JP7224437B2 - レーザー転写装置、及び、レーザー転写方法 - Google Patents
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Description
複数の素子が形成された転写元基板にレーザー光を上方から照射し、前記複数の素子のうち転写対象である複数の転写対象素子を前記転写元基板の下方に位置する転写先基板に転写するレーザー転写装置であって、
パルス状の前記レーザー光を出射する出射機構と、
前記転写元基板を覆うマスクであって、前記上方から見たときに前記転写先基板における前記複数の転写対象素子それぞれの転写位置と重なる位置に前記パルス状のレーザー光を透過する複数の透過部を有し、少なくとも当該複数の透過部の周囲は前記パルス状のレーザー光を透過させないマスクと、
前記レーザー光の照射位置を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記複数の転写対象素子それぞれが前記複数の透過部それぞれと前記転写先基板の前記転写位置それぞれとの間に配置されるよう前記転写元基板を支持する支持機構と、
前記移動機構及び前記出射機構を制御し、前記照射位置を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させるとともに前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置する各タイミングにて前記出射機構から前記パルス状のレーザー光を出射させるスキャンを実行するコントローラと、
を備え、
前記パルス状のレーザー光は、前記複数の透過部それぞれよりも大きく、トップハット形状の強度分布を有する。
複数の素子が形成された転写元基板にレーザー光を上方から照射し、前記複数の素子のうち転写対象である複数の転写対象素子を前記転写元基板の下方に位置する転写先基板に転写するレーザー転写方法であって、
パルス状の前記レーザー光を照射する照射位置を、前記転写元基板を覆うマスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させるとともに、前記パルス状のレーザー光を前記転写元基板に照射するスキャンを行うスキャンステップを備え、
前記マスクは、前記上方から見たときに前記転写先基板における前記複数の転写対象素子それぞれの転写位置と重なる位置に前記パルス状のレーザー光を透過する複数の透過部を有し、少なくとも当該複数の透過部それぞれの周囲は前記パルス状のレーザー光を透過させず、
前記パルス状のレーザー光は、前記複数の透過部それぞれよりも大きく、トップハット形状の強度分布を有し、
前記スキャンステップでは、
前記転写元基板の前記複数の転写対象素子それぞれを、前記複数の透過部それぞれと前記転写先基板の前記転写位置それぞれとの間に配置し、
前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置する各タイミングにて前記パルス状のレーザー光を前記複数の透過部それぞれを介して前記転写元基板に照射する。
以下、本発明の一実施形態に係るレーザー転写装置100及びレーザー転写方法を図1~図10を参照して説明する。
レーザー転写処理の開始に当たって、ユーザ又は所定のロボットは、転写元基板10、転写先基板20、マスク140をセットし、かつ、今回転写するマイクロLED12の色(マイクロLED12R、マイクロLED12G、マイクロLED12Bのいずれか。ここでは赤とする。つまり、マスク140がマスク140Rであるとする。)をコントローラ180に入力する。転写元基板10等をセットする際、支持部材152、支持部材172D、及び、支持部材173DはZ方向に伸びた状態となっている。転写先基板20とマスク140Rは、マスク140Rの各透過部146が、平面視したときに、転写先基板20におけるマイクロLED12Rの転写位置それぞれと一対一で重なるようにセットされる。なお、以下では、マイクロLED12、透過部146、及び、転写位置のX方向の並びを「行」といい、マイクロLED12、透過部146、及び、転写位置のY方向の並びを「列」という。
この実施の形態では、マイクロLED12の転写時に、レーザー光L2をマスク140を介して転写元基板10に照射するので、レーザー光L2の光軸が多少ずれたとしても、非透過部145により転写元基板10の余計な部分にレーザー光L2が照射されることを防止できる。さらに、マイクロLED12の転写時に、レ-ザー光L2の照射位置をXY方向にスキャンし、かつ、照射位置が透過部146を通過するタイミングでレーザー光L2をパルス状に出射するので、レーザー光L2の無駄な出射等がなく、効率的にレーザー光を照射できる。特に、エキシマレーザー等の高出力レーザーを使用する必要がないので、レーザー転写装置の初期費用やランニングコストを抑えることができる。
