KR20210005454A - 발광소자 패키지 제조방법 및 이를 이용한 디스플레이 패널 제조방법 - Google Patents

발광소자 패키지 제조방법 및 이를 이용한 디스플레이 패널 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 갖는 성장용 기판의 상기 제1 면에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 반도체 적층체를 형성하는 단계; 상기 반도체 적층체를 관통하도록 상기 제1 면　방향에서　식각하여 상기 성장용 기판에 소정 깊이의 트렌치를 형성함으로써, 상기 반도체 적층체를 서로 분리된 복수의 반도체 발광부로 분리하는 단계; 상기 복수의 반도체 발광부를 덮도록 유연성 있는 절연물질을 도포하여 상기 복수의 반도체 발광부를 서로 절연하며 상기 트렌치를 채우는 몰딩부를 형성하는 단계; 상기 성장용 기판을 제거하여, 상기 몰딩부에 의해 서로 분리되며 상기 복수의 반도체 발광부에 각각 대응되는 복수의 홈부를 형성하는 단계; 및 상기 복수의 홈부에 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법을 제공한다.

Description

발광소자 패키지 제조방법 및 이를 이용한 디스플레이 패널 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING LIGHT EMITTING DEVICE PACKAGE AND METHOD OF MANUFACTURING DISPLAY PANEL USING THE SAME}
본 발명의 기술적 사상은 발광소자 패키지 제조방법 및 이를 이용한 디스플레이 패널 제조방법에 관한 것이다.
반도체 발광다이오드(LED)는 조명 장치용 광원뿐만 아니라, 다양한 전자 제품의 광원으로 사용되고 있다. 특히, TV, 휴대폰, PC, 노트북 PC, PDA 등과 같은 각종 디스플레이 패널들을 위한 광원으로 널리 사용되고 있다.
종래의 디스플레이 패널은 주로 액정 디스플레이(LCD)로 구성된 디스플레이 패널과 백라이트로 구성되었으나, 최근에는 LED 소자를 그대로 하나의 픽셀로서 사용하여 백라이트가 별도로 요구되지 않는 형태로도 개발되고 있다. 이러한 디스플레이 패널은 컴팩트화할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 LCD에 비해 광효율도 우수한 고휘도 디스플레이를 구현될 수 있다. 또한, 디스플레이 화면의 종횡비를 자유롭게 바꾸고 대면적으로 구현할 수 있으므로 다양한 형태의 대형 디스플레이로 제공할 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제 중 하나는, 제조비용이 감소되며 소형화가 용이한 발광소자 패키지의 제조방법 및 디스플레이 패널의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한, 유연성을 갖는 디스플레이 패널의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 갖는 성장용 기판의 상기 제1 면에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 반도체 적층체를 형성하는 단계; 상기 반도체 적층체를 관통하도록 상기 제1 면　방향에서　식각하여 상기 성장용 기판에 소정 깊이의 트렌치를 형성함으로써, 상기 반도체 적층체를 서로 분리된 복수의 반도체 발광부로 분리하는 단계; 상기 복수의 반도체 발광부를 덮도록 유연성 있는 절연물질을 도포하여 상기 복수의 반도체 발광부를 서로 절연하며 상기 트렌치를 채우는 몰딩부를 형성하는 단계; 상기 성장용 기판을 제거하여, 상기 몰딩부에 의해 서로 분리되며 상기 복수의 반도체 발광부에 각각 대응되는 복수의 홈부를 형성하는 단계; 및 상기 복수의 홈부에 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 성장용 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 적층하고 상기 성장용 기판이 노출되도록 식각하여 서로 분리된 복수의 반도체 발광부를 형성하는 단계; 상기 복수의 반도체 발광부 및 상기 성장용 기판의 노출된 영역을 덮도록, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리사이클로핵실렌디메틸렌 테레프탈레이트(polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어진 몰딩부를 형성하는 단계; 상기 성장용 기판을 제거하여 상기 복수의 반도체 발광부 상에 각각 상기 몰딩부로 이루어진 격벽구조를 형성하는 단계; 및 상기 격벽구조에 의해 정의된 홈부에 각각 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 제1 기판 상에 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 복수의 반도체 발광부와, 상기 복수의 반도체 발광부의 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층에 각각 접속되는 전극 패드들과, 상기 복수의 반도체 발광부를 덮으며 유연성 있는 재질로 이루어진 몰딩부를 갖는 제1 기판 구조물을 마련하는 단계; 제2 기판 상에 상기 복수의 반도체 발광부에 각각 대응되도록 배치된 복수의 TFT셀을 포함하는 제2 기판 구조물을 마련하는 단계; 상기 제1 기판 구조물의 상기 전극 패드들과 상기 제2 기판 구조물의 접속부들이 각각 대응되도록, 상기 제1 기판 구조물과 상기 제2 기판 구조물을 접합하는 단계; 상기 제1 기판을 제거하여 상기 몰딩부에 의해 분리되며 상기 복수의 반도체 발광부에 각각 대응되는 복수의 홈부를 형성하는 단계; 및 상기 복수의 홈부에 각각 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 몰딩부는 상기 반도체 발광부보다 보다 낮은 모듈러스(modulus)를 갖는 물질로 이루어진 디스플레이 패널 제조방법을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 발광소자 패키지 제조방법 및 이를 이용한 디스플레이 패널을 제조하는 방법은, 제조하는 데에 소요되는 시간이 감소되며 발광소자 패키지 및 디스플레이 패널의 소형화가 용이한 효과가 있다.
