KR20220123386A - 발광 소자 및 그것을 갖는 led 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR20220123386A
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led
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이정훈
이소라
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서울바이오시스 주식회사
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Abstract

디스플레이 장치가 제공된다. 이 디스플레이 장치는 디스플레이 기판, 및 상기 디스플레이 기판의 상면에 정렬된 발광 소자들을 포함하되, 상기 발광 소자들 중 적어도 하나는, 제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛; 제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛; 및 제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛을 포함하되, 상기 제2 LED 유닛은 상기 제1 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛 사이에 배치되고, 상기 제1 내지 제3 발광 스택들 각각은 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 발광 스택들 내의 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층은 상기 디스플레이 기판의 상면에 대해 수평 방향으로 적층된다.

Description

발광 소자 및 그것을 갖는 LED 디스플레이 장치
본 개시는 발광 소자 및 그것을 갖는 LED 디스플레이 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 무기 광원으로서, 디스플레이 장치, 차량용 램프, 일반 조명과 같은 여러 분야에 다양하게 이용되고 있다. 발광 다이오드는 수명이 길고, 소비 전력이 낮으며, 응답속도가 빠른 장점이 있어 기존 광원을 빠르게 대체하고 있다.
종래의 발광 다이오드는 디스플레이 장치에서 백라이트 광원으로 주로 사용되어 왔다. 그러나 최근 발광 다이오드를 이용하여 직접 이미지를 구현하는 LED 디스플레이가 개발되고 있다. 이러한 LED 디스플레이는 발광 소자의 크기에 따라 마이크로 LED 또는 미니 LED 등으로 불린다.
디스플레이 장치는 일반적으로 청색, 녹색 및 적색의 혼합 색을 이용하여 다양한 색상을 구현한다. 디스플레이 장치는 다양한 이미지를 구현하기 위해 복수의 픽셀을 포함하고, 각 픽셀은 청색, 녹색 및 적색의 서브 픽셀을 구비하며, 이들 서브 픽셀들의 색상을 통해 특정 픽셀의 색상이 정해지고, 이들 픽셀들의 조합에 의해 이미지가 구현된다.
LED는 그 재료에 따라 다양한 색상의 광을 방출할 수 있어, 청색, 녹색 및 적색을 방출하는 개별 발광 소자들을 2차원 평면상에 배열하여 디스플레이 장치를 제공할 수 있다. 그러나 각 서브 픽셀에 하나의 발광 소자를 배열할 경우, 발광 소자의 개수가 많아져 실장 공정에 시간이 많이 소요된다.
실장 공정에 소요되는 시간을 절약하기 위해 적층형 발광 소자가 연구되고 있다. 예를 들어, 적색 LED, 청색 LED 및 녹색 LED를 적층한 발광 소자를 제조함으로써 적색, 청색, 및 녹색의 광을 하나의 발광 소자를 이용하여 구현할 수 있다. 이에 따라, 하나의 발광 소자에 의해 적색, 청색, 및 녹색광을 방출하는 하나의 픽셀이 제공될 수 있어 디스플레이 장치에 실장되는 발광 소자의 개수를 종래의 발광 소자의 개수의 1/3로 줄일 수 있다.
그러나 종래의 적층형 발광 소자의 경우, 하부에 배치된 LED에서 방출된 광은 그 위에 배치된 LED를 통과하여 외부로 방출된다. 이 때문에 광 흡수를 고려하여 적층되는 LED들의 순서가 제한될 필요가 있다. 또한, 각각의 LED들에 연결되는 전극에 의해 적층되는 LED들의 발광 영역이 영향을 받는다.
예시적인 실시예들은 LED 디스플레이 장치에 적합한 새로운 구조의 발광 소자 및 그것을 갖는 LED 디스플레이 장치를 제공한다.
예시적인 실시예들은 LED들에서 방출되는 광의 파장에 제한 받지 않고 적층되는 LED들의 순서를 변경할 수 있는 LED 디스플레이 장치를 제공한다.
예시적인 실시예들은 LED들의 발광 영역에 영향을 주지 않고 전극들을 형성할 수 있는 발광 소자 및 그것을 갖는 LED 디스플레이 장치를 제공한다.
예시적인 실시예는 디스플레이 장치를 제공하며, 이 디스플레이 장치는, 디스플레이 기판; 및 상기 디스플레이 기판의 상면에 정렬된 발광 소자들을 포함하고, 상기 발광 소자들 중 적어도 하나는, 제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛; 제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛; 및 제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛을 포함하되, 상기 제2 LED 유닛은 상기 제1 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛 사이에 배치되고, 상기 제1 내지 제3 발광 스택들 각각은 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 발광 스택들 내의 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층은 상기 디스플레이 기판의 상면에 대해 수평 방향으로 적층된다.
예시적인 실시예는 디스플레이 장치를 제공하며, 이 디스플레이 장치는, 디스플레이 기판; 및 상기 디스플레이 기판의 상면에 정렬된 발광 소자들을 포함하며, 상기 발광 소자들 중 적어도 하나는, 제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛; 제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛; 제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛; 상기 제1 LED 유닛과 상기 제2 LED 유닛을 결합시키는 제1 접착층; 및 상기 제2 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛을 결합시키는 제2 접착층을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 LED 유닛들은 상기 디스플레이 기판의 상면에 대해 수평 방향으로 결합된다.
예시적인 실시예는 발광 소자를 제공하며, 이 발광 소자는, 제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛; 제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛; 제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛; 상기 제1 LED 유닛과 상기 제2 LED 유닛을 결합시키는 제1 접착층; 상기 제2 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛을 결합시키는 제2 접착층; 상기 제1 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제1 전극; 상기 제2 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제2 전극; 상기 제3 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제3 전극; 및 상기 제1 내지 제3 LED 유닛에 전기적으로 접속된 공통 전극을 포함하되, 상기 제2 전극은 상기 제2 LED 유닛의 측면에서 상기 제2 LED 유닛에 전기적으로 접속된다.
도 1은 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하기 위한 발광 스택 구조체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하기 위한 발광 스택 구조체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하기 위한 발광 스택 구조체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하기 위한 발광 스택 구조체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 소자 모듈을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 발광 소자 모듈을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 15는 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 16은 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 17은 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 18은 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 19는 일 실시예에 따른 발광 소자 모듈을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 20은 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 본 개시의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 개시는 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 또한, 하나의 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에" 또는 "상에" 있다고 기재된 경우 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 상에" 있는 경우뿐만 아니라 각 구성요소와 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 개재된 경우도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
예시적인 실시예는 디스플레이 장치를 제공하며, 이 디스플레이 장치는, 디스플레이 기판; 및 상기 디스플레이 기판의 상면에 정렬된 발광 소자들을 포함하고, 상기 발광 소자들 중 적어도 하나는, 제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛; 제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛; 및 제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛을 포함하되, 상기 제2 LED 유닛은 상기 제1 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛 사이에 배치되고, 상기 제1 내지 제3 발광 스택들 각각은 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 제1 내지 제3 발광 스택들 내의 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층은 상기 디스플레이 기판의 상면에 대해 수평 방향으로 적층된다.
