WO2016195165A1 - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a display device and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a flexible display device using a semiconductor light emitting device.
- LCD Liguid Crystal Display
- AMOLED Active Matrix Organic Light Emitting Diodes
- LED Light Emitting Diode
- LED is a well-known semiconductor light emitting device that converts current into light.
- red LEDs using GaAsP compound semiconductors were commercialized. It has been used as a light source for display images of electronic devices including communication devices. Therefore, a method of solving the above problems by implementing a flexible display using the semiconductor light emitting device can be presented.
- the present invention proposes a mechanism for solving the light loss caused by the electrode wiring to improve the luminous efficiency in the display device.
- An object of the present invention is to provide a structure for improving the brightness in the display device and a manufacturing method thereof.
- Another object of the present invention is to alleviate or prevent light loss caused by electrode wiring of semiconductor light emitting devices having a vertical structure.
- a display device includes a plurality of semiconductor light emitting devices, and at least one of the semiconductor light emitting devices may include a first conductive electrode, a second conductive electrode, and a first conductive electrode disposed thereon.
- a connection part electrically connected to the first conductive electrode is formed on one surface of the first conductive semiconductor layer, and the connection part is disposed to be biased on one side of the second conductive electrode along the horizontal direction.
- At least one of the semiconductor light emitting devices may include a portion in which a current between the first conductive electrode and the second conductive electrode faces the connection portion in the active layer as the connection portion is biased toward the one side. To flow in a biased manner.
- connection portion is adjacent to at least one side of the semiconductor light emitting elements so that the portion facing the connection portion in the active layer does not overlap the second conductive electrode, and the second conductive electrode is disposed adjacent to the other side. Can be.
- a current limiting portion may be formed in the first conductive semiconductor layer to prevent current from flowing to the first conductive electrode.
- the current limiting part may be formed at a position overlapping with the second conductive electrode in the vertical direction.
- An area covered by the first conductive electrode may be formed on one surface of the first conductive semiconductor layer, and the connection portion and the current limiting portion may be located in the covering region.
- the current limiting part may include a dielectric disposed between the first conductive electrode and the first conductive semiconductor layer.
- the current limiting portion may be a portion in which at least a portion of one surface of the first conductive semiconductor layer is insulated by plasma treatment.
- the first conductive electrode and the second conductive electrode may be disposed not to overlap each other in the vertical direction.
- the present invention also provides a method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising: growing a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer on a substrate, isolating semiconductor light emitting devices on the substrate through etching; Depositing a first conductive electrode on one surface of the first conductive semiconductor layer; And connecting the first conductive electrode to a wiring substrate and forming a second conductive electrode on the second conductive semiconductor layer, wherein the first conductive electrode is formed on one surface of the first conductive semiconductor layer. And a connecting portion electrically connected to the connecting portion, and the connecting portion is disposed to be biased on one side of the second conductive electrode along the horizontal direction.
- a non-light emitting region is intentionally formed in the semiconductor light emitting element to adjust the current distribution of the light emitting surface. Through this, it is possible to bias the current to the part not covered by the wiring electrode, and eventually to distribute the light efficiently. As described above, the present invention alleviates or prevents light loss around the wiring electrode using the non-light emitting area, and as a result, the brightness of the display device can be greatly improved.
- the width of the wiring electrode on the light emitting surface is reduced to reduce the light loss area, the operating voltage increases in the semiconductor light emitting device, and the device deteriorates.
- the light loss area can be reduced while maintaining the width of the wiring electrode. have.
- the non-light emitting region can be simply implemented by a dielectric or plasma treatment, and thus the present invention implements a mechanism in which the brightness is improved even though the semiconductor light emitting device has a simple structure.
- FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
- FIG. 2 is an enlarged view of a portion A of FIG. 1, and FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views taken along the lines B-B and C-C of FIG. 2.
- FIGS. 3A and 3B are conceptual diagram illustrating the flip chip type semiconductor light emitting device of FIGS. 3A and 3B.
- 5A through 5C are conceptual views illustrating various forms of implementing colors in connection with a flip chip type semiconductor light emitting device.
- FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
- FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the invention.
- FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line D-D of FIG. 7.
- FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the vertical semiconductor light emitting device of FIG. 8.
- FIG. 10 is an enlarged view of portion A of FIG. 1 for explaining another embodiment of the present invention to which a semiconductor light emitting device having a new structure is applied.
- FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line E-E of FIG. 10.
- FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line F-F of FIG. 10.
- FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a semiconductor light emitting device having a new structure of FIG. 11.
- FIG. 14A and 14B are current flow charts comparing the display device of FIG. 10 with a conventional display device
- FIG. 15 is a product photograph comparing the display device of FIG.
- 16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 17A, 17B, and 17C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
- 19 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
- the display device described herein includes a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), navigation, and a slate PC. , Tablet PC, Ultra Book, digital TV, desktop computer.
- PDA personal digital assistant
- PMP portable multimedia player
- slate PC slate PC
- Tablet PC Ultra Book
- digital TV desktop computer
- FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
- the information processed by the controller of the display apparatus 100 may be displayed using a flexible display.
- the flexible display includes a display that can be bent, bent, twisted, foldable, or rollable by external force.
- a flexible display can be a display fabricated on a thin, flexible substrate that can be bent, bent, folded, or rolled like a paper while maintaining the display characteristics of a conventional flat panel display.
- the display area of the flexible display becomes flat.
- the display area may be a curved surface in a state in which the first state is bent by an external force (for example, a state having a finite radius of curvature, hereinafter referred to as a second state).
- the information displayed in the second state may be visual information output on a curved surface.
- Such visual information is implemented by independently controlling light emission of a sub-pixel disposed in a matrix form.
- the unit pixel refers to a minimum unit for implementing one color.
- the unit pixel of the flexible display may be implemented by a semiconductor light emitting device.
- a light emitting diode LED
- the light emitting diode is formed to have a small size, thereby enabling it to serve as a unit pixel even in the second state.
- FIG. 2 is a partially enlarged view of portion A of FIG. 1
- FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views taken along lines BB and CC of FIG. 2
- FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating a flip chip type semiconductor light emitting device of FIG. 3A.
- 5A through 5C are conceptual views illustrating various forms of implementing colors in connection with a flip chip type semiconductor light emitting device.
- a display device 100 using a passive matrix (PM) type semiconductor light emitting device is illustrated as a display device 100 using a semiconductor light emitting device.
- PM passive matrix
- AM active matrix
- the display apparatus 100 includes a substrate 110, a first electrode 120, a conductive adhesive layer 130, a second electrode 140, and a plurality of semiconductor light emitting devices 150.
- the substrate 110 may be a flexible substrate.
- the substrate 110 may include glass or polyimide (PI).
- PI polyimide
- any material such as polyethylene naphthalate (PEN) or polyethylene terephthalate (PET) may be used as long as it is an insulating and flexible material.
- the substrate 110 may be either a transparent material or an opaque material.
- the substrate 110 may be a wiring board on which the first electrode 120 is disposed, and thus the first electrode 120 may be positioned on the substrate 110.
- the insulating layer 160 may be disposed on the substrate 110 on which the first electrode 120 is disposed, and the auxiliary electrode 170 may be positioned on the insulating layer 160.
- a state in which the insulating layer 160 is stacked on the substrate 110 may be one wiring board.
- the insulating layer 160 is made of an insulating and flexible material such as polyimide (PI, Polyimide), PET, and PEN, and can be formed integrally with the substrate 110 to form one substrate.
- the auxiliary electrode 170 is an electrode that electrically connects the first electrode 120 and the semiconductor light emitting device 150.
- the auxiliary electrode 170 is disposed on the insulating layer 160 and disposed to correspond to the position of the first electrode 120.
- the auxiliary electrode 170 may have a dot shape and may be electrically connected to the first electrode 120 by an electrode hole 171 passing through the insulating layer 160.
- the electrode hole 171 may be formed by filling a via material with a conductive material.
- the conductive adhesive layer 130 is formed on one surface of the insulating layer 160, but the present invention is not necessarily limited thereto.
- a layer is formed between the insulating layer 160 and the conductive adhesive layer 130 or a structure in which the conductive adhesive layer 130 is disposed on the substrate 110 without the insulating layer 160. It is also possible.
- the conductive adhesive layer 130 may serve as an insulating layer.
- the conductive adhesive layer 130 may be a layer having adhesiveness and conductivity.
- the conductive adhesive layer 130 may be mixed with a conductive material and an adhesive material.
- the conductive adhesive layer 130 is flexible, thereby enabling a flexible function in the display device.
- the conductive adhesive layer 130 may be an anisotropic conductive film (ACF), an anisotropic conductive paste, a solution containing conductive particles, or the like.
- ACF anisotropic conductive film
- the conductive adhesive layer 130 allows electrical interconnection in the Z direction through the thickness, but may be configured as a layer having electrical insulation in the horizontal X-Y direction. Therefore, the conductive adhesive layer 130 may be referred to as a Z-axis conductive layer (however, hereinafter referred to as a 'conductive adhesive layer').
- the anisotropic conductive film is a film in which an anisotropic conductive medium is mixed with an insulating base member. When the heat and pressure are applied, only the specific portion is conductive by the anisotropic conductive medium.
- the heat and pressure is applied to the anisotropic conductive film, other methods are possible in order for the anisotropic conductive film to be partially conductive. Such a method can be, for example, only one of the heat and pressure applied or UV curing or the like.
- the anisotropic conductive medium may be, for example, conductive balls or conductive particles.
- the anisotropic conductive film in this example is a film in which the conductive ball is mixed with the insulating base member, and only a specific portion of the conductive ball is conductive when heat and pressure are applied.
- the anisotropic conductive film may be in a state in which a core of a conductive material contains a plurality of particles coated by an insulating film made of a polymer material, and in this case, a portion to which heat and pressure are applied becomes conductive by the core as the insulating film is destroyed. .
- the shape of the core may be deformed to form a layer in contact with each other in the thickness direction of the film.
- heat and pressure are applied to the anisotropic conductive film as a whole, and the electrical connection in the Z-axis direction is partially formed by the height difference of the counterpart bonded by the anisotropic conductive film.
- the anisotropic conductive film may be in a state containing a plurality of particles coated with a conductive material on the insulating core.
- the portion to which the heat and pressure are applied is deformed (pressed) to have conductivity in the thickness direction of the film.
- the conductive material may penetrate the insulating base member in the Z-axis direction and have conductivity in the thickness direction of the film. In this case, the conductive material may have a pointed end.
- the anisotropic conductive film may be a fixed array anisotropic conductive film (fixed array ACF) consisting of a conductive ball inserted into one surface of the insulating base member.
- the insulating base member is formed of an adhesive material, and the conductive ball is concentrated on the bottom portion of the insulating base member, and deforms with the conductive ball when heat and pressure are applied to the base member. Therefore, it has conductivity in the vertical direction.
- the present invention is not necessarily limited thereto, and the anisotropic conductive film has a form in which conductive balls are randomly mixed in an insulating base member or a plurality of layers, in which a conductive ball is disposed in one layer (double- ACF) etc. are all possible.
- the anisotropic conductive paste is a combination of a paste and a conductive ball, and may be a paste in which conductive balls are mixed with an insulating and adhesive base material.
- solutions containing conductive particles can be solutions in the form of conductive particles or nanoparticles.
- the second electrode 140 is positioned on the insulating layer 160 spaced apart from the auxiliary electrode 170. That is, the conductive adhesive layer 130 is disposed on the insulating layer 160 on which the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 are located.
- the semiconductor light emitting device 150 is connected in a flip chip form by applying heat and pressure. In this case, the semiconductor light emitting device 150 is electrically connected to the first electrode 120 and the second electrode 140.
- the semiconductor light emitting device may be a flip chip type light emitting device.
- the semiconductor light emitting device may include a p-type electrode 156, a p-type semiconductor layer 155 on which the p-type electrode 156 is formed, an active layer 154 formed on the p-type semiconductor layer 155, and an active layer ( The n-type semiconductor layer 153 formed on the 154 and the n-type electrode 152 disposed horizontally spaced apart from the p-type electrode 156 on the n-type semiconductor layer 153.
