WO2020235732A1 - 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법 - Google Patents

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이현호
심봉주
김건호
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a display device and a manufacturing method, and more particularly, to a self-assembly device and method of a semiconductor light emitting device having a size of several to tens of ⁇ m.
  • LCDs liquid crystal displays
  • OLED organic light-emitting device
  • micro LED displays are competing in the field of display technology to implement large-area displays.
  • micro LED semiconductor light emitting device having a diameter or cross-sectional area of 100 ⁇ m or less
  • the display does not absorb light using a polarizing plate or the like, very high efficiency can be provided.
  • a large display requires millions of semiconductor light emitting devices, it is difficult to transfer devices compared to other technologies.
  • the self-assembly method is a method in which the semiconductor light emitting device locates itself in a fluid, and is the most advantageous method for realizing a large-screen display device.
  • the present invention was devised to solve the above-described problem, and when the semiconductor light emitting device is self-assembled, the semiconductor light emitting device self-assembly separates the semiconductor light emitting devices attached to each other in the fluid and generates a fluid flow along the moving direction of the magnet. It is an object to provide an assembly apparatus and method.
  • the self-assembly apparatus of a semiconductor light emitting device includes a chamber in which a plurality of semiconductor light emitting devices including a magnetic material and a fluid are accommodated; A transfer unit for transferring the substrate on which the semiconductor light emitting devices are assembled to an assembly position; A magnet disposed spaced apart from the chamber to apply magnetic force to the semiconductor light emitting devices; A position control unit connected to the magnet and configured to control a position of the magnet; And a vibration generator that is at least partially disposed to contact the fluid to generate vibration in the fluid to separate the semiconductor light emitting devices from each other, wherein the semiconductor light emitting devices are moved by a change in the position of the magnet.
  • An electric field may be formed on the substrate so that it can be assembled at a predetermined position of the substrate.
  • the substrate is disposed in the chamber so that the assembly surface on which the semiconductor light emitting devices are assembled faces downward, and at least a portion of the substrate may be immersed in the fluid.
  • the substrate includes a plurality of electrodes extending in one direction, and when power is applied to the plurality of electrodes, an electric field may be formed on the substrate.
  • the vibration generating units may be provided on both sides of the substrate so as to be adjacent to the substrate.
  • the vibration generating unit may generate vibration in the fluid before the substrate is transferred to the assembly position.
  • a fluid to which a surfactant is added may be accommodated in the chamber.
  • a channel communicating with the space in the chamber is formed in the chamber, and the channel may generate a flow of fluid in the chamber in association with the movement of the magnet.
  • a method of self-assembling a semiconductor light emitting device includes: introducing a plurality of semiconductor light emitting devices including a magnetic material into a chamber containing a fluid; Transferring the substrate on which the semiconductor light emitting devices are assembled to an assembly position; Applying a magnetic force to the semiconductor light emitting devices so that the semiconductor light emitting devices move in one direction in the chamber; Applying an electric field to the substrate so that the semiconductor light emitting devices can be assembled at a preset position of the substrate while moving the semiconductor light emitting devices to guide the semiconductor light emitting devices to the preset position; And generating vibrations in the fluid to separate the semiconductor light emitting devices from each other before the substrate is transferred to the assembly position.
  • the substrate is disposed in the chamber so that the assembly surface on which the semiconductor light emitting devices are assembled faces downward, and at least a portion of the substrate may be immersed in the fluid.
  • the semiconductor light emitting devices move along a direction in which the magnetic force is applied, and may include generating a fluid flow in the chamber in a direction in which the magnetic force is applied.
  • a vibration generating unit arranged to contact a fluid generates vibration in the fluid to separate semiconductor light emitting devices attached to each other in the fluid, thereby separating two or more semiconductors in one cell. There is an effect of preventing the light emitting device from being assembled.
