WO2017142315A1 - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2017142315A1
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semiconductor light
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conductive
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김선옥
여환국
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a display device, and more particularly, to a flexible display device using a semiconductor light emitting device.
  • LCD Liguid Crystal Display
  • AMOLED Active Matrix Organic Light Emitting Diodes
  • LED Light Emitting Diode
  • LED is a well-known semiconductor light emitting device that converts current into light.
  • red LEDs using GaAsP compound semiconductors were commercialized. It has been used as a light source for display images of electronic devices including communication devices. Therefore, a method of solving the above problems by implementing a flexible display using the semiconductor light emitting device can be presented.
  • the flexible display using the semiconductor light emitting device may be manufactured by a process of bonding the wiring substrate and the semiconductor light emitting device using a conductive adhesive layer.
  • ACF anisotropic conductive film
  • the thin film transistor may be damaged or broken in the bonding process.
  • the problem can be solved through the method of metal bonding the semiconductor light emitting element to the wiring without using the anisotropic conductive film, but this method is difficult to secure the reliability in a high-definition display device.
  • the present invention provides a novel wiring mechanism having high wiring reliability without using a conductive adhesive layer in a display device using a semiconductor light emitting device.
  • One object of the present invention is to implement a wiring structure of semiconductor light emitting devices that do not use a conductive adhesive layer.
  • Another object of the present invention is to implement a wiring structure capable of forming a thin film transistor after transferring a semiconductor light emitting device.
  • the display device enables a manufacturing process of forming a thin film transistor on an array of semiconductor light emitting elements through a thin film transistor having a structure inverted up and down. More specifically, compared to the case of transferring the semiconductor light emitting device, specifically the micro LED on the thin film transistor, in the present invention, the vertical direction of the gate and the source-drain may be changed.
  • the display device includes a semiconductor light emitting device including a display unit disposed on an upper surface, at least one conductive electrode, and forming individual pixels of the display unit, and a gate region having a source region and a drain. And a thin film transistor disposed closer to the upper surface than the region, and an adhesive layer having one side on which the semiconductor light emitting device is disposed and the other side on which the thin film transistor is disposed. A via hole is formed in the adhesive layer to electrically connect the at least one conductive electrode and the source-drain electrode of the thin film transistor.
  • the via hole may be formed to overlap the at least one conductive electrode in the adhesive layer, and may be electrically connected to the at least one conductive electrode.
  • the display device may include a connection electrode extending from the via hole to the thin film transistor to electrically connect the via hole and the thin film transistor.
  • the thin film transistor includes an insulating layer covering the other surface of the adhesive layer, a gate region is formed on one side of the insulating layer, and a source region and a drain region are formed on the other side.
  • the gate region may include a gate electrode disposed on the other surface of the adhesive layer.
  • the source region and the drain region may be located below the insulating layer farther from the upper surface than the gate region.
  • a protective layer may be formed on the other surface of the adhesive layer to protect the thin film transistor.
  • the pixel electrode of the thin film transistor may be formed to penetrate the protective layer from the thin film transistor.
  • the lower side of the protective layer may be covered with a flexible substrate.
  • the first conductive electrode of the semiconductor light emitting device may be electrically connected to the thin film transistor, and the second conductive electrode of the semiconductor light emitting device may be electrically connected to a common electrode. At least a portion of the first conductive electrode may be inserted into the adhesive layer.
  • a wiring structure for forming the thin film transistor after transferring the semiconductor light emitting device to the adhesive layer may be implemented.
  • the gate region is closer to the upper surface of the display than the source region and the drain region, it is possible to configure the thin film transistor after the transfer of the semiconductor light emitting element.
  • the via hole of the adhesive layer is used to implement a wiring structure that does not require a conductive material such as an anisotropic conductive film.
  • a conductive material such as an anisotropic conductive film.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion A of FIG. 1, and FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views taken along the lines B-B and C-C of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the flip chip type semiconductor light emitting device of FIG. 3.
  • 5A through 5C are conceptual views illustrating various forms of implementing colors in connection with a flip chip type semiconductor light emitting device.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line D-D of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the vertical semiconductor light emitting device of FIG. 8.
  • FIG. 10 is an enlarged view of portion A of FIG. 1 for explaining another embodiment of the present invention to which a semiconductor light emitting device having a new structure is applied.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line E-E of FIG. 10
  • FIG. 12 is a conceptual view of the wiring structure of FIG. 10 viewed from above.
  • 13A, 13B, 13C, 13D, 13E, 13F, 13G, and 13H are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing the display device of FIG. 10.
  • 14A, 14B, 14C, 14D, 14E, and 14F are cross-sectional views illustrating the process of FIG. 13F in more detail.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a display device using a flip chip type semiconductor light emitting device
  • FIG. 16 is a conceptual view of the wiring structure of FIG. 15 viewed from above.
  • the display device described herein includes a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), navigation, and a slate PC. , Tablet PC, Ultra Book, digital TV, desktop computer.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • slate PC slate PC
  • Tablet PC Ultra Book
  • digital TV desktop computer
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • the information processed by the controller of the display apparatus 100 may be displayed using a flexible display.
  • the flexible display includes a display that can be bent, bent, twisted, foldable, or rollable by external force.
  • a flexible display can be a display fabricated on a thin, flexible substrate that can be bent, bent, folded, or rolled like a paper while maintaining the display characteristics of a conventional flat panel display.
  • the display area of the flexible display becomes flat.
  • the display area may be a curved surface in a state in which the first state is bent by an external force (for example, a state having a finite radius of curvature, hereinafter referred to as a second state).
  • the information displayed in the second state may be visual information output on a curved surface.
  • Such visual information is implemented by independently controlling light emission of a sub-pixel disposed in a matrix form.
  • the unit pixel refers to a minimum unit for implementing one color.
  • the unit pixel of the flexible display may be implemented by a semiconductor light emitting device.
  • a light emitting diode LED
  • the light emitting diode is formed to have a small size, thereby enabling it to serve as a unit pixel even in the second state.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of portion A of FIG. 1
  • FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views taken along lines BB and CC of FIG. 2
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a flip chip type semiconductor light emitting device of FIG. 3A.
  • 5A through 5C are conceptual views illustrating various forms of implementing colors in connection with a flip chip type semiconductor light emitting device.
  • a display device 100 using a passive matrix (PM) type semiconductor light emitting device is illustrated as a display device 100 using a semiconductor light emitting device.
  • PM passive matrix
  • AM active matrix
  • the display apparatus 100 includes a substrate 110, a first electrode 120, a conductive adhesive layer 130, a second electrode 140, and a plurality of semiconductor light emitting devices 150.
  • the substrate 110 may be a flexible substrate.
  • the substrate 110 may include glass or polyimide (PI).
  • PI polyimide
  • any material such as polyethylene naphthalate (PEN) or polyethylene terephthalate (PET) may be used as long as it is an insulating and flexible material.
  • the substrate 110 may be either a transparent material or an opaque material.
  • the substrate 110 may be a wiring board on which the first electrode 120 is disposed, and thus the first electrode 120 may be positioned on the substrate 110.
  • the insulating layer 160 may be disposed on the substrate 110 on which the first electrode 120 is disposed, and the auxiliary electrode 170 may be positioned on the insulating layer 160.
  • a state in which the insulating layer 160 is stacked on the substrate 110 may be one wiring board.
  • the insulating layer 160 is made of an insulating and flexible material such as polyimide (PI, Polyimide), PET, and PEN, and can be formed integrally with the substrate 110 to form one substrate.
  • the auxiliary electrode 170 is an electrode that electrically connects the first electrode 120 and the semiconductor light emitting device 150.
  • the auxiliary electrode 170 is disposed on the insulating layer 160 and disposed to correspond to the position of the first electrode 120.
  • the auxiliary electrode 170 may have a dot shape and may be electrically connected to the first electrode 120 by an electrode hole 171 passing through the insulating layer 160.
  • the electrode hole 171 may be formed by filling a via material with a conductive material.
  • the conductive adhesive layer 130 is formed on one surface of the insulating layer 160, but the present invention is not necessarily limited thereto.
  • a layer is formed between the insulating layer 160 and the conductive adhesive layer 130 or a structure in which the conductive adhesive layer 130 is disposed on the substrate 110 without the insulating layer 160. It is also possible.
  • the conductive adhesive layer 130 may serve as an insulating layer.
  • the conductive adhesive layer 130 may be a layer having adhesiveness and conductivity.
  • the conductive adhesive layer 130 may be mixed with a conductive material and an adhesive material.
  • the conductive adhesive layer 130 is flexible, thereby enabling a flexible function in the display device.
  • the conductive adhesive layer 130 may be an anisotropic conductive film (ACF), an anisotropic conductive paste, a solution containing conductive particles, or the like.
  • ACF anisotropic conductive film
  • the conductive adhesive layer 130 allows electrical interconnection in the Z direction through the thickness, but may be configured as a layer having electrical insulation in the horizontal X-Y direction. Therefore, the conductive adhesive layer 130 may be referred to as a Z-axis conductive layer (however, hereinafter referred to as a 'conductive adhesive layer').
  • the anisotropic conductive film is a film in which an anisotropic conductive medium is mixed with an insulating base member. When the heat and pressure are applied, only the specific portion is conductive by the anisotropic conductive medium.
  • the heat and pressure is applied to the anisotropic conductive film, other methods are possible in order for the anisotropic conductive film to be partially conductive. Such a method can be, for example, only one of the heat and pressure applied or UV curing or the like.
  • the anisotropic conductive medium may be, for example, conductive balls or conductive particles.
  • the anisotropic conductive film in this example is a film in which the conductive ball is mixed with the insulating base member, and only a specific portion of the conductive ball is conductive when heat and pressure are applied.
  • the anisotropic conductive film may be in a state in which a core of a conductive material contains a plurality of particles coated by an insulating film made of a polymer material, and in this case, a portion to which heat and pressure are applied becomes conductive by the core as the insulating film is destroyed. .
  • the shape of the core may be deformed to form a layer in contact with each other in the thickness direction of the film.
  • heat and pressure are applied to the anisotropic conductive film as a whole, and the electrical connection in the Z-axis direction is partially formed by the height difference of the counterpart bonded by the anisotropic conductive film.
  • the anisotropic conductive film may be in a state containing a plurality of particles coated with a conductive material on the insulating core.
  • the portion to which the heat and pressure are applied is deformed (pressed) to have conductivity in the thickness direction of the film.
  • the conductive material may penetrate the insulating base member in the Z-axis direction and have conductivity in the thickness direction of the film. In this case, the conductive material may have a pointed end.
  • the anisotropic conductive film may be a fixed array anisotropic conductive film (fixed array ACF) consisting of a conductive ball inserted into one surface of the insulating base member.
  • the insulating base member is formed of an adhesive material, and the conductive ball is concentrated on the bottom portion of the insulating base member, and deforms with the conductive ball when heat and pressure are applied to the base member. Therefore, it has conductivity in the vertical direction.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and the anisotropic conductive film has a form in which conductive balls are randomly mixed in an insulating base member or a plurality of layers, in which a conductive ball is disposed in one layer (double- ACF) etc. are all possible.
  • the anisotropic conductive paste is a combination of a paste and a conductive ball, and may be a paste in which conductive balls are mixed with an insulating and adhesive base material.
  • solutions containing conductive particles can be solutions in the form of conductive particles or nanoparticles.
  • the second electrode 140 is positioned on the insulating layer 160 spaced apart from the auxiliary electrode 170. That is, the conductive adhesive layer 130 is disposed on the insulating layer 160 on which the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 are located.
