KR102311727B1 - 전자 장치 및 스탬핑과 자기장 정렬을 이용한 전자 소자의 전사 방법 - Google Patents

전자 장치 및 스탬핑과 자기장 정렬을 이용한 전자 소자의 전사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스탬핑 및 자기장 정렬 기술을 이용한 전자 소자 전사 방법 및 상기 방법을 이용하여 전사된 전자 소자를 포함하는 전자 장치가 제공된다. 전자 소자 전사 방법은 일면에 전자 소자 어레이가 배열된 제1 기판 및 강자성체 입자를 포함하는 폴리머가 일면에 형성된 제2 기판을 각각 준비하는 단계; 상기 제1 기판의 상기 전자 소자 어레이와 상기 제2 기판의 폴리머를 접촉시켜 상기 전자 소자 어레이에 상기 폴리머를 코팅하는 단계; 적어도 일면에 상기 전자 소자 어레이와 대응하는 전극이 형성된 제3 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판의 전자 소자 어레이에 코팅된 폴리머와 상기 제3 기판의 전극을 접촉시키는 단계; 상기 제1 기판과 상기 제3 기판 사이에 자기장을 형성하여 상기 전자 소자 어레이와 상기 전극이 전기적으로 연결되도록 상기 폴리머 내의 상기 강자성체 입자를 배열시키는 단계; 및 상기 배열된 강자성체 입자의 상태가 고정되도록 상기 폴리머를 경화시키는 단계를 포함한다.

Description

전자 장치 및 스탬핑과 자기장 정렬을 이용한 전자 소자의 전사 방법{Electronic device and method of transferring electronic element using stamping and magnetic field alignment}
본 발명은 스탬핑 및 자기장 정렬 기술을 이용한 전자 소자 전사 방법 및 상기 방법을 이용하여 전사된 전자 소자를 포함하는 전자 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 다수 소자에 폴리머를 동시에 패터닝, 코팅하여 전사 공정을 획기적으로 간편화 할 수 있는 스탬핑 기술과, 마이크로 LED 소자를 하부 전극에 고정함과 동시에 전기적으로 연결하는 자기 정렬 기술을 포함하는 전사 방법 및 상기 전사 방법을 이용하여 전사된 전자 소자를 포함하는 전자 장치를 개시한다.
전사 공정은 전자 소자를 캐리어에서 다른 구성들이 배치된 기판으로 이동시키는 공정으로, 마이크로 LED 디스플레이 등을 구현하기 위한 핵심 기술이다. 종래, 개별 전사 소자를 캐리어에서 집어 원하는 기판의 위치에 놓는 방식인 픽-앤-플레이스 전사 공정이 주로 적용되었다.
다만, 이와 같은 픽-앤-플레이스 전사 공정은 바탕으로 4K 해상도를 구현하기 위해서는 2400만개의 LED 소자가 회로에 배열되어야 하는 만큼, 고해상도, 대면적 응용으로 갈수록 비효율적이고 비생산적이게 된다. 또한, 개별 전자 소자의 크기와 소자 간격이 작아질수록 픽-앤-플레이스 머신의 정밀도는 높아져야 하나, 머신의 기계적 정밀도가 소자의 소형화, 회로의 집적도를 따라가지 못하여, 픽-앤 플레이스 전사 공정으로 마이크로 사이즈의 전자 소자를 전사하는 데에는 한계가 발생하게 된다.
