KR20210147314A

KR20210147314A - 마이크로 led 전사 장치 및 이를 이용한 마이크로 led 전사 방법

Info

Publication number: KR20210147314A
Application number: KR1020200064343A
Authority: KR
Inventors: 곽도영; 김병철; 박상무; 최원식
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2020-05-28
Filing date: 2020-05-28
Publication date: 2021-12-07
Also published as: WO2021241909A1

Abstract

LED 전사 장치가 개시된다. 상기 LED 전사 장치는 레이저 빔을 조사하는 레이저 장치와, 다수의 LED가 배열된 제1 기판이 분리 가능하게 장착되고 상기 레이저 장치의 하측에 배치되는 제1 스테이지와, TFT 층이 형성된 제2 기판이 분리 가능하게 장착되고 상기 제1 스테이지의 하측에 배치되는 제2 스테이지와, 상기 제1 및 제2 스테이지를 각각 이동 시키는 제1 및 제2 구동 장치와, 상기 제1 스테이지 상측에 배치되어 상기 제1 기판을 향해 레이저 빔을 조사하여 상기 제1 기판의 LED를 상기 제2 기판에 전사하는 조사 장치와, LED 전사 공정 중에 상기 제1 스테이지 및 제2 스테이지의 위치를 검출하는 위치 검출 장치와, 상기 위치 검출 장치로부터 전달된 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지의 위치 데이터를 판단하여 상기 제1 및 제2 스테이지의 위치를 보정하도록 상기 제1 및 제2 구동 장치를 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다.

Description

마이크로 LED 전사 장치 및 이를 이용한 마이크로 LED 전사 방법{MICRO LED TRANSFERRING APPARATUS AND METHOD OF TRANSFERRING MICRO LED USING THE SAME}

본 개시는 마이크로 LED 전사 장치 및 이를 이용한 마이크로 LED 전사 방법에 관한 것에 관한 것이다.

자발광 디스플레이 소자는 컬러 필터 및 백 라이트 없이 영상을 표시하는 것으로, 스스로 빛을 내는 LED(Light Emitting Diode)를 이용할 수 있다.

디스플레이 모듈은 TFT 기판과 이에 실장된 다수의 LED로 이루어진 픽셀 또는 서브 픽셀 단위로 동작이 되면서 다양한 색을 표현한다. 각각의 픽셀 또는 서브 픽셀은 TFT(Thin Film Transistor)에 의해 동작이 제어된다.

이와 같은 다수의 LED는 에피 기판에서 에피 형성된 후 전사용 기판으로 이송된다. 전사용 기판으로 이송된 다수의 LED는 전사 장치를 통해 전사용 기판으로부터 TFT 기판으로 전사된다.

본 개시는 상부 스테이지 및 하부 스테이지가 독립적으로 구동됨으로써 전사를 위한 맵핑(Mapping)의 자유도를 향상시키는 마이크로 LED 전사 장치 및 이를 이용한 마이크로 LED 전사 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 개시의 다른 목적은 택 타임(tact time)의 증가를 최소화하면서 전사용 기판의 사용률을 극대화할 수 있는 마이크로 LED 전사 장치 및 이를 이용한 마이크로 LED 전사 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 개시는, 레이저 빔을 조사하는 레이저 장치; 다수의 LED가 배열된 제1 기판이 분리 가능하게 장착되고 상기 레이저 장치의 하측에 배치되는 제1 스테이지; TFT 층이 형성된 제2 기판이 분리 가능하게 장착되고 상기 제1 스테이지의 하측에 배치되는 제2 스테이지; 상기 제1 스테이지를 이동 시키는 제1 구동 장치; 상기 제2 스테이지를 이동 시키는 제2 구동 장치; 상기 제1 스테이지 상측에 배치되어 상기 제1 기판을 향해 레이저 빔을 조사하여 상기 제1 기판의 LED를 상기 제2 기판에 전사하는 조사 장치; LED 전사 공정 중에 상기 제1 스테이지 및 제2 스테이지의 위치를 검출하는 위치 검출 장치; 및 상기 위치 검출 장치로부터 전달된 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지의 위치 데이터를 판단하여 상기 제1 및 제2 스테이지의 위치를 보정하도록 상기 제1 및 제2 구동 장치를 제어하는 프로세서;를 포함하는 LED 전사 장치를 제공한다.

상기 제1 스테이지 및 상기 제1 기판은 각각 투명한 재질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 스테이지의 재질은 석영(Quartz)이고, 상기 제1 기판의 재질은 실리콘 또는 석영일 수 있다.

상기 위치 검출 장치는, 상기 제1 스테이지의 상측에 배치되며, 상기 제1 기판의 제1 식별 부분과 제2 식별 부분을 검출하거나 상기 제2 기판의 제3 식별 부분과 제4 식별 부분을 검출할 수 있다.

상기 위치 검출 장치는, 제1 비전 카메라와, 상기 제1 비전 카메라의 광 경로를 변경하기 위한 다수의 제1 미러를 포함하는 제1 검출 유닛; 및 제2 비전 카메라와, 상기 제2 비전 카메라의 광 경로를 변경하기 위한 다수의 제2 미러를 포함하는 제2 검출 유닛;을 포함하며, 상기 제1 비전 카메라는 상기 제1 기판의 제1 식별 부분 또는 상기 제2 기판의 제3 식별 부분을 촬영하고, 상기 제2 비전 카메라는 상기 제1 기판의 제2 식별 부분 또는 상기 제2 기판의 제4 식별 부분을 촬영할 수 있다.

상기 제1 식별 부분 및 제2 식별 부분은 상기 제1 기판 상에 배열된 다수의 LED 중 일부이며, 상기 제3 식별 부분 및 제4 식별 부분은 상기 제2 기판 상에 배열된 다수의 TFT 전극 중 LED 중 일부일 수 있다.

상기 다수의 제1 미러 및 상기 다수의 제2 미러는 갈바노 스캐너(Galvano scanner)일 수 있다.

상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지는 LED 전사 공정 중 동일 시간 내에 서로 다른 거리를 이동할 수 있다.

또한, 본 개시는, 제1 기판에 배열된 다수의 LED를 제2 기판의 TFT 층에 전사하는 LED 전사 방법에 있어서, 초기 위치 정렬 장치를 통해 제1 스테이지에 로딩된 상기 제1 기판의 초기 위치와 제2 스테이지에 로딩된 상기 제2 기판의 초기 위치를 정렬하는 단계; 상기 제1 기판 및 제2 기판을 전사 위치로 이동하는 단계; 및 상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지를 독립적으로 구동하여 레이저 장치로부터 조사되는 레이저 빔을 통해 상기 제1 기판에 배열된 LED를 상기 제2 기판으로 전사하는 단계;를 포함하며, 상기 전사하는 단계는 상기 제1 기판을 향해 레이저 빔을 조사하는 시점에 위치 검출 장치를 통해 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 위치를 검출하여 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 위치를 보정하는 LED 전사 방법을 제공함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있다.

상기 전사하는 단계에서, 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지는 동일 시간 내에 서로 다른 속도로 서로 다른 거리를 이동할 수 있다.

