WO2021107273A1 - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법 - Google Patents

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법 Download PDF

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강병준
김정훈
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Definitions

  • the present invention relates to a display device and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a display device using a semiconductor light emitting device having a size of several ⁇ m to several tens of ⁇ m, and a manufacturing method thereof.
  • 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 method 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 a manufacturing process capable of improving transfer precision when self-assembling a semiconductor light emitting device as an assembly substrate.
  • Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing a red semiconductor light emitting device used for self-assembly without damage.
  • the present invention includes a substrate including a wiring electrode, a plurality of semiconductor light emitting devices electrically connected to the wiring electrode, and a passivation layer formed to cover the semiconductor light emitting device, wherein the passivation
  • the layer provides a display device, characterized in that it is formed to cover only a part of the side surface of the semiconductor light emitting device.
  • the passivation layer may be formed along a side surface of the semiconductor light emitting device from a predetermined height or more based on one surface of the substrate in contact with the semiconductor light emitting device.
  • the semiconductor light emitting device may include an etching stop layer disposed in contact with the substrate and a plurality of conductive semiconductor layers formed on the etching stop layer.
  • the passivation layer may be formed on a side surface of the conductive semiconductor layer stacked on the etching stop layer, and may be formed along a side surface of the semiconductor light emitting device in a direction away from the substrate.
  • the passivation layer is formed to cover a portion of a side surface of the etching stop layer, and may be formed along a side surface of the semiconductor light emitting device in a direction away from the substrate.
  • the plurality of semiconductor light emitting devices includes three types of semiconductor light emitting devices having different center wavelengths
  • the passivation layer is a semiconductor light emitting device having the largest center wavelength value among the three types of semiconductor light emitting devices. It may be formed to cover only a part of the side surface.
  • the passivation layer may be formed to cover the entire side surface of the other semiconductor light emitting devices except for the semiconductor light emitting device having the largest central wavelength value among the three types of semiconductor light emitting devices.
  • the present invention comprises the steps of sequentially stacking an etching stop layer and a conductive semiconductor layer on a growth substrate, etching the etching stop layer and the conductive semiconductor layer to form a plurality of semiconductor light emitting devices, the semiconductor light emitting device forming a passivation layer on a device; forming a sacrificial layer on the passivation layer; etching the growth substrate; etching the passivation layer; and etching the sacrificial layer;
  • the etching of the layer provides a method of manufacturing a display device, wherein a portion of the passivation layer covering the side surface of the semiconductor light emitting device is etched.
  • the etching stop layer may be formed of GaInP
  • the conductive semiconductor layer may be formed of at least one of AlGaInP and AlInP.
  • etching the growth substrate, etching the passivation layer, and etching the sacrificial layer may be performed by wet etching.
  • 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.
  • a semiconductor light emitting device is transferred simultaneously and multiple times in place using a magnetic field and an electric field in a solution, thereby realizing low-cost, high-efficiency, and high-speed transfer regardless of the size, number, or transfer area of parts This is possible.
  • the hydrochloric acid-based solution is not used until the red semiconductor light emitting device is manufactured and then dispersed in the fluid, it is possible to prevent the red semiconductor light emitting device from being damaged.
  • 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 .
  • 10A and 10B are conceptual views illustrating a method of manufacturing a blue and green semiconductor light emitting device.
  • FIGS. 10A and 10B are conceptual diagrams illustrating problems occurring when the manufacturing method described with reference to FIGS. 10A and 10B is used for manufacturing a red semiconductor light emitting device.
  • 12A and 12B are conceptual views illustrating a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a display device using a semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • 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 250 includes a p-type electrode 256 , a p-type semiconductor layer 255 on which the p-type electrode 256 is formed, and an active layer 254 formed on the p-type semiconductor layer 255 . , an n-type semiconductor layer 253 formed on the active layer 254 , and an n-type electrode 252 spaced apart from the p-type electrode 256 in the horizontal direction on the n-type semiconductor layer 253 .
  • both the p-type electrode 256 and the n-type electrode 152 may be electrically connected to the p-electrode and the n-electrode of the wiring board under the semiconductor light emitting device.
  • 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 159 may be formed of a carrier wafer, a material suitable for semiconductor material growth. 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 159 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 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 .
  • the self-assembly apparatus 160 of the present invention may include a fluid chamber 162 , a magnet 163 and a position control unit 164 .
  • the fluid chamber 162 has a space 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 fluid chamber 162 may be a water tank and may be configured as an open type.
  • the present invention is not limited thereto, and the fluid chamber 162 may be of a closed type in which the space is a closed space.
  • a substrate 161 may be disposed in the fluid 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 fluid chamber 150 .
  • the assembly surface of the substrate 161 is arranged to be immersed in the fluid in the fluid chamber 162 . Accordingly, the semiconductor light emitting device 150 moves to the assembly surface in the fluid.
  • the substrate 161 is an assembled substrate capable of forming an electric field, and may include a base portion 161a, a dielectric layer 161b, and a plurality of electrodes 161c.
  • the base portion 161a 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 fluid chamber 162 to apply a magnetic force to the semiconductor light emitting devices 150 .
  • the magnet 163 may be disposed to face the opposite surface of the assembly surface of the substrate 161 , and the position of the magnet is controlled by 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 portion of the fluid 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 fluid 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 fluid chamber 162 through the bottom plate 166 .
  • the image sensor 167 is controlled by the controller 172 and may include an inverted type lens and a CCD 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 fluid chamber 162 ( FIG. 8A ).
  • the assembly position of the substrate 161 will be a position in which the fluid chamber 162 is disposed such that the assembly surface on which the semiconductor light emitting devices 1050 of the substrate 161 are assembled faces downward.
  • some of the semiconductor light emitting devices 1050 may sink to the bottom of the fluid chamber 162 and some may float in the fluid.
  • a light-transmitting bottom plate 166 is provided in the fluid chamber 162 , and 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 fluid 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 fluid 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 fluid 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 board may be performed.
  • the magnets so that the semiconductor light emitting devices 1050 remaining in the fluid chamber 162 fall to the bottom of the fluid chamber 162 .
  • the 163 may be moved in a direction away from the substrate 161 ( FIG. 8D ).
  • the magnet 163 is an electromagnet
  • the semiconductor light emitting devices 1050 remaining in the fluid chamber 162 fall to the bottom of the fluid chamber 162 .
  • the recovered semiconductor light emitting devices 1050 can be reused.
  • the self-assembly 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.
  • 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 display device may include blue, green, and red semiconductor light emitting devices.
  • the blue and green semiconductor light emitting devices and the red semiconductor light emitting devices have different base materials constituting the conductive semiconductor layer. Accordingly, the manufacturing method of the blue and green semiconductor light emitting device and the manufacturing method of the red semiconductor light emitting device are different.
  • 10A and 10B are conceptual views illustrating a method of manufacturing a blue and green semiconductor light emitting device.
  • the step of forming the epitaxial layer (E) on the growth substrate (S) proceeds.
  • the growth substrate S may be a sapphire substrate.
  • the epitaxial layer (E) is a layer including a first conductive semiconductor layer, an active layer, and a second conductive semiconductor layer.
  • the material constituting the passivation layer 370 may include a dielectric material or a metal oxide material.
  • the passivation layer 370 may be formed of any one of SiO2, SiOx, SiNx, ZnO, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO, CuOx, and HfOx.
  • a passivation layer 370 is also formed on one surface of the growth substrate S on which the semiconductor light emitting device 350 is not formed.
  • the passivation layer 370 in the region where the semiconductor light emitting device is not formed is then removed. This will be described later.
  • a step of forming a metal sacrificial layer 380 on the passivation layer 370 is performed.
  • the metal sacrificial layer 380 serves to protect the semiconductor light emitting device 350 when the semiconductor light emitting device 350 is later separated from the growth substrate S by a lift-off process, and at the same time, the semiconductor light emitting device 350 . ) to facilitate the dispersion of the fluid.
