KR102444731B1 - 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
표시 장치 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 표시 장치는 트랜지스터와 상기 트랜지스터에 연결된 제1 전극을 각각 구비하는 복수의 구동 소자가 형성된 제1 기판과 복수의 발광 소자가 형성된 제2 기판을 정렬한 후, 상기 복수의 발광 소자를 상기 복수의 구동 소자의 제1 전극에 각각 결합시키는 단계; 및 상기 제2 기판을 분리하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 발광 소자는 와이어형 발광 소자이며, 상기 제2 기판을 분리하는 단계는 기계적 자극을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표시 장치는 트랜지스터와 상기 트랜지스터에 연결된 제1 전극을 각각 구비하는 복수의 구동 소자가 형성된 제1 기판과 복수의 발광 소자가 형성된 제2 기판을 정렬한 후, 상기 복수의 발광 소자를 상기 복수의 구동 소자의 제1 전극에 각각 결합시키는 단계; 및 상기 제2 기판을 분리하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 발광 소자는 와이어형 발광 소자이며, 상기 제2 기판을 분리하는 단계는 기계적 자극을 이용하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 고종횡비를 가지는 나노와이어형 발광소자를 이용한 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
발광소자(Light Emitting Diode)는 밴드 갭(band gap) 조절을 통하여 다양한 색광을 구현할 수 있고, 또한 열적 안성성이 우수하여 조명 장치나 표시 장치에 널리 적용되고 있다.
발광 소자가 표시 장치에 포함되는 경우, 발광 소자를 구동하기 위한 구동 소자가 필요하다. 이러한 구동 소자는 주로 트랜지스터를 포함한다. 예를 들어, 구동 소자로서 TFT(Thin Film Transistor)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)가 이용된다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 표시 장치를 제조하는 방법을 나타낸 것이다.
먼저 도 1a에 도시된 예와 같이, 복수의 구동 소자(110)가 형성된 제1 기판(111)과 복수의 발광 소자(120)가 형성된 제2 기판(121)을 정렬한다. 구동 소자(110)와 발광 소자(120)는 일대일로 매칭된다.
복수의 구동 소자(110)는 제1 기판(111)에 형성된 복수의 CMOS를 포함할 수 있다. 또한, 구동 소자(110)는 각각의 발광 소자(120)와의 전기적 연결을 위한 제1 전극(112) 및 제2 전극(113)을 포함한다. 제1 전극(112) 및 제2 전극(113) 중 어느 하나는 CMOS의 소스 또는 드레인과 전기적으로 연결된다. 제1 전극(112) 및 제2 전극(113) 중 다른 하나는 전원 전압(VDD) 또는 기저 전압(VSS)에 연결될 수 있다.
복수의 발광 소자(120)는 성장 기판(121) 상에 제1 반도체층(122), 활성층(123), 제2 반도체층(124) 및 전극(125)이 순차적으로 형성되어 있다. 발광 소자(120)의 전극(125)은 제2 반도체층(123)과 전기적으로 연결되며, 또한 구동 소자(110)의 제1 전극(112)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어 발광 소자(120)의 제2 반도체층(124)은 p형 반도체층이고, 구동 소자(110)의 제1 전극(112)은 드레인 전극일 수 있다.
다음으로, 도 1b에 도시된 예와 같이, 복수의 구동 소자(110)와 복수의 발광 소자(120)를 결합한다. 구체적으로는, 복수의 구동 소자(110)의 제1 전극(112)와 복수의 발광 소자(120)의 전극(125)이 본딩된다.
다음으로, 도 1c에 도시된 예와 같이, 레이저 리프트 오프(LLO) 공정을 이용하여 복수의 발광 소자(120)에서 성장 기판(121)을 분리한다.
성장 기판(121)의 분리 후, 도 1d에 도시된 예와 같이, 구동 소자(110)와 발광 소자(120)를 감싸도록 보호층(131)을 형성한다. 보호층(131)은 절연 및 패시베이션 역할을 할 수 있는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등으로 형성될 수 있다.
