KR20200130076A - 디스플레이 장치의 제조 방법, 및 소스 기판 구조체 - Google Patents

디스플레이 장치의 제조 방법, 및 소스 기판 구조체 Download PDF

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KR20200130076A
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Abstract

디스플레이 장치의 제조 방법 및 소스 기판 구조체가 개시된다.
개시된 디스플레이 장치의 제조 방법은, 소정 파장의 레이저 광을 투과하는 소스 기판과 마이크로 LED 사이에 있는 릴리스층에 의해 소스 기판이 마이크로 LED를 홀딩하고, 구동 기판측 전극이 형성된 구동 기판에 접착제층을 형성하고, 마이크로 LED에 소정 파장의 레이저 광을 조사하여 릴리스층으로부터 마이크로 LED를 방출시켜 구동 기판에 접착시킬 수 있다.

Description

디스플레이 장치의 제조 방법, 및 소스 기판 구조체{Method of manufacturing a display apparatus and source susbrate structure}
예시적인 실시예는 디스플레이 장치의 제조 방법, 및 소스 기판 구조체에 관한 것으로, 상세하게는, 디스플레이 장치의 제조 방법, 및 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 소스 기판 구조체에 관한 것이다.
최근에는 마이크로 LED(micro－light　emitting　diode)에 의한 디스플레이 장치가 각광을 받고 있다. 마이크로 LED에 의한 디스플레이 장치는 응답 속도가 빠르고, 버닝을 일으키지 않으며, 저전력으로 고휘도 고정밀 영상을 비출 수 있는 차세대 표시 장치이다.
마이크로 LED에 의한 디스플레이 장치의 제조 기술로는, 예컨대, 특허 문헌 1 (일본특허공표 2018－508971호)이 있다. 특허 문헌 1의 기술은, 먼저 성장 기판 상에서 형성된 발광 디바이스(발광 소자)가 이송 기판(소스 기판)에 접착된다. 그 후, 특허 문헌 1의 기술은 이송 기판측으로부터 레이저 광이 조사되고, 발광 디바이스가 이송 기판으로부터 떨어져 백 플레인 기판(구동 기판)으로 이동된다. 특허 문헌 1의 기술에서는, 이송 기판과 발광 디바이스의 접착은 발광 디바이스 측에 제1 접착제층을 형성하는 한편, 이송 기판 상에는 릴리스층과 제2 접착제층의 순서로 형성되어 있다. 그리고, 제1 접착제층과 제2 접착제층이 합쳐져 접착됨으로써, 이송 기판에 발광 디바이스가 접착된다.
예시적인 실시예는 발광 소자를 소스 기판으로부터 구동 기판으로 전사한 후, 발광 소자 상에 잔막을 남기지 않는 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공한다.
또한, 예시적인 실시예는 디스플레이 장치의 제조에 이용되고, 발광 소자를 소스 기판으로부터 구동 기판으로 전사한 후, 발광 소자 상에 잔막을 남기지 않는 소스 기판 구조체를 제공한다.
예시적인 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은, 소정 파장의 레이저 광을 투과하는 소스 기판과 발광 소자 사이에 있는 릴리스층에 의해 상기 소스 기판에 상기 발광 소자를 홀딩하는 단계; 구동 기판측 전극이 형성된 구동 기판에 접착제층을 형성하는 단계; 상기 릴리스층에 상기 소정 파장의 레이저 광을 조사하여 상기 소스 기판으로부터 상기 구동 기판의 접착제층 표면으로 발광 소자를 이동시키는 단계; 및 이동한 상기 발광 소자를 상기 구동 기판에 상기 접착제층을 통해 접착시키는 단계;를 포함하고, 상기 릴리스층은 0.1μm 이상 0.5μm 이하 범위의 두께를 가지는 수지 재료를 포함한다.
상기 디스플레이 장치의 제조 방법은, 사파이어 기판 상에 형성된 반도체층 상에 전극을 형성하고, 상기 전극이 형성된 면 측에 가접착층을 형성하며, 상기 전극면측을 상기 가접착층을 통해 중계 기판에 접착하고, 상기 사파이어 기판을 제거하며, 상기 반도체층의 상기 사파이어 기판을 제거한 면에, 상기 소스 기판을 상기 릴리스층을 통해 홀딩하고, 상기 가접착층과 상기 중계 기판을 제거하며, 상기 반도체층의 불필요한 부분을 제거하여 상기 반도체층을 분할하고, 상기 소스 기판 상에 상기 릴리스층을 통해 복수의 상기 발광 소자를 형성한다.
상기 릴리스층은 상기 소정 파장의 흡수율이 60% 이상 100% 이하의 범위를 가질 수 있다.
상기 수지 재료는 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지를 포함할 수 있다.
상기 릴리스층은, 상기 소스 기판 상에 형성된 제1 수지 재료를 포함하는 제1 릴리스층; 및 상기 발광 소자 상에 형성되고, 상기 제1 수지 재료와는 다른 제2 수지 재료를 포함하는 제2 릴리스층;을 가지고, 상기 제2 수지 재료는 상기 발광 소자 상에 0.1μm 이상 0.5μm 이하의 두께를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 디스플레이 장치의 제조 방법은, 상기 소스 기판을 준비하고, 상기 소스 기판 상에 상기 제1 수지 재료를 도포하여 상기 제1 릴리스층을 형성하는 제1 릴리스층 형성하고, 사파이어 기판 상에 형성된 반도체층 상에 전극을 형성하고, 상기 전극이 형성된 면 측에 가접착층을 형성하고, 상기 전극면측을 상기 가접착층을 통해 중계 기판에 접착하며, 상기 사파이어 기판을 제거하고, 상기 반도체층의 상기 사파이어 기판을 제거한 면에, 상기 제2 수지 재료를 경화 후의 두께가 0.1μm 이상 0.5μm 이하가 되도록 도포하여 상기 제2 릴리스층을 형성한다.
상기 제1 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율을 Wa1로 하고, 상기 제2 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율을 Wa2로 할 때, Wa1＜Wa2이다.
상기 제1 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율은 1% 이상 50% 이하이고, 상기 제2 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율은 60% 이상 100% 이하인 범위를 포함할 수 있다.
상기 제1 릴리스층의 두께를 T1, 상기 제2 릴리스층의 두께를 T2로 하면, T1＞T2이다.
상기 제1 릴리스층의 두께는 1μm 이상 5μm 이하의 범위를 포함할 수 있다.
상기 제1 수지 재료는 폴리디메틸실록산 수지를 포함하고, 상기 제2 수지 재료는 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지를 포함할 수 있다.
상기 소정 파장은 248nm 이상 355nm 이하의 범위를 포함할 수 있다.
상기 발광 소자는 1변이 1μm 이상 100μm 이하인 다각형상, 직경이 1μm 이상 100μm 이하인 원형상, 또는 장경(長徑)이 1μm 초과 100μm 이하이고, 단경(短徑)이 1μm 이상 100μm 미만인 타원 형상을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 소스 기판 구조체는, 소정 파장의 레이저 광을 투과하는 소스 기판과, 발광 소자 사이에 릴리스층을 가지고, 상기 릴리스층에 의해 상기 소스 기판에 상기 발광 소자가 홀딩되고, 상기 릴리스층은 0.1μm 이상 0.5μm 이하의 범위의 두께를 가지는 수지 재료를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예는, 소스 기판과 발광 소자를 접착하는 릴리스층의 두께를 얇게 하고, 소스 기판측으로부터 레이저 광을 조사함으로써, 릴리스층이 소실되고 소스 기판으로부터 발광 소자가 방출될 수 있다. 이 때문에, 발광 소자 상에는 릴리스층의 잔막을 감소시킬 수 있다.
또한, 예시적인 실시예는, 소스 기판과 발광 소자를 접착하는 릴리스층을 2층 이상 포함할 수 있다. 2층 이상의 릴리스층은 제1 수지 재료를 포함하는 제1 릴리스층과, 제1 수지 재료와는 다른 제2 수지 재료를 포함하는 제2 릴리스층이다. 그 중, 발광 소자 상의 제2 릴리스층에 포함되는 제2 수지 재료는 두께 0.1μm 이상 0.5μm 이하로 도포하였다. 이 때문에, 본 발명은 소스 기판측으로부터 레이저 광을 조사함으로써 제2 릴리스층이 소실되고, 발광 소자가 방출된다. 이 때문에, 발광 소자 상에는 릴리스층의 잔막이 남지 않는다.
도 1은 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED 형성 공정을 나타내는 단면도이다.