상기 전사하는 단계에서, 상기 제1 기판 상에 배열된 다수의 LED 중 일부를 식별 부분으로 검출하고, 상기 제2 기판 상에 배열된 다수의 TFT 전극 중 일부를 식별 부분으로 검출할 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 장치의 레이저 장치를 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 장치의 전사 위치 검출 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 공정을 나타낸 흐름도이다.
도 5 및 도 6은 타겟 기판과 전사용 기판의 초기 위치를 검출하는 예를 보여주는 도면들이다.
도 7은 전사용 기판에 배열된 마이크로 LED와 타겟 기판의 TFT 전극 패드 간 매칭을 보여주는 도면이다.
도 8은 전사용 기판과 타겟 기판이 동일한 시간 동안 X축 방향을 따라 서로 다른 속도로 이동하면서 전사 공정이 이루어지는 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 전사 공정에서 Y축 방향을 따라 다수의 마이크로 LED가 타겟 기판에 전사되는 예를 나타낸 도면이다.
도 10 및 도 11은 전사 공정 중에 타겟 기판과 전사용 기판의 현재 위치를 검출하는 예를 보여주는 도면들이다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 공정을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 13은 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 공정에 적용되는 전사용 기판의 사용 면적을 보여주는 개략도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시 예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

그 밖에도, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

본 개시에서, 글라스 기판은 전면에 TFT(Thin Film Transistor) 회로가 형성된 TFT 층이 배치되고, 후면에 TFT 층의 TFT 회로를 구동하기 위한 구동 회로가 배치될 수 있다. 글라스 기판은 사각형(quadrangle type)으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 글라스 기판은 직사각형(rectangle) 또는 정사각형(square)으로 형성될 수 있다.

본 개시에서, 글라스 기판에 TFT 층(또는 백 플레인(backplane))이 적층된 기판을 TFT 기판으로 칭할 수 있다. TFT 기판은 특정 구조나 타입으로 한정되지 않는다, 예를 들면, 본 개시에서 인용된 TFT 기판은 LTPS(Low Temperature Polycystalline Silicon) TFT 외 Oxide TFT 및 Si TFT(poly silicon, a-silicon), 유기 TFT, 그래핀 TFT 등으로도 구현될 수 있으며, Si 웨이퍼 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor)공정에서 P-타입(또는 N-타입) MOSFET(Metal oxide semiconductor field effect transistor)만 만들어 적용할 수도 있다.

본 개시에서, TFT 층이 배치된 글라스 기판의 전면은 활성 영역과 비활성 영역으로 구분될 수 있다. 활성 영역은 글라스 기판의 일면에서 TFT 층이 점유하는 영역에 해당할 수 있고, 비활성 영역은 글라스 기판의 일면에서 에지 영역에 해당할 수 있다.

본 개시에서, 글라스 기판의 에지 영역은 글라스 기판의 측면을 포함할 수 있다. 또한 글라스 기판의 에지 영역은 글라스 기판의 전면에 TFT 회로가 배치된 영역 및 후면에 배치된 구동 회로가 배치된 영역을 제외한 나머지 영역일 수 있다. 또한 글라스 기판의 에지 영역은 글라스 기판의 측면과 이 측면에 인접한 글라스 기판의 전면 일부와 글라스 기판의 후면 일부를 포함할 수 있다.

본 개시에서, 글라스 기판은 전면의 에지 영역에 배선을 통해 TFT 회로와 전기적으로 연결되는 다수의 전면 접속 패드와, 후면의 에지 영역에 배선을 통해 구동 회로와 전기적으로 연결되는 다수의 후면 접속 패드가 형성될 수 있다. 다수의 전면 및 후면 접속 패드는 글라스 기판의 측면으로부터 글라스 기판 내측으로 일정한 거리만큼 각각 인입되게 배치될 수 있다. 글라스 기판의 전면 및 후면에 각각 형성된 접속 패드들은 글라스 기판의 에지 영역에 형성되는 측면 배선에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

본 개시에서, 글라스 기판의 TFT 층에는 다수의 픽셀이 구비될 수 있다. 각 픽셀은 다수의 서브 픽셀로 이루어질 수 있으며, 하나의 서브 픽셀은 하나의 마이크로 LED에 대응할 수 있다. TFT 층에는 각 픽셀을 구동하기 위한 TFT 회로를 포함할 수 있다. 마이크로 LED는 무기 발광 물질로 이루어지고, 전원이 공급되는 경우 스스로 광을 발산할 수 있는 반도체 칩일 수 있다. 또한, 상기 마이크로 LED는 애노드 및 캐소드 전극이 동일 면에 형성되고 발광면이 상기 전극들 반대편에 형성된 플립칩(Flip chip) 구조를 가질 일 수 있다.

본 개시에서, 글라스 기판 상에 적층 형성된 TFT 층은 마이크로 LED가 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 마이크로 LED의 전극 패드는 TFT 층 상의 전극패드에 전기적으로 연결되며, 마이크로 LED의 전극과 TFT 전극은 금속 결합 상태의 접합 구조를 가질 수 있다.

본 개시에서, 마이크로 발광 다이오드(마이크로LED 또는 μLED)를 구비한 디스플레이 모듈은 평판 디스플레이 패널일 수 있다. 마이크로 LED는 100㎛ 이하의 크기를 갖는 무기 발광 다이오드(inorganic LED)일 수 있다. 이와 같이 마이크로 LED를 구비한 디스플레이 모듈은 백 라이트가 필요한 액정 디스플레이(LCD) 패널에 비해 더 나은 대비, 더 빠른 응답 시간 및 높은 에너지 효율을 제공할 수 있다. 유기발광다이오드(organic LED)와 무기 발광 소자인 마이크로LED는 모두 에너지 효율이 좋지만 마이크로LED는 OLED보다 밝기, 발광 효율 및 수명이 향상된다.

본 개시에서, 디스플레이 모듈은 TFT 층 상에 배열된 다수의 마이크로 LED 사이로 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다. 블랙 매트릭스는 서로 인접한 마이크로 LED의 주변부에서 광이 누설하는 것을 차단하여 명암 비(Contrast ratio)를 향상시킬 수 있다.

본 개시에서, 디스플레이 모듈은 다수의 마이크로 LED가 발광하는 측에 배치되는 터치 스크린 패널을 더 포함할 수 있으며 이 경우, 터치 스크린 패널을 구동하기 위한 터치 스크린 구동부를 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이 모듈은 글라스 기판의 후면에 배치되며 FPC(Flexible Printed Circuit) 등을 통해 전기적으로 연결되는 후방 기판을 더 포함할 수 있다. 또한, 디스플레이 모듈은 데이터를 수신할 수 있는 통신 장치를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 본 개시에서는 마이크로 LED가 실장되고 측면 배선이 형성된 글라스 기판을 디스플레이 모듈로 칭할 수 있다. 이와 같은 디스플레이 모듈은 단일 단위로 웨어러블 기기(wearable device), 포터블 기기(portable device), 핸드헬드 기기(handheld device) 및 각종 디스플레이가 필요가 전자 제품이나 전장에 설치되어 적용될 수 있으며, 매트릭스 타입으로 복수의 조립 배치를 통해 PC(personal computer)용 모니터, 고해상도 TV 및 사이니지(signage)(또는, 디지털 사이니지(digital signage)), 전광판(electronic display) 등과 같은 디스플레이 장치에 적용될 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈을 상세히 설명한다.

도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 장치를 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 장치의 레이저 장치를 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 장치의 전사 위치 검출 장치를 나타낸 개략도이다.

