KR102559016B1 - 초미세 화소구조, 표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

나노로드 LED를 광원으로 사용하는 컬러 표시장치에 있어서, 컬러표현을 위한 복수의 자발광 화소층의 각각은 서로 별도로 이루어지는 것을 특징으로 하는 하는 나노로드 LED 화소 구조, 표시장치 및 그 제조방법이 개시된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 화소층은 적어도 일부 영역에서 서로 겹치도록 형성될 수 있고, 서로 겹치는 상기 일부 영역에서는 복수의 자발광 화소층 가운데 발광을 위한 밴드갭이 가장 작은 화소층이 기판 상에 가장 먼저 형성되고, 밴드갭이 가장 큰 화소층이 가장 늦게 형성될 수 있으며,
이때, 복수의 자발광 화소층은 함께 백색광을 형성할 수 있는 서로 다른 세 색상의 화소층이고, 기준 화소 영역의 적어도 일부에서 서로 겹치도록 형성되며, 기준 화소 영역에는 세 색상의 화소층에 각각 대응하는 모두 3개의 화소구동회로가 구비될 수도 있다.

Description

초미세 화소구조, 표시장치 및 그 제조 방법{pixel structure, display and method of making the same}
본 발명은 표시장치의 화소구조 및 이 화소구조를 가지는 표시장치와 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노로드 엘이디(LED)를 이용한 화소구조, 이 화소구조를 가지는 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근래에 액정표시장치가 텔레비전이나 컴퓨터 모니터 등 표시장치로서 많이 사용되고 있다. 그러나 액정표시장치는 액정을 설치하기 위한 상하부 기판을 필요로 하고, 기판 사용에 따른 형태의 제한이 따르고, 액정 사용에 따른 시야각 등 광학적인 문제점과 이를 해결하기 위한 위상차판, 편광판 등의 여러 광학적 요소 사용을 필요로 하며, 무엇보다 액정 자체의 발광 기능이 없으므로 대개 백라이트라는 별도 광원과 컬러 표시를 위한 컬러필터를 필요로 하게 된다.
이런 액정표시장치의 한계로 인하여 최근에는 표시장치로서 자발광 타입의 LED를 이용한 표시장치가 많이 개발되어 사용되고 있다. LED 표시장치로는 발광 물질로 유기물을 사용하는 OLED가 많이 알려져 있으나 유기물을 사용하는 관계로 장시간 사용시 물질의 열화 현상과 그에 따른 표시장치 품위, 기능 저하가 이루어지기 쉽다는 문제가 있다.
이런 문제에 대한 대응으로서, 저전력 구동, 빠른 반응속도, 넓은 색영역 및 좋은 신뢰성을 가지는 LED를 수 ~ 수십 마이크로미터 크기의 픽셀 크기로 제작한 미니/마이크로 LED 디스플레이를 제작하는 방법이 연구되고 개발되고 있다.
기판의 화소 영역에 LED 소자를 위치시키는 방법으로, 기판에 직접 LED를 형성시키는 방법이 통상적으로 생각될 수 있다. 그리고 LED를 직접 기판에 형성하는 방법으로는 LED를 형성하기 위한 P형 전극층과 N형 전극층과 그 사이의 LED 발광을 위한 적합한 물질층들을 순차적으로 적층시키고, 이를 필요한 화소영역마다 구분되게 패터닝 식각을 하는 일종의 탑 다운(TOP DOWN)방식이 있다.
일반적으로, 표시장치 내에서 각 화소를 위한 LED의 형성에는 상당한 노력과 비용이 들어가고, R, G, B 각각의 에피성장, 칩공정, 기판분리, 전사 및 접합 등 매우 복잡한 과정과 정밀도가 요구되며 많은 비용이 들어간다. 특히, 웨어러블 디바이스의 표시장치는 스마트워치의 경우, 360 PPI, 스마트 글래스 의 경우, 3000PPI 이상의 고해상도를 요구하는데 이 경우, 무기물 LED의 R, G, B 각각의 화소를 각각 성장해서 전사 및 접합할 수 없다.
최근 이를 극복하기 위하여 Ostendo 및 김상현 교수팀은 R, G, B 무기물 층을 층으로 쌓아올려 R, G, B가 적층된 구조를 보고하였으나, Ostendo의 적층 에피 구조는 각각의 고효율 에피, 특히 적색층의 고효율 에피 성장에 많은 이슈가 남아있고 물질의 섞임, 색혼합, 각 파장의 효율의 상이함의 문제가 있다.
또한 R, G, B 각각의 층(layer)을 웨이퍼 본딩(Wafer bonding)하여 적층하는 경우, 공정성, 비용, 신뢰성 등의 이슈가 해결되어야한다.
그런데 이런 RGB 화소의 별도 형성은 공정 부담을 늘려 표시장치 제작을 더욱 어렵게 하고, 비용을 더욱 높이는 원인이 된다. 따라서, 표시장치 상에서 RGB를 별도로 형성하지 않고 별도로 컬러필터를 형성하여 단색 표시장치에 결합함으로써 컬러 표시장치를 형성하는 방법도 많이 개발되어 왔다. 그러나, 자발광 표시장치에서 색의 선명도와 화소별 발광효율을 높이기 위해서는 화소별로 별도의 색을 표시하도록 색상별로 다른 LED를 배치하는 것이 여전히 바람직하다.
한편, 최근, 나노로드 질화갈륨(GaN) LED를 형성하여 광원으로 사용하는 방식이 새로운 조명이나 표시장치 제조기술로서 개발되고 있다. 1차원적 나노사이즈의 재료들은 최근 그들의 고유한 광학적, 전기적인 특성과 함께 전자공학, 광전자공학에서의 잠재적인 사용으로 인하여 많은 연구가 되고 있으며, 나노로드 LED는 입체적 벌크(Bulk) 형태나 2차원적 형태에 비해 좋은 특성과 효율을 가질 수 있다. 즉, 원디멘전 나노(one dimension nano) 구조물에 따른 양자 크기 효과(quantum size effect)를 높일 수 있다.
질화갈륨 LED와 관련하여, 1992년 일본 니치아사가 저온의 질화갈륨(GaN) 화합물 완층층을 적용하여 양질의 단결정 GaN 반도체를 융합시키는데 성공함으로써 그 개발이 활발하게 이루어져 왔다. LED 반도체는 광 변환 효율이 높기에 에너지 소비량이 매우 적으며 수명이 반영구적이고 환경 친화적이고, 특히 넓은 밴드갭을 갖는 GaN계 화합물 반도체는 녹색, 청색 그리고 자외선 영역의 빛을 방출하는 LED 반도체의 제조에 이용되는 물질이며, 청색 LED 소자를 이용하여 백색 LED 소자의 제작이 가능하므로 이에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
한편, 나노로드 LED는 앞서 살펴본 것과 같이 LED 형성을 위한 물질층을 수평 층별로 형성하고 이를 패터닝하여 서로 구분되는 나노 로드 패턴을 형성하는 톱 다운 방식으로 형성할 수도 있지만, 기판에 씨드를 분산 배치하고, 씨드에서 물질을 성장시키면서 공급하는 물질과 조건을 달리하여 LED 형성을 위한 다층의 물질막 구조를 형성하는 바텀 업(bottom up) 방식으로 형성할 수 있다.
