KR20240025027A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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조병권
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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 기판; 단위 화소 영역을 정의하는 격벽; 상기 단위 화소 영역에 위치하는 제1 전극; 상기 단위 화소 영역 내에서 상기 제1 전극에 제1형 전극이 전기적으로 접속되어 설치되는 반도체 발광 소자; 상기 반도체 발광 소자와 격벽 상에 형성되고, 상기 반도체 발광 소자 상측에서 높은 경사를 가지는 경사 코팅층; 및 상기 경사 코팅층 상에서 상기 반도체 발광 소자의 제2형 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하여 구성될 수 있다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 디스플레이 장치 관련 기술 분야에 적용 가능하며, 예를 들어 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술 분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liquid Crystal Display)와 OLED(Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 것으로 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.
최근, 이러한 발광 다이오드(LED)는 점차 소형화되어 마이크로미터 크기의 LED로 제작되어 디스플레이 장치의 화소로 이용되고 있다.
이와 같은 마이크로 LED 기술은 다른 디스플레이 소자/패널에 비해 저 전력, 고휘도, 고 신뢰성의 특성을 보이고, 유연 소자에도 적용 가능하다. 따라서, 최근 들어 연구 기관 및 업체에서 활발히 연구 되고 있다.
마이크로 LED와 관련하여 최근 이슈는 LED를 패널에 전사(Transfer)하는 기술이다. 마이크로 LED를 이용하여 디스플레이 장치 하나를 만들기 위해서는 많은 LED가 사용되는데, 이를 일일이 붙여서 만드는 것은 매우 힘들고 많은 시간이 소요되는 작업이다.
한편, 마이크로 LED를의 조립 시, 마이크로 LED가 단위 소자 영역의 위치에서 치우쳐서 조립되는 경우가 발생할 수 있다.
종래 일반적인 디스플레이 제작 공정에 의하면, 마이크로 LED를의 조립 이후의 후공정에서 패시베이션 오픈, 평탄화, 및 점등배선 형성 과정이 이루어지면서 세 번의 마스크가 사용될 수 있다.
이러한 세 번의 마스크를 이용한 포토 공정이 누적되며 공정별 정렬(alignment) 공차에 의한 오차가 누적될 수 있다. 이러한 오차의 누적은 디스플레이 장치의 휘도 불균일 및 미점등 등의 문제로 이어질 수 있다. 또한, 이러한 정렬 오차의 누적에 의하여 디스플레이 장치의 휘도 불균일 및 미점등 등의 문제가 더 증가할 수 있다.
따라서, 이러한 마이크로 LED를 이용하는 디스플레이 제작시 발생하는 문제점들을 해결할 방안이 요구된다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적 과제는, 반도체 발광 소자의 설계 및 패널 공정 개선을 통해 제조 공정을 간소화하여 패널 포토 공정에서 발생할 수 있는 정렬 공차를 최소화할 수 있는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 반도체 발광 소자와 상부 배선을 연결하는 공정의 수를 단축할 수 있는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
또한, 패널 후 공정에서 정렬 오차를 최소화하여 반도체 발광 소자 칩 전극과 제2 전극(상부 배선; 점등 전극)의 최대 접촉 면적을 확보할 수 있는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 제1관점으로서, 본 발명은, 기판; 단위 화소 영역을 정의하는 격벽; 상기 단위 화소 영역에 위치하는 제1 전극; 상기 단위 화소 영역 내에서 상기 제1 전극에 제1형 전극이 전기적으로 접속되어 설치되는 반도체 발광 소자; 상기 반도체 발광 소자와 격벽 상에 형성되고, 상기 반도체 발광 소자 상측에서 높은 경사를 가지는 경사 코팅층; 및 상기 경사 코팅층 상에서 상기 반도체 발광 소자의 제2형 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 경사 코팅층은 상기 반도체 발광 소자가 설치되는 단위 화소 영역에 대하여 대칭되는 경사를 가질 수 있다.
또한, 상기 경사 코팅층은 상기 격벽을 이루는 재료보다 낮은 점도의 포토 레지스트로 형성될 수 있다.
또한, 상기 격벽 상에 위치하는 상기 경사 코팅층의 두께는 상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 경사 코팅층의 두께보다 얇을 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자는, 상기 제1형 전극; 상기 제1형 전극 상에 위치하는 반도체층; 상기 반도체층 상에 위치하는 제2형 전극; 및 상기 반도체층 및 상기 제2형 전극의 외측면에 위치하는 패시베이션층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 패시베이션층은 상기 제2형 전극 주변부에서 상기 제2형 전극보다 높게 위치하는 정렬 조절부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 정렬 조절부는 상기 제2 전극의 연결을 위하여 상기 경사 코팅층이 오픈될 때에 일부가 함께 제거될 수 있다.
또한, 상기 정렬 조절부의 높이는 100nm 이하일 수 있다.
또한, 상기 단위 화소 영역의 상기 제1 전극의 일측에는 상기 반도체 발광 소자의 조립을 위한 조립전극이 위치할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 제2관점으로서, 본 발명은, 기판 상에 다수의 단위 화소 영역을 정의하는 격벽이 형성되고, 상기 각각의 단위 화소 영역 내에는 제1 전극 및 조립전극이 위치하는 기판 조립체를 준비하는 단계; 제1형 전극 상에 반도체층 및 제2형 전극이 순차적으로 위치하고, 상기 반도체층 및 제2형 전극의 외측면에 패시베이션층이 형성된 다수의 반도체 발광 소자를 준비하는 단계; 상기 단위 화소 영역 내에 상기 제1 전극과 상기 제1형 전극이 전기적으로 접속되도록 반도체 발광 소자를 설치하는 단계; 상기 반도체 발광 소자와 격벽 상에 경사 코팅층을 형성하는 단계; 상기 경사 코팅층을 전체적으로 식각하여 상기 반도체 발광 소자의 제2형 전극을 오픈시키는 단계; 및 상기 경사 코팅층 상에서 상기 반도체 발광 소자의 제2형 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2형 전극을 오픈시키는 단계는 상기 각각의 단위 화소 영역 내에 설치된 반도체 발광 소자의 제2형 전극을 오픈시킬 수 있다.