  • the semiconductor light emitting device 150 is connected in a flip chip form by applying heat and pressure. In this case, the semiconductor light emitting device 150 is electrically connected to the first electrode 120 and the second electrode 140.
  • the semiconductor light emitting device may be a flip chip type light emitting device.
  • the semiconductor light emitting device may include a p-type electrode 156, a p-type semiconductor layer 155 on which the p-type electrode 156 is formed, an active layer 154 formed on the p-type semiconductor layer 155, and an active layer ( The n-type semiconductor layer 153 formed on the 154 and the n-type electrode 152 disposed horizontally spaced apart from the p-type electrode 156 on the n-type semiconductor layer 153.
  • the p-type electrode 156 may be electrically connected to the auxiliary electrode 170 by the conductive adhesive layer 130, and the n-type electrode 152 may be electrically connected to the second electrode 140.
  • the auxiliary electrode 170 is formed to be long in one direction, and one auxiliary electrode may be electrically connected to the plurality of semiconductor light emitting devices 150.
  • the p-type electrodes of the left and right semiconductor light emitting devices around the auxiliary electrode may be electrically connected to one auxiliary electrode.
  • the semiconductor light emitting device 150 is press-fitted into the conductive adhesive layer 130 by heat and pressure, and thus, between the p-type electrode 156 and the auxiliary electrode 170 of the semiconductor light emitting device 150. Only the portion and the portion between the n-type electrode 152 and the second electrode 140 of the semiconductor light emitting device 150 have conductivity, and the rest of the semiconductor light emitting device does not have a press-fitted conductivity. As such, the conductive adhesive layer 130 not only couples the semiconductor light emitting device 150 and the auxiliary electrode 170 and between the semiconductor light emitting device 150 and the second electrode 140 but also forms an electrical connection.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices 150 constitute an array of light emitting devices, and a phosphor layer 180 is formed on the light emitting device array.
  • the light emitting device array may include a plurality of semiconductor light emitting devices having different luminance values.
  • Each semiconductor light emitting device 150 constitutes a unit pixel and is electrically connected to the first electrode 120.
  • a plurality of first electrodes 120 may be provided, the semiconductor light emitting devices may be arranged in several rows, and the semiconductor light emitting devices may be electrically connected to any one of the plurality of first electrodes.
  • semiconductor light emitting devices are connected in a flip chip form, semiconductor light emitting devices grown on a transparent dielectric substrate may be used.
  • the semiconductor light emitting devices may be, for example, nitride semiconductor light emitting devices. Since the semiconductor light emitting device 150 has excellent brightness, individual unit pixels may be configured with a small size.
  • the partition wall 190 may be formed between the semiconductor light emitting devices 150.
  • the partition wall 190 may serve to separate the individual unit pixels from each other, and may be integrally formed with the conductive adhesive layer 130.
  • the base member of the anisotropic conductive film may form the partition wall.
  • the partition 190 may have reflective properties and contrast may be increased.
  • a reflective partition may be separately provided as the partition 190.
  • the partition 190 may include a black or white insulator according to the purpose of the display device.
  • the partition wall of the white insulator is used, the reflectivity may be improved, and when the partition wall of the black insulator is used, the contrast may be increased at the same time.
  • the phosphor layer 180 may be located on the outer surface of the semiconductor light emitting device 150.
  • the semiconductor light emitting device 150 is a blue semiconductor light emitting device that emits blue (B) light, and the phosphor layer 180 performs a function of converting the blue (B) light into the color of a unit pixel.
  • the phosphor layer 180 may be a red phosphor 181 or a green phosphor 182 constituting individual pixels.
  • a red phosphor 181 capable of converting blue light into red (R) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting element 151 at a position forming a red unit pixel, and a position forming a green unit pixel.
  • a green phosphor 182 capable of converting blue light into green (G) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting device 151.
  • only the blue semiconductor light emitting device 151 may be used alone in a portion of the blue unit pixel.
  • the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) may form one pixel. More specifically, phosphors of one color may be stacked along each line of the first electrode 120. Therefore, one line in the first electrode 120 may be an electrode for controlling one color. That is, red (R), green (G), and blue (B) may be sequentially disposed along the second electrode 140, and thus, a unit pixel may be implemented.
  • the present invention is not limited thereto, and instead of the phosphor, the semiconductor light emitting device 150 and the quantum dot QD may be combined to implement unit pixels of red (R), green (G), and blue (B). have.
  • a black matrix 191 may be disposed between the respective phosphor layers in order to improve contrast. That is, the black matrix 191 may improve contrast of the contrast.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and other structures for implementing blue, red, and green may be applied.
  • each semiconductor light emitting device 150 is mainly made of gallium nitride (GaN), and indium (In) and / or aluminum (Al) is added together to emit light of various colors including blue. It can be implemented as an element.
  • the semiconductor light emitting devices 150 may be red, green, and blue semiconductor light emitting devices, respectively, to form a sub-pixel.
  • the red, green, and blue semiconductor light emitting devices R, G, and B are alternately disposed, and the red, green, and blue unit pixels are arranged by the red, green, and blue semiconductor light emitting devices. These pixels constitute one pixel, and thus, a full color display may be implemented.
  • the semiconductor light emitting device may include a white light emitting device W having a yellow phosphor layer for each individual device.
  • a red phosphor layer 181, a green phosphor layer 182, and a blue phosphor layer 183 may be provided on the white light emitting device W.
  • a unit pixel may be formed by using a color filter in which red, green, and blue are repeated on the white light emitting device W.
  • the red phosphor layer 181, the green phosphor layer 182, and the blue phosphor layer 183 may be provided on the ultraviolet light emitting device UV.
  • the semiconductor light emitting device can be used not only for visible light but also for ultraviolet light (UV) in all areas, and can be extended in the form of a semiconductor light emitting device in which ultraviolet light (UV) can be used as an excitation source of the upper phosphor. .
  • the semiconductor light emitting device 150 is positioned on the conductive adhesive layer 130 to constitute a unit pixel in the display device. Since the semiconductor light emitting device 150 has excellent brightness, individual unit pixels may be configured with a small size.
  • the size of the individual semiconductor light emitting device 150 may be 80 ⁇ m or less in length of one side, and may be a rectangular or square device. In the case of a rectangle, the size may be 20 ⁇ 80 ⁇ m or less.
  • the display device using the semiconductor light emitting device described above may be manufactured by a new type of manufacturing method. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIG. 6.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • the conductive adhesive layer 130 is formed on the insulating layer 160 on which the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 are located.
  • the insulating layer 160 is stacked on the first substrate 110 to form a single substrate (or a wiring substrate), and the first electrode 120, the auxiliary electrode 170, and the second electrode 140 are formed on the wiring substrate. Is placed.
  • the first electrode 120 and the second electrode 140 may be disposed in a direction perpendicular to each other.
  • the first substrate 110 and the insulating layer 160 may each include glass or polyimide (PI).
  • the conductive adhesive layer 130 may be implemented by, for example, an anisotropic conductive film.
  • an anisotropic conductive film may be applied to a substrate on which the insulating layer 160 is located.
  • the semiconductor light emitting device 150 may include a second substrate 112 corresponding to the positions of the auxiliary electrodes 170 and the second electrodes 140 and on which the plurality of semiconductor light emitting devices 150 constituting individual pixels are located. ) Is disposed to face the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140.
  • the second substrate 112 may be a growth substrate for growing the semiconductor light emitting device 150, and may be a sapphire substrate or a silicon substrate.
  • the semiconductor light emitting device When the semiconductor light emitting device is formed in a wafer unit, the semiconductor light emitting device may be effectively used in the display device by having a gap and a size capable of forming the display device.
  • the wiring board and the second board 112 are thermocompressed.
  • the wiring board and the second substrate 112 may be thermocompressed by applying an ACF press head.
  • the thermocompression bonding the wiring substrate and the second substrate 112 are bonded. Only a portion between the semiconductor light emitting device 150, the auxiliary electrode 170, and the second electrode 140 has conductivity due to the property of the conductive anisotropic conductive film by thermocompression bonding.
  • the device 150 may be electrically connected.
  • the semiconductor light emitting device 150 is inserted into the anisotropic conductive film, through which a partition wall may be formed between the semiconductor light emitting device 150.
  • the second substrate 112 is removed.
  • the second substrate 112 may be removed using a laser lift-off (LLO) or chemical lift-off (CLO).
  • LLO laser lift-off
  • CLO chemical lift-off
  • a transparent insulating layer (not shown) may be formed by coating silicon oxide (SiOx) on the wiring board to which the semiconductor light emitting device 150 is coupled.
  • the method may further include forming a phosphor layer on one surface of the semiconductor light emitting device 150.
  • the semiconductor light emitting device 150 is a blue semiconductor light emitting device that emits blue (B) light, and a red phosphor or a green phosphor for converting the blue (B) light into a color of a unit pixel emits the blue semiconductor light.
  • a layer may be formed on one surface of the device.
  • the manufacturing method or structure of the display device using the semiconductor light emitting device described above may be modified in various forms.
  • a vertical semiconductor light emitting device may also be applied to the display device described above.
  • a vertical structure will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 7, and
  • FIG. 9 is a conceptual view showing the vertical semiconductor light emitting device of FIG. 8. to be.
  • the display device may be a display device using a passive semiconductor light emitting device of a passive matrix (PM) type.
  • PM passive matrix
  • the display device includes a substrate 210, a first electrode 220, a conductive adhesive layer 230, a second electrode 240, and a plurality of semiconductor light emitting devices 250.
  • the substrate 210 is a wiring substrate on which the first electrode 220 is disposed, and may include polyimide (PI) in order to implement a flexible display device.
  • PI polyimide
  • any material that is insulating and flexible may be used.
  • the first electrode 220 is positioned on the substrate 210 and may be formed as an electrode having a bar shape that is long in one direction.
  • the first electrode 220 may be formed to serve as a data electrode.
  • the conductive adhesive layer 230 is formed on the substrate 210 on which the first electrode 220 is located. Like a display device to which a flip chip type light emitting device is applied, the conductive adhesive layer 230 is a solution containing an anisotropic conductive film (ACF), anisotropic conductive paste, and conductive particles. ), Etc. However, this embodiment also illustrates a case where the conductive adhesive layer 230 is implemented by the anisotropic conductive film.
  • ACF anisotropic conductive film
  • Etc Etc
  • the semiconductor light emitting device 250 After placing the anisotropic conductive film in a state where the first electrode 220 is positioned on the substrate 210, the semiconductor light emitting device 250 is connected to the semiconductor light emitting device 250 by applying heat and pressure. It is electrically connected to the electrode 220. In this case, the semiconductor light emitting device 250 may be disposed on the first electrode 220.
  • the electrical connection is created because, as described above, in the anisotropic conductive film is partially conductive in the thickness direction when heat and pressure are applied. Therefore, in the anisotropic conductive film is divided into a portion 231 having conductivity and a portion 232 having no conductivity in the thickness direction.
  • the conductive adhesive layer 230 implements not only electrical connection but also mechanical coupling between the semiconductor light emitting device 250 and the first electrode 220.
  • the semiconductor light emitting device 250 is positioned on the conductive adhesive layer 230, thereby forming individual pixels in the display device. Since the semiconductor light emitting device 250 has excellent brightness, individual unit pixels may be configured with a small size.
  • the size of the individual semiconductor light emitting device 250 may be 80 ⁇ m or less in length of one side, and may be a rectangular or square device. In the case of a rectangle, the size may be 20 ⁇ 80 ⁇ m or less.
  • the semiconductor light emitting device 250 may have a vertical structure.
  • a plurality of second electrodes 240 disposed in a direction crossing the length direction of the first electrode 220 and electrically connected to the vertical semiconductor light emitting device 250 are positioned.
