KR20200026669A - 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200026669A
KR20200026669A KR1020190060212A KR20190060212A KR20200026669A KR 20200026669 A KR20200026669 A KR 20200026669A KR 1020190060212 A KR1020190060212 A KR 1020190060212A KR 20190060212 A KR20190060212 A KR 20190060212A KR 20200026669 A KR20200026669 A KR 20200026669A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light emitting
semiconductor light
substrate
emitting devices
fluid
Prior art date
Application number
KR1020190060212A
Other languages
English (en)
Inventor
이현호
심봉주
김건호
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020190060212A priority Critical patent/KR20200026669A/ko
Priority to US17/612,881 priority patent/US20220223437A1/en
Priority to PCT/KR2019/006392 priority patent/WO2020235732A1/ko
Priority to EP19929883.7A priority patent/EP3975238A4/en
Publication of KR20200026669A publication Critical patent/KR20200026669A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67144—Apparatus for mounting on conductive members, e.g. leadframes or conductors on insulating substrates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67259—Position monitoring, e.g. misposition detection or presence detection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67703—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations between different workstations
    • H01L21/67706—Mechanical details, e.g. roller, belt
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/677—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations
    • H01L21/67703—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations between different workstations
    • H01L21/67721—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for conveying, e.g. between different workstations between different workstations the substrates to be conveyed not being semiconductor wafers or large planar substrates, e.g. chips, lead frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/93—Batch processes
    • H01L24/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93—Batch processes
    • H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L2224/95053—Bonding environment
    • H01L2224/95085—Bonding environment being a liquid, e.g. for fluidic self-assembly
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93—Batch processes
    • H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L2224/951—Supplying the plurality of semiconductor or solid-state bodies
    • H01L2224/95101—Supplying the plurality of semiconductor or solid-state bodies in a liquid medium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93—Batch processes
    • H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L2224/9512—Aligning the plurality of semiconductor or solid-state bodies
    • H01L2224/95121—Active alignment, i.e. by apparatus steering
    • H01L2224/95122—Active alignment, i.e. by apparatus steering by applying vibration
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93—Batch processes
    • H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L2224/9512—Aligning the plurality of semiconductor or solid-state bodies
    • H01L2224/95121—Active alignment, i.e. by apparatus steering
    • H01L2224/95133—Active alignment, i.e. by apparatus steering by applying an electromagnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/93—Batch processes
    • H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
    • H01L2224/9512—Aligning the plurality of semiconductor or solid-state bodies
    • H01L2224/95143—Passive alignment, i.e. self alignment, e.g. using surface energy, chemical reactions, thermal equilibrium
    • H01L2224/95144—Magnetic alignment, i.e. using permanent magnetic parts in the semiconductor or solid-state body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12041—LED
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0093—Wafer bonding; Removal of the growth substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법은 자가조립 시 유체에 진동을 가하여 서로 붙어있는 반도체 발광소자들을 분리시켜 오조립을 방지하고, 반도체 발광소자의 원활한 조립을 위해 자석의 이동 방향을 따라 유체의 흐름을 발생시킬 수 있다.

Description

반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법{SELF ASSEMBLY DEVICE AND METHOD FOR SEMI-CONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치 및 제조방법에 관한 것으로, 특히 수 내지 수십 ㎛ 크기의 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 대면적 디스플레이를 구현하기 위하여, 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광소자(OLED) 디스플레이, 그리고 마이크로 LED 디스플레이 등이 경쟁하고 있다.
그러나, LCD의 경우 빠르지 않은 반응 시간과, 백라이트에 의해 생성된 광의 낮은 효율 등의 문제점이 존재하고, OLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않을 뿐 아니라 효율이 낮은 취약점이 존재한다.
이에 반해, 디스플레이에 100 ㎛ 이하의 직경 또는 단면적을 가지는 반도체 발광소자(마이크로 LED)를 사용하면 디스플레이가 편광판 등을 사용하여 빛을 흡수하지 않기 때문에 매우 높은 효율을 제공할 수 있다. 그러나 대형 디스플레이에는 수백만 개의 반도체 발광소자들을 필요로 하기 때문에 다른 기술에 비해 소자들을 전사하는 것이 어려운 단점이 있다.
전사공정으로 현재 개발되고 있는 기술은 픽앤플레이스(pick & place), 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 자가조립 등이 있다. 이 중에서, 자가조립 방식은 유체 내에서 반도체 발광소자가 스스로 위치를 찾아가는 방식으로서, 대화면의 디스플레이 장치의 구현에 가장 유리한 방식이다.
