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KR102540859B1 - 마이크로 led 전사헤드 및 이를 이용한 마이크로 led 전사 시스템 - Google Patents

마이크로 led 전사헤드 및 이를 이용한 마이크로 led 전사 시스템 Download PDF

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KR102540859B1
KR102540859B1 KR1020180061365A KR20180061365A KR102540859B1 KR 102540859 B1 KR102540859 B1 KR 102540859B1 KR 1020180061365 A KR1020180061365 A KR 1020180061365A KR 20180061365 A KR20180061365 A KR 20180061365A KR 102540859 B1 KR102540859 B1 KR 102540859B1
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KR
South Korea
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micro led
support
substrate
transfer
transfer head
Prior art date
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KR1020180061365A
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KR20190135858A (ko
Inventor
안범모
박승호
변성현
Original Assignee
(주)포인트엔지니어링
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Abstract

본 발명은 마이크로 LED 전사헤드가 마이크로 LED를 진공 흡착하여 전사 시 마이크로 LED 전사헤드의 전사 효율을 높일 수 있는 마이크로 LED 전사헤드 및 이를 이용한 마이크로 LED 전사 시스템에 관한 것이다.

Description

마이크로 LED 전사헤드 및 이를 이용한 마이크로 LED 전사 시스템{TRANSFER HEAD FOR MICRO LED AND MICRO LED TRANSFER SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 마이크로 LED 전사헤드 및 마이크로 LED 전사헤드를 통해 마이크로 LED를 전사하는 마이크로 LED 전사헤드 및 이를 이용한 마이크로 LED 전사 시스템에 관한 것이다.
현재 디스플레이 시장은 아직은 LCD가 주류를 이루고 있는 가운데 OLED가 LCD를 빠르게 대체하며 주류로 부상하고 있는 상황이다. 디스플레이 업체들의 OLED 시장 참여가 러시를 이루고 있는 상황에서 최근 Micro LED(이하,'마이크로 LED'라 함) 디스플레이가 또 하나의 차세대 디스플레이로 부상하고 있다. LCD와 OLED의 핵심소재가 각각 액정(Liquid Crystal), 유기재료인데 반해 마이크로 LED 디스플레이는 1~100마이크로미터(㎛) 단위의 LED 칩 자체를 발광재료로 사용하는 디스플레이다.
Cree사가 1999년에 "광 적출을 향상시킨 마이크로-발광 다이오드 어레이"에 관한 특허를 출원하면서(등록특허공보 등록번호 제0731673호), 마이크로 LED 라는 용어가 등장한 이래 관련 연구 논문들이 잇달아 발표되면서 연구개발이 이루어지고 있다. 마이크로 LED를 디스플레이에 응용하기 위해 해결해야 할 과제로 마이크로 LED 소자를 Flexible 소재/소자를 기반으로 하는 맞춤형 마이크로 칩 개발이 필요하고, 마이크로 미터 사이즈의 LED 칩의 전사(transfer)와 디스플레이 픽셀 전극에 정확한 실장(Mounting)을 위한 기술이 필요하다.
특히, 마이크로 LED 소자를 표시 기판에 이송하는 전사(transfer)와 관련하여, LED 크기가 1~100 마이크로미터(㎛) 단위까지 작아짐에 따라 기존의 픽앤플레이스(pick & place) 장비를 사용할 수 없고, 보다 고정밀도로 이송하는 전사 헤드기술이 필요하게 되었다. 이러한 전사 헤드 기술과 관련하여, 이하에서 살펴보는 바와 같은 몇 가지의 구조들이 제안되고 있으나 각 제안 기술은 몇 가지의 단점들을 가지고 있다.
미국의 Luxvue사는 정전헤드(electrostatic head)를 이용하여 마이크로 LED를 전사하는 방법을 제안하였다(공개특허공보 공개번호 제2014-0112486호, 이하 '선행발명1'이라 함). 미국의 X-Celeprint사는 전사 헤드를 탄성이 있는 고분자 물질로 적용하여 웨이퍼 상의 마이크로 LED를 원하는 기판에 이송시키는 방법을 제안하였다(공개특허공보 공개번호 제2017-0019415호, 이하 '선행발명2'라 함). 한국광기술원은 섬모 접착구조 헤드를 이용하여 마이크로 LED를 전사하는 방법을 제안하였다(등록특허공보 등록번호 제1754528호, 이하 '선행발명3'이라 함). 한국기계연구원은 롤러에 접착제를 코팅하여 마이크로 LED를 전사하는 방법을 제안하였다(등록특허공보 등록번호 제1757404호, 이하 '선행발명4'라 함). 삼성디스플레이는 어레이 기판이 용액에 담겨 있는 상태에서 어레이 기판의 제1,2전극에 마이너스 전압을 인가하여 정전기 유도 현상에 의해 마이크로 LED를 어레이 기판에 전사하는 방법을 제안하였다(공개특허공보 제10-2017-0026959호, 이하 '선행발명5'라 함). 엘지전자는 헤드홀더를 복수의 픽업헤드들과 기판 사이에 배치하고 복수의 픽업 헤드의 움직임에 의해 그 형상이 변형되어 복수의 픽업 헤드들에게 자유도를 제공하는 방법을 제안하였다(공개특허공보 제10-2017-0024906호, 이하 '선행발명6'이라 함).
위와 같은 선행발명 1 내지 6은, 마이크로 LED를 어떻게 전사할 것인지에만 초점을 두고 있다. 그러나 마이크로 LED를 제1기판에서 제2기판으로 전사함에 있어서 전사헤드가 마이크로 LED를 흡착 및 탈착할 때 흡착 및 탈착을 방해하는 방해요인들을 어떻게 제거할 것인지에 대해서는 제안하지 못하고 있는 실정이다.
등록특허공보 등록번호 제0731673호 (특허문허 2) 공개특허공보 공개번호 제2014-0112486호 공개특허공보 공개번호 제2017-0019415호 등록특허공보 등록번호 제1754528호 등록특허공보 등록번호 제1757404호 공개특허공보 제10-2017-0026959호 공개특허공보 제10-2017-0024906호
이에 본 발명은 마이크로 LED 전사헤드가 마이크로 LED를 진공 흡착하여 전사 시 마이크로 LED 전사헤드의 전사 효율을 향상시킬 수 있는 마이크로 LED 전사헤드 및 이를 이용한 마이크로 LED 전사 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 마이크로 LED 전사헤드는, 기공을 갖는 다공성 부재로 흡착면을 구성하고 상기 흡착면보다 하부로 돌출되도록 테두리에 형성되는 서포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서포트는 탄성재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서포트는 다공성 부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 마이크로 LED 전사 시스템은 기공을 갖는 다공성 부재로 흡착면을 구성하고 상기 흡착면보다 하부로 돌출되도록 테두리에 형성되는 서포트를 포함하는 마이크로 LED 전사헤드; 마이크로 LED가 칩핑된 제1기판; 및 상기 제1기판 하부에 설치되어 상기 제1기판을 지지하는 지지부재를 포함하고, 상기 제1기판의 마이크로 LED를 상기 흡착면에 전사할 때 상기 서포트는 상기 지지부재의 상면에 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 LED 전사헤드의 하단부가 상기 제1기판의 마이크로 LED 상면과 이격되게 위치하면서 전사공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 마이크로 LED 전사헤드에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 서포트에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 제1기판을 지지하는 지지부재에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통로를 개폐하는 개폐수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징에 따른 마이크로 LED 전사 시스템은, 기공을 갖는 다공성 부재로 흡착면이 구성된 마이크로 LED 전사헤드; 마이크로 LED가 칩핑된 제1기판을 지지하는 지지부재; 및 상기 지지부재의 테두리에 상기 지지부재의 상부로 돌출되도록 형성되는 서포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서포트는 탄성재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 서포트는 다공성 부재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1기판의 마이크로 LED를 상기 흡착면에 전사할 때 상기 서포트는 상기 마이크로 LED 전사헤드의 테두리 하면에 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마이크로 LED 전사헤드의 하단부가 상기 제1기판의 마이크로 LED 상면과 이격되게 위치하면서 전사공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 마이크로 LED 전사헤드에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 서포트에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 제1기판을 지지하는 지지부재에 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 통로를 개폐하는 개폐수단이 구비되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 마이크로 LED 전사헤드 및 이를 이용한 마이크로 LED 전사 시스템은 마이크로 LED 전사헤드의 마이크로 LED 진공 흡착에 대한 전사 효율을 높이고, 전사공간 내로의 외기 유입을 조작하여 전사공간내의 진공압을 조절함으로써 마이크로 LED 전사 시스템이 동작 기능을 충실하게 수행할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들의 이송대상이 되는 마이크로 LED를 도시한 도.