또한, 상기 경사 코팅층은 상기 반도체 발광 소자 상측에서 높은 경사를 가질 수 있다.
또한, 경사 코팅층을 형성하는 단계는 상기 격벽을 이루는 재료보다 낮은 점도의 포토 레지스트를 도포하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자를 준비하는 단계는 상기 패시베이션층이 상기 제2형 전극의 상측을 덮도록 상기 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2형 전극의 상측을 덮는 패시베이션층의 두께는 상기 반도체 발광 소자의 외측면에 위치하는 패시베이션층의 두께보다 얇을 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자를 준비하는 단계는, 상기 제2형 전극의 상측을 덮는 패시베이션층을 제거하여 상기 제2형 전극을 오픈시키는 단계; 및 상기 오픈된 제2형 전극 상에 상기 반도체 발광 소자의 외측면에 위치하는 패시베이션층의 두께보다 얇은 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 패시베이션층은 상기 제2형 전극 주변부에서 상기 제2형 전극보다 높게 위치하는 정렬 조절부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 정렬 조립부는 상기 제2형 전극을 오픈시키는 단계를 수행한 이후 높이가 낮아질 수 있다.
또한, 상기 정렬 조절부의 높이는 100nm 이하일 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자를 설치하는 단계는 상기 조립전극에 전기장을 인가하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반도체 발광 소자의 설계 및 패널 공정 개선을 통해 제조 공정을 간소화함으로써 패널 포토 공정에서 발생할 수 있는 정렬 공차를 최소화함으로써 제작 수율 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 저점도 포토 레지스트를 이용하여 경사 코팅층을 형성하여 반도체 발광 소자 칩이 고정되면서 제2 전극(상부 배선; 점등 전극) 연결 시 메탈 배선의 평탄화 역할을 동시에 수행할 수 있다. 이에 따라, 포토 공정이 3단계에서 1단계로 간소화될 수 있다.
또한, 패널 후 공정에서 정렬 오차를 최소화하여 반도체 발광 소자 칩 전극과 제2 전극(상부 배선; 점등 전극)의 최대 접촉 면적을 확보할 수 있다.
따라서, 칩의 정위치에서 조립 시 대략 직경 3 ㎛ 크기의 반도체 발광 소자 칩 전극과 배선 연결이 가능하고, 정렬 오차가 최소화되어 반도체 발광 소자 칩이 측면에 위치해도 연결이 가능해질 수 있다.
나아가, 본 발명의 또 다른 일실시예에 따르면, 여기에서 언급하지 않은 추가적인 기술적 효과들도 있다. 당업자는 명세서 및 도면의 전취지를 통해 이해할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 절단된 단면도들이다.
도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러 가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법의 일례를 나타낸 단면도들이다.
도 7은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 절단된 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 반도체 발광 소자의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정의 일 단계로서, 반도체 발광 소자를 조립하고 경사 코팅층을 형성한 상태를 나타내는 단면 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정의 일 단계로서, 경사 코팅층을 개구하여 제2형 전극을 오픈시키는 상태를 나타내는 단면 개략도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정의 일 단계로서, 제2형 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 상태를 나타내는 단면 개략도이다.
도 14는 비교예로서 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정을 나타내는 단계도이다.
도 15는 도 14의 과정에서 발생할 수 있는 정렬 오차의 실제 사진을 나타낸다.
도 16은 점등배선(제2 전극)이 연결되는 여러 상태를 나타내는 개략도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정에서 반도체 발광 소자의 정렬 조절부의 형상을 나타내는 단면 개략도이다.
도 18은 비교예에 의한 화소의 구조와 본 발명의 일 실시예에 의한 화소의 구조를 나타내는 단면 개략도이다.
도 19는 비교예로서 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 각 부분에서의 화소 점등 상태를 나타내는 사진이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 각 부분에서의 화소 점등 상태를 나타내는 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 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 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
나아가, 설명의 편의를 위해 각각의 도면에 대해 설명하고 있으나, 당업자가 적어도 2개 이상의 도면을 결합하여 다른 실시예를 구현하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.
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 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치는 단위 화소 또는 단위 화소의 집합으로 정보를 표시하는 모든 디스플레이 장치를 포함하는 개념이다. 따라서 완성품에 한정하지 않고 부품에도 적용될 수 있다. 예를 들어 디지털 TV의 일 부품에 해당하는 패널도 독자적으로 본 명세서 상의 디스플레이 장치에 해당한다. 완성품으로는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크 탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품 형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술 분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
또한, 당해 명세서에서 언급된 반도체 발광 소자는 LED, 마이크로 LED 등을 포함하는 개념이며, 혼용되어 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일실시예를 나타내는 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)의 제어부(미도시)에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는, 예를 들어, 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 또는 구부러질 수 있는, 또는 비틀어질 수 있는, 또는 접힐 수 있는, 또는 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다.
나아가, 플렉서블 디스플레이는, 예를 들어 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 또는 구부리거나, 또는 접을 수 있거나 또는 말려질 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 이러한 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률 반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제2상태에서 표시되는 정보는 곡면상에 출력되는 시각 정보가 될 수 있다. 이러한 시각 정보는 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다. 여기서 단위 화소는, 예를 들어 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
이러한 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 소자를 예시한다. 발광 소자의 일례는 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 들 수 있다. 이러한 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이와 같은 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여, 이하 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 절단된 단면도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 적어도 하나의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 기판(110)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 이 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 기판(110)에 절연층(160)이 적층된 상태가 하나의 배선기판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(160)은 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성이 있고, 유연성 있는 재질로, 기판(110)과 일체로 이루어져 하나의 기판을 형성할 수 있다.
