KR20220077522A - 미소 소자의 정렬 장치 및 정렬 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 전기 전도성 접촉핀의 정렬 장치 및 정렬 방법은 유체 전사 방법에 있어서 상, 하면 중 어느 면 및/또는 방향 중 어느 한 방향으로 정렬시켜 전사할 수 있도록 한다.
Description
본 발명의 미소 소자의 정렬 장치 및 정렬 방법에 관한 것이다.
현재 디스플레이시장은 LCD가 주류를 이루고 있는 가운데 OLED가 LCD를 빠르게 대체하며 주류로 부상하고 있는 상황이다. 디스플레이 업체들의 OLED 시장 참여가 러시를 이루고 있는 상황에서 최근 Micro LED(이하, '마이크로 LED'라 함) 디스플레이가 또 하나의 차세대 디스플레이로 부상하고 있다. LCD와 OLED의 핵심소재가 각각 액정(Liquid Crystal), 유기재료인데 반해 마이크로 LED 디스플레이는 1~100마이크로 미터(㎛) 단위의 LED 칩 자체를 발광재료로 사용하는 디스플레이다.
이러한 마이크로 LED와 같은 미소 소자는 성장 기판에서 제조되어 기판(예를 들어, 캐리어 기판, 임시 기판 또는 회로 기판)으로 전사되기 위해 전사 공정이 수행될 수 있다.
종래에는 성장 기판에서 제조된 미소 소자를 전사하는 전사 방법으로서, 전사 헤드로 미소 소자를 흡착하여 기판(예를 들어, 캐리어 기판, 임시 기판 또는 회로 기판)으로 전사하는 전사 헤드 전사 방법이 고려되었다. 하지만 헤드 전사 방법은 1~100마이크로 미터(㎛) 단위의 미소 소자를 신뢰성 있게 전사하는 것이 어렵고 전사 에러를 리페어하기 위한 시간이 소요되어 생산 속도를 향상시키는데 어려움이 있다.
이에 따라 생산속도를 향상시키기 위해 유체를 이용하여 미소 소자를 기판(예를 들어, 캐리어 기판, 임시 기판 또는 회로 기판)으로 전사하는 유체 전사 방법이 고려되었다. 유체 전사 방법은 수 많은 미소 소자를 일거에 기판에 전사할 수 있다는 측면에서 생산속도를 향상시킬 수 있는 장점이 있으나, 미소 소자의 상, 하면이 뒤집힌 채로 기판에 전사되는 확률이 높기 때문에 유체 전사 이후에 상, 하면이 뒤집힌 미소 소자를 일일이 올바르게 정렬해야 하는 작업에 많은 시간이 소요된다. 또한 미소 소자의 상, 하면이 올바르게 정렬되었다고 하더라도, 플립칩 형태의 미소 소자는 일면에 2개의 단자를 가지기 때문에 2개 단자의 방향성이 제대로 정렬되지 않을 확율이 높다.
이처럼 종래의 전사 방법은 미소 소자를 전사하기 위해 일정한 홈안에 일거에 수용시킬 수 있는 장점이 있으나 미소 소자의 정렬 에러가 높다는 문제점을 가진다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은, 상, 하면 중 어느 면 및/또는 방향 중 어느 한 방향으로 정렬시켜 전사할 수 있는 미소 소자의 정렬 장치 및 정렬 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 미소 소자의 정렬장치는, 미소 소자에 자기력을 인가하는 부양 자석; 및 상기 자기력에 의해 상승된 상기 미소 소자를 진공력으로 흡착하는 픽커를 포함한다.
또한, 상기 미소 소자를 수용하는 챔버를 포함한다.
또한, 상기 챔버의 내부에는 유체가 수용된다.
또한, 상기 부양 자석은 펄스 파 형태의 자기력을 발생하는 전자석이다.
또한, 상기 부양 자석은 상기 픽커의 상부에 구비된다.
또한, 상기 픽커는 미소 소자가 안착되는 안착부를 포함하고, 상기 안착부에는 자성체가 구비된다.
또한, 상기 안착부에 구비된 자성체의 패턴은 상기 미소 소자의 일면에 구비된 자성체의 패턴과 동일한 패턴이다.
또한, 상기 안착부에 구비된 자성체의 패턴은 안착부의 어느 하나의 대각선 방향으로는 대칭이되 다른 하나의 대각선 방향으로는 비대칭이다.
또한, 상기 픽커는 미소 소자가 수용되는 수용홈을 포함하고, 상기 픽커의 일측에 구비되어 상기 수용홈에 수용된 미소 소자의 방향을 정렬하기 위해 자기력을 인가는 얼라인 자석을 포함한다.
또한, 상기 수용홈은 원형의 수평 단면이다.
한편, 본 발명에 따른 미소 소자의 정렬방법은, 자성체가 구비된 미소 소자에 자기력을 인가하는 단계; 및 상기 자기력에 의해 상승된 상기 미소 소자를 픽커의 진공력으로 흡착하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 미소 소자의 정렬방법은, 복수 개의 미소 소자를 상, 하면 중 어느 한 면으로 일괄적으로 면 정렬시키는 면 정렬단계; 및 복수 개의 상기 미소 소자를 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬시키는 방향 정렬 단계를 포함한다.
