WO2019146819A1 - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법 및 디스플레이 장치 - Google Patents

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법 및 디스플레이 장치 Download PDF

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위경태
문성현
전지나
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    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a display device, and more particularly, to a method of manufacturing a display device using a semiconductor light emitting device.
  • LCD Liguid Crystal Display
  • AMOLED Active Matrix Organic Light Emitting Diodes
  • LEDs Light emitting diodes
  • GaAsP compound semiconductors were commercialized, Has been used as a light source for a display image of an electronic device including a communication device. Accordingly, a method of solving the above problems by implementing a flexible display using the semiconductor light emitting device can be presented.
  • an anisotropic conductive film or the like is often used for bonding with a wiring substrate.
  • the transfer of the micro-light emitting diode using the conventional anisotropic conductive film transfers the entire area, there are problems in various types of transfer, and in particular, it is difficult to carry out selective transfer for cost reduction.
  • the present invention proposes a manufacturing method capable of maintaining accuracy even in high-temperature and high-pressure bonding processes, and a structure for implementing the method.
  • a method of manufacturing a display device including the steps of transferring a semiconductor light emitting device to a wiring substrate together with an adhesive layer of a temporary substrate.
  • a manufacturing method of a display device includes a step of transferring semiconductor light emitting devices provided on a growth substrate to an adhesive layer of a temporary substrate, a step of curing the adhesive layer of the temporary substrate, Aligning the substrate and the temporary substrate; pressing the temporary substrate against the wiring substrate so that the semiconductor light emitting device is bonded to the wiring substrate together with the adhesive layer of the temporary substrate; and removing at least part of the adhesive layer And exposing the semiconductor light emitting device to the outside, and depositing an electrode on the semiconductor light emitting device.
  • the temporary substrate may include a base portion and a release layer formed on one surface of the base portion and formed of a material detachable from the base portion by absorbing a laser or an ultraviolet ray, .
  • the step of removing the temporary substrate from the wiring board may include separating the release layer from the adhesive layer.
  • the manufacturing method may include removing the remainder of the release layer from the surface of the adhesive layer through etching.
  • the adhesive layer comprises a thermosetting adhesive which is cured by heat or ultraviolet radiation.
  • a semiconductor device comprising: a wiring substrate on which a first electrode is disposed; a conductive adhesive layer disposed between the wiring substrate and the second electrode; and a conductive adhesive layer electrically connected to the first electrode and the second electrode
  • a display device comprising a plurality of semiconductor light emitting elements to be connected and an upper layer disposed on one side of the conductive adhesive layer and having a thermosetting adhesive that is cured by heat or ultraviolet light.
  • thermosetting adhesive is made of at least one of epoxy, acrylate, and silicone.
  • the thermosetting adhesive is made of a light-transmitting material.
  • a through hole through which the second electrode is deposited may be formed in the upper layer.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • Fig. 2 is a partially enlarged view of part A of Fig. 1
  • Figs. 3a and 3b are cross-sectional views taken along lines B-B and C-C of Fig.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing a flip chip type semiconductor light emitting device of FIG.
  • FIGS. 5A to 5C are conceptual diagrams showing various forms of implementing a color in relation to a flip chip type semiconductor light emitting device.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line C-C of Fig.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a vertical semiconductor light emitting device of FIG.
  • 10A to 10I are conceptual diagrams illustrating a new process for manufacturing the semiconductor light emitting device described above.
  • Figs. 11 and 12 are sectional views showing a display device applied to the manufacturing process of Figs. 10A to 10I.
  • FIG. 13 is an enlarged view of a semiconductor light emitting device applied to the display device of FIG.
  • the display device described in this specification includes a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation device, a slate PC, , A Tablet PC, an Ultra Book, a digital TV, a desktop computer, and the like.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • a navigation device a slate PC, , A Tablet PC, an Ultra Book, a digital TV, a desktop computer, and the like.
  • the configuration according to the embodiments described herein may be applied to a device capable of being displayed, even in the form of a new product to be developed in the future.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • the information processed in the control unit of the display device 100 may be displayed using a flexible display.
  • the flexible display includes a display that can be bent, twistable, collapsible, and curlable, which can be bent by an external force.
  • a flexible display can be a display made on a thin, flexible substrate that can be bent, bent, folded or rolled like paper while maintaining the display characteristics of conventional flat panel displays.
  • the display area of the flexible display is flat.
  • the display area may be a curved surface in a state of being bent by an external force (for example, a state having a finite radius of curvature, hereinafter referred to as a second state).
  • the information displayed in the second state may be time information output on the curved surface.
  • Such visual information is realized by independently controlling the emission of a sub-pixel arranged in a matrix form.
  • the unit pixel means a minimum unit for implementing one color.
  • the unit pixel of the flexible display may be implemented by a semiconductor light emitting device.
  • a light emitting diode LED
  • the light emitting diode is formed in a small size, so that it can serve as a unit pixel even in the second state.
  • FIG. 2 is a partial enlarged view of a portion A of FIG. 1
  • FIGS. 3 A and 3B are cross-sectional views taken along lines BB and CC of FIG. 2
  • FIG. 4 is a conceptual view of a flip chip type semiconductor light emitting device of FIG.
  • FIGS. 5A to 5C are conceptual diagrams showing various forms of implementing a color in relation to a flip chip type semiconductor light emitting device.
  • a display device 100 using a passive matrix (PM) semiconductor light emitting device as a display device 100 using a semiconductor light emitting device is illustrated.
  • PM passive matrix
  • AM active matrix
  • the display device 100 includes a substrate 110, a first electrode 120, a conductive adhesive layer 130, a second electrode 140, and a plurality of semiconductor light emitting devices 150.
  • the substrate 110 may be a flexible substrate.
  • the substrate 110 may comprise glass or polyimide (PI).
  • PI polyimide
  • any insulating material such as PEN (polyethylene naphthalate) and PET (polyethylene terephthalate) may be used as long as it is insulating and flexible.
  • the substrate 110 may be either a transparent material or an opaque material.
  • the substrate 110 may be a wiring substrate on which the first electrode 120 is disposed, so that the first electrode 120 may be positioned on the substrate 110.
  • the insulating layer 160 may be disposed on the substrate 110 on which the first electrode 120 is located and the auxiliary electrode 170 may be disposed on the insulating layer 160.
  • a state in which the insulating layer 160 is laminated on the substrate 110 may be one wiring substrate.
  • the insulating layer 160 is formed of a flexible material such as polyimide (PI), polyimide (PET), or PEN, and is integrally formed with the substrate 110 to form a single substrate.
  • the auxiliary electrode 170 is an electrode that electrically connects the first electrode 120 and the semiconductor light emitting device 150 and is disposed on the insulating layer 160 and corresponds to the position of the first electrode 120.
  • the auxiliary electrode 170 may be in the form of a dot and may be electrically connected to the first electrode 120 by an electrode hole 171 passing through the insulating layer 160.
  • the electrode hole 171 may be formed by filling a via hole with a conductive material.
  • the conductive adhesive layer 130 is formed on one surface of the insulating layer 160, but the present invention is not limited thereto.
  • a layer having a specific function may be formed between the insulating layer 160 and the conductive adhesive layer 130, or a structure in which the conductive adhesive layer 130 is disposed on the substrate 110 without the insulating layer 160 It is also possible.
  • the conductive adhesive layer 130 may serve as an insulating layer.
  • the conductive adhesive layer 130 may be a layer having adhesiveness and conductivity. To this end, the conductive adhesive layer 130 may be mixed with a substance having conductivity and a substance having adhesiveness. Also, the conductive adhesive layer 130 has ductility, thereby enabling the flexible function in the display device.
  • the conductive adhesive layer 130 may be an anisotropic conductive film (ACF), an anisotropic conductive paste, a solution containing conductive particles, or the like.
  • the conductive adhesive layer 130 may be formed as a layer having electrical insulation in the horizontal X-Y direction while permitting electrical interconnection in the Z direction passing through the thickness. Accordingly, the conductive adhesive layer 130 may be referred to as a Z-axis conductive layer (hereinafter, referred to as a conductive adhesive layer).
  • the anisotropic conductive film is a film in which an anisotropic conductive medium is mixed with an insulating base member. When heat and pressure are applied, only a specific part of the anisotropic conductive film has conductivity due to the anisotropic conductive medium.
  • the anisotropic conductive film is described as being subjected to heat and pressure, but other methods may be used to partially conduct the anisotropic conductive film. In this method, for example, either the heat or the pressure may be applied, or UV curing may be performed.
  • the anisotropic conduction medium can be, for example, a conductive ball or a conductive particle.
  • the anisotropic conductive film is a film in which conductive balls are mixed with an insulating base member. When heat and pressure are applied, only specific portions are conductive by the conductive balls.
  • the anisotropic conductive film may be a state in which a plurality of particles coated with an insulating film made of a polymer material are contained in the core of the conductive material. In this case, the insulating film is broken by heat and pressure, . At this time, the shape of the core may be deformed to form a layer in contact with each other in the thickness direction of the film.
  • heat and pressure are applied to the anisotropic conductive film as a whole, and the electrical connection in the Z-axis direction is partially formed by the height difference of the mating member adhered by the anisotropic conductive film.