도 2는 본 발명의 실시예들에 의해 표시기판에 이송되어 실장된 마이크로 LED 구조체의 도.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템의 동작 전 상태를 도시한 도.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템의 동작 후 상태를 도시한 도.
도 5은 본 발명의 제1실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템의 동작 순서를 도시한 도.
도 6는 본 발명의 제1실시 예에 따른 제1변형 예를 도시한 도.
도 7는 본 발명의 제1실시 예에 따른 제2변형 예를 도시한 도.
도 8은 본 발명의 제2실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템을 도시한 도.
도 9은 본 발명의 제2실시 예에 따른 제1변형 예를 도시한 도.
도 10은 본 발명의 제2실시 예에 따른 제2변형 예를 도시한 도.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 막 및 영역들의 두께 및 구멍들의 지름 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 도면에 도시된 마이크로 LED의 개수는 예시적으로 일부만을 도면에 도시한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.
다양한 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 실시예가 다르더라도 편의상 동일한 명칭 및 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 또한, 이미 다른 실시예에서 설명된 구성 및 작동에 대해서는 편의상 생략하기로 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들의 이송대상이 되는 마이크로 LED를 도시한 도이고, 도 2는 본 발명의 실시예들에 의해 에 이송되어 실장된 마이크로 LED 구조체의 도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 LED 전사헤드의 흡착 대상이 되는 복수의 마이크로 LED(100)를 도시한 도면이다. 마이크로 LED(100)는 성장 기판(101) 위에서 제작되어 위치한다.
성장 기판(101)은 전도성 기판 또는 절연성 기판으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 성장 기판(101)은 사파이어, SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, 및 Ga203 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
마이크로 LED(100)는 제1 반도체층(102), 제2 반도체층(104), 제1 반도체층(102)과 제2 반도체층(104) 사이에 형성된 활성층(103), 제1 컨택전극(106) 및 제2 컨택전극(107)을 포함할 수 있다.
제1 반도체층(102), 활성층(103), 및 제2 반도체층(104)은 유기금속 화학 증착법(MOCVD; Metal Organic Chemical Vapor Deposition), 화학 증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 증착법(PECVD; Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition), 분자선 성장법(MBE; Molecular Beam Epitaxy), 수소화물 기상 성장법(HVPE; Hydride Vapor Phase Epitaxy) 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다.
제1 반도체층(102)은 예를 들어, p형 반도체층으로 구현될 수 있다. p형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등의 p형 도펀트가 도핑될 수 있다. 제2 반도체층(104)은 예를 들어, n형 반도체층을 포함하여 형성될 수 있다. n형 반도체층은 InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 갖는 반도체 재료, 예를 들어 GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InNInAlGaN, AlInN 등에서 선택될 수 있으며, Si, Ge, Sn 등의 n형 도펀트가 도핑될 수 있다.
다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 제1 반도체층(102)이 n형 반도체층을 포함하고, 제2 반도체층(104)이 p형 반도체층을 포함할 수도 있다.
활성층(103)은 전자와 정공이 재결합되는 영역으로, 전자와 정공이 재결합함에 따라 낮은 에너지 준위로 천이하며, 그에 상응하는 파장을 가지는 빛을 생성할 수 있다. 활성층(103)은 예를 들어, InxAlyGa1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 가지는 반도체 재료를 포함하여 형성할 수 있으며, 단일 양자 우물 구조 또는 다중 양자 우물 구조(MQW: Multi Quantum Well)로 형성될 수 있다. 또한, 양자선(Quantum wire)구조 또는 양자점(Quantum dot)구조를 포함할 수도 있다.
제1 반도체층(102)에는 제1 컨택전극(106)이 형성되고, 제2 반도체층(104)에는 제2 컨택전극(107)이 형성될 수 있다. 제1 컨택 전극(106) 및/또는 제2 컨택 전극(107)은 하나 이상의 층을 포함할 수 있으며, 금속, 전도성 산화물 및 전도성 중합체들을 포함한 다양한 전도성 재료로 형성될 수 있다.
성장 기판(101) 위에 형성된 복수의 마이크로 LED(100)를 커팅 라인을 따라 레이저 등을 이용하여 커팅하거나 에칭 공정을 통해 낱개로 분리하고, 레이저 리프트 오프 공정으로 복수의 마이크로 LED(100)를 성장 기판(101)으로부터 분리 가능한 상태가 되도록 할 수 있다.
도 1에서 'p'는 마이크로 LED(100)간의 피치간격을 의미하고, 's'는 마이크로 LED(100)간의 이격 거리를 의미하며, 'w'는 마이크로 LED(100)의 폭을 의미한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 LED 전사헤드에 의해 표시 기판으로 이송되어 실장됨에 따라 형성된 마이크로 LED 구조체를 도시한 도면이다.
표시 기판(301)은 다양한 소재를 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 기판(301)은 SiO2를 주성분으로 하는 투명한 유리 재질로 이루어질 수 있다. 그러나, 표시 기판(301)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 투명한 플라스틱 재질로 형성되어 가용성을 가질 수 있다. 플라스틱 재질은 절연성 유기물인 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(PET, polyethyeleneterepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate: CAP)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 유기물일 수 있다.
화상이 표시 기판(301)방향으로 구현되는 배면 발광형인 경우에 표시 기판(301)은 투명한 재질로 형성해야 한다. 그러나 화상이 표시 기판(301)의 반대 방향으로 구현되는 전면 발광형인 경우에 표시 기판(301)은 반드시 투명한 재질로 형성할 필요는 없다. 이 경우 금속으로 표시 기판(301)을 형성할 수 있다.
금속으로 표시 기판(301)을 형성할 경우 표시 기판(301)은 철, 크롬, 망간, 니켈, 티타늄, 몰리브덴, 스테인레스 스틸(SUS), Invar 합금, Inconel 합금 및 Kovar 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
표시 기판(301)은 버퍼층(311)을 포함할 수 있다. 버퍼층(311)은 평탄면을 제공할 수 있고, 이물 또는 습기가 침투하는 것을 차단할 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(311)은 실리콘 옥사이드, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 알루미늄옥사이드, 알루미늄나이트라이드, 티타늄옥사이드 또는 티타늄나이트라이드 등의 무기물이나, 폴리이미드, 폴리에스테르, 아크릴 등의 유기물을 함유할 수 있고, 예시한 재료들 중 복수의 적층체로 형성될 수 있다.