또한, 상기 면 정렬 단계 및 상기 방향 정렬 단계 중 적어도 어느 한 단계는 자성체가 구비된 상기 미소 소자에 자기력을 인가하여 상기 미소 소자를 정렬시킨다.
또한, 상기 면 정렬 단계는, 상기 미소 소자 각각에 대응되는 수용홈에 상기 미소 소자를 수용시켜 상기 미소 소자를 정렬시키는 단계이다.
또한, 상기 방향 정렬 단계는, 상기 미소 소자가 수용된 수용홈에서 자성체가 구비된 상기 미소 소자에 자기력을 인가하여 상기 미소 소자를 정렬시킨다.
또한, 상기 방향 정렬 단계는, 상기 미소 소자가 수용된 수용홈에 공기를 주입하여 상기 미소 소자가 상기 수용홈에서 부양되면서 방향이 정렬된다.
본 발명에 따른 전기 전도성 접촉핀의 정렬 장치 및 정렬 방법은, 상, 하면 중 어느 면 및/또는 방향 중 어느 한 방향으로 정렬시켜 전사할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬 장치를 도시한 도면.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬 장치의 부양 자석 및 픽커를 도시한 도면.
도 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬 장치의 픽커의 하면을 도시한 도면.
도 2c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 평면도.
도 2d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 측면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬장치를 이용한 정렬 방법을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽커에 형성되는 자성체 패턴과 미소 소자의 일면에 형성된 자성체 패턴을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽커에 형성되는 자성체 패턴과 미소 소자의 일면에 형성된 자성체 패턴을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽커의 수용홈에 수용된 미소 소자를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 방향을 정렬하는 방법을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수용홈에 수용된 미소 소자를 도시한 도면.
도 9a 및 도 9b는 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 방향을 정렬하는 방법을 도시한 도면.
도 2a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬 장치의 부양 자석 및 픽커를 도시한 도면.
도 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬 장치의 픽커의 하면을 도시한 도면.
도 2c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 평면도.
도 2d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 측면도.
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬장치를 이용한 정렬 방법을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽커에 형성되는 자성체 패턴과 미소 소자의 일면에 형성된 자성체 패턴을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽커에 형성되는 자성체 패턴과 미소 소자의 일면에 형성된 자성체 패턴을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽커의 수용홈에 수용된 미소 소자를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 방향을 정렬하는 방법을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 수용홈에 수용된 미소 소자를 도시한 도면.
도 9a 및 도 9b는 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 방향을 정렬하는 방법을 도시한 도면.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시 예들은 본 발명의 이상적인 예시 도인 단면도 및/또는 사시도들을 참고하여 설명될 것이다. 이러한 도면들에 도시된 막 및 영역들의 두께 등은 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 또한 도면에 도시된 성형물의 개수는 예시적으로 일부만을 도면에 도시한 것이다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다.
다양한 실시예들을 설명함에 있어서, 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 실시예가 다르더라도 편의상 동일한 명칭 및 동일한 참조번호를 부여하기로 한다. 또한, 이미 다른 실시예에서 설명된 구성 및 작동에 대해서는 편의상 생략하기로 한다.
미소 소자(10)는 미니 LED 또는 마이크로 LED를 포함할 수 있다. 마이크로 LED는 성형한 수지 등으로 패키징되지 않으면서 결정 성장에 이용한 웨이퍼에서 잘라낸 상태의 것이다. 미소 소자(10)는 1개 변의 길이가 1~100㎛ 단위의 크기일 수 있으나, 1개의 변 길이가 1~100㎛ 단위인 것으로 한정되는 것은 아니며 100㎛ 이상의 크기를 갖거나 1㎛ 미만의 크기를 갖는 것도 포함한다.
이하에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예의 구성들은 각 실시예들의 기술적 사상의 변경없이 적용될 수 있는 미소 소자들의 전사에 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬 장치(100)를 도시한 도면이고, 도 2a는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬 장치(100)의 부양 자석(30) 및 픽커(40)를 도시한 도면이며, 도 2b는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬 장치(100)의 픽커(40)의 하면을 도시한 도면이고, 도 2c는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자(10)의 평면도이며, 도 2d는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자(10)의 측면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미소 소자의 정렬장치(100)는, 미소 소자(10)에 자기력을 인가하는 부양 자석(30)과, 자기력에 의해 상승된 미소 소자(10)를 진공력으로 흡착하는 픽커(40)를 포함한다.
미소 소자의 정렬장치(100)는 미소 소자를 수용하는 챔버(20)를 포함한다. 챔버(20)는 미소 소자(10)를 수용하는 공간을 구비한다. 챔버(20)는 상부가 개방된 수조 형태로 구성될 수 있다. 챔버(20) 내부에는 유체가 수용될 수 있다. 유체는 미소 소자(10)의 무게에 의한 중력 영향을 줄여주기 위한 용액이며, 예를 들어 물을 포함할 수 있다.
