KR20230004770A - 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 전사 기판, 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 제조 방법 - Google Patents

디스플레이 장치의 제조에 사용되는 전사 기판, 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 회로 배선을 포함하는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 구비되고, 상기 회로 배선에 연결된 하부 전극부, 및 서로 분리되어 상기 하부 전극부 상에 수직 배열되는 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디스플레이 장치의 제조에 사용되는 전사 기판, 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 제조 방법
본 발명은 디스플레이 장치 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법 및 디스플레이 장치 제조에 사용되는 전사 기판에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술 분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)와 OLED(Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 있고, OLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않다는 문제점이 있다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 것으로 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다. 따라서, 상기 반도체 발광 소자를 이용하여 디스플레이를 구현하여, 전술한 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다. 상기 반도체 발광 소자는 필라멘트 기반의 발광 소자에 비해 긴 수명, 낮은 전력 소모, 우수한 초기 구동 특성, 및 높은 진동 저항 등의 다양한 장점을 갖는다.
이러한 LED의 제조 과정에서는, 성장 기판으로부터 발광 소자를 분리하여 구동 기판으로 전사하는 공정이 필수적이다. 다만, 분리된 LED의 칩 사이즈가 작아짐에 따라, LED의 전사과정에서 높은 정밀도와 공정 난이도가 요구된다.
이에 본 발명에서는, LED의 전사, 특히 초소형이며 고밀도의 칩 배열을 갖는 마이크로 디스플레이를 구현하기 위하여, 높은 위치 정밀도를 가지면서도 칩을 원하는 위치에 정치할 수 있는 디스플레이 장치 및 그 전사 방법을 제시한다.
본 발명의 일 실시예의 목적은, 디스플레이 장치를 제조하기 위한 전사 과정에 있어서, 나노 로드형 반도체 발광 소자를 MLO를 이용하여 성장 기판에서 분리하는 디스플레이 장치를 제조하기 위한 전사 과정을 제공하는 것이다.
나아가, 본 발명의 일 실시예의 또 다른 목적은, 여기에서 언급하지 않은 다양한 문제점들도 해결하고자 한다. 당업자는 명세서 및 도면의 전 취지를 통해 이해할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 전사 기판에 있어서, 상기 회로 배선을 포함하는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 구비되고, 상기 회로 배선에 연결된 하부 전극부; 및 서로 분리되어 상기 하부 전극부 상에 수직 배열되는 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노 로드형 반도체 발광 소자는, 상기 하부 전극부와 접하는 일 단부의 반대 단부가 비평면 접면을 포함할 수 있다.
또한, 상기 비평면 접면은, 상기 나노 로드형 반도체 발광 소자에 포함된 다공성 영역이 분절되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자는, 기 설정 간격을 가지고, 상기 하부 전극부의 상면의 전 영역에 배열될 수 있다.
또한, 상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자의 적어도 일부는, 상기 하부 전극부의 상면 가장자리에 걸쳐 배열될 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자에 적층되는 커버 기판; 및 상기 커버 기판에 구비되어 상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자에 접하는 상부 전극부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 상기 베이스 기판과 상기 커버 기판 사이에 구비되어, 상기 하부 전극부, 상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자 및 상기 상부 전극부로 구성된 단위 구성을 구분하는 제1 격벽; 및 상기 제1 격벽간 형성된 공간에 충진된 형광체;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 상기 단위 구성의 위치에 대응하여 상기 커버 기판 상에 구비된 컬러 필터; 및 복수의 상기 컬러 필터를 구분하는 제2 격벽;을 포함할 수 있다.
상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자는, 상기 상부 전극부와 접하는 단부에 접하는 단부에 비평면 접면을 포함하는 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자; 및 상기 하부 전극부와 접하는 단부에 비평면 접면을 포함하는 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자;를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자는 서로 상이한 파장의 광을 발할 수 있다.
상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 상기 커버 기판의 상면에 구비된 추가 하부 전극부; 및 서로 분리되어 상기 추가 하부 전극부 상에 수직 배열되는 복수의 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자;를 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자는 서로 상이한 파장의 광을 발할 수 있다.
