WO2021261627A1 - 디스플레이 장치 제조용 기판 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법 - Google Patents

디스플레이 장치 제조용 기판 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법 Download PDF

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김기수
이진형
김건호
김정섭
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a substrate used for manufacturing a display device using a semiconductor light emitting device (hereinafter, micro LED) having a size of several to several tens of ⁇ m, and to a method of manufacturing a display device using the same.
  • a semiconductor light emitting device hereinafter, micro LED
  • LCDs liquid crystal displays
  • OLEDs organic light emitting diode displays
  • micro LEDs are competing.
  • Micro LED transfer technologies currently being discussed include pick & place, Laser Lift-Off (LLO), and self-assembly.
  • LLO Laser Lift-Off
  • self-assembly is a method in which semiconductor light emitting devices find their own positions in a fluid, and is most advantageous for realization of a large-area display device.
  • the semiconductor light emitting devices may be directly transferred to a substrate (hereinafter, referred to as a final substrate) constituting the display device through self-assembly, or may be first transferred to a donor substrate and then transferred back to the final substrate by a transfer stamp.
  • a substrate hereinafter, referred to as a final substrate
  • a transfer stamp since the transfer process is performed only once, the manufacturing time is shortened, which is efficient in terms of the process, and the latter has the advantage of being able to add or change the structure for self-assembly to the donor substrate without limitation, so the two methods are selectively used.
  • An object of the present invention is to provide a substrate used for manufacturing a display device using a micro LED, and a method for manufacturing a display device using the same.
  • an object of the present invention is to provide a method for assembling RGB on a substrate for manufacturing a display device at the same time, and a substrate used therefor, in order to manufacture a display device composed of RGB.
  • a substrate for manufacturing a display device includes a base portion; pair electrodes extending in one direction and disposed on the base part; a dielectric layer formed on the base part to cover the assembly electrodes; a barrier rib portion formed on the dielectric layer; and cells formed by the barrier rib part and disposed to overlap the pair electrode along an extension direction of the pair electrode, wherein the pair electrodes are disposed at different intervals.
  • the pair of electrodes may include: first pair of electrodes disposed at first intervals; second pair of electrodes disposed at second intervals; and third pair electrodes disposed at third intervals.
  • the cells may include: first cells having a first shape and overlapping the first pair of electrodes; second cells having a second shape and overlapping the second pair of electrodes; and third cells having a third shape and overlapping the third pair of electrodes.
  • the first pair of electrodes, the second pair of electrodes, and the third pair of electrodes are alternately disposed on the base portion.
  • the electrode pad for applying a voltage to the pair of electrodes
  • the electrode pad may include: a first electrode pad connected to any one electrode of the pair of electrodes to apply a first signal; and a second electrode pad connected to another electrode of the pair of electrodes to apply a second signal.
  • the first pair of electrodes, the second pair of electrodes, and the third pair of electrodes are respectively connected to different first and second electrode pads.
  • a method of manufacturing a display device includes the steps of putting semiconductor light emitting devices in a chamber containing a fluid, and transferring a substrate including cells on which the semiconductor light emitting devices are mounted to an assembly position; applying a magnetic force to the semiconductor light emitting devices so that the semiconductor light emitting devices move in one direction; and forming an electric field on the substrate so that the moving semiconductor light emitting devices are seated in the cells, wherein the substrate includes a first pair of electrodes arranged at a first interval and a second pair of electrodes arranged at a second interval. electrodes and third pair electrodes disposed at third intervals, wherein different voltages are applied to the first pair electrodes, second pair electrodes, and third pair electrodes to form an electric field in the substrate do it with
  • alternating voltages of different frequencies are applied to the first pair of electrodes, the second pair of electrodes, and the third pair of electrodes.
  • the substrate has first cells having a first shape and overlapping the first pair of electrodes, second cells having a second shape and overlapping with the second pair of electrodes, and a third shape, and third cells overlapping the third pair of electrodes.
  • the semiconductor light emitting devices include first semiconductor light emitting devices having a first shape, second semiconductor light emitting devices having a second shape, and third semiconductor light emitting devices having a third shape,
  • the first semiconductor light emitting device, the second semiconductor light emitting device and the third semiconductor light emitting device are semiconductor light emitting devices that emit light of different colors.
  • the semiconductor light emitting device is characterized in that it includes semiconductor light emitting devices having high electrical conductivity and low dielectric constant than the fluid, and semiconductor light emitting devices having low electrical conductivity and high dielectric constant than the fluid.
  • the semiconductor light emitting devices include a passivation layer formed to cover the surfaces of the semiconductor light emitting devices, and the semiconductor light emitting devices include semiconductor light emitting devices different in at least one of a thickness and a material of the passivation layer characterized in that
  • RGB can be simultaneously assembled on a substrate used for manufacturing a display device, the number of transfers can be reduced and process time can be shortened.
  • the present invention bifurcates the direction of dielectrophoretic force acting on RGB so that assembling of RGB is made under exclusive conditions, it is possible to prevent color mixing due to simultaneous RGB assembly, and the assembly rate can be improved.
  • 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 embodiment 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 .
  • FIGS. 8A to 8E are conceptual diagrams illustrating a semiconductor light emitting device used in the self-assembly process of FIGS. 8A to 8E .
  • 10A to 10C are conceptual views illustrating a state in which a semiconductor light emitting device is transferred after the self-assembly process according to the present invention.
  • 11 to 13 are flowcharts illustrating a method of manufacturing a display device including a semiconductor light emitting device that emits red (R), green (G), and blue (B) light.
  • FIG. 14A is a view showing an embodiment of a substrate used for manufacturing a conventional display device
  • FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 14A.
  • FIG. 15 is a view showing an embodiment of a substrate used for manufacturing a display device according to the present invention.
  • 16A, 16B, and 17 are views illustrating other embodiments of a substrate used for manufacturing a display device according to the present invention.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a structure in which an electrode pad is connected to the substrate according to FIG. 15 .
  • 19 is a view showing a method of manufacturing a display device according to the present invention.
  • 20A to 20C are graphs illustrating assembly frequency characteristics of semiconductor light emitting devices according to various embodiments of the present disclosure.
  • 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.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • slate PC slate PC
  • slate PC tablet PC
  • ultrabook ultra book
  • digital TV digital TV
  • desktop computer desktop computer
  • the configuration according to the embodiment described in this specification can be applied as long as it can include a display 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 micrometers 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 output 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 thereon, 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 once using a stamp or a roll but there is a limit to the yield, so it is not suitable for a large screen display.
  • the present invention proposes a new manufacturing method and manufacturing apparatus of a display device that can solve 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 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 the 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.
  • An exposed mesa process, followed by an isolation of the first conductive semiconductor layer to form a plurality of semiconductor light emitting device arrays by etching 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 mounting 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 1061 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 seated.
  • 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 preset position 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 for explaining 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.
  • the 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 position of the stage 165 is adjusted by the controller, 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 disposed to be immersed in the fluid in the fluid chamber 162 . Accordingly, the semiconductor light emitting device 150 moves to the assembly surface in the fluid.
  • the substrate 161 is an assembled substrate capable of forming an electric field, and may include a base portion 161a, a dielectric layer 161b, and a plurality of electrodes 161c.
  • the base portion 161a may be made of an insulating material, and the plurality of electrodes 161c may be a thin film or a thick film 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. Alternatively, the dielectric layer 161b may be configured as a single layer or multi-layer as an organic insulator. The dielectric layer 161b may have a thickness of several tens of nm to several ⁇ m.
  • the substrate 161 according to the present invention includes a plurality of cells 161d partitioned by 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 conductivity-type 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 includes a magnet handler that can be moved automatically or manually in the x, y, and z axes on the upper part 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 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 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 fluid chamber 162 and some may float in the fluid.
  • some of the semiconductor light emitting devices 1050 may sink to the bottom plate 166 .
  • a magnetic force is applied to the semiconductor light emitting devices 1050 so that the semiconductor light emitting devices 1050 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 horizontal 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.
  • an electric field is generated by supplying power to the bi-planar electrode of the substrate 161, and assembly is induced only at a preset position using this. That is, by using the selectively generated electric field, the semiconductor light emitting devices 1050 are self-assembled at the assembly position of the substrate 161 . 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 realizing a display device by transferring the semiconductor light emitting devices arranged as described above to a wiring board may be performed.
  • the magnet after guiding the semiconductor light emitting devices 1050 to the predetermined position, the magnet so that the semiconductor light emitting devices 1050 remaining in the fluid chamber 162 fall to the bottom of the fluid chamber 162 .
  • the 163 may be moved in a direction away from the substrate 161 ( FIG. 8D ).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 remaining in the fluid chamber 162 fall to the bottom of the fluid chamber 162 .
  • the recovered semiconductor light emitting devices 1050 can be reused.
  • the self-assembly apparatus and method described above use a magnetic field to concentrate distant parts near a predetermined assembly site 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 present invention provides a structure and method of an assembling substrate for increasing the yield of the above-described self-assembly process and the process yield after self-assembly.
  • the present invention is limited when the substrate 161 is used as an assembly substrate. That is, the assembly board, which will be described later, is not used as a wiring board of the display device. Accordingly, the substrate 161 will be referred to as an assembly substrate 161 hereinafter.
  • the present invention improves the process yield in two respects. First, according to the present invention, an electric field is strongly formed at an unwanted position, and thus the semiconductor light emitting device is prevented from being seated at an unwanted position. Second, the present invention prevents the semiconductor light emitting devices from remaining on the assembly substrate when transferring the semiconductor light emitting devices seated on the assembly substrate to another substrate.
  • 10A to 10C are conceptual views illustrating a state in which a semiconductor light emitting device is transferred after the self-assembly process according to the present invention.
  • the semiconductor light emitting devices are seated at a preset position of the assembly substrate 161 .
  • the semiconductor light emitting devices seated on the assembly substrate 161 are transferred to another substrate at least once.
  • an embodiment in which the semiconductor light emitting devices mounted on the assembly substrate 161 are transferred twice is not limited thereto, and the semiconductor light emitting devices mounted on the assembly substrate 161 are transferred once or three times. It can be transferred to another substrate.
  • the assembly surface of the assembly substrate 161 is facing downward (or in the direction of gravity).
  • the assembly substrate 161 may be turned 180 degrees in a state in which the semiconductor light emitting device is seated.
  • a voltage must be applied to the plurality of electrodes 161c (hereinafter assembly electrodes) while the assembly substrate 161 is turned over. The electric field formed between the assembly electrodes prevents the semiconductor light emitting device from being separated from the assembly substrate 161 while the assembly substrate 161 is turned over.
  • the assembly substrate 161 After the self-assembly process, if the assembly substrate 161 is turned over by 180 degrees, the shape shown in FIG. 10A is obtained. Specifically, as shown in FIG. 10A , the assembly surface of the assembly substrate 161 is in a state facing upward (or in a direction opposite to gravity). In this state, the transfer substrate 400 is aligned above the assembly substrate 161 .
  • the transfer substrate 400 is a substrate for transferring the semiconductor light emitting devices seated on the assembly substrate 161 to the wiring substrate by detaching them.
  • the transfer substrate 400 may be formed of a polydimethylsiloxane (PDMS) material. Accordingly, the transfer substrate 400 may be referred to as a PDMS substrate.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the transfer substrate 400 is pressed to the assembly substrate 161 after being aligned with the assembly substrate 161 . Thereafter, when the transfer substrate 400 is transferred to the upper side of the assembly substrate 161 , the semiconductor light emitting devices 350 disposed on the assembly substrate 161 are formed by the adhesion of the transfer substrate 400 to the transfer substrate. (400).
  • the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the transfer substrate 400 should be higher than the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the dielectric layer 161b.
  • the semiconductor light emitting device 350 is removed from the assembly substrate 161 . Since the probability of separation increases, it is preferable that the difference between the two surface energies is larger.
  • the transfer substrate 400 when the transfer substrate 400 is pressed against the assembly substrate 161 , the transfer substrate 400 includes a plurality of the transfer substrate 400 so that the pressure applied by the transfer substrate 400 is concentrated on the semiconductor light emitting device 350 . It may include a protrusion 410 . The protrusions 410 may be formed at the same spacing as the semiconductor light emitting devices seated on the assembly substrate 161 . When the projection 410 is aligned to overlap the semiconductor light emitting devices 350 and then the transfer substrate 400 is pressed against the assembly substrate 161 , the pressure by the transfer substrate 400 is applied to the semiconductor light emitting device. Only the elements 350 may be concentrated. Through this, the present invention increases the probability that the semiconductor light emitting device is separated from the assembly substrate 161 .
  • a portion of the semiconductor light emitting devices is preferably exposed to the outside of the groove.
