WO2021054508A1 - 반도체 발광소자의 자가조립 장치 - Google Patents

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WO2021054508A1
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assembly
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semiconductor light
self
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양인범
노정훈
정임덕
최봉운
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to self-assembly among methods of manufacturing a display device, and more particularly, to a self-assembly device for micro LEDs.
  • LCDs liquid crystal displays
  • OLED organic light-emitting device
  • micro LED displays are competing in the field of display technology to implement large-area displays.
  • micro LED semiconductor light emitting device having a diameter or cross-sectional area of 100 ⁇ m or less
  • the display does not absorb light using a polarizing plate or the like, very high efficiency can be provided.
  • a large display requires millions of semiconductor light emitting devices, it is difficult to transfer devices compared to other technologies.
  • the self-assembly method is a method in which the semiconductor light emitting device locates itself in a fluid, and is the most advantageous method for realizing a large-screen display device.
  • the present invention proposes a new type of self-assembly device for self-assembly of micro LEDs.
  • An object of the present invention is to provide a self-assembly device capable of uniformly supplying a semiconductor light emitting device to an assembly surface of a substrate.
  • Another object of the present invention is to provide a self-assembly device capable of shortening the assembly time of a semiconductor light emitting device.
  • a chip supply unit configured to supply the semiconductor light emitting devices to one surface of the substrate in cooperation with magnets arranged in a plurality of rows to form the magnetic field, the chip supply unit comprising: a chip receiving unit accommodating the semiconductor light emitting devices; A vertical moving part for adjusting a distance between the chip supply part and the magnets; The horizontal moving part moving the chip supply part so that the chip receiving part alternately overlaps some of the magnets; And a control unit for controlling a position of the chip supply unit in the assembly chamber by driving the vertical moving unit and the horizontal moving unit, wherein the control unit includes a preset path and a plurality of points existing on the preset path. It characterized in that the chip supply unit is moved in at least one of a horizontal direction and a
  • control unit may move the chip receiving unit of the chip supply unit between a first height and a second height, and the first height is a height that is not affected by a magnetic field formed by the magnets. And, the second height is characterized in that the height is influenced by the magnetic field formed by the magnets.
  • the plurality of points are points that overlap some of the magnets, and each of the plurality of points overlaps with different magnets.
  • control unit when the chip receiving portion is positioned at the second height, stops the horizontal and vertical movement of the chip supply unit for a predetermined time so that the semiconductor light emitting devices are supplied to the substrate. It is done.
  • control unit is characterized in that the chip receiving unit is moved to the second height at a point where the chip receiving unit overlaps with at least one of the magnets.
  • control unit is characterized in that the chip supply unit drives the chip supply unit so that the chip supply unit has a rising path and a descending path at each of the plurality of points.
  • the plurality of points are characterized in that one end and the other end of a plurality of rows in which the magnets are arranged.
  • control unit is characterized in that the chip supply unit drives the chip supply unit so that the chip supply unit has one of a rising path and a descending path at each of the plurality of points.
  • the present embodiment is characterized in that it further comprises a sensor unit for monitoring the amount and distribution of the semiconductor light emitting elements remaining on the chip receiving unit.
  • control unit is characterized in that it adjusts the time during which the horizontal movement and vertical movement of the chip supply unit is stopped.
  • control unit is characterized in that the area of the chip receiving portion overlapping with at least one of the magnets at the plurality of points is adjusted.
  • the semiconductor light emitting devices can be uniformly supplied to the assembly surface of the substrate.
  • 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 flow chart showing a self-assembly method according to the present invention.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a first state of the substrate chuck.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing a second state of the substrate chuck.
  • FIG. 13 is a plan view of a first frame provided in a substrate chuck.
  • FIG. 14 is a conceptual diagram illustrating a state in which an assembly substrate is loaded on a substrate chuck.
  • FIG. 15 is a perspective view of a magnetic field forming unit according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a side view of a magnetic field forming unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a bottom side view of a magnetic field forming unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a conceptual diagram showing the trajectories of magnets provided in the magnetic field forming unit according to the present invention.
  • 19 is a conceptual diagram showing a state in which a semiconductor light emitting device is supplied.
  • 20 is a plan view of an assembly chamber according to an embodiment of the present invention.
  • 21 is a cross-sectional view taken along the line A-A' of FIG. 20;
  • 22 and 23 are conceptual diagrams showing movement of a gate provided in an assembly chamber according to an embodiment of the present invention.
  • 24 is a conceptual diagram showing a warpage phenomenon of a substrate that occurs during self-assembly.
  • 25 is a conceptual diagram illustrating a method for correcting a warpage phenomenon of a substrate.
  • 26 is a conceptual diagram showing a method of supplying a conventional semiconductor light emitting device.
  • FIG. 27 is a conceptual diagram illustrating a method of supplying a semiconductor light emitting device through a chip supply unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 28 is a block diagram of configurations of a chip supply unit according to an embodiment of the present invention.
  • 29 is an enlarged view illustrating a method of supplying a semiconductor light emitting device to a substrate through a chip supply unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 30 is a diagram illustrating a path of a chip supply unit according to an embodiment of the present invention.
  • 31 is a diagram illustrating a path (offset setting) of a chip supply unit according to another embodiment of the present invention.
  • an element such as a layer, region or substrate is referred to as being “on” another component, it will be understood that it may exist directly on the other element or there may be intermediate elements between them. There will be.
  • Display devices described herein include a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistants (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation system, and a Slate PC. , Tablet PC, Ultra Book, digital TV, digital signage, head mounted display (HMD), desktop computer, etc.
  • PDA personal digital assistants
  • PMP portable multimedia player
  • HMD head mounted 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 150 ′ is formed on the p-type semiconductor layer 155 ′ and the p-type semiconductor layer 155 ′ on which the p-type electrode 156 ′ and the p-type electrode 156 ′ are formed.
  • the formed active layer 154 ′, the n-type semiconductor layer 153 ′ formed on the active layer 154 ′, and the n-type semiconductor layer 153 ′ are horizontally spaced apart from the p-type electrode 156 ′. It includes an electrode 152'.
  • both the p-type electrode 156' 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 161 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 assembled substrate 161 to facilitate mounting of the semiconductor light emitting devices 150 on the assembled substrate 161.
  • 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 by 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 an assembly chamber 162, a magnet 163, and a position control unit 164.
  • the assembly 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 assembly chamber 162 may be a water tank, and may be configured in an open type.
  • the present invention is not limited thereto, and the assembly 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, and the substrate 161 may be transferred to the assembly position through this.
  • the assembly surface of the substrate 161 faces the bottom of the assembly chamber 150 at the assembly position. As shown, the assembly surface of the substrate 161 is disposed so as to be immersed in the fluid in the assembly 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 assembly 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.
  • one layer of the conductive type 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 conductive 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 assembly 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 assembly 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 assembly 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 assembly chamber 162 (FIG. 8A).
  • the assembly position of the substrate 161 may be a position disposed in the assembly 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 assembly 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 assembly chamber 162 (FIG. 8B).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 rise in the fluid toward the substrate 161.
  • the original position may be a position away from the assembly 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 assembly 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 direction horizontal to 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 substrate as described above.
  • the magnets so that the semiconductor light emitting devices 1050 remaining in the assembly chamber 162 fall to the bottom of the assembly 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 assembly chamber 162 fall to the bottom of the assembly 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 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 semiconductor light emitting device cannot be completely uniformly dispersed in the fluid, and the magnetic field formed on the surface of the assembly substrate cannot be perfectly uniform, there is a problem that the semiconductor light emitting device is concentrated only in a part of the assembly substrate. I can.
  • the present invention provides a self-assembly apparatus capable of increasing the self-assembly yield, as well as the above-described problems.
  • the self-assembly apparatus may include a substrate surface treatment unit, a substrate chuck 200, a magnetic field forming unit 300, a chip supply unit 400, and an assembly chamber 500.
  • the present invention is not limited thereto, and the self-assembling apparatus according to the present invention may include more or less components than the above-described components.
  • FIG. 10 is a flow chart showing a self-assembly method according to the present invention.
  • the surface treatment step (S110) of the assembly substrate is performed.
  • the above step is not essential, when the surface of the substrate is made hydrophilic, it is possible to prevent bubbles from occurring on the surface of the substrate.
  • a step (S120) of loading the assembly substrate onto the substrate chuck is performed.
  • the assembly substrate loaded on the substrate chuck 200 is transferred to the assembly position of the assembly chamber. Thereafter, the magnetic field forming part approaches the assembly substrate through vertical and horizontal movement.
  • the step of supplying the chip (S130) proceeds. Specifically, a step of dispersing the semiconductor light emitting device on the assembly surface of the assembly substrate is performed. When the semiconductor light emitting elements are dispersed near the assembly surface while the magnetic field forming unit 300 is sufficiently close to the assembly substrate, the semiconductor light emitting elements adhere to the assembly surface by the magnetic field forming unit. The semiconductor light emitting devices are dispersed on the assembly surface with an appropriate degree of dispersion.
  • the present invention is not limited thereto, and the semiconductor light emitting device may be dispersed in a fluid in the assembly chamber before the substrate is transferred to the assembly position. That is, the time point at which the chip supply step S130 is performed is not limited to after the assembly substrate is transferred to the assembly position.
  • the supply method of the semiconductor light emitting device may vary depending on the area of the assembly substrate, the type of the semiconductor light emitting device to be assembled, and the self-assembly speed.
  • step (S140) of recovering the semiconductor light emitting device is performed.
  • the self-assembly will be described later together with a description of the self-assembly device according to the present invention. Meanwhile, the semiconductor light emitting device does not necessarily need to be recovered after self-assembly.
  • a new substrate may be self-assembled after supplementing the semiconductor light emitting device in the assembly chamber.
  • the step of inspecting and drying the assembled substrate and separating the substrate from the substrate chuck may be performed.
  • the inspection of the assembled substrate may be performed at the position where self-assembly was performed, and may be performed after transferring the assembled substrate to another position.
  • drying of the assembly substrate may be performed after the assembly substrate is separated from the fluid. After drying of the assembly substrate, the self-assembly post-process may be performed.
  • the basic principle of self-assembly, the structure of the substrate (or assembly substrate), and the contents of the semiconductor light emitting device are replaced with the contents described in FIGS. 1 to 9.
  • the vertical moving part, the horizontal moving part, the rotating part, and other moving means described below can be implemented through various known means such as a motor and a ball screw, a rack gear and a pinion gear, a pulley and a timing belt, and the detailed description is given below. Omit it.
  • control unit 172 described in FIG. 7 controls movement of a vertical moving unit, a horizontal moving unit, a rotating unit, and other moving means provided in the above-described components. That is, the control unit 172 is configured to control the movement and rotation of the x, y, and z axes of each component. Although not otherwise mentioned in the present specification, movements of the vertical moving unit, the horizontal moving unit, the rotating unit, and other moving means are generated by the control of the control unit 172.
  • the electrode 161c provided on the substrate (or assembly substrate, 161) described in FIGS. 6 to 9 is referred to as an assembly electrode, and the assembly electrode 161c is a power supply unit described in FIG. 7 through the substrate chuck 200 ( It is electrically connected to 171, and the power supply unit 171 supplies power to the assembly electrode 161c under the control of the control unit 172. A detailed description of this will be described later.
  • the substrate surface treatment unit serves to make the substrate surface hydrophilic.
  • the self-assembly apparatus performs self-assembly in a state in which the assembly substrate is brought into contact with the fluid surface.
  • the assembly surface of the assembly substrate has a property different from the fluid surface, bubbles may occur on the assembly surface, and non-specific coupling may occur between the semiconductor light emitting device and the assembly surface.
  • the surface of the substrate before self-assembly may be treated with fluid-friendly properties.
  • the substrate surface treatment unit may hydrophilize the assembly surface of the substrate.
  • the substrate surface treatment unit may include a plasma generator.
  • hydrophilic functional groups may be formed on the substrate surface.
  • hydrophilic functional groups may be formed in at least one of a partition wall and a dielectric layer provided on a substrate.
  • different surface treatments may be performed on the surface of the partition wall and the surface of the dielectric layer exposed to the outside by the cell to prevent non-specific binding of the semiconductor light emitting device.
  • a hydrophilic treatment may be performed on the surface of the dielectric layer exposed to the outside by the cell, and the surface treatment may be performed so that a hydrophobic functional group is formed on the surface of the partition wall.
  • the substrate surface treatment unit is not an essential component in the self-assembly apparatus according to the present invention.
  • the substrate surface treatment unit may not be necessary depending on the constituent materials constituting the substrate.
  • the substrate on which the surface treatment is completed by the substrate surface treatment unit is loaded into the substrate chuck 200.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a first state of the substrate chuck
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a second state of the substrate chuck
  • FIG. 13 is a plan view of a first frame provided in the substrate chuck
  • FIG. 14 is It is a conceptual diagram showing the loaded state.
  • the substrate chuck 200 includes a substrate support.
  • the substrate support part includes first and second frames 210 and 220 and a fixing part 230.
  • the first and second frames 210 and 220 are disposed vertically with a loaded substrate therebetween, and the fixing part 230 supports the first and second frames 210 and 220.
  • the substrate chuck 200 may include all of the rotating part 240, the vertical moving part and the horizontal moving part 250.
  • the vertical moving unit and the horizontal moving unit 250 may be formed of a single device.
  • the rotating unit and the vertical and horizontal moving units provided in the substrate chuck may be formed of a single device.
