본 발명은 복수개의 마이크로 LED 사이에 발생하는 정전기적 척력을 이용하여 일정한 간격으로 마이크로 LED를 정렬하는 방법 및 이를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for aligning micro LEDs at regular intervals using electrostatic repulsion generated between a plurality of micro LEDs, and a method for manufacturing a micro LED display using the same.
디스플레이 장치는 디스플레이 패널을 구성하는 복수개의 픽셀에 의해 화면을 표시한다. 이와 같은 픽셀 각각은 R(Red), G(Green), 및 B(Blue)의 단일색을 발광하는 서브 픽셀로 구분될 수 있다. 픽셀 각각은 R, G, 및 B 각각의 빛의 세기에 의하여 True black부터 white의 모든 색을 표현할 수 있다.A display device displays a screen by a plurality of pixels that constitute a display panel. Each of these pixels can be divided into sub-pixels that emit a single color of R (Red), G (Green), and B (Blue). Each pixel can express all colors from true black to white depending on the intensity of light from each of R, G, and B.
하나의 픽셀에는 모든 색을 표현하기 위하여 적어도 1 이상의 R, G, B 각각을 표현할 수 있는 서브 픽셀을 구성하는 마이크로 LED가 필요하다.Each pixel requires micro LEDs that constitute sub-pixels capable of expressing at least one each of R, G, and B to express all colors.
마이크로 LED는 GaN, AlGaInP 등과 같은 무기물을 기반으로 형성되기 때문에, 우수한 내구성을 가지는 것으로 알려져 있다.Micro LEDs are known to have excellent durability because they are formed based on inorganic materials such as GaN and AlGaInP.
또한 마이크로 LED는 한 변의 사이즈가 100㎛ 이하인 작은 사이즈에 기인하여, 발열량도 적고 전력 소모량도 적은 장점을 갖는다.Additionally, micro LEDs have the advantage of producing less heat and consuming less power due to their small size, with each side measuring less than 100㎛.
마이크로 LED를 이용한 마이크로 LED 디스플레이는 무기물 소자 특성상 높은 내구성과 수명을 가지고 있어, 모바일 디스플레이에 적용이 보다 유리하다.Micro LED displays using micro LEDs have high durability and long lifespan due to the nature of inorganic elements, making them more advantageous for application to mobile displays.
또한 마이크로 LED 디스플레이는 플렉서블 디스플레이로도 구현이 가능하다.Additionally, micro LED displays can also be implemented as flexible displays.
또한 마이크로 LED는 특성상 모듈 형식으로 조립이 가능하여, 초고화질 대형 디스플레이에도 응용이 가능하다.In addition, since micro LEDs can be assembled in a modular format, they can also be applied to ultra-high-definition large displays.
한편, 마이크로 LED 디스플레이를 제조하는 과정에서 마이크로 LED는 RGB 화소 위치에 마이크로 LED를 직접 이식(전사)하는 방식으로 정렬된다.Meanwhile, in the process of manufacturing micro LED displays, micro LEDs are aligned by directly implanting (transferring) micro LEDs to RGB pixel locations.
직접 전사 기술로 스탬프 형태의 이송매체, 정전기 헤드, 전자석이 삽입된 캐리어 기판의 이송매체, 또는 정전기나 레이저를 이용한 전사 방식을 통해 마이크로 LED를 상기 기판 상에 정렬 이송함으로써, 마이크로 LED의 수율을 높이는 연구가 진행되고 있다.Research is being conducted to increase the yield of micro LEDs by aligning and transferring micro LEDs onto a substrate using a transfer medium in the form of a stamp, an electrostatic head, a carrier substrate with an electromagnet inserted, or a transfer method using electrostatic or laser.
이러한 방식은 마이크로 LED를 정렬하고자 하는 위치에 정렬이 가능하다.This method allows for alignment of the micro LEDs to the desired positions.
하지만 마이크로 LED 간격들의 편차가 크기 때문에, 정확한 위치에 마이크로 LED를 정렬하는데 근본적으로 한계가 있다.However, because the gaps between micro LEDs vary greatly, there is a fundamental limitation in aligning the micro LEDs to an accurate location.
또한 이러한 방식은 직접 전사 방식이므로 불량품에 대하여 재제작이 어려워 비용소모가 크고, 대량 전사에 있어서는 적절하지 않은 단점이 있다.In addition, since this method is a direct transfer method, it is difficult to remake defective products, which results in high costs and makes it unsuitable for mass transfer.
따라서 복수개의 마이크로 LED를 일정한 간격으로 정렬하면서, 정렬하고자 하는 위치에 정확히 정렬할 수 있는 기술 개발이 시급하다.Therefore, it is urgent to develop a technology that can align multiple micro LEDs at regular intervals and align them precisely at the desired location.
본 발명의 목적은 정전기적 척력에 의해 일정한 간격으로 복수개의 마이크로 LED를 정렬할 수 있는 마이크로 LED 정렬 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a micro LED alignment method capable of aligning a plurality of micro LEDs at regular intervals by electrostatic repulsion.
또한 본 발명의 목적은 마이크로 LED의 어셈블리 수율을 더욱 향상시킬 수 있는 마이크로 LED 정렬 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a micro LED alignment method capable of further improving the assembly yield of micro LEDs.
또한 본 발명의 목적은 마이크로 LED를 정확한 위치에 정렬하는 마이크로 LED 정렬 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a micro LED alignment method for aligning a micro LED at an accurate position.
또한 본 발명의 목적은 하나의 홈에 하나의 마이크로 LED를 정렬하는 마이크로 LED 정렬 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a micro LED alignment method for aligning one micro LED in one groove.
또한 본 발명의 목적은 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED를 배치하기 위한 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for manufacturing a micro LED display for arranging one micro LED per pixel area.
또한 본 발명의 목적은 소형 및 고해상도의 디스플레이 제작에 적용될 수 있는 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법을 제공하는 것이다.It is also an object of the present invention to provide a method for manufacturing a micro LED display that can be applied to the production of small and high-resolution displays.
또한 본 발명의 목적은 광학 센서, 광통신, 반도체 직접화, 자동차용 헤드램프, 스마트 섬유, 바이오 콘택트 렌즈 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법을 제공하는 것이다.In addition, it is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a micro LED display that can be utilized in various fields such as optical sensors, optical communications, semiconductor direct manufacturing, automotive headlamps, smart fibers, and bio contact lenses.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The purposes of the present invention are not limited to the purposes mentioned above, and other purposes and advantages of the present invention which are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. In addition, it will be easily understood that the purposes and advantages of the present invention can be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.
본 발명에 따른 마이크로 LED 정렬 방법은 (a) 기판 상에 서로 이격되는 제1전극층과 제2전극층을 배치하는 단계; (b) 상기 제1전극층, 제2전극층이 배치된 기판 상에 절연층을 배치하는 단계; (c) 상기 절연층 중 제1전극층과 제2전극층 사이 영역에 해당하는 부분에 일정한 간격으로 복수개의 홈을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 기판 상에 복수개의 마이크로 LED를 포함하는 용액을 공급하면서, 상기 제1전극층과 제2전극층에 전기장을 발생시켜 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이에 발생하는 척력에 의해, 일정한 간격으로 복수개의 마이크로 LED를 정렬하는 단계를 포함하고, 상기 (d) 단계에서, 하나의 홈에 하나의 마이크로 LED를 정렬할 수 있다.A method for aligning micro LEDs according to the present invention comprises the steps of: (a) arranging a first electrode layer and a second electrode layer spaced apart from each other on a substrate; (b) arranging an insulating layer on the substrate on which the first electrode layer and the second electrode layer are arranged; (c) forming a plurality of grooves at regular intervals in a portion corresponding to a region between the first electrode layer and the second electrode layer among the insulating layers; and (d) aligning the plurality of micro LEDs at regular intervals by a repulsive force generated between one micro LED and another adjacent micro LED by generating an electric field in the first electrode layer and the second electrode layer while supplying a solution containing a plurality of micro LEDs onto the substrate, wherein in the step (d), one micro LED can be aligned in one groove.
상기 (c) 단계에서, 하나의 홈과 인접한 다른 하나의 홈 사이의 간격은 마이크로 LED의 직경보다 클 수 있다.In the step (c) above, the gap between one groove and another adjacent groove may be larger than the diameter of the micro LED.
상기 (d) 단계에서, 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이의 간격은 마이크로 LED의 직경보다 클 수 있다.In the step (d) above, the gap between one micro LED and another adjacent micro LED may be larger than the diameter of the micro LED.
또한, 상기 (d) 단계에서, 하나의 홈과 인접한 다른 하나의 홈 사이에 적어도 하나의 마이크로 LED를 더 정렬할 수 있다.Additionally, in the step (d), at least one micro LED can be further aligned between one groove and another adjacent groove.
또한, 상기 (d) 단계에서, 복수개의 마이크로 LED를 포함하는 용액은 용액 1㎕ 당 1Χ103 ~ 1 Χ107의 마이크로 LED를 포함할 수 있다.Additionally, in the step (d), the solution including a plurality of micro LEDs may include 1 X103 to 1 X107 micro LEDs per 1 ㎕ of the solution.
상기 홈의 길이는 상기 마이크로 LED의 길이보다 클 수 있다.The length of the above home may be greater than the length of the micro LED.
상기 홈의 길이와 마이크로 LED 길이 각각은 상기 제1전극층과 제2전극층 사이 영역의 거리보다 클 수 있다.Each of the length of the above home and the length of the micro LED may be greater than the distance between the first electrode layer and the second electrode layer.
상기 (d) 단계에서, 홈에서의 전기장의 크기는 홈이 아닌 영역에서의 전기장의 크기보다 클 수 있다.In the step (d) above, the magnitude of the electric field in the home may be greater than the magnitude of the electric field in a non-home area.
본 발명에 따른 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법은(a) 기판 상에 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의되는 복수개의 화소 영역마다 트랜지스터를 배치하는 단계;(b) 상기 복수개의 화소 영역마다 서로 이격되는 제1전극층과 제2전극층을 배치하는 단계;(c) 상기 제1전극층, 제2전극층이 배치된 기판 상에 절연층을 배치하는 단계; (d) 상기 절연층 중 제1전극층과 제2전극층 사이 영역에 해당하는 부분에 일정한 간격으로 복수개의 홈을 형성하는 단계; 및(e) 상기 기판 상에 복수개의 마이크로 LED를 포함하는 용액을 공급하면서, 상기 제1전극층과 제2전극층에 전기장을 발생시켜 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이에 발생하는 척력에 의해, 일정한 간격으로 복수개의 마이크로 LED를 정렬하는 단계를 포함하고,상기 (e) 단계에서, 하나의 홈에 하나의 마이크로 LED를 정렬하며,하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED가 배치될 수 있다.A method for manufacturing a micro LED display according to the present invention(a) a step of arranging transistors in each of a plurality of pixel areas defined by crossing data lines and gate lines on a substrate;(b) a step of arranging a first electrode layer and a second electrode layer spaced apart from each other in each of the plurality of pixel areas;(c) a step of arranging an insulating layer on a substrate on which the first electrode layer and the second electrode layer are arranged; (d) a step of forming a plurality of grooves at regular intervals in a portion corresponding to a region between the first electrode layer and the second electrode layer among the insulating layers; and(e) a step of aligning a plurality of micro LEDs at regular intervals by generating an electric field in the first electrode layer and the second electrode layer while supplying a solution containing a plurality of micro LEDs onto the substrate and a repulsive force generated between one micro LED and another adjacent micro LED;In the step (e) above, one micro LED is aligned in one groove,One micro LED can be placed per pixel area.
