KR20180038223A - Led 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
성장기판에 반도체층을 성장하는 단계;
반도체층이 분리된 비대칭 형태의 LED소자를 형성하는 단계;
LED소자를 성장기판과 분리하는 단계;
TFT를 포함한 디스플레이용 기판에 LED소자가 접합되는 본딩 전극을 형성하는 단계;
상기 디스플레이용 기판에 비대칭으로 형성된 LED소자와 동일 형태로 패터닝하여 홈을 형성하는 단계;
LED소자가 물리적인 힘에 의해 동일 형태의 홈을 가진 패턴에 안착하는 단계;
상기 디스플레이용 기판의 본딩 전극 또는 LED소자의 본딩 전극에 형성된 접착성 도전 물질에 의해 전기적으로 연결되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법
반도체층이 분리된 비대칭 형태의 LED소자를 형성하는 단계;
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Description
본 발명은 초소형 LED를 포함하는 디스플레이 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마이크로 단위의 초소형 LED 소자가 단위 화소(pixel)를 구성하여 풀-칼라 LED 디스플레이를 구현함과 동시에 수백만 개 이상의 LED소자를 효율적으로 기판에 다이 본딩 (Die Bonding)할 수 있는 제조 방법에 관한 것이다.
LED (Light Emitting Diode)는 전기에너지를 빛에너지로 변환시켜주는 발광반도체 소자로서 정공이 다수 캐리어인 p형 반도체와 전자가 다수 캐리어인 n형 반도체의 이종접합 구조를 가진다. 다수 캐리어는 인가된 전압에 의해 서로 반대 방향으로 이동하는 과정에서 활성층에서 만나 재결합을 하며 갖고 있던 여기 에너지를 광자의 형태로 방출하는데 이때 방출되는 광자의 파장은 활성층이 갖는 고유의 에너지 갭에 의해 결정되어진다.
일반적으로는 직접 에너지대를 갖는 화합물반도체에서 발광현상을 관찰할 수 있는데 최로 반도체에서 발광현상이 관찰된 것은 1923년 간접 에너지대를 갖는 SiC 재료에서였다. 그러나 간접 에너지대를 갖는 SiC는 효율이 매우 낮아 겨우 발광현상만을 관찰할 수 있을 정도였으며 실용적인 최초의 LED 는 1962년 GE에서 개발된 GaAsP를 사용한 적색 LED 이고 Monsanto 사에 의해 1969년부터 본격으로 양산이 시작되었다. 1980년에는 AlGaAs 재료를 이용한 고휘도 적색 LED가 개발되면서 표시기 수준에 머물던 LED 응용범위가 sign, signal, display 분야로 확장되기 시작하고 1992년 InGaAlP 재료를 이용한 초고휘도 적색 LED가 개발되면서 응용 영역이 넓어지기 시작하였다.
질화물계 반도체는 1986년 아가사키 교수가 저온 AlN 버퍼를 이용 한 GaN MIS(Metal Insulator Semiconductor) 구조에서 발광현상을 발표하였으며 1993년 일본 니치아 화학 공업주식회사의 슈지 나카무라에 의해 저온의 GaN 완충층을 적용하여 양질의 단결정 GaN 질화물 반도체를 융합시키는데 성공함으로써 개발이 활발하게 이루어져 왔다. 이러한 LED 반도체는 광 변환 효율이 높기에 에너지 소비량이 매우 적으며 수명이 반영구적이고 환경 친화적이어서 그린 소재로서 빛의 혁명이라고 불린다. 최근에는 화합물 반도체 기술의 발달로 고휘도 적색, 주황, 녹색, 청색 및 백색 LED가 개발되었다.
그 응용 범위는 다양하여 시대별로 키패드(Key Pad)용 Blue LED에서 옥외전광판, LCD TV의 BLU(Back Light Unit), 자동차용 헤드램프(Head Lamp) 그리고 LED 조명으로 발전해 가고 있다. 최근에는 LED가 BLU의 역할이 아닌 LED 자체를 디스플레이의 화소(Pixel)로 사용하여 진정한 LED TV를 개발하려고 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다..
LED자체가 디스플레이에서 화소(Pixel)의 역할을 하는 것은 이미 상용화된 옥외 전광판용 디스플레이가 일상에서 접할 수 있는 제품으로 청색, 녹색, 적색의 3원색 LED소자를 하나의 패키지(Package)에 실장하고 이 LED 패키지를 수만에서 수십만 개 이상을 초대형 기판에 실장하여 디스플레이로 구현하고 있다.
이렇게 구현된 디스플레이는 TV나 모니터 급 크기의 디스플레이에는 적용하지 못한 이유는 이 LED 패키지는 사이즈가 2×2mm2 정도 내외의 크기를 가지기 때문에 TV 화소로는 너무 크기 때문이며, 만약에 대형 크기로 제작을 한다고 하더라도 LED패키지의 단가가 대략 50원에서 100원 정도임을 감안하면, FHD(1920×1080)급으로 제작 시 LED패키지 광원의 가격만 1억에서 2억원이 이르기 때문에 너무 가격이 비싸져서 가정용 전자 제품의 가격과는 거리가 멀어진다.
통상의 LCD TV용이나 조명용에 들어가는 LED소자의 크기보다 1/1,000에서 1/10,000 정도가 되게 마이크로 크기의 LED소자를 사용하므로 LCD나 OLED의 픽셀의 크기보다 작게 만들 수 있으며, 가격도 FHD급으로 제작 시 LED패키지를 사용할 때 보다 LED소자의 광원 가격을 현저히 저렴하게 할 수 있다.
