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JP2022033976A - ディスプレイ装置 - Google Patents

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JP2022033976A
JP2022033976A JP2021203434A JP2021203434A JP2022033976A JP 2022033976 A JP2022033976 A JP 2022033976A JP 2021203434 A JP2021203434 A JP 2021203434A JP 2021203434 A JP2021203434 A JP 2021203434A JP 2022033976 A JP2022033976 A JP 2022033976A
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Japan
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light emitting
substrate
emitting diode
emitting diodes
blue light
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元伸 竹谷
Motonobu Takeya
ヨン ヒョン キム，
Young Hyun Kim
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Seoul Semiconductor Co Ltd
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Seoul Semiconductor Co Ltd
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Abstract

【課題】ウェアラブル装置、スマートフォン又はテレビなどに適用可能な消費電力の低いマイクロ発光ダイオードを用いたディスプレイ装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】ディスプレイ装置１００は、規則的に配列された複数の発光ダイオード１１２を含む第１基板１１０、及び前記発光ダイオードを駆動させる複数のＴＦＴを含むＴＦＴパネル部１３０を含む第２基板を含み、前記第１基板及び第２基板は互いに一面が対向するように結合され、前記各発光ダイオードと各ＴＦＴとが電気的に連結され得る。【効果】窒化物半導体を用いたマイクロ発光ダイオードを用いてディスプレイ装置を構成することができ、ウェアラブル装置に適用可能な高効率及び高解像度を有し、低い消費電力を有するという効果がある。【選択図】図１

Description

本発明は、ディスプレイ装置及びその製造方法に関し、より詳細には、マイクロ発光ダイオードを用いたディスプレイ装置及びその製造方法に関する。
発光ダイオードは、電子と正孔との再結合で発生する光を放出する無機半導体素子であって、近年では、ディスプレイ、自動車ランプ、一般照明などの多くの分野で使用されている。発光ダイオードは、寿命が長く、消費電力が低く、応答速度が速いという長所を有する。このような発光ダイオードを用いた発光装置は、多様な分野で光源として使用されている。
近年、スマートテレビやモニターは、ＴＦＴ－ＬＣＤパネルを用いて色を再現し、色の再現のためのバックライト光源として発光ダイオードを用いる傾向がある。そして、近年では、ＯＬＥＤを用いてディスプレイ装置を製造する場合もある。しかし、ＴＦＴ－ＬＣＤの場合、一つのＬＥＤが広い画素の光源として使用されるので、バックライト光源は常にターンオンされている。したがって、表示される画面の明暗とは関係なく消費電力が一定である。これを補完するために、画面をいくつかの領域に区画することによって明暗を制御するディスプレイ装置もあるが、数千画素乃至数万画素を一つの単位として分割するので、消費電力を低減させながら明暗を細密に調節することは困難である。一方、ＯＬＥＤの場合、技術発展を通じて消費電力が低下し続けているが、今までは無機半導体素子であるＬＥＤに比べて消費電力が相当大きいので効率性が低下する。
また、ＰＭ駆動方式のＯＬＥＤにおいては、大きな容量を有する有機ＥＬに対してＰＡＭ（ｐｕｌｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御をすることによって応答速度が低下するという問題が発生し得る。また、低いデューティを具現するために、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を通じて高電流駆動をすることによって寿命の低下が発生し得る。そして、ＡＭ駆動方式でＯＬＥＤを駆動させると、画素ごとにＴＦＴが連結される必要があり、生産費用が増加し得る。また、ＴＦＴ特性によって輝度が不均一になり得るという問題がある。
特表２０１５－５００５６２号公報（２０１５．０１．０５）
本発明が解決しようとする課題は、ウェアラブル装置、スマートフォン又はテレビなどに適用可能な消費電力の低いマイクロ発光ダイオードを用いたディスプレイ装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、消費電力が低いと共に明暗を細密に調節できるディスプレイ装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明は、規則的に配列された複数の発光ダイオードを含む第１基板、及び前記発光ダイオードを駆動させる複数のＴＦＴを含むＴＦＴパネル部を含む第２基板を含み、前記第１基板及び第２基板は、互いに一面が対向するように結合され、前記各発光ダイオードと各ＴＦＴとが電気的に連結されたディスプレイ装置を提供する。
一方、本発明は、複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように発光ダイオード部を製造する段階、及び前記製造された発光ダイオード部をＴＦＴパネル部と結合する段階を含み、前記発光ダイオード部を製造する段階は、基板上に複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように形成する段階、前記複数の発光ダイオードを伸縮性のある伸縮基板に転写する段階、前記複数の発光ダイオードの間の離隔距離が拡大されるように前記伸縮基板を平面的に拡大する段階、及び前記伸縮基板によって離隔距離が拡大された複数の発光ダイオードのうち一つ以上を支持基板に結合する段階を含むディスプレイ装置の製造方法を提供する。
本発明によると、窒化物半導体を用いたマイクロ発光ダイオードを用いてディスプレイ装置を構成することができ、ウェアラブル装置に適用可能な高効率及び高解像度を有し、低い消費電力を有するという効果がある。
また、本発明によると、伸縮性のある基板を用いて製造することによって、マイクロ発光ダイオードを用いてディスプレイ装置を製造するとき、より簡単に製造できるという効果がある。
本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。 本発明の第４実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。 本発明の第５実施例に係るディスプレイ装置を示した断面図である。
本発明の一実施形態に係るディスプレイ装置は、規則的に配列された複数の発光ダイオードを含む第１基板、及び前記発光ダイオードを駆動させる複数のＴＦＴを含むＴＦＴパネル部を含む第２基板を含み、前記第１基板及び第２基板は、互いに一面が対向するように結合され、前記各発光ダイオードと各ＴＦＴとが電気的に連結され得る。
前記第１基板は、支持基板、前記支持基板の上部に配列された複数の青色発光ダイオード、前記支持基板の上部に配列され、前記複数の青色発光ダイオードと隣接して配列された複数の緑色発光ダイオード、及び前記支持基板の上部に配列され、前記複数の青色発光ダイオード及び複数の緑色発光ダイオードのうちいずれか一つと隣接して配列された複数の赤色発光ダイオードを含んでもよい。
また、前記複数の青色発光ダイオード、複数の緑色発光ダイオード、及び複数の赤色ダイオードのそれぞれは、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に介在した活性層、前記ｎ型半導体層に結合されたｎ型電極、前記ｐ型半導体層に結合されたｐ型電極、及び前記ｐ型電極を取り囲むように形成された壁部を含んでもよい。
そして、前記複数の青色発光ダイオードを前記支持基板に結合させる第１接着部、前記複数の緑色発光ダイオードを前記支持基板に結合させる第２接着部、及び前記複数の赤色発光ダイオードを前記支持基板に結合させる第３接着部をさらに含み、前記第１接着部乃至第３接着部は互いに異なる温度の融点を有してもよい。
また、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に結合する異方性導電フィルムをさらに含んでもよい。
ここで、前記複数の発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオードであって、前記青色光を放出する青色光部、前記青色光を緑色光に波長変換して放出する緑色光部、及び前記青色光を赤色光に波長変換して放出する赤色光部のうちいずれか一つ以上を含んでもよい。
そして、前記複数の発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオード、及び赤色光を放出する赤色発光ダイオードを含み、前記青色光を放出する青色光部、前記青色光を緑色光に波長変換して放出する緑色光部、及び前記赤色光を放出する赤色光部のうちいずれか一つ以上を含む波長変換部をさらに含んでもよい。
このとき、前記波長変換部は第３基板に形成され、前記複数の発光ダイオードから放出された光の波長変換のために前記第１基板及び第３基板が結合され得る。そして、前記緑色光部及び赤色光部は蛍光体を含み、前記緑色光部に含まれた蛍光体は窒化物系蛍光体であってもよく、前記赤色光部に含まれた蛍光体は窒化物系又はフッ化物蛍光体（ＫＳＦ）であってもよい。
そして、前記第１基板乃至第３基板のうちいずれか一つ以上は、透明基板又は不透明なフレキシブル基板であってもよい。
また、前記複数の発光ダイオードは、青色発光ダイオードであって、前記青色発光ダイオードから発光された青色光を白色光に波長変換する白色蛍光体部、及び前記白色蛍光体部から放出された白色光から青色光を通過させる青色光部、緑色光を通過させる緑色光部、及び赤色光を通過させる赤色光部が含まれたカラーフィルターをさらに含んでもよい。
また、前記発光ダイオードは、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及び前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に介在した活性層を含み、前記ｐ型半導体層上に壁部が形成されてもよい。