  • the metal sacrificial layer 380 may be made of aluminum.
  • the temporary substrate 400 may be a film-type flexible substrate or a wafer-type non-flexible substrate, but the material constituting the temporary substrate 400 is not specifically limited.
  • the adhesive layer 410 may be formed of any adhesive material to which the metal sacrificial layer 380 can be attached.
  • a step of separating the semiconductor light emitting device 350 from the growth substrate S is performed.
  • the growth substrate S may be removed using a laser lift-off (LLO) method.
  • a step of removing the passivation layer 370 formed on the growth substrate S through etching is performed.
  • the etching process may be performed through dry etching, and the passivation layer formed on the surface of the semiconductor light emitting device may remain through masking. That is, even after the etching step, the entire side surface of the semiconductor light emitting device 350 is covered with the passivation layer 370 .
  • a step of dissolving the metal sacrificial layer 380 through wet etching and dispersing the semiconductor light emitting devices 350 in a fluid is performed.
  • the wet etching may be performed in an acidic solution capable of dissolving the metal sacrificial layer 380 .
  • the wet etching may be performed in a hydrochloric acid-based mixed reagent.
  • the etchant may vary depending on the type of the metal sacrificial layer 380 .
  • the blue and green semiconductor light emitting devices can be dispersed in a solution phase and used for self-assembly.
  • FIGS. 10A and 10B are conceptual diagrams illustrating problems occurring when the manufacturing method described with reference to FIGS. 10A and 10B is used for manufacturing a red semiconductor light emitting device.
  • the step of forming the epitaxial layer 520 on the growth substrate 510 is performed.
  • the growth substrate for manufacturing the red semiconductor light emitting device may be made of GaAs, unlike the blue and green semiconductor light emitting devices.
  • the epitaxial layer 520 for manufacturing the red semiconductor light emitting device may include an etching stop layer 521 , a conductive semiconductor layer, and an active layer 522 .
  • a step of etching the GaAs substrate is performed during the manufacturing process of the red semiconductor light emitting device.
  • an etching stop layer 521 is stacked on the GaAs substrate.
  • the etching stop layer 521 may be made of GaInP.
  • a plurality of conductive semiconductor layers and an active layer 522 are stacked on the etching stop layer 521 .
  • the conductive semiconductor layer and the active layer 522 are made of a III-V compound semiconductor, and among them, a material such as AlGaInP or AlInP may constitute the conductive semiconductor layer and the active layer.
  • the conductive semiconductor layer and the active layer 522 are made of a material different from that of the etching stop layer 521 .
  • the epitaxial layer 520 is adhered to the sapphire substrate through the resin adhesive layer 530 . Accordingly, one surface of the epitaxial layer is in contact with the sapphire substrate, and the other surface of the epitaxial layer is in contact with the GaAs substrate.
  • the GaAs substrate is etched, and individual semiconductor light emitting devices are formed on the sapphire substrate through an isolation process and a mesa process. Since this process uses a known method, a detailed description thereof will be omitted.
  • the material constituting the passivation layer 570 may include a dielectric material or a metal oxide material.
  • the passivation layer 570 may be formed of any one of SiO2, SiOx, SiNx, ZnO, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO, CuOx, and HfOx.
  • a passivation layer 570 is also formed on one surface of the growth substrate on which the semiconductor light emitting device 550 is not formed.
  • the metal sacrificial layer 580 may be made of aluminum.
  • the temporary substrate 400 may be a film-type flexible substrate or a wafer-type non-flexible substrate, but the material constituting the temporary substrate 400 is not specifically limited.
  • the adhesive layer 410 may be formed of any adhesive material to which the metal sacrificial layer can be attached.
  • a step of separating the semiconductor light emitting device 550 from the resin adhesive layer 530 is performed.
  • the resin adhesive layer 530 may be removed using a laser lift-off (LLO) method.
  • a step of removing the passivation layer 570 formed on the metal sacrificial layer 580 through etching is performed.
  • the etching process may be performed through dry etching, and through masking, the passivation layer 570 formed on the surface of the semiconductor light emitting device 550 may remain. That is, even after the etching step, the entire side surface of the semiconductor light emitting device is covered with the passivation layer 570 .
  • a step of dissolving the metal sacrificial layer 580 through wet etching and dispersing the semiconductor light emitting devices 550 in a fluid is performed.
  • the wet etching may be performed in an acidic solution capable of dissolving the metal sacrificial layer 580 .
  • the red semiconductor light emitting device 550 ′ may be damaged. Specifically, GaInP, AlGaInP, and AlInP constituting the red semiconductor light emitting device are dissolved in an acidic solution. For this reason, the fluid dispersion method using the metal sacrificial layer 580 cannot be applied to the red semiconductor light emitting device.
  • the present invention provides a manufacturing method capable of dispersing a red semiconductor light emitting device in a fluid without damage.
  • the manufacturing method according to the present invention will be described in detail.
  • 12A and 12B are conceptual views illustrating a method of manufacturing a semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • the step of forming the epitaxial layer 520 on the growth substrate 510 is performed.
  • the growth substrate for manufacturing the red semiconductor light emitting device may be made of GaAs, unlike the blue and green semiconductor light emitting devices.
  • the epitaxial layer 520 for manufacturing the red semiconductor light emitting device may include an etching stop layer 521 , a conductive semiconductor layer, and an active layer 522 .
  • a step of etching the GaAs substrate is performed during the manufacturing process of the red semiconductor light emitting device.
  • an etching stop layer 521 is stacked on the GaAs substrate.
  • the etching stop layer 521 may be made of GaInP.
  • a plurality of conductive semiconductor layers and an active layer 522 are stacked on the etching stop layer 521 .
  • the conductive semiconductor layer and the active layer 522 are made of a III-V compound semiconductor, and among them, a material such as AlGaInP or AlInP may constitute the conductive semiconductor layer and the active layer 522 .
  • the conductive semiconductor layer and the active layer 522 are made of a material different from that of the etching stop layer 521 .
  • a step of forming individual semiconductor light emitting devices 550 on the growth substrate is performed through an isolation process and a mesa process. Since this process uses a known method, a detailed description thereof will be omitted.
  • the material constituting the passivation layer 570 may include a dielectric material or a metal oxide material.
  • the passivation layer 570 may be formed of any one of SiO2, SiOx, SiNx, ZnO, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO, CuOx, and HfOx.
  • the sacrificial layer 610 is made of an organic photoresist that causes a chemical change when irradiated with light. Since the sacrificial layer 610 uses a known organic photoresist, a material constituting the sacrificial layer 610 is not specifically limited. However, the sacrificial layer 610 must be made of a material that can be dissolved by a specific solution. Here, the specific solution should not dissolve the red semiconductor light emitting device.
  • the step of etching the growth substrate 510 is performed.
  • the etching of the growth substrate 510 may be performed by wet etching.
  • the etchant may be a mixed solution of ammonia, hydrogen peroxide, and distilled water.
  • the step of etching the passivation layer 570 is performed.
  • the etching of the passivation layer 570 may be performed by wet etching.
  • the etchant may be a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride.
  • the passivation layer 570 not covered with the sacrificial layer 610 is etched. Accordingly, a portion of the passivation layer 570 covering the side surface of the semiconductor light emitting device 550 is etched, and a portion of the side surface of the semiconductor light emitting device 550 is exposed to the outside.
  • a side area of the semiconductor light emitting device 550 exposed to the outside may vary according to the thickness of the passivation layer 570 . Specifically, as the passivation layer 570 is thicker, the area of the side surface of the semiconductor light emitting device 550 exposed to the outside increases. In an embodiment, when the passivation layer 570 is relatively thin, only the side surface of the etching stop layer 521 included in the semiconductor light emitting device 550 is exposed to the outside. On the other hand, when the passivation layer 570 is relatively thick, not only the side surface of the etching stop layer 521 but also the side surface of the conductive semiconductor layer stacked on the etching stop layer 521 are exposed to the outside. This will be described later.
