KR20220169074A - 발광 디바이스 - Google Patents

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KR20220169074A KR1020210079044A KR20210079044A KR20220169074A KR 20220169074 A KR20220169074 A KR 20220169074A KR 1020210079044 A KR1020210079044 A KR 1020210079044A KR 20210079044 A KR20210079044 A KR 20210079044A KR 20220169074 A KR20220169074 A KR 20220169074A
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Abstract

본 발명은 발광 디바이스에 관한 것으로, 본 발명의 발광 디바이스는 기판, 상기 기판 하부에 배치된 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀을 포함하는 적어도 3개의 서브 픽셀, 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제1반도체층에 전기적으로 연결된 제1전극, 상기 제1서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제2전극, 상기 제2서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제3전극, 상기 제3서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제4전극 및 상기 기판 상에 배치된 파장변환부재를 포함할 수 있다.

Description

발광 디바이스 {A Light Emitting Device}
본 발명은 발광 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드를 디스플레이의 픽셀로 사용하는 마이크로 LED에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED, Light Emitting Diode)는 디스플레이용 백라이트 광원, 조명용 광원 등으로 널리 사용되고 있으며, 최근에는 자동차용 주간주행등(DRL, Daytime Running Lamp) 및 헤드램프 등에 사용되는 등 그 용도가 점차 넓어지고 있다.
현재 디스플레이 시장은 발광 다이오드를 백라이트 광원으로 사용하는 LCD와 자체 발광이 가능한 OLED로 양분되어 있다. 상기 LCD는 상대적으로 저렴한 비용으로 구현이 가능하나 디스플레이 품질 확보에 한계가 있으며, 상기 OLED는 상대적으로 뛰어난 디스플레이 품질을 확보할 수 있으나 대형 디스플레이 제작이 어려울 뿐만 아니라 번인 현상 등으로 인해 수명이 길지 못한 문제점이 있다.
이에 최근에는 발광 다이오드를 디스플레이의 픽셀로 사용하는 마이크로 LED 기술에 대한 시장의 관심이 높아지고 있다. 이러한 마이크로 LED는 100 마이크로 이하의 작은 크기의 픽셀을 제조한 후 이를 타겟 기판에 전사하여야 하는데, 픽셀의 작은 크기로 인해 전사에 많은 어려움이 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로 LED를 이용한 디스플레이에서 타겟 기판으로의 전사가 용이한 발광 디바이스를 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발광 디바이스는 기판, 상기 기판 하부에 배치된 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀을 포함하는 적어도 3개의 서브 픽셀, 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제1반도체층에 전기적으로 연결된 제1전극, 상기 제1서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제2전극, 상기 제2서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제3전극, 상기 제3서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제4전극 및 상기 기판 상에 배치된 파장변환부재를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 기판 내부에는 상변화 영역이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 상변화 영역은 상기 서브 픽셀들 사이에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 기판은 성장기판일 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀은 동일한 중심 파장의 광을 발광할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스는 상기 기판 하부에 제4서브 픽셀, 제5서브 픽셀 및 제6서브 픽셀을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 제4서브 픽셀, 제5서브 픽셀 및 제6서브 픽셀은 각각 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀이 작동하지 않을 경우를 대비한 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스는 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀을 덮는 절연층을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 제1전극은 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제2반도체층 및 활성층이 제거되어 노출된 제1반도체층에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 제2전극, 제3전극 및 제4전극은 각각 상기 절연층의 오픈된 영역을 통해 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 파장변환부재는 격벽과 그 사이에 형성된 파장변환물질을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 격벽은 포토 레지스트로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 파장변환물질은 제1서브 픽셀에 대응되는 제1파장변환물질, 상기 제2서브 픽셀에 대응되는 제2파장변환물질을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 파장변환물질은 제3서브 픽셀에 대응되는 제3파장변환물질을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스의 상기 파장변환물질은 양자점일 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스는 상기 파장변환부재 상에 형성된 커버층을 추가로 포함할 수 있다.
상기 과제 해결 수단에 따른 본 발명은 마이크로 LED를 이용한 디스플레이 제조시 타겟 기판으로의 전사가 용이한 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 디바이스의 상면도이다.
도 2는 도 1의 A-A'를 따라 절취한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 디바이스의 측단면도이다.
도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명의 파장변환부재를 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 디바이스의 상면도이다.
