KR102078643B1 - 원칩 타입의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

원칩 타입의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 원칩 타입의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 디스플레이 패널용 기판 상에 다수개의 발광 소자 및 구동 소자가 나란히 배치되고, 다수개의 발광 소자 각각은 제1 금속층, 발광층 및 제2 금속층이 순차적으로 접하여 수평 배치되고, 다수개의 발광 소자 각각은 제2 금속층이 하나의 공통층이고, 제1 금속층 및 발광층은 다수의 단위 셀의 개수에 대응되는 개수로 분리된 다수의 층을 이룬다.

Description

원칩 타입의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법{DISPLAY APPARTUS USING ONE CHIP TYPE LED AND FABRICATION METHOD OF THE SAME}
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원칩 타입의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광 소자 중 하나이다. 발광 다이오드는 저 전압으로 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다. 최근, 발광 다이오드의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정표시장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.
최근 발광 다이오드를 활용한 디스플레이 장치가 활발히 개발되고 있다. 대부분의 디스플레이 장치 기술은 하나의 픽셀을 구현하기 위하여 3개의 발광 다이오드(적색, 녹색, 청색) 칩이 사용하고 있다. 그런데 각 칩마다 구동전류가 차이가 나기 때문에 동일한 구동회로를 구성하는데 어려움이 있다. 또한, 다른 종류의 발광 다이오드 칩이므로, 수명이 서로 다른 단점이 있다.
마이크로 발광 다이오드(μμ-LED)의 크기는 5 ~ 200μμm 수준으로 매우 작고, 40 인치(inch)의 디스플레이 장치를 구현하기 위해서는 대략 2,500만개 이상의 픽셀이 요구된다. 따라서, 40 인치의 디스플레이 장치를 하나 만드는데 단순한 픽앤플레이스(Pick & Place) 방법으로는 시간적으로 최소 한 달 이상이 소요되는 문제가 있다.
등록특허공보 제10-1100579호, 공고일자 2012년01월13일 등록특허공보 제10-0696445호, 공고일자 2007년03월19일
이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다수의 단위 셀을 각각 포함하는 다수의 발광 소자를 다수 개의 픽셀 어레이 형태로 형성한 후에 픽셀 어레이 단위로 다이싱하고, 디스플레이 패널용 기판 상에 픽셀 어레이 단위로 솔더링한 후에 각 단위 셀에 다수의 파장 변환층을 형성하도록 한, 원칩 타입의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하는데 있다.
다만, 본 발명의 목적은 상기 목적들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 디스플레이 장치는 디스플레이 패널용 기판 상에 하나 이상의 발광 소자 및 구동 소자가 배치되고, 상기 발광 소자는 제1 금속층, 발광층 및 제2 금속층이 순차적으로 접하여 수평 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 한 관점에 따른 디스플레이 장치는 디스플레이 패널용 기판; 상기 디스플레이 패널용 기판의 상부에 배치된 금속 패드; 상기 금속 패드의 상부에 전기적으로 연결되고, 서로 다른 파장의 광을 방출하는 다수의 단위 셀을 각각 포함하고, 다수의 픽셀 어레이 형태로 배열된 다수의 발광 소자; 및 상기 디스플레이 패널용 기판의 상부에 배치되고, 상기 다수의 발광 소자 각각을 전기적으로 구동시키는 다수의 구동 소자;를 포함하고, 상기 발광 소자는 발광층; 상기 발광층의 일 측면에 형성된 제1 금속층; 및 상기 발광층의 타 측면에 형성된 제2 금속층;을 포함하고, 상기 제1 금속층, 상기 발광층, 상기 제2 금속층이 순차적으로 수평 배치될 수 있다.
또한, 상기 금속 패드는 제1 금속 패드와 상기 제1 금속 패드와 소정 간격 이격되어 배치된 제2 금속 패드를 포함하고, 상기 제1 금속층이 상기 제1 금속 패드에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 금속층이 상기 제2 금속 패드에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 제1 금속층은 제1 도전층과 제1 본딩 물질층을 포함하고, 상기 제2 금속층은 제2 도전층과 제2 본딩 물질층을 포함하고, 상기 제1 본딩 물질층이 상기 제1 금속 패드에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 본딩 물질층이 상기 제2 금속 패드에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 발광층은 순차적으로 수평 배치된 +EPI층, 활성층, -EPI층을 포함하고, 상기 -EPI층 및 상기 제2 금속층을 공통층으로 하고, 상기 활성층, 상기 +EPI층 및 상기 제1 금속층은 다수로 분리되어 단위 셀을 이룰 수 있다.
