KR20230031105A - 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치 - Google Patents

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삼성전자주식회사
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Abstract

무기 발광 소자들을 기판에 접속시키는 대면적 본딩 장치가 개시된다. 개시된 본딩 장치는, 외부 하우징과, 외부 하우징의 내측에 마련된 내부 하우징과, 내부 하우징에 마련되어 외부 하우징의 내측에 형성되는 공기압에 의해 내부 하우징의 내측에 투입한 기판의 일면을 균일한 힘으로 가압하는 탄성 가압 부재와, 내부 하우징의 내측에 배치되어 무기 발광 소자들 간의 단차를 보상하도록 무기 발광 소자들을 지지하는 쿠션 시트를 포함할 수 있다.

Description

디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치{LARGE AREA BONDING DEVICE FOR DISPLAY MODULE}
본 개시는 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치에 관한 것으로, 무기 발광 다이오드들을 균일한 압력으로 가압하여 기판에 본딩하는 장치에 관한 것이다.
자발광 디스플레이 소자는 컬러 필터 및 백 라이트 없이 영상을 표시하는 것으로, 스스로 빛을 내는 무기 발광 소자를 이용할 수 있다.
디스플레이 모듈은 무기 발광 소자(예를 들면, 마이크로 LED)로 이루어진 픽셀 또는 서브 픽셀 단위로 동작이 되면서 다양한 색을 표현하고 있다. 각각의 픽셀 또는 서브 픽셀은 다수의 TFT(thin film transistor)에 의해 동작이 제어된다. 다수의 TFT는 연성 가능한 기판, 글라스 기판 또는 플라스틱 기판에 배열된다.
디스플레이 모듈의 기판에는 무기 발광 소자들이 전사된다. 이러한 무기 발광 소자들은 열 압착(thermos-compression) 공정 시 가압 부재에 의해 기판 측으로 가압되어 무기 발광 소자의 전극들(양극 전극 및 음극 전극)은 기판의 접속 패드들(양극 접속 패드 및 음극 접속 패드)에 각각 본딩된다. 가압 부재는 히터가 내장된 바(bar) 형상이나 판 형상으로 이루어진다. 이 경우, 기판에 열과 압력이 인가되면서 기판의 접속 패드들을 덮고 있는 접착 부재 예를 들면, ACF(anisotropic conductive film)가 경화되고 ACF 내에 있는 도전 볼들(conductive balls)이 용융된다. 이에 따라, 무기 발광 소자의 전극들과 기판의 접속 패드들은 전기적 및 물리적으로 연결된다.
그런데 열 압착 공정을 통해 기판에 초소형 무기 발광 소자들(예를 들면, 마이크로 LED들)를 본딩할 때 자재들이 가지는 공차들(예를 들면, 기판의 휨(warpage)에 의한 공차, ACF의 두께 공차, 무기 발광 소자의 높이 공차, 및/또는 가압 부재의 평탄도 공차)로 인해 전체 무기 발광 소자들에 대하여 균일한 본딩이 이루어지지 않는다. 또한, 무기 발광 소자들에 각각 구비된 전극들의 간격이 매우 좁기 때문에 열 압착 공정 시 가압 부재의 압력에 의해 무기 발광 소자들의 위치가 기판에 전사된 위치에서 시프트(shift)되면 무기 발광 소자들의 전극들과 기판의 접속 패드들이 정확하게 본딩되지 않는다. 이로 인해 기판에 배열된 무기 발광 소자들 중 일부가 미 점등되는 문제가 야기된다.
본 개시는 대면적으로 이루어진 기판에 전사된 초소형 무기 발광 소자들을 균일한 압력으로 정확한 위치에 본딩할 수 있는 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치을 제공하는 데 목적이 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상기 목적을 달성하기 위해, 무기 발광 소자들을 기판에 접속시키는 본딩 장치에 있어서, 외부 하우징; 상기 외부 하우징의 내측에 마련된 내부 하우징; 상기 내부 하우징에 마련되어 상기 외부 하우징의 내측에 형성되는 공기압에 의해 상기 내부 하우징의 내측에 투입한 상기 기판의 일면을 균일한 힘으로 가압하는 탄성 가압 부재; 및 상기 내부 하우징의 내측에 배치되어 상기 무기 발광 소자들 간의 단차를 보상하도록 상기 무기 발광 소자들을 지지하는 쿠션 시트를 포함하는 본딩 장치를 제공한다.
상기 내부 하우징의 내측에 배치되어 상기 기판을 지지하는 지지대;를 더 포함하며, 상기 지지대는 상기 기판에 열을 인가하는 발열 부재를 포함할 수 있다.
상기 쿠션 시트는 상기 지지대의 상면에 배치되어 상기 탄성 가압 부재에 의해 가압되는 상기 기판의 상기 무기 발광 소자들이 상기 쿠션 시트를 향하도록 배치될 수 있다.
상기 쿠션 시트는 내열성 필름으로 이루어질 수 있다. 상기 쿠션 시트는 실리콘 시트, 불소수지 필름, 또는 폴리이미드 필름일 수 있다.
상기 쿠션 시트는 상기 무기 발광 소자들과 접촉하는 면이 평면일 수 있다.
