KR20180130845A - 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층에 적층되는 제2도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층, 상기 제2도전형 반도체층의 일면에 형성되는 언도프된(Undoped) 반도체층을 포함하고, 상기 언도프된 반도체층의 적어도 일부에는 상기 제2도전형 반도체층을 향하여 리세스되는 홈이 형성되고, 상기 홈에는 형광체가 충전되는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로 특히, 반도체 발광소자를 이용한 플렉서블 디스플레이에 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liguid Crystal Display)와 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 존재하고, AMOLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않다는 취약점이 존재한다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다. 따라서, 상기 반도체 발광소자를 이용하여 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 디스플레이 장치에서 디스플레이 장치에서 색을 자유롭게 구현할 수 있는 반도체 발광소자의 제조원가를 절감할 수 있는 구조 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 복수의 반도체 발광소자들을 구비하며, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층에 적층되는 제2도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층 및 상기 제2도전형 반도체층의 일면에 형성되는 언도프된(Undoped) 반도체층을 포함하고, 상기 언도프된 반도체층의 적어도 일부에는 상기 제2도전형 반도체층을 향하여 리세스되는 홈이 형성되고, 상기 홈에는 형광체가 충전된다.
실시예에 있어서, 상기 형광체는 바닥부와 상기 언도프된 반도체층의 가장자리를 따라 형성되는 측벽부를 구비한다.
실시예에 있어서, 상기 바닥부는 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부에 오버랩된다. 또한, 상기 바닥부는 상기 제2도전형 반도체층에 형성된다.
실시예에 있어서, 상기 바닥부와 상기 제2도전형 반도체층 사이에 상기 제2도전형 반도체층을 덮도록 형성되는 상기 언도프된 반도체층을 더 구비할 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 측벽부는 적어도 일부가 상기 언도프된 반도체층에 의해 둘러싸일 수 있다. 또한, 상기 측벽부는 상기 바닥부와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어진다.
실시예에 있어서, 상기 측벽부의 경사에 의해 상기 형광체는 상기 제2도전형 반도체층과 멀어질수록 단면적이 증가한다.
실시예에 있어서, 상기 형광체는 퀀텀닷(QD)을 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층은 P형 GaN층이고, 상기 제2도전형 반도체층은 N형 GaN층이며, 상기 언도프된 반도체층은 GaN층일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮도록 형성된 제1도전형 전극 및 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮도록 형성된 제2도전형 전극을 구비한다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자에서는, 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층에 적층되는 제2도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층 및 상기 제2도전형 반도체층의 일면에 형성되는 언도프된(Undoped) 반도체층을 포함하고, 상기 언도프된 반도체층의 적어도 일부에는 상기 제2도전형 반도체층을 향하여 리세스되는 홈이 형성되고, 상기 홈에는 형광체가 충전된다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조방법에 있어서, 기판상에 언도프된(Undoped) 반도체층을 성장시키는 단계, 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 적층되도록 상기 제2도전형 반도체층, 활성층 및 제1도전형 반도체층을 차례로 성장시키는 단계, 상기 언도프된 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층, 상기 활성층 및 상기 제2도전형 반도체층을 식각하여 상기 기판상에 반도체 발광소자들을 아이솔레이션하는 단계, 상기 언도프된 반도체의 적어도 일부를 식각하여 리세스되는 홈을 형성하는 단계 및 상기 홈을 형광체로 채우는 단계를 포함한다.
실시예에 있어서, 디스플레이 장치의 제조방법의 상기 형광체는 퀀텀닷(QD)을 포함한다.
실시예에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮도록 제1도전형 전극을 형성하는 단계 및 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮도록 제2도전형 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 단순한 공정으로 제2도전형 반도체층의 일면에 형성되는 언도프된(Undoped) 반도체층에 제2도전형 반도체층을 향하여 리세스되는 홈이 형성하고, 상기 홈에 퀀텀닷(QD)을 포함하는 형광체를 충전하여 형광체와 일체화된 반도체 발광소자를 제조할 수 있다. 이에, 단순한 공정에 의하여 반도체 발광소자의 색을 자유롭게 구현할 수 있는 반도체 발광소자의 제조원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이다.
도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분 확대도이다.
도 11은 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 12는 새로운 구조의 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 13a 내지 도 13g는 본 발명의 반도체 발광소자의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기위한 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 16a 내지 도 16g는 본 발명의 수직형 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 구부리거나, 접을 수 있거나 말 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
상기 플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시와 같이, 상기 제2상태에서 표시되는 정보는 곡면상에 출력되는 시각 정보가 될 수 있다. 이러한 시각 정보는 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다. 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
상기 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이하, 상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이며, 도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광소자에도 적용 가능하다.
상기 디스플레이 장치(100)는 제1기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광소자(150)를 포함한다.
제1기판(110)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(110)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 제1기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
상기 제1기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(120)은 제1기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 제1기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층된 상태가 하나의 배선기판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(160)은 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성이 있고, 유연성 있는 재질로, 상기 제1기판(110)과 일체로 이루어져 하나의 기판을 형성할 수 있다.
보조전극(170)은 제1전극(120)과 반도체 발광소자(150)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(160) 상에 위치하고, 제1전극(120)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(170)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(160)을 관통하는 전극홀(171)에 의하여 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(171)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 절연층(160)의 일면에는 전도성 접착층(130)이 형성되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층(160)과 전도성 접착층(130)의 사이에 특정 기능을 수행하는 레이어가 형성되거나, 절연층(160)이 없이 전도성 접착층(130)이 제1기판(110)상에 배치되는 구조도 가능하다. 전도성 접착층(130)이 제1기판(110)상에 배치되는 구조에서는 전도성 접착층(130)이 절연층의 역할을 할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 전도성 접착층(130)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 또한 전도성 접착층(130)은 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 전도성 접착층(130)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 상기 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격하여 절연층(160)에 위치한다. 즉, 상기 전도성 접착층(130)은 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치하는 절연층(160) 상에 배치된다.