  • the vertical semiconductor light emitting device includes a p-type electrode 256, a p-type semiconductor layer 255 formed on the p-type electrode 256, and an active layer 254 formed on the p-type semiconductor layer 255. ), An n-type semiconductor layer 253 formed on the active layer 254, and an n-type electrode 252 formed on the n-type semiconductor layer 253.
  • the lower p-type electrode 256 may be electrically connected by the first electrode 220 and the conductive adhesive layer 230, and the upper n-type electrode 252 may be the second electrode 240 described later.
  • a phosphor layer 280 may be formed on one surface of the semiconductor light emitting device 250.
  • the semiconductor light emitting device 250 is a blue semiconductor light emitting device 251 that emits blue (B) light
  • the phosphor layer 280 is provided to convert the blue (B) light into the color of a unit pixel.
  • the phosphor layer 280 may be a red phosphor 281 and a green phosphor 282 constituting individual pixels.
  • a red phosphor 281 capable of converting the blue light into the red (R) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting element 251, and the position forming the green unit pixel.
  • a green phosphor 282 capable of converting blue light into green (G) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting device 251.
  • only the blue semiconductor light emitting device 251 may be used alone in a portion of the blue unit pixel. In this case, the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) may form one pixel.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and as described above in the display device to which the flip chip type light emitting device is applied, other structures for implementing blue, red, and green may be applied.
  • the second electrode 240 is positioned between the semiconductor light emitting devices 250 and is electrically connected to the semiconductor light emitting devices 250.
  • the semiconductor light emitting devices 250 may be arranged in a plurality of columns, and the second electrode 240 may be positioned between the columns of the semiconductor light emitting devices 250.
  • the second electrode 240 may be positioned between the semiconductor light emitting devices 250.
  • the second electrode 240 may be formed as an electrode having a bar shape that is long in one direction, and may be disposed in a direction perpendicular to the first electrode.
  • the second electrode 240 and the semiconductor light emitting device 250 may be electrically connected by a connection electrode protruding from the second electrode 240.
  • the connection electrode may be an n-type electrode of the semiconductor light emitting device 250.
  • the n-type electrode is formed of an ohmic electrode for ohmic contact, and the second electrode covers at least a portion of the ohmic electrode by printing or deposition.
  • the second electrode 240 and the n-type electrode of the semiconductor light emitting device 250 may be electrically connected to each other.
  • the second electrode 240 may be positioned on the conductive adhesive layer 230.
  • a transparent insulating layer (not shown) including silicon oxide (SiOx) may be formed on the substrate 210 on which the semiconductor light emitting device 250 is formed.
  • SiOx silicon oxide
  • the second electrode 240 is positioned after the transparent insulating layer is formed, the second electrode 240 is positioned on the transparent insulating layer.
  • the second electrode 240 may be formed to be spaced apart from the conductive adhesive layer 230 or the transparent insulating layer.
  • the present invention has the advantage of not having to use a transparent electrode such as ITO by placing the second electrode 240 between the semiconductor light emitting devices 250. Therefore, the light extraction efficiency can be improved by using a conductive material having good adhesion with the n-type semiconductor layer as a horizontal electrode without being limited to the selection of a transparent material.
  • a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO)
  • the partition wall 290 may be located between the semiconductor light emitting devices 250. That is, the partition wall 290 may be disposed between the vertical semiconductor light emitting devices 250 to isolate the semiconductor light emitting devices 250 forming individual pixels. In this case, the partition wall 290 may serve to separate individual unit pixels from each other, and may be integrally formed with the conductive adhesive layer 230. For example, when the semiconductor light emitting device 250 is inserted into the anisotropic conductive film, the base member of the anisotropic conductive film may form the partition wall.
  • the partition wall 290 may have reflective properties and contrast may be increased.
  • a reflective partition may be separately provided.
  • the partition 290 may include a black or white insulator according to the purpose of the display device.
  • the partition wall 290 is disposed between the vertical semiconductor light emitting device 250 and the second electrode 240. It can be located in between. Accordingly, the individual unit pixels may be configured even with a small size by using the semiconductor light emitting device 250, and the distance between the semiconductor light emitting devices 250 is relatively large enough so that the second electrode 240 is connected to the semiconductor light emitting device 250. ), And a flexible display device having HD image quality can be implemented.
  • a black matrix 291 may be disposed between the respective phosphors in order to improve contrast. That is, this black matrix 291 can improve contrast of the contrast.
  • the semiconductor light emitting device 250 is positioned on the conductive adhesive layer 230, thereby forming individual pixels in the display device. Since the semiconductor light emitting device 250 has excellent brightness, individual unit pixels may be configured with a small size. Accordingly, a full color display in which the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) form one pixel may be implemented by the semiconductor light emitting device.
  • Examples of the present invention described above have a structure of a passive matrix (PM) method.
  • the above examples are also applicable to an active matrix (AM) type semiconductor light emitting device, but in this case, the thin film transistor may be damaged or broken in a bonding process for electrically connecting the wiring electrode and the semiconductor light emitting device. have.
  • the semiconductor light emitting device and the wiring electrode may be metal bonded, but it is difficult to secure reliability in a high-definition display device.
  • the present invention proposes a mechanism that can solve all of these problems, hereinafter, another embodiment of the present invention having such a mechanism will be described.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a portion A of FIG. 1 for explaining another embodiment of the present invention to which a semiconductor light emitting device having a new structure is applied
  • FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG. 10
  • FIG. It is a conceptual view which looked at the wiring structure of 10 from the upper side.
  • a display device 1000 using an active matrix semiconductor light emitting device is illustrated as a display device 1000 using a semiconductor light emitting device.
  • the display apparatus 1000 electrically connects the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 to a first electrode 1020 disposed below the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 and a second electrode 1040 disposed above the semiconductor light emitting devices 1050. To form a structure.
  • the first electrode 1020 may be formed on a substrate, and the substrate 1010 may be a wiring substrate, and may include polyimide (PI) to implement a flexible display device.
  • the substrate may be a flexible substrate.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and any substrate may be used as long as it is an insulating and flexible material.
  • the semiconductor light emitting device 1050 may be a semiconductor light emitting device having a vertical structure. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and a flip chip type semiconductor light emitting device may be used, which will be described later with reference to FIGS. 15 and 16.
  • the semiconductor light emitting device 1050 may include a first conductive electrode 1156, a first conductive semiconductor layer 1155 on which the first conductive electrode 1156 is formed, and a first conductive semiconductor layer 1155. And an active layer 1154 formed on the second conductive electrode layer 1154, and a second conductive semiconductor layer 1153 formed on the active layer 1154 and a second conductive electrode 1152 formed on the second conductive semiconductor layer 1153.
  • first conductive electrode 1156 and the first conductive semiconductor layer 1155 may be a p-type electrode and a p-type semiconductor layer, respectively, and the second conductive electrode 1152 and the second conductive layer may be formed.
  • the conductive semiconductor layer 1153 may be an n-type electrode and an n-type semiconductor layer, respectively.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and an example in which the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type is also possible.
  • the first electrode 1020 is a pixel electrode provided per pixel, and is connected to a thin film transistor (TFT) 1100, and the thin film transistor 1100 is connected to the first conductive electrode 1156. ) Can be electrically connected.
  • the pixel electrode is connected to the thin film transistor 1100 to implement an active matrix (AM) type display.
  • AM active matrix
  • the second electrode 1040 may be a common electrode electrically connected to the second conductive electrode 1152.
  • the second electrode 2040 may be an upper wiring disposed above the semiconductor light emitting device.
  • the upper side means a portion closer to the upper surface of the display device with respect to the lower side of the semiconductor light emitting device.
  • the upper surface of the display device may be a surface on which a display unit for outputting visual information is disposed.
  • the second electrode 1040 may include a plurality of electrode lines.
  • the semiconductor light emitting device 1050 is electrically connected to the common electrode and the thin film transistor 1100 to form individual pixels.
  • a light emitting diode emitting blue light may be used as the semiconductor light emitting device 1050, and the wavelength of light emitted from the light emitting device 1050 may be converted onto the semiconductor light emitting device 1050.
  • a phosphor layer 1080 may be located.
  • the phosphor layer 1080 may be a yellow phosphor layer that is mixed with blue light to convert blue light into white light.
  • the phosphor layer may include a polymer phosphor.
  • the thickness of the phosphor layer may be thinner.
  • the color filter unit 1090 covers the semiconductor light emitting device to implement three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) by using the white light converted by the phosphor layer 1080. Can be arranged. That is, a red (R) filter 1091, a green (G) filter 1092, and a blue (B) filter 1093 are provided, and the pixel formed by each light emitting element is a unit pixel (sub pixel; The unit pixels of three colors may form one pixel.
  • the blue (B) filter 1093 may be replaced with a diffusing agent or a diffusing agent filter.
  • the diffusing agent TiO 2 can be used, which makes it possible to cope with the color viewing angle.
  • the color filter unit 1090 includes a red (R) filter 1091, a green (G) filter 1092, and a diffusing agent filter.
  • the display apparatus may further include a black matrix 1094 disposed between the respective filters.
  • the black matrix 1094 may form a gap between the filters, and a black material may fill the gap.
  • the black matrix 1094 may absorb external light reflection and improve contrast of the contrast.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and the phosphor layer 1080 includes a red phosphor layer and a green phosphor layer, and red light emitted from the blue semiconductor light emitting device as shown in FIGS. 2, 3A, and 3B. It is also possible to change the structure into red and green using the phosphor layer and the green phosphor layer.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices may be attached to the adhesive layer 1030.
  • a conductive material such as the anisotropic conductive film described above is not used, and for example, a material having flexibility and adhesiveness may be used.
  • the adhesive layer 1030 may include a polymer-based material having adhesiveness.
  • a material reflecting light may be mixed in the adhesive layer 1030 to reflect the light generated downward in the semiconductor light emitting devices and directed downward.
  • an insulating material may be filled between the plurality of semiconductor light emitting elements 1050.
  • a gap insulating layer 1054 may be formed between the light emitting elements 1050. Therefore, the adhesive layer 1030 is disposed under the gap insulating layer 1054. At this time, the insulating material is formed of an opaque material, it is possible to prevent the interference of the mixed color between the semiconductor light emitting device.
  • the gap insulation layer 1054 may be formed of a polymer-based material and may be charged between the semiconductor light emitting devices to isolate the semiconductor light emitting devices.
  • the adhesive layer 1030 may be replaced with a leveling layer for forming a thin film transistor, and the gap insulating layer 1054 may be formed on the leveling layer.
  • the levering layer is laminated with a material such as polyimide to prepare a condition for forming a thin film transistor.
  • the adhesive layer is described as an example, but in the following description, the adhesive layer may be replaced with a levering layer.
  • the thin film transistor 1100 is disposed under the adhesive layer 1030.
  • a protective layer 1120 for protecting the thin film transistor 1100 is formed on the other surface of the adhesive layer 1030, which is the opposite surface of the adhesive layer 1030 covered by the insulating material.
  • the thin film transistor 1100 may be disposed in the layer 1120.
  • the protective layer 1120 may be a layer covering the thin film transistor 1100 as an interlayer insulating film made of an insulating material, and serves to fill a gap between the individual thin film transistors 1100.
  • the protective layer 1120 may be an inorganic layer (SiO 2, SiN) or an organic layer (PI), or may have a dual structure of an inorganic layer / organic layer.
  • the flexible substrate 1010 may cover the lower side of the protective layer 1120, and the flexible substrate 1010 and the protective layer 1120 may be bonded to each other by adhesion, thus, the flexible substrate 1010 and the protective layer may be bonded to each other.