  • the pressure of the transfer substrate 400 is not concentrated on the semiconductor light emitting devices 350 so that the semiconductor light emitting device 350 is separated from the assembly substrate 161 . may be less likely to do so.
  • a protrusion 510 may be formed on the wiring board 500 .
  • the transfer substrate 400 and the wiring substrate 500 are aligned so that the semiconductor light emitting devices 350 disposed on the transfer substrate 400 and the protrusion 510 overlap each other. Thereafter, when the transfer substrate 400 and the wiring substrate 500 are compressed, the probability that the semiconductor light emitting devices 350 are separated from the transfer substrate 400 may increase due to the protrusion 510 . have.
  • the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the wiring board 500 is applied to the semiconductor light emitting device. It should be higher than the surface energy between 350 and the transfer substrate 400 . As the difference between the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the wiring board 500 and the surface energy between the semiconductor light emitting device 350 and the transfer substrate 400 increases, the semiconductor light emitting device 350 is transferred to the transfer substrate 400 . ), the greater the difference between the two surface energies, the higher the probability of deviating from it.
  • the structure of the wiring electrode and the method of forming the electrical connection may vary depending on the type of the semiconductor light emitting device 350 .
  • an anisotropic conductive film may be disposed on the wiring board 500 .
  • an electrical connection may be formed between the semiconductor light emitting devices 350 and the wiring electrodes formed on the wiring board 500 only by pressing the transfer substrate 400 and the wiring board 500 .
  • FIGS. 10A to 10C when manufacturing a display device including semiconductor light emitting devices that emit light of different colors, the method described with reference to FIGS. 10A to 10C may be implemented in various ways. Hereinafter, a method of manufacturing a display device including a semiconductor light emitting device that emits red (R), green (G), and blue (B) light will be described.
  • 11 to 13 are flowcharts illustrating a method of manufacturing a display device including a semiconductor light emitting device that emits red (R), green (G), and blue (B) light.
  • the semiconductor light emitting devices emitting different colors may be individually assembled on different assembly substrates.
  • the assembly substrate 161 includes a first assembly substrate on which semiconductor light emitting devices emitting a first color are mounted, a second assembly substrate on which semiconductor light emitting devices emitting a second color different from the first color are mounted, and a third assembly substrate on which semiconductor light emitting devices emitting a third color different from the first and second colors are mounted.
  • Different types of semiconductor light emitting devices are assembled on each assembly substrate according to the method described with reference to FIGS. 8A to 8E .
  • each of the semiconductor light emitting devices emitting red (R), green (G), and blue (B) light may be assembled on each of the first to third assembly substrates.
  • each of a RED chip, a green chip, and a BLUE chip may be assembled on each of the first to third assembly substrates RED TEMPLATE, GREEN TEMPLATE, and BLUE TEMPLATE.
  • each of the RED chip, the green chip, and the BLUE chip may be transferred to the wiring board by different transfer boards.
  • the step of transferring the semiconductor light emitting devices seated on the assembly substrate to the wiring board includes pressing the first transfer substrate (stamp (R)) on the first assembly substrate (RED TEMPLATE) to emit the first color.
  • the semiconductor light emitting devices (GREEN chip) emitting the second color are transferred from the second assembly substrate (GREEN TEMPLATE) to the second transfer substrate (stamp (G))
  • Step and pressing a third transfer substrate (stamp (B)) on the third assembling substrate (BLUE TEMPLATE) to apply the semiconductor light emitting devices (BLUE chips) emitting light of the third color to the third assembling substrate (BLUE TEMPLATE) ) to the third transfer substrate (stamp (B)) may include the step of transferring.
  • three types of assembly substrates and three types of transfer substrates are required to manufacture a display device including a RED chip, a green chip, and a BLUE chip.
  • each of a RED chip, a green chip, and a BLUE chip may be assembled on each of the first to third assembly substrates RED TEMPLATE, GREEN TEMPLATE, and BLUE TEMPLATE.
  • each of the RED chip, the GREEN chip, and the BLUE chip may be transferred to the wiring board by the same transfer board.
  • the step of transferring the semiconductor light emitting devices seated on the assembly substrate to the wiring board includes pressing the transfer substrate (RGB integrated stamp) to the first assembly substrate (RED TEMPLATE) to emit the first color.
  • alignment positions between each of the first to third assembly substrates and the transfer substrate may be different from each other.
  • the relative position of the transfer substrate with respect to the first assembly substrate and the relative position of the transfer substrate with respect to the second assembly substrate may be different from each other.
  • the transfer substrate may shift the alignment position by the PITCH of the SUB PIXEL whenever the type of assembly substrate is changed. In this way, when the transfer substrate is sequentially pressed to the first to third assembly substrates, all three types of chips may be transferred to the transfer substrate.
  • a step of transferring the semiconductor light emitting devices emitting light of the first to third colors from the transfer substrate to the wiring substrate is performed by pressing the transfer substrate to the wiring substrate.
  • a display device including a RED chip, a green chip, and a BLUE chip.
  • each of the RED chip, the green chip, and the BLUE chip may be assembled on one assembly substrate (RGB integrated TEMPLATE). In this state, each of the RED chip, the GREEN chip, and the BLUE chip may be transferred to the wiring board by the same transfer board (RGB integrated stamp).
  • one type of assembly substrate and one type of transfer substrate are required to manufacture a display device including a RED chip, a green chip, and a BLUE chip.
  • the manufacturing method may be implemented in various ways.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a display device including semiconductor light emitting devices that emit light of different colors (hereinafter, semiconductor light emitting devices that emit red, green, and blue light) and a substrate used therefor.
  • semiconductor light emitting devices that emit light of different colors
  • a substrate used therefor a substrate used therefor.
  • FIG. 14A is a view showing an embodiment of a substrate used for manufacturing a conventional display device
  • FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line AA′ of FIG. 14A.
  • a substrate used for manufacturing a display device refers to a substrate (hereinafter, a donor substrate) to which semiconductor light emitting devices are primarily transferred by the self-assembly method according to FIGS. 8A to 8E .
  • the conventional donor substrate 261 is partitioned by a base portion 261a, a dielectric layer 261b, assembled electrodes 261c and a partition wall 261e like the assembled substrate 161 above. and a plurality of cells 261d.
  • Assembly electrodes 261c to which voltage is applied to form an electric field during self-assembly may be disposed on the base portion 261a.
  • the assembly electrodes 261c may be line electrodes extending in one direction.
  • the plurality of cells 261d may be disposed to overlap the assembly electrodes 261c.
  • the plurality of cells 261d are arranged to overlap at the same time with the two assembly electrodes 261c (hereinafter, the pair electrode 261c') disposed adjacent to each other, so that as a voltage is applied to the pair electrode 261c', the cells ( 261d), an electric field may be formed therein, and thus the semiconductor light emitting devices 250 may be seated inside the cells 261d by dielectrophoresis (DEP).
  • DEP dielectrophoresis
  • the plurality of cells 261d are arranged in a plurality of columns and rows, and the semiconductor light emitting devices 250 emitting the same color may be seated inside the cells 261d arranged in the same column or row, respectively.
  • a column or a row may mean an extension direction of the assembly electrodes 261c. That is, the semiconductor light emitting devices 250 emitting light of the same color may be seated inside the cells 261d disposed along the extension direction of the assembly electrodes 261c. Meanwhile, the semiconductor light emitting devices 250 emitting different colors may be seated inside the cells 261d arranged along the same row or column, respectively. That is, the semiconductor light emitting devices 250 emitting light of different colors may be seated inside the cells 261d arranged along the direction crossing the extension direction of the assembly electrodes 261c (preferably, the vertical direction).
  • semiconductor light emitting devices emitting light of different colors were designed in different shapes, and the semiconductor light emitting devices emitting different colors were simultaneously self-assembled.
  • a voltage signal of the same frequency is applied to all pair electrodes to form an electric field, and a color mixture (for example, a red semiconductor light emitting device is a green semiconductor When the light emitting device is assembled in a cell on which it is seated), there was a problem, which caused a decrease in the assembly rate.
  • the present invention proposes a method of manufacturing a display device including a donor substrate having an electric field gradient and red, green and blue semiconductor light emitting devices using the donor substrate.
  • FIGS. 16A, 16B and 17 are views showing other embodiments of a substrate used for manufacturing a display device according to the present invention. to be.
  • the donor substrate 1000 includes cells (or partitioned) formed by the base portion 1010, the pair electrodes 1020, the dielectric layer 1030, the barrier rib portion 1040 and the barrier rib portion 1040. 1041) may be included.
  • content overlapping with the structures of the conventional assembled substrate 161 and the donor substrate 261 will be omitted.
  • the base portion 1010 may include an insulating material.
  • the base 1010 may include a polymer material such as glass, quartz, or polyimide (PI), and may be a rigid substrate or a flexible substrate depending on the material.
  • PI polyimide
  • Pair electrodes 1020 may be disposed on the base portion 1010 .
  • the pair electrodes 1020 are composed of two assembly electrodes 1021 in the form of a line extending in one direction, and a voltage for forming an electric field may be applied thereto.
  • the pair electrodes 1020 may be formed of one or two or more of non-resistive metals such as Ag, Al, Mo, Ti, and Cu to transmit a voltage signal.
  • the pair electrodes 1020 may be disposed on the base portion 1010 at different intervals. A detailed description related thereto will be provided later.
  • a dielectric layer 1030 may be formed on the base portion 1010 to cover the pair electrodes 1020 .
  • the dielectric layer 1030 is formed of an inorganic insulating material having a high dielectric constant, such as SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 , TiO 2 , HfO 2 , and the like. can move in The dielectric layer 1030 may be formed to a thickness of several tens of nm to several um.
  • a barrier rib portion 1040 may be formed on the dielectric layer 1030 .
  • the barrier rib portion 1040 may be formed of an inorganic insulating material having a high dielectric constant such as SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 , TiO 2 , HfO 2 , or a polymer material, and the dielectric layer 1030 and the barrier rib portion 1040 . 1040 may be formed of the same material.
  • the partition wall 1040 may be formed to a thickness of several to several tens of um.
  • the barrier rib portion 1040 may be formed on the dielectric layer 1030 while forming the plurality of cells 1041 .
  • the cells 1041 may be formed along the extension direction of the pair electrodes 1020 and may be arranged in a matrix arrangement.
  • the cells 1041 are arranged to overlap the pair electrodes 1020, and as a voltage is applied to the pair electrodes 1020, an electric field is formed inside the cells 1041, and the semiconductor light emitting devices 1100 are can be seated
  • the cells 1041 may be formed in a shape corresponding to the semiconductor light emitting devices 1100 seated inside the cells 1041 .
  • the pair electrodes 1020 may be disposed at different intervals on the donor substrate 1000 according to the present invention.
  • the pair electrodes 1020 include first pair electrodes pair 1 disposed at a first interval d 1 , and second pair electrodes disposed at a second interval d 2 . It may include third pair electrodes (pair 3) arranged with pairs (pair 2) and a third interval (d 3 ), first pair electrodes (pair 1), second pair electrodes (pair 2) and the third pair of electrodes (pair 3) may be electrodes for assembling the semiconductor light emitting devices 1100 that emit light of different colors as shown in the drawing.
  • a distance between the pair electrodes 1020 may affect the strength of an electric field formed by the pair electrodes 1020 .
  • a strong electric field may be formed, and as the distance between the pair electrodes 1020 is wide, an electric field of a weaker intensity may be formed.
  • the strength of the electric field formed by the first pair electrodes (pair 1) is higher than the strength of the electric field formed by the second pair electrodes (pair 2) and the third pair electrodes (pair 3).
  • the strength of the electric field formed by the third pair of electrodes (pair 3) may be the weakest.
  • first pair electrodes (pair 1), second pair electrodes (pair 2), and third pair electrodes (pair 3) are assembled of semiconductor light emitting devices emitting light of different colors. ) may be alternately arranged.
  • the individual assembled electrode 1021 is involved only in the formation of one pair of electrodes 1020 as shown in FIG. 15 or involved in the formation of two pair of electrodes 1020 as shown in FIGS. 16 and 17 (ie, adjacent arrangement).
  • One assembly electrode 1021 may be shared between the two paired electrodes 1020).
  • the cells 1041 overlapping the pair electrodes 1020 may have different shapes (concept including sizes) according to the spacing between the pair electrodes 1020 .
  • the cells 1041 have a first shape and overlap with the first pair of electrodes pair 1 , and have a second shape and have a second pair of electrodes.
  • 2) may include second cells (cell 2) overlapping with each other and third cells (cell 3) having a third shape and overlapping with third pair electrodes (pair 3).
  • the cells 1041 may be formed in a shape such as a circle, an ellipse, or a rod.
