KR20200026689A - 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈 및 이를 이용한 오조립된 반도체 발광소자의 제거방법 - Google Patents

오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈 및 이를 이용한 오조립된 반도체 발광소자의 제거방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 전기장 및 자기장을 이용하여, 챔버 내 수용된 유체에 투입된 반도체 발광소자들을 조립 기판의 매트릭스 형태로 배열된 셀에 자가조립한 후, 상기 조립 기판에 오조립된 반도체 발광소자를 제거하기 위한 제거 모듈에 있어서, 상기 제거 모듈은, 유체를 공급하는 유체 공급부; 및 일측은 상기 유체 공급부와 연결되고, 상기 조립 기판과 인접한 상판 및 상기 챔버와 인접한 하판을 구비하는 하우징을 포함하고, 상기 상판에는, 상기 유체 공급부로부터 공급받은 유체를 상기 조립 기판 상의 상기 반도체 발광소자가 오조립된 사이트에 분사하도록, 상기 하우징의 내부공간과 상기 챔버의 내부 공간을 연통하는 노즐홀; 및 상기 노즐홀을 중심으로 서로 마주하는 한 쌍으로 이루어진 격벽부가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈 및 이를 이용한 오조립된 반도체 발광소자의 제거방법{MODULE AND METHOD FOR REMOVING MIS-ASSEMBLED SEMI-CONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 수 내지 수십 ㎛ 크기의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치 제조에 사용되는 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈 및 이를 이용하여 오조립된 반도체 발광소자를 제거하는 방법에 관한 것이다.
최근에는 디스플레이 기술분야에서 대면적 디스플레이를 구현하기 위하여, 액정 디스플레이(LCD), 유기 발광소자(OLED) 디스플레이, 그리고 마이크로 LED 디스플레이 등이 경쟁하고 있다.
그러나, LCD의 경우 빠르지 않은 반응 시간과, 백라이트에 의해 생성된 광의 낮은 효율 등의 문제점이 존재하고, OLED의 경우에 수명이 짧고, 양산 수율이 좋지 않을 뿐 아니라 효율이 낮은 취약점이 존재한다.
이에 반해, 디스플레이에 100 ㎛ 이하의 직경 또는 단면적을 가지는 반도체 발광소자(마이크로 LED)를 사용하면 디스플레이가 편광판 등을 사용하여 빛을 흡수하지 않기 때문에 매우 높은 효율을 제공할 수 있다. 그러나 대형 디스플레이에는 수백만 개의 반도체 발광소자들을 필요로 하기 때문에 다른 기술에 비해 소자들을 전사하는 것이 어려운 단점이 있다.
전사공정으로 현재 개발되고 있는 기술은 픽앤플레이스(pick & place), 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 자가조립 등이 있다. 이 중에서, 자가조립 방식은 유체 내에서 반도체 발광소자가 스스로 위치를 찾아가는 방식으로서, 대화면의 디스플레이 장치의 구현에 가장 유리한 방식이다.
다만, 어떠한 방식에 의하더라도 마이크로 수준의 크기를 갖는 반도체 발광소자의 오조립(mis-assembly) 문제를 해결할 필요가 있으며, 특히, 특수한 조립 환경(ex. 유체 내 조립, 협소한 조립 공간 등) 하에서 진행되는 자가조립의 경우, 조립 환경에 최적화된 오조립된 반도체 발광소자를 제거할 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 유체 중에서 조립 기판에 오조립된 수 내지 수십 ㎛ 크기의 반도체 발광소자를 선택적으로 제거하기 위한 제거 모듈 및 이를 이용하여 조립 기판에 오조립된 반도체 발광소자를 제거하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전기장 및 자기장을 이용하여, 챔버 내 수용된 유체에 투입된 반도체 발광소자들을 조립 기판의 매트릭스 형태로 배열된 셀에 자가조립한 후, 상기 조립 기판에 오조립된 반도체 발광소자를 제거하기 위한 제거 모듈에 있어서, 상기 제거 모듈은, 유체를 공급하는 유체 공급부; 및 일측은 상기 유체 공급부와 연결되고, 상기 조립 기판과 인접한 상판 및 상기 챔버와 인접한 하판을 구비하는 하우징을 포함하고, 상기 상판에는, 상기 유체 공급부로부터 공급받은 유체를 상기 조립 기판 상의 상기 반도체 발광소자가 오조립된 사이트에 분사하도록, 상기 하우징의 내부공간과 상기 챔버의 내부 공간을 연통하는 노즐홀; 및 상기 노즐홀을 중심으로 서로 마주하는 한 쌍으로 이루어진 격벽부가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 격벽부는, 상기 조립 기판에 배열된 상기 반도체 발광소자의 행 방향을 따라 연장된 한 쌍의 제1격벽부; 및 상기 조립 기판에 배열된 상기 반도체 발광소자의 열 방향을 따라 연장된 한 쌍의 제2격벽부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1격벽부는, 상기 반도체 발광소자의 열 방향 간격과 동일하거나 상기 반도체 발광소자의 열 방향 간격보다 좁은 간격을 가지고, 상기 제2격벽부는, 상기 반도체 발광소자의 행 방향 간격과 동일하거나 상기 반도체 발광소자의 행 방향 간격보다 좁은 간격을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1격벽부는, 적어도 상기 셀의 행 방향 길이보다 길게 연장되고, 상기 제2격벽부는, 적어도 상기 셀의 열 방향 길이보다 길게 연장된 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 상판은, 상기 조립 기판을 향하는 제1면; 및 상기 하우징의 내부공간을 향하며, 상기 제1면 측으로 볼록한 제2면을 포함하며,
상기 노즐홀은, 상기 제2면의 최고점을 통해 상기 하우징의 내부공간과 상기 챔버의 내부공간을 연통하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 상판은, 상기 노즐홀과 대응되는 위치에 미세홀이 형성된 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 상판은, 상기 노즐홀의 둘레를 따라 형성된 금속 박막층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 조립 기판에 오조립된 반도체 발광소자의 위치에 대응되도록 상기 하우징을 이동시키는 이송부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 오조립된 반도체 발광소자의 제거방법은 전기장 및 자기장을 이용하여 유체 내 투입된 반도체 발광소자들을 조립 기판의 기 설정된 위치에 안착시킨 후 수행되며, 상기 반도체 발광소자들이 안착된 상기 조립 기판 일면의 이미지 또는 영상을 촬영하는 단계; 상기 촬영된 이미지 또는 영상으로부터 상기 반도체 발광소자들의 오조립 여부 및 오조립된 반도체 발광소자의 위치 좌표를 확인하는 단계; 상기 확인된 위치 좌표에 해당하는 지점의 하부에 제1항에 따른 제거 모듈을 위치시키는 단계; 및 상기 반도체 발광소자가 오조립된 위치를 향하여 유체를 분사하여 상기 오조립된 반도체 발광소자를 상기 조립 기판으로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 확인된 위치 좌표에 해당하는 지점의 하부에 제1항에 따른 제거 모듈을 위치시키는 단계는, 유체를 분사하는 상기 노즐홀과 상기 확인된 위치 좌표가 대응되도록 상기 제거 모듈을 수평 이동시키는 단계; 및 상기 격벽부의 일단이 상기 조립 기판의 일면에 접하도록 상기 제거 모듈을 수직 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 오조립된 반도체 발광소자가 복수 개인 경우, 상기 제거 모듈은 상기 오조립된 반도체 발광소자들 각각의 위치 좌표를 기초로 최단 경로를 산출하여, 상기 산출된 최단 경로를 따라 이동하도록 구동되는 것을 특징으로 한다.
