WO2021107271A1 - 마이크로 엘이디를 이용한 디스플레이 장치 - Google Patents

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WO2021107271A1
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light emitting
semiconductor light
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강병준
김정훈
조병권
허미희
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a display device, and more particularly, to a display device using a semiconductor light emitting device having a size of several ⁇ m to several tens of ⁇ m.
  • LCD liquid crystal displays
  • OLED organic light emitting diode
  • micro LED displays are competing to implement large-area displays in the field of display technology.
  • micro LED micro LED
  • uLED a semiconductor light emitting device having a diameter or cross-sectional area of 100 microns or less
  • very high efficiency can be provided because the display does not absorb light using a polarizing plate or the like.
  • a large display requires millions of semiconductor light emitting devices, it is difficult to transfer the devices compared to other technologies.
  • the self-assembly method is a method in which the semiconductor light emitting device finds its own position in a fluid, and is the most advantageous method for realizing a large-screen display device.
  • the present invention proposes a new type of manufacturing apparatus in which the micro LED can be self-assembled.
  • One object of the present invention is to provide a new manufacturing process having high reliability in a large-screen display using a micro-sized semiconductor light emitting device.
  • Another object of the present invention is to provide an apparatus for correcting a bending phenomenon of a substrate due to gravity when a semiconductor light emitting device is self-assembled into a temporary substrate or a wiring substrate.
  • Another object of the present invention is to provide a structure and a manufacturing method capable of preventing the semiconductor light emitting device from being separated from a substrate during a process after self-assembly of the semiconductor light emitting device.
  • the present invention provides a base portion, a plurality of assembled electrodes disposed on the base portion, and a first electrode and a second electrode for generating an electric field when power is applied, covering the assembled electrodes and a plurality of semiconductor light emitting devices seated on a surface of the dielectric layer, wherein a concave-convex structure is formed on one surface of the semiconductor light emitting device facing the dielectric layer and one surface of the dielectric layer facing the semiconductor light emitting device It provides a display device characterized in that.
  • the concave-convex structures formed on each of the semiconductor light emitting device and the dielectric layer may be disposed to engage with each other.
  • the dielectric layer may include a passivation layer including a plurality of cells, and the semiconductor light emitting devices may be disposed inside the cell.
  • the concave-convex structure formed on the dielectric layer may be formed only in a region overlapping the cell.
  • the uneven structure formed on the dielectric layer may be formed to overlap at least a portion of the passivation layer.
  • the concave-convex structure formed on each of the semiconductor light emitting device and the dielectric layer may be formed at a predetermined interval.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices may include a first semiconductor light emitting device including a concave-convex structure formed at first intervals and a second semiconductor light emitting device including an uneven structure formed at second intervals. have.
  • the dielectric layer may include a concave-convex structure formed at the first interval and a concave-convex structure formed at the second interval, respectively.
  • the concave-convex structure formed in the semiconductor light emitting device is made of any one of Au, Ag, Al, Cu, Mo, Cr, Ti, Ni, W and Ge, or at least some of the metals are mixed. It may be made of an alloy.
  • the concave-convex structure formed on the dielectric layer may be made of a metal oxide or made of the same material as the dielectric layer.
  • 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 a low cost.
  • the present invention by increasing the contact area between the semiconductor light emitting device and the dielectric layer, the magnitude of the van der Waals attraction acting between the semiconductor light emitting device and the dielectric layer and the electric force acting on the semiconductor light emitting device are increased. Through this, the present invention prevents the pre-assembled semiconductor light emitting devices from being separated from the substrate.
  • the amount of light of the display device is increased.
  • the present invention by increasing the contact area between the semiconductor light emitting device and the dielectric layer, heat generated in the semiconductor light emitting device can be rapidly transferred to the dielectric layer. Through this, the present invention can improve the heat dissipation efficiency of the display device.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an embodiment of a display device using a semiconductor light emitting device of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of a portion A of the display device of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is an enlarged view of the semiconductor light emitting device of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is an enlarged view illustrating another embodiment of the semiconductor light emitting device of FIG. 2 .
  • 5A to 5E are conceptual views for explaining a new process of manufacturing the above-described semiconductor light emitting device.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of an apparatus for self-assembly of a semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram of the self-assembly apparatus of FIG. 6 .
  • 8A to 8E are conceptual views illustrating a process of self-assembling a semiconductor light emitting device using the self-assembly apparatus of FIG. 6 .
  • FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating the semiconductor light emitting device of FIGS. 8A to 8E .
  • FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a state in which a pre-assembled semiconductor light emitting device is separated from a substrate during self-assembly.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a cross-section of a display device according to the present invention.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a cross-section of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a cross-section of a substrate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a top view of a substrate according to an embodiment of the present invention.
  • 15 is a flowchart illustrating a state of manufacturing a display device according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a conceptual diagram illustrating a modified embodiment of an assembly substrate.
  • the display device described in this specification includes a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation system, and a slate PC. , Tablet PCs, Ultra Books, Digital TVs, Digital Signage, Head Mounted Displays (HMDs), desktop computers, and the like.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • HMDs Head Mounted Displays
  • desktop computers and the like.
  • the configuration according to the embodiment described in this specification may be applied to a display capable device even in a new product form to be developed later.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating 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. 2
  • FIG. 4 is an enlarged view showing another embodiment of the semiconductor light emitting device of FIG. 2 .
  • information processed by the control unit of the display apparatus 100 may be output from the display module 140 .
  • a closed-loop case 101 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. can be provided.
  • a wiring may be 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 realized 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 micro or less.
  • blue, red, and green colors are provided in the light emitting region, respectively, and a unit pixel may be realized by a combination thereof. That is, the unit pixel means a minimum unit for realizing one color, and at least three micro LEDs may be provided in the unit pixel.
  • the semiconductor light emitting device 150 may have a vertical structure.
  • the semiconductor light emitting device 150 is mainly made of gallium nitride (GaN), and indium (In) and/or aluminum (Al) are added together to be implemented as a high power light emitting device that emits various lights including blue.
  • GaN gallium nitride
  • Al aluminum
  • the vertical semiconductor light emitting device includes a p-type electrode 156 , a p-type semiconductor layer 155 formed on the p-type electrode 156 , an active layer 154 formed on the p-type semiconductor layer 155 , and an active layer 154 . It includes an n-type semiconductor layer 153 formed on the n-type semiconductor layer 153 , and an n-type electrode 152 formed on the n-type semiconductor layer 153 .
  • the lower p-type electrode 156 may be electrically connected to the p-electrode of the wiring board
  • the upper n-type electrode 152 may be electrically connected to the n-electrode at the upper side of the semiconductor light emitting device.
  • the vertical semiconductor light emitting device 150 has a great advantage in that it is possible to reduce the 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 electrode 156', the p-type semiconductor layer 155' on which the p-type electrode 156' is formed, and the p-type semiconductor layer 155'.
  • the active layer 154 ′ formed on the active layer 154 ′, the n-type semiconductor layer 153 ′ formed on the active layer 154 ′, and the n-type semiconductor layer 153 ′ are spaced apart from the p-type electrode 156 ′ in the horizontal direction.
  • electrode 152' In this case, 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.
  • 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, respectively.
  • gallium nitride (GaN) is mainly used, and indium (In) and/or aluminum (Al) are added together to implement a high output light emitting device that emits 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, etc.
