KR20220080836A - 표시 장치 - Google Patents

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이승범
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 복수의 서브 화소가 배치된 기판, 기판 상에 배치된 제1 반사층, 제1 반사층 상에서 복수의 서브 화소 각각에 배치된 복수의 LED, 제1 반사층과 복수의 LED 사이에 배치된 복수의 광변환층 및 복수의 LED 중 적어도 일부를 덮는 복수의 제2 반사층을 포함하고, 복수의 LED로부터 발광된 광은 복수의 제2 반사층에서 반사되고, 복수의 LED로부터 발광된 광보다 장파장인 광은 복수의 LED 상부로 방출된다. 따라서, 복수의 LED로부터 발광된 광이 복수의 LED 아래의 광변환층에서 장파장의 광으로 변환되는 과정에서 인접한 제1 반사층에 의해 전반사가 최소화될 수 있고, 복수의 LED의 상부로 방출되는 광을 증가시킬 수 있다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 효율이 향상된 표시 장치에 관한 것이다.
컴퓨터의 모니터나 TV, 핸드폰 등에 사용되는 표시 장치에는 스스로 광을 발광하는 유기 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display; OLED) 등과 별도의 광원을 필요로 하는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD) 등이 있다.
표시 장치는 컴퓨터의 모니터 및 TV 뿐만 아니라 개인 휴대 기기까지 그 적용 범위가 다양해지고 있으며, 넓은 표시 면적을 가지면서도 감소된 부피 및 무게를 갖는 표시 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
또한, 최근에는, LED를 포함하는 표시 장치가 차세대 표시 장치로 주목 받고 있다. LED는 유기 물질이 아닌 무기 물질로 이루어지므로, 신뢰성이 우수하여 액정 표시 장치나 유기 발광 표시 장치에 비해 수명이 길다. 또한, LED는 점등 속도가 빠를 뿐만 아니라, 발광 효율이 뛰어나고, 내충격성이 강해 안정성이 뛰어나며, 고휘도의 영상을 표시할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 표시 장치 외부로 추출되는 광을 증가시킨 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 외부 양자 효율을 향상시켜 복수의 광변환층의 두께를 저감할 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 복수의 LED로부터의 광 중 복수의 LED의 측면으로 향하는 광을 복수의 LED의 상측으로 방출시킬 수 있는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 복수의 광변환층에서 변환된 광이 전반사되는 것을 최소화한 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 복수의 서브 화소가 배치된 기판, 기판 상에 배치된 제1 반사층, 제1 반사층 상에서 복수의 서브 화소 각각에 배치된 복수의 LED, 제1 반사층과 복수의 LED 사이에 배치된 복수의 광변환층 및 복수의 LED 중 적어도 일부를 덮는 복수의 제2 반사층을 포함하고, 복수의 LED로부터 발광된 광은 복수의 제2 반사층에서 반사되고, 복수의 LED로부터 발광된 광보다 장파장인 광은 복수의 LED 상부로 방출된다. 따라서, 복수의 LED로부터 발광된 광이 복수의 LED 아래의 광변환층에서 장파장의 광으로 변환되는 과정에서 인접한 제1 반사층에 의해 전반사가 최소화될 수 있고, 복수의 LED의 상부로 방출되는 광을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는, 기판, 기판 상에 배치된 제1 반사층, 제1 반사층 상에 배치된 복수의 광변환층, 복수의 광변환층 상에 배치된 복수의 청색 LED, 및 복수의 청색 LED 중 적어도 일부를 덮도록 배치된 복수의 제2 반사층을 포함하고, 복수의 제2 반사층은 복수의 청색 LED로부터 발광된 청색 광을 복수의 광변환층 측으로 반사시키고, 복수의 광변환층으로부터 광은 투과시킬 수 있다. 따라서, 탑 에미션 방식의 표시 장치에서 LED의 상부가 아닌 하부에 광변환층 및 제1 반사층을 배치하여 전반사를 저감하고, 표시 장치의 외부 양자 효율을 증가시킬 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 표시 장치 외부로 방출되는 광을 증가시켜 표시 장치의 휘도를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 표시 장치 내부에서 광이 전반사되는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명은 광변환층과 LED를 서로 다른 기판에 형성하여 광변환층의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 표시 장치의 외부 양자 효율을 증가시켜 표시 장치의 소비 전력을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 확대 평면도이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도들이다.
도 5a는 비교예에 따른 표시 장치의 복수의 LED에서 발광된 청색 광을 나타내는 단면도이다.
도 5b는 비교예에 따른 표시 장치의 복수의 광변환층에서 변환된 광을 나타내는 단면도이다.
도 6a는 실시예에 따른 표시 장치의 복수의 LED에서 발광된 청색 광을 나타내는 단면도이다.
도 6b는 실시예에 따른 표시 장치의 복수의 광변환층에서 변환된 광을 나타내는 단면도이다.
도 7은 비교예 및 실시예에 따른 표시 장치에서 광변환층의 두께에 따른 외부 양자 효율을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 면적, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 제한되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위 (on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
또한 제 1, 제 2 등이 다양한 구성 요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성 요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제 1 구성 요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제 2 구성 요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 면적 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 면적 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 평면도이다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 표시 장치(100)의 다양한 구성 요소 중 제1 기판(110) 및 서브 화소(SP)만을 도시하였다.
제1 기판(110)은 표시 장치(100)에 포함된 다양한 구성 요소를 지지하기 위한 구성으로, 절연 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)은 유리 또는 수지 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 기판(110)은 고분자 또는 플라스틱을 포함하여 이루어질 수도 있고, 플렉서빌리티(flexibility)를 갖는 물질로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 제1 기판(110)은 실리콘(Si) 기판일 수 있다.
제1 기판(110)은 표시 영역(AA) 및 비표시 영역(NA)을 포함한다.
표시 영역(AA)은 복수의 화소를 구성하는 복수의 서브 화소(SP)가 배치되어 영상이 표시되는 영역이다. 표시 영역(AA)의 복수의 서브 화소(SP) 각각에는 발광 소자 및 발광 소자를 구동하기 위한 구동 회로 등이 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 서브 화소(SP) 각각에는 LED 및 LED를 구동하기 위한 반도체 소자 등이 배치될 수 있다.
비표시 영역(NA)은 영상이 표시되지 않는 영역으로, 표시 영역(AA)에 배치된 서브 화소(SP)를 구동하기 위한 다양한 배선, 구동 IC 등이 배치되는 영역이다. 예를 들어, 비표시 영역(NA)에는 게이트 드라이버 IC, 데이터 드라이버 IC와 같은 다양한 IC 및 구동 회로 등이 배치될 수 있다. 한편, 비표시 영역(NA)은 제1 기판(110)의 배면 즉, 서브 화소(SP)가 없는 면에 위치되거나, 또는 생략될 수 있다.
제1 기판(110)의 표시 영역(AA)에는 복수의 서브 화소(SP)가 정의된다. 복수의 서브 화소(SP) 각각은 빛을 발광하는 개별 단위로, 복수의 서브 화소(SP) 각각에는 LED와 같은 빛을 발광하는 발광 소자가 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 서브 화소(SP)는 적색 서브 화소(SPR), 녹색 서브 화소(SPG) 및 청색 서브 화소(SPB)를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
이하에서는 복수의 서브 화소(SP)에 대한 보다 상세한 설명을 위해 도 2 및 도 3을 함께 참조한다.
