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KR102413330B1 - 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 Download PDF

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KR102413330B1
KR102413330B1 KR1020170116760A KR20170116760A KR102413330B1 KR 102413330 B1 KR102413330 B1 KR 102413330B1 KR 1020170116760 A KR1020170116760 A KR 1020170116760A KR 20170116760 A KR20170116760 A KR 20170116760A KR 102413330 B1 KR102413330 B1 KR 102413330B1
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KR
South Korea
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light emitting
electrode
semiconductor light
emitting device
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KR1020170116760A
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장영학
이민우
정연홍
조영제
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극, 상기 제1도전형 전극이 배치되는 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극이 배치되는 제2도전형 반도체층 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함한다. 상세하게, 상기 제2도전형 반도체층은 전해연마(Electro Polishing)가 가능한 다공성 재질로 형성되고 상기 반도체 발광소자의 외각에 배치되는 제1레이어, 상기 제1레이어 하부에 배치되고 상기 제1레이어보다 불순물 농도가 낮은 제2레이어, 상기 제2레이어과 상기 활성층 사이에 배치되고 상기 제2레이어보다 불순물 농도가 높은 제3레이어를 구비한다.

Description

반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치{DISPLAY DEVICE USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 반도체 발광소자를 이용한 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 발광소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다. 따라서, 상기 반도체 발광소자를 이용하여 플렉서블 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
상기 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이에서는 배선기판 상에 성장기판에서 성장된 반도체 발광소자가 전사될 수 있다. 이때, 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 성장기판에서 반도체 발광소자가 분리될 수 있다. 하지만, 상기 반도체 발광소자가 전사될 때, 열 또는 화학약품에 의한 반도체 발광소자의 손상이 발생될 수 있다. 또한, 높은 설비 비용으로 공정비용이 높아져서 제조비가 높아지는 단점이 있다. 이에 본 발명에서는 성장기판에서 반도체 발광소자를 분리할 때, 반도체 발광소자의 손상을 방지하고, 제작 비용을 절감할 수 있는 디스플레이 장치 구조에 대하여 제시한다.
본 발명의 일 목적은 성장기판에서 반도체 발광소자를 분리하는 과정에서 열 또는 화학약품에 의한 반도체 발광소자의 손상을 방지하고, 제조원가를 절감할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 발광 효율이 증대된 반도체 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 디스플레이 장치는, 성장기판에서 반도체 발광소자가 분리될 때 기계적 리프트 오프(mechanical lift-off) 방법으로 분리되어 열 또는 화학약품에 의한 반도체 발광소자의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 다공성 재질로 형성된 레이어가 반도체 발광소자에 배치되어, 반도체 발광소자 측면으로 방출되는 빛을 최소화되고, 반도체 발광소자의 표면으로 빛이 방출되도록 형성되므로 반도체 발광소자의 발광 효율이 증대될 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 디스플레이 장치는 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극, 상기 제1도전형 전극이 배치되는 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극이 배치되는 제2도전형 반도체층 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함한다. 상세하게, 상기 제2도전형 반도체층은 전해연마(Electro Polishing)가 가능한 다공성 재질로 형성되고 상기 반도체 발광소자의 외각에 배치되는 제1레이어, 상기 제1레이어 하부에 배치되고 상기 제1레이어보다 불순물 농도가 낮은 제2레이어, 상기 제2레이어과 상기 활성층 사이에 배치되고 상기 제2레이어보다 불순물 농도가 높은 제3레이어를 구비한다.
실시예에 있어서, 상기 제1레이어의 표면은 제1영역 및 상기 제1영역으로 둘러쌓인 제2영역을 구비하고, 상기 제2영역은 상기 제1영역보다 표면 거칠기가 크고, 상기 제2영역에는 복수의 돌기들이 배치된다.
실시예에 있어서, 상기 돌기는 상기 제1레이어보다 불순물 농도가 더 높게 형성된다.
실시예에 있어서, 상기 돌기들 중 일부는 원기둥 형태이고 상기 돌기들의 상부면은 평평한 절단면일 수 있다. 한편, 상기 돌기들 중 다른 일부는 원뿔 형태를 가지고 상기 돌기들의 상부면은 평평한 절단면일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 돌기들은 서로 다른 높이를 가진다.
실시예에 있어서, 상기 제1레이어는 상기 제3레이어보다 불순물 농도가 더 높게 형성된다.
실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들은 배선기판에 조립되고, 상기 배선기판은 상기 제1도전형 전극과 대응되는 제1전극을 구비한다.
실시예에 있어서, 상기 제1전극은 금속층, 및 상기 제1도전형 전극과 상기 금속층 사이에 압력 또는 열에 의하여 상기 제1도전형 전극과 상기 금속층이 전기적으로 결합되도록 형성되는 접착층을 구비한다.
실시예에 있어서, 상기 제1전극에 적색, 녹색 및 청색광을 발광하는 반도체 발광소자가 각각 배치되고, 상기 적색, 녹색 및 청색광을 발광하는 반도체 발광소자들은 각각 기판에서부터 높이가 서로 다른 제1전극과 전기적으로 결합되도록 형성된다.
실시예에 있어서, 상기 배선기판은 상기 제2도전형 전극과 대응되는 제2전극을 더 구비하고, 상기 제2전극은 금속층, 및 상기 제2도전형 전극과 상기 금속층 사이에 압력 또는 열에 의하여 상기 제2도전형 전극과 상기 금속층이 전기적으로 결합되도록 형성되는 접착층을 구비한다.
실시예에 있어서, 상기 배선기판에 이격되고 상기 제2도전형 전극과 전기적으로 연결되는 제2전극을 더 구비한다.
또한, 본 발명은 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극, 상기 제1도전형 전극이 배치되는 제1도전형 반도체층, 상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극이 배치되는 제2도전형 반도체층, 및 상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 반도체 발광소자를 개시한다.
실시예에 있어서, 상기 제2도전형 반도체층은, 전해연마(Electro Polishing)가 가능한 다공성 재질로 형성되고 상기 반도체 발광소자의 외각에 배치되는 제1레이어, 상기 제1레이어 하부에 배치되고 상기 제1레이어보다 불순물 농도가 낮은 제2레이어, 상기 제2레이어과 상기 활성층 사이에 배치되고 상기 제2레이어보다 불순물 농도가 높은 제3레이어를 구비한다.
실시예에 있어서, 상기 제1레이어의 표면은 제1영역, 및 상기 제1영역으로 둘러쌓인 제2영역을 구비하고, 상기 제2영역은 상기 제1영역보다 표면 거칠기가 크고, 상기 제2영역에는 복수의 돌기들이 배치된다.
