KR20230143216A - 편광화 발광 다이오드 모듈과 그 제조방법 및 이를 구비한 입체 화상 표시장치 - Google Patents

편광화 발광 다이오드 모듈과 그 제조방법 및 이를 구비한 입체 화상 표시장치 Download PDF

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Abstract

같은 편광 방향을 가진 복수 컬러의 편광화 발광 다이오드를 조합하여 배열함으로써 형성되는 화소단위를 복수 개 구비하여 이루어지는 입체 화상 표시장치용 발광 다이오드 모듈로서, 화소단위는 제1 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 제1 화소단위와 제1 편광방향과 편광 속성상 반대방향인 제2 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 제2 화소단위로 구분되며, 제1 화소단위와 제2 화소단위가 평면상에 분포되고 배열되어 좌안용 화상의 적어도 일부와 우안용 화상의 적어도 일부를 구현할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 모듈과, 그 제조 방법 및 이를 구비한 입체 화상 표시장치가 개시된다.
본 발명에 따르면 입체 화상 표시장치를 형성함에 있어서 발광 다이오드 및 편광 수단을 배치할 때 복수 컬러와 서로 다른 편광 방향을 화소별로 일일이 정확히 배치하고 조합시켜야 하는 데에서 오는 작업의 번거로움과 부분적 문제 발생시의 해결의 어려움을 극복하기 용이하게 된다.

Description

편광화 발광 다이오드 모듈과 그 제조방법 및 이를 구비한 입체 화상 표시장치{Polarization light emitting diode module, manufacturing method thereof, and stereoscopic image display device having the same}
본 발명은 발광다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편광 발광이 가능한 편광화 발광다이오드로 이루어진 모듈과 그 제조방법 및 이를 이용한 3차원(입체) 화상 표시장치에 관한 것이다.
발광 다이오드는 매우 다양하게 사용될 수 있는 발광 소자이며, 조명장치 및 디스플레이 장치(표시장치) 등에서 많이 사용될 수 있다.
기존에 알려진 표시장치 가운데 입체 화상 표시장치에서는 화상을 보면서 입체감을 느끼도록 하기 위해 몇 가지 방식을 채용하고 있다. 일반적으로, 사람의 두 눈은 약 65mm 정도 떨어져 있기 때문에 물체를 볼 때 각각의 눈은 물체의 다른 면을 보면서 입체감을 느끼게 된다. 이를 좌우 양안에 의한 양안시차라고 하며, 이러한 양안시차는 두 눈에서 획득한 각각의 영상이 뇌에서 합성되어 입체감을 갖는 상으로 지각된다. 이러한 원리를 이용하여 입체 화상을 표시할 수 있다.
입체 화상을 표시하는 기술은 양안 시차 방식, 복합 시차 방식 등이 있으며, 양안 시차 방식은 가장 입체 효과가 큰 좌우 눈의 시차 영상을 이용하는 방식이다.
대한민국 등록특허 제10-1058534호의 도1에는 기존의 입체 화상 표시장치의 한 예가 나타나 있다. 이 표시장치에서는 제 1 유리 기판(11), 컬러 필터 기판(9), 투명전극판(8), 제 1 배향막(7), 액정층(12), 제 2 배향막(6), 박막 트랜지스터 기판(5), 제 2 유리 기판(4), 편광 기판 및 백라이트(22)가 구비된다.
컬러 필터 기판(9)은 제 1 유리 기판(11) 상에 배치되고, 투명전극판(8)은 컬러 필터 기판(9) 상에 배치되며, 제 1 배향막(7)은 투명전극판(8) 상에 배치되고, 액정층(12)은 제 1 배향막(7) 상에 배치되며, 제 2 배향막(6)은 액정층(12) 상에 배치되고, 박막 트랜지스터 기판(5)은 제 2 배향막(6) 상에 배치되며, 제 2 유리 기판(4)은 박막 트랜지스터 기판(5) 상에 배치된다.
한편, 편광 기판은 제 2 유리 기판(4)에 배치되며, 45° 편광판(24)과 135° 편광판(25)이 교대로 배치되어, 대각선 방향으로 45° 편광판(24)과 135° 편광판(25)이 평행하게 배치된다. 여기에서, 45° 편광판(24)과 135° 편광판(25)은 PVA(Poly Vinyl Alcohol) 편광판이나 와이어 그리드 편광판(WGP)을 이용할 수 있다.
또한, 백라이트(22)는 45° 편광판(24)에 대향하여 B그룹 발광 다이오드가 연결되어 배치되고, 135° 편광판(25)에 대향하여 A그룹 발광 다이오드가 연결되어 배치된다. 이 예에 따른 발광 다이오드 입체 화상 표시 장치는 스위치(S)를 이용하여 A그룹과 B그룹에 75 Hz ~ 260 Hz 정도로 교대로 전원을 제공하면, A그룹에 전원이 제공되는 경우에는 오른쪽 편광 안경(27)을 통해서 우안용 영상이 관찰되고, B그룹에 전원이 제공되는 경우에는 왼쪽 편광 안경(26)을 통해서 좌안용 영상이 관찰된다.
여기서 각 그룹을 이루는 편광판에는 표시장치의 적당한 단위로 구획된 복수 화소가 대응되는 형태를 이루고 있으며, 이런 대응 방식은 입체 화상 표시장치에 통상적인 것이므로 더 구체적 설명은 생략하기로 한다.