상기 (e) 단계는, 복수개의 화소 영역마다 다음과 같이 수행할 수 있다.The above step (e) can be performed for each of multiple pixel areas as follows.
복수개의 마이크로 LED 중에서 적색 마이크로 LED를 포함하는 용액을 공급하면서, 적색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 전기 신호를 인가하여 일정한 간격으로 복수개의 적색 마이크로 LED를 배열할 수 있다.By supplying a solution including a red micro LED among a plurality of micro LEDs and applying an electric signal to a first electrode layer and a second electrode layer connected to a red pixel, a plurality of red micro LEDs can be arranged at regular intervals.
또한, 복수개의 마이크로 LED 중에서 녹색 마이크로 LED를 포함하는 용액을 공급하면서, 녹색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 전기 신호를 인가하여 일정한 간격으로 복수개의 녹색 마이크로 LED를 배열할 수 있다.In addition, by supplying a solution including a green micro LED among a plurality of micro LEDs and applying an electric signal to a first electrode layer and a second electrode layer connected to a green pixel, a plurality of green micro LEDs can be arranged at regular intervals.
또한, 복수개의 마이크로 LED 중에서 청색 마이크로 LED를 포함하는 용액을 공급하면서, 청색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 전기 신호를 인가하여 일정한 간격으로 복수개의 청색 마이크로 LED를 배열할 수 있다.In addition, by supplying a solution including blue micro LEDs among a plurality of micro LEDs and applying an electric signal to a first electrode layer and a second electrode layer connected to a blue pixel, a plurality of blue micro LEDs can be arranged at regular intervals.
본 발명에 따른 정전기적 척력을 이용한 마이크로 LED 정렬 방법은 일정한 간격으로 복수개의 마이크로 LED를 정렬할 수 있는 효과가 있다.The micro LED alignment method using electrostatic repulsion according to the present invention has the effect of aligning a plurality of micro LEDs at regular intervals.
또한, 본 발명에 따르면 마이크로 LED의 어셈블리 수율 및 효율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there is an effect of further improving the assembly yield and efficiency of micro LEDs.
또한, 본 발명에 따르면 정렬하고자 하는 정확한 위치에 마이크로 LED를 정렬하는 효과가 있으며, 하나의 홈에 하나의 마이크로 LED를 정렬할 수 있다.In addition, according to the present invention, there is an effect of aligning micro LEDs at the exact position to be aligned, and one micro LED can be aligned in one groove.
또한, 본 발명에 따르면 절연층의 홈에서 상대적으로 높은 전기장이 형성되므로, 정렬 위치에 대한 오차범위를 0.1㎛ 이하로 최소화하여 위치에 대한 정확도를 향상시키는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, since a relatively high electric field is formed in the groove of the insulating layer, the error range for the alignment position is minimized to 0.1 ㎛ or less, thereby improving the accuracy of the position.
본 발명의 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법은 정전기적 척력을 이용한 마이크로 LED 정렬 방법을 이용함으로써, 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED를 배치할 수 있다.The method for manufacturing a micro LED display of the present invention can arrange one micro LED per pixel area by using a micro LED alignment method using electrostatic repulsion.
또한, 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법을 통해 소형 및 고해상도의 디스플레이를 제조할 수 있으며, 광학 센서, 광통신, 반도체 직접화, 자동차용 헤드램프, 스마트 섬유, 바이오 콘택트 렌즈 등 다양한 분야에 활용될 수 있는 이점이 있다.In addition, the micro LED display manufacturing method can be used to manufacture small and high-resolution displays, and has the advantage of being applicable to various fields such as optical sensors, optical communications, semiconductor direct manufacturing, automotive headlamps, smart fibers, and bio contact lenses.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the effects described above, specific effects of the present invention are described below together with specific matters for carrying out the invention.
도 1은 본 발명에 따른 정전기적 척력을 이용한 마이크로 LED 정렬 방법의 순서도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 금속층을 배치하는 단계를 설명하는 단면도이고, 도 2b는 제1전극층과 제2전극층을 형성하는 단계를 설명하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 제1전극층과 제2전극층이 배치된 평면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 홈을 포함하는 절연층을 형성하는 단계를 설명하는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 절연층의 홈을 형성하는 공정의 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 절연층의 홈의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 돌출부를 포함하는 홈의 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 정전기적 척력이 발생할 때 절연층의 홈에 마이크로 LED가 정렬된 모습의 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 절연층의 홈끼리의 간격에 따라 마이크로 LED가 정렬된 모습의 평면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 정전기적 척력의 발생 여부에 따라 마이크로 LED가 정렬된 모습의 평면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 절연층의 홈에 마이크로 LED가 정렬된 모습의 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 마이크로 LED를 정렬하는 단계를 설명하는 단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 절연층 기반의 홈을 일정한 간격으로 적용한 이미지이다.
도 14는 본 발명에 따른 절연층의 홈에 마이크로 LED가 일정한 간격으로 정렬된 모습의 사진이다.
Figure 1 is a flow chart of a micro LED alignment method using electrostatic repulsion according to the present invention.
FIG. 2a is a cross-sectional view illustrating a step of arranging a metal layer according to the present invention, and FIG. 2b is a cross-sectional view illustrating a step of forming a first electrode layer and a second electrode layer.
Figure 3 is a plan view showing the arrangement of the first electrode layer and the second electrode layer according to the present invention.
FIGS. 4A and 4B are cross-sectional views illustrating a step of forming an insulating layer including a groove according to the present invention.
Figure 5 is a flow chart of a process for forming a groove in an insulating layer according to the present invention.
Figure 6 is a plan view of a groove of an insulating layer according to the present invention.
FIG. 7 is a plan view of a groove including a protrusion according to the present invention.
FIG. 8 is a plan view showing a micro LED aligned in a groove of an insulating layer when an electrostatic repulsion force occurs according to the present invention.
FIG. 9a and FIG. 9b are plan views showing micro LEDs aligned according to the spacing between grooves of an insulating layer according to the present invention.
FIG. 10a and FIG. 10b are plan views showing the alignment of micro LEDs depending on whether electrostatic repulsion occurs according to the present invention.
Figure 11 is a cross-sectional view showing a micro LED aligned in a groove of an insulating layer according to the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating a step of aligning a micro LED according to the present invention.
Figures 13a and 13b are images showing grooves based on an insulating layer according to the present invention applied at regular intervals.
Figure 14 is a photograph showing micro LEDs aligned at regular intervals in grooves of an insulating layer according to the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-mentioned objects, features and advantages will be described in detail below with reference to the attached drawings, so that those with ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is judged that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted. Hereinafter, a preferred embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.Hereinafter, the phrase “any configuration is disposed on (or below)” a component or “on (or below)” a component may mean not only that any configuration is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of said component, but also that another configuration may be interposed between said component and any configuration disposed on (or below) said component.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.Additionally, when a component is described as being "connected," "coupled," or "connected" to another component, it should be understood that the components may be directly connected or connected to one another, but that other components may also be "interposed" between the components, or that each component may be "connected," "coupled," or "connected" through other components.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 정전기적 척력을 이용한 마이크로 LED 정렬 방법 및 이를 이용한 마이크로 LED 디스플레이 제조 방법을 설명하도록 한다.Hereinafter, a micro LED alignment method using electrostatic repulsion according to some embodiments of the present invention and a micro LED display manufacturing method using the same will be described.
본 발명은 절연층 중에서 제1전극층과 제2전극층 사이 영역에 해당하는 부분에 트렌치 구조의 홈들을 일정한 간격으로 형성한 후 전기장을 발생시키면, 제1전극층과 제2전극층 사이에서 전기장이 형성되어 용액 내 분산되어 있는 복수개의 마이크로 LED들이 가장 강한 전기장을 형성하는 홈에 위치하게 되면서, 정확한 위치에 마이크로 LED들을 정렬하는 기술이다.The present invention is a technology for forming trench-shaped grooves at regular intervals in a portion corresponding to a region between a first electrode layer and a second electrode layer among an insulating layer, and then generating an electric field, so that an electric field is formed between the first electrode layer and the second electrode layer, and a plurality of micro LEDs dispersed in a solution are positioned in the grooves forming the strongest electric field, thereby aligning the micro LEDs at precise locations.
특히, 전극층에 전기장을 발생시키는 과정에서 교류신호의 크기에 따라 복수개의 마이크로 LED에 생기는 분극(polarization)의 크기가 달라지게 된다. 그리고 분극이 형성됨에 따라 마이크로 LED에 정전하가 발생하게 되고, 분극 크기에 따라 복수개의 마이크로 LED 간의 정전기적 척력의 크기도 달라지게 된다.In particular, in the process of generating an electric field in the electrode layer, the size of the polarization generated in the multiple micro LEDs varies depending on the size of the AC signal. As the polarization is formed, an electrostatic charge is generated in the micro LEDs, and the size of the electrostatic repulsion between the multiple micro LEDs also varies depending on the size of the polarization.
본 발명에서는 복수개의 마이크로 LED 간의 정전기적 척력이 미치는 범위 안에서 홈들을 일정한 간격으로 형성함으로써, 전체적인 마이크로 LED에 정전기적 척력을 미치게 하여 어셈블리의 수율을 더욱 향상시킬 수 있다.In the present invention, by forming grooves at regular intervals within a range of electrostatic repulsion between a plurality of micro LEDs, an electrostatic repulsion is applied to the entire micro LED, thereby further improving the assembly yield.
또한 본 발명에서는 복수개의 마이크로 LED 간의 정전기적 척력이 미치는 범위 안에서, 복수개의 홈 사이에 복수개의 마이크로 LED를 배치함으로써, 전체적인 마이크로 LED에 정전기적 척력을 미치게 하여 어셈블리의 수율을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, in the present invention, by arranging a plurality of micro LEDs between a plurality of grooves within a range of electrostatic repulsion between the plurality of micro LEDs, an electrostatic repulsion force is applied to the entire micro LED, thereby further improving the yield of the assembly.