一方、本発明の一実施形態に係るディスプレイ装置の製造方法は、複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように発光ダイオード部を製造する段階、及び前記製造された発光ダイオード部をＴＦＴパネル部と結合する段階を含み、前記発光ダイオード部を製造する段階は、基板上に複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように形成する段階、前記複数の発光ダイオードを伸縮性のある伸縮基板に転写する段階、前記複数の発光ダイオードの間の離隔距離が拡大されるように前記伸縮基板を平面的に拡大する段階、及び前記伸縮基板によって離隔距離が拡大された複数の発光ダイオードのうち一つ以上を支持基板に結合する段階を含んでもよい。
ここで、前記伸縮基板によって拡大される離隔距離は、前記発光ダイオードの幅の２倍以上であってもよい。
そして、前記発光ダイオード部をＴＦＴパネル部と結合する段階は、異方性導電フィルムを用いて結合することができる。
以下では、本発明の好ましい実施形態に対して添付の図面を参照してより具体的に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図で、図２は、本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部を示した斜視図である。
図１に示したように、本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置１００は、発光ダイオード部１１０、ＴＦＴパネル部１３０及び異方性導電フィルム１５０を含む。
図１及び図２を参照すると、発光ダイオード部１１０は、発光ダイオード１１２、支持基板１１４、透明電極１１６、遮断部１１８、絶縁層１２０及び第１連結電極１２２を含む。
発光ダイオード１１２は複数備えられ、支持基板１１４上に複数の発光ダイオード１１２が規則的に配列される。例えば、複数の発光ダイオード１１２は、図２に示したように、行列状に配列されてもよい。本実施形態において、複数の発光ダイオード１１２は、青色光を放出する複数の青色発光ダイオード１１２ａ、緑色光を放出する複数の緑色発光ダイオード１１２ｂ、及び赤色光を放出する複数の赤色発光ダイオード１１２ｃを含む。複数の青色発光ダイオード１１２ａ、複数の緑色発光ダイオード１１２ｂ及び複数の赤色発光ダイオード１１２ｃは、それぞれ交互に配列され、青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃが互いに隣接した状態で配列される。
本実施形態において、図２に示したように、発光ダイオード部１１０は、外部から印加された電源でディスプレイ装置１００を駆動させることができる。すなわち、発光ダイオード部１１０の各発光ダイオード１１２のオン－オフの組み合わせによってイメージを再生することができ、別途のＬＣＤを必要としない。それによって、一つの発光ダイオード１１２が含まれた領域は、ディスプレイ装置１００で一つのサブピクセルとして利用可能である。発光ダイオード部１１０における一つのサブピクセルのサイズは、図２に示したように、サブピクセル内に配置される発光ダイオード１１２のサイズより相対的に大きく形成されてもよい。
再び図１を参照すると、一つの発光ダイオード１１２は、ｎ型半導体層２３、活性層２５、ｐ型半導体層２７、ｎ型電極３１、ｐ型電極３３及び壁部３５を含む。ｎ型半導体層２３、活性層２５及びｐ型半導体層２７はＩＩＩ－Ｖ族系列の化合物半導体を含んでもよく、一例として、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎなどの窒化物半導体を含んでもよい。このとき、ｎ型半導体層２３とｐ型半導体層２７の位置は互いに変わってもよい。
ｎ型半導体層２３はｎ型不純物（一例で、Ｓｉ）を含んでもよく、ｐ型半導体層２７はｐ型不純物（一例として、Ｍｇ）を含んでもよい。活性層２５は、ｎ型半導体層２３とｐ型半導体層２７との間に介在し、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を含んでもよく、所望のピーク波長の光を放出できるように組成比が決定され得る。
そして、ｎ型半導体層２３、活性層２５及びｐ型半導体層２７を含む発光構造体は、垂直型発光ダイオード１１２と類似する形に形成されてもよい。それによって、ｎ型半導体層２３の外面にｎ型電極３１が形成され、ｐ型半導体層２７の外面にｐ型電極３３が形成され得る。
また、図１に示したように、本実施形態において、垂直型と類似する形に形成された発光ダイオード１１２を支持基板１１４の透明電極１１６に結合するために、ｐ型電極３３と透明電極１１６との間に接着部Ｓが形成され得るが、接着部Ｓがｐ型電極３３と透明電極１１６との間から外部に逸脱しないように壁部３５が形成されてもよい。
壁部３５は、ｐ型半導体層２７上にｐ型電極３３が露出するようにｐ型電極３３の一部を覆いながら形成されてもよく、図示したように、複数の層で形成されてもよい。壁部３５は第１層及び第２層を含んでもよく、ＳｉＮを含む第１層がｐ型半導体層２７上にｐ型電極３３の一部を覆うように形成された後、ＳｉＯ2を含む第２層が第１層上に形成され得る。このとき、第２層は、第１層の厚さより厚く形成されてもよく、第１層より狭く形成されてもよい。
支持基板１１４は、複数の発光ダイオード１１２が実装される基板であって、絶縁性基板、導電性基板又は印刷回路基板などであってもよい。一例として、支持基板１１４は、サファイア基板、窒化ガリウム基板、ガラス基板、シリコンカーバイド基板、シリコン基板、金属基板及びセラミック基板のうち一つであってもよい。また、必要に応じて、支持基板１１４の上部に複数の発光ダイオード１１２と電気的に連結され得る複数の導電性パターンが形成されたり、内部に回路パターンが形成されたりしてもよい。そして、支持基板１１４としてはフレキシブル基板が用いられてもよい。
透明電極１１６は支持基板１１４上に形成され、発光ダイオード１１２のｐ型電極３３と電気的に連結されてもよい。本実施例において、透明電極１１６は支持基板１１４に多数個形成されてもよく、一つの透明電極１１６上に一つの発光ダイオード１１２が結合されてもよく、必要に応じて、一つの透明電極１１６上に複数の発光ダイオード１１２が結合されてもよい。また、多数の透明電極１１６は、支持基板１１４上で互いに離隔した状態で配置されてもよい。そして、一例として、透明電極１１６はＩＴＯなどで形成されてもよい。
遮断部１１８は支持基板１１４上に形成され、多数個が備えられる。遮断部１１８は、発光ダイオード１１２から発光された光が透明電極１１６を介してのみ外部に放出できるようにし、隣接した他の発光ダイオード１１２から発光された光と混色されることを防止する役割をする。それによって、遮断部１１８は互いに離隔して配置された各透明電極１１６の間に形成され、必要に応じて、透明電極１１６の一部を覆うように形成されてもよい。本実施例において、遮断部１１８はクロム（Ｃｒ）で形成されてもよい。
絶縁層１２０は発光ダイオード１１２を取り囲むように形成され、発光ダイオード１１２が結合された面のうち露出した面を覆うように形成される。それによって、絶縁層１２０は、遮断部１１８の一部を覆うように形成され得る。絶縁層１２０が発光ダイオード１１２を取り囲むように形成されることによって、絶縁層１２０を介して発光ダイオード１１２のｎ型半導体層２３及びｎ型電極３１が露出し得る。
第１連結電極１２２は絶縁層１２０を覆うように形成され、絶縁層１２０によって覆われていないｎ型半導体層２３及びｎ型電極３１を覆うように形成されてもよい。それによって、第１連結電極１２２はｎ型半導体層２３と電気的に連結され得る。
ＴＦＴパネル部１３０は、パネル基板１３２及び第２連結電極１３４を含み、発光ダイオード部１１０と結合され、発光ダイオード部１１０に電源を供給するために備えられる。また、ＴＦＴパネル部１３０は、発光ダイオード部１１０に供給される電源を制御し、発光ダイオード部１１０に含まれた複数の発光ダイオード１１２のうち一部のみを発光させることができる。
パネル基板１３２は、内部にＴＦＴ駆動回路が形成されてもよい。ＴＦＴ駆動回路は、アクティブマトリックス（ＡＭ、ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）駆動のための回路であってもよく、パッシブマトリックス（ＰＭ、ｐａｓｓｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）駆動のための回路であってもよい。
第２連結電極１３４は、パネル基板１３２のＴＦＴ駆動回路と電気的に連結され、発光ダイオード部１１０の第１連結電極１２２と電気的に連結されてもよい。それによって、ＴＦＴ駆動回路を介して供給された電源が第１連結電極１２２及び第２連結電極１３４を介して各発光ダイオード１１２に供給され得る。このとき、第２連結電極１３４は、別途の保護層によって覆われてもよく、保護層はＳｉＮｘを含んでもよい。
異方性導電フィルム１５０は、発光ダイオード部１１０とＴＦＴパネル部１３０とを互いに電気的に連結するために備えられる。異方性導電フィルム１５０には、絶縁性を有する接着性有機材料が含まれ、内部に電気的連結のための導電性粒子が均一に分散される。そして、異方性導電フィルム１５０は、厚さ方向に導電性を有するが、面方向に絶縁性を有する性質を示す。また、接着性を有するので、電気的に連結される必要がある発光ダイオード部１１０とＴＦＴパネルとを接合することができる。特に、ＩＴＯのように高温でソルダリングしにくい電極を接続するのに有用である。
前記のように異方性導電フィルム１５０を用いて発光ダイオード部１１０とＴＦＴパネルとを結合すると、発光ダイオード部１１０の第１連結電極１２２とＴＦＴパネル部１３０の第２連結電極１３４とが互いに電気的に連結されることによって電極連結部１５２が形成され得る。
図３及び図４は、本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置１００の発光ダイオード部１１０の製造方法を説明するための図である。
以下では、図３及び図４を参照して本発明の発光ダイオード部１１０を製造する工程に対して説明する。まず、図３ａに示したように、成長基板上にｎ型半導体層２３、活性層２５及びｐ型半導体層２７を順次成長させる。そして、成長されたｐ型半導体層２７上にｐ型電極３３を形成する。ｐ型電極３３は、一つの発光ダイオード１１２に一つずつ形成できるように多数のｐ型電極３３を互いに一定距離だけ離隔させた状態で形成されてもよい。
図３ｂを参照すると、ｐ型電極３３が形成された状態でｐ型半導体層２７上に壁部３５を形成する。壁部３５は二つの層で形成されてもよく、第１層はＳｉＮを含み、ｐ型電極３３の一部を覆いながらｐ型半導体層２７全体を覆うように形成される。そして、第２層はＳｉＯ2を含み、第１層上に形成される。このとき、第２層は、第１層より厚く形成されてもよく、ｐ型電極３３が形成されていない領域の第１層上に形成されてもよい。
図３ｃを参照すると、前記のように、壁部３５が形成された状態で成長した半導体層を第１基板に結合する。このとき、壁部３５の第２層が第１基板と結合される。第１基板は支持基板１１４などの基板であってもよく、本実施形態ではサファイア基板であってもよい。
図３ｄを参照すると、第１基板に結合された状態で半導体層の上部に形成された成長基板を除去（ＬＬＯ）した状態でそれぞれの発光ダイオード１１２にエッチングして分離することができる。このとき、各発光ダイオード１１２へのエッチングは、ドライエッチングを通じて行われてもよい。