실시예에 있어서, 상기 돌기는 상기 제1레이어보다 불순물 농도가 더 높게 형성된다. 또한 상기 돌기들 중 일부는 원기둥 형태이고, 상기 돌기들의 상부면은 평평한 절단면일 수 있다. 한편 상기 돌기들 중 다른 일부는 원뿔 형태이고, 상기 돌기들의 상부면은 평평한 절단면일 수 있다.
실시예에 있어서, 상기 돌기들은 상기 제1레이어로부터 서로 다른 높이를 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 성장기판 상에 제1도전형 반도체층, 활성층, 제2도전형 반도체층, 언도프드(undoped) 반도체층을 성장시키는 단계, 식각을 통하여 상기 성장기판 상에서 반도체 발광소자들이 아이솔레이션되는 단계, 상기 제1도전형 반도체층 및 상기 제2도전형 반도체층에 각각 대응되는 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극이 형성되는 단계, 상기 제2도전형 반도체층의 일부가 식각되어 기공이 형성되는 전해연마(Electro Polishing) 단계, 상기 제1도전형 전극과 배선기판이 전기적으로 연결되는 단계 및 상기 성장기판이 배선기판으로부터 분리되는 기계적 리프트 오프(mechanical lift-off) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법에 대하여 개시한다.
실시예에 있어서, 상기 성장기판 상에 배치된 언도프드 반도체층 상에 상기 제2도전형 반도체층이 형성되고, 상기 제2도전형 반도체층은 전해연마 공정으로 식각되어 기공을 가지는 제1희생층, 상기 제1희생층보다 불순물 농도가 높고 전해연마 공정으로 식각되어 기공을 가지는 제2희생층, 전해연마 공정으로 식각되어 기공을 가지는 제1레이어, 상기 제1레이어 상에 배치되고 상기 제1레이어보다 불순물 농도가 낮은 제2레이어 및 상기 제2레이어와 상기 활성층 사이에 배치되고 상기 제2레이어보다 불순물 농도가 높은 제3레이어가 차례로 형성된다.
실시예에 있어서, 상기 전해연마 단계에서는 상기 제1희생층, 상기 제2희생층 및 상기 제1레이어를 전기화학적으로 식각하여 기공이 형성하고,
상기 제2희생층은 상기 제1희생층 및 상기 제1레이어보다 기공률이 더 큰 구조물을 형성되는 것을 특징으로 한다.
실시예에 있어서, 상기 기계적 리프트 오프 단계에서는 기공이 형성된 상기 제2희생층이 절단되어 상기 성장기판이 상기 배선기판으로부터 분리되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치에서는, 전해연마(Electro Polishing)가 가능한 다공성 재질의 레이어가 배치되어 성장기판에서 반도체 발광소자가 분리될 때 기계적 리프트 오프(mechanical lift-off) 방법으로 분리되어 열 또는 화학약품에 의한 반도체 발광소자의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 공정비용을 절감하여 제조원가가 절감된 디스플레이 장치가 제공될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 다공성 재질의 레이어가 반도체 발광소자에 배치되어, 반도체 발광소자의 내부에서 생성된 빛이 다공성 재질의 레이어에서 손실 없이 회절될 수 있다. 따라서 반도체 발광소자 측면으로 방출되는 빛이 최소화되도록 하고, 반도체 발광소자의 표면으로 빛이 방출되게 하므로 반도체 발광소자의 발광 효율이 증대될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이다.
도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 C-C를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10은 새로운 구조의 반도체 발광소자가 적용된 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분의 확대도이다.
도 11은 도 10의 라인 E-E를 따라 취한 단면도이다.
도 12는 도 10의 라인 F-F를 따라 취한 단면도이다.
도 13a는 도 11의 플립 칩 타입 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 13b는 도 11의 플립 칩 타입 반도체 발광소자를 나타내는 사시도이다.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 다른 실시예의 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
도 15는 새로운 구조의 디스플레이 장치의 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도 1의 A부분 확대도이다.
도 16은 도 15의 라인 G-G를 따라 취한 단면도이다.
도 17는 새로운 구조의 디스플레이 장치의 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도 1의 A부분 확대도이다.
도 18은 도 17의 라인 H-H를 따라 취한 단면도이다.
도 19a 내지 도 19e는 본 발명의 또 다른 실시예의 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 구부리거나, 접을 수 있거나 말 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
상기 플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시와 같이, 상기 제2상태에서 표시되는 정보는 곡면상에 출력되는 시각 정보가 될 수 있다. 이러한 시각 정보는 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다. 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
상기 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이하, 상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이며, 도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광소자에도 적용 가능하다.
상기 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광소자(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 발광소자(150)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(160) 상에 위치하고, 제1전극(120)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(170)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(160)을 관통하는 전극홀(171)에 의하여 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(171)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 절연층(160)의 일면에는 전도성 접착층(130)이 형성되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층(160)과 전도성 접착층(130)의 사이에 특정 기능을 수행하는 레이어가 형성되거나, 절연층(160)이 없이 전도성 접착층(130)이 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 발광소자(150)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광소자는 p형 전극(156), p형 전극(156)이 형성되는 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에서 p형 전극(156)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156)은 보조전극(170)과 전도성 접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광소자들의 p형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광소자(150)가 압입되며, 이를 통하여 반도체 발광소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광소자(150)는 발광소자 어레이(array)를 구성하며, 발광소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 복수의 반도체 발광소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광소자(150)는 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광소자들은 상기 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광소자들을 이용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광소자일 수 있다. 반도체 발광소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광소자(150)의 사이에 격벽(190)이 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(190)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(130)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광소자(150)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 격벽(190)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다. 화이트 절연체의 격벽을 이용할 경우 반사성을 높이는 효과가 있을 수 있고, 블랙 절연체의 격벽을 이용할 경우, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
형광체층(180)은 반도체 발광소자(150)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자이고, 형광체층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(180)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(181) 또는 녹색 형광체(182)가 될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광소자(151) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광소자(151) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광소자(151)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(120)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(120)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(140)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광소자(150)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들을 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(191)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(191)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광소자로 구현될 수 있다.
이 경우, 반도체 발광소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자에 의하여 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 단위 화소들이 하나의 화소(pixel)를 이루며, 이를 통하여 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 반도체 발광소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광소자(W) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광소자(W) 상에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 단위 화소를 이룰 수 있다.
도 5c를 참조하면, 자외선 발광소자(UV) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광소자(150)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 상기 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
본 도면을 참조하면, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 상기 배선기판에는 제1전극(120), 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 배치된다. 이 경우에, 제1전극(120)과 제2전극(140)은 상호 직교 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(110) 및 절연층(160)은 각각 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 의하여 구현될 수 있으며, 이를 위하여 절연층(160)이 위치된 기판에 이방성 전도성 필름이 도포될 수 있다.