최근에 이르러 LED를 손목 시계용 디스플레이 및 대형 디스플레이의 화소(pixel)로 적용하고자 산업계에서 움직임이 일어나고 있다. 그 이유는 LCD나 OLED보다 에너지 효율이 4~5배 우수하기 때문에 배터리 용량이 작은 손목시계용 디스플레이에 적합하며, 기존 디스플레이가 가진 장점을 능가하여, 고명암비, 초고도 콘트라스트(대비) 구현, 180도에 이르는 광시야각, 1천니트(nit)의 최고 밝기, 10비트 색영역(sRGB 기준 140%), 하이 다이내믹 레인지(HDR)가 가능하며 수명 또한 우수하다. 또한 플렉서블(Flexible)한 디스플레에도 적용이 가능하다.
이러한 작은 크기의 청색, 녹색, 적색의 LED소자를 사용한 풀칼라(Full Color) 디스플레이는 여러 연구 그룹에서 개발 중인데, 그 기술로는 정전기 헤드(Head)를 이용하여 LED소자를 대량 이동 (Mass Transfer)하는 방식과 대량의 LED소자를 PDMS (Polydimethylsiloxane)에 부착하여 원하는 기판에 전사하는 방식 등이 있다. 이런 기술들은 개발에 착수한 기간이 2~5년 이상임에도 불구하고 디스플레이로서 상용화가 지연되었다. 그 예상되는 이유는 마이크로 크기의 LED소자의 개발 및 수백만 개 이상의 LED소자를 디스플레이용 패널에 짧은 시간 동안에 이동, 접합시키기 위해 정전기 헤드(Head)를 이용할 경우 LED소자에 ESD에 의한 소자 파괴를 야기할 수 있고, 탄성을 가진 고분자 물질인 PDMS를 사용하여 전사를 할 경우 마이크로 크기의 LED소자를 등간격을 유지하면서 고정밀 얼라인(Align)하는 기술의 개발이 난관에 봉착한 것으로 예상이 된다.
본 발명에서는 기존에 제시된 방식과 차별화된 방식으로 LED소자를 성장용 기판에서 낱개로 분리하여, 어떠한 지지기판이나 테이프(Tape), PDMS에 붙이지 않은 상태에서 물리적인 힘을 가하여 LED소자가 디스플레이용 기판의 정해진 위치에 안착하여 접합하는 풀칼라(Full Color) LED 디스플레이 제조방법을 제시한다.
종래의 LED 디스플레이를 제작하기 위해 고안된 다이 본딩 (Die Bonding) 방식은 실리콘 기판상에서 성장된 GaN 층 (Layer) 즉 LED 소자를 Si(111)과 Si(110)의 면의 식각율 (Etch Rate) 차이를 이용하여 성장용으로 사용된 Si 기판을 제거하여 GaN Layer (층) PDMS로 전사하는 제작 방법이 있으며, 사파이어 기판상 기판상에서 성장된 GaN 층 즉 LED 소자를 이종기판인 Si에 Wafer Bonding을 하고 본딩 계면을 산 용액을 이용하여 제거 후 분리된 LED 소자를 PDMS를 이용하여 다른 기판으로 전사하는 방법 등과 수직형 LED 소자를 제작하여 정전기 헤드를 사용하여 전사하는 방법 등이 있다.
위의 세가지 기술들은 정해진 간격에 균일하게 LED소자를 집어서 기판으로 옮기는 형태로 전사하는 기술이다. LED 소자를 하나씩 옮겨서 다이본딩(Die Bonding)을 하는 것 보다는 생산 능력이 좋을 것으로 예상되지만 마이크로 단위의 정밀한 정렬(align)을 반복적으로 수행할 수 있는 기술이 필요하다. 정전기를 사용하여 전사하는 방법은 정전기에 의한 LED 소자가 손상(Damage)을 입는 이슈(Issue)가 있으며, 정전 헤드가 정밀하게 작동되어야 만 수많은 칩들을 안정하고 정밀하게 다이 본딩(Die Bonding)을 할 수 있다.
위의 기술들은 실제 소자를 제작해본 사람이라면 뭔가 오류가 있음을 예측할 수 있다. 가령 사파이어 위에 성장된 GaN LED 소자의 경우 결정이 이상성장하여 생긴 결정 결함이 있는 경우 그 부분은 기본적으로 누설전류(Leakage Current)가 흐르게 된다. 이렇게 누설전류가 흐르는 이상성장은 반도체가 금속유기화학기상증착(MOCVD) 설비 내에서 성장될 때 성장 온도 조건, 반도체 성장용 가스(Gas)의 유량, 성장기판내의 온도 차이, 성장기판과 반도체층의 결정부정합 (Lattice mismatch) 및 성장기판의 오염등에 의해 결정결함이 생길 수 있으며, MOCVD의 리엑터(Reactor)의 내부에 쌓였다가 떨어지는 파티클(Particle) 등으로 인해 반도체층을 성장하는 동안 성장기판의 위에 랜덤(Random)한 위치에 결정결함과 파티클이 자리를 잡게 된다.
위의 결정 결함은 성장용 기판의 사이즈 및 성장 조건과 환경에 의해서 완전히 제거할 수 없는 부분으로 실제로 일반적인 LED 회사에서 양산을 할 경우에 결정 결함은 항상 발견 되고 있고, 일반적인 4인치 Wafer에 성장된 GaN의 경우 1×1mm2의 LED 소자로 만들 경우 결정결함에 의해서 누설전류가 흐르는 LED소자가 3% 내외로 웨이퍼 위에 만들어진다.
