KR102442664B1 - 마이크로 led 소자, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

마이크로 led 소자, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유체를 기반으로 한 어셈블리 기술에 활용도가 높은 마이크로 LED 소자, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 마이크로 LED 소자는 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 배치되는 활성층; 상기 활성층 상에 배치되는 p형 반도체층; 적어도 상기 활성층의 외주면을 감싸는 절연층; 및 상기 절연층의 외주면에 배치되는 다층 전극부;를 포함한다.

Description

마이크로 LED 소자, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치{MICRO LED DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND DISPLAY DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 마이크로 LED 소자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 외주면에 다층 전극부가 배치된 마이크로 LED 소자, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
마이크로 LED 소자는 일반적으로 한 변의 사이즈가 100㎛ 이하인 LED를 의미한다. 이는 일반 LED 소자에 비하여 약 1/10 정도나 그 이하의 크기에 해당한다.
한편 디스플레이에 사용되는 OLED 소자가 유기물로 형성되어 외부의 산소나 수분에 취약하며, 전류 주입에 대해서도 성능 저하가 생기는 것으로 알려져 있다.
이에 비해 마이크로 LED 소자는 GaN, AlGaInP 등과 같은 무기물을 기반으로 형성되기 때문에 우수한 내구성을 가지는 것으로 알려져 있다. 또한 마이크로 LED 소자는 작은 사이즈에 기인하여 발열량도 작으며, 전력 소모량도 작은 장점도 갖는다. 이러한 장점들로 인해, 마이크로 LED 소자를 디스플레이 장치에 적용하고자 하는 많은 연구가 이루어지고 있다.
디스플레이 장치는 디스플레이 패널을 구성하는 복수의 픽셀에 의해 화면을 표시한다. 이와 같은 픽셀 각각은, R(Red), G(Green), 및 B(Blue)의 단일색을 발광하는 서브 픽셀로 구분되고, R, G, 및 B 각각의 빛의 세기에 의하여 True black 부터 white의 모든 색을 표현할 수 있다.
하나의 픽셀에는 모든 색을 표현하기 위해, 적어도 1 이상의 R, G, B 각각을 표현할 수 있는 서브 픽셀을 구성하는 마이크로 LED 소자가 필요하다.
마이크로 LED 소자를 적용한 디스플레이 장치는 자발광 특성을 가지는데, 동일하게 자발광 특성을 갖는 OLED와 비교할 때 반응 속도, 밝기, 색재현성 및 저전력 구동특성 측면에서 더 우수하다.
또한 마이크로 LED 소자를 적용한 디스플레이 장치는 무기물 소자 특성상 높은 내구성과 수명을 가지고 있어 모바일 디스플레이 장치의 적용에 보다 유리하다.
또한 마이크로 LED 소자의 특성상 모듈 형식으로 조립이 가능하여 초고화질 대형 디스플레이 장치와 플렉서블 디스플레이 장치에도 응용이 가능하다.
본 발명의 목적은 발광특성이 우수한 마이크로 LED 소자를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 발광특성이 우수한 마이크로 LED 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED 소자를 어셈블리한 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 마이크로 LED 소자는 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 배치되는 활성층; 상기 활성층 상에 배치되는 p형 반도체층; 적어도 상기 활성층의 외주면을 감싸는 절연층; 및 상기 절연층의 외주면에 배치되는 다층 전극부;를 포함한다.
본 발명에 따른 마이크로 LED 소자의 제조 방법은 (a) 하부 방향에서부터 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층, 제거용 절연막이 순차적으로 배치된 적층물을 마련하는 단계; (b) 상기 n형 반도체층의 두께가 일부 제거되도록 상기 적층물의 측면을 식각하는 단계; (c) 상기 p형 반도체층의 상부면의 적어도 일부가 노출되도록 상기 제거용 절연막의 측면을 식각하는 단계; (d) 적어도 상기 활성층의 외주면을 감싸도록 절연층을 형성한 후, 상기 제거용 절연막을 제거하는 단계; 및 (e) 상기 절연층의 외주면에 다층 전극부를 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 기판 상에 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역을 포함하고, 상기 복수의 화소 영역은 화소 회로부와 표시 소자층을 포함하고, 상기 표시 소자층은 상기 화소 회로부와 전기적으로 연결된 제1전극층과, 상기 제1전극층과 전기적으로 이격된 제2전극층; 및 상기 제1전극층과 제2전극층에 결합되는 마이크로 LED 소자;를 포함하며, 상기 마이크로 LED 소자는 n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 배치되는 활성층; 상기 활성층 상에 배치되는 p형 반도체층; 적어도 상기 활성층의 외주면을 감싸는 절연층; 및 상기 절연층의 외주면에 배치되는 다층 전극부;를 포함한다.
