KR101265727B1 - 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널 및 그 제조방법 - Google Patents

발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로, 발광 다이오드(LED)를 이용한 디스플레이 패널로서, 기판과, 상기 기판의 동일 평면상에 마이크로 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 각 중심이 삼각형의 각 꼭지점에 배치된 형태로 서로 분리되어 이루어진 다수개의 단위화소를 포함하되, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 각 단위화소는 행 방향으로 일정간격 이격되게 삼각 및 역삼각 형태로 교대 배열되어 하나의 화소 세트를 구성하고, 상기 화소 세트는 열 방향으로 일정간격 이격되게 다수개로 배열되며, 각 단위화소에 구비된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 전류를 조절함으로써 상기 기판 상에 디스플레이 되는 색이 조절됨으로써, 저비용으로 생산성을 효율적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 마이크로 화소화 또는 유연성 디스플레이 장치에 용이하게 적용될 수 있는 효과가 있다.

Description

발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널 및 그 제조방법{DISPLAY PANEL USING LIGHT EMITTING DIODE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동일한 기판 상에 마이크로(micro) 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드들(μLEDs)을 성장함으로써, 저비용으로 생산성을 효율적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 마이크로 화소화 또는 유연성 디스플레이 장치에 용이하게 적용될 수 있도록 한 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오늘날에는, 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED)를 사용하는 풀 컬러(full red-green-blue(RGB)) 디스플레이 장치들이 일부 존재하고 있다. 이러한 종류의 디스플레이 장치는 최종 기판 상에 개별적으로 성장된 적색(Red, R), 녹색(Green, G) 및 청색(Blue, B) 발광 다이오드(LED)의 구조들을 전사함으로써 얻어진다.
이러한 종래 기술의 단점은 발광 다이오드(LED)의 크기가 충분히 커야 하며(약 100㎛ 내지 200㎛ 정도), 이에 따라 비교적 많은 화소들을 필요로 한다는 점이다.
일반적으로, 마이크로 크기의 발광 다이오드들(μLEDs) 및 매트릭스(matrix)는 이미 제조되어 있지만, 이러한 디스플레이 장치들에서는 하나의 색 즉, 청색(B), 녹색(G) 또는 황색(amber)만이 사용 가능하다(비특허문헌 1 참조).
한편, 일부 컬러(RGB) 매트릭스들은 유기 발광 다이오드들(Organic Light Emitting Diodes, OLEDs)을 사용하지만, 청색(B), 녹색(G) 및 적색(R) 발광을 위한 인광성(phosphorescent) 비반전층(non-inverted layer)을 이용하여 제조되었다(비특허문헌 2, 3 참조).
그리고, 유연성(flexible) 기판 상에서의 전사(transfer)는, 강성(hard) 기판을 분리하는 주로 두 개의 기술 즉, 레이저 리프트-오프(lift-off) 기술(비특허문헌 4 참조) 또는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 기술(비특허문헌 5 참조)을 이용하여 이미 행해지고 있다.
Z. GONG, E. GU, S.R. JIN, D. MASSOUBRE, B. GUILHABERT, H.X. ZHANG, M.D. DAWSON, V. POHER, G.T. KENNEDY, P.M.W. FRENCH, and M.A.A. NEIL "Efficient flip-chip InGaN micro-pixellated light-emitting diode arrays: promising candidates for micro-displays and colour conversion", 2008, Journal of physics D: Applied Physics, Vol. 41, no9, 094002, pp. 1-6 D. KREYE, M. TOERKER, U. VOGEL and J. AMELUNG "Full colour RGB OLEDs on CMOS for Active-Matrix OLED Microdisplays", 2006, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Vol. 6333, 63331L, pp. 1-6 U. VOGEL, D. KREYE, S. RECKZIEGEL, M. TORKER, C. GRILLBERGER and J. AMELUNG "OLED-on-CMOS Integration for Optoelectronic Sensor Applications", 2007, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Vol. 6477, 647703, pp. 1-8 J. DAS, W. RUYTHOOREN, R. VANDERSMISSEN, J. DERLUYN, M. GERMAIN and G. BORGHS "Substrate removal of AlGaN/GaN HEMTs using laser lift-off", 2005, Physica Status Solidi C: Conferences, Vol. 2, no7, pp. 2655-2658 S. ZHOU and S. LIU "Study on sapphire removal for thin-film LEDs fabrication using CMP and dry etching", 2009, Applied Surface Science, Vol. 255, pp. 9469-9473
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 동일한 기판 상에 마이크로(micro) 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드들(μLEDs)을 성장함으로써, 저비용으로 생산성을 효율적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 마이크로 화소화 또는 유연성 디스플레이 장치에 용이하게 적용될 수 있도록 한 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 발광 다이오드(LED)를 이용한 디스플레이 패널로서, 기판과, 상기 기판의 동일 평면상에 마이크로 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 각 중심이 삼각형의 각 꼭지점에 배치된 형태로 서로 분리되어 이루어진 다수개의 단위화소를 포함하되, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 각 단위화소는 행 방향으로 일정간격 이격되게 삼각 및 역삼각 형태로 교대 배열되어 하나의 화소 세트를 구성하고, 상기 화소 세트는 열 방향으로 일정간격 이격되게 다수개로 배열되며, 각 단위화소에 구비된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 전류를 조절함으로써 상기 기판 상에 디스플레이 되는 색이 조절되는 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널을 제공하는 것이다.
여기서, 상기 기판과 다수개의 단위화소 사이에 버퍼층이 더 구비됨이 바람직하다.
