KR20200021967A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 플립플롭을 이용한 영상 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 기판, 상기 기판에 형성되는 복수의 반도체 발광소자들, 상기 반도체 발광소자들이 소정 시간동안 발광 상태를 유지하도록, 상기 반도체 발광소자에 전기 신호를 인가하는 플립플롭들, 상기 플립플롭들 각각과 전기적으로 연결되는 스캔 전극들 및 데이터 전극들 및 프레임 동기신호 및 서브필드 신호를 발생시키고, 상기 서브필드 신호를 기준으로 데이터 패킷을 입력 받고, 상기 데이터 패킷에 근거하여 스캔 전극 및 데이터 전극에 전압을 인가하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지 시간 중 상기 프레임 동기신호가 발생되는 경우, 상기 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지 시간동안 상기 데이터 전극들에 전압이 인가되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 플립플롭을 이용한 영상 처리 방법에 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.
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.
한편, 현재 상용화된 액티브 매트릭스 방식의 디스플레이는 마이크로 IC를 필요로한다. 이 경우, 반도체 발광소자는 마이크로 IC가 배치된 기판위에 물리적으로 본딩되어야 하는데, 마이크로 단위의 반도체 발광소자를 정확한 위치에 본딩 시키는 것은 매우 어렵다는 문제가 있다. 또한, 상술한 방식에 따르면, 반도체 발광소자의 본딩이후, 결함을 검사하거나 수리하는 과정이 어렵다는 문제가 있다.
본 발명의 일 목적은 별도의 마이크로 IC 없이, 플립플롭만을 이용하여 액티브 매트릭스 방식의 디스플레이 장치를 구현하는 것이다.
본 발명의 일 목적은 디스플레이 장치에 구비된 모든 반도체 발광소자가 일괄적으로 오프되는 시간(sleep 시간)을 최소화하는 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 기판, 상기 기판에 형성되는 복수의 반도체 발광소자들, 상기 반도체 발광소자들이 소정 시간동안 발광 상태를 유지하도록, 상기 반도체 발광소자에 전기 신호를 인가하는 플립플롭들, 상기 플립플롭들 각각과 전기적으로 연결되는 스캔 전극들 및 데이터 전극들 및 프레임 동기신호 및 서브필드 신호를 발생시키고, 상기 서브필드 신호를 기준으로 데이터 패킷을 입력 받고, 상기 데이터 패킷에 근거하여 스캔 전극 및 데이터 전극에 전압을 인가하는 구동부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지 시간 중 상기 프레임 동기신호가 발생되는 경우, 상기 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지 시간동안 상기 데이터 전극들에 전압이 인가되지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
일 실시 예에 있어서, 제1프레임 동기신호가 발생된 시점부터 상기 다음 프레임 동기신호가 발생된 시점까지 시간 간격동안 발생되는 서브필드 신호의 횟수와 제2프레임 동기신호가 발생된 시점부터 다음 프레임 동기신호가 발생된 시점까지 시간 간격동안 발생되는 서브필드 신호의 횟수는 서로 다를 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 구동부는 상기 프레임 동기신호와 상기 서브필드 신호를 서로 동기화되지 않은 상태로 발생시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 서브필드 신호가 발생되는 시간 간격은 소정 오차범위 내에서 동일할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 구동부는 상기 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지의 시간동안 데이터 패킷을 입력받고, 상기 데이터 패킷에 근거하여 상기 스캔 전극 및 상기 데이터 전극에 전압을 인가할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 데이터 패킷은 데이터 전극과 관련된 블록 및 스캔 전극과 관련된 블록을 포함하고, 상기 구동부는 데이터 전극과 관련된 블록 및 스캔 전극과 관련된 블록을 순차적으로 입력 받을 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 구동부는 상기 데이터 전극과 관련된 블록에 근거하여 상기 데이터 전극 중 적어도 일부에 전압을 인가한 상태에서, 상기 스캔 전극과 관련된 블록에 근거하여 상기 스캔 전극 중 적어도 일부에 전압을 인가할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 구동부로 입력되는 데이터 패킷은 제1 및 제2데이터 패킷을 구비하고, 상기 제1데이터 패킷이 입력되기 시작한 시점부터 상기 구동부가 상기 제1데이터 패킷에 근거하여 반도체 발광소자를 점등시키는 시점까지의 시간간격과 상기 제2데이터 패킷이 입력되기 시작한 시점부터 상기 구동부가 상기 제2데이터 패킷에 근거하여 반도체 발광소자를 점등시키는 시점까지의 시간간격은 서로 다를 수 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 프레임을 복수의 서브필드로 시분할하여 구동한다. 이러한, 구동 방식은 플립플롭 만으로 구현될 수 있다. 상기 플립플롭은 마이크로 IC 보다 사이즈가 작고, MOSFET의 포화영역에서 안정적 동작이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 종래 액티브 매트릭스 구동 방식에 존재하는 캐패시터가 불필요하기 때문에, 고속 동작이 가능하다.