  • the first frame 210 is defined as a frame disposed under the substrate while the assembly surface of the substrate S faces the fluid
  • the second frame 220 is a state in which the assembly surface of the substrate faces the fluid. It is defined as a frame disposed on the upper side of the substrate. Due to the rotation unit 240, the vertical relationship between the first frame 210 and the second frame 220 may be switched.
  • a state in which the first frame 210 is below the second frame 220 is defined as a first state (see FIG. 11), and the first frame 210 is the second frame 220 The state above it is defined as a second state (see FIG. 12).
  • the rotating part 240 rotates at least one of the first and second frames 210 and 220 and the fixing part 230 to switch from one of the first and second states to the other. The rotating part 240 will be described later.
  • the first frame 210 is a frame that contacts the fluid filled in the assembly chamber during self-assembly. Referring to FIG. 14, the first frame 210 includes a bottom portion 210 ′ and a side wall portion 210 ′′.
  • the bottom part 210 ′ serves to support the substrate from the lower or upper side of the substrate S.
  • the bottom part 210 ′ may be formed in a single plate shape, or may be formed in a form in which a plurality of members forming a plate shape are combined.
  • the bottom portion 210 ′ has a hole 210 ′′'penetrating the central portion.
  • the hole 210 ′′′ exposes a substrate, which will be described later, to the outside so that it can be brought into contact with a fluid. That is, the hole 210 ′′′ defines an assembly surface of the substrate.
  • the substrate is loaded so that the four corners of the quadrangular substrate span the edge of the hole 210 ′′'of the first frame 210. Accordingly, the remaining area except for the edge of the substrate overlaps with the hole 210 ′′'provided in the first frame 210.
  • the area of the substrate overlapping the hole 210 ′′′ becomes an assembly surface.
  • a sealing part 212 and an electrode connection part 213 may be disposed at an edge of the hole 210 ′′′.
  • the sealing part 212 is in close contact with the substrate to prevent the fluid filled in the assembly chamber from penetrating into the first and second frames 210 and 220 during self-assembly. In addition, the sealing part 212 prevents fluid from penetrating into the assembly electrode 161c and the electrode connection part 213. To this end, the sealing part 212 should be disposed closer to the hole 210 ′′'than the electrode connection part 213.
  • the sealing part 212 is formed in a ring shape, and the material of the sealing part 212 is not limited separately.
  • the material forming the sealing portion 212 may be a known sealing material.
  • the electrode connection part 213 is connected to an assembly electrode formed on a substrate to supply power to the assembly electrode.
  • the electrode connection part 213 applies power supplied from the power supply part 171 illustrated in FIG. 7 to the assembly electrode 161c to form an electric field on the substrate.
  • the sidewall portion 210 ′′ is formed on the edge of the bottom portion 210 ′.
  • the side wall portion 210 ′′ prevents fluid from penetrating into the surface opposite the assembly surface of the substrate during self-assembly.
  • the self-assembly apparatus according to the present invention performs self-assembly while the substrate is immersed in a fluid.
  • the side wall portion 210 ′′ prevents the fluid from penetrating into the surface opposite the assembly surface of the substrate.
  • the sidewall portion 210 ′′ is formed to surround the entire edge of the substrate.
  • the height of the side wall portion 210 ′′ should be formed larger than the depth at which the substrate is immersed in the fluid.
  • the side wall portion 210 ′′ prevents the fluid from penetrating to the surface opposite the assembly surface of the substrate, thereby preventing damage to the substrate, and allows the buoyancy of the fluid to act on only one surface of the substrate. This will be described later.
  • the second frame 220 serves to press the substrate from the opposite side of the first frame 210 when self-assembling.
  • the second frame 220 has a hole penetrating a central portion.
  • the hole formed in the second frame 220 is formed to have a size greater than or equal to the hole 210 ′′'formed in the first frame 210.
  • the hole formed in the second frame 220 allows a surface opposite to the assembly surface of the substrate to be exposed to the outside.
  • the opposite surface of the assembly surface of the substrate should be exposed to the outside in the same area as the assembly surface or a larger area than the assembly surface. This is because the magnetic field forming unit 300 forms a magnetic field on the opposite side of the assembly surface of the substrate. In order for the magnetic field forming part 300 to be sufficiently close to the substrate, the surface opposite to the assembly surface of the substrate must be exposed to the outside.
  • the substrate S is loaded between the first and second frames 210 and 220 in the second state. Accordingly, the substrate S is slid and loaded on one surface of the second frame 220.
  • a protrusion for guiding the alignment position of the substrate may be formed in at least one of the first and second frames so that the substrate is aligned in a correct position.
  • a protrusion 211 for guiding the alignment position of the substrate S may be formed in the first frame 210.
  • the substrate chuck 200 may include a frame moving unit disposed on at least one of the fixing unit 230 and the first and second frames 210 and 220. At this time, the sealing part 212 presses the substrate S.
  • a frame moving part for vertically moving the second frame 220 may be disposed on the fixing part 230.
  • the vertical moving part moves the second frame 220 upward, so that the substrate S It can be strongly fixed between the first and second frames 210 and 220.
  • the electrode connection part 213 provided in the first frame 210 is connected to the assembly electrode of the substrate S, and the sealing part 212 provided in the first frame 210 is the edge of the substrate S. Will pressurize.
  • the substrate chuck is switched to the first state, it has a shape as shown in FIG. 14.
  • the frame moving part may be formed to horizontally move one of the first and second frames 210 and 220 with respect to the other.
  • the frame moving unit is configured to move one of the first and second frames 210 and 220 vertically and horizontally with respect to the other.
  • the connection portion between the electrode connection part 213 and the assembled electrode can be changed. This can be used to detect whether the assembled electrode is defective.
  • a rotating part 240 is disposed on one side of the fixing part 230 provided in the above-described substrate chuck 200.
  • the rotating part 240 rotates the fixing part 230 so that the first and second frames 210 and 220 can be changed in a vertical relationship.
  • the substrate chuck 200 is switched from one of the first and second states to the other by the rotational motion of the rotating part 240.
  • the rotation speed, rotation degree, and rotation direction of the rotation unit 240 may be controlled by the control unit 172 described in FIG. 7.
  • the substrate chuck 200 is in a second state before loading the substrate S, and the control unit 172 rotates the fixing unit 230 by 180 degrees after the substrate S is loaded. It is rotated so that the substrate chuck 200 is converted to the first state.
  • a vertical moving part and a horizontal moving part are disposed on one side of the fixing part 230.
  • the horizontal moving unit moves at least one of the fixing unit 230 and the first and second frames 210 and 220 so that the assembly surface of the substrate is aligned with the open position of the assembly chamber after loading the substrate.
  • the vertical moving part moves at least one of the fixing part 230 and the first and second frames 210 and 220 so that the vertical distance between the substrate and the assembly chamber is adjusted.
  • the bending phenomenon of the substrate S may be corrected through the vertical moving part. This will be described later.
  • the substrate S is loaded in the second state of the substrate chuck 200 (see FIG. 12). Thereafter, after the substrate chuck 200 is switched to the first state (see FIG. 11), it is aligned with the assembly chamber. In this process, the substrate chuck 200 moves vertically and horizontally so that the assembly surface of the substrate S comes into contact with the fluid filled in the assembly chamber. Thereafter, the control unit 172 controls the magnetic field forming unit 300.
  • FIG. 15 is a perspective view of a magnetic field forming unit according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 16 is a side view of a magnetic field forming unit according to an embodiment of the present invention
  • Fig. 17 is a magnetic field forming unit according to an embodiment of the present invention. It is a bottom view
  • FIG. 18 is a conceptual diagram showing the trajectories of magnets provided in the magnetic field forming unit according to the present invention.
  • the magnetic field forming unit 300 includes a magnet array 310, a vertical moving unit, a horizontal moving unit, and a rotating unit 320.
  • the magnetic field forming part 300 is disposed above the assembly electrode and serves to form a magnetic field.
  • the magnet array 310 includes a plurality of magnets 313.
  • the magnet 313 provided in the magnet array 310 may be a permanent magnet or an electromagnet.
  • the magnets 313 form a magnetic field to guide the semiconductor light emitting devices to the assembly surface of the substrate.
  • the magnet array 310 may include a support part 311 and a magnet moving part 312.
  • the support part 311 is connected to the vertical and horizontal moving parts 320.
  • the magnet moving part 312 is fixed to the support part 311, and the magnet 313 is fixed to the other end of the magnet moving part 312.
  • the magnet moving part 312 is made so that its length is expandable and contractible. As the magnet moving part 312 expands and contracts, the distance between the magnet 313 and the support part 311 changes.
  • the magnet moving unit 312 may be configured to vertically move the magnets 313 arranged in one row at a time.
  • the magnet moving parts 312 may be arranged for each row of the magnet array.
  • the magnet moving part 312 may be arranged as many as the number of magnets provided in the magnet array. Accordingly, the distance between each of the plurality of magnets and the support may be adjusted differently.
  • the plurality of magnet movement units finely adjust the distance between the magnet 313 and the substrate (S), and when the substrate is bent, it serves to uniformly adjust the distance between the magnets 313 and the substrate (S). .
  • Self-assembly may be performed in a state in which the magnet 313 is in contact with the substrate S, or in a state in which the magnet 313 is spaced apart from the substrate S by a predetermined distance.
  • the horizontal moving part may include a rotating part.
  • the horizontal moving part provided in the magnetic field forming part 300 moves the magnet in one direction and rotates at the same time. Accordingly, the magnet array 310 rotates about a predetermined rotation axis and moves along one direction at the same time.
  • the magnet 313 provided in the magnet array 310 may move while drawing a trajectory P in which a curve and a straight line are mixed.
  • a semiconductor light emitting device may be supplied while the magnetic field forming part 300 is close to the substrate S within a predetermined distance.
  • 19 is a conceptual diagram showing a state in which a semiconductor light emitting device is supplied.
  • a chip supply unit 400 may be disposed in an assembly chamber 500 to be described later.
  • the chip supply unit 400 serves to supply the semiconductor light emitting device on the assembly surface of the substrate S after aligning the substrate S in the assembly chamber 500.
  • the chip supply unit 400 may include a chip receiving unit, a vertical moving unit, and a horizontal moving unit capable of accommodating chips thereon. The vertical and horizontal moving parts allow the chip receiving part to move within the fluid filled in the assembly chamber.
  • a plurality of semiconductor light emitting devices may be loaded in the chip receiving part. After the substrate is aligned with the assembly chamber, when the magnetic field forming unit 300 is brought close to the substrate by a predetermined distance or more, a magnetic field having a predetermined strength or more is formed on the assembly surface. In this state, when the chip receiving part approaches the assembly surface within a certain distance, the semiconductor light emitting devices loaded in the chip receiving part come into contact with the substrate.
  • the vertical moving part provided in the chip supply part makes the chip receiving part close to a partial area of the assembly surface of the substrate within a predetermined distance through vertical movement.
  • the vertical moving unit provided in the chip supply unit moves vertically so that the chip receiving unit is moved away from a partial area of the assembly surface of the substrate by a predetermined distance or more.
  • the horizontal moving part provided in the chip supply part moves the chip receiving part horizontally so that the chip receiving part overlaps a part of the assembly surface and another area.
  • the vertical moving part provided in the chip supply part makes the chip receiving part close to the other area within a predetermined distance through vertical movement.
  • the chip supply unit makes a plurality of semiconductor light emitting devices contact the entire area of the assembly surface of the substrate. Self-assembly may be performed in a state in which a plurality of semiconductor light emitting devices are uniformly dispersed and contacted over the entire assembly surface of the substrate.
  • the semiconductor light emitting device cannot be completely uniformly dispersed in the fluid, and the magnetic field formed on the surface of the assembly substrate cannot be perfectly uniform, so the problem that the semiconductor light emitting device is concentrated only in a partial area of the assembly substrate. have.
  • the second problem described above can be solved.
  • the present invention is not limited thereto, and the chip supply unit is not an essential component of the present invention.
  • Self-assembly may be performed in a state in which the semiconductor light emitting devices are dispersed in a fluid, or in a state in which a plurality of semiconductor light emitting devices are dispersed and contacted on an assembly surface of a substrate by a part other than the chip supply unit.
  • FIG. 20 is a plan view of an assembly chamber according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line A-A' of FIG. 20
  • FIGS. 22 and 23 are It is a conceptual diagram showing the movement of the equipped gate.
  • the assembly chamber 500 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. Therefore, the assembly chamber 500 may be a water tank, and may be configured in an open type. However, the present invention is not limited thereto, and the assembly chamber 500 may be a closed type in which the space is a closed space.
  • the substrate S is disposed such that the assembly surface on which the semiconductor light emitting devices 150 are assembled faces downward.
  • the substrate S is transferred to the assembly position by the substrate chuck 200.
  • the assembly surface of the substrate S faces the bottom of the assembly chamber 500 at the assembly position. Accordingly, the assembly surface faces the direction of gravity.
  • the assembly surface of the substrate S is disposed so as to be immersed in the fluid in the assembly chamber 500.
  • the assembly chamber 500 may be divided into two areas. Specifically, the assembly chamber 500 may be divided into an assembly area 510 and an inspection area 520. In the assembly region 510, a semiconductor light emitting device disposed in the fluid while the substrate S is immersed in the fluid is assembled into the substrate S.
  • the self-assembled substrate S is inspected. Specifically, after the substrate S is assembled in the assembly area, it is transferred to the inspection area through the substrate chuck.
  • the same fluid may be filled in both the assembly area 510 and the inspection area 520.
  • the substrate may be transferred from the assembly area to the inspection area while immersed in the fluid.
