KR20170079940A - Ｌｅｄ 구조체 및 이의 전사방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED 모듈을 지지기판에 부착하고 자외선 흡수층과 접착력이 약한 패시베이션층을 이용하여 LED 모듈을 다른 기판으로 쉽게 이송할 수 있는 LED 구조체 및 이의 전사방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명은 p-n 접합 구조를 갖는 복수의 LED 모듈이 메탈 본딩층을 통해 지지 기판과 접착되고, 일정 파장범위의 광에 의해 상기 지지 기판과의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈이 상기 지지 기판에서 개별 또는 어레이 형태로 분리되도록 한다. 따라서 본 발명은 LED 모듈을 지지기판에 부착하고 자외선 흡수층과 접착력이 약한 패시베이션층을 이용하여 분리함으로써, LED 모듈을 다른 기판으로 쉽게 전사할 수 있는 장점이 있다.

Description

ＬＥＤ 구조체 및 이의 전사방법{LIGHT EMITTING DIODE ASSEMBLY AND METHOD FOR TRANSFERING THEREOF}
본 발명은 LED 구조체 및 이의 전사방법에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 LED 모듈을 지지기판에 부착하고 자외선 흡수층과 접착력이 약한 패시베이션층을 이용하여 LED 모듈을 다른 기판으로 쉽게 이송할 수 있는 LED 구조체 및 이의 전사방법에 관한 것이다.
최근 LED(Light Emitting Diode: 발광소자)로 구성된 조명기구 등은 기존의 백열등 또는 형광등에 비해 수명이 길고 상대적으로 저전력을 소비하며 제조공정에서 오염물질을 배출하지 않는 장점 등으로 인하여 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며, LED는 발광을 이용한 표시 장치는 물론이고 조명장치나 LCD 표시장치의 백라이트 소자에도 응용되는 등 적용 영역이 점차 다양해지고 있다.
특히 LED는 비교적 낮은 전압으로 구동이 가능하면서도 높은 에너지 효율로 인해 발열이 낮고 수명이 긴 장점이 있으며, 종래에는 구현이 어려웠던 백색광을 고휘도로 제공할 수 있는 기술이 개발됨에 따라 현재 사용되고 있는 대부분의 광원 장치를 대체할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
통상적인 질화물 반도체 발광소자의 구조는 서브스트레이트 기판상에 순차적으로 형성된 버퍼층, n형 질화물 반도체층, 다중양자우물구조인 활성층 및 p형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 p형 질화물 반도체층과 활성층은 그 일부 영역을 식각 등의 공정으로 제거하여 n형 질화물 반도체층의 일부 상면이 노출된 구조를 갖는다.
상기 노출된 n형 질화물 반도체층 상에는 n형 전극이 형성되고 p형 질화물 반도체층 상에는 오믹 접촉을 형성하기 위하여 투명 전극층이 형성된 후에, p형 본딩전극을 형성한다.
한편, 픽셀 디스플레이 또는 인체 삽입용 의료기기에 적용되는 LED는 일반적으로 100㎛ 이하의 사이즈를 가지고 30㎛ 이하의 매우 얇은 두께를 갖는 플렉서블한 기판에 이송하는 공정이 요구된다.
이때, LED 개별 또는 어레이를 이송하기 위해서는 LED를 별도의 지지기판에 부착한 다음 부착된 계면에 열을 조사하여 계면의 상태를 고체에서 액체 상태로 상변화를 유도한 다음 계면의 접착력을 약하게 만들어 LED를 개별 칩으로 이송하는 방법이 사용된다.
이때, 계면에 열을 주어 고체 상태에서 액상으로 만드는 공정은 전체 웨이퍼의 균일성에 문제를 발생시켜 일부 LED가 지지기판에서 분리되지 않는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2014-0111254호(발명의 명칭: 마이크로 발광 다이오드)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 LED 모듈을 지지기판에 부착하고 자외선 흡수층과 접착력이 약한 패시베이션층을 이용하여 LED 모듈을 다른 기판으로 쉽게 이송할 수 있는 LED 구조체 및 이의 전사방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 p-n 접합 구조를 갖는 복수의 LED 모듈이 메탈 본딩층을 통해 지지 기판과 접착되고, 일정 파장범위의 광에 의해 상기 지지 기판과의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈이 상기 지지 기판에서 개별 또는 어레이 형태로 분리되도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 LED 모듈은 메탈 본딩층을 통해 상기 지지 기판과 유테틱 본딩(Eutectic Bonding)으로 접착된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 LED 모듈은 수평형 구조, 수직형, 구조, 플립형 구조 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 LED 모듈은 성장 기판이 제거된 에피 구조체와, 제1 전극과 제2 전극과 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제2 전극은 ITO, InO2, S3O2, Ni, Au, Pd, Ag, Pt, Ti 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 메탈 본딩층은 Au, AuSn, PdIn, InSn, NiSn, Au-Au 중 적어도 하나를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 LED 모듈은 상기 보호층과 메탈 본딩층 사이에 본딩 분리층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 지지 기판은 지지 기판 본체; 상기 지지 기판 본체에 형성한 패시베이션층; 상기 패시베이션층에 형성한 자외선 흡수층; 및 상기 자외선 흡수층에 형성한 메탈 본딩층을 포함하고, 상기 자외선 흡수층으로 일정 파장범위의 자외선이 흡수되면 상기 메탈 본딩층과의 접착력이 