KR20220029333A - 마이크로 led 디스플레이를 제조하기 위한 중간 구조체, 그 제조 방법 및 마이크로 led 디스플레이의 제조 방법 - Google Patents

마이크로 led 디스플레이를 제조하기 위한 중간 구조체, 그 제조 방법 및 마이크로 led 디스플레이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

마이크로 LED 디스플레이 제조용 중간 구조체는, 소정 파장의 레이저 광을 투과시키는 투명 기판과, 투명 기판 상에 마련된 제1 수지층과, 제1 수지층 상에 마련된 제2 수지층 및 제2 수지층 상에 배치된 복수의 마이크로 LED 칩을 포함한다. 제1 수지층 및 제2 수지층은 복수의 마이크로 LED 칩에 대응되도록 패터닝되어 있다.

Description

마이크로 LED 디스플레이를 제조하기 위한 중간 구조체, 그 제조 방법 및 마이크로 LED 디스플레이의 제조 방법{INTERMEDIATE STRUCTURE FOR MICRO LED DISPLAY, MANUFACURING METHOD THEREOF, AND MANUFACTURING METHOD OF MICRO LED DISPLAY}
본 발명은 마이크로 LED 디스플레이 제조용 중간 구조체, 마이크로 LED 디스플레이 제조용 중간 구조체의 제조 방법 및 마이크로 LED 디스플레이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 마이크로 LED(micro-light emitting diode)를 사용한 디스플레이가 각광을 받고 있다. 마이크로 LED 디스플레이는 응답 속도가 빠르고, 번인을 일으키지 않으며, 저전력으로 고휘도 고화질의 영상을 출력할 수 있는 차세대 디스플레이이다.
마이크로 LED를 이용한 고화질 디스플레이 제조에 있어서도 제조 비용의 절감은 큰 과제 중 하나이다. 비용 절감을 위해서는 마이크로 LED 칩의 사이즈를 줄이는 것이 효과적이다. 최근에는 20μm 정도 크기의 마이크로 LED 칩이 개발되고 있다.
한편, 이러한 미세한 마이크로 LED 칩을 디스플레이에 사용하기 위해서는 마이크로 LED 칩을 웨이퍼에서 구동회로기판으로 이송(移載)하는 기술이 필요하다. 이 때, 구동회로기판에는 마이크로 LED 칩이 디스플레이의 화소 피치로 이송된다. 마이크로 LED 칩을 이송하는 기술에는 예를 들어, 레이저 전사법이 있다.
레이저 전사법을 이용한 마이크로 LED 디스플레이의 제조 방법으로는 예를 들어, 특허 문헌 1이 있다. 특허 문헌 1에는 전사원(轉寫元) 기판에서 전사선(轉寫先) 기판으로 LED 칩을 전사시키기 위해 LED 칩을 일차적으로 유지하는 전사 기판이 개시되어 있다. 이 기술에서는 전사선 기판 상에 충격 흡수층과 칩 고정층이 차례로 적층되어 있으며, 칩 고정층 위에 전사선 기판으로부터 마이크로 LED 칩을 레이저 전사법으로 전사한다. 이 기술에서는 충격 흡수층을 마련함으로써, 레이저 전사 시의 충격을 억제하여 매우 정밀하게 마이크로 LED 칩을 전사할 수 있는 것으로 되어 있다.
[특허 문헌]
[특허 문헌 1] 일본 특개2019-67892호 공보
하지만, 4K나 8K를 비롯한 고화질 마이크로 LED 디스플레이는 수많은 마이크로 LED 칩을 더 정확하게 목표 위치에 전사할 필요가 있다. 따라서, 마이크로 LED 디스플레이의 제조에는 좀 더 정밀하게 전사할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 매우 정밀하게 전사 가능한 마이크로 LED 디스플레이 제조용 중간 구조체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 매우 정밀하게 전사 가능한 마이크로 LED 디스플레이 제조용 중간 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 매우 정밀하게 전사 가능한 마이크로 LED 디스플레이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 이하의 수단에 의해 달성된다.
마이크로 LED 디스플레이를 제조하기 위한 중간 구조체는 소정 파장의 레이저 광을 투과시키는 투명 기판;과, 상기 투명 기판 상에 마련된 제1 수지층;과, 상기 제1 수지층 상에 마련된 제2 수지층; 및 상기 제2 수지층 상에 배치된 복수의 마이크로 LED 칩; 을 포함하고, 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층은 상기 복수의 마이크로 LED 칩에 대응되도록 패터닝되어 있다.
상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층은 산소 플라즈마에 의해 드라이 에칭 가능한 수지 재료로 이루어질 수 있다.
상기 제1 수지층은 레이저 어블레이션(laser ablation) 처리에 의해 분해되는 수지 재료로 이루어질 수 있다.
상기 제1 수지층은 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 가질 수 있다.
상기 제2 수지층은 압축 탄성율이 1 ~ 100Mpa인 수지 재료를 가질 수 있다.
상기 제2 수지층은 우레탄, 이소프렌 및 부타디엔으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 가질 수 있다.
상기 투명 기판은 파장 248 ~ 355㎚의 레이저 광을 50% 이상 투과할 수 있다.
상기 제1 수지층은 248 ~ 355㎚의 레이저 광을 60% 이상 흡수할 수 있다.
상기 제1 수지층의 두께는 0.5 ~ 2μm일 수 있다.
상기 제2 수지층의 두께는 1 ~ 10μm일 수 있다.
상기 복수의 마이크로 LED 칩은 발광색이 다른 마이크로 LED 칩을 포함하고, 상기 복수의 마이크로 LED 칩은 상기 제2 수지층 상에 Matrix 형태로 배치되며, 각각의 상기 복수의 마이크로 LED 칩은 상기 마이크로 LED 디스플레이의 서브 픽셀을 형성할 수 있다.
마이크로 LED 디스플레이를 제조하기 위한 중간 구조체의 제조 방법은, 소정 파장의 레이저 광을 투과시키는 투명 기판 상에 제1 수지층을 적층하는 제1 수지층 적층 단계;와, 상기 제1 수지층 상에 제2 수지층을 적층하는 제2 수지층 적층 단계;와, 상기 제2 수지층 상에 복수의 마이크로 LED 칩을 배치하는 마이크로 LED 칩 배치 단계; 및 상기 복수의 마이크로 LED 칩에 대응해서 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층을 패터닝하는 수지층 패터닝 단계; 를 포함한다.
상기 수지층 패터닝 단계에서, 산소 플라즈마에 의한 드라이 에칭을 이용하여 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층을 패터닝할 수 있다.
상기 제1 수지층은 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 가질 수 있다.
상기 제2 수지층은 우레탄, 이소프렌 및 부타디엔으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 가질 수 있다.
상기 마이크로 LED 칩 배치 단계에서, 각각의 상기 복수의 마이크로 LED 칩이 상기 마이크로 LED 디스플레이의 서브 픽셀을 형성하도록 상기 복수의 마이크로 LED 칩을 상기 제2 수지층 상에 Matrix 형태로 배치할 수 있다.
마이크로 LED 디스플레이의 제조 방법은 발광색이 다른 마이크로 LED 칩을 각각 제작하는 마이크로 LED 칩 제작 단계와, 소정 파장의 레이저 광을 투과하는 레이저광 투명 기판 상에 제1 수지층을 적층하는 제1 수지층 적층 단계와, 상기 제1 수지층 상에 제2 수지층을 적층하는 제2 수지층 적층 단계와, 상기 제2 수지층 상에 상기 발광색이 다른 복수의 마이크로 LED 칩을 배치하는 마이크로 LED 칩 배치 단계와, 상기 마이크로 LED 칩에 대응해서 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층을 패터닝하는 수지층 패터닝 단계와, 상기 마이크로 LED 칩을 구동하는 구동회로기판을 준비하고, 상기 레이저광 투명 기판 상에 배치되어 있는 상기 발광색이 다른 복수의 상기 마이크로 LED 칩을 상기 구동회로기판에 전사하는 디스플레이 모듈 제작 단계를 포함한다.
상기 디스플레이 모듈 제작 단계에서 상기 레이저광 투명 기판 측에서 상기 레이저광 투명 기판과 상기 마이크로 LED 칩의 사이에 존재하는 상기 제1 수지층 방향으로 레이저 광을 조사하는 레이저 어블레이션 처리에 의해 상기 마이크로 LED 칩을 상기 구동회로기판으로 전사할 수 있다.
상기 디스플레이 모듈 제작 단계에서 상기 레이저광 투명 기판 측에서 상기 레이저광 투명 기판과 상기 마이크로 LED 칩의 사이에 존재하는 상기 제1 수지층 방향으로 레이저 광을 조사하는 레이저 어블레이션 처리에 의해 상기 마이크로 LED 칩을 임시고정기판으로 전사한 후, 상기 임시고정기판에 임시 고정된 상기 마이크로 LED 칩을 상기 구동회로기판으로 전사할 수 있다..
상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층은 산소 플라즈마에 의한 드라이 에칭 가능한 수지 재료로 이루어질 수 있다.
상기 제1 수지층은 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 수지 재료로 이루어지며, 상기 제2 수지층은 압축 탄성률이 1 ~ 100MPa 인 수지 재료로 이루어질 수 있다.
상기 제2 수지층은 우레탄, 이소프렌, 부타디엔으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 탄성 중합체 또는 우레탄, 이소프렌, 부타디엔으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 성분을 갖는 블록 공중합체로 이루어질 수 있다.
상기 마이크로 LED 디스플레이는 복수의 픽셀을 가지며, 상기 복수의 픽셀은 각각 소정 방향으로 제1 간격으로 배치된 복수의 상기 마이크로 LED 칩을 포함하며,
상기 마이크로 LED 칩 배치 단계에서,
상기 제2 수지층 상에 복수의 상기 마이크로 LED 칩을 상기 소정 방향을 따라 상기 제1 간격 및 상기 제1 간격과 다른 제2 간격이 되도록 배치할 수 있다.
상기 마이크로 LED 칩 배치 단계는 복수의 상기 마이크로 LED 칩을 상기 제2 수지층 상에 직사각형 또는 정사각형으로 정렬시킬 수 있다.
마이크로 LED 디스플레이는 적어도 하나의 디스플레이 모듈로 구성되는 것이며,
상기 마이크로 LED 칩 배치 단계에서 하나의 상기 디스플레이 모듈을 위해 필요한 상기 마이크로 LED 칩의 개수를 M개라고 할 때, 상기 레이저광 투명 기판 상에, M Х N(여기서, N ≥ 2)개의 상기 마이크로 LED 칩을 배치할 수 있다.