- the p-type electrode 156 may be electrically connected to the auxiliary electrode 170 by the conductive adhesive layer 130, and the n-type electrode 152 may be electrically connected to the second electrode 140.
- the auxiliary electrode 170 is formed to be long in one direction, and one auxiliary electrode may be electrically connected to the plurality of semiconductor light emitting devices 150.
- the p-type electrodes of the left and right semiconductor light emitting devices around the auxiliary electrode may be electrically connected to one auxiliary electrode.
- the semiconductor light emitting device 150 is press-fitted into the conductive adhesive layer 130 by heat and pressure, and thus, between the p-type electrode 156 and the auxiliary electrode 170 of the semiconductor light emitting device 150. Only the portion and the portion between the n-type electrode 152 and the second electrode 140 of the semiconductor light emitting device 150 have conductivity, and the rest of the semiconductor light emitting device does not have a press-fitted conductivity. As such, the conductive adhesive layer 130 not only couples the semiconductor light emitting device 150 and the auxiliary electrode 170 and between the semiconductor light emitting device 150 and the second electrode 140 but also forms an electrical connection.
- the plurality of semiconductor light emitting devices 150 constitute an array of light emitting devices, and a phosphor layer 180 is formed on the light emitting device array.
- the light emitting device array may include a plurality of semiconductor light emitting devices having different luminance values.
- Each semiconductor light emitting device 150 constitutes a unit pixel and is electrically connected to the first electrode 120.
- a plurality of first electrodes 120 may be provided, the semiconductor light emitting devices may be arranged in several rows, and the semiconductor light emitting devices may be electrically connected to any one of the plurality of first electrodes.
- semiconductor light emitting devices are connected in a flip chip form, semiconductor light emitting devices grown on a transparent dielectric substrate may be used.
- the semiconductor light emitting devices may be, for example, nitride semiconductor light emitting devices. Since the semiconductor light emitting device 150 has excellent brightness, individual unit pixels may be configured with a small size.
- the partition wall 190 may be formed between the semiconductor light emitting devices 150.
- the partition wall 190 may serve to separate the individual unit pixels from each other, and may be integrally formed with the conductive adhesive layer 130.
- the base member of the anisotropic conductive film may form the partition wall.
- the partition 190 may have reflective properties and contrast may be increased.
- a reflective partition may be separately provided as the partition 190.
- the partition 190 may include a black or white insulator according to the purpose of the display device.
- the partition wall of the white insulator is used, the reflectivity may be improved, and when the partition wall of the black insulator is used, the contrast may be increased at the same time.
- the phosphor layer 180 may be located on the outer surface of the semiconductor light emitting device 150.
- the semiconductor light emitting device 150 is a blue semiconductor light emitting device that emits blue (B) light, and the phosphor layer 180 performs a function of converting the blue (B) light into the color of a unit pixel.
- the phosphor layer 180 may be a red phosphor 181 or a green phosphor 182 constituting individual pixels.
- a red phosphor 181 capable of converting blue light into red (R) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting element 151 at a position forming a red unit pixel, and a position forming a green unit pixel.
- a green phosphor 182 capable of converting blue light into green (G) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting device 151.
- only the blue semiconductor light emitting device 151 may be used alone in a portion of the blue unit pixel.
- the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) may form one pixel. More specifically, phosphors of one color may be stacked along each line of the first electrode 120. Therefore, one line in the first electrode 120 may be an electrode for controlling one color. That is, red (R), green (G), and blue (B) may be sequentially disposed along the second electrode 140, and thus, a unit pixel may be implemented.
- the present invention is not limited thereto, and instead of the phosphor, the semiconductor light emitting device 150 and the quantum dot QD may be combined to implement unit pixels of red (R), green (G), and blue (B). have.
- a black matrix 191 may be disposed between the respective phosphor layers in order to improve contrast. That is, the black matrix 191 may improve contrast of the contrast.
- the present invention is not necessarily limited thereto, and other structures for implementing blue, red, and green may be applied.
- each semiconductor light emitting device 150 is mainly made of gallium nitride (GaN), and indium (In) and / or aluminum (Al) is added together to emit light of various colors including blue. It can be implemented as an element.
- the semiconductor light emitting devices 150 may be red, green, and blue semiconductor light emitting devices, respectively, to form a sub-pixel.
- the red, green, and blue semiconductor light emitting devices R, G, and B are alternately disposed, and the red, green, and blue unit pixels are arranged by the red, green, and blue semiconductor light emitting devices. These pixels constitute one pixel, and thus, a full color display may be implemented.
- the semiconductor light emitting device may include a white light emitting device W having a yellow phosphor layer for each individual device.
- a red phosphor layer 181, a green phosphor layer 182, and a blue phosphor layer 183 may be provided on the white light emitting device W.
- a unit pixel may be formed by using a color filter in which red, green, and blue are repeated on the white light emitting device W.
- the red phosphor layer 181, the green phosphor layer 182, and the blue phosphor layer 183 may be provided on the ultraviolet light emitting device UV.
- the semiconductor light emitting device can be used not only for visible light but also for ultraviolet light (UV) in all areas, and can be extended in the form of a semiconductor light emitting device in which ultraviolet light (UV) can be used as an excitation source of the upper phosphor. .
- the semiconductor light emitting device 150 is positioned on the conductive adhesive layer 130 to constitute a unit pixel in the display device. Since the semiconductor light emitting device 150 has excellent brightness, individual unit pixels may be configured with a small size.
- the size of the individual semiconductor light emitting device 150 may be 80 ⁇ m or less in length of one side, and may be a rectangular or square device. In the case of a rectangle, the size may be 20 ⁇ 80 ⁇ m or less.
- a square semiconductor light emitting element 150 having a side length of 10 ⁇ m is used as a unit pixel, sufficient brightness for forming a display device appears. Therefore, for example, when the size of the unit pixel is a rectangular pixel in which one side is 600 ⁇ m and the other side is 300 ⁇ m, the distance between the semiconductor light emitting elements is relatively large. Therefore, in this case, it is possible to implement a flexible display device having an HD image quality.
- the display device using the semiconductor light emitting device described above may be manufactured by a new type of manufacturing method. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIG. 6.
- FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
- the conductive adhesive layer 130 is formed on the insulating layer 160 on which the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 are located.
- the insulating layer 160 is stacked on the first substrate 110 to form a single substrate (or a wiring substrate), and the first electrode 120, the auxiliary electrode 170, and the second electrode 140 are formed on the wiring substrate. Is placed.
- the first electrode 120 and the second electrode 140 may be disposed in a direction perpendicular to each other.
- the first substrate 110 and the insulating layer 160 may each include glass or polyimide (PI).
- the conductive adhesive layer 130 may be implemented by, for example, an anisotropic conductive film.
- an anisotropic conductive film may be applied to a substrate on which the insulating layer 160 is located.
- the semiconductor light emitting device 150 may include a second substrate 112 corresponding to the positions of the auxiliary electrodes 170 and the second electrodes 140 and on which the plurality of semiconductor light emitting devices 150 constituting individual pixels are located. ) Is disposed to face the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140.
- the second substrate 112 may be a growth substrate for growing the semiconductor light emitting device 150, and may be a sapphire substrate or a silicon substrate.
- the semiconductor light emitting device When the semiconductor light emitting device is formed in a wafer unit, the semiconductor light emitting device may be effectively used in the display device by having a gap and a size capable of forming the display device.
- the wiring board and the second board 112 are thermocompressed.
- the wiring board and the second substrate 112 may be thermocompressed by applying an ACF press head.
- the thermocompression bonding the wiring substrate and the second substrate 112 are bonded. Only a portion between the semiconductor light emitting device 150, the auxiliary electrode 170, and the second electrode 140 has conductivity due to the property of the conductive anisotropic conductive film by thermocompression bonding.
- the device 150 may be electrically connected.
- the semiconductor light emitting device 150 is inserted into the anisotropic conductive film, through which a partition wall may be formed between the semiconductor light emitting device 150.
- the second substrate 112 is removed.
- the second substrate 112 may be removed using a laser lift-off (LLO) or chemical lift-off (CLO).
- LLO laser lift-off
- CLO chemical lift-off
- a transparent insulating layer (not shown) may be formed by coating silicon oxide (SiOx) on the wiring board to which the semiconductor light emitting device 150 is coupled.
- the method may further include forming a phosphor layer on one surface of the semiconductor light emitting device 150.
- the semiconductor light emitting device 150 is a blue semiconductor light emitting device that emits blue (B) light, and a red phosphor or a green phosphor for converting the blue (B) light into a color of a unit pixel emits the blue semiconductor light.
- a layer may be formed on one surface of the device.
- the manufacturing method or structure of the display device using the semiconductor light emitting device described above may be modified in various forms.
- a vertical semiconductor light emitting device may also be applied to the display device described above.
- a vertical structure will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
- FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the invention
- FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. to be.
- the display device may be a display device using a passive semiconductor light emitting device of a passive matrix (PM) type.
- PM passive matrix
- the display device includes a substrate 210, a first electrode 220, a conductive adhesive layer 230, a second electrode 240, and a plurality of semiconductor light emitting devices 250.
- the substrate 210 is a wiring substrate on which the first electrode 220 is disposed, and may include polyimide (PI) in order to implement a flexible display device.
- PI polyimide
- any material that is insulating and flexible may be used.
- the first electrode 220 is positioned on the substrate 210 and may be formed as an electrode having a bar shape that is long in one direction.
- the first electrode 220 may be formed to serve as a data electrode.
- the conductive adhesive layer 230 is formed on the substrate 210 on which the first electrode 220 is located. Like a display device to which a flip chip type light emitting device is applied, the conductive adhesive layer 230 is a solution containing an anisotropic conductive film (ACF), anisotropic conductive paste, and conductive particles. ), Etc. However, this embodiment also illustrates a case where the conductive adhesive layer 230 is implemented by the anisotropic conductive film.
- ACF anisotropic conductive film
- Etc Etc
- the semiconductor light emitting device 250 After placing the anisotropic conductive film in a state where the first electrode 220 is positioned on the substrate 210, the semiconductor light emitting device 250 is connected to the semiconductor light emitting device 250 by applying heat and pressure. It is electrically connected to the electrode 220. In this case, the semiconductor light emitting device 250 may be disposed on the first electrode 220.
- the electrical connection is created because, as described above, in the anisotropic conductive film is partially conductive in the thickness direction when heat and pressure are applied. Therefore, in the anisotropic conductive film is divided into a portion 231 having conductivity and a portion 232 having no conductivity in the thickness direction.
- the conductive adhesive layer 230 implements not only electrical connection but also mechanical coupling between the semiconductor light emitting device 250 and the first electrode 220.
- the semiconductor light emitting device 250 is positioned on the conductive adhesive layer 230, thereby forming individual pixels in the display device. Since the semiconductor light emitting device 250 has excellent brightness, individual unit pixels may be configured with a small size.
- the size of the individual semiconductor light emitting device 250 may be 80 ⁇ m or less in length of one side, and may be a rectangular or square device. In the case of a rectangle, the size may be 20 ⁇ 80 ⁇ m or less.
- the semiconductor light emitting device 250 may have a vertical structure.
- a plurality of second electrodes 240 disposed in a direction crossing the length direction of the first electrode 220 and electrically connected to the vertical semiconductor light emitting device 250 are positioned.
- the vertical semiconductor light emitting device includes a p-type electrode 256, a p-type semiconductor layer 255 formed on the p-type electrode 256, and an active layer 254 formed on the p-type semiconductor layer 255. ), An n-type semiconductor layer 253 formed on the active layer 254, and an n-type electrode 252 formed on the n-type semiconductor layer 253.
- the lower p-type electrode 256 may be electrically connected by the first electrode 220 and the conductive adhesive layer 230, and the upper n-type electrode 252 may be the second electrode 240 described later.
- a phosphor layer 280 may be formed on one surface of the semiconductor light emitting device 250.
- the semiconductor light emitting device 250 is a blue semiconductor light emitting device 251 that emits blue (B) light
- the phosphor layer 280 is provided to convert the blue (B) light into the color of a unit pixel.
- the phosphor layer 280 may be a red phosphor 281 and a green phosphor 282 constituting individual pixels.
