KR20240106543A - 수직 적층형 전자 소자 및 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법 - Google Patents

수직 적층형 전자 소자 및 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 개별 LED를 수직으로 적층하여 고해상도 디스플레이의 구현이 가능한 수직 적층형 전자 소자 및 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법을 제공한다.

Description

수직 적층형 전자 소자 및 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법{Vertically Stacked Electronic Device And Method For Vertically Stacked Electronic Device}
본 발명은 수직 적층형 전자 소자 및 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법으로서, 보다 상세하게는 단일 픽셀을 구성하기 위해 복수의 마이크로LED를 수직 방향으로 적층한 수직 적층형 전자 소자 및 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 가장 널리 사용되는 디스플레이는 LCD이다. 그러나, LCD 기반 디스플레이는 백라이트(LED, CCFL)가 필요했다. 이러한 구조는 큰 두께, 낮은 전력 효율, 좁은 시야각 등의 문제점이 있었다. 그 대안으로 나타난 OLED 디스플레이는 LCD에 비하여 전력 효율이 개선되었으나 유기물을 사용하기 때문에 낮은 내구성, 번인(열화) 등의 문제점이 있었다.
최근에 주목받는 마이크로LED는 무기물 기반의 소자로 상술한 내구성 문제가 대폭 개선되었다. 뿐만 아니라 기존 OLED보다 밝기가 더 뛰어나며, OLED와 같이 미사용 소자는 끌 수 있기 때문에 완벽한 검은색을 표현할 수 있다. 즉, 마이크로LED 디스플레이는 OLED의 장점을 유지하면서 단점을 보완한 기술이라고 할 수 있다.
일반적으로 마이크로LED 디스플레이는 적색 마이크로LED, 녹색 마이크로LED 및 청색 마이크로LED로 이루어진 서브 픽셀을 포함하여 하나의 픽셀을 구현한다.
이와 관련하여 공개특허 제10-2022-0133387 호는 적색, 녹색 및 청색 마이크로LED를 수평으로 나열하여 하나의 픽셀을 구현하는 '마이크로 LED 디스플레이'를 개시하고 있다.
그러나, 개별 LED를 수평으로 나열하는 경우 넓은 수평 공간을 활용하게 되므로, 고해상도의 디스플레이를 제조하는 것에 있어 분명한 한계점을 갖는다.
공개번호 제10-2022-0133387 호 공개특허공보
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 개별 LED를 수직으로 적층하여 고해상도 디스플레이의 구현이 가능한 수직 적층형 전자 소자 및 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 수직 적층형 전자 소자는 수직 방향으로 복수의 마이크로LED가 적층되어 형성되는 수직 적층형 전자 소자에 있어서, 기판; 상기 기판 상에 위치하는 제1마이크로LED; 상기 제1마이크로LED 상에 위치하는 제2마이크로LED; 상기 제2마이크로LED 상에 위치하는 제3마이크로LED; 상기 제3마이크로LED, 상기 제2마이크로LED 및 상기 제1마이크로LED를 관통하여 형성되는 공통전극; 상기 전자 소자를 관통하여 상기 제1마이크로LED와 전기적으로 연결되는 제1전극; 상기 전자 소자를 관통하여 상기 제2마이크로LED와 전기적으로 연결되는 제2전극; 및 상기 전자 소자를 관통하여 상기 제3마이크로LED와 전기적으로 연결되는 제3전극;을 포함할 수 있다.
한편, 복수의 마이크로LED를 포함하는 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법에 있어서, 상기 복수의 마이크로LED를 포함하는 LED 적층체를 구비하는 단계; 상기 LED 적층체를 에칭하여 형성된 관통영역에 패드전극을 구비하는 단계; 상기 LED 적층체 및 상기 패드전극의 표면에 보호막을 구비하는 단계; 상기 패드전극의 표면에 구비된 보호막을 선택적으로 제거하는 단계; 및 상기 관통영역에 본딩전극을 구비하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 보호막을 선택적으로 제거하는 단계는 상기 패드전극이 위치한 보호막이 레이저에 의해 선택적으로 조사되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 수직 적층형 전자 소자는 수직 방향으로 개별 LED를 적층하여 고밀도의 픽셀을 구현하는 효과를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법은 레이저를 이용하여 보호막을 선택적으로 조사하여 에칭하는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자를 나타낸 도면이다.
도 2는 하나의 마이크로LED를 포함하는 LED 적층체를 나타낸 도면이다.
도 3은 둘의 마이크로LED를 포함하는 LED 적층체를 나타낸 도면이다.