본 실시예에 있어서, 상기 오조립된 반도체 발광소자가 복수 개인 경우, 복수 개의 상기 제거 모듈을 상기 확인된 위치 좌표에 해당하는 각각의 지점 하부에 위치시킨 후, 동시에 상기 오조립된 반도체 발광소자들을 제거하는 단계가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈은, 유체 챔버 내 구비되어 자가조립에 의해 약 수 내지 수십 ㎛ 크기를 갖는 반도체 발광소자가 수십 내지 수백 ㎛ 간격으로 배열된 조립 기판의 특정 사이트에 유체를 분사함으로써 오조립된 반도체 발광소자를 선택적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
특히, 오조립 사이트는 본 발명에 따른 제거 모듈의 격벽부에 의해 인접한 셀과 분리되므로, 노즐홀을 통해 분사되는 유체에 의해 인접한 영역에 정상 조립된 반도체 발광소자가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A부분의 부분 확대도이다.
도 3은 도 2의 반도체 발광소자의 확대도이다.
도 4는 도 2의 반도체 발광소자의 다른 실시예를 나타내는 확대도이다.
도 5a 내지 도 5e는 전술한 반도체 발광소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
도 6은 본 발명에 따른 반도체 발광소자의 자가조립 장치의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 7은 도 6의 자가조립 장치의 블록 다이어그램이다.
도 8a 내지 도 8e는 도 6의 자가조립 장치를 이용하여 반도체 발광소자를 자가조립 하는 공정을 나타내는 개념도이다.
도 9는 도 8a 내지 도 8e의 반도체 발광소자를 설명하기 위한 개념도이다.
도 10은 본 발명에 따른 자가조립의 조립 불량 유형을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제거 모듈을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 자가조립 장치(유체 챔버)에 적용된 제거 모듈을 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 변형 실시예에 따른 제거 모듈을 나타낸 도면이다.
도 14는 컬러 필터 또는 금속 박막층이 적용된 제거 모듈을 나타낸 도면이다.
도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 실시예에 따른 제거 모듈을 이용하여 오조립된 반도체 발광소자를 제거하는 방법을 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 “모듈” 및 “부”는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 또한, 층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 구성요소 “상(on)”에 존재하는 것으로 언급될 때, 이것은 직접적으로 다른 요소 상에 존재하거나 또는 그 사이에 중간 요소가 존재할 수도 있는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 설명되는 디스플레이 장치에는 휴대폰(mobile phone), 스마트폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistant), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 테블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultra book), 디지털 TV(digital TV), 데스크톱 컴퓨터(desktop computer) 등이 포함될 수 있다. 그러나 본 명세서에 기재된 실시예에 따른 구성은 추후 개발되는 새로운 제품형태라도 디스플레이를 포함할 수 있다면 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치의 일 실시예를 나타내는 개념도이고, 도 2는 도 1의 디스플레이 장치의 A 부분의 부분 확대도이고, 도 3은 도 2의 반도체 발광소자의 확대도이며, 도 4는 도 2의 반도체 발광소자의 다른 실시예를 나타내는 확대도이다.
도시에 의하면, 디스플레이 장치(100)의 제어부에서 처리되는 정보는 디스플레이 모듈(140)에서 출력될 수 있다. 상기 디스플레이 모듈의 테두리를 감싸는 폐루프 형태의 케이스(101)가 상기 디스플레이 장치의 베젤을 형성할 수 있다.
상기 디스플레이 모듈(140)은 영상이 표시되는 패널(141)을 구비하고, 상기 패널(141)은 마이크로 크기의 반도체 발광소자(150)와 상기 반도체 발광소자(150)가 장착되는 배선기판(110)을 구비할 수 있다.
상기 배선기판(110)에는 배선이 형성되어, 상기 반도체 발광소자(150)의 n형 전극(152) 및 p형 전극(156)과 연결될 수 있다. 이를 통하여, 상기 반도체 발광소자(150)는 자발광하는 개별화소로서 상기 배선기판(110) 상에 구비될 수 있다.
상기 패널(141)에 표시되는 영상은 시각 정보로서, 매트릭스 형태로 배치되는 단위 화소(sub-pixel)의 발광이 상기 배선을 통하여 독자적으로 제어됨에 의하여 구현된다.