다음에, 보조전극(170) 및 제2전극(140)들의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 복수의 반도체 발광소자(150)가 위치된 제2기판(112)을 상기 반도체 발광소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
상기 반도체 발광소자는 웨이퍼(wafer) 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
그 다음에, 배선기판과 제2기판(112)을 열압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF press head 를 적용하여 열압착될 수 있다. 상기 열압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열압착에 의하여 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 반도체 발광소자(150)와 보조전극(170) 및 제2전극(140)의 사이의 부분만 전도성을 가지게 되며, 이를 통하여 전극들과 반도체 발광소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광소자(150)가 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 상기 제2기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 제2기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2기판(112)을 제거하여 반도체 발광소자들(150)을 외부로 노출시킨다. 필요에 따라, 반도체 발광소자(150)가 결합된 배선기판 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(미도시)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광소자(150)의 일면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 상기 청색 반도체 발광소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광소자도 적용될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 구조에 대하여 설명한다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 복수의 반도체 발광소자(250)를 포함한다.
기판(210)은 제1전극(220)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1전극(220)은 기판(210) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(220)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(230)은 제1전극(220)이 위치하는 기판(210)상에 형성된다. 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(230)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서도 이방성 전도성 필름에 의하여 전도성 접착층(230)이 구현되는 경우를 예시한다.
기판(210) 상에 제1전극(220)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께방향으로 전도성을 가지는 부분(231)과 전도성을 가지지 않는 부분(232)으로 구획된다.
또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 전도성 접착층(230)은 반도체 발광소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광소자(250)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
상기 반도체 발광소자(250)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광소자들의 사이에는, 제1전극(220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광소자(250)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(240)이 위치한다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광소자는 p형 전극(256), p형 전극(256) 상에 형성된 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층(254), 활성층(254)상에 형성된 n형 반도체층(253) 및 n형 반도체층(253) 상에 형성된 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(256)은 제1전극(220)과 전도성 접착층(230)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(252)은 후술하는 제2전극(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광소자(250)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 반도체 발광소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(250)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자(251)이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(280)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(280)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(281) 및 녹색 형광체(282) 일 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광소자(251) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광소자(251) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광소자(251)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광소자가 적용된 디스플레이 장치에서 전술한 바와 같이, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
다시 본 실시예를 살펴보면, 제2전극(240)은 반도체 발광소자들(250) 사이에 위치하고, 반도체 발광소자들(250)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광소자들(250)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(240)은 반도체 발광소자들(250)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광소자(250) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(240)은 반도체 발광소자들(250) 사이에 위치될 수 있다.
제2전극(240)은 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있으며, 제1전극과 상호 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 제2전극(240)과 반도체 발광소자(250)는 제2전극(240)에서 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연결 전극이 반도체 발광소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 상기 제2전극은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다. 이를 통하여 제2전극(240)과 반도체 발광소자(250)의 n형 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 상에 위치될 수 있다. 경우에 따라, 반도체 발광소자(250)가 형성된 기판(210) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(240)을 위치시킬 경우, 상기 제2전극(240)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 또는 투명 절연층에 이격되어 형성될 수도 있다.
만약 반도체 발광소자(250) 상에 제2전극(240)을 위치시키기 위하여는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 사용한다면, ITO 물질은 n형 반도체층과는 접착성이 좋지 않은 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 반도체 발광소자(250) 사이에 제2전극(240)을 위치시킴으로써, ITO와 같은 투명 전극을 사용하지 않아도 되는 이점이 있다. 따라서, 투명한 재료 선택에 구속되지 않고, n형 반도체층과 접착성이 좋은 전도성 물질을 수평 전극으로 사용하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광소자(250) 사이에는 격벽(290)이 위치할 수 있다. 즉, 개별 화소를 이루는 반도체 발광소자(250)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광소자(250) 사이에는 격벽(290)이 배치될 수 있다. 이 경우, 격벽(290)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 상기 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(290)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로서, 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 격벽(290)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다.
만일 제2전극(240)이 반도체 발광소자(250) 사이의 전도성 접착층(230) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(290)은 수직형 반도체 발광소자(250) 및 제2전극(240)의 사이사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있고, 반도체 발광소자(250)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2전극(240)을 반도체 발광소자(250) 사이에 위치시킬 수 있고, HD 화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 도시에 의하면, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(291)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(291)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
상기 설명과 같이, 반도체 발광소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 따라서, 반도체 발광소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에는 성장기판에서 반도체 발광소자를 분리하기 위해서는 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 분리할 수 있다. 레이저 리프트 오프법 또는 화학적 리프트 오프법을 이용하여 반도체 발광소자가 분리될 경우에는 레이저에 의한 열 또는 화학약품에 의하여 반도체 발광소자의 손상이 발생될 수 있다. 또한, 높은 설비 비용으로 공정비용이 높아져서 제조비가 높아지는 문제점이 있다. 이에 본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 구조의 디스플레이 장치에 대하여 설명한다.
즉, 본 발명에 의하면 성장기판에서 반도체 발광소자를 분리할 때, 반도체 발광소자의 레이저에 의한 열 또는 화학약품에 의한 손상을 방지하고, 제작 비용을 절감할 수 있다.
나아가, 다공성 재질의 레이어가 반도체 발광소자에 배치되어, 반도체 발광소자의 다공성 재질의 레이어에서 내부에서 생성된 빛이 손실 없이 회절될 수 있다. 따라서 반도체 발광소자 측면으로 방출되는 빛이 최소화되도록 하고, 반도체 발광소자의 표면으로 빛이 방출되므로 반도체 발광소자의 발광 효율이 증대될 수 있다.
도 10은 새로운 구조의 디스플레이 장치의 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한, 도 1의 A부분 확대도이다. 도 11은 도 10의 E-E를 따라 취한 단면도이고, 도 12는 도 10의 라인 F-F를 따라 취한 단면도이다. 한편, 도 13a는 도 11의 플립 칩 타입 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이고, 도 13b는 도 11의 플립 칩 타입 반도체 발광소자를 나타내는 사시도이다.
도 10과 도 11 및 도 12의 도시에 의하면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치(1000) 또는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(1000)는 기판(1010), 제1전극(1020), 절연부재(1030), 제2전극(1040) 및 복수의 반도체 발광소자(1050)를 포함한다. 여기에서, 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)은 기판(1010)에서 돌출되고 각각 복수의 전극 라인들을 포함할 수 있다. 덧붙여 배선기판(1010')은 기판(1010), 절연층(1060), 보조전극(1070, 1070'), 전극홀(1071) 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)을 포함할 있다.
