KR20230104098A - 마이크로 발광 다이오드의 대량 전이를 위한 유체 조립캐리어 시스템 및 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법 - Google Patents

마이크로 발광 다이오드의 대량 전이를 위한 유체 조립캐리어 시스템 및 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법 Download PDF

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켄지 사사키
울머 커트
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일룩스 아이엔씨.
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Abstract

마이크로 발광 다이오드의 대량 전이를 위한 유체 조립 캐리어 시스템에 있어서, 평면으로 된 상면을 구비하는 유체 조립 캐리어 기판 및 상기 캐리어 기판의 상면에 형성된 포집 위치의 어레이를 포함하고, 각각의 상기 포집 위치에는 하나의 유체 증착된 마이크로 발광 다이오드를 임시 고정하기 위해 오목한 웰이 구성된다.

Description

마이크로 발광 다이오드의 대량 전이를 위한 유체 조립 캐리어 시스템 및 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법 {FLUIDIC ASSEMBLY CARRIER SYSTEM FOR MASS TRANSITION OF MICRO-LIGHT EMITTING DIODES AND METHOD FOR MASS TRANSITION OF MICRO-LIGHT EMITTING DIODES}
본 출원은 마이크로 발광 다이오드(micro-light emitting diode, micro-LED)디스플레이 분야에 관한 것으로, 특히 디스플레이 제조과정에서 마이크로 발광 다이오드를 대량 전이하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
적색-녹색-청색(RGB) 디스플레이는 다수의 픽셀로 구성되는데, 이러한 픽셀은 가시광 중의 적색광, 녹색광 및 청색광에 대응하는 세 가지 파장의 광을 방출한다. 이러한 픽셀의 RGB 부분(각 부분을 서브픽셀로 칭함)은 시스템화 방식으로 턴온되어 중첩됨으로써 가시광 스펙트럼 중의 컬러를 생성한다. 다른 디스플레이는 RGB 이미지를 생성하는 방식도 다르다. 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD)는 현재 가장 유행하고 있는 기술로서, 백색 광원(이는 일반적으로 형광을 방출하는 백색 LED임)을 이용해 서브픽셀의 컬러 필터를 조사함으로써, RGB 이미지를 생성한다. 백색광에 포함된 일부 파장을 갖는 광은 흡수되고, 일부 다른 파장을 갖는 광은 컬러 필터를 통해 투과된다. 따라서, 하나의 LCD 디스플레이의 효율은 4%보다 낮을 수 있고, 그의 콘트라스트(contrast)는 액정셀(cell)로부터 누출되는 광의 제한을 받게 된다. 유기발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED) 디스플레이는 각각의 서브픽셀의 유기 발광 재료를 여기시켜 상응하는 파장을 갖는 광을 방출함으로써, RGB 광선을 생성한다. OLED 픽셀은 직접 발광되기 때문에, 디스플레이의 콘트라스트가 비교적 높지만, 유기 재료가 시간의 흐름에 따라 열화되므로, 이미지 노화가 발생하게 된다.
세 번째의 기술, 즉 본 출원에서 언급하는 디스플레이 기술은 마이크로 발광 다이오드 디스플레이인바, 이는 서브픽셀로서 마이크로(본체 직경이 5∼150마이크로미터(㎛)) 무기 LED를 사용하여 직접 발광한다. 무기 마이크로 발광 다이오드 디스플레이는 다른 디스플레이에 비하여 많은 이점을 가지는바, LCD 디스플레이와 비교하면, 마이크로 발광 다이오드 디스플레이는 50,000:1을 초과하는 콘트라스트 및 보다 높은 효율을 갖는다. OLED 디스플레이와 달리, 무기 LED는 노화 현상이 발생하지 않으며, 도달할 수 있는 휘도가 현저하게 높다.
현재 주류의 고화질 텔레비젼(High Definition Television, HDTV)에 있어서는, 해상도가 표준인 텔레비젼은 200만 픽셀(또는 600만 서브픽셀)을 구비하고, 해상도가 보다 높은 4K 및 8K 표준은 각각 800만 및 3300만 픽셀을 구비한다. 태블릿 PC 및 휴대폰은 상대적으로 비교적 작은 디스플레이 스크린을 사용하더라도, 수백만 픽셀을 구비하며, 그의 디스플레이 스크린의 해상도는 인치당 600 픽셀(ppi)을 초과한다. 따라서, 마이크로 발광 다이오드를 사용한 디스플레이 스크린의 제조는 비교적 낮은 비용으로 픽셀 간격이 다른 대규모의 마이크로 발광 다이오드 어레이를 조립하는 것을 요구함으로써, 각종 크기 및 해상도를 갖는 디스플레이를 제조할 수 있다. 이하에서 서술하는 바와 같이, 가장 전통적인 마이크로 발광 다이오드 어레이 조립 기술은 각각의 마이크로 발광 다이오드가 모두 독립적으로 캐리어로부터 픽업되어 기판에 안착되기 때문에, 픽 앤 플레이스(pick-and-place) 기술이라 칭한다. 각각의 마이크로 발광 다이오드는 모두 독립적으로 처리되므로, 조립 과정이 매우 느리다.
도 1a∼도 1c는 질화갈륨(Gallium Nitride, GaN)에 기반한 LED가 적층된 단면도(도 1a), 완전히 가공된 두 개의 수직 마이크로 발광 다이오드의 단면도(도 1b) 및 표면 실장 마이크로 발광 다이오드(선행기술)의 단면도(도 1c)이다. 널리 사용되고 있는 일반 조명에 이용되는 GaN에 기반한 고휘도 LED가 복잡한 제조 시스템을 형성하고 있기 때문에, 디스플레이에 응용되는 마이크로 발광 다이오드는 해당 업계에 존재하고 있는 투자를 기반으로 한다. 일련의 복잡한 고온 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD) 단계에서 청색(약 440나노미터(㎚)) 파장을 방출하는 GaN 기반 LED를 제조하여, 도 1a의 횡단면에 도시된 수직 LED 구조를 생성한다. 제조 과정은 직경이 50∼200밀리미터(㎜)인 폴리싱 사파이어, 실리콘 또는 실리콘 카바이드(SiC) 기판에서 진행된다. 도핑되지 않은 GaN를 증착하고 질화알루미늄(AlN) 버퍼층을 선택적으로 증착하여 표면을 제조함으로써, 작은 결함 및 GaN 결정격자 상수를 갖는 결정격자 표면을 생성한다. 초기에 증착된 두께와 온도를 조정하여 기판과 GaN 사이의 결정격자 미스매치(mismatch, 오정합)을 보상해야 한다. 다시 말해서, 두께를 증가시켜 표면 품질을 개선해야 하기 때문에, 고효율 소자의 두께는 모두 좌우로 3㎛보다 크다. MOCVD 증착공정은 복작하고 비용이 많이 들기 때문에, 마이크로 발광 다이오드 공정을 최적화하여 성장 웨이퍼의 전체 영역을 효과적으로 이용하는 것이 매우 중요하다.
초기 성장을 통해 결정질 GaN 표면을 형성한 후, 실리콘 도핑을 추가하여 첫 번째 LED층을 형성함으로써, 음극에 사용되는 n+ GaN를 형성한다. 선택적으로, 상기 적층은 전자 주입 및 정공 차단을 조정한 층을 포함할 수 있다. 이어서, 증착은 갈륨 인듐 질화물(InxGa1-xN) 및 GaN가 서로 교대로 적층되는 다중 양자 웰(Multiple Quantum Well, MQW) 구조를 가지며, 여기서 인듐 함량과 상기 층의 두께는 소자의 방출 파장을 결정한다. 인듐 함량의 증가는 방출 피크가 보다 긴 파장을 향해 이동하도록 하지만, 결정격자 미스매치로 인해 발생된 응력을 증가시키므로, 적색광을 방출하기 위한 고효율의 GaN 소자를 제조하지 못하며, 녹색광 LED의 효율도 청색광 LED보다 낮다. MQW를 형성한 후, 적층 구조는 전자 차단 및 정공 주입을 조정한 층을 더 포함할 수 있다. 마그네슘(Mg)이 도핑된 GaN를 증착하여 p+ 양극층을 형성함으로써, MOCVD층 시퀀스를 완성한다.
일반적인 조명에 사용되는 LED(각 측 최대 3∼4㎜)는 마이크로 발광 다이오드 디스플레이에 응용되는 마이크로 발광 다이오드(직경이 5∼150㎛임)보다 훨씬 크기 때문에, 패턴화 및 전극에 대한 요구는 모두 명백히 다르다. 마이크로 발광 다이오드는 용접 재료 또는 비대칭 전기전도 필름(Asy㎜etric Conductive Film, ACF)을 사용하여 기판 전극에 바인딩되어야 하고, 대형 LED는 일반적으로 리드선을 통해 바인딩되거나 납땜 페이스트를 통해 리드선 프레임에 바인딩되어야 한다. 마이크로 발광 다이오드의 체적이 매우 작기 때문에, 패턴화 과정에서 MOCVD 웨이퍼의 대부분 영역을 제거함으로써, 각 웨이퍼의 사용 가능한 발광 면적이 감소된다. LED 웨이퍼는 상대적으로 고가이고, 마이크로 발광 다이오드의 제조에 필요한 고해상도는 비용을 더욱 증가시키므로, 발광 영역을 가능한 한 효과적으로 사용하여 마이크로 발광 다이오드 디스플레이의 재료 비용을 최대한 줄이는 것이 매우 중요하다.
가장 간단한 공정 프로세스에서, (수 나노미터의) 얇은 산화니켈(NiOX)을 증착시켜 p+ GaN 작업 함수를 매칭하고, 두께가 50∼300㎚인 한 층의 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)을 증착시켜 MOCVD 스택 상에 투명한 전도성 전극을 형성한다. 다음에 증착된 스택 구조를 패턴화 및 식각하고, 일반적으로 질소 기체(Cl2)에 기반한 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etch, RIE) 공정을 이용하여, 가장 작은 실제 크기 및 간격을 갖는 단일 마이크로 발광 다이오드를 생성한다. 특히, 마이크로 발광 다이오드를 고효율적으로 생성하는 경우, LED 구조의 두께는 단지 3∼5㎛이므로, LED 구조의 두께는 성공적으로 식각할 수 있는 최소 공간을 제한하게 된다.
도 1c에 예시된 바와 같이, LED의 외곽을 식각한 후, 추가 처리를 수행하여, 양극에 전극을 형성한다. 누전을 방지하고 ITO층을 연결하기 위한 개구를 식각하기 위하여, 일반적으로 패시베이션층을 마련하되, 상기 패시베이션층은 일반적으로 플라즈마 강화 화학 기상 증착(Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD) 실리카(Silicon Dioxide, SiO2)에 의해 형성되거나, 표면에 마련된 얇은 원자 증착(Atomic Layer Deposition, ALD) 알루미나(Aluminum Oxide, Al2O3)층을 선택적으로 포함한다. 이 양극 구조는 전극 스택구조를 증착하여 완성되고, 상기 전극 스택구조는 인듐/주석(In/Sn) 또는 금, 게르마늄(Au/Ge) 합금과 같은 재료를 포함한다.
도 2a는 레이저 박리(Laser Lift Off, LLO)를 통해 사파이어 기판으로부터 마이크로 발광 다이오드를 제거하는 과정을 도시한다. 도 2b는 소자를 캐리어 웨이퍼로부터 이동시켜 표시기판에 안착하는 픽 앤 플레이스 과정을 도시한다. 도 2c는 마이크로 발광 다이오드 양극과 기판 전극의 연결(선행기술)을 도시한다. 구체적으로, 도 2a에서는, 제조된 마이크로 발광 다이오드는 접착제층을 통해 캐리어 웨이퍼에 바인딩되고, 동시에 레이저 박리를 통해 사파이어 기판으로부터 제거된다. 도 2b에서는, 픽업헤드를 통해 캐리어로부터 마이크로 발광 다이오드를 제거한 후, 서브픽셀에 안착시키고, 그의 양극과 기판의 대응하는 전극을 전기적으로 연결한다. 픽셀은 마이크로 발광 다이오드에 적합한 유전체(예를 들어, 패턴에 대한 포토리소그래피가 가능한 폴리이미드)를 코팅하여 완성되고, 동시에 마이크로 발광 다이오드의 음극은 기판의 전극과 연결된다. 금속 상호연결은 증착 및 패턴화되어 도 2c에 도시된 바와 같은 연결을 형성하도록 한다.
약 630㎚의 파장을 갖는 적색광을 방출하는 LED는 일반적으로 갈륨비소(GaAs)에 성장된 알루미늄 갈륨 인듐 인화물(AlGaInP)로 제조되고, GaAs가 투명하지 않기 때문에, 레이저 박리 기술을 사용하여 GaAs 기판으로부터 LED를 박리할 수 없다. 따라서, 적색광 LED를 기판으로부터 박리하고자 하는 경우에는, 기판을 완전히 식각하거나, 선택적 식각(일반적으로 염화수소(HCl): 아세트산을 사용함)을 이용하여 언더커팅하고 LED를 박리한다. LED의 크기(횡단면)는 GaN 범용 조명 LED와 유사하다(크기는 150∼1000㎛임). 미국 특허 10,804,426에서는 AlGaInP LED 공정을 전면적으로 기술하고 있는바, 해당 특허는 참조로서 본문에 포함된다.