또한, 유연성을 갖는 디스플레이 패널을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 발광소자 패키지를 이용한 디스플레이 패널의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1의 'A'부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 3은 도2의 하나의 픽셀을 확대한 도면이다.
도 4는 도 3의 I-I'선을 따라 절개하여 본 측 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이 패널의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지를 이용한 디스플레이 패널의 구동회로도이다.
도 8 내지 도 16은 도 4의 디스플레이 패널의 주요 제조공정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 17 내지 도 21은 도 5의 디스플레이 패널의 주요 제조공정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 갖는 디스플레이 패널의 개략 사시도이고, 도 2는 도 1의 'A'부분을 확대하여 나타낸 평면도이다. 도 3은 도2의 하나의 픽셀을 확대한 도면이고, 도 4는 도 3의 I-I'선을 따라 절개하여 본 측 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이 패널(1)은 발광소자 어레이로 이루어진 제1 기판 구조물(100)과, 제1 기판 구조물(100)의 하부에 배치되며 구동회로부를 포함하는 제2 기판 구조물(300)을 포함할 수 있다. 제1 기판 구조물(100)의 상면에는 보호층(400)이 배치될 수 있으며, 제1 기판 구조물(100)과 제2 기판 구조물(300)의 사이에는 본딩층(200)이 배치될 수 있다. 디스플레이 패널(1)은 사각형 형상이거나 다른 적합한 형상을 가질 수 있다. 디스플레이 패널(1)은 플렉시블(flexible)한 특성을 가질 수 있다. 따라서, 디스플레이 패널(1)의 상부면은 평면 이외에도 곡면의 프로파일을 가질 수 있다. 일 실시예의 디스플레이 패널(1)은 가상현실(virtual reality) 또는 증강현실(augmented reality)용 헤드셋(head set)에 사용되는 초소형 및 초고해상도의 디스플레이 패널일 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 기판 구조물(100)은 픽셀 영역(10)및 픽셀 영역(10)을 둘러싸는 몰딩 영역(20)을 포함할 수 있다. 픽셀 영역(10)에는 복수의 픽셀(P)이 행(column)과 열(row)을 이루어 배치될 수 있다. 본 실시예에 따른 복수의 픽셀(P)은 15×15인 사각형태의 어레이를 이루는 것으로 도시되어 있으나, 행과 열의 개수는 임의의 적절한 개수(예, 1024×768, 1920×1080, 3840×2160, 7680×4320)로 구현될 수 있으며, 사각형 이외의 다양한 형상으로 배열될 수 있다. 복수의 픽셀(P)은 서로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 픽셀(P)은 별개로 제조되는 것이 아니라, 동일한 공정에서 전체가 한번에 제조될 수 있다.
픽셀 영역(10)의 둘레에는 몰딩 영역(20)이 배치될 수 있다. 몰딩 영역(20)은 블랙 매트릭스(black matrix)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 블랙 매트릭스는 제1 기판 구조물(100)의 둘레 영역에 배치되어 복수의 픽셀(P)이 배치되는 영역을 정의하는 가이드 라인으로서 역할을 할 수 있다. 블랙 매트릭스는 블랙(black) 색상에 한정되는 것은 아니며 제품의 용도 및 사용처 등에 따라 백색(white) 매트릭스 또는 녹색(green) 등 다른 색깔로도 사용할 수 있으며 필요에 따라서는 투명 재질의 매트릭스를 사용할 수도 있다.
도 3은 하나의 픽셀(P)을 도시한 것이며, 도 4는 하나의 픽셀(P)의 단면 구조를 도시한 것이다. 도 4의 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)는 각각 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)에 각각 대응되는 것으로 이해될 수 있다.