본 발명에서는 전류를 빛으로 변환시키는 반도체 발광소자(150)의 일 종류로서 마이크로 LED(Light Emitting Diode)를 예시한다. 상기 마이크로 LED는 100마이크로 이하의 작은 크기로 형성되는 발광 다이오드가 될 수 있다. 상기 반도체 발광소자(150)는 청색, 적색 및 녹색이 발광영역에 각각 구비되어 이들의 조합에 의하여 단위 화소가 구현될 수 있다. 즉, 상기 단위 화소는 하나의 색을 구현하기 위한 최소 단위를 의미하며, 상기 단위 화소 내에 적어도 3개의 마이크로 LED가 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 상기 반도체 발광 소자(150)는 수직형 구조가 될 수 있다.
예를 들어, 상기 반도체 발광 소자(150)는 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 청색을 비롯한 다양한 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다.
이러한 수직형 반도체 발광 소자는 p형 전극(156), p형 전극(156) 상에 형성된 p형 반도체층(155), p형 반도체층(155) 상에 형성된 활성층(154), 활성층(154)상에 형성된 n형 반도체층(153), 및 n형 반도체층(153) 상에 형성된 n형 전극(152)을 포함한다. 이 경우, 하부에 위치한 p형 전극(156)은 배선기판의 p전극과 전기적으로 연결될 수 있고, 상부에 위치한 n형 전극(152)은 반도체 발광소자의 상측에서 n전극과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 수직형 반도체 발광 소자(150)는 전극을 상/하로 배치할 수 있으므로, 칩 사이즈를 줄일 수 있다는 큰 강점을 가지고 있다.
다른 예로서 도 4를 참조하면, 상기 반도체 발광 소자는 플립 칩 타입 (flip chip type)의 발광 소자가 될 수 있다.
이러한 예로서, 상기 반도체 발광 소자(250)는 p형 전극(256), p형 전극 (256)이 형성되는 p형 반도체층(255), p형 반도체층(255) 상에 형성된 활성층 (254), 활성층(254) 상에 형성된 n형 반도체층(253), 및 n형 반도체층(253) 상에서 p형 전극(256)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(252)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(256)과 n형 전극(152)은 모두 반도체 발광소자의 하부에서 배선기판의 p전극 및 n전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 수직형 반도체 발광소자와 수평형 반도체 발광소자는 각각 녹색 반도체 발광소자, 청색 반도체 발광소자 또는 적색 반도체 발광소자가 될 수 있다. 녹색 반도체 발광소자와 청색 반도체 발광소자의 경우에 질화 갈륨(GaN)을 주로 하여, 인듐(In) 및/또는 알루미늄(Al)이 함께 첨가되어 녹색이나 청색의 빛을 발광하는 고출력의 발광 소자로 구현될 수 있다. 이러한 예로서, 상기 반도체 발광소자는 n-Gan, p-Gan, AlGaN, InGan 등 다양한 계층으로 형성되는 질화갈륨 박막이 될 수 있으며, 구체적으로 상기 p형 반도체층은 P-type GaN이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaN 이 될 수 있다. 다만, 적색 반도체 발광소자의 경우에는, 상기 p형 반도체층은 P-type GaAs이고, 상기 n형 반도체층은 N-type GaAs 가 될 수 있다.
또한, 상기 p형 반도체층은 p 전극 쪽은 Mg가 도핑된 P-type GaN이고, n형 반도체층은 n 전극 쪽은 Si가 도핑된 N-type GaN 인 경우가 될 수 있다. 이 경우에, 전술한 반도체 발광소자들은 활성층이 없는 반도체 발광소자가 될 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 발광 다이오드가 매우 작기 때문에 상기 디스플레이 패널은 자발광하는 단위화소가 고정세로 배열될 수 있으며, 이를 통하여 고화질의 디스플레이 장치가 구현될 수 있다.
상기에서 설명된 본 발명의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치에서는 웨이퍼 상에서 성장되어, 메사 및 아이솔레이션을 통하여 형성된 반도체 발광소자가 개별 화소로 이용된다. 이 경우에, 마이크로 크기의 반도체 발광소자(150)는 웨이퍼에 상기 디스플레이 패널의 기판 상의 기설정된 위치로 전사되어야 한다. 이러한 전사기술로 픽앤플레이스(pick and place)가 있으나, 성공률이 낮고 매우 많은 시간이 요구된다. 다른 예로서, 스탬프나 롤을 이용하여 한 번에 여러개의 소자를 전사하는 기술이 있으나, 수율에 한계가 있어 대화면의 디스플레이에는 적합하지 않다. 본 발명에서는 이러한 문제를 해결할 수 있는 디스플레이 장치의 새로운 제조방법 및 제조장치를 제시한다.
이를 위하여, 이하, 먼저 디스플레이 장치의 새로운 제조방법에 대하여 살펴본다. 도 5a 내지 도 5e는 전술한 반도체 발광 소자를 제작하는 새로운 공정을 설명하기 위한 개념도들이다.
본 명세서에서는, 패시브 매트릭스(Passive Matrix, PM) 방식의 반도체 발광 소자를 이용한 디스플레이 장치를 예시한다. 다만, 이하 설명되는 예시는 액티브 매트릭스(Active Matrix, AM) 방식의 반도체 발광 소자에도 적용 가능하다. 또한, 수평형 반도체 발광소자를 자가조립 하는 방식에 대하여 예시하나, 이는 수직형 반도체 발광소자를 자가조립 하는 방식에도 적용가능하다.
먼저, 제조방법에 의하면, 성장기판(159)에 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154), 제2 도전형 반도체층(155)을 각각 성장시킨다(도 5a).
제1도전형 반도체층(153)이 성장하면, 다음은, 상기 제1도전형 반도체층 (153) 상에 활성층(154)을 성장시키고, 다음으로 상기 활성층(154) 상에 제2 도전형 반도체층(155)을 성장시킨다. 이와 같이, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)을 순차적으로 성장시키면, 도 5a에 도시된 것과 같이, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2도전형 반도체층(155)이 적층 구조를 형성한다.
이 경우에, 상기 제1도전형 반도체층(153)은 p형 반도체층이 될 수 있으며, 상기 제2도전형 반도체층(155)은 n형 반도체층이 될 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 제1도전형이 n형이 되고 제2도전형이 p형이 되는 예시도 가능하다.