기판(1010)은 제1전극(1020)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 또한, 경우에 상기 기판(1010)은 절연성은 있으나, 플렉서블이 아닌 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판(1010)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(1060)은 제1전극(1020)이 위치한 기판(1010) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(1060)에는 보조전극(1070 및)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 기판(1010)에 절연층(1060)이 적층된 상태가 하나의 배선기판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(1060)은 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성 있는 재질로, 상기 기판(1010)과 일체로 이루어져 하나의 기판을 형성할 수 있다.
제1전극(1020)은 기판(1010) 상에 돌출되어, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(1020)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
보조전극(1070)은 제1전극(1020)과 반도체 발광소자(1050)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(1060) 상에 위치하고, 제1전극(1020)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(1070)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(1060)을 관통하는 전극홀(1071)에 의하여 제1전극(1020)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(1071)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 절연층(1060)의 일면에는 반도체 발광소자(1050)들을 감싸는 절연부재(1030)으로 충전될 수 있다. 일 실시예에서, 절연부재(1030)는 고분자 소재로 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메틸페닐실록산(polymethylphenylsiloxane, PMPS)을 포함할 수 있으며, 반도체 발광소자(1050)를 감싸며, 절연성을 가지는 다양한 소재를 포함할 수 있다. 반도체 발광소자(1050)들의 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)은 각각 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)에 대응되어 전기적으로 결합될 수 있다.
상세하게, 제1전극(1020)은 돌출된 금속층(1020a) 및 접착층(1020b)을 포함할 수 있다. 접착층(1020b)에 압력 또는 열을 가하여 제1도전형 전극(1156)과 금속층(1020a)이 서로 전기적으로 결합된다.
또한, 제1전극(1020)과 제1도전형 전극(1056)의 결합과 유사하게 제2전극(1040)과 제2도전형 전극(1052)의 결합이 형성될 수 있다. 제2전극(1040)은 돌출된 금속층(1040a) 및 접착층(1020b)을 포함할 수 있다. 접착층(1040b)에 압력 또는 열을 가하여 제2도전형 전극(1152)과 금속층(1040a)이 서로 전기적으로 결합시킬 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)의 접착층(1020b, 1040b)에 의하여 반도체 발광소자(1050)와 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)의 전기적 결합을 형성하나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 반도체 발광소자의 전극은 전술된 전도성 접착층 등에 의하여 전기적으로 결합되는 것도 가능하다. 이 경우에는 본 예시에서의 접착층(1020b, 1040b)은 배제될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 제2전극(1040)은 보조전극(1070)과 이격하여 절연층(1060)에 위치한다. 구체적으로, 상기 절연층(1060)에는 제1전극(1020)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 반도체 발광소자(1050)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(1040)이 위치한다. 즉, 상기 절연부재(1030)는 보조전극(1070) 및 제2전극(1040)이 위치하는 절연층(1060) 상에 배치된다.
절연층(1060)에 보조전극(1070)과 제2전극(1040)이 위치된 상태에서 절연부재(1030)를 형성한 후에, 반도체 발광소자(1050)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광소자(1050)는 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)과 전기적으로 연결된다.
나아가, 디스플레이 장치(1000)는, 복수의 반도체 발광소자(1050)의 일면에 형성되는 형광체층(1080)을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(1050)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광소자이고, 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 발광소자(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 발광소자(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 발광소자(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 발광소자(1050)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 단위 화소를 구현할 수 있다.
한편, 반도체 발광소자(1050)는 형광체를 가지지 않고, 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In), 알루미늄(Al)과 같은 불순물이 함께 첨가되어 밴드갭(band gap)이 조절될 수 있다. 이에, 밴드갭이 조절된 반도체층을 통하여 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광 반도체 발광소자가 구현될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 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 발광소자(1051)에 해당하는 위치에는 형광체층이 형성되지 않으나, 블랙 매트릭스(1091)는 상기 형광체층이 없는 공간을 사이에 두고(또는 청색 반도체 발광소자(1051c)를 사이에 두고) 양측에 각각 형성될 수 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.
본 예시의 반도체 발광소자(1050)를 살펴보면, 다공성 재질로 형성된 레이어가 반도체 발광소자(1050)에 배치되어, 반도체 발광소자(1050) 측면으로 방출되는 빛을 최소화되고, 반도체 발광소자의 표면으로 빛이 방출되도록 형성되므로 반도체 발광소자의 발광 효율이 증대될 수 있다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 디스플레이 장치(1000)의 반도체 발광소자(1050)는 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152), 제1도전형 전극(1156)이 배치되는 제1도전형 반도체층(1155), 제1도전형 반도체층(1155)과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극(1152)이 배치되는 제2도전형 반도체층(1153) 및 제1도전형 반도체층(1155)과 제2도전형 반도체층(1153) 사이에 배치되는 활성층(1154)을 포함한다.
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. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
제1도전형 전극(1156)은 제1도전형 반도체층(1155)의 일면에 형성되며, 활성층(1154)은 제1도전형 반도체층(1155)의 타면과 제2도전형 반도체층(1153)의 일면의 사이에 형성되고, 제2도전형 전극(1152)은 제2도전형 반도체층(1153)의 일면에 형성된다. 이 경우에, 제2도전형 전극(1152)은 제2도전형 반도체층(1153)에서 제1도전형 반도체층(1155)에 의하여 덮이지 않는 일면에 배치될 수 있다.
제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)은 Ti, Cr, Pt, Au, Cu, Sn, Ni, Mo, Ag, Al, In 중 적어도 하나를 구비하며, 접착층, 장벽층, 저저항층, 산화방지층 등의 다층 레이어로 이루어질 수 있다.
도 13a 및 도 13b를 도 10 내지 도 12와 함께 참조하면, 제2도전형 전극(1152)이 배치되는 제2도전형 반도체층(1153)의 일면은 기판(1010)에 가장 가까운 하면이 될 수 있고, 제2도전형 반도체층(1153)의 타면은 기판(1010)에 가장 먼 상면이 될 수 있다.
또한, 반도체 발광소자(1050)는 제1도전형 반도체층(1155)과 제2도전형 반도체층(1153)의 외면들을 덮도록 형성되는 패시베이션층(1157)을 포함한다. 예를 들어, 패시베이션층(1157)은 제1도전형 반도체층(1155)과 제2도전형 반도체층(1153)의 측면들과 하면들을 감싸도록 형성될 수 있다.