도 2는 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED 형성 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3은 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED 형성 공정을 나타내는 단면도이다.
도 4는 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED 형성 공정을 나타내는 단면도이다.
도 5는 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED 형성 공정을 나타내는 단면도이다.
도 6은 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED 형성 공정을 나타내는 단면도이다.
도 7은 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 구동 기판을 나타내는 단면도이다.
도 8은 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED와 구동 기판과의 접속 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 9은 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED와 구동 기판과의 접속 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 실시 형태 2에 있어서의 반도체층과 소스 기판과의 접착 공정을 나타내는 단면도이다.
도 11은 실시 형태 2에 있어서의 반도체층과 소스 기판과의 접착 공정을 나타내는 단면도이다.
도 12은 실시 형태 2에 있어서의 반도체층과 소스 기판과의 접착 공정을 나타내는 단면도이다.
도 13은 실시 형태 2에 있어서의 마이크로 LED와 구동 기판과의 접속 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 도면에 있어서, 동일 참조 부호는, 동일 구성 요소를 가리키며, 도면 상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성 및 편리성을 위해 과장될 수도 있다. 한편, 이하에서 설명되는 실시 형태는 단순히 예시적인 것에 불과하며, 그러한 실시 형태로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에 있어서, "상부"나 "위"라는 기재는 접촉하여 바로 위에 있는 것 뿐만 아니라, 비접촉으로 위에 있는 것을 포함할 수도 있다.
단수 표현은 문맥상 명백하게 달리 의미하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 어느 부분이 어느 구성 요소를 "포함하는" 또는 "갖는"다고 할 때, 그것은 특별히 반대가 되는 기재가 없는 한, 다른 구성 요소를 제외하는 것은 아니며, 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있음을 의미한다.
또한, "상기"의 용어, 및 그와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 어디에도 해당한다.
방법을 구성하는 단계에 대해, 명백하게 순서를 기재하거나, 혹은 반대가 되는 기재가 없다면, 단계는 적절한 순서로 실행된다. 반드시 상기 단계의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예, 또는 예시적인 용어(예컨대, 등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 설명하기 위한 것으로, 특허 청구의 범위에 의해 한정되지 않는 한, 상기 예, 또는 예시적인 용어에 의해 범위가 한정되는 것은 아니다.
(실시 형태 1)
예시적인 실시 형태 1에 의한 디스플레이 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 1 내지 도 6은 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED 형성 공정을 나타내는 단면도이다.
디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED 형성 공정은, 먼저 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(101)에 마이크로 LED(발광 소자)가 되는 반도체층(102)이 형성된다. 기판(101)은 예를 들어, 사파이어 기판(101)일 수 있다. 반도체층(102)은 LED로서 소정 파장의 광을 발광한다. 반도체층(102)은 기판(101)에 성장시킨 GaN계 반도체를 포함할 수 있다. 이 단계에서는, 반도체층(102)은 개별 마이크로 LED의 형태로 분할되어 있지 않는다. 본 실시 형태에서는 기판(101)과 반도체층(102)을 합하여 초기 기판(100)이라고 칭한다.
기판(101)은, 예컨대 4인치 웨이퍼 사이즈를 가질 수 있다.
반도체층(102) 상에는, 분할 후의 각 마이크로 LED에 대응되는 위치에 전극이 형성된다. 본 실시 형태에서는, 이 전극을 LED측 전극(12)(발광 소자측 전극)이라고 칭한다. 마이크로 LED로의 분할에 대해서는 후술한다.
LED측 전극(12)은 반도체층(102) 상에 분할 후의 마이크로 LED가 되는 부분마다 형성될 수 있다. LED측 전극(12)은 반도체층(102)과 전기적으로 접속된 금속 배선의 일부가 그대로 이용될 수도 있고, 반도체층(102)과 직접 접하는 금속 패드로서 형성될 수도 있다.
LED측 전극(12)은, 예컨대 Au, Ag, Cu, Al, Pt, Ni, Cr, Ti, ITO 중 어느 하나의 금속 또는 그래핀(Graphene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그 중에서도, Au, Ag, Cu가 바람직하다.
도 2에 도시한 바와 같이, 초기 기판(100)의 LED측 전극(12)이 형성된 면에, 전사용 수지층(111)에 의해 중계 기판(112)이 접합된다. 전사용 수지층(111)은 가접착층일 수 있다. 이 공정은, 예컨대 이하와 같이 행해진다. 중계 기판(112)의 초기 기판(100)과 대향되는 면에 전사용 수지층(111)이 스핀 코팅 등에 의해 형성될 수 있다. 초기 기판(100)과 중계 기판(112)이 접합될 수 있다. 이어서, 가열 처리에 의해 전사용 수지층(111)이 경화되고, 초기 기판(100)과 중계 기판(112)이 접착된다. 중계 기판(112)은, 예컨대 석영 글래스 기판이 이용될 수 있다.
전사용 수지층(111)에는, 수지 재료 경화 후, 후술하는 레이저 리프트 오프에서 사용하는 레이저 광 파장의 흡수율이 60% 이상 100% 이하가 되는 수지 재료를 이용할 수 있다. 전사용 수지층(111)은 예를 들어, 80% 이상 100% 이하의 레이저 광 파장의 흡수율을 가지는 수지 재료를 포함할 수 있다. 수지 재료로는, 예컨대, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지(예컨대, PMMA(Polymethyl　methacrylate)), 에폭시 수지, PP(Polypropylene) 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS(Acrylonitrile　Butadiene　Styrene) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지가 이용될 수 있다. 예시한 수지를 사용할 때는, 열경화제가 배합될 수도 있다. 또한, 전사용 수지층(111)으로는, 기타 열경화성 수지가 사용될 수도 있다.
또한, 수지 재료와 광은 투과율(%)=100%-흡수율(%)－반사율(%)의 관계이다. 따라서, 레이저 광 파장의 흡수율은 레이저 리프트 오프에서 사용하는 레이저 광의 파장에 대해, 이 관계식으로부터 구할 수 있다. 또한, 수지 재료는, 시판 중인 수지 재료의 사양(예컨대, 투과율, 흡수율, 반사율)이나 수지 재료의 특성(예컨대, 투과율, 흡수율, 반사율) 등으로부터 상기 레이저 광 파장의 흡수율이 되도록 선정할 수도 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기판(101)이 반도체층(102)으로부터 분리될 수 있다. 기판(101)의 분리는, 예컨대, 레이저 리프트 오프 기술을 이용할 수 있다. 예를 들어, 기판(101)측으로부터 그 전체 면을 주사하도록 하고, 자외선 파장의 레이저 광이 조사된다. 레이저 광 조사에 의해, 기판(101)이 반도체층(102)으로부터 분리될 수 있다. 레이저 광은, 예컨대 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저가 사용될 수 있다. 사용하는 파장은 이에 한정되지 않으며, 기판(101)을 반도체층(102)으로부터 분리 가능한 파장이면 무방하다.
도 4에 도시한 바와 같이, 반도체층(102)측에 릴리스층(13)을 통해 소스 기판(14)을 접합한다. 릴리스층(13)은 다이나믹 릴리스층(DRL(Dynamic　Release　Layer))이라고도 칭해진다. 이 공정은, 예컨대 이하와 같이 행해진다. 먼저, 반도체층(102)측에 릴리스층(13)이 되는 수지 재료가 스핀 코팅 등에 의해 형성된다. 이어서, 이 수지 재료에 소스 기판(14)이 접합된다. 이어서, 가열 처리에 의해, 수지 재료가 경화되어 릴리스층(13)이 되고, 소스 기판(14)이 접착된다.
소스 기판(14)은 후술하는 레이저 절제(ablation) 공정에 사용하는 레이저 광의 파장을 투과시킨다. 소스 기판(14)은, 예컨대, 석영 글래스 기판이 이용된다. 석영 글래스 기판은, 예컨대, 전술한 기판(101)과 동일한 사이즈나, 그 이상이면 되고, 구체적으로는, 기판(101)이 4인치 웨이퍼인 경우, 소스 기판(14)(석영 글래스 기판)도 4인치 웨이퍼가 이용될 수 있다.
릴리스층(13)은 수지 재료의 경화 후의 두께가 0.1μm 이상 0.5μm 이하가 되도록 재료의 경화 수축율에 따라 도포 두께를 조정하여 형성한다. 예컨대, 사용하는 수지 재료의 경화 수축율이 70%인 경우, 도포 두께 0.14μm 이상 0.7μm 이하로 도포할 수 있다. 또한, 수지 재료의 도포 두께는 릴리스층(13)의 수지 재료가 경화된 후, 상기 두께의 범위가 되도록, 미리 실험 등에 의해 결정할 수도 있다.
