KR102169271B1 - Led 구조체 전사 장치 - Google Patents

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Abstract

마이크 LED 구조체를 전사하는 장치가 제공된다. 전사 장치는 LED 구조체들을 부착한 캐리어부재를 상하방향으로 이동시킬 수 있는 전사헤드부와, LED 구조체들이 전사될 타겟기판이 안착되는 제1 기판고정부 및 제2 기판고정부를 포함한다. 제1 기판고정부와 제2 기판고정부는 수평방향에서 이동이 가능하여 선택적으로 전사헤드부의 직하에 위치할 수 있다. 제1 기판고정부는 수지를 이용한 접합에 대해 사용되고, 제2 기판고정부는 금속 본딩을 이용한 접합에 사용될 수 있다. 정렬 상태와 수평도를 감지하는 요소들을 마련하여 수직 스테이지와 수평 스테이지를 제어함으로써 정밀한 얼라인을 구현할 수 있다.

Description

LED 구조체 전사 장치{LIGHT EMITTING DEVICE STRUCTURE TRANSFER APPARATUS}
본 발명은 LED 전사 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다양한 유형의 LED 구조체를 전사할 수 있는 LED 구조체 전사 장치에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode)는 저전력 소비와 장수명으로 인해 빠르게 백열등이나 형광등 같은 전통적인 조명기구를 대체해 나가고 있다. 종래에 구현이 어려웠던 백색광을 고휘도로 제공할 수 있는 기술이 개발됨에 따라 현재 사용되고 있는 대부분의 광원 장치를 대체할 것으로 기대하고 있다. 이를테면, 저전력 플렉서블 디스플레이 소자, 웨어러블용 부착형 종보 표시소자, 인체 부착 및 삽입형 의료기기, 과유전학 유효검증을 위한 바이오 융합 분야, HMD(Head Mounted Display) 및 무선 통신 분야 등에서 다양하게 응용되고 있다.
일반적으로 LED 칩을 작게 제작하게 되면, 무기물 재료의 특성상 휘어질 때 깨지는 단점을 극복할 수 있으며, 플렉서블한 기판에 LED 칩을 전사함으로써 유연성을 부여하여 다양한 분야에 활용하는 것이 가능하다.
이러한 소형 LED 구조체의 전사는 1 ~ 100㎛ 크기를 가지는 GaN LED 무기 박막을 레이저 박리(Lift Off, LLO)를 통해 모기판으로부터 분리하고, 분리된 LED 구조체 박막을 개별적 또는 임의 배열로 예를 들어 유연한 타겟 기판에 접합하는 과정을 포함한다.
한국 공개특허공보 제10-2014-0103278호(발명의 명칭: 마이크로 소자 이송 헤드를 제조하는 방법)에는 마이크로 LED 구조체들의 어레이가 상부에 배치된 캐리어부재 위에 이송 헤드를 위치시킨 후, 마이크로 LED 구조체들 중에서 적어도 하나에 대해 접착층의 상변화를 일으키는 작업을 수행하고, 정전기 방식의 이송 헤드를 사용하여 마이크로 LED 구조체들 중 적어도 하나에 대한 마이크로 P-N 다이오드, 금속화 층, 및 선택적으로 컨포멀 유전체 장벽층의 일부분을 픽업하고, 수용 기판상에 마이크로 LED 구조체들 중 적어도 하나에 대한 마이크로 P-N 다이오드, 금속화 층 및 선택적으로 컨포멀 유전체 장벽층의 일부를 배치하는 기술이 개시되어 있다.
이때, 개별 마이크로 LED 구조체 또는 마이크로 LED 구조체 어레이를 이송하기 위해서는 LED를 별도의 지지기판에 부착한 다음 부착된 계면에 열을 조사하여 계면의 상태를 고체에서 액체 상태로 상변화를 유도한 다음 계면의 접착력을 약하게 만들어 LED를 개별 칩으로 이송하는 방법이 사용된다.
현재 제조되고 있는 LED 구조체는 전극의 배치 위치나 발광 방향에 따라서 수평형(lateral type), 수직형(vertical type), 플립칩형(flip chip type) 등의 다양한 유형이 있다. 여러 유형의 LED 구조체들은 타겟기판에서의 접합 방식이 다르기 때문에 하나의 전사 장치에서 전사를 수행하는 것이 어렵다. 예를 들어 수지를 이용하여 타겟기판에 접합하거나 솔더 볼 또는 범프를 이용하여 접합하는 방식을 하나의 전사 장치에서 수행하는 것이 가능하지 않거나, 장치의 부분 요소를 변경/교체하여야 하는 문제점이 있었다.
