KR102641538B1 - 마이크로 led 디스플레이 불량 픽셀 el 검사 및 리페어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법은 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module)을 이용한 EL(Electroluminescence) 검사를 통해, 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별하는 제1 단계; 및 상기 교체용 마이크로 LED를 떼어낸 리페어 위치에, 접합 소재가 스탬핑(stamping)된 교체용 마이크로 LED를 실장하는 제2 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법에 관한 것으로, 보다 효율적이고 정확하게 마이크로 LED를 검사하여 리페어할 수 있는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법에 관한 것이다.
마이크로 LED는 수십 마이크론 크기의 초소형 LED로 이를 디스플레이로 사용할 경우 기존 디스플레이 대비 전력 효율이 높고, 응답 시간이 짧고, 휘도가 높으며 수명이 긴 장점이 있어 OLED 및 LCD를 대체할 차세대 디스플레이의 핵심기술로 떠오르고 있다.
마이크로 LED 시장은 2017년부터 형성되기 시작하였으며, 연평균 70% 수준의 성장을 통해 2025년 45억 ~ 200억 달러의 대규모 시장 형성이 예측되어 시장 및 기술 우위 확보를 위한 기업 간 경쟁이 치열하다.
현재 마이크로 LED를 적용한 디스플레이 패널은 국내 삼성전자, LG전자, 해외 PlayNitride, AUO, 애플 등 다양한 그룹에서 상용화 개발을 진행 중이나 작아진 크기로 인하여 생산 공정부터 검사/평가 공정까지 기존 LED 산업과는 전혀 다른 새로운 공정 기술 및 장비개발이 필요하며, 작아진 크기로 인하여 생산 공정부터 검사/평가/리페어 공정까지 기존 LED 산업과는 전혀 다른 새로운 공정 기술 도입을 필요로 하고 있다.
마이크로 LED 디스플레이 패널의 픽셀용 화소는 일반적인 조명으로 적용되는 LED의 광학적 품질 보다 엄격한 기준의 균질성(Uniformity) 확보가 필요하다.
따라서, 제작 공정 단계에서 엄격한 기준으로 불량 화소 발생되지 않도록 안정화된 공정라인을 필요로 하고, 또한 불량화소가 발생된 위치의 마이크로 LED를 리페어하는 공정 및 장비가 반드시 필요하다.
이때, 또 다른 불량 픽셀을 만들지 않기 위해 임의의 기판위에 전사된 마이크로 LED 를 검사 검증하여 리페어 공정 후 재불량률을 만들지 않는 것이 중요하며, 일반 LED PKG를 적용한 디스플레이의 불량픽셀을 리페어하는 공정에서는 불량픽셀이 10개 이하에서는 리페어를 진행하지만 그 이상에서는 불량 패널로 판단하여 폐기처리하고 있다.
현재 리페어 공정은 따로 LED의 특성을 측정하지 않고 제조사에서 제공해준 LED PKG를 그대로 적용하여 리페어 공정이 완료된 후 사용된 LED PKG의 불량여부를 판단 할 수 있으며, 이때 재불량이 발생할 경우 다시 LED PKG를 제거하고 부착하는 리페어 공정을 재반복한다.
이와 같이, 재 리페어공정을 진행하게 되면 패널의 동판이 떨어져나가는 문제가 발생되고 이는 불량 패널로 처리가 되어 폐기해야 되어 시간과 비용문제가 발생하게 된다. 하지만 마이크로 LED를 적용한 디스플레이 패널의 경우 작은 픽셀의 제어, 선택적 전사, 접합 등 리페어 공정이 복잡하고 용이하지 않아 다시 리페어를 진행하기 어려우므로 특성이 검증된 마이크로 LED칩을 사용하여 리페어를 진행해야 한다.