  • the adhesive layer 1130 may also be disposed between the layers 1120.
  • the pixel electrode 1020 of the thin film transistor 1100 is formed to penetrate the protective layer 1120 from the thin film transistor 1100.
  • the thin film transistor 1100 and the pixel electrode 1020 may be electrically connected to each other by a through electrode 1140 penetrating the protective layer 1120.
  • the thin film transistor is disposed so that the gate region is closer to the top surface of the display device than the source region and the drain region, and the semiconductor light emission through the via hole 1031 of the adhesive layer 1030. It may be electrically connected to at least one conductive electrode of the device.
  • the thin film transistor 1100 includes a source region, a drain region, and a channel region, and a gate electrode 1102 is positioned in the channel region.
  • the source region is electrically connected to the semiconductor light emitting device, and accordingly, the pixel to be emitted may be actively controlled by driving the thin film transistor 1100.
  • the gate region is positioned closer to the top surface of the display device in which the display portion is disposed than the source region and the drain region, and thus, the gate electrode 1102 of the gate region may be disposed on the other surface of the adhesive layer 1030.
  • the deposition process of the thin film transistor 1100 may be performed. That is, after the semiconductor light emitting device is attached to one surface of the adhesive layer 1030, the thin film transistor 1100 is deposited on the other surface of the adhesive layer 1030. In this case, at least a portion of the first conductive electrode 1156 of the semiconductor light emitting device may be inserted into the adhesive layer 1030.
  • the thin film transistor 1100 includes an insulating film 1103 covering the other surface of the adhesive layer 1030, a gate region is formed on one side of the insulating film 1103, and a source region and a drain region are formed on the other side of the thin film transistor 1100. Can be formed. The source region and the drain region may be located below the insulating layer 1103 far from the upper surface than the gate region. According to this structure, the thin film transistor 1100 may have an inverted structure in which a source region and a drain region are disposed on an upper side thereof.
  • the via hole 1031 of the adhesive layer serves to electrically connect the first conductive electrode 1156 of the semiconductor light emitting device and the source and drain regions of the thin film transistor 1100.
  • the adhesive layer 2030 may include one side where the semiconductor light emitting device is disposed and the other side where the thin film transistor is disposed.
  • the semiconductor light emitting device 1050 and the thin film transistor 1100 are disposed on both sides of the adhesive layer 1030, and the first conductive electrode 1156 and the thin film are formed through the via hole 1031.
  • Source-drain electrodes 1104 of the transistor are electrically connected.
  • the pixel electrode of the thin film transistor is electrically connected to the source-drain electrode 1104 and extends toward the adjacent semiconductor light emitting device.
  • the pixel electrode 1020 extends in a direction crossing the second electrode 1040 to connect the source-drain electrodes 1104 of the adjacent thin film transistors to each other.
  • a gate line (not shown) extending in a direction parallel to the second electrode 1040 and connected to the gate electrode 1102 may be provided.
  • the via hole 1031 is formed to overlap the first conductive electrode 1156 in the adhesive layer, and extends from the via hole 1031 so as to electrically connect the via hole 1031 and the thin film transistor.
  • a connecting electrode 1032 is formed leading to the transistor.
  • the via hole 1031 is in direct contact with the first conductive electrode 1156 and electrically connected thereto, and is electrically connected to the source-drain electrode 1104 through the connection electrode 1032.
  • a wiring structure capable of forming the thin film transistor after the transfer of the semiconductor light emitting device without using the conductive adhesive layer can be implemented. have.
  • FIGS. 14A, 14B, 14C, 14D, 14E and 14F are cross-sectional views illustrating the process of FIG. 13F in more detail.
  • a step of coupling a plurality of semiconductor light emitting devices to a substrate is performed.
  • the first conductive semiconductor layer 1155, the active layer 1154, and the second conductive semiconductor layer 1153 are grown on the growth substrate, and each semiconductor light emitting device is formed through etching, and then the first conductive type is grown.
  • An electrode 1156 is formed (FIG. 13A).
  • the growth substrate 1011 may be formed of a material having a light transmissive property, such as sapphire (Al 2 O 3), GaN, ZnO, or AlO, but is not limited thereto.
  • the growth substrate 1101 may be formed of a material suitable for growing a semiconductor material, a carrier wafer.
  • At least one of Si, GaAs, GaP, InP, and Ga2O3 may be formed of a material having excellent thermal conductivity, including a conductive substrate or an insulating substrate, for example, a SiC substrate having a higher thermal conductivity than a sapphire (Al2O3) substrate. Can be used.
  • the first conductive electrode 1156 and the first conductive semiconductor layer 1155 may be p-type electrodes and p-type semiconductor layers, respectively.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and an example in which the first conductive type is n-type is also possible.
  • the semiconductor light emitting device is bonded to the temporary substrate 1012 using the adhesive layer 1030, and the growth substrate 1011 is removed (FIG. 13B).
  • the temporary substrate 1012 may be removed in a subsequent process, and serves to support the adhesive layer 1030.
  • a conductive material such as the anisotropic conductive film described above is not used, and for example, a material having flexibility and adhesiveness may be used.
  • the adhesive layer 1030 may include a polymer-based material having adhesiveness.
  • at least a portion of the first conductive electrode 1156 of the semiconductor light emitting device may be inserted into the adhesive layer 1030.
  • a material that reflects light may be mixed in the adhesive layer 1030 to reflect light generated in the semiconductor light emitting devices and directed downward.
  • the second electrode 1040 is formed on the second conductive semiconductor layer of the semiconductor light emitting device and connects the second conductive electrode 1152 of the adjacent semiconductor light emitting device to each other. 10) (FIG. 13C).
  • the second electrode 1040 is an upper wiring, which is directly connected to the second conductive electrode 1152, and in this case, the second conductive electrode 1152 and the second electrode 1040 are formed of transparent electrodes. Can be.
  • the second conductive electrode 1152 and the second electrode 1040 are integrally formed to form an upper electrode, and the semiconductor light emitting device adjacent to the upper electrode covers the second conductive semiconductor layer. It is also possible to be formed to extend to.
  • an insulating material may be filled between the plurality of semiconductor light emitting devices.
  • the insulating material is formed of an opaque material, it is possible to prevent the interference of the mixed color between the semiconductor light emitting device.
  • a cover film 1013 may be mounted on the insulating material and the upper electrode. The cover film 1013 may be a film which is subsequently removed, and may serve to protect the semiconductor light emitting device 1050 during the manufacturing process.
  • the temporary substrate 1012 is removed, and the cover film 1013 is attached to another temporary substrate 1014 (hereinafter referred to as a second temporary substrate) (FIG. 13D).
  • the temporary substrate 1012 may be removed by a laser lift-off (LLO) method.
  • LLO laser lift-off
  • at least one of the cover film 1013 and the second impurity plate may be formed of an adhesive material for the temporary adhesion between the second impurity plate 1014 and the cover film 1013.
  • a via hole is formed in the adhesive layer 1030 (FIG. 13E).
  • the via hole may be formed to overlap with the first conductive electrode 1156 in the adhesive layer.
  • the first conductive electrode 1156 is not covered by the adhesive layer and exposed to the outside through the via hole 1031.
  • a thin film transistor is deposited, a protective layer 1120 is formed, and a connection electrode extending from the via hole 1031 and connected to the thin film transistor to electrically connect the deposited thin film transistor and the via hole 1031 ( 1032) (FIG. 13F).
  • a connection electrode extending from the via hole 1031 and connected to the thin film transistor to electrically connect the deposited thin film transistor and the via hole 1031 ( 1032) (FIG. 13F).
  • a protective layer 1120 covering the thin film transistor is attached to the flexible substrate 1010 (FIG. 13G), and the temporary substrate 1014 is removed (FIG. 13H).
  • the blue semiconductor light emitting device, the red semiconductor light emitting device, and the green semiconductor light emitting device are sequentially arranged, the basic process of the display unit using the semiconductor light emitting device is completed.
  • the semiconductor light emitting device is a blue semiconductor light emitting device, a step of removing the cover film and forming a phosphor part may be performed in order to implement blue, red, and green colors.
  • first patterning the electrode 1031a in the via hole 1031 in the state of Figure 13e proceeds (FIG. 14A).
  • the electrode 1031a may be formed to cover at least a portion of the adhesive layer 1030 while filling the via hole 1031.
  • the step of patterning the thin film transistor 1100 proceeds (FIG. 14B).
  • a gate electrode 1102 may be deposited first, and then an insulating layer 1103, an active layer, and a source-drain electrode 1104 may be sequentially formed.
  • the source region and the drain region of the thin film transistor 1100 may be located below the insulating layer farther from the upper surface of the display device than the gate region.
  • the thin film transistor 1100 may have an inverted structure in which a source region and a drain region are disposed on an upper side thereof.
  • the via hole electrode 1031a and the source-drain electrode of the thin film transistor may be connected to each other by a connecting electrode 1032, and the connecting electrode 1032 may extend from the via hole 1031 to the thin film transistor 1100. It is in the following form. In this case, the connection electrode 1032 may extend in a direction parallel to the second electrode 1040 to be connected to the thin film transistor.
  • a protective layer 1120 covering the thin film transistor 1100 is deposited, and a contact hole 1121 is formed in the protective layer 1120 for connection with a pixel electrode.
  • the thin film transistor 1100 may be disposed in the passivation layer 1120.
  • the protective layer 1120 may be a layer covering the thin film transistor 1100 as an interlayer insulating film made of an insulating material, and serves to fill a gap between the individual thin film transistors 1100.
  • the pixel electrode 1020 is formed using the contact hole 1121 (FIG. 14E), and the protective layer 1120 is attached to the flexible substrate 1010 (FIG. 14F).
  • the pixel electrode is an electrode provided per pixel and is connected to a thin film transistor (TFT) 1100 to implement an active matrix (AM) type display.
  • TFT thin film transistor
  • AM active matrix
  • the thin film transistor can be configured after the transfer of the semiconductor light emitting element.
  • the structure of this invention was demonstrated based on the case of a vertical type semiconductor light emitting element.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and a configuration in which a flip chip type semiconductor light emitting device is applied is also possible.
  • a display device using a flip chip type semiconductor light emitting device will be described with reference to FIGS. 15 and 16.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view of a display device using a flip chip type semiconductor light emitting device
  • FIG. 16 is a conceptual view of the wiring structure of FIG. 15 viewed from above.
  • the display apparatus 2000 includes a substrate 2010, a first electrode 2020, an adhesive layer 2030, a second electrode 2040, and a plurality of semiconductor light emitting devices 2050.
  • each of the first electrode 2020 and the second electrode 2040 may include a plurality of electrode lines.
  • the first electrode 2020 and the second electrode 2040 may be formed on a substrate, respectively, and the substrate 1010 may be a wiring substrate and may be made of polyimide (PI) to implement a flexible display device. It may include. Thus, the substrate may be a flexible substrate. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and any substrate may be used as long as it is an insulating and flexible material.
  • PI polyimide
  • the semiconductor light emitting device 2050 may be a flip chip type semiconductor light emitting device.
  • the semiconductor light emitting device 2050 includes the first conductive electrode 2156, the first conductive semiconductor layer 2155 on which the first conductive electrode 2156 is formed, and the first conductive semiconductor layer 2155.
  • the first conductive semiconductor layer 2155 is smaller in size than the second conductive semiconductor layer 2153, and at least a portion of the second conductive semiconductor layer 2153 is formed on the active layer 2154.
  • the first conductive electrode 2156 and the second conductive electrode 2152 are not covered by the first conductive type semiconductor layer 2155 and the second conductive type semiconductor layer 2153 toward the bottom of the display device, respectively. Protrude from).
