이는 틈(Gap)에 구비된 공기와 봉지층(330)간 굴절률 차이 때문이다. 이 경우, 사선 방향에서 바라보는 화면은 정면에서 바라보는 화질과 상이한 문제가 발생할 수 있다. 반도체 발광 소자(320)의 두께는 전반사를 발생 시키는 디스플레이 모듈의 측면 너비와 관계가 있고, 반도체 발광 소자(320)의 두께, 특히 성장 기판(323)의 두께가 작아질 수록 틈 사이 전반사에 따른 화질 저하를 방지할 수 있다.
미니 LED를 이용하여 디스플레이 장치를 제작함에 따라 발생하는 상기 문제 점을 해결하기 위해, 성장 기판(323)의 두께를 저감하는 방안을 고려할 수 있는데 관련하여 이하에서 구체적으로 살펴본다.
도 13은 일 실시예에 따라 래핑(lapping) 공정된 디스플레이 장치의 개념도이다. 도 14는 도 13의 래핑(lapping) 단면을 도시하고 있다. 도 13의 디스플레이 장치(400)는 도 10에 도시된 디스플레이 장치(300)에서 상면이 래핑(lapping)된 구성으로, 동일 구성에 대한 설명은 도 10 및 도 12를 참조한다.
미니 LED를 이용한 디스플레이 장치는, 일 실시에에 따라, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판(410), 베이스 기판(410) 상에 구비되고 상기 회로 기판에 연결된 전극부(411), 전극부(411)에 연결되고 전극부(411)에서 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자(420) 및 반도체 발광 소자(420)를 실링하는 제1 봉지층(430)을 포함할 수 있다. 여기서 설명되는 제1 봉지층(430)은 도 10의 봉지층(330)에 대응될 수 있다.
반도체 발광 소자(420)는 플립 칩 타입의 반도체 발광 소자로, 수백 마이크로의 크기를 가지는 미니 LED일 수 있다. 여기서 설명되는 반도체 발광 소자(420)는 도 12에서 설명하는 미니 LED 구조를 가질 수 있다.
반도체 발광 소자(420)는 제1 봉지층(430)에 실링된 상태로 래핑(lapping)되어 반도체 층을 성장하는 성장 기판(423)이 제1 봉지층(430)과 동일 높이의 래핑 단면을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 14는 제1 봉지층(430)의 래핑 단편(430s)과 성장기판(423)의 래핑 단편(423s)을 도시하고 있다. 제1 봉지층(430)의 래핑 단편(430s)과 성장기판(423)의 래핑 단편(423s)은 동일 평면을 구성하고, 경우에 따라서, 연결된 래핑 패턴(500)을 포함할 수 있다.
래핑(lapping) 공정은, 공작물의 표면을 무른 금속 또는 굳은 비금속으로 눌러 양자 사이에 래핑 입자를 넣고 왕복 운동하여 공작물의 표면을 연마하는 공정이다. 경우에 따라서 래핑 공정 외 폴리싱(polishing) 공정 등 다른 연마 공정이 이용될 수 있다.
래핑 공정은 래핑 단면이 반도체 발광 소자(420)가 베이스 기판(410)에 전사된 상태에서 성장 기판(423)에 구비될 수 있도록 진행될 수 있다. 또한, 래핑 공정은 제1 봉지층(430)이 반도체 발광 소자(420)을 감싸도록 적층된 상태에서 진행될 수 있다.
래핑 공정은 디스플레이 장치의 두께가 제1 두께(d1)에서 제2 두께(d2)에 이르기 까지 진행될 수 있다. 여기서 제1 두께(d1)는 제1 봉지층(430)이 반도체 발광 소자(420)를 감싸도록 적층된 상태에서 디스플레이 장치의 두께일 수 있다. 제2 두께(d2)는 반도체 발광 소자(420) 상에 위치하는 제1 봉지층(430)이 벗겨지고, 반도체 발광 소자(420)의 성장 기판(423)이 노출된 상태에서 추가적으로 래핑되어 성장 기판(423)의 두께가 감소된 상태에서 디스플레이 장치의 두께에 대응될 수 있다.
구체적으로, 제1 두께(d1)는 반도체 발광 소자(420)를 베이스 기판(410)에 전사후 제1 봉지층(430)으로 실링한 상태에서 베이스 기판(420)의 배면에서 제1 봉지층(430)의 상면에 이르는 두께일 수 있다. 제2 두께(d2)는 래핑 공정 후 베이스 기판(420)의 배면에서 성장 기판(423)의 래핑 단면(423s)에 이르는 두께일 수 있다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 래핑 공정 후 노출된 반도체 발광 소자(420)를 실링하기 위한 제2 봉지층(440)을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 봉지층(440)는 제1 봉지층(430) 및 성장 기판(423)의 래핑 단면에 적층 구비될 수 있다. 이하에서 구체적으로, 제2 봉지층(440)의 적층 구조를 살펴본다.