  • 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, and the n-type semiconductor layer may be N-type GaAs.
  • the p-type semiconductor layer may be P-type GaN doped with Mg on the p-electrode side
  • the n-type semiconductor layer may be N-type GaN doped with Si on the n-electrode side.
  • the above-described semiconductor light emitting devices may be semiconductor light emitting devices without an active layer.
  • the 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 predetermined position on the substrate of the display panel on the wafer.
  • There is a pick and place method as such a transfer technology but the success rate is low and a lot of time is required.
  • there is a technique of transferring several devices at a time using a stamp or a roll but it is not suitable for a large screen display due to a limitation in yield.
  • the present invention provides a new manufacturing method and manufacturing apparatus of a display device capable of solving these problems.
  • 5A to 5E are conceptual views 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 semiconductor light emitting device is exemplified, it is also applicable to a method of self-assembling a vertical semiconductor light emitting device.
  • the first conductivity type semiconductor layer 153 , the active layer 154 , and the second conductivity type semiconductor layer 155 are grown on the growth substrate 159 , respectively ( FIG. 5A ).
  • first conductivity type semiconductor layer 153 After the first conductivity type semiconductor layer 153 is grown, an active layer 154 is grown on the first conductivity type semiconductor layer 153 , and then a second conductivity type semiconductor is grown on the active layer 154 . Layer 155 is grown. In this way, when the first conductivity type semiconductor layer 153, the active layer 154, and the second conductivity type semiconductor layer 155 are sequentially grown, as shown in FIG. 5A, the first conductivity type semiconductor layer 153 , the active layer 154 and the second conductive semiconductor layer 155 form a stacked structure.
  • the first conductivity type semiconductor layer 153 may be a p-type semiconductor layer
  • the second conductivity type semiconductor layer 155 may be an n-type semiconductor layer.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and examples in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type are also possible.
  • the present embodiment exemplifies the case in which the active layer is present, a structure in which the active layer is not present is also possible in some cases as described above.
  • 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 semiconductor material growth, a carrier wafer. It may be formed of a material having excellent thermal conductivity, and, including a conductive substrate or an insulating substrate, for example, a SiC substrate having higher thermal conductivity than a sapphire (Al2O3) substrate or at least one of Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 Can be used.
  • the first conductivity type semiconductor layer 153 , the active layer 154 , and the second conductivity type semiconductor layer 155 are removed to form a plurality of semiconductor light emitting devices ( FIG. 5B ).
  • isolation is performed so that a plurality of light emitting devices form a light emitting device array. That is, the first conductivity type semiconductor layer 153 , the active layer 154 , and the second conductivity type semiconductor layer 155 are vertically etched to form a plurality of semiconductor light emitting devices.
  • the active layer 154 and the second conductivity type semiconductor layer 155 are partially removed in the vertical direction so that the first conductivity type semiconductor layer 153 is exposed to the outside.
  • the exposed mesa process, and thereafter, the first conductive type semiconductor layer is etched to form a plurality of semiconductor light emitting device arrays by isolation (isolation) may be performed.
  • second conductivity type electrodes 156 are respectively formed on one surface of the second conductivity 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. However, when 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 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 (LLO) method or a chemical lift-off (CLO) method ( FIG. 5D ).
  • FIG. 5E a step of seating the semiconductor light emitting devices 150 on a substrate in a chamber filled with a fluid is performed.
  • the semiconductor light emitting devices 150 and the substrate are put in a chamber filled with a fluid, and the semiconductor light emitting devices are self-assembled on the substrate 161 using flow, gravity, surface tension, and the like.
  • the substrate may be the assembly substrate 161 .
  • the substrate may be a wiring substrate.
  • the substrate is provided as the assembly substrate 161 to exemplify that the semiconductor light emitting devices 1050 are mounted.
  • Cells in which the semiconductor light emitting devices 150 are inserted may be provided on the assembly substrate 161 to facilitate mounting of the semiconductor light emitting devices 150 on the assembly substrate 161 .
  • cells in which the semiconductor light emitting devices 150 are seated are formed on the assembly substrate 161 at positions where the semiconductor light emitting devices 150 are aligned with the wiring electrodes.
  • the semiconductor light emitting devices 150 are assembled to the cells while moving in the fluid.
  • the assembly 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 frictional force 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 movement process.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating an example of a self-assembly apparatus for a semiconductor light emitting device according to the present invention
  • FIG. 7 is a block diagram of the self-assembly apparatus of FIG. 6
  • 8A to 8D are conceptual views illustrating a process of self-assembling a semiconductor light emitting device using the self-assembly apparatus of FIG. 6
  • 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 include water as an assembly solution.
  • the assembly chamber 162 may be a water tank, and may be configured as an open type.
  • the present invention is not limited thereto, and the assembly chamber 162 may be of a closed type in which the space is a closed space.
  • a substrate 161 may be disposed in the assembly chamber 162 so that an assembly surface on which the semiconductor light emitting devices 150 are assembled faces downward.
  • the substrate 161 may be 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 the control unit, and through this, the substrate 161 can be transferred to the assembly position.
  • the assembly surface of the substrate 161 faces the bottom of the assembly chamber 150 in the assembly position. As shown, the assembly surface of the substrate 161 is disposed 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 may be made of an insulating material, and the plurality of electrodes 161c may be a thin film or a 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, ITO, or the like.
  • the dielectric layer 161b is made of an inorganic material such as SiO2, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, HfO2, or the like.
  • the dielectric layer 161b may be formed of a single layer or a multi-layer as an organic insulator.
  • the thickness of the dielectric layer 161b may be in the range of several tens of nm to several ⁇ m.
  • the substrate 161 according to the present invention includes a plurality of cells 161d partitioned by barrier ribs.
  • the cells 161d are sequentially arranged in one direction and may be made of a polymer material.
  • the partition walls 161e forming the cells 161d are shared with the neighboring cells 161d.
  • the partition wall 161e protrudes from the base portion 161a, and the cells 161d may be sequentially disposed along one direction by the partition wall 161e. More specifically, the cells 161d are sequentially arranged in the column and row directions, respectively, and may have a matrix structure.
  • a groove for accommodating the semiconductor light emitting device 150 is provided, and the groove may be a space defined by the partition wall 161e.
  • the shape of the groove may be the same as or similar to that of the semiconductor light emitting device.
  • the groove may have a rectangular shape.
  • the grooves formed in the cells may have a circular shape.
  • each of the cells is configured 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 at the bottom of each of the cells 161d, and the plurality of electrode lines may extend to adjacent cells.
  • the plurality of electrodes 161c are disposed below the cells 161d, and different polarities are applied to each other to generate an electric field in the cells 161d.
  • the dielectric layer may form the bottom of the cells 161d while covering the plurality of electrodes 161c with the dielectric layer.
  • the electrodes of the substrate 161 are electrically connected to the power supply unit 171 .
  • the power supply unit 171 applies power to the plurality of electrodes to generate the electric field.
  • the self-assembly apparatus may include a magnet 163 for applying a magnetic force to the semiconductor light emitting devices.
  • the magnet 163 is 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 the position controller 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, a first conductivity type electrode 1052 , a second conductivity type electrode 1056 , and a first conductivity type semiconductor layer in which the first conductivity type electrode 1052 are disposed (1053), a second conductivity type semiconductor layer 1055 overlapping the first conductivity type semiconductor layer 1052 and on which the second conductivity type electrode 1056 is disposed, and the first and second conductivity type semiconductors an active layer 1054 disposed between the layers 1053 and 1055 .