미소 소자의 정렬장치(100)는 미소 소자(10)들에 자기력을 인가하기 위한 부양 자석(30)을 포함한다. 부양 자석(30)은 픽커(40)의 상부에 구비될 수 있다. 부양 자석(30)은 펄스 파 형태의 자기력을 발생시키는 전자석을 포함한다. 이를 통해 자기력은 펄스 파 형태로 제어될 수 있다. 부양 자석(30)의 자기력을 펄스 파 형태로 제어하는 구성에 따르면, 상대적으로 크기가 큰 자기력 구간에서는 미소 소자(10)가 상측으로 빠르게 상승하게 되고, 상대적으로 크기가 작은 자기력 구간에서는 미소 소자(10)가 느리게 상승(또는 하강)하면서 픽커(40)의 안착부(45)에 정렬될 수 있도록 한다. 자기력을 하나의 크기값으로만 제어할 경우에는 미소 소자(10)가 픽커(40)의 안착부(45)의 위치로 제대로 정렬되지 못한 채 픽커(40) 측으로 끌려 올라갈 수 있다. 하지만, 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이, 자기력의 세기를 상대적으로 제어함으로써, 바람직하게는 자기력이 큰 구간과 자기력이 작은 구간을 반복적으로 형성함으로써, 미소 소자(10)를 픽커(40)의 안착부(45)측으로 정밀하게 유도할 수 있게 된다.
픽커(40)는 그 하부면이 미소 소자(10)를 흡착할 수 있는 흡착영역과 흡착할 수 없는 비흡착영역으로 구분된다. 비흡착영역은 미소 소자(10)에 대한 진공 흡입력이 제공되지 않는 영역이다. 흡착영역은 미소 소자(10)에 대한 진공 흡입력을 제공하며 미소 소자(10)가 개별적으로 안착되는 안착부(45)를 포함한다. 안착부(45)는 복수 개 구비된다. 이를 통해 안착부(45)는 미소 소자(10)의 일면을 흡착할 수 있다. 안착부(45)는 바람직하게는 홈의 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 미소 소자(10)는 홈 안에 수용되어 안착거나 또는 홈 안에 수용되지 않고 홈에 걸쳐진 형태로 안착될 수 있다.
픽커(40)는 제1다공성 부재(41)와 제2다공성 부재(43)를 포함하여 구성될 수 있다.
제2다공성 부재(43)는 제1다공성 부재(41)를 지지하는 기능을 갖는 다공성 지지체로 구성될 수 있다. 제2다공성 부재(43)는 다공성의 소결 세라믹 소재일 수 있다. 제2다공성 부재(43)가 다공성 소결 세라믹 소재로 구성되는 구성에 따르면, 제1다공성 부재(41)를 지지하는 기능과 동시에 임의적 기공을 통해 진공압을 확산시켜 제1다공성 부재(41)에 전달하는 기능을 수행하게 된다.
제1다공성 부재(41)에는 다수의 관통홀을 구비하며 제1다공성 부재(41)가 제2다공성 부재(43)의 하부에 부착됨에 따라 다수의 관통홀은 다수의 수용홈(47)을 형성하게 된다. 이러한 수용홈(47)이 있는 영역이 안착부(45)가 된다. 제1다공성 부재(41)는 수 만개의 관통홀을 에칭하여 일거에 형성할 수 있는 양극산화막으로 구비될 수 있다. 양극산화막은 금속을 양극산화하여 형성된 기공을 갖는 얇은 막이다. 이 경우 양극산화막은 기공이 있는 기공층과 기공이 없는 배리어층을 포함하며, 에칭하여 관통홀이 추가로 형성된다. 관통홀이 있는 영역은 흡착영역을 구성하고 관통홀이 없는 영역은 비흡착영역을 구성하게 된다.
제2다공성 부재(43)는 제1다공성 부재(41)의 비흡착영역을 흡착하여 제1다공성 부재(41)가 제2다공성 부재(43)에 밀착되도록 함으로써, 두께가 수십 ㎛ 내지 수백 ㎛의 두께로 형성되는 제1다공성 부재(41)의 평탄도를 향상시킬 수 있게 된다. 또한 제2다공성 부재(43)의 진공도는 제1다공성 부재(41)의 흡착영역으로 전달되어 제1다공성 부재(41)의 흡착영역을 통해 미소 소자(10)를 진공흡착할 수 있도록 한다.
부양 자석(30)의 자기력에 의해 미소 소자(10)는 픽커(40) 측으로 유도되고, 미소 소자(10)의 일면은 픽커(40)의 진공 흡입력에 의해 안착부(45)에 안착된다.
제1다공성 부재(41)의 비흡착영역에는 부양 자석(30)에서 생성된 자기장의 적어도 일부를 차폐할 수 있는 재질(물질 또는 필름의 형태)을 포함하여 구성될 수 있다. 비흡착영역에서는 부양 자석(30)에서 생성된 자기력의 일부가 차폐되고 흡착영역을 통해서만 부양 자석(30)에서 생성된 자기력이 통과될 수 있다. 이를 통해 미소 소자(10)를 흡착영역 측으로 유도하는 것이 용이하게 된다.
도 2b를 참조하면, 안착부(45)에는 자성체(48)가 구비된다. 안착부(45)에 구비되는 자성체(48)는 자성을 띄는 금속을 의미하며, 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 다른 예로서 Gd 계, La계 및 Mn계 중 적어도 하나에 대응되는 물질을 포함할 수 있다.
