KR20180120527A - 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법 - Google Patents

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 디스플레이 장치 및 이의 제조방법에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에 관한 것이다. 본 발명은 성장기판에 복수의 반도체 발광소자들을 성장시키는 단계, 상기 반도체 발광소자들 중 일부 반도체 발광소자들을 전사기판으로 전사하는 단계, 배선기판의 전체 영역 중, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 상기 일부 반도체 발광소자들이 배치되도록, 상기 전사기판과 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계, 상기 일부 반도체 발광소자들을 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 고정시킨 후, 상기 전사기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 배선기판은 광투과성 물질로 이루어지고, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는 상기 배선기판 하부에 배치된 제1카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 단일 전사 과정을 통해 복수의 반도체 발광소자들이 전사기판에서 배선기판으로 전사될 수 있기 때문에, 반도체 발광소자들 각각을 개별적으로 배선기판에 전사 시킬 필요가 없어진다. 이에 따라, 디스플레이 장치의 제조시간이 단축될 수 있다.

Description

반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING DISPLAY DEVICE USING SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것으로 특히, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 박막형, 플렉서블 등의 우수한 특성을 가지는 디스플레이 장치가 개발되고 있다. 이에 반해, 현재 상용화된 주요 디스플레이는 LCD(Liguid Crystal Display)와 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diodes)로 대표되고 있다. 그러나, LCD의 경우에 빠르지 않은 반응 시간과, 플렉서블의 구현이 어렵다는 문제점이 존재하고, AMOLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않다는 취약점이 존재한다.
한편, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다. 따라서, 상기 반도체 발광 소자를 이용하여 디스플레이를 구현하여, 상기의 문제점을 해결하는 방안이 제시될 수 있다.
한편, 최근에는 반도체 발광소자의 크기가 수십 마이크로미터까지 줄어들었다. 수십 마이크로미터 크기의 반도체 발광소자들을 이용하여 디스플레이 장치를 구현하는 경우, 매우 많은 수의 반도체 발광소자의 수를 디스플레이 장치의 배선기판에 전사하여야 한다.
수십 마이크로미터 크기의 반도체 발광소자들을 소자 단위로 배선기판에 전사할 경우, 디스플레이 장치의 제조 시간이 길어져 생산성이 떨어진다. 또한, 반도체 발광소자의 사이즈가 매우 작기 때문에, 반도체 발광소자를 소자 단위로 취급하기 어렵다는 문제가 있다.
본 발명은 반도체 발광소자들을 배선기판에 전사하는데 걸리는 시간을 단축하는 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은 단일 전사과정을 통해 복수의 반도체 발광소자들을 전사 시킬 수 있는 디스플레이 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전사기판에 전사된 복수의 반도체 발광소자들을 한 번의 전사과정을 통해 배선기판으로 전사한다.
구체적인 구현예에 있어서, 본 발명은 성장기판에 복수의 반도체 발광소자들을 성장시키는 단계, 상기 반도체 발광소자들 중 일부 반도체 발광소자들을 전사기판으로 전사하는 단계, 배선기판의 전체 영역 중, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 상기 일부 반도체 발광소자들이 배치되도록, 상기 전사기판과 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계, 상기 일부 반도체 발광소자들을 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 고정시킨 후, 상기 전사기판을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 배선기판은 광투과성 물질로 이루어지고, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는 상기 배선기판 하부에 배치된 제1카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법을 제공한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계에서, 상기 배선기판의 타겟 영역과 상기 전사기판의 타겟 영역이 중첩됨에 의하여 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 상기 일부 반도체 발광소자들이 배치될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는, 상기 제1카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여, 상기 배선기판의 타겟 영역과 상기 전사기판의 타겟 영역을 중첩 시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하기 전, 상기 전사기판 및 상기 배선기판 각각의 타겟 영역에 요철을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는, 상기 제1카메라를 통해 촬영된 영상에 포함된, 상기 전사기판 및 상기 배선기판 각각에 형성된 요철을 서로 중첩 시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는, 상기 제1카메라를 통해 촬영된 영상에서 인식된, 상기 일부 반도체 발광소자들의 위치 및 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역의 위치를 이용하여 수행될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하기 전, 상기 제1카메라를 통해 상기 전사기판을 촬영하는 단계 및 상기 배선기판 상측에 배치된 제2카메라를 통해 상기 배선기판을 촬영하는 단계를 더 포함하고, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는, 상기 제1및 제2카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 수행될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는, 상기 제1카메라를 통해 촬영된 영상에서 인식된 상기 일부 반도체 발광소자들의 위치 및 상기 제2카메라를 통해 촬영된 영상에서 인식된 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역의 위치를 이용하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 단일 전사 과정을 통해 복수의 반도체 발광소자들이 전사기판에서 배선기판으로 전사될 수 있기 때문에, 반도체 발광소자들 각각을 개별적으로 배선기판에 전사 시킬 필요가 없어진다. 이에 따라, 디스플레이 장치의 제조시간이 단축될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이다.
도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이다.
도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이다.
도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이다.
도 9는 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
도 10a 내지 10d는 본 발명에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타내는 개념도들이다.
도 11은 전사기판과 배선기판을 얼라인먼트하기 위한 장치를 나타내는 개념도이다.
도 12는 전사기판의 수평이동 및 수직이동 정확도를 향상시키기 위한 방법을 나타내는 개념도이다.
도 13 및 14는 반도체 발광소자들을 배선기판에 고정시키는 방법을 나타내는 개념도들이다.
도 15a 내지 15c는 녹색, 청색, 적색 반도체 발광소자 각각을 배선기판에 전사하는 과정을 나타내는 개념도들이다.
도 16은 녹색, 청색, 적색 반도체 발광소자들이 전사된 배선기판을 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 "상(on)"에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 피씨(Slate PC), Tablet PC, Ultra Book, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터 등이 포함될 수 있다. 그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태이라도, 디스플레이가 가능한 장치에는 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 이용하여 표시될 수 있다.
플렉서블 디스플레이는 외력에 의하여 휘어질 수 있는, 구부러질 수 있는, 비틀어질 수 있는, 접힐 수 있는, 말려질 수 있는 디스플레이를 포함한다. 예를 들어, 플렉서블 디스플레이는 기존의 평판 디스플레이의 디스플레이 특성을 유지하면서, 종이와 같이 휘어지거나, 구부리거나, 접을 수 있거나 말 수 있는 얇고 유연한 기판 위에 제작되는 디스플레이가 될 수 있다.
