KR20200128987A - 마이크로 led 전사 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 모듈 - Google Patents

마이크로 led 전사 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 모듈 Download PDF

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KR20200128987A
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micro
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곽도영
김병철
김은혜
박상무
오민섭
이동엽
이윤석
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삼성전자주식회사
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Abstract

마이크로 LED가 구비된 디스플레이 모듈이 개시된다. 개시된 디스플레이 모듈은 기판; 상기 기판의 일면에 형성된 TFT(Thin Film Transistor) 층; 및 마스크의 개구를 통해서 전사용 기판에 조사되는 레이저 빔에 의해 상기 전사용 기판으로부터 상기 TFT 층 상에 전사된 다수의 마이크로 LED;를 포함하며, 상기 다수의 마이크로 LED는 상기 각 마이크로 LED의 폭, 길이 또는 단위 면적에 대응하는 상기 개구를 통해서 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 배치된 영역에 집중되는 레이저 빔에 의해 전사된다.

Description

마이크로 LED 전사 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 모듈{MICRO LED TRANSFERRING METHOD AND DISPLAY MODULE MANUFACTURED THRERBY}
본 개시는 마이크로 LED 전사용 기판으로부터 타겟 기판에 다수의 마이크로 LED를 전사하는 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 모듈에 관한 것이다.
마이크로 LED는 컬러 필터 및 백 라이트 없이 스스로 빛을 내는 초소형 무기 발광물질이다. 구체적으로, 마이크로 LED는 반도체 칩으로서 일반 발광 다이오드(LED) 칩 대비 길이가 10분의 1, 면적은 100분의 1 정도이며, 가로, 세로, 높이가 10㎛~100㎛인 초소형 LED를 지칭할 수 있다.
마이크로 LED는 에피 공정 등을 통해 웨이퍼(성장기판) 상에서 칩 형태로 다수로 성장하여 제조된다. 이렇게 제조된 마이크로 LED는 통상 중계 기판으로 이송된 후 타겟 기판으로 전사됨으로써 디스플레이 모듈을 구성할 수 있다.
한편, 마이크로 LED의 전사 공정은 중계 기판 후면(중계 기판의 전면에는 다수의 마이크로 LED가 배열됨)에 레이저 빔을 조사하여 중계 기판의 마이크로 LED를 타겟 기판으로 전사하는 레이저 전사 방식을 이용할 수 있다.
그런데 레이저 전사 방식을 통한 전사의 경우 레이저 빔의 정확도가 불균일한 문제가 있으며, 이로 인해 전사 시 중계 기판 상에 미리 설정된 위치에 있는 마이크로 LED로 레이저 빔을 주사할 때 그 주변에 있는 마이크로 LED에도 영향을 주게 된다. 즉, 그 주변의 마이크로 LED들은 전사될 마이크로 LED 측의 일부분이 중계 기판으로부터 분리되어 중계 기판에 대하여 경사진 자세를 취할 수 있다. 이와 같이 경사진 자세를 취하게 된 마이크로 LED는 전사 시 타겟 기판 상의 지정된 위치로 정확하게 전사되지 못하는 등의 전사 효율을 현저히 저하시키는 요인이 될 수 있다.
이러한 문제를 해소하기 위해, 레이저 빔의 조사 경로 상에 균질기(Homogenizer) 등의 광학계를 배치하고 있으나 이러한 조치에도 레이저 빔이 중계 기판 상에 포커싱되는 지점의 정확도를 향상시키기 어려웠다.
따라서, 레이저 빔의 사이즈(중계 기판 상의 포커싱될 지점의 사이즈)를 마이크로 LED의 사이즈보다 증가시키는 한편, 전사될 마이크로 LED 외에 주변 마이크로 LED들이 레이저 빔에 영향을 받지 않도록 마이크로 LED들 사이의 간격을 넓게 배치하고 있다. 이로 인해 중계 기판의 면적 대비 배열할 수 있는 마이크로 LED의 개수를 최대로 늘리기 어려웠다.
이러한 문제로 인해 전사 공정에서 중계 기판의 교체 횟수가 증가하고 전사 공정에 소요되는 작업 시간이 증가하게 되므로 결국 제조 비용의 증가를 초래하게 되었다.