따라서, 고해상도, 대면적 응용에 부합할 수 있는 마이크로 사이즈의 전자 소자를 보다 효율적으로 전사할 수 있는 방법, 공정이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 위와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해서, 기존의 픽-앤-플레이스 전사 공정이 아닌, 어레이 단위로 마이크로 LED와 같은 전자 소자를 효율적으로 전사하는 기술을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 마이크로 LED 전사 과정에 포함되는 앞의 두 가지 요소에 대한 기술적 수단을 제안하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자 전사 방법은 일면에 전자 소자 어레이가 배열된 제1 기판 및 강자성체 입자를 포함하는 폴리머가 일면에 형성된 제2 기판을 각각 준비하는 단계; 상기 제1 기판의 상기 전자 소자 어레이와 상기 제2 기판의 폴리머를 접촉시켜 상기 전자 소자 어레이에 상기 폴리머를 코팅하는 단계; 적어도 일면에 상기 전자 소자 어레이와 대응하는 전극이 형성된 제3 기판을 준비하는 단계; 상기 제1 기판의 전자 소자 어레이에 코팅된 폴리머와 상기 제3 기판의 전극을 접촉시키는 단계; 상기 제1 기판과 상기 제3 기판 사이에 자기장을 형성하여 상기 전자 소자 어레이와 상기 전극이 전기적으로 연결되도록 상기 폴리머 내의 상기 강자성체 입자를 배열시키는 단계; 및 상기 배열된 강자성체 입자의 상태가 고정되도록 상기 폴리머를 경화시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치는 기판; 상기 기판 상에 형성된 전극; 상기 전극과 전기적으로 연결된 전자 소자; 및 상기 전극과 상기 전자 소자 사이에 위치한 경화된 폴리머를 포함하되, 상기 경화된 폴리머는 일 방향을 따라 배열된 복수의 강자성체 입자를 포함하며, 상기 복수의 강자성체 입자를 통해 상기 전극과 상기 전자 소자는 전기적으로 연결된다.
본 발명은 스탬핑 공정을 활용하여 한 번의 공정으로 다수의 전자 소자 위에 폴리머를 동시에 코팅할 수 있으며, 전자 소자 크기, 소자 간격과 같은 공정 변수에 제약 없이 능동적으로 전자 소자 위에 폴리머를 코팅할 수 있는 장점이 있다. 또한, 스탬핑 하고 남은 폴리머를 다시 재활용할 수 있는 장점도 가지고 있어 대량생산, 반복 공정에 유리하다.
뿐만 아니라, 자기 정렬된 강자성체 입자는 정렬된 방향으로의 전류만 흐르는 이방성 전류 흐름을 가진다. 따라서, 전자 소자와 전극 사이에 상하 전류 흐름만 가능하며, 주변 LED 소자 사이 및 전극 사이에는 전기적 단락이 일어나지 않아 미세 패터닝에도 대응 가능하다.
본 발명은 효율적인 전자 소자 전사 기술은 소형 디스플레이부터 초대형 디스플레이까지 크기 제약 없이 적용될 수 있기 때문에 부가가치가 높은 기술이다. 이에 따라, 전자 장치는 고도의 집적화를 통해 높은 해상도 구현이 가능하여 AR, VR 및 차량용 디스플레이, 플렉서블, 스트레처블 디스플레이 등 미래 디스플레이로의 응용 가능성이 높다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 전사 방법의 순서도이다.
도 2는 준비된 제1 기판 및 준비된 제2 기판을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 3은 제1 기판과 제2 기판을 접촉시키는 과정을 예시적으로 도시한다.
도 4는 전자 소자 어레이에 폴리머를 코팅된 상태를 예시적으로 도시한다.
도 5는 준비된 제3 기판을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 6은 접촉된 제1 기판의 전자 소자 어레이에 코팅된 폴리머와 상기 제3 기판의 전극의 전기적 연결을 위해 자기장을 형성하는 상태를 도시한다.
도 7a 및 7b는 상술한 전사 방법에 따라 제3 기판으로 전자 소자가 전사된 상태를 도시한다.
도 8 내지 도 11은 상술한 도 1 내지 도 7b에 따른 전사 방법을 통해 전자 소자를 전사한 일 실시예를 도시한다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면들을 참조한다. 상세한 설명의 실시예들은 당업자가 본 발명을 실시하기 위한 상세 설명을 개시하는 목적으로 제공된다.