상기 레이저광 투명 기판은 파장 248 ~ 355㎚의 레이저 광을 50% 이상 투과할 수 있다.
본 발명에 따르면, 마이크로 LED 디스플레이 제조용 중간 구조체로서, 제1 수지층과 제2 수지층이 마련된 레이저광 투명 기판에 복수의 마이크로 LED 칩을 배치하였다. 그리고, 본 발명에서는 제1 수지층 및 제2 수지층이 마이크로 LED 칩에 대응하여 패터닝되어 있다. 이러한 본 발명에 따른 중간 구조체를 사용함으로써, 마이크로 LED 디스플레이의 제조에서 매우 정밀한 전사가 가능해진다.
도 1은 제1 실시예에 따른 사파이어 기판 상의 마이크로 LED 칩을 도시한 단면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 사파이어 기판 상의 마이크로 LED 칩 배치를 도시한 평면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 4는 제1 실시예에 따른 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 6은 제1 실시예에 따른 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 7은 제1 실시예에 따른 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 8은 제1 실시예에 따른 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 9는 제1 실시예에 따른 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 10은 제1 실시예에 따른 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 11은 제1 실시예에 따른 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 12는 제1 실시예에 따른 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 13은 제1 실시예의 제2 수지층 상의 마이크로 LED 칩 배치를 도시한 평면도이다.
도 14는 도 13의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 15는 도 13의 B-B선에 따른 단면도이다.
도 16은 제1 실시예에 따라 완성된 소스 기판을 도시한 단면도이다.
도 17은 제1 실시예의 구동회로기판을 도시한 단면도이다.
도 18은 제1 실시예의 소스 기판으로부터 구동회로기판에 마이크로 LED 칩의 전사 공정을 도시한 단면도이다.
도 19는 제1 실시예의 제2 레이저 전사 공정 후 상태의 하나의 디스플레이 모듈을 도시한 단면도이다.
도 20은 제1 실시예에 따라 완성된 디스플레이 모듈을 도시한 단면도이다.
도 21은 제1 실시예의 하나의 디스플레이 모듈 상에 배치된 마이크로 LED 칩의 배치를 도시한 평면도이다.
도 22는 제1 실시예에 따른 디스플레이 제조 방법의 흐름을 개략적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 23은 제1 실시예에 따른 디스플레이 제조 방법의 흐름을 개략적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 24는 비교예에 따른 디스플레이 제조 방법의 흐름을 개략적으로 설명하기 위한 개략도이다.
도 25는 제2 실시예에 따른 사파이어 기판 상의 마이크로 LED 칩을 도시한 단면도이다.
도 26은 제2 실시예에 따른 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 27는 제2 실시예에 따른 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 28은 제2 실시예에 따른 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 29는 제2 실시예에 따른 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 30은 제2 실시예에 따른 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 31은 제2 실시예에 따른 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 32는 제2 실시예에 따른 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 33은 제2 실시예에 따른 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 34는 제2 실시예에 따른 디스플레이 모듈의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 35는 제2 실시예에 따른 디스플레이 모듈의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 36은 제2 실시예에 따른 디스플레이 모듈의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도 37은 제2 실시예에 따라 완성된 디스플레이 모듈을 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 이하의 도면에서 동일한 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성 요소의 크기는 설명의 명료성 및 편의를 위해 과장될 수도 있다. 한편, 이하에서 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예로부터 다양한 변형이 가능하다.
이하에서, '상부'와 '위'로 기재된 경우, 접촉해서 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉해서 위에 있는 것도 포함할 수 있다.
단수의 표현은 문맥 상 명백하게 다르게 의미하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 어떤 부분이 있는 구성 요소를 '포함하다' 또는 '가지다' 라고 할 때, 그것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한 '상기' 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수의 어떤 것에도 사용할 수 있다.
방법을 구성하는 단계에 있어서, 명백하게 순서를 기재하거나 또는 반대되는 기재가 없으면 단계는 적절한 순서로 실행된다. 반드시 상기 단계의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 설명하기 위한 것이며, 특허 청구 범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예 또는 예시적인 용어에 의해 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이(이하, 간단히 디스플레이라고 칭함)의 제조 방법에 대해 설명한다.
[마이크로 LED 칩의 제작]
제1 실시예에서는 우선, 마이크로 LED 칩을 제작한다.
도 1은 제1 실시예에서 사파이어 기판 상의 마이크로 LED 칩을 도시한 단면도이다. 도 2는 제1 실시예의 사파이어 기판 상의 마이크로 LED 칩의 배치를 도시한 평면도이다. 여기서, 도 2는 마이크로 LED 칩의 배치를 설명하기 위한 것이기 때문에, 마이크로 LED 칩 및 그 위의 전극 외 다른 부재들은 생략하였다.
제1 실시예에서는 먼저, 도 1에 도시한 바와 같이 사파이어 기판(100)에 마이크로 LED 칩(11)을 제작한다. 마이크로 LED 칩(11)은 사파이어 기판(100)에 형성된 반도체층으로부터 제작된다. 반도체층은 LED로서 소정 파장의 빛을 발광하는 GaN계 반도체 등이다.
마이크로 LED 칩(11)의 상에는 전극이 형성된다. 이 전극을 LED측 전극(12)이라 칭한다. LED측 전극(12)의 재료로는 예를 들어, Au, Ag, Cu, Al, Pt, Ni, Cr, Ti, 및 ITO로 이루어지는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 금속, 또는 그래핀(Graphene) 등이 이용되며, 그 중에서도 Au, Ag, Cu가 바람직하다.
개편화(改片化)된 각각의 마이크로 LED 칩(11)의 크기(Lx Х Ly)는 예를 들어, Lx Х Ly = 15μm Х 30μm이다(도 2 참조). 또한, 이웃하는 마이크로 LED 칩(11)의 피치(Px Х Py)는 예를 들어, Px Х Py = 20μm Х 35μm이다(도 2 참조).
마이크로 LED 칩(11)은 디스플레이에 필요한 색상(발광색) 별로 제작된다. 일반적인 컬러 디스플레이의 경우 빨강(R(Red)), 녹색(G(Green)), 파랑(B(Blue))이다.
이러한 마이크로 LED 칩(11)의 제작 방법은 기존의 방법을 사용할 수 있으며, 특히 한정되지 않는다.
[도너 기판의 제작]
제1 실시예에서는 이어서, 마이크로 LED 칩(11)을 일시적으로 유지하는 도너 기판을 제작한다.
도 3 내지 도 7은 제1 실시예의 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
도너 기판의 제작에서는 우선, 도 3에 도시한 바와 같이 마이크로 LED 칩(11)이 형성된 사파이어 기판(100) 상에 도너용 수지층(13)을 형성한다.
도너용 수지층(13)은 후술하는 지지 기판(14)에 마이크로 LED 칩(11)을 고정시키기 위한 접착층으로서 기능한다.
또한, 도너용 수지층(13)은 후술하는 제1 레이저 전사 공정의 레이저광 조사에 의해 분해할 필요가 있다. 따라서, 도너용 수지층(13)은 수지 경화 후에 있어서, 레이저 어블레이션 처리에 사용되는 레이저광 파장의 흡수율이 60% 이상 100% 이하가 되는 수지 재료를 사용하는 것이 바람직하며, 레이저광 파장의 흡수율이 80% 이상 100% 이하가 되는 수지 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 구체적인 수지 재료로는 예를 들어, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지(예를 들어, PMMA(Polymethyl methacrylate)), 에폭시 수지, PP(Polypropylene) 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지가 사용된다. 예시한 수지의 사용 시에는 열경화제가 배합될 수도 있다. 또한, 도너용 수지층(13)에는 그 외 다른 열경화성 수지가 사용될 수도 있다.
이어서, 도너 기판의 제작에서는 도 4에 도시한 바와 같이 도너용 수지층(13) 위에 지지 기판(14)을 겹치고, 사파이어 기판(100)의 마이크로 LED 칩(11)을 갖는 면에 지지 기판(14)을 접착시킨다. 지지 기판(14)은 레이저 광을 50% 이상, 바람직하게는 80% 이상 투과하는 기판이며, 예를 들어 석영글래스 기판이 사용된다.
이어서, 도너 기판의 제작에서는 사파이어 기판(100)과 마이크로 LED 칩(11)을 분리시킨다. 마이크로 LED 칩(11)의 분리는 레이저 리프트 오프 처리에 의해 이루어진다. 레이저 리프트 오프 처리에서는 도 5에 도시한 바와 같이, 사파이어 기판(100) 측으로부터 마이크로 LED 칩(11)을 향해 레이저 광(110)을 조사한다. 레이저 광(110)의 조사는 사파이어 기판(100)의 전체 면을 주사하도록 행해진다. 레이저 광(110)에는 예를 들어, 파장 248㎚의 KrF 엑시머 레이저가 사용된다. 사용하는 파장은 이에 한정되지 않고, 사파이어 기판(100)과 반도체 층을 분리할 수 있는 파장이면 된다. 마이크로 LED 칩(11)에서 분리된 사파이어 기판(100)은 제거된다. 그러면, 도 6에 도시한 바와 같이 사파이어 기판(100)과 마이크로 LED 칩(11)이 분리된다.
이어서, 도너 기판의 제작에서는 도너용 수지층(13)의 일부를 제거한다. 도너용 수지층(13)의 일부 제거는 예를 들어, 산소 플라즈마를 이용한 드라이 에칭에 의해 이루어진다. 드라이 에칭은 예를 들어, RIE(Reactive Ion Etching)이다. 이 드라이 에칭 처리에 의해, 도 7에 도시한 바와 같이 이웃하는 마이크로 LED 칩(11) 사이에 있는 도너용 수지층(13)이 제거되어 도너 기판(15)이 형성된다. 이 때, 지지 기판(14)과 마이크로 LED 칩(11) 사이의 도너용 수지층(13)은 잔존한다.
도너 기판(15)은 마이크로 LED 칩(11), LED 측 전극(12), 도너용 수지층(13), 및 지지 기판(14)을 갖고 있다. 제1 실시예의 도너 기판(15)에서 LED 측 전극(12)은 지지 기판(14) 측으로 되어 있다.