또한, 상기 제1 금속층부터 상기 +EPI층 및 상기 활성층까지에는 식각 공정을 통해 상기 다수의 단위 셀 각각을 구분하는 트렌치가 형성될 수 있다.
또한, 상기 다수의 단위 셀은 적색 파장의 광을 방출하는 제1 단위 셀, 녹색 파장의 광을 방출하는 제2 단위 셀, 청색 파장의 광을 방출하는 제3 단위 셀을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 상기 발광 소자는 상기 발광층의 상부에 형성된 파장 변환층;을 더 포함하고, 상기 파장 변환층은 퀀텀닷 형광체 또는 YAG 형광체를 포함할 수 있다.
본 발명의 한 관점에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은 성장 기판 상에 행 또는 열 중 어느 하나 이상의 픽셀 어레이 형태로 발광층을 형성시킨 후, 상기 발광층의 상부와 하부에 제1 금속층과 제 2 금속층을 적층시켜 발광 구조물을 형성하는 단계; 상기 발광 구조물을 소정의 패턴으로 식각하는 단계; 상기 발광 구조물을 픽셀 어레이 단위로 다이싱하여 다수의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이를 형성하는 단계; 수직 적층된 상기 발광 소자 어레이를 디스플레이 패널용 기판 상에 수평 배치시키는 단계; 및 상기 발광 소자 어레이를 상기 디스플레이 패널용 기판에 전기적으로 연결하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광 구조물을 형성하는 단계는 상기 성장 기판 상에 행 또는 열 중 어느 하나 이상의 픽셀 어레이 형태로 발광층을 형성시킨 후, 상기 발광층의 상부에 제1 금속층을 형성하는 단계; 상기 제1 금속층의 상부에 지그를 접착시키고, 상기 성장 기판을 제거하는 단계; 상기 발광층의 하부에 제2 금속층을 형성한 후 상기 지그를 제거하여 상기 발광 구조물을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은 상기 디스플레이 패널용 기판의 상부에 상기 발광 소자가 전기적으로 연결되는 금속 패드와 상기 금속 패드에 연결된 발광 소자를 전기적으로 구동시키는 구동 소자를 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 연결하는 단계에서는 상기 발광 소자 어레이 내 발광 소자가 상기 금속 패드에 전기적으로 연결되도록 솔더링할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은 상기 발광 소자의 상부에 파장 변환층을 형성하는 단계;를 더 포함하고, 상기 파장 변환층을 형성하는 단계에서는 퀀텀닷 형광체와 YAG 형광체 중 어느 하나의 형광체와 실리콘을 배합한 형광체액을 프린팅(printing) 또는 디스펜싱(dispensing)하여 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은 상기 발광 소자와 상기 발광 소자의 상부에 형성된 파장 변환층을 보호하는 보호층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 금속층은 제1 도전층과 제1 본딩 물질층을 포함하고, 상기 제2 금속층은 제2 도전층과 제2 본딩 물질층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 발광층은 순차적으로 적층된 -EPI층, 활성층, +EPI층을 포함하고, 상기 식각하는 단계에서는, 상기 제1 본딩 물질층부터 상기 제1 도전층, 상기 발광층의 +EPI층과 활성층까지 상기 다수의 단위 셀들로 구분하기 위한 트렌치가 형성되도록 건식 식각할 수 있다.
이처럼, 본 발명은 다수의 단위 셀을 각각 포함하는 다수의 발광 소자를 다수개의 픽셀 어레이 형태로 형성한 후에 픽셀 어레이 단위로 다이싱하고, 디스플레이 패널용 기판 상에 픽셀 어레이 단위로 솔더링한 후에 각 단위 셀에 다수의 파장 변환층을 형성하도록 함으로써, 구동 소조와 금속 패드가 구비된 디스플레이 패널용 기판으로 픽셀 어레이 단위로 바로 전사되기 때문에 파장 변환층까지 구비된 LED를 하나씩 기판에 직접 옮기는 픽앤플레이스(Pick & Place) 공정에 비해 속도가 매우 빠르고, 이로 인해 수천 수만개의 픽셀을 갖는 디스플레이 장치의 제조 시간이 획기적으로 단축될 수 있다.
