WO2025159404A1 - 브러싱을 이용한 마이크로 소자의 자가 배열 방법 및 전사 방법 - Google Patents

브러싱을 이용한 마이크로 소자의 자가 배열 방법 및 전사 방법

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WO2025159404A1
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micro
elements
arranging
substrate
regions
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PCT/KR2025/000396
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French (fr)
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이승모
람도반
응우옌비엣푸옹
응우옌냣찌에우우옌
김재현
장봉균
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Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
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Korea Institute of Machinery and Materials KIMM
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Publication date
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    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a method for arranging micro-elements, and more specifically, to a method for self-arranging micro-elements using brushing and a transfer method.
  • micro-sized light-emitting diodes have been used in lighting and display devices.
  • Pick-and-place methods are used to transfer these micro-LEDs onto a substrate.
  • this transfer method is becoming a constraint on productivity.
  • alignment methods using electric fields alignment methods using magnetic fields, and alignment methods using self-assembly are being studied to transfer micro-luminescent elements or align them before the transfer process.
  • the technical problem of the present invention is conceived from this point of view, and is to provide a self-arrangement method that can easily align micro devices such as light-emitting devices.
  • Another object of the present invention is to provide a method for transferring a micro device using the self-arrangement method.
  • a method for arranging micro-elements includes the steps of preparing an array substrate including a plurality of first regions having hydrophilic surfaces on a plan view and a second region surrounding the first regions and having a hydrophobic surface, a step of dropping a plurality of micro-elements dispersed in a liquid onto the array substrate, and a step of arranging the micro-elements aligned in a vertical direction and a horizontal direction on the first regions by brushing on the array substrate.
  • the array substrate includes a base substrate having a hydrophilic surface and a bank disposed on the base substrate and having openings corresponding to the first regions.
  • the step of preparing the array substrate includes the step of forming a photosensitive layer by coating a photoresist composition on a base substrate, the step of partially exposing the photosensitive layer, and the step of developing the photosensitive layer to form a bank having openings.
  • the micro device comprises a micro light emitting diode having a P electrode and an N electrode arranged on the same surface.
  • the liquid comprises a hydrophilic solvent.
  • the liquid comprises alcohol
  • the first region has a rectangular shape, and the brushing is performed in a direction parallel to the long side of the rectangle.
  • the flexural rigidity of the fiber of the brush is 0.1 mN-mm 2 /tex 2 or less, and the aspect ratio is 500 to 2,000.
  • the brush comprises artificial hair.
  • the ends of the fibers of the brush have a flat shape.
  • the array substrate includes an electrode array disposed on the first regions.
  • the microdevice has a flip-chip form and has an asymmetrical structure in cross-section.
  • the micro-device includes at least a substrate and an external electrode, and has a first side defined by an exposed surface of the substrate, and a second side opposite the first side and on which the external electrode is exposed, and after alignment by brushing, the first side of the micro-device faces the base substrate.
  • a method for transferring a micro device includes the steps of preparing an array substrate including a plurality of first regions having hydrophilic surfaces on a plan view and a second region surrounding the first regions and having a hydrophobic surface, dropping a plurality of micro devices dispersed in a liquid onto the array substrate, arranging the micro devices aligned in a vertical direction and a horizontal direction on the first regions by brushing on the array substrate, transferring the micro devices aligned on the first regions onto a carrier substrate, and transferring the micro devices on the carrier substrate to a transfer substrate including an electrode array.
  • the efficiency of the alignment process and assembly process of the micro light-emitting device can be significantly increased.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a self-arrangement method of micro devices according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a rotation direction for alignment of a micro device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating an alignment substrate used in a self-arrangement method of micro devices according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view taken along line I-I’ of Figure 2.
  • FIG. 5 illustrates a cross-section of a micro light-emitting diode that can be used in a self-arrangement method of micro devices according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an alignment step through brushing in a self-arrangement method of a micro device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating an alignment step through brushing in a self-arrangement method of a micro device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view illustrating an alignment step through brushing in a self-arrangement method of a micro device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method for transferring a micro device according to one embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a flowchart schematically illustrating a process for manufacturing an array substrate.
  • FIG. 11a is a photograph of micro light emitting diodes aligned on an array substrate after the brushing step of Example 1.
  • Figure 11b is a photograph of micro light emitting diodes aligned on an array substrate after the brushing step of Comparative Example 1.
  • Figure 12 is a photograph showing the brushes used in the experiment of the present invention.
  • Fig. 1 is a schematic diagram illustrating a self-alignment method of micro devices according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a schematic diagram illustrating a rotation direction for aligning micro devices according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is a plan view illustrating an alignment substrate used in a self-alignment method of micro devices according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 4 is a cross-sectional view taken along line II’ of Fig. 2.
  • a dispersion liquid having microelements dispersed therein is provided on a substrate having a plurality of first regions and second regions surrounding the first regions.
  • the microelements provided on the substrate are brushed in one direction.
  • the solvent (dispersing medium) of the dispersion liquid is removed to form an aligned microelement array.
  • the substrate may be referred to as an aligned substrate.
  • the micro device when the micro device is a micro light-emitting diode having a flip-chip structure, it needs to be connected to the electrode array of the substrate during the alignment process or through transfer after alignment. Accordingly, the micro device needs to be aligned in three aspects. Specifically, the horizontal positions (X-Y positions) of the micro devices need to be aligned, the upper or lower surfaces of the micro devices need to be vertically aligned so that they face a certain direction, and the horizontal direction (the order of the P electrode and the N electrode) of the micro devices needs to be aligned in a certain direction.
  • the horizontal direction the order of the P electrode and the N electrode
  • the alignment substrate (100) includes a first region (110) and a second region (120).
  • the first regions (110) may be arranged in a matrix form within the second region (120) on a plan view.
  • the first region (110) may have a shape extending in one direction.
  • the first region (110) may have a rectangular shape having a long side (S1) parallel to the first direction (D1) and a short side (S2) parallel to a second direction (D2) intersecting the first direction (D1).
  • S1 long side
  • S2 short side
  • D2 second direction
  • embodiments of the present invention are not limited thereto, and the first region (110) may have another polygonal shape, such as a square.