또한 정확한 위치에 마이크로 LED들을 정렬하는 기술은 전기장과 마이크로 LED들 간의 상호반응, 유체인 용액 내에서의 마이크로 LED의 움직임 등을 이용할 수 있다. 마이크로 LED의 움직임은 인가된 교류전압의 주파수, 용액의 종류, 마이크로 LED의 종류에 따라 조절될 수 있다.Additionally, the technology to align micro LEDs at precise locations can utilize the interaction between electric fields and micro LEDs, the movement of micro LEDs within a fluid solution, etc. The movement of micro LEDs can be controlled depending on the frequency of the applied AC voltage, the type of solution, and the type of micro LED.
본 발명에서 마이크로 LED(ML)는 가장 긴 변의 길이가 대략 100㎛ 이하인 초소형 발광물질이다. 마이크로 LED(ML)는 용액 내에 분산되어 있는 유기 또는/및 무기 재질일 수 있고, 1D, 2D 또는 3D 형상의 다양한 크기를 가질 수 있다.In the present invention, the micro LED (ML) is an ultra-small light-emitting material having a longest side length of approximately 100 μm or less. The micro LED (ML) may be an organic or/and inorganic material dispersed in a solution, and may have various sizes in 1D, 2D, or 3D shapes.
예를 들어, 마이크로 LED(ML)는 길이를 갖는 나노와이어 형태, 납작하고 평평한 디스크 형태, 또는 종횡비가 1 ~ 2와 같은 큐브 형태일 수 있다.For example, micro LEDs (ML) can be in the form of nanowires with a length, in the form of flat and planar disks, or in the form of cubes with an aspect ratio of 1 to 2.
바람직하게, 마이크로 LED(ML)는 0.1 ~ 80㎛의 길이를 가질 수 있고, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 60㎛의 길이를 가질 수 있으며, 보다 더 바람직하게는 0.1 ~ 30㎛의 길이를 가질 수 있다.Preferably, the micro LED (ML) can have a length of 0.1 to 80 μm, more preferably can have a length of 0.1 to 60 μm, and even more preferably can have a length of 0.1 to 30 μm.
나노와이어 형태의 마이크로 LED는 단면의 지름(직경)이 대략 0.01 ~ 20㎛ 일 수 있고, 바람직하게는 0.1 ~ 10㎛일 수 있다. 또한 나노와이어 형태의 마이크로 LED는 비교적 높은 종횡비(aspect ratio)를 가지며, 종횡비는 대략 1 ~ 10 일 수 있다. 종횡비가 높은 마이크로 LED는 표면적이 넓으므로 에너지 전달 및 성능이 우수하며 투명도가 높은 장점이 있다.The micro LED in the form of a nanowire may have a cross-sectional diameter (diameter) of approximately 0.01 to 20 μm, and preferably 0.1 to 10 μm. In addition, the micro LED in the form of a nanowire has a relatively high aspect ratio, and the aspect ratio may be approximately 1 to 10. A micro LED with a high aspect ratio has a large surface area, so it has the advantages of excellent energy transfer and performance and high transparency.
본 발명에서는 마이크로 LED가 나노와이어 형태라고 가정하에 설명하기로 한다.In the present invention, it is assumed that the micro LED is in the form of a nanowire.
마이크로 LED(ML)는 n형 반도체층, 활성층 및 p형 반도체층을 포함하는 것으로, 일반적으로 사용되는 LED의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Micro LED (ML) includes an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer, and has the same configuration as a commonly used LED, so a detailed description will be omitted.
도 1은 본 발명에 따른 정전기적 척력을 이용한 마이크로 LED 정렬 방법의 순서도이다.Figure 1 is a flow chart of a micro LED alignment method using electrostatic repulsion according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 마이크로 LED 정렬 방법은 기판 상에 서로 이격되는 제1전극층과 제2전극층을 배치하는 단계(S110), 절연층을 배치하는 단계(S120), 절연층 중 제1전극층과 제2전극층 사이 영역에 해당하는 부분에 일정한 간격으로 복수개의 홈을 형성하는 단계(S130), 및 정전기적 척력을 이용하여 일정한 간격으로 복수개의 마이크로 LED를 정렬하는 단계(S140)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a micro LED alignment method according to the present invention may include a step of arranging a first electrode layer and a second electrode layer spaced apart from each other on a substrate (S110), a step of arranging an insulating layer (S120), a step of forming a plurality of grooves at regular intervals in a portion corresponding to a region between the first electrode layer and the second electrode layer among the insulating layers (S130), and a step of aligning a plurality of micro LEDs at regular intervals using electrostatic repulsion (S140).
본 발명에서 기판(10)은 활성화된 매트릭스 백플레인(active matrix backplane)일 수 있다.In the present invention, the substrate (10) may be an active matrix backplane.
먼저, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 금속층(20)을 배치한 후, 금속층(20) 중에서 제1영역(GA)에 대응하는 부분을 제거하여 제1전극층(22)과 제2전극층(24)을 형성할 수 있다.First, as shown in FIGS. 2a and 2b, a metal layer (20) is placed on a substrate (10), and then a portion of the metal layer (20) corresponding to the first region (GA) is removed to form a first electrode layer (22) and a second electrode layer (24).
구체적으로, 금속층(20) 상에 제1영역(GA)을 제외한 영역에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 형성된 포토레지스트 패턴에서 식각 마스크를 이용해 식각을 수행할 수 있다. 식각을 수행하여, 금속층(20) 중에서 제1영역(GA)을 제거할 수 있고, 기판(10) 상에 서로 이격되는 제1전극층(22)과 제2전극층(24)을 형성할 수 있다.Specifically, a photoresist pattern can be formed on a region other than the first region (GA) on the metal layer (20), and etching can be performed using an etching mask on the formed photoresist pattern. By performing etching, the first region (GA) can be removed from the metal layer (20), and a first electrode layer (22) and a second electrode layer (24) spaced apart from each other can be formed on the substrate (10).
제1전극층(22)과 제2전극층(24)의 두께는 10nm ~ 100nm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The thickness of the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24) may be 10 nm to 100 nm, but is not limited thereto.
일반적으로 디스플레이 회로에서는 마이크로 LED가 전극으로 연결되어야 하므로 많은 금속배선을 필요로 한다. 이에 따라 전기장을 통한 마이크로 LED 조립 과정에서 원하지 않는 곳에 기생 전기장(parasitic electric field)이 생길 수 있으므로, 이러한 현상을 최소화하는 것이 중요하다.In general, display circuits require a lot of metal wiring because micro LEDs must be connected to electrodes. Accordingly, parasitic electric fields may be generated in undesirable places during the micro LED assembly process using electric fields, so it is important to minimize this phenomenon.
이를 위해, 도 2a에 도시된 바와 같이, 회로의 모든 소자를 덮고 있도록 전 영역에 금속층(20)을 형성하는 것이 바람직하다. 금속층은 전기장 차폐층 역할을 하면서 LED의 정렬 역할을 할 수 있다. 또한 금속층을 기판 상의 전 영역에 형성하게 되면, 기생 전기장의 형성을 최소화하면서 동시에 금속층 아래에 있는 소자를 전기장으로부터 보호할 수 있다. 금속층으로부터 형성된 제1전극층과 제2전극층은 전기장을 생성할 수 있다.To this end, as shown in Fig. 2a, it is preferable to form a metal layer (20) over the entire area so as to cover all elements of the circuit. The metal layer can act as an electric field shielding layer and can also act as an alignment layer for the LED. In addition, when the metal layer is formed over the entire area of the substrate, the formation of a parasitic electric field can be minimized while at the same time protecting the elements under the metal layer from the electric field. The first electrode layer and the second electrode layer formed from the metal layer can generate an electric field.
도 2b 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1영역(GA)은 직사각형 구조를 갖는 도랑 형태일 수 있다.As shown in FIG. 2b and FIG. 3, the first region (GA) may be a trench-shaped structure having a rectangular structure.
도 3은 금속층(20)이 형성된 후 패턴화된 모습의 평면도로, 제1전극층(22)과 제2전극층(24)으로 도시하였다.Figure 3 is a plan view of the patterned appearance after the metal layer (20) is formed, and is depicted as a first electrode layer (22) and a second electrode layer (24).
이후, 도 4a에 도시된 바와 같이, 기판(10)과 제1전극층(22), 제2전극층(24)을 모두 덮도록 절연층(30)을 배치할 수 있다.Thereafter, as shown in Fig. 4a, an insulating layer (30) can be placed to cover all of the substrate (10), the first electrode layer (22), and the second electrode layer (24).
그리고 도 4b에 도시된 바와 같이, 절연층(30) 중에서 제1전극층과 제2전극층 사이 영역(GA)에 해당하는 부분에 일정한 간격으로 복수개의 홈(LAA)을 형성할 수 있다. 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 사이 영역인 제1영역(GA)에 해당하는 절연층(30)을 패터닝하되, 일정 두께로 패터닝하여, 기판(10) 상의 비균일한 크기의 전기장 형성을 유도하기 위한 홈(LAA)을 형성할 수 있다.And as illustrated in Fig. 4b, a plurality of grooves (LAA) can be formed at regular intervals in a portion corresponding to the area (GA) between the first electrode layer and the second electrode layer among the insulating layer (30). The insulating layer (30) corresponding to the first area (GA), which is the area between the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24), can be patterned to a certain thickness to form grooves (LAA) for inducing the formation of an electric field of non-uniform size on the substrate (10).
절연층을 패터닝하는 것의 의미는 홈(LAA)에 대응하는 절연 물질을 전부 제거하는 것이 아니라 소정의 두께만큼 잔존시킨다는 의미이다.Patterning the insulating layer means not removing all of the insulating material corresponding to the groove (LAA), but leaving it to a certain thickness.
예를 들어, 절연층(30) 상에 절연체를 더 도포하고 패터닝하여, 홈(LAA)에 대응하는 절연 물질이 보다 많이 패터닝되게 하는 부분 패터닝을 수행할 수 있다.For example, partial patterning can be performed by further applying and patterning an insulating material on the insulating layer (30) so that more insulating material corresponding to the groove (LAA) is patterned.
패터닝은 노광(exposure)과 현상(develop)을 이용하여 수행되거나, 건식 식각 또는 습식 식각을 이용하여 수행될 수 있다.Patterning can be performed using exposure and development, or using dry etching or wet etching.
홈(LAA)은전극층(22, 24) 사이의 제1영역(GA)에서 제1영역의 길이 방향으로, 일정한 간격으로 형성될 수 있다.Home (LAA) isIn the first region (GA) between the electrode layers (22, 24), they can be formed at regular intervals in the longitudinal direction of the first region.
전극층(22, 24) 상에 홈(LAA)을 형성하면 홈(LAA)에서 상대적으로 높은 전기장이 형성되어 그 부분에 강한 인력이 발생하게 되므로, 마이크로 LED의 정렬이 더욱 용이해진다. 전극층 주변에는 비균일한 크기의 전기장이 형성되면서 마이크로 LED를 끌어 모으거나 밀어내게 된다.When a groove (LAA) is formed on the electrode layer (22, 24), a relatively high electric field is formed in the groove (LAA), which generates a strong attractive force in that area, making it easier to align the micro LED. An electric field of non-uniform size is formed around the electrode layer, which attracts or repels the micro LED.