본 발명의 각 실시 예들은 서로 상이한 경우를 설명할 수 있으나, 그것이 각 실시 예들이 상호 배타적임을 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 상세한 설명의 일 실시 예와 관련하여 설명된 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예에서도 동일하게 구현될 수 있다. 또한, 여기서 개시되는 실시 예들의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양하게 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 첨부된 도면들에서 각 구성 요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 적용되는 크기와 같거나 유사할 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 전사 방법의 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 소자의 전사 방법은 일면에 전자 소자 어레이가 배열된 제1 기판 및 강자성체 입자를 포함하는 폴리머가 일면에 형성된 제2 기판을 각각 준비하는 단계(S100); 상기 제1 기판의 상기 전자 소자 어레이와 상기 제2 기판의 폴리머를 접촉시켜 상기 전자 소자 어레이에 상기 폴리머를 코팅하는 단계(S110); 일면에 상기 전자 소자 어레이와 대응하는 전극이 형성된 제3 기판을 준비하는 단계(S120); 상기 제1 기판의 전자 소자 어레이에 코팅된 폴리머와 상기 제3 기판의 전극을 접촉시키는 단계(S130); 상기 제1 기판과 상기 제3 기판 사이에 자기장을 형성하여 상기 전자 소자 어레이와 상기 전극이 도전되도록 상기 폴리머 내의 상기 강자성체 입자를 배열시키는 단계(S140); 및 상기 배열된 강자성체 입자의 상태가 고정되도록 상기 폴리머를 경화시키는 단계(S150)를 포함한다.
먼저, 일면에 전자 소자 어레이가 배열된 제1 기판 및 강자성체 입자를 포함하는 폴리머가 일면에 형성된 제2 기판을 각각 준비한다(S100).
도 2는 준비된 제1 기판 및 준비된 제2 기판을 개략적으로 도시한 예시도이다. 구체적으로, 도 2a는 제1 기판 및 제2 기판의 전체적인 구성을 확인할 수 있는 사시도이며, 도 2b는 하나의 전자 소자(110)를 기준으로 구성들을 관계를 설명하기 단면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 일면에 전자 소자 어레이(110)가 배열된 제1 기판(100)이 준비된다. 제1 기판(100)에는 복수의 전자 소자(110)가 어레이 형태로 배열된 상태이다. 도 2a 및 도 2b에 도시된 복수의 전자 소자(110)는 일 예시에 해당하며, 복수의 전자 소자(110)의 개수 및 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 기판(100)에 배열된 전자 소자 어레이(110)는 전자 장치의 제작을 위해 다른 구성들이 형성된 기판으로 한번에 전사(transfer)될 수 있다. 전자 소자 어레이(110)는 마이크로 LED 소자일 수 있다. 여기서, 마이크로 LED 소자는 일반적으로 100 μm x 100 μm (가로 x 세로)보다 작은 소자를 의미한다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예에 따른 전자 소자의 전사 방법은 다양한 크기 및 종류의 마이크로 LED 소자(수평형, 수직형)뿐만 아니라 다른 미세 전자 소자에 대해서도 적용될 수 있다.
제1 기판(100)은 유리 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 기판(100)은 전자 소자 어레이(110)를 다른 기판에 전달하기 위한 캐리어 기판일 수 있으며, 후술하는 공정이 끝난 이후 제거될 수 있다. 제1 기판(100)과 전자 소자 어레이(110)는 접착층(120)을 통해 임시적으로 연결된 상태일 수 있다. 또한, 각 전자 소자(110)는 전기적 연결을 위한 컨택 패드(111)를 포함할 수 있다.
강자성체 입자(220)를 포함하는 폴리머(210)가 일면에 형성된 제2 기판(200)이 준비된다. 제2 기판(200)은 유리 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 블레이드 코팅 등을 통해 폴리머(210)는 제2 기판(200)의 일면에 도포될 수 있다. 폴리머(210)은 전자 소자 어레이(110)의 전체 면적에 대응되는 면적을 가지도록 제2 기판(200)의 일면에 형성된 상태일 수 있다. 예시적으로, 폴리머(210)의 전체 면적은 전자 소자 어레이(110)의 전체 면적보다 넓을 수 있다.