- a red phosphor 281 capable of converting the blue light into the red (R) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting element 251, and the position forming the green unit pixel.
- a green phosphor 282 capable of converting blue light into green (G) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting device 251.
- only the blue semiconductor light emitting device 251 may be used alone in a portion of the blue unit pixel. In this case, the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) may form one pixel.
- the present invention is not necessarily limited thereto, and as described above in the display device to which the flip chip type light emitting device is applied, other structures for implementing blue, red, and green may be applied.
- the second electrode 240 is positioned between the semiconductor light emitting devices 250 and is electrically connected to the semiconductor light emitting devices 250.
- the semiconductor light emitting devices 250 may be arranged in a plurality of columns, and the second electrode 240 may be positioned between the columns of the semiconductor light emitting devices 250.
- the second electrode 240 may be positioned between the semiconductor light emitting devices 250.
- the second electrode 240 may be formed as an electrode having a bar shape that is long in one direction, and may be disposed in a direction perpendicular to the first electrode.
- the second electrode 240 and the semiconductor light emitting device 250 may be electrically connected by a connection electrode protruding from the second electrode 240.
- the connection electrode may be an n-type electrode of the semiconductor light emitting device 250.
- the n-type electrode is formed of an ohmic electrode for ohmic contact, and the second electrode covers at least a portion of the ohmic electrode by printing or deposition.
- the second electrode 240 and the n-type electrode of the semiconductor light emitting device 250 may be electrically connected to each other.
- the second electrode 240 may be positioned on the conductive adhesive layer 230.
- a transparent insulating layer (not shown) including silicon oxide (SiOx) may be formed on the substrate 210 on which the semiconductor light emitting device 250 is formed.
- SiOx silicon oxide
- the second electrode 240 is positioned after the transparent insulating layer is formed, the second electrode 240 is positioned on the transparent insulating layer.
- the second electrode 240 may be formed to be spaced apart from the conductive adhesive layer 230 or the transparent insulating layer.
- the present invention has the advantage of not having to use a transparent electrode such as ITO by placing the second electrode 240 between the semiconductor light emitting devices 250. Therefore, the light extraction efficiency can be improved by using a conductive material having good adhesion with the n-type semiconductor layer as a horizontal electrode without being limited to the selection of a transparent material.
- a transparent electrode such as indium tin oxide (ITO)
- the partition wall 290 may be located between the semiconductor light emitting devices 250. That is, the partition wall 290 may be disposed between the vertical semiconductor light emitting devices 250 to isolate the semiconductor light emitting devices 250 forming individual pixels. In this case, the partition wall 290 may serve to separate individual unit pixels from each other, and may be integrally formed with the conductive adhesive layer 230. For example, when the semiconductor light emitting device 250 is inserted into the anisotropic conductive film, the base member of the anisotropic conductive film may form the partition wall.
- the partition wall 290 may have reflective properties and contrast may be increased.
- a reflective partition may be separately provided.
- the partition 290 may include a black or white insulator according to the purpose of the display device.
- the partition wall 290 is disposed between the vertical semiconductor light emitting device 250 and the second electrode 240. It can be located in between. Accordingly, the individual unit pixels may be configured even with a small size by using the semiconductor light emitting device 250, and the distance between the semiconductor light emitting devices 250 is relatively large enough so that the second electrode 240 is connected to the semiconductor light emitting device 250. ), And a flexible display device having HD image quality can be implemented.
- a black matrix 291 may be disposed between the respective phosphors in order to improve contrast. That is, this black matrix 291 can improve contrast of the contrast.
- the semiconductor light emitting device 250 is positioned on the conductive adhesive layer 230, thereby forming individual pixels in the display device. Since the semiconductor light emitting device 250 has excellent brightness, individual unit pixels may be configured with a small size. Therefore, a full color display in which the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) form one pixel may be implemented by the semiconductor light emitting device.
- the display device of the present invention described above has a problem that it is difficult to increase the brightness of the display device due to the small size of the semiconductor light emitting device.
- the light emitting surface is not covered by an electrode wiring.
- the light emitting surface is blocked by an electrode wiring. do.
- the P-type electrode and the N-type electrode face the wiring board, and there is no covering portion.
- the P-type electrode and the N-type electrode have the thickness of the semiconductor light emitting device.
- the present invention proposes a semiconductor light emitting device having a novel structure that can solve this problem.
- a display device to which a semiconductor light emitting device having a new structure is applied and a manufacturing method thereof will be described.
- FIG. 10 is an enlarged view of a portion A of FIG. 1 for explaining another embodiment of the present invention to which a semiconductor light emitting device having a new structure is applied
- FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG. It is sectional drawing taken along the line FF of 10
- FIG. 13 is a conceptual diagram which shows the semiconductor light emitting element of the new structure of FIG. 14A and 14B are current flow charts comparing the display apparatus of FIG. 10 with a conventional display apparatus
- FIG. 15 is a product photograph comparing the display apparatus of FIG.
- a display device 1000 using a passive matrix (PM) type vertical semiconductor light emitting device is illustrated as a display device 1000 using a semiconductor light emitting device.
- PM passive matrix
- AM active matrix
- the display apparatus 1000 includes a substrate 1010, a first electrode 1020, a conductive adhesive layer 1030, a second electrode 1040, and a plurality of semiconductor light emitting devices 1050.
- the first electrode 1020 and the second electrode 1040 may each include a plurality of electrode lines.
- the substrate 1010 is a wiring board on which the first electrode 1020 is disposed, and may include polyimide (PI) to implement a flexible display device.
- PI polyimide
- any material that is insulating and flexible may be used.
- the first electrode 1020 is positioned on the substrate 1010 and may be formed as an electrode having a bar shape that is long in one direction.
- the first electrode 1020 may be configured to serve as a data electrode.
- the conductive adhesive layer 1030 is formed on the substrate 1010 on which the first electrode 1020 is located.
- the conductive adhesive layer 1030 is a solution containing an anisotropic conductive film (ACF), anisotropic conductive paste, and conductive particles. solution, etc.
- ACF anisotropic conductive film
- the conductive adhesive layer 1030 may be replaced with an adhesive layer.
- the adhesive layer may not need conductivity.
- a plurality of second electrodes 1040 are disposed between the semiconductor light emitting devices in a direction crossing the length direction of the first electrode 1020 and electrically connected to the semiconductor light emitting devices 1050.
- the second electrode 1040 may be located on the conductive adhesive layer 1030. That is, the conductive adhesive layer 1030 is disposed between the wiring board and the second electrode 1040. The second electrode 1040 may be electrically connected to the semiconductor light emitting device 1050 by contact.
- the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 are coupled to the conductive adhesive layer 1030 and electrically connected to the first electrode 1020 and the second electrode 1040.
- a transparent insulating layer (not shown) including silicon oxide (SiOx) may be formed on the substrate 1010 on which the semiconductor light emitting device 1050 is formed.
- SiOx silicon oxide
- the second electrode 1040 is positioned after the transparent insulating layer is formed, the second electrode 1040 is positioned on the transparent insulating layer.
- the second electrode 1040 may be formed to be spaced apart from the conductive adhesive layer 1030 or the transparent insulating layer.
- the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 may form a plurality of columns in a direction parallel to the plurality of electrode lines provided in the first electrode 1020.
- the present invention is not necessarily limited thereto.
- the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 may form a plurality of columns along the second electrode 1040.
- the display apparatus 1000 may further include a phosphor layer 1080 formed on one surface of the plurality of semiconductor light emitting devices 1050.
- the semiconductor light emitting device 1050 is a blue semiconductor light emitting device that emits blue (B) light
- the phosphor layer 1080 performs a function of converting the blue (B) light into the color of a unit pixel.
- the phosphor layer 1080 may be a red phosphor 1081 or a green phosphor 1082 constituting individual pixels. That is, at the position forming the red unit pixel, a red phosphor 1081 capable of converting the blue light into the red (R) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting device 1051a, and the position forming the green unit pixel.
- a green phosphor 1082 capable of converting blue light into green (G) light may be stacked on the blue semiconductor light emitting device 1051b.
- the blue semiconductor light emitting device 1051c may be used alone in a portion of the blue unit pixel.
- the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) may form one pixel.
- phosphors of one color may be stacked along each line of the first electrode 1020. Accordingly, one line in the first electrode 1020 may be an electrode for controlling one color. That is, red (R), green (G), and blue (B) may be sequentially disposed along the second electrode 1040, and thus a unit pixel may be implemented.
- the present invention is not necessarily limited thereto, and instead of the phosphor, a unit pixel that emits red (R), green (G), and blue (B) by combining a quantum dot (QD) with a semiconductor light emitting element 1050 may be used. Can be implemented.
- the display apparatus may further include a black matrix 1091 disposed between the respective phosphors.
- the black matrix 1091 may form a gap between phosphor dots, and a black material may be formed to fill the gap.
- the black matrix 1091 may absorb the external light reflection and improve contrast of the contrast.
- the black matrix 1091 is positioned between the phosphor layers along the first electrode 1020 in the direction in which the phosphor layers 1080 are stacked. In this case, the phosphor layer is not formed at a position corresponding to the blue semiconductor light emitting element 1051, but the black matrix 1091 has a space without the phosphor layer therebetween (or between the blue semiconductor light emitting element 1051c). On each side) can be formed.
- the black matrix 1091 serves as a partition wall to prevent color mixing between phosphors.
- the semiconductor light emitting device 1050 in the present example has a great advantage that can reduce the chip size because the electrode can be arranged up / down.
- the display device includes a front surface through which visual information is output, and a portion where the second electrode 1040 and the semiconductor light emitting device 1050 are electrically connected to each other is a light output by the semiconductor light emitting device toward the front surface. Will be hidden.
- the semiconductor light emitting device of the present example has a mechanism for mitigating and preventing light from being blocked, and this mechanism will be described in more detail below.
- the semiconductor light emitting device 1050 may include a first conductive semiconductor layer 1155 on which a first conductive electrode 1156, a first conductive electrode 1156 are formed, An active layer 1154 formed on the first conductive semiconductor layer 1155, and a second formed on the second conductive semiconductor layer 1153 and the second conductive semiconductor layer 1153 formed on the active layer 1154.
- a conductive electrode 1152 may be included in the semiconductor light emitting device 1050.
- the first conductive semiconductor layer 1155 and the second conductive semiconductor layer 1153 overlap each other in the vertical direction (or the thickness direction of the semiconductor light emitting device or the display device), and the second conductive semiconductor layer 1153
- the second conductive electrode 1152 is disposed on the top surface of the substrate, and the first conductive electrode 1156 is disposed on the bottom surface of the first conductive semiconductor layer 1155.
- an upper surface of the second conductive semiconductor layer 1153 is one surface of the second conductive semiconductor layer 1153 farthest from the first conductive semiconductor layer 1155, and the first conductive semiconductor layer
- the lower surface of the first conductive semiconductor layer 1155 may be one surface of the first conductive semiconductor layer 1155 farthest from the second conductive semiconductor layer 1153.
- the first conductive electrode 1156 and the second conductive electrode 1152 may be disposed above and below the first conductive semiconductor layer 1155 and the second conductive semiconductor layer 1153. Is placed.
- a bottom surface of the first conductive semiconductor layer 1155 may be a surface closest to the wiring board, and an upper surface of the second conductive semiconductor layer is the wiring. It can be the furthest side to the substrate.
- the first conductive electrode 1156 and the first conductive semiconductor layer 1155 may be a p-type electrode and a p-type semiconductor layer, respectively, and the second conductive electrode 1152 and the second conductive layer may be formed.
- the conductive semiconductor layer 1153 may be an n-type electrode and an n-type semiconductor layer, respectively. More specifically, the first conductive semiconductor layer 1155 may be a P-type GaN layer, and the second conductive semiconductor layer 1153 may be an N-type Gan layer.
- the p-type electrode disposed above may be electrically connected by the first electrode 1020 and the conductive adhesive layer 1030, and the n-type electrode disposed below may be electrically connected to the second electrode 1040.
- the present invention is not necessarily limited thereto, and an example in which the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type is also possible.
- the semiconductor light emitting device may include a passivation layer 1160 formed to surround side surfaces of the first conductive semiconductor layer 1155 and the second conductive semiconductor layer 1153.