탑다운 방식은 상대적으로, 질화갈륨계 LED의 경우 MOCVD, MBE 등의 장비를 이용하여 단결정형성을 통한 박막(thin film) 형태의 구조인 투디멘전 나노(two dimension nano) 구조로 먼저 형성되기 때문에 원디멘전 나노(one dimension nano) 구조물에 따른 양자크기효과(quantum size effect)를 높이기 어렵고, 광 발생 접합면의 면적도 작고, 고가의 반도체 장비가 필요하면서도 전체 공정이 복잡하여 작업시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 비용도 많이 소요되는 문제점이 있고, 재료 이용 효율도 떨어지는 문제가 있다.
기존에 알려진 이런 나노 LED의 이점을 몇 가지 정리하면, 높은 결정 품질을 위한 결정 변위(dislocation)가 없는 결정 성장을 이루기 쉽고, 측면 발광을 통해 넓은 발광면을 확보하기 쉽고, 퀀텀 웰 성장과 관련하여 접합면이 비극성 혹은 반극성으로 이루어져 방사 효율이 좋아질 수 있고, 실리콘 기판과의 친화성이 좋고, 광 추출을 개선할 수 있는 분산 형성 특성이 좋다는 등이다.
바텀업 방식은 탑다운 방식에 비해 재료 사용 측면, 제조 장비 효율 측면에서 더 이점을 가질 수 있지만 씨드 등을 사용하여 나노 로드를 형성할 때에도 여전히 대형 고가의 장비가 필요한 경우가 많다.
그리고, 이들 구성에서는 나노로드 LED가 기판에 직립하는 형태를 이루는데, LED의 발광층에서 빛이 나노로드 길이 방향으로 방출되는 것을 고려하면 이런 방향으로의 광조사는 인접한 물질층에 의한 개구율 감소 등에 영향을 주어 외부로 방사되는 빛의 효율을 떨어뜨리는 결과를 가져올 수 있다.
한편, 이런 기존의 화소별 질화갈륨 나노로드 LED 형성 방법의 문제점을 해결하기 위한 하나의 방법으로 나노로드 LED를 이상적인 조건과 기판에서 대량으로 생산하고, 이를 기판에서 각각 분리하고 이를 잉크와 같은 액상 물질에 섞어 분산시키고, 표시장치 기판의 화소 위치에 잉크젯 프린팅 등의 인쇄 기법으로 제공하는 방식이 개발되었다.
이런 경우, 나노로드 제작의 효율성을 높일 수 있지만 표시장치 기판의 각 화소 위치에 인쇄에 의해 공급된 나노로드 LED를 적당한 방향으로 배열하고, 이 나노로드 LED의 두 전극에 외부와 연결되어 전류를 흘려주기 위한 기판상의 전극이 결합되도록 전류 공급 전극을 형성하는 것이 매우 중요하게 된다.
종래의 LED 램프의 경우 전극상에 LED 소자를 3차원으로 직립하여 실장하고 LED 소자의 상부에 전극을 형성하여 LED 램프를 구현하고 있는데, 일반적인 LED 소자라면 3차원의 LED 소자를 직립하여 전극과 연결할 수 있지만 LED 소자가 나노단위 크기의 초소형일 경우 전극에 직립시키기가 매우 어렵다는 문제점이 있다.
한국특허출원 제2011-0040174호는 나노단위 크기의 초소형 LED 소자를 전극에 3차원 직립하여 연결시키기 위해 초소형 LED 소자에 전극과 결합을 용이하게 하는 결합링커까지 구성하였으나 이를 실제 초소형 전극에 구현 시에 초소형 LED 소자가 전극과 3차원으로 직립하여 결합시키기 매우 어려운 문제점이 있다.
더불어 독립하여 제조된 LED 소자를 패터닝된 전극에 일일이 배치시켜야 하나 LED 소자의 크기가 나노단위로 초소형일 경우 서로 다른 두 전극에 LED 소자를 불량 없이 연결하기 매우 어렵다는 문제점이 있다.
나아가, 전극상에 LED 소자를 3차원으로 직립하여 실장하고 LED 소자의 상부에 전극을 형성할 경우 LED 소자의 활성층에서 발생한 광자가 나노소자 및 절연층이 번갈아 있더라도 완벽하게 광추출을 못하므로 직립한 초소형 LED 소자의 면과 공기층간에 생기는 굴절률 차이에 따른 전반사에 의한 광 추출 저하 뿐만 아니라 상단의 전극에 가로막혀 외부로 추출되지 못하고 상기 활성층 내부에서 흡수됨에 따라 광추출효율이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 특허등록 10-1845907에는 나노로드 LED를 포함하는 디스플레이 장치 및 제조 방법이 개시되며, 그 실시 예에 따르면, 나노로드 LED 모듈을 포함하는 디스플레이 장치에서 기판 전반에 걸쳐 화소를 이루는 TFT 배치와 이들 TFT에 신호를 주는 신호선 배치가 개시되며, 개별 화소에서 이들 TFT 및 신호선과 연결되어 나노로드 배열 및 신호인가를 하도록 이루어진 전극 패턴이 개시되어 있다. 여기서는 화소에서 나노로드 LED 층을 형성하는 한 방법의 공정 단계가 잘 설명되는데, 여기서 각 화소의 나노로드 배열 신호인가를 위한 전극 패턴은 나노로드가 수평으로 누워 정렬되도록 형성된 것을 볼 수 있다.
대한민국 등록특허 10-1436123 등에도 나노로드 LED를 포함하는 디스플레이 장치 및 제조 방법이 개시되며, 여기서는 나노로드 LED를 이용한 화소층 형성에 더하여 화소에서 나노로드 LED층 위로 컬러 구현을 위한 필터 형성의 한 방법이 개시되어 있다.
대한민국 특허공개 10-2020-0124195에는 바텀 업 방식으로 3차원 직립 형태로 나노 LED 소자를 형성하는 경우의 발광 효율의 문제, 전극 손상 및 전기적 단락 가능성으로 인한 소자 정렬의 문제를 해결하기 위해 나노로드가 수평 방향으로 누워 정렬되는 LED 전극 어셈블리 및 그 제조 방법이 개시된다. 특히 여기서는 나노로드 LED와 여기에 전류를 흘리는 전극과 그 주변의 기판 요소들 사이에서 전기접속을 안정화시키기 위한 결합 구성이 개시된다.
한편, 최근의 표시장치의 중요한 분야로 가상현실을 구형하기 위한 헤드 마운티드 디스플레이(Head Mounted display: 이하 'HMD'라 함)와 같이 비교적 크기는 작은 대신 초고해상도 고속 응답특성을 요하는 표시장치가 점차 중요하게 되고, 이런 표시장치는 최소 4K, 일반적으로 8K 정도의 해상도가 필요로 하다. 또한 가령 HMD와 같은 수 인치(inch) 이하의 소형 디스플레이에서 2500ppi 이상의 고해상도를 구현하기 위해서는 단위 픽셀 피치가 매우 작게 된다.
HMD와 비슷하게 최근 개발되고 있는 스마트 안경도 가상현실이나 증강현실을 기반으로 하며 스마트워치와 같은 좁은 화면에 헤드업 디스플레이와 비슷하게 많은 정보를 표시하며 동영상이나 게임 디스플레이의 경우, 눈 바로 앞에서 빠르게 변화하는 영상을 나타내어야 하므로 여기서 이용되는 표시장치는 높은 해상도와 높은 응답속도가 요구된다.