도 3을 참조하면, 각각의 픽셀(P)은 서로 다른 색의 빛을 방출하도록 구성된 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)을 포함할 수 있다. 각각의 픽셀(P)에 포함된 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)은 서로 근접하여 배치된 구조로 제공될 수 있다. 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)은 서로 다른 색을 제공하도록 구성되어, 디스플레이 패널(1)에 컬러 이미지를 표현할 수 있다. 예를 들어, 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)은 각각 적색(red, R), 녹색(green, G) 및 청색(blue, G)의 빛을 방출하는 서브 픽셀로 제공될 수 있다. 다만, 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)의 색은 RGB로 한정되는 것은 아니며, CYMK(Cyan, Yellow, Magenta, Black)와 같이 다양한 색이 사용될 수도 있다. 또한, 일 실시예에서는 하나의 픽셀(P)에 RGB에 각각 해당하는 3개의 서브 픽셀이 포함된 형태를 예시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니며 4개 이상의 서브 픽셀이 포함될 수도 있다. 또한, 일 실시예는 3개의 서브 픽셀이 서로 나란하게 배치된 경우를 예로 들어 설명하였으나, 서브 픽셀의 배치는 다양하게 변형될 수 있다. 제1 내지 제3 서브 픽셀(SP1, SP2, SP3)은 각각 약 1㎛의 폭(W1)과 약 3㎛의 길이(L1)를 갖도록 마련되어, 픽셀(P)의 폭(W2)과 길이(L2)가 8000PPI(pixel per inch) 이상의 화소밀도를 가질 수 있는 크기로 제조될 수 있다.
도 3 및 4를 참조하면, 하나의 픽셀(P)은 상하로 적층된 제1 기판 구조물(100)과 제2 기판 구조물(300)을 포함할 수 있다. 제1 기판 구조물(100)과 제2 기판 구조물(300)은 본딩층(200)에 의해 접합될 수 있다. 제1 기판 구조물(100)의 상부에는 보호층(400)이 접합될 수 있다. 제1 기판 구조물(100)과 제2 기판 구조물(300)은 서로 웨이퍼 레벨에서 퓨전 본딩(fusion bonding)과 같은 웨이퍼 접합방법에 의해 접합되어 일체가 될 수 있다.
제1 기판 구조물(100)은 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 포함하는 발광소자 패키지(LK1)를 포함할 수 있다. 발광소자 패키지(LK1)는 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극 패드(170N, 170P), 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 덮는 절연층(161), 절연층(161)을 덮으며 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)에서 방출된 빛을 반사하는 반사층(162), 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3) 상에 각각 배치된 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B), 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)가 서로 분리하며 되도록 배치되며 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 봉지하는 몰딩부(180)를 포함할 수 있다. 전극 패드(170N, 170P)는 금속과 같은 도전성 물질로 이루어질 수 있다.
발광소자 패키지(LK1)는 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 포함할 수 있으며, 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)는 각각 제1 도전형 반도체층(131), 활성층(132) 및 제2 도전형 반도체층(133)과 같은 에피텍셜층들이 적층된 반도체 적층체(130)를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(131) 상에는 에피텍셜층과 성장용 기판의 격자상수 차이를 완화하기 위한 버퍼층(120)이 배치될 수 있다. 이러한 에피택셜층들은 하나의 웨이퍼에서 동일한 공정에 의해 성장될 수 있다. 따라서, 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)의 활성층(132)은 동일한 빛을 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 활성층(132)은 청색광(예, 440㎚~460㎚)을 방출할 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 제2 도전형 반도체층(133)의 하면에는 절연층(142)이 배치될 수 있으며, 절연층(142)과 제2 도전형 반도체층(133)의 사이에는, 제2 도전형 반도체층(133)의 컨택(contact) 특성을 향상시키기 위한 ITO층(141)이 배치될 수 있다.
제1 도전형 반도체층(131) 및 제2 도전형 반도체층(133)은 각각 n형 반도체층 및 p형 반도체층일 수 있다. 예를 들어, AlxInyGa(1-x-y)N(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 질화물 반도체일 수 있다. 활성층(132)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 활성층(122)은 InGaN/GaN, GaN/AlGaN와 같은 질화물계 MQW일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 GaAs/AlGaAs 또는 InGaP/GaP, GaP/AlGaP와 같은 다른 반도체일 수 있다.
발광소자 패키지(LK1)의 하부에는 상기 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 각각 둘러싸도록 배치되어, 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 서로 전기적으로 분리시키는 절연층(161)이 배치될 수 있다. 절연층(161)은 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)의 측면을 덮도록 연장될 수 있다. 절연층(161)은 전기적으로 절연성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 절연층(161)은 실리콘 산화물, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물일 수 있다. 또한, 절연층(161) 상에는 금속과 같은 고반사성 물질로 이루어진 반사층(162)이 배치될 수 있다. 예들 들어, 반사층(162)은 알루미늄(Al)으로 이루어질 수 있다. 이러한 절연층(161) 및 반사층(162)은 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)의 상호 광학적 간섭을 차단할 수 있다.
각각의 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)는 제1 도전형 반도체층(131)과 제2 도전형 반도체층(133)에 각각 전원을 인가하는 제1 및 제2 전극(150N, 150P)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(150N, 150P)은 각각 제1 도전형 반도체층(131)의 메사 에칭된 영역과 제2 도전형 반도체층(133)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(150N)은 Al, Au, Cr, Ni, Ti, Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 제2 전극(150P)은 반사성 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 전극(150P)은 Ag, Ni, Al, Cr, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다.
