KR20230132868A - 마이크로-led의 그룹을 사용하여 디스플레이를 제조하는 방법 및 마이크로-led 어레이 - Google Patents
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Abstract
하나 이상의 마이크로-LED 클러스터를 디스플레이 패널에 전사하는 방법은 2개 이상의 마이크로-LED를 포함하는 복수의 마이크로-LED 클러스터를 기판 상에 제작 또는 로딩하는 단계, 및 기판을 제1 위치에 위치시키는 단계를 포함한다. 적어도 제1 마이크로-LED 클러스터는 디스플레이 패널 상의 적어도 제1 전기 커넥터와 정렬된다. 상기 방법은 또한 제1 마이크로-LED 클러스터가 제1 전기 커넥터와 접촉하도록 기판을 디스플레이 패널 쪽으로 하강하는 단계, 및 기판으로부터 제1 마이크로-LED 클러스터를 해제하는 단계를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
이 출원은 2021년 3월 16일에 출원된 미국 가특허출원 번호 63/161,859로부터의 이익을 얻고 이에 대한 우선권을 주장하며, 본 명세서에 그 전체 내용이 참조로 통합된다.
본 발명의 양태들은 일반적으로 다양한 유형의 디스플레이 및 기타 장치에 사용되는 발광 소자의 구조물과 같은, 발광 구조물 및 발광 구조물의 제조 방법에 관한 것이다.
디스플레이의 발광 소자(예를 들어, 픽셀)의 수는 보다 나은 사용자 경험을 제공하고 새로운 응용을 가능하게 하기 위해 계속해서 증가하고 있다. 그러나, 발광 소자의 수를 증가시키는 것은 설계 관점과 제조 관점 모두에서 어려운 일이다. 발광 소자의 크기를 줄이면 장치에서 이러한 발광 소자의 밀도를 높일 수 있다. 그러나, 보다 작은 발광 소자를 많은 수와 고밀도로 제조하기 위한 효과적이고 효율적인 기술은 광범위하게 이용 가능하지 않다. 예를 들어, 보다 작은 발광 다이오드(LED)를 제조하고 그러한 LED를 성능 및 크기에 대한 엄격한 요구 사항이 있는 점점 정교해지는 디스플레이 아키텍처에 통합하는 것은 어려운 일이다. 또한, 디스플레이 응용을 위한 발광 소자의 발광 특성에서 개선이 요구된다.
마이크로-LED 디스플레이 기술은 높은 처리량의 픽셀 전사 기술을 필요로 한다. 일반적으로 적색, 녹색, 청색의 삼원색을 나타내는 마이크로-LED가 디스플레이 기판에 순차적으로 전사된다. 마이크로-LED는 풀 컬러 디스플레이를 제공하기 위하여 인터리브해야 한다. 이 방식과 관련된 문제에는 낮은 처리량, 복잡한 제조 프로세스, 결함, 정렬 오류, "픽 앤 플레이스(pick and place)" 신뢰성, 간섭 문제, 높은 비용, 열악한 디스플레이 품질 등이 포함된다. LED 기반 디스플레이를 위한 개선된 제조 방법을 실현할 필요가 있다.
이하에서는 하나 이상의 양태에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위해 이러한 양태의 간략한 요약을 제시한다. 이러한 요약은 생각할 수 있는 모든 양태에 대한 광범위한 개요가 아니며, 모든 양태의 핵심 또는 주요 요소를 식별하고자 하는 것이 아니고 임의의 또는 모든 양태의 범위를 기술하고자 하는 것도 아니다. 이러한 요약의 목적은 나중에 제시되는 보다 상세한 설명에 대한 서두로서 단순화된 형태로 하나 이상의 양태의 일부 개념을 제시하는 것이다.
마이크로-LED의 하나 이상의 클러스터를 디스플레이 패널에 전사하는 방법이 여기에 개시된다. 일부 실시예에서, 방법은 2개 이상의 마이크로-LED를 포함하는 복수의 마이크로-LED 클러스터를 기판 상에 제작하거나 로딩하는 단계, 기판을 제1 위치에 위치시키는 단계, 여기서 적어도 제1 마이크로-LED 클러스터는 디스플레이 패널 상의 적어도 제1 전기 커넥터와 정렬됨, 제1 마이크로-LED 클러스터가 제1 전기 커넥터와 접촉하도록 기판을 디스플레이 패널 쪽으로 하강하는 단계, 및 기판으로부터 제1 마이크로-LED 클러스터를 해제하는 단계를 포함할 수 있다.
집적 구동 회로를 갖는 마이크로-LED 클러스터가 또한 여기에 개시된다. 마이크로-LED 클러스터는 복수의 마이크로-LED를 포함할 수 있다. 집적 구동 회로는 복수의 마이크로-LED 또는 복수의 마이크로-LED 중 하나 이상과 전기적으로 결합하도록 구성된 전기적 상호연결부를 포함할 수 있다.
첨부된 도면은 일부 실시예만을 예시하는 것이며 따라서 범위를 제한하는 것으로 간주해서는 안된다.
도 1a는 일부 실시예에 따른 디스플레이 시스템의 정면도 및 디스플레이 시스템의 2개의 상세도를 도시한다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 칩렛 어셈블리의 분해도를 도시한다.
