KR20220157584A - 단계적 전압 인가에 의한 마이크로 led 어셈블리 제조 방법 및 이를 이용한 마이크로 led 디스플레이 제조 방법 - Google Patents

단계적 전압 인가에 의한 마이크로 led 어셈블리 제조 방법 및 이를 이용한 마이크로 led 디스플레이 제조 방법 Download PDF

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박병우
신영욱
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Abstract

본 발명은 마주보는 전극층이 형성된 기판 상에 트렌치 구조의 절연층을 형성한 후 단계적으로 전압을 인가하면, 전극층 사이에서 전기장이 형성되면서 유체 내 분산되어 있는 마이크로 LED들이 전기장이 상대적으로 강한 트렌치 구조에 위치하게 되면서 정확한 위치에 정렬된 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법은 (a) 기판 상에 서로 마주보는 제1전극층과 제2전극층을 배치한 후, 절연층을 배치하는 단계; (b) 상기 절연층을 패터닝하되 제1전극층과 제2전극층 사이의 갭 영역을 일정 두께로 패터닝하여 트렌치 홈을 형성하는 단계; (c) 상기 기판 상에 마이크로 LED가 포함된 유체를 공급하는 단계; (d) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제1전압을 인가하고 제1전기장을 발생시켜 상기 트렌치 홈 방향으로 마이크로 LED를 유도하는 단계; 및 (e) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제2전압을 인가하고 제2전기장을 발생시켜 상기 트렌치 홈에 마이크로 LED를 어셈블리하는 단계;를 포함한다.

Description

단계적 전압 인가에 의한 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법 및 이를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING MICRO LED ASSEMBLY BY APPLYING VOLTAGE STEP BY STEP, AND METHOD FOR MANUFACTURING MICRO LED DISPLAY USING THE SAME}
본 발명은 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 단계적으로 전압을 인가하여 마이크로 LED 어셈블리를 제조하는 방법 및 이를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 디스플레이 패널을 구성하는 복수의 픽셀에 의해 화면을 표시한다. 이와 같은 픽셀 각각은, R(Red), G(Green), 및 B(Blue)의 단일색을 발광하는 서브 픽셀로 구분되고, R, G, 및 B 각각의 빛의 세기에 의하여 True black 부터 white의 모든 색을 표현할 수 있다.
하나의 픽셀에는 모든 색을 표현하기 위해, 적어도 1 이상의 R, G, B 각각을 표현할 수 있는 서브 픽셀을 구성하는 마이크로 LED가 필요하다.
마이크로 LED 디스플레이를 제조하는 과정에서 마이크로 LED는 RGB 화소 위치에 마이크로 LED를 직접 전사하는 방식으로 정렬된다.
직접 전사 기술로 스탬프 형태의 이송매체, 정전기 헤드, 전자석이 삽입된 캐리어 기판의 이송매체, 또는 정전기나 레이저를 이용한 전사 방식을 통해 마이크로 LED를 상기 기판 상에 이송함으로써, 수율을 높이는 연구가 진행되고 있다.
하지만 이러한 방식은 간격들의 편차가 크기 때문에 정확한 위치에 마이크로 LED를 정렬하는데 근본적으로 한계가 있다.
또한 이러한 방식은 직접 전사 방식이므로 불량품에 대하여 재제작이 어려워 비용소모가 크고, 대량 전사에 있어서는 적절하지 않은 단점이 있다.
따라서 마이크로 LED를 정렬하고자 하는 위치에 정확히 정렬할 수 있는 기술 개발이 시급하다.
본 발명의 목적은 마이크로 LED를 정확한 위치에 정렬하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은 하나의 트렌치 홈에 하나의 마이크로 LED를 정렬하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED를 배치하기 위한 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법은 (a) 기판 상에 서로 마주보는 제1전극층과 제2전극층을 배치한 후 절연층을 배치하는 단계; (b) 상기 절연층을 패터닝하되 제1전극층과 제2전극층 사이의 갭 영역을 일정 두께로 패터닝하여 트렌치 홈을 형성하는 단계; (c) 상기 기판 상에 마이크로 LED가 포함된 유체를 공급하는 단계; (d) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제1전압을 인가하고 제1전기장을 발생시켜 상기 트렌치 홈 방향으로 마이크로 LED를 유도하는 단계; 및 (e) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제2전압을 인가하고 제2전기장을 발생시켜 상기 트렌치 홈에 마이크로 LED를 어셈블리하는 단계;를 포함한다.
그리고 하나의 트렌치 홈에 하나의 마이크로 LED를 어셈블리하여 마이크로 LED 어셈블리를 제조할 수 있다. 본 발명에서 마이크로 LED 어셈블리는 마이크로 LED가 정확한 위치에 정렬된 소재를 의미한다.
단계적으로 전압을 인가하는 과정에서 제2전압을 인가 시, 제1전압 크기보다 큰 제2전압을 인가하는 것이 바람직하다.
상기 (c) 단계에서, 상기 기판 상에 마이크로 LED가 포함된 유체를 비연속적으로 공급할 수 있다.
상기 (d) 단계 및 (e) 단계에서, 전압을 연속적으로 인가할 수 있다.
상기 (d) 단계 또는/및 (e) 단계에서, 휘발성 용매를 주입하여 어셈블리되지 않은 마이크로 LED를 제거할 수 있다.
상기 제1전극층과 제2전극층 사이의 갭 영역 상에 트렌치 홈을 형성하면, 상기 (d) 단계 및 (e) 단계 각각에서, 상기 트렌치 홈에서의 전기장 크기는 상기 트렌치 홈이 아닌 영역에서의 전기장 크기보다 크게 형성되어 트렌치 홈에서 국부적으로 전기장의 세기가 커지게 된다. 이에 따라 트렌치 홈에서 전기장이 집중적으로 형성될 수 있어 정확한 위치에 마이크로 LED를 어셈블리할 수 있다.
상기 트렌치 홈 관련하여, 마이크로 LED가 트렌치 홈 내부에 정렬되도록 트렌치 홈의 크기가 마이크로 LED의 크기보다 큰 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 트렌치 홈의 길이는 상기 갭 영역의 간격보다 크고, 상기 마이크로 LED의 길이보다 큰 것일 수 있다.
또한 상기 트렌치 홈의 폭은 상기 마이크로 LED의 직경보다 큰 것일 수 있다.