또한, 본 발명은 동일한 청색 LED를 이용하여 픽셀(적색, 녹색, 청색)이 형성되기 때문에, 동일한 조건에서 구동이 가능하고, 신뢰성 있는 디스플레이 장치를 신속하게 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 전류가 도전층과 발광층을 관통하여 한 방향으로 흐르는 구조로 형성되기 때문에 전류 설계가 용이하고 발광 효율을 최대화할 수 있다.
또한 본 발명은 발광층, 도전층과 동일 평면 상에 본딩 물질층이 존재하기 때문에 와이어 본딩이 필요하지 않고 칩 스케일에서 바로 납땜이 가능할 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 효과들로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 장치 내 하나의 픽셀 영역의 확대도이다.
도 3은 디스플레이 장치 내 하나의 픽셀 영역을 A-A'로 자른 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 디스플레이 장치 내 하나의 픽셀 영역의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 6a 내지 도 6m은 도 5의 디스플레이 장치의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 원칩 타입의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 설명한다. 특히, 본 발명에서는 다수의 단위 셀을 각각 포함하는 다수의 발광 소자를 다수 개의 픽셀 어레이 형태로 형성한 후에 픽셀 어레이 단위로 다이싱하고, 디스플레이 패널용 기판 상에 픽셀 어레이 단위로 솔더링한 후에 각 단위 셀에 다수의 파장 변환층을 형성하도록 한, 새로운 제조 방법 및 그 제조 방법으로 제조된 디스플레이 장치를 제안한다.
일반적으로 마이크로 LED는 5~100㎛ 크기의 초소형 LED 입자를 기판에 이어 붙여 디스플레이를 제작하는 기술로, 차세대 TV 패널로 각광받고 있다. LED 칩 자체를 화소(픽셀)로 활용해 플렉서블이나 롤러블 화면을 구현하는 데 적합하고, OLED 대비 전력 소모량은 적으면서 반응 속도와 밝기는 뛰어나다. 이러한 마이크로 LED는 그 구조에 따라 수평칩(Lateral Chip), 수직칩(Vertical Chip), 플립칩(Flip Chip)들이 있는데, 이 칩들은 EPI와 금속 전극 등이 동일 평면 상에 존재하지 않는 구조를 가지고 있다. 특히, 수직칩은 구조적으로 전극이 동일 평면에 존재하지 않기 때문에 칩 스케일에서 납땜(soldering)이 불가능하고, 플립칩은 칩 스케일에서 납땜이 가능하지만 전류의 흐름이 수직칩처럼 일방향성을 갖지 않아 전극 설계가 어렵고 광효율이 떨어진다. 따라서, 본 발명에서는 수직칩과 플립칩의 장점만을 이용한 새로운 구조인 원칩(One Chip) 타입의 발광 다이오드를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제안한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 디스플레이 장치 내 하나의 픽셀 영역을 확대한 도면이고, 도 3은 디스플레이 장치 내 하나의 픽셀 영역을 A-A'로 자른 도면이고, 도 4는 도 2에 도시된 디스플레이 장치 내 하나의 픽셀 영역의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치는 기판(100), 금속 패드(200), 발광 소자(300), 구동 소자(400)를 포함할 수 있다.
기판(100)은 디스플레이 장치의 디스플레이 패널용 기판일 수 있다. 기판(100)은 광을 전부 또는 일부 투과할 수 있는 재질일 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 유리 기판일 수 있으며, 플라스틱 재질의 기판일 수도 있다.
기판(100)은 플렉서블 필름(Flexible Film), 금속 PCB(Metal PCB), 세라믹 PCB(ceramic PCB) 중 하나일 수 있다.
기판(100)은 상면(110)과 하면을 포함한다. 기판(100)의 상면(110) 상에 다수의 발광 소자(300)가 배치될 수 있다. 기판(100)의 상면(110)과 하면은 대면적일 수 있다. 예를 들어, 상면(110)의 대각선 길이가 수십 인치일 수 있다.
기판(100)은 평면 기판 또는 곡면 기판일 수 있다. 기판(100)이 평면 기판인 경우, 기판(100)의 상면(110)은 평면일 수 있다. 한편 기판(100)이 곡면 기판인 경우, 기판(100)의 상면(110)은 전부 또는 일부가 만곡된 곡면을 포함할 수 있다.