릴리스층(13)으로는 사용하는 수지 재료가 경화된 후, 레이저 절제 공정에서 사용하는 레이저 광의 소정 파장의 흡수율이 60% 이상 100% 이하가 되는 수지 재료를 이용할 수 있다, 예를 들어, 릴리스층(13)은 레이저 광의 파장의 흡수율이 80% 이상 100% 이하일 수 있다. 소정 파장에 대해서는 후술한다.
또한 수지 재료와 광은 투과율(%)=100%-흡수율(%)－반사율(%)의 관계이다. 따라서, 소정 파장의 흡수율은 레이저 절제 공정에서 사용하는 레이저 광의 파장에 대해, 이 관계식으로부터 구할 수 있다. 또한, 수지 재료는 시판 중인 수지 재료의 사양(예컨대, 투과율, 흡수율, 반사율)이나 수지 재료의 특성(예컨대, 투과율, 흡수율, 반사율) 등으로부터 상기 소정 파장의 흡수율이 되도록 선정할 수도 있다.
릴리스층(13)에 이용하는 수지 재료로는, 예컨대, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지 (예컨대, PMMA(Polymethyl　methacrylate)), 에폭시 수지, 폴리프로필렌(PP(Polypropylene)) 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS(Acrylonitrile　Butadiene　Styrene) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지가 이용될 수 있다. 예시한 수지를 사용할 때는, 열경화제가 배합될 수도 있다. 또한, 수지 재료로는, 그 밖의 열경화성 수지가 사용될 수도 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 중계 기판(112)이 제거된다. 중계 기판(112)의 제거를 위해, 예컨대 레이저 리프트 오프 기술이 이용될 수 있다. 중계 기판(112)의 제거는, 예컨대, 이하와 같이 수행된다. 중계 기판(112)측으로부터 중계 기판(112)의 전체 면을 주사하도록 자외선 파장의 레이저 광이 조사된다. 이에 따라, 레이저 광의 조사에 의해 전사용 수지층(111)이 용해되고, 중계 기판(112)이 LED측 전극(12)의 면으로부터 분리되어 제거된다. LED측 전극(12)의 면에 남은 전사용 수지층(111)은 세정 처리에 의해 제거될 수 있다. 여기서 사용하는 레이저 광은, 예컨대 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저일 수 있다. 하지만, 사용하는 파장은 이에 한정되지 않으며, 전사용 수지층(111)으로서 사용하는 수지 재료에 따라 적절히 결정될 수도 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 반도체층(102)이 복수의 마이크로 LED(11)로 분할될 수 있다. 예컨대, 반도체층(102) 상에 포토레지스트를 형성하고, 포토리소그래피에 의해 패터닝하고, 패터닝된 포토레지스트를 마스크로서 드라이 에칭에 의해, 복수의 마이크로 LED(11)로 분할될 수 있다. 분할된 마이크로 LED(11)를 마스크로 하여 릴리스층(13)도 마이크로 LED(11)와 동일한 형상이 되도록 패터닝될 수 있다. 사용되는 드라이 에칭은 이방성 에칭인 RIE(Reactiｖe　Ion　Etching)가 바람직하다.
마이크로 LED(11)의 칩 형상은 LED측 전극(12)이 형성되어 있는 면을 평면으로서 보았을 때, 예컨대, 1변이 1μm 이상 100μm 이하의 다각형상일 수 있다. 예를 들어, 마이크로 LED(11)의 칩 형상은 1변이 1μm 이상 100μm 이하의 직사각형일 수 있다. 또한, 마이크로 LED(11)의 높이, 즉, 반도체층(102)의 두께는, 예컨대 500μm 이하일 수 있다. 따라서, 마이크로 LED(11) 전체의 형상으로는, 종Х횡Х높이=100μm 이하Х100μm 이하Х500μm 이하일 수 있다. 또한 종, 횡 및 높이 각각의 하한치는 1μm 정도지만, 이에 한정되지 않으며, 제조 가능한 크기면 무방하다. 또한, 마이크로 LED(11)의 형상은 원형상 또는 타원 형상 등으로 할 수도 있다. 원형상으로 분할하는 경우는 직경 1μm 이상 100μm 이하, 타원 형상으로 분할하는 경우는, 장경이 1μm 초과 100μm 이하, 단경이 1μm 이상 100μm 미만일 수 있다. 이러한 경우에도 직경의 하한은 1μm에 한정되지 않으며, 제조 가능한 크기면 무방하다.
소스 기판(14) 상에 배열된 마이크로 LED(11)는 마이크로 LED(11)끼리 확실히 분할되어 있으면, 그 간극(간격)은 제조 가능한 최소치면 된다. 이 때문에, 배열 피치는 마이크로 LED(11)의 크기에 따라 다를 수 있지만, 예컨대 200μm 이하일 수 있다. 배열 피치는, 예컨대, 인접하는 마이크로 LED간의 중심간 거리, 또는 인접하는 마이크로 LED끼리의 동일한 방향의 엣지간 거리일 수 있다.
본 실시 형태 1에서는, 이제까지의 공정에서, 소스 기판(14)과 마이크로 LED(11) 사이에 있는 1층의 릴리스층(13)에 의해, 소스 기판(14)에 마이크로 LED(11)가 홀딩된 소스 기판 구조체가 제공된다.
구동 기판에 대해 설명한다. 도 7은 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 구동 기판을 나타내는 단면도이다.
구동 기판(20)은 제조하는 디스플레이 장치의 사이즈에 대응되는 크기를 가질 수 있다.
구동 기판(20)은 마이크로 LED(11)에 전력을 공급하기 위해 필요한 배선이나 TFT(thin－film－transistor) 등과 함께, LED측 전극(12)과 접속하기 위한 전극이 형성된다. 본 실시 형태에서는, 구동 기판(20)에 설치되는 전극을 구동 기판측 전극(21)이라 칭한다. 구동 기판측 전극(21)은 구동 기판(20) 상에 형성되어 있는 금속 배선의 일부가 그대로 이용될 수도 있고, 배선과 접속된 금속 패드로서 형성될 수도 있다. 구동 기판측 전극(21)은 이미 설명한 LED측 전극(12)과 동일한 금속이 이용될 수 있다.
본 실시 형태 1에서는, 구동 기판(20)의 구동 기판측 전극(21)이 형성된 면에, 접착제층(32)이 형성된다. 접착제층(32)은, 예컨대 비도전성 접착제인 NCF(Nonconductiｖe　Film), NCP(Nonconductiｖe　paste), NCA(Non　Conductiｖe　Adhesiｖe) 등이 이용될 수 있다. 또한, 접착재층은, 예컨대 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리아미드 수지, 폴리 아크릴 아미드 수지, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈 등에, 열경화제가 배합된 것이 사용될 수도 있다. 접착제층(32)은 이에 한정되지 않으며, 열경화성 수지를 사용할 수 있다. 또한, 접착제층(32)은 포토레지스트(포지티브형)가 사용될 수도 있다.
접착제층(32)은, 예컨대 라미네이트법이나 인쇄법 등에 의해 구동 기판(20)의 구동 기판측 전극(21)이 형성된 면의 전체 면에 도포될 수 있다. 접착제층(32)의 두께는, 예컨대, 1μm 이상 50μm 이하일 수 있다. 후술하는 마이크로 LED(11)와 구동 기판(20)과의 접속은, 가압, 가열 공정을 포함할 수 있다. 본 실시 형태 1에서는, 접착제층(32)의 두께는 1μm 이상 50μm 이하의 범위를 가질 수 있고, 이 가압, 가열 공정에 의해 LED측 전극(12)을 구동 기판측 전극(21)까지 도달시킬 수 있다.
본 실시 형태 1에서는, 이제까지의 공정에서, 접착제층(32)이 설치되어 있는 구동 기판 구조체가 제공된다.
이어서, 마이크로 LED(11)와 구동 기판(20)과의 접속에 대해 설명한다. 도 8 및 도 9는 디스플레이 장치의 제조 방법에 따른 마이크로 LED(11)와 구동 기판(20)과의 접속 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
마이크로 LED(11)와 구동 기판(20)과의 접속은 레이저 절제 기술을 이용한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 먼저, 하나의 마이크로 LED(11)를 구동 기판(20)에 접속하기 위해, 소스 기판(14) 전체를 이동시켜 위치를 결정할 수 있다. 하나의 마이크로 LED(11)의 LED측 전극(12)이 그것을 구동하기 위해 대응하는 구동 기판측 전극(21)에 접속 가능한 위치로 이동될 수 있다.