상술한 픽 앤 플레이스 조립 프로세스에는 일부 중요한 문제가 존재하는바, 즉 비용이 높고 생산량이 낮은 문제가 발생하게 된다. 구체적으로, 조립 과정은 본질적으로 직렬로 수행되기 때문에, 수백만 개의 마이크로 발광 다이오드를 조립할 때 매우 긴 시간이 소요되고, 비용이 매우 높다. 마이크로 발광 다이오드는 자체의 크기가 작아 그립 헤드와 같은 그립 기기를 제조하기 어렵고, 그립 기기의 가장자리는 그립 과정에서 인접하는 마이크로 발광 다이오드와 간섭하거나, 조립 과정에서 픽셀 사이의 반사기 구조와 간섭할 수 있다. 상술한 단일 픽 앤 플레이스 방법은 대량 전이 헤드를 사용하여 다수의 마이크로 발광 다이오드를 동시에 그립하고 전이시킴으로써 병렬 과정으로 확장될 수 있다. 그러나, 이러한 대량 전이법은 동시에 전이되는 한 그룹의 마이크로 발광 다이오드에 결함이 있는 소자가 존재하는 경우에 품질이 매우 낮을 수 있고, 각각의 마이크로 발광 다이오드 사이의 간격은 웨이퍼에 성장된 소자의 간격에 의해 결정된다.
도 3a∼도 3h는 하나의 대량 전이법의 예시(선행기술)를 도시한다. 대량 전이법은 어레이로 배열된 다수의 마이크로 발광 다이오드를 전체적으로 표시기판으로 전이하는 방법으로서, 직렬 픽 앤 플레이스 조립의 낮은 처리량 문제를 해결하기 위하여 널리 개발되고 있다. 가장 간단한 품질 전이 과정에서, 직사각형 임프린트 스탬프는 캐리어로부터 하나의 직사각형의 마이크로 발광 다이오드 어레이를 픽업하고, 마이크로 발광 다이오드를 표시기판에 압착하여, 각각의 마이크로 발광 다이오드와 상응하는 전극이 결합되도록 한다. RGB 디스플레이를 제조함에 있어서는 다른 컬러의 마이크로 발광 다이오드를 고려해야 하기 때문에, 전이 임프린트 스탬프는 세 개의 마이크로 발광 다이오드마다 한 번씩 픽업함으로써, 다른 두 가지 서브픽셀 컬러의 마이크로 발광 다이오드를 위한 공간을 제공한다. 도 2c에 도시된 표면 실장 마이크로 발광 다이오드의 경우, 조립 과정은 아래와 같은 순서에 따라 진행된다.
1) 각종 컬러의 마이크로 발광 다이오드를 위하여 독립적인 MOCVD 웨이퍼를 준비하고, 각각의 마이크로 발광 다이오드 사이는 적절한 크기 및 간격을 갖는다. 인접하는 마이크로 발광 다이오드 사이의 공극을 간격이라 칭한다. 도 3a를 참조한다. 각각의 마이크로 발광 다이오드는 모두 표시기판에 연결하기 위한 하나의 음극 및 양극을 구비한다. 마이크로 발광 다이오드 어레이는 레이저 박리에 의해 성장 웨이퍼로부터 제거되어 캐리어 기판(미도시)에 유지된다.
2) 표시기판(도 3b)에는 다수의 그룹의 음극 전극 및 양극 전극이 마련되고, 각 그룹의 전극 사이의 간격은 웨이퍼의 각 마이크로 발광 다이오드 사이의 간격의 복수배이므로, 전극과 전이 임프린트 스탬프의 마이크로 발광 다이오드의 위치는 서로 매칭된다. 이러한 간격은 디스플레이 최종 해상도를 결정한다. 상기 전극은 구리, 인듐 주석 산화물/알루미늄(ITO/Al), 금 또는 주석/인듐(Sn/In)과 같은 땜납일 수 있다. ACF 필름을 사용하여 전극을 커버할 수도 있다. 디스플레이 패널의 전극 및 마이크로 발광 다이오드의 재료를 확정함으로써, 하기 단계 5)의 추후의 바인딩 공정을 통해 옴 접촉(ohmic contact)을 형성한다.
3) 픽업점과 디스플레이의 서브픽셀 간격이 매칭되는 위치에 따라 임프린트 스탬프를 준비한다. 현재 각 마이크로 발광 다이오드를 고정하는데 응용되는 픽업 메커니즘은 탄성체, 테이프, 정전기 및 자기장을 포함한다. 도 3c에서는 크기가 3*3 픽셀인 하나의 임프린트 스탬프를 도시하였지만, 실제 상 임프린트 스탬프에는 일반적으로 수백 개의 픽셀이 장착되어 있다.
4) 도 3d를 참조하면, 임프린트 스탬프와 첫 번째 컬러의 마이크로 발광 다이오드를 적재하는 캐리어 기판을 정렬하여 위치시키고, 임프린트 스탬프와 캐리어 기판을 접촉시켜, 고정 구조가 다수의 마이크로 발광 다이오드를 그립함으로써, 캐리어 기판으로부터 제거한다.
5) 도 3e를 참조하면, 충전(充塡)된 임프린트 스탬프와 제1 그룹의 표시기판의 전극을 정렬하여 위치시킨다.
6) 도 3f를 참조하면, 임프린트 스탬프가 표시기판에 압착되어 접촉되도록 하고, 일반적으로 동시에 가열하여 마이크로 발광 다이오드 전극과 표시기판의 전극이 바인딩 구조를 형성하도록 한다. 바인딩을 형성하고 충분히 냉각하여 마이크로 발광 다이오드를 고정한 후, 임프린트 스탬프를 제거함으로써 재사용하도록 한다.
7) 도 3g∼도 3h에 도시된 바와 같이, 두 번째 컬러 및 세 번째 컬러의 마이크로 발광 다이오드에 대하여 각각 동일한 조작을 수행함으로써, RGB 디스플레이 어레이를 형성한다.
상기 대량 전이 방법은 조립이 가능하며, 디스플레이의 제조에 응용되지만, 제품 수율이 낮고 제품 비용이 높다는 등의 일부 문제가 여전히 존재한다. 우선, 도 3b에서, x방향 및 y방향에서의 디스플레이의 간격은 단지 MOCVD 웨이퍼의 마이크로 발광 다이오드 사이의 간격의 정수배일 뿐이며, 도면에서는 3*2인 경우를 예시하였다. 완전한 디스플레이 제조 기술은 업계 표준에 부합되는 다른 크기의 스크린, 예를 들어 4K(3840*2160 픽셀)를 반드시 제조할 수 있어야 하기 때문에, 임프린트 스탬프에서의 마이크로 발광 다이오드의 간격을 변경할 수 있는 기술(간격 확장 가능한 기술)이 필요하다. 또한 각각의 디스플레이의 크기 및 해상도에 대하여 MOCVD 웨이퍼의 마이크로 발광 다이오드의 크기를 맞춤 제작할 수도 있지만, 이는 불필요한 비용을 증가시킨다. 다음으로, 픽업 장치는 반드시 연결 강도의 크기 균형을 획득해야 하고, 연결 강도가 너무 작으면, 일부 마이크로 발광 다이오드가 캐리어 기판으로부터 이탈되지 못하여, 어레이에 갭이 형성된다. 반대로, 연결 강도가 너무 크면, 마이크로 발광 다이오드가 기판에 용접된 후 강제적으로 제거된다. 상기 두 가지 경우, 모두 서브픽셀의 휘도가 감소되므로, 디스플레이가 허용하지 않는다. 마지막으로, 전이 임프린트 스탬프의 구조는 복잡하고 제조하기 어렵다. 임프린트 스탬프가 인접하는 마이크로 발광 다이오드와 간섭하는 것을 방지하기 위하여 연결 포인트는 반드시 마이크로 발광 다이오드 사이의 간격보다 작아야 한다. 이는 로컬 필드(예를 들어, 정전기나 자기력)를 발생시켜야 하는 복잡한 고정 방법에 있어서 구현하기 아주 어렵다. 임프린트 스탬프는 쉽게 오염 및 파손되고, 특히 폴리디메틸실록산(PDMS) 등 탄성체로 제조된 임프린트 스탬프가 쉽게 오염 및 파손되므로, 어떻게 효과적으로 세척하여 임프린트 스탬프를 재사용할 것인지에 대한 것 또한 매우 중요하다.
대량 전이 임프린트 공정의 결함을 설명하기 위하여, 도 3h는 발생할 수 있는 몇 가지 고장 상황을 기술한다.
고장 a: 픽업시 임프린트 스탬프의 접착력이 좋지 않아 마이크로 발광 다이오드가 부족해지고;
고장 b: 임프린트 스탬프에 오염이 발생하여 마이크로 발광 다이오드가 잘못 놓여지고;
고장 c: 전사 임프린트 스탬프 오염으로 인해 입자가 생성되고;
고장 d: 마이크로 발광 다이오드가 파손되고;
고장 e: MOCVD 공정의 결함으로 인해 마이크로 발광 다이오드 단락이 발생되고;
고장 f: 마이크로 발광 다이오드가 임프린트 스탬프에 의해 강제적으로 제거되어 전극이 파손된다.
도 4a 및 도 4b는 100밀리미터 웨이퍼에 14밀리미터 임프린트 스탬프(도 4a)를 사용하여 픽업된 예시적 영역을 임프린팅하고 커버한다. 여기서, 20%의 마이크로 발광 다이오드는 최종적으로 웨이퍼에 남아 있고, 세 개의 임프린트 스탬프에는 결함이 있는 마이크로 발광 다이오드가 존재한다. 상기 품질 전이 과정의 다른 제한은 임프린트 스탬프의 사각형 형상을 제한하는 것이며, 이는 MOCVD로 LED를 생성하기 위한 원형 웨이퍼와 매칭되지 않는다. 도 4a는 전형적인 100㎜ 웨이퍼에 14*14㎜ 임프린트 스탬프를 사용할 때의 배열 상황을 도시한다. 대규모 면적의 임프린트 스탬프를 사용하면, 조립 속도를 향상시킬 수 있고, 그 대신 성장 웨이퍼에 보다 많은 마이크로 발광 다이오드가 남아 있게 된다. 모든 임프린트 스탬프를 충전해야 하는 요구를 만족시켜야 하기 때문에, 웨이퍼에는 임프린트 스탬프를 사용하지 못하는 큰 영역이 존재한다. 상기 예시에서, 품질은 합격판정을 받았지만 버려진 마이크로 발광 다이오드는 약 전체 개수의 20%를 점유하므로, 비용을 직접적으로 증가시킨다. 또한, 결함이 있는 마이크로 발광 다이오드일 경우, 영향을 받은 임프린트 스탬프를 반드시 복구하거나 폐기해야 한다. 상기 예시에서는 단지 목적을 설명하기 위하여 무작위로 세 개의 결함을 기술하였는바, 해당 예시에서 결함이 있는 임프린트 스탬프를 폐기하면, 약 70%의 초기 마이크로 발광 다이오드만이 디스플레이의 제조에 사용될 수 있다.
대량 전이법은 현저한 이점을 구비하는바, 즉 바인딩 과정이 마이크로 발광 다이오드에 압력을 가하며 진행되기 때문에, 두 개의 결합 전극 사이에 우수한 기계적 접촉이 형성된다. 이는 전극 사이에 대규모 면적의 접촉을 형성하는 것을 확보한다. 기계적 접촉은 표면의 절연 산화물을 파손시켜, 용접 재료의 습윤성을 개선한다. 전도성 충전재료와 마이크로 발광 다이오드 및 표시기판 상의 전극의 강성 접촉(Hard Contact)을 형성하기 위하여, ACF 결합도 마찬가지로 압력이 필요하게 된다.
마이크로 발광 다이오드 디스플레이의 대량 전이 조립을 구현하는 캐리어 기판을 충전할 수 있고, 아래와 같은 방식으로 조립의 원활성 및 생산량을 향상시킬 수 있는 구조 및 방법이 존재하면 유리할 것이다.
1. 간단한 간격 확장을 통해 임의의 표시 해상도를 구현할 수 있고;
2. 결실, 파손 또는 단락 등 일련의 설비 결함이 존재하지 않는 마이크로 발광 다이오드(우수한 칩으로 알려져 있음)를 제조할 수 있고;
3. 대규모 병렬 전이 방법을 통해 임프린트 스탬프를 충전하고 전이시킴으로써 대량 전이의 조립 속도를 향상시킬 수 있고;
4. 간단한 전이 임프린트 스탬프를 사용하므로, 제조 비용이 낮고, 강력한 세척을 통해 재사용하도록 할 수 있으며;
5. 표시기판을 파손하지 않는 간단한 임프린트 기구를 사용할 수 있고;
6. 결함이 있는 임프린트 스탬프로부터 나머지 마이크로 발광 다이오드를 회수할 수 있다.
본 출원의 마이크로 발광 다이오드의 대량 전이를 위한 유체 조립 캐리어 시스템에 있어서는, 평면으로 된 상면을 구비하는 유체 조립 캐리어 기판 및 상기 캐리어 기판의 상면에 형성된 포집 위치의 어레이를 포함하고, 각각의 상기 포집 위치에는 하나의 유체 증착된 마이크로 발광 다이오드를 임시 고정하기 위해 오목한 웰이 구성된다.
본 출원의 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법에 있어서는, 웨이퍼 상에 마이크로 발광 다이오드를 제조하는 스텝, 상기 마이크로 발광 다이오드를 상기 웨이퍼로부터 현탁액으로 방출하는 스텝, 상기 마이크로 발광 다이오드를 유체 증착시켜 상기 캐리어 기판으로 전이하는 스텝, 상기 마이크로 발광 다이오드를 상기 캐리어 기판으로부터 상기 대량 전이 임프린트 스탬프로 전이하는 스텝, 및 상기 마이크로 발광 다이오드를 상기 대량 전이 임프린트 스탬프로부터 표시 기판으로 전이하는 스텝을 포함한다.