한편, 본 발명은 프레임 동기 신호와 동기화되지 않은 서브필드 신호를 기준으로 반도체 발광소자의 점등을 제어함으로써, 디스플레이 장치에 구비된 모든 반도체 발광소자가 일괄적으로 오프되는 시간(sleep 시간)을 최소화 할 수 있게 된다.
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 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 회로도를 간략하게 나타낸 것이다.
도 11은 D 플립플롭의 구조 및 구동 신호를 나타내는 개념도이다.
도 12 및 13은 네 개의 플립플롭으로 구현된 디스플레이 장치를 나타내는 개념도이다.
도 14 및 15는 반도체 발광소자와 플립플롭을 연결하는 일 실시 예를 나타내는 회로도이다.
도 16은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 영상처리 신호를 나타내는 개념도이다.
도 17은 1 서브 필드 시간 동안 데이터가 인가되는 모습을 나타내는 타이밍도이다.
도 18은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 19는 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 발생되는 신호들을 나타내는 그래프이다.
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)과 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.
한편, 본 발명은 플립플롭을 이용하여 액티브 매트릭스 방식의 디스플레이 장치를 구현한다. 또한, 본 발명은 플립플롭을 이용한 디스플레이 장치를 구현함에 있어서, 하나의 프레임을 복수의 서브필드로 시분할하여 반도체 발광소자의 명암을 조절하는 영상처리 방법을 제시한다.
도 10은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 회로도를 간략하게 나타낸 것이고, 도 11은 D 플립플롭의 구조 및 구동 신호를 나타내는 개념도이고, 도 12 및 13은 네 개의 플립플롭으로 구현된 디스플레이 장치를 나타내는 개념도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 기판, 복수의 반도체 발광소자들, 복수의 플립플롭들, 복수의 스캔 전극들 및 데이터 전극들을 포함하며, 상기 반도체 발광소자들의 발광을 제어하는 구동부를 포함한다.
상기 기판 및 반도체 발광소자는 도 1 내지 9에서 설명한 것과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
한편, 플립플롭은 상기 반도체 발광소자들이 소정 시간동안 발광상태를 유지하도록, 상기 반도체 발광소자에 전기 신호를 인가한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 플립플롭은 상기 플립플롭은 데이터 입력부, 클록 입력부, 적어도 하나의 출력부를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 플립플롭은 D-플립플롭일 수 있다.
하나의 플립플롭에는 하나의 스캔 전극 및 하나의 데이터 전극이 연결된다. 구체적으로, 플립플롭의 클록 입력부에는 상기 스캔 전극이 연결되고, 상기 데이터 입력부에는 데이터 전극이 연결된다.
상기 플립플롭의 출력부에는 반도체 발광소자가 연결되며, 상기 플립플롭의 출력부에서 출력되는 전기신호에 따라 반도체 발광소자의 발광여부가 결정된다. 상기 플립플롭에서 출력되는 전기신호는 상기 클록 입력부에 새로운 전기신호가 인가될 때까지 유지되기 때문에, 반도체 발광소자의 발광여부가 결정된 경우, 반도체 발광소자는 일정시간 동안 발광 상태 또는 발광하지 않는 상태를 유지한다.