  • the anisotropic conductive film may be in a state in which a plurality of particles coated with a conductive material are contained in the insulating core.
  • the conductive material is deformed (pressed) to the portion where the heat and the pressure are applied, so that the conductive material becomes conductive in the thickness direction of the film.
  • the conductive material penetrates the insulating base member in the Z-axis direction and has conductivity in the thickness direction of the film. In this case, the conductive material may have a pointed end.
  • the anisotropic conductive film may be a fixed array anisotropic conductive film (ACF) in which conductive balls are inserted into one surface of an insulating base member.
  • ACF fixed array anisotropic conductive film
  • the insulating base member is formed of a material having adhesiveness, and the conductive ball is concentrated on the bottom portion of the insulating base member, and is deformed together with the conductive ball when heat and pressure are applied to the base member So that they have conductivity in the vertical direction.
  • the anisotropic conductive film may be formed by randomly mixing conductive balls into an insulating base member or by forming a plurality of layers in which a conductive ball is placed in a double- ACF) are all available.
  • the anisotropic conductive paste is a combination of a paste and a conductive ball, and may be a paste in which a conductive ball is mixed with an insulating and adhesive base material.
  • solutions containing conductive particles can be solutions in the form of conductive particles or nanoparticles.
  • the second electrode 140 is located in the insulating layer 160, away from the auxiliary electrode 170. That is, the conductive adhesive layer 130 is disposed on the insulating layer 160 on which the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 are disposed.
  • the semiconductor light emitting device 150 is connected to the semiconductor light emitting device 150 in a flip chip form
  • the semiconductor light emitting device 150 is electrically connected to the first electrode 120 and the second electrode 140.
  • the semiconductor light emitting device may be a flip chip type light emitting device.
  • the semiconductor light emitting device includes a p-type semiconductor layer 155 in which a p-type electrode 156, a p-type electrode 156 are formed, an active layer 154 formed on the p-type semiconductor layer 155, And an n-type electrode 152 disposed on the n-type semiconductor layer 153 and the p-type electrode 156 on the n-type semiconductor layer 153 and 154 in the horizontal direction.
  • the p-type electrode 156 may be electrically connected to the auxiliary electrode 170 by the conductive adhesive layer 130, and the n-type electrode 152 may be electrically connected to the second electrode 140.
  • the auxiliary electrode 170 is elongated in one direction, and one auxiliary electrode may be electrically connected to the plurality of semiconductor light emitting devices 150.
  • the p-type electrodes of the right and left semiconductor light emitting elements may be electrically connected to one auxiliary electrode around the auxiliary electrode.
  • the semiconductor light emitting device 150 is inserted into the conductive adhesive layer 130 by heat and pressure, and the semiconductor light emitting device 150 is inserted into the conductive adhesive layer 130 through the p- And only the portion between the n-type electrode 152 and the second electrode 140 of the semiconductor light emitting device 150 has conductivity and the semiconductor light emitting device does not have a conductive property because the semiconductor light emitting device is not press-
  • the conductive adhesive layer 130 not only couples the semiconductor light emitting device 150 and the auxiliary electrode 170 and the semiconductor light emitting device 150 and the second electrode 140 but also forms an electrical connection.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices 150 constitute a light emitting element array
  • the phosphor layer 180 is formed in the light emitting element array.
  • the light emitting element array may include a plurality of semiconductor light emitting elements having different brightness values.
  • Each of the semiconductor light emitting devices 150 constitutes a unit pixel and is electrically connected to the first electrode 120.
  • the first electrodes 120 may be a plurality of semiconductor light emitting devices, and the semiconductor light emitting devices may be electrically connected to any one of the plurality of first electrodes.
  • the semiconductor light emitting devices are connected in a flip chip form, the semiconductor light emitting devices grown on the transparent dielectric substrate can be used.
  • the semiconductor light emitting devices may be, for example, a nitride semiconductor light emitting device. Since the semiconductor light emitting device 150 has excellent brightness, individual unit pixels can be formed with a small size.
  • the barrier ribs 190 may be formed between the semiconductor light emitting devices 150.
  • the barrier ribs 190 may separate the individual unit pixels from each other, and may be integrally formed with the conductive adhesive layer 130.
  • the base member of the anisotropic conductive film can form the partition.
  • the barrier 190 may have a reflection characteristic and a contrast may be increased without a separate black insulator.
  • the barrier ribs 190 may be provided separately from the reflective barrier ribs.
  • the barrier rib 190 may include a black or white insulation depending on the purpose of the display device.
  • a barrier of a white insulator When a barrier of a white insulator is used, an effect of enhancing reflectivity may be obtained.
  • a contrast characteristic may be increased while having a reflection characteristic.
  • the phosphor layer 180 may be located on the outer surface of the semiconductor light emitting device 150.
  • the semiconductor light emitting device 150 is a blue semiconductor light emitting device that emits blue (B) light, and the phosphor layer 180 converts the blue (B) light into the color of a unit pixel.
  • the phosphor layer 180 may be a red phosphor 181 or a green phosphor 182 constituting an individual pixel.
  • a red phosphor 181 capable of converting blue light into red (R) light can be laminated on the blue semiconductor light emitting element 151 at a position forming a red unit pixel
  • a green phosphor 182 capable of converting blue light into green (G) light may be laminated on the blue semiconductor light emitting element 151.
  • the blue semiconductor light emitting element 151 can be used alone in a portion constituting a blue unit pixel.
  • the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) can form one pixel.
  • phosphors of one color may be stacked along each line of the first electrode 120. Accordingly, one line in the first electrode 120 may be an electrode for controlling one color.
  • red (R), green (G), and blue (B) may be arranged in order along the second electrode 140, thereby realizing a unit pixel.
  • R green (G), and blue (B) unit pixels may be implemented by combining the semiconductor light emitting device 150 and the quantum dot QD instead of the fluorescent material. have.
  • a black matrix 191 may be disposed between each of the phosphor layers to improve contrast. That is, the black matrix 191 can improve the contrast of light and dark.
  • the present invention is not limited thereto, and other structures for implementing blue, red, and green may be applied.
  • each of the semiconductor light emitting devices 150 includes gallium nitride (GaN), indium (In) and / or aluminum (Al) are added together to form a high output light Device.
  • GaN gallium nitride
  • In indium
  • Al aluminum
  • the semiconductor light emitting device 150 may be a red, green, and blue semiconductor light emitting device to form a unit pixel (sub-pixel), respectively.
  • red, green, and blue semiconductor light emitting elements R, G, and B are alternately arranged, and red, green, and blue unit pixels Form a single pixel, through which a full color display can be implemented.
  • the semiconductor light emitting device may include a white light emitting device W having a yellow phosphor layer for each individual device.
  • a red phosphor layer 181, a green phosphor layer 182, and a blue phosphor layer 183 may be provided on the white light emitting element W to form a unit pixel.
  • a unit pixel can be formed by using a color filter in which red, green, and blue are repeated on the white light emitting element W.
  • a red phosphor layer 181, a green phosphor layer 182, and a blue phosphor layer 183 may be provided on the ultraviolet light emitting element UV.
  • the semiconductor light emitting device can be used not only for visible light but also for ultraviolet (UV), and can be extended to a form of a semiconductor light emitting device in which ultraviolet (UV) can be used as an excitation source of the upper phosphor .
  • the semiconductor light emitting device 150 is disposed on the conductive adhesive layer 130 and constitutes a unit pixel in the display device. Since the semiconductor light emitting device 150 has excellent brightness, individual unit pixels can be formed with a small size.
  • the size of the individual semiconductor light emitting device 150 may be 80 mu m or less on one side and may be a rectangular or square device. In the case of a rectangle, the size may be 20 X 80 ⁇ m or less.
  • a square semiconductor light emitting device 150 having a length of 10 m on one side is used as a unit pixel, sufficient brightness for forming a display device appears. Accordingly, when the unit pixel is a rectangular pixel having a side of 600 mu m and the other side of 300 mu m as an example, the distance of the semiconductor light emitting element becomes relatively large. Accordingly, in such a case, it becomes possible to implement a flexible display device having HD picture quality.
  • the display device using the semiconductor light emitting device described above can be manufactured by a novel manufacturing method. Hereinafter, the manufacturing method will be described with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention.
  • the conductive adhesive layer 130 is formed on the insulating layer 160 on which the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 are disposed.
  • a first electrode 120, an auxiliary electrode 170, and a second electrode 140 are formed on the wiring substrate, and the insulating layer 160 is formed on the first substrate 110 to form a single substrate (or a wiring substrate) .
  • the first electrode 120 and the second electrode 140 may be arranged in mutually orthogonal directions.
  • the first substrate 110 and the insulating layer 160 may include glass or polyimide (PI), respectively, in order to implement a flexible display device.
  • the conductive adhesive layer 130 may be formed, for example, by an anisotropic conductive film, and an anisotropic conductive film may be applied to the substrate on which the insulating layer 160 is disposed.
  • a second substrate 112 corresponding to the positions of the auxiliary electrode 170 and the second electrodes 140 and having a plurality of semiconductor light emitting elements 150 constituting individual pixels is disposed on the semiconductor light emitting element 150 Are arranged so as to face the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140.
