WO2022039309A1 - 디스플레이 장치 제조용 기판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 - Google Patents

디스플레이 장치 제조용 기판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치 Download PDF

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WO2022039309A1
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electrodes
substrate
light emitting
semiconductor light
assembly
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박창서
김명수
이진형
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엘지전자 주식회사
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    • H01L2224/95101—Supplying the plurality of semiconductor or solid-state bodies in a liquid medium

Definitions

  • the present invention relates to a substrate used for manufacturing a semiconductor light emitting device, in particular, a display device using a semiconductor light emitting device having a size of several to several tens of ⁇ m, and a display device including the substrate.
  • LCDs liquid crystal displays
  • OLEDs organic light emitting device displays
  • semiconductor light emitting device displays are competing to implement large-area displays in the display technology field.
  • micro LED semiconductor light emitting device having a cross-sectional area of 100 ⁇ m or less
  • very high efficiency can be provided because the display does not absorb light using a polarizing plate or the like.
  • millions of semiconductor light emitting devices are required to implement a large-area display, the transfer process is difficult compared to other types of displays.
  • micro LEDs can be transferred by pick-and-place, laser lift-off, or self-assembly.
  • the self-assembly method is the most advantageous method for realizing a large-area display device in a way in which the semiconductor light emitting devices find their own positions in a fluid.
  • the self-assembly method includes a method of directly assembling the semiconductor light emitting devices to the final substrate to be used in the product (direct transfer method) and a method of assembling the semiconductor light emitting devices on the assembly substrate and then transferring the semiconductor light emitting devices to the final substrate through an additional transfer process (hybrid transfer). method) is there.
  • the direct transfer method is efficient in terms of process, and the hybrid transfer method has an advantage in that structures for self-assembly can be added without limitation, so the two methods are selectively used.
  • One object of the present invention is to provide a substrate for manufacturing a display device having a structure capable of assembling an ultra-small semiconductor light emitting device and a display device.
  • the present invention provides a substrate for manufacturing a display device and a display device having a structure in which an electric field can be strongly formed during self-assembly.
  • a substrate for manufacturing a display device includes a base portion; first electrodes disposed on the base portion at predetermined intervals and extending in a first direction; a first dielectric layer formed on the base portion to cover the first electrodes; second electrodes disposed on the first dielectric layer and extending in a second direction crossing the first direction; and a barrier rib portion formed on the first dielectric layer to cover at least a portion of the second electrodes, wherein the barrier rib portion includes assembly holes formed to overlap the first electrodes and the second electrodes, and the second electrode It is characterized in that at least a portion overlapping with the assembly holes includes an opening formed to expose a portion of the first dielectric layer.
  • the opening is characterized in that it is formed in a form symmetrical with respect to the center of the bottom surface of the assembly hole or symmetrical with respect to an arbitrary line passing through the center of the bottom surface of the assembly hole.
  • the opening is characterized in that it is formed in 30% to 70% of the area of the bottom surface of the assembly hole.
  • the opening is provided in plurality.
  • the present invention it characterized in that it further comprises a second dielectric layer formed to cover the second electrodes between the second electrodes and the barrier rib portion.
  • a display device includes a substrate; semiconductor light emitting devices disposed on the substrate; and electrodes electrically connected to the semiconductor light emitting devices, wherein the substrate includes: a base; first electrodes disposed on the base portion at predetermined intervals and extending in a first direction; a first dielectric layer formed on the base portion to cover the first electrodes; second electrodes disposed on the first dielectric layer and extending in a second direction crossing the first direction; and a barrier rib portion formed on the first dielectric layer to partially cover the second electrodes, wherein the barrier rib portion includes assembly holes formed to overlap the first electrodes and the second electrodes, and the second electrode It is characterized in that at least a portion overlapping with the assembly holes includes an opening formed to expose a portion of the first dielectric layer.
  • the opening is characterized in that it is formed in a form symmetrical with respect to the center of the bottom surface of the assembly hole or symmetrical with respect to an arbitrary line passing through the center of the bottom surface of the assembly hole.
  • the opening is characterized in that it is formed in 30% to 70% of the area of the bottom surface of the assembly hole.
  • the opening is provided in plurality.
  • the barrier rib portion is formed to overlap a portion of the second electrodes, and a portion of the second electrodes is exposed through the assembly holes.
  • the substrate may include a planarization layer formed on the partition wall portion while filling the assembly holes; and third electrodes disposed on the planarization layer and extending in the first direction, wherein the semiconductor light emitting devices are seated in the assembly holes to be electrically connected to the second electrodes and the third electrodes characterized by being connected.
  • the semiconductor light emitting device includes: a first conductivity type electrode; a first conductivity type semiconductor layer formed on the first conductivity type electrode; an active layer formed on the first conductivity-type semiconductor layer; a second conductivity-type semiconductor layer formed on the active layer; and a second conductivity type electrode formed on the second conductivity type semiconductor layer, wherein the first conductivity type electrode is electrically connected to the second electrode, and the second conductivity type electrode is electrically connected to the third electrode characterized in that it is connected to
  • the second electrode is formed to include at least one material of Sn, Ag, Cu, Pb, Al, Bi, Cd, Fe, In, Ni, Sb, Zn, Co and Au. do.
  • the third electrodes are characterized in that formed as a transparent electrode.
  • the first electrodes are formed as a transparent electrode, and the first conductivity type electrode is formed along a peripheral portion of the first conductivity type semiconductor layer.
  • the distance between the assembled electrodes can be narrowed to within several ⁇ m without short circuit defects between adjacent assembled electrodes.
  • the assembled electrodes are arranged at intervals of within a few ⁇ m, a large dielectrophoretic force can be generated even under the same conditions.
  • durability of the assembled electrodes can be secured.
  • the assembled electrodes disposed on the upper side can be used as wiring electrodes, the semiconductor light emitting devices can be directly transferred to the wiring board.
  • 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 an 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 a view showing 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-assembling 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 semiconductor light emitting devices on a substrate using the self-assembly apparatus of FIG. 6 .
  • FIGS. 8A to 8E are diagrams illustrating an embodiment of a semiconductor light emitting device used in the self-assembly process of FIGS. 8A to 8E .
  • 10A to 10C are conceptual views for explaining another transfer process of the semiconductor light emitting device after the self-assembly process according to the present invention.
  • 11 to 13 are flowcharts illustrating a method of manufacturing a display device including semiconductor light emitting devices emitting red, green, and blue light.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating the inside of an assembly hole of a substrate for manufacturing a display device according to an exemplary embodiment.
  • 15 is a cross-sectional view illustrating the inside of an assembly hole of a substrate for manufacturing a display device according to an embodiment of the present invention.
  • 16A to 16D are views illustrating various embodiments of the opening of the second electrode according to the present invention.
  • 17 is a diagram illustrating processes of manufacturing a display device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a view showing processes of manufacturing a display device according to another embodiment of the present invention.
  • the display device described in this specification includes a mobile phone, a smart phone, a laptop computer, a digital broadcasting terminal, a personal digital assistant (PDA), a portable multimedia player (PMP), a navigation system, and a slate PC.
  • PDA personal digital assistant
  • PMP portable multimedia player
  • slate PC slate PC
  • slate PC tablet PC
  • ultrabook ultrabook
  • 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 an enlarged view of part A of the display device of FIG. 1
  • FIG. 3 is a view showing the semiconductor light emitting device of FIG. 2 It is an enlarged view
  • FIG. 4 is a 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 through the display module 140 .
  • the closed-loop case 101 surrounding the edge of the display module 140 may form a bezel of the display device 100 .
  • 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 unit 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 ⁇ m or less.
  • blue, red, and green colors are respectively provided in the light emitting region, and a unit pixel may be implemented 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 111 of the wiring board, and the upper n-type electrode 152 is connected to the n-electrode 112 and the upper side of the semiconductor light emitting device. may be electrically connected.
  • 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 252 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 flip chip type 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 light emitting diode is very small, unit pixels that emit light can be arranged in a high definition in the display panel, thereby realizing a high-definition display device.
  • 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 formed on the wafer must be transferred to a predetermined position on the substrate of the display panel.
  • There is a pick and place method as such transfer technology but the success rate is low and it requires a lot of time.
  • there is a technique of transferring several devices at a time using a stamp or a roll but it is not suitable for a large screen display due to a limitation in yield.