다음으로, 도 1e에 도시된 예와 같이, 도전 라인(114)을 형성하여 복수의 발광 소자(120)의 제1 반도체층(122)과 복수의 구동 소자(110)의 제2 전극(113)을 전기적으로 연결한다.
도 1a 내지 도 1e를 참조하면, 종래의 발광 소자를 이용한 표시 장치를 제조하는 방법은 하나의 발광소자와 하나의 구동 소자를 일대일로 결합시킨다. 다만, 이 경우, 어느 발광소자가 제대로 작동하지 않을 경우, 해당 발광소자에 대응하는 픽셀은 불량 픽셀이 될 수 있다.
또한, 종래의 발광 소자를 이용한 표시 장치 제조 방법은 성장 기판(121)을 분리하기 위해 도 1c에 도시된 예와 같은 LLO 공정이나 그라인딩 공정을 포함한다. 그러나, 이러한 공정들은 발광 소자에 심각한 손상을 초래할 수 있으며, 또한 상대적으로 고가의 공정에 해당한다. 이러한 점들은 대면적의 표시 장치 제조를 어렵게 한다.
한편, 최근에는 이른바 마이크로 LED라고도 칭해지는 매우 작은 크기의 발광 소자를 표시 장치에 응용하기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 마이크로 LED와 CMOS 소자를 일대일로 매칭시키기는 쉽지 않으며, 그에 따라 불량 발생 가능성이 높다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 성장 기판의 분리가 용이하고 또한 불량 픽셀 발생을 방지할 수 있는 발광 소자를 이용한 표시 장치 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치 제조 방법은 트랜지스터와 상기 트랜지스터에 연결된 제1 전극을 각각 구비하는 복수의 구동 소자가 형성된 제1 기판과 복수의 발광 소자가 형성된 제2 기판을 정렬한 후, 상기 복수의 발광 소자를 상기 복수의 구동 소자의 제1 전극에 각각 결합시키는 단계; 및 상기 제2 기판을 분리하는 단계를 포함한다. 이때, 본 발명에서, 상기 복수의 발광 소자는 와이어형 발광 소자이며, 상기 제2 기판을 분리하는 단계는 기계적 자극을 이용한다.
구동 소자 하나당 복수의 발광 소자를 결합시킬 수 있다.
상기 복수의 발광 소자는 나노와이어형 발광소자일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 복수의 발광 소자는 폭이 1㎛ 이하이며, 길이 : 폭이 2 : 1 이상일 수 있다.
상기 복수의 발광 소자들을 둘러싸는 절연층을 추가로 형성할 수 있다. 바람직하게는 상기 절연층은 상기 복수의 발광 소자를 구성하는 물질보다 높은 굴절률을 갖는 절연체로 형성될 수 있다. 상기 절연층은 복수의 발광소자가 형성된 제2 기판 상에 형성될 수 있다. 다른 예로, 상기 절연층은 상기 제2 기판 분리 후 형성될 수 있다.
상기 복수의 발광 소자는 각각 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하고, 하나의 구동 소자에 결합되는 복수의 발광 소자의 제2 반도체층들은 하나의 제2 전극에 결합되고, 상기 하나의 제2 전극이 하나의 제1 전극과 결합될 수 있다.
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에, 상기 제1 전극 및 제2 전극보다 낮은 융점을 갖는 금속층을 추가로 배치한 후, 상기 금속층을 용융시켜 상기 제1 전극과 제2 전극을 결합시킬 수 있다.
상기 복수의 발광 소자는 각각 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하고, 상기 제2 기판의 분리 후에 상기 복수의 발광 소자의 제1 반도체층들 상에 하나의 제3 전극을 형성할 수 있다.
상기 제2 기판을 분리하기 위해, 상기 제2 기판에 전단응력을 인가하거나 기계적 진동을 인가할 수 있다.