도너 기판(15)에서는 이웃하는 마이크로 LED 칩(11) 사이의 도너용 수지층(13)이 제거됨으로써, 이 후 레이저 전사 시에 칩의 전사 위치 정밀도를 향상시킬 수 있다. 전사 위치 정밀도는 목표 위치에 대한 전사된 칩의 위치 이탈량으로 나타낸다. 제1 실시예에서는 칩의 전사 위치 정밀도를 ± 5μm 이내로 안정시킬 수 있다.
도너 기판(15)은 디스플레이에서 필요한 색상별로 제작된다. 일반적인 컬러 디스플레이의 경우 빨강(R), 녹색(G), 및 파랑(B)의 마이크로 LED 칩(11)에 대응해서 제작된다.
도너 기판(15) 상의 마이크로 LED 칩(11) 배치는 기본적으로 사파이어 기판(100) 상의 마이크로 LED 칩(11) 배치와 동일하다. 하지만, 도너 기판(15) 상의 마이크로 LED 칩(11) 배치는 사파이어 기판(100) 상의 마이크로 LED 칩(11) 배치와 다를 수도 있다. 도너 기판(15)에 유지되어 있는 마이크로 LED 칩(11)의 개수는 사파이어 기판(100) 상의 마이크로 LED 칩(11) 개수와 다를 수도 있다.
[소스 기판의 제작]
제1 실시예에서는 이어서, 마이크로 LED 칩(11)을 도너 기판(15)으로부터 구동회로기판에 전사하기 위한 소스 기판을 제작한다.
도 8 내지 도 12는 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다. 여기서, 각 도에서 R, G, 및 B가 나타나 있는 경우는 마이크로 LED 칩(11)의 색(발광색)을 나타낸다.
소스 기판의 제작에서는 먼저 도 8에 나타낸 바와 같이, 소스 기판의 기재인 레이저광 투명 기판(20) 상에 제1 수지층(21)을 형성한다.
레이저광 투명 기판(20)은 소정 파장의 레이저 광(110)을 투과시킨다. 소정 파장은 후술하는 레이저 어블레이션 처리에 사용하는 레이저 광(110)의 파장이다. 소정 파장은 예를 들어, 248 ~ 355㎚이다. 레이저광 투명 기판은 소정 파장의 레이저 광을 50% 이상 투과시키는 것이 바람직하고, 80% 이상 투과시키는 것이 보다 바람직하다. 이러한 레이저광 투명 기판(20)으로는 예를 들어, 석영글래스 기판이 사용된다.
제1 실시예에서는 후공정에서 산소 플라즈마 드라이 에칭에 의해 제1 수지층(21)을 제거한다. 따라서, 제1 수지층(21)에는 산소 플라즈마 드라이 에칭에 의해 분해 및 제거 가능한 수지 재료를 사용한다.
또한, 제1 수지층(21)은 레이저 어블레이션 처리에 의해 분해되는 수지 재료인 것이 바람직하다. 이러한 제1 수지층(21)으로는 레이저광의 흡수율이 60% 이상 100% 이하가 되는 수지 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 80% 이상 100% 이하가 되는 수지 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
이러한 제1 수지층(21)은 예를 들어, 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 갖는 것이 바람직하다. 예시한 수지의 사용 시에는 열경화제가 배합될 수도 있다.
제1 수지층(21)의 두께는 예를 들어, 0.5 ~ 2μm로 하는 것이 바람직하다. 제1 수지층(21)은 후술할 구동회로로 전사 시에 레이저 어블레이션 처리에 의해 분해된다. 제1 수지층(21)의 두께가 0.5 ~ 2μm이 경우 용이하게 분해 가능하며, 또한 제거를 위한 공정 시간도 길지 않게 처리된다.
이어서, 소스 기판의 제작에서는 도 9에 도시한 바와 같이, 제1 수지층(21) 상에 제2 수지층(22)을 형성한다.
제2 수지층(22)은 후술하는 제1 레이저 전사 공정에 있어서, 도너 기판(15)으로부터 타출된 마이크로 LED 칩(11)을 받는 층이다. 제1 레이저 전사 공정은 레이저 어블레이션 처리에 의해 도너 기판(15)으로부터 마이크로 LED 칩(11)을 타출하는 공정이다.
제2 수지층(22)은 탄성을 갖는 것이 바람직하다. 제2 수지층(22)에는 예를 들어, 압축 탄성률 1 ~ 100MPa의 수지 재료를 사용하는 것이 바람직하고, 압축 탄성률 5 ~ 30MPa의 수지 재료를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 제2 수지층(22)에 압축 탄성률 1 ~ 100MPa의 수지 재료를 이용함으로써, 도너 기판(15)으로부터 타출된 마이크로 LED 칩(11)이 이 제2 수지층(22)에 접촉했을 때의 충격을 완화한다. 또한, 제2 수지층(22)에 압축 탄성률 5 ~ 30MPa의 수지 재료를 이용함으로써 더 효과적으로 이 충격을 완화할 수 있다.
이를 통해, 소스 기판을 제작하는 단계에서, 마이크로 LED 칩(11)의 전사 위치 정밀도를 ± 2 ~ 5μm 정도 또는 그 이하의 범위로 억제할 수 있다.
또한, 제2 수지층(22)은 제1 수지층(21)과 마찬가지로, 산소 플라즈마의 드라이 에칭에 의해 제거할 수 있는 수지 재료인 것이 바람직하다.
이러한 제2 수지층(22)은 예를 들어, 우레탄, 이소프렌, 및 부타디엔으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제2 수지층(22)은 이러한 수지 재료를 갖는 탄성 중합체(elastomer polymer) 또는 블록 공중합체(block copolymer)로 구성되어 있다.
제2 수지층(22)의 두께는 예를 들어, 1 ~ 10μm로 하는 것이 바람직하다. 제2 수지층(22)을 이러한 범위의 두께로 함으로써, 레이저 어블레이션 처리에 의해 타출된 마이크로 LED 칩(11)이 제2 수지층(22)에 받아들여지기 용이해진다.
이렇게 하여 레이저광 투명 기판(20) 상에 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)이 순차적으로 적층된다.
이어서, 소스 기판의 제작에서는 마이크로 LED 칩(11)을 도너 기판(15)으로부터 레이저광 투명 기판(20) 위의 제2 수지층(22) 상에 위치시킨다.
도너 기판(15)으로부터 제2 수지층(22) 위로 마이크로 LED 칩(11) 배치는 레이저 어블레이션 처리에 의해 이루어진다. 이 공정을 제1 레이저 전사 공정이라 칭한다.
제1 레이저 전사 공정에서는 R, G, 및 B의 각 도너 기판(15)으로부터 각 색상의 마이크로 LED 칩(11)을 제2 수지층(22) 위에 전사한다.
제1 레이저 전사 공정에서는 우선, 도 10에 도시한 바와 같이 예를 들어 R 마이크로 LED 칩(11)을 유지하고 있는 도너 기판(15)을 제2 수지층(22) 위에 원하는 위치가 되도록 위치시킨다(얼라인먼트). 그리고, 제1 레이저 전사 공정에서는 위치가 정해진 도너 기판(15) 측으로부터 한 개의 마이크로 LED 칩(11)을 향해 레이저 광(110)을 조사한다. 레이저 광(110)은 예를 들어, 파장 248㎚의 KrF 엑시머 레이저가 사용된다. 사용하는 파장은 이에 한정되지 않고, 지지 기판(14)으로부터 마이크로 LED 칩(11)을 분리할 수 있으면 된다.
이를 통해, 도너 기판(15)에 유지되어 있는 마이크로 LED 칩(11)은 제2 수지층(22)의 위에 타출된다.
제1 레이저 전사 공정에서는 R 마이크로 LED 칩(11)을 유지하고 있는 도너 기판(15)으로부터 원하는 위치가 되도록 모든 마이크로 LED 칩(11)을 제2 수지층(22) 위에 전사한다. 모든 R 마이크로 LED 칩(11)의 전사 후에는 다음 색상의 마이크로 LED 칩(11)의 전사로 이동한다.
다음 색상이 예를 들어 G의 경우, 제1 레이저 전사 공정에서는, 도 11에 도시한 바와 같이, G 마이크로 LED 칩(11)을 유지하고 있는 도너 기판(15)을 제2 수지층(22) 위에 원하는 위치가 되도록 위치시킨다. 그리고 R 칩과 마찬가지로, 도너 기판(15)으로부터 G 마이크로 LED 칩(11)이 레이저 어블레이션 처리에 의해, 제2 수지층(22) 위에 전사된다. 원하는 위치가 되도록 모든 G 마이크로 LED 칩(11)을 제2 수지층(22) 위에 전사한 후, 다음 색상의 마이크로 LED 칩(11)의 전사로 이동한다.
다음 색상이 예를 들어 B의 경우, 제1 레이저 전사 공정에서는, 도 12에 도시한 바와 같이, B의 마이크로 LED 칩(11)을 유지하고 있는 도너 기판(15)을 제2 수지층(22) 위에 원하는 위치가 되도록 위치시킨다. 그리고, R 및 G 칩과 마찬가지로, 도너 기판(15)으로부터 G 마이크로 LED 칩(11)이 레이저 어블레이션 처리에 의해, 제2 수지층(22) 위에 전사된다.
이렇게 하여 제1 레이저 전사 공정에서는 각 색상의 도너 기판(15)으로부터 모든 마이크로 LED 칩(11)을 제2 수지층(22) 위에 전사한다.
도 13은 제1 실시예에서 제2 수지층 상의 마이크로 LED 칩 배치를 도시한 평면도이다. 도 14는 도 13의 화살표 A-A선에 따른 단면도이다. 도 15은 도 13의 화살표 B-B선에 따른 단면도이다. 여기서, 도 13은 마이크로 LED 칩(11)의 배치를 설명하는 것이므로, 마이크로 LED 칩(11) 외 다른 부재는 도시를 생략하였다.
제2 수지층(22) 상에서, 복수의 마이크로 LED 칩(11)은 도 13에 도시한 바와 같이, 도시된 X 방향으로 동일한 색상이 소정 간격(Gx)으로 배치되고, 도시된 Y 방향으로 서로 다른 색상이 소정 간격(G1y 및 G2y)으로 배치된다. 또한, 복수의 마이크로 LED 칩(11)은 레이저광 투명 기판(20)의 제2 수지층(22) 위에 직사각형 또는 정사각형 형상으로 정렬시킨다.