  • the second substrate 112 is a growth substrate for growing the semiconductor light emitting device 150, and may be a spire substrate or a silicon substrate.
  • the semiconductor light emitting device When the semiconductor light emitting device is formed in units of wafers, the semiconductor light emitting device can be effectively used in a display device by having an interval and a size at which a display device can be formed.
  • the wiring substrate and the second substrate 112 are thermally bonded.
  • the wiring board and the second substrate 112 may be thermocompression-bonded using an ACF press head.
  • the wiring substrate and the second substrate 112 are bonded by the thermocompression bonding.
  • Only the portion between the semiconductor light emitting device 150 and the auxiliary electrode 170 and the second electrode 140 has conductivity due to the characteristics of the anisotropic conductive film having conductivity by thermocompression,
  • the device 150 may be electrically connected.
  • the semiconductor light emitting device 150 is inserted into the anisotropic conductive film, and partition walls may be formed between the semiconductor light emitting devices 150.
  • the second substrate 112 is removed.
  • the second substrate 112 may be removed using a laser lift-off method (LLO) or a chemical lift-off method (CLO).
  • LLO laser lift-off method
  • CLO chemical lift-off method
  • a transparent insulating layer (not shown) may be formed by coating a wiring substrate on which the semiconductor light emitting device 150 is coupled with silicon oxide (SiOx) or the like.
  • the method may further include forming a phosphor layer on one surface of the semiconductor light emitting device 150.
  • the semiconductor light emitting device 150 is a blue semiconductor light emitting device that emits blue (B) light, and a red phosphor or a green phosphor for converting the blue (B) A layer can be formed on one surface of the device.
  • a vertical semiconductor light emitting device may be applied to the display device described above.
  • the vertical structure will be described with reference to Figs. 5 and 6. Fig.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 7, and FIG. 9 is a conceptual view illustrating a vertical semiconductor light emitting device of FIG. 8.
  • FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of a display device using the semiconductor light emitting device of the present invention, to be.
  • the display device may be a display device using a passive matrix (PM) vertical semiconductor light emitting device.
  • PM passive matrix
  • the display device includes a substrate 210, a first electrode 220, a conductive adhesive layer 230, a second electrode 240, and a plurality of semiconductor light emitting devices 250.
  • the substrate 210 is a wiring substrate on which the first electrode 220 is disposed.
  • the substrate 210 may include polyimide (PI) to implement a flexible display device.
  • PI polyimide
  • any insulating and flexible material may be used.
  • the first electrode 220 is disposed on the substrate 210 and may be formed as a long bar electrode in one direction.
  • the first electrode 220 may serve as a data electrode.
  • a conductive adhesive layer 230 is formed on the substrate 210 on which the first electrode 220 is located.
  • the conductive adhesive layer 230 may be formed of an anisotropic conductive film (ACF), an anisotropic conductive paste, a solution containing a conductive particle, or the like, as in a display device using a flip chip type light emitting device. ) And the like.
  • ACF anisotropic conductive film
  • anisotropic conductive paste a solution containing a conductive particle, or the like
  • the present embodiment also exemplifies the case where the conductive adhesive layer 230 is realized by the anisotropic conductive film.
  • the semiconductor light emitting device 250 is connected to the semiconductor light emitting device 250 by applying heat and pressure after the anisotropic conductive film is positioned in a state where the first electrode 220 is positioned on the substrate 210, And is electrically connected to the electrode 220.
  • the semiconductor light emitting device 250 may be disposed on the first electrode 220.
  • the electrical connection is generated because heat and pressure are applied to the anisotropic conductive film to partially conduct in the thickness direction. Therefore, in the anisotropic conductive film, it is divided into a portion 231 having conductivity in the thickness direction and a portion 232 having no conductivity.
  • the anisotropic conductive film contains an adhesive component
  • the conductive adhesive layer 230 realizes electrical connection as well as mechanical bonding between the semiconductor light emitting element 250 and the first electrode 220.
  • the semiconductor light emitting device 250 is positioned on the conductive adhesive layer 230, thereby forming individual pixels in the display device. Since the semiconductor light emitting device 250 has excellent brightness, individual unit pixels can be formed with a small size.
  • the size of the individual semiconductor light emitting device 250 may be 80 ⁇ m or less on one side and may be a rectangular or square device. In the case of a rectangle, the size may be 20 X 80 ⁇ m or less.
  • the semiconductor light emitting device 250 may have a vertical structure.
  • a plurality of second electrodes 240 electrically connected to the vertical semiconductor light emitting device 250 are disposed between the vertical semiconductor light emitting devices in a direction crossing the longitudinal direction of the first electrode 220.
  • the vertical type semiconductor light emitting device includes a p-type electrode 256, a p-type semiconductor layer 255 formed on the p-type electrode 256, an active layer 254 formed on the p-type semiconductor layer 255 An n-type semiconductor layer 253 formed on the active layer 254 and an n-type electrode 252 formed on the n-type semiconductor layer 253.
  • the p-type electrode 256 located at the bottom may be electrically connected to the first electrode 220 by the conductive adhesive layer 230
  • the n-type electrode 252 located at the top may be electrically connected to the second electrode 240 As shown in FIG. Since the vertical semiconductor light emitting device 250 can arrange the electrodes up and down, it has a great advantage that the chip size can be reduced.
  • a phosphor layer 280 may be formed on one side of the semiconductor light emitting device 250.
  • the semiconductor light emitting device 250 is a blue semiconductor light emitting device 251 that emits blue (B) light, and a phosphor layer 280 for converting the blue (B) .
  • the phosphor layer 280 may be a red phosphor 281 and a green phosphor 282 constituting individual pixels.
  • a red phosphor 281 capable of converting blue light into red (R) light can be laminated on the blue semiconductor light emitting element 251 at a position forming a red unit pixel
  • a green phosphor 282 capable of converting blue light into green (G) light may be laminated on the blue semiconductor light emitting element 251.
  • only the blue semiconductor light emitting element 251 can be used alone in a portion constituting a blue unit pixel. In this case, the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) can form one pixel.
  • the present invention is not limited thereto, and other structures for implementing blue, red, and green may be applied to a display device to which a flip chip type light emitting device is applied, as described above.
  • the second electrode 240 is located between the semiconductor light emitting devices 250 and electrically connected to the semiconductor light emitting devices 250.
  • the semiconductor light emitting devices 250 may be disposed in a plurality of rows, and the second electrode 240 may be disposed between the columns of the semiconductor light emitting devices 250.
  • the second electrode 240 may be positioned between the semiconductor light emitting devices 250 because the distance between the semiconductor light emitting devices 250 forming the individual pixels is sufficiently large.
  • the second electrode 240 may be formed as a long bar-shaped electrode in one direction and may be disposed in a direction perpendicular to the first electrode.
  • the second electrode 240 and the semiconductor light emitting device 250 may be electrically connected by a connection electrode protruding from the second electrode 240. More specifically, the connection electrode may be an n-type electrode of the semiconductor light emitting device 250.
  • the n-type electrode is formed as an ohmic electrode for ohmic contact, and the second electrode covers at least a part of the ohmic electrode by printing or vapor deposition. Accordingly, the second electrode 240 and the n-type electrode of the semiconductor light emitting device 250 can be electrically connected.
  • the second electrode 240 may be disposed on the conductive adhesive layer 230.
  • a transparent insulating layer (not shown) containing silicon oxide (SiOx) or the like may be formed on the substrate 210 on which the semiconductor light emitting device 250 is formed.
  • SiOx silicon oxide
  • the second electrode 240 is positioned after the transparent insulating layer is formed, the second electrode 240 is positioned on the transparent insulating layer.
  • the second electrode 240 may be formed spaced apart from the conductive adhesive layer 230 or the transparent insulating layer.
  • the present invention has an advantage in that the second electrode 240 is positioned between the semiconductor light emitting devices 250, so that a transparent electrode such as ITO is not used. Therefore, the light extraction efficiency can be improved by using a conductive material having good adhesiveness with the n-type semiconductor layer as a horizontal electrode without being bound by transparent material selection.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the barrier ribs 290 may be positioned between the semiconductor light emitting devices 250. That is, the barrier ribs 290 may be disposed between the vertical semiconductor light emitting devices 250 to isolate the semiconductor light emitting devices 250 forming the individual pixels. In this case, the barrier ribs 290 may separate the individual unit pixels from each other, and may be formed integrally with the conductive adhesive layer 230. For example, by inserting the semiconductor light emitting device 250 into the anisotropic conductive film, the base member of the anisotropic conductive film can form the partition.
  • the barrier ribs 290 may have a reflection characteristic and a contrast may be increased without a separate black insulator.
  • a reflective barrier may be separately provided.
  • the barrier ribs 290 may include black or white insulators depending on the purpose of the display device.
  • the barrier ribs 290 may be formed between the vertical semiconductor light emitting device 250 and the second electrode 240 As shown in FIG. Therefore, individual unit pixels can be formed with a small size by using the semiconductor light emitting device 250, and the distance between the semiconductor light emitting device 250 can be relatively large enough so that the second electrode 240 can be electrically connected to the semiconductor light emitting device 250 ), And it is possible to realize a flexible display device having HD picture quality.