  • the first conductivity type may be p-type
  • the second conductivity type may be n-type
  • the semiconductor light emitting device without the active layer may be used.
  • the first conductive electrode 1052 may be generated after the semiconductor light emitting device is assembled on the wiring board by self-assembly of the semiconductor light emitting device.
  • the second conductive electrode 1056 may include the magnetic material.
  • the magnetic material may mean a magnetic metal.
  • 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 materials.
  • the magnetic material may be provided on the second conductive electrode 1056 in the form of particles.
  • a conductive electrode including a magnetic material one layer of the conductive electrode may be formed of a magnetic material.
  • the second conductive 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 include a magnetic material
  • the second layer 1056b may include a metal material rather than a magnetic material.
  • the first layer 1056a including a magnetic material may be disposed to contact the second conductive semiconductor layer 1055 .
  • the first layer 1056a is disposed between the second layer 1056b and the second conductivity type 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 conductivity type semiconductor layer.
  • the self-assembly device is provided with a magnet handler that can be moved automatically or manually in the x, y, and z axes on the upper part of the assembly chamber, or the magnet 163 . It may be provided with a motor capable of rotating the. The magnet handler and the motor may constitute the position control unit 164 . Through this, the magnet 163 rotates in a horizontal direction, clockwise or counterclockwise direction with the substrate 161 .
  • a light-transmitting bottom plate 166 may be formed in the assembly chamber 162 , and the semiconductor light emitting devices may be disposed between the bottom plate 166 and the substrate 161 .
  • An image sensor 167 may be disposed to face the bottom plate 166 to monitor the inside of the assembly chamber 162 through the bottom plate 166 .
  • the image sensor 167 is controlled by the controller 172 and may include an inverted type lens and a CCD to observe the assembly surface of the substrate 161 .
  • the self-assembly apparatus described above is made to use a combination of a magnetic field and an electric field, and when using this, the semiconductor light emitting devices are seated at a predetermined position on the substrate by an electric field in the process of moving by a change in the position of the magnet.
  • the assembly process using the self-assembly apparatus described above will be described in more detail.
  • a plurality of semiconductor light emitting devices 1050 including a magnetic material are formed through the process described with reference to FIGS. 5A to 5C .
  • a magnetic material may be deposited on the semiconductor light emitting device.
  • the substrate 161 is transferred to an 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 will be a position in which the assembly chamber 162 is disposed such that the assembly surface of the substrate 161 on which the semiconductor light emitting devices 1050 are assembled faces downward.
  • 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 vertically float in the assembly chamber 162 ( FIG. 8B ).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 float toward the substrate 161 in the fluid.
  • the original position may be a position deviated from the assembly chamber 162 .
  • the magnet 163 may be configured as an electromagnet. In this case, electricity is supplied to the electromagnet to generate an initial magnetic force.
  • the 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 several 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 in the assembly chamber 162 .
  • the magnet 163 moves in a direction parallel to the substrate, clockwise or counterclockwise ( FIG. 8C ).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 move in a direction parallel to the substrate 161 at a position spaced apart from the substrate 161 by the magnetic force.
  • the semiconductor light emitting devices 1050 apply an electric field to guide the semiconductor light emitting devices 1050 to the preset position so that they are seated at a preset position of the substrate 161 proceed (Fig. 8c).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 move in a direction perpendicular to the substrate 161 by the electric field while the semiconductor light emitting devices 1050 are moving in a direction horizontal to the substrate 161 . installed in the set position.
  • an electric field is generated by supplying power to the bi-planar electrode of the substrate 161, and using this, assembly is induced only at a preset position. That is, the semiconductor light emitting devices 1050 are self-assembled at the assembly position of the substrate 161 by using the selectively generated electric field. To this end, cells in which the semiconductor light emitting devices 1050 are inserted may be provided on the substrate 161 .
  • the unloading process of the substrate 161 is performed, and the assembly process is completed.
  • the substrate 161 is an assembly substrate
  • a post-process for implementing a display device by transferring the semiconductor light emitting devices arranged as described above to a wiring substrate may be performed.
  • 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 magnet 163 is an electromagnet
  • 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 apparatus and method described above use a magnetic field to concentrate distant parts near a predetermined assembly site in order to increase the assembly yield in fluidic assembly, and apply a separate electric field to the assembly site so that the parts are selectively transferred only to the assembly site. to be assembled.
  • the assembly board is placed on the upper part of the water tank and the assembly surface is directed downward to minimize the effect of gravity due to the weight of the parts and prevent non-specific binding to eliminate defects. That is, to increase the transfer yield, the assembly substrate is placed on the upper part to minimize the effect of gravity or frictional force, and to prevent non-specific binding.
  • semiconductor light emitting devices emitting light of different colors may be sequentially disposed on a substrate.
  • a self-assembly process must be performed as many as the number of types of the semiconductor light emitting devices. For example, in order to arrange a semiconductor light emitting device emitting blue, red, and green light on a single substrate, at least three self-assembly processes are required.
  • semiconductor light emitting devices emitting light of three types on one substrate is described, but the types of semiconductor light emitting devices assembled on one assembly substrate are not limited thereto.
  • semiconductor light emitting devices emitting light of different colors will be referred to as first to third semiconductor light emitting devices, and the first to third semiconductor light emitting devices are sequentially assembled on an assembly substrate.
  • An electrode to which a voltage is applied varies according to the type of the semiconductor light emitting device input to the fluid chamber.
  • the above-described electrode 161c is referred to as an assembled electrode.
  • the plurality of assembly electrodes 161c are divided into three groups.
  • the plurality of assembled electrodes are divided into first to third groups.
  • the first semiconductor light emitting devices overlap any one of the assembled electrodes belonging to the first group.
  • the second semiconductor light emitting devices overlap any one of the assembled electrodes belonging to the second group.
  • the third semiconductor light emitting devices overlap any one of the assembled electrodes belonging to the third group.
  • a voltage does not have to be applied only to the assembled electrode of a group corresponding to the specific semiconductor light emitting device.
  • the first semiconductor light emitting device is already coupled to the substrate.
  • the voltage applied to the assembly electrode belonging to the first group is cut off, the first semiconductor light emitting device may be separated from the substrate.
  • voltage must be applied to both the first and second groups.
  • an attractive force may act between the assembled electrodes belonging to the first group and the red semiconductor light emitting device, but since the first semiconductor light emitting devices are already disposed at designated positions, the second semiconductor light emitting device belongs to the first group It is not arranged to overlap the assembly electrodes.
  • the pre-assembled semiconductor light emitting device may be separated from the substrate even in a state where it is fixed by an electric field.
  • the third semiconductor light emitting device ( 250c) may collide with the pre-assembled second semiconductor light emitting device 250b. In this process, the pre-assembled semiconductor light emitting devices may be separated from the substrate.
  • the semiconductor light emitting device pre-assembled on the substrate may be detached from the substrate during the self-assembly process.
  • the present invention provides a structure for preventing pre-assembled semiconductor light emitting devices from being separated from a substrate.
  • the present invention includes a base portion, a plurality of assembly electrodes, a dielectric layer, and a plurality of semiconductor light emitting devices.