상기 쿠션 시트는 상기 무기 발광 소자들과 접촉하는 면에 다수의 돌기가 형성될 수 있다.
상기 다수의 돌기는 규칙적인 패턴을 이를 수 있다.
상기 다수의 돌기는 불규칙한 패턴을 이룰 수 있다. 상기 불규칙적인 패턴은 헤이즈(haze) 형태로 이루어질 수 있다.
각 돌기의 형상은 평면 상에서 볼 때 원형, 타원형, 또는 다각형일 수 있다. 각 돌기는 돔 형상 또는 기둥 형상일 수 있다.
상기 탄성 가압 부재는 내열성 필름으로 이루어질 수 있다. 상기 탄성 가압 부재는 실리콘 시트, 불소수지 필름, 또는 폴리이미드 필름일 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 기판과 상기 기판에 전사된 무기 발광 소자들을 포함하는 디스플레이 모듈을 열 압착하는 본딩 장치에 있어서, 압축 공기가 주입되는 제1 챔버; 상기 제1 챔버 내에 배치되며 상기 제1 챔버에 형성되는 공기압에 의해 신장되는 다이어프램이 마련된 제2 챔버; 상기 제2 챔버 내에 배치되어 상기 기판을 지지하며 상기 기판에 열을 인가하는 발열 부재가 내재된 지지대; 및 상기 무기 발광 소자들을 덮도록 상기 디스플레이 모듈에 결합되며 상기 다이어프램에 의해 상기 기판이 가압될 때 상기 무기 발광 소자들을 탄력적으로 지지하는 쿠션 시트를 포함하는 본딩 장치를 제공함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치는 다양한 자재 공차와 상관없이 정확하고 균일한 대면적 본딩을 수행할 수 있고 공정 시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 일면에 접속 패드들이 배열된 기판을 나타낸 도면이다.
도 3은 접착 부재가 접속 패드들을 덮도록 기판의 일면에 부착된 도면이다.
도 4는 무기 발광 소자들이 기판에 전사된 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치의 내부 챔버에 무기 발광 소자들이 전사된 기판을 쿠션 부재와 함께 장입한 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치의 내부 챔버에 배치된 기판의 후면을 다이어프램으로 가압하는 예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치에 의해 무기 발광 소자들의 전극들이 기판의 접속 패드들에 본딩된 상태를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿠션 부재의 일면에 돌기들이 형성된 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿠션 부재를 본딩 장치의 내부 챔버 내에서 기판에 전사된 무기 발광 소자들을 향하도록 배치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿠션 부재가 공압이 가해지는 방향의 반대 방향으로 무기 발광 소자들을 지지하는 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치의 내부 챔버에 무기 발광 소자들이 다이어프램 측을 향하도록 기판을 배치한 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치의 내부 챔버에 배치된 쿠션 부재를 다이어프램으로 가압하는 예를 나타낸 도면이다.
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.
본 개시에서, 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 개시에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 개시에서, '동일하다'는 표현은 완전하게 일치하는 것뿐만 아니라, 가공 오차 범위를 감안한 정도의 상이함을 포함한다는 것을 의미한다.
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, 디스플레이 모듈은 영상 표시용 무기 발광 다이오드(inorganic light emitting diode)를 구비한 디스플레이 패널을 포함할 수 있다. 여기서, 디스플레이 패널은 평판 디스플레이 패널 또는 커브드 디스플레이 패널일 수 있으며, 100㎛ 이하인 다수의 무기 발광 다이오드(inorganic LED)(예를 들면, 마이크로 LED 또는 미니 LED)가 실장되어 있어 백라이트가 필요한 LCD에 비해 더 나은 대비, 응답 시간 및 에너지 효율을 제공한다. 본 개시에서는 '무기 발광 다이오드'와 '무기 발광 소자'는 같은 의미로 사용될 수 있다.
본 개시에 적용하는 무기 발광 소자는 OLED보다 밝기, 발광 효율, 수명이 길다. 무기 발광 소자는 전원이 공급되는 경우 스스로 광을 발산할 수 있는 반도체 칩일 수 있다. 무기 발광 소자인 마이크로 LED는 빠른 반응속도, 낮은 전력, 높은 휘도를 가지고 있다. 예를 들면, 마이크로 LED는 기존 LCD 또는 OLED에 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. 마이크로 LED는 애노드 및 캐소드 전극이 동일한 제1 면에 형성되고 발광면이 상기 전극들이 형성된 제1 면의 반대 측에 위치한 제2 면에 형성된 플립칩(flip chip) 구조를 가질 수 있다.
본 개시에서, 기판은 전면(front surface)에 TFT(thin film transistor) 회로가 형성된 TFT 층이 배치되고, 후면(rear surface)에 TFT 회로에 전원을 공급하는 전원 공급 회로와 데이터 구동 드라이버, 게이트 구동드라이버 및 각 구동 드라이버를 제어하는 타이밍 컨트롤러가 배치될 수 있다. TFT 층에 배열된 다수의 픽셀은 TFT 회로에 의해 구동될 수 있다.
본 개시에서, 디스플레이 모듈에 제공되는 TFT는 LTPS(low-temperature polycrystalline silicon) TFT, LTPO(low-temperature polycrystalline oxide) TFT, 또는 산화물 TFT일 수 있다.