미소 소자(10)는 부양 자석(30)의 자기력에 의해 상승할 수 있도록 자성체(11)를 구비한다. 미소 소자(10)는 플립 칩 타입의 발광소자일 수 있다. 미소 소자(10)는 p형 전극(13), p형 전극(13)이 형성되는 p형 반도체층(미도시), p형 반도체층(미도시) 상에 형성된 활성층(미도시), 활성층(미도시) 상에 형성된 n형 반도체층(미도시), 및 n형 반도체층(미도시) 상에서 p형 전극(13)과 수평방향으로 이격 배치되는 n형 전극(15)을 포함한다. 이 경우, p형 전극(13)과 n형 전극(15)은 미소 소자(10)의 일면에 형성되어 플립 칩 타입으로 구성될 수 있다. 이처럼 자성체(11)가 구비된 미소 소자(10)의 제조과정을 살펴보면, 성장기판 상에서 p형 반도체층(미도시), 활성층(미도시) 및 n형 반도체층(미도시)을 각각 성장시켜 형성하고, p형 전극(13)및 n형 전극(15)을 스터러링 등의 증착방법으로 그 상면에 형성한다. 자성체(11)는 p형 전극(13) 및 n형 전극(15)을 형성할 때, 그 중 하나의 전극 내에 구비되거나, p형 전극(13) 및 n형 전극(15)과는 별도도 그 중 하나의 전극 상에 구비될 수 있다. 따라서 자성체(11)는 p형 전극(13) 및 n형 전극(15)이 형성되는 미소 소자(10)의 일면에 구비된다.
이와는 다르게 미소 소자(10)는 버티컬 칩 타입의 발광소자일 수 있다. 이 경우, p형 전극(13)과 n형 전극(15)은 미소 소자(10)의 일면 및 타면에 각각 형성될 수 있다.
p형 전극(13)과 n형 전극(15) 중 적어도 하나는 자성체(11)를 구비할 수 있다. 구체적인 예로서, 상기 n형 전극(15)은 자성체(11)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, p형 전극(13)이 자성체(11)를 구비하는 것도 가능하다. 여기서 자성체(11)는 자성을 띄는 금속을 의미하며, 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 다른 예로서 Gd 계, La계 및 Mn계 중 적어도 하나에 대응되는 물질을 포함할 수 있다. 자성체(11)는 입자 형태로 구비될 수 있다. 또한, 이와 다르게, 자성체(11)를 포함한 전극(13, 15)은, 도전형 전극의 일 레이어가 자성체(11)로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 후속 공정에서 미소 소자(10)의 손상을 최소화하면서 자성체(11)의 제거가 용이하도록 p형 전극(13) 또는 n형 전극(15) 상에 구비될 수 있으며, 도면 2c 및 2d에서는 n형 전극(15) 상에 구비되는 것으로 도시한다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, p형 전극(13) 및/또는 n형 전극(15)이 형성되지 않은 면에 형성될 수도 있다. 미소 소자(10)에 형성된 자성체(11)는 배선 기판에 전사된 이후에 제거될 ㅅ수 있다. 자성체(11)의 제거는 화학적 방법이나 물리적 방법 중 어느 방법도 가능하다.
미소 소자의 정렬장치(100)는 뭉침해체부(미도시)를 포함한다. 뭉침해체부(미도시)는 진동발생기로 구성되어 유체에 진동을 가할 수 있다. 이를 통해 챔버(20)내 에서 서로 뭉쳐있는 미소 소자(10)들간의 뭉침해체를 유도할 수 있다. 또는 뭉침해체부(미도시)는 자석으로 구성될 수 있다. 자석으로 구성되는 뭉침해체부는 상부에 설치되는 부양 자석(30)과 대향되는 위치인 챔버(20)의 하부 측에 설치되어 자화되면서 뭉쳐있는 미소 소자(10)들을 잡아 당기는 힘을 부여할 수 있다. 이를 통해 한꺼번에 뭉쳐서 상승하는 미소 소자(10)들을 분리함으로써, 보다 효과적으로 미소 소자(10)를 픽커(40)의 하면 측으로 안내할 수 있게 된다.
이하, 도 3a 내지 도 3f를 참조하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 미소 소자의 정렬장치(100)를 이용한 미소 소자(10)의 정렬 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미소 소자(10)의 정렬 방법은, 자성체(11)가 구비된 미소 소자(10)에 자기력을 인가하는 단계와 자기력에 의해 상승된 미소 소자(10)를 픽커(40)의 진공력으로 흡착하는 단계를 포함한다.
먼저, 도 3a를 참조하면, 미소 소자(10)를 챔버(20)에 투입한다. 챔버(20)의 상부 측에는 부양 자석(30)과 픽커(40)가 구비된다. 미소 소자(10)는 적어도 일면에 자성체(11)를 구비하며, 도 3a에는 자성체(11)가 일면에 구비된 것으로 도시된다.
챔버(20) 내부에는 유체가 수용될 수 있다. 유체가 없는 경우에 비해, 유체가 있는 구성에 의하면, 자기력에 의한 미소 소자(10)의 미세한 떨림을 방지할 수 있고 유체 저항으로 인해 미소 소자(10)의 급격한 상승을 방지할 수 있게 된다. 또한 유체가 있는 구성에 의하면, 미소 소자(10)의 중력에 의한 하강 변위를 줄여주는 효과를 얻을 수 있다. 이를 통해 미소 소자(10)가 픽커(40)의 안착부(45) 측으로 정밀하게 유도되어 상승될 수 있도록 한다.
