KR20220027605A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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display device
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윤동진
최정식
박상태
하인범
김기석
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Abstract

일 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판, 상기 회로 기판에 연결되고 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자, 상기 반도체 발광 소자를 실링하는 봉지층, 상기 봉지층에 적층되며 가요성을 가지는 투명 보호 필름, 및 상기 투명 보호 필름 상에 도포되어 기 설정 투과율을 가지는 블랙 염료층을 포함할 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. 구체적으로, 본 발명은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 포함되는 투명 폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI) 필름의 황변을 방지하는 기술에 관한 것이다.
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. 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.
여기서, 반도체 발광 소자는 미니 LED 및 마이크로 LED 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 크기에 대한 정확한 정의는 없으나, 마이크로 LED는 수~수십 마이크로의 크기를 가지는 LED이고, 미이 LED는 마이크로 LED의 수십 배의 크기를 가지는 LED 일 수 있다.
반도체 발광 소자들을 이용한 디스플레이 장치는 박막화가 가능하고, 다양한 형태의 디스플레이 장치 구현이 유리할 수 있다. 예를 들어, 커브드 디스플레이 장치 또는 플렉서블 디스플레이 장치 구현에 유리할 수 있다.
다양한 형태의 디스플레이 장치 또는 플렉서블 디스플레이 장치의 구현을 위해서는 반도체 발광 소자를 보호하는 보호 필름 역시 가요성이 요구될 수 있다. 이를 위해, 최근에는 글래스 대신 투명 폴리이미드(CPI)를 보호 필름으로 활용하고 있는 실정이다. 다만, 투명 폴리이미드(CPI)는 자외선에 장시간 노출된 경우, 황변 현상이 나타나는 문제가 있었다.
일 실시예의 목적은, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 제공하는 것이다.
일 실시예의 목적은, 반도체 발광 소자를 보호하는 보호 필름의 황변 현상을 저감하는데 목적이 있다.
일 실시예의 목적은, 모듈형 디스플레이 장치에서 디스플레이 모듈간 보호 필름의 황변 차이를 저감하는데 목적이 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.
일 실시예에 따라, 상기 목적을 달성하기 위한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판, 상기 회로 기판에 연결되고 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자, 상기 반도체 발광 소자를 실링하는 봉지층, 상기 봉지층에 적층되며 가요성을 가지는 투명 보호 필름, 및 상기 투명 보호 필름 상에 도포되어 기 설정 투과율을 가지는 블랙 염료층을 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 투명 보호 필름은 투명 폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI) 필름인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 블랙 염료층은 자외선 차단제를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 블랙 염료층은 30%의 투과율을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 상기 투명 보호 필름 배면 추가로 도포된 추가 블랙 염료층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 투명 보호 필름 전면에 도포된 상기 블랙 염료층은, 상기 투명 보호 필름 배면에 도포된 상기 추가 블랙 염료층 보다 투과율이 낮은 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따라, 상기 디스플레이 장치는, 블랙 염료 층 상에 반사 방지 필름(Anti-Reflection, AR or Anti-Glare, AG), 저반사(Low Reflection, LR) 필름 및 지문 방지(Anti-Finger, AF) 필름 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 상기 목적을 달성하기 위한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 프레임 및 상기 프레임에 배열되는 복수의 디스플레이 모듈을 포함하고, 상기 디스플레이 모듈은 회로 배선을 포함하는 베이스 기판, 상기 회로 배선에 연결되고 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자, 상기 반도체 발광 소자를 실링하는 봉지층, 상기 봉지층에 적층되고 가요성을 가지는 투명 보호 필름, 및 상기 투명 보호 필름 상에 도포되고, 기 설정 투과율을 가지며, 인접하는 디스플레이 모듈 간 상기 투명 보호 필름의 황변 지수를 기 설정 범위 내로 유지하는 블랙 염료층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다
또한, 다른 실시예에 따라, 상기 투명 보호 필름은, 투명 폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI) 필름인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따라, 상기 블랙 염료층은 자외선 차단제를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따라, 상기 블랙 염료층은 기 설정 시간 이산 자외선에 노출된 상기 디스플레이 모듈과, 새로 제작된 상기 디스플레이 모듈간 상기 투명 보호 필름의 황변 지수를 기 설정 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따라, 상기 블랙 염료층은 30%의 투과율을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따라, 상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 상기 투명 보호 필름 배면 추가로 도포된 추가 블랙 염료층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따라, 상기 투명 보호 필름 전면에 도포된 상기 블랙 염료층은, 상기 투명 보호 필름 배면에 도포된 상기 추가 블랙 염료층 보다 투과율이 낮은 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따라, 상기 디스플레이 모듈은 상기 블랙 염료층 상에 반사 방지 필름(Anti-Reflection, AR or Anti-Glare, AG), 저반사 (Low-Reflection, LR) 필름 및 지문 방지(Anti-Finger, AF) 필름 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예의 디스플레이 장치는, 반도체 발광 소자를 보호하는 보호 필름의 황변 현상을 저감할 수 있다.