본 개시에서, 기판은 글라스 기판, 가요성(flexibility) 재질을 가지는 합성수지 계열(예를 들면, PI(polyimide), PET(polyethylene terephthalate), PES(polyethersulfone), PEN(polyethylene naphthalate), PC(polycarbonate) 등)의 기판이나 세라믹 기판을 사용할 수 있다.
본 개시에서, 기판의 전면에는 TFT 회로가 형성된 TFT 층이 배치되고, 기판의 후면에는 회로가 배치되지 않을 수 있다. TFT 층은 기판 상에 일체로 형성되거나 별도의 필름 형태로 제작되어 글라스 기판의 일면에 부착될 수 있다.
본 개시에서, 기판의 전면은 활성 영역과 비활성 영역으로 구분될 수 있다. 활성 영역은 기판의 전면에서 TFT 층이 점유하는 영역에 해당할 수 있고, 비활성 영역은 기판의 전면에서 TFT 층이 점유하는 영역을 제외한 영역일 수 있다.
본 개시에서, 기판의 에지 영역은 글라스 기판의 최 외곽 영역일 수 있다. 또한, 기판의 에지 영역은 기판의 회로가 형성된 영역을 제외한 나머지 영역일 수 있다. 또한, 기판의 에지 영역은 기판의 측면에 인접한 기판의 전면 일부와 기판의 측면에 인접한 기판의 후면 일부를 포함할 수 있다. 기판은 사각형(quadrangle type)으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 기판은 직사각형(rectangle) 또는 정사각형(square)으로 형성될 수 있다. 기판의 에지 영역은 글라스 기판의 4변 중 적어도 하나의 변을 포함할 수 있다.
본 개시에서, TFT 층(또는 백 플레인(backplane))을 구성하는 TFT는 특정 구조나 타입으로 한정되지 않는다, 예를 들면, 본 개시에서 인용된 TFT는 LTPS TFT(Low-temperature polycrystalline silicon TFT) 외 oxide TFT 및 Si TFT(poly silicon, a-silicon), 유기 TFT, 그래핀 TFT 등으로도 구현될 수 있으며, Si 웨이퍼 CMOS(compatible metal-oxide-semiconductor) 공정에서 P 타입(or N 타입) MOSFET(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)만 만들어 적용할 수도 있다.
본 개시에서, TFT 층이 배치된 기판의 전면에는 TFT 층의 TFT 회로와 전기적으로 연결되는 접속 패드와 공통 전극과 전기적으로 연결되는 접속 패드가 배열될 수 있다. 기판에 배열된 접속 패드들은 접착 부재를 통해 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다. 접착 부재는 예를 들면, 미세한 입자 형태의 도전 볼들이 내부에 포함된 이방성 도전 필름(ACF; anisotropic conductive film)이거나, 비전도성 필름(NCF; non-conductive film)일 수 있다.
본 개시에 따른 디스플레이 모듈에 포함되는 기판은 TFT 기판에 한정하지 않는다. 예를 들면, 디스플레이 모듈은 TFT 회로가 형성된 TFT 층이 없는 기판일 수 있다. 이 경우, 디스플레이 모듈은 마이크로 IC(integrated circuit)를 별도로 실장하고 배선만 패터닝된 기판을 포함할 수 있다.
본 개시에서, 디스플레이 모듈의 픽셀 구동 방식은 AM(active matrix) 구동 방식 또는 PM(passive matrix) 구동 방식일 수 있다. 디스플레이 모듈은 AM 구동 방식 또는 PM 구동 방식에 따라 각 마이크로 LED가 전기적으로 접속되는 배선의 패턴을 형성할 수 있다.
본 개시에서, 디스플레이 패널은 매트릭스 형태로 배치된 복수의 픽셀 영역들을 포함할 수 있다. 각 픽셀 영역은 하나의 픽셀이 배치될 수 있다. 예를 들면, 하나의 픽셀은 적색 파장 대역의 광을 출사하는 제1 서브 픽셀, 녹색 파장 대역의 광을 출사하는 제2 서브 픽셀 및 청색 파장 대역의 광을 출사하는 제3 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 하나의 픽셀 영역에서 제1, 제2, 및 제3 서브 픽셀이 점유하지 않는 영역에는 제1, 제2, 및 제3 서브 픽셀을 구동하기 위한 다수의 TFT가 배치될 수 있다. 제1, 제2, 및 제3 서브 픽셀은 일정한 간격을 두고 일렬로 배열될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 제1, 제2, 및 제3 서브 픽셀은 L자 형태로 배열되거나, 펜타일(pentile) RGBG 방식으로 배열될 수 있다. 펜타일 RGBG 방식은 인간이 파란색을 덜 식별하고 녹색을 가장 잘 식 별하는 특성을 이용하여 빨강, 초록 및 파랑의 서브픽셀의 개수를 1:1:2(RGBG)의 비율로 배열하는 방식이다. 펜 타일 RGBG 방식은 수율을 높이고 단가를 낮추며 소화면에서 고해상도를 구현할 수 있다.
본 개시에서, 디스플레이 모듈은 다수의 LED가 실장되고 측면 배선이 형성된 글라스 기판을 포함한다. 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 다수의 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 수 있다.
