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KR102638010B1 - 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스(Pick-and-Place) 장치 - Google Patents

마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스(Pick-and-Place) 장치 Download PDF

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KR102638010B1
KR102638010B1 KR1020210140991A KR20210140991A KR102638010B1 KR 102638010 B1 KR102638010 B1 KR 102638010B1 KR 1020210140991 A KR1020210140991 A KR 1020210140991A KR 20210140991 A KR20210140991 A KR 20210140991A KR 102638010 B1 KR102638010 B1 KR 102638010B1
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변도영
부닷귀엔
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엔젯 주식회사
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Abstract

본 발명은 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치는 마이크로 LED 칩의 상단 면적보다 작은 노즐팁을 가지고 모세관 형태의 노즐; 상기 노즐 내부에 음압을 가하여 상기 마이크로 LED 칩을 상기 노즐팁에 흡착시키는 압력조절부; 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩의 위치와 자세를 실시간으로 모니터링하는 영상부; 상기 노즐을 이동시키는 이동부; 및 상기 영상부로부터 영상 정보를 수신하고, 상기 압력조절부 및 상기 이동부를 제어하며 상기 마이크로 LED 칩을 리페어 픽셀에 실장시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스(Pick-and-Place) 장치{PICK-AND-PLACE APPARATUS OF MICRO LED CHIP FOR CHIP-REPAIRING OF MICRO LED DISPLAY}
본 발명은 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스(Pick-and-Place) 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로 LED 디스플레이의 제작과정에서 기판에 마이크로 LED 칩을 전사시킨 이후 칩이 실장되지 않거나 잘못 실장된 리페어 픽셀에 마이크로 LED 칩을 칩 단위로 실장하는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치에 관한 것이다.
백라이트 기반이 LCD 디스플레이는 OLED 디스플레이, 마이크로 LED 디스플레이 등과 같은 능동 구동형 픽셀 디스플레이로 빠르게 대체되고 있다. 특히, 마이크로 LED 디스플레이는 GaN 증착막 기술에 기반을 두고 있어 OLED 디스플레이 기술 대비 우수한 명암 및 조도, 빠른 응답시간, 높은 에너지 효율성 때문에 차세대 디스플레이로 떠오르고 있다.
마이크로 LED 디스플레이 기술은 LED, 디스플레이, 반도체 기술이 복합적으로 조합된 대표적인 융합 기술로서, 제조 공정은 웨이퍼(에피 칩) 제조, 칩 가공, 대량 전자, 검사, 리페어, 디스플레이 제조 응용 순으로 진행된다.
4K(3840 x 2160) 디스플레이의 경우 2490만 개의 마이크로 LED 칩이 실장되어야 하기 때문에 이를 개별 칩 단위로 실장한다면 공정 비용과 시간이 기하급수적으로 늘어나 양산이 불가능한 수준이다. 이에, LuxVue의 실리콘 기반의 헤드 부분에 전극을 증착하여 제작된 Pick up Heads를 이용한 전사 방법 등과 같이 대량의 마이크로 LED 칩을 동시에 실장하는 대량 전사 기술을 이용한다.
LuxVue 외 다른 대량 전사 기술이 알려져 있지만, 그 어떠한 전사 기술을 사용하여도 전사 수율이 100%가 불가능한 것으로 알려져 있다.
따라서, 대량 전사 이후에 완벽한 리페어 공정으로 100% 수율의 제품을 제작할 수가 있다. 이때, 리페어 공정은 패드형성 공정 및 칩의 픽앤플레이스 공정으로 구성된다.
대한민국 공개특허 10-2020-0114272
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로 LED 칩의 크기와 유사하거나 작은 노즐팁을 가지는 모세관 형태의 노즐을 이용하여 음압으로 노즐팁에 마이크로 LED 칩을 흡착시켜 실시간으로 마이크로 LED 칩의 위치와 자세를 모니터링하며 리페어 지역에 실장시킬 수 있는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스(Pick-and Place) 장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 마이크로 LED 칩의 상단 면적보다 작은 노즐팁을 가지고 모세관 형태의 노즐; 상기 노즐 내부에 음압을 가하여 상기 마이크로 LED 칩을 상기 노즐팁에 흡착시키는고 상기 노즐 내부에 양압을 가하여 상기 마이크로 LED 칩을 안착시키는 압력조절부; 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩의 위치와 자세를 실시간으로 모니터링하는 영상부; 상기 노즐을 이동시키는 이동부; 및 상기 영상부로부터 영상 정보를 수신하고, 상기 압력조절부 및 상기 이동부를 제어하며 상기 마이크로 LED 칩을 리페어 픽셀에 실장시키는 제어부를 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 노즐의 끝단부는 반경이 점차적으로 줄어드는 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 노즐은 글래스, 금속튜브, 세라믹, 폴리머 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 노즐팁은 유연 소재로 코팅될 수 있다.