  • the pre-assembled semiconductor light emitting device may be separated from the substrate due to surface energy between the fluid and the semiconductor light emitting device. For this reason, it is preferable that the substrate is transferred in a state immersed in the fluid.
  • the assembly chamber 500 may include a gate 530 configured to move up and down so that the substrate can be transferred in a state submerged in the fluid. As shown in FIG. 22, the gate 530 maintains an elevated state (first state) while self-assembly is in progress or substrate inspection is in progress, so that the assembly area 510 and the inspection area of the assembly chamber 500 are The fluids contained in 520 are isolated from each other. The gate 530 separates the assembly area and the inspection area, thereby preventing the semiconductor light emitting device from moving to the inspection area during self-assembly to interfere with the inspection of the substrate.
  • the gate 530 is lowered (second state) to remove the boundary between the assembly region 510 and the inspection region 520.
  • the substrate chuck 200 can transfer the substrate from the assembly area 510 to the inspection area 520 only by horizontal movement without a separate vertical.
  • a Sonic Generator for preventing aggregation of semiconductor light emitting devices may be disposed in the assembly region 510.
  • the Sonic Generator may prevent a plurality of semiconductor light emitting devices from being aggregated with each other through vibration.
  • bottom surfaces of the assembly area 510 and the inspection area 520 may be made of a light-transmitting material.
  • light transmission regions 511 and 512 may be provided on the bottom surface of each of the assembly region 510 and the inspection region 520.
  • the present invention monitors the substrate during self-assembly or enables the inspection of the substrate to be performed. It is preferable that the area of the light-transmitting region is larger than the area of the assembly surface of the substrate.
  • the present invention is not limited thereto, and the assembly chamber may be configured such that self-assembly and inspection are performed at the same location.
  • the substrate chuck 200, the magnetic field forming unit 300, and the assembly chamber 500 described above are used, the self-assembly described in FIGS. 8A to 8E can be performed.
  • the self-assembly described in FIGS. 8A to 8E can be performed.
  • a detailed structure and method for solving problems occurring during self-assembly will be described in detail.
  • 24 is a conceptual diagram showing a substrate warpage phenomenon occurring during self-assembly.
  • the spacing between the plurality of magnets 313 and the substrate S becomes uniform.
  • the magnetic field may be uniformly formed on the assembly surface of the substrate.
  • the substrate is bent due to gravity.
  • uniform self-assembly is difficult because the distance between the plurality of magnets 313 and the substrate S'is not constant. Since the magnetic field forming unit is disposed on the upper side of the substrate, it is difficult to arrange a separate mechanism for correcting the warpage of the substrate.
  • the present invention provides a structure and method of a substrate chuck for correcting the warpage of the substrate.
  • 25 is a conceptual diagram illustrating a method for correcting a warpage phenomenon of a substrate.
  • the substrate S' is bent.
  • at least one of the first and second frames 210 and 220 provided in the substrate chuck applies pressure to all four corners of the rectangular substrate. Nevertheless, when the area of the substrate S'increases, the substrate is bound to bend due to gravity.
  • the substrate chuck 200 in order to correct the warpage of the substrate, the substrate chuck 200 is additionally lowered while the substrate S'is in contact with the fluid F.
  • the sealing part 212 provided in the first frame 210 prevents the fluid F from entering the window of the first frame.
  • the side wall portion 210 ′′ provided in the first frame 210 prevents the fluid F from flowing over the first frame and overflowing to the surface opposite the assembly surface of the substrate S′.
  • the sealing part 212 must be formed to surround all edges of the substrate.
  • the height of the side wall portion 210 ′′ should be greater than the depth at which the first frame 210 descends to the maximum based on a state in which the first frame 210 is in contact with the fluid F. That is, when the substrate chuck 200 is lowered, the fluid should not intrude beyond the window and the sidewall portion 210 ′′ of the first frame 210.
  • the buoyant force acting on the substrate is changed.
  • the substrate remains in a flat state (S), as shown in the third figure of FIG. 25.
  • the magnetic field forming unit 300 is transferred to the upper side of the substrate S while buoyant force is applied to the substrate S, and then horizontally moves along the substrate S. At this time, power from the power supply unit 171 is applied to the assembly electrode 161c through the electrode connection unit 213. That is, self-assembly proceeds in a state in which buoyancy is applied to the assembly surface of the substrate S.
  • the present invention makes it possible to achieve a high self-assembly yield even when the area of the assembly substrate is increased.
  • the present invention relates to a chip supply unit 1000 for supplying semiconductor light emitting devices to a substrate S among the configurations of the above-described semiconductor light emitting device self-assembly device.
  • 26 is a conceptual diagram showing a method of supplying a conventional semiconductor light emitting device. Conventionally, as shown in FIG. 26, after randomly supplying a large amount of semiconductor light emitting devices C for self-assembly to the fluid in the assembly chamber 500, the self-assembly process was performed.
  • Some of the semiconductor light emitting devices (C) supplied in the fluid were loaded onto individual magnets 313 forming the magnet array 313a provided on the upper side of the substrate (S) and seated at a predetermined position on the substrate (S). , The remaining semiconductor light emitting devices C that are not loaded on the individual magnets 313 remain in the fluid while self-assembly is in progress, and after the self-assembly is completed, the magnet arrays 313a are moved away from the substrate S. It was collected together with the sinking semiconductor light emitting devices (C).
  • the semiconductor light emitting devices C supplied by this method are unevenly distributed in the fluid, and thus there is a problem that the individual magnets 313 forming the magnet array 313a are not uniformly loaded.
  • the self-assembly apparatus includes a chip supply unit 1000 capable of uniformly supplying the semiconductor light emitting devices C to the assembly surface of the substrate S.
  • a chip supply unit 1000 which is a component of a self-assembly device according to an embodiment of the present invention, will be described in detail.
  • FIG. 27 is a conceptual diagram showing a method of supplying a semiconductor light emitting device through a chip supply unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 28 is a block diagram of configurations of a chip supply unit according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is an enlarged view showing a method of supplying a semiconductor light emitting device to a substrate through a chip supply unit according to an embodiment.
  • the self-assembly device of the semiconductor light emitting device according to the present invention is for mounting the semiconductor light emitting devices (C) at a predetermined position on the substrate (S) contained in the assembly chamber 500 in which the fluid is accommodated by using an electric field and a magnetic field. I can.
  • the self-assembly device is provided in the assembly chamber 500, and is arranged in a plurality of rows to form a magnetic field in cooperation with the magnets 313a (or magnet array) to form the semiconductor light emitting devices (C) on the substrate. It may include a chip supply unit 1000 for supplying to one surface of (S).
  • the process of supplying the semiconductor light emitting devices (c) to the substrate (s) for self-assembly includes the magnet array 313a disposed on the substrate (s), and the magnet array 313a disposed on the substrate (s). It may be carried out by the chip supply unit 1000 according to the present invention provided in the assembly chamber 500. In addition, the substrate s and the chip supply unit 1000 may be disposed in a fluid.
  • the chip supply unit 1000 may include a chip receiving unit 1010, a horizontal moving unit 1020, a vertical moving unit 1030, and a control unit 1040 controlling them.
  • the chip receiving part 1010 is a part in which the semiconductor light emitting devices C for self-assembly are accommodated, and may be a top surface or a part of the top surface of the chip supply unit 1000 facing the substrate s.
  • the height is It can be a regular or flat plate shape.
  • the semiconductor light emitting devices C accommodated in the chip receiving portion 1010 may be supplied to the assembly surface of the substrate S by a magnetic field formed by the magnet array 313a.
  • the distance between the magnet array 313a and the chip receiving portion 1010 must be very close (within several mm).
  • the curved chip receiving portion 1010 includes some areas that are not affected by the magnetic field, or when the distance is adjusted so that all areas are included in the area of the magnetic field, some areas come into contact with the substrate, and thus the semiconductor light emitting device (c) There is a problem that can be damaged. Therefore, it is preferable that the chip receiving portion 1010 has a plate shape having a constant height.
  • a sidewall having a predetermined height may be formed along the periphery of the chip receiving portion 1010 to prevent the semiconductor light emitting devices C from being separated from the chip receiving portion 1010.
  • the height of the sidewall may be set within a range in which the above-described problem does not occur.
  • the area of the chip receiving portion 1010 may be formed to be at least larger than the cross-sectional area of the individual magnets 313.
  • the horizontal moving unit 1020 may move the chip supply unit 1000 in the horizontal direction so that the chip receiving unit 1010 alternately overlaps with some of the magnets 313a.
  • the horizontal movement may mean movement on a surface substantially parallel to the bottom surface of the assembly chamber 500 (movement on the xy plane).
  • the vertical movement unit 1030 moves the chip supply unit 1000 in the vertical direction, so that the distance between the chip supply unit 1000 and the magnets 313a, in detail, the chip receiving unit 1010 in which the semiconductor light emitting devices C are accommodated.
  • the distance between the and the magnets 313a can be adjusted.
  • the vertical movement may mean movement in the height direction of the assembly chamber 500 (movement on the z-axis).
  • the horizontal moving unit 1020 and the vertical moving unit 1030 may be driven at the same time (moving on the xz plane and/or the yz plane). In this case, the height of the chip supply unit 1000 and the magnet 313 or magnets overlapping with the chip receiving unit 1010 may be different.
  • the horizontal moving part 1020 and the vertical moving part 1030 are illustrated in the form of a transfer rail (motor not shown), but this is only an example, and may be implemented in various forms without limitation.
  • the chip supply unit 1000 may include a control unit 1040.
  • the control unit 1040 may control the position of the chip supply unit 1000 in the assembly chamber 500 by driving the horizontal moving unit 1020 and the vertical moving unit 1030.
  • the controller 1040 may move the chip supply unit 1000 in at least one of a horizontal direction and a vertical direction at a preset path and a plurality of points existing on the preset path.
  • the horizontal movement of the chip supply unit 1000 is to evenly supply the semiconductor light emitting devices c to the assembly surface of the substrate s, and the vertical movement is the assembly surface of the substrate s through magnetic force. This is to induce the semiconductor light emitting devices (c).
  • the preset path is set to sequentially overlap with the magnet array 313a disposed on the substrate s, and may be, for example, a path that proceeds for each row.
  • the plurality of points may be all or part of the points overlapping with the individual magnets 313, and details will be described later.
  • the plurality of points may be points at which the chip supply unit 1000 vertically moves.
  • the control unit 1040 may horizontally move the chip supply unit 1000 so that the chip receiving unit 1010 alternately overlaps the individual magnets 313 to be loaded with the semiconductor light emitting devices C accommodated in the chip receiving unit 1010.
  • the chip supply unit 1000 may be vertically moved to supply the semiconductor light emitting devices C accommodated in the chip receiving unit 1010 to the area of the substrate S overlapping the individual magnets 313, and this The same process may be repeatedly performed until the self-assembly process for the entire substrate s is completed.
  • the controller 1040 may move the chip receiving portion 1010 between the first height a2 and the second height a1.
  • the first height (a2) may be a height not affected by the magnetic field formed by the magnet array 313a
  • the second height (a1) may be a height affected by the magnetic field formed by the magnet array 313a. Accordingly, when the chip receiving portion 1010 is positioned at the first height a2, the semiconductor light emitting devices C may not deviate from the chip receiving portion 1010.
  • the chip supply unit 1000 for supplying the semiconductor light emitting devices c to the substrate s is driven based on the above description, and may be driven in various paths within a range not departing from this. . Related matters will be described later.
  • the control unit 1040 is sufficient for the assembly surface of the substrate s.
  • the horizontal and vertical movement of the chip supply unit 1000 may be stopped for a predetermined time so that the positive semiconductor light emitting devices c are supplied.
  • the chip supply unit 1000 may be disposed such that the chip receiving unit 1010 is positioned at the second height a1 at the aforementioned plurality of points, and the predetermined time is for receiving the substrate s and the chip.
  • the predetermined time is for receiving the substrate s and the chip.
  • control unit 1040 may adjust the predetermined time.
  • a configuration for monitoring the substrate s or the chip receiving portion 1010 may be additionally provided to check the supply state of the semiconductor light emitting devices c.
  • the chip supply unit 1000 is positioned at the second height a1 for a predetermined time to supply the semiconductor light emitting devices c at any of a plurality of points, the semiconductor light emitting devices c are sufficiently If it is confirmed that it is not supplied, the time to stay at the second height a1 at the point can be increased.
  • the chip supply unit 1000 has a second height ( It can be moved vertically to be located in a1).
  • the plurality of points are at least one magnet 313 constituting the magnet array 313a disposed on the substrate (s) and the chip receiving portion 1010 in which the semiconductor light emitting devices (c) are accommodated overlap each other. It can be branches.
  • the chip receiving unit 1010 is at a first height (a2). ) To the second height (a1).
  • the chip supply unit 1000 may vertically move after moving by a certain interval.
  • the semiconductor light emitting devices c accommodated at a specific point of the chip receiving unit 1010 are mainly supplied to the substrate s. As progress proceeds, the remaining semiconductor light emitting devices c tend to be concentrated on both sides of the chip receiving portion 1010.
  • control unit 1040 adjusts the moving interval of the chip supply unit 1000 by applying an offset to each point, so that the individual magnet 313 is separated from a different point of the chip receiving unit 1010 at each point. You can make it overlap. For example, a different value may be applied to the offset value according to the number of magnets 313a constituting the magnetic field forming unit 300.
  • control unit 1040 moves the chip supply unit 1000 based on the amount and distribution state of the semiconductor light emitting devices c remaining in the chip receiving unit 1010 monitored by the sensor unit in connection with a sensor unit to be described later.
  • the spacing can be adjusted (see Fig. 31).
