KR102126962B1 - 마이크로-컴포넌트 디바이스의 대량 배열을 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

마이크로-컴포넌트 디바이스의 대량 배열을 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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쳔 치에
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마븐 옵트로닉스 씨오., 엘티디.
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Abstract

마이크로-컴포넌트 디바이스의 대량 배열을 위한 방법은 다음의 프로세스 단계를 포함하며: 그 프로세스 단계는, 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배치하는 것 ― 마이크로-컴포넌트 디바이스는 제1 방향을 따라 그리고 제2 방향을 따라 더 큰 초기 갭에 의해 서로 이격됨 ―; 마이크로-컴포넌트 디바이스가 제1 및 제2 방향을 따라 더 작은 특정된 타겟 갭에 의해 서로 이격되도록, 전자기력을 사용하여, 부유 마이크로-컴포넌트 디바이스를 더 근접하게 이동하도록 작동시키는 것; 및 타겟 갭을 갖는 배열된 마이크로-컴포넌트 디바이스를 캐리어 기판 상으로 이송하는 것이다. 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하기 위한 시스템이 또한, 본 방법을 구현하기 위해 개시된다. 따라서, 마이크로-컴포넌트 디바이스의 정밀하게 배열된 어레이가 타겟 애플리케이션 기판 상에 형성될 수 있다.

Description

마이크로-컴포넌트 디바이스의 대량 배열을 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MASS ARRANGEMENT OF MICRO-COMPONENT DEVICES}
관련 출원에 대한 상호-참조
본 출원은 2017년 10월 13일 출원된 대만 특허 출원 번호 제106135119호 및 2017년 10월 16일 출원된 중국 특허 출원 번호 제201710970476.1호의 이익 및 우선권을 주장하며, 이들 특허 출원의 개시내용은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 개시내용은 컴포넌트 디바이스(component device)를 배열하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 다수의 마이크로-컴포넌트 디바이스(micro-component device)들을 배열하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 수십년 동안 개발되어 왔다. 종래의 LED 애플리케이션, 이를테면 인디케이터 라이트, 조명 소스, 액정 디스플레이(LCD)를 위한 백라이트 모듈, 및 야외 대형 디스플레이 패널 외에도, 이제 LED의 적용은 미세-피치 소형화 LED(마이크로-LED) 디스플레이 디바이스 쪽으로 이동하고 있다. 즉, 반도체 리소그래피 프로세스 기술을 통해, LED 칩의 사이즈는 대략 1 마이크로미터 레벨로 제작될 수 있다. 예컨대, 마이크로-LED의 사이즈는 디스플레이 디바이스의 픽셀 사이즈와 유사할 수 있거나 또는 그보다 더 작을 수 있다. 마이크로-LED 칩은 어레이(마이크로-LED 어레이)로 배열되고, (다른 회로 컴포넌트와 조합되는) 구동 회로를 갖는 애플리케이션 회로 기판에 전기적으로 본딩되고, 그에 의해 디스플레이 디바이스를 형성하며, 여기서 디스플레이 디바이스의 각각의 픽셀은 하나 또는 복수의 마이크로-LED 칩을 포함할 수 있고, 각각의 픽셀은 디스플레이 디바이스를 형성하기 위해 액티브-매트릭스(AM) 박막 트랜지스터(TFT) 또는 패시브-매트릭스(PM) 구동 집적 회로(IC)의 어레이에 의해 제어된다. 복수의 마이크로-LED 칩을 포함하는 디스플레이 디바이스는 마이크로-LED 디스플레이 디바이스라고 지칭된다.
유기 발광 다이오드(OLED)와 비교하여, 마이크로-LED 칩은 무기 재료로 구성되기 때문에, 마이크로-LED 칩은 환경으로부터의 수분 및 산소에 덜 취약하고, 더 긴 수명을 가질 수 있다. 부가하여, 마이크로-LED 칩의 방출 스펙트럼은 더 좁은 반치전폭(FWHM)을 갖고, 그에 따라 마이크로-LED 칩을 포함하는 디스플레이 디바이스는 더 높은 색순도를 갖고, 더 넓은 색역에 도달할 수 있다. 게다가, 마이크로-LED 칩의 전자 발광 변환 효율은 유사한 OLED보다 훨씬 더 높고, 그에 따라 마이크로-LED 칩은 작은 사이즈의 광 방출 영역을 사용하여 고휘도 디스플레이 디바이스를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 마이크로-LED 칩의 광 방출 영역이 단일 픽셀 내의 전체 영역의 작은 부분을 차지하는 경우에도, 고선명 콘트라스트 디스플레이 디바이스를 생산하는데 충분하다.
부가하여, OLED 디스플레이 디바이스의 제조 프로세스 동안에 유기 발광 재료를 사용하여 균일한 박막을 형성하는 것은 어렵고, 그에 따라 소위 무라 효과(Mura effect)를 발생시킨다. 다른 한편으로, 마이크로-LED 칩은 마이크로-LED 칩을 제작한 후의 이들의 전기 및 광학 특성에 따라 사전-테스트될 수 있고, 이어서, 유사한 전기 및 광학 특성을 갖는 마이크로-LED 칩이 소팅(sort)될 수 있고, 동일한 디스플레이 디바이스 상에 본딩될 수 있다. 따라서, 비교적 유사한 전기 및 광학 특성을 갖는 마이크로-LED 칩에 의해 제조된 디스플레이 디바이스는 불균등-컬러 무라 효과를 방지할 수 있다.
마이크로-LED 디스플레이 디바이스가 위에서 언급된 기술적 이점을 갖지만, 그러나 유사한 전기 및 광학 특성에 의해 소팅된 다수의 마이크로-LED 칩이 디스플레이 디바이스를 제조하기 위해 사용되는 경우에, 일부 기술적 난제가 발생되고, 극복 또는 개선되어야 한다. 예컨대, 디스플레이 디바이스를 형성하기 위해 다수의 마이크로-LED 칩을 마이크로-LED 어레이로 정확하게 배열하는 방법, 마이크로-LED 디스플레이 디바이스를 형성하기 위해 구동 회로를 갖는 회로 보드에 마이크로-LED의 어레이를 이송하고 전기적으로 본딩하는 방법 등에서 난제가 발생한다. 특히 고해상도 디스플레이 디바이스의 경우에, 100만개 초과의 마이크로-LED 칩이 이송 및 배열되어야 하고, 그에 따라 마이크로-LED 디스플레이 제작 프로세스를 어렵게 하고 시간 소모적이게 할 수 있다.
따라서, 정연한 어레이로 마이크로-LED 칩(또는 다른 마이크로-컴포넌트 디바이스)을 정확하게 그리고 효율적으로 배열하고, 그리고/또는 마이크로-LED 칩 어레이를 애플리케이션 회로 보드 상에 이송하기 위한 방법 및 시스템이 필요하다.
본 개시내용의 일부 실시예의 하나의 목적은 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이며, 여기서, 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스는 정확하게 그리고 효과적으로 어레이로 배열될 수 있고, 후속 제조 프로세스, 이를테면 기판들 사이의 마이크로-컴포넌트 디바이스의 대량 이송을 허용할 수 있다.
위의 목적을 달성하기 위해, 본 개시내용의 일부 실시예에 따른, 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법은, 액체 서스펜딩 매질(liquid suspending medium)의 표면 상에 부유하도록 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배치하는 단계 ― 마이크로-컴포넌트 디바이스는 제1 방향을 따라 제1-방향 초기 갭에 의해 초기에 이격되고, 제2 방향을 따라 제2-방향 초기 갭에 의해 초기에 이격되고, 제1 방향은 제2 방향을 횡단함(예컨대, 실질적으로 수직임)-; 마이크로-컴포넌트 디바이스가 제1 방향을 따르는 제1-방향 타겟 갭 및 제2 방향을 따르는 제2-방향 타겟 갭을 갖도록, 전자기력을 사용하여, 액체 서스펜딩 매질의 표면 상에 부유하는 마이크로-컴포넌트 디바이스를 더 근접하게 이동하도록 작동시키는 단계 ― 제1-방향 타겟 갭 및 제2-방향 타겟 갭은 각각, 대응하는 제1-방향 초기 갭 및 대응하는 제2-방향 초기 갭보다 더 작음 ―; 및 액체 서스펜딩 매질의 표면 상에 부유하는 마이크로-컴포넌트 디바이스를 캐리어 기판 상으로 이송하는 단계를 포함하며, 여기서, 마이크로-컴포넌트 디바이스는 제1 방향을 따르는 대응하는 제1-방향 타겟 갭 및 제2 방향을 따르는 대응하는 제2-방향 타겟 갭에 의해 간격을 두고 배열된다.
위의 목적을 달성하기 위해, 본 개시내용의 일부 실시예에 따른, 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법은, 액체 서스펜딩 매질의 표면 상에 부유하도록 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배치하는 단계 ― 마이크로-컴포넌트 디바이스는 초기 밀도를 갖는 초기 어레이에서 초기에 이격됨 ―; 마이크로-컴포넌트 디바이스가 초기 밀도보다 더 높은 타겟 밀도를 갖는 타겟 어레이에서 이격되도록, 전자기력을 사용하여, 액체 서스펜딩 매질의 표면 상에 부유하는 마이크로-컴포넌트 디바이스를 더 근접하게 이동하도록 작동시키는 단계; 및 타겟 밀도를 유지하면서, 액체 서스펜딩 매질의 표면 상에 부유하는 마이크로-컴포넌트 디바이스를 캐리어 기판 상으로 이송하는 단계를 포함한다.