이런 표시장치에 가장 적합한 것으로 해상도를 높이기 좋고, 응답속도가 충분히 확보될 수 있는 LED 표시장치를 들 수 있다.
카이스트(KAIST) 연구팀에 의해 나노스케일(Nanoxcale)에 2019년 12월 28일자로 게재된 논문(Strategy toward the fabrication of ultrahigh-resolution micro-LED displays by bonding-interface-engineered vertical stacking and surface passivation)에 의하면, 반도체 공정을 이용하여 초고해상도의 화소 제작 가능성을 보여주면서, 화소를 이루는 각 색상 LED층을 기존에 이차원 평면에 배열시키던 것을, 아울러 두께 방향으로도 겹쳐 배치하여 전체적으로 화소의 3차원적 배치를 나타내고 있다. 단, 여기서는 해상도 향상을 위한 방법으로서 반도체 공정을 이용하는 것이므로 인쇄 방식으로 LED 컬러층을 형성하는 것을 나타내는 것은 아니다.
오스텐도 테크노로지(Ostendo Technologies)에서도 LED를 형성함에 있어서 "Growth of monolithic full-color GaN-based LED with intermediate carrier blocking layers"라는 AIP(American Institute of Physics) Advances에 개시된 논문을 통해 적, 녹, 청의 세가지 색깔의 액티브층들이 상하로 차례로 겹쳐 모노리틱 방식의 하나의 LED 소자를 형성한 것을 개시하고 있다. 단, 여기서 적, 녹, 청의 액티브층은 하나의 소자에 적층되고, 하나의 전극쌍에 의해 전류를 공급받으며, 전류 세기에 따라 다른 색상의 광을 방출하는 것을 보이고 있다.
대한민국 공개특허 10-2020-0124195 대한민국 등록특허 10-1429095 대한민국 등록특허 10-1672781
본 발명은 HUD와 같은 초고해상도 컬러표시장치에 적합한, 나노로드 LED를 이용한 화소구조와 이 화소구조를 가지는 표시장치 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 인쇄와 같은 공정으로 LED 광원층을 형성하여 제작에 필요한 장비 및 공정 부담을 줄이면서 제작할 수 있는 화소구조와 이 화소구조를 가지는 표시장치 및 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시장치의 화소구조는, 나노로드 LED를 광원으로 사용하는 컬러 표시장치를 이루는 화소 구조에 있어서, 컬러표현을 위한 복수의 자발광 컬러 화소층은 기준 화소 영역의 적어도 일부 영역에서 서로 겹치도록 형성되는 것이고, 화소층 각각은 서로 별도로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
복수의 화소층이 겹치도록 형성되는 경우, 화소층 가운데 기판에 발광을 위한 밴드갭이 가장 작은 (적색) 화소층이 가장 먼저 형성되고, 밴드갭이 가장 큰 (청색) 화소층이 가장 늦게 형성되도록 할 수 있다. 이런 경우, 모든 영역에서 컬러 화소층이 겹치도록 형성되어도 하부의 밴드갭이 작은 화소층의 발광이 상부의 밴드갭이 큰 화소층의 발광을 유도하지 않고, 의도하지 않은 색 간섭을 방지할 수 있고 컬러 표현의 정확성, 명료성을 높일 수 있다.
복수의 화소층이 일부에서만 겹치는 경우, 밴드갭이 가장 큰 (청색) 화소층 위로는 다른 컬러 화소층이 존재하지 않고, 이 개념을 확장하여 어떤 밴드갭을 가진 화소층 위로는 그 밴드갭보다 큰 밴드갭을 가진 화소층만 위치할 수 있도록, 가령 청색 나노로드 LED 화소층 위로는 녹색이나 적색 나노로드 LED 화소층이 올 수 없고, 녹색 나노로드 LED 화소층 위로는 적색 나노로드 LED 화소층이 올 수 없도록 화소구조를 형성할 수 있다. 이런 경우, 하부의 밴드갭이 큰 화소층에서 나온 빛이 그 상부의 공간으로 바로 나와 갭드갭이 작은 화소층을 거치면서 그 화소층의 발광을 유도하고, 그로 인하여 색간섭을 일으키면서 컬러 표현의 정확성, 명료성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
각 컬러 화소층을 형성하기 위해 화소층마다 나노로드 LED를 배열함에 있어서 보다 구체적인 실시 구성의 하나로서, 기준 화소 영역 내의 한 색상의 화소층을 이루는 핑거형 나노로드 LED의 정렬용 도선 패턴의 배치가 그 위의 다른 색상의 화소층을 이루는 핑거형 나노로드 LED의 정렬용 도선 패턴의 배치가 서로 수직 혹은 교차하는 형태를 이루고, 그에 따라 두 화소층의 핑거형 나노로드 LED의 설치 방향도 서로 수직을 이루어, 상,하 두 화소층의 나노로드 LED는 위에서 볼 때 서로 수직을 이루면서 겹쳐진 메시(mesh) 형태를 이룰 수 있다.
또한, 나노로드 LED를 배열함에 있어서 구체적인 실시 구성의 다른 하나로서, 기준 화소 영역 내의 한 색상의 화소층을 이루는 나노로드 LED의 배치 위치가 다른 색상의 화소층들을 이루는 나노로드 LED의 배치 위치와 다르도록 서로 엇갈린 배열을 가지는 구성이 제시될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시장치는 본 발명의 화소 구조를 가지는 표시장치로서, 기판, 기판에 형성된 화소 선택용 소오스 게이트 드레인 전극을 포함하는 TFT, TFT에 신호를 주기 위한 데이터 라인, 게이트 라인을 포함하는 전류인가용 회로층, 회로층 위로 설치되며 정렬된 나노로드 LED를 포함하는 복수 화소층, 복수 화소층의 나노로드 LED의 일측 전극을 회로층의 드레인 전극과 연결하여 나노로드 LED에 전류를 흘릴 수 있도록 설치되는 제1 연결 전극, 나노로드 LED의 타측 전극을 공통전극에 연결하여 나노로드 LED에 전류를 흘릴 수 있도록 하는 제2 연결전극을 구비하여 이루어지는 것일 수 있다.
이러한 본 발명 구성에서, 상기 공통전극 및 공통전극 라인은 상기 기판 위의 상기 회로층에 설치되고, 상기 제2 연결전극은 상기 제1 연결전극과 함께 설치되는 것일 수 있다.