  • first conductive electrode 2156 and the first conductive semiconductor layer 2155 may be p-type electrodes and p-type semiconductor layers, respectively, and the second conductive electrode 2152 and the second conductive layer 2155 may be p-type semiconductor layers 2155.
  • the conductive semiconductor layer 2153 may be an n-type electrode and an n-type semiconductor layer, respectively.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and an example in which the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type is also possible.
  • the first electrode 2020 is a pixel electrode provided per pixel, and is connected to a thin film transistor (TFT) 2100, and the thin film transistor 2100 is connected to the first conductive electrode 2156. ) Can be electrically connected.
  • the pixel electrode is connected to the thin film transistor 2100 to implement an active matrix (AM) type display.
  • AM active matrix
  • the second electrode 2040 may be a common electrode electrically connected to the second conductive electrode 2152.
  • the second electrode 2040 may be disposed under the semiconductor light emitting device, and may be formed in a direction parallel to the first electrode.
  • a blue light emitting diode may be used as the semiconductor light emitting device 2050, and the wavelength of light emitted from the light emitting device 2050 may be converted onto the semiconductor light emitting device 2050.
  • a phosphor layer 2080 may be located.
  • the phosphor layer 2080 may be a yellow phosphor layer that is mixed with blue light to convert blue light into white light.
  • the color filter unit 2090 covers the semiconductor light emitting device to implement three primary colors of red (R), green (G), and blue (B) using the white light converted by the phosphor layer 2080. Can be arranged. That is, a red (R) filter 2091, a green (G) filter 2092, and a blue (B) filter (not shown) are provided, and the pixel formed by each light emitting element is a unit pixel (sub pixel; sub). -pixel), and the unit pixels of three colors may form one pixel.
  • the display apparatus may further include a black matrix 2094 disposed between the respective filters.
  • the black matrix 2094 may be formed to form a gap between the filters, and a black material may fill the gap.
  • the black matrix 1094 may absorb external light reflection and improve contrast of the contrast.
  • the present invention is not limited thereto, and the phosphor layer 2080 includes a red phosphor layer and a green phosphor layer, and red light emitted from the blue semiconductor light emitting device as shown in FIGS. 2, 3A, and 3B. It is also possible to change the structure into red and green using the phosphor layer and the green phosphor layer.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices may be attached to the adhesive layer 2030.
  • a conductive material such as the anisotropic conductive film described above is not used, and for example, a material having flexibility and adhesiveness may be used.
  • the adhesive layer 2030 may include a polymer-based material having adhesiveness.
  • the contact layer 2030 may be formed such that a portion corresponding to the semiconductor light emitting elements is recessed from a portion to which the semiconductor light emitting element is attached.
  • a material reflecting light may be mixed in the adhesive layer 2030 to reflect light generated from the semiconductor light emitting devices and directed downward.
  • an insulating material may be filled between the plurality of semiconductor light emitting devices. Therefore, the adhesive layer 2030 is disposed under the insulating material. At this time, the insulating material is formed of an opaque material, it is possible to prevent the interference of the mixed color between the semiconductor light emitting device.
  • the thin film transistor 2100 is disposed under the adhesive layer 2030.
  • a protective layer 2120 for protecting the thin film transistor 2100 is formed on the other surface of the adhesive layer 2030, which is the opposite surface of the adhesive layer 2030 covered by the insulating material.
  • the thin film transistor 2100 may be disposed in the layer 2120.
  • the protective layer 2120 may be a layer covering the thin film transistor 2100 as an interlayer insulating film made of an insulating material, and serves to fill a gap between the individual thin film transistors 2100.
  • the flexible substrate 2010 may cover the lower side of the protective layer 2120, and the flexible substrate 2010 and the protective layer 2120 may be bonded to each other by adhesion. Therefore, the adhesive layer 2130 may be disposed between the flexible substrate 2010 and the protective layer 2120.
  • the pixel electrode of the thin film transistor is formed to penetrate the protective layer 2120 from the thin film transistor.
  • the thin film transistor and the pixel electrode may be electrically connected to each other by a through electrode 2130 penetrating the protective layer 2120.
  • the thin film transistor may be electrically connected to the first conductive electrode 2156 of the semiconductor light emitting device through the via hole 2031 of the adhesive layer 2030.
  • at least a portion of the first conductive electrode 2156 of the semiconductor light emitting device may be inserted into the adhesive layer 2030.
  • the gate region is positioned closer to the top surface of the display device in which the display portion is disposed than the source region and the drain region, so that the gate electrode 2102 of the gate region is disposed on the other surface of the adhesive layer 2030. Can be.
  • the via hole 2031 of the adhesive layer 2030 electrically connects the first conductive electrode 2156 of the semiconductor light emitting device and the source and drain regions of the thin film transistor.
  • the adhesive layer 2030 may include one side where the semiconductor light emitting device is disposed and the other side where the thin film transistor is disposed.
  • the semiconductor light emitting device and the thin film transistor are disposed on both sides of the adhesive layer 2030, and the first conductive electrode 2156 and the source-drain electrode of the thin film transistor are disposed through the via hole 2031.
  • 2104 is electrically connected.
  • the pixel electrode of the thin film transistor is electrically connected to the source-drain electrode 2104 and extends toward the adjacent semiconductor light emitting device.
  • the via hole 2031 is formed to overlap the first conductive electrode 2156 in the adhesive layer 2030, and extends from the via hole 2031 to electrically connect the via hole 2031 and the thin film transistor.
  • a connection electrode 2032 is formed to lead to the thin film transistor.
  • the via hole 2031 is directly connected to the first conductive electrode 2156 and electrically connected thereto, and is electrically connected to the source-drain electrode 2104 through the connection electrode.
  • a second via hole 3031 may be formed in the adhesive layer 2030 for wiring the second conductive electrode 2152. Unlike the via hole 2031 (hereinafter, referred to as a first via hole) electrically connected to the first conductive electrode 2156, the second via hole 3031 may also pass through the protective layer 2120. This may be electrically connected to the second electrode 2040 of the flexible substrate 2010.
  • the adhesive layer and the wiring structure of the present invention can be applied to a display device including a flip chip type semiconductor light emitting device.
  • the display device using the semiconductor light emitting device described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be configured by selectively combining all or part of the embodiments so that various modifications may be made. It may be.

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 상면에 배치되는 디스플레이부와, 적어도 하나의 도전형 전극을 구비하며, 상기 디스플레이부의 개별화소를 형성하는 반도체 발광 소자와, 게이트 영역이 소스 영역 및 드레인 영역보다 상기 상면에 가깝도록 배치되는 박막 트랜지스터, 및 상기 반도체 발광소자가 배치되는 일측과, 상기 박막 트랜지스터가 배치되는 타측을 구비하는 접착층을 포함하며, 상기 접착층에는 상기 적어도 하나의 도전형 전극과 상기 박막 트랜지스터의 소스-드레인 전극을 전기적으로 연결하도록 비아홀이 형성된다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 플렉서블 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liguid Crystal Display)와 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 존재하고, AMOLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않을 뿐 아니라 플렉서블의 정도가 약하다는 취약점이 존재한다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 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 플렉서블 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자를 이용한 플렉서블 디스플레이는 배선기판과 반도체 발광소자를 전도성 접착층을 이용하여 합착하는 프로세스에 의하여 제조될 수 있다. 특히, 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF)을 이용하여, 배선전극과 반도체 발광 소자의 도전형 전극을 전기적으로 연결하는 경우에, 합착 공정에서 박막 트랜지스터가 손상 또는 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 이방성 전도성 필름을 이용하지 않고, 반도체 발광소자를 배선에 메탈 본딩하는 방법을 통하여, 문제를 해결할 수 있으나, 이러한 방법은 고정세의 디스플레이 장치에서 신뢰성을 확보하기 힘들다.
이에, 본 발명에서는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에서, 전도성 접착층을 이용하지 않고도 배선 신뢰도가 높은 새로운 형태의 배선 메커니즘에 대하여 제시한다.
본 발명의 일 목적은, 전도성 접착층을 이용하지 않는 반도체 발광소자들의 배선 구조를 구현하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 반도체 발광소자를 전사한 후에, 박막 트랜지스터를 형성할 수 있는 배선 구조를 구현하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 상하 반전된 구조의 박막 트랜지스터를 통하여, 반도체 발광소자의 어레이 위에 박막 트랜지스터를 형성하는 제조 공정을 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 박막 트랜지스터 위에 반도체 발광소자, 구체적으로 마이크로 엘이디를 전사하는 경우와 비교하면, 본 발명에서는 게이트와 소스-드레인의 상하 방향이 바뀔 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 상면에 배치되는 디스플레이부와, 적어도 하나의 도전형 전극을 구비하며, 상기 디스플레이부의 개별화소를 형성하는 반도체 발광 소자와, 게이트 영역이 소스 영역 및 드레인 영역보다 상기 상면에 가깝도록 배치되는 박막 트랜지스터, 및 상기 반도체 발광소자가 배치되는 일측과, 상기 박막 트랜지스터가 배치되는 타측을 구비하는 접착층을 포함한다. 상기 접착층에는 상기 적어도 하나의 도전형 전극과 상기 박막 트랜지스터의 소스-드레인 전극을 전기적으로 연결하도록 비아홀이 형성된다.
실시 예에 있어서, 상기 비아홀은 상기 접착층에서 상기 적어도 하나의 도전형 전극과 오버랩되도록 형성되어, 상기 적어도 하나의 도전형 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 디스플레이 장치는, 상기 비아홀과 상기 박막 트랜지스터를 전기적으로 연결하도록 상기 비아홀에서 연장되어 상기 박막 트랜지스터로 이어지는 연결전극을 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 상기 접착층의 타면을 덮는 절연막을 구비하고, 상기 절연막의 일측에는 게이트 영역이 형성되고, 타측에는 소스 영역 및 드레인 영역이 형성된다. 상기 게이트 영역은 상기 접착층의 타면에 배치되는 게이트 전극을 구비할 수 있다. 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 상기 게이트 영역보다 상기 상면으로부터 먼 상기 절연막의 하측에 위치할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 접착층의 타면에는 상기 박막 트랜지스터를 보호하는 보호층이 형성된다. 상기 박막 트랜지스터의 화소전극은 상기 박막 트랜지스터로부터 상기 보호층을 관통하도록 형성될 수 있다. 상기 보호층의 하측은 유연기판이 덮을 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 전극은 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되고, 상기 반도체 발광소자의 제2도전형 전극은 공통전극과 전기적으로 연결된다. 상기 제1도전형 전극은 상기 접착층에 적어도 일부가 삽입될 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 접착층의 비아홀을 통하여 박막 트랜지스터와 반도체 발광소자를 전기적으로 연결함에 따라, 반도체 발광소자를 접착층에 전사한 후에 박막 트랜지스터를 형성하는 배선구조가 구현될 수 있다.
또한, 게이트 영역이 소스 영역 및 드레인 영역보다 디스플레이의 상면에 가까운 구조를 통하여, 반도체 발광소자의 전사후에 박막 트랜지스터를 구성하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에서는 접착층의 비아홀을 이용함에 따라, 이방성 전도성 필름과 같은 전도성 물질이 필요없는 배선구조를 구현한다. 이를 통하여, 배선전극과 반도체 발광소자들의 합착 공정에서 디스플레이 장치에 가해지는 충격에 의하여, 박막 트랜지스터가 손상 또는 파손되는 것이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 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 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 11은 도 10의 라인 E-E 를 따라 취한 단면도이며, 도 12는 도 10의 배선구조를 상측에서 바라본 개념도이다.