약해지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 지지 기판 본체는 단단하게 경직되어 휨(Bowing) 발생을 방지하는 리지드(Rigid)한 재질의 투명 기판인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 지지 기판 본체는 Si, GaAs, 글래스, 사파이어, 플라스틱 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 패시베이션층은 SiO2, SiNx, Ao2O3 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 자외선 흡수층은 190㎚ ~ 280㎚ 범위의 자외선을 흡수하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 a) 성장 기판상에 에피 구조체(120)를 형성하고, 상기 에피 구조체에 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나를 형성한 LED 모듈을 제조하는 단계; b) 상기 제조된 LED 모듈을 보호하는 보호층을 형성하고, 상기 보호층 상에 메탈 본딩층을 형성하는 단계; c) 상기 메탈 본딩층을 이용하여 LED 모듈을 지지 기판에 접착하는 단계; d) 상기 LED 모듈로부터 성장 기판을 제거하고, 개별 에피 구조체로 분리하는 단계; 및 e) 상기 지지 기판으로 일정 파장범위의 광을 조사하여 상기 LED 모듈과 지지 기판 사이의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈이 상기 지지 기판에서 캐리어 기판으로 전사되도록 개별 또는 어레이 형태로 분리하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 b) 단계는 상기 보호층과 메탈 본딩층 사이에 본딩 분리층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 캐리어 기판으로 전사된 LED 모듈은 본딩 분리층을 통해 메탈 본딩층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 d) 단계의 에피 구조체로 분리하는 단계는 메탈 본딩층까지 제거하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 LED 모듈을 지지 기판에 부착하고 자외선 흡수층과 접착력이 약한 패시베이션층을 이용하여 분리함으로써, LED 모듈을 다른 기판으로 쉽게 전사할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 LED 구조체를 나타낸 예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 LED 구조체의 수직형 LED 모듈을 나타낸 예시도.
도 3 은 도 2에 따른 LED 구조체의 지지 기판을 나타낸 예시도.
도 4 는 도 2에 따른 LED 구조체의 LED 모듈 제조 과정을 나타낸 예시도.
도 5 는 도 2에 따른 LED 구조체의 전사 과정을 나타낸 예시도.
도 6 은 도 2에 따른 LED 구조체의 캐리어 기판을 나타낸 단면도.
도 7 은 본 발명에 따른 LED 구조체의 수평형 LED 모듈을 나타낸 예시도.
도 8 은 도 7에 따른 LED 구조체의 LED 모듈과 지지 기판의 접착 과정을 나타낸 예시도.
도 9 는 도 7에 따른 LED 구조체의 LED 모듈 제조 과정을 나타낸 예시도.
도 10 은 도 7에 따른 LED 구조체의 전사 과정을 나타낸 예시도.
도 11 은 본 발명에 따른 LED 구조체의 플립칩형 LED 모듈의 제조 과정을 나타낸 예시도.
도 12 는 도 11에 따른 LED 구조체의 전사 과정을 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 LED 구조체 및 이의 전사방법의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명에 따른 LED 구조체를 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 LED 구조체의 수직형 LED 모듈을 나타낸 예시도이며, 도 3은 도 2에 따른 LED 구조체의 지지 기판을 나타낸 예시도이고, 도 4는 도 2에 따른 LED 구조체의 LED 모듈 제조 과정을 나타낸 예시도이며, 도 5는 도 2에 따른 LED 구조체의 전사 과정을 나타낸 예시도이다.
도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예에 따른 LED 구조체는 p-n 접합 구조를 갖는 복수의 LED 모듈(100)이 메탈 본딩층(160)을 통해 지지 기판(200)과 접착되고, 일정 파장범위의 광에 의해 상기 지지 기판(200)과의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈(100)이 상기 지지 기판(200)에서 개별 또는 어레이 형태로 분리되도록 구성된다.
상기 LED 모듈(100)은 수직형 구조로서, 상기 LED 모듈(100)은 성장 기판(110)이 제거된 에피 구조체(120)와, 제1 전극(140)과 제2 전극(130)과 보호층(150)과, 메탈 본딩층(160), 본딩 분리층(161)을 포함하여 구성된다.
즉 상기 LED 모듈(100)은 성장 기판(110) 상에 제1 반도체층(121)과 활성층(122)과, 제2 반도체층(123)이 순차적으로 설치된 p-n 접합 구조의 에피 구조체(120)가 성장되고, 상기 성장 기판(110)은 Laser Lift-Off(LLO), Wet 에칭 등을 통해 제거된다.
상기 성장 기판(110)은 사파이어 기판 등을 이용할 수 있고, 상기 성장 기판(110)과, 제 1 반도체층(121) 사이에는 버퍼층(미도시)을 형성할 수도 있다.
상기 제1 반도체층(121)은 n형 질화물 반도체층이고, 제2 반도체층(123)은 p형 질화물 반도체층이며, 서로 반대의 질화물 반도체층을 형성할 수도 있다.
또한, 필요에 따라 성장 기판(110) 상에 버퍼층을 형성한 후 n-GaN층을 형성할 수도 있는데, 이러한 버퍼층은 기판과 반도체층의 격자상수 차이를 줄여주기 위한 것으로써, AlInN 구조, InGaN/GaN 초격자구조, InGaN/GaN 적층구조, AlInGaN/InGaN/GaN의 적층구조 중에서 선택되어 형성될 수 있다.