본 개시의 목적은 전사용 기판의 후면에 레이저 빔의 정확도를 보상하기 위한 스크린 층을 형성하여 마이크로 LED 간 간격을 최소로 함으로써 전사용 기판에 배열할 수 있는 마이크로 LED의 개수를 최대로 늘릴 수 있는 전사용 기판을 이용하여 전사하는 방법 및 이에 의해 제조된 디스플레이 모듈을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 개시에서는 기판; 상기 기판의 일면에 형성된 TFT(Thin Film Transistor) 층; 및 마스크의 개구를 통해서 전사용 기판에 조사되는 레이저 빔에 의해 상기 전사용 기판으로부터 상기 TFT 층 상에 전사된 다수의 마이크로 LED;를 포함하며, 상기 다수의 마이크로 LED는 상기 각 마이크로 LED의 폭, 길이 또는 단위 면적에 대응하는 상기 개구를 통해서 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 배치된 영역에 집중되는 레이저 빔에 의해 전사된 디스플레이 모듈을 제공한다.
상기 마스크는 상기 다수의 마이크로 LED가 배치된 상기 전사용 기판의 일면의 반대 면에 배치될 수 있다.
상기 마스크는 상기 마스크의 각 개구가 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
상기 마스크는 상기 전사용 기판 상에서 상기 다수의 마이크로 LED가 배열된 면에 배치되며, 상기 마스크의 각 개구에 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 삽입될 수 있다.
상기 마스크는 상기 전사용 기판 상에 상기 다수의 마이크로 LED가 배치된 상기 전사용 기판의 일면에 형성된 제1 부분과, 상기 전사용 기판의 타면에 형성된 제2 부분을 포함할 수 있다.
상기 마스크는 레이저 빔을 반사하거나 흡수할 수 있는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 마스크는 크롬(Cr) 또는 Invar 합금(Ni-Fe 계)으로 이루어질 수 있다.
본 개시에서는 전사용 기판에 배열된 다수의 마이크로 LED를 타겟 기판에 전사하는 마이크로 LED 전사 방법에 있어서, 상기 타겟 기판과 상기 전사용 기판을 전사 위치로 이동하는 단계; 및 상기 전사용 기판에 배열된 각 마이크로 LED의 폭, 길이 또는 단위 면적에 대응하는 마스크의 개구를 통해서 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 배치된 영역에 레이저 빔을 집중시켜 조사하는 단계;를 포함하는 마이크로 LED 전사 방법을 제공함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있다.
상기 마스크의 개구는 상기 전사용 기판의 마이크로 LED에 대응하는 위치에 설정될 수 있다.
본 개시에서는 마이크로 LED 전사 방법을 실행하기 위한 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 있어서, 상기 마이크로 LED 전사 방법은, 상기 타겟 기판과 상기 전사용 기판을 전사 위치로 이동하는 단계; 및 상기 전사용 기판에 배열된 각 마이크로 LED의 폭, 길이 또는 단위 면적에 대응하는 마스크의 개구를 통해서 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 배치된 영역에 레이저 빔을 집중시켜 조사하는 단계;를 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 전사 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 전사용 기판의 일면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 전사용 기판의 타면을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 표시된 A-A선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 레이저 빔의 사이즈 또는 포커싱 위치가 상이한 경우 마스크에 의해 레이저 빔의 정확도를 보상하는 예를 나타낸 도면들이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따른 전사용 기판을 이용하여 다수의 마이크로 LED가 전사된 디스플레이 모듈의 일 부분을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른 전사용 기판을 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 전사용 기판을 이용하여 전사 공정을 행하는 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 전사용 기판을 나타낸 단면도이다.
본 개시의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 개시의 개시가 완전하도록 하며, 본 개시가 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은` 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 상에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "～사이에"와 "직접 ～사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 다수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 개시의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따라 제작되는 디스플레이 모듈은 일면에 TFT(Thin Film Transistor) 층이 형성된 기판과, 상기 TFT 층에 전기적으로 연결된 상태로 배열된 다수의 마이크로 LED와, 상기 기판의 후면 배치된 회로들을 전기적으로 연결하는 배선을 포함할 수 있다. 여기서, 기판은 후술하는 타겟 기판에 대응할 수 있으며, 글래스 기판, 연성 기판 및 플라스틱 기판 중 어느 하나일 수 있으며, 백플레인(backplane)으로 칭할 수 있다.
본 개시의 실시예들에 따른 디스플레이 모듈은 기판은 기판의 후면에 FPC(Flexible Printed Circuit)를 통해 전기적으로 연결되는 후방 기판을 포함할 수 있다. 여기서, 후방 기판은 수십 ㎛(예를 들면, 50㎛ 이하) 두께의 얇은 필름 형태나 얇은 글래스 형태로 이루어질 수 있다. 후방 기판이 얇은 필름 형태로 이루어지는 경우, 플라스틱 소재 예를 들면, PI(Polyimide), PET(Polyethylene Terephthalate), PES(Polythersulfone), PEN(Polyethylene Naphtalate) 및 PC(Polycabonate) 중 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다.