상기 플렉서블 디스플레이가 휘어지지 않는 상태(예를 들어, 무한대의 곡률반경을 가지는 상태, 이하 제1상태라 한다)에서는 상기 플렉서블 디스플레이의 디스플레이 영역이 평면이 된다. 상기 제1상태에서 외력에 의하여 휘어진 상태(예를 들어, 유한의 곡률반경을 가지는 상태, 이하, 제2상태라 한다)에서는 상기 디스플레이 영역이 곡면이 될 수 있다. 도시와 같이, 상기 제2상태에서 표시되는 정보는 곡면상에 출력되는 시각 정보가 될 수 있다. 이러한 시각 정보는 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다. 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미한다.
상기 플렉서블 디스플레이의 단위 화소는 반도체 발광 소자에 의하여 구현될 수 있다. 본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광 소자의 일 종류로서 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)를 예시한다. 상기 발광 다이오드는 작은 크기로 형성되며, 이를 통하여 상기 제2상태에서도 단위 화소의 역할을 할 수 있게 된다.
이하, 상기 발광 다이오드를 이용하여 구현된 플렉서블 디스플레이에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 도 1의 A부분의 부분 확대도이고, 도 3a 및 도 3b는 도 2의 라인 B-B 및 C-C를 따라 취한 단면도들이며, 도 4는 도 3a의 플립 칩 타입 반도체 발광 소자를 나타내는 개념도이고, 도 5a 내지 도 5c는 플립 칩 타입 반도체 발광 소자와 관련하여 컬러를 구현하는 여러가지 형태를 나타내는 개념도들이다.
도 2, 도 3a 및 도 3b의 도시에 의하면, 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)로서 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치(100)를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다.
상기 디스플레이 장치(100)는 기판(110), 제1전극(120), 전도성 접착층(130), 제2전극(140) 및 복수의 반도체 발광 소자(150)를 포함한다.
기판(110)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 기판(110)은 유리나 폴리이미드(PI, Polyimide)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면, 예를 들어 PEN(Polyethylene Naphthalate), PET(Polyethylene Terephthalate) 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. 또한, 상기 기판(110)은 투명한 재질 또는 불투명한 재질 어느 것이나 될 수 있다.
상기 기판(110)은 제1전극(120)이 배치되는 배선기판이 될 수 있으며, 따라서 상기 제1전극(120)은 기판(110) 상에 위치할 수 있다.
도시에 의하면, 절연층(160)은 제1전극(120)이 위치한 기판(110) 상에 배치될 수 있으며, 상기 절연층(160)에는 보조전극(170)이 위치할 수 있다. 이 경우에, 상기 기판(110)에 절연층(160)이 적층된 상태가 하나의 배선기판이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연층(160)은 폴리이미드(PI, Polyimide), PET, PEN 등과 같이 절연성이 있고, 유연성 있는 재질로, 상기 기판(110)과 일체로 이루어져 하나의 기판을 형성할 수 있다.
보조전극(170)은 제1전극(120)과 반도체 발광 소자(150)를 전기적으로 연결하는 전극으로서, 절연층(160) 상에 위치하고, 제1전극(120)의 위치에 대응하여 배치된다. 예를 들어, 보조전극(170)은 닷(dot) 형태이며, 절연층(160)을 관통하는 전극홀(171)에 의하여 제1전극(120)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 전극홀(171)은 비아 홀에 도전물질이 채워짐에 의하여 형성될 수 있다.
본 도면들을 참조하면, 절연층(160)의 일면에는 전도성 접착층(130)이 형성되나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 절연층(160)과 전도성 접착층(130)의 사이에 특정 기능을 수행하는 레이어가 형성되거나, 절연층(160)이 없이 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조도 가능하다. 전도성 접착층(130)이 기판(110)상에 배치되는 구조에서는 전도성 접착층(130)이 절연층의 역할을 할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 접착성과 전도성을 가지는 층이 될 수 있으며, 이를 위하여 상기 전도성 접착층(130)에서는 전도성을 가지는 물질과 접착성을 가지는 물질이 혼합될 수 있다. 또한 전도성 접착층(130)은 연성을 가지며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 플렉서블 기능을 가능하게 한다.
이러한 예로서, 전도성 접착층(130)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 상기 전도성 접착층(130)은 두께를 관통하는 Z 방향으로는 전기적 상호 연결을 허용하나, 수평적인 X-Y 방향으로는 전기절연성을 가지는 레이어로서 구성될 수 있다. 따라서 상기 전도성 접착층(130)은 Z축 전도층으로 명명될 수 있다(다만, 이하 '전도성 접착층'이라 한다).
상기 이방성 전도성 필름은 이방성 전도매질(anisotropic conductive medium)이 절연성 베이스부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정 부분만 이방성 전도매질에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이하, 상기 이방성 전도성 필름에는 열 및 압력이 가해지는 것으로 설명하나, 상기 이방성 전도성 필름이 부분적으로 전도성을 가지기 위하여 다른 방법도 가능하다. 이러한 방법은, 예를 들어 상기 열 및 압력 중 어느 하나만이 가해지거나 UV 경화 등이 될 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도매질은 예를 들어, 도전볼이나 전도성 입자가 될 수 있다. 도시에 의하면, 본 예시에서 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재에 혼합된 형태의 필름으로서, 열 및 압력이 가해지면 특정부분만 도전볼에 의하여 전도성을 가지게 된다. 이방성 전도성 필름은 전도성 물질의 코어가 폴리머 재질의 절연막에 의하여 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있으며, 이 경우에 열 및 압력이 가해진 부분이 절연막이 파괴되면서 코어에 의하여 도전성을 가지게 된다. 이때, 코어의 형태는 변형되어 필름의 두께방향으로 서로 접촉하는 층을 이룰 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 열 및 압력은 이방성 전도성 필름에 전체적으로 가해지며, 이방성 전도성 필름에 의하여 접착되는 상대물의 높이차에 의하여 Z축 방향의 전기적 연결이 부분적으로 형성된다.
다른 예로서, 이방성 전도성 필름은 절연 코어에 전도성 물질이 피복된 복수의 입자가 함유된 상태가 될 수 있다. 이 경우에는 열 및 압력이 가해진 부분이 전도성 물질이 변형되어(눌러 붙어서) 필름의 두께방향으로 전도성을 가지게 된다. 또 다른 예로서, 전도성 물질이 Z축 방향으로 절연성 베이스 부재를 관통하여 필름의 두께방향으로 전도성을 가지는 형태도 가능하다. 이 경우에, 전도성 물질은 뽀족한 단부를 가질 수 있다.
