KR20180088366A - 발광 패널 및 이러한 발광 패널을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

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꼼미사리아 아 레네르지 아또미끄 에 오 에네르지 알떼르나띠브스
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Abstract

- 전기 접속부를 포함하는 기판(68);
- 기판(68)에 고정되고 구동을 위해 전기 접속부에 연결되는 마이크로칩 어레이(16)를 포함하는 발광 패널에 있어서, 각각의 마이크로칩은,
○ 실리콘 볼륨 내에 형성된 트랜지스터를 기반으로 하는 능동 제어 회로(20)로서, 상기 회로는 기판의 전기 접속부에 연결된, 능동 제어 회로(20); 및
○ 제어 회로에 고정되고 제어를 위해 이에 연결된 마이크로-LED(18)의 스택을 포함하는 발광 패널이 개시된다.

Description

발광 패널 및 이러한 발광 패널을 제조하기 위한 방법
본 발명은 발광 패널에 관한 것으로, 특히 컴퓨터, 스마트폰, 텔레비전 수상기, 태블릿 또는 이미지 프로젝터의 디스플레이 패널에 관한 것이다.
더욱 상세하게, 본 발명은 무기 마이크로-발광 다이오드("마이크로- LED"), 특히 질화 갈륨("GaN") 또는 유도 물질을 기반으로 하는 마이크로-LED 기반 발광 패널에 관한 것이다.
개략적으로, 발광 패널은 제어 회로 어레이(또는 "능동 어레이(active array)")에 의해 개별적으로 제어되는 발광 소자 또는 픽셀 어레이를 포함한다. 각각의 제어 회로는 관련 픽셀을 구동하기 위해 스위치로서 동작하는 하나 또는 다수의 트랜지스터 및 주로 패널 디스플레이의 두 번의 리프레시먼트(refreshment) 사이에서 픽셀 바이어스를 유지하기 위한 커패시터를 포함한다.
현재까지, 단지 두 가지 기술, 즉 액정 기반 기술("LCD") 및 플라즈마 기반 기술("플라즈마" 디스플레이 패널)만이 크기가 크고 수명이 긴 발광 패널을 형성할 수 있다. 그러나, 이들 기술 각각은 예를 들어 전력 효율과 LCD에 대한 지향성의 문제 및 플라즈마 디스플레이 패널에 대한 전력 소비와 스크린 번-인(screen burn-in) 문제와 같은 많은 단점을 갖는다.
따라서 특히 유기 광다이오드(또는 "OLED")를 기반으로 하는 대체 기술이 개발되었지만, 만족할 만한 결과는 제공하지 못했다. 실제로 OLED 기반 디스플레이는 휘도의 문제가 있고 수명이 너무 짧으며, 따라서 수명이 짧은 것으로 간주되는 기기(특히 스마트폰)에서의 사용이 제한된다.
동시에, 광 발생을 위해 고려되는 기술(LCD, 플라즈마, OLED 등)이 무엇이든 간에, 제어 회로는 박막 트랜지스터(thin film transistor , TFT)라고 하는 박막 증착 기술로 제조된다. 따라서, 제어 회로의 전자 부품(특히 트랜지스터, 커패시터, 전기 트랙)은 물질의 박막을 연속적으로 증착하고 포토리소그래피 마스크를 사용하여 이들의 구성 요소(전극, 반도체 층, 유전체 층, 트랙 등)를 한정함으로써 형성된다. 예를 들어, 각각 하나의 트랜지스터와 하나의 커패시터만을 포함하는 LCD의 제어 회로의 제조는 5 내지 9 개의 포토리소그래피 마스크의 사용을 필요로 한다. 따라서, 이 기술에 따라 제조되는 제어 회로의 비용은 매우 높다. 또한, 종래의 TFT 기술에 따른 큰 치수의 능동 어레이의 제조는 큰 표면적에 박막을 증착하기 위한 장비의 비용으로 인해 스크린의 비용을 상당히 증가시킨다. 이는 비싼 장비에 투자할 수 있는 소수의 시장 운영자만이 현재 비용을 감당할 수 있는 것으로 추정되는 이유이다.