LED 소자를 일정하게 배열된 형태로 전사를 할 경우 불량 LED소자가 양품인 LED 소자와 함께 전사되어 LED 디스플레이 내에 불량 화소를 만들게 된다. 이렇게 되면 수십에서 수 백만 개 이상의 LED 소자를 전사의 방식으로 이동을 할 경우 항상 불량 화소가 발생을 할 것이고 다이 본딩 공정이 완료된 상태에서 LED소자를 다시 수리(Repair)하는 것은 매우 어려운 일이 될 것이다. 완벽한 GaN가 성장된 기판을 구비하고 완벽한 제작(Fabrication)을 하고 완벽하게 전사를 할 경우는 불량 화소(pixel)가 없이 디스플레이를 잘 만들 수 있다. 하지만 기본적인 성장결함이 있는 GaN Wafer로 전사의 방법을 사용하는 것은 다이 본딩이 의도대로 될 수가 없다. 따라서 전사 방식은 불량 화소를 만들 수 밖에 없으며 이 경우 수리가 필요하여 디스플레이 제작이 매우 어렵게 된다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 새로운 개념의 다이 본딩(Die Bonding) 방식으로 수백만 개 이상의 양품인 청색, 녹색, 적색LED 소자들을 효율적으로 기판에 다이 본딩을 하기 위해 필요한 LED소자 및 디스플레이를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정 되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 명세서에 서 LED소자의 '본딩 전극면'은 본딩 전극이 형성되는 면이며, '본딩 전극의 그 반대면'은 LED소자가 디스플에이용 기판에 접합되었을 때 보이는 상면이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN, 유리 그리고 GaAs 등과 같이 절연성, 도전성, 반도체 물질 등의 성장기판상에 LED 소자층을 형성하는 단계; 여기서 LED소자층은 제1 및 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 및 제2 반도체층 사이에 배치되는 활성층을 포함하는 발광 구조물이다.
상기 형성된 LED소자층의 일부를 제1도전형 반도체층까지 식각하는 단계; 제2반도체층과 오믹접촉(Ohmic Contact)층을 형성하는 단계; LED소자층을 비등방식각을 하여 성장기판까지 노출 시키는 단계; 이 때 들어난 LED소자층을 포함한 전체 면을 SiO2, Si3N4등의 절연막을 형성시키는 단계; 상기 절연막의 일부 즉 제2반도체층과의 오믹접촉층 및 제1반도체층까지 식각하는 단계; 그리고 제2반도체층의 오믹 접촉층 및 제1반도체층과 전기적으로 각각 연결되는 본딩 전극을 형성하는 단계; 여기서 본딩 전극은 Cu, Ni, Sn, Pd, Pt, Cr, Ag, Ti, Rh, Al, Au 등의 물질 및 그 합금 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다. 상기 성장기판의 LED소자 위로 PR(Photoresist)을 코팅하고 굽는(Bake) 단계; 상기 PR 면에 왁스(Wax)를 바르고 이종의 기판에 Wafer Bonding을 하는 단계; Laser를 이용하여 사파이어와 LED소자를 분리하는 단계; 상기 분리된 GaN면과 들어난 절연막 중에 LED소자끼리 연결이 되어있는 절연막을 건식 또는 습식으로 식각하는 단계; HCl로 Ga Drop을 세정하는 단계; 상기 GaN면을 KOH를 이용하여 비등방성 식각을 하는 단계; PR제거제(Photoresist Remover)를 이용하여 PR과 왁스를 녹여내는 단계; IPA(Isopropyl Alcohol)를 사용하여 PR 제거제를 제거하는 단계; DI water를 사용하여 세정하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 소자 제조방법을 제공한다.
상기 LED소자층을 비등방성 식각을 하여 성장기판까지 노출시키는 단계에서 만들어진 LED소자의 모양은 LED소자 전극면에서 보거나 그 반대면에서 보았을 때 비대칭 형태를 가진다.
상기 LED소자를 디스플레이 기판에 다이 본딩을 하기 위해서 LED소자가 놓일 수 있는 자리가 디스플레이 기판에 필요하다. 디스플레이 기판에는 제2전극 본딩및 제1본딩전극의 있으며, 이 본딩 전극은 Cu, Ni, Sn, Pd, Pt, Cr, Ag, Ti, Rh, Al, Au 등의 물질 및 그 합금 중 하나 이상을 포함한 물질로 이루어질 수 있다.
상기 LED소자의 모양과 동일한 모양의 홈을 형성한다. 이 홈의 크기는 LED소자가 들어갈 수 있게 적절한 유격을 가진다. 그리고 홈의 깊이는 LED소자의 높이보다 같거나 얕게 유지한다. 상기 LED소자의 모양이 비대칭 형태를 이루고 있기 때문에 LED소자가 홈에 들어갈 때는 한쪽 방향으로 정렬되어 들어가게 되는데, 상세히 설명하면 상기 디스플레이의 제2전극(42) 및 제1전극(41)에 각각의LED소자의 제2본딩 전극(17) 및 제1본딩 전극(16)이 일정하게 정렬되고, LED소자가 뒤집혀서 들어가거나 측면 방향으로 들어가지 않는다.
디스플레이용 기판위에 상기 홈을 형성하는 방법은 고온(100~300℃)에서의 열적 안정성이 우수한 포토리지스트(Photoresist)나 포토리지스트 드라이 필름(Photoresist Dry Film) 및 감광성 물질 중 하나의 재료를 포토리소그라피(Photolithography)공정을 사용하여 형성하거나 디스플레이용 기판 위에 유리, 폴리머, 고분자소재등을 먼저 코팅을 하고 포토리소그라피(Photolithography)공정을 사용하여 패턴을 형성하고 식각하여 만든다.
위의 홈 대신 상기 LED소자의 모양과 동일한 모양의 홀(Hole)이 구비된 마스크(Mask)를 디스플레이용 기판에 정렬하여 LED소자를 정렬시킬 수도 있다. Mask를 기판에 정렬하기 전에 플럭스(Flux)를 디스플레이용 기판의 본딩 전극에 바를 수도 있다.
불량인LED소자가 디스플레이용 기판에 접합되면 안되기 때문에 전기적 또는 광학적 검사를 해서 사전에 스크린(Screen) 해서 뽑아낸다. 이렇게 스크린 된 양품 LED소자만 디스플레이용 기판에 접합시킨다.
위에서 만들어진 디스플레이용 기판을 진동, 회전, 기울임 등의 물리적 힘을 가할 수 있는 기계장치 위에 올려서 고정시킨다. 양품만 골라낸 LED소자를 디스플레이용 기판 위에 흩어 뿌리는 단계, 기계장치에 의해 물리적 힘을 가하는 단계로 구성된다. 그러면 각 홈에 LED소자들이 정렬하여 들어가게 된다.