도시에 의하면, 상기 이방성 전도성 필름은 도전볼이 절연성 베이스 부재의 일면에 삽입된 형태로 구성되는 고정배열 이방성 전도성 필름(fixed array ACF)가 될 수 있다. 보다 구체적으로, 절연성 베이스부재는 접착성을 가지는 물질로 형성되며, 도전볼은 상기 절연성 베이스부재의 바닥부분에 집중적으로 배치되며, 상기 베이스부재에서 열 및 압력이 가해지면 상기 도전볼과 함께 변형됨에 따라 수직방향으로 전도성을 가지게 된다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 이방성 전도성 필름은 절연성 베이스부재에 도전볼이 랜덤하게 혼입된 형태나, 복수의 층으로 구성되며 어느 한 층에 도전볼이 배치되는 형태(double-ACF) 등이 모두 가능하다.
이방성 전도 페이스트는 페이스트와 도전볼의 결합형태로서, 절연성 및 접착성의 베이스 물질에 도전볼이 혼합된 페이스트가 될 수 있다. 또한, 전도성 입자를 함유한 솔루션은 전도성 particle 혹은 nano 입자를 함유한 형태의 솔루션이 될 수 있다.
다시 도면을 참조하면, 제2전극(140)은 보조전극(170)과 이격하여 절연층(160)에 위치한다. 즉, 상기 전도성 접착층(130)은 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치하는 절연층(160) 상에 배치된다.
절연층(160)에 보조전극(170)과 제2전극(140)이 위치된 상태에서 전도성 접착층(130)을 형성한 후에, 반도체 발광 소자(150)를 열 및 압력을 가하여 플립 칩 형태로 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(150)는 제1전극(120) 및 제2전극(140)과 전기적으로 연결된다.
도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156)이 형성되는 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154) 상에 형성된 n형 반도체층(153) 및 n형 반도체층(153) 상에서 p형 전극(156)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(156)은 보조전극(170)과 전도성 접착층(130)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, n형 전극(152)은 제2전극(140)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다시 도 2, 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 보조전극(170)은 일방향으로 길게 형성되어, 하나의 보조전극이 복수의 반도체 발광 소자(150)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 보조전극을 중심으로 좌우의 반도체 발광 소자들의 p형 전극들이 하나의 보조전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
보다 구체적으로, 열 및 압력에 의하여 전도성 접착층(130)의 내부로 반도체 발광 소자(150)가 압입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150)의 p형 전극(156)과 보조전극(170) 사이의 부분과, 반도체 발광 소자(150)의 n형 전극(152)과 제2전극(140) 사이의 부분에서만 전도성을 가지게 되고, 나머지 부분에서는 반도체 발광 소자의 압입이 없어 전도성을 가지지 않게 된다. 이와 같이, 전도성 접착층(130)은 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 사이 및 반도체 발광 소자(150)와 제2전극(140) 사이를 상호 결합시켜줄 뿐만 아니라 전기적 연결까지 형성시킨다.
또한, 복수의 반도체 발광 소자(150)는 발광 소자 어레이(array)를 구성하며, 발광 소자 어레이에는 형광체층(180)이 형성된다.
발광 소자 어레이는 자체 휘도값이 상이한 복수의 반도체 발광 소자들을 포함할 수 있다. 각각의 반도체 발광 소자(150)는 단위 화소를 구성하며, 제1전극(120)에 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 제1전극(120)은 복수 개일 수 있고, 반도체 발광 소자들은 예컨대 수 열로 배치되며, 각 열의 반도체 발광 소자들은 상기 복수 개의 제1전극 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자들이 플립 칩 형태로 접속되므로, 투명 유전체 기판에 성장시킨 반도체 발광 소자들을 이용할 수 있다. 또한, 상기 반도체 발광 소자들은 예컨대 질화물 반도체 발광 소자일 수 있다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다.
도시에 의하면, 반도체 발광 소자(150)의 사이에 격벽(190)이 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(190)은 개별 단위 화소를 서로 분리하는 역할을 할 수 있으며, 전도성 접착층(130)과 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 반도체 발광 소자(150)가 삽입됨에 의하여 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 상기 격벽을 형성할 수 있다.
또한, 상기 이방성 전도성 필름의 베이스부재가 블랙이면, 별도의 블랙 절연체가 없어도 상기 격벽(190)이 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)가 증가될 수 있다.
다른 예로서, 상기 격벽(190)으로 반사성 격벽이 별도로 구비될 수 있다. 이 경우에, 상기 격벽(190)은 디스플레이 장치의 목적에 따라 블랙(Black) 또는 화이트(White) 절연체를 포함할 수 있다. 화이트 절연체의 격벽을 이용할 경우 반사성을 높이는 효과가 있을 수 있고, 블랙 절연체의 격벽을 이용할 경우, 반사 특성을 가지는 동시에 대비비(contrast)를 증가시킬 수 있다.
형광체층(180)은 반도체 발광 소자(150)의 외면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 형광체층(180)은 상기 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키는 기능을 수행한다. 상기 형광체층(180)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(181) 또는 녹색 형광체(182)가 될 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(181)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(151) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(182)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(151)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다. 보다 구체적으로, 제1전극(120)의 각 라인을 따라 하나의 색상의 형광체가 적층될 수 있다. 따라서, 제1전극(120)에서 하나의 라인은 하나의 색상을 제어하는 전극이 될 수 있다. 즉, 제2전극(140)을 따라서, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)이 차례로 배치될 수 있으며, 이를 통하여 단위 화소가 구현될 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 형광체 대신에 반도체 발광 소자(150)와 퀀텀닷(QD)이 조합되어 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들을 구현할 수 있다.
또한, 대비비(contrast) 향상을 위하여 각각의 형광체층들의 사이에는 블랙 매트릭스(191)가 배치될 수 있다. 즉, 이러한 블랙 매트릭스(191)는 명암의 대조를 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 각각의 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.
이 경우, 반도체 발광 소자(150)는 각각 단위 화소(sub-pixel)를 이루기 위하여 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자일 수 있다. 예컨대, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자(R, G, B)가 교대로 배치되고, 적색, 녹색 및 청색 반도체 발광 소자에 의하여 적색(Red), 녹색(Green) 및 청색(Blue)의 단위 화소들이 하나의 화소(pixel)를 이루며, 이를 통하여 풀 칼라 디스플레이가 구현될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 반도체 발광 소자는 황색 형광체층이 개별 소자마다 구비된 백색 발광 소자(W)를 구비할 수 있다. 이 경우에는, 단위 화소를 이루기 위하여, 백색 발광 소자(W) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비될 수 있다. 또한, 이러한 백색 발광 소자(W) 상에 적색, 녹색, 및 청색이 반복되는 컬러 필터를 이용하여 단위 화소를 이룰 수 있다.