도 4는 셋의 마이크로LED를 포함하는 LED 적층체를 나타낸 도면이다.
도 5는 LED 적층체의 일부를 에칭하여 형성된 관통영역에 패드전극이 구비된 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 LED 적층체 및 패드전극의 표면에 보호막이 구비된 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 패드전극의 표면에 구비된 보호막이 선택적으로 제거된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8(a)는 패드전극의 표면 외의 부분의 보호막이 에칭된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8(b)는 패드전극의 표면 외의 부분의 보호막이 에칭된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8(c)는 본 발명의 실시예에 따다 패드전극의 표면의 보호막이 선택적으로 에칭된 상태를 나타낸 도면이다.
통상의 기술자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만, 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 개발할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이처럼 특별히 열거된 실시예 및 상태에 제한적이지 않은 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 발명의 설명을 통하여 더욱 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자가 발명의 기술적 사상을 쉽게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 도면들을 참고하여 설명될 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.
다양한 실시예들을 설명하면서, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 실시예가 다르더라도 편의상 동일한 명칭 및 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 또한, '~상에'라는 표현은 직접 접촉한 경우만을 의미하는 것은 아니며, 중간에 다른 층이 개입된 경우도 포함하는 의미이다. 또한, 'A를 관통한다'라는 의미는 A의 전체를 꿰뚫는 경우만 의미하는 것은 아니며, A의 일부층을 꿰뚫는 경우도 포함하는 의미이다. 또한, 두 구성의 '전기적 연결'은 직접적으로 접촉하는 경우만을 의미하는 것은 아니며, 사이에 도전성 물질을 두고 간접적으로 연결하는 경우도 포함하는 의미이다. 나아가, 이미 다른 실시예에서 설명된 구성 및 작동에 대해서는 편의상 생략하기로 한다.
이하에서, 본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)는 수직 방향으로 복수의 마이크로LED(12)가 적층되어 형성될 수 있다. 수직 적층형 전자 소자(1)는 기판(11, 110); 상기 기판(11, 110) 상에 위치하는 제1마이크로LED(120); 상기 제1마이크로LED(120) 상에 위치하는 제2마이크로LED(220); 상기 제2마이크로LED(220) 상에 위치하는 제3마이크로LED(320); 상기 제3마이크로LED(320), 상기 제2마이크로LED(220) 및 상기 제1마이크로LED(120)를 관통하여 형성되는 공통전극(600); 상기 전자 소자를 관통하여 상기 제1마이크로LED(120)와 전기적으로 연결되는 제1전극(610); 상기 전자 소자를 관통하여 상기 제2마이크로LED(220)와 전기적으로 연결되는 제2전극(620); 및 상기 전자 소자를 관통하여 상기 제3마이크로LED(320)와 전기적으로 연결되는 제3전극(630);을 포함할 수 있다.
개별 LED 적층체(10)는 기판(11), 기판(11) 상에 위치하는 마이크로LED(12) 및 마이크로LED(12) 상에 위치하는 투명전극(13)을 포함할 수 있다.
기판(11)은 개별 LED 적층체(10)의 구성요소들을 지지할 수 있다. 또한, 기판(11, 110)은 수직 적층형 전자 소자(1)의 구성요소들을 지지할 수 있다. 기판(11)은 마이크로LED(12)와 접촉하여 마이크로LED(12)를 지지할 수 있으며, 제조 단계에서 마이크로LED(12)로부터 분리될 수도 있다.
마이크로LED(12)는 n형 반도체(12a) 및 p 형 반도체(12b)를 포함할 수 있으며, n형 반도체(12a)와 p형 반도체(12b) 사이에 활성층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
마이크로LED(12)는 n형 반도체(12a) 및 p형 반도체(12b)의 소재에 따라 방출하는 빛의 색이 결정될 수 있다. 즉, 마이크로LED(12)는 pn접합부 영역에서 에너지 밴드 갭에 해당하는 파장의 빛을 방출할 수 있다.
활성층은 전자와 전공이 주입되어 서로 결합하여 빛을 방출할 수 있으며, 단일양자우물(SQW) 또는 다중양자우물(MQW) 구조로 이루어질 수 있다. 단, 활성층은 상술한 것에 제한되는 것은 아니다.
투명전극(13)은 ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 투명전극(13)은 마이크로LED(12)에서 발생하는 빛을 통과시킬 수 있으며, 마이크로LED(12)와 전원을 전기적으로 연결할 수 있다.
