KR20180009116A - 마이크로 led 어레이 디스플레이 장치 - Google Patents

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Abstract

마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치가 개시된다. 개시되는 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치는, 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 포함하는 마이크로 LED 패널과, 마이크로 LED 픽셀들 각각을 개별 구동시키기 위해 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀들을 포함하는 CMOS 백플레인과, 마이크로 LED 픽셀들과 CMOS 셀들이 마주하도록 배치된 상태에서, 마이크로 LED 픽셀들 각각과 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 CMOS 셀을 전기적으로 연결시키는 범프들을 포함하며, 상기 CMOS 백플레인 상에 형성된 상기 CMOS 셀들 각각에 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각이 대응되게 상기 범프들을 이용하여 플립칩 본딩함으로써 상기 마이크로 LED 픽셀들이 개별적으로 제어된다.

Description

마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치{MICRO LED ARRAY DISPLAY APPARATUS}
본 발명은 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치에 관한 것으로, 구체적으로는, LED 칩의 제조시 식각 공정에서 하나의 마이크로 LED 패널 상에 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 배열하고, 그 상태의 마이크로 LED 패널을 범프들을 이용하여 CMOS 백플레인(Backplane) 상에 플립칩 본딩하여 마이크로 LED 픽셀들을 개별 구동할 수 있도록 구성함으로써, 마이크로 디스플레이용으로 사용될 수 있는 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode, LED)는 저전력 소비와 친환경적이라는 측면에서 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있으며, 조명장치나 LCD 표시장치의 백라이트용으로 뿐만 아니라, 디스플레이 장치에도 널리 적용되고 있다.
LED는 전기 에너지를 빛으로 변환시키는 고체 소자의 일종으로서, 기본적으로, 두 개의 도핑층, 즉 n형 반도체층과 p형 반도체층 사이에 개재된 활성층을 포함하여, 두 개의 도핑층 사이에 전압이 인가되면, 전자와 정공이 활성층으로 주입된 후, 활성층 내에서 재결합되어 빛이 발생되는 원리를 이용하고 있다. LED는 비교적 낮은 전압으로 구동이 가능하면서도 높은 에너지 효율로 인해 발열이 낮은 특징이 있다. LED는 다양한 타입으로 제조될 수 있는데, 이러한 여러 가지 타입들 중 특히, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 타입으로서, 하나의 웨이퍼 상에 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 형성한 타입이 있다. 이와 같이, 하나의 웨이퍼 상에 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 형성하여 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치를 제조함에 있어서, 종래에는 칩 제조 공정을 통하여 각 픽셀에 p극과 n극의 2 단자를 형성한 후 신호 라인 종횡축으로 배열하여 구동하였다. 이 경우 마이크로 LED 픽셀들에 대하여 신호 제어를 담당하는 소자들이 주변 영역에 별도로 형성되어야 하기 때문에 마이크로 LED 어레이 디스플레이의 크기가 커지고 종횡축에 어레이된 수많은 데이터라인들을 마이크로 LED 픽셀들과 와이어본딩으로 연결해야 하므로 그 공정이 복잡하고 불편함이 많이 따른다.
또한, 하나의 기판상에 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 형성하는 경우, 하나의 기판상에 적색, 녹색 및 청색 광을 발광하는 구조물을 형성함에 있어서의 기술적인 한계로 인해, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치에서 LED 광원을 사용할 경우, 종래에는 단색으로만 구현할 수밖에 없는 어려움이 있었다. 따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방안이 당해 기술 분야에서 요구되고 있다.