바람직하게, 각 단위화소의 적색(R) 발광 다이오드는 n-형층, 제1 광학적 활성 매질 및 p-형층이 순차적으로 적층되어 이루어지고, 녹색(G) 발광 다이오드는 n-형층, 제2 광학적 활성 매질 및 p-형층이 순차적으로 적층되어 이루어지고, 청색(B) 발광 다이오드는 n-형층, 제3 광학적 활성 매질 및 p-형층이 순차적으로 적층되어 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 광학적 활성 매질은 5주기 고 인듐 함유량의 InGaN[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 이루어지고, 상기 제2 광학적 활성 매질은 5주기 In0.30Ga0.70N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 이루어지며, 상기 제3 광학적 활성 매질은 5주기 In0.22Ga0.78N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 각 단위화소에 구비된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 n-형층은 n-도핑 GaN층으로 이루어지며, p-형층은 p-도핑 GaN층으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 발광 다이오드(LED)를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법으로서, 기판의 동일 평면상에 마이크로 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 각 중심이 삼각형의 각 꼭지점에 배치된 형태로 서로 분리되어 이루어진 다수개의 단위화소를 형성하되, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 각 단위화소는 행 방향으로 일정간격 이격되게 삼각 및 역삼각 형태로 교대 배열되도록 하나의 화소 세트를 형성하고, 상기 화소 세트는 열 방향으로 일정간격 이격되게 다수개로 배열되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 측면은, 발광 다이오드(LED)를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법으로서, (a) 기판 상에 버퍼층 및 n-형층을 순차적으로 적층하는 단계; (b) 상기 n-형층 상에 제1 유전층을 형성한 후, 제1 마스크를 이용하여 제1 LED 형성영역의 n-형층이 노출되도록 상기 제1 유전층을 패터닝하는 단계; (c) 상기 노출된 n-형층의 제1 LED 형성영역에 제1 LED 구조물을 형성한 후, 상기 제1 LED 구조물을 제외한 남아있는 제1 유전층을 제거하는 단계; (d) 상기 제1 LED 구조물을 포함한 n-형층 전면에 제2 유전층을 형성한 후, 제2 마스크를 이용하여 제2 LED 형성영역의 n-형층이 노출되도록 상기 제2 유전층을 패터닝하는 단계; (e) 상기 노출된 n-형층의 제2 LED 형성영역에 제2 LED 구조물을 형성한 후, 상기 제1 및 제2 LED 구조물을 제외한 남아있는 제2 유전층을 제거하는 단계; (f) 상기 제1 및 제2 LED 구조물을 포함한 n-형층 전면에 제3 유전층을 형성한 후, 제3 마스크를 이용하여 제3 LED 형성영역의 n-형층이 노출되도록 상기 제3 유전층을 패터닝하는 단계; 및 (g) 상기 노출된 n-형층의 제3 LED 형성영역에 제3 LED 구조물을 형성한 후, 상기 제1 내지 제3 LED 구조물을 제외한 남아있는 제3 유전층을 제거하는 단계를 포함하되, 상기 제1 내지 제3 LED 구조물은 마이크로 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광다이오드들(μLEDs)로서 이들 각 중심이 삼각형의 각 꼭지점에 배치된 형태로 서로 분리되어 이루어진 다수개의 단위화소를 형성하고, 상기 기판을 평면에서 보았을 때, 각 단위화소는 행 방향으로 일정간격 이격되게 삼각 및 역삼각 형태로 교대 배열되도록 하나의 화소 세트를 형성하며, 상기 화소 세트는 열 방향으로 일정간격 이격되게 다수개로 배열되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법을 제공하는 것이다.
여기서, 각 단위화소의 적색(R) 발광 다이오드는 n-형층, 제1 광학적 활성 매질 및 p-형층을 순차적으로 적층하여 형성하고, 녹색(G) 발광 다이오드는 n-형층, 제2 광학적 활성 매질 및 p-형층을 순차적으로 적층하여 형성하며, 청색(B) 발광 다이오드는 n-형층, 제3 광학적 활성 매질 및 p-형층을 순차적으로 적층하여 형성함이 바람직하다.
바람직하게, 상기 제1 광학적 활성 매질은 5주기 고 인듐 함유량의 InGaN[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 형성하고, 상기 제2 광학적 활성 매질은 5주기 In0.30Ga0.70N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 형성하며, 상기 제3 광학적 활성 매질은 5주기 In0.22Ga0.78N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 형성할 수 있다.
바람직하게, 각 단위화소에 구비된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 n-형층은 n-도핑 GaN층으로 형성하며, p-형층은 p-도핑 GaN층으로 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널 및 그 제조방법에 따르면, 동일한 기판 상에 마이크로(micro) 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드들(μLEDs)을 성장함으로써, 저비용으로 생산성을 효율적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 마이크로 화소화 또는 유연성 디스플레이 장치(예컨대, 옷, 전자종이 디스플레이 또는 유연성 스크린 등)에 용이하게 적용될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 동일한 기판 상에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드들(μLEDs)을 제조함으로써 풀 컬러(full RGB) 매트릭스나 디스플레이 장치를 구비할 수 있으며, 하나의 단위화소는 3개의 μLEDs(적색, 녹색 및 청색)로 구성되고 이에 따라 각 μLED의 전류를 조절함으로써, 색을 조절할 수 있고 순백색의 화소가 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 세포 크기의 바이오 센서를 위해 멀티컬러 매트릭스를 다파장 마이크로 소스로서 사용할 수 있으며, 예컨대, 광발광 분광 또는 표면 플라즈몬 공명을 이용하는 센서를 구비하는 랩-온-어-칩(lab-on-a-chip)이 가능할 뿐만 아니라 동일한 현상을 이용하면서 환경(예를 들어, 가스, 온도 등) 센서를 제조할 수 있으며, 세포 크기의 광전자 핀셋(Optoelectronic tweezer)도 가능한 이점이 있다.
도 1 내지 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도(a) 및 평면도(b)이다.
도 25는 본 발명의 일 실시예에 적용된 3개의 μLEDs(적색, 녹색 및 청색)를 갖는 하나의 단위화소를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 26 내지 도 35는 본 발명의 일 실시예에 적용된 마스크들의 전체 및 일부 확대된 평면을 나타낸 도면이다.
도 36 내지 도 45는 본 발명의 다른 실시예에 적용된 마스크들의 전체 및 일부 확대된 평면을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
먼저, 본 발명은 동일한 기판 상에서 성장된 마이크로 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드들(μLEDs)에 관한 것이다. 서로 다른 발광 파장은 원격 통신, 자동차, 엔지니어링, 의학, 생명 공학 등의 다양한 분야에서의 많은 응용을 위해 중요하다.
