WO2021049692A1 - 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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WO2021049692A1
WO2021049692A1 PCT/KR2019/011958 KR2019011958W WO2021049692A1 WO 2021049692 A1 WO2021049692 A1 WO 2021049692A1 KR 2019011958 W KR2019011958 W KR 2019011958W WO 2021049692 A1 WO2021049692 A1 WO 2021049692A1
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조병권
김정훈
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엘지전자 주식회사
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    • H01L2224/95101—Supplying the plurality of semiconductor or solid-state bodies in a liquid medium

Definitions

  • the present invention relates to a display device using a semiconductor light emitting device, and more particularly, to a display device using 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 a method of assembling the semiconductor light emitting device directly onto the final substrate on which the wiring is formed (the first method) and the method of assembling the semiconductor light emitting device to a temporary substrate and then transferring it to the final substrate on which the wiring is formed (the first method).
  • the first method is efficient in terms of process simplification and cost
  • the second method has the advantage of being able to add a structure advantageous for self-assembly without limitation, and thus, two methods are selectively used.
  • An object of the present invention is to provide a display device using a semiconductor light emitting device having a structure capable of securing a sufficient light emitting area while being assembled in a certain direction on an assembly substrate through a self-assembly method.
  • Another object of the present invention is to provide a display device using a semiconductor light emitting device having improved light extraction efficiency.
  • Another object of the present invention is to provide a display device using a semiconductor light emitting device having improved adhesion of a magnetic layer.
  • a display device using a semiconductor light emitting device includes a base portion; Assembly electrodes extending in one direction and formed at predetermined intervals on the base portion; A dielectric layer stacked on the base to cover the assembled electrodes; A partition wall portion stacked on the dielectric layer while forming a cell overlapping at least a portion of the assembly electrode along the extending direction of the assembly electrode; And semiconductor light emitting devices mounted on the cell, wherein the semiconductor light emitting devices include a magnetic layer extending in a length direction.
  • the semiconductor light emitting device includes a second conductive type semiconductor layer; An active layer formed on a portion of the second conductivity type semiconductor layer; And a first conductivity type semiconductor layer formed on the active layer, wherein the magnetic layer is formed on the second conductivity type semiconductor layer.
  • the semiconductor light emitting device is characterized in that at least one of the arbitrary surfaces extending along the stacking direction of the semiconductor light emitting device passing through the center of the semiconductor light emitting device is a symmetrical surface.
  • the symmetrical plane is characterized in that it extends in the same direction as the length direction of the magnetic layer.
  • the semiconductor light emitting device includes a first conductivity type electrode formed on the first conductivity type semiconductor layer, and selectively includes a second conductivity type electrode formed on the second conductivity type semiconductor layer. It is characterized by that.
  • the second conductivity-type electrode is formed on one surface of the second conductivity-type semiconductor layer on which the active layer is formed, and the magnetic layer is formed on the other surface of the second conductivity-type semiconductor layer opposite to the one surface, and And a first wiring electrode connecting the first conductivity type electrodes of the semiconductor light emitting devices arranged along a first direction; And a second wiring electrode connecting the second conductivity type electrodes of the semiconductor light emitting devices arranged along a second direction.
  • the magnetic layer is formed on one surface of the second conductivity-type semiconductor layer on which the active layer is formed, and connects the first conductivity-type electrodes of the semiconductor light emitting devices arranged along a first direction. Wiring electrodes; And a second wiring electrode connecting the magnetic layer of the semiconductor light emitting devices arranged along a second direction.
  • the semiconductor light emitting device when the semiconductor light emitting device includes only the first conductivity type electrode, at least one side of the magnetic layer extends to an outer portion of the second conductivity type semiconductor layer.
  • the second conductivity-type electrode is formed on an outer portion of the second conductivity-type semiconductor layer.
  • the semiconductor light emitting device is characterized in that an area of one surface on the side of the first conductivity type electrode is smaller than an area of the other surface opposite to the one surface.
  • the semiconductor light emitting device is characterized in that it further includes an auxiliary bonding layer between the magnetic layer and the second conductive type semiconductor layer.
  • the magnetic layer and the second conductivity-type semiconductor layer are characterized in that they have a concave-convex structure on a surface facing each other.
  • the semiconductor light emitting device is characterized in that it further includes a reflective layer between the second conductive type electrode and the second conductive type semiconductor layer.
  • the display device since the magnetic layer extending in the longitudinal direction included in the semiconductor light emitting device during self-assembly is uniformly assembled in a direction perpendicular to the extending direction of the assembled electrodes disposed on the substrate, the assembly speed and There is an effect that the assembly accuracy can be improved.
  • the electrode wiring can be performed by directly connecting the magnetic layer to the magnetic layer or by etching only a minimum area, it is possible to secure a wide light emitting area, thereby miniaturizing the semiconductor light emitting device.
  • 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 showing 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.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a display device in which a semiconductor light emitting device is assembled according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing the structure of a semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a display device in which a semiconductor light emitting device is assembled according to the first embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 10.
  • FIG. 13 is a diagram showing a wiring structure of a display device in which a semiconductor light emitting device is assembled according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing the structure of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating a display device in which a semiconductor light emitting device is assembled according to a second exemplary embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 10.
  • 16 is a diagram illustrating a wiring structure of a display device in which a semiconductor light emitting device is assembled according to a second embodiment of the present invention.
  • 17 is a diagram illustrating a structure of a semiconductor light emitting device according to various embodiments of the present disclosure.
  • 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
  • tablet 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 may 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 device 100 may be output from the display module 140.
  • a case 101 in a closed loop shape surrounding an edge of the display module may form a bezel of the display device.
  • the display module 140 includes a panel 141 on which an image is displayed, 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 wiring 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 that emits various light including blue. Can be.
  • GaN gallium nitride
  • Al aluminum
  • Such a 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 because 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 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.
  • gallium nitride GaN
  • indium (In) and/or aluminum (Al) are added together to embody green or blue light.
  • the semiconductor light emitting device may be a gallium nitride thin film formed in various layers such as n-Gan, p-Gan, AlGaN, InGan, and specifically, the p-type semiconductor layer is P-type GaN, and the n The type semiconductor layer may be N-type GaN.