상기 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자는, 상기 제1 및 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자 사이에 형성된 이격 공간에 대응하여 상기 커버 기판 상에 구비될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, 제1 성장 기판 상에 복수의 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자를 기 설정 간격으로 형성하는 단계; 상기 제1 성장 기판에 연결된 상기 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자의 단부를 식각하여 다공성 구조를 형성하는 단계; 상기 제1 성장 기판을 상기 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자가 성장된 방향으로 하부 전극부가 구비된 베이스 기판 상에 접하는 단계; 및 상기 하부 전극부 상에 배열된 상기 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자는 상기 제1 성장 기판에서 분리된 상태로, 상기 제1 성장 기판을 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 하부 전극부 상에 배열된 상기 제1 나노 로드형 반도에 발광 소자는, 일 단부가 상기 하부 전극부에 접착되고 타 단부에 구비된 다공성 구조가 분절되어 상기 제1 성장 기판에서 분리될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법은, 제2 성장 기판 상에 발광 파장이 상이한 복수의 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자를 기 설정 간격으로 형성하는 단계; 상기 제2 성장 기판에 연결된 상기 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자의 단부를 식각하여 다공성 구조를 형성하는 단계; 상기 제2 성장 기판으 상기 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자가 성장된 방향으로 상부 전극부가 구비된 커버 기판 상에 접하는 단계; 상기 상부 전극부 상에 배열된 상기 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자는 상기 제2 성장 기판에서 분리된 상태로, 상기 제2 성장 기판을 제거하는 단계; 상기 베이스 기판에 추가로 하부 전극을 형성하고, 상기 커버 기판에 추가로 상부 전극을 형성하는 단계; 및 상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 각각 상기 제1 및 제2 반도체 발광 소자의 양 단부에 위치하도록 상기 커버 기판을 상기 베이스 기판에 적층하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 있어서, 복수의 발광 소자 중에서 그 일부가 불량인 경우에도, 하나의 픽셀을 구동할 수 있어 높은 수율과 공정 편의성을 가질 수 있다.
또한, 베이스 기판 상에 위치하는 전극부에 의해 하나의 픽셀 영역이 이루어짐으로써, 별도로 반도체 발광 소자를 정렬할 필요가 없어 고속 전사가 가능하다.
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 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 나노 로드형 반도체 발광 소자를 포함하는 베이스 기판을 나타내는 도면이다.
도 11은 나노 로드형 반도체 발광 소자의 단면을 과장되게 나타낸 도면이다.
도 12는 나노 로드형 발광 소자가 배열되어 있는 베이스 기판의 상면도이다.
도 13은 반도체 발광 소자를 포함하는 베이스 기판에 대해 후속 공정을 진행한 디스플레이 장치의 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 있어서, 형광체를 사용하여 색 변환 구조를 이용한 다색 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 15는 제1 격벽(260) 사이에 형광체를 더 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 16은 복수의 컬러 필터를 구분하는 제2 격벽을 더 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 17은 이종의 반도체 발광 소자(2311, 2312)를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 18은 삼종의 반도체 발광 소자(2311, 2312, 2313)를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 19는 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(230)를 포함하는 디스플레이 장치를 제조하는 방법에 관하여 도시한 도면이다.
도 20은 이종의 반도체 발광 소자(230)를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법에 대하여 도시한 도면이다.
도 21은 삼종의 반도체 발광 소자(230)를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법에 대하여 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
나아가, 설명의 편의를 위해 각각의 도면에 대해 설명하고 있으나, 당업자가 적어도 2개 이상의 도면을 결합하여 다른 실시예를 구현하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치는 단위 화소 또는 단위 화소의 집합으로 정보를 표시하는 모든 디스플레이 장치를 포함하는 개념이다. 따라서 완성품에 한정하지 않고 부품에도 적용될 수 있다. 예를 들어 디지털 TV의 일 부품에 해당하는 패널도 독자적으로 본 명세서 상의 디스플레이 장치에 해당한다. 완성품으로는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크 탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품 형태라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술 분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
또한, 당해 명세서에서 언급된 반도체 발광 소자는 LED, 마이크로 LED 등을 포함하는 개념이며, 혼용되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 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 형광체 변환층(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.
도 3에 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.
형광체 변환층(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, 형광체 변환층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체 변환층(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 형광체 변환층들의 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 소자는 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 소자는 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 형광체 변환층이 개별 소자 마다 구비된 백색 발광 소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자(W) 상에 적색 형광체 변환층(181), 녹색 형광체 변환층(182), 및 청색 형광체 변환층(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 상에 적색 형광체 변환층(181), 녹색 형광체 변환층(185, 및 청색 형광체 변환층(183)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 소자의 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 소자를 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 나노 로드형 반도체 발광 소자를 포함하는 베이스 기판을 나타내는 도면이다.
일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 배선 기판(310), 배선 기판(310) 상에 구비되는 하부 전극부(320), 하부 전극부 상에 배열되는 반도체 발광 소자(330)를 포함할 수 있다.
배선 기판(310)은 반도체 발광 소자(330)에 전기 신호를 인가하는 인쇄 회로를 포함하는 기판일 수 있다. 구체적으로, 배선 기판(310)은 상기에서 설명한 기판(110)에 대응될 수 있다. 하부 전극부(320)는 배선 기판(310)의 회로 배선에 연결되는 구성으로, 도 2에서 설명한 제1 전극(120) 및 제2 전극(140)에 대응될 수 있다.