본 발명은 LCD, 플라즈마 및 OLED 기술 이외의 발광 기술을 기반으로 발광 패널을 저렴한 비용으로 형성할 수 있는 발광 패널의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은 발광 패널을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 하며, 방법은,
- 제 1 기판을 제조하는 단계로서, 제 1 기판은,
○ 무기 반도체 마이크로-LED를 형성하는 반도체 층의 스택; 및
○ 마이크로-LED를 위한 전기 접속부 어레이를 포함하고,
제 1 기판을 제조하는 단계는 전기 접속부가 제 1 기판의 제 1 표면 상에 배열되는 방식으로 수행되는, 제 1 기판을 제조하는 제조 단계;
- 제 2 실리콘 기판에서, 제 1 기판과는 독립적으로, 마이크로-LED를 제어하기 위한 트랜지스터-기반 회로 어레이를 제조하는 단계로서, 상기 제조 단계는,
○ 마이크로-LED를 제어하기 위한 제 1 접속부는 제 2 기판의 제 1 표면 상에 배치되고; 및
○ 발광 패널의 구동하기 위한 제 2 접속부는 제 2 기판의 제 2표면 상에 배치되도록 수행되는, 트랜지스터-기반 회로 어레이를 제조하는 단계;
- 제 1 기판의 제 1 표면과 제 2 기판의 제 1 표면을 서로에 대해 배치하고 상기 표면을 서로에 대해 고정하여 마이크로-LED의 전기 접속부를 제어 회로의 제 1 전기 접속부와 전기적으로 연결함으로써, 각각 마이크로-LED와 제어 회로의 적층으로 형성되는 전자 마이크로칩 어레이를 포함하는 제 3 기판을 얻는 단계;
- 마이크로칩 전사 구조를 제조하는 단계로서, 마이크로칩 전사 구조는,
○ 전사 기판; 및
○ 마이크로칩 어레이를 포함하고, 각각의 마이크로칩은 이의 마이크로-LED에 의해서만 전사 기판에 고정되고, 마이크로칩 주변의 제 3 기판에 트렌치(trench)를 형성함으로써 개별화되는, 마이크로칩 전사 구조를 제조하는 단계;
- 전사 구조와는 독립적으로, 발광 패널을 구동하기 위해 신호를 공급하기 위한 전기 접속부를 포함하는 제 4 기판을 제조하는 단계로서, 상기 접속부는 제 4 기판의 제 1 표면 상에 배치되는, 제 4 기판을 제조하는 단계; 및
- 제 4 기판의 제 1 표면 상에 전사 구조를 배치하고, 제 4 기판의 제 1 표면에 마이크로칩을 고정하여 제어 회로의 제 2 접속부를 제 4 기판의 전기 접속부에 연결하며, 전사 기판에서 마이크로칩을 분리하는 단계를 포함한다.
다시 말해서, 이와 같이 형성된 발광 패널은 무기 마이크로-LED 어레이를 포함하고, 따라서 OLED보다 긴 수명을 갖는다. 능동 어레이에 의해 부분적으로 마스킹되는 액정을 갖는 LCD 패널과는 달리, 그리고 전극에 의해 부분적으로 마스킹되는 플라즈마 셀을 갖는 플라즈마 패널과는 달리, 각각의 마이크로-LED는 전자 또는 전기 부품이 없는 표면을 포함한다. 이는 특히 LCD와 플라즈마 디스플레이 패널에 대해 TFT 기술을 사용하는 이유이며, 매우 작은 두께의 능동 어레이 또는 전극을 제조할 수 있고, 교란이 적기 때문이다.
본 발명에 따른 마이크로-LED의 배치로 인해, 이러한 비싼 기술 없이도 가능하다. 따라서, 본 발명의 능동 어레이는 바람직하게 마이크로 전자 공학의 통상적인 기술, 예를 들어, 트랜지스터가 실리콘 웨이퍼의 벌크에서 직접 형성되는 공지된 ASIC 회로의 기술에 따라 형성되지만, 재료 층의 연속적인 증착에 의해서 형성되는 것은 아니다. 따라서, 전자 칩 제조(예를 들어, ASIC 회로의 제조를 위한 웨이퍼)의 분야에서 통상적인 웨이퍼의 치수와 적어도 동일한 치수를 갖는 발광 패널을 형성할 수 있거나, 심지어 다수의 웨이퍼로 패널을 형성할 수 있다. 본 발명은 또한 능동 어레이에서 마이크로-LED의 제어를 위한 임의의 유형의 전자 방식을 달성할 수 있게 한다. 본 발명의 능동 어레이는 특히 종래 기술의 방식에 따라 형성될 수 있으며, 따라서 각각의 마이크로-LED는 개별적인 제어 트랜지스터, 커패시터 등을 이용하는 종래 기술과 동일한 방식으로 제어된다. 따라서 이러한 유형의 제어(응답성, 디스플레이 품질 등)의 이점은 그대로 유지된다. 그러나, 이미 상호 연결된 트랜지스터를 제조하는 고가의 TFT 기술과는 달리, 본 발명의 능동 어레이의 트랜지스터는 제조되고 제 자리에 배치된 후에 수동 어레이의 전도성 트랙에 의해 상호 연결된다.
또한, 본 발명은 기판을 서로에 대해 배치하는 단계를 구현한다. 현재, 기판 배치는 마이크로 전자 분야에서 통상적인 기계에 의해 달성될 수 있다.
결과적으로, 무기 마이크로-LED 기술에서 필요한 경우 저비용 및 큰 표면적을 갖는 발광 패널을 얻을 수 있다.