  • a black matrix 291 may be disposed between the respective phosphors to improve the contrast. That is, this black matrix 291 can improve the contrast of light and dark.
  • the semiconductor light emitting device 250 is disposed on the conductive adhesive layer 230, thereby forming individual pixels in the display device. Since the semiconductor light emitting device 250 has excellent brightness, individual unit pixels can be formed with a small size. Therefore, a full color display in which red (R), green (G), and blue (B) unit pixels form one pixel can be realized by the semiconductor light emitting device.
  • a conductive adhesive layer is used, but there is a problem that defects are caused in the alignment in a high pressure and high temperature bonding process.
  • a semiconductor light emitting device formed on a wafer and formed through mesa and isolation is used as an individual pixel, and thus selective transfer is required to manufacture a plurality of displays using one wafer.
  • the present invention proposes a new manufacturing method and structure of a display device that can solve such problems and demands.
  • 10A to 10I are conceptual diagrams illustrating a new process for manufacturing the semiconductor light emitting device described above.
  • a display device 1000 using a passive matrix (PM) type semiconductor light emitting device is exemplified.
  • PM passive matrix
  • AM active matrix
  • a first conductivity type semiconductor layer 1153, an active layer 1154, and a second conductivity type semiconductor layer 1155 are grown on a growth substrate 1059 (FIG. 10A).
  • the second conductivity type semiconductor layer 1155 When the second conductivity type semiconductor layer 1155 is grown, an active layer 1154 is grown on the second conductivity type semiconductor layer 1155 and then a first conductivity type semiconductor layer 1154 is formed on the active layer 1154. Next, Layer 1153 is grown. When the second conductivity type semiconductor layer 1155, the active layer 1154 and the first conductivity type semiconductor layer 1153 are sequentially grown in this manner, as shown in FIG. 10A, the second conductivity type semiconductor layer 1155, The active layer 1154, and the first conductivity type semiconductor layer 1153 form a laminated structure.
  • the growth substrate 1059 may be formed of any material having optical transparency, for example, sapphire (Al 2 O 3), GaN, ZnO, or AlO, but is not limited thereto. Further, the growth substrate 1059 may be formed of a carrier wafer, which is a material suitable for semiconductor material growth. And may include a conductive substrate or an insulating substrate, for example, a SiC substrate having higher thermal conductivity than a sapphire (Al2O3) substrate, or at least one of Si, GaAs, GaP, InP and Ga2O3 Can be used.
  • isolation is performed so that a plurality of light emitting elements form a light emitting element array (FIG. 10B).
  • the second conductivity type semiconductor layer 1155, the active layer 1154 and the first conductivity type semiconductor layer 1153 are removed, and the surface of the growth substrate is exposed to the outside.
  • a passivation layer 1157 surrounding the isolated semiconductor light emitting device 1050 is formed, and a first conductive type electrode 1152 (or an n-type electrode) is formed on one surface of the first conductive type semiconductor layer.
  • the first conductive electrode 1152 may be formed by a deposition method such as sputtering, but the present invention is not limited thereto.
  • the step of transferring the semiconductor light emitting devices provided on the growth substrate to the adhesive layer of the temporary substrate proceeds.
  • the growth substrate and the stamping substrate 1062 are bonded and separated so that the semiconductor light emitting devices 1050 move to the stamping substrate 1062 (FIG. 10C).
  • the semiconductor light emitting devices provided on the growth substrate are selectively stamped on a samping substrate.
  • the stamping substrate 1062 may be formed of PDMS (polydimethylsiloxane). Thus, the stamping substrate 1062 may be referred to as a PDMS substrate. According to the drawing, the semiconductor light emitting elements 1050 disposed on the growth substrate are moved to the stamping substrate by the adhesive force of the PDMS material.
  • the temporary substrate 1070 includes a base portion 1071, a release layer 1072, and an adhesive layer 1073.
  • the temporary substrate 1070 may be implemented as a liquid type or a film type.
  • the liquid type is applied through coating (spin coating, bar coating, etc.), and the film type is done by lamination.
  • the base portion 1071 may be formed of a material that can be transmitted through a laser or ultraviolet rays as a substrate in the form of a flat plate.
  • the release layer 1072 is formed on one surface of the base portion 1071 and is made of a material detachable from the base portion 1071 by absorbing laser or ultraviolet rays.
  • the adhesive layer 1073 may be disposed on one surface of the release layer 1072.
  • the adhesive layer 1073 may include a thermosetting adhesive that is cured by heat or ultraviolet rays, and the thermosetting adhesive may be made of at least one material selected from the group consisting of epoxy, acrylate, and silicone.
  • the releasing layer 1072 is a layer separated from the temporary substrate 1070 and is a layer removed by etching or a releasing process for irradiating a laser or ultraviolet ray.
  • the adhesive layer 1073 is formed on the conductive adhesive layer 1030, See Fig. 10F) to form an upper layer.
  • the function is separated into the adhesive layer 1073 (high heat-resistant adhesive) and the release layer 1072 unlike the conventional stamp, there is no necessity of controlling the adhesion force, and a stable yield can be achieved.
  • the release layer 1072 is located on the front side of the substrate rather than on the individual chips, a fixed simplification can be realized.
  • a step of curing the adhesive layer of the temporary substrate proceeds (FIG. 10E). It is for thermal stability of high heat resistant adhesives and performs heat or ultraviolet curing.
  • the wiring board having the wiring electrodes and the conductive adhesive layer and the temporary substrate are aligned (Fig. 10F). Specifically, the semiconductor light emitting elements 1050 are aligned at pixel positions of the wiring electrodes of the wiring substrate 1010.
  • the temporary substrate 1070 in which the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 constituting the individual pixels are disposed is disposed so that the semiconductor light emitting device 1050 faces the first electrode 1020.
  • a step of pressing the temporary substrate on the wiring substrate 1010 so that the semiconductor light emitting device is bonded to the wiring substrate together with the adhesive layer of the temporary substrate is performed (FIG. 10G).
  • the temporary substrate 1070 is bonded to the conductive adhesive layer 1030 and heat and pressure are applied to the temporary substrate 1070 and then a laser lift-off method (LLO) or a chemical lift-off method (CLO)
  • LLO laser lift-off method
  • CLO chemical lift-off method
  • the semiconductor light emitting device may be bonded to the wiring substrate 1010 by removing the temporary substrate 1070 first and applying heat or catalyst while pressing the conductive adhesive layer 1030.
  • the adhesive layer 1073 of the temporary substrate 1070 since the adhesive layer 1073 of the temporary substrate 1070 has a high thermal stability, it can be transferred to the conductive adhesive layer 1030 while the position of the semiconductor light emitting device is fixed.
  • the release layer 1072 is separated from the adhesive layer 1073. Since the release layer 1072 is separated from the temporary substrate 1070 by the laser, the release layer 1072 can be separated from the substrate in the step of removing the temporary substrate 1070.
  • a stable transfer can be performed by applying a temporary substrate in combination with a heat resistant adhesive and a release layer.
  • FIGS. 11 and 12 are sectional views showing a display device applied to the manufacturing process of Figs. 10A to 10I
  • Fig. 13 is an enlarged view of a semiconductor light emitting device applied to the display device of Fig.
  • a display device 1000 using a passive matrix (PM) type semiconductor light emitting device as a display device 1000 using a semiconductor light emitting device is illustrated.
  • PM passive matrix
  • AM active matrix
  • the display device 1000 includes a substrate 1010, a first electrode 1020, a conductive adhesive layer 1030, a second electrode 1040, and a plurality of semiconductor light emitting devices 1050.
  • the first electrode 1020 and the second electrode 1040 may each include a plurality of electrode lines.
  • the substrate 1010 is a wiring substrate on which the first electrode 1020 is disposed, and may include polyimide (PI) to implement a flexible display device.
  • PI polyimide
  • any insulating and flexible material may be used.
  • the substrate 1010 may be a rigid substrate to implement a non-flexible display device. Therefore, the display device of the present example can be implemented as a display or a signage other than a flexible one.
  • the first wiring 1020 is located on the substrate 1010 and may be formed as a long bar-shaped electrode in one direction.
  • the first wiring 1020 may serve as a data electrode. Further, since the first wiring 1020 is disposed under the semiconductor light emitting device, the first wiring 1020 may be a lower wiring.
  • a conductive adhesive layer 1030 is formed on the substrate 1010 where the first electrode 1020 is located.
  • the conductive adhesive layer 1030 may be an anisotropic conductive film (ACF), an anisotropic conductive paste, a solution containing a conductive particle, or the like, as in a display device using a flip chip type light emitting device described above. solution or the like.
  • the conductive adhesive layer 1030 may be replaced with an adhesive layer.
  • the adhesive layer may not be conductive conductive.
  • a plurality of second electrodes 1040 electrically connected to the semiconductor light emitting device 1050 are disposed between the semiconductor light emitting devices in a direction crossing the longitudinal direction of the first electrode 1020.
  • the second electrode 1040 may be positioned on the conductive adhesive layer 1030. That is, the conductive adhesive layer 1030 is disposed between the wiring substrate and the second electrode 1040.
  • the second electrode 1040 may be electrically connected to the semiconductor light emitting device 1050 by contact with the semiconductor light emitting device 1050.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 are coupled to the conductive adhesive layer 1030 and are electrically connected to the first electrode 1020 and the second electrode 1040.