  • the p-type semiconductor layer may be P-type GaAs
  • the n-type semiconductor layer may be N-type GaAs.
  • the p-type semiconductor layer may be P-type GaN doped with Mg at the p-electrode side
  • the n-type semiconductor layer may be N-type GaN doped with Si at the n-electrode side.
  • the above-described semiconductor light emitting devices may be semiconductor light emitting devices without an active layer.
  • unit pixels that emit light may be arranged in a high-definition manner 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 an individual pixel.
  • the micro-sized semiconductor light emitting device 150 must be transferred to a wafer to a predetermined position on the substrate of the display panel. There is pick and place as such transfer technology, but the success rate is low and very long time is required.
  • there is a technique of transferring several elements at once using a stamp or a roll but there is a limit to the yield, so it is not suitable for a large screen display.
  • a new manufacturing method and manufacturing apparatus for a display device capable of solving this problem are proposed.
  • 5A to 5E are conceptual diagrams for explaining a new process of manufacturing the above-described semiconductor light emitting device.
  • a display device using a passive matrix (PM) type semiconductor light emitting device is exemplified.
  • PM passive matrix
  • AM active matrix
  • a method of self-assembling a horizontal type semiconductor light emitting device is illustrated, but this is applicable to a method of self-assembling a vertical type semiconductor light emitting device.
  • a first conductive type semiconductor layer 153, an active layer 154, and a second conductive type semiconductor layer 155 are respectively grown on the growth substrate 159 (FIG. 5A).
  • the first conductive type semiconductor layer 153 When the first conductive type semiconductor layer 153 is grown, next, an active layer 154 is grown on the first conductive type semiconductor layer 153, and then a second conductive type semiconductor is formed on the active layer 154.
  • the layer 155 is grown. In this way, when the first conductive type semiconductor layer 153, the active layer 154, and the second conductive type semiconductor layer 155 are sequentially grown, as shown in FIG. 5A, the first conductive type semiconductor layer 153 , The active layer 154 and the second conductive semiconductor layer 155 form a stacked structure.
  • the first conductive type semiconductor layer 153 may be a p-type semiconductor layer
  • the second conductive type semiconductor layer 155 may be an n-type semiconductor layer.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and an example in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type is also possible.
  • the present embodiment illustrates a case in which the active layer 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 P-type GaN doped with Mg
  • the n-type semiconductor layer may be 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 vertically etched to form a plurality of semiconductor light emitting devices.
  • the active layer 154 and the second conductive type semiconductor layer 155 are partially removed in the vertical direction, so that the first conductive type semiconductor layer 153 goes 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 thereon.
  • Cells into 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 are assembled in the cells while moving in the fluid.
  • 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 present invention proposes a method and apparatus for minimizing the influence of gravity or friction and preventing non-specific binding in order to increase the transfer yield.
  • 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 device 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 for accommodating a plurality of semiconductor light emitting devices.
  • the space may be filled with a fluid, and the fluid may contain 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 may be transferred to the assembly position.
  • the assembly surface of the substrate 161 faces the bottom of the fluid chamber 150 at the assembly position. As illustrated, 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 arranged 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 square shape, the groove may have a square 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 respectively applied 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 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.
  • the first layer 1056a including a magnetic material may be disposed to contact 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 type 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 top 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 control unit 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 seated at a predetermined position on the substrate by the electric field in the process of moving by the position change 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 devices 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.
  • the semiconductor light emitting devices 1050 rise in the fluid toward the substrate 161.
  • 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 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 direction horizontal to 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 semiconductor light emitting devices 1050 are moving in a direction horizontal to the substrate 161, they are moved 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 devices to a wiring board as described above.
  • the magnets 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 effect of gravity or friction, and to 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 relates to a display device using semiconductor light emitting devices including a magnetic layer extending in a longitudinal direction.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a display device in which a semiconductor light emitting device is assembled according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the display device 1000 includes a cell 1050 formed by the base portion 1010, the assembly electrodes 1020, the dielectric layer 1030, the partition 1040, and the partition 1040. And a semiconductor light emitting device 1060 mounted on the cell 1050.
  • the base portion 1010 is a substrate on which the semiconductor light emitting device 1060 can be assembled, and is a rigid substrate formed of, for example, a material such as sapphaire, glass, or silicon. It may be a flexible substrate including polyimide (PI) or the like.
  • PI polyimide
  • the assembly electrodes 1020 extend in one direction and may be formed on the base portion 1010 at predetermined intervals. A voltage for forming an electric field for self-assembly may be applied to the assembly electrodes 1020. An electric field may be formed between the assembly electrodes 1020 by applying voltages of different polarities to the adjacent assembly electrodes 1020.
  • the dielectric layer 1030 may be stacked on the base portion 1010 to cover the assembly electrodes 1020.
  • the dielectric layer 1030 may be made of an inorganic material such as SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 , TiO 2 , and HfO 2, but is not limited thereto.
  • a partition wall portion 1040 may be stacked on the dielectric layer 1030.
  • the partition wall portion 1040 may be stacked on the dielectric layer 1030 while forming a cell 1050 overlapping at least a portion of the assembly electrode 1020 along the extending direction of the assembly electrode 1020.
  • the partition 1040 may be formed of an inorganic material such as SiO 2 or SiN x , or may be formed of an organic material of a polymer material.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may be seated inside the cell 1050 by the influence of an electric field formed by the assembled electrodes 1020.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may include a magnetic layer 1065 to be self-assembled using a magnetic field and an electric field, and according to an embodiment of the present invention, the magnetic layer 1065 may have a shape extending in the length direction.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may have a symmetrical structure.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may be assembled in a certain direction as shown in FIG. Specifically, the semiconductor light emitting device 1060 may be assembled such that the length direction of the magnetic layer 1065 is perpendicular to the extension direction of the assembly electrodes 1020.
  • the term "vertical" may mean a state in which an angle formed by the extension direction of the assembled electrodes 1020 and the length direction of the magnetic layer 1065 corresponds to 90 degrees or substantially 90 degrees.