본 발명에 따른 마이크로 LED 소자는 절연층의 외주면에 다층 전극부를 배치함에 따라 발광특성이 우수한 효과가 있다.
또한 마이크로 LED 소자는 유체를 기반으로 한 어셈블리 기술에 활용도가 높은 장점이 있다.
본 발명에서는 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED 소자를 어셈블리한 디스플레이 장치를 제조할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 마이크로 LED 소자의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 LED 소자의 제조 과정을 나타낸 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 LED 소자를 기판으로부터 분리하는 과정을 나타낸 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 화소 영역을 나타낸 단면도이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 마이크로 LED 소자, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 디스플레이 장치를 설명하도록 한다.
본 발명은 유체를 기반으로 어셈블리할 때 사용되는 마이크로 LED 소자 및 그 제조 방법에 관한 기술이다.
본 발명에서 유체를 기반으로 어셈블리하는 것은 기판 상에 트렌치 구조의 정렬 홈을 형성한 후 전기장을 발생시키면, 제1전극층과 제2전극층 사이에서 비균일한 크기의 전기장이 형성되어 유체 내 분산되어 있는 마이크로 LED들이 가장 강한 전기장을 형성하는 정렬 홈에 위치하게 되면서, 정확한 위치에 마이크로 LED들을 정렬하는 기술이다.
본 발명의 마이크로 LED 소자는 종횡비가 0.5 ~ 2 인 디스크 형태 또는 큐브 형태의 초소형 발광물질이다.
본 발명에서는 p형 반도체층(14)과 전기적으로 연결되는 오믹(Ohmic) 접합 전극인 제1층, 반사 특성이 우수한 제2층, 유전영동을 위해 배치된 전극과 결합하는 제3층을 포함함으로써, 발광 특성이 우수한 마이크로 LED 소자를 제공하고자 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 마이크로 LED 소자의 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 LED 소자(ML)는 n형 반도체층(10), 상기 n형 반도체층 일면에 배치되는 활성층(12), 상기 활성층 일면에 배치되는 p형 반도체층(14), 적어도 활성층의 주위를 감싸는 절연층(18) 및 상기 절연층의 외주면에 배치되는 다층 전극부(20)를 포함한다.
마이크로 LED 소자(ML)는 상부 방향에서부터 n형 반도체층(10), 활성층(12), p형 반도체층(14)이 배치된 구조이다.
마이크로 LED 소자(ML)는 활성층(12)에서 방출되는 광이 n형 반도체층(10)을 통해 디스플레이 장치의 정면 방향으로 진행될 수 있다.
마이크로 LED 소자(ML)는 디스플레이 장치의 정면 방향에 n형 반도체층이 인접하도록 배치되며, 화소 영역의 광원을 구성할 수 있다.
마이크로 LED 소자는 GaN으로 대표되는 질화물계 반도체를 포함할 수 있다.
예를 들어, n형 반도체층(10)으로 n-GaN, 활성층(12)으로 GaN/InGaN, p형 반도체층(14)으로 p-GaN을 제시할 수 있다.
활성층(12)에서는 n형 반도체층(10)에서 공급되는 전자와 p형 반도체층(14)에서 공급되는 정공이 재결합하여 빛을 발생시킨다.
p형 반도체층(14)은 상대적으로 높은 저항을 가진다.
p형 반도체층(14)의 전류 분산을 위해 Al, Cu, Cr, Ni 등과 같은 금속 또는/및 ITO(Indium Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide) 등과 같은 투명 전도성 산화물(transparent Conductive Oxide; TCO) 재질을 포함하는 전류 분산층(미도시)이 더 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
절연층(18)은 적어도 활성층(12)의 외주면을 감싸는 형태로 배치된다.
절연층(18)은 활성층(12)의 측면과 함께 n형 반도체층(10), 활성층(12), p형 반도체층(14)의 측면을 둘러싸도록 배치되고, p형 반도체층(14)의 일면 중 일부가 노출되도록 배치될 수 있다.