도 1을 참조하면, 마이크로 LED 전사 장치(100)는 레이저 장치(110)와, 전사용 기판(200, 도 5 참조)이 로딩되는 제1 스테이지(120)와, 제1 스테이지를 구동하기 위한 제1 구동 장치(130)와, 타겟 기판(300, 도 5 참조)이 로딩되는 제2 스테이지(140)를 포함할 수 있다.

또한, 마이크로 LED 전사 장치(100)는 제2 스테이지를 구동하기 위한 제2 구동 장치(150)와, 전사 공정 전에 전사용 기판과 타겟 기판의 초기 위치를 검출하기 위한 초기 위치 검출 장치(160)와, 전사 공정 중에 전사용 기판과 타겟 기판의 현재 위치를 검출하기 위한 전사 위치 검출 장치(170) 및 제어부(180)를 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 레이저 장치(110)는 LLO(Laser Lift Off) 방식으로 전사용 기판에 배열된 다수의 마이크로 LED를 타겟 기판으로 전사한다.

레이저 장치(110)는 레이저 빔을 생성하는 레이저 생성부(111)와, 레이저 생성부로부터 출력된 레이저 빔의 세기(intensity)를 감쇠하기 위한 감쇠기(Attenuator)(112)와, 감쇠기를 통과한 레이저 빔이 전체적으로 균일한 분포를 가지도록 형성하는 균질기(Homogenizer)(113)와, 균질기를 통과한 레이저 빔을 일정한 패턴으로 조사되도록 제한하는 마스크(114)와, 마스크를 통과한 레이저 빔의 패턴을 축소하여 전사용 기판의 전사 영역에 조사하는 P-렌즈(Projection lens)(115)를 포함할 수 있다. 도면에 도시하지는 않았으나, 감쇠기(112)와 균질기(113) 사이와, 균질기(113)와 마스크(114) 사이에는 각각 레이저 빔의 경로를 전환하기 위한 다수의 미러가 배치될 수 있다.　

레이저 생성부(111)는 레이저 빔의 파장에 따라 엑시머 레이저, UV 레이저 등 다양한 종류의 레이저 발생기를 적용할 수 있다.

감쇠기(112)와 균질기(113)는 레이저 빔의 조사 경로 상에 배치되어 레이저 생성부(111)로부터 출력된 레이저 빔의 세기를 조절할 수 있다.

균질기(113)는 엑시머 레이저를 사용하는 경우 레이저 빔을 전체적으로 균질화하여 마스크(114)를 통과하는 레이저 빔의 품질을 균일하게 할 수 있다. 균질기(113)는 광도의 변화가 심한 일사광을 작은 광원으로 분할한 다음 대상이 되는 면에서 중첩함으로써 균질화를 가능하게 할 수 있다.

마스크(114)는 일정한 패턴을 이루는 다수의 슬릿(114a, 도 9 참조)이 형성될 수 있다. 레이저 빔은 마스크(114)의 다수의 슬릿(114a)을 통과하면서 일정한 패턴으로 나타날 수 있다. 이러한 마스크의 패턴은 전사 패턴과 동일하게 형성할 수 있다.

P-렌즈(115)는 마스크(114)를 통과한 패턴화된 레이저 빔을 집속하여 제1 스테이지(120)에 로딩된 전사용 기판(200)을 향해 동일한 패턴으로 조사한다. 이 경우, 전사용 기판(200)에 조사되는 레이저 빔의 패턴은 전사용 기판 상에 배치된 다수의 마이크로 LED 중 미리 설정된 위치에 있는 다수의 마이크로 LED에 대응할 수 있다.

P-렌즈(115)의 하측에는 일정한 간격을 두고 전사용 기판(200)이 배치될 수 있다. P-렌즈(115)를 통해 패턴화된 레이저 빔이 전사용 기판(200)에 조사되면, 전사용 기판(200) 상에 배열된 다수의 마이크로 LED는 전사용 기판(200)의 하측에 일정한 간격을 두고 배치된 타겟 기판(300)에 전사될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 제1 스테이지(120)는 제1 구동 장치(130)에 의해 X축, Y축, Z축으로 이동할 수 있고, 소정 각도로 틸팅(tilting) 가능하게 구동될 수 있다.

제1 스테이지(120)는 레이저 빔이 투과할 수 있도록 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 제1 스테이지(120)의 재질은 석영(Quartz)일 수 있다.

제1 스테이지(120)에는 전사용 기판(200)이 로딩된다. 전사용 기판(200)은 타겟 기판(300)을 마주하도록 제1 스테이지(120)의 저면에 분리 가능하게 배치될 수 있다. 제1 스테이지(120)는 저면에 전사용 기판(200)을 클램핑할 수 있는 구조가 마련될 수 있다.

전사용 기판(200)에 배열된 다수의 마이크로 LED(210)는 LED 전극(220)(캐소드 전극, 애노드 전극)이 구비된다. 각 마이크로 LED(210)는 타겟 기판(300)으로 전사되며, 이 경우 각 마이크로 LED(210)의 LED 전극(220)은 TFT 전극 패드(320)를 덮는 ACP(anisotropic conductive paste) 또는 ACF(anisotropic conductive film)를 통해 TFT 전극 패드(320)에 전기적으로 연결될 수 있다.

전사용 기판(200)은 제1 스테이지(120)를 투과한 레이저 빔에 의해 마이크로 LED(210)가 전사용 기판(200)으로부터 분리되도록 레이저 빔이 투과될 수 있는 투명한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 전사용 기판(200)의 재질은 실리콘 또는 석영(Quartz)일 수 있다.

제1 구동 장치(130)는 구체적인 구조를 도시하지 않았으나 다수의 구동 모터와 함께 하기와 같은 가이드 구조를 포함할 수 있다.

예를 들면, 제1 구동 장치(130)는 제1 스테이지(120)를 X축 방향으로 가이드 하는 한 쌍의 X축 방향 가이드 레일과, 한 쌍의 X축 방향 가이드 레일이 고정되는 제1 지지 플레이트와, 제1 지지 플레이트를 Y축 방향으로 가이드 하는 한 쌍의 Y축 방향 가이드 레일과, Y축 방향 가이드 레일이 고정되는 제2 지지 플레이트와, 제2 지지 플레이트를 Z축 방향으로 가이드 하는 Z축 방향 가이드 레일을 포함할 수 있다. 또한, 제1 구동 장치(130)는 Z축 방향 가이드 레일이 고정되는 제3 지지 플레이트와, 제3 지지 플레이트를 소정 각도로 틸팅 시키기 위한 틸팅 장치를 구비할 수 있다.

제2 스테이지(140)는 제2 구동 장치(150)에 의해 X축, Y축, Z축으로 이동할 수 있고, 소정 각도로 틸팅(tilting) 가능하게 구동될 수 있다.

제2 구동 장치(150)는 구체적인 구조를 도시하지 않았으나 다수의 구동 모터와 함께 하기와 같은 가이드 구조를 포함할 수 있다.