한국 특허 공개 제10-2014-0103278호
본 발명은 장치의 변경 없이 하나의 전사 장치에서 다양한 유형의 LED 구조체를 자동으로 전사할 수 있는 LED 구조체 전사 장치를 제공한다.
본 발명은 LED 구조체 전사 장치를 제공하며, 이는 적어도 세로방향(Z방향)의 이동이 가능하게 설치되고, 전사할 LED 구조체들이 배열된 캐리어부재가 착탈 가능하게 결합되는 전사헤드부; 상기 전사헤드부의 하위에서 가로방향(X 및 Y방향)의 이동이 가능하게 설치되는 제1 기판고정부; 상기 전사헤드부의 하위에서 가로방향(X 및 Y방향)의 이동이 가능하게 설치되는 제2 기판고정부; 및 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 타겟기판이 안착된 상기 제1 기판고정부 또는 상기 제2 기판고정부가 상기 전사헤드부의 직하부로 이동하고 상기 전사헤드부가 하강하여 상기 캐리어부재의 LED 구조체를 상기 타겟기판으로 전사하도록 제어한다.
상기 제1 기판고정부는 상기 타겟기판이 안착되는 투광성 안착판과, 상기 타겟기판 상에 LED 구조체를 접착하기 위해 배열된 수지에 광을 조사하도록 설치된 UV 경화부를 포함할 수 있다.
상기 제2 기판고정부는 히팅부와 상기 히팅부의 열을 상기 타겟기판에 전달하는 열전도성 안착판을 포함할 수 있다.
상기 장치는 프레임; 상기 프레임에 설치되고, 상기 전사헤드부를 Z 방향으로 이동시키도록 설치되는 수직 스테이지; 및 상기 프레임에 설치되고, 상기 제1 기판고정부 및 상기 제2 기판고정부를 X 및 Y 방향으로 이동시키도록 설치되는 수평 스테이지;를 포함하고, 상기 제어부는 제어 알고리즘을 포함하며, 각 감지요소들의 데이터를 전달받아 상기 제어 알고리즘에 따라 각 동작 요소들의 동작을 제어하도록 설치된다.
상기 수평 스테이지는 상기 제1 기판고정부 및 상기 제2 기판고정부의 각각을 θ 방향으로 이동시키는 제1 및 제2 회전구동부를 더 포함할 수 있다.
각 동작 요소들의 정렬을 감지하기 위한, 카메라, 렌즈, 및 조명을 포함하는 하나 이상의 비젼 시스템을 포함하고, 상기 하나 이상의 비젼 시스템은 획득한 데이터를 상기 제어부로 전달할 수 있다.
상기 전사헤드부에는 하중을 감지하여 상기 제어부로 감지값을 전송하는 로드셀들이 더 설치될 수 있다.
상기 전사헤드부의 평탄도를 감지하여 상기 제어부로 감지값을 전송하는 레이저 변위 측정부를 더 포함할 수 있다.
상기 전사헤드부의 평탄도 정렬을 위해 틸팅 동작이 가능한 틸팅부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 마이크로 LED와 같은 LED 구조체를 자동으로 전사할 수 있는 장치가 제공된다. 특히, 본 발명의 전사 장치는 LED의 유형 및 접합 방식에 상관없이 하나의 장치에서 수지 접착 또는 금속 본딩이 모두 가능하다는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 전사 장치는 동작 요소들의 변위 및 상태를 감지하여 자동으로 제어하기 때문에 높은 정밀도를 가지면서도 신속한 전사 동작이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 전사 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 장치를 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 장치를 나타내는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 전사 장치를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 전사 장치에 채용되는 전사헤드부를 도시한 도면으로서, (가)는 사시도, (나)는 정면도, (다)는 측면도, 그리고 (라)는 (가)를 아래에서 올려다본 도면으로서, 흡착판을 보여준다
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전사 장치에 채용되는 제1 기판고정부와 제2 기판고정부를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 전사 장치의 주요요소를 나타내는 블록도이다.