위치 결정 후, 소스 기판(14)측으로부터 하나의 마이크로 LED(11)를 목표로 소정 파장(자외선(UV))의 레이저 광(16)이 조사된다. 레이저 광(16)이 조사됨으로써, 하나의 마이크로 LED(11)를 홀딩하고 있던 릴리스층(13)이 분해, 소실되고, 마이크로 LED(11)가 구동 기판(20)측으로 방출된다. 방출된 마이크로 LED(11)는 구동 기판(20)측의 접착제층(32)에 캐치된다. 사용되는 레이저 광(16)의 소정 파장은, 예컨대 248nm일 수 있으며, 레이저 광원은 KrF 엑시머 레이저일 수 있다. 그 밖에, 레이저 광원으로 파장 266nm의 YAG(FHG), 파장 355nm의 YAG(THG) 등이 이용될 수 있다. 파장 355nm의 레이저는 석영 글래스 기판을 대신하여 글래스 기판을 이용할 수 있고, 부재 및 장치의 코스트면에서 보다 우위성을 얻을 수 있다. 따라서, 소정 파장은, 예컨대, 파장 248nm 이상 355nm 이하일 수 있다. 그 외의 파장의 레이저 광을 이용할 수도 있다.
레이저 광(16)의 빔 직경은 하나의 마이크로 LED(11)의 칩 사이즈와 동일하거나, 그 이상의 사이즈일 수도 있다. 다만, 레이저 광(16)의 빔 직경은 소스 기판(14) 상에서 인접하는 마이크로 LED(11)에 영향을 주지 않는 정도의 크기로 하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 소스 기판(14) 상에서 나란한 마이크로 LED(11)를 선택적으로 구동 기판(20)측으로 전사시킬 수 있다.
레이저 광(16)의 빔은 1개여도 무방하나, 마스크 등을 이용하여, 또는 레이저 광원을 복수개 준비하여 원하는 피치로 복수의 빔을 동시에 조사할 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 다수의 마이크로 LED(11)를 동시에 전사시킬 수도 있다.
또한, 레이저 절제 공정을 실시할 때의 마이크로 LED(11)와 구동 기판(20)과의 간극(갭)은, 예컨대 70μm 이상 100μm 이하의 범위를 가질 수 있다. 간극(갭)이 이러한 범위를 가짐으로써, 레이저 절제 공정에 의해 소스 기판(14)으로부터 방출된 마이크로 LED(11)를 구동 기판(20)의 목표 위치에서 캐치할 수 있다. 또한, 본딩 장치의 동작 정밀도에 의존하지만, 간극의 하한을 70μm로 함으로써, 본딩 장치에 의해 소스 기판(14)을 이동시킬 때, 소스 기판(14)을 구동 기판(20)과 접촉하지 않은 채 고속 이동시킬 수 있다. 또한 간극(갭)은 소스 기판(14)과 구동 기판(20)을 대향시킨 상태에서 가능한 근접한 위치의 간격일 수 있다. 가능한 근접한 위치의 간격은 통상 LED측 전극(12)과 구동 기판측 전극(21) 상의 접착제층(32)이 대향하는 위치일 수 있다. 레이저 광에 의한 소스 기판(14)으로부터의 마이크로 LED(11)의 방출과 구동 기판(20)으로의 접착이 디스플레이 장치에 필요한 개수만큼 반복적으로 수행될 수 있다.
이어서, 구동 기판(20) 상에 필요수 만큼의 마이크로 LED(11)가 배치되었다면, 마이크로 LED(11)를 구동 기판(20) 방향으로 상대적으로 압압하고 밀착시킴과 더불어 가열한다. 이 때의 가압력은 LED측 전극(12)과 구동 기판측 전극(21)이 접속되도록 한다. 가열 온도는 접착제층(32)이 경화하는 온도이다. 이 가열 온도는, 예컨대, 열경화성 수지를 포함하는 NCF, NCP, NCA를 이용한 경우, 가압력에 따라 다르지만, 압력 1MPa 이상 10MPa 이하인 경우, 경화 온도는 100℃ 이상 200℃ 이하일 수 있다.
이에 따라, 도 9에 도시한 바와 같이, LED측 전극(12)과 구동 기판측 전극(21)이 전기적으로 접속되어 도통되고, 경화한 접착제층(32)에 의해 마이크로 LED(11)와 구동 기판(20)이 접착된다.
디스플레이 장치(10)의 제조 방법으로는, 더 필요한 주변 회로의 접속이나 배선 등이 있다면, 그러한 형성이나 배선 공정이 행해지고, 또한 마이크로 LED(11)의 보호를 위해 수지 몰딩 등이 행해져 디스플레이 장치(10)가 완성된다.
본 실시 형태 1에 의하면 이하의 효과를 가진다.
본 실시 형태 1에서는, 소스 기판(14)이 마이크로 LED(11)를 홀딩하는 릴리스층(13)으로서 두께 0.1μm 이상 0.5μm 이하로 수지 재료를 형성하였다. 이와 같이 얇은 릴리스층(13)은 레이저 광의 조사에 의해 분해, 소실되므로, 소스 기판(14)으로부터 방출된 후의 마이크로 LED(11) 상에는 릴리스층(13)의 수지 성분이 남지 않는다. 따라서, 본 실시 형태 1은 레이저 절제 공정 후의 잔막 처리나 세정 공정이 불필요해져 제조 코스트의 저감을 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 1은 마이크로 LED(11) 상에 잔막이 남지 않으므로, 마이크로 LED(11)로부터 방사되는 광의 광학 특성이 열화되지 않는다.
또한, 본 실시 형태 1은 마이크로 LED(11) 상에 잔막이 남지 않으므로, 마이크로 LED(11) 상에 수지 몰딩을 할 때 밀착 불량, 반발성 등의 문제가 감소되거나 발생하지 않을 수 있다.
또한, 본 실시 형태 1은 릴리스층(13)에서의 레이저 광의 흡수율이 60% 이상으로 높기 때문에, 신속하게 릴리스층(13)을 분해시킬 수 있다. 이 때문에, 레이저 절제 공정에 의해 조사되는 레이저 광의 에너지를 저감시킬 수 있으므로, 레이저 광에 의해 마이크로 LED(11)가 받는 손상을 방지 또는 크게 줄일 수 있다.
또한, 본 실시 형태 1은, 레이저 절제 공정에 의해 조사되는 레이저 광의 에너지를 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태 1은, 마이크로 LED(11)를 소스 기판(14)으로부터 방출시킬 때의 전사 위치 정밀도를 안정화시킬 수 있다. 레이저 절제 공정은 레이저 광의 에너지로 릴리스층(13)을 분해, 소실시킬 뿐만 아니라, 마이크로 LED(11)를 방출할 수 있다. 이 때문에, 레이저 절제 공정은 레이저 광의 에너지가 너무 강하면, 강한 힘으로 마이크로 LED(11)가 방출됨으로써, 마이크로 LED(11)의 방출되는 방향이 불안정해질 수 있다. 따라서, 본 실시 형태 1은 에너지를 줄일 수 있으므로, 그 결과, 마이크로 LED(11)를 방출하는 힘이 약해져, 마이크로 LED(11)가 방출되는 방향이 안정화될 수 있다.
또한, 본 실시 형태 1은, 마이크로 LED(11)가 방출되는 방향이 안정화되므로, 소스 기판(14)과 구동 기판(20)과의 간극(갭)을 비교적 넓게 할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태 1은 갭 마진도 넓게 할 수 있다. 그러므로, 본 실시 형태 1은 소스 기판(14)보다 큰 구동 기판(20)으로 마이크로 LED(11)를 전사할 때, 소스 기판(14)을 연속적으로 이동시키는 동작이 비교적 용이하게 실현되어 프로세스 시간을 단축할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 1에서는, 레이저 절제 공정에 의해 조사되는 레이저 광의 에너지를 저감시킬 수 있으므로, 레이저 절제 공정에서 발생하는 플라즈마의 발생을 줄일 수 있다. 그럼으로써, 소스 기판(14)이 플라즈마에 의해 받는 손상을 방지 또는 줄일 수 있다. 이에 따라, 본 실시 형태 1은, 마이크로 LED(11)를 방출시킨 후의 소스 기판(14)의 재이용이 용이해져 제조 코스트의 저감을 도모할 수 있다. 종래 소스 기판(14)의 재이용시에, 플라즈마에 의해 손상된 표면을 연마 공정에 의해 경면화할 필요가 있었다. 이에 따라, 본 실시 형태 1에서는, 소스 기판(14)이 받는 손상을 방지하거나 줄일 수 있다. 따라서, 본 실시 형태 1에서는, 소스 기판(14)의 재이용시의 연마 작업을 없애거나, 또는 연마 회수를 줄일 수 있으므로, 소스 기판(14)을 재이용하기 위한 코스트를 저감할 수 있다.