최근에는, 자가조립 방식과 관련하여, 유체 중에 존재하는 반도체 발광소자들의 분포 및 이동을 제어하여, 조립속도 및 정확성을 향상시키기 위한 다양한 방안이 논의되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 반도체 발광소자의 자가조립 시 유체 중에 서로 붙어있는 반도체 발광소자들을 분리시키고, 자석의 이동 방향을 따라 유체의 흐름을 발생시키는 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치는 자성체를 포함하는 복수의 반도체 발광소자들 및 유체가 수용되는 챔버; 상기 반도체 발광소자들이 조립되는 기판을 조립위치로 이송하는 이송부; 상기 챔버와 이격 배치되어 상기 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 자석; 상기 자석과 연결되며, 상기 자석의 위치를 제어하도록 형성되는 위치 제어부; 및 적어도 일부가 상기 유체와 접촉하도록 배치되어 상기 유체에 진동을 발생시켜 상기 반도체 발광소자들을 서로 분리시키는 진동 발생부를 포함하며, 상기 반도체 발광소자들이 상기 자석의 위치변화에 의하여 이동하는 과정에서 상기 기판의 기 설정된 위치에 조립될 수 있도록 상기 기판에는 전기장이 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 기판은 상기 반도체 발광소자들이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 상기 챔버에 배치되며, 상기 기판의 적어도 일부는 상기 유체에 잠길 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 기판은 일 방향으로 연장 형성된 복수의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극에 전원이 인가되면 상기 기판에 전기장이 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 진동 발생부는 상기 기판의 양측에 상기 기판과 인접하도록 각각 구비될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 진동 발생부는 상기 기판이 상기 조립위치로 이송되기 전에 상기 유체에 진동을 발생시킬 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 챔버에는 계면활성제가 첨가된 유체가 수용될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 챔버에는 상기 챔버 내 공간과 연통되는 채널이 형성되며, 상기 채널은 상기 자석의 이동과 연동하여 상기 챔버 내 유체의 흐름을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 방법은 자성체를 포함하는 복수의 반도체 발광소자들을 유체가 수용된 챔버 내 투입하는 단계; 상기 반도체 발광소자들이 조립되는 기판을 조립위치로 이송하는 단계; 상기 반도체 발광소자들이 상기 챔버 내에서 일 방향을 따라 이동하도록 상기 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 단계; 상기 반도체 발광소자들이 이동하는 과정에서 상기 기판의 기 설정된 위치에 조립될 수 있도록 상기 기판에 전기장을 가하여 상기 반도체 발광소자들을 상기 기 설정된 위치로 유도하는 단계; 및 상기 기판이 상기 조립위치로 이송되기 전에 상기 반도체 발광소자들을 서로 분리시키도록 상기 유체에 진동을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 기판은 상기 반도체 발광소자들이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 상기 챔버에 배치되며, 상기 기판의 적어도 일부는 상기 유체에 잠길 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자들은 상기 자기력이 가해지는 방향을 따라 이동하며, 상기 자기력이 가해지는 방향으로 상기 챔버 내 유체의 흐름을 발생시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법은 유체와 접촉하도록 배치된 진동 발생부가 유체에 진동을 발생시켜 유체 중에 서로 붙어있는 반도체 발광소자들을 분리시킴으로써 하나의 셀에 2 이상의 반도체 발광소자가 조립되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
특히, 진동 발생부는 조립 기판이 조립위치로 이송되기 전에 진동을 발생시켜 자가조립 전 반도체 발광소자들이 유체 중에 서로 분리된 상태로 존재하도록 하고, 자가조립 시 진동의 영향을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 유체가 수용된 챔버 내 공간과 연통되는 채널을 통해 자석의 이동 방향으로 유체의 흐름을 발생시켜 반도체 발광소자들의 이동을 보조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 도 2의 반도체 발광소자의 확대도이다.
도 4는 도 2의 반도체 발광소자의 다른 실시예를 나타내는 확대도이다.
도 5a 내지 도 5e는 전술한 반도체 발광소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 유체에 잠긴 기판의 조립면을 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 자가조립에 사용되는 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10a 내지 도 10g는 도 6의 자가조립 장치를 이용하여 기판에 반도체 발광소자를 자가조립 하는 공정을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 “상(on)”에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 테블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultra book), 디지털 TV(digital TV), 데스크톱 컴퓨터(desktop computer) 등이 포함될 수 있다. 그러나 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태라도 디스플레이를 포함할 수 있다면 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A 부분의 확대도이고, 도 3은 도 2의 반도체 발광소자의 확대도이고, 도 4는 도 2의 반도체 발광소자의 다른 실시예를 나타내는 확대도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 디스플레이 모듈(140)에서 출력될 수 있다. 상기 디스플레이 모듈(140)의 테두리를 감싸는 폐루프 형태의 케이스(101)가 상기 디스플레이 장치의 베젤을 형성할 수 있다.
상기 디스플레이 모듈(140)은 영상이 표시되는 패널(141)을 구비하고, 상기 패널(141)은 마이크로 크기의 반도체 발광소자(150)와 상기 반도체 발광소자(150)가 장착되는 배선기판(110)을 구비할 수 있다.
상기 배선기판(110)에는 배선이 형성되어, 상기 반도체 발광소자(150)의 n형 전극(152) 및 p형 전극(156)과 연결될 수 있다. 이를 통하여, 상기 반도체 발광소자(150)는 자발광하는 개별 화소로서 상기 배선기판(110) 상에 구비될 수 있다.
상기 패널(141)에 표시되는 영상은 시각 정보로서, 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 상기 배선을 통하여 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다.
본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광소자(150)의 일 종류로서 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 예시한다. 상기 마이크로 LED는 100㎛ 이하의 작은 크기로 형성되는 발광 다이오드가 될 수 있다. 상기 반도체 발광소자(150)는 청색, 적색 및 녹색이 발광영역에 각각 구비되어 이들의 조합에 의하여 단위 화소가 구현될 수 있다. 즉, 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미하며, 상기 단위 화소 내에 적어도 3개의 마이크로 LED가 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 상기 반도체 발광소자(150)는 수직형 구조가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이러한 수직형 반도체 발광소자는 p형 전극(156), p형 전극(156) 상에 형성된 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153), 및 n형 반도체층(153) 상에 형성된 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(156)은 배선기판(110)의 p전극과 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(152)은 반도체 발광소자의 상측에서 n전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광소자(150)는 전극을 상하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다른 예로서 도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광소자가 될 수 있다.