도 2는 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 확대 평면도이다. 도 3에서는 설명의 편의를 위해, 복수의 LED(130)의 제2 반도체층(133), 제1 전극(134) 및 제2 전극(135)만을 도시하였다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 제1 기판(110), 제1 반사층(121), 제2 반사층(122), 복수의 광변환층(CCM), 복수의 LED(130), 복수의 절연층(111), 복수의 투명 수지층(112), 접착층(AD) 및 제2 기판(140)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 제1 기판(110) 상에 제1 반사층(121)이 배치된다. 제1 반사층(121)은 복수의 LED(130)에서 발광된 광 중 제1 기판(110) 측으로 향하는 광을 제2 기판(140) 측으로 반사시켜, 표시 장치(100)의 광 효율을 향상시킬 수 있다. 제1 반사층(121)은 반사 효율이 높은 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 반사층(121)은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)과 같은 불투명한 금속 물질로 이루어질 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 반사층(121) 상에 복수의 LED(130)가 배치된다. 복수의 LED(130)는 복수의 서브 화소(SP) 각각에서 제1 반사층(121), 복수의 광변환층(CCM) 및 복수의 절연층(111) 상에 배치된다. 복수의 LED(130)는 전류에 의해 빛을 발광하는 발광 소자이다. 복수의 LED(130)는 적색 광, 녹색 광, 청색 광 또는 자외선 영역의 광 등을 발광하는 LED 등이 있고, 이들의 조합 또는 복수의 LED(130)와 광변환층(CCM)의 조합으로 백색을 포함하는 다양한 색상의 광을 구현할 수 있다.
복수의 LED(130)는 수평형(lateral), 수직형(vertical), 플립칩(flip-chip) 등 다양한 구조로 형성될 수 있다. 수평형 구조의 LED는 발광층(132)과 발광층(132)의 양측에서 수평으로 배치된 N형 전극 및 P형 전극을 포함한다. 수평형 구조의 LED는 N형 전극을 통해 발광층(132)으로 공급된 전자와, P형 전극을 통해 발광층(132)으로 공급된 정공이 결합하여 광을 발광할 수 있다. 수직형 구조의 LED는 발광층(132), 발광층(132) 상하에 배치된 N형 전극 및 P형 전극을 포함한다. 수직형 LED 또한 수평형 LED와 마찬가지로, 전극으로부터 공급된 전자 및 정공의 결합으로 광을 발광할 수 있다. 플립칩 LED는 수평형 LED와 실질적으로 동일한 구조이다. 다만, 플립칩 구조의 LED는 금속 와이어와 같은 매개체를 생략하고, 직접 인쇄회로기판 등에 부착될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해, 복수의 LED(130)가 수직형 구조인 것으로 가정하여 설명하기로 하나, 이에 제한되지 않는다.
한편, 복수의 LED(130)는 서로 다른 색상의 광을 발광할 수도 있으며, 동일한 색상의 광을 발광할 수도 있다. 예를 들어, 복수의 LED(130)가 서로 다른 색상의 광을 발광하는 경우, 복수의 서브 화소(SP) 중 적색 서브 화소(SPR)에 배치된 LED(130)는 적색 광을 발광하는 LED일 수 있고, 녹색 서브 화소(SPG)에 배치된 LED(130)는 녹색 광을 발광하는 LED일 수 있고, 청색 서브 화소(SPB)에 배치된 LED(130)는 청색 광을 발광하는 LED일 수 있다.
반면, 복수의 LED(130)가 동일한 색상의 광을 발광하는 경우, 광변환층(CCM)을 함께 사용하여 복수의 LED(130) 각각에서 발광된 광을 다양한 색상으로 변환할 수도 있다. 이하에서는 복수의 LED(130) 모두가 청색 광을 발광하는 LED인 것으로 가정하여 설명하기로 하나, 이에 제한되지 않는다.
복수의 LED(130)는 제1 반도체층(131), 발광층(132), 제2 반도체층(133), 제1 전극(134) 및 제2 전극(135)을 포함한다.
먼저, 제1 반도체층(131) 상에 발광층(132)이 배치되고, 발광층(132) 상에 제2 반도체층(133)이 배치된다. 제1 반도체층(131) 및 제2 반도체층(133)은 질화갈륨(GaN)에 n형 또는 p형의 불순물을 주입하여 형성된 층일 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체층(131) 또는 제2 반도체층(133) 중 하나는 질화갈륨에 p형의 불순물을 주입하여 형성된 층이고, 나머지 하나는 질화갈륨에 n형의 불순물을 주입하여 형성된 층일 수 있다. p형의 불순물은 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 베릴륨(Be) 등일 수 있고, n형의 불순물은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 주석(Sn) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제1 반도체층(131) 및 제2 반도체층(133) 사이에 발광층(132)이 배치된다. 발광층(132)은 제1 반도체층(131) 및 제2 반도체층(133)으로부터 정공 및 전자를 공급받아 빛을 발광할 수 있다. 이때, 복수의 LED(130)는 청색 LED이므로, 발광층(132)은 청색 광을 발광하는 청색 발광층(132)일 수 있다. 발광층(132)은 단층 또는 다중 양자우물(Multi-Quantum Well; MQW) 구조로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 발광층(132)은 인듐 갈륨 질화물(InGaN) 또는 질화갈륨(GaN) 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 제1 반도체층(131) 하부에 복수의 제1 전극(134)이 배치된다. 복수의 제1 전극(134)은 제1 반도체층(131)과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 제1 전극(134) 각각은 제1 방향에서 서로 이웃한 제1 전극(134)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 방향에서 서로 이웃한 제1 전극(134)은 일체로 이루어져 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 LED(130) 중 동일 라인에 배치된 일부의 LED(130)는 하나의 제1 전극(134)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 방향으로 연장된 동일 라인에 배치된 복수의 LED(130)는 하나의 제1 전극(134)을 공유할 수 있다.
복수의 제1 전극(134)은 발광층(132)에서 발광된 광이 광변환층(CCM)으로 향할 수 있도록 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐 아연 산화물(Indium Zin Oxide; IZO), 인듐 주석 아연 산화물(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO), 아연 산화물(Zinc Oxide; ZnO) 및 주석 산화물(Tin Oxide; TO) 계열의 투명 도전성 산화물로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
제2 반도체층(133) 상에 복수의 제2 전극(135)이 배치된다. 복수의 제2 전극(135)은 제2 반도체층(133)과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 제2 전극(135) 각각은 제1 방향과 상이한 제2 방향에서 서로 이웃한 제2 전극(135)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 방향에서 서로 이웃한 제2 전극(135)은 일체로 이루어져 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 제2 전극(135)은 제2 방향으로 연장되어 복수의 제1 전극(134)과 교차할 수 있다. 예를 들어, 복수의 LED(130) 중 동일 라인에 배치된 일부의 LED(130)는 하나의 제2 전극(135)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2 방향으로 연장된 동일 라인에 배치된 복수의 LED(130)는 하나의 제2 전극(135)을 공유할 수 있다.
복수의 제2 전극(135)은 발광층(132)에서 발광된 광 및 광변환층(CCM)에서 변환된 광이 제2 기판(140) 측으로 진행할 수 있도록 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide; ITO), 인듐 아연 산화물(Indium Zin Oxide; IZO), 인듐 주석 아연 산화물(Indium Tin Zinc Oxide; ITZO), 아연 산화물(Zinc Oxide; ZnO) 및 주석 산화물(Tin Oxide; TO) 계열의 투명 도전성 산화물로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
도면에 도시되지는 않았으나, 복수의 제1 전극(134) 및 복수의 제2 전극(135)은 구동 IC로부터 전압을 공급받을 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 전극(134) 및 복수의 제2 전극(135)은 비표시 영역(NA)에까지 연장 배치되어, 비표시 영역(NA)의 구동 IC와 연결될 수도 있고, 구동 IC로부터 전압을 공급받는 반도체 소자 등에 연결되어 공통 전압을 공급받을 수도 있다.