도 15는 일 실시예 따라 래핑 공정 후 봉지 공정이 진행된 미니 LED를 포함하는 디스플레이 장치의 개념도이다. 도 16는 다른 실시예 따라 래핑 공정 후 봉지 공정이 진행된 미니 LED를 포함하는 디스플레이 장치의 개념도이다. 이하에서 동일 구성에 대한 설명은 도 13을 참조한다.
미니 LED를 이용한 디스플레이 장치는, 일 실시에에 따라, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판(410), 베이스 기판(410) 상에 구비되고 상기 회로 기판에 연결된 전극부(411), 전극부(411)에 연결되고 전극부(411)에서 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자(420) 및 반도체 발광 소자(420)를 실링하는 제1 봉지층(430)을 포함할 수 있다.
미니 LED를 이용한 디스플레이 장치는, 제1 봉지층(430)과 반도체 발광 소자(420)의 상면을 래핑하는 공정이 진행된 후, 노출된 반도체 발광 소자의 래핑 단면을 실링하기 위한 제2 봉지층(440)을 포함할 수 있다.
제2 봉지층(440)는 유기막과 무기막이 순차적으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 도 15는 제1 무기막(441), 제1 유기막(442), 제2 무기막(442) 및 제2 유기막(442)이 적층된 실시예를 도시하고 있다. 경우에 따라서, 무기막과 유기막이 추가로 적층될 수 있으며, 적층 순서도 봉지 기술의 활용에 따라 달라질 수 있다.
제2 봉지층(440)은 제1 봉지층(430)과 다른 소재를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 봉지층(440)은 제1 봉지층(430) 보다 경도가 낮고, 가요성이 높은 소재로 구비될 수 있다. 제1 봉지층(430)은 래핑 공정에서 반도체 발광 소자(430)를 고정하는 역할로서 기능이 주요할 수 있다. 제2 봉지층(430)은 반도체 발광 소자(430)를 외부 수분과 공기로부터 보호하는 기능이 주요할 수 있다.
제1 봉지층(430)는 반도체 발광 소자(430)를 래핑 공정에서 고정하는 역할을 수행하므로, 완전히 반도체 발광 소자(430)를 감싸기 위해 성형성이 우수한 유기막(430)이 유리할 수 있다. 구체적으로, 제1 봉지층은 에폭시 또는 실리콘 중 적어도 하나로 구성된 유기막일 수 있다.
도 16을 참조하면, 제1 봉지층(430)은 유기막(430a)으로 구성되고, 무기물 필러(430b)를 포함할 수 있다. 무기물 필러(430b)는 제1 봉지층(430)의 경도를 높이는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 제1 봉지층(430)은 외부 수분과 공기로부터 반도체 발광 소자(420)를 보호하는 기능이 떨어지므로, 제2 봉지층(440)은 제1 봉지층(430)의 노출된 측면을 감싸도록 실링될 수 있다. 경우에 따라서, 제2 봉지층(440)은 최외각에 위치하는 반도체 발광 소자(420)의 노출된 측면을 감싸도록 실링될 수 있다.
도 17는 일 실시예에 따라 미니 LED를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 동일 구성에 대한 설명은 도 15를 참조할 수 있다.
반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, 베이스 기판(410) 상에 플립 칩 타입의 반도체 발광 소자(430)를 전사하는 단계(도 17(a))를 포함할 수 있다. 반도체 발광 소자(430)은 미니 LED로 반도체 층(422) 상에 성장 기판(423)이 위치하도록 베이스 기판(410)에 전사될 수 있다. 반도체 발광 소자(430)는 플립 칩 타입으로 베이스 기판(410) 상에 구비된 전극부(411)에 n형 전극 및 p형 전극이 개별적으로 연결될 수 있다. 반도체 발광 소자(420)의 자세한 구조는 도 12를 참조한다.
반도체 발광 소자(430)를 이용한 디스플레이 장치는 제1 봉지층(430)을 적층하겨 반도체 발광 소자(430)를 실링하는 단계를 포함할 수 있다. (도 17) (b)) 여기서 제1 봉지층(430)은 반도체 발광 소자(430)을 완전히 감싸기 위해 성형성이 높은 유기물로 제작될 수 있다. 경우에 따라서, 제1 봉지층(430)은 경화 된 후 경도를 높이기 위해 무기물 필러를 포함할 수 있다.