3차원 입체영상을 보는 방식에는 관찰자가 안경을 착용하지 않는 무안경식 방식도 있는데, 무안경 방식으로 알려진 대표적인 것으로는 수직으로 배열된 원통형의 렌즈 어레이판을 영상패널 전방에 설치하는 렌티큘러(lenticular) 방식과 슬릿 상의 광학적인 배리어(barrier)에 의해 좌우 영상을 분리하는 패러렉스 배리어(parallax barrier)방식이 있으며, 이런 예는 대한민국 등록특허 제10-0952137호 등에 개시되어 있다.
그러나, 이들 구성에서는 입체 화상 표시장치를 위해 편광판을 별도로 마련하고 기판에 결합하고, 표시장치 화소와 편광판의 정렬을 정확히 해야하는 번거로움이 있다. 또한, 편광판을 형성할 때 일부분, 가령 특정 화소에 문제가 있어도 해당 부분만을 교체할 수가 없어 전체를 교체해야 하는 문제가 있었다.
한편, 입체 화상 표시에 사용되는 광학구조인 편광판은 특정 소재의 광학적 성질을 이용하여 형성하며, 소재를 이루는 재질 및 그 형성 방법에 따라 형성되는 편광 특성도 다양하게 이루어질 수 있다.
대한민국 특허출원 10-2018-0019266호 등에는 금속 슬릿 혹은 격자를 이용하여 편광판을 형성하여 액정표시장치와 같은 표시장치에서 효율과 품위를 높이는 기술이 개시되어 있다.
한편, 컬러 표시장치를 구현하기 위해 평면 상에 배열된 각 화소가 그 위치에서 적절한 색상의 발광을 하도록 하기 위한 방법으로는 통상의 액정 표시장치와 같이 하나의 색을 가진 광원을 전면에 채용하고 컬러필터를 이용하여 해당 화소 위치에 알맞는 색깔의 광을 방출하는 방식과, 처음부터 그 화소에서 해당 색광을 내도록 하는 방법이 있다.
자발 광원인 발광 다이오드를 이용하는 컬러 표시장치에서는 화면 전체에 걸친 컬러 필터 대신에 전체적으로 같은 발광 다이오드를 이용하여 같은 색광을 내고, 이 색광이 청색이라면 가령 녹색이나 적색에 필요한 해당 화소에만 청색광을 녹색광이나 적색광으로 변환시킬 수 있는 형광체층 혹은 색변환층을 형성하여 하나의 기판에서 천연색 컬러 표시를 할 수 있는 복수 색광 발광 다이오드를 형성할 수 있다. 대한민국 공개특허 10-2018-0128544, 대한민국 공개특허 10-2018-0039218, 대한민국 등록특허 10-1958721 등에는 이런 색변환에 대한 기술이 개시되어 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 기존의 기술 현황에서 입체 화상 표시장치를 발광 다이오드로 형성함에 있어서, 화면이 대면적 고해상도를 구현하기 위해 다화소 표시장치로 갈수록 복수 컬러를 표시하기 위한 화소용 발광 다이오드는 특정 화소 위치에 놓일 때 그 발광 색상을 맞추는 것이 필요하고, 이를 위해 컬러별 발광 다이오드를 준비하고 해당 화소위치에 결합시키는 것은 매우 번거로운 작업이 된다.
또한, 입체 화상 표시장치에서는 해당 화소위치에서 컬러뿐 아니라 평광 방향도 정확하게 맞도록 배치되어야 하는데, 이를 위해 별도로 편광판을 준비하면서 영역별로 서로 다른 편광 방향을 구현하도록 편광판을 형성하고, 이를 표시장치 기판에 화소에 맞게 정확하게 정렬시켜 결합시키는 것은 매우 어려운 작업이 되며, 별도의 편광판을 사용하기 위해 그만큼 표시장치의 구조가 복잡하게 된다.
특히 이런 경우, 일정 화소 부분에서만 편광판이나 발광 다이오드에 문제가 있는 경우, 이를 해당 부분에서만 보완하여 수리하는 것이 어렵고 가령 편광판 전체를 교체해야 하는 문제가 생길 수 있다.