한편, 도 2에서는 복수의 LED(130)가 수직형인 것으로 가정하여 설명하였으나, 복수의 LED(130)를 다른 타입으로 구성할 수도 있다. 예를 들어, 복수의 LED(130)가 수평형인 경우, 제1 반도체층(131)은 발광층(132)으로부터 일부분이 돌출되고, 복수의 제1 전극(134)은 발광층(132)으로부터 돌출된 제1 반도체층(131) 상면에 배치될 수 있다. 그리고 복수의 제2 전극(135)은 수직형과 동일하게 복수의 제2 반도체층(133) 상면에 배치될 수 있다. 아울러, 복수의 LED(130)가 플립칩 구조인 경우, 제1 반도체층(131) 하면에 제1 전극(134)이 배치될 수 있다. 그리고 제2 반도체층(133)은 발광층(132)으로부터 일부분이 돌출되고, 제2 전극(135)은 발광층(132)으로부터 돌출된 제2 반도체층(133)의 하면에 접할 수 있다.
한편, 표시 장치(100)는 패시브 매트릭스(passive matrix) 또는 액티브 매트릭스(active matrix) 방식으로 구동될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 서로 교차하는 제1 전극(134)과 제2 전극(135)을 공유하는 복수의 LED(130)는 패시브 매트릭스 방식으로 구동될 수 있다. 패시브 매트릭스 방식은 제1 전극(134)과 제2 전극(135)을 교차 배열한 후, 신호를 인가하면 제1 전극(134)과 제2 전극(135)이 교차하는 부분에서 빛이 발생하는 방식이다.
액티브 매트릭스 방식은 패시브 매트릭스 방식과 비교하여 스위치 역할을 하는 트랜지스터를 더 포함하여 복수의 LED(130) 각각을 개별적으로 턴 온(turn-on) 또는 턴 오프(turn-off)할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)가 패시브 매트릭스 방식인 것으로 가정하여 설명하기로 하나 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 복수의 LED(130)에서 발광된 빛이 방출되는 방향에 따라 표시 장치(100)는 탑 에미션(top emission) 또는 바텀 에미션(bottom emission) 방식으로 구성될 수 있다.
탑 에미션 방식은 복수의 LED(130)에서 발광된 빛이 복수의 LED(130)의 상부, 예를 들어, 제2 기판(140) 측으로 발광되는 방식이다. 탑 에미션 방식의 경우, 복수의 LED(130)에서 발광된 빛을 제2 기판(140)의 상부로 진행시키기 위해 복수의 LED(130) 하부에 제1 반사층(121)과 같은 반사층이 형성될 수 있다.
바텀 에미션 방식은 복수의 LED(130)에서 발광된 빛이 복수의 LED(130)의 하부, 예를 들어, 제1 기판(110) 측으로 발광되는 방식이다. 바텀 에미션 방식의 경우, 복수의 LED(130)에서 발광된 빛을 제1 기판(110)의 하부로 진행시키기 위해 복수의 LED(130) 상부에 반사층이 형성될 수 있다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)가 탑 에미션 표시 장치인 것으로 가정하여 설명하기로 한다.
제1 반사층(121)과 복수의 LED(130) 사이에 복수의 광변환층(CCM)이 배치된다. 복수의 광변환층(CCM)은 복수의 LED(130)로부터 발광된 광을 다양한 색상의 광으로 변환할 수 있다. 복수의 광변환층(CCM) 각각은 복수의 LED(130)에서 발광된 광을 흡수하여 다른 색상의 광으로 변환하는 광변환 물질을 포함할 수 있다. 광변환 물질은 예를 들어, 나노 형광체, 유기 형광체, 양자점, 형광 염료 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 광변환층(CCM)은 복수의 LED(130)에서 발광된 광이 광변환 물질에 흡수될 확률을 높이기 위해 산란 물질을 더 포함할 수 있다.
복수의 광변환층(CCM)은 적색 광변환층(CCMR) 및 녹색 광변환층(CCMG)을 포함한다. 적색 광변환층(CCMR)은 적색 서브 화소(SPR)에 배치되어 복수의 LED(130)로부터 청색 광을 적색 광으로 변환할 수 있다. 녹색 광변환층(CCMG)은 녹색 서브 화소(SPG)에 배치되어 복수의 LED(130)로부터 청색 광을 녹색 광으로 변환할 수 있다.
이때, 복수의 서브 화소(SP) 중 청색 서브 화소(SPB)에는 별도의 광변환층(CCM)이 배치되지 않을 수 있다. 상술한 바와 같이, 복수의 LED(130)로부터 발광된 광은 청색 광이므로, 복수의 LED(130)로부터 발광된 청색 광을 다른 색상의 광으로 변환시킬 필요가 없으며, 복수의 LED(130)로부터 발광된 청색 광을 그대로 제2 기판(140) 상부로 방출시킬 수 있다.
복수의 광변환층(CCM)과 복수의 LED(130) 사이에 복수의 절연층(111)이 배치된다. 복수의 절연층(111) 각각은 복수의 광변환층(CCM) 각각의 상면과 측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 복수의 절연층(111) 각각은 복수의 광변환층(CCM) 각각을 덮도록 배치되어, 복수의 광변환층(CCM)을 보호할 수 있다. 또한, 복수의 절연층(111)은 복수의 광변환층(CCM)이 배치된 제1 기판(110)의 상부를 평탄화할 수 있다. 예를 들어, 복수의 절연층(111)은 폴리이미드(polyimide)나 아크릴(acryl)계 유기 물질 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
복수의 절연층(111)은 서로 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 광변환층(CCM)을 둘러싸는 복수의 절연층(111) 각각은 서로 이격되어, 복수의 절연층(111) 사이는 빈 공간이 될 수 있다. 복수의 절연층(111)을 서로 이격시켜 복수의 서브 화소(SP)의 혼색을 저감할 수 있다. 만약, 절연층(111)이 제1 기판(110) 전면에서 일체로 형성되는 경우, 복수의 광변환층(CCM) 각각에서 변환된 광은 절연층(111)을 통해 이웃한 서브 화소(SP)로 전달될 수 있다. 이와 달리, 절연층(111)을 복수 개로 패터닝하여 서로 이격시킨 경우, 복수의 광변환층(CCM)에서 변환된 광은 복수의 절연층(111) 내에서만 전달될 수 있고, 이격된 다른 절연층(111)으로는 전달되기 어려울 수 있다. 복수의 절연층(111) 사이에는 복수의 절연층(111)보다 굴절률이 낮은 공기가 배치되므로, 하나의 절연층(111)에서의 광이 이웃한 다른 절연층(111)으로 전달되기 어려울 수 있다. 따라서, 복수의 절연층(111)을 서로 이격시켜 복수의 서브 화소(SP) 간의 혼색을 저감할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 복수의 절연층(111) 사이에는 뱅크가 더 배치될 수 있다. 뱅크는 복수의 서브 화소(SP) 간의 경계에서 배치되어, 혼색을 저감할 수 있다. 뱅크는 유기 절연 물질로 이루어질 수 있으며, 아크릴(acryl)계 수지, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene; BCB)계 수지, 또는 폴리이미드로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 뱅크는 혼색을 저감하기 위해 블랙 물질을 더 포함하여 구성될 수도 있다.