  • the first region (110) may have hydrophilicity
  • the second region (120) may have hydrophobicity
  • embodiments of the present invention are not limited thereto, and considering the properties of the solvent (dispersion medium) in which the micro device is dispersed, the first region (110) may be formed to have hydrophobicity, and the second region (120) may be formed to have hydrophilicity.
  • the first region (110) can form a well structure by having a lower height than the second region (120) surrounding the first region (110).
  • a bank (104) having an opening corresponding to the first region (110) can be formed on a base substrate (102), and the surface of the base substrate (102) has hydrophobicity, and by having the surface of the bank (104), a first region (110) and a second region (120) having different characteristics can be defined.
  • the array substrate (100) can be manufactured through a photolithography process.
  • a photosensitive layer is formed by applying a photoresist composition on a silicon substrate.
  • a portion corresponding to the first region (110) is masked (shielded), and a portion corresponding to the second region (120) is exposed to light, and then the unexposed portion is removed through development.
  • the upper surface of the silicon substrate is exposed to form a hydrophilic region
  • a hydrophobic region may be formed.
  • embodiments of the present invention are not limited thereto, and a structure having a hydrophilic well may be formed by various known methods.
  • a glass substrate may be used instead of a silicon substrate.
  • the surface of the first region or the second region may be modified to have desired characteristics through hydrophilic treatment or hydrophobic treatment.
  • the micro device may be a micro light-emitting diode (LED).
  • the micro light-emitting diode may have a flip-chip configuration in which two external electrodes are arranged on one surface.
  • Fig. 5 illustrates a cross-section of a micro light-emitting diode that can be used in a self-arrangement method of a micro device according to one embodiment of the present invention.
  • a micro light emitting diode (200) may include a substrate (210), a first semiconductor layer (220), an active layer (230), a second semiconductor layer (240), an internal electrode (250), a Bragg reflective layer (260), and an external electrode.
  • the external electrode includes a first external electrode (270) electrically connected to the first semiconductor layer (220) and a second external electrode (280) electrically connected to the second semiconductor layer (240).
  • the first external electrode (270) and the second external electrode (280) may be disposed on the same surface.
  • the substrate (210) may be a sapphire substrate.
  • the first semiconductor layer (220) may include n-GaN, and the second semiconductor layer (240) may include p-GaN.
  • the active layer (230) may have a multiple quantum well (MQW) or single quantum well (SQW) structure.
  • the internal electrode (250) may include a conductive oxide such as ITO.
  • micro light emitting diode may have a rectangular shape in a plan view.
  • embodiments of the present invention are not limited thereto, and the micro light emitting diode may have other polygonal shapes, such as a square shape.
  • the structure of the micro light-emitting diode illustrated in FIG. 5 is exemplary, and embodiments of the present invention are not limited thereto, and various other known flip-chip type bike light-emitting diodes can be used in the present invention.
  • Fig. 6 is a schematic diagram illustrating an alignment step through brushing in a self-arrangement method for micro devices according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 7 is a plan view illustrating an alignment step through brushing in a self-arrangement method for micro devices according to one embodiment of the present invention.
  • Fig. 8 is a side view illustrating an alignment step through brushing in a self-arrangement method for micro devices according to one embodiment of the present invention.
  • micro-elements provided on an alignment substrate are brushed.
  • the brushing is performed in one direction.
  • the brushing may be performed in a direction parallel to the long side of the first region.
  • the micro device (200) Since the micro device (200) has a flip-chip form, it has an asymmetrical structure in cross-section. Accordingly, the center of gravity (WS) of the micro device may have an eccentric structure so as to be closer to one of the two opposite sides, that is, closer to the P electrode (280) or the N electrode (270). In this case, the area adjacent to the center of gravity (WS) may be heavier than the remaining area, and thus may have greater frictional force. When a horizontal external force is applied to the side surface of the micro device through contact with the fiber (300) of the brush, the micro device (200) may rotate based on the center of gravity (WS).
  • the direction in which the horizontal force is applied becomes perpendicular to the first side (L1) that is closer to the center of gravity (WS), and when the horizontal force is applied to the first side (L1), it is difficult to generate a rotational torque, and therefore the micro device (200) may not substantially rotate. Accordingly, the micro elements can be aligned in a certain direction.
  • micro elements (200) are dispersed in a hydrophilic liquid, when they are moved by the horizontal force and placed on the first region (110), they can be easily captured within the well structure of the first region (110).
  • the thickness (height) of the micro device (200) is greater than the depth of the well structure.
  • the first surface defined by the substrate (210) of the micro device (200) and the second surface mainly defined by the external electrodes (270, 280) of the micro device (200) may have different affinities (water contact angles) for the hydrophilic surface.
  • the substrate (210) of the micro device (200) includes sapphire and the external electrodes (270, 280) of the micro device (200) include a metal such as gold (Au)
  • the first surface corresponding to the substrate of the micro device (200) may have a greater affinity for the upper surface of the silicon substrate defining the hydrophilic surface.
  • the micro device (200) is dispersed in a liquid and is in a fluid state, it is easy to be flipped upside down. Therefore, there is a high possibility that the first surface of the micro device (200) will come into contact with the hydrophilic surface.
  • the first surface of the micro device (200) comes into contact with the hydrophilic surface of the first region (110), the first surface of the micro device (200) and the hydrophilic surface of the first region (110) can be relatively strongly bonded. Therefore, even if a horizontal force is applied by brushing, the position of the micro device (200) can be maintained within the well structure.
  • the second surface of the micro device (200) comes into contact with the hydrophilic surface of the first region (110)
  • the second surface of the micro device (200) and the hydrophilic surface of the first region (110) may be relatively weakly bonded. Therefore, when a horizontal force is applied by brushing, the micro device (200) may come out of the well structure by a counter force or rotational torque.
  • the micro device (200) that has moved out of the well structure may repeat the step of being horizontally aligned by brushing again and captured in the well structure, and when the first surface of the micro device (200) comes into contact with the hydrophilic surface of the first region (110), the micro device (200) may be stably fixed in the well structure.
