WO2020262752A1 - 디스플레이 장치 제조를 위한 기판 및 디스플레이 장치의 제조방법 - Google Patents

디스플레이 장치 제조를 위한 기판 및 디스플레이 장치의 제조방법 Download PDF

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light emitting
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정창현
문성민
박창서
오동해
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엘지전자 주식회사
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    • H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a display device using an assembly substrate used in a method of manufacturing a display device and 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 self-assembly method there are a method of assembling a semiconductor light emitting device directly to a final substrate (or a wiring board) on which wiring is formed, and a method of assembling the semiconductor light emitting device to an assembly substrate and then transferring it to the final substrate through an additional transfer process.
  • the method of assembling directly to the final substrate is efficient in terms of the process, and in the case of using the assembling substrate, there is an advantage in that a structure for self-assembly can be added without limitation, so that two methods are selectively used.
  • One object of the present invention is to provide a self-assembly method in which a semiconductor light emitting device is mounted on an assembly substrate using an electric field and a magnetic field, and the assembly electrodes to which voltage signals of different polarities are applied are arranged on different planes to short circuit the electrodes. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing an assembly substrate and a display device in which a structure capable of improving the assembly rate of a semiconductor light emitting device is implemented.
  • Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an assembly substrate and a display device capable of selective assembly of semiconductor light emitting devices by arranging assembly electrodes to which voltage signals of different polarities are applied to cross each other on different planes. The purpose.
  • the assembly substrate in an assembly substrate used in a display manufacturing method for mounting semiconductor light emitting devices to a predetermined position of an assembly substrate using an electric field and a magnetic field, includes: a base portion; A plurality of assembly electrodes extending in one direction and disposed on the base at predetermined intervals; A dielectric layer laminated on the base to cover the assembled electrodes; And a partition wall stacked on the dielectric layer while forming a cell in which the semiconductor light emitting device is mounted at predetermined intervals along the extension direction of the assembly electrode so as to overlap a part of the assembly electrode, wherein the assembly electrodes are different from each other on the base portion. It is composed of first electrodes and second electrodes disposed on a plane, wherein the first electrodes are disposed on one surface of the base portion, and the second electrodes are disposed on one surface of the dielectric layer.
  • the dielectric layer includes: a first dielectric layer formed to cover the first electrodes and on which the second electrodes are disposed; And a second dielectric layer formed to cover the second electrodes and the first dielectric layer, and on which the partition walls are stacked.
  • At least one of the first electrodes and the second electrodes is arranged in parallel between adjacent electrodes disposed on the same plane.
  • the first electrodes and the second electrodes are parallel to each other.
  • the first electrodes and the second electrodes are orthogonal to each other.
  • any one of the first electrodes and the second electrodes may further include a plurality of protrusions protruding in a direction parallel to the second electrodes or the first electrodes.
  • the protrusion is characterized in that it is provided corresponding to each of the cells.
  • the first electrodes and the second electrodes are alternately arranged in parallel to each other.
  • a method of manufacturing a display device includes the steps of transferring an assembly substrate to an assembly position and introducing a plurality of semiconductor light emitting devices including a magnetic material into a fluid chamber; Applying a magnetic force to the semiconductor light emitting devices so that the semiconductor light emitting devices introduced into the fluid chamber move along one direction; Inducing the semiconductor light emitting devices to the preset positions by applying an electric field so as to be seated at a preset position on the assembly substrate while the semiconductor light emitting devices are moving; And transferring the semiconductor light emitting devices mounted on the assembly substrate to a final substrate on which wiring is formed, wherein the assembly substrate includes a first electrode and a first electrode formed on different planes as assembly electrodes for forming an electric field. It includes two electrodes, and voltage signals having different polarities are applied to the first electrode and the second electrode.
  • the first electrodes and the second electrodes are parallel to each other.
  • the first electrodes and the second electrodes cross each other.
  • a predetermined position in which the semiconductor light emitting device is mounted is characterized in that the first electrode and part of the second electrode overlap.
  • the first electrode and the second electrode receiving voltage signals of different polarities are disposed on different planes to prevent an electrode short circuit, and semiconductor light emission There is an effect of improving the assembly rate of the device.
  • the first electrode and the second electrode are disposed on different planes, various assembly electrode structures capable of improving the assembly rate of the semiconductor light emitting device can be implemented.
  • the electrodes and the second electrodes are disposed to cross each other, there is an effect of selectively assembling a semiconductor light emitting device in a specific cell.
  • 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 a partially 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 conceptual diagram showing an example of a self-assembly device of a semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram of the self-assembly device of FIG. 6.
  • 8A to 8E are conceptual diagrams illustrating a process of self-assembling a semiconductor light emitting device using the self-assembly device of FIG. 6.
  • FIGS. 8A to 8E are conceptual diagram illustrating the semiconductor light emitting device of FIGS. 8A to 8E.
  • 10A to 10C are conceptual diagrams showing a state in which a semiconductor light emitting device is transferred after a self-assembly process according to the present invention.
  • 11 to 13 are flowcharts illustrating a method of manufacturing a display device including a semiconductor light emitting device emitting red (R), green (G), and blue (B) light.
  • FIG. 14 is a view showing the structure of a conventional assembly substrate.
  • 15 is a conceptual diagram illustrating a shape of an electric field formed between assembled electrodes.
  • 16 is a view showing a state in which an assembly electrode formed on a conventional assembly substrate is shorted.
  • 17 is a cross-sectional view of an assembly substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a view showing a structure of an assembly electrode formed on an assembly substrate according to another embodiment of the present invention.
  • 19A and 19B are cross-sectional views of the assembly substrate according to FIG. 18.
  • 20 is a diagram showing the structure of an assembly electrode formed on an assembly substrate according to another embodiment of the present invention.
  • 21A to 21F are views sequentially showing a process of manufacturing an assembled substrate according to an embodiment of the present invention.
  • 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 a partial 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 the form of a closed loop surrounding an edge of the display module 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 that emits light.
  • 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 microns 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 emitting various light including blue. Can be.
  • GaN gallium nitride
  • Al aluminum
  • the vertical semiconductor light emitting device includes 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
  • 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 up and down.
  • 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, and 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 disposed horizontally spaced 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 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.
  • a green semiconductor light emitting device and a blue semiconductor light emitting device gallium nitride (GaN) is mainly used, and indium (In) and/or aluminum (Al) are added together to embody green or blue light. Can be.
  • 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.
  • unit pixels that emit light may be arranged in a high definition in the display panel, thereby implementing a high-definition display device.
  • a semiconductor light emitting device grown on a wafer and formed through mesa and isolation is used as individual pixels.
  • 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 the case where the active layer is present, as described above, a structure without the active layer may be possible depending on the case.
  • the p-type semiconductor layer may be a P-type GaN doped with Mg
  • the n-type semiconductor layer may be an N-type GaN doped with Si on the n-electrode side.
  • the growth substrate 159 may be formed of a material having a light-transmitting property, for example, any one of sapphire (Al2O3), GaN, ZnO, and AlO, but is not limited thereto.
  • the growth substrate 1059 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 (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 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 etched in a vertical direction 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 of forming a plurality of semiconductor light emitting device arrays by etching the first conductive type semiconductor layer 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 and the second conductive semiconductor layer are an n-type semiconductor layer and a p-type semiconductor layer, respectively, the second conductive type electrode 156 may be an n-type electrode.
  • the growth substrate 159 is removed to provide a plurality of semiconductor light emitting devices.
  • the growth substrate 1059 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 a substrate are placed in a chamber filled with a fluid, and the semiconductor light emitting devices are self-assembled to the substrate 1061 using flow, gravity, and surface tension.
  • the substrate may be an assembled substrate 161.
  • the substrate may be a wiring substrate.
  • the present invention illustrates that the substrate is provided as the assembly substrate 161 and the semiconductor light emitting devices 1050 are mounted.
  • Cells (not shown) to which the semiconductor light emitting devices 150 are inserted may be provided on the assembly substrate 161 to facilitate mounting of the semiconductor light emitting devices 150 on the assembly 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 move in the fluid and then are assembled to the cells.
  • the assembled substrate 161 After a plurality of semiconductor light emitting elements are arrayed on the assembled substrate 161, when the semiconductor light emitting elements of the assembled substrate 161 are transferred to a wiring board, a large area can be transferred. Accordingly, the assembled substrate 161 may be referred to as a temporary substrate.
  • the transfer yield in order to apply the self-assembly method described above to manufacturing a large screen display, the transfer yield must be increased.
  • a method and apparatus for minimizing the effect of gravity or friction and preventing non-specific binding are proposed.
  • a magnetic material is disposed on the semiconductor light emitting device to move the semiconductor light emitting device using magnetic force, and the semiconductor light emitting device is seated at a predetermined position using an electric field during the moving process.
  • FIGS. 8A to 8D are conceptual diagrams illustrating a process of self-assembling a semiconductor light emitting device using the self-assembling device of FIG. 6, and FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the semiconductor light emitting device of FIGS. 8A to 8D.
  • the self-assembly apparatus 160 of the present invention may include a fluid chamber 162, a magnet 163, and a position control unit 164.
  • the fluid chamber 162 has a space accommodating a plurality of semiconductor light emitting devices.
  • the space may be filled with a fluid, and the fluid may include water or the like as an assembly solution.
  • the fluid chamber 162 may be a water tank, and may be configured in an open type.
  • the present invention is not limited thereto, and the fluid chamber 162 may be a closed type in which the space is a closed space.
  • a substrate 161 may be disposed such that an assembly surface on which the semiconductor light emitting devices 150 are assembled faces downward.
  • the substrate 161 is transferred to an assembly position by a transfer unit, and the transfer unit may include a stage 165 on which the substrate is mounted.
  • the stage 165 is positioned by a control unit, through which the substrate 161 can be transferred to the assembly position.
  • the assembly surface of the substrate 161 at the assembly position faces the bottom of the fluid chamber 150.
  • the assembly surface of the substrate 161 is disposed to be immersed in the fluid in the fluid chamber 162. Accordingly, the semiconductor light emitting device 150 moves to the assembly surface in the fluid.
  • the substrate 161 is an assembled substrate capable of forming an electric field, and may include a base portion 161a, a dielectric layer 161b, and a plurality of electrodes 161c.
  • the base portion 161a is made of an insulating material, and the plurality of electrodes 161c may be a thin film or thick bi-planar electrode patterned on one surface of the base portion 161a.
  • the electrode 161c may be formed of, for example, a stack of Ti/Cu/Ti, Ag paste, and ITO.
  • the dielectric layer 161b may be made of an inorganic material such as SiO2, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, and HfO2. Alternatively, the dielectric layer 161b may be formed of a single layer or a multilayer as an organic insulator. The dielectric layer 161b may have a thickness of several tens of nm to several ⁇ m.
  • the substrate 161 according to the present invention includes a plurality of cells 161d partitioned by a partition wall.
  • the cells 161d are sequentially disposed in one direction, and may be made of a polymer material.
  • the partition wall 161e constituting the cells 161d is made to be shared with the neighboring cells 161d.
  • the partition wall 161e protrudes from the base portion 161a, and the cells 161d may be sequentially disposed in one direction by the partition wall 161e. More specifically, the cells 161d are sequentially disposed in column and row directions, respectively, and may have a matrix structure.
  • a groove for accommodating the semiconductor light emitting device 150 may be provided, and the groove may be a space defined by the partition wall 161e.
  • the shape of the groove may be the same or similar to the shape of the semiconductor light emitting device. For example, when the semiconductor light emitting device has a rectangular shape, the groove may have a rectangular shape. Further, although not shown, when the semiconductor light emitting device is circular, grooves formed inside the cells may be circular. Furthermore, each of the cells is made to accommodate a single semiconductor light emitting device. That is, one semiconductor light emitting device is accommodated in one cell.
  • the plurality of electrodes 161c may include a plurality of electrode lines disposed on the bottom of each of the cells 161d, and the plurality of electrode lines may extend to neighboring cells.
  • the plurality of electrodes 161c are disposed under the cells 161d, and different polarities are applied respectively to generate an electric field in the cells 161d.
  • the dielectric layer may form the bottom of the cells 161d while the dielectric layer covers the plurality of electrodes 161c.
  • the electrodes of the substrate 161 are electrically connected to the power supply unit 171.
  • the power supply unit 171 performs a function of generating the electric field by applying power to the plurality of electrodes.
  • the self-assembly device may include a magnet 163 for applying magnetic force to the semiconductor light emitting devices.
  • the magnet 163 is disposed to be spaced apart from the fluid chamber 162 to apply a magnetic force to the semiconductor light emitting devices 150.
  • the magnet 163 may be disposed to face the opposite surface of the assembly surface of the substrate 161, and the position of the magnet is controlled by a position control unit 164 connected to the magnet 163.
  • the semiconductor light emitting device 1050 may include a magnetic material so as to move in the fluid by the magnetic field of the magnet 163.
  • a semiconductor light emitting device including a magnetic material includes a first conductive type electrode 1052 and a second conductive type electrode 1056, and a first conductive type semiconductor layer on which the first conductive type electrode 1052 is disposed. (1053), a second conductive type semiconductor layer 1055 overlapping with the first conductive type semiconductor layer 1052 and on which the second conductive type electrode 1056 is disposed, and the first and second conductive type semiconductors An active layer 1054 disposed between the layers 1053 and 1055 may be included.
  • the first conductivity type is p-type
  • the second conductivity type may be n-type, and vice versa.
  • it may be a semiconductor light emitting device without the active layer.
  • the first conductive type electrode 1052 may be generated after the semiconductor light emitting device is assembled to the wiring board by self-assembly of the semiconductor light emitting device.
  • the second conductive type electrode 1056 may include the magnetic material.
  • the magnetic material may mean a metal exhibiting magnetism.
  • the magnetic material may be Ni, SmCo, or the like, and as another example, may include a material corresponding to at least one of Gd-based, La-based, and Mn-based.