기판(100)은 딱딱한(rigid) 재질일 수도 있고, 플렉서블(flexible) 재질일 수도 있다.
금속 패드(200)는 기판(100)의 상부에 배치될 수 있다. 금속 패드(200)는 발광 소자(300)의 일측이 전기적으로 연결되는 제1 금속 패드(210)와 제1 금속 패드와 소정 간격 이격되어 배치되고 발광 소자(300)의 타측이 전기적으로 연결되는 제2 금속 패드(220)를 포함할 수 있다.
발광 소자(300)는 기판(100)의 상부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 발광 소자(300)는 기판(100)의 상부에 형성된 금속 패드(200)의 상부에 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 다수의 발광 소자(300)는 기판(100)의 상부에 어레이(array) 형태로 배열되는데, 본 발명에서는 이러한 픽셀 어레이 형태로 배열된 구조를 픽셀 바(pixel bar)라고 명명한다.
도 2를 참조하면, 하나의 픽셀마다 하나의 발광 소자(300)가 배치되는데, 하나의 발광 소자(300)는 다수의 단위 셀(300a, 300b, 300c)을 포함할 수 있다. 다수의 단위 셀(300a, 300b, 300c)은 서로 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 예컨대, 제1 단위 셀(300a)는 적색 파장의 광을 방출하고, 제2 단위 셀(300b)는 녹색 파장의 광을 방출하고, 제3 단위 셀(300c)은 청색 파장의 광을 방출한다.
여기서는 3개의 단위 셀을 일 예로 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 필요에 따라 2개의 단위 셀 또는 4개 이상의 단위 셀이 사용될 수 있다.
도 3을 참조하면, 하나의 발광 소자(300)는 발광층(310), 제1 도전층(320a), 제1 본딩 물질층(320b)를 포함하는 제1 금속층(320), 제2 도전층(330a), 제2 본딩 물질층(330b)을 포함하는 제2 금속층(330)을 포함하고, 여기서, 발광층(310)은 -EPI층(311), 활성층(312), +EPI층(313)을 포함할 수 있다. 이러한 발광 소자(300)의 각 층(layer)은 기판 상에 수평 배치될 수 있다.
도 4를 참조하면, 하나의 발광 소자(300)는 다수의 단위 셀(300a, 300b, 300c)을 포함하는데, 다수의 단위 셀(300a, 300b, 300c)은 발광층(310)의 -EPI층(311)과, 제2 금속층(330) 즉, 제2 도전층(330a)과 제2 본딩 물질층(330b)을 공통층으로 하고, 발광층(310)의 활성층(312)과 +EPI층(313), 제1 금속층(320) 즉, 제1 도전층(320a)과 제1 본딩 물질층(320b)은 다수로 분리된다.
이때, 발광층(310)의 활성층(312)과 +EPI층(313), 제1 금속층(320) 즉, 제1 도전층(320a)과 제1 본딩 물질층(320b) 간의 트렌치(trench)는 식각 공정을 통해 형성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타내는 도면이고, 도 6a 내지 도 6m은 도 5의 디스플레이 장치의 제조 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은 구동소자/금속패드 형성 단계(S510), 발광층 성장 단계(S520), 적층 단계(S530), 식각 단계(S540), 다이싱 단계(S550), 솔더링 단계(S560), 변환층 형성 단계(S570) 및 보호층 형성 단계(S580)를 포함할 수 있다.
1)구동소자/금속패드 형성 단계(S510)에서, 도 6a와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치의 디스플레이 패널용 기판(100)의 상부에 금속 패드(200)와 구동 소자(400)가 형성되는데, (a)에서는 사시도, (b)에서는 측면도를 보여준다.
금속 패드(200)는 제1 금속 패드(210)와 제2 금속 패드(220)를 포함하는데, 제1 금속 패드(210)는 발광 소자 어레이 내 다수의 발광 소자 각각의 일측에 개별 연결되도록 다수 개가 배치되고, 제2 금속 패드(220)는 발광 소자 어레이 내 다수의 발광 소자 각각의 타측에 공통 연결되도록 하나가 배치된다.