상기 복수의 발광 소자는 상기 제2 기판에 가까워질수록 폭이 감소하는 테이퍼 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 나노와이어형 발광소자를 이용한 표시 장치 제조 방법은 기계적 자극 방법을 이용하여 와이어형 발광소자로부터 제2 기판을 제거하는 과정을 포함한다. 이를 통해, 제2 기판의 제거를 용이하게 할 수 있으며, 발광 소자에 미치는 화학적 데미지를 최소화할 수 있다.
또한, 하나의 화소마다 복수의 나노와이어형 발광 소자를 배치하는 경우, 하나의 화소에 포함되는 복수의 발광 소자 중 하나가 작동하지 않더라도 다른 발광 소자들의 작동에 의해 불량 픽셀 발생을 저감 내지는 방지할 수 있다.
또한, 복수의 발광 소자들 사이에 고굴절 절연층을 형성함으로써 광의 직진성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 종래의 표시 장치를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 방법의 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치 제조하는 방법으로 제조된 표시 장치의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치 제조하는 방법으로 제조된 표시 장치의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 방법을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 방법의 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치 제조하는 방법으로 제조된 표시 장치의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치 제조하는 방법으로 제조된 표시 장치의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
요소 또는 층이 다른 소자 또는 "위" 또는 "상"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않는 것을 나타낸다. 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.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래", "하부", "위", "상부" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용 시, 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 표시 장치 제조 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 방법의 예를 나타낸 것이다.
먼저 도 2a에 도시된 예와 같이, 제1 기판(211)과 제2 기판(221)을 정렬한다.
제1 기판(211)에는 트랜지스터(미도시)와 상기 트랜지스터에 연결된 제1 전극을 각각 구비하는 복수의 구동 소자(210)가 형성되어 있다. 트랜지스터는 TFT(Thin Film Transistor)나 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)가 될 수 있다. 제1 전극(212)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물이나 Cu, Mo, Cr, Al 등을 1종 이상 포함하는 금속 재질일 수 있다.
제2 기판(221)에는 서로 이격된 복수의 발광 소자(220)가 형성되어 있다. 제2 기판(221)은 사파이어 기판, GaN 기판, 실리콘 기판과 같은 성장 기판일 수 있다. 복수의 발광 소자(220)는 각각 제1 반도체층(222), 활성층(223) 및 제2 반도체층(224)을 포함한다. 제1 반도체층(222), 활성층(223) 및 제2 반도체층(224)은 각각 질화물 반도체로 형성될 수 있다. 제1 반도체층(222)은 n형 반도체층이고, 제2 반도체층(224)은 p형 반도체층일 수 있다. 반대로, 제1 반도체층(222)은 p형 반도체층이고, 제2 반도체층(224)은 n형 반도체층일 수 있다. 이하에서는 제1 반도체층(222)이 n형 반도체층이고, 제2 반도체층(224)이 p형 반도체층인 것을 가정하고 설명하기로 한다.
복수의 발광 소자(220)의 제2 반도체층(224) 상에는 전류 확산층(225)이 형성될 수 있다. 전류 확산층(225)은 제2 반도체층(224), 특히 p형 반도체층의 낮은 전류 분산 특성을 보완하는 역할을 한다.
서로 이격된 복수의 발광 소자는 제2 기판(221) 상에 제1 반도체층(222), 활성층(223), 제2 반도체층(224) 및 선택적으로 전류 분산층(225)을 형성한 후, 에칭에 의해 형성될 수 있다.
또한, 복수의 발광 소자(220)의 제2 반도체층(224)(전류 확산층(225)이 형성되어 있을 경우에는 전류 확산층) 상에는 제2 전극(p측 전극)(227)이 형성될 수 있다. 제2 전극(227)은 Cu, Mo, Cr, Al 등을 1종 이상 포함하는 금속 재질일 수 있다.