도 1c는 일부 실시예에 따른 칩렛 조립체의 분해도를 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따라 광조향 광학 요소를 갖는 디스플레이 시스템의 측면도이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 LED 전사 프로세스에서 발생할 수 있는 물리적 간섭을 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 픽 앤 플레이스 LED 전사 시스템의 측면도를 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른 간섭 완화 LED 전사 시스템의 측면도를 도시한다.
도 6은 일부 실시예에 따른 선택적 레이저 방출 LED 전사 시스템의 측면도를 도시한다.
도 7 및 도 8은 일부 실시예에 따른 서브 랙셀 전사 시스템의 측면도를 도시한다.
도 9는 일부 실시예에 따른 그 위에 배치된 전기 연결부를 갖는 디스플레이 패널의 단면도를 도시한다.
도 10은 본 명세서에 개시된 일부 실시예에 따른, 디스플레이 패널에 서브 랙셀을 전사하는 단계를 설명하는 프로세스 흐름도이다.
도 1b는 일부 실시예에 따른 칩렛 어셈블리의 분해도를 도시한다.
도 1c는 일부 실시예에 따른 칩렛 조립체의 분해도를 도시한다.
도 2는 일부 실시예에 따라 광조향 광학 요소를 갖는 디스플레이 시스템의 측면도이다.
도 3은 일부 실시예에 따른 LED 전사 프로세스에서 발생할 수 있는 물리적 간섭을 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 픽 앤 플레이스 LED 전사 시스템의 측면도를 도시한다.
도 5는 일부 실시예에 따른 간섭 완화 LED 전사 시스템의 측면도를 도시한다.
도 6은 일부 실시예에 따른 선택적 레이저 방출 LED 전사 시스템의 측면도를 도시한다.
도 7 및 도 8은 일부 실시예에 따른 서브 랙셀 전사 시스템의 측면도를 도시한다.
도 9는 일부 실시예에 따른 그 위에 배치된 전기 연결부를 갖는 디스플레이 패널의 단면도를 도시한다.
도 10은 본 명세서에 개시된 일부 실시예에 따른, 디스플레이 패널에 서브 랙셀을 전사하는 단계를 설명하는 프로세스 흐름도이다.
이하에서는 본 발명의 실시예들을 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 완전히 설명한다. 그러나, 본 발명은 상이한 많은 형태로 실시될 수 있고 여기서 설명하는 실시예에 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 통상의 기술자에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위해 제공된다. 도면에서, 층 및 영역의 크기와 상대적인 크기는 명료성을 위해 과장될 수 있다.
본 명세서에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있지만 이러한 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션이 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안된다. 이러한 용어는 하나의 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션을 다른 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 아래에서 논의하는 제1 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션은 본 발명의 교시로부터 벗어나지 않으면서 제2 요소, 컴포넌트, 영역, 층 및/또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
"밑에", "아래에", "하부", "하에", "위에", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 하나의 요소 또는 피처의 다른 요소(들) 또는 피처(들)에 대한 관계를 설명하는 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 방향 이외에 사용 중이거나 작동 중인 장치의 다른 방향을 포함하도록 의도한 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면에서 장치를 뒤집은 경우, 요소는 다른 요소 또는 피처의 "아래에" 또는 "밑에" 또는 "하에" 있는 것으로 설명된다. 따라서, "아래에" 및 "하에"의 예시적인 용어는 위와 아래의 방향을 모두 포함할 수 있다. 장치는 다르게 배향될 수 있고(90도 회전되거나 혹은 다른 방향으로), 본 명세서에서 사용되는 공간적으로 상대적인 설명은 상응하게 해석될 수 있다. 또한, 층이 2개의 층 "사이"에 있는 것으로 지칭될 때, 층은 2개의 층 사이에 있는 유일한 층일 수 있거나 혹은 하나 이상의 중간 층이 또한 존재할 수 있음을 이해할 것이다.
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하도록 의도한 것은 아니다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수형 부정관사 및 정관사는 문맥상 명백히 다르게 지시하지 않는 한 복수형도 포함하도록 의도한 것이다. "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 피처, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 명시하지만 하나 이상의 다른 피처, 정수, 단계, 동작, 요소, 컴포넌트 및/또는 이러한 것들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다는 것을 또한 이해할 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 하나 이상의 관련하여 나열된 항목의 어떤 것 및 모든 조합을 포함하며, "/"로 축약될 수 있다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에", "연결되는", "결합되는" 또는 "인접하는" 것으로 언급될 때, 요소나 층이 직접 다른 요소나 층 상에 있거나, 연결되거나, 결합되거나, 인접될 수 있거나, 혹은 중간 요소나 층이 존재할 수 있다. 대조적으로, 요소가 다른 요소나 층 "상에 직접", "직접 연결되는", "직접 결합되는" 또는 "직접 인접하는" 것으로 언급될 때, 중간 요소나 층은 존재하지 않는다. 마찬가지로, 광이 하나의 요소"로부터" 수신되거나 혹은 제공될 때, 광은 해당 요소로부터 직접적으로 또는 중간 요소로부터 수신되거나 혹은 제공될 수 있다. 다른 한편으로, 광이 하나의 요소"로부터 직접" 수신되거나 혹은 제공되는 경우, 중간 요소는 존재하지 않는다.