풀칼라 LED디스플레이를 구현하기 위해서는 모양이 다른 각각의 청색, 녹색, 적색 LED소자의 전극 반대면의 모양과 동일한 모양의 홈을 TFT가 형성된 디스플레이용 기판에 형성한다. 홈은 LED소자가 홈에 들어갈 수 있도록 유격을 가진다. 그러면 각각의 청색, 녹색, 적색 LED소자는 각각의 모양에 맞는 홈에 정렬되어 들어갈 수 있다. 여기서의 조건은 각각의 LED소자의 전극 면에서의 모양과 전극 반대면의 모양이 전부 달라야 된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 새로운 개념의 다이 본딩(Die Bonding) 방식으로 수백만 개 이상의 LED 소자를 고정밀 얼라인(Align)이 가능한 장치를 사용할 필요가 없이 특정 형태의 LED소자를 제작하고, 그 소자와 동일한 모양의 홈을 디스플레이용 기판에 형성하여, LED소자가 물리적인 힘에 의해 짧은 시간 안에 홈에 안착하여, 다이 본딩(Die Bonding)하는 제조 방법을 제공하는 데 있다.
풀 칼라 LED 디스플레이에 화소(pixel)가 되는 청색, 녹색, 적색 LED소자를 동시에 다이본딩(Die Bonding)할 수 할 수 있어서 짧은 시간에 다이 본딩할 수 있다.
전사하는 방식과는 달리 다이 본딩하기 전에 전기적, 광학적 특성 및 외관이 불량인 개별의 LED소자를 걸러내고, 디스플레이용 기판에 조립함으로써 불량 화소(Pixel) 발생을 최소화 할 수 있다.
도1은 LED소자와 성장기판(10)이 붙어있는 구조를 보여주는 단면도이다.
도2는 LED소자의 단면도이다.
도3은 대칭형 LED소자의 사시도이다.
도4는 대칭형 LED소자가 디스플레이용 기판에 형성된 홈에 들어가는 모양을 보여주는 단면도이다.
도5는 선대칭 모양에 대한 평면도이다.
도6는 점대칭 모양에 대한 평면도이다.
도7은 비대칭 모양에 대한 평면도이다.
도8은 디스플레이용 기판에 본딩 전극(41,42)이 형성된 사시도이다.
도9는 디스플레이용 기판에 대칭형 LED소자와 모양이 동일한 홈이 형성된 사시도이다.
도10은 디스플레이용 기판의 홈에 대칭형 LED소자가 들어가 있는 상태를 보여주는 사시도이다.
도11은 비대칭형 LED소자의 사시도이다.
도12는 비대칭형 LED소자와 모양이 동일한 홈을 디스플레이용 기판에 형성한 사시도이다.
도13은 모양이 한 종류인 비대칭 LED소자(도11a)가 디스플레이용 기판의 홈에 정렬되어 들어가 있는 상태를 보여주는 사시도이다.
도14은 풀칼라 디스플레이를 구성하기 위해 필요한 청색(도14a), 녹색(도14b), 적색(도14c) LED소자를 각각 보여주고 있다.
도15는 비대칭형 청색(도14a), 녹색(도14b), 적색(도14c) LED소자와 모양이 각각 동일한 홈을 디스플레이용 기판에 형성한 사시도이다.
도16은 비대칭형 청색(도14a), 녹색(도14b), 적색(도14c) LED소자가 디스플레이용 기판의 홈에 정렬되어 들어가 있는 상태 (301), (401), (501) 를 각각 보여주는 사시도이다.
도17에서 도17a는 반도체층을 관통하여 만든 비대칭 모양의 LED소자이고, 도17b는 LED소자와 모양이 동일한 홈(101)이 형성된 디스플레이용 기판 그리고 도17c는 그 홈(101)에 LED소자(도17a,601)가 정렬되어 들어가 있는 상태를 보여주는 사시도이다
도2는 LED소자의 단면도이다.
도3은 대칭형 LED소자의 사시도이다.
도4는 대칭형 LED소자가 디스플레이용 기판에 형성된 홈에 들어가는 모양을 보여주는 단면도이다.
도5는 선대칭 모양에 대한 평면도이다.
도6는 점대칭 모양에 대한 평면도이다.
도7은 비대칭 모양에 대한 평면도이다.
도8은 디스플레이용 기판에 본딩 전극(41,42)이 형성된 사시도이다.
도9는 디스플레이용 기판에 대칭형 LED소자와 모양이 동일한 홈이 형성된 사시도이다.
도10은 디스플레이용 기판의 홈에 대칭형 LED소자가 들어가 있는 상태를 보여주는 사시도이다.
도11은 비대칭형 LED소자의 사시도이다.
도12는 비대칭형 LED소자와 모양이 동일한 홈을 디스플레이용 기판에 형성한 사시도이다.
도13은 모양이 한 종류인 비대칭 LED소자(도11a)가 디스플레이용 기판의 홈에 정렬되어 들어가 있는 상태를 보여주는 사시도이다.
도14은 풀칼라 디스플레이를 구성하기 위해 필요한 청색(도14a), 녹색(도14b), 적색(도14c) LED소자를 각각 보여주고 있다.
도15는 비대칭형 청색(도14a), 녹색(도14b), 적색(도14c) LED소자와 모양이 각각 동일한 홈을 디스플레이용 기판에 형성한 사시도이다.
도16은 비대칭형 청색(도14a), 녹색(도14b), 적색(도14c) LED소자가 디스플레이용 기판의 홈에 정렬되어 들어가 있는 상태 (301), (401), (501) 를 각각 보여주는 사시도이다.
도17에서 도17a는 반도체층을 관통하여 만든 비대칭 모양의 LED소자이고, 도17b는 LED소자와 모양이 동일한 홈(101)이 형성된 디스플레이용 기판 그리고 도17c는 그 홈(101)에 LED소자(도17a,601)가 정렬되어 들어가 있는 상태를 보여주는 사시도이다
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도1은 풀 칼라 LED 디스플레이를 구현하기 위해서 사용할 LED소자의 구조를 보여주는 단면도이다.