상세하게, 패시베이션층(1157)은 상기 반도체 발광소자의 측면을 감싸서, 반도체 발광소자(1050) 특성의 안정화를 기하도록 이루어지며, 절연 재질로 형성된다. 이러한 예로서, 패시베이션층(1157)은 실리콘 합성물 또는 산화물로 이루어지는 절연 박막이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 패시베이션층(1157)은 AlxOy, SixOy, SixNy, SnxOy, TixOy, CrOx, ZrOx 중 어느 하나 이상의 재질로 형성될 수 있다.
이와 같이, 패시베이션층(1157)에 의해 제1도전형 반도체층(1155)과 제2도전형 반도체층(1153)의 사이가 전기적으로 단절되므로, 반도체 발광소자의 P-type GaN 과 N-type GaN 은 서로 절연될 수 있다.
이 경우에, 패시베이션층(1157)은 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)의 측면들로 방출되는 빛을 반사하도록, 서로 다른 굴절률을 가지는 복수의 패시베이션 레이어를 구비할 수도 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 패시베이션층(1157)은 단일 레이어로 형성될 수 있다. 상기 복수의 패시베이션 레이어는 상대적으로 굴절률이 높은 물질과 낮은 물질이 반복되며 적층될 수 있다.
한편, 제2도전형 반도체층(1153)은 전해연마(Electro Polishing)가 가능한 다공성 재질로 형성되고 반도체 발광소자(1050)의 외각에 배치되는 제1레이어(1153a), 제1레이어(1153a) 하부에 배치되고 제1레이어(1153a)보다 불순물 농도가 낮은 제2레이어(1153b), 제2레이어(1153b)과 활성층(1154) 사이에 배치되고 제2레이어(1153b)보다 불순물 농도가 높은 제3레이어(1153c)를 구비한다.
예를 들어 상기 불순물은 실리콘(Si)일 수 있다. 상세하게, 제1레이어(1153a), 제3레이어(1153c), 제2레이어(1153b) 순서로 불순물 농도가 높게 형성될 수 있다. 즉, 제1레이어(1153a)는 제3레이어(1153c)보다 불순물 농도가 더 높게 형성되고, 제2도전형 반도체층(1153)의 제2레이어(1153b)는 가장 낮은 불순물 농도를 가질 수 있다. 덧붙여 제2레이어(1153b)는 n형으로 도핑된 질화 갈륨(GaN)일 수 있고, 그 농도는 1e18/cm2 이하의 농도로 도핑된 레이어일 수 있다.
또한, 제1레이어(1153a)는 전해연마가 가능한 다공성 재질로 기공이 형성될 수 있다. 상세하게 다공성 재질의 제1레이어(1153a)는 반도체 발광소자(1050) 내부에서 생성된 빛들이 제1레이어(1153a)에 갇히지 않고 반도체 발광소자의 발광면으로 빛을 방출할 수 있게 해준다.
또한, 반도체 발광소자(1050) 내부에서 생성된 빛들이 제1레이어(1153a)에서 회절될 수 있다. 따라서 반도체 발광소자(1050) 측면으로 방출되는 빛의 손실을 최소화할 수 있다. 이에, 반도체 발광소자(1050)의 발광면으로 다수의 빛이 방출되므로 반도체 발광소자(1050)의 발광 효율이 증대될 수 있다.
덧붙여, 제1레이어(1153a)의 표면(1158)에는 제1영역(1158a) 및 제1영역(1158a)으로 둘러쌓인 제2영역(1158b)이 구비된다. 제1레이어(1153a)의 표면(1158)은 거칠기가 상이한 제1영역(1158a)과 제2영역(1158b)을 포함한다. 상세하게, 제2영역(1158b)은 제1영역(1158a)보다 표면 거칠기가 크고, 제2영역(1158b)에는 복수의 돌기(1159)들이 배치된다.
실시예에 있어서, 돌기(1159)는 제2도전형 반도체로 형성될 수 있으며, 제1레이어(1153a)보다 불순물 농도가 더 높게 형성된다. 돌기(1159)들 또한 제1레이어(1153a)와 같이 전해연마가 재질로 형성될 수 있다.
나아가, 돌기(1159)는 내부에 기공이 형성된 다공성 구조물 일 수 있다. 상세하게, 돌기(1159)의 기공률은 제1레이어(1153a)의 기공률 보다 높게 형성될 수 있다. 따라서, 돌기(1159)가 제1레이어(1153a) 상에 형성됨에도 반도체 발광소자(1050)에서 방출되는 빛을 방해하지 않으며, 방출되는 빛의 손실이 최소화 될 수 있고, 반도체 발광소자(1050)의 발광면으로 다수의 빛이 방출될 수 있다.
또한, 돌기(1159)들의 상부면은 평평한 절단면으로 형성될 수 있다. 덧붙여 돌기(1159)들 중 일부는 원기둥 형태일 수 있다. 또한, 돌기(1159)들 중 다른 일부는 원뿔 형태를 가질 수 있다.
또한, 돌기(1159)들은 서로 다른 높이를 포함할 수 있다. 구체적으로 돌기(1159)들은 2 ㎛ 미만의 높이를 가질 수 있으며, 바람직하게는 1 ㎛ 미만의 서로 다른 높이를 포함할 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 디스플레이 장치에 적용된 반도체 발광소자는 레이저 오프를 이용하지 않고 제조될 수 있다. 이하, 이러한 새로운 제조방법에 대하여 설명한다.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 다른 실시예의 디스플레이 장치(1000)의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다. 이하 설명되는 디스플레이 장치(1000)의 제조 방법에서는 앞선 실시예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 14a를 참조하면, 성장기판(W) 상에 반도체 발광소자(1050a)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판으로 이루어지는 성장기판(W) 상에 제1도전형 반도체층(1155), 활성층(1154), 제2도전형 반도체층(1153'), 언도프드(undoped) 반도체층(1160)을 성장시킨다.
상세하게, 성장기판(W) 상에 언도프드 반도체층(1160), 제2도전형 반도체층(1153')을 형성한다. 제2도전형 반도체층(1153')이 형성된 다음 활성층(1154)을 배치하고, 활성층(1154) 상에 제1도전형 반도체층(1155)을 형성한다.
덧붙여, 식각을 통하여 성장기판(W) 상의 제1도전형 반도체층(1155), 활성층(1154) 및 제2도전형 반도체층(1153')의 일부가 식각되어 반도체 발광소자들이 아이솔레이션될 수 있다.
또한, 제1도전형 반도체층(1155) 및 제2도전형 반도체층(1153')에 각각 대응되는 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)이 배치될 수 있다. 나아가, 제1도전형 반도체층(1155)과 제2도전형 반도체층(1153')의 외면들을 덮도록 패시베이션층(1157)이 형성될 수 있다.