위의 목적을 달성하기 위해, 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템은, 액체 서스펜딩 매질을 수용하기 위한 액체 챔버를 포함하는 액체 챔버 모듈; 및 전도성 와이어 조립체를 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈을 포함하며, 전도성 와이어 조립체는 제1 방향을 따르는 복수의 제1 전도성 와이어 및 제2 방향을 따르는 복수의 제2 전도성 와이어를 포함한다. 제1 전도성 와이어 및 제2 전도성 와이어는 액체 챔버에 배치되고, 제1 방향은 제2 방향을 횡단한다(예컨대, 실질적으로 수직임). 전도성 와이어 조립체는 그리드(grid)의 어레이를 정의하며, 그리드 각각은 2개의 인접하고 평행한 제1 전도성 와이어 및 2개의 인접하고 평행한 제2 전도성 와이어에 의해 정의된다.
그에 의해, 본 개시내용의 일부 실시예에 따른, 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하기 위한 방법 및 시스템은 적어도 다음의 기술적 이점을 제공할 수 있다. (1) 소수의 마이크로-컴포넌트 디바이스가 순차적으로 이송될 수 있는 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 방법과 비교하면, 본 개시내용의 일부 실시예에 따른 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 방법 및 시스템을 사용하는 대량 배열 방법은, 특정된 타겟 피치를 갖는 마이크로-컴포넌트 디바이스의 어레이를 효과적으로 그리고 정밀하게 형성하기 위해, 액체 서스펜딩 매질의 표면 상에 부유하도록 마이크로-컴포넌트를 동시에 배치하고, 전자기력을 사용하여, 마이크로-컴포넌트 디바이스를 서로 더 근접하게 이동하도록 작동하고, 그 후에, 액체 서스펜딩 매질로부터 캐리어 기판으로 다수의 마이크로-컴포넌트 디바이스를 이송함으로써, 마이크로-컴포넌트 디바이스의 어레이를 동시에 배열할 수 있다. (2) 전도성 와이어 사이에 끌어당기는 자기력을 생성하기 위해 전도성 와이어 조립체에 전기 에너지를 인가함으로써, 전도성 와이어 조립체의 그리드 개구가 사이즈에서 감소될 수 있고, 마이크로-컴포넌트 디바이스를 더 근접하게 이동시키도록 작동될 수 있다. (3) 마이크로-컴포넌트 디바이스 사이의 제1-방향 타겟 갭 및 제2-방향 타겟 갭은 각각, 제2 방향 및 제1 방향을 따라 전도성 와이어의 와이어 직경에 의해 정확하게 제어될 수 있다. 즉, 상이한 와이어 직경을 갖는 전도성 와이어는 상이한 방향을 따라 마이크로-컴포넌트 디바이스 사이의 대응하는 타겟 갭을 조정하기 위해 사용될 수 있다. (4) 캐리어 기판은 내장형 또는 통합된 구동 회로를 갖는 애플리케이션 회로 보드일 수 있고, 마이크로-컴포넌트 디바이스의 배열된 어레이는, 마이크로-컴포넌트 디바이스의 다른 대량 이송 프로세스를 생략하기 위해, 액체 서스펜딩 매질로부터 애플리케이션 회로 보드로 직접적으로 동시에 대량 이송될 수 있다.
본 개시내용의 다른 양태 및 실시예가 또한 고려된다. 전술된 요약 및 다음의 상세한 설명은 본 개시내용을 임의의 특정한 실시예로 제한하도록 의도되는 것이 아니라, 단지 본 개시내용의 일부 실시예를 설명하는 것으로 의도된다.
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른, 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스를 정연한 어레이로 배열하는 방법의 프로세스 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 2a, 도 2b, 도 2c, 도 2d, 및 도 2e는 도 1에 예시된 바와 같은 방법을 사용하여 배열될 수 있는 마이크로-컴포넌트 디바이스의 다양한 구성의 개략도이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 마이크로-컴포넌트 디바이스의 저밀도 어레이를 배열하는 프로세스 단계의 개략도(평면도, 측면도, 및 정면도)이고, 여기서, 프로세스 단계는 도 1에 예시된 바와 같은 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법의 일부일 수 있다.
도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 전도성 와이어 조립체를 제공하는 프로세스 단계를 도시하는 개략도이며, 여기서, 프로세스 단계는 도 1에 예시된 바와 같은 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법의 일부일 수 있다.
도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 액체 서스펜딩 매질의 표면 상에 부유하도록 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배치하는 프로세스 단계를 도시하는 개략도이며, 여기서, 프로세스 단계는 도 1에 예시된 바와 같은 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법의 일부일 수 있다.
도 6a, 도 6b, 및 도 6c는 마이크로-컴포넌트 디바이스를 하나의 방향을 따라 더 근접하게 이동하도록 작동시키는 프로세스 단계를 도시하는 개략도이며, 여기서, 프로세스 단계는 도 1에 예시된 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법의 일부일 수 있다.
도 6d 및 도 6e는 마이크로-컴포넌트 디바이스를 다른 방향을 따라 더 근접하게 이동하도록 작동시키는 프로세스 단계를 도시하는 개략도이며, 여기서, 프로세스 단계는 도 1에 예시된 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법의 일부일 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 마이크로-컴포넌트 디바이스를 캐리어 기판 상으로 이송하는 프로세스 단계를 도시하는 개략도이며, 여기서, 프로세스 단계는 도 1에 예시된 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법의 일부일 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 전도성 와이어 조립체를 제거하는 프로세스 단계를 도시하는 개략도이며, 여기서, 프로세스 단계는 도 1에 예시된 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법의 일부일 수 있다.
도 9a, 도 9b, 도 9c, 및 도 9d는 본 개시내용의 다른 실시예에 따른, 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 방법의 프로세스 단계를 도시하는 개략도이며, 여기서, 개략도는 더 낮은-밀도 어레이로서 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하는 프로세스 단계를 예시한다.
도 10은 본 개시내용의 실시예에 따른 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템을 예시하는 개략도이다.
정의
다음의 정의는 본 개시내용의 일부 실시예에 대하여 설명되는 기술적 양태 중 일부에 적용된다. 이들 정의는 본원에서 마찬가지로 확장될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 단수 용어(“a”, “an”, 및 “the”)는 문맥상 명확히 다르게 지시되지 않는 한 복수의 지시대상을 포함할 수 있다. 따라서, 예컨대, 층에 대한 언급은 문맥상 명확히 다르게 지시되지 않는 한 다수의 층을 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, “세트”라는 용어는 하나 이상의 컴포넌트의 집합을 지칭한다. 따라서, 예컨대, 층의 세트는 단일 층 또는 다수의 층을 포함할 수 있다. 세트의 컴포넌트는 또한, 세트의 멤버라고 지칭될 수 있다. 세트의 컴포넌트는 동일할 수 있거나 또는 상이할 수 있다. 일부 경우에서, 세트의 컴포넌트는 하나 이상의 공통 특성을 공유할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, “인접한”이라는 용어는 근처에 있거나 또는 접하고 있는 것을 지칭한다. 인접한 컴포넌트는 서로 이격될 수 있거나 또는 서로 실제로 또는 직접적으로 접촉하고 있을 수 있다. 일부 경우에서, 인접한 컴포넌트는 서로 연결될 수 있거나 또는 서로 일체로 형성될 수 있다. 일부 실시예의 설명에서, 다른 컴포넌트 “상에” 또는 “의 상단 상에” 제공되는 컴포넌트는, 전자의 컴포넌트가 후자의 컴포넌트 바로 위에 있는(예컨대, 직접적으로 물리적으로 접촉하고 있는) 경우, 뿐만 아니라, 전자의 컴포넌트와 후자의 컴포넌트 사이에 하나 이상의 개재하는 컴포넌트가 위치된 경우를 포함할 수 있다. 일부 실시예의 설명에서, 다른 컴포넌트 “아래에” 제공되는 컴포넌트는, 전자의 컴포넌트가 후자의 컴포넌트 바로 아래에 있는(예컨대, 직접적으로 물리적으로 접촉하고 있는) 경우, 뿐만 아니라, 전자의 컴포넌트와 후자의 컴포넌트 사이에 하나 이상의 개재하는 컴포넌트가 위치된 경우를 포함할 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, “연결하는”, “연결되는”, 및 “연결”이라는 용어는 동작가능한 커플링 또는 링킹을 지칭한다. 연결된 컴포넌트는 서로 직접적으로 커플링될 수 있거나, 또는 이를테면 컴포넌트의 다른 세트를 통해, 서로 간접적으로 커플링될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, “약”, “실질적으로”, 및 “실질적인”이라는 용어는 상당한 정도 또는 범위를 지칭한다. 이벤트 또는 상황과 함께 사용되는 경우에, 용어는 이벤트 또는 상황이 정확하게 발생하는 경우, 뿐만 아니라, 이를테면 본원에서 설명되는 제조 동작의 전형적인 허용오차 레벨이 고려하여, 이벤트 또는 상황이 매우 근사하게 발생하는 경우를 지칭할 수 있다. 예컨대, 수치 값과 함께 사용되는 경우에, 용어는 그 수치 값의 ± 10 % 이하, 이를테면 ± 5 % 이하, ± 4 % 이하, ± 3 % 이하, ± 2 % 이하, ± 1 % 이하, ± 0.5 % 이하, ± 0.1 % 이하, 또는 ± 0.05 % 이하의 변동 범위를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 수치 값이 제2 수치 값의 ± 10 % 이하, 이를테면 ± 5 % 이하, ± 4 % 이하, ± 3 % 이하, ± 2 % 이하, ± 1 % 이하, ± 0.5 % 이하, ± 0.1 % 이하, 또는 ± 0.05 % 이하의 변동 범위 내에 있는 경우에, 제1 수치 값은 제2 수치 값과 “실질적으로” 동일한 것으로 간주될 수 있다. 예컨대, “실질적으로” 투명한은 가시 스펙트럼의 적어도 일부에 걸쳐 또는 가시 스펙트럼의 전체에 걸쳐 적어도 70 %, 이를테면 적어도 75 %, 적어도 80 %, 적어도 85 %, 또는 적어도 90 %의 광 투과율을 지칭할 수 있다. 예컨대, “실질적으로” 동일 평면 상은 2개의 표면이 동일한 평면을 따라 20 마이크로미터 내에 놓인 것, 이를테면 동일한 평면을 따라 10 마이크로미터 내에 놓인 것, 또는 동일한 평면을 따라 5 마이크로미터 내에 놓인 것을 지칭할 수 있다. 예컨대, “실질적으로” 평행한은 ± 10° 이하, 이를테면 ± 5° 이하, ± 4° 이하, ± 3° 이하, ± 2° 이하, ± 1° 이하, ± 0.5° 이하, ± 0.1° 이하, 또는 ± 0.05° 이하의 0°에 대한 각도 변동 범위를 지칭할 수 있다. 예컨대, “실질적으로” 수직인은 ± 10° 이하인, 이를테면 ± 5° 이하, ± 4° 이하, ± 3° 이하, ± 2° 이하, ± 1° 이하, ± 0.5° 이하, ± 0.1° 이하, 또는 ± 0.05° 이하의 90°에 대한 각도 변동 범위를 지칭할 수 있다.