  • the first region (110) and the micro device (200) may be designed to have an appropriate ratio and shape.
  • the ratio of the long side of the first region (110) to the long side of the micro device (200) may be 1.1 to 1.5
  • the ratio of the short side of the first region (110) to the short side of the micro device (200) may be 1.1 to 1.8.
  • the ratio of the height of the micro device (200) to the depth of the well structure may be 1.1 to 1.3. If the height of the micro device (200) is too small, the vertical alignment process may not be performed, and if it is too large, the efficiency of the alignment process may be reduced as the micro device (200) aligned within the well structure may fall out of the well structure.
  • the fiber of the brush needs to have appropriate physical properties.
  • the brush is soft.
  • the aspect ratio of the fiber of the brush may be 500 to 2,000. If the flexural rigidity of the brush is too low or the aspect ratio is too large, the efficiency of horizontal alignment may be reduced. In addition, if the flexural rigidity of the brush is too large or the aspect ratio is too small, the microelements settled within the well structure may be detached again, or scratches may occur on the pattern surface.
  • the brush may be desirable for the brush to have a flat (close to a straight line) shape at the end of the connecting line rather than an arc or parabola.
  • synthetic hair may be used as the fiber of the brush.
  • the synthetic hair may be formed of polyamide, polyester, modacryl, polyvinyl chloride, or the like.
  • the fiber of the brush may be polyester fiber.
  • the dispersion may include various types of liquids that do not corrode or damage the micro light-emitting element.
  • the liquid may include water, ethanol, isopropyl alcohol, ketone, acetone, etc. If the first region (110) is hydrophilic, the liquid may include a hydrophilic solvent such as water, ethanol, isopropyl alcohol, etc.
  • the dispersion may contain alcohol.
  • the dispersion rapidly evaporates before the drying process, thereby increasing the adhesive force at the contact surface between the micro device (200) and the first region (110), thereby allowing the micro device (200) to be stably placed on the first region (110).
  • a drying process may be performed to remove the solvent from the above dispersion.
  • Various known methods such as heating, hot air drying, and natural drying, may be used for the drying process.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method for transferring a micro device according to one embodiment of the present invention.
  • micro-elements aligned on an array substrate (100) according to the arrangement method described above are transferred to a first carrier substrate (410).
  • the micro-elements are transferred to a second carrier substrate (420) to expose external electrodes.
  • the micro-elements are transferred from the second carrier substrate (420) to a transfer substrate (430) having an electrode array (432).
  • micro-elements are aligned in the same horizontal and vertical directions with external electrodes through horizontal and vertical alignment. Therefore, they can be transferred in large quantities onto a transfer substrate (430) having an electrode array (432). Therefore, the efficiency of the transfer process of the micro-elements can be significantly improved.
  • the micro-elements are aligned on the array substrate and then transferred to the transfer substrate again using the carrier substrate.
  • the embodiments of the present invention are not limited thereto.
  • the array substrate may be used as a carrier substrate to directly transfer to the transfer substrate.
  • the array substrate includes an electrode array arranged on the bottom of the well structure, and by adjusting the physical properties so that the electrode surface of the micro-element faces the electrode array, the micro-element may be directly assembled to the array substrate on which the wiring and electrodes are formed.
  • the efficiency of the alignment and assembly processes of micro light-emitting devices can be significantly increased by manufacturing micro devices with specific shapes or aligning the vertical and horizontal directions of flip-chip light-emitting diodes through a simple process without complex process control.
  • Fig. 10 is a flowchart schematically illustrating a process for manufacturing an array substrate.
  • a negative photoresist composition SU-8
  • SU-8 negative photoresist composition
  • UV exposure was performed using a mask in which 50 x 50 light-shielding areas of 260 ⁇ m x 170 ⁇ m were arranged
  • post-baking was performed for 5 minutes.
  • a photosensitive layer that was not exposed was removed using a developer, thereby preparing an array substrate having a patterned layer with an opening on the silicon substrate.
  • a dispersion solution (containing 1:1 water and isopropyl alcohol as solvent) containing 2,500 micro light-emitting diodes (Photonstar) of 200 ⁇ m x 100 ⁇ m x 80 ⁇ m (length x width x height) was dropped, and brushing was performed (2-3 times per second for about 1 minute) in the long side direction of the opening of the array substrate using a foundation brush (Picasso) with a fiber diameter of about 10 ⁇ m and a length of about 10mm.
  • a foundation brush (Picasso) with a fiber diameter of about 10 ⁇ m and a length of about 10mm.
  • FIG. 11a is a photograph of micro light emitting diodes aligned on an array substrate after the brushing step of Example 1
  • FIG. 11b is a photograph of micro light emitting diodes aligned on an array substrate after the brushing step of Comparative Example 1.
  • Example 1 using a soft brush it was confirmed that micro light-emitting diodes were arranged in all wells (7 x 5), and were 100% aligned in the vertical direction (with the external electrodes facing upward) and more than 80% aligned in the horizontal direction (29/35).
  • the probability that micro light-emitting diodes were arranged in the wells was approximately 50%, and it was confirmed that scratches occurred in the pattern.
  • Figure 12 is a photograph illustrating brushes used in the experiments of the present invention.
  • brushes eye shadow, smudge, brow, and above Cosmaple, Example 1 with flat ends (the lines connecting the fiber ends are close to straight lines) can stably align micro-elements more than brushes (powder, contour, blusher, foundation, fan, blending, concealer, and above Cosmaple) with non-flat ends (the lines connecting the fiber ends form an arc or parabola).
  • the present invention can be used in the manufacture of various electronic devices and lighting devices using micro elements, and specifically, can be used in the manufacture of backlights, micro light-emitting diode displays, etc.

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  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

개시된 마이크로 소자의 배열 방법은, 평면도 상에서 친수성 표면을 갖는 복수의 제1 영역들 및 상기 제1 영역들을 둘러싸며 소수성 표면을 갖는 제2 영역을 포함하는 어레이 기판을 준비하는 단계, 상기 어레이 기판 위에 액체에 분산된 복수의 마이크로 소자를 적하하는 단계, 및 상기 어레이 기판 상에서 브러싱하여 상기 제1 영역들 상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬된 상기 마이크로 소자들을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 배열 방법에 따르면, 간단한 공정으로 플립칩 발광 다이오드의 수직 방향과 수평 방향을 정렬함으로써 마이크로 발광 소자의 정렬 공정 및 조립 공정의 효율성을 크게 증가시킬 수 있다.