레이저광 투명 기판(20)은 석영글래스 기판을 이용한 경우, 다양한 평면 형상일 수 있다. 석영글래스 기판은 예를 들어, 직사각형 또는 정사각형뿐만 아니라 원형(직선부나 절결(切欠) 등이 있는 경우를 포함함) 등 일 수도 있다.
한편, 디스플레이의 평면 형상은 일반적으로 직사각형 또는 정사각형이다. 따라서, 디스플레이의 복수의 픽셀(PIX)(화소)도 직사각형 또는 정사각형으로 정렬되어 있다.
디스플레이의 제작에서는, 후술하는 제2 레이저 전사 공정에 의해 마이크로 LED 칩(11)을 디스플레이의 구동회로기판(후술)에 전사한다. 구동회로기판은 디스플레이와 마찬가지로 직사각형 또는 정사각형이다. 후술하는 제2 레이저 전사 공정에서는 이 마이크로 LED 칩(11)의 위치를 구동회로기판 상의 전극(후술) 위치에 맞게 위치시킬 필요가 있다.
본 제1 실시예에서는 레이저광 투명 기판(20)의 제2 수지층(22) 상에 직사각형 또는 정사각형의 영역(RE)을 설정하고, 이 영역(RE) 중에 복수의 마이크로 LED 칩(11)을 직사각형 또는 정사각형이 되도록 배열시켰다.
따라서, 본 제1 실시예에서는 제2 레이저 전사 공정 시에, 위치 결정하는 동작의 횟수를 줄일 수 있다. 예를 들어, 직사각형 또는 정사각형의 직교하는 2 변을 X 방향 및 Y 방향으로 하면, 위치 결정은 먼저 X 방향으로 위치 결정해서 X 방향을 고정하고, Y 방향의 위치 결정과 레이저 전사를 Y 방향으로 정렬하고 있는 마이크로 LED 칩(11)이 없어질 때까지 순차적으로 실행한다. 그 후에는, X 방향의 위치 결정과 Y 방향의 위치 결정 및 레이저 전사를 순차적으로 실행한다. 이 때, Y 방향으로 정렬하고 있는 마이크로 LED 칩(11)의 수가 많을수록, X 방향의 위치 결정 동작이 적어진다. 물론, X 방향 및 Y 방향의 각각의 위치 결정은 반대일 수도 있다.
이와 같이, 직사각형 또는 정사각형의 구동회로기판으로 위치시킬 때에는, 마이크로 LED 칩(11)도 직사각형 또는 정사각형으로 정렬되어 있는 편이 위치 결정 동작을 적게 해서 제2 레이저 전사 공정에 걸리는 시간(택타임)을 단축할 수 있는 것이다.
X 방향에 있어서, 이웃하는 마이크로 LED 칩(11)의 피치(Px)는 예를 들어, Px = 20μm이다. X 방향에 있어서, 이웃하는 마이크로 LED 칩(11)의 간격(Gx)는 예를 들어 Gx = 5μm이다.
X 방향의 이웃하는 마이크로 LED 칩(11)의 간격(Gx)은 가능한 한 좁게 하는 것이 바람직하다. 간격(Gx)이 좁을수록 한 장(枚)의 레이저광 투명 기판(20)에 많은 마이크로 LED 칩(11)을 탑재할 수 있다.
그러나, 간격(Gx)이 너무 좁으면, 후술하는 제2 레이저 전사 공정에서, 목표로 하는 마이크로 LED 칩(11)을 레이저 광으로 타출할 때 X 방향으로 인접하고 있는 마이크로 LED 칩(11)을 타출해버릴 가능성이 있다. 따라서, 간격(Gx)은 레이저 스폿의 X 방향의 크기에 맞추어 너무 좁아지지 않게 조정하는 것이 바람직하다. 여기서, 간격(Gx)은 5μm에 한정되지 않고, 이보다 작은 값이거나 5μm보다 큰 값일 수도 있다.
소정 방향으로는 R, G, 및 B의 순으로 마이크로 LED 칩(11)을 반복 배치한다. 여기에서, 소정 방향은 Y 방향이다. Y 방향에 있어서 R, G, 및 B 각 한 개의 마이크로 LED 칩(11)은 한 세트를 이루어 디스플레이 상에서 하나의 픽셀(PIX)을 구성한다. R, G, 및 B 각 마이크로 LED 칩(11)은 각각 디스플레이 상에서 서브 픽셀(SPIX)이 된다.
소정 방향(여기에서는 Y 방향)에 있어서, 하나의 픽셀(PIX) 중 복수의 마이크로 LED 칩(11)의 간격(제1 간격(G1y))은 예를 들어, G1y = 10μm이다. 이 제1 간격(G1y)은 디스플레이 상에서 하나의 픽셀(PIX) 크기에 맞게 설정한다. 즉, 제2 수지층(22) 상에서 제1 간격(G1y)은 디스플레이의 하나의 픽셀(PIX)을 구성하는 서브 픽셀(SPIX)의 간격과 동일하게 한 것이다.
한편, 소정 방향(여기에서는 Y 방향)에 있어서, 하나의 픽셀(PIX)을 구성하지 않으면서 이웃하는 마이크로 LED 칩(11)의 간격(제2 간격(G2y))은 G2y = 20μm이다.
제2 간격(G2y)은 후술하는 제2 레이저 전사 공정의 레이저 스폿의 Y 방향의 크기에 맞게 조정하는 것이 바람직하다. 제2 레이저 전사 공정에서는 3 개의 마이크로 LED 칩(11)을 모아서 레이저 조사하여 타출한다. 따라서, 레이저 스폿이 이웃하는 다른 픽셀(PIX)의 마이크로 LED 칩(11)에 닿지 않도록 제2 간격(G2y)을 조정하는 것이 바람직하다. 여기서, 제2 간격(G2y)은 20μm에 한정되지 않고, 이보다 작은 값일 수도 있고, 20μm보다 큰 값일 수도 있다. 예를 들어, 제2 간격(G2y)은 제1 간격(G1y) 및 X 방향의 간격(Gx)과 동일할 수도 있다.
이러한 간격으로부터, 복수의 픽셀(PIX) 사이에서 동일한 색상의 마이크로 LED 칩(11)의 피치 Pry, Pgy 및 Pby는 예를 들어, Pry = Pgy = Pby = 130μm가 된다.
제1 레이저 전사 공정 후의 상태는 도 14 및 도 15에 도시한 바와 같이, 마이크로 LED 칩(11) 및 LED 측 전극(12)의 위에 도너용 수지층(13)이 남아있다. 또한, 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)은 각각 레이저광 투명 기판(20)의 거의 전체 면에 걸쳐 마련되어 있다. 이웃하는 마이크로 LED 칩(11) 사이의 영역에서는 제2 수지층(22)이 노출되어 있다.
이어서, 소스 기판의 제작에서는 도너용 수지층(13)을 제거하는 동시에, 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)의 패터닝을 실시한다. 이에 따라, 소스 기판이 형성된다(후술하는 도 16의 소스 기판(25)). 이 도너용 수지층(13)의 제거 및 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)의 패터닝에는 예를 들어, 산소 플라즈마에 의한 드라이 에칭을 이용한다. 드라이 에칭은 예를 들어, RIE를 이용하는 것이 바람직하다. 이 드라이 에칭에 의해, 이웃하는 마이크로 LED 칩(11) 사이 영역의 제2 수지층(22) 및 제1 수지층(21)이 제거되어 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)이 패터닝된다.
도 16은 제1 실시예에 따라 완성된 소스 기판을 도시한 단면도이다. 여기서, 도 16는 도 13의 B-B 선에 따른 단면을 나타낸다.
제1 실시예에서는, 도 16에 도시한 바와 같이, 소스 기판(25)이 레이저광 투명 기판(20), 제1 수지층(21), 제2 수지층(22), 각 색상의 마이크로 LED 칩(11), 및 각 색상의 마이크로 LED 칩(11) 상의 LED 측 전극(12)을 갖고 있다.
소스 기판(25)에 유지된 마이크로 LED 칩(11)의 개수는 디스플레이를 제조하기 위해 디스플레이 모듈(후술)에 배치되는 마이크로 LED 칩(11)의 개수에 대응한다. 하나의 디스플레이 모듈을 위해 필요한 마이크로 LED 칩(11)의 개수를 M개라고 할 때, 소스 기판(25)에 유지시키는 마이크로 LED 칩(11)의 개수는 M Х N(여기서, N ≥ 2)개로 하는 것이 바람직하다. 즉, 제1 실시예에서는 한 장의 소스 기판(25)에 두 개 이상의 디스플레이 모듈에 대응한 수의 마이크로 LED 칩(11)을 유지시키는 것이다.
자세한 내용은 제조 시간의 단축 효과로서 후술하지만, 디스플레이 모듈의 제작에는 처리 장치 내에 장전(裝塡, load)하는 소스 기판(25)을 교환할 필요가 있다.
예를 들어, N = 2로 한 경우, 한 장의 소스 기판(25)으로부터 두 장의 디스플레이 모듈을 제작할 수 있다. 따라서, N = 2로 한 경우, 소스 기판(25)을 교환할 필요 없이 두 장의 디스플레이 모듈을 제작할 수 있다. N = 3으로 한 경우는 한 장의 소스 기판(25)으로부터 세 장의 디스플레이 모듈을 제작할 수 있다. 따라서, N = 2로 한 경우는 소스 기판(25)을 교환하지 않고 두 장의 디스플레이 모듈을 제작할 수 있다.
이와 같이, N의 수는 클수록 소스 기판(25)의 교환 횟수가 줄어들기 때문에 디스플레이의 제조에 걸리는 시간(택타임)을 단축하는 것이 가능하다.
또한, N의 수는 N = 2.5 등 정수가 아닐 수도 있다. N = 2.5로 한 경우, 소스 기판(25)의 교환 2회로 5장의 디스플레이 모듈을 제작 가능하게 된다.
한편, N < 2인 경우는 한 장의 소스 기판(25)에서 한 장의 디스플레이 모듈 밖에 제작하지 못하므로, 소스 기판(25)의 교환 횟수를 줄이는 효과가 없다.
이와 같이, 제1 실시예에서는 한 장의 소스 기판(25)에 두 개 이상의 디스플레이 모듈에 대응한 수의 마이크로 LED 칩(11)을 유지시킴으로써, 디스플레이의 제조에 걸리는 시간(택타임)을 단축할 수 있다.
이상과 같이하여 완성된 소스 기판(25)은 디스플레이를 제조하기 위한 마이크로 LED 디스플레이 제조용 중간 구조체로 제공된다.