  • the present invention 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
  • the self-assembly method described in this specification may be applied to both a horizontal type semiconductor light emitting device and a vertical type semiconductor light emitting device.
  • a first conductivity type semiconductor layer 153 , an active layer 154 , and a second conductivity type semiconductor layer 155 are grown on a 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 an n-type semiconductor layer
  • the second conductivity type semiconductor layer 155 may be a p-type semiconductor layer.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and examples in which the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-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 8D are conceptual views illustrating a process of self-assembling a semiconductor light emitting device using the self-assembly apparatus of FIG. 6
  • FIG. 9 is a conceptual diagram for explaining the semiconductor light emitting device of FIGS. 8A to 8D .
  • 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 parallel to the substrate, clockwise or counterclockwise ( FIG. 8C ).
  • the semiconductor light emitting devices 1050 move in a direction parallel to the substrate 161 at a position spaced apart from the substrate 161 by the magnetic force.
  • 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 uses a magnetic field to concentrate distant parts near a predetermined assembly site to increase the assembly yield in fluidic assembly, and applies 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 .
  • the semiconductor light emitting device is exposed to the outside of the groove while the semiconductor light emitting device is seated on the assembly substrate 161 .
  • the pressure of the transfer substrate 400 is not concentrated on the semiconductor light emitting devices 350 so that the semiconductor light emitting devices 350 are 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 . there is.
  • 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 more preferable.
  • 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 substrate onto which semiconductor light emitting devices are transferred through self-assembly, as shown in FIGS. 8A to 8E .
  • the substrate according to the present invention becomes an assembly substrate (hereinafter, a substrate for manufacturing a display device) that is further subjected to the stamping process shown in FIGS. 10A to 10C after self-assembly, or a wiring process is performed on the substrate without an additional transfer process to configure a display device It can be a substrate for
  • FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating the inside of an assembly hole of a substrate for manufacturing a display device according to an exemplary embodiment.
  • the conventional semiconductor light emitting devices 1050 are transferred to the substrate (or substrate) 161 for manufacturing the display device shown in FIG. 14 through self-assembly.
  • the semiconductor light emitting devices 1050 move in a fluid by magnetic force, and are seated on the substrate 161 by an electric field. Accordingly, an electric field must be formed on one surface of the substrate 161 so that the semiconductor light emitting devices 1050 can be mounted thereon.
  • the substrate 161 includes assembly electrodes 161c to which a voltage for forming an electric field is applied.
  • the assembly electrodes 161c may be disposed side by side on the base portion 161a, and the cells 161d on which the semiconductor light emitting devices 1050 are seated may overlap the assembly electrodes 161c. Accordingly, when a voltage is applied to the assembly electrodes 161c, an electric field is formed inside the cell 161d, and the semiconductor light emitting devices 1050 may be seated inside the cell 161d by dielectrophoretic force.
  • the assembly rate of semiconductor light emitting devices is affected by dielectrophoretic force.
  • the magnitude of the dielectrophoretic force can be determined by various variables.
  • the size of the semiconductor light emitting device and the strength of the electric field may affect the size of the dielectrophoretic force.
  • the dielectrophoretic force may be large, and the strength of the electric field is the strength of the voltage applied to the assembled electrodes 161c and the assembled electrodes. It may be determined by the interval between (161c) and the like.
  • the assembly electrodes 161c are disposed on the substrate 161 at intervals corresponding to a length of 10% to 30% of the diameter of the semiconductor light emitting device 1050 . It is preferable to be In an embodiment, in order to assemble a semiconductor light emitting device having a diameter of 50 ⁇ m, the assembly electrodes 161c may be disposed at an interval of at most 15 ⁇ m or less.
  • the assembled electrodes must be patterned at intervals of several ⁇ m.
  • narrowing the gap between the assembled electrodes by the photolithography process is physically limited.
  • FIG. 14 when assembling electrodes 161c are formed to have a gap of several ⁇ m in a state in which they are arranged side by side on the base part 161a, a short circuit between adjacent assembled electrodes 161c may occur. The probability is very high.
  • the voltage intensity applied to the assembly electrodes 161c is increased in a state where the distance between the assembly electrodes 161c is not sufficiently narrowed, the assembly electrodes 161c may be easily damaged.
  • the present invention relates to a substrate having a structure capable of assembling an ultra-small semiconductor light emitting device and a display device including the substrate.
  • FIGS. 15 to 18 various embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 15 to 18 .
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the inside of an assembly hole of a substrate for manufacturing a display device according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 16A to 16D are views showing various embodiments of the opening of the second electrode according to the present invention.
  • 17 is a diagram illustrating processes of manufacturing a display device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 18 is a diagram illustrating processes of manufacturing a display device according to another embodiment of the present invention.
  • the substrate may be a substrate 1000 for manufacturing a display device that is further subjected to the stamping process shown in FIGS. 10A to 10C after self-assembly.
  • the substrate 1000 for manufacturing a display device may include a base unit 1100 , assembly electrodes 1200 , a dielectric layer 1300 , and a partition wall unit 1400 . Also, it is partitioned by the partition wall part 1400 and may include assembly holes 1410 in which semiconductor light emitting devices are mounted.
  • the base unit 1100 may be a flexible substrate or a rigid substrate formed of an insulating material.
  • PI polyimide
  • glass or the like may be a material of the base unit 1100 .
  • Assembly electrodes 1200 may be disposed on the base unit 1100 , and the assembly electrodes 1200 may be vertically separated. Specifically, the assembly electrodes 1200 include first electrodes 1210 disposed on the base unit 1100 and second electrodes 1210 disposed on a first dielectric layer 1310 formed to cover the first electrodes 1210 . Electrodes 1220 may be included.
  • the first electrodes 1210 may be bar-shaped electrodes extending in the first direction, and may be disposed on the base unit 1100 at predetermined intervals.
  • the first direction in which the first electrodes 1210 extend may correspond to either a row direction or a column direction, and the first electrodes 1210 may be disposed at intervals in which short circuit failure does not occur. .
  • the first electrodes 1210 may have a multilayer thin film structure including Al or Cu, such as Al, Cu, Mo/Al/Mo, Ti/Al/Ti, Ti/Cu/Ti, or the like. However, the present invention is not limited thereto, and may be made of a transparent electrode material such as ITO. Also, the first electrodes 1210 may be formed to a thickness of 50 m to 300 nm.
  • a first dielectric layer 1310 may be formed on the base portion 1100 to cover the first electrodes 1210 .
  • the first dielectric layer 1310 may electrically insulate the first electrodes 1210 and the second electrodes 1220 disposed on the first dielectric layer 1310 while protecting the first electrodes 1210 . .
  • the first dielectric layer 1310 may be formed of an inorganic insulating material such as SiO 2 , SiN x or Al 2 O 3 , or an organic insulating material having a high breakdown voltage. Also, the first dielectric layer 1310 may be formed to a thickness of 50 nm to 500 nm.
  • the second electrodes 1220 may be electrodes extending in a second direction intersecting the first direction (bar), and may be disposed on the first dielectric layer 1310 at predetermined intervals.
  • the second direction in which the second electrodes 1220 extend may also correspond to any one of a row direction or a column direction, and the second electrodes 1220 may be disposed at intervals in which short circuit failure does not occur. .
  • the second electrodes 1220 may have a multilayer thin film structure including Al or Cu, such as Al, Cu, Mo/Al/Mo, Ti/Al/Ti, Ti/Cu/Ti, or the like.
  • the present invention is not limited thereto, and may be made of a transparent electrode material such as ITO.
  • the second electrodes 1220 may be formed to a thickness of 50 m to 300 nm.
  • the first electrodes 1210 and the second electrodes 1220 may be disposed vertically with the first dielectric layer 1310 interposed therebetween.
  • the interval between the first electrodes 1210 and the second electrodes 1220 may be several hundred nm.
  • the gap between the assembled electrodes 1200 can be dramatically narrowed without short circuit failure, and when the same voltage is applied to the assembled electrodes 1200 , conventionally An electric field may be formed stronger than the structure of the substrate 161 .
  • a barrier rib part 1400 may be formed on the second electrodes 1220 .
  • the barrier rib part 1400 is formed to cover the second electrodes 1220 like a structure in which the first dielectric layer 1310 covers the first electrodes 1210 or includes the second electrodes 1220 as shown in FIG. 15 . It may be formed on the second dielectric layer 1320 formed to cover it.