명세서에서 본 발명의 실시예는 발명의 이상적인 실시예(및 중간 구조물)의 개략적인 도면인 단면도를 참조하여 설명된다. 따라서, 예를 들어 제조 기술 및/또는 허용 공차의 결과로서, 도시된 형상에 대한 변경이 있을 수 있다. 그러므로, 본 발명의 실시예는 여기에 도시된 영역의 특정 형상으로 제한되는 것으로 해석해서는 아니 되며, 예를 들어 제조 과정에서 초래되는 형상의 편차를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 따라서, 도면에 도시된 영역은 본질적으로 개략적인 것이며 그 형상은 장치의 영역의 실제 형상을 도시하도록 의도한 것이 아니고 본 발명의 범위를 제한하도록 의도한 것도 아니다.
달리 정의하지 않는 한, 명세서에 사용된 (기술 용어 및 과학 용어를 포함하는) 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어는 관련 기술 분야 및/또는 본 명세서의 맥락에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석해야 하며 명세서에 명시적으로 정의하지 않는 한 이상적이거나 혹은 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는다는 것이 또한 이해할 것이다.
마이크로-LED 디스플레이를 통합하는 제품은 전통적인 LED 디스플레이를 사용하는 유사한 제품에 비해 많은 이점을 제공한다. 예를 들어, 마이크로-LED(mLED 또는 μLED라고도 함)는 일반적으로 전통적인 디스플레이보다 고해상도, 낮은 에너지 소비 디스플레이를 제공하며 이러한 요인은 특정 제품을 구매하려는 소비자의 결정에 핵심이 될 수 있다. 더 많은 제품이 소비자 요구를 충족하고 마이크로-LED 디스플레이를 통합하려고 함에 따라, 마이크로-LED를 사용하여 비용 효율적인 디스플레이를 허용하기 위해 LED 웨이퍼에서 마이크로-LED 밀도의 차이를 연결하는 새로운 제조 방법이 필요하다. 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀을 별개의 중첩 단계에서 전사하기 위해 많은 다중 패스 전사 프로세스가 개발되었다. 풀 컬러 픽셀을 생성하기 위하여, 적색, 녹색 및 청색 서브 픽셀은 인터리브 되어야만 하는데 이는 이미터의 밀도를 제한하고 별개의 전사 단계 간에 간섭 문제를 야기할 수 있다. 이러한 간섭 및 이를 해결하는 기존에 알려진 방법들은 느려질 수 있는 복잡한 제조 공정으로 이어지거나 디스플레이 품질을 저하시킬 수 있는 결함 또는 기타 부정확함으로 이어진다.
도 1a는 소스(미도시)로부터 콘텐츠 데이터(예를 들어, 이미지, 비디오 또는 둘 모두와 관련된 데이터)를 수신하는 디스플레이(100)를 포함하는 디스플레이 시스템을 도시한다. 가장 우측 원에 도시된 디스플레이(100)의 상세도를 참조하면, 마이크로-LED와 같은 복수의 발광 소자(135)가 클러스터(130)(본 명세서에서 "서브 랙셀"이라고도 함)로 배열되며, 또한 어레이(즉, 클러스터)(120)(본 명세서에서 "랙셀"이라고도 함)로 배열된다. 일부 실시예에서, 서브 랙셀(130)은 디스플레이(100) 내에서 사용되는 각각의 컬러 마이크로-LED(135) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 서브 랙셀(130)은 하나 이상의 적색, 녹색 및/또는 청색 마이크로-LED(135)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 서브 랙셀(130)은 마이크로-LED(135)의 3x3 어레이를 갖는 것으로 도시되지만, 각각 3개는 적색, 녹색 및 청색 이미터이고, 마이크로-LED 컬러의 다른 크기, 종횡비 및 구성이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능하다.
좌측 원에 도시된 디스플레이(100)의 상세도를 참조하면, 복수의 랙셀(120)은 랙셀 어레이(즉, 클러스터)(125)로 배열된다. 랙셀 어레이(125) 내에서, 각각의 랙셀은 피치(150)만큼 이격될 수 있다. 피치(150)는 어레이(125)의 하나 이상의 차원에 걸쳐 일정할 수 있거나, 랙셀 어레이(125)의 하나 이상의 차원에 걸쳐 변할 수 있다. 또한, 랙셀(120)은 그리드 배열로 도시되어 있지만 다른 배열이 가능하다. 예를 들어, 하나 이상의 행 또는 열이 하나 이상의 인접한 행 또는 열에 대해 오프셋되거나 이동될 수 있다.
도 1a에 도시된 랙셀 어레이(125)는 직사각형이고 디스플레이(100)에 대해 M x N으로 표시되는 크기 및 종횡비를 갖는다. 디스플레이의 많은 크기, 형상 및 종횡비가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 디자인 선택의 문제로 선택될 수 있다.
도 1b 및 도 1c를 참조하면, 각각의 서브 랙셀(130)의 마이크로-LED(135)는 서브 랙셀의 모든 마이크로-LED가 단일 기판(122) 상에 형성되도록 모놀리식으로 집적될 수 있다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 서브 랙셀(130)은 "칩렛(chiplet)"(136a)을 형성하기 위해 마이크로 집적 회로("microIC")(131)와 같은 집적 구동 회로와 전기적으로 결합될 수 있다. 대안으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, 복수의 서브 랙셀을 포함하는 랙셀(120)은 칩렛(136b)을 형성하기 위해 마이크로 집적 회로(131)와 전기적으로 결합될 수 있다. 각각의 마이크로 집적 회로(131)는 전기적으로 결합되는 랙셀 또는 서브 랙셀 내의 마이크로-LED(135)를 구동하는 데 사용될 수 있는 전기 상호연결부(132)를 포함할 수 있다. 상호연결부(132)는 후면 기판(134)에 의해 지지된다. 일부 실시예에서, 마이크로 집적 회로(131)는 랙셀 또는 서브 랙셀에 접합되는 별개의 컴포넌트일 수 있다. 대안으로, 마이크로 집적 회로(131)는 랙셀 또는 서브 랙셀 및 마이크로 집적 회로(131)가 모놀리식으로 집적되도록 랙셀 또는 서브 랙셀과 함께 형성될 수 있다.