  • the polarized magnetic layer 1065 becomes the most stable state when it is in a vertical direction with respect to the assembly electrodes 1020, and the semiconductor light emitting devices 1060 have the magnetic layer 1065 in the longitudinal direction of the assembly electrodes 1020. It may be assembled to the cell 1050 while having the selectivity to be perpendicular to the extending direction of.
  • the semiconductor light emitting device 1060 constituting the display device 1000 according to the exemplary embodiment of the present invention is manufactured in a symmetrical structure, and the magnetic layer 1065 extending in the longitudinal direction is assembled in a certain direction, so the self-assembly speed And assembly accuracy can be improved.
  • the vertical selectivity of the semiconductor light emitting device 1060 may be determined by the contact area.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may be assembled such that a surface having a larger area is in contact with the bottom surface of the cell 1050. Accordingly, the semiconductor light emitting device 1060 may be manufactured such that an area of a surface facing a surface on which an electrode pad connected to a wiring electrode, which will be described later, is formed is larger than an area of a surface on which the electrode pad is formed. That is, the semiconductor light emitting device 1060 may be manufactured such that one surface on the side of the first conductivity type electrode 1064 is smaller than an area of the other surface opposite to the one surface. To this end, a patterning or etching process may be performed on a specific surface of the semiconductor light emitting device 1060 to reduce a contact area.
  • the semiconductor light emitting device 1060 includes a second conductive type semiconductor layer 1061, an active layer 1062 formed on a part of the second conductive type semiconductor layer 1061, and a first active layer 1062 formed on the active layer 1062.
  • a conductivity type semiconductor layer 1063 and a first conductivity type electrode 1064 formed on the first conductivity type semiconductor layer 1063 may be included, and the magnetic layer 1065 is formed on the second conductivity type semiconductor layer 1061 Can be.
  • the first conductivity type electrode 1064 may be an ITO or a transparent electrode so that light emitted from the active layer 1062 is transmitted to the upper surface of the semiconductor light emitting device 1060.
  • the magnetic layer 1065 may be formed of a magnetic metal material, for example, Ni, thereby replacing the second conductive type electrode 1066 and performing the role of a contact metal connected to the wiring electrode.
  • the first conductivity type may be p-type
  • the second conductivity type may be n-type, and vice versa.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may selectively include a second conductivity type electrode 1066 formed on the second conductivity type semiconductor layer 1061. Specifically, the semiconductor light emitting device 1060 may selectively include a second conductivity type electrode 1066 according to a position (upper or lower) of the magnetic layer 1065, which will be described later.
  • the semiconductor light emitting device 1060 passes through the center C of the semiconductor light emitting device 1060 and extends along the stacking direction (or height direction) of the semiconductor light emitting device 1060. It may be of a structure in which at least one of the surfaces of is a symmetrical surface.
  • the symmetrical plane may be a plane including a1 or a2 of FIGS. 11(a) and 14(a), or a plane not shown in the drawing but including an arbitrary line passing through the center C.
  • the symmetrical plane includes a plane extending in the same direction as the length direction of the magnetic layer 1065, or if there is one symmetrical plane, the magnetic layer 1065 passes through the above-described plane, that is, the center C of the semiconductor light emitting device 1060 A surface extending in the same direction as the length direction of) may be a symmetrical surface of the semiconductor light emitting device 1060.
  • the symmetrical structure of the semiconductor light emitting device 1060 described above can be applied when the passivation layer 1067 is not formed on the surface of the semiconductor light emitting device 1060.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may include a magnetic layer 1065 in the upper (first embodiment, FIGS. 11 to 13) or lower (second embodiment, FIGS. 14 to 16). have.
  • FIG. 11 is a view showing the structure of a semiconductor light emitting device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a view showing a display device in which the semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention is assembled.
  • FIG. 13 is a diagram showing a wiring structure of a display device in which a semiconductor light emitting device according to the first embodiment of the present invention is assembled.
  • FIG. 11(a) shows a structure as viewed from the top of the semiconductor light emitting device 1060 including the magnetic layer 1065 thereon according to the first embodiment
  • FIG. 11(b) shows the first embodiment taken along a1.
  • a cross section (including the passivation layer 1067) of the semiconductor light emitting device 1060 is shown.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may not include the second conductivity type electrode 1066, and therefore, the magnetic layer 1065 is a wiring process that proceeds as a post-assembly process.
  • the second conductivity type electrode 1066 may be replaced and electrically connected to the wiring electrode.
  • the magnetic layer 1065 of the semiconductor light emitting devices 1060 arranged along the second direction is connected to the second wiring electrode 1070 through the second connector 1071. Can be connected.
  • the magnetic layer 1065 may be formed to pass through the center C of the semiconductor light emitting device 1060, and formed to have a predetermined thickness, for example, a thickness of 1 ⁇ m or more for connection with the wiring electrode. Can be. In addition, at least one side of the magnetic layer 1065 may extend to an outer portion of the second conductivity type semiconductor layer 1061.
  • the magnetic layer 1065 may be implemented by depositing a metal material that can be used as an electrode metal on the second conductivity type semiconductor layer 1061 after mesa etching.
  • First conductivity-type electrodes 1064 may be formed on both sides of the magnetic layer 1065 as a reference.
  • the first conductivity type electrode 1064 may also be electrically connected to the wiring electrode through a wiring process.
  • the first conductivity-type electrode 1064 of the semiconductor light emitting devices 1060 arranged along the first direction (the reference row direction) is a first wiring electrode through the first connection part 1081. It can be connected to (1080).
  • the semiconductor light emitting device 1060 may include a passivation layer 1067 on its surface.
  • the passivation layer 1067 may be formed of an insulating material, and it is possible to prevent the occurrence of a short circuit between electrodes of the semiconductor light emitting device 1060 during a wiring process.
  • the passivation layer 1067 may be formed on the surface of the semiconductor light emitting device 1060, and only some regions connected to the wiring electrodes 1070 and 1080 may be open.
  • the passivation layer 1067 may include an open area 1067b in a part of the area overlapping with the first conductivity type electrode 1064 connected to the first wiring electrode 1080, and the second wiring electrode 1070
  • An open area 1067a may be included in some of the areas overlapping with the magnetic layer 1065 connected to ).
