KR20210071919A

KR20210071919A - 디스플레이 장치의 제조 방법 및 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR20210071919A
Application number: KR1020210074720A
Authority: KR
Inventors: 민재식; 이재엽; 박재석; 조병구
Original assignee: (주)라이타이저
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2021-06-16
Also published as: KR20210019199A; KR102626606B1

Abstract

본 발명은 디스플레이 장치의 제조 방법 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼에서 형성된 다수의 RGB 픽셀을 디스플레이 패널에 신속하고 효율적으로 전사할 수 있는 디스플레이 장치의 제조 방법과 이에 의해 제조된 디스플레이 장치에 관한 것이다. 실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은, RGB 픽셀이 형성된 웨이퍼를 다이싱하는 다이싱 단계, 다이싱된 RGB 픽셀을 제1 접착력을 갖는 제1 접착제를 이용해 캐리어 기판으로 전사하는 1차 전사 단계, 상기 캐리어 기판에 전사된 상기 RGB 픽셀을 제2 접착력을 갖는 제2 접착제를 이용하여 디스플레이 패널로 전사하는 2차 전사 단계를 포함하되, 상기 2차 전사 단계는 상기 제1 접착력과 상기 제2 접착력의 차이에 의하여 이루어지며, 상기 제1 접착력 및 제2 접착력은 광, 온도 또는 열에 의하여 제어되지 않는다.

Description

디스플레이 장치의 제조 방법 및 디스플레이 장치{METHOD FOR MANUFACTURING DISPLAY APPARATUS AND DISPLAY APPARATUS}

본 발명은 디스플레이 장치의 제조 방법 및 디스플레이 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼에서 형성된 다수의 RGB 픽셀을 디스플레이 패널에 신속하고 효율적으로 전사할 수 있는 디스플레이 장치의 제조 방법과 이에 의해 제조된 디스플레이 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류가 인가되면 광을 방출하는 발광 소자 중 하나이다. 발광 다이오드는 저 전압으로 고효율의 광을 방출할 수 있어 에너지 절감 효과가 뛰어나다. 최근, 발광 다이오드의 휘도 문제가 크게 개선되어, 액정표시장치의 백라이트 유닛(Backlight Unit), 전광판, 표시기, 가전 제품 등과 같은 각종 기기에 적용되고 있다.

마이크로 발광 다이오드(μ-LED)의 크기는 1 ~ 100μm 수준으로 매우 작고, 40 인치(inch)의 디스플레이 장치를 구현하기 위해서는 대략 2,500만개 이상의 픽셀이 요구된다. 따라서, 40 인치의 디스플레이 장치를 하나 만드는데 단순한 픽앤플레이스(Pick & Place) 방법으로는 시간적으로 최소 한달이 소요되는 문제가 있다. 기존의 마이크로 발광 다이오드(μ-LED)는 사파이어 기판 상에 다수개로 제작된 후, 기계적 전사(Transfer) 방법인, 픽 앤 플레이스(pick & place)에 의해, 마이크로 발광 다이오드가 하나씩 유리 혹은 유연성 기판 등에 전사된다. 마이크로 발광 다이오드를 하나씩 하나씩 픽업(pick-up)하여 전사하므로, 1:1 픽 앤 플레이스 전사 방법이라고 지칭한다. 그런데, 사파이어 기판 상에 제작된 마이크로 발광 다이오드 칩의 크기는 작고 두께가 얇기 때문에, 마이크로 발광 다이오드 칩을 하나씩 하나씩 전사하는 픽 앤 플레이스 전사 공정 중에 상기 칩이 파손되거나, 전사가 실패하거나, 칩의 얼라인먼트(Alignment)가 실패되거나, 또는 칩의 틸트(Tilt)가 발생되는 등의 문제가 발생되고 있다. 또한, 전사 과정에 필요한 시간이 너무 오래 걸리는 문제가 있다.

본 발명은, 다수의 RGB 픽셀을 신속하게 디스플레이 패널로 전사할 수 있는 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공한다.

또한, 마이크로 LED 기반의 디스플레이 장치를 신속하게 제조할 수 있고, 전사 오류를 최소화할 수 있는 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공한다.

또한, 대면적의 디스플레이 장치를 신속하게 제조할 수 있는 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공한다.

또한, 디스플레이 장치의 제조 방법에 의해 제조된 디스플레이 장치를 제공한다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은, RGB 픽셀이 형성된 웨이퍼를 다이싱하는 단계; 다이싱된 RGB 픽셀을 제1 접착력을 갖는 제1 접착제를 이용해 캐리어 기판으로 전사하는 1차 전사 단계; 상기 캐리어 기판에 전사된 상기 RGB 픽셀을 제2 접착력을 갖는 제2 접착제를 이용하여 디스플레이 패널로 전사하는 2차 전사 단계;를 포함하되, 상기 2차 전사 단계는 상기 제1 접착력과 상기 제2 접착력의 차이에 의하여 이루어지며, 상기 제1 접착력 및 제2 접착력은 광, 온도 또는 열에 의하여 제어되지 않는다.

실시 형태에 따른 디스플레이 장치는 앞서 상술한 디스플레이 장치의 제조 방법에 의해서 제조된 것일 수 있다.

실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 사용하면, 웨이퍼 상에서 하나의 칩 형태로 되어 있는 다수의 RGB 픽셀을 신속하고 효율적으로 디스플레이 패널로 전사할 수 있는 이점이 있다.