구체적으로, 도 11을 참조하여, 플립플롭에 인가되는 신호에 따른 출력신호에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 11을 참조하면, 클록 입력(C)이 활성화 되면, 데이터 입력부(D)로 인가되는 신호가 출력부(Q)로 전달된다. 상기 데이터 입력부로 인가된 신호가 출력부로 전달되는 타이밍은 클록 입력이 활성화되는 즉시 일 수 있고, 클록 입력이 비활성화될 때 일 수 있다. 이에 대하여는 별도로 한정하지 않는다. 이러한 플립플롭의 특성을 활용하면, 반도체 발광소자에 일정시간동안 동일한 신호를 인가할 수 있게 된다.
도 12 및 13을 참조하여 네 개의 플립플롭을 통해 네 개의 반도체 발광소자의 발광을 제어하는 일 실시 예에 대하여 설명한다.
도 12를 참조하면, 두 개의 스캔 전극은 서로 나란하게 배치되며, 두 개의 데이터 전극은 상기 스캔 전극들과 교차하는 방향으로 서로 나란하게 배치된다. 스캔 전극과 데이터 전극이 서로 교차하는 위치에 플립플롭과 반도체 발광소자가 배치된다.
각각의 스캔 전극에는 일정한 주기로 스캔 신호가 인가되며, 상기 스캔 신호는 스캔 전극에 연결된 플립플롭의 클록 입력부로 전달된다. 상기 스캔 신호는 서로 나란하게 배치된 스캔 전극에 순차적으로 인가된다. 모든 스캔 전극에 스캔 신호가 인가된 후, 일정시간이 지나면 또다시 스캔 전극에 스캔 신호가 순차적으로 인가된다. 결과적으로, 하나의 스캔 전극에는 일정한 주기로 스캔 신호가 인가되며, 서로 다른 스캔 전극에는 일정한 시간차를 두고 스캔 신호가 인가된다.
한편, 데이터 전극에는 정해진 타이밍에 데이터 신호가 인가된다. 상기 데이터 신호는 0 또는 1에 대응하는 신호일 수 있다. 상기 데이터 신호는 일정한 유효범위를 가진다. 상기 데이터 신호의 유효 범위에 클록 신호의 엣지가 위치하여야만 상기 데이터 신호가 플립플롭의 출력부로 전달될 수 있다.
상기 유효 범위는 데이터 신호가 데이터 전극에 인가된 시점부터 일정 시간 내인데, 상기 유효 범위는 스캔 신호의 펄스의 폭을 넘지 않아야 한다. 상기 유효 범위가 스캔 신호의 펄스의 폭을 넘을 경우, 데이터 신호가 원하지 않는 스캔 신호와 동기화되어 원하지 않는 플립플롭의 출력부로 출력될 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1스캔 전극과 제2스캔 전극에는 일정한 시간차를 두고 스캔 신호가 인가된다. 스캔 신호가 활성화 되는 즉시, 플립플롭의 데이터 입력부에 인가되는 데이터 신호가 출력부로 전달된다. 한편, 스캔 신호와의 동기화를 위해, 제1 및 제2데이터 전극 각각에는 일정한 시간차를 두고 데이터 신호가 인가된다.
한편, 스캔 신호와 동기화된 데이터 신호는 플립플롭의 출력부로 전달되고, 플립플롭의 출력부에서는 다음 스캔 신호가 인가될 때까지 전달된 데이터 신호가 출력된다. 상기 플립플록의 출력부에서 출력되는 신호에 따라 반도체 발광소자의 발광여부가 결정된다.
예를 들어, 제1스캔 전극에 인가된 첫번째 스캔 신호와 동기화된 데이터 신호에 의해 반도체 발광소자가 발광하는 경우, 상기 반도체 발광소자는 상기 제1스캔 전극에 두 번째 스캔 신호가 인가될 때까지 발광상태를 유지한다. 다른 예를 들어, 제2스캔 전극에 인가된 첫 번째 스캔 신호와 동기화된 데이터 신호에 의해 반도체 발광소자가 발광하지 않는 경우, 상기 반도체 발광소자는 상기 제2스캔 전극에 두 번째 스캔 신호가 인가될 때까지 발광되지 않는 상태를 유지한다.