도 1에 본 개시내용의 실시예가 도시되며, 여기서, 마이크로-컴포넌트 디바이스를 위한 배열 방법(이하 배열 방법이라고 지칭됨)(S100)이 예시된다. 방법은 다음의 프로세스 단계들을 포함한다: 프로세스 단계(S101) ― 제1 방향 및 제2 방향을 따라 더 큰 초기 갭을 갖는 마이크로-컴포넌트 디바이스의 더 낮은-정밀도 어레이를 형성하는 것; 프로세스 단계(S103) ― 전도성 와이어 조립체를 제공하는 것; 프로세스 단계(S105) ― 액체 서스펜딩 매질의 표면 상에 부유하도록 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배치하는 것; 프로세스 단계(S107) ― 제1 방향 및 제2 방향을 따라 더 작은 타겟 갭을 갖는 마이크로-컴포넌트 디바이스의 더 높은-정밀도 어레이를 형성하는 것; 프로세스 단계(S109) ― 마이크로-컴포넌트 디바이스의 결과적인 배열된 어레이를 캐리어 기판 상으로 이송하는 것; 및 프로세스 단계(S111) ― 전도성 와이어 조립체를 제거하는것. 그에 의해, 배열 방법(S100)은 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)(도 2a에 도시된 바와 같음)를 신속하게, 편리하게, 그리고 정밀하게, 정연한 어레이로 배열하기 위해 사용될 수 있다.
배열 방법(S100)을 사용하여 배열된 어레이를 형성하는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 마이크로미터-스케일 사이즈의 컴포넌트, 이를테면 무선 주파수 컴포넌트, 마이크로-전자-기계 컴포넌트, LED 칩, 또는 LED 패키지를 포함할 수 있다. 도 2a 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 일 실시예에서, 각각의 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 LED 칩(11)일 수 있으며, 그 LED 칩(11)은 특정 파장(컬러)의 광을 방출하는 플립-칩 타입 LED 칩일 수 있다. 예컨대, LED 칩(11)은 청색 광을 방출하는 청색 LED 칩, 적색 광을 방출하는 적색 LED 칩, 또는 녹색 광을 방출하는 녹색 LED 칩일 수 있다. 부가하여, 인접 LED 칩(11)에 의해 방출되는 광은 동일한 파장 또는 상이한 파장들로 이루어질 수 있다.
구조적으로, LED 칩(11)은 상부 표면(111), 하부 표면(112), 에지 표면(113), 및 전극들(114)의 세트를 포함한다. 상부 표면(111)과 하부 표면(112)은 실질적으로 평행하고, 대향하게 배치되며, 에지 표면(113)은 상부 표면(111)과 하부 표면(112) 사이에서 상부 표면(111)의 주변부와 하부 표면(112)의 주변부를 연결하도록 형성된다. 다시 말하면, 에지 표면(113)은 상부 표면(111)의 에지 및 하부 표면(112)의 에지를 따라 형성된다. 전극들(114)의 세트는 하부 표면(112) 상에 또는 하부 표면(112)에 인접하게 배치되고, 2개 초과의 전극들을 가질 수 있다. 전극들(114)의 세트가 하부 표면(112) 상에 배치되기 때문에, 하부 표면(112)은 또한, 전극 표면이라고 지칭된다. 다시 말하면, 전극 표면은 전극들(114)의 세트의 하부 표면을 지칭하지 않는다.
일반적으로, LED 칩(11)의 체적 질량 밀도(질량 대 체적의 비율)는 액체의 체적 질량 밀도보다 더 높고, 그에 따라, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 부유할 수 있는 액체 서스펜딩 매질의 선택이 고려되어야 한다. 따라서, 도 2c에 도시된 바와 같은 다른 실시예에서, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 LED 칩(11), 및 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 전체 질량 밀도를 감소시키기 위해 더 낮은 질량 밀도를 갖는 보조 구조(12)를 포함한다. 구체적으로, 보조 구조(12)는 상부 표면(111) 상에 배치되고, 그리고/또는 LED 칩(11)의 에지 표면(113)을 따라 배치되며, 보조 구조(12)의 질량 밀도는 LED 칩(11)의 질량 밀도보다 더 작도록 특정된다. 보조 구조(12)는 유기 폴리머 재료, 예컨대 봉지재 패키징 재료 또는 포토레지스트 재료로 제조될 수 있고, 그에 따라, 질량 밀도가 LED 칩(11)의 재료의 질량 밀도보다 상당히 더 작은데, 이를테면, 적어도 약 1.5배 더 작거나, 적어도 약 2배 더 작거나, 또는 적어도 약 3배 더 작다. 예컨대, 보조 구조(12)의 질량 밀도는 약 1 g/cm3이고, LED 칩(11)의 재료(이를테면, 사파이어 또는 갈륨 질화물)의 질량 밀도는 약 4 g/cm3 내지 약 6 g/cm3이다.
따라서, 특정 두께(또는 폭) 및 체적의 보조 구조(12)를 제공함으로써, 전체 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 질량 밀도가 크게 감소될 수 있고, 그에 따라, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 부유시킬 수 있는 액체 서스펜딩 매질에 대해 더 많은 선택들이 이용 가능하다. 보조 구조(12)의 두께(및 체적)가 더 클수록, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 전체 질량 밀도는 더 작아진다. 따라서, 보조 구조(12)의 원하는 두께는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 원하는 전체 질량 밀도를 특정하기 위한 설계 파라미터이다.
보조 구조(12)는 LED 칩(11)의 상부 표면(111) 상에 유기 폴리머 재료를 웨이퍼-레벨 스프레잉하거나, 스핀 코팅하거나, 또는 프린팅함으로써, LED 웨이퍼가 복수의 LED 칩들(11)로서 싱귤레이팅(singulating)되기 전에, LED 웨이퍼 상에 직접적으로 형성될 수 있다. 그 후에, 원하는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 형성하기 위하여, 보조 구조(12)를 갖는 싱귤레이팅된 LED 칩(11)을 형성하기 위해 다이싱 프로세스가 수행된다.
도 2d에 다른 실시예가 예시되며, 여기서, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는, LED 칩(11)과 유사하지만 사파이어와 같은 에피택셜 기판(epitaxial substrate)이 제외된 박막 LED 칩(11’)일 수 있다. 즉, LED 칩(11’)의 두께는 플립-칩 LED 칩보다 더 작다. 도 2e에 예시된 바와 같은 다른 실시예에서, 마이크로-컴포넌트 디바이스는 박막 LED 칩(11’), 및 박막 LED 칩(11’) 상에 배치된 보조 구조(12)를 포함하며, 여기서, 보조 구조(12)는 마이크로-컴포넌트(10)의 전체 질량 밀도를 조정하고 낮추는 역할을 한다.
배열 방법(S100)은 위에서 열거된 디바이스들을 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 다양한 예시적인 실시예를 배열하기 위해 사용될 수 있다. 배열 방법(S100)이 위의 예시적인 실시예 이외의 다른 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하기 위해 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 다음의 설명에서, 각각의 프로세스 단계의 기술적 세부사항이 더 설명된다. 본 개시내용의 일부 실시예에 따라 대량 배열 기법을 구현하기 전에, 비교적 유사한 전기 및 광학 특성을 갖는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 초기에 테스트 및 소팅될 수 있다.