제2 기판(200)의 일면에 코팅된 폴리머(210)는 이방성 도전 접착제(Anisotropic conductive adhesive, ACA)일 수 있다. 즉, 폴리머(210)는 고분자 바인더에 급속 입자를 혼합해 금속의 전기적, 자기적, 광학적 특성과 함께 고분자의 기계적 특성 및 가공성을 동시에 제공할 수 있는 물질에 해당한다. 폴리머(210)는 경화성 폴리머일 수 있으며, 일정 온도 조건 또는 특정 파장에 의해 경화되어 현재 형상이 고정될 수 있다. 폴리머(210)를 통해 다른 구성들간의 물리적 연결, 결합이 가능할 수 있다. 즉, 폴리머(210)는 전자 소자(110)를 다른 구성에 고정하는 접착 기능을 제공할 수 있다.
폴리머(210) 내부에 분포된 강자성체 입자(220)는 금속 입자로 금속의 전기적, 자기적, 광학적 특성을 제공할 수 있다. 즉, 강자성체 입자(220)를 통해 다른 구성들간의 전기적 연결이 가능할 수 있다. 또한, 강자성체 입자(220)는 외부 자기장에 영향을 크게 받는 입자로, 외부 자기장의 방향에 따라 폴리머(210) 내부의 위치가 변경될 수 있다. 즉, 외부 자기장에 의해 강자성체 입자(220)의 폴리머(210) 내부에서의 배열 방향이 결정될 수 있다.
다음으로, 제1 기판의 전자 소자 어레이와 제2 기판의 폴리머를 접촉시켜 상기 전자 소자 어레이에 상기 폴리머를 코팅한다(S110).
도 3은 제1 기판과 제2 기판을 접촉시키는 과정을 예시적으로 도시하며, 도 4는 전자 소자 어레이에 폴리머를 코팅된 상태를 예시적으로 도시한다. 구체적으로, 도 3a는 제1 기판 및 제2 기판의 전체적인 구성을 확인할 수 있는 사시도이며, 도 3b는 하나의 전자 소자(110)를 기준으로 구성들을 관계를 설명하기 단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 기판(100)의 일면과 제2 기판(200)의 일면이 대항되도록 위치될 수 있다. 즉, 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)와 제2 기판(200)의 폴리머(210)가 마주 보도록 제1 기판(100)과 제2 기판(200)이 위치될 수 있다. 서로 대향되도록 위치된 상태에서 제1 기판(100) 및 제2 기판(200) 중 적어도 하나가 서로 간의 거리가 가까워 지도록 수직 이동될 수 있다. 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 거리가 가까워 짐에 따라, 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)와 제2 기판(200)의 폴리머(210)가 접촉될 수 있다. 상기 접촉에 따라 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)에 폴리머(210)가 코팅되게 된다. 즉, 제2 기판(200)의 폴리머(210) 중 일부가 전자 소자 어레이(110)와 결합되어 이동되게 된다. 일정 시간 또는 충분한 양의 폴리머(210)가 전자 소자 어레이(110)의 표면으로 이동된 이후, 제1 기판(100)과 제2 기판(200) 중 적어도 하나가 수직 이동되어 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 거리가 멀어지게 된다.
상술한 과정과 같은 스탬핑 공정을 통해, 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)와 제2 기판(200)의 폴리머(210)가 접촉되며, 제2 기판(200)의 폴리머(210)가 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)로 선택적으로 이동하게 된다.
도 4를 참조하면, 폴리머(210)가 전자 소자 어레이(110)의 컨택 패드(111) 전체를 커버하도록 전자 소자 어레이(110)에 폴리머(210)가 코팅된 것을 확인할 수 있다. 또한, 폴리머(210)는 전자 소자 어레이(110)의 전체 면적에 대응하는 면적 또는 전자 소자 어레이(110)의 전체 면적을 커버할 수 있는 면적을 가지므로, 전자 소자 어레이(110)에 포함된 모든 전자 소자는 한 번의 스탬핑 공정으로 폴리머(210)가 코팅되게 된다. 즉, 전자 소자 어레이(110)에 포함된 미세한 크기의 전자 소자에 대한 개별적인 코팅 공정이 불필요하며, 한번의 스탬핑 공정으로 전자 소자의 물리적, 전기적 결합을 위한 폴리머(210)의 코팅 및 도포가 가능하다.