도 13a, 도 13b, 도 13c, 도 13d, 도 13e, 도 13f, 도 13g 및 도 13h 는 도 10의 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 14a, 도 14b, 도 14c, 도 14d, 도 14e 및 도 14f는 도 13f의 공정을 보다 상세하게 나타내는 단면도들이다.
도 15는 플립 칩 타입의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 단면도이며, 도 16은 도 15의 배선구조를 상측에서 바라본 개념도이다.
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 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 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.
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 장치에는 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, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 구부리거나, 접을 수 있거나 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 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시와 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 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.
이하, 상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이며, 도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 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.
상기 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 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.
도시에 의하면, 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 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 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 전기절연성을 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 방법도 가능하다. 이러한 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. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 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 높이차에 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.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도면을 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 chip type)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 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 p형 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 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 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 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 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 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 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.
형광체층(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 소자이고, 형광체층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(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(151) 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(151) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(151)만 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 형광체층들의 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 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 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 소자(150)는 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 소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자(W) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(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(UV) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 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 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
본 도면을 참조하면, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 상기 배선기판에는 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 제1기판(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 제2기판(112)을 상기 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(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 제2기판(112)을 열압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF press head 를 적용하여 열압착될 수 있다. 상기 열압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열압착에 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 발광소자(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 제2기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 제2기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2기판(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 일면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 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 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 구조에 대하여 설명한다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 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 발광소자를 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 복수의 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 제1전극(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(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서도 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 두께방향으로 전도성을 가지는 부분(231)과 전도성을 가지지 않는 부분(232)으로 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 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 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 소자는 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(251) 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(251) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(251)만 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.
도시에 의하면, 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.
도시에 의하면, 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 사이사이에 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, 도시에 의하면, 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.
상기 설명과 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. 따라서, 반도체 발광 소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다
상기에서 설명된 본 발명의 예시들은 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 구조를 가지고 있다. 전술한 예시들은 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하나, 이 경우에 배선전극과 반도체 발광 소자를 전기적으로 연결하는 합착 공정에서 박막 트랜지스터가 손상 또는 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위하여, 반도체 발광소자와 배선전극을 메탈 본딩할 수 있으나, 이는 고정세의 디스플레이 장치에서 신뢰성을 확보하기 힘들다.
본 발명에서는 이러한 문제들을 모두 해결할 수 있는 메커니즘을 제시하며, 이하, 이러한 메커니즘을 가지는 본 발명의 다른 실시예에 에 대하여 설명한다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이고, 도 11은 도 10의 라인 E-E 를 따라 취한 단면도이며, 도 12는 도 10의 배선구조를 상측에서 바라본 개념도이다.
도 10, 도 11 및 도 12의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 액티브 매트릭스 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다.
디스플레이 장치(1000)는 복수의 반도체 발광 소자(1050)의 하측에 배치되는 제1전극(1020)과 상측에 배치되는 제2전극(1040)에 상기 복수의 반도체 발광 소자(1050)가 전기적으로 연결되는 구조를 형성한다.
상기 제1전극(1020)은 기판 상에 형성될 수 있으며, 상기 기판(1010)은 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 기판은 유연기판이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판은 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
상기 반도체 발광 소자(1050)는 수직형 구조의 반도체 발광 소자 가 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 반도체 발광 소자가 이용될 수 있으며, 이에 대하여는 도 15 및 도 16을 참조하여 후술한다.
상기 반도체 발광 소자(1050)는 제1도전형 전극(1156)과, 제1도전형 전극(1156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(1155)과, 제1도전형 반도체층(1155) 상에 형성된 활성층(1154)과, 상기 활성층(1154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(1153) 및 제2도전형 반도체층(1153)에 형성되는 제2도전형 전극(1152)을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제1도전형 반도체층(1155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(1152) 및 제2도전형 반도체층(1153)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
도시에 의하면, 상기 제1전극(1020)은 화소당 구비되는 화소 전극으로서, 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT; 1100)와 연결되고, 상기 박막 트랜지스터(1100)가 상기 제1도전형 전극(1156)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 본 예시에서는, 화소 전극이 박막 트랜지스터(1100)와 연결되어, 액티브 매트릭스(active matrix; AM) 형 디스플레이를 구현할 수 있다.
반면에, 상기 제2전극(1040)은 상기 제2도전형 전극(1152)에 전기적으로 연결되는 공통전극이 될 수 있다. 또한, 상기 제2전극(2040)은 반도체 발광소자의 상측에 배치되는 상부배선이 될 수 있다. 여기서 상측은 반도체 발광소자의 하측에 대하여 디스플레이 장치의 상면에 가까운 부분을 의미한다. 한편, 상기 디스플레이 장치의 상면은 디스플레이 장치에서 시각정보를 출력하는 디스플레이부가 배치되는 면이 될 수 있다.
또한, 이 경우에, 상기 제2전극(1040)은 복수의 전극 라인들을 포함할 수 있다. 이와 같이, 본 예시에서는 반도체 발광 소자(1050)가 공통 전극과, 박막 트랜지스터(1100)에 전기적으로 연결되어 개별 화소를 형성한다.
이 때에, 반도체 발광 소자(1050)는 청색을 발광하는 청색 발광 다이오드(light emitting diode)가 이용될 수 있으며, 반도체 발광 소자(1050) 상에는 발광 소자(1050)에서 발광된 빛의 파장을 변환시킬 수 있는 형광체층(1080)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 형광체층(1080)은, 청색 광과 혼합되어 청색 광을 백색 광으로 변환시킬 수 있는 황색 형광체층이 될 수 있다.
다른 예로서, 상기 형광체층은 폴리머 형광체(Polymer Phosphor)를 구비할 수 있다. 상기 폴리머 형광체에 의하여, 상기 형광체층의 두께가 보다 얇아질 수 있다.
형광체층(1080)에 의하여 변환된 백색 광을 이용하여 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 3원색을 구현하도록, 컬러 필터부(1090)가 상기 반도체 발광소자를 덮도록 배치될 수 있다. 즉, 적색(R) 필터(1091), 녹색(G) 필터(1092), 및 청색(B) 필터(1093)가 구비되어, 각각의 발광 소자에 의하여 이루어지는 화소는 단위 화소(서브 픽셀; sub-pixel)을 이루고, 이러한 3색의 단위 화소가 하나의 화소(pixel)를 이룰 수 있다.
다른 예로서, 상기 청색(B) 필터(1093)는 확산제 또는 확산제 필터로 대체될 수 있다. 확산제로서, TiO2가 이용될 수 있으며, 이를 통하여 색 시야각에 대한 대응이 가능하게 된다. 이 경우에, 상기 컬러 필터부(1090)은 적색(R) 필터(1091), 녹색(G) 필터(1092), 및 확산제 필터를 구비하게 된다.
또한, 상기 컬러 필터부(1090)의 대비비(Contrast) 향상을 위하여 디스플레이 장치는 각각의 필터들의 사이에 배치되는 블랙 매트릭스(1094)를 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(1094)는 필터들의 사이에 갭을 만들고, 흑색 물질이 상기 갭을 채우는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통하여 블랙 매트릭스(1094)는 외광반사를 흡수함과 동시에 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 형광체층(1080)이 적색 형광체층과 녹색 형광체층을 구비하여, 도 2, 도 3a 및 도 3b과 같이 청색 반도체 발광소자에서 발광되는 빛을 적색 형광체층과 녹색 형광체층을 이용하여 적색 및 녹색으로 변화시키는 구조도 가능하다.
한편, 상기 복수의 반도체 발광소자들은 접착층(1030)에 부착될 수 있다. 상기 접착층(1030)에는 전술한 이방성 전도성 필름 등과 같이 도전성 물질이 이용되지 않으며, 예를 들어 유연성과 접착성이 있는 재질이 이용될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 접착층(1030)은 접착성을 가지는 폴리머 계열의 재질을 구비할 수 있다.
이 경우에, 상기 접착층(1030)에는 빛을 반사하는 물질이 혼합되어, 상기 반도체 발광 소자들에서 발생하여 하측으로 향하는 빛을 상측으로 반사시킬 수 있다.
도시에 의하면, 상기 복수의 반도체 발광소자들(1050)의 사이에는 절연물질이 충전될 수 있다. 이를 통하여, 발광소자들(1050)의 사이에는 갭 절연층(1054)이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 갭 절연층(1054)의 하부에 상기 접착층(1030)이 배치된다. 이때에, 상기 절연물질은 불투명 재질로 형성되어, 상기 반도체 발광 소자들 간의 혼색의 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 상기 갭 절연층(1054)는 폴리머 계열의 재질로 형성되어, 반도체 발광 소자들의 사이에 충전되어, 상기 반도체 발광 소자들을 아이솔레이션하는 역할을 할 수 있다.
다른 예로서, 상기 접착층(1030)은 박막 트랜지스터를 형성하기 위한 레베링(leveling)층으로 대체되며, 레베링층의 상부에 상기 갭 절연층(1054)이 형성될 수 있다. 제조공정상에서는 상기 갭 절연층(1054)의 충전이 완료되면, 폴리이미드 등의 재질로 레베링층이 적층되어, 박막 트랜지스터가 형성될 수 있는 조건을 마련하게 된다. 이하, 본 발명에서는 접착층만을 예를 들어 설명하나, 후술하는 내용에서 접착층은 레베링층으로 대체될 수 있다.
한편, 상기 접착층(1030)의 하부에는 상기 박막 트랜지스터(1100)가 배치된다. 예를 들어, 상기 절연물질이 덮고 있는 상기 접착층(1030)의 일면의 반대면인, 상기 접착층(1030)의 타면에는 상기 박막 트랜지스터(1100)를 보호하는 보호층(1120)이 형성되고, 상기 보호층(1120)의 내부에 상기 박막 트랜지스터(1100)가 배치될 수 있다. 이 때에, 상기 보호층(1120)은 절연물질로 이루어지는 층간 절연막으로서 상기 박막 트랜지스터(1100)를 피복하는 층이 될 수 있으며, 개별 박막 트랜지스터(1100) 사이의 갭을 충전하는 역할을 하게 된다. 이러한 예로서, 상기 보호층(1120)은 무기막(SiO2, SiN) 또는 유기막(PI)이 되거나, 무기막/유기막의 이중 구조가 될 수 있다.
유연기판(1010)이 상기 보호층(1120)의 하측을 덮게 되며, 상기 유연기판(1010과 상기 보호층(1120)은 접착에 의하여 서로 결합될 수 있다. 따라서, 상기 유연기판(1010과 상기 보호층(1120)의 사이에도 접착층(1130)이 배치될 수 있다.
도시에 의하면, 전술한 상기 박막 트랜지스터(1100)의 화소전극(1020)은 상기 박막 트랜지스터(1100)로부터 상기 보호층(1120)을 관통하도록 형성된다. 예를 들어, 상기 박막 트랜지스터(1100)와 화소전극(1020)은 보호층(1120)을 관통하는 관통 전극(1140)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 적층구조에 더하여, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 영역이 소스 영역 및 드레인 영역보다 디스플레이 장치의 상면에 가깝도록 배치되고, 상기 접착층(1030)의 비아홀(1031)을 통하여 상기 반도체 발광소자의 적어도 하나의 도전형 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
먼저, 상기 박막 트랜지스터(1100)는, 소스 영역 및 드레인 영역, 그리고 채널 영역을 가지며, 채널 영역에는 게이트 전극(1102)이 위치하게 된다. 이때, 소스 영역은 반도체 발광소자와 전기적으로 연결되며, 따라서 상기 박막 트랜지스터(1100)의 구동에 의하여 발광될 화소가 능동적으로 제어될 수 있다.