또한, 실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은 마이크로급의 발광 소자를 하나하나 제어하지 않고, 다수의 발광 소자를 한꺼번에 디스플레이 패널로 신속히 전사할 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치의 제조 비용과 시간을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.

또한, 실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은 정전기적 인력 등의 물리적 힘 혹은 접착력을 제어하는 방법이 아니라 전사 매체들 간의 접착력의 큰 차이를 이용하기 때문에 전사 성공률을 극대화 시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 발광 소자의 발광영역의 크기가 100um 이하 일 경우, 다이싱 등에 의한 에피 손상으로 광효율이 급격히 떨어진다. 반면에 본 발명은 발광 다이오드 칩 단위가 아닌 픽셀 CSP 단위로 전사하기 때문에 광효율이 저하되지 않는 이점이 있다. 좀 더 구체적으로, 다이싱 공정을 진행할 경우, 레이저에 의해 손상이 생길 수 있다. 발광 다이오드의 발광영역(Epi)의 크기에 따라 발광영역에서 손상된 부분이 차지하는 퍼센트(%)가 다르다. 즉, 면적대비 표면둘레의 길이의 비율이 발광영역의 크기가 감소함에 따라 증가한다. 예를 들어, 발광영역의 사이즈가 300x300um 경우, 면적대비 표면비율이 1이라면, 50x50um의 경우 6정도로 6배 크다. 따라서 표면의 결함등의 영향이 최소 6배이상 클 수 있다. 그로 인해 발광효율이 급격하게 떨어진다. 반면, 본 발명은 칩 단위의 다이싱이 아니라 픽셀 단위로 EPI 영역과는 상관없이 외부에서의 다이싱이다. 그래서 픽셀 단위에서 광효율 감소는 거의 없는 장점이 있다.

또한, 대면적의 디스플레이 장치를 제조할 경우 상기 전사방법을 위치를 변경하며 반복적으로 실행하여 신속하게 제조할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2의 (a) 내지 (b)는 도 1에 도시된 110 단계의 하나의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 7은 도 1에 도시된 110 단계와 130 단계의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 패드가 확장되지 않은 종래의 일반적인 패드(17r, 17r')를 갖는 픽셀 CSP과 확장된 패드(17R, 17R')를 갖는 픽셀 CSP을 비교하기 위한 일 측 단면도들이다.
도 9는 종래의 일반적인 패드를 갖는 픽셀 CSP 어레이가 웨이퍼(10')에 형성된 것을 도시한 정면도이다.
도 10은 확장된 패드를 갖는 픽셀 CSP 어레이가 웨이퍼(10')에 형성된 것을 도시한 정면도이다.
도 11은 도 1에 도시된 픽셀 CSP 어레이를 캐리어 기판으로 전사하는 단계(150)를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 16은 도 1에 도시된 캐리어 기판에 전사된 픽셀 CSP 어레이를 디스플레이 패널로 전사하는 단계(170)를 상세하게 설명하기 위한 도면들이다.
도 17은 디스플레이 패널의 전극패드의 영역 이동 전후를 비교하여 나타낸 도면이다.
도 18은 캐리어 기판에 전사된 확장된 패드를 갖는 픽셀 CSP 어레이를 디스플레이 패널로 전사하는 단계를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 본 발명의 실시 형태에 따른 디스플레이 제조 방법을 이용하여 대면적의 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.

실시 형태의 설명에 있어서, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되거나 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 배치되어 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법은, 웨이퍼 상에 다수의 RGB 픽셀을 형성하는 단계(110), 각 RGB 픽셀 별로 웨이퍼를 다이싱하는 단계(130), 픽셀 CSP 어레이를 캐리어 기판으로 전사하는 단계(150) 및 캐리어 기판에 전사된 픽셀 CSP 어레이를 디스플레이 패널로 전사하는 단계(170)를 포함한다. 110 단계, 130 단계, 150 단계 및 170 단계를 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2의 (a) 내지 (b)는 도 1에 도시된 110 단계의 하나의 실시 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 하나의 웨이퍼(10) 상에 같은 파장 대역의 광을 방출하는 복수의 발광 소자(11)를 형성한다. 여기서, 발광 소자(11)는 청색의 광을 방출하는 발광 칩일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 발광 소자(11)는 적색의 광을 방출하는 발광 칩일 수도 있고, 녹색의 광을 방출하는 발광 칩일 수도 있으며, 백색의 광을 방출하는 발광 칩일 수도 있고, 자외선의 광을 방출하는 발광 칩일 수도 있다.

복수의 발광 소자(11)는 웨이퍼(10) 상에서 복수의 행과 열을 따라 배열될 수 있다. 여기서, 복수의 발광 소자(11)는 적어도 3개가 하나의 그룹을 구성할 수 있다. 하나의 그룹의 크기(가로*세로)는 하나의 픽셀의 크기(가로*세로)에 대응될 수 있다.

다음으로, 도 2의 (b)를 참조하면, 도 2의 (a)에서 형성된 하나의 웨이퍼(10) 상의 복수의 발광 소자(11) 중 일부 발광 소자들 상에 색 변환층(15R, 15G)을 형성한다. 예를 들어, 복수의 발광 소자(11)를 구성하는 복수의 그룹 각각에서 가장 왼쪽에 위치한 발광 소자에 제1 색 변환층(15R)을 형성하고, 상기 복수의 그룹 각각에서 중간에 위치한 발광 소자에 제2 색 변환층(15G)을 형성할 수 있다. 여기서, 제1 색 변환층(15R)은 청색광에 응답하여 적색광을 방출하는 적색 변환층일 수 있고, 제2 색 변환층(15G)은 청색광에 응답하여 녹색광을 방출하는 녹색 변환층일 수 있다.

