WO2021125421A1 - 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2021125421A1
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substrate
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강은정
이병준
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention is applicable to a display device-related technical field, for example, relates to a display device using a micro LED (Light Emitting Diode) and a method for manufacturing the same.
  • a micro LED Light Emitting Diode
  • LCD Liquid Crystal Display
  • OLED Organic Light Emitting Diodes
  • a light emitting diode (Light Emitting Diode: LED) is a well-known semiconductor light emitting device that converts electric current into light, starting with the commercialization of red LED using GaAsP compound semiconductor in 1962, along with GaP:N series green LED. It has been used as a light source for display images of electronic devices including information and communication devices. Accordingly, a method for solving the above-described problems by implementing a display using a semiconductor light emitting device may be proposed.
  • the semiconductor light emitting device has various advantages, such as a long lifespan, low power consumption, excellent initial driving characteristics, and high vibration resistance, compared to a filament-based light emitting device.
  • the light emitting device may be directly attached to the wiring board using an anisotropic conductive film (ACF), a problem may occur in attaching a plurality of light emitting devices for a display.
  • ACF anisotropic conductive film
  • the electrode of the light emitting device and the electrode (eg, anode) on the thin film transistor substrate are electrically connected by conductive balls dispersed on the adhesive layer (the adhesive layer in which these conductive balls are dispersed can form an anisotropic conductive film).
  • a bonding pressure is applied from the upper side while the conductive ball is positioned between the electrode of the light emitting device and the electrode on the thin film transistor substrate.
  • the conductive ball moves between the electrode of the light emitting device and the electrode on the thin film transistor substrate. electrically connected.
  • An object of the present invention is to provide a display device using a light emitting device capable of directly transferring a light emitting device grown on a growth substrate to a thin film transistor substrate, and a method for manufacturing the same.
  • An object of the present invention is to provide a display device using a light emitting device and a method for manufacturing the same.
  • a display device using a light emitting element comprising: a plurality of partitioned anode electrodes; a cathode electrode positioned on one side of the anode electrode; and a plurality of light emitting device assemblies electrically connected to each of the anode and cathode electrodes to configure individual sub-pixels.
  • the light emitting device assembly the light emitting device; a first electrode positioned on the light emitting device and electrically connected to the anode electrode by a conductive ball; a second electrode positioned on the light emitting device and electrically connected to the cathode electrode by a conductive ball; a first adhesive layer spaced apart from each other on the first electrode and the second electrode; and a non-conductive second adhesive layer positioned on the first adhesive layer.
  • the conductive ball may be located locally on the first adhesive layer.
  • the conductive ball may be located locally between the anode electrode and the first electrode and between the cathode electrode and the second electrode.
  • the first adhesive layer may be a conductive adhesive layer.
  • the first adhesive layer may be a non-conductive adhesive layer.
  • the second adhesive layer may cover the first adhesive layer spaced apart from each other.
  • the second adhesive layer may cover the entire light emitting device.
  • anode electrode and the cathode electrode may be arranged on the polymer insulating layer of the thin film transistor substrate to implement a curved display.
  • a thickness of the polymer insulating layer may be smaller than a diameter of the conductive ball.
  • a first adhesive layer spaced apart from each other is formed on the first electrode and the second electrode of the light emitting device arranged on a first substrate step; locating a conductive ball locally on the first adhesive layer; forming a second adhesive layer on the conductive ball and the first adhesive layer; bonding the first electrode and the second electrode to an anode and a cathode electrode disposed on a second substrate using the conductive ball; and separating the first substrate.
  • the step of locally positioning the conductive balls may include transferring or applying the conductive balls on the first adhesive layer spaced apart from each other.
  • the first substrate may be a growth substrate on which the light emitting device is grown.
  • the first substrate may be separated by laser lift-off.
  • the second substrate may be a passive matrix substrate or a thin film transistor substrate for implementing an active matrix.
  • the first electrode and the second electrode of the light emitting device grown on a growth substrate and patterned as individual light emitting devices are spaced apart from each other forming a first adhesive layer; locating a conductive ball locally on the first adhesive layer; forming a second adhesive layer on the conductive ball and the first adhesive layer; bonding the first electrode and the second electrode to an anode electrode and a cathode electrode disposed on a driving substrate using the conductive ball; and separating the growth substrate.
  • the reliability, precision, and mass productivity of the micro LED display device can be greatly improved.
  • the light emitting device can be selectively mounted at a desired position on the thin film transistor substrate, so that a display device can be manufactured by a hybrid combination of organic and inorganic light emitting devices, and thus, LED (inorganic light emitting device) and OLED (organic light emitting device) It is possible to develop a device that combines the advantages of the device).
  • the LED unlike the OLED, since there is no moisture barrier layer and the stacking is simple, it may be suitable for a flexible display.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of a display device using a semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of part A of FIG. 1 .
  • 3A and 3B are cross-sectional views taken along lines B-B and C-C in FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the flip-chip type semiconductor light emitting device of FIG. 3 .
  • 5A to 5C are conceptual views illustrating various forms of implementing colors in relation to a flip-chip type semiconductor light emitting device.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a display device using a semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating another example of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along 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 a schematic diagram illustrating an example of a process for mounting a light emitting device using a conductive adhesive layer.
  • FIG. 11 is a photograph showing an actual example of a light emitting device attached by a conductive adhesive layer.
  • FIG. 12 is a cross-sectional schematic view illustrating an example of a process of mounting a light emitting device using a conductive adhesive layer.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a process of mounting a light emitting device using a conductive adhesive layer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a photograph showing an actual example of a light emitting device attached by a conductive adhesive layer according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a cross-sectional view illustrating a display device using a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • 16 to 26 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a display device using a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a photograph illustrating a state in which a light emitting device of a display device using a semiconductor light emitting device is bonded according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a photograph showing a state in which the light emitting device is turned on in the state of FIG. 27 .
  • 29 is a cross-sectional photograph showing an example of a state in which a light emitting element is joined to an electrode by a conductive ball.
  • FIG. 30 is a cross-sectional view illustrating a second substrate of a display device using a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • the display device described herein is a concept including all display devices that display information in a unit pixel or a set of unit pixels. Therefore, it can be applied not only to the finished product but also to the parts.
  • a panel corresponding to a part of a digital TV also independently corresponds to a display device in the present specification.
  • the finished products include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, PDA (personal digital assistants), PMP (portable multimedia player), navigation, Slate PC, Tablet PC, Ultra Books, digital TVs, desktop computers, etc. may be included.
  • the semiconductor light emitting device mentioned in this specification is a concept including an LED, a micro LED, and the like, and may be used interchangeably.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a display device using a semiconductor light emitting device of the present invention.
  • information processed by a controller (not shown) of the display apparatus 100 may be displayed using a flexible display.
  • the flexible display includes, for example, a display that can be bent, bent, or twisted by an external force, or that can be folded or rolled.
  • the flexible display can be, for example, a display fabricated on a thin and flexible substrate that can be bent, bent, folded, or rolled like paper while maintaining the display characteristics of a conventional flat panel display. .
  • the display area of the flexible display becomes a flat surface.
  • the display area in a state bent by an external force (for example, a state having a finite radius of curvature, hereinafter referred to as a second state), the display area may be a curved surface.
  • information displayed in the second state may be visual information output on a curved surface.
  • Such visual information is implemented by independently controlling the light emission of sub-pixels arranged in a matrix form.
  • the unit pixel means, for example, 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 device is exemplified as a type of a semiconductor light emitting device that converts current into light.
  • An example of the light emitting device may be a light emitting diode (LED).
  • LED light emitting diode
  • Such a light emitting diode is formed to have a small size, so that it can serve as a unit pixel even in the second state.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of part A of FIG. 1 .
  • 3A and 3B are cross-sectional views taken along lines B-B and C-C in FIG. 2 .
  • the display device 100 using a semiconductor light emitting device As shown in FIGS. 2, 3A, and 3B , as the display device 100 using a semiconductor light emitting device, the display device 100 using a passive matrix (PM) type semiconductor light emitting device is exemplified. However, the examples described below are also applicable to an active matrix (AM) type semiconductor light emitting device.
  • PM passive matrix
  • AM active matrix
  • the display device 100 includes a substrate 110 , a first electrode 120 , a conductive adhesive layer 130 , a second electrode 140 , and at least one semiconductor light emitting device 150 . do.
  • 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 has insulating properties and is flexible.
  • the substrate 110 may be made of either a transparent material or an opaque material.
  • the substrate 110 may be a wiring substrate on which the first electrode 120 is disposed, and thus the first electrode 120 may be located on the substrate 110 .
  • the insulating layer 160 may be disposed on the substrate 110 on which the first electrode 120 is positioned, and the auxiliary electrode 170 may be positioned on the insulating layer 160 .
  • a state in which the insulating layer 160 is laminated on the substrate 110 may be a single wiring board.
  • the insulating layer 160 is made of an insulating and flexible material such as polyimide (PI, Polyimide), PET, or PEN, and is integrally formed with the substrate 110 to form a single substrate.
  • the auxiliary electrode 170 is an electrode that electrically connects the first electrode 120 and the semiconductor light emitting device 150 , is located on the insulating layer 160 , and is 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 penetrating the insulating layer 160 .
  • the electrode hole 171 may be formed by filling the via hole 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 performing a specific function is formed between the insulating layer 160 and the conductive adhesive layer 130 , or the conductive adhesive layer 130 is disposed on the substrate 110 without the insulating layer 160 .
  • the conductive adhesive layer 130 may serve as an insulating layer.
  • the conductive adhesive layer 130 may be a layer having adhesiveness and conductivity, and for this purpose, a material having conductivity and a material having adhesiveness may be mixed in the conductive adhesive layer 130 .
  • the conductive adhesive layer 130 has flexibility, 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.
  • the conductive adhesive layer 130 may be configured as a layer that allows electrical interconnection in the Z direction passing through the thickness, but has electrical insulation in the horizontal X-Y direction. Accordingly, 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, and when heat and/or pressure is applied, only a specific portion has conductivity by the anisotropic conductive medium.
  • heat and/or pressure are applied to the anisotropic conductive film, but other methods may be applied in order for the anisotropic conductive film to have partial conductivity.
  • Another method described above may be, for example, only one of heat and pressure is applied, UV curing, or the like.
  • the anisotropic conductive medium may be, for example, conductive balls or conductive particles.
  • the anisotropic conductive film is a film in which conductive balls are mixed with an insulating base member, and when heat and/or pressure is applied, only a specific portion has conductivity by the conductive balls.
  • the anisotropic conductive film may be in a state in which the core of the conductive material contains a plurality of particles covered by an insulating film made of a polymer material, and in this case, the portion to which heat and pressure is applied breaks the insulating film and has conductivity by the core. .
  • 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 as a whole to the anisotropic conductive film, and an electrical connection in the Z-axis direction is partially formed by a height difference of a counterpart adhered by the anisotropic conductive film.
  • the anisotropic conductive film may be in a state in which an insulating core contains a plurality of particles coated with a conductive material.
  • the conductive material is deformed (pressed) in the portion to which heat and pressure are applied, so that it has conductivity in the thickness direction of the film.
  • a form in which the conductive material penetrates the insulating base member in the Z-axis direction to have conductivity in the thickness direction of the film is also possible.
  • the conductive material may have a pointed end.
  • the anisotropic conductive film may be a fixed array ACF in which conductive balls are inserted into one surface of the insulating base member.