또한 상기 트렌치 홈의 폭은 상기 제1전극층과 제2전극층에 전기장을 발생시켜 복수의 마이크로 LED들 사이에서 척력이 발생할 때 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이의 간격보다 작은 것일 수 있다.
상기 (e) 단계에서, 상기 트렌치 홈 외부에 위치하는 마이크로 LED를 기판 밖으로 배출하여 마이크로 LED를 회수함으로써, 마이크로 LED의 손실을 절감할 수 있다.
상기 (e) 단계 이후에, 기판을 퍼지하여 기판 상의 용액 제거 및 불순물 제거가 수행될 수 있다.
상기 기판을 퍼지하는 단계에서 제2전압의 크기가 0V까지 감소하게 된다.
본 발명에서는 상기 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법을 이용하여 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED가 배치되도록 마이크로 LED 디스플레이를 제조한다.
구체적으로, 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법은 (a) 기판 상에 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역 각각에 트랜지스터를 배치하는 단계; (b) 상기 복수의 화소 영역마다 기판 상에 서로 마주보는 제1전극층과 제2전극층을 배치한 후, 절연층을 배치하는 단계; (c) 상기 절연층을 패터닝하되 제1전극층과 제2전극층 사이의 갭 영역을 일정 두께로 패터닝하여 트렌치 홈을 형성하는 단계; (d) 상기 기판 상에 마이크로 LED가 포함된 유체를 공급하는 단계; (e) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제1전압을 인가하고 제1전기장을 발생시켜 상기 트렌치 홈 방향으로 마이크로 LED를 유도하는 단계; 및 (f) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제2전압을 인가하고 제2전기장을 발생시켜 트렌치 홈에 마이크로 LED를 어셈블리하는 단계;를 포함하고, 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED가 배치된다.
본 발명에 따른 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법은 단계적으로 전압을 인가하여 하나의 트렌치 홈에 하나의 마이크로 LED를 정렬하고, 정확한 위치에 LED를 정렬하는 효과가 있다.
특히, 트렌치 홈에서 상대적으로 높은 전기장이 형성되므로, 정렬 위치에 대한 오차범위를 최소화할 수 있다.
아울러, 본 발명의 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법을 이용하여 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED를 배치한 마이크로 LED 디스플레이를 제조할 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 단계적 전압 인가에 의한 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법의 순서도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 금속층을 배치하는 단계를 설명하는 단면도이고, 도 2b는 제1전극층과 제2전극층을 형성하는 단계를 설명하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제1전극층과 제2전극층이 배치된 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 트렌치 홈을 포함하는 절연층을 형성하는 단계를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 트렌치 홈을 형성하는 공정의 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 트렌치 홈의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 돌출부를 포함하는 트렌치 홈의 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 척력이 발생할 때 트렌치 홈에 마이크로 LED가 어셈블리된 모습의 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 트렌치 홈에 마이크로 LED가 어셈블리된 모습의 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 유체를 공급하여 마이크로 LED를 어셈블리하는 단계를 설명하는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 단계적으로 전압을 인가하여 시간 별 전압 크기를 나타낸 그래프이다.
도 12는 도 11에서 마이크로 LED를 유도하는 단계(t1~t2)의 시뮬레이션 결과이다.
도 13은 도 11에서 마이크로 LED를 어셈블리하는 단계(t2~t3)의 시뮬레이션 결과이다.
도 14는 고정적으로 전압을 인가한 경우 마이크로 LED의 어셈블리된 광학이미지이다.
도 15는 단계적으로 전압을 인가한 경우 마이크로 LED의 어셈블리된 광학이미지이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 단계적 전압 인가에 의한 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법 및 이를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법을 설명하도록 한다.
본 발명은 서로 마주보는 제1전극층과 제2전극층이 형성된 기판 상에 트렌치 홈을 형성한 후 제1전극층과 제2전극층에 단계적으로 전압을 인가하여 전기장을 발생시키면, 유체 내 분산되어 있는 마이크로 LED들이 가장 강한 전기장을 형성하는 트렌치 홈에 위치하는 마이크로 LED 어셈블리를 제조하는 기술이다.
본 발명에서 마이크로 LED 어셈블리는 마이크로 LED가 정확한 위치에 정렬된 소재를 의미한다.
본 발명에서 유체 내에서 마이크로 LED를 전극층 사이의 갭 영역의 트렌치 홈에 마이크로 LED 어셈블리 하기 위해서는 전기장과 마이크로 LED들 간의 상호반응, 유체 내에서의 마이크로 LED의 움직임 등을 이용할 수 있다.
마이크로 LED의 움직임은 인가된 교류전압의 주파수, 유체의 종류, 마이크로 LED의 종류 등에 따라 조절될 수 있다.
본 발명에서 마이크로 LED(ML)는 가장 긴 변의 길이가 대략 100㎛ 이하인 초소형 발광물질이다. 마이크로 LED(ML)는 유체 내에 분산되어 있는 유기 또는/및 무기 재질이고, 1D, 2D 또는 3D 형상의 다양한 크기를 가진다.
예를 들어, 마이크로 LED(ML)는 길이를 갖는 나노와이어 형태, 납작하고 평평한 디스크 형태, 또는 종횡비가 1 ~ 2와 같은 큐브 형태일 수 있다.
바람직하게, 마이크로 LED(ML)는 종횡비(aspect ratio)가 높은 나노와이어 형태일 수 있다.
상기 나노와이어 형태의 마이크로 LED는 단면의 지름이 대략 10nm ~ 10㎛ 일 수 있다. 또한 나노와이어 형태의 마이크로 LED는 비교적 높은 종횡비를 가지며, 종횡비는 대략 1 ~ 10 일 수 있다. 종횡비가 높은 마이크로 LED는 표면적이 넓으므로 에너지 전달 및 성능이 우수하며 투명도가 높은 장점이 있다.
이하의 실시예에서는 마이크로 LED가 나노와이어 형태라고 가정하에 설명하기로 한다.