본 출원은 유체 조립을 통해 캐리어 기판 또는 전이 임프린트 스탬프에 마이크로 발광 다이오드 어레이를 제조하는 방법 및 관련 구조를 제공한다. 조립된 마이크로 발광 다이오드를 표시기판에 응용할 수 있고, 대량 전이 방법을 통해 바인딩할 수 있다. 마이크로 발광 다이오드는 전통적인 MOCVD 방법을 통해 웨이퍼 상에서 제조되고, 그의 형상은 표시기판 상에 쉽게 유체 조립 및 임프린트되는 스타일로 선택된다.
따라서, 본 출원은 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 임프린트 시스템을 제공하는바, 이는 상면을 구비하는 임프린트 스탬프 기판을 포함한다. 상기 상면에는 어레이로 설치된 임프린트 스탬프 기판 포획위치가 형성되고, 각각의 상기 포획위치에는 마이크로 발광 다이오드의 바닥면으로부터 연신되는 기둥(keel)을 임시적으로 고정시키기 위한 기둥형 홈이 모두 설치된다. 마이크로 발광 다이오드는 표면 실장형일 경우, 평면으로 된 상면을 구비하고, 상기 평면으로 된 상면은 제1 전극과 제2 전극을 구비한다. 마이크로 발광 다이오드는 수직형일 경우, 평면으로 된 상면을 구비하고, 상기 평면으로 된 상면은 제1 전극을 구비하는데, 이때 상기 기둥은 전기를 전도하는 제2 전극이다. 상기 임프린트 시스템은 유체 조립 캐리어 기판을 더 포함하되, 상기 캐리어 기판의 평면으로 된 상면에는 어레이로 설치된 웰이 형성되고, 상기 웰의 어레이는 인접하는 웰을 이격하는 간격을 가지며, 상기 간격은 상기 임프린트 스탬프 기판 상에서 인접하는 상기 포획위치의 이격 간격과 서로 매칭된다.
관련된 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법은, 상기 웰의 어레이를 구비하는 유체 조립 캐리어 기판을 제공하고, 상기 임프린트 스탬프 기판을 제공하는 단계를 포함하되, 여기서 어레이에서 각각의 포획위치에는 상기 캐리어 기판의 웰과 서로 매칭되는 기둥형 홈이 구성된다. 이 방법은 유체 조립 공정을 이용함으로써, 마이크로 발광 다이오드가 상기 캐리어 기판의 웰에 충전되도록 한다. 이 방법은 임프린트 스탬프 기판의 상면을 캐리어 기판의 상면에 압착하여, 각각의 상기 포획위치가 상응한 웰과 대응되도록 함으로써, 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판으로부터 임프린트 스탬프 기판으로 전이시킨다. 각각의 포획위치의 홈은 마이크로 발광 다이오드 바닥면으로부터 연신되는 기둥을 적재하고, 기둥을 구속하여, 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판에 고정한다. 캐리어 기판을 사용하면, MOCVD 웨이퍼의 마이크로 발광 다이오드 사이의 간격에 의한 제한을 제거하기 때문에, 각종 임프린트 스탬프 기판 간격을 다른 표시기판의 크기 및 해상도에 응용하는 것을 허용한다.
이 방법은 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷의 어레이를 구비하는 표시기판을 더 제공하되, 여기서 각각의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷은 상면에 형성되는 적어도 하나의 전극을 포함하고, 상기 전극은 하측의 열과 행 제어라인의 매트릭스에 전기적으로 연결된다. 상기 연결 개스킷은 인접위치를 이격하는 간격을 가지고, 이 간격은 임프린트 스탬프 기판 중 인접하는 포획위치의 이격 간격과 서로 매칭된다. 이 방법은 임프린트 스탬프 기판의 상면을 표시기판의 상면에 압착하여, 각각의 포획위치가 상응한 마이크로 발광 다이오드 위치와 연결되도록 하고, 다수의 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판으로부터 표시기판의 다수의 연결 개스킷으로 전이시킨다. 한편으로, 마이크로 발광 다이오드를 표시기판의 연결 개스킷으로 전이시키는 단계는, 표시기판을 가열하여 다수의 마이크로 발광 다이오드를 다수의 연결 개스킷에 바인딩하도록 하는 단계를 포함한다. RGB가 표시되는 경우, 이 방법은 포획위치에 제1 파장의 마이크로 발광 다이오드, 제2 파장의 마이크로 발광 다이오드, 제3 파장의 마이크로 발광 다이오드가 설치되는 임프린트 스탬프 기판을 순차적으로 압착하거나, 또는 하나의 독립적인 임프린트 스탬프 기판을 하나의 파장의 마이크로 발광 다이오드에 대응시킬 수 있다.
본 출원은 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법을 더 제공하되, 이 방법은 평면으로 된 상면을 구비하는 유체 조립 임프린트 스탬프 기판을 사용하고, 상기 상면에는 제1 주변 형상, 깊이와 평면으로 된 하면을 구비하는 다수의 포획위치가 형성된다. 유체 조립 과정을 통해, 상기 포획위치는 제1 주변 형상을 구비하는 마이크로 발광 다이오드에 의해 충전될 수 있고, 상기 마이크로 발광 다이오드는 포획위치의 깊이보다 큰 두께, 포획위치의 하면과 접촉하는 하면, 평면으로 된 상면 및 상기 포획위치로부터 연신되는 제1 전극 및 하나의 고정기구를 구비한다. 한편으로, 상기 고정기구는 상기 마이크로 발광 다이오드의 상면에 형성되는 기둥인바, 상기 기둥은 제1 전극과 연결되는 전기를 전도하는 기둥일 수도 있고, 마이크로 발광 다이오드가 임프린트 스탬프 기판에 고정된 후 제거되는 전기를 전도하지 않는 임시적 기둥일 수도 있다. 다른 한편으로, 상기 고정기구는 각각의 마이크로 발광 다이오드의 하면에 설치되는 컨주게이트된 생체 분자쌍(conjugated bio molecule pair)을 포함하는 제1 성분(component)이다. 이러한 경우, 각각의 포획위치의 하면에는 컨주게이트된 생체 분자쌍을 포함하는 제2 성분이 구비된다.
상술한 바와 같이, 이 방법은 평면으로 된 상면 및 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷 어레이를 구비하는 표시기판을 제공하되, 각각의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷은 상면에 형성되는 제1 전극을 포함하고, 이 제1 전극은 기판 하측의 열과 행 제어라인의 매트릭스에 전기적으로 연결된다. 상기 표시기판의 인접하는 웰 사이의 간격은 상기 임프린트 스탬프 기판의 인접하는 포획위치의 간격과 서로 매칭된다. 이 방법은 임프린트 스탬프 기판의 상면을 표시기판의 상면에 압착하여, 각각의 포획위치에 마이크로 발광 다이오드가 충전되도록 하고, 다수의 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판으로부터 표시기판의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷으로 전이시킨다. 마찬가지로, 전이 과정에서, 표시기판을 가열하여, 전극의 바인딩을 촉진한다.
본 출원은 축방향 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법을 더 제공한다. 이 방법은 평면으로 된 상면을 구비하는 유체 조립 임프린트 스탬프 기판을 제공하되, 상기 상면에는 다수의 포획위치가 형성되고, 상기 포획위치는 제1 주변 형상, 평면인 제1 깊이를 구비하는 중심부분, 평면인 제2 깊이를 구비하는 원단(distal)부분(상기 제2 깊이는 상기 제1 깊이보다 작음) 및 평면인 제2 깊이를 구비하는 근단(proximal)부분을 구비한다. 유체 조립 과정을 통해, 이 방법은 축방향 마이크로 발광 다이오드가 포획위치에 충진되도록 하고, 상응한 포획위치를 점유하는 각각의 마이크로 발광 다이오드는 상기 제1 주변 형상, 상기 중심부분과 연결되는 본체, 수직 평면 본체를 구비하고, 상기 본체의 두께는 상기 제1 깊이보다 크지만 상기 제1 깊이의 2배보다 작다. 원단 전극은 상기 본체를 수평으로 이등분하여 상기 포획위치의 원단부분과 접촉하고, 상기 원단 전극의 수직 평면 전극 두께는 상기 포획위치의 제2 깊이보다 크지만 상기 제2 깊이의 2배보다 작다. 근단 전극은 상기 원단 전극과 동일한 두께를 구비하며, 상기 본체를 수평으로 이등분하여 상기 포획위치의 근단부분과 접촉한다.
이 방법은 평면으로 된 상면 및 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷 어레이를 구비하는 표시기판을 제공하되, 각각의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷은 상면에 형성되어 하측의 열과 행 제어라인의 매트릭스에 전기적으로 연결되는 한쌍의 전극을 포함한다. 상기 표시기판은 인접하는 웰과 분리되는 간격을 가지고, 이 간격은 상기 임프린트 스탬프 기판 상에서 인접하는 포획위치와 분리되는 간격과 매칭된다. 이 방법은 임프린트 스탬프 기판의 상면을 표시기판의 상면에 압착하여, 각각의 포획위치가 상응한 마이크로 발광 다이오드와 접촉하도록 하고, 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판으로부터 표시기판으로 전이시키며, 일반적으로 가열하여 전극의 바인딩을 촉진해야 한다.
이하, 상술한 시스템 및 방법을 구체적으로 기술한다.
도 1a∼도 1c는 GaN LED에 기반하는 단면도(도 1a), 두 개의 수직 마이크로 발광 다이오드의 단면도(도 1b)와 하나의 표면 실장 마이크로 발광 다이오드의 단면도(도 1c)(선행기술)이다.
도 2a는 레이저 박리기술을 사용하여 사파이어 성장 기판으로부터 마이크로 발광 다이오드를 제거하는 과정(선행기술)이다.
도 2b는 소자를 캐리어 웨이퍼로부터 이동시켜 표시기판에 위치고정시키는 픽 앤 플레이스((pick-and-place) 과정(선행기술)이다.
도 2c는 마이크로 발광 다이오드의 양극과 기판 전극을 연결하는 과정(선행기술)이다.
도 3a∼도 3h는 예시적인 대량 전이 과정의 단계(선행기술)이다.
도 4a∼도 4b는 100㎜ 웨이퍼에서 14㎜ 임프린트 스탬프를 이용해 임프린트 픽업을 진행하는 피복 구역 예시(도 4a)이고, 이때 웨이퍼에는 20%의 마이크로 발광 다이오드가 잔류하고, 또한 세 개의 임프린트 스탬프 상의 마이크로 발광 다이오드에 결함이 생긴다(도 4b)(선행기술).
도 5는 표면 실장 마이크로 발광 다이오드와 마이크로 발광 다이오드 휘도를 제어하는 파워 트랜지스터의 전형 뒤판 배치를 보여주는 부분적 단면도이다.
도 6a∼도 6b는 각각 유체 조립을 위한 표면 실장 마이크로 발광 다이오드의 평면도와 단면도이다.
도 7은 선택적으로 픽업된 후의 마이크로 발광 다이오드 웨이퍼의 모식도이다.
도 8은 유체역학적 효과에 대해 간단히 기술하였는바, 100%의 마이크로 발광 다이오드를 전극이 아래로 향하는 정확한 방향으로 조립할 수 있다.
도 9a∼도 9d는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 임프린트 시스템을 사용하는 단계이다.
도 10a∼도 10d는 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판으로부터 표시기판으로 전이하는 과정의 단면도이다.
도 11a∼도 11d는 임프린트 시스템의 모식도로서, 여기서 마이크로 발광 다이오드는 수직 마이크로 발광 다이오드이다.
도 12a∼도 12b는 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판의 포획위치에 고정하도록 보조하기 위한 흡인력 발생기의 부분적 단면도이다.
도 13a∼도 13k는 유체 조립 임프린트 스탬프 기판의 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 임프린트 시스템을 사용하는 단계의 모식도이다.
도 14a와 도 14b는 각각 정전력 발생기와 자력 발생기를 보조장치로 사용하여, 마이크로 발광 다이오드를 유체 조립 포획위치에 고정하는 것을 도와주는 모식도이다.
도 15a∼도 15i는 유체 임프린트 및 축방향 마이크로 발광 다이오드를 사용하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 시스템의 모식도이다.
도 16은 도 9a∼도 9d에 도시된 시스템과 대응되는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이법의 흐름도이다.
도 17은 도 13a∼도 13k에 도시된 유체 조립 임프린트 스탬프 기판을 사용하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이법의 흐름도이다.
도 18은 도 15a∼도 15i에 도시된 축방향(리드선) 마이크로 발광 다이오드 대량 전이법의 흐름도이다.
도 19는 마이크로 발광 다이오드 전이시의 간격 확장 방법의 흐름도이다.
이하, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 있어서, 본 출원을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
미국특허 9,825,202와 10,418,527에서는 무기 LED와 디스플레이 뒤판 상의 유체 조립을 사용하는 마이크로 발광 다이오드 디스플레이의 일반 과정을 이미 보고하였는바, 이러한 특허는 참조로서 여기에 인용 결합되었다. 특히, 미국특허 9,825,202는 13열 26행으로부터 시작하여 적합한 디스플레이 스크린 뒤판을 제조하는 공정 프로세스를 기술하였는바, 이는 도 17에 도시된 바와 같다. 그의 전기 요구는 미공개된 미국특허출원 16/727,186에서 기술되었는바, 이 특허 역시 참조로서 여기에 포함되었다. 도 14b와 도 14c에서 사용되는 표시기판은 미국특허 9,825,202에서 기술된 것과 동일한 행과 열 배열 및 박막 트랜지스터(TFT) 회로를 구비하지만, 웰층이 없다. 이는 대량 전이 임프린트 스탬프에 마이크로 발광 다이오드가 설치되기 때문이다.