여기서, 제2 기판(200)은 제1 기판(100)과의 접촉 거리를 제한하는 스페이서(230)를 더 포함할 수 있다. 스페이서(230)는 제2 기판(200)의 일면에 형성될 수 있으며, 폴리머(210)의 외부에 해당하는 영역에 형성될 수 있다. 예시적으로, 스페이서(230)는 제2 기판(200)의 테두리 영역 또는 모서리 영역에 대응하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 스페이서(230)는 일정 높이를 가지도록 형성될 수 있다. 이러한 스페이서(230)에 의해, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)의 스탬핑 공정이 수행되는 조건이 제한될 수 있다. 스페이서(230)에 높이에 의해 제1 기판(100)과 제2 기판(200)이 가까워지는 거리, 접촉을 위한 거리가 제한될 수 있다. 즉, 스페이서(230)에 의해 전자 소자 어레이(110)와 폴리머(210)가 접촉되는 정도, 폴리머(210)가 코팅되는 정도가 결정될 수 있다. 또한, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)이 밀접하게 가까워지는 것이 스페이서(230)에 의해 방지될 수 있어, 전자 소자 어레이(110)가 상기 스탬핑 공정에 의해 파손되는 것이 방지될 수 있다.
다음으로, 일면에 상기 전자 소자 어레이와 대응하는 전극이 형성된 제3 기판을 준비한다(S120).
도 5는 준비된 제3 기판을 개략적으로 도시한 예시도이다.
도 5를 참조하면, 적어도 전자 소자 어레이(110)에 대응하는 전극(310)이 형성된 제3 기판(300)을 준비한다. 제3 기판(300)은 전자 소자의 동작에 필요한 구성을 더 포함하는 기판일 수 있다. 즉, 제3 기판(300)은 캐리어 기판인 제1 기판(100)으로부터 전자 소자를 전달받는 기판에 해당한다. 제3 기판(300)은 유리 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 기판(300)은 플렉서블 기판일 수 있다. 예를 들어, 제3 기판(300)은 플라스틱 또는 실리콘 고무로 구성될 수도 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 전사 방법을 통해 플렉서블 기판 상에 전자 소자를 전사시켜, 유연 디스플레이(flexible display)나 신축성 디스플레이(stretchable display)의 구현이 보다 용이해질 수 있다.
전극(310)은 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 원하는 패턴 사이즈, 간격을 최적화할 수 있으며, 마스크를 이용한 포토공정 또한 적용 가능하다.
다음으로, 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)를 제3 기판(300)으로 전사할 수 있다. 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)는 제3 기판(300)으로 전사되어 대응하는 제3 기판(300)의 전극과 물리적, 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 전사 과정은 상기 제1 기판의 전자 소자 어레이에 코팅된 폴리머와 상기 제3 기판의 전극을 접촉시키는 단계(S130); 상기 제1 기판과 상기 제3 기판 사이에 자기장을 형성하여 상기 전자 소자 어레이와 상기 전극이 도전되도록 상기 폴리머 내의 상기 강자성체 입자를 배열시키는 단계(S140); 및 상기 배열된 강자성체 입자의 상태가 고정되도록 상기 폴리머를 경화시키는 단계(S150)를 통해 수행된다.
도 6은 접촉된 제1 기판의 전자 소자 어레이에 코팅된 폴리머와 상기 제3 기판의 전극의 전기적 연결을 위해 자기장을 형성하는 상태를 도시한다. 도 6은 예시적으로, 하나의 전자 소자(110)와 대응하는 한 쌍의 전극(310)을 도시하였으나, 후술하는 공정은 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)와 대응하는 제3 기판(300)의 전극(310) 사이에 동시에 발생하게 된다. 즉, 한 번의 공정을 진행함에 따라, 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)가 제3 기판(300)으로 용이하게 전사되며, 이들 사이의 물리적, 전기적 연결도 수행되게 된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)는 대응하는 제3 기판(300)의 전극(310)과 대향되도록 위치될 수 있다. 도 7a 및 7b는 상술한 전사 방법에 따라 제3 기판으로 전자 소자가 전사된 상태를 도시한다.