Description

브러싱을 이용한 마이크로 소자의 자가 배열 방법 및 전사 방법
본 발명은 마이크로 소자의 배열 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 브러싱을 이용한 마이크로 소자의 자가 배열 방법 및 전사 방법에 관한 것이다.
최근, 마이크로 단위의 발광 소자(발광 다이오드)를 조명 장치 및 표시 장치에 이용하고 있다. 이러한 마이크로 발광 소자를 기파에 전사하는 방법으로서, 픽 앤 플레이스(pick and place) 방법이 사용되고 있으나, 마이크로 발광소자의 크기가 작아지고 표시 장치 또는 조명 장치의 사이즈가 커짐에 따라 이러한 전사 방법은 생산성을 제약하는 요소가 된다.
이에 따라, 마이크로 발광 소자를 전사하거나, 전사 공정 전에 정렬하기 위하여, 전기장을 이용한 정렬 방법, 자기장을 이용한 정렬 방법, 자가 조립을 이용한 정렬 방법 등이 연구되고 있다.
그러나, 전기장을 이용한 방법의 경우, 정밀한 위치 제어가 어려우며, 특정 소자나 물질에 대한 전사 효율이 낮아질 수 있다. 또한, 자기장을 이용한 방법의 경우, 자기장을 인가하기 위한 거리 제한이 있어, 정밀성과 효율을 유지하는 것이 용이하지 않다. 또한, 자가 조립을 이용한 경우, 특정한 구조의 발광 소자가 필요하거나 복잡한 제어 방법이 필요하다.
본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 발광 소자와 같은 마이크로 소자를 용이하게 정렬할 수 있는 자가 배열 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 자가 배열 방법을 이용한 마이크로 소자의 전사 방법을 제공하기 위한 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급된 과제에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 배열 방법은, 평면도 상에서 친수성 표면을 갖는 복수의 제1 영역들 및 상기 제1 영역들을 둘러싸며 소수성 표면을 갖는 제2 영역을 포함하는 어레이 기판을 준비하는 단계, 상기 어레이 기판 위에 액체에 분산된 복수의 마이크로 소자를 적하하는 단계, 및 상기 어레이 기판 상에서 브러싱하여 상기 제1 영역들 상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬된 상기 마이크로 소자들을 배치하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 어레이 기판은, 친수성 표면을 갖는 베이스 기판 및 상기 베이스 기판 위에 배치되며, 상기 제1 영역들에 대응하는 개구부들을 갖는 뱅크를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 어레이 기판을 준비하는 단계는, 베이스 기판 상에 포토레지스트 조성물을 코팅하여 감광층을 형성하는 단계, 상기 감광층을 부분적으로 노광하는 단계, 및 상기 감광층을 현상하여, 개구부들을 갖는 뱅크를 형성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 소자는, 동일한 면에 배치된 P 전극과 N 전극을 갖는 마이크로 발광 다이오드를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 액체는 친수성 용매를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 액체는 알코올을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 영역은 직사각형 형상을 가지며, 상기 브러싱은 상기 직사각형의 장변에 평행한 방향으로 수행된다.
일 실시예에 따르면, 상기 브러시의 섬유의 굽힘 강성(flexural rigidity)은 0.1 mN-mm2/tex2 이하이고, 종횡비(aspect ratio)는 500 내지 2,000이다.
일 실시예에 따르면, 상기 브러시는 인조모를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 브러시의 섬유의 끝단은 납작한 형태를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 상기 어레이 기판은 상기 제1 영역들 상에 배치된 전극 어레이를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 소자는 플립칩 형태를 가지며 단면도 상에서 비대칭 구조를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 소자는 기판 및 외부 전극을 적어도 포함하고, 상기 기판의 노출된 표면에 의해 정의되는 제1 면과, 상기 제1 면과 반대되며 외부 전극이 노출되는 제2 면을 가지며, 브러싱에 의해 정렬된 후, 상기 마이크로 소자의 제1 면이 상기 베이스 기판을 향한다.
본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 전사 방법은, 평면도 상에서 친수성 표면을 갖는 복수의 제1 영역들 및 상기 제1 영역들을 둘러싸며 소수성 표면을 갖는 제2 영역을 포함하는 어레이 기판을 준비하는 단계, 상기 어레이 기판 위에 액체에 분산된 복수의 마이크로 소자를 적하하는 단계, 상기 어레이 기판 상에서 브러싱하여 상기 제1 영역들 상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬된 상기 마이크로 소자들을 배치하는 단계, 상기 제1 영역들 상에 정렬된 상기 마이크로 소자들을 캐리어 기판 상에 전사하는 단계 및 상기 캐리어 기판 상의 상기 마이크로 소자들을, 전극 어레이를 포함하는 전사 기판에 전사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명의 실시예들에 따르면, 특이적 형태의 마이크로 소자를 제작하거나. 복잡한 공정 제어 없이, 간단한 공정으로 플립칩 발광 다이오드의 수직 방향과 수평 방향을 정렬함으로써 마이크로 발광 소자의 정렬 공정 및 조립 공정의 효율성을 크게 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 정렬을 위한 회전 방향을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에 사용되는 정렬 기판을 설명하기 위한 평면도이다.
도 4는 도 2의 I-I’선에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에 사용될 수 있는 마이크로 발광 다이오드의 단면을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에서 브러싱을 통한 정렬 단계를 도시한 모식도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에서 브러싱을 통한 정렬 단계를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에서 브러싱을 통한 정렬 단계를 도시한 측면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 전사 방법을 도시한 단면도이다.
도 10은 어레이 기판을 제작하기 위한 과정을 모식적으로 도시한 순서도이다.
도 11a는 실시예 1의 브러싱 단계 이후 어레이 기판에 정렬된 마이크로 발광 다이오드들의 사진이다.