제2 전극(227)은 발광 소자마다 구비될 수 있다. 제1 반도체층(222), 활성층(223), 제2 반도체층(224), 전류 확산층(225) 및 제2 전극(227)을 모두 형성한 상태에서 에칭함으로써, 제2 전극(227)이 발광 소자마다 구비된 복수의 발광 소자(220)가 얻어질 수 있다.
다른 예로, 제2 전극(227)은 몇몇 발광 소자들(227)에 공통으로 구비될 수 있다. 이 경우, 제1 반도체층(222), 활성층(223), 제2 반도체층(224), 전류 확산층(225)을 모두 형성한 상태에서 에칭한 후, 몇몇 발광 소자들(227)에 공통으로 구비되도록 제2 전극(227)을 형성 또는 결합함으로써, 복수의 발광 소자(220)가 얻어질 수 있다.
본 발명에서 복수의 발광 소자(220)는 와이어형 발광 소자이다. 보다 바람직하게는, 복수의 발광 소자는 나노와이어형 발광 소자이다. 구체적으로, 복수의 발광 소자는 폭이 1㎛ 이하, 예를 들어 500nm 이하, 200nm 이하이며, 길이 : 폭이 2 : 1 이상, 예를 들어 2.5 : 1 이상, 3 : 1 이상, 5 : 1 이상 또는 10 : 1 이상일 수 있다. 발광 소자의 폭은 지름 또는 대각선의 길이를 의미하며, 길이는 제1 반도체층(222)에서 제2 반도체층(224)까지의 길이(전류 확산층(225)이 존재하는 경우 전류 확산층(225)까지의 길이)를 의미한다.
제2 기판(221)에는 복수의 발광 소자를 둘러싸는 절연층(226)이 추가로 형성되어 있을 수 있다. 도 2a에서는 제1 반도체층(222)으로부터 전류 분산층(225)까지 형성된 복수의 발광 소자들 사이에 전열층이 충진된 것과 같은 예를 나타내었으나, 본 발명에서는 이에 한정되지 않으며, 절연층은 각각의 발광소자의 측면을 덮는 형태로 형성될 수도 있다.
절연층(226)이 형성됨으로써, 복수의 발광 소자에서 전류가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 절연층(226)은 SiO2, TIO2, SiN, SiON 등과 같은 무기 절연체, 에폭시 수지, 포토아크릴 컴파운드(PAC) 등의 유기 절연체로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 절연층(226)은 발광소자를 구성하는 물질보다 높은 굴절률을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 발광소자를 구성하는 물질이 GaN(가시광선 굴절률 약 2.3)인 경우, 절연층(226)은 GaN보다 높은 굴절률을 갖는 물질, 예를 들어 TiO2(가시광선 굴절률 약 2.4)로 형성될 수 있다. 이러한 고굴절 절연층은 나노와이어형 발광 소자 내부에서 발생한 광의 직진성을 향상시키는 역할을 한다. 이를 통해 화소마다 발광되는 색상이 보다 명확할 수 있고, 높은 휘도를 나타낼 수 있다.
절연층(226)은 다음과 같은 방법으로 형성될 수 있다. 제2 기판(221) 상에 제1 반도체층(222)으로부터 제2 반도체층(224)(또는 전류 분산층(225))을 형성한 후 절연층(226)을 형성할 수 있다. 다른 예로, 복수의 구동 소자(210)와 복수의 발광 소자(220)를 결합한 후, 제2 기판(221)을 분리한 후에 절연층(226)을 형성할 수 있다.
이후, 도 2b에 도시된 예와 같이, 복수의 발광 소자(220)를 복수의 구동 소자(210)의 제1 전극(212)에 각각 결합시킨다.
구동 소자(110) 하나당, 즉 화소당 복수의 발광 소자(120)가 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 나노와이어형 발광 소자가 화소마다 복수개 포함될 경우, 특정 화소에 포함되는 복수의 발광 소자 중 어느 하나가 작동하지 않더라도 다른 발광 소자들의 작동에 의해 불량 픽셀 발생을 저감 내지는 방지할 수 있다. 또한, 나노와이어형 발광소자를 이용하면, 진동과 같은 기계적 자극에 의해 성장 기판인 제2 기판(221)을 쉽게 분리할 수 있다.