図３ｅを参照すると、各発光ダイオード１１２に分離された状態でｎ型半導体層２３の上部にｎ型電極３１を形成する。ここで、ｎ型電極３１は、各発光ダイオード１１２に分離する前に予め形成されてもよい。そして、図３ｆのように、形成されたｎ型電極３１が第２基板に結合されるように各発光ダイオード１１２を第２基板に結合した後、第１基板を除去する。このとき、第２基板は第１基板と同一の種類の基板であってもよい。
そして、図３ｇに示したように、壁部３５が第３基板に結合されるように各発光ダイオード１１２を第３基板に結合した後、第２基板を除去する。このとき、第３基板は、面方向に伸縮可能な伸縮シートであってもよい。それによって、図３ｈに示したように、伸縮性のある第３基板を増加させ、各発光ダイオード１１２の間の距離を拡張することができる。
このように各発光ダイオード１１２の間の距離が拡張された状態で、図３ｉに示したように、ｎ型電極３１が第４基板に結合されるように各発光ダイオード１１２を第４基板に結合する。それによって、伸縮性のある第３基板によって各発光ダイオード１１２の間の離隔した距離が維持され得る。このとき、第４基板は、フレキシブルな性質を有するベースと、ベース上に形成された接着層とを含んでもよい。
このように第４基板上に配列された多数の発光ダイオード１１２を、図３ｊに示したように、支持基板に結合させるが、支持基板１１４には、多数の発光ダイオード１１２が配置される位置に接着部Ｓが形成されてもよい。支持基板１１４上に透明電極１１６及び遮断部１１８が形成された状態で発光ダイオード１１２が実装される位置に接着部Ｓが形成された状態である。それによって、第４基板に結合された多数の発光ダイオード１１２全体を支持基板１１４上に転写したとしても、支持基板１１４の接着部Ｓが形成された位置にのみ発光ダイオード１１２が転写され得る。
図３ｋを参照すると、第４基板に結合された発光ダイオード１１２のうち、支持基板１１４に接着部Ｓが形成された位置に対応する発光ダイオード１１２のみが支持基板１１４に結合されるように外力を加えることができる。それによって、図３ｌに示したように、接着部Ｓが形成された位置にのみ発光ダイオード１１２が結合され得る。
また、本実施例では別途に図示していないが、図３ｋに示したように、多数の発光ダイオード１１２が配列された第４基板で所望の発光ダイオード１１２のみを選択的な外力によって支持基板１１４に結合させる場合、伸縮性のある第３基板を用いなくてもよい。すなわち、図３ｆに示した第２基板の代わりに、フレキシブルな第４基板を用いた状態で、図３ｋに示したように、支持基板１１４に結合させる発光ダイオード１１２のみを選択的な外力によって支持基板１１４に結合させることができる。
本実施形態において、図３ｌに示したように、発光ダイオード１１２を支持基板１１４に実装することと関連して、図４を参照して、青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃをそれぞれ支持基板１１４に実装させることについて説明する。このとき、青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃを製造する工程は図３ａ～図３ｉの工程と同一である。
図４ａは、図３ｊと同様に、支持基板１１４に接着部Ｓが形成されたことを示した図で、図４ａは、青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃがそれぞれ結合される全ての位置に接着部Ｓが形成される。このとき、接着部Ｓは、第１接着部Ｓ１、第２接着部Ｓ２、及び第３接着部Ｓ３に区分されてもよい。第１接着部Ｓ１は青色発光ダイオード１１２ａを結合するために備えられ、第２接着部Ｓ２は緑色発光ダイオード１１２ｂを結合するために備えられる。そして、第３接着部Ｓ３は赤色発光ダイオード１１２ｃを結合するために備えられる。
第１接着部Ｓ１、第２接着部Ｓ２、及び第３接着部Ｓ３はそれぞれボンディングされる温度が異なってもよく、第１接着部Ｓ１がボンディングされる温度が最も高く、第３接着部Ｓ３がボンディングされる温度が最も低い。一例として、第１接着部Ｓ１は、ＡｇＳｎで形成され、ボンディングされる温度が約２３０℃である。また、第２接着部Ｓ２は、ＺｎＳｎで形成され、ボンディングされる温度が約１９８℃である。そして、第３接着部Ｓ３は、Ｉｎで形成され、ボンディングされる温度が約１５７℃である。このように第１接着部Ｓ１、第２接着部Ｓ２、及び第３接着部Ｓ３のボンディング温度が異なる理由は、各接着部Ｓに接着される発光ダイオード１１２の順序がそれぞれ異なるためである。
青色発光ダイオード１１２ａが最も先に支持基板１１４に結合されることによって、第１接着部Ｓ１のボンディング温度が最も高い。それによって、第１接着部Ｓ１のボンディング温度が第２接着部Ｓ２や第３接着部Ｓ３のボンディング温度より高いので、緑色発光ダイオード１１２ｂや赤色発光ダイオード１１２ｃが接着される間、第１接着部Ｓ１はボンディングされた状態を維持することができる。
このように、図４ａに示したように、第１接着部Ｓ１、第２接着部Ｓ２、及び第３接着部Ｓ３が支持基板１１４にそれぞれ形成された状態で、図４ｂに示したように、青色発光ダイオード１１２ａが形成された第４基板を支持基板１１４の上部の対応する位置に配置させ、青色発光ダイオード１１２ａを支持基板１１４に結合させる。このとき、第４基板に形成された青色発光ダイオード１１２ａは、成長基板で形成されたときに比べて、第３基板である伸縮基板によって相互の間隔が広い状態である。それによって、青色発光ダイオード１１２ａは、第２接着部Ｓ２や第３接着部Ｓ３の位置に対応する位置に配置されない。そして、青色発光ダイオード１１２ａが第１接着部Ｓ１と接触された状態で約２３０℃に加熱した後、温度を下げ、第１接着部Ｓ１をボンディングさせることによって青色発光ダイオード１１２ａを支持基板１１４上に結合する。
このように青色発光ダイオード１１２ａを支持基板１１４上に結合させた状態が図４ｃに示した通りである。この状態で、図４ｄに示したように、緑色発光ダイオード１１２ｂが形成された第４基板を支持基板１１４の上部の対応する位置に配置させ、緑色発光ダイオード１１２ｂを支持基板１１４に結合させる。このとき、第４基板に形成された緑色発光ダイオード１１２ｂは、上述したように、成長基板で緑色発光ダイオード１１２ｂが形成されたときに比べて相互の間隔が広い状態である。それによって、緑色発光ダイオード１１２ｂを支持基板１１４に形成された第２接着部Ｓ２に対応する位置に配置したとしても、既存に結合された青色発光ダイオード１１２ａとの干渉が発生しない場合がある。この状態で緑色発光ダイオード１１２ｂと第２接着部Ｓ２とを接触させ、これを約１９８℃に加熱した後、温度を下げ、第２接着部Ｓ２をボンディングさせることによって、緑色発光ダイオード１１２ｂを支持基板１１４上に結合させることができる。
このように青色発光ダイオード１１２ａと緑色発光ダイオード１１２ｂとがそれぞれ支持基板１１４上に結合された状態は図４ｅに示した通りである。この状態で、図４ｆに示したように、赤色発光ダイオード１１２ｃが形成された第４基板を支持基板１１４の上部の対応する位置に配置させ、赤色発光ダイオード１１２ｃを支持基板１１４に結合させる。このとき、第４基板に形成された赤色発光ダイオード１１２ｃは、同様に相互の間隔が広い状態であり、それによって、支持基板１１４上に既に結合された青色発光ダイオード１１２ａや緑色発光ダイオード１１２ｂとの干渉が発生しない場合がある。この状態で赤色発光ダイオード１１２ｃと第３接着部Ｓ３とを接触させ、これを約１５７℃に加熱した後、温度を下げ、第３接着部Ｓ３をボンディングさせることによって赤色発光ダイオード１１２ｃを支持基板１１４上に結合させることができる。このように青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃがそれぞれ支持基板１１４上に結合された状態は図４ｇに示した通りである。
ここで、互いに異なる第４基板にそれぞれ形成された青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃの離隔した間隔は、各発光ダイオード１１２の幅より少なくとも２倍以上の距離を有するように離隔してもよい。このように支持基板１１４に各発光ダイオード１１２が２倍以上の間隔で離隔した状態が維持された状態で支持基板１１４に結合されることによって、他の発光ダイオード１１２との干渉が発生しない場合がある。
再び図３ｍを参照すると、図３ｍは、図４ｇに示した平面図に対する断面図である。すなわち、図３ｍに示したように、支持基板１１４上に青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃをそれぞれ結合させることができる。この状態で、図３ｎに示したように、各発光ダイオード１１２の一部を除いた全体を覆うように絶縁層１２０が形成され得る。絶縁層１２０は、各発光ダイオード１１２を取り囲みながら透明電極１１６及び遮断部１１８を全て覆うように形成される。それによって、各発光ダイオード１１２と電気的に連結された透明電極１１６が外部に露出することを防止することができる。そして、各発光ダイオード１１２のｎ型半導体層２３の上部及びｎ型電極３１が絶縁層１２０の上部に露出し得る。
このように絶縁層１２０の上部にｎ型半導体層２３及びｎ型電極３１が露出した状態で、図３ｏに示したように、ｎ型半導体層２３及びｎ型電極３１を覆うように第１連結電極１２２が絶縁層１２０の上部に形成されてもよい。それによって、本実施形態に係る発光ダイオード部１１０を製造することができる。
その次に、図３ｐに示したように、製造された発光ダイオード部１１０とＴＦＴパネル部１３０とを異方性連結フィルムを用いて接合し、図１に示したように、本実施形態に係るディスプレイ装置１００を製造することができる。
図５は、本発明の第２実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。
図５に示したように、本発明の第２実施形態に係るディスプレイ装置１００は、発光ダイオード部１１０、ＴＦＴパネル部１３０及び異方性導電フィルム１５０を含む。本発明の第２実施形態に対する説明において、第１実施形態の説明と同一の説明は省略する。
発光ダイオード部１１０は、発光ダイオード１１２、透明電極１１６、遮断部１１８、絶縁層１２０、第１連結電極１２２、透明基板１２４、蛍光体層１２６及び保護基板１２８を含む。
発光ダイオード１１２は複数備えられてもよく、青色光を放出する青色発光ダイオード１１２ａが用いられる。青色発光ダイオード１１２ａは透明電極１１６と電気的に連結され、各透明電極１１６の間に遮断部１１８が形成されてもよい。そして、透明電極１１６の上部に透明基板１２４が形成されてもよい。透明基板１２４は、第１実施形態の支持基板１１４と同じ役割をすることができる。又は、第１実施形態のように、支持基板１１４を用いて発光ダイオード部１１０を製造した後、支持基板１１４を除去し、透明基板１２４を再び形成してもよい。