본 개시의 디스플레이 모듈은 박막 트랜지스터가 일면에 형성된 기판 상에 배열된 다수의 영상 표시용 무기 발광 소자를 포함할 수 있다. 다수의 무기 발광 소자는 단일 픽셀을 이루는 서브 픽셀일 수 있다. 본 개시에서 하나의 '발광 소자'와, 하나의 '마이크로 LED'와, 하나의 '서브 픽셀'은 동일한 의미로서 혼용할 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 개시를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
나아가, 이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명하지만, 본 개시가 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 개시에 따른 대면적 본딩 장치는 기판에 전사된 초소형 무기 발광 소자(예를 들면, 마이크로 LED)를 공기압으로 열 압착하여 기판에 전기적 및 물리적으로 연결할 수 있다. 이하에서는 도면을 참고하여, 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치를 설명한다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치를 나타낸 도면이다. 본 개시에서는 외부 하우징(10)의 내부 공간은 제1 챔버(11)로 칭하고 내부 하우징(30)의 내부 공간은 제2 챔버(31)로 칭한다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치(1)는 외부 하우징(10)과, 외부 하우징의 제1 챔버(11)에 배치된 내부 하우징(30)과, 내부 하우징(30)에 마련되어 공기압에 의해 기판(110)을 가압하는 탄성 가압 부재(40)와, 기판(110)이 안착되는 지지대(50)를 포함한다.
외부 하우징(10)은 지지대(50)가 배치되는 바닥부(13)와, 제1 챔버(11)를 개폐할 수 있는 커버부(12)를 포함할 수 있다.
제1 챔버(11)로 공급된 공기가 커버부(12)와 외부 하우징의 측벽(14)이 접하는 부분으로 누출되는 것을 방지하기 위해, 커버부(12)와 측벽(14) 사이에 제1 씰링 부재(S1)가 배치될 수 있다.
외부 하우징의 커버부(12)는 제1 챔버(11) 내측으로 공기를 주입하기 위한 공기 주입 구멍(15)이 형성될 수 있다. 공기 주입 구멍(15)은 배관을 통해 컴프레서와 연결될 수 있다. 배관에는 공기 주입 구멍(15)으로 연결되는 공기의 공급을 제어하기 위한 밸브가 설치될 수 있다.
컴프레서로부터 제공되는 압축 공기는 공기 주입 구멍(15)을 통해 제1 챔버(11)로 공급된다. 이 경우, 주입되는 압축 공기에 의해 압력이 점차 증가한다. 내부 하우징(30)에 마련된 탄성 가압 부재(40)는 제1 챔버(11)에 형성된 공기압에 의해 내부 하우징의 제2 챔버(31) 측으로 가압된다. 제2 챔버(31) 내에 배치된 기판(110)은 공기압에 의해 가압된 탄성 가압 부재(40)에 의해 균일한 압력을 받을 수 있다.
내부 하우징(30)은 외부 하우징의 바닥부(13) 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 내부 하우징(30)의 측벽과 외부 하우징의 바닥부(13)가 접하는 부분에는 제2 씰링 부재(S2)가 배치될 수 있다.
내부 하우징의 제2 챔버(31)는 외부 하우징의 바닥부(13)에 형성된 공기 배출 구멍(17)와 연결될 수 있다. 외부 하우징의 제1 챔버(11)에 형성된 공기압에 의해 탄성 가압 부재(40)가 내부 하우징의 제2 챔버(31) 측으로 신장되는 경우, 내부 하우징의 제2 챔버(31)의 일부 공기가 공기 배출 구멍(17)을 통해 외부로 배출된다. 이에 따라, 탄성 가압 부재(40)는 내부 하우징의 제2 챔버(31)에 배치된 기판(110)을 원활하게 가압할 수 있다.
탄성 가압 부재(40)가 내부 하우징의 제2 챔버(31) 측으로 신장됨에 따라 제2 챔버(31)의 부피가 축소된다. 공기 배출 구멍(17)은 공기 주입 구멍(15)의 직경보다 더 작은 직경을 가지는 경우, 내부 하우징의 제2 챔버(31) 내부에 외부 하우징의 제1 챔버(11)의 공기압보다 낮은 압력(대기압 보다 높은 압력일 수 있음)이 형성될 수 있다. 탄성 가압 부재(40)는 내부 하우징의 제2 챔버(31)에 형성되는 압력에 의해 일정한 속도로 내부 하우징의 제2 챔버(31) 측으로 신장되면서 내부 하우징의 제2 챔버(31)에 배치된 기판(110)을 가압할 수 있다.
탄성 가압 부재(40)는 주변부가 내부 하우징(30)의 상부에 고정될 수 있다. 이 경우, 탄성 가압 부재(40)는 외부 하우징의 제1 챔버(11)에 공기압이 형성 유무에 따라 신장되거나 원래 형상으로 복원되는 다이어프램(diaphragm)일 수 있다. 탄성 가압 부재(40)는 내부 하우징의 제2 챔버(31)에 배치된 기판(110) 전체를 균일한 압력으로 지지대(50)측으로 가압할 수 있다.