디스플레이 패널에 랙셀 및 서브 랙셀을 전사하는 방법은 도 7 및 도 8과 관련하여 아래에서 설명된다. 칩렛(136a, 136b)은 동일하거나 유사한 방법을 사용하여 전사될 수 있다. 칩렛(즉, 마이크로 집적 회로와 함께 랙셀 또는 서브 랙셀)을 수신하는 디스플레이 패널은 보다 적거나 단순화된 전기 회로를 필요로 할 수 있으며 서브 랙셀과 디스플레이 패널 사이의 전기 접촉의 감소된 밀도로부터 이점을 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 디스플레이 패널은 그 위에 어떠한 액티브 마이크로-LED 드라이버도 갖지 않는 패시브 디스플레이 패널일 수 있다.
도 2를 참조하면, 디스플레이 시스템(200)의 측면도가 도시되어 있다. 디스플레이 시스템(200)은 전술한 바와 같이 서브 랙셀(230)로 그룹화된 적색, 녹색 및/또는 청색 마이크로-LED 이미터와 같은 발광 소자(235)를 포함하고; 서브 랙셀들이 랙셀(220)로 배열된다. 렌즈 또는 마이크로 렌즈와 같은 광조향 광학 요소(260)는 하나 이상의 랙셀(220)과 결부될 수 있다. 랙셀(220)과 짝을 이루는 광조향 광학 요소(260)를 포함하는 어셈블리는 본 명세서에서 "픽처 요소" 또는 "슈퍼 랙셀"로 지칭될 수 있다. 랙셀(220) 내의 하나 이상의 발광 소자(235)로부터의 광(270)은 광조향 광학 소자(260)와 상호 작용하므로 광(270)의 궤적 또는 초점이 광조향 광학 요소(260)의 특정 윤곽에 대한 슈퍼 랙셀 내의 발광 요소의 좌표 위치(예를 들어, x-위치, y-위치)에 기초한 예측 가능한 방식으로 변화된다.
발광 소자(235)는 발광 소자(235)와 후면으로 또한 지칭될 수 있는 디스플레이 패널(240)과 발광 소자(235) 사이의 전기 연결부를 통해 켜거나 끄는 제어 모듈(미도시)에 의해 구동된다. 디스플레이 패널(240) 상의 전기 연결부와 발광 소자(235) 사이의 정렬은 사용자에게 고품질 이미지 및 만족스러운 시청 경험을 제공하기 위해 정확해야 한다. 발광 다이오드를 후면에 전사하는 전통적인 방식은 일반적으로 시간이 많이 걸리고, 비용이 많이 들고, 및/또는 복잡하다. 또한, 전통적인 LED 전사 방식은 다양한 컬러의 LED를 주어진 영역의 후면 상에 장착하기 위한 다중 중첩 전사 단계들을 포함하며 소형 및 고밀도의 마이크로-LED를 수용할 수 없다.
캐리어 기판 또는 캐리어 테이프로부터 디스플레이 패널로 LED를 전사하는 방법 및 관련 과제가 도 3 내지 도 6에 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 복수의 LED(304)가 배치된 기판(302)을 갖는 전사 시스템(300)이 도시되어 있다. 기판(302) 및 기판 상에 배치된 복수의 LED(304)가 1차원(즉, 페이지의 왼쪽에서 오른쪽으로)으로 연장되는 것으로 도시되어 있지만, 통상의 기술자는 기판 및 기판 상의 LED(304)의 어레이가 제1 방향에 직교하는 2차원(즉, 페이지 안팎으로)으로도 연장한다는 것을 이해할 것이다.
LED(304)는 이 예에서 녹색 광과 같은, 동일한 컬러 광을 방출하도록 모두 구성된 마이크로-LED(304g)로 만들어질 수 있다. 통상의 기술자는 녹색 마이크로-LED가 이 예에서 사용하기 위해 임의로 선택된다는 것을 이해할 것이며, 적색 또는 청색과 같은 임의의 마이크로-LED 컬러가 본 개념을 설명하기 위해 녹색으로 교체될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
마이크로-LED(304g)는 디스플레이 패널(308) 상의 대응하는 전기 커넥터(306g)와 정렬되고 전사되어야 한다. 시스템(300)에서, 정렬은 일반적으로 기판 상(302)에서 서로 근접하여 다수의 마이크로-LED(304g)를 제공하는 것에 의해 달성된다. 기판(302) 및 마이크로-LED(304g)가 디스플레이 패널(308) 상의 전기 커넥터(306g)와 접촉하도록 하강될 때, 마이크로-LED(304g) 중 하나는 일반적으로 전기 커넥터(306g)에 부착하기 위해 각각의 전기 커넥터(306g)에 그리고/또는 전사를 완료하기 위해 전기 커넥터 위에 배치된 유동성 금속(310)에 충분히 가까이 있다.