도1을 참조하면, 성장기판(10)으로 사파이어 기판이 개시된다. 여기에서, 성장기판은 LED소자 제조 시 요구되는 고온 조건 등을 효과적으로 견딜 수 있으며, 반도체층이 에피텍셜 성장(Epitaxial Growth)이 잘 되게 도와주는 기판을 의미하며, 예를 들면, 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN, 유리 그리고 GaAs 기판 등이 반도체 성장기판으로 사용 가능하다.
도1을 참조하면, 성장기판(10)에 제1 도전형 반도체 층(11), 활성층(12) 및 제2 도전형 반도체층(13)을 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)를 사용하여 성장시킨다. LED소자를 형성하기 위해 먼저 제1반도체층(11)까지 건식 식각한다. 이후 제2반도체층(13)과 오믹 접촉(Ohmic Contact)층(14)을 금속 또는 투명전도산화물로 형성시킨다. 이후 성장기판(10)까지 식각한다. 이 때 성장기판도 일부 식각될 수 있다. 이 때 LED소자는 전극면에서 보거나 그 반대면에서 보았을 때의 모양이 비대칭 형태가 되도록 식각한다. LED 소자들은 각각 전기 절연막(15)을 형성시킨 다음, 오믹 접촉층(14)과 제1반도체 층까지 전기 절연막(15)을 식각하여 콘텍홀(Contact Hole)을 만든 후 본딩 금속층(16,17)을 형성한다.
도1에서 반도체층인 n-GaN(11)/활성층(12)/p-GaN은 소자의 가장 필수적인 층만 표현하였다.
도1에서 상기 본딩 금속층(17)은 오믹 접촉층(14)와 전기적으로 연결이 되며, 본딩 금속층(16)은 제1반도체층과 오믹 접촉(Ohmic Contact)이 된다. 본딩 금속층(16,17)의 구조는 오믹 접촉층/UBM(Under Bump Metallurgy)층/솔더(Solder)층으로 구성되며; 제1반도체와 오믹 접촉되는 금속층은 Ti,Cr,Al,Ag,Rh,Ni,Cu 그리고 투명전도성산화물 등의 물질 및 그 합금 중 하나 이상을 포함한 물질로 단일층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으며; UBM층은 Ti,Cr,Ni,Cu,Pd,Ag 등의 물질 및 그 합금 중 하나 이상을 포함한 물질로 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으며; Solder층은 Sn,Ag,Cu,Ni,In,Bi,Zn,Al,Au,Ga 중 단일 또는 여러 개의 금속이 다양한 화학조성에 의해 구성될 수 있는 것을 특징으로 한다.
LED 소자를 덮을 수 있게 PR(Photoresist)를 코팅하고, 다른 지지기판에 Wax를 사용하여 본딩을 한다.
도2와 같이 LED소자를 성장기판(10)에서 LLO(Laser Lift Off)방식으로 분리한다.
성장기판의 종류에 따라 LLO(Laser Lift Off), CLO(Chemical Lift Off), 폴리싱(Polishing), 건식식각(Dry Etch) 등의 방법으로 성장기판을 분리할 수 있다..
LLO 후 반도체층에 남은 갈륨 용융 방울(Ga Droplet)과 이물질을 HCl로 제거한다.광추출 효율을 더 높이기 위해 통상적으로 KOH로 n-GaN 표면에 요철을 형성할 수 도 있다. 그림에는 표시되지 않았지만 n-GaN하부에 도핑되지 않은 (undoped)GaN이 있다면 똑같이 KOH를 사용하여 요철을 형성할 수 있다. 도1의 전기 절연막(15)은 LED소자를 서로 연결시키고 있기 때문에 연결된 부분만 건식 식각을 하여 끊는다.
그리고 PR(Photoresist) 및 Wax를 제거(Strip)하면 각각의 도2의 LED소자가 분리된다. 이후 IPA(Isopropyl Alcohol) 등과 DI water로 LED소자에 남은 PR 및 Wax를 제거하고, 수분을 말린다. PR 및 Wax가 충분히 제거가 되지 않으면, 추가로 디스컴(Descum) 또는 에슁(Ashing) 방법으로 제거한다.
또 다른 방법으로는 LED 소자를 UV 테잎(Tape)이나 PDMS 등에 붙인다. 이 후 LLO방식으로 LED소자와 성장기판을 분리하고, UV 테잎(Tape)이나 PDMS로부터 LED소자를 분리시킨다.
도2, 도3은 상기 공정들을 거치면서 제작된 LED소자를 간단하게 보여주고 있다.
도3의 (21)은 도2의 (11),(12),(13),(14),(15)를 모두 포함하여, 간략히 그림으로 나타내었다. 도3의 본딩 금속층은 제2반도체층과 전기적으로 연결이 되는 본딩 금속층(17)과 제1반도체층과 전기적으로 연결이 되는 본딩 금속층(16)으로 구성된다.
도8의 (41), (42)은 TFT가 형성된 디스플레이용 기판(31)에 LED소자의 본딩 전극(16), (17)가 접합할 수 있는 복수의 본딩 전극을 보여주고 있다. 이 본딩 전극(41),(42)은 각각의 TFT와 연결되어 있다. 본딩 전극(41),(42)은 솔더(Solder) 물질이 IMC(Inter- Metallic Compound)를 잘 형성하도록 통상의 UBM(Under Bump Metallurgy)를 가지는 것을 특징으로 한다. (31)은 TFT를 포함한 디스플레이용 기판이다.
상기 기판에 LED소자가 물리적인 힘에 의해 일정한 방향으로 정렬하도록 LED소자와 동일 형태의 홈을 만든다. 홈은 LED소자가 들어갈 수 있게 적정 유격을 가지고 있다. 각각의 홈은 LED소자가 1개만 들어갈 수 있는 깊이를 가진다.