절연층(160)에 보조전극(170)과 제2전극(140)이 위치된 상태에서 전도성 접착층(130)을 형성한 후에, 반도체 발광소자(150)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광소자는 p형 전극(156), p형 전극(156)이 형성되는 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에서 p형 전극(156)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156)은 보조전극(170)과 전도성 접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광소자들의 p형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광소자(150)가 압입되며, 이를 통하여 반도체 발광소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 복수의 반도체 발광소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광소자(150)는 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광소자들은 상기 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광소자들을 이용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광소자일 수 있다. 반도체 발광소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광소자(150)의 사이에 격벽(190)이 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(190)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(130)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광소자(150)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 격벽(190)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다. 화이트 절연체의 격벽을 이용할 경우 반사성을 높이는 효과가 있을 수 있고, 블랙 절연체의 격벽을 이용할 경우, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
형광체층(180)은 반도체 발광소자(150)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자고이고, 형광체층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(180)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(181) 또는 녹색 형광체(182)가 될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광소자(151) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광소자(151) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광소자(151)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(120)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(120)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(140)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광소자(150)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들을 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(191)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(191)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이 경우, 반도체 발광소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자에 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 발광소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자(W) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 소자(W) 상에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 단위 화소를 이룰 수 있다.
도 5c를 참조하면, 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광소자(150)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 상기 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
본 도면을 참조하면, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 상기 배선기판에는 제1전극(120), 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 배치된다. 이 경우에, 제1전극(120)과 제2전극(140)은 상호 직교 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(110) 및 절연층(160)은 각각 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 의하여 구현될 수 있으며, 이를 위하여 절연층(160)이 위치된 기판에 이방성 전도성 필름이 도포될 수 있다.
다음에, 보조전극(170) 및 제2전극(140)들의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 복수의 반도체 발광소자(150)가 위치된 제2기판(112)을 상기 반도체 발광소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광소자(150)를 성장시키는 성장기판으로서, 사파이어(sapphire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
상기 반도체 발광소자는 웨이퍼(wafer) 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
그 다음에, 배선기판과 제2기판(112)을 열압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF press head 를 적용하여 열압착될 수 있다. 상기 열압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열압착에 의하여 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 반도체 발광소자(150)와 보조전극(170) 및 제2전극(140)의 사이의 부분만 전도성을 가지게 되며, 이를 통하여 전극들과 반도체 발광소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광소자(150)가 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 상기 제2기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 제2기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2기판(112)을 제거하여 반도체 발광소자들(150)을 외부로 노출시킨다. 필요에 따라, 반도체 발광소자(150)가 결합된 배선기판 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(미도시)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광소자(150)의 일면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자고이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 상기 청색 반도체 발광소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광소자도 적용될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 구조에 대하여 설명한다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 복수의 반도체 발광소자(250)를 포함한다.
기판(210)은 제1전극(220)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1전극(220)은 기판(210) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(220)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(230)은 제1전극(220)이 위치하는 기판(210)상에 형성된다. 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(230)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서도 이방성 전도성 필름에 의하여 전도성 접착층(230)이 구현되는 경우를 예시한다.
기판(210) 상에 제1전극(220)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께방향으로 전도성을 가지는 부분(231)과 전도성을 가지지 않는 부분(232)으로 구획된다.
또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 전도성 접착층(230)은 반도체 발광소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광소자(250)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
상기 반도체 발광소자(250)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광소자들의 사이에는, 제1전극(220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광소자(250)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(240)이 위치한다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광소자는 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 발광소자(250)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 반도체 발광소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(250)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자(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 발광소자(251) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광소자(251) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광소자(251)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치에서 전술한 바와 같이, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
다시 본 실시예를 살펴보면, 제2전극(240)은 반도체 발광소자들(250) 사이에 위치하고, 반도체 발광소자들(250)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광소자들(250)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(240)은 반도체 발광소자들(250)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광소자(250) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(240)은 반도체 발광소자들(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 발광소자(250)는 제2전극(240)에서 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연결 전극이 반도체 발광소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 상기 제2전극은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다. 이를 통하여 제2전극(240)과 반도체 발광소자(250)의 n형 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 상에 위치될 수 있다. 경우에 따라, 반도체 발광소자(250)가 형성된 기판(210) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(240)을 위치시킬 경우, 상기 제2전극(240)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 또는 투명 절연층에 이격되어 형성될 수도 있다.
만약 반도체 발광소자(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 발광소자(250) 사이에 제2전극(240)을 위치시킴으로써, ITO와 같은 투명 전극을 사용하지 않아도 되는 이점이 있다. 따라서, 투명한 재료 선택에 구속되지 않고, n형 반도체층과 접착성이 좋은 전도성 물질을 수평 전극으로 사용하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광소자(250) 사이에는 격벽(290)이 위치할 수 있다. 즉, 개별 화소를 이루는 반도체 발광소자(250)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광소자(250) 사이에는 격벽(290)이 배치될 수 있다. 이 경우, 격벽(290)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 상기 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(290)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로서, 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 격벽(290)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다.