도 8 및 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전사 장치에서의 전사 동작을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 예를 들어 마이크로 LED 구조체를 캐리어부재로부터 타겟기판으로 자동으로 신속하고 정확하게 전사하는 LED 구조체 전사 장치에 관한 것이다. 캐리어부재는 전사될 복수의 LED 구조체를 일면에 가지는 부재로서, 아래에서 설명하는 일실시예에서는 LED 구조체들이 접착제 등을 이용해 임시로 부착되어 있다. 그러나, 본 발명의 전사 장치에서 캐리어부재에 LED 구조체가 부착되는 방식에는 특별한 제한이 있는 것이 아니며, LED 구조체들이 타겟기판에 접합된 후 쉽게 분리될 수 있는 모든 부착 구조를 포함한다. 이를테면, LED 구조체들은 캐리어부재의 일면에 다양한 방법으로 부착될 수 있고, 예를 들면 접착제, 점착제, 흡착 섬모 등일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전사 장치는 상술한 캐리어부재를 하단 부위에 착탈 가능하게 결합하는 전사헤드부를 포함한다. 전사헤드부는 상하방향(Z 방향)으로 이송시킬 수 있는 수직 스테이지에 설치되어, 진공 흡착된 캐리어부재와 함께 상하방향으로 이동한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전사 장치는 LED 구조체들이 전사되는 타겟기판이 선택적으로 각각 안착될 수 있는 제1 및 제2 기판고정부를 포함한다. 제1 기판고정부와 제2 기판고정부는 그들을 X, Y, 및 θ 방향으로 이동시킬 수 있는 수평 스테이지에 설치된다. 따라서 수평 스테이지에 의해 제1 기판고정부와 제2 기판고정부가 전사헤드부의 하위에서 X, Y, 및 θ 방향으로 이동하면서 제1 기판고정부 또는 제2 기판고정부가 전사헤드부의 직하부에 선택적으로 위치하게 된다.
제1 기판고정부와 제2 기판고정부에는 타겟기판이 선택적으로 안착되고, 수지를 이용하여 LED 구조체를 접합할 때는 제1 기판고정부에 타겟기판을 안착시켜 사용하고, 금속 본딩을 이용하여 LED 구조체를 접합할 때는 제2 기판고정부에 타겟기판을 안착하여 사용할 수 있다.
이를 위해, 제1 기판고정부는 수지층의 경화를 위한 UV 경화부가 내장되고, 타겟기판이 안착되는 안착판이 투광성 재질, 예를 들어 쿼츠로 형성된다. 또한 안착판에 안착되어 고정된 타겟기판 역시 사파이어와 같은 투광성 물질이 적용될 수 있고, UV 경화부의 램프들로부터의 UV 광이 안착판과 타겟기판을 투과하여 각각의 LED 구조체와 접촉하고 있는 수지층에 조사된다. UV 경화부는 제어부에 의해 제어되어 접합할 LED 구조체들이 접합된 위치의 수지층에 선택적으로 UV 광을 조사할 수 있다.
한편, 타겟기판이 불투명 물질이 적용될 경우에는 UV 경화부는 안착판 상부에 설치될 수 있으며, 이때 UV 광이 LED 구조체를 통과하여 LED구조체와 접촉하고 있는 수지층에 조사될 수 있다. (미도시)
제2 기판고정부는 금속 본딩을 이용하여 LED 구조체를 타겟기판에 접합하는 데 이용되며, 이를 위해 타겟기판을 가열하는 히팅부를 내장한다. 또한 히팅부의 열이 타겟기판에 잘 전도되도록 제2 기판고정부는 타겟기판이 안착되는 안착판이 금속 재질 또는 세라믹 재질일 수 있다. 타겟기판 상에는 금속 본딩을 위한 금속 범프 또는 볼들이 배열될 수 있다.
제1 기판고정부와 제2 기판고정부는 공히 진공 흡착 구성을 포함하여 타겟기판을 흡착하여 고정할 수 있다.
상술한 바와 같이 캐리어부재를 진공 흡착한 전사헤드부는 수직 스테이지에의해 상하방향(Z 방향)으로 이동이 가능하고, 제1 및 제2 기판고정부는 수평 스테이지에 의해 수평 방향(X 및 Y 방향) 및 회전방향(θ 방향)으로 이동이 가능하다.