수직 적층형 전자 소자(1)는 기판(11, 110), 제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220), 제3마이크로LED(320), 공통전극(600), 제1전극(610), 제2전극(620) 및 제3전극(630)을 포함할 수 있다.
제1마이크로LED(120)는 적색LED, 녹색LED 또는 청색LED로 이루어질 수 있다. 제2마이크로LED(220)는 적색LED, 녹색LED 또는 청색LED로 이루어질 수 있다. 제3마이크로LED(320)는 적색LED, 녹색LED 또는 청색LED로 이루어질 수 있다.
이때, 제1마이크로LED(120) 내지 제3마이크로LED(320)는 각각 서로 다른 색을 방출하는 LED로 구성될 수 있다. 제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220) 및 제3마이크로LED(320)는 각각 GaAs, GaP, GaAsP, GaN 중 하나 또는 둘로 이루어질 수 있다. 단, 제1마이크로LED(120) 내지 제3마이크로LED(320)의 소재가 상술한 것에 한정되지 않는다.
공통전극(600)은 제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220) 및 제3마이크로LED(320)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 공통전극(600)은 음 전압 또는 양 전압을 받아 공통으로 복수의 마이크로LED(12)에 전달할 수 있다. 공통전극(600)은 모든 마이크로LED(120, 220, 320)와 연결되어야 하기 때문에, 수직 적층형 전자 소자(1)의 상부면으로부터 제3마이크로LED(320) 및 제2마이크로LED(220)를 관통하고 제1마이크로LED(120)까지 연장 형성될 수 있다. 또한, 공통전극(600)은 제1마이크로LED(120)의 일부를 관통하여 형성될 수도 있다.
이때, 공통전극(600)은 복수의 마이크로LED(12)와 직접적으로 연결되거나 그 사이에 도전성 물질을 두고 간접적으로 연결될 수 있다.
공통전극(600)은 제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220) 및 제3마이크로LED(320)와 모두 연결될 수 있도록 단차를 가질 수 있다. 공통전극(600)은 제1마이크로LED(120)와 접촉하는 제1영역, 제1영역보다 폭이 좁게 형성되어 제2마이크로LED(220)와 접촉하는 제2영역 및 제2영역보다 폭이 좁게 형성되어 제3마이크로LED(320)와 접촉하는 제3영역을 포함할 수 있다.
제1영역 내지 제3영역의 하부면은 각각 제1마이크로LED(120) 내지 제3마이크로LED(320)의 n형 반도체(12a)의 상부면과 접촉할 수 있다. 공통전극(600)은 단차를 가짐으로써, 제1마이크로LED(120) 내지 제3마이크로LED(320)와 모두 접촉할 수 있다.
제1전극(610)은 제1마이크로LED(120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1전극(610)은 양 전압 또는 음 전압을 받아 제1마이크로LED(120)에 전달할 수 있다. 제1전극(610)은 제1마이크로LED(120)와 연결되어야 하기 때문에, 수직 적층형 전자 소자(1)의 상부면으로부터 제3마이크로LED(320) 및 제2마이크로LED(220)를 관통하고 제1마이크로LED(120) 또는 제1투명전극(130)까지 연장 형성될 수 있다.
이때, 제1전극(610)은 제1마이크로LED(120)와 직접적으로 연결되거나 그 사이에 도전성 물질을 두고 간접적으로 연결될 수 있다.
제2전극(620)은 제2마이크로LED(220)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제2전극(620)은 양 전압 또는 음 전압을 받아 제2마이크로LED(220)에 전달할 수 있다. 제2전극(620)은 제2마이크로LED(220)와 연결되어야 하기 때문에, 수직 적층형 전자 소자(1)의 상부면으로부터 제3마이크로LED(320)를 관통하고 제2마이크로LED(220)까지 또는 제2투명전극(230)까지 연장 형성될 수 있다.
이때, 제2전극(620)은 제2마이크로LED(220)와 직접적으로 연결되거나 그 사이에 도전성 물질을 두고 간접적으로 연결될 수 있다.
제3전극(630)은 제3마이크로LED(320)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제3전극(630)은 양 전압 또는 음 전압을 받아 제3마이크로LED(320)에 전달할 수 있다. 제3전극(630)은 제3마이크로LED(320)와 연결되어야 하기 때문에, 수직 적층형 전자 소자(1)의 상부면으로부터 제3마이크로LED(320)까지 또는 제3투명전극(330)까지 연장 형성될 수 있다.