  • the magnetic material may be provided on the second conductive electrode 1056 in the form of particles.
  • a conductive electrode including a magnetic material one layer of the conductive electrode may be formed of a magnetic material.
  • the second conductive type electrode 1056 of the semiconductor light emitting device 1050 may include a first layer 1056a and a second layer 1056b.
  • the first layer 1056a may be formed to include a magnetic material
  • the second layer 1056b may include a metal material other than a magnetic material.
  • a first layer 1056a including a magnetic material may be disposed to come into contact with the second conductivity-type semiconductor layer 1055.
  • the first layer 1056a is disposed between the second layer 1056b and the second conductive semiconductor layer 1055.
  • the second layer 1056b may be a contact metal connected to the second electrode of the wiring board.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and the magnetic material may be disposed on one surface of the first conductive semiconductor layer.
  • the self-assembly device includes a magnetic handler that can be automatically or manually moved in the x, y, z axis on the upper portion of the fluid chamber, or the magnet 163 It may be provided with a motor capable of rotating.
  • the magnet handler and the motor may constitute the position control unit 164. Through this, the magnet 163 rotates in a horizontal direction, a clockwise direction, or a counterclockwise direction with the substrate 161.
  • a light-transmitting bottom plate 166 is formed in the fluid chamber 162, and the semiconductor light emitting devices may be disposed between the bottom plate 166 and the substrate 161.
  • the image sensor 167 may be disposed to face the bottom plate 166 so as to monitor the inside of the fluid chamber 162 through the bottom plate 166.
  • the image sensor 167 is controlled by the controller 172 and may include an inverted type lens and a CCD so that the assembly surface of the substrate 161 can be observed.
  • the self-assembly device described above is made to use a combination of a magnetic field and an electric field, and if this is used, the semiconductor light emitting devices are mounted at a predetermined position on the substrate by the electric field in the process of moving by the change in the position of the magnet I can.
  • the assembly process using the self-assembly device described above will be described in more detail.
  • a plurality of semiconductor light emitting devices 1050 including magnetic materials are formed through the process described in FIGS. 5A to 5C.
  • a magnetic material may be deposited on the semiconductor light emitting device.
  • the substrate 161 is transferred to the assembly position, and the semiconductor light emitting devices 1050 are put into the fluid chamber 162 (FIG. 8A).
  • the assembly position of the substrate 161 may be a position disposed in the fluid chamber 162 such that the assembly surface on which the semiconductor light emitting elements 1050 of the substrate 161 are assembled faces downward. I can.
  • some of the semiconductor light emitting devices 1050 may sink to the bottom of the fluid chamber 162 and some may float in the fluid.
  • some of the semiconductor light emitting devices 1050 may sink to the bottom plate 166.
  • a magnetic force is applied to the semiconductor light emitting devices 1050 so that the semiconductor light emitting devices 1050 rise in a vertical direction within the fluid chamber 162 (FIG. 8B).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 rise toward the substrate 161 in the fluid.
  • the original position may be a position away from the fluid chamber 162.
  • the magnet 163 may be composed of an electromagnet. In this case, electricity is supplied to the electromagnet to generate an initial magnetic force.
  • a separation distance between the assembly surface of the substrate 161 and the semiconductor light emitting devices 1050 may be controlled.
  • the separation distance is controlled by using the weight, buoyancy and magnetic force of the semiconductor light emitting devices 1050.
  • the separation distance may be several millimeters to tens of micrometers from the outermost surface of the substrate.
  • a magnetic force is applied to the semiconductor light emitting devices 1050 so that the semiconductor light emitting devices 1050 move in one direction within the fluid chamber 162.
  • the magnet 163 is moved in a horizontal direction with the substrate, in a clockwise direction, or in a counterclockwise direction (FIG. 8C).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 move in a horizontal direction with the substrate 161 at a position spaced apart from the substrate 161 by the magnetic force.
  • the step of inducing the semiconductor light emitting devices 1050 to the preset positions by applying an electric field so that the semiconductor light emitting devices 1050 are settled at a preset position of the substrate 161 while moving It proceeds (Fig. 8C).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 are moving in a direction horizontal to the substrate 161, they move in a direction perpendicular to the substrate 161 by the electric field. It is settled in the set position.
  • the semiconductor light emitting devices 1050 are self-assembled to the assembly position of the substrate 161.
  • cells to which the semiconductor light emitting devices 1050 are inserted may be provided on the substrate 161.
  • a post-process for implementing a display device may be performed by transferring the arranged semiconductor light emitting elements to a wiring substrate as described above.
  • the magnet after inducing the semiconductor light emitting devices 1050 to the preset position, the magnet so that the semiconductor light emitting devices 1050 remaining in the fluid chamber 162 fall to the bottom of the fluid chamber 162
  • the 163 may be moved in a direction away from the substrate 161 (FIG. 8D).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 remaining in the fluid chamber 162 fall to the bottom of the fluid chamber 162.
  • the recovered semiconductor light emitting devices 1050 can be reused.
  • the self-assembly device and method described above focuses distant parts near a predetermined assembly site using a magnetic field to increase assembly yield in a fluidic assembly, and applies a separate electric field to the assembly site to selectively select parts only at the assembly site. Let it be assembled. At this time, the assembly board is placed on the top of the water tank and the assembly surface faces down, minimizing the effect of gravity caused by the weight of the parts and preventing non-specific binding to eliminate defects. That is, in order to increase the transfer yield, the assembly substrate is placed on the top to minimize the influence of gravity or friction, and prevent non-specific binding.
  • the present invention it is possible to pixelate a semiconductor light emitting device in a large amount on a small-sized wafer and then transfer it to a large-area substrate. Through this, it is possible to manufacture a large-area display device at low cost.
  • the present invention provides a structure and method of an assembled substrate for increasing the yield of the above-described self-assembly process and the process yield after self-assembly.
  • the present invention is limited to when the substrate 161 is used as an assembly substrate. That is, an assembly board to be described later is not used as a wiring board of a display device. Thus, hereinafter, the substrate 161 is referred to as an assembly substrate 161.
  • the present invention improves the process yield from two perspectives. First, the present invention prevents the semiconductor light emitting device from being seated at an undesired position by forming a strong electric field at an undesired position. Second, the present invention prevents the semiconductor light emitting elements from remaining on the assembly substrate when transferring the semiconductor light emitting elements mounted on the assembly substrate to another substrate.
  • the above-described challenges are not individually achieved by different components.
  • the above-described two solutions can be achieved by organically combining components to be described later with the assembly substrate 161 described above.
  • 10A to 10C are conceptual diagrams showing a state in which a semiconductor light emitting device is transferred after a self-assembly process according to the present invention.
  • the semiconductor light emitting devices are seated at a predetermined position of the assembly substrate 161.
  • the semiconductor light emitting devices mounted on the assembly substrate 161 are transferred to another substrate at least once.
  • the assembly surface of the assembly substrate 161 is in a state in which it faces downward (or the direction of gravity).
  • the assembly substrate 161 may be turned over 180 degrees in a state in which the semiconductor light emitting device is seated.
  • a voltage must be applied to the plurality of electrodes 161c (hereinafter, assembly electrodes) while the assembly substrate 161 is turned over. The electric field formed between the assembly electrodes prevents the semiconductor light emitting device from being separated from the assembly substrate 161 while the assembly substrate 161 is turned over.
  • the assembly substrate 161 After the self-assembly process, when the assembly substrate 161 is turned over 180 degrees, it has a shape as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 10A, the assembly surface of the assembly substrate 161 is in a state that faces upward (or in the opposite direction of gravity). In this state, the transfer substrate 400 is aligned above the assembly substrate 161.
  • the transfer substrate 400 is a substrate for transferring the semiconductor light emitting devices mounted on the assembly substrate 161 to a wiring board by separating them.
  • the transfer substrate 400 may be formed of a PDMS (polydimethylsiloxane) material. Accordingly, the transfer substrate 400 may be referred to as a PDMS substrate.
  • the transfer substrate 400 is aligned with the assembly substrate 161 and then pressed onto the assembly substrate 161. Thereafter, when the transfer substrate 400 is transferred to the upper side of the assembly substrate 161, the semiconductor light emitting devices 350 disposed on the assembly substrate 161 are transferred to the transfer substrate due to the adhesion of the transfer substrate 400. Go to (400).
  • the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the transfer substrate 400 must be higher than the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b.
  • the semiconductor light emitting device 350 is transferred from the assembly substrate 161 Since the probability of separation increases, the greater the difference between the two surface energies, the more preferable.
  • the transfer substrate 400 when the transfer substrate 400 is pressed onto the assembly substrate 161, the transfer substrate 400 may be configured such that the pressure applied by the transfer substrate 400 is concentrated on the semiconductor light emitting device 350. It may include a protrusion 410. The protrusions 410 may be formed at the same distance as the semiconductor light emitting devices mounted on the assembly substrate 161. After aligning the protrusions 410 to overlap the semiconductor light emitting devices 350, when the transfer substrate 400 is pressed against the assembly substrate 161, the pressure caused by the transfer substrate 400 causes semiconductor light emission. It may be concentrated only on the elements 350. Through this, the present invention increases the probability that the semiconductor light emitting device is separated from the assembly substrate 161.
  • the semiconductor light emitting devices are mounted on the assembly substrate 161
  • the pressure due to the transfer substrate 400 is not concentrated on the semiconductor light emitting devices 350, so that the semiconductor light emitting devices 350 are separated from the assembly substrate 161 You may be less likely to do it.
  • a protrusion 510 may be formed on the wiring board 500.
  • the transfer substrate 400 and the wiring substrate 500 are aligned so that the semiconductor light emitting devices 350 disposed on the transfer substrate 400 and the protrusions 510 overlap. Thereafter, when the transfer substrate 400 and the wiring board 500 are pressed together, the probability of the semiconductor light emitting devices 350 being separated from the transfer substrate 400 due to the protrusion 510 may increase. have.
  • the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the wiring board 500 is the semiconductor light emitting device. It should be higher than the surface energy between 350 and the transfer substrate 400. As the difference between the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the wiring board 500 and the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the transfer substrate 400 increases, the semiconductor light emitting device 350 becomes the transfer substrate 400 Since the probability of deviating from) increases, the greater the difference between the two surface energies, the more preferable.
  • the structure of the wiring electrode and a method of forming the electrical connection may vary depending on the type of the semiconductor light emitting device 350.
  • an anisotropic conductive film may be disposed on the wiring board 500.
  • an electrical connection may be formed between the semiconductor light emitting devices 350 and the wiring electrodes formed on the wiring substrate 500 by simply pressing the transfer substrate 400 and the wiring substrate 500.
  • FIGS. 10A to 10C when manufacturing a display device including semiconductor light emitting devices emitting different colors, the methods described with reference to FIGS. 10A to 10C may be implemented in various ways. Hereinafter, a method of manufacturing a display device including a semiconductor light emitting device emitting red (R), green (G), and blue (B) light will be described.
  • R red
  • G green
  • B blue
  • 11 to 13 are flowcharts illustrating a method of manufacturing a display device including semiconductor light emitting devices emitting red (R), green (G), and blue (B) light.
  • the assembly substrate 161 includes a first assembly substrate on which semiconductor light emitting devices emitting a first color are mounted, a second assembly substrate on which semiconductor light emitting devices emitting a second color different from the first color are mounted, It may include a third assembly substrate on which semiconductor light emitting devices emitting light of a third color different from the first color and the second color are mounted.
  • Different types of semiconductor light emitting devices are assembled on each assembly substrate according to the method described in FIGS. 8A to 8E. For example, each of the semiconductor light emitting devices emitting red (R), green (G), and blue (B) light may be assembled on each of the first to third assembly substrates.
  • each of a RED chip, a GREEN chip, and a BLUE chip may be assembled on each of the first to third assembly substrates (RED TEMPLATE, GREEN TEMPLATE, and BLUE TEMPLATE).
  • each of the RED chip, the GREEN chip, and the BLUE chip may be transferred to the wiring board by different transfer boards.
  • the first transfer substrate (stamp (R)) is pressed onto the first assembly substrate (RED TEMPLATE) to emit the first color.
  • the second transfer substrate to the second assembly substrate (GREEN TEMPLATE) (Stamp (G)) is pressed to transfer the semiconductor light emitting devices (GREEN chips) emitting the second color from the second assembly substrate (GREEN TEMPLATE) to the second transfer substrate (stamp (G))
  • To the third transfer substrate (stamp (B) the third transfer substrate (stamp (B)).
  • a display device including a RED chip, a GREEN chip, and a BLUE chip
  • three types of assembly substrates and three types of transfer substrates are required.
  • each of a RED chip, a GREEN chip, and a BLUE chip may be assembled on each of the first to third assembly substrates (RED TEMPLATE, GREEN TEMPLATE, and BLUE TEMPLATE).
  • each of the RED chip, the GREEN chip, and the BLUE chip may be transferred to the wiring board by the same transfer board.
  • the step of transferring the semiconductor light emitting devices seated on the assembly substrate to the wiring substrate includes pressing a transfer substrate (RGB integrated stamp) to the first assembly substrate (RED TEMPLATE) to emit the first color.
  • alignment positions between each of the first to third assembly substrates and the transfer substrate may be different from each other.
  • a relative position of the transfer substrate with respect to the first assembly substrate and a relative position of the transfer substrate with respect to the second assembly substrate may be different from each other.
  • the transfer substrate may shift the alignment position by the PITCH of the SUB PIXEL whenever the type of the assembly substrate is changed.
  • a step of transferring the semiconductor light emitting devices emitting the first to third colors from the transfer substrate to the wiring substrate by pressing the transfer substrate to the wiring substrate is performed.
  • three types of assembly substrates and one type of transfer substrate are required to manufacture a display device including a RED chip, a GREEN chip, and a BLUE chip.