물론, 기판 전체로 편광판을 준비하는 대신 화소별로 만들어지는 발광 다이오드에 편광판을 먼저 결합시키고 이 상태로 표시장치에 결합시키는 방법도 있지만 이는 더욱 입체 화상 표시장치의 제작을 번거롭게 하여 높은 비용과 많은 시간을 필요로 하는 것일 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-1058534호 대한민국 등록특허 제10-0952137호 대한민국 특허출원 10-2018-0019266 대한민국 특허공개 10-2017-0005344 대한민국 등록특허 제10-1714035호 미국특허 USP 6,122,103 대한민국 공개특허 10-2018-0128544 대한민국 공개특허 10-2018-0039218 대한민국 등록특허 10-1958721
본 발명은 상술한 종래의 입체 화상 표시장치를 형성함에 있어서 발광 다이오드 및 편광 수단을 배치할 때 복수 컬러와 서로 다른 편광 방향을 화소별로 정확히 배치하고 조합시켜야 하는 데에서 오는 작업의 번거로움과 부분적 문제 발생시의 해결의 어려움을 극복하기 위한 것으로,
입체 화상 표시장치의 전체 화면을 구성할 때 발광 다이오드 및 편광 구조를 해당 화소 위치별 색상과 편광 방향에 맞추되 화소 위치별로 발광 다이오드와 편광구조를 설치하는 번거로움을 줄일 수 있는 구성을 가진 발광 다이오드 모듈, 그 제조방법과 이를 가진 입체 화상 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 입체 화상 표시장치의 전체 화면을 구성할 때 발광 다이오드 및 편광 구조를 해당 화소 위치별 색상과 편광 방향에 맞출 때 표시장치 화면의 일정 부분에 문제가 발생하게 되는 경우, 해당 부분을 한정적으로 교체하여 전체적 표시장치의 문제점을 보다 쉽게 보완 수리할 수 있는 구성을 가지는 발광 다이오드 모듈, 그 제조방법과 이를 가진 입체 화상 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 편광화 발광 다이오드 모듈은
같은 편광 방향을 가진 복수 컬러의 편광화 발광 다이오드를 조합하여 배열함으로써 형성되는 화소단위를 복수 개 구비하여 이루어지는 입체 화상 표시장치용 발광 다이오드 모듈로서, 화소단위는 제1 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 제1 화소단위와 제1 편광방향과 편광 속성상 반대방향인 제2 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 제2 화소단위로 구분되며, 제1 화소단위와 제2 화소단위가 평면상에 분포되고 배열되어 좌안용 화상의 적어도 일부와 우안용 화상의 적어도 일부를 구현할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 제1 화소단위와 제2 화소단위가 평면상에 분포되고 배열됨에 있어서, 제1 화소단위 복수 개가 상하로 배열되어 제1형 수직 스트라이프를 이루고, 제2 화소단위 복수 개가 상하로 배열되어 제1형 수직 스트라이프와 인접한 제2형 수직 스트라이프를 이루고, 제1형 수직 스트라이프와 제2형 수직 스트라이프가 적어도 하나씩 구비되어 번갈아가면서 수평 방향으로 배열될 수 있다.
본 발명에서 편광화 발광 다이오드는 p형 반도체층, 퀀텀 웰층, n형 반도체층을 구비하여 이루어지는 발광 다이오드 표면에 편광층 혹은 편광 구조가 일체로 형성되어 발광 다이오드에서 나오는 빛이 편광층 혹은 편광 구조를 통과할 때 편광 속성을 갖도록 이루어진 것일 수 있다.
본 발명에서 편광층 혹은 편광 구조는 서로 평행하게 형성된 복수의 선형 패턴을 가진 와이어 그리드로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명에서 화소단위는 컬러 표시장치를 형성하기 위한 서로 다른 3개의 색상의 발광 다이오드를 적어도 하나 포함하여 이루어지는 것일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 화상 표시장치용 편광화 발광 다이오드 모듈의 제조 방법은
기판에 n형 반도체층, 퀀텀 웰층, p형 반도체층을 차례로 적층하여 단색광의 발광 다이오드 기본 구조를 형성하는 단계와, 발광 다이오드 기본 구조의 위에 일부 화소 위치에 대한 색변환층을 형성하는 단계로서, 적어도 제1형 색변환층을 형성하는 세부 단계와 제2형 색변환층을 형성하는 세부 단계를 포함하는 단계와, 기판 전반에 걸쳐 편광층 혹은 편광 구조를 일체로 형성하는 단계로서, 기판의 제1 영역에 제1 편광을 위한 편광층을 형성하는 세부 단계와 기판의 제2 영역에 제2 편광을 위한 편광층을 형성하는 세부 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명 방법에서 편광구조는 미세 금속 와이어 복수개가 서로 평행하게 형성되어 슬릿을 형성하는 혹은 격자를 형성하는 방식으로 이루어진 것일 수 있으며, 편광구조를 이루는 미세 금속 와이어는 알루미늄 재질로 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명 방법에서 미세 금속 와이어 패턴은 인쇄기법으로 형성하거나, 적층된 금속층에 포토리소그래피 공정을 통해 미세 금속 와이어 패턴을 형성하거나, 적층된 금속층에 전자빔 식각을 통해 미세 금속 와이어 패턴을 형성하는 것에 의해 이루어질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 입체 화상 표시장치는 화소를 구성함에 있어서 본 발명의 편광화 발광 다이오드 모듈을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 입체 화상 표시장치에서 모듈은 서로 인접하게 설치될 때 개별 모듈 내의 화소단위의 주기적 반복 패턴을 연속적으로 이어나갈 수 있도록 모듈 내의 화소 배열 형태가 결정되는 것이 바람직하다.
따라서, 복수 모듈을 인접하게 설치할 때 이들 복수 모듈로 이루어진 표시장치 영역 내에서도, 가령 같은 편광 방향을 가진 복수 컬러의 편광화 발광 다이오드를 조합하여 평면상에서 배열함으로써 하나의 화소단위를 만들고, 표시장치를 이루는 제1형 수직 스트라이프에 제1 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 화소단위 복수개를 상하로 배열하고, 제1형 수직 스트라이프와 인접한 제2형 수직 스트라이프에는 제1 편광방향과 편광 속성상 반대방향인 제2 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 화소단위 복수 개를 상하 방향으로 배열하고, 제1형 수직 스트라이프와 제2형 수직 스트라이프가 번갈아가면서 수평 방향으로 배열되는 형태 혹은 특징을 보일 수 있다.
본 발명의 표시장치에서 개개의 편광화 발광 다이오드는 패시브 매트릭스 방식 혹은 액티브 메트릭스 방식으로 구동될 수 있도록 회로기판 상에 배열되고 전기접속되는 것일 수 있다. 이때 모듈 내의 색상 및 편광 방향별 개개 화소 영역 사이즈와 기판의 화소 영역이 일치하여 기판에서 다이싱 작업을 통해 모듈별로 기판을 절단하여 기판에 결합시킬 때 모듈을 이루는 복수의 개개 화소 영역은 한꺼번에 모듈이 커버하는 영역 내의 화소와 정렬되고 접속될 수 있다.