[디스플레이 모듈 제작 단계]
최근, 디스플레이의 크기는 80인치나 100인치, 또는 그 이상 크기의 제품이 출시되고 있다. 마이크로 LED를 이용한 디스플레이는 이러한 대형 제품에 적합하다.
대형 디스플레이는 복수의 디스플레이 모듈을 제작하고, 이러한 복수의 디스플레이 모듈을 접합함으로써 한 장의 디스플레이 패널로 하고 있다.
따라서, 제1 실시예의 디스플레이 제조는 모듈 단위로 제작하게 된다.
도 17은 제1 실시예의 구동회로기판을 도시한 단면도이다.
디스플레이 모듈 제작에서는 먼저 구동회로기판이 준비된다.
구동회로기판(30)은 하나의 디스플레이 모듈 사이즈에 대응한 크기이다. 구동회로기판(30)에는 마이크로 LED 칩(11)에 전력을 공급하는데 필요한 배선이나 TFT(thin-film-transistor) 등과 함께 전극이 형성된다. 제1 실시예에서는 구동회로기판(30)에 마련되는 전극을 구동기판측 전극(31)이라 지칭한다.
구동기판측 전극(31)은 금속 배선의 일부일 수도 있으며, 또는 배선과 연결된 금속 패드일 수도 있다. 구동기판측 전극(31)에는 앞서 설명한 LED 측 전극(12)과 동일한 금속이 사용된다.
구동기판측 전극(31) 위에는 마이크로 솔더 범프(32)가 형성되어 있다. 마이크로 솔더 범프(32)는 예를 들어, Ni 0.5μm / SAC(SnAgCu, Ag 3%, Cu 0.5%) 1μm이다.
마이크로 솔더 범프(32)가 형성된 구동회로기판(30) 위에는 플럭스(33)가 도포된다. 플럭스(33)의 두께는 예를 들어, 10μm 정도이다.
이어서, 디스플레이 모듈 제작 단계에서는 소스 기판(25)으로부터 구동 회로 기판(30)에 마이크로 LED 칩(11)이 전사된다.
도 18은 제1 실시예의 소스 기판에서 구동회로기판으로 마이크로 LED 칩의 전사 공정을 도시한 단면도이다. 도 18은 도 13의 B-B선에 따른 단면과 같은 방향의 단면이다. 예를 들어, 이 전사 공정에서도 레이저 어블레이션 처리를 사용한다. 제1 실시예에서는 이 전사 공정을 제2 레이저 전사 공정이라 지칭한다.
제2 레이저 전사 공정에서는 우선, 구동회로기판(30)에 대해, 소정 위치에 소스 기판(25)을 위치시킨다(위치 결정한다). 소정 위치는 마이크로 LED 칩(11)의 LED 측 전극(12)과, 구동기판측 전극(31)을 연결할 수 있는 위치이다.
이어서, 제2 레이저 전사 공정에서는 위치 결정 후의 소스 기판(25) 측에서 R, G, 및 B 3개의 마이크로 LED 칩(11)을 향해 소정 파장의 레이저 광(110)을 조사한다. 소정 파장은 예를 들어, 248 ~ 355㎚이다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 파장 248㎚의 KrF 엑시머 레이저, 파장 266㎚의 YAG(FHG) 레이저 또는 파장 355㎚의 YAG(THG) 레이저 등이 사용된다.
제2 레이저 전사 공정에서는 3개의 마이크로 LED 칩(11)이 1도(度)의 레이저 광(110) 조사에 의해, 소스 기판(25)에서 구동 회로 기판(30)으로 전사된다. 이 후, 제2 레이저 전사 공정에서는 위치 결정과 레이저 조사가 반복되어, 하나의 디스플레이 모듈에 필요한 수의 마이크로 LED 칩(11)이 구동회로기판(30)에 전사된다.
이미 설명한 바와 같이, 소스 기판(25)의 마이크로 LED 칩(11)은 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)에 의해 레이저광 투명 기판(20)에 고정되어 있다. 하지만, 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)은 각각의 마이크로 LED 칩(11)에 대응하여 분리되어 있다. 따라서, 제2 레이저 전사 공정에서는 소스 기판(25)에 높은 전사 위치 정밀도로 배치되어 있는 마이크로 LED 칩(11)의 각각의 위치를 유지한 채 구동회로기판(30) 방향으로 타출할 수 있다. 이에 따라, 제1 실시예에서는 구동회로기판(30) 상에 전사된 마이크로 LED 칩(11)의 전사 위치 정밀도를 ± 5μm 이내로 억제하여 매우 정밀하게 전사할 수 있다.
이 때, 만일 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)이 패터닝되어 있지 않은 경우에는, 레이저 조사 시에 마이크로 LED 칩(11)의 대각선 아래에, 레이저 광으로 분해되지 않는 수지층이 남게 된다. 따라서, 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)이 패터닝되어 있지 않은 경우에는, 마이크로 LED 칩(11)이 남아있는 수지층에 걸려 타출 방향이 어긋나 버리는 경우가 있다. 제1 실시예에서는 이미 설명한 바와 같이, 레이저 전사 시 타출 방향의 혼란이 발생하기 어렵기 때문에, 마이크로 LED 칩(11)의 매우 정밀한 전사가 가능하게 된다.
이 후, 제2 레이저 전사 공정에서는 소정 개수의 마이크로 LED 칩(11)을 구동회로기판(30)에 전사한 후 다른 구동회로기판(30)으로 마이크로 LED 칩(11)의 전사를 시작한다.
마이크로 LED 칩(11)이 전사된 구동회로기판(30)은 그 후 가열 처리된다. 이에 따라 플럭스(33)가 휘발하는 동시에 마이크로 솔더 범프(32)가 용융되어 LED 측 전극(12)과 구동기판측 전극(31)의 금속 접합이 이루어진다. 가열 방법에는 예를 들어, 리플로우 오븐, 질소 플로우 오븐, 질소 플로우 핫플레이트, 및 레이저 솔더링 등이 사용된다.
도 19는 제1 실시예의 제2 레이저 전사 공정 후 상태의 하나의 디스플레이 모듈을 도시한 단면도이다.
도 19에 도시한 바와 같이, 제2 레이저 전사 공정 후의 상태에서는 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)이 마이크로 LED 칩(11) 상에 남아있다.
따라서, 디스플레이 모듈 제작에서는 마지막으로 산소 플라즈마에 의한 드라이 에칭을 실시하여 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)을 제거한다. 이 후, 완성된 디스플레이 모듈의 세척 처리가 이루어진다.
도 20은 제1 실시예에 따라 완성된 하나의 디스플레이 모듈을 도시한 단면도이다.
디스플레이 모듈(35)은 구동회로기판(30)과 마이크로 LED 칩(11)이 접합되고, 그 후 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)이 제거됨으로써 완성된다.
도 21은 제1 실시예에 따른 하나의 디스플레이 모듈(35) 상에 배치된 마이크로 LED 칩의 배치를 도시한 평면도이다. 여기서, 도 21은 마이크로 LED 칩(11)의 배치를 설명하기 위한 것이므로, 마이크로 LED 칩(11) 이외의 부재를 생략하였다.
이미 설명한 바와 같이, 구동회로기판(30) 상에 배치된 마이크로 LED 칩(11)은 각 색상 1개씩 총 3개로 디스플레이에서 하나의 픽셀(PIX)을 구성한다. 예를 들어, 구동회로기판(30) 상의 마이크로 LED 칩(11)은 픽셀(PIX) 사이의 피치가 Ppx Х Ppy = 520μm Х 520μm가 되도록 배치된다.
이와 같이 제1 실시예에서는 고밀도로 마이크로 LED 칩(11)을 배치한 소스 기판으로부터, 소스 기판(25)보다 띄엄띄엄 칩이 배치되는 디스플레이 모듈을 제작한다. 이에 따라, 제1 실시예는 특히 복수의 디스플레이 모듈을 제작할 때에 제조 시간(택타임)을 단축할 수 있다.
[제조 시간의 단축 효과]
이하, 제조 시간의 단축 효과에 대해 좀 더 상세히 설명한다.
제1 실시예에서는 디스플레이의 제조 방법에 있어서, 레이저 어블레이션 처리를 사용하고 있다. 레이저 어블레이션 처리에서는 처리되는 기판이 처리실로 장전되고(로드), 처리 종류 후 기판이 처리실로부터 취출된다(언로드).
여기에서는, 레이저 어블레이션 처리를 중심으로 디스플레이 제조 방법 전체의 흐름과 함께 생산 시간 단축 작용에 대해 설명한다. 각 공정의 상세한 설명은 이미 설명한 바와 같다.
도 22 및 도 23은 제1 실시예에 따른 디스플레이 제조 방법의 흐름을 개략적으로 설명하기 위한 개략도이다. 여기서, 각 도면에 있어서, (a1), (b1), ...는 개략 사시도, (a2), (b2), ...는 개략 측면도이다.
제1 실시예에 따른 디스플레이 제조 방법에서는 이미 설명한 바와 같이, 마이크로 LED 칩(11)의 제조, 도너 기판(15)의 제작을 거쳐 중간 구조체인 소스 기판(25)이 제작된다.
이러한 디스플레이 제조 방법에 있어서, 도너 기판(15)의 제작 후에는 도 22의 (a1) 및 (a2)에 도시한 바와 같이, R 도너 기판(15)과, 소스 기판(25)의 기재인 레이저광 투명 기판(20)이 처리실 내에 로드된다. 처리실 내에서는 R 마이크로 LED 칩(11)이 도너 기판(15)에서 레이저광 투명 기판(20)으로 전사된다. 이 때, 도너 기판(15)으로부터는 기본적으로 모든 마이크로 LED 칩(11)이 전사되지만, 임의의 수의 마이크로 LED 칩(11)만 전사될 수도 있다(이하 동일).
이어서, 도 22의 (b1) 및 (b2)에 도시한 바와 같이, R 도너 기판(15)이 언로드되고, G 도너 기판(15)이 로드된다. 레이저광 투명 기판(20)은 계속해서 처리실 내에 잔류하고 있다. 처리실 내에서는 G 마이크로 LED 칩(11)이 도너 기판(15)에서 레이저광 투명 기판(20)으로 전사된다.
이어서, 도 22의 (c1) 및 (c2)에 도시한 바와 같이, G 도너 기판(15)이 언로드되고, B 도너 기판(15)이 로드된다. 레이저광 투명 기판(20)은 계속해서 처리실 내에 잔류하고 있다. 처리실 내에서는 B 마이크로 LED 칩(11)이 도너 기판(15)에서 레이저광 투명 기판(20)으로 전사된다.