보조전극(170)은 제1전극(120)과 반도체 발광 소자(150)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(160) 상에 위치하고, 제1전극(120)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(170)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(160)을 관통하는 전극홀(171)에 의하여 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전극홀(171)은 비아홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
도 2 또는 도 3a에 도시된 바와 같이, 절연층(160)의 일면에는 전도성 접착층(130)이 형성되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층(160)과 전도성 접착층(130)의 사이에 특정 기능을 수행하는 레이어가 형성되거나, 절연층(160)이 없이 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조도 가능하다. 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조에서는 전도성 접착층(130)이 절연층의 역할을 할 수 있다.
전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 전도성 접착층(130)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 또한, 전도성 접착층(130)은 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 전도성 접착층(130)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기 절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
이방성 전도성 필름은 이방성 전도 매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및/또는 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도 매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 이방성 전도성 필름에는 열 및/또는 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법이 적용될 수도 있다. 전술한 다른 방법은, 예를 들어, 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 이방성 전도 매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및/또는 압력이 가해지면 특정 부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이 차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스 부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 절연성 베이스 부재의 바닥 부분에 집중적으로 배치되며, 베이스 부재에서 열 또는 압력이 가해지면 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직 방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스 부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합 형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 파티클 혹은 나노 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도 3a를 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격되어 절연층(160)에 위치한다. 즉, 전도성 접착층(130)은 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치하는 절연층(160) 상에 배치된다.
절연층(160)에 보조전극(170)과 제2전극(140)이 위치된 상태에서 전도성 접착층(130)을 형성한 후에, 반도체 발광 소자(150)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4는 도 3의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chiptype)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156)이 형성되는 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에서 p형 전극(156)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156)은 도 3a 및 도 3b에 도시된, 보조전극(170)과 전도성 접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광 소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광 소자들의 p 형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광 소자(150)가 압입되며 이를 통하여 반도체 발광 소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광 소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광 소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광 소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도 값이 상이한 복수의 반도체 발광 소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광 소자(150)는 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들은 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광 소자들을 이용할 수 있다. 또한, 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(190)이 위치할 수 있다. 이 경우, 격벽(190)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(130)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(150)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 격벽(190)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다. 화이트 절연체의 격벽을 이용할 경우 반사성을 높이는 효과가 있을 수 있고, 블랙 절연체의 격벽을 이용할 경우, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
형광체층(180)은 반도체 발광 소자(150)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 형광체층(180)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(181) 또는 녹색 형광체(182)가 될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자 상에 청색광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(120)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(120)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(140)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광 소자(150)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들을 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(191)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(191)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러 가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주재료로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이 경우, 반도체 발광 소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B) 반도체 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자에 의하여 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 단위 화소들이 하나의 화소(pixel)를 이루며, 이를 통하여 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 반도체 발광 소자(150a)는 황색 형광체층이 개별 소자 마다 구비된 백색 발광 소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자(W) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 소자(W) 상에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 단위 화소를 이룰 수 있다.
도 5c를 참조하면, 반도체 발광 소자(150b)는 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(184), 녹색 형광체층(185), 및 청색 형광체층(186)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전 영역에 사용 가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용 가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자는 전도성 접착층 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다.
이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150, 150a, 150b)의 크기는 예를 들어, 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20×80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150, 150a, 150b)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다.
따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한 변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자(150, 150a, 150b)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다.
따라서, 이러한 경우, HD화질 이상의 고화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법의 일례를 나타낸 단면도들이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 배선기판에는 제1전극(120), 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 배치된다. 이 경우에, 제1전극(120)과 제2전극(140)은 상호 직교 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(110) 및 절연층(160)은 각각 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
전도성 접착층(130)은 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 의하여 구현될 수 있으며, 이를 위하여 절연층(160)이 위치된 기판에 이방성 전도성 필름이 도포될 수 있다.
다음에, 보조전극(170) 및 제2전극(140)들의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 복수의 반도체 발광 소자(150)가 위치된 제2기판(112)을, 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 마주하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광 소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
반도체 발광 소자는 웨이퍼(wafer) 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
그 다음에, 배선기판과 제2기판(112)을 열 압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF 프레스 헤드를 적용하여 열 압착할 수 있다. 열 압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열 압착에 의하여 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 및 제2전극(140)의 사이의 부분만 전도성을 가지게 되며, 이를 통하여 전극들과 반도체 발광 소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광 소자(150)가 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 제2기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 제2기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2기판(112)을 제거하여 반도체 발광 소자들(150)을 외부로 노출시킨다. 필요에 따라, 반도체 발광 소자(150)가 결합된 배선기판 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(미도시)을 형성할 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자(150)의 일 면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 청색 반도체 발광 소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법이나 구조는 여러 가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
이러한 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 적어도 하나의 반도체 발광 소자(250)를 포함한다.
기판(210)은 제1전극(220)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1전극(220)은 기판(210) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 제1 전극(220)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(230)은 제1전극(220)이 위치하는 기판(210)상에 형성된다. 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(230)은 이방성 전도성 필름(Anisotropy Conductive Film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시 예에서도 이방성 전도성 필름에 의하여 전도성 접착층(230)이 구현되는 경우를 예시한다.
기판(210) 상에 제1전극(220)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 반도체 발광 소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이때, 반도체 발광 소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
이와 같은 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께 방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께 방향으로 전도성을 가지는 부분과 전도성을 가지지 않는 부분으로 구획된다.
또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 전도성 접착층(230)은 반도체 발광 소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(250)의 크기는 예를 들어, 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 예를 들어, 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
이러한 반도체 발광 소자(250)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광 소자(250)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(240)이 위치한다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(256), p형 전극(256) 상에 형성된 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층(254), 활성층(254)상에 형성된 n형 반도체층(253) 및 n형 반도체층(253) 상에 형성된 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(256)은 제1전극(220)과 전도성 접착층(230)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(252)은 후술하는 제2전극(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(250)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 8을 참조하면, 반도체 발광 소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(250)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자(251)이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(280)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(280)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(281) 및 녹색 형광체(282) 일 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자 상에 청색광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치에서 전술한 바와 같이, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
다시 본 실시예를 살펴보면, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치하고, 반도체 발광 소자들(250)과 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 반도체 발광 소자들(250)은 복수의 열로 배치되고, 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250)의 열들 사이에 위치할 수 있다.