디스플레이 기판의 상면에 대해 반도체층들이 수평 방향으로 적층되므로, 반도체층들에서 방출된 광이 다른 발광 스택을 통과할 필요 없이 외부로 방출될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제3 발광 스택을 적층하는 순서가 방출되는 광의 파장에 제한되지 않는다.
한편, 상기 제1 내지 제3 발광 스택들 각각은 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 내지 제3 LED 유닛들 중 하나는 적색광을, 또 하나는 녹색광을, 나머지 하나는 청색광을 방출할 수 있다.
특정 실시예에 있어서, 상기 제2 LED 유닛은 적색광을 방출할 수 있다. 종래의 적층 구조에서는, 청색광 또는 녹색광이 적색광을 방출하는 발광 스택에 흡수되기 때문에 적색광을 방출하는 제2 LED 유닛을 그 보다 단파장의 광을 방출하는 제1 및 제3 LED 유닛들 사이에 배치하지 못한다. 그러나 본 실시예에서는 제2 LED 유닛으로부터 방출되는 광이 제1 LED 유밋 및 제3 LED 유닛을 통과하지 않고 외부로 방출될 수 있으며, 따라서, 제2 LED 유닛이 적색광을 방출하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 적어도 하나의 발광 소자는 상기 제3 LED 유닛측에 배치된 기판을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 적어도 하나의 발광 소자는 상기 제1 LED 유닛측에 배치된 기판을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 발광 소자들은 각각 블랙 물질에 의해 서로 이격될 수 있다. 이에 따라, 발광 소자들의 명암비를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 디스플레이 기판 상에 서로 평행하게 정렬된 복수의 발광 소자 모듈들을 포함할 수 있으며, 상기 발광 소자 모듈들은 각각 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 방향을 따라 서로 결합된 복수의 발광 소자들을 포함할 수 있다.
상기 발광 소자 모듈 내의 발광 소자들은 블랙 물질의 기판을 포함할 수 있다. 또한, 상기 디스플레이 장치는 상기 발광 소자 모듈들 사이의 영역에 배치된 블랙 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 발광 소자는 상기 제1 LED 유닛에 전기적으로 연결된 제1 전극, 상기 제2 LED 유닛에 전기적으로 연결된 제2 전극, 상기 제3 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제3 전극, 및 상기 제1 내지 제3 LED 유닛들에 공통으로 전기적으로 접속된 공통 전극을 더 포함할 수 있다.
나아가, 상기 제1 내지 제3 LED 전극들 및 상기 공통 전극은 상기 적어도 하나의 발광 소자와 상기 디스플레이 기판 사이에 배치될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 상기 디스플레이 기판과 상기 적어도 하나의 발광 소자 사이에 배치된 캐리어 기판을 더 포함할 수 있으며, 상기 캐리어 기판은 상기 제1 내지 제3 전극들 및 공통 전극을 상기 디스플레이 기판의 접속 패드들에 전기적으로 연결하는 커넥터들을 가질 수 있다.
예시적인 실시예는 디스플레이 장치를 제공하며, 이 디스플레이 장치는, 디스플레이 기판; 및 상기 디스플레이 기판의 상면에 정렬된 발광 소자들을 포함하며, 상기 발광 소자들 중 적어도 하나는, 제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛; 제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛; 제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛; 상기 제1 LED 유닛과 상기 제2 LED 유닛을 결합시키는 제1 접착층; 및 상기 제2 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛을 결합시키는 제2 접착층을 포함하되, 상기 제1 내지 제3 LED 유닛들은 상기 디스플레이 기판의 상면에 대해 수평 방향으로 결합된다.
이에 따라, 제1 내지 제3 LED 유닛에서 방출되는 광은 다른 LED 유닛들을 통과함이 없이 외부로 방출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 LED 유닛은 적색광을 방출할 수 있다.
예시적인 실시예는 발광 소자를 제공하며, 이 발광 소자는, 제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛; 제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛; 제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛; 상기 제1 LED 유닛과 상기 제2 LED 유닛을 결합시키는 제1 접착층; 상기 제2 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛을 결합시키는 제2 접착층; 상기 제1 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제1 전극; 상기 제2 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제2 전극; 상기 제3 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제3 전극; 및 상기 제1 내지 제3 LED 유닛에 전기적으로 접속된 공통 전극을 포함하되, 상기 제2 전극은 상기 제2 LED 유닛의 측면에서 상기 제2 LED 유닛에 전기적으로 접속된다.
제2 전극을 제2 LED 유닛의 측면에 배치함으로써 상기 제1 내지 제3 LED 유닛들이 디스플레이 기판의 상면에 대해 수평 방향으로 정렬되도록 상기 발광 소자를 디스플레이 기판 상에 실장할 수 있다.
나아가, 상기 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극, 및 공통 전극은 상기 발광 소자의 동일 측면에 배치될 수 있다.
상기 발광 소자는, 상기 제1 LED 유닛에 결합된 제1 기판; 및 상기 제2 LED 유닛에 결합된 제2 기판을 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 관통홀을 포함하고, 상기 제1 전극 및 공통 전극 중 어느 하나는 상기 제1 기판의 관통홀을 통해 제1 LED 유닛에 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 제3 전극 및 공통 전극 중 어느 하나는 상기 제2 기판의 관통홀을 통해 제3 LED 유닛에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 발광 소자는 상기 제3 LED 유닛측에 배치된 기판을 더 포함할 수 있으며, 상기 제3 전극의 일부는 상기 기판의 측면 상에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 LED 유닛은 상기 제1 발광 스택 상에 배치된 제1 반사층을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 LED 유닛은 상기 제2 발광 스택 상에 배치된 제2 반사층을 더 포함할 수 있고, 상기 제3 LED 유닛은 상기 제3 발광 스택의 양측에 배치된 제3 반사층 및 제4 반사층을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 발광 소자는, 상기 제1 발광 스택과 상기 제1 반사층 사이에 개재된 제1 오믹 전극; 상기 제2 발광 스택과 상기 제2 반사층 사이에 개재된 제2 오믹 전극; 및 상기 제3 발광 스택과 상기 제3 반사층 사이에 개재된 제3 오믹 전극을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 LED 유닛은 상기 제1 발광 스택에 오믹 콘택하는 제1 콘택 전극을 더 포함할 수 있으며, 상기 제2 LED 유닛은 상기 제2 발광 스택에 오믹 콘택하는 제2 콘택 전극을 더 포함할 수 있고, 상기 제3 LED 유닛은 상기 제3 발광 스택에 오믹 콘택하는 제3 콘택 전극을 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 제1 내지 제3 발광 스택들 중 적어도 하나 또는 상기 제1 내지 제3 콘택 전극들 중 적어도 하나는 요철을 가질 수 있다.
이하 도면을 참조하여 본 개시의 실시예들에 대해 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치(1000)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 개략적인 단면도이며, 도 3은 일 실시예에 따른 발광 소자를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하면, LED 디스플레이 장치(1000)는 디스플레이 기판(101), 및 복수의 발광 소자들(100)을 포함한다. LED 디스플레이 장치(1000)는 소위 마이크로 LED 디스플레이 장치일 수 있으며, 하나의 서브 픽셀의 발광 면적이 10,000um2 이하, 나아가, 4,000um2 이하, 더 나아가, 1,000um2 이하일 수 있다.
