KR20180016101A - 표시장치 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시 예에 따르면, 제1기판상에 배치된 복수 개의 발광소자를 검사하는 단계; 상기 복수 개의 발광소자 중에서 불량인 발광소자가 없는 제1영역을 절단하는 단계; 및 상기 절단한 제1영역에 배치된 복수 개의 발광소자를 패널에 전사하는 단계를 포함하는 표시장치 제조방법을 개시한다.
Description
실시 예는 발광소자가 픽셀로 사용되는 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
GaN, AlGaN 등의 화합물을 포함하는 반도체 소자는 넓고 조정이 용이한 밴드 갭 에너지를 가지는 등의 많은 장점을 가져서 발광 소자, 수광 소자 및 각종 다이오드 등으로 다양하게 사용될 수 있다.
특히, 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드(Laser Diode)와 같은 발광 소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저 소비 전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성의 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 광검출기나 태양 전지와 같은 수광 소자도 반도체의 3-5족 또는 2-6족 화합물 반도체 물질을 이용하여 제작하는 경우 소자 재료의 개발로 다양한 파장 영역의 빛을 흡수하여 광 전류를 생성함으로써 감마선부터 라디오 파장 영역까지 다양한 파장 영역의 빛을 이용할 수 있다. 또한 빠른 응답속도, 안전성, 환경 친화성 및 소자 재료의 용이한 조절의 장점을 가져 전력 제어 또는 초고주파 회로나 통신용 모듈에도 용이하게 이용할 수 있다.
따라서, 반도체 소자는 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등 및 Gas나 화재를 감지하는 센서 등에까지 응용이 확대되고 있다. 또한, 반도체 소자는 고주파 응용 회로나 기타 전력 제어 장치, 통신용 모듈에까지 응용이 확대될 수 있다.
최근에는 HD(high definition) 및 대 화면의 표시 장치가 요구되고 있으나, 복잡한 구성들을 갖는 액정 표시 장치 및 유기 전계 표시 장치는 수율이 낮고 비용은 높아 고화질의 대화면 표시 장치를 구현하기 어렵다.
실시 예는 수율이 우수한 표시장치의 제조방법을 제공한다.
또한, 제작 비용이 절감된 표시장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 표시장치 제조방법은, 제1기판상에 배치된 복수 개의 발광소자를 검사하는 단계; 상기 복수 개의 발광소자 중에서 불량 발광소자가 없는 제1영역을 절단하는 단계; 및 상기 절단한 제1영역에 배치된 복수 개의 발광소자를 패널에 전사하는 단계를 포함한다.
상기 제1영역이 절단된 제1기판상에서 정상 발광소자를 상기 패널에 선택적으로 전사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1영역에 배치된 복수 개의 발광소자를 패널에 전사하는 단계는, 상기 제1영역에 배치된 복수 개의 발광소자를 임시 기판에 전사하는 단계; 및 상기 임시 기판에 전사된 발광소자를 상기 패널에 전사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1영역의 적어도 일 측면은 200um이상일 수 있다.
상기 패널에 선택적으로 전사하는 단계는, 상기 제1영역이 절단된 제1기판상에서 정상 발광소자를 상기 제1기판에서 분리하여 상기 패널에 전사할 수 있다.
상기 패널에 선택적으로 전사하는 단계는, 상기 제1기판에서 선택적으로 레이저를 조사하여 상기 정상 발광소자를 분리할 수 있다.
실시 예에 따르면, 수율이 우수한 표시장치를 제작할 수 있다.
또한, 제작 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시장치의 개념도이고,
도 2는 발광소자의 개념도이고,
도 3은 복수 개의 발광소자가 성장한 웨이퍼의 평면도이고,
도 4는 정상인 복수 개의 발광소자가 모여있는 제1영역을 절단하는 과정을 보여주는 도면이고,
도 5는 제1영역의 발광소자를 패널에 전사하는 과정을 보여주는 도면이고,
도 6은 전사된 패널의 평면도이고,
도 7은 제1영역이 제거된 웨이퍼를 보여주는 도면이고,
도 8a 내지 도 8c는 웨이퍼 내의 정상 발광소자를 선택적으로 전사하는 과정을 보여주는 도면이고,
도 9는 선택적 전사가 완료된 패널의 평면도이다.