복수의 LED(130) 상에 복수의 제2 반사층(122)이 배치된다. 복수의 제2 반사층(122)은 복수의 서브 화소(SP) 중 일부의 서브 화소(SP)에 배치되어, 제2 기판(140)으로 향하는 광 중 일부는 반사시키고, 다른 일부는 투과시킬 수 있다. 구체적으로, 복수의 제2 반사층(122)은 복수의 LED(130)로부터 발광된 광 중 제2 기판(140)으로 향하는 광을 제1 기판(110) 측으로 반사시킬 수 있다. 그리고 복수의 제2 반사층(122)은 복수의 광변환층(CCM)에서 변환된 광 중 제2 기판(140)으로 향하는 광을 투과시킬 수 있다. 즉, 복수의 제2 반사층(122)은 복수의 LED(130)에서 발광된 광은 반사시키고, 복수의 LED(130)에서 발광된 광보다 장파장인 광은 투과시킬 수 있다. 복수의 제2 반사층(122)은 굴절률이 다른 유전체층을 적층하여 형성된 분산된 브래그 반사체(Distributed Bragg Reflector; DBR)일 수 있다. 예를 들어, 제2 반사층(122)은 고굴절률의 물질과 저굴절률의 물질을 교대로 적층하여 구현될 수 있다. 이때, 적층되는 유전체층의 개수 및 두께를 조절하여 특정 파장 범위의 광을 선택적으로 투과 및 반사시킬 수 있다.
복수의 제2 반사층(122)은 제2 적색 투과 반사층(122a) 및 제2 녹색 투과 반사층(122b)을 포함한다. 제2 적색 투과 반사층(122a)은 적색 서브 화소(SPR)에 배치되어, 복수의 LED(130)로부터 발광된 청색 광은 적색 광변환층(CCMR) 측으로 반사시키고, 적색 광변환층(CCMR)에서 변환된 적색 광은 투과시킬 수 있다. 제2 녹색 투과 반사층(122b)은 녹색 서브 화소(SPG)에 배치되어, 복수의 LED(130)로부터 발광된 청색 광은 녹색 광변환층(CCMG) 측으로 반사시키고, 녹색 광변환층(CCMG)에서 변환된 녹색 광은 투과시킬 수 있다.
복수의 서브 화소(SP) 중 청색 서브 화소(SPB)에는 제2 반사층(122)이 배치되지 않을 수 있다. 복수의 LED(130)로부터 발광된 광은 청색 광이므로, 이를 광변환층(CCM)에서 다른 색상의 광으로 변환시킬 필요가 없고, 복수의 LED(130)로부터 발광된 청색 광을 제2 기판(140) 상부로 방출시킬 수 있다. 대신 청색 서브 화소(SPB)에서 복수의 LED(130) 상에 투명 수지층(112)을 배치할 수 있다. 복수의 LED(130) 상에 투명 수지층(112)을 배치하여 복수의 LED(130)로부터 발광된 청색 광을 제2 기판(140) 상부로 방출시킬 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 적색 서브 화소(SPR)에는 제2 적색 투과 반사층(122a)이 형성되고, 녹색 서브 화소(SPG)에는 제2 녹색 투과 반사층(122b)이 형성된 것으로 설명하였으나, 적색 서브 화소(SPR)와 녹색 서브 화소(SPG)에 하나의 제2 반사층(122)이 형성될 수도 있다. 예를 들어, 적색 서브 화소(SPR)와 녹색 서브 화소(SPG)에 청색 광을 반사시키고, 녹색 광 및 적색 광을 투과시키는 제2 반사층(122)을 일체로 형성할 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다.
복수의 제2 반사층(122) 및 투명 수지층(112) 상에 접착층(AD)이 배치된다. 접착층(AD)은 접착성을 갖는 투명한 물질로 이루어질 수 있으며, 열 경화형 또는 자연 경화형의 접착제이거나 접착 필름일 수 있다. 예를 들어, 접착층(AD)은 OCA(Optical Clear Adhesive), PSA(Pressure Sensitive Adhesive) 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
접착층(AD) 상에 제2 기판(140)이 배치된다. 제2 기판(140)은 제2 기판(140) 하부의 구성을 외부의 충격, 습기, 열 등으로부터 보호할 수 있다. 제2 기판(140)은 내충격성 및 광투과성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제2 기판(140)은 유리로 이루어지거나, 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA), 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)와 같은 플라스틱 물질로 이루어진 박형의 필름일 수 있다.
이하에서는 도 4a 내지 도 4h를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도들이다. 도 4a 내지 도 4d는 제2 기판(140)에 복수의 LED(130)를 형성하는 과정을 설명하기 위한 공정도들이다. 도 4e 및 도 4f는 제1 기판(110)에 복수의 광변환층(CCM)을 형성하는 과정을 설명하기 위한 공정도들이다. 도 4g 및 도 4h는 제1 기판(110)과 제2 기판(140)을 합착하는 과정을 설명하기 위한 공정도들이다.
도 4a를 참조하면, 웨이퍼(WF) 상에 복수의 LED(130)의 제1 반도체층(131), 발광층(132) 및 제2 반도체층(133)을 형성한 후, 복수의 제2 전극(135)을 형성한다.
먼저 제1 반도체층(131), 발광층(132) 및 제2 반도체층(133)을 형성하기 위해, 웨이퍼(WF) 상에 에피층을 형성할 수 있다.
웨이퍼(WF)는 복수의 LED(130)를 형성하기 위한 에피층이 성장되는 기판이다. 웨이퍼(WF)는 사파이어, 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN), 산화아연(ZnO) 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
에피층은 복수의 LED(130)를 형성하기 위한 것으로, 복수의 LED(130)를 이루는 층을 이루는 물질이 순차적으로 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼(WF) 상에 제1 반도체층(131)을 이루는 물질, 발광층(132)을 이루는 물질 및 제2 반도체층(133)을 이루는 물질을 순차적으로 성장시켜 에피층을 형성할 수 있다.
이어서, 에피층을 가공하여 복수의 LED(130)의 제1 반도체층(131), 발광층(132) 및 제2 반도체층(133)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 에피층을 복수 개로 패터닝하여 복수의 LED(130) 각각의 제1 반도체층(131), 발광층(132) 및 제2 반도체층(133)을 형성할 수 있다.
이어서, 복수의 제2 반도체층(133) 상에 복수의 제2 전극(135)을 형성한다. 복수의 제2 전극(135)은 제2 방향으로 연장되어 복수의 제2 반도체층(133)에 접하도록 형성될 수 있다.
다음으로, 도 4b를 참조하면, 복수의 LED(130) 상에 복수의 광변환층(CCM) 및 복수의 투명 수지층(112)을 형성한다. 구체적으로, 적색 서브 화소(SPR)에서는 제2 전극(135) 상에 적색 광변환층(CCMR)을 형성하고, 녹색 서브 화소(SPG)에서는 제2 전극(135) 상에 녹색 광변환층(CCMG)을 형성할 수 있다. 그리고 청색 서브 화소(SPB)에서는 제2 전극(135) 상에 투명 수지층(112)을 형성할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 복수의 광변환층(CCM) 및 투명 수지층(112) 상에 접착층(AD) 및 제2 기판(140)을 부착한다. 제2 기판(140)은 접착층(AD)을 통해 복수의 LED(130) 상부에 부착될 수 있다.