以下、上記実施形態の変形例を説明する。以下の変形例の少なくとも一部は組み合わせることができる。なお、上記実施の形態の構成や下記の構成は、上記「発明が解決しようとする課題」等に係る構成であるか否かに関わらず、どの構成であっても省略できる(その場合には、別の発明となりうる)。
スキャン機構130を設けずにレーザー光L2の照射位置を固定とし、上記スキャン時には、マスク140、転写元基板10、転写先基板20を移動させてもよい。例えば、このときには、上記第1移動機構160及び第2移動機構170により、マスク140、転写元基板10、転写先基板20を移動させてもよい。レーザー転写装置100は、前記照射位置をマスク140、転写元基板10、及び、転写先基板20に対して相対的に移動させる移動機構(レーザー光L2の照射位置を移動させる場合のスキャン機構130、レーザー光L2の照射位置を固定とする場合の第1移動機構160及び第2移動機構170など)を備えればよい。スキャン機構130は、ガルバノスキャナ131とFθレンズ132との組み合わせ以外の機構であってもよい。
上記では、転写元基板10のマイクロLED12のうち、マスク140の透過部146と重なるもの全て(上記では、1、4、7列目かつ1~8行目のマイクロLED12等)を一度にスキャンしているが、重なるものを複数回に分けてスキャンしてもよい。この場合、1回のスキャン毎に、第1移動機構160及び第2移動機構170を制御し、転写元基板10、転写先基板20、マスク140を一緒にXY方向に移動させ、転写元基板10等におけるスキャン範囲を変えていく。例えば、1回目のスキャンで、1、4、7列目かつ1~4行目のマイクロLED12(1回目のスキャンでの転写対象素子)ないしこれらと重なる透過部146をスキャンし、その後に1、4、7列目かつ5~8行目のマイクロLED12(2回目のスキャンでの転写対象素子)ないしこれらと重なる透過部146をスキャンしてもよい。この場合、1、4、7列目かつ1~4行目のマイクロLED12のスキャン終了後、転写元基板10、転写先基板20、マスク140を一緒にY方向(マイナスY方向)に移動させ、その後に、1、4、7列目かつ5~8行目のマイクロLED12のスキャンを行う。このようなことは、ガルバノミラーのスキャン範囲に対して、転写元基板10が大きい場合に特に有用である。
上記転写の前に、転写元基板10の各マイクロLED12を検査し、不良のマイクロLED12があった場合には、上記転写の際に、当該不良のマイクロLED12へのレーザー光L2の照射は行わないようにしてもよい。以下、この点をマイクロLED12Rを例にして説明する。
上記転写の前に、転写元基板10の各マイクロLED12の一定条件下での発光時の輝度(後述の輝度レベル等)を検査し、検査結果に基づいて転写元基板10の各マイクロLED12の転写先基板12における転写位置(転写先の位置)を決定してもよい。以下、この点をマイクロLED12Rを例にして説明する。
ハーフミラー等により、レーザー光の光路を分岐させ、複数行を同時にスキャンするようにしてもよい。また、レーザー光L2の形状を例えば、Y方向に長尺とすることで複数行を同時にスキャンするようにしてもよい。また、行と列は、逆でもよい。
レーザー光L2の形状は、四角形の他、円形、楕円形等であってもよい。レーザー光L2の形状は、透過部146及びマイクロLED12の形状等に合わせた形状であるとよい。例えば、透過部146及びマイクロLED12が平面視したときに円形であれば、レーザー光L2の形状も円形とし、透過部146及びマイクロLED12が平面視したときに四角形であれば、レーザー光L2の形状も四角形とするとよい。レーザー光L2は、透過部146以外の照射位置で照射されてもよい。
マスク140は、誘電体多層膜142の代わりに、レーザー光を全反射かつ乱反射する金属膜を有してもよい。マスク140は、各透過部146の周囲が遮光されていれば、レーザー光L2の照射位置とは関係ない位置などに透過部を有してもよい。マスク140は、金属板等に透過部146としての貫通孔を設けたものであってもよい。