- the passivation layer 1160 surrounds the side surface of the semiconductor light emitting device to stabilize the semiconductor light emitting device and is formed of an insulating material.
- the passivation layer 1160 since the passivation layer 1160 is electrically disconnected between the first conductive semiconductor layer 1155 and the second conductive semiconductor layer 1153, the P-type GaN and the N-type of the semiconductor light emitting device may be used. GaN may be insulated from each other.
- the active layer 1154 is disposed between the first conductive semiconductor layer 1155 and the second conductive semiconductor layer 1153 so that the first conductive electrode 1156 and the second conductive electrode 1156 are disposed. Light is emitted by the electric current flowing between 1152.
- At least one of the semiconductor light emitting devices is formed such that the current flows along a path inclined with respect to the vertical direction.
- a connection part 1161 is electrically connected to the first conductive electrode 1156 on one surface of the first conductive semiconductor layer 1155 (or the lower surface of the first conductive semiconductor layer). Is formed, and the connection part 1161 is disposed to be biased to one side with respect to the second conductive electrode 1152 in the horizontal direction.
- At least one of the semiconductor light emitting devices has a current between the first conductive electrode 1156 and the second conductive electrode 1152 as the connection portion 1161 is biased toward the one side of the active layer 1154.
- the connection portion 1161 is made to flow in a biased portion facing the.
- a portion of the active layer 1154 facing the connection portion 1161 may not overlap or partially overlap the second conductive electrode.
- the connection part 1161 may be formed on at least one side of the semiconductor light emitting devices so that a portion of the active layer 1154 facing the connection part 1161 does not overlap with the second conductive electrode 1152. Adjacent to the second conductive electrode 1152 may be disposed adjacent to the other side. Accordingly, the portion of the light emitting surface where the current flows a lot does not overlap or partially overlaps the second conductive electrode 1152, thereby increasing the brightness of the light.
- the second electrode 1040 and the second conductive electrode 1152 may be connected to each other by ohmic contact.
- the second conductive electrode 1152 is formed as an ohmic electrode for ohmic contact, and the second electrode 1040 covers at least a portion of the ohmic electrode by printing or deposition. Therefore, the second conductive electrode 1152 does not have to be as large as the first conductive electrode 1156, and the second conductive electrode 1152 may be disposed adjacent to the other side.
- the first conductive electrode 1156 is disposed to face the first electrode 1020 and is electrically connected to the first electrode 1020 by a conductive adhesive layer 1030, the larger the area, the more secure the reliability. It is advantageous from the side. Accordingly, the first conductive electrode 1156 may overlap the second conductive electrode 1152 in the vertical direction. In such a structure, if the connection portion is formed entirely between the first conductive semiconductor layer 1155 and the first conductive electrode 1156, the above-described effects of the present example will not be exhibited.
- the first conductive semiconductor layer 1155 has the first conductive type.
- a current limiting portion 1162 may be formed to prevent current from flowing to the electrode 1156.
- FIG. 14A shows a flow of current when no current limiting part is present.
- a non-light emitting area is intentionally formed in the region of the P-type GaN layer under the first conductive electrode as shown in the present example.
- the current flow in the case is shown.
- light loss can be suppressed by dispersing the light concentrated around the electrode where the current is injected.
- the first conductive type electrode 1156 is formed to cover almost the entire surface of the first conductive type semiconductor layer 1155, and a part of the first conductive type semiconductor layer 1155 is in a vertical direction.
- the second conductive electrode 1152 overlaps the second conductive electrode 1152, and the current limiter 1162 is overlapped with the second conductive electrode in the vertical direction in the first conductive semiconductor layer 1155. Is formed.
- an area covered by the first conductive electrode 1156 is formed on one surface of the first conductive semiconductor layer 1155, and the connection part 1161 and the current limiting part 1162 respectively cover the first conductive type semiconductor layer 1155. It can be located in the area.
- the current limiting unit 1162 may include a dielectric through which no current flows between the first conductive electrode 1156 and the first conductive semiconductor layer 1155.
- the dielectric may be SiO 2 or SiN deposited on one surface of the first conductive semiconductor layer 1155.
- the dielectric may be a transparent and low refractive index material. The dielectric may be combined with the first conductive electrode 1156 and used as an omni-directional reflector (ODR).
- ODR omni-directional reflector
- the current limiting unit 1162 may have a width greater than or equal to that of the second conductive electrode 1152 so as to completely cover the second conductive electrode 1152 in the vertical direction.
- the width of the N electrode is 20% of the area of the light emitting device in consideration of the operating voltage and the light extraction efficiency of the semiconductor light emitting device
- the width of the current limiting part should be larger than the area of the N electrode, and 30% of the P electrode area. It is effective to form in the range which does not exceed.
- the size of each semiconductor light emitting device is a vertical structure of 20 and 40 um in width and length
- the size of the N electrode is 20 and 8 um in width and length
- the size of the current limiting portion is 20 and 8 um. It can be 8 ⁇ 10.4um.
- a display panel is manufactured by applying an area in which an intentional non-emission area exists (the right area of FIG. 15) and an area that does not exist (the left area of FIG. 15).
- Each semiconductor light emitting device has a vertical structure of 20 and 40 ⁇ m in length and width.
- the P electrode is located under the display panel and is connected to the P electrode wiring, and the N electrode is a light emitting surface. This is the case where there is a light loss region where the area of 1 ⁇ 4 is covered by the N wiring electrode on the light emitting surface side.
- the WPE Wide plug efficiency
- the present invention alleviates or prevents light loss around the wiring electrode using the non-light emitting area, and as a result, the brightness of the display device can be greatly improved.
- a structure for improving luminance may be implemented.
- 16A, 16B, 16C, 16D, 16E, 17A, 17B, and 17C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
- the second conductive semiconductor layer 1153, the active layer 1154, and the first conductive semiconductor layer 1155 are grown on the growth substrate W or the semiconductor wafer (FIG. 16A).
- the second conductive semiconductor layer 1153 grows, an active layer 1154 is then grown on the first conductive semiconductor layer 1152, and then a first conductive semiconductor is formed on the active layer 1154.
- the layer 1155 is grown. As described above, when the second conductive semiconductor layer 1153, the active layer 1154, and the first conductive semiconductor layer 1155 are sequentially grown, the second conductive semiconductor layer 1153 and the active layer ( 1154 and the first conductive semiconductor layer 1155 form a stacked structure.
- the growth substrate W may be formed of a material having a light transmissive property, for example, sapphire (Al 2 O 3), GaN, ZnO, or AlO, but is not limited thereto.
- the growth substrate W may be formed of a material suitable for growing a semiconductor material, a carrier wafer.
- At least one of Si, GaAs, GaP, InP, and Ga2O3 may be formed of a material having excellent thermal conductivity, including a conductive substrate or an insulating substrate, for example, a SiC substrate having a higher thermal conductivity than a sapphire (Al2O3) substrate. Can be used.
- the second conductive semiconductor layer 1153 is an n-type semiconductor layer, and may be a nitride semiconductor layer such as n-Gan.
- an etching process is performed to separate the p-type semiconductor and the n-type semiconductor and to form a plurality of semiconductor light emitting devices that are isolated from each other on the substrate.
- At least a portion of the first conductive semiconductor layer 1155, the active layer 1154, and the second conductive semiconductor layer 1153 may be etched to isolate each other on the substrate.
- a plurality of semiconductor light emitting elements are formed.
- the etching may proceed until the substrate is exposed.
- etching may be performed until a part of the second conductive semiconductor layer 1153 is left between the semiconductor light emitting devices.
- At least one conductive electrode is formed on the semiconductor light emitting devices (FIG. 16D). More specifically, the first conductive electrode 1156 is formed on one surface of the first conductive semiconductor layer 1155. That is, after forming an array of semiconductor light emitting devices on the substrate, a first conductive electrode 1156 is stacked on the first conductive semiconductor layer 1155.
- a connection portion electrically connected to the first conductive electrode is formed on one surface of the first conductive semiconductor layer, and the connection portion is biased toward one side of the second conductive electrode along the horizontal direction. It is arranged to be.
- a current limiting part for preventing current from flowing in the first conductive semiconductor layer in the first conductive semiconductor layer may proceed.
- the current limiting unit 1162 may include a dielectric through which no current flows between the first conductive electrode 1156 and the first conductive semiconductor layer 1155.
- the dielectric may be deposited in a region facing the second conductive electrode on one surface of the first conductive semiconductor layer 1155.
- a passivation layer 1160 is formed to surround side surfaces of the semiconductor light emitting devices (FIG. 16E).
- the passivation layer 1160 includes a plurality of layers having different refractive indices so as to reflect light emitted to the side surface, and a material having a relatively high refractive index and a low material may be repeatedly stacked in the plurality of layers. .
- the step of connecting the first conductive electrode to the wiring board and forming the second conductive electrode in the second conductive semiconductor layer is performed.
- the semiconductor light emitting devices are bonded to the wiring board using the conductive adhesive layer, and the growth substrate is removed (FIG. 17A).
- the wiring board is in a state where a first electrode 1020 is formed, and the first electrode 1020 is a lower wiring and is electrically connected to the first conductive electrode 1156 by a conductive ball or the like in the conductive adhesive layer 1030. do.
- the second electrode 1040 connecting the second conductive electrode 1152 of the light emitting devices. Is formed (FIG. 17B), and the phosphor layer 1080 is formed so as to cover the semiconductor light emitting element (FIG. 17C).
- the second electrode 1040 is an upper wiring and is directly connected to the second conductive electrode 1152.
- the manufacturing method described above by intentionally forming a non-light emitting region in the semiconductor light emitting device, the brightness of the display device can be improved despite the simple manufacturing method.
- the display device using the semiconductor light emitting device described above may be modified in various forms. Hereinafter, such a modification is demonstrated.
- FIG. 18 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention
- FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining another embodiment of the present invention.
- a display device 2000 using a passive matrix (PM) type semiconductor light emitting device is illustrated as a display device 2000 using a semiconductor light emitting device.
- PM passive matrix
- AM active matrix
- the display apparatus 2000 includes a substrate 2010, a first electrode 2020, a conductive adhesive layer 2030, a second electrode 2040, and a plurality of semiconductor light emitting devices 2050.
- a substrate 2010, a first electrode 2020, a conductive adhesive layer 2030, a second electrode 2040, and a plurality of semiconductor light emitting devices 2050 structures, functions, and manufacturing methods of the substrate 2010, the first electrode 2020, the conductive adhesive layer 2030, and the second electrode 2040 except for the plurality of light emitting devices 2050 are illustrated in FIGS. 10 to 17C.
- the substrate 1010, the first electrode 1020, the conductive adhesive layer 1030, and the second electrode 1040 may be replaced with the above description.
- At least one of the semiconductor light emitting devices may include a first conductive type electrode 2156, a first conductive type semiconductor layer 2155 on which the first conductive type electrode 2156 is formed, and a first conductive type.
- the structure, function, and manufacturing method thereof are described with reference to FIGS. 10 through 17C in the above-described example, the first conductive electrode 1156, the first conductive semiconductor layer 1155, the active layer 1154, and the second conductive type.
- the semiconductor layer 1153 and the second conductive electrode 1152 may be replaced by the above description.
- connection portion 2161 may be formed on one surface of the first conductive semiconductor layer 2155 (or a lower surface of the first conductive semiconductor layer) to be electrically connected to the first conductive electrode 2156.
- the connection part 2161 is disposed to be biased to one side with respect to the second conductive electrode 2152 along the horizontal direction.
- the structure, function, and manufacturing method of the connection unit 2161 may be replaced with the connection unit 1161 described in the above-described example with reference to FIGS. 10 to 17C.
- the first conductive semiconductor layer 2155 is provided on the first conductive semiconductor layer 2155 in order to secure the area of the first conductive electrode 2156 and to achieve the effects of the above-described example.
- the current limiting portion 2162 may be formed to prevent the current from flowing.
- the first conductive electrode 2156 is formed to cover most of one surface of the first conductive semiconductor layer 2155, and a portion of the first conductive semiconductor layer 2155 is formed along the vertical direction.