이어서, 도 4d를 참조하면, 복수의 LED(130)와 웨이퍼(WF)를 분리한다. 복수의 LED(130)를 제2 기판(140)에 부착한 상태에서 복수의 LED(130)로부터 웨이퍼(WF)를 박리할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼(WF)는 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off; LLO) 기술을 통해 박리될 수 있다. 레이저 리프트 오프의 경우, 레이저를 웨이퍼(WF)에 조사하면 복수의 LED(130)와 웨이퍼(WF)의 계면에서 레이저 흡수가 일어나 복수의 LED(130)와 웨이퍼(WF)가 분리될 수 있다. 다만, 웨이퍼(WF)는 레이저 리프트 오프 외에도 다른 방식으로 분리될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
다음으로, 도 4e를 참조하면, 제1 기판(110) 상에 제1 반사층(121) 및 복수의 광변환층(CCM)을 형성한다. 구체적으로, 제1 기판(110) 전면에 제1 반사층(121)을 형성한 후, 복수의 서브 화소(SP) 중 적색 서브 화소(SPR) 및 녹색 서브 화소(SPG)에 대응되는 영역에 복수의 광변환층(CCM)을 형성할 수 있다. 이 경우, 복수의 LED(130)는 청색 LED이므로 청색 서브 화소(SPB)에 대응되는 영역에는 별도의 광변환층(CCM)을 형성하지 않을 수 있다.
이어서, 도 4f를 참조하면, 복수의 광변환층(CCM) 및 제1 반사층(121) 상에 복수의 절연층(111) 및 제1 전극(134)을 형성한다.
먼저, 복수의 서브 화소(SP) 각각에 대응되도록 복수의 절연층(111)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 복수의 광변환층(CCM) 및 제1 반사층(121)이 형성된 제1 기판(110) 전면에 절연층(111)을 이루는 물질을 형성할 수 있다. 그리고 복수의 서브 화소(SP)의 경계에 중첩하는 영역에서 절연층(111)을 이루는 물질을 패터닝하여 복수의 서브 화소(SP) 각각에 대응되는 복수의 절연층(111)을 형성할 수 있다. 이때, 복수의 적색 서브 화소(SPR) 및 복수의 녹색 서브 화소(SPG)에서 복수의 절연층(111)은 복수의 광변환층(CCM) 각각의 상면과 측면을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 그리고 복수의 청색 서브 화소(SPB)에서 복수의 절연층(111)은 제1 반사층(121)의 상면을 덮도록 배치될 수 있다.
한편, 복수의 절연층(111)과 뱅크를 함께 형성하는 경우, 복수의 서브 화소(SP)의 경계에 중첩하는 뱅크를 형성한 후, 뱅크 사이에 복수의 절연층(111)을 형성할 수 있다.
이어서, 복수의 절연층(111) 상에 복수의 제1 전극(134)을 형성할 수 있다. 복수의 절연층(111) 상에서 제1 방향으로 연장되고, 서로 이격된 복수의 제1 전극(134)을 형성할 수 있다.
다음으로, 도 4g 및 도 4h를 참조하면, 제1 반사층(121) 및 복수의 광변환층(CCM)이 형성된 제1 기판(110)과 복수의 LED(130)가 형성된 제2 기판(140)을 합착하여 표시 장치(100)의 형성을 완료할 수 있다. 구체적으로, 제1 기판(110)의 복수의 LED(130)의 제1 반도체층(131)을 제2 기판(140)의 복수의 제1 전극(134)에 부착하여 복수의 LED(130) 및 표시 장치(100)의 형성을 완료할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 출광 방향의 반대 방향에 광변환층(CCM) 및 제1 반사층(121)을 형성하여, 수평 방향으로 전반사되어 표시 장치(100) 외부로 추출되지 못하는 광을 저감할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 복수의 LED(130)로부터 발광된 광이 표시 장치(100)의 상부, 즉, 제2 기판(140) 측으로 방출되는 탑 에미션 방식의 표시 장치(100)이다. 다만, 전반사가 일어나는 경우, 복수의 LED(130)로부터 발광된 광이 수직 방향으로 진행하지 못하고 수평 방향으로 진행하여 표시 장치(100)의 외부로 추출되기 어려울 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 제2 반사층(122)에 의해 제1 기판(110)으로 진행하는 청색 광은 광변환층(CCM)에서 다른 색상의 광으로 변환될 수 있고, 변환된 광은 제1 반사층(121)에 의해 LED(130) 상부로 다시 반사될 수 있다. 이때, 광변환층(CCM)과 제1 반사층(121)이 인접하게 배치되어 광변환층(CCM)에서 변환된 광의 경로를 LED(130) 상부로 변경할 수 있고, 전반사되는 광을 저감할 수 있다.
이하에서는 도 5a 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)의 광 추출 효과에 대하여 설명하기로 한다.
도 5a는 비교예에 따른 표시 장치의 복수의 LED에서 발광된 청색 광을 나타내는 단면도이다. 도 5b는 비교예에 따른 표시 장치의 복수의 광변환층에서 변환된 광을 나타내는 단면도이다. 도 6a는 실시예에 따른 표시 장치의 복수의 LED에서 발광된 청색 광을 나타내는 단면도이다. 도 6b는 실시예에 따른 표시 장치의 복수의 광변환층에서 변환된 광을 나타내는 단면도이다. 도 7은 비교예 및 실시예에 따른 표시 장치에서 광변환층의 두께에 따른 외부 양자 효율을 나타낸 그래프이다.
비교예에 따른 표시 장치(10)는 제1 반사층(21), 제1 반사층(21) 상에 배치된 블랙 뱅크(BB), 블랙 뱅크(BB) 사이에 배치된 LED(30), LED(30) 상의 광변환층(CCM), 광변환층(CCM) 상의 제2 반사층(22) 및 제2 반사층(22) 상의 절연층(11)을 포함하는 구조이다. 실시예에 따른 표시 장치(100)는 제1 반사층(121), 제1 반사층(121) 상에 배치된 블랙 뱅크(BB), 블랙 뱅크(BB) 사이에 배치된 광변환층(CCM), 광변환층(CCM) 상의 LED(130), LED(130) 상의 제2 반사층(122) 및 제2 반사층(122) 상의 절연층(111)을 포함하는 구조이다. 즉, 비교예에 따른 표시 장치(10)는 LED(30) 상에 광변환층(CCM) 및 제2 반사층(22)이 배치되는 구조이고, 실시예에 따른 표시 장치(100)는 LED(130) 의 하부에 광변환층(CCM)이 배치되고, LED(130)의 상부에 제2 반사층(122)이 배치되는 구조이다.
도 5a를 참조하면, 비교예에 따른 표시 장치(10)에서 LED(30)로부터 발광된 청색 광은 제2 반사층(22)을 통과하지 못하고 제1 반사층(21) 측으로 반사되는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 제2 반사층(22)은 청색 광을 반사하고, 적색 광 녹색 광을 투과시킬 수 있다. 이에, LED(30)로부터 발광된 청색 광은 제2 반사층(22)에 의해 반사될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 제1 반사층(21)에서 반사된 청색 광과 LED(30)에서 발광된 청색 광이 광변환층(CCM)으로 진행하여 다른 색상의 광으로 변환된 후, 제2 반사층(22)의 상부로 진행하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 제1 반사층(21)에서 출광 방향인 LED(30) 상부로 반사된 청색 광과 LED(30)에서 발광된 청색 광이 광변환층(CCM)으로 진행할 수 있다. 그리고 청색 광은 광변환층(CCM)에서 다른 색상으로 광으로 변환되는 과정에서 광변환층(CCM)의 전면으로 퍼져 진행할 수 있다. 즉, 제1 반사층(21)과 LED(30)로부터 출광 방향인 수직 방향으로 진행하는 광 중 일부는 광변환층(CCM)에서 경로가 변경될 수 있다.