디스플레이 기판(101)은 발광 소자들(100)에 연결된 회로들을 포함할 수 있다. 디스플레이 기판(101) 상에는 접속 패드들(103)이 노출될 수 있으며, 이들 접속 패드들(103)에 발광 소자들(100)이 접속될 수 있다.
발광 소자들(100)은 디스플레이 기판(101) 상에 정렬될 수 있다. 발광 소자들(100)은 매트릭스 형상으로 디스플레이 기판(101) 상에 정렬될 수 있으며, 각각의 발광 소자(100)는 하나의 픽셀을 구성할 수 있다.
발광 소자(100)는 제1 LED 유닛(LEU1), 제2 LED 유닛(LEU2), 제3 LED 유닛(LEU3), 및 접착층들(61, 63)을 포함할 수 있다. 또한, 도 3에 도시되듯이, 제1 내지 제3 전극들(20e, 30e, 40e) 및 공통 전극(50e)을 포함할 수 있다.
제1 LED 유닛(LEU1)은 제1 컬러의 광을 방출할 수 있으며, 제2 LED 유닛(LEU2)은 제2 컬러의 광을 방출할 수 있고, 제3 LED 유닛(LEU3)은 제3 컬러의 광을 방출할 수 있다. 제1 내지 제3 컬러의 광은 각각 적색, 녹색 및 청색광일 수 있으나, 이들 순서는 서로 바뀔 수 있다. 예를 들어, 제1 컬러의 광이 녹색광이고, 제2 컬러의 광이 적색광이며, 제3 컬러의 광이 청색광일 수도 있다. 종래의 적층형 발광 소자는 방출되는 광의 파장에 의해 적층되는 순서가 제한되지만, 본 실시예의 발광 소자는 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)에서 방출되는 광의 파장이 적층 순서를 제한하지 않는다. 다만, 설명의 편의를 위해, 특별히 언급하지 않는 한, 제1 LED 유닛(LEU1)이 적색광을 방출하고, 제2 LED 유닛(LEU2)이 녹색광을 방출하며, 제3 LED 유닛(LEU3)이 청색광을 방출하는 것으로 설명한다.
제1 내지 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)은 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다. 이들 층들은 디스플레이 기판(101)의 상면에 수직하게 놓인다. 즉, 종래의 적층형 발광 소자에서, 반도체층들은 디스플레이 기판의 상면에서 광이 방출되는 방향인 수직 방향(z 방향)으로 적층되지만, 본 실시예의 발광 소자에서, 반도체층들은 디스플레이 기판의 상면에서 수평 방향(x 방향)으로 적층된다. 광은 z 방향으로 방출되며, x 방향은 z 방향에 대체로 수직하다. 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층에 대해서는 도 4를 참조하여 뒤에서 다시 상세하게 설명된다.
제1 접작층(61)은 제1 LED 유닛(LEU1)과 제2 LED 유닛(LEU2) 사이에 배치되어 이들을 결합시킨다. 제2 접착층(63)은 제2 LED 유닛(LEU2)과 제3 LEU 유닛(LEU3) 사이에 배치되어 이들을 결합시킨다. 즉, 제1, 제2, 및 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)은 제1 및 제2 접착층들(61, 63)에 의해 서로 결합되어 하나의 발광 소자(100)를 구성한다. 하나의 발광 소자(100)는 제1 내지 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)을 포함하여 적어도 제1 내지 제3 컬러의 광을 방출할 수 있으며, 따라서, 하나의 픽셀을 제공할 수 있다.
제1 및 제2 접착층들(61, 63)은 제1 및 제2 접착층들(61, 63)은 광을 투과시키는 비도전성 물질을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 접착층들(61, 63)은 예컨대, 광학적으로 투명한 접착제(OCA)를 포함할 수 있는데, 예를 들어, 에폭시, 폴리이미드, SU8, 스핀-온-글래스(SOG), 벤조시클로부텐(BCB)을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 본 실시예에서, 제1 내지 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)에서 생성된 광이 제1 및 제2 접착층들(61, 63)을 투과할 필요는 없으므로, 제1 및 제2 접착층들(61, 63)은 불투명한 물질로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 접착층들(61, 63)은 광 흡수 물질 또는 광 반사 물질을 포함할 수도 있다.
제1 전극(20e), 제2 전극(30e), 제3 전극(40e) 및 공통 전극(50e)은 제1 내지 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)을 독립적으로 구동할 수 있도록 형성된다. 일 실시예에 있어서, 제1 전극(20e)은 제1 LED 유닛(LEU1)의 애노드 전극에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제2 전극(30e)은 제2 LED 유닛(LEU2)의 애노드 전극에 전기적으로 연결될 수 있고, 제3 전극(40e)은 제3 LED 유닛(LEU3)의 애노드 전극에 전기적으로 연결될 수 있다. 공통 전극(50e)은 제1, 제2, 및 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)의 캐소드 전극들에 공통으로 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 제1 내지 제3 전극들(20e, 30e, 40e)이 제1 내지 제3 LED 유닛(LEU1, LEU2, LEU3)의 캐소드 전극들에 각각 전기적으로 연결되고, 공통 전극(50e)이 제1, 제2, 및 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)의 애노드 전극들에 공통으로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 3에 도시되듯이, 제1 전극(20e)은 제1 LED 유닛(LEU1)의 측면에서 제1 LED 유닛(LEU1)에 전기적으로 접속할 수 있다. 제2 전극(30e)은 제2 LED 유닛(LEU2)의 측면에서 제2 LED 유닛(LEU2)에 전기적으로 접속할 수 있으며, 제3 전극(40e)은 제3 LED 유닛(LEU3)의 측면에서 제3 LED 유닛(LEU3)에 전기적으로 접속할 수 있다. 한편, 공통 전극(50e)은 제1 내지 제3 LED 유닛(LEU1, LEU2, LEU3)의 측면에 걸쳐 배치되어 이들 유닛들에 전기적으로 접속할 수 있다. 제1 전극(20e)의 면적을 증가시키기 위해 제1 전극(20e)이 일부는 제1 접착층(61) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극(30e)의 면적을 증가시키기 위해 제2 전극(30e)의 일부는 제2 접착층(63) 상에 배치될 수 있다.
전극들(20e, 30e, 40e, 50e)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예컨대 사각형, 원형 또는 다각형 등 다양할 수 있다. 또한, 전극들(20e, 30e, 40e, 50e)을 형성하기 전에 절연층이 제1 내지 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)을 부분적으로 노출하도록 형성될 수 있다. 전극들(20e, 30e, 40e, 50e)은 절연층에 의해 노출된 부분들에 전기적으로 접속될 수 있다.