탄성 가압 부재(40)는 고온에서 견딜 수 있고 신축성이 있는 내열성 필름으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 내열성 필름은 실리콘 시트, 불소수지 필름, 또는 폴리이미드 필름일 수 있다.
지지대(50)는 외부 하우징의 바닥부(13)에 배치될 수 있다. 지지대(50)는 안착된 기판(110)이 탄성 가압 부재(40)에 의해 기판(110) 일면이 가압될 때 기판(110) 일면의 반대 면을 지지할 수 있다.
지지대(50)는 기판(110)에 열을 인가하기 위한 발열 부재가 내측에 배치될 수 있다. 발열 부재는 예를 들면, 소정 길이를 가지는 시즈 히터(sheath heater) 또는 열선으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 지지대(50) 강성을 가지며 열 전도율이 높은 금속으로 이루어질 수 있다. 발열 부재에서 발생한 열은 지지대(50)를 통해 지지대(50)에 안착된 기판(110)으로 전도될 수 있다. 기판(110)으로 전도된 열은 기판(110)의 접속 패드들(111, 112)과, 이에 대응하는 무기 발광 소자(150)의 전극들(151, 152)과, 접속 패드들(111, 112) 및 전극들(151, 152) 사이에 위치한 접착 부재(130)에 의해 전기적 및 물리적으로 본딩될 수 있다. 이 경우, 접착 부재(130)은 예를 들면, 미세한 입자 형태의 도전 볼들(131)이 배열된 이방성 도전 필름(ACF)일 수 있다. 하지만 접착 부재(130)은 이에 한정되지 않고, 비전도성 필름(NCF)이거나 열경화성 수지로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 개시에서는 공기압에 의해 탄성 가압 부재(40)로 기판(110)을 가압하고 발열 부재에서 발생한 열을 기판(110)에 전가함에 따라 열 압착 공정이 수행될 수 있다.
기판(110)에 전사된 무기 발광 소자들(150)은 기판의 휨에 의한 공차, 접착 부재(130)의 두께 공차, 무기 발광 소자들(150)의 높이 공차, 및/또는 가압 부재의 평탄도 공차)로 인해 무기 발광 소자들(150)의 발광면(예들 들면, 전극들(151, 152)이 배치된 무기 발광 소자의 일면의 반대면)이 서로 다른 높이에 위치하는 단차가 있다.
쿠션 시트(cushion sheet)(70)는 탄성 가압 부재(40)로 기판(110)을 가압하기 전에 지지대(50)에 안착된 기판(110)의 무기 발광 소자들(150)을 덮어 기판(110)이 탄성 가압 부재(40)에 의해 가압되는 동안 무기 발광 소자들(150)을 탄력적으로 지지할 수 있다.
쿠션 시트(70)는 자체적으로 가지는 탄성을 이용하여 무기 발광 소자들(150) 간의 단차를 보상할 수 있다. 이에 따라, 열 압착 공정 시 무기 발광 소자들(150)은 상기 단차로 인해 파손되거나 기판(110)에 전사된 위치로부터 시프트되지 않고 기판(110)에 본딩될 수 있다.
쿠션 시트(70)는 고온에서 견딜 수 있고 신축성이 있는 내열성 필름으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 내열성 필름은 실리콘 시트, 불소수지 필름, 또는 폴리이미드 필름일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 본딩 장치(1)를 통해 기판(110)에 전사된 무기 발광 소자들(150)을 본딩하는 과정을 순차적으로 설명한다. 본 개시에 따른 디스플레이 모듈(100)은 본딩 공정 전에 전사 공정이 진행된다. 전사 공정은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
도 2는 일면에 접속 패드들이 배열된 기판을 나타낸 도면이고, 도 3은 접착 부재가 접속 패드들을 덮도록 기판의 일면에 부착된 도면이고, 도 4는 무기 발광 소자들이 기판에 전사된 도면이다.
도 2를 참조하면, TFT 층이 마련된 기판(110)은 무기 발광 소자들(150)의 전극들(151, 152)에 각각 전기적으로 연결되는 접속 패드들(111, 112)이 배열될 수 있다.
접속 패드들(111, 112)은 예를 들면, 하나의 무기 발광 소자에 대하여 한 쌍씩 대응할 수 있다. 이에 따라, 한 쌍의 접속 패드(111, 112)는 무기 발광 소자의 한 쌍의 전극(151, 152)에 각각 연결될 수 있다.
도 3은 참조하면, 기판(110)의 접속 패드들(111, 112)을 덮도록 기판(110)에 접착 부재(130)을 부착할 수 있다. 접착 부재(130)은 예를 들면 이방성 도전 필름(ACF)일 수 있다. 이하에서는 접착 부재(130)으로 이방성 도전 필름(ACF)을 사용한 경우를 예로 들어 설명하며, 이방성 도전 필름(ACF)은 접착 부재의 부재번호와 동일한 부재번호를 사용한다. ACF(130)는 라미네이팅 처리를 통해 기판(110)에 견고하게 결합될 수 있다.