도 3a 내지 도 3c에 예시된 바와 같이, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 초기 밀도를 갖는 더 낮은-정밀도(또는 더 낮은-밀도) 초기 어레이로 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 배열하기 위해, 프로세스 단계(S101)(도 1에 도시됨)가 먼저 수행된다. 구체적으로, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 임시 캐리어 기판(20) 상에 배치되고, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는, 예컨대, 임시 캐리어 기판(20)에 접착될 수 있거나 또는 임시 캐리어 기판(20) 상에 흡착될 수 있다. 흡착에 의한 경우에, 임시 캐리어 기판(20)은 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 접착하기 위한 흡인력을 생성하기 위해 음압의 소스(예컨대, 진공 펌프)에 연결된 복수의 흡인 홀(미도시)을 가질 수 있다. 임시 캐리어 기판(20) 상에서, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 제1-방향 초기 갭(G1)에 의해 제1 방향(D1)을 따라 그리고 제2-방향 초기 갭(G2)에 의해 제2 방향(D2)을 따라 서로 이격된다. 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)은 수평 방향이고, 서로 횡단하며(예컨대, 실질적으로 수직이며), 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 두께(수직) 방향에 실질적으로 수직이다. 초기 갭들(G1 및 G2)은 실질적으로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
제1-방향 초기 갭(G1) 및 제2-방향 초기 갭(G2)은, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 최종 배열에 대해 특정된 제1 방향 및 제2 방향을 따르는 타겟 갭(예컨대, 추후에 설명되는 제1 방향 타겟 갭(G1’) 및 제2-방향 타겟 갭(G2’))의 다수배, 예컨대 약 2배, 약 5배, 또는 약 10배일 수 있다. 따라서, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 제1-방향 초기 갭(G1) 및 제2-방향 초기 갭(G2)에 의해 형성된 어레이는 더 낮은 어레이 밀도를 갖는다. 부가하여, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 배열되는 경우에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 사이의 초기 갭(G1 및 G2)을 정밀하게 제어할 필요는 없다. 다시 말하면, 초기 갭(G1 및 G2)은 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따라 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 사이에서 더 큰 허용오차 범위를 허용한다. 게다가, 이러한 더 낮은-정밀도 어레이를 위해 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 배향 각도에 대해 엄격한 기준이 존재하지 않는다. 따라서, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 임시 캐리어 기판(20) 상에 신속하게 그리고 더 낮은 비용으로 배열될 수 있다(더 높은 정밀도 기구의 사용의 생략을 허용함).
마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는, 예컨대 피킹(picking) 및 배치에 의해, 임시 캐리어 기판(20) 상에 하나씩 배치될 수 있다. 대안적으로, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 접착성 막, 이를테면 블루 테이프 상에 배치될 수 있고, 그 후에, 제1-방향 초기 갭(G1) 및 제2-방향 초기 갭(G2)을 갖는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 더 낮은-밀도 어레이를 형성하기 위해 접착성 막을 적당히 늘릴 수 있다. 다음으로, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 더 낮은-밀도 어레이는 임시 캐리어 기판(20)으로 일괄 이송될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c로부터 예시된 바와 같이, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 둘러싸는 전도성 와이어 조립체(30)를 제공하기 위해, 프로세스 단계(S103)(도 1에 도시됨)가 후속된다. 구체적으로, 전도성 와이어 조립체(30)는 복수의 제1 전도성 와이어(31) 및 복수의 제2 전도성 와이어(32)를 포함한다. 제1 전도성 와이어(31)는 제1 방향(D1)을 따라 실질적으로 평행하게 연장되고, 제2 전도성 와이어(32)는 제2 방향(D2)을 따라 실질적으로 평행하게 연장된다. 다시 말하면, 제1 전도성 와이어(31)는 실질적으로 평행하고 제2 방향(D2)을 따라 이격되며, 제2 전도성 와이어(32)는 실질적으로 평행하고 제1 방향(D1)을 따라 이격된다. 부가하여, 제1 전도성 와이어(31)는 제2 전도성 와이어(32) 위 또는 아래에 위치되거나, 또는 제1 전도성 와이어(31)는 제2 전도성 와이어(32)와 서로 얽힐 수 있다. 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)는 인장되지 않은 상태로 배치될 수 있고, 그에 따라, 이들은 인력 또는 척력에 의해 자유롭게 이동할 수 있다.
제1 전도성 와이어(31)와 제2 전도성 와이어(32)를 교번하여 배열함으로써, 전도성 와이어 조립체(30)는 복수의 그리드(또는 그리드 개구)(33)를 정의할 수 있으며, 각각의 그리드(33)는 2개의 인접하고 실질적으로 평행한 제1 전도성 와이어(31), 및 2개의 인접하고 실질적으로 평행한 제2 전도성 와이어(32)에 의해 정의되고 이들로 구성된다. 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)을 따르는 그리드(33)의 치수는 각각 r1 및 r2이며, 이들 치수는 위에서 설명된 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 사이의 제1-방향 초기 갭(G1) 및 제2-방향 초기 갭(G2)일 수 있다. r2 및 r1은 실질적으로 동일하거나 또는 상이할 수 있다.
그러면, 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 둘러싸고, 그에 따라, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 각각 그리드(33) 각각에 위치된다. 즉, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 각각의 에지 표면(113)은 제1 전도성 와이어(31)의 쌍 및 제2 전도성 와이어(32)의 쌍에 인접하다.
제1 및 제2 전도성 와이어(31, 32)는 전기로 에너자이징되어 서로를 끌어당기는 자기력을 생성할 수 있고; 그에 따라, 제1 및 제2 전도성 와이어(31, 32) 각각은 더 강한 자기장을 생성하기 위해 높은 전도율을 갖는 코어(예컨대, 금, 구리, 알루미늄 또는 다른 금속, 또는 초전도 재료)를 포함하는 것이 바람직하다. 부가하여, 제1 및 제2 전도성 와이어(31, 32) 각각은 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32) 사이의 단락을 방지하기 위해 코어를 덮는 절연 코팅을 더 포함한다.
다른 한편으로, 제1 및 제2 전도성 와이어(31, 32)의 와이어 직경은 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 최종 배열에 대해 특정된 제2-방향 타겟 갭(G2') 및 제1-방향 타겟 갭(G1')에 대응한다. 예로서 1920 x 1080의 해상도를 갖는 5.5-인치 디스플레이를 취하면, 서브-픽셀 사이즈는 약 63.4 μm x 약 21.1 μm이고, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 사이의 타겟 갭은 약 0.01 mm 내지 약 0.02 mm(또는 약 10 μm 내지 약 20 μm)만큼 작다. 따라서, 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)는 약 0.01 mm 내지 약 0.02 mm의 와이어 직경을 갖는 것들로부터 선택될 수 있다. 예컨대, 마이크로미터 와이어 직경을 갖는 전도성 와이어는 GoodFellow® 또는 SWICOFIL®의 상표 하에서 입수 가능한 바와 같이 전도성 섬유 제조자로부터 획득될 수 있거나(그러나 이에 제한되지는 않음), 또는 돌출 또는 마이크로 머시닝 방법을 사용하여 제작될 수 있다. 부가하여, 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 제1 방향 및 제2 방향으로 상이한 피치를 가질 수 있도록, 상이한 와이어 직경을 갖도록 선택될 수 있다.
제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32) 각각의 단자 둘 모두는 전력 공급부(34)(도 10에 도시된 바와 같음)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 전력 공급부(34)는 자기력을 생성하기 위해 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)를 통해 특정 DC 전류(암페어 단위)를 제공할 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)의 와이어 직경은 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)가 유지할 수 있는 최대 DC 전류를, 그리고 그에 따라 생성되는 자기력을 결정한다. 도 6a 내지 도 6d에서 기술적 세부사항이 더 설명될 것이고 예시될 것이다.
이어서, 도 5a 내지 도 5c로부터 예시된 바와 같이, 액체 서스펜딩 매질(40F)의 표면 상에 부유하도록 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 배치하기 위해, 프로세스 단계(S105)(도 1에 도시됨)가 수행된다. 구체적으로, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 및 임시 캐리어 기판(20)은 컨테이너, 이를테면 액체 챔버(40)(도 10에 도시된 바와 같음)에 배치되고, 그 후에, 액체 서스펜딩 매질(40F)이 임시 캐리어 기판(20)을 덮고(예컨대, 임시 캐리어 기판(20)은 액체 서스펜딩 매질(40F)에 완전히 침지됨), 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 LED 칩(11)의 에지 표면(113)과 접촉하도록, 액체 챔버(40) 내에 액체 서스펜딩 매질(40F)이 주입된다. 액체 서스펜딩 매질(40F)은 또한, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 상부 표면(111)을 덮을 수 있다. 액체 서스펜징 매질(40F)이 임시 캐리어 기판(20)을 덮고, 적어도, LED 칩(11)의 에지 표면(113)과 접촉한 후에, 액체 서스펜징 매질(40F)의 주입이 중단된다. 이 시점에, 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)가 또한, 액체 서스펜딩 매질(40F)에 의해 덮일 수 있다.