대한민국등록특허 10-1150861(2012.05.22. 등록) 대한민국등록특허 10-0470904(2005.01.31.등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치를 제조함에 있어서, 마이크로 LED 픽셀들과 각종 데이터라인들과의 와이어본딩 작업의 복잡함과 불편함을 해소하고, 마이크로 LED 픽셀들 각각을 개별적으로 제어가능하도록 하기 위해, CMOS 백플레인 상에 형성된 CMOS 셀들 각각에 마이크로 LED 픽셀들 각각이 대응되게 범프들을 이용하여 플립칩 본딩되는 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 하나의 기판상에 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 형성하는 경우, 기판 상에 적색, 녹색 및 청색 광을 발광하는 구조를 형성함에 있어서의 어려움을 해결하고자, CMOS 백플레인 상에 플립칩 본딩되는 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치는, 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 포함하는 마이크로 LED 패널과, 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각을 개별 구동시키기 위해 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀들을 포함하는 CMOS 백플레인과, 상기 마이크로 LED 픽셀들과 상기 CMOS 셀들이 마주하도록 배치된 상태에서, 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각과 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 CMOS 셀을 전기적으로 연결시키는 범프들을 포함하며, 상기 CMOS 백플레인 상에 형성된 상기 CMOS 셀들 각각에 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각이 대응되게 상기 범프들을 이용하여 플립칩 본딩함으로써 상기 마이크로 LED 픽셀들이 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따라, 상기 마이크로 LED 픽셀들은 기판상에 차례대로 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 성장시킨 후 식각되어 형성되며, 상기 마이크로 LED 픽셀들의 수직구조는, 차례대로, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 마이크로 LED 픽셀들이 형성되지 않은 부분은, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 제거되어 제1 도전형 반도체층이 노출된다.
일 실시예에 따라, 상기 마이크로 LED 픽셀들이 형성되지 않은 부분의 제1 도전형 반도체층 상에는 상기 마이크로 LED 픽셀들과 이격되게 제1 도전형 메탈층이 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 도전형 메탈층은 상기 제1 도전형 반도체층 상에서 상기 마이크로 LED 패널의 외곽을 따라 형성된다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 도전형 메탈층의 높이는 상기 마이크로 LED 픽셀들의 높이와 동일하다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 도전형 메탈층은 상기 마이크로 LED 픽셀들의 공통 전극으로서 기능한다.
일 실시예에 따라, 상기 CMOS 백플레인은, 상기 제1 도전형 메탈층에 대응되게 형성된 공통 셀을 포함하고, 상기 제1 도전형 메탈층과 상기 공통 셀은 공통 범프에 의해 전기적으로 연결된다.
일 실시예에 따라, 상기 제1 도전형은 n형이고, 상기 제2 도전형이다.
일 실시예에 따라, 상기 기판은, 사파이어, SiC, Si, 유리, 및 ZnO 중 어느 하나로 이루어진다.
일 실시예에 따라, 상기 범프들은 상기 CMOS 셀들 각각에 형성되어, 가열에 의해 녹음으로써, 상기 CMOS 셀들 각각과 상기 CMOS 셀들 각각에 대응되는 마이크로 LED 픽셀이 전기적으로 연결된다.
본 발명의 다른 측면에 따라 풀 컬러 구현을 위한 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치는, 각각이, 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 포함하며, 서로 다른 파장 대역의 광을 발광하는, 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널과, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들 각각을 개별 구동하기 위해 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀들을 포함하는 단일 CMOS 백플레인과, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들과 상기 CMOS 셀들이 마주하도록 배치된 상태에서, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들 각각과, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 CMOS 셀을 전기적으로 연결하기 위한 범프들을 포함하며, 상기 CMOS 백플레인 상에 형성된 상기 CMOS 셀들 각각에 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널의 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각에 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각이 대응되게 상기 범프들을 이용하여 플립칩 본딩함으로써 상기 마이크로 LED 픽셀들이 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 CMOS 백플레인 상에 형성된 CMOS 셀들 각각에 마이크로 LED 픽셀들 각각이 대응되도록 범프들을 이용하여 플립칩 본딩되는 새로운 개념의 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치를 제공함으로써, 기존 공정에서 마이크로 LED 픽셀들과 각종 데이터라인들과의 와이어본딩 작업의 복잡함과 불편함을 해소하고, 마이크로 LED 픽셀들 각각을 개별적으로 제어가능하도록 할 수 있다. 