そして、透明基板１２４の上部に蛍光体層１２６が形成されてもよい。蛍光体層１２６は、各青色発光ダイオード１１２ａの上部に緑色蛍光体層１２６ｂ、赤色蛍光体層１２６ｃ及び透明層１２６ｅのうち一つがそれぞれ位置するように配置されてもよい。そして、緑色蛍光体層１２６ｂ、赤色蛍光体層１２６ｃ及び透明層１２６ｅの間に遮断層１２６ｄが形成されてもよい。緑色蛍光体層１２６ｂは、青色発光ダイオード１１２ａから発光された青色光を波長変換することによって緑色光を放出させ、赤色蛍光体層１２６ｃは、青色発光ダイオード１１２ａから発光された青色光を波長変換することによって赤色光を放出させることができる。そして、緑色蛍光体層１２６ｂ及び赤色蛍光体層１２６ｃに隣接するように透明層１２６ｅを形成し、青色発光ダイオード１１２ａから放出された青色光をそのまま放出させる。それによって、蛍光体層１２６を介して赤色光、緑色光及び青色光がそれぞれ放出され得る。
蛍光体層１２６の上部に保護基板１２８が形成されてもよい。保護基板１２８は、蛍光体層１２６の外部への露出を保護することができ、透明基板１２４と同様に透明な材質で形成されてもよい。
図６は、本発明の第３実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。
図６に示したように、本発明の第３実施形態に係るディスプレイ装置１００は、発光ダイオード部１１０、ＴＦＴパネル部１３０及び異方性導電フィルム１５０を含む。本発明の第３実施形態に対する説明において、第１実施形態の説明と同一の説明は省略する。
発光ダイオード部１１０は、発光ダイオード１１２、透明電極１１６、遮断部１１８、白色蛍光体フィルム１２５及びカラーフィルムを含む。
発光ダイオード１１２は複数備えられてもよく、第２実施形態と同様に、青色光を放出する青色発光ダイオード１１２ａが用いられる。青色発光ダイオード１１２ａは透明電極１１６と電気的に連結され、各透明電極１１６の間に遮断部１１８が形成されてもよい。そして、透明電極１１６の上部に白色蛍光体フィルム１２５が形成されてもよい。
白色蛍光体フィルム１２５は、青色発光ダイオード１１２ａから発光された青色光を白色光に波長変換する。このために、白色蛍光体フィルム１２５には緑色蛍光体及び赤色蛍光体が含まれ得る。
そして、白色蛍光体フィルム１２５の上部にカラーフィルター１２７が配置されてもよい。カラーフィルター１２７は、フィルム形状に形成されてもよく、白色蛍光体フィルム１２５を介して放出された白色光に含まれた青色光、緑色光及び赤色光のうちいずれか一つを残してフィルタリングする。このためのカラーフィルター１２７は、白色光をフィルタリングすることによって青色光を通過させる青色光部１２７ａ、白色光をフィルタリングすることによって緑色光を通過させる緑色光部１２７ｂ、及び白色光をフィルタリングすることによって赤色光を通過させる赤色光部１２７ｃを含んでもよい。また、カラーフィルター１２７は、白色光がそのまま放出できるように透明部１２７ｅをさらに含んでもよい。
青色光部１２７ａ、緑色光部１２７ｂ、赤色光部１２７ｃ及び透明部１２７ｅは互いに隣接するように配置されてもよく、これと異なり、青色光部１２７ａ、緑色光部１２７ｂ、赤色光部１２７ｃ及び透明部１２７ｅの間に光遮断部１２７ｄが形成されてもよい。
図７は、本発明の第４実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。
図７に示したように、本発明の第４実施形態に係るディスプレイ装置１００は、発光ダイオード部１１０、ＴＦＴパネル部１３０及び異方性導電フィルム１５０を含む。本発明の第４実施形態に対する説明において、第１実施形態及び第３実施形態の説明と同一の説明は省略する。
発光ダイオード部１１０は、発光ダイオード１１２、透明電極１１６、遮断部１１８、透明基板１２４、白色蛍光体フィルム１２５及びカラーフィルムを含む。
発光ダイオード１１２は複数備えられてもよく、第２実施形態のように、青色光を放出する青色発光ダイオード１１２ａが用いられる。青色発光ダイオード１１２ａは透明電極１１６と電気的に連結され、各透明電極１１６の間に遮断部１１８が形成されてもよい。そして、透明電極１１６の上部に透明基板１２４が形成されてもよい。
透明基板１２４は、第１実施形態の支持基板１１４と同じ役割をすることができ、又は、第１実施形態と同様に、支持基板１１４を用いて発光ダイオード部１１０を製造した後、支持基板１１４を除去し、透明基板１２４を再び形成してもよい。
そして、透明基板１２４の上部に白色蛍光体フィルム１２５が形成され、白色蛍光体フィルム１２５上にカラーフィルター１２７が形成されてもよい。白色蛍光体フィルム１２５及びカラーフィルター１２７に対しては、第３実施形態の説明と同一の説明は省略する。
図８は、本発明の第５実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。図８（ａ）～図８（ｆ）は、第５実施形態に係るディスプレイ装置に伸縮性のある伸縮シート（ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ ｓｈｅｅｔ、ＳＳ）を用いて成長基板で成長された多数の発光構造体の間隔を調整した後、これらの発光構造体を支持基板に結合させることによってディスプレイ装置を製造する工程を示した図である。
本発明の第５実施形態に係るディスプレイ装置は、上述した他の実施形態と同様に、発光構造体２３、ｎ型バンプ３１、ｐ型バンプ３３、支持基板３７及び波長変換部４３を含む。本実施形態に対して説明しながら、上述した他の実施形態と同一の説明は省略し、図８を参照して、成長基板２１で成長された発光構造体２３を支持基板３７に結合する過程を重点的に説明する。
発光構造体２３は、ｐ型半導体層２９及び活性層２７が部分的に除去され、ｎ型半導体層２５が部分的に露出した領域を含んでもよい。このように露出したｎ型半導体層２５にｎ型電極パッドが配置され、ｐ型半導体層２９にｐ型電極パッドがそれぞれ配置されてもよい。
成長基板２１は、窒化物半導体層を成長させることができる基板であれば限定されず、絶縁性又は導電性基板であってもよい。一例として、成長基板２１は、サファイア基板、シリコン基板、シリコンカーバイド基板、窒化アルミニウム基板又は窒化ガリウム基板であってもよい。本発明の第１実施形態において、成長基板２１は、サファイア基板であってもよく、窒化物半導体層を成長させる成長面としてＣ面を含んでもよい。
上述した発光構造体２３としてはフリップチップ型発光ダイオードが用いられた場合を説明したが、必要に応じて、垂直型発光ダイオードや水平型発光ダイオードが用いられてもよい。
図８（ａ）に示したように、成長基板２１上に多数の発光構造体２３が成長する。このとき、多数の発光構造体２３は、成長基板２１で所定のパターンを有して配列されて成長され、各発光構造体２１は互いに離隔して分離された状態で成長する。
このように成長基板２１に成長された発光構造体２３を、図８（ｂ）に示したように、伸縮シートＳＳの上部に裏返された状態で結合させる。そして、図８（ｃ）に示したように、多数の発光構造体２３が伸縮シートＳＳに結合されると、成長基板２１をＬＬＯなどの工程を用いて除去する。
その後、図８（ｄ）に示したように、伸縮シートＳＳは平面的に伸びたり縮み得るので、これを用いて伸縮シートＳＳを伸ばしたり縮ませることによって多数の発光構造体２３の間隔を調節する。図８（ｄ）は、伸縮シートＳＳを伸ばし、各発光構造体２３の間隔が増加したことを例示したものである。ここで、一例として、伸縮シートＳＳとしては、ブルーシート（ｂｌｕｅ ｓｈｅｅｔ）などが利用可能である。
このように伸縮シートＳＳが伸びた状態で裏返され、固定シートＦＳに発光構造体２３が結合される。この状態は、図８（ｅ）に示した通りであり、多数の発光構造体２３が固定シートＦＳに結合されると、多数の発光構造体２３の上部に結合された伸縮シートＳＳを除去する。このとき、伸縮シートＳＳは、平面的に各部分が均一に伸縮可能であるので、多数の発光構造体２３の間隔が均一に広がり得る。これは、必要に応じて多様に調節可能である。固定シートＦＳは、伸縮シートＳＳによって間隔が調節された多数の発光構造体２３の間隔を維持するために各発光構造体２３の位置を固定させる役割をする。
前記のように、固定シートＦＳに各発光構造体２３が結合されると、次に、図８（ｆ）に示したように、支持基板３７に多数の発光構造体２３を結合させ、固定シートＦＳを除去する。このとき、支持基板３７は、導電性パターン３５又は配線回路などが形成された基板であって、一般的なＰＣＢ基板であってもよく、フレキシブル基板であってもよく、伸縮シートＳＳのように伸縮可能な伸縮性基板であってもよい。
前記のように、伸縮シートＳＳを用いて多数の発光構造体２３の間隔を調節することができ、発光構造体２３の間隔を一定に広げ、支持基板に１回で転写することができる。そのため、本発明に係るディスプレイ装置に用いられた多数の発光構造体２３は、小型ウェアラブル装置のみならず、大型ディスプレイにも利用可能である。
上述したように、本発明について、添付の図面を参照した実施形態に基づいて具体的に説明したが、上述した実施形態は、本発明の好ましい例を挙げて説明したものに過ぎず、本発明が前記実施形態にのみ限定されるものと理解してはならず、本発明の権利範囲は後述する請求の範囲及びその等価概念として理解されるべきである。
１００：ディスプレイ装置
１１０：発光ダイオード部 １１２：発光ダイオード
１１２ａ：青色発光ダイオード １１２ｂ：緑色発光ダイオード
１１２ｃ：赤色発光ダイオード
２１：成長基板
２３：ｎ型半導体層 ２５：活性層
２７：ｐ型半導体層 ３１：ｎ型電極
３３：ｐ型電極 ３５：壁部
１１４：支持基板 １１６：透明電極
１１８：遮断部 １２０：絶縁層
１２２：第１連結電極 １２４：透明基板
１２５：白色蛍光体フィルム １２６：蛍光体層
１２６ｂ：緑色蛍光体層 １２６ｃ：赤色蛍光体層
１２６ｄ：遮断層 １２６ｅ：透明層
１２７：カラーフィルター １２７ａ：青色光部
１２７ｂ：緑色光部 １２７ｃ：赤色光部
１２７ｄ：光遮断部 １２７ｅ：透明部
１２８：保護基板 １３０：ＴＦＴパネル部
１３２：パネル基板 １３４：第２連結電極
１５０：異方性伝導フィルム １５２：電極連結部
２００：バックライトユニット ２６０：第１ドライバー
３００：ＴＦＴ－ＬＣＤパネル部 ３１０：第２ドライバー
Ｐ：ピクセル
Ｓ：接着部 Ｓ１：第１接着部
Ｓ２：第２接着部 Ｓ３：第３接着部
本発明は、ディスプレイ装置及びその製造方法に関し、より詳細には、マイクロ発光ダイオードを用いたディスプレイ装置及びその製造方法に関する。
発光ダイオードは、電子と正孔との再結合で発生する光を放出する無機半導体素子であって、近年では、ディスプレイ、自動車ランプ、一般照明などの多くの分野で使用されている。発光ダイオードは、寿命が長く、消費電力が低く、応答速度が速いという長所を有する。このような発光ダイオードを用いた発光装置は、多様な分野で光源として使用されている。
近年、スマートテレビやモニターは、ＴＦＴ－ＬＣＤパネルを用いて色を再現し、色の再現のためのバックライト光源として発光ダイオードを用いる傾向がある。そして、近年では、ＯＬＥＤを用いてディスプレイ装置を製造する場合もある。しかし、ＴＦＴ－ＬＣＤの場合、一つのＬＥＤが広い画素の光源として使用されるので、バックライト光源は常にターンオンされている。したがって、表示される画面の明暗とは関係なく消費電力が一定である。これを補完するために、画面をいくつかの領域に区画することによって明暗を制御するディスプレイ装置もあるが、数千画素乃至数万画素を一つの単位として分割するので、消費電力を低減させながら明暗を細密に調節することは困難である。一方、ＯＬＥＤの場合、技術発展を通じて消費電力が低下し続けているが、今までは無機半導体素子であるＬＥＤに比べて消費電力が相当大きいので効率性が低下する。