  • the first to third cells may be formed to have different sizes depending on the arrangement interval of the pair electrodes 1020 , and The size may be the smallest, and the size of the third cells cell 3 may be the largest.
  • semiconductor light emitting devices 1100 emitting light of different colors may be seated in the first to third cells (cell 1 , cell 2 , and cell 3 ), and accordingly, a red semiconductor light emitting device, a green semiconductor light emitting device, and a blue color light emitting device Each of the semiconductor light emitting devices may be formed in a shape corresponding to any one of the first to third cells.
  • the size of the semiconductor light emitting devices 1100 may have a compensatory relationship with the dielectrophoresis according to the spacing of the pair electrodes 1020 , and thus, self-assembly of the semiconductor light emitting devices 1100 using an electric field. thing becomes possible
  • the material and/or thickness of the dielectric layer 1030 and/or the barrier rib portion 1040 is made different. It is also possible to control the dielectric constant by configuring.
  • the semiconductor light emitting devices emitting different colors may be self-assembled at different frequencies.
  • a structure related thereto will be described with reference to FIG. 18 .
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a structure in which an electrode pad is connected to the substrate according to FIG. 15 .
  • the donor substrate 1000 may further include electrode pads for applying a voltage to the pair electrodes 1020 .
  • the electrode pad 1200 may be formed on both ends of the donor substrate 1000 .
  • the electrode pad 1200 is connected to any one electrode 1021a of the pair electrode 1020 and the other electrode 1021b of the first electrode pad 1210 and the pair electrode 1020 for applying a first signal; It may include a second electrode pad 1220 connected to apply a second signal.
  • the first signal applied from the first electrode pad 1210 and the second signal applied from the second electrode pad 1220 may be signals of different polarities, and thus an AC voltage of a predetermined frequency is applied to the pair electrode 1020 .
  • can be Polarities of the first signal and the second signal may be varied.
  • a plurality of first electrode pads 1210 and second electrode pads 1220 may be provided to be connected to each pair of electrode groups. That is, as shown in FIG. 18 , the first electrode pad 1210 and the second electrode pad 1220 include pads 1210-1 and 1220-1 connected to the first pair electrodes pair 1, and the second pair electrodes. Pads 1210-2 and 1220-2 connected to pairs 2 and pads 1210-3 and 1220-3 connected to third pair electrodes pair 3 may be provided, and the first pair The electrodes pair 1 , the second pair electrodes pair 2 , and the third pair electrodes pair 3 may be connected to respective electrode pads through a bus line.
  • the semiconductor light emitting devices 1100 can be assembled for each separated frequency by using the semiconductor light emitting devices (n-DEP and p-DEP) having different dielectrophoretic characteristics.
  • FIGS. 20A to 20C are graphs showing assembly frequency characteristics of semiconductor light emitting devices according to various embodiments of the present invention.
  • a self-assembly method using an electric field and a magnetic field in the fluid shown in FIGS. 8A to 8E is used to manufacture the display device.
  • the donor substrate 1000 described above is used as the assembly substrate, and thus some steps may be changed.
  • the semiconductor light emitting devices 1100 in a chamber containing a fluid are put in, and the pair of electrodes 1020 and the semiconductor light emitting devices (
  • the step of transferring the donor substrate 1000 including the cells 1041 on which the 1100 is seated to an assembly position may be performed.
  • the fluid contained in the chamber is water, preferably de-ionized water (DI water), and the donor substrate 1000 may be disposed above the chamber to minimize the effects of gravity and frictional forces.
  • DI water de-ionized water
  • the semiconductor light emitting devices 1100 having different dielectrophoretic characteristics may be introduced into the chamber containing the fluid. That is, the semiconductor light emitting devices 1100n having the n-DEP characteristic and the semiconductor light emitting devices 1100p having the p-DEP characteristic may be introduced into the fluid chamber.
  • the semiconductor light emitting devices 1100n having the n-DEP characteristic and the semiconductor light emitting devices 1100p having the p-DEP characteristic may be introduced into the fluid chamber.
  • red semiconductor light emitting devices, green semiconductor light emitting devices and blue semiconductor light emitting devices are input into a chamber containing a fluid. and semiconductor light emitting devices emitting the same color may have the same dielectrophoretic characteristics. A detailed description related thereto will be provided later.
  • a step of applying a magnetic force to the semiconductor light emitting devices 1100 put into the chamber containing the fluid to move in one direction may be performed. Since this step is the same as that described above, a detailed description thereof will be omitted.
  • a step of forming an electric field on the donor substrate 1000 may be performed so that the moving semiconductor light emitting devices 1100 are seated on the cells 1041 .
  • This step may be performed by applying a voltage to the pair electrodes 1020 disposed on the donor substrate 1000 . More specifically, the first pair of electrodes having a donor substrate 1000, the first spacing (d 1) of the second pair of electrodes having the (pair 1), the second distance (d 2) (pair 2), and a third interval Third pair electrodes (pair 3) having (d 3 ) may be disposed, and the first to third pairs of electrodes may be used to assemble semiconductor light emitting devices that emit light of different colors.
  • different voltages may be applied to each of the first to third pair electrodes, and the different voltages may mean alternating voltages having different frequencies.
  • a voltage of a first frequency is applied to the first pair of electrodes (pair 1)
  • a voltage of a second frequency is applied to the second pair of electrodes (pair 2)
  • a voltage of a second frequency is applied to the third pair of electrodes (pair 3).
  • the first to third frequencies may mean different frequency ranges.
  • a voltage of a similar frequency band may be applied to some of the first to third pair electrodes. That is, in the present invention, semiconductor light emitting devices emitting light of different colors may be assembled at different frequencies.
  • the donor substrate 1000 has a first shape and has first cells (cell 1) overlapping the first pair of electrodes (pair 1), and has a second shape and includes second pair of electrodes (pair 2). It may include second cells (cell 2) overlapping the second cells (cell 2) and third cells (cell 3) having a third shape and overlapping third pair electrodes (pair 3).
  • the semiconductor light emitting devices 1100 include first semiconductor light emitting devices 1100a having a first shape, second semiconductor light emitting devices 1100b having a second shape, and third semiconductor light emitting devices having a third shape ( 1100c), and the first to third semiconductor light emitting devices may be seated in first to third cells formed in corresponding shapes, respectively.
  • the first to third semiconductor light emitting devices may correspond to semiconductor light emitting devices that emit light of different colors.
  • red, green, and blue semiconductor light emitting devices may be seated in cells having a shape corresponding to that of the semiconductor light emitting devices at voltages of different frequencies.
  • the semiconductor light emitting devices 1100 having different dielectrophoretic characteristics can be used so that the semiconductor light emitting devices 1100 can be seated in the cells 1041 according to the frequency.
  • the dielectrophoretic characteristics of the semiconductor light emitting devices 1100 may be determined by volume, electrical conductivity, dielectric constant, and the like of the semiconductor light emitting devices. Among them, electrical conductivity and permittivity may be determined as values relative to a medium, ie, a fluid contained in a chamber.
  • semiconductor light emitting devices having higher electrical conductivity and lower dielectric constant than the fluid and semiconductor light emitting devices having lower electrical conductivity and higher dielectric constant than the fluid may be put into the chamber containing the fluid, the latter corresponding to The semiconductor light emitting devices may be formed to have a larger volume than the semiconductor light emitting devices corresponding to the former.
  • the semiconductor light emitting devices 1100 may include a passivation layer covering the surface, and in the chamber containing the fluid, the thickness and material of the passivation layer so that the semiconductor light emitting devices 1100 have a dielectric constant difference. At least one of different semiconductor light emitting devices may be input.
  • one of the voltage signals in a predetermined frequency range has a p-DEP characteristic and moves to a side in which an electric field is strongly formed to be seated in the cells 1041, and the other has an n-DEP characteristic. Therefore, it is not seated in the cells 1041 . Accordingly, it is possible to selectively assemble some semiconductor light emitting devices 1100 at a specific frequency. Meanwhile, the dielectrophoretic characteristics of the semiconductor light emitting devices may be different as the frequency range of the voltage signal is changed.
  • the first semiconductor light emitting devices 1100a when a voltage of a first frequency (eg, a high frequency band of 20 kHz or more) is applied to the first pair of electrodes pair 1 , the first semiconductor light emitting devices 1100a have a p-DEP characteristic, so that the first They are seated in the cells cell 1 , and the second and third semiconductor light emitting devices 1100b and 1100c may not be seated in the first cells cell 1 because they have n-DEP characteristics.
  • a voltage of a first frequency eg, a high frequency band of 20 kHz or more
  • the second and third semiconductors have a p-DEP characteristic and are seated in the second cells cell 2 and the third cells cell 3
  • the first semiconductor light emitting devices 1100a have an n-DEP characteristic. It may not be seated in the second and third cells (cell 2, cell 3).
  • the second and third semiconductor light emitting devices 1100b and 1100c may be guided and seated in preset positions according to the volume of the semiconductor light emitting devices and the spacing between pair electrodes.
  • 20A to 20C are graphs illustrating assembly frequency characteristics according to various structures of semiconductor light emitting devices.
  • 20A shows the assembly frequency characteristics according to the volume of the semiconductor light emitting device. As the volume of the semiconductor light emitting device increases, the assembly frequency may shift to a lower frequency band.
  • 20B shows the assembly frequency characteristics according to the thickness of the passivation layer of the semiconductor light emitting device. As the thickness of the passivation layer increases, the assembly frequency may shift to a lower frequency band.
  • 20C shows frequency characteristics according to the material of the passivation layer of the semiconductor light emitting device. When the passivation layer is formed of a material having a high dielectric constant, the assembly frequency may shift to a low frequency band.

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Abstract

본 발명에 따른 디스플레이 장치 제조용 기판은 베이스부; 일 방향으로 연장되며, 상기 베이스부 상에 배치된 페어 전극들; 상기 베이스부 상에 상기 조립 전극들을 덮도록 형성된 유전체층; 상기 유전체층 상에 형성된 격벽부; 및 상기 격벽부에 의해 형성되며, 상기 페어 전극의 연장 방향을 따라 상기 페어 전극과 오버랩 되도록 배치된 셀들을 포함하고, 상기 페어 전극들은 상이한 간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.

Description

디스플레이 장치 제조용 기판 및 이를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법
본 발명은 수 내지 수십 ㎛ 크기의 반도체 발광소자(이하, 마이크로 LED)를 이용한 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 기판과, 이를 이용하여 디스플레이 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 디스플레이 기술분야에서 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 발광소자 디스플레이(Organic Light Emitting Diodes, OLED), 마이크로 LED를 이용한 디스플레이 등이 경쟁하고 있다.
디스플레이 장치의 화소로서 마이크로 LED를 이용하는 경우 편광판 등을 사용하지 않게 되어 높은 효율을 제공할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 대면적 디스플레이를 구현하기 위해서는 수백만 개의 소자들이 필요하기 때문에 고난이도의 전사기술이 요구된다.
현재 논의되고 있는 마이크로 LED 전사기술로는 픽앤플레이스(pick&place), 레이저 리프트 오프(Laser Lift-Off, LLO), 자가조립(self-assembly) 등이 있다. 이들 중 자가조립은 유체 내에서 반도체 발광소자들이 스스로 위치를 찾아가는 방식으로, 대면적 디스플레이 장치의 구현에 가장 유리하다.
반도체 발광소자들은 자가조립을 통해 디스플레이 장치를 구성하는 기판(이하, 최종 기판)으로 직접 전사되거나 또는 도너 기판으로 1차 전사된 후 전사 스탬프에 의해 다시 최종 기판으로 전사될 수 있다. 전자는 전사공정이 1회만 수행되므로 제조 시간이 단축되어 공정 측면에서 효율적이고, 후자는 도너 기판에 자가조립을 위한 구조를 제한없이 추가 또는 변경할 수 있는 장점이 있어, 두 방식은 선택적으로 사용되고 있다.