제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)에는 전원을 인가하기 위한 제1 및 제2 전극 패드(170N, 170P)를 각각 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극 패드(170N, 170P)는 각각 제1 및 제2 전극(150N, 150P)과 접속될 수 있다.
제1 기판 구조물(100)은 발광소자 패키지(LK1)의 하부면을 포장하면서 제1 및 제2 전극 패드(170N, 170P)를 노출시키는 몰딩부(180)를 포함할 수 있다. 또한, 몰딩부(180)는 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)를 서로 분리하도록 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3) 사이로 돌출된 격벽 구조를 가질 수 있다.
몰딩부(180)는 제1 기판 구조물(100)이 플렉시블(flexible)한 특성을 갖도록 낮은 모듈러스(modulus)를 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 몰딩부(180)는 반도체 적층체(130) 보다 낮은 모듈러스를 가지며 높은 인장특성을 갖는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 몰딩부(180)는 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리사이클로핵실렌디메틸렌 테레프탈레이트(polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 중 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. 몰딩부(180)는 빛을 반사시키기 위한 광반사성 입자를 포함할 수 있다. 광반사성 입자로는 이산화 티타늄(TiO2) 또는 산화 알루미늄(Al2O3)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
몰딩부(180)는 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)가 서로 분리되도록, 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)의 측면들을 둘러싸는 격벽 구조를 이룰 수 있다. 몰딩부(180)의 측벽은 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)의 상부로 돌출되어, 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)가 각각 채워지는 제1 내지 제3 광방출창(W1, W2, W3)을 이룰 수 있다. 제1 내지 제3 광방출창(W1, W2, W3)에는 각각 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)가 형성되므로, 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)에서 각각 방출된 빛은 서로 광간섭을 받지 않고 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)를 통해 방출될 수 있다.
제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)는 각각, 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장변환물질이 액상의 바인더 수지에 분산된 상태로, 몰딩부(180)의 제1 내지 제3 광방출창(W1, W2, W3)에 충전되어 경화된 것 일 수 있다. 실시예에 따라서는, 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B) 중 적어도 하나는 파장변환물질 없이 바인더 수지만 포함될 수도 있다. 일 실시예의 경우, 제1 및 제2 파장변환부(190R, 190G)에는 각각 청색광을 적색광 및 녹색광으로 파장변환할 수 있는 양자점(QD1, QD2)이 포함될 수 있으며, 제3 파장변환부(190B)는 별도의 양자점 없이 바인더 수지만 포함될 수 있다.
제1 및 제2 파장변환부(190R, 190G)는 각각 적색 양자점(QD1) 및 녹색 양자점(QD2)이 바인더 수지에 분산된 액상의 감광성 수지 조성물을 제1 및 제2 광방출창(W1, W2)에 충전한 후, 경화하여 형성할 수 있다. 제3 파장변환부(190B)는 양자점이 제외된 액상의 감광성 수지 조성물을 제2 광방출창(W3)에 충전한 후, 경화하여 형성할 수 있다. 바인더 수지는 아크릴계 폴리머를 포함하는 물질로 이루어 질 수 있다.
제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)의 상부에는 제1 내지 제3 파장변환부(190R, 190G, 190B)의 열화를 방지하는 보호층(400)이 배치될 수 있다.
제1 기판 구조물(100)의 하부에는 제2 기판 구조물(300)과 접합하기 위한 본딩층(200)이 배치될 수 있다. 본딩층(200)은 절연 본딩층(210) 및 도전 본딩층(220)을 포함할 수 있다.
절연 본딩층(210)은 제1 기판 구조물(100)과 제2 기판 구조물(300)을 접합시킬 수 있다. 절연 본딩층(210)은 제1 기판 구조물(100)의 몰딩부(180)와 동일한 조성의 물질로 이루어질 수 있다. 도전 본딩층(220)은 제1 기판 구조물(300)의 제1 및 제2 전극 패드(170N, 170P)를 제2 기판 구조물(300)의 전극들과 접합하기 위한 것으로, 제1 및 제2 전극 패드(170N, 170P)와 동일한 조성의 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 기판 구조물(100)과 제2 기판 구조물(300)은 본딩층(200)을 통해 서로 접합되어 일체로 될 수 있다.