  • the barrier rib portion 1400 and the second dielectric layer 1320 may be formed of an inorganic insulating material such as SiO 2 , SiN x , or the like, and assembled to be described later from one surface of the first dielectric layer 1310 on which the second electrodes 1220 are formed.
  • the thickness to the bottom surface of the holes 1410 may be 50 nm to 200 nm.
  • the thickness from the bottom surface of the assembly holes 1410 to the top surface of the partition wall part 1400 may be several hundred nm to several micrometers.
  • the partition wall part 1400 may include assembly holes 1410 formed to overlap the first electrodes 1210 and the second electrodes 1220 .
  • the assembly holes 1410 may be formed on points where the first electrodes 1210 and the second electrodes 1220 cross each other.
  • the second electrodes 1220 may include openings 1221 formed to partially expose the first dielectric layer 1310 in portions overlapping the assembly holes 1410 .
  • the first electrodes 1210 and the second electrodes 1220 may be formed in a portion overlapping the assembly holes 1410 in which the semiconductor light emitting device is mounted.
  • the opening 1221 may be formed in various shapes or patterns, as shown in FIGS. 16A to 16D .
  • 16A to 16D are views of the interior of the assembly hole 1410 from the upper portion of the substrate 1000 for manufacturing a display device, and the dielectric layer 1300 and the partition wall portion 1400 are omitted.
  • a portion of the first electrode 1210 may be exposed through the opening 1221 .
  • a portion of the first dielectric layer 1310 covering the first electrode 1210 may be exposed through the opening 1221
  • a portion of the first electrode 1210 may be exposed through the first dielectric layer 1310 made of a transparent material. can be revealed
  • the opening 1221 may be formed in the form of a single hole as shown in FIGS. 16A and 16B or may be provided in plurality as shown in FIGS. 16C and 16D to form a slit-shaped pattern.
  • the opening 1221 may be formed in various shapes without limitation, such as a circular shape, a square shape, a straight shape, or a curved shape.
  • the opening 1221 is symmetrical (point-symmetrical) with respect to the center of the bottom surface of the assembly hole 1410 or symmetrical with respect to an arbitrary line passing through the center of the bottom surface of the assembly hole 1410 (line symmetry).
  • the opening 1221 may be formed in an area of 30% to 70% of the area of the bottom surface of the assembly hole 1410 , and preferably, the area of the bottom surface of the assembly hole 1410 . It can be formed with an area of 50% of
  • the electric field may be uniformly formed throughout the assembly hole 1410 , rather than being formed in a specific region of the assembly hole 1410 .
  • the structure of the opening 1221 may allow the semiconductor light emitting devices to be stably seated in the assembly holes 1410 in the structure in which the above-described substrate 1000 constitutes the display device.
  • the substrate may become the substrate 2000 constituting the display device by performing a wiring process on the substrate without an additional transfer process as shown in FIGS. 10A to 10C . That is, the substrate of the display device according to the present invention may include both assembly electrodes and wiring electrodes.
  • the display device may include a substrate 2000 , semiconductor light emitting devices 2500 disposed on the substrate 2000 , and electrodes (wiring electrodes) electrically connected to the semiconductor light emitting devices 2500 .
  • electrodes wiring electrodes
  • the substrate 2000 includes a base part 2100, assembly electrodes 2200, a dielectric layer 2300, a partition wall part 2400, and a planarization layer 2600, and is partitioned by the partition wall part 2400, Assembly holes 2410 in which the semiconductor light emitting devices 2500 are mounted may be included.
  • Assembly holes 2410 in which the semiconductor light emitting devices 2500 are mounted may be included.
  • the barrier rib portion 2400 is formed to overlap a portion of the second electrodes 2220 , so that a portion of the second electrodes 2220 may be exposed through the assembly holes 2410 .
  • the second electrodes 2220 are formed to be exposed through the assembly hole 2410 , and the assembly hole 2410 is formed to be exposed. ) may be electrically connected to the semiconductor light emitting device 2500 seated on the .
  • the second electrodes 2220 serve as assembly electrodes during self-assembly, and then are electrically connected to the semiconductor light emitting devices 2500 to light the semiconductor light emitting devices 2500 . It may serve as a wiring electrode.
  • the second electrodes 2220 may be formed to include at least one of Sn, Ag, Cu, Pb, Al, Bi, Cd, Fe, In, Ni, Sb, Zn, Co, and Au.
  • the second electrodes 2220 may be formed of a low-melting-point material as described above, preferably the material. Among them, it may be formed of a material that is easy to form an intermetallic compound (IMC).
  • IMC intermetallic compound
  • the semiconductor light emitting devices 2500 constituting the display device are vertical semiconductor light emitting devices in which electrodes are vertically disposed so as to be electrically connected to the second electrode 2220 exposed to the assembly hole 2410 .
  • the semiconductor light emitting device 2500 includes a first conductivity type electrode 2510 , a first conductivity type semiconductor layer 2520 formed on the first conductivity type electrode 2510 , and an active layer formed on the first conductivity type semiconductor layer 2520 . 2530 , a second conductivity type semiconductor layer 2540 formed on the active layer 2530 , and a second conductivity type electrode 2550 formed on the second conductivity type semiconductor layer 2540 . Also, although not shown in the drawings, a passivation layer (not shown) may be formed to cover the surface of the semiconductor light emitting device except for a portion in which an electrical contact is made with the wiring electrode.
  • the first conductivity type electrode 2510 disposed under the semiconductor light emitting device 2500 is electrically connected to the second electrode 2220 , and the second conductivity type electrode 2550 disposed on the semiconductor light emitting device 2500 . ) may be electrically connected to a third electrode 2700 to be described later.
  • the planarization layer 2600 may be formed on the partition wall portion 2400 while filling the empty space of the assembly hole 2410 in a state in which the semiconductor light emitting device 2500 is seated in the assembly hole 2410 .
  • the second conductivity-type electrode 2550 disposed on the semiconductor light emitting device 2500 may be exposed through the planarization layer 2600 .
  • the planarization layer 2600 may be a flexible and insulating material such as polyimide (PI) or a photosensitive organic insulating layer such as photosensitive acrylate or PAC (Photo Active Compounds).
  • PI polyimide
  • PAC Photo Active Compounds
  • Third electrodes 2700 extending in the first direction may be disposed on the planarization layer 2600 .
  • the first direction corresponds to any one of the row direction and the column direction, and may be the same direction as the extending direction of the first electrodes 2210 .
  • the third electrodes 2700 may be formed in a wiring process after self-assembly, and may be electrically connected to the second conductive type electrode 2550 .
  • the above-described substrate 2000 may constitute the display device of the present invention.
  • the display device according to the present invention may be implemented with a top emission structure or a back emission structure as shown in FIGS. 17 and 18 .
  • 17 illustrates processes for manufacturing a display having a top emission structure.
  • 17A illustrates a step of seating the semiconductor light emitting devices 2500 on a substrate 2000 on which assembly electrodes 2200 (first electrodes 2210 and second electrodes 2220) are disposed.
  • the semiconductor light emitting devices 2500 may be seated in the assembly hole 2410 of the substrate 2000 through self-assembly.
  • the second electrode 2220 is exposed through the inside of the assembly hole 2410
  • the first conductive electrode 2510 of the semiconductor light emitting device is a second exposed through the assembly hole 2410 . It may be seated on the electrode 2220 .
  • the second electrode 2220 may be formed of a low-melting-point metal or a metal easily forming an IMC. According to the present embodiment, the second electrodes 2220 serve as assembly electrodes in step (a), and serve as wiring electrodes from this step.
  • FIG. 17C illustrates a step of forming a planarization layer 2600 to planarize one surface of the semiconductor light emitting devices 2500 while filling the inside of the assembly holes 2410 .
  • Materials for forming the planarization layer 2600 may be various, and in one embodiment, when a photosensitive organic material is used as a material for the planarization layer 2600 , the photosensitive organic material is applied to the entire surface of the substrate 2000 and then cured The planarization layer 2600 may be formed through the
  • Fig. 17 (d) shows the wiring process step.
  • third electrodes 2700 that are wiring electrodes may be formed on the planarization layer 2600 .
  • the third electrodes 2700 may be formed on the planarization layer 2600 and may be electrically connected to the second conductivity-type electrode 2550 of the semiconductor light emitting device.