예를 들어, 풀 컬러(full RGB) 매트릭스(matrix)는, 마이크로 화소화 디스플레이로서 사용될 수 있으며, 고분자 상으로 전사됨으로써 유연성 기판 상에서의 집적이 가능하다(예컨대, 옷, 전자종이 디스플레이, 유연성 스크린 등에서의 집적).
특히, 본 발명은 세포 크기의 바이오센서를 위해 멀티컬러 매트릭스를 다파장 마이크로 소스로서 사용할 수 있다. 이에 따라, 예를 들어, 광발광 분광 또는 표면 플라즈몬 공명을 이용하는 센서를 구비하는 랩-온-어-칩(lab-on-a-chip)이 가능하다. 또한, 동일한 현상을 이용하면서 환경(예를 들어, 가스, 온도 등) 센서를 제조할 수 있으며, 세포 크기의 광전자 핀셋(Optoelectronic tweezer)도 가능하다.
또한, 본 발명은 동일한 기판 상에 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광다이오드들(μLEDs)을 제조함으로써 풀 컬러(full RGB) 장치나 디스플레이를 구비하는 것으로서, 하나의 단위화소는 3개의 μLEDs(청색, 녹색 및 적색)로 구성되며, 이에 따라 각 μLED의 전류를 조절함으로써, 색을 조절할 수 있고 순백색의 화소가 가능하다.
이러한 종류의 풀 컬러(full RGB) 장치나 디스플레이를 제조하는 주요 기술적 특징은 유전층을 발광 다이오드(LED) 구조의 성장을 위한 마스크(mask)로서 패터닝(patterning)하는 것이다. 서로 다른 리소그래피(lithography) 기술들인 자외선(UV), 딥(deep)-자외선(UV) 또는 E-빔 리소그래피 등을 사용할 수 있다.
한편, 화소(pixel) 크기는 각 μLED의 크기에 의해 정의되고, 두 개의 장치(μLED 내지 μLED 또는 μLED들의 라인 내지 μLED들의 라인 등) 간의 거리에 의해 정의된다. 이러한 화소 크기는 어떤 종류의 리소그래피를 사용하는지에 의존하며, 즉, 자외선(UV) 또는 딥-자외선(UV) 리소그래피를 사용하는 경우에, 임계 크기는 약 2.5㎛보다 커야 하며 이에 따라 각 μLED의 직경은 약 20㎛보다 커야 한다(접속부와 전극의 집적). 그리고, E-빔 리소그래피를 사용하는 경우에, 임계 크기는 더욱 작을 수 있으며, 약 0.5㎛ 이하일 수 있으며, 따라서 하나의 μLED의 직경이 약 5㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
이하에는 본 발명의 발광 다이오드(LED)를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법 중에서 핵심적인 부분들을 간단하게 설명하기로 한다. 일단 제1 유전층이 패터닝되면, 제1 성장을 수행할 수 있다. 이 제1 성장은 예컨대, 청색(B) 발광 다이오드(LED)의 구조를 얻을 수 있고, 예를 들어, 유기금속화학증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) 방법에 의한 5주기 In0.22Ga0.78N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물(Multi Quantum Well)의 에피택셜(epitaxial) 성장으로 이루어짐이 바람직하다.
이러한 제1 성장이 수행되면, 제2 유전층을 리소그래피에 의해 증착 및 패터닝되어 제2 성장을 수행할 수 있다. 이 제2 성장은 예컨대, 녹색(G) 발광 다이오드(LED)의 구조를 에피택셜화할 수 있으며, 예를 들어, 이 녹색(G) 발광 다이오드(LED)의 구조는 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 5주기 In0.30Ga0.70N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물(Multi Quantum Well)로 이루어짐이 바람직하다.
그리고, 이러한 제2 성장이 수행되면, 제3 유전층을 리소그래피에 의해 증착 및 패터닝되어 제3 성장을 수행할 수 있다. 이 제3 성장은 예컨대, 적색(R) 발광 다이오드(LED)의 구조를 에피택셜화할 수 있으며, 예를 들어, 이 적색(R) 발광 다이오드(LED)의 구조는, 물질의 우물(Well) 변화를 위해서만 사용하는 동일한 프로세스를 이용하고, 이 물질은 예를 들어, 고 인듐 함유량의 InGaN 합금으로 이루어짐이 바람직하다.
이후에, 제1 내지 제3 성장이 모두 수행되면, 리프트-오프(lift-off) 기술을 이용하여 접속부를 형성해야 하며 이에 따라 전적으로 재구성 가능한 디스플레이 및 풀 컬러(full RGB) 장치를 이용할 수 있다.
도 1 내지 도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도(a) 및 평면도(b)이고, 도 25는 본 발명의 일 실시예에 적용된 3개의 μLEDs(적색, 녹색 및 청색)를 갖는 하나의 단위화소를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 26 내지 도 35는 본 발명의 일 실시예에 적용된 마스크들의 전체 및 일부 확대된 평면을 나타낸 도면이며, 도 36 내지 도 45는 본 발명의 다른 실시예에 적용된 마스크들의 전체 및 일부 확대된 평면을 나타낸 도면이다.
먼저, 도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 적용된 각 단위화소의 제1 LED 구조물(예컨대, 청색 μLEDs)이 성장되는 과정을 나타낸 단면도(a) 및 평면도(b)이다.
도 1의 (a) 및 (b)을 참조하면, 에피택셜(epitaxial) 성장에 의해 기판(100) 상에 버퍼층(110) 및 n-형층(120)을 순차적으로 형성한다.
여기서, 기판(100)은 예컨대, 사파이어(sapphire) 등의 절연성 기판을 사용함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 실리콘(Si), 게르마늄(Ge) 등의 반도체 기판, SiGe, SiC, GaAs, InGaAs 등의 화합물 반도체 기판, 유리(glass), 알루미나(alumina), 석영(Quartz), 수지 등의 절연성 기판 중 어느 하나의 기판을 사용할 수도 있다.
버퍼층(110)은 기판(100)의 상부에 형성되며, 예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 비도핑(undoped) GaN 버퍼층으로 이루어짐이 바람직하다. 이러한 버퍼층(110)은 기판(100) 상의 표면의 요철을 저감하고, 그 상층을 가능한 평탄하게 적층하기 위해서 형성된다. 한편, 버퍼층(110)의 형성은 생략 가능하다.