다음으로, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 임시 캐리어 기판(20)으로부터 분리되고, 액체 서스펜딩 매질(40F)에서 부유된다. 즉, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 접착제 또는 흡착에 의해 임시 캐리어 기판(20)에 일시적으로 부착된다. 접착제 방법이 사용되는 경우에, 자외선 광에 의한 조사 또는 가열에 의해 접착제가 비활성화될 수 있다. 흡착 방법이 사용되는 경우에, 흡착이 해제되도록 음압 소스의 동작을 중단시킴으로써 임시 캐리어 기판(20)이 분리될 수 있다. 따라서, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 더 이상 임시 캐리어 기판(20)에 부착되지 않고, 이동이 자유롭게 된다. 이 시점에, 액체 서스펜딩 매질(40F)의 질량 밀도는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 전체 질량 밀도보다 더 높기 때문에, 액체 서스펜딩 매질(40F)은, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 임시 캐리어 기판(20)으로부터 분리시키고 액체 서스펜딩 매질(40F)에서 부유시키기 위한 부력을 제공한다. 부유 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 액체 서스펜딩 매질(40F)에 완전히 침지될 수 있거나 또는 액체 서스펜딩 매질(40F)의 표면으로부터 부분적으로 노출될 수 있다. 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 임시 캐리어 기판(20)으로부터 분리된 후에, 임시 캐리어 기판(20)은 제거되거나 또는 액체 서스펜딩 매질(40F)에 배치된 상태로 유지될 수 있다. 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)의 수직 높이는 전도성 와이어 조립체(30)의 메커니즘에 의해 조정될 수 있거나 또는 액체 서스펜딩 매질(40F)에서 부유될 수 있고, 그에 따라, 이는 부유 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)에 대하여 실질적으로 동일한 높이이다.
더 높은 질량 밀도를 갖는 액체 서스펜딩 매질(40F)은, 예컨대, 3M®으로부터 입수 가능한 FluorinertTM의 상표 하에서 입수 가능한 전자 화학 액체(약 1.85 g/cm3의 질량 밀도), 브로모포름(CHBr3, 약 2.889 g/cm3의 질량 밀도), 디-요오드메탄(CH2I2, 약 3.325 g/cm3의 질량 밀도), 또는 요오드포름(CHI3, 약 4.008 g/cm3의 질량 밀도)으로부터 선택될 수 있다(그러나 이에 제한되지는 않음).
액체 서스펜딩 매질(40F)의 부력이 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)로 하여금 수직 위로 약간 이동하게 하거나 또는 주력으로 이동하게 하기 때문에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 측 방향 힘을 받는 경우에 수평으로 자유롭게 이동할 수 있고, 부력은 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)으로 크게 횡단하게 하지 않아야 한다. 따라서, 부유 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는, 제1-방향 초기 갭(G1) 및 제2-방향 초기 갭(G2)을 어레이의 형태로 보존하면서, 여전히 서로 이격될 수 있다. 부가하여, 바람직하게는, 액체 서스펜딩 매질(40F)의 질량 밀도는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 질량 밀도보다 약간 더 높고(예컨대, 최대 약 1.5배 더 높거나, 최대 약 1.4배 더 높거나, 또는 최대 약 1.3배 더 높음), 그에 따라, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 상방 모션 동안에, 액체 서스펜딩 매질(40F)의 요동을 감소시키기 위해, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 위로 부드럽게 이동되어 임시 캐리어 기판(20)으로부터 분리될 수 있다. 게다가, 각각의 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 상부 표면(111) 상에 배치된 보조 구조(12)를 포함하는 경우, 보조 구조(12)의 질량 밀도가 LED 칩(11)의 질량 밀도보다 더 작도록 특정되기 때문에, 상방 이동 동안, 보조 구조(12)는 상측에 머무르려는 경향을 갖고, LED 칩(11)의 전극들(114)의 세트는 하측에 머무르려는 경향을 가져서, 액체 서스펜딩 매질(40F)에서 안정적인 상태를 형성한다.
본 실시예에서, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 전도성 와이어 조립체(30)의 그리드(33)에 배치 및 위치된 후에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 부유시키기 위해 액체 서스펜딩 매질(40F)이 주입된다. 다른 실시예에서, 액체 서스펜딩 매질(40F)이 먼저, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 부유시키기 위해 주입되고, 그 후에, 전도성 와이어 조립체(30)가 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 둘러싸도록 제공된다. 따라서, 프로세스 단계(S103 및 S105)의 시퀀스는 순서가 스위칭될 수 있다.
도 6a 내지 도 6e로부터 예시된 바와 같이, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 더 높은 타겟 밀도를 갖는 더 높은-정밀도(또는 더 높은 밀도) 타겟 어레이를 형성하기 위하여, 부유 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 더 근접하게 이동하게 작동시키도록, 프로세스 단계(S107)(도 1에 도시된 바와 같음)를 수행하기 위해, 전도성 와이어 조립체(30) 상에 전자기력이 생성된다. 구체적으로, 도 6a 내지 도 6c로부터 도시된 바와 같이, 제1 전도성 와이어(31) 각각 상에 자기장을 생성하기 위해, 제1 방향(D1)을 따라 제1 전도성 와이어(31)에 DC 전류(I1)가 인가된다. 제1 전도성 와이어(31) 각각의 DC 전류(I1)는 실질적으로 동일한 방향이고, 그에 따라, 생성되는 자기장이 또한 실질적으로 동일한 방향이다. 암페어의 힘 법칙에 의해, 제1 전도성 와이어(31)는 서로 끌어당겨지고, 제2 방향(D2)을 따라 더 근접하게 이동하도록 작동된다. 결과적으로, 그리드(33)의 사이즈(r1)가 또한 감소된다. 따라서, 제1 전도성 와이어(31)는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 에지 표면(113)에 대하여 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 작동시킬 것이고, 그에 따라, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 또한, 제2 방향(D2)을 따라 더 근접하게 이동한다.
도 6d 및 도 6e로부터 도시된 바와 같이, 다른 자기장을 생성하기 위해 제2 방향(D2)을 따라 제2 전도성 와이어(32)에 DC 전류(I2)가 인가되고, 제2 전도성 와이어(32)는 제1 방향(D1)을 따라 서로 끌어당겨진다. 따라서, 제2 전도성 와이어(32)는 제1 방향(D1)을 따라 더 근접하게 이동되고, 그리드(33)의 사이즈(r2)가 또한 감소된다. 따라서, 제2 전도성 와이어(32)는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 제1 방향(D1)을 따라 함께 더 근접하게 되도록 작동시킬 것이다. 제2 전도성 와이어(32) 상의 인가된 DC 전류는 제1 전도성 와이어(31) 상의 인가된 DC 전류와 동시에 또는 순차적으로 수행될 수 있다.
예컨대, 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)에 DC 전류(I1 및 I2)를 인가함으로써, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 전자기 인력으로 인해 제2 방향(D2)을 따라 그리고 제1 방향(D1)을 따라 액츄에이팅될 수 있다. 그리드(33)의 사이즈의 수축으로 인해, 그에 의해, 더 높은 밀도의 어레이는 제1-방향 타겟 갭(G1’) 및 제2-방향 타겟 갭(G2’)을 갖도록 형성 및 배열된다. 제1-방향 타겟 갭(G1’) 및 제2-방향 타겟 갭(G2’)은 대응하는 제1-방향 초기 갭(G1) 및 대응하는 제2-방향 초기 갭(G2)보다 더 작다. 게다가, 제1-방향 타겟 갭(G1’)은 제2 전도성 와이어(32)의 와이어 직경에 대응하고, 제2-방향 타겟 갭(G2’)은 제1 전도성 와이어(31)의 와이어 직경에 대응하며, 여기서, 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)는 실질적으로 동일한 또는 상이한 와이어 직경을 가질 수 있다. 사이즈가 수축된 후의 제1 및 제2 전도성 와이어(31 및 32)에 의해 정의된 그리드(33)의 사이즈는 각각의 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 상부 표면(111)의 사이즈와 실질적으로 동일할 수 있거나 또는 그 사이즈보다 약간 더 클 수 있다. 제1 전도성 와이어(31)가 제2 전도성 와이어(32)에 실질적으로 수직이기 때문에, 더 높은-정밀도 어레이로서 형성된 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 배향은 ± 10도, ± 5도, 또는 ± 1도 내에서 제어될 수 있다.
암페어의 힘 법칙:
Figure 112018098894731-pat00001
에 따르면, 2개의 인접하고 평행한 전류-운반 전도성 와이어(예컨대, 제1 전도성 와이어(31) 또는 제2 전도성 와이어(32))에 의해 생성되는 전자기력(F)이 계산될 수 있으며, 여기서, I1 및 I2는 2개의 평행한 전류-운반 전도성 와이어의 DC 전류이고, ΔL은 전류-운반 전도성 와이어의 길이이고, r은 2개의 전류-운반 전도성 와이어 사이의 거리이며, μ0는 진공 투자율이다.