본 개시에 따른 실시예에 따른 기판은 에지부에 형성되는 측면 배선이 형성될 수 있으며, 기판의 전면의 에지부에 형성된 제1 접속 패드와 기판의 후면에 형성된 제2 접속 패드를 전기적으로 연결할 수 있다. 이를 위해 측면 배선은 기판의 전면, 측단면 및 후면을 따라 형성될 수 있으며 일단이 제1 접속 패드에 전기적으로 연결되고 타단이 제2 접속 패드에 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 측면 배선은 일부분이 기판의 측단면 위에 형성되므로 측면 배선의 두께만큼 TFT 기판의 측단면보다 돌출될 수 있다. 이 경우, 제2 접속 패드에는 FPC를 통해 후방 기판이 전기적으로 연결될 수 있다. TFT 기판의 후면에 실장되는 구동 IC(Driver Integrated　Circuit)가 제2 접속 패드와 직접 접속되거나 또는 별도의 배선을 통해 간접적으로 접속될 수 있다.
이와 같이 구성된 디스플레이 모듈은 다수를 타일 형식(tiled type)으로 배열하여 대형 디스플레이 장치를 제작할 수 있다.
본 개시의 마이크로 LED는 가로, 세로, 높이가 각각 10㎛~100㎛ 이하이며, 무기 발광물질로 이루어지고, 전원이 공급되는 경우 스스로 광을 발산할 수 있는 반도체 칩일 수 있다.
또한, 마이크로 LED는 빠른 반응속도, 낮은 전력, 높은 휘도를 가지고 있어 차세대 디스플레이의 발광 소자로서 각광받고 있다. 구체적으로, 마이크로 LED는 기존 LCD(liquid crystal display) 또는 OLED(Organic Light Emitting Diode)에 비해 전기를 광자로 변환시키는 효율이 더 높다. 즉, 기존 LCD 또는 OLED 디스플레이에 비해 “와트당 밝기”가 더 높다. 이에 따라 마이크로 LED는 기존의 LED(가로, 세로, 높이가 각각 100㎛를 초과한다) 또는 OLED에 비해 약 절반 정도의 에너지로도 동일한 밝기를 낼 수 있게 된다.
이외에도 마이크로 LED는 높은 해상도, 우수한 색상, 명암 및 밝기 구현이 가능하여, 넓은 범위의 색상을 정확하게 표현할 수 있으며, 햇빛이 밝은 야외에서도 선명한 화면을 구현할 수 있다. 그리고 마이크로 LED는 번인(burn in) 현상에 강하고 발열이 적어 변형 없이 긴 수명이 보장된다.
또한, 본 개시에서 언급하는 전사용 기판은 다수의 마이크로 LED를 성장시킨 성장 기판으로부터 다수의 마이크로 LED를 이송한 상태의 중계 기판이거나, 타겟 기판에 마이크로 LED를 전사할 수 있는 상태의 기판이면 족하다. 이하 본 개시에서는 전사용 기판과 중계 기판을 동일한 의미로서 혼용할 수 있다.
본 개시에서 전사용 기판은 적색, 녹색, 청색, 백색 마이크로 LED 중 적어도 2 이상을 포함하는 멀티 컬러 기판이거나, 상기 색상들의 마이크로 LED 중 단일 색상의 마이크로 LED만 포함하는 모노 컬러 기판일 수 있다.
본 개시에서 전사용 기판으로부터 타겟 기판에 마이크로 LED를 레이저 전사 시 전사용 기판과 레이저 발진부 사이에 배치된 마스크를 통해 레이저 빔을 원하는 지점으로 집중할 수 있다. 이 경우, 마스크의 개구는 마이크로 LED의 폭, 길이 또는 단위 면적에 대응하도록 형성될 수 있다. 이에 따라 전사용 기판을 향해 조사되는 레이저 빔은 마스크의 개구를 통해서 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 배치된 영역에만 정확하게 조사되므로, 종래에 비해 전사용 기판에 배열된 마이크로 LED들 간의 배치 간격(또는 피치)을 종래에 비해 더 가깝게 배열할 수 있다.
본 개시에서 마이크로 LED 전사는 중계 기판으로에서 타겟 기판으로 마이크로 LED를 레이저 전사하는 것은 물론, 성장 기판에서 중계 기판으로 마이크로 LED를 레이저 전사하는 것도 의미할 수 있다. 상기 2가지 경우에 있어서, 모두 상기 마스크를 사용하여 레이저 전사를 실시할 수 있다. 여기서 성장 기판은 마이크로 LED를 에피 성장하기 위한 웨이퍼일 수 있다.