상기 홈은 감광성 물질을 코팅하여 포토리소그라피(Photolithography)방법으로 형성할 수 있다 또는 상기 디스플레이용 기판에 유리, SOG(Spin On Glass), 고분자소재를 먼저 코팅하고, 감광성 물질을 코팅하여 포토리소그라피방법으로 패턴을 형성한다. 그리고 건식 또는 습식 식각을 하고 감광성 물질은 제거한다.
짧은 시간에 수많은 LED소자를 원하는 위치에 이동시키는 기술은 공정시간이 오래 걸리거나 원하는 위치에 놓을 때 고정밀 정렬이 가능한 설비를 사용하여야 한다. 또한 성장기판에 배열된 형태를 그대로 디스플레이용 기판에 그대로 전사를 하는 기술이 대부분이다. 본 발명은 수십만~수백만개 이상의 LED소자를 원하는 위치에 이동을 시키고 접합하는 방법을 제시한다. 이를 해결하기 위한 방법은 LED소자가 낱개로 분리된 상태로 있어야 하며, 디스플레이용 기판에는 LED 모양과 같은 홈을 구비하고 있어야 된다.
순서대로 정리하면, 디스플레이용 기판을 진동, 회전, 기울임 등의 물리적 힘을 가할 수 있는 기계장치 위에 올려서 고정시키는 단계, LED소자를 디스플레이용 기판 위에 흩어 뿌리는 단계, 기계장치에 의해 물리적 힘을 가하는 단계로 구성된다. 그러면 각 홈에 LED소자들이 정렬하여 들어가게 된다.
도3은 대칭형 LED소자의 사시도이다.
도4는 선대칭 모양에 대한 평면도이다.
도5는 점대칭 모양에 대한 평면도이다.
도6은 비대칭 모양에 대한 평면도이다.
도4는 LED용 기판에 대칭형 LED소자가 홈에 들어가는 것을 보여주는 단면도이다.
도9는 디스플레이용 기판에 홈이 패터닝된 사시도이다.
도10은 디스플레이용 기판의 홈에 대칭형 LED소자가 들어가 있는 상태를 보여주는 사시도이다.
도3,도4,도9,도10를 참조하여, LED소자가 전극면에서 보거나 그 반대면에서 보았을 때 대칭형으로 제작되면 LED소자가 각 홈에 정상적으로 들어가거나, 양전극과 음전극이 반대로 들어가거나, 소자가 뒤집혀 들어가거나 하는 경우의 수가 생긴다.
따라서 LED소자는 전극면에서 보거나 그 반대면에서 보았을 때의 모양이 비대칭 형태가 되도록 제작을 한다. 비대칭 모양을 가질 경우 LED소자의 제1본딩 전극(16)과 제2본딩 전극(17)이 디스플레이용 기판의 제1본딩 전극(41)과 제2본딩 전극에 각각 접합하도록 정렬이 가능하다.
도11은 비대칭형 LED소자를 보여주는 사시도이다.
도12는 비대칭형 LED소자와 모양이 동일한 홈을 디스플레이용 기판에 형성한 사시도이다.
도13은 모양이 한 종류인 비대칭 LED소자(도11a)가 디스플레이용 기판의 홈에 정렬되어 들어가 있는 상태를 보여주는 사시도이다.
도14은 풀칼라 디스플레이를 구성하기 위해 필요한 청색(도14a), 녹색(도14b), 적색(도14c) LED소자를 각각 보여주고 있다.
도14를 참조하면, 각각의 청색, 녹색, 적색 LED소자는 비대칭 형태가 조금씩 다르며, 청색, 녹색, 적색 LED소자 간 전극면에서의 모양(도14d,도14e,도14f)과 그 반대면에서의 모양(도14g,도14h,도14i)이 전부 달라야 된다. 각각의 청색, 녹색, 적색 LED소자의 전극 반대면의 모양(도14g,도14h,도14i)과 동일한 모양의 홈을 TFT가 형성된 디스플레이용 기판에 형성한다. 홈은 LED소자가 홈에 들어갈 수 있도록 유격을 가진다. 그러면 각각의 청색, 녹색, 적색 LED소자는 각각의 모양에 맞는 홈에 정렬되어 들어갈 수 있다.
더 상세히 설명하면, 가령 청색 LED소자와 녹색 LED소자가 전극 면에서 바라본 모양이 다르지만 청색 LED소자의 전극 면에서 바라본 모양이 녹색 LED소자의 전극 반대 면에서 바라본 모양과 같을 경우 청색 LED소자가 들어갈 기판 홈에 녹색 LED소자가 뒤집혀서 즉 전극이 위로 해서 정렬 되어질 수 있고 마찬가지로 녹색 LED소자가 들어갈 기판의 홈에 청색 LED소자가 뒤집혀서 즉 전극이 위로 되어 정렬되어 질 수 있다.
도15는 비대칭형 청색, 녹색, 적색 LED소자와 각각 모양이 동일한 홈(71), (81), (91)을 디스플레이용 기판에 형성한 사시도이다.
도16은 비대칭형 청색(도14a), 녹색(도14b), 적색(도14c) LED소자가 디스플레이용 기판의 홈에 정렬되어 들어가 있는 상태 (301), (401), (501) 를 각각 보여주는 사시도이다.
각각의 LED소자의 모양과 같은 홈을 구비한 TFT가 형성된 디스플레이용 기판 위에 기판의 홈의 개수보다 많은 수의 청색, 녹색, 적색 LED소자를 흩어 뿌린다. 대략적으로 기판의 면적을 거의 다 덮을 수 있을 정도로 청색, 녹색, 적색 LED소자의 수가 비슷한 비율로 흩어 뿌린다. 단순히 흩어 뿌리면 각 홈에 LED소가자 들어가는 확률은 매우 낮다. 따라서 본 발명에서는 LED소자의 모양 및 디스플레이용 기판의 홈의 모양을 비대칭 형태로 제작을 하고, 디스플레이용 기판을 진동, 회전, 기울임 등의 물리적인 힘을 가할 수 있는 판 위에 올려놓고 각 홈에 LED소자가 안착하도록 하는 방법을 제공한다.