  • a transparent insulating layer (not shown) containing silicon oxide (SiOx) or the like may be formed on the substrate 1010 on which the semiconductor light emitting element 1050 is formed.
  • the second electrode 1040 is positioned after the transparent insulation layer is formed, the second electrode 1040 is positioned on the transparent insulation layer.
  • the second electrode 1040 may be formed apart from the conductive adhesive layer 1030 or the transparent insulating layer.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 can form a plurality of rows in a direction parallel to a plurality of electrode lines provided in the first electrode 1020.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 may form a plurality of rows along the second electrode 1040.
  • the display device 1000 may further include a phosphor layer 1080 formed on one surface of the plurality of semiconductor light emitting devices 1050.
  • the semiconductor light emitting device 1050 is a blue semiconductor light emitting device that emits blue (B) light
  • the phosphor layer 1080 converts the blue (B) light into the color of a unit pixel.
  • the phosphor layer 1080 may be a red phosphor 1081 or a green phosphor 1082 constituting an individual pixel.
  • a red phosphor 1081 capable of converting blue light into red (R) light can be laminated on the blue semiconductor light emitting element 1051a at a position forming a red unit pixel
  • a green phosphor 1082 capable of converting blue light into green (G) light can be laminated on the blue semiconductor light emitting element 1051b.
  • the blue semiconductor light emitting element 1051c can be used solely in the portion constituting the blue unit pixel.
  • the unit pixels of red (R), green (G), and blue (B) can form one pixel.
  • phosphors of one color may be laminated along the respective lines of the first electrode 1020. Accordingly, one line in the first electrode 1020 may be an electrode for controlling one color.
  • red (R), green (G), and blue (B) may be arranged in order along the second electrode 1040, and a unit pixel may be realized through the red
  • the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the semiconductor light emitting device 1050 and the quantum dot QD may be combined to form a unit pixel emitting red (R), green (G), and blue (B) Can be implemented.
  • the display device may further include a black matrix 1091 disposed between the phosphors.
  • the black matrix 1091 may be formed in such a manner that a gap is formed between the phosphor dots and a black material fills the gap. Through this, the black matrix 1091 absorbs the external light reflection and can improve contrast of light and dark.
  • the black matrix 1091 is located between the respective phosphor layers along the first electrode 1020 in the direction in which the phosphor layers 1080 are stacked.
  • a phosphor layer is not formed at a position corresponding to the blue semiconductor light emitting element 1051, but a black matrix 1091 is provided between the blue light emitting element 1051c and the blue light emitting element 1051c Respectively, on both sides.
  • the semiconductor light emitting device 1050 has a great advantage that the chip size can be reduced because the electrodes can be arranged up and down.
  • the electrodes may be arranged on the upper and lower sides, but the semiconductor light emitting device of the present invention may be a flip chip type light emitting device.
  • the semiconductor light emitting devices 1050 may be either a green semiconductor light emitting device or a blue semiconductor light emitting device.
  • the semiconductor light emitting device 1050 can be realized as a light emitting device having high output capability of emitting blue or green light by adding indium (In) and / or aluminum (Al) together with gallium nitride .
  • the plurality of semiconductor light emitting devices 1050 may be gallium nitride thin films formed in various layers such as n-Gan, p-Gan, AlGaN, and InGan.
  • the semiconductor light emitting device may be a micro light emitting diode chip.
  • the micro-LED chip may have a cross-sectional area smaller than that of the light emitting region in the sub-pixel, and may have a scale of 1 to 100 micrometers, for example.
  • the semiconductor light emitting device 1050 is a vertical type semiconductor light emitting device.
  • the semiconductor light emitting device 1050 includes a first conductive type electrode 1156 and a first conductive type electrode 1156 in which a first conductive type electrode 1156 is formed.
  • the first conductivity type semiconductor layer 1155 and the second conductivity type semiconductor layer 1153 overlap each other and the second conductivity type semiconductor layer 1153 is disposed on the upper surface thereof with the second conductivity type electrode 1152, A first conductive type electrode 1156 is disposed on the lower surface of the first conductive type semiconductor layer 1155.
  • the upper surface of the second conductivity type semiconductor layer 1153 is one surface of the second conductivity type semiconductor layer 1153 farthest from the first conductivity type semiconductor layer 1155
  • 1155 may be one surface of the first conductivity type semiconductor layer 1155 farthest from the second conductivity type semiconductor layer 1153.
  • the first conductive type electrode 1156 and the second conductive type electrode 1152 are formed on the upper and lower sides of the first conductive type semiconductor layer 1155 and the second conductive type semiconductor layer 1153 .
  • the passivation layer 1157 is provided at the outermost portion of the semiconductor light emitting device 1050, and the stabilization characteristics of the semiconductor light emitting device 1050 can be improved through the passivation layer 1157.
  • the passivation layer 1157 may cover the first conductivity type semiconductor layer 1155, the active layer 1154 and the second conductivity type semiconductor layer 1153 of the semiconductor light emitting device 1050.
  • the lower surface of the first conductive type semiconductor layer 1155 may be a surface closest to the wiring substrate, and the upper surface of the second conductive type semiconductor layer may be a wiring It may be the farthest surface to the substrate.
  • the first conductive type electrode 1156 and the first conductive type semiconductor layer 1155 may be a p-type electrode and a p-type semiconductor layer, respectively, and the second conductive type electrode 1152 and the second The conductivity type semiconductor layer 1153 may be an n-type electrode and an n-type semiconductor layer, respectively.
  • the present invention is not limited thereto, and the first conductivity type may be n-type and the second conductivity type may be p-type.
  • the p-type semiconductor layer may be P-type GaN, and the n-type semiconductor layer may be N-type GaN.
  • the first conductivity type and the second conductivity type semiconductor layer can be formed by implanting impurities into the intrinsic or the doped semiconductor substrate.
  • the region where the p-n junction is formed by the impurity implantation may serve as the active layer.
  • the p-type electrode located at the bottom may be electrically connected to the first electrode 1020 by the conductive adhesive layer, and the n-type electrode located at the top may be electrically connected to the second electrode 1040.
  • the p-type electrode may include a plurality of metal layers made of different metals. For example, a plurality of metal layers made of Ti, Pt, Au, Ti, Cr or the like may be laminated to form the p-type electrode.
  • an upper layer 1074 is disposed on one surface of the conductive adhesive layer 1030.
  • the upper layer 1074 may be implemented by transferring the adhesive layer 1073 of the temporary substrate 1070 to the substrate in the manufacturing method described above with reference to FIGS. 10A to 10I.
  • the upper layer 1074 has a thermosetting adhesive that is cured by heat or ultraviolet rays.
  • the thermosetting adhesive is made of at least one of epoxy, acrylate, and silicone.
  • the above-described phosphor layer 1080 is stacked on the upper surface of the upper layer 1074.
  • the thermosetting adhesive may be made of a light-transmitting material.
  • the upper layer 1074 may have a through hole 1075 through which the second conductive type electrode is deposited. Accordingly, the through-holes 1075 may be formed for each semiconductor light emitting device.
  • the through-hole 1075 may be formed by etching the corresponding portion only for the electrode deposition after the release layer is removed by etching in the manufacturing method described above with reference to FIGS. 10A to 10I.
  • the second electrode 1040 may be electrically connected to the second conductive electrode 1152 of the semiconductor light emitting device 1050 by contact. And a second electrode 1040 connected to the second conductive electrode may be positioned on the upper layer 1074.
  • a second electrode 1040 which is an upper wiring, is disposed on one surface of the upper layer 1074.
  • the upper layer 1074 protects the chip in the external environment and further improves the light extraction efficiency.
  • a display device of a new structure capable of high-temperature and high-pressure bonding can be realized.
  • the semiconductor light emitting device of the growth substrate can be selectively transferred to the wiring substrate in a display device in which individual pixels are formed of semiconductor light emitting elements.
  • a stable transfer can be performed by applying a temporary substrate in combination with a high heat resistant adhesive and a release layer.
  • the substrate on which the selective transfer is completed is used again for transferring, multiple transfers can be performed from one wafer, thereby reducing the manufacturing cost.
  • the method of manufacturing a display device using the semiconductor light emitting device described above is not limited to the configuration and the method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified such that all or some of the embodiments are selectively combined .

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Abstract

본 발명은 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법 및 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조방법은, 성장기판에 구비된 반도체 발광소자들을 임시기판의 접착층으로 전사하는 단계와, 상기 임시기판의 접착층을 경화하는 단계와, 배선전극과 전도성 접착층을 구비하는 배선기판과 상기 임시기판을 얼라인하는 단계와, 상기 임시기판의 접착층과 함께 상기 반도체 발광소자가 상기 배선기판에 본딩되도록 상기 임시기판을 상기 배선기판에 압착 후 제거하는 단계, 및 상기 접착층의 적어도 일부를 제거하여, 상기 반도체 발광소자를 외부로 노출하고 상기 반도체 발광소자에 전극을 증착하는 단계를 포함한다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법 및 디스플레이 장치
본 발명은 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 박형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liguid Crystal Display)와 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다.