그러나, EL 검사 장비는 마이크로 LED 칩이 너무 작아 프로빙 도중 p, n 전극에 스크레치나 크랙을 형성 시킬 수 있고, 빠른 속도의 프루빙이 힘들어 양산에 적용하기 어려워 양산에 적용할 수 있는 EL 검사 장비의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 디스플레이의 불량화소의 검사와 리페어를 동시에 제공하고자 하며, 보다 상세하게는 마이크로 LED의 상용화를 위해서 불량화소가 생긴 디스플레이의 픽셀을 용이하게 리페어하고 이때 재 리페어 공정을 줄이기 위해 마이크로 LED의 전기적 특성(EL: Electroluminescence)을 검증한 후, 불량 화소를 리페어할 수 있는 최적화된 EL 검사와 리페어 방법 및 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 전사된 필름위의 마이크로 LED를 용이하게 측정하기 위해 기존의 프로브 스테이션 대신 여러개의 마이크로 LED를 분석할 수 있는 마이크로 스프링구조의 프로브 카드 모듈을 적용하여 디바이스의 데미지와 저항을 최소화하여 정확한 분석을 진행할 수 있도록 하고자 한다.
전술한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법은 마이크로 스프링 팁 을 포함하는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module)을 이용한 EL(Electroluminescence) 검사를 통해, 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별하는 제1 단계; 및 상기 교체용 마이크로 LED를 떼어낸 리페어 위치에, 접합 소재가 스탬핑(stamping)된 교체용 마이크로 LED를 실장하는 제2 단계;를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 단계는 실리콘 러버, 실리콘 또는 전도성 파우더 팁이 접합된 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈을 이용해 EL 검사를 할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 마이크로 스프링 팁은 적어도 1개 이상의 충격 흡수용 곡면을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 EL 프로브 모듈은 마이크로 LED 디스플레이 상의 각 라인 상의 다수의 교체대상 마이크로 LED를 각각 동시에 검사하도록 일렬로 배열되는 다수의 마이크로 스프링 팁을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제1 단계는 이미지 센서 모듈에서 촬영된 R,G,B 레벨의 분석을 통해 상기 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제2 단계는 상기 선별된 교체대상 마이크로 LED의 위치로 헤드툴을 이동하여, 레이저를 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED의 접합 소재를 녹이고, 상기 헤드툴을 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED를 흡착하여 떼어낼 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제2 단계는 상기 교체대상 마이크로 LED를 흡착하여 떼어낸 이후에, 교체용 마이크로 LED를 스탬핑 위치로 이동시키고, 접합 소재에 상기 교체용 마이크로 LED의 단자가 잠길 위치까지 하강하여 스탬핑(stamping)하고, 상기 접합 소재가 스탬핑된 상기 교체용 마이크로 LED를 상기 교체대상 마이크로 LED가 제거된 리페어 위치로 이동하고, 상기 교체용 마이크로 LED를 상기 리페어 위치로 배치하여 레이저를 이용해 상기 접합 소재를 경화할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 제2 단계 이후에 상기 교체용 마이크로 LED 및 실장 상태를 검증하는 제3 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치는 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module)을 이용한 EL(Electroluminescence) 검사를 통해, 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별하는 검사부; 및 상기 교체용 마이크로 LED를 떼어낸 리페어 위치에, 접합 소재가 스탬핑(stamping)된 교체용 마이크로 LED를 실장하는 리페어부;를 포함한다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 검사부는 실리콘 러버, 실리콘 또는 전도성 파우더 팁이 접합된 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module); 및 상기 EL 프로브 모듈을 통해 이미지 센서 모듈에서 촬영된 마이크로 LED의 R,G,B 레벨을 추출하여 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별하는 LED 판정 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 마이크로 스프링 팁은 적어도 1개 이상의 충격 흡수용 곡면을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 EL 프로브 모듈은 마이크로 LED 디스플레이 상의 각 라인 상의 다수의 교체대상 마이크로 LED를 각각 동시에 검사하도록 일렬로 배열되는 다수의 마이크로 스프링 팁을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 리페어부는 상기 선별된 교체대상 마이크로 LED의 