  • the step of etching the sacrificial layer 610 is performed.
  • the etching of the sacrificial layer 610 may be performed by wet etching.
  • the etchant may be formed of an organic solvent capable of selectively dissolving only the sacrificial layer 610 .
  • the type of the organic solvent may vary depending on the material constituting the sacrificial layer, and the type of the organic solvent is not specifically limited.
  • the red semiconductor light emitting devices are dispersed in the solvent.
  • the semiconductor light emitting devices dispersed in the above manner may be utilized for self-assembly.
  • the hydrochloric acid-based solution is not used until the red semiconductor light emitting device is manufactured and then dispersed in the fluid, it is possible to prevent the red semiconductor light emitting device from being damaged.
  • there is no lift-off process using a laser it is possible to significantly reduce the probability of damage to the semiconductor light emitting device.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a semiconductor light emitting device manufactured by a manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a display device using the semiconductor light emitting device according to the present invention.
  • the semiconductor light emitting devices 550a and 550b include first and second conductive semiconductor layers 553 and 555 , an active layer 554 , first and second conductive electrodes 552 and 556) is provided.
  • a first conductivity type electrode 552 and an active layer are formed on the first conductivity type semiconductor layer 553 , and a second conductivity type semiconductor layer 555 is formed on the active layer.
  • a second conductivity type electrode 556 is formed on the second conductivity type semiconductor layer 555 .
  • the semiconductor light emitting device 550 includes an etching stop layer 521 .
  • the etching stop layer 521 is formed on a surface opposite to one surface of the first conductivity type semiconductor layer 553 on which the first conductivity type electrode 552 is formed.
  • first and second conductivity type semiconductor layers 553 and 555 , the active layer 554 , and the first and second conductivity type electrodes 552 and 556 may be covered with the passivation layer 570 ′.
  • the passivation layer 570' is formed to cover only a portion of the side surface of the semiconductor light emitting device. 13 (a) and (b), the passivation layer 570' is formed so as not to cover a portion of the side surface of the etching stop layer 521 and the side surface of the first conductivity type semiconductor layer 553, or The side surface of the single conductivity type semiconductor layer 553 may be completely covered, and a part of the side surface of the etching stop layer 521 may not be covered.
  • the semiconductor light emitting devices are assembled on a substrate in the self-assembly method described with reference to FIGS. 8A to 8E .
  • a structure of a display device using the above-described red semiconductor light emitting device will be described.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view of a display device according to the present invention.
  • a passivation layer 270 may be filled 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 270 fills the gap while covering the semiconductor light emitting device together with the barrier rib.
  • the passivation layer 270 may be formed of a polymer material to be integrated with the partition wall.
  • the passivation layer 270 may include a plurality of cells, and the plurality of semiconductor light emitting devices 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 270 .
  • 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 upper surface of the passivation layer 270 , and contact holes may be formed for wiring.
  • the contact hole may be formed in each of the first conductive electrode 552 and the second conductive electrode 556 .
  • wiring electrodes 220 and 240 may be formed on the first and second conductive electrodes 552 and 556 , respectively.
  • the semiconductor light emitting device is disposed to be in contact with one surface of the dielectric layer 261b. More specifically, the etching stop layer 521 provided in the semiconductor light emitting device 550 is disposed to contact one surface of the dielectric layer 261b.
  • the passivation layer 570 is formed along the side surface of the semiconductor light emitting device from a predetermined height or higher with respect to one surface of the substrate 261 in contact with the semiconductor light emitting device, that is, one surface of the dielectric layer 261b.
  • the passivation layer 570 is formed to cover a portion of a side surface of the etching stop layer 521 , and the substrate It is formed along the side surface of the semiconductor light emitting device 550 in a direction away from it.
  • the passivation layer 570 is formed on the side of the conductive semiconductor layer stacked on the etching stop layer 521 . and is formed along the side surface of the semiconductor light emitting device 550 in a direction away from the substrate.
  • the display device may include three types of semiconductor light emitting devices.
  • the present invention may include a semiconductor light emitting device that emits blue, green, and red light.
  • the center wavelength of each of the three types of semiconductor light emitting devices is different from each other.
  • the central wavelength of the semiconductor light emitting device means a wavelength with the highest amount of light when the semiconductor light emitting device emits light.
  • the passivation layer may have a different shape depending on the type of the semiconductor light emitting device. Specifically, the passivation layer is formed to cover the entire side surface of the blue and green semiconductor light emitting device, but is formed to cover only a part of the side surface of the red semiconductor light emitting device. That is, the passivation layer is formed to cover only a part of the side surface of the semiconductor light emitting device having the largest central wavelength value among the three types of semiconductor light emitting devices, and the semiconductor light emitting device having the largest central wavelength value among the three types of semiconductor light emitting devices It is formed to cover the entire side surface of the other semiconductor light emitting devices except for the device.
  • the present invention it is possible to disperse the red semiconductor light emitting device for self-assembly in a fluid without damage to the semiconductor light emitting device.

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것으로 특히, 수㎛ 내지 수십㎛ 크기의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법 및 디스플레이 장치 제조에 사용되는 조립 기판에 관한 것이다. 본 발명은 배선전극을 포함하는 기판, 상기 배선전극과 전기적으로 연결되는 복수의 반도체 발광소자들 및 상기 반도체 발광소자를 덮도록 형성되는 패시베이션층을 포함하고, 상기 패시베이션층은 상기 반도체 발광소자의 측면의 일부만 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치 및 이의 제조방법
본 발명은 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로 특히, 수㎛ 내지 수십㎛ 크기의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 및 그 제조방법에 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 제조방법을 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 조립 기판으로 자가조립할 때에, 전사 정밀도를 향상시킬 수 있는 제조공정을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 일 목적은 자가 조립에 사용되는 적색 반도체 발광소자를 파손 없이 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배선전극을 포함하는 기판, 상기 배선전극과 전기적으로 연결되는 복수의 반도체 발광소자들 및 상기 반도체 발광소자를 덮도록 형성되는 패시베이션층을 포함하고, 상기 패시베이션층은 상기 반도체 발광소자의 측면의 일부만 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치를 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 반도체 발광소자와 접하는 상기 기판의 일면을 기준으로 소정 높이 이상부터 상기 반도체 발광소자의 측면을 따라 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 반도체 발광소자는 상기 기판과 접하도록 배치되는 에칭 스탑층 및 상기 에칭 스탑층 상에 형성되는 복수의 도전형 반도체층을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 에칭 스탑층 상에 적층되는 도전형 반도체층의 측면에서 형성되어, 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 상기 반도체 발광소자의 측면을 따라 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 에칭 스탑층의 측면 일부를 덮도록 형성되며, 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 상기 반도체 발광소자의 측면을 따라 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 복수의 반도체 발광소자들은 중심 파장이 서로 다른 세 종류의 반도체 발광소자를 포함하고, 상기 패시베이션층은 상기 세 종류의 반도체 발광소자들 중 중심 파장 값이 가장 큰 반도체 발광소자의 측면의 일부만 덮도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 패시베이션층은 상기 세 종류의 반도체 발광소자들 중 중심 파장 값이 가장 큰 반도체 발광소자를 제외한 나머지 반도체 발광소자들의 측면 전체를 덮도록 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 성장 기판 상에 에칭 스탑층 및 도전형 반도체층을 순서대로 적층하는 단계, 상기 에칭 스탑층 및 상기 도전형 반도체층을 식각하여 복수의 반도체 발광소자들을 형성하는 단계, 상기 반도체 발광소자 상에 패시베이션층을 형성하는 단계, 상기 패시베이션층상에 희생층을 형성하는 단계, 상기 성장 기판을 식각하는 단계, 상기 패시베이션층을 식각하는 단계 및 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함하고, 상기 패시베이션층을 식각하는 단계는, 상기 반도체 발광소자의 측면을 덮는 패시베이션층의 일부를 식각하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 에칭 스탑층은 GaInP로 이루어지고, 상기 도전형 반도체층은 AlGaInP 및 AlInP 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 성장 기판을 식각하는 단계, 상기 패시베이션층을 식각하는 단계 및 상기 희생층을 식각하는 단계는 습식 식각으로 수행될 수 있다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 개별화소를 마이크로 발광 다이오드로 형성하는 디스플레이 장치에서, 다량의 반도체 발광소자를 한 번에 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 발명의 제조방법에 따르면, 용액 중에 자기장과 전기장을 이용하여 반도체 발광소자를 정위치에 동시 다발적으로 전사함으로, 부품의 크기나 개수, 전사 면적에 상관없이 저비용, 고효율, 고속 전사 구현이 가능하다.