  • the insulating base member is formed of a material having an adhesive property, and the conductive balls are intensively disposed on the bottom portion of the insulating base member, and when heat or pressure is applied from the base member, it deforms together with the conductive balls in a vertical direction. to have conductivity.
  • 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 is composed of a plurality of layers and conductive balls are arranged on one layer (double-ACF). ) are all possible.
  • the anisotropic conductive paste is a combination of a paste and a conductive ball, and may be a paste in which a conductive ball is mixed with an insulating and adhesive base material. Also, a solution containing conductive particles may be a solution containing conductive particles or nanoparticles.
  • the second electrode 140 is spaced apart from the auxiliary electrode 170 and is positioned on the insulating layer 160 . That is, the conductive adhesive layer 130 is disposed on the insulating layer 160 in which the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 are positioned.
  • 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 .
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating the flip-chip type semiconductor light emitting device of FIG. 3 .
  • the semiconductor light emitting device may be a flip chip type light emitting device.
  • the semiconductor light emitting device includes 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 154 . ) and an n-type semiconductor layer 153 formed on the n-type semiconductor layer 153 and an n-type electrode 152 spaced apart from the p-type electrode 156 in the horizontal direction.
  • the p-type electrode 156 may be electrically connected to the auxiliary electrode 170 and the conductive adhesive layer 130 shown in FIGS. 3A and 3B
  • the n-type electrode 152 is the second electrode 140 .
  • the auxiliary electrode 170 is formed to be elongated in one direction, so that one auxiliary electrode may be electrically connected to the plurality of semiconductor light emitting devices 150 .
  • one auxiliary electrode may be electrically connected to the plurality of semiconductor light emitting devices 150 .
  • p-type electrodes of left and right semiconductor light emitting devices with respect to 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 through this, a portion between the p-type electrode 156 and the auxiliary electrode 170 of the semiconductor light emitting device 150 . And, only the portion between the n-type electrode 152 and the second electrode 140 of the semiconductor light emitting device 150 has conductivity, and there is no press-fitting of the semiconductor light emitting device in the remaining portion, so that the semiconductor light emitting device does not have conductivity.
  • the conductive adhesive layer 130 not only interconnects 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 a light emitting device array
  • the 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 .
  • the first electrode 120 may be plural, the semiconductor light emitting devices may be arranged in, for example, several columns, and the semiconductor light emitting devices in each column may be electrically connected to any one of the plurality of first electrodes.
  • the semiconductor light emitting devices are connected in a flip chip form, semiconductor light emitting devices grown on a transparent dielectric substrate can 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 luminance, individual unit pixels can be configured even with a small size.
  • a barrier rib 190 may be positioned between the semiconductor light emitting devices 150 .
  • the partition wall 190 may serve to separate 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 a partition wall by inserting the semiconductor light emitting device 150 into the anisotropic conductive film.
  • the barrier rib 190 may have reflective properties and increase contrast even without a separate black insulator.
  • a reflective barrier rib may be separately provided as the barrier rib 190 .
  • the barrier rib 190 may include a black or white insulator depending on the purpose of the display device. When the barrier ribs made of a white insulator are used, reflectivity may be increased, and when the barrier ribs made of a black insulator are used, it is possible to have reflective properties and increase contrast.
  • 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
  • the phosphor layer 180 functions to convert the blue (B) light into a color of a unit pixel.
  • the phosphor layer 180 may be a red phosphor 181 or a green phosphor 182 constituting an individual pixel.
  • a red phosphor 181 capable of converting blue light into red (R) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting device at a position constituting a unit pixel of red color, and at a position constituting a unit pixel of green color, blue light
  • a green phosphor 182 capable of converting blue light into green (G) light may be stacked on the semiconductor light emitting device.
  • only the blue semiconductor light emitting device may be used alone in the portion constituting the blue unit pixel.
  • unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) may form one pixel.
  • a phosphor of one color may be stacked along each line of the first electrode 120 . Accordingly, 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 , thereby realizing a unit pixel.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and instead of the phosphor, the semiconductor light emitting device 150 and the quantum dot (QD) are combined to implement unit pixels of red (R), green (G), and blue (B). have.
  • a black matrix 191 may be disposed between each of the phosphor layers to improve contrast. That is, the black matrix 191 may improve contrast of light and dark.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and other structures for implementing blue, red, and green colors may be applied.
  • 5A to 5C are conceptual views illustrating various forms of implementing colors in relation to a flip-chip type semiconductor light emitting device.
  • each semiconductor light emitting device 150 uses gallium nitride (GaN) as a main material, and indium (In) and/or aluminum (Al) are added together to emit a variety of light including blue. It may be implemented as a light emitting device.
  • GaN gallium nitride
  • Al aluminum
  • the semiconductor light emitting device 150 may be a red (R), green (G), and blue (B) semiconductor light emitting device to form a sub-pixel, respectively.
  • red, green, and blue semiconductor light emitting devices R, G, and B are alternately disposed, and unit pixels of red, green, and blue are formed by the red, green, and blue semiconductor light emitting devices.
  • the pixels form one pixel, through which a full-color display can be realized.
  • the semiconductor light emitting device 150a may include a white light emitting device W in which a yellow phosphor layer is provided 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 to form a unit pixel.
  • a unit pixel may be formed on the white light emitting device W by using a color filter in which red, green, and blue are repeated.
  • the semiconductor light emitting device 150b may have a structure in which a red phosphor layer 184 , a green phosphor layer 185 , and a blue phosphor layer 186 are provided on the ultraviolet light emitting device UV.
  • the semiconductor light emitting device can be used in the entire region from visible light to ultraviolet (UV) light, and can be extended to the form of a semiconductor light emitting device in which ultraviolet (UV) can be used as an excitation source of the upper phosphor. .
  • the semiconductor light emitting device is positioned on the conductive adhesive layer to constitute a unit pixel in the display device. Since the semiconductor light emitting device has excellent luminance, individual unit pixels can be configured even with a small size.
  • the size of the individual semiconductor light emitting devices 150 , 150a , and 150b may be, for example, a side length of 80 ⁇ m or less, and may be a rectangular or square device. In the case of a rectangular shape, the size may be 20 ⁇ 80 ⁇ m or less.
  • the distance between the semiconductor light emitting devices 150 , 150a , and 150b is relatively large enough.
  • the display device using the semiconductor light emitting device described above can be manufactured by a new type of manufacturing method. Hereinafter, a 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 a semiconductor light emitting device of the present invention.
  • a conductive adhesive layer 130 is formed on the insulating layer 160 on which the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 are positioned.
  • An insulating layer 160 is laminated on the first substrate 110 to form one substrate (or wiring board), and the wiring substrate includes a first electrode 120 , an auxiliary electrode 170 , and a second electrode 140 . are placed In this case, the first electrode 120 and the second electrode 140 may be disposed in a mutually orthogonal direction.
  • 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, and for this purpose, the anisotropic conductive film may be applied to the substrate on which the insulating layer 160 is located.
  • the 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 formed with the semiconductor light emitting device 150 .
  • the semiconductor light emitting device 150 is disposed to face the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 .
  • the second substrate 112 is a growth substrate on which the semiconductor light emitting device 150 is grown, 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 can be effectively used in a display device by having an interval and a size that can form a display device.
  • the wiring board and the second board 112 are thermocompressed.
  • the wiring board and the second board 112 may be thermocompressed by applying an ACF press head.
  • the wiring board and the second board 112 are bonded by thermal compression. Due to the properties of the anisotropic conductive film having conductivity by thermal compression, only the portion between the semiconductor light emitting device 150 and the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 has conductivity, and through this, the electrodes and the semiconductor light emitting.
  • the device 150 may be electrically connected. At this time, the semiconductor light emitting device 150 is inserted into the anisotropic conductive film, through which a barrier rib may be formed between the semiconductor light emitting devices 150 .
  • the second substrate 112 is removed.
  • the second substrate 112 may be removed using a laser lift-off (LLO) method or a chemical lift-off (CLO) method.
  • LLO laser lift-off
  • CLO chemical lift-off
  • a transparent insulating layer may be formed by coating silicon oxide (SiOx) or the like 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 or green phosphor for converting the blue (B) light into a color of a unit pixel is a blue semiconductor light emitting device.
  • a layer can be formed on one surface of
  • 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.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating 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 line DD of FIG. 7
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the vertical semiconductor light emitting device of FIG. 8 . to be.
  • the display device may be a display device using a passive matrix (PM) type vertical semiconductor light emitting device.
  • PM passive matrix
  • the display device includes a substrate 210 , a first electrode 220 , a conductive adhesive layer 230 , a second electrode 240 , and at least one semiconductor light emitting device 250 .
  • the substrate 210 is a wiring substrate on which the first electrode 220 is disposed, and may include polyimide (PI) to implement a flexible display device.
  • PI polyimide
  • any material that has insulating properties and is flexible may be used.
  • the first electrode 220 is positioned on the substrate 210 and may be formed as a bar-shaped electrode long in one direction.
  • the first electrode 220 may serve as a data electrode.
  • the conductive adhesive layer 230 is formed on the substrate 210 on which the first electrode 220 is positioned.
  • the conductive adhesive layer 230 is an anisotropic conductive film (ACF), an anisotropic conductive paste, and a solution containing conductive particles. ), and so on.
  • ACF anisotropic conductive film
  • anisotropic conductive paste an anisotropic conductive paste
  • solution containing conductive particles a solution containing conductive particles.
  • the semiconductor light emitting device 250 is the first electrode (220) and electrically connected.
  • the semiconductor light emitting device 250 is preferably disposed on the first electrode 220 .
  • the anisotropic conductive film is divided into a conductive portion and a non-conductive portion in the thickness direction.
  • the conductive adhesive layer 230 implements not only electrical connection but also mechanical bonding 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 and constitutes individual pixels in the display device through this. Since the semiconductor light emitting device 250 has excellent luminance, individual unit pixels can be configured even with a small size.
  • the size of such an individual semiconductor light emitting device 250 may be, for example, a side length of 80 ⁇ m or less, and may be a rectangular or square device. In the case of a rectangular shape, for example, it may have a size of 20X80 ⁇ 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 longitudinal direction of the first electrode 220 and electrically connected to the vertical semiconductor light emitting device 250 are positioned between the vertical semiconductor light emitting devices.
  • 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 to the first electrode 220 and the conductive adhesive layer 230
  • the upper n-type electrode 252 may be a second electrode 240 to be described later.
  • the vertical semiconductor light emitting device 250 has a great advantage in that it is possible to reduce the chip size because electrodes can be arranged up and down.
  • 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, and a phosphor layer 280 for converting the blue (B) light into a color of a unit pixel is provided.
  • 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 blue light into red (R) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting device at a position constituting a unit pixel of red color, and at a position constituting a unit pixel of green color, blue light
  • a green phosphor 282 capable of converting blue light into green (G) light may be stacked on the semiconductor light emitting device.
  • only the blue semiconductor light emitting device may be used alone in the portion constituting the blue unit pixel. In this case, 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 a display device to which a flip chip type light emitting device is applied, other structures for realizing 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 located 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 a bar-shaped electrode 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 to each other 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 as an ohmic electrode for ohmic contact, and the second electrode 240 covers at least a portion of the ohmic electrode by printing or deposition. Through this, the second electrode 240 and the n-type electrode of the semiconductor light emitting device 250 may be electrically connected.
