KR20200071677A - 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치 - Google Patents

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KR20200071677A
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micro light
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정문연
송동훈
신동호
이상균
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치를 개시한다. 그의 장치는 오실레이터에서 생성된 레이저 빔을 증폭하는 처프 증폭기와, 증폭된 상기 레이저 빔을 마이크로 발광다이오드들 및 상기 마이크로 발광다이오드들 상의 전이 층들에 선택적으로 제공하는 포토마스크와, 상기 포토마스크와 상기 처프 증폭기 사이에 배치되어 상기 레이저 빔을 균질화하고, 상기 레이저 빔을 복수개의 초점들로 분할하여 상기 레이저 빔을 공간적으로 확장시키는 빔 균질화 광학계를 포함한다.

Description

마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치{Micro-Light Emitting Diode lift-off system}
본 발명은 발광다이오드의 제조 장치에 관한 것으로, 상세하게는 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치에 관한 것이다.
산업의 기술 발달은 레이저 빔을 이용한 분야의 정밀도와 높은 생산성을 요구하게 되었고, 이에 부응하고자 최근에는 극초단 레이저 빔(ultrashort laser beam)이 다양한 분야에서 활용되고 있다. 극초단 레이저 빔은 기존의 레이저 빔과는 다른 특성을 보여준다. 예를 들면, 극초단 레이저 빔은 매질 내에 짧은 시간 동안만 조사되므로 기존의 레이저 가공 등에서 발생되는 열영향 또는 열변형을 회피할 수 있다. 또한, 극초단 레이저 빔은 매질의 표면 손상 없이 그 내부를 가공하는 것이 가능하다. 따라서, 정밀하고 미세한 처리를 요구하는 분야(반도체, 전자칩, 의료 등)에 극초단 레이저 빔이 사용되고 있다.
본 발명의 과제는 복수개의 발광다이오드들을 동시에 전이(transfer)시킬 수 있는 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치를 개시한다. 그의 장치는 오실레이터에서 생성된 레이저 빔을 증폭하는 처프 증폭기; 증폭된 상기 레이저 빔을 마이크로 발광다이오드들 및 상기 마이크로 발광다이오드들 상의 전이 층들에 선택적으로 제공하는 포토마스크; 및 상기 포토마스크와 상기 처프 증폭기 사이에 배치되어 상기 레이저 빔을 균질화하고, 상기 레이저 빔을 복수개의 초점들로 분할하여 상기 레이저 빔을 공간적으로 확장시키는 빔 균질화 광학계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치는 처프 증폭기와 포토마스크 사이의 빔 균질화 광학계를 이용하여 레이저 빔을 공간적으로 확장시켜 기판 상에 복수개의 발광다이오드들을 동시에 전이시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 처프 증폭기의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 3는 도 1의 빔 균질화 광학계의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 A 부분을 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 5는 도 4의 반 파장 레이저 빔의 에너지 밴드를 보여주는 그래프이다.
도 6은 도 1의 빨강색, 초록색, 및 파란색의 마이크로 발광다이오드들과 전이 층들의 분리 과정을 보여주는 단면도들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치(100)의 일 예를 보여준다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 마이크로 발광다이오드(Light Emitting Diode) 리프트 오프 장치(100)는 처프 증폭기(10), 빔 균질화 광학계(beam homonizer, 20), 및 포토마스크(30)를 포함할 수 있다. 처프 증폭기(10)는 레이저 빔(2)을 증폭할 수 있다. 빔 균질화 광학계(20)는 처프 증폭기(10)와 포토마스크(30) 사이에 배치되고, 레이저 빔(2)을 공간적으로 확장시킬 수 있다. 포토마스크(30)는 레이저 빔(2)을 발광다이오드들(42) 및 상기 발광다이오드들(42) 상의 전이 층들(44)에 제공할 수 있다.
도 2는 도 1의 처프 증폭기(10)의 일 예를 보여준다.
도 2를 참조하면, 처프 증폭기(10)는 오실레이터(11), 확대기(stretcher, 12), 증폭기(14), 및 압축기(compressor, 16)를 포함할 수 있다.