  • a part of the passivation layer (not shown) surrounding the surface of the semiconductor light emitting device 2500 is opened to form a contact hole, and then the third electrode 2700 fills the inside of the contact hole to fill the inside of the semiconductor light emitting device 2500 .
  • the third electrode 2700 may be electrically connected.
  • the third electrode 2700 may be formed of a transparent electrode such as ITO or IZO, and the second conductive type electrode 2550 is also preferably formed of a transparent electrode.
  • the first conductive type electrode 2510 , the first electrodes 2210 , and the second electrodes 2220 may be formed of a reflective metal material to reflect light from the active layer 2530 toward the rear surface to the front surface. there is.
  • FIG. 18 illustrates processes for manufacturing a display having a back-emitting structure. Even in the case of a display device having a back-emission structure, it may be manufactured through the same processes as in FIG. 17 . Hereinafter, differences from the top emission structure will be described.
  • the first electrode 2210 may be formed of a transparent electrode for back light emission.
  • the first conductivity type electrode 2510 of the semiconductor light emitting device may be formed along a peripheral portion of the first conductivity type semiconductor layer 2520 . Through such a structure, light formed in the active layer 2530 may be extracted to the central region of the first conductivity-type semiconductor layer 2520 , that is, to a region where the first conductivity-type electrode 2510 is not formed.

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Abstract

본 발명에 따른 디스플레이 장치 제조용 기판은 베이스부; 상기 베이스부 상에 소정 간격으로 배치되며, 제1 방향으로 연장된 제1 전극들; 상기 제1 전극들을 덮도록 상기 베이스부 상에 형성된 제1 유전층; 상기 제1 유전층 상에 배치되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 전극들; 및 상기 제2 전극들 상에 형성된 격벽부를 포함하고, 상기 격벽부는, 상기 제1 전극들 및 제2 전극들과 오버랩 되도록 형성된 조립 홀들을 포함하며, 상기 제2 전극들은, 적어도 상기 조립 홀들과 오버랩 되는 부분에, 상기 제1 유전층의 일부가 노출되도록 형성된 개구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

디스플레이 장치 제조용 기판 및 이를 포함하는 디스플레이 장치
본 발명은 반도체 발광소자, 특히, 수 내지 수십 ㎛ 크기를 갖는 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치를 제조하는데 사용되는 기판과, 상기 기판을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 대면적 디스플레이를 구현하기 위해 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광소자 디스플레이(OLED), 그리고 반도체 발광소자 디스플레이 등이 경쟁하고 있다.
디스플레이에 100㎛ 이하의 단면적을 갖는 반도체 발광소자(이하, 마이크로 LED)를 사용하면 디스플레이가 편광판 등을 사용하여 빛을 흡수하지 않기 때문에 매우 높은 효율을 제공할 수 있다. 그러나 대면적 디스플레이를 구현하기 위해서는 수백만 개의 반도체 발광소자들을 필요로 하기 때문에 다른 종류의 디스플레이들에 비해 전사 공정이 어려운 문제가 있다.
현재 마이크로 LED는 픽앤플레이스(pick&place), 레이저 리프트 오프법(laser lift-off) 또는 자가조립(self-assembly) 방식으로 전사될 수 있다. 이 중에서 자가조립 방식은 유체 내에서 반도체 발광소자들이 스스로 위치를 찾아가는 방식으로 대면적의 디스플레이 장치를 구현하는데 가장 유리한 방식이다.
한편, 자가조립 방식에는 반도체 발광소자들을 제품에 사용될 최종 기판에 직접 조립하는 방식(직접 전사 방식) 및 반도체 발광소자들을 조립 기판에 조립한 후 추가 전사 공정을 통해 최종 기판으로 전사하는 방식(하이브리드 전사 방식)이 있다. 직접 전사 방식은 공정 측면에서 효율적이며, 하이브리드 전사 방식은 자가조립을 위한 구조를 제한없이 추가할 수 있는 점에서 장점이 있어, 두 가지 방식이 선택적으로 사용되고 있다.
본 발명의 일 목적은 초소형 반도체 발광소자를 조립할 수 있는 구조의 디스플레이 장치 제조용 기판 및 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명은 자가조립 시 전기장이 강하게 형성될 수 있는 구조의 디스플레이 장치 제조용 기판 및 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치 제조용 기판은 베이스부; 상기 베이스부 상에 소정 간격으로 배치되며, 제1 방향으로 연장된 제1 전극들; 상기 제1 전극들을 덮도록 상기 베이스부 상에 형성된 제1 유전층; 상기 제1 유전층 상에 배치되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 전극들; 및 상기 제1 유전층 상에 제2 전극들의 적어도 일부를 덮도록 형성된 격벽부를 포함하고, 상기 격벽부는, 상기 제1 전극들 및 제2 전극들과 오버랩 되도록 형성된 조립 홀들을 포함하며, 상기 제2 전극들은, 적어도 상기 조립 홀들과 오버랩 되는 부분에, 상기 제1 유전층의 일부가 노출되도록 형성된 개구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 개구부는, 상기 조립 홀의 바닥면의 중심에 대해 대칭이거나 또는 상기 조립 홀의 바닥면의 중심을 지나는 임의의 라인에 대해 대칭인 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 개구부는, 상기 조립 홀의 바닥면의 면적의 30% 내지 70%로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 개구부는, 복수로 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제2 전극들 및 격벽부 사이에 상기 제2 전극들을 덮도록 형성된 제2 유전층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 디스플레이 장치는 기판; 상기 기판에 배치되는 반도체 발광소자들; 및 상기 반도체 발광소자들과 전기적으로 연결되는 전극들을 포함하고, 상기 기판은, 베이스부; 상기 베이스부 상에 소정 간격으로 배치되며, 제1 방향으로 연장된 제1 전극들; 상기 제1 전극들을 덮도록 상기 베이스부 상에 형성된 제1 유전층; 상기 제1 유전층 상에 배치되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 전극들; 및 상기 제1 유전층 상에 상기 제2 전극들 일부를 덮도록 형성된 격벽부를 포함하며, 상기 격벽부는, 상기 제1 전극들 및 제2 전극들과 오버랩 되도록 형성된 조립 홀들을 포함하고, 상기 제2 전극들은, 적어도 상기 조립 홀들과 오버랩 되는 부분에, 상기 제1 유전층의 일부가 노출되도록 형성된 개구부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 개구부는, 상기 조립 홀의 바닥면의 중심에 대해 대칭이거나 또는 상기 조립 홀의 바닥면의 중심을 지나는 임의의 라인에 대해 대칭인 형태로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 개구부는, 상기 조립 홀의 바닥면의 면적의 30% 내지 70%로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 개구부는, 복수로 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 격벽부는, 상기 제2 전극들의 일부와 오버랩 되도록 형성되어, 상기 조립 홀들을 통해 상기 제2 전극들의 일부가 노출되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 기판은, 상기 조립 홀들을 채우면서 상기 격벽부 상에 형성되는 평탄화층; 및 상기 평탄화층 상에 배치되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 전극들을 더 포함하고, 상기 반도체 발광소자들은, 상기 조립 홀들에 안착되어, 상기 제2 전극들 및 제3 전극들과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 반도체 발광소자는, 제1 도전형 전극; 상기 제1 도전형 전극 상에 형성된 제1 도전형 반도체층; 상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층; 상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 반도체층; 및 상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 도전형 전극을 포함하고, 상기 제1 도전형 전극은 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 도전형 전극은 상기 제3 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제2 전극은, Sn, Ag, Cu, Pb, Al, Bi, Cd, Fe, In, Ni, Sb, Zn, Co 및 Au 중 적어도 하나의 물질을 포함하도록 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제3 전극들은, 투명전극으로 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 제1 전극들은, 투명전극으로 형성되고, 상기 제1 도전형 전극은, 상기 제1 도전형 반도체층의 둘레 부분을 따라 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 조립 전극들을 상하로 배치하므로, 인접한 조립 전극들 간 쇼트 불량 없이 조립 전극들의 간격을 수 ㎛ 이내로 좁힐 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 조립 전극들이 수 ㎛ 이내의 간격으로 배치되므로, 동일한 조건에서도 큰 유전 영동력을 발생시킬 수 있다. 특히, 상대적으로 낮은 전압을 인가하더라도 전기장이 강하게 형성되므로, 조립 전극들의 내구성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상측에 배치된 조립 전극들을 배선 전극으로 활용할 수 있으므로, 반도체 발광소자들을 배선 기판에 직접 전사하는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 반도체 발광소자를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 반도체 발광소자의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5a 내지 도 5e는 전술한 반도체 발광소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 발광소자 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 발광소자들을 기판에 자가조립 하는 공정을 나타내는 개념도들이다.