본 발명에서 복수의 자발광 컬러 화소층은 서로 다른 발광 특성을 가지는 나노로드 LED를 구비하여 이루어질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시장치 제조 방법은,
기판에 화소 선택용으로 소오스 게이트 드레인 전극을 포함하는 TFT, TFT에 신호를 주기 위한 데이터 라인, 게이트 라인을 포함하는 전류인가용 회로층을 형성하는 단계,
기판의 상기 회로층 위로 제1 층간절연막, 나노로드 LED 정렬용 전극 패턴을 차례로 형성하는 단계,
컬러 화소층 형성을 위하여 제1 나노로드 LED를 포함하는 잉크층을 인쇄로 형성하고 상기 정렬용 전극 패턴에 전압을 인가하여 상기 제1 나노로드 LED에 대한 정렬을 실시하는 단계,
정렬된 상기 제1 나노로드 LED를 가지는 기판에 패터닝 작업을 통해 상기 회로층의 드레인 전극을 노출하는 제1 비아홀을 형성하는 단계,
상기 제1 비아홀이 형성된 기판에 도전층 적층 및 패터닝을 통해 해당 화소별로 상기 제1 나노로드 LED의 일측 전극과 회로층의 드레인 전극을 연결하는 제1층 제1 연결전극을 형성하는 단계,
제1층 제1 연결전극 위로 제2 층간절연막을 형성하는 단계,
컬러 화소층 형성을 위하여 제2 나노로드 LED를 포함하는 잉크층을 인쇄로 형성하고 정렬용 전극 패턴에 전압을 인가하여 상기 제2 나노로드 LED에 대한 정렬을 실시하는 단계,
정렬된 상기 제2 나노로드 LED를 가지는 기판에 패터닝 작업을 통해 상기 회로층의 드레인 전극을 노출하는 제2 비아홀을 형성하는 단계,
상기 제2 비아홀이 형성된 기판에 도전층 적층 및 패터닝을 통해 해당 화소별로 상기 제2 나노로드 LED의 일측 전극과 회로층의 드레인 전극을 연결하는 제2층 제1 연결전극을 형성하는 단계,
제2층 연결전극 위로 제3 층간절연막을 형성하는 단계,
컬러 화소층 형성을 위하여 제3 나노로드 LED를 포함하는 잉크층을 인쇄로 형성하고 정렬용 전극 패턴에 전압을 인가하여 상기 제3 나노로드 LED에 대한 정렬을 실시하는 단계,
정렬된 상기 제3 나노로드 LED를 가지는 기판에 패터닝 작업을 통해 상기 회로층의 드레인 전극을 노출하는 제3 비아홀을 형성하는 단계,
상기 제3 비아홀이 형성된 기판에 도전층 적층 및 패터닝을 통해 해당 화소별로 상기 제3 나노로드 LED의 일측 전극과 회로층의 드레인 전극을 연결하는 제3층 제1 연결전극을 형성하는 단계를 구비하여 이루어진다.
이때, 상기 제2 층간절연막을 형성하는 단계와 상기 제3 층간절연막을 형성하는 단계 뒤에는 상기 제1 층간절연막 위에 형성된 정렬용 전극 패턴과 별도의 정렬용 전극 패턴을 설치하여 각각 상기 제2 나노로드 LED의 정렬과 상기 제3 나노로드 LED의 정렬에 이용할 수 있다.
또한, 상기 정렬용 전극 패턴 위로는 별도의 절연층을 형성하고 상기 잉크층을 형성하는 것도 가능하다.
본 발명 방법에서, 상기 회로층을 형성하는 단계에서 기판에 공통전극과 공통전극용 배선도 함께 형성하고, 각 층의 상기 비아홀을 형성하는 단계에서 해당 화소별 공통전극도 함께 드러내며, 각 층의 상기 비아홀이 형성된 기판에 연결전극을 형성하는 단계에서 각층 나노로드 LED의 다른 일측 전극과 회로층의 공통전극을 연결하는 연결전극을 형성할 수 있다.
이때, 나노로드 LED에 대한 정렬을 실시하는 단계와 비아홀을 형성하는 단계 사이에 정렬된 나노로드 LED에 대해 그 위로 해당 화소별로 P 전극과 N 전극을 형성하는 단계(적층 및 패터닝 혹은 인쇄)와 커버 절연막을 형성하는 단계가 더 구비되고, 비아홀을 형성하는 단계에서는 상기 P 전극과 상기 N 전극을 함께 드러낼 수 있다.
또한, 본 발명에서 인쇄시 해당 화소층 잉크가 해당 화소 영역에 한정적으로 도포되도록 하기 위한 영역 배리어(barrier)가 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면 HUD와 같은 초고해상도 컬러표시장치에 적합한, 나노로드 LED를 이용한 화소구조와 이 화소구조를 가지는 표시장치를 제공함에 있어서, 기준 화소 영역 내에서 색상별 화소층의 수직 적층에 의한 화소의 3차원적 배열이 가능한 화소구조를 채택하여 이 화소구조를 가지는 표시장치에서 높은 해상도를 구현하면서도, 색상별 나노로드 LED를 포함하는 화소층을 인쇄와 같은 공정으로 각각 형성하여 제조방법에 있어서도 필요한 장비 및 공정 부담을 줄이는 효과를 가질 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 기준 화소 영역 구성 개념을 나타내는 개략적 회로 평면도,
도2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시장치의 기준 화소 영역에서 기판에 TFT를 비롯한 회로층이 형성된 상태를 개념적으로 나타내는 개략적 평면도,
도3은 도2에서 기판에 나노로드 정렬용 도선 패턴(전극 패턴)이 형성된 상태를 나타내는 개략적 평면도,
도4는 도3에서 기판에 컬러 표시를 위한 제1 화소층을 이루는 복수 제1 나노로드 LED의 정렬 상태를 나타내는 평면도,
도5는 도4에서 복수의 나노로드 LED의 양단에 전류 인가를 위한 전극 패턴이 형성되고, 그 위로 층간 절연막 형성, 비아홀 형성, 연결전극 형성이 차례로 이루어진 상태를 나타내는 평면도,
도6은 도5의 상태에서 층간 절연막 형성 후 도4 내지 도5에 도시된 단계들이 아래 구성요소들과 겹치면서 한번 더 진행되어 제2 화소층을 이루는 복수 제2 나노로드 LED의 정렬, 복수의 제2 나노로드 LED의 양단에 전류 인가를 위한 전극 패턴 형성, 층간 절연막 형성, 비아홀 형성, 연결전극 형성이 차례로 이루어진 상태를 나타내는 평면도,
도7은 도6의 상태에서 층간 절연막 형성 후 도4 내지 도5에 도시된 단계들이 아래 구성요소들과 겹치면서 한번 더 진행되어 제3 화소층을 이루는 복수 제3 나노로드 LED의 정렬, 복수의 제3 나노로드 LED의 양단에 전류 인가를 위한 전극 패턴 형성, 층간 절연막 형성, 비아홀 형성, 연결전극 형성이 차례로 이루어진 상태를 나타내는 평면도,
도8은 도2 내지 도7과 관련된 기준 화소 영역을 중심으로 하는 표시장치의 층구조를 나타내는 개념적 단면도,
도9는 기준 화소 영역 내의 나노로드 LED를 포함하는 각 컬러 화소층이 상하로 겹치는 설치 형태의 한 예를 나타내는 개념적 단면도,
도10은 나노로드 LED를 포함하는 각 컬러 화소층이 상하로 겹치는 설치 형태의 다른 한 예를 나타내는 개념적 단면도,
도11은 본 발명의 화소 구조에서 하나의 컬러 화소층을 이루는 나노로드 LED를 정렬시키기 위한 정렬용 도선 패턴의 하나를 예시하는 개념적 평면도,
도12는 본 발명의 화소구조의 다른 하나의 실시예에서 하나의 컬러 화소층을 이루는 나노로드 LED 및 그 정렬용 도선 패턴과 그 위층의 컬러 화소층을 이루는 나노로드 LED 및 정렬용 도선 패턴이 서로 수직 방향을 이루면서 메시 형태를 이루는 경우를 나타내는 개념적 평면도,
도13은 본 발명의 화소구조의 다른 하나의 실시예에서 각 컬러 화소층을 이루는 나노로드 LED들이 평면적으로 서로 겹치지 않고 엇갈리게 배치된 경우를 나타내는 개념적 평면도이다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명의 구체적 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도1은 기판에 회로층을 이루는 데이타 라인(17), 게이트 라인(19), 전력 라인(Vdd: 16), 공통전극 라인(18) 및 화소구동회로 등이 형성된 위로, 기준 화소 영역(10)마다 적, 녹, 청 3 개의 색상의 화소층이 겹치도록 적층되고 각 화소층의 단자 전극이 형성되어 한편으로는 기판의 구동 TFT의 드레인 전극과 연결되고 한편으로는 공통 전극과 연결됨을 나타내는 표시장치 내의 화소 개념도이다.