일 실시형태에 따르면, 마이크로칩 전사 구조의 제조 단계는,
- 제 3 기판을 전사 기판에 배치하고 일시적으로 접합하는 단계; 및
- 전사 기판에 이르기까지 마이크로칩 주변에 트렌치를 형성하는 단계를 포함한다.
다시 말해서, 본 발명은 바람직하게 핸들 기판을 사용하여 배치하는 단계를 사용한다.
변형예로서:
- 제 1 기판을 제조하는 단계는 성장 기판을 제조하고 마이크로-LED를 형성하는 에피택시(epitaxy) 반도체 층에 의해 성장시키는 단계를 포함하고, 성장 기판은 마이크로칩 전사 구조의 기판을 형성하고;
- 마이크로칩 전사 구조를 제조하는 단계는 전사 기판에 이르기까지 마이크로칩 주위에 트렌치를 형성하는 단계를 포함하고;
- 전사 기판에서 마이크로칩을 분리하는 단계는 마이크로칩 상의 전사 기판에 이의 수직 방향으로 레이저를 조사하여 전사 기판에서 마이크로칩을 분리하는 단계를 포함한다.
이 변형예에서, 성장 기판은 핸들 기판의 역할을 하고, 따라서 제조/배치 단계를 생략할 수 있다.
일 실시형태에 따르면:
- 전사 구조의 마이크로칩 어레이는 제 1 반복 피치(repetition pitch)를 갖고;
- 제 4 기판의 전기 접속부는 제 1 반복 피치보다 큰 제 2 반복 피치를 갖는 어레이로 배열되고;
- 전사 구조를 배치하는 단계, 마이크로칩을 제 4 기판의 제 1 표면에 접합하는 단계, 및 전사 기판에서 마이크로칩을 분리하는 단계는,
○ 제 4 기판의 제 1 위치에 전사 구조를 배치하는 단계;
○ 제 1 위치에 적어도 하나의 제 1 마이크로칩을 고정하는 단계;
○ 전사 구조와 제 4 기판을 제 2 반복 피치만큼 서로에 대해 이동시킴으로써 제 4 기판의 제 2 위치에 전사 구조를 배치하는 단계; 및
○ 제 2 위치에 적어도 하나의 제 2 마이크로칩을 고정하는 단계를 포함한다.
다시 말해서, 본 방법은 발광 패널에 대해 필요한 최종 피치를 독립적으로 형성하여 고밀도로 마이크로칩을 제조할 수 있게 함으로써 제조 효율을 증가시킨다. 이후 마이크로칩은 발광 패널에 대해 필요한 픽셀 피치로 배치된다.
일 실시형태에 따르면, 제 2 기판에 제어 회로를 제조하는 단계는 ASIC 제조 기술에 따라 수행되며, 이 기술은 고효율, 표면적 단위당 구성 요소의 높은 밀도를 허용하면서, 전자 마이크로-LED 제어 방식(트랜지스터, 커패시터, 전기 접속부 등의 수)의 큰 설계 자유도를 제공한다. 또한, 이 기술은 대형 능동 TFT 어레이를 제조할 수 있는 기계를 갖추기 위해 필요한 만큼의 큰 투자를 필요로 하지 않는다.
일 실시형태에 따르면, 제 4 기판은 전기 접속부만을 포함한다. 따라서, 일체형으로 제조될 수 있는 발광 패널의 유일한 소자는 능동 소자(예를 들어, 트랜지스터)를 포함하지 않는다. 따라서, 넓은 표면적을 갖더라도, 비용은 제한적이다.
일 실시형태에 따르면, 제 1 기판의 마이크로-LED를 형성하는 스택은 특히 갈륨을 기반으로 하는, 특히 질화 갈륨(gallium nitride, GaN), 및/또는 인화 갈륨(gallium phosphide, GaP), 및/또는 질화 인듐 갈륨(indium gallium nitride, InGaN), 및/또는 질화 알루미늄 갈륨(aluminum gallium nitride, AlGaN), 및/또는 비화 인듐 갈륨(indium gallium arsenide, InGaAs), 및/또는 비화 알루미늄 갈륨(aluminum gallium arsenide, AlGaAs), 및/또는 인화 갈륨 비소(gallium arsenide phosphide, GaAsP)의 III-V족 반도체로 형성된다. 이러한 유형의 반도체 재료는 적색(예를 들어, GaAsP; InGaP)에서, 청색(10% 내지 20%의 In을 포함하는 InGaN)에서 그리고 녹색(예를 들어, 20% 이상의 In을 포함하는 InGaN, GaP, AlGaP)에서 발광하는 마이크로-LED를 제조할 수 있게 한다. 따라서, 발광 패널에 대해 원하는 파장을 자체적으로 방출하는 발광 소자를 형성할 수 있고, 따라서 현재 사용되는 컬러 필터를 생략할 수 있다.