위치로 이동하여 레이저를 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED의 접합 소재를 녹이고, 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED를 흡착하여 떼어내는 동축 헤드툴; 상기 떼어내진 교체대상 마이크로 LED를 접합 소재에 상기 교체용 마이크로 LED의 단자가 잠길 위치까지 하강하여 스탬핑(stamping)하는 스탬핑 모듈; 및 상기 접합 소재가 스탬핑된 교체용 마이크로 LED를 상기 리페어 위치로 정렬 및 오차를 보정하는 정렬 비전 모듈;을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 동축 헤드툴은 상기 리페어 위치로 상기 접합 소재가 스탬핑된 교체용 마이크로 LED를 이동시키고, 레이저를 이용해 상기 접합 소재를 경화시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 디스플레이의 불량화소의 검사와 리페어를 동시에 제공할 수 있으며, 보다 상세하게는 마이크로 LED의 상용화를 위해서 불량화소가 생긴 디스플레이의 픽셀을 용이하게 리페어하고 이때 재 리페어 공정을 줄이기 위해 마이크로 LED의 전기적 특성(EL)을 검증한 후, 불량 화소를 리페어할 수 있는 최적화된 EL 검사와 리페어 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면 전사된 필름위의 마이크로 LED를 용이하게 측정하기 위해 기존의 프로브 스테이션 대신 여러개의 마이크로 LED를 분석할 수 있는 마이크로 스프링구조의 프로브 카드 모듈을 적용하여 디바이스의 데미지와 저항을 최소화하여 정확한 분석을 진행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치의 블록도이다.
도 8 내지 도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치의 구성과 리페어 방법을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 24 내지 도 28은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀의 리페어의 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치의 블록도이다.
도 8 내지 도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치의 구성과 리페어 방법을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
도 24 내지 도 28은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀의 리페어의 평가 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
또한, 도 2 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이후부터는 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법에 따르면, 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module)을 이용한 EL(Electroluminescence) 검사를 통해(S110), 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별한다(S120).
도 2을 참조하면, 리페어 시의 재작업율을 줄이기 위하여, EL 프로브 모듈을 통한 마이크로 LED 불량 검사가 이루어질 수 있으며, 마이크로 LED 용 마이크로 프로브 카드 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 모듈을 구성하여 프로빙 속도를 개선할 수 있으며, Anode와 Cathode 간격 50 um이하의 마이크로 스프링 팁으로 구성하고, 이때 마이크로 스프링 프로브 팁은 폭 최소 50 마이크로 이하로 구성하며, 기판의 고정밀 얼라이너(Aligner) 제어와 오차 보정이 가능한 비전 시스템을 통해, 마이크로 LED의 RGB 레벨을 추출하고, 교체 대상 마이크로 LED의 EL 분석을 통한 불량 판정과 측정된 전기적 특성 데이터 간의 교차 검증이 이루어질 수 있다. 이때, 마이크로 LED는 10um 이하의 두께를 가지므로 충격을 가하지 않는 것이 매우 중요하며, 전극의 크기가 20 um 이하로 작기 때문에 팁의 끝의 표면적이 작아야 한다. 또한, pn 전극간 간격이 50 um이하로 작기 때문에 마이크로 스프링 프로브 팁 사이의 간격도 이에 대응되도록 50 um이하로 작게 형성되어야 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따르면 마이크로 LED 용 마이크로 프로브 카드 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 모듈의 성능 개선을 위하여 실리콘 러버, 실리콘 또는 전도성 파우더 팁이 접합된 마이크로 스프링 프로브 팁을 통해 데미지 완충을 제공하고, 정렬 비전 모듈의 고정밀 얼라이너(Aligner) 제어와 오차 보정, 그리고 마이크로 LED 밝기 추출 알고리즘 및 소프트웨어 개선과, 패널 리페어 현장 적용 및 마이크로 LED의 EL 분석결과의 보정 및 최적화를 제공할 수 있다.
즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따르면 마이크로 스프링 팁은 적어도 1개 이상의 충격 흡수용 곡면을 포함하도록 구성될 수 있으며, EL 프로브 모듈은 마이크로 LED 디스플레이 상의 각 라인 상의 다수의 교체대상 마이크로 LED를 각각 동시에 검사하도록 다수의 마이크로 스프링 팁이 일렬로 배열되도록 하여 1개 또는 다수의 칩을 동시에 검사하도록 구성될 수 있다.