개별 화소마다 형성되는 회로층 혹은 화소구동회로는 대개의 경우 단순화를 위해 스위칭 TFT와 구동 TFT라는 두 개의 트랜지스터와 하나의 캐퍼시터로 이루어지는 것으로 생각할 수 있다. 스위칭 TFT에서 소오스는 기판의 데이터 라인(17)과 연결되고, 게이트는 기판의 게이트 라인(19)과 연결되며, 드레인은 구동 TFT의 게이트와 연결된다. 구동 TFT의 소오스는 다이오드에 주전류를 흘려주는 주전력 라인(Vdd)과 연결되고, 드레인은 다이오드의 아노드 전극쪽으로 연결된다. 그리고 캐퍼시터는 스위칭 TFT의 드레인 전극과 구동 TFT의 소오스 전극 사이에 설치된다.
이렇게 형성되는 표시장치는 하부의 기판과, 이 기판에 형성된 회로층과 회로층 위로 설치되는 복수 색상의 화소층을 포함하여 이루어진다.
이하 도2 내지 도7의 평면도와 도8의 단면도를 참조하면서 일 실시예를 통해 본 발명의 화소 구조 및 표시장치를 설명하기로 한다. 단 단순화를 위해 주전력 라인은 표시하지 않고, 화소구동회로는 단순화하여 평면도에서는 하나의 박스 형태(D1, D2, D3)로 표시하고, 단면도에서는 구동 TFT만을 구체적으로 도시하였다.
도2는 각 색상의 화소층으로 나노로드 LED를 가지는 도1과 조금 다른 구체적 구성을 가지는 실시예에서 기판에 회로층을 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
기판은 유리와 같은 세라믹 재질이나 플렉시블한 플라스틱 재질과 같은 LED 표시장치에 적합한 다양한 재질로 만들어질 수 있으며, 이런 내용은 앞서 언급된 선행기술의 설명들에도 자세히 기재되어 있다. 이런 기판은 당연히 그 상부에 회로층 및 화소층을 형성할 때 열에 의해 변형되는 등의 문제가 없는 것으로 형성된다.
회로층으로는 화소구동회로를 이루는 박막트랜지스터들(TFT)과 캐퍼시터, 이들 TFT에 신호를 주기 위한 데이터 라인(17), 게이트 라인(19) 등을 포함하는 전류 및 신호 인가용 도선, 공통전극(18)도 함께 만들어진다. 기판에 박막으로 트랜지스터(TFT)를 포함하는 화소구동회로를 형성하고, 화소구동회로 내의 트랜지스터의 소오스 전극과 연결되는 데이터 라인, 게이트 전극과 연결되는 게이트 라인, 공통전극 라인을 형성하는 것은 기존의 액정표시장치나 OLED 장치 기타 LED 표시장치와 같은 평판형 표시장치에서 개발하여 사용하고 있는 다양한 형태 및 재질의 것을 사용할 수 있고, 각 배선 및 소자 전극의 단락을 방지하기 위해 배선들은 얇은 층간절연막으로 이격된 서로 다른 층에 배치될 수 있다.
이렇게 형성된 회로층에서 각 화소마다 해당 화소 선택을 위한 TFT가 형성되고, TFT를 이루는 소오스, 게이트, 드레인과, 공통전극 및 배선은 반도체막, 도핑된 반도체막, 금속 등의 반도체층 및 도전층을 적층, 패터닝 등의 공정을 이용하여 형성될 수 있으며, 이런 기술은 주지의 내용이므로 더 구체적 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 이 실시예에서는 구성의 단순화를 위해, 표시장치 전면에 걸쳐 2차원 평면에서 반복적 주기적으로 설치되는 부분이며, 자체 내에 R,G,B 3개의 색상 화소층을 두께 방향으로 겹치게 배열하여 화소의 입체적 배열을 이루도록 하는 단위 구조를 이루는 영역을 기준 화소 영역(10)으로서 점선으로 표시된 네모 영역으로 표시하고, 기준 화소 영역 하나에 대해 박스로 표시된 각 색상용 화소구동회로를 하나씩 모두 3개를 형성하는 것으로 한다.
도3을 참조하면, 이런 회로층 위로 기판에 정렬용 도선 패턴(21a, 21b) 혹은 전극 패턴을 형성한다. 대개 이런 패턴을 형성하기 전에 회로층에 드러난 도전층과의 단락을 방지하기 위해 층간절연막을 먼저 형성한다. 화소가 형성되는 기판 전반에 걸쳐 도선 패턴은 일정 영역에서 서로 평행하고 반대 극성으로 전압이 걸리도록 이루어지는 하나 이상의 배선쌍을 가지게 된다. 배선쌍을 이루는 배선, 즉 도선 패턴(21a, 21b) 사이의 간격은 그 위에 정렬될 나노로드의 길이에 대응되게 형성되며, 기판에 형성될 개별 화소 크기를 고려하게 결정될 것이다.
그리고, 각 화소 영역에서 각 색상의 빛을 방출할 수 있는 색상층(컬러 화소층)이 만들어진다. 여기서 색상층은 해당 색상의 광을 방출할 나노로드 LED가 분산된 액상물질을 잉크젯 프린터의 잉크 헤드와 같은 장치로 필요한 영역에 분사(Jetting, Printing)하여 그 영역을 액상물질층으로 도포하는 방식으로 만들어진다. 나노로드 LED는 길이 방향의 양단에 서로 다른 극성의 전극이 노출, 형성되도록, 가령, 일단에 p형 전극층이 다른 일단에 n형 전극층이 형성되도록 이루어진다.
여기서 색상층 형성을 위한 액상물질층 도포에는 잉크젯 프린터에 의한 인쇄방법을 예시하고 있지만, 기판 전면에 색상층을 이룰 액상물질층을 스핀 코팅이나 스프레이 코팅과 같은 방법으로 도포하고 건조한 다음 필요없는 영역, 가령 비 화소 영역에서는 패터닝을 통해 색상층을 제거하는 방법이 사용될 수 있고, 인쇄 방법에서도 잉크젯 프린팅 외의 스크린 프린팅, 쉐도우 마스크를 이용한 스프레이 도포법 등 다른 인쇄 방법이 사용될 수 있다.
여기서 도포된 상태의 액상물질이 건조되기 전에 배선쌍에는 전압이 인가되어 전계를 형성하고, 이 전계에 의해 액상물질 내에서 그 지향 방향이 무질서하게 분산된 나노로드 LED는 전기영동 등에 의해 일정한 방향을 향하고, 양단의 전극 부분이 배선쌍을 이루는 두 도선 패턴에 각각 겹치거나 접근하도록 위치하게 된다. 이 상태에서 액상물질을 건조시키면 도4의 참조번호 31로 표시된 것과 같이 전계에 의해 배열된 나노로드 LED만 남게 된다.