특히, 이미지 포인트당 세 개의 발광 소자(적색, 녹색 및 청색 각각에 대해 하나)를 포함하는 발광 이미지 디스플레이 패널의 제조를 위해, 방법은 독립적으로 컬러당 하나씩 세 개의 마이크로칩 어레이를 형성할 수 있게 하고, 발광 패널에 대해 필요한 위치에 제 4 기판 상에 이들의 연속적인 배치를 달성할 수 있게 한다. 변형예로서, 위에 제조된 주어진 컬러의 마이크로-LED를 갖는 각각의 성장 기판에 대해, 제어 전자 장치를 갖는 실리콘 기판이 배치된 후, 이와 같이 얻어진 상이한 컬러의 마이크로칩이 상기한 바와 같이 배치된다.
본 발명은 또한,
- 전기 접속부를 포함하는 기판;
- 기판에 고정되고 구동을 위해 전기 접속부에 연결되는 마이크로칩 어레이를 포함하는 발광 패널을 제공하는 것을 목적으로 하며, 각각의 마이크로칩은,
○ 실리콘 볼륨 내에 형성된 트랜지스터를 기반으로 하는 능동 제어 회로로서, 상기 회로는 기판의 전기 접속부에 연결된, 능동 제어 회로; 및
○ 제어 회로에 고정되고 제어를 위해 이에 연결된 마이크로-LED의 스택을 포함한다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 발광 패널은 램버시안 방출(lambertian emission)을 갖고(그리고 이에 따라 시야각 문제가 없음), 양호한 전력 효율을 가지며, 잠재적으로 투명 기판 상에 더욱 밝은 디스플레이를 형성할 수 있게 한다.
일 실시형태에 따르면, 마이크로-LED는 특히 갈륨을 기반으로 하는, 특히 질화 갈륨(GaN), 및/또는 인화 갈륨(GaP), 및/또는 질화 인듐 갈륨(InGaN), 및/또는 질화 알루미늄 갈륨(AlGaN), 및/또는 비화 인듐 갈륨(InGaAs), 및/또는 비화 알루미늄 갈륨(AlGaAs), 및/또는 인화 갈륨 비소(GaAsP), 및/또는 인화 인듐 갈륨 알루미늄(InGaAlP)의 III-V족 반도체로 형성된다.
본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 단지 예로서 제공되는 다음의 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이며, 도면에서 동일한 참조 부호는 동일하거나 유사한 구성 요소를 나타낸다:
도 1은 본 발명에 따른 발광 패널의 개략적인 사시도이고;
도 2는 본 발명에 따른 패널의 구조에 포함된 마이크로칩의 개략적인 단면도이고;
도 3은 마이크로-LED 및 이의 제어 회로를 나타내는 전기 도면이고;
도 4는 본 발명에 따른 상호 접속 기판의 접속부를 나타내는 전기 도면이고;
도 5A 내지 도 5J는 본 발명에 따른 발광 패널 제조 방법의 제 1 실시형태를 도시하고; 및
도 6A 내지 도 6I는 본 발명에 따른 발광 패널 제조 방법의 제 2 실시형태를 도시한다.
이하, "하부" 및 "상부"라는 용어는 도면에 도시된 요소의 상대적인 배치를 나타낸다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 예를 들어 (컴퓨터, 스마트폰, 텔레비전 수상기, 태블릿 등의) 디스플레이 스크린 또는 이미지 프로젝터를 위한 본 발명의 일 실시형태에 따른 발광 패널(10)은,
- 패널 제어 신호(DATA 및 SCAN)를 공급하고 전원 전압(Vp 및 Vn)을 공급하기 위해, 전기 도체, 예를 들어 전기 접점과 트랙만을 포함하는 수동 전기 접속 기판(12); 및
- 수동 기판(12)에 고정되고 이의 전기 접속부에 연결된 발광 마이크로칩(16) 어레이(14)를 포함하고, 마이크로칩은 예를 들어 이미지 디스플레이를 위해 공간적으로 배열된다.
각각의 마이크로칩(16)은 상부에 무기 반도체 마이크로-LED(18)를 포함하고, 상부에 고정된 하부에 실리콘 블록 내에 형성된 능동 제어 회로(20)를 포함한다. 특히, 제어 회로는 TFT 기술에 따라 형성되지 않는다.