이때, 광경로가 변경된 광 중 일부는 LED(30) 측부의 블랙 뱅크(BB)로 진행하여 블랙 뱅크(BB)에 흡수될 수 있다. 구체적으로, 광변환층(CCM)은 광변환 효율을 향상시키기 위해 산란 물질을 포함할 수 있다. 이에, LED(30)로부터 발광된 청색 광은 광변환층(CCM)에서 산란되며 광변환 물질에 흡수될 확률이 높아질 수 있고, 광변환층(CCM)의 광변환 효율이 향상될 수 있다.
그러나, 광변환층(CCM) 내에서 산란되며 변환된 광 중 일부는 LED(30)에 광경로가 변경되어 LED(30)에 대해 경사를 가지며 진행할 수 있다. 예를 들어, LED(30)에 수직한 방향으로 진행하는 청색 광 중 일부는 광변환층(CCM)에서 다른 색상의 광으로 변환되는 과정에서 입사 각도가 변경되며, 광경로가 달라질 수 있다. 만약, 광의 입사 각도가 임계각보다 커지게 되면, 전반사가 일어나 외부로 추출되는 광은 감소하고, LED(30)의 측부로 진행하여 블랙 뱅크(BB)에 흡수되는 광이 증가할 수 있다. 따라서, 비교예에 따른 표시 장치(10)와 같이 탑 에미션 방식의 표시 장치에서 LED(30) 상부에 광변환층(CCM)이 배치되는 경우, 광변환층(CCM)에서 광이 변환되는 과정에서 광 경로가 변환되어 전반사되는 광이 증가할 수 있고, 광 추출 효율이 감소할 수 있다.
다음으로 도 6a를 참조하면, 실시예에 따른 표시 장치(100)에서 LED(130)로부터 발광된 청색 광은 제2 반사층(122)을 통과하지 못하고 제1 반사층(121) 및 광변환층(CCM) 측으로 반사되는 것을 확인할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 제2 반사층(122)으로부터 반사된 청색 광과 LED(130)에서 발광된 청색 광이 광변환층(CCM)에서 다른 색상의 광으로 변환될 수 있다. 광변환층(CCM)에서 변환된 광 대부분은 LED(130)의 측부를 향하는 대신 LED(130)의 상부로 진행하는 것을 확인할 수 있다. 이에, 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 비교예에 따른 표시 장치(10)와 비교하여 광변환층(CCM)에서 변환되어 블랙 뱅크(BB)로 진행하는 광이 감소한 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 제2 반사층(122)에서 반사된 청색 광은 광변환층(CCM)과 제1 반사층(121)을 향해 진행할 수 있다. 이때, 광변환층(CCM)에서 변환된 광은 광변환층(CCM)과 접하는 제1 반사층(121)을 향해 진행한 후, 제1 반사층(121)에서 LED(130) 상부를 향해 반사될 수 있다. 이 경우, 제1 반사층(121)에서 반사된 광은 최대한 LED(130)에 수직한 방향으로 진행할 수 있다. 그러므로, 제1 반사층(121)에서 반사된 광의 입사 각도는 수직에 가까울 수 있고, 전반사가 저감될 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 LED(130) 하부에 광변환층(CCM)과 제1 반사층(121)을 배치하여, 광변환층(CCM)에서 변환된 광의 경로를 LED(130)에 수직한 방향으로 전달하여 전반사를 저감하고, 광 추출 효율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하면, 비교예 및 실시예에 따른 표시 장치(10, 100)는 광변환층(CCM)의 두께가 증가할수록 외부 양자 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 광변환층(CCM)의 두께를 증가시킬수록 광이 광변환층(CCM) 내의 광변환 물질에 흡수될 확률이 증가할 수 있다. 즉, 광변환층(CCM)의 두께는 광변환 효율과 비례할 수 있다.
외부 양자 효율은 주입된 전하가 광자로 변환되는 비율인 내부 양자 효율과 광자를 외부로 추출하는 광 추출 효율에 기초하여 결정되는 비율이다. 외부 양자 효율이 증가하는 경우, 외부로 추출되는 광이 증가할 수 있고, 휘도가 향상될 수 있다.
이때, 광변환층(CCM)의 두께가 동일한 경우, 실시예에 따른 표시 장치(100)는 비교예에 따른 표시 장치(10)의 외부 양자 효율보다 높은 외부 양자 효율을 가질 수 있다. 구체적으로, 도 5a 내지 도 6b를 참조하여 상술한 바와 같이, 비교예에 따른 표시 장치(10)에서는 광변환층(CCM)에서 변환된 광 중 전반사되는 광이 증가하여 표시 장치(10) 외부로 추출되는 광이 감소할 수 있다. 반면, 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 광변환층(CCM)에서 변환된 광 중 전반사되는 광이 감소하여 표시 장치(100) 외부로 추출되는 광이 증가할 수 있다. 그러므로, 광변환층(CCM)에서 동일한 양의 광이 변환되더라도 비교예에 따른 표시 장치(10)에서는 전반사에 의해 외부로 추출되는 광이 감소하고, 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 전반사가 저감되어 외부로 추출되는 광이 증가할 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 비교예에 따른 표시 장치(10)보다 얇은 광변환층(CCM)을 사용하더라도, 외부 양자 효율이 높으므로 표시 장치(100)의 휘도를 동일 수준으로 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 탑 에미션 방식에서 광변환층(CCM)과 제1 반사층(121)을 복수의 LED(130)의 하부에 배치하여 표시 장치(100) 외부로 추출되는 광을 증가시킬 수 있다. 구체적으로, 복수의 LED(130)에서 발광된 청색 광은 제2 반사층(122)에 의해 복수의 LED(130) 하부의 제1 반사층(121) 측으로 진행할 수 있다. 복수의 LED(130) 하부로 진행하는 광은 광변환층(CCM)에서 다른 색상의 광으로 변환될 수 있다. 그리고 광변환층(CCM)에서 변환된 광은 제1 반사층(121)에 의해 복수의 LED(130)의 상부로 진행 방향이 변경될 수 있고, 광변환층(CCM)에 의해 복수의 LED(130)의 상부가 아닌 복수의 LED(130)의 측부로 진행 방향이 변경되는 광이 저감될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 광변환층(CCM)과 제1 반사층(121)을 인접하게 배치하여 광변환층(CCM)에서 변환된 광을 복수의 LED(130)의 상부로 진행시킬 수 있어, 전반사를 저감하고 표시 장치(100)의 휘도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 광변환층(CCM)의 두께를 저감하여 제조 비용 및 소비 전력을 절감할 수 있다. 광변환층(CCM)은 두께가 증가할수록 광변환층(CCM)에서 변환되는 광이 증가할 수 있다. 다만, 광변환층(CCM)의 두께를 증가시키기 위해서는 수차례 광변환층(CCM) 형성 공정을 진행해야 하는 경우도 있다. 예를 들어, 광변환층(CCM)을 형광체를 포함하는 포토 레지스트를 스핀 코팅 방식으로 형성하는 방식은, 한번의 공정만으로 형성 가능한 두께가 한정적이므로 공정을 수 차례 진행하여 두꺼운 두께의 광변환층(CCM)을 형성할 수 있다. 또한, 공정 수가 증가하는 경우 제조 비용이 증가하게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 비교예에 따른 표시 장치(10)와 같이 출광 방향에 광변환층(CCM)이 배치된 경우와 비교하여 높은 외부 양자 효율을 갖는다. 그러므로, 광변환층(CCM)의 두께를 줄이더라도, 광변환층(CCM)에서 변환된 광을 최대한 표시 장치(100) 외부로 방출시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 광변환층(CCM)의 두께를 저감하더라도 충분한 휘도를 구현할 수 있으므로, 광변환층(CCM) 형성에 드는 제조 비용 및 시간을 절감할 수 있다. 아울러, 광변환층(CCM)의 두께를 기존과 동일하게 형성하더라도 더 낮은 소비 전력으로 동일 수준의 휘도를 구현할 수 있으므로, 소비 전력을 절감할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 광변환층(CCM)을 복수의 LED(130)와 서로 다른 기판에 형성하여 복수의 광변환층(CCM)의 안정성을 확보할 수 있다. 만약, 광변환층(CCM)을 복수의 LED(130)와 동일한 기판에 형성하는 경우, 공정 과정에서 광변환층(CCM)에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 광변환층(CCM)이 유기 물질을 포함하는 경우 다른 공정으로 인한 고온의 열 등이 가해지면 광변환층(CCM)의 특성이 변경될 수도 있다. 