예를 들어, 하나의 구동 소자에 결합되는 복수의 발광 소자의 제2 반도체층(224)은 하나의 제2 전극(227)에 결합되고, 이 제2 전극(227)이 하나의 제1 전극(212)과 결합될 수 있다. 이와 같이, 하나의 구동 소자에 결합되는 발광 소자들에 공통으로 구비되는 제2 전극(227)을 통해 발광 소자와 구동 소자 간의 결합 불량을 크게 저감할 수 있다.
다른 예로, 하나의 구동 소자에 결합되는 복수의 발광 소자의 제2 반도체층(224) 각각에 제2 전극(227)이 형성 또는 결합되고, 각각의 제2 전극(227)이 하나의 제1 전극(212)과 결합될 수 있다.
제1 전극(212)과 제2 전극(227) 사이에, 제1 전극(212) 및 제2 전극(227)보다 낮은 융점을 갖는 금속층(213)을 추가로 배치한 후, 상기 금속층(213)을 용융시켜 제1 전극(212)과 제2 전극(227)을 결합시킬 수 있다. 이러한 낮은 융점을 갖는 금속층은 주석(Sn) 및 은(Ag) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
이후, 도 2c에 도시된 예와 같이, 제2 기판을 분리한다. 본 발명에서는 제2 기판을 기계적 자극을 이용하여 분리한다.
상기 제2 기판을 분리하기 위해, 상기 제2 기판에 전단응력을 인가하거나 기계적 진동을 인가할 수 있다. 제2 기판(221)에 전단응력을 인가하거나 기계적 진동을 인가하는 것과 같이 기계적 자극을 지속적으로 가하면, 제2 기판(221)으로부터 와이어형의 복수의 발광 소자가 부러지게 되고, 이에 따라, 제2 기판(221)이 분리될 수 있다.
기계적 자극을 이용한 제2 기판의 분리 방법은 레이저 리프트 오프 공정 등에 비해 높은 정확도를 요구하지 않으며, 발광 소자 특성에도 크게 영향을 미치지 않는 방법이다. 본 발명의 경우, 와이어형, 보다 구체적으로는 서로 이격된 나노와이어형의 복수의 발광 소자를 형성함으로써 이러한 제2 기판의 분리 공정을 보다 쉽게 할 수 있다.
이후, 도 2d에 도시된 예와 같이, 제2 기판(221)의 분리에 의해 노출된 제1 반도체층(222) 상에 제3 전극(n측 전극)(231)을 형성할 수 있다. 제3 전극(231)은 구동 소자(210)가 형성된 제1 기판(211)의 전원 전압(VDD) 또는 기저 전압(VSS)에 연결될 수 있다.
제3 전극(231)은 복수의 발광 소자의 제1 반도체층들(222) 상에 일체로 형성될 수 있다. 다른 예로 제3 전극(231)은 복수의 발광 소자의 제1 반도체층들(222) 상에 각각 형성될 수 있다.
제3 전극(231)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물이나 각종 금속 재질로 형성될 수 있다. 다만, 광이 상부 방향으로 방출되는 경우, 제3 전극(231)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물로 형성되는 것이 바람직하다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치를 제조하는 방법의 예를 나타낸 것이고, 도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치 제조하는 방법으로 제조된 표시 장치의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 4에 도시된 표시 장치는 복수의 구동 소자(210) 및 복수의 발광 소자(220)를 포함한다. 복수의 구동 소자(210)는 기판(211)에 형성된 CMOS와 같은 트랜지스터(미도시)와 상기 트랜지스터에 연결된 제1 전극(212)을 각각 구비한다. 복수의 발광 소자(220)는 복수의 구동 소자의 제1 전극(212)에 각각 결합된다.