- the current limiting portion 2162 overlaps with the second conductive electrode 2152, and is formed at a position overlapping the second conductive electrode in the vertical direction in the first conductive semiconductor layer 2155.
- an area covered by the first conductive electrode 2156 is formed on one surface of the first conductive semiconductor layer 2155, and the connection portion 2161 and the current limiting portion 2162 respectively cover the first conductive semiconductor layer 2155. It can be located in the area.
- the current limiting portion 2162 may be a portion in which at least a portion of one surface of the first conductive semiconductor layer is insulated by plasma treatment. Therefore, in the manufacturing method of the semiconductor light emitting device, depositing a dielectric may be replaced by a process of plasma treatment on at least a portion of one surface of the first conductive semiconductor layer.
- the first conductive semiconductor layer is a P-type GaN layer
- the current limiting portion is a plasma-treated defect using oxygen or Cl2 gas in the P-type GaN layer to serve as an N-type donar. Can be.
- the defective portion may be an insulator region through which no current flows.
- the current limiting unit 2162 may have a width greater than or equal to that of the second conductive electrode 2152 so as to completely cover the second conductive electrode 2152 in the vertical direction.
- the width of the N electrode is 20% of the area of the light emitting device in consideration of the operating voltage and the light extraction efficiency of the semiconductor light emitting device
- the width of the current limiting part should be larger than the area of the N electrode, and 30% of the P electrode area. It is effective to form in the range which does not exceed.
- the size of each semiconductor light emitting device is a vertical structure of 20 and 40 um in width and length
- the size of the N electrode is 20 and 8 um in width and length
- the size of the current limiting portion is 20 and 8 um. It can be 8 ⁇ 10.4um.
- the concentrated light can be dispersed around the electrode.
- the P-type electrode by adjusting the size of the P-type electrode, it is also possible to intentionally form a non-light emitting region. That is, the P-type electrode may be manufactured in a size that does not overlap with the N electrode wiring.
- the display device 3000 using the passive matrix (PM) type semiconductor light emitting device is illustrated as the display device 2000 using the semiconductor light emitting device.
- the example described below is also applicable to an active matrix (AM) type semiconductor light emitting device.
- the display apparatus 3000 includes a substrate 3010, a first electrode 3020, a conductive adhesive layer 3030, a second electrode 3040, and a plurality of semiconductor light emitting devices 3050.
- the structure, function, and manufacturing method of the substrate 3010, the first electrode 3020, the conductive adhesive layer 3030, and the second electrode 3040 may be described with reference to FIGS. 10 to 17c. ),
- the first electrode 1020, the conductive adhesive layer 1030, and the second electrode 1040 may be replaced, and description thereof will be replaced with the above description.
- At least one of the semiconductor light emitting devices may include a first conductive electrode 3156, a first conductive semiconductor layer 3155 on which the first conductive electrode 3156 is formed, and a first conductive semiconductor layer ( An active layer 3154 formed on the 3155, and a second conductive electrode 3152 formed on the second conductive semiconductor layer 3315 and the second conductive semiconductor layer 3315 formed on the active layer 3154. Include.
- a relative size or relative position between the first conductive electrode 3156, the first conductive semiconductor layer 3155, and the second conductive electrode 3152 is described with reference to FIGS. 10 to 17C. It is different from the example.
- the first conductive electrode 3156 and the second conductive electrode 3152 are disposed not to overlap each other in the vertical direction.
- the present invention is not necessarily limited thereto, and the first conductive electrode 3156 and the second conductive electrode 3152 may be formed so that only a portion of the first conductive electrode 3156 overlaps the vertical direction.
- the current limiting part is not formed separately. Therefore, the step of forming the current limiting part is omitted in the manufacturing method of the semiconductor light emitting device, and the first conductive electrode (3156) is formed in the step of forming the first conductive electrode 3156. 3156) will vary in size and position.
- connection part 3151 may be formed on the entire boundary of the first conductive electrode 3156 and the first conductive semiconductor layer 3155.
- the first conductive electrode 3156 may be adjacent to at least one side of the semiconductor light emitting devices, and the second conductive electrode 3152 may be disposed adjacent to the other side.
- a portion of the current between the first conductive electrode 3156 and the second conductive electrode 3152 facing the connection portion 3151 in the active layer 3154 (or the first portion) The part facing the one conductive electrode can be biased to flow. Therefore, the present example uses the size of the first conductive electrode 3156 to mitigate or prevent light loss around the wiring electrode, and as a result, the brightness of the display device can be greatly improved.
- the display device using the semiconductor light emitting device described above is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be configured by selectively combining all or part of the embodiments so that various modifications may be made. It may be.
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Abstract
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치에 있어서, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극과, 상기 제1도전형 전극이 배치되는 제1도전형 반도체층과, 수직방향으로 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극이 배치되는 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하고, 상기 제1도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1도전형 전극과 전기적으로 연결되는 연결부가 형성되고, 상기 연결부는 수평방향을 따라 상기 제2도전형 전극을 기준으로 일측에 치우치도록 배치된다.
Description
본 발명은 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 플렉서블 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liguid Crystal Display)와 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 존재하고, AMOLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않을 뿐 아니라 플렉서블의 정도가 약하다는 취약점이 존재한다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다. 따라서, 상기 반도체 발광 소자를 이용하여 플렉서블 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자를 이용한 플렉서블 디스플레이는 상기 반도체 발광 소자의 발광 효율을 향상시켜야 한다는 필요성이 존재할 수 있다. 특히, 고해상도로 갈수록 수직형 구조의 반도체 발광 소자를 사용하면 발광면에 전극배선에 의한 가리는 부분이 생겨 광손실이 발생한다. 이에, 본 발명에서는 전극배선에 의한 광손실을 해결하여, 디스플레이 장치에서 발광 효율을 향상하는 메커니즘을 제시한다.
본 발명의 일 목적은 디스플레이 장치에서 휘도를 향상하는 구조 및 이의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 수직형 구조의 반도체 발광소자들의 전극배선에 의한 광손실을 완화 또는 방지하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 복수의 반도체 발광소자들을 구비하며, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극과, 상기 제1도전형 전극이 배치되는 제1도전형 반도체층과, 수직방향으로 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극이 배치되는 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1도전형 전극과 전기적으로 연결되는 연결부가 형성되고, 상기 연결부는 수평방향을 따라 상기 제2도전형 전극을 기준으로 일측에 치우치도록 배치된다.
실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 상기 연결부가 상기 일측에 치우침에 따라 상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극의 사이의 전류가 상기 활성층에서 상기 연결부를 마주보는 부분에 편중되어 흐르도록 이루어진다.
상기 활성층에서 상기 연결부를 마주보는 부분은 상기 제2도전형 전극과 오버랩되지 않도록, 상기 연결부는 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나의 일변에 인접하고, 상기 제2도전형 전극은 타변에 인접하게 배치될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제1도전형 반도체층에는 상기 제1도전형 전극으로 전류가 흐르지 못하도록 하는 전류 제한부가 형성된다.
상기 전류 제한부는, 상기 수직방향으로 상기 제2도전형 전극과 오버랩되는 위치에 형성될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1도전형 전극이 덮는 영역이 형성되며, 상기 연결부와 상기 전류 제한부는 각각 상기 덮는 영역에 위치할 수 있다. 상기 전류 제한부는 상기 제1도전형 전극과 상기 제1도전형 반도체층의 사이에 배치되는 유전체를 구비할 수 있다. 상기 전류 제한부는 플라즈마 처리에 의하여 상기 제1도전형 반도체층의 일면 중 적어도 일부가 절연된 부분이 될 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 제1도전형 전극과 상기 제2도전형 전극은 상기 수직방향을 따라 서로 오버랩되지 않도록 배치될 수 있다.
또한, 본 발명은, 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 성장시키는 단계와, 식각을 통하여 상기 기판상에서 반도체 발광소자들을 아이솔레이션하는 단계와, 상기 반도체 발광소자들의 제1도전형 반도체층의 일면에 제1도전형 전극을 증착하는 단계; 및 상기 제1도전형 전극을 배선기판과 연결하고 상기 제2도전형 반도체층에 제2도전형 전극을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1도전형 전극과 전기적으로 연결되는 연결부가 형성되고, 상기 연결부는 수평방향을 따라 상기 제2도전형 전극을 기준으로 일측에 치우치도록 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법을 개시한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 반도체 발광소자에 의도적으로 비발광 영역을 형성하여, 발광면의 전류분포를 조절한다. 이를 통하여, 배선전극에 의하여 가리지 않는 부분으로 전류를 편중시킬 수 있게 되며, 결국 효율적으로 빛을 분산시키게 된다. 이와 같이, 본 발명은 비발광 영역을 이용하여 배선전극 주변의 광손실을 완화 또는 방지하며, 결과적으로 디스플레이 장치의 휘도가 크게 향상될 수 있다.
또한, 광손실 영역을 줄이고자 발광면의 배선전극의 폭을 줄이게 되면 반도체 발광소자에서 동작전압이 상승하여 소자의 열화가 발생하나, 본 발명에서는 배선전극의 폭을 유지하면서 광손실 영역을 줄일 수 있다.
또한, 상기 비발광 영역은 유전체나 플라즈마 처리 등으로 간단하게 구현될 수 있으며, 따라서 본 발명은 반도체 발광소자는 간단한 구조임에도 불구하고 밝기가 향상되는 메커니즘을 구현한다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이다.
도 4는 도 3a 및 도 3b의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 11은 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 12는 도 10의 라인 F-F를 따라 취한 단면도이다.
도 13은 도 11의 새로운 구조의 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 10의 디스플레이 장치를 기존의 디스플레이 장치와 비교한 전류 흐름도이고, 도 15는 도 10의 디스플레이 장치를 기존과 비교한 제품 사진이다.
도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d, 도 16e, 도 17a, 도 17b 및 도 17c는 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 구부리거나, 접을 수 있거나 말 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
상기 플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시와 같이, 상기 제2상태에서 표시되는 정보는 곡면상에 출력되는 시각 정보가 될 수 있다. 이러한 시각 정보는 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다. 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
상기 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이하, 상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이며, 도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
상기 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 기판(110)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
상기 기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 기판(110)에 절연층(160)이 적층된 상태가 하나의 배선기판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(160)은 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성이 있고, 유연성 있는 재질로, 상기 기판(110)과 일체로 이루어져 하나의 기판을 형성할 수 있다.
보조전극(170)은 제1전극(120)과 반도체 발광 소자(150)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(160) 상에 위치하고, 제1전극(120)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(170)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(160)을 관통하는 전극홀(171)에 의하여 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(171)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 절연층(160)의 일면에는 전도성 접착층(130)이 형성되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층(160)과 전도성 접착층(130)의 사이에 특정 기능을 수행하는 레이어가 형성되거나, 절연층(160)이 없이 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조도 가능하다. 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조에서는 전도성 접착층(130)이 절연층의 역할을 할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 전도성 접착층(130)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 또한 전도성 접착층(130)은 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 전도성 접착층(130)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 상기 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격하여 절연층(160)에 위치한다. 즉, 상기 전도성 접착층(130)은 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치하는 절연층(160) 상에 배치된다.
절연층(160)에 보조전극(170)과 제2전극(140)이 위치된 상태에서 전도성 접착층(130)을 형성한 후에, 반도체 발광 소자(150)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156)이 형성되는 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에서 p형 전극(156)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156)은 보조전극(170)과 전도성 접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광 소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광 소자들의 p형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광 소자(150)가 압입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광 소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광 소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광 소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 복수의 반도체 발광 소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광 소자(150)는 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들은 상기 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광 소자들을 이용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(190)이 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(190)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(130)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(150)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 격벽(190)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다. 화이트 절연체의 격벽을 이용할 경우 반사성을 높이는 효과가 있을 수 있고, 블랙 절연체의 격벽을 이용할 경우, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
형광체층(180)은 반도체 발광 소자(150)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(180)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(181) 또는 녹색 형광체(182)가 될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(151)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(120)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(120)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(140)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광 소자(150)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들을 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(191)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(191)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자에 의하여 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 단위 화소들이 하나의 화소(pixel)를 이루며, 이를 통하여 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 반도체 발광 소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자(W) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 소자(W) 상에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 단위 화소를 이룰 수 있다.