위와 같이 원하는 위치에 LED소자가 위치를 하고 디스플레이용 기판을 리플로우(Reflow)해서 LED소자면의 솔더(Solder) 또는 디스플레이용 기판의 전극의 솔더가 녹아 붙게 한다.
상기 리플로우(Reflow)를 할 때 LED소자와 디스플레이용 기판간에 접합이 잘 되도록 압착용 롤을 사용하여 압착 본딩을 할 수도 있다.
LED소자에 수분 침투를 방지하기 위해서 LED소자가 접합된 디스플레이용 기판의 전면을 코팅을 한다.
도17에서 도17a는 반도체층을 관통하여 만든 비대칭 모양의 LED소자이고, 도17b는 LED소자와 모양이 동일한 홈(101)이 형성된 디스플레이용 기판 그리고 도17c는 그 홈(101)에 LED소자(도17a,601)가 정렬되어 들어가 있는 상태를 보여주는 사시도이다
본 발명의 풀 칼라(Full Color) LED 디스플레이 장치 및 그 제조 방법은 디스플레이 산업에 폭넓게 활용될 수 있다.
Claims (23)
- 성장기판에 반도체층을 성장하는 단계;
반도체층이 분리된 비대칭 형태의 LED소자를 형성하는 단계;
LED소자를 성장기판과 분리하는 단계;
TFT를 포함한 디스플레이용 기판에 LED소자가 접합되는 본딩 전극을 형성하는 단계;
상기 디스플레이용 기판에 비대칭으로 형성된 LED소자와 동일 형태로 패터닝하여 홈을 형성하는 단계;
LED소자가 물리적인 힘에 의해 동일 형태의 홈을 가진 패턴에 안착하는 단계;
상기 디스플레이용 기판의 본딩 전극 또는 LED소자의 본딩 전극에 형성된 접착성 도전 물질에 의해 전기적으로 연결되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법 - 제1항에 있어서,
상기 성장기판은 사파이어, Si, SiC, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN, 유리 그리고 GaAs 기판인 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항에 있어서,
제1반도체층까지 식각하는 단계;
제2반도체층과 오믹 접촉층을 금속 또는 투명전도성 산화물로 형성하는 단계;
반도체층을 성장기판까지 식각하여 LED소자를 비대칭 모양으로 제작하는 단계;
절연층을 LED소자의 전극이 형성된 면과 측면에 증착하는 단계;
제2반도체층의 오믹 접촉층과 제1반도체층까지 절연체의 일부를 식각하는 단계;
제2반도체층의 오믹 접촉층과 전기적으로 연결이 되는 제2본딩 전극과 제1반도체층과 오믹접촉이 되는 제1본딩 전극을 형성하는 단계;
성장기판과 LED소자를 분리하는 단계;를 포함하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항과 제3항에 있어서,
반도체층을 성장기판까지 식각할 때,
LED 소자가 비대칭 모양를 가지는 것은 본딩 전극면에서 본 모양 또는 그 반대면의 모양이 비대칭인 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항,제3항에 있어서,
절연층은 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등으로 구성된 단일층 또는 다층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항과 제3항에 있어서,
디스플레이용 기판에 접합되는 LED소자의 제2본딩 전극 및 제1본딩 전극은 오믹 접촉층/UBM(Under Bump Metallurgy)층/솔더(Solder)층으로 구성되며;
제1반도체에 오믹 접촉층은 Ti,Cr,Al,Ag,Rh,Ni,Cu,투명전도성산화물 등으로 단일층 또는 다층 구조로 형성될 수 있으며;
UBM층은 Ti,Cr,Ni,Cu,Pd,Ag 등으로 구성된 단일층 혹은 다층 구조로 형성될 수 있으며;
솔더층은 Sn,Ag,Cu,Ni,In,Bi,Zn,Al,Au,Ga 중 단일 혹은 여러 개의 금속이 다양한 화학조성에 의해 구성될 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법 - 제1항에 있어서,
성장기판에 형성된 LED소자 위로 포토리지스트를 코팅을 하고, 베이크(Bake)를 한 후 지지기판에 Wax Bonding을 하는 단계; 또는
성장기판에 형성된 LED소자를 접착성 UV 테잎(Tape) 또는 PDMS에 접합하는 단계;를 포함하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항에 있어서,
반도체 층과 성장 기판을 분리하는 단계;
LLO(Laser Lift Off) , CLO(Chemical Lift Off), Dry Etch로 성장 기판을 제거하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법 - 제1항에 있어서,
반도체 층과 성장기판을 분리한 후 남아 있는 이물질을 HCl로 제거하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항에 있어서,
성장기판과 분리된 반도체층의 면에 KOH를 사용하여 표면 요철을 주는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항, 제3항 및 8항에 있어서,
성장기판과 분리된 후 들어난 반도체층과 절연체층에서 절연체층의 일부를 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항에 있어서,
지지기판에 있는 LED소자를 낱개로 분리하기 위해 포토리지스트 리무버(Photoresist Remover)를 사용하여 지지기판으로 부터 LED소자를 분리하는 단계; 또는 접착성 UV 테잎(Tape) 또는 PDMS에 접합된 LED소자를 분리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항에 있어서,
디스플레이용 기판은 유리, 반도체용 기판, 플렉시블(Flexible)한 고분자 소재
을 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항, 제13항에 있어서,
디스플레이용 기판은 복수의 TFT가 전기 배선을 통해서 각각의 LED소자와 접합을 하는 본딩 전극을 구성하는 단계;
상기 본딩 전극이 노출된 상태의 비대칭 형태의 LED소자와 동일한 모양의 홈을 구성하는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 홈에 LED소자가 들어갔을 때 홈과 LED소자 간에 유격을 가지는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 홈은 감광성 물질을 도포하고 포토리소그라피로 패터닝하여 제작하거나 유리, SOG, 실리콘, 고분자 소재 등을 코팅한 후 패터닝하여 제작하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 홈은 LED소자와 동일한 모양의 홀(Hole)이 구비된 마스크를 사용하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 홈이 구비된 디스플레이용 기판 위에 낱개로 분리된 복수의 LED소자를 뿌리는 단계; 디스플레이용 기판에 진동, 회전, 기울임 등의 물리적인 힘을 가하는 단계; LED소자가 홈에 들어가서 정렬하는 단계; 홈에 들어가지 못하고 남은 LED소자를 디스플레용 기판으로부터 떨어내는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 디스플레이용 기판의 본딩 전극 상에 또는 LED소자의 본딩 전극 상에 형성된 접착성 도전 물질을 열 또는 압력을 가해서 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제16항, 제17항에 있어서,