예를 들면, 제2 구동 장치(150)는 제2 스테이지(140)를 X축 방향으로 가이드 하는 한 쌍의 X축 방향 가이드 레일과, 한 쌍의 X축 방향 가이드 레일이 고정되는 제4 지지 플레이트와, 제4 지지 플레이트를 Y축 방향으로 가이드 하는 한 쌍의 Y축 방향 가이드 레일과, Y축 방향 가이드 레일이 고정되는 제5 지지 플레이트와, 제5 지지 플레이트를 Z축 방향으로 가이드 하는 Z축 방향 가이드 레일을 포함할 수 있다. 또한, 제2 구동 장치(150)는 Z축 방향 가이드 레일이 고정되는 제6 지지 플레이트와, 제6 지지 플레이트를 소정 각도로 틸팅 시키기 위한 틸팅 장치를 구비할 수 있다.

한편, 제1 스테이지(120)에 전사용 기판(200)을 로딩하는 위치와 전사 공정 후 언로딩 하는 위치는 각각 레이저 장치(110)에 간섭되지 않도록 임의의 위치에 배치될 수 있다. 마찬가지로 제2 스테이지(140)에 타겟 기판(300)을 로딩하는 위치와 전사 공정 후 언로딩 하는 위치는 각각 레이저 장치(110)에 간섭되지 않도록 임의의 위치에 배치될 수 있다.　

제1 및 제2 스테이지(120, 140)는 제1 및 제2 구동 장치(130, 150)에 의해 각각 독립적으로 구동하며 전사 공정 중에 동일 시간 내에 서로 다른 속도로 이동되면서 될 수 있다. 구체적으로 제1 및 제2 스테이지(120, 140)는 하나의 전사 지점으로부터 다음 전사 지점까지 동시에 이동하되 각각 이동하는 거리가 서로 상이하다. 이 경우, 제1 스테이지(120)의 이동 거리는 마이크로 LED의 피치를 기반으로 이동하고, 제2 스테이지(140)의 이동 거리는 디스플레이 피치(TFT　전극 패드의 피치와 동일할 수 있다)를 기반으로 이동한다. 디스플레이 피치는 마이크로 LED의 피치보다 크다.

초기 위치 검출 장치(160)는 제2 스테이지(140)에 로딩된 타겟 기판(300)의 초기 위치를 검출하기 위한 상부 비전 카메라(161)와, 제1 스테이지(120)에 로딩된 전사용 기판(200)의 초기 위치를 검출하기 위한 하부 비전 카메라(163)를 포함할 수 있다.

상부 비전 카메라(161)는 제1 스테이지(120)에 고정되어 제1 스테이지(120)와 함께 이동한다(도 5 참조). 이 경우, 상부 비전 카메라(161)는 제2 스테이지(140)의 움직임에 간섭되지 않는 위치에 배치된다.

상부 비전 카메라(161)는 제2 스테이지(140)에 고정된 타겟 기판(300)의 다수의 TFT 전극 패드(320, 도 5 참조) 중 미리 설정된 적어도 2개를 식별 부분(A1, A2, 도 5 참조)으로 촬영한다. 하지만, 타겟 기판(300)의 2개의 식별 부분은 반드시 TFT 전극 패드(320)일 필요는 없으며 타겟 기판(300)에 미리 형성한 소정 형상의 마크(예를 들면, 십자 마크 등)나 소형 구조물일 수도 있다.

상부 비전 카메라(161)에 의해 촬영된 상기 적어도 2개의 식별 부분의 이미지는 제어부(180)로 전달된다. 프로세서(181)는 타겟 기판(300)에 대한 상기 적어도 2개의 식별 부분의 이미지를 기반으로 하여 타겟 기판(300)의 초기 위치를 설정하고, 타겟 기판(300)의 초기 위치를 기반으로 제2 구동 장치(150)를 제어하여 타겟 기판(300)을 초기 위치로 정렬한다.

하부 비전 카메라(163)는 제1 스테이지(120)에 고정된 전사용 기판(200)의 다수의 마이크로 LED(210, 도 6 참조) 중 미리 설정된 적어도 2개를 식별 부분(B1, B2, 도 6 참조)으로 촬영한다. 하지만, 전사용 기판(200)의 2개의 식별 부분은 반드시 LED 전극(220)일 필요는 없으며 전사용 기판(200)에 미리 형성한 소정 형상의 마크(예를 들면, 십자 마크 등)나 소형 구조물일 수도 있다.

하부 비전 카메라(163)에 의해 촬영된 상기 적어도 2개의 식별 부분의 이미지는 제어부(180)로 전달된다. 프로세서(181)는 전사용 기판(200)에 대한 상기 적어도 2개의 식별 부분의 이미지를 기반으로 하여 전사용 기판(200)의 초기 위치를 설정하고, 전사용 기판(200)의 초기 위치를 기반으로 제1 구동 장치(130)를 제어하여 전사용 기판(200)을 초기 위치로 정렬한다.

전사 위치 검출 장치(170)는 전사 공정 중에 전사용 기판(200)의 3차원상 위치와 타겟 기판(300)의 3차원상 위치를 검출할 수 있다.

전사 위치 검출 장치(170)는 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)이 전사를 위해 하나의 전사 위치에 정지한 시점부터 다른 전사 위치로 이동하기 전까지 발생하는 지연 시간(delay time) 내에 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 위치를 검출할 수 있다. 이러한 지연 시간은 필연적으로 발생할 수 밖에 없으며, 본 개시는 필연적으로 발생하는 지연 시간 내에 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 현재 위치를 검출하여 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 전사 위치를 보정할 수 있다. 이에 따라, 전사 공정 중에 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 위치를 검출하기 위한 추가 시간이 필요 없으므로, 전사 공정에 소요되는 택 타임(tact time)을 증가시키지 않고 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 이동을 정밀하게 제어할 수 있다.

도 3을 참조하면, 전사 위치 검출 장치(170)는 제1 스테이지(120)의 이동을 간섭하지 않는 위치 예를 들면, 제1 스테이지(120)의 상측에 제1 스테이지(120)로부터 소정 간격을 두도록 배치될 수 있다.

전사 위치 검출 장치(170)는 타겟 기판(300)의 일부분을 식별하기 위한 제1 검출 유닛(171)과, 전사용 기판(200)의 일부분을 식별하기 위한 제2 검출 유닛(173)을 포함할 수 있다. 제1 검출 유닛(171)은 레이저 장치의 P-렌즈(115)를 사이에 두고 각각 상부 구조물(101)에 고정될 수 있다. 상부 구조물(101)에는 레이저 장치(110)의 일부 또는 전부가 고정 배치될 수 있다.

제1 검출 유닛(171)은 제1 비전 카메라(171a)와, 제1 비전 카메라(171a)의 광 경로를 변경하기 위한 다수의 제1 미러(171b, 171c)를 포함할 수 있다. 다수의 제1 미러(171b, 171c)는 각각 갈바노 스캐너(Galvano scanner)일 수 있다. 다수의 제1 미러(171b, 171c)는 프로세서(181)에 의해 제어되어 소정 각도로 자세를 변경함에 따라 제1 비전 카메라(171a)의 광 경로를 변경할 수 있다.

제2 검출 유닛(173)은 제2 비전 카메라(173a)와, 제2 비전 카메라(173a)의 광 경로를 변경하기 위한 다수의 제2 미러(173b, 173c)를 포함할 수 있다. 다수의 제2 미러(173b, 173c)는 갈바노 스캐너(Galvano scanner)일 수 있다. 다수의 제2 미러(173b, 173c)는 프로세서(181)에 의해 제어되어 소정 각도로 자세를 변경함에 따라 제2 비전 카메라(173a)의 광 경로를 변경할 수 있다.