나아가, 전기장에 의한 조립이기 때문에 별도의 추가적인 장치나 공정없이 선별적 전기적 인가를 통하여 선택적 조립이 가능하게 된다. 또한, 조립 기판을 챔버의 상측에 배치함으로 기판의 로딩 및 언로딩이 용이하며, loading, unloading을 용이하게 하고, 반도체 발광소자의 비특이적 결합이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적색 반도체 발광소자를 제조한 후 유체에 분산시킬 때까지 염산 계열 용액이 사용되지 않으므로, 적색 반도체 발광소자가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적색 반도체 발광소자 제조 시 레이저를 사용하는 리프트 오프 공정이 없기 때문에 적색 반도체 발광소자의 파손 확률을 현저하게 낮출 수 있게 된다.
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 10a 및 10b는 청색 및 녹색 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내는 개념도이다.
도 11a 및 11b는 도 10a 및 10b에서 설명한 제조 방법을 적색 반도체 발광소자 제조에 사용하였을 때 발생되는 문제를 나타내는 개념도이다.
도 12a 및 12b는 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법을 나타내는 개념도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조 방법으로 제조된 반도체 발광소자의 단면도이다.
도 14는 본 발명에 따른 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 단면도이다.
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(250)는 p형 전극(256), p형 전극(256)이 형성되는 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층(254), 활성층(254) 상에 형성된 n형 반도체층(253), 및 n형 반도체층(253) 상에서 p형 전극(256)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(256)과 n형 전극(152)은 모두 반도체 발광소자의 하부에서 배선기판의 p전극 및 n전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 수직형 반도체 발광소자와 수평형 반도체 발광소자는 각각 녹색 반도체 발광소자, 청색 반도체 발광소자 또는 적색 반도체 발광소자가 될 수 있다. 녹색 반도체 발광소자와 청색 반도체 발광소자의 경우에 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 녹색이나 청색의 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 반도체 발광소자는 n-Gan, p-Gan, AlGaN, InGan 등 다양한 계층으로 형성되는 질화갈륨 박막이 될 수 있으며, 구체적으로 상기 p형 반도체층은 P-type 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(159)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하여 예를 들어, 사파이어(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(159)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다(도 5d).
이후에, 유체가 채워진 챔버에서 반도체 발광소자들(150)이 기판에 안착되는 단계가 진행된다(도 5e).
예를 들어, 유체가 채워진 챔버 속에 상기 반도체 발광소자들(150) 및 기판을 넣고 유동, 중력, 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 유체 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 8e는 도 6의 자가조립 장치를 이용하여 반도체 발광소자를 자가조립하는 공정을 나타내는 개념도이며, 도 9는 도 8a 내지 도 8e의 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 및 도 7의 도시에 의하면, 본 발명의 자가조립 장치(160)는 유체 챔버(162), 자석(163) 및 위치 제어부(164)를 포함할 수 있다.
상기 유체 챔버(162)는 복수의 반도체 발광소자들을 수용하는 공간을 구비한다. 상기 공간에는 유체가 채워질 수 있으며, 상기 유체는 조립용액으로서 물 등을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 유체 챔버(162)는 수조가 될 수 있으며, 오픈형으로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 유체 챔버(162)는 상기 공간이 닫힌 공간으로 이루어지는 클로즈형이 될 수 있다.
상기 유체 챔버(162)에는 기판(161)이 상기 반도체 발광소자들(150)이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(161)은 이송부에 의하여 조립위치로 이송되며, 상기 이송부는 기판이 장착되는 스테이지(165)를 구비할 수 있다. 상기 스테이지(165)가 제어부에 의하여 위치조절되며, 이를 통하여 상기 기판(161)은 상기 조립위치로 이송될 수 있다.
이 때에, 상기 조립위치에서 상기 기판(161)의 조립면이 상기 유체 챔버(150)의 바닥을 향하게 된다. 도시에 의하면, 상기 기판(161)의 조립면은 상기 유체 챔버(162)내의 유체에 잠기도록 배치된다. 따라서, 상기 반도체 발광소자(150)는 상기 유체내에서 상기 조립면으로 이동하게 된다.
상기 기판(161)은 전기장 형성이 가능한 조립기판으로서, 베이스부(161a), 유전체층(161b) 및 복수의 전극들(161c)을 포함할 수 있다.
상기 베이스부(161a)는 절연성 있는 재질로 이루어지며, 상기 복수의 전극들(161c)은 상기 베이스부(161a)의 일면에 패턴된 박막 또는 후막 bi-planar 전극이 될 수 있다. 상기 전극(161c)은 예를 들어, Ti/Cu/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 유체 챔버(162)와 이격 배치되어 상기 반도체 발광소자들(150)에 자기력을 가하도록 이루어진다. 상기 자석(163)은 상기 기판(161)의 조립면의 반대면을 마주보도록 배치될 수 있으며, 상기 자석(163)과 연결되는 위치 제어부(164)에 의하여 상기 자석의 위치가 제어된다.
상기 자석(163)의 자기장에 의하여 상기 유체내에서 이동하도록, 상기 반도체 발광소자(1050)는 자성체를 구비할 수 있다.
도 9를 참조하면, 자성체를 구비하는 반도체 발광 소자는 제1도전형 전극(1052) 및 제2도전형 전극(1056), 상기 제1도전형 전극(1052)이 배치되는 제1도전형 반도체층(1053), 상기 제1도전형 반도체층(1052)과 오버랩되며, 상기 제2도전형 전극(1056)이 배치되는 제2도전형 반도체층(1055), 그리고 상기 제1 및 제2도전형 반도체층(1053, 1055) 사이에 배치되는 활성층(1054)을 포함할 수 있다.
여기에서, 제1도전형은 p형이고, 제2도전형은 n형으로 구성될 수 있으며, 그 반대로도 구성될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이 상기 활성층이 없는 반도체 발광소자가 될 수 있다.
한편, 본 발명에서, 상기 제1도전형 전극(1052)는 반도체 발광소자의 자가조립 등에 의하여, 반도체 발광소자가 배선기판에 조립된 이후에 생성될 수 있다. 또한, 본 발명에서, 상기 제2도전형 전극(1056)은 상기 자성체를 포함할 수 있다. 자성체는 자성을 띄는 금속을 의미할 수 있다. 상기 자성체는 Ni, SmCo 등이 될 수 있으며, 다른 예로서 Gd 계, La계 및 Mn계 중 적어도 하나에 대응되는 물질을 포함할 수 있다.