도 11b는 비교예 1의 브러싱 단계 이후 어레이 기판에 정렬된 마이크로 발광 다이오드들의 사진이다.
도 12는 본 발명의 실험에 이용된 브러시들을 도시한 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법 및 전사 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법을 설명하기 위한 모식도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 정렬을 위한 회전 방향을 설명하기 위한 모식도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에 사용되는 정렬 기판을 설명하기 위한 평면도이다. 도 4는 도 2의 I-I’선에 따른 단면도이다.
도 1을 참조하면, 먼저, 복수의 제1 영역 및 상기 제1 영역들을 둘러싸는 제2 영역을 갖는 기판 위에 마이크로 소자들이 분산된 분산액을 제공한다. 상기 기판 위에 제공된 마이크로 소자들을 일 방향으로 브러싱한다. 상기 브러싱에 따라, 상기 마이크로 소자들은 상기 제1 영역들 상에 배치된다. 상기 분산액의 용매(분산매)를 제거하여 정렬된 마이크로 소자 어레이를 형성한다. 이하에서 상기 기판은 정렬 기판으로 지칭될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 상기 마이크로 소자가 플립칩 구조의 마이크로 발광 다이오드인 경우, 정렬 과정에서 또는 정렬 후의 전사를 통해 기판의 전극 어레이와 연결될 필요가 있다. 이에 따라, 상기 마이크로 소자는 세가지 측면에서 정렬될 필요가 있다. 구체적으로, 상기 마이크로 소자들의 수평 위치(X-Y 위치)가 정렬되어야 하며, 상기 마이크로 소자의 상면 또는 하면이 일정한 방향을 향하도록 수직 정렬되어야 하며, 또한, 상기 마이크로 소자의 수평 방향(P전극과 N전극의 순서)이 일정한 방향으로 정렬될 필요가 있다. 이하에서는 위의 세가지 정렬을 달성할 수 있는 구체적인 구성에 대하여 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 상기 정렬 기판(100)은 제1 영역(110) 및 제2 영역(120)을 포함한다. 예를 들어, 상기 제1 영역(110)들은, 평면도 상에서 상기 제2 영역(120) 내에 매트릭스 형태로 배치될 수 있다.
상기 제1 영역(110)은 일 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 영역(110)은 제1 방향(D1)과 평행한 장변(S1)과 상기 제1 방향(D1)과 교차하는 제2 방향(D2)과 평행한 단변(S2)을 갖는 직사각형 형태를 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 상기 제1 영역(110)은 정사각형 등 다른 다각형 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 영역(110)은 친수성을 가질 수 있고, 상기 제2 영역(120)은 소수성을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 상기 마이크로 소자가 분산된 용매(분산매)의 성질을 고려하여, 상기 제1 영역(110)은 소수성을 갖고, 상기 제2 영역(120)은 친수성을 갖도록 형성될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 상기 제1 영역(110)은, 상기 제1 영역(110)을 둘러싸는 상기 제2 영역(120)보다 낮은 높이를 가짐으로써 웰 구조를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 베이스 기판(102) 위에, 상기 제1 영역(110)에 대응하는 개구부를 갖는 뱅크(104)를 형성할 수 있으며, 상기 베이스 기판(102)의 표면은 소수성을 가지고, 상기 뱅크(104)의 표면을 가짐으로써, 서로 다른 특성을 갖는 제1 영역(110) 및 제2 영역(120)을 정의할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 어레이 기판(100)은 포토리소그라피 공정을 통해 제작될 수 있다.
예를 들어, 실리콘 기판 위에, 포토레지스트 조성물을 도포하여 감광층을 형성한다. 상기 감광층에서 상기 제1 영역(110)에 대응하는 부분을 마스킹(차광)하고, 상기 제2 영역(120)에 대응하는 부분이 광에 노출되도록 노광한 후, 현상을 통해 비노광된 부분을 제거한다. 이에 따라, 상기 제1 영역(110)에서는 상기 실리콘 기판의 상면이 노출되어 친수성 영역이 형성되며, 상기 포토레지스트로 커버된 제2 영역에서는 소수성 영역이 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 알려진 다양한 방법으로 친수성 웰을 갖는 구조가 형성될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 기판 대신 유리 기판이 사용될 수도 있다. 또한, 패턴을 형성한 후, 친수 처리 또는 소수 처리를 통해 원하는 특성을 갖도록 제1 영역 또는 제2 영역의 표면을 개질할 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 소자는, 마이크로 발광 다이오드(LED)일 수 있다. 구체적으로, 상기 마이크로 발광 다이오드는 일면에 두 외부 전극이 배치되는 플립칩 형태를 가질 수 있다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에 사용될 수 있는 마이크로 발광 다이오드의 단면을 도시한다.
도 5를 참조하면, 마이크로 발광 다이오드(200)는 기판(210), 제1 반도체층(220), 활성층(230), 제2 반도체층(240), 내부 전극(250), 브래그 반사층(260) 및 외부 전극을 포함할 수 있다. 상기 외부 전극은 상기 제1 반도체층(220)과 전기적으로 연결되는 제1 외부 전극(270) 및 상기 제2 반도체층(240)과 전기적으로 연결되는 제2 외부 전극(280)을 포함한다. 상기 제1 외부 전극(270) 및 상기 제2 외부 전극(280)은 동일한 면에 배치될 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(210)은 사파이어 기판일 수 있다. 상기 제1 반도체층(220)은 n-GaN을 포함할 수 있고, 상기 제2 반도체층(240)은 p-GaN을 포함할 수 있다. 상기 활성층(230)은 다중양자우물(MQW) 또는 단일양자우물(SQW) 구조를 가질 수 있다. 상기 내부 전극(250)은 ITO 등과 같은 도전성 산화물을 포함할 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드는 평면도 상에서 직사각형 형상을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 상기 마이크로 발광 다이오드는 정사각형 형상 등과 같은 다른 다각형 형상을 가질 수 있다.