마이크로 LED(ML)는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 것으로, 일반적으로 사용되는 LED의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 단계적 전압 인가에 의한 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법은 기판 상에 전극층 배치 후, 절연층을 배치하는 단계(S110), 트렌치 홈을 형성하는 단계(S120), 마이크로 LED가 포함된 유체를 공급하는 단계(S130), 제1전압을 인가하여 트렌치 홈 방향으로 마이크로 LED를 유도하는 단계(S140), 제2전압을 인가하여 트렌치 홈에 마이크로 LED를 어셈블리하는 단계(S150)를 통해, 마이크로 LED를 정확한 위치에 어셈블리할 수 있다.
본 발명에서는 이러한 단계적 전압 인가를 통해, 하나의 트렌치 홈에 하나의 마이크로 LED를 어셈블리하는 것이 가능하다.
본 발명에서 기판(10)은 능동구동 백플레인 혹은 활성화된 매트릭스 백플레인(active matrix backplane)일 수 있다.
먼저, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 금속층(20)을 배치한 후, 상기 금속층(20) 중에서 사이의 갭 영역(GA)에 대응하는 부분을 제거하여 제1전극층(22)과 제2전극층(24)을 형성한다.
금속층(20) 상에 사이의 갭 영역(GA)을 제외한 영역에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 형성된 포토레지스트 패턴에서 식각 마스크를 이용해 식각을 수행하여 금속층(20) 중에서 사이의 갭 영역(GA) 부분을 제거할 수 있다.
이를 통해, 기판(10) 상에 서로 이격되는 제1전극층(22)과 제2전극층(24)을 배치한다.
제1전극층(22)과 제2전극층(24)의 두께는 10nm ~ 100nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일반적으로 디스플레이 회로에서는 마이크로 LED가 전극으로 연결되어야 하므로 많은 금속배선을 필요로 한다. 이에 따라 전기장을 통한 마이크로 LED 조립 과정에서 원하지 않는 곳에 기생 전기장(parasitic electric field)이 생길 수 있으므로 이러한 현상을 최소화하는 것이 중요하다.
이를 위해, 도 2a에 도시된 바와 같이, 회로의 모든 소자를 덮고 있도록 전 영역에 전기장 차폐층 역할을 하면서 정렬 역할을 하는 금속층(20)을 형성하는 것이 바람직하다.
금속층(20)을 기판 상의 전 영역에 형성하게 되면, 기생 전기장의 형성을 최소화하면서 동시에 아래에 있는 소자를 전기장으로부터 보호할 수 있다.
도 2b 및 도 3에 도시된 바와 같이, 사이의 갭 영역(GA)은 d1 및 d2를 갖는 직사각형과 같은 구조의 도랑 형태일 수 있다.
도 3은 금속층(20)이 형성된 후 패턴화된 모습의 평면도로, 제1전극층(22)과 제2전극층(24)으로 도시하였다. 단계적으로 전압을 인가할 때 제1전극층(22)과 제2전극층(24)은 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 아래의 기타 회로 등에 대한 전기장 차폐층 역할을 할 수 있다.
이후, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)과 제1전극층(22), 제2전극층(24)을 모두 덮도록 절연층(30)을 배치한다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 사이의 갭 영역(GA)에 해당하는 절연층(30)을 패터닝하되 일정 두께로 패터닝하여, 기판(10) 상의 전기장 형성을 유도하기 위한 트렌치 홈(LAA)을 형성한다.
트렌치 홈(LAA)은 도랑, 트렌치 형태를 가리키며, 갭 영역(GA)의 길이 방향으로 일정한 간격으로 형성될 수 있다.
트렌치 홈(LAA)을 형성하면 트렌치 홈(LAA)에서 상대적으로 높은 전기장이 형성되어 그 부분에 강한 인력이 발생하게 되므로, 마이크로 LED의 정렬이 용이해진다. 전극층 주변에는 전기장이 형성되면서 마이크로 LED를 끌어모으거나 밀어내게 된다.
전기장이 형성되는 과정에서, 트렌치 홈(LAA)이 아닌 영역에 비해, 트렌치 홈(LAA) 영역이 상대적으로 전극층(22, 24)과 더 가깝기 때문에 트렌치 홈(LAA) 영역에서 전기장의 세기가 국부적으로 커지게 된다.
상기 절연층을 패터닝하는 것의 의미는 트렌치 홈(LAA)에 대응하는 부분의 절연 물질을 전부 제거하는 것이 아니라 소정의 두께만큼 잔존시킨다는 의미이다.
예를 들어, 절연층(30) 상에 절연체를 도포하고 패터닝하여, 트렌치 홈(LAA)에 대응하는 부분의 절연 물질이 보다 많이 패터닝되게 하는 방법으로 부분 패터닝을 수행할 수 있다.
상기 패터닝은 노광(exposure)과 현상(develop)을 이용하여 수행되거나, 건식 식각, 습식 식각을 이용하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 도 5에 도시된 과정을 통해 트렌치 홈(LAA)을 형성할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 SiO2와 같은 절연층(15)이 형성된 기판(10) 상에 절연층(30)을 증착하고, 상기 절연층(30) 상에 포토레지스트(PR, 40)를 도포한다.
상기 절연층(30)은 폴리머 기반의 유기물 또는/및 무기물로부터 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 절연층(30)은 Al2O3, SiO2 등과 같은 다양한 재질의 유전체가 사용될 수 있다.
상기 절연층(30)의 두께는 대략 100~400nm의 두께로 도포될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 상기 포토레지스트(40) 상에 제1UV를 조사하여, 포토레지스트 중 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 사이의 갭 영역(GA)에 해당하는 부분을 1차 패터닝한다.
상기 포토레지스트는 빛에 민감한 물질인 감광액으로 유기용매와 고분자 물질을 포함한다. 포토레지스트를 스핀 코팅한 후 포토레지스트 내 유기용매를 제거할 수 있다.
포토레지스트는 빛을 이용하여 패턴을 형성하는 것으로, 네거티브와 파지티브로 구분된다. 네거티브 PR은 빛을 받으면 입자가 뭉치기 때문에, 빛이 쪼일 때 빛을 받지 않은 부분이 제거되는 것이다. 파지티브 PR은 빛을 받으면 폴리머 결합이 끊기기 때문에, 빛이 쪼일 때 빛을 받은 부분만 제거되는 것이다.
포토 레지스트 상에 마스크(미도시)를 배치한 후 UV를 조사(UV exposure)하면, 코팅된 감광액이 반응하게 된다.