그리고, n-형층(120)은 버퍼층(110) 성장의 단부에서 PN 접합을 형성하기 위한 n-도핑층으로서, 기판(100) 또는 버퍼층(110)의 상부에 형성되며, 예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 n-도핑 GaN층으로 이루어짐이 바람직하다.
도 2 및 도 3의 (a) 및 (b)을 참조하면, n-형층(120)의 상부에 제1 유전층(130)을 증착한 후, 제1 LED 형성용 제1 마스크(10, 도 26 또는 도 36 참조)를 이용하여 제1 LED 형성영역(A)의 n-형층(120)이 노출되도록 제1 유전층(130)을 패터닝(patterning)한다.
여기서, 제1 유전층(130)은 예컨대, 플라즈마 화학적 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 방법에 의해 증착된 실리콘 이산화물(Silicon-Dioxid) 등의 유전 물질층으로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 제1 마스크(10)는 도 26 또는 도 36에 일 예로 도시된 마스크(mask)로서, 예컨대, 자외선(UV) 리소그래피(lithography)에 의해 제1 유전층(130)을 패터닝하기 위해 사용된다.
즉, 도 26의 (a)는 제1 LED 구조물(예컨대, 청색 μLEDs)(140, 도 4 및 도 5 참조)의 성장을 위한 제1 유전층(130)을 패터닝하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(10)의 상세도이며, 이러한 마스크(10)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 26의 (b)는 제1 LED 구조물(140)의 성장을 위한 제1 유전층(130)을 패터닝하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(10)이며, 이러한 마스크(10)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
그리고, 도 36의 (a)는 제1 LED 구조물(예를 들어, 청색 μLEDs)(140)의 성장을 위한 제1 유전층(130)을 패터닝하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(10')의 상세도이며, 이러한 마스크(10')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 36의 (b)는 제1 LED 구조물(140)의 성장을 위한 제1 유전층(130)을 패터닝하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(10')이며, 이러한 마스크(10')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
도 4 및 도 5의 (a) 및 (b)을 참조하면, 전술한 도 3에서 노출된 n-형층(120)의 제1 LED 형성영역(A)에 마이크로 크기의 제1 LED 구조물(예컨대, 청색 μLEDs)(140)을 형성한 후, 제1 LED 구조물(140)을 제외한 남아있는 제1 유전층(130)을 제거한다.
즉, 일단 제1 마스크 공정이 수행되면, 제1 LED 구조물(140)의 성장이 가능하다. 이러한 제1 LED 구조물(140)은 성장이 재개된 n-형층(예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 n-도핑 GaN층)과, 이어서 성장된 제1 광학적 활성 매질(예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 5주기 In0.22Ga0.78N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물)과, 그 구조의 상부에 성장된 p-형층(예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 p-도핑 GaN층)으로 이루어짐이 바람직하다. 이러한 제1 LED 구조물(140)의 성장 후에, 도 5에 도시된 바와 같이, 남아 있는 유전 마스크 즉, 제1 유전층(130)을 에칭(etching)해야 한다.
다음으로, 도 6 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 적용된 각 단위화소의 제2 LED 구조물(예컨대, 녹색 μLEDs)이 성장되는 과정을 나타낸 단면도(a) 및 평면도(b)이다.
도 6 및 도 7의 (a) 및 (b)을 참조하면, 제1 LED 구조물(140)을 포함한 n-형층(120) 전면에 제2 유전층(150)을 형성한 후, 제2 마스크(20, 도 27 또는 도 37 참조)를 이용하여 제2 LED 형성영역(B)의 n-형층(120)이 노출되도록 제2 유전층(150)을 패터닝한다.
여기서, 제2 유전층(150)은 예컨대, 플라즈마 화학적 기상 증착(PECVD) 방법에 의해 증착된 실리콘 이산화물(Silicon-Dioxide) 등의 유전 물질층으로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 제2 마스크(20)는 도 27 또는 도 37에 일 예로 도시된 마스크(mask)로서, 예컨대, 자외선(UV) 리소그래피에 의해 제2 유전층(150)을 패터닝하기 위해 사용된다.
즉, 도 27의 (a)는 제2 LED 구조물(예컨대, 녹색 μLEDs)(160, 도 8 및 도 9 참조)의 성장을 위한 제2 유전층(150)을 패터닝하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(20)의 상세도이며, 이러한 마스크(20)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 27의 (b)는 제2 LED 구조물(160)의 성장을 위한 제2 유전층(150)을 패터닝하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(20)이며, 이러한 마스크(20)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
그리고, 도 37의 (a)는 제2 LED 구조물(160)의 성장을 위한 제2 유전층(150)을 패터닝하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(20')의 상세도이며, 이러한 마스크(20')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 37의 (b)는 제2 LED 구조물(160)의 성장을 위한 제2 유전층(150)을 패터닝하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(20')이며, 이러한 마스크(20')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
도 8 및 도 9의 (a) 및 (b)을 참조하면, 전술한 도 7에서 노출된 n-형층(120)의 제2 LED 형성영역(B)에 마이크로 크기의 제2 LED 구조물(예컨대, 녹색 μLEDs)(160)을 형성한 후, 제2 LED 구조물(160)을 제외한 남아있는 제2 유전층(150)을 제거한다.
즉, 제2 마스크 공정이 수행되면, 제2 LED 구조물(160)의 성장이 가능하다. 이러한 제2 LED 구조물(160)의 제조방법으로는, n-형층(예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 n-도핑 GaN층)이 우선 성장된 후, 제2 광학적 활성 매질(예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 5주기 In0.30Ga0.70N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물)이 성장되고, 그 구조의 상부에 p-형층(예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 p-도핑 GaN층)이 성장됨이 바람직하다. 최종 제2 LED 구조물(160) 성장을 위해서는, 도 9에 도시된 바와 같이, 남아 있는 유전 마스크 즉, 제2 유전층(150)을 에칭(etching)해야 한다.