박막 트랜지스터(TFT)는 활성층(310), 게이트 전극(320), 소스 전극(330a) 및 드레인 전극(330b)을 포함할 수 있다.
이하에서는 박막 트랜지스터(TFT)가 활성층(310), 게이트 전극(320), 소스 전극(330a) 및 드레인 전극(330b)이 순차적으로 형성된 탑 게이트 타입(top gate type)인 경우를 설명한다. 그러나 본 실시예는 이에 한정되지 않고 바텀 게이트 타입(bottom gate type) 등 다양한 타입의 박막 트랜지스터(TFT)가 채용될 수 있다.
활성층(310)은 반도체 물질, 예컨대 비정질 실리콘(amorphous silicon) 또는 다결정 실리콘(poly crystalline silicon)을 포함할 수 있다. 그러나 본 실시예는 이에 한정되지 않고 활성층(310)은 다양한 물질을 함유할 수 있다. 선택적 실시예로서 활성층(310)은 유기 반도체 물질 등을 함유할 수 있다.
또 다른 선택적 실시예로서, 활성층(310)은 산화물 반도체 물질을 함유할 수 있다. 예컨대, 활성층(310)은 아연(Zn), 인듐(In), 갈륨(Ga), 주석(Sn) 카드뮴(Cd), 게르마늄(Ge) 등과 같은 12, 13, 14족 금속 원소 및 이들의 조합에서 선택된 물질의 산화물을 포함할 수 있다.
게이트 절연막(313:gate insulating layer)은 활성층(310) 상에 형성된다. 게이트 절연막(313)은 활성층(310)과 게이트 전극(320)을 절연하는 역할을 한다. 게이트 절연막(313)은 실리콘산화물 및/또는 실리콘질화물 등의 무기 물질로 이루어진 막이 다층 또는 단층으로 형성될 수 있다.
게이트 전극(320)은 게이트 절연막(313)의 상부에 형성된다. 게이트 전극(320)은 박막 트랜지스터(TFT)에 온/오프 신호를 인가하는 게이트 라인(미도시)과 연결될 수 있다.
게이트 전극(320)은 저저항 금속 물질로 이루어질 수 있다. 게이트 전극(320)은 인접층과의 밀착성, 적층되는 층의 표면 평탄성 그리고 가공성 등을 고려하여, 예컨대 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 하나 이상의 물질로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다.
게이트 전극(320)상에는 층간 절연막(315)이 형성된다. 층간 절연막(315)은 소스 전극(330a) 및 드레인 전극(330b)과 게이트 전극(320)을 절연한다. 층간 절연막(315)은 무기 물질로 이루어진 막이 다층 또는 단층으로 형성될 수 있다. 예컨대 무기 물질은 금속 산화물 또는 금속 질화물일 수 있으며, 구체적으로 무기 물질은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘질화물(SiNx), 실리콘산질화물(SiON), 알루미늄산화물(Al2O3), 티타늄산화물(TiO2), 탄탈산화물(Ta2O5), 하프늄산화물(HfO2), 또는 아연산화물(ZrO2) 등을 포함할 수 있다.
층간 절연막(315) 상에 소스 전극(330a) 및 드레인 전극(330b)이 형성된다. 소스 전극(330a) 및 드레인 전극(330b)은 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 은(Ag), 마그네슘(Mg), 금(Au), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 이리듐(Ir), 크롬(Cr), 리튬(Li), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 구리(Cu) 중 하나 이상의 물질로 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 소스 전극(330a) 및 드레인 전극(330b)은 활성층(310)의 소스 영역과 드레인 영역에 각각 전기적으로 연결된다.
평탄화층(317)은 박막 트랜지스터(TFT) 상에 형성된다. 평탄화층(317)은 박막 트랜지스터(TFT)를 덮도록 형성되어, 박막 트랜지스터(TFT)로부터 비롯된 단차를 해소하고 상면을 평탄하게 한다. 평탄화층(317)은 유기 물질로 이루어진 막이 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 유기 물질은 Polymethylmethacrylate(PMMA)나, Polystylene(PS)과 같은 일반 범용고분자, 페놀계 그룹을 갖는 고분자 유도체, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계고분자, p-자일렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자 및 이들의 블렌드 등을 포함할 수 있다. 또한, 평탄화층(317)은 무기 절연막과 유기절연막의 복합 적층체로 형성될 수도 있다.
평탄화층(317)상에는 제1 전극(510)이 위치한다. 제1 전극(510)은 박막 트랜지스터(TFT)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(510)은 평탄화층(317)에 형성된 컨택홀을 통하여 드레인 전극(330b)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 전극(510)은 다양한 형태를 가질 수 있는데, 예를 들면 아일랜드 형태로 패터닝되어 형성될 수 있다. 평탄화층(317)상에는 픽셀 영역을 정의하는 뱅크층(400)이 배치될 수 있다. 뱅크층(400)은 마이크로 LED(100)가 수용될 오목부를 포함할 수 있다. 뱅크층(400)은 일 예로, 오목부를 형성하는 제1 뱅크층(410)를 포함할 수 있다. 제1 뱅크층(410)의 높이는 마이크로 LED(100)의 높이 및 시야각에 의해 결정될 수 있다. 오목부의 크기(폭)는 표시 장치의 해상도, 픽셀 밀도 등에 의해 결정될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 뱅크층(410)의 높이보다 마이크로 LED(100)의 높이가 더 클 수 있다. 오목부는 사각 단면 형상일 수 있으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않고, 오목부는 다각형, 직사각형, 원형, 원뿔형, 타원형, 삼각형 등 다양한 단면 형상을 가질 수 있다.
뱅크층(400)은 제1 뱅크층(410) 상부의 제2 뱅크층(420)를 더 포함할 수 있다. 제1 뱅크층(410)와 제2 뱅크층(420)는 단차를 가지며, 제2 뱅크층(420)의 폭이 제1 뱅크층(410)의 폭보다 작을 수 있다. 제2 뱅크층(420)의 상부에는 전도층(550)이 배치될 수 있다. 전도층(550)은 데이터선 또는 스캔선과 평행한 방향으로 배치될 수 있고, 제2 전극(530)과 전기적으로 연결된다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제2 뱅크층(420)는 생략되고, 제1 뱅크층(410) 상에 전도층(550)이 배치될 수 있다. 또는, 제2 뱅크층(420) 및 전도층(500)을 생략하고, 제2 전극(530)을 픽셀(P)들에 공통인 공통전극으로서 기판(301) 전체에 형성할 수도 있다. 제1 뱅크층(410) 및 제2 뱅크층(420)는 광의 적어도 일부를 흡수하는 물질, 또는 광 반사 물질, 또는 광 산란물질을 포함할 수 있다. 제1 뱅크층(410) 및 제2 뱅크층(420)는 가시광(예를 들어, 380nm 내지 750nm 파장 범위의 광)에 대해 반투명 또는 불투명한 절연 물질을 포함할 수 있다.