また、ＰＭ駆動方式のＯＬＥＤにおいては、大きな容量を有する有機ＥＬに対してＰＡＭ（ｐｕｌｓｅ ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御をすることによって応答速度が低下するという問題が発生し得る。また、低いデューティを具現するために、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を通じて高電流駆動をすることによって寿命の低下が発生し得る。そして、ＡＭ駆動方式でＯＬＥＤを駆動させると、画素ごとにＴＦＴが連結される必要があり、生産費用が増加し得る。また、ＴＦＴ特性によって輝度が不均一になり得るという問題がある。
特表２０１５－５００５６２号公報（２０１５．０１．０５）
本発明が解決しようとする課題は、ウェアラブル装置、スマートフォン又はテレビなどに適用可能な消費電力の低いマイクロ発光ダイオードを用いたディスプレイ装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明が解決しようとする他の課題は、消費電力が低いと共に明暗を細密に調節できるディスプレイ装置及びその製造方法を提供することにある。
本発明は、規則的に配列された複数の発光ダイオードを含む第１基板、及び前記発光ダイオードを駆動させる複数のＴＦＴを含むＴＦＴパネル部を含む第２基板を含み、前記第１基板及び第２基板は、互いに一面が対向するように結合され、前記各発光ダイオードと各ＴＦＴとが電気的に連結されたディスプレイ装置を提供する。
一方、本発明は、複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように発光ダイオード部を製造する段階、及び前記製造された発光ダイオード部をＴＦＴパネル部と結合する段階を含み、前記発光ダイオード部を製造する段階は、基板上に複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように形成する段階、前記複数の発光ダイオードを伸縮性のある伸縮基板に転写する段階、前記複数の発光ダイオードの間の離隔距離が拡大されるように前記伸縮基板を平面的に拡大する段階、及び前記伸縮基板によって離隔距離が拡大された複数の発光ダイオードのうち一つ以上を支持基板に結合する段階を含むディスプレイ装置の製造方法を提供する。
本発明によると、窒化物半導体を用いたマイクロ発光ダイオードを用いてディスプレイ装置を構成することができ、ウェアラブル装置に適用可能な高効率及び高解像度を有し、低い消費電力を有するという効果がある。
また、本発明によると、伸縮性のある基板を用いて製造することによって、マイクロ発光ダイオードを用いてディスプレイ装置を製造するとき、より簡単に製造できるという効果がある。
本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部の製造方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。 本発明の第４実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。 本発明の第５実施例に係るディスプレイ装置を示した断面図である。
本発明の一実施形態に係るディスプレイ装置は、規則的に配列された複数の発光ダイオードを含む第１基板、及び前記発光ダイオードを駆動させる複数のＴＦＴを含むＴＦＴパネル部を含む第２基板を含み、前記第１基板及び第２基板は、互いに一面が対向するように結合され、前記各発光ダイオードと各ＴＦＴとが電気的に連結され得る。
前記第１基板は、支持基板、前記支持基板の上部に配列された複数の青色発光ダイオード、前記支持基板の上部に配列され、前記複数の青色発光ダイオードと隣接して配列された複数の緑色発光ダイオード、及び前記支持基板の上部に配列され、前記複数の青色発光ダイオード及び複数の緑色発光ダイオードのうちいずれか一つと隣接して配列された複数の赤色発光ダイオードを含んでもよい。
また、前記複数の青色発光ダイオード、複数の緑色発光ダイオード、及び複数の赤色ダイオードのそれぞれは、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に介在した活性層、前記ｎ型半導体層に結合されたｎ型電極、前記ｐ型半導体層に結合されたｐ型電極、及び前記ｐ型電極を取り囲むように形成された壁部を含んでもよい。
そして、前記複数の青色発光ダイオードを前記支持基板に結合させる第１接着部、前記複数の緑色発光ダイオードを前記支持基板に結合させる第２接着部、及び前記複数の赤色発光ダイオードを前記支持基板に結合させる第３接着部をさらに含み、前記第１接着部乃至第３接着部は互いに異なる温度の融点を有してもよい。
また、前記第１基板と前記第２基板とを電気的に結合する異方性導電フィルムをさらに含んでもよい。
ここで、前記複数の発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオードであって、前記青色光を放出する青色光部、前記青色光を緑色光に波長変換して放出する緑色光部、及び前記青色光を赤色光に波長変換して放出する赤色光部のうちいずれか一つ以上を含んでもよい。
そして、前記複数の発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオード、及び赤色光を放出する赤色発光ダイオードを含み、前記青色光を放出する青色光部、前記青色光を緑色光に波長変換して放出する緑色光部、及び前記赤色光を放出する赤色光部のうちいずれか一つ以上を含む波長変換部をさらに含んでもよい。
このとき、前記波長変換部は第３基板に形成され、前記複数の発光ダイオードから放出された光の波長変換のために前記第１基板及び第３基板が結合され得る。そして、前記緑色光部及び赤色光部は蛍光体を含み、前記緑色光部に含まれた蛍光体は窒化物系蛍光体であってもよく、前記赤色光部に含まれた蛍光体は窒化物系又はフッ化物蛍光体（ＫＳＦ）であってもよい。
そして、前記第１基板乃至第３基板のうちいずれか一つ以上は、透明基板又は不透明なフレキシブル基板であってもよい。
また、前記複数の発光ダイオードは、青色発光ダイオードであって、前記青色発光ダイオードから発光された青色光を白色光に波長変換する白色蛍光体部、及び前記白色蛍光体部から放出された白色光から青色光を通過させる青色光部、緑色光を通過させる緑色光部、及び赤色光を通過させる赤色光部が含まれたカラーフィルターをさらに含んでもよい。
また、前記発光ダイオードは、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及び前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に介在した活性層を含み、前記ｐ型半導体層上に壁部が形成されてもよい。
一方、本発明の一実施形態に係るディスプレイ装置の製造方法は、複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように発光ダイオード部を製造する段階、及び前記製造された発光ダイオード部をＴＦＴパネル部と結合する段階を含み、前記発光ダイオード部を製造する段階は、基板上に複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように形成する段階、前記複数の発光ダイオードを伸縮性のある伸縮基板に転写する段階、前記複数の発光ダイオードの間の離隔距離が拡大されるように前記伸縮基板を平面的に拡大する段階、及び前記伸縮基板によって離隔距離が拡大された複数の発光ダイオードのうち一つ以上を支持基板に結合する段階を含んでもよい。
ここで、前記伸縮基板によって拡大される離隔距離は、前記発光ダイオードの幅の２倍以上であってもよい。
そして、前記発光ダイオード部をＴＦＴパネル部と結合する段階は、異方性導電フィルムを用いて結合することができる。
以下では、本発明の好ましい実施形態に対して添付の図面を参照してより具体的に説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図で、図２は、本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置の発光ダイオード部を示した斜視図である。
図１に示したように、本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置１００は、発光ダイオード部１１０、ＴＦＴパネル部１３０及び異方性導電フィルム１５０を含む。
図１及び図２を参照すると、発光ダイオード部１１０は、発光ダイオード１１２、支持基板１１４、透明電極１１６、遮断部１１８、絶縁層１２０及び第１連結電極１２２を含む。
発光ダイオード１１２は複数備えられ、支持基板１１４上に複数の発光ダイオード１１２が規則的に配列される。例えば、複数の発光ダイオード１１２は、図２に示したように、行列状に配列されてもよい。本実施形態において、複数の発光ダイオード１１２は、青色光を放出する複数の青色発光ダイオード１１２ａ、緑色光を放出する複数の緑色発光ダイオード１１２ｂ、及び赤色光を放出する複数の赤色発光ダイオード１１２ｃを含む。複数の青色発光ダイオード１１２ａ、複数の緑色発光ダイオード１１２ｂ及び複数の赤色発光ダイオード１１２ｃは、それぞれ交互に配列され、青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃが互いに隣接した状態で配列される。
本実施形態において、図２に示したように、発光ダイオード部１１０は、外部から印加された電源でディスプレイ装置１００を駆動させることができる。すなわち、発光ダイオード部１１０の各発光ダイオード１１２のオン－オフの組み合わせによってイメージを再生することができ、別途のＬＣＤを必要としない。それによって、一つの発光ダイオード１１２が含まれた領域は、ディスプレイ装置１００で一つのサブピクセルとして利用可能である。発光ダイオード部１１０における一つのサブピクセルのサイズは、図２に示したように、サブピクセル内に配置される発光ダイオード１１２のサイズより相対的に大きく形成されてもよい。
再び図１を参照すると、一つの発光ダイオード１１２は、ｎ型半導体層２３、活性層２５、ｐ型半導体層２７、ｎ型電極３１、ｐ型電極３３及び壁部３５を含む。ｎ型半導体層２３、活性層２５及びｐ型半導体層２７はＩＩＩ－Ｖ族系列の化合物半導体を含んでもよく、一例として、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎなどの窒化物半導体を含んでもよい。このとき、ｎ型半導体層２３とｐ型半導体層２７の位置は互いに変わってもよい。
ｎ型半導体層２３はｎ型不純物（一例で、Ｓｉ）を含んでもよく、ｐ型半導体層２７はｐ型不純物（一例として、Ｍｇ）を含んでもよい。活性層２５は、ｎ型半導体層２３とｐ型半導体層２７との間に介在し、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を含んでもよく、所望のピーク波長の光を放出できるように組成比が決定され得る。