상술한 바와 같이, 플립플롭은 반도체 발광소자별로 일정 시간동안 발광 또는 발광되지 않는 상태를 유지하도록 한다.
일 실시 예에 있어서, 도 14와 같이, 플립플롭의 출력부는 별도의 스위치를 통해 반도체 발광소자와 연결되거나, 도 15와 같이, 곧바로 반도체 발광소자와 연결될 수 있다. 다만, 도 14 및 15는 반도체 발광소자와 플립플롭을 연결하는 일 실시 예일 뿐이며, 본 명세서는 반도체 발광소자와 플립플롭을 연결하는 방식을 별도로 한정하지 않는다.
이하에서는, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에서 한 프레임의 영상을 처리하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 16은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 영상처리 신호를 나타내는 개념도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 포함된 구동부는 소정 시간 간격으로 프레임 동기신호(vsync)를 발생시킨다. 이에 따라, 프레임별 시간은 프레임 동기신호가 발생된 시점부터 다음 프레임 동기신호가 발생될 때까지로 결정된다. 한편, 구동부는 상기 프레임 동기신호와는 별개로 서브필드 신호(ssync)를 발생시킨다.
상기 프레임 동기신호와 상기 서브필드 신호(ssyn)는 서로 동기화되지 않은 상태로 발생된다. 하나의 프레임 동기신호가 발생된 시점부터 다음 프레임 신호가 발생된 시점까지의 시간(이하, 1프레임 시간)동안 상기 서브 필드 신호(ssyn)는 N회 또는 N+1회 발생될 수 있다. 이에 대하여 구체적으로 설명하면, 서브 필드 신호(ssyn)는 일정한 시간간격으로 발생되지만, 상기 프레임 동기신호와 동기화가 되어있지 않기 때문에, 1프레임 시간내에 서로 다른 횟수의 서브 필드 신호(ssyn)가 발생될 수 있다.
한편, 한 프레임에 해당하는 데이터는 서브 필드 신호(ssyn)가 발생한 시점부터 다음 서브 필드 신호(ssyn)가 발생된 시점까지의 시간(이하, 1서브 필드 시간)의 N배에 해당하는 시간동안 인가된다.
1프레임 시간내에 N+1회의 서브 필드 신호가 발생되는 경우, 인가될 데이터가 존재하지 않는다. 따라서, 상기 구동부는 어느 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지 시간 중 상기 프레임 동기신호가 발생되는 경우, 상기 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지 시간동안 상기 데이터 전극들에 전압이 인가되지 않도록 한다. 도 16을 참조하면, 구동부는 Extra bit를 별도로 할당하여, 상기 시간(X1)동안 모든 데이터 전극들에 전압이 인가되지 않도록 한다. 이에 따라, 상기 시간(X1)동안에는 모든 픽셀이 off 상태가 된다.
한편, 모든 서브 필드 신호는 일정한 시간 간격으로 발생되며, 상기 서브 필드 신호를 기준으로 데이터 및 스캔신호가 인가된다. 구체적으로, 1서브 필드 시간동안 총 n개의 데이터 패킷이 인가된다.
일 실시 예에 있어서, 하나의 데이터 패킷은 총 8개의 블록으로 구분될 수 있다. 각 블록은 32비트로 이루어질 수 있다. 8개의 블록은 적색 반도체 발광소자와 관련된 두 개의 블록(R1 및 R2), 녹색 반도체 발광소자와 관련된 두 개의 블록(G1 및 G2), 청색 반도체 발광소자와 관련된 두 개의 블록(B1 및 B2), 스캔 라인과 관련된 두 개의 블록(SCAN1 및 SCAN2)를 포함한다.