도 5c를 참조하면, 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 상기 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
본 도면을 참조하면, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 상기 배선기판에는 제1전극(120), 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 배치된다. 이 경우에, 제1전극(120)과 제2전극(140)은 상호 직교 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(110) 및 절연층(160)은 각각 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 의하여 구현될 수 있으며, 이를 위하여 절연층(160)이 위치된 기판에 이방성 전도성 필름이 도포될 수 있다.
다음에, 보조전극(170) 및 제2전극(140)들의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 복수의 반도체 발광 소자(150)가 위치된 제2기판(112)을 상기 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광 소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자는 웨이퍼(wafer) 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
그 다음에, 배선기판과 제2기판(112)을 열압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF press head 를 적용하여 열압착될 수 있다. 상기 열압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열압착에 의하여 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 및 제2전극(140)의 사이의 부분만 전도성을 가지게 되며, 이를 통하여 전극들과 반도체 발광소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광 소자(150)가 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 상기 제2기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 제2기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2기판(112)을 제거하여 반도체 발광 소자들(150)을 외부로 노출시킨다. 필요에 따라, 반도체 발광 소자(150)가 결합된 배선기판 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(미도시)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자(150)의 일면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 상기 청색 반도체 발광 소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 구조에 대하여 설명한다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 복수의 반도체 발광 소자(250)를 포함한다.
기판(210)은 제1전극(220)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1전극(220)은 기판(210) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(220)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(230)은 제1전극(220)이 위치하는 기판(210)상에 형성된다. 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(230)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서도 이방성 전도성 필름에 의하여 전도성 접착층(230)이 구현되는 경우를 예시한다.
기판(210) 상에 제1전극(220)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광 소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께방향으로 전도성을 가지는 부분(231)과 전도성을 가지지 않는 부분(232)으로 구획된다.
또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 전도성 접착층(230)은 반도체 발광 소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(250)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(250)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광 소자(250)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(240)이 위치한다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(256), p형 전극(256) 상에 형성된 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층(254), 활성층(254)상에 형성된 n형 반도체층(253) 및 n형 반도체층(253) 상에 형성된 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(256)은 제1전극(220)과 전도성 접착층(230)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(252)은 후술하는 제2전극(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(250)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 반도체 발광 소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(250)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자(251)이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(280)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(280)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(281) 및 녹색 형광체(282) 일 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(251)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치에서 전술한 바와 같이, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
다시 본 실시예를 살펴보면, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치하고, 반도체 발광 소자들(250)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(250)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치될 수 있다.
제2전극(240)은 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있으며, 제1전극과 상호 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)는 제2전극(240)에서 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연결 전극이 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 상기 제2전극은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다. 이를 통하여 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 상에 위치될 수 있다. 경우에 따라, 반도체 발광 소자(250)가 형성된 기판(210) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(240)을 위치시킬 경우, 상기 제2전극(240)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 또는 투명 절연층에 이격되어 형성될 수도 있다.
만약 반도체 발광 소자(250) 상에 제2전극(240)을 위치시키기 위하여는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 사용한다면, ITO 물질은 n형 반도체층과는 접착성이 좋지 않은 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 반도체 발광 소자(250) 사이에 제2전극(240)을 위치시킴으로써, ITO와 같은 투명 전극을 사용하지 않아도 되는 이점이 있다. 따라서, 투명한 재료 선택에 구속되지 않고, n형 반도체층과 접착성이 좋은 전도성 물질을 수평 전극으로 사용하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 위치할 수 있다. 즉, 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 배치될 수 있다. 이 경우, 격벽(290)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 상기 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(290)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로서, 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 격벽(290)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다.
만일 제2전극(240)이 반도체 발광 소자(250) 사이의 전도성 접착층(230) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(290)은 수직형 반도체 발광 소자(250) 및 제2전극(240)의 사이사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광 소자(250)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2전극(240)을 반도체 발광 소자(250) 사이에 위치시킬 수 있고, HD 화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 도시에 의하면, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(291)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(291)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
상기 설명과 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 디스플레이 장치에는 반도체 발광소자의 크기가 작아, 디스플레이 장치의 휘도를 증가시키기 어려운 문제가 있다. 특히, 수평형 구조의 반도체 발광소자가 적용된 디스플레이 장치에서는 발광면에서 전극배선에 의한 가리는 부분이 없으나, 수직형 구조의 반도체 발광소자가 적용된 디스플레이 장치에서는 전극배선에 의해 발광면이 가려지는 문제가 발생한다. 구체적으로, 수평형 구조의 반도체 발광소자에서는 P형 전극과 N형 전극이 배선 기판을 향하고 있어 가리는 부분이 없으나, 수직형 구조의 반도체 발광소자에서는 P형 전극과 N형 전극이 반도체 발광소자의 두께방향으로 오버랩되는 구조이므로, 발광면이 전극 중 어느 하나에 의하여 가려지게 된다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 구조의 반도체 발광소자를 제시한다. 이하, 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이고, 도 11은 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이며, 도 12는 도 10의 라인 F-F를 따라 취한 단면도이고, 도 13은 도 11의 새로운 구조의 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다. 또한, 도 14a 및 도 14b는 도 10의 디스플레이 장치를 기존의 디스플레이 장치와 비교한 전류 흐름도이고, 도 15는 도 10의 디스플레이 장치를 기존과 비교한 제품 사진이다.
도 10, 도 11 및 도 12의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(1000)는 기판(1010), 제1전극(1020), 전도성 접착층(1030), 제2전극(1040) 및 복수의 반도체 발광 소자(1050)를 포함한다. 여기에서, 제1 전극(1020) 및 제2 전극(1040)은 각각 복수의 전극 라인들을 포함할 수 있다.
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 가능할 것이다.
제1전극(1020)은 기판(1010) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(1020)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(1030)은 제1전극(1020)이 위치하는 기판(1010)상에 형성된다. 전술한 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(1030)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서 상기 전도성 접착층(1030)은 접착층으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(1020)이 기판(1010)상에 위치하지 않고, 반도체 발광소자의 도전형 전극과 일체로 형성된다면, 접착층은 전도성이 필요없게 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(1020)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 반도체 발광 소자(1050)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(1040)이 위치한다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(1040)은 전도성 접착층(1030) 상에 위치될 수 있다. 즉, 전도성 접착층(1030)은 배선기판과 제2전극(1040)의 사이에 배치된다. 상기 제2전극(1040)은 상기 반도체 발광 소자(1050)와 접촉에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기에서 설명된 구조에 의하여, 복수의 반도체 발광 소자(1050)는 상기 전도성 접착층(1030)에 결합 되며, 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)과 전기적으로 연결된다.
경우에 따라, 반도체 발광 소자(1050)가 형성된 기판(1010) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(1040)을 위치시킬 경우, 상기 제2전극(1040)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(1040)은 전도성 접착층(1030) 또는 투명 절연층에 이격 되어 형성될 수도 있다.
도시와 같이, 복수의 반도체 발광소자(1050)는 제1전극(1020)에 구비되는 복수의 전극 라인들과 나란한 방향으로 복수의 열들을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 반도체 발광소자(1050)는 제2전극(1040)을 따라 복수의 열들을 형성할 수 있다.
나아가, 디스플레이 장치(1000)는, 복수의 반도체 발광소자(1050)의 일면에 형성되는 형광체층(1080)을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(1050)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(1080)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(1080)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(1081) 또는 녹색 형광체(1082)가 될 수 있다. 즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(1051a) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(1081)가 적층 될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(1051b) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(1082)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(1051c)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(1020)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층 될 수 있다. 따라서, 제1전극(1020)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(1040)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광 소자(1050)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 단위 화소를 구현할 수 있다.
한편, 이러한 형광체층(1080)의 대비비(Contrast) 향상을 위하여 디스플레이 장치는 각각의 형광체들의 사이에 배치되는 블랙 매트릭스(1091)를 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(1091)는 형광체 도트 사이에 갭을 만들고, 흑색 물질이 상기 갭을 채우는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통하여 블랙 매트릭스(1091)는 외광반사를 흡수함과 동시에 명암의 대조를 향상시킬 수 있다. 이러한 블랙 매트릭스(1091)는, 형광체층(1080)이 적층된 방향인 제1전극(1020)을 따라 각각의 형광체층들의 사이에 위치한다. 이 경우에, 청색 반도체 발광 소자(1051)에 해당하는 위치에는 형광체층이 형성되지 않으나, 블랙 매트릭스(1091)는 상기 형광체층이 없는 공간을 사이에 두고(또는 청색 반도체 발광 소자(1051c)를 사이에 두고) 양측에 각각 형성될 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(1091)는 형광체들의 사이에서 혼색을 방지하는 격벽의 역할을 하게 된다.
한편, 본 예시의 반도체 발광소자(1050)를 살펴보면, 본 예시에서 반도체 발광 소자(1050)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다. 다만, 전극이 상/하로 배치되므로, 발광면이 전극에 의하여 가려져서 상부에서 빛이 발광되는 면의 면적이 줄어들게 된다. 보다 구체적으로, 디스플레이 장치는 시각정보가 출력되는 전면을 구비하고, 제2전극(1040)과 상기 반도체 발광소자(1050)가 전기적으로 연결되는 부분이 상기 반도체 발광소자가 상기 전면을 향하여 출력하는 빛을 가리게 된다. 따라서, 본 예시의 반도체 발광소자는 빛을 가리는 것을 완화 및 방지하는 메커니즘을 구비하게 되며, 이하 이러한 메커니즘에 대하여 보다 상세히 설명한다.
도 13을 참조하면, 예를 들어, 상기 반도체 발광 소자(1050)는 제1도전형 전극(1156)과, 제1도전형 전극(1156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(1155)과, 제1도전형 반도체층(1155) 상에 형성된 활성층(1154)과, 상기 활성층(1154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(1153) 및 제2도전형 반도체층(1153)에 형성되는 제2도전형 전극(1152)을 포함한다.
상기 제1도전형 반도체층(1155)과 제2도전형 반도체층(1153)은 수직방향(또는, 반도체 발광소자나 디스플레이 장치의 두께 방향)으로 서로 오버랩되며, 제2도전형 반도체층(1153)의 상면에 제2도전형 전극(1152)이 배치되고, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 하면에 제1도전형 전극(1156)이 배치된다. 이 경우에, 제2도전형 반도체층(1153)의 상면은 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 가장 먼 제2도전형 반도체층(1153)의 일면이며, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 하면은 상기 제2도전형 반도체층(1153)과 가장 먼 제1도전형 반도체층(1155)의 일면이 될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)은 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)을 사이에 두고 상하에 각각 배치된다.
도 13을 도 10 내지 도 12와 함께 참조하면, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 하면은 상기 배선기판에 가장 가까운 면이 될 수 있고, 상기 제2도전형 반도체층의 상면은 상기 배선기판에 가장 먼 면이 될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제1도전형 반도체층(1155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(1152) 및 제2도전형 반도체층(1153)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1도전형 반도체층(1155)은 P형 GaN 층이고, 제2도전형 반도체층(1153)은 N형 Gan 층이 될 수 있다.
이 경우, 상부에 위치한 p형 전극은 제1전극(1020)과 전도성 접착층(1030)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 하부에 위치한 n형 전극은 제2전극(1040)과 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
이 때에, 상기 반도체 발광소자는 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 측면들을 감싸도록 형성되는 패시베이션층(1160)을 포함할 수 있다. 상기 패시베이션층(1160)은 상기 반도체 발광소자의 측면을 감싸서, 상기 반도체 발광소자 특성의 안정화를 기하도록 이루어지며, 절연 재질로 형성된다. 이와 같이, 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 사이가 상기 패시베이션층(1160)에 의해 전기적으로 단절되므로, 반도체 발광 소자의 P형 GaN 과 N형 GaN 은 서로 절연될 수 있다.
한편, 상기 활성층(1154)은 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 사이에 배치되어, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)의 사이에서 흐르는 전류에 의하여 빛을 발광하게 된다.