절연층(18)은 활성층(12)에서 방출되는 광이 n형 반도체층(10)을 통해 디스플레이 장치의 정면 방향으로 진행될 수 있도록 n형 반도체층(10)의 일면에는 배치되지 않는 것이 바람직하다.
절연층(18)은 활성층(12)이 n형 반도체층(10), p형 반도체층(14) 외의 도전성 물질과 접촉하여 발생할 수 있는 전기적 단락을 방지한다. 또한 활성층(12) 외주면에 절연층(18)을 배치하는 경우 마이크로 LED 소자의 표면 결함을 최소화하여 수명과 효율을 향상시킬 수 있다.
절연층(18)은 투명한 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 절연층(18)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, AlN, TiO2 및 중 1종 이상의 절연물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
마이크로 LED 소자는 적어도 절연층(18)의 외주면을 감싸는 다층 전극부(20)를 포함한다.
도 1a를 참조하면, 다층 전극부(20)는 p형 반도체층(14)과 오믹 접촉을 이루는 제1층(22), 반사 특성이 우수한 제2층(24)을 포함한다.
도 1b를 참조하면, 다층 전극부(20)는 유전영동에 필요한 전극과 결합하는 제3층(26)을 더 포함할 수 있다.
제1층(22)은 절연층(18) 상에 배치되고, p형 반도체층(14)의 일면에 배치될 수 있다. 제1층(22)은 전하 주입을 원활하게 하기 위한 재질을 포함할 수 있으며, 제1층(22)은 n형 반도체층과 p형 반도체층에 따라 금속의 종류가 달라질 수 있다.
바람직하게 제1층(22)은 Ni, Cr, Al, Ti 및 Au 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
제2층(24)은 제1층(22) 상에 배치되며, 마이크로 LED 소자에서 방출되는 광을 반사시키기 위한 목적으로 배치된다.
제2층(24)은 가시광선에서 반사도가 우수한 재질인 Al, Au, Ni, Ti, In, Ag, Mg 및 Cu 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게 제2층(24)은 반사특성이 우수한 Al, Ag 등을 포함할 수 있다.
제3층(26)은 유전영동을 위해 배치된 전극과 결합하면서 상기 전극과 전기적으로 연결된다. 제3층(26)은 유전영동에 의해 쉽게 이동하면서 쉽게 산화되지 않는 재질로 형성될 수 있다.
제3층(26)은 Pt, Sn, Pb, Cu, Ag 및 Au 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
제1층(22), 제2층(24), 제3층(26)은 서로 상이한 물질을 포함하거나, 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1층(22)은 Ni 재질의 오믹 접촉 전극이고, 제2층(24)은 Al 재질의 반사 특성이 우수한 전극일 수 있다.
제3층(26)은 유전영동 전극과 결합하기 위한 Pt 재질의 전극일 수 있다.
상기 마이크로 LED 소자(ML)는 활성층(12)에서 발생된 빛이 측면과 다층 전극부(20)에 의해 반사되며, 반사된 광이 손실 없이 디스플레이 장치의 정면 방향으로 더욱 진행될 수 있다.
따라서 마이크로 LED 소자에서 출사된 광의 효율이 향상될 수 있다.
소자의 형상과 관련하여, 도 1b를 참조하면, 마이크로 LED 소자는 n형 반도체층(10)의 끝단부가 외측으로 연장된 형태이고, 절연층(18)과 다층 전극부(20)도 함께 연장된 형태일 수 있다.
마이크로 LED 소자(ML)의 끝단부가 외측으로 연장된 구조는 디스플레이 관점에서 화소의 간섭 현상을 최소화하는 효과가 있다.
이처럼 본 발명의 마이크로 LED 소자는 디스크 형태 또는 큐브 형태의 초소형 발광물질로, 소자 측면에 배치되는 절연층(18)과 다층 전극부(20)를 포함함으로써, 발광특성이 우수하고 유체 기반에 의해 이동성이 우수한 효과가 있다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 LED 소자의 제조 과정을 나타낸 공정도이다.
도 2를 참조하면, A 내지 L 순서로 마이크로 LED 소자가 제조될 수 있다.
먼저, 도 2의 A 순서와 같이, 하부 방향에서부터 n형 반도체층(10), 활성층(12), p형 반도체층(14), 제거용 절연막(30)이 순차적으로 배치된 적층물을 마련한다.