도 9는 도 8a 내지 도 8e의 자가조립 공정에 사용되는 반도체 발광소자의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 본 발명에 따른 자가조립 공정 후 반도체 발광소자의 또 다른 전사 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 11 내지 도 13은 적색, 녹색, 청색을 발광하는 반도체 발광소자들을 포함하는 디스플레이 장치의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 14는 종래 일 실시예에 따른 디스플레이 장치 제조용 기판의 조립 홀 내부를 나타낸 단면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치 제조용 기판의 조립 홀 내부를 나타낸 단면도이다.
도 16a 내지 도 16d는 본 발명에 따른 제2 전극의 개구부의 다양한 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 제조하는 공정들을 나타낸 도면이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 제조하는 공정들을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 “상(on)”에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 테블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 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 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 반도체 발광소자를 확대하여 나타낸 도면이며, 도 4는 도 2의 반도체 발광소자의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 디스플레이 모듈(140)을 통해 출력될 수 있다. 상기 디스플레이 모듈(140)의 테두리를 감싸는 폐루프 형태의 케이스(101)는 상기 디스플레이 장치(100)의 베젤(bezel)을 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 화소의 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 100㎛ 이하의 작은 크기로 형성되는 발광다이오드가 될 수 있다. 상기 반도체 발광소자(150)는 청색, 적색 및 녹색이 발광영역에 각각 구비되며, 이들의 조합으로 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 p전극(111)과 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(152)은 반도체 발광소자의 상측에서 n전극(112)과 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(252)은 모두 반도체 발광소자의 하부에서 배선기판의 p전극 및 n전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 수직형 반도체 발광소자와 플립 칩 타입의 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 단위 화소가 고정세로 배열될 수 있으며, 이를 통하여 고화질의 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에서는 웨이퍼 상에서 성장되며, 메사 및 아이솔레이션을 통해 형성된 반도체 발광소자가 개별 화소로 이용된다. 웨이퍼 상에 형성된 마이크로 크기의 반도체 발광소자(150)는 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, 스탬프(stamp)나 롤(roll)을 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, 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, 이하에서 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다. 또한, 본 명세서에서 설명하는 자가조립 방식은 수평형 반도체 발광소자 및 수직형 반도체 발광소자에 모두 적용될 수 있다.
먼저, 디스플레이 장치의 제조방법을 살펴보면, 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 n형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 반도체층(155)은 p형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 p형이 되고 제2도전형이 n형이 되는 예시도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 상기 활성층이 존재하는 경우를 예시하나, 전술한 바와 같이 경우에 따라 상기 활성층이 없는 구조도 가능하다. 이러한 예로서, 상기 p형 반도체층은 Mg가 도핑된 P-type GaN이고, n형 반도체층은 n 전극 쪽은 Si가 도핑된 N-type GaN 인 경우가 될 수 있다.
성장기판(159)(웨이퍼)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 성장기판(1059)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하여 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판 또는 Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
다음으로, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층 (155)의 적어도 일부를 제거하여 복수의 반도체 발광소자를 형성한다(도 5b).
보다 구체적으로, 복수의 발광소자들이 발광 소자 어레이를 형성하도록, 아이솔레이션(isolation)을 수행한다. 즉, 제1도전형 반도체층(153), 활성층 (154) 및 제2 도전형 반도체층(155)을 수직방향으로 식각하여 복수의 반도체 발광소자를 형성한다.
만약, 수평형 반도체 발광소자를 형성하는 경우라면, 상기 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층(155)은 수직방향으로 일부가 제거되어, 상기 제1도전형 반도체층(153)이 외부로 노출되는 메사 공정과, 이후에 제1도전형 반도체층을 식각하여 복수의 반도체 발광소자 어레이를 형성하는 아이솔레이션(isolation)이 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 제2도전형 반도체층(155)의 일면 상에 제2도전형 전극(156, 또는 p형 전극)를 각각 형성한다(도 5c). 상기 제2도전형 전극(156)은 스퍼터링 등의 증착 방법으로 형성될 수 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 상기 제1도전형 반도체층과 제2도전형 반도체층이 각각 n형 반도체층과 p형 반도체층인 경우에는, 상기 제2도전형 전극(156)은 n형 전극이 되는 것도 가능하다.
그 다음에, 상기 성장기판(159)을 제거하여 복수의 반도체 발광소자를 구비한다. 예를 들어, 성장기판(1059)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다(도 5d).
이후에, 유체가 채워진 챔버에서 반도체 발광소자들(150)이 기판에 안착되는 단계가 진행된다(도 5e).
예를 들어, 유체가 채워진 챔버 속에 상기 반도체 발광소자들(150) 및 기판을 넣고 유동, 중력, 표면 장력 등을 이용하여 상기 반도체 발광소자들이 상기 기판(1061)에 스스로 조립되도록 한다. 이 경우에, 상기 기판은 조립기판(161)이 될 수 있다.
다른 예로서, 상기 조립기판(161) 대신에 배선기판을 유체 챔버 내에 넣어, 상기 반도체 발광소자들(150)이 배선기판에 바로 안착되는 것도 가능하다. 이 경우에, 상기 기판은 배선기판이 될 수 있다. 다만, 설명의 편의상, 본 발명에서는 기판이 조립기판(161)으로서 구비되어 반도체 발광소자들(1050)이 안착되는 것을 예시한다.
반도체 발광소자들(150)이 조립 기판(161)에 안착하는 것이 용이하도록, 상기 조립 기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(150)이 끼워지는 셀들 (미도시)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 조립기판(161)에는 상기 반도체 발광소자들(150)이 배선전극에 얼라인되는 위치에 상기 반도체 발광소자들 (150)이 안착되는 셀들이 형성된다. 상기 반도체 발광소자들(150)은 상기 유체 내에서 이동하다가, 상기 셀들에 조립된다.
상기 조립기판(161)에 복수의 반도체 발광소자들이 어레이된 후에, 상기 조립기판(161)의 반도체 발광소자들을 배선기판으로 전사하면, 대면적의 전사가 가능하게 된다. 따라서, 상기 조립기판(161)은 임시기판으로 지칭될 수 있다.
한편, 상기에서 설명된 자가조립 방법은 대화면 디스플레이의 제조에 적용하려면, 전사수율을 높여야만 한다. 본 발명에서는 전사수율을 높이기 위하여, 중력이나 마찰력의 영향을 최소화하고, 비특이적 결합을 막는 방법과 장치를 제안한다.
이 경우, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는, 반도체 발광소자에 자성체를 배치시켜 자기력을 이용하여 반도체 발광소자를 이동시키고, 이동과정에서 전기장을 이용하여 상기 반도체 발광소자를 기 설정된 위치에 안착시킨다. 이하에서는, 이러한 전사 방법과 장치에 대하여 첨부된 도면과 함께 보다 구체적으로 살펴본다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치의 일 예를 나타내는 개념도이고, 도 7은 도 6의 자가조립 장치의 블록 다이어그램이다. 또한, 도 8a 내지 도 8d는 도 6의 자가조립 장치를 이용하여 반도체 발광소자를 자가조립 하는 공정을 나타내는 개념도이며, 도 9는 도 8a 내지 도 8d의 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6 및 도 7의 도시에 의하면, 본 발명의 자가조립 장치(160)는 유체 챔버(162), 자석(163) 및 위치 제어부(164)를 포함할 수 있다.
상기 유체 챔버(162)는 복수의 반도체 발광소자들을 수용하는 공간을 구비한다. 상기 공간에는 유체가 채워질 수 있으며, 상기 유체는 조립용액으로서 물 등을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 유체 챔버(162)는 수조가 될 수 있으며, 오픈형으로 구성될 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 유체 챔버(162)는 상기 공간이 닫힌 공간으로 이루어지는 클로즈형이 될 수 있다.