제1, 제2, 제3 전극들(20e, 30e, 40e) 및 공통 전극(50e)이 디스플레이 기판(101) 상의 접속 패드들(103)에 본딩될 수 있다. 이에 따라, 제1, 제2, 제3 전극들(20e, 30e, 40e) 및 공통 전극(50e)은 발광 소자(100)와 디스플레이 기판(101) 사이에 배치될 수 있으며, 제1 내지 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)은 제1 내지 제3 전극들(20e, 30e, 40e)의 반대쪽 면을 통해 광을 상부로 방출할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 LED 유닛(LEU1), 제2 LED 유닛(LEU2), 및 제3 LED 유닛(LEU3)이 디스플레이 기판(101)의 상면에서 수평 방향으로 결합된다. 따라서, 제1 내지 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)에서 방출되는 광은 서로 간섭하지 않기 때문에, 이들 유닛들의 적층 순서는 자유롭게 변경될 수 있다. 나아가, 제1 내지 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)이 서로 밀착 결합되기 때문에, 이들에서 방출되는 광의 색 혼합이 용이하고, 디스플레이 기판(1000) 상에서 발광 소자(100)가 점유하는 면적을 최소화할 수 있어 픽셀 크기를 자유롭게 조절할 수 있다.
발광 소자(100)는 제1 내지 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)을 적층한 발광 스택 구조체로부터 제공될 수 있다. 이하에서, 다양한 발광 스택 구조체들에 대해 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하기 위한 발광 스택 구조체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 발광 스택 구조체는 기판(11), 제1, 발광 스택(20), 제2 발광 스택(30) 및 제3 발광 스택(40)을 포함한다. 제1 발광 스택(20)은 제1 도전형 반도체층(21), 활성층(23), 및 제2 도전형 반도체층(25)을 포함하고, 제2 발광 스택(30)은 제1 도전형 반도체층(31), 활성층(33), 및 제2 도전형 반도체층(35)을 포함하고, 제3 발광 스택(40)은 제1 도전형 반도체층(41), 활성층(43), 및 제2 도전형 반도체층(45)을 포함한다. 또한, 각각의 발광 스택(20, 30, 40)의 제2 도전형 반도체층들(25, 35, 45) 상에 콘택 전극들(25p, 35p, 45p)이 배치될 수 있다.
기판(11)은 제3 발광 스택(40)을 에피택셜 성장할 수 있는 성장 기판, 예를 들어 사파이어 기판일 수 있다. 다만, 기판(11)은 사파이어 기판에 한정되는 것은 아니며, 다른 다양한 투명 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(11)은 글래스, 쿼츠, 실리콘, 유기 폴리머, 또는 유기-무기 복합 재료를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 탄화실리콘(SiC), 질화갈륨(GaN), 질화인디움갈륨(InGaN), 질화알루미늄갈륨(AlGaN), 질화알루미늄(AlN), 산화갈륨(Ga2O3), 또는 실리콘 기판일 수 있다. 또한, 기판(11)은 상면에 요철을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 패터닝된 사파이어 기판일 수 있다. 상면에 요철을 포함함으로써 기판(11)에 접한 제3 발광 스택(40)의 하면에 요철을 형성할 수 있으며, 제3 발광 스택(40)에서 생성된 광의 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 기판(11)은 발광 소자(100)를 제조하는 동안 제거될 수도 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 남겨질 수도 있다.
제1 발광 스택(20)은 예를 들어, AlGaAs, GaAsP, AlGaInP, 및 GaP와 같은 적색광을 방출하는 반도체 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면, 제2 발광 스택(30)은 GaN, InGaN, GaP, AlGaInP, AlGaP 등과 같은 녹색광을 방출하는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제2 콘택 전극(35p)은 제2 발광 스택(30)의 제2 도전형 반도체층(35) 상에 배치된다.
일 실시예에 따르면, 제3 발광 스택(40)은 GaN, InGaN, ZnSe 등과 같은 청색광을 방출하는 반도체 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 제3 콘택 전극(45p)은 제3 발광 스택(40)의 제2형 반도체층(45) 상에 배치된다.
제1, 제2 및 제3 발광 스택들(20, 30, 40)의 제1 도전형 반도체층들(21, 31, 41) 및 제2 도전형 반도체층들(25, 35, 45) 각각은 단일층 구조 또는 다중층 구조를 가질 수 있으며, 몇몇 실시예들에 있어서, 초격자층을 포함할 수 있다. 더욱이, 제1, 제2 및 제3 발광 스택들(20, 30, 40)의 활성층들(23, 33, 43)은 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 가질 수 있다.
각 발광 스택의 제1 도전형 반도체층(21, 31, 41)은 n형일 수 있고, 제2 도전형 반도체층(25, 35, 45)은 p형일 수 있다. 이 경우, 제3 발광 스택(40)은 제1 발광 스택(20) 및 제2 발광 스택(30)과 비교하여 반대로 적층된 시퀀스를 가질 수 있으며, 이에 따라 p형 반도체층(45)이 활성층(43)의 상부에 배치되어 제조 공정이 단순화될 수 있다. 나아가, n형과 p형은 서로 뒤바뀔 수도 있다.
제1, 제2 및 제3 콘택 전극들(25p, 35p, 45p) 각각은 제2 도전형 반도체층들(25, 35, 45)에 오믹 콘택하는 물질이면 특별히 한정되지 않는다. 제1, 제2 및 제3 콘택 전극들(25p, 35p, 45p) 각각은 광을 투과시키는 투명 도전 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 콘택 전극들(25p, 35p, 45p)은 투명 도전성 산화물(TCO), 예컨대, SnO, InO2, ZnO, ITO, ITZO 등을 포함할 수 있다.
제1 접착층(61)은 제1 발광 스택(20) 및 제2 발광 스택(30) 사이에 배치되며, 제2 접착층(63)은 제2 발광 스택(30)과 제3 발광 스택(40) 사이에 배치된다. 제1 및 제2 접착층들(61, 63)의 재료는 앞에서 설명한 바와 유사하므로, 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
제3 발광 스택(40)의 제1 도전형 반도체층(41), 제3 활성층(43) 및 제2 도전형 반도체층(45)은 예를 들어, 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD) 방법 또는 분자 빔 에피택시(MBE) 방법에 의해 기판(11) 상에 순차적으로 성장될 수 있다. 제3 콘택 전극(45p)은 예를 들어 물리 기상 증착법 또는 화학 기상 증착법에 의해 제2 도전형 반도체층(45) 상에 형성될 수 있으며, SnO, InO2, ZnO, ITO, ITZO 등의 투명 전도성 산화물(TCO), 또는 오믹 금속층을 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 제3 발광 스택(40)이 청색광을 방출하는 경우, 기판(11)은 Al2O3(예 : 사파이어 기판)을 포함하고, 제3 콘택 전극(45p)은 산화 주석과 같은 투명 전도성 산화물(TCO) 또는 Ni/Au를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 발광 스택(20, 30)은 임시 기판 상에 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 순차적으로 성장시킴으로써 유사하게 형성될 수 있다. 콘택 전극은, 예를 들어 도금, 물리 기상 증착법 또는 화학 기상 증착법 등에 의해 제2 도전형 반도체층 상에 각각 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 발광 스택(20)은 제2 발광 스택(30)에 제1 접착층(61)을 통해 부착될 수 있으며, 제2 발광 스택(30)은 제3 발광 스택(40)에 제2 접착층(63)을 통해 부착될 수 있다. 예를 들어, 기판(11) 상에 제3 발광 스택(40)이 성장된 후, 임시 기판 상에 성장된 제2 발광 스택(30)이 제2 접착층(63)을 통해 제3 발광 스택(40)에 부착될 수 있다. 그 후, 제2 발광 스택(30) 상의 임시 기판은 제거된다. 이어서, 제2 발광 스택(30) 상에 또 다른 임시 기판 상에 성장된 제1 발광 스택(20)이 제1 접착층(61)을 통해 부착될 수 있다. 제1 발광 스택(20) 상의 임시 기판은 제1 발광 스택(20)으로부터 제거될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 제1 및 제2 발광 스택(20, 30)은 제1 접착층(61)을 사이에 두고 서로 결합될 수 있으며, 제1 및 제2 발광 스택(20, 30)의 임시 기판들 중 적어도 하나를 레이저 리프트 오프 공정, 화학 공정, 기계적 공정 등에 의해 제거할 수 있다. 그리고, 제1 및 제2 발광 스택(20, 30)이 제2 접착층(63)을 사이에 두고 제3 발광 스택(40)과 결합할 수 있으며, 제1 및 제2 발광 스택(20, 30)의 나머지 임시 기판이 레이저 리프트 오프 공정, 화학 공정, 기계적 공정 등에 의해 제거될 수 있다.