転写元基板10、転写先基板20、マスク140、レーザー光L2の照射位置などは、他の部材等に対して相対的に移動するものであればよい。上記のように、レーザー転写装置100は、転写元基板10をマスク140及び転写先基板20に対して相対的に移動(駆動)させることが可能な各種の駆動機構を備える。駆動機構は、上記では第1移動機構160及び/又は第2移動機構170から構成されている。例えば、変形例4での転写元基板10の相対的な移動では第2移動機構170が前記の駆動機構に相当する。上記実施の形態でのスキャン時の転写元基板10の相対的な移動(1回目のスキャン後の移動)では第1移動機構160及び第2移動機構170が前記の駆動機構に相当する。しかし、駆動機構は、このような構成に限らず、各種ロボット等により構成されてもよい。さらに、上記のように、レーザー転写装置100は、マスク140と転写元基板10との間、及び、転写元基板10と前記転写先基板20との間を離す離間機構を備える。当該離間機構は、上記では、支持部材152、支持部材172D及び173D(各支持部材152を伸縮させるためのモータ、油圧回路又は空圧回路などを適宜含む)などを含んで構成されている。しかし、離間機構は、このような構成に限らず、各種ロボット等により構成されてもよい。例えば、上記駆動機構、離間機構として、転写先基板20及びマスク140(可動部150)を支持及びXY方向に移動させる一以上の多関節ロボットと、可動部150等に搭載されマスク140を転写先基板20に対してZ方向に移動させる一以上の多関節ロボットと、転写元基板10を支持(例えば、上記のように保持部材171を介した支持)及びXYZ方向に移動させる一以上の多関節ロボットと、を採用してもよい。なお、マスク140は、転写先基板20よりも小さいものであってもよい。つまり、RGBそれぞれについて、マスク140の透過部146の数よりも、転写先基板20のマイクロLED12(12R、12G、又は、12B)の転写位置の数の方が多くてもよい。この場合、マスク140は、多関節ロボット等により、転写先基板20に対してXY方向に相対的に移動可能とするとよい。例えば、コントローラ180は、多関節ロボットを制御し、スキャンの実行に際して、マスク140を移動させ、透過部146を転写先基板20の転写位置(そのスキャンでのレーザー光L2の照射対象)に合わせるとよい。但し、上記のように、透過部146と転写位置とは、数が同じでそれぞれが一対一で対応している方がマスク140を転写先基板20に対してXY方向に移動させる手間がなくなり生産性がよい。
マイクロLED12R、マイクロLED12G、マイクロLED12Bそれぞれを別のレーザー転写装置で転写してもよい。これにより、マスクの交換が不要になり、転写の生産性が向上する。
上記の説明では、理解の容易のため、マイクロLEDの数を実際よりも少なくして説明しているが、実際には多数のマイクロLEDが1つの転写元基板10に形成され転写先基板20に転写される。本発明は、マイクロLED以外の他の素子の転写にも適用可能である。
本明細書が開示する構成(上記実施の形態及び変形例を一例とする構成)を以下に列記する。
パルス状の前記レーザー光を出射する出射機構と、
前記転写元基板を覆うマスクであって、前記上方から見たときに前記転写先基板における前記複数の転写対象素子それぞれの転写位置と重なる位置に前記パルス状のレーザー光を透過する複数の透過部を有し、少なくとも当該複数の透過部の周囲は前記パルス状のレーザー光を透過させないマスクと、
前記レーザー光の照射位置を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記複数の転写対象素子それぞれが前記複数の透過部それぞれと前記転写先基板の前記転写位置それぞれとの間に配置されるよう前記転写元基板を支持する支持機構と、
前記移動機構及び前記出射機構を制御し、前記照射位置を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させるとともに前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置する各タイミングにて前記出射機構から前記パルス状のレーザー光を出射させるスキャンを実行するコントローラと、
を備えるレーザー転写装置。
上記(1)に記載のレーザー転写装置。
前記素子は、発光素子であり、
前記コントローラは、前記複数の転写対象素子それぞれの発光時の輝度を示す輝度データを取得し、取得した前記輝度データに基づいて前記第1駆動機構を制御し、前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置するタイミングに合わせて、前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させて当該照射位置が位置する当該透過部に前記複数の転写対象素子のうちのいずれかを合わせていく、
上記(1)に記載のレーザー転写装置。
上記(1)から(3)のいずれかに記載のレーザー転写装置。
上記(1)から(4)のいずれかに記載のレーザー転写装置。
前記マスクは、前記転写元基板と前記Fθレンズとの間に配置されている、
上記(1)から(5)のいずれかに記載のレーザー転写装置。
前記転写元基板に形成された前記複数の素子には、前記コントローラによる所定回数目の前記スキャンのときに、前記透過部とは位置がずれて転写対象とならない一以上の対象外素子が含まれ、