일 실시예의 목적은, 모듈형 디스플레이 장치에서 디스플레이 모듈간 보호 필름의 황변 차이를 저감할 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 기존 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 적층 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 11은 기존 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 모듈 구조 및 그 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.
도 12는 투명 보호 필름의 투명도 저감 현상을 방지하기 위한 일 실시예 따른 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 적층 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 13은 일 실시예에 따라 기 설정 시간 후 투명 보호 필름의 투명도 저감 개선을 나타낸 데이터이다.
도 14는 투명도 저감 현상이 개선된 일 실시예에 따른 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 모듈 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
도 15는 투명도 저감 현상이 개선된 다른 실시예에 따른 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 적층 구조를 설명하기 위한 개념도이다.
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 기존 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 적층 구조를 설명하기 위한 개념도이다. 도 11은 기존 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 모듈 구조 및 그 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.
반도체를 이용한 디스플레이 장치는, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판(310), 회로 기판에 연결되고 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자(320), 반도체 발광 소자를 실링하는 봉지층(330), 및 봉지층에 적층되며 가요성을 가지는 투명 보호 필름(360)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.
반도체 발광 소자(320)는 수 ~ 수백 마이크로 크기의 마이크로 LED일 수 있다. 구체적인 반도체 발광 소자(320)의 실시예는 도 4 또는 도 9를 참조할 수 있다. 경우에 따라서, 반도체 발광 소자(320)는 마이크로 LED의 수십 배의 크기를 가지는 미니 LED일 수 있다. 여기서, 미니 LED는 마이크로 LED와 크기 외 적층 구조가 상이할 수 있다. 구체적으로, 미니 LED는 반도체 층을 성장하기 위한 성장 기판을 더 포함할 수 있다.
봉지층(330)은 반도체 발광 소자(320)를 외부의 수분 또는 공기로부터 차단하는 기능을 제공할 수 있다. 봉지층(330)은 유기막과 무기막의 적층 구조로 구비될 수 있다. 구체적으로, 봉지층(330)은 유기막과 무기막이 번갈아 성막되는 구조를 포함할 수 있다. 무기막은 수분과 공기의 침투를 훌륭하게 막아내는 특성을 기녀 봉지로 쓰기에 적합한 반면, 소재 특정상 파티클(작은 먼지)이 존재하고 이러한 파티클 때문에 핀홀이라고 불리는 일종의 구멍이 생겨 이 경도를 통해 공기와 수분이 침투하는 문제가 있을 수 있다. 유기막은 기본적으로 내부가 성긴 물질로 침투를 막는 역할 보다는 적층된 무기막 위에서 파티클을 둘러 싸 평탄화를 하고, 다음 무기막의 성막을 돕는 역할을 할 수 있다.
투명 보호 필름(360)은 가요성을 가지며, 외부의 충격으로부터 반도체 발광 소자(320)가 깨지는 것을 방지할 수 있다. 기존에는 보호 필름(360)으로 글래스(Glass)가 이용되었으나, 최근에는 다양한 형태의 디스플레이 장치의 수요를 만족하기 위해 가요성을 가지는 투명 보호 필름(360)이 이용되고 있는 실정이다. 대표적인 투명 보호 필름(360)으로는 투명 폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI) 필름이 이용될 수 있다.