  • 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 using a transparent electrode such as ITO by locating the second electrode 240 between the semiconductor light emitting devices 250 . Therefore, it is possible to improve light extraction efficiency by using a conductive material having good adhesion to the n-type semiconductor layer as a horizontal electrode without being constrained by selection of a transparent material.
  • a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO)
  • a barrier rib 290 may be positioned between the semiconductor light emitting devices 250 . That is, a barrier rib 290 may be disposed between the vertical semiconductor light emitting devices 250 to isolate the semiconductor light emitting devices 250 constituting individual pixels.
  • 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 .
  • the base member of the anisotropic conductive film may form the partition wall 290 by inserting the semiconductor light emitting device 250 into the anisotropic conductive film.
  • the barrier rib 290 may have reflective properties and increase contrast even without a separate black insulator.
  • a reflective barrier rib may be separately provided.
  • the barrier rib 290 may include a black or white insulator depending on the purpose of the display device.
  • the barrier rib 290 is formed between the vertical semiconductor light emitting device 250 and the second electrode 240 .
  • the barrier rib 290 is formed between the vertical semiconductor light emitting device 250 and the second electrode 240 .
  • individual unit pixels can 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 to connect the second electrode 240 to the semiconductor light emitting device 250 . ), and there is an effect of realizing a flexible display device having HD picture quality.
  • a black matrix 291 may be disposed between each phosphor to improve contrast. That is, the black matrix 291 may improve contrast of light and dark.
  • the semiconductor light emitting device is disposed on a wiring board in a flip chip type and used as individual pixels.
  • FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a process for mounting a light emitting device using a conductive adhesive layer.
  • the conductive adhesive layer 30 may form a state in which a plurality of conductive balls 32 are dispersed in the non-conductive adhesive layer (paste) 31 .
  • the conductive balls 32 may be distributed throughout the adhesive layer 31 .
  • the conductive adhesive layer 30 may be an anisotropic conductive film (ACF).
  • ACF anisotropic conductive film
  • FIG. 10 when the conductive adhesive layer 30 is placed on the horizontal light emitting device 40 in which the first electrode 41 and the second electrode 42 are located on the same plane, FIG. It can be in the same state as in (b) of 10.
  • the anisotropic conductive medium may be, for example, conductive balls or conductive particles.
  • the anisotropic conductive film (ACF) is a film in which the conductive balls 32 are mixed with the insulating base member (adhesive layer; 31), and when heat and/or pressure is applied, only a specific portion is applied to the conductive balls 32. to have conductivity.
  • FIG. 11 is a photograph showing an actual example of a light emitting device attached by a conductive adhesive layer.
  • the conductive balls are attached to have conductivity between the light emitting element 40 and the electrode (not visible because they are covered by the light emitting element), but conductive balls 32 that do not have conductivity are distributed in other parts. do.
  • FIG. 12 is a cross-sectional schematic view illustrating an example of a process of mounting a light emitting device using a conductive adhesive layer.
  • FIG. 12 a state in which the light emitting device 40 is bonded to the substrate 60 by the conductive ball 32 is illustrated.
  • the electrode 41 of the light emitting device 40 and the electrode (eg, an anode) 61 on the substrate 60 may be electrically connected by the conductive balls 32 dispersed on the adhesive layer 31 .
  • the conductive ball 32 is positioned between the electrode 41 of the light emitting device 40 and the electrode 61 on the substrate 60, and a bonding pressure P is applied from the upper side, and this bonding pressure ( The conductive ball 32 electrically connects the electrode 41 of the light emitting device 40 and the electrode 61 on the substrate 60 by P).
  • the adhesive layer 31 flows in the peripheral direction (F). That is, the flow F of the adhesive layer 31 in the peripheral direction is generated by the action of the bonding pressure P.
  • the electrode 41 of the light emitting device 40 and the electrode 61 on the substrate 60 are not electrically connected ( circuit open) may occur.
  • the light emitting device assembly 350 (refer to FIG. 13) structure and the light emitting device assembly 350 structure that can solve the problem when using the conductive adhesive layer 30 described above, and the individual sub
  • An object of the present invention is to provide a display device constituting a pixel.
  • the conductive ball can be located locally only on the electrode of the light emitting device, thereby solving the problem of using the conventional conductive adhesive layer 30 described above.
  • FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a process of mounting a light emitting device using a conductive adhesive layer according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive ball 355 may be localized only on the first electrode 352 and the second electrode 353 of the light emitting device 351 .
  • the conductive balls 355 locally located only on the first electrode 352 and the second electrode 353 may be covered by the adhesive layer 356 .
  • the first electrode 352 and the second electrode 353 on the horizontal light emitting device 351 is located on the same surface, such a conductive ball 355 is the first electrode If it is configured to be locally located only on the 352 and the second electrode 353 and the adhesive layer 345 is coated, the state as shown in FIG. 13(b) may be obtained.
  • the conductive ball 355 is locally located only on the first electrode 352 and the second electrode 353 to form an anisotropic conductive medium.
  • a film in which the conductive ball 355 is mixed with the insulating base member (adhesive layer) 356 is positioned on the light emitting device 351 to form the light emitting device assembly 350 .
  • a separate adhesive layer 354 may be provided in order to locally position the conductive ball 355 only on the first electrode 352 and the second electrode 353 .
  • the adhesive layer 354 may be spaced apart from each other on the first electrode 352 and the second electrode 353 . That is, the first electrode 352 and the second electrode 353 may be separately provided to cover each other.
  • a vertical light emitting device may be used instead of the horizontal light emitting device.
  • FIG. 14 is a photograph showing an actual example of a light emitting device attached by a conductive adhesive layer according to an embodiment of the present invention.
  • the conductive ball 355 is locally located only on the first electrode 351 and the second electrode 353 of the light emitting device 351 .
  • the conductive ball 355 may be located only on the first electrode 351 and the second electrode 353 of the light emitting device 351 , as described above, when manufacturing the display device, some light emitting devices It is possible to prevent the phenomenon that is not normally electrically connected or that the two electrodes are short-circuited.
  • 15 is a cross-sectional view illustrating a display device using a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • a plurality of partitioned anode electrodes 340 , a cathode electrode 342 positioned on one side of the anode electrode 340 , and each anode electrode 340 and the cathode electrode 342 are electrically connected to each other. It may include a plurality of light emitting device 350 assemblies constituting individual sub-pixels.
  • the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 may be arranged in pairs on the substrate 310 .
  • the substrate 310 may be a thin film transistor (TFT) substrate. That is, the light emitting device assembly arranged on the thin film transistor substrate 310 may implement a display device using a semiconductor light emitting device.
  • TFT thin film transistor
  • the display device 300 of an active matrix (AM) structure is shown.
  • AM active matrix
  • PM passive matrix
  • the anode electrode 340 may be connected through a drain electrode Drain of the thin film transistor 311 serving as a switching transistor and a via electrode 341 .
  • the thin film transistor substrate 310 may include a plurality of individual thin film transistors 311 .
  • the thin film transistor 311 has a gate electrode (Gate), a gate insulator (GI) positioned on the gate electrode (Gate), a drain electrode (Drain) and a source electrode positioned on the gate insulator (GI). (Source) may be included.
  • Gate gate electrode
  • GI gate insulator
  • Drain drain electrode
  • Source source electrode positioned on the gate insulator
  • Source may be included.
  • a detailed description of the thin film transistor substrate 310 will be omitted.
  • a color correction layer 330 may be positioned in the insulating layer 320 corresponding to each sub-pixel 350 .
  • the color correction layer 330 may correct the color of each pixel.
  • a planarization layer 312 may be positioned on the thin film transistor substrate 310 , and an insulating layer 320 may be positioned on the planarization layer.
  • the insulating layer 320 may be formed of a polymer.
  • the insulating layer 320 may be referred to as a polymer insulating layer 320 .
  • the thickness of the polymer insulating layer 320 may be adjusted for assembling the light emitting device assembly 350 .
  • the thickness of the polymer insulating layer 320 may be smaller than the diameter of the conductive ball 355 . This will be described in detail later.
  • An anode electrode (positive electrode) 340 connected to the individual thin film transistor 311 may be disposed on the insulating layer 320 .
  • the individual thin film transistor 311 and the anode electrode 340 may be connected through the via electrode 341 penetrating the planarization layer 312 and the insulating layer 320 .
  • the light emitting device assembly 350 includes the light emitting device 351 , the first electrode 352 positioned on the light emitting device 351 and electrically connected to the anode electrode 340 and the conductive ball 355 . ), a second electrode 353 positioned on the light emitting device 351 and electrically connected to the cathode 342 and the conductive ball 355 may be included.
  • the light emitting device assembly 350 includes a first adhesive layer 354 positioned spaced apart from each other on the first electrode 352 and the second electrode 353 and a non-conductive layer positioned on the first adhesive layer 354 . of a second adhesive layer (Non-conducting film (NCF) 356 ).
  • NCF Non-conducting film
  • the second adhesive layer 356 may cover the first adhesive layer 354 at two positions spaced apart from each other. Also, the second adhesive layer 356 may cover the entire light emitting device 351 .
  • the conductive balls 355 may be located locally on the first adhesive layer 354 . That is, the conductive ball 355 may be locally positioned between the anode electrode 340 and the first electrode 352 and between the cathode electrode 342 and the second electrode 352 . These locally located conductive balls 355 have been identified above.
  • the first adhesive layer 354 may be a conductive or non-conductive adhesive layer. 15 illustrates a state in which the conductive ball 355 is positioned between the first adhesive layer 354 and the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 for convenience. However, in reality, the conductive balls 355 may penetrate the first adhesive layer 354 to contact the first electrode 352 and the second electrode 353 , respectively.
  • the light emitting device assembly 350 is placed on the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 and pressure is applied, and at this time, the conductive ball 355 penetrates the first adhesive layer 354 and the second adhesive layer 355 to electrically connect the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 to the first electrode 352 and the second electrode 353, respectively.
  • the shape of the conductive ball 355 may actually be changed from a spherical shape to an oval shape, for example.
  • the conductive ball 355 located locally between the anode electrode 340 and the first electrode 352 and between the cathode electrode 342 and the second electrode 352 is an anisotropic conductive film (ACF) patterning. may be done by
  • At least one of the first adhesive layer 354 and the second adhesive layer 355 may be colored in white, black, or other colors by using a coloring material capable of producing a color such as TiO 2 .
  • 16 to 26 are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a display device using a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • a light emitting device 351 arranged on a first substrate 400 may be prepared.
  • a plurality of light emitting devices 351 constituting individual sub-pixels of the display device may be provided on the first substrate 400 .
  • two light emitting devices 351 are illustrated in FIG. 16 , this is only an example, and a plurality of light emitting devices 351 partitioned according to the pixel spacing (pixel pitch) of the display device are provided on the first substrate 400 .
  • the first substrate 400 may be a growth substrate on which the light emitting device 351 is grown.
  • the light emitting device 351 may be a gallium nitride based semiconductor light emitting device.
  • the first substrate 400 may be a sapphire substrate.
  • the individual light emitting device 351 is partitioned and shaped through exposure and etching processes, and the first electrode 352 and the second light emitting device 351 are formed on the first substrate 400 .
  • Each electrode 353 may be formed as a light emitting device 351 constituting individual sub-pixels.