예를 들어, 기판 상에 광변환층(CCM)을 형성할 때, 기판 상에 형성된 각종 구성 등으로 인해 광변환층(CCM)의 두께를 균일하게 형성하기 어려울 수 있고, 광변환층(CCM)에서 변환되는 광의 효율 또한 불균일하게 구성될 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서는 복수의 광변환층(CCM)을 제1 반사층(121)이 형성된 제1 기판(110) 상에 형성하고, 복수의 LED(130)를 제2 기판(140)에 형성한 후, 제1 기판(110)과 제2 기판(140)을 합착하는 방식으로 표시 장치(100)를 제조할 수 있다. 이때, 복수의 광변환층(CCM)과 복수의 LED(130)가 서로 다른 기판에 형성되므로 복수의 LED(130) 형성 공정에서 복수의 광변환층(CCM)에 가해지는 영향이 최소화될 수 있다. 또한, 복수의 광변환층(CCM)은 제1 기판(110) 전면에 형성된 제1 반사층(121) 상에 형성되므로, 복수의 배선이나 구동 소자 등에 의해 발생할 수 있는 단차를 제거할 수 있고, 복수의 광변환층(CCM)의 두께를 균일하게 형성할 수 있다. 따라서, 복수의 광변환층(CCM)과 복수의 LED(130)를 분리 형성하여 복수의 광변환층(CCM)의 특성 변화 또는 광변환 효율 저하를 최소화할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 8의 표시 장치(800)는 도 1 내지 도 3의 표시 장치(100)와 비교하여 트랜지스터(TR)를 더 포함하고, 복수의 LED(830)의 전극이 상이한 점을 제외하면 다른 구성은 실질적으로 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
도 8을 참조하면, 복수의 LED(830)는 복수의 제1 전극(834) 및 제2 전극(835)을 포함한다. 복수의 LED(830) 각각의 제1 반도체층(131) 아래에 제2 전극(835)이 형성된다. 제1 전극(834)은 복수의 LED(830)의 제1 반도체층(131)과 일대일 대응하도록 형성될 수 있다. 복수의 LED(830)는 서로 다른 제1 전극(834)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 전극(835)은 제2 기판(140) 전면에 형성되어 복수의 LED(830)의 제2 반도체층(133)과 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 LED(830)는 하나의 제2 전극(835)을 공유할 수 있다.
복수의 서브 화소(SP) 각각에 트랜지스터(TR)가 배치된다. 복수의 트랜지스터(TR)는 복수의 LED(830) 각각을 구동하기 위한 구동 소자이다. 복수의 트랜지스터(TR)는 예를 들어, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT), N형 금속 산화막 반도체(N-channel Metal Oxide Semiconductor; NMOS), P형 금속 산화막 반도체(P-channel Metal Oxide Semiconductor; PMOS), 상보성 금속 산화막 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor; CMOS), 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
복수의 트랜지스터(TR)는 복수의 LED(830)의 복수의 제1 전극(834)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 복수의 트랜지스터(TR)의 소스 전극 또는 드레인 전극은 복수의 제1 전극(834)과 전기적으로 연결되어 복수의 LED(830)로 전달되는 전압을 제어할 수 있다.
이때, 복수의 트랜지스터(TR)는 복수의 LED(830)와 함께 제2 기판(140)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼(WF) 상에 복수의 트랜지스터(TR)와 복수의 LED(830)를 함께 형성할 수 있고, 제2 기판(140)과 제1 기판(110)을 합착하여 복수의 트랜지스터(TR)를 복수의 제2 전극(835)과 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서, 복수의 트랜지스터(TR)의 형성 공정은 다양하게 구현될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
한편, 도 8에서는 복수의 LED(830)가 복수의 제1 전극(834)과 하나의 제2 전극(835)을 포함하고, 복수의 트랜지스터(TR)는 복수의 제1 전극(834) 각각에 전기적으로 연결된 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 복수의 LED(830)는 하나 이상의 제1 전극(834)과 복수의 제2 전극(835)을 포함하고, 트랜지스터(TR)는 복수의 제2 전극(835)에 전기적으로 연결될 수도 있다.
또한, 도 8에서는 복수의 트랜지스터(TR)가 복수의 제1 전극(834)과 제2 전극(835) 사이에 배치된 것으로 도시하였으나, 복수의 트랜지스터(TR)는 복수의 LED(830)와 제1 기판(110) 사이에 형성될 수도 있다. 이 경우, 제1 기판(110) 상에 복수의 트랜지스터(TR)를 형성할 수 있고, 복수의 트랜지스터(TR)가 형성된 제1 기판(110)과 복수의 LED(830)가 형성된 제2 기판(140)을 합착하여 복수의 트랜지스터(TR)와 복수의 LED(830)를 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(800)에서는 복수의 트랜지스터(TR)를 형성하여 액티브 매트릭스 방식의 표시 장치(800)를 구현할 수 있다. 구체적으로, 액티브 매트릭스 방식은 스위치 역할을 하는 트랜지스터(TR)를 더 포함하여 복수의 LED(830) 각각을 개별적으로 구동할 수 있다. 복수의 LED(830)는 서로 분리된 복수의 제1 전극(834) 및 제2 기판(140) 전면에 형성된 제2 전극(835)을 포함할 수 있다. 그리고 복수의 트랜지스터(TR)를 복수의 제1 전극(834)과 전기적으로 연결할 수 있다. 이 경우, 복수의 LED(830)는 복수의 트랜지스터(TR)를 통해 복수의 제1 전극(834)에 전달되는 전압과 제2 전극(835)에 전달되는 전압에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(835)에 일정한 전압이 인가되는 상황에서 복수의 트랜지스터(TR)로부터 복수의 제1 전극(834) 각각으로 전달되는 전압을 조절하여 복수의 LED(830)의 구동을 제어할 수 있다. 이에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(800)는 복수의 트랜지스터(TR)를 포함하여 액티브 매트릭스 방식으로 구동될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치는 다음과 같이 설명될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는, 복수의 서브 화소가 배치된 기판, 기판 상에 배치된 제1 반사층, 제1 반사층 상에서 복수의 서브 화소 각각에 배치된 복수의 LED, 제1 반사층과 복수의 LED 사이에 배치된 복수의 광변환층 및 복수의 LED 중 적어도 일부를 덮는 복수의 제2 반사층을 포함하고, 복수의 LED로부터 발광된 광은 복수의 제2 반사층에서 반사되고, 복수의 LED로부터 발광된 광보다 장파장인 광은 복수의 LED 상부로 방출된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 서브 화소는, 적색 광을 표시하는 적색 서브 화소, 녹색 광을 표시하는 녹색 서브 화소, 및 청색 광을 표시하는 청색 서브 화소를 포함하고, 복수의 LED는 청색 LED일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 광변환층은, 적색 서브 화소에 배치된 적색 광변환층, 및 녹색 서브 화소에 배치된 녹색 광변환층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 광변환층은, 적색 서브 화소 및 녹색 서브 화소에 배치되고, 복수의 제2 반사층은 적색 서브 화소 및 녹색 서브 화소에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 반사층은 복수의 LED로부터 광을 복수의 광변환층 측으로 반사시키고, 복수의 제2 반사층은 복수의 광변환층에서 변환된 광은 투과시키고, 복수의 LED로부터 광은 제1 반사층 측으로 반사시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 LED와 복수의 광변환층 사이에서 복수의 광변환층 각각을 덮는 복수의 절연층을 더 포함하고, 복수의 절연층은 서로 이격될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 절연층의 굴절률은 복수의 절연층 사이의 영역에서 굴절률보다 높을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 LED 각각은, 제1 반도체층, 제1 반도체층 상에 배치된 발광층, 및 발광층 상에 배치된 제2 