도 5는 표면 실장 마이크로 발광 다이오드와 마이크로 발광 다이오드의 휘도를 제어하는 파워 트랜지스터의 전형 뒤판 배치를 예시하는 부분적 단면도이다.
미국특허 9,825,202, 10,418,527 및 10,543,486(여기서 참조로서 인용)에서 제기된 유체 조립 기술은 직접 랜덤하게 조립되는 원가가 낮은 마이크로 발광 다이오드 디스플레이 제조에 적용된다. 여기서 동일한 조립 기술을 이용하여 하나의 임프린트 스탬프를 제조하여, 마이크로 발광 다이오드를 순차적으로 표시기판의 전극 상에 바인딩한다. 직접적인 유체 조립 방법에 비해, 이러한 방법의 우수한 점은, 바인딩 과정에서 임프린트 스탬프를 사용하여 압력을 인가하여, 마이크로 발광 다이오드와 디스플레이 사이에 옴 접촉이 형성되는 것을 도와주는 점이다. 본문에서 사용되는 바와 같이, 전이 임프린트 스탬프는 어레이 배열된 포획위치를 구비하도록 설치되고, 포획위치 사이의 간격과 디스플레이 픽셀 사이의 간격을 매칭시킨다. 상기 임프린트 스탬프는 유리, 석영 또는 단결정 규소로 제조될 수 있고, 포획위치(웰로 칭하기도 함)는 임프린트 스탬프를 식각하거나 임프린트 스탬프에 필름을 한층 설치할 수 있는바, 예를 들어 패턴화된 폴리이미드를 설치하고, 포토리소그래피를 사용하여 웰을 패턴화하여 제조된다. 포획위치와 마이크로 발광 다이오드는 동일한 형상을 구비하는데, 미국특허 10,804,426의 도 8에 도시된 것보다 조금 클 수 있는바, 이 특허는 여기에 참조로서 인용 결합되었다. 본문에 따른 시스템의 독특한 부분은, 포획위치의 깊이가 마이크로 발광 다이오드 두께의 적어도 하나의 점보다 작을 수 있어, 마이크로 발광 다이오드는 임프린트 스탬프 상면의 간섭을 받지 않는 상황에서 조립 도구 또는 표시기판과 접촉할 수 있다. 임프린트 스탬프 상에 식각되는 웰(포획위치)은 보다 더 견고하게 될 수 있어, 더욱 철저하게 세척할 수 있지만, 포획위치의 깊이를 제어하는 것은 더욱 어려워질 수 있다. 반대로, 폴리이미드 또는 증착 필름 상에 형성되는 포획위치의 깊이는 필름의 두께를 제어할 수 있지만, 더욱 쉽게 손상될 수 있다.
본 출원에 따른 임프린트 시스템은 다양한 규격의 마이크로 발광 다이오드를 겸용하지만, 도 2c에 도시된 기존의 LED 구조는 적용되지 못하는바, 이는 유체 조립에서 위치결정되는 장치에 결함이 있기 때문이고, 이로써 전극을 표시기판에 정확하게 위치결정하여 바인딩하도록 할 수 없다. 미국특허 10,804,426에서 기술되는 원판형 표면 실장 마이크로 발광 다이오드는 일정한 범위 내의 해결수단으로 설치되어, 미국특허 9,825,202에서 기술되는 유체 조립에 구속되는바, 12열 56행과 도 16에 도시된 바와 같은 이유로, 이러한 기기는 본 출원에서 기술되는 임프린트 시스템에 응용된다. 여기서 이해해야 할 것은, 다른 마이크로 발광 다이오드 형상, 예를 들면 정방형, 직사각형과 삼각형의 소자에 관한 것이고, 미국특허 9,825,202의 도 8 및 미국특허 10,516,084의 도 4(여기에 참조로서 인용 결합됨)는 동일한 방식으로 사용될 수 있다. 마찬가지로, 상기 임프린트 시스템은 표면 실장 마이크로 발광 다이오드에 의해 한정되지 않는다. 수직 마이크로 발광 다이오드는 마찬가지로 이 방법을 사용할 수 있는바, 단일의 저부 전극을 사용하여, 조립 후 상부 전극을 가공 제조하였다. 이러한 변경은 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자들에 있어서 자명한 것이고, 간결성을 고려해서, 본 출원은 여기에 대해 더 이상 설명을 하지 않기로 한다.
도 6a와 도 6b에서는 각각 유체 조립을 위한 표면 실장 마이크로 발광 다이오드의 평면도와 단면도를 도시하였다. 이 소자의 구조는 통상적으로 직경 20∼100마이크로미터(㎛)이고, 두께는 4∼6㎛이며, 높이가 5∼10㎛인 기둥을 포함한다. 이러한 상황에서, 웰 깊이는 통상적으로 3.5∼4.5㎛로서 마이크로 발광 다이오드의 두께에 적용된다. 상세한 제조공정 프로세스는 미국특허출원 10/804,426의 8열 56행 및 도 6을 참조할 수 있다. 원판의 형상은 포획위치의 원기둥형과 매칭되고, 포획위치의 깊이는 통상적으로 마이크로 발광 다이오드의 두께보다 작으며, 그 직경은 대략 마이크로 발광 다이오드의 직경보다 크다. 표면 실장 전극은 통상적으로 주석/인듐 또는 금/게르마늄 등 땜납으로 제조되고, P 연결 개스킷과 N 연결 개스킷의 바인딩 표면은 반드시 동일한 평면에 위치해야 하는바, 이로써 접촉되도록 한다.
도 7에서는 선택적으로 픽업된 후의 마이크로 발광 다이오드의 웨이퍼를 도시하였다. 광학 현미경, 주사 전자 현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 이미지, 음극발광 또는 광루미네선스를 통해 결함을 식별한다. 그 목적은 표시 픽셀 에러를 야기할 수 있는 모든 결함을 식별하기 위한 것으로, 이렇게 함으로써 결함을 갖는 제품을 제조를 위한 마이크로 발광 다이오드 현탁액 중에서 제거할 수 있다. 결함 지도를 이미 알고 있는 패턴 예를 들면 엣지 비드와 배열구조와 같은 패턴에 결합하면, 이미 알고 있는 모든 결함이 있는 마이크로 발광 다이오드의 위치를 얻을 수 있다. 인쇄공정을 이용하여, 포획재료에 의해 결함이 있는 마이크로 발광 다이오드를 피복함으로써, 이들이 픽업되는 것을 방지하도록 한다. 도면에 도시된 바와 같이, 임프린트 스탬프를 선택적으로 픽업하는 과정에서는, 모든 합격 판정을 받은 마이크로 발광 다이오드를 획득하고, 결함이 있는 마이크로 발광 다이오드를 남긴다. 고이용률을 이용하여 결함이 있는 소자가 혼입되어 결합되는 것을 방지하는 것은 유체 조립 기술의 하나의 현저한 우수한 점이다. 선택적인 픽업방법은 미공개된 미국특허출원 16/875,994의 출원문서에서 더욱 상세하게 기술되어 있고, 이 출원은 참조로서 여기에 인용 결합되었다.
마이크로 발광 다이오드의 제작이 완료된 후, 성장 웨이퍼를 접착제층에 의해 캐리어 웨어퍼에 부착하고, 레이저 박리(LLO) 기술을 통해 마이크로 발광 다이오드가 사파이어 웨이퍼로부터 박리되도록 함으로써, 마이크로 발광 다이오드의 하면에 기둥을 패턴화한다.
마이크로 발광 다이오드 현탁액을 캐리어 기판에 분산시키고, 미국특허 10,418,527과 미국특허 10,804,426의 도 7 중에서 기술되는 내용에 따라 조립한다. 대량 전이법에 있어서는, 표면 오염물이 마이크로 발광 다이오드에서 노출된 표면 및 목적 위치의 표면과 간섭하는 것을 방지하는 것이 아주 중요하다. 따라서, 표면 상의 조립되지 않은 어떠한 마이크로 발광 다이오드라도 다 제거되고, 조립 후 회수되기 때문에, 효과적인 세척방법 역시 아주 중요하다.
도 8은 유체역학적 효과에 대해 간단히 개괄하였는바, 이 효과는 100%의 마이크로 발광 다이오드를 전극이 아래로 향하는 정확한 방향으로 조립시킬 수 있다. 조립된 기판을 검사하게 되는데, 만일 일부 웰 부위가 충전되지 못하였거나, 또는 다른 결함 예를 들면 여분의 조립되지 않은 마이크로 발광 다이오드가 존재하게 되는데, 용매로 임프린트 스탬프를 세척해야만 마이크로 발광 다이오드를 제거할 수 있고, 용매를 스토리지(Storage)에 포획하여 마이크로 발광 다이오드를 회수하도록 한다. 빈 임프린트 스탬프는 더 세척, 건조, 검사를 진행함으로써, 포획위치에 표면 오염 또는 잔류물이 없도록 한다. 이러한 기능은 탄성체 또는 접착제를 사용하여 마이크로 발광 다이오드를 고정하는 기존의 임프린트 스탬프에 있어서 아주 중요한 것인 바, 이는 세척과 재사용이 어렵기 때문이다. 기존의 기술에서는, 마이크로 발광 다이오드가 오염되었거나 결함이 있는 임프린트 스탬프는 통상적으로 폐기됨으로써, 임프린트 스탬프 상에서 완전한 마이크로 발광 다이오드가 회수되지 않게 된다.
도 9a∼도 9d는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 임프린트 시스템의 사용단계를 도시하였다. 이 시스템은 상면(902)을 구비하는 임프린트 스탬프 기판(900)을 포함한다. 상면(902)에는 어레이 배열된 임프린트 스탬프 기판 포획위치(904)가 형성된다. 각각의 포획위치(904)는 기둥형 홈으로 구성됨으로써, 마이크로 발광 다이오드(910)의 하면(908)으로부터 연신되는 기둥(keel; 906)을 임시적으로 고정시킨다. 도면에 도시된 바와 같이, 마이크로 발광 다이오드(910)는 표면 실장 마이크로 발광 다이오드이고, 각각의 마이크로 발광 다이오드(910)는 평면으로 된 상면(912)을 포함하며, 상면(912)에는 제1 전극(914)과 제2 전극(916)이 설치된다. 이러한 상황에서는, 기둥(906)에는 전기가 전도되지 않는다. 이러한 특수한 예에서, 도 6a에 도시된 바와 같이, 제2 전극은 제1 전극을 둘러싸는 하나의 전체 고리 또는 일부 고리이다. 도 9a∼도 9d 또는 도 11a∼도 11d의 시스템(하기 내용을 참조 바람)에 있어서는, 접착제 또는 탄성체를 사용하여 임프린트 스탬프 기판 상면(902)에서 패턴화할 수 있는바, 마이크로 발광 다이오드가 포획위치에 부착되도록 한다.
충전된 캐리어 기판(1000)은 임프린트 스탬프 기판(900)을 사용하여 표시기판(918)에 대량 전이하는 기초인 바, 도면에서는 단일의 마이크로 발광 다이오드에 대해 도시하였다. 비록 도면에는 명확히 도시되어 있지 않지만, 표시기판의 전극연결 개스킷을 하나의 행렬 라인으로 구성되는 네트워크에 연결하여 마이크로 발광 다이오드가 작동하는 것은 자명한 것이고, 구체적인 세부사항은 미국특허 9,825,202를 참조하기 바란다. 이러한 상황에서, 캐리어 기판(1000)은 웰이 구비되는 평면으로 된 표면 기판으로서, 임프린트 스탬프 포획위치(904)와 근접하는 국부 돌기(선택 가능하게는 접착제 또는 탄성체)를 각각의 마이크로 발광 다이오드에 접촉시킬 수 있다(도 9b에 도시된 바와 같음). 마이크로 발광 다이오드는 통상적으로 중력에 의해서만 캐리어에 고정되기 때문에, 비교적 약한 부착력은 마이크로 발광 다이오드가 전이되는 과정에서 선택 가능한 접착제 또는 탄성체에 의해 캐리어로부터 제거된다. 임프린트 스탬프는 표시기판 상의 전극과 정렬되면서 압착되어, 마이크로 발광 다이오드의 전극과 표시기판 상의 전극 사이에 강성 접촉을 형성하는 동시에, 땜납을 가열 형성하여 바인딩시킨다(도 9c). 또 다른 실시예에서는, 연결은 별도의 ACF 필름에 의해 진행될 수 있다(미도시). 바인딩이 완료될 때, 임프린트 스탬프를 전이하면, 회수되면서 마이크로 발광 다이오드에서 이탈된다(도 9d). 임프린트 스탬프 기판(900)과 캐리어 기판(1000)을 전이하고 세척하여 중복 사용하도록 하고, 순환 조작함으로써 표시기판(918)의 전체 영역을 충전시킨다.
도 10a∼도 10d는 마이크로 발광 다이오드가 캐리어 기판으로부터 표시기판으로 전이되는 과정을 기술하는 단면도이다. 이 시스템은 유체 조립 캐리어 기판(1000a∼1000c)을 포함하되, 이는 평면으로 된 상면(1002) 및 캐리어 기판 상면(1002)에 어레이 배치되는 웰(1004)을 구비하고, 인접하는 웰 사이에 간격(1006)이 구비되며, 간격(1006)은 임프린트 스탬프 기판 상의 인접하는 포획위치의 이격 간격과 매칭된다. 캐리어 기판의 웰(1004)은 제1 주변 형상(본 실시예에서는 원형임) 및 평면인 웰 바닥면(1008)을 구비한다. 표면 실장 마이크로 발광 다이오드(910a∼910c)는 모두 제1 주변 형상 및 평면으로 된 상면(912)을 구비함으로써, 제1 전극(914)과 제2 전극(916)에 의해 웰 바닥면(1008)과 접촉된다(도 9a에 도시된 바와 같음).