더욱 상세하게, 마이크로-LED(18)는 적어도 하나의 동종 접합(homojunction) 또는 하나의 이종 접합(heterojunction), 예를 들어, 상부 P-형(또는 N-형) 반도체 층(22)과 하부 N-형(또는 P-형) 반도체 층(24)의 스택으로 형성된 PN 접합 및 스택을 통해 전류를 주입하여 광을 발생시키는 두 개의 전기 접점(26, 28)을 포함한다. 바람직하게, 마이크로-LED(18)는 특히 갈륨을 기반으로 하는, 특히 질화 갈륨(GaN), 및/또는 인화 갈륨(GaP), 및/또는 질화 인듐 갈륨(InGaN), 및/또는 질화 알루미늄 갈륨(AlGaN), 및/또는 비화 알루미늄 갈륨(AlGaAs), 및/또는 비화 인듐 갈륨(InGaAs), 및/또는 인화 갈륨 비소(GaAsP)의 III-V족 반도체로 형성된다. 이러한 유형의 반도체 재료는 적색(예를 들어, AlGaAs, GaAsP, InGaAlP), 청색(InGaN) 및 녹색(예를 들어, GaN, GaP, AlGaP)에서 발광하는 마이크로-LED를 제조할 수 있게 한다. 물론, 마이크로-LED(18)의 구조는, 예를 들어, GaN으로 형성된 두 개의 N 및 P 층의 스택으로 축소될 수 없고, 임의의 공지된 형상, 예를 들어, 문헌 WO 2012/035243 및/또는 WO 2012/156620 등에 기재된 바와 같은 "평면" 구조, "MESA"-형 구조, 나노와이어 기반 구조를 취할 수 있다.
마이크로-LED(18)의 전기 접점(26) 중 하나를 제어 회로(20)의 하부 표면(34) 상에 배치된 전기 접점(32)에 전기적으로 연결하기 위해 마이크로칩(14)을 통해 접점 전사(contact transfer, 30)가 더 제공된다. 접점 전사(30)는 예를 들어 "TSV"유형("관통 실리콘 비아(through silicon via)")이고, 이를 위해 접점(26)에 표면(34)까지 마이크로칩을 가로지르는 홀을 포함하며, 이 홀은 전기 절연체의 층, 예를 들어, 유전체 층으로 코팅된 벽을 갖고, 전기 전도성 물질, 예를 들어, 금속으로 충진된다. 마이크로-LED(18)의 다른 접점(28)은 예를 들어 제어 회로(20)의 상부 표면과의 계면에서 마이크로-LED(18)의 하부 표면(36) 상에 배치된다.
제어 회로(20)는 제어 신호(DATA 및 SCAN)에 따라 마이크로-LED(18)의 개별 제어를 위한 전자 부품(트랜지스터, 커패시터, 저항 등)을 포함한다. 이러한 개별 제어를 통해 각각의 마이크로-LED를 능동적으로 구동할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 제어 회로(20)는,
- 마이크로-LED(18)의 상태(예를 들어, 온 또는 오프)를 설정하는 신호(DATA)를 수신하기 위해 마이크로칩(14)의 출력 접점(40)에 연결된 드레인(drain) 및 마이크로-LED(18)의 상태를 업데이트하거나 하지 않는 신호(SCAN)를 수신하기 위해 마이크로칩(14)의 출력 접점(42)에 연결된 게이트(gate)를 갖는 제 1 PMOS 트랜지스터(38);
- 제 1 PMOS 트랜지스터(38)의 소스에 연결된 게이트, 제 2 전원 전압(Vp)의 인가를 위해 LED 마이크로칩의 출력 접점(46)에 연결된 드레인, 및 마이크로-LED(18)의 접점(28)에 연결된 소스를 갖는 제 2 NMOS 트랜지스터(44)로서, 제 2 트랜지스터(44)는 따라서 마이크로-LED(18)의 접속 및 접점(32 및 28) 간의 상이한 Vp-Vn 전압의 인가 및 마이크로-LED(18)로의 전류의 주입을 허용하는, 제 2 NMOS 트랜지스터(44); 및
- 두 번의 리프레시먼트 사이에서 마이크로-LED(18)의 상태를 유지하기 위해 제 2 트랜지스터(44)의 게이트와 드레인 사이에 접속된 커패시터(48)를 포함한다.
도 4는 상기한 패널의 접속 및 제어의 도면을 도시하며, 여기서 패널은 마이크로칩(16)의 3 개의 열과 3 개의 행의 어레이(14), 어레이(14)의 열별(row-by-row) 리프레시먼트 회로(50)에 연결된 접속 기판(12), 회로(50)에 의해 선택된 열의 마이크로-LED의 조명 상태를 제어하는 회로(52), 및 전압원(Vp 및 Vs)을 포함한다.
본 발명에 따른 발광 패널, 예를 들어, 상기한 바와 같은 패널을 제조하는 방법의 제 1 실시형태가 이제 도 5A 내지 도 5I와 관련하여 기술될 것이다.
방법은 예를 들어 종래 기술에서 그 자체가 공지된 ASIC("주문형 집적 회로(application - specific integrated circuit)") 제조 기술에 따라 실리콘 기판(60)에 능동 제어 회로(20) 어레이를 제조하는 단계와 함께 시작한다(도 5A).