이하에서는, 도 1을 참조하여, 본 개시에 따른 마이크로 LED 전사 장치의 구조에 대해 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 전사 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 중계 기판(50, 도 2 참조) 상에 미리 설정된 배열로 배치된 다수의 마이크로 LED를 타겟 기판(70, 도 5 참조)에 전사하기 위한 전사 파트(10)와, 전사 파트(10)에 인접하게 배치되어 타겟 기판을 X, Y, Z축 방향으로 이동시키기 위한 스테이지(20)와, 다수의 마이크로 LED 각각의 특성 정보가 저장된 메모리(30)와, 저장된 특성 정보에 기초하여 중계 기판(50) 상에서 다수의 마이크로 LED가 각각 배치될 위치를 결정하고 결정된 배치 위치에 다수의 마이크로 LED를 전사하도록 전사 파트(10) 및 스테이지(20)를 제어하는 프로세서(40)를 포함할 수 있다.
전사 파트(10)는 LLO(Laser Lift Off) 방식을 통해 다수의 마이크로 LED가 배열된 중계 기판으로부터 미리 설정된 마이크로 LED들을 동시에 타겟 기판으로 전사할 수 있다.
전사 파트(10)는 LLO(Laser Lift Off) 방식으로 전사 공정을 진행하기 위해, 중계 기판(50)을 향해 레이저 빔을 조사하기 위한 레이저 발진부(미도시)와, 중계 기판(50)을 X축, Y축, Z축으로 이동하고 Z축을 중심으로 회전시킬 수 있는 중계 기판용 스테이지(미도시)를 포함할 수 있다.
스테이지(20)는 타겟 기판(70)을 스테이지(20)의 상면에 분리 가능하게 클램핑 할 수 있으며, 타겟 기판(70)을 클램핑한 상태로 X축, Y축, Z축으로 이동하고 Z축을 중심으로 회전할 수 있다.
또한, 마이크로 LED 전사 장치(1)는 메모리(30)와 프로세서(40)를 포함할 수 있다.
메모리(30)는 플래시 메모리 타입(flash memory), 롬(ROM), 램(RAM), 하드 디스크(hard disk type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 카드 타입의 메모리(예를 들어 SD 또는 XD 메모리 등) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다.
또한, 메모리(30)는 프로세서(60)와 전기적으로 연결되어 있어 프로세서(40)와 상호 간 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 이에 따라, 메모리(30)는 입력되거나 조사된 다수의 마이크로 LED의 특성 정보를 저장하여 프로세서(40)에 저장된 특성 정보를 전송할 수 있다.
프로세서(40)는 마이크로 LED 전사 장치(1)의 전반적인 동작을 제어한다. 즉, 프로세서(40)는 전사 파트(10) 및 스테이지(20)와 전기적으로 연결되어 각 구성을 제어할 수 있다.
예를 들어, 프로세서(40)는 전사 파트(10) 및 스테이지(20)를 제어하여, 성장 기판(미도시)으로부터 다수의 마이크로 LED를 임시 기판(미도시)으로 이송하고, 임시 기판으로부터 중계 기판(50)으로 이송할 수 있다.
또한, 프로세서(40)는 전사 파트(10) 및 스테이지(20)를 제어하여, 중계 기판(50)에 배열된 다수의 마이크로 LED를 타겟 기판(70)으로 이송할 수 있다. 본 개시에서는 단일 프로세서(40)에 의해 모든 구성을 제어하는 것에 한정되지 않고, 다수의 독립된 프로세서를 이용하여 마이크로 LED 전사 장치(1)의 각 구성을 제어할 수 있다.
여기서, 프로세서(40)는 중앙처리장치(central processing unit(CPU)), controller, 어플리케이션 프로세서(application processor(AP)), 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)), ARM 프로세서 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다.
아울러, 프로세서(40)는 메모리(30)와 전기적으로 연결되어, 메모리(30)에 저장된 다수의 마이크로 LED의 특성 정보를 이용할 수 있다. 다수의 마이크로 LED의 특성 정보는 성장 기판에서 임시 기판으로 이송 시 전체적인 배열에 있어서 균일성을 확보하기 위한 데이터일 수 있다.
구체적으로, 다수의 마이크로 LED의 특성 정보를 이용하여 각 성장 기판으로부터 임시기판을 거쳐 중계 기판(50)으로 이송하는 과정은 다음의 공정을 따를 수 있다.
프로세서(40)는 적색, 녹색 및 청색 성장 기판에 각각 형성된 다수의 마이크로 LED에 대한 특성을 검사하고, 각 성장 기판의 영역별로 마이크로 LED의 휘도 및 파장 등을 분석한다. 이렇게 분석된 결과는 메모리(30)에 저장될 수 있다.