오실레이터(11)는 레이저 빔(2)을 생성할 수 있다. 오실레이터(11)는 티타늄 사파이어 레이저 장치를 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
확대기(12)는 레이저 빔(2)의 펄스를 시간적으로 확대할 수 있다. 확대기(12)는 제 1 그레이팅들(12a), 제 1 렌즈들(12b), 및 제 1 처프 미러(12c)를 포함할 수 있다. 제 1 그레이팅들(12a)은 서로 마주하여 배치될 수 있다. 제 1 그레이팅들(12a)은 레이저 빔(2)을 분산시킬 수 있다. 제 1 렌즈들(12b)은 제 1 그레이팅들(12a) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 렌즈들(12b)은 레이저 빔(2)을 시준(collimate)할 수 있다. 제 1 처프 미러(12c)는 제 1 그레이팅들(12a)의 하나의 일측에 배치될 수 있다. 제 1 처프 미러(12c)는 레이저 빔(2)을 시간적으로 분할하여 제 1 그레이팅들(12a) 및 제 1 렌즈들(12b)에 반사할 수 있다. 레이저 빔(2)의 펄스는 시간적으로 확장될 수 있다.
증폭기(14)는 확대기(12)와 압축기(16) 사이에 배치될 수 있다. 증폭기(14)는 레이저 빔(2)의 세기를 증폭시킬 수 있다. 예를 들어, 증폭기(14)는 반도체 증폭기 또는 광섬유 증폭기를 포함할 수 있다.
압축기(16)는 증폭기(14)와 빔 균질화 광학계(20) 사이에 배치될 수 있다. 압축기(16)는 레이저 빔(2)의 펄스를 시간적으로 압축할 수 있다. 일 예로, 압축기(16)는 제 2 그레이팅들(16a), 및 제 2 처프 미러(16b)를 포함할 수 있다. 제 2 그레이팅들(16a)은 서로 마주하여 배치될 수 있다. 제 2 그레이팅들(16a)은 레이저 빔(2)을 분산시킬 수 있다. 제 2 처프 미러(16b)는 레이저 빔(2)을 시간적으로 분할하여 제 2 그레이팅들(16a)에 반사할 수 있다. 레이저 빔(2)의 펄스는 시간적으로 압축될 수 있다. 압축기(16)에서의 레이저 빔(2)의 세기는 오실레이터(11)에서의 레이저 빔(2)의 세기보다 약 105 내지 106배 이상으로 증가될 수 있다.
압축된 레이저 빔(2)은 약 200TW의 파워 및/또는 에너지를 가질 수 있다. 레이저 빔(2)은 약 5X105 W/cm2의 최대 파워 밀도와, 약 5X105J/cm2의 최대 에너지 밀도를 가질 수 있다. 또한, 레이저 빔(2)은 약 2X1014W의 피크 파워, 및 약 2X1018W/cm2의 피크 파워 밀도를 가질 수 있다.
도 3는 도 1의 빔 균질화 광학계(20)의 일 예를 보여준다.
도 3을 참조하면, 빔 균질화 광학계(20)는 레이저 빔(2)을 복수개의 초점들로 분할하여 상기 레이저 빔(2)을 공간적으로 확장(expand)할 수 있다. 일 예로, 빔 균질화 광학계(20)는 콜리메이터(21), 제 1 어레이 렌즈(22), 굴절률 조절기(23), 제 2 어레이 렌즈(24), 필드 렌즈(25), 및 평면 렌즈(26)를 포함할 수 있다.
콜리메이터(21)는 레이저 빔(2)을 수신하여 시준(collimate)할 수 있다. 예를 들어, 콜리메이터(21)는 반구면 렌즈를 포함할 수 있다.
제 1 어레이 렌즈(22)는 콜리메이터(21)와 굴절률 조절기(23) 사이에 배치될 수 있다. 제 1 어레이 렌즈(22)는 레이저 빔(2)을 균질화시킬 수 있다. 예를 들어, 제 1 어레이 렌즈(22)는 플라이아이 렌즈를 포함할 수 있다.
굴절률 조절기(23)는 제 1 어레이 렌즈(22)와 제 2 어레이 렌즈(24) 사이에 배치될 수 있다. 굴절률 조절기(23)는 계단 모양(staircase shape)을 가질 수 있다. 굴절률 조절기(23)는 레이저 빔(2)을 투과하여 레이저 빔(2)을 복수개로 분할할 수 있다. 예를 들어, 굴절률 조절기(23)는 글래스 계단 블록을 포함할 수 있다.
제 2 어레이 렌즈(24)는 굴절률 조절기(23)와 필드 렌즈(25) 사이에 배치될 수 있다. 제 2 어레이 렌즈(24)는 레이저 빔(2)을 재 균질화할 수 있다. 제 2 어레이 렌즈(24)는 플라이아이 렌즈를 포함할 수 있다.
필드 렌즈(25)는 제 2 어레이 렌즈(24)와 평면 렌즈(26) 사이에 배치될 수 있다. 필드 렌즈(25)는 복수개의 레이저 빔들(2)의 초점 거리를 조절할 수 있다. 필드 렌즈(25)는 레이저 빔들(2)의 초점을 평면 렌즈(26)에 조절할 수 있다. 예를 들어, 필드 렌즈(25)는 반구면 렌즈 또는 구면 렌즈를 포함할 수 있다.
평면 렌즈(26)는 포토마스크(30)에 인접하여 배치될 수 있다. 평면 렌즈(26)는 레이저 빔들(2)을 포토마스크(30)에 전달할 수 있다. 레이저 빔들(2)은 포토마스크(30)에 노출된 복수개의 발광다이오드들(42)에 동시에 제공될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 포토마스크(30)는 평면 렌즈(26)와 기판(40) 사이에 배치될 수 있다. 포토마스크(30)는 레이저 빔들(2)의 일부를 흡수하고, 상기 레이저 빔들(2)을 기판(40)으로 투과할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 포토마스크(30)는 투명 기판과 상기 투명 기판 상의 흡수 층을 포함할 수 있다. 흡수 층은 크롬을 포함할 수 있다. 일 예로, 포토마스크(30)는 복수개의 개구부들(32)을 가질 수 있다. 레이저 빔들(2)은 개구부들(32)을 통해 기판(40) 상의 마이크로 발광다이오드들(42) 및 상기 마이크로 발광다이오드들(42) 상의 전이 층들(44)에 동시에 제공될 수 있다.