제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)에 의해 생성되는 전자기력(F1 및 F2)은 예로서 1920 x 1080의 해상도를 갖는 5.5” 디스플레이 사이즈를 취하여 아래에서 설명될 것이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 부유 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 먼저, 제1-방향 초기 갭(G1) 및 제2-방향 초기 갭(G2)을 갖는 더 낮은-밀도 어레이로서 배열된다(약 151.1 mm x 약 268.7 mm의 어레이 사이즈를 가짐). 인접한 제1 전도성 와이어들(31) 사이의 중심 거리(r2) 및 인접한 제2 전도성 와이어들(32) 사이의 중심 거리(r1)는 약 139 μm로 세팅된다. 구리로 제조된 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)의 와이어 직경은 약 20.3 μm이도록 선택된다. 따라서, 와이어 직경이 약 20 μm인 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)는 약 460 mA의 번-아웃 전류를 갖는다. 도 6d에 도시된 바와 같이, DC 전류(I1 및 I2)는 약 350 mA로 세팅되고, 이는 번-아웃 전류를 초과하지 않으며; 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 더 근접하게 이동하도록 작동되고, 제1-방향 타겟 갭(G1’) 및 제2-방향 타겟 갭(G2’)을 갖는 더 높은 어레이 밀도로 배열된다. 이러한 배열된 어레이는 약 68.5 mm x 약 121.8 mm의 어레이 사이즈를 갖고, 중심 거리(r1 및 r2)는 약 139 μm로부터 약 63 μm로 감소된다.
위의 값이 표 1에 요약된다. 암페어의 법칙에 따르면, 제1 전도성 와이어(31)의 전자기력(F1)은 약 0.0027 g이고, 제2 전도성 와이어(32)의 전자기력(F2)은 약 0.0048 g이다.
Figure 112018098894731-pat00002
전자기력(F1)은 전도성 와이어(31) 중 첫번째 것과 인접한 두번째 것 사이에 생성되고, 또한, 전도성 와이어(31) 중 첫번째 것과 세번째 것 사이에 생성되고, 또한, 전도성 와이어(31) 중 첫번째 것과 네번째 것 사이에 생성되며, 기타 등등도 마찬가지이다. 따라서, 표 2에 도시된 바와 같이, 제1 전도성 와이어(31) 중 100개의 전류-운반 전도성 와이어에 의해 전자기력이 생성되는 경우에, 총 누적 전자기력(F1)은 제1 전도성 와이어(31) 중 2개의 인접한 전도성 와이어 사이에 생성되는 전자기력의 약 5.19배이다. 즉, 총 누적 전자기력(F1)은 약 0.0141 g이다. 유사하게, 제2 전도성 와이어(32) 중 100개의 전류-운반 전도성 와이어에 의해 전자기력이 생성되는 경우에, 총 누적 전자기력(F2)은 제2 전도성 와이어(32) 중 2개의 인접한 전도성 와이어 사이에 생성되는 전자기력의 약 5.19배이다. 즉, 총 누적 전자기력(F2)은 약 0.0251 g이다. 따라서, 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)의 전자기력(F1 및 F2)은 더 높은-정밀도 배열 어레이를 형성하기 위해 부유 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 서로 더 근접하게 이동하도록 작동시키기에 충분하다.
Figure 112018098894731-pat00003
도 7a 및 도 7b에 예시된 바와 같이, 캐리어 기판(50) 상에 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 배열된 어레이를 이송함으로써, 프로세스 단계(S109)(도 1에 도시됨)가 후속된다. 구체적으로, 도 7a에 도시된 바와 같이, 캐리어 기판(50)은 액체 서스펜딩 매질(40F)에 그리고 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 아래에 배치된다. 캐리어 기판(50)은 접착성 막(51)을 갖는 플레이트(52)로서, 또는 접착성 막(51)만으로 구현될 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 이어서, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 하강시켜서 캐리어 기판(50) 상에 정착되게 하고 캐리어 기판(50)과 접촉하게 하기 위해 액체 서스펜딩 매질(40F)이 배출되고, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 가압 플레이트(미도시)를 사용하여 위로부터 캐리어 기판(50)에 가압-본딩될 수 있다. 이송 프로세스 동안에, 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)는 DC 전류에 의해 생성된 와이어(31 및 32) 사이의 인력으로 인해 수축 상태에 있으며, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 여전히, 특정된 제1-방향 타겟 갭(G1’) 및 특정된 제2-방향 타겟 갭(G2’)을 갖는 높은 어레이 밀도로 배열된다.
다른 실시예(미도시)에서, 캐리어 기판(50)이 액체 서스펜딩 매질(40F)에 배치된 후에, 캐리어 기판(50)은, 캐리어 기판(50)의 접착성 막(51)이 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 전극들(114)의 세트와 접촉하도록, 상방으로 이동하도록 작동될 수 있다. 캐리어 기판(50)은 계속 위로 이동할 수 있고, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)와 함께 액체 서스펜딩 매질(40F)로부터 벗어날 수 있다. 이러한 프로세스에서, 액체 서스펜딩 매질(40F)의 배출이 생략될 수 있다. 또 다른 실시예(미도시)에서, 전도성 와이어 조립체(30)의 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)와 함께 수축 상태로 상방으로 이동하고, 액체 서스펜딩 매질(40F)로부터 벗어나도록 작동된다. 이어서, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 캐리어 기판(50) 상에 배치된다. 이러한 프로세스에서, 액체 서스펜딩 매질(40F)의 배출이 생략될 수 있고, 캐리어 기판(50)이 액체 서스펜딩 매질(40F)에 배치될 필요가 없다.
도 8a 및 도 8b에 예시된 바와 같이, 전도성 와이어 조립체(30)의 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)를 제거하기 위해, 최종 프로세스 단계(S111)(도 1에 도시됨)가 수행된다. 구체적으로, 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)에 DC 전류가 인가되는 것이 중단되고, 그 후에, 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)는 상방으로 이동하고 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)로부터 벗어나도록(더 이상 둘러싸지 않도록) 작동된다. 그 후에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 보조 구조(12)를 포함하는 경우에, 보조 구조(12)가 제거될 수 있고(예컨대, 에칭 또는 애싱에 의한 포토레지스트 박리와 같은 프로세스 기법에 의해 제거됨), 그에 따라, LED 칩(11)이 남게 될 수 있다. 이러한 방식으로, 특정된 타겟 갭을 갖는 LED 칩(11)의 정밀하게 배열된 어레이가 완성될 수 있다.
그 후에, 캐리어 기판(50) 상의 LED 칩(11)(또는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10))의 배열된 어레이는 대량 이송 기법에 의해, 구동 회로를 포함하는 다른 애플리케이션 회로 보드(미도시)로 후속하여 이송될 수 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 애플리케이션 회로 보드는 또한, 캐리어 기판(50)으로서 직접적으로 사용될 수 있다. 그 후에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 다른 대량 이송 프로세스가 생략되면서, 애플리케이션 회로 보드 상에 직접적으로 배치된다.
도 9a 내지 도 9c로부터 예시된 바와 같이, 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 방법의 다른 실시예가 본 개시내용에 따라 개시되며, 그 다른 실시예의 기술적 세부사항은 위에서 설명된 배열 방법(S100)의 기술적 세부사항을 참조할 수 있거나, 그 기술적 세부사항으로 이해될 수 있거나, 또는 그 기술적 세부사항과 조합될 수 있다. 이러한 배열 방법은 배열 방법(S100)과 유사하고, 동일한 프로세스 단계(S107 내지 S111)를 포함한다. 그러나, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 더 낮은-정밀도 어레이로서 형성되는 경우에, 대안적 프로세스 단계가 채택될 수 있고, 기술적 세부사항은 아래에서 설명될 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 더 높은 질량 밀도를 갖는 액체 서스펜딩 매질(40F)이 준비되고, 그 후에, 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 액체 서스펜딩 매질(40F) 상에 부유된다. 즉, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 서스펜션(suspension)을 위해 액체 서스펜딩 매질(40F)에 직접적으로 배치되고, 임시 캐리어 기판(20)의 사용이 생략된다. 추가로, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 액체 서스펜딩 매질(40F)에 배치되는 경우에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 사이의 갭 및 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)의 배향은 특정하게 세팅되지 않는다. 즉, 액체 서스펜딩 매질(40F) 상에 부유하는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 무질서하게 분포될 수 있고, 불규칙적으로 배열될 수 있다.
각각의 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 더 낮은 질량 밀도를 갖는 보조 구조(12)를 포함하며, 보조 구조(12)는 포토레지스트 재료에 혼합된 자기 재료(121)를 더 포함한다. 자기 재료(121)는, 예컨대, 철, 코발트, 니켈, 이들의 합금, 또는 이들의 화합물을 포함할 수 있고, 그에 따라, 보조 구조(12)는 자기장에 노출되는 경우에 자기력을 생성할 수 있다. 바람직하게는, 자기 재료(121)는 자화 및 자화-해제되기 쉬운 연성 자기 재료일 수 있으며, 자성을 생성하기 위해 자기 재료(121)의 자기 모멘트를 정렬시키도록 자기장이 가해질 수 있다. 자기장이 제거되는 경우에, 자기 재료(121)의 자기 모멘트는 자성 없이 무질서한 배열로 다시 돌아간다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 액체 서스펜딩 매질(40F)의 표면 상에 부유되는 경우에, 자기장이 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)에 인가된다. 영구 자석 또는 전자석을 포함할 수 있는 자기장 생성기(60A)가 특정된 자기장을 생성하기 위해 사용되고, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 위에 배치될 수 있다. 대안적으로, 도 9c에 도시된 바와 같이, 자기장 생성기(60A)는 또한, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 둘러싸도록 구성될 수 있다. 자기장 생성기(60A)에 의해 제공되는 자기장은 자기장(B)을 생성하도록 보조 구조(12)의 자기 재료를 유도할 수 있다. 즉, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 각각은, 실질적으로 동일한 극성을 갖는 각각의 자기장(B)을 유도하고; 예컨대, 북극(N)은 상방을 향하고, 남극(S)은 하방을 향한다. 다시 말하면, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 각각은 실질적으로 동일한 극성을 갖는 작은 자석이 된다.