そして、ｎ型半導体層２３、活性層２５及びｐ型半導体層２７を含む発光構造体は、垂直型発光ダイオード１１２と類似する形に形成されてもよい。それによって、ｎ型半導体層２３の外面にｎ型電極３１が形成され、ｐ型半導体層２７の外面にｐ型電極３３が形成され得る。
また、図１に示したように、本実施形態において、垂直型と類似する形に形成された発光ダイオード１１２を支持基板１１４の透明電極１１６に結合するために、ｐ型電極３３と透明電極１１６との間に接着部Ｓが形成され得るが、接着部Ｓがｐ型電極３３と透明電極１１６との間から外部に逸脱しないように壁部３５が形成されてもよい。
壁部３５は、ｐ型半導体層２７上にｐ型電極３３が露出するようにｐ型電極３３の一部を覆いながら形成されてもよく、図示したように、複数の層で形成されてもよい。壁部３５は第１層及び第２層を含んでもよく、ＳｉＮを含む第１層がｐ型半導体層２７上にｐ型電極３３の一部を覆うように形成された後、ＳｉＯ2を含む第２層が第１層上に形成され得る。このとき、第２層は、第１層の厚さより厚く形成されてもよく、第１層より狭く形成されてもよい。
支持基板１１４は、複数の発光ダイオード１１２が実装される基板であって、絶縁性基板、導電性基板又は印刷回路基板などであってもよい。一例として、支持基板１１４は、サファイア基板、窒化ガリウム基板、ガラス基板、シリコンカーバイド基板、シリコン基板、金属基板及びセラミック基板のうち一つであってもよい。また、必要に応じて、支持基板１１４の上部に複数の発光ダイオード１１２と電気的に連結され得る複数の導電性パターンが形成されたり、内部に回路パターンが形成されたりしてもよい。そして、支持基板１１４としてはフレキシブル基板が用いられてもよい。
透明電極１１６は支持基板１１４上に形成され、発光ダイオード１１２のｐ型電極３３と電気的に連結されてもよい。本実施例において、透明電極１１６は支持基板１１４に多数個形成されてもよく、一つの透明電極１１６上に一つの発光ダイオード１１２が結合されてもよく、必要に応じて、一つの透明電極１１６上に複数の発光ダイオード１１２が結合されてもよい。また、多数の透明電極１１６は、支持基板１１４上で互いに離隔した状態で配置されてもよい。そして、一例として、透明電極１１６はＩＴＯなどで形成されてもよい。
遮断部１１８は支持基板１１４上に形成され、多数個が備えられる。遮断部１１８は、発光ダイオード１１２から発光された光が透明電極１１６を介してのみ外部に放出できるようにし、隣接した他の発光ダイオード１１２から発光された光と混色されることを防止する役割をする。それによって、遮断部１１８は互いに離隔して配置された各透明電極１１６の間に形成され、必要に応じて、透明電極１１６の一部を覆うように形成されてもよい。本実施例において、遮断部１１８はクロム（Ｃｒ）で形成されてもよい。
絶縁層１２０は発光ダイオード１１２を取り囲むように形成され、発光ダイオード１１２が結合された面のうち露出した面を覆うように形成される。それによって、絶縁層１２０は、遮断部１１８の一部を覆うように形成され得る。絶縁層１２０が発光ダイオード１１２を取り囲むように形成されることによって、絶縁層１２０を介して発光ダイオード１１２のｎ型半導体層２３及びｎ型電極３１が露出し得る。
第１連結電極１２２は絶縁層１２０を覆うように形成され、絶縁層１２０によって覆われていないｎ型半導体層２３及びｎ型電極３１を覆うように形成されてもよい。それによって、第１連結電極１２２はｎ型半導体層２３と電気的に連結され得る。
ＴＦＴパネル部１３０は、パネル基板１３２及び第２連結電極１３４を含み、発光ダイオード部１１０と結合され、発光ダイオード部１１０に電源を供給するために備えられる。また、ＴＦＴパネル部１３０は、発光ダイオード部１１０に供給される電源を制御し、発光ダイオード部１１０に含まれた複数の発光ダイオード１１２のうち一部のみを発光させることができる。
パネル基板１３２は、内部にＴＦＴ駆動回路が形成されてもよい。ＴＦＴ駆動回路は、アクティブマトリックス（ＡＭ、ａｃｔｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）駆動のための回路であってもよく、パッシブマトリックス（ＰＭ、ｐａｓｓｉｖｅ ｍａｔｒｉｘ）駆動のための回路であってもよい。
第２連結電極１３４は、パネル基板１３２のＴＦＴ駆動回路と電気的に連結され、発光ダイオード部１１０の第１連結電極１２２と電気的に連結されてもよい。それによって、ＴＦＴ駆動回路を介して供給された電源が第１連結電極１２２及び第２連結電極１３４を介して各発光ダイオード１１２に供給され得る。このとき、第２連結電極１３４は、別途の保護層によって覆われてもよく、保護層はＳｉＮｘを含んでもよい。
異方性導電フィルム１５０は、発光ダイオード部１１０とＴＦＴパネル部１３０とを互いに電気的に連結するために備えられる。異方性導電フィルム１５０には、絶縁性を有する接着性有機材料が含まれ、内部に電気的連結のための導電性粒子が均一に分散される。そして、異方性導電フィルム１５０は、厚さ方向に導電性を有するが、面方向に絶縁性を有する性質を示す。また、接着性を有するので、電気的に連結される必要がある発光ダイオード部１１０とＴＦＴパネル部１３０とを接合することができる。特に、ＩＴＯのように高温でソルダリングしにくい電極を接続するのに有用である。
前記のように異方性導電フィルム１５０を用いて発光ダイオード部１１０とＴＦＴパネル部１３０とを結合すると、発光ダイオード部１１０の第１連結電極１２２とＴＦＴパネル部１３０の第２連結電極１３４とが互いに電気的に連結されることによって電極連結部１５２が形成され得る。
図３及び図４は、本発明の第１実施形態に係るディスプレイ装置１００の発光ダイオード部１１０の製造方法を説明するための図である。
以下では、図３及び図４を参照して本発明の発光ダイオード部１１０を製造する工程に対して説明する。まず、図３ａに示したように、成長基板２１上にｎ型半導体層２３、活性層２５及びｐ型半導体層２７を順次成長させる。そして、成長されたｐ型半導体層２７上にｐ型電極３３を形成する。ｐ型電極３３は、一つの発光ダイオード１１２に一つずつ形成できるように多数のｐ型電極３３を互いに一定距離だけ離隔させた状態で形成されてもよい。
図３ｂを参照すると、ｐ型電極３３が形成された状態でｐ型半導体層２７上に壁部３５を形成する。壁部３５は二つの層で形成されてもよく、第１層はＳｉＮを含み、ｐ型電極３３の一部を覆いながらｐ型半導体層２７全体を覆うように形成される。そして、第２層はＳｉＯ2を含み、第１層上に形成される。このとき、第２層は、第１層より厚く形成されてもよく、ｐ型電極３３が形成されていない領域の第１層上に形成されてもよい。
図３ｃを参照すると、前記のように、壁部３５が形成された状態で成長した半導体層を第１基板２１ａに結合する。このとき、壁部３５の第２層が第１基板２１ａと結合される。第１基板２１ａは支持基板１１４などの基板であってもよく、本実施形態ではサファイア基板であってもよい。
図３ｄを参照すると、第１基板２１ａに結合された状態で半導体層の上部に形成された成長基板２１を除去（ＬＬＯ）した状態でそれぞれの発光ダイオード１１２にエッチングして分離することができる。このとき、各発光ダイオード１１２へのエッチングは、ドライエッチングを通じて行われてもよい。
図３ｅを参照すると、各発光ダイオード１１２に分離された状態でｎ型半導体層２３の上部にｎ型電極３１を形成する。ここで、ｎ型電極３１は、各発光ダイオード１１２に分離する前に予め形成されてもよい。そして、図３ｆのように、形成されたｎ型電極３１が第２基板２１ｂに結合されるように各発光ダイオード１１２を第２基板２１ｂに結合した後、第１基板２１ａを除去する。このとき、第２基板２１ｂは第１基板２１ａと同一の種類の基板であってもよい。
そして、図３ｇに示したように、壁部３５が第３基板２１ｃに結合されるように各発光ダイオード１１２を第３基板２１ｃに結合した後、第２基板２１ｂを除去する。このとき、第３基板２１ｃは、面方向に伸縮可能な伸縮シートであってもよい。それによって、図３ｈに示したように、伸縮性のある第３基板２１ｃを増加させ、各発光ダイオード１１２の間の距離を拡張することができる。
このように各発光ダイオード１１２の間の距離が拡張された状態で、図３ｉに示したように、ｎ型電極３１が第４基板２１ｄに結合されるように各発光ダイオード１１２を第４基板２１ｄに結合する。それによって、伸縮性のある第３基板２１ｃによって各発光ダイオード１１２の間の離隔した距離が維持され得る。このとき、第４基板２１ｄは、フレキシブルな性質を有するベースと、ベース上に形成された接着層とを含んでもよい。
このように第４基板２１ｄ上に配列された多数の発光ダイオード１１２を、図３ｊに示したように、支持基板１１４に結合させるが、支持基板１１４には、多数の発光ダイオード１１２が配置される位置に接着部Ｓが形成されてもよい。支持基板１１４上に透明電極１１６及び遮断部１１８が形成された状態で発光ダイオード１１２が実装される位置に接着部Ｓが形成された状態である。それによって、第４基板２１ｄに結合された多数の発光ダイオード１１２全体を支持基板１１４上に転写したとしても、支持基板１１４の接着部Ｓが形成された位置にのみ発光ダイオード１１２が転写され得る。
図３ｋを参照すると、第４基板２１ｄに結合された発光ダイオード１１２のうち、支持基板１１４に接着部Ｓが形成された位置に対応する発光ダイオード１１２のみが支持基板１１４に結合されるように外力を加えることができる。それによって、図３ｌに示したように、接着部Ｓが形成された位置にのみ発光ダイオード１１２が結合され得る。
また、本実施例では別途に図示していないが、図３ｋに示したように、多数の発光ダイオード１１２が配列された第４基板２１ｄで所望の発光ダイオード１１２のみを選択的な外力によって支持基板１１４に結合させる場合、伸縮性のある第３基板２１ｃを用いなくてもよい。すなわち、図３ｆに示した第２基板２１ｂの代わりに、フレキシブルな第４基板２１ｄを用いた状態で、図３ｋに示したように、支持基板１１４に結合させる発光ダイオード１１２のみを選択的な外力によって支持基板１１４に結合させることができる。
本実施形態において、図３ｌに示したように、発光ダイオード１１２を支持基板１１４に実装することと関連して、図４を参照して、青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃをそれぞれ支持基板１１４に実装させることについて説明する。このとき、青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃを製造する工程は図３ａ～図３ｉの工程と同一である。
図４ａは、図３ｊと同様に、支持基板１１４に接着部Ｓが形成されたことを示した図で、図４ａは、青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃがそれぞれ結合される全ての位置に接着部Ｓが形成される。このとき、接着部Ｓは、第１接着部Ｓ１、第２接着部Ｓ２、及び第３接着部Ｓ３に区分されてもよい。第１接着部Ｓ１は青色発光ダイオード１１２ａを結合するために備えられ、第２接着部Ｓ２は緑色発光ダイオード１１２ｂを結合するために備えられる。そして、第３接着部Ｓ３は赤色発光ダイオード１１２ｃを結合するために備えられる。