본 실시예에 따른 발광 스택 구조체를 패터닝하고, 제1 내지 제3 발광 스택들(20, 30, 40)의 측면에 제1 내지 제3 전극들(20e, 30e, 40e) 및 공통 전극(50e)을 형성함으로써 도 3에 도시된 바와 같은 발광 소자(100)가 제공될 수 있다. 앞서 설명한 제1 LED 유닛(LEU1)은 제1 발광 스택(20) 및 제1 콘택 전극(25p)을 포함하며, 제2 LED 유닛(LEU2)은 제2 발광 스택(30) 및 제2 콘택 전극(35p)을 포함하고, 제3 LED 유닛(LEU3)은 제3 발광 스택(40) 및 제3 콘택 전극(45p)을 포함한다.
이러한 발광 소자들(100)이 개별적으로 또는 집단으로 디스플레이 기판(101)에 정렬됨으로써 디스플레이 장치(1000)가 제공될 수 있다. 발광 소자(100)에 형성된 제1 내지 제3 전극들(20e, 30e, 40e) 및 공통 전극(50e)은 디스플레이 기판(101) 상의 접속 패드들(103)에 본딩될 수 있다.
본 실시예에서, 발광 스택 구조체가 세 개의 발광 스택들(20, 30, 40)을 포함하는 것으로 도시 및 설명하지만, 본 개시가 특정 개수의 발광 스택들에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에 있어서, 발광 스택 구조체는 두 개 또는 더 많은 수의 발광 스택들을 포함할 수 있다. 따라서, 발광 소자(100)는 세 개의 발광 스택들(20, 30, 40)을 포함할 수도 있지만, 이에 한정되지 않으며, 2개 또는 4개 이상의 발광 스택들을 포함할 수도 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하기 위한 발광 스택 구조체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 스택 구조체는 도 4를 참조하여 설명한 발광 스택 구조체와 대체로 유사하나, 기판(11)과 제3 발광 스택(40) 사이에 제3 접착층(65)이 추가된 것에 차이가 있다.
본 실시예에서, 기판(11)은 제1 내지 제3 발광 스택(20, 30, 40)을 지지하기 위한 지지 기판으로, 제3 발광 스택(40)을 성장하기 위한 성장기판일 필요는 없다. 기판(11)은 사파이어 기판일 수도 있으나, 이에 한정되지 않으며, 광을 흡수하는 블랙 물질, 예컨대 블랙 에폭시 또는 블랙 실리콘 등이거나, 또는 광을 반사하는 물질, 예컨대 백색 에폭시일 수 있다. 기판(11)은 제3 접착층(65)에 의해 또는 직접 제3 발광 스택(40)에 결합될 수 있다. 기판(11)은 발광 소자(100)를 제공하기 위해 제3 발광 스택(40)으로부터 분리될 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제3 발광 스택(40)에 부착한 상태로 잔류할 수도 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하기 위한 발광 스택 구조체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 스택 구조체는 도 5를 참조하여 설명한 발광 스택 구조체와 유사하나, 제3 발광 스택(40)의 제1 도전형 반도체층(41)이 제2 도전형 반도체층(45)과 교체되고, 이에 따라, 제3 콘택 전극(45p)이 제3 접착층(65)과 제2 도전형 반도체층(45) 사이에 배치된 것에 차이가 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 발광 소자를 제조하기 위한 발광 스택 구조체를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 스택 구조체는 도 4를 참조하여 설명한 발광 스택 구조체와 대체로 유사하나, 제1 내지 제3 발광 스택 구조체(20, 30, 40)의 양측에 각각 기판(11a, 11b)이 배치된 것이 차이가 있다.
기판(11a)은 제3 발광 스택(40)을 성장하기 위한 성장 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 5 또는 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 기판(11a)은 제3 접착층(65)을 통해 제3 발광 스택(40)에 부착될 수도 있고, 제3 접착층(65) 없이 직접 부착될 수도 있다.
기판(11b)은 제1 발광 스택(20)을 성장하기 위한 성장 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 기판(11b)은 또한 접착층을 통해 또는 직접 제1 발광 스택(20)에 부착될 수도 있다. 기판(11a)과 기판(11b) 사이에 배치되는 제1 내지 제3 발광 스택들(20, 30, 40)의 순서는 특별히 한정되지 않는다.
일 실시예에 있어서, 기판(11b)은 제1 발광 스택(20)을 성장하기 위한 성장 기판이며, 제1 발광 스택(20)은 녹색광을 방출하고, 제2 발광 스택(30)은 적색광을 방출하며, 제3 발광 스택(40)은 청색광을 방출할 수 있다. 이 경우, 기판(11a) 및 기판(11b)은 모두 사파이어 기판일 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 기판(11a) 및 기판(11b)은 광을 흡수하는 블랙 물질, 예컨대, 블랙 에폭시 또는 블랙 실리콘 등일 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 발광 소자(100a)를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 8을 참조하면, 발광 소자(100a)는 발광 소자(100)와 대체로 유사하나, 기판(11)을 더 포함하는 것에 차이가 있다. 즉, 도 4의 발광 스택 구조체에서 기판(11)을 제거함이 없이 발광 스택들(20, 30, 40)을 분할함으로써 발광 소자(100a)가 제공될 수 있다. 본 실시예에서, 제3 전극(40e)의 일부는 기판(11) 상에 배치될 수 있어 제3 전극(40e)의 형성이 용이하다.
도 9는 일 실시예에 따른 발광 소자(100b)를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자(100b)는 예를 들어, 도 7의 발광 스택 구조체에서 기판(11a, 11b)을 제거하지 않고 기판(11a, 11b)과 함께 발광 스택들(20, 30, 40)을 분할함으로써 발광 소자(100b)가 제공될 수 있다.
여기서, 기판(11a, 11b)은 사파이어 기판과 같이 투명 기판일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 블랙 에폭시 또는 블랙 실리콘과 같이 광을 흡수하는 블랙 물질일 수도 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 소자 모듈을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자 모듈은 복수의 발광 소자들(100b)을 포함한다. 도 9의 발광 소자들(100b)이 제1 내지 제3 발광 유닛들(LEU1, LEU2, LEU3)의 적층 방향으로 결합된다. 즉, 이웃하는 발광 소자들(100b)의 기판들(11a, 11b)이 서로 결합될 수 있다.