도 5c를 참조하면, 자외선 발광 소자(UV) 상에 적색 형광체층(181), 녹색 형광체층(182), 및 청색 형광체층(183)이 구비되는 구조도 가능하다. 이와 같이, 반도체 발광 소자는 가시광선뿐만 아니라 자외선(UV)까지 전영역에 사용가능하며, 자외선(UV)이 상부 형광체의 여기원(excitation source)으로 사용가능한 반도체 발광 소자의 형태로 확장될 수 있다.
본 예시를 다시 살펴보면, 반도체 발광 소자(150)는 전도성 접착층(130) 상에 위치되어, 디스플레이 장치에서 단위 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(150)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 화소를 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(150)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
또한, 한 변의 길이가 10㎛인 정사각형의 반도체 발광 소자(150)를 단위 화소로 이용하여도 디스플레이 장치를 이루기 위한 충분한 밝기가 나타난다. 따라서, 단위 화소의 크기가 한 변이 600㎛, 나머지 한변이 300㎛인 직사각형 화소인 경우를 예로 들면, 반도체 발광 소자의 거리가 상대적으로 충분히 크게 된다. 따라서, 이러한 경우, HD화질을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치를 구현할 수 있게 된다.
상기에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치는 새로운 형태의 제조방법에 의하여 제조될 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 상기 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법을 나타낸 단면도들이다.
본 도면을 참조하면, 먼저, 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 위치된 절연층(160) 상에 전도성 접착층(130)을 형성한다. 제1기판(110)에 절연층(160)이 적층되어 하나의 기판(또는 배선기판)을 형성하며, 상기 배선기판에는 제1전극(120), 보조전극(170) 및 제2전극(140)이 배치된다. 이 경우에, 제1전극(120)과 제2전극(140)은 상호 직교 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 제1기판(110) 및 절연층(160)은 각각 유리 또는 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다.
상기 전도성 접착층(130)은 예를 들어, 이방성 전도성 필름에 의하여 구현될 수 있으며, 이를 위하여 절연층(160)이 위치된 기판에 이방성 전도성 필름이 도포될 수 있다.
다음에, 보조전극(170) 및 제2전극(140)들의 위치에 대응하고, 개별 화소를 구성하는 복수의 반도체 발광 소자(150)가 위치된 제2기판(112)을 상기 반도체 발광 소자(150)가 보조전극(170) 및 제2전극(140)과 대향하도록 배치한다.
이 경우에, 제2기판(112)은 반도체 발광 소자(150)를 성장시키는 성장 기판으로서, 사파이어(spire) 기판 또는 실리콘(silicon) 기판이 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자는 웨이퍼(wafer) 단위로 형성될 때, 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격 및 크기를 가지도록 함으로써, 디스플레이 장치에 효과적으로 이용될 수 있다.
그 다음에, 배선기판과 제2기판(112)을 열압착한다. 예를 들어, 배선기판과 제2기판(112)은 ACF press head 를 적용하여 열압착될 수 있다. 상기 열압착에 의하여 배선기판과 제2기판(112)은 본딩(bonding)된다. 열압착에 의하여 전도성을 갖는 이방성 전도성 필름의 특성에 의해 반도체 발광 소자(150)와 보조전극(170) 및 제2전극(140)의 사이의 부분만 전도성을 가지게 되며, 이를 통하여 전극들과 반도체 발광소자(150)는 전기적으로 연결될 수 있다. 이 때에, 반도체 발광 소자(150)가 상기 이방성 전도성 필름의 내부로 삽입되며, 이를 통하여 반도체 발광 소자(150) 사이에 격벽이 형성될 수 있다.
그 다음에, 상기 제2기판(112)을 제거한다. 예를 들어, 제2기판(112)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다.
마지막으로, 상기 제2기판(112)을 제거하여 반도체 발광 소자들(150)을 외부로 노출시킨다. 필요에 따라, 반도체 발광 소자(150)가 결합된 배선기판 상을 실리콘 옥사이드(SiOx) 등을 코팅하여 투명 절연층(미도시)을 형성할 수 있다.
또한, 상기 반도체 발광 소자(150)의 일면에 형광체층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(150)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 적색 형광체 또는 녹색 형광체가 상기 청색 반도체 발광 소자의 일면에 레이어를 형성할 수 있다.
이상에서 설명된 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조방법이나 구조는 여러가지 형태로 변형될 수 있다. 그 예로서, 상기에서 설명된 디스플레이 장치에는 수직형 반도체 발광 소자도 적용될 수 있다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 수직형 구조에 대하여 설명한다.
또한, 이하 설명되는 변형예 또는 실시예에서는 앞선 예와 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호가 부여되고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음된다.
도 7은 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 다른 일 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 8은 도 7의 라인 D-D를 따라 취한 단면도이며, 도 9은 도 8의 수직형 반도체 발광소자를 나타내는 개념도이다.
본 도면들을 참조하면, 디스플레이 장치는 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 수직형 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치가 될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 기판(210), 제1전극(220), 전도성 접착층(230), 제2전극(240) 및 복수의 반도체 발광 소자(250)를 포함한다.
기판(210)은 제1전극(220)이 배치되는 배선기판으로서, 플렉서블(flexible) 디스플레이 장치를 구현하기 위하여 폴리이미드(PI)를 포함할 수 있다. 이외에도 절연성이 있고, 유연성 있는 재질이면 어느 것이라도 사용 가능할 것이다.
제1전극(220)은 기판(210) 상에 위치하며, 일 방향으로 긴 바(bar) 형태의 전극으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(220)은 데이터 전극의 역할을 하도록 이루어질 수 있다.
전도성 접착층(230)은 제1전극(220)이 위치하는 기판(210)상에 형성된다. 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치와 같이, 전도성 접착층(230)은 이방성 전도성 필름(anistropy conductive film, ACF), 이방성 전도 페이스트(paste), 전도성 입자를 함유한 솔루션(solution) 등이 될 수 있다. 다만, 본 실시예에서도 이방성 전도성 필름에 의하여 전도성 접착층(230)이 구현되는 경우를 예시한다.