만일 제2전극(240)이 반도체 발광소자(250) 사이의 전도성 접착층(230) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(290)은 수직형 반도체 발광소자(250) 및 제2전극(240)의 사이사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광소자(250)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2전극(240)을 반도체 발광소자(250) 사이에 위치시킬 수 있고, HD 화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 도시에 의하면, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(291)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(291)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
상기 설명과 같이, 반도체 발광소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 따라서, 반도체 발광소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 디스플레이 장치는 상기 형광체가 반도체 발광소자에 적층되어 있는 형태로 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들을 각각 구성하는 구성 물질과 제작공정이 서로 다르다는 문제가 있다. 따라서 디스플레이 장치의 구현에 있어서도 복잡한 공정 때문에 제조비가 높은 문제가 있다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 구조의 반도체 발광소자를 제시한다. 이하, 형광체와 반도체 발광소자가 일체형으로 구현된 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분 확대도이고, 도 11은 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이며, 도 12는 새로운 구조의 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10과 도 11의 도시에 의하면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(1000)는 기판(1010), 제1전극(1020), 충전층(1030), 제2전극(1040) 및 복수의 반도체 발광소자(1050)를 포함하다.
기판(1010)은 제1전극(1020)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능하다.
또한, 충전층(1030)은 백색 재질의 물질로 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 재료일 수 있다. 또한, 충전층(1030)은 제1전극(1020)이 위치하는 기판(1010)과 반도체 발광소자(1050) 사이에 배치되어 제1전극(1020)과 반도체 발광소자(1050)를 물리적으로 접촉시킬 수도 있다. 이에 반도체 발광소자(1050)와 제1전극(1020)이 서로 연결되어 전기적으로 도통될 수 있다.
덧붙여, 충전층(1030)에 접착층(1031)이 더 배치되어 반도체 발광소자(1050)와 기판(1010)을 접착시킬 수도 있다. 접착층(1031)은 실버 페이스트, 주석 페이스트 및 솔더 페이스트로 형성할 수 있다. 접착층(1031)에 대한 열거 사항은 예시적일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
나아가, 충전층(1030)이 배치된 구조에서는 반도체 발광소자(1050)들의 사이에 형성된 갭에는 전류가 흐르지 않는 물질이 충전될 수 있다.
다른 실시예에서, 충전층(1030)이 전술된 이등방성 전도성 필름으로 대체될 수도 있다. 즉, 복수의 반도체 발광소자(1050)는 상기 이등방성 전도성 필름에 의하여 결합되어, 제1전극(1020)과 제2전극(1040)과 전기적으로 연결된다.
또한, 반도체 발광소자(1050)의 일면에는 패널(1060)이 배치된다. 패널(1060)은 유리 또는 고분자 재질로 빛을 통과하는 재질의 소재를 포함할 수 있으며, 반도체 발광소자(1050)와 패널(1060)의 접착을 위하여 접착부재(1061)를 포함할 수도 있다.
접착부재(1061)는 라미네이트 접합공정과 같은 접합공정을 통하여 반도체 발광소자(1050)와 패널(1060)을 접합할 수 있으며, 반도체 발광소자(1050)의 발광면에 구비되기 때문에 광학적 손실을 최소화하기 위하여 투명 고분자 적용이 가능하다. 또한, 라미네이트 접합공정 중에 발생하는 열에 견딜 수 있을 정도의 열적 안정성이 요구되므로 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메틸페닐실록산(polymethylphenylsiloxane, PMPS)을 포함할 수 있다. 접착부재(1061) 에 대한 열거 사항은 예시적인 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12는 본 발명의 실시예의 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 12를 참조하면, 반도체 발광소자(1050)는 전술된 플립 칩 타입 반도체 발광소자와 같이 제1도전형 전극(1056)과 제2도전형 전극(1052)이 같은 방향을 향해서 나란하게 배치되는 반도체 발광소자일 수 있다. 상세하게, 반도체 발광소자(1050)의 제1도전형 전극(1056)과 제2도전형 전극(1052)은 시각정보가 출력되는 면과 반대쪽에 배치되어, 시각정보가 출력되는 면에서 방출되는 빛을 제1도전형 전극(1056)과 제2도전형 전극(1052)에 의해 방해되는 것을 방지할 수 있는 형태일 수 있다.
반도체 발광소자(1050)는 제1도전형 전극(1056), 제1도전형 전극(1056)이 형성되는 제1도전형 반도체층(1055), 제1도전형 반도체층(1055) 상에 형성된 활성층(1054) 및 활성층(1054) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(1053)을 포함한다. 또한, 제2도전형 반도체층(1053) 일면의 일부에 형성되는 언도프된(Undoped) 반도체층(1057), 제2도전형 반도체층(1053) 타면의 일부에 형성되는 제2도전형 전극(1052) 및 형광체(1080)를 포함한다. 즉, 제1도전형 반도체층(1055)의 적어도 일부를 덮도록 제1도전형 전극(1056)이 형성될 수 있고, 제2도전형 반도체층(1053)의 적어도 일부를 덮도록 제2도전형 전극(1052)이 형성될 수 있다.
도시에 의하면, 제1도전형 반도체층(1055)과 제2도전형 반도체층(1053) 사이에 활성층(1054)이 배치될 수 있다. 활성층(1054)은 제1도전형 반도체층(1055)을 덮도록 형성될 수 있다. 또한, 활성층(1054)은 제2도전형 반도체층(1053)의 타면에서 제2도전형 반도체층(1053)의 적어도 일부와 오버랩될 수 있다.
또한, 제2도전형 반도체층(1053)의 일면에 형성되는 언도프된(Undoped) 반도체층(1057)을 포함한다. 언도프된 반도체층(1057)은 제2도전형 반도체층(1053)을 향하여 리세스되는 홈이 형성되고, 상기 홈에는 형광체(1080)가 충전될 수 있다.
일 실시예에서, 제1도전형 반도체층(1055)은 P형 GaN층이고, 제2도전형 반도체층(1053)은 N형 GaN층이며, 언도프된 반도체층(1057)은 GaN층일 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 N형이 되고 제2도전형이 P형이 되는 예시도 가능하다.
형광체(1080)는 바닥부(1080')와 언도프된 반도체층(1057)의 반도체 가장자리를 따라 형성되는 측벽부(1080")를 포함할 수 있다.