  • the plurality of points at which the vertical movement of the chip supply unit 1000 is performed may be points overlapping with all individual magnets 313a constituting the magnetic field forming unit 300, and in this case, the chip supply unit 1000 may be driven to move upward (first height -> second height) and downward movement (second height -> first height) at the plurality of points.
  • the chip supply unit 1000 moves upward and downward at each point, and may move upward and downward by at least a number of times corresponding to the number of magnets 313a constituting the magnetic field forming unit 300.
  • the semiconductor light emitting devices c can be most uniformly loaded onto all the individual magnets 313a constituting the magnetic field forming part 300.
  • the plurality of points may be one end and the other end of each row made of a plurality of individual magnets 313a, and the chip supply unit 1000 moves upward and downward at the plurality of points. It can be driven to move.
  • the chip supply unit 1000 is the same as the above-described embodiment in that both the upward movement and the downward movement are performed at each point, but at one end and the other end of the rows made of at least a plurality of individual magnets 313a. It differs from the above-described embodiment in that the upward movement and the downward movement are performed.
  • the plurality of points may be points overlapping with all the individual magnets 313a constituting the magnetic field forming unit 300, and at this time, the chip supply unit 1000 rises from the plurality of points. It can be driven to move or move down.
  • the horizontal movement and the vertical movement can be made at the same time.
  • the chip supply unit 1000 changes the height of the chip receiving unit 1010 (from a first height to a second height or from a second height to a first height), while a different point adjacent to one of a plurality of points. You can move to, and after reaching the other point, you can move up or down. After that, it is possible to move while changing the height of the chip receiving portion 1010 toward another point adjacent to the other point. That is, the chip supply unit 1000 may selectively perform an upward movement and a downward movement at a plurality of points.
  • the chip supply unit 1000 may supply the semiconductor light emitting devices c to the substrate s while moving along the shortest movement path.
  • the self-assembly device further includes a sensor unit (not shown) that monitors the amount (number) and distribution of the semiconductor light emitting devices c remaining on the chip receiving unit 1010 during the self-assembly process.
  • a sensor unit (not shown) that monitors the amount (number) and distribution of the semiconductor light emitting devices c remaining on the chip receiving unit 1010 during the self-assembly process.
  • the sensor unit may be an optical sensor, and the controller 1040 may control the driving of the chip supply unit 1000 by reflecting a result monitored by the optical sensor.
  • the type of the sensor unit is not limited thereto.
  • the sensor unit can reduce the deviation of the semiconductor light emitting devices (c) supplied to each point of the substrate (s) by feeding back the supply state of the semiconductor light emitting devices (c) in real time, and furthermore, the semiconductor light emitting device There is an effect of being able to uniformly supply the field (c).
  • the sensor unit may be provided in various positions according to the characteristics of the self-assembling device.
  • the sensor unit when the chip supply unit 1000 is formed of a light-transmitting transparent material, the sensor unit may be disposed under the chip supply unit 1000 and moves together with the chip supply unit 1000 and the chip receiving unit 1010 Can be monitored. In this case, the sensor unit may be disposed in the assembly chamber 500 together with the chip supply unit 1000 or may be disposed outside the assembly chamber 500.
  • the self-assembly device can uniformly supply the semiconductor light emitting devices (c) to the assembly surface of the substrate (s), and because the assembly time is shortened, self-assembly on a large-area substrate. There is an effect that the process can be introduced efficiently.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 반도체 발광소자의 자가조립 장치는, 조립 챔버 내 구비되며, 복수의 열들로 배치되어 자기장을 형성하는 자석들과 협력하여 반도체 발광소자들을 상기 기판의 일면에 공급하는 칩 공급부를 포함하고, 칩 공급부는 기 설정된 경로 및 상기 기 설정된 경로 상에 존재하는 복수의 지점들에서 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.

Description

반도체 발광소자의 자가조립 장치
본 발명은 디스플레이 장치의 제조방법 중 자가조립에 관한 것으로, 특히, 마이크로 LED의 자가조립 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.
최근에는 미국등록특허 제9,825,202에서 자가조립에 적합한 마이크로 LED 구조를 제시한 바 있으나, 여전히 마이크로 LED의 자가조립을 통해 디스플레이 장치를 제조하는 기술에 대한 연구는 미비한 실정이다.
이에, 본 발명에서는 마이크로 LED의 자가조립을 위한 새로운 형태의 자가조립 장치를 제시한다.
본 발명의 일 목적은 기판의 조립면에 반도체 발광소자를 균일하게 공급할 수 있는 자가조립 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 반도체 발광소자의 조립 시간을 단축할 수 있는 자가조립 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기장 및 자기장을 이용하여 유체가 수용된 조립 챔버 내 담긴 기판 상의 기 설정된 위치에 반도체 발광소자들을 안착시키는 반도체 발광소자의 자가조립 장치에 있어서, 상기 조립 챔버 내 구비되며, 복수의 열들로 배치되어 상기 자기장을 형성하는 자석들과 협력하여 상기 반도체 발광소자들을 상기 기판의 일면에 공급하는 칩 공급부를 포함하고, 상기 칩 공급부는, 상기 반도체 발광소자들을 수용하는 칩 수용부; 상기 칩 공급부와 상기 자석들 사이의 거리를 조절하는 수직 이동부; 상기 칩 수용부가 상기 자석들 중 일부와 교대로 오버랩 되도록 상기 칩 공급부를 이동시키는 상기 수평 이동부; 및 상기 수직 이동부 및 상기 수평 이동부를 구동시켜 상기 조립 챔버 내 상기 칩 공급부의 위치를 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는, 기 설정된 경로 및 상기 기 설정된 경로 상에 존재하는 복수의 지점들에서 상기 칩 공급부를 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 칩 공급부의 상기 칩 수용부를 제1 높이 및 제2 높이 사이에서 이동시킬 수 있으며, 상기 제1 높이는 상기 자석들에 의해 형성되는 자기장의 영향이 미치지 않는 높이이고, 상기 제2 높이는 상기 자석들에 의해 형성되는 자기장의 영향이 미치는 높이인 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 지점들은, 상기 자석들 중 일부와 오버랩 되는 지점들이며, 상기 복수의 지점들 각각은 서로 다른 자석들과 오버랩 되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 칩 수용부가 상기 제2 높이에 위치할 때, 상기 기판에 상기 반도체 발광소자들이 공급되도록 소정 시간 동안 상기 칩 공급부의 수평 이동 및 수직 이동을 중단하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 칩 수용부가 상기 자석들 중 적어도 하나의 자석과 오버랩 되는 지점에서 상기 칩 수용부를 상기 제2 높이로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 칩 공급부가 상기 복수의 지점들 각각에서 상승 경로 및 하강 경로를 갖도록 상기 칩 공급부를 구동시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 지점들은, 상기 자석들이 배치된 복수의 열들의 일단 및 타단인 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 칩 공급부가 상기 복수의 지점들 각각에서 상승 경로 및 하강 경로 중 어느 하나의 경로를 갖도록 상기 칩 공급부를 구동시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 칩 수용부 상에 잔여하는 상기 반도체 발광 소자들의 양 및 분포 상태를 모니터링 하는 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 칩 공급부의 수평 이동 및 수직 이동이 중단되는 시간을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 복수의 지점들에서 상기 자석들 중 적어도 어느 하나와 오버랩 되는 상기 칩 수용부의 영역을 조절하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치에 의하면 기판의 조립면에 반도체 발광소자들이 균일하게 공급될 수 있다.
또한, 조립 시간이 단축되므로 대면적 기판에 자가조립 공정을 적용할 수 있으며, 택 타임(tact time)의 단축으로 생산 효율이 향상될 수 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 발명에 따른 자가조립 방법을 나타내는 순서도이다.
도 11은 기판 척의 제1 상태를 나타내는 개념도이다.
도 12는 기판 척의 제2 상태를 나타내는 개념도이다.
도 13은 기판 척에 구비된 제1 프레임의 평면도이다.
도 14는 기판 척에 조립 기판이 로딩된 상태를 나타내는 개념도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 형성부의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 형성부의 일측면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 형성부의 하측면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 자기장 형성부에 구비된 자석들의 궤적을 나타내는 개념도이다.
도 19는 반도체 발광소자를 공급하는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 챔버의 평면도이다.
도 21은 도 20의 라인 A-A'을 따라 취한 단면도이다.
도 22 및 도23은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립 챔버에 구비된 게이트의 움직임을 나타내는 개념도이다.
도24는 자가조립 시 발생되는 기판의 휨 현상을 나타내는 개념도이다.
도 25는 기판의 휨 현상을 보정하기 위한 방법을 나타내는 개념도이다.
도 26은 종래 반도체 발광소자를 공급하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 칩 공급부를 통해 반도체 발광소자를 공급하는 방법을 나타내는 개념도이다.
도 28은 본 발명의 실시예에 따른 칩 공급부 구성들의 블록도이다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 칩 공급부를 통해 기판에 반도체 발광소자를 공급하는 방법을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 30은 본 발명의 실시예에 따른 칩 공급부의 경로를 나타낸 도면이다.
도 31은 본 발명의 다른 실시예에 따른 칩 공급부의 경로(offset 설정)를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 디지털 사이니지, 헤드 마운팅 디스플레이(HMD), 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 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(150')는 p형 전극(156'), p형 전극(156')이 형성되는 p형 반도체층(155'), p형 반도체층(155') 상에 형성된 활성층(154'), 활성층(154') 상에 형성된 n형 반도체층(153'), 및 n형 반도체층(153') 상에서 p형 전극(156')과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152')을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156')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 자가조립하는 방식에 대하여 예시하나, 이는 수직형 반도체 발광소자를 자가조립하는 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 제2도전형 반도체층(155)을 성장시킨다. 이와 같이, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)을 순차적으로 성장시키면, 도 5a에 도시된 것과 같이, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)이 적층 구조를 형성한다.
이 경우에, 상기 제1도전형 반도체층(153)은 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 반도체층(155)은 n형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 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 GaN 이고, 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(161)에 스스로 조립되도록 한다. 이 경우에, 상기 기판은 조립기판(161)이 될 수 있다.
다른 예로서, 상기 조립기판(161) 대신에 배선기판을 조립 챔버내에 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 조립기판(161)에 안착하는 것이 용이하도록, 상기 조립기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(150)이 끼워지는 셀들(미도시)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 조립기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(150)이 배선전극에 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 기설정된 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 자가조립하는 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 조립 챔버(162), 자석(163) 및 위치 제어부(164)를 포함할 수 있다.
상기 조립 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 조립 챔버(162)는 수조가 될 수 있으며, 오픈형으로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 조립 챔버(162)는 상기 공간이 닫힌 공간으로 이루어지는 클로즈형이 될 수 있다.
상기 조립 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 위치 조절되며, 이를 통하여 상기 기판(161)은 상기 조립위치로 이송될 수 있다.
이 때에, 상기 조립위치에서 상기 기판(161)의 조립면이 상기 조립 챔버(150)의 바닥을 향하게 된다. 도시에 의하면, 상기 기판(161)의 조립면은 상기 조립 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 조립 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)은 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)은 자성체가 아닌 금속소재를 포함할 수 있다.
도시와 같이, 본 예시에서는 자성체를 포함하는 제1층(1056a)이, 제2도전형 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 조립 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 조립 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 조립 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 조립 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 조립 챔버(162)에 배치되는 위치가 될 수 있다.
이 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050) 중 일부는 조립 챔버(162)의 바닥에 가라앉고 일부는 유체 내에 부유할 수 있다. 상기 조립 챔버(162)에 광투과성의 바닥판(166)이 구비되는 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050) 중 일부는 바닥판(166)에 가라앉을 수 있다.
다음으로, 상기 조립 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 조립 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 조립 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 조립기판인 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 조립 챔버(162) 내에 남아있는 반도체 발광소자들(1050)이 상기 조립 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 조립 챔버(162) 내에 남아있는 반도체 발광소자들(1050)이 상기 조립 챔버(162)의 바닥으로 떨어지게 된다.
이후에, 상기 조립 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.
상술한 자가조립 공정을 수행할 때, 몇 가지 문제들이 발생된다.
첫 번째, 디스플레이의 면적이 커짐에 따라 조립 기판의 면적이 증가하는데, 조립 기판의 면적이 증가할수록 기판의 휨 현상이 커지는 문제가 발생된다. 조립 기판이 휘어진 상태로 자가조립을 수행할 경우, 조립 기판 표면에 자기장이 균일하게 형성되지 않게 되기 때문에, 자가조립이 안정적으로 수행되기 어렵다.
두 번째, 반도체 발광소자가 유체 내에서 완전히 균일하게 분산될 수 없으며, 조립 기판 표면에 형성되는 자기장이 완벽하게 균일할 수 없기 때문에, 반도체 발광소자가 조립 기판의 일부 영역에만 집중되는 문제가 발생될 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점들뿐 아니라, 자가조립 수율을 높일 수 있는 자가조립 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 자가조립 장치는 기판 표면 처리부, 기판 척(200), 자기장 형성부(300), 칩 공급부(400) 및 조립 챔버(500)를 구비할 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 본 발명에 따른 자가조립 장치는 상술한 구성요소보다 많거나 적은 구성들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 자가 조립 장치에 대하여 설명하기에 앞서, 본 발명에 따른 자가조립 장치를 이용한 자가조립 방법에 대하여 간략하게 설명한다.
도 10은 본 발명에 따른 자가조립 방법을 나타내는 순서도이다.