제1 비전 카메라(171a)는 타겟 기판(300)의 하나의 식별 부분(C1, 도 10 참조)을 촬영하고, 제2 비전 카메라(173a)는 타겟 기판(300)의 다른 식별 부분(C2, 도 10 참조)을 촬영할 수 있다.

여기서, 제1 비전 카메라(171a)에 의해 촬영되는 식별 부분은 타겟 기판(300)의 다수의 TFT 전극 패드(320) 중 어느 하나이고, 제2 비전 카메라(173a)에 의해 촬영되는 식별 부분은 타겟 기판(300)의 다수의 TFT 전극 패드(320) 중 다른 하나일 수 있다. 하지만, 타겟 기판(300)의 식별 부분들은 반드시 TFT 전극 패드(320)일 필요는 없으며 타겟 기판(300)에 미리 형성한 소정 형상의 마크(예를 들면, 십자 마크 등)나 소형 구조물일 수도 있다.

또한, 제1 비전 카메라(171a)는 전사용 기판(200)의 하나의 식별 부분(D1, 도 11 참조)을 촬영하고, 제2 비전 카메라(173a)는 전사용 기판(200)의 다른 식별 부분(D2, 도 11 참조)을 촬영할 수 있다.

여기서, 제1 비전 카메라(171a)에 의해 촬영되는 식별 부분은 전사용 기판(200)의 다수의 마이크로 LED(210) 중 어느 하나 마이크로 LED이고, 제2 비전 카메라(173a)에 의해 촬영되는 식별 부분은 전사용 기판(200)의 다수의 마이크로 LED(210) 중 다른 하나의 마이크로 LED일 수 있다. 하지만, 전사용 기판(200)의 식별 부분들은 반드시 TFT 전극 패드(320)일 필요는 없으며 타겟 기판(300)에 미리 형성한 소정 형상의 마크(예를 들면, 십자 마크 등)나 소형 구조물일 수도 있다.

제어부(180)는 정확한 전사 위치에 기판들이 배치되도록 제1 및 제2 스테이지(120, 140)의 위치를 실시간으로 검출할 수 있다. 이 경우, 제어부(180)는 각 스테이지(120, 140)를 이동시키는 구동 모터의 회전수, 구동 시간 또는 제1 및 제2　스테이지(120, 140)의 이동 속도 등에 기초하여 각각 제1 및 제2 스테이지(120, 140)의 위치를 파악할 수 있다.

제어부(180)는 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 3차원 상의 위치를 실시간으로 측정하는 초기 위치 검출 장치(160)와 전사 위치 검출 장치(170)로부터 각각 위치 정보를 수신할 수 있다. 제1 및 제2 스테이지(120, 140)의 3차원 상 위치는 3차원 좌표로 나타낼 수 있다.

제어부(180)는 전사 공정 전에 초기 위치 검출 장치(160)로부터 수신한 위치 정보를 토대로 제1 및 제2 구동 장치(130, 150)를 제어하여 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 초기 위치를 정렬할 수 있다.

제어부(180)는 전사 공정 중에 전사 위치 검출 장치(170)로부터 수신한 위치 정보를 토대로 제1 및 제2 구동 장치(130, 150)를 제어하여 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 전사 위치를 보정할 수 있다.

제어부(180)는 각 스테이지를 이동시키는 모터의 회전 속도에 기초하여, 제1 및 제2 스테이지(120, 140)의 이동 속도를 실시간으로 산출할 수도 있다. 제어부(180)는 제1 및 제2 스테이지(120, 140)가 하나의 전사 위치로부터 다음 전사 위치에 도달하는 시점을 미리 실시간으로 산출하여 레이저 장치(110)로부터 전사용 기판(200)을 향해 조사하는 레이저 빔의 조사 타이밍을 제어할 수 있다.

한편, 제어부(180)는 각 스테이지의 이동 속도를 모터의 회전 속도에 기초하지 않고, 각 스테이지의 이동 속도를 검출하는 제1 및 제2 속도 센서(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 제1 속도 센서는 제1 스테이지(120)의 이동 속도를 실시간으로 측정할 수 있다. 제2 속도 센서는 제2 스테이지(140)의 이동 속도를 실시간으로 측정할 수 있다. 제어부(180)는 제1 및 제2 속도 센서에 의해 실시간으로 검출되는 제1 및 제2 스테이지(120, 140)의 이동 속도를 기반으로 레이저 장치(110)로부터 전사용 기판(200)으로 조사되는 레이저 빔의 조사 타이밍을 제어할 수도 있다.

제어부(180)는 프로세서(181)와 다수의 마이크로 LED의 특성 정보가 저장된 메모리(183)를 포함할 수 있다.

프로세서(181)는 마이크로 LED 전사 장치(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 즉, 프로세서(181)는 레이저 장치(110) 및 제1 및 제2 구동 장치(130, 150)와 전기적으로 연결되어 각 구성을 제어할 수 있다.

프로세서(181)는 메모리에 저장된 정보에 기초하여 타겟 기판(300) 상에 다수의 마이크로 LED가 각각 전사될 위치를 결정하고, 제1 및 제2 스테이지(120, 140)의 이동을 제어하여 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)을 전사 위치로 이동하고, 전사 위치에서 레이저 장치(110)를 제어하여 미리 설정된 지점에 전사용 기판(200)으로 레이저 빔을 조사할 수 있다.

본 개시에서는 단일 프로세서에 의해 모든 구성이 제어되는 것으로 설명하지만 이에 한정되지 않고, 다수의 독립된 프로세서를 이용하여 마이크로 LED 전사 장치(100)의 각 구성을 제어할 수 있다. 여기서, 프로세서는 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.

메모리(183)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. 메모리(183)는 프로세서(181)와 전기적으로 연결되어 있어 프로세서(181)와 상호 간 신호 및 정보를 전송할 수 있다. 메모리(183)는 초기 위치 검출 장치(160), 전사 위치 검출 장치(170), 제1 및 제2 속도 센서에 의해 획득한 정보를 저장하며, 프로세서(181)는 메모리(183)에 저장된 상기 정보들을 액세스 할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 장치(100)는 타겟 기판(300)에 다수의 마이크로 LED를 전사함으로써 디스플레이 모듈을 제작할 수 있다. 대형 디스플레이(LFD: Large Format Display)는 다수의 디스플레이 모듈을 타일 형태로 배열하여 제작할 수 있다. 이 경우 서로 인접한 디스플레이 모듈의 최 외곽에 배치된 픽셀 간 피치(디스플레이 피치)를 단일 디스플레이 모듈 내의 픽셀 간 피치(디스플레이 피치)와 동일하게 유지하여 각 디스플레이 모듈 사이에 심(seam)이 나타나는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 개시에 따른 디스플레이 모듈은 에지 영역을 따라 다수의 측면 배선이 형성될 수 있다. 박막으로 형성된 다수의 측면 배선은 디스플레이 모듈의 전면에 형성된 TFT 층의 TFT 회로와 디스플레이 모듈의 후면에 형성된 구동 회로 등을 전기적으로 연결할 수 있다.

이하, 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 공정을 순차적으로 설명한다.

도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 공정을 나타낸 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 공정은　제1 스테이지(120)에 전사용 기판(200)을 로딩하고, 제2 스테이지(140)에 타겟 기판(300)을 로딩한다.