일 예로, 제1 뱅크층(410) 및 제2 뱅크층(420)는 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에테르설폰, 폴리비닐부티랄, 폴리페닐렌에테르, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 노보넨계(norbornene system) 수지, 메타크릴 수지, 환상 폴리올레핀계 등의 열가소성 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레탄 수지, 아크릴수지, 비닐 에스테르 수지, 이미드계 수지, 우레탄계 수지, 우레아(urea)수지, 멜라민(melamine) 수지 등의 열경화성 수지, 혹은 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리카보네이트 등의 유기 절연 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로, 제1 뱅크층(410) 및 제2 뱅크층(420)는 SiOx, SiNx, SiNxOy, AlOx, TiOx, TaOx, ZnOx 등의 무기산화물, 무기질화물 등의 무기 절연 물질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 제1뱅크층(410) 및 제2 뱅크층(420)는 블랙 매트릭스(black matrix) 재료와 같은 불투명 재료로 형성될 수 있다. 절연성 블랙 매트릭스 재료로는 유기 수지, 글래스 페이스트(glass paste) 및 흑색 안료를 포함하는 수지 또는 페이스트, 금속 입자, 예컨대 니켈, 알루미늄, 몰리브덴 및 그의 합금, 금속 산화물 입자(예를 들어, 크롬 산화물), 또는 금속 질화물 입자(예를 들어, 크롬 질화물) 등을 포함할 수 있다. 변형례에서 제1 뱅크층(410) 및 제2 뱅크층(420)는 고반사율을 갖는 분산된 브래그 반사체(DBR) 또는 금속으로 형성된 미러 반사체일 수 있다.
오목부에는 마이크로 LED(100)가 배치된다. 마이크로 LED(100)는 오목부에서 제1 전극(510)과 전기적으로 연결될 수 있다.
마이크로 LED(100)는 적색, 녹색, 청색, 백색 등의 파장을 가지는 빛을 방출하며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 백색광도 구현이 가능하다. 마이크로 LED(100)는 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 크기를 갖는다. 마이크로 LED(100)는 개별적으로 또는 복수 개가 본 발명의 실시예에 따른 전사헤드에 의해 성장 기판(101) 상에서 픽업(pick up)되어 표시 기판(301)에 전사됨으로써 표시 기판(301)의 오목부에 수용될 수 있다.
마이크로 LED(100)는 p-n 다이오드, p-n 다이오드의 일측에 배치된 제1 컨택 전극(106) 및 제1 컨택 전극(106)과 반대측에 위치한 제2 컨택 전극(107)을 포함한다. 제1 컨택 전극(106)은 제1 전극(510)과 접속하고, 제2 컨택 전극(107)은 제2 전극(530)과 접속할 수 있다.
제1 전극(510)은 Ag, Mg, Al, Pt, Pd, Au, Ni, Nd, Ir, Cr 및 이들의 화합물 등으로 형성된 반사막과, 반사막상에 형성된 투명 또는 반투명 전극층을 구비할 수 있다. 투명 또는 반투명 전극층은 인듐틴옥사이드(ITO; indium tin oxide), 인듐징크옥사이드(IZO; indium zinc oxide), 징크옥사이드(ZnO; zinc oxide), 인듐옥사이드(In2O3; indium oxide), 인듐갈륨옥사이드(IGO; indium gallium oxide) 및 알루미늄징크옥사이드(AZO;aluminum zinc oxide)를 포함하는 그룹에서 선택된 적어도 하나 이상을 구비할 수 있다.
패시베이션층(520)은 오목부 내의 마이크로 LED(100)를 둘러싼다. 패시베이션층(520)은 뱅크층(400)과 마이크로 LED(100) 사이의 공간을 채움으로써, 오목부 및 제1 전극(510)을 커버한다. 패시베이션층(520)은 유기 절연물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(520)은 아크릴, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 벤조사이클로부텐(BCB), 폴리이미드, 아크릴레이트, 에폭시 및 폴리에스테르 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
패시베이션층(520)은 마이크로 LED(100)의 상부, 예컨대 제2 컨택 전극(107)은 커버하지 않는 높이로 형성되어, 제2 컨택 전극(107)은 노출된다. 패시베이션층(520) 상부에는 마이크로 LED(100)의 노출된 제2 컨택 전극(107)과 전기적으로 연결되는 제2 전극(530)이 형성될 수 있다.
제2 전극(530)은 마이크로 LED(100)와 패시베이션층(520)상에 배치될 수 있다. 제2 전극(530)은 ITO, IZO, ZnO 또는 In2O3 등의 투명 전도성 물질로 형성될 수 있다.
제1실시예
도 3은 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템(1)의 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 하강하기 전 상태를 도시한 도이고, 도 4는 제1실시 예의 마이크로 LED 전사 시스템(1)의 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 하강한 후 상태를 도시한 도이고, 도 5은 본 발명의 제1실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템(1)의 동작을 순서대로 도시한 도이다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템(1)은 기공을 갖는 다공성 부재(1100)로 흡착면을 구성하고 흡착면보다 하부로 돌출되도록 테두리에 형성되는 서포트(1400)를 포함하는 마이크로 LED 전사헤드(1000)와, 마이크로 LED(100)가 칩핑된 제1기판(101) 및 제1기판(101)의 하부에 설치되어 제1기판(101)을 지지하는 지지부재(1500)를 포함하여 구성된다. 제1실시 예의 제1기판(101)은 마이크로 LED(100)가 제작되어 위치하는 기판으로 전술한 도 1의 성장 기판(101)과 동일한 의미일 수 있다. 따라서, 이하의 설명에 참조되는 도면에서 동일한 부호를 사용하여 표시한다.
먼저, 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템(1)을 구성하는 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 대해 설명한다.
마이크로 LED 전사헤드(1000)는 기공을 갖는 다공성 부재(1100)로 흡착면을 구성하고 흡착면보다 하부로 돌출되도록 테두리에 형성되는 서포트(1400)를 포함하여 구성되어 다공성 부재(1100)의 기공에 진공을 가하거나 기공에 가해진 진공을 해제하여 마이크로 LED(100)를 흡착하거나 탈착할 수 있다.
다공성 부재(1100)의 상부에는 진공 챔버(1200)가 구비된다. 진공 챔버(1200)는 진공을 공급하거나 진공을 해제하는 진공포트에 연결된다. 진공 챔버(1200)는 진공포트의 작동에 따라 다공성 부재(1100)의 다수의 기공에 진공을 가하거나 기공에 가해진 진공을 해제하는 기능을 한다. 진공 챔버(1200)를 다공성 부재(1100)에 결합하는 구조는 다공성 부재(1100)에 진공을 가하거나 가해진 진공을 해제함에 있어서 다른 부위로의 진공의 누설을 방지하는데 적절한 구조라면 이에 대한 한정은 없다.
마이크로 LED(100)의 진공 흡착 시, 진공 챔버(1200)에 가해진 진공은 다공성 부재(1100)의 다수의 기공에 전달되어 마이크로 LED(100)에 대한 진공 흡착력이 발생한다. 이로 인해, 다공성 부재(1100)의 하면은 마이크로 LED(100)를 흡착하는 흡착면이 될 수 있다.
한편, 마이크로 LED(100)의 탈착 시에는, 진공 챔버(1200)에 가해진 진공이 해제됨에 따라 다공성 부재(1100)의 다수의 기공에도 진공이 해제되어 마이크로 LED(100)에 대한 진공 흡착력이 제거된다.
다공성 부재(1100)는 내부에 기공이 다수 함유되어 있는 물질을 포함하여 구성되며, 일정 배열 또는 무질서한 기공구조로 0.2~0.95 정도의 기공도를 가지는 분말, 박막/후막 및 벌크 형태로 구성될 수 있다. 다공성 부재(1100)의 기공은 그 크기에 따라 직경 2 nm 이하의 마이크로(micro)기공, 2~50 nm 메조(meso)기공, 50 nm 이상의 마크로(macro)기공으로 구분할 수 있는데, 이들의 기공들을 적어도 일부를 포함한다. 다공성 부재(1100)는 그 구성 성분에 따라서 유기, 무기(세라믹), 금속, 하이브리드형 다공성 소재로 구분이 가능하다.