배열된 나노로드 LED 위로 각각의 기본 화소 영역에 있는 나노로드 LED의 같은 극성 전극과 겹치도록 도4의 두 극성용 도전체 전극 패턴(41a, 41b)을 형성한다. 이런 전극 패턴은 도전체 적층, 패터닝을 통해 이루어질 수 있다.
두 극성용 도전체 전극 패턴(41a, 41b)이 형성된 다음 기판에 층간절연막을 형성하고, 다음으로 패터닝 공정을 통해 두 극성용 도전체 전극 패턴 각각의 일부와, 회로층의 드레인 전극의 일부, 공통전극의 일부를 드러내는 비아홀 형성용 식각 작업이 포함된 패터닝 작업이 이루어진다. 이런 패터닝 작업은 통상 포토리소그래피를 이용하여 이루어질 수 있다.
그리고, 비아홀이 형성된 기판에 다시 도전체 적층 및 패터닝을 통해 두 극성용 도전체 전극 패턴 중 하나(41a)와 D1의 드레인 전극을 연결하는 도5의 공급측 연결패턴(51), 두 극성용 도전체 전극 패턴 중 다른 하나(41b)와 공통전극(18)을 연결하는 도5의 배출측 연결패턴(53)을 형성한다.
그리고, 정렬용 도선 패턴 혹은 전극 패턴을 형성하는 단계에서 기본 화소 영역에서 두 연결 패턴을 형성하는 작업은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 각 색상을 위해 3차례 반복적으로 실시된다.
가령, 도5의 상태에서 층간 절연막 형성 후 도4 내지 도5에 도시된 단계들이 아래 구성요소들과 겹치면서 한번 더 진행되어 정렬용 도선 패턴(21a', 21b') 형성, 층간절연막 형성 및 패터닝, 제2 화소층을 이루는 복수 제2 나노로드 LED(61)의 정렬, 복수의 제2 나노로드 LED(61)의 양단에 전류 인가를 위한 전극 패턴(71a, 71b) 형성, 또 다른 층간 절연막 형성, 제2 화소층을 구동하기 위한 D2의 드레인과 공통전극(18)의 일부 그리고 제2 나노로드 LED(61)의 양단과 겹치게 형성된 전류 인가를 위한 전극 패턴(71a, 71b)의 일부를 드러내는 비아홀 형성, 도전층 적층 및 패터닝을 통한 두 연결전극(81, 83) 형성이 차례로 이루어져 도6의 평면도와 같은 상태를 이루고,
도6의 상태에서 층간 절연막 형성 후 도4 내지 도5에 도시된 단계들이 아래 구성요소들과 겹치면서 한번 더 진행되어 정렬용 도선 패턴(21a", 21b") 형성, 층간절연막 형성 및 패터닝, 제3 화소층을 이루는 복수 제3 나노로드 LED(91)의 정렬, 복수의 제2 나노로드 LED(91)의 양단에 전류 인가를 위한 전극 패턴(101a, 101b) 형성, 또 다른 층간 절연막 형성, 제3 화소층을 구동하기 위한 D3의 드레인과 공통전극(18)의 일부 그리고 제3 나노로드 LED(91)의 양단과 겹치게 형성된 전류 인가를 위한 전극 패턴(101a, 101b)의 일부를 드러내는 비아홀 형성, 도전층 적층 및 패터닝을 통한 두 연결전극(111, 113) 형성이 차례로 이루어져 도7의 평면도와 같은 상태를 이루게 된다.
물론 그 위로는 다시 보호층, 기판 등이 형성되어 표면을 마감하게 되고 표시장치 패널을 형성하게 된다.
단, 여기서 정렬용 도선 패턴(21a, 21b)을 형성하는 단계는 기본 화소 영역에서 제일 아래쪽에 있는 적색의 화소층을 위해 한번만 형성하고, 위쪽의 녹색의 화소층 및 청색의 화소층을 위한 나노로드 LED 정렬에서는 기판에 이미 형성된 정렬용 도선 패턴을 이용하여 나노로드 LED 정렬을 위한 전계 인가를 실시하는 것도 가능하다.
여기서 색상층 혹은 컬러 화소층의 적층구조를 살펴보면, 도9에 개념적으로 도시된 것과 같이 회로층을 포함하는 공정 기판(1)의 기본 화소 영역에서 제일 아래 화소층(31')으로 적색광을 내는 나노로드 LED가 포함된 것을 사용하고, 중간 화소층(61')으로 녹색광을 내는 나노로드 LED가 포함된 것을 사용하고, 제일 위쪽 화소층(91')으로 청색광을 내는 나노로드 LED가 포함된 것을 사용하는 것은, 청색광을 내는 나노로드 LED의 활성층이 밴드갭이 가장 큰 물질로 이루어지고 적색광을 내는 나노로드 LED의 활성층이 밴드갭이 가장 작은 물질로 이루어져 제일 아래 화소층(31')의 적색광이나 중간 화소층(61')의 녹색광이 위로 조사되면서 제일 위쪽 화소층(91')의 청색광을 위한 나노로드 LED를 여기시켜 청색광을 낼 가능성은 작고, 제일 위쪽 화소층(91')에서 내는 청색광은 적색광이나 녹색광을 내는 제일 아래 화소층(31')이나 중간 화소층(61')을 거치지 않고 외부로 조사되므로 색 간섭을 일으킬 염려가 적기 때문이다.
따라서, 만약 청색광 화소층(91")을 공정 기판(1)의 기본 화소 영역에서 아래쪽에 배치하는 경우, 개략적 개념도인 도10에 도시된 것과 같이, 색 간섭의 문제를 해결하기 위해 청색광 화소층(91")에는 청색광을 내는 나노로드 LED가 집중 배치된 영역을 만들고, 그 영역 위에서는 녹색광 화소층(61")이나 적색광 화소층(31")이 겹쳐 적층되지 않도록 녹색광 화소층(61")이나 적색광 화소층(31")을 패터닝하는 방법을 사용할 수 있다. 이런 관계는 제조 공정을 적용함에 있어서 녹색광 화소층과 적색광 화소층 사이에서도 마찬가지로 적용될 수 있다.
각 색광의 화소층을 기본 화소 영역의 특정 부분에만 한정하여 형성되도록 하기 위해서는 잉크젯 방식으로 잉크에 해당하는 액상물질을 도포할 때 보조적으로 그 타겟 영역을 둘러싸는 장벽(barrier) 혹은 댐(dam)을 먼저 형성하는 방법을 사용할 수 있다. 이런 장벽 혹은 댐은 층간절연막 적층 및 패터닝을 이용하여 형성할 수 있다. 댐은 잉크 혹은 액상물질이 기준 화소 영역에 집중되도록 하고 타겟 영역의 주변으로 흘러 번지는 것을 방지할 수 있다.
이로써 표시장치의 화소 영역에는 기준 화소 영역마다 별도로 형성된 3개 층의 각 색상 화소층이 형성되고, 각 색상 화소층을 구동하기 위한 TFT가 별도로 형성되고 연결되어 기준 화소 영역의 3개 화소층을 별도로 구동하여 해당 색광을 발생시킬 수 있다.