뿐만 아니라, 단일 CMOS 백플레인에 적색, 녹색 및 청색 광 각각을 발광하는 복수 개의 마이크로 LED 패널들을 범프들을 이용하여 플립칩 본딩시켜, 광학계를 이용하여 세 가지 색상이 한 곳에 집중하도록 함으로써 풀컬러 구현을 가능하게 하므로, 종래 하나의 기판 상에 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 형성하는 경우, 기판 상에 적색, 녹색 및 청색 광을 발광하는 구조를 형성함에 있어서의 기술적 어려움을 해소할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치의 마이크로 LED 패널(100)의 일 예를 보인 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치에서 도 1의 마이크로 LED 패널(100)과 마이크로 LED 패널(100) 상의 마이크로 LED 픽셀들 각각을 개별 구동하기 위한 복수 개의 CMOS 셀들을 포함하는 CMOS 백플레인(200)을 보인 도면이고,
도 3은 도 2의 마이크로 LED 패널(100)과 CMOS 백플레인(200)을 범프들(300)을 이용하여 전기적으로 연결시키기 위해, 범프들(300)을 CMOS 백플레인(200) 상에 배치한 상태를 보인 도면이고,
도 4는 도 3에서 범프들(300)이 배치된 CMOS 백플레인(200) 상에 마이크로 LED 패널(100)을 마주보게 배치하여 마이크로 LED 패널(100) 상의 마이크로 LED 픽셀들 각각과 CMOS 백플레인(200) 상의 CMOS 셀들을 전기적으로 연결시킨 상태를 보인 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 풀컬러(full color) 구현을 위해, 각각 제작된 적색, 녹색 및 청색 각각의 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300)과, 이들을 대응되는 CMOS 셀들 각각에 전기적으로 연결하기 위해 단일 CMOS 백플레인(2000) 상에 CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300)을 형성하고, CMOS 셀들 상에 범프들(3000)을 배치한 상태를 보인 도면이고,
도 6은 도 5의 적색, 녹색 및 청색 각각의 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300)을 범프들(3000)을 이용하여 단일 CMOS 백플레인(2000)에 전기적으로 연결시킨 상태를 보인 도면이고,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 풀컬러 구현을 위한 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치의 구동을 간략히 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 메사 식각공정에서 마이크로 LED 픽셀을 어레이하고 이를 CMOS 백플레인 위에 플립칩 본딩함으로써, HMD(Head Mounted Display) 또는 HUD(Head Up Display)와 같은 마이크로 디스플레이(Micro Display)에 적용할 수 있도록 한 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치와 관련된다. 본 발명은 LED 칩 제조시 메사 식각 공정에서 마이크로 LED 픽셀들을 배열하고, 개별구동할 수 있도록 CMOS 백플레인 위에 플립칩 본딩된다. 또한 본 발명은 적색, 녹색, 및 청색을 갖는 세 가지 소자, 즉 마이크로 LED 패널들을 CMOS 백플레인 위에 배열함으로써 풀 컬러를 구현할 수도 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면들 및 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이 용이하게 이해할 수 있도록 간략화되고 예시된 것이므로, 도면들 및 실시예들이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치의 마이크로 LED 패널(100)의 일 예를 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치에서 도 1의 마이크로 LED 패널(100)과 마이크로 LED 패널(100) 상의 마이크로 LED 픽셀들 각각을 개별 구동하기 위한 복수 개의 CMOS 셀들을 포함하는 CMOS 백플레인(200)을 보인 도면이고, 도 3은 도 2의 마이크로 LED 패널(100)과 CMOS 백플레인(200)을 범프들(300)을 이용하여 전기적으로 연결시키기 위해, 범프들(300)을 CMOS 백플레인(200) 상에 배치한 상태를 보인 도면이고, 도 4는 도 3에서 범프들(300)이 배치된 CMOS 백플레인(200) 상에 마이크로 LED 패널(100)을 마주보게 배치하여 마이크로 LED 패널(100) 상의 마이크로 LED 픽셀들 각각과 CMOS 백플레인(200) 상의 CMOS 셀들을 전기적으로 연결시킨 상태를 보인 도면이다.