이후에, 도 10 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 적용된 각 단위화소의 제3 LED 구조물(예컨대, 적색 μLEDs)이 성장되는 과정을 나타낸 단면도(a) 및 평면도(b)이다.
도 10 및 도 11의 (a) 및 (b)을 참조하면, 제1 및 제2 LED 구조물(140 및 160)을 포함한 n-형층(120) 전면에 제3 유전층(170)을 형성한 후, 제3 마스크(30, 도 28 또는 도 38 참조)를 이용하여 제3 LED 형성영역(C)의 n-형층(120)이 노출되도록 제3 유전층(170)을 패터닝한다.
여기서, 제3 유전층(170)은 예컨대, 플라즈마 화학적 기상 증착(PECVD) 방법에 의해 증착된 실리콘 이산화물(Silicon-Dioxide) 등의 유전 물질층으로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 제3 마스크(30)는 도 28 또는 도 38에 일 예로 도시된 마스크(mask)로서, 예컨대, 자외선(UV) 리소그래피에 의해 제3 유전층(170)을 패터닝하기 위해 사용된다.
즉, 도 28의 (a)는 제3 LED 구조물(예컨대, 적색 μLEDs)(180, 도 12 및 도 13 참조)의 성장을 위한 제3 유전층(170)을 패터닝하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(30)의 상세도이며, 이러한 마스크(30)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 28의 (b)는 제3 LED 구조물(180)의 성장을 위한 제3 유전층(170)을 패터닝하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(30)이며, 이러한 마스크(30)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
그리고, 도 38의 (a)는 제3 LED 구조물(180)의 성장을 위한 제3 유전층(170)을 패터닝하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(30')의 상세도이며, 이러한 마스크(30')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 38의 (b)는 제3 LED 구조물(180)의 성장을 위한 제3 유전층(170)을 패터닝하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(30')이며, 이러한 마스크(30')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
도 12 및 도 13의 (a) 및 (b)을 참조하면, 전술한 도 11에서 노출된 n-형층(120)의 제3 LED 형성영역(C)에 마이크로 크기의 제3 LED 구조물(예컨대, 적색 μLEDs)(180)을 형성한 후, 제3 LED 구조물(180)을 제외한 남아있는 제3 유전층(170)을 제거한다.
즉, 제3 마스크 공정이 수행되면, 제3 LED 구조물(180)의 성장이 가능하다. 이러한 제3 LED 구조물(180)의 제조방법으로는, n-형층(예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 n-도핑 GaN층)이 성장된 후, 제3 광학적 활성 매질(예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 5주기 고 인듐 InGaN[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물)이 성장되고, 그 구조의 상부에 p-형층(예컨대, 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 p-도핑 GaN층)이 성장됨이 바람직하다. 최종 제3 LED 구조물(180) 성장을 위해서는, 도 13에 도시된 바와 같이, 남아있는 유전 마스크 즉, 제3 유전층(170)을 에칭(etching)해야 한다.
이제, 3색 μLED들이 동일한 기판 상에 성장되어 있으며, 각 μLED의 위치(즉, 단위화소(도 25 참조))는 다양한 리소그래피에 의해 정의되고 각 μLED의 전류를 조절함으로써 정의되며, 화소 색 변화 및 순백색을 얻을 수 있다.
즉, 3색 μLED들의 배치 형태를 구체적으로 살펴보면, 도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(100)의 동일 평면상에 마이크로 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 각 중심이 삼각형의 각 꼭지점에 배치된 형태로 서로 분리되어 이루어진 다수개의 단위화소(P)를 포함하되, 기판(100)을 평면에서 보았을 때, 각 단위화소(P)는 행 방향으로 일정간격 이격되게 삼각 및 역삼각 형태로 교대 배열되어 하나의 화소 세트(S)를 구성하고, 화소 세트(S)는 열 방향으로 일정간격 이격되게 다수개로 배열되어 있다.
이하에는 본 발명의 일 실시예에 적용된 각 단위화소를 제어하기 위한 매트릭스의 설계 과정을 상세하게 설명하기로 한다.
도 14 내지 도 20은 본 발명의 일 실시예에 적용된 각 단위화소를 제어하기 위한 매트릭스의 설계 과정을 나타낸 단면도(a) 및 평면도(b)로서, 도 14의 (a)는 n-형층(예컨대, n-도핑 GaN층)(120)을 에칭하여 μLED들의 각각을 분리하기 위한 마스크로서 사용되는 유전 물질 즉, 제4 유전층(190)이 증착된 샘플(sample)(예컨대, 기판 상에서 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장된 비도핑 GaN 버퍼층, n-도핑 GaN층, 청색, 녹색 및 적색 μLED들)의 개략적인 단면도이고, 도 14의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이며, 도 15의 (a)는 리소그래피(n-형층에서 n-형층 분리를 수행하기 위한 마스크)를 이용하여 제4 유전층(190)이 패터닝된 샘플의 개략적인 단면도이며, 도 15의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이다.
그리고, 도 16의 (a)는 패터닝된 제4 유전층(190)을 이용하여 기판(100)의 표면이 노출되도록 에칭한 단면도로서, 유전물질 마스크 즉, 패터닝된 제4 유전층(190)이 남아있으며 n-형층에서 n-형층 분리가 행해진 샘플의 개략적인 단면도이고, 도 16의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이며, 도 17의 (a)는 남아있는 제4 유전층(190)의 에칭 후 n-형층에서 n-형층 분리가 행해진 샘플의 개략적인 단면도이며, 도 17의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이다.
도 14 내지 도 17의 (a) 및 (b)을 참조하면, 제1 내지 제3 LED 구조물(140, 160 및 180)을 포함한 n-형층(120) 전면에 제4 유전층(190)을 형성한 후, n-형층 분리 및 매트릭스 형성용 마스크(40, 도 29 또는 도 39 참조)를 이용하여 n-형층 분리영역(D)의 n-형층(120)이 노출되도록 제4 유전층(190)을 패터닝한다.