특성 검사가 완료되면, 프로세서(40)는 분석 결과를 토대로 각 성장 기판으로부터 임시 기판으로 다수의 적색, 녹색, 청색 마이크로 LED를 배열할 때 균일성 등을 고려한 최적의 배열을 위해 각 위치의 조합을 시뮬레이션 한다.
프로세서(40)는 시뮬레이션을 통해 임시 기판으로 배치될 다수의 적색, 녹색, 청색 마이크로 LED의 최적의 배열이 설정되면 이를 토대로 데이터 맵을 형성할 수 있다. 데이터 맵은 메모리(30)에 저장될 수 있다.
이어서, 데이터 맵을 토대로 LLO 방식으로 각 성장 기판의 마이크로 LED를 색상별로 순차적으로 단일 임시 기판으로 이송한다. 또는 각 성장 기판의 마이크로 LED를 대응하는 각각의 임시 기판으로 이송할 수 있다.
이렇게 임시 기판으로 이송된 다수의 마이크로 LED는 LLO 방식을 통해 중계 기판(50)으로 이송될 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 개시의 일 실시예에 따른 중계 기판(50)의 구조를 설명한다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 중계 기판의 일면(또는 전면(front surface))을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 중계 기판의 타면(또는 후면(rear surface))을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 표시된 A-A선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 중계 기판(50)은 글래스 기판(51)과, 글래스 기판(51)의 전면에 형성된 접착층(53)과, 글래스 기판의 후면에 일정한 패턴을 가지는 마스크(55)와, 접착층(53)에 배열된 다수의 마이크로 LED(60)를 포함할 수 있다.
글래스 기판(51)은 LLO 방식이 적용되는 공정에 사용될 수 있도록 사파이어, 실리콘 또는 투명 글래스로 이루어지는 투명 기판일 수 있다.
접착층(53)은 다이나믹 릴리즈 레이어(Dynamic Release Layer, DRL)로 칭할 수 있으며, LLO 방식으로 타겟 기판(70)으로 전사 시 분리가 용이하도록 PI(Polyimide) 재질로 형성될 수 있다.
마스크(55)는 전사 공정 시 중계 기판(50)으로 전사되는 레이저 빔의 일부분은 차단하지 않고 나머지 부분을 차단할 수 있다. 이와 같이 레이저 빔의 선택적이 차단을 위해 마스크(55)는 다수의 마이크로 LED(60)의 배열을 고려한 패턴을 가질 수 있다.
예를 들면 도 2와 같이 중계 기판(50)의 전면에 배열된 다수의 마이크로 LED(60)가 좌, 우 일정한 피치(P1,P2)로 격자 배열되는 경우, 중계 기판(50)의 후면에 형성된 마스크(55)는 도 3과 같이 격자 형태의 패턴을 이룰 수 있다. 마스크(55)는 진공 챔버 내에서 스퍼터링에 의해 중계 기판(50)에 소정 두께로 코팅될 수 있다.
이 경우 마스크(55)의 패턴은 각 마이크로 LED에 대응하는 각 영역에 개구(57)가 형성될 수 있다. 이 경우, 개구(57)의 사이즈(가로 및 세로 길이)는 마이크로 LED의 사이즈(가로 및 세로 길이)에 대응할 수 있다. 또한, 각 개구(57) 간의 간격(D1,D2)은 각 마이크로 LED의 간격과 동일하게 이루어질 수 있다.
이와 같이 마스크(55)는 레이저 빔이 조사되어야 하는 영역을 마이크로 LED의 사이즈와 동일한 사이즈를 가지는 개구(57)를 형성함으로써, 레이저 빔의 사이즈가 마이크로 LED의 사이즈보다 다소 크더라도 정확하게 해당 마이크로 LED에만 레이저 빔이 조사될 수 있도록 레이저 빔의 정확도를 보상할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 중계 기판(50)은 각 마이크로 LED(60)에 대응하는 개구(57)를 형성한 마스크(55)를 구비함으로써, 중계 기판(50)의 전면에 배열되는 각 마이크로 LED 간의 간격(G)을 최대한 좁힐 수 있다. 따라서 본 개시의 일 실시예에 따른 중계 기판(50)은 종래에 비해 더 많은 수의 마이크로 LED를 배치할 수 있다.
마스크(55)는 다수의 마이크로 LED(60)가 임시 기판으로부터 중계 기판에 이송되기 전에 형성할 수 있다. 하지만, 이에 제한되지 않고 다수의 마이크로 LED(60)가 임시 기판으로부터 중계 기판(50)의 전면에 이송된 후에 중계 기판(50)의 후면에 마스크(55)를 형성하는 것도 물론 가능하다.