홈(LAA)이 아닌 영역에 비해, 홈(LAA) 영역은 전극층(22, 24)과 더 가깝기 때문에 홈(LAA) 영역에서 전기장의 세기가 국부적으로 커지게 된다.Compared to the non-LAA region, the LAA region is closer to the electrode layers (22, 24), so the electric field strength locally increases in the LAA region.
이처럼 비균일한 크기의 전기장은 홈 영역에서의 전기장 세기(크기)와 홈이 아닌 영역에서 전기장 세기가 상이하다는 것을 의미한다.Such non-uniform size of electric field means that the electric field strength (magnitude) in the home region is different from the electric field strength in the non-home region.
도 5에 도시된 과정을 통해 절연층에 홈(LAA)을 형성할 수 있다. SiO2와 같은 절연층(15)이 형성된 기판(10) 상에 폴리머 기반의 절연층(30)을 증착하고, 절연층(30) 상에 포토레지스트(PR, 40)를 도포할 수 있다.A groove (LAA) can be formed in an insulating layer through the process illustrated in Fig. 5. A polymer-based insulating layer (30) can be deposited on a substrate (10) on which an insulating layer (15) such as SiO2 is formed, and a photoresist (PR, 40) can be applied on the insulating layer (30).
절연층(30)은 폴리머 기반의 유기물 또는/및 무기물로부터 형성될 수 있다.The insulating layer (30) can be formed from a polymer-based organic or/and inorganic material.
절연층(30)의 두께는 대략 100 ~ 400nm의 두께로 도포될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The thickness of the insulating layer (30) can be applied to a thickness of approximately 100 to 400 nm, but is not limited thereto.
이후, 포토레지스트(40) 상에 제1UV를 조사하여, 포토레지스트 중 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 사이의 제1영역(GA)에 해당하는 부분을 1차 패터닝할 수 있다.Thereafter, by irradiating the first UV on the photoresist (40), the portion corresponding to the first region (GA) between the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24) of the photoresist can be patterned for the first time.
포토레지스트는 빛에 민감한 물질인 감광액으로 유기용매와 고분자 물질을 포함한다. 포토레지스트를 스핀 코팅한 후 포토레지스트 내 유기용매를 제거할 수 있다. 포토레지스트는 빛을 이용하여 패턴을 형성하는 것으로, 네거티브와 파지티브로 구분된다. 네거티브 PR은 빛을 받으면 입자가 뭉치기 때문에, 빛이 쪼일 때 빛을 받지 않은 부분이 제거되는 것이다. 파지티브 PR은 빛을 받으면 폴리머 결합이 끊기기 때문에, 빛이 쪼일 때 빛을 받은 부분만 제거되는 것이다.Photoresist is a light-sensitive material that contains an organic solvent and a polymer material. After spin coating the photoresist, the organic solvent in the photoresist can be removed. Photoresist uses light to form a pattern, and is divided into negative and positive. Negative PR is a type where particles clump together when exposed to light, so when exposed to light, the part that has not been exposed to light is removed. Positive PR is a type where polymer bonds break when exposed to light, so when exposed to light, only the part that has been exposed to light is removed.
포토레지스트 상에 마스크(미도시)를 배치한 후 UV를 조사(UV exposure)하면, 코팅된 포토레지스트가 반응하게 된다.When a mask (not shown) is placed on the photoresist and UV is irradiated (UV exposure), the coated photoresist reacts.
도 5에서는 절연층(30)의 일부를 트렌치 구조로 패터닝하기 위한 목적으로 포토레지스트(40)가 마스크로 사용된 것으로 도시하였다. 그리고 파지티브 PR을 이용하였기 때문에, 빛을 받은 부분이 제거되어 패턴이 남는 것으로 도시하였다.In Fig. 5, it is illustrated that photoresist (40) was used as a mask for the purpose of patterning a portion of the insulating layer (30) into a trench structure. In addition, since positive PR was used, it is illustrated that the portion exposed to light is removed, leaving a pattern.
포토레지스트가 반응한 부분을 선택적으로 에칭하는 것이 필요하다.It is necessary to selectively etch the area where the photoresist has reacted.
에칭은 비활성 기체, 이온 등을 이용한 스퍼터 에칭, 플라즈마 에칭과 같은 건식 에칭, 또는 용액을 이용하여 화학적인 반응을 이용한 습식 에칭을 이용할 수 있다.Etching can be done by dry etching such as sputter etching using inert gases, ions, etc., plasma etching, or wet etching using a chemical reaction using a solution.
이어서, 1차 패터닝된 영역에 제2UV를 조사하여, 절연층(30) 중에서 제1영역(GA)에 해당하는 부분을 패터닝하되 일정한 두께로 2차 패터닝할 수 있다.Next, by irradiating the first patterned area with second UV, a portion corresponding to the first area (GA) among the insulating layer (30) can be patterned for the second time with a constant thickness.
도 5에서는 2차 패터닝에서 DUV(Deep UV)를 조사하는 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. UV는 대략 300 ~ 400nm 파장이 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. DUV는 심자외선으로, UV 보다 큰 자외선 세기를 나타낼 수 있다.In Fig. 5, it is illustrated that DUV (Deep UV) is irradiated in the second patterning, but it is not limited thereto. UV can have a wavelength of approximately 300 to 400 nm, but it is not limited thereto. DUV is deep ultraviolet ray and can exhibit an ultraviolet intensity greater than UV.
도 6에 도시된 바와 같이, 홈(LAA)은 제1영역(GA) 상에 중첩될 수 있다.As illustrated in FIG. 6, the home (LAA) can be overlapped on the first area (GA).
LED 디스플레이는 전체적으로 절연층에 복수개의 홈(LAA)이 제1영역(GA)의 길이 방향을 따라 일정한 간격을 두고 형성되는 구조이다.The LED display has a structure in which multiple grooves (LAA) are formed at regular intervals along the length direction of the first area (GA) in the insulating layer as a whole.
홈(LAA)에서의 전기장의 크기는 홈(LAA)이 아닌 영역에서의 전기장의 크기보다 크게 형성되어, 홈(LAA)에서 국부적으로 전기장의 세기가 커지게 된다.The size of the electric field in the home (LAA) is formed to be larger than the size of the electric field in areas other than the home (LAA), so the intensity of the electric field increases locally in the home (LAA).
이에 따라 홈(LAA)에서는 전기장이 집중적으로 형성될 수 있다.Accordingly, an electric field can be formed intensively at the home (LAA).
전압을 인가하여 비균일한 크기의 전기장을 발생시키면, 마이크로 LED(ML)와 전극층(22, 24) 간의 커플링 커패시터에 의한 결합 현상이 발생한다.When a voltage is applied to generate an electric field of non-uniform size, a coupling phenomenon occurs due to the coupling capacitor between the micro LED (ML) and the electrode layer (22, 24).
커플링 커패시터는 커패시터 양단의 전극이 동일한 전압 크기를 가지며, 극성은 반대로 대전되는 현상이다.A coupling capacitor is a phenomenon in which the electrodes on both ends of the capacitor have the same voltage magnitude, but the polarity is oppositely charged.
구체적으로 전극층(22, 24)에 전기장이 가해져서 복수개의 마이크로 LED가 어셈블리되면 커플링 커패시터에 의해 마이크로 LED의 전하가 유도되고, 전하의 상호 작용에 의해 마이크로 LED(ML)끼리 척력이 발생한다. 마이크로 LED 자체가 움직이는 하나의 전극이므로, 복수개의 마이크로 LED는 서로 같은 극성을 나타내어 기판 상에서 상호 밀어내게 된다. 용액 내에 분산되어 있는 마이크로 LED들(ML)은 전기장이 상대적으로 강한 홈(LAA)에 위치하게 되면서, 일정한 간격으로 정확한 위치에 배열될 수 있다.Specifically, when an electric field is applied to the electrode layers (22, 24) and multiple micro LEDs are assembled, charges of the micro LEDs are induced by the coupling capacitor, and a repulsive force occurs between the micro LEDs (ML) due to the interaction of the charges. Since the micro LED itself is a moving electrode, multiple micro LEDs exhibit the same polarity and repel each other on the substrate. The micro LEDs (ML) dispersed in the solution can be arranged at an accurate position at a constant interval while being positioned in the grooves (LAA) where the electric field is relatively strong.
도 7에 도시된 바와 같이, 홈(LAA) 영역에 위치하는 제1전극층(22)과 제2전극층(24)이 서로를 향해 돌출되도록 배치될 수 있다.As shown in Fig. 7, the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24) located in the home (LAA) region can be arranged to protrude toward each other.
다시 말해, 홈(LAA) 영역에서, 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 각각은 돌출부(PT)를 포함할 수 있다. 돌출부(PT)가 있는 경우, 마이크로 LED 정렬 단계에서 전기장이 홈(LAA)에서 집중적으로 형성될 수 있기 때문에, 홈(LAA) 내부에 마이크로 LED(ML)가 정확히 정렬되는 효과가 있다.In other words, in the groove (LAA) region, each of the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24) may include a protrusion (PT). When the protrusion (PT) is present, an electric field can be formed intensively in the groove (LAA) during the micro LED alignment step, thereby providing an effect of accurately aligning the micro LED (ML) within the groove (LAA).
도 6에 도시된 바와 같이, 홈(LAA)의 길이(D3)와 제1영역(GA)의 거리(D1)는 마이크로 LED의 정렬이 원활한 범위 내에서 조절될 수 있다.As illustrated in FIG. 6, the length (D3 ) of the home (LAA) and the distance (D1 ) of the first area (GA) can be adjusted within a range in which the alignment of the micro LED is smooth.
홈(LAA)의 길이(D3)는 제1영역(GA)의 거리(D1) 보다 큰 것이 바람직하다.It is desirable that the length (D3 ) of the home (LAA) be greater than the distance (D1 ) of the first area (GA).
홈(LAA)의 길이(D3)가 제1영역(GA)의 거리(D1) 보다 크게 형성됨으로써, 국부적으로 전기장의 크기를 증가시키고, 마이크로 LED를 선택적으로 어셈블리하기에 유리한 이점을 얻을 수 있다.By forming the length (D3 ) of the home (LAA) to be greater than the distance (D1 ) of the first region (GA), the size of the electric field can be locally increased, which provides an advantage in selectively assembling micro LEDs.
예를 들어, 홈(LAA)의 길이(D3)는 제1영역(GA)의 거리(D1) 보다 0.1배 이상 클 수 있다. 제1영역(GA)의 거리(D1)는 대략 1 ~ 3㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.For example, the length (D3 ) of the home (LAA) may be at least 0.1 times longer than the distance (D1 ) of the first area (GA). The distance (D1 ) of the first area (GA) may be approximately 1 to 3 μm, but is not limited thereto.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 홈(LAA)은 마이크로 LED(ML)가 배치되는 공간으로, 홈(LAA)의 크기가 마이크로 LED(ML)의 크기보다 큰 것이 바람직하다.As shown in FIGS. 7 and 8, the groove (LAA) is a space where the micro LED (ML) is placed, and it is preferable that the size of the groove (LAA) is larger than the size of the micro LED (ML).