  • the vibration generator generates vibration before the assembly substrate is transferred to the assembly position, so that the semiconductor light emitting devices exist in a state separated from each other in the fluid before self-assembly, and has the effect of minimizing the effect of vibration during self-assembly.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a display device using a semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of portion A of the display device of FIG. 1.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the semiconductor light emitting device of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an enlarged view illustrating another embodiment of the semiconductor light emitting device of FIG. 2.
  • 5A to 5E are conceptual diagrams for explaining a new process of manufacturing the above-described semiconductor light emitting device.
  • FIG. 6 is a view showing a self-assembly device of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing an assembly surface of a substrate immersed in a fluid according to the present invention.
  • FIGS. 8A to 8C are diagrams illustrating a self-assembly device of a semiconductor light emitting device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a semiconductor light emitting device used for self-assembly according to the present invention.
  • FIG. 10A to 10G are diagrams illustrating a process of self-assembling a semiconductor light emitting device on a substrate using the self-assembly device of FIG. 6.
  • Display devices described herein include 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 system, and a slate PC.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • slate PC slate PC
  • slate PC tablet PC
  • ultra book ultra book
  • digital TV digital TV
  • desktop computer desktop computer
  • the configuration according to the embodiment described in the present specification can be applied even if a new product type to be developed later can include a display.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a display device using a semiconductor light emitting device of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of part A of the display device of FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged view of the semiconductor light emitting device of FIG.
  • FIG. 4 is an enlarged view showing another embodiment of the semiconductor light emitting device of FIG. 2.
  • information processed by the controller of the display apparatus 100 may be output from the display module 140.
  • a case 101 in a closed loop shape surrounding an edge of the display module 140 may form a bezel of the display device.
  • the display module 140 includes a panel 141 displaying an image, and the panel 141 includes a micro-sized semiconductor light emitting device 150 and a wiring board 110 on which the semiconductor light emitting device 150 is mounted. It can be provided.
  • a wire is formed on the wiring board 110 to be connected to the n-type electrode 152 and the p-type electrode 156 of the semiconductor light emitting device 150.
  • the semiconductor light emitting device 150 may be provided on the wiring board 110 as an individual pixel emitting self-emission.
  • the image displayed on the panel 141 is visual information, and is implemented by independently controlling light emission of sub-pixels arranged in a matrix form through the wiring.
  • a micro LED Light Emitting Diode
  • the micro LED may be a light emitting diode formed in a small size of 100 ⁇ m or less.
  • blue, red, and green are respectively provided in the emission region, and a unit pixel may be implemented by a combination thereof. That is, the unit pixel means a minimum unit for implementing one color, and at least three micro LEDs may be provided in the unit pixel.
  • the semiconductor light emitting device 150 may have a vertical structure.
  • the semiconductor light emitting device 150 is mainly made of gallium nitride (GaN), and indium (In) and/or aluminum (Al) are added together to be implemented as a high-power light emitting device that emits various lights including blue. Can be.
  • GaN gallium nitride
  • Al aluminum
  • These vertical semiconductor light emitting devices include a p-type electrode 156, a p-type semiconductor layer 155 formed on the p-type electrode 156, an active layer 154 formed on the p-type semiconductor layer 155, and an active layer 154. And an n-type semiconductor layer 153 formed thereon, and an n-type electrode 152 formed on the n-type semiconductor layer 153.
  • the p-type electrode 156 located at the bottom may be electrically connected to the p electrode of the wiring board 110
  • the n-type electrode 152 located at the top may be electrically connected to the n electrode at the top of the semiconductor light emitting device.
  • the vertical semiconductor light emitting device 150 has a great advantage of reducing a chip size since electrodes can be arranged vertically.
  • the semiconductor light emitting device may be a flip chip type light emitting device.
  • the semiconductor light emitting device 250 includes a p-type electrode 256, a p-type semiconductor layer 255 on which the p-type electrode 256 is formed, an active layer 254 formed on the p-type semiconductor layer 255, And an n-type semiconductor layer 253 formed on the active layer 254 and an n-type electrode 252 disposed horizontally apart from the p-type electrode 256 on the n-type semiconductor layer 253.