개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250) 사이의 거리가 충분히 크기 때문에 제2전극(240)은 반도체 발광 소자들(250) 사이에 위치될 수 있다.
제2전극(240)은 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있으며, 제1전극과 상호 수직한 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)는 제2전극(240)에서 돌출된 연결 전극에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 연결 전극이 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 제2전극(240)은 인쇄 또는 증착에 의하여 오믹 전극의 적어도 일부를 덮게 된다. 이를 통하여 제2전극(240)과 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 상에 위치될 수 있다. 경우에 따라, 반도체 발광 소자(250)가 형성된 기판(210) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(240)을 위치시킬 경우, 제2전극(240)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(240)은 전도성 접착층(230) 또는 투명 절연층에 이격되어 형성될 수도 있다.
만약 반도체 발광 소자(250) 상에 제2전극(240)을 위치시키기 위하여는 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 사용한다면, ITO 물질은 n형 반도체층과는 접착성이 좋지 않은 문제가 있다. 따라서, 본 발명은 반도체 발광 소자(250) 사이에 제2전극(240)을 위치시킴으로써, ITO와 같은 투명 전극을 사용하지 않아도 되는 이점이 있다. 따라서, 투명한 재료 선택에 구속되지 않고, n형 반도체층과 접착성이 좋은 전도성 물질을 수평 전극으로 사용하여 광추출 효율을 향상시킬 수 있다.
다시 도 8을 참조하면, 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 위치할 수 있다. 즉, 개별 화소를 이루는 반도체 발광 소자(250)를 격리시키기 위하여 수직형 반도체 발광 소자(250) 사이에는 격벽(290)이 배치될 수 있다. 이 경우, 격벽(290)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 격벽(290)을 형성할 수 있다.
또한, 이방성 전도성 필름의 베이스 부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(290)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 격벽(290)으로서, 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 격벽(290)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다.
만일 제2전극(240)이 반도체 발광 소자(250) 사이의 전도성 접착층(230) 상에 바로 위치된 경우, 격벽(290)은 수직형 반도체 발광 소자(250) 및 제2전극(240)의 사이 사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있고, 반도체 발광 소자(250)의 거리가 상대적으로 충분히 크게 되어 제2전극(240)을 반도체 발광 소자(250) 사이에 위치시킬 수 있고, HD 화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있는 효과가 있게 된다.
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체 사이에는 블랙 매트릭스(291)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(291)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에서는 반도체 발광 소자가 플립 칩 타입으로 배선 기판에 배치되어 개별 화소로 이용된다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 반도체 발광 소자의 일례를 나타내는 단면 개략도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 이용되는 반도체 발광 소자(350)는, 반도체층(351), 반도체층(351)의 하측에 위치하는 제1형 전극(도시되지 않음), 반도체층(351) 상에 위치하는 제2형 전극(352), 그리고 반도체층(351) 및 제2형 전극(352)의 외측면에 위치하는 패시베이션층(353)을 포함할 수 있다.
예컨데, 도 10에서 도시하는 반도체 발광 소자(350)는 수직형 발광 소자(light emitting diode; LED)일 수 있다. 제1형 전극은 n-형 전극 또는 p-형 전극일 수 있다. 이때, 제2형 전극(352)은 p-형 전극 또는 n-형 전극일 수 있다.
반도체 발광 소자(350)는 제작 방법에 따라서 제2형 전극(352)은 p-형 전극 또는 n-형 전극이 될 수 있고, 이에 따라 제1형 전극은 n-형 전극 또는 p-형 전극이 될수 있다. 도 10에서, 설명의 편의상 반도체층(351)의 하측에 위치하는 제1형 전극은 표시되어 있지 않으나, 당업자라면 제2형 전극(352)에 대향하는 제1형 전극이 존재함을 알 수 있을 것이다. 한편, 패시베이션층(353)은 이러한 제1형 전극의 측면에도 위치할 수 있다.
일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 제작하기 위하여 반도체 발광 소자(350)는 도 10(A)와 같은 형태로 제공될 수 있다. 즉, 반도체 발광 소자(350)는 패시베이션층(353)이 제2형 전극(352)을 덮는 상태로 준비될 수 있다.
즉, 도 10(A)와 같이, 반도체 발광 소자(350)는 패시베이션층(353)이 제2형 전극(352)의 상측을 덮도록 패시베이션층(353)이 형성되어 준비될 수 있다.
이후, 도 10(B)에서 도시하는 바와 같이, 제2형 전극(352)의 상측을 덮는 패시베이션층(353)을 제거하여 제2형 전극(352)이 오픈될 수 있다. 즉, 제2형 전극(352)이 외부로 노출될 수 있다.
통상, 이와 같이 제2형 전극(352)이 외부로 노출된 상태에서 디스플레이 장치를 제작하기 위한 기판에 조립될 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 의하면, 도 10(C)에서 도시하는 바와 같이, 제2형 전극(352)의 상측에 추가로 페시베이션층(354)을 형성할 수 있다.
도 10(C)를 참조하면, 제2형 전극(352) 상에 형성되는 패시베이션층(354; 이하, 정렬 패시베이션층이라고 일컫는다.)의 두께는 반도체 발광 소자(350)의 외측면에 위치하는 패시베이션층(353)의 두께보다 얇은 두께를 가질 수 있다.
이에 따라, 제2형 전극(352) 상에는 정렬 패시베이션층(354) 및 이 정렬 패시베이션층(354)의 주변부에 이 정렬 패시베이션층(354)보다 더 높게 위치하는 패시베이션층(357; 도 17 참조)이 위치할 수 있다.