  • each of a RED chip, a GREEN chip, and a BLUE chip may be assembled on one assembly substrate (RGB integrated TEMPLATE).
  • each of the RED chip, the GREEN chip, and the BLUE chip may be transferred to the wiring board by the same transfer board (RGB integrated stamp).
  • a display device including a RED chip, a GREEN chip, and a BLUE chip
  • one type of assembly substrate and one type of transfer substrate are required.
  • the manufacturing method may be implemented in various ways.
  • the assembly electrodes receiving voltage signals of different polarities are arranged on different planes to prevent a short circuit between the electrodes. It relates to an assembly substrate having a structure capable of improving the self-assembly rate of a light emitting device.
  • FIG. 14 is a view showing the structure of a conventional assembly substrate
  • FIG. 15 is a conceptual diagram illustrating a shape of an electric field formed between assembly electrodes
  • FIG. 16 is a view showing a state in which assembly electrodes formed on the conventional assembly substrate are shorted.
  • the assembly substrate 161 is a substrate used in a method of manufacturing a display device, and specifically, may be a substrate used in a method of manufacturing a display device through self-assembly.
  • the self-assembly may be a display manufacturing method in which the semiconductor light emitting devices 150 are mounted to a preset position of the assembly substrate 161 using an electric field and a magnetic field.
  • the semiconductor light emitting device 150 described below may mean a semiconductor light emitting device including a magnetic material so as to be self-assembled on the assembly substrate 161 by an electric field and a magnetic field.
  • the conventional assembly substrate 161 includes a base portion 161a, a dielectric layer 161b, a plurality of assembly electrodes 161c, a cell 161d on which the semiconductor light emitting device 150 is mounted, and a partition wall. It can be made of (161e).
  • the assembly electrodes 161c are formed extending in one direction and may be disposed in parallel on the base portion 161a, and the dielectric layer 161b is formed on the base portion 161a to cover the plurality of assembly electrodes 161c. Can be stacked.
  • a partition wall 161e may be stacked on the dielectric layer 161b.
  • the barrier ribs 161e may be stacked while forming cells 161d on which the semiconductor light emitting devices 150 are mounted at predetermined intervals along the extending direction of the assembly electrode 161c so as to overlap a part of the assembly electrode 161c.
  • an electric field E1 may be formed inside the cell 161d as shown in FIG. 15, and the semiconductor light emitting device 150 is formed by the electric field E1. 161d). Voltage signals of different polarities may be applied to the adjacent assembly electrodes 161c to form the electric field E1, whereby the electric field E1 may be formed in the region between the adjacent assembly electrodes 161c.
  • the electric field E1 is formed stronger as it gets closer to the assembly electrodes 161c, and becomes weaker as it moves away from the assembly electrodes 161c.
  • the assembly substrate 161 may include a voltage application unit 170 that supplies voltage to the assembly electrodes 161c when power is applied from the outside to the assembly surface on which the assembly electrodes 161c are formed.
  • the voltage applying unit 170 is connected to a power supply unit (not shown) to provide an electrode pad to which power is applied, and a bus line connected to the electrode pad and the assembled electrodes 161c to supply voltage to the assembled electrodes 161c.
  • the voltage applying unit 170 may be provided on both sides based on the direction in which the assembly electrodes 161c extend.
  • the voltage application unit 170a (hereinafter, the first voltage application unit) provided on one side applies a voltage of the (+) signal to the assembly electrodes 161c
  • the voltage application unit 170b provided on the other side (Hereinafter, the second voltage applying unit) may apply a voltage of a (-) signal to the assembled electrodes 161c.
  • the first voltage applying unit 170a and the second voltage applying unit 170b may be selectively connected to different assembly electrodes 161c. That is, one assembly electrode 161c may be connected to any one of the first voltage application unit 170a and the second voltage application unit 170b to apply a voltage signal having a (+) or (-) polarity.
  • adjacent assembly electrodes 161c are connected to different voltage applying units 170 so that voltage signals having different polarities may be applied.
  • the semiconductor light emitting device 150 may be assembled on the assembly substrate 200 by using the above-described device for self-assembly.
  • the assembly surface may be disposed so that the semiconductor light emitting device 150 faces the floating fluid, and an electric field E1 is formed on the assembly surface to guide the semiconductor light emitting device 150 toward the assembly surface.
  • fine-sized particles P may adhere to the assembly surface, and a short circuit occurs between adjacent assembly electrodes 161c due to the particles P.
  • the electric field E1 is not formed on the entire assembly surface, so that the assembly rate of the semiconductor light emitting device 150 is greatly reduced.
  • an assembly substrate having a structure in which assembly electrodes to which voltage signals of different polarities are applied according to an embodiment of the present invention are disposed on different planes according to an embodiment of the present invention and a method of manufacturing the assembly substrate will be described with reference to FIGS. do.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of an assembly substrate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 18 is a view showing a structure of an assembly electrode formed on an assembly substrate according to another embodiment of the present invention
  • FIGS. 19A and 19B are Is a cross-sectional view of an assembly substrate according to the present invention
  • FIG. 20 is a view showing a structure of an assembly electrode formed on an assembly substrate according to another embodiment of the present invention
  • FIGS. 21A to 21F are for manufacturing an assembly substrate according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the process sequentially.
  • the assembly substrate 200 may be a substrate used for self-assembly of the semiconductor light emitting device 150, similar to the above-described assembly substrate 161, and the base portion 210, the dielectric layer 220, A plurality of assembly electrodes 230, a cell 240 on which the semiconductor light emitting device 150 is mounted, and a partition wall 250 may be included.
  • the plurality of assembly electrodes 230 extend in one direction and may be disposed on the base 210 at predetermined intervals.
  • the dielectric layer 220 may be stacked on the base portion 210 to cover the plurality of assembly electrodes 230.
  • a partition wall 250 may be stacked on the dielectric layer 220, and the semiconductor light emitting device 150 is provided at predetermined intervals along the extending direction of the assembly electrode 230 so that the partition wall 250 overlaps a part of the assembly electrode 230. It may be stacked on the dielectric layer 220 while forming the seated cell 240.
  • an electric field E1 may be formed in the cell 240 formed to overlap a part of the assembly electrode 230, and the semiconductor light emitting device 150 may be formed by the electric field E1.
  • the assembly electrodes 230 may be disposed on different planes on the base portion 210.
  • the assembly electrodes 230 may be divided into a first electrode 230a and a second electrode 230b according to a plane on which they are disposed, and the first electrode 230a is a base part ( It is disposed on one surface of 210 ), and the second electrode 230b may be disposed on one surface of the dielectric layer 220 (see FIG. 17 ). That is, the assembly substrate 200 may have a structure in which the first electrode 230a and the second electrode 230b are separated from each other by the dielectric layer 220. Further, voltage signals having different polarities may be applied to the first electrode 230a and the second electrode 230b separated from each other.
  • the dielectric layer 220 may be formed of two layers in order to arrange the assembly electrodes 230 on different planes. Specifically, the dielectric layer 220 is formed to cover the first electrodes 230a disposed on one surface of the base portion 210, the first dielectric layer 220a on which the second electrodes 230b are disposed, and The second dielectric layer 220b is formed to cover the second electrodes 230b and the first dielectric layer 220a, and may be formed of a second dielectric layer 220b on which the partition wall 250 is stacked.
  • the dielectric layer 220 may be divided into a first dielectric layer 220a and a second dielectric layer 220b to separate the first electrode 230a and the second electrode 230b, and the first dielectric layer 220a and the second electrode 230b are separated.
  • the dielectric layer 220b may have the same function (eg, insulating function).
  • first electrodes 230a and the second electrodes 230b constituting the assembly electrode 230 will be described.
  • At least one of the first electrodes 230a and the second electrodes 230b may be disposed in parallel between adjacent electrodes disposed on the same plane.
  • the first electrodes 230a disposed on the base part 210 may be parallel to each other between the first electrodes 230a, and the second electrodes 230b disposed on the first dielectric layer 220a may be The two electrodes 230b may be parallel to each other.
  • the first electrodes 230a and the second electrodes 230b may be disposed parallel to each other (FIG. 17). That is, the first electrodes 230a and the second electrodes 230b disposed on different planes may be disposed parallel to each other. In addition, when the first electrodes 230a and the second electrodes 230b are parallel to each other, the first electrodes 230a and the second electrodes 230b may be alternately disposed, and the cell 240 Silver may overlap part of the first electrode 230a and the second electrode 230b.
  • first electrodes 230a and the second electrodes 230b may be disposed to cross each other.
  • a part of the second electrode 230b formed to cross the first electrode 230a is referred to as a cross line 232b.
  • the second electrodes 230b may include a crossing line 232b disposed to cross the first electrode 230a, and may be parallel to each other between the crossing lines 232b.
  • the first electrodes 230a and the second electrodes 230b may cross at various angles, and preferably, the first electrodes 230a and the second electrodes 230b may be orthogonal to each other.
  • the semiconductor light emitting device can be assembled at more positions, which is advantageous in terms of utilization of the assembly substrate.
  • the cell 240 on which the semiconductor light emitting device 150 is mounted crosses the first electrode 230a and the second electrode 230b. It may be formed to overlap a portion of the first electrode 230a and the second electrode 230b in the vicinity of the point.
  • the semiconductor light emitting device 150 can be selectively assembled in a specific cell 240.
  • FIG. 18 when a voltage is applied to one first electrode 230a and one second electrode 230b, the first electrode 230a and the second electrode 230b to which the voltage is applied are The electric field E1 is formed only inside the cell 240 formed near the intersection point, whereby the semiconductor light emitting device 150 may be selectively assembled.
  • the assembly substrate 200 composed of at least two or more partial pixels among R, G, and B partial pixels, and it is possible to assemble the partial pixels in a desired arrangement.
  • the semiconductor light emitting device 150 may be selectively assembled at a specific site where the semiconductor light emitting device 150 is not assembled.
  • one of the first electrodes 230a and the second electrodes 230b may be formed of the second electrodes ( 230b) or a plurality of protrusions 231b protruding in a direction parallel to the first electrodes 230a (see FIGS. 18 and 20 ).
  • the protrusion 231b may be provided corresponding to each cell 240 and may reinforce the strength of the electric field E1 formed between the first electrode 230a and the second electrode 230b.
  • the second electrode 230b includes the protrusion 231b
  • the protrusions 232b of the first electrode 230a and the second electrode 230b parallel to the first electrode 230a alternate
  • the cell 240 may overlap with a portion of the first electrode 230a and the second electrode 230b. In this case, the cell 240 may overlap with a part of the first electrode 230a and the protrusion 232b.
  • the second electrodes 230b include the protrusions 231b, but on the contrary, the first electrodes 230a have a structure of the second electrodes 230b. Of course you can.
  • a metal for forming the first electrode 230a is deposited on the base portion 210 (FIG. 21A).
  • the base portion 210 may be made of an insulating material, and on the base portion 210, Mo/Al/Mo, Ti/Cu/To, ITO, etc. are deposited as a metal for forming the first electrode 230a. I can.
  • the metal may be deposited on the base portion 210 to a thickness of several tens to several hundred nm.
  • a pattern is formed on the deposited metal through a photoresist process and then etched at predetermined intervals to form a plurality of first electrodes 230a (FIG. 21B).
  • the first electrodes 230a may be disposed on the base portion 210 at predetermined intervals by etching.
  • a first dielectric layer 220a may be stacked on the base part 210 to cover the first electrodes 230a, and stacked along the periphery of the base part 210 and the first electrodes 230a.
  • the first dielectric layer 220a may be formed of an insulating material such as an inorganic material such as SiO 2 , SiN x , and Al 2 O 3 having an insulating property, or an organic polymer.
  • an insulating material such as an inorganic material such as SiO 2 , SiN x , and Al 2 O 3 having an insulating property, or an organic polymer.
  • the second electrode 230b may be formed on the first dielectric layer 220a in the same manner as the first electrode 230a (FIG. 20D). That is, the second electrode 230b may be formed by depositing a metal for forming the second electrode 230b on the first dielectric layer 220a, forming a pattern through a photoresist process, and then etching the pattern.
  • the second electrode 230b may be formed in a region of the first dielectric layer 220a that does not overlap with the first electrode 230a.
  • the first electrode 230a and the second electrode ( 230b) may be arranged to be parallel to each other. Voltages having different polarities are applied to the adjacent first electrode 230a and second electrode 230b, and a pair of pair electrodes may be formed.
  • the distance between the adjacent first electrode 230a and the second electrode 230b may be 25 to 75% of the size of the semiconductor light emitting device 150. If the gap between the pair electrodes is too narrow, the probability that the semiconductor light emitting device 150 is assembled vertically increases, and if the gap is too wide, the assembling force may decrease. Therefore, the first electrode 230a and the second electrode 230b are It may be formed to have an interval within the above range.
  • the second electrode 230b may be formed on the first dielectric layer 220a so as to cross the first electrode 230a.
  • the first electrode 230a and the second electrode 230b may cross each other so as to form a crossing angle of about 5° to 90°, and are preferably perpendicular to each other.
  • a second dielectric layer 220b may be stacked on the first dielectric layer 220a to cover the second electrodes 230b, and the circumference of the first dielectric layer 220a and the second electrodes 230b It can be stacked accordingly (FIG. 20F).
  • the second dielectric layer 220b may be formed of an insulating material such as an inorganic material such as SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3, or an organic polymer, and may be formed of the same material as the first dielectric layer 220a, or It can be formed of different materials.
  • the first dielectric layer 220a may be deposited to have the same or similar thickness (thickness of several tens to several hundred nm).
  • the partition wall 250 may be stacked on the second dielectric layer 220b.
  • the partition wall 250 forms a cell 240 on which the semiconductor light emitting device 150 is seated, and overlaps with a part of the assembly electrodes 230, that is, a part of the first electrode 230a and the second electrode 230b. If possible, it may be stacked on the second dielectric layer 220b.