  • both the p-type electrode 256 and the n-type electrode 152 may be electrically connected to the p-electrode and the n-electrode of the wiring board 110 under the semiconductor light emitting device.
  • Each of the vertical semiconductor light emitting device and the horizontal semiconductor light emitting device may be a green semiconductor light emitting device, a blue semiconductor light emitting device, or a red semiconductor light emitting device.
  • gallium nitride GaN
  • indium (In) and/or aluminum (Al) are added together to embody green or blue light.
  • the semiconductor light emitting device may be a gallium nitride thin film formed in various layers such as n-Gan, p-Gan, AlGaN, InGan, and specifically, the p-type semiconductor layer is P-type GaN, and the n The type semiconductor layer may be N-type GaN.
  • the p-type semiconductor layer may be P-type GaAs
  • the n-type semiconductor layer may be N-type GaAs.
  • the p-type semiconductor layer may be P-type GaN doped with Mg at the p-electrode side
  • the n-type semiconductor layer may be N-type GaN doped with Si at the n-electrode side.
  • the above-described semiconductor light emitting devices may be semiconductor light emitting devices without an active layer.
  • the unit pixels that emit light may be arranged in a high definition in the display panel, and a high-definition display device may be implemented through this.
  • a semiconductor light-emitting device grown on a wafer and formed through mesa and isolation is used as an individual pixel.
  • the micro-sized semiconductor light emitting device 150 must be transferred to a wafer to a predetermined position on the substrate of the display panel. There is pick and place as such transfer technology, but the success rate is low and very long time is required.
  • there is a technique of transferring several elements at once using a stamp or a roll but there is a limit to the yield, so it is not suitable for a large screen display.
  • a new manufacturing method and manufacturing apparatus for a display device capable of solving this problem are proposed.
  • 5A to 5E are conceptual diagrams for explaining a new process of manufacturing the above-described semiconductor light emitting device.
  • a display device using a passive matrix (PM) type semiconductor light emitting device is exemplified.
  • PM passive matrix
  • AM active matrix
  • a method of self-assembling a horizontal type semiconductor light emitting device is illustrated, but this is applicable to a method of self-assembling a vertical type semiconductor light emitting device.
  • a first conductive type semiconductor layer 153, an active layer 154, and a second conductive type semiconductor layer 155 are respectively grown on the growth substrate 159 (FIG. 5A).
  • the first conductive type semiconductor layer 153 When the first conductive type semiconductor layer 153 is grown, next, an active layer 154 is grown on the first conductive type semiconductor layer 153, and then a second conductive type semiconductor is formed on the active layer 154.
  • the layer 155 is grown. In this way, when the first conductive type semiconductor layer 153, the active layer 154, and the second conductive type semiconductor layer 155 are sequentially grown, as shown in FIG. 5A, the first conductive type semiconductor layer 153 , The active layer 154 and the second conductive semiconductor layer 155 form a stacked structure.
  • the first conductive type semiconductor layer 153 may be a p-type semiconductor layer
  • the second conductive type semiconductor layer 155 may be an n-type semiconductor layer.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and an example in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type is also possible.
  • the present embodiment illustrates a case in which the active layer 154 is present, as described above, a structure without the active layer 154 may be possible depending on the case.
  • the p-type semiconductor layer may be P-type GaN doped with Mg
  • the n-type semiconductor layer may be N-type GaN doped with Si.
  • the growth substrate 159 may be formed of a material having a light-transmitting property, for example, sapphire (Al 2 O 3 ), GaN, ZnO, or AlO, but is not limited thereto.
  • the growth substrate 159 may be formed of a material suitable for growth of semiconductor materials or a carrier wafer. It can be formed of a material having excellent thermal conductivity, including a conductive substrate or an insulating substrate, for example, a SiC substrate having a higher thermal conductivity than a sapphire (Al 2 O 3 ) substrate, or Si, GaAs, GaP, InP, etc. Can be used.