일부 발광 소자 상에 색 변환층(15R, 15G)을 형성함으로써, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 하나의 웨이퍼(10) 상에 다수의 RGB 픽셀(100)이 형성될 수 있다. 하나의 웨이퍼(10) 상에 형성된 다수의 RGB 픽셀(100) 각각은, 다양한 색을 방출할 수 있는 장점과 더불어 복수의 발광 소자(11)가 같은 재질로 한꺼번에 에피 성장되어 형성되기 때문에, 각 RGB 픽셀(100)의 수명이 거의 일정하고, 구동 전류가 거의 같기 때문에 제어 방식도 동일한 장점이 있다.

한편, 하나의 웨이퍼(10) 상에 다수의 RGB 픽셀(100)을 형성한 후, 각 RGB 픽셀(100) 별로 웨이퍼(10)를 다이싱하여 각 RGB 픽셀(100) 별로 분리할 수 있다.

도 3 내지 도 7은 도 1에 도시된 110 단계와 130 단계의 일 실시 예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 3을 참조하면, 웨이퍼(10')의 일 면 상에 소정의 광을 방출하는 에피(11')를 성장시킨다. 여기서, 웨이퍼(10')는 사파이어(Al2O3) 기판일 수 있다. 성장된 에피(11') 상에 패드(17)를 형성하고, 에피(11')와 패드(17)를 패시베이션(Passivation)하는 보호층(13)을 형성한다. 보호층(13)을 형성할 때, 패드(17)가 보호층(13)의 외부에 노출되도록 형성하는 것이 바람직하다.

도 3에서 복수의 에피(11'), 예를 들어 3개의 에피(11')를 포함하는 하나의 그룹과 이웃하는 다른 그룹 간의 피치(pitch)는, 후술할 디스플레이 패널에 전사될 이웃하는 픽셀 CSP들 사이의 피치(pitch)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 이웃하는 그룹 간의 피치(pitch)는, 후술할 디스플레이 패널에 전사될 이웃하는 픽셀 CSP들 사이의 피치(pitch)와 동일할 수 있다.

도 3에서, 패드(17)는 종래의 일반적인 패드와 달리 확장된 형태로 제조될 수 있다. 다시 말해, 웨이퍼(10')에 패드(PAD)를 형성하는 공정 시에, 종래의 일반적인 패드의 크기보다 더 큰 크기의 확장된 형태의 패드를 형성할 수 있다.

도 4를 참조하면, 웨이퍼(10')의 다른 일 면 상에 블로킹 댐(Blocking Dam, 20)을 형성하되, 에피(11') 상에 블로킹 댐(20)이 형성되지 않도록 한다. 따라서, 블로킹 댐(20)에는 색 변환층이 형성될 수 있는 개구부(20h)가 형성될 수 있다. 개구부(20h)의 개수는 에피(11)의 개수에 대응될 수 있다. 여기서, 웨이퍼(10')의 일 부분들을 트렌치하여 웨이퍼(10')에 블로킹 댐(20)이 배치될 공간을 형성하고, 그 위에 블로킹 댐(20)을 형성할 수도 있다.

도 5를 참조하면, 블로킹 댐(20)에 형성된 다수의 개구부(20h) 중 적어도 일부에 색 변환층(15R', 15G')을 형성한다. 색 변환층(15R', 15G')은 적색 변환층(15R')과 녹색 변환층(15G')을 포함할 수 있다. 에피(11')에서 방출되는 광은 청색 파장 대역의 광을 방출할 경우, 적색 변환층(15R')은 에피(11')에서 방출되는 청색 파장 대역의 광에 반응하여 적색 파장 대역의 광을 방출할 수 있다. 녹색 변환층(15G')은 에피(11')에서 방출되는 청색 파장 대역의 광에 반응하여 녹색 파장 대역의 광을 방출할 수 있다.

블로킹 댐(20)에 형성된 다수의 개구부(20h) 중 일부 개구부에는 색 변환층이 형성되지 않을 수 있다. 이는 에피(11')에서 방출되는 광을 그대로 이용하기 위함이다. 물론, 에피(11')에서 방출되는 광의 파장 대역이 원하는 파장 대역의 광이 아닌 경우에는, 상기 일부 개구부에도 소정의 색 변환층을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 에피(11')가 자외선 광을 방출하는 경우, 적색 변환층, 녹색 변환층 및 청색 변환층이 모든 개구부에 배치될 수 있다.

도 6을 참조하면, 블로킹 댐(20) 상에 인캡슐레이션 층(19)를 형성한다. 인캡슐레이션 층(19)은 봉지되는 색 변환층(15R', 15G')을 외부로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 여기서, 다수의 개구부(20h) 중 색 변환층이 형성되지 않은 일부 개구부에 인캡슐레이션 층(19)이 형성될 수 있다.

도 7을 참조하면, 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(10')에 에피(11'), 색 변환층(15R', 15G') 및 인캡슐레이션 층(19)이 형성된 것을 각 RGB 픽셀(100') 별로 다이싱하여 다수의 RGB 픽셀(100')을 형성한다. 여기서, 각 RGB 픽셀(100') 별로 다이싱하는 공정은 여러 방식이 있겠지만, 예시적으로 레이저를 이용하여 다이싱을 수행할 수 있다.