  • the above-described components are replaced with the contents described with reference to FIGS. 1 to 9 .
  • FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a cross-section of a display device according to the present invention
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a cross-section of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a diagram of a substrate according to an embodiment of the present invention. It is a conceptual diagram showing a cross section
  • FIG. 14 is a top view of a substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the semiconductor light emitting devices 350 are seated on the surface of the dielectric layer 161b. Accordingly, one surface of the semiconductor light emitting device 350 is disposed to face the dielectric layer 161b , and one surface of the dielectric layer 161b is disposed to face the semiconductor layer 350 .
  • one surface of the semiconductor light emitting device 350 disposed to face the dielectric layer 161b is referred to as a lower surface of the semiconductor light emitting device 350 .
  • one surface of the dielectric layer 161b disposed to face the semiconductor light emitting device 350 is referred to as an upper surface of the dielectric layer 161b.
  • Concave-convex structures 353 ′ and 161b ′ are formed on the lower surface of the semiconductor light emitting device 350 and the upper surface of the dielectric layer 161b , respectively, to improve the bonding force between the semiconductor light emitting device 350 and the substrate 161 .
  • the concave-convex structures 353 ′ and 161b ′ formed on each of the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b may be disposed to engage with each other.
  • the convex portion of the concave-convex structure 353' formed in the semiconductor light emitting device is disposed to fit into the concave portion of the concave-convex structure 161b' formed in the dielectric layer 161b.
  • the convex portion of the concave-convex structure 161b ′ formed in the dielectric layer 161b is disposed to fit into the concave portion of the concave-convex structure 350 ′ formed in the semiconductor light emitting device 350 .
  • a contact area between the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b is increased. Accordingly, the van der Waals attraction formed between the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b increases, so that the coupling force between the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b is improved.
  • the above-described structure affects not only the van der Waals attraction formed between the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b but also the magnitude of the electric force acting on the semiconductor light emitting device 350 .
  • the capacitance between the semiconductor light emitting device 350 and the assembly electrode 161c increases. Accordingly, the magnitude of the electric force acting on the semiconductor light emitting device 350 increases.
  • the present invention by increasing the contact area between the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b, the van der Waals attraction acting between the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b and the semiconductor light emitting device ( 350) increases the magnitude of the electric force acting on it. Through this, the present invention prevents the pre-assembled semiconductor light emitting devices from being separated from the substrate.
  • the concave-convex structures generate another effect.
  • the uneven structure formed on the lower surface of the semiconductor light emitting device 350 and the upper surface of the dielectric layer 161b causes diffuse reflection of light.
  • the light emission direction of the display device according to the present invention is the direction in which the upper surface of the dielectric layer faces. Accordingly, light directed to the upper surface of the dielectric layer is lost light.
  • the present invention increases the amount of light of the display device by diffusely reflecting the light directed toward the upper surface of the dielectric layer in the opposite direction.
  • the present invention increases the contact area between the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b so that heat generated from the semiconductor light emitting device 350 can be rapidly transferred to the dielectric layer 161b. Through this, the present invention can improve the heat dissipation efficiency of the display device.
  • the concave-convex structure may be made of various materials.
  • the material constituting the concave-convex structure will be described in detail.
  • the uneven structure formed on the lower surface of the semiconductor light emitting device may be made of a III-V compound semiconductor material capable of Epi growth in addition to GaAs, GaP, GaInP, AlInP, AlGaInP, GaN, AlGaN.
  • the concave-convex structure may be formed when manufacturing a semiconductor light emitting device on a wafer.
  • the concave-convex structure formed in the semiconductor light emitting device may be formed as a layer separate from the conductive semiconductor layer provided in the semiconductor light emitting device.
  • the concave-convex structure formed on the lower surface of the semiconductor light emitting device is made of any one of Au, Ag, Al, Cu, Mo, Cr, Ti, Ni, W and Ge, or an alloy in which at least some of the metals are mixed.
  • the concave-convex structure may be formed of at least one of a metal oxide, for example, ZnO, SiO2, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO, and CuOx.
  • the electric force acting on the semiconductor light emitting device size can be maximized.
  • the concave-convex structure formed on the upper surface of the dielectric layer may be formed of at least one of a metal oxide, for example, ZnO, SiO2, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO, and CuOx.
  • the concave-convex structure formed on the upper surface of the dielectric layer may be made of the same material as that of the dielectric layer.
  • the concave-convex structure formed on the upper surface of the dielectric layer may be made of silicon nitride.
  • the concave-convex structure formed on each of the lower surface of the semiconductor light emitting device and the upper surface of the dielectric layer may be formed through wet etching, dry etching, etc. using beads, but a method of forming the concave-convex structure is not specifically limited.
  • the concave-convex structure may be formed randomly or in a predetermined pattern.
  • an embodiment in which the concave-convex structure is formed in a uniform pattern will be described.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram illustrating a cross-section of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a conceptual diagram illustrating a cross-section of a substrate according to an embodiment of the present invention.
  • the concave-convex structure formed on each of the lower surface of the semiconductor light emitting device and the upper surface of the dielectric layer may be formed in a predetermined pattern.
  • the concave-convex structure is a structure in which a convex region and a concave region are repeatedly formed. In each of the convex regions, a point farthest from the substrate (hereinafter, the highest point) exists.
  • the concave-convex structure may be formed such that a horizontal distance between the peaks is constant.
  • the horizontal distance between the peaks means a distance in a direction parallel to the dielectric layer
  • the constant horizontal distance between the peaks means that the horizontal distance between the peaks is constant within a preset error range.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices includes a first semiconductor light emitting device 350a including a concave-convex structure formed at a first interval d1 , and a second semiconductor light emitting device including a concave-convex structure formed at a second interval d2 . It may include a second semiconductor light emitting device 350b and a third semiconductor light emitting device 350c including a concave-convex structure formed at a third interval d3. That is, the display device according to the present invention may include semiconductor light emitting devices having uneven structures of different patterns.
  • different patterns of concavo-convex structures may be formed for each light emitting color of the semiconductor light emitting device.
  • a concave-convex structure formed at first intervals is formed in semiconductor light emitting devices emitting light of a first color
  • an uneven structure formed at second intervals is formed in semiconductor light emitting devices emitting a second color
  • Concave-convex structures formed at third intervals may be formed in the semiconductor light emitting devices emitting light of three colors.
  • the dielectric layer has an uneven structure formed at the first interval d1 , an uneven structure formed at the second interval d2 , and an uneven structure formed at a third interval d3 .
  • the display device according to the present invention may include a dielectric layer having a concave-convex structure of different patterns on one surface.
  • a concave-convex structure having a pattern corresponding to the concave-convex structure formed in the semiconductor light emitting device may be formed on the dielectric layer.
  • three types of concave-convex structures may be formed on the dielectric layer.
  • the semiconductor light emitting device When the concave-convex structures of equal intervals are formed in each of the semiconductor light emitting device and the dielectric layer, the semiconductor light emitting device may be selectively assembled. Specifically, the semiconductor light emitting device including the concave-convex structure formed at first intervals may be selectively assembled only in the region in which the concave-convex structure formed at the first interval is formed among the entire region of the dielectric layer.
  • the concave-convex structure formed on the dielectric layer may be formed only in a limited area.