기판(210) 상에 제1전극(220)이 위치하는 상태에서 이방성 전도성 필름을 위치시킨 후에, 반도체 발광 소자(250)를 열 및 압력을 가하여 접속시키면, 상기 반도체 발광 소자(250)가 제1전극(220)과 전기적으로 연결된다. 이 때, 상기 반도체 발광 소자(250)는 제1전극(220) 상에 위치되도록 배치되는 것이 바람직하다.
상기 전기적 연결은 전술한 바와 같이, 이방성 전도성 필름에서 열 및 압력이 가해지면 부분적으로 두께방향으로 전도성을 가지기 때문에 생성된다. 따라서, 이방성 전도성 필름에서는 두께방향으로 전도성을 가지는 부분(231)과 전도성을 가지지 않는 부분(232)으로 구획된다.
또한, 이방성 전도성 필름은 접착 성분을 함유하기 때문에, 전도성 접착층(230)은 반도체 발광 소자(250)와 제1전극(220) 사이에서 전기적 연결뿐만 아니라 기계적 결합까지 구현한다.
이와 같이, 반도체 발광 소자(250)는 전도성 접착층(230) 상에 위치되며, 이를 통하여 디스플레이 장치에서 개별 화소를 구성한다. 반도체 발광 소자(250)는 휘도가 우수하므로, 작은 크기로도 개별 단위 픽셀을 구성할 수 있다. 이와 같은 개별 반도체 발광 소자(250)의 크기는 한 변의 길이가 80㎛ 이하일 수 있고, 직사각형 또는 정사각형 소자일 수 있다. 직사각형인 경우에는 20X80㎛ 이하의 크기가 될 수 있다.
상기 반도체 발광 소자(250)는 수직형 구조가 될 수 있다.
수직형 반도체 발광 소자들의 사이에는, 제1전극(220)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 배치되고, 수직형 반도체 발광 소자(250)와 전기적으로 연결된 복수의 제2전극(240)이 위치한다.
도 9를 참조하면, 이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(256), p형 전극(256) 상에 형성된 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층(254), 활성층(254)상에 형성된 n형 반도체층(253) 및 n형 반도체층(253) 상에 형성된 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(256)은 제1전극(220)과 전도성 접착층(230)에 의하여 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(252)은 후술하는 제2전극(240)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(250)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다시 도 8을 참조하면, 상기 반도체 발광 소자(250)의 일면에는 형광체층(280)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광 소자(250)는 청색(B) 광을 발광하는 청색 반도체 발광 소자(251)이고, 이러한 청색(B) 광을 단위 화소의 색상으로 변환시키기 위한 형광체층(280)이 구비될 수 있다. 이 경우에, 형광체층(280)은 개별 화소를 구성하는 적색 형광체(281) 및 녹색 형광체(282) 일 수 있다.
즉, 적색의 단위 화소를 이루는 위치에서, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에는 청색 광을 적색(R) 광으로 변환시킬 수 있는 적색 형광체(281)가 적층될 수 있고, 녹색의 단위 화소를 이루는 위치에서는, 청색 반도체 발광 소자(251) 상에 청색 광을 녹색(G) 광으로 변환시킬 수 있는 녹색 형광체(282)가 적층될 수 있다. 또한, 청색의 단위 화소를 이루는 부분에는 청색 반도체 발광 소자(251)만 단독으로 이용될 수 있다. 이 경우, 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 단위 화소들이 하나의 화소를 이룰 수 있다.
다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 적용된 디스플레이 장치에서 전술한 바와 같이, 청색, 적색, 녹색을 구현하기 위한 다른 구조가 적용될 수 있다.
상술한, 수십 마이크로 미터 크기의 반도체 발광소자들을 이용하여 디스플레이 장치를 구현하는 경우, 매우 많은 수의 반도체 발광소자의 수를 디스플레이 장치의 배선기판에 전사하여야 한다.
Die bonder 및 Chip Mounter 중 어느 하나를 이용하여, 성장기판에 성장된 반도체 발광소자를 소자 단위로 배선기판에 전사할 경우, 디스플레이 장치의 제조 시간이 길어진다. 또한, 반도체 발광소자의 사이즈가 매우 작기 때문에, Die bonder 및 Chip Mounter 중 어느 하나를 적용하는 것은 다소 무리가 있다.
본 발명은 수십 마이크로 미터 크기의 반도체 발광소자들을 빠르고, 정확하게 배선기판에 효율적으로 전사할 수 있는 방법을 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 10a 내지 10d는 본 발명에 따른 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 제조 방법을 나타내는 개념도들이다.
먼저, 도 10a를 참조하면, 성장기판 위에 반도체 발광소자들을 성장시키는 단계가 진행된다. 이하, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자를 성장시키는 실시 예를 예로 들어 설명하나, 본 발명에 따른 제조 방법은 플립 칩 타입에만 한정되지 않는다.
도 10a의 (a)를 참조하면, 성장기판(310)에 n형 반도체층(153), 활성층(154), p형 반도체층(155)을 각각 성장시킨다.
n형 반도체층(153)이 성장하면, 다음은, 상기 n형 반도체층(153) 상에 활성층(154)을 성장시키고, 다음으로 상기 활성층(154) 상에 p형 반도체층(155)을 성장시킨다. 이와 같이, n형 반도체층(153), 활성층(154) 및 p형 반도체층(155)을 순차적으로 성장시키면, 도 10a의 (a)에 도시된 것과 같이, 마이크로 반도체 발광소자의 적층 구조가 형성된다.
성장기판(310)(웨이퍼)은 광 투과성을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 성장기판(310)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, 상기 n형 반도체층(153)의 적어도 일부가 노출되도록 활성층(154) 및 p형 반도체층(155)의 적어도 일부를 제거한다(도 10a의 (b)).
이 경우에, 상기 활성층(154) 및 p형 반도체층(155)은 수직방향으로 일부가 제거되어, 상기 n형 반도체층(153)이 외부로 노출된다. 이를 통하여, 메사 공정이 수행된다. 이후에, 복수의 발광소자들이 발광 소자 어레이를 형성하도록 상기 n형 반도체층(153)을 식각하여 아이솔레이션(isolation)이 수행된다. 이와 같이, p형 반도체층(155), 활성층(154) 및 n형 반도체층(153)을 식각하여 복수의 마이크로 반도체 발광소자를 형성한다.
다음으로, 플립 칩 타입(flip chip type)의 발광 소자가 구현되도록, 상기 n형 반도체층(153)과 상기 p형 반도체층(155)에 두께방향으로 높이차를 가지는 n형 전극(152) 및 p형 전극(156)을 각각 형성한다(도 10a의 (c)).