수평 스테이지에 의해 타겟기판을 고정한 제1 또는 제2 기판고정부가 전사헤드부의 직하 위치에 놓여지면, 수직 스테이지에 의해 전사헤드부가 하강하여 캐리어부재와 타겟기판이 밀접한 위치에 놓인다. 제1 기판고정부가 이용될 경우 캐리어부재의 하면에 배열된 LED 구조체들은 타겟기판 상에 있는 수지층과 접촉한다. 이어, 제1 기판고정부의 UV 경화부가 UV 광을 수지층들에 조사하여 수지층을 경화시킴으로써 LED 구조체들을 타겟기판에 접합한다. 제2 기판고정부가 이용될 경우 캐리어부재의 하면에 배열된 LED 구조체들은 솔더 볼 또는 범프를 통해 타겟기판과 연결된다. 이어, 제2 기판고정부의 히팅부가 열을 가하여 LED 구조체들을 타겟기판에 접합한다. 접합이 이루어지고 나면, 전사헤드부의 광조사부가 캐리어부재와 LED 구조체를 임시로 부착한 접착제에 광을 조사하여 충격을 인가함으로써 캐리어부재와 LED 구조체들이 분리되도록 할 수도 있다. 이 경우, 광 조사에 의한 충격은 완전한 분리 또는 결합력의 약화이며, 전사헤드부가 상승하면서 흡착한 캐리어부재를 상승시킬 때 분리가 완성될 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 장치에서 정밀한 전사 동작을 위해서, 얼라인, 수평도(평탄도), 하방 압력(또는 하중), 가열 온도 및 시간 등을 포함하는 동작들이 자동으로 제어될 수 있다.
이를 테면, 캐리어부재와 타겟기판의 자동 정렬을 위해 수직 및 수평 스테이지의 정렬 상태를 감지하는 하나 이상의 비젼 시스템을 포함할 수 있다. 비젼 시스템은 카메라, 조명, 비젼보드, 및 보정 알고리즘을 포함할 수 있고, 타겟기판과 캐리어부재의 정렬 상태를 촬영할 수 있는 위치에서 영상을 취득할 수 있도록 배치된다. 비젼 시스템의 감지값 또는 보정값을 전송받은 제어부는 그에 근거하여 수직 및 수평 스테이지의 동작 요소를 제어하여 정밀한 얼라인을 구현할 수 있다.
또한, 타겟기판 및 캐리어부재의 평탄도(또는 수평도)를 보정하기 위해 레이저 변위 측정부를 포함한다. 바람직하게는 제1 또는 제2 기판고정부에 안착된 타겟기판이나 캐리어부재의 틸팅 정도를 보정함으로써 캐리어부재와 타겟기판의 정확한 수평도가 구현될 수 있다. 예를 들어 레이저 변위 측정부가 전사헤드부, 캐리어부재, 타겟기판, 또는 제1, 2 기판고정부의 수평도를 측정한 후, 그 값에 따라 캐리어부재를 흡착한 전사헤드부(60)의 틸팅 정도를 변경하면 캐리어부재와 타겟기판의 수평도가 일치될 수 있다. 따라서, 레이저 변위 측정부는 전사헤드부의 흡착판, 및/또는 제1 및 제2 기판고정부의 안착판의 수평도를 감지하도록 배치될 수 있고, 틸팅부는 전사헤드부의 틸팅각도를 조절하도록 수직 스테이지에 설치될 수 있다.
전사헤드부가 하강하여 캐리어부재를 타겟기판에 밀착시킬 때 가해지는 하중 압력을 제어하기 위해 로드셀이 전사헤드부에 구비될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 전사 장치를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 장치를 나타내는 정면도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 장치를 나타내는 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 LED 전사 장치를 나타내는 평면도이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 LED 전사 장치는 프레임(10), 프레임(10)에 설치된 수평 스테이지(20), 및 수직 스테이지(30)를 포함한다. 수평 스테이지(20)에는 제1 기판고정부(40)와 제2 기판고정부(50)가 설치되고, 수직 스테이지(30)에는 전사헤드부(60)가 설치된다.
수평 스테이지(20)는 제1 기판고정부(40)와 제2 기판고정부(50)를 적어도 X방향과 Y방향으로 이동시킨다. 또한 제1 기판고정부(40)와 제2 기판고정부(50)는 모터와 같은 θ 방향 이동부(44, 54)를 각각 구비한다.
구체적으로, 수평 스테이지(20)는 예를 들어 X축 LM 가이드부(21)와 Y축 LM 가이드부(22)를 포함한다. 이들은 각각 LM 가이드레일(211, 221), 이동블록(212, 222), 및 엑츄에이터(213, 223)를 포함한다. 이동 블록(212, 222)들이 엑츄에이터(213, 223)에 의해 LM 가이드레일(211, 221) 상에서 이동하게 된다. 또한 X축 LM 가이드부(21)의 가이드레일(211)이 Y축 LM 가이드부(22)의 이동블록(222) 상에 설치되어 이동블록(222)과 함께 Y축 방향으로 이동한다. 따라서, X축 LM 가이드부(21)의 이동블록(221) 상에 설치된 제1 기판고정부(40)와 제2 기판고정부(50)는 X축 방향과 Y축 방향으로 이동 가능하게 된다.