여기서, 상기 유연 소재는 PDMS일 수 있다.
여기서, 상기 노즐팁을 세정하는 세정부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 노즐팁에 정전기를 제거하는 이오나이저를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 노즐은 기판을 향하여 수직 아래로 배치되고, 상기 영상부는 상기 노즐의 일측에 적어도 하나 이상 배치되어 수직 아래 방향에 대하여 경사 방향으로 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩의 영상을 획득하여 xy 평면 상에서의 상기 마이크로 LED 칩의 위치 및 자세를 모니터링하는 제 1 영상부; 및 수평 방향으로 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩 영상을 획득하여 z축 방향으로 상기 마이크로 LED 칩의 위치 및 자세를 모니터링하는 제 2 영상부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 노즐은 기판을 향하여 경사지게 배치되고, 상기 영상부는 상기 노즐팁의 상부에서 수직 아래 방향으로 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩의 영상을 획득하여 xy 평면 상에서의 상기 마이크로 LED 칩의 위치 및 자세를 모니터링하는 제 1 영상부; 및 수평 방향으로 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩 영상을 획득하여 z축 방향으로 상기 마이크로 LED 칩의 위치 및 자세를 모니터링하는 제 2 영상부를 포함할 수 있다.
여기서, 경사 배치되는 상기 노즐팁은 xy 평면에 수평하게 가공되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 노즐은 기판을 향하여 경사지게 배치되되, 상기 노즐의 중간 일부분은 상기 노즐 끝단부가 상기 기판을 향하도록 굴곡된 형태일 수 있다.
여기서, 상기 영상부는 상기 영상부는 상기 노즐팁의 상부에서 수직 아래 방향으로 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩의 영상을 획득하여 xy 평면 상에서의 상기 마이크로 LED 칩의 위치 및 자세를 모니터링하는 제 1 영상부; 수평 방향으로 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩 영상을 획득하여 z축 방향으로 상기 마이크로 LED 칩의 위치 및 자세를 모니터링하는 제 2 영상부를 포함할 수 있다.
여기서, 리페어 픽셀에 상기 마이크로 LED 칩을 실장시키기 위해 상기 노즐로 가압하는 힘을 측정하는 가압력 측정부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가압력 측정부는 상기 노즐의 휘어짐을 측정하여 이를 기초로 가압하는 힘을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 가압력 측정부는 상기 노즐을 향하여 빛을 조사하는 발광부; 상기 노즐로부터 반사된 빛을 수신하는 수광부; 및 상기 수광부에서 수신된 빛의 신호를 분석하여 상기 노즐의 휘어짐의 정도를 측정하는 판단부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 이동부는 상기 노즐을 공간 상에 이송시키는 이송부; 및 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩의 자세를 변경시키기 위해 상기 노즐의 자세를 변경시키거나 이동시키는 자세 변경부를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스(Pick-and Place) 장치에 마이크로 LED 칩 크기보다 작은 모세관 형태의 노즐을 이용하여 마이크로 LED 칩의 위치와 자세를 모니터링하며 초미세 크기의 마이크로 LED 칩을 정확한 위치에 One-by-one 실장시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 마이크로 LED 칩의 대량 전사 이후에 리페어 공정을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스(Pick-and Place) 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 개념도이다.
도 4는 도 3의 변형례를 도시하는 개념도이다.
도 5는 도 3의 또 다른 변형례를 도시하는 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치를 이용한 One-by-one 실장 과정을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압력 측정부의 구성을 도시하는 도면이다.
실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 마이크로 LED 칩의 대량 전사 이후에 리페어 공정을 도시하는 도면이다.
