[논문]Micro LED의 전사 기술

전인학; 유재수; 주병권

Micro LED의 전사 기술
Transfer technology of Micro LED 원문보기

전인학 (고려대학교 공학대학원 전기전자컴퓨터공학과) , 유재수 (중앙대학교 화학신소재공학부) , 주병권 (고려대학교 전기전자공학부)

차세대 디스플레이로 부상하고 있는 Micro LED는 현재까지 여러 기술적인 문제로 상용화가 어려운 상황이다. 특히 Micro 단위로 작은 LED를 디스플레이 기판으로 옮기는 전사(Transfer) 기술이 상용화를 가지고 올 수 있는 핵심 기술이며, 중요한 변수다. 전사기술의 핵심은 LED를 원하는 위치에 빠르고 정확하게 이동시키는 것에 있다. 따라서 Micro LED에서 가장 핵심 과제인 전사 기술에 대해 고민할 필요가 있으며, 전사 기술 중 하나인 Elastomer Stamp를 이용한 전사 기술에 대해서 분석해보고 정리해보았다.

Micro LED, which is emerging as a next generation display, is difficult to commercialize due to various technical problems to date. In particular, transfer technology that transfers small LED to a display substrate in micro units is a key technology that can bring commercialization and is an important variable. The core of transfer technology is to move the LED quickly and accurately to the desired location. Therefore, it is necessary to pay attention on the transfer technology which is the most important task of Micro LED, and we analyzed and summarized the transfer technology using Elastomer Stamp which is one of the advanced transfer technologies.

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문제 정의

Micro LED의 핵심 기술로는 Epi 성장 기술, Chip 개발 기술, 기판분리 기술, 전사 기술 등 여러 기술이 있는데, 앞서 언급한 바와 같이 본 논문에서는 Micro 단위의 작은 LED를 옮기는 전사 기술에 대해서 분석해 보았다.
그 중 본 논문은 Micro LED 제조 과정에서 가장 증요한 기술이며, 현 Micro LED 시장에서 상용학에 가장 영향을 끼치는 전사 기술에 대해서 분석해 보고, 정리하였다. 먼저 Micro LED에 대한 이론을 정립하고, Micro LED 디스플레이의 중요한 기술인전사 기술중 가장 일반적으로 많이 사용하고 있는 Elastomer Stamp 전사 기술에 대해 공학적으로 분석해 보았다.
본 논문에서는 차세대 디스플레이로 각광받고 있는 Micro LED의 핵심 기술 중 하나인 전사 기술에 대해서 정리해보고, 전사 방법 중 가장 일반적으로 많이 사용하고 있는 Elastomer Stamp를 이용한 전사 기술에 대해 분석해 보았다.
여기서는 상용화에 초점을 두고 Pick and Place 방식의 대량 전사 기술인 인쇄 전사 기술 대해서 알아보고자 한다. 종류는 Electrostatic Head 방식 , Elastomer Stamp 방식, 롤투롤 방식 , Electromagnetic 방식 등이 있다.
이러한 장점이 많은 Elastomer Stamp 전 사 기술에는 고려해야 되는 중요한 핵심 요소가 있어 분석하고 정리해 보았다. 중요한 부분은 Stamp의 재질과 구조, 접착 과정에서의 접착력과 속도와의 관계, Stamp의 접착력 유지가 있으며, 이러한 부분들은 Elastomer라는 재질의 특성을 이용한 기술이다.
참고한 Paper에서의 실험 내용은 반복적인 사용에서의 Stamp의 성능(전송량 및 정밀도)이 어떻게 변하는지 확인하는 실험이다. 해당 실험은 오차를 검증하기 위해 총 4개의 Stamp로 검증하였고, 각각의 Stamp에 대해서 성능 저하 여부를 확인했다.