제1 기판고정부(40)와 제2 기판고정부(50)에는 모터와 같은 θ 방향 이동부(제1 및 제2 회전이동부 44, 54)가 설치되어 제1 기판고정부(40)의 투광성 안착판(43)과 제2 기판고정부(50)의 열전도성 안착판(53)을 회전 이동시킬 수 있고, 그에 따라 그에 안착되어 고정되는 타겟기판(T)이 θ 방향으로 회전하면서 위치 변경이 가능하게 된다.
수직 스테이지(30)에는 Z축 이동부(70)를 포함한다. Z축 이동부(70)는 LM 가이드 또는 볼스크류와 같은 선형 이동요소(701), 및 엑츄에이터(703)를 포함하며, 선형 이동요소(701)의 하단부위에 전사헤드부(60)가 설치된다. 따라서 수직 스테이지(30)는 전사헤드부(60)를 Z축 방향인 상하방향으로 이동시킨다.
도 5는 본 발명의 전사 장치에 채용되는 전사헤드부(60)를 도시한 도면으로서, (가)는 사시도, (나)는 정면도, (다)는 측면도, 그리고 (라)는 (가)를 아래에서 올려다 본 도면으로서, 흡착판(61)을 보여준다. 참고적으로 도 5에서는 캐리어부재(C)는 도시되지 않았다.
전사헤드부(60)는 흡착판(61)으로 캐리어부재(C)를 진공 흡착한다. 캐리어부재(C)는 예를 들어 경질, 또는 유연 기판일 수 있다. 흡착판(61)에는 3개의 얼라인 포인트(63)가 마련되고, 이들은 후술하는 바와 같이 비젼 시스템(81, 82) 등을 이용하여 정렬 상태를 감지할 때 이용된다.
전사헤드부(60)에는 또한 광조사부(미도시)가 내장되어 상부에서 각 LED 구조체들에 광을 조사할 수 있다. 구체적으로는 광조사부는 예를 들어 캐리어부재(C)에 LED 구조체(d)들을 임시로 부착하는데 이용된 접착제 또는 점착제에 광을 조사하도록 설치된다. 이러한 광 조사에 의해 접착제에 충격이 인가하여, LED 구조체의 분리 또는 결합력의 약화가 이루어지게 한다. 전사헤드부(60)에 구비된 광조사부에 의한 광 조사는 LED 구조체(d)들이 타겟기판(T)에 접합된 이후에 이루어져서 캐리어부재(C)로부터 분리되도록 하는데 이용된다.
전사헤드부(60)에는 또한 하중 또는 하방 압력을 감지하기 위한 로드셀(93)이 설치된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전사 장치에 채용되는 제1 기판고정부(40)와 제2 기판고정부(50)를 보여주는 도면이다. 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 전사 장치의 주요요소를 나타내는 블록도이다.
제1 기판고정부(40)는 투광성 안착판(43), UV 경화부(41), 진공 흡착 구성(미도시), 및 θ 방향 이동부(44)를 포함한다. 제1 기판고정부(40)는 쿼츠와 같은 투광성 안착판(43)에 안착된 투광성 타겟기판(T)을 진공 흡착 구성을 이용하여 흡착 고정한다.
제1 기판고정부(40)에 안착되는 타겟기판(T)은 표면에 LED 구조체를 접합하기 위한 수지층(R)이 도포되어 있을 수 있다. 제1 기판고정부(40) 내에는 UV 경화부(41)가 내장 설치되며, 타겟기판(T)과 캐리어부재(C)가 밀착하여 캐리어부재(C)에 부착된 LED 구조체(d)들이 수지층(R)에 접촉된 상태에서 수지층(R)에 UV 광을 조사하여 경화시킨다. UV 경화부(41)는 각기 LED 구조체(d)들에 대응하는 복수개의 램프를 구비할 수 있다.
한편, 타겟기판(T)이 불투명 물질이 적용될 경우에는 UV 경화부(41)는 필요에 따라 안착판의 위쪽에 설치될 수 있으며, 이때는 UV 광이 LED 구조체를 통과하여 LED 구조체와 접촉하고 있는 수지층(R)에 조사될 수 있다.