  • each of the open regions may correspond to an n-type electrode pad 1067a and a p-type electrode pad 1067b.
  • the pad opening process of forming an open area in the passivation layer 1067 may be performed for a minimum area during the panel manufacturing process, and may be advantageous in securing a light emitting area and miniaturizing the semiconductor light emitting device 1060.
  • FIG. 14 is a diagram showing the structure of a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a view showing a display device in which the semiconductor light emitting device according to the second embodiment of the present invention is assembled.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a wiring structure of a display device in which a semiconductor light emitting device according to a second embodiment of the present invention is assembled.
  • FIG. 14(a) shows a structure as viewed from the top of the semiconductor light emitting device 1060 including the magnetic layer 1065 underneath according to the second embodiment, and FIG. 14(b) shows the second embodiment taken along a1.
  • a cross section (including the passivation layer 1067) of the semiconductor light emitting device 1060 is shown.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may include a second conductivity type electrode 1066.
  • the second conductivity type electrode 1066 may be formed on one surface of the second conductivity type semiconductor layer 1061 on which the active layer 1052 is formed, and the magnetic layer 1065 is formed on the second conductivity type electrode 1066. It may be formed on the other surface of the second conductivity-type semiconductor layer 1061 opposite to the one surface of the second conductivity-type semiconductor layer 1061.
  • the second conductivity-type electrode 1066 may be formed on the outer portion of the second conductivity-type semiconductor layer 1061, and both sides of the magnetic layer 1065 formed to pass through the center C of the semiconductor light emitting device 1060 It may be formed to be symmetrical to the outer periphery.
  • the second conductivity type electrode 1066 may be electrically connected to the wiring electrode in a wiring process performed as a post-assembly process.
  • the second conductivity-type electrode 1066 of the semiconductor light emitting devices 1060 arranged along the second direction (the reference column direction) is a second wiring electrode through the second connection part 1071. It can be connected to (1070).
  • the magnetic layer 1065 since the magnetic layer 1065 does not serve as an electrode pad, it may be formed to have a thickness thinner than that of the first embodiment, for example, 1 ⁇ m or less, and under a symmetrical structure. It is not necessary to extend to the outer portion of the second conductivity type semiconductor layer 1061. In particular, since the magnetic layer 1065 absorbs light emitted from the light emitting surface to cause light loss, it is preferable to configure the magnetic layer 1065 to have a thinner thickness in the present embodiment in order to minimize the light loss.
  • the magnetic layer 1065 may be formed through an etching and deposition process after forming a PR pattern by fixing the semiconductor light emitting device 1060 separated through a laser lift off (LLO) process to a rigid substrate. .
  • LLO laser lift off
  • the second conductivity-type electrode 1066 may be implemented by depositing a metal after performing a mesa etching on a minimum area on the outer portion of the second conductivity-type semiconductor layer 1061, and the shape thereof is circular or elliptical. Etc. It does not specifically limit.
  • the first conductivity type electrodes 1064 may be formed on both sides of the magnetic layer 1065.
  • the first conductivity type electrode 1064 may also be electrically connected to the wiring electrode through a wiring process.
  • the first conductive type electrode 1064 of the semiconductor light emitting devices 1060 arranged along the first direction (the reference row direction) is a first wiring electrode through the first connection part 1081. It can be connected to (1080).
  • the semiconductor light emitting device 1060 may include a passivation layer 1067 on its surface, and the passivation layer 1067 may have a form in which only a partial region connected to the wiring electrodes 1070 and 1080 is opened in a wiring process. .
  • the passivation layer 1067 may include an open area 1067b in a part of the area overlapping with the first conductivity type electrode 1064 connected to the first wiring electrode 1080, and the second wiring electrode
  • An open area 1067a may be included in a portion of an area overlapping with the second conductivity type electrode 1066 connected to 1070.
  • the open regions may correspond to n-type electrode pads 1067a and p-type electrode pads 1067b, respectively.
  • the structure of the semiconductor light emitting device 1060 according to the first and second embodiments of the present invention can maximize the light emitting area by using the minimum area as an n-type electrode pad as well as efficient alignment of the semiconductor light emitting devices 1060. Thus, there is an advantageous effect in miniaturization of the semiconductor light emitting device 1060.
  • the semiconductor light emitting device 1060 may further include various functional layers.
  • the semiconductor light emitting device 1060 according to the present invention may further include a configuration for improving the adhesion of the magnetic layer 1065 in order to prevent the magnetic layer 1065 from being peeled off during the assembly process (FIGS. 17(a) and 17 (b)).
  • the semiconductor light emitting device 1060 may further include an auxiliary bonding layer 1068 between the magnetic layer 1065 and the second conductivity type semiconductor layer 1061.
  • the auxiliary bonding layer 1068 may be formed of Cr, Ti, or another material having similar properties.
  • the magnetic layer 1065 and the second conductivity-type semiconductor layer 1061 may have an uneven structure on opposite sides of each other, and the magnetic layer 1065 and the second conduction through the uneven structure The contact area between the type semiconductor layers 1061 can be maximized to enhance adhesion.
  • the semiconductor light emitting device 1060 according to the present invention may further include a configuration for increasing the amount of extracted light (FIG. 17(c)).
  • the semiconductor light emitting device 1060 may further include a reflective layer 1069 between the second conductivity type electrode 1066 and the second conductivity type semiconductor layer 1061.
  • the reflective layer 1069 may be made of Ti, Al, a Ti/Al alloy, or another material having similar properties.
  • the reflective layer 1069 reflects light emitted from the side to the bottom, thereby preventing leakage of light through the side of the semiconductor light emitting device 1060 and increasing the amount of extracted light.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 베이스부; 일 방향으로 연장되며, 상기 베이스부 상에 소정 간격으로 형성되는 조립 전극들; 상기 조립 전극들을 덮도록 상기 베이스부 상에 적층되는 유전체층; 상기 조립 전극의 연장 방향을 따라 상기 조립 전극의 적어도 일부와 오버랩 되는 셀을 형성하면서 상기 유전체층 상에 적층되는 격벽부; 및 상기 셀에 안착되는 반도체 발광소자들을 포함하며, 상기 반도체 발광소자들은, 길이 방향으로 연장된 형태의 자성층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치
본 발명은 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 수 내지 수십 ㎛ 크기의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 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.