  • the partition wall 250 may be formed of a photosensitive polymer (eg, photosensitive acrylate) or an inorganic material such as SiO 2 or SiN x , and a thickness similar to the thickness (based on the height direction) of the semiconductor light emitting device 150 to be assembled, eg For example, it may be laminated to a thickness of several to several tens of ⁇ m. If the thickness of the partition wall 250 is too thin, it is difficult to distinguish it from the cell 240 during self-assembly. If the thickness of the partition wall 250 is too thick, two or more semiconductor light emitting devices ( Since there is a disadvantage that 150) can be assembled, the partition wall 250 is preferably laminated to a thickness that satisfies the above range.
  • a photosensitive polymer eg, photosensitive acrylate
  • an inorganic material such as SiO 2 or SiN x
  • the cell 240 formed by the partition wall 250 may be formed to have a size larger than that of the semiconductor light emitting device 150, but may be formed to have a size in which one semiconductor light emitting device 150 can be seated.
  • the width of the cell 240 may be formed to be about 20% or more of the size of the semiconductor light emitting device 150 in consideration of the assembly rate of the semiconductor light emitting device 150.
  • the first dielectric layer 220a and the second dielectric layer 220b are not stacked flat, but are stacked along the circumference of the assembly electrode 230, so that the cell 240 is recessed.
  • the unit 260 may be included.
  • the recess part 260 reduces the contact area between the semiconductor light emitting device 150 seated in the cell 240 and the dielectric layer 220, so that the semiconductor light emitting device 150 is transferred from the assembly substrate 200 to the transfer substrate or the final substrate. In the process of transferring ), the transfer rate of the semiconductor light emitting device 150 may be improved.
  • the display device can be manufactured in the same manner as the conventional self-assembly method of manufacturing a display device using the assembly substrate 200 having the above-described structure.
  • the method of manufacturing a display device includes the steps of transferring the assembly substrate 200 having the above-described structure to an assembly position, and introducing a plurality of semiconductor light emitting devices 150 having a magnetic material into a fluid chamber, Applying a magnetic force to the semiconductor light emitting devices 150 so that the semiconductor light emitting devices 150 injected into the fluid chamber move along one direction, a preset on the assembly substrate 200 during the moving of the semiconductor light emitting devices 150
  • the assembly substrate 200 used in the manufacturing method of the present invention is disposed on different planes of the assembly surface, and may include assembly electrodes 230 that form an electric field E1 when voltage is applied.
  • the assembly electrodes 230 may include a first electrode 230a formed on the base portion 120 and a second electrode 230b formed on the dielectric layer 220, and the first electrode Voltage signals having different polarities may be applied to the 230a and the second electrode 230b.
  • a short circuit between electrodes may be prevented.
  • first electrode 230a and the second electrode 230b may be parallel to each other or may cross each other.
  • first electrode 230a and the second electrode 230b may be alternately disposed.
  • an electric field E1 may be formed in a region between the first electrode 230a and the second electrode 230b.
  • an electric field E1 may be formed near a point where the two electrodes cross each other.
  • the predetermined position where the semiconductor light emitting device 150 is mounted may overlap with a portion of the first electrode 230a and the second electrode 230b, and at this time, may overlap with a region in which the electric field E1 is formed. have.
  • the step of transferring the semiconductor light emitting devices 150 mounted on the assembly substrate 200 to the final substrate on which the wiring is formed may include two or more transfer processes.
  • the semiconductor light emitting devices 150 seated on the assembly substrate 200 may be transferred to a transfer substrate (or transfer stamp) before being transferred to the final substrate and then transferred to the final substrate, and the process may be repeated a plurality of times. I can.

Landscapes

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 전기장 및 자기장을 이용하여 반도체 발광소자들을 조립 기판의 기 설정된 위치로 안착시키는 디스플레이 제조방법에 사용되는 조립 기판에 있어서, 상기 조립 기판은, 베이스부; 일 방향으로 연장 형성되고, 상기 베이스부 상에 소정 간격으로 배치되는 복수의 조립 전극들; 상기 조립 전극들을 덮도록 상기 베이스부에 적층되는 유전체층; 및 상기 조립 전극의 일부와 오버랩 되도록 상기 조립 전극의 연장 방향을 따라 소정 간격으로 반도체 발광소자가 안착되는 셀을 형성하면서 상기 유전체층에 적층되는 격벽을 포함하고, 상기 조립 전극들은 상기 베이스부 상의 서로 다른 평면 상에 배치되는 제1전극들 및 제2전극들로 이루어지며, 상기 제1전극들은 상기 베이스부의 일면에 배치되고, 상기 제2전극들은 상기 유전체층의 일면에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

디스플레이 장치 제조를 위한 기판 및 디스플레이 장치의 제조방법
본 발명은 디스플레이 장치 제조방법에 사용되는 조립 기판 및 수 내지 수십 ㎛ 크기를 갖는 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법에 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.
한편, 자가조립 방식에는 반도체 발광소자를 배선이 형성된 최종 기판 (또는 배선 기판)에 직접 조립하는 방식 및 반도체 발광소자를 조립 기판에 조립한 후 추가 전사 공정을 통해 최종 기판으로 전사하는 방식이 있다. 최종 기판에 직접 조립하는 방식은 공정 측면에서 효율적이며, 조립 기판을 이용하는 경우에는 자가조립을 위한 구조를 제한없이 추가할 수 있는 점에서 장점이 있어 두 방식이 선택적으로 사용되고 있다.
본 발명의 일 목적은, 전기장 및 자기장을 이용하여 반도체 발광소자를 조립 기판에 안착시키는 자가조립 방식에 있어서, 서로 다른 극성의 전압 신호가 인가되는 조립 전극들을 서로 다른 평면 상에 배치하여 전극 간의 단락을 방지함으로써 반도체 발광소자의 조립율을 향상시킬 수 있는 구조가 구현된 조립 기판 및 디스플레이 장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 일 목적은, 서로 다른 극성의 전압 신호가 인가되는 조립 전극들이 서로 다른 평면 상에서 서로 교차하도록 배치하여 반도체 발광소자의 선택적인 조립이 가능한 조립 기판 및 디스플레이 장치의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기장 및 자기장을 이용하여 반도체 발광소자들을 조립 기판의 기 설정된 위치로 안착시키는 디스플레이 제조방법에 사용되는 조립 기판에 있어서, 상기 조립 기판은, 베이스부; 일 방향으로 연장 형성되고, 상기 베이스부 상에 소정 간격으로 배치되는 복수의 조립 전극들; 상기 조립 전극들을 덮도록 상기 베이스부에 적층되는 유전체층; 및 상기 조립 전극의 일부와 오버랩 되도록 상기 조립 전극의 연장 방향을 따라 소정 간격으로 반도체 발광소자가 안착되는 셀을 형성하면서 상기 유전체층에 적층되는 격벽을 포함하고, 상기 조립 전극들은 상기 베이스부 상의 서로 다른 평면 상에 배치되는 제1전극들 및 제2전극들로 이루어지며, 상기 제1전극들은 상기 베이스부의 일면에 배치되고, 상기 제2전극들은 상기 유전체층의 일면에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예 있어서, 상기 유전체층은, 상기 제1전극들을 덮도록 형성되며, 상기 제2전극들이 배치되는 제1유전체층; 및 상기 제2전극들 및 상기 제1 유전체층을 덮도록 형성되며, 상기 격벽이 적층되는 제2유전체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1전극들 및 상기 제2전극들 중 적어도 어느 하나는, 동일 평면 상에 배치된 인접한 전극들 간 평행하게 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1전극들과 상기 제2전극들은 서로 평행하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1전극들 및 상기 제2전극들은 서로 직교하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1전극들 및 상기 제2전극들 중 어느 하나는, 상기 제2전극들 또는 제1전극들과 평행한 방향으로 돌출된 복수의 돌출부들을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 돌출부는 상기 각각의 셀에 대응하여 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1전극들과 상기 제2전극들은, 서로에 대하여 평행하는 부분이 교대로 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치의 제조방법은 조립 기판을 조립위치로 이송하고, 자성체를 구비하는 복수의 반도체 발광소자들을 유체 챔버 내 투입하는 단계; 상기 유체 챔버 내 투입된 상기 반도체 발광소자들이 일방향을 따라 이동하도록 상기 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 단계; 상기 반도체 발광소자들이 이동하는 과정에서 상기 조립 기판 상의 기 설정된 위치에 안착되도록 전기장을 가하여 상기 반도체 발광소자들을 상기 기 설정된 위치로 유도하는 단계; 및 상기 조립 기판에 안착된 상기 반도체 발광소자들을 배선이 형성된 최종 기판으로 전사시키는 단계를 포함하고, 상기 조립 기판은, 전기장을 형성하기 위한 조립 전극으로 서로 다른 평면 상에 형성되는 제1전극 및 제2전극을 포함하며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극에는 서로 다른 극성의 전압 신호가 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1전극들 및 상기 제2전극들은 서로 평행하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1전극들 및 상기 제2전극들은 서로 교차하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자가 안착되는 기 설정된 위치는, 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 일부와 오버랩 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조립 기판에 형성된 조립 전극들 중 서로 다른 극성의 전압 신호를 인가받는 제1전극 및 제2전극이 서로 다른 평면 상에 배치되어 전극 단락을 방지할 수 있으며, 반도체 발광소자의 조립률을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1전극 및 제2전극이 서로 다른 평면 상에 배치되므로 반도체 발광소자의 조립률을 향상시킬 수 있는 다양한 조립 전극 구조의 구현이 가능하며, 특히, 제1전극 및 제2전극이 서로 교차하도록 배치된 경우, 특정 셀에 반도체 발광소자를 선택적으로 조립시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A부분의 부분 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 발명에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 6의 자가조립 장치의 블록 다이어그램이다.
도 8a 내지 도 8e는 도 6의 자가조립 장치를 이용하여 반도체 발광소자를 자가조립 하는 공정을 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 8a 내지 도 8e의 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 자가조립 공정 후 반도체 발광소자가 전사되는 모습을 나타내는 개념도들이다.
도 11 내지 도 13은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자를 포함하는 디스플레이 장치의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 14는 종래 조립 기판의 구조를 나타낸 도면이다.
도 15는 조립 전극 사이에 형성되는 전기장의 형태를 설명하는 개념도이다.
도 16은 종래 조립 기판에 형성된 조립 전극이 단락된 상태를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 기판의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립 기판에 형성된 조립 전극의 구조를 나타낸 도면이다.
도 19a 및 도 19b는 도 18에 따른 조립 기판의 단면도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립 기판에 형성된 조립 전극의 구조를 나타낸 도면이다.
도 21a 내지 도 21f는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 기판을 제조하는 과정을 순차적으로 나타낸 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 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A 부분의 부분 확대도이고, 도 3은 도 2의 반도체 발광소자의 확대도이며, 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 모듈의 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 개별화소로서 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 100마이크로 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 발광 소자(150)는 수직형 구조가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 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.
이러한 수직형 반도체 발광 소자는 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 배선기판의 p전극과 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(152)은 반도체 발광소자의 상측에서 n전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(150)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다른 예로서 도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입 (flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
이러한 예로서, 상기 반도체 발광 소자(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 배선기판의 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 발광 소자로 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 GaN 이 될 수 있다. 다만, 적색 반도체 발광소자의 경우에는, 상기 p형 반도체층은 P-type GaAs이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaAs 가 될 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체층은 p 전극 쪽은 Mg가 도핑된 P-type GaN이고, n형 반도체층은 n 전극 쪽은 Si가 도핑된 N-type GaN 인 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 단위화소가 고정세로 배열될 수 있으며, 이를 통하여 고화질의 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에서는 웨이퍼 상에서 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 여러개의 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 발광 소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
본 명세서에서는, 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다. 또한, 수평형 반도체 발광소자를 자가조립 하는 방식에 대하여 예시하나, 이는 수직형 반도체 발광소자를 자가조립 하는 방식에도 적용가능하다.
먼저, 제조방법에 의하면, 성장기판(159)에 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154), 제2 도전형 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 제2 도전형 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 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 상기 활성층이 존재하는 경우를 예시하나, 전술한 바와 같이 경우에 따라 상기 활성층이 없는 구조도 가능하다. 이러한 예로서, 상기 p형 반도체층은 Mg가 도핑된 P-type GaN이고, n형 반도체층은 n 전극 쪽은 Si가 도핑된 N-type GaN 인 경우가 될 수 있다.
성장기판(159)(웨이퍼)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 성장기판(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, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층 (155)의 적어도 일부를 제거하여 복수의 반도체 발광소자를 형성한다(도 5b).
보다 구체적으로, 복수의 발광소자들이 발광 소자 어레이를 형성하도록, 아이솔레이션(isolation)을 수행한다. 즉, 제1도전형 반도체층(153), 활성층 (154) 및 제2 도전형 반도체층(155)을 수직방향으로 식각하여 복수의 반도체 발광소자를 형성한다.
만약, 수평형 반도체 발광소자를 형성하는 경우라면, 상기 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층(155)은 수직방향으로 일부가 제거되어, 상기 제1도전형 반도체층(153)이 외부로 노출되는 메사 공정과, 이후에 제1도전형 반도체층을 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 전극)를 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 반도체층과 제2도전형 반도체층이 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(1059)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, 표면 장력 등을 이용하여 상기 반도체 발광소자들이 상기 기판(1061)에 스스로 조립되도록 한다. 이 경우에, 상기 기판은 조립기판(161)이 될 수 있다.
다른 예로서, 상기 조립기판(161) 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 기판이 조립기판(161)으로서 구비되어 반도체 발광소자들(1050)이 안착되는 것을 예시한다.