도 5에서는 절연층(30)의 일부를 트렌치 구조로 패터닝하기 위한 목적으로 포토 레지스트(40)가 마스크로 사용된 것으로 도시하였다. 그리고 파지티브 PR을 이용하였기 때문에 빛을 받은 부분이 제거되어 패턴이 남게 된다.
상기 감광액이 반응한 부분을 선택적으로 에칭하는 것이 필요하다.
에칭은 비활성 기체, 이온 등을 이용한 스퍼터 에칭, 플라즈마 에칭과 같은 건식 에칭, 또는 용액을 이용하여 화학적인 반응을 이용한 습식 에칭을 이용할 수 있다.
상기 1차 패터닝된 영역에 제2UV를 조사하여, 상기 절연층(30) 중 상기 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 사이의 갭 영역(GA)에 해당하는 부분을 패터닝하되 일정 두께로 2차 패터닝한다.
도 5에서는 2차 패터닝에서 DUV를 조사하는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
UV는 대략 300~400nm 파장이 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. DUV는 심자외선(Deep UV)으로, 상기 UV 보다 큰 자외선 세기를 갖는다.
이러한 증착 및 패터닝 과정을 통해 최종적으로 전극층(22, 24) 상에 트렌치 구조의 트렌치 홈(LAA)을 형성할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 트렌치 홈(LAA)은 갭 영역(GA) 상에 중첩된다.
LED 디스플레이는 전체적으로는 다수의 트렌치 홈들(LAA)이 갭 영역(GA)의 길쭉한 방향을 따라 소정의 간격을 두고 형성되는 구조이다.
트렌치 홈(LAA)에서의 전기장의 크기는 트렌치 홈(LAA)이 아닌 영역에서의 전기장의 크기보다 크게 형성되어, 트렌치 홈(LAA)에서 국부적으로 전기장의 세기가 커지게 된다.
이에 따라 트렌치 홈(LAA)에서는 전기장이 집중적으로 형성될 수 있다.
단계적으로 전압을 인가하여 전기장을 발생시키면 마이크로 LED(ML)와 전극층(22, 24) 간의 커플링 커패시터 현상에 의한 결합 현상이 발생한다.
상기 커플링 커패시터는 커패시터 양단의 전극이 동일한 전압 크기를 가지며, 극성은 반대로 대전되는 현상이다.
구체적으로 전극에 전기장이 가해져서 마이크로 LED가 어셈블리되면 커플링 커패시터에 의해 마이크로 LED의 전하가 유도되고, 전하의 상호 작용에 의해 마이크로 LED(ML) 끼리 척력이 발생한다.
마이크로 LED 자체가 움직이는 하나의 전극이므로, 마이크로 LED는 같은 극성으로 인해 기판 상에서 상호 밀어내게 된다.
유체 내에 분산되어 있는 마이크로 LED들(ML)은 전기장이 상대적으로 강한 트렌치 홈(LAA)에 위치하게 되면서, 정확한 위치에 어셈블리될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 트렌치 홈(LAA) 영역에 위치하는 제1전극층(22)과 제2전극층(24)이 서로를 향해 돌출되도록 배치될 수 있다.
다시 말해, 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 각각은 트렌치 홈(LAA) 영역에서 돌출부(PT)를 포함할 수 있다.
돌출부(PT)가 있는 경우, 이후의 마이크로 LED 어셈블리 단계에서 전기장이 트렌치 홈(LAA)에서 집중적으로 형성될 수 있기 때문에, 트렌치 홈(LAA)에 마이크로 LED(ML)가 정확히 어셈블리될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 트렌치 홈(LAA)은 마이크로 LED(ML)가 배치되는 공간으로, 트렌치 홈(LAA)의 크기가 마이크로 LED(ML)의 크기보다 큰 것이 바람직하다.
트렌치 홈(LAA)의 길이(D3)와 갭 영역의 간격(D1)은 마이크로 LED의 어셈블리가 원활한 범위 내에서 조절될 수 있다.
구체적으로 트렌치 홈의 길이(TL)는 갭 영역의 간격(D1) 보다 큰 것이 바람직하다.
트렌치 홈(LAA)의 길이(TL)가 갭 영역의 간격(D1) 보다 크게 형성됨으로써, 국부적으로 전기장의 크기를 증가시키고 마이크로 LED를 선택적으로 어셈블리하기에 유리한 이점을 얻을 수 있다.
예를 들어, 트렌치 홈의 길이(TL)는 갭 영역의 간격(D1) 보다 0.1배 이상 클 수 있다. 갭 영역의 간격(D1)은 대략 1~3㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하나의 트렌치 홈(LAA)에 하나의 마이크로 LED(ML)를 어셈블리하기 위해, 트렌치 홈(LAA)의 길이(TL)는 마이크로 LED의 길이(MLL)보다 크고, 마이크로 LED의 길이(MLL)의 2배 이하일 수 있다.
트렌치 홈의 폭(TW)은 상기 마이크로 LED의 직경(MLW) 보다 큰 것이 바람직하다.
특히, 제1전극층(22)과 제2전극층(24)에 단계적 전압을 인가하여 전기장을 발생시켜 복수의 마이크로 LED들 사이에서 척력이 발생할 때, 트렌치 홈의 폭(TW)은 하나의 마이크로 LED(ML)와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED(ML) 사이의 간격(D3)보다 작을 수 있다.
트렌치 홈의 길이(TL)와 폭(TW)은 마이크로 LED의 길이(MLL)와 직경(MLW) 보다 클 수 있다. 그리고 트렌치 홈의 폭(TW)은 마이크로 LED의 직경(MLW)의 2배 이하일 수 있다.
트렌치 홈의 형상과 관련하여, 마이크로 LED(ML)의 종횡비가 1:10 이상인 신장형 구조라면 트렌치 홈(LAA)도 신장형 구조이다. 마이크로 LED의 종횡비가 1:1 정도의 상대적으로 작은 디스크 또는 큐브 형태라면 트렌치 홈(LAA)도 디스크 또는 큐브 형태일 수 있다.
전기장 발생 시 척력에 의해 마이크로 LED(ML)들이 일정 거리만큼 이격되어 간격(D3)이 형성된다. 이러한 간격(D3)은 전기장 세기, 마이크로 LED(ML)와 전극층(22, 24) 간의 커플링 커패시터에 의한 결합 현상, 마이크로 LED(ML) 끼리의 척력에 의해 조절될 수 있다.