또한, 본 실시예에서는 상기 활성층이 존재하는 경우를 예시하나, 전술한 바와 같이 경우에 따라 상기 활성층이 없는 구조도 가능하다. 이러한 예로서, 상기 p형 반도체층은 Mg가 도핑된 P-type GaN 이고, n형 반도체층은 n 전극 쪽은 Si가 도핑된 N-type GaN 인 경우가 될 수 있다.
성장기판(159)(웨이퍼)은 광 투과적 성질을 가지는 재질, 예를 들어 사파이어(Al2O3), GaN, ZnO, AlO 중 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있으나, 이에 한정하지는 않는다. 또한, 성장기판(1059)은 반도체 물질 성장에 적합한 물질, 캐리어 웨이퍼로 형성될 수 있다. 열 전도성이 뛰어난 물질로 형성될 수 있으며, 전도성 기판 또는 절연성 기판을 포함하여 예를 들어, 사파이어(Al2O3) 기판에 비해 열전도성이 큰 SiC 기판 또는 Si, GaAs, GaP, InP, Ga2O3 중 적어도 하나를 사용할 수 있다.
다음으로, 제1도전형 반도체층(153), 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층 (155)의 적어도 일부를 제거하여 복수의 반도체 발광소자를 형성한다(도 5b).
보다 구체적으로, 복수의 발광소자들이 발광 소자 어레이를 형성하도록, 아이솔레이션(isolation)을 수행한다. 즉, 제1도전형 반도체층(153), 활성층 (154) 및 제2 도전형 반도체층(155)을 수직방향으로 식각하여 복수의 반도체 발광소자를 형성한다.
만약, 수평형 반도체 발광소자를 형성하는 경우라면, 상기 활성층(154) 및 제2 도전형 반도체층(155)은 수직방향으로 일부가 제거되어, 상기 제1도전형 반도체층(153)이 외부로 노출되는 메사 공정과, 이후에 제1도전형 반도체층을 식각하여 복수의 반도체 발광소자 어레이를 형성하는 아이솔레이션(isolation)이 수행될 수 있다.
다음으로, 상기 제2도전형 반도체층(155)의 일면 상에 제2도전형 전극(156, 또는 p형 전극)를 각각 형성한다(도 5c). 상기 제2도전형 전극(156)은 스퍼터링 등의 증착 방법으로 형성될 수 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 상기 제1도전형 반도체층과 제2도전형 반도체층이 각각 n형 반도체층과 p형 반도체층인 경우에는, 상기 제2도전형 전극(156)은 n형 전극이 되는 것도 가능하다.
그 다음에, 상기 성장기판(159)을 제거하여 복수의 반도체 발광소자를 구비한다. 예를 들어, 성장기판(1059)은 레이저 리프트 오프법(Laser Lift-off, LLO) 또는 화학적 리프트 오프법(Chemical Lift-off, CLO)을 이용하여 제거할 수 있다(도 5d).
이후에, 유체가 채워진 챔버에서 반도체 발광소자들(150)이 기판에 안착되는 단계가 진행된다(도 5e).
예를 들어, 유체가 채워진 챔버 속에 상기 반도체 발광소자들(150) 및 기판을 넣고 유동, 중력, 표면 장력 등을 이용하여 상기 반도체 발광소자들이 상기 기판(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 위치조절되며, 이를 통하여 상기 기판(161)은 상기 조립위치로 이송될 수 있다.
이 때에, 상기 조립위치에서 상기 기판(161)의 조립면이 상기 유체 챔버(150)의 바닥을 향하게 된다. 도시에 의하면, 상기 기판(161)의 조립면은 상기 유체 챔버(162)내의 유체에 잠기도록 배치된다. 따라서, 상기 반도체 발광소자(150)는 상기 유체내에서 상기 조립면으로 이동하게 된다.
상기 기판(161)은 전기장 형성이 가능한 조립기판으로서, 베이스부(161a), 유전체층(161b) 및 복수의 전극들(161c)을 포함할 수 있다.
상기 베이스부(161a)는 절연성 있는 재질로 이루어지며, 상기 복수의 전극들(161c)은 상기 베이스부(161a)의 일면에 패턴된 박막 또는 후막 bi-planar 전극이 될 수 있다. 상기 전극(161c)은 예를 들어, Ti/Cu/Ti의 적층, Ag 페이스트 및 ITO 등으로 형성될 수 있다.
상기 유전체층(161b)은, SiO2, SiNx, SiON, Al2O3, TiO2, HfO2 등의 무기 물질로 이루어질 있다. 이와 다르게, 유전체층(161b)은, 유기 절연체로서 단일층이거나 멀티층으로 구성될 수 있다. 유전체층(161b)의 두께는, 수십 nm~수μ￥μm의 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, 전술한 자가조립 방법의 상용화를 위해서는 조립의 정확성을 확보할 필요가 있으며, 이에 반도체 발광소자(1050)의 오조립(mis-assembly)을 해결하기 위한 방안이 요구된다.
도 10은 본 발명에 따른 자가조립의 조립 불량 유형을 나타낸 도면이다. 반도체 발광소자(1050)는 전술한 자가조립 공정에 의해 조립기판(161)의 기 설정된 위치, 즉, 셀(161d)에 안착됨으로써 정상 조립된다(도 10(d)). 그러나 일부 반도체 발광소자(1050)는 셀(161d)로 안착되는 과정에서 셀(161d)을 둘러싼 격벽(161e)에 걸려 셀(161d)에 정확히 안착되지 못하거나(도 10(a)), 셀(161d)에 반도체 발광소자(1050)를 붙잡아 두는 전기장이 외부로 누설됨에 따라 셀(161d) 이외의 영역에 안착되기도 하였다(도 10(b)). 또한, 전술한 자가조립용 반도체 발광소자(1050)는 표면적에 차이를 주어 조립 방향의 선택성을 확보한 구조로서, 표면적이 넓은 면이 셀(161d)의 바닥면과 접하도록 안착되는 것이 일반적이나, 경우에 따라 반대 방향으로 조립되는 경우도 발생하였다(도 10(d)).