반도체 발광 소자(330)는 나노 로드형 반도체 발광 소자(331)를 복수 개 포함할 수 있다. 나노 로드형 반도체 발광 소자(331)는 나노 크기의 너비와 마이크로 크기의 길이를 가지는 반도체 발광 소자(331)로 길이 방향으로 복수의 반도체 층이 적층된 발광 소자이다. 나노 로드 형상(331)은 원형, 또는 사각형과 같은 다각형 등 다양한 형상의 단면을 가질 수 있다. 이러한 반도체 발광 소자(330)는, 성장 기판 상에 제1 도전형 나노 로드형 반도체, 다중 양자 우물, 및 제2 도전형 나노 로드형 반도체를 순차적으로 성장시킴으로써 형성할 수 있다. 또한, 리소그래피 공정을 통한 마스크를 이용하여 길이 방향으로 식각 또는 에칭을 행함으로써 형성할 수도 있다.
제1 도전형 반도체 및 제2 도전형 반도체는 각각 n형 반도체 및 p형 반도체를 의미할 수 있고, 반대로 각각 p형 반도체 및 n형 반도체를 의미할 수 있다.
이러한 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)의 길이 방향은 배선 기판(310)과 평행하지 않게 구비될 수 있다. 나아가, 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)는 배선 기판(310)에 대해 수직하게 배열될 수 있다. 구체적으로, 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)가 하부 전극부(320) 상에 서로 분리되어 수직 배열될 수 있다.
나노 로드형 반도체 발광 소자(330)를 배선 기판(310)에 수직하게 배열함으로써, 나노 로드형이 아닌 평면(planar)형이거나 수직하지 않게 배열된 반도체 발광 소자에 비하여, 3차원 구조로 인한 보다 넓은 활성 또는 수용 영역을 확보할 수 있고, 반도체와 주변 물질의 굴절률 차이를 이용한 광 도파로 효과를 얻을 수 있다.
나아가, 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)를 배선 기판(310)에 수직하게 배열함으로써, 좁은 단면적과 3차원 구조로 인하여 집적도가 향상된다.
하부 전극부(320)는 배선 기판(310) 상에 인쇄된 회로 배선과 연결되도록 구비되어, 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)를 배선 기판(310) 상에 고정시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는, 하나의 픽셀을 정의하기 위하여 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)를 포함하고 있으므로, 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330) 중 일부의 발광 소자가 불량인 경우에도 픽셀은 정상적으로 구동될 수 있다.
따라서, 불량인 발광 소자를 검사, 제거 및 수리하는 공정을 생략할 수 있으므로, 반도체 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제조 시, 고수율 및 저비용으로도 단시간 내 제조를 달성할 수 있다.
이러한 반도체 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제조하는 과정에서는, 성장 기판에서 반도체 발광 소자를 분리하여 베이스 기판으로 전사시키는 전사 공정이 필연적으로 수반된다.
이러한 전사 공정에서, 발광 소자의 분리는 일반적으로 LLO(Laser Lift-off) 공정을 이용한다. 이때, LLO 방식이란, 레이저를 이용하여 발광 소자를 성장 기판으로부터 분리하는 방식으로, 예를 들어, 레이저를 흡수하는 재료인 GaN 층의 내부에 변형이 일어나면서 발광 소자가 분리되는 것을 의미한다.
그러나, LLO 방식을 이용하면 레이저를 흡수하는 층이 변형되면서 반도체 발광 소자 자체가 파손될 위험이 높다. 또한, 레이저 기반의 기술을 이용하게 됨에 따라, 고가의 장비가 요구되어 공정 전체의 단가 및 난이도가 상승하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명에서는, 이러한 문제의 발생을 저지하기 위하여 MLO(Mechanical lift-off) 공정을 이용한다. 아래에서 이에 대해 상술한다.
도 11은 나노 로드형 반도체 발광 소자의 단면을 과장되게 나타낸 도면이다.
도 11(a)에 도시한 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 있어서, 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)는, 하부 전극부(320)와 접하는 일 단부와 반대쪽에 위치하는 단부가 평면이 아닌 단면일 수 있다. 즉, 하부 전극부(320)와 접하는 일 단부의 반대 단부가 비평면 접면일 수 있다.
도 11(b)에 도시한 것처럼, 본 발명에서는, MLO 공정을 보다 용이하게 이용하기 위하여, 나노 로드형 반도체 발광 소자를 포함하는 성장 기판(310)에 있어서, 식각을 이용하여 나노 로드형 반도체 발광 소자 상에 다공성 영역(332)을 형성할 수 있다. 구체적으로, 나노 로드형 반도체 발광 소자(331)가 성장 기판(310) 상에 수직 방향(= 길이 방향)으로 연결된 상태에서, 연결 부분에 다공성 영역(332)을 포함할 수 있다. 이러한 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)의 비평면 접면은, 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)가 하부 전극부(320)에 접한 후 다공성 영역(332)이 분절되면서 형성될 수 있다. 구체적인, 제조 방법은 이하 도 19를 통해서 살펴본다.