마스크(55)는 레이저 빔을 차단할 수 있도록 레이저 빔을 반사하거나 흡수할 수 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 예를 들면, 마스크(55)는 크롬(Cr), Invar 합금(Ni-Fe 계) 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 개시에서는 마스크(55)이 중계 기판(50)에 일체로 적층 형성되는 것으로 설명하지만, 이에 제한되지 않고 중계 기판(50)과 별도의 마스크로서 형성될 수 있다. 이 경우, 별도의 마스크는 전사 시 중계 기판(50)의 후면에 밀착된 상태로 배치되거나, 일정한 거리를 두고 배치될 수도 있다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 중계 기판(50)에서 타겟 기판(70)으로 마이크로 LED를 레이저 전사 시 마스크(55)의 역할을 설명한다.
도 5 내지 도 7은 레이저 빔의 사이즈 또는 포커싱 위치가 상이한 경우 마스크에 의해 레이저 빔의 정확도를 보상하는 예를 나타낸 도면들이다.
레이저 전사를 통해 중계 기판(50)으로부터 타겟 기판(70)에 다수의 마이크로 LED를 전사하기 위해, 중계 기판(50)과 타겟 기판(70)을 각각 이동시키기 위한 스테이지에 의해 레이저 빔이 조사되는 임의의 위치로 세팅될 수 있다.
이 상태에서 전사를 위해, 도 5와 같이, 중계 기판(50) 상에 미리 설정된 지점을 향해 레이저 빔(L1)을 조사한다. 이때, 조사되는 레이저 빔(L1)의 사이즈는 개구(57)의 사이즈보다 클 수 있다. 레이저 빔(L1)의 에지 영역은 해당 개구(57)를 둘러싸는 부분들(55a,55b)에 의해 차단된다.
레이저 빔(L1)은 개구(57)에 대응하는 사이즈만큼 중계 기판(50)으로 조사될 수 있다. 이에 따라, 전사할 마이크로 LED(즉, 전사될 마이크로 LED)외에 그 주변의 마이크로 LED에는 레이저 빔(L1)에 영향을 받지 않도록 마스크(55)를 통해 레이저 빔(L1)을 차단할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 5에 도시된 레이저 빔(L1)보다 사이즈가 큰 레이저 빔(L2)이 중계 기판(50)으로 조사되는 경우에도 레이저 빔(L2)의 에지 영역이 해당 개구(57)를 둘러싸는 부분들(55a,55b)에 의해 차단될 수 있으므로, 레이저 빔(L2)의 정확도를 보상할 수 있다.
도 7을 참조하면, 도 5에 도시된 레이저 빔(L1)의 사이즈와 같은 사이즈를 가지는 레이저 빔(L3)이 해당 개구(57)를 기준으로 어느 정도 편심되는 경우에도 마스크(55)의 개구를 둘러싸는 부분들(55a,55b)에 의해 전사할 마이크로 LED(즉, 전사될 마이크로 LED)외에 그 주변의 마이크로 LED에는 레이저 빔(L3)에 영향을 받지 않도록 할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따른 중계 기판(50)은 상기와 같이 전사 공정 시 마스크(55)를 통해 레이저 빔의 정확도를 보상할 수 있다.
한편, 상술한 본 개시의 레이저 전사 공정은 기존 마이크로 LED 전사 장치(1)에 설치 가능한 어플리케이션 형태로 구현될 수 있고, 기존 마이크로 LED 전사 장치(1)에 대한 소프트웨어 업그레이드, 또는 하드웨어 업그레이드만으로도 구현될 수 있다.
또한, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들은 마이크로 LED 전사 장치(1)에 구비된 임베디드 서버, 또는 마이크로 LED 전사 장치의 외부 서버를 통해 수행되는 것도 가능하다.
한편, 이상에서 설명된 다양한 실시 예들은 소프트웨어(software), 하드웨어(hardware) 또는 이들의 조합을 이용하여 컴퓨터(computer) 또는 이와 유사한 장치로 읽을 수 있는 기록 매체 내에서 구현될 수 있다. 일부 경우에 있어 본 명세서에서 설명되는 실시 예들이 프로세서(40) 자체로 구현될 수 있다. 소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능과 같은 실시 예들은 별도의 소프트웨어 모듈들로 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈들 각각은 본 명세서에서 설명되는 하나 이상의 기능 및 동작을 수행할 수 있다.
한편, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 마이크로 LED 전사 장치(1)의 프로세싱 동작을 수행하기 위한 컴퓨터 명령어(computer instructions)는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer-readable medium) 에 저장될 수 있다. 이러한 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장된 컴퓨터 명령어는 특정 기기의 프로세서에 의해 실행되었을 때 상술한 다양한 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 장치(1)에서의 처리 동작을 특정 기기가 수행하도록 한다.