도 3b를 참조하면, 챔버(20) 외부에 배치된 부양 자석(30)을 이용하여 미소 소자(10)에 자기력을 인가한다. 미소 소자(10)는 부양 자석(30)의 자기력(인력)에 의해 픽커(40)를 향하여 떠오르게 된다. 이때 미소 소자(10)에 형성된 자성체(11)가 미소 소자(10)의 일면의 일측에 구비되어 있기 때문에 미소 소자(10)는 기울어진 상태로 떠오르게 된다. 이를 통해 미소 소자(10)의 상승시 유체 저항을 감소시키고, 미소 소자(10)의 방향성이 의도한 방향성이 되도록 할 수 있게 된다. 또한 챔버(20) 내 초기 상승하는 구간에서 미소 소자(10)의 상, 하면이 뒤집혀 있다고 하더라도, 부양 자석(30)의 자기력에 의해 자성체(11)가 구비된 면이 위를 향한 상태로 반전되어 일괄적으로 정렬될 수 있다.
도 3c 및 도 3d를 참조하면, 부양 자석(30)은 전자석일 수 있으며, 자기력이 펄스 형태로 제어될 수 있다. 자기력을 펄스 파 형태로 생성함으로써, 미소 소자(10)에 대한 자기력의 세기를 주기적 또는 반복적으로 변화시킬 수 있다. 이를 통해 미소 소자(10)는 빠른 상승과 느린 상승(또는 하강)을 반복적으로 수행하면서 미소 소자(10)가 픽커(40)의 흡착영역을 향해 정렬되면서 상승하게 된다. 이처럼 미소 소자(10)가 자기력에 의해 자가 정렬되면서 픽커(40)의 안착부(45)에 근접하는 위치까지 상승하게 된다.
한편 이와는 다르게, 부양 자석(30)은 챔버(20)를 향해 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동가능하게 설치될 수 있다. 부양 자석(30)을 반복적으로 왕복 이동시킴으로써, 미소 소자(10)는 빠른 상승과 느린 상승(또는 하강)을 반복적으로 수행하면서 미소 소자(10)가 픽커(40)의 안착부(45)을 향해 정렬되면서 상승하게 된다.
한편, 부양 자석(30)은 회전가능하게 구비될 수 있다. 부양 자석(30)을 회전시킴으로써 미소 소자(10)에 인가되는 자력 방향으로 바꿔 주면서 미소 소자(10)가 동일한 방향성으로 정렬되도록 할 수 있다.
도 3e를 참조하면, 미소 소자(10)가 픽커(40)의 안착부(45 또는 수용홈(47))의 위치로 근접 이동하게 되면, 안착부(45)에 구비된 자성체(48)와 미소 소자(10)에 구비된 자성체(11)간의 자기력(인력)이 작용하게 되어 미소 소자(10)는 안착부(45) 측으로 정렬되어 끌려가게 된다.
도 3f를 참조하면, 안착부(45)로 이동된 미소 소자(10)는 픽커(40)의 진공 흡입력에 의해 픽커(40)에 흡착되게 된다. 미소 소자(10)를 흡착한 픽커(40)는 다음 공정을 위해 이동할 수 있다.
미소 소자(10)는 배선 기판으로 이송되고 배선 기판에 실장되어 미소 소자(10)를 이용한 디스플레이 장치가 제작될 수 있다. 이 경우 배선 기판은 p형 전극(13)과 접속되는 제1전극과 n형 전극(15)에 접속되는 제2전극이 사전에 형성되어 구비될 수 있다. 따라서 픽커(40)를 이용하여 미소 소자(10)를 배선 기판에 전사할 경우에는 픽커(40)에 흡착된 미소 소자(10)는 상, 하면 중 어느 한 면으로 면 정렬되어야 하고, p형 전극(13)과 n형 전극(15)은 어느 한 방향으로 방향 정렬되어 있어야만 리페어 공정이 필요없는 미소 소자(10)의 전사가 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예 따른 미소 소자(10)의 정렬 방법은, 복수 개의 미소 소자(10)를 상, 하면 중 어느 한 면으로 일괄적으로 면 정렬시키는 면 정렬 단계와, 복수 개의 미소 소자(10)를 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬시키는 방향 정렬 단계를 포함한다. 면 정렬 단계는, 미소 소자(10)의 상면과 하면 중에서 어느 한 면으로 복수 개의 미소 소자(10)들을 정렬시키는 단계이다. 방향 정렬 단계는, 미소 소자(10)의 p형 전극(13)과 n형 전극(15)의 방향성이 θ방향으로 모두 동일한 방향성이 되도록 복수 개의 미소 소자(10)들을 어느 한 방향으로 정렬시키는 단계이다.
면 정렬 단계와 방향 정렬 단계 중 적어도 어느 한 단계는 자성체(11)가 구비된 미소 소자(10)에 자기력을 인가하여 미소 소자(10)를 정렬시키는 단계일 수 있다.
면 정렬 단계는 미소 소자(10) 각각에 대응되는 수용홈(47)에 미소 소자(10)를 수용시켜 미소 소자(10)를 정렬시키는 단계일 수 있다. 방향 정렬 단계는 면 정렬 단계에서 미소 소자(10)를 면 정렬 시킬 때 동시에 방향 정렬 단계가 수행되도록 구성될 수 있으며, 면 정렬 단계와는 별도의 단계에서 미소 소자(10)가 수용된 수용홈(47)에서 자성체가 구비된 미소 소자(10)에 자기력을 인가하여 미소 소자(10)를 정렬시키는 단계로 구성될 수 있다.