이러한 정렬 패시베이션층(354)보다 더 높게 위치하는 패시베이션층(357)은 패널 공정 시, 제2 전극(380; 도 13 참조)의 연결을 위하여 반도체 발광 소자(350)의 상측을 덮는 경사 코팅층(370; 도 13 참조)이 오픈될 때에 일부가 함께 제거될 수 있다.
이에 따라, 패시베이션층(357)은 제2 전극(380)이 별도의 정렬 과정이 없이도 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)과 정확한 위치에서 접속될 수 있도록 도울 수 있다. 따라서, 이러한 패시베이션층(357)은 정렬 조절부라고 칭할 수 있다. 이하, 정렬 패시베이션층(354)보다 더 높게 위치하는 패시베이션층(357)과 정렬 조절부는 동일한 실체를 의미할 수 있으며, 동일한 도면부호(357)를 이용하여 설명한다.
이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정을 자세히 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정의 일 단계로서, 반도체 발광 소자를 조립하고 경사 코팅층을 형성한 상태를 나타내는 단면 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 디스플레이 장치의 제조 과정에 의하면, 먼저, 기판(310) 상에 다수의 단위 화소 영역을 정의하는 격벽(360)이 형성되고, 이러한 각각의 단위 화소 영역 내에는 제1 전극(320) 및 조립전극(340)이 위치하는 기판 조립체를 준비하는 과정이 수행될 수 있다.
이러한 기판 조립체에서, 조립전극(340)은 각 단위 화소 영역 내에 제1 전극(320)과 함께 위치할 수 있다. 또한, 각 단위 화소 영역 내에 위치하는 조립전극(340)은 연결선(342)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 따라서, 이 연결선(342)에 연결된 신호 인가부(341)를 통하여 각 단위 화소 영역 전압 신호(전기장)를 인가할 수 있다.
이와 같은 전압 신호(전기장)에 의하여 다수의 반도체 발광 소자(350)들은 유전 영동(Dielectrophoresis; DEP) 현상에 의하여 각각의 단위 소자 영역에 조립될 수 있다.
한편, 도 10에서 도시하는 바와 같이, 제1형 전극(미도시) 상에 반도체층(351) 및 제2형 전극(352)이 순차적으로 위치하고, 반도체층(351) 및 제2형 전극(352)의 외측면에 패시베이션층(353)이 형성된 다수의 반도체 발광 소자(350)를 준비하는 과정이 수행될 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 반도체 발광 소자(350)는 정렬 패시베이션층(354) 및 정렬 조절부(357)를 포함할 수 있다. 즉, 반도체 발광 소자(350) 상에는 제2형 전극(352) 상에 정렬 패시베이션층(354)이 형성된 상태로 준비될 수 있다.
이러한 기판 조립체를 준비하는 과정과 다수의 반도체 발광 소자(350)를 준비하는 과정은 독립적으로 수행될 수 있다. 즉, 기판 조립체를 준비하는 과정과 다수의 반도체 발광 소자(350)를 준비하는 과정은 시계열적으로 이루어지지 않을 수 있다.
이와 같이 준비된 기판 조립체의 단위 화소 영역 내에 제1 전극(320)과 반도체 발광 소자(350)의 제1형 전극이 전기적으로 접속되도록 반도체 발광 소자(350)를 설치하는 과정이 수행될 수 있다.
이 경우에, 일정 주파수 범위(고주파)를 가지는 전압 신호가 신호 인가부(341)를 통하여 해당 조립전극(340)에 인가되면, 해당 단위 소자 영역에 위치하거나, 해당 단위 소자 영역으로 이동하는 반도체 발광 소자(350)는 유전 영동(Dielectrophoresis; DEP) 현상에 의한 DEP 힘(DEP force)에 의하여 조립전극(340) 측으로 이끌리게 된다. 따라서, 반도체 발광 소자(350)가 해당 조립 전극(340)에 조립될 수 있는 것이다. 이때, 반도체 발광 소자(350)는 단위 화소 영역 내에 제1 전극(320)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이후, 반도체 발광 소자(350)와 격벽(360)을 포함하는 표면 상에 경사 코팅층(370)을 형성하는 단계가 수행될 수 있다.
이와 같은 단계들이 수행되면 도 11과 같은 상태가 이루어질 수 있다.
도 11을 참조하면, 경사 코팅층(370)은 단위 화소 영역 내에 조립된 반도체 발광 소자(350) 상측(371)에서 높은 경사를 가질 수 있다. 즉, 단위 화소 영역과 단위 화소 영역 사이에서 낮은 높이(두께)를 가질 수 있고, 단위 화소 영역 상측(371)에서 높은 높이(두께)를 가질 수 있다.
이러한 경사 코팅층(370)을 형성하는 단계는 낮은 점도를 가지는 절연체 재료를 반도체 발광 소자(350)와 격벽(360)을 포함하는 표면 상에 도포함으로써 이루어질 수 있다. 즉, 경사 코팅층(370)의 경사는 경사 코팅층(370)을 이루는 절연체 재료의 점도에 따라 자연적으로 형성될 수 있다.
다시 말하면, 반도체 발광 소자(350)가 조립된 부분은 주변의 격벽(360)에 비하여 높이가 높으므로, 이러한 반도체 발광 소자(350)와 격벽(360)의 높이차에 의하여 경사 코팅층(370)의 경사가 자연적으로 형성될 수 있다.
일례로, 이러한 경사 코팅층(370)을 형성하는 절연체 재료는 저점도 포토 레지스트(photo resist; PR)를 포함할 수 있다. 이러한 저점도 포토 레지스트는 격벽(370)을 이루는 재료보다 점도가 낮을 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정의 일 단계로서, 경사 코팅층을 개구하여 제2형 전극을 오픈시키는 상태를 나타내는 단면 개략도이다.