본 발명에 따르면 입체 화상 표시장치를 형성함에 있어서 발광 다이오드 및 편광 수단을 배치할 때 복수 컬러와 서로 다른 편광 방향을 화소별로 정확히 배치하고 조합시켜야 하는 데에서 오는 작업의 번거로움과 부분적 문제 발생시의 해결의 어려움을 극복하기 용이하게 된다.
본 발명에 따르면 입체 화상 표시장치의 전체 화면을 구성할 때 발광 다이오드 및 편광 구조를 해당 화소 위치별 색상과 편광 방향에 맞추되 모든 화소 위치별로 발광 다이오드와 편광구조를 설치하는 번거로움을 줄일 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 입체 화상 표시장치를 이루는 일체적 다이 혹은 칩 상태의 발광 다이오드의 갯수를 줄여 이들을 기판에 조합시키는 수고를 덜 수 있다.
본 발명에 따르면 입체 화상 표시장치의 전체 화면을 구성할 때 발광 다이오드 및 편광 구조를 해당 화소 위치별 색상과 편광 방향에 있어서 표시장치 화면의 일정 부분에 문제가 발생하게 되는 경우, 해당 부분을 한정적으로 교체하여 전체적 표시장치의 문제점을 보다 쉽게 보완 수리할 수 있다.
도1은 종래의 입체 화상 표시장치의 일 실시예의 구성을 개념적으로 나타내는 분해 사시도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 편광화 발광 다이오드 모듈의 부분으로서, 개개 화소별로 정합되는 편광화 발광 다이오드의 기본적 구성요소를 개념적으로 단순화하여 나타내는 단면도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 편광화 발광 다이오드 모듈에서의 화소의 배열을 예시하는 개념적 평면도,
도4는 도3의 일부분을 절개한 단면을 나타내는 개략적 단면도,
도5는 도3의 모듈이 다이싱 혹은 쏘잉 전에 웨이퍼에 형성된 상태의 한 예를 나타내는 개념적 평면도,
도6은 본 발명의 편광화 발광 다이오드 모듈를 이용하여 형성한 입체 화상 표시장치의 한 실시예의 각 화소에서의 기본적 구성을 개념적, 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하 도면을 참조하면서 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도2는 본 발명에 따른 편광화 발광 다이오드 모듈의 한 화소 해당 부분의 일반적 층상 구성요소를 개념적으로 단순화하여 나타내는 단면도이다.
도2를 참조하면, 하부의 잉여 전자를 가지는 n형 반도체층(10)과 퀀텀 웰층(20)과 p형 반도체층(30)으로 이루어지는 발광다이오드 상에 와이어 그리드 패턴(40)을 형성하여 이 패턴이 편광판의 역할을 하도록 하였다. 이런 구조를 형성하기 위해 통상 사파이어 기판(60)에 버퍼층(50)으로서 불순물을 도핑하지 않은 반도체층을 적층시킨 후 n형 반도체층, 퀀텀 웰층, p형 반도체층을 차례로 형성하여 기본적 발광 다이오드 구조를 이루고 그 위에 와이어 그리드 패턴(40)을 형성할 수 있다. 반도체층으로는 질화 갈륨(GaN) 등을 사용할 수 있다.
여기서는 도시되지 않지만 n형 반도체층과 p형 반도체층의 노출된 일부에는 이들 사이에 일정 전압을 인가할 수 있도록 전극이 형성되는 것이 통상적이며 이는 기존에 잘 알려져 있다.
발광 다이오드용 기판으로 사파이어 기판을 많이 사용하지만 반드시 사파이어 기판에 한정되는 것은 아니며, 물론 각각의 반도체층도 질화갈륨에 한정되는 것은 아니다. 퀀텀 웰층(20)은 통상 복수 재질의 다층구조로 이루어지며, 발생하는 빛을 특정 색상으로 하기 위해 이들 반도체 재질 및 층 구성을 다양하게 변경할 수 있다.
와이어 그리드 패턴(40)은 p형 반도체층을 형성한 뒤 가령 50나노미터 두께, 50나노미터 폭으로 50나노미터의 간격을 가지도록 서로 평행한 복수의 선형 패턴을 형성하여 만들 수 있으며, 투명하지 않고, 도전층으로 이루어질 수 있다. 공정에서 변형 응집되거나 균열 박리되는 것을 막을 수 있는 내열성, 내자외선 재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 따라서 무기재료로 형성되는 것이 일반적이다. 가령 불투명하고 도전성을 가지는 금속층인 알루미늄을 기판 전체에 적층하고 포토리소그래피 공정으로 패터닝하여 형성할 수 있다.
와이어 그리드 층은 프린팅(printing)으로 직접 형성할 수도 있으며, 기판 전반에 걸쳐 와이어 그리드 층을 적층하고 이 층에 대한 포토리소그래피를 이용한 패터닝으로 와이어 그리드 패턴을 형성하는 것도 가능하다. 금속층은 후자의 방법으로 통상 형성될 수 있고, 프린팅은 잉크화가 가능한 재질로 와이어 그리드를 형성할 때 사용될 수 있다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 편광화 발광 다이오드 모듈에서의 화소의 배열을 예시하는 개념적 평면도이며, 도4는 도3의 일부분을 절개한 단면을 나타내는 개략적 단면도이다.