도면을 참조하면, 성장기판(W) 상에 형성된 반도체 발광소자(1050a)의 제2도전형 반도체층(1153')은 복수의 레이어로 형성될 수 있다. 제2도전형 반도체층(1153')은 제1희생층(1161), 제2희생층(1162), 제1레이어(1163), 제2레이어(1153b) 및 제3레이어(1153c)가 적층된 구조일 수 있다.
상세하게, 제2도전형 반도체층(1153')은 전해연마 공정으로 식각되어 기공을 가질 수 있는 제1희생층(1161), 제2희생층(1162) 및 제1레이어(1163)가 차례대로 적층될 수 있다.
제1희생층(1161), 제2희생층(1162) 및 제1레이어(1163)는 불순물을 포함할 수 있으며, 제2희생층(1162)은 제1희생층(1161) 및 제1레이어(1163)보다 높은 불순물 농도를 가진다. 예를 들어 상기 불순물은 실리콘(Si)일 수 있다. 또한, 제2희생층(1162)은 2 ㎛ 미만의 두께로 적층될 수 있다.
다음으로 제1레이어(1163) 상에는 전해연마 공정으로 식각되지 않는 제2레이어(1153b) 및 제2레이어(1153b)와 활성층(1154) 사이에 배치되는 제3레이어(1153c)가 적층될 수 있다.
제2레이어(1153b)는 제1레이어(1163)보다 불순물 농도가 낮고, 제1레이어(1163)는 제3레이어(1153c)보다 불순물 농도가 더 높게 형성되고, 제2레이어(1153b)는 상기 제1 내지 제3레이어 중에서 가장 낮은 불순물 농도를 가진다.
한편, 전해액 상에서 성장기판(W)에 형성된 반도체 발광소자(1050a)에 전류의 흐름을 가하여 제2도전형 반도체층(1153')의 일부가 식각되는 전해연마(Electro Polishing)가 수행될 수 있다.
도 14b를 참조하면, 전술된 전해연마에 의하여 기공이 형성된 반도체 발광소자(1050b)가 형성될 수 있다.
반도체 발광소자(1050a)는 전해연마에 의하여, 불순물의 농도가 상대적으로 높은 제1희생층(1161), 제2희생층(1162) 및 제1레이어(1163)가 식각되어 기공이 형성될 수 있다.
이에, 제1희생층(1161)은 기공이 형성되어 다공성을 갖는 제1희생층(1161')이 형성될 수 있다. 이와 유사하게, 제1레이어(1163)에서도 기공이 형성되어 다공성을 갖는 제1레이어(1153a)가 형성될 수 될 수 있다. 한편 불순물의 농도가 가장 높은 제2희생층(1162)은 전해연마에 따른 식각이 빠른 속도로 진행될 수 있다. 이에, 제2희생층(1162)은 제1희생층(1161)과 제1레이어(1153a)보다 기공률이 더 높은 다공성 구조물이 생성될 수 있다. 상세하게, 제2희생층(1162)이 전해연마에 따른 식각으로 내부에 기공이 형성된 다공성 구조물인 복수의 기둥(1162')들이 형성될 수 있다. 즉, 전해연마에 따른 반응속도 차이에 의하여 기둥(1162')의 기공률은 제1희생층(1161)과 제1레이어(1153a)의 기공률 보다 높게 형성될 수 있다. 또한, 복수의 기둥(1162')들은 원기둥 또는 원뿔형 기둥의 형태로 제1레이어(1153a)와 제1희생층(1161')을 연결할 수 있다.
또한, 전해연마가 반도체 발광소자(1050a)의 가장자리로부터 내부로 진행됨에 따라, 전술된 것과 같이 제1레이어(1153a)의 표면(1158)에는 식각이 빠르게 진행되어 상대적으로 거칠기가 작은 제1영역(1158a) 및 제1영역(1158a)으로 둘러쌓인 제2영역(1158b)이 구비된다.
도 14c를 참조하면, 기공이 형성된 반도체 발광소자(1050b)는 배선기판(1010')에 전기적으로 연결하기 위해서 배치할 수 있다.
기공이 형성된 반도체 발광소자(1050b)의 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)은 배선기판(1010')의 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)에 각각 대응되게 배치될 수 있다.
도 14d를 참조하면, 기공이 형성된 반도체 발광소자(1050b)는 배선기판(1010')에 전기적으로 연결될 수 있다.
배선기판(1010')의 제1전극(1020)은 돌출된 금속층(1020a) 및 접착층(1020b)을 포함할 수 있다. 접착층(1020b)에 압력 또는 열을 가하여 제1도전형 전극(1156)과 금속층(1020a)이 서로 전기적으로 결합된다. 또한, 제1전극(1020)과 제1도전형 전극(1056)의 결합과 유사하게 제2전극(1040)과 제2도전형 전극(1052)의 결합이 형성될 수 있다. 제2전극(1040)은 돌출된 금속층(1040a) 및 접착층(1020b)을 포함할 수 있다. 접착층(1040b)에 압력 또는 열을 가하여 제2도전형 전극(1152)과 금속층(1040a)이 서로 전기적으로 결합된다.
도 14e를 참조하면, 성장기판(W)을 배선기판(1010')으로부터 분리하여 디스플레이 장치(1000)가 제조될 수 있다.
반도체 발광소자(1050b)를 성장기판(W)으로 분리하여 배선기판(1010')에 반도체 발광소자(1050) 만을 전기적으로 연결할 수 있다. 성장기판(W)을 분리하기 위해서는 기계적 리프트 오프(mechanical lift-off) 방식이 수행될 수 있다. 즉, 물리적인 에너지를 가하여 성장기판(W)으로부터 분리된 반도체 발광소자(1050)를 형성할 수 있다.
상세하게, 제2희생층(1162)이 전술된 전해연마에 따른 반응속도 차이에 의하여 생성된 기둥(1162')이 물리적 에너지에 의하여 절단되어 성장기판(W)으로부터 반도체 발광소자(1050)가 분리될 수 있다.
기공을 가지는 기둥(1162')은 물리적인 에너지에 의하여 절단되어, 서로 다른 높이를 가지는 돌기(1159)를 형성할 수 있다. 돌기(1159)들의 상부면은 평평한 절단면으로 형성될 수 있다. 덧붙여 돌기(1159)들 중 일부는 절단된 원기둥 형태일 수 있다. 또한, 돌기(1159)들 중 다른 일부는 절단된 원뿔 형태를 가질 수 있다.