LED 구조체들은 수지층(R)이 경화되고 나면 타겟기판(T)에 견고하게 접합되고, 이후 전사헤드부(60)가 상승할 때 캐리어부재(C)로부터 분리된다. 캐리어부재(C)와 LED 구조체(d)들은 상대적으로 약한 결합 상태 또는 분리된 상태일 수 있다. 이는 상술한 바와 같이 광조사를 이용한 접착 부위에 대한 충격에 의한 것일 수 있다. 또한 상대적으로 약한 결합 상태 또는 분리된 상태는 캐리어부재(C)가 흡착 섬모와 같은 다른 흡착 요소를 이용하여 LED 구조체(d)들을 흡착하고, 흡착 자세에 있는 섬모의 형상을 변경함으로써 구현될 수도 있다.
제2 기판고정부(50)는 열전도성 안착판(53), 히팅부(51), 진공 흡착 구성, 및 θ 방향 이동부(54)를 포함할 수 있다. 제2 기판고정부(50)는 안착판(53)에 안착된 타겟기판(T)을 진공 흡착 구성이 흡착하여 고정한다. 안착판(53)은 금속 또는 세라믹과 같아 열전도성이 뛰어나고 열에 의해 변형이 잘되지 않는 재질로 제조될 수 있다.
여기서는 타겟기판(T)과 LED 구조체(d)들은 솔더 볼 또는 범프를 이용한 금속 본딩으로 접합되는게 일반적이지만 본 발명에서는 이에 한정하는 것은 아니다.솔더 볼 또는 범프(b)는 먼저 타겟기판(T) 상에 배열되거나 LED 구조체(d)에 배열된 상태일 수 있다.
제2 기판고정부(50) 내에는 가열 온도 및 시간을 제어할 수 있는 히팅부(51)가 내장된다. 상대적으로 약하게 캐리어부재(C)에 부착되거나 결합된 LED 구조체들이 범프(b)들에 의해 LED 구조체들이 타겟기판(T)에 접합되고 나면, 이후 전사헤드부(60)가 상승할 때 캐리어부재(C)로부터 분리된다.
일실시예에서, LED 구조체(d)들이 캐리어부재(C)에 접착제를 이용하여 임시로 부착된 경우, LED 구조체들이 타겟기판(T)에 접합된 후에는 전사헤드부(60)에 내장된 광조사부에 의한 광조사가 이루어지고 그에 의해 캐리어부재(C)의 접착제는 접착력이 약화되어 LED 구조체들이 쉽게 캐리어부재(C)로부터 분리될 수 있도록 할 수 있다. 그러나, 본 발명의 전사 장치에 채용될 수 있는 LED 구조체에 대한 캐리어부재(C)의 부착 방식은 상술한 바와 같이 이에 한정되는 것이 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 LED 전사 장치는 각 동작 요소들의 정렬을 감지하기 위한, 카메라, 렌즈, 및 조명을 포함하는 하나 이상의 비젼 시스템을 포함할 수 있다. 이를테면, 비젼 시스템은 전사헤드부(60) 보다 상위에 위치하는 상부 비젼 시스템(81)과 전사헤드부(60)의 캐리어부재(C)와 타겟기판(T)의 정렬 상태에 대한 영상을 촬영하기에 적합한 중간 위치에 중간 비젼 시스템(82)(도 3 참조)이 배치될 수 있다. 상기 하나 이상의 비젼 시스템은 획득한 데이터를 상기 제어부(90)로 전달할 수 있다.
전사헤드부(60)의 수평도(평탄도)를 감지하여 상기 제어부(90)로 감지값을 전송하는 레이저 변위 측정부(91)를 포함할 수 있다(도 5 참조). 전사헤드부(60)의 수평도 정렬을 위해 수직 스테이지(30)와 전사헤드부(60)의 연결 부위에 설치되는, 틸팅 동작이 가능한 틸팅부(92)를 포함할 수 있다.
또한 도 5에서 잘 보이는 바와 같이 전사헤드부에는 하중을 감지하는 로드셀(93)이 설치될 수 있고, 로드셀(93)은 감지값을 제어부(90)로 전송할 수 있다.