상기 제2 반도체층(123)에는 일정 간격으로 패턴을 이루며 제2 전극(130)이 형성되고, 상기 제2 전극(130)의 외부에는 에피 구조체(120)의 열 방출과, 확산 방지를 위한 제2 전극 연결층(미도시)이 설치될 수 있다.
상기 제2 전극(130)은 ITO, InO2, S3O2, Ni, Au, Pd, Ag, Pt, Ti 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 합금으로 이루어진다.
상기 제1 전극(140)은 성장 기판(110)이 제거되어 노출되는 제1 반도체층(121)의 표면에 설치되고, 상기 제1 전극(140)의 일부와 에칭공정을 통해 노출된 에피 구조체(120)를 보호하기 위한 보호층(150)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 전극(140)은 ITO, InO2, S3O2, Ni, Au, Pd, Ag, Pt, Ti 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 합금으로 이루어진다.
상기 보호층(150)은 에피 구조체(120)의 제2 반도체층(123) 상면과, 제2 전극(130) 상에 형성되어 에피 구조체(120)와 제2 전극(130)의 보호와 쇼트(Short) q발생을 방지하는 구성으로서, SiO2, Si3N4, 레진(Resin)수지 또는 SOG(Spin on Glass) 중에서 선택되는 어느 하나의 물질로 형성될 수 있으며, Ni, Ti, Pt, Pd, Cu, CuW, Mo, MoW, Ag 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 메탈 본딩층(160)은 보호층(150)의 상부에 설치되어 LED 모듈(100)이 지지 기판(200)과 접착되도록 하는 구성으로서, Au, AuSn, PdIn, InSn, NiSn, Au-Au 중 적어도 하나를 포함하여 구성되고, 바람직하게는 상기 지지 기판(200)과 유테틱 본딩(Eutectic Bonding)으로 접착된다.
즉 상기 메탈 본딩층(160)은 LED 모듈(100)의 성장 기판(110)을 제거하는 동안 지지 기판(200)과의 접착된 상태가 견고하게 유지되도록 하여 에피 구조체(120)의 크랙 또는 파손 등이 발생하는 것을 방지한다.
상기 본딩 분리층(161)은 Cr, Ti 등의 물질로 구성되고, 보호층(150)과 메탈 본딩층(160) 사이에 설치되어 LED 모듈(100)이 캐리어 기판(300)으로 전사된 후 상기 메탈 본딩층(160)이 제거되도록 하고, 추가 공정을 통해 제2 전극(130)이 노출될 수 있도록 한다.
상기 지지 기판(200)은 LED 모듈(100)과 접착하고, 상기 LED 모듈(100)로부터 성장 기판(110)을 제거할 때 에피 구조체(120)의 휨(Bowing) 발생을 방지하고, 상기 LED 모듈(100)이 견고하게 지지되도록 하여 수율이 개선될 수 있게 하며, 상기 LED 모듈(100)이 개별 칩으로 분리된 후에는 일정 파장 범위를 갖는 광에 의해 접착력이 약해져 상기 LED 모듈(100)과 분리되도록 하는 구성으로서, 지지 기판 본체(210)와, 패시베이션층(220)과, 자외선 흡수층(230)과, 메탈 본딩층(240)을 포함하여 구성된다.
상기 지지 기판 본체(210)는 자외선이 투과할 수 있도록 투명 재질의 부재로서, 단단하게 경직되어 휨(Bowing) 발생을 방지하는 리지드(Rigid)한 재질로 이루어지고, Si, GaAs, 글래스, 사파이어, 플라스틱 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 패시베이션층(220)은 지지 기판 본체(210)의 일측면에 형성되고, SiO2, SiNx, Ao2O3 중 적어도 하나로 이루어진다.
상기 자외선 흡수층(230)은 패시베이션층(220)의 일측면에 형성되고, 자외선(UV) 파장 범위의 광에 반응하여 접착력이 약해지는 광 반응체를 구비한 접착 물질을 포함하며, 바람직하게는 아크릴계 접착 물질이 증착된다.
즉 상기 자외선 흡수층(230)은 예를 들면, 190㎚ ~ 280㎚ 범위의 자외선이 흡수되면 접착 강도가 약해져서, 상기 메탈 본딩층(240)과의 접착력이 약해지도록 한다.
본 실시예에서는 상기 접착 물질을 아크릴계 접착 물질로 기재하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 상온에서 접착 가능한 접착 물질은 모두 사용할 수 있다.
상기 메탈 본딩층(240)은 자외선 흡수층(230)의 일측면에 형성되고, LED 모듈(100)에 형성된 메탈 본딩층(160)과 유테틱 본딩을 통해 접착되어 상기 LED 모듈(100)이 지지 기판(200)에 고정될 수 있게 한다.
다음은 제1 실시예에 따른 LED 구조체의 전사 방법을 설명한다.
LED 모듈(100)은 성장 기판(110) 상에 제1 반도체층(121)과 활성층(122)과, 제2 반도체층(123)이 순차적으로 설치된 에피 구조체(120)를 형성하고, 상기 에피 구조체(120)의 제2 반도체층(123) 상에 제2 전극(130)이 증착되도록 한다.
상기 제2 반도체층(123)의 상부와 제2 전극(130)을 보호하기 위한 보호층(150)을 형성하고, 상기 보호층(150) 상에는 지지 기판(200)과의 접착을 위해 메탈 본딩층(160)을 형성한다.