우선, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 어레이 디스플레이장치에 관하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치는, 마이크로 LED 패널(100), CMOS 백플레인(200), 및 범프들(300)을 포함한다. 마이크로 LED 패널(100)은 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들(130)을 포함하고, CMOS 백플레인(200)은, 마이크로 LED 픽셀들(130) 각각을 개별 구동시키기 위해 마이크로 LED 픽셀들(130) 각각에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀들(230)을 포함한다. 그리고, 범프들(300)은, 마이크로 LED 픽셀들(130)과 CMOS 셀들(230)이 마주하도록 배치된 상태에서, 마이크로 LED 픽셀들(130) 각각과 이들 각각에 대응하는 CMOS 셀들(230)이 전기적으로 연결되도록 한다. 본 명세서 내에서 마이크로 LED 픽셀들 및 CMOS 셀들의 참조부호는, 편의상 각각 하나의 마이크로 LED 픽셀과 하나의 CMOS 셀에 대해 130과 230으로 표시하였다. 이와 같은 구성을 통해, CMOS 백플레인(200) 상에 형성된 CMOS 셀들(230) 각각에 마이크로 LED 픽셀들(130) 각각이 대응되게 범프들(300)을 이용하여 플립칩 본딩함으로써, 상기 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치는 마이크로 LED 픽셀들(130)을 개별적으로 제어한다.
마이크로 LED 패널(100)은 기판(110) 상에 차례대로 제1 도전형 반도체층(132), 활성층(134), 및 제2 도전형 반도체층(136)을 성장시킨 후 식각된다. 따라서, 마이크로 LED 패널(100) 상의 마이크로 픽셀들(130)은 이러한 과정을 거쳐서 형성되는 것으로서, 개개의 마이크로 LED 픽셀(130)의 수직구조는, 기판(110) 위에 제1 도전형 반도체층(132), 활성층(134) 및 제2 도전형 반도체층(136)을 포함한다. 기판(110)은, 사파이어, SiC, Si, 유리, 및 ZnO 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 그리고, 제1 도전형 반도체층(132)은 n형 반도체층이고, 제2 도전형 반도체층(136)은 p형 반도체층일 수 있다. 활성층(134)은 전원의 인가시 제1 도전형 반도체층(132)과 제2 도전형 반도체층(136)으로부터 제공되는 전자와 정공이 재결합되는 영역이다.
마이크로 LED 패널(100)에서, 식각된 부분, 즉 마이크로 LED 픽셀들(130)이 형성되지 않은 부분(120)은, 제2 도전형 반도체층(136)과 활성층(134)이 제거되어, 제1 도전형 반도체층(132)이 노출되어 있다. 이와 같이 마이크로 LED 패널(100)에서 마이크로 LED 픽셀들(130)이 형성되지 않은 부분(120)의 제1 도전형 반도체층(132) 상에는, 마이크로 LED 픽셀들(130)과 이격되게 제1 도전형 메탈층(140)이 형성된다. 제1 도전형 메탈층(140)은 제1 도전형 반도체층(132) 상에서 마이크로 LED 패널(100)의 외곽을 따라 소정의 폭을 갖도록 형성된다. 제1 도전형 메탈층(140)의 높이는 마이크로 LED 픽셀들(130)의 높이와 대체로 동일하게 형성된다. 제1 도전형 메탈층(140)은 범프들(300)에 의해 CMOS 백플레인(200)과 전기적으로 연결되어, 마이크로 LED 픽셀들(130)의 공통 전극으로서 기능한다. 예를 들어, 제1 도전형 메탈층(140)은 공통 접지일 수 있다.
CMOS 백플레인(200)은 마이크로 LED 픽셀들(130) 각각을 개별 구동시키기 위한 복수 개의 CMOS 셀들(230)을 포함한다. CMOS 셀들(230) 각각은 범프들(330)을 통해 대응되는 마이크로 LED 픽셀에 전기적으로 연결된다. CMOS 셀들(230) 각각은 대응되는 마이크로 LED 픽셀을 개별 구동시키기 위한 집적회로이다. CMOS 백플레인(200)은, 예를 들어, AM(Active Matrix) 패널일 수 있고, 따라서, CMOS 셀들(230) 각각은, 두 개의 트랜지스터와 하나의 커패시터를 포함하는 픽셀 구동 회로일 수 있고, 범프들(300)을 이용하여 CMOS 백플레인(200)에 마이크로 LED 패널(100)을 플립칩 본딩하는 경우, 등가 회로상, 상기 픽셀 구동 회로의 트랜지스터의 드레인 단자와 공통 접지 단자(예컨대, 참조부호 240) 사이에 개개의 마이크로 LED 픽셀이 배치되는 형태로 될 수 있다.