구체적으로 이러한 비평면 접면은, 발광 소자(330)의 전사 과정에서, 발광 소자(330)에 형성된 다공성 영역(332)을, MLO 공정, 즉, 압력을 가하여 파손하고, 성장 기판으로부터 분리하는 과정에서 발생할 수 있다.
이때, 배선 기판(310)에 구비된 하부 전극부(320)에, 부착되는 반도체 발광 소자(330)만을 선택적으로 분리할 수 있으며, 하부 전극부(320)에 결합되지 않은 반도체 발광 소자(330)는 성장 기판으로부터 분리되지 않는다.
따라서, 하부 전극부(320)가 발광 영역인 픽셀 영역에 대응되도록 선택적으로 전사될 수 있다.
종래에는, 전사 과정에서, 성장 기판 상에서 성장한 반도체 발광 소자를 성장 기판으로부터 분리하여 임시 기판으로 이동시키고, 이동된 반도체 발광 소자를 정렬하는 과정을 거쳐, 정렬된 반도체 발광 소자를 포함하는 임시 기판을 배선 기판 상으로 이동시키는 과정을 포함하여 공정이 복잡하고 비용이 높아지는 문제가 있었다.
그러나, 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여, 반도체 발광 소자를 임시 기판으로 이송하는 단계를 생략하여 공정을 단순화하였다.
이를 위해 상술한 MLO 공정을 이용하였으며, 구체적인 것은 아래에서 상술한다.
도 12는 나노 로드형 발광 소자가 배열되어 있는 베이스 기판의 상면도이다.
복수의 나노 로드형 발광 소자(330)는 기 설정된 간격을 가지고 하부 전극부(320)의 상면에 배열될 수 있다. 여기서, 하부 전극부(320)는 디스플레이 장치에서 광을 발하는 영역의 크기 및 위치에 맞게 배선 기판(310) 상에 배열 될 수 있다. 이를 위해, 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)는 기 설정 간격을 가지고 하부 전극부(320)의 상면의 전 영역에 배열될 수 있다.
하부 전극부(320)은 발광 영역을 정의하는 역할을 할 수 있다. 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)는 성장 기판(410, 도 11(b) 참조)에서 수직 배열된 상태에서 하부 전극부(320) 영역에 맞게 전사되고, 발광 영역을 형성할 수 있다.
이때, 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)의 단부는 하부 전극부(320)의 상면에 완전히 포함됨이 바람직하다. 다만, 경우에 따라서, 일부 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)는 하부 전극부(320)의 상면의 가장자리에 그 단부가 일부 걸쳐 배열될 수도 있다. 즉, 복수의 나도 로드형 반도체 발광 소자(330)는 하부 전극부(320) 상에 완전히 포함되는 나노 로드형 반도체 발광 소자(330a) 및 단부가 하부 전극부(320)의 경계에 걸치는 나노 로드형 반도체 발광 소자(330b)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)는 성장 기판(410)에 기 설정 간격으로 성장된 상태에서 하부 전극부(320) 상면 크기에 맞게 한번에 전사되기 때문에, 따로 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)를 정렬하기 위한 단계를 생략할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 발광 소자(330)의 정렬 과정을 거치지 않고도 높은 정밀도를 가지고 원하는 픽셀의 위치에 발광 소자(330)를 위치시킬 수 있다.
도 13은 반도체 발광 소자를 포함하는 베이스 기판에 대해 후속 공정을 진행한 디스플레이 장치의 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치는, 하부 전극부(320), 반도체 발광 소자(330)를 포함하는 배선 기판(310)에 대해, 그 후속 공정으로, 상부 전극부(340) 및 커버 기판(350)을 더 포함할 수 있다.
이때, 상부 전극부(340)은, 커버 기판(350)에 구비되어, 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)와 연결되도록 복수의 나노 로드형 발광 소자(330)와 접촉한다.
커버 기판(350)은 배선 기판(310) 상에 형성된 회로 패턴을 보호하기 위한 절연층일 수 있다. 이러한 커버 기판(350)은, 반도체 발광 소자(330) 및 배선 기판(310)을 보호하기 위하여, 커버기판(250) 또는 반도체 발광 소자(330)의 외부면의 적어도 일부를 덮을 수 있다.