상기 n형 전극(152) 및 p형 전극(156)은 스퍼터링 등의 증착 방법으로 형성될 수 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 10a에서 설명한 방식에 따라 성장기판(310)에 복수의 반도체 발광소자들이 형성될 수 있다.
이후, 도 10b를 참조하면, 성장기판(310)에 형성된 반도체 발광소자들 중 일부를 전사기판(320)에 전사한 후 성장기판(310)을 제거하는 단계가 진행된다.
전사기판(320)에 전사된, 상기 일부 반도체 발광소자들은 한 번의 전사 과정을 거쳐 배선기판(330)으로 전사되기 때문에, 상기 일부 반도체 발광소자들은 디스플레이 장치를 이룰 수 있는 간격으로 전사기판(320)에 전사되어야 한다.
예를 들어, 성장기판(310)에 성장된 녹색 반도체 발광소자(150a)들 중 일부는 소정 간격으로 전사기판(320)으로 전사될 수 있다. 여기서, 전사기판(320)으로 전사되는 녹색 반도체 발광소자(150a)들의 간격은 배선기판(330)에 배치될 녹색 반도체 발광소자(150a)들의 간격과 동일하다.
성장기판(310)에 형성된 반도체 발광소자들은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)에 의하여, 전사기판(320)으로 전사될 수 있다. 이때, 전사기판(320)에 접착물질을 도포하는 경우, 상기 레이저 리프트 오프법 또는 화학적 리프트 오프법은 상기 전도성 접착제가 도포된 반도체 발광소자에만 선택적으로 수행된다. 따라서, 이후 성장기판(310)을 제거하는 경우, 제거된 성장기판(310)에는 상기 접착물질이 도포되지 않은 반도체 발광소자들은 남아있게 된다.
한편, 상술한 레이저 리프트 오프법을 이용하는 경우, 레이저를 성장기판(310)에 형성된 반도체 발광소자들 중 일부에만 선택적으로 조사함으로써, 성장기판(310)에 형성된 반도체 발광소자들 중 일부를 전사기판(320)에 전사 시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 전사기판(320)에 접작물질을 일정 간격으로 도포하거나, 레이저를 일정 간격으로 조사함으로써, 전사기판(320)으로 전사되는 반도체 발광소자들의 간격을 조절할 수 있게 된다.
다음으로, 도 10b를 참조하면, 배선기판(330)의 전체 영역 중, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역(330a)과 상기 일부 반도체 발광소자(150a)들이 배치되도록, 전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계가 진행된다.
배선기판(330)에는 반도체 발광소자들이 배치되어야 하는 영역(이하, 반도체 발광소자에 대응하는 영역, 330a)이 형성될 수 있다. 반도체 발광소자에 대응하는 영역은, 배선기판(330)에 배치된 구성요소들에 의하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 반도체 발광소자가 전사되기 전 배선기판(330)에는 반도체 발광소자들을 고정시키기 위한 접착물질, 배선전극, 디스플레이 장치의 휘도를 향상시키기 위한 반사층 중 적어도 하나가 소정 간격으로 형성될 수 있다. 반도체 발광소자에 대응하는 영역은 상술한 접착물질, 배선전극, 반사층 중 적어도 하나가 배치된 위치에 따라 결정될 수 있다.
한편, 전사기판(320)에 전사된 상기 일부 반도체 발광소자들은 한번의 전사과정을 거쳐 배선기판(330)으로 전사된다. 이에 따라, 상기 일부 반도체 발광소자들은 전사기판(320)에 전사된 간격 그대로 배선기판(330)으로 전사된다. 따라서, 접착물질, 배선전극, 반사층 중 적어도 하나가 배치된 간격은 전사기판(320)에 전사된 상기 일부 반도체 발광소자들이 간격과 동일해야 한다.
한편, 전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라인먼트하는 단계는 전사기판(320) 및 배선기판(330) 중 어느 하나를 다른 하나에 대하여 수평 이동시킨 후, 상기 다른 하나에 대하여 수직하게 이동시킴으로써 수행된다. 본 명세서에서는 전사기판(320) 및 배선기판(330)을 얼라인먼트하기 위해, 배선기판(330)이 고정된 상태에서, 전사기판(320)을 이동시키는 일 실시 예를 설명하지만, 이에 한정되지 않는다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위하여, 전사기판(320)을 배선기판(330)에 대하여 수평하게 이동시키는 것을 "전사기판의 수평이동"이라 표현하고, 전사기판(320)을 배선기판(330)에 대하여 수직하게 이동시키는 것을 "전사기판의 수직이동"이라 표현한다.
한편, 전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라인먼트하는 단계는 도 11에 도시된 장치에 의하여 수행될 수 있다.
도 11을 참조하면, 전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라인먼트하기 위한 장치는 픽업 툴(340), 제1카메라(350), 제2카메라(360), 적외선 센서(370), 경화 소스(380)를 포함하여 이루어질 수 있다.
픽업 툴(340)은 전사기판(320)을 흡착시켜 고정한 후, 전사기판(320)을 수평이동 또는 수직이동 시킨다. 여기서, 픽업 툴(340)로 다공성 진공척이 사용될 수 있다.
한편, 상기 일부 반도체 발광소자들이 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역에 정확히 전사되도록, 제1카메라(350), 제2카메라(360), 적외선 센서(370)가 활용될 수 있다. 이에 대하여는 후술한다.
상기 일부 반도체 발광소자들을 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역에 배치하기 위해서는, 상기 일부 반도체 발광소자들이 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역에 중첩되도록, 전사기판(320)을 수평이동 시킨 후, 전사기판(320)을 배선기판(330)에 대하여 수직하게 이동시켜야 한다.
이에 따라, 상기 일부 반도체 발광소자들이 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역에 배치되는데, 이때 오차범위는 수 마이크로미터 이내이어야 한다.
다만, 전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라인먼트 하는 과정에서 전사기판(320)과 배선기판(330)이 중첩되는 경우, 상기 일부 반도체 발광소자들 및 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역이 전사기판(320)을 이동시키기 위한 픽업 툴(340), 전사기판(320) 및 배선기판(330) 중 적어도 하나에 의하여 가려져, 상기 일부 반도체 발광소자들 및 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역의 위치를 확인할 수 없게 된다. 이로 인하여, 전사기판(320)의 위치를 미세하게 조절하는 것이 어려워 진다.
이를 해결하기 위해, 본 발명은 광투과성 물질로 이루어지는 배선기판(330)을 활용한다. 전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라인먼트 하는 단계는 배선기판(330) 하부에 배치된 제1카메라(350)를 통해 촬영된 영상을 이용하여 수행된다.