가령, 기준 화소 영역과 관련된 각 화소별 구동회로에 모두 게이트 전압과 소오스 전압을 걸어 해당 화소를 점등시키고, 해당 색상의 화소층에 주전력이 인가되면 이 색상 화소층의 나노로드 LED에 전류가 흐르면서 각 색상광이 발생하여 이 색상광들이 중첩되어 이 기준 화소 영역에서는 백색광이 방출될 수 있고, 여러 색 조합에 의해 다양한 색광 및 색조 표현이 가능하게 되며, 이는 표시장치의 기판 전체로 볼 때 해상도를 높이는 효과를 가질 수 있다.
이상의 실시예에서는 연결패턴을 두 극성용 도전체 전극 패턴과 별도로 형성하는 것을 개시하고 있지만, 소자 단락의 위험성이 적은 경우 등 경우에 따라서는 나노로드 LED 배열이 이루어진 기판에 바로 드레인 전극 및 공통전극을 드러내는 비아홀을 형성하고, 두 극성용 도전체 전극 패턴을 형성할 때 이들이 연결패턴의 역할을 하도록 하는 것도 가능하다.
또한, 연결패턴을 형성할 때, 적어도 제일 아래쪽의 색상층에서의 나노로드 LED 정렬을 위한 정렬용 도선 패턴은 서로 나란한 한쌍 중의 일측이 회로층을 형성하는 단계에서, TFT의 드레인과 연결되도록 형성되고 한쌍 중의 다른 일측이 공통 전극과 연결되도록 형성되고, 회로층과 색상층 사이에 별도의 층간절연막을 두지 않고, 정렬용 도선 패턴에 전압을 인가하여 색상층의 나노로드 LED 정렬을 시킬 때 바로 정렬된 나노로드 LED가 정렬용 도선 패턴과 전기접속을 하고, 이후 기판에 층간절연막을 형성하여 나노로드 LED가 정렬용 도선 패턴과 전기 접속된 채로 고정되도록 할 수 있다. 이런 경우, 정렬용 도선 패턴이 이후 해당 나노로드 LED에 전류를 흘려 색상 광을 방출하도록 하는 연결패턴의 역할을 할 수 있다.
이상의 실시예에서는 구성을 이해하기 쉽게 단순화하여 서로 두께 방향으로 겹치는 3개의 색상층 혹은 컬러 화소층을 예시하고, 각 색상층을 위해 형성되는 정렬용 도선 패턴, 나노로드 LED 등의 요소가 상하로 겹쳐지고, 기준 화소 영역에는 정렬용 도선 패턴이 직선 방향으로 한쌍만 형성되는 것으로 생각하여 도시하였지만, 이들 요소는 기준 화소 영역 내에서 서로 다른 크기와 위치, 배열 형태를 가지도록 형성할 수 있다.
가령, 도11에서는 기준 화소 영역 내에 한 색상의 화소층을 형성하기 위한 정렬용 도선 패턴(121a, 121b)이 한쌍의 직선 패턴에서 나온 다수 가지(121a', 121b')를 가지는 경우를 도시한다. 소면적 초고해상도 표시장치를 형성하는 경우에는 도2 내지 도7의 실시예와 같은 나노로드 LED의 배치도 가능하지만, 도11과 같이 기준 화소 영역의 크기에 비해 나노로드 LED(131)의 길이가 상당히 작은 표시장치에서는 도11과 같은 정렬용 도선 패턴이 보다 일반적인 형태가 될 수 있다.
도12에서는 기준 화소 영역 내의 한 색상의 화소층을 이루는 핑거형 나노로드 LED의 정렬용 도선 패턴(221a, 221b)의 배치가 그 위의 다른 색상의 화소층을 이루는 핑거형 나노로드 LED의 정렬용 도선 패턴(321a, 321b)의 배치가 서로 수직을 이루고, 그에 따라 두 화소층의 핑거형 나노로드 LED(231, 331)의 설치 방향도 서로 수직을 이루는 예를 나타낸다. 이런 예에서 두 화소층의 나노로드 LED는 위에서 볼 때 서로 수직을 이루면서 겹쳐져 메시(mesh) 형태를 이루고 있다.
이런 배열도 아래쪽 컬러 화소층의 나노로드 LED(231)에서 나오는 색상광이 그 위쪽의 화소층의 나노로드 LED(331)와 서로 간섭되지 않도록 하는 배열의 일종일 수 있으며, 이런 메시형 배열을 이룰 때에도 각 나노로드 LED에서 실제로 빛을 내는 부분인 활성층이 상하 화소층에서 서로 가리거나 간접하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
도13에서는 기준 화소 영역 내의 한 색상의 화소층을 이루는 나노로드 LED(31)의 배치가 다른 색상의 화소층들을 이루는 나노로드 LED(61, 91)의 배치와 차이가 있어서 바로 겹치지 않도록 형성한 화소 구조를 예시하고 있다. 이런 배열은 전체적으로 상 하로 겹치는 세 화소층에서 정렬용 도선 패턴의 설치 위치, 형성 방향 등을 조정함으로써 이루어질 수 있다.
이런 경우, 하층의 나노로드 LED와 상층의 나노로드 LED가 상호간에 바로 겹치는 도5 내지 도7에 도시된 실시예의 경우에 비해, 하층의 나노로드 LED(31)와 상층의 나노로드 LED(61, 91) 사이에 수평적인 거리가 확보되고, 아래쪽 컬러 화소층의 나노로드 LED(31)가 발광할 때 빛이 위로 방출되면서 그 위쪽 컬러 화소층의 나노로드 LED(61, 91)를 여기시키고 그 발광을 유도할 확률을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서 같은 기준 화소 영역 내의 화소층끼리 수평 인접 화소들 사이의 크로스 토크와 같은 간섭을 일으키고, 표시장치의 화상 표시에서 화질의 저하, 선명도의 저하를 가져오는 위험을 줄일 수 있다.