먼저, 마이크로 LED 칩(200)을 이용하여 마이크로 LED 디스플레이(모듈)를 제조하기 위해 기판(100)에 마이크로 LED 칩(200)을 전사(transfer)하여 실장시킨다. 이때, 마이크로 LED 칩(200)을 기판(100)에 대량 전사하는 방법은 정전헤드를 이용하는 방법 등의 공지된 방법을 사용할 수 있다.
대량 전사 방법으로 수십만 내지 수천만 개의 마이크로 LED 칩(200)이 실장되므로, 수율을 매우 정밀하게 관리하더라도 전사 과정에서 불량 마이크로 LED 칩(200)이 발생하거나 마이크로 LED 칩(200)이 타겟 영역에 실장되지 않을 수 있다.
본 발명의 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치는 대량 전사 이후의 검사 공정으로 발견되는 상기 불량 마이크로 LED 칩(200)이 실장된 영역 또는 대량 전사 공정에서 마이크로 LED 칩(200)이 실장되지 않은 타겟 영역 또는 점등되지 않는 수리영역에 마이크로 LED 칩(200)을 one-by-one으로 픽앤플레이스(Pick-and-Place)하여 리페어하는 장치이다.
도시되어 있지 않지만, 기판(100)에 실장되어 있는 복수의 마이크로 LED 칩(200) 중에서 불량 마이크로 LED 칩(200)을 제거하는 제거 장치와 전도성 접착재료(115)를 이용하여 패드를 형성하는 프린팅 장치와 본 발명에 따른 픽앤플레이스 장치와 단일 장치로 구성될 수도 있다. 예를 들어, 불량의 마이크로 LED 칩(200)을 제거하는 제거 장치는 타겟이 되는 불량 마이크로 LED 칩(200)에 국부적으로 레이저를 조사하여 칩을 제거시킬 수 있다.
마이크로 LED 칩(200)의 크기는 100㎛ 이하의 크기(최근에는 30㎛ 이하 크기의 초미세 칩의 전사도 이루어지고 있음)이기 때문에 접합되는 패드(110) 전극의 폭은 20㎛ 이하의 크기일 수 있다. 따라서, 리페어를 위해 패드(110)와 마이크로 LED 칩(200)을 본딩시키기 위해서는 전도성 접착재료(115)를 패드(110) 상에 폭 20㎛ 이하의 크기로 정밀하게 패터닝되어야 한다.
이와 같이, 패드(110) 상에 전도성 접착재료(115)가 패터닝된 상태에서 본 발명에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치를 이용하여 마이크로 LED 칩(200)을 개별적으로 픽앤플레이스(Pick-and-Place)하여 패드(110) 상에 접합시키게 된다.
이때, 초미세 크기의 마이크로 LED 칩(200)을 리페어하기 위해서는 픽앤플레이스 과정에서 칩의 위치와 자세를 정확하게 모니터링하여 이동시키는 것이 중요하다.
이하, 본 발명에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치의 상세 구성을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스(Pick-and Place) 장치를 도시하는 도면이고, 도 3은 도 1 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 개념도이고, 도 4는 도 3의 변형례를 도시하는 개념도이고, 도 5는 도 3의 또 다른 변형례를 도시하는 개념도이고, 도 6은 본 발명에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치를 이용한 One-by-one 실장 과정을 도시하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압력 측정부의 구성을 도시하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치는 노즐(310), 압력조절부(340), 영상부(320, 325), 이동부(350) 및 제어부를 포함할 수 있다.
노즐(310)은 마이크로 LED 칩(200)의 상단 면적의 크기보다 작은 단면의 노즐팁을 가지는 모세관 형태일 수 있다. 노즐팁을 마이크로 LED 칩(200)에 접하거나 근사시킨 이후에 노즐(310) 내부에 인가되는 음압에 의한 흡착으로 노즐팁에 마이크로 LED 칩(200)을 흡착(pick)시킬 수 있는데, 노즐팁의 단면적이 마이크로 LED 칩(200)의 크기보다 작기 때문에 후술하는 영상부(320, 325)가 수 마이크로미터 크기의 LED 칩이라고 하더라도 노즐팁에 흡착된 칩의 위치와 자세를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 기존의 픽앤플레이스 장치의 경우에는 마이크로 LED 칩(200)보다 큰 유닛이 칩을 들어올리기 때문에 실장 과정에서 칩이 틀어지는 것을 실시간으로 모니터링 할 수 없기 때문에 전도성 접착재료(115) 위에 마이크로 LED 칩(200)을 정확하게 위치시키는 어려움이 많았다.