자가조립 방식에는 반도체 발광소자를 배선이 형성되는 최종 기판에 직접 조립하는 방식(제1 방식)과 반도체 발광소자를 임시 기판에 조립한 후 전사를 통해 배선이 형성되는 최종 기판으로 전사하는 방식(제2 방식)이 있다. 제1 방식은 공정 간소화 및 비용 측면에서 효율적이고, 제2 방식은 자가조립에 유리한 구조를 제한없이 추가할 수 있는 장점이 있어, 두 방식이 선택적으로 사용되고 있다.
한편, 자가조립에는 전극이 수평 방향으로 이격 배치된 수평형 반도체 발광소자가 주로 사용된다. 이러한 반도체 발광소자는 자가조립의 특성상 반드시 자성층을 포함하며, 대칭 구조로 제작되어야 한다. 그러나 상기 구조 하에서 발광 면적을 충분히 확보하는 것은 한계가 있다.
본 발명의 일 목적은 자가조립 방식을 통해 조립 기판에 일정한 방향으로 조립되면서, 발광 면적의 충분한 확보가 가능한 구조의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 광 추출 효율이 향상된 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 자성층의 접합력이 개선된 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치는 베이스부; 일 방향으로 연장되며, 상기 베이스부 상에 소정 간격으로 형성되는 조립 전극들; 상기 조립 전극들을 덮도록 상기 베이스부 상에 적층되는 유전체층; 상기 조립 전극의 연장 방향을 따라 상기 조립 전극의 적어도 일부와 오버랩 되는 셀을 형성하면서 상기 유전체층 상에 적층되는 격벽부; 및 상기 셀에 안착되는 반도체 발광소자들을 포함하며, 상기 반도체 발광소자들은, 길이 방향으로 연장된 형태의 자성층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 제2 도전형 반도체층; 상기 제2 도전형 반도체층 일부에 형성된 활성층; 및 상기 활성층 상에 형성된 제1 도전형 반도체층을 포함하며, 상기 자성층은, 상기 제2 도전형 반도체층에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 상기 반도체 발광소자의 중심부를 지나며, 상기 반도체 발광소자의 적층 방향을 따라 연장된 임의의 면들 중 적어도 하나의 면을 대칭면으로 하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 대칭면은 상기 자성층의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장된 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 도전형 전극을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 도전형 전극을 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 도전형 전극은 상기 활성층이 형성된 상기 제2 도전형 반도체층의 일면에 형성되고, 상기 자성층은 상기 일면과 대향하는 상기 제2 도전형 반도체층의 타면에 형성되며, 제1 방향을 따라 배열된 상기 반도체 발광소자들의 상기 제1 도전형 전극을 연결하는 제1 배선 전극; 및 제2 방향을 따라 배열된 상기 반도체 발광소자들의 상기 제2 도전형 전극을 연결하는 제2 배선 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 자성층은, 상기 활성층이 형성된 상기 제2 도전형 반도체층의 일면에 형성되고, 제1 방향을 따라 배열된 상기 반도체 발광소자들의 상기 제1 도전형 전극을 연결하는 제1 배선 전극; 및 제2 방향을 따라 배열된 상기 반도체 발광소자들의 상기 자성층을 연결하는 제2 배선 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자가 상기 제1 도전형 전극만을 포함하는 경우, 상기 자성층은 적어도 일측이 상기 제2 도전형 반도체층의 외곽부까지 연장된 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 도전형 전극은 상기 제2 도전형 반도체층의 외곽부에 형성된 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 상기 제1 도전형 전극 측의 일면 면적이 상기 일면과 대향하는 타면의 면적보다 작은 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 상기 자성층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 보조 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 자성층 및 상기 제2 도전형 반도체층은 서로 대향하는 면에 요철 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 상기 제2 도전형 전극과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치에 의하면 자가조립 시 반도체 발광소자에 포함된 길이 방향으로 연장된 자성층이 기판에 배치된 조립 전극들의 연장 방향에 대하여 수직하는 방향으로 일정하게 조립되므로, 조립 속도 및 조립 정확성이 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 자성층에 직접 배선 연결을 하거나, 최소한의 영역만 식각하여 전극 배선을 할 수 있는 바, 넓은 발광 면적 확보가 가능하여 반도체 발광소자의 소형화가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 발광소자의 측면으로 누설되는 광을 반도체 발광소자 하부로 반사시켜 광 추출량 및 광 추출 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 자성층의 접착력을 향상시켜 반도체 발광소자의 불량을 최소화할 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 10은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 도 10의 A-A'를 따라 취한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치의 배선 구조를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 도 10의 A-A'를 따라 취한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치의 배선 구조를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 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.
본 발명은 길이 방향으로 연장된 자성층을 포함하는 반도체 발광소자들을 사용한 디스플레이 장치에 관한 것으로, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 대해 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치(1000)는 베이스부(1010), 조립 전극들(1020), 유전체층(1030), 격벽부(1040), 격벽부(1040)에 의해 형성되는 셀 (1050) 및 셀(1050)에 안착되는 반도체 발광소자(1060)를 포함할 수 있다.
베이스부(1010)는 반도체 발광소자(1060)를 조립할 수 있는 기판으로, 예를 들어, 사파이어(sapphaire), 유리(glass), 실리콘(silicon) 등의 재질로 형성된 리지드(rigid) 기판이거나, 폴리이미드(polyimide, PI) 등을 포함하는 플랙서블(flexible) 기판일 수 있다.
조립 전극들(1020)은 일 방향으로 연장되며, 베이스부(1010) 상에 소정 간격으로 형성될 수 있다. 조립 전극들(1020)에는 자가조립을 위한 전기장을 형성하기 위한 전압이 인가될 수 있다. 인접한 조립 전극들(1020)에는 서로 다른 극성의 전압이 인가됨으로써 조립 전극들(1020) 사이에 전기장이 형성될 수 있다.