배선기판(330)이 광투과성 물질로 이루어지는 경우, 전사기판(320)과 배선기판(330)이 중첩되더라도, 배선기판(330) 하부에 배치된 제1카메라(350)를 통해 촬영된 영상을 이용하여, 상기 일부 반도체 발광소자들 및 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역의 위치를 확인할 수 있게 된다.
한편, 배선기판(330)이 광투과성 물질로 이루어지는 경우에도, 배선기판(330)에 배치된 배선전극 및 반사층 중 적어도 하나로 인하여, 제1카메라(350)를 통해 촬영된 영상을 통해 상기 일부 반도체 발광소자들의 위치를 확인할 수 없을 수 있다. 이러한 경우, 본 발명은 배선기판(330)의 타겟 영역과 전사기판(320)의 타겟 영역이 중첩됨에 의하여 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 상기 일부 반도체 발광소자들이 배치되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 전사기판의 타겟 영역은 반도체 발광소자가 전사되지 않은 영역에 형성된다. 한편, 상기 배선기판(330)의 타겟 영역은 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역과 다른 위치에 형성된다. 상기 전사기판의 타겟 영역 및 상기 배선기판(330)의 타겟 영역은 상기 두 개의 타겟 영역이 서로 중첩되는 경우, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 상기 일부 반도체 발광소자들이 중첩될 수 있도록 하는 위치에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 전사기판의 타겟 영역 및 상기 배선기판(330)의 타겟 영역 각각은 전사기판 및 배선기판(330)의 테두리에 형성될 수 있다.
한편, 도 10b를 참조하면, 상기 전사기판(320)의 타겟 영역 및 상기 배선기판(330)의 타겟 영역 각각에는 요철(321 및 331)이 형성될 수 있다. 이를 위해, 전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라인먼트 하기 전, 전사기판(320) 및 배선기판(330) 각각의 타겟 영역에 요철을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전사기판(320) 및 배선기판(330) 각각에 형성된 요철은 제1카메라(350)를 통해 그 위치를 확인할 수 있다. 본 발명은 제1카메라(350)를 통해 촬영된 영상을 이용하여 전사기판(320) 및 배선기판(330) 각각에 형성된 요철(321 및 331)을 서로 중첩시킴으로써, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 상기 일부 반도체 발광소자들이 배치되도록 할 수 있다.
마지막으로, 도 10c를 참조하면, 상기 일부 반도체 발광소자들을 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 고정시킨 후, 전사기판(320)을 제거하는 단계가 진행된다.
배선기판(330)에 도포된 접착물질 또는 배선기판(330)에 형성된 요철을 활용하거나, 배선기판(330)에 전사기판(320)을 소정 압력으로 압착시킴으로써, 상기 일부 반도체 발광소자들을 배선기판(330)에 고정시킬 수 있다. 이에 대하여는 후술한다.
이후, 전사기판(320)을 제거하는 경우, 상기 일부 반도체 발광소자들은 배선기판(330)에 남아있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전사기판(320)에 전사된 반도체 발광소자들을 한 번의 전사과정을 통해 배선기판(330)에 전사한다. 이때, 본 발명은 광투과성 물질로 이루어지는 배선기판(330) 하부에서 촬영된 영상을 활용하여, 반도체 발광소자들이 배선기판(330) 상에 배치되는 위치를 미세하게 조절한다. 이를 통해, 본 발명은 수 마이크로미터의 오차범위 이내로, 반도체 발광소자들을 전사할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상술한 전사기판과 배선기판을 얼라인먼트 하는 단계의 정확도를 향상시키기 위한 추가적인 수단들을 더 포함할 수 있다.
도 12는 전사기판의 수평이동 및 수직이동 정확도를 향상시키기 위한 방법을 나타내는 개념도이다.
먼저, 전사기판(320)의 수평이동 정확도를 향상시키기 위해, 본 발명은 제1카메라(350)를 통해 전사기판(320)을 촬영하는 단계 및 배선기판(330) 상측에 배치된 제2카메라(360)를 통해 배선기판(330)을 촬영하는 단계를 더 포함하고, 전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라인먼트 하는 단계는, 상기 제1 및 제2카메라(350 및 360)를 통해 촬영된 영상을 이용하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 전사기판(320) 및 배선기판(330)이 서로 중첩되기 전, 제1카메라(350)를 통해 촬영된 영상을 이용하여 전사기판(320)에 전사된 상기 일부 반도체 발광소자들 중 적어도 하나의 위치가 인식될 수 있다. 여기서, 제1카메라는 복수 개일 수 있다. 복수의 제1카메라(350a 및 350b)를 활용하면 위치 인식 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 제2카메라(360)를 통해 촬영된 영상을 이용하여 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역의 위치가 인식될 수 있다. 예를 들어, 배선기판(330)에는 반도체 발광소자가 전사될 위치에 접착물질이 도포될 수 있는데, 상기 접착물질이 도포된 위치는 제2카메라(360)를 통해 촬영된 영상을 통해 인식될 수 있다. 여기서, 제2카메라는 복수 개일 수 있다. 복수의 제2카메라(360a 및 360b)를 활용하면 위치 인식 정확도를 향상시킬 수 있다.
상기 일부 반도체 발광소자들의 위치 및 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역의 위치에 근거하여 전사기판(320)이 이동해야 할 위치를 산출하고, 산출된 위치로 전사기판(320)을 수평이동 시킬 수 있다.
한편, 도 12를 참조하면, 전사기판(320)의 수직이동 정확도를 향상시키기 위해, 본 발명은 배선기판(330)에 배치된 적외선 센서(370)를 활용한다. 구체적으로, 본 발명은 적외선 센서(370)를 이용하여 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역과 적외선 센서(370)간의 거리를 산출하고, 산출된 거리를 이용하여, 상기 일부 반도체 발광소자들과 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역 간의 수직 거리를 산출한다. 상기 산출된 수직 거리를 이용하여 전사기판(320)의 수직이동 거리를 결정할 수 있다.
도 12에서 설명한 방법을 활용하면, 전사기판(320)의 수평이동 및 수직이동 정확도를 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 배치된 상기 일부 반도체 발광소자들은 다양한 방식으로, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 고정될 수 있다.
이하에서는, 상기 일부 반도체 발광소자들을 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 고정시키는 방법에 대하여 설명한다.
도 13 및 14는 반도체 발광소자들을 배선기판에 고정시키는 방법을 나타내는 개념도들이다.