제2 기판 구조물(300)은 제1 기판 구조물(100)의 발광소자 패키지(LK1)를 제어하기 위한 복수의 TFT 셀을 포함하는 구동 회로(driving circuit)를 포함할 수 있다. 복수의 TFT 셀은 복수의 픽셀(P)의 구동을 제어하기 위한 TFT 회로(TFT circuitry)를 구성할 수 있다. 복수의 TFT 셀은 본딩층(200)의 도전 본딩층(220)을 통해 각각 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)에 대응되도록 접속될 수 있다. 복수의 TFT 셀은 반도체 기판에 불순물을 주입하여 형성된 반도체층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 TFT 셀을 구성하는 반도체층은 폴리실리콘과 실리콘계 반도체, 인듐 갈륨 산화아연과 같은 반도체 산화물 또는 실리콘 저마늄과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 발광소자 패키지를 갖는 디스플레이 패널의 단면도이다. 도 5의 디스플레이 패널(2)은 앞서 설명한 실시예의 디스플레이 패널(1)과 비교할 때, 몰딩부가 제1 몰딩부(1161)와 제2 몰딩부(1180)는 포함하는 차이점이 있으며, 앞서 설명한 실시예의 반사층 및 반사층과 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 서로 절연하기 위한 절연층이 제거된 차이점이 있다.
일 실시예는 제1 몰딩부(1161)를, 반사율이 높은 폴리사이클로핵실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 백색 에폭시 몰딩 컴파운드(white epoxy molding compound, white EMC)로 형성하였으므로, 별도의 반사층이 없더라도, 제1 몰딩부(1161) 만으로도 충분한 광반사 효과를 기대할 수 있다. 다만, 이러한 물질은 230℃ 이하의 녹는점을 가지는 물질이므로, 350℃ 이상의 온도에서 이루어지는 본딩 공정에서 제1 몰딩부(1161)가 녹는 문제가 발생할 수 있다. 이 경우, 제1 몰딩부(1161)가 녹게되면 외형이 변형되어 몰딩으로서의 기능을 상실할 수 있다. 따라서, 제1 몰딩부(1161)의 하부에는, 본딩 공정에서 녹지 않는 정도의 녹는점을 가진 폴리이미드(polyimide, PI)와 같은 물질층을 제2 몰딩부(1180)로 추가하여, 제1 몰딩부(1161)가 본딩 공정에서 녹게되더라도, 외형을 유지하여 몰딩으로서의 기능을 유지하게 할 수 있다.
도 6은 앞서 설명한, 발광소자 패키지의 변형예로서, 제1 도전형 반도체층(2131), 활성층(2132) 및 제2 도전형 반도체층(2133)과 같은 에피텍셜층들이 적층된 반도체 적층체(2130)를 포함하고, 제1 도전형 반도체층(2131)에 하나의 제1 전극 패드(2170N)가 접속된 점은 동일하나, 하나의 반도체 발광부(LED23)에 포함된 반도체 적층체(2130)가 제1 도전형 반도체층(2131)을 공유하는 제1 및 제2 영역(LEDa, LEDb)을 가지도록 변형한 예이다. 이에 대응하여 제2 전극 패드(2170P)도 두 개의 제2 전극 패드(2170PA, 2170PB)로 분할된 것을 볼 수 있다. 따라서, 하나의 서브 픽셀(S14)에 독립적으로 구동 가능한 제1 및 제2 영역(LEDa, LEDb)을 갖는 반도체 발광부(LED23)가 배치될 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 영역(LEDa, LEDb)을 갖는 반도체 발광부(LED23)는, 후술하는 구동 회로를 이용하여, 제1 및 제2 영역(LEDa, LEDb)에 선택적으로 전원을 공급할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 영역(LEDa, LEDb) 중 어느 하나에 문제가 발생하여 정상적으로 동작하지 못할 경우, 그 외의 영역으로 자동적으로 전환됨으로써, 발광소자 패키지의 라이프 타임(life time)을 연장할 수 있는 효과가 있다. 또한, 구동 회로 중 제1 및 제2 영역(LEDa, LEDb) 중 어느 하나를 제어하는 부분에 문제가 발생하였을 때에, 그 이외의 영역을 제어하는 구동 회로로 자동적으로 전환됨으로써 발광소자 패키지의 라이프 타임을 연장할 수도 있다.
도 7은 도 6의 발광소자 패키지(LED23)의 구동 회로이다. 하나의 서브 픽셀을 이루는 두개의 영역(LEDa, LEDb)은 각각 별도의 구동 회로(DC1, DC2)에 의해 구동될 수 있다. 두개의 영역(LEDa, LEDb)은 각각 데이터 라인(data)을 통해 데이터 신호를 수용하며, 스캔 라인(scan)을 통해 온/오프 제어될 수 있다. 이러한 구동 회로는 집적 회로 및/또는 박막 트랜지스터 회로를 사용하여 구현될 수 있다.