이전에 전사된 하나 이상의 마이크로-LED, 예를 들어 마이크로-LED(304r)가 제2 또는 제3 중첩 전사 단계 동안 마이크로-LED(304g)와 같은 후속 컬러의 마이크로-LED의 정렬 및/또는 전사를 방해하는 문제가 발생한다. 전송 단계. 이전에 배치된 마이크로-LED(304r)와 마이크로-LED(304g) 사이의 물리적 간섭은 마이크로-LED(304g)가 대응하는 전기 커넥터(306g) 및/또는 그 전기 커넥터 위에 배치된 유동성 금속(310)과 접촉하는 것을 방지할 수 있고, 이에 의해 픽셀 전사를 방지할 수 있다.
이러한 물리적 간섭을 완화하기 위해, 도 4에 도시된 시스템(400)과 같은 픽 앤 플레이스 시스템이 구현될 수 있다. 시스템(300)과 관련하여 논의된 바와 같이 단일 컬러의 복수의 마이크로-LED로 기판을 블랭킷하는 대신에, 시스템(400)은 디스플레이 패널(308) 상에 마이크로-LED(304g)를 운반, 정렬 및 전사하기 위해 픽 앤 플레이스 핸들(402)에 의존한다. 핸들(402)은 돌출부 사이의 거리가 단일 컬러의 전기 커넥터(306) 사이의 거리에 대응하도록 선택된 간격(414)으로 돌출부(412)를 포함한다. 돌출부(412)의 높이(예를 들어, 핸들(402)로부터 돌출부가 연장되는 거리)는 전사될 마이크로-LED의 높이에 기초하여 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 돌출부(412)의 높이는 디스플레이 패널(308)에 배치될 가장 높은 마이크로-LED의 높이보다 크거나 같을 수 있다. 이러한 돌출부(412)는 이전에 전사된 마이크로-LED(304r)와 전사될 마이크로-LED(304g) 사이에 물리적 접촉을 완화한다.
픽 앤 플레이스 시스템(400)에서 어려운 점은 돌출부(412), 마이크로-LED(304g) 및 전기 커넥터(306g) 사이에 고도의 정렬 정확도가 요구된다는 것이다. 고정확도 정렬은 일반적으로 시간이 많이 걸리고 복잡한 장비를 요구할 수 있다. 마이크로-LED(304g)가 핸들(402)의 돌출부(412)의 중앙에 있지 않은 경우 및/또는 핸들(402)이 대응하는 전기 커넥터(306g)와 정확하게 정렬되지 않은 경우, 마이크로-LED(304g)는 전기 커넥터(306g)의 중앙에서 약간 이동된 위치에서 전사될 수 있고, 및/또는 디스플레이 패널(308)에 대해 비스듬히 놓일 수 있다. 이러한 정렬 문제는 디스플레이 시스템의 출력 이미지 품질을 저하시킬 수 있다.
도 5는 도 4와 관련하여 논의된 것과 유사한 픽셀 전사 시스템(500)을 도시한다. 이전에 전사된 픽셀 위로 연장하는 돌출부가 있는 픽 앤 플레이스 핸들을 제공하는 대신에, 시스템(500)은 이전에 배치된 마이크로-LED(304r)가 전사 공정 동안 정렬될 것으로 예상되는 영역에서 기판(302) 상의 마이크로-LED(304g) 사이에 공간을 남겨두고 작동한다. 따라서, 전사될 마이크로-LED(304g)는 물리적 간섭 없이 대응하는 전기 커넥터(306g)와 접촉할 수 있다. 도 3 및 도 4와 관련하여 논의된 바와 같은 정렬 문제 및 전사 공정 복잡성이 시스템(500)에서 여전히 발생할 수 있다.
도 6은 이전에 전사된 마이크로-LED(304r)와 전사될 마이크로-LED(304g) 사이의 물리적 간섭을 완화하도록 구성된 다른 픽셀 전사 시스템(600)을 도시한다. 시스템(600)은 마이크로-LED(304g)와 그에 대응하는 전기 커넥터(306g) 사이에 갭이 존재하는 동안 기판(302)으로부터 마이크로-LED(304g)를 해제하기 위해 선택적인 레이저 방출 및/또는 진공에서의 중력 낙하에 의존한다. 기판(302)은 이전에 전사된 마이크로-LED(304r)의 높이보다 크거나 같은 높이를 갖는 갭이 마이크로-LED(304g)와 그에 대응하는 전기 커넥터(306g) 사이에 존재하도록 위치된다. 전사 정전기력이 전기 커넥터(306g)와 정렬된 마이크로-LED(304g)에 부여되고 하나 이상의 마이크로-LED(304g)는 기판(302)으로부터 떨어져서 유동성 금속(310)을 통해 부착되는 대응하는 전기 커넥터(306g)에 도달한다. 낙하하는 동안 마이크로-LED의 위치 변화가 발생할 수 있으므로 이러한 전사 방법은 정확하지 않을 수 있다.