도 4의 확대도에 도시되어 있는 것과 같이 노즐(310) 전체 또는 적어도 노즐(310)의 끝단부는 반경이 점차적으로 줄어드는 형태로 형성될 수 있다. 따라서, 노즐팁과 마이크로 LED 칩(200) 사이의 접촉면을 최소화하며 영상부(320, 325)가 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)의 위치와 자세를 실시간으로 모니터링하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
이때, 노즐팁의 단면은 흡착할 때 노즐공 내부의 음압이 누수되지 않도록 칩의 상단면과 밀착되도록 하는 것이 바람직하다. 이에, 모세관 형태의 초미세 크기의 노즐(310)을 제작할 때, 노즐팁의 단면을 열가공, 레이저 가공, 이온빔 가공 등을 이용하여 정밀하게 커팅 가공하는 것이 바람직하다.
나아가, 노즐팁을 유연한 소재로 코팅시켜 흡착시에 누수가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 유연 소재로는 PDMS를 사용할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 노즐(310)은 글래스(glass), 금속튜브, 세라믹, 폴리머 중 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다.
도시되어 있지 않지만, 노즐팁을 항상 깨끗하게 유지하도록 하는 세정부가 형성될 수 있다. 세정부는 노즐팁을 향하여 기체를 분사하거나, 세정수를 분사시키고 분사된 세정수를 건조시키는 구성으로 형성될 수 있다.
또한, 노즐팁을 마이크로 LED 칩(200)에 근접 이동시켜 흡착시킬 때 정전기 때문에 흡착에 방해 받는 것을 방지하기 위해 노즐팁에 정전기를 제거하기 위한 이오나이저(330)를 더 포함할 수 있다.
압력조절부(340)는 노즐(310) 내부의 미세관에 음압을 인가하여 노즐팁에 마이크로 LED 칩(200)을 흡착시키도록 한다. 노즐팁을 마이크로 LED 칩(200)에 접하거나 근접 이동시킨 상태에서 압력조절부(340)가 노즐(310) 내부에 음압을 가하면 노즐팁에 마이크로 LED 칩(200)을 흡착시킬 수 있다. 또한, 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)을 리페어 픽셀에 실장시킨 후 노즐 내부에 음압을 제거시키거나 양압을 인가시켜 노즐팁으로부터 마이크로 LED 칩(200)을 분리시킬 수 있다.
압력조절부(340)는 예를 들어 진공펌프로 구성될 수 있다.
영상부(320, 325)는 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)의 위치와 자세를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이 노즐(310)은 기판(100)을 향하여 경사지게 배치될 수 있다. 이때, 제 1 영상부(320)는 노즐(310)에 간섭을 받지 않아서 노즐팁의 상부에 배치되어 수직 아래 방향으로 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)의 영상을 획득할 수 있다. 따라서, 제 1 영상부(320)로부터 획득하는 실시간의 영상으로부터 xy 평면상(이하, 도 1에 도시된 좌표계를 중심으로 설명하기로 함)에서 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)의 위치와 자세를 파악할 수 있다. 즉, 마이크로 LED 칩(200)의 xy 위치 및 z축을 중심으로 회전 각도(θ)를 파악할 수 있다.
나아가, 마이크로 LED 칩(200)의 정중앙에 노즐팁이 항상 위치하는 것은 아니므로 제 1 영상부(320)를 통해 노즐팁의 위치도 파악할 수 있다. 이때, 제 1 영상부(320)는 영상의 초점을 마이크로 LED 칩(200) 또는 노즐팁으로 변경시키며 상기 정보 획득을 위한 각 영상을 보다 정밀하게 획득할 수 있다.
또한, 노즐팁의 수직 아래 방향으로 영상을 획득하는 제 1 영상부(320)에 의해 기판(100) 상의 리페어 영역인 리페어 픽셀의 영상도 획득할 수 있다.