이하에서는, 일 실시예에 의한 디스플레이 패널의 제조공정에 대해 설명한다. 도 8 내지 도 16은 도 4의 디스플레이 패널의 주요 제조공정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 8을 참조하면, 성장용 기판(110) 상에 버퍼층(120)을 형성하고, 버퍼층(120) 상에 반도체 적층체(130)를 형성할 수 있다. 성장용 기판(110)은 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN 등의 물질을 포함할 수 있다. 성장용 기판(110)은 후속공정에서 식각 선택성을 확보하기 위해 1019 이상의 농도로 붕소(boron)가 도핑될 수 있다. 반도체 적층체(130)는 유기 금속 화학 증착(Metal Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 수소화 기상 에피택시(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE), 분자선 에피택시(Molecular Beam Epitaxy, MBE) 등과 같은 공정을 이용하여, 성장용 기판(110) 상에 순차적으로 제1 도전형 반도체층(131), 활성층(132) 및 제2 도전형 반도체층(133)을 성장시킴으로써 형성될 수 있다. 제1 도전형 반도체층(131)과 제2 도전형 반도체층(133)은 각각 n형 반도체층 및 p형 반도체층일 수 있다. 반도체 적층체(130) 상에는 제2 도전형 반도체층(133)의 컨택(contact) 특성을 향상시키기 위한 ITO층(141)이 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 도전형 반도체층(131)의 적어도 일부가 노출되도록 반도체 적층체(130)의 일부영역(E)을 식각하여 메사영역(M)을 형성할 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 반도체 적층체(130)의 상부면을 덮도록 절연층(142)을 형성하고, 일부 영역을 제거하여 제1 도전형 반도체층(131) 및 제2 도전형 반도체층(133)이 각각 저면에 노출되는 컨택홀(H1, H2)을 형성하고, 컨택홀(H1, H2)에 제1 및 제2 전극(150N, 150P)을 형성할 수 있다.
도 12를 참조하면, 반도체 적층체(130)를 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)로 분리하는 트렌치(T)를 형성할 수 있다. 트렌치(T)는 반도체 적층체(130) 뿐만 아니라 성장용 기판(110)의 일부 영역을 소정의 깊이(D)로 식각할 수 있다. 이러한, 트렌치(T)에는 후속공정에서 몰딩부가 충전되어 파장변환부를 분리하는 격벽 구조가 형성될 수 있다.
도 13을 참조하면, 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 덮는 절연층(161) 및 절연층(161)을 덮는 반사층(162)을 형성할 수 있다.
도 14를 참조하면, 제1 및 제2 전극(150N, 150P)에 도금층을 형성하여 제1 및 제2 전극 패드(170N, 170P)를 형성하고, 제1 및 제2 전극 패드(170N, 170P)의 측면을 덮는 몰딩부(180)를 형성할 수 있다. 몰딩부(180)는 트렌치(T)를 채워 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 서로 격리할 수 있다. 몰딩부(180)는 플렉시블(flexible)한 특성을 갖도록 낮은 모듈러스(modulus)를 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 특히, 반도체 적층체(130) 보다 낮은 모듈러스를 가지며 높은 인장특성을 갖는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 몰딩부(180)는 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리사이클로핵실렌디메틸렌 테레프탈레이트(polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 중 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다.
도 15를 참조하면, 몰딩부(180)의 하부에 본딩층(200)을 개재하여 제2 기판 구조물(300)을 부착시킬 수 있다. 제2 기판 구조물(300)은 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)를 제어하기 위한 복수의 TFT 셀을 포함하는 구동 회로(driving circuit)를 포함할 수 있다. 복수의 TFT 셀은 반도체 기판에 불순물을 주입하여 형성된 반도체층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 TFT 셀을 구성하는 반도체층은 폴리실리콘과 실리콘계 반도체, 인듐 갈륨 산화아연과 같은 반도체 산화물 또는 실리콘 저마늄과 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 반도체 기판은 성장용 기판(110)을 분리하는 후속 공정에서 식각 선택성을 확보하기 위해, 성장용 기판(110)에 도핑된 농도보다 저 농도인 1016 이하의 농도로 붕소가 도핑될 수 있다.
도 16을 참조하면, 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED1, LED2, LED3)에서 성장용 기판(110)을 분리하여, 상부에서 보았을 때 격벽 구조에 의해 정의 홈부(H5R, H5G, H5B)를 형성할 수 있다. 계속하여, 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장변환물질을 액상의 바인더 수지에 분산된 상태로 홈부(H5R, H5G, H5B)에 충전하여 파장변환부(190R, 190G, 190B)를 형성하고, 상부에 보호층(400)을 부착하면 도 4의 디스플레이 패널(1)을 제조할 수 있다.
일 실시예에 의한 디스플레이 패널의 제조공정에 대해 설명한다. 도 17 내지 도 21는 도 5의 디스플레이 패널의 주요 제조공정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 17의 이전 공정은 앞서 설명한 실시예의 도 12까지의 공정과 동일하므로 생략한다.
도 17을 참조하면, 제1 및 제2 전극(1150N, 1150P)에 도금층을 형성하여 제1 및 제2 전극 패드(1170N, 1170P)를 형성할 수 있다.