하나의 홈(LAA)에 하나의 마이크로 LED(ML)를 정렬하기 위해, 홈(LAA)의 길이(D3)는 마이크로 LED의 길이(D6) 보다 크고, 마이크로 LED의 길이(D6)의 2배 이하일 수 있다.To align one micro LED (ML) in one groove (LAA), the length (D3 ) of the groove (LAA) may be greater than the length (D6 ) of the micro LED and less than twice the length (D6 ) of the micro LED.
홈의 폭(D4)은 마이크로 LED의 직경(D7)보다 크고, 마이크로 LED의 직경(D7)의 2배 이하일 수 있다.The width of the groove (D4 ) may be greater than the diameter of the micro LED (D7 ) and may be less than or equal to twice the diameter of the micro LED (D7 ).
또한, 제1전극층(22)과 제2전극층(24)에 비균일한 크기의 전기장을 발생시켜 복수개의 마이크로 LED들 사이에서 척력이 발생할 때, 홈의 폭(D4)은 하나의 마이크로 LED(ML)와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED(ML) 사이의 간격(D8)보다 작을 수 있다. 폭(D4)이 간격(D8)보다 더 큰 경우, 홈에 2개 이상의 마이크로 LED가 배치될 수 있기 때문에, 폭(D4)이 간격(D8)보다 작은 것이 바람직하다.In addition, when a repulsive force is generated between a plurality of micro LEDs by generating an electric field of a non-uniform size in the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24), the width (D4 ) of the groove may be smaller than the gap (D8 ) between one micro LED (ML) and another adjacent micro LED (ML). When the width (D4 ) is larger than the gap (D8 ), two or more micro LEDs may be arranged in the groove, so it is preferable that the width (D4 ) is smaller than the gap (D8 ).
이는 D6 < D3 < 2 ΧD6, D7 < D4 < 2 ΧD7, D7 < D4 < D8 로 표현될 수 있다.This can be expressed as D6 < D3 < 2 ΧD6 , D7 < D4 < 2 ΧD7 , D7 < D4 < D8 .
홈(LAA)의 형상은 마이크로 LED(ML)의 형상에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 마이크로 LED(ML)의 종횡비가 1:10 이상인 신장형 구조라면 홈(LAA)도 신장형 구조일 수 있다. 마이크로 LED의 종횡비가 1:1 정도의 상대적으로 작은 디스크 또는 큐브 형태라면 홈(LAA)도 디스크 또는 큐브 형태일 수 있다.The shape of the groove (LAA) can be determined according to the shape of the micro LED (ML). For example, if the micro LED (ML) has an elongated structure with an aspect ratio of 1:10 or more, the groove (LAA) can also have an elongated structure. If the micro LED has a relatively small disk or cube shape with an aspect ratio of about 1:1, the groove (LAA) can also have a disk or cube shape.
또한 도 8에 도시된 바와 같이, 마이크로 LED의 길이(D6)는 제1영역(GA)의 거리보다 큰 것이 바람직하다. 마이크로 LED의 길이(D6)가 제1영역(GA)의 거리보다 큰 경우, 평면에서 바라보았을 때, 제1전극층(22)에 마이크로 LED의 일단이 중첩되고, 제2전극층(24)에 마이크로 LED의 타단이 중첩되면서, 마이크로 LED가 전극층에 더욱 견고한 상태로 정렬될 수 있다.Also, as illustrated in FIG. 8, it is preferable that the length (D6 ) of the micro LED be greater than the distance of the first region (GA). When the length (D6 ) of the micro LED is greater than the distance of the first region (GA), when viewed from a plane, one end of the micro LED overlaps the first electrode layer (22), and the other end of the micro LED overlaps the second electrode layer (24), so that the micro LED can be aligned more firmly on the electrode layers.
전기장 발생 시 척력에 의해 마이크로 LED(ML)들이 일정한 거리만큼 이격되어 간격(D8)이 형성될 수 있다. 복수개의 마이크로 LED 간의 간격(D8)은 전기장 세기, 마이크로 LED(ML)와 전극층(22, 24) 간의 커플링 커패시터에 의한 결합 현상, 마이크로 LED(ML)끼리의 척력에 의해 조절될 수 있다.When an electric field is generated, the micro LEDs (ML) can be spaced apart by a certain distance due to a repulsive force to form a gap (D8 ). The gap (D8 ) between multiple micro LEDs can be controlled by the electric field strength, the coupling phenomenon by the coupling capacitor between the micro LEDs (ML) and the electrode layer (22, 24), and the repulsive force between the micro LEDs (ML).
구체적으로, 제1전극층과 제2전극층에 전기장을 발생시키면, 전극 갭에 어셈블리 된 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이에 정전기적 척력이 발생하게 된다. 정전기적 척력에 의해 전극 갭에 어셈블리 된 복수개의 마이크로 LED는 전극 갭에 위치한 상태에서 자체적으로 움직이면서, 복수개의 마이크로 LED를 일정한 간격으로 정렬할 수 있다. 상기 전극 갭은 단면도에서 바라보았을 때, 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 사이에 해당하는 영역의 상부를 포함할 수 있고, 홈(LAA)을 포함할 수 있다.Specifically, when an electric field is generated in the first electrode layer and the second electrode layer, an electrostatic repulsive force is generated between one micro LED assembled in the electrode gap and another adjacent micro LED. By the electrostatic repulsive force, a plurality of micro LEDs assembled in the electrode gap can move on their own while positioned in the electrode gap, and the plurality of micro LEDs can be aligned at a constant interval. The electrode gap may include an upper portion of a region corresponding to between the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24) when viewed in a cross-sectional view, and may include a groove (LAA).
그리고 유전영동을 위한 교류신호를 인가할 때, 교류신호 크기에 비례하고, 복수개의 마이크로 LED 사이에서 발생하는 척력의 크기에 맞춰 홈들 사이의 간격을 결정할 수 있다. 상기 간격을 결정한 후, 마이크로 LED를 정렬하게 되면, 어셈블리의 수율 및 효율을 더욱 높일 수 있다. 이처럼, 복수개의 마이크로 LED의 정전기적 척력이 미치는 범위 내에서 홈들 사이의 간격, 마이크로 LED들 사이의 간격 등을 배치하는 것이 바람직하다.And when applying an AC signal for electrophoresis, the spacing between the grooves can be determined in proportion to the size of the AC signal and in accordance with the size of the repulsive force generated between the plurality of micro LEDs. After determining the spacing, if the micro LEDs are aligned, the yield and efficiency of the assembly can be further increased. In this way, it is desirable to arrange the spacing between the grooves, the spacing between the micro LEDs, etc. within the range of the electrostatic repulsive force of the plurality of micro LEDs.
교류신호를 0.1 ~ 200V 크기로 인가할 수 있으며, 바람직하게는 0.1 ~ 100V 크기로 인가할 수 있다. 이때 교류신호를 1~ 200MHz 주파수로 인가할 수 있으며, 바람직하게는 10 ~ 100MHz로 인가할 수 있다.The AC signal can be applied with a magnitude of 0.1 to 200 V, and preferably with a magnitude of 0.1 to 100 V. At this time, the AC signal can be applied with a frequency of 1 to 200 MHz, and preferably with a magnitude of 10 to 100 MHz.
교류신호의 크기가 주파수가 이 범위를 만족함으로써, 교류신호 크기에 비례하는 척력의 크기에 맞춰 마이크로 LED 어셈블리의 수율을 더욱 향상시킬 수 있다.By ensuring that the magnitude of the AC signal satisfies this range of frequencies, the yield of the micro LED assembly can be further improved by adjusting the magnitude of the repulsive force proportional to the magnitude of the AC signal.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 절연층의 홈끼리의 간격에 따라 마이크로 LED가 정렬된 모습의 평면도이다.FIG. 9a and FIG. 9b are plan views showing micro LEDs aligned according to the spacing between grooves of an insulating layer according to the present invention.
도 9a에 도시된 바와 같이, 하나의 홈과 인접한 다른 하나의 홈 사이의 간격이 상대적으로 큰 경우, 높은 교류신호를 인가할 수 있다. 높은 교류신호를 인가하게 되면, 복수개의 마이크로 LED에서 높은 분극 현상이 나타나게 되면서 크기가 큰 척력이 발생하게 된다. 척력이 발생하면 복수개의 마이크로 LED가 서로 밀어내면서, 하나의 홈에 하나의 마이크로 LED가 정렬하게 된다. 결국 정전기적 척력이 미치는 범위 내에서 복수개의 홈을 일정한 간격으로 배치하고, 복수개의 마이크로 LED를 일정한 간격으로 정렬함으로써, 마이크로 LED의 어셈블리 수율을 더욱 높일 수 있다.As illustrated in FIG. 9a, when the gap between one groove and another adjacent groove is relatively large, a high AC signal can be applied. When a high AC signal is applied, a high polarization phenomenon occurs in a plurality of micro LEDs, which generates a large repulsive force. When the repulsive force is generated, the plurality of micro LEDs repel each other, and one micro LED is aligned in one groove. Ultimately, by arranging a plurality of grooves at a regular interval within the range of the electrostatic repulsive force and aligning a plurality of micro LEDs at a regular interval, the assembly yield of the micro LED can be further increased.
도 9b에 도시된 바와 같이, 하나의 홈과 인접한 다른 하나의 홈 사이의 간격이 상대적으로 작은 경우, 더 많은 마이크로 LED를 정렬할 수 있고, 이때 낮은 교류신호를 인가할 수 있다. 낮은 교류신호를 인가하게 되면, 복수개의 마이크로 LED에서 낮은 분극 현상이 나타나게 되면서 크기가 작은 척력이 발생하게 된다. 척력이 발생하면 복수개의 마이크로 LED가 서로 밀어내면서, 하나의 홈에 하나의 마이크로 LED가 정렬하게 된다. 결국 정전기적 척력이 미치는 범위 내에서 복수개의 홈을 일정한 간격으로 배치하고, 복수개의 마이크로 LED를 일정한 간격으로 정렬함으로써, 마이크로 LED의 어셈블리 수율을 더욱 높일 수 있다.As illustrated in FIG. 9b, when the gap between one groove and another adjacent groove is relatively small, more micro LEDs can be aligned, and at this time, a low AC signal can be applied. When a low AC signal is applied, a low polarization phenomenon occurs in a plurality of micro LEDs, causing a small repulsive force to be generated. When the repulsive force is generated, the plurality of micro LEDs repel each other, and one micro LED is aligned in one groove. Ultimately, by arranging a plurality of grooves at a regular interval within the range of the electrostatic repulsive force and aligning a plurality of micro LEDs at a regular interval, the assembly yield of the micro LED can be further increased.