이러한 예로서 상기 반도체 발광소자(250)는 p형 전극(256), p형 전극(256)이 형성되는 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층(254), 활성층(254) 상에 형성된 n형 반도체층(253), 및 n형 반도체층 (253) 상에서 p형 전극(256)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(256)과 n형 전극(152)은 모두 반도체 발광소자의 하부에서 배선기판(110)의 p전극 및 n전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 수직형 반도체 발광소자와 수평형 반도체 발광소자는 각각 녹색 반도체 발광소자, 청색 반도체 발광소자 또는 적색 반도체 발광소자가 될 수 있다. 녹색 반도체 발광소자와 청색 반도체 발광소자의 경우에 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 녹색이나 청색의 빛을 발광하는 고출력의 발광소자로 구현될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 반도체 발광소자는 n-Gan, p-Gan, AlGaN, InGan 등 다양한 계층으로 형성되는 질화갈륨 박막이 될 수 있으며, 구체적으로 상기 p형 반도체층은 P-type GaN이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaN이 될 수 있다. 다만, 적색 반도체 발광소자의 경우에는, 상기 p형 반도체층은 P-type GaAs이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaAs가 될 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체층은 p 전극 쪽은 Mg가 도핑된 P-type GaN이고, n형 반도체층은 n전극 쪽은 Si가 도핑된 N-type GaN인 경우가 될 수 있다. 이 경우에, 전술한 반도체 발광소자들은 활성층이 없는 반도체 발광소자가 될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 발광 다이오드가 매우 작기 때문에 상기 디스플레이 패널은 자발광하는 단위 화소가 고정세로 배열될 수 있으며, 이를 통하여 고화질의 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 ㅂ라명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에서는 웨이퍼 상에 성장되어, 메사 및 아이솔레이션을 통하여 형성된 반도체 발광소자가 개별 화소로 이용된다. 이 경우에, 마이크로 크기의 반도체 발광소자(150)는 웨이퍼에 상기 디스플레이 패널의 기판 상의 기설정된 위치로 전사되어야 한다. 이러한 전사기술로 픽앤플레이스(pick and place)가 있으나, 성공률이 낮고 매우 많은 시간이 요구된다. 다른 예로서, 스탬프나 롤을 이용하여 한 번에 여러 개의 소자를 전사하는 기술이 있으나, 수율에 한계가 있어 대화면의 디스플레이에는 적합하지 않다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 디스플레이 장치의 새로운 제조방법 및 제조장치를 제시한다.
이를 위하여, 이하, 먼저 디스플레이 장치의 새로운 제조방법에 대하여 살펴본다. 도 5a 내지 도 5e는 전술한 반도체 발광소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
본 명세서에서는, 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광소자에도 적용 가능하다. 또한, 수평형 반도체 발광소자를 자가조립하는 방식에 대하여 예시하나, 이는 수직형 반도체 발광소자를 자가조립하는 방식에도 적용 가능하다.
먼저, 제조방법에 의하면, 성장기판(159)에 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154), 제2도전형 반도체층(155)을 각각 성장시킨다(도 5a).
제1도전형 반도체층(153)이 성장하면, 다음은, 상기 제1도전형 반도체층 (153) 상에 활성층(154)을 성장시키고, 다음으로 상기 활성층(154) 상에 제2도전형 반도체층(155)을 성장시킨다. 이와 같이, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)을 순차적으로 성장시키면, 도 5a에 도시된 것과 같이, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)이 적층 구조를 형성한다.
이 경우에, 상기 제1도전형 반도체층(153)은 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 반도체층(155)은 n형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고, 제2 도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 상기 활성층(154)이 존재하는 경우를 예시하나, 전술한 바와 같이 경우에 따라 상기 활성층(154)이 없는 구조도 가능하다. 이러한 예로서, 상기 p형 반도체층은 Mg가 도핑된 P-type GaN이고, n형 반도체층은 Si가 도핑된 N-type GaN인 경우가 될 수 있다.
성장기판(159)(웨이퍼)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 성장기판(159)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하여, 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열 전도성이 큰 SiC 기판 또는 Si, GaAs, GaP, InP 등을 사용할 수 있다.
다음으로, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)의 적어도 일부를 제거하여 복수의 반도체 발광소자들을 형성한다 (도 5b).
보다 구체적으로, 복수의 반도체 발광소자들이 발광소자 어레이를 형성하도록 아이솔레이션(isolation)을 수행한다. 즉, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)을 수직방향으로 식각하여 복수의 반도체 발광소자들을 형성한다.
만약, 수평형 반도체 발광소자를 형성하는 경우라면, 상기 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)은 수직방향으로 일부가 제거되어, 상기 제1도전형 반도체층(153)이 외부로 노출되는 메사 공정과, 이후에 제1도전형 반도체층 (153)을 식각하여 복수의 반도체 발광소자 어레이를 형성하는 아이솔레이션 (isolation)이 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 제2도전형 반도체층(155)의 일면 상에 제2도전형 전극(156) 또는 p형 전극을 각각 형성한다(도 5c). 상기 제2도전형 전극(156)은 스퍼터링 등의 증착 방법으로 형성될 수 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 상기 제1도전형 반도체층(153)과 제2도전형 반도체층(155)이 각각 n형 반도체층과 p형 반도체층인 경우에는, 상기 제2도전형 전극(156)은 n형 전극이 되는 것도 가능하다.
그 다음에, 상기 성장기판(159)을 제거하여 복수의 반도체 발광소자를 구비한다. 예를 들어, 성장기판(159)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다(도 5d).
이후에, 유체가 채워진 챔버에서 반도체 발광소자들(150)이 기판에 안착되는 단계가 진행된다(도 5e).
예를 들어, 유체가 채워진 챔버 속에 상기 반도체 발광소자들(150) 및 기판을 넣고 유동, 중력, 표면장력 등을 이용하여 상기 반도체 발광소자들 (150)이 상기 기판(161)에 스스로 조립되도록 한다. 이 경우에, 상기 기판 (161)은 조립기판이 될 수 있다.
다른 예로서, 상기 조립기판 대신에 배선기판을 유체 챔버 내에 넣어 상기 반도체 발광소자들(150)이 배선기판에 바로 안착되는 것도 가능하다. 이 경우에, 상기 기판은 배선기판이 될 수 있다. 다만, 설명의 편의상, 본 발명에서는 기판(161)이 조립기판으로 구비되어 반도체 발광소자들(150)이 안착되는 것을 예시한다.
반도체 발광소자들(150)이 조립기판(161)에 안착하는 것이 용이하도록, 상기 조립기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(150)이 끼워지는 셀들 (미도시)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 조립기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(150)이 배선전극에 얼라인 되는 위치에 상기 반도체 발광소자들 (150)이 안착되는 셀들이 형성된다. 상기 반도체 발광소자들(150)은 상기 유체 내에서 이동하다가 상기 셀들에 조립된다.
상기 조립기판(161)에 복수의 반도체 발광소자들(150)이 어레이 된 후에, 상기 조립기판(161)의 반도체 발광소자들(150)을 배선기판으로 전사하면, 대면적의 전사가 가능하게 된다. 따라서 상기 조립기판(161)은 임시기판으로 지칭될 수 있다.