구동 소자(400)는 기판(100)의 상부에 배치되되, 제1 금속 패드(210)와 인접하여 배치되고, 제1 금속 패드(210)에 연결된 발광 소자를 전기적으로 구동시킬 수 있다. 구동 소자(400)는 발광 소자 내 다수의 단위 셀 각각을 구동시킬 수 있도록 다수 개가 배치되되, 단위 셀과 일대일 대응되도록 배치될 수 있다.
구동 소자(400)는 TFT(Thin Film Transistor)를 포함하는 반도체 구동회로일 수 있다. 여기서 TFT는 인접한 발광 소자와 전기적으로 연결되고, 외부 제어 신호에 따라 인접한 발광 소자의 구동을 제어할 수 있다.
2)발광층 성장 단계(S520)에서, 도 6b와 같이 성장 기판(10) 상에 발광층(310) 즉, -EPI층(311), 활성층(312), +EPI층(313)을 성장시킬 수 있다. GaN 성장을 위한 성장 기판으로는 상대적으로 고온에서 안정되고 가격이 저렴한 사파이어 기판(sapphire substrate)이 널리 사용되는데, 사파이어 기판은 부도체 기판이기 때문에 발광층에서 n 전극과 p 전극을 모두 형성해야 한다. 즉, 발광층(310)은 -EPI(311), 활성층(312), +EPI(313)로 구성되는데, -EPI(311)는 nGaN층이고, +EPI(313)는 pGaN층일 수 있다.
3)적층 단계(S530)에서, 성장 기판에서 성장시킨 발광층(310)의 상부와 하부 각각에 동일하게 금속층 즉, 도전층과 본딩 물질층을 순차적으로 적층시킬 수 있다. 이때, 발광층을 기준으로 그 상부와 하부에 도전층과 본딩 물질층이 대칭되도록 형성된다.
구체적으로 설명하면, 3-1)도 6c와 같이, 발광층(310) 즉, +EPI(313)의 상부에 제1 금속층 즉, 제1 도전층(320a)과 제1 본딩 물질층(320b)을 순차적으로 적층시킬 수 있다.
3-2)도 6d와 같이, 적층된 제1 본딩 물질층(320b)의 상부에 지그(jig)(20)를 접착시킬 수 있다.
3-3)도 6e와 같이, 발광층(310)을 성장시킨 성장 기판(10)을 제거할 수 있다. 이때, 사파이어 기판과 같은 성장 기판은 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off), 화학적인 리프트 오프 등의 방법으로 박리될 수 있다.
3-4)도 6f와 같이, 발광층(310) 즉, -EPI(311)의 하부에 제2 금속층 즉, 제2 도전층(330a)과 제2 본딩 물질층(330b)을 순차적으로 적층시킬 수 있다.
3-5)도 6g와 같이, 발광층(310)의 상부와 하부에 제1 금속층과 제2 금속층의 적층이 완료되면 제1 본딩 물질층(320b)의 상부에 접착된 지그(20)를 제거함으로써, 제1 본딩 물질층, 제1 도전층, 발광층, 제2 금속층, 제2 본딩 물질층에 순차적으로 적층된 발광 구조물을 형성할 수 있다.
이때, 도전층 즉, 제1 도전층과 제2 도전층 각각은 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 중 어느 하나의 금속 물질로 이루어지고, 그 두께가 10㎛ ~ 100㎛의 범위 이내로 형성될 수 있다. 또한, 본딩 물질층 즉, 제1 본딩 물질층과 제2 본딩 물질층 각각은 금-주석(AuSn), 납(Pb), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au) 중 어느 하나의 금속 물질로 이루어질 수 있다.
4)식각 단계(S540)에서, 도 6h와 같이 발광 구조물을 미리 정해진 패턴으로 트렌치(trench)가 형성되도록 건식 식각(full dry etch)할 수 있다. 이때, 트렌치는 단위 셀 단위로 발광 구조물의 제1 본딩 물질층(320b)부터 제1 도전층(320a), 발광층의 +EPI층(313)과 활성층(312)까지 형성될 수 있다.
즉, 제1 본딩 물질층(320b)부터 제1 도전층(320a), 발광층의 +EPI층(313)과 활성층(312)까지는 각 단위 셀을 분리하기 위한 트렌치가 형성되도록 건식 식각(dry etching)될 수 있다. 즉, 발광층의 -EPI층(311)과 제2 도전층(330a), 제2 본딩 물질층(330b)은 분리되지 않아 단위 셀들이 공통층으로 할 수 있다. 이렇게 형성된 다수의 단위 셀은 3개 이상일 수 있다.