본 발명은 마이크로 LED를 이용한 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 기판과, 이를 이용하여 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 RGB로 구성된 디스플레이 장치를 제조하기 위해, 디스플레이 장치 제조용 기판에 RGB를 동시 조립하기 위한 방법 및 이에 사용되는 기판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치 제조용 기판은 베이스부; 일 방향으로 연장되며, 상기 베이스부 상에 배치된 페어 전극들; 상기 베이스부 상에 상기 조립 전극들을 덮도록 형성된 유전체층; 상기 유전체층 상에 형성된 격벽부; 및 상기 격벽부에 의해 형성되며, 상기 페어 전극의 연장 방향을 따라 상기 페어 전극과 오버랩 되도록 배치된 셀들을 포함하고, 상기 페어 전극들은 상이한 간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 페어 전극들은, 제1간격으로 배치된 제1 페어 전극들; 제2간격으로 배치된 제2 페어 전극들; 및 제3간격으로 배치된 제3 페어 전극들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 셀들은, 제1형상을 가지며, 상기 제1 페어 전극들과 오버랩 되는 제1 셀들; 제2형상을 가지며, 상기 제2 페어 전극들과 오버랩 되는 제2 셀들; 및 제3형상을 가지며, 상기 제3 페어 전극들과 오버랩 되는 제3 셀들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 베이스부 상에는 상기 제1 페어 전극들, 제2 페어 전극들 및 제3 페어 전극들이 교대로 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 페어 전극들에 전압을 인가하는 전극 패드를 더 포함하고, 상기 전극 패드는, 상기 페어 전극 중 어느 하나의 전극과 연결되어 제1 신호를 인가하는 제1 전극 패드; 및 상기 페어 전극 중 다른 하나의 전극과 연결되어 제2 신호를 인가하는 제2 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 페어 전극들, 제2 페어 전극들 및 제3 페어 전극들은 각각 서로 다른 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드와 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조방법은 유체가 담긴 챔버 내 반도체 발광소자들을 투입하고, 상기 반도체 발광소자들이 안착되는 셀들을 포함하는 기판을 조립 위치로 이송시키는 단계; 상기 반도체 발광소자들이 일 방향을 따라 이동하도록 상기 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 단계; 및 상기 이동하는 반도체 발광소자들이 상기 셀들에 안착되도록 상기 기판에 전기장을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 기판은, 제1간격으로 배치된 제1 페어 전극들, 제2간격으로 배치된 제2 페어 전극들 및 제3간격으로 배치된 제3 페어 전극들을 포함하며, 상기 제1 페어 전극들, 제2 페어 전극들 및 제3 페어 전극들에 상이한 전압을 인가하여 상기 기판에 전기장을 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 페어 전극들, 제2 페어 전극들 및 제3 페어 전극들에는 상이한 주파수의 교류 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 기판은, 제1형상을 가지며 상기 제1 페어 전극들과 오버랩 되는 제1 셀들, 제2형상을 가지며 상기 제2 페어 전극들과 오버랩 되는 제2 셀들 및 제3형상을 가지며 상기 제3 페어 전극들과 오버랩 되는 제3 셀들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 반도체 발광소자들은, 제1형상을 갖는 제1 반도체 발광소자들, 제2형상을 갖는 제2 반도체 발광소자들 및 제3형상을 갖는 제3 반도체 발광소자들을 포함하고, 상기 제1 반도체 발광소자, 제2 반도체 발광소자 및 제3 반도체 발광소자는 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 반도체 발광소자들은, 상기 유체보다 전기 전도도는 높고 유전율이 낮은 반도체 발광소자들과, 상기 유체보다 전기 전도도는 낮고 유전율이 높은 반도체 발광소자들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 반도체 발광소자들은 상기 반도체 발광소자들의 표면을 덮도록 형성된 패시베이션층을 포함하고, 상기 반도체 발광소자들은, 상기 패시베이션층의 두께 및 소재 중 적어도 어느 하나가 상이한 반도체 발광소자들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 기판에 RGB를 동시에 조립할 수 있으므로, 전사 횟수를 줄일 수 있고, 공정시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 RGB에 작용하는 유전영동력 방향을 이분화하여 RGB의 조립이 배타적인 조건에서 이루어지도록 하였는바, RGB 동시 조립에 따른 혼색을 방지할 수 있고, 조립율이 개선될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3은 도 2의 반도체 발광소자의 확대도이다.
도 4는 도 2의 반도체 발광소자의 다른 실시예를 나타내는 확대도이다.
도 5a 내지 도 5e는 전술한 반도체 발광소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치의 일 실시예를 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 개념도들이다.
도 9는 도 8a 내지 도 8e의 자가조립 공정에 사용되는 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 자가조립 공정 후 반도체 발광소자가 전사되는 모습을 나타내는 개념도들이다.
도 11 내지 도 13은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자를 포함하는 디스플레이 장치의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 14a는 종래 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 기판의 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 14b는 도 14a의 AA'을 취한 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 디스플레이 장치 제조에 사용되는 기판의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 16a, 도 16b 및 도 17은 본 발명에 따른 디스플레이 장치 제조에 사용되는 기판의 다른 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 18은 도 15에 따른 기판에 전극패드가 연결된 구조를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 20a 내지 도 20c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 발광소자들의 조립 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 “상(on)”에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 테블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultra book), 디지털 TV(digital TV), 데스크톱 컴퓨터(desktop computer) 등이 포함될 수 있다. 그러나 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태라도 디스플레이를 포함할 수 있다면 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A 부분의 부분 확대도이고, 도 3은 도 2의 반도체 발광소자의 확대도이며, 도 4는 도 2의 반도체 발광소자의 다른 실시예를 나타내는 확대도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 디스플레이 모듈(140)에서 출력될 수 있다. 상기 디스플레이 모듈의 테두리를 감싸는 폐루프 형태의 케이스(101)가 상기 디스플레이 장치의 베젤을 형성할 수 있다.
상기 디스플레이 모듈(140)은 영상이 표시되는 패널(141)을 구비하고, 상기 패널(141)은 마이크로 크기의 반도체 발광소자(150)와 상기 반도체 발광소자(150)가 장착되는 배선기판(110)을 구비할 수 있다.
상기 배선기판(110)에는 배선이 형성되어, 상기 반도체 발광소자(150)의 n형 전극(152) 및 p형 전극(156)과 연결될 수 있다. 이를 통하여, 상기 반도체 발광소자(150)는 자발광하는 개별화소로서 상기 배선기판(110) 상에 구비될 수 있다.
상기 패널(141)에 표시되는 영상은 시각 정보로서, 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 상기 배선을 통하여 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다.
본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광소자(150)의 일 종류로서 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 예시한다. 상기 마이크로 LED는 100마이크로 이하의 작은 크기로 형성되는 발광 다이오드가 될 수 있다. 상기 반도체 발광소자(150)는 청색, 적색 및 녹색이 발광영역에 각각 구비되어 이들의 조합에 의하여 단위 화소가 구현될 수 있다. 즉, 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미하며, 상기 단위 화소 내에 적어도 3개의 마이크로 LED가 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 상기 반도체 발광 소자(150)는 수직형 구조가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156) 상에 형성된 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154)상에 형성된 n형 반도체층(153), 및 n형 반도체층(153) 상에 형성된 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(156)은 배선기판의 p전극과 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(152)은 반도체 발광소자의 상측에서 n전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(150)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다른 예로서 도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입 (flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
이러한 예로서, 상기 반도체 발광 소자(250)는 p형 전극(256), p형 전극 (256)이 형성되는 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층 (254), 활성층(254) 상에 형성된 n형 반도체층(253), 및 n형 반도체층(253) 상에서 p형 전극(256)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(256)과 n형 전극(152)은 모두 반도체 발광소자의 하부에서 배선기판의 p전극 및 n전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 수직형 반도체 발광소자와 수평형 반도체 발광소자는 각각 녹색 반도체 발광소자, 청색 반도체 발광소자 또는 적색 반도체 발광소자가 될 수 있다. 녹색 반도체 발광소자와 청색 반도체 발광소자의 경우에 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 녹색이나 청색의 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 반도체 발광소자는 n-Gan, p-Gan, AlGaN, InGan 등 다양한 계층으로 형성되는 질화갈륨 박막이 될 수 있으며, 구체적으로 상기 p형 반도체층은 P-type GaN이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaN 이 될 수 있다. 다만, 적색 반도체 발광소자의 경우에는, 상기 p형 반도체층은 P-type GaAs이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaAs 가 될 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체층은 p 전극 쪽은 Mg가 도핑된 P-type GaN이고, n형 반도체층은 n 전극 쪽은 Si가 도핑된 N-type GaN 인 경우가 될 수 있다. 이 경우에, 전술한 반도체 발광소자들은 활성층이 없는 반도체 발광소자가 될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 발광 다이오드가 매우 작기 때문에 상기 디스플레이 패널은 자발광하는 단위화소가 고정세로 배열될 수 있으며, 이를 통하여 고화질의 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에서는 웨이퍼 상에서 성장되어, 메사 및 아이솔레이션을 통하여 형성된 반도체 발광소자가 개별 화소로 이용된다. 이 경우에, 마이크로 크기의 반도체 발광소자(150)는 웨이퍼에 상기 디스플레이 패널의 기판 상의 기설정된 위치로 전사되어야 한다. 이러한 전사기술로 픽앤플레이스(pick and place)가 있으나, 성공률이 낮고 매우 많은 시간이 요구된다. 다른 예로서, 스탬프나 롤을 이용하여 한 번에 여러개의 소자를 전사하는 기술이 있으나, 수율에 한계가 있어 대화면의 디스플레이에는 적합하지 않다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 디스플레이 장치의 새로운 제조방법 및 제조장치를 제시한다.
이를 위하여, 이하, 먼저 디스플레이 장치의 새로운 제조방법에 대하여 살펴본다. 도 5a 내지 도 5e는 전술한 반도체 발광 소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
본 명세서에서는, 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다. 또한, 수평형 반도체 발광소자를 자가조립 하는 방식에 대하여 예시하나, 이는 수직형 반도체 발광소자를 자가조립 하는 방식에도 적용가능하다.
먼저, 제조방법에 의하면, 성장기판(159)에 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154), 제2 도전형 반도체층(155)을 각각 성장시킨다(도 5a).
제1도전형 반도체층(153)이 성장하면, 다음은, 상기 제1도전형 반도체층 (153) 상에 활성층(154)을 성장시키고, 다음으로 상기 활성층(154) 상에 제2 도전형 반도체층(155)을 성장시킨다. 이와 같이, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)을 순차적으로 성장시키면, 도 5a에 도시된 것과 같이, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)이 적층 구조를 형성한다.
이 경우에, 상기 제1도전형 반도체층(153)은 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 반도체층(155)은 n형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 상기 활성층이 존재하는 경우를 예시하나, 전술한 바와 같이 경우에 따라 상기 활성층이 없는 구조도 가능하다. 이러한 예로서, 상기 p형 반도체층은 Mg가 도핑된 P-type GaN이고, n형 반도체층은 n 전극 쪽은 Si가 도핑된 N-type GaN 인 경우가 될 수 있다.
성장기판(159)(웨이퍼)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 성장기판(1059)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하여 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판 또는 Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
다음으로, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층 (155)의 적어도 일부를 제거하여 복수의 반도체 발광소자를 형성한다(도 5b).
보다 구체적으로, 복수의 발광소자들이 발광 소자 어레이를 형성하도록, 아이솔레이션(isolation)을 수행한다. 즉, 제1도전형 반도체층(153), 활성층 (154) 및 제2 도전형 반도체층(155)을 수직방향으로 식각하여 복수의 반도체 발광소자를 형성한다.
만약, 수평형 반도체 발광소자를 형성하는 경우라면, 상기 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층(155)은 수직방향으로 일부가 제거되어, 상기 제1도전형 반도체층(153)이 외부로 노출되는 메사 공정과, 이후에 제1도전형 반도체층을 식각하여 복수의 반도체 발광소자 어레이를 형성하는 아이솔레이션(isolation)이 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 제2도전형 반도체층(155)의 일면 상에 제2도전형 전극(156, 또는 p형 전극)를 각각 형성한다(도 5c). 상기 제2도전형 전극(156)은 스퍼터링 등의 증착 방법으로 형성될 수 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 상기 제1도전형 반도체층과 제2도전형 반도체층이 각각 n형 반도체층과 p형 반도체층인 경우에는, 상기 제2도전형 전극(156)은 n형 전극이 되는 것도 가능하다.
그 다음에, 상기 성장기판(159)을 제거하여 복수의 반도체 발광소자를 구비한다. 예를 들어, 성장기판(1059)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다(도 5d).
이후에, 유체가 채워진 챔버에서 반도체 발광소자들(150)이 기판에 안착되는 단계가 진행된다(도 5e).
예를 들어, 유체가 채워진 챔버 속에 상기 반도체 발광소자들(150) 및 기판을 넣고 유동, 중력, 표면 장력 등을 이용하여 상기 반도체 발광소자들이 상기 기판(1061)에 스스로 조립되도록 한다. 이 경우에, 상기 기판은 조립기판(161)이 될 수 있다.
다른 예로서, 상기 조립기판(161) 대신에 배선기판을 유체 챔버 내에 넣어, 상기 반도체 발광소자들(150)이 배선기판에 바로 안착되는 것도 가능하다. 이 경우에, 상기 기판은 배선기판이 될 수 있다. 다만, 설명의 편의상, 본 발명에서는 기판이 조립기판(161)으로서 구비되어 반도체 발광소자들(1050)이 안착되는 것을 예시한다.