도 13에는 후속 공정으로 상부 전극부(340) 및 커버 기판(350)만이 도시되어 있으나, 당해 분야에서 통상의 지식을 지닌 사람이라면 나노 로드형 반도체 발광 소자를 포함하는 디스플레이 구조를 제작할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 다양한 구조의 나노 로드형 반도체 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제조할 수 있다. 아래에서 후술한다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 있어서, 형광체를 사용하여 색 변환 구조를 이용한 다색 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는, 배선 기판(310), 배선 기판(310) 상에 구비되는 하부 전극부(320), 하부 전극부(320) 상에 접촉되는 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330), 하부 전극부(320)가 위치하는 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)의 일 단부와 다른 단부에 위치하고, 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)와 접하도록 구비되는 상부 전극부(340), 상기 상부 전극 상에 구비되는 커버 기판(350) 및 제1 격벽(361)을 포함한다.
이때, 제1 격벽(361)은 하부 전극부(320), 상부 전극부(340) 및 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)로 이루어지는 하나의 픽셀을 구분하도록 배선 기판(310)과 커버 기판(350)에 접하여 구비된다. 즉, 제1 격벽(361)으로 인해 하나의 픽셀로 이루어지는 단위 구성을 구분할 수 있다.
이러한 제1 격벽(361)은, 반도체 발광 소자(330)의 광의 누출을 방지할 수 있다. 나아가, 후술할 형광체 또는 컬러 필터를 이용하는 경우에도, 이러한 광의 누출을 막을 수 있어 색 섞임을 방지할 수 있다.
또한, 이러한 제1 격벽(361)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있다. 구체적으로, 패턴 형성 시 칙소성에 따라 패턴이 퍼지는 현상 및 색 섞임을 방지하기 위하여 인쇄 영역을 제한하기 위한 것이다.
도 15는 제1 격벽(361) 사이에 형광체를 더 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
형광체(370)는 제1 격벽(361) 사이에 형성된 공간에 충진될 수 있다. 형광체(370)는 도 15에서는 도시가 생략되었으나, 형광체 및 형광체를 고정하는 형광체 바인더로 구성될 수 있다.
형광체는, 적색 형광체(3701), 녹색 형광체(3702) 및 청색 형광체(3703) 중 적어도 하나에 대응될 수 있다. 형광체(370)는 유기형광체, Quantum dots, 무기형광체 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
형광체 바인더는 형광체를 고정하는 구성으로 투명 소재로 구비될 수 있다. 형광체 바인더로 유기 바인더 또는 무기질 색변환 소재가 이용될 수 있다. 구체적으로, 유기 바인더로는 주로 에폭시(epoxy)나 실리콘(silicone) 계열이 사용될 수 있다. 무기질 색변환 소재로는 PC(Phosphor Ceramic), PGC(Phosphor Glass Ceramic), PiG(Phosphor in Glass) BGP(Bulk Glass Phosphor가 이용될 수 있다.
이때, 형광체(370)는, 잉크젯(inkjet)을 이용하여 나노 로드형 반도체 발광 소자(330) 상에 부분적으로 코팅하거나, 포토 리소그래피 공정을 통해 패턴이 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 의하면, 형광체를 이용한 색 변환 구조를 적용하여 다색 디스플레이를 구현할 수 있다.
도 16은 복수의 컬러 필터를 구분하는 제2 격벽을 더 포함하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
컬러 필터(380)는 특정 파장의 광을 통과시키는 필터일 수 있다. 이러한 컬러 필터(380)는 적색 컬러 필터(3801), 녹색 컬러 필터(3802), 청색 컬러 필터(3803)를 포함하는 복수의 컬러 필터(380)로 이루어질 수 있다.
이때, 복수의 컬러 필터(380)는 제2 격벽(362)에 의해 구분될 수 있다. 이러한 제2 격벽(362)은, 제1 격벽(361)으로 인해 구분되는 단위 구성에 대응되도록, 커버 기판(350) 상에 구비될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 의하면, 컬러 필터를 이용한 색 변환 구조를 적용하여 다색 디스플레이를 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에 의하면, 형광체(370)와 컬러 필터(380)를 동시에 포함하는 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이때, 컬러 필터(380)는 반도체 발광 소자(330)에서 발생하는 광과 형광체(370)를 통해 파장이 변환된 광이 서로 섞이면서 배출되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 반도체 발광 소자(330)에서 생성된 광의 파장은 차단하고, 형광체(370)를 통해 변경된 광의 파장은 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(330)는 청색 광을 발생하고, 형광체(370)는 이러한 청색 광을 적색 광으로 변경하는 경우, 컬러 필터(380)는 청색 광은 차단하고, 적색 광은 통과시킬 수 있다.
본 발명의 상술한 특징을 활용하면, 반도체 발광 소자(330)가 발하는 광의 파장이 서로 다른 경우, 즉, 이종 이상의 반도체 발광 소자(330)를 이용하는 경우에도 적용이 가능하다. 이하에서 후술한다.