이하의 도면에서 하나의 RGB 픽셀(100')은 도 7에서 형성된 RGB 픽셀(100')로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 도 2에서 다이싱된 하나의 RGB 픽셀(100)일 수도 있다.

하나의 RGB 픽셀(100')은 와이어가 불필요한 플립 칩 구조를 가질 수 있다. 하나의 RGB 픽셀(100')은 외부 제어신호에 따라 다양한 색상의 광을 방출할 수도 있다.

하나의 RGB 픽셀(100')은 CSP(Chip Scale Package)일 수 있다. CSP(Chip Scale Package)는 칩 크기에 가까운 소형 패키지를 총칭하는 것으로서, 칩 외형을 보호하는 리드프레임과 전기적 연결을 위한 와이어가 존재하지 않는 베어 칩에 가까운 크기의 패키지이다.

하나의 RGB 픽셀(100')은 하나의 픽셀 CSP에 포함될 수 있다. 하나의 픽셀 CSP는 후술할 디스플레이 패널에서 다양한 색상을 방출하는 하나의 픽셀로 기능할 수 있다. 하나의 RGB 픽셀(100')을 복수로 행과 열 방향으로 캐리어 기판에 나열됨으로써 픽셀 CSP 어레이가 형성될 수 있고, 캐리어 기판에 배열된 픽셀 CSP 어레이가 후술할 디스플레이 패널로 그대로 전사될 수 있다.

하나의 RGB 픽셀(100')에 있어서, 다수의 패드(17)는 하나의 RGB 픽셀(100')에 포함된 발광부의 개수에 따라 달라질 수 있는데, 예를 들어, 하나의 RGB 픽셀(100')에 포함된 발광부의 개수가 3개이면, 각 발광부 당 2개의 패드가 요구되므로, 총 6개의 패드가 형성될 수 있거나 (+)전극이 공통전극일 경우 총 4개의 패드가 형성될 수 있다.

도 8은 패드가 확장되지 않은 종래의 일반적인 패드(17r, 17r')를 갖는 픽셀 CSP과 확장된 패드(17R, 17R')를 갖는 픽셀 CSP을 비교하기 위한 일 측 단면도들이고, 도 9는 종래의 일반적인 패드를 갖는 픽셀 CSP 어레이가 웨이퍼(10')에 형성된 것을 도시한 정면도이고, 도 10은 확장된 패드를 갖는 픽셀 CSP 어레이가 웨이퍼(10')에 형성된 것을 도시한 정면도이다.

도 8의 (a)와 (b) 및 도 9와 도 10을 비교하면, 웨이퍼 제조 공정에서 확장된 패드(17R, 17R')는 하나의 픽셀 CSP(100') 영역 내에서 사용되지 않은 기존의 잉여 영역을 활용하여 RGB 픽셀을 염두해 두고 확장된 형태로 설계되어 기존 칩의 패드(17r, 17r') 비하여 확대되어 그 단면적이 넓혀진 형태를 가질 수 있다. 특히, 마이크로 단위의 LED 칩의 경우 그 픽셀단위가 30㎛ * 30㎛ 내지 100㎛ * 100㎛이므로(도 12와 도 13에서는 50㎛ * 50㎛) 패드의 폭이나 길이 또한 매우 미세하고, 이들을 디스플레이 패널의 기판으로 표면실장 공정 시 전기적 open 등이 발생하여 불량률이 매우 높다. 반면에, 디스플레이 패널 위에 패드 확장이 가능한 픽셀 CSP 단위로 표면실장 공정을 진행함으로써, 수십 um영역의 마이크로 LED 전기적 연결 공정을 수백 um영역의 픽셀 CSP 전기적 연결 공정으로 스케일 업(Scale up)함으로써 전기적 open 등의 불량을 최소화 할 수 있다. 또한, 디스플레이 장치에 표면실장 공정 시 픽셀 CSP 패드와 디스플레이 패널의 패드 간의 정렬(Alignment) 마진 확보를 높여 전기적 불량을 최소화하고, 대면적의 디스플레이 장치를 신속하게 제조하는 것이 가능하다.

도 11은 도 1에 도시된 픽셀 CSP 어레이를 캐리어 기판으로 전사하는 단계(150)를 상세하게 설명하기 위한 도면이다. 픽셀 CSP 어레이를 캐리어 기판으로 전사하는 단계(150)를 '1차 전사'로 명명할 수도 있다.

도 11을 참조하면, 다수의 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)의 상면에 캐리어 기판(900)을 부착한다. 구체적으로, 캐리어 기판(900)을 다수의 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)의 각 캡슐레이션 층(19)의 상면에 부착할 수 있다. 여기서, 캐리어 기판(900)은 '전사 접착 부재'로도 명명될 수 있다. 캐리어 기판(900)은 전사 접착 부재로도 불릴 수 있으며, PET, PP, PE, PS 수지 판 등과 이러한 재료들에 접착제나 점착제가 도포되어 있거나 또는 이러한 재료들이 테이프의 형태로 얇은 두께를 가지면서 그 한 면에 접착제나 점착제가 도포될 수 있다.

