Vertically aligned transfer assembly of inorganic micro-LEDs on flexible substrates

Abstract

질화갈륨 기반의 파란색의 무기 발광다이오드가 개발됨에 따라, 그와 관련된 많은 연구들이 활발하게 진행되고 있다. 기존의 파란색의 발광다이오드는 사파이어 기판에서 성장된 질화갈륨 기반의 발광다이오드를 레이저 리프트 오프 공정으로 사파이어 기판으로부터 발광다이오드를 분리하여 다른 기판으로 전사해왔다. 하지만 기존의 사파이어 보다 비교적 저렴한 실리콘 위에서 질화갈륨 발광다이오드를 성장시키는 방법이 개발되면서 새로운 방법의 전사 공정이 필요하게 되었다. 현재 개발된 방법 중 하나는 앵커 구조를 이용하여 기판과 발광다이오드를 분리한 후, 탄성중합체 스탬프를 이용하여 앵커를 부수어 들어 올린 후, 다른 기판으로 전사를 한다. 하지만 앵커를 부수는 과정에서 발광다이오드에 손상이 갈 수 있고 앵커를 부순 흔적이 남는 등 여러 가지 단점이 있다. 이 논문에서는 이러한 단점을 보완할 수 있는 앵커를 사용하지 않고 실리콘 위에서 성장된 질화갈륨 기반의 발광다이오드를 기존에 연구가 많이 되었던 방법으로 비소화갈륨 기반의 빨간색의 발광다이오드와 함께 얇은 필름 기판으로 전사하여 유연한 디스플레이의 구현을 최종 목적으로 한다. 또한 이 논문에서는 앞서 말한 질화갈륨 기반의 발광다이오드를 비소화갈륨 기반의 빨간색 발광다이오드의 옆으로 전사하는 기존의 디스플레이의 방식과 달리 위로 전사하는 방법을 사용한다. 옆이 아닌 위로 전사함으로써, 같은 면적에 더 많은 화소의 발광다이오드를 넣을 수 있다. 이런 구조는 띠틈이 낮은 물질을 밑에 두어야만 발광하는 빛이 위에 존재하는 띠틈이 높은 물질에 흡수되지 않고 밖으로 발광할 수 있다. 나아가 질화갈륨 기반의 파란색 발광다이오드를 제작하는 방법과 전사하는 방법을 질화갈륨 기반의 초록 색 발광다이오드에 그대로 적용하여 빨간색과 파란색의 발광다이오드 사이에 초록 색의 발광다이오드를 넣으면 풀 컬러 디스플레이도 제작할 수 있다.|As the blue inorganic light-emitting diode(LED) based on GaN has been developed, many studies related to it have been actively conducted. Conventional blue GaN LED on a sapphire substrate has separated with substrate by laser lift-off. However, as a method of growing GaN LED on silicon was developed, a new method of transfer process is required. One of transfer methods is using anchor structure which holds LED after separated with Si substrate, then crush the anchor using an elastomer stamp, and transfer it to another substrate. However, during the process of breaking the anchor, there are several disadvantages, such as damage to the LED and a trace of the broken anchor. In this paper, by transferring GaN LED on Si without using an anchor to a thin film substrate with red LED based GaAs, finally, a flexible display can be implemented. In this paper, unlike the conventional display which is placed sub-pixels laterally, we transfer sub-pixels vertically. By transferring upward rather than sideways, more sub-pixels of LED can be placed in the same area. For this structure, a material having a low band gap must be placed underneath, so that the light emitted from downside can be emitted upside without being absorbed by the high band gap material. Furthermore, by applying the same manufacturing and transferring method for blue GaN LED to green GaN LED, placing a green LED between the red and blue LEDs, a full-color display can be produced.