이때, 하나의 발광 소자를 이루는 다수의 단위 셀 간의 트렌치의 크기는 동일하되, 다수의 발광 소자 간의 트렌치의 크기보다는 작게 형성된다.
5)다이싱 단계(S550)에서, 도 6i와 같이 발광 구조물은 다수의 발광 소자를 포함하는 복수의 픽셀 어레이로 구성된다. 발광 구조물을 픽셀 어레이 단위로 다이싱(dicing)하여 다수의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이 즉, 픽셀 바를 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 발광 소자의 단면 즉, 발광 소자의 각 층이 적층된 방향으로 자른 단면은 직사각형 또는 정사각형일 수 있다. 여기서, 발광 소자 어레이는 동일 픽셀 어레이에 배치되는 다수의 발광 소자를 포함한다.
6)솔더링 단계(S560)에서, 도 6j와 같이 다이싱된 발광 소자 어레이 내 발광 소자의 각 층을 동일 평면 상에 위치하도록 수평 배치시켜, 발광 소자의 상부와 하부 각각에 형성된 본딩 물질층 즉, 제1 본딩 물질층(320b)과 제2 본딩 물질층(330b)이 기판 상의 금속 패드(210, 220)와 전기적으로 연결되도록 솔더링(soldering)할 수 있다.
이때, 발광 소자는 그 크기에 따라 다양한 LED 예컨대, 20㎛ ~ 200㎛의 마이크로 LED, 200㎛ ~ 600㎛의 미니 LED, 600㎛ 이상의 일반 LED로 구분될 수 있다.
7)변환층 형성 단계(S570)에서, 도 6k와 같이 솔더링된 발광 소자의 상부에 서로 다른 파장의 광을 방출하는 파장 변환층(340)을 형성할 수 있다. 여기서, 파장 변환층(340)은 퀀텀닷(Quantum Dot) 형광체 또는 YAG 형광체를 이용하여 형성될 수 있다. 파장 변환층(340)은 퀀텀닷 형광체와 YAG 형광체 중 어느 하나의 형광체와 실리콘을 배합한 형광체액을 프린팅(printing) 또는 디스펜싱(dispensing) 방법으로 코팅하여 형성될 수 있다.
특히 본 발명의 일 실시예에 따른 파장 변환층(340)은 퀀텀닷 형광체를 이용한 파장 변환을 통해 3개의 색 예컨대, 적색, 녹색, 청색 중 하나의 색을 형성할 수 있다. 여기서 퀀텀닷은 지름 수십 나노미터 이하의 반도체 결정물질로서 특이한 전기적, 광학적 성질을 지니는 입자를 말하는데, 전기를 통하게 하면 입자 크기에 따라 다른 길이의 빛 파장을 발생시켜 다양한 색을 낼 수 있을 뿐만 아니라, 색 순도와 광 안정성이 높은 물질이다.
이러한 파장 변환층은 발광 소자의 상부에 형성되되, 발광 소자를 구성하는 제1 도전층, 발광층 제2 도전층의 상부 면적보다 크게 형성될 수 있다.
도 6l를 참조하면, 픽셀 라인 또는 픽셀 어레이에서 하나의 픽셀에 해당하는 하나의 발광 소자는 서로 다른 파장 변환층이 형성된 다수의 단위 셀을 포함한다. 예컨대, 적색 발광 영역에 위치하는 제1 단위 셀(300a)의 상부에는 적색 파장 변환층(340a)이 형성되고, 녹색 발광 영역에 위치하는 제2 단위 셀(300b)의 상부에는 녹색 파장 변환층(340b)이 형성되며, 청색 발광 영역에 위치하는 제3 단위 셀(300c)의 상부에는 청색 파장 변환층(340c)이 형성될 수 있다.
이때, RGB 픽셀은 청색 광을 방출하는 발광 소자를 광원(light source)으로 하여 RGB 발광 영역에 파장 변환층을 형성하되, 적색 발광 영역에는 적색 파장 변환층을 형성하고, 녹색 발광 영역에는 녹색 파장 변환층을 형성하지만, 청색 발광 영역에는 별도로 파장 변환층을 형성하지 않을 수 있다. 이러한 경우는 해당 단위 셀에서 방출되어야 하는 광의 파장이 해당 셀 내의 활성층에서 방출되는 광의 파장과 동일한 경우에 해당한다.