도 12를 참조하면, 경사 코팅층(370)의 상면을 전체적으로 식각하여 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)을 오픈시키는 과정이 수행될 수 있다.
이와 같이, 저점도 포토 레지스트로 형성된 경사 코팅층(370)의 상면을 전체적으로 식각하는 과정에서 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352) 상에 위치하는 정렬 패시베이션층(354)이 함께 식각되어 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352) 상에 개구부(355)가 형성될 수 있다.
따라서, 이러한 개구부(355)는 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)의 정확한 위치를 개구할 수 있다. 다시 말하면, 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)을 개구(open)하기 위하여 별도의 식각 마스크가 필요 없다. 더욱이, 이러한 식각 마스크를 이용하는 경우에 발생할 수 있는 정렬 오차(alignment mismatch)가 발생하지 않을 수 있다. 또한, 이 과정에서 정렬 조절부(357)의 일부가 함께 식각될 수 있다. 따라서, 정렬 조절부(357)의 높이는 100nm 이하가 될 수 있다. 이에 대해서는 도면을 참조하여 자세히 후술한다.
이와 같이, 저점도 포토 레지스트로 형성된 경사 코팅층(370)의 상면을 전체적으로 식각하는 과정에서 전체적으로 일정한 두께의 경사 코팅층(370)이 식각되고, 반도체 발광 소자(350) 상에서 경사 코팅층(370)의 개구부(372)가 형성될 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352) 상에 위치하는 정렬 패시베이션층(354)이 함께 식각되어 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352) 상에 개구부(355)가 형성될 수 있다.
이와 같이, 경사 코팅층(370)의 개구부(372)는 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)을 오픈하는 개구부(355)와 정확하게 일치할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정의 일 단계로서, 제2형 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 상태를 나타내는 단면 개략도이다.
도 13을 참조하면, 경사 코팅층(370) 상에서 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)과 전기적으로 연결되는 제2 전극(380)을 형성하는 과정이 수행될 수 있다.
이상의 과정에 의하여 개구된 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)은 제2 전극(380)과 연결부(381)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 연결부(381)는 경사 코팅층(370)의 개구부(372) 내에 위치할 수 있다. 또한, 이러한 연결부(381)는 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)을 오픈하는 개구부(355) 내에 위치할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 경사 코팅층(370)은 전체적으로 식각되어 정확한 위치에서 제2 전극(380)과 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)이 연결될 수 있다.
또한, 경사 코팅층(370)은 두께가 얇게 형성 가능하므로 전체적인 디스플레이 장치의 두께가 축소될 수 있다.
도 14는 비교예로서 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정을 나타내는 단계도이다.
먼저, 도 14(A)는 격벽(33) 형성과정을 나타내고, 도 14(B)는 반도체 발광 소자(35)의 조립 과정을 나타낸다.
이후, 도 14(C)는 반도체 발광 소자(35)의 본딩 과정을 나타낸다. 이러한 반도체 발광 소자(35)의 본딩 과정은 진공 라미테이터 러버(Laminator rubber)를 이용하여 반도체 발광 소자(35)를 압착함으로써 이루어질 수 있다.
도 14를 참조하면, 이후, 제2 전극(38)을 반도체 발광 소자(35)와 전기적으로 연결하기 위하여 도 14(D), 도 14(E), 및 도 14(F)의 과정들이 필요하다. 즉, 세 번의 마스크 정렬 과정이 필요하다.
즉, 먼저, 도 14(D)와 같이 반도체 발광 소자(35)의 패시베이션층을 오픈하는 공정이 이루어지는데, 이때 반도체 발광 소자(35)의 패시베이션층의 정확한 위치를 개구하기 위하여 제1 포토 공정이 이루어질 수 있다. 이러한 제1 포토 공정을 위하여 일차례 포토 마스크가 이용될 수 있다(Mask 1).
이후, 도 14(E)에서 도시하는 바와 같이, 절연층을 형성하고 평탄화 과정이 이루어질 수 있는데, 이를 위하여 제2 포토 공정이 이루어질 수 있다. 이러한 제2 포토 공정을 위하여 일차례 포토 마스크가 이용될 수 있다(Mask 2).
다음, 도 14(F)에서 도시하는 바와 같이, 제2 전극(38)을 형성하는 과정이 이루어질 수 있다. 이를 위하여 제3 포토 공정이 이루어질 수 있다. 이러한 제3 포토 공정을 위하여 일차례 포토 마스크가 이용될 수 있다(Mask 3).
이와 같이, 종래 일반적인 디스플레이 제작 공정에 의하면, 후공정에서 패시베이션 오픈(도 14(D)), 평탄화(도 14(E)), 점등배선 형성(도 14(F)) 과정이 이루어지면서 세 번의 마스크가 사용될 수 있다.
이러한 세 번의 마스크를 이용한 포토 공정이 누적되며 공정별 정렬(alignment) 공차에 의한 오차가 누적될 수 있다. 이러한 오차의 누적은 디스플레이 장치의 휘도 불균일 및 미점등 등의 문제로 이어질 수 있다. 또한, 이러한 정렬 오차의 누적에 의하여 디스플레이 장치의 휘도 불균일 및 미점등 등의 문제가 더 증가할 수 있다.
도 15는 도 14의 과정에서 발생할 수 있는 정렬 오차의 실제 사진을 나타낸다.
포토공정 중 통상의 노광장비의 정렬(alignment) 정밀도 약 ±2 ㎛이며, 전사공정에 따른 칩 조립공차 약 ±2 ㎛을 감안하면, 최대 4 ㎛ 이상의 정렬 오차(mis-alignment)가 발생할 수 있다.
도 15(A)는 반도체 발광 소자(35)의 조립 공정에서 발생할 수 있는 정렬 오차의 예를 나타낸다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(35)의 단위 소자 영역 내에서 측면 치우침 현상이 발생할 수 있다.