기판 상에 n형 반도체층(10), 활성층(12), p형 반도체층(14)을 성장시킬 수 있다. 상기 기판은 사파이어 기판, 질화갈륨(GaN) 기판일 수 있다.
기판(40)은 도 3에서 도시하였다.
적층물은 n형 반도체층(10), 활성층(12), p형 반도체층(14), 제거용 절연막(30)을 포함할 수 있다. 이러한 적층물은 물리적 기상 증착법(Physical vapor deposition, PVD), 화학적 기상 증착법(Chemical vapor deposition, CVD) 또는 원자단위증착(Atomic layor deposition, ALD)로 제조될 수 있다.
구체적으로, PVD로는 열증착법(thermal evaporation), 전자빔 증착법(E-beam evaporation), 플라즈마 레이저 증착법(Plasma laser deposition, PLD) 또는 스퍼터링(Sputtering)으로 수행될 수 있다.
CVD로는 금속-유기물 화학기상 증착법(Metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), 상압 화학기상 증착법(APCVD), 저압 화학기상 증착법(LPCVD), 플라즈마 화학기상 증착법(PECVD), 고밀도 플라즈마 화학기상 증착법(HDPCVD), 원자단위 화학기상 증착법(ALCVD)으로 제조될 수 있다.
제거용 절연막(30)은 SiO2, Si3N4, Al2O3, AlN 및 TiO2 중 1종 이상의 절연물질을 포함할 수 있다.
추가로, 제거용 절연막(30) 상부에 마스크 용도로 제거용 금속막(미도시)을 배치할 수 있다. 제거용 금속막은 Cr, Al, Ti, Ni, In, Pb, Cu, Ag, Pt 및 Au 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
각 층의 두께를 살펴보면, n형 반도체층(10)은 2㎛ 이하, 활성층(12)은 78nm 이하, p형 반도체층(14)은 120nm 이하, 제거용 절연막(30)은 1㎛ 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2의 B 내지 G 순서에 도시된 바와 같이, n형 반도체층(10)의 두께가 일부가 제거되도록 상기 적층물의 측면을 식각한다.
그리고 p형 반도체층(14)의 상부면의 적어도 일부가 노출되도록 제거용 절연막(30)의 측면을 식각한다.
구체적으로는 제거용 절연막(30) 상에 포토레지스트를 도포한 후 UV를 조사하여 상기 제거용 절연막(30)을 식각하는 단계와, 바닥면에 대하여 수직이 되도록 상기 n형 반도체층(10), 활성층(12), p형 반도체층(14)의 측면을 식각하는 단계를 포함한다.
B 순서와 같이, 제거용 절연막(30) 상에 포토레지스트를 도포한다.
C 순서와 같이, UV를 조사하여 포토레지스트가 도포된 영역은 남겨지도록 제거용 절연막(30)을 식각한다.
D 순서와 같이, 포토레지스트를 제거한다.
포토레지스트는 빛에 민감한 물질인 감광액으로 유기용매와 고분자 물질을 포함한다. 포토레지스트를 스핀 코팅한 후 포토레지스트 내 유기용매를 제거할 수 있다.
포토레지스트는 빛을 이용하여 패턴을 형성하는 것으로, 네거티브와 파지티브로 구분된다. 네거티브 PR은 빛을 받으면 입자가 뭉치기 때문에, 빛이 쪼일 때 빛을 받지 않은 부분이 제거되는 것이다. 파지티브 PR은 빛을 받으면 폴리머 결합이 끊기기 때문에, 빛이 쪼일 때 빛을 받은 부분만 제거되는 것이다.
포토레지스트 상에 마스크(미도시)를 배치한 후 UV를 조사(UV exposure)하면, 코팅된 포토레지스트가 반응하게 된다.
B 및 C 순서에서는, 식각(패터닝)하기 위한 목적으로 포토 레지스트가 마스크로 사용된 것으로 도시하였다.
상기 포토레지스트가 반응한 부분을 선택적으로 에칭하는 것이 필요하다.
에칭은 비활성 기체, 이온 등을 이용한 스퍼터 에칭, 플라즈마 에칭과 같은 건식 에칭, 또는 용액을 이용하여 화학적인 반응을 이용한 습식 에칭을 이용할 수 있다.