화소 배열을 잘 살펴보면, 좌상의 적색 화소와 우하의 청색화소, 좌하 및 우상의 녹색 화소를 포함하여 4개의 화소로 하나의 화소단위를 만들고, 하나의 수직 스트라이프(210)에 이 화소단위를 상하로 4개를 배열하는데 이때 이 화소단위(201)는 제1 편광방향을 가진 발광 다이오드들로 구성되도록 한다. 그 인접한 수직 스트라이프(220)에는 제2 편광방향을 가진 발광 다이오드들로 이루어진 화소단위를 앞선 수직 스트라이프와 상하로 화소 하나 차이를 두고 상하로 4개를 배열하고 있다. 단, 이때 상하로 화소 하나 차이를 두기 위해 중간의 3개의 화소단위는 여기서 정의된 화소단위 형태를 유지하지만 최상의 2개 화소와 최하의 2개의 화소는 여기서 정의한 화소단위를 상하 절반씩 분리한 상태로 설치됨을 볼 수 있다.
그리고, 이런 제1 편광방향의 화소단위(201) 4개로 이루어진 수직 스트라이프(210) 2개와 제2 편광방향의 화소단위 4개로 이루어진 수직 스트라이프(220) 2개를 수평 방향으로 번갈아가면서 반복 배열하여 이 모듈에는 총 4개의 수직 스트라이프가 구비된 형태를 이루고 있다.
따라서 이 모듈 위, 아래, 좌, 우 위치에 인접하여 같은 종류의 다른 모듈이 배치되어 복수 모듈이 집합되어 표시장치 화면을 구성하는 상태를 이루면 이들 복수 모듈로 이루어진 표시장치 영역 내에서도, 표시장치를 이루는 제1형 수직 스트라이프에 제1 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 화소단위 복수개가 상하로 배열된 상태를 이루고, 제1형 수직 스트라이프와 인접한 제2형 수직 스트라이프에는 제1 편광방향과 편광 속성상 반대방향인 제2 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 화소단위 복수 개를 상하 방향으로 배열된 상태를 이루고, 제1형 수직 스트라이프와 제2형 수직 스트라이프가 번갈아가면서 수평 방향으로 배열되는 형태 혹은 특징을 유지할 수 있다.
도4는 도3과 같은 실시예에서 AA선을 따라 절단한 경우에 나타날 수 있는 단면을 예시적으로 표현한 단면도이다. 이하 이 단면도를 참조하면서 이런 모듈의 제조 방법을 살펴보기로 한다.
먼저, 기판(60)에 버퍼층(50)을 적층하고, 기본적으로 청색 발광 다이오드를 형성하기 위한 공정을 진행한다. 가령, n형 반도체층(10)과 퀀텀 웰층(20)과 p형 반도체층(30)을 적층한다. 이 상태에서 기판에 전반적으로 청색 발광을 녹색 발광으로 변화시킬 수 있는 제1 색변환층(71) 혹은 제1 형광체층을 적층하고 포토리소그래피 작업을 통해 패터닝하여 녹색 화소 해당 영역에서만 제1 색변환층을 남기고 제거한다. 마찬가지로 기판에 청색 발광을 적색 발광으로 변화시킬 수 있는 제2 색변환층(73) 혹은 제2 형광체층을 적층하고 포토리소그래피 작업을 통해 패터닝하여 적색 화소 해당 영역에서만 제2 색변환층(73)을 남기고 제거한다. 이로써 모듈의 3가지 색상의 화소 해당 영역이 형성되고 화소단위를 이룰 수 있다. 색변환층은 퀀텀 닷(quantum dot) 색변환층일 수 있다.
이 상태에서 발광 다이오드 구조 위쪽에 편광 구조를 형성하기 위한 공정을 실시한다. 먼저 알루미늄 금속을 기판 전체에 적층하고, 포토리소그래피 작업을 통해 패터닝하여 제1형 편광 방향을 가진 화소단위 해당 영역에 한정하여 제1형 와이어 그리드 패턴(40a)을 형성한다. 다음으로 알루미늄 금속을 기판 전체에 적층하고, 포토리소그래피 작업을 통해 패터닝하여 제2형 편광 방향을 가진 화소단위 해당 영역에 한정하여 제2형 와이어 그리드 패턴(40b)을 형성한다. 당연히 제1형 와이어 그리드 패턴을 위한 포토마스크와 제2형 와이어 그리드 패턴을 위한 포토마스크는 달리 제작된 것을 사용하게 되며, 작 패터닝 작업시 다른 편광 방향 영역에서는 금속층은 전체적으로 제거된다.
제1 편광방향의 화소단위와 제2 편광방향의 화소단위를 구분 형성하기 위해 위에서는 영역별로 별도의 편광방향의 와이어 그리드 패턴을 형성하고 있지만, 기판 전체에 제1 편광방향의 패턴을 형성하고, 그 위에 위상차판층 혹은 편광방향 전환층을 형성한 뒤 제2 편광방향의 화소단위 영역에서만 이 물질층을 남기는 패터닝 작업을 하여 제2 편광방향의 화소단위 영역에서는 제2 편광방향의 빛이 방출되도록 하는 것도 가능하다.
이로써 하나의 기판에서 복수의 색광과 복수의 편광 방향의 조합을 통해 다양한 색광 및 편광방향을 가진 발광 다이오드를 형성하여 본 발명의 입체 화상 표시장치용 편광화 발광 다이오드 모듈을 얻을 수 있다.