도 17은 이종의 반도체 발광 소자(3311, 3312)를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 17에 도시한 것처럼, 반도체 발광 소자(330)를 이용한 디스플레이 장치는, 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)와 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)와 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)는 서로 상이한 파장의 광을 발할 수 있다. 예를 들어 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)는 청색 발광 다이오드일 수 있고, 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)는 적색 발광 다이오드일 수 있다.
제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)는, 상부 전극부와 접하는 단부에 비평면 접면을 포함하도록 하부 전극부(320)를 포함하는 배선 기판(310)에 수직으로 배열될 수 있다. 이때, 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)는 하나의 픽셀 영역으로 선택된 부분에 배열될 수 있다.
제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)는, 하부 전극부와 접하는 단부에 비평면 접면을 포함하도록 상부 전극부(340)를 포함하는 커버 기판(350)에 수직으로 배열될 수 있다. 이때, 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)는 하나의 픽셀 영역으로 선택된 부분에 배열될 수 있다.
이러한 배선 기판(310)과 커버 기판(350)을 결합하여 이종의 나노 로드형 발광 소자(330)를 포함하는 디스플레이 장치를 얻을 수 있다. 이때, 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)를 포함하는 픽셀 영역과 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)를 포함하는 픽셀 영역이 겹치지 않도록 배열될 수 있다.
도 18은 삼종의 반도체 발광 소자(3311, 3312, 3313)를 포함하는 디스플레이 장치를 도시한 도면이다.
도 18에 도시한 것처럼, 반도체 발광 소자(330)를 이용한 디스플레이 장치는, 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311), 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312), 및 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)를 포함할 수 있다.
제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)와 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)와 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)는 서로 상이한 파장의 광을 발할 수 있다. 예를 들어 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)는 청색 발광 다이오드일 수 있고, 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)는 적색 발광 다이오드일 수 있으며, 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)는 녹색 발광 다이오드일 수 있다.
제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)는, 추가 상부 전극부(3402)를 포함하는 추가 커버 기판(3502)에 수직으로 배열되며, 추가 상부 전극부(3402)와 접하지 않는 단부는 비평면 접면을 포함할 수 있다.
이러한 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)의 비평면 접면은, 제1, 제2, 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311, 3312, 3313)를 결합하는 과정에서, 커버 기판(3501) 상에 구비되는 추가 하부 전극부(3202)와 접할 수 있다.
제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)는, 제1 및 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311, 2312) 사이에 형성된 이격 공간에 대응하여 상기 커버 기판(3501) 상에 수직으로 배열되도록 구비될 수 있다. 이때, 제1, 제2 및 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311, 3312, 3313)는 서로 겹치지 않도록 배열될 수 있다.
도 19는 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)를 포함하는 디스플레이 장치를 제조하는 방법에 관하여 도시한 도면이다.
도 19의 (a)에 도시한 것처럼, 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법은 제1 성장 기판(410) 상에 복수의 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)를 기 설정 간격으로 형성하는 단계를 포함한다.
이때 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)는, 성장 기판(410) 상에 제1 도전형 나노 로드형 반도체, 다중 양자 우물, 및 제2 도전형 나노 로드형 반도체를 순차적으로 성장시킴으로써 형성할 수 있다. 이러한 나노 로드형상은 성장 기판(410) 상에 화학 기상 성장(CVD)법, 분자빔 성장(MBE)법, 하이브리드 기상증착(HVPE)법 등, 나노 로드 형상으로 성장시킬 수 있는 어떠한 방법이어도 가능하다. 또한, 리소그래피 공정을 통한 마스크를 이용하여 식각 또는 에칭을 행함으로써 형성할 수도 있다. 이때, 제1 도전형 반도체 및 제2 도전형 반도체는 각각 n형 반도체 및 p형 반도체를 의미할 수 있고, 반대로 각각 p형 반도체 및 n형 반도체를 의미할 수 있다.
이와 같이 형성된 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)의 단부를 식각하여 다공성 구조(332)를 형성하는 단계를 포함한다.
이때, 다공성 구조(332)는 전기화학적 식각을 이용하여 형성할 수 있으나, 그외 다공성 구조를 형성할 수 있는 어떠한 방법이어도 가능하다.
다공성 구조(332)는 제1 성장 기판(410) 측의 단부에 형성될 수 있다.
도 19의 (b)에 도시한 것처럼, 배선 기판(310) 상에 하부 전극부(320)를 구비할 수 있다. 이러한 하부 전극부(320)의 구비로 인하여 하나의 발광 영역을 지정할 수 있다. 예를 들어, 청색광을 발광하는 영역, 적생광을 발광하는 영역, 또는 녹색광을 발광하는 영역을 지정할 수 있다.