나아가, 돌기(1159)들은 서로 다른 높이를 포함할 수 있다. 구체적으로 돌기(1159)들은 2 ㎛ 미만의 높이를 가질 수 있으며, 바람직하게는 1 ?m㎛ 미만의 서로 다른 높이를 포함할 수 있다.
또한, 전해연마가 반도체 발광소자(1050a)의 가장자리로부터 내부로 진행됨에 따라, 제1레이어(1153a)의 표면(1158)은 거칠기가 상이한 제1영역(1158a)과 제2영역(1158b)을 포함한다. 전술된 것과 같이 제1레이어(1153a)의 표면(1158)에는 제1영역(1158a) 및 제1영역(1158a)으로 둘러 쌓이고 복수의 돌기(1159)들이 배치된 제2영역(1158b)이 구비된다. 상세하게, 제2영역(1158b)은 제1영역(1158a)보다 표면 거칠기가 크고, 제2영역(1158b)에는 복수의 돌기(1159)들이 배치된다.
전술된 도 14a 내지 도 14e에서 도시된 것과 같이 본 발명의 디스플레이 장치(1000)를 기계적 리프트 오프 방식으로 제조함으로써, 레이저 리프트 오프법 또는 화학적 리프트 오프법을 이용하여 반도체 발광소자가 분리될 경우 발생되는 레이저에 의한 열 또는 화학약품에 의하여 반도체 발광소자의 손상을 최소화 할 수 있다. 또한, 별도의 설비 없이 물리적 에너지에 의하여 반도체 발광소자를 분리할 수 있기 때문에 공정비용이 감소될 수 있다. 이에, 제조비가 절감될 수 있다.
또한, 물리적 에너지에 의하여 반도체 발광소자를 분리하는 방식으로 상기 디스플레이 장치를 제조하는 경우에는 반도체 발광소자의 두께는 10 μm 미만으로 형성될 수 있다. 이는 레이저 리프트 오프법 또는 화학적 리프트 오프법으로 제조된 반도체 발광소자에 비하여 두께가 50%이상 감소된 두께일 수 있다. 즉, 기계적 리프트 오프 방식으로 제조된 디스플레이 장치의 반도체 발광소자는 두께를 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이에, 상기 반도체 발광소자의 두께가 얇아짐에 따라 반도체 발광소자 내부에서 발광되어 방출되는 빛의 손실이 줄어들어 광효율이 증가될 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 제조 방법으로 제조된 디스플레이 장치는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 이하, 이러한 변형예들에 대하여 설명한다. 또한, 이하 설명되는 다른 실시예에서는 앞선 실시예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 15는 새로운 구조의 디스플레이 장치(2000)의 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도 1의 A부분 확대도이다. 또한, 도 16은 도 15의 라인 G-G를 따라 취한 단면도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 배선기판(2010')의 제1전극(2156) 및 제2전극(2152)에는 형광층 없이도 청색, 녹색 및 적색의 빛을 발광할 수 있는 플립 칩 반도체 발광소자들(2050a, 2050b, 2050c)이 배치될 수 있다. 배선기판(2010')에는 기판(2010)에서부터 높이가 서로 다른 제1전극들(2020h, 2020h', 2020h") 및 기판(2010)에서부터 높이가 서로 다른 제2전극들(2040h, 2040h', 2040h")가 배치된다.
기판(2010)에서부터 높이가 서로 다른 제1전극들(2020h, 2020h', 2020h") 및 제2전극들(2040h, 2040h', 2040h")은 복수의 금속층 및 복수의 접착층을 가질 수 있다. 이에 제1전극들(2020h, 2020h', 2020h") 및 제2전극들(2040h, 2040h', 2040h")은 서로 상이한 높이로 형성될 수 있다.
도 16을 참조하면, 제1전극(2020h)과 제2전극(2040h)에는 청색 반도체 발광소자(2050a)가 배치되어 청색 빛을 발광한다. 또한, 제1전극(2020h')과 제2전극(2040h')에는 녹색 반도체 발광소자(2050b)가 배치되어 청색 빛을 발광한다. 나아가 제1전극(2020h")과 제2전극(2040h")에는 적색 반도체 발광소자(2050c)가 배치되어 적색 빛을 발광한다. 이에, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자에 의하여 적색, 녹색 및 청색의 단위 화소들이 하나의 화소(pixel)를 이루며, 이를 통하여 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
한편, 플립 칩 형태가 아닌 수직형 구조의 반도체 발광소자를 이용하는 또 다른 실시예서는 도 15와 유사하게 높이가 서로 상이한 제1전극들에 청색, 녹색 및 적색의 빛을 발광할 수 있는 수직형 반도체 발광소자들이 배치되어 전기적으로 연결될 수 있다. 한편 전술된 플립 칩 반도체 발광소자와 달리 수직형 반도체 발광소자는 제1도전형 전극 및 제2도전형 전극이 상/하로 배치되므로, 상기 배선기판에 이격되어 제2도전형 전극과 전기적으로 연결되는 제2전극이 구비된다.
도 17는 새로운 구조의 디스플레이 장치(3000)의 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도 1의 A부분 확대도이다. 또한, 도 18은 도 17의 라인 H-H를 따라 취한 단면도이다. 이하 설명되는 또 다른 실시예에서는 앞선 실시예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 새로운 구조의 디스플레이 장치(3000)는 수직형 반도체 발광소자를 포함할 수도 있다. 상세하게, 디스플레이 장치(3000)의 반도체 발광소자(3050)는 제1도전형 전극(3156) 및 제2도전형 전극(3152), 제1도전형 전극(3156)이 배치되는 제1도전형 반도체층(3155), 제1도전형 반도체층(3155)과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극(3152)이 배치되는 제2도전형 반도체층(3153) 및 제1도전형 반도체층(3155)과 제2도전형 반도체층(3153) 사이에 배치되는 활성층(3154)을 포함한다. 반도체 발광소자(3050)는 수직형 반도체 발광소자로 제1도전형 전극(3156) 및 제2도전형 전극(3152)이 상/하로 배치될 수 있다. 또한, 제1도전형 반도체층(3155)과 제1도전형 전극(3156) 사이에는 투명 전극층(3156')을 포함할 수 있으며, 투명 전극층(3156')은 일 실시예에서 ITO(Indium Tin Oxide)일 수 있다.
나아가, 반도체 발광소자(3050)는 텍스처링과 같은 별로의 표면처리 과정 없이도 제2도전형 반도체층(3153)의 외각에 배치되는 제1레이어(3153a)에 의하여 제2전극(3052)와 오믹접촉이 형성될 수 있다. 상세하게, 제1레이어(3153a)는 전해연마가 가능한 다공성 재질로 기공된다. 또한, 불순물의 농도가 높이 때문에 제2전극(3052)과 오믹접촉을 형성하는데 유리하다.