정전기적 척력이 미치는 범위 내에서 마이크로 LED의 어셈블리 수율을 더욱 높이기 위해, 하나의 홈과 인접한 다른 하나의 홈 사이의 간격은 마이크로 LED의 직경(D7)보다 큰 것이 바람직하다. 홈들 사이의 간격이 마이크로 LED의 직경보다 큰 경우, 척력에 의해 마이크로 LED들이 서로 밀어내면서 홈에 대한 정렬이 보다 용이한 효과가 있다. 반대로, 홈들 사이의 간격이 마이크로 LED의 직경보다 작은 경우, 홈들이 너무 가깝게 위치하기 때문에, 척력에 의해 마이크로 LED를 홈에 정렬하는 것이 어렵고, 일정한 간격으로 마이크로 LED를 정렬하는 것이 어려운 문제점이 있다.In order to further increase the assembly yield of the micro LED within the range of the electrostatic repulsive force, the gap between one groove and another adjacent groove is preferably larger than the diameter (D7 ) of the micro LED. When the gap between the grooves is larger than the diameter of the micro LED, the micro LEDs repel each other due to the repulsive force, which makes it easier to align the micro LEDs to the grooves. Conversely, when the gap between the grooves is smaller than the diameter of the micro LED, the grooves are positioned too close together, making it difficult to align the micro LEDs to the grooves by the repulsive force, and making it difficult to align the micro LEDs at a constant gap.
또한 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이의 간격(D8)은 마이크로 LED의 직경(D7)보다 큰 것이 바람직하다. 간격(D8)이 직경(D7)보다 큰 경우, 복수개의 마이크로 LED 사이에 발생하는 척력에 의해, 복수개의 마이크로 LED가 일정한 간격으로 정렬하는데 유리한 이점이 있다. 반대로 간격(D8)이 직경(D7)보다 작은 경우, 마이크로 LED가 너무 좁은 간격으로 정렬됨에 따라 각각의 마이크로 LED가 비균일한 방향으로 정렬되는 문제점이 있다.In addition, it is preferable that the gap (D8 ) between one micro LED and another adjacent micro LED be larger than the diameter (D7 ) of the micro LED. When the gap (D8 ) is larger than the diameter (D7 ), there is an advantage in that the plurality of micro LEDs are aligned at a constant gap due to the repulsive force generated between the plurality of micro LEDs. On the other hand, when the gap (D8 ) is smaller than the diameter (D7 ), there is a problem in that each micro LED is aligned in a non-uniform direction because the micro LEDs are aligned at too narrow a gap.
예를 들어, 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이의 간격(D8)은 0.1 ~ 30㎛일 수 있고, 바람직하게는 0.1 ~ 20㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1 ~ 10㎛일 수 있다.For example, the spacing (D8 ) between one micro LED and another adjacent micro LED can be 0.1 to 30 μm, preferably 0.1 to 20 μm, and more preferably 0.1 to 10 μm.
간격(D8)이 0.1 ~ 30㎛이고, 직경(D7)이 0.01 ~ 20㎛인 범위에서, 간격(D8)이 직경(D7)보다 클 수 있다.The gap (D8 ) is in the range of 0.1 to 30 μm and the diameter (D7 ) is in the range of 0.01 to 20 μm, and the gap (D8 ) can be larger than the diameter (D7 ).
또한 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이의 간격(D8)은 마이크로 LED 길이(D6)의 0.05 ~ 5배일 수 있고, 바람직하게는 0.1 ~ 3배일 수 있다. 간격(D8)이 길이(D6)의 0.05 ~ 5배를 만족함으로써, 복수개의 마이크로 LED 간의 척력에 의해 일정한 간격으로 마이크로 LED를 정렬하는 효과가 있다.Additionally, the spacing (D8 ) between one micro LED and another adjacent micro LED may be 0.05 to 5 times the length (D6 ) of the micro LED, and preferably 0.1 to 3 times. By satisfying the spacing (D8 ) to be 0.05 to 5 times the length (D6 ), there is an effect of aligning the micro LEDs at a constant spacing by the repulsive force between the plurality of micro LEDs.
예를 들어, 길이(D6)가 10㎛이고, 간격(D8)이 길이(D6)의 3배일 때, 간격(D8)은 30㎛를 나타낼 수 있다.For example, when the length (D6 ) is 10 μm and the spacing (D8 ) is three times the length (D6 ), the spacing (D8 ) can represent 30 μm.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 정전기적 척력의 발생 여부에 따라 마이크로 LED가 정렬된 모습의 평면도이다.FIG. 10a and FIG. 10b are plan views showing the alignment of micro LEDs depending on whether electrostatic repulsion occurs according to the present invention.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 분극에 따른 정전하가 발생하면서 복수개의 마이크로 LED 사이에서 정전기적 척력이 작용하게 된다. 정전기적 척력을 이용하여 복수개의 마이크로 LED를 정렬하는 단계에서, 하나의 홈과 인접한 다른 하나의 홈 사이에 적어도 하나의 마이크로 LED를 일정한 간격으로 더 정렬할 수 있다.As illustrated in FIGS. 10A and 10B, an electrostatic repulsive force acts between a plurality of micro LEDs as electrostatic charges are generated according to polarization. In the step of aligning a plurality of micro LEDs using the electrostatic repulsive force, at least one more micro LED can be aligned at a constant interval between one groove and another adjacent groove.
이때, 도 10a에서 하단에 정렬된 하나의 마이크로 LED는 단일 마이크로 LED라서 분극에 따른 정전하는 형성되지만, 다른 마이크로 LED에 정전기적 척력을 미칠 수 없고, 기판 상에 복수개의 마이크로 LED가 불규칙적으로 정렬되는 것을 보여준다.At this time, one micro LED aligned at the bottom in Fig. 10a is a single micro LED, so electrostatic charge is formed according to polarization, but it cannot exert an electrostatic repulsion force on other micro LEDs, and multiple micro LEDs are shown to be irregularly aligned on the substrate.
한편, 하나의 홈(LAA)에 하나의 마이크로 LED(ML)가 배치되는 구조에서 2~3개 정도의 복수개의 홈이 하나의 세트를 이루어 마이크로 LED(ML)가 전기적으로 연결되면, 하나의 홈(LAA)에 하나의 마이크로 LED(ML)가 배치될 때 나타내는 불량 문제를 해결할 수 있다.Meanwhile, in a structure where one micro LED (ML) is placed in one groove (LAA), when two to three grooves form one set and the micro LEDs (ML) are electrically connected, the defect problem that occurs when one micro LED (ML) is placed in one groove (LAA) can be solved.
도 11에 도시된 바와 같이, 홈(LAA)의 깊이(d5)는 마이크로 LED와 전극층(22, 24) 사이의 거리와 관련이 있다. 동일한 두께의 절연층(30)이라도 패터닝된 부분의 깊이, 즉, 홈(LAA)의 깊이(d5)가 클수록 마이크로 LED(ML)가 전극층(22, 24)과 상대적으로 가까운 위치에 정렬될 수 있다.As illustrated in FIG. 11, the depth (d5 ) of the groove (LAA) is related to the distance between the micro LED and the electrode layer (22, 24). Even with the same thickness of the insulating layer (30), the greater the depth of the patterned portion, i.e., the greater the depth (d5 ) of the groove (LAA), the more the micro LED (ML) can be aligned at a relatively close position to the electrode layer (22, 24).
홈(LAA)의 깊이(d5)에 따라, 홈(LAA) 내에 마이크로 LED(ML)가 강하게 잡혀있는 상태, 고정된 상태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 홈(LAA)의 깊이(d5)는 마이크로 LED(ML) 직경(D7)의 1/3 이상일 수 있다.Depending on the depth (d5 ) of the groove (LAA), the micro LED (ML) may be strongly held and fixed within the groove (LAA). For example, the depth (d5 ) of the groove (LAA) may be 1/3 or more of the diameter (D7 ) of the micro LED (ML).
절연층(30)과 홈(LAA)이 없어도 마이크로 LED(ML)가 배열은 되지만, 배열되는 순간 높은 전류가 흘러 마이크로 LED(ML)가 파괴되는 문제점이 있다.Although the micro LEDs (ML) can be arranged without the insulating layer (30) and the groove (LAA), there is a problem in that a high current flows at the moment of arrangement and the micro LEDs (ML) are destroyed.
또한 전극층(22, 24) 상에 절연층(30)이 없는 경우, 마이크로 LED가 전극층(22, 24) 사이에 배열되면서 쇼트(short)가 발생할 수 있다.In addition, if there is no insulating layer (30) on the electrode layers (22, 24), a short may occur when the micro LED is arranged between the electrode layers (22, 24).
이에 따라 절연층(30)을 전극층(22, 24) 상에 바로 형성하거나 또는 기판 전체에 절연층(30)을 형성한 후에, 홈(LAA)에 국부적으로 얇은 두께의 홈(LAA)을 형성하는 것이 필요하다.Accordingly, it is necessary to form an insulating layer (30) directly on the electrode layer (22, 24) or to form an insulating layer (30) over the entire substrate and then locally form a thin groove (LAA) in the groove (LAA).
홈(LAA)과 전극층(22, 24) 사이의 절연층(30) 두께가 너무 두꺼우면 전극층 사이 영역(GA)에서 전기장의 세기가 감소하는 경향이 있어서 적정한 두께를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 홈(LAA)과 전극층(22, 24) 사이의 절연층(30) 두께는 대략 0.01 ~ 1㎛ 일 수 있고, 구체적으로는 0.1 ~ 1㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.If the thickness of the insulation layer (30) between the groove (LAA) and the electrode layers (22, 24) is too thick, the intensity of the electric field in the region (GA) between the electrode layers tends to decrease, so it is desirable to have an appropriate thickness. For example, the thickness of the insulation layer (30) between the groove (LAA) and the electrode layers (22, 24) may be approximately 0.01 to 1 ㎛, specifically, 0.1 to 1 ㎛, but is not limited thereto.
도 12에 도시된 바와 같이, 기판(10) 상에 복수개의 마이크로 LED(ML)를 포함하는 용액을 공급하면서, 제1전극층(22)과 제2전극층(24)에 전기장을 발생시켜 홈(LAA)의 정확한 위치에 마이크로 LED(ML)를 정렬할 수 있다. 그리고 하나의 홈(LAA)에 하나의 마이크로 LED(ML)를 정렬하는 것이 가능하다.As illustrated in Fig. 12, by supplying a solution including a plurality of micro LEDs (ML) onto a substrate (10), an electric field is generated in the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24) to align the micro LEDs (ML) at the exact position of the groove (LAA). And it is possible to align one micro LED (ML) in one groove (LAA).