  • a process of forming the passivation layer will be described in detail with reference to the accompanying drawings before the description.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating a state of manufacturing a display device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 16 is a conceptual diagram illustrating a modified embodiment of an assembly substrate.
  • a passivation layer 370 may be charged (FIG. 15B) between the plurality of semiconductor light emitting devices. More specifically, as described above, the wiring board 161 includes a plurality of cells 161d partitioned by barrier ribs, and a gap exists between the cells and the semiconductor light emitting device. The passivation layer 370 fills the gap while covering the semiconductor light emitting device together with the barrier rib.
  • the passivation layer 370 may be formed of a polymer material to be integrated with the partition wall.
  • FIG. 15 shows the passivation layer 370 and the partition wall 261e separately for convenience of explanation, in reality, the passivation layer 370 and the partition wall 261e may form a single layer. That is, when the passivation layer 370 is formed, the barrier rib 261e becomes a part of the passivation layer 370 .
  • the passivation layer 370 may include a plurality of cells, and the plurality of semiconductor light emitting devices 350 may be accommodated in the cells. That is, in the final structure, the cells provided in the self-assembly step are changed into the inner space of the passivation layer 370 . In this case, as described above, an electric field generated by the pair electrodes 261c described with reference to FIG. 12 may be formed in the cells.
  • the plurality of cells are arranged in a matrix structure, and the plurality of pair electrodes 261c have a structure extending to neighboring cells.
  • a planarization process may be performed to planarize the top surface of the passivation layer 370 , and contact holes 371 and 372 may be formed for wiring ( FIG. 15C ).
  • the contact holes 371 and 372 may be formed in each of the first conductive electrode 352 and the second conductive electrode 356 .
  • first wiring electrode 381 and the second wiring electrode 382 are connected to the plurality of semiconductor light emitting devices through the contact hole (FIG. 15(d)).
  • the first wiring electrode 381 and the second wiring electrode 382 may extend to one surface of the passivation layer 370 .
  • one surface of the passivation layer 370 may be a surface opposite to the surface covering the dielectric layer 261b.
  • the first wiring electrode 381 may be connected to the passivation layer in the first conductive electrode 352 through a first contact hole 371 formed above the first conductive electrode 352 . It extends to the upper surface of 370 .
  • the second wiring electrode 382 extends to the upper surface of the passivation layer 370 through a second contact hole 372 formed above the second conductive electrode 356 .
  • the concave-convex structure formed in the dielectric layer may be formed only in a region overlapping the plurality of cells provided in the above-described passivation layer. That is, the concave-convex structure formed on the dielectric layer may be selectively formed only in the region where the semiconductor light emitting devices are mounted.
  • the concave-convex structure formed on the dielectric layer may be formed to overlap at least a portion of the passivation layer.
  • the concave-convex structure formed on the dielectric layer 161b may be formed around the cell beyond the cell.
  • the concave-convex structure 161e' may also be formed on one surface of the passivation layer (shown as a barrier rib 261e in FIG. 16) facing the dielectric layer.
  • the concave-convex structure 161b ′′ formed around the cells diffusely reflects light around the semiconductor light emitting device to improve the amount of light in the display.
  • the present invention prevents the semiconductor light emitting device from being separated from the substrate after self-assembly by improving the bonding force between the semiconductor light emitting device and the dielectric layer.

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 수㎛ 내지 수십㎛ 크기의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명은 베이스부, 상기 베이스부 상에서 배치되며, 전원이 인가되면 전기장을 생성하는 제1전극 및 제2전극을 구비하는 복수의 조립 전극들, 상기 조립 전극들을 덮도록 형성되는 유전체층 및 상기 유전체층 표면 상에 안착되는 복수의 반도체 발광소자들을 포함하고, 상기 유전체층을 향하는 상기 반도체 발광소자의 일면과 상기 반도체 발광소자를 향하는 상기 유전체층의 일면 각각에는 요철 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

마이크로 엘이디를 이용한 디스플레이 장치
본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로 특히, 수㎛ 내지 수십㎛ 크기의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 대면적 디스플레이를 구현하기 위하여, 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 소자(OLED) 디스플레이, 그리고 마이크로 LED 디스플레이 등이 경쟁하고 있다.
한편, 디스플레이에 100 마이크론 이하의 직경 또는 단면적을 가지는 반도체 발광소자(마이크로 LED (uLED))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 유체내에서 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, 아직 마이크로 LED의 자가조립을 통하여 디스플레이를 제조하는 기술에 대한 연구가 미비한 실정이다. 이에, 본 발명에서는 마이크로 LED가 자가조립될 수 있는 새로운 형태의 제조장치를 제시한다.
본 발명의 일 목적은 마이크로 크기의 반도체 발광소자를 사용한 대화면 디스플레이에서, 높은 신뢰성을 가지는 새로운 제조공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 반도체 발광소자를 임시기판 또는 배선기판으로 자가조립할 때에, 중력으로 인한 기판의 휨 현상을 보정하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 반도체 발광소자의 자가조립 후 공정 시 반도체 발광소자가 기판으로부터 이탈하지 않도록 할 수 있는 구조 및 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 베이스부, 상기 베이스부 상에서 배치되며, 전원이 인가되면 전기장을 생성하는 제1전극 및 제2전극을 구비하는 복수의 조립 전극들, 상기 조립 전극들을 덮도록 형성되는 유전체층 및 상기 유전체층 표면 상에 안착되는 복수의 반도체 발광소자들을 포함하고, 상기 유전체층을 향하는 상기 반도체 발광소자의 일면과 상기 반도체 발광소자를 향하는 상기 유전체층의 일면 각각에는 요철 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자 및 상기 유전체층 각각에 형성되는 요철 구조는 서로 맞물리도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유전체층 상에 배치되며, 복수의 셀을 구비하는 패시베이션층을 구비하고, 상기 반도체 발광소자들은 상기 셀 내부에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유전체층에 형성되는 요철 구조는 상기 셀과 오버랩되는 영역에만 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유전체층에 형성되는 요철 구조는 상기 패시베이션층의 적어도 일부와 오버랩되도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자 및 상기 유전체층 각각에 형성되는 요철 구조는 소정 간격을 이루어 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복수의 반도체 발광소자는 제1간격으로 형성되는 요철 구조를 포함하는 제1반도체 발광소자 및 제2간격으로 형성되는 요철 구조를 포함하는 제2반도체 발광소자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유전체층은 상기 제1간격으로 형성되는 요철 구조 및 상기 제2간격으로 형성되는 요철 구조 각각을 구비할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자에 형성되는 요철 구조는 Au, Ag, Al, Cu, Mo, Cr, Ti, Ni, W 및 Ge 중 어느 하나로 이루어지거나, 상기 금속들 중 적어도 일부가 혼합된 합금으로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 유전체층에 형성되는 요철 구조는 금속 산화물로 이루어지거나, 상기 유전체층과 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 개별화소를 마이크로 발광 다이오드로 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.
또한, 본 발명에 따르면, 용액 중에 자기장과 전기장을 이용하여 반도체 발광소자를 정위치에 동시 다발적으로 전사함으로, 부품의 크기나 개수, 전사 면적에 상관없이 저비용, 고효율, 고속 전사 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면, 반도체 발광소자와 유전체층 간의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 반도체 발광소자와 유전체층 사이에 작용하는 반데르발스 인력 및 반도체 발광소자에 작용하는 전기력의 크기를 증가시킨다. 이를 통해, 본 발명은 기 조립된 반도체 발광소자들이 기판으로부터 이탈하지 않도록 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 유전체층으로 향하는 빛을 반대 방향으로 난반사시킴으로써, 디스플레이 장치의 광량을 증가시킨다.