이때, 제3전극(630)은 제3마이크로LED(320)와 직접적으로 연결되거나 그 사이에 도전성 물질을 두고 간접적으로 연결될 수 있다.
구체적으로, 공통전극(600)은 제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220) 및 제3마이크로LED(320)의 n형 반도체(12a, 120a, 220a, 320a)에 전기적으로 연결될 수 있다(n형). 이때, 제1전극(610), 제2전극(620) 및 제3전극(630)은 각각 제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220) 및 제3마이크로LED(320)의 p형 반도체(12b, 120b, 220b, 320b)(또는 투명전극(13, 130, 230, 330))에 전기적으로 연결될 수 있다(n형).
반대로, 공통전극(600)은 제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220) 및 제3마이크로LED(320)의 p형 반도체(12b, 120b, 220b, 320b)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제1전극(610), 제2전극(620) 및 제3전극(630)은 각각 제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220) 및 제3마이크로LED(320)의 n형 반도체(12a, 120a, 220a, 320a))(또는 투명전극(13, 130, 230, 330))에 전기적으로 연결될 수 있다(p형).
이처럼, 수직 적층형 전자 소자(1)는 공통전극(600)을 양극으로 활용하는 경우 제1전극(610) 내지 제3전극(630)을 음극으로 활용할 수 있으며, 공통전극(600)을 음극으로 활용하는 경우 제1전극(610) 내지 제3전극(630)을 양극으로 활용할 수 있다.
제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220) 및 제3마이크로LED(320)는 각각 독립적으로 구동될 수 있으며, 조합을 통해 다양한 색의 빛을 방출할 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 수직 적층형 전자 소자(1)는 아래부터 순서대로 제1적층체(100), 역전된 제2적층체(200) 및 역전된 제3적층체(300)를 포함할 수 있다.
제1적층체(100)는 아래부터 순서대로 제1기판(110), 제1마이크로LED(120), 제1투명전극(130)을 포함할 수 있다. 제2적층체(200)는 아래부터 순서대로 제2기판(210), 제2마이크로LED(220), 제2투명전극(230)을 포함할 수 있다. 제3적층체(300)는 아래부터 순서대로 제3기판(310), 제3마이크로LED(320), 제3투명전극(330)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)는 제1적층체(100), 역전된 제2적층체(200) 및 역전된 제3적층체(300)를 포함할 수 있다. 이때, 제2적층체(200) 및 제3적층체(300)는 각각 제2기판(210) 및 제3기판(310)이 제거된 상태일 수 있다.
제1마이크로LED(120)는 아래부터 순서대로 제1 n형 반도체(120a) 및 제1 p형 반도체(120b)를 포함할 수 있다. 제2마이크로LED(220)는 아래부터 순서대로 제2 n형 반도체(220a) 및 제2 p형 반도체(220b)를 포함할 수 있다. 제3마이크로LED(320)는 아래부터 순서대로 제3 n형 반도체(320a) 및 제3 p형 반도체(320b)를 포함할 수 있다. 그러나, 공통전극(600)을 양극과 음극 중 활용하는 용도에 따라 n형 반도체(12a) 및 p형 반도체(12b)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.
다음에서 도 1을 기준으로 설명하는 수직 적층형 전자 소자(1)의 제2적층체(200) 및 제3적층체(300)는 각각 제2기판(210) 및 제3기판(310)이 제거된 상태를 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)는 제1적층체(100), 역전된 제2적층체(200), 역전된 제3적층체(300), 제1적층체(100)와 역전된 제2적층체(200)를 접합하고 역전된 제2적층체(200) 및 역전된 제3적층체(300)를 접합하는 접합층(400)을 포함할 수 있다.
수직 적층형 전자 소자(1)는 공통전극(600), 제1전극(610), 제2전극(620) 및 제3전극(630)을 포함할 수 있으며, 이들은 각각 수직 적층형 전자 소자(1)의 적어도 일부를 수직으로 관통하여 형성될 수 있다.
또한, 수직 적층형 전자 소자(1)는 보호막(530)을 구비하여 공통전극(600)을 제1적층제 내지 제3적층제와 전기적으로 절연할 수 있다. 보호막(530)은 수직 적층형 전자 소자(1)의 측면에 구비될 수 있다. 또한, 보호막(530)은 수직 적층형 전자 소자(1)의 상부면 중 공통전극(600), 제1전극(610), 제2전극(620) 및 제3전극(630)이 돌출되지 않은 영역에 구비될 수 있다. 또한, 보호막(530)은 관통영역(510)에서 공통전극(600), 제1전극(610), 제2전극(620) 및 제3전극(630)의 측면과 관통영역(510)에서 제1적층체(100), 제2적층체(200) 및 제3적층체(300) 사이에 구비될 수 있다.