캐리어 기판(900)은 소정의 연성을 가질 수 있다. 소정의 연성을 갖는 캐리어 기판(900)은 외력에 의해 쉽게 구부러질 수 있는 재질로 구성될 수 있다. 캐리어 기판(900)이 쉽게 구부러질 수 있는 재질이면, 캐리어 기판(900)이 쉽게 구부러지지 않는 재질일 경우와 대비하여 전사 효율을 더 향상시킬 수 있다. 캐리어 기판(900)이 쉽게 구부러지지 않는 재질일 경우에 이러한 캐리어 기판에 다수의 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)를 부착시킨 후, 캐리어 기판을 한번에 들어올리는 것이 어렵다. 그 이유는 다수의 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)과 캐리어 기판(900) 사이의 접착력이 상당하기 때문이다. 하지만, 캐리어 기판(900)이 쉽게 구부러지는 재질이면, 캐리어 기판(900)에 다수의 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)을 부착시킨 후, 캐리어 기판(900)의 일 측 부분만을 위로 올리면 그 부분에만 부착되어 있는 픽셀 CSP의 개수가 상대적으로 적기 때문에 적은 힘으로도 캐리어 기판(900) 전체를 쉽게 들어올릴 수 있다.

또한, 캐리어 기판(900)은 투명한 재질일 수 있다. 캐리어 기판(900)이 투명한 재질이면, 캐리어 기판(900)에 다수의 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)을 전사할 때, 위치 조정과 틀어짐 등을 외부에 구비된 비전 시스템(미도시)을 통해 조정 또는 제어할 수 있는 이점이 있다.

한편, 캐리어 기판(900)은 본 발명의 실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, 제1 전사 매체로 명명될 수 있다. 제1 전사 매체와 픽셀 CSP 어레이 간에는 제1 접착력이 형성된다. 구체적으로, 제1 접착력은 2,000 gf/25mm ~ 4,000 gf/25mm 일 수 있다. 더욱 바람직하게는 제1 접착력은 3,000 gf/25mm 일 수 있다.

도 12 내지 도 16은 도 1에 도시된 캐리어 기판에 전사된 픽셀 CSP 어레이를 디스플레이 패널로 전사하는 단계(170)를 상세하게 설명하기 위한 도면들이다.

도 12는 디스플레이 패널(1100)의 구조를 설명하기 위한 도면으로서, 도 12의 (a)는 디스플레이 패널(1100)의 일 부분을 확대한 평면도이고, 도 12의 (b)는 도 12의 (a)의 일 측면도이다.

도 12를 참조하면, 디스플레이 패널(1100)은 도 11에 도시된 다수의 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)의 각 패드(17)와 전기적으로 연결되는 패드(1150)를 다수로 포함한다.

다수의 패드(1150)는 디스플레이 패널(1100)의 상면에 배열될 수 있다. 다수의 패드(1150)는 복수의 패드 그룹 별로 행과 열 방향을 따라 배열된다. 각 패드 그룹은 하나의 픽셀 CSP와 전기적으로 연결되는 다수개의 패드들을 포함한다. 여기서, 다수개의 패드들의 개수는 6개일 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 하나의 픽셀 CSP에 형성된 패드의 개수에 따라 다수개의 패드들의 개수가 달라질 수 있다. 여기서, 복수의 패드 그룹 간 피치(pitch)는 도 3에 도시된 다수의 에피(11')를 포함하는 하나의 그룹과 이웃하는 다른 그룹 간 피치(pitch)와 대응될 수 있다.

다음으로, 도 13을 참조하면, 디스플레이 패널(1100)의 다수의 패드(1150) 상에 솔더 페이스트(Solder Paste, 1200)를 도포한다. 솔더 페이스트(1200)는 디스플레이 패널(1100)의 다수의 패드(1150) 상에 스크린 프린팅, 디스펜싱, 젯팅 등의 여러 방법을 통해 도포될 수 있다.

다음으로, 도 14를 참조하면, 도 11에서 제조된 캐리어 기판(900)과 캐리어 기판(900)에 부착된 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)을 디스플레이 패널(1100) 상으로 옮기고, 각 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)의 패드(17)를 디스플레이 패널(1100)의 패드(1150) 상에 도포된 솔더 페이스트(1200)에 접촉시킨다.

솔더 페이스트(1200)를 통해 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)의 패드(17)와 디스플레이 패널(1100)의 패드(1150)가 접촉된 후, 예를 들어, 자기 정렬 페이스트(Self Align Paste, SAP) 솔더링 방법을 사용하여 소정의 열을 가하면, 솔더 페이스트(1200) 내부에 포함된 솔더 파티클(Solder particle)이 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)의 패드(17)와 디스플레이 패널(1100)의 패드(1150) 사이로 자기조립(self-assembly)될 수 있다. 한편, 솔더 페이스트(1200) 내부에 포함된 열경화성 수지는 열에 의해 경화될 수 있다.

다음으로, 도 15를 참조하면, 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)의 패드(17)와 디스플레이 패널(1100)의 패드(1150)가 솔더링되면, 캐리어 기판(900)을 다수의 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)의 각 인캡슐레이션 층(19P1, 19P2, 19P3)으로부터 떼어낸다. 여기서, 픽셀 CSP(100'P1, 100'P2, 100'P3)의 패드(17)와 디스플레이 패널(1100)의 패드(1150) 사이의 솔더링 접착력이 캐리어 기판(900)과 각 인캡슐레이션 층(19P1, 19P2, 19P3) 사이의 접착력보다 훨씬 크기 때문에, 캐리어 기판(900) 만을 쉽게 분리시킬 수 있다.