  • isolation is performed so that a plurality of semiconductor light emitting devices form a light emitting device array. That is, the first conductive type semiconductor layer 153, the active layer 154, and the second conductive type semiconductor layer 155 are vertically etched to form a plurality of semiconductor light emitting devices.
  • the active layer 154 and the second conductive type semiconductor layer 155 are partially removed in the vertical direction, so that the first conductive type semiconductor layer 153 is removed to the outside.
  • the exposed mesa process and the isolation (isolation) of forming a plurality of semiconductor light emitting device arrays by etching the first conductive type semiconductor layer 153 thereafter may be performed.
  • a second conductive type electrode 156 or a p type electrode is formed on one surface of the second conductive type semiconductor layer 155 (FIG. 5C).
  • the second conductive electrode 156 may be formed by a deposition method such as sputtering, but the present invention is not limited thereto.
  • the first conductive semiconductor layer 153 and the second conductive semiconductor layer 155 are an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, respectively, the second conductive type electrode 156 is an n-type electrode. It is also possible to become.
  • the growth substrate 159 is removed to provide a plurality of semiconductor light emitting devices.
  • the growth substrate 159 may be removed using a laser lift-off method (LLO) or a chemical lift-off method (CLO) (FIG. 5D).
  • LLO laser lift-off method
  • CLO chemical lift-off method
  • the semiconductor light emitting devices 150 and the substrate are put in a chamber filled with a fluid, and the semiconductor light emitting devices 150 are self-assembled to the substrate 161 using flow, gravity, and surface tension.
  • the substrate 161 may be an assembled substrate.
  • a wiring board may be placed in a fluid chamber so that the semiconductor light emitting devices 150 are directly mounted on the wiring board.
  • the substrate may be a wiring substrate.
  • the substrate 161 is provided as an assembled substrate, so that the semiconductor light emitting devices 150 are mounted.
  • Cells (not shown) into which the semiconductor light emitting devices 150 are inserted may be provided on the assembled substrate 161 so that the semiconductor light emitting devices 150 can be easily mounted on the assembled substrate 161. Specifically, cells in which the semiconductor light emitting devices 150 are mounted are formed on the assembly substrate 161 at a position where the semiconductor light emitting devices 150 are aligned with a wiring electrode. The semiconductor light emitting devices 150 are assembled to the cells while moving in the fluid.
  • the assembled substrate 161 After a plurality of semiconductor light emitting elements 150 are arrayed on the assembled substrate 161, transferring the semiconductor light emitting elements 150 of the assembled substrate 161 to a wiring board enables transfer of a large area. . Therefore, the assembled substrate 161 may be referred to as a temporary substrate.
  • the present invention proposes an apparatus and method for self-assembly of a semiconductor light emitting device capable of improving assembly speed and assembly accuracy by controlling the distribution and movement of semiconductor light emitting devices existing in a fluid.
  • a semiconductor light emitting device including a magnetic material is used to move the semiconductor light emitting device by magnetic force, and the semiconductor light emitting device is seated at a predetermined position on a substrate by using an electric field in the moving process.
  • FIG. 6 is a diagram showing a self-assembly device of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a view showing an assembly surface of a substrate immersed in a fluid according to the present invention
  • FIGS. 8A to 8C are
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a self-assembly device of a semiconductor light emitting device according to another exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a semiconductor light emitting device used for self-assembly according to the present invention.
  • the self-assembly device (hereinafter,'self-assembly device') 200 of a semiconductor light emitting device includes a chamber 210, a transfer unit 220, a magnet 230, a position control unit 240, and a vibration It may include a generator 270.
  • the chamber 210 may have a configuration in which a plurality of semiconductor light emitting devices 250 including a magnetic body 255a and a fluid are accommodated.