제 2 영상부(325)는 노즐팁의 측면에 배치되어 수평 방향으로 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)의 영상을 획득할 수 있다. 따라서, 제 2 영상부(325)로부터 획득하는 실시간의 영상으로부터 z축 방향으로 마이크로 LED 칩(200)의 위치 및 각도(φ)를 파악할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 영상부(325)는 노즐팁의 z 방향 위치를 파악할 수도 있다. 이때, 제 2 영상부(325)는 영상의 초점을 마이크로 LED 칩(200) 또는 노즐팁으로 변경시키며 상기 정보 획득을 위한 각 영상을 보다 정밀하게 획득할 수 있다.
이와 같이 제 1 영상부(320) 및 제 2 영상부(325)에 의해 실시간으로 노즐팁의 위치 또는 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)의 위치 및 자세와 함께 기판(100)의 리페어 영역을 모니터링하며, 후술하는 이동부(350)에 의해 노즐(310)의 위치 및 자세를 변경시키며 리페어 픽셀 바로 위에 마이크로 LED 칩(200)을 이동시켜 실장시킬 수 있다.
본 실시예에서와 같이 노즐(310)이 기판(100)을 향하여 경사지게 배치되는 경우, 도 3의 확대도에 도시되어 있는 것과 같이 경사 배치되는 노즐팁의 xy평면에 수평하게 가공되는 것이 바람직하다. 따라서, 노즐(310)이 기판(100)을 향하여 경사지게 배치되더라도 노즐팁에 흡착되는 마이크로 LED 팁은 대체로 xy 평면에 수평한 방향으로 흡착될 수 있다.
또 다른 실시예로 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 노즐(310)은 기판(100)을 향하여 수직 아래로 배치될 수 있다. 이때, 제 1 영상부(320)는 노즐(310)의 일측에 적어도 하나 이상 배치(도면에서는 양측에 2개 배치됨)되어 수직 아래 방향에 대하여 경사 방향으로 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)의 영상을 획득할 수 있다. 이 경우 제 1 영상부(320)가 마이크로 LED 칩(200)의 수직 상부에 배치되는 경우와 비교하여 영상으로 획득하는 xy 위치 및 회전 각도(θ)에 관한 정보의 정확도가 떨어질 수가 있으므로, 서로 다른 위치에서 다른 각도로 촬영하는 제 1 영상부(320)를 복수 개 구비하여 측정 정밀도를 높일 수 있다.
이때, 제 2 영상부(325)는 전술한 실시예와 마찬가지로 노즐팁의 측면에 배치되어 수평 방향으로 노즐팁에 흡착된 마이크로 칩의 영상을 획득할 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 노즐(310)은 기판(100)을 향하여 경사지게 배치되되, 노즐(310)의 중간 일부분은 기판(100)을 향하여 아래로 굴곡된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 노즐(310)의 끝단부는 기판(100)을 향하여 수직 아래를 향하거나 수직 아래에 근사하도록 굽어지는 것이 바람직하다.
노즐(310)이 경사지게 배치됨에 따라서 도 3의 실시예와 마찬가지로 제 1 영상부(320)를 노즐팁의 상부에 배치되어 수직 아래 방향으로 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)의 영상을 용이하게 획득할 수 있다.
또한, 노즐(310) 끝단부가 기판(100)을 향하도록 형성됨에 따라서 도 4의 실시예에서와 같이 기판(100)을 향하여 수직한 방향으로 음압을 형성하며 마이크로 LED 칩(200)을 흡착시킬 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치는 거리측정부(360)를 더 포함할 수 있다. 거리측정부(360)는 노즐팁과 기판(100) 사이의 거리를 측정하여 영상부(320, 325)로부터 획득한 마이크로 LED 칩(200)의 위치 및 자세 정보와 함께, 이를 기초로 이동부(350)를 통해 노즐(310)의 위치 및 자세를 변경시키며 마이크로 LED 칩(200)을 패드(110)의 수직 상부로 위치시켜 실장시킬 수 있다.
거리측정부(360)는 예를 들어 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 레이저 거리 센서로 형성될 수가 있다.