먼저, 조립 기판의 표면 처리 단계(S110)가 수행된다. 상기 단계는 필수적인 것은 아니나, 기판 표면이 친수화 될 경우, 기판 표면에 기포가 생기는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 조립 기판을 기판 척에 로딩하는 단계(S120)가 진행된다. 기판 척(200)에 로딩된 조립 기판은 조립 챔버의 조립 위치로 이송된다. 이후, 자기장 형성부가 수직 및 수평 이동을 통해 조립 기판에 근접한다.
이 상태에서, 칩 공급을 하는 단계(S130)가 진행된다. 구체적으로, 조립 기판의 조립면에 반도체 발광소자를 분산시키는 단계가 진행된다. 자기장 형성부(300)가 조립 기판에 충분히 근접한 상태에서 반도체 발광소자를 조립면 근처에 분산시키는 경우, 상기 자기장 형성부에 의해 반도체 발광소자들이 조립면에 달라붙게 된다. 반도체 발광소자는들은 적절한 분산도로 조립면에 분산된다.
다만, 이에 한정되지 않고, 반도체 발광소자는 기판이 조립 위치로 이송되기 전 조립 챔버 내 유체에 분산될 수 있다. 즉, 칩 공급 단계(S130)를 수행하는 시점은 조립 기판이 조립 위치로 이송된 후로 한정하지 않는다.
반도체 발광소자의 공급 방식은 조립 기판의 면적, 조립되는 반도체 발광소자의 종류, 자가 조립 속도 등에 따라 달라질 수 있다.
이후, 자가조립을 수행하고, 반도체 발광소자를 회수하는 단계(S140)가 진행된다. 자가조립에 대하여는 본 발명에 따른 자가조립 장치에 대한 설명과 함께 후술한다. 한편, 자가조립 후 반도체 발광소자는 반드시 회수될 필요는 없다. 자가조립이 종료된 후, 조립 챔버 내 반도체 발광소자를 보충 한 후 새로운 기판에 대한 자가조립이 수행될 수 있다.
마지막으로, 자가조립이 완료된 후, 조립 기판을 검사, 건조하고 기판을 기판 척으로부터 분리하는 단계(S150)가 수행될 수 있다. 조립 기판의 검사는 자가조립이 수행된 위치에서 수행될 수 있으며, 조립 기판을 다른 위치로 이송한 후 수행될 수 있다.
한편, 조립 기판의 건조는 조립 기판을 유체로부터 이탈시킨 후 수행될 수 있다. 조립 기판의 건조 후 자가조립 후공정이 수행될 수 있다.
자가조립의 기본 원리, 기판(또는 조립 기판)의 구조, 반도체 발광소자에 관한 내용은 도 1 내지 9에서 설명된 내용으로 갈음한다. 한편, 이하 설명하는 수직 이동부, 수평 이동부, 회전부 및 기타 이동 수단은 모터와 볼 스크류, 랙 기어와 피니언 기어, 풀리와 타이밍벨트 등의 공지된 여러 수단을 통하여 구현될 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
한편, 도 7에서 설명한 제어부(172)는 상술한 구성요소들에 구비된 수직 이동부, 수평 이동부, 회전부 및 기타 이동 수단의 움직임을 제어한다. 즉, 상기 제어부(172)는 각 구성요소들의 x, y, z축의 움직임 및 회전 움직임을 제어하도록 이루어진다. 본 명세서에서 별도로 언급되지 않더라도, 수직 이동부, 수평 이동부, 회전부 및 기타 이동 수단의 움직임은 제어부(172)의 제어에 의해 발생된다.
한편, 도 6 내지 9에서 설명한 기판(또는 조립 기판, 161)에 구비된 전극(161c)은 조립 전극이라 칭하며, 상기 조립 전극(161c)은 기판 척(200)을 통해 도 7에서 설명한 전원공급부(171)와 전기적으로 연결되며, 제어부(172)의 제어에 의해 전원공급부(171)가 상기 조립 전극(161c)에 전원을 공급한다. 이에 대한 구체적 설명은 후술한다.
이하, 상술한 구성 요소들에 대하여 설명한다.
먼저, 기판 표면 처리부는 기판 표면을 친수화 하는 역할을 한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 자가조립 장치는 조립 기판을 유체 표면에 접촉시킨 상태에서 자가조립을 수행한다. 상기 조립 기판의 조립면이 유체 표면과 이질적인 성질을 가질 경우, 조립면에서 기포 등이 발생할 수 있으며, 반도체 발광소자와 조립면 간에 비특이적 결합이 발생될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 자가 조립 전 기판 표면은 유체와 친화적인 성질로 처리될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유체가 물과 같은 극성 물질인 경우, 상기 기판 표면 처리부는 기판의 조립면을 친수화시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 기판 표면 처리부는 플라즈마 발생기를 구비할 수 있다. 기판 표면에 대한 플라즈마 처리를 통해, 기판 표면에 친수성 작용기들이 형성되도록 할 수 있다. 구체적으로, 플라즈마 처리를 통해, 기판에 구비된 격벽 및 유전체층 중 적어도 하나에 친수성 작용기들이 형성될 수 있다.
한편, 반도체 발광소자의 비특이적 결합을 방지하도록, 격벽 표면과 셀에 의해 외부로 드러난 유전체층의 표면에는 서로 다른 표면처리가 이루어질 수 있다. 예를 들어, 셀에 의해 외부로 드러난 유전체층의 표면에는 친수 처리가 이루어질 수 있고, 격벽의 표면에는 소수성 작용기가 형성되도록 표면 처리가 수행될 수 있다. 이를 통해, 격벽 표면에 대한 반도체 발광소자의 비특이적 결합을 막고, 반도체 발광소자가 셀 내부에 강하게 고정되도록 할 수 있다.
하지만, 상기 기판 표면 처리부는 본 발명에 따른 자가조립 장치에 있어서 필수적인 구성요소는 아니다. 상기 기판 표면 처리부는 기판을 이루는 구성물질에 따라, 필요하지 않을 수 있다.
상기 기판 표면 처리부에 의해 표면 처리가 완료된 기판은 기판 척(200)으로 로딩된다.
다음으로, 기판 척(200)에 대하여 설명한다.
도 11은 기판 척의 제1상태를 나타내는 개념도이고, 도 12는 기판 척의 제2상태를 나타내는 개념도이고, 도 13은 기판 척에 구비된 제1프레임의 평면도이고, 도 14는 기판 척에 조립 기판이 로딩된 상태를 나타내는 개념도이다.
첨부된 도면을 참조하면, 기판 척(200)은 기판 지지부를 구비한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 기판 지지부는 제1 및 제2프레임(210 및 220), 고정부(230)를 구비한다. 상기 제1 및 제2프레임(210 및 220)은 로딩된 기판을 사이에 두고 상하로 배치되고, 상기 고정부(230)는 상기 제1 및 제2프레임(210 및 220)을 지지한다. 기판 척(200)은 회전부(240), 수직 이동부 및 수평 이동부(250)를 모두 구비할 수 있다. 도 11과 같이, 수직 이동부 및 수평 이동부(250)는 하나의 장치로 이루어질 수 있다. 한편, 후술하는 도면에 한정하지 않고, 기판 척에 구비된 회전부, 수직 및 수평 이동부는 하나의 장치로 이루어질 수 있다.
본 명세서에서 제1프레임(210)은 기판(S)의 조립면이 유체를 향한 상태에서 기판 하측에 배치되는 프레임으로 정의하고, 제2프레임(220)은 기판의 조립면이 유체를 향한 상태에서 기판 상측에 배치되는 프레임으로 정의한다. 상기 회전부(240)으로 인하여, 상기 제1프레임(210) 및 제2프레임(220)의 상하 관계는 서로 전환될 수 있다. 본 명세서에서 상기 제1프레임(210)이 상기 제2프레임(220)보다 아래 있는 상태를 제1상태(도 11 참조)라 정의하고, 상기 제1프레임(210)이 상기 제2프레임(220)보다 위에 있는 상태를 제2상태(도 12 참조)라 정의한다. 상기 회전부(240)는 상기 제1 및 제2프레임(210 및 220), 고정부(230) 중 적어도 하나를 회전시켜 제1 및 제2상태 중 어느 하나에서 다른 하나로 전환한다. 상기 회전부(240)에 대하여는 후술한다.
상기 제1프레임(210)은 자가 조립 시 조립 챔버 내에서 충전된 유체에 접촉하는 프레임이다. 도 14를 참조하면, 상기 제1프레임(210)은 바닥부(210') 및 측벽부(210'')를 구비한다.
상기 바닥부(210')는 기판(S)이 로딩되었을 때, 기판(S)의 하측 또는 상측에서 기판을 지지하는 역할을 한다. 상기 바닥부(210')는 하나의 판 형상으로 이루어지거나, 판 형상을 이루는 복수의 부재들이 결합된 형태로 이루어질 수 있다. 도 13을 참조하면, 상기 바닥부(210')는 중앙부를 관통하는 홀(210''')을 구비한다. 상기 홀(210''')은 후술할 기판을 외부로 노출시켜 유체에 접촉시킬 수 있도록 한다. 즉, 상기 홀(210''')은 기판의 조립면을 정의한다. 기판은 4각형 기판의 네 개의 모서리가 제1프레임(210)의 홀(210''') 테두리에 걸쳐지도록 로딩된다. 이에 따라, 기판의 테두리를 제외한 나머지 영역은 제1프레임(210)에 구비된 홀(210''')과 오버랩된다. 상기 홀(210''')과 오버랩되는 기판의 영역이 조립면이 된다.
한편, 상기 홀(210''')의 테두리에는 실링부(212) 및 전극 연결부(213)가 배치될 수 있다.
상기 실링부(212)는 기판에 밀착되어 자가 조립 시 조립 챔버에 충전된 유체가 제1 및 제2프레임(210 및 220)으로 침투하는 것을 방지한다. 또한, 상기 실링부(212)는 유체가 상기 조립 전극(161c) 및 전극 연결부(213)로 침투하는 것을 방지한다. 이를 위해, 상기 실링부(212)는 상기 전극 연결부(213)보다 홀(210''')에 가까운 위치에 배치되어야 한다.
상기 실링부(212)는 링(ring) 형상으로 이루어지며, 실링부(212)의 재질은 별도로 한정하지 않는다. 실링부(212)를 이루는 재료는 기 공지된 실링 재료일 수 있다.
상기 전극 연결부(213)는 기판에 형성된 조립 전극과 연결되어 상기 조립 전극에 전원을 공급한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 전극 연결부(213)는 도 7에서 설명된 전원공급부(171)로부터 공급되는 전원을 조립 전극(161c)에 인가하여 기판 상에 전기장이 형성될 수 있도록 한다.
한편, 상기 측벽부(210'')는 상기 바닥부(210') 테두리에 형성된다. 상기 측벽부(210'')는 자가조립 시 기판의 조립면 반대면으로 유체가 침투하는 것을 방지한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 자가 조립 장치는 기판이 유체에 잠긴 상태에서 자가 조립을 수행한다. 상기 측벽부(210'')는 기판을 유체에 담갔을 때 유체가 기판의 조립면 반대면으로 침투하는 것을 방지한다.
이를 위해, 상기 측벽부(210'')는 기판의 테두리 전체를 에워싸도록 형성된다. 상기 측벽부(210'')의 높이는 기판이 유체에 잠기는 깊이보다는 크게 형성되야 한다. 상기 측벽부(210'')는 유체가 기판의 조립면 반대면으로 침투하지 않도록 함으로써, 기판이 손상되는 것을 방지하고, 유체의 부력이 기판의 일면에만 작용되도록 한다. 이에 대하여는 후술한다.
한편, 제2프레임(220)은 자가조립 시 상기 제1프레임(210) 반대편에서 기판을 가압하는 역할을 한다. 상기 제1프레임(210)과 마찬가지로, 상기 제2프레임(220)은 중앙부를 관통하는 홀을 구비한다. 상기 제2프레임(220)에 형성되는 홀은 상기 제1프레임(210)에 형성되는 홀(210''')보다 크거나 같은 크기로 형성된다.
상기 제2프레임(220)에 형성되는 홀은 기판의 조립면의 반대면이 외부로 노출되도록 한다. 상기 기판의 조립면의 반대면은 조립면과 동일한 면적 또는 조립면보다 큰 면적으로 외부로 노출되어야 한다. 이는 자기장 형성부(300)가 기판의 조립면 반대편에서 자기장을 형성하기 때문이다. 상기 자기장 형성부(300)가 기판에 충분이 가깝게 근접할 수 있도록, 상기 기판의 조립면의 반대면은 외부로 노출되어야 한다.
한편, 상기 기판(S)은 제2상태에서 상기 제1 및 제2프레임(210 및 220) 사이로 로딩된다. 이에 따라, 상기 기판(S)은 상기 제2프레임(220)의 일면에서 슬라이딩 되며 로딩된다. 상기 기판이 올바른 위치에 얼라인되도록, 상기 제1 및 2프레임 중 적어도 하나에는 기판의 얼라인 위치를 가이드하는 돌출부가 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 도 13을 참조하면, 제1프레임(210)에는 기판(S)의 얼라인 위치를 가이드하는 돌출부(211)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 기판(S)이 상기 제2프레임(220) 상에 로딩되면, 상기 제1 및 제2프레임(210 및 220) 중 적어도 하나가 수직 이동을 수행하여 제1 및 제2프레임(210 및 220)이 기판을 가압하도록 한다. 이를 위해, 상기 기판 척(200)은 상기 고정부(230), 제1프레임 및 제2프레임(210 및 220) 중 적어도 하나에 배치되는 프레임 이동부를 구비할 수 있다. 이때, 실링부(212)는 상기 기판(S)을 가압하게 된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 고정부(230)에는 상기 제2프레임(220)을 수직 이동시키는 프레임 이동부이 배치될 수 있다. 기판 척이 제2상태에서, 상기 기판(S)이 상기 제2프레임(220) 상에 로딩되면, 상기 수직 이동부은 상기 제2프레임(220)을 상측으로 이동시켜, 상기 기판(S)이 상기 제1 및 제2프레임(210 및 220) 사이에 강하게 고정될 수 있도록 한다. 이 때에, 제1프레임(210)에 구비된 전극 연결부(213)가 기판(S)의 조립 전극에 연결되며, 제1프레임(210)에 구비된 실링부(212)가 기판(S)의 테두리를 가압하게 된다. 이 상태에서 기판 척이 제1상태로 전환할 경우, 도 14와 같은 형상이 된다.