이와 같이 화소를 제어하려면, 매트릭스(matrix)를 설계해야 하며, 에칭에 의해 n-형층(120)이 분리된다. 이를 위해, 유전 물질을 이용하여 제4 유전층(190)을 증착하며, 도 29 또는 도 39에 도시한 n-형층 분리 및 매트릭스 형성용 마스크(40)를 사용하는 리소그래피를 이용함으로써, 패터닝된 제4 유전층(190)을 얻는다. 이 n-형층 분리 및 매트릭스 형성용 마스크(40)를 이용하여 n-형층(120)을 에칭하여 기판(100)에 도달하게 된다(도 16 참조). 이러한 에칭은 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 라인을 형성한다. 남아있는 제4 유전층(190)을 제거한 샘플의 개략적인 도면이 도 17에 도시되어 있다.
여기서, 제4 유전층(190)은 예컨대, 플라즈마 화학적 기상 증착(PECVD) 방법에 의해 증착된 실리콘 이산화물(Silicon-Dioxid) 등의 유전 물질층으로 형성됨이 바람직하다.
그리고, n-형층 분리 및 매트릭스 형성용 마스크(40)는 도 28 또는 도 38에 일 예로 도시된 마스크(mask)로서, 예컨대, 자외선(UV) 리소그래피에 의해 제4 유전층(190)을 패터닝하기 위해 사용된다.
즉, 도 29의 (a)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 두 개의 라인간에 n-형층 분리를 행하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(40)의 상세도이며, 이러한 마스크(40)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 29의 (b)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 두 개의 라인간에 n-형층 분리를 행하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(40)이며, 이러한 마스크(40)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
그리고, 도 39의 (a)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 두 개의 어레이간에 n-분리를 행하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(40')의 상세도이며, 이러한 마스크(40')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 39의 (b)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 두 개의 어레이간에 n-형층 분리를 행하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(40')이며, 이러한 마스크(40')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
다음으로, 도 18의 (a)는 n-전극의 증착 및 리프트-오프(lift-off) 후 에피택시 샘플(예컨대, 기판 상에서 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장되고 n-형층 분리가 행해진 비도핑 GaN 버퍼층, n-도핑 GaN층, 청색, 녹색 및 적색 μLED들)의 개략적인 단면도이며, 도 18의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이다.
도 18을 참조하면, 일단 n-형층(120)의 분리가 수행된 후, 예컨대, 도 30 또는 도 40에 도시된 마스크(50 또는 50')를 사용하는 리프트-오프 기술을 이용하여 n-컨택트(contact) 즉, n-전극(200)을 형성할 수 있다. 이러한 공정 후 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 하는 n-전극(200)이 형성된다.
즉, 도 30의 (a)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 하는 n-전극(200)을 형성하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(50)의 상세도이며, 이러한 마스크(50)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 30의 (b)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 하는 n-전극(200)을 형성하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(50)이며, 이러한 마스크(50)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
그리고, 도 40의 (a)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 하는 n-전극(200)을 형성하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(50')의 상세도이며, 이러한 마스크(50')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 40의 (b)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 하는 n-전극(200)을 형성하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(50')이며, 이러한 마스크(50')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
이후에, 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 성능을 개선하려면, μLED들 상에 ITO(Indium Tin Oxide)를 증착해야 한다. 이를 위해, 도 31 또는 도 41에 도시한 마스크(60 또는 60')를 사용하는 리소그래피를 이용한다. 리프트-오프(lift-off) 또는 에칭(etching)에 의해 ITO 컨택트 즉, ITO 패턴(210)을 얻는다.
즉, 도 19의 (a)는 μLED들 상에 ITO를 증착하고 리프트-오프나 에칭 후의 샘플(예컨대, 기판 상에서 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장되고 n-형층 분리 및 n-전극이 있는 비도핑 GaN 버퍼층, n-도핑 GaN층, 청색, 녹색 및 적색 μLED들)의 개략적인 단면도이며, 도 19의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이다.
그리고, 도 31의 (a)는 ITO 패턴(210)이 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 효율을 개선하도록 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(60)의 상세도이며, 이러한 마스크(60)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 31의 (b)는 ITO 패턴(210)이 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 효율을 개선하도록 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(60)이며, 이러한 마스크(60)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
도 41의 (a)는 ITO 패턴(210)이 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 효율을 개선하도록 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(60')의 상세도이며, 이러한 마스크(60')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 41의 (b)는 ITO 패턴(210)이 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 효율을 개선하도록 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(60')의 상세도이며, 이러한 마스크(60')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
이어서, ITO 패턴(210) 상에 p-전극(220)을 증착해야 하며, 도 32 또는 도 42에 도시한 마스크(70 또는 70')를 사용하는 리프트-오프(lift-off) 기술을 이용한다.
즉, 도 20의 (a)는 p-전극(220)의 증착 및 리프트-오프 후의 샘플(예컨대, 기판 상에서 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장되고 n-형층 분리, n-전극 및 ITO가 있는 비도핑 GaN 버퍼층, n-도핑 GaN층, 청색, 녹색 및 적색 μLED들)의 개략적인 단면도이며, 도 20의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이다.
그리고, 도 32의 (a)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 하는 p-전극(220)을 형성하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(70)의 상세도이며, 이러한 마스크(70)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 32의 (b)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 하는 p-전극(220)을 형성하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(70)이며, 이러한 마스크(70)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
또한, 도 42의 (a)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 하는 p-전극(220)을 형성하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(70')의 상세도이며, 이러한 마스크(70')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 42의 (b)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 하는 p-전극(220)을 형성하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(70')이며, 이러한 마스크(70')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
다음으로, 매트릭스의 생성을 가능하게 하려면, p-전극(220)들 간의 링크(link)(240)를 형성해야 한다. 각 p-전극(220) 간의 정확한 링크(240)를 형성하기 위해서는, 우선 유전 물질과 같은 층간 절연막 형성 후 예컨대, 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP)를 이용한 평탄화(230) 공정이 필요하다. 이러한 단계는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 상부와 하부간의 높이 차로 인해 야기되는 두 개의 전극간의 마이크로 션트(micro-shunts)를 피할 수 있게 한다.