자성체는 입자 형태로 상기 제2도전형 전극(1056)에 구비될 수 있다. 또한, 이와 다르게, 자성체를 포함한 도전형 전극은, 도전형 전극의 일 레이어가 자성체로 이루어질 수 있다. 이러한 예로서, 도 9에 도시된 것과 같이, 반도체 발광소자(1050)의 제2도전형 전극(1056)은, 제1층(1056a) 및 제2층(1056b)을 포함할 수 있다. 여기에서, 제1층(1056a)은 자성체를 포함하도록 이루어질 수 있고, 제2층(1056b)는 자성체가 아닌 금속소재를 포함할 수 있다.
도시와 같이, 본 예시에서는 자성체를 포함하는 제1층(1056a)이, 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 유체 챔버의 상부에 x,y,z 축으로 자동 또는 수동으로 움직일 수 있는 자석 핸들러를 구비하거나, 상기 자석(163)을 회전시킬 수 있는 모터를 구비할 수 있다. 상기 자석 핸들러 및 모터는 상기 위치 제어부(164)를 구성할 수 있다. 이를 통하여, 상기 자석(163)은 상기 기판(161)과 수평한 방향, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하게 된다.
한편, 상기 유체 챔버(162)에는 광투과성의 바닥판(166)이 형성되고, 상기 반도체 발광소자들은 상기 바닥판(166)과 상기 기판(161)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 바닥판(166)을 통하여 상기 유체 챔버(162)의 내부를 모니터링하도록, 이미지 센서(167)가 상기 바닥판(166)을 바라보도록 배치될 수 있다. 상기 이미지 센서(167)는 제어부(172)에 의하여 제어되며, 기판(161)의 조립면을 관찰할 수 있도록 inverted type 렌즈 및 CCD 등을 구비할 수 있다.
상기에서 설명한 자가조립 장치는 자기장과 전기장을 조합하여 이용하도록 이루어지며, 이를 이용하면, 상기 반도체 발광소자들이 상기 자석의 위치변화에 의하여 이동하는 과정에서 전기장에 의하여 상기 기판의 기설정된 위치에 안착될 수 있다. 이하, 상기에서 설명한 자기조립 장치를 이용한 조립과정에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 도 5a 내지 도 5c에서 설명한 과정을 통하여 자성체를 구비하는 복수의 반도체 발광소자들(1050)을 형성한다. 이 경우에, 도 5c의 제2도전형 전극을 형성하는 과정에서, 자성체를 상기 반도체 발광소자에 증착할 수 있다.
다음으로, 기판(161)을 조립위치로 이송하고, 상기 반도체 발광소자들(1050)을 유체 챔버(162)에 투입한다(도 8a).
전술한 바와 같이, 상기 기판(161)의 조립위치는 상기 기판(161)의 상기 반도체 발광소자들(1050)이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 상기 유체 챔버(162)에 배치되는 위치가 될 수 있다.
이 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050) 중 일부는 유체 챔버(162)의 바닥에 가라앉고 일부는 유체 내에 부유할 수 있다. 상기 유체 챔버(162)에 광투과성의 바닥판(166)이 구비되고, 상기 반도체 발광소자들(1050) 중 일부는 바닥판(166)에 가라앉을 수 있다.
다음으로, 상기 유체 챔버(162) 내에서 상기 반도체 발광소자들(1050)이 수직방향으로 떠오르도록 상기 반도체 발광소자들(1050)에 자기력을 가한다(도 8b).
상기 자가조립 장치의 자석(163)이 원위치에서 상기 기판(161)의 조립면의 반대면으로 이동하면, 상기 반도체 발광소자들(1050)은 상기 기판(161)을 향하여 상기 유체 내에서 떠오르게 된다. 상기 원위치는 상기 유체 챔버(162)로부터 벗어난 위치가 될 수 있다. 다른 예로서, 상기 자석(163)이 전자석으로 구성될 수 있다. 이 경우에는 전자석에 전기를 공급하여 초기 자기력을 생성하게 된다.
한편, 본 예시에서, 상기 자기력의 크기를 조절하면 상기 기판(161)의 조립면과 상기 반도체 발광소자들(1050)의 이격거리가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 발광소자들(1050)의 무게, 부력 및 자기력을 이용하여 상기 이격거리를 제어한다. 상기 이격거리는 상기 기판의 최외각으로부터 수 밀리미터 내지 수십 마이크로미터가 될 수 있다.
다음으로, 상기 유체 챔버(162) 내에서 상기 반도체 발광소자들(1050)이 일방향을 따라 이동하도록, 상기 반도체 발광소자들(1050)에 자기력을 가한다. 예를 들어, 상기 자석(163)을 상기 기판과 수평한 방향, 시계방향 또는 반시계방향으로 이동한다(도 8c). 이 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050)은 상기 자기력에 의하여 상기 기판(161)과 이격된 위치에서 상기 기판(161)과 수평한 방향으로 따라 이동하게 된다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자들(1050)이 이동하는 과정에서 상기 기판(161)의 기설정된 위치에 안착되도록, 전기장을 가하여 상기 반도체 발광소자들(1050)을 상기 기설정된 위치로 유도하는 단계가 진행된다(도 8c). 예를 들어, 상기 반도체 발광소자들(1050)이 상기 기판(161)과 수평한 방향으로 따라 이동하는 도중에 상기 전기장에 의하여 상기 기판(161)과 수직한 방향으로 이동하여 상기 기판(161)의 기설정된 위치에 안착된다.
보다 구체적으로, 기판(161)의 bi-planar 전극에 전원을 공급하여 전기장을 생성하고, 이를 이용하여 기설정된 위치에서만 조립이 되도록 유도한게 된다. 즉 선택적으로 생성한 전기장을 이용하여, 반도체 발광소자들(1050)이 상기 기판(161)의 조립위치에 스스로 조립되도록 한다. 이를 위하여, 상기 기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(1050)이 끼워지는 셀들이 구비될 수 있다.
이후에, 상기 기판(161)의 언로딩 과정이 진행되며, 조립 공정이 완료된다. 상기 기판(161)이 조립 기판인 경우에, 전술한 바와 같이 어레인된 반도체 발광소자들을 배선기판으로 전사하여 디스플레이 장치를 구현하기 위한 후공정이 진행될 수 있다.
한편, 상기 반도체 발광소자들(1050)을 상기 기설정된 위치로 유도한 후에, 상기 유체 챔버(162) 내에 남아있는 반도체 발광소자들(1050)이 상기 유체 챔버(162)의 바닥으로 떨어지도록 상기 자석(163)을 상기 기판(161)과 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다(도 8d). 다른 예로서, 상기 자석(163)이 전자석인 경우에 전원공급을 중단하면, 상기 유체 챔버(162) 내에 남아있는 반도체 발광소자들(1050)이 상기 유체 챔버(162)의 바닥으로 떨어지게 된다.
이후에, 상기 유체 챔버(162)의 바닥에 있는 반도체 발광소자들(1050)을 회수하면, 상기 회수된 반도체 발광소자들(1050)의 재사용이 가능하게 된다.
상기에서 설명된 자가조립 장치 및 방법은 fluidic assembly에서 조립 수율을 높이기 위해 자기장을 이용하여 먼거리의 부품들을 미리 정해진 조립 사이트 근처에 집중시키고, 조립 사이트에 별도 전기장을 인가하여 조립 사이트에만 선택적으로 부품이 조립되도록 한다. 이때 조립기판을 수조 상부에 위치시키고 조립면이 아래로 향하도록 하여 부품의 무게에 의한 중력 영향을 최소화하면서 비특이적 결합을 막아 불량을 제거한다. 즉, 전사수율을 높이기 위해 조립 기판을 상부에 위치시켜 중력이나 마찰력 영향을 최소화하며, 비특이적 결합을 막는다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 개별화소를 반도체 발광소자로 형성하는 디스플레이 장치에서, 다량의 반도체 발광소자를 한번에 조립할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 작은 크기의 웨이퍼 상에서 반도체 발광소자를 다량으로 화소화시킨 후 대면적 기판으로 전사시키는 것이 가능하게 된다. 이를 통하여, 저렴한 비용으로 대면적의 디스플레이 장치를 제작하는 것이 가능하게 된다.