적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자와 관련된 블록 각각은 전압이 인가될 데이터 라인과 관련된 정보를 포함하고, 스캔 라인과 관련된 블록은 전압이 인가될 스캔 라인과 관련된 정보를 포함한다. 구동부는 상기 데이터 패킷을 이용하여 스캔 라인 및 데이터 라인에 전압을 인가한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 구동부는 어느 하나의 데이터 패킷에 포함된 스캔 라인과 관련된 두 개의 블록(SCAN1 및 SCAN2)을 이용하여 스캔 라인에 전압을 인가한다. 예를 들어, 스캔 라인과 관련된 두 개의 블록(SCAN1 및 SCAN2) 각각은 32비트로 이루어지고, 각각의 비트는 스캔 라인의 전압 인가 여부를 나타낸다. 스캔 라인과 관련된, 32비트의 블록을 활용하면 총 32개의 스캔 라인을 제어할 수 있다. 또한 두 개의 블록을 활용하는 경우, 총 64개의 스캔 라인을 제어할 수 있다.
한편, 상기 구동부는 R1, R2, G1, G2, B1 및 B2를 이용하여 데이터 라인에 전압을 인가한다. 도 16과 같이 스캔 라인과 관련된 두 개의 블록(SCAN1 및 SCAN2)이 데이터 패킷의 끝 부분에 배치되는 경우, R1, R2, G1, G2, B1 및 B2 블록에 의해 데이터 라인에 전압이 인가된 상태에서 특정 스캔 전극에 전압이 인가된다. 이에 따라, 데이터 패킷에서 지시하는 반도체 발광소자가 점등된다. 이 때, 구동부는 스캔 라인과 관련된 두 개의 블록(SCAN1 및 SCAN2) 중 어느 하나의 블록만 인가된 상태에서 스캔 라인에 전압을 인가하거나, 두 개의 블록이 모두 인가된 상태에서 스캔 라인에 전압을 인가할 수 있다.
스캔 라인과 관련된 두 개의 블록(SCAN1 및 SCAN2) 중 먼저 인가된 블록(SCAN1)에 전압 인가 신호가 포함된 경우, SCAN1이 인가됨에 따라 반도체 발광소자가 점등된다. 스캔 라인과 관련된 두 개의 블록(SCAN1 및 SCAN2) 중 나중에 인가된 블록(SCAN2)에 전압 인가 신호가 포함된 경우, SCAN2이 인가됨에 따라 반도체 발광소자가 점등된다. 상술한 이유로, 특정 스캔 라인에 대한 전압 인가 신호를 포함하는 데이터 패킷이 인가된 후 다음 데이터 패킷이 인가될 때 딜레이(X2)가 발생될 수 있다.
예를 들어, SCAN1 및 SCAN2이 각가 32비트로 이루어지는 경우, 32번째 스캔 라인에 대한 전압 인가 신호를 포함하는 데이터 패킷이 인가되기 시작한 시점부터 반도체 발광소자가 점등될 때까지의 시간 간격과 33번째 스캔 라인에 대한 전압 인가 신호를 포함하는 데이터 패킷이 인가되기 시작한 시점부터 반도체 발광소자가 점등될 때까지의 시간 간격은 스캔 라인과 관련된 하나의 블록이 인가되는 시간만큼 차이가 생긴다. 상술한 딜레이는 모든 서브 필드 구간마다 발생된다.
한편, 1 서브 필드 시간과 1 데이터 패킷이 인가되는 시간은 정확히 일치하지 않는다.
도 17은 1 서브 필드 시간 동안 데이터가 인가되는 모습을 나타내는 타이밍도이다.
도 17을 참조하면, 서브 필드 신호(sfs)가 인가된 후 190ns 후에 데이터 패킷이 인가된다. 상기 데이터 패킷은 28.8㎲동안 인가된다. 1 서브 필드 시간은 32.55㎲이다. 데이터 패킷이 완전히 인가된 후 남은 1 서브 필드 시간동안 인가된 데이터 패킷에 따른 발광상태가 유지된다.
한편, 서브 필드 신호의 발생 타이밍은 프레임 동기신호와 동기화 되지 않은 상태로 발생된다.
도 18은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 블록도이다.