형광체(1080)의 바닥부(1080')는 제2도전형 반도체층(1053) 상에 배치될 수 있고, 제2도전형 반도체층(1053)의 적어도 일부에 오버랩될 수 있다. 나아가, 바닥부(1080')의 면적은 제2도전형 반도체층(1053)의 일면의 면적보다 작을 수 있다. 또한, 형광체(1080)와 제2도전형 반도체층(1053) 사이에 제2도전형 반도체층(1053)을 덮도록 형성되는 언도프된 반도체층(1057)이 더 배치될 수도 있다.
또한, 형광체(1080)의 측벽부(1080")는 적어도 일부가 언도프된 반도체층(1057)에 의해 둘러싸이도록 형성될 수 있다. 또한, 측벽부(1080")는 바닥부(1080')와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어진다. 예를 들어, 측벽부(1080")의 경사에 의하여 형광체(1080)는 제2도전형 반도체층(1053)과 멀어질수록 단면적이 증가하도록 형성될 수 있다.
또한, 형광체(1080)는 퀀텀닷(QD)을 포함하여, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자를 구현할 수 있다. 상세하게, 형광체(1080)는 상기 퀀텀닷(QD)과 유기화합물의 수지를 포함하여, 바닥부(1080')는 제2도전형 반도체층(1053) 또는 언도프된 반도체층(1057)의 일면 상에 형성될 수 있다. 이에, 형광체(1080)는 반도체 발광소자(1050)와 일체형으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 반도체 발광소자(1050)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자고이고, 형광체(1080)는 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 형광체(1080)는 개별 화소를 구성하는 적색 형광체, 또는 녹색 형광체가 될 수 있다. 즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 상기 청색 반도체 발광소자 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 퀀텀닷(QD) 형광체를 포함하여 적색으로 발광될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 상기 청색 반도체 발광소자 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 퀀텀닷(QD) 형광체를 포함하여 녹색으로 발광될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 상기 청색 반도체 발광소자만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
즉, 퀀텀닷(QD)을 포함하는 형광체(1080)가 일체화되어 반도체 발광소자의 색이 자유롭게 구현될 수 있으며, 반도체 발광소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 13a 내지 도 13g는 본 발명의 반도체 발광소자(1050)의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 13a를 참조하면, 기판상에 플립 칩 타입의 발광소자가 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광소자는 기판(W)상에 언도프된(Undoped) 반도체층(1057), 제2도전형 반도체층(1053)이 적층되고, 제2도전형 반도체층(1053) 상의 일부에는 활성층(1054), 활성층(1054) 상에 형성된 제1도전형 반도체층(1055)이 형성되도록 제2도전형 반도체층(1053), 활성층(1054) 및 제1도전형 반도체층(1055)을 차례로 성장시킨다.
다시 도 13a를 참조하면, 언도프된 반도체층(1057), 제1도전형 반도체층(1055), 활성층(1054) 및 제2도전형 반도체층(1053)을 식각하여 기판(W)상에 반도체 발광소자들을 아이솔레이션한다. 나아가, 제1도전형 반도체층(1055) 상에 제1도전형 전극(1056)을 배치하고, 제2도전형 반도체층(1053) 상에서 제1도전형 전극(1056)과 수평방향으로 이격 배치되는 제2도전형 전극(1052)을 포함한다.
실시예에서, 기판(W)은 반도체 발광소자들을 성장시키는 성장기판으로서, 사파이어(sapphire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다. 기판(W)에 대한 열거 사항은 예시적인 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 13b를 참조하면, 언도프된 반도체층(1057), 제2도전형 반도체층(1053), 활성층(1054), 제1도전형 반도체층(1055), 제1도전형 전극(1056) 및 제2도전형 전극(1052)이 형성된 기판(W)을 접착부재(1071)가 형성되어 있는 지지기판(S)에 라미네이트 접합공정을 수행할 수 있다. 구체적으로, 기판(W) 상의 반도체 발광소자들과 접착부재(1071)를 임시로 접합시킨다.
이어서, 상기 반도체 발광소자들을 레이저 리프트 오프법(Laser Life-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemicla Lift-off, CLO)으로 기판(W)으로부터 분리시킬 수 있다. 본 발명에서 상기 반도체 발광소자는 바람직하게 레이저 빔을 이용하여 분리될 수 있다.
실시예에서, 지지기판(S)은 열팽창 계수(Coefficient of Thermal Expansion, CTE)가 낮고, 열저항성(thermal resistance)이 높은 고분자 기판일 수 있으며, 상세하게 상기 고분자 기판은 폴리이미드(PI, Polyimide) 또는 실리콘(silicone, polysiloxane)을 포함할 수 있다. 지지기판(S)에 대한 열거 사항은 예시적인 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 접착부재(1071)는 라이네이트 접합공정 중에 발생하는 열에 견딜 수 있을 정도의 열적 안정성이 요구되므로 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메틸페닐실록산(polymethylphenylsiloxane, PMPS)을 포함할 수 있다. 접착부재(1071) 에 대한 열거 사항은 예시적인 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 13c를 참조하면, 접착부재(1071)가 형성되어 있는 지지기판(S)에 상기 반도체 발광소자를 접합시키고, 기판(W)을 분리한 다음에 접착부재(1071) 일부를 제거하여 상기 반도체 발광소자를 드러낼 수 있다.
도 13d 참조하면, 후술될 형광체(1080)가 충전될 수 있도록 언도프된 반도체층(1057)이 식각하기 위해서 접착부재(1071)와 상기 반도체 발광소자 상에 포토레지스트(Photo resist,PR)(1072)를 도포하고, 패터닝하여 언도프된 반도체층(1057)의 일부를 드러낼 수 있다.