본 발명은 유체 내에서 이루어지는 자가조립의 특수성을 고려한 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈(이하, 제거 모듈) 및 이를 이용하여 오조립된 반도체 발광소자를 제거하는 방법에 관한 것으로, 이하에서는 도 11 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 보다 상세히 설명한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 제거 모듈을 나타낸 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 자가조립 장치(유체 챔버)에 적용된 제거 모듈을 나타낸 도면이고, 도 13은 본 발명의 변형 실시예에 따른 제거 모듈을 나타낸 도면이고, 도 14는 컬러 필터 또는 금속 박막층이 적용된 제거 모듈을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 제거 모듈(200)은 전기장 및 자기장을 이용하여, 챔버(162) 내 수용된 유체에 투입된 반도체 발광소자(1050)들을 조립 기판 (161)의 매트릭스 형태로 배열된 셀(161d)에 자가조립한 후, 도 10과 같이 조립 기판(161)에 오조립된 반도체 발광소자(1050)를 제거하기 위해 사용되는 것으로, 유체 챔버(162) 내 구비되어 반도체 발광소자(1050)가 오조립된 위치에 유체를 분사하는 방식으로 오조립된 반도체 발광소자(1050)를 조립 기판(161)으로부터 제거할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제거 모듈(200)은 유체를 공급하는 유체 공급부 (210)와 하우징(220)을 포함하여 이루어질 수 있다.
유체 공급부(210)는 하우징(220)의 일측에 연결되어 하우징(220)의 내부 공간(224)으로 유체를 공급할 수 있다. 예를 들어, 유체 공급부(210)는 유체 공급 튜브로, 일단은 하우징(220) 일측에 형성된 조인트부(223)를 통해 하우징 (220)과 연결될 수 있으며, 타단은 유체 펌프와 연결되어 하우징(220)에 공급할 유체를 공급받을 수 있다.
하우징(220)은 유체 공급부(210)로부터 공급된 유체가 일시적으로 머무를 수 있는 내부공간(224)이 형성되어 있으며, 조립 기판(161)과 인접한 측에 구비된 상판(221) 및 유체 챔버(162)의 바닥면과 인접한 측에 구비된 하판 (222)으로 이루어질 수 있다. 하우징(220)은 각 구성들이 일체로 형성된 것일 수 있으며, 또는 분리(해체) 가능한 각 구성들을 결합하여 형성된 것일 수 있다.
일 실시예로, 상판(221) 및 하판(222)은 유리, 실리콘 등의 투명한 소재로 형성되어, 도 6에 도시된 바와 같이 유체 챔버(162) 하부에 배치된 이미지 센서(167)를 통해 제거 모듈(200)의 정렬 및 오조립된 반도체 발광소자(1050)의 제거 상황을 실시간으로 확인할 수 있다. 다만, 상판(221) 및 하판(222)이 투명한 소재로 형성되지 않은 경우에도, 별도의 센서를 추가적으로 구비하여 제거 모듈(200)의 정렬 상태 및 오조립된 반도체 발광소자(1050)의 이탈 여부 등을 확인할 수 있다.
상판(221)에는 하우징(220)의 내부공간(224)과 챔버(162)의 내부공간을 연통하는 노즐홀(230)이 형성될 수 있다. 노즐홀(230)은 유체 공급부(210)로부터 공급받은 유체를 조립 기판(161) 상의 반도체 발광소자(1050)의 오조립 사이트에 분사하여, 오조립된 반도체 발광소자(1050)를 조립 기판(161)으로부터 제거할 수 있다.
노즐홀(230)은 원형홀, 슬릿홀 등 형태의 제한은 없으며, 노즐홀(230)의 폭은 상판(221)의 소재 또는 공정에 따라 그 폭이 일정하거나, 첨부된 도면과 같이 상부로 갈수록 좁아지는 형태를 가질 수 있다.
또한, 상판(221)에는 노즐홀(230)을 중심으로 서로 마주하는 한 쌍으로 이루어진 격벽부(240)가 형성될 수 있다. 격벽부(240)는 노즐홀(230)의 주변부에 형성되어, 노즐홀(230)을 통해 분사되는 유체가 오조립 사이트와 인접한 영역에 침범하여 정상 조립된 반도체 발광소자(1050)에 영향을 미치는 것을 차단할 수 있다.
격벽부(240)는 제1격벽부(241) 및 제2격벽부(242)를 포함하여 이루어질 수 있다. 구체적으로, 격벽부(240)는 조립 기판(161) 상에 매트릭스 형태로 배열된 반도체 발광소자(1050)의 행 방향을 따라 연장된 한 쌍의 제1격벽부(241) 및 열 방향을 따라 연장된 한 쌍의 제2격벽부(242)를 포함하여 이루어질 수 있다.
반도체 발광소자(1050)들은 조립 기판(161)에 복수의 행 및 열로 배열될 수 있으며, 반도체 발광소자(1050)들은 복수의 행 및 열을 따라 수십 내지 수백 ㎛ 간격으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 반도체 발광소자(1050)들은 수십 ㎛의 간격으로 행 방향으로 배열되고, 수백 ㎛의 간격으로 열 방향으로 배열될 수 있다.
이 때, 제1격벽부(241)는 반도체 발광소자(1050)의 열 방향 간격과 동일한 간격을 갖거나 반도체 발광소자(1050)의 열 방향 간격보다 좁은 간격을 가지고, 제2격벽부(242)는 반도체 발광소자(1050)의 행 방향 간격과 동일하거나, 반도체 발광소자(1050)의 행 방향 간격보다 좁은 간격을 가질 수 있다. 여기서, 반도체 발광소자(1050)의 열 또는 행 방향 간격은 열 방향 또는 행 방향으로 인접한 두 반도체 발광소자(1050) 간의 중심 사이의 거리를 의미할 수 있다. 즉, 제1격벽부 (241) 및 제2격벽부(242)는 오조립 사이트를 반도체 발광소자(1050)의 행 방향 또는 열 방향으로 인접한 영역과 분리시켜, 제1격벽부(241) 및 제2격벽부(242)에 의해 둘러싸인 노즐홀(230)로부터 분사되는 유체의 영향을 받는 영역을 오조립 사이트로 한정시킬 수 있다.