  • the chamber 210 may be a water tank with one side open, but is not limited thereto.
  • the fluid accommodated in the chamber 210 is an assembly solution, which may contain deionized water or a fluid to which a surfactant is added (or deionized water to which a surfactant is added), and a surfactant added to the fluid.
  • the kind of is not particularly limited.
  • a fluid to which a surfactant is added as an assembly solution is used, there is an effect of preventing the semiconductor light emitting devices 250 injected into the chamber 210 from sticking to each other.
  • a substrate 260 on which the semiconductor light emitting devices 250 are assembled may be disposed on one side of the chamber 210 that is opened.
  • the substrate 260 may be disposed in the chamber 210 such that the assembly surface on which the semiconductor light emitting devices 250 are assembled faces below, that is, toward the bottom surface of the chamber 210.
  • at least a portion of the substrate 260 may be immersed in a fluid, and the degree of immersion may be different depending on the degree of warpage of the substrate 260.
  • the cells 265 on which the semiconductor light emitting devices 250 are mounted may be completely immersed in a fluid.
  • the substrate 260 may be transferred to the assembly position as described above by the transfer unit 220, and the position may be adjusted by a control unit (not shown).
  • the transfer unit 220 may include a stage on which the substrate 260 is mounted and supported as shown in FIG. 7, and the substrate 260 may be fixed to the assembly position by the stage while self-assembly is in progress.
  • a substrate 260 is an assembled substrate on which an electric field may be formed, and may include a base portion 261, a plurality of electrodes 262, and a dielectric layer 263.
  • the base portion 261 is made of an insulating material, and the plurality of electrodes 262 may be a thin film or bi-planar electrode patterned on one surface of the base portion 261.
  • the electrodes 262 may extend in one direction, and may be formed of a stack of Ti/Cu/Ti, silver (Ag) paste, indium tin oxide (ITO), or the like. Power may be applied to the plurality of electrodes 262 through the power supply unit 280, and when power is applied to the plurality of electrodes 262, an electric field may be formed on the substrate 260.
  • the dielectric layer 263 may be formed to cover the plurality of electrodes 262 and may be made of an inorganic material such as SiO 2 , SiN x , SiON, Al 2 O 3 , TiO 2 , HfO 2, and the like. Alternatively, the dielectric layer 263 may be formed of a single layer or a multilayer organic insulator. The dielectric layer 263 may be formed to a thickness of several tens of nm to several ⁇ m.
  • the substrate 260 may include a plurality of cells 265 partitioned by a partition wall 264 as a region in which the semiconductor light emitting devices 250 are assembled.
  • the cells 265 are sequentially arranged in one direction, and the partition wall 264 may be shared between neighboring cells 265.
  • the partition wall 264 may be formed on the dielectric layer 263, and thus the dielectric layer 263 may correspond to the bottom surface of the cells 265.
  • the cells 265 partitioned by the partition wall 264 may form a matrix arrangement.
  • the semiconductor light emitting devices 250 may be assembled inside the plurality of cells 265, and one semiconductor light emitting device 250 may be assembled in one cell 265.
  • the cell 265 may be formed in the same or similar shape as the semiconductor light emitting device 250.
  • a plurality of electrodes 262 are provided under the cells 265, and an electric field may be formed in the cells 265 when power is applied to the electrodes 262.
  • one cell 265 may overlap with the two electrodes 262, and different polarities are applied to each electrode 262, so that an electric field may be formed inside the cell 265.
  • the semiconductor light emitting devices 250 may be assembled to the cell 265 by a magnetic field and an electric field formed in the cell 265 to be described later.
  • the self-assembly device 200 may include a magnet 230 that applies magnetic force to the semiconductor light emitting devices 250.
  • the magnet 230 may be spaced apart from the chamber 210 to apply magnetic force to the semiconductor light emitting devices 250 present in the fluid.