도 18을 참조하면, sfsgen에 의해 서브 필드 신호가 발생되고, sfsync_cnt는 발생된 서브 필드 신호를 카운드한다. 또한, scan cnt가 서브 필드 신호와 동기화 되어 데이터 패킷 인가를 위한 타이밍을 카운드한다. sfsync_cnt 및 scan cnt의 카운트 결과에 따라 데이터 패킷의 주소가 결정된다. 이후, 데이터 패킷의 주소(rd_addr)에 대응하는 데이터 패킷이 인가(64bit subit×4)된다. 상기 데이터 패킷은 16bit RGB 데이터를 소정 규칙에 따라 새롭게 매핑한 데이터일 수 있다. 데이터 매핑 규칙은 1서브 필드 시간에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 1서브 필드 시간을 32.66㎲로 설정하는 경우, 한 프레임이 512개의 서브 필드로 구분될 수 있다. 이 경우, 16bit RGB 데이터는 9bit의 매핑 데이터를 활용하여 매핑 될 수 있다. 이와 달리, 서브 필드 시간을 16.33㎲로 설정하는 경우, 한 프레임이 1024개의 서브 필드로 구분될 수 있다. 이 경우, 16bit RGB 데이터는 10bit의 매핑 데이터를 활용하여 매핑 될 수 있다. 데이터 매핑 규칙은 임의로 설정될 수 있는 것이므로, 별도로 한정하지 않는다.
한편, 도 18을 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 서브 필드 신호가 외부 TCON 신호가 아닌 내부 카운터에 의해 생성된다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 외부 신호에 의해 구동되지 않기 때문에, 노이즈를 감소시킬 수 있다.
또한, 도 19를 참조하면, 신호의 refresh rate가 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 플리커가 감소될 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 (8)

  1. 기판;
    상기 기판에 형성되는 복수의 반도체 발광소자들;
    상기 반도체 발광소자들이 소정 시간동안 발광 상태를 유지하도록, 상기 반도체 발광소자에 전기 신호를 인가하는 플립플롭들;
    상기 플립플롭들 각각과 전기적으로 연결되는 스캔 전극들 및 데이터 전극들; 및
    프레임 동기신호 및 서브필드 신호를 발생시키고,
    상기 서브필드 신호를 기준으로 데이터 패킷을 입력 받고, 상기 데이터 패킷에 근거하여 스캔 전극 및 데이터 전극에 전압을 인가하는 구동부를 포함하고,
    상기 구동부는,
    상기 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지 시간 중 상기 프레임 동기신호가 발생되는 경우, 상기 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지 시간동안 상기 데이터 전극들에 전압이 인가되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1프레임 동기신호가 발생된 시점부터 상기 다음 프레임 동기신호가 발생된 시점까지 시간 간격동안 발생되는 서브필드 신호의 횟수와 제2프레임 동기신호가 발생된 시점부터 다음 프레임 동기신호가 발생된 시점까지 시간 간격동안 발생되는 서브필드 신호의 횟수는 서로 다른 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 프레임 동기신호와 상기 서브필드 신호를 서로 동기화되지 않은 상태로 발생시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서브필드 신호가 발생되는 시간 간격은 소정 오차범위 내에서 동일한 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 서브필드 신호가 발생된 시점부터 다음 서브필드 신호가 발생된 시점까지의 시간동안 데이터 패킷을 입력받고,
    상기 데이터 패킷에 근거하여 상기 스캔 전극 및 상기 데이터 전극에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 데이터 패킷은 데이터 전극과 관련된 블록 및 스캔 전극과 관련된 블록을 포함하고,
    상기 구동부는 데이터 전극과 관련된 블록 및 스캔 전극과 관련된 블록을 순차적으로 입력 받는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 데이터 전극과 관련된 블록에 근거하여 상기 데이터 전극 중 적어도 일부에 전압을 인가한 상태에서,
    상기 스캔 전극과 관련된 블록에 근거하여 상기 스캔 전극 중 적어도 일부에 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 구동부로 입력되는 데이터 패킷은,
    제1 및 제2데이터 패킷을 구비하고,
    상기 제1데이터 패킷이 입력되기 시작한 시점부터 상기 구동부가 상기 제1데이터 패킷에 근거하여 반도체 발광소자를 점등시키는 시점까지의 시간간격과 상기 제2데이터 패킷이 입력되기 시작한 시점부터 상기 구동부가 상기 제2데이터 패킷에 근거하여 반도체 발광소자를 점등시키는 시점까지의 시간간격은 서로 다른 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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