반도체 발광소자들(150)이 조립 기판(161)에 안착하는 것이 용이하도록, 상기 조립 기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(150)이 끼워지는 셀들 (미도시)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 조립기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(150)이 배선전극에 얼라인되는 위치에 상기 반도체 발광소자들 (150)이 안착되는 셀들이 형성된다. 상기 반도체 발광소자들(150)은 상기 유체 내에서 이동하다가, 상기 셀들에 조립된다.
상기 조립기판(161)에 복수의 반도체 발광소자들이 어레이된 후에, 상기 조립기판(161)의 반도체 발광소자들을 배선기판으로 전사하면, 대면적의 전사가 가능하게 된다. 따라서, 상기 조립기판(161)은 임시기판으로 지칭될 수 있다.
한편, 상기에서 설명된 자가조립 방법은 대화면 디스플레이의 제조에 적용하려면, 전사수율을 높여야만 한다. 본 발명에서는 전사수율을 높이기 위하여, 중력이나 마찰력의 영향을 최소화하고, 비특이적 결합을 막는 방법과 장치를 제안한다.
이 경우, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 반도체 발광소자에 자성체를 배치시켜 자기력을 이용하여 반도체 발광소자를 이동시키고, 이동과정에서 전기장을 이용하여 상기 반도체 발광소자를 기 설정된 위치에 안착시킨다. 이하에서는, 이러한 전사 방법과 장치에 대하여 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치의 일 예를 나타내는 개념도이고, 도 7은 도 6의 자가조립 장치의 블록 다이어그램이다. 또한, 도 8a 내지 도 8e는 도 6의 자가조립 장치를 이용하여 반도체 발광소자를 자가조립 하는 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/Ti의 적층, Ag 페이스트 및 ITO 등으로 형성될 수 있다.
상기 유전체층(161b)은, SiO2, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, HfO2 등의 무기 물질로 이루어질 있다. 이와 다르게, 유전체층(161b)은, 유기 절연체로서 단일층이거나 멀티층으로 구성될 수 있다. 유전체층(161b)의 두께는, 수십 nm~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, 제2 도전형 반도체층(1055)과 맞닿도록 배치될 수 있다. 이 경우, 제1층(1056a)은, 제2층(1056b)과 제2도전형 반도체층(1055) 사이에 배치된다. 상기 제2층 (1056b)은 배선기판의 제2전극과 연결되는 컨택 메탈이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 자성체는 상기 제1도전형 반도체층의 일면에 배치될 수 있다.
다시 도 6 및 도 7을 참조하면, 보다 구체적으로, 상기 자가조립 장치는 상기 유체 챔버의 상부에 x,y,z 축으로 자동 또는 수동으로 움직일 수 있는 자석 핸들러를 구비하거나, 상기 자석(163)을 회전시킬 수 있는 모터를 구비할 수 있다. 상기 자석 핸들러 및 모터는 상기 위치 제어부(164)를 구성할 수 있다. 이를 통하여, 상기 자석(163)은 상기 기판(161)과 수평한 방향, 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하게 된다.
한편, 상기 유체 챔버(162)에는 광투과성의 바닥판(166)이 형성되고, 상기 반도체 발광소자들은 상기 바닥판(166)과 상기 기판(161)의 사이에 배치될 수 있다. 상기 바닥판(166)을 통하여 상기 유체 챔버(162)의 내부를 모니터링하도록, 이미지 센서(167)가 상기 바닥판(166)을 바라보도록 배치될 수 있다. 상기 이미지 센서(167)는 제어부(172)에 의하여 제어되며, 기판(161)의 조립면을 관찰할 수 있도록 inverted type 렌즈 및 CCD 등을 구비할 수 있다.
상기에서 설명한 자가조립 장치는 자기장과 전기장을 조합하여 이용하도록 이루어지며, 이를 이용하면, 상기 반도체 발광소자들이 상기 자석의 위치변화에 의하여 이동하는 과정에서 전기장에 의하여 상기 기판의 기설정된 위치에 안착될 수 있다. 이하, 상기에서 설명한 자기조립 장치를 이용한 조립과정에 대하여 보다 상세히 설명한다.
먼저, 도 5a 내지 도 5c에서 설명한 과정을 통하여 자성체를 구비하는 복수의 반도체 발광소자들(1050)을 형성한다. 이 경우에, 도 5c의 제2도전형 전극을 형성하는 과정에서, 자성체를 상기 반도체 발광소자에 증착할 수 있다.
다음으로, 기판(161)을 조립위치로 이송하고, 상기 반도체 발광소자들 (1050)을 유체 챔버(162)에 투입한다(도 8a).
전술한 바와 같이, 상기 기판(161)의 조립위치는 상기 기판(161)의 상기 반도체 발광소자들(1050)이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 상기 유체 챔버(162)에 배치되는 위치가 될 수 있다.
이 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050) 중 일부는 유체 챔버(162)의 바닥에 가라앉고 일부는 유체 내에 부유할 수 있다. 상기 유체 챔버(162)에 광투과성의 바닥판(166)이 구비되는 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050) 중 일부는 바닥판(166)에 가라앉을 수 있다.
다음으로, 상기 유체 챔버(162) 내에서 상기 반도체 발광소자들(1050)이 수직방향으로 떠오르도록 상기 반도체 발광소자들(1050)에 자기력을 가한다(도 8b).
상기 자가조립 장치의 자석(163)이 원위치에서 상기 기판(161)의 조립면의 반대면으로 이동하면, 상기 반도체 발광소자들(1050)은 상기 기판(161)을 향하여 상기 유체 내에서 떠오르게 된다. 상기 원위치는 상기 유체 챔버(162)로부터 벗어난 위치가 될 수 있다. 다른 예로서, 상기 자석(163)이 전자석으로 구성될 수 있다. 이 경우에는 전자석에 전기를 공급하여 초기 자기력을 생성하게 된다.
한편, 본 예시에서, 상기 자기력의 크기를 조절하면 상기 기판(161)의 조립면과 상기 반도체 발광소자들(1050)의 이격거리가 제어될 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 발광소자들(1050)의 무게, 부력 및 자기력을 이용하여 상기 이격거리를 제어한다. 상기 이격거리는 상기 기판의 최외각으로부터 수 밀리미터 내지 수십 마이크로미터가 될 수 있다.
다음으로, 상기 유체 챔버(162) 내에서 상기 반도체 발광소자들(1050)이 일방향을 따라 이동하도록, 상기 반도체 발광소자들(1050)에 자기력을 가한다. 예를 들어, 상기 자석(163)을 상기 기판과 수평한 방향, 시계방향 또는 반시계방향으로 이동한다(도 8c). 이 경우에, 상기 반도체 발광소자들(1050)은 상기 자기력에 의하여 상기 기판(161)과 이격된 위치에서 상기 기판(161)과 수평한 방향으로 따라 이동하게 된다.
다음으로, 상기 반도체 발광소자들(1050)이 이동하는 과정에서 상기 기판(161)의 기설정된 위치에 안착되도록, 전기장을 가하여 상기 반도체 발광소자들(1050)을 상기 기설정된 위치로 유도하는 단계가 진행된다(도 8c). 예를 들어, 상기 반도체 발광소자들(1050)이 상기 기판(161)과 수평한 방향으로 따라 이동하는 도중에 상기 전기장에 의하여 상기 기판(161)과 수직한 방향으로 이동하여 상기 기판(161)의 기설정된 위치에 안착된다.
보다 구체적으로, 기판(161)의 bi-planar 전극에 전원을 공급하여 전기장을 생성하고, 이를 이용하여 기설정된 위치에서만 조립이 되도록 유도한게 된다. 즉 선택적으로 생성한 전기장을 이용하여, 반도체 발광소자들(1050)이 상기 기판(161)의 조립위치에 스스로 조립되도록 한다. 이를 위하여, 상기 기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(1050)이 끼워지는 셀들이 구비될 수 있다.
이후에, 상기 기판(161)의 언로딩 과정이 진행되며, 조립 공정이 완료된다. 상기 기판(161)이 조립 기판인 경우에, 전술한 바와 같이 어레인된 반도체 발광소자들을 배선기판으로 전사하여 디스플레이 장치를 구현하기 위한 후공정이 진행될 수 있다.
한편, 상기 반도체 발광소자들(1050)을 상기 기설정된 위치로 유도한 후에, 상기 유체 챔버(162) 내에 남아있는 반도체 발광소자들(1050)이 상기 유체 챔버(162)의 바닥으로 떨어지도록 상기 자석(163)을 상기 기판(161)과 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다(도 8d). 다른 예로서, 상기 자석(163)이 전자석인 경우에 전원공급을 중단하면, 상기 유체 챔버(162) 내에 남아있는 반도체 발광소자들(1050)이 상기 유체 챔버(162)의 바닥으로 떨어지게 된다.
이후에, 상기 유체 챔버(162)의 바닥에 있는 반도체 발광소자들(1050)을 회수하면, 상기 회수된 반도체 발광소자들(1050)의 재사용이 가능하게 된다.
상기에서 설명된 자가조립 장치 및 방법은 fluidic assembly에서 조립 수율을 높이기 위해 자기장을 이용하여 먼거리의 부품들을 미리 정해진 조립 사이트 근처에 집중시키고, 조립 사이트에 별도 전기장을 인가하여 조립 사이트에만 선택적으로 부품이 조립되도록 한다. 이때 조립기판을 수조 상부에 위치시키고 조립면이 아래로 향하도록 하여 부품의 무게에 의한 중력 영향을 최소화하면서 비특이적 결합을 막아 불량을 제거한다. 즉, 전사수율을 높이기 위해 조립 기판을 상부에 위치시켜 중력이나 마찰력 영향을 최소화하며, 비특이적 결합을 막는다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 개별화소를 반도체 발광소자로 형성하는 디스플레이 장치에서, 다량의 반도체 발광소자를 한번에 조립할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 작은 크기의 웨이퍼 상에서 반도체 발광소자를 다량으로 화소화시킨 후 대면적 기판으로 전사시키는 것이 가능하게 된다. 이를 통하여, 저렴한 비용으로 대면적의 디스플레이 장치를 제작하는 것이 가능하게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 자가 조립 공정의 수율 및 자가 조립 이후 공정 수율을 높이기 위한 조립 기판의 구조 및 방법을 제공한다. 본 발명은 상기 기판(161)이 조립 기판으로 사용될 때로 한정된다. 즉, 후술할 조립 기판은 디스플레이 장치의 배선 기판으로 사용되는 것이 아니다. 이에, 이하에서는 상기 기판(161)을 조립 기판(161)이라 칭한다.
본 발명은 두 가지 관점에서 공정 수율을 향상시킨다. 첫 번째, 본 발명은 원하지 않는 위치에 전기장이 강하게 형성되어, 반도체 발광소자가 원하지 않는 위치에 안착되는 것을 방지한다. 두 번째, 본 발명은 조립 기판에 안착된 반도체 발광소자들을 다른 기판으로 전사할 때, 반도체 발광소자가 조립 기판 상에 잔류하는 것을 방지한다.
상술한 해결과제는 서로 다른 구성 요소에 의해 개별적으로 달성되는 것이 아니다. 상술한 두 가지 해결과제는 후술할 구성요소와 기 설명한 조립 기판 (161)의 유기적인 결합에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 자가 조립 후 디스플레이 장치를 제조하기 위한 후공정에 대하여 설명한다.
도 10a 내지 10c는 본 발명에 따른 자가 조립 공정 후 반도체 발광소자가 전사되는 모습을 나타내는 개념도들이다.
도 8a 내지 8e에서 설명한 자가 조립 공정이 종료되면, 조립 기판(161)의 기설정된 위치에는 반도체 발광소자들이 안착된 상태가 된다. 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들은 적어도 한 번 다른 기판으로 전사된다. 본 명세서에서는 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들이 2회 전사되는 일 실시 예에 대하여 설명하지만 이에 한정되지 않고, 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들은 1회 또는 3회 이상 다른 기판으로 전사될 수 있다.
한편, 자가 조립 공정이 종료된 직후에는 조립 기판(161)의 조립면이 하측 방향(또는 중력 방향)을 향하고 있는 상태이다. 자가 조립 후 공정을 위해 상기 조립 기판(161)은 반도체 발광소자가 안착된 상태로 180도 뒤집어질 수 있다. 이 과정에서 반도체 발광소자가 조립 기판(161)으로부터 이탈할 위험이 있기 때문에, 상기 조립 기판(161)을 뒤집는 동안 상기 복수의 전극들(161c, 이하 조립 전극들)에는 전압이 인가되어야 한다. 상기 조립 전극들간에 형성되는 전기장은 상기 조립 기판(161)이 뒤집어지는 동안 반도체 발광소자가 조립 기판(161)으로부터 이탈하는 것을 방지한다.