제1 기판(100)의 전자 소자 어레이(110)에 코팅된 폴리머(210)와 제3 기판(300)의 전극(310)은 서로 마주보도록 위치할 수 있으며, 제1 기판(100) 및 제3 기판(300) 중 적어도 하나가 이동됨에 따라 코팅된 폴리머(210)와 전극(310)은 접촉하게 된다. 폴리머(210)가 전극(310)으로 충분히 이동되도록 제1 기판(100)과 제3 기판(300)은 가까워질 수 있다. 이러한, 제1 기판(100)과 제3 기판(300) 사이의 거리를 제한, 제1 기판(100)과 제3 기판(300) 사이의 일정한 간격을 유지하는 스페이서(320)를 제3 기판(300)은 더 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 두 기판 사이에 특정 높이의 물질을 끼워 넣는 방식 외에, 미세하게 움직임이 조절 가능한 기계 장비를 통해서도 두 기판 사이에 적절한 간격을 만들 수도 있다.
폴리머(210)가 전극(310)으로 충분히 이동된 상태에서, 제1 기판(100)과 제3 기판(300) 사이에 자기장을 형성하여 전자 소자 어레이(110)와 전극(300)이 도전되도록 폴리머(210) 내의 강자성체 입자(220)를 배열시킨다. 제1 기판(100)의 하부, 제3 기판(300)의 상부에 각각 자기장을 형성하기 위한 전극이 배치될 수 있으며, 수직 방향으로 자기장이 형성될 수 있다. 형성된 자기장 방향에 대응하도록 강자성체 입자(220)는 폴리머(210) 내에서 위치가 재배열된다. 즉, 자기장에 따라 강자성체 입자(220)는 폴리머(210) 내에서 자기 정렬되게 된다. 예를 들어, 수직 방향으로 형성된 자기장에 따라 강자성체 입자(220)는 폴리머(210) 내에서 수직 방향으로 자기 정렬된다. 수직 방향으로 재배열된 강자성체 입자는 기둥 형상을 가지게 되며, 재배열된 강자성체 입자에 의해 전자 소자 어레이(110)의 컨택 패드(111)와 전극(300)의 서로 전기적으로 연결되게 된다.
재배열된 강자성체 입자의 상태, 형상이 고정되도록 폴리머(210)는 경화될 수 있다. 형성된 자기장이 제거되는 경우, 강자성체 입자(220)는 폴리머(210) 내에서 다시 위치가 변화될 수 있다. 이러한, 폴리머(210) 내에서의 강자성체 입자(220)의 이동을 막기 위해, 폴리머(210)가 경화된다. 폴리머(210)의 경화를 통해 재배열된 강자성체 입자(220)의 상태가 계속 유지되기에, 전자 소자 어레이(110)와 전극(300)의 전기적 연결이 계속 유지될 수 있다. 즉, 수직 방향으로의 전기적 흐름이 가능해진 상태가 고정되며, 자기장 방향으로 정렬된 강자성체 기둥은 이방성 전도특성을 지니기 때문에, 전극 사이 및 소자 사이에 전기적 단락이 일어나지 않는다.
또한, 폴리머(210)의 경화를 통해 전자 소자 어레이(110)와 전극(300)는 물리적으로도 연결될 수 있다. 즉, 폴리머(210)를 통해 전자 소자 어레이(110)는 제3 기판(300)에 물리적으로 고정될 수 있다. 폴리머(210)는 일정 온도 조건에 따라 경화되는 열 경화성 폴리머일 수 있으며, 상기 단계(S150)는 자기장이 형성된 상태에서 일정 온도를 일정 시간 유지하여 폴리머(210)를 경화하는 것을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 폴리머(210)는 특정 파장에 의해 경화되는 광 경화성 폴리머일 수 있으며, 상기 단계(S150)는 자기장이 형성된 상태에서 경화를 위한 파장 대역을 빛을 일정 시간 동안 조사하여 폴리머(210)를 경화하는 것을 포함할 수도 있다.