그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 존재하고, AMOLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않다는 취약점이 존재한다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 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. 따라서, 상기 반도체 발광 소자를 이용하여 플렉서블 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
그러나, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이의 경우에 배선기판과의 결합을 위하여 이방성 도전 필름 등을 이용하는 경우가 많다. 하지만, 기존의 이방성 도전 필름을 이용한 마이크로 발광 다이오드의 전사는 전영역을 전사하기 때문에 다양한 형태의전사에는 문제가 있으며특히나 원가절감을 위한 선택적 전사를 진행하기에는 어려운 점이 있다.
선택적 전사를 위해 점착렬 조절이 가능한 스팸프 또는 선택적 Laser ablation 등의 다양한 시도가 있었다. 그러나, 칩을 부착하고 분리하는 스탬프의 특성 상 고온 고압의 본딩 공정시에 스탬프의 열안정성 및 접착력 부족으로 불량이 발생하는 문제가 있다. 이에 본 발명에서는 고온 고압의 본딩 공정에서도 정확도을 유지할 수 있는 제조방법과 이를 구현하는 구조에 대하여 제안한다.
본 발명의 일 목적은 고온 고압의 본딩 공정이 가능한 새로운 구조의 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 선택적 전사가 가능하면서 불량률을 저감할 수 있는 반도체 발광소자를 구비하는 디스플레이 장치의 제조공정을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 디스플레이 장치의 제조방법은, 반도체 발광소자를 임시기판의 접착층과 함께 배선기판으로 전사한다.
보다 구체적으로, 디스플레이 장치의 제조방법은, 성장기판에 구비된 반도체 발광소자들을 임시기판의 접착층으로 전사하는 단계와, 상기 임시기판의 접착층을 경화하는 단계와, 배선전극과 전도성 접착층을 구비하는 배선기판과 상기 임시기판을 얼라인하는 단계와, 상기 임시기판의 접착층과 함께 상기 반도체 발광소자가 상기 배선기판에 본딩되도록 상기 임시기판을 상기 배선기판에 압착 후 제거하는 단계, 및 상기 접착층의 적어도 일부를 제거하여, 상기 반도체 발광소자를 외부로 노출하고 상기 반도체 발광소자에 전극을 증착하는 단계를 포함한다.
실시 예에 있어서, 상기 임시기판은, 베이스부와, 상기 베이스부의 일면에 형성되며, 레이저나 자외선를 흡수하여 상기 베이스부와 분리가능한 재질로 형성되는 릴리즈층을 구비하고, 상기 접착층은 상기 릴리즈층의 일면에 배치된다.
실시 예에 있어서, 상기 임시기판을 상기 배선기판에서 제거하는 단계는, 상기 릴리즈층을 상기 접착층과 분리하는 것을 특징으로 한다. 상기 제조방법은 식각을 통하여 상기 접착층의 표면에서 상기 릴리즈층의 잔여물을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
실시 예에 있어서, 상기 접착층은 열 또는 자외선에 의하여 경화되는 열경화성 접착제를 구비한다.
또한, 본 발명은 제1전극이 배치되는 배선기판과, 상기 배선기판과 제2전극의 사이에 배치되는 전도성 접착층과, 상기 전도성 접착층에 결합되며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 복수의 반도체 발광 소자들, 및 상기 전도성 접착층의 일면에 배치되며, 열 또는 자외선에 의하여 경화되는 열경화성 접착제를 구비하는 상부층을 포함하는 디스플레이 장치를 개시한다.
실시 예에 있어서, 상기 열경화성 접착제는 에폭시, 아크릴레이트 및 실리콘 중 적어도 하나의 재질로 이루어진다. 상기 열경화성 접착제는 광투과성 재질로 이루어진다. 상기 상부층에는 상기 제2전극이 증착되는 관통홀이 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 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 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 C-C를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10a 내지 도 10i는 전술한 반도체 발광 소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 11 및 도 12는 도 10a 내지 도 10i의 제조공정에 적용되는 디스플레이 장치를 나타내는 단면도들이다.
도 13은 도 11의 디스플레이 장치에 적용되는 반도체 발광소자의 확대도이다.
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 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 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.
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 장치에는 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, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 구부리거나, 접을 수 있거나 말 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
상기 플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시와 같이, 상기 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. 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
상기 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이하, 상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이며, 도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 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.
상기 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 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, 상기 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
상기 기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 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, 상기 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. 상기 전극홀(171)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 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.
상기 전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 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. 상기 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 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 높이차에 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.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격하여 절연층(160)에 위치한다. 즉, 상기 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, 상기 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 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 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 p형 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 휘도값이 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 상기 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, 상기 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(190)이 형성될 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 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 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. 상기 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(151) 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(151) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(151)만 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 5a를 참조하면, 각각의 반도체 발광 소자(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.
이 경우, 반도체 발광 소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 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 소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 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, 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 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 상기 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
본 도면을 참조하면, 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, 상기 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.
상기 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 상기 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)와 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광 소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
상기 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 열압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF press head 를 적용하여 열압착될 수 있다. 상기 열압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열압착에 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 발광소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광 소자(150)가 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 상기 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, 상기 반도체 발광 소자(150)의 일면에 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 상기 청색 반도체 발광 소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 구조에 대하여 설명한다.
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 C-C를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 복수의 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. 상기 제1전극(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(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서도 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, 상기 반도체 발광 소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광 소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께방향으로 전도성을 가지는 부분(231)과 전도성을 가지지 않는 부분(232)으로 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 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
상기 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, 상기 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(251) 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(251) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(251)만 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, 상기 연결 전극이 반도체 발광 소자(250)의 n형 전극이 될 수 있다. 예를 들어, n형 전극은 오믹(ohmic) 접촉을 위한 오믹 전극으로 형성되며, 상기 제2전극은 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.
도시에 의하면, 상기 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, 상기 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.
도시에 의하면, 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, 상기 전도성 접착층(230)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(250)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 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, 상기 격벽(190)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 사이사이에 위치될 수 있다. 따라서, 반도체 발광 소자(250)를 이용하여 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 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, 도시에 의하면, 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.
상기 설명과 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. 따라서, 반도체 발광 소자에 의하여 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이루는 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에서는 도전성 접착층일 이용하나, 이는 고압 및 고온의 본딩 공정에서 얼라인에 불량이 발생하는 문제가 있다. 또한, 상기 디스플레이 장치에서는 웨이퍼 상에서 성장되어, 메사 및 아이솔레이션을 통하여 형성된 반도체 발광소자가 개별 화소로 이용되므로, 하나의 웨이퍼를 이용하여 복수의 디스플레이를 제작하기 위하여 선택 전사가 필요하다. 본 발명에서는 이러한 문제와 요구를 해결할 수 있는 디스플레이 장치의 새로운 제조방법 및 구조를 제시한다.
이를 위하여, 이하, 상기 디스플레이 장치의 새로운 제조방법에 대하여 살펴본다. 도 10a 내지 도 10i는 전술한 반도체 발광 소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
본 명세서에서는, 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
먼저, 제조방법에 의하면, 성장기판(1059)에 제1도전형 반도체층(1153), 활성층(1154), 제2 도전형 반도체층(1155)을 각각 성장시킨다(도 10a).
제2도전형 반도체층(1155)이 성장하면, 다음은, 상기 제2도전형 반도체층(1155) 상에 활성층(1154)을 성장시키고, 다음으로 상기 활성층(1154) 상에 제1도전형 반도체층(1153)을 성장시킨다. 이와 같이, 제2도전형 반도체층(1155), 활성층(1154) 및 제1도전형 반도체층(1153)을 순차적으로 성장시키면, 도 10a에 도시된 것과 같이, 제2도전형 반도체층(1155), 활성층(1154) 및 제1도전형 반도체층(1153)이 적층 구조를 형성한다.
성장기판(1059)(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(1059)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 열전도성이 큰 SiC 기판 또는 Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
다음으로, 복수의 발광소자들이 발광 소자 어레이를 형성하도록, 아이솔레이션(isolation)을 수행한다(도 10b).
이 경우에, 상기 제2도전형 반도체층(1155), 활성층(1154) 및 제1도전형 반도체층(1153)의 적어도 일부가 제거되어, 상기 성장기판의 표면이 외부로 노출된다.
다음으로, 아이솔레이션된 반도체 발광소자(1050)를 감싸는 패시베이션층(1157)을 형성하고, 제1도전형 전극(1152, 또는 n형 전극)을 상기 제1도전형 반도체층의 일면상에 형성한다. 상기 제1도전형 전극(1152)은 스퍼터링 등의 증착 방법으로 형성될 수 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
그 다음에, 성장기판에 구비된 반도체 발광소자들을 임시기판의 접착층으로 전사하는 단계가 진행된다.
예를 들어, 먼저 상기 반도체 발광소자들(1050)이 스탬핑 기판(1062)으로 이동하도록, 상기 성장기판과 상기 스탬핑 기판(1062)을 합착 후 분리하는 단계가 진행된다(도 10c).
예를 들어, 상기 성장기판에 구비된 반도체 발광소자들은 스팸핑 기판에 선택적으로 스탬핑된다.