투명 보호 필름(360)은 접착층(340)을 이용하여 봉지층(330)에 접착될 수 있다.
기존의 반도체를 이용한 디스플레이 장치는, 화면의 명암비를 증가하기 위해 투명 보호 필름(360)의 배면에 블랙 염료층(350)를 도포하였다. 경우에 따라서, 블랙 염료층(350)는 봉지층(330)의 상면에 도포되었다. 여기서 블랙 염료는 기 설정 투과율을 가지는 염료로 검정색의 유색 염료일 수 있다.
투명 보호 필름(360) 은 내화학성, 내마모성 등 물리적 특성이 강한 물질이 이용될 수 있다. 이러한 물리적 특성을 가지는 필름이 투명 폴리이미드(CPI) 필름일 수 있다. 투명 보호 필름(360)은 물리적 특성 외 투명성이 중요할 수 있다. 따라서, 투명 보호 필름(360)을 투명하게 관리하는 것이 중요할 수 있다. 특히, 폴리이미드(PI) 필름은 약한 노란색을 가지고 있는 점이 단점으로 지적되고 있다. 이런 노란 성분을 제거한 폴리이미드(PI) 필름이 투명 폴리이미드(CPI) 필름이다. 투명 폴리이미드(CPI) 필름은 황변 지수(Yellowness index)를 하나의 항목으로 두어 노란 성분을 관리하고 있다.
투명 보호 필름(360)의 투명도 관리는 디스플레이 모듈를 이용한 대화면 디스플레이 장치에서 더 중요할 수 있다. 이와 관련하여서는 도 11을 참고한다.
디스플레이 모듈을 이용한 디스플레이 장치는, 프레임(400) 및 프레임(400)에 배열된 복수의 디스플레이 모듈(300)을 포함할 수 있다.
디스플레이 모듈(300)은 프레임(400) 상에 격자 배열되어 하나의 대화면을 구성할 수 있다. 디스플레이 모듈(300)은 각각이 도 10의 적층 구조를 가지는 단위 모듈일 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 모듈(300)은 회로 배선을 포함하는 베이스 기판(310), 회로 배선에 연결되고 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자(320), 반도체 발광 소자(320)를 실링하는 봉지층(330) 및 봉지층(330)에 적층되고 가요성을 가지는 투명 보호 필름(360)을 포함할 수 있다.
디스플레이 모듈(300)을 이용한 디스플레이 장치는, 각 디스플레이 모듈(300)에 포함된 투명 보호 필름(360)의 투명도가 시간이 지남에 따라 저감될 수 있다. 투명 보호 필름(360)은 특히 자외선에 장기간 노출되는 경우 투명도가 저감될 수 있다. 구체적으로, 도 11(b)는 기 설정 시간(Δt) 지난 후 투명 보호 필름(360)의 투명도가 저감된 실시예를 도시하고 있다. 여기서, 투명 폴리이미드(CPI)가 투명 보호 필름(360)으로 사용된 경우, 투명 보호 필름(360)은 자외선 노출로 기 설정 시간(Δt) 지난 후 노란색을 띨 수 있다. 투명 보호 필름(360)의 투명도가 저감된 상태에서, 반도체 발광 소자(360)에 하자(500)가 발생 된 경우, 해당 디스플레이 모듈(300a)을 전체를 교체할 필요가 있다. (도 11(c) 및 도 11(d) 참조) 이 경우, 교체된 디스플레이 모듈(300b)과 교체 전부터 조립된 상태의 디스플레이 모듈(300c)은 투명도가 상이한 문제가 발생할 수 있다. 하나의 대화면을 이루는 디스플레이 모듈(300) 간 투명 보호 필름(360)의 투명도가 상이한 경우, 깨끗하게 연결된 하나의 화면을 구현할 수 없다는 점에서 문제가 될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 블랙 염료층(350)의 도포면을 변경할 수 있다. 이하에서, 블랙 염표층(350)의 도포면이 변경된 디스플레이 장치의 적층 구조를 살펴본다.