본 발명의 일시예에 따른 LED 전사 장치에 포함되는 제어부(90)는 각 요소들의 동작을 제어한다. 제어부(90)는 LED 구조체(d)의 전사 동작을 위한 각 요소의 동작 제어를 포함하는 장치 운용을 위한 알고리즘을 포함한다. 제어부(90)는 또한 다양한 감지 요소들로부터의 감지 신호 및 데이터를 전달받고, 알고리즘은 그를 반영하도록 구성된다. 이를테면, 제어부(90)의 동작 제어를 위한 알고리즘은 전사헤드부(60)의 수평도, 전사헤드부(60), 제1 기판고정부(40), 및 제2 기판고정부(50)의 진공흡착, 및 정밀정렬을 포함할 수 있다. 또한, 제어 알고리즘은 하중제어와 관련하여, 전사헤드부(60)의 이송거리설정, 이동속도설정, 하중설정, 원점복귀기능 등을 포함할 수 있다. 레이저 변위 측정과 관련한 제어 알고리즘은 레이저 변위값 측정, 평탄도 보정 등을 포함할 수 있다. 제2 기판고정부(50)와 관련한 제어 알고리즘은 온도조절, 진공흡착 등을 포함할 수 있다. 수직 및 수평 스테이지에 관한 알고리즘은 이송거리설정, 이송속도설정, 원점복귀기능 등을 포함할 수 있다. 비젼 시스템에 관한 제어 알고리즘은 배율조절, 측정대상물 선택, 길이 및 위치 측정, 정렬마크인식, 고정밀정렬, 실시간 이미지 검사 등을 포함할 수 있다. 접합용 UV-LED 경화부와 관련된 제어 알고리즘은 광량, 노광 시간, 거리 설정 등을 포함할 수 있다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전사 장치에서의 전사 동작의 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8은 제1 기판고정부(40)를 이용하는 전사 과정을 나타낸다.
먼저 도 8의 (가)와 같이, 수평 스테이지(20)에 의해 제1 기판고정부(40)가 이동하여 타겟기판(T)이 전사헤드부(60)의 캐리어부재(C)의 직하부에 위치하게 된다. 여기서 이용되는 타겟기판(T)은 표면에 LED 구조체(d)를 접합하기 위한 수지층(R)이 도포되어 있다.
이어, 도 8의 (나)와 같이 수직 스테이지(30)에 의해 전사헤드부(60)가 하강하여 캐리어부재(C)의 하면에 있는 LED 구조체(d)들이 타겟기판(T)의 수지층(R)과 접촉한다. 이 상태에서 제1 기판고정부(40)의 UV 경화부(41)가 UV광을 수지층(R)에 조사하여 경화시킴으로써 타겟기판(T)과 LED 구조체(d)의 접합을 완료한다.
도 8의 (나) 및 (다)같이 캐리어기판(C)을 LED 구조체(d)로부터 분리한다. 예를 들어 캐리어기판(C)을 타겟기판에 부착된 LED 구조체(d)들로부터 분리하기 위해, 전사헤드부(60)의 광조사부가 광을 조사하여 캐리어부재(C)에 LED 구조체(d)를 임시로 부착하고 있는 접착제(ad)에 충격을 가할 수 있고, 이러한 충격에 의해 접착제(ad)가 분리 또는 결합력이 약화된 상태가 될 수 있다. 전사헤드부의 광조사부가 조사하는 과정은 필수적인 과정은 아니지만, LED구조체를 캐리어기판으로부터 완벽하게 분리하기 위해 추가될 수 있다.
도 9는 제2 기판고정부(50)를 이용하는 전사 과정을 나타낸다.
먼저 도 9의 (가)와 같이, 수평 스테이지(20)에 의해 제2 기판고정부(50)가 이동하여 제2 기판고정부(50)의 타겟기판(T)이 전사헤드부(60)의 캐리어부재(C)의 직하부에 위치한다.