또한, 반도체 발광소자(1050)의 행 방향을 따라 연장된 제1격벽부(241)는 적어도 반도체 발광소자(1050)가 안착되는 셀(161d)의 행 방향 길이보다 길게 연장되고, 반도체 발광소자(1050)의 열 방향을 따라 연장된 제2격벽부(242)는 적어도 반도체 발광소자(1050)가 안착되는 셀(161d)의 열 방향 길이보다 길게 연장될 수 있다. 이로써, 노즐홀(230)로부터 분사되는 유체가 인접한 셀(161d)에 정상 조립된 반도체 발광소자(1050)을 향하는 것을 차단할 수 있다.
한편, 제거 모듈(200)은 위치 정렬을 위한 이송부(270)를 포함할 수 있다. 이송부(270)는 제거 모듈(200)을 조립 기판(161)에 오조립된 반도체 발광소자 (1050)의 위치에 대응되도록 하우징(220)을 수평 및 수직 방향으로 이동시킬 수 있다. 이송부(270)는 장비의 위치를 정렬하기 위해 사용되는 일반적인 구성일 수 있으며, 예를 들어, 이송 레일, 모터 등을 포함할 수 있다.
오조립 사이트가 검출된 경우, 하우징(220)은 이송부(270)에 의해 조립 기판(161)과 평행하는 가상의 면 상에서 수평 이동하여 오조립 사이트 하부에 1차 정렬되며, 이후 조립 기판(161)에 근접하도록 수직 이동하여 최종적으로 정렬될 수 있다. 제거 모듈(200)의 정렬에 관한 자세한 내용은 후술한다.
한편, 제거 모듈(220)을 챔버(162) 내 최초로 셋팅(setting)하는 과정 및 유체를 공급받는 과정에서 하우징(220)의 내부공간(224)에 기포가 유입될 수 있는데, 이 때, 유입된 기포에 의해 제거 모듈(200)을 이용하여 오조립된 반도체 발광소자(1050)를 제거하는 공정이 원활하게 진행되지 못할 수 있다.
이에, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상판(221)은 하우징(220) 내 유입된 기포를 제거하기 위해 도 13과 같이 변형된 구조를 가질 수 있다.
자세하게, 상판(221)은 조립 기판(161)을 향하는 제1면(221a) 및 하우징 (220)의 내부공간(224)을 향하는 제2면(221b)을 포함할 수 있으며, 하우징(220) 내 유입된 기포를 제거하기 위해 제2면(221b)은 제1면(221a) 측으로 볼록한 형상을 가질 수 있다. 즉, 하우징(220)의 내부공간(224)을 향하는 상판(221)의 일면은 곡면일 수 있다.
이 때, 노즐홀(230)은 제2면(221b)의 최고점을 통해 하우징(220)의 내부 공간(224)과 유체 챔버(162)의 내부공간을 연통할 수 있다. 상기 구조는 하우징 (220) 내 분포하는 기포를 제2면(221b)의 최고점으로 유도하여, 노즐홀(230)을 통한 유체 분사 시 기포를 함께 제거할 수 있다.
한편, 노즐홀(230)은 수 내지 수십 ㎛ 크기의 반도체 발광소자(1050)보다 미세한 크기로 형성되어, 노즐홀(230)을 오조립 사이트에 정확하게 배열시키는 것은 한계가 있으며, 특히, 상판(221)이 투명한 소재로 형성되는 경우 정확한 정렬이 더욱 어려운 문제가 있다.
이에, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 노즐홀(230)의 위치를 용이하게 파악하기 위해, 상판(221)은 컬러 필터(250) 또는 금속 박막층(260)을 더 포함할 수 있다.
컬러 필터(250)는 상판(221)에 구비되며, 노즐홀(230)과 대응되는 위치에 미세홀(251)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 컬러 필터(250)는 컬러 필터(250)에 형성된 미세홀(251)과 상판(221)에 형성된 노즐홀(230)이 서로 오버랩 되도록 상판(221)에 배치될 수 있다. 노즐홀(230)은 미세홀(251)에 의해 특정 컬러로 식별되는 주변 영역과 구별될 수 있으며, 노즐홀(230)을 통해 분사되는 유체는 컬러 필터(250)의 미세홀(251)을 경유하여 오조립 사이트로 분사될 수 있다.
또한, 금속 박막층(260)은 상판(221)에 형성된 노즐홀(230)의 둘레를 따라 스퍼터링 방식을 통해 형성될 수 있으며, 노즐홀(230)은 유색의 금속 박막층 (260)에 의해 용이하게 식별될 수 있다.
한편, 상판(221)은 컬러 필터(250) 및 금속 박막층(260)을 모두 포함하는 것도 가능하다. 또한, 상판(221)의 형상에 따라(예를 들어, 상판(221)이 평면인 경우) 조립 기판(161)을 향하는 면 및 하우징(220)의 내부공간(224)을 향하는 면 중 어느 면에 형성되어도 무방하다. 다만, 하우징(220) 내부공간(224)을 향하는 면이 볼록한 형상을 갖는 경우에는, 조립 기판(161)을 향하는 면에 형성되는 것이 바람직하다.
이상에서 살펴본 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 제거 모듈(200)은 유체 챔버(162) 내 구비되어 자가조립에 의해 약 수 내지 수십 ㎛ 크기의 반도체 발광소자(1050)가 수십 내지 수백 ㎛ 간격으로 배열된 조립 기판(161)의 특정 사이트에 유체를 분사함으로써 오조립된 반도체 발광소자(1050)를 선택적으로 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 오조립 사이트는 격벽부(240)에 의해 인접한 셀(161d)과 분리되므로, 노즐홀(230)을 통해 분사되는 유체에 의해 인접한 영역에 정상 조립된 반도체 발광소자(1050)가 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상판(221)의 일면이 볼록한 형상을 갖도록 함으로써 유체 분사 시 노즐홀(230)을 통해 하우징(220) 내 형성된 기포를 함께 제거할 수 있으며, 컬러 필터(250) 또는 금속 박막층(260)을 구비하여 미세 크기의 노즐홀(230)의 식별을 용이하게 함으로써, 노즐홀(230)을 정확한 위치에 배열시킬 수 있는 효과가 있다.