반도체층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 LED는, 복수의 LED의 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 복수의 제1 전극, 및 복수의 LED의 제2 반도체층과 전기적으로 연결된 복수의 제2 전극을 더 포함하고, 복수의 제1 전극 각각은 제1 방향에서 서로 이웃한 제1 전극과 전기적으로 연결되고, 복수의 제2 전극 각각은 제1 방향과 상이한 제2 방향에서 서로 이웃한 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 LED 각각과 전기적으로 연결된 트랜지스터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는, 기판, 기판 상에 배치된 제1 반사층, 제1 반사층 상에 배치된 복수의 광변환층, 복수의 광변환층 상에 배치된 복수의 청색 LED, 및 복수의 청색 LED 중 적어도 일부를 덮도록 배치된 복수의 제2 반사층을 포함하고, 복수의 제2 반사층은 복수의 청색 LED로부터 발광된 청색 광을 복수의 광변환층 측으로 반사시키고, 복수의 광변환층으로부터 광은 투과시킬 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 복수의 광변환층은, 복수의 청색 LED 중 일부의 청색 LED에 중첩하는 적색 광변환층, 및 복수의 청색 LED 중 다른 일부의 청색 LED에 중첩하는 녹색 광변환층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 제2 반사층은 적색 광변환층 및 녹색 광변환층에 중첩할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 광변환층 및 복수의 제2 반사층은 복수의 청색 LED 중 나머지 청색 LED와 비중첩할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 반사층은 불투명한 금속 물질로 이루어지고, 제2 반사층은 DBR일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 복수의 광변환층과 복수의 청색 LED 사이에서 복수의 광변환층 각각의 상면 및 측면을 둘러싸는 복수의 절연층을 더 포함하고, 복수의 절연층은 복수의 광변환층의 상부를 평탄화할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 제한하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 제한되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 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, 800: 표시 장치
110: 제1 기판
111: 절연층
112: 투명 수지층
121: 제1 반사층
122: 제2 반사층
122a: 제2 적색 투과 반사층
122b: 제2 녹색 투과 반사층
130, 830: LED
131: 제1 반도체층
132: 발광층
133: 제2 반도체층
134, 834: 제1 전극
135, 835: 제2 전극
140: 제2 기판
AA: 표시 영역
NA: 비표시 영역
SP: 서브 화소
SPR: 적색 서브 화소
SPG: 녹색 서브 화소
SPB: 청색 서브 화소
CCM: 광변환층
CCMR: 적색 광변환층
CCMG: 녹색 광변환층
AD: 접착층
TR: 트랜지스터
WF: 웨이퍼

Claims (16)

  1. 복수의 서브 화소가 배치된 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에서 상기 복수의 서브 화소 각각에 배치된 복수의 LED;
    상기 제1 반사층과 상기 복수의 LED 사이에 배치된 복수의 광변환층; 및
    상기 복수의 LED 중 적어도 일부를 덮는 복수의 제2 반사층을 포함하고,
    상기 복수의 LED로부터 발광된 광은 상기 복수의 제2 반사층에서 반사되고, 상기 복수의 LED로부터 발광된 광보다 장파장인 광은 상기 복수의 LED 상부로 방출되는, 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 서브 화소는,
    적색 광을 표시하는 적색 서브 화소;
    녹색 광을 표시하는 녹색 서브 화소; 및
    청색 광을 표시하는 청색 서브 화소를 포함하고,
    상기 복수의 LED는 청색 LED인, 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 광변환층은,
    상기 적색 서브 화소에 배치된 적색 광변환층; 및
    상기 녹색 서브 화소에 배치된 녹색 광변환층을 포함하는, 표시 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 광변환층은, 상기 적색 서브 화소 및 상기 녹색 서브 화소에 배치되고,
    상기 복수의 제2 반사층은 상기 적색 서브 화소 및 상기 녹색 서브 화소에 배치되는, 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 상기 복수의 LED로부터 광을 상기 복수의 광변환층 측으로 반사시키고,
    상기 복수의 제2 반사층은 상기 복수의 광변환층에서 변환된 광은 투과시키고, 상기 복수의 LED로부터 광은 상기 제1 반사층 측으로 반사시키는, 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 LED와 상기 복수의 광변환층 사이에서 상기 복수의 광변환층 각각을 덮는 복수의 절연층을 더 포함하고,
    상기 복수의 절연층은 서로 이격된, 표시 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 절연층의 굴절률은 상기 복수의 절연층 사이의 영역에서 굴절률보다 높은, 표시 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    복수의 LED 각각은,
    제1 반도체층;
    상기 제1 반도체층 상에 배치된 발광층; 및
    상기 발광층 상에 배치된 제2 반도체층을 포함하는, 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 LED는,
    상기 복수의 LED의 상기 제1 반도체층과 전기적으로 연결된 복수의 제1 전극; 및
    상기 복수의 LED의 상기 제2 반도체층과 전기적으로 연결된 복수의 제2 전극을 더 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극 각각은 제1 방향에서 서로 이웃한 제1 전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 복수의 제2 전극 각각은 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향에서 서로 이웃한 제2 전극과 전기적으로 연결되는, 표시 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 LED 각각과 전기적으로 연결된 트랜지스터를 더 포함하는, 표시 장치.
  11. 기판;
    상기 기판 상에 배치된 제1 반사층;
    상기 제1 반사층 상에 배치된 복수의 광변환층;
    상기 복수의 광변환층 상에 배치된 복수의 청색 LED; 및
    상기 복수의 청색 LED 중 적어도 일부를 덮도록 배치된 복수의 제2 반사층을 포함하고,
    상기 복수의 제2 반사층은 상기 복수의 청색 LED로부터 발광된 청색 광을 상기 복수의 광변환층 측으로 반사시키고, 상기 복수의 광변환층으로부터 광은 투과시키는, 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 광변환층은,
    상기 복수의 청색 LED 중 일부의 청색 LED에 중첩하는 적색 광변환층; 및
    상기 복수의 청색 LED 중 다른 일부의 청색 LED에 중첩하는 녹색 광변환층을 포함하는, 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 제2 반사층은 상기 적색 광변환층 및 상기 녹색 광변환층에 중첩하는, 표시 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 광변환층 및 상기 복수의 제2 반사층은 상기 복수의 청색 LED 중 나머지 청색 LED와 비중첩하는, 표시 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사층은 불투명한 금속 물질로 이루어지고,
    상기 제2 반사층은 DBR인, 표시 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 광변환층과 상기 복수의 청색 LED 사이에서 상기 복수의 광변환층 각각의 상면 및 측면을 둘러싸는 복수의 절연층을 더 포함하고,
    상기 복수의 절연층은 상기 복수의 광변환층의 상부를 평탄화하는, 표시 장치.
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