수직 적층형 전자 소자(1)는 제1마이크로LED(120), 제2마이크로LED(220) 및 제3마이크로LED(320)를 수직 방향으로 적층한 형상으로 이루어짐으로써, 수평 방향 공간을 절약할 수 있다. 이로써, 수직 적층형 전자 소자(1)는 고밀도의 픽셀을 가지는 디스플레이를 구현할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)의 제조 방법에 대하여 살펴본다.
도 2는 하나의 마이크로LED(12)를 포함하는 LED 적층체(10, 20)를 나타낸 도면이다. 도 3은 둘의 마이크로LED(12)를 포함하는 LED 적층체(20)를 나타낸 도면이다. 도 4는 셋의 마이크로LED(12)를 포함하는 LED 적층체(20)를 나타낸 도면이다. 도 5는 LED 적층체(20)의 일부를 에칭하여 형성된 관통영역(510)에 패드전극(520)이 구비된 상태를 나타낸 도면이다. 도 6은 LED 적층체(20) 및 패드전극(520)의 표면에 보호막(530)이 구비된 상태를 나타낸 도면이다. 도 7은 패드전극(520)의 표면에 구비된 보호막(530)이 선택적으로 제거된 상태를 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)는 복수의 마이크로LED(12)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)의 제조 방법은 상기 복수의 마이크로LED를 포함하는 LED 적층체(20)를 구비하는 단계; 상기 LED 적층체(20)를 에칭하여 형성된 관통영역(510)에 패드전극(520)을 구비하는 단계; 상기 LED 적층체(20) 및 상기 패드전극(520)의 표면에 보호막(530)을 구비하는 단계; 상기 패드전극(520)의 표면에 구비된 보호막(530)을 선택적으로 제거하는 단계; 및 상기 관통영역(510)에 본딩전극(540)을 구비하는 단계;를 포함할 수 있다. 또한, 상기 보호막(530)을 선택적으로 제거하는 단계는 상기 패드전극(520)이 위치한 보호막(530)이 레이저에 의해 선택적으로 조사되는 것일 수 있다.
먼저, 복수의 마이크로LED를 포함하는 LED 적층체(20)를 구비하는 단계가 수행될 수 있다.
도 2를 참조하면, 개별 LED 적층체(10)는 하나의 마이크로LED(12)를 포함할 수 있다. 개별 LED 적층체(10)는 기판(11), 기판(11) 상에 위치하는 마이크로LED(12) 및 마이크로LED(12) 상에 위치하는 투명전극(13)을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, LED 적층체(20)는 제1적층체(100), 제1적층체(100) 상에 위치하는 제2적층체(200) 및 제1적층체(100)와 제2적층체(200)를 접합하는 접합층(400)을 포함할 수 있다.
이때, 제1적층체(100)는 제1기판(110), 제1기판(110) 상의 제1마이크로LED(120), 제1마이크로LED(120) 상의 제1투명전극(130)을 포함할 수 있다. 제2적층체(200)는 제2기판(210), 제2기판(210) 상의 제2마이크로LED(220), 제2마이크로LED(220) 상의 제2투명전극(230)을 포함할 수 있다.
제1적층체(100) 상에 제2적층체(200)를 역전시켜 접합층(400)을 이용하여 제1적층체(100) 및 제2적층체(200)를 접합할 수 있다. 이때, LED 적층체(20)는 제1적층체(100), 접합층(400) 및 역전된 제2적층체(200)를 적층한 구조를 포함할 수 있으며, 제2기판(210)은 제2적층체(200)로부터 분리될 수 있다.
도 4를 참조하면, LED 적층체(20)는 제1적층체(100), 제1적층체(100) 상에 위치하는 제2적층체(200), 제2적층체(200) 상에 위치하는 제3적층체(300), 및 제1적층체(100)와 제2적층체(200)를 접합하고 제2적층체(200)와 제3적층체(300)를 접합하는 접합층(400)을 포함할 수 있다.
이때, 제1적층체(100) 및 제2적층체(200)는 상술한 바와 같고, 제3적층체(300)는 제3기판(310), 제3기판(310) 상의 제3마이크로LED(320), 제3마이크로LED(320) 상의 제3투명전극(330)을 포함할 수 있다.