이 후, 도 22의 (d1) 및 (d2)와 같이 레이저광 투명 기판(20)에 각 색상의 마이크로 LED 칩(11)이 유지되어 완성된 소스 기판(25)이 언로드된다.
이 소스 기판(25)의 제작에 있어서, 처리실에 대한 각 기판의 교환 횟수(로드, 언로드를 1회로 함)는 소스 기판(25)의 기재인 레이저광 투명 기판(20)의 로드와 완성된 소스 기판(25)의 언로드로 1회, 각 색상의 도너 기판(15)의 로드 및 언로드로 3회 총 4회가 된다.
복수의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우, 처리실에 대한 각 기판의 교환 횟수는 각 기판에 유지시킨 마이크로 LED 칩(11)의 수가 제작할 디스플레이 모듈의 수에 대응하고 있다면, 4회에서 변하지 않는다. 예를 들어, 64장의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우, 각 기판에는 대응하는 수의 마이크로 LED 칩(11)을 유지시킨다. 이에 따라, 소스 기판(25)의 제작에 있어서, 처리실에 대한 각 기판의 교환 횟수는 4회가 된다.
제1 실시예에 따른 디스플레이 제조 방법에서는 소스 기판(25)의 제작 후 계속하여 디스플레이 모듈을 제작한다.
도 23의 (e1) 및 (e2)에 도시한 바와 같이 소스 기판(25)과, 하나의 디스플레이 모듈에 해당하는 전사 전의 구동회로기판(30)이 처리실에 로드된다. 처리실 내에서는 소스 기판(25)으로부터 하나의 디스플레이 모듈로서 필요한 수의 마이크로 LED 칩(11)이 구동회로기판(30)으로 전사되어 디스플레이 모듈이 완성된다.
이어서, 도 23의 (f1) 및 (f2)에 도시한 바와 같이, 소스 기판(25)은 계속해서 처리실 내에 잔류하고, 완성된 디스플레이 모듈은 언로드된다.
복수의 디스플레이 모듈을 만드는 경우, 계속해서 다른 디스플레이 모듈이 되는 전사 전의 구동회로기판(30)이 로드되고, 마이크로 LED 칩(11)이 구동회로기판(30)으로 전사되어 다른 디스플레이 모듈을 제작한다.
예정된 수의 디스플레이 모듈의 제작이 종료되면, 소스 기판(25)도 언로드된다.
디스플레이 모듈 제작에 있어서, 처리실에 대한 각 기판의 교환 횟수(로드, 언로드를 1회로 함)는 소스 기판(25)의 로드와 예정된 수 종료 후의 소스 기판(25)의 언로드로 1회, 구동회로기판(30)의 로드 및 완성된 디스플레이 모듈의 언로드로 1회 총 2회가 된다.
복수의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우, 처리실에 대한 각 기판의 교환 횟수는 복수의 디스플레이 모듈의 수에, 소스 기판(25)의 교환 횟수인 1회를 가산한 횟수이다. 예를 들어, 64장의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우, 처리실에 대한 각 기판의 교환 교체 횟수는 64 + 1로, 횟수가 65회가 된다.
제1 실시예를 적용하여 64장의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우의 레이저 어블레이션 처리에 걸리는 시간은 예를 들면, 63분이다.
이하에서는 실시예의 이해를 용이하게 하기 위해, 비교예에 대해 설명한다. 이 비교예에서는 소스 기판(25)을 제작하지 않고 도너 기판(15)으로부터 직접 디스플레이 모듈을 제작한다.
여기에서도, 레이저 어블레이션 처리를 중심으로 설명한다. 도 24는 비교예에 따른 디스플레이 제조 방법의 흐름을 개략적으로 설명하기 위한 개략도이다. 각 도면에 있어서, (a1), (b1), ...은 개략 사시도, (a2), (b2), ...은 개략 측면도이다.
비교예에 따른 디스플레이 제조 방법에서는 먼저 마이크로 LED 칩(11)의 제조 후, 도너 기판(15)이 제작된다. 비교예의 도너 기판(15)에서는 마이크로 LED 칩(11) 위의 LED 측 전극(12)이 노출되어 있다.
도너 기판(15)의 제작 후, 도 24의 (a1) 및 (a2)에 도시한 바와 같이, R 도너 기판(15)과 구동회로기판(30)이 처리실 내로 로드된다. 처리실 내에서는 R 마이크로 LED 칩(11)이 도너 기판(15)에서 구동회로기판(30)으로 전사된다. 이 때, R 마이크로 LED 칩(11)은 디스플레이 모듈로서 필요한 구동회로기판(30) 위의 소정 위치에만 전사된다. 이하, 다른 색상의 마이크로 LED 칩(11)도 마찬가지이다.
이어서, 도 24의 (b1) 및 (b2)에 도시한 바와 같이, R 도너 기판(15)이 처리실 내로부터 언로드되고, G 도너 기판(15)이 처리실 내로 로드된다. 구동회로기판(30)은 계속해서 처리실 내에 잔류된다. 처리실 내에서는 G 마이크로 LED 칩(11)이 도너 기판(15)에서 구동회로기판(30)으로 전사된다.
이어서, 도 24의 (c1) 및 (c2)에 도시한 바와 같이, G 도너 기판(15)이 처리실 내로부터 언로드되고, B 도너 기판(15)이 처리실 내로 로드된다. 구동회로기판(30)은 계속해서 처리실 내에 잔류된다. 처리실 내에서는 B 마이크로 LED 칩(11)이 도너 기판(15)에서 구동회로기판(30)으로 전사된다.
이 후, 도 24의 (d1) 및 (d2)에 도시한 바와 같이, B 도너 기판(15)이 처리실 내로부터 언로드되고, 완성된 디스플레이 모듈이 언로드된다.
비교예에 있어서, 처리실에 대한 각 기판의 교환 교체 횟수(로드, 언로드를 1회로 함)는 한 장의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우, 각 색상의 도너 기판(15)의 로드 및 언로드로 3회, 구동회로기판(30)의 로드 및 완성된 디스플레이 모듈의 언로드로 1회 총 4회이다.
그러나, 비교예에 있어서 복수의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우, 처리실에 대한 각 기판의 교환 횟수는 한 장의 디스플레이 모듈 완성 후, 새로운 구동회로기판(30)을 로드해서 각 색상 도너 기판의 로드, 전사, 언로드가 된다. 따라서, 비교예에 있어서 복수의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우, 처리실에 대한 각 기판의 교환 횟수는 복수의 디스플레이 모듈의 수에 4회를 곱한 횟수가 된다. 예를 들어, 64장의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우, 처리실에 대한 각 기판의 교환 횟수는 64 Х 4로, 횟수가 256회가 된다. 그러나, 실제 제조 시에는 처리실 내의 구동회로기판(30)을 교환할 때에, 마지막 도너 기판(15)을 처리실 내에 두고 순차적으로 각 색상의 도너 기판(15)을 로드하도록 할 수도 있다. 이 경우, 처리실에 대한 각 기판의 교환 횟수는 192회가 된다. 비교예를 적용하여 64장의 디스플레이 모듈을 제작하는 경우의 레이저 어블레이션 처리에 걸리는 시간은 예를 들면 166분이다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 실시예에서는 비교예와 대비하면 제작할 디스플레이 모듈의 수가 많을수록 레이저 어블레이션 처리에서 각 기판의 교환 횟수를 줄일 수 있다. 이것은 레이저 어블레이션 처리를 많이 사용하는 디스플레이의 제조에 있어서 제조 시간 단축에 큰 효과가 있다.
제2 실시예는 소스 기판(25)에 유지되는 마이크로 LED 칩(11)의 LED 측 전극(12)이 노출되어 있지 않는 구성이다. 이하의 설명에서, 제1 실시예와 동일한 구성 및 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
[마이크로 LED 칩의 제작]
도 25은 제2 실시예의 사파이어 기판 상의 마이크로 LED 칩을 도시한 단면도이다.
제2 실시예에서도, 도 25에 도시한 바와 같이, 제1 실시예와 마찬가지로 먼저, 사파이어 기판(100)에 마이크로 LED 칩(11)을 제작한다.
[도너 기판의 제작]
도 26 내지 도 29는 제2 실시예의 도너 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
제2 실시예에 따른 도너 기판의 제작에 있어서는, 도 26에 도시한 바와 같이, 먼저 중계 기판(214) 위에 임시 고정층(213)을 형성하고, 사파이어 기판(100)으로부터 마이크로 LED 칩(11)을 임시 고정층(213)에 전사한다.
중계 기판(214)은 예를 들어, 석영글래스 기판이며, 임시 고정층(213)은 예를 들어, PDMS(Polydimethylsiloxane) 등의 실리콘 고무이다. 임시 고정층(213)에 압착된 마이크로 LED 칩(11)을 레이저 리프트 오프함으로써 마이크로 LED 칩(11)이 전사된다. 레이저 리프트 오프에서는 사파이어 기판(100) 측으로부터, 사파이어 기판(100)의 전체 면을 주사하도록 레이저 광(110)이 조사된다. 이에 따라 사파이어 기판(100)과 마이크로 LED 칩(11)이 분리된다.
이어서, 제2 실시예에서는 도너용 수지층(13)을 형성한 지지 기판(14)을 준비하고, 도 27에 도시한 바와 같이 도너용 수지층(13)에 중계 기판(214)에 유지시킨 마이크로 LED 칩(11)을 압착한다. 도너용 수지층(13)은 제1 실시예와 마찬가지이다.
그리고, 제2 실시예에서는 도 28에 도시한 바와 같이, 중계 기판(214)을 박리한다. 이에 따라 마이크로 LED 칩(11)은 임시 고정층(213)으로부터 떨어져 도너용 수지층(13) 상에 유지된다. 임시 고정층(213)(PDMS)과 마이크로 LED 칩(11)의 밀착력은 도너용 수지층(13)과 마이크로 LED 칩(11)의 접착력보다 충분히 작다. 따라서, 제2 실시예에서는 마이크로 LED 칩(11)으로부터, 임시 고정층(213) 마다 중계 기판(214)을 박리할 수 있다.