  • the magnet 230 may be disposed on the side opposite to the assembly surface of the substrate 260, and its position may be controlled by a position controller 240 connected to the magnet 230 to control the position of the magnet 230. I can.
  • the position control unit 240 may be adjusted by a control unit (not shown).
  • the magnet 230 can be moved horizontally and vertically from the top of the chamber 210 by the position control unit 240, and rotates in a clockwise or counterclockwise direction on a direction horizontal to the substrate 260 during the movement process. can do.
  • the semiconductor light emitting devices 250 may move in a fluid along a magnetic field region due to a change in the position of the magnet 230, and may include a magnetic material for this purpose.
  • the semiconductor light emitting device 250 includes a first conductive type electrode 251 and a second conductive type electrode 255, and a first conductive type semiconductor layer on which the first conductive type electrode 251 is disposed ( 252), a second conductive type semiconductor layer 254 overlapping with the first conductive type semiconductor layer 252 and on which the second conductive type electrode 255 is disposed, and the first and second conductive type semiconductor layers It may include an active layer 253 disposed between 252 and 254.
  • the first conductivity type may be p-type
  • the second conductivity type may be n-type
  • the semiconductor light emitting device 250 may not include an active layer.
  • the first conductive type electrode 251 may be formed after the semiconductor light emitting device 250 is assembled to the substrate 260 by self-assembly.
  • the second conductive type electrode 255 may include a magnetic material.
  • the magnetic material may be a magnetic metal, and may include, for example, a material corresponding to any one of Ni, SmCo, Gd-based, La-based, and Mn-based.
  • the magnetic material may be provided on the second conductive electrode 255 in the form of particles, or may form a layer of the second conductive electrode 255 as shown in FIG. 9.
  • the second conductive type electrode 255 may include a first layer 255a and a second layer 255b, and the first layer 255a is a layer including a magnetic material, and a second layer (255b) may be a layer made of a metal material other than a magnetic material.
  • the first layer 255a including a magnetic material is provided to come into contact with the second conductive semiconductor layer 254, and the second layer 255b includes a contact metal connected to the electrode of the substrate 260.
  • the magnetic material may be disposed on one surface of the first conductive type semiconductor layer 252.
  • the self-assembly device 200 may include a vibration generating unit 270, and the vibration generating unit 270 may apply vibration to a fluid to separate the semiconductor light emitting devices 250 from each other.
  • the vibration generating unit 270 may be provided as a sonicator, an acoustic field generator, etc., and the vibration generating unit 270 generates vibrations of a predetermined intensity in the fluid at predetermined intervals. I can make it.
  • the vibration generator 270 may be provided so that at least a portion of the vibration generating unit 270 is in contact with the fluid, and may be provided on both sides of the substrate 260 so as to be adjacent to the substrate 260 (FIGS. 8A and 8C ), or the chamber 210 It can be formed integrally (FIG. 8B). In the latter case, an additional vibration generator 270 may be further provided on both sides of the substrate 260 to be adjacent to the substrate 260 separately from the chamber 210.
  • the vibration generator 270 may be provided on both sides of the substrate 260 or applied to the entire chamber 210 to apply vibration to the fluid as a whole.
  • the shape or position of the vibration generating unit 270 is not particularly limited as long as at least a part of the vibration generating unit 270 is arranged to contact the fluid as shown in the accompanying drawings.
  • the vibration generating unit 270 may generate vibration in the fluid before the substrate 260 is transferred to the assembly position.
  • vibration of the fluid by the vibration generating unit 270 may occur after the semiconductor light emitting devices 250 in the chamber 210 are inserted and before the substrate 260 is transferred to the assembly position.
  • it may be generated before the magnetic force is applied to the semiconductor light emitting devices 250.
  • the semiconductor light emitting devices 250 injected into the chamber 210 are primarily inhibited from sticking to each other by the surfactant component contained in the fluid, and then prevented from sticking to each other due to the vibration generated by the vibration generating unit 270 At the same time, the semiconductor light emitting devices 250 in a state of being adhered to each other may be separated.