다공성 부재(1100)는 기공이 일정 배열로 형성되는 양극산화막을 포함한다. 양극산화막은 모재인 금속을 양극산화하여 형성된 막을 의미하고, 기공은 금속을 양극산화하여 양극산화막을 형성하는 과정에서 형성되는 구멍을 의미한다. 예컨대, 모재인 금속이 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금인 경우, 모재를 양극산화하면 모재의 표면에 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질의 양극산화막(1300)이 형성된다. 위와 같이, 형성된 양극산화막은 내부에 기공이 형성되지 않은 배리어층과, 내부에 기공이 형성된 다공층으로 구분된다. 배리어층은 모재의 상부에 위치하고, 다공층은 배리어층의 상부에 위치한다. 이처럼, 배리어층과 다공층을 갖는 양극산화막이 표면에 형성된 모재에서, 모재를 제거하게 되면, 양극산화알루미늄(Al2O3) 재질의 양극산화막만이 남게 된다.
양극산화막은, 지름이 균일하고, 수직한 형태로 형성되면서 규칙적인 배열을 갖는 기공을 갖게 된다. 따라서, 배리어층을 제거하면, 기공은 상, 하로 수직하게 관통된 구조를 갖게 되며, 이를 통해 수직한 방향으로 진공압을 형성하는 것이 용이하게 된다.
양극산화막의 내부는 수직 형상의 기공에 의해 수직한 형태로의 공기 유로를 형성할 수 있게 된다. 기공의 내부 폭은 수 nm 내지 수 백nm의 크기를 갖는다. 예를 들어, 진공 흡착하고자 하는 마이크로 LED의 사이즈가 30μm x 30μm인 경우이고 기공의 내부 폭이 수 nm인 경우에는 대략 수 천만개의 기공을 이용하여 마이크로 LED(100)를 진공 흡착할 수 있게 된다.
한편, 진공 흡착하고자 하는 마이크로 LED(100)의 사이즈가 30μm x 30μm인 경우이고 기공의 내부 폭이 수 백 nm인 경우에는 대략 수 만개의 기공을 이용하여 마이크로 LED(100)를 진공 흡착할 수 있게 된다. 마이크로 LED(100)의 경우에는 기본적으로 제1 반도체층(102), 제2 반도체층(104), 제1 반도체층(102)과 제2 반도체층(104) 사이에 형성된 활성층(103), 제1 컨택전극(106) 및 제2 컨택전극(107)만으로 구성됨에 따라 상대적으로 가벼운 편이므로 양극산화막의 수만 내지 수 천만개의 기공을 이용하여 진공 흡착하는 것이 가능한 것이다.
다공성 부재(1100)는 형상의 측면에서 분말, 코팅막, 벌크가 가능하고, 분말의 경우 구형, 중공구형, 화이버, 튜브형등 다양한 형상이 가능하며, 분말을 그대로 사용하는 경우도 있지만, 이를 출발물질로 코팅막, 벌크 형상을 제조하여 사용하는 것도 가능하다.
또한, 다공성 부재(1100)는 제1, 2다공성부재의 이중 구조를 포함하여 구성될 수 있다. 제1다공성 부재의 상부에는 제2다공성 부재가 구비된다. 제1다공성 부재는 마이크로 LED(100)를 진공 흡착하는 기능을 수행하는 구성이고, 제2다공성 부재는 진공 챔버(1200)와 제1다공성 부재 사이에 위치하여 진공 챔버(1200)의 진공압을 제1다공성 부재에 전달하는 기능을 수행한다.
제1,2다공성 부재는 서로 다른 다공성의 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1,2다공성 부재는 기공의 배열 및 크기, 다공성 부재의 소재, 형상 등에서 서로 다른 특성을 가진다.
기공의 배열 측면에서 살펴보면, 제1,2다공성 부재 중 하나는 기공이 일정한 배열을 갖는 것이고 다른 하나는 기공이 무질서한 배열을 갖는 것일 수 있다. 기공의 크기 측면에서 살펴보면, 제1,2다공성 부재 중 어느 하나는 기공의 크기가 다른 하나에 비해 큰 것일 수 있다. 여기서 기공의 크기는 기공의 평균 크기일 수 있고, 기공 중에서의 최대 크기일 수 있다. 다공성 부재의 소재 측면에서 살펴보면, 어느 하나가 유기, 무기(세라믹), 금속, 하이브리드형 다공성 소재 중 하나의 소재로 구성되면 다른 하나는 어느 하나의 소재와는 다른 소재로서 유기, 무기(세라믹), 금속, 하이브리드형 다공성 소재 중에서 선택될 수 있다. 다공성 부재의 형상 측면에서 살펴보면, 제1,2다공성 부재의 형상은 서로 상이하게 구성될 수 있다.
이처럼 제1,2다공성 부재의 기공의 배열 및 크기, 소재 및 형상 등을 서로 달리함으로써 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 기능을 다양하게 할 수 있고, 제1,2다공성 부재의 각각에 대한 상보적인 기능을 수행할 수 있게 할 수 있다. 다공성 부재의 개수는 제1,2다공성 부재처럼 2개로 한정되는 것은 아니며 각각의 다공성 부재가 서로 상보적인 기능을 갖는 것이라면 그 이상으로 구비되는 것도 본 발명의 실시예의 범위에 포함된다.
다공성 부재(1100)의 기공이 무질서한 기공구조를 갖는 경우에는, 다공성 부재(1100)의 내부는 다수의 기공들이 서로 연결되면서 다공성 부재(1100)의 상, 하를 연결하는 공기 유로를 형성하게 된다. 한편, 다공성 부재(1100)의 기공이 수직 형상의 기공구조를 갖는 경우에는, 다공성 부재(1100)의 내부는 수직 형상의 기공에 의해 다공성 부재(1100)의 상, 하로 관통되면서 공기 유로를 형성할 수 있도록 한다.
제1다공성 부재가 금속을 양극산화하여 형성된 기공을 갖는 양극산화막으로 구비될 경우, 제2다공성 부재는 제1다공성 부재를 지지하는 기능을 갖는 다공성 지지체로 구성될 수 있다. 제2다공성 부재가 제1다공성 부재를 지지하는 기능을 달성할 수 있는 구성이라면 그 재료에는 한정이 없으며, 전술한 다공성 부재(1100)의 구성이 포함될 수 있다. 제2다공성 부재는 제1다공성 부재의 중앙 처짐 현상 방지에 효과를 갖는 경질의 다공성 지지체로 구성될 수 있다. 예컨대, 제2다공성 부재는 다공성 세라믹 소재일 수 있다.
마이크로 LED 전사헤드(1000)는 다공성 부재(1100)의 흡착면보다 하부로 돌출되도록 테두리에 형성되는 서포트(1400)를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리에 다공성 부재(1100)의 흡착면보다 하부로 돌출되도록 서포트(1400)가 형성된다. 여기서, 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리는 제1기판(101)의 상면에 마이크로 LED(100)가 칩핑되면서 존재하는 마이크로 LED 존재영역에 대응되는 마이크로 LED 전사헤드(1000) 영역의 바깥 부분을 의미할 수 있다.
서포트(1400)는 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리에 형성되어 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 하강하여 마이크로 LED(100)를 진공 흡착할 시 외기로 인한 와류 발생으로 제1기판(101)의 테두리 측에 위치한 마이크로 LED(100)의 흔들림을 방지하고 마이크로 LED(100)가 흡착되지 않아 전사되지 않는 문제를 방지하여 전사효율을 높일 수 있다.