도 19a 내지 도 19e는 본 발명의 또 다른 실시예의 디스플레이 장치(3000)의 제조 방법을 나타낸 단면도들이다. 이하 설명되는 디스플레이 장치(3000)의 제조 방법에서는 앞선 실시예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 19a를 참조하면, 본 발명에서 디스플레이 장치(3000)를 제조하기 위해서 성장기판(W) 상에 제1도전형 반도체층(3155), 활성층(3154), 제2도전형 반도체층(3153'), 언도프드 반도체층(3160)을 성장시키는 단계를 포함할 수 있다.
상세하게, 성장기판(W) 상에 언도프드 반도체층(3160), 제2도전형 반도체층(3153')을 형성한다. 제2도전형 반도체층(3153')이 형성된 다음 활성층(3154)을 배치하고, 활성층(3154) 상에 제1도전형 반도체층(3155)을 형성한다.
성장기판(W) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(3153')은 복수의 레이어로 형성될 수 있다. 제2도전형 반도체층(3153')은 제1희생층(3161), 제2희생층(3162), 제1레이어(3163), 제2레이어(3153b) 및 제3레이어(3153c)가 적층된 구조일 수 있다.
덧붙여, 식각을 통하여 성장기판(W) 상의 제1도전형 반도체층(3155), 활성층(3154) 및 제2도전형 반도체층(3153')의 일부가 식각되어 반도체 발광소자들이 아이솔레이션될 수 있다. 또한, 제1도전형 반도체층(1155)에 대응되는 제1도전형 전극(3156)이 형성되는 단계를 포함할 수 있다.
도 19b를 참조하면, 제2도전형 반도체층(3153')은 전해연마 공정으로 제1희생층(3161), 제2희생층(3162) 및 제1레이어(3163)가 식각되어 기공을 가진다.
이에, 불순물의 농도가 가장 높은 제2희생층(3162)은 전해연마에 따른 식각이 빠른 속도로 진행될 수 있다. 즉, 제2희생층(3162)은 제1희생층(3161)과 제1레이어(3153a)보다 기공률이 더 높은 다공성 구조물이 생성될 수 있다.
상세하게, 제2희생층(3162)이 전해연마에 따른 식각으로 내부에 기공이 형성된 다공성 구조물인 복수의 기둥(3162')들이 형성될 수 있다. 즉, 전해연마에 따른 반응속도 차이에 의하여 기둥(3162')의 기공률은 제1희생층(3161)과 제1레이어(3153a)의 기공률 보다 높게 형성될 수 있다. 또한, 복수의 기둥(3162')들은 원기둥 또는 원뿔형 기둥의 형태로 제1레이어(3153a)와 제1희생층(3161')을 연결할 수 있다.
도 19c를 참조하면, 기공이 형성된 반도체 발광소자(3050b)는 배선기판(3010')에 전기적으로 연결하기 위해서 배치할 수 있다.
도 19d를 참조하면, 기공이 형성된 반도체 발광소자(3050b)는 배선기판(3010')에 전기적으로 연결될 수 있다.
배선기판(3010')의 제1전극(3020)은 돌출된 금속층(3020a) 및 접착층(3020b)을 포함할 수 있다. 접착층(3020b)에 압력 또는 열을 가하여 제1도전형 전극(3156)과 금속층(3020a)이 서로 전기적으로 결합된다.
도 19e를 참조하면, 성장기판(W)을 배선기판(3010')으로부터 분리하여 디스플레이 장치(3000)가 제조될 수 있다.
반도체 발광소자(3050b)를 성장기판(W)으로 분리하여 배선기판(3010')에 반도체 발광소자(3050) 만을 전기적으로 연결할 수 있다. 성장기판(W)을 분리하기 위해서는 기계적 리프트 오프(mechanical lift-off) 방식이 수행될 수 있다.
이상에서 설명한 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (20)

  1. 복수의 반도체 발광소자들을 구비하는 디스플레이 장치에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들 중 적어도 하나는,
    제1도전형 전극 및 제2도전형 전극;
    상기 제1도전형 전극이 배치되는 제1도전형 반도체층;
    상기 제1도전형 반도체층과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극이 배치되는 제2도전형 반도체층; 및
    상기 제1도전형 반도체층과 상기 제2도전형 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하고,
    상기 제2도전형 반도체층은,
    전해연마(Electro Polishing)가 가능한 다공성 재질로 형성되고 상기 반도체 발광소자의 외각에 배치되는 제1레이어;
    상기 제1레이어 하부에 배치되고 상기 제1레이어보다 불순물 농도가 낮은 제2레이어; 및
    상기 제2레이어와 상기 활성층 사이에 배치되고 상기 제2레이어보다 불순물 농도가 높은 제3레이어를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1레이어의 표면은 제1영역; 및
    상기 제1영역으로 둘러쌓인 제2영역을 구비하고,
    상기 제2영역은 상기 제1영역보다 표면 거칠기가 크고, 상기 제2영역에는 복수의 돌기들이 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌기들은 제2도전형 반도체로 형성될 수 있고, 상기 제1레이어보다 불순물 농도가 더 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 돌기들 중 어느 일부는 원기둥 형태이고, 상기 돌기들의 상부면은 평평한 절단면인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 돌기들 중 다른 일부는 원뿔 형태이고, 상기 돌기들의 상부면은 평평한 절단면인 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 돌기들 중 일부는 상기 제1레이어로부터 서로 다른 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1레이어는 상기 제3레이어보다 불순물 농도가 더 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들은 배선기판에 조립되고,
    상기 배선기판은, 상기 배선기판의 일면 상에 구비되며 상기 제1도전형 전극과 전기적으로 연결되는 제1전극; 및
    상기 배선기판의 일면에서 이격 배치되고 상기 제2도전형 전극과 전기적으로 연결되는 제2전극을 구비하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1전극 및 제2전극은, 금속층; 및
    상기 제1도전형 전극 또는 상기 제2도전형 전극과 상기 금속층 사이에 압력 또는 열에 의하여 상기 제1도전형 전극 또는 상기 제2도전형 전극과 상기 금속층이 전기적으로 결합되도록 형성되는 접합층을 구비하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1전극에 적색, 녹색 및 청색광을 발광하는 반도체 발광소자가 각각 배치되고,
    상기 적색, 녹색 및 청색광을 발광하는 반도체 발광소자들은 각각 기판에서부터 높이가 서로 다른 제1전극과 전기적으로 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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