이때, EL 전류 주입 상태에서 하부 투명 스테이지와 마이크로 LED 접합 투명 시트를 관통하는 하부에 이미지 센서 모듈(114)을 배치해 마이크로 LED 디스플레이의 R,G,B 레벨을 측정하여 추출하도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 마이크로 프로브 카드 MEMS 모듈을 이용하여 마이크로 LED의 전기적 특성, 구동전압, 리키지, 전류 인가값에 따른 광출력 등의 정보를 받아들여, 전기적, 광학적 특성을 분석후 불량칩과 정상칩을 판단하여 패널위의 불량칩을 제거하고, 양품으로 판단된 칩을 패널위로 전사 또는 본딩할 수 있다.
또한, 도 4에서와 같이 마이크로 LED의 RGB 레벨 추출이 이루어지며, 이미지 센서 모듈의 측정결과로부터 교체 대상 마이크로 LED 칩의 좌표별 RGB 레벨 데이터 직렬화하고, 좌표별 RGB 데이터 레벨 테이블로부터 광 출력 양불 판정을 통해 교체 대상 마이크로 LED를 선별할 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, EL 검사 및 분석을 위하여, 전사시트 배열 마이크로 LED의 EL 검사 기준을 구성하고, 마이크로 스프팅 팁으로 구성되는 프로브에 전류 주입 상태에서 마이크로 LED의 광출력 이미지 측정 조건으로서, 주변광 차단, 칩간 광출력 밝기의 상대 비교 가능 전류 주입 조건을 구성하여, 마이크로 프로브를 적용한 전류 주입 상태에서 이미지센서 측정 결과로부터 영상 신호처리를 통해, 마이크로 LED의 RGB 레벨 추출을 하여 교체대상 마이크로 LED를 선별할 수 있다.
이때, 마이크로 LED의 EL 검사 기준으로서, 마이크로 스프링 팁(프로브)를 적용한 최적 전류 주입 상태에서 마이크로 LED 광출력 이미지의 위치별 밝기에 대한 RGB 레벨과 단일칩 LED에서 EL 검사장비로부터 측정되는 I/V 특성과 광출력 결과간의 비교 분석을 통해 마이크로 LED의 정상 또는 불량(양불) 판단 조건을 구성할 수 있다.
아울러, 상기 전사시트 배열 마이크로 LED의 EL 검사의 결과로서 R,G,B 레벨을 데이터베이스화하여 사용함으로써, EL(Electroluminescence)를 통한 교체대상 마이크로 LED를 선별의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.
이후, 상기 선별된 교체대상 마이크로 LED의 위치로 동축 헤드툴을 이동하여(S130), 레이저를 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED의 접합 소재를 녹이고(S140), 상기 동축 헤드툴의 화소 진공 흡착부를 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED를 흡착하여 떼어내어 불량화소를 제거한다(S150).
이후에는, 동축 헤드툴이 교체용 마이크로 LED를 스탬핑 위치로 이동시켜, 접합 소재에 상기 교체용 마이크로 LED의 단자가 잠길 위치까지 하강하여 스탬핑(stamping)한 후(S160), 상기 접합 소재가 스탬핑된 상기 교체용 마이크로 LED를 상기 교체대상 마이크로 LED가 제거된 리페어 위치로 이동시켜 배치하고, 레이저를 이용해 상기 접합 소재를 경화한다(S170).
이후부터는 도 6을 참조하여, 상기 리페어 과정을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면 비전을 이용해 PCB의 모서리를 가이드 마크로 인식하고(S131), 상기 가이드 마크를 기준으로 리페어 할 위치로 동축 헤드툴을 이동한다(S132). 이후, 레이저를 이용하여 표면 코팅 소재와 마이크로 LED의 접합 소재를 녹이고(S141), 동축 헤드툴의 화소 진공 흡착부를 이용하여 LED 칩을 흡착하여 떼어낸다(S151).