도 15(B)는 패시베이션 오픈(도 14(D)) 과정에 의하여 발생할 수 있는 정렬 오차의 예를 나타낸다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(35)의 제2형 전극이 정확한 위치에서 개구되지 못하는 현상이 발생할 수 있다.
도 15(C)는 평탄화(도 14(E)) 과정에 의하여 발생할 수 있는 정렬 오차의 예를 나타낸다. 정렬 오차가 발생한 상태가 보여지고 있다.
도 15(D)는 점등배선(제2 전극) 형성(도 14(F)) 과정에 의하여 발생할 수 있는 정렬 오차의 예를 나타낸다. 역시 정렬 오차가 발생한 상태가 보여지고 있다.
도 16은 점등배선(제2 전극)이 연결되는 여러 상태를 나타내는 개략도이다.
도 16(A)를 참조하면, 위에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 의한 제조 방법에 의하여 경사 코팅층(370)은 전체적으로 식각되어 정확한 위치에서 제2 전극(380)과 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)이 연결될 수 있다.
이러한 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)은 제2 전극(380)의 연결부(381)를 통하여 제2 전극(380)과 정렬 오차 없이 정확한 위치에서 전기적으로 연결될 수 있다.
반면, 도 16(B) 및 도 16(C)의 경우는 위에서 설명한 정렬 오차에 의하여 제2 전극(380)과 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)이 정확하게 연결되지 못한 상태를 나타내고 있다.
일례로, 도 16(B)를 참조하면, 제2 전극(380)이 격벽에 대해서는 정상적인 위치에서 형성되었으나 반도체 발광 소자(350)가 우측으로 치우친 상태로 조립된 상태에서 제2 전극(380)이 형성 되어 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)과 충분한 접촉 면적에서 전기적 연결이 이루어지지 못한 상태를 도시하고 있다.
다른 예로, 일례로, 도 16(B)를 참조하면, 제2 전극(380)이 격벽에 대해서는 정상적인 위치에서 형성되었으나 반도체 발광 소자(350)가 상측으로 치우친 상태로 조립된 상태에서 제2 전극(380)이 형성 되어 반도체 발광 소자(350)의 제2형 전극(352)과 충분한 접촉 면적을 가지고 전기적 연결이 이루어지지 못한 상태를 도시하고 있다.
그러나, 이와 같이 반도체 발광 소자(350)가 상측으로 치우친 상태로 조립된 상태라도 위에서 설명한 본 발명의 실시예에 의하면 정확한 제2형 전극(352)의 위치가 오픈될 수 있고, 따라서 충분한 접촉 면적을 가지고 전기적 연결이 이루어질 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 과정에서 반도체 발광 소자의 정렬 조절부의 형상을 나타내는 단면 개략도이다.
먼저, 도 17(A)는 위에서 도 14를 참조하여 설명한 비교예에 해당한다. 도 17(A)를 참조하면, 패시베이션층은 반도체층(35a)의 측면에 위치하는 제1 부분(35b), 제2형 전극(35c)보다 높게 위치하는 제2 부분(35d)를 포함할 수 있다.
이때, 이 페시베이션층의 제2 부분(35d)은 위의 마스크를 이용한 공정 중에서 형성되는 부분에 해당한다. 이러한 제2 부분(35d)의 높이는 100nm 이상의 높이(두께)를 가질 수 있다. 또한, 이러한 제2 부분(35d)은 정렬 오차에 의하여 정확한 위치에 형성되지 못할 수 있다.
한편, 도 17(B)는 본 발명의 일 실시예에 의하여 반도체 발광 소자(350)가 단위 소자 영역에 조립된 상태를 나타내고 있다.
이때, 제2형 전극(352) 상에는 정렬 패시베이션층(354) 및 이 정렬 패시베이션층(354)의 주변부에 이 정렬 패시베이션층(354)보다 더 높게 위치하는 패시베이션층(356; 정렬 조절부)이 위치할 수 있다.
이러한 정렬 조절부(356)는 경사 코팅층(370)을 전체적으로 식각할 때에 함께 식각되어 도 17(C)에서 도시하는 바와 같이 그 높이가 낮아질 수 있다.
즉, 도 17(C)를 참조하면 식각 전의 정렬 조절부(357)의 높이는 식각 후의 정렬 조절부(356)의 높이로 낮아질 수 있다. 이러한 정렬 조절부(356)의 높이는 위에서 언급한 바와 같이 100nm 이하의 높이(두께)를 가질 수 있다.
도시된 바와 같이, 경사 코팅층(370)을 전체적으로 식각할 때, 건식 식각(Dry etching)이 이용될 수 있다.
이와 같이 제작 과정에 의하여 낮아진 정렬 조절부(356)의 높이는 제2 전극(380)이 제2형 전극(355)와 접촉할 수 있는 접촉력을 더 높일 수 있다.
도 18은 비교예에 의한 화소의 구조와 본 발명의 일 실시예에 의한 화소의 구조를 나타내는 단면 개략도이다.
위에서 설명한 바와 같이, 비교예에 의한 통상의 디스플레이 장치 제조 과정에 의하면, 도 18(A)에서 도시하는 바와 같이, 두꺼운 코팅층(37)이 형성되어 전체적인 디스플레이 장치의 두께가 상대적으로 두꺼워질 수 있다.
또한, 3번의 마스크 사용에 의한 정렬 오차가 발생할 수 있어, 충분한 접촉 면적을 가지고 반도체 발광 소자(35)가 제2 전극(38)과 전기적으로 연결되기 어려울 수 있다.
반면, 도 18(B)를 참조하면, 경사 코팅층(370)은 두께가 얇게 형성 가능하므로 전체적인 디스플레이 장치의 두께가 축소될 수 있다.
또한, 이와 같이 제작 과정에 의하여 낮아진 정렬 조절부(356)의 높이는 제2 전극(380)이 제2형 전극(355)와 접촉할 수 있는 접촉력을 더 높일 수 있다.