상기 스탬핑 기판(1062)은 PDMS(polydimethylsiloxane) 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 스탬핑 기판(1062)은 PDMS 기판으로 지칭될 수 있다. 도시에 의하면, PDMS 재질의 부착력에 의하여, 성장기판에 배치된 반도체 발광소자들(1050)은 상기 스탬핑 기판으로 이동하게 된다.
다음으로, 상기 스팸핑 기판에 전사된 반도체 발광소자들을 임시기판의 접착층으로 전사하는 단계가 진행된다(도 10d).
도시에 의하면, 상기 임시기판(1070)은 베이스부(1071), 릴리즈층(1072), 및 접착층(1073)을 구비한다. 또한, 상기 임시기판(1070)은 액상형이나 필름형으로 구현될 수 있다. 액상형은 코팅(스핀코팅이나 바코팅 등)을 통해 적용되며, 필름형은 라미네이션을 통해 이루어진다.
상기 베이스부(1071)는 평판형태의 기판으로서 레이저나 자외선의 투과될 수 있는 재질로 형성될 수 있다. 반면에, 상기 릴리즈층(1072, 분리층, Release layer)은 상기 베이스부(1071)의 일면에 형성되며, 레이저나 자외선를 흡수하여 상기 베이스부(1071)와 분리가능한 재질로 형성된다. 또한, 상기 접착층(1073)은 상기 릴리즈층(1072)의 일면에 배치될 수 있다.
이 경우에, 상기 접착층(1073)은 열 또는 자외선에 의하여 경화되는 열경화성 접착제를 구비하며, 상기 열경화성 접착제는 에폭시, 아크릴레이트 및 실리콘 중 적어도 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
상기 릴리즈층(1072)은 상기 임시기판(1070)과 분리되는 층으로, 레이저나 자외선을 조사하는 릴리즈 공정 및 식각에 의하여 제거되는 층이나, 상기 접착층(1073)은 디스플레이 장치의 도전성 접착층(1030, 도 10f 참조)의 표면에 잔류되어 상부층을 이루게 된다.
상기 구조에 의하면, 기존의 스탬프와 달리 접착층(1073, 고내열성 접착제)과 릴리즈층(1072)으로 기능을 분리하였기 때문에 접착력 제어 필요성이 없어서 안정적인 수율이 가능하게 된다. 또한, 릴리즈층(1072)을 개별 칩이 아닌 기판 전면에 위치시켰기 때문에 고정 단순화가 구현될 수 있다.
이후에, 상기 임시기판의 접착층을 경화하는 단계가 진행된다(도 10e). 이는 고내열 접착제의 열안정성을 위한 것으로서, 열 또는 자외선 경화를 수행한다. 다음으로, 배선전극과 전도성 접착층을 구비하는 배선기판과 상기 임시기판을 얼라인한다(도 10f). 구체적으로는 상기 배선기판(1010)의 배선전극의 화소 위치에 상기 반도체 발광소자들(1050)을 얼라인시킨다. 예를 들어, 개별 화소를 구성하는 복수의 반도체 발광소자(1050)가 위치된 상기 임시기판(1070)을 상기 반도체 발광소자(1050)가 제1전극(1020)와 대향하도록 배치한다.
다음으로, 상기 임시기판의 접착층과 함께 상기 반도체 발광소자가 상기 배선기판에 본딩되도록 상기 임시기판을 상기 배선기판(1010)에 압착 후 제거하는 단계가 진행된다(도 10g). 상기 임시기판(1070)을 상기 전도성 접착층(1030)에 가합착하고, 열과 압력을 가한 다음에 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 임시기판(1070)을 제거할 수 있다. 또는, 임시기판(1070)을 먼저 제거하고 상기 전도성 접착층(1030)에 가압하면서 열 또는 촉매를 가하여, 상기 반도체 발광소자를 상기 배선기판(1010)에 합착할 수 있다. 이 경우에, 상기 임시기판(1070)의 접착층(1073)은 열적 안정성이 높기 때문에 반도체 발광소자의 위치가 고정된 채로 상기 전도성 접착층(1030)으로 전사될 수 있다.
상기에서 설명한 상기 임시기판(1070)을 상기 배선기판(1010)에서 제거하는 단계는, 상기 릴리즈층(1072)을 상기 접착층(1073)과 분리하게 된다. 릴리즈층(1072)은 레이저에 의하여 임시기판(1070)과 분리되는 층이므로, 상기 임시기판(1070)을 제거하는 단계에서 기판과 분리될 수 있다.
다음으로, 식각을 통하여 상기 접착층의 표면에서 상기 릴리즈층의 잔여물을 제거하고(도 10h), 상기 접착층의 적어도 일부를 제거하여, 상기 반도체 발광소자를 외부로 노출하고 상기 반도체 발광소자에 전극을 증착하는 단계가 진행된다(도 10i). 이 공정에 의하여, 상기 접착층(1073)에는 관통홀(1075)이 형성되고, 상기 관통홀(1075)을 통하여 반도체 발광소자의 상부배선이 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 제조공정에 의하면, 이방성 도전성 필름과 같이, 고온 및 고압의 본딩이 필요한 전사공정의 경우, 고내열성 접착제와 릴리즈층이 조합된 임시기판을 적용하여 안정적인 전사가 가능하게 된다.
이하에서는, 상기 제조공정에 의하여 구현되는 디스플레이 장치의 구조에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 11 및 도 12는 도 10a 내지 도 10i의 제조공정에 적용되는 디스플레이 장치를 나타내는 단면도들이고, 도 13은 도 11의 디스플레이 장치에 적용되는 반도체 발광소자의 확대도이다.
도 11, 도 12 및 도 13의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(1000)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
디스플레이 장치(1000)는 기판(1010), 제1전극(1020), 전도성 접착층(1030), 제2전극(1040) 및 복수의 반도체 발광 소자(1050)를 포함한다. 여기에서, 제1 전극(1020) 및 제2 전극(1040)은 각각 복수의 전극 라인들을 포함할 수 있다.
기판(1010)은 제1전극(1020)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.
다른 예로서, 상기 기판(1010)은 플렉서블이 아닌 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 경질의 기판이 될 수 있다. 따라서, 본 예시의 디스플레이 장치는 플렉서블이 아닌 디스플레이나, 사이니지로 구현될 수 있다.
제1배선(1020)은 기판(1010) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 제1배선(1020)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다. 또한, 상기 제1배선(1020)은 반도체 발광소자의 하부에 배치되므로, 하부배선이 될 수 있다.
전도성 접착층(1030)은 제1전극(1020)이 위치하는 기판(1010)상에 형성된다. 전술한 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(1030)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서 상기 전도성 접착층(1030)은 접착층으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1전극(1020)이 기판(1010)상에 위치하지 않고, 반도체 발광소자의 도전형 전극과 일체로 형성된다면, 접착층은 전도성이 필요없게 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(1020)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 상기 반도체 발광 소자(1050)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(1040)이 위치한다.
도시에 의하면, 상기 제2전극(1040)은 전도성 접착층(1030) 상에 위치될 수 있다. 즉, 전도성 접착층(1030)은 배선기판과 제2전극(1040)의 사이에 배치된다. 상기 제2전극(1040)은 상기 반도체 발광 소자(1050)와 접촉에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다.
상기에서 설명된 구조에 의하여, 복수의 반도체 발광 소자(1050)는 상기 전도성 접착층(1030)에 결합 되며, 제1전극(1020) 및 제2전극(1040)과 전기적으로 연결된다.
경우에 따라, 반도체 발광 소자(1050)가 형성된 기판(1010) 상에 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 포함하는 투명 절연층(미도시)이 형성될 수 있다. 투명 절연층이 형성된 후에 제2전극(1040)을 위치시킬 경우, 상기 제2전극(1040)은 투명 절연층 상에 위치하게 된다. 또한, 제2전극(1040)은 전도성 접착층(1030) 또는 투명 절연층에 이격 되어 형성될 수도 있다.
도시와 같이, 복수의 반도체 발광소자(1050)는 제1전극(1020)에 구비되는 복수의 전극 라인들과 나란한 방향으로 복수의 열들을 형성할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수의 반도체 발광소자(1050)는 제2전극(1040)을 따라 복수의 열들을 형성할 수 있다.
나아가, 디스플레이 장치(1000)는, 복수의 반도체 발광소자(1050)의 일면에 형성되는 형광체층(1080)을 더 구비할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(1050)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(1080)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(1080)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(1081) 또는 녹색 형광체(1082)가 될 수 있다. 즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(1051a) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(1081)가 적층 될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(1051b) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(1082)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(1051c)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(1020)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층 될 수 있다. 따라서, 제1전극(1020)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(1040)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(1050)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 발광하는 단위 화소를 구현할 수 있다.
한편, 이러한 형광체층(1080)의 대비비(Contrast) 향상을 위하여 디스플레이 장치는 각각의 형광체들의 사이에 배치되는 블랙 매트릭스(1091)를 더 포함할 수 있다. 상기 블랙 매트릭스(1091)는 형광체 도트 사이에 갭을 만들고, 흑색 물질이 상기 갭을 채우는 형태로 형성될 수 있다. 이를 통하여 블랙 매트릭스(1091)는 외광반사를 흡수함과 동시에 명암의 대조를 향상시킬 수 있다. 이러한 블랙 매트릭스(1091)는, 형광체층(1080)이 적층된 방향인 제1전극(1020)을 따라 각각의 형광체층들의 사이에 위치한다. 이 경우에, 청색 반도체 발광 소자(1051)에 해당하는 위치에는 형광체층이 형성되지 않으나, 블랙 매트릭스(1091)는 상기 형광체층이 없는 공간을 사이에 두고(또는 청색 반도체 발광 소자(1051c)를 사이에 두고) 양측에 각각 형성될 수 있다.