도 7은 다중 컬러의 마이크로-LED 클러스터를 디스플레이 패널로 전사하기 위한 한 단계의 비중첩 직접 접촉 접근법을 도시한다. 전사 시스템(700)은 마이크로-LED 서브 랙셀(716)과 같은 마이크로-LED의 여러 개의 클러스터가 그 위에 배치되는 네이티브 웨이퍼 또는 캐리어 테이프일 수 있는 기판(702)을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판(702)은 중간 핸들 또는 패널을 포함할 수 있다. 다음에 마이크로-LED 클러스터가 중간 핸들 또는 패널로부터 디스플레이에 전사된다. 기판(702)이 네이티브 웨이퍼인 경우, 각각의 서브 랙셀(716)은 부분적으로 해제될 수 있다. 각각의 서브 랙셀(716)은 2개 이상의 마이크로-LED(704)를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 각각의 서브 랙셀(716)은 각각 적어도 하나의 적색, 녹색 및 청색 마이크로-LED(704r, 704g, 704b)를 포함한다. 통상의 기술자는 마이크로-LED의 컬러의 다른 조합 및/또는 2, 4, 5, 6, 9개 이상과 같은 마이크로-LED의 다른 수가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 마이크로-LED 서브 랙셀(716) 내에 포함될 수 있음을 이해할 것이다.
인접하지 않은 서브 랙셀(716), 예를 들어 서브 랙셀(716a 및 716b) 사이의 간격(714)은 디스플레이 패널(708) 상의 전기 커넥터(706) 사이의 거리와 동일할 수 있다. 간격(714) 내의 기판(702)에 부착된 서브 랙셀이 제거될 수 있다는 것이 이해될 수 있지만, 추가 서브 랙셀을 포함하고 기판(702)을 더욱 조밀하게 패킹하는 것은 후속 전사 접촉 단계 사이에 기판(702)의 이동이 적게 요구되기 때문에 더 빠른 마이크로-LED 전사를 가능하게 할 수 있다. 전기 커넥터(706)는 각각 단일 마이크로-LED(704)와 접촉하도록 구성된, 복수의 개별 유동성 금속 영역(710)을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 전기 커넥터(906)를 갖는 디스플레이 패널 시스템(900)의 상세도가 도시되어 있다. 커넥터(906)는 일례의 커넥터(906)이다. 디스플레이 패널(708) 상의 각각의 전기 커넥터(906)는 전기 절연 재료(922)에 의해 서로 절연되는 복수의 금속 영역(920)을 포함할 수 있다. 마이크로-LED의 클러스터(예를 들어, 서브 랙셀)(716)와 전기 커넥터(906) 사이에 한 번 접촉이 이루어지면, 두 구성요소는 열, 압력 및/또는 음파 접합을 사용하여 함께 접합될 수 있다. 접합은 레이저 및/또는 다른 에너지원에 의해 도움을 받을 수 있다.
마이크로-LED의 클러스터(예를 들어, 서브 랙셀)가 전기 커넥터에 일단 접합되면, 클러스터(716)는 기판(702)으로부터 완전히 해제될 수 있다. 일부 실시예에서, 해제는 레이저, 엘라스토머, 음파, 또는 다른 에너지원에 의해 도움을 받을 수 있다. 그 다음 기판(702)은 디스플레이 패널(708)로부터 들어올려지고 도 8에 도시된 바와 같이 디스플레이 패널(708) 위의 새로운 위치로 이동된다. 새로운 위치는 도 7에 도시된 제1 위치와 실질적으로 중첩되지 않는다. 기판(702)과 여전히 결합된 추가 클러스터(716)가 대응하는 전기 커넥터(706) 상에 전사되도록 기판(702)은 새로운 위치에서 디스플레이 패널(708)을 향해 하강된다. 특히, 각각의 컬러 마이크로-LED에 대해 복수의 중첩 전사 단계를 요구하는 대신에 주어진 기판 영역 또는 위치에 대한 모든 마이크로-LED의 전사가 한 단계에서 발생하므로, 이전에 전사된 마이크로-LED와 전사될 마이크로-LED 사이에 물리적 간섭이 없다. 따라서, 마이크로-LED를 디스플레이 패널로 전사하기 전에 여러 개의 마이크로-LED를 함께 패키징하는 것은 디스플레이 패널의 동일한 영역에서 여러 번의 전사를 필요로 하지 않으며 위에서 설명한 물리적 간섭을 제거한다. 전사 단계의 수를 줄이고 물리적 간섭을 제거하는 것은 도 7 및 도 8과 관련하여 설명된 것과 같은 간단하고 빠르며 비용 효율적인 방법을 가능하게 하며, 고품질의 잘 정렬된 마이크로-LED 디스플레이를 생성하는 데 사용될 수 있다.
이 설명은 마이크로-LED 클러스터(716)의 전사를 사용했으며, 여기서 클러스터는 예로서 서브 랙셀로 형성된다. 통상의 기술자는 동일한 전사 개념이 기판으로부터 디스플레이에 랙셀로 형성된 클러스터(716)의 전사에 적용될 수 있음을 이해할 것이며, 여기서 랙셀은 전술한 바와 같이 복수의 서브 랙셀을 포함하는 것으로 이해된다. 통상의 기술자는 동일한 전사 개념이 기판으로부터 디스플레이에 칩렛으로 형성된 클러스터(716)의 전사에 적용될 수 있음을 이해할 것이며, 여기서 칩렛은 전술한 바와 같이 마이크로 집적회로에 전기적으로 연결된 복수의 랙셀을 포함하는 것으로 이해된다.