제1 스테이지(120)는 상측에서 배치된 P-렌즈(115)를 통해 조사되는 레이저 빔이 투과할 수 있도록 투명한 재질(예를 들면, 석영)로 이루어질 수 있다.

전사용 기판(200)은 일면에 일정한 칩 피치로 다수의 마이크로 LED(210)가 배열되며 실리콘 또는 석영으로 이루어진 투명한 기판일 수 있다.

전사용 기판(200)은 제1 스테이지(120)의 저면에 통상의 클램핑 구조에 의해 분리 가능하게 고정될 수 있다. 이 경우, 전사용 기판(200)은 다수의 마이크로 LED(210)가 배열된 면이 하 방향(제2 스테이지(140) 측 방향)을 향하도록 배치된다.

타겟 기판(300)은 제2 스테이지(140)의 상면에 통상의 클램핑 구조에 의해 분리 가능하게 고정될 수 있다. 이 경우, 타겟 기판(300)은 다수의 TFT 전극 패드(320)가 형성된 면이 상 방향(제1 스테이지(120) 측 방향)을 향하도록 배치된다.

타겟 기판(300)은 글라스 기판으로 이루어질 수 있으며 일면에 TFT 회로가 형성된 TFT 층이 구비될 수 있다. TFT 층 상에는 다수의 TFT 전극 패드(320)가 일정한 디스플레이 피치를 두고 격자 배열로 형성된다.

다수의 TFT 전극 패드(320)는 TFT 회로와 전기적으로 연결되며, 타겟 기판(300)으로 전사되는 마이크로 LED(210)의 LED 전극(220)과 전기적으로 연결된다.

도 5 및 도 6은 타겟 기판과 전사용 기판의 초기 위치를 검출하는 예를 보여주는 도면들이다.

전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)이 각각 제1 및 제2 스테이지(120, 140)에 로딩된 상태에서, 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 초기 위치를 정렬한다(S11).

도 5를 참조하면, 프로세서(181)는 제2 구동 장치(150)를 제어하여 제2 스테이지(140)를 제1 위치로 이동시킨다. 제1 위치는 상부 비전 카메라(161)가 타겟 기판(300)의 제1 식별 부분(A1)을 촬영할 수 있는 위치일 수 있다. 제1 식별 부분(A1)은 타겟 기판(300)에 형성된 다수의 TFT 전극 패드(320) 중 어느 하나일 수 있다.

상부 비전 카메라(161)에 의해 촬영된 어느 하나의 TFT 전극 패드의 이미지는 메모리(183)에 저장될 수 있다.

이어서, 프로세서(181)는 제2 구동 장치(150)를 제어하여 제2 스테이지(140)를 제2 위치로 이동시킨다. 제2 위치는 상부 비전 카메라(161)가 타겟 기판(300)의 제2 식별 부분(A2)을 촬영할 수 있는 위치일 수 있다. 제2 식별 부분(A2)은 먼저 촬영된 TFT 전극 패드와 상이한 전극 패드이다.

상부 비전 카메라(161)에 의해 촬영된 다른 TFT 전극 패드의 이미지는 메모리(183)에 저장될 수 있다.

프로세서(181)는 메모리에 저장된 제1 및 제2 식별 부분(A1, A2)의 이미지를 분석하여 타겟 기판(300)의 3차원 상의 좌표를 산출할 수 있다.

도 6을 참조하면, 프로세서(181)는 제1 구동 장치(130)를 제어하여 제1 스테이지(120)를 제3 위치로 이동시킨다. 제3 위치는 하부 비전 카메라(163)가 전사용 기판(200)의 제3 식별 부분(B1)을 촬영할 수 있는 위치일 수 있다. 제3 식별 부분(B3)은 전사용 기판(200)에 배열된 다수의 마이크로 LED(210) 중 어느 하나일 수 있다.

하부 비전 카메라(163)에 의해 촬영된 어느 하나의 마이크로 LED의 이미지는 메모리(183)에 저장될 수 있다.

이어서, 프로세서(181)는 제1 구동 장치(130)를 제어하여 제1 스테이지(120)를 제4 위치로 이동시킨다. 제4 위치는 하부 비전 카메라(163)가 전사용 기판(200)의 제4 식별 부분(B2)을 촬영할 수 있는 위치일 수 있다. 제4 식별 부분(B2)은 먼저 촬영된 마이크로 LED와 상이한 마이크로 LED이다.

하부 비전 카메라(163)에 의해 촬영된 다른 마이크로 LED의 이미지는 메모리(183)에 저장될 수 있다.

프로세서(181)는 메모리에 저장된 제3 및 제4 식별 부분(B1, B2)의 이미지를 분석하여 전사용 기판(200)의 3차원 상의 좌표를 산출할 수 있다.

프로세서(181)는 산출된 전사용 기판(200) 및 타겟 기판(300)의 3차원 상의 좌표를 기반으로 초기 위치를 산출한다. 초기 위치는 전사용 기판(200)에 배열된 마이크로 LED(210)가 타겟 기판(300)으로 첫번째 전사가 이루어지는 위치일 수 있다.

프로세서(181)는 제1 및 제2 구동 장치(130, 150)를 제어하여 제1 및 제2 스테이지(120, 140)를 초기 위치로 이송한다. 이에 따라, 전사용 기판(200) 및 타겟 기판(300)은 초기 위치로 정렬될 수 있다.

전사용 기판(200) 및 타겟 기판(300)은 초기 위치로 정렬된 후, 마이크로 LED 전사가 시작된다. 마이크로 LED 전사가 이루어지는 동안 전사 위치 검출 장치(170)을 통해 전사용 기판(200) 및 타겟 기판(300)의 현재 위치를 검출하고 이 검출된 현재 위치를 기반으로 전사용 기판(200) 및 타겟 기판(300)의 전사 위치를 보정할 수 있다(S13).

이하, 도면을 참조하여 전사용 기판(200)의 다수의 마이크로 LED를 타겟 기판(300)에 전사하는 과정과, 전사 중에 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 현재 위치를 검출하는 과정을 순차적으로 설명한다.

도 7은 전사용 기판에 배열된 마이크로 LED와 타겟 기판의 TFT 전극 패드 간 매칭을 보여주는 도면이고, 도 8은 전사용 기판과 타겟 기판이 동일한 시간 동안 X축 방향을 따라 서로 다른 속도로 이동하면서 전사 공정이 이루어지는 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 전사 공정에서 Y축 방향을 따라 다수의 마이크로 LED가 타겟 기판에 전사되는 예를 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 전사용 기판(200)에 칩 피치로 X축 방향을 따라 배열된 마이크로 LED(210-1, 210-2, 210-3, ?? , 210-n)는 순차적으로 타겟 기판(300)에 전사된다. 이때, 전사되는 마이크로 LED(210-1, 210-2, 210-3, ?? , 210-n)는 각각의 LED 전극이 타겟 기판(300)에 디스플레이 픽셀로 X축 방향을 따라 배열된 TFT 전극 패드(320-1, 320-2, 320-3, ?? , 320-n)에 순차적으로 연결될 수 있다.