이러한 링크(240)들은 p-전극(220)들에 대하여 동시에 증착되지 않으며, 그 이유는 양호한 오믹 컨택트(ohmic contact)를 형성하기 위해서는 급속 열처리를 행해야 하며, 이는 평탄화(230)에 손상(열적 쇼크로 인한 미세 균열)을 가하여 링크(240)를 파괴할 수 있다. 링크(240)들은 도 33 또는 도 43에 도시된 마스크(80 또는 80')를 사용하는 리프트-오프에 의해 증착된다.
즉, 도 21의 (a)는 평탄화(230) 후의 샘플(예컨대, 기판 상에서 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장되고 n-형층 분리, n-전극, ITO 패턴 및 p-전극이 있는 비도핑 GaN 버퍼층, n-도핑 GaN층, 청색, 녹색 및 적색 μLED들)의 개략적인 단면도이며, 도 21의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이다.
이어서, 도 22의 (a)는 p-전극(220)들 간의 링크(240)의 증착 및 리프트-오프 후의 샘플(예컨대, 기판 상에서 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장되고 n-형층 분리, n-전극, ITO 패턴, p-전극 및 평탄화가 있는 비도핑 GaN 버퍼층, n-도핑 GaN층, 청색, 녹색 및 적색 μLED들)의 개략적인 단면도이며, 도 22의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이다.
그리고, 도 33의 (a)는 p-전극(220)들을 링크(240)하여 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 라인을 갖고 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극이 가능하도록 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(80)의 상세도이며, 이러한 마스크(80)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 33의 (b)는 p-전극(220)들을 링크(240)하여 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 라인을 갖고 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극이 가능하도록 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(80)이며, 이러한 마스크(80)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
또한, 도 43의 (a)는 p-전극(220)들을 연결하여 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 라인을 갖고 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극이 가능하도록 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(80')의 상세도이며, 이러한 마스크(80')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 43의 (b)는 p-전극(220)들을 연결하여 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 라인을 갖고 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극이 가능하도록 사용되는 전체적 자외선(UV) 리소그래피 마스크(80')이며, 이러한 마스크(80')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
이후에, 청색, 녹색 및 적색 μLED 어레이를 보호하기 위해, 기판(100) 전면에 보호층(passivation layer)(250)을 증착하며, 이러한 보호층(250)은 유전 증착물 예컨대, 플라즈마 화학적 기상 증착(PECVD) 방법에 의해 증착된 실리콘 이산화물(Silicon-Dioxid) 등으로 이루어짐이 바람직하다. 보호층(250)의 증착 후, n-전극(200)과 p-전극(220)을 분리해야 하며(도 24 참조), 도 34 또는 도 44에 도시된 마스크(90 또는 90')를 사용한다.
즉, 도 23의 (a)는 보호층(250)의 증착 후 샘플(예컨대, 기판 상에서 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장되고 n-형층 분리, n-전극, ITO 패턴, p-전극, 평탄화 및 링크가 있는 비도핑 GaN 버퍼층, n-도핑 GaN층, 청색, 녹색 및 적색 μLED들)의 개략적인 단면도이며, 도 23의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이다.
이어서, 도 24의 (a)는 보호층(250)의 분리 후 샘플(예컨대, 기판 상에서 유기금속화학증착(MOCVD)에 의해 성장되고 n-형층 분리, n-전극, ITO 패턴, p-전극, 평탄화, 링크 및 보호층이 있는 비도핑 GaN 버퍼층, n-도핑 GaN층, 청색, 녹색 및 적색 μLED들)의 개략적인 단면도이며, 도 24의 (b)는 이러한 개략적인 단면도의 평면도이다.
그리고, 도 34의 (a)는 보호층(250)을 증착하여 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 한 후, n-전극(200)과 p-전극(220)을 분리하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(90)의 상세도이며, 이러한 마스크(90)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 34의 (b)는 보호층(250)을 증착하여 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 한 후 n-전극(200)과 p-전극(220)을 분리하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(90)이며, 이러한 마스크(90)를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
또한, 도 44의 (a)는 보호층(250)을 증착하여 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 한 후, n-전극(200)과 p-전극(220)을 분리하는 데 사용되는 자외선(UV) 리소그래피 마스크(90')의 상세도이며, 이러한 마스크(90')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 44의 (b)는 보호층(250)을 증착하여 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 전기적 분극을 가능하게 한 후, n-전극(200)과 p-전극(220)을 분리하는 데 사용되는 전체적인 자외선(UV) 리소그래피 마스크(90')이며, 이러한 마스크(90')를 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
한편, 도 35의 (a)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 제조를 위해 사용되는 모든 자외선(UV) 리소그래피 마스크들의 상세도이며, 이러한 마스크들을 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니며, 도 35의 (b)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 제조를 위해 사용되는 전체적으로 모든 자외선(UV) 리소그래피 마스크들이며, 이러한 마스크들을 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 20㎛ 정도이며 매트릭스(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
그리고, 도 45의 (a)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 제조를 위해 사용되는 모든 자외선(UV) 리소그래피 마스크들의 상세도이며, 이러한 마스크들을 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하며, 도 45의 (b)는 청색, 녹색 및 적색 μLED들의 제조를 위해 사용되는 전체적으로 모든 자외선(UV) 리소그래피 마스크들이며, 이러한 마스크들을 이용하는 경우, 각 μLED의 직경은 약 200㎛ 정도이며 매트릭스(12x40)는 전적으로 재구성가능하다.
상기와 같이 도 26 내지 도 35에 도시한 마스크를 사용하여 이전에 도시한 공정에서는, 약 20㎛ 직경의 청색, 녹색 및 적색 μLED들을 제조할 수 있지만, 얻어지는 어레이(72x72)는 전적으로 재구성가능한 것은 아니다.
그러나, 도 36 내지 도 45에 도시한 마스크를 사용함으로써, 약 200㎛ 직경의 청색, 녹색 및 적색 μLED들을 제조하게 되며, 어레이들을 전적으로 재구성할 수 있다. 전적으로 재구성가능한 매트릭스를 갖기 위한 다른 방법에서는, p-전극들 간의 링크를 형성하기 위한 다른 레벨을 이용할 수도 있다.