다음으로, 전술한 제거 모듈(200)을 이용하여 자가조립의 후공정으로서 조립 기판(161)에 오조립된 반도체 발광소자(1050)를 제거하는 방법에 대하여 설명한다.
도 15a 내지 도 15e는 본 발명의 실시예에 따른 제거 모듈을 이용하여 오조립된 반도체 발광소자를 제거하는 방법을 나타내는 개념도이다.
오조립된 반도체 발광소자를 제거하기 위한 공정은 자가조립이 완료된 후 수행되는 공정으로서, 여기서 자가조립은 전기장 및 자기장을 이용하여 유체 내 투입된 반도체 발광소자(1050)들을 조립 기판(161)의 기 설정된 위치, 즉, 셀 (161d)에 안착시키는 것을 의미한다.
유체 내 부유하는 반도체 발광소자(1050)들은 조립 기판(161) 및 조립 기판(161)의 상측에서 가해지는 전기장 및 자기장에 이끌려 셀(161d)에 안착되며, 이 과정에서 일부 반도체 발광소자(1050)는 도 10과 같이 정상적으로 조립되지 않을 수 있다.
본 발명은 전술한 제거 모듈(200)을 이용하여 조립 기판(161)에 오조립된 반도체 발광소자(1050)를 제거하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법을 구성하는 각 단계에 대해 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 15a와 같이 유체 챔버(162) 외부에 구비된 이미지 센서(167)를 이용하여 자가조립이 완료된 조립 기판(161)의 일면(유체 챔버(162)의 바닥면을 향하도록 배치되며, 반도체 발광소자(1050)가 안착된 면)의 이미지 또는 영상을 촬영하고, 촬영된 이미지 또는 영상으로부터 반도체 발광소자(1050)들의 오조립 여부 및 오조립된 반도체 발광소자(1050)의 위치 좌표를 확인한다.
예를 들어, 도 15a의 경우, 촬영된 이미지 및 영상을 통해 다른 방향으로 셀(161d)에 안착된 반도체 발광소자(1050)가 존재함을 확인할 수 있으며, 또한, 해당 셀(이하, 오조립 사이트(X))의 위치 좌표를 확인할 수 있다. 조립 기판 (161)에는 반도체 발광소자(1050)들이 안착되는 셀(161d)들이 매트릭스 형태로 형성되어 있으며, 이에 반도체 발광소자(1050)들은 조립 기판(161)에 매트릭스 형태로 배열될 수 있다. 따라서 오조립 사이트(X)의 위치 좌표는 행 및 열의 좌표(x,y)로 나타낼 수 있다.
오조립 사이트(X)의 위치 좌표를 확인한 후, 제거 모듈(200)을 유체 챔버 (162) 내로 배치하고, 도 15b 및 도 15c와 같이 확인된 위치 좌표에 해당하는 지점의 하부에 제거 모듈(200)을 위치시킬 수 있다. 제거 모듈(200)은 수평 이동 및 수직 이동하여 유체 분사를 위한 위치에 정렬될 수 있다.
먼저, 도 15b와 같이, 제거 모듈(200)의 유체를 분사하는 노즐홀(230)과 오조립 사이트(X)의 위치 좌표(x, y)가 서로 대응되도록 제거 모듈(200)을 수평 이동시키는 단계가 진행된다. 수평 이동은 조립 기판(161)과 평행하는 가상의 수평면(xy평면) 상에서의 이동을 의미할 수 있으며, 수평 이동은 오조립 사이트 (X)와 제거 모듈(200)의 위치 정렬을 위한 이동에 해당할 수 있다.
다음으로, 수평 이동이 완료되면, 도 15c와 같이, 제거 모듈(200)의 수직 이동이 이루어진다. 수직 이동은 제거 모듈(200)의 격벽부(240)의 일단이 조립 기판(161)의 일면에 가까워지도록 하기 위한 이동일 수 있으며, 격벽부(240)의 일단이 조립 기판(161)에 접하거나 인접할 때까지 진행될 수 있다. 격벽부 (240)에 의해 오조립 사이트(X)는 인접 영역과 분리되며, 노즐홀(230)을 통해 분사되는 유체가 영향을 미치는 영역은 격벽부(240)에 의해 둘러싸인 영역으로 제한될 수 있다.
다음으로, 반도체 발광소자(1050)가 오조립된 위치, 즉, 오조립 사이트 (X)를 향하여 유체를 분사하여 오조립된 반도체 발광소자(1050)를 조립 기판 (161)으로부터 제거하는 단계가 수행될 수 있다. 노즐홀(230)은 오조립 사이트 (X) 내 임의의 영역을 향하도록 유체를 분사할 수 있으며, 예를 들어, 반도체 발광소자(1050)와 셀(161d) 사이에 형성된 공차(gap)로 유체를 분사할 수 있다.
상기 단계들을 거쳐 조립 기판(161)으로부터 오조립된 반도체 발광소자 (1050)가 제거되면(도 15e), 해당 위치에 반도체 발광소자(1050)를 재조립시키는 단계가 진행될 수 있다.
한편, 조립 기판(161)에 오조립된 반도체 발광소자(1050)가 복수 개인 경우, 오조립된 반도체 발광소자(1050)들을 제거하기 위해 단일 또는 2 이상의 제거 모듈(200)이 사용될 수 있다.
구체적으로, 하나의 제거 모듈(200)을 사용하는 경우, 제거 모듈(200)은 촬영된 이미지 또는 영상으로부터 획득한 복수의 오조립 사이트(X) 각각의 위치 좌표를 확인하고, 각각의 위치 좌표를 기초로 최단 경로를 산출하여, 산출된 최단 경로를 따라 이동하도록 구동될 수 있다.