도 13e를 참조하면, 일부 드러난 언도프된 반도체층(1057)을 선택적으로 식각하는 공정이 수행될 수 있다. 포토레지스트(1072)가 적층되지 않은 언도프된 반도체층(1057)을 식각할 수 있다. 상세하게, 언도프된 반도체층(1057)을 선택적으로 식각하기 위해서 삼염화붕소(BCl3), 염소(Cl2) 및 아르곤(Ar) 가스의 혼합물을 통한 드라이 에칭이 수행될 수 있다.
이에, 언도프된 반도체층(1057)의 적어도 일부에는 제2도전형 반도체층(1053)을 향하여 리세스되는 홈(1058)이 형성될 수 있으며, 언도프된 반도체층(1057)은 리세스되는 홈(1058)을 따라 제2도전형 반도체층(1053) 상에 고리형으로 형성될 수 있다.
또한, 홈(1058)은 바닥부와 제2도전형 반도체층(1053)의 가장자리를 따라 형성되어 상기 바닥부를 감싸는 측벽부를 구비하고, 상기 측벽부는 상기 바닥부와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어질 수 있다. 상세하게, 상기 측벽부의 경사에 의하여 상기 홈(1058)은 상기 제2도전형 반도체층(1053)과 멀어질수록 단면적이 증가할 수 있다.
홈(1058)의 상기 바닥부는 제2도전형 반도체층(1053)으로 형성될 수 있다. 나아가, 홈(1058)의 바닥부와 제2도전형 반도체층(1053) 사이에 제2도전형 반도체층(1053)을 덮도록 형성된 언도프된 반도체층(1057)을 더 구비할 수도 있다.
도 13f를 참조하면, 홈(1058)에 형광체(1080)를 충전하는 것이 수행될 수 있다. 형광체(1080)는 홈(1058)에 충전되면서 바닥부(1080')와 언도프된 반도체층(1057)의 반도체 가장자리를 따라 형성되는 측벽부(1080")를 포함할 수 있다.
형광체(1080)의 바닥부(1080')는 제2도전형 반도체층(1053) 상에 배치될 수 있고, 제2도전형 반도체층(1053)의 적어도 일부에 오버랩될 수 있다. 나아가, 바닥부(1080')의 면적은 제2도전형 반도체층(1053)의 일면의 면적보다 작을 수 있다. 또한, 형광체(1080)와 제2도전형 반도체층(1053) 사이에 제2도전형 반도체층(1053)을 덮도록 형성되는 언도프된 반도체층(1057)이 더 배치될 수도 있다.
또한, 형광체(1080)의 측벽부(1080")는 적어도 일부가 언도프된 반도체층(1057)에 의해 둘러싸이도록 형성될 수 있다. 또한, 측벽부(1080")는 바닥부(1080')와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어진다. 예를 들어, 측벽부(1080")의 경사에 의하여 형광체(1080)는 제2도전형 반도체층(1053)과 멀어질수록 단면적이 증가하도록 형성될 수 있다.
상세하게, 형광체(1080)는 퀀텀닷(QD)과 유기화합물의 수지를 포함하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물은 스프레이 코팅(spray coating), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 및 침액(dipping)과 같은 방법으로 홈(1058)에 충전될 수 있다.
또한, 형광체(1080)는 퀀텀닷(QD)을 포함하여, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자를 구현할 수 있다. 상세하게, 형광체(1080)는 상기 퀀텀닷(QD)과 유기화합물의 수지를 포함하여, 바닥부(1080')는 제2도전형 반도체층(1053) 또는 언도프된 반도체층(1057)의 일면 상에 형성될 수 있다. 이에, 형광체(1080)는 반도체 발광소자(1050)와 일체형으로 구현될 수 있다.
도 13g를 참조하면, 형광체(1080)를 형성한 다음 포토레지스트(1072)를 제거하는 공정을 수행하여 반도체 발광소자(1050)를 형성할 수 있다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 반도체 발광소자(1050)를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 14a를 참조하면, 반도체 발광소자(1050)를 이용한 디스플레이 장치를 제조하기 위해서는, 접착부재(1061)를 포함하고 있는 패널(1060)에 반도체 발광소자(1050)를 접착시킬 수 있다. 상세하게, 접착부재(1061)와 라미네이트 접합공정과 같은 접합공정을 통하여 반도체 발광소자(1050)와 패널(1060)이 접합되면서 반도체 발광소자(1050)는 지지기판(S)에서 패널(1060)로 전사될 수 있다.
즉, 반도체 발광소자(1050)가 패널(1060)으로 전사되어, 반도체 발광소자(1050)의 일면에는 패널(1060)이 배치되고, 반도체 발광소자(1050)와 패널(1060)의 접착을 위하여 접착부재(1061)가 포함될 수도 있다.
패널(1060)은 유리 또는 고분자 재질로 빛을 통과하는 재질의 소재를 포함할 수 있으며, 접착부재(1061)는 반도체 발광소자(1050)의 발광면에 구비되기 때문에 광학적 손실을 최소화하기 위하여 투명 고분자 적용이 가능하다. 또한, 라미네이트 접합공정 중에 발생하는 열에 견딜 수 있을 정도의 열적 안정성이 요구되므로 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메틸페닐실록산(polymethylphenylsiloxane, PMPS)을 포함할 수 있다.
도 14b를 참조하면, 반도체 발광소자(1050)를 포함하는 디스플레이 장치의 광추출 효율을 향상시키기 위한 충전층(1030)이 반도체 발광소자(1050)들 사이에 충전될 수 있다. 충전층(1030)은 백색 재질의 물질로 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 재료일 수 있다.
나아가, 충전층(1030)을 충전한 다음, 제1도전형 전극(1056), 제2도전형 전극(1052) 및 충전층(1030)의 적어도 일부 상에 반사도가 높은 금속층(미도시)을 형성할 수 있다. 상기 금속층은 반사도가 높은 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 APC(Ag+Pd+Cu) 합금일 수 있으며, 반도체 발광소자(1050)의 광특성을 제어할 수도 있다.