도 5에 도시된 마이크로 발광 다이오드의 구조는 예시적인 것으로서, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 이외에도 알려진 다양한 플립칩 형태의 바이크로 발광 다이오드가 본 발명에 이용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에서 브러싱을 통한 정렬 단계를 도시한 모식도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에서 브러싱을 통한 정렬 단계를 도시한 평면도이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 자가 배열 방법에서 브러싱을 통한 정렬 단계를 도시한 측면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 정렬 기판 상에 제공된 마이크로 소자들을 브러싱한다. 상기 브러싱을 일 방향으로 수행된다. 일 실시예에 따르면, 상기 브러싱은 제1 영역의 장변에 평행한 방향으로 수행될 수 있다.
상기 마이크로 소자(200)는 플립칩 형태를 가짐에 따라, 단면도 상에서 비대칭 구조를 갖는다. 따라서, 상기 마이크로 소자의 무게 중심(WS)은 서로 반대되는 두 변에서 어느 하나에 가깝도록, 즉, P 전극(280) 또는 N 전극(270)에 더 가깝도록 편심 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 무게 중심(WS)에 인접한 영역은 나머지 영역 보다 무거울 수 있으며, 이에 따라 더 큰 마찰력을 가질 수 있다. 이러한 마이크로 소자의 측면에 브러시의 섬유(300)와의 접촉을 통하여 수평 방향의 외력이 가해지면, 상기 마이크로 소자(200)는 무게 중심(WS)을 기준으로 회전할 수 있다. 상기 마이크로 소자(200)가 회전하여, 수평력이 인가되는 방향이, 상기 무게 중심(WS)에 더 가까운 제1 변(L1)에 수직하게 되고, 상기 제1 변(L1)에 상기 수평력이 인가되면, 회전 토크가 발생하기 어려우므로, 상기 마이크로 소자(200)는 실질적으로 회전하지 않을 수 있다. 이에 따라, 상기 마이크로 소자들은 일정한 방향으로 정렬될 수 있다.
또한, 상기 마이크로 소자(200)들은 친수성 액체 내에 분산된 상태이므로, 상기 수평력에 의해 이동하다가 상기 제1 영역(110) 위에 배치되면, 상기 제1 영역(110)의 웰 구조 내에 쉽게 포획될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마이크로 소자(200)의 두께(높이)는 상기 웰 구조의 깊이 보다 크다.
상기 마이크로 소자(200)의 기판(210)에 의해 정의되는 제1 면과, 상기 마이크로 소자(200)의 외부 전극(270, 280)에 의해 주로 정의되는 제2 면은 친수성 표면에 대하여 서로 다른 친화도(물 접촉각)를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 소자(200)의 기판(210)이 사파이어를 포함하고, 상기 마이크로 소자(200)의 외부 전극(270, 280)이 금(Au) 등과 같은 금속을 포함하는 경우, 상기 마이크로 소자(200)의 기판에 대응하는 제1 면이 상기 친수성 표면을 정의하는 실리콘 기판의 상면에 대하여 더 큰 친화도를 가질 수 있다. 또한, 상기 마이크로 소자(200)는 액체에 분산되어 유동적인 상태이므로, 상하 반전이 용이하다. 따라서, 상기 마이크로 소자(200)의 제1 면이 상기 친수성 표면에 접촉하게 될 가능성이 크다.
상기 마이크로 소자(200)의 제1 면이 상기 제1 영역(110)의 친수성 표면에 접촉하는 경우, 상기 마이크로 소자(200)의 제1 면과 상기 제1 영역(110)의 친수성 표면이 상대적으로 강하게 결합할 수 있다. 따라서, 브러싱에 의해 수평력을 받더라도 상기 마이크로 소자(200)의 위치가 상기 웰 구조 내에 유지될 수 있다.
상기 마이크로 소자(200)의 제2 면이 상기 제1 영역(110)의 친수성 표면에 접촉하는 경우, 상기 마이크로 소자(200)의 제2 면과 상기 제1 영역(110)의 친수성 표면이 상대적으로 약하게 결합할 수 있다. 따라서, 브러싱에 의해 수평력을 받는 경우, 부반력 또는 회전 토크에 의해 상기 마이크로 소자(200)가 상기 웰 구조 내에서 빠져나올 수 있다. 웰 구조 밖으로 이동한 마이크로 소자(200)는 다시 브러싱에 의해 수평 정렬되고 웰 구조에 포획되는 단계를 반복할 수 있으며, 상기 마이크로 소자(200)의 제1 면이 상기 제1 영역(110)의 친수성 표면에 접촉하는 경우, 안정적으로 상기 웰 구조 내에 고정될 수 있다.
상기 제1 영역(110)이 상기 마이크로 소자(200)를 1:1로 포획하고, 상기 마이크로 소자(200)의 수평 위치를 정렬할 수 있도록, 상기 제1 영역(110)과 상기 마이크로 소자(200)는 적절한 비율과 형상을 갖도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 소자(200) 및 상기 제1 영역(110)이 장변과 단변을 갖는 직사각형 형상을 갖는 경우, 상기 마이크로 소자(200)의 장변에 대한 상기 제1 영역(110)의 장변의 비율은 1.1 내지 1.5일 수 있으며, 상기 마이크로 소자(200)의 단변에 대한 상기 제1 영역(110)의 단변의 비율은 1.1 내지 1.8일 수 있다.
또한, 상기 마이크로 소자(200)의 효율적인 수직 정렬을 위하여, 상기 웰 구조의 깊이에 대한 상기 마이크로 소자(200)의 높이의 비율은 1.1 내지 1.3일 수 있다. 상기 마이크로 소자(200)의 높이가 과소할 경우, 수직 정렬 과정이 이루어지지 않을 수 있으며, 과다할 경우, 웰 구조 내에서 정렬된 마이크로 소자(200)가 웰 구조 밖으로 이탈함으로써 정렬 공정의 효율이 저하될 수 있다.