마이크로 LED 전사헤드가 마이크로 LED를 흡착할 경우, 마이크로 LED 전사헤드의 진공압과 주변 외기로 인해 와류가 발생하여 제1기판과 같은 성장 기판의 마이크로 LED가 흔들릴 수 있다. 이로 인해, 마이크로 LED에 대한 마이크로 LED 전사헤드의 전사 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 마이크로 LED 전사헤드(1000)는 테두리에 다공성 부재(1100)의 흡착면보다 하부로 돌출되도록 서포트(1400)를 형성하여 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 마이크로 LED(100) 상면 방향으로 하강할 경우 서포트(1400)가 지지부재(1500)의 상면에 접촉된다.
서포트(1400)는 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 하강하여 다공성 부재(1100)의 흡착면에 마이크로 LED(100)가 전사될 때 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 하단부와 제1기판(101)의 마이크로 LED(100) 상면이 이격되게 위치하면서 형성되는 전사공간(1600)을 차단시킬 수 있다. 이로 인해 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 흡착면에 마이크로 LED(100) 전사 시 외기의 유입으로 인한 마이크로 LED(100)의 흔들림이 방지되고 전사 효율이 향상될 수 있다.
서포트(1400)는 탄성재질로 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 제1기판(101)의 마이크로 LED(100)를 다공성 부재(1100)의 흡착면에 전사하기 위해 하강하면서 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리에 형성된 서포트(1400)는 지지부재(1500)의 상면에 접촉한다. 서포트(1400)는 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리에 흡착면보다 하부로 돌출되도록 형성되므로, 마이크로 LED 전사헤드(1000) 하강 시 서포트(1400)의 하면과 지지부재(1500)의 상면이 접촉한다. 이로 인해 전사공간(1600)은 밀폐된다.
서포트(1400)로 인해 밀폐된 전사공간(1600)은 외기 유입이 차단되어 마이크로 LED(100)를 효과적으로 진공 흡착할 수 있는 환경이 조성될 수 있다.
마이크로 LED 전사헤드(1000)는 진공 챔버(1200)를 통해 진공을 공급하여 전사공간(1600)을 감압상태로 형성할 수 있다. 전사공간(1600)이 감압상태가 되면서 탄성재질의 서포트(1400)는 탄성변형되어 그 높이가 낮아진다. 서포트(1400)의 높이가 탄성변형되면서 다공성 부재(1100)의 흡착면과 마이크로 LED(100) 상면이 접촉되고 마이크로 LED(100)는 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 흡착면으로 전사될 수 있다.
탄성 재질로 구성된 서포트(1400)는 전사공간(1600)을 밀폐하여 마이크로 LED 전사 시스템(1)의 전사 효율을 높일뿐만 아니라 마이크로 LED 전사헤드(1000)와 마이크로 LED(100) 간의 완충 역할을 수행할 수 있다. 마이크로 LED 전사헤드(1000)는 기계적 공차로 인하여 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 하강할 경우 이송 오차가 발생할 수 있는데, 탄성 재질의 서포트(1400)가 지지부재(1500)의 상면과 접촉하면서 탄성 변형함으로써 이를 수용할 수 있다. 이로 인해 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 흡착면과 마이크로 LED(100) 상면과의 충돌이 방지된다. 또한, 전사공간(1600)이 감압상태가 되면서 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 흡착면과 마이크로 LED(100)의 상면의 이격거리가 접차 줄어들면서 접촉함으로써 마이크로 LED(100)를 흡착하여 전사할 수 있게 된다.
또한, 서포트(1400)는 다공성 부재로 구성될 수 있다.
서포트(1400)가 기공을 갖는 다공성 부재로 구성될 경우, 기공을 통해 약간의 외기를 유입하면서 전사공간(1600)을 막아줄 수 있으므로 전사공간(1600)이 막히면서 급격하게 상승하는 진공압을 완화시키면서 전사공간(1600)의 막는 기능을 할 수 있다.
또한, 서포트(1400)는 다공성 부재로 구성될 경우, 고진공으로 인한 전사공간(1600) 내의 와류 발생을 방지할 수 있다.
예컨대, 마이크로 LED 전사 시스템이 진공 흡착력을 높이기 위해 고진공 펌프를 사용하여 전사공간을 고진공 상태로 형성할 경우, 고진공 상태로 인해 전사공간 내에서 와류가 발생하여 마이크로 LED의 흔들림이 유발되거나 마이크로 LED가 흡착되지 않을 수 있다.
본 발명은 다공성 부재로 구성된 서포트(1400)가 형성된 마이크로 LED 전사헤드(1000)를 하강하여 서포트(1400)로 전사공간(1600)을 막아주면서 약간의 외기를 전사공간(1600) 내부로 유입할 수 있다. 이로 인해 전사공간(1600) 내의 고진공 상태로 인한 와류 발생이 방지되고, 마이크로 LED(100)를 흡착면에 효과적으로 전사할 수 있게 된다.
도 3 내지 도 5을 참조한 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 설명에서는 제1기판(101)의 수평면적이 제1기판(101)을 지지하는 지지부재(1500)의 상면 수평면적보다 작은 것으로 도시하였지만, 제1기판(101)의 수평면적은 지지부재(1500)의 상면 수평면적과 동일하게 구성되어 서포트(1400)가 제1기판(101)의 상면에 접촉될 수 있고, 이로 인해 전사공간(1600)이 차단될 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템(1)은 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 하단부가 제1기판(101)의 마이크로 LED(100) 상면과 이격되게 위치하면서 형성되는 전사공간(1600)에 외기를 유입하는 통로(1300)가 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 구비된다.
마이크로 LED 전사헤드(1000)에 구비되는 통로(1300)는 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리에 형성되는 서포트(1400)의 내측으로 구비될 수 있다. 통로(1300)는 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리 측에 서포트(1400)보다 내측으로 마이크로 LED 전사헤드(1000)를 상, 하 수직방향으로 관통하는 형상으로 구비될 수 있다.
통로(1300)는 서포트(1400)가 지지부재(1500)의 상면과 접촉하면서 밀폐되어 진공압이 높아진 전사공간(1600)으로 외기를 유입함으로써 전사공간(1600)의 진공압을 낮추어 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 용이하게 상승할 수 있도록 할 수 있다. 통로(1300)는 개폐수단(미도시)이 구비되어 마이크로 LED 전사헤드(1000) 상승 시에 개방되어 외기를 유입하고, 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 마이크로 LED(100)를 전사할 시에는 폐쇄될 수 있다. 그러므로, 마이크로 LED(100)의 전사가 수행되는 동안에는 전사공간(1600)에 외기 유입이 되지 않아 서포트(1400)로 밀폐된 전사공간(1600)의 전사 효율은 그대로 유지될 수 있다. 통로(1300)의 개폐수단은 슬라이드 형태의 커버일 수 있고, 통로(1300)가 원형의 관 형태로 형성될 경우, 통로(1300)의 상부에 분리결합될 수 있는 원뿔 형상의 마개 형태일 수 있다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 제1실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템(1)은 서포트(1400)가 형성되고 통로(1300)가 구비된 마이크로 LED 전사헤드(1000)와 마이크로 LED(100)가 칩핑된 제1기판(101), 제1기판(101) 하부에 제1기판(101)을 지지하는 지지부재(1500)로 구성된다.
제1실시 예의 마이크로 LED 전사헤드(1000)는 도 5(b)에 도시된 바와 같이 하강하여 서포트(1400)가 지지부재(1500)의 상면에 접촉한다. 이로 인해 전사공간(1600)이 밀폐된다. 하강한 마이크로 LED 전사헤드(1000)는 진공 챔버(1200)를 통해 공급된 진공을 다공성 부재(1100)의 다수의 기공으로 전달하고 다공성 부재(1100)에는 진공 흡착력이 발생한다.