도 9는 본 발명의 발광 디바이스가 적용된 디스플레이 모듈의 예시도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 디바이스의 상면도이며, 도 2는 도 1의 A-A'를 따라 절취한 측단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 발광 디바이스는 기판(10)상에 형성된 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀을 포함할 수 있다. 상기 기판(10)은 성장기판일 수 있으며, 예를 들면 사파이어 또는 실리콘 기판일 수 있다. 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀은 각각 제1반도체층, 제2반도체층 및 그 사이에 개재된 활성층을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀이 기판 상에서 서로 분리되어 형성된 것을 예시하였으나, 필요에 따라 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀은 제1반도체층을 서로 공유하여 형성할 수 있으며, 이 경우 활성층 및 제2반도체층만이 서로 분리되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀은 동일한 중심 파장의 광을 발광하는 것일 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀을 덮는 절연층(70)을 형성할 수 있으며, 상기 절연층(70)은 오픈된 영역을 통해 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제1반도체층에 전기적으로 연결된 제1전극(30), 그리고 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제2전극(40), 제3전극(50) 및 제4전극(60)을 형성할 수 있다. 상기 절연층(70)은 절연성 산화물로 형성할 수 있으며, 예를 들면 SiO2, TiO2 등이 이용될 수 있다. 또한, 상기 절연층(70)은 굴절율이 서로 다른 절연층을 2층 이상 교대로 형성할 수 있으며, 이 경우 상기 절연층은 절연 특성과 함께 반사 특성도 보여줄 수 있다. 상기 제1전극은 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제2반도체층 및 활성층이 제거되어 노출된 제1반도체층에 전기적으로 연결되어 형성될 수 있으며, 이러한 제1전극은 상기 절연층(70)을 개재하여 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀 상부로 연장되어 형성될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 제1전극(30)은 발광 디바이스의 공통전극으로 작용할 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 발광 디바이스의 전극 개수를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제2전극(40), 제3전극(50) 및 제4전극(60)이 형성될 수 있고, 이때 상기 제2전극, 제3전극 및 제4전극은 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제2반도체층에 직접 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 필요에 따라 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제2반도체층 상에 투명전극(미도시)을 형성하고, 상기 제2전극, 제3전극 및 제4전극이 상기 투명전극에 접촉할 수도 있다.
상술한 본 발명의 발광 디바이스는 그 내부에 작은 크기, 예를 들면 100 마이크로 미터 이하의 서브 픽셀을 포함하게 되나, 본 발명의 발광 디바이스 전체로는 기존 발광 다이오드의 크기와 큰 차이가 없게 되어 전사 등 이후의 공정에서 보다 용이하게 컨트롤이 가능하다. 또한, 하나의 발광 디바이스에 복수의 서브 픽셀을 포함함으로써 전사할 때 전사 횟수를 현저하게 줄일 수도 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 디바이스의 상면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 발광 디바이스는 기판(11) 상에 형성된 복수의 서브 픽셀(21)을 포함할 수 있다. 상기 기판(11)은 성장기판일 수 있으며, 예를 들면 사파이어 또는 실리콘 기판일 수 있다. 상기 복수의 서브 픽셀은 각각 제1반도체층, 제2반도체층 및 그 사이에 개재된 활성층을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 상기 복수의 서브 픽셀이 기판 상에서 서로 분리되어 형성된 것을 예시하였으나, 필요에 따라 상기 복수의 서브 픽셀은 제1반도체층을 서로 공유하여 형성할 수 있으며, 이 경우 활성층 및 제2반도체층만이 서로 분리되어 형성될 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 도 1 및 도 2의 실시예에서와 같이 상기 복수의 서브 픽셀을 덮는 절연층을 형성할 수 있으며, 상기 절연층의 오픈된 영역을 통해 상기 복수의 서브 픽셀의 제1반도체층에 전기적으로 연결된 제1전극(31), 그리고 상기 복수의 서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제2전극(41), 제3전극(51), 제4전극(61), 제5전극(42), 제6전극(52) 및 제7전극(62)을 형성할 수 있다. 상기 절연층은 절연성 산화물로 형성할 수 있으며, 예를 들면 SiO2, TiO2 등이 이용될 수 있다. 또한, 상기 절연층은 굴절율이 서로 다른 절연층을 2층 이상 교대로 형성할 수 있으며, 이 경우 상기 절연층은 절연 특성과 함께 반사 특성도 보여줄 수 있다. 상기 제1전극(31)은 복수의 서브 픽셀의 제2반도체층 및 활성층이 제거되어 노출된 제1반도체층에 전기적으로 연결되어 형성될 수 있으며, 이러한 제1전극은 상기 절연층을 개재하여 상기 복수의 서브 픽셀 상부로 연장되어 형성될 수 있다. 이에 따라 본 발명의 제1전극(31)은 발광 디바이스의 공통전극으로 작용할 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 발광 디바이스의 전극 개수를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 복수의 서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제2전극(41), 제3전극(51), 제4전극(61), 제5전극(42), 제6전극(52) 및 제7전극(62)이 형성될 수 있고, 이때 상기 제2전극, 제3전극, 제4전극, 제5전극, 제6전극 및 제7전극은 상기 복수의 서브 픽셀의 제2반도체층에 직접 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 필요에 따라 상기 복수의 서브 픽셀의 제2반도체층 상에 투명전극을 형성하고, 상기 제2전극, 제3전극, 제4전극, 제5전극, 제6전극 및 제7전극이 상기 투명전극에 접촉할 수도 있다.