  • Such an exposure and etching process (hereinafter referred to as a photo process) is a very high-precision process, and if the light emitting device 351 manufactured by the photo process is transferred to the thin film transistor substrate 310 as it is, a high-resolution display device is realized. It can be very advantageous.
  • an embodiment of the present invention may provide a method for directly transferring the light emitting device 351 grown on the growth substrate and partitioned to form an individual unit sub-pixel to the thin film transistor substrate 310 .
  • a first electrode 352 and a second electrode 353 may be provided on the same surface on the individual light emitting device 351 to be spaced apart from each other. That is, the light emitting device 351 may be a horizontal type light emitting device.
  • the individual light emitting devices 351 may be arranged on the first substrate 400 at very precise distance intervals.
  • a first adhesive layer 354 may be formed on the first electrode 352 and the second electrode 353 .
  • the first adhesive layer 354 may be formed to cover each of the first electrode 352 and the second electrode 353 . Accordingly, the first adhesive layer 354 may be spaced apart from each other on the first electrode 352 and the second electrode 353 .
  • the first adhesive layer 354 may also be formed at a position between the individual light emitting devices 351 .
  • the first adhesive layer 354 may be conductive or non-conductive.
  • the first adhesive layer 354 may be locally formed on the first electrode 352 and the second electrode 353 . Accordingly, the first adhesive layer 354 may have substantially the same shape as the first electrode 352 and/or the second electrode 353 . In this case, the size of the first adhesive layer 354 may be larger than that of the first electrode 352 and/or the second electrode 353 .
  • a conductive ball 355 may be positioned on the first adhesive layer 354 .
  • the conductive ball 355 is located only on the upper surface of the first adhesive layer 354 that is locally located on the first electrode 352 and the second electrode 353 , so that the conductive ball 355 is the first electrode. 352 and the second electrode 353 may be located locally.
  • a sheet 500 in which the conductive balls 355 are dispersed may be used.
  • the conductive balls 355 are formed by contacting the first adhesive layer 354 locally located on the first electrode 352 and the second electrode 353 on the sheet 500 in which the conductive balls 355 are dispersed. It may be attached to the upper surface of the first adhesive layer 354 .
  • the conductive balls 355 are sprayed through the nozzle 510 on the first adhesive layer 354 locally located on the first electrode 352 and the second electrode 353 . By doing so, the conductive balls 355 may be attached to the upper surface of the first adhesive layer 354 in the same manner.
  • FIG. 21 illustrates a state in which the conductive ball 355 is attached only to the upper surface of the first adhesive layer 354 locally located on the first electrode 352 and the second electrode 353 by this process.
  • the conductive ball 355 locally positioned between the cathode electrode 342 and the second electrode 352 may be formed by patterning an anisotropic conductive film (ACF).
  • ACF anisotropic conductive film
  • the conductive ball 355 attached only to the upper surface of the first adhesive layer 354 locally positioned on the first electrode 352 and the second electrode 353 is applied to the second adhesive layer 356 .
  • the conductive ball 355 attached only to the upper surface of the first adhesive layer 354 locally positioned on the first electrode 352 and the second electrode 353 is applied to the second adhesive layer 356 .
  • the second adhesive layer 356 may cover the entire light emitting device 351 . In this way, the light emitting device 351 covered by the second adhesive layer 356 may form the light emitting device assembly 350 .
  • the shape of the second adhesive layer 356 may be substantially the same as the shape of the light emitting device 351 .
  • the light emitting device assembly 350 may be attached on the second substrate 310 .
  • the first electrode 352 and the second electrode 353 of the individual light emitting device 351 using the conductive ball 355 are disposed on the second substrate 310 by the anode electrode 340 and the cathode electrode ( 342) can be combined.
  • the second adhesive layer 356 of the light emitting device assembly 350 is directed toward the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 of the second substrate 310, so that the second adhesive layer 356 is applied to the second It is bonded to the substrate 310 .
  • the first electrode 352 and the second electrode 353 aligning the first electrode 352 and the second electrode 353 to the positions of the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 disposed on the second substrate 310 to prepare the light emitting device assembly 350 . 2 It may be bonded to the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 disposed on the substrate 310 .
  • the conductive ball 355 may contact between the first electrode 352 and the anode electrode 340 , so that the first electrode 352 and the anode electrode 340 may be electrically connected. At this time, in some cases, heat may be applied together.
  • the conductive ball 355 may contact between the second substrate 310 and the cathode electrode 342 to electrically connect the second substrate 310 and the cathode electrode 342 .
  • the second substrate 310 may be a thin film transistor substrate capable of implementing an active matrix type display.
  • the first substrate 400 may be removed.
  • the first substrate 400 is a growth substrate for the light emitting device 351 , and may be, for example, a sapphire substrate.
  • the first substrate 400 may be removed by a laser lift-off method, a chemical lift-off method, or the like.
  • the interface between the growth surface of the light emitting device 351 and the first substrate 400 may be separated by irradiating a laser from the first substrate 400 toward the light emitting device assembly 350 .
  • the light emitting device assembly 350 may be assembled for each color, or the light emitting device assembly 350 may be assembled for each group by dividing a group of the light emitting device assembly 350 for a specific purpose.
  • FIG. 25 a state in which only one side of the light emitting device assembly 350 is attached to the second substrate 310 is shown. Then, referring to FIG. 26 , only the attached light emitting device assembly 350 may be selectively separated from the first substrate 400 .
  • the conductive ball 355 is positioned between the first adhesive layer 354 and the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 .
  • the conductive balls 355 may penetrate the first adhesive layer 354 to contact the first electrode 352 and the second electrode 353 , respectively.
  • the light emitting device assembly 350 is placed on the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 and pressure is applied, at this time, the conductive ball 355 penetrates the first adhesive layer 354 and the second adhesive layer 355 to electrically connect the anode electrode 340 and the cathode electrode 342 to the first electrode 352 and the second electrode 353, respectively.
  • the shape of the conductive ball 355 may actually be changed from a spherical shape to an elliptical shape, for example.
  • FIG. 27 is a photograph illustrating a state in which a light emitting device of a display device using a semiconductor light emitting device is bonded according to an embodiment of the present invention. Also, FIG. 28 is a photograph showing a state in which the light emitting element is turned on in the state of FIG. 27 .
  • FIG. 27 a state in which the second adhesive layer 356 is positioned outside the light emitting device 351 is shown.
  • the conductive balls 355 are all positioned under the electrode of the light emitting device 351 , they are not shown in the photograph. That is, the conductive ball 355 is located in a state in which it is locally located only on the electrode of the light emitting device 351 , and since the light emitting device 351 is bonded, the conductive ball 355 is not visible in other positions.
  • 29 is a cross-sectional photograph showing an example of a state in which a light emitting element is joined to an electrode by a conductive ball.
  • 30 is a cross-sectional view illustrating a second substrate of a display device using a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • the planarization layer 312 may be positioned on the thin film transistor substrate 310 , and the insulating layer 320 may be positioned on the planarization layer.
  • the insulating layer 320 may be formed of a polymer.
  • the insulating layer 320 may be referred to as a polymer insulating layer 320 (PAC).
  • the thickness of the polymer insulating layer 320 may be adjusted for assembling the light emitting device assembly 350 .
  • the thickness of the polymer insulating layer 320 may be smaller than the diameter of the conductive ball 355 .
  • the light emitting device 351 (LED) is bonded to the electrodes 340 and 342 by applying pressure.
  • the electrodes 340 and 342 may collapse due to pressure.
  • the collapse of the electrodes 340 and 342 by this pressure may be improved according to the thickness T of the polymer insulating layer 320 .
  • the pressure required for bonding the light emitting device 351 may be distributed to the planarization layer 312 on the lower side.
  • the thickness T of the polymer insulating layer 320 is smaller than the diameter of the conductive ball 355 , this pressure propagation can effectively spread to the lower hard glassy planarization layer 312 . .
  • the thickness T of the polymer insulating layer 320 may be 70% or less of the diameter of the conductive ball 355 .
  • the thickness T of the polymer insulating layer 320 may be more than half (50%) of the diameter of the conductive ball 355 . have. That is, the thickness T of the polymer insulating layer 320 may be 50% to 100% of the diameter of the conductive ball 355 . Also, as described above, the thickness T of the polymer insulating layer 320 may be 50% to 70% of the diameter of the conductive ball 355 .
  • the embodiment of the present invention it is possible to directly transfer the light emitting device 351 from the growth substrate 400 to the thin film transistor substrate 310 .
  • the light emitting device 351 since it is possible to directly transfer the light emitting device 351 from the growth substrate 400 to the thin film transistor substrate 310, it may be very advantageous to implement a high-resolution display device.
  • the light emitting device 351 manufactured by a precise photo process is transferred to the thin film transistor substrate 310 as it is, it may be very advantageous to implement a high-resolution display device.
  • the reliability, precision, and mass productivity of the micro LED display device can be greatly improved.
  • the light emitting device can be selectively mounted at a desired position on the thin film transistor substrate, so that a display device can be manufactured by a hybrid combination of organic and inorganic light emitting devices, and thus, LED (inorganic light emitting device) and OLED (organic light emitting device) It is possible to develop a device that combines the advantages of the device).
  • the LED unlike the OLED, since there is no moisture barrier layer and the stacking is simple, it may be suitable for a flexible display.
  • the size of the light emitting device assembly 350 is enlarged, but the area occupied by the light emitting device assembly 350 in the entire display device 300 is very small, and the remaining portion may have a property/structure that can be mostly bent.
  • the display device 300 is suitable for a flexible display.
  • the present invention may provide a light emitting device and a manufacturing method using a semiconductor light emitting device having a micrometer ( ⁇ m) unit size.

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 있어서, 복수의 구획된 애노드 전극; 상기 애노드 전극의 일측에 위치하는 캐소드 전극; 및 상기 각각의 애노드 전극 및 캐소드 전극과 전기적으로 연결되어 개별 서브 픽셀들을 구성하는 다수의 발광 소자 조립체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 발광 소자 조립체는, 발광 소자; 상기 발광 소자 상에 위치하고 상기 애노드 전극과 도전볼에 의하여 전기적으로 연결되는 제1 전극; 상기 발광 소자 상에 위치하고 상기 캐소드 전극과 도전볼에 의하여 전기적으로 연결되는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 상에 서로 이격되어 위치하는 제1 접착층; 및 상기 제1 접착층 상에 위치하는 비 전도성의 제2 접착층을 포함할 수 있다.

Description

발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 디스플레이 장치 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술 분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)와 OLED(Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 있고, OLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않다는 문제점이 있다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 것으로 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다. 따라서, 반도체 발광 소자를 이용하여 디스플레이를 구현하여, 전술한 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다. 상기 반도체 발광 소자는 필라멘트 기반의 발광 소자에 비해 긴 수명, 낮은 전력 소모, 우수한 초기 구동 특성, 및 높은 진동 저항 등의 다양한 장점을 가진다.
이러한 반도체 발광 소자의 크기는 최근에 수십 마이크로미터까지 축소되고 있다. 따라서 이러한 작은 크기의 반도체 발광소자들을 이용하여 디스플레이 장치를 구현하는 경우, 매우 많은 수의 반도체 발광 소자들을 디스플레이 장치의 배선기판에 조립하여야 한다.