  • the vibration generating unit 270 may not generate vibration in the fluid while self-assembly is in progress due to the magnetic field and the electric field, whereby the semiconductor light emitting devices 250 are assembled to the substrate 260 by vibration. Can be unhindered.
  • the chamber 210 may include a channel 211 communicating with a space in which the fluid in the chamber 210 is accommodated.
  • the channel 211 may generate a fluid flow in the chamber 210 in association with the movement of the magnet 230. That is, the channel 211 may form a main flow of fluid in the same direction as the moving direction of the magnet 230.
  • the channels 211 may be formed at positions corresponding to each other on both sides of the chamber 210 as shown in FIG. 8C to generate a fluid flow.
  • the channel 211 is a substrate 260 ) May be formed in a direction parallel to the extending direction of the plurality of electrodes 262 formed in ).
  • the magnet 230 since the cells 265 in which the semiconductor light emitting devices 250 are mounted are formed along the extending direction of the plurality of electrodes 262, the magnet 230 mainly extends the plurality of electrodes 262 You can move along the direction.
  • the semiconductor light emitting devices 250 in the fluid move together with the magnet 230 by a magnetic field, and the channel 211 forms the flow of the fluid in the same direction as the moving direction of the magnet 230 to form a semiconductor light emitting device. It is possible to assist the movement of the field 250.
  • the bottom surface of the chamber 210 may be formed of a light-transmitting material, and the interior of the chamber 210 may be monitored through the bottom surface.
  • an image sensor (not shown) is disposed outside the bottom side of the chamber 210 to observe the assembly surface of the substrate 260.
  • An image sensor (not shown) may be controlled by a controller, and an inverted type lens, a CCD, or the like may be provided as an image sensor.
  • the semiconductor light emitting devices 250 are horizontally formed by a magnetic field generated by the magnet 230 and an electric field formed by a plurality of electrodes 262 electrically connected to the power supply unit 280. And while moving vertically, it may be seated at a predetermined position on the substrate 260.
  • the assembly process of the semiconductor light emitting devices 250 using the self-assembly device 200 will be described in more detail.
  • FIG. 10A to 10G are diagrams illustrating a process of self-assembling a semiconductor light emitting device on a substrate using the self-assembly device of FIG. 6.
  • a plurality of semiconductor light emitting devices 250 including a magnetic material may be formed.
  • vibration may be generated in the fluid (FIGS. 10A and 10B ).
  • the semiconductor light emitting devices 250 injected into the chamber 210 may sink to the bottom surface of the chamber 210 or may partially float in a fluid. In addition, some of the semiconductor light emitting devices 250 may exist in a fluid in a state of being adhered to each other (FIG. 10A).
  • vibration is applied to separate the semiconductor light emitting devices 250 that are adhered to each other. You can be prepared for a step (Fig. 10b). In addition, vibration may be applied to the fluid even after the substrate 260 is transferred to the assembly position if the magnetic force is applied to the semiconductor light emitting devices 250.
  • the distribution state of the semiconductor light emitting devices 250 injected through the bottom surface of the chamber 210 may be checked, and the intensity of vibration applied to the fluid may be adjusted according to the distribution state. Vibration of a predetermined intensity may be applied to the fluid at predetermined intervals, and vibration may be applied until the semiconductor light emitting devices 250 attached to each other are completely separated.
  • the substrate 260 on which the semiconductor light emitting devices 250 are assembled may be transferred to the assembly position (FIG. 10C).
  • the substrate 260 may be disposed such that the assembly surface on which the semiconductor light emitting devices 250 are assembled is downward, that is, toward the bottom surface of the chamber 210.
  • at least a portion of the substrate 260 may be immersed in a fluid, and the degree of immersion may vary depending on the degree of warpage of the substrate 260, but at least the assembly surface on which the semiconductor light emitting devices 250 are assembled is immersed in the fluid.