이동부(350)는 노즐(310)을 이동시킨다. 본 발명에서 노즐(310)을 이동시킨다 함은 노즐(310)의 공간상 위치를 변경시키는 것뿐만 아니라 노즐(310)의 자세를 바꾸는 것을 포함하는 것을 의미할 수 있다. 이동부(350)는 노즐(310)을 공간 상에 이송시키는 이송부 및 마이크로 LED 칩(200)의 자세를 변경시키기 위해 노즐(310)의 자세를 변경시키거나 이동시키는 자세 변경부를 포함하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 이송부는 노즐(310)을 XYZ축 방향으로 각각 이동시키는 X축 이송부, Y축 이송부 및 Z축 이송부로 구성될 수 있다. 또한, 자세 변경부는 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩(200)의 자세를 변경시키기 위해 노즐(310)의 축을 중심으로 노즐(310)을 회전시키는 θ축 회전부, 노즐(310) 축 상의 일지점을 중심으로 노즐(310)을 회전시키는 φ축 회전부 또는 공간상의 일지점(예를 들어, 노즐팁)을 중심으로 노즐 전체를 수평으로 회전 이동시키는 공간 회전부 등으로 구성될 수 있다. 특히, 도 4에서와 같이 노즐(310) 기판(100) 상에 수직 배치되는 경우 θ축 회전부에 의해 XY 평면 상으로 마이크로 LED 칩(200)을 정렬시킬 수 있으나, 도 3 및 도 5에서와 같이 노즐(310)이 경사 배치되는 경우 XY 평면 상으로 마이크로 LED 칩(200)을 정렬시키기 위해서는 공간 회전부의 구성이 필요할 수 있다.
마이크로 LED 칩(200)은 패드(115)의 수직 상부에서 아래로 실장되어야 하므로, 패드(115)의 수직 상부의 위치에서 마이크로 LED 칩(200)은 패드(115)의 방향에 따라 XY 방향이 정확하게 일치되어야 하며, 마이크로 LED 칩(200)의 저면은 패드(115) 상면과 평행하게 배치되어야 한다. 따라서, 이송부에 의해 패드(115) 상부에 마이크로 LED 칩(200)을 이송시킨 후 자세 변경부에 의해 마이크로 LED 칩(200)의 자세를 바꾸어 정렬시킨 후 마이크로 LED 칩(200)을 Z축 아래로 이동시켜 실장시킬 수 있다.
상기 이송부 및 자세 변경부의 구성은 모터 및 이동 스테이지 등을 포함하는 구성으로 공지되어 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제어부는 영상부(320, 325) 또는 거리측정부(360)로부터 마이크로 LED 칩(200)의 위치 및 자세 정보, 노즐팁의 위치 정보 및 노즐팁과 기판(100) 사이의 거리정보를 수신하고, 압력조절부(340) 및 이동부(350)를 제어하며 노즐팁에 마이크로 LED 칩(200)을 흡착시키고 리페어 픽셀의 수직 상부에 상기 마이크로 LED 칩(200)이 위치하도록 노즐(310)을 이동시킬 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치를 이용한 One-by-one 실장 과정을 도시하는 도면이다.
도 6의 좌측에 도시되어 있는 것과 같이 압력조절부(340)를 통해 노즐(310) 내부에 음압을 가하여 마이크로 LED 칩(200)을 노즐팁에 흡착시킨 상태에서, 제어부는 영상부 및 거리측정부(360)의 정보를 기초로 흡착된 마이크로 LED 칩(200)을 실장시킬 리페어 픽셀의 수직 상부에 위치하도록 노즐(310)의 위치와 자세를 변경시킬 수 있다.
도 6의 우측에 도시되어 있는 것과 같이, 전도성 접착재료(115)가 패터닝된 패드(110) 위에 마이크로 LED 칩(200)을 안착시킨 이후에 패드(110)와 접착을 증진시키기 위해서는 일정 정도의 힘으로 패드(110)를 향하여 눌러주는 것이 바람직하다. 따라서, 마이크로 LED 칩(200)이 패드(110)에 안착된 상태에서 노즐(310)을 기판(100)을 향하여 아주 미세하게 이송시키는 것이 바람직하다.
이때, 본 발명에서는 가압력 측정부를 더 포함할 수 있다. 가압력 측정부는 리페어 픽셀에 마이크로 LED 칩(200)을 안착시킨 이후에 접착력을 증가시키기 위해 노즐(310)을 수직 아래로 이동시킬 때 가압하는 힘을 측정한다.
도 7의 점선과 같이 노즐(310)을 이용하여 리페어 픽셀을 가압시킬 때 모세관으로 형성되는 노즐(310)은 쉽게 휘어질 수 있는데, 노즐(310)의 휘어짐을 측정하여 휘어짐의 정도로 가압하는 힘을 파악할 수 있다. 가압하는 힘이 증가할수록 노즐(310)이 더 심하게 휘어질 수 있다.