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제거용 절연막(30)을 식각하는 것은 RIE(reative ion etching) 공정으로 수행될 수 있다. RIE 공정은 아르곤, 산소와 같은 기체를 챔버에 주입한 후 고주파수 RF를 주입하면, 이온이 찢어져 나가면서 챔버 양단에 전위차로 자기장이 형성되면서 빠른 속도로 돌진하여 식각하는 방식이다.
E 순서와 같이, n형 반도체층(10), 활성층(12), p형 반도체층(14)을 식각한다.
이때 n형 반도체층(10)의 두께가 일부 제거되도록 적층물의 측면을 식각하되, 식각된 제거용 절연막(30)으로부터 하부방향으로 경사지도록 식각할 수 있다.
n형 반도체층(10)의 하부영역이 일정한 두께로 남아있도록 식각할 수 있다.
이 단계에서는 RIE 공정으로 수행될 수 있고, 구체적으로는 ICP-RIE(Inductively Coupled Plasma RIE) 공정으로 수행될 수 있다.
ICP-RIE 공정은 코일에 의해 유도되는 자기장과 전기장이 전자를 가속화시켜 고밀도의 플라즈마를 생성하면서 식각하는 방식이다.
ICP-RIE 공정은 Cl2 또는/및 BCl3 를 주입하여 수행될 수 있다.
F 순서와 같이, 바닥면에 대하여 측면이 수직이 되도록 n형 반도체층(10), 활성층(12), p형 반도체층(14)의 측면을 식각한다.
측면 식각은 KOH 등의 용액을 이용한 습식 식각으로 수행될 수 있다.
G 순서와 같이, p형 반도체층(14)의 상부면의 적어도 일부가 노출되도록 제거용 절연막(30)의 측면을 식각한다.
제거용 절연막(30)의 측면을 식각하는 것은 오존 분위기에서 수행될 수 있다.
한편 도 1a에 도시된 마이크로 LED 소자를 제조하기 위해, 도 2의 H 내지 L 순서에서 외측으로 연장된 끝단부에 절연층(18)과 다층 전극부(20)를 형성하지 않을 수 있다.
도 2의 H 내지 L 순서에서는 도 1b에 도시된 마이크로 LED 소자를 제조하는 것으로 가정 하에 설명하기로 한다.
도 2의 H 및 I 순서에 도시된 바와 같이, 적어도 활성층(12)의 외주면을 감싸도록 절연층(18)을 형성한 후, 상기 제거용 절연막(30)을 제거한다.
H 순서와 같이, 적층물의 측면을 감싸도록 보호막 역할의 절연층(18)을 형성할 수 있다. H 에서는 적층물의 측면에 절연층(18)을 형성하는 것으로 도시하였으나, 제거용 절연막(30)의 상부면에도 절연층(18)을 형성할 수 있다.
절연층(18)은 활성층(12)의 측면과 함께 n형 반도체층(10), p형 반도체층(14)의 측면을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
소자의 형상과 관련하여, n형 반도체층(10)의 외주면 중 외측으로 연장된 끝단부에도 절연층(18)을 형성할 수 있다.
절연층(18) 형성은 PVD, CVD 또는 ALD로 수행될 수 있으며, 예를 들어 스퍼터링이 수행될 수 있다.
I 순서와 같이, 제거용 절연막(30)을 제거하면, p형 반도체층(14)의 일면 중 일부가 노출된 상태로 남아있게 된다.
제거용 절연막(30)을 제거하는 것은 리프트 오프법(lift off)을 이용할 수 있다.
도 2의 J 내지 L 순서에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(18)의 외주면에 다층 전극부를 형성한다.
J 순서와 같이, 절연층(18) 상에 제1층(22), 제2층(24) 및 제3층(26)을 순차적으로 형성한다.
제1층(22)은 p형 반도체층(14)과 오믹 접촉을 이루는 전극이고, 제2층(24)은 반사 특성이 우수한 전극이며, 제3층(26)은 유전영동에 필요한 전극과 결합하는 전극이다.
제1층(22), 제2층(24) 및 제3층(26) 각각은 PVD, CVD 또는 ALD로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1층(22), 제2층(24) 및 제3층(26) 각각은 스퍼터링으로 증착될 수 있다.
제1층(22)은 600nm 이하, 제2층(24)은 100nm 이하, 제3층(26)은 600nm 이하로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
K 순서와 같이, n형 반도체층(10)의 외주면 중 외측으로 연장된 끝단부에 형성된 절연층(18) 또는/및 다층 전극부(20)를 식각할 수 있다.