ACF(130)는 내부에 미세한 입자 형태의 도전 볼들(131)이 포함된다. ACF(130)는 열 압착 공정 시 경화되면서 무기 발광 소자들(150)을 기판(110)에 견고하게 고정시킬 수 있다. 또한, ACF(130) 내부에 포함된 도전 볼들(131) 중에서 무기 발광 소자들의 전극들(151, 152)과 기판의 접속 패드들(111, 112) 사이에 있는 도전 볼들(131)은 무기 발광 소자들의 전극들(151, 152)과 기판의 접속 패드들(111, 112)을 전기적으로 접속시킨다. 이 경우, 열에 의해 도전 볼들(131)이 용융되면서 무기 발광 소자들의 전극들(151, 152)과 기판의 접속 패드들(111, 112)을 물리적으로 연결시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 예를 들면 에피 기판으로부터 중계 기판으로 이송된 무기 발광 소자들(150)은 다양한 전사 방식 예를 들면, 레이저 전사 방식, 롤(roll) 전사 방식, 또는 픽 앤 플레이스(pick and place) 전사 방식을 통해 기판(110)으로 전사될 수 있다.
레이저 전사 방식은 중계 기판의 일에 배치된 무기 발광 소자들이 기판(또는 타겟 기판이라고 함)을 향하도록 기판의 상측에 중계 기판을 배치하고 LLO(laser lift-off) 기술을 통해 중계 기판에 배열된 무기 발광 소자들을 기판(110)으로 전사하는 방식이다. 롤 전사 방식은 롤러에 중계 기판의 무기 발광 소자들을 롤 스탬프로 들어 올린 후 컨베이어에 의해 이송하는 기판에 롤 스탬프에 부착된 무기 발광 소자들을 기판에 전사하는 방식이다. 픽 앤 플레이스 전사 방식은 픽업 헤드를 이용하여 중계 기판으로부터 무기 발광 소자들을 픽킹하여 기판에 전사하는 방식이다.
도 5 내지 도 7을 참조하여 본 개시의 일 실시 예에 따른 본딩 장치(1)를 통한 본딩 공정을 설명한다.
도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치의 내부 챔버에 무기 발광 소자들이 전사된 기판을 쿠션 부재와 함께 장입한 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치의 내부 챔버에 배치된 기판의 후면을 다이어프램으로 가압하는 예를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치에 의해 무기 발광 소자들의 전극들이 기판의 접속 패드들에 본딩된 상태를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 쿠션 시트(70)를 지지대(50) 상에 배치한다. 이어서, 기판(110)을 내부 하우징(30)의 제2 챔버(31)에 배치한다.
이 경우, 기판(110)은 기판(110)의 전면(front surface)에 전사되어 있는 무기 발광 소자들(150)이 지지대(50)를 향하는 방향으로 배치된다. 이에 따라, 무기 발광 소자들(150)은 쿠션 시트(70)에 접촉되고 기판(110)의 후면(rear surface)은 탄성 가압 부재(40)를 향하도록 배치된다.
한편, 쿠션 시트(70)는 지지대(50)에 배치되지 않고 무기 발광 소자들(150)를 덮도록 기판(110)에 결합될 수 있다. 이 경우, 쿠션 시트(70)는 무기 발광 소자들(150)을 덮은 상태로 기판(110)과 함께 내부 하우징의 제2 챔버(31)에 장입될 수도 있다.
탄성 가압 부재(40)는 기판(110)의 후면의 상측에 일정한 간격을 두고 배치될 수 있다. 이 경우, 탄성 가압 부재(40)와 기판(110) 사이의 간격을 지지대(50)의 높이는 내부 하우징의 제2 챔버(31)에 기판(110)을 투입하고 인출하는 장치의 동작에 간섭되지 않은 정도의 거리로 유지될 수 있다.
도 6을 참조하면, 공기 주입 구멍(15)을 통해 외부 하우징(10)의 제1 챔버(11)로 압축 공기를 공급하는 경우 외부 하우징의 제1 챔버(11)에 소정의 공기압이 형성된다.
탄성 가압 부재(40)는 외부 하우징의 제1 챔버(11)에 형성된 공기압에 의해 내부 하우징의 제2 챔버(31) 측으로 가압된다. 이 경우, 탄성 가압 부재(40)는 자체 탄성에 의해 신장되면서 내부 하우징의 제2 챔버(31) 측으로 인입되어 기판(110)의 후면 전체를 균일한 압력으로 가압할 수 있다. 탄성 가압 부재(40)는 다이어프램으로 기능을 할 수 있다.
탄성 가압 부재(40)가 내부 하우징의 제2 챔버(31)로 인입될 때, 내부 하우징의 제2 챔버(31)에 존재하는 공기가 공기 배출 구멍(17)을 통해 외부로 배출되어 내부 하우징의 제2 챔버(31)의 부피가 축소된다. 이에 따라, 탄성 가압 부재(40)는 내부 하우징의 제2 챔버(31)의 압력에 의해 간섭됨이 없이 원활하게 기판(110)을 가압할 수 있다.