복수개의 마이크로 LED를 포함하는 용액은 용액 1㎕ 당 1Χ103 ~ 1 Χ107의 마이크로 LED를 포함할 수 있고, 바람직하게는 1Χ104 ~ 1 Χ106의 마이크로 LED를 포함할 수 있다. 용액 1㎕ 당 1Χ103 ~ 1 Χ107의 마이크로 LED를 포함함으로써, 비어있는 홈 없이 복수개의 마이크로 LED를 일정한 간격으로 정렬할 수 있다.A solution including a plurality of micro LEDs can include 1Χ103 to 1Χ107 micro LEDs per 1 μL of solution, and preferably 1Χ104 to 1Χ106 micro LEDs. By including 1Χ103 to 1Χ107 micro LEDs per 1 μL of solution, the plurality of micro LEDs can be aligned at a constant interval without empty grooves.
용액(FL)은 전기 신호 공급부(미도시)에 의해 전기 신호가 인가될 때 마이크로 LED(ML) 보다 낮은 유전상수(dielectric constant)를 갖는 액체일 수 있다.The solution (FL) may be a liquid having a lower dielectric constant than the micro LED (ML) when an electric signal is applied by an electric signal supply unit (not shown).
용액(FL)은 이소프로필알코올(isopropyl alcohol), 아세톤, 톨루엔, 에탄올, 메탄올 및 증류수 중에서 적어도 하나의 물질을 포함하는 액체일 수 있다.The solution (FL) may be a liquid containing at least one substance selected from the group consisting of isopropyl alcohol, acetone, toluene, ethanol, methanol, and distilled water.
기판(10) 상에 복수개의 마이크로 LED들(ML)이 포함된 용액을 공급되는 동안, 전기 신호 공급부가 제1전극층(22)과 제2전극층(24)에 전기 신호를 인가하여 제1전극층(22)과 제2전극층(24) 사이에 전기장(EF)을 생성할 수 있다.While a solution containing a plurality of micro LEDs (ML) is supplied on a substrate (10), an electric signal supply unit can apply an electric signal to the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24) to generate an electric field (EF) between the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24).
전기장(EF)이 생성되면, 용액에 포함된 복수개의 마이크로 LED들(ML) 중에서 적어도 하나가 전기장(EF)의 인력에 의해 홈(LAA)에 배열될 수 있다.When an electric field (EF) is generated, at least one of the plurality of micro LEDs (ML) included in the solution can be arranged in the groove (LAA) by the attractive force of the electric field (EF).
홈(LAA)에서 마이크로 LED(ML)의 배열 방향이 일정하게 되도록, 전기 신호 공급부는 제1전극층(22)과 제2전극층(24)으로 직류 신호, 교류 신호 또는 펄스 직류(pulsed DC) 신호를 공급할 수 있고, 바람직하게는 교류 신호 또는 펄스 직류 신호를 공급할 수 있다.In order to ensure that the arrangement direction of the micro LEDs (ML) in the home (LAA) is constant, the electric signal supply unit can supply a direct current signal, an alternating current signal or a pulsed DC signal to the first electrode layer (22) and the second electrode layer (24), and preferably, an alternating current signal or a pulsed DC signal can be supplied.
여기서, 펄스 직류 신호는 값은 변하되 극성은 일정하게 유지되는 주기적인 전기 신호를 의미한다. 전기 신호 공급부는 교류 신호에 바이어스 직류 신호를 더하여 펄스 직류 신호를 생성할 수 있다.Here, the pulsed DC signal refers to a periodic electrical signal whose value changes but whose polarity remains constant. The electrical signal supply unit can generate a pulsed DC signal by adding a bias DC signal to an AC signal.
도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 절연층 기반의 홈을 적용한 이미지이고, 도 14는 본 발명에 따른 홈에 마이크로 LED가 정렬된 모습의 사진이다.FIG. 13a and FIG. 13b are images showing an application of an insulating layer-based groove according to the present invention, and FIG. 14 is a photograph showing a micro LED aligned in a groove according to the present invention.
도 13a, 13b 및 도 14를 참조하면, 기판 상에 비균일한 크기의 전기장을 형성시킴에 따라, 위치에 대한 오차범위를 0.1㎛ 이하로 감소시켜 정확한 위치에 마이크로 LED를 정렬할 수 있다. 또한 복수개의 마이크로 LED를 일정한 간격으로 정렬할 수 있으며, 높은 어셈블리 수율을 나타낼 수 있다.Referring to FIGS. 13a, 13b, and 14, by forming an electric field of non-uniform size on the substrate, the error range for the position can be reduced to 0.1 μm or less, so that the micro LED can be aligned at an accurate position. In addition, a plurality of micro LEDs can be aligned at a constant interval, and a high assembly yield can be exhibited.
마이크로 LED 정렬 단계 이후에, 절연층(30)을 모두 제거하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 필요에 따라 기판 상에 절연층을 유지할 수도 있다.After the micro LED alignment step, a step of removing all of the insulating layer (30) may be further included, and the insulating layer may be maintained on the substrate as needed.
절연층(30)을 모두 제거하게 되면, 마이크로 LED(ML)의 일단은 제1전극층(22)에 전기적으로 접속되며 물리적으로 고정될 수 있다. 마이크로 LED(ML)의 타단은 제2전극층(24)에 전기적으로 접속되며 물리적으로 고정될 수 있다.When the insulating layer (30) is completely removed, one end of the micro LED (ML) can be electrically connected to the first electrode layer (22) and physically fixed. The other end of the micro LED (ML) can be electrically connected to the second electrode layer (24) and physically fixed.
이처럼 본 발명은 정전기적 척력을 이용하여 복수개의 마이크로 LED를 일정한 간격으로 정렬할 수 있다. 또한, 홈에서 전기장의 세기가 국부적으로 강하게 형성되도록 조절하여, 정확한 위치에 마이크로 LED를 정렬할 수 있다.In this way, the present invention can align a plurality of micro LEDs at a set interval using electrostatic repulsion. In addition, by controlling the strength of the electric field to be locally formed strong in the groove, the micro LEDs can be aligned at an accurate position.
3가지 종류의 마이크로 LED들(ML1, ML2 및 ML3)이 있을 때에는 세 번의 공정을 통해 정확한 위치에 3가지 종류의 마이크로 LED들(ML1, ML2 및 ML3)을 일정한 간격으로 정렬할 수 있다.When there are three types of micro LEDs (ML1, ML2, and ML3), the three types of micro LEDs (ML1, ML2, and ML3) can be aligned at precise locations with equal spacing through three processes.
먼저, 제1 마이크로 LED(ML1)를 실장시킬 때에는, 제1 마이크로 LED(ML1)가 포함된 용액(FL)을 공급하면서 전기 신호 공급부가 제1전극층과 제2전극층에 전기 신호를 공급한다. 제1전극층과 제2전극층 사이에 인력이 발생하여 해당 부분에 제1 마이크로 LED(ML1)가 실장될 수 있다.First, when mounting the first micro LED (ML1), the electric signal supply unit supplies an electric signal to the first electrode layer and the second electrode layer while supplying a solution (FL) containing the first micro LED (ML1). An attractive force is generated between the first electrode layer and the second electrode layer, so that the first micro LED (ML1) can be mounted in the corresponding portion.
전기 신호 공급부는 제3전극층과 제4전극층에는 전기 신호를 공급하지 않거나 제1전극층 또는 제2전극층과 인력이 발생하지 않도록 하는 전기 신호를 공급할 수 있다.The electric signal supply unit can supply an electric signal that does not supply an electric signal to the third electrode layer and the fourth electrode layer, or that does not generate an attractive force with the first electrode layer or the second electrode layer.
이후, 제2 마이크로 LED(ML2)를 실장시킬 때에는, 제2 마이크로 LED(ML2)가 포함된 용액(FL)을 공급하면서 전기 신호 공급부가 제2전극층과 제3전극층에 전기 신호를 공급한다. 제2 전극층과 제3 전극층 사이에 인력이 발생하여 해당 부분에 제2 마이크로 LED(ML2)가 실장될 수 있다.Thereafter, when mounting the second micro LED (ML2), the electric signal supply unit supplies an electric signal to the second electrode layer and the third electrode layer while supplying a solution (FL) containing the second micro LED (ML2). An attractive force is generated between the second electrode layer and the third electrode layer, so that the second micro LED (ML2) can be mounted in the corresponding portion.
마지막으로, 제3 마이크로 LED(ML3)를 실장시킬 때에는, 제3 마이크로 LED(ML3)가 포함된 용액(FL)을 공급하면서 전기 신호 공급부가 제3전극층과 제4전극층에 전기 신호를 공급한다. 제3 전극층과 제4전극층 사이에 인력이 발생하여 해당 부분에 제3 마이크로 LED(ML3)가 실장될 수 있다.Finally, when mounting the third micro LED (ML3), the electric signal supply unit supplies an electric signal to the third electrode layer and the fourth electrode layer while supplying a solution (FL) containing the third micro LED (ML3). An attractive force is generated between the third electrode layer and the fourth electrode layer, so that the third micro LED (ML3) can be mounted in the corresponding portion.
이처럼 각 조립(assembly) 과정마다 해당 마이크로 LED를 실장하기 위한 영역의 전극층들 사이에 전기장이 발생하여 복수개의 마이크로 LED를 정렬할 수 있다.In this way, an electric field is generated between the electrode layers of the area for mounting the micro LED at each assembly process, so that multiple micro LEDs can be aligned.
본 발명에서는 마이크로 LED 정렬 방법을 이용하여, 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED가 배치되도록 마이크로 LED 디스플레이를 제조할 수 있다.In the present invention, a micro LED display can be manufactured so that one micro LED is arranged in each pixel area by using a micro LED alignment method.
구체적으로, 마이크로 LED 디스플레이의 제조 방법은 다음과 같다.Specifically, the manufacturing method of the micro LED display is as follows.
기판 상에 데이터 라인과 게이트 라인이 교차하여 정의되는 복수개의 화소 영역마다 트랜지스터(TFT)를 배치한다.A transistor (TFT) is placed in each pixel area defined by the intersection of data lines and gate lines on the substrate.
트랜지스터는 상대적으로 얇은 필름 형태인 박막을 이용한 박막 트랜지스터일 수 있다. 디스플레이에서 트랜지스터는 디스플레이 화면을 구성하는 각각의 픽셀의 밝기를 조절하는 역할을 한다.The transistor can be a thin film transistor that uses a relatively thin film. In a display, the transistor controls the brightness of each pixel that makes up the display screen.
1개의 픽셀은 R, G, B를 구성하는 서브픽셀로 이루어져 있고, 디스플레이가 색을 구현하려면 각각의 서브픽셀에 전류가 필요하다. 트랜지스터는 각 서브 픽셀에 위치하며, 특정 전압이 가해졌을 때 해당 전류량을 가지고 픽셀을 구동하게 된다.One pixel is made up of subpixels that make up R, G, and B, and for the display to implement color, each subpixel requires current. A transistor is located in each subpixel, and when a certain voltage is applied, it drives the pixel with the corresponding amount of current.
트랜지스터는 데이터 라인과 게이트 라인의 교차 지점에 배치된다.Transistors are placed at the intersection of data lines and gate lines.