유전체층(1030)은 조립 전극들(1020)을 덮도록 베이스부(1010) 상에 적층될 수 있다. 유전체층(1030)은 SiO 2, SiN x, Al 2O 3, TiO 2, HfO 2 등과 같은 무기 물질로 이루어질 수 있으며, 이에 한정하지 않는다.
유전체층(1030) 상에는 격벽부(1040)가 적층될 수 있다. 자세하게는, 격벽부(1040)는 조립 전극(1020)의 연장 방향을 따라 조립 전극(1020)의 적어도 일부와 오버랩 되는 셀(1050)을 형성하면서 유전체층(1030) 상에 적층될 수 있다. 격벽부(1040)는 SiO 2, SiN x 등과 같은 무기 물질로 형성되거나, 폴리머(polymer) 재질의 유기 물질로 형성될 수 있다.
셀(1050) 내부에는 조립 전극들(1020)에 의해 형성된 전기장의 영향에 의해 반도체 발광소자(1060)가 안착될 수 있다. 반도체 발광소자(1060)는 자기장 및 전기장을 이용하여 자가조립이 가능하도록 자성층(1065)을 포함할 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따르면 자성층(1065)은 길이 방향으로 연장된 형태일 수 있다. 또한, 반도체 발광소자(1060)는 대칭형 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 반도체 발광소자(1060)는 도 10과 같이 일정한 방향으로 조립될 수 있다. 구체적으로, 반도체 발광소자(1060)는 자성층(1065)의 길이 방향이 조립 전극들(1020)의 연장 방향과 수직하도록 조립될 수 있다. 여기서, 수직이라 함은 조립 전극들(1020)의 연장 방향과 자성층(1065)의 길이 방향이 이루는 각도가 90 ˚ 또는 실질적으로 90 ˚에 해당하는 것으로 볼 수 있는 상태를 의미할 수 있다.
자가조립 시 조립 전극들(1020)에 전압이 인가되면, 인가된 전압에 의해 전위차가 발생하게 되고, 자성층(1065) 내부에는 전위차가 유도되어 유발 쌍극자 (induced dipole)형태로 분극화 되게 된다. 이 때, 분극화 된 자성층(1065)은 조립 전극들(1020)에 대하여 수직 방향을 이룰 때 가장 안정적인 상태가 되어, 반도체 발광소자(1060)들은 자성층(1065)의 길이 방향이 조립 전극들(1020)의 연장 방향과 수직하도록 선택성을 가지면서 셀(1050)에 조립될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 장치(1000)를 구성하는 반도체 발광소자(1060)는 대칭형 구조로 제작되며, 길이 방향으로 연장된 자성층 (1065)이 일정한 방향으로 조립되므로, 자가조립 속도 및 조립 정확성이 향상될 수 있다.
한편, 반도체 발광소자(1060)의 상하 선택성은 접촉면적에 의해 결정될 수 있다. 자세하게, 반도체 발광소자(1060)는 더 넓은 면적을 갖는 면이 셀(1050)의 바닥면과 접촉되도록 조립될 수 있다. 따라서, 반도체 발광소자(1060)는 후술할 배선 전극과 연결되는 전극 패드가 형성된 면과 대향하는 면의 면적이 상기 전극 패드가 형성된 면의 면적보다 넓은 면적을 갖도록 제작될 수 있다. 즉, 반도체 발광소자(1060)는 제1 도전형 전극(1064) 측의 일면이 상기 일면과 대향하는 타면의 면적보다 작도록 제작될 수 있다. 이를 위해, 반도체 발광소자(1060)의 특정 표면에 접촉 면적을 줄이기 위한 패턴화 또는 식각 공정 등이 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자(1060)는 제2 도전형 반도체층 (1061), 제2 도전형 반도체층(1061) 일부에 형성된 활성층(1062), 활성층(1062) 상에 형성된 제1 도전형 반도체층(1063) 및 제1 도전형 반도체층(1063) 상에 형성된 제1 도전형 전극(1064)을 포함할 수 있으며, 자성층(1065)은 제2 도전형 반도체층(1061)에 형성될 수 있다.
제1 도전형 전극(1064)은 활성층(1062)으로부터 발광되는 광이 반도체 발광소자(1060)의 상면으로 투과되도록 ITO 또는 투명 전극일 수 있다.
한편, 자성층(1065)은 자성을 띄는 금속 물질, 예를 들어, Ni로 형성될 수 있으며, 이로써 제2 도전형 전극(1066)을 대체하여 배선 전극과 연결되는 컨텍 메탈의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 본 실시예에서, 제1 도전형은 p형이고, 제2 도전형은 n형으로 구성될 수 있으며, 이와 반대로 구성되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 발광소자(1060)는 제2 도전형 반도체층(1061) 상에 형성된 제2 도전형 전극(1066)을 선택적으로 포함할 수 있다. 구체적으로, 반도체 발광소자(1060)는 자성층(1065) 형성 위치(상부 또는 하부)에 따라 제2 도전형 전극(1066)을 선택적으로 포함할 수 있으며, 이에 대하여는 후술한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자(1060)는 반도체 발광소자 (1060)의 중심부(C)를 지나면서, 반도체 발광소자(1060)의 적층 방향(또는 높이 방향)을 따라 연장된 임의의 면들 중 적어도 하나의 면을 대칭면으로 하는 구조일 수 있다. 예를 들어, 대칭면은 도 11(a) 및 도 14(a)의 a1 또는 a2를 포함하는 면이거나 도면에 도시되지 않았으나 중심부(C)를 통과하는 임의의 라인을 포함하는 면일 수 있다.
대칭면은 자성층(1065)의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장된 면을 포함하거나, 또는 대칭면이 하나인 경우에는 전술한 면, 즉, 반도체 발광소자 (1060)의 중심부(C)를 지나면서 자성층(1065)의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장된 면이 반도체 발광소자(1060)의 대칭면일 수 있다.
이상에서 설명한 반도체 발광소자(1060)의 대칭형 구조는 반도체 발광소자 (1060) 표면에 패시베이션층(1067)이 형성되지 않은 경우에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자(1060)는 자성층(1065)을 상부 (제1 실시예, 도 11 내지 도 13) 또는 하부(제2 실시예, 도 14 내지 도 16)에 포함할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 도 10의 A-A'를 따라 취한 단면도이고, 도 13은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치의 배선 구조를 나타낸 도면이다.