전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라이먼트 하기 전, 배선기판(330)의 일부 영역에는 접착물질이 도포될 수 있다. 예를 들어, 상기 접착물질은 UV 경화형 접착제일 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 접착물질은 열 경화형 접착제일 수 있다.
이때, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역은 상기 접착물질이 도포된 영역이다. 도 13과 같이, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 상기 일부 반도체 발광소자들이 배치되도록, 전사기판(320)과 배선기판을 얼라인먼트 하는 경우, 상기 일부 반도체 발광소자들은 배선기판(330)에 도포된 접착물질(332)과 접촉하게 된다.
이후, 도 11에서 설명한 경화 소스(380)를 이용하여 접착물질(332)에 UV를 가하는 경우, 접착물질(332)이 경화되어, 상기 일부 반도체 발광소자들이 배선기판(330)에 고정된다. 이후, 전사기판(320)을 제거하는 경우, 상기 일부 반도체 발광소자들은 배선기판(330)에 남아있게 된다.
한편, 도 14를 참조하면, 배선기판(330)의 일부 영역에는 요철(333)이 형성될 수 있다. 이때, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역은 요철(333)이 형성된 영역이다.
상기 일부 반도체 발광소자들이 요철(333)과 중첩되도록 얼라인먼트 한 후, 전사기판(320)을 배선기판(330)에 압착시키는 경우, 요철(333)로 인하여 상기 일부 반도체 발광소자들에 압력이 집중된다. 이로 인하여, 상기 일부 반도체 발광소자들이 요철(333)에 고정된다. 이후, 전사기판(320)을 제거하는 경우, 상기 일부 반도체 발광소자들은 배선기판(330)에 남아있게 된다.
한편, 상술한 방식 이외에도, 전사기판(320)과 상기 일부 반도체 발광소자들 간의 접착력이 크지 않은 경우, 전사기판(320)과 배선기판(330)을 얼라인먼트 한 후, 전사기판(320)을 압착시키는 것만으로도, 상기 일부 반도체 발광소자들이 배선기판(330)에 고정될 수 있다.
한편, 상술한 방식을 활용하면, 3회의 전사과정 만으로 녹색, 청색, 적색 반도체 발광소자들을 배선기판(330)에 전사할 수 있게 된다.
이하에서는, 녹색, 청색, 적색 반도체 발광소자들 순서대로 배선기판(330)에 전사하는 방법에 대하여 설명한다.
도 15a 내지 15c 및 도 16은 녹색, 청색, 적색 반도체 발광소자 각각을 배선기판에 전사하는 과정을 나타내는 개념도들이다.
도 15a를 참조하면, 성장기판(310)에 성장된 녹색 반도체 발광소자(150a) 중 일부는 소정 간격으로 전사기판(320a)에 전사된다. 이때, 전사기판(320a)에 전사된 녹색 반도체 발광소자(150a)들 간의 간격은 배선기판(330)에 형성된 녹색 반도체 발광소자에 대응하는 영역(330a)들의 간격과 일치하여야 한다.
다음으로, 도 15b를 참조하면, 배선기판(330)에 녹색 반도체 발광소자(150a)들이 전사된 상태에서, 청색 반도체 발광소자(150b)들이 전사될 수 있다. 전사기판(320b)에는 청색 반도체 발광소자(150b)들이 소정 간격으로 전사될 수 있는데, 청색 반도체 발광소자(150b)들 간의 간격은 배선기판(330)에 형성된 청색 반도체 발광소자에 대응하는 영역들의 간격과 일치하여야 한다.
마지막으로, 도 15c를 참조하면, 배선기판(330)에 녹색 및 청색 반도체 발광소자(150a 및 150b)들이 전사된 상태에서, 적색 반도체 발광소자(150c)들이 전사될 수 있다.
도 15a 내지 15c에서 설명한 방법을 활용하면, 녹색, 청색, 적색 반도체 발광소자를 1개씩 포함하는 픽셀들로 이루어지는 디스플레이 장치는 3회의 전사과정만으로 제조될 수 있다.
한편, 도 16과 같이, 하나의 픽셀(400)이 녹색, 청색, 적색 반도체 발광소자를 각각 2개씩 포함하는 경우, 6회의 전사과정만으로 디스플레이 장치를 제조할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수십 마이크로미터 크기의 반도체 발광소자들을 이용하여 디스플레이 장치를 제조하는 경우, 디스플레이 장치의 제조시간을 단축시킬 수 있게 된다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
또한, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (8)

  1. 성장기판에 복수의 반도체 발광소자들을 성장시키는 단계;
    상기 반도체 발광소자들 중 일부 반도체 발광소자들을 전사기판으로 전사하는 단계;
    배선기판의 전체 영역 중, 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 상기 일부 반도체 발광소자들이 배치되도록, 상기 전사기판과 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계;
    상기 일부 반도체 발광소자들을 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 고정시킨 후, 상기 전사기판을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 배선기판은 광투과성 물질로 이루어지고,
    상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는 상기 배선기판 하부에 배치된 제1카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계에서, 상기 배선기판의 타겟 영역과 상기 전사기판의 타겟 영역이 중첩됨에 의하여 상기 일부 반도체 발광소자에 대응하는 영역에 상기 일부 반도체 발광소자들이 배치되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는,
    상기 제1카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여, 상기 배선기판의 타겟 영역과 상기 전사기판의 타겟 영역을 중첩 시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하기 전, 상기 전사기판 및 상기 배선기판 각각의 타겟 영역에 요철을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는,
    상기 제1카메라를 통해 촬영된 영상에 포함된, 상기 전사기판 및 상기 배선기판 각각에 형성된 요철을 서로 중첩 시키는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는,
    상기 제1카메라를 통해 촬영된 영상에서 인식된, 상기 일부 반도체 발광소자들의 위치 및 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역의 위치를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하기 전,
    상기 제1카메라를 통해 상기 전사기판을 촬영하는 단계; 및
    상기 배선기판 상측에 배치된 제2카메라를 통해 상기 배선기판을 촬영하는 단계를 더 포함하고,
    상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는,
    상기 제1및 제2카메라를 통해 촬영된 영상을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 전사기판과 상기 배선기판을 얼라인먼트(Alignment)하는 단계는,
    상기 제1카메라를 통해 촬영된 영상에서 인식된 상기 일부 반도체 발광소자들의 위치 및 상기 제2카메라를 통해 촬영된 영상에서 인식된 상기 일부 반도체 발광소자들에 대응하는 영역의 위치를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 제조방법.



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