기판(40)은 포토마스크(30)에 인접하여 배치될 수 있다. 기판(40)은 글래스 기판, 또는 플라스틱의 유연 기판을 포함할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 기판(40)은 전이될 마이크로 발광다이오드들(42)에 연결되는 전기 배선들(electrical lines)을 가질 수 있다. 또한, 마이크로 발광다이오드들(42)과 전이 층들(transfer layers, 44)은 피커(picker)에 의해 전이 기판으로부터 기판(40)으로 이동되거나 제공될 수 있다.
마이크로 발광다이오드들(42)은 기판(40) 상에 배열될 수 있다. 마이크로 발광다이오드들(42)은 GaAs 또는 GaN의 화합물 반도체 소자를 포함할 수 있다. 마이크로 발광다이오드들(42)은 3원색(ex, 빨강색, 초록색, 및 파란색)을 표시할 수 있다. 마이크로 발광다이오드들(42)은 단위 화소(pixel)로 배열될 수 있다. 단위 화소는 복수개의 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 서브 픽셀들은 빨강색(R), 초록색(G), 및 파란색(B)을 표시할 수 있다.
전이 층들(44)은 마이크로 발광다이오드들(42) 상에 배치될 수 있다. 전이 층들(44)은 사파이어를 포함할 수 있다. 전이 층들(44)은 레이저 빔들(2)에 의해 변형될 수 있다. 레이저 빔들(2)이 전이 층들(44)에 조사되면, 전이 층들(44)은 레이저 빔(2)을 흡수하여 마이크로 발광다이오드들(42)로부터 동시에 분리될 수 있다. 전이 층들(44)은 휘어질(bended) 수 있다. 즉, 레이저 빔들(2)은 마이크로 발광다이오드들(42)을 전이 층들(44)로부터 기판(40)에 동시에 전이시킬 수 있다. 전이 층들(44)은 기판(40)에서 제거되거나 세정될 수 있다.
도 4는 도 1의 A 부분을 확대하여 보여준다. 도 5는 도 4의 반 파장 레이저 빔(4)의 에너지 밴드를 보여준다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 레이저 빔(2)은 전이 층(44)을 투과하여 반 파장 레이저 빔(4)을 생성시킬 수 있다. 반 파장 레이저 빔(4)은 전이 층(44)과 마이크로 발광다이오드(42) 사이에서 생성될 수 있다. 반 파장 레이저 빔(4)은 2 포톤 현상에 의해 생성될 수 있다. 2 포톤 현상은 기저 상태(ground state)와 들뜬 상태(excited state) 사이의 가상 상태(virtual state)의 위 아래에서 제 1 포톤(52) 및 제 2 포톤(54)이 각각 생성되는 현상일 수 있다. 레이저 빔(2)이 약 800nm의 파장을 가지면, 반 파장 레이저 빔(4)은 약 400nm이 파장을 가질 수 있다. 반 파장 레이저 빔(4)은 전이 층(44)에 접하는 마이크로 발광다이오드(42)의 상부 면에 흡수되어 갈륨(Ga) 가스 및/또는 질소(N) 가스를 발생시킬 수 있다. 갈륨 가스 및/또는 질소 가스는 마이크로 발광다이오드(42)와 전이 층(44)의 분리(separation) 과정을 가속시키거나 증가시킬 수 있다.
도 6은 도 1의 빨강색(R), 초록색(G), 및 파란색(B)의 마이크로 발광다이오드(42)와 전이 층들(44)의 분리 과정을 보여준다.
도 6을 참조하여 포토마스크(30)가 빨강색(R), 초록색(G), 및 파란색(B)의 마이크로 발광다이오드(42)에 조사될 때마다, 전이 층들(44)은 상기 마이크로 발광다이오드들(42)로부터 분리될 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들 및 응용 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (1)

  1. 오실레이터에서 생성된 레이저 빔을 증폭하는 처프 증폭기;
    증폭된 상기 레이저 빔을 마이크로 발광다이오드들 및 상기 마이크로 발광다이오드들 상의 전이 층들에 선택적으로 제공하는 포토마스크; 및
    상기 포토마스크와 상기 처프 증폭기 사이에 배치되어 상기 레이저 빔을 균질화하고, 상기 레이저 빔을 복수개의 초점들로 분할하여 상기 레이저 빔을 공간적으로 확장시키는 빔 균질화 광학계를 포함하는 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치.
KR1020190162927A 2018-12-10 2019-12-09 마이크로 발광다이오드 리프트 오프 장치 KR20200071677A (ko)

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