  • a magnetic force may be applied to the semiconductor light emitting devices 250 so that the semiconductor light emitting devices 250 rise in a vertical direction within the chamber 210 (FIG. 10D).
  • the semiconductor light emitting devices 250 in the fluid may rise toward the substrate 260.
  • the separation distance between the assembly surface of the substrate 260 and the semiconductor light emitting devices 250 can be controlled by adjusting the magnitude of the magnetic force by the magnet 230, and the separation distance is a number from the outermost side of the substrate 260. It can be from mm to several ⁇ m.
  • a magnetic force may be applied to the semiconductor light emitting devices 250 so that the semiconductor light emitting devices 250 move in one direction within the chamber 210.
  • the magnetic force may be formed by the magnet 230 described above, and the semiconductor light emitting devices 250 may move along a direction horizontal to the substrate 260 at a position spaced apart from the substrate 260 by magnetic force (Fig. 10e).
  • the channel 211 may generate a flow of fluid in association with the movement of the magnet.
  • the channel 211 generates a fluid flow in the chamber 210 in the direction in which the magnetic force is applied to assist the movement of the semiconductor light emitting devices 230, thereby improving the assembly speed of the semiconductor light emitting devices 250. .
  • an electric field may be applied to settle at a preset position of the substrate 260 to guide the semiconductor light emitting devices 250 to the preset position.
  • the semiconductor light emitting devices 250 that have moved in a direction horizontal to the substrate 260 by magnetic force are moved in a direction perpendicular to the substrate 260 by an electric field and are positioned at a preset position on the substrate 260. Can be settled in
  • power may be selectively supplied to the plurality of electrodes 262 of the substrate 260 to induce assembly of the semiconductor light emitting device 250 only at a preset position.
  • the predetermined positions where the semiconductor light emitting devices 250 are mounted may be cells 265 formed on the substrate 260.
  • the assembly process may be completed by performing the unloading process of the substrate 260 after the above-described step. If the substrate 260 is an assembled substrate, as described above, after transferring the semiconductor light emitting devices 250 arrayed on the cells 265 of the substrate 260 to a wiring board to implement the final display device. The process can proceed.
  • the magnet 230 is placed on the substrate 260. ) And can be moved in a direction away from (Fig. 10f).
  • the semiconductor light emitting devices 250 present on the bottom of the chamber 210 are recovered, and the recovered semiconductor light emitting devices 250 may be reused in other self-assembly processes later.
  • the self-assembly device and method according to the present invention it is possible to improve the assembly speed and assembly accuracy by controlling the distribution and movement of the semiconductor light emitting devices 250 self-assembled on the substrate 260. .
  • the vibration generating unit 270 generates vibration in a fluid to separate the semiconductor light emitting elements 250 attached to each other, so that two or more semiconductor light emitting elements 250 are formed in one cell 265 formed on the substrate 260. Can be prevented from being assembled.
  • the channel 211 may generate a fluid flow along the moving direction of the magnetic force by the magnet 230 to facilitate the movement of the semiconductor light emitting devices 250.

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Abstract

본 발명의 반도체 발광소자의 자가조립 장치 및 방법은 자가조립 시 유체에 진동을 가하여 서로 붙어있는 반도체 발광소자들을 분리시켜 오조립을 방지하고, 반도체 발광소자의 원활한 조립을 위해 자석의 이동 방향을 따라 유체의 흐름을 발생시킬 수 있다. 상기 자가조립 장치는 자성체를 포함하는 복수의 반도체 발광소자들 및 유체가 수용되는 챔버; 반도체 발광소자들이 조립되는 기판을 조립위치로 이송하는 이송부; 챔버와 이격 배치되어 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 자석; 자석의 위치를 제어하는 위치 제어부; 및 유체에 진동을 발생시켜 반도체 발광소자들을 서로 분리시키는 진동 발생부를 포함한다.

Description

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

Claims (10)

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