다시, 본 예시의 반도체 발광소자(1050)를 살펴보면, 본 예시에서 반도체 발광 소자(1050)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다. 다만, 전극이 상/하로 배치되나, 본 발명의 반도체 발광소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
도시에 의하면, 상기 반도체 발광 소자들(1050)은 녹색 반도체 발광소자 또는 청색 반도체 발광소자 중 어느 하나가 될 수 있다.
이 경우에, 녹색 반도체 발광소자 및 청색 반도체 발광소자의 구조는 동일하며, 먼저 이에 대하여 도 14를 참조하여 설명한다.
상기 반도체 발광소자(1050)는, 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색이나 녹색의 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 복수의 반도체 발광소자(1050)는 n-Gan, p-Gan, AlGaN, InGan 등 다양한 계층으로 형성되는 질화갈륨 박막이 될 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광소자는 마이크로 발광 다이오드 칩이 될 수 있다. 여기서, 마이크로 발광 다이오드 칩은 서브 화소에서 발광 영역의 크기보다 작은 단면적을 가질 수 있으며, 이러한 예로서, 1 내지 100 마이크로 미터의 스케일을 가질 수 있다.
도 13을 참조하면, 예를 들어, 상기 반도체 발광 소자(1050)는 수직형 반도체 발광 소자로서, 제1도전형 전극(1156)과, 제1도전형 전극(1156)이 형성되는 제1도전형 반도체층(1155)과, 제1도전형 반도체층(1155) 상에 형성된 활성층(1154)과, 상기 활성층(1154) 상에 형성된 제2도전형 반도체층(1153) 및 제2도전형 반도체층(1153)에 형성되는 제2도전형 전극(1152)을 포함한다.
상기 제1도전형 반도체층(1155)과 제2도전형 반도체층(1153)은 서로 오버랩되며, 제2도전형 반도체층(1153)의 상면에 제2도전형 전극(1152)이 배치되고, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 하면에 제1도전형 전극(1156)이 배치된다. 이 경우에, 제2도전형 반도체층(1153)의 상면은 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 가장 먼 제2도전형 반도체층(1153)의 일면이며, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 하면은 상기 제2도전형 반도체층(1153)과 가장 먼 제1도전형 반도체층(1155)의 일면이 될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제2도전형 전극(1152)은 상기 제1도전형 반도체층(1155)과 상기 제2도전형 반도체층(1153)을 사이에 두고 상하에 각각 배치된다.
또한, 패시베이션층(1157)을 반도체 발광 소자(1050)의 최외각에 구비되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(1050)의 안정화 특성이 향상될 수 있다. 패시베이션층(1157)은 반도체 발광 소자(1050)의 제1도전형 반도체층(1155), 활성층(1154) 및 제2도전형 반도체층(1153)을 감쌀 수 있다.
도 13을 도 11 및 도 12과 함께 참조하면, 상기 제1도전형 반도체층(1155)의 하면은 상기 배선기판에 가장 가까운 면이 될 수 있고, 상기 제2도전형 반도체층의 상면은 상기 배선기판에 가장 먼 면이 될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 제1도전형 전극(1156) 및 제1도전형 반도체층(1155)은 각각 p형 전극 및 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 전극(1152) 및 제2도전형 반도체층(1153)은 각각 n형 전극 및 n형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다. 상기 p형 반도체층은 P-type GaN 이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaN 이 될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 진성 또는 도핑된 반도체기판에 불순물을 주입하여, 상기 제1도전형 및 제2도전형 반도체층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 불순물 주입에 의하여 p-n 접합이 형성된 영역이 상기 활성층과 같은 역할을 할 수도 있다.
이 경우, 하부에 위치한 p형 전극은 제1전극(1020)과 도전성 접착층에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극은 제2전극(1040)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 상기 p형 전극은 서로 다른 금속으로 이루어지는 복수의 금속층을 구비할 수 있다. 예를 들어, Ti, Pt, Au, Ti, Cr 등으로 이루어진 복수의 금속층이 적층되어 상기 p형 전극을 형성할 수 있다.
다시 도 11 및 도 12를 참조하면, 전도성 접착층(1030)의 일면에는 상부층(1074)이 배치된다. 상기 상부층(1074)은 도 10a 내지 도 10i를 참조하여 전술한 제조방법에서 임시기판(1070)의 접착층(1073)이 기판으로 전사됨에 의하여 구현될 수 있다. 따라서, 상기 상부층(1074)은 열 또는 자외선에 의하여 경화되는 열경화성 접착제를 구비한다. 상기 열경화성 접착제는 에폭시, 아크릴레이트 및 실리콘 중 적어도 하나의 재질로 이루어진다.
이와 같은 구조에 의하면, 상기 상부층(1074)의 상면에 전술한 형광체층(1080)이 적층된다. 또한, 빛을 투과하기 위하여, 이 경우에, 상기 열경화성 접착제는 광투과성 재질로 이루어질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 상부층(1074)에는 상기 제2도전형 전극이 증착되는 관통홀(1075)이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 관통홀(1075)은 상기 반도체 발광소자마다 하나씩 형성될 수 있다. 상기 관통홀(1075)은 도 10a 내지 도 10i를 참조하여 전술한 제조방법에서 릴리즈층을 식각을 통하여 제거한 후에, 전극 증착을 위하여 해당 부분만 식각함에 의하여 구현될 수 있다.
또한, 이 경우에, 상기 제2전극(1040)은 상기 반도체 발광 소자(1050)의 제2도전형 전극(1152)과 접촉에 의하여 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2도전형 전극과 연결되는 제2전극(1040)은 상기 상부층(1074) 상에 위치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 상부층(1074)의 일면에는 상부 배선인 제2전극(1040)이 배치된다. 상기 상부층(1074)에 의하여, 외부환경에서 칩이 보호되며, 나아가 광추출 효율도 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 구조에 의하면, 고온 고압의 본딩 공정이 가능한 새로운 구조의 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 개별화소를 반도체 발광소자로 형성하는 디스플레이 장치에서, 성장기판의 반도체 발광소자를 배선기판으로 선택 전사할 수 있다.
특히, 이방성 도전성 필름과 같이, 고온 및 고압의 본딩이 필요한 전사공정의 경우, 고내열성 접착제와 릴리즈층이 조합된 임시기판을 적용하여 안정적인 전사가 가능하게 된다. 이 경우에, 선택적 전사가 완료된 기판을 다시 전사에 이용함에 따라, 하나의 웨이퍼에서 다회 전사가 가능하게 되며, 이를 통하여 제조원가가 절감될 수 있다.
이상에서 설명한 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 성장기판에 구비된 반도체 발광소자들을 임시기판의 접착층으로 전사하는 단계;
    상기 임시기판의 접착층을 경화하는 단계;
    배선전극과 전도성 접착층을 구비하는 배선기판과 상기 임시기판을 얼라인하는 단계;
    상기 임시기판의 접착층과 함께 상기 반도체 발광소자가 상기 배선기판에 본딩되도록 상기 임시기판을 상기 배선기판에 압착 후 제거하는 단계; 및
    상기 접착층의 적어도 일부를 제거하여, 상기 반도체 발광소자를 외부로 노출하고 상기 반도체 발광소자에 전극을 증착하는 단계를 포함하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 임시기판은, 베이스부와, 상기 베이스부의 일면에 형성되며, 레이저나 자외선를 흡수하여 상기 베이스부와 분리가능한 재질로 형성되는 릴리즈층을 구비하고,
    상기 접착층은 상기 릴리즈층의 일면에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 임시기판을 상기 배선기판에서 제거하는 단계는,
    상기 릴리즈층을 상기 접착층과 분리하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    식각을 통하여 상기 접착층의 표면에서 상기 릴리즈층의 잔여물을 제거하는 단계를 더 포함하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전사하는 단계는,
    상기 성장기판에 구비된 반도체 발광소자들을 스팸핑 기판에 선택적으로 스탬핑하는 단계; 및
    상기 스팸핑 기판에 전사된 반도체 발광소자들을 상기 임시기판의 접착층으로 전사하는 단계를 포함하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접착층은 열 또는 자외선에 의하여 경화되는 열경화성 접착제를 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  7. 제1전극이 배치되는 배선기판;
    상기 배선기판과 제2전극의 사이에 배치되는 전도성 접착층;
    상기 전도성 접착층에 결합되며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극과 전기적으로 연결되는 복수의 반도체 발광 소자들; 및
    상기 전도성 접착층의 일면에 배치되며, 열 또는 자외선에 의하여 경화되는 열경화성 접착제를 구비하는 상부층을 포함하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 열경화성 접착제는 에폭시, 아크릴레이트 및 실리콘 중 적어도 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 열경화성 접착제는 광투과성 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 상부층에는 상기 반도체 발광 소자의 도전형 전극이 증착되는 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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