본 예시에서, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나의 구조는 상기 전류가 상기 수직방향에 대하여 경사진 경로를 따라 흐르도록 형성된다. 예를 들어, 도시와 같이, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 일면(또는 제1도전형 반도체층의 하면)에는 상기 제1도전형 전극(1156)과 전기적으로 연결되는 연결부(1161)가 형성되고, 상기 연결부(1161)는 수평방향을 따라 상기 제2도전형 전극(1152)을 기준으로 일측에 치우치도록 배치된다.
상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 상기 연결부(1161)가 상기 일측에 치우침에 따라 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)의 사이의 전류가 상기 활성층(1154)에서 상기 연결부(1161)를 마주보는 부분에 편중되어 흐르도록 이루어진다. 상기 활성층(1154)에서 상기 연결부(1161)를 마주보는 부분은 상기 제2도전형 전극과 오버랩되지 않거나, 일부만 오버랩되도록 이루어진다. 이를 위하여, 상기 활성층(1154)에서 상기 연결부(1161)를 마주보는 부분은 상기 제2도전형 전극(1152)과 오버랩되지 않도록, 상기 연결부(1161)는 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나의 일변에 인접하고, 상기 제2도전형 전극(1152)은 타변에 인접하게 배치될 수 있다. 따라서, 빛의 발광면에서 전류가 많이 흐르는 부분은 상기 제2도전형 전극(1152)과 오버랩되지 않거나, 일부만 오버랩되며, 이를 통하여 빛의 밝기가 증가될 수 있다.
도 10 내지 도 12를 참조하면, 제2전극(1040)과 제2도전형 전극(1152)은 오믹(ohmic) 접촉에 의하여 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2도전형 전극(1152)은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 상기 제2전극(1040)은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다. 따라서, 제2도전형 전극(1152)은 제1도전형 전극(1156)만큼 면적이 넓지 않아도 되며, 상기 제2도전형 전극(1152)은 타변에 인접하게 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1도전형 전극(1156)은 제1전극(1020)을 마주보도록 배치되며, 전도성 접착층(1030)에 의하여 상기 제1전극(1020)과 전기적으로 연결되므로, 면적이 넓을수록 신뢰성 확보 측면에서 유리하게 된다. 따라서, 한편, 상기 제1도전형 전극(1156)은 상기 수직방향을 따라 상기 제2도전형 전극(1152)과 오버랩되도록 이루어질 수 있다. 이와 같은 구조에서, 상기 연결부가 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제1도전형 전극(1156)의 사이의 전체에서 형성된다면, 전술한 본 예시의 효과가 발휘하지 못하게 된다.
상기 제1도전형 전극(1156)의 면적을 확보하면서, 전술한 본 예시의 효과를 발휘하기 위하여, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제1도전형 반도체층(1155)에는 상기 제1도전형 전극(1156)으로 전류가 흐르지 못하도록 하는 전류 제한부(1162)가 형성될 수 있다.
도 14a에서는 전류 제한부가 존재하지 않는 경우의 전류의 흐름을 보여주고 있고, 도 14b에서는 본 예시와 같이, 제1도전형 전극의 하부에서 P형 GaN 층의 영역에 의도적으로 비발광 영역을 형성한 경우의 전류의 흐름을 보여주고 있다. 그림에서 볼 수 있듯이 전류가 주입되는 전극 주변에 집중되는 광을 분산시킬 수 있어 광손실이 억제될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1도전형 전극(1156)은 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 일면의 거의 대부분을 덮도록 형성되어, 상기 제1도전형 반도체층(1155)은 일부가 수직방향을 따라 상기 제2도전형 전극(1152)과 오버랩되며, 상기 전류 제한부(1162)는, 상기 제1도전형 반도체층(1155)에서 상기 수직방향으로 상기 제2도전형 전극과 오버랩되는 위치에 형성된다.
이 경우에, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 일면에는 상기 제1도전형 전극(1156)이 덮는 영역이 형성되며, 상기 연결부(1161)와 상기 전류 제한부(1162)는 각각 상기 덮는 영역에 위치할 수 있다.
한편, 상기 전류 제한부(1162)는 상기 제1도전형 전극(1156)과 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 사이에 배치되는 전류가 흐르지 않는 유전체를 구비할 수 있다. 이러한 예로서, 상기 유전체는 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 일면에 증착되는 SiO2 또는 SiN 가 될 수 있다. 다른 예로서, 상기 유전체는 투명하고 굴절률이 낮은 물질이 될 수 있다. 상기 유전체는 제1도전형 전극(1156)과 조합되어, 전반사 반사경(ODR: omni-directional reflector)으로 활용될 수 있다.
상기 전류 제한부(1162)는 상기 수직방향으로 상기 제2도전형 전극(1152)을 완전히 덮도록 상기 제2도전형 전극(1152)보다 크거나 동일한 넓이로 이루어질 수 있다.
이러한 예로서, N 전극의 폭은 반도체 발광소자의 동작전압과 광추출 효율을 고려하여 발광소자 면적의 20% 라고 가정하면, 전류 제한부의 폭은 N 전극 면적보다 커야 하고, P 전극 면적의 30%를 넘지 않는 범위에서 형성되어 있는 것이 효과적이다. 보다 구체적인 예로서, 개별 반도체 발광소자의 크기는 가로, 세로가 20, 40um의 수직형 구조이며, N전극의 크기는 가로, 세로가 20, 8um이고, 전류 제한부의 크기는 가로, 세로가 20, 8 ~ 10.4um 가 될 수 있다.
본 예시와 같이, 전류가 집중되는 반도체 발광소자의 P형 GaN 층의 하면에 전류가 흐르지 않는 영역을 형성해 주면, 전극 주변에 집중된 광을 분산시킬수 있다. 도 15에서는 본 예시와 같이, 의도적 비발광 영역이 존재하는 영역(도 15의 오른쪽 영역)과 존재하지 않는 영역(도 15의 왼쪽 영역)을 적용하여 디스플레이 패널을 제작해 본 결과이다. 개별 반도체 발광소자의 크기는 가로, 세로가 20, 40um의 수직형 구조이며 P 전극이 디스플레이 패널의 하부에 존재하여 P 전극 배선과 연결이 되어 있고, N 전극 쪽이 발광면이 된다. 발광면 측에서 N 배선 전극에 의해 ¼의 면적이 가리게 되는 광손실 영역이 존재하는 경우이다.
도 15의 오른쪽에서 보듯이 의도적 비발광 영역이 존재하는 반도체 발광소자로 이루어진 디스플레이 패널의 경우 reference의 경우(도 15의 왼쪽 영역) 대비 WPE(Wall plug efficiency)가 약 20% 증가함을 확인할 수 있었다. 이와 같이, 본 발명은 비발광 영역을 이용하여 배선전극 주변의 광손실을 완화 또는 방지하며, 결과적으로 디스플레이 장치의 휘도가 크게 향상될 수 있다.
이상에서 살펴본 새로운 디스플레이 장치의 구조에 의하면, 휘도를 향상하는 구조가 구현될 수 있다.
이하에서는, 위에서 살펴본 새로운 디스플레이 장치의 구조를 형성하는 제조하는 방법에 대하여 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다. 도 16a, 도 16b, 도 16c, 도 16d, 도 16e, 도 17a, 도 17b 및 도 17c는 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
먼저, 제조방법에 의하면, 성장기판(W, 또는 반도체 웨이퍼에 제2도전형 반도체층(1153), 활성층(1154), 제1 도전형 반도체층(1155)을 각각 성장시킨다(도 16a).
제2도전형 반도체층(1153)이 성장하면, 다음은, 상기 제1도전형 반도체층(1152) 상에 활성층(1154)을 성장시키고, 다음으로 상기 활성층(1154) 상에 제1도전형 반도체층(1155)을 성장시킨다. 이와 같이, 제2도전형 반도체층(1153), 활성층(1154) 및 제1도전형 반도체층(1155)을 순차적으로 성장시키면, 도시된 것과 같이, 제2도전형 반도체층(1153), 활성층(1154) 및 제1도전형 반도체층(1155)이 적층 구조를 형성한다.
성장기판(W)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 성장기판(W)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하여 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판 또는 Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(1153)은 n형 반도체층으로서, n-Gan 과 같은 질화물 반도체층이 될 수 있다.
다음은, p형 반도체와 n형 반도체를 분리하고, 상기 기판상에서 서로 고립(isolation)된 복수의 반도체 발광소자를 형성하기 위한 식각 과정이 수행된다.
예를 들어, 도 16b를 참조하면, 상기 제1도전형 반도체층(1155), 활성층(1154) 및 제2도전형 반도체층(1153)의 적어도 일부를 식각하여, 상기 기판상에서 서로 고립(isolation)된 복수의 반도체 발광소자를 형성한다. 이 경우에, 상기 식각은 기판이 드러날때까지 진행될 수 있다. 다른 예로서, 반도체 발광소자의 사이에서 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 일부를 남겨놓은 상태까지 식각이 진행될 수 있다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자들에 적어도 하나의 도전형 전극을 형성(도 16d)한다. 보다 구체적으로, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 일면에 상기 제1도전형 전극(1156)을 형성한다. 즉, 상기 기판상에서 반도체 발광소자들의 어레이를 형성한 후에, 상기 제1도전형 반도체층(1155)에는 제1도전형 전극(1156)이 적층된다.
이 경우에, 상기 제1도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1도전형 전극과 전기적으로 연결되는 연결부가 형성되고, 상기 연결부는 수평방향을 따라 상기 제2도전형 전극을 기준으로 일측에 치우치도록 배치된다. 이러한 구조의 구현을 위하여, 상기 제1도전형 전극(1156)을 형성하기 전에, 도 16c와 같이, 상기 제1도전형 반도체층에 상기 제1도전형 전극으로 전류가 흐르지 못하도록 하는 전류 제한부(1162)를 형성하는 단계가 진행될 수 있다.
상기 전류 제한부(1162)는 상기 제1도전형 전극(1156)과 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 사이에 배치되는 전류가 흐르지 않는 유전체를 구비할 수 있다. 이러한 예로서, 상기 유전체가 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 일면에서 상기 제2도전형 전극을 마주보는 영역에 증착될 수 있다.
이후에, 상기 제1도전형 전극(1156)을 형성하는 단계가 수행(도 16d)되고, 다음으로 상기 반도체 발광소자들의 측면을 감싸도록 형성되는 패시베이션층(1160)을 형성한다(도 16e).
상기 패시베이션층(1160)은 상기 측면으로 방출되는 빛을 반사하도록, 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 레이어를 구비하며, 상기 복수의 레이어에서 상대적으로 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질이 반복하여 적층될 수 있다.
이후에, 상기 제1도전형 전극을 배선기판과 연결하고 상기 제2도전형 반도체층에 제2도전형 전극을 형성하는 단계가 진행된다.
예를 들어, 반도체 발광소자들을 전도성 접착층을 이용하여 배선기판에 결합하며, 성장기판을 제거한다(도 17a). 상기 배선기판은 제1전극(1020)이 형성된 상태이며, 상기 제1전극(1020)은 하부 배선으로서 상기 전도성 접착층(1030)내에서 도전볼 등에 의해 제1도전형 전극(1156)과 전기적으로 연결된다.
이후에, 각 발광소자마다 제2도전형 전극(1152)을 제2도전형 반도체층(1153)에 증착한 후에, 발광소자들의 제2도전형 전극(1152)을 연결하는 제2전극(1040)을 형성(도 17b)하고, 상기 반도체 발광소자를 덮도록 형광체층(1080)을 형성한다(도 17c). 상기 제2전극(1040)은 상부 배선으로서, 상기 제2도전형 전극(1152)과 직접 연결된다.
이상에서 설명된 제조방법에 의하면, 반도체 발광소자에서 의도적으로 비발광 영역을 형성함에 따라, 간단한 제법임에도 불구하고 디스플레이 장치의 휘도 향상이 구현될 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 이하, 이러한 변형예에 대하여 설명한다.
도 18은 본 발명의 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이고, 도 19는 본 발명의 또 다른 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 18의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(2000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(2000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(2000)는 기판(2010), 제1전극(2020), 전도성 접착층(2030), 제2전극(2040) 및 복수의 반도체 발광 소자(2050)를 포함한다. 여기에서, 상기 복수의 발광 소자(2050)를 제외한 기판(2010), 제1전극(2020), 전도성 접착층(2030), 제2전극(2040)의 구조, 기능 및 제법 등은 도 10 내지 도 17c를 참조하여 전술한 예시에서 기판(1010), 제1전극(1020), 전도성 접착층(1030), 제2전극(1040)으로 대체될 수 있으며, 이에 대한 설명은 전술한 내용으로 갈음한다.