상기 유체 챔버(162)에는 기판(161)이 상기 반도체 발광소자들(150)이 조립되는 조립면이 아래를 향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(161)은 이송부에 의하여 조립위치로 이송되며, 상기 이송부는 기판이 장착되는 스테이지(165)를 구비할 수 있다. 상기 스테이지(165)가 제어부에 의하여 위치 조절되며, 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, 도 8a 내지 도 8e에 나타난 것과 같이, 자가조립을 통해 반도체 발광소자들이 전사되는 기판에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판은 자가조립 후 도 10a 내지 도 10c에 나타난 스탬핑 공정을 더 거치는 조립 기판(이하, 디스플레이 장치 제조용 기판)이 되거나 또는 추가 전사공정 없이 상기 기판 상에서 배선공정이 진행되어 디스플레이 장치를 구성하는 기판이 될 수 있다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 도 14를 참조하여, 본 발명이 해결하고자 하는 문제점에 대해 설명한다.
도 14는 종래 일 실시예에 따른 디스플레이 장치 제조용 기판의 조립 홀 내부를 나타낸 단면도이다.
종래 반도체 발광소자들(1050)은 자가조립을 통해 도 14에 나타난 디스플레이 장치 제조용 기판(또는 기판)(161)으로 전사되었다. 본 발명에 따른 자가조립 방식에 따르면, 반도체 발광소자들(1050)은 자기력에 의해 유체 중에서 이동하게 되며, 전기장에 의해 기판(161)에 안착되게 된다. 따라서, 반도체 발광소자들(1050)이 안착될 수 있도록 기판(161)의 일면에는 전기장이 형성되어야 한다.
이를 위해, 기판(161)은 전기장을 형성하기 위한 전압이 인가되는 조립 전극들(161c)을 포함한다. 조립 전극들(161c)은 베이스부(161a) 상에 나란하게 배치될 수 있으며, 반도체 발광소자들(1050)이 안착되는 셀들(161d)은 조립 전극들(161c)과 오버랩 될 수 있다. 따라서, 조립 전극들(161c)에 전압이 인가되면, 셀(161d) 내부에는 전기장이 형성되며, 반도체 발광소자들(1050)은 유전영동력에 의해 셀(161d) 내부에 안착될 수 있다.
자가조립 시 반도체 발광소자들의 조립율은 유전영동력의 영향을 받는다. 유전영동력의 크기는 다양한 변수들에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자의 크기 및 전기장의 세기는 유전영동력의 크기에 영향을 미칠 수 있다. 구체적으로, 반도체 발광소자(1050)의 크기가 크고, 전기장의 세기가 센 경우에 유전영동력은 크게 작용할 수 있으며, 전기장의 세기는 조립 전극들(161c)에 인가되는 전압의 세기 및 조립 전극들(161c) 간의 간격 등에 의해 결정될 수 있다.
자가조립 시 적정한 크기의 유전영동력을 발생시키기 위해, 조립 전극들(161c)은 반도체 발광소자(1050) 직경의 10% 내지 30%의 길이에 해당하는 길이를 간격으로 하여 기판(161)에 배치되는 것이 바람직하다. 일 실시예로, 직경이 50㎛인 반도체 발광소자를 조립하기 위해서는, 조립 전극들(161c)은 최대 15㎛ 또는 그 이하의 간격으로 배치될 수 있다.
한편, 최근에는 반도체 발광소자들이 점점 소형화되고 있는 추세로, 이에 따라 조립 전극들은 수 ㎛ 수준의 간격으로 패턴되어야 한다. 그러나 포토리소그래피 공정으로 조립 전극들의 간격을 좁히는 것은 물리적으로 한계가 있다. 특히, 도 14와 같이, 조립 전극들(161c)이 베이스부(161a) 상에 나란하게 배치된 상태에서, 수 ㎛의 간격을 갖도록 형성하는 경우, 인접한 조립 전극들(161c) 간 쇼트 불량이 발생할 확률이 매우 높다. 반면, 조립 전극들(161c)의 간격을 충분히 좁히지 않은 상태에서 조립 전극들(161c)에 인가되는 전압 세기를 증가시키는 경우에는 조립 전극들(161c)이 쉽게 손상되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 초소형 반도체 발광소자를 조립할 수 있는 구조의 기판 및 상기 기판을 포함하는 디스플레이 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 조립 전극들은 상하로 분리되어 배치되어 전기장이 강하게 형성될 수 있다.
이하에서는, 도 15 내지 도 18을 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 대해 설명한다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치 제조용 기판의 조립 홀 내부를 나타낸 단면도이고, 도 16a 내지 도 16d는 본 발명에 따른 제2 전극의 개구부의 다양한 실시예들을 나타낸 도면이다. 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치를 제조하는 공정들을 나타낸 도면이고, 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 디스플레이 장치를 제조하는 공정들을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따르면, 기판은 자가조립 후 도 10a 내지 도 10c에 나타난 스탬핑 공정을 더 거치는 디스플레이 장치 제조용 기판(1000)일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 디스플레이 장치 제조용 기판(1000)은 베이스부(1100), 조립 전극들(1200), 유전층(1300) 및 격벽부(1400)를 포함할 수 있다. 또한, 격벽부(1400)에 의해 구획되며, 반도체 발광소자들이 안착되는 조립 홀들(1410)을 포함할 수 있다.
베이스부(1100)는 절연성 있는 재질로 형성된 플랙서블 기판 또는 리지드 기판일 수 있다. 예를 들어, 폴리이미드(PI), 유리 등이 베이스부(1100)의 소재가 될 수 있다.
베이스부(1100) 상에는 조립 전극들(1200)이 배치될 수 있으며, 조립 전극들(1200)은 상하로 분리되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 조립 전극들(1200)은 베이스부(1100) 상에 배치되는 제1 전극들(1210)과 제1 전극들(1210)을 덮도록 형성된 제1 유전층(1310) 상에 배치되는 제2 전극들(1220)을 포함할 수 있다.
제1 전극들(1210)은 제1 방향으로 연장된 바(bar) 형태의 전극일 수 있으며, 베이스부(1100) 상에 소정 간격으로 배치될 수 있다. 제1 전극들(1210)이 연장되는 제1 방향은 행 방향 또는 열 방향 중 어느 하나의 방향에 해당할 수 있으며, 제1 전극들(1210)은 쇼트 불량이 발생하지 않는 간격으로 배치될 수 있다.
제1 전극들(1210)은 Al, Cu 또는 Mo/Al/Mo, Ti/Al/Ti, Ti/Cu/Ti 등과 같이 Al 또는 Cu를 포함하는 다층 박막 구조로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정하지 않고, ITO 등의 투명전극 소재로 구성되는 것도 가능하다. 또한, 제1 전극들(1210)은 50m 내지 300nm의 두께로 형성될 수 있다.
베이스부(1100) 상에는 제1 전극들(1210)을 덮도록 제1 유전층(1310)이 형성될 수 있다. 제1 유전층(1310)은 제1 전극들(1210)을 보호하면서, 제1 전극들(1210)과 제1 유전층(1310) 상에 배치되는 제2 전극들(1220)을 전기적으로 절연시킬 수 있다.
제1 유전층(1310)은 SiO 2, SiN x 또는 Al 2O 3과 같은 무기 절연물질로 형성되거나, 높은 항복전압을 갖는 유기 절연물질로 형성될 수 있다. 또한, 제1 유전층(1310)은 50nm 내지 500nm의 두께로 형성될 수 있다.
제2 전극들(1220)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된(bar) 형태의 전극일 수 있으며, 제1 유전층(1310) 상에 소정 간격으로 배치될 수 있다. 제2 전극들(1220)이 연장되는 제2 방향 또한 행 방향 또는 열 방향 중 어느 하나의 방향에 해당할 수 있으며, 제2 전극들(1220)은 쇼트 불량이 발생하지 않는 간격으로 배치될 수 있다.
제2 전극들(1220)은 Al, Cu 또는 Mo/Al/Mo, Ti/Al/Ti, Ti/Cu/Ti 등과 같이 Al 또는 Cu를 포함하는 다층 박막 구조로 이루어질 수 있다. 다만, 이에 한정하지 않고, ITO 등의 투명전극 소재로 구성되는 것도 가능하다. 또한, 제2 전극들(1220)은 50m 내지 300nm의 두께로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 전극들(1210) 및 제2 전극들(1220)은 제1 유전층(1310)을 사이에 두고 상하로 분리되어 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 전극들(1210)과 제2 전극들(1220) 사이의 간격은 수백 nm 수준일 수 있다. 이와 같이, 조립 전극들(1200)을 상하로 분리하여 배치하는 경우, 쇼트 불량 없이 조립 전극들(1200) 간의 간격을 획기적으로 좁힐 수 있으며, 조립 전극들(1200)에 동일한 전압을 인가하였을 때 종래 기판(161) 구조보다 전기장이 강하게 형성될 수 있다.