또한, 상기 보호층(150)과 메탈 본딩층(160)의 사이에는 상기 메탈 본딩층(160)의 제거를 위한 Cr, Ti 등으로 이루어진 본딩 분리층(161)을 형성한다.
상기 LED 모듈(100)이 메탈 본딩층(160)을 통해 지지 기판(200)의 메탈 본딩층(240)과 접착하면, 상기 LED 모듈(100)로부터 성장 기판(110)을 제거하고, 개별 에피 구조체(120)로 분리한다.
또한, 상기 LED 모듈(100)과 지지 기판(200)의 접착은 상온에서 이루어지고, 상기 LED 모듈(100)과 지지 기판(200)의 접착력이 증가될 수 있도록 일정 크기의 압력으로 가압될 수도 있다.
상기 성장 기판(110)이 사파이어 기판인 경우에는 레이저 리프트 오프(LLO)를 이용하여 제거하고, 상기 성장 기판(110)이 Si 기판인 경우에는, 습식에칭을 통해 제거한다.
또한, 에피 구조체(120)는 습식 에칭 공정을 통해 칩 분리 에칭 영역(170)까지 에칭하여 개별 단위로 분리하고, 메탈 본딩층(160, 240))을 제거하기 메탈 에칭영역(180)까지 메탈 에칭을 수행한다.
상기 메탈 에칭은 메탈 본딩층(160, 240)에 포함된 재료에 따라 에천트(Etchant), 시간, 혼합율 등이 결정될 수 있다.
No Etchant Mixture Time Etching
1 2O+HF+H22O2 20:1:1 180 sec Ti
2 HNO3+HCl 1:3 180 sec Au
3 HF+HCL 1:1 60 sec Sn
4 HNO3+HCl 1:3 120 sec Au
5 HF+HCL 1:1 60 sec Sn
6 HNO3+HCl 1:3 120 sec Au
7 HF+HCL 1:1 60 sec Sn
8 H2SO4+H2O2 1:2 10 min Ti, Ni, Cu, Ag
9 BOE6:1 X 5 min SiO2
또한, 상기 메탈 본딩층(160, 240)은 레이저 스크라이빙(Laser Scribing) 또는 다이아몬드 팁 스크라이빙 등을 통해 제거할 수 있다.
또한, 상기 분리되는 LED 모듈(100)의 크기는 5㎛ ~ 300㎛ 크기가 되도록 구성하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 크기를 변경하여 구성할 수 있다.
상기 메탈 에칭을 수행한 다음 노출된 제1 반도체층(121)에는 제1 전극(140)을 형성하고, 상기 제1 반도체층(121)과 제1 전극(140)을 보호하는 보호층을 형성할 수도 있다.
개별 단위로 분리된 LED 모듈(100)은 지지 기판(200)에서 캐리어 기판(300)으로 전사될 수 있도록 상기 캐리어 기판(300)을 상기 LED 모듈(100)의 하부에 위치시키고, 상기 지지 기판(200)으로 자외선을 조사한다.
상기 자외선에 의해 LED 모듈(100)과 지지 기판(200) 사이의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈(100)이 상기 지지 기판(200)에서 캐리어 기판(300)으로 개별 또는 어레이 형태로 분리되어 전사될 수 있게 상기 캐리어 기판(300)을 상기 LED 모듈(100)과 접착시킨다.
상기 캐리어 기판(300)은 LED 모듈(100)을 지지 기판(200)으로부터 전사(轉寫)받아 이동시키기 위한 구성으로서, 캐리어 기판 본체(310)와, 상기 캐리어 기판본체(310)에 증착되는 캐리어 기판 접착층(320)으로 구성된다.
상기 캐리어 기판 본체(310)는 유연하게 잘 휘어지는 플렉서블(Flexible) 재질 또는 단단하게 경직되어 잘 휘어지지 않는 리지드(Rigid) 재질 중 하나의 재질로 이루어지고, PDMA, PI, PET, PO 등을 사용하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 캐리어 기판 본체(310)는 도 6에 나타낸 바와 같이, LED 모듈(100)과의 접착력 향상을 위해 상면으로부터 일정 길이 돌출되어 임의의 패턴을 형성한 캐리어 기판 돌기부(310a)가 형성되고, 상기 캐리어 기판 돌기부(310a)를 통해 LED 모듈(1000을 개별 형태, 어레이 형태 또는 임의의 패턴에 따라 전사받을 수 있도록 한다.
상기 캐리어 기판 돌기부(310a)는 높이(P1)가 0㎛ ~ 50㎛, 피치(P2)가 0㎛ ~ 300㎛ 사이를 갖도록 형성된다. 여기서 0㎛는 캐리어 기판 돌기부(310a)가 돌출되지 않은 상태일 수 있다.
상기 캐리어 기판 접착층(320)은 지지 기판(200)에 접착된 LED 모듈(100)과 접착하여 캐리어 기판(300)으로 전사될 수 있도록 하고, 상기 캐리어 기판 접착층(320)의 접착 강도는 자외선에 의해 접착력이 약해진 지지 기판(200)의 접착 강도보다 높게 구성되어 상기 LED 모듈(100)이 쉽게 전사될 수 있도록 한다.