하지만, 이러한 발광 소자의 조립과정에서, 배선기판의 원하는 위치에 수많은 반도체 발광 소자를 정밀하게 위치시키는 것은 매우 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 이방성 전도성 필름(Anisotropic Conducting flim: ACF)을 이용하여 발광 소자를 직접 배선 기판에 부착할 수도 있으나, 디스플레이를 위한 다수의 발광 소자를 부착하는데는 문제가 발생할 수 있다.
즉, 발광 소자의 전극과 박막 트랜지스터 기판 상의 전극(예를 들어, 애노드)은 접착층 상에 분산된 도전볼(이러한 도전볼이 분산된 접착층은 이방성 전도성 필름을 이룰 수 있다)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
이 과정에서, 도전볼이 발광 소자의 전극과 박막 트랜지스터 기판 상의 전극 사이에 위치한 상태로 상측에서 합착 압력을 가하게 되는데, 이러한 합착 압력에 의하여 도전볼이 발광 소자의 전극과 박막 트랜지스터 기판 상의 전극 사이를 전기적으로 연결하게 된다.
그런데, 이러한 합착 압력 작용 시, 접착층은 주변 방향으로 흐르게 된다. 즉, 합착 압력의 작용에 의하여 주변 방향으로의 접착층의 흐름이 발생하게 된다.
이러한 접착층의 흐름에 의하여 도전볼이 접착층과 함께 흐르면서 발광 소자의 전극과 박막 트랜지스터 기판 상의 전극 사이가 전기적으로 연결되지 않는(회로 Open) 상태가 발생할 수 있다.
특히, 수 개의 발광 소자는 전기적 연결이 가능하더라도, 디스플레이에 이용되는 많은 발광 소자 어레이 전체의 전기적 연결에는 한계가 있을 수 있다. 즉, 디스플레이 장치의 서브 픽셀로 이용되는 발광 소자 어레이 전체의 전기적 연결에 있어서 다수의 발광 소자가 박막 트랜지스터 기판의 전극에 전기적으로 연결되지 않는 현상(Open)이 발생할 수 있다.
또한, 이러한 현상을 개선하기 위하여 도전볼의 개수를 증가시키게 되면 발광 소자의 두 전극 사이에 단락(short)이 하는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위한 방안이 요구된다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는 성장 기판 상에 성장된 발광 소자를 박막 트랜지스터 기판에 직접 전사할 수 있는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
성장 기판 상에 성장된 발광 소자를 디스플레이 기판에 직접 전사하면서도 도전볼에 의한 문제점들, 즉, 일부 발광 소자가 전기적으로 연결되지 않는다거나, 하나의 발광 소자의 두 전극이 단락된다거나 하는 문제점은 발생하지 않는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 발광 소자를 성장 기판에서 박막 트랜지스터 기판으로 직접 전사하는 것이 가능하므로, 고해상도 디스플레이 장치를 구현하는데 매우 유리한 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1관점으로서, 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 있어서, 복수의 구획된 애노드 전극; 상기 애노드 전극의 일측에 위치하는 캐소드 전극; 및 상기 각각의 애노드 전극 및 캐소드 전극과 전기적으로 연결되어 개별 서브 픽셀들을 구성하는 다수의 발광 소자 조립체를 포함할 수 있다.
이때, 상기 발광 소자 조립체는, 발광 소자; 상기 발광 소자 상에 위치하고 상기 애노드 전극과 도전볼에 의하여 전기적으로 연결되는 제1 전극; 상기 발광 소자 상에 위치하고 상기 캐소드 전극과 도전볼에 의하여 전기적으로 연결되는 제2 전극; 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 상에 서로 이격되어 위치하는 제1 접착층; 및 상기 제1 접착층 상에 위치하는 비 전도성의 제2 접착층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 도전볼은 상기 제1 접착층 상에 국부적으로 위치할 수 있다.
또한, 상기 도전볼은 상기 애노드 전극과 상기 제1 전극 사이, 그리고 상기 캐소드 전극과 상기 제2 전극 사이에 국부적으로 위치할 수 있다.
또한, 상기 제1 접착층은 전도성 접착층일 수 있다. 또는 상기 제1 접착층은 비전도성 접착층일 수 있다.
또한, 상기 제2 접착층은, 상기 서로 이격되어 위치하는 제1 접착층을 덮을 수 있다.
또한, 상기 제2 접착층은 상기 발광 소자 전체를 덮을 수 있다.
또한, 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극은, 박막 트랜지스터 기판의 폴리머 절연층 상에 배열되어 휘어지는 디스플레이를 구현할 수 있다.
또한, 상기 폴리머 절연층의 두께는 상기 도전볼의 지름보다 작을 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2관점으로서, 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, 제1 기판 상에 배열된 발광 소자의 제1 전극 및 제2 전극 상에 서로 이격된 제1 접착층 형성하는 단계; 상기 제1 접착층 상에 국부적으로 도전볼을 위치시키는 단계; 상기 도전볼 및 상기 제1 접착층 상에 제2 접착층 형성하는 단계; 상기 도전볼을 이용하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 제2 기판 상에 배치된 애노드 및 캐소드 전극에 접합시키는 단계; 및 상기 제1 기판을 분리하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 국부적으로 도전볼을 위치시키는 단계는, 상기 서로 이격된 제1 접착층 상에 도전볼을 전사하거나 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 기판은 상기 발광 소자가 성장된 성장 기판일 수 있다.
또한, 상기 제1 기판은 레이저 리프트 오프에 의하여 분리될 수 있다.
또한, 상기 제2 기판은, 패시브 매트릭스 기판 또는 액티브 매트릭스 구현을 위한 박막 트랜지스터 기판일 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제3관점으로서, 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, 성장 기판 상에 성장되고 개별 발광 소자로 패터닝 된 발광 소자의 제1 전극 및 제2 전극 상에 서로 이격된 제1 접착층 형성하는 단계; 상기 제1 접착층 상에 국부적으로 도전볼을 위치시키는 단계; 상기 도전볼 및 상기 제1 접착층 상에 제2 접착층 형성하는 단계; 상기 도전볼을 이용하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 구동 기판 상에 배치된 애노드 전극 및 캐소드 전극에 접합시키는 단계; 및 상기 성장 기판을 분리하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 본 발명의 실시예에 의하면, 발광 소자를 성장 기판에서 박막 트랜지스터 기판으로 직접 전사하는 것이 가능하다.
이때, 도전볼에 의한 문제점들, 즉, 일부 발광 소자가 전기적으로 연결되지 않는다거나, 하나의 발광 소자의 두 전극이 단락된다거나 하는 문제점은 발생하지 않을 수 있다.
이와 같이, 발광 소자를 성장 기판에서 박막 트랜지스터 기판으로 직접 전사하는 것이 가능하므로, 고해상도 디스플레이 장치를 구현하는데 매우 유리할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면 기존의 도전볼 사용에 의한 문제점을 해결할 수 있으므로 마이크로 LED 디스플레이 장치의 신뢰성, 정밀도 및 양산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.
또한, 박막 트랜지스터 기판 상의 원하는 위치에 선택적으로 발광 소자를 장착할 수 있어, 유무기 발광 소자의 혼합(hybrid) 조합으로 디스플레이 장치를 제작할 수 있고, 따라서, LED(무기 발광 소자)와 OLED(유기 발광 소자)의 장점을 취합한 소자의 개발이 가능하다.
특히, LED의 경우, OLED와 달리, 수분 방지층이 없어 적층이 단순하므로, 휘어질 수 있는 디스플레이(flexible display)에 적합할 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 여기에서 언급하지 않은 추가적인 기술적 효과들도 있다. 당업자는 명세서 및 도면의 전취지를 통해 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 절단된 단면도들이다.
도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러 가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 절단된 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 10은 전도성 접착층을 이용하여 발광 소자를 장착하는 과정의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 11은 전도성 접착층에 의하여 부착된 발광 소자의 실제 예를 나타내는 사진이다.
도 12는 전도성 접착층을 이용하여 발광 소자를 장착하는 과정의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 접착층을 이용하여 발광 소자를 장착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 접착층에 의하여 부착된 발광 소자의 실제 예를 나타내는 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 16 내지 도 26은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 발광 소자가 접합된 상태를 나타내는 사진이다.
도 28은 도 27의 상태에서 발광 소자가 점등된 상태를 나타내는 사진이다.
도 29는 발광 소자가 도전볼에 의하여 전극에 접합된 상태의 일례를 나타내는 단면 사진이다.
도 30은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제2 기판을 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
나아가, 설명의 편의를 위해 각각의 도면에 대해 설명하고 있으나, 당업자가 적어도 2개 이상의 도면을 결합하여 다른 실시예를 구현하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치는 단위 화소 또는 단위 화소의 집합으로 정보를 표시하는 모든 디스플레이 장치를 포함하는 개념이다. 따라서 완성품에 한정하지 않고 부품에도 적용될 수 있다. 예를 들어 디지털 TV의 일 부품에 해당하는 패널도 독자적으로 본 명세서 상의 디스플레이 장치에 해당한다. 완성품으로는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크 탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품 형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술 분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
또한, 당해 명세서에서 언급된 반도체 발광 소자는 LED, 마이크로 LED 등을 포함하는 개념이며, 혼용되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일실시예를 나타내는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)의 제어부(미도시)에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는, 예를 들어, 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 또는 구부러질 수 있는, 또는 비틀어질 수 있는, 또는 접힐 수 있는, 또는 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다.
나아가, 플렉서블 디스플레이는, 예를 들어 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 또는 구부리거나, 또는 접을 수 있거나 또는 말려질 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 이러한 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률 반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 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. 여기서 단위 화소는, 예를 들어 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
이러한 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 소자를 예시한다. 발광 소자의 일례는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 들 수 있다. 이러한 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이와 같은 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여, 이하 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 절단된 단면도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 적어도 하나의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 기판(110)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 이 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 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, 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. 전극홀(171)은 비아홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
도 2 또는 도 3a에 도시된 바와 같이, 절연층(160)의 일면에는 전도성 접착층(130)이 형성되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층(160)과 전도성 접착층(130)의 사이에 특정 기능을 수행하는 레이어가 형성되거나, 절연층(160)이 없이 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조도 가능하다. 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조에서는 전도성 접착층(130)이 절연층의 역할을 할 수 있다.
전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 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. 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기 절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
이방성 전도성 필름은 이방성 전도 매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및/또는 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도 매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 이방성 전도성 필름에는 열 및/또는 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법이 적용될 수도 있다. 전술한 다른 방법은, 예를 들어, 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 이방성 전도 매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및/또는 압력이 가해지면 특정 부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이 차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스 부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 절연성 베이스 부재의 바닥 부분에 집중적으로 배치되며, 베이스 부재에서 열 또는 압력이 가해지면 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직 방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스 부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합 형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 파티클 혹은 나노 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도 3a를 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격되어 절연층(160)에 위치한다. 즉, 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, 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chiptype)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 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 도 3a 및 도 3b에 도시된, 보조전극(170)과 전도성 접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광 소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광 소자들의 p 형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광 소자(150)가 압입되며 이를 통하여 반도체 발광 소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광 소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광 소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광 소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도 값이 상이한 복수의 반도체 발광 소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광 소자(150)는 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들은 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, 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(190)이 위치할 수 있다. 이 경우, 격벽(190)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(130)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(150)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 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. 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 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자 상에 청색광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(120)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(120)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(140)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광 소자(150)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들을 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 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 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러 가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주재료로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 반도체 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자에 의하여 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 단위 화소들이 하나의 화소(pixel)를 이루며, 이를 통하여 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 반도체 발광 소자(150a)는 황색 형광체층이 개별 소자 마다 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, 반도체 발광 소자(150b)는 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(184), 녹색 형광체층(185), 및 청색 형광체층(186)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전 영역에 사용 가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용 가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자는 전도성 접착층 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다.