또한, 본 실시 형태 1에서는, 레이저 절제 공정에 의해 조사되는 레이저 광의 에너지를 저감시킬 수 있으므로, 제조 공정의 에너지 저감을 도모할 수 있다. 예컨대, 4K 해상도의 디스플레이 장치를 제조하는 경우, 약 800만 화소에 대응하는 마이크로 LED(11)를 구동 기판(20)에 전사할 필요가 있다. 1화소를 RGB 각 하나의 마이크로 LED(11)로 구성한 경우, 단순히 약 2400만개의 마이크로 LED(11)를 일일이 레이저 조사에 의해 방출하게 된다. 이 때문에, 본 실시 형태 1은 레이저 광의 에너지를 감소시킴으로써, 제조 코스트를 저감시킬 수 있다.
(실시 형태 2)
본 발명의 예시적인 실시 형태 2에 의한 디스플레이 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
실시 형태 2는, 소스 기판(14)과 마이크로 LED(11) 사이에 있는 릴리스층으로서 다른 수지 재료로 이루어진 2층 이상을 갖는다. 릴리스층 이외의 구성 및 릴리스층의 제조 공정 이외에는, 실시 형태 1과 동일하다. 또한, 실시 형태 1에서 설명한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 대해서는, 배치가 다른 경우도 포함하여 동일한 부호를 부여하였다.
도 10~도 12는, 실시 형태 2에서의 반도체층(102)과 소스 기판(14)과의 접착 공정을 나타내는 단면도이다. 또한, 도 13은 실시 형태 2에서의 마이크로 LED(11)와 구동 기판(20)과의 접속 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시 형태 2에서는, 도 10에 도시한 바와 같이, 반도체층(102)을 접착하기 전의 소스 기판(14)에 제1 릴리스층(131)이 되는 제1 수지 재료를 도포하고 있다. 제1 릴리스층(131)이 되는 제1 수지 재료로는, 예컨대, 폴리디메틸실록산(PDMS) 수지이다. 제1 릴리스층(131)의 두께는, 도포시에 있어서 1μm 이상 5μm 이하의 범위를 가질 수 있다. 제1 수지 재료는 도포 후 가열 소성되어 제1 릴리스층(131)이 된다. 제1 수지 재료 경화 후, 제1 릴리스층(131)의 두께는, 예컨대 1μm 이상 5μm 이하의 범위를 가질 수 있다. 제1 릴리스층(131)의 두께가 경화 전후로 동일한 값인 것은 제1 수지 재료인 폴리디메틸실록산(PDMS) 수지의 경화 전후의 비중이 측정 한계 이하의 차이이기 때문이다. 물론, 사용하는 수지 재료에 따라 경화 전후의 두께가 달라질 수 있다. 그러한 경우는, 제1 릴리스층(131)이 되는 제1 수지 재료의 경화 후, 두께가 상기 범위가 되도록 도포 두께를 조정할 수 있다.
제1 수지 재료로 이루어진 제1 릴리스층(131)의 소정 파장의 흡수율은 1% 이상 50% 이하의 범위를 가질 수 있다. 이 소정 파장은 실시 형태 1과 동일하게, 레이저 절제 공정에 사용하는 레이저 광의 파장이다. 또한 제1 수지 재료에 있어서의 소정 파장의 흡수율은, 실시 형태 1과 동일하게, 투과율(%)=100%-흡수율(%)－반사율(%)의 관계식을 이용하여 구할 수 있다. 즉, 소정 파장의 흡수율은 레이저 절제 공정에서 사용하는 레이저 광의 파장에 대해, 이 관계식으로 구한다. 또한, 실시 형태 1과 동일하게, 제1 수지 재료로는, 시판 중인 수지 재료의 사양(예컨대, 투과율, 흡수율, 반사율)이나 수지 재료의 특성(예컨대, 투과율, 흡수율, 반사율) 등으로부터 상기 소정 파장의 흡수율이 되도록 선정할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태 2에서는, 도 11에 도시한 바와 같이, 중계 기판(112) 상에 홀딩된 반도체층(102) 상에 제2 릴리스층(132)이 되는 제2 수지 재료가 도포된다. 제2 릴리스층(132)은 제2 수지 재료의 경화 후 두께가 0.1μm 이상 0.5μm 이하가 되도록 도포 두께를 조정하여 형성할 수 있다. 예컨대, 사용하는 제2 수지 재료의 경화 수축율이 70%인 경우는, 제2 릴리스층(132)의 도포 두께는 0.14μm 이상 0.7μm 이하의 범위를 가질 수 있다. 또한, 제2 수지 재료의 도포 두께는 제2 릴리스층(132)이 되는 제2 수지 재료가 경화된 후, 상기 두께의 범위가 되도록, 미리 실험 등에 의해 결정할 수도 있다. 따라서, 이 제2 수지 재료는 실시 형태 1에 있어서의 릴리스층을 형성하고 있는 수지 재료와 동일한 구성이다.
따라서, 제1 릴리스층(131)과 제2 릴리스층(132)의 두께 관계는 제1 릴리스층(131)의 두께를 T1, 제2 릴리스층(132)의 두께를 T2로 하면, T1＞T2가 된다.
제2 수지 재료는, 실시 형태 1의 릴리스층(13)에 이용되는 수지 재료와 동일하다. 즉 제2 수지 재료는, 예컨대, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지(예컨대, PMMA(Polymethyl　methacrylate)), 에폭시 수지, 폴리프로필렌(PP(Polypropylene)) 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS(Acrylonitrile　Butadiene　Styrene) 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지를 포함할 수 있다. 예시한 수지를 사용할 때는, 열경화제가 배합될 수도 있다. 또한, 수지 재료로는, 그 밖의 열경화성 수지가 사용될 수도 있다.
제2 릴리스층(132)은 수지 재료 경화 후, 소정 파장의 흡수율이 60% 이상 100% 이하인 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 릴리스층(132)은 수지 재료 경화 후, 소정 파장의 흡수율이 80% 이상 100% 이하인 재료를 포함할 수 있다. 소정 파장은, 실시 형태 1과 동일하게, 예컨대, 파장 248nm 이상 355nm 이하의 범위를 가질 수 있다. 또한 제2 수지 재료에 있어서의 소정 파장의 흡수율은, 실시 형태 1과 동일하게, 투과율(%)=100%-흡수율(%)－반사율(%)의 관계식을 이용하여 구할 수 있다. 즉, 소정 파장의 흡수율은 레이저 절제 공정에서 사용하는 레이저 광의 파장에 대해, 이 관계식으로 구한다. 또한, 실시 형태 1과 동일하게, 제2 수지 재료로는, 시판 중인 수지 재료의 사양(예컨대, 투과율, 흡수율, 반사율)이나 수지 재료의 특성(예컨대, 투과율, 흡수율, 반사율) 등으로부터 상기 소정 파장의 흡수율이 되도록 선정할 수도 있다.
이와 같이, 본 실시 형태 2에서는, 제1 릴리스층(131)이 소스 기판(14)에 가까운 측에 형성되어 있고, 제2 릴리스층(132)이 마이크로 LED(11)가 되는 반도체층(102)측에 형성되어 있다.
그리고, 제1 릴리스층(131)과 제2 릴리스층(132)은 소정 파장의 흡수율에 차이가 있고, 제1 릴리스층(131)의 소정 파장의 흡수율은 제2 릴리스층(132)의 소정 파장의 흡수율보다 낮다. 즉, 제1 릴리스층(131)과 제2 릴리스층(132)의 소정 파장의 흡수율 관계는 제1 릴리스층(131)의 소정 파장의 흡수율을 Wa1로 하고, 제2 릴리스층(132)의 소정 파장의 흡수율을 Wa2로 하면, Wa1＜Wa2가 된다.
이어서, 본 실시 형태 2에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, 제1 릴리스층(131)과 제2 릴리스층(132)을 대향시켜 소스 기판(14)과 중계 기판(112)을 접합하고, 가압 가열된다. 이에 따라, 제1 릴리스층(131)과 제2 릴리스층(132)이 접착된다.
그 후, 본 실시 형태 2는, 실시 형태 1과 동일하게, 중계 기판(112)을 레이저 리프트 오프에 의해 제거하고, 반도체층(102) 표면을 세정한다.