이 경우에, 상기 게이트 영역이 소스 영역 및 드레인 영역보다 디스플레이부가 배치되는 디스플레이 장치의 상면에 가깝도록 위치하며, 따라서, 상기 게이트 영역의 게이트 전극(1102)은 상기 접착층(1030)의 타면에 배치될 수 있다. 이러한 구조를 통하여 상기 반도체 발광소자(1050)가 상기 접착층(1030)에 부착된 후에, 상기 박막 트랜지스터(1100)의 증착 공정이 수행될 수 있다. 즉, 상기 반도체 발광소자가 상기 접착층(1030)의 일면에 부착된 후에, 상기 접착층(1030)의 타면에 상기 박막 트랜지스터(1100)가 증착되는 것이다. 이 경우에, 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 전극(1156)은 상기 접착층(1030)에 적어도 일부가 삽입될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 박막 트랜지스터(1100)는 상기 접착층(1030)의 타면을 덮는 절연막(1103)을 구비하고, 상기 절연막(1103)의 일측에는 게이트 영역이 형성되고, 타측에는 소스 영역 및 드레인 영역이 형성될 수 있다. 상기 소스 영역 및 드레인 영역은 상기 게이트 영역보다 상기 상면으로부터 먼 상기 절연막(1103)의 하측에 위치할 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 상기 박막 트랜지스터(1100)는 상측에 소스 영역 및 드레인 영역이 배치되는 뒤집힌 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 접착층의 비아홀(1031)은 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 전극(1156)과 상기 박막 트랜지스터(1100)의 소스 및 드레인 영역을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 상기 접착층(2030)은 상기 반도체 발광소자가 배치되는 일측과, 상기 박막 트랜지스터가 배치되는 타측을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(1030)의 양측에는 각각 상기 반도체 발광소자(1050)와 상기 박막 트랜지스터(1100)가 배치되며, 상기 비아홀(1031)을 통하여 상기 제1도전형 전극(1156)과 상기 박막 트랜지스터의 소스-드레인 전극(1104)이 전기적으로 연결된다. 이 경우에, 상기 박막 트랜지스터의 화소 전극은 상기 소스-드레인 전극(1104)과 전기적으로 연결되며, 인접한 반도체 발광소자를 향하여 연장된다. 보다 구체적으로, 상기 화소 전극(1020)은 제2전극(1040)과 교차하는 방향으로 연장되어 이웃하는 박막 트랜지스터의 소스-드레인 전극(1104)을 서로 연결하도록 이루어진다. 또한, 상기 제2전극(1040)과 평행한 방향으로 연장되어 상기 게이트 전극(1102)과 연결되는 게이트 배선(미도시)이 구비될 수 있다.
또한, 상기 비아홀(1031)은 상기 접착층에서 상기 제1도전형 전극(1156)과 오버랩되도록 형성되며, 상기 비아홀(1031)과 상기 박막 트랜지스터를 전기적으로 연결하도록 상기 비아홀(1031)에서 연장되어 상기 박막 트랜지스터로 이어지는 연결전극(1032)이 형성된다. 상기 비아홀(1031)은 상기 제1도전형 전극(1156)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결되며, 상기 연결전극(1032)을 통하여 상기 소스-드레인 전극(1104)과 전기적으로 연결된다.
이상에서 설명된 본 발명에 의하면, 접착층의 비아홀과 박막 트랜지스터가 뒤집한 구조를 통하여, 전도성 접착층을 이용하지 않으면서도, 반도체 발광소자의 전사후에, 박막 트랜지스터를 형성할 수 있는 배선 구조가 구현될 수 있다.
이하에서는, 위에서 살펴본 새로운 배선 구조를 형성하는 제조하는 방법에 대하여 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다.
도 13a, 도 13b, 도 13c, 도 13d, 도 13e, 도 13f, 도 13g 및 도 13h 는 도 10의 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이고, 도 14a, 도 14b, 도 14c, 도 14d, 도 14e 및 도 14f는 도 13f의 공정을 보다 상세하게 나타내는 단면도들이다.
먼저, 제조방법에 의하면, 기판에 복수의 반도체 발광 소자들을 결합하는 단계가 진행된다. 예를 들어, 성장기판에 제1도전형 반도체층(1155), 활성층(1154) 및 제2도전형 반도체층(1153)을 성장시키고, 식각을 통하여 각 반도체 발광소자를 생성한 후에 제1도전형 전극(1156)을 형성한다(도 13a).
성장기판(1011)(웨이퍼)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 성장기판(1101)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하여 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판 또는 Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
제1도전형 전극(1156) 및 제1도전형 반도체층(1155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되는 예시도 가능하다.
다음으로, 상기 반도체 발광 소자를 접착층(1030)을 이용하여 임시기판(1012)에 결합하며, 성장기판(1011)을 제거한다(도 13b). 상기 임시기판(1012)은 이후의 공정에서 제거될 수 있으며, 상기 접착층을(1030) 지지하는 역할을 하게 된다.
상기 접착층(1030)에는 전술한 이방성 전도성 필름 등과 같이 도전성 물질이 이용되지 않으며, 예를 들어 유연성과 접착성이 있는 재질이 이용될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 접착층(1030)은 접착성을 가지는 폴리머 계열의 재질을 구비할 수 있다. 이 경우에, 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 전극(1156)은 상기 접착층(1030)에 적어도 일부가 삽입될 수 있다. 또한, 상기 접착층(1030)에는 빛을 반사하는 물질이 혼합되어, 상기 반도체 발광 소자들에서 발생하여 하측으로 향하는 빛을 상측으로 반사시킬 수 있다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자의 제2도전형 반도체층에 제2도전형 전극(1152)을 형성하고, 인접하는 반도체 발광소자의 제2도전형 전극(1152)을 서로 연결하는 2전극(1040, 도 10 참조)을 형성한다(도 13c). 상기 제2전극(1040)은 상부 배선으로서, 상기 제2도전형 전극(1152)과 직접 연결되며, 이 경우에 상기 제2도전형 전극(1152)과 제2전극(1040)은 투명 전극으로 형성될 수 있다. 또 다른 예로서, 상기 제2도전형 전극(1152)과 제2전극(1040)은 일체로 이루어져서 상부전극을 구성하며, 상기 상부전극이 상기 제2도전형 반도체층을 덮으면서 인접하는 반도체 발광소자로 연장되도록 형성되는 것도 가능하다.
도시에 의하면, 상기 복수의 반도체 발광소자들의 사이에는 절연물질이 충전될 수 있다. 이때에, 상기 절연물질은 불투명 재질로 형성되어, 상기 반도체 발광 소자들 간의 혼색의 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에, 상기 절연물질 및 상부전극의 상측에는 커버 필름(1013)이 장착될 수 있다. 상기 커버 필름(1013)은 이후에 제거되는 필름이 될 수 있으며, 제조공정 중에 상기 반도체 발광소자(1050)를 보호하는 역할을 할 수 있다.
다음으로, 상기 임시기판(1012)을 제거하고, 상기 커버 필름(1013)을 다른 임시기판 (1014, 이하, 제2임시기판이라 한다)부착한다(도 13d). 이 때에, 상기 임시기판(1012)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO)에 의하여 제거될 수 있다. 또한, 상기 제2임시기판(1014)과 상기 커버 필름(1013)의 가점착을 위하여, 상기 커버 필름(1013)과 상기 제2임시기판 중 적어도 하나는 접착성을 가지는 재질로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 접착층(1030)에 비아홀을 형성하는 단계가 진행된다(도 13e). 상기 비아홀은 상기 접착층에서 상기 제1도전형 전극(1156)과 오버랩되도록 형성될 수 있다. 상기 비아홀(1031)을 통하여 상기 제1도전형 전극(1156)은 상기 접착층에 의하여 덮이지 않고 외부로 노출된다.
이후에, 박막 트랜지스터를 증착하고, 보호층(1120)을 형성하고, 상기 증착된 박막 트랜지스터와 상기 비아홀(1031)을 전기적으로 연결하도록 상기 비아홀(1031)에서 연장되어 상기 박막 트랜지스터로 이어지는 연결전극(1032)을 형성한다(도 13f). 이와 같이, 박막 트랜지스터과 비아홀(1031)을 연결하는 하부배선 공정은 도 14a 내지 도 14f를 참조하여 후술한다.
다음으로, 박막 트랜지스터를 덮는 보호층(1120)을 유연기판(1010)에 부착하고(도 13g), 임시기판(1014)을 제거한다(도 13h). 이 때에, 청색 반도체 발광소자, 적색 반도체 발광소자 및 녹색 반도체 발광소자가 순차적으로 배치되는 구조인 경우에는, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이부의 기본 공정이 끝나게 된다. 다만, 전술한 도 10 내지 도 12와 같이, 반도체 발광소자가 청색 반도체 발광소자인 경우에는, 청색, 적색 및 녹색의 구현을 위하여, 상기 커버 필름을 제거하고 형광체부를 형성하는 단계가 진행될 수 있다.
전술한 하부배선 공정을 보다 상세히 살펴보면, 먼저 도 13e의 상태에서 비아홀(1031)에 전극(1031a)을 패터닝하는 단계가 진행된다(도 14a). 상기 전극(1031a)은 상기 비아홀(1031)을 채우면서 상기 접착층(1030)의 적어도 일부를 덮도록 형성될 수 있다.
이후에, 박막 트랜지스터(1100)를 패터닝하는 단계가 진행된다(도 14b). 이 경우에 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극(1102)이 먼저 증착되고, 다음으로 절연막(1103), 활성층 및 소스-드레인 전극(1104)이 차례로 형성될 수 있다. 이와 같은 공정에 의하여, 상기 박막 트랜지스터(1100)의 소스 영역 및 드레인 영역은 게이트 영역보다 상기 디스플레이 장치의 상면으로부터 먼 상기 절연막의 하측에 위치할 수 있다. 이러한 구조에 의하면, 상기 박막 트랜지스터(1100)는 상측에 소스 영역 및 드레인 영역이 배치되는 뒤집힌 구조로 형성될 수 있다.
다음으로, 상기 비아홀 전극(1031a)과 상기 박막 트랜지스터(1100)를 전기적으로 연결하는 단계가 진행된다(도 14c). 상기 비아홀 전극(1031a)과 상기 박막 트랜지스터의 소스-드레인 전극은 연결전극(1032)에 의하여 서로 연결될 수 있으며, 상기 연결전극(1032)은 상기 비아홀(1031)에서 연장되어 상기 박막 트랜지스터(1100)로 이어지는 형태로 이루어진다. 이 경우에 상기 연결전극(1032)은 상기 제2전극(1040)과 평행한 방향으로 연장되어 상기 박막 트랜지스터와 연결될 수 있다.
도 14d의 도시에 의하면, 상기 박막 트랜지스터(1100)를 덮는 보호층(1120)을 증착하며, 상기 보호층(1120)에 화소 전극과의 연결을 위한 접촉홀(1121)을 형성한다.
상기 보호층(1120)의 내부에 상기 박막 트랜지스터(1100)가 배치될 수 있다. 이 때에, 상기 보호층(1120)은 절연물질로 이루어지는 층간 절연막으로서 상기 박막 트랜지스터(1100)를 피복하는 층이 될 수 있으며, 개별 박막 트랜지스터(1100) 사이의 갭을 충전하는 역할을 하게 된다.
다음으로, 상기 접촉홀(1121)을 이용하여 화소 전극(1020)을 형성(도 14e)하고, 상기 보호층(1120)을 유연기판(1010)과 부착(도 14f)한다.
상기 화소 전극은 화소당 구비되는 전극으로서, 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT; 1100)와 연결되어, 액티브 매트릭스(active matrix; AM) 형 디스플레이를 구현할 수 있다.