RGB가 표시되는 경우, 임프린트 시스템은 제1 유체 조립 캐리어 기판(1000a) 및 캐리어 기판 상면에 설치되는 어레이 배열된 웰을 더 포함할 수 있고, 인접하는 웰 사이에 간격(1006)을 가지고 임프린트 스탬프 기판의 포획위치와 매칭된다(도 10b). 마이크로 발광 다이오드(910a)는 제1 파장의 빛을 발산하도록 구성되고, 각각의 마이크로 발광 다이오드는 제1 캐리어 기판(1000a) 중에서 상응한 웰을 점유한다. 마찬가지로, 제2 유체 조립 캐리어 기판(1000b)은 캐리어 기판 상면에 설치되는 어레이 배열된 웰을 포함하고, 인접하는 웰 사이에 간격(1006)을 가지고 임프린트 스탬프 기판의 포획위치와 매칭된다. 마이크로 발광 다이오드(910b)는 제2 파장의 빛을 발산하도록 구성되고, 각각의 마이크로 발광 다이오드는 제2 캐리어 기판(1000b) 중에서 상응한 웰을 점유한다. 제3 유체 조립 캐리어 기판(1000c)은 캐리어 기판 상면에 설치되는 어레이 배열된 웰을 포함하고, 인접하는 웰 사이에 간격(1006)을 가지고 임프린트 스탬프 기판의 포획위치와 매칭된다. 마이크로 발광 다이오드(910c)는 제3 파장의 빛을 발산하도록 구성되고, 각각의 마이크로 발광 다이오드는 제3 캐리어 기판(1000c) 중에서 상응한 웰을 점유한다.
RGB 디스플레이에 필요한 세 가지 컬러를 제조하기 위하여, 세 가지 컬러의 마이크로 발광 다이오드에 대해 순차적으로 조립과 임프린트 조작을 진행해야 하는데, 이는 도 10a∼도 10d에 도시된 바와 같다. 세 가지 캐리어 기판 상의 포획위치 어레이의 설계는 디스플레이 픽셀의 간격(1006)에 의해 이격된다. 다른 컬러의 마이크로 발광 다이오드의 공정 흐름 또는 LED의 성능 차이에 의해 다른 컬러의 마이크로 발광 다이오드가 다른 크기 및/또는 형상을 갖도록 결정될 가능성이 비교적 크다. 예를 들어, 적색의 마이크로 발광 다이오드는 인화 알루미늄 인듐 갈륨(AlInGaP)으로 제조 가능한 바, 미국특허 10,804,426에 따르면, 이러한 상황에서, 적색의 마이크로 발광 다이오드는 GaN를 베이스로 하는 청색과 녹색 소자보다 더 두꺼울 수 있다. 청색과 녹색의 마이크로 발광 다이오드가 다른 양자효율을 갖는바, 인간의 시각기관이 녹색에 대한 민감도가 더욱 높기 때문에, 다른 발산 영역을 구비하는 청색과 녹색 마이크로 발광 다이오드를 제조할 필요가 있다. 이러한 차이의 예시는 도 10a에 도시된 바와 같이, 각각의 캐리어 기판을 조절하여 상응한 컬러의 마이크로 발광 다이오드에 대한 필요를 충족시키도록 한다. 임프린트 스탬프 기판(900a)은 캐리어 기판으로부터 어레이 배열된 청색 마이크로 발광 다이오드(910a)를 포획하여 표시기판(918) 상으로 이동시키고, 임프린트 스탬프(900a)를 표시기판 상의 빈 영역과 정렬되도록 하여 마이크로 발광 다이오드의 전극과 표시기판 상의 매칭되는 전극을 물리적으로 접촉시킨다(도 10b). 압력과 가열기(1010)는 전극 사이의 긴밀한 접촉을 강화하기 위한 것으로서, 금속재료를 용융시켜 땜납으로 형성하여 바인딩한다. 도 10c와 도 10d에서, 녹색 마이크로 발광 다이오드(910b)와 적색 마이크로 발광 다이오드(910c)는 동일한 방식으로 전이 및 바인딩된다(임프린트 스탬프(900b), 임프린트 스탬프(900c)). 마이크로 발광 다이오드와 연결 개스킷 사이의 바인딩에는 예를 들어 금/게르마늄 대응 구리, 인듐/아연 대응 구리 및 금/ACF/구리 등의 재료를 사용할 수 있다. ACF를 사용하면, 표시전극의 재료는 더욱 광범위한 선택이 가능한바, 예를 들면 Mo/Al/Mo이다.
본 출원에서 사용되는 유체 조립은 선행기술의 간단한 임프린트 진행과정에서 몇 가지 개선을 구현하였다:
1) 어레이 패턴에는 마이크로 발광 다이오드가 결함이 있거나 오염됨으로 인해 발생하는 틈새가 없고;
2) 선택적 픽업과 유체 조립은 하나의 웨이퍼 상의 모든 완전한 마이크로 발광 다이오드를 충분히 이용하였고;
3) 조립과정에서 결함이 있는 캐리어 기판 상에서 마이크로 발광 다이오드를 회수하여 낭비를 방지할 수 있고;
4) 캐리어 기판은 디스플레이 상의 위치포획부의 거리에 의해 제조된 것으로서, 간격의 확장을 간단하게 완성할 수 있다.
도 11a∼도 11d는 하나의 임프린트 시스템을 도시하였는바, 그중의 마이크로 발광 다이오드는 수직 마이크로 발광 다이오드이고, 각각의 수직 마이크로 발광 다이오드(1100)는 제1 전극(1104)을 구비하는 평면으로 된 상면(1102), 및 제2 전극으로 사용되는 전기를 전도하는 기둥(906)을 구비한다. 표면 실장형 마이크로 발광 다이오드에 있어서는, 캐리어 기판의 웰(1004)은 제1 주변 형상(예를 들면 원형) 및 하나의 평면인 웰 바닥면(1008)을 구비한다. 각각의 수직 마이크로 발광 다이오드(1100)는 제1 주변 형상 및 평면으로 된 상면(1102)을 모두 구비하고, 상면(1102)은 제1 전극(1104)을 거쳐 대응되는 웰 바닥면(1008)과 접촉한다.
비교적 작은 마이크로 발광 다이오드의 경우는, 표면 실장 마이크로 발광 다이오드와 같이 충분한 공간이 있어 동일한 표면에 두 개의 전극을 제조할 수 있는 것이 아니라, 동일한 조립과정 역시 수직 마이크로 발광 다이오드 상에 응용될 수 있다. 이러한 상황에서, 마이크로 발광 다이오드는 상면에 단일의 양극 전극이 구비되도록 구성되고, 하면의 음극 전극은 전기전도 기둥(keel) 또는 하면 상의 전기도금 금 또는 구리이다. 상기 전기전도 기둥은 캐리어 판(기판) 상에서 유체 조립될 때의 기둥으로 사용될 수도 있다.
전기전도 기둥을 가진 수직 마이크로 발광 다이오드의 조립과 바인딩 순서는 다음과 같다. 상기의 선택적 픽업방법에 의해 마이크로 발광 다이오드 현탁액을 제조하고, 표시간격을 가지는 웰이 설치된 캐리어 기판 표면 상에 분배한 후, 통상적인 프로세스에 따라 조립한다. 임프린트 스탬프는 캐리어 기판과 정렬되어, 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판 상에서 제거시키는바, 도 11a에 도시된 바와 같다. 충전된 임프린트 스탬프는 표시기판과 정렬되어, 압력을 인가하여 마이크로 발광 다이오드 상의 음극 전극과 표시기판 상의 P 연결 개스킷 전극 사이에 기계적 접촉이 형성되도록 한다(도 11b에 도시된 바와 같음). 가열기(1010)를 사용하여 땜납을 형성하여 바인딩한 후, 임프린트 스탬프를 인출하여 세척하고 재사용한다. 절연층(1106), 예를 들면 폴리이미드는, 마이크로 발광 다이오드와 반사 웰 사이의 공극을 충전하기 위한 것으로서, 단락되어 표면이 평면화되어 금속증착되는 것을 방지하도록 한다(도 11c). 기둥이 절연층(1106)으로부터 돌출되어, 각각의 마이크로 발광 다이오드에 연결된 자기정렬 접촉점을 형성하고, 짧은 플라즈마 식각을 통해 일부 절연층을 제거하여 접촉하는 효과를 향상시킬 수 있다. 도 11d에 도시된 바와 같은 패턴화 금속에 의해 마이크로 발광 다이오드의 전기전도 컬럼을 Vss(전원)에 연결하여 회로를 형성한다.
도 12a와 도 12b는 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판의 포획위치에 고정하도록 보조하기 위한 힘 발생기의 부분 단면도이다. 여기서 도 12a는 정전력 발생기(1200)를 사용하고, 도 12b는 자력 발생기(1202)를 사용한다. 표면 실장 마이크로 발광 다이오드로 도시되어 있지만, 상기 힘 발생기는 수직 마이크로 발광 다이오드에 응용될 수도 있다.
도 13a∼도 13k는 유체 조립 임프린트 스탬프 기판의 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 임프린트 시스템을 사용하는 단계를 도시하였다. 조립과정을 보다 더 간략화하기 위하여, 유체 조립을 사용하여 임프린트 스탬프를 직접 충전함으로써, 캐리어 기판을 생략할 수 있다. 도 6에 도시된 마이크로 발광 다이오드는 하면에서 기둥 구조를 사용하였는바, 이하 이를 고정기구라 칭하고, 마이크로 발광 다이오드를 유체 조립 포획위치의 전극에 고정시킨다. 직접 조립 공정에 있어서, 전극위치는 반드시 임프린트 스탬프 중에서 "상향"이어야 하기 때문에, 기둥 구조는 마이크로 발광 다이오드의 상면에서 제조되는바, 도 13a에 도시된 바와 같다. 통상적인 방식으로 유체 조립을 진행하여, 마이크로 발광 다이오드를 어레이 배열로 포획위치에 조립하고, 기둥 구조와 전극이 모두 상향으로 되도록 한다. 기둥 구조를 제조하기 위한 재료는 통상적으로 감광이 가능한 폴리이미드로서, 용매를 사용하여 제거하거나 산소 등 플라즈마를 사용하여 식각할 수 있다. 조립하고 건조한 후, 기둥을 제거하여(도 13b에 도시된 바와 같음), 전극이 표시기판 상에 접착되도록 한다. 임프린트 스탬프의 제조방법은 전술한 실시예와 같지만, 웰 구조는 반드시 기둥을 제거하는데 따른 영향을 받아서는 안되므로, 유기박막을 사용할 수 없고, 바람직한 방안에 있어서는, 기판 상에서 직접 식각하여 위치포획 구조를 형성하도록 한다. 중력과 반데르발스힘의 작용 하에서, 임프린트 스탬프는 마이크로 발광 다이오드를 수용할 수 있고, 임프린트 스탬프를 전도하면, 마이크로 발광 다이오드는 임프린트 스탬프로부터 떨어지게 된다. 따라서, 가열 시에는 임프린트 스탬프의 표면을 위로 향하여 전이 조립과 바인딩을 진행해야 하고, 표시기판을 임프린트 스탬프 상에서 아래로 누른다(도 13c).
유체 조립 임프린트 스탬프 기판(1300)은 평면으로 된 상면(1302)을 구비한다. 임프린트 스탬프 기판 상면(1302)에 어레이 배열된 포획위치(1304)를 형성하고, 각각의 포획위치는 제1 주변 형상, 깊이(1306) 및 평면으로 된 포획위치 하면(1308)을 구비한다. 전술한 실시예와 마찬가지로, 제1 주변 형상은 원형이지만, 이 시스템은 이 형상에 한정되지 않는다. 마이크로 발광 다이오드(910)는 포획위치(1304)에 설치되어, 제1 주변 형상, 포획위치 깊이(1306)보다 큰 두께(1310), 하면(1308)과 접촉하는 평면으로 된 하면(1312), 제1 전극(1316)을 구비하고 포획위치로부터 연신되는 평면으로 된 상면(1314) 및 보호기구(하기 해석을 참조 바람)를 구비한다. 상기 마이크로 발광 다이오드는 수직 마이크로 발광 다이오드(1100)와 동일한 전기적 연결 관계를 갖고, 수직 마이크로 발광 다이오드(1100)는 하면(1312)에 형성된 제2 전극(도 13d에 도시된 바와 같음) 또는 표면 실장 마이크로 발광 다이오드(910)와 동일한 전기적 연결 관계를 가지며, 표면 실장 마이크로 발광 다이오드(910)는 표면(1314) 상에 형성된 제1 전극(1316)과 제2 전극(1324)을 구비한다(도 13a와 도 13e를 참조 바람).
도 13a에 도시된 바와 같이, 고정기구는 마이크로 발광 다이오드 상면에 형성되는 기둥(906)이고, 기둥(906)은 전기를 전도하지 않는 임시적 기둥이며, 기둥(906)은 마이크로 발광 다이오드와 표시기판(1315)이 접촉되기 전에 제거된다. 또는, 도 13d와 도 13e에 도시된 바와 같이, 고정기구는 제1 전극(1316)에 연결되는 전기를 전도하는 기둥(906)일 수 있는바, 도 13d에서는, 마이크로 발광 다이오드는 수직된 마이크로 발광 다이오드(1100)이다.