여기서는 와이어 그리드 패턴이 직선 패턴 방향별로 서로 다른 방향(orthogonal)의 편광 방향을 이루는 것을 예시하고 있으나, 우안용 편광과 좌안용 편광은 편광 속성상 서로 반대 방향으로서 서로 확실히 구분되어 보일 수 있는 다양한 형태의 편광 쌍, 가령 우원 편광 및 좌원 편광과 같은 것이 될 수도 있으며, 이를 위해 본 발명의 편광화 발광 다이오드를 형성할 때 통상의 발광 다이오드 구조 및 편광층(편광구조) 위에 위상차판을 이루는 별도 물질층을 형성하는 것도 가능함은 이미 잘 알려진 것이다.
한편, 이런 화소 단위가 색상과 편광을 고려하여 수직 스트라이프를 이룰 때 좌안용 및 우안용 화소단위가 좌안 및 우안에 구분 인식되는 방법은 기존의 입체 화상 표시장치의 이론을 통해 잘 알려진 것이므로 여기서는 그 구체적 인식과정 설명은 생략하기로 하며, 물론, 다른 형태의 다양한 화소 단위 구성 및 배열이 가능할 수 있음도 이 기술분야에 잘 알려진 것이므로 그 설명도 생략하기로 한다.
도5는 도3과 같은 모듈이 다이싱 혹은 쏘잉 전에 웨이퍼에 형성된 상태의 한 예를 나타내는 개념적 평면도이다.
하나의 원형 기판(wafer: 100) 내에 복수의 본 발명 모듈이 형성되어 있고, 이들 복수의 모듈은 격자형을 이루는 스크라이브 라인(110)으로 구분되어 있다. 이 기판을 스크라이브 라인을 따라 절단하여 발광 다이오드 모듈(200)을 형성할 수도 있다. 즉, 컬러 표시장치를 형성하기 위한 청색, 적색, 녹색 (혹은 청색 황색 적색)의 편광화 발광 다이오드 모듈을, 입체 화상 표시장치를 위한 두 편광 방향을 가진 편광화 발광 다이오드 모듈을 하나의 기판 내에서 형성할 수 있다.
기판에서 발광 다이오드 모듈(200) 혹은 모듈 칩을 얻기 위한 쏘잉(sawing)에는 기계적 쏘를 사용할 수도 있지만 와이어 그리드 패턴이나 다른 발광 다이오드 구조의 손상을 효과적으로 방지하기 위해 스텔스 레이저 등을 이용하여 레이저 커팅을 할 수도 있다.
각 화소의 구분을 명확하게 하기 위해 스크라이브 라인(110)과 별도로 화소를 구분하는 구분선(203)을 형성할 수 있다. 화소를 구분하는 구분선은 화소간의 크로스 토크와 같은 화상에 악영향을 미칠 수 있는 현상을 방지하기 위해 이상적으로는 기판 외의 발광 다이오드를 이루는 전체 층들을 분리하도록 이루어질 수 있으며, 이를 위해 구분선에 따른 레이저 조사가 이루어질 수 있다.
이 모듈에서 각 화소에 해당하는 구분된 발광 다이오드는 가로 세로 1mm 정도로 형성될 수 있고, 작게는 가로 세로 100um나 가로 세로 50um 크기, 그 이하로 형성되는 것도 가능하며, 표시장치의 해상도를 고려하여 크기를 결정할 수 있다.
기판은 여기서 원형 기판(100)을 나타내고 있지만 사각형 기판을 사용할 수 있고, 기판의 크기로 다양하게 형성할 수 있으며, 물론 모듈의 크기와 모듈 내에 포함되는 화소의 갯수, 배열은 기존에 알려진 표시장치의 화소 배열들과 같이 다양하게 이루어질 있다.
본 발명의 모듈은 표시장치를 이루는 기판에서 모듈을 이루는 각 화소에 전압을 인가할 수 있는 전극이 형성된 위치에 다이싱을 마친 그대로의 베어 칩 상태나 전극 리드선 처리를 한 패키징 칩의 상태로 정렬되어 결합될 수 있으며, 다수의 모듈이 행렬을 이루면서 기판에 결합되어 표시장치를 이룰 수 있다.
표시장치 내의 각 화소의 구동은 기존에 알려진 다양한 평판형 표시장치의 구동 방법에 의해 이루어질 수 있으며, 물론 패시브 매트릭스 구동도 가능하지만 통상 액티브 매트릭스 방식으로 구동되는 것이 화상 품위 및 효율 측면에서 바람직하다. 구동 방식에 따른 기판 내에서의 전극의 배치 형태도 다양하게 잘 알려진 것이며, 이들을 필요에 따라 선택하여 채용할 수 있다.
본 발명의 편광화 발광 다이오드 모듈의 개념은 이상적으로 1 모듈로 1개의 표시장치를 이루는 형태로 확장되는 것도 가능하다.
도6은 본 발명의 편광화 발광 다이오드 모듈을 이용하여 형성한 입체 화상 표시장치의 한 실시예의 화소의 기본적 구성을 개략적으로 나타내는 개념적 단면도이다. 여기서는 TFT LCD의 TFT 기판과 같은 하부 기판(310)을 먼저 형성하고, 노출된 화소전극(330) 위로 본 발명의 모듈을 형성하는 방법을 적용하고 있다.