제2적층체(200) 상에 제3적층체(300)를 역전시켜 접합층(400)을 이용하여 제2적층체(200) 및 제3적층체(300)를 접합할 수 있다. 이때, LED 적층체(20)는 제1적층체(100), 접합층(400), 역전된 제2적층체(200), 접합층(400) 및 역전된 제3적층체(300)를 적층한 구조를 포함할 수 있으며, 제3기판(310)은 제3적층체(300)로부터 분리될 수 있다.
이로써, 복수의 마이크로LED(12, 120, 220, 320)를 포함하는 LED 적층체(20)가 구비될 수 있다.
이어서, LED 적층체(20)를 에칭하여 형성된 관통영역(510)에 패드전극(520)을 구비하는 단계가 수행될 수 있다.
도 5를 참조하면, LED 적층체(20)는 적어도 일부가 에칭된 관통영역(510)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 관통영역(510)은 공통관통영역(514), 제1관통영역(511), 제2관통영역(512) 및 제3관통영역(513)을 포함할 수 있다. 추가적으로, LED 적층체(20)는 외곽영역(515)을 포함할 수 있다. 외곽영역(515)은 LED 적층체(20)의 가장자리가 에칭되어 형성된 영역을 의미하며, LED 적층체(20)의 상부면으로부터 제1기판(110)의 상부면까지 연장 형성될 수 있다.
공통관통영역(514)은 LED 적층체(20)에서 공통전극(600)이 형성되는 영역이고, 제1관통영역(511)은 제1전극(610)이 형성되는 영역이고, 제2관통영역(512)은 제2전극(620)이 형성되는 영역이고, 제3관통영역(513)은 제3전극(630)이 형성되는 영역일 수 있다.
여기서, 공통관통영역(514)은 상부에 형성되는 제1공통관통영역(514a) 및 제1공통관통영역(514a)보다 폭이 좁은 제2공통관통영역(514b)을 포함할 수 있다.
공통관통영역(514)은 수직 적층형 전자 소자(1) 또는 LED 적층체(20)의 상부면으로부터 제3마이크로LED(320) 및 제2마이크로LED(220)를 관통하고 제1마이크로LED(120)까지 연장 형성될 수 있다. 이때, 제1공통관통영역(514a)은 수직 적층형 전자 소자(1) 또는 LED 적층체(20)의 상부면으로부터 제2마이크로LED(220)의 상부면까지 연장 형성될 수 있으며, 제2공통관통영역(514b)은 제2마이크로LED(220)의 상부면으로부터 제1마이크로LED(120)까지 연장 형성될 수 있다. 여기서, 제2공통관통영역(514b)은 제1마이크로LED(120)의 일부를 관통하여 형성될 수 있다.
제1관통영역(511)은 수직 적층형 전자 소자(1) 또는 LED 적층체(20)의 상부면으로부터 제3마이크로LED(320) 및 제2마이크로LED(220)를 관통하여 제1마이크로LED(120)까지 연장 형성될 수 있다. 여기서, 제1관통영역(511)은 제1마이크로LED(12)의 적어도 일부를 관통하여 형성될 수 있다.
제2관통영역(512)은 수직 적층형 전자 소자(1) 또는 LED 적층체(20)의 상부면으로부터 제3마이크로LED(320)를 관통하여 제2마이크로LED(220)까지 연장 형성될 수 있다. 여기서, 제2관통영역(512)은 제2마이크로LED(12)의 적어도 일부를 관통하여 형성될 수 있다.
제3관통영역(513)은 수직 적층형 전자 소자(1) 또는 LED 적층체(20)의 상부면으로부터 제3마이크로LED(320)까지 연장 형성될 수 있다. 여기서, 제3관통영역(513)은 제3마이크로LED(12)의 적어도 일부를 관통하여 형성될 수 있다.
도 5를 계속하여 참조하면, 관통영역(510)에 패드전극(520)이 구비될 수 있다.
패드전극(520)은 공통패드전극(524), 제1패드전극(521), 제2패드전극(522) 및 제3패드전극(523)을 포함할 수 있으며, 공통패드전극(524)은 제1공통패드전극(524a), 제2공통패드전극(524b) 및 제3공통패드전극(524c)을 포함할 수 있다.
제1공통패드전극(524a)은 제1마이크로LED(120) 상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1공통패드전극(524a)은 제1마이크로LED(120) 중 n형 반도체(120a) 상에 형성될 수 있다(n형). 제2공통패드전극(524b)은 제2마이크로LED(220) 상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2공통패드전극(524b)은 제2마이크로LED(220) 중 n형 반도체(220a) 상에 형성될 수 있다(n형). 제3공통패드전극(524c)은 제3마이크로LED(320) 상에 형성될 수 있다. 구체적으로, 제3공통패드전극(524c)은 제3마이크로LED(320) 중 n형 반도체(320a) 상에 형성될 수 있다(n형).