다만, 이에 한정되지 않고, 상기 프레임 이동부은 제1 및 제2프레임(210 및 220) 중 어느 하나를 다른 하나에 대하여 수평적으로 이동시킬 수 있도록 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 프레임 이동부는 상기 제1 및 제2프레임(210 및 220) 중 어느 하나를 다른 하나에 대하여 수직 및 수평적으로 이동시킬 수 있도록 이루어진다. 제1 및 제2프레임(210 및 220) 중 어느 하나를 다른 하나에 대하여 수평적으로 이동시킬 수 있을 경우, 전극 연결부(213)와 조립 전극 간의 연결 부위를 변경할 수 있게 된다. 이는 조립 전극의 불량여부를 검출하는 데 활용될 수 있다.
한편, 상술한 기판 척(200)에 구비된 고정부(230)의 일측에는 회전부 (240)가 배치된다. 상기 회전부(240)는 상기 고정부(230)를 회전시켜 제1 및 제2프레임(210 및 220)이 상하 관계가 전환될 수 있도록 한다. 상기 회전부(240)의 회전 운동에 의해 기판 척(200)은 제1 및 제2상태 중 어느 하나에서 다른 하나로 전환된다. 상기 회전부(240)의 회전 속도, 회전 정도, 회전 방향 등은 도 7에서 설명한 제어부(172)에 의해 제어될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 기판(S) 로딩 전 상기 기판 척(200)은 제2상태이며, 제어부(172)는 기판(S)이 로딩된 후 회전부(240)가 고정부(230)를 180도로 회전시켜 상기 기판 척(200)이 제1상태로 전환되도록 한다.
한편, 상기 고정부(230)의 일측에는 수직 이동부 및 수평 이동부가 배치된다.
상기 수평 이동부는 기판 로딩 후 기판의 조립 면이 조립 챔버의 개방된 위치에 얼라인될 수 있도록 고정부(230), 제1 및 제2프레임(210 및 220) 중 적어도 하나를 이동시킨다.
상기 수직 이동부는 기판과 조립 챔버 간의 수직 거리가 조절되도록 상기 고정부(230), 제1 및 제2프레임(210 및 220) 중 적어도 하나를 이동시킨다. 상기 수직 이동부를 통해 기판(S)의 휨 현상을 보정할 수 있다. 이에 대하여는 후술한다.
정리하면, 기판(S)은 기판 척(200)이 제2상태(도 12 참조)에서 로딩된다. 이후, 기판 척(200)이 제1상태(도 11 참조)로 전환된 후, 조립 챔버와 얼라인된다. 이 과정에서, 기판(S)의 조립면이 조립 챔버에 채워진 유체와 접촉하도록, 기판 척(200)은 수직 및 수평 이동한다. 이후, 제어부(172)는 자기장 형성부(300)를 제어한다.
다음으로, 자기장 형성부(300)에 대하여 설명한다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 형성부의 사시도이고, 도 16는 본 발명의 일 실시 예에 따른 자기장 형성부의 일측면도이고, 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 있다른 자기장 형성부의 하측면도이고, 도 18은 본 발명에 따른 자기장 형성부에 구비된 자석들의 궤적을 나타내는 개념도이다.
도면을 참조하면, 자기장 형성부(300)는 자석 어레이(310), 수직 이동부, 수평 이동부 및 회전부(320)를 구비한다. 상기 자기장 형성부(300)는 조립 전극 상측에 배치되어 자기장을 형성하는 역할을 한다.
구체적으로, 자석 어레이(310)는 복수의 자석(313)을 구비한다. 상기 자석 어레이(310)에 구비된 자석(313)은 영구 자석이거나, 전자석일 수 있다. 상기 자석들(313)은 자기장을 형성하여 반도체 발광소자들이 기판의 조립면으로 유도되도록 하는 역할을 한다.
상기 자석 어레이(310)는 지지부(311) 및 자석 이동부(312)를 구비할 수 있다. 상기 지지부(311)는 상기 수직 및 수평 이동부(320)와 연결된다.
한편, 자석 이동부(312)의 일단은 지지부(311)에 고정되며, 자석 이동부(312)의 타단에는 자석(313)이 고정된다. 자석 이동부(312)는 그 길이가 신축가능하도록 이루어지는데, 상기 자석 이동부(312)가 신축함에 따라, 자석(313)과 지지부(311) 간의 거리가 변화한다.
첨부된 도면과 같이, 상기 자석 이동부(312)는 하나의 열에 배치된 자석들(313)을 한 번에 수직 이동시키도록 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 자석 이동부(312)는 자석 어레이의 열 별로 배치될 수 있다.
이와 달리, 상기 자석 이동부(312)는 자석 어레이에 구비된 자석 개수만큼 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 자석들 각각과 지지부 간의 거리는 다르게 조정될 수 있다.
복수의 자석 이동부는 자석(313)과 기판(S) 간의 간격을 미세조정하는 역할을 하며, 기판의 굽어질 경우, 자석(313)들과 기판(S) 간의 간격을 균일하게 조정하는 역할을 한다. 자가조립은 상기 자석(313)이 기판(S)에 접촉한 상태로 수행되거나, 상기 자석(313)이 기판(S)으로부터 소정 거리 이격된 상태로 수행될 수 있다.
한편, 상기 수평 이동부는 회전부를 구비할 수 있다. 자가조립이 수행될 때, 자기장 형성부(300)에 구비된 수평 이동부는 자석을 일방향으로 이동시킴과 동시에 회전시킨다. 이에 따라, 자석 어레이(310)는 소정 회전 축에 대하여 회전함과 동시에 일방향을 따라 이동한다. 예를 들어, 도 18을 참조하면, 자석 어레이(310)에 구비된 자석(313)은 곡선 및 직선이 혼합된 궤적(P)을 그리며 이동할 수 있다.
상기 자기장 형성부(300)가 기판(S)에 일정 거리 이내로 근접한 상태에서 반도체 발광소자가 공급될 수 있다.
도 19는 반도체 발광소자를 공급하는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 19를 참조하면, 후술할 조립 챔버(500)에는 칩 공급부(400)가 배치될 수 있다. 상기 칩 공급부(400)는 조립 챔버(500)에 기판(S)을 얼라인시킨 후, 기판(S)의 조립면 상에 반도체 발광소자를 공급하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 칩 공급부(400)는 상부에 칩을 수용할 수 있는 칩 수용부, 수직 이동부 및 수평 이동부를 구비할 수 있다. 상기 수직 및 수평 이동부는 상기 칩 수용부가 상기 조립 챔버 내에 충전된 유체 내에서 이동할 수 있도록 한다.
상기 칩 수용부에는 복수의 반도체 발광소자들이 로딩될 수 있다. 상기 기판이 조립 챔버와 얼라인 된 후, 자기장 형성부(300)를 상기 기판에 일정 거리 이상 근접시키는 경우, 조립면에는 일정 세기 이상의 자기장이 형성된다. 이 상태에서 상기 칩 수용부를 상기 조립면에 일정 거리 이내로 접근시키면, 상기 칩 수용부에 로딩된 반도체 발광소자들이 기판에 접촉된다. 상기 칩 공급부에 구비된 수직 이동부는 수직 이동을 통해 칩 수용부를 기판의 조립면의 일부 영역과 일정 거리 이내로 근접시킨다.
소정 시간이 지난 후, 상기 칩 공급부에 구비된 수직 이동부는 수직 이동을 통해 칩 수용부가 기판의 조립면의 일부 영역과 일정 거리 이상으로 멀어지도록 한다. 이후, 상기 칩 공급부에 구비된 수평 이동부는 상기 칩 수용부가 상기 조립면의 일부 영역과 다른 영역과 오버랩되도록, 상기 칩 수용부를 수평이동 시킨다. 이후, 상기 칩 공급부에 구비된 수직 이동부는 수직 이동을 통해 칩 수용부를 상기 다른 영역과 일정 거리 이내로 근접시킨다. 이러한 과정을 반복하여, 상기 칩 공급부는 기판의 조립면 전체 영역에 복수의 반도체 발광소자를 접촉시킨다. 자가조립은 복수의 반도체 발광소자들이 기판의 조립면 전체 영역에 일정하게 분산 및 접촉된 상태로 수행될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 자가조립 시에는 크게 두 가지 문제가 발생된다. 두 번째 문제점으로, 반도체 발광소자가 유체 내에서 완전히 균일하게 분산될 수 없으며, 조립 기판 표면에 형성되는 자기장이 완벽하게 균일할 수 없기 때문에, 반도체 발광소자가 조립 기판의 일부 영역에만 집중되는 문제가 있다. 상술한, 칩 공급부(400)를 이용하면, 상술한 두 번째 문제점을 해결할 수 있게 된다.
다만, 이에 한정되지 않고, 상기 칩 공급부는 본 발명의 필수적인 구성요소는 아니다. 자가조립은 반도체 발광소자가 유체에 분산된 상태로 수행되거나, 상기 칩 공급부가 아닌 다른부에 의해 복수의 반도체 발광소자들을 기판의 조립면에 분산 및 접촉시킨 상태로 수행될 수 있다.
다음으로, 조립 챔버(500)에 대하여 설명한다.
도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조립 챔버의 평면도이고, 도 21은 도 20의 라인 A-A'를 따라 취한 단면도이고, 도 22 및 23은 본 발명의 일 실시 예에 따른 조립 챔버에 구비된 게이트의 움직임을 나타내는 개념도이다.
조립 챔버(500)는 복수의 반도체 발광소자들을 수용하는 공간을 구비한다. 상기 공간에는 유체가 채워질 수 있으며, 상기 유체는 조립용액으로서 물 등을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 조립 챔버(500)는 수조가 될 수 있으며, 오픈형으로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 조립 챔버(500)는 상기 공간이 닫힌 공간으로 이루어지는 클로즈형이 될 수 있다.
상기 조립 챔버(500)에는 기판(S)이 상기 반도체 발광소자들(150)이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 배치된다. 예를 들어, 상기 기판(S)은 기판 척(200)에 의하여 조립위치로 이송된다.
이 때에, 상기 조립위치에서 상기 기판(S)의 조립면이 상기 조립 챔버(500)의 바닥을 향하게 된다. 이에 따라, 상기 조립면은 중력 방향을 향하게 된다. 상기 기판(S)의 조립면은 상기 조립 챔버(500)내의 유체에 잠기도록 배치된다.
일 실시 예에 있어서, 조립 챔버(500)는 두 개의 영역으로 구분될 수 있다. 구체적으로, 상기 조립 챔버(500)는 조립 영역(510) 및 검사 영역(520)으로 구분될 수 있다. 상기 조립 영역(510)에서는 기판(S)이 유체에 잠긴 상태에서 유체내에 배치된 반도체 발광소자가 기판(S)으로 조립된다.
한편, 상기 검사 영역(520)에서는 자가 조립이 완료된 기판(S)의 검사가 이루어진다. 구체적으로, 상기 기판(S)은 상기 조립 영역에서 조립이 이루어진 후, 기판 척을 통해 상기 검사 영역으로 이송된다.
상기 조립 영역(510) 및 검사 영역(520)에는 모두 같은 유체가 채워질 수 있다. 상기 기판은 유체에 잠긴 상태로 조립 영역에서 검사 영역으로 이송될 수 있다. 조립 영역(510)에 배치된 기판(S)을 유체에서 꺼낼 경우, 유체와 반도체 발광소자 간의 표면 에너지로 인하여 기 조립된 반도체 발광소자가 기판으로부터 이탈될 수 있다. 이 때문에, 상기 기판은 유체 내에 잠긴 상태로 이송되는 것이 바람직하다.
상기 기판을 유체 내에 잠긴 상태로 이송될 수 있도록, 조립 챔버(500)는 상하 이동 가능하도록 이루어지는 게이트(530)를 구비할 수 있다. 도 22와 같이, 자가 조립이 진행되는 중 또는 기판 검사가 진행되는 중에 상기 게이트(530)는 상승된 상태(제1상태)를 유지함으로써, 조립 챔버(500)의 조립 영역(510)과 검사 영역(520)에 수용된 유체를 서로 격리시킨다. 상기 게이트(530)는 조립 영역과 검사 영역을 분리시킴으로써, 자가 조립 중 반도체 발광소자가 검사 영역으로 이동하여 기판 검사에 지장을 주는 것을 방지한다.