반도체 발광 소자(430)를 이용한 디스플레이 장치는, 래핑 고정을 통해 디스플레이 장치를 박막화 하는 단계를 포함할 수 있다. (도 17(c)) 박막화 하는 단계는 반도체 발광 소자(420)에 포함된 성장 기판(423)도 함께 래핑하여, 제1 봉지층(430)과 성장 기판(423)이 동일 높이의 래팽 단면(430s, 423s)을 형성할 수 있다.
반도체 발광 소자(430)를 이용한 디스플레이 장치는, 래핑 단면((430s, 423s))에 제2 봉지층(440)을 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 봉지층(440)은 래핑 공정 후 노출된 반도체 발광 소자(430)를 실링하여, 외부의 수분과 공기로부터 반도체 발광 소자(430)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.
제2 봉지층(440)은 무기물과 유기물기 순차적으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 제2 봉지층(440)은 디스플레이 장치의 가요성을 고려하여 제1 봉지층(440)보다 경도가 낮고, 탄성이 높은 물질로 구비될 수 있다. 제1 봉지층(430)은 외부로부터 수분과 공기를 차단하는 기능이 떨어질 수 있는바, 제2 봉지층(440)은 제1 봉지층(430)의 노출된 측면을 감싸도록 적층될 수 있다. 경우에 따라서, 최외곽 반도체 발광 소자(420)의 측면이 노출된 경우, 제2 봉지층(440)은 최외각 반도체 발광 소자(420)의 노출된 측면을 감싸도록 적층될 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.
100, 300, 400: 디스플레이 장치
310. 410: 베이스 기판
311. 411: 전극부
320. 420: 반도체 발광 소자
330: 봉지층
430: 제1 봉지층
440: 제2 봉지층

Claims (14)

  1. 회로 배선을 포함하는 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 구비되고, 상기 회로 기판에 연결된 전극부;
    상기 전극부에 연결되고, 상기 전극부에서 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자; 및
    상기 반도체 발광 소자를 실링하는 제1 봉지층; 을 포함하고,
    상기 반도체 발광 소자는
    플립 칩 타입의 반도체 발광 소자로, 상기 제1 봉기층으로 실링된 사태에서 래핑되어 반도체 층을 성장하는 성장 기판이 상기 제1 봉지층과 동일 높이의 래핑 단면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는
    상기 성장 기판을 포함하는 미니 LED인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는
    상기 전극부에 연결된 n형 및 p형 전극;
    상기 p형 전극에 연결된 p형 반도체 층;
    상기 n형 전극에 연결되고, 상기 p형 반도체 층에 적측된 n형 반도체 층; 및
    상기 n형 반도체 층을 성장하며, 상기 래핑 단면을 포함하는 성장 기판;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는
    상기 제1 봉지층 및 상기 성장 기판의 래핑 단면에 적층된 제2 봉지층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 봉지층은
    상기 제2 봉지층 보다 높은 경도를 가지는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 봉지층은
    유기막으로 구성되고,
    상기 제2 봉지층은
    유기막과 무기막이 적층된 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 봉지층은
    실리콘(Silicone) 계 유기 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    제1 봉지층은
    무기물 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 제2 봉지층은
    상기 제1 봉지층의 노출된 측면 또는 최외각에 위치하는 반도체 발광 소자의 노출된 측면을 감싸도록 구비되는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  10. 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,
    베이스 기판에 플립 칩 타입의 반도체 발광 소자를 전사하는 단계;
    제1 봉지층을 적층하여 상기 반도체 발광 소자를 실링하는 단계; 및
    래핑 공정을 통해 상기 디스플레이 장치를 박막화하는 단계;를 포함하고,
    상기 박막화하는 단계는
    상기 반도체 발광 소자에 포함된 성장 기판을 상기 제1 봉지층과 함께 래핑하여, 상기 제1 봉지층과 상기 성장 기판에 동일 높이의 래핑 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는
    제2 봉지층을 적층하여 상기 래핑 단면을 실링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 봉지층을 적층하는 단계는
    유기막을 적층하고,
    상기 제2 봉지층을 적층하는 단계는
    유기막 및 무기막을 교번하여 적층하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 봉지층은
    무기물 필러를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 봉지층을 적층하는 단계는
    상기 제1 봉지층의 노출된 측면 또는 최외각에 위치하는 상기 반도체 발광 소자의 노출된 측면을 감싸도록 적층하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
KR1020200093141A 2020-07-27 2020-07-27 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 KR20220013770A (ko)

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