또 다른 실시예에서, 직접 임프린트 전이과정에서 전기를 전도하는 중심 기둥으로 전기를 전도하지 않는 기둥을 대체하였는바, 이 구조는 유체 조립 과정에서의 기둥으로 사용될 수도 있고, 양극 전극(도 13e)으로 사용될 수도 있다. 이러한 상황에서, 임프린트 스탬프는 어레이 배열된 포획위치를 갖는 간단한 플레이트이고, 포획위치 간격은 디스플레이 픽셀 간격과 같다. 표시기판(1318)에서, P 연결 개스킷 전극은 N 연결 개스킷 전극의 하측에 위치하되, 마이크로 발광 다이오드에 양극 전극을 형성하는 전기전도 기둥에 공간을 남긴다(도 13f). 공정이 변경되면서 전기전도 기둥의 높이와 P 연결 개스킷 홈의 깊이에 차이가 존재하는 상황이 나타날 수도 있기 때문에, ACF(1325)를 설치하여 마이크로 발광 다이오드와 표시기판을 연결함으로써, 이러한 차이를 보상할 수 있다.
따라서, 도 13e 중의 마이크로 발광 다이오드는 표면 실장의 마이크로 발광 다이오드(910a)이고, 도 13f 중의 표시기판(1318)은 전기전도 기둥(906)을 수용하기 위한 홈(1320)을 포함한다.
또 다른 예로서 임프린트 스탬프를 전이하는 과정에서 마이크로 발광 다이오드를 위치결정하고 고정하는 기구는 컨주게이트된 생체 분자쌍(conjugated bio molecule pair)(예를 들면 스트렙타비딘-바이오틴쌍) 사이의 우선 연결을 이용한다. 도 13에 도시된 바와 같이, LLO을 거친 후, 소자(1312)의 배면에 한 층의 얇은 이산화규소 필름(1326)을 증착함으로써, 기능화된 마이크로 발광 다이오드를 제조한다. 마이크로 발광 다이오드의 표면은 수소이온 또는 염기성 화합물에 노출된 후, 아민 말단 분자 예를 들면 3-아민프로필-트리메톡시실란(3-aminepropyl-trimethoxysilane) 사이에 작용하여 실란화된다. 스트렙타비딘 용액을 사용하여 표면을 세척하여, 스트렙타비딘 분자(1327)와 아민 말단을 바인딩함으로써, 스트렙타비딘으로 기능화된 마이크로 발광 다이오드를 형성한다(도 13h에 도시된 바와 같음). 조립하기 전에, 바이오틴 말단 리간드를 사용하여 전이 임프린트 스탬프 상의 포획위치에 대하여 유사한 처리를 진행할 수 있거나, 또는 웰 바닥면은 금으로 제조된 표면일 수 있어, 티올바이오틴 이작용성 분자(1322)에 노출되는바, 도 13i에 도시된 바와 같이 된다.
따라서, 도 13g∼도 13k는 컨주게이트된 생체 분자쌍을 "고정기구"로서 사용하는 마이크로 발광 다이오드를 도시하였다. 여기서, 임프린트 스탬프 기판 하면(1308)에 컨주게이트된 생체 분자쌍을 포함하는 제1 성분(1322)을 도포한다. 마이크로 발광 다이오드 고정기구는 각각의 마이크로 발광 다이오드 하면(1312)에 도포되는 컨주게이트된 생체 분자쌍을 포함하는 제2 성분(1327)이다. 조립과정에서, 상대적으로 낮은 포획위치 깊이(약 1㎛)는 유체 교란(flow disturbance)에 의해 방향이 잘못 결정된 마이크로 발광 다이오드를 비교적 쉽게 제거할 수 있고, 방향이 정확한 마이크로 발광 다이오드는 화학적 방식으로 포획위치 하면에 바인딩될 수 있으며, 포획위치 중에 비교적 좋은 마커를 구속(속박)한다. 도 13j에서, 생물 컨주게이션 결합은 극히 확대된 Z스케일(z scale)로 표시되어 바인딩 효과를 설명한다. 실제적으로, 바인딩층은 아주 얇아, 도 13k 중에서의 표시가 더욱 정확해진다. 예시된 바이오틴-스트렙타비딘 시스템의 화학적 페어링을 대체하되, 예를 들어 티올-말레이미드와 아지드화물-알킨을 대체하여, 안정성과 가공 용이성의 면에서 더욱 우수한 점이 있지만, 제조 순서는 유사하다.
도 14a와 도 14b는 각각 정전력 발생기(1400)와 자력 발생기(1402)를 보조기구로 사용하는 것을 도시하였는바, 이들은 마이크로 발광 다이오드를 유체 조립 포획위치(길이가 있거나 없음)에 고정하는 것을 도와주기 위한 것이다. 도 14a와 도 14b에서, 중요한 것은 고정기구가 중력일 수 있다는 것이다. 이 밖에, 도 14a에서, 고정기구는 컨주게이트된 생체 분자(미도시)이다. 다른 실시예에서(미도시), 도 14a 중의 힘 발생기는 자력 발생기일 수도 있고, 도 14b 중의 힘발생기는 정전력 발생기일 수도 있다. 도 14a와 도 14b에서는 단지 유체 조립 임프린트 스탬프 기판만을 도시하였지만, 당연히 이해해야 할 것은, 힘 발생기는 도 4b∼도 4d와 도 11a∼도 11b 중의 홈이 배치되는 임프린트 스탬프 기판에 사용될 수도 있다는 점이다.
복잡성의 증가와 관련해서는, 임프린트 스탬프 구조에 일부 고정구조를 추가할 수 있는데, 이는 임프린트 스탬프가 전도될 때 마이크로 발광 다이오드가 포획위치로부터 이탈하는 것을 방지하기 위한 것이다. 고정기구가 바인딩된 후 마이크로 발광 다이오드로부터 제거될 수 있기 때문에, 접착제를 사용하여 바인딩하는 방식은 흡인력을 구비하지 않는다. 기판 적재 표면과 포획위치 형성층 사이에 다공층을 설치함으로써, 진공 조건을 임프린트 시스템에 인입하였으나, 유체 조립의 액체는 다공층에 유입될 수 있어, 건조작업을 진행할 수 없게 된다. 임프린트 스탬프 중에서 가장 실용적인 마이크로 발광 다이오드를 고정하기 위한 구조가 곧 자력 또는 정전력 고정 구조이다. 정전력 고정에 있어서, 마이크로 발광 다이오드는 표면 실장 전극과 대응되는 표면 상(즉 하면)에 증착되는 유전체막을 구비하고, 임프린트 스탬프는 포획위치 구조 하측의 동력 전극을 포함한다. 자력 고정에 있어서, 마이크로 발광 다이오드 전극 구조는 자성 재료 예를 들면 니켈을 포함할 수 있고, 임프린트 스탬프에는 영구 자석 또는 전기 자석을 포함할 수 있다.
이러한 고정기구는 어레이 중의 독립점에서 스위치 제어가 가능하기 때문에, 하기의 프로세스를 이용하여 결함이 있는 임프린트 스탬프를 복원할 수 있다:
1) 임프린트 스탬프를 검사하여, 결함이 있는 마이크로 발광 다이오드를 찾고;
2) 모든 양호한 마이크로 발광 다이오드에 대해 고정기구를 시동하고;
3) 세척을 통해 결함이 있는 마이크로 발광 다이오드를 제거하고;
4) 별도의 마이크로 발광 다이오드 현탁액을 놓고 조립한다.
한편으로, 임프린트 스탬프는 광 센서를 포함할 수 있고, 표시기판에 눌릴 때, 임프린트 스탬프 상의 마이크로 발광 다이오드와 임시적으로 전기적으로 연결되는 모든 포획위치를 (동시에 또는 순서에 따라) 활성화시킨다. 임프린트 스탬프는 관련된 구동회로와 하나의 시스템에 연결되는데, 이 시스템은 어느 마이크로 발광 다이오드가 완전한 것인지를 기록하기 위한 것이다. 임프린트 스탬프 상의 고정장치를 시동하여, 완전한 마이크로 발광 다이오드를 포획위치에 유지시켜, 계속하여 조립하되, 전 마이크로 발광 다이오드가 모두 완전히 측정될 때까지 조립하는바, 상기 프로세스 2)∼4)에 나타낸 바와 같다. 그후 바인딩 프로세스를 진행한다.
도 15a∼도 15i는 하나의 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 임프린트 시스템을 도시하였는바, 이 시스템은 유체 임프린트 스탬프 기판 및 축방향 마이크로 발광 다이오드를 사용한다. 이 혼합 유체 조립 대량 전이 방법은 미국특허출원 16/846,493에 따른 축방향 마이크로 발광 다이오드에 응용될 수도 있다. 원가를 줄이고 밀도(density)를 향상시키기 위해, 마이크로 발광 다이오드는 수직 소자로 구성되되, 그 발광면적은 5*8㎛이고, 도 15g에 도시된 바와 같이 된다. 베인(vane)형의 마이크로 발광 다이오드 전극은 전기도금 구리 또는 금일 수 있다. 상기 전부 특징의 크기는 조절 가능한 것이지만, 그의 상대적 형상은 비교적 중요한 것으로서, 방향 결정 어레이에 유체 조립되도록 한다.
도 15a∼도 15c는 축방향 마이크로 발광 다이오드 표시기판(1525)의 제조과정을 도시하였다. 전극(1528)은 전기전도 재료(예를 들면 몰리브덴/구리(Mo/Cu))로 증착되어 패턴화됨으로써, 마이크로 발광 다이오드의 음극과 양극을 수용하기 위한 연결 개스킷을 형성한다. 전극에 전해질 박막(1530)을 증착하되, 그 재료는 이산화규소, 질화규소(Si3N4) 또는 폴리이미드일 수 있고, 전해질 박막(1530)에 패턴화되어 접촉 개구를 식각하되, 도 15b에 도시된 바와 같이 된다. 금속전극을 하드 마스크로서 사용하여, 마이크로 발광 다이오드 본체를 수용하기 위한 본체 홈(1532)을 식각하되, 도 15b에 도시된 바와 같이 된다. 최종적으로, 전기전도, 스퍼터링 또는 증발을 통해 N 연결 개스킷(1536)과 P 연결 개스킷(1534)을 형성하되, 도 15c에 도시된 바와 같이 된다.
축방향 마이크로 발광 다이오드의 형상에 있어서, 임프린트 스탬프의 제조과정은 더욱 복잡해지게 되는데, 두 개의 다른 깊이의 포획위치를 필요로 한다. 도 15d에 도시된 바와 같이, 제1 홈(1538)은 기판에 식각되고, 제1 홈(1538)은 축방향 전극 표면 하에 돌출된 마이크로 발광 다이오드 본체를 수용하기 위한 깊이와 윤곽을 구비한다. 도 15e에서, 식각을 통해 축방향 전극을 수용하기 위한 제2 홈(1504)을 형성한다. 제2 홈은 제1 홈(1538)에 형성된 후 박막재료(예를 들면 포토리소그래피 폴리이미드)로 제조될 수도 있다.
기지(旣知)의 완전한 축방향 마이크로 발광 다이오드 현탁액을 임프린트 스탬프 상에 인가하여, 마이크로 발광 다이오드 어레이로 조립한다(도 15f에 도시된 바와 같음). 조립이 완료된 임프린트 스탬프를 검사하여, 표시기판과 매칭시킨 후 함께 눌러, LED의 전극과 표시기판 상의 전극을 바인딩한다(도 15i에 도시된 바와 같음). 바인딩이 완료된 후, 임프린트 스탬프를 회수하여, 세척과 검사를 진행하여 중복 사용하도록 한다.
따라서, 이 시스템은 평면으로 된 상면(1502)을 구비하는 유체 조립 임프린트 스탬프 기판(1500)을 포함한다. 임프린트 스탬프 기판 상면(1502)에 형성되는 어레이 배열된 포획위치(1504)는 제1 주변 형상(대략적으로 직사각형), 평면인 제1 깊이(1508)를 구비하는 중심부분(1506), 평면인 제2 깊이(1512)를 구비하는 원단부분(1510), 및 평면인 제2 깊이(1512)를 구비하는 근단부분(1514)을 포함하고, 제2 깊이(1512)는 제1 깊이(1508)보다 작다.
도 15f와 도 15g를 함께 참조해 보면, 축방향의 마이크로 발광 다이오드(1516)는, 상응한 포획위치(1504)를 점유하고, 상기 제1 주변 형상을 가지며, 본체(1518)는 포획위치의 중심부분(1506)과 접촉하고, 수직 평면부분 두께(1520)는 포획위치 제1 깊이(1508)보다 크지만, 포획위치 제1 깊이(1508)의 2배보다 작다. 원단 전극(1522)은 본체(1518)를 수평으로 이등분하여, 포획위치 원단부분(1510)과 접촉한다. 원단 전극(1522)은 하나의 수직 방향의 전극두께(1524)를 갖되, 이는 포획위치 제2 깊이(1512)보다 크지만, 포획위치 제2 깊이(1512)의 2배보다 작다. 근단 전극(1526)은 본체(1518)를 수평으로 이등분하여, 포획위치 근단부분(1514)과 접촉하고, 근단 전극(1526)은 전극두께(1524)를 가긴다.
도 15i에 도시된 바와 같이, 마이크로 발광 다이오드를 표시기판으로 전이하는 과정은 도 13c에 따른 과정과 유사한바, 정렬된 표시기판을 유체 조립 임프린트 스탬프 기판 상에 압착하여, 마이크로 발광 다이오드의 전극을 상응한 표시기판 상의 전극과 접촉시킨다. 전이와 바인딩은 압력을 인가할 때 땜납을 가열하여 완료된다. 선택 가능한 것은, ACF 필름(미도시)은 상응한 전극 사이에 삽입 가능한바, 전기적 연결과 기계적 연결을 구현하도록 하고, 금속 상전이를 필요로 하지 않는다.
명확하게 도시되어 있지는 않지만, 본 실시예의 임프린트 스탬프 기판은 도 14a와 도 14b에 도시된 정전력 또는 자력 발생기를 포함할 수 있다.