도 3을 다시 참조하면, 본 발명의 발광 디바이스는 기판 상에 6개의 서브 픽셀을 포함하고 있으며, 이러한 각각의 서브 픽셀은 디스플레이 상에서 각각 서브 픽셀로 작용할 수 있다. 또한, 6개의 서브 픽셀 중 3개는 디스플레이 상에서 서브 픽셀로 작용하고, 나머지 3개는 인접하는 서브 픽셀이 작동 불가인 환경에서 이를 대신하여 서브 픽셀로 작용할 수도 있다. 예를 들면, 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀은 디스플레이 상에서 픽셀로 작용하고, 제4서브 픽셀, 제5서브 픽셀 및 제6서브 픽셀은 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 또는 제3서브 픽셀이 정상적으로 작동이 불가한 상황에 이를 대신하여 서브 픽셀로 작용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 디바이스의 측단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 발광 디바이스는 상기 도 1, 도 2 또는 도 3의 발광 디바이스 상부에 파장변환부재가 추가된 것이다. 즉, 기판(12) 하부에 복수의 서브 픽셀(22)이 형성되고, 상기 기판(12) 상부에 배치된 파장변환부재를 포함할 수 있다. 상기 기판 내부에는 상변화 영역(121)을 포함할 수 있으며, 이러한 상변화 영역은 레이저 광을 기판 내부에 포커싱하여 비추므로써 형성할 수 있다. 상기 상변화 영역은 상기 서브 픽셀들 사이의 기판 내부에 형성함이 바람직하며, 이를 통해 서브 픽셀의 광이 인접 서브 픽셀에 간섭이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 상기 파장변환부재는 격벽(100)과 그 사이에 형성된 파장변환물질(200, 300, 400)을 포함할 수 있으며, 상기 격벽(100)은 불투명 수지 또는 포토 레지스트일 수 있다. 상기 파장변환물질은 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀에 대응하여 그 상부에 형성된 제1파장변환물질(200), 제2파장변환물질(300) 및 제3파장변환물질(400)을 포함할 수 있으며, 이 경우 복수의 서브 픽셀은 동일한 중심파장의 광을 발광하는 것일 수 있다. 예를 들면, 복수의 서브 픽셀은 자외선 또는 근자외선 파장의 광을 발광할 수 있으며, 상기 제1파장변환물질, 제2파장변환물질 및 제3파장변환물질은 각각 적색, 녹색 및 청색 파장변환물질을 포함할 수 있다. 상기 파장변환물질은 형광체 또는 양자점(QD, Quantum Dot)일 수 있으며, 바람직하게는 양자점일 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에서는 복수의 서브 픽셀이 청색 파장의 광을 발광할 수 있으며, 이 경우 상기 제1파장변환물질 및 제2파장변환물질은 각각 적색 및 녹색 파장변환물질일 수 있으며, 제3파장변환물질은 생략될 수 있다.
도 4를 다시 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 발광 디바이스는 서브 픽셀의 폭과 파장변환물질의 폭이 동일한 것으로 예시되어 있다. 하지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 서브픽셀의 폭보다 파장변환물질의 폭이 좁거나 넓게 형성하는 것 역시 가능하다.