또한, 상기 단계(S150)는 제1 기판(100) 및 제3 기판(300)에 상하 방향으로 압력을 전달하여, 제1 기판(100) 및 제3 기판(300) 사이의 수직 거리가 더 가까워지도록 압착하는 것을 더 포함할 수 있다. 상기 압착을 통해 폴리머(210)에 의한 전자 소자 어레이(100)와 전극(300)의 물리적 연결이 보다 효율적으로 수행될 수 있다.
상기 배열된 강자성체 입자의 상태가 고정되도록 상기 폴리머를 경화시키는 단계(S150) 이후, 접착층(120)과 전자 소자 어레이(110)의 연결을 제거하여 전자 소자 어레이(110)로부터 제1 기판(100)을 이탈시키는 단계가 수행되게 된다. 이에 따라, 제3 기판(300)으로 전자 소자 어레이(110)는 완전히 전사되게 된다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 대응하는 종래 제1 기판(100)에 포함되었던 전자 소자 어레이(110)가 제3 기판(300)으로 전사되어, 대응하는 전극(300) 상에 위치하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 7b에 도시된 바와 같이, 폴리머(210) 내에서 배열된 강자성체 입자(220')는 전극(300)과 전자 소자 어레이(110)의 컨택 패드(111)와 각각 연결되어, 이들간의 전기적 연결이 가능하게 하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치는 상술한 도 1 내지 도 7b에 따른 전사 방법을 통해 전사된 전자 소자를 포함할 수 있다. 전자 장치의 개략적인 구성은 도 7a 및 도 7b에서 확인할 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 전자 장치는 기판(300); 상기 기판 상에 형성된 전극(310); 상기 전극(310)과 전기적으로 연결된 전자 소자(110); 및 상기 전극과 상기 전자 소자 사이에 위치한 경화된 폴리머(210)를 포함하되, 상기 경화된 폴리머(210)는 일 방향을 따라 배열된 복수의 강자성체 입자(220')를 포함하며, 상기 복수의 강자성체 입자(220')를 통해 상기 전극(310)과 상기 전자 소자(110)는 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 전자 소자(110)는 마이크로 LED일 수 있다.
도 8 내지 도 11은 상술한 도 1 내지 도 7b에 따른 전사 방법을 통해 전자 소자를 전사한 일 실시예를 도시한다. 도 8 내지 도 11에 따른 일 실시예에서 각 구성의 조건은 다음과 같다. 제1 기판(100), 제2 기판(200) 및 제3 기판(300)은 유리 기판으로 700 μm로 준비될 수 있다. 전자 소자(110)은 마이크로 LED에 해당하며, 컨택 패드를 포함하여, 수직 높이는 80 μm일 수 있다. 접착층(120)은 100 μm의 두께를 가지며, 제2 기판의 스페이서(230)는 180 μm, 제2 기판의 폴리머(210)는 60 μm, 제3 기판의 스페이서(320)는 155 μm로 준비되었다. 단계(S100), 단계(S110), 단계(S130), 단계(S140)는 상온에서 진행되며, 단계(S150)은 열 경화 공정으로 170 °C로 진행되었다. 단계(S130)의 전극(310)은 잉크젯 프린팅 공정을 통해 제작되었다.
도 8a 및 도 8b는 전자 소자의 스탬핑 공정 전과 후를 도시한다.
도 8a 및 도 8b를 비교하면, 스탬핑 공정을 통해 마이크로 LED에 폴리머가 코팅되는 것을 확인할 수 있다. 폴리머 두께 조건에 따라 마이크로 LED에 코팅되는 폴리머의 양이 달라질 수 있다.