한편, 하나의 정렬 홈(LAA)에 하나의 마이크로 LED(ML)가 배치되는 구조에서 2~3개 정도의 복수개의 홈이 하나의 세트를 이루어 마이크로 LED(ML)가 전기적으로 연결되면, 하나의 정렬 홈(LAA)에 하나의 마이크로 LED(ML)가 배치될 때 나타내는 불량 문제를 해결할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 트렌치 홈(LAA)의 깊이(d5)는 전극층(22, 24) 사이의 거리와 관련이 있다. 동일한 두께의 절연층(30)이라도 패터닝된 부분의 깊이, 즉, 트렌치 홈(LAA)의 깊이(d5)가 클수록 마이크로 LED(ML)가 전극층(22, 24)과 상대적으로 가까운 위치에 정렬하게 된다.
트렌치 홈(LAA)의 깊이(d5)에 따라, 트렌치 홈(LAA) 내에 마이크로 LED(ML)가 강하게 잡혀있는 상태, 고정된 상태로 존재하게 된다.
예를 들어, 트렌치 홈(LAA)의 깊이(d5)는 마이크로 LED의 직경의 1/3 이상일 수 있다.
한편, 전극층(22, 24) 상에 절연층(30)이 없는 경우, 마이크로 LED가 전극층(22, 24) 사이에 배열되면서 쇼트(short)가 발생할 수 있다.
그리고 절연층(30)과 트렌치 홈(LAA)이 없어도 마이크로 LED(ML)가 배열은 되지만, 배열되는 순간 높은 전류가 흘러 마이크로 LED(ML)가 파괴되는 문제점이 있다.
이에 따라 절연층(30)을 전극층(22, 24) 상에 바로 형성하거나 또는 기판 전체에 절연층(30)을 형성한 후에, 트렌치 홈(LAA)에 국부적으로 얇은 두께의 트렌치 홈(LAA)을 형성하는 것이 필요하다.
전극층(22, 24) 상에 트렌치 홈(LAA)을 형성하면, 트렌치 홈(LAA)에서 상대적으로 높은 전기장이 형성되어 그 부분에 좀 더 선택적으로 강한 인력이 발생하게 되므로, 마이크로 LED의 정렬이 용이해진다.
트렌치 홈(LAA)과 전극층(22, 24) 사이의 절연층(30) 두께는 너무 두꺼우면 전극층 사이의 갭 영역(GA)에서 전기장의 세기가 감소하는 경향이 있어서 적정한 두께를 갖는 것이 바람직하다.
예를 들어, 트렌치 홈(LAA)과 전극층(22, 24) 사이의 절연층(30) 두께는 대략 10nm ~ 1㎛ 일 수 있다.
전극층(22, 24) 상에 트렌치 홈(LAA)을 형성한 후, 단계적으로 전압을 인가하는 방법은 다음과 같다.
상기 기판(10) 상에 복수의 마이크로 LED(ML)가 포함된 유체를 여러 번 반복적으로 공급한다.
유체(FL)는 전기 신호 공급부(미도시)에 의해 전기 신호가 인가될 때 마이크로 LED(ML) 보다 낮은 유전상수(dielectric constant)를 갖는 액체일 수 있다.
유체(FL)는 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 아세톤, 톨루엔, 에탄올, 메탄올 및 증류수 중에서 적어도 하나의 물질을 포함하는 액체일 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 기판(10) 상에 제1전압을 인가한 후 연속적으로 제2전압을 인가함으로써, 마이크로 LED(ML)를 트렌치 홈(LAA)에 고정시킬 수 있다.
제1전압과 제2전압의 크기를 구분하여 인가하는 경우, 트렌치 홈(LAA)에 마이크로 LED(ML)를 어셈블리할 확률이 증가하게 된다.
상기 제1전압을 인가하는 목적은 마이크로 LED(ML)를 어셈블리하면서 마이크로 LED(ML) 간의 척력을 극대화하여 전극 갭에 위치시키고, 동시에 트렌치 홈(LAA)에 어셈블리하기 위한 것이다.
상기 제2전압을 인가하는 목적은 제1전압의 크기보다 큰 전압을 인가하여 트렌치 홈(LAA)에 마이크로 LED(ML)를 고정하기 위한 것이다.
구체적으로, 상기 기판(10) 상에 복수의 마이크로 LED(ML)가 포함된 유체를 비연속적으로 공급한다. 유체를 공급하는 동안(0s~t1)에는 전압을 인가하기 전이므로, 전기장이 발생하지 않는다.
유체를 공급한 후, 일정 시간(t1~t2) 동안 상기 제1전극층(22)과 제2전극층(24)에 제1전압을 인가하고 제1전기장을 발생시켜 트렌치 홈(LAA) 방향으로 마이크로 LED(ML)를 유도한다.
이때 제1전압을 연속적으로 인가하여 마이크로 LED(ML)의 움직임을 조절할 수 있다.
트렌치 홈(LAA)에서 전기장의 크기는 상기 트렌치 홈(LAA)이 아닌 영역에서의 전기장의 크기보다 크게 형성되므로, 마이크로 LED(ML)는 트렌치 홈(LAA)에 인접하도록 움직이게 된다.
마이크로 LED(ML) 일부는 트렌치 홈(LAA)에 어셈블리되고, 나머지 일부는 트렌치 홈(LAA) 근처에 위치될 수 있다.
제1전압을 인가하는 동안, 즉, 상기 t1 이후에, 마이크로 LED(ML)가 없는 휘발성 용매를 기판 상에 공급하여, 트렌치 홈(LAA)에 어셈블리되지 않은 마이크로 LED(ML)를 제거할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 휘발성 용매는 이소프로필알코올, 아세톤, 톨루엔, 자일렌, 에탄올, 메탄올, 헥산, 메틸에틸케톤, 벤젠, NMP 등을 포함할 수 있다.
트렌치 홈(LAA)에 어셈블리된 마이크로 LED를 고정시키고, 트렌치 홈(LAA) 근처에 위치하는 마이크로 LED(ML)를 트렌치 홈(LAA)에 어셈블리하기 위해, 일정 시간(t2~t3) 동안 제1전극층(22)과 제2전극층(24)에 제2전압을 연속적으로 인가하고 제2전기장을 발생시킬 수 있다.