도 10은 기판으로부터 디스플레이 패널에 마이크로-LED를 전사하는 방법(1000)에 대한 공정 흐름도이다. 방법(1000)은 시작 단계(1001)로 출발하여 단계(1002)로 진행하는데, 이는 복수의 마이크로-LED 클러스터(각각의 마이크로-LED 클러스터는 2개 이상의 마이크로-LED를 포함함)를 캐리어 기판 상에 제작하거나 로딩하는 것을 포함할 수 있다. 단계 1004는 기판을 제1 위치에 위치시키는 것을 포함하며, 여기서 적어도 하나 이상의 제1 마이크로-LED 클러스터는 디스플레이 패널 상의 적어도 하나 이상의 제1 전기 커넥터와 정렬된다. 그 다음에 단계 1006에서 적어도 하나 이상의 제1 마이크로-LED 클러스터가 적어도 하나 이상의 제1 전기 커넥터와 접촉하도록 기판은 디스플레이 패널을 향해 하강된다. 단계 1008은 적어도 하나 이상의 제1 마이크로-LED를 기판으로부터 해제하는 것을 포함하며, 이에 의해 적어도 하나 이상의 제1 마이크로-LED 클러스터를 디스플레이 패널에 전사한다. 이 단계에서, 마이크로-LED 클러스터의 전사는 단일 마이크로-LED 클러스터에 국한되지 않고 2개 이상의 마이크로-LED 클러스터의 전사를 포함할 수 있다. 2개 이상의 마이크로-LED 클러스터를 전사하면 디스플레이의 제조 효율을 높이고 제조 비용을 낮출 수 있다. 그 다음에 단계 1010에서 기판은 디스플레이 패널로부터 들어올려질 수 있다. 단계 1012에서, 기판의 새로운 위치가 제1 위치 또는 접촉 전사 단계가 완료되었던 임의의 기타 이전 위치와 실질적으로 중첩되지 않도록 기판은 디스플레이 패널에 대한 새로운 위치로 이동될 수 있다. 단계 1014에서, 적어도 하나 이상의 제2 마이크로-LED 클러스터는 디스플레이 패널 상의 적어도 하나 이상의 제2 전기 커넥터와 정렬되고 다음에 단계 1016에서 적어도 하나 이상의 제2 마이크로-LED 클러스터가 적어도 하나 이상의 제2 전기 커넥터와 접촉하도록 기판은 디스플레이 패널을 향해 하강된다. 단계 1018에서 적어도 하나 이상의 제2 마이크로-LED 클러스터가 기판으로부터 해제된다. 이전에 논의된 바와 같이, 이 단계에서 마이크로-LED 클러스터의 전사는 단일 마이크로-LED 클러스터로 제한되는 것은 아니며 두 개 이상의 마이크로-LED 클러스터의 전사를 포함할 수 있다. 2개 이상의 마이크로-LED 클러스터를 전사하면 디스플레이의 제조 효율을 높이고 제조 비용을 낮출 수 있다. 단계 1020에서, 공정은 새로운 위치가 임의의 이전 위치와 실질적으로 중첩되지 않도록 디스플레이 패널에 대한 새로운 위치(예를 들어, 제3 위치 또는 그 이상의 위치)로 기판을 들어 올리고 이동시키는 것을 계속할 수 있다. 공정은 단계 1022에서 종료된다.
전술한 내용은 본 발명을 설명하는 것이며 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 예시적인 실시예가 설명되었지만, 통상의 기술자는 본 발명의 신규한 교시 및 장점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고 예시적인 실시예에서 많은 수정이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다.
특징들의 조합
위에서 설명한 특징뿐만 아니라 아래에서 청구하는 특징은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 방식으로 조합될 수 있다. 다음에 열거하는 예들은 몇 가지 가능한 비제한적인 조합을 보여준다.
(A1) 복수의 마이크로-LED 클러스터를 기판으로부터 디스플레이 패널에 전사하는 방법은 복수의 마이크로-LED 클러스터를 기판 상에 제작 또는 로딩하는 단계, 각각의 마이크로-LED 클러스터는 2개 이상의 마이크로-LED를 포함함; 기판을 제1 위치에 위치시키는 단계, 복수의 마이크로-LED 클러스터 중 제1 클러스터는 디스플레이 패널 상에 배치된 전기 커넥터의 제1 클러스터와 정렬됨; 제1 마이크로-LED 클러스터가 제1 전기 커넥터와 접촉하도록 기판을 디스플레이 패널 쪽으로 이동시키는 단계; 및 기판으로부터 제1 마이크로-LED 클러스터를 해제하는 단계를 포함한다.
(A2) (A1)의 실시예에서, 각각의 마이크로-LED 클러스터는 제1 컬러를 방출하도록 구성된 마이크로-LED 및 제2 컬러를 방출하도록 구성된 마이크로-LED를 포함한다.
(A3) 실시예 (A1) 또는 실시예 (A2) 중 하나에서, 각각의 마이크로-LED 클러스터는 제3 컬러를 방출하도록 구성된 마이크로-LED를 또한 포함한다.
(A4) 상기 방법을 또한 포함하는 실시예 (A1) 내지 (A4) 중 어느 하나는 기판을 디스플레이 패널로부터 멀어지게 이동시키는 단계; 기판이 제2 위치에 위치하도록 디스플레이 패널에 대해 기판을 이동시키는 단계, 제2 위치는 제1 위치와 중첩되지 않음; 적어도 제2 복수의 마이크로-LED 클러스터를 디스플레이 패널 상에 배치된 적어도 제2 복수의 전기 커넥터와 정렬하는 단계; 제2 복수의 마이크로-LED 클러스터가 제2 복수의 전기 커넥터와 접촉하도록 기판을 디스플레이 패널 쪽으로 이동시키는 단계; 및 기판으로부터 제2 복수의 마이크로-LED 클러스터를 해제하는 단계를 포함한다.