이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150, 150a, 150b)의 크기는 예를 들어, 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20×80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150, 150a, 150b)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다.
따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한 변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자(150, 150a, 150b)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다.
따라서, 이러한 경우, HD화질 이상의 고화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 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.
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, 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 마주하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광 소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
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 열 압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF 프레스 헤드를 적용하여 열 압착할 수 있다. 열 압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열 압착에 의하여 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 및 제2전극(140)의 사이의 부분만 전도성을 가지게 되며, 이를 통하여 전극들과 반도체 발광 소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광 소자(150)가 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 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, 반도체 발광 소자(150)의 일 면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 청색 반도체 발광 소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법이나 구조는 여러 가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
이러한 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 적어도 하나의 반도체 발광 소자(250)를 포함한다.
기판(210)은 제1전극(220)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1전극(220)은 기판(210) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 제1 전극(220)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(230)은 제1전극(220)이 위치하는 기판(210)상에 형성된다. 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(230)은 이방성 전도성 필름(Anisotropy Conductive Film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시 예에서도 이방성 전도성 필름에 의하여 전도성 접착층(230)이 구현되는 경우를 예시한다.
기판(210) 상에 제1전극(220)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 반도체 발광 소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이때, 반도체 발광 소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께 방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께 방향으로 전도성을 가지는 부분과 전도성을 가지지 않는 부분으로 구획된다.
또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 전도성 접착층(230)은 반도체 발광 소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(250)의 크기는 예를 들어, 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 예를 들어, 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
이러한 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, 반도체 발광 소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(250)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자(251)이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(280)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(280)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(281) 및 녹색 형광체(282) 일 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자 상에 청색광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치에서 전술한 바와 같이, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
다시 본 실시예를 살펴보면, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치하고, 반도체 발광 소자들(250)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(250)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치될 수 있다.
제2전극(240)은 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있으며, 제1전극과 상호 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)는 제2전극(240)에서 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 연결 전극이 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 제2전극(240)은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다. 이를 통하여 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, 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, 제2전극(240)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 또는 투명 절연층에 이격되어 형성될 수도 있다.
만약 반도체 발광 소자(250) 상에 제2전극(240)을 위치시키기 위하여는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 사용한다면, ITO 물질은 n형 반도체층과는 접착성이 좋지 않은 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 반도체 발광 소자(250) 사이에 제2전극(240)을 위치시킴으로써, ITO와 같은 투명 전극을 사용하지 않아도 되는 이점이 있다. 따라서, 투명한 재료 선택에 구속되지 않고, n형 반도체층과 접착성이 좋은 전도성 물질을 수평 전극으로 사용하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 위치할 수 있다. 즉, 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 배치될 수 있다. 이 경우, 격벽(290)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 격벽(290)을 형성할 수 있다.
또한, 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, 격벽(290)으로서, 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 격벽(290)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다.
만일 제2전극(240)이 반도체 발광 소자(250) 사이의 전도성 접착층(230) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(290)은 수직형 반도체 발광 소자(250) 및 제2전극(240)의 사이 사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광 소자(250)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2전극(240)을 반도체 발광 소자(250) 사이에 위치시킬 수 있고, HD 화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(291)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(291)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에서는 반도체 발광 소자가 플립 칩 타입으로 배선 기판에 배치되어 개별 화소로 이용된다.
도 10은 전도성 접착층을 이용하여 발광 소자를 장착하는 과정의 일례를 나타내는 개략도이다.
위에서 설명한 바와 같이, 전도성 접착층(30)은 비전도성 접착층(페이스트; paste; 31)에 다수의 도전볼(32)이 분산된 상태를 이룰 수 있다. 이때, 접착층(31) 전체에 걸쳐 도전볼(32)은 분포될 수 있다.
여기서, 전도성 접착층(30)은 이방성 전도성 필름(anistropic conductive film, ACF)일 수 있다.
도 10의 (a)에서 도시하는 바와 같이, 제1 전극(41)과 제2 전극(42)이 동일면 상에 위치하는 수평형 발광 소자(40) 상에 이러한 전도성 접착층(30)을 위치시키면 도 10의 (b)와 같은 상태가 될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 이방성 전도 매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름(ACF)은 도전볼(32)이 절연성 베이스 부재(접착층; 31)에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및/또는 압력이 가해지면 특정 부분만 도전볼(32)에 의하여 전도성을 가지게 된다.
도 11은 전도성 접착층에 의하여 부착된 발광 소자의 실제 예를 나타내는 사진이다.
도시하는 바와 같이, 도전볼이 발광 소자(40)와 전극 사이에서는 전도성을 가지게 되어 부착되어 있으나(발광 소자에 의하여 가려서 보이지 않음), 그 외의 부분에는 전도성을 가지지 않는 도전볼(32)들이 분포하게 된다.
도 12는 전도성 접착층을 이용하여 발광 소자를 장착하는 과정의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.
도 12를 참조하면, 도전볼(32)에 의하여 발광 소자(40)가 기판(60)에 합착되는 상태를 도시하고 있다.
즉, 발광 소자(40)의 전극(41)과 기판(60) 상의 전극(예를 들어, 애노드; 61)은 접착층(31) 상에 분산된 도전볼(32)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
이 과정에서, 도전볼(32)이 발광 소자(40)의 전극(41)과 기판(60) 상의 전극(61) 사이에 위치한 상태로 상측에서 합착 압력(P)을 가하게 되는데, 이러한 합착 압력(P)에 의하여 도전볼(32)이 발광 소자(40)의 전극(41)과 기판(60) 상의 전극(61) 사이를 전기적으로 연결하게 된다.
그런데, 이러한 합착 압력(P) 작용 시, 접착층(31)은 주변 방향으로 흐르게 된다(F). 즉, 합착 압력(P)의 작용에 의하여 주변 방향으로의 접착층(31)의 흐름(F)이 발생하게 된다.
이러한 접착층(31)의 흐름에 의하여 도전볼(32)이 접착층(31)과 함께 흐르면서 발광 소자(40)의 전극(41)과 기판(60) 상의 전극(61) 사이가 전기적으로 연결되지 않는(회로 Open) 상태가 발생할 수 있다.
특히, 수 개의 발광 소자(40)는 전기적 연결이 가능하더라도, 디스플레이에 이용되는 많은 발광 소자(40) 어레이 전체의 전기적 연결에는 한계가 있을 수 있다. 즉, 디스플레이 장치의 서브 픽셀로 이용되는 발광 소자(40) 어레이 전체의 전기적 연결에 있어서 다수의 발광 소자(40)가 기판(60)의 전극(61)에 전기적으로 연결되지 않는 현상(Open)이 발생할 수 있다.
또한, 이러한 현상을 개선하기 위하여 도전볼(32)의 개수를 증가시키게 되면 발광 소자(40)의 두 전극(41, 42; 도 10 참조) 사이에 단락(short)이 하는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 상술한 전도성 접착층(30)의 사용 시의 문제점을 해결할 수 있는 발광 소자 조립체(350; 도 13 참조) 구조 및 이 발광 소자 조립체(350) 구조를 이용하여 개별 서브 픽셀을 구성하는 디스플레이 장치를 제공하고자 한다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 도전볼이 발광 소자의 전극 상에만 국부적으로 위치할 수 있고, 이로 인하여, 위에서 설명한 종래의 전도성 접착층(30)의 사용 시의 문제점을 해결할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 접착층을 이용하여 발광 소자를 장착하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 13을 참조하면, 도전볼(355)은 발광 소자(351)의 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에만 국부적으로 위치할 수 있다(localized). 그리고 이러한 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에만 국부적으로 위치한 도전볼(355)은 접착층(356)에 의하여 피복될 수 있다.
도 13의 (a)에서 도시하는 바와 같이, 제1 전극(352)과 제2 전극(353)이 동일면 상에 위치하는 수평형 발광 소자(351) 상에 이러한 도전볼(355)이 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에만 국부적으로 위치하도록 구성하고 접착층(345)을 피복시키면 도 13의 (b)와 같은 상태가 될 수 있다.
이러한 발광 소자(351) 상에는 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에만 도전볼(355)이 국부적으로 위치하여 이방성 전도 매질을 이루게 된다. 이와 같이, 발광 소자(351) 상에는 도전볼(355)이 절연성 베이스 부재(접착층; 356)에 혼합된 형태의 필름이 위치하게 되어 발광 소자 조립체(350)를 이루게 된다.
이때, 발광 소자 조립체(350)에 열 및/또는 압력이 가해지면 발광 소자(351)의 제1 전극(352)과 제2 전극(353) 부분만 도전볼(355)에 의하여 전도성을 가지게 된다.
또한, 도전볼(355)을 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에만 국부적으로 위치하도록 하기 위하여 별도의 접착층(354; 도 15 참조)이 구비될 수 있다. 이러한 접착층(354)는 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에 서로 이격되어 위치할 수 있다. 즉, 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 각각을 분리하여 덮도록 구비될 수 있다.
한편, 수평형 발광 소자 대신에 수직형 발광 소자가 이용될 수도 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 접착층에 의하여 부착된 발광 소자의 실제 예를 나타내는 사진이다.
도시하는 바와 같이, 도전볼(355)이 발광 소자(351)의 제1 전극(351)과 제2 전극(353) 상에만 국부적으로 위치하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 도전볼(355)이 발광 소자(351)의 제1 전극(351)과 제2 전극(353) 상에만 국부적으로 위치할 수 있으므로, 위에서 설명한 바와 같은, 디스플레이 장치 제작 시, 일부 발광 소자가 정상적으로 전기적으로 연결되지 않거나 두 전극이 단락되는 현상을 방지할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 나타내는 단면도이다.
도 15를 참조하면, 복수의 구획된 애노드 전극(340), 이 애노드 전극(340)의 일측에 위치하는 캐소드 전극(342) 및 각각의 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342)과 전기적으로 연결되어 개별 서브 픽셀들을 구성하는 다수의 발광 소자(350) 조립체를 포함할 수 있다.
이러한 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342)은 기판(310) 상에 쌍을 이루어 배열될 수 있다. 여기서, 기판(310)은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT) 기판일 수 있다. 즉, 이러한 박막 트랜지스터 기판(310) 상에 배열되는 발광 소자 조립체는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 구현할 수 있다.
즉, 도 15를 참조하면, AM(active matrix) 구조의 디스플레이 장치(300)를 도시하고 있다. 그러나 본 발명은 AM 구조에 한정되지 않으며, PM(passive matrix) 구조의 디스플레이 장치로도 구현될 수 있음은 물론이다.
여기서, 애노드(Anode) 전극(340)은 스위칭 트랜지스터의 역할을 하는 박막 트랜지스터(311)의 드레인 전극(Drain)과 비아(via) 전극(341)을 통하여 연결될 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(310)은 다수의 개별 박막 트랜지스터(311)를 포함할 수 있다. 이러한 박막 트랜지스터(311)는 게이트 전극(Gate), 이 게이트 전극(Gate) 상에 위치하는 게이트 절연체(Gate Insulator; GI), 이 게이트 절연체(GI) 상에 위치하는 드레인 전극(Drain) 및 소스 전극(Source)을 포함할 수 있다. 이하, 이러한 박막 트랜지스터 기판(310)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
각 서브 픽셀들(350)에 대응하는 절연층(320)에는 색보정층(330)이 위치할 수 있다. 이러한 색보정층(330)은 각 화소의 색상을 보정할 수 있다.