도 19의 (c) 및 (d)에 도시한 것처럼, 이러한 배선 기판(310) 상에, 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)를 포함하는 제1 성장 기판(410)을 접하는 단계를 포함한다.
이때, 하부 전극부(320) 상에 반도체 발광 소자(330)가 위치시키고, 하나의 픽셀 영역을 구성하도록 발광 소자(330)를 선택적으로 전사할 수 있다. 발광 소자(330)의 전사를 위한 분리는, 기계적 분리 방식을 이용할 수 있다. 기계적 분리는 발광 소자(330) 상에 형성된 다공성 영역(332)에 압력을 가하여 분절함으로써 이루어질 수 있다.
이로 인해, 하부 전극부(320) 상에 배열된 상기 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)는 상기 제1 성장 기판(410)에서 분리되고, 제1 성장 기판(410)을 제거하는 단계를 포함한다.
도 19의 (e)에 도시한 것처럼, 하부 전극부 상에 배열된 상에 수직으로 배열된 발광 소자(330) 상에 상부 전극부(340)를 포함하는 커버 기판(350)을 구비할 수 있다. 이때, 상부 전극부(340)가 발광 소자(330)의 단부와 접할 수 있다.
제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(330)는, 상부 전극부(340)와 접하는 단면이 비평면일 수 있다. 이러한 비평면은, 제1 성장 기판(410)으로부터 발광 소자(330)를 기계적 분리하는 과정에서 다공성 영역(332)이 분절되면서 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 파장을 발하는 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치뿐만 아니라 2 이상의 파장을 발하는 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치를 제조할 수 있다. 이하에서 이종 이상의 발광 소자를 포함하는 디스플레이 장치에 대해 후술한다.
도 20은 이종의 반도체 발광 소자(330)를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법에 대하여 도시한 도면이다.
도 20에 도시한 것처럼, 이종의 반도체 발광 소자(330)를 포함하는 디스플레이 장치는, 각각 발하는 파장이 다른 반도체 발광 소자(3311, 3312)를 포함하는 기판(310, 350)을 서로 결합하여 제조할 수 있다.
구체적으로, 제2 성장 기판 상에 발광 파장이 상이한 복수의 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)를 기 설정 간격으로 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)를 형성하는 방법은, 상술한 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)를 형성하는 방법과 동일하다.
제2 성장 기판에 연결된 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)의 단부를 식각하여 다공성 구조(332)를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 다공성 구조(332)는 제2 성장 기판에 가까운 측의 단부에 형성될 수 있다.
제2 성장 기판을 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)가 성장된 방향으로 상부 전극부(340)를 구비하는 커버 기판(350)에 접하는 단계를 포함한다. 이어서, 상부 전극부(340) 상에 배열된 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)가 제2 성장 기판에서 분리되며, 제2 성장 기판을 제거하는 단계를 포함한다.
이때, 발광 소자(3312)의 분리 및 기판의 제거 단계의 상세한 설명은 상술한 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)의 분리 및 기판의 제거 단계와 동일하다.
제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)를 포함하는 배선 기판(310) 상에 하부 전극부(320)을 형성하고, 커버 기판(350)에는 상부 전극부(340)을 형성하는 단계를 포함한다. 그 후, 배선 기판(310) 상에 구비된 하부 전극부(320)과 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)가 접하고, 커버 기판(350)에 구비된 상부 전극부(340)과 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311)가 접하도록 하여 커버 기판(350)을 배선 기판(310)에 적층하는 단계를 포함한다.
도 21은 삼종의 반도체 발광 소자(330)를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법에 대하여 도시한 도면이다.
상술한 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자(3312)를 형성한 방법과 동일한 방법을 이용하여, 제3 성장 기판에 연결되고, 일 단부에 다공성 영역을 형성하는 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)를 형성하는 단계를 포함한다. 이때, 다공성 영역은 제3 성장 기판에 가까운 측의 단부에 형성될 수 있다.
제3 성장 기판을, 추가 상부 전극부(3402)를 구비하는 추가 커버 기판(3502)과 접촉하도록 하여 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)를 이송하는 단계를 포함한다. 이때, 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)와 추가 상부 전극부(3402)가 접촉할 수 있고, 추가 상부 전극부(3402)와 접하지 않는 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)의 타 단부는 비평면 접면일 수 있다.
커버 기판(3501) 상에 추가 하부 전극부(3202)를 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 추가 하부 전극부(3202)로 인해 하나의 픽셀 영역이 정의될 수 있다.
커버 기판(3501) 상에 구비된 추가 하부 전극부(3202)와 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3313)가 접하도록 커버 기판(3501)과 추가 커버 기판(3502)가 결합되는 단계를 포함한다.