한편, 상기에서 설명된 자가조립 방법은 대화면 디스플레이의 제조에 적용하려면 전사효율 및 전사수율을 높여야 한다. 본 발명에서는 유체 중에 존재하는 반도체 발광소자들의 분포 및 이동을 제어하여, 조립속도 및 조립 정확성을 향상시킬 수 있는 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명에 따르면, 자성체를 포함하는 반도체 발광소자를 이용하여 자기력에 의해 반도체 발광소자를 이동시키고, 이동 과정에서 전기장을 이용하여 상기 반도체 발광소자를 기판의 기 설정된 위치에 안착시킨다. 이하에서는, 이러한 자가조립에 사용되는 장치 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 자세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치를 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 유체에 잠긴 기판의 조립면을 나타낸 도면이고, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치를 나타내는 도면이고, 도 9는 본 발명에 따른 자가조립에 사용되는 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치(이하, '자가조립 장치')(200)는 챔버(210), 이송부(220), 자석(230), 위치 제어부 (240) 및 진동 발생부(270)를 포함할 수 있다.
챔버(210)는 자성체(255a)를 포함하는 복수의 반도체 발광소자들(250) 및 유체가 수용되는 구성일 수 있다. 예를 들어, 챔버(210)는 일측이 개구된 수조일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
챔버(210)에 수용된 유체는 조립용액으로서, 탈이온수(De-ionized water) 또는 계면활성제가 첨가된 유체(또는 계면활성제가 첨가된 탈이온수)가 수용될 수 있으며, 상기 유체에 첨가되는 계면활성제의 종류는 특별히 한정하지 않는다. 조립용액으로 계면활성제가 첨가된 유체를 사용할 경우, 챔버(210)로 투입된 반도체 발광소자들(250)이 서로 달라붙는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 챔버(210)의 개구된 일측에는 반도체 발광소자들(250)이 조립되는 기판(260)이 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 기판(260)은 반도체 발광소자(250)들이 조립되는 조립면이 아래, 즉, 챔버(210)의 바닥면을 향하도록 챔버(210)에 배치될 수 있다. 또한, 도 7과 같이 기판(260)의 적어도 일부는 유체에 잠길 수 있으며, 잠김 정도는 기판(260)의 휨 정도에 따라 상이해질 수 있다. 다만, 반도체 발광소자들(250)의 자가조립을 위하여 반도체 발광소자들 (250)이 안착되는 셀들(265)은 유체에 완전히 잠길 수 있다.
기판(260)은 이송부(220)에 의해 상기와 같은 조립위치로 이송될 수 있으며, 제어부(미도시)에 의하여 위치가 조절될 수 있다. 이송부(220)는 도 7과 같이 기판(260)이 장착되어 지지되는 스테이지를 포함할 수 있으며, 자가조립이 진행되는 동안 기판(260)은 스테이지에 의해 조립위치에 고정될 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(260)은 전기장이 형성될 수 있는 조립기판으로서, 베이스부(261), 복수의 전극들(262) 및 유전체층(263)을 포함할 수 있다.
베이스부(261)는 절연성 있는 재질로 이루어지며, 복수의 전극들(262)은 베이스부(261)의 일면에 패턴화된 박막 또는 bi-planar 전극일 수 있다. 상기 전극들(262)은 일 방향으로 연장 형성될 수 있으며, Ti/Cu/Ti의 적층, 은(Ag) 페이스트, ITO(Indium Tin Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 상기 복수의 전극들 (262)에는 전원 공급부(280)를 통해 전원이 인가될 수 있으며, 복수의 전극들 (262)에 전원이 인가되면 기판(260)에 전기장이 형성될 수 있다.
유전체층(263)은 복수의 전극들(262)을 덮도록 형성될 수 있으며, SiO2, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, HfO2 등과 같은 무기물질로 이루어질 수 있다. 또는 유전체층(263)은 단일층 또는 다층의 유기 절연체로 이루어질 수 있다. 유전체층 (263)은 수십 nm 내지 수 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
나아가, 기판(260)은 반도체 발광소자들(250)이 조립되는 영역으로 격벽 (264)에 의해 구획되는 복수의 셀들(265)을 포함할 수 있다. 셀들(265)은 일 방향을 따라 순차적으로 배치되며, 이웃하는 셀들(265) 간에는 격벽(264)을 공유할 수 있다. 격벽(264)은 유전체층(263) 상에 형성될 수 있으며, 따라서 유전체층(263)은 셀들(265)의 바닥면에 해당할 수 있다. 격벽(264)에 의해 구획되는 셀들(265)은 매트릭스 배열을 이룰 수 있다.
복수의 셀들(265)의 내부에는 반도체 발광소자들(250)이 조립될 수 있으며, 하나의 셀(265)에 하나의 반도체 발광소자(250)가 조립될 수 있다. 셀(265)은 반도체 발광소자(250)와 동일하거나 유사한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 셀들(265)의 하측에는 복수의 전극들(262)이 구비되어, 상기 전극들 (262)에 전원이 인가되었을 때 셀들(265) 내부에 전기장이 형성될 수 있다. 구체적으로, 하나의 셀(265)은 2개의 전극(262)과 오버랩 될 수 있으며, 각각의 전극(262)에는 서로 다른 극성이 인가되어 셀(265) 내부에 전기장이 형성될 수 있다. 반도체 발광소자들(250)은 후술할 자기장 및 셀(265) 내부에 형성된 전기장에 의해 셀(265)에 조립될 수 있다.
본 발명에 따른 자가조립 장치(200)는 반도체 발광소자들(250)에 자기력을 가하는 자석(230)을 구비할 수 있다. 자석(230)은 챔버(210)와 이격 배치되어 유체 중에 존재하는 반도체 발광소자들(250)에 자기력을 가할 수 있다. 자석 (230)은 기판(260)의 조립면의 반대면 측면에 배치될 수 있으며, 자석(230)과 연결되어 자석(230)의 위치를 제어하는 위치 제어부(240)에 의하여 그 위치가 제어될 수 있다. 위치 제어부(240)는 이송부(220)와 마찬가지로 제어부 (미도시)에 의하여 위치가 조절될 수 있다.