마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 실질적으로 동일한 극성의 자기장(B)을 갖기 때문에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 제1 방향(D1) 및/또는 제2 방향(D2)을 따라 이동하게 작동되도록, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 사이에 척력(Fr)이 생성될 것이다. 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 상호 척력(Fr)의 작용 하에서 평형 상태에 도달한 후에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 제1 방향(D1)을 따라 제1-방향 초기 갭(G1)을 갖도록 배열될 수 있고, 제2 방향(D2)을 따라 제2-방향 초기 갭(G2)을 갖도록 배열될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같은 더 낮은-정밀도 어레이가 그에 따라 형성된다.
도 9d에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서, 보조 구조(12)는 자기 재료(121)를 포함하는 것이 아니라, 정전하를 생성하기 위해 전기장에 의해 유도되기 쉬운 재료를 포함할 수 있거나, 또는 보조 구조(12)에 혼합된 정전 유도 재료(122)를 포함한다. 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 액체 서스펜딩 매질(40F)의 표면 상에 부유하여 배치된 후에, 전기장 생성기(60B)가 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 상에 작용하는 전기장을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 전기장 생성기(60B)는 정전하(E)(예컨대, 도 9d에 예시된 바와 같은 음전하)를 운반 또는 생성하고, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 위 및/또는 아래에 배치될 수 있다.
전기장이 인가된 후에, 보조 구조(12) 내부의 정전 유도 재료(122)는 정전 유도에 의해 반대 정전하(E)(예컨대, 양전하)를 생성하고, 그에 따라 정전하(E)는 전기장 생성기(60B) 근처로 끌어당겨질 것이다. 보조 구조(12)가 유도된 전하(E)에 의해 생성되는 국부적 전기장을 갖기 때문에, 상호 척력(Fr)이 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 사이에 생성되어, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 제1 방향(D1)을 따라 그리고/또는 제2 방향(D2)을 따라 이동하도록 작동시킨다. 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 상호 척력(Fr)의 작용 하에서 평형 상태에 도달한 후에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 제1 방향(D1)을 따라 제1-방향 초기 갭(G1)을 갖도록 배열될 수 있고, 제2 방향(D2)을 따라 제2-방향 초기 갭(G2)을 갖도록 배열될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같은 더 낮은-정밀도 어레이가 그에 따라 형성된다.
부유 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 상호 척력(Fr)의 작용 하에서 더 낮은-정밀도 어레이로 배열된 후에, 전도성 와이어 조립체를 제공하는 프로세스 단계(예컨대, 위의 프로세스 단계(S103 내지 S111))가 배열 방법을 계속하기 위해 사용될 수 있다. 추가로, 전도성 와이어 조립체를 제공하는 프로세스 단계(S103)가 수행되는 경우에, 동시에, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 전도성 와이어 조립체(30)(도 4a에 도시된 바와 같음)의 그리드(33) 내부로 이동하도록 작동될 때까지, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 상에 작용하는 부가적인 전기장 또는 자기장이 인가된다.
게다가, 인가되는 전기장 또는 자기장의 크기를 조정함으로써, 그리고 그에 의해, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 사이의 상호 척력(Fr)의 분포를 제어함으로써, 마이크로-컴포넌트 디바이스(100)는 타겟 갭(G1’ 및 G2’)으로 이격되도록 직접적으로 배열될 수 있다. 따라서, 프로세스 단계, 이를테면, S103: 전도성 와이어 조립체(30)를 제공하는 것, 및 S107: 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 더 근접하게 이동하게 작동시키는 것의 실행이 생략될 수 있다.
도 10에 예시된 바와 같이, 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 방법(S100)의 적어도 특정 프로세스 단계를 수행하기 위해 사용될 수 있는, 본 개시내용의 실시예에 따른 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템(100D)이 설명될 것이다. 따라서, 간결성을 위해, 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템(100D)의 기술적 설명은 위에서 언급된 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 방법(S100)의 기술적 세부사항을 참조할 수 있다(또는 반대로).
마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템(100D)은 적어도, 액체 챔버 모듈(400D), 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈(300D), 자기장 생성기(60A)(및/또는 전기장 생성기(60B)), 및 제어 모듈(70)을 포함한다. 액체 챔버 모듈(400D)은 액체 서스펜딩 매질(40F)을 수용할 수 있는 액체 챔버(40)를 포함할 수 있다. 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 및 임시 캐리어 기판(20)(미도시)은 액체 챔버(40)에 배치될 수 있고, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)는 액체 서스펜딩 매질(40F) 상에 부유하도록 배치될 수 있다(도 5a에 도시된 바와 같음).
선택적으로, 액체 챔버 모듈(400D)은 제1 밸브(41) 및 제2 밸브(42)를 더 포함하며, 제1 밸브(41) 및 제2 밸브(42)는 액체 챔버(40)에 직접적으로 연결될 수 있거나, 또는 파이프라인을 통해 액체 챔버(40)에 간접적으로 연결될 수 있다. 제2 밸브(42)가 개방되는 경우에, 액체 서스펜딩 매질(40F)이 액체 챔버(40) 내로 연속적으로 주입될 수 있고, 그에 따라, 액체 서스펜딩 매질(40F)은 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 및/또는 임시 캐리어 기판(20)을 덮을 수 있다. 제1 밸브(41)가 개방되는 경우에, 액체 서스펜딩 매질(40F)이 액체 챔버(40)로부터 배출될 수 있고, 그에 따라, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 하강되고 캐리어 기판(50)과 접촉한다(도 7b에 도시된 바와 같음). 액체 챔버 모듈(400D)은 액체 서스펜딩 매질(40F)의 액체 레벨을 감지하기 위한 액체 레벨 센서(43)를 더 포함하며, 그에 따라, 제어 모듈(70)은 제1 밸브(41) 및 제2 밸브(42)의 개방 또는 폐쇄를 조정하기 위해 액체 레벨을 활용할 수 있다.
마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈(300D)은 전도성 와이어 조립체(30) 및 전력 공급부(34)를 포함한다. 전도성 와이어 조립체(30)는 복수의 제1 전도성 와이어(31) 및 복수의 제2 전도성 와이어(32)를 포함하며(도 4a에 도시된 바와 같음), 여기서, 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32) 둘 모두는 액체 챔버(40)에 배치된다. 전도성 와이어 조립체(30)는 액체 챔버(40)에서 이동하도록 작동될 수 있고, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)가 액체 서스펜딩 매질(40F) 상에 부유하도록 배치된 후에, 전도성 와이어 조립체(30)는 마이크로-컴포넌트 디바이스(10)를 둘러싸도록 작동된다. 전도성 와이어 조립체(30)는 또한, 액체 챔버(40)로부터 제거될 수 있다. 전력 공급부(34)는 끌어당기는 전자기장을 생성함으로써 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)를 작동시키기 위해, 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32)에 DC 전류를 공급하도록, 전도성 와이어 조립체(30)에 전기적으로 연결된다. 전력 공급부(34)는 제1 전도성 와이어(31) 및 제2 전도성 와이어(32) 각각의 단자 둘 모두에 연결된다.
자기장 생성기(60A) 및/또는 전기장 생성기(60B)(도 9c 및/또는 도 9d에 도시된 바와 같음)는 액체 챔버(40)에 균일한 자기장 및/또는 균일한 전기장을 생성하여, 마이크로-컴포넌트 디바이스(10) 사이에 상호 척력(Fr)을 생성할 수 있다. 전력 공급부(34)는 자기장 및/또는 전기장을 생성하기 위해 DC 전류를 공급하도록, 자기장 생성기(60A) 및/또는 전기장 생성기(60B)에 전기적으로 연결될 수 있다. 자기장 생성기(60A) 및/또는 전기장 생성기(60B)는 액체 챔버(40)에 배치될 수 있지만, 액체 서스펜딩 매질(40F)과 접촉하지 않을 수 있거나; 또는 액체 챔버(40) 외부에, 예컨대 액체 챔버(40) 위 또는 아래에 또는 액체 챔버(40) 주위에 배치될 수 있다.
제어 모듈(70)은 액체 챔버 모듈(400D) 및 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈(300D)에 연결되고 액체 챔버 모듈(400D) 및 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈(300D)의 동작을 제어 및 조정하도록 구성되고, 그에 의해, 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 방법을 자동적으로 수행한다. 예컨대, 제어 모듈(70)은 제1 밸브(41) 및 제2 밸브(42)의 개방 및 폐쇄를 제어할 수 있고, 전도성 와이어 조립체(30), 자기장 생성기(60A) 및/또는 전기장 생성기(60B)에 DC 전류를 공급하기 위해 전력 공급부(34)를 제어하는 등을 행할 수 있다. 제어 모듈(70)은 프로그래머블 로직 제어기, 마이크로프로세서, 및 실행가능 명령을 저장하는 연관된 메모리 등을 포함할 수 있다.