상기 기판(S)이 이송되는 경우, 도 23과 같이, 상기 게이트(530)는 하강(제2상태)하여 조립 영역(510)과 검사 영역(520)의 경계를 없앤다. 이를 통해, 기판 척(200)은 별도의 수직 없이 수평 이동만으로 기판을 조립 영역(510)에서 검사 영역(520)으로 이송시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 조립 영역(510)에는 반도체 발광소자의 응집 방지를 위한 Sonic Generator가 배치될 수 있다. 상기 Sonic Generator는 진동을 통해 복수의 반도체 발광소자들이 서로 뭉치는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 조립 영역(510) 및 검사 영역(520)의 바닥면은 광투과성 물질로 이루어질 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 도 20을 참조하면, 상기 조립 영역(510) 및 검사 영역(520) 각각의 바닥면에는 광투과 영역(511 및 512)이 구비될 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 자가조립 시 기판을 모니터링 하거나, 기판에 대한 검사를 수행할 수 있도록 한다. 상기 광투과 영역의 면적은 기판의 조립면의 면적보다 큰 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 조립 챔버는 자가 조립 및 검사가 동일한 위치에서 수행되도록 이루어질 수 있다.
앞서 설명한 기판 척(200), 자기장 형성부(300) 및 조립 챔버(500)를 활용하면, 도 8a 내지 8e에서 설명한 자가조립을 실시할 수 있게 된다. 이하에서는, 자가조립 시 발생되는 문제점들을 해결하기 위한, 세부적인 구조 및 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 자가조립 시 발생되는 가장 핵심적인 문제를 해결하기 위한 구조 및 방법에 대하여 설명한다. 문제점에 대하여 구체적으로 설명하면, 디스플레이의 면적이 커짐에 따라 조립 기판의 면적이 증가하는데, 조립 기판의 면적이 증가할수록 기판의 휨 현상이 커지는 문제가 발생된다. 조립 기판이 휘어진 상태로 자가조립을 수행할 경우, 조립 기판 표면에 자기장이 균일하게 형성되지 않게 되기 때문에, 자가조립이 안정적으로 수행되기 어렵다.
도 24는 자가조립시 발생되는 기판 휨 현상을 나타내는 개념도이다.
도 24를 참조하면, 자가조립 중 기판(S)이 평평한 상태를 유지하는 경우, 복수의 자석(313)과 기판(S)간의 간격이 균일하게 된다. 이 경우, 기판의 조립면에 자기장이 균일하게 형성될 수 있다. 하지만, 실제로 기판 척(200)에 기판을 로딩하는 경우, 기판은 중력으로 인하여 휘어지게 된다. 휘어진 상태의 기판(S')은 복수의 자석(313)들과 기판(S')간의 간격이 일정치 않아 균일한 자가조립이 어려워진다. 기판의 상측에는 자기장 형성부가 배치되기 때문에, 기판의 휨현상을 보정하기 위한 별도의 기구물이 기판 상측에 배치되기 어려운 실정이다. 또한, 기판의 휨현상을 보정하기 위한 별도의 기구물이 기판 하측에 배치될 경우, 반도체 발광소자들의 움직임을 제한할 수 있으며, 기구물이 조립면의 일부를 가리는 문제가 발생된다. 이 때문에, 기판의 휨현상을 보정하기 위한 기구물을 기판 상측 및 하측 어디에도 배치하기 어려운 실정이다.
본 발명은 기판의 휨현상을 보정하기 위한 기판 척의 구조 및 방법을 제공한다.
도 25는 기판의 휨 현상을 보정하기 위한 방법을 나타내는 개념도이다.
도 25를 참조하면, 기판 척(200)에 기판(S')을 로딩한 후, 기판의 조립면이 중력 방향을 향하게 하는 경우, 기판(S')은 휘어지게 된다. 기판 로딩 시 기판의 휘어짐을 최소화하기 위해, 기판 척에 구비된 제1 및 제2프레임(210 및 220) 중 적어도 하나는 사각형 기판의 네 개의 모서리 모두에 압력을 가한다. 그럼에도 불구하고, 기판(S')의 면적이 커지는 경우 중력으로 인하여 기판은 휘어질 수밖에 없다.
도 25의 두 번째 그림과 같이, 기판 척(200)이 조립 위치로 이동한 후, 일정 거리 하강하면 기판(S')은 유체(F)에 접촉하게 된다. 기판(S')이 유체(F)와 단순히 접촉한 상태에서는 기판(S')의 휘어짐이 보정되지 않는다. 도 25의 두 번째 그림과 같은 상태로 자가조립이 이루어질 수는 있지만, 균일한 자가조립이 이루어지기 어렵다.
본 발명은 기판의 휨 현상을 보정하기 위해, 기판(S')이 유체(F)와 접촉한 상태에서, 기판 척(200)을 추가적으로 하강시킨다. 이때, 제1프레임 (210)에 구비된 실링부(212)는 제1프레임의 윈도우로 유체(F)가 침입하는 것을 방지한다. 또한, 제1프레임(210)에 구비된 측벽부(210'')는 유체(F)가 제1프레임을 넘어 기판(S')의 조립면 반대면으로 흘러넘치는 것을 방지한다.
여기서, 실링부(212)는 기판의 모든 모서리를 에워싸도록 형성되어야 한다. 또한, 측벽부(210'')의 높이는 제1프레임(210)이 유체(F)와 접촉한 상태를 기준으로 최대로 하강하는 깊이보다 커야한다. 즉, 기판 척(200)의 하강 시, 제1프레임(210)의 윈도우 및 측벽부(210'')를 넘어서 유체가 침입해서는 안된다.
상술한 실링부(212) 및 측벽부(210'')로 인하여, 기판 척(200)이 하강할 때, 유체(F)의 표면이 상승하게 된다. 이때, 기판(S')에는 유체(F)에 의한 부력이 작용하게 된다. 유체(F)의 표면 상승폭이 커질수록, 기판(S')에 작용하는 부력이 커지게된다.
본 발명은 기판(S')의 휘어진 정도를 측정하고, 기판의 휘어진 정도에 따라 기판 척(200)의 하강 폭을 조절함으로써, 기판에 작용하는 부력이 달라지도록 한다. 기판에 적절한 부력이 가해질 경우, 도 25의 세 번째 그림과 같이, 기판은 평평한 상태(S)를 유지하게 된다.
상기 자기장 형성부(300)는 상기 기판(S)에 부력이 가해지는 상태에서 상기 기판(S)의 상측으로 이송된 후, 상기 기판(S)을 따라 수평이동을 수행한다. 이때, 상기 전극연결부(213)를 통해 전원공급부(171)의 전원이 조립 전극(161c)에 인가된다. 즉, 자가조립은 기판(S)의 조립면에 부력이 인가되는 상태로 진행된다.
상술한 바에 따르면, 기판의 상하측에 별도의 구조물을 배치할 필요없이 기판의 휨 현상을 보정할 수 있게 된다. 이를 통해, 본 발명은 조립 기판의 면적이 커지는 경우에도 높은 자가조립 수율을 달성할 수 있도록 한다.
본 발명은 전술한 반도체 발광소자의 자가조립 장치의 구성들 중 기판 (S)에 반도체 발광소자들을 공급하는 칩 공급부(1000)에 관한 것이다.
도 26은 종래 반도체 발광소자를 공급하는 방법을 나타내는 개념도이다. 종래에는 도 26과 같이 조립 챔버(500) 내 유체에 자가조립을 위한 대량의 반도체 발광소자들(C)을 무작위로 공급한 후 자가조립 공정이 진행되었다.
유체 내 공급된 반도체 발광소자들(C) 중 일부는 기판(S) 상측에 구비되는 자석 어레이(313a)를 형성하는 개별 자석들(313)에 로딩되어 기판(S)의 기 설정된 위치에 안착되었고, 개별 자석들(313)에 로딩되지 않은 나머지 반도체 발광소자들(C)은 자가조립이 진행되는 동안 유체 중에 계속 남아있다가 자가조립 완료 후 자석 어레이(313a)들이 기판(S)으로부터 멀어짐에 따라 가라앉는 반도체 발광소자들(C)과 함께 일괄적으로 수거되었다.
그러나, 이러한 방식에 의해 공급된 반도체 발광소자들(C)은 유체 내 불균일하게 분포되어, 자석 어레이(313a)를 형성하는 개별 자석들(313)에 균일하게 로딩되지 않는 문제가 있었다.
이에, 단위 면적 당 조립에 소요되는 시간이 개별 자석들(313)의 위치 별로 상이하였으며, 자가조립 공정의 택 타임을 증가시키는 원인이 되었다.
본 발명에 따른 자가조립 장치는 기판(S)의 조립면에 반도체 발광소자들 (C)을 균일하게 공급할 수 있는 칩 공급부(1000)를 포함한다. 이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 자가조립 장치의 일 구성인 칩 공급부(1000)에 대하여 상세하게 설명한다.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 칩 공급부를 통해 반도체 발광소자를 공급하는 방법을 나타내는 개념도이고, 도 28은 본 발명의 실시예에 따른 칩 공급부 구성들의 블록도이고, 도 29는 본 발명의 실시예에 따른 칩 공급부를 통해 기판에 반도체 발광소자를 공급하는 방법을 확대하여 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치는 전기장 및 자기장을 이용하여 유체가 수용된 조립 챔버(500) 내 담긴 기판 상(S)의 기 설정된 위치에 반도체 발광소자들(C)을 안착시키기 위한 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 자가조립 장치는 조립 챔버(500) 내 구비되며, 복수의 열들로 배치되어 자기장을 형성하는 자석들(313a)(또는 자석 어레이)과 협력하여 반도체 발광소자들(C)을 기판(S)의 일면에 공급하는 칩 공급부(1000)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 자가조립을 위해 기판(s)에 반도체 발광소자들(c)을 공급하는 공정은, 기판(s) 상부에 배치된 자석 어레이(313a), 그리고 기판(s) 하부에 배치된 조립 챔버(500) 내 구비되는 본 발명에 따른 칩 공급부(1000)에 의해 진행될 수 있다. 또한, 기판(s) 및 칩 공급부(1000)는 유체 내 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 칩 공급부(1000)는 칩 수용부(1010), 수평 이동부(1020), 수직 이동부(1030) 및 이들을 제어하는 제어부(1040)를 포함할 수 있다.
칩 수용부(1010)는 자가조립을 위한 반도체 발광소자들(C)이 수용되는 부분으로, 기판(s)을 향하는 칩 공급부(1000)의 상면 또는 상면의 일부일 수 있으며, 예를 들어, 높이가 일정한 또는 평평한 플레이트(plate) 형상일 수 있다.
칩 수용부(1010)에 수용된 반도체 발광소자들(C)은 자석 어레이(313a)에 의해 형성된 자기장에 의해 기판(S)의 조립면으로 공급될 수 있으며, 이 때, 칩 수용부(1010)에 수용된 반도체 발광소자들(c)이 자기장의 영향을 받기 위해서는 자석 어레이(313a)와 칩 수용부(1010)사이의 거리는 매우 가까워야 한다(수 mm이내).
이러한 조건 하에서, 곡면 형상의 칩 수용부(1010)는, 자기장의 영향이 미치지 않는 일부 영역을 포함하거나 모든 영역이 자기장의 영역 내 포함되도록 거리를 조절함에 따라 일부 영역이 기판과 접촉하여 반도체 발광소자(c)가 손상될 수 있는 문제가 있다. 따라서, 칩 수용부(1010)는 높이가 일정한 플레이트 형상인 것이 바람직하다.
다만, 본 실시예에서는, 반도체 발광소자들(C)이 칩 수용부(1010)로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 칩 수용부(1010) 둘레를 따라 소정 높이의 측벽이 형성될 수 있다. 측벽의 높이는 전술한 문제가 발생하지 않는 범위 내에서 설정될 수 있다.
또한, 칩 수용부(1010)의 면적은 적어도 개별 자석(313)의 단면 면적보다 넓게 형성될 수 있다.
수평 이동부(1020)는 칩 수용부(1010)가 자석들(313a) 중 일부와 교대로 오버랩 되도록 칩 공급부(1000)를 수평 방향으로 이동시킬 수 있다. 여기서, 수평 방향 이동은 조립 챔버(500)의 바닥면과 실질적으로 평행한 면 상에서의 이동(xy평면 상의 이동)을 의미할 수 있다.
수직 이동부(1030)는 칩 공급부(1000)를 상하 방향으로 이동시킴으로써 칩 공급부(1000)와 자석들(313a) 사이의 거리, 자세하게는 반도체 발광소자들(C)이 수용된 칩 수용부(1010)와 자석들(313a) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 여기서 상하 방향 이동은 조립 챔버(500)의 높이 방향 상의 이동(z축 상의 이동)을 의미할 수 있다.
또한, 수평 이동부(1020)와 수직 이동부(1030)는 동시에 구동될 수 있다 (xz평면 및/또는 yz평면 상의 이동). 이 때, 칩 공급부(1000)의 높이와 함께 칩 수용부(1010)와 오버랩 되는 자석(313) 또는 자석들도 상이해질 수 있다.
한편, 도면에는 수평 이동부(1020) 및 수직 이동부(1030)를 이송 레일 형태(모터 미도시)로 도시하였으나, 이는 일 실시예에 불과하며, 이에 한정하지 않고 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 칩 공급부(1000)는 제어부(1040)를 포함할 수 있다. 제어부(1040)는 수평 이동부(1020) 및 수직 이동부(1030)를 구동시켜 조립 챔버(500) 내 칩 공급부(1000)의 위치를 제어할 수 있다.
제어부(1040)는 기 설정된 경로 및 기 설정된 경로 상에 존재하는 복수의 지점들에서 칩 공급부(1000)를 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시킬 수 있다.
본 실시예에서, 칩 공급부(1000)의 수평 이동은 기판(s)의 조립면에 전체적으로 반도체 발광소자들(c)을 고르게 공급하기 위함이며, 수직 이동은 자기력을 통해 기판(s)의 조립면으로 반도체 발광소자들(c)을 유도하기 위함이다.