도 12는 투명 보호 필름의 투명도 저감 현상을 방지하기 위한 일 실시예에 따른 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 적층 구조를 설명하기 위한 개념도이다. 도 13은 일 실시예에 따라 기 설정된 시간 후 투명 보호 필름의 투명도 저감 개선을 나타낸 데이터이다. 도 14는 투명도 적감 현상이 개선된 일 실시예에 따른 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 모듈 구조를 설명하기 위한 개념도이다. 이하 동일 구성에 대한 설명은 도 10을 참조한다.
일 실시예에 따라, 반도체를 이용한 디스플레이 장치는, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판(310), 회로 기판에 연결되고 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자(320), 반도체 발광 소자(320)를 실링하는 봉지층(330), 봉지층에 적층되며 가요성을 가지는 투명 보호 필름(360) 및 투명 보호 필름(360) 상에 도포되어 기 설정 투과율을 가지는 블랙 염료층(350)을 포함할 수 있다.
투명 보호 필름(360)은 자외선에 장기간 노출되는 경우 투명도가 저하되는 문제가 있을 수 있다. 구체적으로, 투명 보호 필름(360)은 투명 폴리이미드(CPI) 필름으로, 자외선에 장시간 노출되는 경우, 황변 현상의 문제가 있을 수 있다.
블랙 염료층(350)은 기 설정 투과율을 가지는 블랙 염료로, 투명 보호 필름(360)이 자외선에 노출되는 정도를 저감할 수 있다. 구체적으로, 블랙 염료층(350)은 30%의 투과율을 가질 수 있다. 이때, 블랙 염료층(350)은 자외선 차단 효과를 증가하기 위해, 자외선 차단제를 포함할 수 있다.
도 13의 데이터는 30%의 투과율을 가지고, 자외선 차단제를 포함하는 블랙 염료층(350)을 투명 폴리이미드(CPI) 필름 상에 도포한 경우, 투명 폴리이미드(CPI) 필름의 황변(ΔYI) 및 에어지 축적(ΔE)을 설명하고 있다.
구체적으로, 도 13(a)는 블랙 염료층(350) 없이 투명 폴리이미드(CPI)가 기 설정 시간 자외선에 노출된 데이터를 표시하고 있으며, 도 13(b)는 블랙 염료층(350)이 투명 폴리이미드(CPI) 상면에 도포된 상태에서 투명 폴리이미드(CPI)가 기 설정 시간 자외선에 노출된 데이터를 표시하고 있다.
도 13(a)를 살펴보면, 디스플레이 장치(또는 모듈)이 제작된 시점(0h)을 기준으로 24시간이 지난 경우, 투명 폴리이미드(CPI) 필름의 황변이 기준 시점 대비 0.77 진행되고, 투명 폴리이미드(CPI) 필름에 축적된 에너지가 0.44 증가한 것을 확인할 수 있다. 기준 시점(0h)에서 48시간 지난 경우, 투명 폴리이미드(CPI) 필름의 황변이 기준 시점 대비 1.38 진행되고, 투명 폴리이미드(CPI) 필름에 축적된 에너지가 0.66 증가한 것을 확인할 수 있다. 즉, 시간이 증가할수록 황변 및 에너지 축적이 증가하는 것을 확인할 수 잇다.
도 13(b)를 살펴보면, 디스플레이 장치(또는 모듈)이 제작된 시점(0h)을 기준으로 24시간이 지난 경우, 투명 폴리이미드(CPI) 필름의 황변이 기준 시점 대비 0.77 진행되고, 투명 폴리이미드(CPI) 필름에 축적된 에너지가 0.44 증가한 것을 확인할 수 있다. 기준 시점(0h)에서 48시간 지난 경우, 투명 폴리이미드(CPI) 필름의 황변이 기준 시점 대비 0.75 진행되고, 투명 폴리이미드(CPI) 필름에 축적된 에너지가 0.43 증가한 것을 확인할 수 있다. 24 시간 및 48 시간 지난 후 획득한 데이터는 오차 범위에서 동일 수준을 유지하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 투명 폴리이미드(CPI)는 기 설정 시점에서 황변 및 에너지 축적이 변함 없는 것을 확인할 수 있다.