도 4를 다시 참조하면, 본 발명의 발광 디바이스는 상기 파장변환부재 상에 형성된 커버층(500)을 포함할 수 있다. 상기 커버층(500)은 블랙 매트릭스로 형성될 수 있으며, 이를 통해 본 발명의 발광 디바이스를 디스플레이에 적용할 경우 외관이 균일하게 검은색을 띄게 되어 외관상 제품의 만족도를 높일 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 7은 본 발명의 파장변환부재를 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 보조기판(13)상에 격벽으로 사용될 수 있는 포토 레지스트(100)를 형성한 다음 노광 및 식각 공정을 통해 제1파장변환물질이 형성될 공간을 형성한다. 이후 상기 제1파장변환물질이 형성될 공간에 스크린 프린팅 공정을 통해 제1파장변환물질을 형성한 다음, 다시 노광 및 식각 공정을 통해 제2파장변환물질이 형성될 공간을 형성한다. 이후 상기 제2파장변환물질이 형성될 공간에 스크린 프린팅 공정을 통해 제2파장변환물질을 형성한 다음, 다시 노광 및 식각 공정을 통해 제3파장변환물질이 형성될 공간을 형성한다. 이후 상기 제3파장변환물질이 형성될 공간에 스크린 프린팅 공정을 제3파장변환물질을 형성한 다음 상기 보조기판(13)으로부터 상기 파장변환부재를 분리한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 발광 디바이스의 상면도이며, 도 9는 본 발명의 발광 디바이스가 적용된 디스플레이 모듈의 예시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 발광 디바이스를 상면에서 보았을 때 커버층(500)만이 보이며, 그 하부에 매립된 제1파장변환물질(200), 제2파장변환물질(300) 및 제3파장변환물질(400)을 확인할 수 있다.
도 9를 참조하면, 모듈 기판(1000) 상에 복수의 발광 디바이스가 형성될 수 있으며, 상기 복수의 발광 디바이스 사이에는 블랙 매트릭스가 형성될 수 있다. 상기 모듈 기판(1000)은 TFT 또는 표면에 도전패턴이 형성된 유리기판일 수 있다.
본 발명은 디스플레이에 적용될 수 있는 발광 디바이스에 관한 것으로, 본 발명을 적용하면 보다 용이하게 고품질의 디스플레이를 제공할 수 있다.
10...기판 20...서브 픽셀
30, 31...제1전극 40, 41...제2전극
50, 51...제3전극 60, 61...제4전극
42...제5전극 52...제6전극
62...제7전극 70...절연층
11...기판 21...서브 픽셀
31...제1전극 12...기판
13...보조기판 22...서브 픽셀
121...상변화 영역 100...격벽
200, 300, 400...파장변환물질
500...커버층 1000...모듈 기판

Claims (16)

  1. 기판;
    상기 기판 하부에 배치된 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀을 포함하는 적어도 3개의 서브 픽셀;
    상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제1반도체층에 전기적으로 연결된 제1전극;
    상기 제1서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제2전극;
    상기 제2서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제3전극;
    상기 제3서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결된 제4전극; 및
    상기 기판 상에 배치된 파장변환부재;를 포함하는 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 내부에는 상변화 영역이 형성됨을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상변화 영역은 상기 서브 픽셀들 사이에 위치함을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 성장기판인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀은 동일한 중심 파장의 광을 발광함을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기판 하부에 제4서브 픽셀, 제5서브 픽셀 및 제6서브 픽셀을 추가로 포함함을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제4서브 픽셀, 제5서브 픽셀 및 제6서브 픽셀은 각각 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀이 작동하지 않을 경우를 대비한 것임을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀을 덮는 절연층을 추가로 포함함을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1전극은 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제2반도체층 및 활성층이 제거되어 노출된 제1반도체층에 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2전극, 제3전극 및 제4전극은 각각 상기 절연층의 오픈된 영역을 통해 상기 제1서브 픽셀, 제2서브 픽셀 및 제3서브 픽셀의 제2반도체층에 전기적으로 연결됨을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 파장변환부재는 격벽과 그 사이에 형성된 파장변환물질을 포함함을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 격벽은 포토 레지스트로 형성됨을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 제1서브 픽셀에 대응되는 제1파장변환물질, 상기 제2서브 픽셀에 대응되는 제2파장변환물질을 포함함을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 제3서브 픽셀에 대응되는 제3파장변환물질을 포함함을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 파장변환물질은 양자점인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 파장변환부재 상에 형성된 커버층을 추가로 포함함을 특징으로 하는 발광 디바이스.
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