발광 소자들(100b)은 상기 적층 방향을 따라 2개 이상 결합될 수 있으며, 이에 따라, 기둥 형상의 발광 소자 모듈이 제공될 수 있다. 발광 소자 모듈이 디스플레이 기판(101)에 실장될 수 있으며, 따라서, 실장 공정을 더 쉽게 만들 수 있다. 또한, 기판들(11a, 11b)을 블랙 물질로 형성할 경우, 발광 소자들(100b) 사이의 광 간섭을 방지할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 발광 소자 모듈의 광 방출면측에 반사 방지막 또는 산란 방지막이 추가될 수 있다. 반사 방지막 또는 산란 방지막은 산화물 또는 질화물의 무기물 또는 유기물로 형성될 수 있으며, 예를 들어, SiO2, SiNx, Al2O3, 에폭시 등을 이용하여 형성될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치는 도 10의 발광 소자 모듈을 디스플레이 기판(101) 상에 실장 함으로써 제공된다.
복수의 발광 소자들이 길이 방향으로 결합된 발광 소자 모듈들이 제공되고, 이들 발광 소자 모듈들을 디스플레이 기판(101) 상에 정렬함으로써 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치는 도 11을 참조하여 설명한 LED 디스플레이 장치와 대체로 유사하나, 광 차단 물질(110)을 더 포함하는 것에 차이가 있다. 광 차단 물질(110)은 기둥 형상의 발광 소자 모듈의 양측면을 덮을 수 있다. 발광 소자 모듈들이 복수개 배치된 경우, 광 차단 물질(110)은 발광 소자 모듈들 사이의 영역을 채우며, 나아가, 발광 소자 모듈들의 바깥쪽 측면을 덮을 수 있다.
광 차단 물질(110)은 예를 들어, 블랙 물질과 같은 광 흡수 물질 또는 백색 에폭시와 같은 광 반사 물질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 발광 소자 모듈들 간의 광 간섭을 방지할 수 있다. 기판들(11a, 11b)을 블랙 물질로 함과 아울러, 블랙 물질을 이용하여 발광 소자 모듈들 간의 광 간섭을 방지함으로써 픽셀들 간의 명암비를 높일 수 있다.
도 13은 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 13을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치는 도 12를 참조하여 설명한 LED 디스플레이 장치와 대체로 유사하나, 광 산란 또는 광 반사를 줄이기 위한 투명막(120), 예컨대 산란 방지막을 더 포함하는 것에 차이가 있다. 투명막(120)은 픽셀들 사이의 광 간섭을 줄이며, 광 산란 또는 광 반사를 줄일 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 발광 소자 모듈을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 14를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자 모듈은 도 10을 참조하여 설명한 발광 소자 모듈과 대체로 유사하나, 발광 소자들 사이의 영역에서 기판(11b)이 생략된 것에 차이가 있다.
예를 들어, 도 8을 참조하여 설명한 발광 소자(100a)와 도 9를 참조하여 설명한 발광 소자(100b)를 서로 결합함으로써 본 실시예의 발광 소자 모듈이 제공될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 발광 소자들 사이의 간격을 줄일 수 있어 픽셀들 간격을 더욱 작게 할 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 발광 소자(100c)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 15를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자(100c)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 발광 소자(100)와 대체로 유사하나, 반사층들(21r, 31r, 41r, 45r)을 더 포함하는 것에 차이가 있다.
제1 LED 유닛(LEU1)은 제1 발광 스택(20), 콘택 전극(25P)과 함께 제1 반사층(21r)을 포함할 수 있다. 제1 반사층(21r)은 콘택 전극(25p)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 콘택 전극(25p)은 제2 도전형 반도체층(25)에 오믹 콘택할 수 있으며, 이때, 제1 반사층(21r)은 제1 도전형 반도체층(21) 상에 형성될 수 있다. 제1 반사층(21r)은 제1 도전형 반도체층(21)에 오믹 콘택할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제1 반사층(21r)은 제1 도전형 반도체층(21)에 쇼트키 컨택할 수도 있고, 제1 도전형 반도체층(21)으로부터 절연될 수도 있다. 제1 반사층(21r)은 제1 발광 스택(20)으로부터 방출된 광을 반사하며, 따라서, 광 손실을 방지한다.
제2 LED 유닛(LEU2)은 제2 발광 스택(30), 콘택 전극(35p)과 함께 제2 반사층(31r)을 포함할 수 있다. 제2 반사층(31r)은 콘택 전극(35p)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 콘택 전극(35p)은 제2 도전형 반도체층(35)에 오믹 콘택할 수 있으며, 이때, 제2 반사층(31r)은 제1 도전형 반도체층(31) 상에 형성될 수 있다. 제1 접착층(61)은 제2 반사층(31r)과 콘택 전극(25p)을 결합시킬 수 있다. 또한, 제2 반사층(31r)은 제1 도전형 반도체층(31)에 오믹 콘택할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제2 반사층(31r)은 제1 도전형 반도체층(31)에 쇼트키 컨택할 수도 있고, 제1 도전형 반도체층(31)으로부터 절연될 수도 있다. 제2 반사층(31r)은 제2 발광 스택(30)으로부터 방출된 광을 반사할 수 있다. 나아가, 제2 반사층(31r)은 제1 발광 스택(20)에서 방출된 광을 반사할 수도 있다.
제3 LED 유닛(LEU3)은 제3 발광 스택(40), 콘택 전극(45P)과 함께 제3 반사층(41r) 및 제4 반사층(45r)을 포함할 수 있다. 제3 반사층(41r)은 콘택 전극(45p)의 반대쪽에 배치될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 콘택 전극(45p)은 제2 도전형 반도체층(45)에 오믹 콘택할 수 있으며, 이때, 제3 반사층(41r)은 제1 도전형 반도체층(41) 측에 형성될 수 있다. 제3 반사층(41r)은 제1 도전형 반도체층(41)에 오믹 콘택할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제3 반사층(41r)은 제1 도전형 반도체층(41)에 쇼트키 컨택할 수도 있고, 제1 도전형 반도체층(41)으로부터 절연될 수도 있다.
제4 반사층(45r)은 콘택 전극(45p) 상에 형성될 수 있다. 제2 접착층(63)은 제4 반사층(45r)과 콘택 전극(35p)을 결합시킬 수 있다.
제3 및 제4 반사층(41r, 45r)은 제3 발광 스택(40)에서 방출된 광을 반사시켜 광 손실을 줄인다. 제4 반사층(45r)은 또한 제2 발광 스택(30)에서 방출된 광을 반사시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 발광 스택(20)에서 방출된 광은 제1 반사층(21r) 및 제2 반사층(31r)에 의해 반사될 수 있다. 따라서, 제1 반사층(21r) 및 제2 반사층(31r)을 이용하여 제1 발광 스택(20)으로부터 원하지 않는 방향으로 광이 방출되는 것을 방지하여 광 손실을 줄일 수 있다.