CMOS 백플레인(200)은 제1 도전형 메탈층(140)과 대응되는 위치에 형성된 공통 셀(240)을 포함하며, 제1 도전형 메탈층(140)과 공통 셀(240)은 공통 범프(340)에 의해 전기적으로 연결된다. 본 명세서 내에서는, 복수 개의 CMOS 셀들 각각과 마이크로 LED 픽셀들 각각을 전기적으로 연결하는 범프들(330)과, 제1 도전형 메탈층(140)과 공통 셀(240)을 전기적으로 연결하는 공통 범프(340)를 모두 포함하는 용어로서 범프들(300)이 사용되기도 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 범프들(330) 및 공통 범프(340)가 CMOS 셀들(230) 각각의 상부에 배치된 상태의 CMOS 백플레인(200)과 마이크로 LED 패널(100)을 서로 마주보게 하여 CMOS 셀들(230)과 마이크로 LED 픽셀들(130)을 일대일 대응시켜 밀착시킨 후 가열하게 되면, 범프들(330) 및 공통 범프(340)가 녹게 되고, 그에 따라 CMOS 셀들(230) 각각과 CMOS 셀들(230) 각각에 대응하는 마이크로 LED 픽셀(130)이 도 4에 도시된 바와 같이, 전기적으로 연결되는 상태가 된다.
다음으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 상기 LED 배열 디스플레이 장치로 풀컬러(full color)를 구현한 실시예를 설명한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 풀컬러 구현을 위해, 각각 제작된 적색, 녹색 및 청색 광을 발광하는 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300)과, 이들에 형성된 마이크로 LED 픽셀들을 대응되는 CMOS 셀들 각각에 전기적으로 연결하기 위해, 단일 CMOS 백플레인(2000) 상에 CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300)을 형성하고, CMOS 셀들 상에 범프들(3000)을 배치한 상태를 보인 도면이고, 도 6은 도 5의 적색, 녹색 및 청색 각각의 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300)을 범프들(3000)을 이용하여 단일 CMOS 백플레인(2000)에 전기적으로 연결시킨 상태를 보인 도면이다.
도면들을 참조하면, 풀컬러 구현을 위한 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치는, 제1 마이크로 LED 패널(1100), 제2 마이크로 LED 패널(1200), 및 제3 마이크로 LED 패널(1300)을 포함하며, 이들 각각은 배열되는 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 포함한다. 제1 마이크로 LED 패널(1100), 제2 마이크로 LED 패널(1200), 및 제3 마이크로 LED 패널(1300) 각각은 서로 다른 파장 대역의 광을 발광한다. 예를 들어, 제1 마이크로 LED 패널(1100)은 적색 광, 제2 마이크로 LED 패널(1200)은 녹색 광, 그리고 제3 마이크로 LED 패널(1300)은 청색 광을 발광하도록 구성된다. 또한, 풀컬러 구현을 위한 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치는, 제1 마이크로 LED 패널(1100), 제2 마이크로 LED 패널(1200), 및 제3 마이크로 LED 패널(1300) 각각의 마이크로 LED 픽셀들 각각을 개별 구동하기 위해, 단일 CMOS 백플레인(2000)을 포함한다. 단일 CMOS 백플레인(2000)은, 제1 마이크로 LED 패널(1100), 제2 마이크로 LED 패널(1200), 및 제3 마이크로 LED 패널(1300) 각각의 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀들을 포함한다. 단일 CMOS 백플레인(2000)에는 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300)이 배치될 수 있도록 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300) 각각에 대응하는 CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300)이 형성되어 있어, 이들 CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300)에 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300) 각각이 플립칩 본딩된다. 단일 CMOS 백플레인(2000)에 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300)이 플립칩 본딩되어 CMOS 셀들 각각과 마이크로 LED 픽셀들 각각이 전기적으로 연결되도록 하기 위해, CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300) 각각에 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300) 각각의 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들에 대응하도록, 복수 개의 CMOS 셀들이 형성되어 있다. 이러한 CMOS 셀들과 마이크로 LED 픽셀들 각각은 범프들(3000)을 통해 전기적으로 연결된다. 단일 CMOS 백플레인(2000)에 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300)을 플립칩 본딩하는 과정은, 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 CMOS 백플레인(200)에 마이크로 LED 패널(100)을 플립칩 본딩하는 과정과 동일하다.