반도체 발광소자들(150)이 조립 기판(161)에 안착하는 것이 용이하도록, 상기 조립 기판(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 얼라인되는 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 발광소자들이 어레이된 후에, 상기 조립기판(161)의 반도체 발광소자들을 배선기판으로 전사하면, 대면적의 전사가 가능하게 된다. 따라서, 상기 조립기판(161)은 임시기판으로 지칭될 수 있다.
한편, 상기에서 설명된 자가조립 방법은 대화면 디스플레이의 제조에 적용하려면, 전사수율을 높여야만 한다. 본 발명에서는 전사수율을 높이기 위하여, 중력이나 마찰력의 영향을 최소화하고, 비특이적 결합을 막는 방법과 장치를 제안한다.
이 경우, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 반도체 발광소자에 자성체를 배치시켜 자기력을 이용하여 반도체 발광소자를 이동시키고, 이동과정에서 전기장을 이용하여 상기 반도체 발광소자를 기 설정된 위치에 안착시킨다. 이하에서는, 이러한 전사 방법과 장치에 대하여 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치의 일 예를 나타내는 개념도이고, 도 7은 도 6의 자가조립 장치의 블록 다이어그램이다. 또한, 도 8a 내지 도 8d는 도 6의 자가조립 장치를 이용하여 반도체 발광소자를 자가조립 하는 공정을 나타내는 개념도이며, 도 9는 도 8a 내지 도 8d의 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 및 도 7의 도시에 의하면, 본 발명의 자가조립 장치(160)는 유체 챔버(162), 자석(163) 및 위치 제어부(164)를 포함할 수 있다.
상기 유체 챔버(162)는 복수의 반도체 발광소자들을 수용하는 공간을 구비한다. 상기 공간에는 유체가 채워질 수 있으며, 상기 유체는 조립용액으로서 물 등을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 유체 챔버(162)는 수조가 될 수 있으며, 오픈형으로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 유체 챔버(162)는 상기 공간이 닫힌 공간으로 이루어지는 클로즈형이 될 수 있다.
상기 유체 챔버(162)에는 기판(161)이 상기 반도체 발광소자들(150)이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(161)은 이송부에 의하여 조립위치로 이송되며, 상기 이송부는 기판이 장착되는 스테이지(165)를 구비할 수 있다. 상기 스테이지(165)가 제어부에 의하여 위치조절되며, 이를 통하여 상기 기판(161)은 상기 조립위치로 이송될 수 있다.
이 때에, 상기 조립위치에서 상기 기판(161)의 조립면이 상기 유체 챔버(150)의 바닥을 향하게 된다. 도시에 의하면, 상기 기판(161)의 조립면은 상기 유체 챔버(162)내의 유체에 잠기도록 배치된다. 따라서, 상기 반도체 발광소자(150)는 상기 유체내에서 상기 조립면으로 이동하게 된다.
상기 기판(161)은 전기장 형성이 가능한 조립기판으로서, 베이스부(161a), 유전체층(161b) 및 복수의 전극들(161c)을 포함할 수 있다.
상기 베이스부(161a)는 절연성 있는 재질로 이루어지며, 상기 복수의 전극들(161c)은 상기 베이스부(161a)의 일면에 패턴된 박막 또는 후막 bi-planar 전극이 될 수 있다. 상기 전극(161c)은 예를 들어, Ti/Cu/Ti의 적층, Ag 페이스트 및 ITO 등으로 형성될 수 있다.
상기 유전체층(161b)은, SiO2, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, HfO2 등의 무기 물질로 이루어질 있다. 이와 다르게, 유전체층(161b)은, 유기 절연체로서 단일층이거나 멀티층으로 구성될 수 있다. 유전체층(161b)의 두께는, 수십 nm~수μ￥μm의 두께로 이루어질 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 기판(161)은 격벽에 의하여 구획되는 복수의 셀들(161d)을 포함한다. 셀들(161d)은, 일방향을 따라 순차적으로 배치되며, 폴리머(polymer) 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 셀들(161d)을 이루는 격벽(161e)은, 이웃하는 셀들(161d)과 공유되도록 이루어진다. 상기 격벽 (161e)은 상기 베이스부(161a)에서 돌출되며, 상기 격벽(161e)에 의하여 상기 셀들(161d)이 일방향을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 셀들(161d)은 열과 행 방향으로 각각 순차적으로 배치되며, 매트릭스 구조를 가질 수 있다.
셀들(161d)의 내부는, 도시와 같이, 반도체 발광소자(150)를 수용하는 홈을 구비하며, 상기 홈은 상기 격벽(161e)에 의하여 한정되는 공간이 될 수 있다. 상기 홈의 형상은 반도체 발광소자의 형상과 동일 또는 유사할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자가 사각형상인 경우, 홈은 사각형상일 수 있다. 또한, 비록 도시되지는 않았지만, 반도체 발광소자가 원형인 경우, 셀들 내부에 형성된 홈은, 원형으로 이루어질 수 있다. 나아가, 셀들 각각은, 단일의 반도체 발광소자를 수용하도록 이루어진다. 즉, 하나의 셀에는, 하나의 반도체 발광소자가 수용된다.
한편, 복수의 전극들(161c)은 각각의 셀들(161d)의 바닥에 배치되는 복수의 전극라인을 구비하며, 상기 복수의 전극라인은 이웃한 셀로 연장되도록 이루어질 수 있다.
상기 복수의 전극들(161c)은 상기 셀들(161d)의 하측에 배치되며, 서로 다른 극성이 각각 인가되어 상기 셀들(161d) 내에 전기장을 생성한다. 상기 전기장 형성을 위하여, 상기 복수의 전극들(161c)을 상기 유전체층이 덮으면서, 상기 유전체층이 상기 셀들(161d)의 바닥을 형성할 수 있다. 이런 구조에서, 각 셀들(161d)의 하측에서 한 쌍의 전극(161c)에 서로 다른 극성이 인가되면 전기장이 형성되고, 상기 전기장에 의하여 상기 셀들(161d) 내부로 상기 반도체 발광소자가 삽입될 수 있다.
상기 조립위치에서 상기 기판(161)의 전극들은 전원공급부(171)와 전기적으로 연결된다. 상기 전원공급부(171)는 상기 복수의 전극에 전원을 인가하여 상기 전기장을 생성하는 기능을 수행한다.
도시에 의하면, 상기 자가조립 장치는 상기 반도체 발광소자들에 자기력을 가하기 위한 자석(163)을 구비할 수 있다. 상기 자석(163)은 상기 유체 챔버(162)와 이격 배치되어 상기 반도체 발광소자들(150)에 자기력을 가하도록 이루어진다. 상기 자석(163)은 상기 기판(161)의 조립면의 반대면을 마주보도록 배치될 수 있으며, 상기 자석(163)과 연결되는 위치 제어부(164)에 의하여 상기 자석의 위치가 제어된다.
상기 자석(163)의 자기장에 의하여 상기 유체내에서 이동하도록, 상기 반도체 발광소자(1050)는 자성체를 구비할 수 있다.
도 9를 참조하면, 자성체를 구비하는 반도체 발광 소자는 제1도전형 전극(1052) 및 제2도전형 전극(1056), 상기 제1도전형 전극(1052)이 배치되는 제1도전형 반도체층(1053), 상기 제1도전형 반도체층(1052)과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극(1056)이 배치되는 제2도전형 반도체층(1055), 그리고 상기 제1 및 제2도전형 반도체층(1053, 1055) 사이에 배치되는 활성층(1054)을 포함할 수 있다.
여기에서, 제1도전형은 p형이고, 제2도전형은 n형으로 구성될 수 있으며, 그 반대로도 구성될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 활성층이 없는 반도체 발광소자가 될 수 있다.
한편, 본 발명에서, 상기 제1도전형 전극(1052)는 반도체 발광소자의 자가조립 등에 의하여, 반도체 발광소자가 배선기판에 조립된 이후에 생성될 수 있다. 또한, 본 발명에서, 상기 제2도전형 전극(1056)은 상기 자성체를 포함할 수 있다. 자성체는 자성을 띄는 금속을 의미할 수 있다. 상기 자성체는 Ni, SmCo 등이 될 수 있으며, 다른 예로서 Gd 계, La계 및 Mn계 중 적어도 하나에 대응되는 물질을 포함할 수 있다.
자성체는 입자 형태로 상기 제2도전형 전극(1056)에 구비될 수 있다. 또한, 이와 다르게, 자성체를 포함한 도전형 전극은, 도전형 전극의 일 레이어가 자성체로 이루어질 수 있다. 이러한 예로서, 도 9에 도시된 것과 같이, 반도체 발광소자(1050)의 제2도전형 전극(1056)은, 제1층(1056a) 및 제2층(1056b)을 포함할 수 있다. 여기에서, 제1층(1056a)은 자성체를 포함하도록 이루어질 수 있고, 제2층(1056b)는 자성체가 아닌 금속소재를 포함할 수 있다.
도시와 같이, 본 예시에서는 자성체를 포함하는 제1층(1056a)이, 제2 도전형 반도체층(1055)과 맞닿도록 배치될 수 있다. 이 경우, 제1층(1056a)은, 제2층(1056b)과 제2도전형 반도체층(1055) 사이에 배치된다. 상기 제2층 (1056b)은 배선기판의 제2전극과 연결되는 컨택 메탈이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 자성체는 상기 제1도전형 반도체층의 일면에 배치될 수 있다.
다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 보다 구체적으로, 상기 자가조립 장치는 상기 유체 챔버의 상부에 x,y,z 축으로 자동 또는 수동으로 움직일 수 있는 자석 핸들러를 구비하거나, 상기 자석(163)을 회전시킬 수 있는 모터를 구비할 수 있다. 상기 자석 핸들러 및 모터는 상기 위치 제어부(164)를 구성할 수 있다. 이를 통하여, 상기 자석(163)은 상기 기판(161)과 수평한 방향, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하게 된다.
한편, 상기 유체 챔버(162)에는 광투과성의 바닥판(166)이 형성되고, 상기 반도체 발광소자들은 상기 바닥판(166)과 상기 기판(161)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 바닥판(166)을 통하여 상기 유체 챔버(162)의 내부를 모니터링하도록, 이미지 센서(167)가 상기 바닥판(166)을 바라보도록 배치될 수 있다. 상기 이미지 센서(167)는 제어부(172)에 의하여 제어되며, 기판(161)의 조립면을 관찰할 수 있도록 inverted type 렌즈 및 CCD 등을 구비할 수 있다.
상기에서 설명한 자가조립 장치는 자기장과 전기장을 조합하여 이용하도록 이루어지며, 이를 이용하면, 상기 반도체 발광소자들이 상기 자석의 위치변화에 의하여 이동하는 과정에서 전기장에 의하여 상기 기판의 기설정된 위치에 안착될 수 있다. 이하, 상기에서 설명한 자기조립 장치를 이용한 조립과정에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 도 5a 내지 도 5c에서 설명한 과정을 통하여 자성체를 구비하는 복수의 반도체 발광소자들(1050)을 형성한다. 이 경우에, 도 5c의 제2도전형 전극을 형성하는 과정에서, 자성체를 상기 반도체 발광소자에 증착할 수 있다.
다음으로, 기판(161)을 조립위치로 이송하고, 상기 반도체 발광소자들 (1050)을 유체 챔버(162)에 투입한다(도 8a).
전술한 바와 같이, 상기 기판(161)의 조립위치는 상기 기판(161)의 상기 반도체 발광소자들(1050)이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 상기 유체 챔버(162)에 배치되는 위치가 될 수 있다.
이 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050) 중 일부는 유체 챔버(162)의 바닥에 가라앉고 일부는 유체 내에 부유할 수 있다. 상기 유체 챔버(162)에 광투과성의 바닥판(166)이 구비되는 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050) 중 일부는 바닥판(166)에 가라앉을 수 있다.
다음으로, 상기 유체 챔버(162) 내에서 상기 반도체 발광소자들(1050)이 수직방향으로 떠오르도록 상기 반도체 발광소자들(1050)에 자기력을 가한다(도 8b).
상기 자가조립 장치의 자석(163)이 원위치에서 상기 기판(161)의 조립면의 반대면으로 이동하면, 상기 반도체 발광소자들(1050)은 상기 기판(161)을 향하여 상기 유체 내에서 떠오르게 된다. 상기 원위치는 상기 유체 챔버(162)로부터 벗어난 위치가 될 수 있다. 다른 예로서, 상기 자석(163)이 전자석으로 구성될 수 있다. 이 경우에는 전자석에 전기를 공급하여 초기 자기력을 생성하게 된다.
한편, 본 예시에서, 상기 자기력의 크기를 조절하면 상기 기판(161)의 조립면과 상기 반도체 발광소자들(1050)의 이격거리가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 발광소자들(1050)의 무게, 부력 및 자기력을 이용하여 상기 이격거리를 제어한다. 상기 이격거리는 상기 기판의 최외각으로부터 수 밀리미터 내지 수십 마이크로미터가 될 수 있다.
다음으로, 상기 유체 챔버(162) 내에서 상기 반도체 발광소자들(1050)이 일방향을 따라 이동하도록, 상기 반도체 발광소자들(1050)에 자기력을 가한다. 예를 들어, 상기 자석(163)을 상기 기판과 수평한 방향, 시계방향 또는 반시계방향으로 이동한다(도 8c). 이 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050)은 상기 자기력에 의하여 상기 기판(161)과 이격된 위치에서 상기 기판(161)과 수평한 방향으로 따라 이동하게 된다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자들(1050)이 이동하는 과정에서 상기 기판(161)의 기설정된 위치에 안착되도록, 전기장을 가하여 상기 반도체 발광소자들(1050)을 상기 기설정된 위치로 유도하는 단계가 진행된다(도 8c). 예를 들어, 상기 반도체 발광소자들(1050)이 상기 기판(161)과 수평한 방향으로 따라 이동하는 도중에 상기 전기장에 의하여 상기 기판(161)과 수직한 방향으로 이동하여 상기 기판(161)의 기설정된 위치에 안착된다.