도 16은 도 9a∼도 9d에 도시된 시스템과 대응되는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이법의 흐름도를 도시하였다. 이해의 편의를 위해서, 이 방법은 번호를 갖는 일련의 단계를 포함하는 것으로 기술하였으나, 번호는 이러한 단계의 순서를 의미하는 것은 아니다. 당연히 이해해야 할 것은, 어떤 단계는 건너뛸 수 있고, 동시에 진행되거나 또는 엄격한 순서에 따라 수행될 필요가 없다는 것이다. 그러나, 통상적으로 숫자 순서의 단계에 따라 이 방법을 수행할 수 있다. 이 방법은 단계(1600)로부터 시작된다.
단계(1602)에서는 임프린트 스탬프 기판을 제공하는데, 이 기판은 평면으로 된 상면과 상기 상면에 형성되는 어레이 배열된 포획위치를 구비하고, 각각의 포획위치는 기둥형 홈으로 구성된다. 한편으로, 단계(1603a)에서는 접착재료 또는 탄성체로 임프린트 스탬프 기판의 상면을 패턴화한다. 단계(1604)에서, 각각의 포획위치 홈은 마이크로 발광 다이오드의 하면으로부터 연신되는 기둥을 수용하기 위한 것으로, 각각의 마이크로 발광 다이오드의 기둥을 제한하고, 단계(1606)에서 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판 상에 고정시킨다. 단계(1606)에서는 별도의 정전력 또는 자력을 사용하여 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판 상에 고정시킬 수 있다.
한편으로, 단계(1604)의 제한 기둥은 전기가 전도되지 않는 기둥을 구비하는 표면 실장 LED를 포함하되, 이는 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 평면으로 된 표면을 포함한다. 다른 한편으로, 단계(1604)에서는 전기를 전도하는 기둥을 제한하여 제2 전극에 연결시키고, 이 수직 LED는 제1 전극을 구비하는 평면으로 된 표면(즉 기둥은 제2 전극임)을 포함한다.
한편으로, 단계(1602)에서는 포획위치를 이격하는 임프린트 스탬프 기판을 제공한다. 단계(1601a)에서는 유체 조립 캐리어 기판을 제공하되, 이는 평면으로 된 상면 및 캐리어 기판 상면에 어레이 설치된 다수의 웰을 구비하고, 인접하는 웰 사이의 간격은 임프린트 스탬프 기판 상의 포획위치 사이의 간격과 매칭된다. 단계(1601b)에서, 유체 조립 과정을 통해, 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판의 웰에 충전한다. 한편으로, 단계(1601b)는 정전력 또는 자력을 사용하여 마이크로 발광 다이오드를 웰에 고정할 수 있다. 단계(1603b)에서는 임프린트 스탬프 기판의 상면을 캐리어 기판의 상면에 압착하여, 각각의 포획위치를 상응한 웰과 접촉시키고, 단계(1603c)에서는 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판으로부터 임프린트 스탬프 기판 상으로 대량 전이한다.
구체적으로, 단계(1601a)에서는 캐리어 기판을 제공할 수 있는바, 이는 제1 주변 형상과 평면으로 된 웰 바닥면을 포함하는 다수의 웰을 구비한다. 다음으로, 단계(1601b)에서는 마이크로 발광 다이오드를 각각의 웰에 충전하되, 여기서 웰 중에 충전된 표면 실장 마이크로 발광 다이오드는 제1 주변 형상, 상기 웰 바닥면과 접촉하는 평면으로 된 상면을 구비하고, 이는 제1 전극과 제2 전극을 포함한다. 다른 실시예에서는, 단계(1601b)에서 웰 중에 충전된 수직 마이크로 발광 다이오드는 제1 주변 형상, 상기 웰 바닥면과 접촉되는 평면으로 된 상면을 구비하고, 이는 제1 전극을 포함한다.
RGB가 표시되는 경우, 단계(1601a)에서 제공되는 캐리어 기판은,
상면에 설치되는 웰 어레이를 포함하고, 인접하는 웰 사이의 거리가 임프린트 스탬프 기판 상에서 인접하는 포획위치의 간격과 매칭되는 제1 유체 조립 캐리어 기판;
상면에 설치되는 웰 어레이를 포함하고, 인접하는 웰 사이의 거리가 임프린트 스탬프 기판 상에서 인접하는 포획위치의 간격과 매칭되는 제2 유체 조립 캐리어 기판;
상면에 설치되는 웰 어레이를 포함하고, 인접하는 웰 사이의 거리가 임프린트 스탬프 기판 상에서 인접하는 포획위치의 간격과 매칭되는 제3 유체 조립 캐리어 기판
을 포함한다.
다음으로, 단계(1601b)에서 캐리어 기판의 웰을 충전하는 과정은,
제1 마이크로 발광 다이오드를 사용하여 제1 캐리어 기판 상의 웰을 충전하되, 이는 제1 파장의 빛을 발산하도록 구성되는 단계;
제2 마이크로 발광 다이오드를 사용하여 제2 캐리어 기판 상의 웰을 충전하되, 이는 제2 파장의 빛을 발산하도록 구성되는 단계; 및
제3 마이크로 발광 다이오드를 사용하여 제3 캐리어 기판 상의 웰을 충전하되, 제3 파장의 빛을 발산하도록 구성되는 단계
를 포함한다.
단계(1603c)에서 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판 상에서 임프린트 스탬프 기판 상으로 전이하는 과정은 마이크로 발광 다이오드를 제1, 제2, 제3 캐리어 기판 상에서 상응한 임프린트 스탬프 기판 상으로 전이하는 과정을 포함한다. 도 10a와 도 10b에 도시된 바와 같이, 다른 형상을 갖는 RGB 마이크로 발광 다이오드에 있어서, 다른 크기의 캐리어 기판을 사용하는 것은 꼭 필요한 것이다. 이 밖에, RGB 마이크로 발광 다이오드의 직경이 동일하면, 하나의 캐리어 기판을 사용하여 다른 파장의 마이크로 발광 다이오드를 각각 충전하여, 각각 임프린트 스탬프 기판 상으로 전이할 수도 있다.
단계(1608)에서는 평면으로 된 상면 및 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷 어레이를 구비하는 표시기판을 제공하되, 각각의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷은 적어도 상면에 형성되는 전극을 포함하고, 이는 하측의 열과 행 제어라인의 매트릭스와 전기적으로 연결된다. 표시기판 상에서 인접하는 연결 개스킷 사이는 임프린트 스탬프 기판 상에서 인접하는 포획위치 간격과 매칭되는 간격을 가지고, 이 간격은 캐리어 기판 상에서 인접하는 웰 사이의 간격과 동일하다. 단계(1610)에서 임프린트 스탬프 기판의 상면을 표시기판의 상면에 압착하여, 각각의 포획위치를 상응한 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷과 접촉시킨다. 단계(1612)에서 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판으로부터 표시기판의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷 상으로 대량 전이한다. 한편으로, 단계(1612)에서 표시기판을 가열함으로써, 마이크로 발광 다이오드를 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷 상에 바인딩한다.
RGB가 표시되는 경우, 단계(1608) 중의 표시기판은 제1 마이크로 발광 다이오드에 사용되어, 제1 파장의 빛을 발산하기 위한 다수의 연결 개스킷; 제2 마이크로 발광 다이오드에 사용되어, 제2 파장의 빛을 발산하기 위한 다수의 연결 개스킷; 및 제3 마이크로 발광 다이오드에 사용되어, 제3 파장의 빛을 발산하기 위한 연결 개스킷을 포함한다. 다음으로, 단계(1610)에서 임프린트 스탬프 기판 상면을 표시기판 상면에 압착하는 과정은 제1 마이크로 발광 다이오드, 제2 마이크로 발광 다이오드 및 제3 마이크로 발광 다이오드가 충전된 임프린트 스탬프 기판을 각각 압착하는 과정을 포함한다. 각각 한 가지 파장의 마이크로 발광 다이오드는 임프린트 스탬프 기판을 사용할 수 있거나, 또는 모든 마이크로 발광 다이오드의 형상이 유사할 때, 동일한 기판을 사용하여 다른 파장의 마이크로 발광 다이오드를 충전하여, 표시기판 상으로 전이할 수도 있다.
도 17은 도 13a∼도 13k에서 나타낸 유체 조립 임프린트 스탬프 기판을 사용하여 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법을 진행하는 흐름도이다. 이 방법은 단계(1700)로부터 시작된다. 단계(1702)에서는 평면으로 된 상면을 구비하는 유체 조립 임프린트 스탬프 기판을 제공하되, 이 상면에 설치되는 포획위치는 제1 주변 형상, 깊이 및 평면으로 된 포획위치 하면을 구비한다. 유체 조립 진행과정에서, 단계(1704)에서 포획위치에 충전되는 마이크로 발광 다이오드는 제1 주변 형상, 포획위치 깊이보다 큰 두께, 포획위치 하면과 접촉하는 평면으로 된 하면, 및 제1 전극을 구비하는, 포획위치로부터 연신되는 평면으로 된 상면을 구비한다. 마이크로 발광 다이오드는 고정기구를 더 포함한다. 단계(1704)에서는 하면 상에 제2 전극을 구비하는 마이크로 발광 다이오드를 사용할 수 있거나, 상면 상에 제1 전극과 제2 전극을 구비하는 표면 실장 마이크로 발광 다이오드를 사용하여 포획위치에 충전될 수도 있다.
한편으로, 단계(1702) 중의 임프린트 스탬프 기판을 제공하는 단계는 이격된 포획위치를 구비하는 임프린트 스탬프 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 단계(1706)에서 제공되는 표시기판은 유일 평면으로 된 하면 및 어레이 설치된 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷을 구비하고, 각각의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷은 상면에 형성되는 제1 전극을 포함하고, 이는 하측의 열과 행 제어라인의 매트릭스와 전기적으로 연결된다. 표시기판 상에서 인접하는 연결 개스킷 위치의 간격은 임프린트 스탬프 기판 상에서 인접하는 포획위치 사이의 간격과 매칭된다. 단계(1708)에서, 임프린트 스탬프 기판의 상면을 표시기판의 상면에 압착하여, 각각의 포획위치를 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷과 접촉시킨다. 단계(1710)에서 임프린트 스탬프 기판 상의 마이크로 발광 다이오드를 표시기판의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷 상으로 대량 전이한다. 단계(1710)는 가열방식을 적용하여 마이크로 발광 다이오드와 표시기판의 연결 개스킷이 바인딩을 이루도록 하는 단계를 포함할 수 있다.
한편으로, 단계(1704)에서는 마이크로 발광 다이오드 상면에 형성되는 기둥 형식의 고정기구를 제공하였는바, 이 기둥은 제1 전극(도 13d와 도 13e)에 연결되는 전기를 전도하는 기둥일 수 있거나, 또는 임시적인(제거 가능한) 전기가 전도되지 않는 기둥일 수도 있다(도 13a). 다른 한편으로, 단계(1702)에서 제공되는 임프린트 스탬프 기판은, 각각의 포획위치의 하면에 컨주게이트된 생체 분자쌍을 포함하는 제1 성분을 도포한다. 다음으로, 단계(1704)에서 언급된 고정기구는 컨주게이트된 생체 분자쌍을 구비하는 제2 성분으로서, 각각의 마이크로 발광 다이오드의 하면을 피복한다. 컨주게이트된 생체 분자쌍의 예는 바이오틴-스트렙타비딘, 티올-말레이미드와 아지드화물-알킨을 포함한다. 임프린트 스탬프 기판은 정전력 또는 자력 발생기를 더 설치할 수도 있는데, 도 14a와 도 14b에 도시된 바와 같이 된다.
도 18은 도 15a∼도 15i에 도시된 시스템의 축방향 마이크로 발광 다이오드 대량 전이법의 흐름도이다. 이 방법은 단계(1800)로부터 시작된다. 단계(1802)에서는 평면으로 된 상면을 구비하는 유체 조립 임프린트 스탬프 기판을 제공하는바, 상면에는 다수의 포획위치가 형성되고, 각각의 포획위치는 제1 주변 형상, 평면으로 된 제1 깊이를 구비하는 중심부분, 제1 깊이보다 작은 평면으로 된 제2 깊이를 구비하는 원단부분 및 제2 깊이를 구비하는 근단부분을 구비한다. 유체 조립 진행과정에서, 단계(1804)에서 축방향 마이크로 발광 다이오드를 사용하여 포획위치를 충전하고, 각각의 마이크로 발광 다이오드는 상응한 포획위치를 점유하여 상기 제1 주변 형상 및 중심부분과 접합되는 본체부분을 구비하고, 이 본체부분의 수직체 두께는 포획위치의 제1 깊이보다 크지만, 제1 깊이의 2배보다 작다. 마이크로 발광 다이오드는 본체부분을 수평으로 이등분하는 원단 전극을 더 구비하고, 상기 원단 전극은 포획위치의 원단부분과 접합되며, 상기 원단전극의 수직면의 전극두께는 포획위치의 제2 깊이보다 크지만, 제2 깊이의 2배보다 작다. 마이크로 발광 다이오드는 본체부분을 수평으로 이등분하는 근단 전극을 더 구비하되, 이는 포획위치의 근단부분과 접합되고, 전극두께를 가진다. 한편으로, 임프린트 스탬프 전극은 정전력 또는 자력 발생기를 더 포함할 수 있는데, 도 14a와 도 14b에 도시된 바와 같이 된다.