이어서, 제2 실시예에서는 도 29에 도시한 바와 같이, 칩 사이에 있는 도너용 수지층(13)을 산소 플라즈마에 의한 드라이 에칭으로 제거한다. 여기에서는, 도 29에 도시한 상태의 기판이 도너 기판(15)이다. 제2 실시예의 도너 기판(15)에서는 LED 측 전극(12)이 노출되어 있다.
[소스 기판의 제작]
이 후, 제2 실시예에서는 소스 기판(25)을 제작한다. 제2 실시예의 소스 기판(25) 제작은 마이크로 LED 칩(11)의 방향이 다를 뿐, 기본적으로 제1 실시예과 마찬가지이다.
도 30 내지 도 33은 제2 실시예의 소스 기판의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
제2 실시예의 소스 기판 제작에서는 우선, 도 30에 도시한 바와 같이, 소스 기판의 기재인 레이저광 투명 기판(20) 위에 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)을 형성한다. 제2 실시예에 있어서도, 소스 기판의 기재는 제1 실시예와 마찬가지로, 예를 들어 석영글래스 기판이 사용된다.
이어서, 제2 실시예에서는 도 31에 도시한 바와 같이 레이저 어블레이션 처리에 의해 각 색상의 도너 기판(15)으로부터 레이저광 투명 기판(20) 상에 각 색상의 마이크로 LED 칩(11)을 전사한다. 도 31은 R 도너 기판(15)으로부터의 전사를 나타낸다. G 및 B의 각 도너 기판(15)으로부터의 전사도 마찬가지이다.
도 32에 도시한 바와 같이 모든 색상의 마이크로 LED 칩(11)을 레이저광 투명 기판(20) 상에 전사한 후, 제2 실시예에서는 도 33에 도시한 바와 같이 칩 위의 도너용 수지층(13)과, 칩 사이의 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)을 산소 플라즈마 드라이 에칭으로 제거한다. 드라이 에칭은 예를 들어, RIE이다.
이에 따라, 제2 실시예의 소스 기판(25)이 완성된다. 제2 실시예의 소스 기판(25)에서는 LED 측 전극(12)이 레이저광 투명 기판(20) 측을 향하고 있다. 소스 기판(25)은 마이크로 LED 디스플레이 제조용 중간 구조체로 제공된다.
[디스플레이 모듈 제작 단계]
다음으로, 제2 실시예에서는 완성된 소스 기판(25)을 사용하여 디스플레이 모듈을 제작한다.
도 34 내지 도 37은 제2 실시예의 디스플레이 모듈의 제작 공정을 도시한 단면도이다.
제2 실시예에서는 예를 들어, 구동회로기판(30)으로 각 색상의 마이크로 LED 칩(11)을 일괄적으로 전사한다.
이를 위해, 제2 실시예에서는 먼저, 도 34에 도시한 바와 같이, 레이저 어블레이션 처리에 의해 소스 기판(25)에서 임시고정기판(225)으로 마이크로 LED 칩(11)을 전사한다. 임시고정기판(225)은 석영글래스기판(220)의 위에 임시 고정층(221)을 가지고 있다. 임시 고정층(221)은 예를 들어 PDMS이다. 임시 고정층(221)의 두께는 예를 들어 1 ~ 10μm이다.
임시고정기판(225) 위의 마이크로 LED 칩(11)의 배치는 디스플레이 모듈의 마이크로 LED 칩(11)의 배치와 동일하다. 제2 실시예에서도 디스플레이 모듈의 마이크로 LED 칩(11)의 배치는 제1 실시예와 동일하다.
이어서, 제2 실시예에서는, 도 35에 도시한 바와 같이, 산소 플라즈마에 의한 드라이 에칭 처리를 실시하여 마이크로 LED 칩(11)의 LED 측 전극(12) 위에 남아있는 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)을 제거한다.
이어서, 제2 실시예에서는 NCF(Non Conductive Film) 또는 ACF(Anisotropic Conductive Film)(232)가 형성된 구동회로기판(30)을 준비한다. 구동회로기판(30)에는 구동기판측 전극(31)이 형성되어 있다.
이어서, 제2 실시예에서는 도 36에 도시한 바와 같이, 마이크로 LED 칩(11)이 전사된 임시고정기판(225)을 NCF(Non Conductive Film) 또는 ACF(Anisotropic Conductive Film)(232)가 형성된 구동회로기판(30)에 대향시켜서 LED 측 전극(12)과 구동기판측 전극(31)이 겹치도록 위치시키고 중첩해서 가압한다.
이에 따라 마이크로 LED 칩(11)이 NCF 또는 ACF(232)를 통해 구동회로기판(30)에 유지된다. 이 후, 제2 실시예에서는 제1 실시예와 마찬가지로 마이크로 LED 칩(11)이 유지된 구동회로기판(30)을 가열 처리한다. 제2 실시예에서는 가열 처리에 의해 NCF 또는 ACF(232)를 통해 LED 측 전극(12)과 구동기판측 전극(31)이 전기적으로 연결된다.
도 37은 제2 실시예에 따라 완성된 디스플레이 모듈을 도시한 단면도이다.
이 후, 제2 실시예에서는 도 37에 도시한 바와 같이 임시고정기판(225)을 제거한 후, 세척 작업을 실시한다. 이에 따라, 디스플레이 모듈(35)이 완성된다.
이상 설명한 바와 같이, 제2 실시예에서는 중간 구조체인 소스 기판(25)을 제작하고, 이 소스 기판(25)으로부터 임시고정기판(225)에 마이크로 LED 칩(11)을 전사하고, 그 후 구동회로기판(30)으로 마이크로 LED 칩(11)을 일괄 전사하였다. 이에 따라 제2 실시예에서도 제1 실시예와 마찬가지로, 칩의 전사 위치 정밀도가 향상하고 또한 소스 기판(25)을 제작하지 않는 경우와 비교하여 디스플레이의 제조 시간을 단축할 수 있다.
이하에서는 디스플레이 모듈을 시험 제작한 예에 대해 설명한다.
제1 실시예는 상술한 제1 실시예에 따라 시험 제작한 예이다.
제1 실시예에서는 6 인치 사파이어 기판(100)에 마이크로 LED 칩(11)을 제작하였다(도 1 및 도 2 참조).
제1 실시예에서는 사파이어 기판(100)에 폴리이미드 HD3007(HD Microsystems 사 제조)를 스핀 코팅으로 도포하고, 120℃ / 3분 프리 베이크 후, 250℃ / 1 시간 큐어 하였다. 큐어 후 폴리이미드의 두께는 10μm였다(도 3 참조).
이어서, 제1 실시예에서는 사파이어 기판(100)과 지지 기판(14)이 되는 석영글래스기판을 접합하고 2000N의 하중으로 300℃ / 10분의 본딩 처리를 실시했다(도 4 참조).
이어서, 제1 실시예에서는 파장 248㎚의 엑시머 레이저를 사파이어 기판(100) 측으로부터 전체 면에 조사하여 레이저 리프트 오프 처리를 실시하고(도 5 참조), 사파이어 기판(100)과 마이크로 LED 칩(11)을 분리시켰다(도 6 참조).
이어서, 제1 실시예에서는 산소 플라즈마 RIE 처리를 마이크로 LED 칩(11) 상에서 실시하고, 칩 사이의 폴리이미드를 제거하여 도너 기판(15)으로 했다(도 7).
제1 실시예에서는 먼저 소스 기판(25)의 기재로서 레이저광 투명 기판(20)(석영글래스기판)을 준비하고, 레이저광 투명 기판(20) 상에 제1 수지층(21)을 형성하였다. 제1 수지층(21)은 스핀 코팅으로 도포하였다. 제1 수지층(21)은 폴리이미드 HD3007(HD Microsystems 사 제조)을 사용하였다. 스핀 코팅에서는 원하는 두께가 되도록 회전수 및 시간을 조정하였다.
제1 실시예에서는 스핀 코팅 후 프리 베이크 처리를 해서 제1 수지층(21)을 120℃분 가열하여 예비 건조하였다. 계속해서, 오븐에서 제1 수지층(21)에 250℃시간의 열처리를 실시하였다. 이렇게 하여 제1 실시예에서는 레이저광 투명 기판(20) 상에 두께 1μm의 제1 수지층(21)을 형성하였다(도 8 참조).
이어서, 제1 실시예에서는 제1 수지층(21) 상에 제2 수지층(22)을 스핀 코팅으로 도포하였다. 스핀 코팅에서는 원하는 두께가 되도록 회전수 및 시간을 조정하였다. 제1 실시예에서는 스핀 코팅 후에 프리 베이크 처리로 제2 수지층(22)를 120℃분 가열하여 용제를 건조 제거하였다. 이렇게 하여 제1 실시예에서는 두께 5μm의 제2 수지층(22)을 형성하였다(도 9 참조). 제2 수지층(22)은 SEPTON2063(Kuraray사 제조)을 톨루엔에 5 질량%가 되도록 넣고, 교반 및 희석한 코팅 용액을 도포하여 형성하였다.
이어서, 제1 실시예에서는 제1 레이저 전사 공정에 의해 R, G 및 B의 각 도너 기판(15)으로부터 제2 수지층(22) 상에 마이크로 LED 칩(11)을 원하는 피치가 되도록 전사했다(도 10 내지 도 15 참조). 제1 실시예에서는 제1 레이저 전사 공정으로서, 라인 형상의 레이저 광(110)을 조사하여 각 색상의 마이크로 LED 칩(11)을 연속적으로 전사하였다.
이어서, 제1 실시예에서는 드라이 에칭에 의해 마이크로 LED 칩(11) 상의 도너용 수지층(13), 칩 사이의 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)을 제거하였다. 드라이 에칭은 산소 플라즈마에 의한 RIE로 실시하였다. 이 때, 제1 레이저 공정 후의 LED 측 전극(12) 상에 남아 있던 폴리이미드도 동시에 에칭되어 폴리이미드가 완전히 제거된다.
이렇게 하여 제1 실시예에서는 각 색상의 마이크로 LED 칩(11)이 원하는 위치에 배치된 소스 기판(25)(중간 구조체)을 완성시켰다(도 16 참조).
제1 실시예에서는 구동기판측 전극(31)이 형성된 구동회로기판(30)에 마이크로 솔더 범프(32)를 형성하였다. 마이크로 솔더 범프(32)는 구동회로기판(30)의 Cu 패드에 연결시켜 형성하였다. 마이크로 솔더 범프(32)는 Ni 0.5μm / SAC 1μm(SnAgCu, Ag 3%, Cu 0.5%)를 사용하여 형성하였다.