끝단부에 형성된 절연층(18) 또는/및 다층 전극부(20)를 식각하는 것은 버퍼 산화 에칭과 같은 습식 식각으로 수행될 수 있다.
버퍼 산화 에칭(BOE)은 불화수소(HF)를 포함하는 용매에 적층물을 담궈 에칭하는 것이다.
L 순서와 같이, n형 반도체층(10)의 외주면 중 외측으로 연장된 끝단부를 하부방향으로 경사지도록, 즉, 폭이 좁아지도록 식각할 수 있다.
이 단계에서는 Cl2 또는/및 BCl3 를 주입하여 ICP-RIE 공정으로 수행될 수 있다.
상기 도 2의 A 내지 L 순서에 따라 제조됨으로써, n형 반도체층(10), 상기 n형 반도체층(10) 상에 배치되는 활성층(12), 상기 활성층(12) 상에 배치되는 p형 반도체층(16), 적어도 상기 활성층(12)의 외주면을 감싸는 절연층(18), 및 상기 절연층(18)의 외주면에 배치되는 다층 전극부(20)를 포함하는 마이크로 LED 소자를 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 마이크로 LED 소자를 기판으로부터 분리하는 과정을 나타낸 공정도이다.
도 3의 [a]에 도시된 바와 같이, 마이크로 LED 소자 상에 접착제(44)가 포함된 캐리어 기판(42)을 배치한 후, 열과 압력을 가하여 본딩 방법으로 접합한다.
마이크로 LED 소자에 포함된 다층 전극부(20)는 캐리어 기판(42)의 접착제(44)와 접합된다.
도 3의 [b]에 도시된 바와 같이, 레이저 기판 분리법(LLO)을 이용하여 본딩을 제거한다.
도 3의 [c]에 도시된 바와 같이, 건식 식각을 수행하고 기판(40)을 제거할 수 있다.
마지막으로 도 3의 [d]에 도시된 바와 같이, 마이크로 LED 소자로부터 접착제(44)가 포함된 캐리어 기판(42)을 분리하여 마이크로 LED 소자를 개별화할 수 있다.
개별화된 마이크로 LED 소자는 용액에 혼합되어, 유체를 기반으로 어셈블리하는 기술에 적용될 수 있다.
본 발명의 마이크로 LED 소자를 포함하는 디스플레이 장치에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 트랜지스터와 마이크로 LED 소자의 위치가 다양한 구조로 설계될 수 있다.
예를 들어 디스플레이 장치는 트랜지스터와 동일한 평면 상에 마이크로 LED 소자가 배치되거나, 또는 트랜지스터 상에 마이크로 LED 소자가 배치되는 구조일 수 있으나, 트랜지스터와 마이크로 LED 소자의 위치가 실시예에 따라 변경이 가능하며, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 화소 영역을 나타낸 단면도이다.
도 4에서는 화소 회로부 상에 마이크로 LED 소자가 배치된 구조를 도시하였으나, 이는 하나의 실시예에 해당하며 이에 제한되는 것은 아니다.
또한 도 4에 절연층(INS)과 구동 전압 배선(DVL)을 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4는 하나의 화소 영역을 나타내며, 여기서 화소는 최소 단위일 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치는 기판(50) 상에 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역을 포함한다.
각 화소 영역은 화소 회로부(PCL)와 표시 소자층(DPL)을 포함한다.
화소 회로부(PCL)는 적어도 하나 이상의 트랜지스터, 구동 전압 배선(DVL)을 포함할 수 있다.
표시 소자층(DPL)은 화소 회로부(PCL)와 전기적으로 연결된 제1전극층(110)과, 상기 제1전극층(110)과 전기적으로 이격된 제2전극층(130), 및 상기 제1전극층(110)과 제2전극층(130)에 결합되는 마이크로 LED 소자(ML)를 포함한다.
상기 제1전극층(110)은 화소 회로부(PCL)에 배치된 트랜지스터(DT)의 소스 전극 또는 드레인 전극에 연결된다.
상기 제2전극층(130)은 전원 전압 라인(VDD) 또는 기저 전압 라인(Vss)에 연결된다. 제2전극층(130)은 컨택전극(140)을 통해 구동 전압 배선(DVL)에 연결될 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이처럼 본 발명의 디스플레이 장치에서 하나의 화소는 기판(50)에 형성된 2개의 트랜지스터들(ST, DT), 1개의 커패시터(미도시) 및 마이크로 LED 소자(ML)를 포함할 수 있다.