한편, 상술한 자가조립 방법을 통해, 서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들을 포함하는 디스플레이 장치를 제조할 수 있다. 이 경우, 디스플레이 장치는 청색, 녹색 및 적색 반도체 발광소자를 포함할 수 있다.
여기서, 청색 및 녹색 반도체 발광소자와 적색 반도체 발광소자는 도전형 반도체층을 이루는 베이스 물질이 상이하다. 이로 인하여, 청색 및 녹색 반도체 발광소자의 제조 방법과 적색 반도체 발광소자의 제조 방법은 상이하다.
청색 및 녹색 반도체 발광소자의 제조 방법을 그대로 적색 반도체 발광소자에 적용할 경우, 제조 공정 중 적색 반도체 발광소자가 파괴되는 문제가 있다. 보다 구체적으로, 첨부된 도면을 참조하여, 청색 및 녹색 반도체 발광소자의 제조방법과 이러한 제조 방법을 적색 반도체 발광소자에 적용하였을 때 발생되는 문제점에 대하여 설명한다.
청색 및 녹색 반도체 발광소자의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 10a 및 10b는 청색 및 녹색 반도체 발광소자의 제조방법을 나타내는 개념도이다.
먼저, 성장 기판(S)에 에피층(E)을 형성하는 단계가 진행된다. 여기서, 성장 기판(S)은 사파이어 기판일 수 있다. 한편, 상기 에피층(E)은 제1도전형 반도체층, 활성층 및 제2도전형 반도체층을 포함하는 층이다.
이후, 아이솔레이션 공정 및 메사 공정을 통해, 성장 기판(S) 상에 개별 반도체 발광소자(350)를 형성하는 단계가 진행된다. 이러한, 공정은 기 공지된 방법을 사용하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자(350) 상에 패시베이션층(370)을 형성하는 단계가 진행된다. 패시베이션층(370)을 구성하는 재료는 유전체 또는 금속산화물 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(370)은 SiO2, SiOx, SiNx, ZnO, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO, CuOx 및 HfOx 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 이 과정에서 반도체 발광소자(350)가 형성되지 않은 성장 기판(S)의 일면에도 패시베이션층(370)이 형성된다. 반도체 발광소자가 형성되지 않은 영역의 패시베이션층(370)은 이후 제거된다. 이에 대하여는 후술한다.
다음으로, 상기 패시베이션층(370) 상에 금속 희생층(380)을 형성하는 단계가 진행된다. 상기 금속 희생층(380)은 추후 리프트 오프 공정으로 반도체 발광소자(350)를 성장 기판(S)으로부터 이탈시킬 때, 반도체 발광소자(350)를 보호하는 역할을 함과 동시에, 반도체 발광소자(350)의 유체 분산을 용이하게 하는 역할을 한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 금속 희생층(380)은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 금속 희생층(380)을 접착층(410)이 적층된 임시 기판(400)상에 접착시키는 단계가 진행된다. 상기 임시 기판(400)은 필름 타입의 유연기판 또는 웨이퍼 타입 비유연기판일 수 있으나, 임시 기판(400)을 이루는 소재는 별도로 한정하지 않는다. 한편, 상기 접착층(410)은 금속 희생층(380)이 부착가능한 모든 접착소재로 이루어질 수 있다.
다음으로, 성장 기판(S)으로부터 반도체 발광소자(350)를 분리시키는 단계가 진행된다. 예를 들어, 성장기판(S)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
이후, 식각을 통해 성장 기판(S) 상에 형성되는 패시베이션층(370)을 제거하는 단계가 수행된다. 여기서, 상기 식각 과정은 건식 식각을 통해 수행될 수 있으며, 마스킹을 통해 반도체 발광소자의 표면에 형성되는 패시베이션층은 잔류하도록 할 수 있다. 즉, 상기 식각 단계 이후에도, 반도체 발광소자(350)의 측면 전체는 패시베이션층(370)으로 덮인다.
마지막으로, 습식 식각을 통해 상기 금속 희생층(380)을 용해시켜, 반도체 발광소자(350)들을 유체에 분산시키는 단계가 진행된다. 여기서, 습식 식각은 금속 희생층(380)을 용해시킬 수 있는 산성 용액 내에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 희생층(380)이 알루미늄으로 이루어지는 경우, 상기 습식 식각은 염산계열 혼합 시약 내에서 이루어질 수 있다. 다만, 상기 식각액은 금속 희생층(380)의 종류에 따라 달라질 수 있다.
상술한 방법에 따라, 청색 및 녹색 반도체 발광소자는 용액상에 분산되어 자가 조립에 사용될 수 있다.
다음으로, 상술한 방법을 적색 반도체 발광소자 제조에 활용할 경우 발생되는 문제점에 대하여 설명한다.
도 11a 및 11b는 도 10a 및 10b에서 설명한 제조 방법을 적색 반도체 발광소자 제조에 사용하였을 때 발생되는 문제를 나타내는 개념도이다.
먼저, 성장 기판(510) 상에 에피층(520)을 형성하는 단계가 진행된다. 여기서, 적색 반도체 발광소자 제조를 위한 성장 기판은 청색 및 녹색 반도체 발광소자와는 달리 GaAs로 이루어질 수 있다.
여기서, 적색 반도체 발광소자 제조를 위한 에피층(520)은 에칭 스탑층(521), 도전형 반도체층 및 활성층(522)으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 적색 반도체 발광소자 제조 공정 중 GaAs 기판을 식각하는 단계가 진행되는데, 이러한 식각 과정 중 도전형 반도체층 및 활성층이 식각되는 것을 방지하기 위해, GaAs 기판에는 에칭 스탑층(521)이 적층된다. 예를 들어, 상기 에칭 스탑층(521)은 GaInP으로 이루어질 수 있다.
상기 에칭 스탑층(521) 상에 복수의 도전형 반도체층 및 활성층(522)이 적층된다. 상기 도전형 반도체층 및 활성층(522)은 III-V 화합물 반도체로 구성되어 있으며, 그 중 AlGaInP, AlInP 등의 재료가 도전형 반도체층 및 활성층을 구성할 수 있다. 상기 도전형 반도체층 및 활성층(522)은 상기 에칭 스탑층(521)과는 다른 소재로 이루어진다.
상기 에피층(520)은 레진 접착층(530)을 통해 사파이어 기판에 접착된다. 이에 따라, 에피층의 일면은 사파이어 기판과 접하고, 상기 에피층의 다른 일면은 GaAs기판에 접하게 된다.
이후, GaAs 기판을 식각하고, 아이솔레이션 공정 및 메사 공정을 통해, 사파이어 기판 상에 개별 반도체 발광소자를 형성하는 단계가 진행된다. 이러한, 공정은 기 공지된 방법을 사용하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자 상에 패시베이션층(570)을 형성하는 단계가 진행된다. 패시베이션층(570)을 구성하는 재료는 유전체 또는 금속산화물 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(570)은 SiO2, SiOx, SiNx, ZnO, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO, CuOx 및 HfOx 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
한편, 이 과정에서 반도체 발광소자(550)가 형성되지 않은 성장기판의 일면에도 패시베이션층(570)이 형성된다.
다음으로, 상기 패시베이션층(570) 상에 금속 희생층(580)을 형성하는 단계가 진행된다. 일 실시 예에 있어서, 상기 금속 희생층(580)은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 금속 희생층(580)을 접착층(410)이 적층된 임시 기판(400)상에 접착시키는 단계가 진행된다. 상기 임시 기판(400)은 필름 타입의 유연기판 또는 웨이퍼 타입 비유연기판일 수 있으나, 임시 기판(400)을 이루는 소재는 별도로 한정하지 않는다. 한편, 상기 접착층(410)은 금속 희생층이 부착가능한 모든 접착소재로 이루어질 수 있다.