도 4에 도시된 표시 장치에서, 복수의 발광 소자(220)는 와이어형 발광 소자이며, 특히 제1 전극들(212)로부터 멀어질수록 폭이 점진적으로 감소하는 테이퍼 형상을 갖는다. 이러한 테이퍼 형상의 와이어형 발광 소자는 성장 기판과 발광 소자 간의 접촉 면적을 줄일 수 있기 때문에, 진동과 같은 기계적 자극에 의한 성장 기판의 분리를 보다 용이하게 한다.
도 4에 도시된 표시 장치를 제조하는 방법의 예는 다음과 같다.
먼저 도 3a에 도시된 예와 같이, 제1 기판(211)과 제2 기판(221)을 정렬하고, 복수의 구동 소자(210)의 제1 전극들(212)과 복수의 발광 소자(220)의 제2 전극들(227)을 결합시킨 후, 복수의 발광 소자들로부터 제2 기판(211)을 분리한다.
제1 기판(211)에는 트랜지스터(미도시)와 상기 트랜지스터에 연결된 제1 전극을 각각 구비하는 복수의 구동 소자(210)가 형성되어 있다. 트랜지스터는 TFT나 CMOS가 될 수 있다. 제1 전극(212)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물이나 Cu, Mo, Cr, Al 등을 1종 이상 포함하는 금속 재질일 수 있다.
제2 기판(221)에는 서로 이격된 복수의 발광 소자(220)가 형성되어 있다. 복수의 발광 소자(220)는 각각 제1 반도체층(222), 활성층(223) 및 제2 반도체층(224)을 포함한다. 복수의 발광 소자(220)의 제2 반도체층(224) 상에는 전류 확산층(225)이 형성될 수 있다.
서로 이격되어 있으며 테이퍼 형상을 갖는 복수의 발광 소자는 제2 기판(221) 상에 제1 반도체층(222), 활성층(223), 제2 반도체층(224) 및 선택적으로 전류 분산층(225)을 형성한 후, 에칭, 예를 들어 습식 에칭에 의해 형성될 수 있다.
또한, 복수의 발광 소자(220)의 제2 반도체층(224)(전류 확산층(225)이 형성되어 있을 경우에는 전류 확산층) 상에는 제2 전극(227)이 형성될 수 있다. 제2 전극(227)은 Cu, Mo, Cr, Al 등을 1종 이상 포함하는 금속 재질일 수 있다.
제2 전극(227)은 발광 소자마다 구비될 수 있다. 다른 예로, 제2 전극(227)은 몇몇 발광 소자들(227)에 공통으로 구비될 수 있다.
복수의 발광 소자(220)는 와이어형 발광 소자이다. 보다 바람직하게는, 복수의 발광 소자는 나노와이어형 발광 소자이다. 구체적으로, 복수의 발광 소자는 최대 폭이 1㎛ 이하, 길이 : 최대 폭이 2 : 1 이상일 수 있다. 발광 소자의 최대 폭은 상부면과 하부면 중에서 더 큰 쪽의 지름 또는 대각선의 길이를 의미하며, 길이는 제1 반도체층(222)에서 제2 반도체층(224)까지의 길이(전류 확산층(225)이 존재하는 경우 전류 확산층(225)까지의 길이)를 의미한다.
한편, 구동 소자(110) 하나당, 즉 화소당 복수의 발광 소자(120)가 결합되는 것이 바람직하다. 이러한 나노와이어형 발광 소자가 화소마다 복수개 포함될 경우, 특정 화소에 포함되는 복수의 발광 소자 중 어느 하나가 작동하지 않더라도 다른 발광 소자들의 작동에 의해 불량 픽셀 발생을 저감 내지는 방지할 수 있다.
또한, 제2 기판으로 향할수록 폭이 작아지는 나노와이어형 발광소자를 이용하면, 진동과 같은 기계적 자극에 의해 성장 기판인 제2 기판(221)을 보다 쉽게 분리할 수 있다.
