초록 ▼

□ 연구개요
본 연구는 LED 칩을 화소로 사용하는 μ-LED 디스플레이의 제조공정에 대한 것으로 개별적으로 분리된 미세 LED 칩을 디스플레이 모듈의 기판에 전사시키는 공정에 관한 것이다. μ-LED 디스플레이의 상용화에 가장 큰 장애가 되는 요인은 높은 생산 가격이다. 이유는 1)개별 LED 칩의 가격과 2)이들 칩을 회로기판에 전사하는데 소요되는 공정시간, 그리고 3)불량 칩을 수선하는 Rework 공정의 난이도에 기인한다고 본다. 본 연구에서는 두 번째 항목인 LED 칩을 기판에 전사시키는 전사공정, 소위 mass tr

□ 연구개요
본 연구는 LED 칩을 화소로 사용하는 μ-LED 디스플레이의 제조공정에 대한 것으로 개별적으로 분리된 미세 LED 칩을 디스플레이 모듈의 기판에 전사시키는 공정에 관한 것이다. μ-LED 디스플레이의 상용화에 가장 큰 장애가 되는 요인은 높은 생산 가격이다. 이유는 1)개별 LED 칩의 가격과 2)이들 칩을 회로기판에 전사하는데 소요되는 공정시간, 그리고 3)불량 칩을 수선하는 Rework 공정의 난이도에 기인한다고 본다. 본 연구에서는 두 번째 항목인 LED 칩을 기판에 전사시키는 전사공정, 소위 mass tranfer processing의 효율화에 관한 것이다. 본 연구에서는 음파를 이용하여 소자들을 이동시켜 전사를 위한 이송판에 정위치 시키는 제어방식을 연구하여 초기 투자비와 공정비용을 낮추는데 기여하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종목표는 1“ 크기의 기판에 630 μm 미만의 pitch 크기로 LED 칩을 배열한 PM(passive matrix)구동이 가능한 LED 모듈을 실험실 수준에서 제작하는 것이다. 본 연구에서는 기본적으로 유체 자기 배열방식 (Fluidic self-assembly) 을 이용하는데 핵심은 1)패턴인식이 가능한 LED 칩의 설계와 제작, 2) μ-LED 칩의 유동 제어이다. 패턴인식이 가능한 LED-칩의 설계는 본 연구진에 의해 진행되었고 C2 칩으로 명명되어 위탁 제작되었다. μ-LED 칩의 거동을 제어하기 위한 방법으로 Acoustic speaker에서 생성된 파동을 인위적으로 합성하여 비접촉 방식으로 LED칩을 원하는 위치로 이동, 이송판에 정위치 시키는 제어 방식이 진행되었다. 1“ 크기의 boron glass에 패턴을 만들어, 190x 150 μm의 크기에 80 μm의 두께를 갖는 C2칩의 400개를 정한 위치에 배열하여 점등에 성공함으로써 공정의 유효성을 확인하였다. 3차례에 걸쳐 IMID에 관련 연구가 발표 전시되었으며 1편의 논문이 JID에 발표되어 우수 논문상을 받았으며 1편이 논문이 출판예정이다. 무엇보다도 3건의 특허를 출원하였으며 1건은 PCT로 출원되어 주관기관에서 권리를 확보하였다. 파동에너지를 이용한 전사방법의 유효성을 확인하기 위해 352 DPI (dot per inch) 수준인 36x26μm 크기의 123,904개 칩을 1” x1“ 기판에 배열할 수 있음을 확인한 것은 야외활 동이나 자동차용 디스플레이의 제작에 활용될 수 있는 결과이다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
마이크로 LED 디스플레이는 대량생산에 기반한 기존의 기술과는 달리 소량 다품종이 제품이 가능하며 초기투자가 상대적으로 많이 낮아 4차산업형 제조 패러다임을 갖는다. 무엇보다도, 고밀도화, 유연화에 적합한 차세대 광원으로 인식되고 있으며, 플렉서블, 스트레쳐블 디스플레이 구현이 가능하며 디자인 flexibility가 높아 AR/VR 등, 개인용 디스플레이로 활용될 가능성이 높다. 최근 Apple사의 프로비젼에의 적용이 좋은 예가 될 수 있으나 높은 생산가격으로 기술 채택이 지연되고 있다. μ-LED 디스플레이 패널의 가격이 개인이 사용할 수 있는 수준이 되려면 OLED보다 낮은 20 $ 미만으로 공정비용은 비중이 커서는 안된다. 본 연구에서 제시하는 공정은 chip과 기판의 패턴을 인식하여 자발적으로 원하는 위치를 찾아가게 하는 self-align하는 방식으로 파동 에너지를 인가하여, 소자들을 정해진 위치에 효율적으로 배열하게끔 하는 새로운 방식으로 칩 배열을 프로그램화 할 수 있으며 기계학습에 바탕한 자동화가 가능하다. 즉, 공정비용을 최소화할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 기계학습에 바탕한 장치의 프로그램화에 대한 추가적인 연구만 성공적으로 수행된다면 기초연구의 가장 훌륭한 예가 되리라 생각된다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) LED 칩 설계 및 제작 ... 6
• 2) 공정 개발 연구 수행 내용 ... 7
• 3) 이미지 감지와 강화 학습을 통한 칩 배열 ... 9
• 4) Wave-mixing을 이용한 LED 칩 배열 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 26