도 19는 비교예로서 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 각 부분에서의 화소 점등 상태를 나타내는 사진이다. 도 20은 본 발명의 일 실시예에 의한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 각 부분에서의 화소 점등 상태를 나타내는 사진이다.
도 19와 도 20은 동일한 영역에 대한 화소 점등 상태를 나타내고 있다. 도 19와 도 20의 사진을 비교하면 도 20의 화소 점등 상태가 월등히 우수함을 나타내고 있다. 또한, 휘도의 균일도가 크게 향상된 것을 알 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 정렬 오차가 크게 감소하고, 정확한 위치에서 반도체 발광 소자와 제2 전극(점등 전극)의 전기적 접촉이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 반도체 발광 소자의 설계 및 패널 공정 개선을 통해 제조 공정을 간소화함으로써 패널 포토 공정에서 발생할 수 있는 정렬 공차를 최소화함으로써 제작 수율 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 저점도 포토 레지스트를 이용하여 경사 코팅층을 형성하여 반도체 발광 소자 칩이 고정되면서 제2 전극(상부 배선; 점등 전극) 연결 시 메탈 배선의 평탄화 역할을 동시에 수행할 수 있다. 이에 따라, 포토 공정이 3단계에서 1단계로 간소화될 수 있다.
또한, 패널 후 공정에서 정렬 오차를 최소화하여 반도체 발광 소자 칩 전극과 제2 전극(상부 배선; 점등 전극)의 최대 접촉 면적을 확보할 수 있다.
따라서, 칩의 정위치에서 조립 시 대략 직경 3 ㎛ 크기의 반도체 발광 소자 칩 전극과 배선 연결이 가능하고, 정렬 오차가 최소화되어 반도체 발광 소자 칩이 측면에 위치해도 연결이 가능해질 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하면 마이크로 LED와 같은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (20)

  1. 기판;
    단위 화소 영역을 정의하는 격벽;
    상기 단위 화소 영역에 위치하는 제1 전극;
    상기 단위 화소 영역 내에서 상기 제1 전극에 제1형 전극이 전기적으로 접속되어 설치되는 반도체 발광 소자;
    상기 반도체 발광 소자와 격벽 상에 형성되고, 상기 반도체 발광 소자 상측에서 높은 경사를 가지는 경사 코팅층; 및
    상기 경사 코팅층 상에서 상기 반도체 발광 소자의 제2형 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경사 코팅층은 상기 반도체 발광 소자가 설치되는 단위 화소 영역에 대하여 대칭되는 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 경사 코팅층은 상기 격벽을 이루는 재료보다 낮은 점도의 포토 레지스트로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 격벽 상에 위치하는 상기 경사 코팅층의 두께는 상기 반도체 발광 소자 상에 위치하는 경사 코팅층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는,
    상기 제1형 전극;
    상기 제1형 전극 상에 위치하는 반도체층;
    상기 반도체층 상에 위치하는 제2형 전극; 및
    상기 반도체층 및 상기 제2형 전극의 외측면에 위치하는 패시베이션층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 제2형 전극 주변부에서 상기 제2형 전극보다 높게 위치하는 정렬 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 정렬 조절부는 상기 제2 전극의 연결을 위하여 상기 경사 코팅층이 오픈될 때에 일부가 함께 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 정렬 조절부의 높이는 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 단위 화소 영역의 상기 제1 전극의 일측에는 상기 반도체 발광 소자의 조립을 위한 조립전극이 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치.
  10. 기판 상에 다수의 단위 화소 영역을 정의하는 격벽이 형성되고, 상기 각각의 단위 화소 영역 내에는 제1 전극 및 조립전극이 위치하는 기판 조립체를 준비하는 단계;
    제1형 전극 상에 반도체층 및 제2형 전극이 순차적으로 위치하고, 상기 반도체층 및 제2형 전극의 외측면에 패시베이션층이 형성된 다수의 반도체 발광 소자를 준비하는 단계;
    상기 단위 화소 영역 내에 상기 제1 전극과 상기 제1형 전극이 전기적으로 접속되도록 반도체 발광 소자를 설치하는 단계;
    상기 반도체 발광 소자와 격벽 상에 경사 코팅층을 형성하는 단계;
    상기 경사 코팅층을 전체적으로 식각하여 상기 반도체 발광 소자의 제2형 전극을 오픈시키는 단계; 및
    상기 경사 코팅층 상에서 상기 반도체 발광 소자의 제2형 전극과 전기적으로 연결되는 제2 전극을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제2형 전극을 오픈시키는 단계는 상기 각각의 단위 화소 영역 내에 설치된 반도체 발광 소자의 제2형 전극을 오픈시키는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 경사 코팅층은 상기 반도체 발광 소자 상측에서 높은 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서, 경사 코팅층을 형성하는 단계는 상기 격벽을 이루는 재료보다 낮은 점도의 포토 레지스트를 도포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자를 준비하는 단계는 상기 패시베이션층이 상기 제2형 전극의 상측을 덮도록 상기 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 제2형 전극의 상측을 덮는 패시베이션층의 두께는 상기 반도체 발광 소자의 외측면에 위치하는 패시베이션층의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자를 준비하는 단계는,
    상기 제2형 전극의 상측을 덮는 패시베이션층을 제거하여 상기 제2형 전극을 오픈시키는 단계; 및
    상기 오픈된 제2형 전극 상에 상기 반도체 발광 소자의 외측면에 위치하는 패시베이션층의 두께보다 얇은 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 제2형 전극 주변부에서 상기 제2형 전극보다 높게 위치하는 정렬 조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 정렬 조립부는 상기 제2형 전극을 오픈시키는 단계를 수행한 이후 높이가 낮아지는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 정렬 조절부의 높이는 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
  20. 제10항에 있어서, 상기 반도체 발광 소자를 설치하는 단계는 상기 조립전극에 전기장을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법.
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