비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체의 구체적인 예로는, CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM 등이 있을 수 있다.
도 8은 중계 기판(50)으로부터 타겟 기판(70)에 전사된 다수의 마이크로 LED의 배열을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 적색, 녹색, 청색 마이크로 LED가 타겟 기판(70) 상에서 단일 그룹을 이루며, 각 단일 그룹이 미리 설정된 피치를 유지하도록 다수 배치될 수 있다. 이 경우, 단일 그룹에는 백색 마이크로 LED를 더 포함할 수도 있다.
또한, 타겟 기판(70)에 전사된 단일 그룹의 배열 형태는 도 8과 같이 일렬로 배치되도록 한정될 필요는 없으며, 다양한 형태의 배열로 이루어질 수 있다.
본 개시에서 타겟 기판(70)은 다수의 마이크로 LED(60)가 전사되는 전면(front surface)에 TFT(Thin Film Transistor) 층(미도시)이 형성될 수 있다. 타겟 기판(70)으로 전사된 다수의 마이크로 LED(60)는 전사 시 캐소드 전극(61, 도 5 참조) 및 애노드 전극(62, 도 5 참조)이 TFT 층에 구비된 각 구동 회로에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 타겟 기판(70)은 TFT 층과 후면(rear surface) 배치된 회로(미도시)들을 전기적으로 연결하는 배선(미도시)을 포함할 수 있다. 이 경우 배선은 타겟 기판(70)의 측면(또는 에지 영역)에 형성될 수 있다.
이와 같은 각 구성을 포함하는 타겟 기판(70)은 디스플레이 모듈일 수 있다. 이러한 디스플레이 모듈은 다수를 직선 또는 격자 형태 등 다양한 형태로 연결함으로써 대형 디스플레이 장치를 구현할 수도 있다.
도 9는 본 개시의 다른 실시예에 따른 전사용 기판을 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따른 전사용 기판을 이용하여 전사 공정을 행하는 예를 나타낸 도면이다.
전술한 중계 기판(50)은 마스크(55)를 마이크로 LED(60)가 존재하지 않는 중계 기판(50)의 후면에 형성된 것으로 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 마스크를 마이크로 LED가 배치된 중계 기판의 전면에 형성하는 것도 물론 가능하다.
도 9를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 중계 기판(150)은 전술한 중계 기판(50)과 마찬가지로 투명 기판(151)과, 투명 기판(151)의 전면에 다수의 마이크로 LED(160)가 임시로 부착된 접착층(153)을 포함할 수 있다.
본 개시의 다른 실시예에 따른 중계 기판(150)은 접착층(153) 상에 마스크(155)가 형성될 수 있다. 이 경우, 마스크(155)는 접착층(153) 상에서 다수의 마이크로 LED(160)가 점유하는 영역을 제외한 나머지 영역에 도포될 수 있다.
마스크(155)는 전술한 중계 기판(50)의 마스크(55)와 같이 격자 형태의 패턴을 이룰 수 있다. 이 경우, 마스크(155)는 각 마이크로 LED(160) 사이와 최외곽 마이크로 LED들의 외측에 형성되며, 각 마이크로 LED(160)가 점유하는 영역에는 형성되지 않는다.
도 10을 참조하면, 중계 기판(150)으로부터 타겟 기판(170)에 미리 설정된 마이크로 LED(160)를 전사하기 위해 레이저 빔(L4)을 중계 기판(150)의 일정 지점에 조사한다.
이때 레이저 빔(L4)의 사이즈가 해당 마이크로 LED(160)의 사이즈보다 크더라도 해당 마이크로 LED(160)를 둘러싸는 부분들(155a,155b)에 의해 반사 또는 흡수됨에 따라, 해당 마이크로 LED(160)의 주변에 배치된 마이크로 LED들은 레이저 빔(L4)에 영향을 받지 않는다.
도 11은 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 중계 기판을 나타낸 단면도이다.
도 11을 참조하면, 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 중계 기판(250)은 마스크(255,256)가 중계 기판(250)의 후면에 형성된 제1 부분(255)과 중계 기판(250)의 전면에 형성된 제2 부분(256)을 포함할 수 있다.
제1 부분(255)과 제2 부분(256)은 서로 대응하는 격자 형태의 패턴을 이룰 수 있다. 이 경우 제2 부분(256)은 각 마이크로 LED(260) 사이와 최외곽 마이크로 LED들의 외측에 형성되며 각 마이크로 LED(260)가 점유하는 영역에는 형성되지 않는다.