구체적으로, 자석(230)은 위치 제어부(240)에 의해 챔버(210)의 상부에서 수평 및 수직이동 할 수 있으며, 이동 과정에서 기판(260)과 수평한 방향 상에서 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다.
한편, 반도체 발광소자들(250)은 자석(230)의 위치변화에 의해 자기장 영역을 따라 유체 내에서 이동할 수 있으며, 이를 위해 자성체를 구비할 수 있다.
도 9를 참조하면, 반도체 발광소자(250)는 제1도전형 전극(251) 및 제2도전형 전극(255), 상기 제1도전형 전극(251)이 배치되는 제1도전형 반도체층 (252), 상기 제1도전형 반도체층(252)과 오버랩 되며, 상기 제2도전형 전극 (255)이 배치되는 제2도전형 반도체층(254), 그리고 상기 제1 및 제2도전형 반도체층(252, 254) 사이에 배치되는 활성층(253)을 포함할 수 있다.
여기서, 제1도전형은 p형이고, 제2 도전형은 n형으로 구성될 수 있으며, 그 반대로 구성되는 것도 가능하다. 또한, 전술한 바와 같이 반도체 발광소자 (250)는 활성층을 포함하지 않을 수 있다.
본 발명에 있어서, 제1도전형 전극(251)은 자가조립에 의하여 반도체 발광소자(250)가 기판(260)에 조립된 이후에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에서, 제2도전형 전극(255)은 자성체를 포함할 수 있다. 자성체는 자성을 띄는 금속일 수 있으며, 예를 들어, Ni, SmCo, Gd계, La계 및 Mn계 중 어느 하나에 대응되는 물질을 포함할 수 있다.
자성체는 입자 형태로 제2도전형 전극(255)에 구비될 수 있으며, 또는 도 9와 같이 제2도전형 전극(255)의 일 레이어(layer)를 이룰 수 있다. 도 9를 참조하면, 제2도전형 전극(255)은 제1층(255a) 및 제2층(255b)으로 이루어질 수 있으며, 제1층(255a)은 자성체를 포함하는 층이고, 제2층(255b)은 자성체가 아닌 금속 소재로 이루어진 층일 수 있다.
본 실시예에서는, 자성체를 포함하는 제1층(255a)은 제2도전형 반도체층 (254)과 맞닿도록 구비되며, 제2층(255b)은 기판(260)의 전극과 연결되는 컨텍 메탈이 될 수 있다. 다만, 이와 같은 구조는 하나의 실시예에 불과하며, 상기 자성체는 제1도전형 반도체층(252)의 일면에 배치될 수도 있다.
한편, 일부 반도체 발광소자들(250)은 자성체 간의 인력에 의해 붙어 있는 상태로 자석의 위치변화를 따라 유체 내에서 함께 이동하며, 이로 인해 하나의 셀(255)에 2 이상의 반도체 발광소자(250)가 조립되는 문제가 있었다.
본 발명의 실시예에 따른 자가조립 장치(200)는 진동 발생부(270)를 포함할 수 있으며, 진동 발생부(270)는 유체에 진동을 가하여 반도체 발광소자들 (250)을 서로 분리시킬 수 있다. 예를 들어, 진동 발생부(270)는 소니케이터 (sonicator), 음향 발생기 (acoustic field generator) 등으로 구비될 수 있으며, 진동 발생부(270)는 유체에 소정 세기의 진동을 소정 간격으로 발생시킬 수 있다.
진동 발생부(270)는 적어도 일부가 유체와 접촉하도록 구비될 수 있으며, 기판(260)의 양측에 기판(260)과 인접하도록 각각 구비되거나(도 8a 및 도 8c), 또는 챔버(210)와 일체로 형성될 수 있다(도 8b). 후자의 경우, 챔버(210)와 별도로 기판(260)의 양측에 기판(260)과 인접하도록 추가 진동 발생부(270)를 더 구비할 수도 있다.
진동 발생부(270)는 기판(260)의 양측에 각각 구비되거나 챔버(210) 전체에 적용됨으로써 유체에 전반적으로 진동을 가할 수 있다. 진동 발생부 (270)는 첨부된 도면과 같이 적어도 일부가 유체와 접촉하도록 배치된다면 그 형태나 위치 등은 특별히 한정하지 않는다.
또한, 진동 발생부(270)는 기판(260)이 조립위치로 이송되기 전에 유체에 진동을 발생시킬 수 있다. 자세하게, 진동 발생부(270)에 의한 유체의 진동은 챔버(210) 내 반도체 발광소자들(250)이 투입된 이후, 기판(260)이 조립위치로 이송되기 전에 발생될 수 있다. 또는 기판(260)이 조립위치로 이송된 후라도 반도체 발광소자들(250)에 자기력이 가해지기 전에 발생될 수 있다. 챔버(210) 내 투입된 반도체 발광소자들(250)은 유체에 포함된 계면활성제 성분에 의해 서로 달라붙는 것이 일차적으로 억제되고, 이후 진동 발생부(270)에 의해 발생하는 진동에 의해서 서로 붙는 것을 방지할 수 있음과 동시에 서로 달라붙은 상태의 반도체 발광소자들(250)이 분리될 수 있다.
한편, 진동 발생부(270)는 자기장 및 전기장에 의해 자가조립이 진행되는 동안에는 유체에 진동을 발생시키지 않을 수 있으며, 이로써 반도체 발광소자들 (250)이 기판(260)에 조립될 때 진동에 의해 방해받지 않을 수 있다.
본 발명에 따르면, 챔버(210)는 챔버(210) 내 유체가 수용된 공간과 연통되는 채널(211)을 포함할 수 있다. 채널(211)은 자석(230)의 이동과 연동하여 챔버(210) 내 유체의 흐름을 발생시킬 수 있다. 즉, 채널(211)은 자석 (230)의 이동방향과 동일한 방향으로 유체의 주요 흐름을 형성시킬 수 있다.