상기에서 설명된 제조방법에 의하면, 반도체 발광소자의 전사후에 박막 트랜지스터를 구성하는 것이 가능하게 된다.
이상에서는, 수직형 반도체 발광소자의 경우를 기준으로 본 발명의 구성을 설명하였다. 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입 반도체 발광 소자가 적용되는 구성도 가능하다. 이하, 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 대하여 도 15 및 도 16을 참조하여 설명한다.
도 15는 플립 칩 타입의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 단면도이며, 도 16은 도 15의 배선구조를 상측에서 바라본 개념도이다.
디스플레이 장치(2000)는 기판(2010), 제1전극(2020), 접착층(2030), 제2전극(2040) 및 복수의 반도체 발광 소자(2050)를 포함한다. 여기에서, 제1 전극(2020) 및 제2 전극(2040)은 각각 복수의 전극 라인들을 포함할 수 있다.
상기 제1전극(2020) 및 상기 제2전극(2040)은 각각 기판 상에 형성될 수 있으며, 상기 기판(1010)은 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 기판은 유연기판이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 기판은 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
상기 반도체 발광 소자(2050)는 플립 칩 타입(flip chip type)의 반도체 발광 소자가 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(2050)는 제1도전형 전극(2156)과, 제1도전형 전극(2156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(2155)과, 제1도전형 반도체층(2155) 상에 형성된 활성층(2154)과, 상기 활성층(2154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(2153) 및 제2도전형 반도체층(2153)에 형성되는 제2도전형 전극(2152)을 포함한다.
플립 칩 타입이므로, 상기 제1도전형 반도체층(2155)은 상기 제2도전형 반도체층(2153)보다 크기가 작고, 상기 제2도전형 반도체층(2153)의 적어도 일부는 활성층(2154) 에 의하여 덮이지 않으며, 상기 제1도전형 전극(2156)과 상기 제2도전형 전극(2152)은 각각 디스플레이 장치의 하부를 향하여 제1도전형 반도체층(2155)과 제2도전형 반도체층(2153)으로부터 돌출된다.
보다 구체적으로, 상기 제1도전형 전극(2156) 및 제1도전형 반도체층(2155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(2152) 및 제2도전형 반도체층(2153)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
도시에 의하면, 상기 제1전극(2020)은 화소당 구비되는 화소 전극으로서, 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT; 2100)와 연결되고, 상기 박막 트랜지스터(2100)가 상기 제1도전형 전극(2156)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같이 본 예시에서는, 화소 전극이 박막 트랜지스터(2100)와 연결되어, 액티브 매트릭스(active matrix; AM) 형 디스플레이를 구현할 수 있다.
반면에, 상기 제2전극(2040)은 상기 제2도전형 전극(2152)에 전기적으로 연결되는 공통전극이 될 수 있다. 또한, 상기 제2전극(2040)은 반도체 발광소자의 하측에 배치되며, 상기 제1전극과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.
이 때에, 반도체 발광 소자(2050)는 청색을 발광하는 청색 발광 다이오드(light emitting diode)가 이용될 수 있으며, 반도체 발광 소자(2050) 상에는 발광 소자(2050)에서 발광된 빛의 파장을 변환시킬 수 있는 형광체층(2080)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 형광체층(2080)은, 청색 광과 혼합되어 청색 광을 백색 광으로 변환시킬 수 있는 황색 형광체층이 될 수 있다.
형광체층(2080)에 의하여 변환된 백색 광을 이용하여 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 3원색을 구현하도록, 컬러 필터부(2090)가 상기 반도체 발광소자를 덮도록 배치될 수 있다. 즉, 적색(R) 필터(2091), 녹색(G) 필터(2092), 및 청색(B) 필터(미도시)가 구비되어, 각각의 발광 소자에 의하여 이루어지는 화소는 단위 화소(서브 픽셀; sub-pixel)을 이루고, 이러한 3색의 단위 화소가 하나의 화소(pixel)를 이룰 수 있다.
또한, 상기 컬러 필터부(2090)의 대비비(Contrast) 향상을 위하여 디스플레이 장치는 각각의 필터들의 사이에 배치되는 블랙 매트릭스(2094)를 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(2094)는 필터들의 사이에 갭을 만들고, 흑색 물질이 상기 갭을 채우는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통하여 블랙 매트릭스(1094)는 외광반사를 흡수함과 동시에 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 형광체층(2080)이 적색 형광체층과 녹색 형광체층을 구비하여, 도 2, 도 3a 및 도 3b과 같이 청색 반도체 발광소자에서 발광되는 빛을 적색 형광체층과 녹색 형광체층을 이용하여 적색 및 녹색으로 변화시키는 구조도 가능하다.
도시에 의하면, 상기 복수의 반도체 발광소자들은 접착층(2030)에 부착될 수 있다. 상기 접착층(2030)에는 전술한 이방성 전도성 필름 등과 같이 도전성 물질이 이용되지 않으며, 예를 들어 유연성과 접착성이 있는 재질이 이용될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 접착층(2030)은 접착성을 가지는 폴리머 계열의 재질을 구비할 수 있다.
또한, 상기 접측층(2030)은 상기 반도체 발광소자들의 사이에 해당하는 부분이 상기 반도체 발광소자가 부착되는 부분으로부터 리세스되는 형태로 이루어질 수 있다.
이 경우에, 상기 접착층(2030)에는 빛을 반사하는 물질이 혼합되어, 상기 반도체 발광 소자들에서 발생하여 하측으로 향하는 빛을 상측으로 반사시킬 수 있다.
도시에 의하면, 상기 복수의 반도체 발광소자들의 사이에는 절연물질이 충전될 수 있다. 따라서, 상기 절연물질의 하부에 상기 접착층(2030)이 배치된다. 이때에, 상기 절연물질은 불투명 재질로 형성되어, 상기 반도체 발광 소자들 간의 혼색의 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 접착층(2030)의 하부에는 상기 박막 트랜지스터(2100)가 배치된다. 예를 들어, 상기 절연물질이 덮고 있는 상기 접착층(2030)의 일면의 반대면인, 상기 접착층(2030)의 타면에는 상기 박막 트랜지스터(2100)를 보호하는 보호층(2120)이 형성되고, 상기 보호층(2120)의 내부에 상기 박막 트랜지스터(2100)가 배치될 수 있다. 이 때에, 상기 보호층(2120)은 절연물질로 이루어지는 층간 절연막으로서 상기 박막 트랜지스터(2100)를 피복하는 층이 될 수 있으며, 개별 박막 트랜지스터(2100) 사이의 갭을 충전하는 역할을 하게 된다.
상기 유연기판(2010)이 상기 보호층(2120)의 하측을 덮게 되며, 상기 유연기판(2010)과 상기 보호층(2120)은 접착에 의하여 서로 결합될 수 있다. 따라서, 상기 유연기판(2010)과 상기 보호층(2120)의 사이에도 접착층(2130)이 배치될 수 있다.
도시에 의하면, 전술한 상기 박막 트랜지스터의 화소전극은 상기 박막 트랜지스터로부터 상기 보호층(2120)을 관통하도록 형성된다. 예를 들어, 상기 박막 트랜지스터와 화소전극은 보호층(2120)을 관통하는 관통 전극(2130)에 의하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 박막 트랜지스터는 상기 접착층(2030)의 비아홀(2031)을 통하여 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 전극(2156)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우에, 상기 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 전극(2156)은 상기 접착층(2030)에 적어도 일부가 삽입될 수 있다. 이 경우에, 상기 게이트 영역이 소스 영역 및 드레인 영역보다 디스플레이부가 배치되는 디스플레이 장치의 상면에 가깝도록 위치하며, 따라서, 상기 게이트 영역의 게이트 전극(2102)은 상기 접착층(2030)의 타면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 접착층(2030)의 비아홀(2031)은 상기 반도체 발광소자의 제1도전형 전극(2156)과 상기 박막 트랜지스터의 소스 및 드레인 영역을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 상기 접착층(2030)은 상기 반도체 발광소자가 배치되는 일측과, 상기 박막 트랜지스터가 배치되는 타측을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층(2030)의 양측에는 각각 상기 반도체 발광소자와 상기 박막 트랜지스터가 배치되며, 상기 비아홀(2031)을 통하여 상기 제1도전형 전극(2156)과 상기 박막 트랜지스터의 소스-드레인 전극(2104)이 전기적으로 연결된다. 이 경우에, 상기 박막 트랜지스터의 화소 전극은 상기 소스-드레인 전극(2104)과 전기적으로 연결되며, 인접한 반도체 발광소자를 향하여 연장된다.
또한, 상기 비아홀(2031)은 상기 접착층(2030)에서 상기 제1도전형 전극(2156)과 오버랩되도록 형성되며, 상기 비아홀(2031)과 상기 박막 트랜지스터를 전기적으로 연결하도록 상기 비아홀(2031)에서 연장되어 상기 박막 트랜지스터로 이어지는 연결전극(2032)이 형성된다. 상기 비아홀(2031)은 상기 제1도전형 전극(2156)과 직접 접촉하여 전기적으로 연결되며, 상기 연결전극을 통하여 상기 소스-드레인 전극(2104)과 전기적으로 연결된다.
도시에 의하면, 상기 접착층(2030)에는 제2도전형 전극(2152)의 배선을 위한 제2비아홀(3031)을 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 전극(2156)과 전기적으로 연결되는 비아홀(2031, 이하, 제1비아홀이라 한다)와는 달리 제2비아홀(3031)은 상기 보호층(2120)도 관통하도록 이루어진다. 이를 통하여 상기 유연기판(2010)의 제2전극(2040)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기에서 설명된 구조에 의하여 본 발명의 접착층 및 배선구조는 플립 칩 타입의 반도체 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치에도 적용될 수 있다.
이상에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (11)

  1. 상면에 배치되는 디스플레이부;
    적어도 하나의 도전형 전극을 구비하며, 상기 디스플레이부의 개별화소를 형성하는 반도체 발광 소자;
    게이트 영역이 소스 영역 및 드레인 영역보다 상기 상면에 가깝도록 배치되는 박막 트랜지스터; 및
    상기 반도체 발광소자가 배치되는 일측과, 상기 박막 트랜지스터가 배치되는 타측을 구비하는 접착층을 포함하며,
    상기 접착층에는 상기 적어도 하나의 도전형 전극과 상기 박막 트랜지스터의 소스-드레인 전극을 전기적으로 연결하도록 비아홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비아홀은 상기 접착층에서 상기 적어도 하나의 도전형 전극과 오버랩되도록 형성되어, 상기 적어도 하나의 도전형 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비아홀과 상기 박막 트랜지스터를 전기적으로 연결하도록 상기 비아홀에서 연장되어 상기 박막 트랜지스터로 이어지는 연결전극을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터는 상기 접착층의 타면을 덮는 절연막을 구비하고, 상기 절연막의 일측에는 게이트 영역이 형성되고, 타측에는 소스 영역 및 드레인 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 게이트 영역은 상기 접착층의 타면에 배치되는 게이트 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 소스 영역 및 드레인 영역은 상기 게이트 영역보다 상기 상면으로부터 먼 상기 절연막의 하측에 위치하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접착층의 타면에는 상기 박막 트랜지스터를 보호하는 보호층이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 박막 트랜지스터의 화소전극은 상기 박막 트랜지스터로부터 상기 보호층을 관통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 보호층의 하측을 덮는 유연기판을 더 포함하는 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자의 제1도전형 전극은 상기 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되고,
    상기 반도체 발광소자의 제2도전형 전극은 공통전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1도전형 전극은 상기 접착층에 적어도 일부가 삽입되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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