본 실시예에서, 기 설정된 경로는 기판(s) 상부에 배치된 자석 어레이(313a)과와 순차적으로 오버랩 되도록 설정된 것으로, 예를 들어, 열(row) 별로 진행되는 경로일 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 지점들은 개별 자석들(313)과 오버랩 되는 지점들 전부 또는 일부일 수 있으며, 자세한 사항은 후술한다. 또한, 본 실시예에 따르면, 복수의 지점들은 칩 공급부(1000)의 수직 이동이 이루어지는 지점일 수 있다.
제어부(1040)는 칩 수용부(1010)가 칩 수용부(1010)에 수용된 반도체 발광소자들(C)을 로딩할 개별 자석(313)과 교대로 오버랩 되도록 칩 공급부 (1000)를 수평 이동시킬 수 있고, 칩 수용부(1010)에 수용된 반도체 발광소자들(C)을 상기 개별 자석(313)과 오버랩 된 기판(S)의 영역에 공급하기 위해 칩 공급부(1000)를 수직 이동시킬 수 있으며, 이와 같은 과정은 기판(s) 전체에 대한 자가조립 공정이 완료될 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.
제어부(1040)는 칩 수용부 (1010)를 제1 높이(a2) 및 제2 높이(a1) 사이에서 이동시킬 수 있다.
제1 높이 (a2)는 자석 어레이(313a)에 의해 형성되는 자기장의 영향이 미치지 않는 높이이고, 제2 높이(a1)는 자석 어레이(313a)에 의해 형성되는 자기장의 영향이 미치는 높이일 수 있다. 따라서, 칩 수용부(1010)가 제1 높이(a2)에 위치할 때, 반도체 발광소자들(C)은 칩 수용부(1010)를 이탈하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기판(s)에 반도체 발광소자들(c)을 공급하는 칩 공급부(1000)는 전술한 내용에 근거하여 구동되며, 이를 벗어나지 않는 범위 하에서 다양한 경로로 구동될 수 있다. 이와 관련한 사항은 후술하도록 한다.
제어부(1040)는 칩 수용부(1010)가 자석 어레이(313a)에 의해 형성되는 자기장의 영향이 미치는 높이, 즉, 제2 높이(a1)에 위치할 때, 기판(s)의 조립면에 충분한 양의 반도체 발광소자들(c)이 공급되도록 소정 시간 동안 칩 공급부(1000)의 수평 이동 및 수직 이동을 중단할 수 있다.
예를 들어, 상기 칩 공급부(1000)는 전술한 복수의 지점들에서 칩 수용부(1010)가 제2 높이(a1)에 위치하도록 배치될 수 있으며, 상기 소정 시간은 기판(s)과 칩 수용부(1010) 사이의 거리, 자석 어레이(313a)에 의해 형성되는 자기장의 세기 등과 같이 기판(s) 조립면에 유도되는 반도체 발광 소자들(c)의 양에 영향을 미칠 수 있는 다양한 요인들에 따라 결정될 수 있다.
나아가, 제어부(1040)는 상기 소정 시간을 조절할 수 있다. 이를 위해, 반도체 발광소자들(c)의 공급 상태를 확인하기 위해 기판(s) 또는 칩 수용부 (1010)를 모니터링 하는 구성을 추가적으로 구비할 수 있다.
예를 들어, 칩 공급부(1000)가 복수의 지점들 중 어느 지점에서 반도체 발광소자들(c)을 공급하기 위해 소정 시간 동안 제2 높이(a1)에 위치하였으나 반도체 발광소자들(c)이 충분히 공급되지 않은 것으로 확인되는 경우, 상기 지점에서 제2 높이(a1)에 머무르는 시간을 증가시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 칩 공급부(1000)는 기 설정된 경로 상에 존재하는 복수의 지점들에서 기판(s) 표면에 반도체 발광 소자들(c)을 공급하기 위해 칩 수용부(1010)가 제2 높이(a1)에 위치하도록 수직 이동할 수 있다.
이 때, 복수의 지점들은 반도체 발광소자들(c)이 수용된 칩 수용부 (1010)와 기판(s) 상부에 배치된 자석 어레이(313a)를 구성하는 적어도 하나의 자석(313)이 서로 오버랩 되는 지점들일 수 있다.
다시 말해, 칩 공급부(1000)는 기판(s) 상부에 배치된 자석 어레이 (313a)를 구성하는 적어도 하나의 자석(313)과 오버랩 되는 지점에서, 칩 수용부(1010)를 제1 높이(a2)에서 제2 높이(a1)까지 상승시킬 수 있다.
한편, 자석 어레이(313a)를 구성하는 개별 자석들(313)은 적어도 상기 개별 자석들(313)이 형성하는 열(row)에서는 일정한 간격으로 배열되므로, 복수의 지점들 또한 일정한 간격마다 존재할 수 있으며, 이에 칩 공급부(1000)는 일정한 간격만큼 이동한 뒤 수직 이동할 수 있다.
그러나 칩 공급부(1000)가 항상 동일한 간격(pitch)으로 이동하는 경우, 칩 수용부(1010)의 특정 지점에 수용된 반도체 발광소자들(c)이 기판(s)에 주로 공급되게 되는 바, 공정이 진행됨에 따라 잔여 반도체 발광소자들(c)은 칩 수용부(1010)의 양측에 집중되는 경향이 있다.
이에 제어부(1040)는 각각의 지점들 별로 오프셋(offset)을 적용하여 칩 공급부(1000)의 이동 간격을 조절함으로써, 각각의 지점마다 개별 자석(313)이 칩 수용부(1010)의 상이한 지점과 오버랩 되도록 할 수 있다. 예를 들어, 오프셋(offset) 값은 자기장 형성부(300)를 구성하는 자석들(313a)의 개수에 따라 상이한 값이 적용될 수 있다.
또는 제어부(1040)는 후술할 센서부와 연동하여 센서부에 의해 모니터링 된 칩 수용부(1010)에 잔여하는 반도체 발광소자들(c)의 양 및 분포 상태에 기초하여 칩 공급부(1000)의 이동 간격을 조절할 수 있다(도 31 참조).
이하에서는, 칩 공급부(1000) 경로의 다양한 실시예에 대하여 설명한다.
일 실시예에 따르면, 칩 공급부(1000)의 수직 이동이 이루어지는 상기 복수의 지점들은 자기장 형성부(300)를 구성하는 모든 개별 자석들(313a)과 오버랩 되는 지점들일 수 있으며, 이 때, 칩 공급부(1000)는 상기 복수의 지점들에서 상승 이동(제1 높이 -> 제2 높이) 및 하강 이동(제2 높이 -> 제1 높이)하도록 구동될 수 있다.
즉, 칩 공급부(1000)는 각각의 지점에서 상승 이동 및 하강 이동하며, 적어도 자기장 형성부(300)를 구성하는 자석들(313a)의 개수와 대응되는 횟수만큼 상승 이동 및 하강 이동할 수 있다.
상기 실시예에 따르면, 자기장 형성부(300)를 이루는 모든 개별 자석들 (313a)에 가장 균일하게 반도체 발광소자들(c)을 로딩시킬 수 있는 장점이 있다.
다른 실시예로, 상기 복수의 지점들은 복수의 개별 자석들(313a)로 이루어진 각각의 열(row)의 일단 및 타단일 수 있으며, 칩 공급부(1000)는 상기 복수의 지점들에서 상승 이동 및 하강 이동하도록 구동될 수 있다.
즉, 칩 공급부(1000)는 각각의 지점에서 상승 이동 및 하강 이동이 모두 이루어지는 점에서 전술한 실시예와 동일하나, 적어도 복수의 개별 자석들 (313a)로 이루어진 열(row)들의 일단 및 타단에서 상승 이동 및 하강 이동이 이루어지는 점에서 전술한 실시예와 상이하다.
상기 실시예에 따르면, 칩 공급부(1000)의 수직 방향의 이동 경로를 단축시켜 조립 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또 다른 실시예로, 상기 복수의 지점들은 자기장 형성부(300)를 이루는 모든 개별 자석들(313a)과 오버랩 되는 지점들일 수 있으며, 이 때, 칩 공급부 (1000)는 상기 복수의 지점들에서 상승 이동 또는 하강 이동하도록 구동될 수 있다. 또한, 본 실시예에서, 수평 이동 및 수직 이동이 동시에 이루어질 수 있다.
구체적으로, 칩 공급부(1000)는 칩 수용부(1010)의 높이를 변경하면서 (제1 높이에서 제2 높이 또는 제2 높이에서 제1 높이)복수의 지점들 중 어느 하나의 지점에서 인접한 다른 지점으로 이동할 수 있으며, 상기 다른 지점에 도달한 후 상승 이동 또는 하강 이동할 수 있다. 이 후, 상기 다른 지점과 인접한 또 다른 지점을 향하여 칩 수용부(1010)의 높이를 변경하면서 이동할 수 있다. 즉, 칩 공급부(1000)는 복수의 지점들에서 상승 이동 및 하강 이동이 선택적으로 이루어질 수 있다.
상기 실시예에 따르면, 칩 공급부(1000)는 최단 이동 경로를 따라 이동하면서 기판(s)에 반도체 발광소자들(c)을 공급할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 자가조립 장치는 자가조립 공정 중에 칩 수용부 (1010) 상에 잔여하는 반도체 발광소자들(c)의 양(개수) 및 분포 상태를 모니터링 하는 센서부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부는 광학 센서일 수 있으며, 제어부(1040)는 광학 센서에 의해 모니터링 된 결과를 반영하여 칩 공급부(1000)의 구동을 제어할 수 있다. 다만, 센서부의 종류는 이에 한정하지 않는다.
이와 같이, 센서부는 실시간으로 반도체 발광소자들(c)의 공급 상태를 피드백함에 따라 기판(s)의각각의 지점에 공급되는 반도체 발광소자들(c)의 편차를 줄일 수 있으며, 나아가 반도체 발광소자들(c)을 균일하게 공급할 수 있는 효과가 있다.
한편, 센서부는 자가조립 장치의 특징 따라 다양한 위치에 구비될 수 있다.
일 실시예로, 칩 공급부(1000)가 광투과성의 투명한 재질로 형성된 경우, 센서부는 칩 공급부 (1000)의 하부에 배치될 수 있으며, 칩 공급부(1000)와 함께 이동하면서 칩 수용부(1010)를 모니터링 할 수 있다. 이 때, 센서부는 칩 공급부(1000)와 함께 조립 챔버(500) 내 배치되거나 또는 조립 챔버(500) 외부에 배치될 수 있다.
이상에서 설명한 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 자가조립 장치는 기판(s)의 조립면에 반도체 발광소자들(c)을 균일하게 공급할 수 있으며, 조립 시간이 단축되므로 대면적 기판에 자가조립 공정을 효율적으로 도입할 수 있는 효과가 있다.
전술한 본 발명은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (10)

  1. 전기장 및 자기장을 이용하여 유체가 수용된 조립 챔버 내 담긴 기판 상의 기 설정된 위치에 반도체 발광소자들을 안착시키는 반도체 발광소자의 자가조립 장치에 있어서,
    상기 조립 챔버 내 구비되며, 복수의 열들로 배치되어 상기 자기장을 형성하는 자석들과 협력하여 상기 반도체 발광소자들을 상기 기판의 일면에 공급하는 칩 공급부를 포함하고,
    상기 칩 공급부는, 상기 반도체 발광소자들을 수용하는 칩 수용부;
    상기 칩 공급부와 상기 자석들 사이의 거리를 조절하는 수직 이동부;
    상기 칩 수용부가 상기 자석들 중 일부와 교대로 오버랩 되도록 상기 칩 공급부를 이동시키는 상기 수평 이동부; 및
    상기 수직 이동부 및 상기 수평 이동부를 구동시켜 상기 조립 챔버 내 상기 칩 공급부의 위치를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는, 기 설정된 경로 및 상기 기 설정된 경로 상에 존재하는 복수의 지점들에서 상기 칩 공급부를 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 칩 공급부의 상기 칩 수용부를 제1 높이 및 제2 높이 사이에서 이동시킬 수 있으며,
    상기 제1 높이는 상기 자석들에 의해 형성되는 자기장의 영향이 미치지 않는 높이이고, 상기 제2 높이는 상기 자석들에 의해 형성되는 자기장의 영향이 미치는 높이인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 칩 수용부가 상기 제2 높이에 위치할 때, 상기 기판에 상기 반도체 발광소자들이 공급되도록 소정 시간 동안 상기 칩 공급부의 수평 이동 및 수직 이동을 중단하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 칩 수용부가 상기 자석들 중 적어도 하나의 자석과 오버랩 되는 지점에서 상기 칩 수용부를 상기 제2 높이로 이동시키는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 칩 공급부가 상기 복수의 지점들 각각에서 상승 경로 및 하강 경로를 갖도록 상기 칩 공급부를 구동시키는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 지점들은, 상기 자석들이 배치된 복수의 열들의 일단 및 타단인 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 칩 공급부가 상기 복수의 지점들 각각에서 상승 경로 및 하강 경로 중 어느 하나의 경로를 갖도록 상기 칩 공급부를 구동시키는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 칩 수용부 상에 잔여하는 상기 반도체 발광소자들의 양 및 분포 상태를 모니터링 하는 센서부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 칩 공급부의 수평 이동 및 수직 이동이 중단되는 시간을 조절하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 복수의 지점들에서 상기 자석들 중 적어도 어느 하나와 오버랩 되는 상기 칩 수용부의 영역을 조절하는 것을 특징으로 하는, 반도체 발광소자의 자가조립 장치.
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