일 실시예로, 채널(211)은 유체의 흐름을 발생시키기 위하여 도 8c와 같이 챔버(210)의 양측에 서로 대응되는 위치에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 채널(211)은 기판(260)에 형성된 복수의 전극들(262)의 연장 방향과 평행하는 방향으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 반도체 발광소자들(250)이 안착되는 셀들(265)은 복수의 전극들(262)의 연장된 방향을 따라 형성되므로, 자석(230)은 주로 상기 복수의 전극들(262)의 연장 방향을 따라 이동할 수 있다. 이 때, 유체 상의 반도체 발광소자들(250)은 자기장에 의해 자석(230)과 함께 이동하는데, 채널(211)은 유체의 흐름을 자석(230)의 이동 방향과 동일한 방향으로 형성하여 반도체 발광소자들(250)의 이동을 보조할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 챔버(210)의 바닥면은 광투과성 소재로 형성될 수 있으며, 상기 바닥면을 통하여 챔버(210)의 내부를 모니터링 할 수 있다. 일 실시예로, 챔버(210)의 바닥면 측 외부에는 이미지 센서 (미도시)가 배치되어 기판(260)의 조립면을 관찰할 수 있다. 이미지 센서 (미도시)는 제어부에 의해 제어될 수 있으며, 이미지 센서로서 inverted type 렌즈, CCD 등이 구비될 수 있다.
전술한 자가조립 장치(200)는 자석(230)에 의한 자기장과 전원 공급부 (280)와 전기적으로 연결되는 복수의 전극들(262)에 의해 형성되는 전기장에 의해 반도체 발광소자들(250)이 수평 및 수직 이동하면서 기판(260)에 기 설정된 위치에 안착될 수 있다. 이하에서는, 상기 자가조립 장치(200)를 이용한 반도체 발광소자들(250)의 조립과정에 대하여 보다 상세하게 설명한다.
도 10a 내지 도 10g는 도 6의 자가조립 장치를 이용하여 기판에 반도체 발광소자를 자가조립 하는 공정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 10에 도시된 단계들 이전에 도 5에서 설명한 과정을 통하여 자성체를 구비하는 복수의 반도체 발광소자들(250)을 형성할 수 있다.
다음으로, 챔버(210) 내 유체와, 자성체를 포함하는 복수의 반도체 발광소자들(250)을 투입한 후, 유체에 진동을 발생시킬 수 있다(도 10a 및 도 10b).
챔버(210)에 투입된 반도체 발광소자들(250)은 챔버(210)의 바닥면에 가라앉거나 일부는 유체에 부유할 수 있다. 또한, 일부 반도체 발광소자들 (250)은 서로 달라붙은 상태로 유체 내 존재할 수 있다(도 10a).
따라서, 챔버(210)에 반도체 발광소자들(250)을 투입한 후 기판(260)이 조립위치로 이송되기 전에 진동을 가하여 서로 달라붙은 상태로 존재하는 반도체 발광소자들(250)을 분리시켜 이후 단계에 대비할 수 있다(도 10b). 이외에도, 반도체 발광소자들(250)에 자기력이 가해지기 전이라면 기판(260)이 조립위치로 이송된 이후라도 유체에 진동을 가할 수 있다.
예를 들어, 챔버(210)의 바닥면을 통해 투입된 반도체 발광소자들(250)의 분포 상태를 확인할 수 있으며, 분포 상태에 따라 유체에 가해지는 진동 세기 등을 조절할 수 있다. 유체에는 소정 세기의 진동이 소정 간격으로 가해질 수 있으며, 서로 붙어있는 반도체 발광소자들(250)이 완전히 분리될 때까지 진동이 가해질 수 있다.
다음으로, 반도체 발광소자들(250)이 조립되는 기판(260)을 조립위치로 이송할 수 있다(도 10c). 기판(260)은 전술한 바와 같이 반도체 발광소자들 (250)이 조립되는 조립면이 아래, 즉, 챔버(210)의 바닥면을 향하도록 배치될 수 있다. 또한, 기판(260)의 적어도 일부는 유체에 잠길 수 있으며, 잠김 정도는 기판(260)의 휨 정도에 따라 상이해질 수 있으나, 적어도 반도체 발광소자들 (250)이 조립되는 조립면은 유체 내 잠기도록 배치될 수 있다.
다음으로, 챔버(210) 내에서 반도체 발광소자들(250)이 수직 방향으로 떠오르도록 반도체 발광소자들(250)에 자기력을 가할 수 있다(도 10d). 전술한 자가조립 장치(200)에서 자석(230)이 기판(260)의 조립면의 반대측에 인접하도록 이동하면, 유체 내 반도체 발광소자들(250)은 기판(260)을 향하여 떠오를 수 있다.
한편, 자석(230)에 의한 자기력의 크기를 조절함으로써 기판(260)의 조립면과 반도체 발광소자들(250)의 이격 거리를 제어할 수 있으며, 상기 이격 거리는 기판(260)의 최외각으로부터 수 mm 내지 수 ㎛가 될 수 있다.
다음으로, 챔버(210) 내에서 반도체 발광소자들(250)이 일 방향을 따라 이동하도록, 반도체 발광소자들(250)에 자기력을 가할 수 있다. 자기력은 전술한 자석(230)에 의해 형성될 수 있으며, 반도체 발광소자들(250)은 자기력에 의하여 기판(260)과 이격된 위치에서 기판(260)과 수평한 방향을 따라 이동할 수 있다 (도 10e).
이 때, 채널(211)은 자석의 이동과 연동한 유체의 흐름을 발생시킬 수 있다. 채널(211)은 자기력이 가해지는 방향으로 챔버(210) 내 유체의 흐름을 발생시켜 반도체 발광소자들(230)의 이동을 보조하여, 반도체 발광소자들(250)의 조립속도를 향상시킬 수 있다.
다음으로, 반도체 발광소자들(250)이 이동하는 과정에서 기판(260)의 기 설정된 위치에 안착되도록 전기장을 가하여 반도체 발광소자들(250)을 상기 기 설정된 위치로 유도할 수 있다. 예를 들어, 자기력에 의해 기판(260)과 수평한 방향을 따라 이동하던 반도체 발광소자들(250)은 전기장에 의하여 기판(260)과 수직한 방향으로 이동하여 상기 기판(260)에 기 설정된 위치에 안착될 수 있다.