박막 트랜지스터 기판(310) 상에는 평탄화층(312)이 위치할 수 있고, 이러한 평탄화층 상에는 절연층(320)이 위치할 수 있다. 휘어지는 디스플레이를 구현하는 경우, 이러한 절연층(320)은 폴리머로 형성될 수 있다. 이때, 절연층(320)은 폴리머 절연층(320)이라고 부를 수 있다. 또한, 발광 소자 조립체(350)의 조립을 위하여 이러한 폴리머 절연층(320)의 두께는 조절될 수 있다. 예를 들어, 폴리머 절연층(320)의 두께는 도전볼(355)의 지름보다 작을 수 있다. 이에 대해서는 자세히 후술한다.
이러한 절연층(320) 상에는 개별 박막 트랜지스터(311)와 각각 연결되는 애노드 전극(양전극; 340)이 배치될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 개별 박막 트랜지스터(311)와 애노드 전극(340)은 평탄화층(312)과 절연층(320)을 관통하는 비아 전극(341)을 통하여 연결될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 발광 소자 조립체(350)는, 발광 소자(351), 발광 소자(351) 상에 위치하고 애노드 전극(340)과 도전볼(355)에 의하여 전기적으로 연결되는 제1 전극(352), 발광 소자(351) 상에 위치하고 캐소드 전극(342)과 도전볼(355)에 의하여 전기적으로 연결되는 제2 전극(353)을 포함할 수 있다.
또한, 발광 소자 조립체(350)는, 제1 전극(352)과 제2 전극(353) 상에 서로 이격되어 위치하는 제1 접착층(354) 및 이 제1 접착층(354) 상에 위치하는 비 전도성의 제2 접착층(Non-conducting film (NCF); 356)을 포함할 수 있다.
이때, 제2 접착층(356)은, 서로 이격되어 위치하는 두 위치의 제1 접착층(354)을 덮을 수 있다. 또한, 제2 접착층(356)은 발광 소자(351) 전체를 덮을 수 있다.
도 15를 참조하면, 도전볼(355)은 제1 접착층(354) 상에 국부적으로 위치할 수 있다. 즉, 도전볼(355)은 애노드 전극(340)과 제1 전극(352) 사이, 그리고 캐소드 전극(342)과 제2 전극(352) 사이에 국부적으로 위치할 수 있다. 이러한 국부적으로 위치하는 도전볼(355)은 위에서 확인된 바 있다.
제1 접착층(354)은 전도성 또는 비 전도성 접착층일 수 있다. 도 15에서는 편의상 도전볼(355)이 제1 접착층(354)과 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342) 사이에 위치하는 상태를 도시하고 있다. 그러나, 실제로, 도전볼(355)은 제1 접착층(354)을 침투하여 각각 제1 전극(352) 및 제2 전극(353)에 접촉할 수 있다.
또한, 위에서 설명한 바와 같이, 발광 소자 조립체(350)의 합착 과정에서 발광 소자 조립체(350)는 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342) 상에 위치한 상태로 압력이 가해지게 되며, 이때, 도전볼(355)은 제1 접착층(354) 및 제2 접착층(355)을 침투하여 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342)을 각각 제1 전극(352) 및 제2 전극(353)과 전기적으로 연결하게 된다. 또한, 실제로 도전볼(355)의 형상은 구형에서 예를 들면 타원형으로 변형될 수 있다.
한편, 이러한 애노드 전극(340)과 제1 전극(352) 사이, 그리고 캐소드 전극(342)과 제2 전극(352) 사이에 국부적으로 위치하는 도전볼(355)은 이방성 전도성 필름(ACF)을 패터닝하여 이루어질 수도 있다.
또한, 제1 접착층(354) 및 제2 접착층(355) 중 적어도 어느 하나는 TiO 2와 같은 색상을 낼 수 있는 착색 물질을 이용하여, 백색, 흑색 또는 그 외의 색상으로 착색이 가능하다.
도 16 내지 도 26은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정을 나타내는 단면도이다.
이하, 도 16 내지 도 26을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 제조 과정을 상세히 설명한다.
먼저, 도 16을 참조하면, 제1 기판(400) 상에 배열된 발광 소자(351)가 준비될 수 있다. 이러한 제1 기판(400) 상에는 디스플레이 장치의 개별 서브 픽셀을 이루는 발광 소자(351)가 다수 개 될 수 있다. 도 16에서는 두 개의 발광 소자(351)가 도시되어 있으나, 이는 예시일 뿐이며, 디스플레이 장치의 픽셀 간격(픽셀 피치)에 맞게 구획된 다수의 발광 소자(351)가 제1 기판(400) 상에 구비될 수 있다.
이때, 제1 기판(400)은 발광 소자(351)가 성장된 성장 기판일 수 있다. 예를 들어, 발광 소자(351)는 질화 갈륨 계열 반도체 발광 소자일 수 있다. 또한, 예를 들어, 제1 기판(400)은 사파이어 기판일 수 있다.
이러한 개별 발광 소자(351)는 제1 기판(400) 상에 발광 소자(351) 형성을 위한 반도체층이 형성된 후 노광 및 식각 공정 등을 통하여 구획되고 형상화되고, 제1 전극(352) 및 제2 전극(353)이 각각 형성되어 개별 서브 픽셀을 이루는 발광 소자(351)로 제작될 수 있다. 이와 같은 노광 및 식각 공정(이하, 포토 공정이라 칭한다)은 매우 정밀도가 높은 공정으로서, 이러한 포토 공정으로 제작된 발광 소자(351)가 박막 트랜지스터 기판(310)에 그대로 전사된다면 고해상도 디스플레이 장치를 구현하는데 매우 유리할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예는 성장 기판 상에 성장되고 구획되어 개별 단위 서브 픽셀을 이루는 발광 소자(351)를 박막 트랜지스터 기판(310)에 직접적으로 전사할 수 있는 방안을 제공할 수 있다.
도 16을 참조하면, 개별 발광 소자(351) 상에는 동일 면에 제1 전극(352) 및 제2 전극(353)이 서로 이격되어 구비될 수 있다. 즉, 발광 소자(351)는 수평형 발광 소자일 수 있다.
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 개별 발광 소자(351)들은 매우 정밀한 거리 간격으로 제1 기판(400) 상에 배열된 상태일 수 있다.
이후, 도 17을 참조하면, 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에 제1 접착층(354)을 형성할 수 있다. 도시하는 바와 같이, 이러한 제1 접착층(354)는 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 각각을 덮도록 형성될 수 있다. 따라서, 제1 접착층(354)은 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에서 서로 이격되어 위치할 수 있다. 그러나 경우에 따라서, 제1 접착층(354)은 개별 발광 소자(351) 사이의 위치에도 형성될 수도 있다.
한편, 제1 접착층(354)은 전도성 또는 비 전도성일 수 있다.
이와 같이, 제1 접착층(354)은 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에 국부적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 접착층(354)은 제1 전극(352) 및/또는 제2 전극(353)과 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 이때, 제1 접착층(354)의 크기는 제1 전극(352) 및/또는 제2 전극(353)보다 클 수 있다.
다음, 도 18 및 도 19를 참조하면, 제1 접착층(354) 상에 도전볼(355)을 위치시킬 수 있다. 이때, 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에 국부적으로 위치하는 제1 접착층(354)의 상면에만 도전볼(355)이 위치하게 되어, 결국 도전볼(355)은 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에 국부적으로 위치할 수 있다.
이러한 도전볼(355)을 제1 접착층(354)의 상면에 부착시키는 방법은 도 18 및 도 19에서 도시하는 바와 같이, 도전볼(355)이 분산된 시트(500)를 이용할 수 있다.
즉, 도전볼(355)이 분산된 시트(500) 상에 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에 국부적으로 위치하는 제1 접착층(354)을 접촉시켜서 도전볼(355)을 제1 접착층(354)의 상면에 부착시킬 수 있다.
한편, 도 20에서 도시하는 바와 같이, 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에 국부적으로 위치하는 제1 접착층(354) 상에 노즐(510)을 통하여 도전볼(355)을 살포함으로써 동일하게 도전볼(355)을 제1 접착층(354)의 상면에 부착시킬 수 있다.
도 21에서는 이러한 과정에 의하여 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에 국부적으로 위치하는 제1 접착층(354)의 상면에만 도전볼(355)이 부착된 상태를 도시하고 있다.
한편, 위에서 언급한 바와 같이, 캐소드 전극(342)과 제2 전극(352) 사이에 국부적으로 위치하는 도전볼(355)은 이방성 전도성 필름(ACF)을 패터닝하여 이루어질 수도 있다.
다음, 도 22를 참조하면, 이러한 제1 전극(352) 및 제2 전극(353) 상에 국부적으로 위치하는 제1 접착층(354)의 상면에만 부착된 도전볼(355)을 제2 접착층(356)을 이용하여 피복할 수 있다.
이러한 제2 접착층(356)은 발광 소자(351) 전체를 피복할 수 있다. 이와 같이, 제2 접착층(356)에 의하여 피복된 발광 소자(351)는 발광 소자 조립체(350)를 이룰 수 있다.
이때, 제2 접착층(356)의 형상은 대략 발광 소자(351)의 형상과 동일할 수 있다.
이후, 도 23을 참조하면, 제2 기판(310) 상에 발광 소자 조립체(350)를 부착할 수 있다.
즉, 도전볼(355)을 이용하여 개별 발광 소자(351)의 제1 전극(352) 및 제2 전극(353)을 제2 기판(310) 상에 배치된 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342)에 접합시킬 수 있다.
구체적으로, 발광 소자 조립체(350)의 제2 접착층(356)이 제2 기판(310)의 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342)을 향하도록 하여, 이 제2 접착층(356)을 제2 기판(310)에 접합시킨다.
이때, 제1 전극(352) 및 제2 전극(353)을 제2 기판(310) 상에 배치된 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342)의 위치에 정렬하여 발광 소자 조립체(350)를 제2 기판(310) 상에 배치된 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342)에 접합시킬 수 있다.
이후, 압력을 가하여, 도전볼(355)이 제1 전극(352)과 애노드 전극(340) 사이에 접촉하여, 제1 전극(352)과 애노드 전극(340)이 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 경우에 따라, 열이 함께 가해질 수도 있다.
또한, 도전볼(355)이 제2 기판(310)과 캐소드 전극(342) 사이에 접촉하여, 제2 기판(310)과 캐소드 전극(342)이 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 위에서 설명한 바와 같이, 제2 기판(310)은 액티브 매트릭스 형태의 디스플레이를 구현할 수 있는 박막 트랜지스터 기판일 수 있다.
다음, 도 24를 참조하면, 제1 기판(400)을 제거할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 제1 기판(400)은 발광 소자(351)의 성장 기판으로서, 일례로 사파이어 기판일 수 있다. 제1 기판(400)은 레이저 리프트 오프, 화학적 리프트 오프 방법 등에 의하여 제거될 수 있다.
즉, 제1 기판(400) 측에서 발광 소자 조립체(350)를 향하여 레이저를 조사하여 발광 소자(351)의 성장면과 제1 기판(400) 사이의 계면이 분리될 수 있다.