도 5(c)의 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 상부 중간부에 상방향을 가리키는 화살표는 전사공간(1600)으로부터 배출되는 내기를 의미할 수 있다. 진공 챔버(1200)를 통해 공급된 진공으로 다공성 부재(1100)의 흡착면에는 마이크로 LED(100)가 전사되고 이후, 도 5(c)에 도시된 바와 같이 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 구비된 통로(1300)의 개폐수단이 개방되어 통로(1300)를 통해 외기가 유입된다. 통로(1300)에 도시된 화살표는 통로(1300)를 통해 전사공간(1600)으로 유입되는 외기를 의미할 수 있다.
제1실시 예의 마이크로 LED 전사 시스템(1)은 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리 측이면서 서포트(1400) 내측으로 구비된 통로(1300)를 통해 유입된 외기로 인해 서포트(1400) 측의 전사공간(1600)의 진공압이 낮아져 지지부재(1500)의 상면으로부터 서포트(1400)의 하면의 탈착을 용이하게 이루어지게 할 수 있고, 도 3(d)와 같이 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 마이크로 LED(100)가 전사된 상태로 마이크로 LED 전사헤드(1000)를 상승시킬 수 있다.
도 6는 본 발명의 제1실시 예의 제1변형 예의 마이크로 LED 전사 시스템(1)을 도시한 도이다. 제1실시 예의 제1변형 예는 마이크로 LED 전사 시스템(1)을 구성하는 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 구비되는 통로(1300)가 서포트(1400)에 구비된다는 점에서 제1실시 예와 차이가 있다.
제1변형 예는 통로(1300)가 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 흡착면보다 하부로 돌출되도록 테두리에 형성되는 서포트(1400)의 하단부에 구비된다. 서포트(1400)의 하단부는 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 다공성 부재(1100)의 흡착면보다 돌출되는 측이므로, 서포트(1400)의 돌출부일 수 있다. 서포트(1400)의 돌출부는 전사공간(1600)을 직접적으로 밀폐하므로 전사공간(1600)에 외기를 유입하는 통로(1300)가 구비되기 적합한 위치일 수 있다.
이와 같이, 제1변형 예는 전사공간(1600)을 직접적으로 밀폐하는 서포트(1400)의 돌출부에 통로(1300)를 구비함으로써 전사공간(1600)의 진공압을 낮춰 서포트(1400)의 하면이 지지부재(1500)의 상면으로부터 탈착되는 것을 용이하게 하여 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 마이크로 LED(100)가 진공 흡착된 상태로 마이크로 LED 전사헤드(1000)를 상승시킬 수 있다.
도 7는 본 발명의 제1실시 예의 제2변형 예의 마이크로 LED 전사 시스템(1)을 도시한 도이다. 제1실시 예의 제2변형 예는 제1기판(101)을 지지하는 지지부재(1500)에 전사공간(1600)에 외기를 주입하는 통로(1300)가 구비된다는 점에서 제1실시 예와 차이가 있다.
제2변형 예는 통로(1300)가 제1기판(101)을 지지하는 지지부재(1500)의 테두리 측에 지지부재(1500)를 수직방향으로 관통하는 형상으로 형성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2변형 예의 통로(1300)는 지지부재(1500)의 테두리 측에 구비되되, 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리에 흡착면보다 하부로 돌출되도록 형성된 서포트(1400)의 내측과 대응되는 위치에 구비될 수 있다. 여기서, 서포트(1400)의 내측과 대응되는 위치는 다공성 부재(1100)의 흡착면의 테두리와 대응되는 위치일 수 있다. 다공성 부재(1100)의 흡착면의 테두리는 다공성 부재(100)의 흡착면에 진공 흡착된 마이크로 LED(100)가 존재하는 마이크로 LED 존재영역의 바깥 부분을 의미할 수 있다.
제2변형 예에 구비되는 통로(1300)와 같이 통로(1300)가 지지부재(1500)에 구비될 경우, 제1기판(101)은 지지부재(1500)의 상면의 수평면적보다 작은 수평면적으로 구성된다. 이는 지지부재(1500)의 테두리 측에 구비된 통로(1300)가 전사공간(1600)으로 외기를 용이하게 유입할 수 있도록 하기 위함일 수 있다. 제1기판(101)의 수평면적은 통로(1300)가 지지부재(1500)의 테두리 측에 구비될 경우에 지지부재(1500)의 상면 수평면적보다 작게 구성되는 것이 바람직할 수 있다.
이와 같은 구성을 통해, 제2변형 예는 전사공간(1600)으로 외기를 유입하여 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 마이크로 LED(100)가 전사된 상태로 서포트(1400)의 하면이 지지부재(1500)의 상면에서 탈착되어 용이하게 상승할 수 있다.
제2실시예
이하, 본 발명의 제2실시 예에 대해 설명한다. 이하에서 설명되는 실시 예는 제1실시 예와 비교하여 특징적인 구성요소들을 중심으로 설명하겠으며, 제1실시 예와 동일하거나 유사한 구성요소들에 대한 설명들은 생략한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제2실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템(1)을 도시한 도이다.
제2실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템(1)은, 제1실시 예의 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 형성된 서포트(1400)가 지지부재(1500)에 형성된다는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 시스템(1)은 기공을 갖는 다공성 부재(1100)로 흡착면이 구성된 마이크로 LED 전사헤드(1000), 마이크로 LED(100)가 칩핑된 제1기판(101)을 지지하는 지지부재(1500)로 구성된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 지지부재(1500)의 테두리에는 지지부재(1500)의 상부로 돌출되도록 서포트(1400)가 형성된다. 여기서, 지지부재(1500)의 테두리는 지지부재(1500)의 상면에 설치되는 제1기판(1010)의 바깥부분을 의미할 수 있다. 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 지지부재(1500)가 지지하고 있는 제1기판(101)에 칩핑된 마이크로 LED(100)를 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 다공성 부재(1100)의 흡착면에 전사하기 위해 마이크로 LED 전사헤드(1000)를 마이크로 LED(100) 상면 방향으로 하강할 경우, 지지부재(1500)의 테두리에 상부로 돌출되도록 형성된 서포트(1400)는 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리 하면에 접촉한다. 서포트(1400)는 지지부재(1500)의 테두리에 상부로 돌출되도록 형성되므로 서포트(1400)의 상면이 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리 하면에 접촉한다. 이로 인해 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 하단부가 제1기판(101)의 마이크로 LED(100) 상면과 이격되게 위치하면서 형성되는 전사공간(1600)이 밀폐된다.
서포트(1400)는 탄성 재질로 구성되어 전사공간(1600)이 진공상태가 되면 탄성변형하여 높이가 낮아질 수 있다. 탄성변형하여 높이가 낮아진 서포트(1400)로 인해 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 흡착면이 마이크로 LED(100) 상면과 접촉함으로써 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 흡착면에 마이크로 LED(100)가 전사된다. 또한, 탄성 재질로 구성된 서포트(1400)는 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 이송오차로 인해 마이크로 LED(100)가 파손되지 않도록 완충역할을 할 수 있다.
또한, 서포트(1400)는 다공성 부재로 구성되어 전사공간(1600)을 차단함과 동시에 약간의 외기를 유입하여 전사공간(1600)의 진공압이 급격하게 상승하는 것을 완화할 수 있고, 고진공 펌프를 사용할 경우에 더욱 효과적인 기능을 수행할 수 있다.