第１接着部Ｓ１、第２接着部Ｓ２、及び第３接着部Ｓ３はそれぞれボンディングされる温度が異なってもよく、第１接着部Ｓ１がボンディングされる温度が最も高く、第３接着部Ｓ３がボンディングされる温度が最も低い。一例として、第１接着部Ｓ１は、ＡｇＳｎで形成され、ボンディングされる温度が約２３０℃である。また、第２接着部Ｓ２は、ＺｎＳｎで形成され、ボンディングされる温度が約１９８℃である。そして、第３接着部Ｓ３は、Ｉｎで形成され、ボンディングされる温度が約１５７℃である。このように第１接着部Ｓ１、第２接着部Ｓ２、及び第３接着部Ｓ３のボンディング温度が異なる理由は、各接着部Ｓに接着される発光ダイオード１１２の順序がそれぞれ異なるためである。
青色発光ダイオード１１２ａが最も先に支持基板１１４に結合されることによって、第１接着部Ｓ１のボンディング温度が最も高い。それによって、第１接着部Ｓ１のボンディング温度が第２接着部Ｓ２や第３接着部Ｓ３のボンディング温度より高いので、緑色発光ダイオード１１２ｂや赤色発光ダイオード１１２ｃが接着される間、第１接着部Ｓ１はボンディングされた状態を維持することができる。
このように、図４ａに示したように、第１接着部Ｓ１、第２接着部Ｓ２、及び第３接着部Ｓ３が支持基板１１４にそれぞれ形成された状態で、図４ｂに示したように、青色発光ダイオード１１２ａが形成された第４基板２１ｄを支持基板１１４の上部の対応する位置に配置させ、青色発光ダイオード１１２ａを支持基板１１４に結合させる。このとき、第４基板に形成された青色発光ダイオード１１２ａは、成長基板２１で形成されたときに比べて、第３基板２１ｃである伸縮基板によって相互の間隔が広い状態である。それによって、青色発光ダイオード１１２ａは、第２接着部Ｓ２や第３接着部Ｓ３の位置に対応する位置に配置されない。そして、青色発光ダイオード１１２ａが第１接着部Ｓ１と接触された状態で約２３０℃に加熱した後、温度を下げ、第１接着部Ｓ１をボンディングさせることによって青色発光ダイオード１１２ａを支持基板１１４上に結合する。
このように青色発光ダイオード１１２ａを支持基板１１４上に結合させた状態が図４ｃに示した通りである。この状態で、図４ｄに示したように、緑色発光ダイオード１１２ｂが形成された第４基板２１ｄを支持基板１１４の上部の対応する位置に配置させ、緑色発光ダイオード１１２ｂを支持基板１１４に結合させる。このとき、第４基板２１ｄに形成された緑色発光ダイオード１１２ｂは、上述したように、成長基板２１で緑色発光ダイオード１１２ｂが形成されたときに比べて相互の間隔が広い状態である。それによって、緑色発光ダイオード１１２ｂを支持基板１１４に形成された第２接着部Ｓ２に対応する位置に配置したとしても、既存に結合された青色発光ダイオード１１２ａとの干渉が発生しない場合がある。この状態で緑色発光ダイオード１１２ｂと第２接着部Ｓ２とを接触させ、これを約１９８℃に加熱した後、温度を下げ、第２接着部Ｓ２をボンディングさせることによって、緑色発光ダイオード１１２ｂを支持基板１１４上に結合させることができる。
このように青色発光ダイオード１１２ａと緑色発光ダイオード１１２ｂとがそれぞれ支持基板１１４上に結合された状態は図４ｅに示した通りである。この状態で、図４ｆに示したように、赤色発光ダイオード１１２ｃが形成された第４基板２１ｄを支持基板１１４の上部の対応する位置に配置させ、赤色発光ダイオード１１２ｃを支持基板１１４に結合させる。このとき、第４基板２１ｄに形成された赤色発光ダイオード１１２ｃは、同様に相互の間隔が広い状態であり、それによって、支持基板１１４上に既に結合された青色発光ダイオード１１２ａや緑色発光ダイオード１１２ｂとの干渉が発生しない場合がある。この状態で赤色発光ダイオード１１２ｃと第３接着部Ｓ３とを接触させ、これを約１５７℃に加熱した後、温度を下げ、第３接着部Ｓ３をボンディングさせることによって赤色発光ダイオード１１２ｃを支持基板１１４上に結合させることができる。このように青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃがそれぞれ支持基板１１４上に結合された状態は図４ｇに示した通りである。
ここで、互いに異なる第４基板２１ｄにそれぞれ形成された青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃの離隔した間隔は、各発光ダイオード１１２の幅より少なくとも２倍以上の距離を有するように離隔してもよい。このように支持基板１１４に各発光ダイオード１１２が２倍以上の間隔で離隔した状態が維持された状態で支持基板１１４に結合されることによって、他の発光ダイオード１１２との干渉が発生しない場合がある。
再び図３ｍを参照すると、図３ｍは、図４ｇに示した平面図に対する断面図である。すなわち、図３ｍに示したように、支持基板１１４上に青色発光ダイオード１１２ａ、緑色発光ダイオード１１２ｂ及び赤色発光ダイオード１１２ｃをそれぞれ結合させることができる。この状態で、図３ｎに示したように、各発光ダイオード１１２の一部を除いた全体を覆うように絶縁層１２０が形成され得る。絶縁層１２０は、各発光ダイオード１１２を取り囲みながら透明電極１１６及び遮断部１１８を全て覆うように形成される。それによって、各発光ダイオード１１２と電気的に連結された透明電極１１６が外部に露出することを防止することができる。そして、各発光ダイオード１１２のｎ型半導体層２３の上部及びｎ型電極３１が絶縁層１２０の上部に露出し得る。
このように絶縁層１２０の上部にｎ型半導体層２３及びｎ型電極３１が露出した状態で、図３ｏに示したように、ｎ型半導体層２３及びｎ型電極３１を覆うように第１連結電極１２２が絶縁層１２０の上部に形成されてもよい。それによって、本実施形態に係る発光ダイオード部１１０を製造することができる。
その次に、図３ｐに示したように、製造された発光ダイオード部１１０とＴＦＴパネル部１３０とを異方性導電フィルム１５０を用いて接合し、図１に示したように、本実施形態に係るディスプレイ装置１００を製造することができる。
図５は、本発明の第２実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。
図５に示したように、本発明の第２実施形態に係るディスプレイ装置１００は、発光ダイオード部１１０、ＴＦＴパネル部１３０及び異方性導電フィルム１５０を含む。本発明の第２実施形態に対する説明において、第１実施形態の説明と同一の説明は省略する。
発光ダイオード部１１０は、発光ダイオード１１２、透明電極１１６、遮断部１１８、絶縁層１２０、第１連結電極１２２、透明基板１２４、蛍光体層１２６及び保護基板１２８を含む。
発光ダイオード１１２は複数備えられてもよく、青色光を放出する青色発光ダイオード１１２ａが用いられる。青色発光ダイオード１１２ａは透明電極１１６と電気的に連結され、各透明電極１１６の間に遮断部１１８が形成されてもよい。そして、透明電極１１６の上部に透明基板１２４が形成されてもよい。透明基板１２４は、第１実施形態の支持基板１１４と同じ役割をすることができる。又は、第１実施形態のように、支持基板１１４を用いて発光ダイオード部１１０を製造した後、支持基板１１４を除去し、透明基板１２４を再び形成してもよい。
そして、透明基板１２４の上部に蛍光体層１２６が形成されてもよい。蛍光体層１２６は、各青色発光ダイオード１１２ａの上部に緑色蛍光体層１２６ｂ、赤色蛍光体層１２６ｃ及び透明層１２６ｅのうち一つがそれぞれ位置するように配置されてもよい。そして、緑色蛍光体層１２６ｂ、赤色蛍光体層１２６ｃ及び透明層１２６ｅの間に遮断層１２６ｄが形成されてもよい。緑色蛍光体層１２６ｂは、青色発光ダイオード１１２ａから発光された青色光を波長変換することによって緑色光を放出させ、赤色蛍光体層１２６ｃは、青色発光ダイオード１１２ａから発光された青色光を波長変換することによって赤色光を放出させることができる。そして、緑色蛍光体層１２６ｂ及び赤色蛍光体層１２６ｃに隣接するように透明層１２６ｅを形成し、青色発光ダイオード１１２ａから放出された青色光をそのまま放出させる。それによって、蛍光体層１２６を介して赤色光、緑色光及び青色光
がそれぞれ放出され得る。
蛍光体層１２６の上部に保護基板１２８が形成されてもよい。保護基板１２８は、蛍光体層１２６の外部への露出を保護することができ、透明基板１２４と同様に透明な材質で形成されてもよい。
図６は、本発明の第３実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。
図６に示したように、本発明の第３実施形態に係るディスプレイ装置１００は、発光ダイオード部１１０、ＴＦＴパネル部１３０及び異方性導電フィルム１５０を含む。本発明の第３実施形態に対する説明において、第１実施形態の説明と同一の説明は省略する。
発光ダイオード部１１０は、発光ダイオード１１２、透明電極１１６、遮断部１１８、白色蛍光体フィルム１２５及びカラーフィルター１２７を含む。
発光ダイオード１１２は複数備えられてもよく、第２実施形態と同様に、青色光を放出する青色発光ダイオード１１２ａが用いられる。青色発光ダイオード１１２ａは透明電極１１６と電気的に連結され、各透明電極１１６の間に遮断部１１８が形成されてもよい。そして、透明電極１１６の上部に白色蛍光体フィルム１２５が形成されてもよい。
白色蛍光体フィルム１２５は、青色発光ダイオード１１２ａから発光された青色光を白色光に波長変換する。このために、白色蛍光体フィルム１２５には緑色蛍光体及び赤色蛍光体が含まれ得る。
そして、白色蛍光体フィルム１２５の上部にカラーフィルター１２７が配置されてもよい。カラーフィルター１２７は、フィルム形状に形成されてもよく、白色蛍光体フィルム１２５を介して放出された白色光に含まれた青色光、緑色光及び赤色光のうちいずれか一つを残してフィルタリングする。このためのカラーフィルター１２７は、白色光をフィルタリングすることによって青色光を通過させる青色光部１２７ａ、白色光をフィルタリングすることによって緑色光を通過させる緑色光部１２７ｂ、及び白色光をフィルタリングすることによって赤色光を通過させる赤色光部１２７ｃを含んでもよい。また、カラーフィルター１２７は、白色光がそのまま放出できるように透明部１２７ｅをさらに含んでもよい。
青色光部１２７ａ、緑色光部１２７ｂ、赤色光部１２７ｃ及び透明部１２７ｅは互いに隣接するように配置されてもよく、これと異なり、青色光部１２７ａ、緑色光部１２７ｂ、赤色光部１２７ｃ及び透明部１２７ｅの間に光遮断部１２７ｄが形成されてもよい。
図７は、本発明の第４実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。
図７に示したように、本発明の第４実施形態に係るディスプレイ装置１００は、発光ダイオード部１１０、ＴＦＴパネル部１３０及び異方性導電フィルム１５０を含む。本発明の第４実施形態に対する説明において、第１実施形態及び第３実施形態の説明と同一の説明は省略する。
発光ダイオード部１１０は、発光ダイオード１１２、透明電極１１６、遮断部１１８、透明基板１２４、白色蛍光体フィルム１２５及びカラーフィルター１２７を含む。
発光ダイオード１１２は複数備えられてもよく、第２実施形態のように、青色光を放出する青色発光ダイオード１１２ａが用いられる。青色発光ダイオード１１２ａは透明電極１１６と電気的に連結され、各透明電極１１６の間に遮断部１１８が形成されてもよい。そして、透明電極１１６の上部に透明基板１２４が形成されてもよい。
透明基板１２４は、第１実施形態の支持基板１１４と同じ役割をすることができ、又は、第１実施形態と同様に、支持基板１１４を用いて発光ダイオード部１１０を製造した後、支持基板１１４を除去し、透明基板１２４を再び形成してもよい。