안착부(45)에 안착된 미소 소자(10)는 p형 전극(13)과 n형 전극(15)이 구비된 면이 올바르게 정렬되도록 면 정렬되어야 하고, 미소 소자(10)가 수용홈(47) 내부에서 방향 정렬 되어야 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도 4 및 도 5는 안착부(45)에 구비된 자성체(48)의 패턴과 미소 소자(10)의 일면에 구비된 자성체(11)의 패턴을 도시한다. 안착부(45)에 구비된 자성체(48)의 패턴과 미소 소자(10)의 일면에 구비된 자성체(11)의 패턴과 동일한 패턴으로 구성될 수 있으며, 여기서 해당 패턴의 구성에 따라 미소 소자(10)들의 방향 정렬 여부가 결정될 수 있다.
도 4(a1) 및 도 4(a2)를 참조하면, 수용홈(47)에 구비된 자성체(48)의 패턴은 수용홈(47)의 일변을 따라 세로 방향으로 연장되어 형성되고 미소 소자(10)의 일면에 구비된 자성체(11)의 패턴 역시 미소 소자(10)의 일변을 따라 세로 방향으로 연장되어 형성되는 구성이다. 이러한 구성에 따르면, 복수 개의 미소 소자(10)를 상, 하면 중 어느 면으로 일괄적으로 면 정렬하는 것이 가능하지만, 미소 소자(10)가 θ방향으로 180°틸팅되어 방향 정렬되지 않아 수용홈(47)내에 수용되지 않을 수 있다.
도 4(b1) 및 도 4(b2)를 참조하면, 수용홈(47)에 구비된 자성체(48)의 패턴은 수용홈(47)의 일변을 따라 가로 방향으로 연장되어 형성되고 미소 소자(10)의 일면에 구비된 자성체(11)의 패턴 역시 미소 소자(10)의 일변을 따라 가로 방향으로 연장되어 형성되는 구성이다. 이러한 구성에 따르면, 복수 개의 미소 소자(10)를 상, 하면 중 어느 면으로 일괄적으로 면 정렬하는 것이 가능하지만, 미소 소자(10)가 θ방향으로 180°틸팅되어 방향 정렬되지 않아 수용홈(47)내에 수용되지 않을 수 있다.
도 4(c1) 및 도 4(c2)를 참조하면, 수용홈(47)에 구비된 자성체(48)의 패턴은 수용홈(47)의 대각선 코너에 형성되고 미소 소자(10)의 일면에 구비된 자성체(11)의 패턴 역시 미소 소자(10)의 대각선 코너에 형성되는 구성이다. 이러한 구성에 따르면, 복수 개의 미소 소자(10)를 상, 하면 중 어느 면으로 일괄적으로 면 정렬하는 것이 가능하지만, 미소 소자(10)가 360°범위내에 θ방향으로 틸팅되어 방향 정렬되지 않아 수용홈(47)내에 수용되지 않을 수 있다.
도 5(a1) 및 도 5(a2)를 참조하면, 수용홈(47)에 구비된 자성체(48)의 패턴은 수용홈(47)의 2개의 변을 따라 가로 및 세로 방향으로 연장되어 형성되고 미소 소자(10)의 일면에 구비된 자성체(11)의 패턴 역시 미소 소자(10)의 2개의 변을 따라 가로 및 세로 방향으로 연장되어 형성되는 구성이다. 이러한 구성에 따르면, 복수 개의 미소 소자(10)를 상, 하면 중 어느 면으로 일괄적으로 면 정렬하는 것이 가능하고, 복수 개의 미소 소자(10)의 방향의 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬하는 것도 가능하다. 이를 통해, 복수 개의 미소 소자(10)들을 면 정렬시킴과 동시에 방향 정렬시킴으로써 수용홈(47)에 안착되도록 하는 것이 가능하다.
이처럼, 안착부(45)에 구비된 자성체(48)의 패턴은 안착부(45)의 어느 하나의 대각선 방향으로는 대칭이되, 다른 하나의 대각선 방향으로는 비대칭인 구성을 이용하면, 복수 개의 미소 소자(10)들을 면 정렬시킴과 동시에 방향 정렬시킴으로써 안착부(45)에 안착되도록 하는 것이 가능하다.
도 5(b1) 및 도 5(b2)를 참조하면, 수용홈(47)에 구비된 자성체(48)의 패턴은 수용홈(47)의 일변을 따라 가로 방향으로 연장되어 형성되고 수용홈(47)의 타변을 따라 가로 방향으로 연장되어 형성되며, 미소 소자(10)의 일면에 구비된 자성체(11)의 패턴 역시 미소 소자(10)의 일변을 따라 가로 방향으로 연장되어 형성되고 미소 소자(10)의 타변을 따라 가로 방향으로 연장되어 형성되는 구성이다. 이러한 구성에 따르면, 복수 개의 미소 소자(10)를 상, 하면 중 어느 면으로 일괄적으로 면 정렬하는 것이 가능하고, 수용홈(47)에 수용되는 것도 가능하지만, 미소 소자(10)가 θ방향으로 180°틸팅되어 수용홈(47)에 수용될 수 있다. 따라서 이 경우에는 별도의 방향 정렬 단계를 추가로 수행될 필요가 있다.