도 18을 참조하면, 제1 및 제2 전극 패드(1170N, 1170P)의 측면을 덮는 제1 몰딩부(1161)를 형성할 수 있다. 제1 몰딩부(1161)는 트렌치(T)를 채워 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED11, LED12, LED13)를 서로 격리할 수 있다. 제1 몰딩부(1161)는 플렉시블(flexible)한 특성을 갖도록 낮은 모듈러스(modulus)를 갖는 물질로 이루어질 수 있으며, 특히, 반도체 적층체(1130) 보다 낮은 모듈러스를 가지며 높은 인장특성을 갖는 물질로 이루어 질 수 있다. 예를 들어, 제1 몰딩부(1161)는 PCT 및 white EMC 중 하나를 포함하는 물질로 이루어질 수 있다. PCT 및 white EMC는 앞서 설명한 실시예에서 몰딩부로 채용가능한 물질인 PI에 비하여, 반사도가 우수하므로, 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED11, LED12, LED13)에서 방출된 빛을 반사하기 위한 별도의 반사층을 형성하는 단계를 생략할 수 있다.
도 19를 참조하면, 제1 몰딩부(1161) 상에 PI를 포함하는 물질로 이루어진 제2 몰딩부(1180)를 형성할 수 있다. PCT 및 white EMC 중 하나를 포함하는 물질로 이루어진 제1 몰딩부(1161)는 녹는점이 230℃ 이하이므로, 350℃ 이상의 온도에서 본딩이 이루어지는 후속 공정에서 녹아 몰딩의 기능을 상실할 수 있다. 따라서, PCT 및 white EMC로 이루어진 제1 몰딩부(1161) 상에, PCT 및 white EMC에 비해 녹는점이 높은 PI로 이루어진 제2 몰딩부(1180)는 형성하면, 본딩 공정의 열에 의해 제1 몰딩부(1161)가 녹더라도 제2 몰딩부(1180)에 의해 외형이 유지될 수 있다.
도 20을 참조하면, 제2 몰딩부(1180)의 하부에 본딩층(1200)을 개재하여 제2 기판 구조물(1300)을 부착시킬 수 있다. 제2 기판 구조물(1300)은 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED11, LED12, LED13)를 제어하기 위한 복수의 TFT 셀을 포함하는 구동 회로(driving circuit)를 포함할 수 있다.
도 21을 참조하면, 제1 내지 제3 반도체 발광부(LED11, LED12, LED13)에서 성장용 기판(1110)을 분리하여, 상부에서 보았을 때 격벽 구조에 의해 정의 홈부(H6R, H6G, H6B)를 형성할 수 있다. 계속하여, 양자점(Quantum Dot, QD)과 같은 파장변환물질을 액상의 바인더 수지에 분산된 상태로 홈부(H6R, H6G, H6B)에 충전하여 파장변환부(1190R, 1190G, 1190B)를 형성하고, 상부에 보호층(1400)을 부착하면 도 5의 디스플레이 패널(2)을 제조할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 제1 기판 구조물
200: 본딩층
300: 제2 기판 구조물
400: 보호층

Claims (20)

  1. 제1 면 및 상기 제1 면과 대향하는 제2 면을 갖는 성장용 기판의 상기 제1 면에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 반도체 적층체를 형성하는 단계;
    상기 반도체 적층체를 관통하도록 상기 제1 면　방향에서　식각하여 상기 성장용 기판에 소정 깊이의 트렌치를 형성함으로써, 상기 반도체 적층체를 서로 분리된 복수의 반도체 발광부로 분리하는 단계;
    상기 복수의 반도체 발광부를 덮도록 유연성 있는 절연물질을 도포하여 상기 복수의 반도체 발광부를 서로 절연하며 상기 트렌치를 채우는 몰딩부를 형성하는 단계;
    상기 성장용 기판을 제거하여, 상기 몰딩부에 의해 서로 분리되며 상기 복수의 반도체 발광부에 각각 대응되는 복수의 홈부를 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 홈부에 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유연성 있는 절연물질은 상기 반도체 적층체 보다 낮은 모듈러스(modulus)를 갖는 물질인 발광소자 패키지 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유연성 있는 물질은　폴리이미드(polyimide, PI), 폴리사이클로핵실렌디메틸렌 테레프탈레이트(polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 중 적어도 하나를 포함하는 물질인 발광소자 패키지 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광부 및 복수의 파장변환부는 각각 대응하여 복수의 서브 픽셀을 이루며, 상기 복수의 서브 픽셀을 포함하는 하나의 픽셀은, 8000PPI(pixel per inch) 이상의 화소밀도를 갖는 발광소자 패키지 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 적층체를 형성하는 단계는,
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 ITO층과 절연층을 순차적으로 적층하는 단계를 더 포함하는 발광소자 패키지 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 몰딩부를 형성하는 단계는,
    상기 트렌치를 채우는 제1 몰딩부를 형성하는 단계; 및
    상기 제1 몰딩부를 덮는 제2 몰딩부를 형성하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 제2 몰딩부는 상기 제1 몰딩부 보다 높은 녹는 점을 갖는 물질로 이루어진 발광소자 패키지 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 몰딩부는 폴리사이클로핵실렌디메틸렌 테레프탈레이트 (polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어지며,
    상기 제2 몰딩부는 폴리이미드(polyimide, PI)를 포함하는 물질로 이루어진 발광소자 패키지 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 몰딩부를 형성하는 단계 전에,
    상기 반도체 적층체를 덮는 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층을 덮는 ITO층을 형성하는 단계; 및
    상기 ITO층을 덮는 반사층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 발광소자 패키지 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사층은 알루미늄(Al)을 포함하는 물질로 이루어진 발광소자 패키지 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 적층체를 서로 분리된 복수의 반도체 발광부로 분리하는 단계 전에, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 ITO층을 형성하는 단계; 및
    상기 ITO층 상에 절연층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 발광소자 패키지 제조방법.