LED소자가 디스플레이용 기판과 접합을 한 후 상기 홈을 만드는 패턴용 물질은 제거하거나 남겨둘 수 있는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 비대칭 형태는 에피업(Epi Up)구조, 플립(Flip)구조, 수직(Vertical)구조의 LED소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 각각 다른 성장기판에 성장된 청색, 녹색, 적색광을 내는 반도체층을 성장하는 단계; 각각의 청색, 녹색, 적색 LED 소자를 비대칭 형태로 제작하는 단계;청색, 녹색, 적색 LED소자의 비대칭 형태는 각각의 소자의 전극면에서의 모양과 그 반대면에서 본 모양이 모두 다른 것이 특징;
디스플레이용 기판에 비대칭으로 제작된 청색, 녹색, 적색 LED소자의 전극 반대면의 모양과 동일 형태로 패터닝하여 홈을 형성하는 단계;
홈이 구비된 디스플레이용 기판 위에 낱개로 분리된 복수의 청색, 녹색, 적색 LED소자를 뿌리는 단계;
상기 청색, 녹색, 적색 LED소자가 진동, 회전, 기울임 등의 물리적인 힘에 의해 동일 형태의 홈에 안착하는 단계;
홈에 들어가지 못하고 남은 LED소자를 디스플레용 기판으로부터 떨어내는 단계;
상기 디스플레이용 기판의 본딩 전극 상에 또는 LED소자의 본딩 전극 상에 형성된 접착성 도전 물질을 열 또는 압력을 가해서 전기적으로 연결하는 단계;를
포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법. - 제22항에 있어서,
청색, 녹색, 적색 LED 소자를 비대칭 형태로 크기가 다르게 제작하는 단계;
디스플레이용 기판에 청색, 녹색, 적색 LED 소자 각각의 홈을 형성하는 단계;
크기가 큰 LED소자 순서대로 상기 홈에 안착시켜 전기적으로 연결하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 디스플레이 제조방법.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190035319A (ko) * | 2017-09-26 | 2019-04-03 | 삼성전자주식회사 | 발광 칩들을 포함하는 디스플레이 및 그 제조 방법 |
| TWI668737B (zh) * | 2018-09-14 | 2019-08-11 | 英屬開曼群島商錼創科技股份有限公司 | 顯示裝置、顯示裝置的製程方法及顯示裝置的基板 |
| KR102168570B1 (ko) * | 2020-03-03 | 2020-10-21 | 오재열 | 마이크로 led 전사 기판 |
| JP2021043316A (ja) * | 2019-09-10 | 2021-03-18 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 表示装置の製造方法、及び表示装置 |
| KR20220081700A (ko) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | (주)포인트엔지니어링 | 미소 소자, 미소 소자의 정렬 장치 및 방법 |
| WO2023059010A1 (ko) * | 2021-10-05 | 2023-04-13 | (주)포인트엔지니어링 | 결합체, 결합체 제조 방법, 미소 소자 정렬 방법, 미소 소자 정렬 장치 및 디스플레이 제조 방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05114800A (ja) * | 1991-08-23 | 1993-05-07 | Toshiba Corp | 電子部品の実装方法及び実装装置 |
| KR101620469B1 (ko) * | 2014-11-13 | 2016-05-23 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3978584B2 (ja) * | 2002-01-16 | 2007-09-19 | ソニー株式会社 | 物品の配置方法、電子部品の実装方法及びディスプレイ装置の製造方法 |
-
2016
- 2016-10-06 KR KR1020160129051A patent/KR101894789B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05114800A (ja) * | 1991-08-23 | 1993-05-07 | Toshiba Corp | 電子部品の実装方法及び実装装置 |
| KR101620469B1 (ko) * | 2014-11-13 | 2016-05-23 | 엘지전자 주식회사 | 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190035319A (ko) * | 2017-09-26 | 2019-04-03 | 삼성전자주식회사 | 발광 칩들을 포함하는 디스플레이 및 그 제조 방법 |
| TWI668737B (zh) * | 2018-09-14 | 2019-08-11 | 英屬開曼群島商錼創科技股份有限公司 | 顯示裝置、顯示裝置的製程方法及顯示裝置的基板 |
| JP2021043316A (ja) * | 2019-09-10 | 2021-03-18 | 株式会社ジャパンディスプレイ | 表示装置の製造方法、及び表示装置 |
| KR102168570B1 (ko) * | 2020-03-03 | 2020-10-21 | 오재열 | 마이크로 led 전사 기판 |
| KR20220081700A (ko) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | (주)포인트엔지니어링 | 미소 소자, 미소 소자의 정렬 장치 및 방법 |
| WO2022124785A1 (en) * | 2020-12-09 | 2022-06-16 | Point Engineering Co., Ltd. | Micro device, micro device alignment apparatus, and alignment method using same |
| WO2023059010A1 (ko) * | 2021-10-05 | 2023-04-13 | (주)포인트엔지니어링 | 결합체, 결합체 제조 방법, 미소 소자 정렬 방법, 미소 소자 정렬 장치 및 디스플레이 제조 방법 |
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