또한, 단일 CMOS 백플레인(2000) 상에는, CMOS 셀 영역들(2100, 2200, 2300) 각각에 공통 셀이 형성되어 있으며, 이러한 공통 셀은 공통 범프들을 통해 마이크로 LED 패널들(1100, 1200, 1300) 각각의 제1 도전형 메탈층과 전기적으로 연결된다.
전술한 바와 같이, 마이크로 LED를 제작함에 있어서, 하나의 기판 상에 적색, 녹색, 청색 광을 발광하는 구조물을 형성하는데에는 기술적으로 어려움이 있으므로, 본 발명과 같이 단일 CMOS 백플레인(2000)에 각각 독립적으로 제작되고 서로 다른 파장 대역의 광, 즉 적색, 녹색, 청색 광 각각을 발광하는 복수 개의 마이크로 LED 패널들을 플립칩 본딩시켜 광학계를 이용하여 세 가지 색상이 한 곳에 집중하도록 함으로써 풀컬러 구현을 가능하게 한다. 또한, 종래와 같이 LED 칩들과 이들의 제어를 담당하기 위해 종횡축으로 달리고 있는 각종 데이터선 간을 와이어본딩해야 하는 불편함이나 어려움을 해소할 수 있을 뿐만 아니라, 종래와 같이 LED 칩들의 신호 제어를 담당하는 소자들이 LED 칩의 외부 영역에 별도로 구비되지 않아도 되므로, 전체 디스플레이 장치의 크기도 줄일 수 있는 이점이 있다.
마지막으로, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 풀컬러 구현을 위한 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치의 구동을 간략히 설명하기 위한 도면으로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치의 구동은, 구동 IC(700)의 제어신호에 의해 이루어진다. 구동 IC(700)로부터의 제어신호는 CMOS 백플레인(2000)에 형성된 CMOS 셀들, 즉 CMOS 집적회로에 의해 각각의 마이크로 LED 픽셀에 공급된다. 구동 IC(700)로부터의 제어신호는 아날로그 신호일 수도 있고, 디지털 신호일 수도 있으며, 상기 디지털 신호는 펄스폭 변조(PWM) 신호일 수도 있다.
100, 1100, 1200, 1300 : 마이크로 LED 패널
110 : 기판 120, 132 : 제1 도전형 반도체층
130 : 마이크로 LED 픽셀 134 : 활성층
136 : 제2 도전형 반도체층 140 : 제1 도전형 메탈층
200, 2000 : CMOS 백플레인 230 : CMOS 셀
240 : 공통 셀 340 : 공통 범프
300, 330, 3000, 3100, 3200, 3300: 범프
2100, 2200, 2300 : CMOS 셀 영역
700 : 구동 IC

Claims (20)

  1. 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치로서,
    복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 포함하는 마이크로 LED 패널;
    상기 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀들을 포함하는 CMOS 백플레인; 및
    상기 마이크로 LED 픽셀들과 상기 CMOS 셀들이 마주하도록 배치된 상태에서, 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각과 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 CMOS 셀을 전기적으로 연결시키는 범프들;을 포함하며,
    상기 CMOS 백플레인 상에 형성된 상기 CMOS 셀들 각각에 상기 마이크로 LED 픽셀들 각각이 대응되게 상기 범프들을 이용하여 플립칩 본딩함으로써 상기 마이크로 LED 픽셀들이 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로 LED 픽셀들은 기판상에 차례대로 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 성장시킨 후 식각되어 형성되며, 상기 마이크로 LED 픽셀들의 수직구조는, 차례대로, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 마이크로 LED 픽셀들이 형성되지 않은 부분은, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 제거되어 제1 도전형 반도체층이 노출되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 마이크로 LED 픽셀들이 형성되지 않은 부분의 제1 도전형 반도체층 상에는 상기 마이크로 LED 픽셀들과 이격되게 제1 도전형 메탈층이 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 도전형 메탈층은 상기 제1 도전형 반도체층 상에서 상기 마이크로 LED 패널의 외곽을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 도전형 메탈층의 높이는 상기 마이크로 LED 픽셀들의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 도전형 메탈층은 상기 마이크로 LED 픽셀들의 공통 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 CMOS 백플레인은, 상기 제1 도전형 메탈층에 대응되게 형성된 공통 셀을 포함하고, 상기 제1 도전형 메탈층과 상기 공통 셀은 공통 범프에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 제1 도전형은 n형이고, 상기 제2 도전형은 p형인 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  9. 청구항 2에 있어서, 상기 기판은, 사파이어, SiC, Si, 유리, 및 ZnO 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이장치.