한편으로, 단계(1802) 중의 임프린트 스탬프 기판을 제공하는 단계는 간격이 있는 포획위치를 구비하는 임프린트 스탬프 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 단계(1806)에서는 평면으로 된 상면과 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷 어레이를 구비하는 표시기판을 제공하는바, 각각의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷은 상면에 형성되는 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 상기 다수의 전극은 하측의 열과 행 제어라인의 매트릭스와 전기적으로 연결된다. 표시기판은 간격으로 이격된 다수의 연결 개스킷을 포함하되, 이 간격은 임프린트 스탬프 기판 상의 포획위치의 이격 간격과 매칭된다. 단계(1808)에서, 임프린트 스탬프 기판의 상면을 표시기판의 상면에 압착하여, 각각의 포획위치를 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷과 정렬시킨다. 단계(1810)에서 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판으로부터 표시기판의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷 상으로 대량 전이한다. 선택 가능한 것은, 가열에 의해 마이크로 발광 다이오드와 표시기판 연결 개스킷 전극 사이의 바인딩을 촉진할 수 있다는 점이다.
도 19는 마이크로 발광 다이오드를 전이하는 간격 확장 방법의 흐름도이다. 이 방법은 단계(1900)로부터 시작된다. 단계(1902)에서는 마이크로 발광 다이오드 MOCVD 웨이퍼를 제공하였는바, 인접하는 마이크로 발광 다이오드 사이에 제1 간격을 가진다. 단계(1904)에서는 마이크로 발광 다이오드를 유체 조립 현탁액에 방출한다. 단계(1906)에서는 어레이 설치된 웰을 구비하는 캐리어 기판을 제공하였는바, 인접하는 웰 사이에 제2 간격을 가지고, 또한 상기 제2 간격은 상기 제1 간격과 다르다. 유체 조립 과정을 통해, 단계(1908)에서 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판의 웰에 충전한다. 단계(1910)에서는 포획위치 어레이를 포함하는 임프린트 스탬프 기판을 제공하였는바, 인접하는 포획위치는 제2 간격에 의해 이격된다. 단계(1912)에서 임프린트 스탬프 기판 상면을 캐리어 기판 상면에 압착하여, 각각의 포획위치를 상응한 웰과 접촉시킨다. 단계(1914)에서 마이크로 발광 다이오드를 캐리어 기판 상에서 임프린트 스탬프 기판 상으로 대량 전이한다.
단계(1916)에서는 어레이 설치된 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷을 구비하는 표시기판을 제공하였는바, 각각의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷은 상면에 형성되는 적어도 하나의 전극을 포함하고, 이는 하측의 열과 행 제어라인의 매트릭스와 전기적으로 연결된다. 표시기판 상에서 인접하는 연결 개스킷 위치는 상기 제2 간격에 의해 이격된다. 단계(1918)에서 임프린트 스탬프 기판의 상면을 표시기판의 상면에 압착하여, 포획위치를 상응한 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷과 접촉시킨다. 단계(1920)에서 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판 상에서 표시기판의 마이크로 발광 다이오드 연결 개스킷 상으로 대량 전이한다. 바람직하게는, 가열을 통해 마이크로 발광 다이오드와 표시기판 연결 개스킷의 전극이 바인딩을 이루도록 한다.
한편으로, 단계(1906), 단계(1908), 단계(1912)와 단계(1914)는 통과하고, 별도의 단계(1911)를 통해, 즉 유체 조립 공정을 이용하여, 마이크로 발광 다이오드를 임프린트 스탬프 기판의 포획위치에 직접 충전한다.
본 출원에서는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이의 시스템과 방법을 제공하였다. 특정의 LED, 캐리어 기판 및 임프린트 스탬프 기판 구조의 예를 통해 본 출원을 설명하였다. 그러나, 본 출원은 상기 예시에 의해 한정되지 않는다. 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 출원의 다른 변형과 실시예를 생각해낼 수 있다.
임프린트 스탬프 900, 900a, 900b, 900c, 1300, 1500
임프린트 스탬프 상면 902, 1302, 1502
포획위치 904, 1304, 1504
기둥 906
마이크로 발광 다이오드 하면 908
마이크로 발광 다이오드 910
표면 실장 마이크로 발광 다이오드 910a, 910b, 910c
마이크로 발광 다이오드 상면 912
제1 전극 914, 1316
제2 전극 916, 1324
표시기판 918, 1315, 1318, 1525
캐리어 기판 1000, 1000a, 1000b, 1000c
캐리어 기판 상면 1002
웰 1004
간격 1006
캐리어 기판 하면 1008
가열장치 1010
수직 마이크로 발광 다이오드 1100
수직 마이크로 발광 다이오드 상면 1102
수직 마이크로 발광 다이오드 제1 전극 1104
절연층 1106
정전력 발생기 1200, 1400
자력 발생기 1202, 1402
깊이 1306
포획위치 하면 1308
마이크로 발광 다이오드 두께 1310
마이크로 발광 다이오드 하면 1312
마이크로 발광 다이오드 상면 1314
홈 1320
티올바이오틴 이작용성분자/제1 성분 1322
ACF 1325
이산화규소 필름 1326
스트렙타비딘분자/제1 성분 1327
중심부분 1506
제1 깊이 1508
원단 1510
제2 깊이 1512
근단 1514
축방향 마이크로 발광 다이오드 1516
본체 1518
본체두께 1520
원단 전극 1522
전극두께 1524
근단 전극 1526
전극 1528
전해질 박막 1530
본체홈 1532
P 연결 개스킷 1534
N 연결 개스킷 1536
제1 홈 1538

Claims (22)

  1. 마이크로 발광 다이오드의 대량 전이를 위한 유체 조립 캐리어 시스템에 있어서,
    평면으로 된 상면을 구비하는 유체 조립 캐리어 기판 및 상기 캐리어 기판의 상면에 형성된 포집 위치의 어레이를 포함하고,
    각각의 상기 포집 위치에는 하나의 유체 증착된 마이크로 발광 다이오드를 임시 고정하기 위해 오목한 웰이 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로 발광 다이오드는 상기 캐리어 기판 상에 기재된 웰을 채우는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 기판 상의 인접된 웰 사이의 거리는 대응하는 대량 전이 임프린트 스탬프 상의 인접한 포집 위치의 거리보다 작거나 동일한 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 대량 전이 임프린트 스탬프는
    상면을 구비하는 임프린트 스탬프 기판; 및
    상기 임프린트 스탬프 기판의 상면에 형성된 포획 위치의 어레이를 포함하고,
    각각의 포획위치는 상기 캐리어 기판 상의 웰에 임시적으로 대응하는 하나의 마이크로 발광 다이오드를 수용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    각각의 상기 캐리어 기판의 웰은 평면의 하면을 구비하고,
    상기 캐리어 시스템은,
    상기 캐리어 기판 상의 상기 웰을 채우는 마이크로 발광 다이오드 및 상기 하면으로부터 연장되는 하나의 기둥을 포함하고,
    각각의 상기 마이크로 발광 다이오드는 대응하는 웰의 하면과 서로 접촉하는 상면을 구비하고,
    상기 임프린트 스탬프 기판의 상기 포집 위치는 상기 발광 다이오드의 기둥을 수용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 기판은 전도성 와이어 및 전자 부품을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    각각의 상기 캐리어 기판의 웰은 평면의 하면을 구비하고,
    상기 마이크로 발광 다이오드는 표면 실장형 마이크로 발광 다이오드이고,
    각각의 상기 마이크로 발광 다이오드는 제1 전극 및 제2 전극을 구비하는 평면의 상면을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    각각의 상기 마이크로 발광 다이오드는 상기 마이크로 발광 다이오드의 하면으로부터 연장된 하나의 비전도성 기둥을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 캐리어 기판의 각각의 웰은 평면의 하면을 구비하고,
    상기 마이크로 발광 다이오드는 수직 마이크로 발광 다이오드이고,
    각각의 상기 마이크로 발광 다이오드는 대응하는 상기 캐리어 기판의 웰과 접촉하는 제1 전극의 평면을 갖는 상면과, 상기 마이크로 발광 다이오드의 하면 상에 위치하는 제2 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    각각의 상기 마이크로 발광 다이오드의 상기 제2 전극은 상기 마이크로 발광 다이오드의 하면으로부터 연장된 전도성 기둥인 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 캐리어 기판 웰은 제1 주변 형상을 가지며,
    상기 마이크로 발광 다이오드는 상기 제1 주변 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  12. 제2항에 있어서,
    제1 유체 조립 캐리어 기판의 상면에 형성하는 웰을 갖는 어레이를 구비하는 제1 유체 조립 캐리어 기판,
    제2 유체 조립 캐리어 기판의 상면에 형성된 웰을 갖는 어레이를 구비하는 제2 유체 조립 캐리어 기판,
    제3 유체 조립 캐리어 기판의 상면에 형성된 웰을 갖는 어레이를 구비하는 제3 유체 조립 캐리어 기판,
    상기 제1 유체 조립 캐리어 기판의 각각의 대응하는 하나의 웰을 충전하도록 설치된 제1 파장의 빛을 발산하는 복수개의 마이크로 발광 다이오드;
    상기 제2 유체 조립 캐리어 기판의 각각의 대응하는 하나의 웰을 충전하도록 설치된 제2 파장의 빛을 발산하는 복수개의 마이크로 발광 다이오드; 및
    상기 제3 유체 조립 캐리어 기판의 각각의 대응하는 하나의 웰을 충전하도록 설치된 제3 파장의 빛을 발산하는 복수개의 마이크로 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 캐리어 기판 하측에 위치하는 흡인력 발생기를 더 포함하고, 상기 흡인력 발생기는 정전력 발생기와 자력 발생기로 구성되는 군으로부터 선택되어, 상기 캐리어 기판의 웰에 상기 마이크로 발광 다이오드를 임시 고정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  14. 제2항에 있어서,
    각각의 상기 캐리어 기판의 웰의 하면에 컨주게이트된 생체 분자쌍을 포함하는 제1 성분을 도포하고,
    각각의 상기 마이크로 발광 다이오드는 상면을 포함하고, 상기 상면에 컨주게이트된 생체 분자쌍을 구비하는 제2 성분을 도포하며,
    상기 상면은 대응하는 하나의 상기 캐리어 기판의 웰의 하면과 상호 접촉하는 것을 특징으로 하는 유체 조립 캐리어 시스템.
  15. 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법에 있어서,
    웨이퍼 상에 마이크로 발광 다이오드를 제조하는 스텝,
    상기 마이크로 발광 다이오드를 상기 웨이퍼로부터 현탁액으로 방출하는 스텝,
    상기 마이크로 발광 다이오드를 유체 증착시켜 상기 캐리어 기판으로 전이하는 스텝,
    상기 마이크로 발광 다이오드를 상기 캐리어 기판으로부터 상기 대량 전이 임프린트 스탬프로 전이하는 스텝, 및
    상기 마이크로 발광 다이오드를 상기 대량 전이 임프린트 스탬프로부터 표시 기판으로 전이하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 캐리어 기판은 평면의 상면 및 상기 캐리어 기판의 상면에 형성된 웰의 어레이를 가지며,
    상기 웰은 상기 마이크로 발광 다이오드로 채워지며,
    상기 마이크로 발광 다이오드를 상기 캐리어 기판으로부터 상기 대량 전이 임프린트 스탬프로 전이하는 스텝은,
    상기 대량 전이 임프린트 스탬프의 상면을 상기 캐리어 기판의 상면으로 눌러, 상기 대량 전이 임프린트 스탬프의 상면에 형성된 대량 전이 임프린트 스탬프의 포집 위치의 어레이가 상기 캐리어 기판의 웰에 대응하는 마이크로 발광 다이오드와 서로 접합되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 캐리어 기판 웰은 제1 주변 형상과 평면의 웰의 하면을 가지며,
    상기 마이크로 발광 다이오드를 유체 증착시켜 상기 캐리어 기판으로 전이하는 스텝은,
    상기 제1 주변 형상을 갖는 마이크로 발광 다이오드를 상기 웰에 충진하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 캐리어 기판의 웰 어레이에 있어서 인접한 웰 사이에 간격을 두고,
    상기 대량 전이 임프린트 스탬프의 포집 위치의 어레이에 있어서의 인접한 포집 위치 사이의 간격은 상기 캐리어 기판의 웰의 어레이에 있어서의 인접한 웰 사이의 간격보다 크거나 동일한 것을 특징으로 하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 마이크로 발광 다이오드를 유체 증착시켜 상기 캐리어 기판으로 전이하는 스텝 전에, 각각의 상기 마이크로 발광 다이오드 상에 기둥을 형성하고, 상기 기둥을 상기 발광 다이오드의 노출된 하면으로 연장시키는 것을 특징으로 하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 마이크로 발광 다이오드를 상기 캐리어 기판으로부터 상기 대량 전이 임프린트 스탬프로 전이하는 스텝은, 상기 마이크로 발광 다이오드의 기둥을 수용하기 위해 상기 대량 전이 임프린트 스탬프의 포집 위치를 구성하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 마이크로 발광 다이오드를 유체 증착시켜 상기 캐리어 기판으로 전이하는 스텝 전에,
    상기 캐리어 기판의 웰의 하면에 컨주게이트된 생체 분자쌍을 포함하는 제1 성분을 도포하고,
    상기 현탁액에서, 상기 마이크로 발광 다이오드에 컨주게이트된 생체 분자쌍을 구비하는 제2 성분을 도포하는 것을 특징으로 하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 마이크로 발광 다이오드를 유체 증착시켜 상기 캐리어 기판으로 전이하는 스텝 전에,
    상기 캐리어 기판 하측에 위치하는 흡인력 발생기를 사용하되, 상기 흡인력 발생기는 정전력 발생기와 자력 발생기로 구성되는 군으로부터 선택되어, 상기 캐리어 기판의 웰에 상기 마이크로 발광 다이오드를 임시 고정하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 마이크로 발광 다이오드 대량 전이 방법.
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