Micro LED process의 이해

 세계 각지의 많은 업계 참여자들이 파트너쉽을 구축하고 Micro LED 개발 및 연구에 자원을 쏟았음에도 불구하고 기술 장벽과 장비 제한으로인해 Micro LED 디스플레이 생산 비용은 여전히 높은 수준으로 차세대 디스플레이 기술의 상용화는 여전히 지연되고 있습니다. 

 

 기존의 LED와 비교하여 Micro LED Chip의 크기는 단지 1%에 불과하기 때문에 Micro LED에 대한 연구는 더욱 복잡하고 정교해야 합니다. 구성 요소의 극단적인 크기는 새로운 세대의 기술을 의미하며 또한 수 많은 새로운 과제를 야기하고 있습니다. 

 

 1)에피성장, 2)칩 개발, 3)기판 분리, 4)전사 기술등의 연구는 Micro LED 디스플레이를 제조하기 위해 필요한 과정입니다. 

 

 에피성장은 사파이어 또는 실리콘 기판 위에 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)을 이용해 화합물 반도체 박막을 생성하는 공정입니다. LED와 마찬가지로 Epitaxy Wafer는 Micro LED 칩에서 근본적인 역할을 합니다. 그러나 Micro LED의 요구조건은 기존의 LED보다 훨씬 높습니다. Micro LED의 칩 크기가 100㎛ 보다 크지 않기 때문에 Epitaxy의 파장 균일성은 Wafer 불군형이 LED 칩 결함으로 이어질 수 있고 더욱더 중요해집니다. 그러나 현재 대부분의 기존 장비는 기존의 LED Wafer 생산을 위해 설계되었으며 Micro LED Wafer에 대한 요구를 거의 충족할 수 없습니다.

 

 칩개발을 위해서는 칩 내부로 전류 주입 시 효율을 높일 수 있는 설계 기술, 좁은 전극 영역으로 전류 주입 효율을 높일 수 있는 저항 접촉 기술, 복잡한 칩 제조 공정 중에 에피층으로부터 전극이 필링되지 않도록 하기 위한 접착력 향상 기술등이 필요합니다. 또한 칩 프로세서는 결합 및 전송을 포함한 추가 생산 프로세스에 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다. 다양한 전송 방법의 요구 사항을 충족하기 위해 칩 제조업체는 전반적인 수익률 및 효율성을 개선하기위해 전송 기술 공급업체와 긴밀하게 협력할 필요가 있습니다. 

 

 

Micro LED Process

 

 LED 칩을 고성능 디스플레이로 전환하려면 Micro LED 칩을 먼저 사파이어 기질에서 임시 기질에 분리한다음 기능 및 목적에 따라 다른 Backplane으로 전환해야 합니다. 평판한 사파이어 기판에 성장된 GaN LED에 p형 반사 전극 및 본딩 메탈을 증착하고 본딩 메탈이 증착되어있는 캐리어 기판에 열과 압력을 주어 유테틱(Eutectic) 본딩 방법으로 접합합니다. 이후 레이저 기판 분리법(Laser Lift Off, LLO)을 이용하여 유테틱 본딩을 제거하고 건식 식각을 통하여 칩을 개별화합니다. 

 

 전사 기술이란 Micro LED 소자를 목표 기판에 이송하는 기술로 직접전사 기술과 인쇄 전사 기술로 구분될 수 있습니다. 기존의 LED는 최소 200㎛ 이상의 크기로 다이본딩 공정을 이용하여 LED를 픽업하고 원하는 위치에 실장하는 것이 용이하였습니다. 그러나 Micro LED는 진공 홀을 이용한 기존 방식으로 실장하는 것이 어려우며 높은 해상도를 갖는 디스플레이의 경우에는 수백만 개 이상의 Micro LED 칩 전사가 필요하여 많은 공정 시간이 소요되고 제조 비용은 매우 증가하게 될 것입니다. 많은 연구진들은 프로세스를 가속화하기 위하여 다른 전사 기술을 다양하게 개발중에 있으며 또한 칩들을 손상시키지 않고 목표 수신 기질에 정확하게 결합 및 조립하는 것도 핵심 과제입니다. 

 

 또한 효율성 보장 및 전체 수익 향상을 위해 각 제조 공정동안 Micro LED 칩 기능을 점검해야 합니다. 결점이 감지될 때 해당 수리 기술은 결점을 정확하게 해결할 수 있어야하지만 이러한 프로세스의 어려움은 여전히 소형화된 칩위에 있었습니다. 장비 제조업체 및 솔루션 공급업체는 이러한 문제를 해결하기위해 보다 효율적이고 정확한 접근 방식을 구축하기 위해 연구하고 있습니다. 

 

 생산 프로세스내 당면 과제 외에도 Back plane 재료, 풀 컬러 솔루션 및 드라이버 IC 설계도 Micro LED 디스플레이 제조에 대해 연구가 필요한 과제입니다.