제안 방법

필요가 있다. 이러한 부분에 대해 실험한 Conference Paper 인 "Process Capability and Elastomer Stamp Lifetime in Micro Transfer Printing" 砌의 실험 결과를 참고해 보았다.
그 중에서 본 논문은 가장 일반적으로 쓰이고 있고, 대량 생산에 적합한 인쇄 전사 방식 중 Elastomer Stamp 방식에 대해 심도 있게 분석하고 연구해보았다, Elastomer Stamp를 이용하는 방식은 여러 다양한 기판에 Micro 단위의 작은 LED도 균일하게 전사할 수 있는 편리한 기술이고, 고해상도 Patterning에 적합한 부드러운 접근법이다.薜]~[】8]
먼저 Micro LED에 대한 이론을 정립하고, Micro LED 디스플레이의 중요한 기술인전사 기술중 가장 일반적으로 많이 사용하고 있는 Elastomer Stamp 전사 기술에 대해 공학적으로 분석해 보았다.
먼저 이 방법의 전사 기술에서 가장 중요한 부분인 Stamp 구조를 보면 그림 5의 A와 같이 뒷면은 견고한 유리판으로 기계적 안정성을 높였고, 앞면은 유연한 Elastomer^ 만들어 접착의 신뢰도를 높였다. Elastomer 재질 특성상 상대적으로 큰 열팽창 계수를 가지고 있어 온도 변화에 따른 팽창 및 수축이 쉽게 일어나 전사의 정확도에 영향을 끼친다.
차세대 디스플레이인 Micro LED를 정확하고 빠르게 대량으로 이동시키기 위한 중간 매개체 역할을 하는 Stamp의 구조, Micro LED를 이동시키는 각 Step 별 전사 Process 과정, Micro LED> 접착 및 분리시키는 방법과 Stamp 반복 사용에 대한 접착력 유지에 대해서 심층적으로 분석해 보았다.[知
확인하는 실험이다. 해당 실험은 오차를 검증하기 위해 총 4개의 Stamp로 검증하였고, 각각의 Stamp에 대해서 성능 저하 여부를 확인했다. 참고 Paper에서 칩은 실험을 위해 40x40 卩m 크기의 Silicon Nitride 칩이 사용되었고, Stamp는 2x2 로 배열된 4개의 기둥Post)만 있는 Stamp를 특별히 사용해서 실혐을 했다.

대상 데이터

30050번을 완료했다. 실험 시각 인쇄 주기는 약 30초로 소요되며, 각각 7100번, 30050번을 실행했다.
해당 실험은 오차를 검증하기 위해 총 4개의 Stamp로 검증하였고, 각각의 Stamp에 대해서 성능 저하 여부를 확인했다. 참고 Paper에서 칩은 실험을 위해 40x40 卩m 크기의 Silicon Nitride 칩이 사용되었고, Stamp는 2x2 로 배열된 4개의 기둥Post)만 있는 Stamp를 특별히 사용해서 실혐을 했다. 그림 9가 실제 실혐에 사용된 Stamp와 칩들의 사진이고, 그림과 같이 Stamp의 기둥 1개가 하나의 칩을 전사시킨다,

성능/효과

4번째 Stamp도 그림 11을 보면 30050번 실행하는 동안 변위의 변화가 2卩m 이내로 성공적으로 사용되었고, Stamp도 안정적인 상태로 재질의 변화가 없어 기계적, 화학적 특성이 초기 상태에서 변하지 않은 것을 확인할 수 있었다. 따라서 참고 Paper의 실험을 통해서 Elastomer Stamp는 수천~수만번 동안 반복 사용에도 접착력이 유지되며, 성능도 추가로 사용할 수 있을 정도로 양호한 것을 확인할 수 있었다.
변화가 2 /m 이내로 확인된다. 따라서 7100번을 실행하는 동안 오차 없이 정확하게 동작했고, Stamp 성능도 저하되지 않은 것을 알 수 있었다.
따라서 Elastomer Stamp를 이용한 전사 방법은 Stamp 구조 특성상 정확도가 높으며, 전사 과정에서는 적절한 속도가 필요하다는 사실을 알 수 있었고, 반복 사용에 대한 접착력 부분은 참고 Paper의 실험 결과를 통해서 충분한 발전 가능성이 검증되었다. 본 분석에서 언급한 부분의 기술들을 더욱 발전시킨다면 Micro LED의 상용화 즉, 대량생산화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.
확인할 수 있었다. 따라서 참고 Paper의 실험을 통해서 Elastomer Stamp는 수천~수만번 동안 반복 사용에도 접착력이 유지되며, 성능도 추가로 사용할 수 있을 정도로 양호한 것을 확인할 수 있었다.⑻, [48], [58]
중요한 부분은 Stamp의 재질과 구조, 접착 과정에서의 접착력과 속도와의 관계, Stamp의 접착력 유지가 있으며, 이러한 부분들은 Elastomer라는 재질의 특성을 이용한 기술이다. 분석을 통해 재질의 특성에 맞게 Stamp의 구조를 제작하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었고, 점탄성 특성을 통해 속도가 접착력을 제어를 한다는 것을 알 수 있었으며, 마지막으로 Stamp 반복 사용에 대한 접착력의 성능 변화는 참고자료인 Conference Paper의 실험 결과를 통해 확인할 수 있었다. Stamp의 구조는 유연한 재질에 맞게 제작되어야 하고, 전사할 때는 Elastomer의 점탄성 특성으로 적절한 속도를 내는 것이 중요하기 때문에 Pick 할 때는 충분히 높은 박리 속도로 움직여야 하며, Place 할 때는 충분히 낮은 박리 속도로 벗겨내야 정확한 전사 Process를 완료할 수 있다.

후속연구

본 분석에서 언급한 부분의 기술들을 더욱 발전시킨다면 Micro LED의 상용화 즉, 대량생산화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

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