회로(20)는 각각의 회로(20) 주위에 트렌치를 형성하여 나중에 이들을 각각 개별화할 수 있도록 선택된 적어도 Δ만큼 이격되어 있다. 거리(Δ)는 예를 들어 트렌치 제조 공정의 정확도에 따라 선택되며, 따라서 상기 공정을 고려하여 회로(20)의 최대 밀도를 허용한다.
제어 회로 어레이(20)의 제조 단계와는 독립적으로, 방법은 마이크로-LED 어레이(18)를 형성하는 반도체 층 및 전기 접점의 스택을 포함하는 제 2 기판(61)을 제조하는 단계를 포함한다. 마이크로-LED를 형성하는 반도체 층의 스택, 예를 들어, 각각 P-형 및 N-형의 두 개의 GaN 층의 제조는, 예를 들어, 종래 기술에서 잘 알려진 성장 기판(62)(예를 들어, 사파이어 또는 실리콘으로 형성됨) 상에서 에피택시에 의해 형성된다(도 5B). 예를 들어, 문헌(Journal of Crystal Growth 268 (2004) 527-530)에 기재된 기술에 따라 마이크로-LED(18)가 제조된다.
도 5C를 참조하면, 제어 회로(20) 어레이 및 마이크로-LED(18) 어레이가 서로에 대해 배치되고, 예를 들어, 직접 이종 접합에 의해 또는 솔더 범프(solder bump)를 사용하는 "플립 -칩(flip - chip)" 형태의 접합, 및 열압착(thermocompression) 및/또는 문헌 WO 99/001225 또는 문헌 FR 2 928 033에 기술된 것과 같은 중공 마이크로튜브를 사용함으로써, 서로에 대해 고정된다. 따라서, 어레이의 상호 접속은 각각의 마이크로-LED의 접점(28)을 관련된 제어 회로의 트랜지스터(44)의 대응 단자에 연결하도록 수행된다. 이후, TSV 형태의 접점 전사(30)가 형성되어 마이크로-LED의 각각의 접점(26)을 제어 회로의 자유 표면에 전사한다. 성장 기판(62)은 예를 들어 사파이어 기판의 경우 레이저 리프트-오프(laser lift-off)에 의해, 또는 Si 기판의 경우 KOH를 이용한 기계적 연마 및 화학적 에칭에 의해 제거된다.
이와 같이 마이크로-LED 어레이 및 제어 회로의 적층으로 형성된 제 3 기판(63)은 예를 들어 Si로 형성되는 소위 "핸들" 기판 상에, 예를 들어, 수지, 특히 브루어(Brewer)사의 "WaferBOND® HT-10.10" 수지를 사용하여 쉽게 제거될 수 있는 소위 “일시적 접합”에 의해 전사된다(도 5D).
방법은 예를 들어 Cl2를 사용하는 ICP("유도 결합 플라즈마(Inductive Coupled Plasma)")에 의한 RIE(반응성 이온 에칭("Reactive Ion Etching"))(더욱 방향성인 에칭을 제공하는 RIE 모드)에 의해 핸들 기판(64)에 이르기까지 마이크로칩(14) 주위에 트렌치(66)를 에칭함으로써 각각의 마이크로칩(14)을 개별화하는 단계로 계속된다(도 5E).
독립적으로, 상기한 단계에서, 방법은, 패널에 대해 필요한 치수를 갖고 각각의 제어 회로(20)의 하부 표면(34) 상에 제공된 접점(32, 40, 42 및 46)의 전기 접속을 위한 전기 접속부의 네트워크를 포함하는 제 4 수동 기판(34), 예를 들어, 표면 상에 형성된 인듐 주석 산화물(또는 "ITO")로 형성된 전기 트랙을 갖는 유리판을 제조하는 단계를 포함한다.
마이크로-LED(18)에 의해 핸들 기판(64)에 부착된 마이크로칩(14)은 이후 기판(68) 상에 배치되고, 예를 들어, 직접 이종 접합 또는 상기한 바와 같은 플립-칩 접합에 의해, 제어 회로의 전기 접속부를 기판(68)의 대응하는 전기 접속부에 전기적으로 연결하도록 고정된다(도 5F). 이후, 마이크로칩(14)은 예를 들어 300℃까지의 가열에 의해 핸들 기판(64)에서 분리된다.
핸들 기판(64) 상의 마이크로칩(14)의 피치(현재의 제조 기술에 의해 대략 10 마이크로미터, 예를 들어, 30 μm)는 발광 패널의 마이크로칩 어레이의 피치(현재 대략 100 마이크로미터, 예를 들어, 15 마이크로미터 내지 1 밀리미터 범위)보다 클 수 있기 때문에, 방법은 발광 패널이 완성될 때까지(도 5J) 예를 들어 수동 기판(68) 상에 마이크로칩의 일부를 배치하고(도 5G), 나머지 마이크로칩과 함께 핸들 기판을 발광 패널의 피치만큼 이동시키고, 마이크로칩의 다른 부분을 배치하는(도 5H, 5I) 단계를 포함한다.