하부 기판(310)으로 화소별로 스위칭용 트랜지스터(320)가 형성되어 원리적으로 TFT LCD와 비슷한 액티브 매트릭스(active matrix)형 회로 기판이 사용되고, 그 위에 편광화 발광 다이오드 모듈이 형성되어, 화소별로 볼 때는 화소별로 개개의 편광화 발광 다이오드가 설치된다. 물론, 이때에는 각 화소의 편광화 발광 다이오드는 색상(color)과 편광 방향을 고려하여 도4의 설명 부분에서 언급된 바와 거의 같은 입체 화상에 적합한 특정 배열을 가지도록 형성될 수 있다. 그 위에 ITO 공통전극(340)이 형성된 상부기판(350)이 설치되며 공통전극은 각 화소의 편광화 발광 다이오드의 p형 반도체층과 전기적으로 접속되게 된다.
단, 여기서는 도4와 달리 모든 화소에서 색변환층을 형성하는 방식으로 전체적으로 표면 레벨을 맞추도록 하였다. 가령, n형 반도체층과 퀀텀 웰층과 p형 반도체층으로 이루어진 발광 다이오드 기본 구조에서 전반적으로 자외선 발광을 하고 자외선을 녹색 발광으로 변화시킬 수 있는 제1 색변환층(71) 혹은 제1 형광체층을 적층하고 포토리소그래피 작업을 통해 패터닝하여 녹색 화소 해당 영역에서만 제1 색변환층을 남기고 제거한다. 마찬가지로 방식으로 기판에 색변환층 적층과 포토리소그래피에 의한 패터닝하여 적색 화소 해당 영역에서만 제2 색변환층(73)을 남기고, 청색 화소 해당 영역에서만 제3색변환층(73)을 남기는 작업을 할 수 있다.
이런 경우, 스크라이브 라인에 따른 절단은 필요하지 않지만 화소 면적 혹은 크기가 두께에 비해 충분히 큰 경우가 아니라면 화소별 구분, 크로스 토크 방지을 위해 발광 다이오드를 이루는 층들에 대한 물리적 구분선을 형성하는 작업을 하는 것이 바람직하다. 구분선은 포토리소그래피를 통해 화소별로 편광화 발광 다이오드를 이루는 층들을 화소간 경계 영역에서 제거하는 방식으로 만들거나 레이저로 경계영역의 물질을 기화시키는 방식으로 형성할 수 있다.
이런 구성에서 트랜지스터(320)의 드레인 전극에 연결된 화소전극(330)이 개별 발광 다이오드의 n형 반도체층(10)의 전극과 접속되고, 상부기판의 공통전극(340)은 개별 발광 다이오드의 p형 반도체층(30)의 전극과 전기적으로 접속되어 선택된 화소에는 발광 다이오드 작동에 의한 일정한 컬러와 일정한 편광 방향을 가진 편광이 방출된다. 물론 복수 색광은 색변환층을 이용하여 얻어질 수 있고, 서로 다른 방향의 편광은 발광 다이오드에서 발생된 광이 서로 다른 패턴의 와이어 그리드 패턴 혹은 부분적으로 형성된 편광 방향 전환용 위상차판을 지나면서 얻어질 수 있다.
여기서는 도시되지 않지만 도4에서와 같이 색상이 다른 화소들 사이에는 색변환층(71, 73)의 유무에 따라 부분적 두께가 달라질 수 있고, 각 화소의 발광 다이오드 상부의 p형 반도체층과 공통전극과의 접속이 고르게 이루어지지 않을 수 있으므로, 이런 색변환층 등에 의한 화소별 두께 변이를 해소하기 위한 평탄화 작업이나 p형 반도체층을 위한 같은 레벨의 별도 전극 형성을 위한 공정이 이루어질 수 있으며, 이런 평탄화 작업이나 별도 전극 형성은 기존에 잘 알려진 반도체 공정을 이용하여 이루어질 수 있다.
특히, 색변환층이 비도전성 물질인 경우, 화소 면적 일부에서 p형 반도체층을 드러내는 패터닝 작업을 하고 p형 반도체층이 드러난 부분에 도전성 물질로 공통 전극과의 접속을 위한 별도 전극을 형성하는 작업은 필수적으로 이루어질 수 있다.
이런 구성의 표시장치에서의 특정 화상 프레임에서 어느 화소를 점등시킬 지는 기존의 입체 TFT LCD(액정표시장치)의 구동방법과 비슷하게 이루어질 수 있다.
이상과 같은 표시장치의 경우는 액티브 매트릭스형 화면 구성을 하는 경우를 예시하고 있지만 화소 구동은 패시브 매트릭스형으로 이루어질 수도 있다. 따라서 표시장치에서의 전극 설치 구조와 편광화 발광 다이오드의 전극 설치 구조는 도6의 실시예와 서로 달라질 수 있다.
가령, 도6에서는 각 화소의 편광화 발광 다이오드는 여기서 TFT 및 화소전극이 형성된 하부 기판을 사용하여 사파이어 기판이나 버퍼층이 없는 형태로 하면에 n형 반도체층이 그대로 드러나 화소전극과 접속되고, p형 반도체층이 금속 와이어 그리드 패턴을 통해 공통전극과 그대로 접속되는 형태로 편의상 표시되었지만, 다른 실시예에서는 한 기판에 n형 반도체층의 전극과 p형 반도체층의 전극이 모두 접속되도록 두 극성의 전극이 형성될 수도 있다. 이런 전극 배치는 기존의 평판형 화상 표시장치의 여러 형태를 통해 찾아볼 수 있는 것이므로 여기서는 그에 대한 더이상의 구체적 설명은 생략하기로 한다.