상기 캐리어 기판(300)으로 전사된 LED 모듈(100)은 본딩 분리층(161)의 에칭을 통해 메탈 본딩층(160)이 제거될 수 있도록 한다.
따라서 LED 모듈을 지지 기판에 부착하고 자외선 흡수층과 접착력이 약한 패시베이션층을 이용하여 분리함으로써, LED 모듈을 다른 기판으로 쉽게 전사할 수 있게 된다.
(제2 실시예)
도 7은 본 발명에 따른 LED 구조체의 수평형 LED 모듈을 나타낸 예시도이고, 도 8은 도 7에 따른 LED 구조체의 LED 모듈과 지지 기판의 접착 과정을 나타낸 예시도이며, 도 9는 도 7에 따른 LED 구조체의 LED 모듈 제조 과정을 나타낸 예시도이고, 도 10은 도 7에 따른 LED 구조체의 전사 과정을 나타낸 예시도이다.
우선, 제1 실시예에 따른 LED 구조체와 동일한 구성요소에 대하여 반복적인 설명은 생략하고, 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용한다.
도 7 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 제2 실시예에 따른 LED 구조체는 p-n 접합 구조를 갖는 복수의 LED 모듈(100a)이 메탈 본딩층(160)을 통해 지지 기판(200)과 접착되고, 일정 파장범위의 광에 의해 상기 지지 기판(200)과의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈(100)이 상기 지지 기판(200)에서 개별 또는 어레이 형태로 분리되도록 구성된다.
상기 LED 모듈(100a)은 수평형 구조로서, 상기 LED 모듈(100a)은 성장 기판(110)이 제거된 에피 구조체(120)와, 제1 전극(140)과 제2 전극(130)과 제2 전극 패드(130a)와, 보호층(150)과, 메탈 본딩층(160), 본딩 분리층(161)을 포함하여 구성된다.
상기 LED 모듈(100a)은 성장 기판(110) 상에 제1 반도체층(121)과 활성층(122)과, 제2 반도체층(123)이 순차적으로 설치된 p-n 접합 구조의 에피 구조체(120)가 성장되고, 상기 성장 기판(110)은 Laser Lift-Off(LLO), Wet 에칭 등을 통해 제거된다.
상기 제2 반도체층(123) 상에 일정 간격을 두고 제1 반도체층(121)이 노출될 수 있도록 패터닝과 식각 공정을 수행하여 제1 반도체층(121)의 상면이 노출되면, 상기 제2 반도체층(123)의 상면에 제2 전극(130)을 형성하고, 상기 노출된 일부의 제 1 반도체층(121)에는 제1 전극(140)을 형성하며, 상기 제2 전극(130)은 제2 전극 패드(130a)가 설치될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(130, 140)은 ITO, InO2, S3O2, Ni, Au, Pd, Ag, Pt, Ti 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 합금으로 이루어진다.
상기 보호층(150)은 제1 전극(140)과 제2 전극(130) 및 제2 전극 패드(130a)의 쇼트(Short) 발생을 방지하는 구성으로서, SiO2, Si3N4, 레진(Resin)수지 중에 선택되는 적어도 하나의 물질이 SOG(Spin on Glass)를 통해 형성될 수 있으며, Ni, Ti, Pt, Pd, Cu, CuW, Mo, MoW, Ag 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수도 있다.
또한, 상기 보호층(150)은 제1 전극(140)의 상면과 제2 전극 패드(130a)의 상면 전체 영역이 보호되도록 증착되거나 또는 상기 제1 전극(140)과 제2 전극 패드(130a)의 일부가 노출되도록 증착될 수도 있으며, 상기 제1 전극(140)과 제2 전극 패드(130a)의 일부가 노출되도록 하는 구성은 전체 영역에 보호층(150)을 증착한 다음 패터닝을 통해 일부가 노출되도록 구성할 수도 있다.
상기 메탈 본딩층(160)은 보호층(150)의 상부에 설치되어 LED 모듈(100a)이 지지 기판(200)과 접착되도록 하는 구성으로서, Au, AuSn, PdIn, InSn, NiSn, Au-Au 중 적어도 하나를 포함하여 구성되고, 바람직하게는 상기 지지 기판(200)과 유테틱 본딩(Eutectic Bonding)으로 접착되어 상기 LED 모듈(100a)에서 성장 기판(110)을 제거하는 동안 지지 기판(200)과의 접착된 상태가 견고하게 유지되도록 하여 에피 구조체(120)의 크랙 또는 파손 등이 발생하는 것을 방지한다.
상기 본딩 분리층(161)은 Cr, Ti 등의 물질로 구성되고, 보호층(150)과 메탈 본딩층(160) 사이에 설치되어 LED 모듈(100a)이 캐리어 기판(300)으로 전사된 후 상기 메탈 본딩층(160)이 제거되도록 하고, 추가 공정을 통해 제2 전극 패드(130a)가 노출될 수 있도록 한다.
상기 지지 기판(200)은 LED 모듈(100a)과 접착하고, 상기 LED 모듈(100a)로부터 성장 기판(110)을 제거할 때 에피 구조체(120)의 휨(Bowing) 발생을 방지하고, 상기 LED 모듈(100a)이 견고하게 지지되도록 하여 수율이 개선될 수 있게 하며, 상기 LED 모듈(100a)이 개별 칩으로 분리된 후에는 일정 파장 범위를 갖는 광에 의해 접착력이 약해져 상기 LED 모듈(100a)과 분리되도록 하고, 지지 기판 본체(210)와, 패시베이션층(220)과, 자외선 흡수층(230)과, 메탈 본딩층(240)을 포함하여 구성된다.