도 16은 도 15에 도시된 각 픽셀 CSP을 인캡슐레이션한 인캡슐레이션 층(19P1, 19P2, 19P3)이 디스플레이 패널(1100)에 다수의 행과 열 방향을 따라 전사된 것을 보여주는 평면도이다.

한편, 솔더 페이스트(1200)는 본 발명의 실시 형태에 따른 디스플레이 장치의 제조 방법에 있어서, 제2 전사 매체로 명명될 수 있다. 제2 전사 매체와 픽셀 CSP의 패드 간 솔더링 접착력인 제2 접착력은 상기 제1 접착력보다 크다. 따라서, 앞서 상술한 2차 전사 단계는, 제1 전사 매체에 전사된 픽셀 CSP 어레이를 디스플레이 패널에 도포된 상기 제1 접착력 보다 큰 제2 접착력을 갖는 제2 전사 매체로 전사하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 제2 접착력은 제1 접착력보다 수천배 더 클 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제1 접착력은 2,000 gf/25mm ~ 4,000 gf/25mm 이고, 제2 접착력은 800,000 gf/25mm ~ 1,200,000 gf/25mm 일 수 있다. 더욱 바람직하게는 제1 접착력은 3,000 gf/25mm이고, 제2 접착력은 1,000,000 gf/25mm 일 수 있다.

제2 접착력은 제1 접착력 보다 수백에서 수천배의 큰 상당한 접착력을 갖도록 하여 모든 픽셀 CSP에 대한 동시 전사가 완전하게 이루어질 수 있도록 구현하는 것이 본 발명이 이루고자 하는 과제이며, 이는 정전기적 인력 등의 물리적 힘 혹은 접착력을 제어하여 전사하는 개념이 아닌 접착력 자체의 결합력을 그대로 이용하여 전사 성공율을 극대화할 수 있다는 장점을 갖는다. 여기서, 접착력을 제어한다는 의미는 노광, 온도, 열 등 어떤 특정 조건을 조절하여 접착력을 제어하는 것이고, 본 발명의 실시 형태에서는 접착력을 제어하는 것이 아니라, 전사 매체들 간의 접착력의 차이를 이용하는 것이다.

한편, 디스플레이 패널의 패드의 영역을 이동시켜 디스플레이 혹은 장치를 구성할 때 기존의 칩 단위의 표면실장 공정에서 발생되는 전기적 연결 문제(오픈, 소트 불량)를 해결할 수 있다. 구체적으로, 확장된 패드를 갖는 픽셀 CSP와 영역 이동된 패드(타겟 기판)를 동시에 도입하여, 수십 ㎛영역의 마이크로 LED의 전기적 연결 공정을 수백 ㎛영역의 픽셀 CSP 전기적 연결 공정으로 스케일 업(Scale up)할 수 있다. 이러한 스케일 업을 통하여 디스플레이 장치를 구성하는 전사 공정에서 전극간 Open/Short 불량을 방지하고, Alignment 마진 확보를 높여 대면적 디스플레이 장치를 신속하게 제조할 수 있다. 이하, 도 17 내지 도 18을 참조하여 상세히 설명한다.

도 17은 디스플레이 패널의 전극패드의 영역 이동 전후를 비교하여 나타낸 도면이다.

도 17은 디스플레이 패널의 패드 어레이를 나타낸 것이고, 이는 도 7에 도시된 하나의 픽셀 CSP(100'P1)의 다수의 패드들에 대응되는 배치를 가질 수 있다.

도 17의 (A1), (B1), (C1)은 종래의 디스플레이 패널 상의 패드의 배치 구조도이고, (A2), (B2), (C2)는 본 발명의 실시 형태에 따른 디스플레이 패널 상의 패드 배치 예이다.

마이크로 LED의 경우 그 사이즈가 매우 작기 때문에, 이에 대응되는 디스플레이 패널의 패드 간의 간격(d1)도 매우 협소하다. 본 발명의 실시 형태에서는 디스플레이 패널의 패드 간의 간격(d2)을 넓힘으로써, 패드 간의 솔더 페이스트에 의한 쇼트를 사전에 방지할 수 있도록 한다.

패드 간의 간격은, d1 < d2의 관계가 성립되며, d2는 패드(720, 720')의 각각의 위치로부터 좌우로 각각 영역 이동을 시킴으로써 구현이 가능하다.

디스플레이 패널의 패드(720, 720')의 간격을 넓히는 선제 조건은 다음과 같다.

본 발명의 실시 형태는 도 7에 도시된 다수의 픽셀 CSP(100')를 디스플레이 패널(700)에 동시에 빠른 속도로 전사할 수 있는 방안으로서 제1 전사 및 제2 전사를 제안한다. 여기서, 제2 전사는 캐리어 기판(900)과 솔더 페이스트(740) 간의 접착력의 차이를 이용한 전사 방법을 채택한다.

따라서, 제2 전사를 구현하기 위해 디스플레이 패널(700)의 패드(720) 상에는 솔더 페이스트(740)가 도포되어야 하고, 이때 솔더 페이스트(740) 도포에 앞서 디스플레이 패널(700) 기판 상에 화이트 잉크(White ink)의 도포가 선행된다.