데이터 라인은 트랜지스터의 소스 전극과 연결되며, 게이트 라인은 트랜지스터의 게이트 전극과 연결된다.The data line is connected to the source electrode of the transistor, and the gate line is connected to the gate electrode of the transistor.
상기 트랜지스터는 게이트 전극의 위치에 기초하여 역스태거 구조(바텀 게이트형) 및 스태거 구조(톱 게이트형)로 구분된다. 그리고 게이트 전극과 활성층의 배치에 따라 1) 바텀 게이트-탑 콘택트(bottom gate-top contact), 2) 바텀 게이트-바텀 콘택트(bottom gate-bottom contact), 3) 톱 게이트-탑 콘택트(top gate-top contact) 4) 톱 게이트-바텀 콘택트(top gate-bottom contact) 의 4가지 구조로 분류될 수 있다.The above transistor is divided into a reverse stagger structure (bottom gate type) and a stagger structure (top gate type) based on the position of the gate electrode. And, depending on the arrangement of the gate electrode and the active layer, it can be classified into four structures: 1) bottom gate-top contact, 2) bottom gate-bottom contact, 3) top gate-top contact, and 4) top gate-bottom contact.
톱 게이트 구조란, 게이트 절연막의 상측에 게이트 전극이 배치되고, 게이트 절연막의 하측에 활성층이 형성된 형태이다.The top gate structure is a structure in which the gate electrode is placed on the upper side of the gate insulating film and the active layer is formed on the lower side of the gate insulating film.
바텀 게이트 구조란, 게이트 절연막의 하측에 게이트 전극이 배치되고, 게이트 절연막의 상측에 활성층이 형성된 형태이다.The bottom gate structure is a structure in which the gate electrode is placed on the lower side of the gate insulating film and the active layer is formed on the upper side of the gate insulating film.
바텀 콘택트형이란, 소스·드레인 전극이 활성층보다 먼저 형성되어 활성층의 하면이 소스·드레인 전극에 접촉하는 형태이다.Bottom contact type means that the source/drain electrodes are formed before the active layer, and the lower surface of the active layer contacts the source/drain electrodes.
탑 콘택트형이란, 활성층이 소스·드레인 전극보다 먼저 형성되어 활성층의 상면이 소스·드레인 전극에 접촉하는 형태이다.The top contact type is a type in which the active layer is formed before the source and drain electrodes, and the upper surface of the active layer contacts the source and drain electrodes.
본 발명의 트랜지스터는 4가지 구조 중 어느 하나로 적용 가능하다.The transistor of the present invention can be applied in any one of four structures.
이어서, 상기 복수개의 화소 영역마다 트랜지스터가 배치된 기판 상에 서로 이격되는 제1전극층과 제2전극층을 배치할 수 있다. 마이크로 LED(ML)는 트랜지스터의 드레인 전극과 전원 전압 라인(VDD) 사이에 접속될 수 있다.Next, a first electrode layer and a second electrode layer spaced apart from each other can be arranged on a substrate on which transistors are arranged for each of the plurality of pixel areas. A micro LED (ML) can be connected between a drain electrode of the transistor and a power voltage line (VDD ).
이어서, 복수개의 화소 영역마다 상기 제1전극층, 제2전극층이 배치된 기판 상에 절연층을 배치할 수 있다.Next, an insulating layer can be placed on the substrate on which the first electrode layer and the second electrode layer are placed for each of a plurality of pixel areas.
이어서, 상기 복수개의 화소 영역마다 상기 제1전극층과 제2전극층 사이 영역에 해당하는 절연층을 패터닝하되 일정 두께로 패터닝하여 홈을 형성할 수 있다.Next, in each of the plurality of pixel areas, an insulating layer corresponding to an area between the first electrode layer and the second electrode layer can be patterned to a certain thickness to form a groove.
예를 들어, 복수개의 화소 영역마다 절연층 상에 포토레지스트를 도포한 후, 1차 패터닝과 2차 패터닝을 수행하여 홈을 형성할 수 있다.For example, a photoresist may be applied on an insulating layer for each of a plurality of pixel areas, and then primary patterning and secondary patterning may be performed to form a groove.
1차 패터닝과 2차 패터닝은 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.The first and second patterning are the same as described above, so they will be omitted.
이어서, 복수개의 화소 영역마다 기판 상에 마이크로 LED가 포함된 용액을 공급하면서, 제1전극층과 제2전극층에 전기 신호를 인가하고 비균일한 크기의 전기장을 발생시켜 하나의 마이크로 LED와 인접한 다른 하나의 마이크로 LED 사이에 발생하는 척력에 의해, 일정한 간격으로 복수개의 마이크로 LED를 정렬할 수 있다. 또한 하나의 홈에 하나의 마이크로 LED를 정렬할 수 있다.Next, by supplying a solution containing micro LEDs onto the substrate for each of a plurality of pixel areas, applying an electric signal to the first electrode layer and the second electrode layer and generating an electric field of non-uniform size, the plurality of micro LEDs can be aligned at regular intervals by a repulsive force generated between one micro LED and another adjacent micro LED. In addition, one micro LED can be aligned in one groove.
이러한 과정을 거쳐, 하나의 화소 영역마다 하나의 마이크로 LED가 배치될 수 있다.Through this process, one micro LED can be placed in each pixel area.
하나의 홈에 하나의 마이크로 LED를 어셈블리한 이후, 제1전극층을 상기 트랜지스터의 소스 전극 또는 드레인 전극에 연결하고, 제2전극층을 전원 전압 라인(VDD) 또는 기저 전압 라인(Vss)에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.After assembling one micro LED into one home, the method may further include a step of connecting the first electrode layer to the source electrode or the drain electrode of the transistor, and connecting the second electrode layer to the power voltage line (VDD ) or the base voltage line (Vss).
상기 연결하는 단계를 통해, 마이크로 LED(ML)의 일단은 트랜지스터의 소스 전극에 접속되고 마이크로 LED(ML)의 타단은 전원 전압 라인(VDD)에 접속될 수 있다.Through the above connecting step, one end of the micro LED (ML) can be connected to the source electrode of the transistor and the other end of the micro LED (ML) can be connected to the power voltage line (VDD ).
추가적으로, 복수개의 열 중에서, 각 열마다 전기 신호를 순차적으로 인가하여 서로 다른 발광특성을 가진 마이크로 LED, 예를 들어 R-G-B의 색상에 해당하는 나노 혹은 마이크로 LED를 디스플레이 백플레인 위에 디스플레이 화소로 배열할 수 있다.Additionally, among the plurality of columns, by sequentially applying electrical signals to each column, micro LEDs with different light-emitting characteristics, for example nano or micro LEDs corresponding to the colors of R-G-B, can be arranged as display pixels on the display backplane.
각 열마다 순차적으로 전기장을 형성하기 위하여 개별적으로 전기신호를 가할 수 있는 회로장치를 사용할 수 있다.A circuit device capable of individually applying electric signals to each column to sequentially form an electric field can be used.
화소 별로 전기장을 따로 적용하여 RGB 풀컬러를 구현하기 위해서는, 순서에 상관없이 다음과 같은 방법으로 마이크로 LED를 배열할 수 있다.In order to implement RGB full color by applying electric fields separately to each pixel, micro LEDs can be arranged in the following manner regardless of the order.
복수개의 마이크로 LED 중에서 적색 마이크로 LED가 포함된 용액을 공급하면서, 적색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 전기 신호를 인가하여 적색 화소에 포함되는 홈에 일정한 간격으로 적색 마이크로 LED를 배열하고, 기판(백플레인)을 건조시킬 수 있다.While supplying a solution containing a red micro LED among a plurality of micro LEDs, an electric signal is applied to a first electrode layer and a second electrode layer connected to a red pixel to arrange the red micro LEDs at a constant interval in grooves included in the red pixel, and the substrate (backplane) can be dried.
복수개의 마이크로 LED 중에서 녹색 마이크로 LED가 포함된 용액을 공급하면서, 녹색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 전기 신호를 인가하여 녹색 화소에 포함되는 홈에 일정한 간격으로 적색 마이크로 LED를 배열하고, 기판(백플레인)을 건조시킬 수 있다.While supplying a solution containing green micro LEDs among a plurality of micro LEDs, an electric signal is applied to a first electrode layer and a second electrode layer connected to a green pixel, thereby arranging red micro LEDs at regular intervals in grooves included in the green pixel, and drying the substrate (backplane).
복수개의 마이크로 LED 중에서 청색 마이크로 LED가 포함된 용액을 공급하면서, 청색 화소에 연결되는 제1전극층과, 제2전극층에 전기 신호를 인가하여 청색 화소에 포함되는 홈에 일정한 간격으로 적색 마이크로 LED를 배열하고, 기판(백플레인)을 건조시킬 수 있다.While supplying a solution containing blue micro LEDs among a plurality of micro LEDs, an electric signal is applied to a first electrode layer and a second electrode layer connected to a blue pixel to arrange red micro LEDs at regular intervals in grooves included in the blue pixel, and the substrate (backplane) can be dried.
이처럼, 마이크로 LED 공급, 마이크로 LED 배열, 및 건조과정을 반복하여 R-G-B 나노 LED 어레이 형태를 디스플레이 위에 형성함으로써, 풀컬러 디스플레이를 완성할 수 있다.In this way, by repeating the micro LED supply, micro LED array, and drying processes to form an R-G-B nano LED array shape on the display, a full-color display can be completed.
본 발명의 마이크로 LED 정렬 방법을 통해 제작된 마이크로 LED 디스플레이는 소형 및 고해상도의 디스플레이에 적용될 수 있으며, AR-VR용 HMD와 자동차에 적용되는 HUD에도 적용될 수 있다.The micro LED display manufactured through the micro LED alignment method of the present invention can be applied to small and high-resolution displays, and can also be applied to HMDs for AR-VR and HUDs for automobiles.
이외에도 광학 센서, 광통신, 반도체 직접화, 자동차용 헤드램프, 스마트 섬유, 바이오 콘택트 렌즈, 웨어러블 의료기기의 광원 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.In addition, it can be used in various fields such as optical sensors, optical communications, semiconductor direct manufacturing, automotive headlamps, smart fibers, bio contact lenses, and light sources for wearable medical devices.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.Although the present invention has been described with reference to the drawings as examples, it is obvious that the present invention is not limited to the embodiments and drawings disclosed in this specification, and that various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. In addition, even if the effects according to the configuration of the present invention were not explicitly described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the effects predictable by the corresponding configuration should also be recognized.
10 : 기판
20 : 금속층
22 : 제1전극층
24 : 제2전극층
30 : 절연층
40 : 포토레지스트
ML : 마이크로 LED
GA : 제1영역
LAA : 홈10 : Substrate
20 : Metal layer
22: First electrode layer
24: Second electrode layer
30 : Insulation layer
40 : Photoresist
ML: Micro LED
GA: Area 1
LAA : Home
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