보다 구체적으로, 기판(161)의 bi-planar 전극에 전원을 공급하여 전기장을 생성하고, 이를 이용하여 기설정된 위치에서만 조립이 되도록 유도한게 된다. 즉 선택적으로 생성한 전기장을 이용하여, 반도체 발광소자들(1050)이 상기 기판(161)의 조립위치에 스스로 조립되도록 한다. 이를 위하여, 상기 기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(1050)이 끼워지는 셀들이 구비될 수 있다.
이후에, 상기 기판(161)의 언로딩 과정이 진행되며, 조립 공정이 완료된다. 상기 기판(161)이 조립 기판인 경우에, 전술한 바와 같이 어레인된 반도체 발광소자들을 배선기판으로 전사하여 디스플레이 장치를 구현하기 위한 후공정이 진행될 수 있다.
한편, 상기 반도체 발광소자들(1050)을 상기 기설정된 위치로 유도한 후에, 상기 유체 챔버(162) 내에 남아있는 반도체 발광소자들(1050)이 상기 유체 챔버(162)의 바닥으로 떨어지도록 상기 자석(163)을 상기 기판(161)과 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다(도 8d). 다른 예로서, 상기 자석(163)이 전자석인 경우에 전원공급을 중단하면, 상기 유체 챔버(162) 내에 남아있는 반도체 발광소자들(1050)이 상기 유체 챔버(162)의 바닥으로 떨어지게 된다.
이후에, 상기 유체 챔버(162)의 바닥에 있는 반도체 발광소자들(1050)을 회수하면, 상기 회수된 반도체 발광소자들(1050)의 재사용이 가능하게 된다.
상기에서 설명된 자가조립 장치 및 방법은 fluidic assembly에서 조립 수율을 높이기 위해 자기장을 이용하여 먼거리의 부품들을 미리 정해진 조립 사이트 근처에 집중시키고, 조립 사이트에 별도 전기장을 인가하여 조립 사이트에만 선택적으로 부품이 조립되도록 한다. 이때 조립기판을 수조 상부에 위치시키고 조립면이 아래로 향하도록 하여 부품의 무게에 의한 중력 영향을 최소화하면서 비특이적 결합을 막아 불량을 제거한다. 즉, 전사수율을 높이기 위해 조립 기판을 상부에 위치시켜 중력이나 마찰력 영향을 최소화하며, 비특이적 결합을 막는다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 개별화소를 반도체 발광소자로 형성하는 디스플레이 장치에서, 다량의 반도체 발광소자를 한번에 조립할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 작은 크기의 웨이퍼 상에서 반도체 발광소자를 다량으로 화소화시킨 후 대면적 기판으로 전사시키는 것이 가능하게 된다. 이를 통하여, 저렴한 비용으로 대면적의 디스플레이 장치를 제작하는 것이 가능하게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 자가 조립 공정의 수율 및 자가 조립 이후 공정 수율을 높이기 위한 조립 기판의 구조 및 방법을 제공한다. 본 발명은 상기 기판(161)이 조립 기판으로 사용될 때로 한정된다. 즉, 후술할 조립 기판은 디스플레이 장치의 배선 기판으로 사용되는 것이 아니다. 이에, 이하에서는 상기 기판(161)을 조립 기판(161)이라 칭한다.
본 발명은 두 가지 관점에서 공정 수율을 향상시킨다. 첫 번째, 본 발명은 원하지 않는 위치에 전기장이 강하게 형성되어, 반도체 발광소자가 원하지 않는 위치에 안착되는 것을 방지한다. 두 번째, 본 발명은 조립 기판에 안착된 반도체 발광소자들을 다른 기판으로 전사할 때, 반도체 발광소자가 조립 기판 상에 잔류하는 것을 방지한다.
상술한 해결과제는 서로 다른 구성 요소에 의해 개별적으로 달성되는 것이 아니다. 상술한 두 가지 해결과제는 후술할 구성요소와 기 설명한 조립 기판 (161)의 유기적인 결합에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 자가 조립 후 디스플레이 장치를 제조하기 위한 후공정에 대하여 설명한다.
도 10a 내지 10c는 본 발명에 따른 자가 조립 공정 후 반도체 발광소자가 전사되는 모습을 나타내는 개념도들이다.
도 8a 내지 8e에서 설명한 자가 조립 공정이 종료되면, 조립 기판(161)의 기설정된 위치에는 반도체 발광소자들이 안착된 상태가 된다. 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들은 적어도 한 번 다른 기판으로 전사된다. 본 명세서에서는 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들이 2회 전사되는 일 실시 예에 대하여 설명하지만 이에 한정되지 않고, 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들은 1회 또는 3회 이상 다른 기판으로 전사될 수 있다.
한편, 자가 조립 공정이 종료된 직후에는 조립 기판(161)의 조립면이 하측 방향(또는 중력 방향)을 향하고 있는 상태이다. 자가 조립 후 공정을 위해 상기 조립 기판(161)은 반도체 발광소자가 안착된 상태로 180도 뒤집어질 수 있다. 이 과정에서 반도체 발광소자가 조립 기판(161)으로부터 이탈할 위험이 있기 때문에, 상기 조립 기판(161)을 뒤집는 동안 상기 복수의 전극들(161c, 이하 조립 전극들)에는 전압이 인가되어야 한다. 상기 조립 전극들간에 형성되는 전기장은 상기 조립 기판(161)이 뒤집어지는 동안 반도체 발광소자가 조립 기판(161)으로부터 이탈하는 것을 방지한다.
자가 조립 공정 후 조립 기판(161)을 180도로 뒤집으면 도 10a와 같은 형상이 된다. 구체적으로, 도 10a와 같이, 조립 기판(161)의 조립면은 상측(또는 중력의 반대 방향)을 향하는 상태가 된다. 이 상태에서, 전사 기판(400)이 상기 조립 기판(161) 상측에 얼라인 된다.
상기 전사 기판(400)은 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들을 이탈시켜 배선 기판으로 전사하기 위한 기판이다. 상기 전사 기판 (400)은 PDMS(polydimethylsiloxane) 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전사 기판(400)은 PDMS 기판으로 지칭될 수 있다.
상기 전사 기판(400)은 상기 조립 기판(161)에 얼라인된 후 상기 조립 기판(161)에 압착된다. 이후, 상기 전사 기판(400)을 상기 조립 기판(161)의 상측으로 이송하면, 전사 기판(400)의 부착력에 의하여, 조립 기판(161)에 배치된 반도체 발광소자들(350)은 상기 전사 기판(400)으로 이동하게 된다.
이를 위해, 상기 반도체 발광소자(350)와 전사 기판(400)간의 표면 에너지는 상기 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간의 표면 에너지보다 높아야 한다. 상기 반도체 발광소자(350)와 전사 기판(400)간의 표면 에너지와 상기 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간의 표면 에너지의 차이가 클수록, 반도체 발광소자(350)가 조립 기판(161)으로부터 이탈될 확률이 높아지므로, 상기 두 표면 에너지의 차이는 클수록 바람직하다.
한편, 상기 전사 기판(400)을 상기 조립 기판(161)에 압착시킬 때, 전사 기판(400)에 의해 가해지는 압력이 반도체 발광소자(350)에 집중되도록, 상기 전사 기판(400)은 복수의 돌기부(410)를 포함할 수 있다. 상기 돌기부(410)는 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들과 동일한 간격으로 형성될 수 있다. 상기 돌기부(410)가 상기 반도체 발광소자들(350)과 오버랩되도록 얼라인 한 후, 상기 전사 기판(400)을 조립 기판(161)에 압착시킬 경우, 전사 기판 (400)에 의한 압력이 반도체 발광소자들(350)에만 집중될 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 반도체 발광소자가 조립 기판(161)으로부터 이탈될 확률을 증가시킨다.
한편, 상기 반도체 발광소자들이 상기 조립 기판(161)에 안착된 상태에서 반도체 발광소자의 일부는 홈 외부로 노출되는 것이 바람직하다. 반도체 발광소자들(350)이 홈 외부로 노출되지 않는 경우, 전사 기판(400)에 의한 압력이 반도체 발광소자들(350)에 집중되지 않아 반도체 발광소자(350)가 조립 기판(161)으로부터 이탈할 확률이 낮아질 수 있다.
마지막으로, 도 10c를 참조하면, 상기 전사 기판(400)을 배선 기판(500)에 압착시켜, 반도체 발광소자들(350)을 상기 전사 기판(400)에서 상기 배선 기판 (500)으로 전사시키는 단계가 진행된다. 이때, 상기 배선 기판(500)에는 돌출부(510)가 형성될 수 있다. 상기 전사 기판(400)에 배치된 반도체 발광소자들(350)과 상기 돌출부(510)가 오버랩되도록, 상기 전사 기판(400)과 상기 배선 기판(500)을 얼라인 시킨다. 이후, 상기 전사 기판(400)과 상기 배선 기판(500)을 압착시킬 경우, 상기 돌출부(510)로 인하여 상기 반도체 발광소자들(350)이 상기 전사 기판(400)으로부터 이탈할 확률이 증가할 수 있다.
한편, 전사 기판(400)에 배치된 반도체 발광소자들(350)이 배선 기판 (500)으로 전사되기 위해서는, 상기 반도체 발광소자(350)와 상기 배선 기판(500) 간의 표면 에너지가 상기 반도체 발광소자(350)와 전사 기판(400)간의 표면 에너지보다 높아야 한다. 상기 반도체 발광소자(350)와 상기 배선 기판 (500) 간의 표면 에너지와 상기 반도체 발광소자(350)와 전사 기판(400)간의 표면 에너지의 차이가 클수록, 반도체 발광소자(350)가 전사 기판(400)으로부터 이탈될 확률이 높아지므로, 상기 두 표면 에너지의 차이는 클수록 바람직하다.
상기 배선 기판(500)으로 상기 전사 기판(400)에 배치된 반도체 발광소자를(350) 모두 전사한 후, 상기 반도체 발광소자들(350)과 배선 기판에 형성된 배선 전극 간에 전기적 연결을 형성하는 단계가 진행될 수 있다. 상기 배선 전극의 구조 및 전기적 연결을 형성하는 방법은 반도체 발광소자(350)의 종류에 따라 달라질 수 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 상기 배선 기판(500)에는 이방성 전도성 필름이 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 전사 기판(400)과 상기 배선 기판(500)을 압착시키는것 만으로 반도체 발광소자들(350)과 배선 기판(500)에 형성된 배선 전극들간에 전기적 연결이 형성될 수 있다.
한편, 서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하는 경우, 도 10a 내지 10c에서 설명한 방법은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이하, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 11 내지 13은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들은 서로 다른 조립 기판에 개별적으로 조립될 수 있다. 구체적으로, 상기 조립 기판(161)은 제1색을 발광하는 반도체 발광소자들이 안착되는 제1조립 기판, 상기 제1색과 다른 제2색을 발광하는 반도체 발광소자들이 안착되는 제2조립 기판, 상기 제1색 및 제2색과 다른 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들이 안착되는 제3조립 기판을 포함할 수 있다. 각각의 조립 기판에는 도 8a 내지 8e에서 설명한 방법에 따라, 서로 다른 종류의 반도체 발광소자들이 조립된다. 예를 들어, 제1 내지 제3조립 기판 각각에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자 각각이 조립될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 내지 제3조립 기판(RED TEMPLATE, GREEN TEMPLATE, BLUE TEMPLATE) 각각에 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각이 조립될 수 있다. 이 상태에서, 상기 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각은 서로 다른 전사 기판에 의해 배선 기판으로 전사될 수 있다.
구체적으로, 조립 기판에 안착된 반도체 발광소자들을 배선 기판으로 전사하는 단계는, 상기 제1조립 기판(RED TEMPLATE)에 제1전사 기판 (스탬프(R))을 압착시켜, 상기 제1색을 발광하는 반도체 발광소자들(RED 칩)을 상기 제1조립 기판(RED TEMPLATE)에서 상기 제1전사 기판(스탬프(R))으로 전사시키는 단계, 상기 제2조립 기판(GREEN TEMPLATE)에 제2전사 기판 (스탬프(G))을 압착시켜, 상기 제2색을 발광하는 반도체 발광소자들(GREEN 칩)을 상기 제2조립 기판(GREEN TEMPLATE)에서 상기 제2전사 기판(스탬프(G))으로 전사시키는 단계 및 상기 제3조립 기판(BLUE TEMPLATE)에 제3전사 기판 (스탬프(B))을 압착시켜, 상기 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들(BLUE 칩)을 상기 제3조립 기판(BLUE TEMPLATE)에서 상기 제3전사 기판(스탬프(B))으로 전사시키는 단계를 포함할 수 있다.
이후, 상기 제1 내지 제3전사 기판 각각을 상기 배선 기판에 압착시켜, 상기 제1 내지 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들을 상기 제1 내지 제3전사 기판 각각에서 상기 배선 기판으로 전사시키는 단계가 진행된다.
도 11에 따른 제조방법에 따르면, RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하기 위해 세 종류의 조립 기판 및 세 종류의 전사 기판을 필요로 한다.
이와 달리, 도 12를 참조하면, 제1 내지 제3조립 기판(RED TEMPLATE, GREEN TEMPLATE, BLUE TEMPLATE) 각각에 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각이 조립될 수 있다. 이 상태에서, 상기 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각은 동일한 전사 기판에 의해 배선 기판으로 전사될 수 있다.