前記コントローラは、前記所定回数目の後の前記スキャンを行うときに、前記第2駆動機構を制御し、前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させ、前記一以上の対象外素子のうちの少なくとも一部の対象外素子と前記複数の透過部のうちの一以上の透過部とを合わせる、
上記(1)から(6)のいずれかに記載のレーザー転写装置。
前記コントローラは、前記離間機構を制御し、前記マスクと前記転写元基板との間、及び、前記転写元基板と前記転写先基板との間を離してから、前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させる、
上記(7)に記載のレーザー転写装置。
パルス状の前記レーザー光を照射する照射位置を、前記転写元基板を覆うマスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させるとともに、前記パルス状のレーザー光を前記転写元基板に照射するスキャンを行うスキャンステップを備え、
前記マスクは、前記上方から見たときに前記転写先基板における前記複数の転写対象素子それぞれの転写位置と重なる位置に前記パルス状のレーザー光を透過する複数の透過部を有し、少なくとも当該複数の透過部それぞれの周囲は前記パルス状のレーザー光を透過させず、
前記スキャンステップでは、
前記転写元基板の前記複数の転写対象素子それぞれを、前記複数の透過部それぞれと前記転写先基板の前記転写位置それぞれとの間に配置し、
前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置する各タイミングにて前記パルス状のレーザー光を前記複数の透過部それぞれを介して前記転写元基板に照射する、
レーザー転写方法。
前記スキャンステップでは、前記第1検査ステップによる検査結果に基づいて、前記照射位置が前記不良の素子に対応する前記透過部に位置するタイミングでは前記パルス状のレーザー光を照射しない、
上記(9)に記載のレーザー転写方法。
上記(10)に記載のレーザー転写方法。
前記転写元基板に形成された前記複数の素子それぞれの発光時の輝度を検査する検査ステップをさらに備え、
前記スキャンステップでは、前記検査ステップの検査結果に基づいて、前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置するタイミングに合わせて、前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させて当該照射位置が位置する当該透過部に前記複数の転写対象素子のうちのいずれかを合わせていく、
上記(9)に記載のレーザー転写方法。
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。
Claims (11)
- 複数の素子が形成された転写元基板にレーザー光を上方から照射し、前記複数の素子のうち転写対象である複数の転写対象素子を前記転写元基板の下方に位置する転写先基板に転写するレーザー転写装置であって、
パルス状の前記レーザー光を出射する出射機構と、
前記転写元基板を覆うマスクであって、前記上方から見たときに前記転写先基板における前記複数の転写対象素子それぞれの転写位置と重なる位置に前記パルス状のレーザー光を透過する複数の透過部を有し、少なくとも当該複数の透過部の周囲は前記パルス状のレーザー光を透過させないマスクと、
前記レーザー光の照射位置を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させる移動機構と、
前記複数の転写対象素子それぞれが前記複数の透過部それぞれと前記転写先基板の前記転写位置それぞれとの間に配置されるよう前記転写元基板を支持する支持機構と、
前記移動機構及び前記出射機構を制御し、前記照射位置を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させるとともに前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置する各タイミングにて前記出射機構から前記パルス状のレーザー光を出射させるスキャンを実行するコントローラと、
を備え、
前記パルス状のレーザー光は、前記複数の透過部それぞれよりも大きく、トップハット形状の強度分布を有する、
レーザー転写装置。 - 前記コントローラは、前記スキャンにおいて、前記照射位置が前記複数の転写対象素子のうち不良の素子に対応する前記透過部に位置するタイミングでは前記パルス状のレーザー光を前記出射機構から出射させない、
請求項1に記載のレーザー転写装置。 - 前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させることが可能な第1駆動機構を備え、
前記素子は、発光素子であり、