제1 전극(212)과 제2 전극(227) 사이에, 제1 전극(212) 및 제2 전극(227)보다 낮은 융점을 갖는 금속층(213)을 추가로 배치한 후, 상기 금속층(213)을 용융시켜 제1 전극(212)과 제2 전극(227)을 결합시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서도 제2 기판(221)을 기계적 자극을 이용하여 분리한다. 제2 기판(221)을 분리하기 위해, 제2 기판(221)에 전단응력을 인가하거나 기계적 진동을 인가할 수 있다. 제2 기판(221)에 전단응력을 인가하거나 기계적 진동을 인가하는 것과 같이 기계적 자극을 지속적으로 가하면, 제2 기판(221)으로부터 와이어형의 복수의 발광 소자가 부러지게 되고, 이에 따라, 제2 기판(221)이 분리될 수 있다.
기계적 자극을 이용한 제2 기판의 분리 방법은 레이저 리프트 오프 공정 등에 비해 높은 정확도를 요구하지 않으며, 발광 소자 특성에도 크게 영향을 미치지 않는 방법이다. 본 발명의 경우, 와이어형, 보다 구체적으로는 서로 이격된 나노와이어형의 복수의 발광 소자를 형성함으로써 이러한 제2 기판의 분리 공정을 보다 쉽게 할 수 있다.
이후, 도 3b에 도시된 예와 같이, 적어도 복수의 발광 소자를 둘러싸는 절연층(226)을 형성한다. 절연층(226)이 형성됨으로써, 복수의 발광 소자에서 전류가 누설되는 것을 방지할 수 있다. 바람직하게는, 절연층(226)은 발광소자를 구성하는 물질보다 높은 굴절률을 갖는 재질로 형성될 수 있으며, 이를 통해 화소마다 발광되는 색상이 보다 명확할 수 있고, 높은 휘도를 나타낼 수 있다.
도 3b에서는 제2 기판(221) 분리 후에 절연층(226)을 형성하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 절연층(226)은 제2 기판(221) 상에 제1 반도체층(222)으로부터 제2 반도체층(224)(또는 전류 분산층(225))을 형성한 후 형성될 수 있다.
이후, 도 3c에 도시된 예와 같이, 제2 기판(221)의 분리에 의해 노출된 제1 반도체층(222) 상에 제3 전극(231)을 형성한다. 제3 전극(231)은 구동 소자(210)가 형성된 제1 기판(211)의 전원 전압(VDD) 또는 기저 전압(VSS)에 연결될 수 있다.
제3 전극(231)은 복수의 발광 소자의 제1 반도체층들(222) 상에 일체로 형성될 수 있다. 다른 예로 제3 전극(231)은 복수의 발광 소자의 제1 반도체층들(222) 상에 각각 형성될 수 있다.
제3 전극(231)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물이나 각종 금속 재질로 형성될 수 있다. 다만, 광이 상부 방향으로 방출되는 경우, 제3 전극(231)은 ITO와 같은 투명 전도성 산화물로 형성되는 것이 바람직하다.
도 5은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 소자를 이용한 표시 장치를 나타낸 것이다.
도 5에 도시된 표시 장치의 경우, 도 4에 도시된 표시 장치와 마찬가지로 복수의 발광 소자(220)가 와이어형 발광 소자이고, 또한 제1 전극(212)으로부터 멀어질수록 폭이 좁아지는 테이퍼 형상을 갖는다.