  11. 성장용 기판 상에 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 적층하고 상기 성장용 기판이 노출되도록 식각하여 서로 분리된 복수의 반도체 발광부를 형성하는 단계;
    상기 복수의 반도체 발광부 및 상기 성장용 기판의 노출된 영역을 덮도록, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리사이클로핵실렌디메틸렌 테레프탈레이트(polycyclohexylenedimethylene terephthalate, PCT) 및 에폭시 몰딩 컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 이루어진 몰딩부를 형성하는 단계;
    상기 성장용 기판을 제거하여 상기 복수의 반도체 발광부 상에 각각 상기 몰딩부로 이루어진 격벽구조를 형성하는 단계; 및
    상기 격벽구조에 의해 정의된 홈부에 각각 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하는 발광소자 패키지 제조방법.
  12. 제1 기판 상에 각각 제1 도전형 반도체층, 활성층 및 제2 도전형 반도체층을 갖는 복수의 반도체 발광부와, 상기 복수의 반도체 발광부의 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층에 각각 접속되는 전극 패드들과, 상기 복수의 반도체 발광부를 덮으며 유연성 있는 재질로 이루어진 몰딩부를 갖는 제1 기판 구조물을 마련하는 단계;
    제2 기판 상에 상기 복수의 반도체 발광부에 각각 대응되도록 배치된 복수의 TFT셀을 포함하는 제2 기판 구조물을 마련하는 단계;
    상기 제1 기판 구조물의 상기 전극 패드들과 상기 제2 기판 구조물의 접속부들이 각각 대응되도록, 상기 제1 기판 구조물과 상기 제2 기판 구조물을 접합하는 단계;
    상기 제1 기판을 제거하여 상기 몰딩부에 의해 분리되며 상기 복수의 반도체 발광부에 각각 대응되는 복수의 홈부를 형성하는 단계; 및
    상기 복수의 홈부에 각각 복수의 파장변환부를 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 몰딩부는 상기 반도체 발광부보다 보다 낮은 모듈러스(modulus)를 갖는 물질로 이루어진 디스플레이 패널 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판은 반도체 기판으로 이루어지며,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 서로 상이한 식각 선택비를 갖는 디스플레이 패널 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 기판은 상기 제2 기판 보다 높은 농도로 붕소(boron)가 도핑되는 디스플레이 패널 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광부는 실질적으로 동일한 파장의 광을 방출하도록 구성된 디스플레이 패널 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광부는 실질적으로 서로 동일한 면적을 갖도록 형성되는 디스플레이 패널 제조방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광부 및 복수의 파장변환부는 각각 대응하여 복수의 서브 픽셀을 이루며, 상기 복수의 서브 픽셀을 포함하는 하나의 픽셀은, 8000PPI(pixel per inch) 이상의 밀도를 갖는 디스플레이 패널 제조방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광부는 각각 서로 분할된 복수의 제2 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 복수의 제2 도전형 반도체층은 상기 제1 도전형 반도체층을 공유하는 디스플레이 패널 제조방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 복수의 제2 도전형 반도체층은 각각의 전극 패드들에 의해 선택적으로 전원이 인가되는 디스플레이 패널 제조방법.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 몰딩부는,
    상기 복수의 반도체 발광부를 덮는 제1 몰딩부; 및
    상기 제1 몰딩부를 덮으며, 상기 제1 몰딩부 보다 높은 녹는점을 갖는 물질로 형성된 제2 몰딩부;를 포함하며,
    상기 제2 몰딩부의 녹는점은 상기 제1 기판 구조물과 상기 제2 기판 구조물을 접합하는 단계의 공정온도보다 높은 디스플레이 패널 제조방법.

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