그 후, 본 실시 형태 2는, 실시 형태 1과 동일하게, 반도체층(102)이 마이크로 LED(11)로 분할된다. 이 때, 적어도 제2 릴리스층(132)은, 실시 형태 1과 동일하게 마이크로 LED(11)의 크기에 맞추어 분할되는데, 제1 릴리스층(131)에 대해서는 분할될 수도 있고, 분할되지 않을 수도 있다. 즉, 마이크로 LED(11)를 마스크로 이용하여 제2 릴리스층(132)을 에칭하였을 때, 제1 릴리스층(131)이 오버 에칭될 수도 있다.
이에 따라, 본 실시 형태 2에서는, 소스 기판(14)과 마이크로 LED(11) 사이에 있는 제1 릴리스층(131) 및 제2 릴리스층(132)에 의해, 소스 기판(14)에 마이크로 LED(11)가 홀딩된 소스 기판 구조체가 제공된다.
본 실시 형태 2에서는, 그 후, 도 13에 도시한 바와 같이, 레이저 절제 공정에 의해, 각각의 마이크로 LED(11)가 구동 기판(20)으로 전사된다. 본 실시 형태 2에 있어서의 레이저 절제 공정은 기본적으로 실시 형태 1과 동일하고, 실시 형태 1에서 설명한 소정 파장의 레이저 광이 이용된다.
그 후에는, 본 실시 형태 2에서도, 소정 개수의 마이크로 LED(11)를 구동 기판(20)에 전사하였다면, 실시 형태 1과 동일하게 가압 가열 공정이 수행된다. 이에 따라, 본 실시 형태 2에서도, 마이크로 LED(11)가 구동 기판(20)에 접착되고, LED측 전극(12)과 구동 기판측 전극(21)이 전기적으로 접속되어 도통된다. 그리고, 본 실시 형태 2에서도, 필요한 주변 회로의 접속이나 배선 공정이 행해지고, 또한 마이크로 LED(11)의 보호를 위해, 수지 몰딩 등이 행해지고, 디스플레이 장치(10)가 완성된다(도 9 참조).
본 실시 형태 2에 의하면 이하의 효과를 나타낸다.
본 실시 형태 2에서는, 소스 기판(14)과 마이크로 LED(11)를, 2층 이상의 릴리스층(제1 릴리스층(131) 및 제2 릴리스층(132))을 이용하여 홀딩하였다. 이 중, 마이크로 LED(11)측의 제2 릴리스층(132)은 제2 릴리스층(132)이 되는 제2 수지 재료 도포시에, 두께 0.1μm 이상 0.5μm 이하의 두께를 가지도록 하였다. 이 때문에, 본 실시 형태 2에서도, 실시 형태 1과 동일하게 레이저 절제 공정에 의해 방출된 마이크로 LED(11) 상에 잔막이 발생하지 않는다. 따라서, 레이저 절제 공정 후의 잔막 처리나 세정 공정이 불필요하다.
또한, 본 실시 형태 2는, 제1 릴리스층(131)의 소정 파장의 흡수율이 1% 이상 50% 이하이고, 제2 릴리스층(132)의 소정 파장의 흡수율이 60% 이상 100% 이하이다. 이에 따라, 본 실시 형태 2에서는, 레이저 절제 공정에 의해 조사되는 레이저 광의 에너지가 실시 형태 1보다 높아도, 제1 릴리스층(131)에 의해 흡수시킬 수 있다. 이 때문에 본 실시 형태 2에서는, 마이크로 LED(11)에 도달하는 레이저 광의 에너지가 저감되므로, 실시 형태 1과 마찬가지로 마이크로 LED(11)는 방출될 때의 기동이 안정된다. 따라서, 본 실시 형태 2에서도, 실시 형태 1과 동일하게 소스 기판(14)과 구동 기판(20) 사이의 갭 마진을 넓게 취할 수 있다. 또한, 본 실시 형태 2에서도, 마이크로 LED(11)에 도달하는 레이저 광의 에너지가 저감되므로, 마이크로 LED(11)가 레이저 광에 의해 받는 손상을 방지 또는 대폭 줄일 수 있다.
또한, 본 실시 형태 2에서는, 레이저 절제 공정에 의해, 개개의 마이크로 LED(11)와 동형상으로 분할되어 있는 제2 릴리스층(132)은 소실되나, 제1 릴리스층(131)은 소스 기판(14)에 남는다. 이 때문에, 본 실시 형태 2에서는, 소스 기판(14)의 반도체층(102)을 접합하는 면은 레이저 절제 공정에서 발생한 플라즈마로부터, 남은 제1 릴리스층(131)에 의해 보호된다. 따라서, 본 실시 형태 2는 소스 기판(14)이 레이저 절제 공정에서 발생한 플라즈마에 의해 받는 손상을 방지할 수 있다. 이에 따라, 마이크로 LED(11)를 방출시킨 후의 소스 기판(14)을 재이용하기 쉬워져, 제조 코스트의 저감을 도모할 수 있다. 이는 종래 소스 기판(14)을 재이용할 때는 플라즈마에 의해 손상된 표면을 연마 공정에 의해 경면화할 필요가 있었다. 이에 따라, 본 실시 형태 2에서는, 소스 기판(14)이 받는 손상이 없거나 대폭 줄일 수 있다. 그러므로, 본 실시 형태 2에서는, 소스 기판(14)을 재이용할 때의 연마 작업을 없애거나, 연마 회수를 줄일 수 있으므로, 소스 기판(14)을 재이용하기 위한 코스트를 저감할 수 있다.
이하에서는, 디스플레이 장치(10)를 시험 제작한 예에 대해 설명한다.
＜실시예 1＞
(소스 기판의 제작)
본 실시예 1은, 먼저 4 인치 사이즈의 사파이어 기판(101) 상에 LED가 되는 반도체층(102)과 LED측 전극(12)을 형성하였다. LED측 전극(12)은 반도체층(102)에 직접 형성한 금(Au)제 패드로 하였다. 또한, LED측 전극(패드)의 크기는 30Х20μm로 하였다. 반도체층(102)의 두께는, 5μm로 하였다.
이어서, 중계 기판(112) 상에 열경화제를 배합한 폴리이미드 수지를 10μm의 두께로 스핀 코팅하고, 전사용 수지층(111)을 형성하였다. 중계 기판(112)은 석영 글래스 기판을 이용하였다.
이어서, 반도체층(102)과 전사용 수지층(111)이 접하도록, 사파이어 기판(101)과 중계 기판(112)을 중합하고, 1000N, 250℃로, 10분간, 가압, 가열하여 양 기판을 접합하였다.
이어서, 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저를 사파이어 기판(101)측으로부터, 200mJ/cm2의 에너지 밀도로 전체 면을 조사하고, 반도체층(102)과 사파이어 기판(101)을 분리하였다.
이어서, 소스 기판(14)으로서 석영 글래스 기판을 준비하고, 이 소스 기판(14) 상에 열경화제가 배합된 폴리이미드 수지를 스핀 코팅하여 두께 0.15μm의 수지층을 형성하고, 진공 오븐 중에서 250℃／1시간 소성하여 릴리스층(13)을 형성하였다. 폴리이미드 수지는 HD3007(HD　MicroSystems)를 원하는 고형분 농도에 희석한 것을 이용하였다. HD3007는, 경화 후, 파장 248nm의 자외선 흡수율이 99% 이상이다.
이어서, 중계 기판(112) 상의 반도체층(102)의 면을 소스 기판(14)의 릴리스층(13)에 중합하여 본딩 장치를 이용하여 압력 1000N, 250℃로 10분, 가압, 가열하여 소스 기판(14)과 중계 기판(112)을 접합하였다.
이어서, 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저를 중계 기판(112)측으로부터 200mJ/cm2의 에너지 밀도로 전면 조사하고, 전사용 수지층(111)과 중계 기판(112)을 분리하였다. 반도체층(102) 상에 남은 전사용 수지를 제거하기 위해, N－메틸 피롤리돈(NMP)을 60℃로 전사용 수지의 표면에 60초간 스프레이하였다. 그 후, 순수(pure water)로 60초간 린스하였다.
이어서, 드라이 에칭(RIE)에 의해 반도체층(102)을 개개의 마이크로 LED(11)로 분할하였다. 또한, 분할된 마이크로 LED(11)를 마스크로 이용하여, 릴리스층(13)을 산소 플라즈마 RIE에 의해 에칭하고, 마이크로 LED(11)의 형상에 맞추어 분할하였다.