도 11(a)는 제1 실시예에 따라 자성층(1065)을 상부에 포함하는 반도체 발광소자(1060)를 상측에서 바라본 구조를 나타낸 것이고, 도 11(b)는 a1을 따라 취한 제1 실시예에 따른 반도체 발광소자(1060)의 단면(패시베이션층 (1067) 포함)을 나타낸 것이다.
자성층(1065)을 상부에 포함하는 경우, 반도체 발광소자(1060)는 제2 도전형 전극(1066)을 포함하지 않을 수 있으며, 따라서, 자성층(1065)은 조립 공정의 후공정으로 진행되는 배선 공정에서 제2 도전형 전극(1066)을 대체하여 배선 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 13과 같이, 제2 방향 (도면 기준 열 방향)을 따라 배열된 반도체 발광소자(1060)들의 자성층(1065)은 제2연결부(1071)를 통해 제2 배선 전극(1070)과 연결될 수 있다.
도 11을 참조하면, 자성층(1065)은 반도체 발광소자(1060)의 중심부(C)를 지나도록 형성될 수 있으며, 배선 전극과의 연결을 위해 소정 두께, 예를 들어, 1㎛ 이상의 두께로 형성될 수 있다. 또한, 자성층(1065)은 적어도 일측이 제2 도전형 반도체층(1061)의 외곽부까지 연장될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 자성층(1065)은 메사 식각 후 제2 도전형 반도체층 (1061) 상에 전극 메탈로 활용될 수 있는 금속 물질을 증착함으로써 구현될 수 있다.
자성층(1065)을 기준으로 양측에는 제1 도전형 전극(1064)이 형성될 수 있다. 제1 도전형 전극(1064) 또한 배선 공정을 통해 배선 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 13과 같이, 제1 방향 (도면 기준 행 방향)을 따라 배열된 반도체 발광소자(1060)들의 제1 도전형 전극(1064)은 제1 연결부 (1081)를 통해 제1 배선 전극(1080)과 연결될 수 있다.
한편, 반도체 발광소자(1060)는 표면에 패시베이션층(1067)을 포함할 수 있다. 패시베이션층(1067)은 절연 물질로 형성될 수 있으며, 배선 공정 과정에서 반도체 발광소자(1060)의 전극 간 단락 발생을 방지할 수 있다. 구체적으로, 반도체 발광소자(1060)의 표면에는 패시베이션층(1067)이 형성될 수 있으며, 배선 전극(1070, 1080)과 연결되는 일부 영역만 오픈된 형태일 수 있다.
즉, 패시베이션층(1067)은 제1 배선 전극(1080)과 연결되는 제1 도전형 전극(1064)과 오버랩 되는 영역 중 일부에 오픈 영역(1067b)을 포함할 수 있고, 제2 배선 전극(1070)과 연결되는 자성층(1065)과 오버랩 되는 영역 중 일부에 오픈 영역(1067a)을 포함할 수 있다. 또한, 오픈 영역 각각은 n형 전극패드 (1067a) 및 p형 전극패드(1067b)에 해당할 수 있다.
패시베이션층(1067)에 오픈 영역을 형성하는 패드 오픈 공정은 패널 제작 공정 중에 최소한의 영역에 대하여 진행될 수 있으며, 발광 면적 확보 및 반도체 발광소자(1060) 소형화에 유리할 수 있다.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 도면이고, 도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 도 10의 A-A'를 따라 취한 단면도이고, 도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자가 조립된 디스플레이 장치의 배선 구조를 나타낸 도면이다.
도 14(a)는 제2 실시예에 따라 자성층(1065)을 하부에 포함하는 반도체 발광소자(1060)를 상측에서 바라본 구조를 나타낸 것이고, 도 14(b)는 a1을 따라 취한 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자(1060)의 단면(패시베이션층 (1067) 포함)을 나타낸 것이다.
자성층(1065)을 하부에 포함하는 경우, 반도체 발광소자(1060)는 제2 도전형 전극(1066)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 도전형 전극(1066)은 활성층(1052)이 형성된 제2 도전형 반도체층(1061)의 일면에 형성될 수 있으며, 자성층(1065)은 제2 도전형 전극(1066)이 형성된 제2 도전형 반도체층(1061)의 일면과 대향하는 제2 도전형 반도체층(1061)의 타면에 형성될 수 있다.
제2 도전형 전극(1066)은 제2 도전형 반도체층(1061)의 외곽부에 형성될 수 있으며, 반도체 발광소자(1060)의 중심부(C)를 지나도록 형성된 자성층 (1065)을 기준으로 양측 외곽부에 대칭을 이루도록 형성될 수 있다.
제2 도전형 전극(1066)은 조립 공정의 후공정으로 진행되는 배선 공정에서 배선 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 16과 같이, 제2 방향 (도면 기준 열 방향)을 따라 배열된 반도체 발광소자(1060)들의 제2 도전형 전극 (1066)은 제2 연결부(1071)를 통해 제2 배선 전극(1070)과 연결될 수 있다.
한편, 제2 실시예에 따르면, 자성층(1065)은 전극 패드의 역할을 수행하지 않으므로, 제1 실시예보다 얇은 두께, 예를 들어, 1㎛ 이하의 두께로 형성되는 것도 가능하며, 대칭형 구조 하에서 제2 도전형 반도체층(1061)의 외곽부까지 연장된 형태로 형성될 필요는 없다. 특히, 자성층(1065)은 발광면에서 발광되는 광을 흡수하여 광 손실을 일으키므로, 광 손실을 최소화하기 위해 본 실시예의 경우 자성층(1065)의 두께를 보다 얇게 구성하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서, 자성층(1065)은 LLO(laser lift off) 공정을 통해 분리된 반도체 발광소자(1060)를 리지드 기판에 고정시켜 PR 패턴을 형성한 후 식각 및 증착 공정을 거쳐 형성될 수 있다.
또한, 제2 도전형 전극(1066)은 제2 도전형 반도체층(1061)의 외곽부에 최소한의 영역에 대하여 메사 식각을 진행한 후 금속을 증착함으로써 구현될 수 있으며, 그 형상은 원형, 타원형 등 특별히 제한하지 않는다.