기 설정 기간이 지난 후부터 투명 폴리이미드(CPI)의 황변 및 에너지 축적이 변함이 없는 것은, 디스플레이 모듈을 이용한 대화면 디스플레이 장치에서 연속된 단일 화면을 구현하는데 유리한 효과로 작용할 수 있다. 이와 관련하여서는, 도 14를 참조한다.
디스플레이 모듈을 이용한 디스플레이 장치는, 프레임(400) 및 프레임(400)에 배열된 복수의 디스플레이 모듈(300)을 포함할 수 있다.
디스플레이 모듈(300)은 프레임(400) 상에 격자 배열되어 하나의 대화면을 구성할 수 있다. 디스플레이 모듈(300)은 각각이 도 12의 적층 구조를 가지는 단위 모듈일 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 모듈(300)은 회로 배선을 포함하는 베이스 기판(310), 회로 배선에 연결되고 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자(320), 반도체 발광 소자(320)를 실링하는 봉지층(330), 봉지층(330)에 적층되고 가요성을 가지는 투명 보호 필름(360) 및 투명 보호 필름(360) 상에 도포되어 기 설정 투과율을 가지는 블랙 염료층(350)을 포함할 수 있다.
여기서, 블랙 염료층(350)는 자외선 차단제를 포함할 수 있다. 블랙 염료층(350)는 새로 교체된 디스플레이 모듈(300d) 과 기 설정 시간 이상 자외선에 노출된 디스플레이 모듈(300c)의 투명도 저감 정도를 기 설정 범위 내로 유지할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 모듈(300)의 투명 보호 필름(360)이 투명 폴리이미드(CPI) 필름인 경우, 블랙 염료층(350)은 디스플레이 모듈(300)간 투명 폴리이미드(CPI) 필름의 황변 지수 차이를 기 설정 범위 내로 유지할 수 있다.
시간의 흐름으로 살펴보면, 프레임(400) 상에 배열된 디스플레이 모듈(300)은 (도 14(a))는 일정 시간(Δt) 자외선에 노출된 후 황변 지수가 동일 수준으로 유지될 수 있다. (도 14(b) 참조) 이후 반도체 발광 소자(360)에 하자(500)가 발생 된 경우, 해당 디스플레이 모듈(300a)을 전체를 교체할 필요가 있다. (도 14(c) 및 도 14(d) 참조) 이 경우, 교체된 디스플레이 모듈(300b)과 교체 전부터 조립된 상태의 디스플레이 모듈(300c)은 기 설정 시간 후 황변 진행 상태가 동일하게 유지될 수 있다. 따라서, 하나의 대화면을 이루는 디스플레이 모듈(300) 간 투명 보호 필름(360)의 투명도가 동일하고, 깨끗하게 연결된 하나의 화면을 구현하는데 유리할 수 있다.
블랙 염료층(350)이 외부로 그대로 노출되는 경우, 긁힘으로 벗겨지는 문제가 있을 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 반도체를 이용한 디스플레이 장치는, 블랙 염료층(350) 상에 반사 방지 필름(Anti-Reflection, AR or Anti-Glare, AG), 저반사(Low Reflection, LR) 필름 및 지문 방지(Anti-Finger, AF) 필름 중 적어도 하나(370)를 포함할 수 있다.
도 15는 투명도 저감 현상이 개선된 다른 실시예에 따른 반도체를 이용한 디스플레이 장치의 적층 구조를 설명하기 위한 개념도이다. 동일 구성에 대한 설명은, 도 12를 참조한다.
다른 실시예에 따라, 반도체를 이용한 디스플레이 장치는, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판(310), 회로 기판에 연결되고 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자(320), 반도체 발광 소자(320)를 실링하는 봉지층(330), 봉지층에 적층되며 가요성을 가지는 투명 보호 필름(360), 투명 보호 필름(360) 상에 도포되어 기 설정 투과율을 가지는 제1 블랙 염료층(350a) 및 투명 보포 필름(360)의 배면에 추가로 도포된 제2 블랙 엽료층(350b)을 포함할 수 있다.