한편, 2 이상의 제거 모듈(200)을 사용하는 경우, 복수의 오조립 사이트 (X) 하부에 각각 대응되도록 제거 모듈(200)을 위치시킨 후, 오조립 사이트(X)를 향하여 동시에 유체를 분사함으로써 오조립된 반도체 발광소자(1050)들을 제거할 수 있다. 이 때, 복수의 제거 모듈(200)은 오조립 사이트(X)의 수와 동일한 수로 구비될 수 있으며, 오조립 사이트(X)의 수보다 작은 수로 구비되는 경우에는 오조립 사이트(X) 사이의 위치 좌표로부터 산출된 최단 경로를 고려하여, 임의의 오조립 사이트(X)의 하부에 구비될 수 있다.
이와 같이, 자가조립이 이루어진 유체 챔버(162) 내에서 자가조립 공정의 후공정으로 조립 기판(161)에 오조립된 반도체 발광소자(1050)들을 제거하는 단계를 수행함으로써, 디스플레이 장치 제조를 위한 공정 수율을 확보할 수 있다.
전술한 본 발명은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
200: 제거 모듈 210: 유체 공급부
220: 하우징 221: 상판
221a: 제1면 221b: 제2면
222: 하판 230: 노즐홀
240: 격벽부 241: 제1격벽부
242: 제2격벽부 250: 컬러 필터
251: 미세홀 260: 금속 박막층
270: 이송부

Claims (12)

  1. 전기장 및 자기장을 이용하여, 챔버 내 수용된 유체에 투입된 반도체 발광소자들을 조립 기판의 매트릭스 형태로 배열된 셀에 자가조립한 후, 상기 조립 기판에 오조립된 반도체 발광소자를 제거하기 위한 제거 모듈에 있어서,
    상기 제거 모듈은,
    유체를 공급하는 유체 공급부; 및
    일측은 상기 유체 공급부와 연결되고, 상기 조립 기판과 인접한 상판 및 상기 챔버와 인접한 하판을 구비하는 하우징을 포함하고,
    상기 상판에는, 상기 유체 공급부로부터 공급받은 유체를 상기 조립 기판 상의 상기 반도체 발광소자가 오조립된 사이트에 분사하도록, 상기 하우징의 내부공간과 상기 챔버의 내부공간을 연통하는 노즐홀; 및
    상기 노즐홀을 중심으로 서로 마주하는 한 쌍으로 이루어진 격벽부가 형성된 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격벽부는, 상기 조립 기판에 배열된 상기 반도체 발광소자의 행 방향을 따라 연장된 한 쌍의 제1격벽부; 및
    상기 조립 기판에 배열된 상기 반도체 발광소자의 열 방향을 따라 연장된 한 쌍의 제2격벽부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광 소자의 제거 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1격벽부는, 상기 반도체 발광소자의 열 방향 간격과 동일하거나 상기 반도체 발광소자의 열 방향 간격보다 좁은 간격을 가지고,
    상기 제2격벽부는, 상기 반도체 발광소자의 행 방향 간격과 동일하거나 상기 반도체 발광소자의 행 방향 간격보다 좁은 간격을 가지는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1격벽부는, 적어도 상기 셀의 행 방향 길이보다 길게 연장되고, 상기 제2격벽부는, 적어도 상기 셀의 열 방향 길이보다 길게 연장된 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상판은, 상기 조립 기판을 향하는 제1면; 및
    상기 하우징의 내부공간을 향하며, 상기 제1면 측으로 볼록한 제2면을 포함하며,
    상기 노즐홀은, 상기 제2면의 최고점을 통해 상기 하우징의 내부공간과 상기 챔버의 내부공간을 연통하는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광 소자의 제거 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 상판은, 상기 노즐홀과 대응되는 위치에 미세홀이 형성된 컬러 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상판은, 상기 노즐홀의 둘레를 따라 형성된 금속 박막층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조립 기판에 오조립된 반도체 발광소자의 위치에 대응되도록 상기 하우징을 이동시키는 이송부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제거 모듈.
  9. 전기장 및 자기장을 이용하여 유체 내 투입된 반도체 발광소자들을 조립 기판의 기 설정된 위치에 안착시킨 후 수행되며,
    상기 반도체 발광소자들이 안착된 상기 조립 기판 일면의 이미지 또는 영상을 촬영하는 단계;
    상기 촬영된 이미지 또는 영상으로부터 상기 반도체 발광소자들의 오조립 여부 및 오조립된 반도체 발광소자의 위치 좌표를 확인하는 단계;
    상기 확인된 위치 좌표에 해당하는 지점의 하부에 제1항에 따른 제거 모듈을 위치시키는 단계; 및
    상기 반도체 발광소자가 오조립된 위치를 향하여 유체를 분사하여 상기 오조립된 반도체 발광소자를 상기 조립 기판으로부터 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제거방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 확인된 위치 좌표에 해당하는 지점의 하부에 제1항에 따른 제거 모듈을 위치시키는 단계는,
    유체를 분사하는 상기 노즐홀과 상기 확인된 위치 좌표가 대응되도록 상기 제거 모듈을 수평 이동시키는 단계; 및
    상기 격벽부의 일단이 상기 조립 기판의 일면에 가까워지도록 상기 제거 모듈을 수직 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제거방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 오조립된 반도체 발광소자가 복수 개인 경우, 상기 제거 모듈은 상기 오조립된 반도체 발광소자들 각각의 위치 좌표를 기초로 최단 경로를 산출하여, 상기 산출된 최단 경로를 따라 이동하도록 구동되는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 오조립된 반도체 발광소자가 복수 개인 경우, 복수 개의 상기 제거 모듈을 상기 확인된 위치 좌표에 해당하는 각각의 지점 하부에 위치시킨 후, 동시에 상기 오조립된 반도체 발광소자들을 제거하는 단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는, 오조립된 반도체 발광소자의 제조방법.
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