도 4에 도시된 표시 장치에서는 복수의 구동 소자(210)의 제1 전극(212) 및 복수의 발광 소자(220)의 제2 전극(227)의 결합 후 절연층(226)을 형성한 것인 반면, 도 5에 도시된 표시 장치에서는 복수의 구동 소자(210)의 제1 전극(212) 및 복수의 발광 소자(220)의 제2 전극(227)의 결합 이전에, 복수의 발광 소자를 형성하기 위한 제2 기판에 절연층(226)을 형성한 후 제2 기판을 분리한 것이다. 절연층(226)은 바람직하게는 TiO2와 같이 발광 소자를 구성하는 물질보다 높은 굴절률을 갖는 재질의 절연체로 형성될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 표시 장치의 제조 방법은 나노와이어형 발광 소자를 이용하며, 기계적 자극을 이용하여 성장 기판을 분리하는 과정을 포함한다. 이에 따라 발광 소자의 손상을 저감 내지는 억제하면서도 효율적으로 복수의 발광소자로부터 성장 기판을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 표시 장치의 제조 방법은 하나의 화소에 복수의 발광 소자가 포함되도록 제1 전극과 제2 전극이 결합됨으로써, 하나의 화소에 포함되는 복수의 발광 소자 중 하나가 작동하지 않더라도 다른 발광 소자들의 작동에 의해 불량 픽셀 발생을 저감 내지는 방지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
210 : 구동 소자
211 : 제1 기판
212 : 제1 전극
213 : 금속층
220 : 발광 소자
221 : 제2 기판
222 : 제1 반도체층(n형 반도체층)
223 : 활성층
224 : 제2 반도체층(p형 반도체층)
225 : 전류 분산층
226 : 절연층
227 : 제2 전극 (p측 전극)
231 : 제3 전극 (n측 전극)
211 : 제1 기판
212 : 제1 전극
213 : 금속층
220 : 발광 소자
221 : 제2 기판
222 : 제1 반도체층(n형 반도체층)
223 : 활성층
224 : 제2 반도체층(p형 반도체층)
225 : 전류 분산층
226 : 절연층
227 : 제2 전극 (p측 전극)
231 : 제3 전극 (n측 전극)
Claims (11)
- 트랜지스터와 상기 트랜지스터에 연결된 제1 전극을 각각 구비하는 복수의 구동 소자가 형성된 제1 기판과 복수의 발광 소자가 형성된 제2 기판을 정렬한 후, 상기 복수의 발광 소자를 상기 복수의 구동 소자의 제1 전극에 각각 결합시키는 단계; 및
상기 제2 기판을 분리하는 단계를 포함하고,
상기 복수의 발광 소자는 와이어형 발광 소자이며, 상기 제2 기판을 분리하는 단계는 기계적 자극을 이용하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 표시 장치 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
구동 소자 하나당 복수의 발광 소자를 결합시키는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 발광 소자는 폭이 1㎛ 이하이며, 길이 : 폭이 2 : 1 이상인 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 기판에는 상기 복수의 발광 소자를 둘러싸는 절연층이 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 기판 분리 후, 상기 복수의 발광 소자를 둘러싸는 절연층을 추가로 형성하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
- 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 절연층을, 상기 복수의 발광 소자를 구성하는 물질보다 높은 굴절률을 갖는 절연체로 형성하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
복수의 발광 소자는 각각 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하고, 하나의 구동 소자에 결합되는 복수의 발광 소자의 제2 반도체층들은 하나의 제2 전극에 결합되고, 상기 하나의 제2 전극이 하나의 제1 전극과 결합되는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에, 상기 제1 전극 및 제2 전극보다 낮은 융점을 갖는 금속층을 추가로 배치한 후,
상기 금속층을 용융시켜 상기 제1 전극과 제2 전극을 결합시키는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 발광 소자는 각각 제1 반도체층, 활성층 및 제2 반도체층을 포함하고, 상기 제2 기판의 분리 후에 상기 복수의 발광 소자의 제1 반도체층들 상에 일체형의 제3 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 기판을 분리하기 위해, 상기 제2 기판에 전단응력을 인가하거나 상기 제2 기판에 기계적 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 발광 소자는 상기 제2 기판에 가까워질수록 폭이 감소하는 테이퍼 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치 제조 방법.
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2021
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