前記コントローラは、前記複数の転写対象素子それぞれの発光時の輝度を示す輝度データを取得し、取得した前記輝度データに基づいて前記第1駆動機構を制御し、前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置するタイミングに合わせて、前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させて当該照射位置が位置する当該透過部に前記複数の転写対象素子のうちのいずれかを合わせていく、
請求項1に記載のレーザー転写装置。 - 前記マスクは、前記透過部の周囲に、前記パルス状のレーザー光を全反射かつ乱反射する、誘電体多層膜を備える、
請求項1から3のいずれか1項に記載のレーザー転写装置。 - 前記移動機構は、ガルバノスキャナとFθレンズとを備え、
前記マスクは、前記転写元基板と前記Fθレンズとの間に配置されている、
請求項1から4のいずれか1項に記載のレーザー転写装置。 - 前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させることが可能な第2駆動機構を備え、
前記転写元基板に形成された前記複数の素子には、前記コントローラによる所定回数目の前記スキャンのときに、前記透過部とは位置がずれて転写対象とならない一以上の対象外素子が含まれ、
前記コントローラは、前記所定回数目の後の前記スキャンを行うときに、前記第2駆動機構を制御し、前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させ、前記一以上の対象外素子のうちの少なくとも一部の対象外素子と前記複数の透過部のうちの一以上の透過部とを合わせる、
請求項1から5のいずれか1項に記載のレーザー転写装置。 - 前記マスクと前記転写元基板との間、及び、前記転写元基板と前記転写先基板との間を離す離間機構をさらに備え、
前記コントローラは、前記離間機構を制御し、前記マスクと前記転写元基板との間、及び、前記転写元基板と前記転写先基板との間を離してから、前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させる、
請求項6に記載のレーザー転写装置。 - 複数の素子が形成された転写元基板にレーザー光を上方から照射し、前記複数の素子のうち転写対象である複数の転写対象素子を前記転写元基板の下方に位置する転写先基板に転写するレーザー転写方法であって、
パルス状の前記レーザー光を照射する照射位置を、前記転写元基板を覆うマスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させるとともに、前記パルス状のレーザー光を前記転写元基板に照射するスキャンを行うスキャンステップを備え、
前記マスクは、前記上方から見たときに前記転写先基板における前記複数の転写対象素子それぞれの転写位置と重なる位置に前記パルス状のレーザー光を透過する複数の透過部を有し、少なくとも当該複数の透過部それぞれの周囲は前記パルス状のレーザー光を透過させず、
前記パルス状のレーザー光は、前記複数の透過部それぞれよりも大きく、トップハット形状の強度分布を有し、
前記スキャンステップでは、
前記転写元基板の前記複数の転写対象素子それぞれを、前記複数の透過部それぞれと前記転写先基板の前記転写位置それぞれとの間に配置し、
前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置する各タイミングにて前記パルス状のレーザー光を前記複数の透過部それぞれを介して前記転写元基板に照射する、
レーザー転写方法。 - 前記転写元基板に不良の素子が形成されているかを検査する第1検査ステップをさらに備え、
前記スキャンステップでは、前記第1検査ステップによる検査結果に基づいて、前記照射位置が前記不良の素子に対応する前記透過部に位置するタイミングでは前記パルス状のレーザー光を照射しない、
請求項8に記載のレーザー転写方法。 - 良品の素子を、前記転写先基板における前記不良の素子を転写するはずだった転写位置に転写する転写ステップをさらに備える、
請求項9に記載のレーザー転写方法。 - 前記素子は、発光素子であり、
前記転写元基板に形成された前記複数の素子それぞれの発光時の輝度を検査する検査ステップをさらに備え、
前記スキャンステップでは、前記検査ステップの検査結果に基づいて、前記照射位置が前記複数の透過部それぞれに位置するタイミングに合わせて、前記転写元基板を前記マスク及び前記転写先基板に対して相対的に移動させて当該照射位置が位置する当該透過部に前記複数の転写対象素子のうちのいずれかを合わせていく、
請求項8に記載のレーザー転写方法。
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