도 14c를 참조하면, 반도체 발광소자(1050)와 패널(1060)이 접합되고, 반도체 발광소자(1050)들 사이에 충전층(1030)이 충전된 다음, 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)이 배치된 기판(1010)에 접착되어 디스플레이 장치를 형성할 수 있다. 상세하게, 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)이 배치된 기판(1010)과 반도체 발광소자(1050) 사이에 접착층(1031)이 더 배치되어 반도체 발광소자(1050)와 기판(1010)을 접착시킬 수도 있다.
한편, 이상에서 설명한 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 이하, 이러한 변형예에 대하여 설명한다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기위한 수직형 반도체 발광소자(2050)를 나타내는 개념도이다.
도 15를 참조하면, 수직형 반도체 발광소자(2050)를 살펴보면, 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다만, 전술된 도 13a 내지 도 13g의 제조방법에 의하여 형광체(2080)가 형성되므로, 제2도전형 반도체층(2053)을 언도프된 반도체층(2057)이 감싸고 있으므로, 제2도전형 반도체층(2053)에 대응하는 제2도전형 전극(2052)을 바로 형성할 수 없다. 이에, 후술될 도 16a 내지 도 16c에서 본 발명의 수직형 반도체 발광소자(2050)를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법에서 제2도전형 전극(2052) 형성할 수 있다.
상세하게, 수직형 반도체 발광소자(2050)는 제1도전형 전극(2056), 제1도전형 전극(2056)이 형성되는 제1도전형 반도체층(2055), 제1도전형 반도체층(2055) 상에 형성된 활성층(2054), 활성층(2054) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(2053) 및 제2도전형 반도체층(1053) 일면의 일부에 형성되는 언도프된(Undoped) 반도체층(2057)을 포함하다. 또한, 언도프된 반도체층(2057)의 적어도 일부에는 제2도전형 반도체층(2053)을 향하여 리세스되는 홈이 형성되고, 상기 홈에는 형광체(2080)가 충전된다.
또한, 수직형 반도체 발광소자(2050)는 웨이퍼의 크기 제약으로 인하여 대화면 디스플레이를 구현하기 어려운 문제를 해결하기 위하여 자가조립 방식으로 반도체 발광소자를 배선기판으로 조립하는 방식이 적용될 수 있다. 자가조립 방식에 대한 상세한 설명은 후술될 도 16c에서 상세하게 설명한다.
이에, 수직형 반도체 발광소자(2050)는 제1도전형 전극(2056)의 타면에 희생층(미도시)을 구비할 수 있다. 상기 희생층은 유체 중에서 쉽게 제거될 수 있는 물질일 수 있다.
도 16a 내지 도 16g는 본 발명의 수직형 반도체 발광소자(2050)를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 16a를 참조하면, 기판상에 수직형 반도체 발광소자(2050)가 형성될 수 있다.
수직형 반도체 발광소자(2050)는 전술된 도 13a 내지 도 13g와 같은 제조방법으로 제작될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광소자는 기판상에 언도프된(Undoped) 반도체층(2057), 제2도전형 반도체층(2053)이 적층되고, 제2도전형 반도체층(2053) 상의 일부에는 활성층(2054), 활성층(2054) 상에 형성된 제1도전형 반도체층(2055)이 형성되도록 제2도전형 반도체층(2053), 활성층(2054) 및 제1도전형 반도체층(2055)을 차례로 성장시킨다.
또한, 언도프된 반도체층(2057), 제1도전형 반도체층(2055), 활성층(2054) 및 제2도전형 반도체층(2053)을 식각하여 상기 기판상에 반도체 발광소자들을 아이솔레이션한다. 나아가, 제1도전형 반도체층(2055) 상에 제1도전형 전극(2056)을 배치하여 수직형 반도체 발광소자(2050)의 일부를 형성한다.
실시예에서, 상기 기판은 반도체 발광소자들을 성장시키는 성장기판으로서, 사파이어(sapphire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
덧붙여, 제1도전형 전극(2056)의 타면에 희생층(미도시)을 구비할 수 있다. 상기 희생층은 유체 중에서 쉽게 제거될 수 있는 물질일 수 있으며, 후술될 자기조립공정에서 유체 중에 쉽게 제거되어, 기판(2010)에 조립될 수 있다.
나아가, 언도프된 반도체층(2057), 제2도전형 반도체층(2053), 활성층(2054), 제1도전형 반도체층(2055) 및 제1도전형 전극(2056)이 형성된 상기 기판을 접착부재(2071)가 형성되어 있는 지지기판(S)에 라미네이트 접합공정이 수행될 수 있다.
이에, 상기 기판 상의 반도체 발광소자들과 접착부재(2071)를 임시로 접합시킬수 있으며, 제1도전형 전극(2056)과 접착부재(2071) 사이에 상기 희생층(미도시)이 배치될 수 있다.
이어서, 상기 반도체 발광소자들을 레이저 리프트 오프법(Laser Life-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemicla Lift-off, CLO)으로 상기 기판으로부터 분리시킬 수 있다. 본 발명에서 상기 반도체 발광소자는 바람직하게 레이저 빔을 이용하여 분리될 수 있다.
또한, 상기 기판을 분리한 다음에 접착부재(2071) 일부를 제거하여 상기 반도체 발광소자를 드러낼 수 있다. 나아가, 형광체(2080)가 충전될 수 있도록 언도프된 반도체층(2057)이 식각할 수 있다. 이에, 접착부재(2071)와 상기 반도체 발광소자 상에 포토레지스트(Photo resist,PR)를 도포하고, 패터닝하여 언도프된 반도체층(2057)의 일부를 드러낼 수 있다.