구체적으로 도 8을 참조하면, 마이크로 LED 간 칩 피치는 TFT 전극 패드 간 디스플레이 피치보다 작다. 또한, 전사용 기판(200)을 향해 레이저 빔(L)이 발사되는 위치는 고정되어 있다. 이러한 조건 하에서 전사용 기판(200)으로부터 타겟 기판(300)에 마이크로 LED를 전사하기 위해서는, 마이크로 LED(210-1, 210-2, 210-3, ?? , 210-n)와 이 마이크로 LED에 각각 순차적으로 대응하는 TFT 전극 패드(320-1, 320-2, 320-3, ?? , 320-n)가 매칭되도록 전사용 기판(200)의 이동 거리가 타겟 기판(300)의 이동 거리보다 짧아야 한다.

따라서, 제1 스테이지(120)와 제2 스테이지(140)는 동일한 시간 내에 서로 다른 거리 만큼 이동해야 하므로 각각 제1 구동 장치(130)와 제2 구동 장치(150)에 의해 독립적으로 구동된다. 아울러, 동일한 시간 내에 제1 스테이지(120)와 제2 스테이지(140)는 서로 다른 속도로 이동한다. 이 경우, 제2 스테이지(140)의 속도가 제1 스테이지(120)의 속도보다 빠르다.

여기서 '동일한 시간'은 전사용 기판(200)이 제1 전사 지점으로부터 다음 전사 지점인 제2 전사 지점으로 이동하는 데 주어진 시간과 타겟 기판(300)이 상기 제1 전사 지점으로부터 상기 제2 전사 지점으로 이동하는 데 주어진 시간이 동일하다는 것을 의미한다. 이에 따르면 타겟 기판(300)을 이송하는 제2 스테이지(140)의 이동 속도가 전사용 기판(200)을 이송하는 제1 스테이지(120)의 이송 속도보다 더 빨라야 한다.

도 8과 같이 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)이 X축 방향을 따라 이동하면서 마이크로 LED가 전사용 기판(200)으로부터 타겟 기판(300)에 전사되는데, 이때, 전사용 기판(200)의 마이크로 LED(220)는 Y축 방향을 따라 다수 개가 동시에 타겟 기판(300)에 대응하는 다수의 TFT 전극 패드(320)에 전사될 수 있다.

이 경우, 레이저 빔(L)은 마스크(114)에 형성된 다수의 슬릿(114a)을 통해 다수의 레이저 빔으로 나누어진다. 다수의 레이더 빔은 P-렌즈(115)를 투과하면서 전사용 기판(200)의 해당 마이크로 LED들(210)로 각각 집중 조사된다. 이에 따라, 전사용 기판(200)에 Y축 방향을 따라 배열된 다수의 마이크로 LED(210)가 타겟 기판(300)으로 전사되어 각 마이크로 LED(210)에 대응하는 TFT 전극 패드들(320)과 전기적으로 연결된다.

도 10 및 도 11은 전사 공정 중에 타겟 기판과 전사용 기판의 현재 위치를 검출하는 예를 보여주는 도면들이다. 여기서, 도 10과 도 11은

한편, 전술한 바와 같이 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)이 제1 전사 지점으로 이동한 후 다음 전사 지점인 제2 전사 지점으로 이동하기 전까지의 짧은 지연 시간(delay time) 동안 전사 위치 검출 장치(170)를 통해 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 현재 위치를 검출한다. 상기 지연 시간 내에 전사용 기판(200)의 마이크로 LED가 타겟 기판(300)으로 전사된다.

도 10을 참조하면, 지연 시간 내에 제1 검출 유닛(171)은 타겟 기판(300)의 제5 식별 부분(C1)을 검출하고, 제2 검출 유닛(173)은 타겟 기판(300)의 제6 식별 부분(C2)을 검출한다.

이 경우, 제1 비전 카메라(171a)에 의해 촬영된 제5 식별 부분(C1)인 TFT 전극 패드의 이미지와 제2 비전 카메라(173a)에 의해 촬영된 제6 식별 부분(C2)인 TFT 전극 패드의 이미지는 각각 메모리(183)에 저장된다.

프로세서(181)는 다수의 제1 미러(171b, 171c)와 다수의 제2 미러(173b, 173c)를 제어하여 도 11과 같이 제1 비전 카메라(171a)의 광 경로와 제2 비전 카메라(173a)의 광 경로를 변경한다.

이어서, 지연 시간 내에 제1 검출 유닛(171)은 전사용 기판(200)의 제7 식별 부분(D1)을 검출하고, 제2 검출 유닛(173)은 전사용 기판(200)의 제8 식별 부분(D2)을 검출한다.

이 경우, 제1 비전 카메라(171a)에 의해 촬영된 제7 식별 부분(D1)인 마이크로 LED의 이미지와 제2 비전 카메라(173a)에 의해 촬영된 제8 식별 부분(D2)인 마이크로 LED의 이미지는 각각 메모리(183)에 저장된다.

프로세서(181)는 메모리에 저장된 제5 및 제6 식별 부분(C1, C2)의 이미지를 분석하여 타겟 기판(300)의 3차원 상의 현재 좌표를 산출할 수 있고, 제7 및 제 8 식별 부분(D1, D2)의 이미지를 분석하여 전사용 기판(200)의 3차원 상의 현재 좌표를 산출할 수 있다.

프로세서(181)는 산출된 전사용 기판(200) 및 타겟 기판(300)의 3차원 상의 현재 좌표를 기반으로 전사 위치를 보정할 수 있다.

프로세서(181)는 전사용 기판(200) 및 타겟 기판(300)의 산출된 현재 좌표가 허용 오차 범위를 초과하는 지 판단하고, 이 판단 결과에 따라 제1 스테이지(120) 및 제2 스테이지(140)를 제어하여 전사용 기판(200) 및 타겟 기판(300)의 전사 위치를 보정할 수 있다.

도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 공정을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 13은 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 공정에 적용되는 전사용 기판의 사용 면적을 보여주는 개략도이다. 도 12에서 T1은 전사용 기판(200)이 이동 방향이고, T2는 타겟 기판(300)의 이동 방향이고, T3은 전사가 진행되는 방향을 나타낸다.

도 12를 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 마이크로 LED 전사 공정은 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)이 제1 스테이지(120) 및 제2 스테이지(140)에 의해 서로 독립적으로 이동하면서 전사가 이루어진다.

구체적으로, 도 12의 (a)와 같이 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)이 초기 위치로 정렬된 후 타겟 기판(300)의 행 방향(X 방향)을 따라 마이크로 LED가 디스플레이 피치로 전사된다.

도 12의 (b)를 참조하면, 레이저 빔의 조사 위치가 고정됨에 따라 전사용 기판(200)은 전사 방향(T3)의 역 방향으로 이동하고, 타겟 기판(300) 역시 전사 방향(T3)의 역방향으로 이동하면서 타겟 기판(300)의 제1 영역(330a)에 마이크로 LED가 전사된다.

이 경우, 전사용 기판(200)은 칩 피치로 이동하고 타겟 기판(300)은 칩 피치보다 긴 디스플레이 피치로 이동한다. 따라서, 동일한 시간 내에서 타겟 기판(300)의 이동 거리는 전사용 기판(200)의 이동 거리 보다 길다. 또한, 동일한 시간 내에서 타겟 기판(300)의 이동 속도는 전사용 기판(200)의 이동 속도 보다 빠르다. 여기서 '동일한 시간'은 전술한 바와 같이 전사용 기판(200)이 제1 전사 지점으로부터 다음 전사 지점인 제2 전사 지점으로 이동하는 데 주어진 시간과 타겟 기판(300)이 상기 제1 전사 지점으로부터 상기 제2 전사 지점으로 이동하는 데 주어진 시간이 동일하다는 것을 의미한다.