이후에는, 새로운 마이크로 LED를 픽업할 로딩부 위치로 동축 헤드툴을 이동하여(S161), 상기 마이크로 LED 칩을 픽업한 후 접합 소재의 스탬핑 위치로 이동한다(S162). 이때, 상기 접합 소재는 10,000 내지 20,000 cps 솔더 또는 SAP(Self Assembly Anisotropic Conductive Paste)로 구성되거나, ACF(Anisotropic Conductive Film) 소재로 구성 될 수 있다.
이후, 상기 동축 헤드툴이 접합 소재에 마이크로 LED의 단자가 잠길 위치까지만 하강하여 스탬핑이 이루어지고(S163), 상기 마이크로 LED에 접합 소재의 스탬핑 상태를 확인할 수 있다(S164). 그 이후에는 상기 접합 소재가 스탬핑된 마이크로 LED를 리페어 할 위치로 이동시키고(S171), 리페어할 위치에 마이크로 LED를 내려놓은 뒤 진공 파기 및 레이저 경화를 통해 마이크로 LED를 실장할 수 있다(S172).
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치의 블록도이다.
이후부터는 도 7을 참조하여 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치의 구성을 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치(100)는 검사부(110) 및 리페어부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 검사부(110)는 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module)을 이용한 EL(Electroluminescence) 검사를 통해, 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별하고, 상기 리페어부(120)는 상기 교체용 마이크로 LED를 떼어낸 리페어 위치에, 접합 소재가 스탬핑(stamping)된 교체용 마이크로 LED를 실장한다.
보다 구체적으로, 상기 검사부(110)는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module: 111) 및 LED 판정 모듈(112)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module: 111)은 마이크로 스프링 팁(113)을 포함하여 구성되고, 상기 LED 판정 모듈(112)은 상기 EL 프로브 모듈(111)을 통해 이미지 센서 모듈(114)에서 촬영된 마이크로 LED의 R,G,B 레벨을 추출하여 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별한다. 이때, EL 전류 주입 상태에서 하부 투명 스테이지와 마이크로 LED 접합 투명 시트를 관통하는 하부에 이미지 센서 모듈(114)을 배치하여 R,G,B 레벨을 측정하도록 할 수 있다.
한편, 상기 리페어부(120)는 동축 헤드툴(121)과 정렬 비전 모듈(122)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 동축 헤드툴(121)은 상기 선별된 교체대상 마이크로 LED의 위치로 이동하여 레이저를 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED의 접합 소재를 녹이는 레이저 광조사부(123)와 상기 교체대상 마이크로 LED(불량 LED)를 흡착하여 떼어내는 화소 진공 흡착부(124)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 동축 헤드툴(121)의 화소 진공 흡착부(124)는 접합 소재에 교체용 마이크로 LED(정상 LED)의 단자가 잠길 위치까지 하강하여 스탬핑(stamping)할 수 있다. 또한, 상기 동축 헤드툴(121)은 상기 리페어 위치로 상기 접합 소재가 스탬핑된 교체용 마이크로 LED를 이동시키고, 상기 레이저 광조사부(123)의 레이저를 이용해 상기 접합 소재를 경화시킬 수 있다.
상기 정렬 비전 모듈(122)은 상기 접합 소재가 스탬핑된 교체용 마이크로 LED를 상기 리페어 위치로 정렬 및 오차를 보정할 수 있다.
도 8 내지 도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치의 구성과 리페어 방법을 보다 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
이후부터는 도 8 내지 도 23을 참조하여 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치의 구성과 리페어 방법을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 불량 화소 리페어를 위한 마이크로 LED는 크기 80 × 120 ㎛, 두께는 10 ㎛ 이하, 전극 사이즈는 30 ㎛ 이하, 칩간 간격 60 ㎛ 이하로 구성될 수 있으며, 도 9에 도시된 바와 같이 불량 화소 교체 및 실장을 위한 마이크로 LED 디스플레이의 이송 모듈은 X축, Y축 최대 이송길이 (X축)300 ㎜ 이상, (Y축)±25 ㎜, X축, Y축 최대/최소 이송속도 1 ㎛/s 이하, 150 ㎜/s 이상, Theta축 최대회전각도 ± 5.5°, Theta축 위치 보정 반복 정밀도 ± 2 arcsec로 구성될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 마이크로 LED 리페어용 동축 헤드툴은 초소형 마이크로 LED 리페어를 위해 투명 퀄츠 소재를 적용한 화소 진공 흡착부의 진공흡착 방향과 레이저 조사 방향을 동축으로 설계하여, 비동축 방향 리페어 적용 시 인접 화소 간섭 발생을 제거할 수 있다.