종래와 같이 디스플레이 패널의 패드(72, 72') 사이 간격이 매우 좁으면(100㎛ 이하), 패드(72, 72') 사이에 화이트 잉크(white ink, 73)를 채울 수 없게 되고, 화이트 잉크(73)가 채워지지 않은 패드(72, 72') 사이에는 단차가 형성되어 솔더 페이스트(74)가 갇힘으로써 잔여 솔더 페이스트로 인해 쇼트가 발생할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시 형태는 위와 같은 문제를 해결하기 위해 디스플레이 패널(700)의 패드(720, 720')를 좌우로 영역이동을 통해 패드(720, 720') 간의 간격(d2)을 넓힘으로써 화이트 잉크(730)에 의해 화이트 잉크 댐(White ink dam) 형성이 가능하게 된다. 즉, 패드(720, 720') 간의 간격이 넓어져 화이트 잉크가 패드 사이에 채워질 수 있다.

이러한 화이트 잉크 댐의 형성으로 패드(720, 720') 사이의 단차가 제거될 수 있고, 잔여 솔더 페이스트가 생기지 않음으로 인해 전극간 쇼트 발생 원인이 제거될 수 있다.

그 다음으로, 위에서 설명한 바와 같이 디스플레이 패널의 패드(720, 720')의 간격을 넓히는 선제 조건에 의해 전극 간격을 넓혔다면, 전극 간격을 넓힐 수 있는 가능 조건은 다음과 같다.

디스플레이 패널(700)의 패드(720, 720')의 간격을 넓힐 수 있는 가능 조건은 상술한 도 7 및 도 8에서와 같이 픽셀 CSP(400)의 패드(17R, 17R', 17G, 17B)가 확장된 것에 의해 가능하다.

도 18은 캐리어 기판에 전사된 확장된 패드를 갖는 픽셀 CSP 어레이를 디스플레이 패널로 전사하는 단계를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.

도 18의 (A)를 참조하면, 디스플레이 패널(700)의 다수의 패드(720) 상에 솔더 페이스트(Solder Paste, 740)를 도포한다. 솔더 페이스트(740)는 디스플레이 패널(700)의 다수의 패드(720) 상에 스크린 프린팅, 디스펜싱, 젯팅 등의 여러 방법을 통해 도포될 수 있다.

다음으로, 도 18의 (B)를 참조하면, 캐리어 기판(900)과 캐리어 기판(900)에 부착되고 내부에 RGB 픽셀을 구비한 인캡슐레이션 층(19)을 디스플레이 패널(700) 상으로 옮기고, 각 픽셀 CSP의 패드(17R, 17R')를 디스플레이 패널(700)의 패드(720, 720') 상에 도포된 솔더 페이스트(740, 740')에 접촉시킨다.

솔더 페이스트(740, 740')를 통해 각 픽셀 CSP의 패드(17R, 17R')와 디스플레이 패널(700)의 패드(720, 720')가 접촉된 후, 예를 들어, 자기 정렬 페이스트(Self Align Paste, SAP) 솔더링 방법을 사용하여 소정의 열을 가하면, 솔더 페이스트(740, 740') 내부에 포함된 솔더 파티클(Solder particle)이 픽셀 CSP의 패드(17R, 17R')와 디스플레이 패널(700)의 패드(720, 720') 사이로 자기조립(self-assembly)될 수 있다.

한편, 솔더 페이스트(740, 740') 내부에 포함된 열경화성 수지는 열에 의해 경화될 수 있다.

다음으로, 도 18의 (C)를 참조하면, 픽셀 CSP의 패드(17R, 17R')와 디스플레이 패널(700)의 패드(720, 720')가 솔더링되면, 캐리어 기판(900)를 인캡슐레이션 층(19)으로부터 떼어낸다.

여기서, 픽셀 CSP의 패드(17R, 17R')와 디스플레이 패널(700)의 패드(720, 720') 사이의 솔더링 접착력이 캐리어 기판(900)과 인캡슐레이션 층(19) 사이의 접착력보다 훨씬 크기 때문에, 캐리어 기판(900) 만을 쉽게 분리시킬 수 있다.

도 18을 참조하면, 픽셀 CSP의 제1 및 제2 패드(17R, 17R')에 의해 디스플레이 패널(700)의 패드(720, 720') 간의 간격을 넓게 조절하는 것이 가능하고, 즉 패드(720, 720')의 영역 이동이 가능하다.

즉, 종래의 패드보다 확장된 패드(17R, 17R')에 의해 전사 공정시 픽셀 CSP와 디스플레이 패널(700) 간의 전극 간 접촉 마진율을 향상시키는 것이 가능하고, 디스플레이 패널(700)의 패드(720, 720')의 양쪽 벌림과 같은 영역 이동이 가능하여 전극간의 쇼트 발생률을 차단하는 것이 가능하게 된다. 특히, 이러한 접촉 마진율 확보와 쇼트 방지는 마이크로 단위의 LED가 적용되는 디스플레이 장치에 적용시 전사 공정의 속도 향상과 정확성을 확보할 수 있다.

도 19는 본 발명의 실시 형태에 따른 디스플레이 제조 방법을 이용하여 대면적의 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 설명하기 위한 예시적인 도면이다.

도 19를 참조하면, 대면적의 디스플레이 패널(2200)을 제조하기 위해서, 제1 캐리어 기판(900)에 1차로 전사된 픽셀 CSP 어레이를 하나의 대면적의 디스플레이 패널(2200)의 일 부분에 2차로 전사한 후, 제2 캐리어 기판에 1차로 전사된 픽셀 CSP 어레이를 상기 대면적의 디스플레이 패널(2200)의 다른 일 부분에 2차로 전사할 수 있다. 이러한 과정을 세 번 이상 반복적으로 사용할 수도 있다. 여기서, 이전에 제1 캐리어 기판(900)을 통해 전사한 픽셀 CSP 어레이의 피치(pitch)에 맞춰서 제2 캐리어 기판을 위치를 배열한 후 상기 대면적의 디스플레이 패널(2200)로 전사하는 것이 바람직하다.