다음은 제2 실시예에 따른 LED 구조체의 전사 방법을 설명한다.
LED 모듈(100a)은 성장 기판(110) 상에 제1 반도체층(121)과 활성층(122)과, 제2 반도체층(123)이 순차적으로 설치된 에피 구조체(120)를 성장시키고, 상기 제1 반도체층(121)이 노출되도록 일부 영역을 식각하여 메사(Meas)를 형성하며, 메사 식각된 제2 반도체층(123) 상에 제2 전극(130)이 증착되도록 한다.
또한, 제1 반도체층(121) 상에는 제1 전극(140)이 증착되도록 하고, 제2 전극(130)에는 제2 전극 패드(130a)를 형성하며, 에피 구조체(120)와, 제1 전극(140)과, 제2 전극 패드(130a)를 보호하기 위한 보호층(150)을 형성하고, 상기 보호층(150) 상에는 지지 기판(200)과의 접착을 위해 메탈 본딩층(160)을 형성한다.
또한, 상기 보호층(150)과 메탈 본딩층(160)의 사이에는 상기 메탈 본딩층(160)의 제거를 위한 Cr, Ti 등으로 이루어진 본딩 분리층(161)을 형성한다.
상기 LED 모듈(100a)이 메탈 본딩층(160)을 통해 지지 기판(200)의 메탈 본딩층(240)과 접착하면, 상기 LED 모듈(100a)로부터 성장 기판(110)을 제거하고, 개별 에피 구조체(120)로 분리한다.
또한, 상기 LED 모듈(100a)과 지지 기판(200)의 접착은 상온에서 이루어지고, 상기 LED 모듈(100a)과 지지 기판(200)의 접착력이 증가될 수 있도록 일정 크기의 압력으로 가압될 수도 있다.
또한, 상기 에피 구조체(120)는 습식 에칭 공정을 통해 칩 분리 에칭 영역(170)까지 에칭하여 개별 단위로 분리하고, 메탈 본딩층(160, 240))을 제거하기 메탈 에칭영역(180)까지 메탈 에칭을 수행한다.
개별 단위로 분리된 LED 모듈(100a)은 지지 기판(200)에서 캐리어 기판(300)으로 전사될 수 있도록 상기 캐리어 기판(300)을 상기 LED 모듈(100a)의 하부에 위치시키고, 상기 지지 기판(200)으로 자외선을 조사한다.
상기 자외선에 의해 LED 모듈(100a)과 지지 기판(200) 사이의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈(100a)이 상기 지지 기판(200)에서 캐리어 기판(300)으로 개별 또는 어레이 형태로 분리되어 전사될 수 있게 상기 캐리어 기판(300)을 상기 LED 모듈(100a)과 접착시킨다.
상기 캐리어 기판(300)으로 전사된 LED 모듈(100a)은 본딩 분리층(161)의 에칭을 통해 메탈 본딩층(160)이 제거될 수 있도록 하고, 제1 전극(140) 및 제2 전극 패드(130a)가 노출될 수 있도록 에칭이 수행될 수 있다.
따라서 LED 모듈을 지지 기판에 부착하고 자외선 흡수층과 접착력이 약한 패시베이션층을 이용하여 분리함으로써, LED 모듈을 다른 기판으로 쉽게 전사할 수 있게 된다.
(제3 실시예)
도 11은 본 발명에 따른 LED 구조체의 플립칩형 LED 모듈의 제조 과정을 나타낸 예시도이고, 도 12는 도 11에 따른 LED 구조체의 전사 과정을 나타낸 예시도이다.
우선, 제1 실시예와 동일한 구성요소에 대하여 반복적인 설명은 생략하고, 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면부호를 사용한다.
도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 제3 실시예에 따른 LED 구조체는 p-n 접합 구조를 갖는 복수의 LED 모듈(100b)이 메탈 본딩층(160)을 통해 지지 기판(200)과 접착되고, 일정 파장범위의 광에 의해 상기 지지 기판(200)과의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈(100b)이 상기 지지 기판(200)에서 개별 또는 어레이 형태로 분리되도록 구성된다.
상기 LED 모듈(100b)은 플립형 구조로서, 상기 LED 모듈(100b)은 성장 기판(110)이 제거된 에피 구조체(120)와, 제1 전극(140)과 제2 전극(130)과 제1 전극 연결 단자(141)와 제2 전극 연결 단자(131)와, 보호층(150)과, 메탈 본딩층(160), 본딩 분리층(161)을 포함하여 구성된다.
상기 LED 모듈(100b)은 성장 기판(110) 상에 제1 반도체층(121)과 활성층(122)과, 제2 반도체층(123)이 순차적으로 설치된 p-n 접합 구조의 에피 구조체(120)가 성장되고, 상기 성장 기판(110)은 Laser Lift-Off(LLO), Wet 에칭 등을 통해 제거된다.
상기 제2 반도체층(123) 상에 일정 간격을 두고 제1 반도체층(121)이 노출될 수 있도록 패터닝과 식각 공정을 수행하여 제1 반도체층(121)의 상면이 노출되면, 상기 제2 반도체층(123)의 상면에 제2 전극(130)을 형성하고, 상기 노출된 일부의 제 1 반도체층(121)에는 제1 전극(140)을 형성하며, 상기 제1 전극(140)과 연결된 제1 전극 연결 단자(141)와, 상기 제2 전극(130)과 연결된 제2 전극 연결 단자(131)를 설치한다.