제1패드전극(521)은 제1마이크로LED(120) 상에 형성되거나, 제1투명전극(130) 상에 형성될 수 있다. 제2패드전극(522)은 제2마이크로LED(220) 상에 형성되거나, 제2투명전극(230) 상에 형성될 수 있다. 제3패드전극(523)은 제3마이크로LED(320) 상에 형성되거나, 제3투명전극(330) 상에 형성될 수 있다. 즉, 제1패드전극(521) 내지 제3패드전극(523)은 각각 제1마이크로LED(120) 내지 제3마이크로LED(320)의 p형 반도체(120a, 220b, 320b)의 p형 반도체와 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다(n형)
제1공통패드전극(524a), 제2공통패드전극(524b), 제3공통패드전극(524c), 제1패드전극(521), 제2패드전극(522) 및 제3패드전극(523)은 각각 적어도 하나 이상으로 형성될 수 있다.
이어서, LED 적층체(20) 및 패드전극(520)의 표면에 보호막(530)을 구비하는 단계가 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 보호막(530)은 LED 적층체(20) 및 패드전극(520)의 표면에 구비될 수 있다. 보호막(530)은 절연성 소재로 이루어질 수 있으며, 그 종류에 한정되지 않는다. 구체적으로, 보호막(530)은 LED 적층체(20)의 상부면에 구비될 수 있고, 패드전극(520)의 상부면 및 측면에 구비될 수 있으며, LED 적층체(20)의 측면에 구비될 수 있다.
보호막(530)은 공통전극(600), 제1전극(610), 제2전극(620) 및 제3전극(630)과 전기적 연결이 필요한 마이크로LED(12, 120, 220, 320)의 특정 영역 외에서는 전기 전도를 차단하기 위해 활용될 수 있다.
이어서, 패드전극(520)의 표면에 구비된 보호막(530)을 선택적으로 제거하는 단계가 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 패드전극(520)의 표면에 구비된 보호막(530)은 제거될 수 있다. 이로써, 패드전극(520)은 후술할 본딩전극(540)과 접촉할 수 있으며, 패드전극(520)은 본딩전극(540)과 결합하여 각각 공통전극(600), 제1전극(610), 제2전극(620) 및 제3전극(630)을 형성할 수 있다.
도 8(a)는 패드전극(520)의 표면 외의 부분의 보호막(530)이 에칭된 상태를 나타낸 도면이다. 도 8(b)는 패드전극(520)의 표면 외의 부분의 보호막(530)이 에칭된 상태를 나타낸 도면이다. 도 8(c)는 본 발명의 실시예에 따다 패드전극(520)의 표면의 보호막(530)이 선택적으로 에칭된 상태를 나타낸 도면이다.
보호막(530)은 레이저에 광원에 의해 선택적으로 제거될 수 있다.
도 8(a)를 참조하면, 패드전극(520)의 상부면에 형성된 보호막(530)이 제거되었으나, LED 적층체(20)의 측면에 형성된 보호막(530)까지 제거된 상태를 확인 수 있다. 이러한 상태는 보호막(530)이 일반적인 습식에칭되는 경우 나타날 수 있다.
도 8(b)를 참조하면, 패드전극(520)의 상부면에 형성된 보호막(530)이 제거되고 있으나, LED 적층체(20)의 측면에 형성된 보호막(530)까지 제거된 상태를 확인할 수 있다. 이러한 상태는 보호막(530)이 일반적인 건식에칭되는 경우 나타날 수 있다.
도 8(c)를 참조하면, 패드전극(520)의 상부면에 형성된 보호막(530)만 선택적으로 제거되는 상태를 확인할 수 있다. 레이저 광원으로 보호막(530)을 에칭하는 경우 직진성에 의해 보호막(530)만 선택적으로 에칭할 수 있으므로, 에칭 정밀도를 향상시킬 수 있다.
특히, 보호막(530)은 동일한 소재로 이루어지기 때문에, 패드전극(520)의 표면 외의 부분의 보호막(530)까지 에칭가스 및/또는 에칭용액과 반응하여 에칭될 수 있다. 그 결과 마이크로LED(12)간에 쇼트가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)의 제조 방법은 레이저를 통해 선택적으로 패드전극(520) 상의 보호막(530)을 에칭하여, 에칭 정밀도를 향상할 수 있으며 수직 적층형 전자 소자(1)의 쇼트를 방지할 수 있다.