そして、透明基板１２４の上部に白色蛍光体フィルム１２５が形成され、白色蛍光体フィルム１２５上にカラーフィルター１２７が形成されてもよい。白色蛍光体フィルム１２５及びカラーフィルター１２７に対しては、第３実施形態の説明と同一の説明は省略する。
図８は、本発明の第５実施形態に係るディスプレイ装置を示した断面図である。図８（ａ）～図８（ｆ）は、第５実施形態に係るディスプレイ装置に伸縮性のある伸縮シート（ｓｔｒｅｔｃｈａｂｌｅ ｓｈｅｅｔ、ＳＳ）を用いて成長基板で成長された多数の発光構造体の間隔を調整した後、これらの発光構造体を支持基板に結合させることによってディスプレイ装置を製造する工程を示した図である。
本発明の第５実施形態に係るディスプレイ装置は、上述した他の実施形態と同様に、発光構造体２３、ｎ型バンプ３１、ｐ型バンプ３３、支持基板３７及び波長変換部４３を含む。本実施形態に対して説明しながら、上述した他の実施形態と同一の説明は省略し、図８を参照して、成長基板２１で成長された発光構造体２３を支持基板３７に結合する過程を重点的に説明する。
発光構造体２３は、ｐ型半導体層２９及び活性層２７が部分的に除去され、ｎ型半導体層２５が部分的に露出した領域を含んでもよい。このように露出したｎ型半導体層２５にｎ型電極パッドが配置され、ｐ型半導体層２９にｐ型電極パッドがそれぞれ配置されてもよい。
成長基板２１は、窒化物半導体層を成長させることができる基板であれば限定されず、絶縁性又は導電性基板であってもよい。一例として、成長基板２１は、サファイア基板、シリコン基板、シリコンカーバイド基板、窒化アルミニウム基板又は窒化ガリウム基板であってもよい。本発明の第１実施形態において、成長基板２１は、サファイア基板であってもよく、窒化物半導体層を成長させる成長面としてＣ面を含んでもよい。
上述した発光構造体２３としてはフリップチップ型発光ダイオードが用いられた場合を説明したが、必要に応じて、垂直型発光ダイオードや水平型発光ダイオードが用いられてもよい。
図８（ａ）に示したように、成長基板２１上に多数の発光構造体２３が成長する。このとき、多数の発光構造体２３は、成長基板２１で所定のパターンを有して配列されて成長され、各発光構造体２１は互いに離隔して分離された状態で成長する。
このように成長基板２１に成長された発光構造体２３を、図８（ｂ）に示したように、伸縮シートＳＳの上部に裏返された状態で結合させる。そして、図８（ｃ）に示したように、多数の発光構造体２３が伸縮シートＳＳに結合されると、成長基板２１をＬＬＯなどの工程を用いて除去する。
その後、図８（ｄ）に示したように、伸縮シートＳＳは平面的に伸びたり縮み得るので、これを用いて伸縮シートＳＳを伸ばしたり縮ませることによって多数の発光構造体２３の間隔を調節する。図８（ｄ）は、伸縮シートＳＳを伸ばし、各発光構造体２３の間隔が増加したことを例示したものである。ここで、一例として、伸縮シートＳＳとしては、ブルーシート（ｂｌｕｅ ｓｈｅｅｔ）などが利用可能である。
このように伸縮シートＳＳが伸びた状態で裏返され、固定シートＦＳに発光構造体２３が結合される。この状態は、図８（ｅ）に示した通りであり、多数の発光構造体２３が固定シートＦＳに結合されると、多数の発光構造体２３の上部に結合された伸縮シートＳＳを除去する。このとき、伸縮シートＳＳは、平面的に各部分が均一に伸縮可能であるので、多数の発光構造体２３の間隔が均一に広がり得る。これは、必要に応じて多様に調節可能である。固定シートＦＳは、伸縮シートＳＳによって間隔が調節された多数の発光構造体２３の間隔を維持するために各発光構造体２３の位置を固定させる役割をする。
前記のように、固定シートＦＳに各発光構造体２３が結合されると、次に、図８（ｆ）に示したように、支持基板３７に多数の発光構造体２３を結合させ、固定シートＦＳを除去する。このとき、支持基板３７は、導電性パターン３５又は配線回路などが形成された基板であって、一般的なＰＣＢ基板であってもよく、フレキシブル基板であってもよく、伸縮シートＳＳのように伸縮可能な伸縮性基板であってもよい。
前記のように、伸縮シートＳＳを用いて多数の発光構造体２３の間隔を調節することができ、発光構造体２３の間隔を一定に広げ、支持基板に１回で転写することができる。そのため、本発明に係るディスプレイ装置に用いられた多数の発光構造体２３は、小型ウェアラブル装置のみならず、大型ディスプレイにも利用可能である。
上述したように、本発明について、添付の図面を参照した実施形態に基づいて具体的に説明したが、上述した実施形態は、本発明の好ましい例を挙げて説明したものに過ぎず、本発明が前記実施形態にのみ限定されるものと理解してはならず、本発明の権利範囲は後述する請求の範囲及びその等価概念として理解されるべきである。
１００：ディスプレイ装置
１１０：発光ダイオード部 １１２：発光ダイオード
１１２ａ：青色発光ダイオード １１２ｂ：緑色発光ダイオード
１１２ｃ：赤色発光ダイオード
２１：成長基板
２３：ｎ型半導体層 ２５：活性層
２７：ｐ型半導体層 ３１：ｎ型電極
３３：ｐ型電極 ３５：壁部
１１４：支持基板 １１６：透明電極
１１８：遮断部 １２０：絶縁層
１２２：第１連結電極 １２４：透明基板
１２５：白色蛍光体フィルム １２６：蛍光体層
１２６ｂ：緑色蛍光体層 １２６ｃ：赤色蛍光体層
１２６ｄ：遮断層 １２６ｅ：透明層
１２７：カラーフィルター １２７ａ：青色光部
１２７ｂ：緑色光部 １２７ｃ：赤色光部
１２７ｄ：光遮断部 １２７ｅ：透明部
１２８：保護基板 １３０：ＴＦＴパネル部
１３２：パネル基板 １３４：第２連結電極
１５０：異方性伝導フィルム １５２：電極連結部
２００：バックライトユニット ２６０：第１ドライバー
３００：ＴＦＴ－ＬＣＤパネル部 ３１０：第２ドライバー
Ｐ：ピクセル
Ｓ：接着部 Ｓ１：第１接着部
Ｓ２：第２接着部 Ｓ３：第３接着部

Claims (15)

  1. 規則的に配列された複数の発光ダイオードを含む第１基板、及び
    前記発光ダイオードを駆動させる複数のＴＦＴを含むＴＦＴパネル部を含む第２基板を含み、
    前記第１基板及び第２基板は互いに一面が対向するように結合され、前記各発光ダイオードと各ＴＦＴとが電気的に連結されたディスプレイ装置。
  2. 前記第１基板は、
    支持基板、
    前記支持基板の上部に配列された複数の青色発光ダイオード、
    前記支持基板の上部に配列され、前記複数の青色発光ダイオードと隣接するように配列された複数の緑色発光ダイオード、及び
    前記支持基板の上部に配列され、前記複数の青色発光ダイオード及び複数の緑色発光ダイオードのうちいずれか一つと隣接するように配列された複数の赤色発光ダイオードを含む、請求項１に記載のディスプレイ装置。
  3. 前記複数の青色発光ダイオード、複数の緑色発光ダイオード及び複数の赤色ダイオードのそれぞれは、
    ｎ型半導体層、
    ｐ型半導体層、
    前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に介在した活性層、
    前記ｎ型半導体層に結合されたｎ型電極、
    前記ｐ型半導体層に結合されたｐ型電極、及び
    前記ｐ型電極を取り囲むように形成された壁部を含む、請求項２に記載のディスプレイ装置。
  4. 前記複数の青色発光ダイオードを前記支持基板に結合させる第１接着部、
    前記複数の緑色発光ダイオードを前記支持基板に結合させる第２接着部、及び
    前記複数の赤色発光ダイオードを前記支持基板に結合させる第３接着部をさらに含み、
    前記第１接着部、前記第２接着部、及び前記第３接着部は互いに異なる温度の融点を有する、請求項２に記載のディスプレイ装置。
  5. 前記第１基板と前記第２基板とを電気的に結合する異方性導電フィルムをさらに含む、請求項１に記載のディスプレイ装置。
  6. 前記複数の発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオードであって、
    前記青色光を放出する青色光部、前記青色光を緑色光に波長変換して放出する緑色光部、及び前記青色光を赤色光に波長変換して放出する赤色光部のうちいずれか一つ以上を含む波長変換部をさらに含む、請求項１に記載のディスプレイ装置。
  7. 前記複数の発光ダイオードは、青色光を放出する青色発光ダイオード、及び赤色光を放出する赤色発光ダイオードを含み、
    前記青色光を放出する青色光部、前記青色光を緑色光に波長変換して放出する緑色光部、及び前記赤色光を放出する赤色光部のうちいずれか一つ以上を含む波長変換部をさらに含む、請求項１に記載のディスプレイ装置。
  8. 前記波長変換部は第３基板に形成され、
    前記複数の発光ダイオードから放出された光の波長変換のために前記第１基板及び前記第３基板が結合された、請求項６に記載のディスプレイ装置。
  9. 前記緑色光部及び前記赤色光部は蛍光体を含み、
    前記緑色光部に含まれた蛍光体は窒化物系蛍光体であって、
    前記赤色光部に含まれた蛍光体は窒化物系又はフッ化物蛍光体（ＫＳＦ）である、請求項６に記載のディスプレイ装置。
  10. 前記第１基板乃至第３基板のうちいずれか一つ以上は、透明基板又は不透明なフレキシブル基板である、請求項６に記載のディスプレイ装置。
  11. 前記複数の発光ダイオードは青色発光ダイオードであって、
    前記青色発光ダイオードから発光された青色光を白色光に波長変換する白色蛍光体部、及び
    前記白色蛍光体部から放出された白色光から青色光を通過させる青色光部、緑色光を通過させる緑色光部、及び赤色光を通過させる赤色光部が含まれたカラーフィルターをさらに含む、請求項１に記載のディスプレイ装置。
  12. 前記発光ダイオードは、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及び前記ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に介在した活性層を含み、
    前記ｐ型半導体層上に壁部が形成された、請求項１に記載のディスプレイ装置。
  13. 複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように発光ダイオード部を製造する段階、及び
    前記製造された発光ダイオード部をＴＦＴパネル部と結合する段階を含み、
    前記発光ダイオード部を製造する段階は、
    基板上に複数の発光ダイオードが規則的に配列されるように形成する段階、
    前記複数の発光ダイオードを伸縮性のある伸縮基板に転写する段階、
    前記複数の発光ダイオードの間の離隔距離が拡大されるように前記伸縮基板を平面的に拡大する段階、及び
    前記伸縮基板によって離隔距離が拡大された複数の発光ダイオードのうち一つ以上を支持基板に結合する段階を含むディスプレイ装置の製造方法。
  14. 前記伸縮基板によって拡大される離隔距離は前記発光ダイオードの幅の２倍以上である、請求項１３に記載のディスプレイ装置の製造方法。
  15. 前記発光ダイオード部をＴＦＴパネル部と結合する段階は、異方性導電フィルムを用いて結合する、請求項１３に記載のディスプレイ装置の製造方法。
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