도 11은 동축 헤드툴의 불량 화소 진공 흡착 헤드 구조(좌)와, 접합 소재 최대 점도 변화 시점 제어 방법(우)을 도시하고 있다. 상기 동축 헤드툴은 레이저 광조사부와 동축 결합된 진공 흡착부를 포함하는 헤드 구조로서, 마이크로 LED 진공 흡착 압력 제어와 접합 소재 용융에 따른 진공 흡착 시점 및 종점 제어를 제공할 수 있다. 이를 통해 레이저 조사에 의해 접합소재가 용융 또는 경화되는 타이밍에 맞게 마이크로 LED의 제거 및 실장이 되도록 제어를 최적화할 수 있다.
한편, 도 12에 도시된 바와 같이 동축 헤드툴은 펄스 제어를 통해 불량화소 제거를 위한 접합 소재의 레이저 용융 조건을 최적화 할 수 있으며, 도 13에서와 같이 불량화소 리페어 공정으로서 레이저 조사 및 흡착 공정을 통해, 인접 화소 간섭 없이 불량화소만 흡착 제거 및 교체가 가능하며, 동축 방향 레이저 조사를 통해 실장이 가능한 진공흡착/레이저 조사 공정 조건의 최적화가 가능하다.
이때, 도 14에서와 같이 단일 마이크로 LED 단위로 진공 흡착이 가능한 피치로 전사 필름을 배열하여 선택하여 전사할 수 있으며, 도 15에서와 같이 마이크로 LED 전사를 위한 시트의 점착력 제어 온도 조건을 설정하여, 전사 필름 상의 교체용 단일 마이크로의 LED 진공 흡착 공정의 온도 조건을 설정할 수 있다.
아울러, 도 16에서와 불량화소 제거 후 스탬핑(Stamping) 공정을 통해 신규 접합 소재를 적용하여 교체화소를 실장 후에, 리페어후 접속 저항 평가를 통해 리페어 신뢰성을 확보할 수 있다. 즉, 동축 헤드툴의 레이저 광조사부와 화소 진공 흡착부를 이용한 리페어 장비의 레이저 출력과 렌즈 배율을 최적화하여, 레이저 조사 영역이 불량이 아닌 인접 픽셀과 50 ㎛ 이상의 간격을 두도록 하여, 마이크로 LED의 교체 실장 시 인접 픽셀(pixel)에 대한 데미지(damage)를 최소화할 수 있다.
도 17은 동축 헤드툴의 레이저 광조사부의 보다 세부적인 구조를 도시하고 있으며, 도 18은 동축 헤드툴을 이용한 접합 소재의 스탬핑 공정을 설명하고 있다. 도 17에 도시된 바와 같이 상기 동축 헤드툴은 레이저 광조사부의 레이저 조사 상태 모니터링을 위한 비전 및 조명 제어가 가능한 구조로서, 980 nm 반도체 레이저 소스를 적용하는 광조사 면적 수동 가변 광학 구조를 통해 수직 방향 레이저 조사면 균질성(Uniformity)을 향상시킬 수 있으며, 도 18에 도시된 바와 같이 접합 소재 디스펜싱 이후 마이크로 LED 교체를 위한 실장이 이루어진다. 이와 같은 비전 및 조명 제어가 가능한 정렬 비전 모듈은 상기 동축 헤드툴에 포함되는 구조로 구성되거나, 별도의 모듈로 구성될 수 있다.
이때, 도 19에서와 같이 리페어 레이저 조사 면적의 최적화를 위해, 80 × 120 마이크로 LED 대비 편측 50 ㎛ 를 확장하는 영역 레이저 조사 광학계 설계를 통한 인접 화소 간섭을 제거할 수 있다.