제1 도전형 전극(1064)은 자성층(1065)을 기준으로 양측에 형성될 수 있다. 제1 도전형 전극(1064) 또한 배선 공정을 통해 배선 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도 16과 같이, 제1 방향 (도면 기준 행 방향)을 따라 배열된 반도체 발광소자(1060)들의 제1 도전형 전극(1064)은 제1 연결부 (1081)를 통해 제1 배선 전극(1080)과 연결될 수 있다.
한편, 반도체 발광소자(1060)는 표면에 패시베이션층(1067)을 포함할 수 있으며, 패시베이션층(1067)은 배선 공정에서 배선 전극(1070, 1080)과 연결되는 일부 영역만 오픈된 형태일 수 있다.
본 실시예에서 패시베이션층(1067)은 제1 배선 전극(1080)과 연결되는 제1 도전형 전극(1064)과 오버랩 되는 영역 중 일부에 오픈 영역(1067b)을 포함할 수 있고, 제2 배선 전극(1070)과 연결되는 제2 도전형 전극(1066)과 오버랩 되는 영역 중 일부에 오픈 영역(1067a)을 포함할 수 있다. 오픈 영역은 각각 n형 전극 패드(1067a) 및 p형 전극패드(1067b)에 해당할 수 있다.
본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자(1060)의 구조는 반도체 발광소자(1060)의 효율적인 정렬뿐만 아니라 최소한의 영역을 n형 전극 패드로 활용함으로써 발광 면적을 극대화할 수 있으며, 이에 반도체 발광소자 (1060) 소형화에 유리한 효과가 있다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 발광소자의 구조를 나타낸 도면이다. 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 반도체 발광소자(1060)는 다양한 기능성층을 더 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자(1060)는 조립 공정 시 자성층(1065)이 박리되는 것을 방지하기 위하여 자성층(1065)의 접착력을 향상시키는 구성을 더 포함할 수 있다(도 17(a) 및 도 17(b)).
먼저, 도 17(a)와 같이, 반도체 발광소자(1060)는 자성층(1065) 및 제2 도전형 반도체층(1061) 사이에 보조 접합층(1068)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 보조 접합층(1068)은 Cr, Ti 또는 이와 유사한 특성의 다른 물질로 형성된 것일 수 있다.
또는, 도 17(b)와 같이, 자성층(1065)과 제2 도전형 반도체층(1061)의 서로 대향하는 면에 요철 구조를 포함할 수 있으며, 요철 구조를 통해 자성층 (1065)과 제2 도전형 반도체층(1061) 사이의 접촉 면적을 극대화하여 접착력을 강화시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반도체 발광소자(1060)는 추출 광량을 증가시키기 위한 구성을 더 포함할 수 있다(도 17(c)).
반도체 발광소자(1060)는 제2 도전형 전극(1066)과 제2 도전형 반도체층 (1061) 사이에 반사층(1069)을 더 포함할 수 있다. 반사층(1069)은 Ti, Al, Ti/Al 합금 또는 이와 유사한 특성의 다른 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 반사층(1069)은 측면으로 방출되는 광을 하부로 반사시킴으로써 반도체 발광소자 (1060)의 측면을 통한 광의 누설을 방지하고, 추출 광량을 증대시킬 수 있다.
상기 구성들은 제1 및 제2 실시예에 따른 반도체 발광소자(1060)의 구조에 모두 적용될 수 있음은 물론이다.
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. 베이스부;
    일 방향으로 연장되며, 상기 베이스부 상에 소정 간격으로 형성되는 조립 전극들;
    상기 조립 전극들을 덮도록 상기 베이스부 상에 적층되는 유전체층;
    상기 조립 전극의 연장 방향을 따라 상기 조립 전극의 적어도 일부와 오버랩 되는 셀을 형성하면서 상기 유전체층 상에 적층되는 격벽부; 및
    상기 셀에 안착되는 반도체 발광소자들을 포함하며,
    상기 반도체 발광소자들은, 길이 방향으로 연장된 형태의 자성층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자는, 제2 도전형 반도체층;
    상기 제2 도전형 반도체층 일부에 형성된 활성층; 및
    상기 활성층 상에 형성된 제1 도전형 반도체층을 포함하며,
    상기 자성층은, 상기 제2 도전형 반도체층에 형성되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자는, 상기 반도체 발광소자의 중심부를 지나며, 상기 반도체 발광소자의 적층 방향을 따라 연장된 임의의 면들 중 적어도 하나의 면을 대칭면으로 하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 대칭면은, 상기 자성층의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자는, 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 제1 도전형 전극을 포함하고, 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 도전형 전극을 선택적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 도전형 전극은, 상기 활성층이 형성된 상기 제2 도전형 반도체층의 일면에 형성되고,
    상기 자성층은, 상기 일면과 대향하는 상기 제2 도전형 반도체층의 타면에 형성되며,
    제1 방향을 따라 배열된 상기 반도체 발광소자들의 상기 제1 도전형 전극을 연결하는 제1 배선 전극; 및
    제2 방향을 따라 배열된 상기 반도체 발광소자들의 상기 제2 도전형 전극을 연결하는 제2 배선 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 자성층은, 상기 활성층이 형성된 상기 제2 도전형 반도체층의 일면에 형성되고,
    제1 방향을 따라 배열된 상기 반도체 발광소자들의 상기 제1 도전형 전극을 연결하는 제1 배선 전극; 및
    제2 방향을 따라 배열된 상기 반도체 발광소자들의 상기 자성층을 연결하는 제2 배선 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자가 상기 제1 도전형 전극만을 포함하는 경우, 상기 자성층은, 적어도 일측이 상기 제2 도전형 반도체층의 외곽부까지 연장된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2 도전형 전극은, 상기 제2 도전형 반도체층의 외곽부에 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자는, 상기 제1 도전형 전극 측의 일면 면적이 상기 일면과 대향하는 타면의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자는, 상기 자성층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 보조 접합층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 자성층 및 상기 제2 도전형 반도체층은, 서로 대향하는 면에 요철 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자는, 상기 제2 도전형 전극과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
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