또한, 본 발명의 정렬 단계를 수행하기 위하여, 브러시의 섬유는 적절한 물성을 가질 필요가 있다. 예를 들어, 상기 브러쉬는 소프트한 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 상기 브러시의 섬유의 굽힘 강성(flexural rigidity)은 0.1 mN-mm2/tex2 이하일 수 있으며, 일 실시예에 따르면, 0.05 mN-mm2/tex2 내지 0.85 mN-mm2/tex2 이하일 수 있다(tex=g/km). 또한, 상기 브러시의 섬유의 종횡비(aspect ratio)는 500 내지 2,000일 수 있다. 상기 브러시의 굽힘 강성이 너무 낮거나, 종횡비가 너무 큰 경우, 수평 정렬의 효율이 저하될 수 있다. 또한, 상기 브러시의 굽힘 강성이 너무 크거나, 종횡비가 너무 작은 경우, 웰 구조 내에 안착된 마이크로 소자가 다시 이탈되거나, 패턴 표면에 스크래치가 발생할 수 있다.
또한, 상기 브러시는 끝단의 연결 선이 원호나 포물선이 아닌 플랫한(직선에 가까운) 형태를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 브러시의 섬유로 인조모가 사용될 수 있다. 상기 인조모는 폴리아미드, 폴리에스테르, 모다크릴(modacryl), 폴리염화비닐 등으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 상기 브러시의 섬유는 폴리에스테르 섬유일 수 있다.
상기 분산액은, 상기 마이크로 발광 소자를 부식시키거나 손상을 입히지 않는 다양한 종류의 액체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 액체는 물, 에탄올, 이소프로필 알코올, 케톤, 아세톤 등을 포함할 수 있다. 상기 제1 영역(110)이 친수성인 경우, 상기 액체는, 물, 에탄올, 이소프로필 알코올 등과 같은 친수성 용매를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 정렬 공정의 효율을 증가시키기 위하여, 상기 분산액은 알코올을 포함할 수 있다. 상기 분산액이 알콜을 포함하는 경우, 건조 공정 전에 상기 분산액이 빠르게 기화하면서 마이크로 소자(200)와 상기 제1 영역(110)의 접촉면에서 접착력이 증가하여, 상기 마이크로 소자(200)가 상기 제1 영역(110) 상에 안정적으로 배치될 수 있다.
상기 분산액의 용매를 제거하기 위하여 건조 공정이 수행될 수 있다. 상기 건조 공정으로는 가열, 열풍 건조, 자연 건조 등 알려진 다양한 방법이 이용될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 소자의 전사 방법을 도시한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 기설명된 배열 방법에 따라 어레이 기판(100) 상에 정렬된 마이크로 소자들을 제1 캐리어 기판(410)으로 전사한다. 다음으로, 상기 마이크로 소자들을 제2 캐리어 기판(420)으로 전사하여, 외부 전극을 노출시킨다. 다음으로, 상기 제2 캐리어 기판(420)으로부터, 전극 어레이(432)를 갖는 전사 기판(430)으로 상기 마이크로 소자들을 전사한다.
상기 마이크로 소자들은 수평 정렬 및 수직 정렬에 의해 외부 전극들이 동일한 수평 방향 및 수직 방향으로 정렬되어 있다. 따라서, 전극 어레이(432)를 갖는 전사 기판(430)에 대량으로 전사될 수 있다. 따라서, 마이크로 소자의 전사 공정의 효율성을 크게 개선할 수 있다.
위 실시예에서는, 상기 마이크로 소자를 어레이 기판 상에서 정렬한 후, 캐리어 기판을 이용하여 다시 전사 기판에 전사하였으나, 본 발명의 실시예들은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에 따르면, 상기 어레이 기판을 캐리어 기판으로 이용하여, 전사 기판에 직접 전사할 수 있다. 또한, 상기 어레이 기판은 웰 구조의 바닥에 배치된 전극 어레이를 포함하고, 상기 마이크로 소자의 전극면이 상기 전극 어레이를 향하도록 물성을 조절함으로써, 배선과 전극이 형성된 어레이 기판에 마이크로 소자를 직접 조립할 수도 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 특이적 형태의 마이크로 소자를 제작하거나. 복잡한 공정 제어 없이, 간단한 공정으로 플립칩 발광 다이오드의 수직 방향과 수평 방향을 정렬함으로써 마이크로 발광 소자의 정렬 공정 및 조립 공정의 효율성을 크게 증가시킬 수 있다.
이하에서는 구체적인 실험예를 통해 본 발명의 실시예들의 수행 및 효과를 살펴보기로 한다.
어레이 기판의 제작
도 10은 어레이 기판을 제작하기 위한 과정을 모식적으로 도시한 순서도이다. 도 10에 도시된 것과 같이, 실리콘 웨이퍼 기판을 세정한 후, 네가티브 포토레지스트 조성물인 SU-8을 60㎛ 두께로 코팅한 후, 30분간 프리베이킹을 수행하였다. 260㎛ x 170㎛의 차광 영역이 50 x 50 개 배치된 마스크를 이용하여 자외선 노광을 수행한 후, 5분간 포스트 베이킹을 수행하였다. 다음으로, 현상액을 이용하여 노광되지 않는 감광층을 제거하여, 실리콘 기판 위에 개구부를 갖는 패턴층을 갖는 어레이 기판을 준비하였다.
실시예 1
상기 어레이 기판 위, 200㎛ x 100㎛ x 80㎛ (길이 x 폭 x 높이)마이크로 발광 다이오드(Photonstar) 2,500개가 분산된 분산액(용매로서 물과 이소프로필알코올을 1:1로 포함) 적하하고, 섬유 직경 약 10㎛이고 길이가 약 10mm인 파운데이션 브러시(피카소)를 이용하여, 어레이 기판의 개구부의 장변 방향으로 브러싱(초당 2~3회로 약 1분간)을 수행하였다.
비교예 1
실시예 1의 브러시 대신에 비교적 하드한 파우더 브러시(코스메이플)를 이용하여, 브러싱을 수행하였다.