도 23 및 도 24는 전체 발광 소자 조립체(350)를 동시에 또는 그룹으로 부착하는 상태를 도시하고 있다.
그러나, 도 25 및 도 26에서 도시하는 바와 같이, 일부 발광 소자 조립체(350)를 선택적으로 조립하는 것도 가능하다. 예를 들어, 색상 별로 발광 소자 조립체(350)를 조립하거나, 특정 목적으로 발광 소자 조립체(350)의 그룹을 나누어 그룹별로 발광 소자 조립체(350)를 조립할 수 있다.
일례로, 청색 발광 소자 조립체(350)를 먼저 선택적으로 부착하고, 이후에 녹색 발광 소자 조립체(350)를 부착하는 등의 방법이 가능하다.
도 25를 참조하면, 일측의 발광 소자 조립체(350)만 제2 기판(310)에 부착되는 상태를 도시하고 있다. 이후, 도 26을 참조하면, 이러한 부착된 발광 소자 조립체(350)만 제1 기판(400)으로부터 선택적으로 분리될 수 있다.
도 24 및 도 26에서, 편의상 도전볼(355)이 제1 접착층(354)과 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342) 사이에 위치하는 상태를 도시하고 있다. 그러나, 실제로, 도전볼(355)은 제1 접착층(354)을 침투하여 각각 제1 전극(352) 및 제2 전극(353)에 접촉할 수 있다.
또한, 위에서 설명한 바와 같이, 발광 소자 조립체(350)의 합착 과정에서 발광 소자 조립체(350)는 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342) 상에 위치한 상태로 압력이 가해지게 되며, 이때, 도전볼(355)은 제1 접착층(354) 및 제2 접착층(355)을 침투하여 애노드 전극(340) 및 캐소드 전극(342)을 각각 제1 전극(352) 및 제2 전극(353)과 전기적으로 연결하게 된다. 또한, 실제로 도전볼(355)의 형상은 구형에서 예를 들면 타원형으로 변형될 수 있다.
도 27은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 발광 소자가 접합된 상태를 나타내는 사진이다. 또한, 도 28은 도 27의 상태에서 발광 소자가 점등된 상태를 나타내는 사진이다.
도 27을 참조하면, 발광 소자(351) 외측에 제2 접착층(356)이 위치하는 상태가 나타나 있다.
도전볼(355)은 모두 발광 소자(351)의 전극 아래에 위치한 상태이므로 사진에서는 나타나지 않는다. 즉, 도전볼(355)은 발광 소자(351)의 전극 상에만 국부적으로 위치한 상태로 위치한 상태에서, 발광 소자(351)가 합착되므로, 도전볼(355)이 그 외의 위치에는 보이지 않는다.
도 28은 이와 같이 접합된 발광 소자(351)에서 점등이 일어나는 상태를 도시하고 있다.
도 29는 발광 소자가 도전볼에 의하여 전극에 접합된 상태의 일례를 나타내는 단면 사진이다. 또한, 도 30은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제2 기판을 나타내는 단면도이다.
위에서 설명한 바와 같이, 박막 트랜지스터 기판(310) 상에는 평탄화층(312)이 위치할 수 있고, 이러한 평탄화층 상에는 절연층(320)이 위치할 수 있다. 휘어지는 디스플레이를 구현하는 경우, 이러한 절연층(320)은 폴리머로 형성될 수 있다. 이때, 절연층(320)은 폴리머 절연층(320; PAC)이라고 부를 수 있다.
이때, 발광 소자 조립체(350)의 조립을 위하여 이러한 폴리머 절연층(320)의 두께는 조절될 수 있다. 예를 들어, 폴리머 절연층(320)의 두께는 도전볼(355)의 지름보다 작을 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 발광 소자(351; LED)는 압력을 가하여 전극(340, 342)에 합착된다. 그런데, 폴리머 절연층(320)의 두께가 두꺼운 경우에는, 도 29에서 A 부분에 표시된 바와 같이, 압력에 의하여 전극(340, 342)이 붕괴되는 현상이 발생할 수 있다.
이러한 압력에 의하여 전극(340, 342)이 붕괴되는 현상은 폴리머 절연층(320)의 두께(T)에 따라 개선될 수 있다. 예를 들어, 이 폴리머 절연층(320)의 두께(T)에 따라, 발광 소자(351) 합착에 필요한 압력이 하측의 평탄화층(312)으로 분산될 수 있다.
일례로, 폴리머 절연층(320)의 두께(T)가 도전볼(355)의 지름보다 작다면, 이러한 압력의 전파(propagation)는 하측의 단단한 유리질의 평탄화층(312)으로 효과적으로 퍼져 나갈 수 있다.
보다 바람직하게는, 이러한 폴리머 절연층(320)의 두께(T)는 도전볼(355)의 지름의 70% 이하일 수 있다. 그러나, 절연성 본연의 특성을 위하여, 또는, 색보정층(330)의 구비를 위하여, 이러한 폴리머 절연층(320)의 두께(T)는 도전볼(355)의 지름의 절반(50%) 이상일 수 있다. 즉, 폴리머 절연층(320)의 두께(T)는 도전볼(355)의 지름의 50% 내지 100%의 두께를 이룰 수 있다. 또한, 위에서 설명한 바와 같이, 폴리머 절연층(320)의 두께(T)는 도전볼(355)의 지름의 50% 내지 70%의 두께를 이룰 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 발광 소자(351)를 성장 기판(400)에서 박막 트랜지스터 기판(310)으로 직접 전사하는 것이 가능하다.
이때, 위에서 설명한 바와 같은, 도전볼에 의한 문제점들, 즉, 일부 발광 소자가 전기적으로 연결되지 않는다거나, 하나의 발광 소자의 두 전극이 단락된다거나 하는 문제점은 발생하지 않을 수 있다.
이와 같이, 발광 소자(351)를 성장 기판(400)에서 박막 트랜지스터 기판(310)으로 직접 전사하는 것이 가능하므로, 고해상도 디스플레이 장치를 구현하는데 매우 유리할 수 있다.
만일, 도너 기판 등의 중간 전사 기판을 거친다면, 정밀한 포토 공정으로 제작된 발광 소자(351)의 배열이 흐트러질 수 있기 때문이다. 이 과정에서 배열의 위치의 정밀도가 저하될 수 있다.
따라서, 정밀한 포토 공정으로 제작된 발광 소자(351)가 박막 트랜지스터 기판(310)에 그대로 전사된다면 고해상도 디스플레이 장치를 구현하는데 매우 유리할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면 기존의 도전볼 사용에 의한 문제점을 해결할 수 있으므로 마이크로 LED 디스플레이 장치의 신뢰성, 정밀도 및 양산성을 크게 향상시킬 수 있는 것이다.
또한, 박막 트랜지스터 기판 상의 원하는 위치에 선택적으로 발광 소자를 장착할 수 있어, 유무기 발광 소자의 혼합(hybrid) 조합으로 디스플레이 장치를 제작할 수 있고, 따라서, LED(무기 발광 소자)와 OLED(유기 발광 소자)의 장점을 취합한 소자의 개발이 가능하다.
특히, LED의 경우, OLED와 달리, 수분 방지층이 없어 적층이 단순하므로, 휘어질 수 있는 디스플레이(flexible display)에 적합할 수 있다. 예를 들어, 도 15를 참조하면, 발광 소자 조립체(350)의 크기는 확대되어 표시되어 있으나, 이러한 발광 소자 조립체(350)가 전체 디스플레이 장치(300)에서 차지하는 면적은 매우 좁은 편이며, 나머지 부분은 대부분 휘어질 수 있는 물성/구조를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 디스플레이 장치(300)는 휘어질 수 있는 디스플레이(flexible display)에 적합한 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 마이크로미터(㎛) 단위 크기의 반도체 발광 소자를 이용하는 발광 장치 및 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 있어서,
    복수의 구획된 애노드 전극;
    상기 애노드 전극의 일측에 위치하는 캐소드 전극; 및
    상기 각각의 애노드 전극 및 캐소드 전극과 전기적으로 연결되어 개별 서브 픽셀들을 구성하는 다수의 발광 소자 조립체를 포함하고,
    상기 발광 소자 조립체는,
    발광 소자;
    상기 발광 소자 상에 위치하고 상기 애노드 전극과 도전볼에 의하여 전기적으로 연결되는 제1 전극;
    상기 발광 소자 상에 위치하고 상기 캐소드 전극과 도전볼에 의하여 전기적으로 연결되는 제2 전극;
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 상에 서로 이격되어 위치하는 제1 접착층; 및
    상기 제1 접착층 상에 위치하는 비 전도성의 제2 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전볼은 상기 제1 접착층 상에 국부적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도전볼은 상기 애노드 전극과 상기 제1 전극 사이, 그리고 상기 캐소드 전극과 상기 제2 전극 사이에 국부적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 접착층은 전도성 접착층인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 접착층은, 상기 서로 이격되어 위치하는 제1 접착층을 덮는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 접착층은 상기 발광 소자 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극은, 박막 트랜지스터 기판의 폴리머 절연층 상에 배열되어 휘어지는 디스플레이를 구현하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 폴리머 절연층의 두께는 상기 도전볼의 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,
    제1 기판 상에 배열된 발광 소자의 제1 전극 및 제2 전극 상에 서로 이격된 제1 접착층 형성하는 단계;
    상기 제1 접착층 상에 국부적으로 도전볼을 위치시키는 단계;
    상기 도전볼 및 상기 제1 접착층 상에 제2 접착층 형성하는 단계;
    상기 도전볼을 이용하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 제2 기판 상에 배치된 애노드 및 캐소드 전극에 접합시키는 단계; 및
    상기 제1 기판을 분리하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 접착층은 전도성 접착층인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제2 접착층은, 상기 서로 이격되어 위치하는 제1 접착층을 덮는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제2 접착층은 상기 발광 소자 전체를 덮는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 국부적으로 도전볼을 위치시키는 단계는, 상기 서로 이격된 제1 접착층 상에 도전볼을 전사하거나 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제2 접착층은 비전도성인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 도전볼은 상기 애노드 전극과 상기 제1 전극 사이, 그리고 상기 캐소드 전극과 상기 제2 전극 사이에 국부적으로 위치하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  16. 제9항에 있어서, 상기 제1 기판은 상기 발광 소자가 성장된 성장 기판인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  17. 제9항에 있어서, 상기 제1 기판은 레이저 리프트 오프에 의하여 분리되는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  18. 제9항에 있어서, 상기 제2 기판은, 패시브 매트릭스 기판 또는 액티브 매트릭스 구현을 위한 박막 트랜지스터 기판인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  19. 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서,
    성장 기판 상에 성장되고 개별 발광 소자로 패터닝 된 발광 소자의 제1 전극 및 제2 전극 상에 서로 이격된 제1 접착층 형성하는 단계;
    상기 제1 접착층 상에 국부적으로 도전볼을 위치시키는 단계;
    상기 도전볼 및 상기 제1 접착층 상에 제2 접착층 형성하는 단계;
    상기 도전볼을 이용하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 구동 기판 상에 배치된 애노드 전극 및 캐소드 전극에 접합시키는 단계; 및
    상기 성장 기판을 분리하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 구동 기판은, 패시브 매트릭스 기판 또는 액티브 매트릭스 구현을 위한 박막 트랜지스터 기판인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
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