다음으로, 레진 접착층(530)으로부터 반도체 발광소자(550)를 분리시키는 단계가 진행된다. 예를 들어, 상기 레진 접착층(530)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
이후, 식각을 통해 금속 희생층(580) 상에 형성된 패시베이션층(570)을 제거하는 단계가 수행된다. 여기서, 상기 식각 과정은 건식 식각을 통해 수행될 수 있으며, 마스킹을 통해, 반도체 발광소자(550)의 표면에 형성되는 패시베이션층(570)은 잔류하도록 할 수 있다. 즉, 상기 식각 단계 이후에도, 반도체 발광소자의 측면 전체는 패시베이션층(570)으로 덮인다.
마지막으로, 습식 식각을 통해 상기 금속 희생층(580)을 용해시켜, 반도체 발광소자(550)들을 유체에 분산시키는 단계가 진행된다. 여기서, 습식 식각은 금속 희생층(580)을 용해시킬 수 잇는 산성 용액 내에서 이루어질 수 있다.
이러한 식각 과정에서 적색 반도체 발광소자(550')가 파손될 수 있다. 구체적으로, 적색 반도체 발광소자를 이루는 GaInP, AlGaInP, AlInP는 산성 용액에 용해된다. 이 때문에, 금속 희생층(580)을 이용한 유체 분산 방식은 적색 반도체 발광소자에 적용될 수 없다.
본 발명은 적색 반도체 발광소자의 파손 없이 유체에 분산시킬 수 있는 제조 방법을 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 12a 및 12b는 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 제조 방법을 나타내는 개념도이다.
먼저, 성장 기판(510) 상에 에피층(520)을 형성하는 단계가 진행된다. 여기서, 적색 반도체 발광소자 제조를 위한 성장 기판은 청색 및 녹색 반도체 발광소자와는 달리 GaAs로 이루어질 수 있다.
여기서, 적색 반도체 발광소자 제조를 위한 에피층(520)은 에칭 스탑층(521), 도전형 반도체층 및 활성층(522)으로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 적색 반도체 발광소자 제조 공정 중 GaAs 기판을 식각하는 단계가 진행되는데, 이러한 식각 과정 중 도전형 반도체층 및 활성층이 식각되는 것을 방지하기 위해, GaAs 기판에는 에칭 스탑층(521)이 적층된다. 예를 들어, 상기 에칭 스탑층(521)은 GaInP으로 이루어질 수 있다.
상기 에칭 스탑층(521) 상에 복수의 도전형 반도체층 및 활성층(522)이 적층된다. 상기 도전형 반도체층 및 활성층(522)은 III-V 화합물 반도체로 구성되어 있으며, 그 중 AlGaInP, AlInP 등의 재료가 도전형 반도체층 및 활성층(522)을 구성할 수 있다. 상기 도전형 반도체층 및 활성층(522)은 상기 에칭 스탑층(521)과는 다른 소재로 이루어진다.
이후, 아이솔레이션 공정 및 메사 공정을 통해, 성장 기판 상에 개별 반도체 발광소자(550)를 형성하는 단계가 진행된다. 이러한, 공정은 기 공지된 방법을 사용하므로, 구체적인 설명은 생략한다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자(550) 상에 패시베이션층(570)을 형성하는 단계가 진행된다. 패시베이션층(570)을 구성하는 재료는 유전체 또는 금속산화물 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(570)은 SiO2, SiOx, SiNx, ZnO, Al2O3, WOx, MoOx, TiO2, NiO, CuOx 및 HfOx 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 패시베이션층(570) 상에 희생층(610)을 적층하는 단계가 진행된다. 상기 희생층(610)은 빛을 조사하는 경우 화학 변화를 일으키는 유기 포토 레지스트로 이루어진다. 상기 희생층(610)은 기공지된 유기 포토 레지스트를 사용하므로, 상기 희생층(610)을 이루는 물질은 별도로 한정하지 않는다. 다만, 상기 희생층(610)은 특정 용액에 의해 용해될 수 있는 소재로 이루어져야 한다. 여기서, 상기 특정 용액은 상기 적색 반도체 발광소자를 용해시키지 않아야 한다.
다음으로, 성장 기판(510)을 식각하는 단계가 진행된다. 여기서, 상기 성장 기판(510)을 식각하는 단계는 습식 식각으로 수행될 수 있다. 상기 성장 기판(510)이 GaAs로 이루어지는 경우, 식각액은 암모니아, 과산화수소 및 증류수의 혼합용액일 수 있다.
다음으로, 패시베이션층(570)을 식각하는 단계가 진행된다. 여기서, 상기 패시베이션층(570)을 식각하는 단계는 습식 식각으로 수행될 수 있다. 상기 패시베이션층(570)이 SiO2로 이루어지는 경우, 상기 식각액은 불산 및 불화 암모늄의 혼합 용액일 수 있다. 이 과정에서, 상기 희생층(610)으로 덮이지 않은 패시베이션층(570)이 식각된다. 이에 따라, 반도체 발광소자(550)의 측면을 덮는 패시베이션층(570)의 일부가 식각되며, 반도체 발광소자(550)의 측면의 일부가 외부로 노출된다.
상기 패시베이션층(570)의 두께에 따라, 외부로 노출되는 반도체 발광소자(550)의 측면 면적이 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 패시베이션층(570)이 두꺼울수록, 외부로 노출되는 반도체 발광소자(550)의 측면의 면적이 커진다. 일 실시 예에 있어서, 상기 패시베이션층(570)의 두께가 상대적으로 얇은 경우, 반도체 발광소자(550)에 포함된 에칭 스탑층(521)의 측면만 외부로 노출된다. 이와 달리, 상기 패시베이션층(570)의 두께가 상대적으로 두꺼우는 경우, 에칭 스탑층(521)의 측면 뿐 아니라, 에칭 스탑층(521) 상에 적층되는 도전형 반도체층의 측면도 외부로 노출된다. 이에 대하여는 후술한다.
마지막으로, 상기 희생층(610)을 식각하는 단계가 진행된다. 여기서, 상기 희생층(610)을 식각하는 단계는 습식 식각으로 수행될 수 있다. 상기 식각액은 상기 희생층(610)만을 선택적으로 용해시킬 수 있는 유기 용매로 이루어질 수 있다. 상기 유기 용매의 종류는 상기 희생층을 이루는 물질에 따라 달라질 수 있으며, 상기 유기 용매의 종류는 별도로 한정하지 않는다.
이에 따라, 적색 반도체 발광소자들이 용매 상에 분산된다. 상술한 방식으로 분산된 반도체 발광소자들은 자가조립에 활용될 수 있다. 상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 적색 반도체 발광소자를 제조한 후 유체에 분산시킬 때까지 염산 계열 용액이 사용되지 않으므로, 적색 반도체 발광소자가 파손되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 레이저를 사용하는 리프트 오프 공정이 없기 때문에 반도체 발광소자의 파손 확률을 현저하게 낮출 수 있게 된다.
이하, 상술한 제조방법에 따른 반도체 발광소자 및 상기 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제조 방법으로 제조된 반도체 발광소자의 단면도이고, 도 14는 본 발명에 따른 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 발광소자(550a 및 550b)는 제1 및 제2도전형 반도체층(553 및 555), 활성층(554), 제1 및 제2도전형 전극(552 및 556)을 구비한다.
상기 제1도전형 반도체층(553) 상에는 제1도전형 전극(552)과 활성층이 형성되고, 상기 활성층 상에는 제2도전형 반도체층(555)이 형성된다. 또한, 상기 제2도전형 반도체층(555) 상에는 제2도전형 전극(556)이 형성된다. 본 명세서에서는 플립칩 타입의 반도체 발광소자에 대하여만 설명하나, 이에 한정되지 않고, 본 발명은 수직형 반도체 발광소자에도 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반도체 발광소자(550) 에칭 스탑층(521)을 구비한다. 상기 에칭 스탑층(521)층은 제1도전형 전극(552)이 형성되는 제1도전형 반도체층(553)의 일면과 반대면에 형성된다.