제2 전극들(1220) 상에는 격벽부(1400)가 형성될 수 있다. 격벽부(1400)는 제1 유전층(1310)이 제1 전극들(1210)을 덮는 구조와 같이 제2 전극들(1220)을 덮도록 형성되거나 또는 도 15와 같이 제2 전극들(1220)을 덮도록 형성된 제2 유전층(1320) 상에 형성될 수도 있다.
격벽부(1400) 및 제2 유전층(1320)은 SiO 2, SiN x 등과 같은 무기 절연물질로 형성될 수 있으며, 제2 전극들(1220)이 형성된 제1 유전층(1310)의 일면으로부터 후술할 조립 홀들(1410)의 바닥면까지의 두께는 50nm 내지 200nm일 수 있다. 또한, 조립 홀들(1410)의 바닥면에서 격벽부(1400)의 상면까지의 두께는 수백nm 내지 수 ㎛일 수 있다.
격벽부(1400)는 제1 전극들(1210) 및 제2 전극들(1220)과 오버랩 되도록 형성된 조립 홀들(1410)을 포함할 수 있다. 다시 말해, 조립 홀들(1410)은 제1 전극들(1210) 및 제2 전극들(1220)이 교차하는 지점 상에 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제2 전극들(1220)은 조립 홀들(1410)과 오버랩 되는 부분에, 제1 유전층(1310)의 일부가 노출되도록 형성된 개구부(1221)를 포함할 수 있다. 자세하게, 도 15와 같이, 제1 전극들(1210) 및 제2 전극들(1220)에 전압이 인가되었을 때, 개구부(1221)를 통해서 제1 전극들(1210)과 제2 전극들(1220) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 따라서, 개구부(1221)는 반도체 발광소자가 안착되는 조립 홀들(1410)과 오버랩 되는 부분에 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 개구부(1221)는, 도 16a 내지 도 16d에 도시된 것과 같이, 다양한 형태 또는 패턴으로 형성될 수 있다. 도 16a 내지 도 16d는 디스플레이 장치 제조용 기판(1000)의 상부에서 조립 홀(1410)의 내부를 바라본 모습을 나타낸 것으로, 유전층(1300) 및 격벽부(1400)는 생략하였다.
도면을 참조하면, 개구부(1221)를 통해 제1 전극(1210)의 일부가 노출될 수 있다. 자세하게는, 개구부를(1221)를 통해 제1 전극(1210)을 덮는 제1 유전층(1310)의 일부가 노출될 수 있으며, 투명한 재질의 제1 유전층(1310)을 통해 제1 전극(1210) 일부가 드러날 수 있다.
개구부(1221)는 도 16a 및 도 16b와 같이 단일의 홀 형태로 형성되거나 또는 도 16c 및 도 16d와 같이 복수로 구비되어 슬릿 형태의 패턴을 형성할 수 있다. 개구부(1221)는 원형, 사각형, 직선형, 곡선형 등 제한없이 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 개구부(1221)는 조립 홀(1410)의 바닥면의 중심에 대해 대칭(점대칭)이거나 또는 조립 홀(1410)의 바닥면의 중심을 지나는 임의의 라인에 대해 대칭(선대칭)인 형태로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 개구부(1221)는 조립 홀(1410)의 바닥면의 면적의 30% 내지 70%의 면적으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는, 조립 홀(1410)의 바닥면의 면적의 50% 면적으로 형성될 수 있다.
이와 같은 개구부(1221)의 구조에 의해, 조립 홀(1410)의 특정 영역에 전기장이 형성되는 것이 아니라, 조립 홀(1410) 내부에 전체적으로 균일하게 전기장이 형성될 수 있다. 특히, 이와 같은 개구부(1221)의 구조는 전술한 기판(1000)이 디스플레이 장치를 구성하는 구조에서, 반도체 발광소자들이 조립 홀들(1410) 내부에 안정적으로 안착되도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 기판은 도 10a 내지 도 10c와 같은 추가 전사공정 없이 상기 기판 상에서 배선공정이 진행되어 디스플레이 장치를 구성하는 기판(2000)이 될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 디스플레이 장치의 기판은 조립 전극과 배선 전극을 모두 포함할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 디스플레이 장치는 기판(2000), 기판(2000)에 배치되는 반도체 발광소자들(2500) 및 반도체 발광소자들(2500)과 전기적으로 연결되는 전극들(배선 전극)을 포함할 수 있다.
또한, 기판(2000)은 베이스부(2100), 조립 전극들(2200), 유전층(2300), 격벽부(2400) 및 평탄화층(2600)을 포함하고, 격벽부(2400)에 의해 구획되며, 반도체 발광소자들(2500)이 안착되는 조립 홀들(2410)을 포함할 수 있다. 이하에서, 기판(2000)의 구조를 설명함에 있어, 전술한 디스플레이 장치 제조용 기판(1000)의 구조와 중복되는 내용들은 생략한다.
본 실시예에 따르면, 격벽부(2400)는 제2 전극들(2220)의 일부와 오버랩 되도록 형성되어, 조립 홀들(2410)을 통해 제2 전극들(2220)의 일부가 노출될 수 있다. 본 실시예에서는 자가조립을 통해 반도체 발광소자들(2500)이 전사되는 기판에서 배선공정이 진행되므로, 제2 전극들(2220)은 조립 홀(2410)을 통해 노출되도록 형성되어, 조립 홀(2410)에 안착되는 반도체 발광소자(2500)와 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 본 실시예에서, 제2 전극들(2220)은 자가조립 시에는 조립 전극의 역할을 하며, 이후에는 반도체 발광소자들(2500)과 전기적으로 연결되어 반도체 발광소자들(2500)을 점등시키는 배선 전극의 역할을 할 수 있다.
본 실시예에서, 제2 전극들(2220)은 Sn, Ag, Cu, Pb, Al, Bi, Cd, Fe, In, Ni, Sb, Zn, Co 및 Au 중 적어도 하나의 물질을 포함하도록 형성될 수 있다. 제2 전극들(2220)은 배선공정에서 열 및 압력에 의해 반도체 발광소자(2500)의 도전형 전극과 전기적으로 연결되어야 하므로, 상기와 같은 저융점 물질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 물질들 중 IMC(Intermetallic Compound) 형성이 용이한 물질로 형성될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 디스플레이 장치를 구성하는 반도체 발광소자들(2500)은 조립 홀(2410)에 노출된 제2 전극(2220)과 전기적으로 연결될 수 있도록 전극이 상하로 배치된 수직형 반도체 발광소자일 수 있다.
반도체 발광소자(2500)는 제1 도전형 전극(2510), 제1 도전형 전극(2510) 상에 형성된 제1 도전형 반도체층(2520), 제1 도전형 반도체층(2520) 상에 형성된 활성층(2530), 활성층(2530) 상에 형성된 제2 도전형 반도체층(2540), 제2 도전형 반도체층(2540) 상에 형성된 제2 도전형 전극(2550)을 포함할 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 배선 전극과 전기적인 컨택이 이루어지는 부분을 제외하고, 반도체 발광소자의 표면을 덮도록 패시베이션층(미도시)이 형성될 수 있다. 반도체 발광소자(2500)의 하부에 배치된 제1 도전형 전극(2510)은 제2 전극(2220)과 전기적으로 연결되고, 반도체 발광소자(2500)의 상부에 배치된 제2 도전형 전극(2550)은 후술할 제3 전극(2700)과 전기적으로 연결될 수 있다.
평탄화층(2600)은 조립 홀(2410) 내 반도체 발광소자(2500)가 안착된 상태에서, 조립 홀(2410)의 빈 공간을 채우면서 격벽부(2400) 상에 형성될 수 있다. 평탄화층(2600)을 통해 반도체 발광소자(2500)의 상부에 배치된 제2 도전형 전극(2550)이 노출될 수 있다.
평탄화층(2600)은 폴리이미드(PI)와 같이 유연성 및 절연성 있는 재질이거나 또는 감광성 아크릴레이트, PAC(Photo Active Compounds) 등의 감광성 유기 절연층일 수 있다.