전술한 본 발명에 따른 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널 및 그 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
100 : 기판, 110 : 버퍼층,
120 : n-형층, 130 : 제1 유전층,
140 : 제1 LED 구조물, 150 : 제2 유전층,
160 : 제2 LED 구조물, 170 : 제3 유전층,
180 : 제3 LED 구조물, 190 : 제4 유전층,
200 : n-전극, 210 : ITO 패턴,
220 : p-전극, 230 : 평탄화,
240 : 링크, 250 : 보호층

Claims (10)

  1. 발광 다이오드(LED)를 이용한 디스플레이 패널로서,
    기판과, 상기 기판의 동일 평면상에 마이크로 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 각 중심이 삼각형의 각 꼭지점에 배치된 형태로 서로 분리되어 이루어진 다수개의 단위화소를 포함하되,
    상기 기판을 평면에서 보았을 때, 각 단위화소는 행 방향으로 일정간격 이격되게 삼각 및 역삼각 형태로 교대 배열되어 하나의 화소 세트를 구성하고, 상기 화소 세트는 열 방향으로 일정간격 이격되게 다수개로 배열되며,
    각 단위화소에 구비된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 전류를 조절함으로써 상기 기판 상에 디스플레이 되는 색이 조절되며,
    상기 각 단위화소는 상기 동일 기판 상에 다른 활성층을 성장시켜 구현하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 기판과 다수개의 단위화소 사이에 버퍼층이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널.
  3. 제1 항에 있어서,
    각 단위화소의 적색(R) 발광 다이오드는 n-형층, 제1 광학적 활성 매질 및 p-형층이 순차적으로 적층되어 이루어지고, 녹색(G) 발광 다이오드는 n-형층, 제2 광학적 활성 매질 및 p-형층이 순차적으로 적층되어 이루어지고, 청색(B) 발광 다이오드는 n-형층, 제3 광학적 활성 매질 및 p-형층이 순차적으로 적층되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 광학적 활성 매질은 5주기 고 인듐 함유량의 InGaN[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 이루어지고, 상기 제2 광학적 활성 매질은 5주기 In0.30Ga0.70N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 이루어지며, 상기 제3 광학적 활성 매질은 5주기 In0.22Ga0.78N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널.
  5. 제3 항에 있어서,
    각 단위화소에 구비된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 n-형층은 n-도핑 GaN층으로 이루어지며, p-형층은 p-도핑 GaN층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널.
  6. 발광 다이오드(LED)를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법으로서,
    기판의 동일 평면상에 마이크로 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 각 중심이 삼각형의 각 꼭지점에 배치된 형태로 서로 분리되어 이루어진 다수개의 단위화소를 형성하되,
    상기 기판을 평면에서 보았을 때, 각 단위화소는 행 방향으로 일정간격 이격되게 삼각 및 역삼각 형태로 교대 배열되도록 하나의 화소 세트를 형성하고, 상기 화소 세트는 열 방향으로 일정간격 이격되게 다수개로 배열되도록 형성하며,
    상기 각 단위화소는 상기 동일 기판 상에 다른 활성층을 성장시켜 구현하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널의 디스플레이 패널의 제조방법.
  7. 발광 다이오드(LED)를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법으로서,
    (a) 기판 상에 버퍼층 및 n-형층을 순차적으로 적층하는 단계;
    (b) 상기 n-형층 상에 제1 유전층을 형성한 후, 제1 마스크를 이용하여 제1 LED 형성영역의 n-형층이 노출되도록 상기 제1 유전층을 패터닝하는 단계;
    (c) 상기 노출된 n-형층의 제1 LED 형성영역에 제1 LED 구조물을 형성한 후, 상기 제1 LED 구조물을 제외한 남아있는 제1 유전층을 제거하는 단계;
    (d) 상기 제1 LED 구조물을 포함한 n-형층 전면에 제2 유전층을 형성한 후, 제2 마스크를 이용하여 제2 LED 형성영역의 n-형층이 노출되도록 상기 제2 유전층을 패터닝하는 단계;
    (e) 상기 노출된 n-형층의 제2 LED 형성영역에 제2 LED 구조물을 형성한 후, 상기 제1 및 제2 LED 구조물을 제외한 남아있는 제2 유전층을 제거하는 단계;
    (f) 상기 제1 및 제2 LED 구조물을 포함한 n-형층 전면에 제3 유전층을 형성한 후, 제3 마스크를 이용하여 제3 LED 형성영역의 n-형층이 노출되도록 상기 제3 유전층을 패터닝하는 단계; 및
    (g) 상기 노출된 n-형층의 제3 LED 형성영역에 제3 LED 구조물을 형성한 후, 상기 제1 내지 제3 LED 구조물을 제외한 남아있는 제3 유전층을 제거하는 단계를 포함하되,
    상기 제1 내지 제3 LED 구조물은 마이크로 크기의 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드들(μLEDs)로서 이들 각 중심이 삼각형의 각 꼭지점에 배치된 형태로 서로 분리되어 이루어진 다수개의 단위화소를 형성하고,
    상기 기판을 평면에서 보았을 때, 각 단위화소는 행 방향으로 일정간격 이격되게 삼각 및 역삼각 형태로 교대 배열되도록 하나의 화소 세트를 형성하며, 상기 화소 세트는 열 방향으로 일정간격 이격되게 다수개로 배열되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    각 단위화소의 적색(R) 발광 다이오드는 n-형층, 제1 광학적 활성 매질 및 p-형층을 순차적으로 적층하여 형성하고, 녹색(G) 발광 다이오드는 n-형층, 제2 광학적 활성 매질 및 p-형층을 순차적으로 적층하여 형성하며, 청색(B) 발광 다이오드는 n-형층, 제3 광학적 활성 매질 및 p-형층을 순차적으로 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 광학적 활성 매질은 5주기 고 인듐 함유량의 InGaN[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 형성하고, 상기 제2 광학적 활성 매질은 5주기 In0.30Ga0.70N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 형성하며, 상기 제3 광학적 활성 매질은 5주기 In0.22Ga0.78N[25Å]/GaN[75Å] 다중 양자우물로 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    각 단위화소에 구비된 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 발광 다이오드의 n-형층은 n-도핑 GaN층으로 형성하며, p-형층은 p-도핑 GaN층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 패널의 제조방법.
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