자가 조립 공정 후 조립 기판(161)을 180도로 뒤집으면 도 10a와 같은 형상이 된다. 구체적으로, 도 10a와 같이, 조립 기판(161)의 조립면은 상측(또는 중력의 반대 방향)을 향하는 상태가 된다. 이 상태에서, 전사 기판(400)이 상기 조립 기판(161) 상측에 얼라인 된다.
상기 전사 기판(400)은 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들을 이탈시켜 배선 기판으로 전사하기 위한 기판이다. 상기 전사 기판 (400)은 PDMS(polydimethylsiloxane) 재질로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전사 기판(400)은 PDMS 기판으로 지칭될 수 있다.
상기 전사 기판(400)은 상기 조립 기판(161)에 얼라인된 후 상기 조립 기판(161)에 압착된다. 이후, 상기 전사 기판(400)을 상기 조립 기판(161)의 상측으로 이송하면, 전사 기판(400)의 부착력에 의하여, 조립 기판(161)에 배치된 반도체 발광소자들(350)은 상기 전사 기판(400)으로 이동하게 된다.
이를 위해, 상기 반도체 발광소자(350)와 전사 기판(400)간의 표면 에너지는 상기 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간의 표면 에너지보다 높아야 한다. 상기 반도체 발광소자(350)와 전사 기판(400)간의 표면 에너지와 상기 반도체 발광소자(350)와 유전체층(161b) 간의 표면 에너지의 차이가 클수록, 반도체 발광소자(350)가 조립 기판(161)으로부터 이탈될 확률이 높아지므로, 상기 두 표면 에너지의 차이는 클수록 바람직하다.
한편, 상기 전사 기판(400)을 상기 조립 기판(161)에 압착시킬 때, 전사 기판(400)에 의해 가해지는 압력이 반도체 발광소자(350)에 집중되도록, 상기 전사 기판(400)은 복수의 돌기부(410)를 포함할 수 있다. 상기 돌기부(410)는 상기 조립 기판(161)에 안착된 반도체 발광소자들과 동일한 간격으로 형성될 수 있다. 상기 돌기부(410)가 상기 반도체 발광소자들(350)과 오버랩되도록 얼라인 한 후, 상기 전사 기판(400)을 조립 기판(161)에 압착시킬 경우, 전사 기판 (400)에 의한 압력이 반도체 발광소자들(350)에만 집중될 수 있다. 이를 통해, 본 발명은 반도체 발광소자가 조립 기판(161)으로부터 이탈될 확률을 증가시킨다.
한편, 상기 반도체 발광소자들이 상기 조립 기판(161)에 안착된 상태에서 반도체 발광소자의 일부는 홈 외부로 노출되는 것이 바람직하다. 반도체 발광소자들(350)이 홈 외부로 노출되지 않는 경우, 전사 기판(400)에 의한 압력이 반도체 발광소자들(350)에 집중되지 않아 반도체 발광소자(350)가 조립 기판(161)으로부터 이탈할 확률이 낮아질 수 있다.
마지막으로, 도 10c를 참조하면, 상기 전사 기판(400)을 배선 기판(500)에 압착시켜, 반도체 발광소자들(350)을 상기 전사 기판(400)에서 상기 배선 기판 (500)으로 전사시키는 단계가 진행된다. 이때, 상기 배선 기판(500)에는 돌출부(510)가 형성될 수 있다. 상기 전사 기판(400)에 배치된 반도체 발광소자들(350)과 상기 돌출부(510)가 오버랩되도록, 상기 전사 기판(400)과 상기 배선 기판(500)을 얼라인 시킨다. 이후, 상기 전사 기판(400)과 상기 배선 기판(500)을 압착시킬 경우, 상기 돌출부(510)로 인하여 상기 반도체 발광소자들(350)이 상기 전사 기판(400)으로부터 이탈할 확률이 증가할 수 있다.
한편, 전사 기판(400)에 배치된 반도체 발광소자들(350)이 배선 기판 (500)으로 전사되기 위해서는, 상기 반도체 발광소자(350)와 상기 배선 기판(500) 간의 표면 에너지가 상기 반도체 발광소자(350)와 전사 기판(400)간의 표면 에너지보다 높아야 한다. 상기 반도체 발광소자(350)와 상기 배선 기판 (500) 간의 표면 에너지와 상기 반도체 발광소자(350)와 전사 기판(400)간의 표면 에너지의 차이가 클수록, 반도체 발광소자(350)가 전사 기판(400)으로부터 이탈될 확률이 높아지므로, 상기 두 표면 에너지의 차이는 클수록 바람직하다.
상기 배선 기판(500)으로 상기 전사 기판(400)에 배치된 반도체 발광소자를(350) 모두 전사한 후, 상기 반도체 발광소자들(350)과 배선 기판에 형성된 배선 전극 간에 전기적 연결을 형성하는 단계가 진행될 수 있다. 상기 배선 전극의 구조 및 전기적 연결을 형성하는 방법은 반도체 발광소자(350)의 종류에 따라 달라질 수 있다.
한편, 도시되지 않았지만, 상기 배선 기판(500)에는 이방성 전도성 필름이 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 전사 기판(400)과 상기 배선 기판(500)을 압착시키는것 만으로 반도체 발광소자들(350)과 배선 기판(500)에 형성된 배선 전극들간에 전기적 연결이 형성될 수 있다.
한편, 서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하는 경우, 도 10a 내지 10c에서 설명한 방법은 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 이하, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 11 내지 13은 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자를 포함하는 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들은 서로 다른 조립 기판에 개별적으로 조립될 수 있다. 구체적으로, 상기 조립 기판(161)은 제1색을 발광하는 반도체 발광소자들이 안착되는 제1조립 기판, 상기 제1색과 다른 제2색을 발광하는 반도체 발광소자들이 안착되는 제2조립 기판, 상기 제1색 및 제2색과 다른 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들이 안착되는 제3조립 기판을 포함할 수 있다. 각각의 조립 기판에는 도 8a 내지 8e에서 설명한 방법에 따라, 서로 다른 종류의 반도체 발광소자들이 조립된다. 예를 들어, 제1 내지 제3조립 기판 각각에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 발광하는 반도체 발광소자 각각이 조립될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 내지 제3조립 기판(RED TEMPLATE, GREEN TEMPLATE, BLUE TEMPLATE) 각각에 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각이 조립될 수 있다. 이 상태에서, 상기 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각은 서로 다른 전사 기판에 의해 배선 기판으로 전사될 수 있다.
구체적으로, 조립 기판에 안착된 반도체 발광소자들을 배선 기판으로 전사하는 단계는, 상기 제1조립 기판(RED TEMPLATE)에 제1전사 기판 (스탬프(R))을 압착시켜, 상기 제1색을 발광하는 반도체 발광소자들(RED 칩)을 상기 제1조립 기판(RED TEMPLATE)에서 상기 제1전사 기판(스탬프(R))으로 전사시키는 단계, 상기 제2조립 기판(GREEN TEMPLATE)에 제2전사 기판 (스탬프(G))을 압착시켜, 상기 제2색을 발광하는 반도체 발광소자들(GREEN 칩)을 상기 제2조립 기판(GREEN TEMPLATE)에서 상기 제2전사 기판(스탬프(G))으로 전사시키는 단계 및 상기 제3조립 기판(BLUE TEMPLATE)에 제3전사 기판 (스탬프(B))을 압착시켜, 상기 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들(BLUE 칩)을 상기 제3조립 기판(BLUE TEMPLATE)에서 상기 제3전사 기판(스탬프(B))으로 전사시키는 단계를 포함할 수 있다.
이후, 상기 제1 내지 제3전사 기판 각각을 상기 배선 기판에 압착시켜, 상기 제1 내지 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들을 상기 제1 내지 제3전사 기판 각각에서 상기 배선 기판으로 전사시키는 단계가 진행된다.
도 11에 따른 제조방법에 따르면, RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하기 위해 세 종류의 조립 기판 및 세 종류의 전사 기판을 필요로 한다.
이와 달리, 도 12를 참조하면, 제1 내지 제3조립 기판(RED TEMPLATE, GREEN TEMPLATE, BLUE TEMPLATE) 각각에 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각이 조립될 수 있다. 이 상태에서, 상기 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각은 동일한 전사 기판에 의해 배선 기판으로 전사될 수 있다.
구체적으로, 상기 조립 기판 상에 안착된 반도체 발광소자들을 배선 기판으로 전사하는 단계는, 상기 제1조립 기판(RED TEMPLATE)에 전사 기판(RGB 통합 스탬프)을 압착시켜, 상기 제1색을 발광하는 반도체 발광소자들(RED 칩)을 상기 제1조립 기판(RED TEMPLATE)에서 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)으로 전사시키는 단계, 상기 제2조립 기판(GREEN TEMPLATE)에 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)을 압착시켜, 상기 제2색을 발광하는 반도체 발광소자들(GREEN 칩)을 상기 제2조립 기판(GREEN TEMPLATE)에서 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)으로 전사시키는 단계, 상기 제3조립 기판(BLUE TEMPLATE)에 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)을 압착시켜, 상기 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들(BLUE 칩)을 상기 제3조립 기판(BLUE TEMPLATE)에서 상기 전사 기판(RGB 통합 스탬프)으로 전사시키는 단계를 포함한다.
이 경우, 상기 제1 내지 제3조립 기판 각각과 상기 전사 기판 간의 얼라인 위치가 서로 달라질 수 있다. 예를 들어, 조립 기판과 전사 기판 간의 얼라인이 완료되었을 때, 상기 제1조립 기판에 대한 상기 전사 기판의 상대적 위치와 상기 제2조립 기판에 대한 상기 전사 기판의 상대적 위치는 서로 다를 수 있다. 상기 전사 기판은 조립 기판의 종류가 바뀔 때마다, SUB PIXEL의 PITCH 만큼 얼라인 위치를 쉬프트할 수 있다. 이러한 방식을 통해, 상기 전사 기판을 상기 제1 내지 제3조립 기판에 순차적으로 압착시켰을 때, 세 종류의 칩이 모두 상기 전사 기판으로 전사되도록 할 수 있다.
이 후, 도 11과 마찬가지로, 상기 전사 기판을 상기 배선 기판에 압착시켜, 상기 제1 내지 제3색을 발광하는 반도체 발광소자들을 상기 전사 기판에서 상기 배선 기판으로 전사시키는 단계가 진행된다.
도 12에 따른 제조방법에 따르면, RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하기 위해 세 종류의 조립 기판 및 한 종류의 전사 기판을 필요로 한다.
상술한 도 11 및 12와는 달리, 도 13에 따르면, 하나의 조립 기판(RGB 통합 TEMPLATE)에 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각이 조립될 수 있다. 이 상태에서, 상기 RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩 각각은 동일한 전사 기판(RGB 통합 스탬프)에 의해 배선 기판으로 전사될 수 있다.
도 13에 따른 제조방법에 따르면, RED 칩, GREEN 칩, BLUE 칩을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하기 위해 한 종류의 조립 기판 및 한 종류의 전사 기판을 필요로 한다.
상술한 바와 같이, 서로 다른 색을 발광하는 반도체 발광소자들을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하는 경우, 그 제조방법은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
본 발명은 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들(이하, 적색, 녹색 및 청색을 발광하는 반도체 발광소자들)을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하는 방법과 이에 사용되는 기판에 관한 것이다. 이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
먼저, 도 14a 및 도 14b를 참조하여, 종래 디스플레이 장치의 제조방법과 이에 사용되는 기판 구조에 대해 설명한다.
도 14a는 종래 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 기판의 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 14b는 도 14a의 AA'을 취한 단면도이다.
본 발명에서, 디스플레이 장치의 제조에 사용되는 기판은 반도체 발광소자들이 도 8a 내지 도 8e에 따른 자가조립 방식에 의해 1차적으로 전사되는 기판(이하, 도너기판)을 의미한다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 종래 도너기판(261)은 전술한 조립기판(161)과 같이 베이스부(261a), 유전체층(261b), 조립 전극들(261c) 및 격벽(261e)에 의해 구획되는 복수의 셀들(261d)을 포함한다.
베이스부(261a) 상에는 자가조립 시 전기장을 형성하기 위해 전압이 인가되는 조립 전극들(261c)이 배치될 수 있다. 조립 전극들(261c)은 일 방향으로 연장된 라인 전극일 수 있다.
복수의 셀들(261d)은 조립 전극들(261c)과 오버랩 되도록 배치될 수 있다. 특히, 복수의 셀들(261d)은 인접 배치된 2개의 조립 전극들(261c)(이하, 페어 전극(261c'))과 동시에 오버랩 되도록 배치되어 페어 전극(261c')에 전압이 인가됨에 따라 셀들(261d) 내부에 전기장이 형성될 수 있으며, 따라서 반도체 발광소자들(250)은 유전영동(dielectrophoresis, DEP)에 의해 셀들(261d) 내부에 안착될 수 있다.