도 11a는 실시예 1의 브러싱 단계 이후 어레이 기판에 정렬된 마이크로 발광 다이오드들의 사진이고, 도 11b는 비교예 1의 브러싱 단계 이후 어레이 기판에 정렬된 마이크로 발광 다이오드들의 사진이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 소프트 브러시를 이용한 실시예 1의 경우, 모든 웰(7 x 5) 내에 마이크로 발광 다이오드가 배치되었으며, 수직 방향으로 100% 정렬(외부 전극이 상면을 향하도록)되었으며, 수평 방향으로 80% 이상(29/35)된 것을 확인하였다. 반면에, 하드 브러시를 이용한 비교예 1의 경우, 웰 내에 마이크로 발광 다이오드가 배치된 확률이 50% 정도였으며, 패턴에 스크래치가 발생한 것을 확인하였다.
이를 통해 본 발명의 정렬 공정의 효과에 브러시의 특성이 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다.
도 12는 본 발명의 실험에 이용된 브러시들을 도시한 사진이다. 실험 결과, 끝단이 플랫하지 않은(섬유 끝단을 연결한 선들이 원호나 포물선을 형성하는) 브러시(파우더, 컨투어, 블러셔, 파운데이션, 팬, 블렌딩, 컨실러, 이상 코스메이플)들 보다 끝단이 플랫한(섬유 끝단을 연결한 선들이 직선에 가까운) 브러시(아이섀도우, 스머지, 브로우, 이상 코스메이플, 실시예 1)들이 안정적으로 마이크로 소자를 정렬할 수 있음을 확인하였다.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 마이크로 소자를 이용한 다양한 전자 장치 및 조명 장치의 제작에 사용될 수 있으며, 구체적으로, 백라이트, 마이크로 발광 다이오드 디스플레이의 제작 등에 이용될 수 있다.
<부호의 설명>
100: 어레이 기판
110: 제1 영역
120: 제2 영역
102: 베이스 기판
104: 뱅크
200: 마이크로 발광 다이오드
270, 280: 외부 전극
300: 브러시
410, 420: 캐리어 기판
430: 전사 기판

Claims (20)

  1. 평면도 상에서 친수성 표면을 갖는 복수의 제1 영역들 및 상기 제1 영역들을 둘러싸며 소수성 표면을 갖는 제2 영역을 포함하는 어레이 기판을 준비하는 단계;
    상기 어레이 기판 위에 액체에 분산된 복수의 마이크로 소자를 적하하는 단계; 및
    상기 어레이 기판 상에서 브러싱하여 상기 제1 영역들 상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬된 상기 마이크로 소자들을 배치하는 단계를 포함하는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 어레이 기판은,
    친수성 표면을 갖는 베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판 위에 배치되며, 상기 제1 영역들에 대응하는 개구부들을 갖는 뱅크를 포함하는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 어레이 기판을 준비하는 단계는,
    베이스 기판 상에 포토레지스트 조성물을 코팅하여 감광층을 형성하는 단계;
    상기 감광층을 부분적으로 노광하는 단계; 및
    상기 감광층을 현상하여, 개구부들을 갖는 뱅크를 형성하는 단계를 포함하는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 소자는, 동일한 면에 배치된 P 전극과 N 전극을 갖는 마이크로 발광 다이오드를 포함하는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액체는 친수성 용매를 포함하는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 액체는 알코올을 포함하는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 영역은 직사각형 형상을 가지며, 상기 브러싱은 상기 직사각형의 장변에 평행한 방향으로 수행되는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 브러시의 섬유의 굽힘 강성(flexural rigidity)은 0.1 mN-mm2/tex2 이하이고, 종횡비(aspect ratio)는 500 내지 2,000인, 마이크로 소자의 배열 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 브러시는 인조모를 포함하는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 브러시의 섬유의 끝단은 납작한 형태를 갖는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 어레이 기판은 상기 제1 영역들 상에 배치된 전극 어레이를 포함하는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 소자는 플립칩 형태를 가지며 단면도 상에서 비대칭 구조를 갖는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 소자는 기판 및 외부 전극을 적어도 포함하고, 상기 기판의 노출된 표면에 의해 정의되는 제1 면과, 상기 제1 면과 반대되며 외부 전극이 노출되는 제2 면을 가지며, 브러싱에 의해 정렬된 후, 상기 마이크로 소자의 제1 면이 상기 베이스 기판을 향하는, 마이크로 소자의 배열 방법.
  14. 평면도 상에서 친수성 표면을 갖는 복수의 제1 영역들 및 상기 제1 영역들을 둘러싸며 소수성 표면을 갖는 제2 영역을 포함하는 어레이 기판을 준비하는 단계;
    상기 어레이 기판 위에 액체에 분산된 복수의 마이크로 소자를 적하하는 단계;
    상기 어레이 기판 상에서 브러싱하여 상기 제1 영역들 상에 수직 방향 및 수평 방향으로 정렬된 상기 마이크로 소자들을 배치하는 단계;
    상기 제1 영역들 상에 정렬된 상기 마이크로 소자들을 캐리어 기판 상에 전사하는 단계; 및
    상기 캐리어 기판 상의 상기 마이크로 소자들을, 전극 어레이를 포함하는 전사 기판에 전사하는 단계를 포함하는, 마이크로 소자의 전사 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 액체는 알코올을 포함하는, 마이크로 소자의 전사 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 제1 영역은 직사각형 형상을 가지며, 상기 브러싱은 상기 직사각형의 장변에 평행한 방향으로 수행되는, 마이크로 소자의 전자 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 브러시의 섬유의 굽힘 강성(flexural rigidity)은 0.1 mN-mm2/tex2 이하이고, 종횡비(aspect ratio)는 500 내지 2,000인, 마이크로 소자의 전사 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 제1 영역은 직사각형 형상을 가지며, 상기 브러싱은 상기 직사각형의 장변에 평행한 방향으로 수행되는, 마이크로 소자의 전사 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 마이크로 소자는 플립칩 형태를 가지며 단면도 상에서 비대칭 구조를 갖는, 마이크로 소자의 전사 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 마이크로 소자는 기판 및 외부 전극을 적어도 포함하고, 상기 기판의 노출된 표면에 의해 정의되는 제1 면과, 상기 제1 면과 반대되며 외부 전극이 노출되는 제2 면을 가지며, 브러싱에 의해 정렬된 후, 상기 마이크로 소자의 제1 면이 상기 베이스 기판을 향하는, 마이크로 소자의 전사 방법.
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