트렌치 홈(LAA)에서 전기장의 크기는 상기 트렌치 홈(LAA)이 아닌 영역에서의 전기장의 크기보다 크게 형성되어, 마이크로 LED(ML)를 어셈블리하는데 용이하다.
마이크로 LED(ML)를 보다 정확한 위치에 고정하기 위해, 제2전압의 크기는 제1전압 크기보다 큰 것이 바람직하다. 제2전압의 크기가 제1전압과 동일하거나, 작으면, 마이크로 LED(ML)를 트렌치 홈(LAA)에 고정시키는데 불충분할 수 있다.
제2전압을 인가하는 동안, 휘발성 용매를 주입하여 트렌치 홈(LAA)에 어셈블리되지 않은 마이크로 LED(ML)를 제거할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 트렌치 홈(LAA) 외부에 위치하는 마이크로 LED(ML)를 기판 밖으로 배출하여 마이크로 LED(ML)를 회수함으로써, 마이크로 LED(ML)의 손실을 절감할 수 있다.
상기 배출은 기판에 마이크로 LED(ML)를 회수할 수 있는 저장소를 설치하거나, 채널 시스템을 설치하여 수행될 수 있다. 저장소나 채널 시스템은 시린지 펌프와 유량계(flow meter) 등을 포함할 수 있다.
단계적으로 전압을 인가하기 위해, 제1전극층(22)과 제2전극층(24)으로 직류 신호, 교류 신호 또는 펄스 직류(pulsed DC) 신호를 공급할 수 있다.
전기 신호 공급부는 트렌치 홈(LAA)에서 마이크로 LED(ML)의 배열 방향이 일정하게 되도록 펄스 직류 신호를 전극층(22, 24)으로 공급할 수 있다.
여기서, 펄스 직류 신호는 값은 변하되 극성은 일정하게 유지되는 주기적인 전기 신호를 의미한다. 전기 신호 공급부는 교류 신호에 바이어스 직류 신호를 더하여 펄스 직류 신호를 생성할 수 있다.
단계적으로 전압을 인가하는 동안, 적용된 주파수 범위는 10Hz~100 MHz 일 수 있다. 예를 들어, 제1전압과 제2전압을 인가할 때, 동일한 주파수를 적용할 수도 있고, 서로 다른 크기의 주파수를 적용할 수도 있다.
마이크로 LED(ML)를 트렌치 홈(LAA)에 어셈블리한 이후(t3 이후), 반응이 수행되는 반응기 내부를 퍼지할 수 있다.
반응기 내부에 아르곤 가스, 질소 가스, 헬륨 가스, 네온 가스 및 제논 가스 중 1종 이상을 포함하는 비활성 가스를 주입하여 기판(10)이 건조되면서, 기판(10) 상의 용액 제거 및 불순물 제거가 수행될 수 있다.
퍼지하는 동안에는 인가된 제2전압의 크기가 0V까지 감소하게 된다.
제2전압의 크기는 점진적으로 감소하거나, 급격히 감소할 수 있다.
바람직하게는, 제2전압이 급격히 감소하여 예상치 못한 현상을 미리 예방하기 위해, 제2전압의 크기가 점진적으로 감소하도록 조절할 수 있다.
도 12는 도 11에서 마이크로 LED를 유도하는 단계(t1~t2)의 시뮬레이션 결과이고, 도 13은 도 11에서 마이크로 LED를 어셈블리하는 단계(t2~t3)의 시뮬레이션 결과이다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 단계적으로 전압을 인가하는 과정에서 전극층 상에 위치한 트렌치 홈에 인접하도록 마이크로 LED를 유도한 후, 트렌치 홈에 어셈블리한 것을 보여준다.
도 14는 고정적으로 전압을 인가한 경우 광학이미지이고, 도 15는 단계적으로 전압을 인가한 경우 광학이미지이다.
도 14 및 도 15에서 적용된 주파수 범위는 10Hz~100 MHz 이다.
도 14에서 마이크로 LED의 위치를 보면 트렌치 홈 내부가 아닌 외부에도 많이 위치하는 것(빨간 체크 표시)을 확인할 수 있다.
반면, 도 15에서 마이크로 LED의 위치는 트렌치 홈 내부에 정확하게 위치되어 있으며, 트렌치 홈 외부에 위치한 마이크로 LED가 거의 확인되지 않았다.
이처럼 제1전극층(22)과 제2전극층(24)에 단계적으로 전압을 인가함으로써, 트렌치 홈(LAA)의 정확한 위치에 높은 수율로 마이크로 LED(ML) 어셈블리를 제조하는 효과가 있다.
그리고 하나의 트렌치 홈(LAA)에 하나의 마이크로 LED(ML)를 어셈블리가 가능하다.
상기 마이크로 LED 어셈블리 단계 이후에, 상기 절연층을 모두 제거하는 단계를 더 포함할 수 있으나, 필요에 따라 기판 상에 절연층을 유지할 수도 있다.
절연층(30)을 모두 제거하게 되면, 마이크로 LED(ML)의 일단은 제1전극층(22)에 전기적으로 접속되며 물리적으로 고정될 수 있다.
마이크로 LED(ML)의 타단은 제2전극층(24)에 전기적으로 접속되며 물리적으로 고정될 수 있다.
본 발명의 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법에 따라, 3가지 종류의 마이크로 LED들(ML1, ML2 및 ML3)이 있을 때에는 3번의 공정을 통해 정확한 위치에 3가지 종류의 마이크로 LED들(ML1, ML2 및 ML3)을 어셈블리할 수 있다.
먼저, 제1 마이크로 LED(ML1)를 실장시킬 때에는, 제1 마이크로 LED(ML1)가 포함된 유체(FL)를 공급하면서 전기 신호 공급부가 제1전극층과 제2전극층에 전기 신호를 공급한다.
이때 제1전극층과 제2전극층에 제1전압을 인가하고 제1전기장을 발생시켜 트렌치 홈 방향으로 제1 마이크로 LED(ML1)를 유도하고, 제2전압을 인가하고 제2전기장을 발생시켜 트렌치 홈에 제1 마이크로 LED(ML1)를 어셈블리할 수 있다.
제1전극층과 제2전극층 사이에 인력이 발생하여 해당 부분에 제1 마이크로 LED(ML1)가 실장될 수 있다.