즉, 녹색 발광 영역에 형성되는 녹색 파장 변환층은 발광 소자로부터 방출된 청색 광을 녹색 광으로 변환시키고, 적색 발광 영역에 형성되는 적색 파장 변환층은 발광 소자로부터 방출된 청색 광을 적색 광으로 변환시킨다.
8)보호층 형성 단계(S580)에서, 도 6m과 같이 발광 소자를 구성하는 다수의 단위 셀 각각의 상부에 형성된 파장 변환층을 캡슐화하여 보호하는 보호층(350)을 형성할 수 있다. 보호층(350)은 단위 셀을 밀봉하여 외부 이물질이나 충격으로부터 단위 셀을 보호할 수 있다. 이러한 단위 셀의 캡슐화 공정을 수행함으로써, 도 1 내지 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 형태에 따른 디스플레이 장치를 제조할 수 있다.
이러한 보호층(350)은 실리콘(silicon), 에폭시(epoxy) 등의 유기 물질이나 질화 실리콘(SiNx), 실리콘 산화물(SiOx) 등의 무기 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법에서 구동소자/금속패드 형성 단계는 첫번째로 수행되는 단계로 설명하고 있지만 반드시 이에 한정되지 않고 발광 소자를 형성하는 과정과 함께 수행될 수 있다.
앞서 살펴본 도 5 내지 도 6m에 도시된 본 발명의 일 실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은, 다수의 단위 셀을 각각 포함하는 다수의 발광 소자(300)를 픽셀 어레이 형태로 형성한 후 픽셀 어레이 단위로 다이싱하고, 디스플레이 패널용 기판(100) 상에 픽셀 어레이 단위로 솔더링한 후에 다수의 파장 변환층을 형성하기 때문에, 파장 변환층까지 구비된 LED를 하나씩 기판(100)에 직접 옮기는 픽앤플레이스(Pick & Place) 공정에 비해 속도가 매우 빠르다. 따라서, 수천 수만개의 픽셀을 갖는 디스플레이 장치의 제조 시간이 획기적으로 단축되는 이점이 있다. 또한, 동일한 청색 LED를 이용하여 픽셀(적색, 녹색, 청색)이 형성되기 때문에, 동일한 조건에서 구동이 가능하고, 신뢰성 있는 디스플레이 장치를 신속하게 제조할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 성장 기판
20: 지그
100: 기판
200: 금속 패드
300: 발광 소자
310: 발광층
320: 제1 금속층
330: 제2 금속층
340: 파장 변환층
350: 보호층
400: 구동 소자

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 디스플레이 패널용 기판;
    상기 디스플레이 패널용 기판의 상면에 서로 이격되어 배치된 제1 및 제2 금속 패드;
    상기 제1 및 제2 금속 패드의 상부에 전기적으로 연결되고, 서로 다른 파장의 광을 방출하는 다수의 단위 셀을 각각 포함하고, 다수의 픽셀 어레이 형태로 배열된 다수의 발광 소자; 및
    상기 디스플레이 패널용 기판의 상면에 상기 제1 및 제2 금속 패드 중 어느 하나의 금속 패드에 인접하여 배치되고, 상기 다수의 발광 소자 각각을 전기적으로 구동시키는 다수의 구동 소자;를 포함하고,
    상기 다수의 발광 소자 각각은,
    상기 제1 금속 패드 상에 배치되어 상기 제1 금속 패드에 전기적으로 연결되고, 상기 다수의 단위 셀의 개수에 대응되는 개수로 분리된 다수의 제1 금속층;
    상기 제2 금속 패드 상에 배치되어 상기 제2 금속 패드에 전기적으로 전기적으로 연결된 제2 금속층; 및
    상기 다수의 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되고, 상기 디스플레이 패널용 기판의 상면 상에 배치된 발광층;을 포함하고,
    상기 다수의 제1 금속층, 상기 발광층, 상기 제2 금속층이 순차적으로 수평 배치되고, 상기 제2 금속층은 하나의 공통층이며,
    상기 제1 금속층부터 상기 발광층까지는 상기 다수의 단위 셀 각각을 구분하는 트렌치가 형성되고, 상기 다수의 픽셀 어레이 형태로 배열된 다수의 발광 소자 단위로 상기 디스플레이 패널용 기판의 상면 상에 배치되는, 디스플레이 장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 제1 도전층과 제1 본딩 물질층을 포함하고, 상기 제2 금속층은 제2 도전층과 제2 본딩 물질층을 포함하고,
    상기 제1 본딩 물질층이 상기 제1 금속 패드에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 본딩 물질층이 상기 제2 금속 패드에 전기적으로 연결된, 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 발광층은 순차적으로 수평 배치된 +EPI층, 활성층, -EPI층을 포함하고,
    상기 -EPI층 및 상기 제2 금속층을 상기 공통층으로 하고, 상기 활성층, 상기 +EPI층 및 상기 제1 금속층은 다수로 분리되어 상기 다수의 단위 셀을 이루는, 디스플레이 장치.