도 2는 발광소자의 개념도이고,
도 3은 복수 개의 발광소자가 성장한 웨이퍼의 평면도이고,
도 4는 정상인 복수 개의 발광소자가 모여있는 제1영역을 절단하는 과정을 보여주는 도면이고,
도 5는 제1영역의 발광소자를 패널에 전사하는 과정을 보여주는 도면이고,
도 6은 전사된 패널의 평면도이고,
도 7은 제1영역이 제거된 웨이퍼를 보여주는 도면이고,
도 8a 내지 도 8c는 웨이퍼 내의 정상 발광소자를 선택적으로 전사하는 과정을 보여주는 도면이고,
도 9는 선택적 전사가 완료된 패널의 평면도이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 element의 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 "상(위) 또는 하(아래)(on or under)"으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
반도체 소자는 발광 소자, 수광 소자 등 각종 전자 소자를 포함할 수 있으며, 발광 소자와 수광 소자는 모두 제 1 도전형 반도체층과 활성층 및 제 2 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
본 실시 예에 따른 반도체 소자는 발광 소자일 수 있다.
발광 소자는 전자와 정공이 재결합함으로써 빛을 방출하게 되고, 이 빛의 파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭에 의해서 결정된다. 따라서, 방출되는 빛은 상기 물질의 조성에 따라 다를 수 있다.
이하에서는 실시 예의 반도체 소자를 발광 소자로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 표시장치의 개념도이고, 도 2는 발광소자의 개념도이다.
도 1을 참고하면, 실시 예에 따른 표시장치는 어레이 기판(20)상에 형성된 복수 개의 픽셀(23)을 포함한다. 픽셀(23)은 발광다이오드(LED)로 구현할 수 있다. 따라서, 전력 소비가 낮아지며 낮은 유지 비용으로 긴 수명으로 제공될 수 있고, 고휘도의 자발광 디스플레이로 제공될 수 있다.
픽셀(23)은 제1 내지 제3발광소자(B, G, R)가 실장되어 RGB 서브 픽셀 역할을 수행할 수 있다. 이하에서는 3개의 발광소자가 RGB 서브 픽셀로 기능하는 것으로 설명하나, 필요에 따라 발광소자의 개수는 조절될 수 있다.
제1발광소자(B)는 청색 파장대의 광을 출력하는 제1서브픽셀의 역할을 수행할 수 있다. 제2발광소자(G)는 녹색 파장대의 광을 출력하는 제2서브픽셀의 역할을 수행할 수 있다. 제3발광소자(R)는 적색 파장대의 광을 출력하는 제3서브픽셀의 역할을 수행할 수 있다.
제2발광소자(G)와 제3발광소자(R)는 청색 발광다이오드에 파장변환층(51, 52)을 배치하여 녹색광 및 적생광으로 변환할 수 있다. 파장변환층(51, 52)은 형광체 또는 양자점(QD) 등을 모두 포함할 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 제2발광소자은 녹색 발광다이오드일 수 있고, 제3발광소자는 적색 발광다이오드일 수도 있다.
제1 내지 제3발광소자(B, G, R)의 전기적 연결 방법은 제한되지 않는다. 예시적으로, 관통전극을 이용하거나 리드전극을 이용하여 발광소자를 전기적으로 연결할 수 있다.
표시 장치는 SD(Standard Definition)급 해상도(760ⅹ480), HD(High definition)급 해상도(1180ⅹ720), FHD(Full HD)급 해상도(1920ⅹ1080), UH(Ultra HD)급 해상도(3480ⅹ2160), 또는 UHD급 이상의 해상도(예: 4K(K=1000), 8K 등)으로 구현될 수 있다. 이때, 실시 예에 따른 제1 내지 제3발광소자(B, G, R)는 해상도에 맞게 복수로 배열되고 연결될 수 있다.
실시 예는 복수 개의 발광소자가 픽셀로 기능하여 영상 및 이미지를 구현하므로 색순도(color purity) 및 색재현성(color reproduction)이 우수한 장점을 갖는다.
실시 예는 직진성이 우수한 발광소자를 이용하여 영상 및 이미지를 구현하므로 선명한 100인치 이상의 대형 표시장치를 구현할 수 있다.
실시 예는 저비용으로 고해상도의 100인치 이상의 대형 표시장치를 구현할 수 있다.
도 2를 참고하면, 발광소자는 어레이 기판(20) 상에 배치되는 제1도전형 반도체층(110), 활성층(120), 및 제2도전형 반도체층(130)을 포함하는 발광구조물(140), 제1도전형 반도체층(110)의 측면에서 어레이 기판(20)로 연장된 제1전극(150), 발광구조물(140)의 측면과 제1전극(150)을 커버하는 절연층(160), 및 제2도전형 반도체층(130)상에 배치되는 제2전극(170)을 포함할 수 있다.