전기 신호 공급부는 제3전극층와 제4전극층에는 전기 신호를 공급하지 않거나 제1전극층 또는 제2전극층과 인력이 발생하지 않도록 하는 전기 신호를 공급할 수 있다.
이후, 제2 마이크로 LED(ML2)를 실장시킬 때에는, 제2 마이크로 LED(ML2)가 포함된 유체(FL)를 공급하면서 전기 신호 공급부가 제2전극층과 제3전극층에 전기 신호를 공급한다.
이때 제2전극층과 제3전극층에 제1전압을 인가하고 제1전기장을 발생시켜 트렌치 홈 방향으로 제2 마이크로 LED(ML2)를 유도하고, 제2전압을 인가하고 제2전기장을 발생시켜 트렌치 홈에 제2 마이크로 LED(ML2)를 어셈블리할 수 있다.
마지막으로, 제3 마이크로 LED(ML3)를 실장시킬 때에는, 제3 마이크로 LED(ML3)가 포함된 유체(FL)를 공급하면서 전기 신호 공급부가 제3전극층과 제4전극층에 전기 신호를 공급한다.
마찬가지로, 제3전극층과 제4전극층에 제1전압을 인가하고 제1전기장을 발생시켜 트렌치 홈 방향으로 제3 마이크로 LED(ML3)를 유도하고, 제2전압을 인가하고 제2전기장을 발생시켜 트렌치 홈에 제3 마이크로 LED(ML3)를 어셈블리할 수 있다.
이처럼 각 조립(assembly) 과정마다 해당 마이크로 LED를 실장하기 위한 영역의 전극층들 사이에 전기장이 발생하여 마이크로 LED 어셈블리를 제조할 수 있다.
본 발명에서는 상기 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법을 이용하여, 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED가 배치되도록 마이크로 LED 디스플레이를 제조한다.
구체적으로, 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법은 다음과 같다.
기판 상에 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역 각각에 트랜지스터(TFT)를 배치한다.
트랜지스터는 상대적으로 얇은 필름 형태인 박막을 이용한 박막 트랜지스터일 수 있다. 디스플레이에서 트랜지스터는 디스플레이 화면을 구성하는 각각의 픽셀의 밝기를 조절하는 역할을 한다.
1개의 픽셀은 R, G, B를 구성하는 서브픽셀로 이루어져 있고, 디스플레이가 색을 구현하려면 각각의 서브픽셀에 전류가 필요하다. 트랜지스터는 각 서브 픽셀에 위치하며, 특정 전압이 가해졌을 때 해당 전류량을 가지고 픽셀을 구동하게 된다.
트랜지스터는 데이터 라인과 게이트 라인의 교차 지점에 배치된다.
데이터 라인은 트랜지스터의 소스 전극과 연결되며, 게이트 라인은 트랜지스터의 게이트 전극과 연결된다.
트랜지스터는 게이트 전극의 위치에 기초하여 역스태거 구조(바텀 게이트형) 및 스태거 구조(톱 게이트형)로 구분된다. 그리고 게이트 전극과 활성층의 배치에 따라 1) 바텀 게이트-탑 콘택트(bottom gate-top contact), 2) 바텀 게이트-바텀 콘택트(bottom gate-bottom contact), 3) 톱 게이트-탑 콘택트(top gate-top contact) 4) 톱 게이트-바텀 콘택트(top gate-bottom contact) 의 4가지 구조로 분류될 수 있다.
톱 게이트 구조란, 게이트 절연막의 상측에 게이트 전극이 배치되고, 게이트 절연막의 하측에 활성층이 형성된 형태이다.
바텀 게이트 구조란, 게이트 절연막의 하측에 게이트 전극이 배치되고, 게이트 절연막의 상측에 활성층이 형성된 형태이다.
바텀 콘택트형이란, 소스·드레인 전극이 활성층보다 먼저 형성되어 활성층의 하면이 소스·드레인 전극에 접촉하는 형태이다.
탑 콘택트형이란, 활성층이 소스·드레인 전극보다 먼저 형성되어 활성층의 상면이 소스·드레인 전극에 접촉하는 형태이다.
본 발명의 트랜지스터는 4가지 구조 중 어느 하나로 적용 가능하다.
이어서, 상기 복수의 화소 영역마다 트랜지스터가 배치된 기판 상에 서로 이격되는 제1전극층과 제2전극층을 배치한다.
이어서, 상기 복수의 화소 영역마다 상기 제1전극층, 제2전극층이 배치된 기판 상에 절연층을 배치한다.
상기 복수의 화소 영역마다 상기 제1전극층과 제2전극층 사이의 갭 영역에 해당하는 절연층을 패터닝하되 일정 두께로 패터닝하여 트렌치 홈을 형성한다.
예를 들어, 상기 복수의 화소 영역마다 절연층 상에 포토레지스트를 도포한 후, 1차 패터닝과 2차 패터닝을 수행하여 트렌치 홈을 형성할 수 있다.
1차 패터닝과 2차 패터닝은 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
이어서, 상기 복수의 화소 영역마다 상기 기판 상에 마이크로 LED가 포함된 유체를 공급하면서, 상기 제1전극층과 제2전극층에 단계적으로 전압을 인가하여 하나의 트렌치 홈에 하나의 마이크로 LED를 어셈블리한다.
이후, 반응이 수행되는 반응기 내부를 퍼지할 수 있다.
이러한 과정을 거쳐, 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED가 배치된 마이크로 LED 디스플레이를 제조하게 된다.
단계적으로 전압을 인가하는 단계 및 퍼지하는 단계는 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
하나의 트렌치 홈에 하나의 마이크로 LED를 어셈블리한 이후, 상기 제1전극층을 상기 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극에 연결하고, 상기 제2전극층을 전원 전압 라인(VDD) 또는 기저 전압 라인(Vss)에 연결하는 단계를 더 포함한다.
연결하는 단계를 통해, 마이크로 LED(ML)의 일단은 트랜지스터의 소스 전극에 접속되고 마이크로 LED(ML)의 타단은 전원 전압 라인(VDD)에 접속된다.
추가적으로, 복수의 열 중에서, 각 열마다 전기 신호를 순차적으로 인가하여 서로 다른 발광특성을 가진 마이크로 LED, 예를 들어 R-G-B의 색상에 해당하는 나노 혹은 마이크로 LED를 디스플레이 백플레인 위에 디스플레이 화소로 배열할 수 있다.