일부 드러난 언도프된 반도체층(2057)을 선택적으로 식각하는 공정이 수행될 수 있다. 상기 포토레지스트가 적층되지 않은 언도프된 반도체층(2057)을 식각할 수 있다. 상세하게, 언도프된 반도체층(2057)을 선택적으로 식각하기 위해서 삼염화붕소(BCl3), 염소(Cl2) 및 아르곤(Ar) 가스의 혼합물을 통한 드라이 에칭이 수행될 수 있다.
이에, 선택적으로 식각이 수행된 언도프된 반도체층(2057)의 적어도 일부에는 제2도전형 반도체층(2053)을 향하여 리세스되는 홈이 형성될 수 있으며, 언도프된 반도체층(2057)은 리세스되는 상기 홈을 따라 제2도전형 반도체층(2053) 상에 고리형으로 형성될 수 있다.
나아가, 상기 홈에 형광체(2080)를 충전하는 것이 수행될 수 있다. 형광체(2080)는 상기 홈에 충전되면서 바닥부(2080')와 언도프된 반도체층(2057)의 반도체 가장자리를 따라 형성되는 측벽부(2080")를 포함할 수 있다.
형광체(2080)의 바닥부(2080')는 제2도전형 반도체층(2053) 상에 배치될 수 있고, 제2도전형 반도체층(2053)의 적어도 일부에 오버랩될 수 있다. 나아가, 바닥부(2080')의 면적은 제2도전형 반도체층(2053)의 일면의 면적보다 작을 수 있다. 또한, 형광체(2080)와 제2도전형 반도체층(2053) 사이에 제2도전형 반도체층(2053)을 덮도록 형성되는 언도프된 반도체층(2057)이 더 배치될 수도 있다.
또한, 형광체(2080)의 측벽부(2080")는 적어도 일부가 언도프된 반도체층(2057)에 의해 둘러싸이도록 형성될 수 있다. 또한, 측벽부(2080")는 바닥부(2080')와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어진다. 예를 들어, 측벽부(2080")의 경사에 의하여 형광체(2080)는 제2도전형 반도체층(2053)과 멀어질수록 단면적이 증가하도록 형성될 수 있다.
상세하게, 형광체(2080)는 퀀텀닷(QD)과 유기화합물의 수지를 포함하여 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물은 스프레이 코팅(spray coating), 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 및 침액(dipping)과 같은 방법으로 홈(2058)에 충전될 수 있다.
또한, 형광체(2080)는 퀀텀닷(QD)을 포함하여, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자를 구현할 수 있다. 상세하게, 형광체(2080)는 상기 퀀텀닷(QD)과 유기화합물의 수지를 포함하여, 바닥부(2080')는 제2도전형 반도체층(2053) 또는 언도프된 반도체층(2057)의 일면 상에 형성될 수 있다. 이에, 형광체(2080)는 수직형 반도체 발광소자(2050)와 일체형으로 구현될 수 있다.
나아가, 형광체(2080)를 형성한 다음 상기 포토레지스트를 제거하는 공정을 수행할 수 있다. 이에, 도 16a의 지지기판(S) 상에 형광체(2080)가 충전된 언도프된 반도체층(2057), 제2도전형 반도체층(2053), 활성층(2054), 제1도전형 반도체층(2055), 제1도전형 전극(2056) 및 희생층(미도시)이 형성된 수직형 반도체 발광소자(2050)를 형성할 수 있다.
도 16b를 참조하면, 지지기판(S)과 접합된 수직형 반도체 발광소자(2050)를 유체에 담지시킬 수 있다. 상기 유체에 담지된 지지기판(S)과 접합된 수직형 반도체 발광소자(2050)는 지지기판(S)과 수직형 반도체 발광소자(2050) 사이의 희생층(미도시)이 상기 유체내에서 제거될 수 있다. 이에 수직형 반도체 발광소자(2050)는 상기 유체 내에 분산될 수 있다.
도 16c를 참조하면, 자가조립 방식은, 상기 유체가 채워진 챔버에서 반도체 발광소자들을 배선기판이나 어셈블리 기판에 안착시키는 방식이다. 예를 들어, 유체가 채워진 챔버 속에 상기 반도체 발광소자들 및 기판을 넣고 상기 유체를 가열하여 상기 반도체 발광소자들이 상기 기판에 스스로 조립되도록 한다. 이를 위하여, 상기 기판에는 상기 반도체 발광소자들이 끼워지는 홈들이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 기판에는 상기 반도체 발광소자들이 배선전극에 얼라인되는 위치에 상기 반도체 발광소자들이 안착되는 홈들이 형성된다. 상기 홈들은 반도체 발광소자들의 형상에 대응하는 형상으로 이루어지며, 상기 반도체 발광소자들은 상기 유체 내에서 랜덤하게 이동하다가, 상기 홈들에 조립된다.
다시 도 16c를 참조하면, 기판(2010)에 수직형 반도체 발광소자(2050)를 결합하기 위해서 기판(2050)을 유체가 채워진 챔버에 담군다.
유체가 채워진 챔버에는 수직형 반도체 발광소자(2050)가 담기어 있으므로 반도체 발광소자들(2050)이 기판(2010)에 안착되는 단계가 진행된다.
예를 들어, 유체가 채워진 챔버 속에 상기 수직형 반도체 발광소자들(2050) 및 기판(2010)을 넣고 상기 유체를 가열하여 상기 반도체 발광소자들이 상기 기판(2010)에 스스로 조립되도록 한다.
기판(2010)은 유리 또는 고분자 소재의 기판일 수도 있으며, 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 기판(2010)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(2010)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
도 16d를 참조하면, 수직형 반도체 발광소자(2050)와 기판(2010)의 조립이 완료되면, 기판(2010)을 유체 밖에 빼내어 후속공정을 준비할 수 있다.