제1도전형 반도체층(110)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 1 도펀트가 도핑될 수 있다. 제1도전형 반도체층(110)은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질 또는 AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 선택된 물질로 형성될 수 있다. 제 1 도펀트가 Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 n형 도펀트인 경우, 제1도전형 반도체층(110)은 n형 반도체층일 수 있다.
제2도전형 반도체층(130)은 Ⅲ-Ⅴ족, Ⅱ-Ⅵ족 등의 화합물 반도체로 구현될 수 있으며, 제 2 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2도전형 반도체층(130)은 AlxInyGa(1-x-y)N (0≤x≤≤1, 0≤≤y≤≤1, 0≤≤x+y≤≤1)의 조성식을 갖는 반도체 물질, InAlGaN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다. 제 2 도펀트가 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등과 같은 p형 도펀트인 경우 제2도전형 반도체층(130)은 p형 반도체층일 수 있다.
활성층(120)은 제1도전형 반도체층(110)과 제2도전형 반도체층(130) 사이에 구비된다. 활성층(120)은 제1도전형 반도체층(110)을 통해서 주입되는 전자(또는 정공)과 제2도전형 반도체층(130)을 통해서 주입되는 정공(또는 전자)이 만나는 층이다. 상기와 같은 활성층(120)은 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다.
발광소자를 표시 장치의 픽셀(23)마다 배치하여 발광소자를 구동시켜 화상을 표시하기 위해서는 발광소자가 픽셀(23)의 회로 패턴과 전기적으로 접속되어야 한다. 제1전극(150)은 일 끝단이 제1도전형 반도체층(110)과 접촉하며, 타 끝단은 어레이 기판(20)의 상부면까지 연장되어 전기적으로 연결될 수 있다.
절연막(160)은 제2도전형 반도체층(130)의 일부를 노출시키도록 제1전극(150)과 발광 구조물(210a)을 감싸도록 배치될 수 있다. 절연막(160)은 제1전극(150)과 제2전극(170)의 전기적인 접속을 방지한다. 상기와 같은 절연막(160)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
제2전극(170)은 절연막(160)에 의해 노출된 제2도전형 반도체층(130)과 전기적으로 접속될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제2도전형 반도체층(130)과 제2전극 사이에 오믹층이 더 배치될 수 있다. 오믹층을 통해 제2전극(170)으로부터 제2도전형 반도체층(130)에 균일하게 전류가 확산될 수 있다.
도 3은 복수 개의 발광소자가 성장한 웨이퍼의 평면도이고, 도 4는 정상인 복수 개의 발광소자가 모여있는 제1영역을 절단하는 과정을 보여주는 도면이고, 도 5는 제1영역의 발광소자를 어레이 기판에 전사하는 과정을 보여주는 도면이고, 도 6은 전사된 어레이 기판의 평면도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 표시장치 제조방법은, 제1기판(10)상에 배치된 복수 개의 발광소자를 검사하는 단계, 복수 개의 발광소자 중에서 불량 발광소자(200)가 없는 제1영역(11)을 절단하는 단계, 및 절단한 제1영역(11)에 배치된 복수 개의 발광소자를 어레이 기판(20)에 전사하는 단계를 포함한다.
도 3을 참고하면, 제1기판(10)상에는 복수 개의 발광소자(100, 200)가 배치될 수 있다. 제1기판(10)은 웨이퍼 기판일 수 있고 복수 개의 발광소자(100, 200)는 웨이퍼상에서 성장한 에피 구조물일 수 있다.
예시적으로 한 장의 웨이퍼 상에서 동일한 방법으로 복수 개의 발광소자를 성장시킨 경우에도 일부 발광소자는 불량이 발생할 수 있다. 불량은 다양한 원인에 의해 유발될 수 있다. 예시적으로 불량은 발광 자체를 하지 않는 경우, 발광의 강도가 기준치를 만족하지 못하는 경우, 발광 파장대가 기준 범위를 벗어난 경우 등일 수 있다.
이하에서는 기준을 합격하지 못한 발광소자를 불량 발광소자로 정의하고, 기준을 합격한 발광소자를 정상 발광소자로 정의한다.
그러나, 제1기판(10)을 그대로 어레이 기판(20)에 1:1 전사하는 경우에는 불량 발광소자(200)까지 전사되므로 수율이 낮은 문제가 있다. 또한, 정상 발광소자만 선택적으로 전사하는 경우에는 많은 칩을 하나 하나 컨트롤해야 하므로 공정이 길어진다. 특히, 각각의 칩을 동일한 방향으로 정렬하기 어려워 광 균일도를 유지하기 어렵다.