구체적으로, 상기 조립 기판 상에 안착된 반도체 발광소자들을 배선 기판으로 전사하는 단계는, 상기 제1조립 기판(RED TEMPLATE)에 전사 기판(RGB 통합 스탬프)을 압착시켜, 상기 제1색을 발광하는 반도체 발광소자들(RED 칩)을 상기 제1조립 기판(RED TEMPLATE)에서 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)으로 전사시키는 단계, 상기 제2조립 기판(GREEN TEMPLATE)에 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)을 압착시켜, 상기 제2색을 발광하는 반도체 발광소자들(GREEN 칩)을 상기 제2조립 기판(GREEN TEMPLATE)에서 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)으로 전사시키는 단계, 상기 제3조립 기판(BLUE TEMPLATE)에 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)을 압착시켜, 상기 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들(BLUE 칩)을 상기 제3조립 기판(BLUE TEMPLATE)에서 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)으로 전사시키는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 제1 내지 제3조립 기판 각각과 상기 전사 기판 간의 얼라인 위치가 서로 달라질 수 있다. 예를 들어, 조립 기판과 전사 기판 간의 얼라인이 완료되었을 때, 상기 제1조립 기판에 대한 상기 전사 기판의 상대적 위치와 상기 제2조립 기판에 대한 상기 전사 기판의 상대적 위치는 서로 다를 수 있다. 상기 전사 기판은 조립 기판의 종류가 바뀔 때마다, SUB PIXEL의 PITCH 만큼 얼라인 위치를 쉬프트할 수 있다. 이러한 방식을 통해, 상기 전사 기판을 상기 제1 내지 제3조립 기판에 순차적으로 압착시켰을 때, 세 종류의 칩이 모두 상기 전사 기판으로 전사되도록 할 수 있다.
이 후, 도 11과 마찬가지로, 상기 전사 기판을 상기 배선 기판에 압착시켜, 상기 제1 내지 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들을 상기 전사 기판에서 상기 배선 기판으로 전사시키는 단계가 진행된다.
도 12에 따른 제조방법에 따르면, RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하기 위해 세 종류의 조립 기판 및 한 종류의 전사 기판을 필요로 한다.
상술한 도 11 및 12와는 달리, 도 13에 따르면, 하나의 조립 기판(RGB 통합 TEMPLATE)에 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각이 조립될 수 있다. 이 상태에서, 상기 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각은 동일한 전사 기판(RGB 통합 스탬프)에 의해 배선 기판으로 전사될 수 있다.
도 13에 따른 제조방법에 따르면, RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하기 위해 한 종류의 조립 기판 및 한 종류의 전사 기판을 필요로 한다.
상술한 바와 같이, 서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하는 경우, 그 제조방법은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명은 전술한 자가조립 방식에 있어서, 전기장을 형성하기 위해 조립 기판에 형성된 조립 전극들 중 서로 다른 극성의 전압 신호를 인가받는 조립 전극들을 서로 다른 평면 상에 배치하여 전극 간 단락을 방지함으로써 반도체 발광소자의 자가조립률을 향상시킬 수 있는 구조를 갖는 조립 기판에 관한 것으로, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 도 14 내지 도 16을 참조하여 종래의 조립 기판 구조 및 자가조립 시 조립 기판에 형성되는 전기장의 형태에 대해 간략하게 설명한다.
도 14는 종래 조립 기판의 구조를 나타낸 도면이고, 도 15는 조립 전극 사이에 형성되는 전기장의 형태를 설명하는 개념도이고, 도 16은 종래 조립 기판에 형성된 조립 전극이 단락된 상태를 나타낸 도면이다.
조립 기판(161)은 디스플레이 장치의 제조방법에 사용되는 기판으로, 구체적으로 자가조립을 통한 디스플레이 장치의 제조방법에 사용되는 기판일 수 있다. 여기서, 자가조립은 전기장 및 자기장을 이용하여 반도체 발광소자들 (150)을 조립 기판(161)의 기 설정된 위치로 안착시키는 디스플레이 제조 방법일 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 반도체 발광소자(150)는 전기장 및 자기장에 의해 조립 기판(161)에 자가조립 될 수 있도록 자성체를 포함하는 반도체 발광소자를 의미할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이 종래의 조립 기판(161)은 베이스부(161a), 유전체층(161b), 복수의 조립 전극들(161c), 반도체 발광소자(150)가 안착되는 셀(161d) 및 격벽(161e)으로 이루어질 수 있다.
조립 전극들(161c)은 일 방향으로 연장 형성되어, 베이스부(161a) 상에 평행하게 배치될 수 있으며, 유전체층(161b)은 복수의 조립 전극들(161c)을 덮도록 베이스부(161a)에 적층될 수 있다.
유전체층(161b)에는 격벽(161e)이 적층될 수 있다. 격벽(161e)은 조립 전극(161c)의 일부와 오버랩 되도록 조립 전극(161c)의 연장 방향을 따라 소정 간격으로 반도체 발광소자(150)가 안착되는 셀(161d)을 형성하면서 적층될 수 있다.
한편, 외부에서 조립 전극(161c)으로 전압이 인가됨에 따라 셀(161d) 내부에는 도 15와 같이 전기장(E1)이 형성될 수 있으며, 반도체 발광소자 (150)는 전기장(E1)에 의해 셀(161d)에 안착될 수 있다. 전기장(E1)의 형성을 위해 인접한 조립 전극(161c)에는 서로 다른 극성의 전압 신호가 인가될 수 있으며, 이로써 인접한 조립 전극(161c) 사이의 영역에 전기장(E1)이 형성될 수 있다. 전기장(E1)은 조립 전극들(161c)과 가까울수록 강하게 형성되며, 조립 전극들 (161c)로부터 멀어질수록 약해진다.
조립 기판(161)은 조립 전극들(161c)이 형성된 조립면에 외부에서 전원이 인가됨에 따라 조립 전극들(161c)에 전압을 공급하는 전압 인가부(170)를 포함할 수 있다. 전압 인가부(170)는 전원 공급부(미도시)와 연결되어 전원이 인가되는 전극 패드와, 전극 패드 및 조립 전극들(161c)과 연결되어 조립 전극들(161c)에 전압을 공급하는 버스 라인을 포함할 수 있다.
전압 인가부(170)는 조립 전극들(161c)이 연장된 방향을 기준으로 양측에 각각 구비될 수 있다. 이 때, 일측에 구비된 전압 인가부(170a)(이하, 제1 전압 인가부)는 조립 전극들 (161c)에 (+) 신호의 전압을 인가하고, 타측에 구비된 전압 인가부(170b)(이하, 제2 전압 인가부)는 조립 전극들(161c)에 (-) 신호의 전압을 인가할 수 있다.
제1 전압 인가부(170a) 및 제2 전압 인가부(170b)는 서로 다른 조립 전극들(161c)과 선택적으로 연결될 수 있다. 즉, 하나의 조립 전극(161c)은 제1 전압 인가부(170a) 및 제2 전압 인가부(170b) 중 어느 하나와 연결되어 (+) 또는 (-) 극성의 전압 신호가 인가될 수 있다.
또한, 조립면에 전기장(E1) 형성을 위해 인접한 조립 전극(161c)은 서로 다른 전압 인가부(170)와 연결되어 서로 다른 극성의 전압 신호가 인가될 수 있다.
한편, 반도체 발광소자(150)는 전술한 자가조립을 위한 장치를 이용하여 조립 기판(200) 상에 조립될 수 있다. 이 때, 조립면은 반도체 발광소자(150)가 부유하고 있는 유체를 향하도록 배치될 수 있으며, 조립면 상에는 전기장(E1)이 형성되어 반도체 발광소자(150)를 조립면 측으로 유도할 수 있다. 이러한 조립 환경 하에서 조립면에는 미세 크기의 파티클(P)이 들러붙을 수 있으며, 파티클 (P)로 인해 인접한 조립 전극(161c) 간 단락이 발생하는 문제가 있었다. 한편, 전극 단락 발생 시 조립면 전체에 전기장(E1)이 형성되지 않게 되어 반도체 발광소자(150)의 조립률이 크게 저하되는 문제가 있었다.
이하에서는 도 17 내지 도 21을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 서로 다른 극성의 전압 신호가 인가되는 조립 전극이 서로 다른 평면 상에 배치되는 구조의 조립 기판 및 조립 기판의 제조 방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 기판의 단면도이고, 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립 기판에 형성된 조립 전극의 구조를 나타낸 도면이고, 도 19a 및 도 19b는 도 18에 따른 조립 기판의 단면도이고, 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립 기판에 형성된 조립 전극의 구조를 나타낸 도면이고, 도 21a 내지 도 21f는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 기판을 제조하는 과정을 순차적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 조립 기판(200)은 전술한 조립 기판(161)과 마찬가지로 반도체 발광소자(150)의 자가조립에 사용되는 기판일 수 있으며, 베이스부(210), 유전체층(220), 복수의 조립 전극들(230), 반도체 발광소자 (150)가 안착되는 셀(240) 및 격벽(250)을 포함하여 이루어질 수 있다.
복수의 조립 전극들(230)은 일 방향으로 연장 형성되어, 베이스부(210) 상에 소정 간격으로 배치될 수 있다.
유전체층(220)은 복수의 조립 전극들(230)을 덮도록 베이스부(210)에 적층될 수 있다. 유전체층(220)에는 격벽(250)이 적층될 수 있으며, 격벽(250)은 조립 전극(230)의 일부와 오버랩 되도록 조립 전극(230)의 연장 방향을 따라 소정 간격으로 반도체 발광소자(150)가 안착되는 셀(240)을 형성하면서 유전체층 (220)에 적층될 수 있다.
조립 전극들(230)에 전압이 인가됨에 따라 조립 전극(230)의 일부와 오버랩 되도록 형성된 셀(240) 내부에는 전기장(E1)이 형성될 수 있으며, 전기장 (E1)에 의해 반도체 발광소자(150)는 셀(240)에 안착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조립 전극들(230)은 베이스부(210) 상의 서로 다른 평면 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 의하면 조립 전극들 (230)은 배치되는 평면에 따라 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)으로 구분될 수 있으며, 제1전극(230a)은 베이스부(210)의 일면에 배치되고, 제2전극(230b)은 유전체층(220)의 일면에 배치될 수 있다(도 17 참조). 즉, 조립 기판(200)은 유전체층(220)에 의해 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)이 서로 분리된 구조를 가질 수 있다. 또한, 서로 분리된 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)에는 서로 다른 극성의 전압 신호가 인가될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유전체층(220)은 조립 전극들(230)을 서로 다른 평면 상에 배치하기 위해 2개의 층으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 유전체층(220)은 베이스부(210)의 일면에 배치된 제1전극들(230a)을 덮도록 형성되며, 제2전극들(230b)이 배치되는 제1유전체층(220a)과, 제2전극들 (230b) 및 제1유전체층(220a)을 덮도록 형성되며, 격벽(250)이 적층되는 제2 유전체층(220b)으로 이루어질 수 있다.
유전체층(220)은 제1전극(230a) 및 제2 전극(230b)을 분리시키기 위해 제1유전체층(220a) 및 제2유전체층(220b)으로 분리될 수 있으며, 제1유전체층 (220a) 및 제2유전체층(220b)의 기능(예: 절연 기능)은 동일할 수 있다.
이하에서는, 조립 전극(230)을 구성하는 제1전극들(230a) 및 제2전극들 (230b)의 다양한 실시예에 대하여 설명한다.
먼저, 제1전극들(230a) 및 제2전극들(230b) 중 적어도 어느 하나는 동일 평면 상에 배치된 인접한 전극들 간 평행하게 배치될 수 있다. 베이스부(210) 상에 배치된 제1전극들(230a)은 제1전극들(230a) 간에 서로 평행할 수 있으며, 제1유전체층(220a) 상에 배치된 제2전극들(230b)은 제2전극들(230b) 간에 서로 평행할 수 있다.
이 때, 일 실시예로, 제1전극들(230a) 및 제2전극들(230b)은 서로에 대하여 평행하게 배치될 수 있다(도 17). 즉, 서로 다른 평면 상에 배치된 제1 전극들(230a) 및 제2전극들(230b)은 서로 평행하도록 배치될 수 있다. 또한, 이와 같이 제1전극들(230a) 및 제2전극들(230b)이 서로 평행하는 경우, 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)은 교대로 배치될 수 있으며, 셀(240)은 제1 전극(230a) 및 제2전극(230b)의 일부와 오버랩 될 수 있다.
다른 실시예로, 제1전극들(230a) 및 제2전극들(230b)은 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 이하에서는, 제1전극(230a)과 교차하도록 형성된 제2전극 (230b)의 일부를 교차 라인(232b)이라고 한다.
제2전극들(230b)은 제1전극(230a)과 교차하도록 배치된 교차 라인 (232b)을 포함할 수 있으며, 교차 라인들(232b) 간에는 서로 평행할 수 있다.
제1전극들(230a)과 제2전극들(230b)은 다양한 각도로 교차할 수 있으며, 바람직하게 제1전극들(230a) 및 제2전극들(230b)은 서로 직교할 수 있다. 제1 전극들(230a) 및 제2전극들(230b)이 직교하는 경우, 보다 많은 위치에 반도체 발광소자를 조립할 수 있는 바, 조립 기판의 활용 측면에서 유리하다.
제1전극들(230a)과 제2전극들(230b)이 서로 교차하는 경우, 반도체 발광소자(150)가 안착되는 셀(240)은 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)이 교차하는 지점 부근에서 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)의 일부와 오버랩 되도록 형성될 수 있다.
제1전극들(230a) 및 제2전극들(230b)이 서로 교차하도록 배치된 경우, 특정 셀(240)에 반도체 발광소자(150)를 선택적으로 조립할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 도 18에서, 하나의 제1전극(230a)과 하나의 제2전극(230b)에 전압을 인가하는 경우, 상기 전압이 인가된 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)이 교차하는 지점 부근에 형성된 셀(240) 내부에 한하여 전기장(E1)이 형성되게 되며, 이로써 반도체 발광소자(150)의 선택적인 조립이 가능할 수 있다.
특히, R, G, B 부분 화소 중 적어도 2 이상의 부분 화소로 구성된 조립 기판(200)을 제조할 수 있으며, 상기 부분 화소들을 원하는 배열로 조립할 수 있는 효과가 있다.