또한, 도 20에서와 같이 불량 화소 교체 시의 정밀 교체 실장을 위한 동축 헤드툴의 PID(Proportional-Integral-Differential controller) 하중 제어가 이루어질 수 있다.
도 21를 참조하면 상기 동축 헤드툴은 마이크로 LED 단자 간의 쇼트(Short) 방지를 위한 접합 소재 점도와 스탬핑(Stamping) 깊이를 최적화하여 제어할 수 있으며, 도 22에서와 같이 불량화소 리페어 공정에서 발생 가능한 위치 오정렬, 상하 틸팅(Tilting), 파손(Breaking), 단자 떨어짐 불량 방지를 위한 실장 하중 조건과 동축 방향 융용/흡착 방법을 제어할 수 있다.
또한, 도 23에서와 같이 UVW 스테이지(stage)와 2 개의 정렬 비전 모듈(Vision system)을 이용해 동출 헤드툴의 불량 화소 교체 위치의 오차 보정이 가능하며, 이를 통해 정렬(Alignment) 정밀도 3 ㎛ 미만 기준 구현이 가능하다.
이후부터는 도 24 내지 도 28을 참조하여 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀의 리페어의 평가 방법을 설명하기로 한다.
도 24를 참조하면, 80 × 120 ㎛ 마이크로 LED 적용 30 PPI 패널을 통해 불량 화소 교체 시의 실장 평가가 이루어질 수 있으며, 도 25에서와 같이 솔더, 자가정렬형 페이스트, 실버 페이스트 등 접합 소재에 따른 접합성 평가가 이루어질 수 있다.
또한, 도 26에서와 같이 고온 챔버를 이용하여 리페어 한 마이크로 LED의 고온 수명 검사를 수행하며, 이때 고온, 고습 조건에 노출시켜 고온 수명 검사가 이루어지며, 구체적으로 24 시간 동안 70도 이상의 고온 및 80% 이상의 습도 조건에 노출 하고, 도 27에서와 같이 마이크로 LED의 상태 확인을 한다. 이를 통해, 교체화소 실장 후 신뢰성 검사를 통해 리페어 과정의 검증이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 이미지 센서 모듈에서 취득한 전 영역 이미지에서 실제 칩을 객체화 및 배열화 하여, 개별 검사데이터와 위치데이터 및 정렬 등의 데이터를 운용에 적합한 형태로 직렬화하고, 직렬화 된 데이터를 보존 및 분석이 가능하며, 또한 선별 및 리페어 공정에 적용하기 위한 모션제어와의 연동이 가능하도록 최적화된 구조의 DB Scheme을 설계할 수 있다.
이를 통해, 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 시의 EL 프로브 모듈의 프로브(마이크로 스프링 팁)의 반복 컨택과 환경(온도, 습도 등)에 따라 불규칙하게 발생할 수 있는 위치 변동에 대하여 보정할 수 있도록 영상처리가 이루어질 수 있다. 도 28에 도시된 바와 같이 EL 검사 시의 R, G, B 밝기 레벨 결과에 따른 정상 또는 불량(양불)의 판정 조건을 최적화 할 수 있으며, EL 검사의 정확도 향상을 위하여 PD 측정 및 이미지센서 측정의 양불 판정 결과를 매핑할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
Claims (14)
- 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module)을 이용한 EL(Electroluminescence) 검사를 통해, 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별하는 제1 단계; 및
상기 교체대상 마이크로 LED를 떼어낸 리페어 위치에, 접합 소재가 스탬핑(stamping)된 마이크로 LED를 실장하는 제2 단계;를 포함하고,
상기 제2 단계는,
상기 선별된 교체대상 마이크로 LED의 위치로 헤드툴을 이동하여,
레이저를 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED의 접합 소재를 녹이고,
상기 헤드툴을 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED를 흡착하여 떼어내고,
상기 마이크로 LED를 스탬핑 위치로 이동시키고,
접합 소재에 상기 마이크로 LED의 단자가 잠길 위치까지 하강하여 스탬핑(stamping)하고,
상기 접합 소재가 스탬핑된 상기 마이크로 LED를 상기 교체대상 마이크로 LED가 제거된 리페어 위치로 이동하고,
상기 마이크로 LED를 상기 리페어 위치로 배치하여 레이저를 이용해 상기 접합 소재를 경화하고,
상기 접합 소재는,
10,000 내지 20,000 cps 솔더, SAP(Self Assembly Anisotropic Conductive Paste)로 구성되거나 또는 ACF(Anisotropic Conductive Film) 소재로 구성되고,
상기 헤드툴은,
동축 헤드툴로서 투명 퀄츠 소재를 적용한 화소 진공 흡착부를 포함하고, 상기 화소 진공 흡착부의 진공흡착 방향과 상기 레이저의 조사 방향이 동축으로 구성되는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 단계는,
실리콘 러버, 실리콘 또는 전도성 파우더 팁이 접합된 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈을 이용해 EL 검사를 하는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법.