구체적으로, 기판(260)의 복수의 전극들(262)에 선택적으로 전원을 공급하여, 기 설정된 위치에서만 반도체 발광소자(250)의 조립이 이루어지도록 유도할 수 있다. 반도체 발광소자들(250)이 안착되는 기 설정된 위치는 기판 (260)에 형성된 셀들(265)일 수 있다.
상기 기판(260)이 배선기판인 경우에는 전술한 단계 이후 기판(260)의 언로딩 과정이 진행됨으로써 조립 공정이 완료될 수 있다. 만일, 기판(260)이 조립기판인 경우에는, 전술한 바와 같이 기판(260)의 셀들(265)에 어레이 된 반도체 발광소자들(250)을 배선기판으로 전사하여 최종 디스플레이 장치를 구현하기 위한 후공정이 진행될 수 있다.
한편, 반도체 발광소자들(250)을 상기 기판(260)에 기 설정된 위치로 유도한 후 잔여 반도체 발광소자들(250)을 챔버(210) 바닥면으로 떨어뜨리기 위하여 자석(230)을 기판(260)과 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다(도 10f).
이 후, 챔버(210) 바닥에 존재하는 반도체 발광소자들(250)을 회수하고, 회수된 반도체 발광소자들(250)은 추후 다른 자가조립 공정에 재사용될 수 있다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명에 따른 자가조립 장치 및 방법에 의하면, 기판(260)에 자가조립되는 반도체 발광소자들(250)의 분포 및 이동을 제어하여 조립속도 및 조립 정확성을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 진동 발생부(270)는 유체에 진동을 발생시켜 서로 붙어있는 반도체 발광소자들(250)을 분리함으로써 기판(260)에 형성된 하나의 셀(265)에 2 이상의 반도체 발광소자(250)가 조립되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 채널 (211)은 자석(230)에 의한 자기력의 이동 방향을 따라 유체의 흐름을 발생시켜 반도체 발광소자들(250)의 이동을 용이하게 할 수 있다.
전술한 본 발명은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
200: 자가조립 장치
210: 챔버
211: 채널
220: 이송부
230: 자석
240: 위치 제어부
250: 반도체 발광소자
260: 기판
270: 진동 발생부
280: 전원 공급부

Claims (10)

  1. 자성체를 포함하는 복수의 반도체 발광소자들 및 유체가 수용되는 챔버;
    상기 반도체 발광소자들이 조립되는 기판을 조립위치로 이송하는 이송부;
    상기 챔버와 이격 배치되어 상기 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 자석;
    상기 자석과 연결되며, 상기 자석의 위치를 제어하도록 형성되는 위치 제어부; 및
    적어도 일부가 상기 유체와 접촉하도록 배치되어 상기 유체에 진동을 발생시켜 상기 반도체 발광소자들을 서로 분리시키는 진동 발생부를 포함하며,
    상기 반도체 발광소자들이 상기 자석의 위치변화에 의하여 이동하는 과정에서 상기 기판의 기 설정된 위치에 조립될 수 있도록 상기 기판에는 전기장이 형성되는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 반도체 발광소자들이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 상기 챔버에 배치되며, 상기 기판의 적어도 일부는 상기 유체에 잠기는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, 일 방향으로 연장 형성된 복수의 전극을 포함하며, 상기 복수의 전극에 전원이 인가되면 상기 기판에 전기장이 형성되는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 진동 발생부는, 상기 기판의 양측에 상기 기판과 인접하도록 각각 구비되는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 진동 발생부는, 상기 기판이 상기 조립위치로 이송되기 전 및 상기 기판이 상기 조립위치로 이송된 후 중 적어도 하나의 시점에 상기 유체에 진동을 발생시키는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 챔버에는, 계면활성제가 첨가된 유체가 수용되는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 챔버에는, 상기 챔버 내 공간과 연통되는 채널이 형성되며,
    상기 채널은, 상기 자석의 이동과 연동하여 상기 챔버 내 유체의 흐름을 발생시키는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  8. 자성체를 포함하는 복수의 반도체 발광소자들을 유체가 수용된 챔버 내 투입하는 단계;
    상기 반도체 발광소자들이 조립되는 기판을 조립위치로 이송하는 단계;
    상기 반도체 발광소자들이 상기 챔버 내에서 일 방향을 따라 이동하도록 상기 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 단계;
    상기 반도체 발광소자들이 이동하는 과정에서 상기 기판의 기 설정된 위치에 조립될 수 있도록 상기 기판에 전기장을 가하여 상기 반도체 발광소자들을 상기 기 설정된 위치로 유도하는 단계; 및
    상기 기판이 상기 조립위치로 이송되기 전에 상기 반도체 발광소자들을 서로 분리시키도록 상기 유체에 진동을 발생시키는 단계를 포함하는, 반도체 발광소자의 자가조립 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 반도체 발광소자들이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 상기 챔버에 배치되며, 상기 기판의 적어도 일부는 상기 유체에 잠기는, 반도체 발광소자의 자가조립 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들은, 상기 자기력이 가해지는 방향을 따라 이동하며, 상기 자기력이 가해지는 방향으로 상기 챔버 내 유체의 흐름을 발생시키는 단계를 포함하는, 반도체 발광소자의 자가조립 방법.