한편, 제1 및 제2도전형 반도체층(553 및 555), 활성층(554), 제1 및 제2도전형 전극(552 및 556)의 적어도 일부는 패시베이션층(570')으로 덮일 수 있다.
여기서, 상기 패시베이션층(570')은 반도체 발광소자의 측면의 일부만 덮도록 형성된다. 도 13 (a)와 (b)를 비교하면, 상기 패시베이션층(570')은 에칭 스탑층(521)의 측면과 제1도전형 반도체층(553)의 측면의 일부를 덮지 않도록 형성되거나, 제1도전형 반도체층(553)의 측면은 완전히 덮고, 에칭 스탑층(521)의 측면의 일부를 덮지 않도록 형성될 수 있다.
상기 반도체 발광소자들은 도 8a 내지 8e에서 설명한 자가 조립 방식으로 기판에 조립된다. 이하, 상술한 적색 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 14는 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 14를 참조하면, 자가 조립 이후, 상기 복수의 반도체 발광소자들의 사이에는 패시베이션층(270)이 충전될 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(270)은 상기 격벽과 함께 상기 반도체 발광소자를 덮으면서 상기 갭을 채우게 된다.
이런 공정을 통하여, 디스플레이에서는 상기 반도체 발광소자를 패시베이션층(270)이 감싸는 구조가 형성될 수 있다. 이 경우에, 상기 패시베이션층(270)은 상기 격벽과 일체화되도록 폴리머(polymer) 재질로 이루어질 수 있다.
상기 공정에 의하여 구현되는 디스플레이 장치에서, 상기 패시베이션층(270)은 복수의 셀들을 구비하고, 상기 복수의 반도체 발광소자들은 상기 셀들에 수용될 수 있다. 즉, 최종 구조에서 자가 조립단계에서 구비되었던 셀들은 상기 패시베이션층(270)의 내부 공간으로 변하게 된다. 이 경우에, 상기 복수의 셀들은 매트릭스 구조로 배열되고, 상기 복수의 페어 전극들(261c)은 이웃한 셀들로 연장되는 구조가 된다.
이후에, 상기 패시베이션층(270)의 상면이 평탄화되도록, 평탄화 공정이 수행되고, 배선을 위하여 컨택홀이 형성될 수 있다. 상기 컨택홀은 제1도전형 전극(552)과 제2도전형 전극(556) 각각에 형성될 수 있다. 이후, 제1 및 제2도전형 전극(552 및 556) 각각에 배선 전극(220 및 240)이 형성될 수 있다.
이 경우, 반도체 발광소자는 유전체층(261b)의 일면과 접하도록 배치된다. 보다 구체적으로, 반도체 발광소자(550)에 구비된 에칭 스탑층(521)은 유전체층(261b)의 일면과 접하도록 배치된다.
패시베이션층(570)은, 상기 반도체 발광소자와 접하는 상기 기판(261)의 일면, 즉, 상기 유전체층(261b)의 일면을 기준으로 소정 높이 이상부터 상기 반도체 발광소자의 측면을 따라 형성된다.
도 13(a)에서 설명한 반도체 발광소자를 이용하여 디스플레이 장치를 제조할 경우, 도 14와 같이, 상기 패시베이션층(570)은 상기 에칭 스탑층(521)의 측면 일부를 덮도록 형성되며, 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 상기 반도체 발광소자(550)의 측면을 따라 형성된다.
도 13(a)에서 설명한 반도체 발광소자를 이용하여 디스플레이 장치를 제조할 경우, 도시되지 않았지만, 상기 패시베이션층(570)은 상기 에칭 스탑층(521) 상에 적층되는 도전형 반도체층의 측면에서 형성되어, 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 상기 반도체 발광소자(550)의 측면을 따라 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 세 종류의 반도체 발광소자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명은 청색, 녹색 및 적색을 발광하는 반도체 발광소자를 포함할 수 있다. 상기 세 종류의 반도체 발광소자들 각각의 중심파장은 서로 상이하다. 여기서, 반도체 발광소자의 중심 파장이란, 반도체 발광소자 발광 시 광량이 가장 높은 파장을 의미한다.
상기 패시베이션층은 반도체 발광소자의 종류에 따라, 그 형태가 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 패시베이션층은 청색 및 녹색 반도체 발광소자의 측면 전체를 덮도록 형성되지만, 적색 반도체 발광소자의 측면은 일부만 덮도록 형성된다. 즉, 상기 패시베이션층은 상기 세 종류의 반도체 발광소자들 중 중심 파장 값이 가장 큰 반도체 발광소자의 측면의 일부만 덮도록 형성되며, 상기 세 종류의 반도체 발광소자들 중 중심 파장 값이 가장 큰 반도체 발광소자를 제외한 나머지 반도체 발광소자들의 측면 전체를 덮도록 형성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 반도체 발광소자의 파손 없이 자가 조립용 적색 반도체 발광소자를 유체에 분산시킬 수 있게 된다.

Claims (10)

  1. 배선전극을 포함하는 기판;
    상기 배선전극과 전기적으로 연결되는 복수의 반도체 발광소자들; 및
    상기 반도체 발광소자를 덮도록 형성되는 패시베이션층을 포함하고,
    상기 패시베이션층은,
    상기 반도체 발광소자의 측면의 일부만 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패시베이션층은,
    상기 반도체 발광소자와 접하는 상기 기판의 일면을 기준으로 소정 높이 이상부터 상기 반도체 발광소자의 측면을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자는,
    상기 기판과 접하도록 배치되는 에칭 스탑층; 및
    상기 에칭 스탑층 상에 형성되는 복수의 도전형 반도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패시베이션층은,
    상기 에칭 스탑층 상에 적층되는 도전형 반도체층의 측면에서 형성되어, 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 상기 반도체 발광소자의 측면을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 패시베이션층은,
    상기 에칭 스탑층의 측면 일부를 덮도록 형성되며, 상기 기판으로부터 멀어지는 방향으로 상기 반도체 발광소자의 측면을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    복수의 반도체 발광소자들은
    중심 파장이 서로 다른 세 종류의 반도체 발광소자를 포함하고,
    상기 패시베이션층은,
    상기 세 종류의 반도체 발광소자들 중 중심 파장 값이 가장 큰 반도체 발광소자의 측면의 일부만 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 패시베이션층은,
    상기 세 종류의 반도체 발광소자들 중 중심 파장 값이 가장 큰 반도체 발광소자를 제외한 나머지 반도체 발광소자들의 측면 전체를 덮도록 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
  8. 성장 기판 상에 에칭 스탑층 및 도전형 반도체층을 순서대로 적층하는 단계;
    상기 에칭 스탑층 및 상기 도전형 반도체층을 식각하여 복수의 반도체 발광소자들을 형성하는 단계;
    상기 반도체 발광소자 상에 패시베이션층을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션층 상에 희생층을 형성하는 단계;
    상기 성장 기판을 식각하는 단계;
    상기 패시베이션층을 식각하는 단계; 및
    상기 희생층을 식각하는 단계를 포함하고,
    상기 패시베이션층을 식각하는 단계는,
    상기 반도체 발광소자의 측면을 덮는 패시베이션층의 일부를 식각하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 에칭 스탑층은 GaInP로 이루어지고,
    상기 도전형 반도체층은 AlGaInP 및 AlInP 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 성장 기판을 식각하는 단계, 상기 패시베이션층을 식각하는 단계 및 상기 희생층을 식각하는 단계는 습식 식각으로 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조 방법.
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