도 9는 제3 기판에 다양한 폭으로 제작된 전극을 도시한다. 전극은 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 원하는 패턴 사이즈, 간격을 최적화할 수 있으며, 마스크를 이용한 포토공정 또한 적용 가능하다. 예를 들어, 도 9a는 잉크젯 프린팅 기술로 제작된 50 μm 폭의 은 전극을 도시하고, 도 9b는 잉크젯 프린팅 기술로 제작된 160 μm 폭의 은 전극을 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따라 전사된 전자 소자 어레이의 전면, 후면 및 측면을 도시한다. 전극과 대응되도록 전자 소자 어레이(마이크로 LED 어레이)가 전사된 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 전사 방법을 이용하여 제작된 전자 장치의 동작 사진 예를 도시한다. 전자 장치는 마이크로 LED 발광 장치일 수 있으며, 전압 인가에 대응하여 마이크로 LED가 발광하는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 전자 소자(마이크로 LED) 전사공정 기술을 제안하여 기존의 소형부터 대형 디스플레이와 이를 넘어 차세대 디스플레이 이외에도 섬유와 LED가 결합한 스마트 섬유, 인체 부착 또는 삽입형 의료기기, 바이오 콘택트렌즈, HMD, 자동차 등의 분야에서 광범위하게 활용 가능할 것으로 기대된다.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 제1 기판 101: 전자 소자
200: 제2 기판 210: 폴리머
220: 강자성체 입자 300: 제3 기판
310: 전극

Claims (11)

  1. 일면에 전자 소자 어레이가 배열된 제1 기판 및 강자성체 입자를 포함하는 폴리머가 일면에 형성된 제2 기판을 각각 준비하는 단계;
    상기 제1 기판의 상기 전자 소자 어레이와 상기 제2 기판의 폴리머를 접촉시켜 상기 전자 소자 어레이에 상기 폴리머를 코팅하는 단계;
    적어도 일면에 상기 전자 소자 어레이와 대응하는 전극이 형성된 제3 기판을 준비하는 단계;
    상기 제1 기판의 전자 소자 어레이에 코팅된 폴리머와 상기 제3 기판의 전극을 접촉시키는 단계;
    상기 제1 기판과 상기 제3 기판 사이에 자기장을 형성하여 상기 전자 소자 어레이와 상기 전극이 전기적으로 연결되도록 상기 폴리머 내의 상기 강자성체 입자를 배열시키는 단계; 및
    상기 배열된 강자성체 입자의 상태가 고정되도록 상기 폴리머를 경화시키는 단계를 포함하는 전자 소자의 전사 방법.
  2. 제1 항에 있어서
    상기 전자 소자 어레이는 마이크로 LED 어레이인 것을 특징으로 하는 전자 소자의 전사 방법.
  3. 제1 항에 있어서
    상기 전자 소자 어레이에 상기 폴리머를 코팅하는 단계는,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 접촉은 스탬핑 공정을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 전사 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 기판은 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 접촉 거리를 제한하는 스페이서를 더 포함하고,
    상기 제3 기판은 상기 제1 기판과 상기 제3 기판의 접촉 거리를 제한하는 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 전사 방법.
  5. 제1 항에 있어서
    상기 제1 기판의 일면과 상기 전자 소자 어레이는 접착층을 통해 서로 연결되며,
    상기 배열된 강자성체 입자의 상태가 고정되도록 상기 폴리머를 경화시키는 단계 이후,
    상기 접착층과 상기 전자 소자 어레이와의 연결을 제거하여 상기 전자 소자 어레이로부터 상기 제1 기판을 이탈시키는 단계를 더 포함하는 전자 소자의 전사 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 배열된 강자성체 입자의 상태가 고정되도록 상기 폴리머를 경화시키는 단계는,
    상기 제1 기판과 상기 제3 기판의 수직 거리가 더 가까워지도록 상기 제1 기판과 상기 제3 기판에 상하 방향으로 압력을 전달하는 것을 더 포함하는 전자 소자의 전사 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제3 기판 사이에 자기장은 수직 방향으로 제공되며,
    상기 수직 방향에 따른 자기장에 의해 상기 강자성체 입자는 수직 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 전사 방법.
  8. 제1 항에 있어서
    상기 폴리머는 열 경화 또는 광 경화에 따라 경화되는 것을 특징으로 하는 전자 소자의 전사 방법.
  9. 제1 항에 있어서
    상기 제3 기판은 플렉서블 기판인 것을 특징으로 하는 전자 소자의 전사 방법.
  10. 삭제
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