  10. 청구항 2에 있어서, 상기 범프들은 상기 CMOS 셀들 각각에 형성되어, 가열에 의해 녹음으로써, 상기 CMOS 셀들 각각과 상기 CMOS 셀들 각각에 대응되는 마이크로 LED 픽셀이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  11. 풀컬러 구현을 위한 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치로서,
    각각이, 복수 개의 마이크로 LED 픽셀들을 포함하며, 서로 다른 파장 대역의 광을 발광하는, 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널;
    상기 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 복수 개의 CMOS 셀들을 포함하는 단일 CMOS 백플레인; 및
    상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들과 상기 CMOS 셀들이 마주하도록 배치된 상태에서, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들 각각과, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들 각각에 대응하는 CMOS 셀을 전기적으로 연결하기 위한 범프들;을 포함하며, 상기 CMOS 백플레인 상에 형성된 상기 CMOS 셀들 각각에 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널의 마이크로 LED 픽셀들 각각이 대응되게 상기 범프들을 이용하여 플립칩 본딩함으로써 상기 마이크로 LED 픽셀들이 개별적으로 제어되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들은, 기판상에 차례대로 제1 도전형 반도체층, 활성층, 및 제2 도전형 반도체층을 성장시킨 후 식각되어 형성되며, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들의 수직구조는, 차례대로, 기판, 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각에서 마이크로 LED 픽셀들이 형성되지 않은 부분은, 활성층 및 제2 도전형 반도체층이 제거되어 제1 도전형 반도체층이 노출되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각에서 마이크로 LED 픽셀들이 형성되지 않은 부분의 제1 도전형 반도체층 상에는, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들과 이격되게, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 제1 도전형 메탈층이 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 제1 도전형 메탈층은, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 제1 도전형 반도체층 상에서 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 외곽을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 제1 도전형 메탈층의 높이는, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 제1 도전형 메탈층은, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 마이크로 LED 픽셀들의 공통 전극으로서 기능하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  17. 청구항 13에 있어서, 상기 단일 CMOS 백플레인은, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 제1 도전형 메탈층에 대응되게 형성된 공통 픽셀들을 포함하고, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 제1 도전형 메탈층과, 상기 제1 내지 제3 마이크로 LED 패널 각각의 제1 도전형 메탈층에 대응되는 공통 픽셀은, 공통 범프에 의해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  18. 청구항 12에 있어서, 상기 제1 도전형은 n형이고, 상기 제2 도전형은 p형인 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
  19. 청구항 12에 있어서, 상기 기판은, 사파이어, SiC, Si, 유리, 및 ZnO 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이장치.
  20. 청구항 12에 있어서, 상기 범프들은 상기 CMOS 셀들 각각에 형성되어, 가열에 의해 녹음으로써, 상기 CMOS 셀들 각각과 상기 CMOS 셀들 각각에 대응되는 마이크로 LED 픽셀이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 LED 어레이 디스플레이 장치.
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