복수의 셀들(261d)은 복수의 열 및 행으로 배치되며, 동일한 색상을 발광하는 반도체 발광소자들(250)은 각각 동일한 열 또는 행에 배치된 셀들(261d) 내부에 안착될 수 있다. 이 때, 열 또는 행은 조립 전극들(261c)의 연장 방향을 의미할 수 있다. 즉, 동일한 색상을 발광하는 반도체 발광소자들(250)은 조립 전극들(261c)의 연장 방향을 따라 배치된 셀들(261d) 내부에 안착될 수 있다. 한편, 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들(250)은 각각 동일한 행 또는 열을 따라 배치된 셀들(261d) 내부에 안착될 수 있다. 즉, 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들(250)은 조립 전극들(261c)의 연장 방향과 교차하는 방향(바람직하게는, 수직하는 방향)을 따라 배치된 셀들(261d) 내부에 안착될 수 있다.
한편, 종래에는 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하기 위해, 동일한 색상을 발광하는 반도체 발광소자들 별로 자가조립이 진행되었다. 자세하게, 적색을 발광하는 반도체 발광소자들(이하, 적색 반도체 발광소자들)을 셀들에 안착시키기 위해 적색 반도체 발광소자들이 안착되는 셀들과 오버랩 되는 페어 전극들에 전압을 인가하는 단계, 녹색을 발광하는 반도체 발광소자들(이하, 녹색 반도체 발광소자들)을 셀들에 안착시키기 위해 녹색 반도체 발광소자들이 안착되는 셀들과 오버랩 되는 페어 전극들에 전압을 인가하는 단계 및 청색을 발광하는 반도체 발광소자들(이하, 청색 반도체 발광소자들)을 셀들에 안착시키기 위해 청색 반도체 발광소자들이 안착되는 셀들과 오버랩 되는 페어 전극들에 전압을 인가하는 단계가 순차적으로 진행되었다.
또는 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들을 서로 다른 형상으로 디자인하여, 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들에 대해 동시에 자가조립이 진행되었다.
그러나 종래 방식에 따르면 전기장을 형성하기 위해 모든 페어 전극들에는 동일한 주파수의 전압 신호가 인가되었으며, 이에 인접한 페어 전극으로부터 누설되는 전기장에 의해 자가조립 시 혼색(예를 들어, 적색 반도체 발광소자가 녹색 반도체 발광소자가 안착되는 셀에 조립되는 경우)이 발생하는 문제가 있었고, 이는 조립율 저하의 원인이 되었다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 전기장 구배를 갖는 도너기판과, 이를 이용하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자들을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 제안한다.
도 15는 본 발명에 따른 디스플레이 장치 제조에 사용되는 기판의 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 16a, 도 16b 및 도 17은 본 발명에 따른 디스플레이 장치 제조에 사용되는 기판의 다른 실시예들을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따르면, 도너기판(1000)은 베이스부(1010), 페어 전극들(1020), 유전체층(1030), 격벽부(1040) 및 격벽부(1040)에 의해 형성(또는 구획)되는 셀들(1041)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 도너기판(1000)을 설명함에 있어, 종래 조립기판(161) 및 도너기판(261) 구조와 중복되는 내용은 생략한다.
베이스부(1010)는 절연성 있는 소재를 포함한 것일 수 있다. 예를 들어, 베이스부(1010)는 유리, 쿼츠, 또는 폴리이미드(polyimide, PI)와 같은 폴리머 재질을 포함할 수 있으며, 재질에 따라 리지드 기판 또는 플랙서블 기판이 될 수 있다.
베이스부(1010) 상에는 페어 전극들(1020)이 배치될 수 있다. 페어 전극들(1020)은 일 방향으로 연장된 라인 형태의 조립 전극들(1021) 2개로 구성되며, 전기장을 형성하기 위한 전압이 인가될 수 있다. 페어 전극들(1020)은 Ag, Al, Mo, Ti, Cu 등과 같은 비저항 금속들 중 1 또는 2 이상으로 형성되어 전압 신호를 전달할 수 있다.
본 발명에 따르면, 도너기판(1000)이 전기장 구배를 갖도록 하기 위해, 페어 전극들(1020)은 베이스부(1010) 상에 상이한 간격으로 배치될 수 있다. 이와 관련한 자세한 설명은 후술한다.
또한, 베이스부(1010) 상에는 페어 전극들(1020)을 덮도록 유전체층(1030)이 형성될 수 있다. 유전체층(1030)은 SiO 2, SiN x, Al 2O 3, TiO 2, HfO 2 등과 같이 높은 유전율을 갖는 무기 절연물질로 형성되어, 자가조립 시 반도체 발광소자들(1100)은 유전영동에 의해 유체 중에서 거동할 수 있다. 유전체층(1030)은 수십 nm 내지 수 um의 두께로 형성될 수 있다.
유전체층(1030) 상에는 격벽부(1040)가 형성될 수 있다. 격벽부(1040)는 SiO 2, SiN x, Al 2O 3, TiO 2, HfO 2 등과 같이 높은 유전율을 갖는 무기 절연물질로 형성되거나 또는 폴리머 재질로 형성될 수 있으며, 유전체층(1030)과 격벽부(1040)는 동일한 재질로 형성될 수 있다. 격벽부(1040)는 수 내지 수십 um의 두께로 형성될 수 있다.
구체적으로, 격벽부(1040)는 복수의 셀들(1041)을 형성하면서 유전체층(1030) 상에 형성될 수 있다. 셀들(1041)은 페어 전극들(1020)의 연장 방향을 따라 형성되어, 매트릭스 배열로 배치될 수 있다. 또한, 셀들(1041)은 페어 전극들(1020)과 오버랩 되도록 배치되어, 페어 전극들(1020)에 전압이 인가됨에 따라 셀들(1041) 내부에는 전기장이 형성되며, 반도체 발광소자들(1100)이 안착될 수 있다. 또한, 셀들(1041)은 셀들(1041) 내부에 안착되는 반도체 발광소자들(1100)과 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 전술한 것과 같이, 본 발명에 따른 도너기판(1000)에는 페어 전극들(1020)이 상이한 간격으로 배치될 수 있다. 도 15 내지 도 17을 참조하면, 페어 전극들(1020)은 제1간격(d 1)으로 배치된 제1 페어 전극들(pair 1), 제2간격(d 2)으로 배치된 제2 페어 전극들(pair 2) 및 제3간격(d 3)으로 배치된 제3 페어 전극들(pair 3)을 포함할 수 있으며, 제1 페어 전극들(pair 1), 제2 페어 전극들(pair 2) 및 제3 페어 전극들(pair 3)은 도면과 같이 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들(1100)을 조립하기 위한 전극들일 수 있다.
페어 전극들(1020) 간의 간격은 페어 전극들(1020)에 의해 형성되는 전기장의 세기에 영향을 미칠 수 있다. 자세하게, 페어 전극들(1020) 간의 간격이 좁을수록 강한 세기의 전기장이 형성되고, 페어 전극들(1020) 간의 간격이 넓을수록 약한 세기의 전기장이 형성될 수 있다. 따라서, 도면에서, 제1 페어 전극들(pair 1)에 의해 형성되는 전기장의 세기는, 제2 페어 전극들(pair 2) 및 제3 페어 전극들(pair 3)에 의해 형성되는 전기장의 세기보다 강할 수 있으며, 특히, 제3 페어 전극들(pair 3)에 의해 형성되는 전기장의 세기는 가장 약할 수 있다.
또한, 단위 화소를 형성하기 위해, 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들의 조립이 이루어지는 제1 페어 전극들(pair 1), 제2 페어 전극들(pair 2) 및 제3 페어 전극들(pair 3)은 교대로 배치될 수 있다. 이 때, 개별 조립 전극(1021)은 도 15와 같이 하나의 페어 전극(1020) 형성에만 관여하거나, 또는 도 16 및 도 17과 같이 2개의 페어 전극들(1020) 형성에 관여(즉, 인접 배치된 2개의 페어 전극들(1020) 간에 하나의 조립 전극(1021)을 공유)할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 페어 전극들(1020) 간의 간격에 따라 페어 전극들(1020)과 오버랩 되는 셀들(1041)은 상이한 형상(크기를 포함하는 개념)을 가질 수 있다. 도 15 내지 도 17과 같이, 셀들(1041)은 제1형상을 가지며 제1 페어 전극들(pair 1)과 오버랩 되는 제1 셀들(cell 1), 제2형상을 가지며 제2 페어 전극들(pair 2)과 오버랩 되는 제2 셀들(cell 2) 및 제3형상을 가지며 제3 페어 전극들(pair 3)과 오버랩 되는 제3 셀들(cell 3)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 셀들(1041)은 원형, 타원형, 또는 로드(rod) 등의 형상으로 형성될 수 있다.
도면을 참조하면, 제1 내지 제3 셀들(cell 1, cell 2, cell 3)은 페어 전극들(1020)의 배치 간격에 따라 서로 다른 크기로 형성될 수 있으며, 제1 셀들(cell 1)의 크기가 가장 작고, 제3 셀들(cell 3)의 크기가 가장 클 수 있다. 또한, 제1 내지 제3 셀들(cell 1, cell 2, cell 3)에는 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들(1100)이 안착될 수 있으며, 따라서 적색 반도체 발광소자, 녹색 반도체 발광소자 및 청색 반도체 발광소자는 각각 제1 내지 제3 셀들 중 어느 하나에 대응되는 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 셀들(cell 1), 제2 셀들(cell 2) 및 제3 셀들(cell 3)은 각각 상이한 간격으로 배치된 페어 전극들(1020)과 오버랩 되므로, 각각의 셀들(1041) 내부에는 상이한 세기의 전기장이 형성될 수 있다. 이 때, 반도체 발광소자들(1100)의 크기는 페어 전극들(1020)의 간격에 따른 유전영동과 보상관계를 가질 수 있으며, 따라서, 전기장을 이용하여 반도체 발광소자들(1100)을 자가조립 하는 것이 가능하게 된다.
한편, 도너기판(1000)이 전기장 구배를 갖도록 하기 위해, 페어 전극들(1020)을 상이한 간격으로 배치하는 것 외에 유전체층(1030) 및/또는 격벽부(1040)의 소재 및/또는 두께를 상이하게 구성하여 유전율을 조절하는 것도 가능하다.
한편, 본 발명에 따르면, 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들은 상이한 주파수에서 자가조립이 이루어질 수 있다. 이하에서는, 도 18을 참조하여, 이와 관련된 구조에 대해 설명한다.
도 18은 도 15에 따른 기판에 전극패드가 연결된 구조를 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 도너기판(1000)은 페어 전극들(1020)에 전압을 인가하는 전극 패드를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극 패드(1200)는 도너 기판(1000)의 양단에 형성될 수 있다. 전극 패드(1200)는 페어 전극(1020) 중 어느 하나의 전극(1021a)과 연결되어 제1 신호를 인가하는 제1 전극 패드(1210)와 페어 전극(1020) 중 다른 하나의 전극(1021b)과 연결되어 제2 신호를 인가하는 제2 전극 패드(1220)를 포함할 수 있다. 제1 전극 패드(1210)에서 인가되는 제1 신호와 제2 전극 패드(1220)에서 인가되는 제2 신호는 서로 다른 극성의 신호일 수 있으며, 따라서 페어 전극(1020)에는 소정 주파수의 교류 전압이 인가될 수 있다. 제1 신호와 제2 신호의 극성은 가변될 수 있다.
제1 전극 패드(1210) 및 제2 전극 패드(1220)는 페어 전극 그룹 별로 연결될 수 있도록 복수 개로 구비될 수 있다. 즉, 도 18과 같이, 제1 전극 패드(1210) 및 제2 전극 패드(1220)는 제1 페어 전극들(pair 1)과 연결되는 패드(1210-1, 1220-1), 제2 페어 전극들(pair 2)과 연결되는 패드(1210-2, 1220-2) 및 제3 페어 전극들(pair 3)과 연결되는 패드(1210-3, 1220-3)가 구비될 수 있으며, 제1 페어 전극들(pair 1), 제2 페어 전극들(pair 2) 및 제3 페어 전극들(pair 3)은 버스 라인을 통해 각각의 전극 패드와 연결될 수 있다.
이와 같이, 전극 패드는 페어 전극 그룹 별로 연결되므로, 각각의 페어 전극들에 인가되는 전압의 주파수를 분리할 수 있다. 본 발명에서는, 유전영동 특성이 상이한 반도체 발광소자들(n-DEP 및 p-DEP)을 이용하여, 분리된 주파수 별로 반도체 발광소자들(1100)을 조립할 수 있다.