이에, 가압력 측정부는 노즐(310) 일측에 배치되어 노즐(310)을 향하여 레이저와 같은 빛을 조사하는 발광부(410), 발광부(410)로부터 조사된 빛이 노즐(310)로부터 반사된 빛을 수광하는 수광부(420), 및 수광부(420)에서 수신된 빛을 신호를 분석하여 노즐(310)의 휘어짐의 정도를 파악하고, 이를 기초로 노즐(310)을 통해 리페어 픽셀을 가압하는 힘을 측정하는 판단부를 포함하여 구성될 수 있다. 발광부(410) 및 수광부(420)의 위치가 고정된 상태에서 노즐(310)이 휘어지면 노즐(310)로부터 반사되어 수신되는 빛을 양이 달라져 판단부는 이를 기초로 수광부(420)에서 수신된 신호를 기초로 노즐(310)의 휘어짐의 정도를 파악할 수 있다.
제어부는 가압력 측정부에 의해 측정되는 값을 기초로 가압력을 조절하며 마이크로 LED 칩을 패드(110)에 접합시킬 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 기판
110: 패드
115: 전도성 접착재료
200: 마이크로 LED 칩
310: 노즐
320: 제 1 영상부
325: 제 2 영상부
330: 이오나이저
340: 압력조절부
350: 이동부
360: 거리측정부
410: 발광부
420: 수광부

Claims (16)

  1. 마이크로 LED 칩의 상단 면적보다 작은 노즐팁을 가지고 모세관 형태의 노즐;
    상기 노즐 내부에 음압을 가하여 상기 마이크로 LED 칩을 상기 노즐팁에 흡착시키는 압력조절부;
    상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩의 위치와 자세를 실시간으로 모니터링하는 영상부;
    상기 노즐을 이동시키는 이동부; 및
    상기 영상부로부터 영상 정보를 수신하고, 상기 압력조절부 및 상기 이동부를 제어하며 상기 마이크로 LED 칩을 리페어 픽셀에 실장시키는 제어부를 포함하는데,
    상기 노즐은 기판을 향하여 경사지게 배치되고,
    상기 영상부는 상기 노즐팁의 상부에서 수직 아래 방향으로 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩의 영상을 획득하여 xy 평면 상에서의 상기 마이크로 LED 칩의 위치 및 자세를 모니터링하는 제 1 영상부; 및
    수평 방향으로 상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩 영상을 획득하여 z축 방향으로 상기 마이크로 LED 칩의 위치 및 자세를 모니터링하는 제 2 영상부를 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐의 끝단부는 반경이 점차적으로 줄어드는 형태로 형성되는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐은 글래스, 금속튜브, 세라믹, 폴리머 중 어느 하나로 형성되는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐팁은 유연 소재로 코팅되는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유연 소재는 PDMS인 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐팁을 세정하는 세정부를 더 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐팁에 정전기를 제거하는 이오나이저를 더 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    경사 배치되는 상기 노즐팁은 xy 평면에 수평하게 가공되는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 노즐은 기판을 향하여 경사지게 배치되되, 상기 노즐의 중간 일부분은 상기 노즐 끝단부가 상기 기판을 향하도록 굴곡된 형태인 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    리페어 픽셀에 상기 마이크로 LED 칩을 실장시키기 위해 상기 노즐로 가압하는 힘을 측정하는 가압력 측정부를 더 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 가압력 측정부는
    상기 노즐의 휘어짐을 측정하여 이를 기초로 가압하는 힘을 측정하는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가압력 측정부는
    상기 노즐을 향하여 빛을 조사하는 발광부;
    상기 노즐로부터 반사된 빛을 수신하는 수광부; 및
    상기 수광부에서 수신된 빛의 신호를 분석하여 상기 노즐의 휘어짐의 정도를 측정하는 판단부를 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동부는
    상기 노즐을 공간 상에 이송시키는 이송부; 및
    상기 노즐팁에 흡착된 마이크로 LED 칩의 자세를 변경시키기 위해 상기 노즐의 자세를 변경시키거나 이동시키는 자세 변경부를 포함하는 마이크로 LED 디스플레이의 칩 리페어를 위한 픽앤플레이스 장치.
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