타겟 기판의 제1 영역(330a)에 마이크로 LED가 전사가 이루어지는 동안, 전사 위치 검출 장치(170)에 의해 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)의 현재 위치가 검출되고 프로세서(181)에 의해 각 기판의 전사 위치가 보정된다.

타겟 기판의 제1 영역(330a)에 마이크로 LED 전사가 완료되면 타겟 기판의 제2 영역(330b)에 마이크로 LED 전사가 진행될 수 있도록 도 12의 (c)와 같이 타겟 기판(300)을 Y축 방향으로 일정 거리만큼 이동시킨다.

이 상태에서 전사용 기판(200)은 전사 방향(T3)과 동일한 방향으로 이동하고, 타겟 기판(300)은 전사 방향(T3)의 역방향으로 이동하면서 타겟 기판(300)의 제2 영역(330b)에 마이크로 LED가 전사된다.

계속해서 도 12의 (d) 내지 (f)에 도시된 바와 같이 타겟 기판의 나머지 영역들(330c, 330d)에 대하여 행 방향을 따라 지그재그로 마이크로 LED를 전사할 수 있다.

이와 같이, 전술한 전사 방향으로 마이크로 LED의 전사를 진행하는 경우 종래 기술에 비해 각 스테이지의 전사 중 이동 거리를 감소시킬 수 있으므로 택 타임(tact time) 감소에 따른 생산성을 향상할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 전사 공정은 전사용 기판(200)에 배열된 다수의 마이크로 LED를 일정한 방향(예를 들면, 전사용 기판의 행 방향)을 따라 연속적으로 전사된다. 이에 따라 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300) 간 어드레스 맵핑(address mapping) 자유도를 증가시킬 수 있으며, 종래기술에 비해 도 13과 같이 전사용 기판(200)의 사용률을 극대화할 수 있다. 도 13에서 부재번호 230a 내지 230e는 마이크로 LED가 배열되는 영역을 나타낸다.

한편, 본 개시에서는 전사 방향(T3)은 타겟 기판(300)의 행 방향을 따라 지그재그 방향으로 진행하는 것으로 설명하지만 이에 한정될 필요는 없고, 전사 방향이 타겟 기판(300)의 열 방향을 따라 지그재그로 진행되는 것도 물론 가능하다. 이 경우, 제1 스테이지(120) 및 제2 스테이지(140)에 의해 전사용 기판(200)과 타겟 기판(300)은 열 방향을 따라 이동한다.

이상에서는 본 개시의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 개시는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 개시의 요지를 벗어남이 없이 본 개시에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되서는 안될 것이다.

110: 레이저 장치
120: 제1 스테이지
130: 제1 구동 장치
140: 제2 스테이지
150: 제2 구동 장치
160: 초기 위치 검출 장치
170: 전사 위치 검출 장치
180: 제어부

Claims

레이저 빔을 조사하는 레이저 장치;
다수의 LED가 배열된 제1 기판이 분리 가능하게 장착되고 상기 레이저 장치의 하측에 배치되는 제1 스테이지;
TFT 층이 형성된 제2 기판이 분리 가능하게 장착되고 상기 제1 스테이지의 하측에 배치되는 제2 스테이지;
상기 제1 스테이지를 이동 시키는 제1 구동 장치;
상기 제2 스테이지를 이동 시키는 제2 구동 장치;
상기 제1 스테이지 상측에 배치되어 상기 제1 기판을 향해 레이저 빔을 조사하여 상기 제1 기판의 LED를 상기 제2 기판에 전사하는 조사 장치;
LED 전사 공정 중에 상기 제1 스테이지 및 제2 스테이지의 위치를 검출하는 위치 검출 장치; 및
상기 위치 검출 장치로부터 전달된 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지의 위치 데이터를 판단하여 상기 제1 및 제2 스테이지의 위치를 보정하도록 상기 제1 및 제2 구동 장치를 제어하는 프로세서;를 포함하는 LED 전사 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 스테이지 및 상기 제1 기판은 각각 투명한 재질로 이루어지는 LED 전사 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 스테이지의 재질은 석영(Quartz)인 LED 전사 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 기판의 재질은 실리콘 또는 석영(Quartz)인 LED 전사 장치.
제2항에 있어서,
상기 위치 검출 장치는,
상기 제1 스테이지의 상측에 배치되며, 상기 제1 기판의 제1 식별 부분과 제2 식별 부분을 검출하거나 상기 제2 기판의 제3 식별 부분과 제4 식별 부분을 검출하는 LED 전사 장치.
제5항에 있어서,
상기 위치 검출 장치는,
제1 비전 카메라와, 상기 제1 비전 카메라의 광 경로를 변경하기 위한 다수의 제1 미러를 포함하는 제1 검출 유닛; 및
제2 비전 카메라와, 상기 제2 비전 카메라의 광 경로를 변경하기 위한 다수의 제2 미러를 포함하는 제2 검출 유닛;을 포함하며,
상기 제1 비전 카메라는 상기 제1 기판의 제1 식별 부분 또는 상기 제2 기판의 제3 식별 부분을 촬영하고,
상기 제2 비전 카메라는 상기 제1 기판의 제2 식별 부분 또는 상기 제2 기판의 제4 식별 부분을 촬영하는 LED 전사 장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 식별 부분 및 제2 식별 부분은 상기 제1 기판 상에 배열된 다수의 LED 중 일부이며,
상기 제3 식별 부분 및 제4 식별 부분은 상기 제2 기판 상에 배열된 다수의 TFT 전극 중 LED 중 일부인 LED 전사 장치.
제6항에 있어서,
상기 다수의 제1 미러 및 상기 다수의 제2 미러는 갈바노 스캐너(Galvano scanner)인 LED 전사 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지는 LED 전사 공정 중 동일 시간 내에 서로 다른 거리를 이동하는 LED 전사 장치.
제1 기판에 배열된 다수의 LED를 제2 기판의 TFT 층에 전사하는 LED 전사 방법에 있어서,
초기 위치 정렬 장치를 통해 제1 스테이지에 로딩된 상기 제1 기판의 초기 위치와 제2 스테이지에 로딩된 상기 제2 기판의 초기 위치를 정렬하는 단계;
상기 제1 기판 및 제2 기판을 전사 위치로 이동하는 단계; 및
상기 제1 스테이지와 상기 제2 스테이지를 독립적으로 구동하여 레이저 장치로부터 조사되는 레이저 빔을 통해 상기 제1 기판에 배열된 LED를 상기 제2 기판으로 전사하는 단계;를 포함하며,
상기 전사하는 단계는 상기 제1 기판을 향해 레이저 빔을 조사하는 시점에 위치 검출 장치를 통해 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 위치를 검출하여 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판의 위치를 보정하는 LED 전사 방법.
제10항에 있어서,
상기 전사하는 단계에서,
상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지는 동일 시간 내에 서로 다른 속도로 서로 다른 거리를 이동하는 LED 전사 방법.
제10항에 있어서,
상기 전사하는 단계에서,
상기 제1 기판 상에 배열된 다수의 LED 중 일부를 식별 부분으로 검출하고,
상기 제2 기판 상에 배열된 다수의 TFT 전극 중 일부를 식별 부분으로 검출하는 LED 전사 방법.