(레이저 절제 공정에 의한 전사)
일정한 간격으로 TFT가 어레이 상에 배치됨과 더불어, TFT에 접속된 동(Cu) 배선이 실시된 구동 기판(20)을 준비하였다. 동 배선의 일부가 구동 기판측 전극(21)이 된다.
구동 기판(20)의 구동 기판측 전극(21)이 배치되어 있는 면의 전면에, 에폭시 수지와 열경화제로 이루어진 비도전성 재료를 어플리케이터를 이용하여 도포하여 접착제층(32)를 형성하였다. 접착제층(32)은 구동 기판측 전극(21) 상에서 두께 5μm로 하였다.
이어서, 소스 기판(14)의 마이크로 LED(11)가 홀딩되어 있는 면과 구동 기판(20)의 구동 기판측 전극(21)이 배치되어 있는 면을 100μm의 간극을 두고 대향하도록 홀딩하였다. 이 때, 전사하는 하나의 마이크로 LED(11)를 구동 기판(20)의 목표 위치로 위치 결정하였다.
이어서, 레이저 절제 공정에 의해, 마이크로 LED(11)를 구동 기판(20)에 전사시켰다. 레이저 절제 공정은 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저를 소스 기판(14)측으로부터 전사하는 하나의 마이크로 LED(11)에, 조사 에너지 밀도 100mJ/cm2로 조사하였다. 레이저 광의 직경은 하나의 마이크로 LED(11)의 폭 이상이고, 또한 인접하는 마이크로 LED(11)에는 레이저 광이 조사되지 않는 크기로 하였다.
이에 따라, 하나의 마이크로 LED(11)가 소스 기판(14)으로부터 방출되고, 구동 기판(20)의 목표 위치에 캐치되었다.
동일한 방법으로 구동 기판(20) 상에 필요한 수량의 마이크로 LED(11)를 반복적으로 전사하였다.
이어서, 가압, 가열 공정에 의해, 구동 기판(20)에 마이크로 LED(11)를 고정하였다. 가압, 가열 공정은 구동 기판(20)의 전체 면을 가압하여 LED측 전극(12)과 구동 기판측 전극(21)이 에폭시 수지를 관통하여 접촉된 상태가 되도록 하고, 250℃의 온도로 에폭시 수지를 열경화시켰다.
이상에 의해, 구동 기판(20) 상에 디스플레이 패널로서 필요한 수의 마이크로 LED(11)가 전사되었다.
구동 기판(20)으로 전사된 후의 마이크로 LED(11)의 표면을, 세정을 실시하지 않고 관찰하였다. 그 결과, 전사 후의 마이크로 LED(11)의 표면에는 릴리스층(13)인 폴리이미드 수지의 잔막이 존재하지 않았다. 또한, 마이크로 LED(11)의 표면에는 레이저 마크 등의 손상은 검출되지 않았다.
＜실시예 2＞
실시예 2는 릴리스층(13)이 되는 수지 재료 도포시의 두께를 0.5μm로 하였다. 그 밖의 공정 및 재료는 실시예 1과 동일하다.
구동 기판(20)으로 전사된 후의 마이크로 LED(11)의 표면을, 세정을 실시하지 않고 관찰하였다. 그 결과, 전사 후의 마이크로 LED(11)의 표면에는 릴리스층(13)인 폴리이미드 수지의 잔막이 존재하지 않았다. 또한, 마이크로 LED(11)의 표면에는 레이저 마크 등의 손상이 검출되지 않았다.
＜비교예 1＞
비교예 1은 릴리스층(13)이 되는 수지 재료 도포시의 두께를 0.7μm로 하였다. 그 밖의 공정 및 재료는 실시예 1과 동일하다.
구동 기판(20)으로 전사된 후의 마이크로 LED(11)의 표면을, 세정을 실시하지 않고 관찰하였다. 그 결과, 전사 후의 마이크로 LED(11)의 표면에는 릴리스층(13)인 폴리이미드 수지의 잔막이 검출되었다.
＜실시예 3＞
실시예 3은 중계 기판(112) 상에 반도체층(102)을 접착할 때까지는 실시예 1과 동일하게 하였다.
그리고, 실시예 3은 소스 기판(14)에 열경화 촉매를 배합한 디메틸 폴리실록산(PDMS) 수지를 10μm의 두께로 슬릿 코팅을 이용하여 도포하고, 150℃의 오븐 중에서 1시간 소성하고, 제1 릴리스층(131)을 형성하였다.
디메틸 폴리실록산(PDMS) 수지를 소성하여 형성된 제1 릴리스층(131)은 파장 248nm의 자외선 흡수율이 35%이다.
별도로, 중계 기판(112) 상에 접착된 반도체층(102)의 표면에, 폴리이미드 수지를 스핀 코팅법에 의해 0.1μm의 두께로 형성하고, 진공 오븐 중에서 250℃／1시간 소성하여 제2 릴리스층(132)을 형성하였다. 폴리이미드 수지는 HD3007(HD　MicroSystems)을 원하는 고형분 농도로 희석한 것을 이용하였다. HD3007은, 경화 후, 파장 248nm의 자외선 흡수율이 99% 이상이다.
이어서, 제1 릴리스층(131)과 제2 릴리스층(132)을 대향시켜 소스 기판(14) 및 중계 기판(112)을 중첩하고, 진공 본딩 장치를 이용하여 20℃이상 30℃이하의 실온에서 압력 10N/cm2로 가압하여 접합하였다.
이어서, 실시예 1과 동일하게, 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저를 중계 기판(112)측으로부터, 200mJ/cm2의 에너지 밀도로 전체 면을 조사하고, 전사용 수지층(111)과 중계 기판(112)을 분리하였다. 그 후, N－메틸 피롤리돈(NMP)을 60℃에서 전사용 수지의 표면에 60초간 스프레이하고, 그 후, 순수(pure water)로 60초간 린스하였다.
이어서, 드라이 에칭(RIE)에 의해 반도체층(102)을 개개의 마이크로 LED(11)로 분할하였다. 또한, 분할된 마이크로 LED(11)를 마스크로 이용하여 릴리스층(13)을 산소 플라즈마 RIE에 의해 에칭하여 마이크로 LED(11)의 형상에 맞추어 분할하였다.
(레이저 절제 공정에 의한 전사)
레이저 절제 공정에 의한 전사는 실시예 1과 동일하게 하였다. 즉, 구동 기판측 전극(21) 상에서 두께 5μm가 되도록 접착제층(32)을 형성하였다.
이어서, 소스 기판(14)의 마이크로 LED(11)가 홀딩되어 있는 면과 구동 기판(20)의 구동 기판측 전극(21)이 배치되어 있는 면을 100μm의 간극을 두고 대향하도록 홀딩하였다. 이 때, 전사하는 하나의 마이크로 LED(11)를 구동 기판(20)의 목표 위치로 위치 결정하였다.
이어서, 레이저 절제 공정에 의해, 마이크로 LED(11)를 구동 기판(20)에 전사하였다. 레이저 절제 공정은 파장 248nm의 KrF 엑시머 레이저를 소스 기판(14)측으로부터, 전사하는 하나의 마이크로 LED(11)로, 조사 에너지 밀도 100mJ/cm2로 조사하였다. 레이저 광의 직경은 하나의 마이크로 LED(11) 이상이며, 또한 인접하는 마이크로 LED(11)에는 레이저 광이 조사되지 않는 크기로 하였다.
이에 따라, 하나의 마이크로 LED(11)가 소스 기판(14)으로부터 방출되어 구동 기판(20)의 목표 위치에 캐치되었다.
동일한 방법으로 구동 기판(20) 상에 필요한 수량의 마이크로 LED(11)를 반복적으로 전사한 후, 가압, 가열 공정에 의해, 구동 기판(20) 상에 마이크로 LED(11)를 고정하였다. 가압, 가열 공정은 구동 기판(20)의 전면을 가압하여, LED측 전극(12)과 구동 기판측 전극(21)을 접촉 상태로 하여, 200℃의 오븐에서 1시간 열처리하여 에폭시 수지를 열경화시켰다.
이상에 의해, 구동 기판(20) 상에 디스플레이 패널로서 필요한 수의 마이크로 LED(11)가 전사되었다.
실시예 3에서도, 구동 기판(20)으로 전사된 후의 마이크로 LED(11)의 표면을, 세정을 실시하지 않고 관찰하였다. 그 결과, 전사 후의 마이크로 LED(11)의 표면에는, 제2 릴리스층(132)인 폴리이미드 수지의 잔막이 존재하지 않았다. 또한, 마이크로 LED(11)의 표면에는, 레이저 마크 등의 손상이 검출되지 않았다.