도 5(c1) 및 도 5(c2)를 참조하면, 수용홈(47)에 구비된 자성체(48)의 패턴은 수용홈(47)의 대각선 양 코너에 형성되고 미소 소자(10)의 일면에 구비된 자성체(11)의 패턴 역시 미소 소자(10)의 대각선 양 코너에 형성되는 구성이다. 이러한 구성에 따르면, 복수 개의 미소 소자(10)를 상, 하면 중 어느 면으로 일괄적으로 면 정렬하는 것이 가능하고, 수용홈(47)에 수용되는 것도 가능하지만, 미소 소자(10)가 θ방향으로 180°틸팅되어 수용홈(47)에 수용될 수 있다. 따라서 이 경우에는 별도의 방향 정렬 단계를 추가로 수행될 필요가 있다.
수용홈(47)에 구비된 자성체(48)의 패턴과 미소 소자(10)의 일면에 구비된 자성체(11)의 패턴에 따라, 미소 소자(10)의 p형 전극(13)과 n형 전극(15)의 방향이 일괄적으로 방향 정렬된 상태로 수용홈(47)에 수용되거나(도 5(a1) 및 도 5(a2)), 방향 정렬되지 않은 상태로 수용홈(47)에 수용될 수 있다(도 5(b1) 및 도 5(b2), 도 5(c1) 및 도 5(c2)).
미소 소자(10)의 p형 전극(13)과 n형 전극(15)의 방향이 일괄적으로 방향 정렬되지 않은 상태로 수용홈(47)에 수용될 경우에는, 후속 공정에서 복수 개의 미소 소자(10)의 방향의 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬시키는 단계를 수행할 수도 있다. 도 6을 참조하면, 도 6은 안착부(45, 또는 수용홈(47))에 안착된 미소 소자(10)가 상, 하면 중 어느 면으로 일괄적으로 면 정렬된 상태이기는 하나, 미소 소자(10)들이 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬되지 않은 상태를 도시한 도면이다. 따라서 이 경우에는 미소 소자(10)들을 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬하는 단계가 수행되어야 한다.
도 7은 수용홈(47)에 수용된 미소 소자(10)를 일괄적으로 방향 정렬하는 단계를 도시한 도면이다. 도 7에 도시된 픽커(40)는 도 1에서 설명한 픽커(40)와 동일한 구성을 가지는 픽커(40)일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7(a)를 참조하면, 픽커(40)가 미소 소자(10)를 흡착한 이후에, 픽커(40)의 하면에는 커버 부재(60)가 구비될 수 있다. 커버 부재(60)는 픽커(40)의 하면을 커버하여 그 상면의 적어도 일부와 미소 소자(10)의 하면이 서로 접촉가능하게 구비될 수 있다. 커버 부재(60)가 미소 소자(10)의 하면을 지지하도록 함으로써, 픽커(40)의 진공 흡입력을 해제하였을 때, 미소 소자(10)가 픽커(40)로부터 이탈되지 않도록 한다. 미소 소자의 정렬장치(100)는 픽커(40)의 일측에 구비되어 수용홈(47)에 수용된 미소 소자(10)의 방향을 정렬하기 위해 자기력을 인가하는 얼라인 자석(50)을 포함할 수 있다.
커버 부재(60)를 구비한 상태에서, 얼라인 자석(50)를 커버 부재(60)의 하측에서 일방향으로 이동시킴으로써 미소 소자(10)들을 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬하는 단계를 수행할 수 있다. 픽커(40)의 수용홈(47)에 수용된 미소 소자(10)는 상, 하면 중 어느 면으로 일괄적으로 면 정렬된 상태이기는 하나, 미소 소자(10)들이 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬되지 않은 상태일 수 있다. 이 상태에서 얼라인 자석(50)을 일 방향으로 이동시키면, 얼라인 자석(50)의 자기력(인력) 방향으로 미소 소자(10)가 수용홈(47) 내부에서 회전하면서 미소 소자(10)들이 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬되게 된다.
이 경우 픽커(40)의 진공 흡입력은 해제된 상태를 유지할 수 있다. 하지만 이와는 다르게 픽커(40)의 진공 흡입력을 제어하여 작동 및 해제 상태가 반복될 수 있다. 여기서 해제 상태는 진공 흡입력을 완전히 해제하는 완전 해제와 진공 흡입력을 불완전하게 해제하는 불완전 해제를 포함할 수 있다. 픽커(40)의 진공 흡입력을 반복적으로 제어함으로써, 미소 소자(10)가 수용홈(47) 내부에서 보다 원활하게 회전할 수 있도록 한다.
한편, 도 8을 참조하면, 미소 소자(10)가 수용홈(47)내에서 원활하게 회전할 수 있도록 수용홈(47)은 원형의 수평 단면 구조로 형성될 수 있다. 또한 이에 더 나아가 미소 소자(10) 역시 원형의 수평 단면 구조로 형성될 수 있다. 이를 통해 미소 소자(10)가 수용홈(47) 내에서 보다 원활하게 회전할 수 있다.