또한, 대형 전광판 같은 곳에서 사용하기 위해 전극을 리드선으로 인출하여 외부에 노출 형성한 패키징 칩 형태로 편광화 발광 다이오드 모듈을 만들고, 노출된 전극단자를 아래 기판의 구동회로의 두 구동용 전극과 연결되도록 기판에 설치하는 것도 가능하다.
이상에서는 한정된 실시예를 통해 본 발명을 설명하고 있으나, 이는 본 발명의 개념적 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다.
따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: n형 반도체층 20: 퀀텀 웰층
30: p형 반도체층 40: 와이어 그리드 패턴
50: 버퍼층(buffer layer) 60, 100: 기판(wafer)
71, 73, 75: 색변환층
110: 스크라이브 라인 201: 화소단위
203: 구분선 210, 220: 수직 스트라이프
310: 하부 기판 320: 트랜지스터
330: 화소전극 340: 공통전극
350: 상부 기판

Claims (10)

  1. 같은 편광 방향을 가진 복수 컬러의 편광화 발광 다이오드를 조합하여 배열함으로써 형성되는 화소단위를 복수 개 구비하여 이루어지는 입체 화상 표시장치용 발광 다이오드 모듈로서,
    상기 화소단위는 제1 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 제1 화소단위와 상기 제1 편광방향과 편광 속성상 반대방향인 제2 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 제2 화소단위로 구분되며,
    상기 제1 화소단위와 상기 제2 화소단위가 평면상에 분포되고 배열되어 좌안용 화상의 적어도 일부와 우안용 화상의 적어도 일부를 구현할 수 있도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시장치용 발광 다이오드 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 화소단위와 상기 제2 화소단위가 평면상에 분포되고 배열됨에 있어서,
    상기 제1 화소단위 복수 개가 상하로 배열되어 제1형 수직 스트라이프를 이루고,
    상기 제2 화소단위 복수 개가 상하로 배열되어 상기 제1형 수직 스트라이프와 인접한 제2형 수직 스트라이프를 이루고,
    상기 제1형 수직 스트라이프와 상기 제2형 수직 스트라이프가 적어도 하나씩 구비되어 번갈아가면서 수평 방향으로 배열되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시장치용 발광 다이오드 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광화 발광 다이오드는 p형 반도체층, 퀀텀 웰층, n형 반도체층을 구비하여 이루어지는 발광 다이오드 표면에 편광층 혹은 편광 구조가 일체로 형성되어 상기 발광 다이오드에서 나오는 빛이 상기 편광층 혹은 편광 구조를 통과할 때 편광 속성을 갖도록 이루어진 것임을 특징으로 하는 입체 화상 표시장치용 발광 다이오드 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 편광층 혹은 편광 구조는 서로 평행하게 형성된 복수의 선형 패턴을 가진 와이어 그리드로 이루어진 것을 특징으로 하는 입체 화상 표시장치용 편광화 발광 다이오드 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 입체 화상 표시장치용 편광화 발광 다이오드 모듈의 제조 방법으로서,
    기판에 n형 반도체층, 퀀텀 웰층, p형 반도체층을 차례로 적층하여 단색광의 발광 다이오드 기본 구조를 형성하는 단계와
    상기 발광 다이오드 기본 구조의 위에 일부 화소 위치에 대한 색변환층을 형성하는 단계로서, 적어도 제1형 색변환층을 형성하는 세부 단계와 제2형 색변환층을 형성하는 세부 단계를 포함하는 단계와
    기판 전반에 걸쳐 상기 편광층 혹은 편광 구조를 일체로 형성하는 단계로서, 제1 편광을 위한 편광층을 형성하는 세부 단계와 제2 편광을 위한 편광층을 형성하는 세부 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광화 발광 다이오드 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 편광층은 와이어 그리드를 이용한 편광층이며, 상기 와이어 그리드는 물질층 증착 및 패터닝 혹은 인쇄(printing)로 형성하는 것을 특징으로 하는 편광화 발광 다이오드 모듈 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    기판 전반에 걸쳐 상기 편광층 혹은 편광 구조를 일체로 형성하는 단계는
    기판 전반에 걸쳐 제1 편광을 위한 편광층을 형성하는 세부 단계와
    상기 제2 화소단위 해당 영역에 한정하여 제1 편광을 제2 편광으로 전환하기 위한 위상차판을 형성하는 세부 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광화 발광 다이오드 모듈 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 편광화 발광 다이오드 모듈을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 편광화 발광 다이오드 모듈을 구비한 입체 화상 표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 편광화 발광 다이오드 모듈을 하나 이상 조합하여 표시장치 화면에서 전체적으로, 표시장치를 이루는 제1형 수직 스트라이프에 제1 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 화소단위 복수개가 상하로 배열되고,
    상기 제1형 수직 스트라이프와 인접한 제2형 수직 스트라이프에는 상기 제1 편광방향과 편광 속성상 반대방향인 제2 편광방향을 가진 편광화 발광 다이오드로 이루어진 화소단위 복수 개가 상하 방향으로 배열되고,
    상기 제1형 수직 스트라이프와 상기 제2형 수직 스트라이프가 수평 방향으로 번갈아가면서 배열되는 것을 특징으로 하는 편광화 발광 다이오드 모듈을 구비한 입체 화상 표시장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    화소를 이루는 개개의 편광화 발광 다이오드는 패시브 메트릭스 방식 혹은 액티브 메트릭스 방식으로 구동될 수 있도록 회로가 형성된 기판 상에 배열되고 전기접속되는 것을 특징으로 하는 편광화 발광 다이오드 모듈을 구비한 입체 화상 표시장치.
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