도 19에 도시된 방법을 통해, 대면적의 디스플레이 패널(2200)을 빠른 시간에 신속하게 제조할 수 있는 이점이 있다.

다시, 도 1을 참조하면, 도 1에 도시하지 않았지만, 리웍(rework) 단계를 더 포함할 수 있다. 리웍 단계는, 도 16 또는 도 19에 도시된 디스플레이 패널(1100, 2200)에 형성된 픽셀 CSP 어레이 중에서 오작동하거나 불량으로 판정된 픽셀 CSP를 제거하고 새로운 픽셀 CSP를 제거된 픽셀 CSP 자리에 위치시키는 단계이다. 픽 앤 플레이스 장비(미도시)를 이용하여 정상적으로 동작하는 새로운 픽셀 CSP을 위치시킬 수 있다. 리웍 단계를 더 진행함으로서, 오작동 또는 불량 픽셀 CSP를 제거하고, 디스플레이 패널에서 불량 픽셀 CSP가 위치해야 했던 자리에 새로운 픽셀 CSP를 채우기 때문에, 도 1에 도시된 디스플레이 장치의 제조 방법과 비교하여 디스플레이 패널(1100, 2200)의 불량을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.

이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100': 픽셀 CSP
900: 캐리어 기판
1100, 2200: 디스플레이 패널

Claims

RGB 픽셀이 형성된 웨이퍼를 다이싱하는 단계;
다이싱된 RGB 픽셀을 제1 접착력을 갖는 제1 접착제를 이용해 캐리어 기판으로 전사하는 1차 전사 단계;
상기 캐리어 기판에 전사된 상기 RGB 픽셀을 제2 접착력을 갖는 제2 접착제를 이용하여 디스플레이 패널로 전사하는 2차 전사 단계;를 포함하되,
상기 2차 전사 단계는 상기 제1 접착력과 상기 제2 접착력의 차이에 의하여 이루어지며, 상기 제1 접착력 및 제2 접착력은 광, 온도 또는 열에 의하여 제어되지 않는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 제2 접착제는 솔더 페이스트이고,
상기 제2 접착력은 상기 제1 접착력보다 큰, 디스플레이 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 1차 전사 단계는,
다이싱된 상기 RGB 픽셀을 다수로 포함하는 픽셀 CSP 어레이 위에 제1 접착력을 갖는 접착제를 이용하여 캐리어 기판을 부착시킨 후 상기 캐리어 기판을 들어올려, 상기 픽셀 CSP 어레이를 상기 캐리어 기판으로 직접 전사하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 2차 전사 단계는,
상기 캐리어 기판에 전사된 상기 픽셀 CSP 어레이의 패드와 상기 디스플레이 패널의 패드를 대향하도록 하여 서로 접착시키는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼 상에 다수의 RGB 픽셀을 형성하는, 다수의 RGB 픽셀 형성 단계;를 더 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 다수의 RGB 픽셀 형성 단계는,
상기 웨이퍼 상에 다수의 발광 소자를 형성하는 단계; 및
상기 다수의 발광 소자 중 일부 발광 소자 상에 적어도 하나 이상의 색 변환층을 형성하는 단계;를 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 다수의 RGB 픽셀 형성 단계는,
상기 웨이퍼의 일 면에 복수의 에피를 성장시키는 단계;
상기 에피 상에 패드를 형성하는 단계;
상기 에피와 상기 패드를 패시베이션하는 보호층을 형성하되, 상기 패드가 상기 보호층 외부에 노출되도록 형성하는 단계;
상기 웨이퍼의 다른 일 면에 블로킹 댐을 형성하되, 상기 블로킹 댐에 상기 복수의 에피 상에 위치하는 복수의 개구부를 형성하는 단계;
상기 복수의 개구부의 적어도 일부에 색 변환층을 형성하는 단계; 및
상기 색 변환층이 형성된 상기 블로킹 댐 상에 인캡슐레이션 층을 형성하는 단계;를 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 웨이퍼에 성장된 복수의 에피들은 적어도 둘 이상의 에피 그룹을 포함하고,
상기 둘 이상의 에피 그룹 중 이웃한 두 개의 에피 그룹 사이의 피치(Pitch)는, 상기 디스플레이 패널에 전사될 상기 픽셀 CSP 어레이 간 피치와 대응되는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 2차 전사 단계는,
상기 디스플레이 패널의 다수의 패드 상에 솔더 페이스트를 도포하는 단계;
상기 캐리어 기판에 전사된 상기 픽셀 CSP 어레이의 패드를 도포된 상기 솔더 페이스트에 접촉시켜 솔더링하는 단계; 및
상기 캐리어 기판을 상기 픽셀 CSP 어레이로부터 분리시키는 단계;를 포함하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 디스플레이 패널은 대면적의 디스플레이 패널이고,
상기 1차 전사 단계에 의해서 제조된 캐리어 기판을 다수로 준비하고,
상기 2차 전사 단계를 반복적으로 수행하여, 다이싱된 상기 RGB 픽셀을 다수로 포함하는 픽셀 CSP 어레이를 상기 대면적의 디스플레이 패널로 전사하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.