이어서, 제1 실시예에서는 마이크로 솔더 범프(32)가 형성된 구동회로기판(30) 상에 스프레이 도포로 플럭스(33)를 두께 10μm가 되도록 도포 하였다(도 17 참조).
이어서, 제1 실시예에서는 소스 기판(25)을 플럭스(33)가 도포된 구동회로기판(30)에 대향시켜서 R, G 및 B 3개 1세트의 마이크로 LED 칩(11)이 구동회로기판(30)의 마이크로 솔더 범프(32)에 겹치도록 위치시켰다.
그리고, 제1 실시예에서는 제2 레이저 전사 공정으로서 레이저 어블레이션 처리를 실시하고(도 18 참조), 구동회로기판(30)의 플럭스(33) 상의 마이크로 솔더 범프(32)에 겹치는 위치에 마이크로 LED 칩(11)을 전사하였다.
이어서, 제1 실시예에서는 리플로우 오븐을 이용하여 230
Figure pat00001
가열 처리를 실시하여, 플럭스(33)을 휘발시키는 동시에 마이크로 솔더 범프(32)를 용융시켜 LED 측 전극(12)에 금속 접합시켰다(도 19 참조).
또한, 제1 실시예에서는 자일렌에 마이크로 LED 칩(11) 실장 후의 구동회로기판(30)을 3분간 침지하여 마이크로 LED 칩(11) 상에 남아있는 제1 수지층(21)을 팽윤, 용해시켰다.
이어서, 제1 실시예에서는 마이크로 LED 칩(11)이 실장된 구동회로기판(30)에 알칼리 수용액에 의한 플럭스 세척액으로 샤워 세척을 실시하였다. 이에 따라, 마이크로 LED 칩(11) 상에 남은 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)의 잔류물 및 플럭스(33)가 제거되었다.
또한, 제1 실시예에서는 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)을 제거한 구동회로기판(30)에 순수(純水) 샤워로 린스 처리, 에어 나이프로 물기 처리 및 핫플레이트로 135℃분 건조 베이크 처리를 순차적으로 실시하였다.
이렇게 하여 제1 실시예에서는 구동회로기판(30)에 마이크로 LED 칩(11)이 납땜 실장된 디스플레이 모듈(35)이 완성된다(도 20).
제2 실시예에서는 제1 실시예와 마찬가지로, 6인치 사파이어 기판(100)에 마이크로 LED 칩(11)을 제작하였다(도 25 참조).
이어서, 제2 실시예에서는 석영글래스기판(220) 상에 임시 고정층(213)을 갖는 중계 기판(214)을 준비한 후, 이 중계 기판(214)에 마이크로 LED 칩(11)을 유지시켰다. 임시 고정층(213)은 10μm 두께의 PDMS를 이용하여 형성하였다.
이어서, 제2 실시예에서는 레이저 리프트 오프법에 의해 사파이어 기판(100)으로부터 마이크로 LED 칩(11)을 떨어뜨려 사파이어 기판(100)을 제거하고(도 26 참조), 임시 고정층(213)에 마이크로 LED 칩(11)을 유지시켰다.
이어서, 제2 실시예에서는 석영글래스기판으로 이루어지는 지지 기판(14)에 도너용 수지층(13)으로서 폴리이미드 수지를 5μm의 두께로 형성하였다. 그 후, 이 도너용 수지층(13)을 형성한 지지 기판(14)에 중계 기판(214)을 접합시켰다(도 27 참조).
이어서, 제2 실시예에서는 중계 기판(214)을 제거하여 도너용 수지층(13)(폴리이미드 수지)에 마이크로 LED 칩(11)을 고정하였다(도 28).
이 후, 제2 실시예에서도 제1 실시예와 마찬가지로, 칩 사이의 폴리이미드 수지를 RIE 처리로 제거하여 도너 기판(15)을 완성시켰다(도 29). 제1 실시예와 달리, 제2 실시예의 도너 기판(15)에 형성된 마이크로 LED 칩(11)은 LED 측 전극(12)이 노출되어 있다.
이어서, 제2 실시예에서는 제1 실시예와 마찬가지로, 소스 기판(25)의 기재인 레이저광 투명 기판(20)(석영글래스기판)에 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)을 형성하였다(도 3). 이 후, 제2 실시예에서는 제1 실시예와 마찬가지로, 레이저 광(110)을 중계 기판(214) 측으로부터 조사하여 레이저 어블레이션 처리에 의해 마이크로 LED 칩(11)을 레이저광 투명 기판(20)에 전사하였다. 이 후, 제2 실시예에서는 RIE 처리를 실시했다(도 31 ~ 도 33 참조).
이렇게 하여 제2 실시예에서는 제1 실시예와 반대 방향으로 마이크로 LED 칩(11)이 배치된 소스 기판(25)이 완성되었다.
제2 실시예에서는 먼저 구동회로기판(30)에 R, G 및 B의 마이크로 LED 칩(11)을 일괄적으로 본딩하기 위해 임시고정기판(225)에 레이저 어블레이션 처리를 실시하였다(도 34 참조). 임시고정기판(225)에는 석영글래스기판(220) 상에 임시 고정층(221)으로서 PDMS를 5μm의 두께로 형성한 것을 사용하였다.
이어서, 제2 실시예에서는 마이크로 LED 칩(11)을 소스 기판(25)에서 임시고정기판(225)으로 전사하였다. 이 후, 제2 실시예에서는 RIE 처리를 실시하여 마이크로 LED 칩(11)의 전극 상에 남아있는 제1 수지층(21) 및 제2 수지층(22)을 완전히 제거하였다(도 35 참조).
이어서, 제2 실시예에서는 구동기판측 전극(31)이 마련된 구동회로기판(30)을 준비하고, NCF 또는 ACF(32)를 라미네이트하였다.
이어서, 제2 실시예에서는 마이크로 LED 칩(11)이 전사된 임시고정기판(225)에 구동회로기판(30)을 대향시켜 LED 측 전극(12)과 구동기판측 전극(31)이 겹치도록 위치시켰다.
그리고, 제2 실시예에서는 1000kgf의 하중으로 구동회로기판(30)을 임시고정기판(225)에 압착시켜 마이크로 LED 칩(11)을 구동회로기판(30) 상의 NCF 또는 ACF(232)에 유지시켰다(도 36 참조). 이 후, 제2 실시예에서는 임시고정기판(225)을 제거하고 마이크로 LED 칩(11)이 유지된 구동회로기판(30)을 세척하였다.
이렇게 하여 제2 실시예의 마이크로 LED 칩(11)이 구동회로기판(30)에 실장된 디스플레이 모듈(35)이 완성되었다(도 37 참조).
이상, 본 발명의 실시 형태 및 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시 형태 및 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변경이 가능하다. 본 발명은 특허 청구 범위에 기재된 구성에 기초하여 다양한 변경이 가능하며, 그 내용도 본 발명의 범주이다.
11: 마이크로 칩 LED
12: LED 측 전극,
13: 도너용 수지층,
14: 지지 기판,
15: 도너 기판,
20: 레이저광 투명 기판,
21: 제1 수지층,
22: 제2 수지층,
25: 소스 기판,
30: 구동회로기판,
31: 구동기판측 전극,
32: 마이크로 솔더 범프,
33: 플럭스,
35: 디스플레이 모듈,
100: 사파이어 기판,
110: 레이저 광,
213,221: 임시 고정층,
214: 중계 기판,
225: 임시고정기판

Claims (16)

  1. 마이크로 LED 디스플레이를 제조하기 위한 중간 구조체에 있어서,
    소정 파장의 레이저 광을 투과시키는 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 마련된 제1 수지층;
    상기 제1 수지층 상에 마련된 제2 수지층; 및
    상기 제2 수지층 상에 배치된 복수의 마이크로 LED 칩; 을 포함하고,
    상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층은 상기 복수의 마이크로 LED 칩에 대응되도록 패터닝되어 있는 중간 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층은 산소 플라즈마에 의해 드라이 에칭 가능한 수지 재료로 이루어지는 중간 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 수지층은 레이저 어블레이션(laser ablation) 처리에 의해 분해되는 수지 재료로 이루어지는 중간 구조체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수지층은 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 갖는 중간 구조체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 수지층은 압축 탄성율이 1 ~ 100Mpa인 수지 재료를 갖는 중간 구조체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 수지층은 우레탄, 이소프렌 및 부타디엔으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 갖는 중간 구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 투명 기판은 파장 248 ~ 355㎚의 레이저 광을 50% 이상 투과하는 중간 구조체.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수지층은 248 ~ 355㎚의 레이저 광을 60% 이상 흡수하는 중간 구조체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지층의 두께는 0.5 ~ 2μm인 중간 구조체.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 수지층의 두께는 1 ~ 10μm인 중간 구조체.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 LED 칩은 발광색이 다른 마이크로 LED 칩을 포함하고,
    상기 복수의 마이크로 LED 칩은 상기 제2 수지층 상에 Matrix 형태로 배치되며,
    각각의 상기 복수의 마이크로 LED 칩은 상기 마이크로 LED 디스플레이의 서브 픽셀을 형성하는 중간 구조체.
  12. 마이크로 LED 디스플레이를 제조하기 위한 중간 구조체의 제조 방법에 있어서,
    소정 파장의 레이저 광을 투과시키는 투명 기판 상에 제1 수지층을 적층하는 제1 수지층 적층 단계;
    상기 제1 수지층 상에 제2 수지층을 적층하는 제2 수지층 적층 단계;
    상기 제2 수지층 상에 복수의 마이크로 LED 칩을 배치하는 마이크로 LED 칩 배치 단계; 및
    상기 복수의 마이크로 LED 칩에 대응해서 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층을 패터닝하는 수지층 패터닝 단계; 를 포함하는 중간 구조체의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수지층 패터닝 단계에서, 산소 플라즈마에 의한 드라이 에칭을 이용하여 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층을 패터닝하는 중간 구조체의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 수지층은 폴리이미드 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리카보네이트 수지, 및 ABS 수지로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 갖는 중간 구조체의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제2 수지층은 우레탄, 이소프렌 및 부타디엔으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 수지 재료를 갖는 중간 구조체의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 마이크로 LED 칩 배치 단계에서, 각각의 상기 복수의 마이크로 LED 칩이 상기 마이크로 LED 디스플레이의 서브 픽셀을 형성하도록 상기 복수의 마이크로 LED 칩을 상기 제2 수지층 상에 Matrix 형태로 배치하는 중간 구조체의 제조 방법.
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