제2 발광 스택(30)에서 방출된 광은 제2 반사층(31r) 및 제4 반사층(45r)에 의해 반사될 수 있다. 따라서, 제2 반사층(31r) 및 제4 반사층(45r)을 이용하여 제2 발광 스택(30)으로부터 원하지 않는 방향으로 광이 방출되는 것을 방지하여 광 손실을 줄일 수 있다.
제3 발광 스택(30)에서 방출된 광은 제3 반사층(41r) 및 제4 반사층(45r)에 의해 반사될 수 있다. 따라서, 제3 반사층(41r) 및 제4 반사층(45r)을 이용하여 제3 발광 스택(40)으로부터 원하지 않는 방향으로 광이 방출되는 것을 방지하여 광 손실을 줄일 수 있다.
제1 내지 제4 반사층들(21r, 31r, 41r, 45r)은 금속 반사층일 수도 있으나, 이에 한정되지 않으며, 예컨대 분포 브래그 반사기(DBR)와 같은 절연 반사층일 수도 있다. DBR을 채택할 경우, 제1 내지 제4 반사층들은 각각 청색, 녹색, 및 적색 파장의 전 영역을 반사할 수 있는 다파장 반사기(Multi-wavelength Reflector)로 형성될 수도 있고, 각 반사층의 위치에 따라 해당 파장 대역의 광을 선택적으로 반사할 수 있는 협대역 반사기로 형성될 수도 있다. 이 경우, 제1 내지 제4 반사층들(21r, 31r, 41r, 45r)은 요구되는 파장 대역의 광을 반사하도록 고굴절 물질층 및 저굴절 물질층의 재료 또는 광학 두께가 서로 다르게 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1 반사층(21r)은 적색광을 선택적으로 반사할 수 있으며, 제3 반사층(41r)은 청색광을 선택적으로 반사할 수 있고, 제2 반사층(31r) 및 제4 반사층(45r)은 상대적으로 넓은 파장 대역의 광, 예컨대 가시 영역의 전 파장 영역의 광을 반사할 수 있다.
도 16은 일 실시예에 따른 발광 소자(100d)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자(100d)는 도 15를 참조하여 설명한 발광 소자(100c)와 대체로 유사하나, 제1 내지 제3 발광 스택(20, 30, 40) 및/또는 콘택 전극들(25p, 35p, 45p)에 광 산란을 위한 요철이 형성된 것에 차이가 있다. 요철은 제1 내지 제3 발광 스택(20, 30, 40)의 제1 도전형 반도체층들(21, 31, 41) 또는 제2 도전형 반도체층들(25, 35, 45)에 형성될 수 있으며, 콘택 전극들(25p, 35p, 45p)에 형성될 수도 있다. 요철은 증착 기술 또는 식각 기술 등의 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 규칙 또는 불규칙적일 수 있다. 요철은 발광 스택들(20, 30, 40)에서 방출된 광을 산란시켜, 발광 스택들(20, 30, 40)의 외부로 방출되는 광량을 증가시킨다.
도 17은 일 실시예에 따른 발광 소자(100e)를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자(100e)는 도 15를 참조하여 설명한 발광 소자(100c)와 대체로 유사하나, 오믹 전극들(21m, 31m, 41m)을 더 포함하는 것에 차이가 있다.
제1 오믹 전극(21m)은 제1 발광 스택(20)과 제1 반사층(21r) 사이에 배치될 수 있으며, 제1 발광 스택(20)의 제1 도전형 반도체층(21)에 오믹 콘택한다. 제2 오믹 전극(31m)은 제2 발광 스택(30)과 제2 반사층(31r) 사이에 배치될 수 있으며, 제2 발광 스택(30)의 제1 도전형 반도체층(31)에 오믹 콘택한다. 제3 오믹 전극(41m)은 제3 발광 스택(40)과 제3 반사층(41r) 사이에 배치될 수 있으며, 제3 발광 스택(40)의 제1 도전형 반도체층(41)에 오믹 콘택한다.
제1, 제2, 제3 오믹 전극들(21m, 31m, 41m)을 배치함으로서 제1 내지 제3 발광 스택들(20, 30, 40) 내에 전류를 고르게 분산시킬 수 있다.
도 18은 일 실시예에 따른 발광 소자(100f)를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 18을 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자(100f)는 도 9를 참조하여 설명한 발광 소자(100b)와 대체로 유사하나, 공통 전극(50e)이 기판들(11a, 11b)을 관통하는 관통홀들(11h)을 통해 제1 LED 유닛(LEU1) 및 제3 LED 유닛(LEU3)에 공통으로 접속된 것에 차이가 있다.
기판들(11a, 11b)을 관통하는 관통홀들(11h)이 형성될 수 있으며, 관통홀들(11h) 내부는 도전성 물질, 예컨대 금속 또는 반도체 물질로 채워질 수 있다. 공통 전극(50e)은 제1 LED 유닛(LEU1) 및 제3 LED 유닛(LEU3)의 측면에서 이들에 접속하는 대신 관통홀들(11h)을 통해 접속할 수 있다. 다만, 공통 전극(50e)는 제2 LED 유닛(LEU2)의 측면에서 제2 LED 유닛(LEU2)에 접속할 수 있다.
본 실시예에서, 공통 전극(50e)이 기판들(11a, 11b)을 관통하는 관통홀들(11h)을 통해 제1 및 제3 LED 유닛들(LEU1, LEU3)에 전기적으로 접속하는 것으로 설명하지만, 제1 전극(20e) 및 제3 전극(40e)이 각각 관통홀들(11h)을 통해 제1 LED 유닛(LEU1) 및 제2 LED 유닛(LEU2)에 전기적으로 접속할 수도 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 발광 소자 모듈(300)을 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 19를 참조하면, 본 실시예에 따른 발광 소자 모듈(300)은 도 10 또는 도 11을 참조하여 설명한 발광 모듈과 대체로 유사하나, 캐리어 기판(200)을 더 포함하는 것에 차이가 있다.
캐리어 기판(200)은 발광 소자들(100b)의 전극들(20e, 30e, 40e, 50e)에 접속하는 커넥터들(220, 230, 240, 250)을 포함할 수 있다. 캐리어 기판(200)은 사파이어 기판이나 GaAs 기판 등 반도체층들을 성장하기 위해 사용되는 기판과 동일한 재료의 기판일 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 캐리어 기판(200)은 글래스와 같은 무기재료 또는 에폭시 등과 같은 유기재료로 형성될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 커넥터들(220, 230, 240, 250)은 캐리어 기판(200)을 발광 소자들(100b)에 본딩한 후에 관통홀 형성 및 통전 물질을 채우는 공정을 거쳐 형성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 커넥터들(220, 230, 240, 250)은 캐리어 기판(200)에 미리 형성되고, 그 후, 캐리어 기판(200)이 발광 소자들(100b)에 부착될 수도 있다.
본 실시예에서, 커넥터들(220, 230, 240, 250)의 간격은 전극들(20e, 30e, 40e, 50e)의 간격보다 더 크게 형성될 수 있으며, 따라서, 캐리어 기판(200)은 인터포져로 기능할 수도 있다.
도 20은 일 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치(2000)를 설명하기 위한 개략적인 사시도이다.
도 20을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 디스플레이 장치(2000)는 디스플레이 기판(101) 및 복수의 발광 소자 모듈(300)을 포함한다.