이러한 제 1 실시형태에서, 핸들 기판은 마이크로칩(14)을 수동 접속 기판(68) 상에 배치하는데 사용된다. 일시적 접합에 의해 마이크로칩(14)에 접착된 핸들 기판(64)의 사용은 어느 쪽이던 간에 성장 기판을 제거할 수 있는 이점을 갖는다. 이는 그러나 제조 단계와 추가 배치 단계를 필요로 한다.
도 6A 내지 도 6I 에 도시된 본 발명에 따른 방법의 제 2 실시형태에 따르면, 도 5C에서와 같이 제 1 및 제 2 기판(60, 61)이 상호 연결되면 성장 기판(62)은 제거되지 않지만, 제조 및 배치 단계를 생략할 수 있고 어레이(68) 상의 마이크로칩(14)의 정렬을 용이하게 할 수 있는 핸들 기판으로 사용된다. 마이크로칩(14)은 이후 예를 들어 미국 특허 제 6071795호(즉, 펄스형 248-nm KrF 레이저의 사용 및 100 내지 600 mJ/cm2의 에너지로의 μLED의 노출)에 개시된 바와 같은, 도 6F에 도시된 국부적 레이저 리프트-오프의 사용에 의해 성장 기판(62)에서 분리된다. μLED의 경우, 렌즈는 사파이어와 GaN 사이의 계면에 레이저 빔을 집중시킬 수 있다.
컬러 이미지를 디스플레이하기 위한 발광 패널의 제조에 적용되는 상기 제조 방법의 실시형태에 있어서, 청색 픽셀에 적절한 상호 접속을 위치시켜 블루 픽셀에 해당하는 마이크로칩을 배치하고, 이후 상호 접속을 추가하여 그린 픽셀을 배치할 수 있으며, 이후 상호 접속을 추가하여 레드 픽셀을 배치할 수 있다.
또한, 마이크로칩(14)과 상호 접속 기판(68) 사이의 상호 접속은 패드 간의 직접 접합(예를 들어, 이종 접착 또는 열압착)을 수행하기 위한 구리 마이크로튜브 또는 마이크로필라(소위 "마이크로- 범프(micro - bump)" 기술) 또는 구리 접속 패드일 수 있다.
특히 마이크로칩당 네 개의 전기 접속부를 포함하는 특정 제어 회로가 기술되었다. 물론, 임의의 유형의 능동 제어 회로가 고려될 수 있다. 특히, 평탄한 표면을 가지기 위해 ASIC 제조 방법에서 최종 상호 접속 레벨을 제공할 수 있다. 특히, 실리콘으로 트랜지스터를 제조하는 방법 후에, 생성된 표면은 비평면(non-planar)일 수 있다. 능동 실리콘 어레이와 마이크로-LED 어레이(예를 들어, GaN으로 형성됨) 사이의 상호 접속을 용이하게 하기 위해, 서로 배치된 표면이 평면인 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위해, 유전성 절연체(예를 들어, SiO2)를 증착하고 이를 에칭하고, 접속부의 레벨에서 에칭이 나타나도록 하고, 에칭 홀을 충진하기 위해 Cu를 증착한 다음, 평탄한 표면을 갖도록 CMP("화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing)")에 의해 마무리함으로써 능동 어레이 상에 최종 레벨이 형성된다. 이러한 유형의 기술은 일반적으로 "다마신(damascene)"으로 알려져 있다.