KR1020190060212A 2019-05-22 2019-05-22 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법 KR20200026669A (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190060212A KR20200026669A (ko) 2019-05-22 2019-05-22 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법
US17/612,881 US20220223437A1 (en) 2019-05-22 2019-05-28 Self-assembly apparatus and method for semiconductor light-emitting devices
PCT/KR2019/006392 WO2020235732A1 (ko) 2019-05-22 2019-05-28 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법
EP19929883.7A EP3975238A4 (en) 2019-05-22 2019-05-28 SELF-ASSEMBLING APPARATUS AND METHOD FOR SEMICONDUCTOR ELECTROLUMINESCENT DEVICES

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190060212A KR20200026669A (ko) 2019-05-22 2019-05-22 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200026669A true KR20200026669A (ko) 2020-03-11

Family

ID=69810017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190060212A KR20200026669A (ko) 2019-05-22 2019-05-22 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220223437A1 (ko)
EP (1) EP3975238A4 (ko)
KR (1) KR20200026669A (ko)
WO (1) WO2020235732A1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113451190A (zh) * 2020-04-21 2021-09-28 重庆康佳光电技术研究院有限公司 一种半导体的转移装置及转移方法
WO2022107945A1 (ko) * 2020-11-23 2022-05-27 엘지전자 주식회사 자가조립장치
KR20220139703A (ko) * 2021-04-08 2022-10-17 주식회사 어드밴스트뷰테크널러지 유체 기반의 마이크로 led 정렬 방법
KR20230090219A (ko) * 2021-12-14 2023-06-21 (주)랩엔트 유체를 마이크로 ｌｅｄ의 소프트 랜딩 매개로 이용하여 마이크로 ｌｅｄ를 디스플레이에 조립하는 방법
WO2023113198A1 (ko) * 2021-12-14 2023-06-22 (주)랩엔트 유체를 마이크로 ｌｅｄ의 소프트 랜딩 매개로 이용하여 마이크로 ｌｅｄ를 디스플레이에 조립하는 방법
US11862502B2 (en) 2020-04-21 2024-01-02 Chongqing Konka Photoelectric Technology Research Institute Co., Ltd. Device, apparatus, and method for semiconductor transfer
US12087754B2 (en) 2021-02-16 2024-09-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Hybrid element and method of fabricating the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117334797B (zh) * 2023-11-22 2024-03-01 北京海炬电子科技有限公司 一种流磁自组装巨量转移装置及转移方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6780696B1 (en) * 2000-09-12 2004-08-24 Alien Technology Corporation Method and apparatus for self-assembly of functional blocks on a substrate facilitated by electrode pairs
US7943052B2 (en) * 2005-07-05 2011-05-17 National Taiwan University Method for self-assembling microstructures
US7926176B2 (en) * 2005-10-19 2011-04-19 General Electric Company Methods for magnetically directed self assembly
KR101145870B1 (ko) * 2010-11-01 2012-05-15 한국생산기술연구원 유체 자가조립 방법
JP6219929B2 (ja) * 2012-04-20 2017-10-25 レンセレイアー ポリテクニック インスティテュート 発光ダイオード及びそのパッケージング方法
TWI440059B (zh) * 2012-05-10 2014-06-01 Ind Tech Res Inst 自組裝設備、使元件自組裝的方法以及熱電元件組裝方法
US9773761B2 (en) * 2013-07-09 2017-09-26 Psi Co., Ltd Ultra-small LED electrode assembly and method for manufacturing same
US20170292214A1 (en) * 2016-04-07 2017-10-12 Empire Technology Development Llc Ultrasonic cleaning in flexible container
CN107833525B (zh) * 2016-09-15 2020-10-27 伊乐视有限公司 发光显示器的流体组装的系统和方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113451190A (zh) * 2020-04-21 2021-09-28 重庆康佳光电技术研究院有限公司 一种半导体的转移装置及转移方法
US11862502B2 (en) 2020-04-21 2024-01-02 Chongqing Konka Photoelectric Technology Research Institute Co., Ltd. Device, apparatus, and method for semiconductor transfer
WO2022107945A1 (ko) * 2020-11-23 2022-05-27 엘지전자 주식회사 자가조립장치
US12087754B2 (en) 2021-02-16 2024-09-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Hybrid element and method of fabricating the same
KR20220139703A (ko) * 2021-04-08 2022-10-17 주식회사 어드밴스트뷰테크널러지 유체 기반의 마이크로 led 정렬 방법
KR20230090219A (ko) * 2021-12-14 2023-06-21 (주)랩엔트 유체를 마이크로 ｌｅｄ의 소프트 랜딩 매개로 이용하여 마이크로 ｌｅｄ를 디스플레이에 조립하는 방법
WO2023113198A1 (ko) * 2021-12-14 2023-06-22 (주)랩엔트 유체를 마이크로 ｌｅｄ의 소프트 랜딩 매개로 이용하여 마이크로 ｌｅｄ를 디스플레이에 조립하는 방법

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020235732A1 (ko) 2020-11-26
US20220223437A1 (en) 2022-07-14
EP3975238A1 (en) 2022-03-30
EP3975238A4 (en) 2023-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230119947A1 (en) A substrate for manufacturing display device and a manufacturing method using the same
KR102162739B1 (ko) 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법
KR20200026775A (ko) 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
KR20200026669A (ko) 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법
CN113228288B (zh) 使用半导体发光器件的显示装置及其制造方法
US11211366B2 (en) Method for manufacturing display device and substrate for manufacturing display device
KR20200023316A (ko) 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치
KR102145192B1 (ko) 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
US10825702B2 (en) Method and device for self-assembling semiconductor light-emitting diodes
KR20200026683A (ko) 디스플레이 장치의 제조방법 및 디스플레이 장치 제조를 위한 기판
KR20200021966A (ko) 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치
KR20200014867A (ko) 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법
KR20200026770A (ko) 마이크로 엘이디를 이용한 디스플레이 장치
US12080689B2 (en) Display device using semiconductor light-emitting elements and manufacturing method therefor
US20220302351A1 (en) Display device using semiconductor light emitting diode
KR20200026780A (ko) 반도체 발광소자 공급 장치 및 공급 방법
KR20200026725A (ko) 반도체 발광소자 수거 장치 및 수거 방법
US20220416126A1 (en) Display device using semiconductor light emitting element, and method for manufacturing same
KR20200023327A (ko) 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
KR20200021485A (ko) 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
KR20200023317A (ko) 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치
KR20200026838A (ko) 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
KR20200026678A (ko) 디스플레이 장치 제조를 위한 기판 및 디스플레이 장치의 제조방법
US11735701B2 (en) Display device using semiconductor light emitting device and method for manufacturing the same
US20230070416A1 (en) Display device using semiconductor light-emitting elements and method of manufacturing same

Legal Events

Date Code Title Description
G15R Request for early publication
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right