또한, 자가조립 이후 리페어 공정에서 반도체 발광소자(150)가 미조립 된 특정 사이트에 반도체 발광소자(150)를 선택적으로 조립할 수 있다.
다른 실시예로, 제1전극들(230a) 및 제2전극들(230b)이 교차하는 경우, 제1전극들(230a) 및 제2전극들(230b) 중 어느 하나는, 제2전극들(230b) 또는 제1전극들(230a)과 평행한 방향으로 돌출된 복수의 돌출부(231b)들을 더 포함할 수 있다(도 18, 도 20 참조).
돌출부(231b)는 각각의 셀(240)에 대응하여 구비될 수 있으며, 제1전극 (230a) 및 제2전극(230b) 사이에 형성되는 전기장(E1)의 세기를 보강할 수 있다. 예를 들어, 제2전극(230b)이 돌출부(231b)를 포함하는 경우, 제1전극(230a) 및 상기 제1전극(230a)과 평행하는 제2전극(230b)의 돌출부(232b)는 교대로 배치될 수 있으며, 셀(240)은 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)의 일부와 오버랩 될 수 있다. 이 때, 셀(240)은 제1전극(230a) 및 돌출부(232b)의 일부와 오버랩 될 수 있다.
한편, 이상의 설명 및 첨부된 도면에서는 제2전극들(230b)이 돌출부 (231b)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이와 반대로 제1전극들(230a)이 상기 제2전극들(230b)의 구조를 가질 수 있음은 물론이다.
다음으로는, 도 21a 내지 도 21f를 참조하여, 전술한 서로 다른 평면 상에 배치된 조립 전극들(230)을 포함하는 조립 기판(200)을 제조하는 과정에 대해 설명한다.
먼저, 베이스부(210) 상에 제1전극(230a)을 형성하기 위한 금속을 증착한다(도 21a). 베이스부(210)는 절연성 있는 재질로 이루어진 것일 수 있으며, 베이스부(210) 상에는 Mo/Al/Mo, Ti/Cu/To, ITO 등이 제1전극(230a)을 형성하기 위한 금속으로 증착될 수 있다. 상기 금속은 베이스부(210) 상에 수 십 내지 수 백 nm 수준의 두께로 증착될 수 있다.
증착된 금속에는 포토레지스트 공정을 통해 패턴을 형성하며, 이 후 소정 간격으로 식각하여 복수의 제1전극들(230a)을 형성한다(도 21b). 제1전극들 (230a)은 식각에 의해 베이스부(210) 상에 소정 간격으로 배치될 수 있다.
다음으로, 제1전극들(230a)을 덮도록 베이스부(210) 상에 제1유전체층 (220a)이 적층될 수 있으며, 베이스부(210) 및 제1전극들(230a)의 둘레를 따라 적층될 수 있다(도 20c). 제1유전체층(220a)은 절연성 있는 SiO 2, SiN x, Al 2O 3 등의 무기물, 유기 폴리머 등의 절연성 있는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 제1 유전체층(220a)은 두께가 너무 얇은 경우 부식에 의해 전극이 손상되기 쉽고, 너무 두꺼운 경우 전기장(E1)의 영향력이 약해져 조립력이 저하될 수 있으므로, 수 십 내지 수 백 nm 수준의 두께로 증착될 수 있다.
제1유전체층(220a)에는 제1전극(230a)과 동일한 방식으로 제2전극 (230b)이 형성될 수 있다(도 20d). 즉, 제1유전체층(220a) 상에 제2전극 (230b)을 형성하기 위한 금속을 증착하고, 포토레지스트 공정을 통해 패턴을 형성한 후 식각함으로써 제2전극(230b)을 형성할 수 있다.
일 실시예로, 제2전극(230b)은 제1전극(230a)과 오버랩 되지 않는 제1 유전체층(220a)의 영역에 형성될 수 있으며, 이 경우, 제1전극(230a) 및 제2 전극(230b)은 서로 평행하도록 배치될 수 있다. 인접한 제1전극(230a) 및 제2 전극(230b)에는 서로 다른 극성의 전압이 인가되게 되며, 한 쌍의 페어 전극을 이룰 수 있다.
바람직하게는, 인접한 제1전극(230a) 및 제2전극(230b) 간의 간격은 반도체 발광소자(150)의 크기 대비 25 내지 75%일 수 있다. 페어 전극의 간격이 너무 좁으면 반도체 발광소자(150)가 수직으로 조립될 확률이 높아지고, 간격이 너무 넓으면 조립력이 저하될 수 있으므로, 제1전극(230a) 및 제2전극 (230b)은 상기 범위의 간격을 갖도록 형성될 수 있다.
다른 실시예로, 제2전극(230b)은 제1전극(230a)과 교차하도록 제1유전체층(220a)에 형성될 수 있다. 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)은 약 5˚ 내지 90 ˚의 교차각을 이루도록 교차할 수 있으며, 바람직하게는 서로 직교할 수 있다.
다음으로, 제2전극들(230b)을 덮도록 제1유전체층(220a) 상에 제2 유전체층(220b)이 적층될 수 있으며, 제1유전체층(220a) 및 제2전극들(230b)의 둘레를 따라 적층될 수 있다(도 20f). 제2유전체층(220b)은 절연성 있는 SiO 2, SiN x, Al 2O 3 등의 무기물, 유기 폴리머 등의 절연성 있는 재질로 형성될 수 있으며, 제1유전체층(220a)과 동일한 소재로 형성되거나 또는 서로 다른 소재로 형성될 수 있다. 또한, 제1 유전체층(220a)과 동일하거나 유사한 두께(수 십 내지 수 백 nm 수준의 두께)로 증착될 수 있다.
마지막으로, 제2유전체층(220b) 상에 격벽(250)이 적층될 수 있다. 격벽 (250)은 반도체 발광소자(150)가 안착되는 셀(240)을 형성하면서, 조립 전극들 (230)의 일부, 즉, 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)의 일부와 오버랩 되도록 제2유전체층(220b) 상에 적층될 수 있다.
격벽(250)은 감광성 폴리머(예: 감광성 아크릴레이트) 또는 SiO 2, SiN x 등의 무기 재료로 형성될 수 있으며, 조립되는 반도체 발광소자(150)의 두께(높이 방향 기준)와 유사한 두께, 예를 들어, 수 내지 수 십 ㎛의 두께로 적층될 수 있다. 격벽(250)의 두께가 너무 얇으면 자가조립 시 셀(240)과의 구분이 용이하지 않게 되며, 격벽(250)의 두께가 너무 두꺼우면 하나의 셀 (240)에 2 개 이상의 반도체 발광소자(150)가 조립될 수 있는 단점이 있으므로, 격벽(250)은 상기 범위를 만족하는 두께로 적층되는 것이 바람직하다.
또한, 격벽(250)에 의해 형성되는 셀(240)은 반도체 발광소자(150)보다 큰 크기로 형성되되, 1개의 반도체 발광소자(150)가 안착될 수 있는 크기로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 셀(240)의 폭은 반도체 발광소자(150)의 조립률을 고려하여, 반도체 발광소자(150)의 크기 대비 약 20% 이상의 크기로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1유전체층(220a) 및 제2유전체층 (220b)이 평탄하게 적층되지 않고, 조립 전극(230)의 둘레를 따라 적층됨에 따라 셀(240) 내부에 리세스부(260)가 포함될 수 있다. 리세스부(260)는 셀(240)에 안착된 반도체 발광소자(150)와 유전체층(220) 사이의 접촉 면적을 감소시켜, 조립 기판(200)으로부터 전사 기판 또는 최종 기판으로 반도체 발광소자(150)를 전사하는 과정에서 반도체 발광소자(150)의 전사율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전술한 조립 기판(200)을 이용한 디스플레이 제조방법에 대해 간략하게 설명한다.
본 발명에 의하면, 디스플레이 장치는 전술한 구조의 조립 기판(200)을 이용하여 종래의 자가조립 방식에 의한 디스플레이 장치의 제조 방법과 동일한 방식으로 제조될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조방법은 전술한 구조의 조립 기판(200)을 조립위치로 이송하고, 자성체를 구비하는 복수의 반도체 발광소자들(150)을 유체 챔버 내 투입하는 단계, 유체 챔버 내 투입된 반도체 발광소자들(150)이 일방향을 따라 이동하도록 반도체 발광소자들(150)에 자기력을 가하는 단계, 반도체 발광소자들(150)이 이동하는 과정에서 조립 기판 (200) 상의 기 설정된 위치에 안착되도록 전기장을 가하여 반도체 발광소자들 (150)을 기 설정된 위치로 유도하는 단계, 및 조립 기판(200)에 안착된 반도체 발광소자들(150)을 배선이 형성된 최종 기판으로 전사시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 사용되는 조립 기판(200)은 조립면의 서로 다른 평면 상에 배치되며, 전압 인가 시 전기장(E1)을 형성하는 조립 전극들(230)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조립 전극들(230)은 베이스부(120) 상에 형성되는 제1전극(230a) 및 유전체층(220) 상에 형성되는 제2전극(230b)을 포함할 수 있으며, 제1전극(230a) 및 제2전극 (230b)에는 서로 다른 극성의 전압 신호가 인가될 수 있다. 이와 같이 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)을 분리시켜 배치함으로써 전극 간 단락을 방지할 수 있다.
한편, 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)은 서로 평행하거나, 서로 교차할 수 있다. 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)이 서로 평행하는 경우, 제1전극 (230a) 및 제2전극(230b)은 교대로 배치될 수 있다.
또한, 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)이 서로 평행하는 경우, 제1 전극(230a) 및 제2전극(230b) 사이의 영역에 전기장(E1)이 형성될 수 있으며, 제1전극(230a) 및 제2전극 (230b)이 서로 교차하는 경우, 두 전극이 교차하는 지점 부근에 전기장(E1)이 형성될 수 있다.
반도체 발광소자(150)가 안착되는 기 설정된 위치는 제1전극(230a) 및 제2전극(230b)의 일부와 오버랩 될 수 있으며, 이 때, 전기장(E1)이 형성되는 영역과도 오버랩 될 수 있다.
한편, 조립 기판(200)에 안착된 반도체 발광소자들(150)을 배선이 형성된 최종 기판으로 전사시키는 단계는 2회 이상의 전사 과정을 포함할 수 있다. 조립 기판(200)에 안착된 반도체 발광소자들(150)은 최종 기판으로 전사되기 전 전사용 기판(또는 전사 스탬프)에 전사된 후 최종 기판으로 전사될 수 있으며, 상기 과정은 복수 회 반복 수행될 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 (13)

  1. 전기장 및 자기장을 이용하여 반도체 발광소자들을 조립 기판의 기 설정된 위치로 안착시키는 디스플레이 제조방법에 사용되는 조립 기판에 있어서,
    상기 조립 기판은,
    베이스부;
    일 방향으로 연장 형성되고, 상기 베이스부 상에 소정 간격으로 배치되는 복수의 조립 전극들;
    상기 조립 전극들을 덮도록 상기 베이스부에 적층되는 유전체층; 및
    상기 조립 전극의 일부와 오버랩 되도록 상기 조립 전극의 연장 방향을 따라 소정 간격으로 반도체 발광소자가 안착되는 셀을 형성하면서 상기 유전체층에 적층되는 격벽을 포함하고,
    상기 조립 전극들은, 상기 베이스부 상의 서로 다른 평면 상에 배치되는 제1전극들 및 제2전극들로 이루어지며,
    상기 제1전극들은 상기 베이스부의 일면에 배치되고, 상기 제2전극들은 상기 유전체층의 일면에 배치되는 것을 특징으로 하는, 조립 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층은, 상기 제1전극들을 덮도록 형성되며, 상기 제2전극들이 배치되는 제1유전체층; 및
    상기 제2전극들 및 상기 제1유전체층을 덮도록 형성되며, 상기 격벽이 적층되는 제2유전체층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 조립 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극들 및 상기 제2전극들 중 적어도 어느 하나는, 동일 평면 상에 배치된 인접한 전극들 간 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는, 조립 기판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1전극들과 상기 제2전극들은 서로 평행하는 것을 특징으로 하는, 조립 기판.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1전극들과 상기 제2전극들은 서로 교차하는 것을 특징으로 하는, 조립 기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1전극들 및 상기 제2전극들은 서로 직교하는 것을 특징으로 하는, 조립 기판.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1전극들 및 상기 제2전극들 중 어느 하나는, 상기 제2전극들 또는 제1전극들과 평행한 방향으로 돌출된 복수의 돌출부들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 조립 기판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 돌출부는, 상기 각각의 셀에 대응하여 구비되는 것을 특징으로 하는, 조립 기판.
  9. 제4항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1전극들과 상기 제2전극들은, 서로에 대하여 평행하는 부분이 교대로 배치된 것을 특징으로 하는, 조립 기판.
  10. 조립 기판을 조립위치로 이송하고, 자성체를 구비하는 복수의 반도체 발광소자들을 유체 챔버 내 투입하는 단계;
    상기 유체 챔버 내 투입된 상기 반도체 발광소자들이 일방향을 따라 이동하도록 상기 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 단계;
    상기 반도체 발광소자들이 이동하는 과정에서 상기 조립 기판 상의 기 설정된 위치에 안착되도록 전기장을 가하여 상기 반도체 발광소자들을 상기 기 설정된 위치로 유도하는 단계; 및
    상기 조립 기판에 안착된 상기 반도체 발광소자들을 배선이 형성된 최종 기판으로 전사시키는 단계를 포함하고,
    상기 조립 기판은, 전기장을 형성하기 위한 조립 전극으로 서로 다른 평면 상에 형성되는 제1전극 및 제2전극을 포함하며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극에는 서로 다른 극성의 전압 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1전극들 및 상기 제2전극들은 서로 평행하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1전극들 및 상기 제2전극들은 서로 교차하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자가 안착되는 기 설정된 위치는, 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 일부와 오버랩 되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조방법.
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