이상, 본 발명의 실시 형태 및 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시 형태나 실시예에 한정되는 것이 아니며, 다양한 변경이 가능하다.
상술한 각 실시 형태에서는, LED측 전극(12)과 구동 기판측 전극(21)을 직접 접촉시켜 접합시키고 있는데, 이들 전극 사이에 금속층을 통해 접속할 수도 있다. 구체적으로, 예컨대, LED측 전극(12) 및 구동 기판측 전극(21)의 적어도 어느 하나에 솔더 범프를 형성해 둔다. 그리고, 레이저 절제 공정에 의한 마이크로 LED를 전사한 후, 접착제층을 경화시키기 위한 가열 공정에 있어서, 그 온도를 솔더 범프의 리플로우 온도로 함으로써, 전극을 금속층에 의해 접속시킬 수 있다.
또한, 상술한 실시 형태 2에서는, 소스 기판(14) 상에서, 제1 릴리스층(131)과 제2 릴리스층(132)의 2층의 릴리스층에 의해 마이크로 LED(11)를 홀딩하였지만, 이를 대신하여, 3층 이상의 릴리스층에 의해 마이크로 LED(11)를 홀딩하도록 할 수도 있다. 3층 이상의 릴리스층을 마련하는 경우의 제조 방법은, 예컨대, 소스 기판(14)측에 제1 릴리스층이 되는 제1 수지 재료를 도포하고, 그 위에 제3 릴리스층이 되는 제3 수지 재료를 더 도포한다.
여기서 제3의 수지 재료는, 예컨대, 경화 후의 소정 파장의 흡수율이 제1 릴리스층(131) 및 제2 릴리스층(132)과는 다르다.
이러한 3층 이상의 릴리스층을 마련하는 것은, 예컨대, 제1 릴리스층의 1층만으로는 레이저 광의 에너지 저감 효과가 낮은 경우, 제3 릴리스층을 더 추가함으로써, 에너지를 더욱 저감시킬 수 있다. 즉, 실시 형태 2로서는, 마이크로 LED(11)에 도달하는 레이저 광의 에너지량을 릴리스층의 층수로 제어할 수 있는 것이다. 또한 제3 릴리스층의 소정 파장의 흡수율은 제1 릴리스층(131)과 마찬가지로, 1% 이상 50% 이하로 하는 것이 바람직하다. 다만, 제2 릴리스층(132)을 확실히 분해시키는 관점에서, 제1 릴리스층과 제3 릴리스층을 합한 소정 파장의 흡수율은 50%를 넘지 않도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 예시적인 실시예는 복수의 릴리스층이 더 있어도 무방하다. 그 경우, 각 릴리스층은 다른 수지 재료로 이루어질 수 있다.
그 밖에, 예시적인 실시예는 특허 청구의 범위에 기재된 구성에 기초하여 다양한 변형이 가능하고, 그것들도 본 발명의 범주에 들어간다.
10　 디스플레이 장치
11　 마이크로 LED
12　 LED측 전극
13　 릴리스층
14 　소스 기판
16 　레이저 광
20 　구동 기판
21 　구동 기판측 전극
32 　접착제층
100 　초기 기판
101 　사파이어 기판
102 　반도체층
111 　전사용 수지층
112 　중계 기판
131 　제1 릴리스층
132 　제2 릴리스층

Claims (20)

  1. 소정 파장의 레이저 광을 투과하는 소스 기판과 발광 소자 사이에 있는 릴리스층에 의해 상기 소스 기판에 상기 발광 소자를 홀딩하는 단계;
    구동 기판측 전극이 형성된 구동 기판에 접착제층을 형성하는 단계;
    상기 릴리스층에 상기 소정 파장의 레이저 광을 조사하여 상기 소스 기판으로부터 상기 구동 기판의 접착제층 표면으로 발광 소자를 이동시키는 단계; 및
    이동한 상기 발광 소자를 상기 구동 기판에 상기 접착제층을 통해 접착시키는 단계;를 포함하고,
    상기 릴리스층은 0.1μm 이상 0.5μm 이하 범위의 두께를 가지는 수지 재료를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    사파이어 기판 상에 형성된 반도체층 상에 전극을 형성하고,
    상기 전극이 형성된 면 측에 가접착층을 형성하며,
    상기 전극면측을 상기 가접착층을 통해 중계 기판에 접착하고,
    상기 사파이어 기판을 제거하며,
    상기 반도체층의 상기 사파이어 기판을 제거한 면에, 상기 소스 기판을 상기 릴리스층을 통해 홀딩하고,
    상기 가접착층과 상기 중계 기판을 제거하며,
    상기 반도체층의 불필요한 부분을 제거하여 상기 반도체층을 분할하고,
    상기 소스 기판 상에 상기 릴리스층을 통해 복수의 상기 발광 소자를 형성하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 릴리스층은 상기 소정 파장의 흡수율이 60% 이상 100% 이하의 범위를 가지는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 수지 재료는 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 릴리스층은,
    상기 소스 기판 상에 형성된 제1 수지 재료를 포함하는 제1 릴리스층; 및
    상기 발광 소자 상에 형성되고, 상기 제1 수지 재료와는 다른 제2 수지 재료를 포함하는 제2 릴리스층;을 가지고,
    상기 제2 수지 재료는 상기 발광 소자 상에 0.1μm 이상 0.5μm 이하의 두께를 가지도록 형성되는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 소스 기판을 준비하고, 상기 소스 기판 상에 상기 제1 수지 재료를 도포하여 상기 제1 릴리스층을 형성하는 제1 릴리스층 형성하고;
    사파이어 기판 상에 형성된 반도체층 상에 전극을 형성하고, 상기 전극이 형성된 면 측에 가접착층을 형성하고,
    상기 전극면측을 상기 가접착층을 통해 중계 기판에 접착하며,
    상기 사파이어 기판을 제거하고,
    상기 반도체층의 상기 사파이어 기판을 제거한 면에, 상기 제2 수지 재료를 경화 후의 두께가 0.1μm 이상 0.5μm 이하가 되도록 도포하여 상기 제2 릴리스층을 형성하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 제1 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율을 Wa1로 하고, 상기 제2 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율을 Wa2로 할 때, Wa1＜Wa2인 디스플레이 장치의 제조 방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율은 1% 이상 50% 이하이고, 상기 제2 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율은 60% 이상 100% 이하인 범위를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 제1 릴리스층의 두께를 T1, 상기 제2 릴리스층의 두께를 T2로 하면, T1＞T2인 디스플레이 장치의 제조 방법.
  10. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 릴리스층의 두께는 1μm 이상 5μm 이하의 범위를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  11. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 수지 재료는 폴리디메틸실록산 수지를 포함하고,
    상기 제2 수지 재료는 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 소정 파장은 248nm 이상 355nm 이하의 범위를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 소자는 1변이 1μm 이상 100μm 이하인 다각형상, 직경이 1μm 이상 100μm 이하인 원형상, 또는 장경(長徑)이 1μm 초과 100μm 이하이고, 단경(短徑)이 1μm 이상 100μm 미만인 타원 형상을 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  14. 소정 파장의 레이저 광을 투과하는 소스 기판과, 발광 소자 사이에 릴리스층을 가지고, 상기 릴리스층에 의해 상기 소스 기판에 상기 발광 소자가 홀딩되고,
    상기 릴리스층은 0.1μm 이상 0.5μm 이하의 범위의 두께를 가지는 수지 재료를 포함하는 소스 기판 구조체.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 릴리스층은 상기 소정 파장의 흡수율이 60% 이상 100% 이하인 소스 기판 구조체.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 수지 재료는 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지를 포함하는 소스 기판 구조체.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 릴리스층은,
    제1 수지 재료를 포함하는 제1 릴리스층;
    상기 제1 수지 재료와는 다른 제2 수지 재료를 포함하고, 상기 발광 소자 상에 있는 제2 릴리스층;을 가지며,
    상기 제2 수지 재료는 두께가 0.1μm 이상 0.5μm 이하인 소스 기판 구조체.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율을 Wa1로 하고, 상기 제2 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율을 Wa2로 하면, Wa1＜Wa2인 소스 기판 구조체.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율은 1% 이상 50% 이하이고, 상기 제2 릴리스층의 상기 소정 파장의 흡수율은 60% 이상 100% 이하인 소스 기판 구조체.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 제1 수지 재료는 폴리디메틸실록산 수지를 포함하고,
    상기 제2 수지 재료는 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 수지를 포함하는 소스 기판 구조체.
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