이어서, 관통영역(510)에 본딩전극(540)을 구비하는 단계가 수행될 수 있다.
본딩전극(540)은 패드전극(520)과 접촉하여 공통전극(600), 제1전극(610), 제2전극(620) 및 제3전극(630)을 형성할 수 있다. 즉, 공통전극(600)은 공통본딩전극(미도시) 및 공통패드전극(524)을 포함할 수 있고, 제1전극(610)은 제1본딩전극(미도시) 및 제1패드전극(521)을 포함할 수 있으며, 제2전극(620)은 제2본딩전극(미도시) 및 제2패드전극(522)을 포함할 수 있고, 제3전극(630)은 제3본딩전극(미도시) 및 제3패전극을 포함할 수 있다. 본딩전극은 수직 적층형 전자 소자 또는 LED 적층체(20)의 상부면으로부터 더 돌출되도록 형성될 수 있다. 이로써, 수직 적층형 전자 소자(1)가 더 용이하게 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)는 수직 방향으로 복수의 마이크로LED(12, 120, 220, 320)를 적층함으로써, 고밀도의 픽셀을 갖는 디스플레이를 제조할 수 있다. 나아가, 본 발명의 실시예에 따른 수직 적층형 전자 소자(1)의 제조 방법은 레이저 광원을 활용하여 보호막(530)을 정밀하게 에칭함으로써 수직 적층형 전자 소자(1)의 쇼트 불량을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
1 : 수직 적층형 전자 소자
10 : 개별 LED 적층체
11 : 기판
12 : 마이크로LED
12a : n형 반도체
12b : p형 반도체
13 : 투명전극
20 : LED 적층체
100 : 제1적층체
110 : 제1기판
120 : 제1마이크로LED
120a : 제1 n형 반도체
120b : 제1 p형 반도체
130 : 제1투명전극
200 : 제2적층체
210 : 제2기판
220 : 제2마이크로LED
220a : 제2 n형 반도체
220b : 제2 p형 반도체
230 : 제2투명전극
300 : 제3적층체
310 : 제3기판
320 : 제3마이크로LED
320a : 제3 n형 반도체
320b : 제3 p형 반도체
330 : 제3투명전극
400 : 접합층
510 : 관통영역
511 : 제1관통영역
512 : 제2관통영역
513 : 제3관통영역
514 : 공통관통영역
515 : 외곽영역
520 : 패드전극
521 : 제1패드전극
522 : 제2패드전극
523 : 제3패드전극
524 : 공통패드전극
530 : 보호막
540 : 본딩전극
600 : 공통전극
610 : 제1전극
620 : 제2전극
630 : 제3전극

Claims (3)

  1. 수직 방향으로 복수의 마이크로LED가 적층되어 형성되는 수직 적층형 전자 소자에 있어서,
    기판;
    상기 기판 상에 위치하는 제1마이크로LED;
    상기 제1마이크로LED 상에 위치하는 제2마이크로LED;
    상기 제2마이크로LED 상에 위치하는 제3마이크로LED;
    상기 제3마이크로LED, 상기 제2마이크로LED 및 상기 제1마이크로LED를 관통하여 형성되는 공통전극;
    상기 전자 소자를 관통하여 상기 제1마이크로LED와 전기적으로 연결되는 제1전극;
    상기 전자 소자를 관통하여 상기 제2마이크로LED와 전기적으로 연결되는 제2전극; 및
    상기 전자 소자를 관통하여 상기 제3마이크로LED와 전기적으로 연결되는 제3전극;을 포함하는, 수직 적층형 전자 소자.
  2. 복수의 마이크로LED를 포함하는 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법에 있어서,
    상기 복수의 마이크로LED를 포함하는 LED 적층체를 구비하는 단계;
    상기 LED 적층체를 에칭하여 형성된 관통영역에 패드전극을 구비하는 단계;
    상기 LED 적층체 및 상기 패드전극의 표면에 보호막을 구비하는 단계;
    상기 패드전극의 표면에 구비된 보호막을 선택적으로 제거하는 단계; 및
    상기 관통영역에 본딩전극을 구비하는 단계;를 포함하는, 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호막을 선택적으로 제거하는 단계는,
    상기 패드전극이 위치한 보호막이 레이저에 의해 선택적으로 조사되는 것인, 수직 적층형 전자 소자의 제조 방법.

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