평탄화층(2600) 상에는 제1 방향으로 연장되는 제3 전극들(2700)이 배치될 수 있다. 제1 방향은 행 방향 또는 열 방향 중 어느 하나의 방향에 해당하며, 제1 전극들(2210)의 연장 방향과 동일한 방향일 수 있다. 제3 전극들(2700)은 자가조립 후 배선공정에서 형성될 수 있으며, 제2 도전형 전극(2550)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전술한 기판(2000)은 본 발명의 디스플레이 장치를 구성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 도 17 및 도 18과 같이 전면 발광 구조 또는 후면 발광 구조로 구현될 수 있다.
도 17은 전면 발광 구조의 디스플레이를 제조하는 공정들을 나타낸 것이다. 도 17의 (a)는 조립 전극들(2200)(제1 전극들(2210) 및 제2 전극들(2220))이 배치된 기판(2000)에 반도체 발광소자들(2500)을 안착시키는 단계를 나타낸 것으로, 도면에는 도시되지 않았으나 반도체 발광소자들(2500)은 자가조립을 통해 기판(2000)의 조립 홀(2410)에 안착되는 것일 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제2 전극(2220)은 조립 홀(2410) 내부를 통해 노출된 상태이며, 반도체 발광소자의 제1 도전형 전극(2510)은 조립 홀(2410)을 통해 노출된 제2 전극(2220) 상에 안착될 수 있다.
도 17의 (b)는 반도체 발광소자(2500)와 제2 전극(2220) 간에 전기적으로 연결하는 단계를 나타낸 것으로, 반도체 발광소자(2500)와 제2 전극(2220)은 열 및 압력에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 제2 전극(2220)은 저융점 금속 또는 IMC 형성이 용이한 금속으로 형성될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제2 전극들(2220)은 상기 (a) 단계에서는 조립 전극의 역할을 수행하고, 본 단계부터는 배선 전극의 역할을 수행하게 된다.
도 17의 (c)는 조립 홀들(2410)의 내부를 채우면서 반도체 발광소자들(2500)의 일면을 평탄화하는 평탄화층(2600)을 형성하는 단계를 나타낸 것이다. 평탄화층(2600)을 형성하는 소재들은 다양할 수 있으며, 일 실시예로, 감광성 유기물을 평탄화층(2600)의 소재로 하는 경우, 감광성 유기물을 기판(2000)의 전면에 도포한 후 경화하는 과정을 거쳐 평탄화층(2600)을 형성할 수 있다.
마지막으로, 도 17의 (d)는 배선공정 단계를 나타낸 것이다. 구체적으로, 평탄화층(2600) 상에 배선 전극인 제3 전극들(2700)을 형성할 수 있다. 제3 전극들(2700)은 평탄화층(2600) 상에 형성되어, 반도체 발광소자의 제2 도전형 전극(2550)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 반도체 발광소자(2500)의 표면을 둘러싸는 패시베이션층(미도시)의 일부를 오픈하여 컨택 홀을 형성한 후, 제3 전극(2700)이 컨택 홀 내부를 채움으로써 반도체 발광소자(2500)와 제3 전극(2700)은 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 도 17에 나타난 디스플레이 장치는 전면 발광 구조이므로, 제3 전극(2700)은 ITO, IZO 등과 같은 투명 전극으로 형성될 수 있으며, 제2 도전형 전극(2550)도 투명 전극으로 형성되는 것이 바람직하다. 한편, 제1 도전형 전극(2510), 제1 전극들(2210) 및 제2 전극들(2220)은 활성층(2530)에서 후면을 향하는 광을 전면으로 반사시킬 수 있도록 반사성 금속 물질로 형성될 수 있다.
도 18은 후면 발광 구조의 디스플레이를 제조하는 공정들을 나타낸 것이다. 후면 발광 구조의 디스플레이 장치의 경우에도, 도 17과 동일한 공정들을 거쳐 제조될 수 있다. 이하에서는, 전면 발광 구조와의 차이점에 대해 설명한다.
본 실시예에서는 후면 발광을 위해 제1 전극(2210)은 투명 전극으로 형성될 수 있다. 또한, 반도체 발광소자의 제1 도전형 전극(2510)은 제1 도전형 반도체층(2520)의 둘레 부분을 따라 형성될 수 있다. 이와 같은 구조를 통해, 활성층(2530)에서 형성된 광은 제1 도전형 반도체층(2520)의 중앙 영역, 즉, 제1 도전형 전극(2510)이 형성되지 않은 영역으로 추출될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 베이스부;
    상기 베이스부 상에 소정 간격으로 배치되며, 제1 방향으로 연장된 제1 전극들;
    상기 제1 전극들을 덮도록 상기 베이스부 상에 형성된 제1 유전층;
    상기 제1 유전층 상에 배치되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 전극들; 및
    상기 제1 유전층 상에 제2 전극들의 적어도 일부를 덮도록 형성된 격벽부를 포함하고,
    상기 격벽부는, 상기 제1 전극들 및 제2 전극들과 오버랩 되도록 형성된 조립 홀들을 포함하며,
    상기 제2 전극들은, 적어도 상기 조립 홀들과 오버랩 되는 부분에, 상기 제1 유전층의 일부가 노출되도록 형성된 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구부는, 상기 조립 홀의 바닥면의 중심에 대해 대칭이거나 또는 상기 조립 홀의 바닥면의 중심을 지나는 임의의 라인에 대해 대칭인 형태로 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개구부는, 상기 조립 홀의 바닥면의 면적의 30% 내지 70%로 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개구부는, 복수로 구비된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극들 및 격벽부 사이에, 상기 제2 전극들을 덮도록 형성된 제2 유전층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치 제조용 기판.
  6. 기판;
    상기 기판에 배치되는 반도체 발광소자들; 및
    상기 반도체 발광소자들과 전기적으로 연결되는 전극들을 포함하고,
    상기 기판은, 베이스부;
    상기 베이스부 상에 소정 간격으로 배치되며, 제1 방향으로 연장된 제1 전극들;
    상기 제1 전극들을 덮도록 상기 베이스부 상에 형성된 제1 유전층;
    상기 제1 유전층 상에 배치되며, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 제2 전극들; 및
    상기 제1 유전층 상에 상기 제2 전극들 일부를 덮도록 형성된 격벽부를 포함하며,
    상기 격벽부는, 상기 제1 전극들 및 제2 전극들과 오버랩 되도록 형성된 조립 홀들을 포함하고,
    상기 제2 전극들은, 적어도 상기 조립 홀들과 오버랩 되는 부분에, 상기 제1 유전층의 일부가 노출되도록 형성된 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 개구부는, 상기 조립 홀의 바닥면의 중심에 대해 대칭이거나 또는 상기 조립 홀의 바닥면의 중심을 지나는 임의의 라인에 대해 대칭인 형태로 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 개구부는, 상기 조립 홀의 바닥면의 면적의 30% 내지 70%로 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 개구부는, 복수로 구비된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 격벽부는, 상기 제2 전극들의 일부와 오버랩 되도록 형성되어, 상기 조립 홀들을 통해 상기 제2 전극들의 일부가 노출되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 기판은, 상기 조립 홀들을 채우면서 상기 격벽부 상에 형성되는 평탄화층; 및
    상기 평탄화층 상에 배치되며, 상기 제1 방향으로 연장되는 제3 전극들을 더 포함하고,
    상기 반도체 발광소자들은, 상기 조립 홀들에 안착되어, 상기 제2 전극들 및 제3 전극들과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 반도체 발광소자는, 제1 도전형 전극;
    상기 제1 도전형 전극 상에 형성된 제1 도전형 반도체층;
    상기 제1 도전형 반도체층 상에 형성된 활성층;
    상기 활성층 상에 형성된 제2 도전형 반도체층; 및
    상기 제2 도전형 반도체층 상에 형성된 제2 도전형 전극을 포함하고,
    상기 제1 도전형 전극은 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 도전형 전극은 상기 제3 전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 제2 전극은, Sn, Ag, Cu, Pb, Al, Bi, Cd, Fe, In, Ni, Sb, Zn, Co 및 Au 중 적어도 하나의 물질을 포함하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제3 전극들은, 투명전극으로 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극들은, 투명전극으로 형성되고,
    상기 제1 도전형 전극은, 상기 제1 도전형 반도체층의 둘레 부분을 따라 형성된 것을 특징으로 하는, 디스플레이 장치.
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