본 발명의 디스플레이 장치는 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED 소자가 배치될 수 있다.
본 발명에서 트랜지스터는 구동 트랜지스터(DT)를 가리킨다. 트랜지스터에서 제1전극과 제2전극 각각은 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에서는 제1전극을 소스 전극, 제2전극을 드레인 전극으로 가정 하에 설명하기로 한다.
스위칭 트랜지스터(ST)의 게이트 전극은 게이트 라인(GL)에 접속되고, 스위칭 트랜지스터(ST)의 소스 전극은 데이터 라인(DL)에 접속된다.
스위칭 트랜지스터(ST)의 드레인 전극은 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극과 스토리지 커패시터(Cst)의 제1단에 접속된다.
스위칭 트랜지스터(ST)는 게이트 라인(GL)을 통해 공급되는 신호에 응답하여 데이터 라인(DL)과 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극을 접속시킨다.
구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극은 비아(Via3)를 통해 스위칭 트랜지스터(ST)의 드레인 전극에 접속된다.
구동 트랜지스터(DT)의 소스 전극은 비아(Via1)를 통해 접지(GND)에 접속된다.
구동 트랜지스터(DT)의 드레인 전극은 마이크로 LED 소자(ML)에 접속된다.
구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극 상에서는 게이트 절연막이 형성된다.
게이트 절연막은 게이트 전극을 감싸는 형태로 형성된다.
게이트 절연막 상에는 활성층이 형성된다.
활성층은 게이트 절연막 상의 일부 영역에 형성된다.
구동 트랜지스터(DT)는 스토리지 커패시터(Cst)에 충전된 전압에 대응하는 전류를 전원 전압 라인(VDD)로부터 마이크로 LED 소자(ML)를 통해 접지(GND)로 흐르게 한다.
스토리지 커패시터(Cst)는 구동 트랜지스터(DT)의 게이트 전극과 접지(GND) 사이에 접속된다.
마이크로 LED 소자(ML)는 구동 트랜지스터(DT)의 드레인 전극과 전원 전압 라인(VDD) 사이에 접속된다.
구체적으로, 마이크로 LED 소자(ML)는 드레인 전극, 전원 전극에 접속될 수도 있다.
마이크로 LED 소자(ML)의 제1단은 구동 트랜지스터(DT)의 드레인 전극에 접속된다. 마이크로 LED 소자(ML)의 제2단은 전원 전압 라인(VDD)에 접속된다.
전원 전압 라인(VDD)을 공급하는 라인은 구동 트랜지스터(DT)와 다른 레이어에 형성될 수 있는데, 이 경우 전원 전극과 전원 전압 라인(VDD)이 비아(Via2)를 통해 접속될 수 있다.
본 발명의 마이크로 LED 소자(ML)는 상부 방향에서부터 n형 반도체층(10), 활성층(12), p형 반도체층(14)이 배치되고, 적어도 활성층의 주위를 감싸는 절연층(18) 및 절연층(18)의 외주면에 배치되는 다층 전극부(20)를 포함한다.
이러한 마이크로 LED 소자(ML)는 디스플레이 장치의 정면 방향에 n형 반도체층(10)이 인접하도록 배치되며, 활성층(12)에서 방출되는 광이 n형 반도체층(10)을 통해 디스플레이 장치의 정면 방향으로 진행될 수 있다.
즉, 마이크로 LED 소자(ML)는 화소 영역의 광원을 구성할 수 있다.
트랜지스터는 게이트 전극(121)의 위치에 기초하여 역스태거 구조(바텀 게이트형) 및 스태거 구조(톱 게이트형)로 구분된다. 그리고 게이트 전극(121)과 활성층(125)의 배치에 따라 1) 바텀 게이트-탑 콘택트(bottom gate-top contact), 2) 바텀 게이트-바텀 콘택트(bottom gate-bottom contact), 3) 톱 게이트-탑 콘택트(top gate-top contact) 4) 톱 게이트-바텀 콘택트(top gate-bottom contact) 의 4가지 구조로 분류될 수 있다.
본 발명의 트랜지스터는 4가지 구조 중 어느 하나로 적용 가능하다.