기판(110)이 탄성 가압 부재(40)에 의해 지지대(50) 측으로 가압될 때, 쿠션 시트(70)는 무기 발광 소자들(150)를 탄력적으로 지지할 수 있다. 이 경우, 쿠션 시트(70)는 기판(110)에 가해지는 압력은 무기 발광 소자들(150)로 균일하게 분산함으로써, 기판(110), ACF(130)가 가지는 다양한 공차들(예를 들면, 기판(110)의 휨(warpage)에 의한 공차, ACF(130)의 두께 공차, 및/또는 무기 발광 소자들(150) 간의 높이 공차)를 보상할 수 있다. 이에 따라 무기 발광 소자들(150)는 전사 위치를 그대로 유지하거나 무기 발광 소자의 전극들(151, 152)과 기판의 접속 패드들(111, 112) 간의 접속 불량이 발생하지 않을 정도로 무기 발광 소자들의 위치 시프트를 최소화할 수 있다.
기판(110)은 탄성 가압 부재(40)에 의해 가압 되면서 지지대(50)의 내부에 배치된 발열 부재에서 발생하는 열을 인가 받는다.
따라서, 도 7과 같이, 무기 발광 소자들의 전극들(151, 152)과 기판(110)의 접속 패드들(111, 112)은 무기 발광 소자들(150)의 전극들(151, 152)과 기판(110)의 접속 패드들(111, 112) 사이에 위치하는 ACF(130)의 도전 볼들(131)과 함께 유테틱 본딩(eutectic bonding) 될 수 있다.
이에 따라, 무기 발광 소자들(150)의 전극들(151, 152)은 기판(110)의 접속 패드들(111, 112)에 전기적으로 연결되고 물리적으로 견고하게 연결될 수 있다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿠션 부재의 일면에 돌기들이 형성된 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿠션 부재를 본딩 장치의 내부 챔버 내에서 기판에 전사된 무기 발광 소자들을 향하도록 배치된 상태를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 쿠션 부재가 공압이 가해지는 방향의 반대 방향으로 무기 발광 소자들을 지지하는 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 쿠션 시트(71)의 일면에는 소정의 패턴을 이루는 돌기들(71a)이 형성될 수 있다. 하나의 돌기는 인접한 돌기들과 일정한 간격으로 이격될 수 있다. 이에 따라 각 돌기들(71) 사이에는 이격 공간(71b)이 마련될 수 있다.
쿠션 시트(71)에 일면에 형성되 돌기들(71a)과 이격 공간(71b)은 내부 하우징의 제2 챔버(31)에서 기판(110)이 가압될 때, 접착 부재(130), 무기 발광 소자들(150), 및 쿠션 시트(70) 사이에 기포가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대해 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다.
도 9를 참조하면, 기판(110)에 무기 발광 소자들(150)이 전사된 디스플레이 모듈(100)은 열 압착 공정을 위해, 지지대(50)에 배치된 쿠션 시트(71) 위에 안착될 수 있다.
이 경우, 기판(110)은 무기 발광 소자들(150)이 쿠션 시트의 돌기들(71a)을 마주하도록 배치될 수 있다. 이 상태로 디스플레이 모듈(100)을 쿠션 시트(71) 상에 배치한다.
열 압착 공정 중에 쿠션 시트(70)와 디스플레이 모듈(100) 사이의 일부분들에서 기포가 형성될 가능성이 있다. 예를 들면, 접착 부재(130)와 무기 발광 소자(150)가 단차진 부분(A1), 무기 발광 소자(150)의 발광면(A2), 및/또는 무기 발광 소자의 모서리(A3)에서 열 압착 공정 중에 기포가 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 기판(110)이 탄성 가압 부재(40)에 의해 쿠션 시트(71) 측으로 가압될 때, 쿠션 시트(71)와 전술한 각 부분들(A1, A2, A3) 사이에서 기포가 발생하는 경우 쿠션 시트(71)의 이격 공간(71b)은 기포를 외부로 배출할 수 있는 통로가 될 수 있다. 이에 따라, 기판(110)의 접속 패드들(111, 112)과 무기 발광 소자들(150)의 전극들(151, 152) 간에 야기되는 불균일한 본딩 및 디스플레이 모듈(100)의 외관 불량을 방지할 수 있다.
쿠션 시트(71)가 무기 발광 소자들(150)과 접착 부재(130)를 탄력적으로 지지함에 따라, 기판(110)에 가해지는 압력이 증가하면서 쿠션 시트(71)의 자체 탄성에 의해 돌기들(71a)이 형상이 접착 부재(130)의 표면과 무기 발광 소자들(150)의 표면에 대응하도록 변형될 수 있다. 하지만 도 10에서는 설명의 편의 상 쿠션 시트(71)에 형성된 돌기들(71a)을 나타내기 위해 접착 부재(150)에 대응하는 돌기들(71a)의 형상이 변형되지 않는 상태로 도시하였다.
한편, 쿠션 시트(71)에 형성된 돌기들(71a)은 도 8과 같이 규칙적인 패턴을 이룰 수 있다. 또한, 쿠션 시트(71)에 형성된 돌기들(71a)은 평면이 도 8과 같이 대략 타원형으로 이루어질 수 있다. 하지만, 이에 제한되지 않고, 돌기들(71a)은 원형, 또는 다각형으로 이루어질 수 있다. 또한, 돌기들(71a)은 돔 형상이나 기둥 형상일 수 있다. 또한, 쿠션 시트(71)의 일면에 형성된 돌기들(71a)은 불규칙한 패턴을 이룰 수 있다. 이 경우, 불규칙한 패턴은 헤이즈(haze) 형태로 이루어질 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치의 내부 챔버에 무기 발광 소자들이 다이어프램 측을 향하도록 기판을 배치한 예를 나타낸 도면이고, 도 12는 본 개시의 일 실시 예에 따른 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치의 내부 챔버에 배치된 쿠션 부재를 다이어프램으로 가압하는 예를 나타낸 도면이다.