한편, 기판(2010)은 반사도가 높은 금속층(2011)을 포함할 수 있다. 금속층(2011)은 반사도가 높은 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 APC(Ag+Pd+Cu) 합금일 수 있으며, 수직형 반도체 발광소자(2050)의 광특성을 제어할 수도 있다. 금속층(2011)은 수직형 반도체 발광소자(2050)에서 방출되는 빛이 후면으로 손실되는 것을 방지하여 광효율을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
도 16e를 참조하면, 수직형 반도체 발광소자(2050)를 포함하는 디스플레이 장치의 광추출 효율을 향상시키기 위한 충전층(2030)이 수직형 반도체 발광소자(2050)들 사이에 충전될 수 있다. 층전층(2030)은 제2전도형 반도체층(2053)의 일면과 동일한 평면까지 형성되며, 충전층(2030)은 백색 재질의 물질로 광추출 효율을 향상시킬 수 있는 재료일 수 있다.
도 16f를 참조하면, 제2도전형 전극(2052)을 형성할 수 있다. 상세하게, 포토레지스트를 이용한 공지의 식각 기술을 통하여 언도프된 반도체층(2057)의 적어도 일부를 식각할 수 있다. 이에, 제2도전형 반도체층(2053)이 노출되며, 제2도전형 반도체층(2053)이 노출된 영역에 제2도전형 전극(2052)을 형성할 수 있다. 실시예에서, 제2도전형 전극(2052)은 금(Au), 은(Ag), 나노와이어(nanowire) 및 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 포함할 수 있으며, 제2도전형 전극(2052)에 대한 열거 사항은 예시적인 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 도 16f를 참조하면, 제1도전형 전극(2056)과 제2도전형 전극(2052)은 상/하로 배치되지만, 언도프된 반도체층(2057)의 적어도 일부를 식각된 영영에 제2도전형 전극(2052)이 형성되기 때문에 수직형 반도체 발광소자(2050)의 발광면이 전극에 의하여 가려져서 상부에서 빛이 출력되는 면적의 손실없이 수직형 반도체 발광소자(2050)를 형성할 수 있다.
퀀텀닷(QD)을 포함하는 형광체(2080)가 수직형 반도체 발광소자(2050)에 일체화되어 반도체 발광소자의 색이 자유롭게 구현될 수 있으며, 반도체 발광소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 16g를 참조하면, 언도프된 반도체층(2057)이 제거되고 전극이 형성되지 않은 영역을 통하여 누설되는 광으로 원하는 색채의 광을 얻는데 어려움이 생길 수도 있다. 따라서, 원하지 않는 광의 누설이 발생될 경우, 상기 원하지 않는 광을 차단할 수 있는 컬러필터(2073)가 더 구비될 수도 있다.
또한, 도시되지는 않았으나 제2도전형 전극(2052)이 형성된 수직형 반도체 발광소자의 일면에는 패널이 배치되어, 상기 수직형 반도체 발광소자를 보호할 수 있다. 상기 패널은 상기 수직형 반도체 발광소자의 발광면에 구비되기 때문에 광학적 손실을 최소화하기 위하여 유리 또는 고분자 재질로 빛을 통과하는 재질의 소재일 수 있다.
이상에서 설명한 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 복수의 반도체 발광소자들을 구비하는 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는,
    제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층에 적층되는 제2도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층; 및
    상기 제2도전형 반도체층의 일면에 형성되는 언도프된(Undoped) 반도체층을 포함하고,
    상기 언도프된 반도체층의 적어도 일부에는 상기 제2도전형 반도체층을 향하여 리세스되는 홈이 형성되고, 상기 홈에는 형광체가 충전되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광체는 바닥부와 상기 언도프된 반도체층의 가장자리를 따라 형성되는 측벽부를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 바닥부는 상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부에 오버랩되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 바닥부는 상기 제2도전형 반도체층에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 바닥부와 상기 제2도전형 반도체층 사이에 상기 제2도전형 반도체층을 덮도록 형성되는 상기 언도프된 반도체층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 측벽부는 적어도 일부가 상기 언도프된 반도체층에 의해 둘러싸인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 측벽부는 상기 바닥부와 수직한 방향에 대하여 경사지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 측벽부의 경사에 의해 상기 형광체는 상기 제2도전형 반도체층과 멀어질수록 단면적이 증가하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 형광체는 퀀텀닷(QD)을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체층은 P형 GaN층이고, 상기 제2도전형 반도체층은 N형 GaN층이며, 상기 언도프된 반도체층은 GaN층인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮도록 형성된 제1도전형 전극 및
    상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮도록 형성된 제2도전형 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  12. 반도체 발광소자에 있어서,
    제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층에 적층되는 제2도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층; 및
    상기 제2도전형 반도체층의 일면에 형성되는 언도프된(Undoped) 반도체층을 포함하고,
    상기 언도프된 반도체층의 적어도 일부에는 상기 제2도전형 반도체층을 향하여 리세스되는 홈이 형성되고, 상기 홈에는 형광체가 충전되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
  13. 기판상에 언도프된(Undoped) 반도체층을 성장시키는 단계;
    제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층이 적층되도록 상기 제2도전형 반도체층, 활성층 및 제1도전형 반도체층을 차례로 성장시키는 단계;
    상기 언도프된 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층, 상기 활성층 및 상기 제2도전형 반도체층을 식각하여 상기 기판상에 반도체 발광소자들을 아이솔레이션하는 단계;
    상기 언도프된 반도체의 적어도 일부를 식각하여 리세스되는 홈을 형성하는 단계; 및
    상기 홈을 형광체로 채우는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 형광체는 퀀텀닷(QD)을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮도록 제1도전형 전극을 형성하는 단계 및
    상기 제2도전형 반도체층의 적어도 일부를 덮도록 제2도전형 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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