(A5) 실시예(A1) 내지 (A5) 중 어느 하나에서, 각각의 마이크로-LED 클러스터는 집적 회로를 또한 포함한다.
(B1) 복수의 마이크로-LED 및 집적 회로를 포함하는 마이크로-LED 클러스터는 복수의 마이크로-LED와 전기적으로 결합되는 전기적 상호연결부를 포함한다.
(B2) (B1)의 실시예에서, 집적 회로는 복수의 마이크로-LED에 접합된다.
(B3) 실시예 (B1) 또는 (B2) 중 어느 하나에서, 집적 회로는 복수의 마이크로-LED와 함께 모놀리식으로 형성된다.
(B4) 실시예 (B1) 내지 (B4) 중 어느 하나에서, 집적 회로는 디스플레이 패널 상의 전기 회로와 결합된다.
(B5) 실시예 (B1) 내지 (B5) 중 어느 하나에서, 집적 회로는 패시브 디스플레이 패널과 결합된다.
(B6) 실시예 (B1) 내지 (B6) 중 어느 하나는 복수의 마이크로-LED와 결합되는 마이크로 렌즈를 또한 포함한다.
(B7) 실시예 (B1) 내지 (B7) 중 어느 하나는 복수의 마이크로-LED와 결합되는 복수의 마이크로 렌즈를 또한 포함한다.
따라서, 많은 상이한 실시예들이 상기 설명 및 도면들에서 유래한다. 이러한 실시예의 모든 조합 및 하위 조합을 문자 그대로 설명하고 예시하는 것은 지나치게 반복적이고 혼란스러울 것이라는 점을 이해할 것이다. 그러므로, 도면을 포함하는 본 명세서는 여기에 기술된 실시예, 제조하고 사용하는 방식 및 프로세스의 모든 조합 및 하위 조합에 대한 완전한 서면 설명을 구성하는 것으로 해석되어야 하며, 그러한 모든 조합 또는 하위 조합에 대한 청구를 뒷받침할 것이다.
Claims (12)
- 기판으로부터 디스플레이 패널에 복수의 마이크로-LED 클러스터를 전사하는 방법에 있어서,
복수의 마이크로-LED 클러스터를 기판 상에 제작 또는 로딩하는 단계, 여기서 각각의 마이크로-LED 클러스터는 2개 이상의 마이크로-LED를 포함함;
기판을 제1 위치에 위치시키는 단계, 여기서 제1 복수의 마이크로-LED 클러스터는 디스플레이 패널 상에 배치된 제1 클러스터의 전기 커넥터와 정렬됨;
제1 마이크로-LED 클러스터가 제1 전기 커넥터와 접촉하도록 기판을 디스플레이 패널 쪽으로 이동시키는 단계; 및
제1 마이크로-LED 클러스터를 기판으로부터 해제하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
각각의 마이크로-LED 클러스터는 제1 컬러를 발광하도록 구성된 마이크로-LED 및 제2 컬러를 발광하도록 구성된 마이크로-LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제2항에 있어서,
각각의 마이크로-LED 클러스터는 제3 컬러를 발광하도록 구성된 마이크로-LED를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
기판을 디스플레이 패널로부터 멀어지게 이동시키는 단계;
기판이 제2 위치에 위치되도록 기판을 디스플레이 패널에 대해 이동시키는 단계, 여기서 제2 위치는 제1 위치와 중첩되지 않음;
적어도 제2 복수의 마이크로-LED 클러스터를 디스플레이 패널 상에 배치된 적어도 제2 복수의 전기 커넥터와 정렬하는 단계;
제2 복수의 마이크로-LED 클러스터가 제2 복수의 전기 커넥터와 접촉하도록 기판을 디스플레이 패널 쪽으로 이동시키는 단계; 및
제2 복수의 마이크로-LED 클러스터를 기판으로부터 해제하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
각각의 마이크로-LED 클러스터는 집적 회로를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 복수의 마이크로-LED 및 집적 회로를 포함하는 마이크로-LED 클러스터에 있어서,
집적 회로는 복수의 마이크로-LED와 전기적으로 결합된 전기 상호연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로-LED 클러스터. - 제6항에 있어서,
집적 회로는 복수의 마이크로-LED에 접합되는 것을 특징으로 하는 마이크로-LED 클러스터. - 제6항에 있어서,
집적 회로는 복수의 마이크로-LED와 함께 모놀리식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로-LED 클러스터. - 제6항에 있어서,
집적 회로는 디스플레이 패널 상의 전기 회로와 결합되는 것을 특징으로 하는 마이크로-LED 클러스터. - 제6항에 있어서,
집적 회로는 패시브 디스플레이 패널과 결합되는 것을 특징으로 하는 마이크로-LED 클러스터. - 제6항에 있어서,
복수의 마이크로-LED와 결합되는 마이크로 렌즈를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로-LED 클러스터. - 제6항에 있어서,
복수의 마이크로-LED와 결합되는 복수의 마이크로 렌즈를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로-LED 클러스터.
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