발광 소자 모듈(300)은 도 19를 참조하여 설명한 것과 같으므로 중복을 피하기 위해 상세한 설명은 생략한다.
디스플레이 기판(101) 상에 복수의 발광 소자 모듈들(300)이 배치되어 LED 디스플레이 장치가 제공될 수 있다. 나아가, 발광 소자 모듈들(300)이 배치된 복수의 회로 기판들(101)이 서로 정렬되어 대면적의 LED 디스플레이 장치(2000)가 제공될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 캐리어 기판(200)을 이용하여 발광 소자들(100b)을 디스플레이 기판(101)에 실장할 수 있어, 실장 공정을 용이하게 할 수 있다.
특정 예시적인 실시예들 및 구현들이 본 명세서에서 설명되었지만, 다른 실시예들 및 수정들이 이 설명으로부터 명백할 것이다. 따라서, 본 개시는 이러한 실시예로 제한되지 않으며, 첨부된 청구 범위의 더 넓은 범위 및 당업자에게 명백한 다양한 명백한 수정 및 등가의 구성을 포함한다.

Claims (22)

  1. 디스플레이 기판; 및
    상기 디스플레이 기판의 상면에 정렬된 발광 소자들을 포함하되,
    상기 발광 소자들 중 적어도 하나는,
    제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛;
    제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛; 및
    제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛을 포함하되,
    상기 제2 LED 유닛은 상기 제1 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛 사이에 배치되고,
    상기 제1 내지 제3 발광 스택들 각각은 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하며,
    상기 제1 내지 제3 발광 스택들 내의 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층은 상기 디스플레이 기판의 상면에 대해 수평 방향으로 적층된 디스플레이 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 발광 스택들 각각은 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 배치된 활성층을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 LED 유닛들 중 하나는 적색광을, 또 하나는 녹색광을, 나머지 하나는 청색광을 방출하는 디스플레이 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 LED 유닛은 적색광을 방출하는 디스플레이 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 소자는 상기 제3 LED 유닛측에 배치된 기판을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 소자는 상기 제1 LED 유닛측에 배치된 기판을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 소자들은 각각 블랙 물질에 의해 서로 이격된 디스플레이 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 디스플레이 기판 상에 서로 평행하게 정렬된 복수의 발광 소자 모듈들을 포함하되,
    상기 발광 소자 모듈들은 각각 상기 제1 도전형 반도체층 및 제2 도전형 반도체층이 적층된 방향을 따라 서로 결합된 복수의 발광 소자들을 포함하는 디스플레이 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 발광 소자 모듈 내의 발광 소자들은 블랙 물질의 기판을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 발광 소자 모듈들 사이의 영역에 배치된 블랙 물질을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 발광 소자는 상기 제1 LED 유닛에 전기적으로 연결된 제1 전극, 상기 제2 LED 유닛에 전기적으로 연결된 제2 전극, 상기 제3 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제3 전극, 및 상기 제1 내지 제3 LED 유닛들에 공통으로 전기적으로 접속된 공통 전극을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 LED 전극들 및 상기 공통 전극은 상기 적어도 하나의 발광 소자와 상기 디스플레이 기판 사이에 배치된 디스플레이 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 디스플레이 기판과 상기 적어도 하나의 발광 소자 사이에 배치된 캐리어 기판을 더 포함하되,
    상기 캐리어 기판은 상기 제1 내지 제3 전극들 및 공통 전극을 상기 디스플레이 기판의 접속 패드들에 전기적으로 연결하는 커넥터들을 갖는 디스플레이 장치.
  14. 디스플레이 기판; 및
    상기 디스플레이 기판의 상면에 정렬된 발광 소자들을 포함하되,
    상기 발광 소자들 중 적어도 하나는,
    제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛;
    제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛;
    제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛;
    상기 제1 LED 유닛과 상기 제2 LED 유닛을 결합시키는 제1 접착층; 및
    상기 제2 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛을 결합시키는 제2 접착층을 포함하되,
    상기 제1 내지 제3 LED 유닛들은 상기 디스플레이 기판의 상면에 대해 수평 방향으로 결합된 디스플레이 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제2 LED 유닛은 적색광을 방출하는 디스플레이 장치.
  16. 제1 발광 스택을 포함하는 제1 LED 유닛;
    제2 발광 스택을 포함하는 제2 LED 유닛;
    제3 발광 스택을 포함하는 제3 LED 유닛;
    상기 제1 LED 유닛과 상기 제2 LED 유닛을 결합시키는 제1 접착층;
    상기 제2 LED 유닛과 상기 제3 LED 유닛을 결합시키는 제2 접착층;
    상기 제1 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제1 전극;
    상기 제2 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제2 전극;
    상기 제3 LED 유닛에 전기적으로 접속된 제3 전극; 및
    상기 제1 내지 제3 LED 유닛에 전기적으로 접속된 공통 전극을 포함하되,
    상기 제2 전극은 상기 제2 LED 유닛의 측면에서 상기 제2 LED 유닛에 전기적으로 접속된 발광 소자.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극, 및 공통 전극은 상기 발광 소자의 동일 측면에 배치된 발광 소자.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 LED 유닛에 결합된 제1 기판; 및
    상기 제2 LED 유닛에 결합된 제2 기판을 더 포함하고,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 관통홀을 포함하며,
    상기 제1 전극 및 공통 전극 중 어느 하나는 상기 제1 기판의 관통홀을 통해 제1 LED 유닛에 전기적으로 연결되고,
    상기 제3 전극 및 공통 전극 중 어느 하나는 상기 제2 기판의 관통홀을 통해 제3 LED 유닛에 전기적으로 연결된 발광 소자.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 제3 LED 유닛측에 배치된 기판을 더 포함하되,
    상기 제3 전극의 일부는 상기 기판의 측면 상에 배치된 발광 소자.
  20. 청구항 16에 있어서,
    제1 LED 유닛은 상기 제1 발광 스택 상에 배치된 제1 반사층을 더 포함하고,
    상기 제2 LED 유닛은 상기 제2 발광 스택 상에 배치된 제2 반사층을 더 포함하며,
    상기 제3 LED 유닛은 상기 제3 발광 스택의 양측에 배치된 제3 반사층 및 제4 반사층을 더 포함하는 발광 소자.
  21. 청구항 20에 있어서,
    상기 제1 발광 스택과 상기 제1 반사층 사이에 개재된 제1 오믹 전극;
    상기 제2 발광 스택과 상기 제2 반사층 사이에 개재된 제2 오믹 전극; 및
    상기 제3 발광 스택과 상기 제3 반사층 사이에 개재된 제3 오믹 전극을 더 포함하는 발광 소자.
  22. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 LED 유닛은 상기 제1 발광 스택에 오믹 콘택하는 제1 콘택 전극을 더 포함하고,
    상기 제2 LED 유닛은 상기 제2 발광 스택에 오믹 콘택하는 제2 콘택 전극을 더 포함하고,
    상기 제3 LED 유닛은 상기 제3 발광 스택에 오믹 콘택하는 제3 콘택 전극을 더 포함하되,
    상기 제1 내지 제3 발광 스택들 중 적어도 하나 또는 상기 제1 내지 제3 콘택 전극들 중 적어도 하나는 요철을 갖는 발광 소자.
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