Claims (9)

  1. 발광 패널(10)을 제조하는 방법에 있어서, 방법은,
    - 제 1 기판(61)을 제조하는 단계로서, 제 1 기판은,
    ○ 무기 반도체 마이크로-LED(18)를 형성하는 반도체 층의 스택; 및
    ○ 마이크로-LED를 위한 전기 접속부(25, 28) 어레이를 포함하고,
    제 1 기판을 제조하는 단계는 전기 접속부(25, 28)가 제 1 기판의 제 1 표면(36) 상에 배열되는 방식으로 수행되는, 제 1 기판(61)을 제조하는 제조 단계;
    - 제 2 실리콘 기판(60)에서, 제 1 기판(61)과는 독립적으로, 트랜지스터를 기반으로 마이크로-LED(18)를 제어하기 위한 회로(20) 어레이를 제조하는 단계로서, 상기 제조 단계는,
    ○ 마이크로-LED를 제어하기 위한 제 1 접속부(28)는 제 2 기판의 제 1 표면(34) 상에 배치되고; 및
    ○ 발광 패널의 구동하기 위한 제 2 접속부(32, 42, 46)는 제 2 기판의 제 2표면 상에 배치되도록 수행되는, 회로 어레이를 제조하는 단계;
    - 제 1 기판(61)의 제 1 표면과 제 2 기판(62)의 제 1 표면을 서로에 대해 배치하고 상기 표면을 서로에 대해 고정하여 마이크로-LED의 전기 접속부를 제어 회로의 제 1 전기 접속부와 전기적으로 연결함으로써, 각각 마이크로-LED(18)와 제어 회로(20)의 적층으로 형성되는 전자 마이크로칩 어레이를 포함하는 제 3 기판을 얻는 단계;
    - 마이크로칩 전사 구조(16, 64)를 제조하는 단계로서, 마이크로칩 전사 구조는,
    ○ 전사 기판(64); 및
    ○ 마이크로칩 어레이(16)를 포함하고, 각각의 마이크로칩은 이의 마이크로-LED에 의해서만 전사 기판에 고정되고, 마이크로칩 주변의 제 3 기판에 트렌치(66)를 형성함으로써 개별화되는, 마이크로칩 전사 구조(16, 64)를 제조하는 단계;
    - 전사 구조와는 독립적으로, 발광 패널을 구동하기 위해 신호를 공급하기 위한 전기 접속부를 포함하는 제 4 기판(68)을 제조하는 단계로서, 상기 접속부는 제 4 기판의 제 1 표면 상에 배치되는, 제 4 기판(68)을 제조하는 단계; 및
    - 제 4 기판의 제 1 표면 상에 전사 구조를 배치하고, 제 4 기판의 제 1 표면에 마이크로칩을 고정하여 제어 회로의 제 2 접속부를 제 4 기판의 전기 접속부에 연결하며, 전사 기판에서 마이크로칩을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패널 제조 방법
  2. 제 1 항에 있어서,
    마이크로칩 전사 구조(16, 64)의 제조 단계는,
    - 제 3 기판을 전사 기판(64)에 배치하고 일시적으로 접합하는 단계; 및
    - 전사 기판에 이르기까지 마이크로칩 주변에 트렌치(66)를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패널 제조 방법
  3. 제 1 항에 있어서,
    - 제 1 기판을 제조하는 단계는 성장 기판(62)을 제조하고 마이크로-LED(18)를 형성하는 에피택시(epitaxy) 반도체 층에 의해 성장시키는 단계를 포함하고, 성장 기판은 마이크로칩 전사 구조의 기판을 형성하고;
    - 마이크로칩 전사 구조를 제조하는 단계는 전사 기판에 이르기까지 마이크로칩 주위에 트렌치(66)를 형성하는 단계를 포함하고;
    - 전사 기판에서 마이크로칩을 분리하는 단계는 마이크로칩 상의 전사 기판에 이의 수직 방향으로 레이저를 조사하여 전사 기판에서 마이크로칩을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패널 제조 방법
  4. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 3 항에 있어서,
    - 전사 구조의 마이크로칩 어레이(16)는 제 1 반복 피치를 갖고;
    - 제 4 기판(68)의 전기 접속부는 제 1 반복 피치보다 큰 제 2 반복 피치를 갖는 어레이로 배열되고;
    - 전사 구조(16, 64)를 배치하는 단계, 마이크로칩을 제 4 기판(68)의 제 1 표면에 접합하는 단계, 및 전사 기판에서 마이크로칩(16)을 분리하는 단계는,
    ○ 제 4 기판의 제 1 위치에 전사 구조를 배치하는 단계;
    ○ 제 1 위치에 적어도 하나의 제 1 마이크로칩을 고정하는 단계;
    ○ 전사 구조와 제 4 기판을 제 2 반복 피치만큼 서로에 대해 이동시킴으로써 제 4 기판의 제 2 위치에 전사 구조를 배치하는 단계; 및
    ○ 제 2 위치에 적어도 하나의 제 2 마이크로칩을 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패널 제조 방법
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 기판 내의 제어 회로(20)는 ASIC 제조 기술에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 발광 패널 제조 방법
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 4 기판(68)은 전기 접속부만을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패널 제조 방법
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 기판의 마이크로-LED를 형성하는 스택은 질화 갈륨, 및/또는 질화 인듐 갈륨, 및/또는 질화 알루미늄 갈륨으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 패널 제조 방법
  8. - 전기 접속부를 포함하는 기판(68);
    - 기판(68)에 고정되고 구동을 위해 전기 접속부에 연결되는 마이크로칩 어레이(16)를 포함하는 발광 패널에 있어서, 각각의 마이크로칩은,
    ○ 실리콘 볼륨 내에 형성된 트랜지스터를 기반으로 하는 능동 제어 회로(20)로서, 상기 회로는 기판의 전기 접속부에 연결된, 능동 제어 회로(20); 및
    ○ 제어 회로에 고정되고 제어를 위해 이에 연결된 마이크로-LED(18)의 스택을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패널.
  9. 제 8 항에 있어서,
    마이크로-LED는 질화 갈륨, 및/또는 질화 인듐 갈륨, 및/또는 질화 알루미늄 갈륨으로 형성되는 것을 특징으로 하는 발광 패널.
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