각 열마다 순차적으로 전기장을 형성하기 위하여 개별적으로 전기신호를 가할 수 있는 회로장치를 사용할 수 있다.
화소 별로 전기장을 따로 적용하여 RGB 풀컬러를 구현하기 위해서는 순서에 상관없이 다음과 같은 방법으로 마이크로 LED를 배열할 수 있다.
복수의 LED 중에서 적색 LED가 포함된 유체를 공급하면서, 적색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 단계적으로 전압을 인가하여, 적색 화소에 포함되는 트렌치 홈에 적색 LED를 배열하고, 기판(백플레인)을 건조시킨다.
복수의 LED 중에서 녹색 LED가 포함된 유체를 공급하면서, 녹색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 단계적으로 전압을 인가하여, 녹색 화소에 포함되는 트렌치 홈에 적색 LED를 배열하고, 기판(백플레인)을 건조시킨다.
복수의 LED 중에서 청색 LED가 포함된 유체를 공급하면서, 청색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 단계적으로 전압을 인가하여, 청색 화소에 포함되는 트렌치 홈에 적색 LED를 배열하고 기판(백플레인)을 건조시킨다.
이처럼, 유체 공급, 마이크로 LED 배열, 건조과정을 반복하여 R-G-B 나노 LED 어레이 형태를 디스플레이 위에 형성함으로써, 풀컬러 디스플레이 소자를 완성할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10 : 기판
20 : 금속층
22 : 제1전극층
24 : 제2전극층
30 : 절연층
40 : 포토레지스트
ML : 마이크로 LED
GA : 사이의 갭 영역
LAA : 트렌치 홈

Claims (22)

  1. (a) 기판 상에 서로 마주보는 제1전극층과 제2전극층을 배치한 후, 절연층을 배치하는 단계;
    (b) 상기 절연층을 패터닝하되 제1전극층과 제2전극층 사이의 갭 영역을 일정 두께로 패터닝하여 트렌치 홈을 형성하는 단계;
    (c) 상기 기판 상에 마이크로 LED가 포함된 유체를 공급하는 단계;
    (d) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제1전압을 인가하고 제1전기장을 발생시켜 상기 트렌치 홈 방향으로 마이크로 LED를 유도하는 단계; 및
    (e) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제2전압을 인가하고 제2전기장을 발생시켜 상기 트렌치 홈에 마이크로 LED를 어셈블리하는 단계;를 포함하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서, 제1전압 크기보다 큰 제2전압을 인가하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 상기 기판 상에 마이크로 LED가 포함된 유체를 비연속적으로 공급하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계 및 (e) 단계에서, 전압을 연속적으로 인가하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계 또는/및 (e) 단계에서, 휘발성 용매를 주입하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서, 상기 트렌치 홈 외부에 위치하는 마이크로 LED를 기판 밖으로 배출하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후에, (f) 상기 기판을 퍼지하는 단계;를 더 포함하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서, 제2전압의 크기가 0V 까지 감소하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서, 제2전압의 크기가 점진적으로 감소하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    하나의 트렌치 홈에 하나의 마이크로 LED를 어셈블리하는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치 홈의 길이는 상기 갭 영역의 간격보다 큰 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치 홈의 길이는 상기 마이크로 LED의 길이보다 크고, 상기 트렌치 홈의 폭은 상기 마이크로 LED의 직경보다 큰 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치 홈의 폭은
    상기 제1전극층과 제2전극층에 전기장을 발생시켜 복수의 마이크로 LED들 사이에서 척력이 발생할 때 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이의 간격보다 작은 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계 및 (e) 단계 각각에서, 상기 트렌치 홈에서 전기장의 크기는 상기 트렌치 홈이 아닌 영역에서의 전기장의 크기보다 큰 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 트렌치 홈 영역에 위치하는 제1전극층과 제2전극층이 서로를 향해 돌출되도록 배치되는 마이크로 LED 어셈블리 제조 방법.
  16. (a) 기판 상에 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의되는 복수의 화소 영역 각각에 트랜지스터를 배치하는 단계;
    (b) 상기 복수의 화소 영역마다 트랜지스터가 배치된 기판 상에 서로 마주보는 제1전극층과 제2전극층을 배치한 후, 절연층을 배치하는 단계;
    (c) 상기 절연층을 패터닝하되 제1전극층과 제2전극층 사이의 갭 영역을 일정 두께로 패터닝하여 트렌치 홈을 형성하는 단계;
    (d) 상기 기판 상에 마이크로 LED가 포함된 유체를 공급하는 단계;
    (e) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제1전압을 인가하고 제1전기장을 발생시켜 상기 트렌치 홈 방향으로 마이크로 LED를 유도하는 단계;
    (f) 상기 제1전극층과 제2전극층에 제2전압을 인가하고 제2전기장을 발생시켜 트렌치 홈에 마이크로 LED를 어셈블리하는 단계;를 포함하고,
    하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED가 배치되는 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서, 제1전압 크기보다 큰 제2전압을 인가하는 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    하나의 트렌치 홈에 하나의 마이크로 LED를 어셈블리하는 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 (f) 단계 이후에, (g) 상기 기판을 퍼지하는 단계;를 더 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    복수의 화소 영역마다 상기 (d) 단계 내지 (f) 단계를 수행하되,
    복수의 LED 중에서 적색 LED가 포함된 유체를 공급한 후, 적색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 제1전압을 인가한 후 제2전압을 인가하여, 적색 화소에 포함되는 트렌치 홈에 적색 LED를 어셈블리하고,
    복수의 LED 중에서 녹색 LED가 포함된 유체를 공급하면서, 녹색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 제1전압을 인가한 후 제2전압을 인가하여, 녹색 화소에 포함되는 트렌치 홈에 적색 LED를 어셈블리하고,
    복수의 LED 중에서 청색 LED가 포함된 유체를 공급하면서, 청색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 제1전압을 인가한 후 제2전압을 인가하여, 청색 화소에 포함되는 트렌치 홈에 적색 LED를 어셈블리하는 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 적색 LED, 녹색 LED 또는 청색 LED를 어셈블리할 때마다, 기판을 퍼지하는 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 제1전극층을 상기 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극에 연결하고,
    상기 제2전극층을 전원 전압 라인(VDD) 또는 기저 전압 라인(Vss)에 연결하는 단계를 더 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법.
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