제1 부분(255)은 각 개구(257)의 사이즈가 마이크로 LED(250)의 사이즈보다 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 부분(255)의 폭(D3)은 제2 부분(256)의 폭(D4)보다 작게 형성될 수 있다.
제1 부분(255)의 폭(D5) 또는 개구(257)의 사이즈는 중계 기판(250)에 조사되는 레이저 빔(L5)의 집속 각도를 고려하여 설정할 수 있다. 이때 개구(257)의 내측면(255c,255d)은 소정 각도를 갖도록 경사지게 형성하는 것이 바람직하다. 하지만 이에 제한되지 않고 개구(257)의 내측면(255c,255d)은 경사 없이 형성하는 것도 물론 가능하다.
한편, 제1 부분(255)의 폭(D3)이 제2 부분(256)의 폭(D4)보다 반드시 작게 형성될 필요는 없으며 제2 부분(256)의 폭(D4)과 동일한 길이로 형성되는 것도 물론 가능하다. 따라서, 제1 부분(255)의 폭(D3)은 제2 부분(256)의 폭(D4)과 같거나 작은 범위의 길이로 형성될 수 있다.
도 11에서 미설명 부호 251은 투명 기판이고, 253은 접착층이고, 270은 타겟 기판을 각각 가리킨다.
이상에서는 본 개시의 다양한 실시예를 각각 개별적으로 설명하였으나, 각 실시예들은 반드시 단독으로 구현되어야만 하는 것은 아니며, 각 실시예들의 구성 및 동작은 적어도 하나의 다른 실시예들과 조합되어 구현될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위 상에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되서는 안 될 것이다.
11: 전사 파트 20: 스테이지
30: 메모리 40: 프로세서
50,150,250: 중간 기판 55,155,255: 마스크
57,157,257: 개구

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 형성된 TFT(Thin Film Transistor) 층; 및
    마스크의 개구를 통해서 전사용 기판에 조사되는 레이저 빔에 의해 상기 전사용 기판으로부터 상기 TFT 층 상에 전사된 다수의 마이크로 LED;를 포함하며,
    상기 다수의 마이크로 LED는 각 마이크로 LED의 폭, 길이 또는 단위 면적에 대응하는 상기 개구를 통해서 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 배치된 영역에 집중되는 레이저 빔에 의해 전사된 디스플레이 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 다수의 마이크로 LED가 배치된 상기 전사용 기판의 일면의 반대 면에 배치된 디스플레이 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 마스크의 각 개구가 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED에 대응하는 위치에 배치되는 디스플레이 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 전사용 기판 상에서 상기 다수의 마이크로 LED가 배열된 면에 배치되며,
    상기 마스크의 각 개구에 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 삽입된 디스플레이 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 전사용 기판 상에 상기 다수의 마이크로 LED가 배치된 상기 전사용 기판의 일면에 형성된 제1 부분과, 상기 전사용 기판의 타면에 형성된 제2 부분을 포함하는 디스플레이 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마스크는 레이저 빔을 반사하거나 흡수할 수 있는 금속 재질로 이루어진 디스플레이 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 마스크는 크롬(Cr) 또는 Invar 합금(Ni-Fe 계)으로 이루어진 디스플레이 모듈.
  8. 전사용 기판에 배열된 다수의 마이크로 LED를 타겟 기판에 전사하는 마이크로 LED 전사 방법에 있어서,
    상기 타겟 기판과 상기 전사용 기판을 전사 위치로 이동하는 단계; 및
    상기 전사용 기판에 배열된 각 마이크로 LED의 폭, 길이 또는 단위 면적에 대응하는 마스크의 개구를 통해서 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 배치된 영역에 레이저 빔을 집중시켜 조사하는 단계;를 포함하는 마이크로 LED 전사 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 마스크의 개구는 상기 전사용 기판의 마이크로 LED에 대응하는 위치에 설정되는 마이크로 LED 전사 방법.
  10. 전사용 기판에 배열된 다수의 마이크로 LED를 타겟 기판에 전사하는 마이크로 LED 전사 방법을 실행하기 위한 프로그램을 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체에 있어서,
    상기 마이크로 LED 전사 방법은,
    상기 타겟 기판과 상기 전사용 기판을 전사 위치로 이동하는 단계; 및
    상기 전사용 기판에 배열된 각 마이크로 LED의 폭, 길이 또는 단위 면적에 대응하는 마스크의 개구를 통해서 상기 전사용 기판의 각 마이크로 LED가 배치된 영역에 레이저 빔을 집중시켜 조사하는 단계;를 포함하는 컴퓨터 판독가능 기록매체.
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