게이트 전극은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 탄탈륨(Ta) 등의 금속 또는 이들의 금속 질화물 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 게이트 절연막은 유기 물질, 무기 물질 및/또는 유무기 물질 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 활성층(125)은 ZnO, IZO(Indium Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), 비정질 실리콘, 다결정 실리콘 및 결정질 실리콘 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : n형 반도체층
12 : 활성층
14 : p형 반도체층
18 : 절연층
20 : 다층 전극부
22 : 제1층
24 : 제2층
26 : 제3층
30 : 제거용 절연막
40 : 기판
42 : 캐리어 기판
44 : 접착제
50 : 기판
110 : 제1전극층
130 : 제2전극층
140 : 컨택전극

Claims (10)

  1. n형 반도체층;
    상기 n형 반도체층 상에 배치되는 활성층;
    상기 활성층 상에 배치되는 p형 반도체층;
    적어도 상기 활성층의 외주면을 감싸는 절연층; 및
    상기 절연층의 외주면에 배치되는 다층 전극부;를 포함하고,
    상기 p형 반도체층의 적어도 일부가 노출되며, 노출된 부분에 상기 다층 전극부가 접촉되도록 배치되는 마이크로 LED 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다층 전극부는 상기 절연층 상에 배치되는 제1층; 및 상기 제1층 상에 배치되는 제2층;을 포함하는 마이크로 LED 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다층 전극부는 Ni, Cr, Al, Ti 및 Au 중 1종 이상을 포함하는 제1층; 및 Al, Au, Ni, Ti, In, Ag, Mg 및 Cu 중 1종 이상을 포함하는 제2층;을 포함하는 마이크로 LED 소자.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다층 전극부는 상기 제2층 상에 배치되며, Pt, Sn, Pb, Cu, Ag, 및 Au 중 1종 이상을 포함하는 제3층을 더 포함하는 마이크로 LED 소자.
  5. (a) 하부 방향에서부터 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층, 제거용 절연막이 순차적으로 배치된 적층물을 마련하는 단계;
    (b) 상기 n형 반도체층의 두께가 일부 제거되도록 상기 적층물의 측면을 식각하는 단계;
    (c) 상기 p형 반도체층의 상부면의 적어도 일부가 노출되도록 상기 제거용 절연막의 측면을 식각하는 단계;
    (d) 적어도 상기 활성층의 외주면을 감싸도록 절연층을 형성한 후, 상기 제거용 절연막을 제거하는 단계; 및
    (e) 상기 절연층의 외주면에 다층 전극부를 형성하는 단계;를 포함하는 마이크로 LED 소자의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 단계는
    (b1) 상기 제거용 절연막 상에 포토레지스트를 도포한 후 UV를 조사하여 상기 제거용 절연막을 식각하는 단계; 및
    (b2) 바닥면에 대하여 수직이 되도록 상기 n형 반도체층, 활성층, p형 반도체층의 측면을 식각하는 단계;를 포함하는 마이크로 LED 소자의 제조 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (e) 단계는
    (e1) 상기 절연층 상에 제1층을 형성하는 단계;
    (e2) 상기 제1층 상에 제2층을 형성하는 단계; 및
    (e3) 상기 제2층 상에 제3층을 형성하는 단계;를 포함하는 마이크로 LED 소자의 제조 방법.
  8. 기판 상에 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역을 포함하고,
    상기 복수의 화소 영역은 화소 회로부와 표시 소자층을 포함하고,
    상기 표시 소자층은
    상기 화소 회로부와 전기적으로 연결된 제1전극층과, 상기 제1전극층과 전기적으로 이격된 제2전극층; 및
    상기 제1전극층과 제2전극층에 결합되는 마이크로 LED 소자;를 포함하며,
    상기 마이크로 LED 소자는
    n형 반도체층; 상기 n형 반도체층 상에 배치되는 활성층; 상기 활성층 상에 배치되는 p형 반도체층; 적어도 상기 활성층의 외주면을 감싸는 절연층; 및 상기 절연층의 외주면에 배치되는 다층 전극부;를 포함하며,
    상기 p형 반도체층의 적어도 일부가 노출되며, 노출된 부분에 상기 다층 전극부가 접촉되도록 배치되는 디스플레이 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이 장치는 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED 소자가 배치되는 디스플레이 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1전극층은 화소 회로부에 배치된 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극에 연결되고,
    상기 제2전극층은 전원 전압 라인(VDD) 또는 기저 전압 라인(Vss)에 연결되는 디스플레이 장치.
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