방향 정렬 단계는, 미소 소자(10)가 수용된 수용홈(47)에 공기를 주입하여 미소 소자(10)가 수용홈(47)에서 부양되면서 방향이 정렬되는 단계를 포함할 수 있다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 픽커(40)는 반전된 상태이며, 픽커(40)의 진공홀(49)을 통해 공기를 수용홈(47) 내부에 주입함으로써 미소 소자(10)가 공기 부양되도록 할 수 있다. 미소 소자(10)가 수용홈(47) 내부에서 공기 부양됨에 따라 미소 소자(10)과 수용홈(47)간의 마찰이 최소화되는 상태가 된다. 미소 소자(10)가 공기 부양된 상태에서 커버 부재(60)의 상부에서 얼라인 자석(50)을 일 방향으로 이동시키면, 미소 소자(10)가 얼라인 자석(50)의 자기력 방향으로 회전하면서 미소 소자(10)들이 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬되게 된다. 이 경우 커버 부재(60)는 미소 소자(10)과 얼라인 자석(50) 사이에 구비되어 미소 소자(10)가 픽커(40)로부터 이탈되는 것을 방지한다.
도 9a에서는 얼라인 자석(50)이 일 방향으로 이동하는 것을 도시하고 있으나, 이와는 다르게 도 9b에 도시된 바와 같이, 얼라인 자석(50)은 픽커(40)의 측면 일측에 구비될 수 있다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 픽커(40)는 반전된 상태이며, 커버 부재(60)는 미소 소자(10)의 이탈을 방지하기 위해 픽커(40)의 일면을 덮도록 구성된다. 이 상태에서 픽커(40)의 진공홀(49)을 통해 공기를 수용홈(47) 내부에 주입함으로써 미소 소자(10)가 공기 부양되도록 할 수 있다. 미소 소자(10)가 공기 부양된 상태에서 픽커(40)의 측면에 구비된 얼라인 자석(50)의 자기력을 이용하여 미소 소자(10)를 수용홈(47)에서 회전시킬 수 있으며, 미소 소자(10)들은 회전하여 어느 한 방향으로 방향 정렬되게 된다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 통상의 기술자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
10: 미소 소자
20: 챔버
30: 부양 자석 40: 픽커
50: 얼라인 자석 60: 커버부재
100: 미소 소자의 정렬 장치
30: 부양 자석 40: 픽커
50: 얼라인 자석 60: 커버부재
100: 미소 소자의 정렬 장치
Claims (16)
- 미소 소자에 자기력을 인가하는 부양 자석; 및
상기 자기력에 의해 상승된 상기 미소 소자를 진공력으로 흡착하는 픽커를 포함하는, 미소 소자의 정렬 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 미소 소자를 수용하는 챔버를 포함하는, 미소 소자의 정렬 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 챔버의 내부에는 유체가 수용되는, 미소 소자의 정렬 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 부양 자석은 펄스 파 형태의 자기력을 발생하는 전자석인, 미소 소자의 정렬 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 부양 자석은 상기 픽커의 상부에 구비되는, 미소 소자의 정렬 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 픽커는 미소 소자가 안착되는 안착부를 포함하고,
상기 안착부에는 자성체가 구비되는, 미소 소자의 정렬 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 안착부에 구비된 자성체의 패턴은 상기 미소 소자의 일면에 구비된 자성체의 패턴과 동일한 패턴인, 미소 소자의 정렬 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 안착부에 구비된 자성체의 패턴은 안착부의 어느 하나의 대각선 방향으로는 대칭이되 다른 하나의 대각선 방향으로는 비대칭인, 미소 소자의 정렬 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 픽커는 미소 소자가 수용되는 수용홈을 포함하고,
상기 픽커의 일측에 구비되어 상기 수용홈에 수용된 미소 소자의 방향을 정렬하기 위해 자기력을 인가는 얼라인 자석을 포함하는, 미소 소자의 정렬 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 수용홈은 원형의 수평 단면인, 미소 소자의 정렬 장치.
- 자성체가 구비된 미소 소자에 자기력을 인가하는 단계; 및
상기 자기력에 의해 상승된 상기 미소 소자를 픽커의 진공력으로 흡착하는 단계를 포함하는, 미소 소자의 정렬 방법.
- 복수 개의 미소 소자를 상, 하면 중 어느 한 면으로 일괄적으로 면 정렬시키는 면 정렬단계; 및
복수 개의 상기 미소 소자를 어느 한 방향으로 일괄적으로 방향 정렬시키는 방향 정렬 단계를 포함하는, 미소 소자의 정렬 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 면 정렬 단계 및 상기 방향 정렬 단계 중 적어도 어느 한 단계는 자성체가 구비된 상기 미소 소자에 자기력을 인가하여 상기 미소 소자를 정렬시키는, 미소 소자의 정렬 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 면 정렬 단계는, 상기 미소 소자 각각에 대응되는 수용홈에 상기 미소 소자를 수용시켜 상기 미소 소자를 정렬시키는 단계인, 미소 소자의 정렬 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 방향 정렬 단계는, 상기 미소 소자가 수용된 수용홈에서 자성체가 구비된 상기 미소 소자에 자기력을 인가하여 상기 미소 소자를 정렬시키는, 미소 소자의 정렬 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 방향 정렬 단계는, 상기 미소 소자가 수용된 수용홈에 공기를 주입하여 상기 미소 소자가 상기 수용홈에서 부양되면서 방향이 정렬되는, 미소 소자의 정렬 방법.
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- 2020-12-02 KR KR1020200166540A patent/KR20220077522A/ko unknown
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