이때, 제1, 제2, 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자(3311, 3312, 3313)는 서로 겹치지 않도록 배열될 수 있으며, 서로 다른 파장을 갖는 광을 발할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 발광 소자 중에서 그 일부가 불량인 경우에도, 하나의 픽셀을 구동하는데 문제가 없어 높은 수율과 공정 편의성을 가질 수 있다.
또한, 베이스 기판 상에 위치하는 전극부에 의해 하나의 픽셀 영역이 이루어지므로, 별도로 반도체 발광 소자를 정렬할 필요가 없어 고속 전사가 가능하다.
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 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
310: 베이스 기판
320: 하부 전극부
330: 반도체 발광 소자
340: 상부 전극부
350: 커버 기판
360: 격벽
370: 형광체
380: 컬러 필터

Claims (16)

  1. 회로 배선을 포함하는 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 구비되고, 상기 회로 배선에 연결된 하부 전극부; 및
    서로 분리되어 상기 하부 전극부 상에 수직 배열되는 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자;를 포함하는,
    반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노 로드형 반도체 발광 소자는,
    상기 하부 전극부와 접하는 일 단부의 반대 단부가 비평면 접면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비평면 접면은
    상기 나노 로드형 반도체 발광 소자에 포함된 다공성 영역이 분절되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자는,
    기 설정 간격을 가지고, 상기 하부 전극부의 상면의 전 영역에 배열되는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자의 적어도 일부는,
    상기 하부 전극부의 상면 가장자리에 걸쳐 배열되는 것을 특징으로 하는, 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는,
    상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자 상에 적층되는 커버 기판; 및
    상기 커버 기판에 구비되어, 상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자에 접하는 상부 전극부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는,
    상기 베이스 기판과 상기 커버 기판 사이에 구비되어, 상기 하부 전극부, 상기 복수의 나노 로드형 반도체 발광 소자 및 상기 상부 전극부로 구성된 단위 구성을 구분하는 제1 격벽; 및
    상기 제1 격벽간 형성된 공간에 충진된 형광체;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는
    상기 단위 구성의 위치에 대응하여 상기 커버 기판 상에 구비된 컬러 필터; 및
    복수의 상기 컬러 필터를 구분하는 제2 격벽;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 나도 로드형 반도체 발광 소자는
    상기 상부 전극부와 접하는 단부에 비평면 접면을 포함하는 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자; 및
    상기 하부 전극부와 접하는 단부에 비평면 접면을 포함하는 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자는 서로 상이한 파장의 광을 발하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는,
    상기 커버 기판의 상면에 구비된 추가 하부 전극부; 및
    서로 분리되어 상기 추가 하부 전극부 상에 수직 배열되는 복수의 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자; 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자는 서로 상이한 파장의 광을 발하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제3 나노 로드형 반도체 발광 소자는
    상기 제1 및 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자 사이에 형성된 이격 공간에 대응하여 상기 커버 기판 상에 구비되는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  14. 제1 성장 기판 상에 복수의 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자를 기 설정 간격으로 형성하는 단계;
    상기 제1 성장 기판에 연결된 상기 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자의 단부를 식각하여 다공성 구조를 형성하는 단계;
    상기 제1 성장 기판을 상기 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자가 성장된 방향으로 하부 전극부가 구비된 베이스 기판 상에 접하는 단계; 및
    상기 하부 전극부 상에 배열된 상기 제1 나노 로드형 반도체 발광 소자는 상기 제1 성장 기판에서 분리된 상태로, 상기 제1 성장 기판을 제거하는 단계;를 포함하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 하부 전극부 상에 배열된 상기 제1 나노 로드형 반도에 발광 소자는
    일 단부가 상기 하부 전극부에 접착되고 타 단부에 구비된 다공성 구조가 분절되어 상기 제1 성장 기판에서 분리되는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법은,
    제2 성장 기판 상에 발광 파장이 상이한 복수의 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자를 기 설정 간격으로 형성하는 단계;
    상기 제2 성장 기판에 연결된 상기 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자의 단부를 식각하여 다공성 구조를 형성하는 단계;
    상기 제2 성장 기판을 상기 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자가 성장된 방향으로 상부 전극부가 구비된 커버 기판 상에 접하는 단계;
    상기 상부 전극부 상에 배열된 상기 제2 나노 로드형 반도체 발광 소자는 상기 제2 성장 기판에서 분리된 상태로, 상기 제2 성장 기판을 제거하는 단계;
    상기 베이스 기판에 추가로 하부 전극을 형성하고, 상기 커버 기판에 추가로 상부 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극이 각각 상기 제1 및 제2 반도체 발광 소자의 양 단부에 위치하도록, 상기 커버 기판을 상기 베이스 기판에 적층하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
KR1020227041011A 2020-07-21 2020-07-21 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 전사 기판, 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치의 제조 방법 KR20230004770A (ko)

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