상기 제1 및 제2 전극(130, 140)은 ITO, InO2, S3O2, Ni, Au, Pd, Ag, Pt, Ti 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 합금으로 이루어진다.
상기 보호층(150)은 제1 전극(140)과 제2 전극(130), 제1 전극 연결 단자(141)와 제2 전극 연결 단자(131)의 쇼트(Short) 발생을 방지하고, 하측으로 발광되는 빛이 상방향으로 반사될 수 있도록 SiO2, Si3N4, 레진(Resin)수지 중에 선택되는 적어도 하나의 물질이 SOG(Spin on Glass)를 통해 형성될 수 있으며, Ni, Ti, Pt, Pd, Cu, CuW, Mo, MoW, Ag 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 메탈 본딩층(160)은 보호층(150)의 상부에 설치되어 LED 모듈(100b)이 지지 기판(200)과 접착되도록 하는 구성으로서, Au, AuSn, PdIn, InSn, NiSn, Au-Au 중 적어도 하나를 포함하여 구성되고, 바람직하게는 상기 지지 기판(200)과 유테틱 본딩(Eutectic Bonding)으로 접착되어 상기 LED 모듈(100b)에서 성장 기판(110)을 제거하는 동안 지지 기판(200)과의 접착된 상태가 견고하게 유지되도록 하여 에피 구조체(120)의 크랙 또는 파손 등이 발생하는 것을 방지한다.
상기 본딩 분리층(161)은 Cr, Ti 등의 물질로 구성되고, 보호층(150)과 메탈 본딩층(160) 사이에 설치되어 LED 모듈(100b)이 캐리어 기판(300)으로 전사된 후 에칭 등을 통해 상기 메탈 본딩층(160)을 제거함으로써 메탈 본딩층(160)이 제거될 수 있게 한다.
상기 지지 기판(200)은 LED 모듈(100b)과 접착하고, 상기 LED 모듈(100b)로부터 성장 기판(110)을 제거할 때 에피 구조체(120)의 휨(Bowing) 발생을 방지하고, 상기 LED 모듈(100b)이 견고하게 지지되도록 하여 수율이 개선될 수 있게 하며, 상기 LED 모듈(100b)이 개별 칩으로 분리된 후에는 일정 파장 범위를 갖는 광에 의해 접착력이 약해져 상기 LED 모듈(100b)과 분리되도록 하고, 지지 기판 본체(210)와, 패시베이션층(220)과, 자외선 흡수층(230)과, 메탈 본딩층(240)을 포함하여 구성된다.
다음은 제3 실시예에 따른 LED 구조체의 전사 방법을 설명한다.
LED 모듈(100b)은 성장 기판(110) 상에 제1 반도체층(121)과 활성층(122)과, 제2 반도체층(123)이 순차적으로 설치된 에피 구조체(120)를 성장시키고, 상기 제1 반도체층(121)이 노출되도록 일부 영역을 식각하여 메사(Meas)를 형성하며, 메사 식각된 제 1 반도체층(121)과 제2 반도체층(123) 상에 제1 전극(140)과 제2 전극(130)이 증착되도록 한다.
또한, 제1 전극(140)에는 제1 전극 연결 단자(141)를 형성하고, 제2 전극(130)에는 제2 전극 연결 단자(131)를 형성하며, 에피 구조체(120)와, 상기 제1 전극(140), 제1 전극 연결 단자(141), 제2 전극(130), 제2 전극 연결 단자(131)를 보호하기 위한 보호층(150)을 형성하고, 상기 보호층(150) 상에는 지지 기판(200)과의 접착을 위해 메탈 본딩층(160)을 형성한다.
또한, 상기 보호층(150)과 메탈 본딩층(160)의 사이에는 상기 메탈 본딩층(160)의 제거를 위한 Cr, Ti 등으로 이루어진 본딩 분리층(161)을 형성한다.
상기 LED 모듈(100b)이 메탈 본딩층(160)을 통해 지지 기판(200)의 메탈 본딩층(240)과 접착하면, 상기 LED 모듈(100b)로부터 성장 기판(110)을 제거하고, 개별 에피 구조체(120)로 분리한다.
또한, 상기 LED 모듈(100b)과 지지 기판(200)의 접착은 상온에서 이루어지고, 상기 LED 모듈(100b)과 지지 기판(200)의 접착력이 증가될 수 있도록 일정 크기의 압력으로 가압될 수도 있다.
개별 단위로 분리된 LED 모듈(100b)은 지지 기판(200)에서 캐리어 기판(300)으로 전사될 수 있도록 상기 캐리어 기판(300)을 상기 LED 모듈(100b)의 하부에 위치시키고, 상기 지지 기판(200)으로 자외선을 조사한다.
상기 자외선에 의해 LED 모듈(100b)과 지지 기판(200) 사이의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈(100b)이 상기 지지 기판(200)에서 캐리어 기판(300)으로 개별 또는 어레이 형태로 분리되어 전사될 수 있게 상기 캐리어 기판(300)을 상기 LED 모듈(100b)과 접착시킨다.