또한, 본 발명에 따르면, 반도체 발광소자와 유전체층 간의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 반도체 발광소자에서 발생되는 열이 빠르게 유전체층으로 전달될 수 있도록 한다. 이를 통해, 본 발명은 디스플레이 장치의 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A 부분의 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 발광 소자를 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 자가조립하는 공정을 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 8a 내지 도 8e의 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 자가 조립 중 기 조립된 반도체 발광소자가 기판으로부터 이탈하는 모습을 나타내는 개념도이다.
도 11은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 단면을 나타내는 개념도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 단면을 나타내는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 단면을 나타내는 개념도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 상면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 제조하는 모습을 나타내는 순서도이다.
도 16은 조립 기판의 변형 실시 예를 나타내는 개념도이다.
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 GaN 이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaN 이 될 수 있다. 다만, 적색 반도체 발광소자의 경우에는, 상기 p형 반도체층은 P-type GaAs 이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaAs 가 될 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체층은 p 전극 쪽은 Mg가 도핑된 P-type GaN 이고, 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 위치조절되며, 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/Ti 의 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~수μm의 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.
한편, 도 8a 내지 8e에서 설명한 바와 같이, 상술한 자가 조립 방법에서는 서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들이 순차적으로 기판 상에 배치될 수 있다. 서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들을 하나의 기판에 배치하기 위해서는 반도체 발광소자의 종류 수 만큼 자가 조립 과정을 수행하여야 한다. 예를 들어, 청색, 적색, 녹색을 발광하는 반도체 발광소자를 하나의 기판에 배치하기 위해서는 적어도 세 번의 자가 조립 과정이 필요하다.
본 명세서에서는 세 종류의 색을 발광하는 반도체 발광소자들을 하나의 기판에 조립하는 실시 예에 대하여 설명하나, 하나의 조립 기판에 조립되는 반도체 발광소자의 종류는 이에 한정되지 않는다. 이하, 서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들을 제1 내지 제3반도체 발광소자로 구분하여 칭하기로 하며, 조립 기판에는 제1 내지 제3반도체 발광소자가 순차적으로 조립된다.
상기 유체 챔버에 투입된 반도체 발광소자의 종류에 따라, 전압이 인가되는 전극이 달라진다. 이하, 상술한 전극(161c)를 조립 전극이라 칭한다. 구체적으로, 복수의 조립 전극들(161c)은 세 그룹으로 나누어진다. 이하, 복수의 조립 전극들을 제1 내지 제3그룹으로 구분한다.
자가 조립 시 제1반도체 발광소자들은 상기 제1그룹에 속한 조립 전극 중 어느 하나와 오버랩된다. 제2반도체 발광소자들은 상기 제2그룹에 속한 조립 전극 중 어느 하나와 오버랩된다. 제3반도체 발광소자들은 상기 제3그룹에 속한 조립 전극 중 어느 하나와 오버랩된다.
상기 유체 챔버에 제1반도체 발광소자가 투입된 상태에서 자가 조립을 수행하는 경우, 상기 제1그룹에 속한 조립 전극에는 반드시 전압이 인가되어야 하며, 상기 유체 챔버에 제2반도체 발광소자가 투입된 상태에서 자가 조립을 수행하는 경우, 상기 제2그룹에 속한 조립 전극에는 반드시 전압이 인가되어야 하며, 상기 유체 챔버에 제3반도체 발광소자가 투입된 상태에서 자가 조립을 수행하는 경우, 상기 제3그룹에 속한 조립 전극에는 반드시 전압이 인가되어야 한다.
다만, 유체 챔버에 특정 반도체 발광소자가 투입된 상태에서 상기 특정 반도체 발광소자에 대응하는 그룹의 조립 전극에만 전압이 인가되어야 하는 것은 아니다. 구체적으로, 유체 챔버에 제2반도체 발광소자가 투입된 상태에서 자가 조립을 수행하는 경우, 제1반도체 발광소자는 이미 기판에 결합된 상태이다. 이때, 제1그룹에 속하는 조립 전극에 인가된 전압을 차단하는 경우, 제1반도체 발광소자가 기판으로부터 이탈될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 제2반도체 발광소자가 투입된 상태에서 자가조립을 수행하는 경우, 제1 및 제2그룹에 모두 전압이 인가되어야 한다. 이러한 경우, 제1그룹에 속한 조립 전극들과 적색 반도체 발광소자간에 인력이 작용할 수 있으나, 제1반도체 발광소자들은 이미 지정된 위치에 배치된 상태이기 때문에, 제2반도체 발광소자는 제1그룹에 속한 조립 전극들과 오버랩되도록 배치되지 않는다.
한편, 상기 제3반도체 발광소자를 자가조립하는 경우, 제3반도체 발광소자가 유체 챔버에 투입된 상태에서는 제1 내지 제3그룹에 모두 전압이 인가되어야 한다.
하지만, 기 조립된 반도체 발광소자가 전기장에 의해 고정된 상태에서도 기판으로부터 이탈할 수 있다. 예를 들어, 도 10을 참조하면, 제2반도체 발광소자(250b)에 대한 자가 조립을 완료한 후, 제3반도체 발광소자(250c)에 대한 자가조립을 수행하는 경우, 제3반도체 발광소자(250c)가 기 조립된 제2반도체 발광소자(250b)에 충돌할 수 있다. 이 과정에서 기 조립된 반도체 발광소자들이 기판으로부터 이탈할 수 있다.
그 밖에도, 기판에 기 조립된 반도체 발광소자는 자가 조립 후 공정을 수행하는 과정에서 기판으로부터 이탈할 수 있다.
본 발명은 기 조립된 반도체 발광소자들이 기판으로부터 이탈하는 것을 방지하기 위한 구조를 제공한다.
이를 위해, 본 발명은 베이스부, 복수의 조립 전극들, 유전체층 및 복수의 반도체 발광소자들을 포함한다. 상술한 구성요소들은 도 1 내지 9에서 설명한 내용으로 갈음한다.
도 11은 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 단면을 나타내는 개념도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 단면을 나타내는 개념도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 단면을 나타내는 개념도이고, 도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 상면도이다.
도 11을 참조하면, 상기 반도체 발광소자(350)들은 유전체층(161b) 표면 상에 안착된다. 이에 따라, 반도체 발광소자(350)의 일면은 유전체층(161b)을 향하도록 배치되고, 유전체층(161b)의 일면은 반도체층(350)을 향하도록 배치된다.
이하, 설명의 편의를 위하여 상기 유전체층(161b)을 향하도록 배치되는 반도체 발광소자(350)의 일면을 반도체 발광소자(350)의 하면이라 칭한다. 한편, 상기 반도체 발광소자(350)를 향하도록 배치되는 유전체층(161b)의 일면을 유전체층(161b)의 상면이라 칭한다.