디스플레이 모듈(100)을 전술한 바와 상이한 방향으로 본딩 장치(1) 내에서 장입한 상태에서 열 압착 공정을 수행할 수 있다.
도 11을 참조하면, 내부 하우징(30)의 제2 챔버(31)에 디스플레이 모듈(100)을 장입할 때, 무기 발광 소자들(150)이 탄성 가압 부재(40)를 향하는 방향으로 지지대(50)에 안착시킬 수 있다.
이 경우, 쿠션 시트(73)는 무기 발광 소자들(150)을 덮는 상태로 디스플레이 모듈(100)에 결합될 수 있다.
도 12를 참조하면, 공기 주입 구멍(15)을 통해 외부 하우징(10)의 제1 챔버(11)로 압축 공기를 주입하는 경우, 탄성 가압 부재(40)는 내부 하우징(30)의 제2 챔버(31) 측으로 신장되면서 쿠션 시트(73) 전체를 균일한 압력으로 가압할 수 있다.
쿠션 시트(73)는 탄성 가압 부재(40)로부터 인가된 압력을 무기 발광 소자들(150)로 균일하게 인가한다. 이 경우, 쿠션 시트(73)는 자체 탄성력에 의해 디스플레이 모듈(100)에 존재하는 전술한 공차들을 적절히 보상할 수 있다. 이에 따라, 기판(110)의 접속 패드들과 무기 발광 소자(150)의 전극들 간에 고품질 본딩 처리가 이루어질 수 있다.
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.
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.
1: 본딩 장치
10: 외부 하우징
30: 내부 하우징
40: 탄성 가압 부재
50: 지지대
70: 쿠션 시트

Claims (15)

  1. 무기 발광 소자들을 기판에 접속시키는 본딩 장치에 있어서,
    외부 하우징;
    상기 외부 하우징의 내측에 마련된 내부 하우징;
    상기 내부 하우징에 마련되어 상기 외부 하우징의 내측에 형성되는 공기압에 의해 상기 내부 하우징의 내측에 투입한 상기 기판의 일면을 균일한 힘으로 가압하는 탄성 가압 부재; 및
    상기 내부 하우징의 내측에 배치되어 상기 무기 발광 소자들 간의 단차를 보상하도록 상기 무기 발광 소자들을 지지하는 쿠션 시트;를 포함하는, 본딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 하우징의 내측에 배치되어 상기 기판을 지지하는 지지대;를 더 포함하며,
    상기 지지대는 상기 기판에 열을 인가하는 발열 부재를 포함하는, 본딩 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 쿠션 시트는 상기 지지대의 상면에 배치되어 상기 탄성 가압 부재에 의해 가압되는 상기 기판의 상기 무기 발광 소자들이 상기 쿠션 시트를 향하도록 배치되는, 본딩 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 쿠션 시트는 내열성 필름으로 이루어지는, 본딩 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 쿠션 시트는 실리콘 시트, 불소수지 필름, 또는 폴리이미드 필름인, 본딩 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 쿠션 시트는 상기 무기 발광 소자들과 접촉하는 면이 평면인, 본딩 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 쿠션 시트는 상기 무기 발광 소자들과 접촉하는 면에 다수의 돌기가 형성된, 본딩 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 돌기는 규칙적인 패턴을 이루는, 본딩 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 돌기는 불규칙적인 패턴을 이루는, 본딩 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 불규칙적인 패턴은 헤이즈(haze) 형태로 이루어지는, 본딩 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    각 돌기의 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형인, 본딩 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    각 돌기는 돔 형상 또는 기둥 형상인, 본딩 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 가압 부재는 내열성 필름으로 이루어지는, 본딩 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 가압 부재는 실리콘 시트, 불소수지 필름, 또는 폴리이미드 필름인, 본딩 장치.
  15. 기판과 상기 기판에 전사된 무기 발광 소자들을 포함하는 디스플레이 모듈을 열 압착하는 본딩 장치에 있어서,
    압축 공기가 주입되는 제1 챔버;
    상기 제1 챔버 내에 배치되며 상기 제1 챔버에 형성되는 공기압에 의해 신장되는 다이어프램이 마련된 제2 챔버;
    상기 제2 챔버 내에 배치되어 상기 기판을 지지하며 상기 기판에 열을 인가하는 발열 부재가 내재된 지지대; 및
    상기 무기 발광 소자들을 덮도록 상기 디스플레이 모듈에 결합되며 상기 다이어프램에 의해 상기 기판이 가압될 때 상기 무기 발광 소자들을 탄력적으로 지지하는 쿠션 시트;를 포함하는, 본딩 장치.
KR1020210141384A 2021-08-26 2021-10-21 디스플레이 모듈의 대면적 본딩 장치 KR20230031105A (ko)

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