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 단위 셀은, 적색 파장의 광을 방출하는 제1 단위 셀, 녹색 파장의 광을 방출하는 제2 단위 셀, 청색 파장의 광을 방출하는 제3 단위 셀을 포함하는, 디스플레이 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 발광 소자 각각은, 상기 발광층의 상부에 형성된 파장 변환층;을 더 포함하고,
    상기 파장 변환층은 퀀텀닷 형광체 또는 YAG 형광체를 포함하는, 디스플레이 장치.
  9. 성장 기판 상에 행 또는 열 중 어느 하나 이상의 픽셀 어레이 형태로 발광층을 형성시킨 후, 상기 발광층의 상부의 전 영역에 제1 금속층을 적층시키는 단계;
    상기 제1 금속층의 상부에 지그를 접착시키고, 상기 성장 기판을 제거하는 단계;
    상기 성장 기판이 제거된 상기 발광층의 하부의 전 영역에 제 2 금속층을 적층시키는 단계;
    상기 제1 금속층으로부터 상기 지그를 제거하여 발광 구조물을 형성하는 단계;
    상기 발광 구조물을 소정의 패턴으로 식각하여 상기 제1 금속층과 상기 발광층의 일부에 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 발광 구조물을 픽셀 어레이 단위로 상기 트렌치와 직교하는 방향으로 다이싱하여 다수의 발광 소자를 포함하는 발광 소자 어레이를 형성하는 단계;
    수직 적층된 상기 발광 소자 어레이를 디스플레이 패널용 기판 상에 수평 배치시키는 단계; 및
    수평 배치된 상기 발광 소자 어레이의 제1 및 제2 금속층을 상기 디스플레이 패널용 기판의 상면에 서로 이격되어 형성된 제1 및 제2 금속 패드에 각각 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널용 기판의 상면에 상기 제1 및 제2 금속 패드 중 어느 하나의 금속 패드에 연결된 발광 소자를 전기적으로 구동시키는 구동 소자를 형성하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 연결하는 단계에서는 상기 발광 소자 어레이 내 발광 소자가 상기 제1 및 제2 금속 패드에 전기적으로 연결되도록 솔더링하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    수평 배치된 상기 발광 소자 어레이의 발광층의 상부에 파장 변환층을 형성하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 파장 변환층을 형성하는 단계에서는 퀀텀닷 형광체와 YAG 형광체 중 어느 하나의 형광체와 실리콘을 배합한 형광체액을 프린팅(printing) 또는 디스펜싱(dispensing)하여 형성하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    수평 배치된 상기 발광 소자 어레이와 상기 발광 소자 어레이의 발광층의 상부에 형성된 파장 변환층을 보호하는 보호층을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제1 금속층은 제1 도전층과 제1 본딩 물질층을 포함하고, 상기 제2 금속층은 제2 도전층과 제2 본딩 물질층을 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 발광층은 순차적으로 적층된 -EPI층, 활성층, +EPI층을 포함하고,
    상기 식각하는 단계에서는, 상기 제1 본딩 물질층부터 상기 제1 도전층, 상기 발광층의 +EPI층과 활성층까지 다수의 단위 셀들로 구분하기 위한 상기 트렌치가 형성되도록 건식 식각하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
  16. 제9항, 제11항 내지 제15항 중 어느 하나에 의한 디스플레이 장치의 제조 방법으로 제조된 디스플레이 장치.
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