반도체 발광소자(350)와 기판(161) 간의 결합력이 향상되도록, 반도체 발광소자(350)의 하면 및 유전체층(161b)의 상면 각각에는 요철 구조(353' 및 161b')가 형성된다. 상기 반도체 발광소자(350) 및 상기 유전체층(161b) 각각에 형성되는 요철 구조(353' 및 161b')는 서로 맞물리도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 반도체 발광소자에 형성되는 요철 구조(353')의 볼록한 부분이 상기 유전체층(161b)에 형성되는 요철 구조(161b')의 오목한 부분에 끼워지도록 배치된다. 또한, 상기 유전체층(161b)에 형성되는 요철 구조(161b')의 볼록한 부분은 상기 반도체 발광소자(350)에 형성되는 요철 구조(350')의 오목한 부분에 끼워지도록 배치된다.
상술한 구조에 따르면, 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간의 접촉 면적이 증가한다. 이에 따라, 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간에 형성되는 반데르발스 인력이 증가하여, 상기 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간의 결합력이 향상된다.
한편, 상술한 구조는 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간에 형성되는 반데르발스 인력 뿐아니라, 반도체 발광소자(350)에 작용하는 전기력의 크기에 영향을 준다. 구체적으로, 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간의 접촉면적이 증가함에 따라, 반도체 발광소자(350)와 조립 전극(161c) 사이의 캐패시턴스가 증가한다. 이에 따라, 반도체 발광소자(350)에 작용하는 전기력의 크기가 증가한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 사이에 작용하는 반데르발스 인력 및 반도체 발광소자(350)에 작용하는 전기력의 크기를 증가시킨다. 이를 통해, 본 발명은 기 조립된 반도체 발광소자들이 기판으로부터 이탈하지 않도록 한다.
상술한 효과 외에 상기 요철 구조들은 또 다른 효과를 발생시킨다. 구체적으로, 반도체 발광소자(350) 하면 및 유전체층(161b) 상면에 형성된 요철 구조는 빛의 난반사를 일으킨다. 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 발광 방향은 유전체층의 상면이 향하는 방향이다. 따라서, 상기 유전체층의 상면으로 향하는 빛은 손실되는 빛이다. 본 발명은 상기 유전체층의 상면으로 향하는 빛을 반대 방향으로 난반사시킴으로써, 디스플레이 장치의 광량을 증가시킨다.
한편, 본 발명은 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 반도체 발광소자(350)에서 발생되는 열이 빠르게 유전체층(161b)으로 전달될 수 있도록 한다. 이를 통해, 본 발명은 디스플레이 장치의 방열 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 요철 구조는 다양한 소재로 이루어질 수 있다. 이하, 상기 요철 구조를 이루는 소재에 대하여 구체적으로 설명한다.
상기 반도체 발광소자의 하면에 형성되는 요철 구조는 GaAs, GaP, GaInP, AlInP, AlGaInP, GaN, AlGaN 외 Epi 성장이 가능한 III-V 화합물반도체 재료로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 요철 구조는 웨이퍼 상에 반도체 발광소자를 제조할 때 형성될 수 있다.
한편, 도 11에 도시된 요철 구조와는 달리, 반도체 발광소자에 형성되는 요철 구조는 반도체 발광소자에 구비된 도전형 반도체층과는 별개의 층으로 이루어질 수 있가. 구체적으로, 상기 반도체 발광소자의 하면에 형성되는 요철 구조는 Au, Ag, Al, Cu, Mo, Cr, Ti, Ni, W 및 Ge 중 어느 하나로 이루어지거나, 상기 금속 중 적어도 일부가 혼합된 합금으로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 요철 구조는 금속 산화물, 예를 들어, ZnO, SiO2, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO 및 CuOx 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
상기 요철 구조가 Au, Ag, Al, Cu, Mo, Cr, Ti, Ni, W 및 Ge 중 어느 하나로 이루어지거나, 상기 금속 중 적어도 일부가 혼합된 합금으로 이루어지는 경우, 상기 반도체 발광소자에 작용하는 전기력의 크기를 극대화 할 수 있다.
한편, 상기 유전체층의 상면에 형성되는 요철 구조는 금속 산화물, 예를 들어, ZnO, SiO2, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO 및 CuOx 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 이와 달리, 상기 유전체층의 상면에 형성되는 요철 구조는 유전체층을 이루는 재료와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 유전체층의 상면에 형성되는 요철 구조는 실리콘 질화물로 이루어질 수 있다.
상기 반도체 발광소자의 하면 및 상기 유전체층 상면 각각에 형성되는 요철 구조는 비드(Bid)를 이용한 Wet etching, Dry etching 등을 통하여 형성될 수 있으나, 요철 구조의 형성 방법은 별도로 한정하지 않는다.
한편, 상기 요철 구조는 일정한 무작위로 형성되거나, 일정한 패턴으로 형성될 수 있다. 이하, 상기 요철 구조가 일정한 패턴으로 형성되는 일 실시 예에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 반도체 발광소자의 단면을 나타내는 개념도이고, 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판의 단면을 나타내는 개념도이다.
상기 반도체 발광소자의 하면 및 상기 유전체층 상면 각각에 형성되는 요철 구조는 일정한 패턴으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 요철 구조는 볼록한 영역과 오목한 영역이 반복적으로 형성되는 구조이다. 상기 볼록한 영역 각각에는 상기 기판으로부터 가장 멀리 떨어진 지점(이하, 최고점)이 존재한다. 상기 요철 구조는 상기 최고점 간의 수평 거리가 일정하도록 형성될 수 있다. 여기서, 최고점 간의 수평거리는 상기 유전체층에 평행한 방향으로의 거리를 의미하고, 상기 최고점 간의 수평 거리가 일정하다 함은 상기 최고점 간의 수평 거리가 기 설정된 오차범위 내에서 일정함을 의미한다.
본 명세서에서 상기 최고점 간의 수평 거리가 기 설정된 오차범위 내에서 일정한 경우, 상기 요철 구조가 소정 간격으로 형성된다고 표현한다.
도 12를 참조하면, 복수의 반도체 발광소자는 제1간격(d1)으로 형성되는 요철 구조를 포함하는 제1반도체 발광소자(350a), 제2간격(d2)으로 형성되는 요철 구조를 포함하는 제2반도체 발광소자(350b) 및 제3간격(d3)으로 형성되는 요철 구조를 포함하는 제3반도체 발광소자(350c)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 서로 다른 패턴의 요철 구조를 가지는 반도체 발광소자를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 반도체 발광소자의 발광 색상 별로 서로 다른 패턴의 요철 구조가 형성되도록 할 수 있다. 구체적으로, 제1색을 발광하는 반도체 발광소자들에는 제1간격으로 형성되는 요철 구조가 형성되고, 제2색을 발광하는 반도체 발광소자들에는 제2간격으로 형성되는 요철 구조가 형성되고, 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들에는 제3간격으로 형성되는 요철 구조가 형성될 수 있다.
한편, 도 13 및 14를 참조하면, 상기 유전체층은 상기 제1간격(d1)으로 형성되는 요철 구조, 상기 제2간격(d2)으로 형성되는 요철 구조 및 제3간격(d3)으로 형성되는 요철 구조 각각을 구비할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 한면에 서로 다른 패턴의 요철 구조를 가지는 유전체층을 포함할 수 있다.