서포트(1400)로 인해 밀폐된 전사공간(1600)에서 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 흡착면에 마이크로 LED(100) 전사가 수행된 후, 마이크로 LED 전사헤드(1000)는 전사된 마이크로 LED(100)를 제2기판(도 2에 도시된 표시 기판(301)일 수 있고, 중간위치의 임시기판 일수 있음)으로 이송하기 위해 상승한다. 이 경우, 마이크로 LED(100)가 전사된 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리 하면이면서 다공성 부재(1100)의 테두리 흡착면에 서포트(1400)가 접촉되어 진공 흡착된 상태이므로 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 상승을 방해할 수 있다. 따라서, 마이크로 LED 전사헤드(1000)는 밀폐된 전사공간(1600)에 외기를 주입하는 통로(1300)를 구비할 수 있다.
통로(1300)는 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 구비되되, 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 테두리측이면서 지지부재(1500)의 테두리에 형성되는 서포트(1400)의 내측과 대응되는 위치에 마이크로 LED 전사헤드(1000)를 수직방향으로 관통하는 형상으로 형성될 수 있다. 서포트(1400)의 내측과 대응되는 위치는 지지부재(1500)의 상면에 설치되는 제1기판(101)의 바깥부분과 서포트(1400)사이의 지지부재(1500)의 상면과 대응되는 위치일 수 있다.
통로(1300)는 개폐수단(미도시)이 구비되어 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 마이크로 LED(100) 전사가 수행되고 있을 경우에는 폐쇄되고, 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 마이크로 LED(100) 전사가 수행되고 난 이후 개방될 수 있다. 본 발명은 개방된 통로(1300)를 통해 전사공간(1600)에 외기를 유입하고 전사공간(1600)의 진공압을 낮춰 마이크로 LED(100)가 전사된 상태의 마이크로 LED 전사헤드(1000)를 상승시켜 제2기판으로 마이크로 LED(100)를 이송할 수 있다.
제2실시 예는 통로(1300)가 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 구비되므로, 서포트(1400)가 제1기판(101)의 상부로 돌출되도록 제1기판(101)의 테두리에 형성되어 마이크로 LED 전사헤드(1000) 하강 시 전사공간(1600)을 막을 수 있다. 서포트(1400)가 제1기판(101)의 상부로 돌출되도록 제1기판(101)의 테두리에 형성될 경우, 제1기판(101)의 테두리는 마이크로 LED(100)가 존재하는 마이크로 LED 존재영역의 바깥 부분을 의미할 수 있다.
도 9은 본 발명의 제2실시 예의 제1변형 예의 마이크로 LED 전사 시스템(1)을 도시한 도이다. 제2실시 예의 제1변형 예는 지지부재(1500)에 형성된 서포트(1400)에 전사공간(1600)에 외기를 주입하는 통로(1300)가 구비된다는 점에서 제2실시 예와 차이가 있다.
제1변형 예는 통로(1300)가 제1기판(101)을 지지하는 지지부재(1500)에 상부로 돌출되도록 형성된 서포트(1400)에 구비된다. 통로(1300)는 서포트(1400)를 수평방향으로 관통하는 형상으로 구비되어 전사공간(1600)에 외기를 유입할 수 있다.
마이크로 LED(100)가 마이크로 LED 전사헤드(1000)에 전사된 후, 개폐수단에 의해 개방된 통로(1300)는 전사공간(1600)으로 외기를 유입하여 전사공간(1600)의 진공압을 낮춤으로써 서포트(1400) 상면으로부터 마이크로 LED(100)가 전사된 마이크로 LED 전사헤드(1000)가 탈착되어 상승할 수 있도록 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제2실시 예의 제2변형 예의 마이크로 LED 전사 시스템(1)을 도시한 도이다. 제2실시 예의 제2변형 예는 제1기판(101)을 지지하는 지지부재(1500)에 전사공간(1600)에 외기를 주입하는 통로(1300)가 구비된다는 점에서 제2실시 예와 차이가 있다.
제2변형 예는 통로(1300)가 제1기판(101)을 지지하는 지지부재(1500)의 테두리 측에 지지부재(1500)를 수직방향으로 관통하는 형상으로 형성된다. 제2변형 예의 통로(1300)는 지지부재(1500)의 테두리 측에 구비되되, 지지부재(1500)의 테두리에 상부로 돌출되도록 형성되는 서포트(1400)보다 내측에 구비될 수 있다. 통로(1300)는 마이크로 LED(100) 전사 이후 개폐수단에 의해 개방되어 서포트(1400)로 차단된 전사공간(1600)에 외기를 주입하여 전사공간(1600)의 진공압을 낮출 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시 예 및 변형 예는 서포트(1400)를 구비하여 전사공간(1600)을 막아줌으로써 마이크로 LED(100) 전사 시 외기 유입을 차단하여 전사 효율을 향상시킬 수 있고, 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 흡착면에 마이크로 LED(100) 전사가 수행된 후에는 통로(1300)를 통해 전사공간(1600)에 외기를 유입함으로써 진공압을 낮추어 마이크로 LED(100)를 제2기판으로 이송하기 위한 마이크로 LED 전사헤드(1000)의 상승을 용이하게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명 하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
1: 마이크로 LED 전사시스템 1000: 마이크로 LED 전사헤드
1100: 다공성 부재 1200: 진공 챔버
1300: 통로 1400: 서포트
1500: 지지부재 1600: 전사공간
100: 마이크로 LED 101: 제1기판

Claims (18)

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  4. 기공을 갖는 다공성 부재로 흡착면을 구성하고 상기 흡착면보다 하부로 돌출되도록 테두리에 형성되는 서포트를 포함하는 마이크로 LED 전사헤드;
    마이크로 LED가 칩핑된 제1기판; 및
    상기 제1기판 하부에 설치되어 상기 제1기판을 지지하는 지지부재;를 포함하고,
    상기 제1기판의 마이크로 LED를 상기 흡착면에 전사할 때 상기 서포트는 상기 지지부재 또는 상기 제1기판의 상면에 접촉하는 마이크로 LED 전사 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로 LED 전사헤드의 하단부가 상기 제1기판의 마이크로 LED 상면과 이격되게 위치하면서 전사공간이 형성되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 마이크로 LED 전사헤드에 구비되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 서포트에 구비되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 제1기판을 지지하는 지지부재에 구비되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  9. 제6 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로를 개폐하는 개폐수단이 구비되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  10. 기공을 갖는 다공성 부재로 흡착면이 구성된 마이크로 LED 전사헤드;
    마이크로 LED가 칩핑된 제1기판을 지지하는 지지부재; 및
    상기 지지부재의 테두리에 상기 지지부재의 상부로 돌출되도록 형성되거나 상기 제1기판의 테두리에 상기 제1기판의 상부로 돌출되도록 형성되는 서포트를 포함하는 마이크로 LED 전사 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 서포트는 탄성재질로 구성되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 서포트는 다공성 부재로 구성되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1기판의 마이크로 LED를 상기 흡착면에 전사할 때 상기 서포트는 상기 마이크로LED 전사헤드의 테두리 하면에 접촉하는 마이크로 LED 전사 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 마이크로 LED 전사헤드의 하단부가 상기 제1기판의 마이크로 LED 상면과 이격되게 위치하면서 전사공간이 형성되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 마이크로 LED 전사헤드에 구비되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 서포트에 구비되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 전사공간에 외기를 유입하는 통로가 상기 제1기판을 지지하는 지지부재에 구비되는 마이크로 LED 전사 시스템.
  18. 제15 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통로를 개폐하는 개폐수단이 구비되는 마이크로 LED 전사 시스템.
KR1020180061365A 2018-05-29 2018-05-29 마이크로 led 전사헤드 및 이를 이용한 마이크로 led 전사 시스템 KR102540859B1 (ko)

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