실시 예에서는 복수 개의 발광소자 중에서 불량 발광소자(200)가 없는 제1영역(11)을 절단한다. 도 3을 참고하면, 불량인 복수 개의 없는 제1영역(11)을 선별하고, 도 4와 같이 제1영역(11)을 절단한다. 제1영역(11)을 절단하는 방식은 특별히 제한되지 않는다. 일반적인 스크라이빙을 이용하여 절단할 수도 있다.
이후, 절단한 제1영역(11)에 배치된 복수 개의 발광소자를 어레이 기판(20)에 전사한다.
구체적으로, 기판을 어레이 기판(20)에 합착한 후, 발광소자가 분리되어 어레이 기판(20)에 전사되도록 기판에 전체적으로 레이저 리프트 오프(Laser Lift Off; LLO)를 실시할 수 있다.
이 과정을 통해 복수 개의 제1영역(11)을 순차적으로 어레이 기판(20)에 전사하여 불량이 없는 발광소자를 빠른 속도로 어레이 기판(20)에 전사시킬 수 있다.
이때, 제1영역(11)의 크기는 200x200um이상으로 제작할 수 있다. 제1영역(11)의 크기가 200x200um이상인 경우에는 일반적인 이송장치(예: 로봇암, 진동 척 등)로 이송할 수 있어 기존의 장비를 그대로 이용할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 제1영역이 제거된 웨이퍼를 보여주는 도면이고, 도 8a 내지 도 8c는 웨이퍼 내의 정상 발광소자를 선택적으로 전사하는 과정을 보여주는 도면이고, 도 9는 선택적 전사가 완료된 어레이 기판의 평면도이다.
도 7을 참고하면, 제1영역(11)이 제거된 제1기판(10)에 잔존하는 정상 발광소자(100)를 어레이 기판(20)에 전사할 수 있다.
구체적으로 도 8a와 같이 제1기판(10)을 대향 접착하고, 도 8b와 같이 정상 발광소자가 배치된 영역에만 레이저(30)를 조사하여 리프트 오프 시킨다. 이후, 제1기판(10)을 분리시키면 정상 발광소자(100)만 어레이 기판(20)에 선택적으로 전사될 수 있다.
이러한 방법에 의하면, 그룹화된 발광소자들을 측정하여 사전에 불량이 있는 그룹을 제외하여 수율 100%의 어레이 기판(20)을 제작할 수 있다. 1:1 전사의 경우, 불량이 발생할 경우 전사까지 그대로 이어지기 때문에 전체 웨이퍼를 폐기하여야 했다. 그러나 실시 예에 따르면, 불량 발광소자만 골라 내고 나머지 발광소자는 사용할 수 있기 때문에 비용이 절감된다.
또한, 마이크로 LED로 대면적 디스플레이를 제작하는 경우, 대면적 웨이퍼를 구하기 어려워 1:1 전사 방식은 채택하기 어렵다. 또한, 선택적 전사는 전사 시간이 오래 걸리는 문제가 있다. 그러나, 실시 예에 따르면, 제1영역의 정상 발광소자를 1:1 전사하고 나머지 잔존하는 발광소자를 선택적으로 전사하므로 수율이 향상되고 비용도 절감할 수 있다.
Claims (6)
- 제1기판상에 배치된 복수 개의 발광소자를 검사하는 단계;
상기 복수 개의 발광소자 중에서 불량인 발광소자가 없는 제1영역을 절단하는 단계; 및
상기 제1영역에 배치된 복수 개의 발광소자를 패널에 전사하는 단계를 포함하는 표시장치 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1영역이 절단된 제1기판상에서 정상 발광소자를 상기 패널에 선택적으로 전사하는 단계를 포함하는 표시장치 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1영역에 배치된 복수 개의 발광소자를 패널에 전사하는 단계는,
상기 제1영역에 배치된 복수 개의 발광소자를 임시 기판에 전사하는 단계; 및
상기 임시 기판에 전사된 발광소자를 상기 패널에 전사하는 단계를 포함하는 표시장치 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1영역의 적어도 일 측면은 200um이상인 표시장치 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 패널에 선택적으로 전사하는 단계는,
상기 제1영역이 절단된 제1기판상에서 정상 발광소자를 상기 제1기판에서 분리하여 상기 패널에 전사하는 표시장치 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 패널에 선택적으로 전사하는 단계는,
상기 제1기판에서 선택적으로 레이저를 조사하여 상기 정상 발광소자를 분리하는 표시장치 제조방법.
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