또한, 본 예시에서도, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는 제1도전형 전극(2156)과, 제1도전형 전극(2156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(2155)과, 제1도전형 반도체층(2155) 상에 형성된 활성층(2154)과, 상기 활성층(2154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(2153) 및 제2도전형 반도체층(2153)에 형성되는 제2도전형 전극(2152)을 포함한다. 이들에 대한 구조, 기능 및 제법 등은 도 10 내지 도 17c를 참조하여 전술한 예시에서 제1도전형 전극(1156), 제1도전형 반도체층(1155), 활성층(1154), 제2도전형 반도체층(1153) 및 제2도전형 전극(1152)으로 대체될 수 있으며, 이에 대한 설명은 전술한 내용으로 갈음한다.
한편, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나의 구조는 상기 전류가 상기 수직방향에 대하여 경사진 경로를 따라 흐르도록 형성된다. 예를 들어, 상기 제1도전형 반도체층(2155)의 일면(또는 제1도전형 반도체층의 하면)에는 상기 제1도전형 전극(2156)과 전기적으로 연결되는 연결부(2161)가 형성되고, 상기 연결부(2161)는 수평방향을 따라 상기 제2도전형 전극(2152)을 기준으로 일측에 치우치도록 배치된다. 상기 연결부(2161)의 구조, 기능 및 제법 등은 도 10 내지 도 17c를 참조하여 전술한 예시에서 설명된 연결부(1161)로 대체될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 제1도전형 전극(2156)의 면적을 확보하면서, 전술한 본 예시의 효과를 발휘하기 위하여, 상기 제1도전형 반도체층(2155)에는 상기 제1도전형 전극(2156)으로 전류가 흐르지 못하도록 하는 전류 제한부(2162)가 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 전극(2156)은 상기 제1도전형 반도체층(2155)의 일면의 거의 대부분을 덮도록 형성되어, 상기 제1도전형 반도체층(2155)은 일부가 수직방향을 따라 상기 제2도전형 전극(2152)과 오버랩되며, 상기 전류 제한부(2162)는, 상기 제1도전형 반도체층(2155)에서 상기 수직방향으로 상기 제2도전형 전극과 오버랩되는 위치에 형성된다.
이 경우에, 상기 제1도전형 반도체층(2155)의 일면에는 상기 제1도전형 전극(2156)이 덮는 영역이 형성되며, 상기 연결부(2161)와 상기 전류 제한부(2162)는 각각 상기 덮는 영역에 위치할 수 있다.
한편, 상기 전류 제한부(2162)는 플라즈마 처리에 의하여 상기 제1도전형 반도체층의 일면 중 적어도 일부가 절연된 부분이 될 수 있다. 따라서, 상기 반도체 발광소자의 제법상에서, 유전체를 증착하는 것은 상기 제1도전형 반도체층의 일면 중 적어도 일부에 대하여 플라즈마 처리하는 공정으로 대체될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1도전형 반도체층은 P형 GaN 층이고, 상기 전류 제한부는 N형의 donar 역할을 하도록 상기 P형 GaN 층에 Oxygen 또는 Cl2 gas를 이용하여 플라즈마 처리된 결함(defect)이 될 수 있다. 상기 결함 부분이 전류가 흐르지 않는 절연체 영역이 될 수 있다.
본 예시에서도, 상기 전류 제한부(2162)는 상기 수직방향으로 상기 제2도전형 전극(2152)을 완전히 덮도록 상기 제2도전형 전극(2152)보다 크거나 동일한 넓이로 이루어질 수 있다.
이러한 예로서, N 전극의 폭은 반도체 발광소자의 동작전압과 광추출 효율을 고려하여 발광소자 면적의 20% 라고 가정하면, 전류 제한부의 폭은 N 전극 면적보다 커야 하고, P 전극 면적의 30%를 넘지 않는 범위에서 형성되어 있는 것이 효과적이다. 보다 구체적인 예로서, 개별 반도체 발광소자의 크기는 가로, 세로가 20, 40um의 수직형 구조이며, N전극의 크기는 가로, 세로가 20, 8um이고, 전류 제한부의 크기는 가로, 세로가 20, 8 ~ 10.4um 가 될 수 있다.
본 예시와 같이, 전류가 집중되는 반도체 발광소자의 P형 GaN 층의 하면에 결함을 만들어, 전류가 흐르지 않는 영역을 형성해 주면, 전극 주변에 집중된 광을 분산시킬수 있다.
한편, 도 19에 도시된 바와 같이, P형 전극의 크기를 조절함으로써, 의도적으로 비발광 영역을 형성하는 방법도 가능하다. 즉, P형 전극은 N 전극 배선과 겹치지 않는 크기로 제작될 수 있다.
본 예시에서는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(2000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(3000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(3000)는 기판(3010), 제1전극(3020), 전도성 접착층(3030), 제2전극(3040) 및 복수의 반도체 발광 소자(3050)를 포함한다. 여기에서, 기판(3010), 제1전극(3020), 전도성 접착층(3030), 제2전극(3040)의 구조, 기능 및 제법 등은 도 10 내지 도 17c를 참조하여 전술한 예시에서 기판(1010), 제1전극(1020), 전도성 접착층(1030), 제2전극(1040)으로 대체될 수 있으며, 이에 대한 설명은 전술한 내용으로 갈음한다.
또한, 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는 제1도전형 전극(3156)과, 제1도전형 전극(3156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(3155)과, 제1도전형 반도체층(3155) 상에 형성된 활성층(3154)과, 상기 활성층(3154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(3153) 및 제2도전형 반도체층(3153)에 형성되는 제2도전형 전극(3152)을 포함한다.
본 예시에서는 상기 제1도전형 전극(3156), 제1도전형 반도체층(3155) 및 제2도전형 전극(3152)의 사이에서 상대 크기나 상대 위치가 도 10 내지 도 17c를 참조하여 전술한 예시와 달라진다.
보다 구체적으로, 상기 제1도전형 전극(3156)과 상기 제2도전형 전극(3152)은 상기 수직방향을 따라 서로 오버랩되지 않도록 배치된다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1도전형 전극(3156)과 상기 제2도전형 전극(3152)은 상기 수직방향을 따라 일부만이 오버랩되도록 형성될 수 있다. 이 경우에는 전류 제한부가 별도로 형성되지 않으며, 따라서, 반도체 발광소자의 제법에서 전류 제한부를 형성하는 단계가 생략되며, 상기 제1도전형 전극(3156)을 형성하는 단계에서 상기 제1도전형 전극(3156)의 사이즈와 위치가 달라지게 된다.
또한, 본 예시에서는 연결부(3161)가 상기 제1도전형 전극(3156)과 상기 제1도전형 반도체층(3155)의 경계부분 전체에 형성될 수 있다.
이를 위하여, 상기 제1도전형 전극(3156)은 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나의 일변에 인접하고, 상기 제2도전형 전극(3152)은 타변에 인접하게 배치될 수 있다. 본 예시의 구조에 의하여도, 상기 제1도전형 전극(3156) 및 제2도전형 전극(3152)의 사이의 전류가 상기 활성층(3154)에서 상기 연결부(3161)를 마주보는 부분(또는 상기 제1도전형 전극을 마주보는 부분)에 편중되어 흐를 수 있게 된다. 따라서, 본 예시는 제1도전형 전극(3156)의 크기를 이용하여 배선전극 주변의 광손실을 완화 또는 방지하며, 결과적으로 디스플레이 장치의 휘도가 크게 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
Claims (20)
- 복수의 반도체 발광소자들을 구비하는 디스플레이 장치에 있어서,상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는,제1도전형 전극 및 제2도전형 전극;상기 제1도전형 전극이 배치되는 제1도전형 반도체층;수직방향으로 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극이 배치되는 제2도전형 반도체층; 및상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하고,상기 제1도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1도전형 전극과 전기적으로 연결되는 연결부가 형성되고, 상기 연결부는 수평방향을 따라 상기 제2도전형 전극을 기준으로 일측에 치우치도록 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항에 있어서,상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는, 상기 연결부가 상기 일측에 치우침에 따라 상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극의 사이의 전류가 상기 활성층에서 상기 연결부를 마주보는 부분에 편중되어 흐르도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제2항에 있어서,상기 활성층에서 상기 연결부를 마주보는 부분은 상기 제2도전형 전극과 오버랩되지 않도록, 상기 연결부는 상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나의 일변에 인접하고, 상기 제2도전형 전극은 타변에 인접하게 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1도전형 반도체층에는 상기 제1도전형 전극으로 전류가 흐르지 못하도록 하는 전류 제한부가 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제4항에 있어서,상기 전류 제한부는, 상기 수직방향으로 상기 제2도전형 전극과 오버랩되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제5항에 있어서,상기 전류 제한부는 상기 수직방향으로 상기 제2도전형 전극을 완전히 덮도록 상기 제2도전형 전극보다 크거나 동일한 넓이로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제4항에 있어서,상기 제1도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1도전형 전극이 덮는 영역이 형성되며, 상기 연결부와 상기 전류 제한부는 각각 상기 덮는 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제4항에 있어서,상기 전류 제한부는 상기 제1도전형 전극과 상기 제1도전형 반도체층의 사이에 배치되는 유전체를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제8항에 있어서,상기 유전체는 상기 제1도전형 반도체층의 일면에 증착되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제8항에 있어서,상기 유전체는 SiO2 또는 SiN 를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제4항에 있어서,상기 전류 제한부는 플라즈마 처리에 의하여 상기 제1도전형 반도체층의 일면 중 적어도 일부가 절연된 부분인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제11항에 있어서,상기 제1도전형 반도체층은 P형 GaN 층이고, 상기 전류 제한부는 N형의 donar 역할을 하도록 상기 P형 GaN 층에 플라즈마 처리된 결함(defect)인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1도전형 전극과 상기 제2도전형 전극은 상기 수직방향을 따라 서로 오버랩되지 않도록 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항에 있어서,상기 제1도전형 반도체층의 일면에는, 상기 연결부가 배치되는 제1영역과, 상기 제1도전형 전극의 사이에서 전기적으로 절연되는 제2영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1항에 있어서,상기 디스플레이 장치는 시각정보가 출력되는 전면을 구비하고,상기 제2도전형 반도체층은 상기 제1도전형 반도체층보다 상기 전면에 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
- 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극;상기 제1도전형 전극이 배치되는 제1도전형 반도체층;수직방향으로 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극이 배치되는 제2도전형 반도체층; 및상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층의 사이에 배치되는 활성층을 포함하고,상기 제1도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1도전형 전극과 전기적으로 연결되는 연결부가 형성되고, 상기 연결부는 수평방향을 따라 상기 제2도전형 전극을 기준으로 일측에 치우치도록 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제16항에 있어서,상기 연결부가 상기 일측에 치우침에 따라, 상기 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극의 사이의 전류는 상기 활성층의 일부분에 편중되어 흐르는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 제16항에 있어서,상기 제1도전형 반도체층에는 상기 제1도전형 전극으로 전류가 흐르지 못하도록 하는 전류 제한부가 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광소자.
- 기판상에 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 성장시키는 단계;식각을 통하여 상기 기판상에서 반도체 발광소자들을 아이솔레이션하는 단계;상기 반도체 발광소자들의 제1도전형 반도체층의 일면에 제1도전형 전극을 증착하는 단계; 및상기 제1도전형 전극을 배선기판과 연결하고 상기 제2도전형 반도체층에 제2도전형 전극을 형성하는 단계를 포함하며,상기 제1도전형 반도체층의 일면에는 상기 제1도전형 전극과 전기적으로 연결되는 연결부가 형성되고, 상기 연결부는 수평방향을 따라 상기 제2도전형 전극을 기준으로 일측에 치우치도록 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
- 제19항에 있어서,상기 제1도전형 반도체층에 상기 제1도전형 전극으로 전류가 흐르지 못하도록 하는 전류 제한부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
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