따라서, 본 개시내용의 일부 실시예에 따른, 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열하기 위한 시스템 및 방법은, 후속 프로세스, 이를테면 마이크로-컴포넌트 디바이스의 대량 이송이 수행될 수 있도록, 신속하게, 편리하게, 그리고 정확하게, 마이크로-컴포넌트 디바이스를 배열할 수 있고, 어레이를 형성할 수 있다. 마이크로-컴포넌트 디바이스는 또한, 다른 대량 이송 프로세스의 생략을 허용하기 위해, 애플리케이션 회로 보드 상에 직접적으로 배열될 수 있다.
본 개시내용이 본 개시내용의 특정 실시예를 참조하여 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 바와 같은 본 개시내용의 진정한 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서, 다양한 변화가 이루어질 수 있고, 균등물이 치환될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되어야 한다. 부가하여, 본 개시내용의 목적, 사상, 및 범주에 특정 상황, 재료, 물질 조성, 방법, 또는 프로세스를 적응시키기 위해 다수의 변형이 이루어질 수 있다. 모든 그러한 변형은 본원에 첨부된 청구범위의 범주 내에 있도록 의도된다. 특히, 본원에서 개시되는 방법이 특정한 순서로 수행되는 특정한 동작을 참조하여 설명되었지만, 이들 동작이 본 개시내용의 교시로부터 벗어나지 않으면서 동등한 방법을 형성하기 위해 조합, 세분, 또는 재-순서화될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본원에서 구체적으로 표시되지 않는 한, 동작의 순서 및 그룹화는 본 개시내용의 제한이 아니다.

Claims (19)

  1. 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법으로서,
    액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배치하는 단계로서, 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들은 제1-방향 초기 갭에 의해 제1 방향을 따라 이격되고, 제2-방향 초기 갭에 의해 제2 방향을 따라 이격되며, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향을 횡단하는 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배치하는 단계;
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들의 어레이를 형성하기 위해, 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들이 제1-방향 타겟 갭에 의해 상기 제1 방향을 따라 이격되고, 제2-방향 타겟 갭에 의해 상기 제2 방향을 따라 이격되도록, 상기 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하는 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 서로 더 근접하게 이동하도록 작동시키는 단계로서, 상기 제1-방향 타겟 갭 및 상기 제2-방향 타겟 갭은 대응하는 상기 제1-방향 초기 갭 및 상기 제2-방향 초기 갭보다 더 작은 상기 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하는 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 서로 더 근접하게 이동하도록 작동시키는 단계; 및
    상기 제1-방향 타겟 갭 및 상기 제2-방향 타겟 갭은 유지하면서 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들의 어레이를 캐리어 기판 상으로 이송하는 단계를 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    전도성 와이어 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 전도성 와이어 조립체는 상기 제1 방향을 따르는 복수의 제1 전도성 와이어들, 및 상기 제2 방향을 따르는 복수의 제2 전도성 와이어들을 포함하고, 상기 전도성 와이어 조립체는 복수의 그리드들을 추가로 정의하고, 상기 그리드들 각각은 상기 제1 전도성 와이어들 중 2개의 인접한 제1 전도성 와이어들 및 상기 제2 전도성 와이어들 중 2개의 인접한 제2 전도성 와이어들에 의해 형성되는 전도성 와이어 조립체를 제공하는 단계;
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들이 상기 전도성 와이어 조립체의 그리드들 각각 내부에 위치되도록, 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 상기 전도성 와이어 조립체의 그리드들과 정렬시키는 단계;
    자기장들을 생성하기 위해, 및 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들이 상기 제2 방향을 따라 서로 더 근접하게 이동되도록 상기 제1 전도성 와이어들을 서로 더 근접하게 이동하도록 작동시키기 위해, 상기 제1 전도성 와이어들에 전류를 인가하는 단계; 및
    자기장들을 생성하기 위해, 및 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들이 상기 제1 방향을 따라 서로 더 근접하게 이동되도록, 상기 제2 전도성 와이어들을 서로 더 근접하게 이동하도록 작동시키기 위해, 상기 제2 전도성 와이어들에 전류들을 인가하는 단계를 더 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들이 상기 전도성 와이어 조립체의 그리드들 각각 내부에 위치되도록 배치된 후에, 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들은 상기 액체 서스펜딩 매질 상에 부유되는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들이 상기 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록 배치된 후에, 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들은 상기 전도성 와이어 조립체의 그리드들 각각 내부에 위치되는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배치하는 단계는,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들은 상기 제1-방향 초기 갭에 의해 상기 제1 방향을 따라 이격되고, 상기 제2-방향 초기 갭에 의해 상기 제2 방향을 따라 이격되는 임시 캐리어 기판 상에 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배치하는 단계;
    상기 액체 서스펜딩 매질에 상기 임시 캐리어 기판을 침지시키는 단계; 및
    상기 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록, 상기 임시 캐리어 기판으로부터 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 방출하는(release) 단계를 더 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들은 상기 임시 캐리어 기판에 접착되거나, 또는 상기 임시 캐리어 기판에 흡착되는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들 각각은 발광 다이오드(LED) 칩을 포함하며, 상기 LED 칩은 상부 표면, 하부 표면, 에지 표면, 및 전극들의 세트를 포함하고, 상기 전극들의 세트는 상기 하부 표면 상에 배치되는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들 각각은, 상기 상부 표면 상에 배치되거나 또는 상기 LED 칩의 에지 표면을 따라 배치된 보조 구조를 더 포함하며,
    상기 보조 구조의 질량 밀도는 상기 LED 칩의 질량 밀도보다 더 작은 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보조 구조는 자기 재료를 포함하고,
    상기 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배치하는 단계는,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들 사이에 척력들이 생성되고 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스가 상기 제1-방향 초기 갭 및 상기 제2-방향 초기 갭에 의해 이격되도록, 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들의 상기 보조 구조를 자화시키기 위해 자기장을 인가하는 단계를 더 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배치하는 단계는,
    상기 제1 방향 및 상기 제2 방향을 따라 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들 사이에 척력들이 생성되고 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들이 상기 제1-방향 초기 갭 및 상기 제2-방향 초기 갭에 의해 이격되도록, 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들의 보조 구조에서 정전하들을 유도하기 위해 전기장을 인가하는 단계를 더 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 보조 구조들은 정전 유도 재료를 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들로부터 상기 보조 구조를 제거하는 단계를 더 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들의 어레이를 상기 캐리어 기판 상으로 이송하는 단계는,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들 아래에 상기 캐리어 기판을 배치하는 단계; 및
    상기 캐리어 기판 상에 정착하도록 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 하강시키기 위해, 상기 액체 서스펜딩 매질을 배출하는 단계를 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
  14. 액체 서스펜딩 매질을 수용하기 위한 액체 챔버를 포함하는 액체 챔버 모듈; 및
    전도성 와이어 조립체를 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈로서, 상기 전도성 와이어 조립체는 제1 방향을 따르는 복수의 제1 전도성 와이어들 및 제2 방향을 따르는 복수의 제2 전도성 와이어들을 포함하고, 상기 제2 방향을 따라 이동 가능한 상기 제1 전도성 와이어들 및 상기 제1 방향을 따라 이동 가능한 상기 제2 전도성 와이어들은 상기 액체 챔버에 배치되고, 상기 제1 방향은 상기 제2 방향을 횡단하는 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈을 포함하며,
    상기 전도성 와이어 조립체는 복수의 그리드들을 정의하고, 상기 그리드들 각각은 상기 제1 전도성 와이어들 중 2개의 인접한 제1 전도성 와이어들 및 상기 제2 전도성 와이어들 중 2개의 인접한 제2 전도성 와이어들에 의해 정의되는 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈은 전력 공급부를 더 포함하며,
    상기 전력 공급부는 상기 제1 전도성 와이어들 및 상기 제2 전도성 와이어들에 전류들을 인가하기 위해 상기 전도성 와이어 조립체에 연결되는 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 액체 챔버 모듈은 제1 밸브 및 제2 밸브를 더 포함하며,
    상기 제1 밸브 및 상기 제2 밸브는 상기 액체 챔버에 연결되고, 그리고 각각, 상기 액체 챔버로부터 상기 액체 서스펜딩 매질을 배출하고, 상기 액체 챔버 내로 상기 액체 서스펜딩 매질을 주입하도록 구성되는 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템.
  17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 챔버에 자기장을 생성하기 위한 자기장 생성기; 또는
    상기 액체 챔버에 전기장을 생성하기 위한 전기장 생성기 중 적어도 하나를 더 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템.
  18. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 챔버 모듈 및 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈에 연결된 제어 모듈을 더 포함하며,
    상기 제어 모듈은 상기 액체 챔버 모듈 및 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 모듈의 동작을 제어 및 조정하도록 구성되는 마이크로-컴포넌트 디바이스 배열 시스템.
  19. 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배치하는 단계로서, 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들은 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들의 초기 밀도를 갖는 초기 어레이에서 이격되는 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하도록 복수의 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배치하는 단계;
    상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들이 상기 초기 밀도보다 더 큰 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들의 타겟 밀도를 갖는 타겟 어레이에서 이격되도록, 상기 액체 서스펜딩 매질 상에 부유하는 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 서로 더 근접하게 이동하도록 작동시키는 단계; 및
    상기 타겟 밀도를 유지하면서, 상기 마이크로-컴포넌트 디바이스들의 어레이를 캐리어 기판 상으로 이송하는 단계를 포함하는 마이크로-컴포넌트 디바이스들을 배열하는 방법.
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