상기 캐리어 기판(300)으로 전사된 LED 모듈(100b)은 본딩 분리층(161)의 에칭을 통해 메탈 본딩층(160)이 제거될 수 있도록 하고, 제1 전극 연결 단자(141) 및 제2 전극 연결 단자(131)가 노출될 수 있도록 에칭이 수행될 수 있다.
따라서 LED 모듈을 지지 기판에 부착하고 자외선 흡수층과 접착력이 약한 패시베이션층을 이용하여 분리함으로써, LED 모듈을 다른 기판으로 쉽게 전사할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100, 100a, 100b : LED 모듈
110 : 성장 기판 120 : 에피 구조체
121 : 제1 반도체층 122 : 활성층
123 : 제2 반도체층 130 : 제2 전극
130a : 제2 전극 패드 131 : 제2 전극 연결 단자
140 : 제 1 전극 141 : 제1 전극 연결 단자
150 : 보호층 160 : 메탈 본딩층
161 : 본딩 분리층 170 : 칩 분리 에칭 영역
180 : 메탈 에칭 영역 200 : 지지 기판
210 : 지지 기판 본체 220 : 패시베이션층
230 : 자외선 흡수층 240 : 메탈 본딩층
300 : 캐리어 기판 310: 캐리어 기판 본체
320 : 캐리어 기판 접착층

Claims (16)

  1. p-n 접합 구조를 갖는 복수의 LED 모듈(100, 100a, 100b)이 메탈 본딩층(160)을 통해 지지 기판(200)과 접착되고, 일정 파장범위의 광에 의해 상기 지지 기판(200)과의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈(100, 100a, 100b)이 상기 지지 기판(200)에서 개별 또는 어레이 형태로 분리되도록 하는 LED 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED 모듈(100, 100a, 100b)은 메탈 본딩층(160)을 통해 상기 지지 기판(200)과 유테틱 본딩(Eutectic Bonding)으로 접착된 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 LED 모듈(100, 100a, 100b)은 수평형 구조, 수직형, 구조, 플립형 구조 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 LED 모듈(100, 100a, 100b)은 성장 기판(110)이 제거된 에피 구조체(120)와, 제1 전극(140)과 제2 전극(130)과 보호층(150)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 전극(130)은 ITO, InO2, S3O2, Ni, Au, Pd, Ag, Pt, Ti 로 이루어진 그룹에서 선택된 하나 이상의 물질 또는 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 메탈 본딩층(160)은 Au, AuSn, PdIn, InSn, NiSn, Au-Au 중 적어도 하나를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 LED 모듈(100, 100a, 100b)은 상기 보호층(150)과 메탈 본딩층(160) 사이에 본딩 분리층(161)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지 기판(200)은 지지 기판 본체(210);
    상기 지지 기판 본체(210)에 형성한 패시베이션층(220);
    상기 패시베이션층(220)에 형성한 자외선 흡수층(230); 및
    상기 자외선 흡수층(230)에 형성한 메탈 본딩층(240)을 포함하고, 상기 자외선 흡수층(230)으로 일정 파장범위의 자외선이 흡수되면 상기 메탈 본딩층(240)과의 접착력이 약해지는 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 지지 기판 본체(210)는 단단하게 경직되어 휨(Bowing) 발생을 방지하는 리지드(Rigid)한 재질의 투명 기판인 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 지지 기판 본체(210)는 Si, GaAs, 글래스, 사파이어, 플라스틱 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 패시베이션층(220)은 SiO2, SiNx, Ao2O3 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 자외선 흡수층(230)은 190㎚ ~ 280㎚ 범위의 자외선을 흡수하는 것을 특징으로 하는 LED 구조체.
  13. a) 성장 기판(110) 상에 에피 구조체(120)를 형성하고, 상기 에피 구조체(120)에 제1 전극(140) 및 제2 전극(130) 중 적어도 하나를 형성한 LED 모듈(100, 100a, 100b)을 제조하는 단계;
    b) 상기 제조된 LED 모듈(100, 100a, 100b)을 보호하는 보호층(150)을 형성하고, 상기 보호층(150) 상에 메탈 본딩층(160)을 형성하는 단계;
    c) 상기 메탈 본딩층(160)을 이용하여 LED 모듈(100, 100a, 100b)을 지지 기판(200)에 접착하는 단계;
    d) 상기 LED 모듈(100, 100a, 100b)로부터 성장 기판(110)을 제거하고, 개별 에피 구조체(120)로 분리하는 단계; 및
    e) 상기 지지 기판(200)으로 일정 파장범위의 광을 조사하여 상기 LED 모듈(100, 100a, 100b)과 지지 기판(200) 사이의 접착력이 약해지면, 상기 접착된 LED 모듈(100, 100a, 100b)이 상기 지지 기판(200)에서 캐리어 기판(300)으로 전사되도록 개별 또는 어레이 형태로 분리하는 단계를 포함하는 LED 구조체의 전사방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 b) 단계는 상기 보호층(150)과 메탈 본딩층(160) 사이에 본딩 분리층(161)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구조체의 전사방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 캐리어 기판(300)으로 전사된 LED 모듈(100, 100a, 100b)은 본딩 분리층(161)을 통해 메탈 본딩층(160)을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 구조체의 전사방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 d) 단계의 에피 구조체(120)로 분리하는 단계는 메탈 본딩층(160)까지 제거하는 것을 특징으로 하는 LED 구조체의 전사방법.
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