이하에서는, 도 19 및 도 20을 참조하여 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조방법에 대해 설명한다.
도 19는 본 발명에 따른 디스플레이 장치를 제조하는 방법을 나타낸 도면이고, 도 20a 내지 도 20c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 반도체 발광소자들의 조립 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 장치를 제조하기 위해 도 8a 내지 도 8e에 나타난 유체 내에서 전기장 및 자기장을 이용한 자가조립 방식을 이용한다. 다만, 조립 기판으로 전술한 도너기판(1000)을 사용하며, 이에 일부 단계들이 변경될 수 있다.
본 발명에 따르면, 디스플레이 장치를 제조하기 위해, 먼저 유체가 담긴 챔버 내 반도체 발광소자들(1100)을 투입하고, 전기장을 형성하기 위한 전압이 인가되는 페어 전극들(1020) 및 반도체 발광소자들(1100)이 안착되는 셀들(1041)을 포함하는 도너기판(1000)을 조립 위치로 이송시키는 단계가 수행될 수 있다. 일 실시예로, 챔버 내 담긴 유체는 물, 바람직하게는 de-ionized water(DI water)이고, 도너기판(1000)은 중력 및 마찰력의 영향이 최소화될 수 있도록 챔버의 상측에 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 유체가 담긴 챔버 내에는 유전영동 특성이 상이한 반도체 발광소자들(1100)이 투입될 수 있다. 즉, 유체 챔버 내에는 n-DEP 특성을 갖는 반도체 발광소자들(1100n)과 p-DEP 특성을 갖는 반도체 발광소자들(1100p)이 투입될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들을 포함하는 디스플레이 장치를 제조하기 위해, 유체가 담긴 챔버 내에는 적색 반도체 발광소자들, 녹색 반도체 발광소자들 및 청색 반도체 발광소자들이 투입될 수 있으며, 동일한 색상을 발광하는 반도체 발광소자들은 동일한 유전영동 특성을 가질 수 있다. 이와 관련한 자세한 설명은 후술한다.
다음으로, 유체가 담긴 챔버 내 투입된 반도체 발광소자들(1100)이 일 방향을 따라 이동하도록 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 단계가 수행될 수 있다. 본 단계는 전술한 설명과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
다음으로, 이동하는 반도체 발광소자들(1100)이 셀들(1041)에 안착되도록 도너기판(1000)에 전기장을 형성하는 단계가 수행될 수 있다. 본 단계는 도너기판(1000)에 배치된 페어 전극들(1020)에 전압을 인가함으로써 수행될 수 있다. 구체적으로, 도너기판(1000)에는 제1간격(d 1)을 갖는 제1 페어 전극들(pair 1), 제2간격(d 2)을 갖는 제2 페어 전극들(pair 2) 및 제3간격(d 3)을 갖는 제3 페어 전극들(pair 3)이 배치될 수 있으며, 제1 내지 제3 페어 전극들은 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들을 조립하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 내지 제3 페어 전극들에는 각각 상이한 전압이 인가될 수 있으며, 상이한 전압은 상이한 주파수를 갖는 교류 전압을 의미할 수 있다. 예를 들어, 제1 페어 전극들(pair 1)에는 제1 주파수의 전압이 인가되고, 제2 페어 전극들(pair 2)에는 제2 주파수의 전압이 인가되며, 제3 페어 전극들(pair 3)에는 제3 주파수의 전압이 인가될 수 있다. 이 때, 제1 내지 제3 주파수는 서로 다른 주파수 범위를 의미할 수 있다. 제1 내지 제3 페어 전극들 중 일부에는 유사한 주파수 대역의 전압이 인가될 수도 있다. 즉, 본 발명에서, 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들은 상이한 주파수에서 조립될 수 있다.
본 발명에 따르면, 도너기판(1000)은 제1형상을 가지며 제1 페어 전극들(pair 1)과 오버랩 되는 제1 셀들(cell 1), 제2형상을 가지며 제2 페어 전극들(pair 2)과 오버랩 되는 제2 셀들(cell 2) 및 제3형상을 가지며 제3 페어 전극들(pair 3)과 오버랩 되는 제3 셀들(cell 3)을 포함할 수 있다. 반도체 발광소자들(1100)은 제1형상을 갖는 제1 반도체 발광소자들(1100a), 제2형상을 갖는 제2 반도체 발광소자들(1100b) 및 제3형상을 갖는 제3 반도체 발광소자들(1100c)을 포함할 수 있으며, 제1 내지 제3 반도체 발광소자들은 각각 대응되는 형상으로 형성된 제1 내지 제3 셀들에 안착될 수 있다. 제1 내지 제3 반도체 발광소자들은 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자들에 해당할 수 있다.
정리하면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 제조방법에서, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광소자들은 서로 다른 주파수의 전압에서 상기 반도체 발광소자들과 대응되는 형상을 갖는 셀들에 안착될 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 주파수에 따라 반도체 발광소자들(1100)을 셀들(1041)에 안착시킬 수 있도록 유전영동 특성이 상이한 반도체 발광소자들(1100)을 사용할 수 있다. 반도체 발광소자들(1100)의 유전영동 특성은 반도체 발광소자들의 부피(volume), 전기 전도도, 유전율 등에 의해 결정될 수 있다. 이들 중, 전기 전도도 및 유전율은 매질, 즉, 챔버 내 담긴 유체에 대한 상대적인 값으로 결정될 수 있다.
일 실시예로, 유체가 담긴 챔버 내에는 상기 유체보다 전기 전도도는 높고 유전율이 낮은 반도체 발광소자들과, 상기 유체보다 전기 전도도는 낮고 유전율이 높은 반도체 발광소자들이 투입될 수 있으며, 후자에 해당하는 반도체 발광소자들은 전자에 해당하는 반도체 발광소자들보다 큰 부피를 갖도록 형성될 수 있다. 다른 실시예로, 반도체 발광소자들(1100)은 표면을 덮는 패시베이션층을 포함할 수 있으며, 유체가 담긴 챔버 내에는 반도체 발광소자들(1100)이 유전율 차이를 갖도록 하기 위해 패시베이션층의 두께 및 소재 중 적어도 어느 하나가 상이한 반도체 발광소자들이 투입될 수 있다.
상기 반도체 발광소자들의 실시예들에 따르면, 소정 주파수 범위의 전압 신호에서 어느 하나는 p-DEP 특성을 가져 전기장이 강하게 형성된 쪽으로 이동하여 셀들(1041)에 안착되고, 다른 하나는 n-DEP 특성을 가져 셀들(1041)에 안착되지 않게 된다. 따라서, 특정 주파수에서 일부 반도체 발광소자들(1100)을 선택적으로 조립하는 것이 가능해진다. 한편, 반도체 발광소자들이 갖는 유전영동 특성은 전압 신호의 주파수 범위가 변경됨에 따라 상이해질 수 있다.
도 19를 참조하면, 제1 페어 전극들(pair 1)에 제1 주파수(예: 20kHz 이상의 고주파 대역)의 전압이 인가되면 제1 반도체 발광소자들(1100a)은 p-DEP 특성을 가져 제1 셀들(cell 1)에 안착되고, 제2 및 제3 반도체 발광소자들(1100b, 1100c)은 n-DEP 특성을 가져 제1 셀들(cell 1)에 안착되지 않을 수 있다. 반면, 제2 페어 전극들(pair 2) 및 제3 페어 전극들(pair 3)에 각각 제2 주파수 및 제3 주파수(예: 3kHz 이하의 저주파 대역)의 전압이 인가되면 제2 및 제3 반도체 발광소자들(1100b, 1100c)은 p-DEP 특성을 가져 제2 셀들(cell 2) 및 제3 셀들(cell 3)에 안착되고, 제1 반도체 발광소자들(1100a)은 n-DEP 특성을 가져 제2 및 제3 셀들(cell 2, cell 3)에 안착되지 않을 수 있다. 또한, 제2 및 제3 반도체 발광소자들(1100b, 1100c)은 반도체 발광소자들의 부피 및 페어 전극들의 간격 등에 따라 미리 설정된 위치로 유도되어 안착될 수 있다.
도 20a 내지 도 20c는 반도체 발광소자들의 다양한 구조에 따른 조립 주파수 특성을 나타낸 그래프이다. 도20a는 반도체 발광소자의 부피에 따른 조립 주파수 특성을 나타낸 것으로, 반도체 발광소자의 부피가 클수록 조립 주파수는 저주파 대역으로 이동할 수 있다. 도 20b는 반도체 발광소자의 패시베이션층의 두께에 따른 조립 주파수 특성을 나타낸 것으로, 패시베이션층의 두께가 두꺼울수록 조립 주파수는 저주파 대역으로 이동할 수 있다. 도 20c는 반도체 발광소자의 패시베이션층의 소재에 따른 주파수 특성을 나타낸 것으로, 패시베이션층이 유전율이 높은 소재로 형성되는 경우, 조립 주파수는 저주파 대역으로 이동할 수 있다.
전술한 본 발명은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.

Claims (12)

  1. 베이스부;
    일 방향으로 연장되며, 상기 베이스부 상에 배치된 페어 전극들;
    상기 베이스부 상에 상기 조립 전극들을 덮도록 형성된 유전체층;
    상기 유전체층 상에 형성된 격벽부; 및
    상기 격벽부에 의해 형성되며, 상기 페어 전극의 연장 방향을 따라 상기 페어 전극과 오버랩 되도록 배치된 셀들을 포함하고,
    상기 페어 전극들은 상이한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페어 전극들은, 제1간격으로 배치된 제1 페어 전극들;
    제2간격으로 배치된 제2 페어 전극들; 및
    제3간격으로 배치된 제3 페어 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀들은, 제1형상을 가지며, 상기 제1 페어 전극들과 오버랩 되는 제1 셀들;
    제2형상을 가지며, 상기 제2 페어 전극들과 오버랩 되는 제2 셀들; 및
    제3형상을 가지며, 상기 제3 페어 전극들과 오버랩 되는 제3 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 베이스부 상에는 상기 제1 페어 전극들, 제2 페어 전극들 및 제3 페어 전극들이 교대로 배치된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 페어 전극들에 전압을 인가하는 전극 패드를 더 포함하고,
    상기 전극 패드는, 상기 페어 전극 중 어느 하나의 전극과 연결되어 제1 신호를 인가하는 제1 전극 패드; 및
    상기 페어 전극 중 다른 하나의 전극과 연결되어 제2 신호를 인가하는 제2 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 페어 전극들, 제2 페어 전극들 및 제3 페어 전극들은 각각 서로 다른 제1 전극 패드 및 제2 전극 패드와 연결되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  7. 유체가 담긴 챔버 내 반도체 발광소자들을 투입하고, 상기 반도체 발광소자들이 안착되는 셀들을 포함하는 기판을 조립 위치로 이송시키는 단계;
    상기 반도체 발광소자들이 일 방향을 따라 이동하도록 상기 반도체 발광소자들에 자기력을 가하는 단계; 및
    상기 이동하는 반도체 발광소자들이 상기 셀들에 안착되도록 상기 기판에 전기장을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 기판은, 제1간격으로 배치된 제1 페어 전극들, 제2간격으로 배치된 제2 페어 전극들 및 제3간격으로 배치된 제3 페어 전극들을 포함하며,
    상기 제1 페어 전극들, 제2 페어 전극들 및 제3 페어 전극들에 상이한 전압을 인가하여 상기 기판에 전기장을 형성하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 페어 전극들, 제2 페어 전극들 및 제3 페어 전극들에는 상이한 주파수의 교류 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기판은, 제1형상을 가지며 상기 제1 페어 전극들과 오버랩 되는 제1 셀들, 제2형상을 가지며 상기 제2 페어 전극들과 오버랩 되는 제2 셀들 및 제3형상을 가지며 상기 제3 페어 전극들과 오버랩 되는 제3 셀들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들은, 제1형상을 갖는 제1 반도체 발광소자들, 제2형상을 갖는 제2 반도체 발광소자들 및 제3형상을 갖는 제3 반도체 발광소자들을 포함하고,
    상기 제1 반도체 발광소자, 제2 반도체 발광소자 및 제3 반도체 발광소자는 서로 다른 색상을 발광하는 반도체 발광소자인 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들은, 상기 유체보다 전기 전도도는 높고 유전율이 낮은 반도체 발광소자들과, 상기 유체보다 전기 전도도는 낮고 유전율이 높은 반도체 발광소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자들은 상기 반도체 발광소자들의 표면을 덮도록 형성된 패시베이션층을 포함하고,
    상기 반도체 발광소자들은, 상기 패시베이션층의 두께 및 소재 중 적어도 어느 하나가 상이한 반도체 발광소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치의 제조방법.
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