상기 유전층에는 반도체 발광소자에 형성되는 요철 구조에 대응하는 패턴의 요철 구조가 형성될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 제1 내지 제3색을 발광하는 반도체 발광소자를 하나의 기판에 조립하는 경우, 상기 유전체층에는 세 종류의 요철 구조가 형성될 수 있다.
상기 반도체 발광소자 및 상기 유전층 각각에 동일한 간격의 요철 구조가 형성될 경우, 반도체 발광소자가 선택적으로 조립되도록 할 수 있다. 구체적으로, 제1간격으로 형성되는 요철 구조를 포함하는 반도체 발광소자는 유전체층의 전체 영역 중 제1간격으로 형성되는 요철 구조가 형성된 영역에만 선택적으로 조립될 수 있다.
이를 활용하면, 서로 다른 종류의 반도체 발광소자들을 하나의 기판에 조립할 때, 특정 색상의 반도체 발광소자가 원하지 않는 위치에 조립되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 유전체층에 형성되는 요철 구조는 한정된 영역에만 형성될 수 있다. 이에 대하여, 설명하기에 앞서 첨부된 도면을 참조하여 패시베이션층을 형성하는 과정에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 디스플레이 장치를 제조하는 모습을 나타내는 순서도이고, 도 16은 조립 기판의 변형 실시 예를 나타내는 개념도이다.
도 15를 참조하면, 상기 복수의 반도체 발광소자들의 사이에는 패시베이션층(370)이 충전(도 15의 (b))될 수 있다. 보다 구체적으로, 전술한 바와 같이, 배선기판(161)은 격벽에 의하여 구획되는 복수의 셀들(161d)을 포함하며, 상기 셀과 상기 반도체 발광소자 사이에는 갭이 존재하게 된다. 상기 패시베이션층(370)은 상기 격벽과 함께 상기 반도체 발광소자를 덮으면서 상기 갭을 채우게 된다.
이런 공정을 통하여, 디스플레이에서는 상기 반도체 발광소자를 패시베이션층(370)이 감싸는 구조가 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 패시베이션층(370)은 상기 격벽과 일체화되도록 폴리머(polymer) 재질로 이루어질 수 있다. 도 15에는 설명의 편의를 위하여 패시베이션층(370)과 격벽(261e)을 구분하여 도시하였지만, 실제로는 패시베이션층(370)과 격벽(261e)은 하나의 층을 이룰 수 있다. 즉, 패시베이션층(370)이 형성되는 경우, 격벽(261e)은 패시베이션층(370)의 일부가 된다.
도 15에 도시된 공정에 의하여 구현되는 디스플레이 장치에서, 상기 패시베이션층(370)은 복수의 셀들을 구비하고, 상기 복수의 반도체 발광소자(350)들은 상기 셀들에 수용될 수 있다. 즉, 최종 구조에서 자가 조립단계에서 구비되었던 셀들은 상기 패시베이션층(370)의 내부 공간으로 변하게 된다. 이 경우에, 전술한 바와 같이 도 12를 참조하여 설명한 페어 전극들(261c)에 의하여 생성되는 전기장은 상기 셀들의 내부에 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수의 셀들은 매트릭스 구조로 배열되고, 상기 복수의 페어 전극들(261c)은 이웃한 셀들로 연장되는 구조가 된다.
이후에, 상기 패시베이션층(370)의 상면이 평탄화되도록, 평탄화 공정이 수행되고, 배선을 위하여 컨택홀(371, 372)이 형성(도 15의 (c))될 수 있다. 상기 컨택홀(371, 372)을 제1도전형 전극(352)과 제2도전형 전극(356) 각각에 형성될 수 있다.
마지막으로, 상기 컨택홀을 통하여 상기 복수의 반도체 발광소자들에 제1배선전극(381) 및 제2배선전극(382)을 연결(도 15의 (d))한다.
상기 제1배선전극(381) 및 제2배선전극(382)은 상기 패시베이션층(370)의 일면으로 연장된 수 있다. 이 때에, 상기 패시베이션층(370)의 일면은 상기 유전체층(261b)을 덮는 면의 반대면이 될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1배선전극(381)은 상기 제1도전형 전극(352)의 상측에 형성되는 제1컨택홀(371)을 통하여, 상기 제1도전형 전극(352)에서 상기 패시베이션층(370)의 상면으로 연장된다. 상기 제2배선전극(382)은 상기 제2도전형 전극(356)의 상측에 형성되는 제2컨택홀(372)을 통하여, 상기 패시베이션층(370)의 상면으로 연장된다.
한편, 유전체층에 형성되는 요철 구조는 상술한 패시베이션층에 구비된 복수의 셀들과 오버랩되는 영역에만 형성될 수 있다. 즉, 상기 유전체층에 형성되는 요철 구조는 반도체 발광소자들이 안착되는 영역에만 선택적으로 형성될 수 있다.
이와 달리, 도 16을 참조하면, 상기 유전체층에 형성되는 요철 구조는 상기 패시베이션층의 적어도 일부와 오버랩되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 유전체층(161b)에 형성되는 요철 구조는 상기 셀을 넘어 셀 주변에도 형성될 수 있다. 이 경우, 유전체층과 마주하는 패시베이션층(도 16에서는 격벽(261e)로 도시)의 일면에도 요철 구조(161e')가 형성될 수 있다. 상기 셀들 주변에 형성되는 요철 구조(161b'')는 반도체 발광소자 주변 빛을 난반사시켜 디스플레이의 광량을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 반도체 발광소자와 유전체층 간의 결합력을 향상시킴으로써, 자가조립 후 반도체 발광소자가 기판으로부터 이탈하는 것을 방지한다.

Claims (10)

  1. 베이스부;
    상기 베이스부 상에서 배치되며, 전원이 인가되면 전기장을 생성하는 제1전극 및 제2전극을 구비하는 복수의 조립 전극들;
    상기 조립 전극들을 덮도록 형성되는 유전체층; 및
    상기 유전체층 표면 상에 안착되는 복수의 반도체 발광소자들을 포함하고,
    상기 유전체층을 향하는 상기 반도체 발광소자의 일면과 상기 반도체 발광소자를 향하는 상기 유전체층의 일면 각각에는 요철 구조가 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자 및 상기 유전체층 각각에 형성되는 요철 구조는 서로 맞물리도록 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유전체층 상에 배치되며, 복수의 셀을 구비하는 패시베이션층을 구비하고,
    상기 반도체 발광소자들은 상기 셀 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유전체층에 형성되는 요철 구조는,
    상기 셀과 오버랩되는 영역에만 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유전체층에 형성되는 요철 구조는,
    상기 패시베이션층의 적어도 일부와 오버랩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자 및 상기 유전체층 각각에 형성되는 요철 구조는 소정 간격을 이루어 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광소자는,
    제1간격으로 형성되는 요철 구조를 포함하는 제1반도체 발광소자; 및
    제2간격으로 형성되는 요철 구조를 포함하는 제2반도체 발광소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유전체층은,
    상기 제1간격으로 형성되는 요철 구조 및 상기 제2간격으로 형성되는 요철 구조 각각을 구비하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자에 형성되는 요철 구조는,
    Au, Ag, Al, Cu, Mo, Cr, Ti, Ni, W 및 Ge 중 어느 하나로 이루어지거나, 상기 금속들 중 적어도 일부가 혼합된 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층에 형성되는 요철 구조는,
    금속 산화물로 이루어지거나, 상기 유전체층과 동일한 소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
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