이상에서는 한정된 구체적 실시예들을 중심으로 본 발명의 표시장치와 그 화소구조 및 그 제조방법을 기준 화소 영역을 중심으로 설명하고 있다. 그러나, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것일 뿐 본원 발명은 이들 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 따라서, 당해 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 토대로 다양한 변경이나 응용예를 실시할 수 있을 것이며 이러한 변형례나 응용예는 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: 기준 화소 영역 16: 주전력 라인(Vdd)
17: 데이타 라인 18: 공통전극
19: 게이트 라인
21a, 21b, 21a', 21b', 21a", 21b", 121a, 121b, 221a, 221b, 321a, 321b: 정렬용 도선 패턴
31, 61, 91: 나노로드 LED 41a, 41b, 71a, 71b, 101a, 101b: 전극 패턴
51, 53, 81, 83, 111, 113: 연결 패턴

Claims (13)

  1. 기판 상에 컬러표현을 위해 형성되는 복수의 자발광 컬러 화소층의 각각은 서로 다른 컬러의 빛을 내는 나노로드 LED를 구비하도록 서로 별도로 이루어진 나노로드 LED를 가지는 화소 구조를 가지는 컬러 표시장치로서,
    상기 기판, 상기 기판에 형성된 화소구동회로, 상기 화소구동회로에 신호를 주기 위한 데이터 라인, 게이트 라인을 포함하는 전류인가용 회로층, 상기 회로층 위로 설치되며 정렬된 나노로드 LED를 포함하는 상기 복수의 자발광 화소층, 상기 복수의 자발광 화소층의 나노로드 LED의 일측 전극을 상기 회로층의 해당 TFT의 드레인 전극과 연결하여 상기 나노로드 LED에 전류를 흘릴 수 있도록 설치되는 제1 연결 전극, 상기 나노로드 LED의 타측 전극을 공통전극에 연결하여 나노로드 LED에 전류를 흘릴 수 있도록 하는 제2 연결전극을 구비하여 이루어지는 나노로드 LED 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 자발광 컬러 화소층은 적어도 일부 영역에서 겹치도록 형성되는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    서로 겹치는 상기 일부 영역에서
    상기 복수의 자발광 화소층 가운데 발광을 위한 밴드갭이 가장 작은 화소층이 구동기판 쪽에 가장 먼저 형성되고, 밴드갭이 가장 큰 화소층이 가장 늦게 형성된 것임을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 복수의 자발광 화소층은 함께 백색광을 형성할 수 있는 서로 다른 세 컬러(색상)의 화소층이고, 기준 화소 영역의 적어도 일부에서 서로 겹치도록 형성되며, 상기 기준 화소 영역에는 상기 세 컬러의 화소층에 각각 대응하는 화소구동회로가 구비되는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    한 색상의 하부 화소층을 이루는 핑거형 나노로드 LED의 정렬용 도선 패턴의 배치가 다른 색상의 상부 화소층을 이루는 핑거형 나노로드 LED의 정렬용 도선 패턴의 배치가 서로 수직 혹은 교차하는 형태를 이루고, 상기 하부 화소층과 상기 상부 화소층의 핑거형 나노로드 LED의 설치 방향도 서로 수직 혹은 교차를 이루어, 상기 하부 화소층과 상기 상부 화소층의 나노로드 LED는 위에서 볼 때 메시(mesh) 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    위에서 볼 때 하나의 컬러 화소층을 이루는 나노로드 LED의 배치 위치가 다른 컬러 화소층들을 이루는 나노로드 LED의 배치 위치와 다르도록 각 컬러 화소층을 이루는 나노로드 LED는 서로 엇갈린 배열을 가지는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극 및 공통전극 라인은 상기 기판 위의 상기 회로층에 설치되고, 상기 제2 연결전극은 상기 제1 연결전극과 함께 설치되는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치.
  9. 제 1 항의 나노로드 LED 표시장치를 제조하는 방법으로서,
    상기 기판에 화소구동회로, 상기 화소구동회로에 신호를 주기 위한 데이터 라인, 게이트 라인을 포함하는 전류인가용 회로층을 형성하는 단계,
    상기 회로층 위로 상기 기판에 제1 층간절연막, 나노로드 LED 정렬용 전극 패턴(도선 패턴)을 차례로 형성하는 단계,
    복수의 화소층 가운데 제1 화소층 형성을 위하여 제1 나노로드 LED를 포함하는 제1 잉크(액상물질)층을 인쇄로 형성하고 상기 정렬용 전극 패턴에 전압을 인가하여 상기 제1 나노로드 LED에 대한 정렬을 실시하는 단계,
    정렬된 상기 제1 나노로드 LED를 가지는 상기 기판에 패터닝 작업을 통해 상기 회로층에서 상기 제1 화소층 구동을 위한 화소구동회로의 구동 트랜지스터의 드레인 전극을 노출하는 제1 비아홀을 형성하는 단계,
    상기 제1 비아홀이 형성된 상기 기판에 도전층 적층 및 패터닝을 통해 해당 화소별로 상기 제1 나노로드 LED의 일측 전극과 상기 제1 화소층 구동을 위한 화소구동회로의 구동 트랜지스터의 드레인 전극을 연결하는 제1층 제1 연결전극을 형성하는 단계,
    제1층 제1 연결전극 위로 제2 층간절연막을 형성하는 단계,
    제2 화소층 형성을 위하여 제2 나노로드 LED를 포함하는 제2 잉크층을 인쇄로 형성하고 정렬용 전극 패턴에 전압을 인가하여 상기 제2 나노로드 LED에 대한 정렬을 실시하는 단계,
    정렬된 상기 제2 나노로드 LED를 가지는 상기 기판에 패터닝 작업을 통해 상기 회로층의 상기 제2 화소층 구동을 위한 화소구동회로의 구동 트랜지스터의 드레인 전극을 노출하는 제2 비아홀을 형성하는 단계,
    상기 제2 비아홀이 형성된 기판에 도전층 적층 및 패터닝을 통해 해당 화소별로 상기 제2 나노로드 LED의 일측 전극과 상기 제2 화소층 구동을 위한 화소구동회로의 구동 트랜지스터의 드레인 전극을 연결하는 제2층 제1 연결전극을 형성하는 단계,
    제2층 제1 연결전극 위로 제3 층간절연막을 형성하는 단계,
    제3 화소층 형성을 위하여 제3 나노로드 LED를 포함하는 제3 잉크층을 인쇄로 형성하고 정렬용 전극 패턴에 전압을 인가하여 상기 제3 나노로드 LED에 대한 정렬을 실시하는 단계,
    정렬된 상기 제3 나노로드 LED를 가지는 상기 기판에 패터닝 작업을 통해 제2 화소층 구동을 위한 화소구동회로의 구동 트랜지스터의 드레인 전극을 노출하는 제3 비아홀을 형성하는 단계,
    상기 제3 비아홀이 형성된 상기 기판에 도전층 적층 및 패터닝을 통해 해당 화소별로 상기 제3 나노로드 LED의 일측 전극과 상기 제3 화소층 구동을 위한 화소구동회로의 구동 트랜지스터의 드레인 전극을 연결하는 제3층 제1 연결전극을 형성하는 단계를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 층간절연막을 형성하는 단계와 상기 제3 층간절연막을 형성하는 단계 뒤에는 상기 제1 층간절연막 위에 형성된 정렬용 전극 패턴과 별도의 정렬용 전극 패턴을 설치하여 각각 상기 제2 나노로드 LED의 정렬과 상기 제3 나노로드 LED의 정렬을 실시하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치 제조 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 정렬용 전극 패턴 위로는 별도의 절연층을 형성하고 상기 잉크층을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치 제조 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 회로층을 형성하는 단계에서 상기 기판에 공통전극과 공통전극용 배선도 함께 형성하고,
    각 층의 상기 비아홀을 형성하는 단계에서 공통전극도 함께 드러내며,
    각 층의 상기 비아홀이 형성된 상기 기판에 상기 제1 연결전극을 형성하는 단계에서 각 층 나노로드 LED의 다른 일측 전극과 상기 공통전극을 연결하는 제2 연결전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 나노로드 LED에 대한 정렬을 실시하는 단계와 상기 비아홀을 형성하는 단계 사이에서 정렬된 나노로드 LED에 대해 그 위로 해당 화소별로 p 전극과 n 전극을 형성하는 단계(적층 및 패터닝 혹은 인쇄)와 커버용 절연막을 형성하는 단계가 더 구비되고,
    상기 비아홀을 형성하는 단계에서는 상기 p 전극과 상기 n 전극을 함께 드러내는 것을 특징으로 하는 나노로드 LED 표시장치 제조 방법.
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