이어 도 9의 (나) 및 (다)와 같이 수직 스테이지(30)에 의해 전사헤드부(60)가 하강하여 캐리어부재(C)의 LED 구조체(d)들의 전극을 타겟기판(T)의 범프(b)와 접촉시킨다. 제2 기판고정부(50)의 히팅부(51)가 가동하여 범프(b)를 가열하여 타겟기판과 LED 구조체(d)들의 전극을 접합한다. 이후, (다)와 같이 캐리어기판(C)을 LED 구조체들로부터 분리할 수 있다. 예를 들어, 캐리어기판(C)을 LED구조체들로부터 분리하기 위해, 전사헤드부(60)의 광조사부가 광을 접착제(ad)에 인가하여 해당 부위에 충격을 가함으로써 분리 또는 결합력이 약화된 상태를 만들고 난 후에 캐리어기판을 LED 구조체(d)로부터 분리할 수 있다. 이러한 과정은 필수적인 것은 아니지만 캐리어기판(C)과 LED구조체로부터 완벽하게 분리하는데 이용될 수 있다.LED 구조체(d)가 캐리어부재(C)에 부착되는 방식은 상술한 접착제(ad) 외에도 다양한 방식이 적용될 수 있음은 물론이다. 예를 들어, 하단부위에 흡착 구성을 가지는 복수의 섬모를 이용하여 LED 구조체(d)들을 흡착할 수 있다. 이 경우에는 흡착한 섬모들의 형상을 변형시킴으로써 결합 상태가 분리될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 일실시예에 따른 전사 장치는 LED 구조체를 타겟기판에 접합하는 재료나 방식에 상관없이 하나의 전사 장치에서 전사 동작이 이루어질 수 있다. 또한, 자동으로 정밀한 정렬이 가능하기 때문에 전사 정밀도가 매우 높은 결과를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
10: 프레임, 20: 수평 스테이지, 21: X축 LM 가이드부, 22: Y축 LM 가이드부, 30: 수직 스테이지, 40: 제1 기판고정부, 41: UV 경화부, 43: 투광성 안착판, 53: 열전도성 안착판, 50: 제2 기판고정부, 51: 히팅부, 54: θ 방향 이동부, 60: 전사헤드부, 70: Z축 이동부 , 81: 상부 비젼 시스템, 82: 중간 비젼 시스템, 90: 제어부, 91: 레이저 변위 측정부, 92: 틸팅부, 93: 로드셀, 211, 221: LM 가이드레일, 212, 222: 이동블록, 213, 223, 703: 엑츄에이터, 701: 선형 이동 요소, C: 캐리어부재, T: 타겟기판, d: LED 구조체, ad: 접착제, R: 수지층, b: 범프

Claims (9)

  1. LED 구조체 전사 장치로서:
    프레임;
    적어도 세로방향(Z방향)의 이동이 가능하게 설치되고, 전사할 LED 구조체들이 배열된 캐리어부재가 착탈 가능하게 결합되는 전사헤드부;
    상기 전사헤드부의 하위에서 가로방향(X 및 Y방향)의 이동이 가능하게 설치되는 제1 기판고정부;
    상기 전사헤드부의 하위에서 가로방향(X 및 Y방향)의 이동이 가능하게 설치되는 제2 기판고정부;
    상기 프레임에 설치되고, 상기 전사헤드부를 Z 방향으로 이동시키도록 설치되는 수직 스테이지;
    상기 프레임에 설치되고, 상기 제1 기판고정부 및 상기 제2 기판고정부를 X 및 Y 방향으로 이동시키도록 설치되는 수평 스테이지; 및
    제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 타겟기판이 안착된 상기 제1 기판고정부 또는 상기 제2 기판고정부가 상기 전사헤드부의 직하부로 이동하고 상기 전사헤드부가 하강하여 상기 캐리어부재의 LED 구조체를 상기 타겟기판으로 전사하도록 제어하는 것이며,
    상기 수평 스테이지는 상기 제1 기판고정부 및 상기 제2 기판고정부의 각각을 θ 방향으로 이동시키는 제1 및 제2 회전구동부를 포함하는 것인 LED 구조체 전사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 기판고정부는 상기 타겟기판이 안착되는 투광성 안착판과, 상기 타겟기판 상에 LED 구조체를 접착하기 위해 배열된 수지에 광을 조사하도록 설치된 UV 경화부를 포함하는 것인 LED 구조체 전사 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 기판고정부는 히팅부와 상기 히팅부의 열을 상기 타겟기판에 전달하는 열전도성 안착판을 포함하는 것인 LED 구조체 전사 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 제어 알고리즘을 포함하고, 각 감지요소들의 데이터를 전달받아 상기 제어 알고리즘에 따라 각 동작 요소들의 동작을 제어하는 것인 LED 구조체 전사 장치.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    각 동작 요소들의 정렬을 감지하기 위한, 카메라, 렌즈, 및 조명을 포함하는 하나 이상의 비젼 시스템을 포함하고,
    상기 하나 이상의 비젼 시스템은 획득한 데이터를 상기 제어부로 전달하는 것인 LED 구조체 전사 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전사헤드부에는 하중을 감지하여 상기 제어부로 감지값을 전송하는 로드셀들이 더 설치된 것인 LED 구조체 전사 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전사헤드부의 평탄도를 감지하여 상기 제어부로 감지값을 전송하는 레이저 변위 측정부를 더 포함하는 LED 구조체 전사 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전사헤드부의 평탄도 정렬을 위해 틸팅 동작이 가능한 틸팅부를 더 포함하는 LED 구조체 전사 장치.
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