제1 블랙 염료층(350a)는 자외선 차단제를 포함할 수 있으며, 제2 블랙 염료층(350b)과 상이한 투과율을 가질 수 있다. 제1 블랙 염료층(350a)는 자외선 차단의 기능을 높이기 위해, 제2 블랙 염료층(350b) 보다 투과율이 낮을 수 있다.
제2 블랙 염료층(350b)는 명암비를 높이는 기능을 수행할 수 있으며, 반도체 발광 소자(320)의 위치에 대응하여 격자 무늬로 도포될 수 있다. 구체적으로, 제2 블랙 염료층(350b)는 반도체 발광 소자(320)와 오버랩되지 않도록 반도체 발광 소자(320)의 영역을 회피하여 격자 무늬로 도포될 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 모듈
310: 베이스 기팜
320: 반도체 발광 소자
330: 봉지층
340: 접착층
350: 블랙 염료층
360:투명 보호 필름
370: 반사 방지 필름, 저반사 필름 및 지문 방지 필름 중 적어도 하나
400:프레임

Claims (15)

  1. 회로 배선을 포함하는 베이스 기판;
    상기 회로 기판에 연결되고, 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자;
    상기 반도체 발광 소자를 실링하는 봉지층;
    상기 봉지층에 적층되며 가요성을 가지는 투명 보호 필름; 및
    상기 투명 보호 필름 상에 도포되어 기 설정 투과율을 가지는 블랙 염료층;을 포함하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 보호 필름은
    투명 폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI) 필름인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 염료층은
    자외선 차단제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 블랙 염료층은
    30% 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는
    상기 투명 보호 필름 배면에 추가로 도포된 블랙 염료층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 투명 보호 필름 전면에 도포된 블랙 염료층은,
    상기 투명 보호 필름 배면에 도포된 블랙 염료층 보다 투과율이 낮은 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는,
    상기 블랙 염료층 상에 반사 방지(Anti-Reflection, AR or Anti-Glare, AG) 필름, 저반사(Low Reflection, LR) 필름 및 지문 방지(Anti-Finger, AF) 필름 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 프레임; 및
    상기 프레임에 배열된 복수의 디스플레이 모듈;을 포함하고,
    상기 디스플레이 모듈은,
    회로 배선을 포함하는 베이스 기판;
    상기 회로 배선에 연결되고, 인가되는 전압에 대응하여 발광하는 반도체 발광 소자;
    상기 반도체 발광 소자를 실링하는 봉지층;
    상기 봉지층에 적층되고, 가요성을 가지는 투명 보호 필름; 및
    상기 투명 보호 필름 상에 도포되어 기 설정 투과율을 가지며, 인접하는 디스플레이 모듈 간 상기 투명 보호 필름의 황변 지수를 기 설정 범위 내로 유지하는 블랙 염료층;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 투명 보호 필름은
    투명 폴리이미드(Colorless Polyimide, CPI) 필름인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 블랙 염료층은
    자외선 차단제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 블랙 염료층은
    기 설정 시간 이상 자외선에 노출된 상기 디스플레이 모듈과, 새로 제작된 상기 디스플레이 모듈간 상기 투명 보호 필름의 황변 지수를 기 설정 범위로 유지하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 블랙 염료층은
    30%의 투과율을 가지는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는,
    상기 투명 보호 필름 배면에 추가로 도포된 블랙 염료층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 투명 보호 필름 전면에 도포된 블랙 염료층은,
    상기 투명 보호 필름 배면에 도포된 블랙 염료층 보다 투과율이 낮은 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은
    상기 블랙 염료층 상에 반사 방지(Anti-Reflection, AR or Anti-Glare, AG) 필름, 저반사(Low-Reflection, LR) 필름 및 지문 방지(Anti-Finger, AF) 필름 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.

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