- 청구항 1 있어서,
상기 마이크로 스프링 팁은,
적어도 1개 이상의 충격 흡수용 곡면을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 EL 프로브 모듈은,
마이크로 LED 디스플레이 상의 각 라인 상의 다수의 교체대상 마이크로 LED를 각각 동시에 검사하도록 일렬로 배열되는 다수의 마이크로 스프링 팁을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제1 단계는,
이미지 센서 모듈에서 촬영된 R,G,B 레벨의 분석을 통해 상기 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별하는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 제2 단계 이후에,
상기 마이크로 LED 및 실장 상태를 검증하는 제3 단계;
를 더 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 방법.
- 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module)을 이용한 EL(Electroluminescence) 검사를 통해, 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별하는 검사부; 및
상기 교체대상 마이크로 LED를 떼어낸 리페어 위치에, 접합 소재가 스탬핑(stamping)된 마이크로 LED를 실장하는 리페어부;
를 포함하고,
상기 선별된 교체대상 마이크로 LED의 위치로 이동하여 레이저를 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED의 접합 소재를 녹이고, 이용해 상기 교체대상 마이크로 LED를 흡착하여 떼어내는 동축 헤드툴;
접합 소재에 상기 마이크로 LED의 단자가 잠길 위치까지 하강하여 스탬핑(stamping)하는 스탬핑 모듈; 및
상기 접합 소재가 스탬핑된 마이크로 LED를 상기 리페어 위치로 정렬 및 오차를 보정하는 정렬 비전 모듈;을 포함하고,
상기 동축 헤드툴은,
투명 퀄츠 소재를 적용한 화소 진공 흡착부를 포함하고, 상기 화소 진공 흡착부의 진공흡착 방향과 상기 레이저의 조사 방향이 동축으로 구성되고, 상기 리페어 위치로 상기 접합 소재가 스탬핑된 마이크로 LED를 이동시키고, 상기 레이저를 이용해 상기 접합 소재를 경화시키고,
상기 접합 소재는,
10,000 내지 20,000 cps 솔더, SAP(Self Assembly Anisotropic Conductive Paste)로 구성되거나 또는 ACF(Anisotropic Conductive Film) 소재로 구성되는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치.
- 청구항 9에 있어서,
상기 검사부는,
실리콘 러버, 실리콘 또는 전도성 파우더 팁이 접합된 마이크로 스프링 팁을 포함하는 EL 프로브 모듈(Electroluminescence Probe Module); 및
상기 EL 프로브 모듈을 통해 이미지 센서 모듈에서 촬영된 마이크로 LED의 R,G,B 레벨을 추출하여 마이크로 LED 디스플레이 상의 교체대상 마이크로 LED를 선별하는 LED 판정 모듈;
을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치.
- 청구항 9에 있어서,
상기 마이크로 스프링 팁은,
적어도 1개 이상의 충격 흡수용 곡면을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치.
- 청구항 9에 있어서,
상기 EL 프로브 모듈은,
마이크로 LED 디스플레이 상의 각 라인 상의 다수의 교체대상 마이크로 LED를 각각 동시에 검사하도록 일렬로 배열되는 다수의 마이크로 스프링 팁을 포함하는 마이크로 LED 디스플레이 불량 픽셀 EL 검사 및 리페어 장치.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right |