MicroLED 생산을 위한 미래 지향적 솔루션
엑시머 레이저 유도 순방향 전사(LIFT)는 현재와 미래를 위한 실용적인 대량 전사 공정입니다.
2024년 7월 23일, Coherent
MicroLED는 다른 패널 유형보다 밝기, 효율성, 수명 측면에서 우수하기 때문에 차세대 디스플레이 기술의 선두에 서 있습니다. 실제로 MicroLED의 장점은 워낙 커서 고급 스마트워치부터 광범위한 AR/VR 경험에 이르는 혁신적인 응용 분야를 약속합니다.
그러나 기술 거대 기업인 Apple이 수년간의 엄청난 투자(2014년 이후 30억 달러 이상으로 추산) 끝에 야심 차게 추진했던 MicroLED 프로젝트를 포기하면서 디스플레이 산업은 상당한 좌절에 직면했습니다. Apple은 이렇게 결정한 이유를 공개적으로 발표하지 않았습니다.
Apple 이외의 디스플레이 산업 종사자들은 Apple이 기존 OLED 디스플레이에 비해 비용 경쟁력이 있는 MicroLED 디스플레이를 개발하지 못했을 것이라고 의심합니다. 수율과 처리량을 개선하는 최신의 발전된 생산 기술을 활용하지 못했을 수 있습니다. 이 문제의 핵심은 대량 생산의 중요한 단계인 "대량 전사" 공정의 접근 방식일 수 있습니다.
지금부터 고급 대량 전사 기술의 핵심적인 역할에 대해 알아보고, 엑시머 레이저 기반 방법이 Apple을 좌절시켰을 수 있는 생산 장애물을 어떻게 극복할 수 있는지 살펴보겠습니다. 어떻게 이 방법이 MicroLED 생산을 위한 비용 효율적이며 미래 지향적인 솔루션을 제시하는지 알아보겠습니다.
“대량 전사”란 정확하게 어떤 것일까요?
과거 게시물에서 대량 전사 공정에 대해 어느 정도 자세히 설명한 적이 있습니다. 간단히 말해 MicroLED 생산은 개별 기판에 빨간색, 녹색 및 파란색 LED를 제작하는 것에서 시작됩니다. 이러한 LED는 궁극적으로 최종 디스플레이 회로 기판으로 전사되어야 합니다. 거기에서 디스플레이의 각 픽셀을 형성하기 위해 3개 그룹(빨간색 하나, 녹색 하나, 파란색 하나)으로 배열됩니다.
어떤 경우에는 LED사 먼저 원래 기판에서 접착제로 고정된 "임시 캐리어"로 옮겨집니다. 그 다음에 디스플레이 패널로 전사됩니다. 다른 제조업체들은 중간 단계 없이 원래 기판에서 디스플레이 패널로 LED를 직접 옮깁니다.
어느 쪽이든 대량 전사를 어렵게 만드는 몇 가지 문제가 있습니다. 첫째, LED를 미크론 수준의 위치 정확도로 배치해야 합니다. 둘째, 매우 많은 수의 LED를 전사해야 하므로 공정이 빨라야 합니다. 예를 들어, 500x500 픽셀 디스플레이만 해도 750,000개의 개별 LED(500x500x3)를 전사해야 합니다. 셋째, 최고 수율을 달성하고 광범위한 수리를 방지하기 위해 공정 신뢰도가 높아야 합니다.
여기에 추가로 유의할 점은 MicroLED 기술이 발전함에 따라 LED 자체가 더 작아진다는 사실입니다. 현재는 약 50x50µm이며 결국 10x10µm 이상에 도달할 것으로 예상됩니다. LED가 작아질수록 손상 없이 이동하고 필요한 정확도로 배치하기가 더 어려워집니다.
한 차원 높은 MICROLED를 구현하는 레이저
레이저 유도 순방향 전사(LIFT)는 현재 LED 다이 크기(약 20x20µm)를 위해 그리고 더 작은(10x10µm) 다이로 순방향으로 이동하기 위한 실용적이고 비용 효율적인 대량 전사 수단을 제시합니다. LIFT에서 엑시머 레이저로부터 나온 펄스는 투명한 임시 캐리어의 뒷면을 통해 들어갑니다. 빛은 버퍼 GaN 층에서 흡수되어 증발시킵니다. 이렇게 하면 LED 다이가 밀려서 가까이에 배치된 디스플레이 패널 기판으로 이동합니다. 마지막 접합 단계는 LED를 기계적이고 전기적인 방법으로 패널 기판에 연결합니다.
엑시머 LIFT는 MicroLED 디스플레이 제작에서 다른 대량 전사 방법에 비해 상당한 이점을 제공합니다. 가장 큰 이점 중 하나는 높은 배치 정확도입니다. LIFT는 소형 고해상도 디스플레이 생산 시 필수적인 1µm 미만의 배치 정밀도를 달성할 수 있습니다. 이 수준의 정확도 덕분에 각 MicroLED가 완벽하게 정렬되어 디스플레이 품질을 저하시킬 수 있는 결함 픽셀의 위험을 줄일 수 있습니다.
게다가 LIFT는 효율성과 속도가 탁월합니다. 수백만 개의 MicroLED를 빠르고 안정적으로 전사할 수 있어 제조 시간과 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 이 점은 특히 디스플레이 제조업체가 품질에 영향을 주지 않고 생산을 확대할 때 장점이 됩니다.
또한, 레이저 기반 대량 전사를 다양한 기판과 MicroLED 크기에 적용하는 유연성이 있습니다. 이러한 다양성이 중요한 이유는 소형 웨어러블 기기부터 대형 초고화질 TV에 이르기까지 다양한 유형의 MicroLED 응용 분야에 대한 수요가 증가하고 있기 때문입니다.
또한, Coherent의 LIFT 솔루션은 미래에도 사용할 수 있게 설계되었습니다. MicroLED 시장이 더욱 좁은 픽셀 피치를 가진 훨씬 작은 LED를 활용하도록 진화함에 따라, 엑시머 LIFT 시스템은 빠르게 적응할 수 있습니다. 광범위한 리툴링이나 가동 중단 없이 달성할 수 있으므로 제조업체는 경쟁이 치열한 시장에서 앞서 나갈 수 있습니다. 이러한 적응성과 지속적인 연구 및 개발이 합쳐져 Coherent 솔루션은 디스플레이의 미래를 위한 핵심 기술로 자리잡았습니다.
실제 결과
Coherent 응용 엔지니어는 최근 현재 생산 중인 어떤 장치보다도 훨씬 작고 얇은 MicroLED 다이로 LIFT를 구현하기 위해 일부 매개변수를 정량화하는 테스트를 수행했습니다. 특히, 갭 거리(MicroLED를 고정하는 임시 캐리어에서 대상 기판까지의 거리)의 함수로 5x5x3µm(두께) MicroLED로 LIFT의 배치 정확도를 테스트했습니다. 이 데이터가 유용한 이유는 대량 생산 환경에서 매우 작은 갭 거리(50µm 미만)를 안정적으로 유지하기 어렵기 때문입니다. 따라서 LIFT는 작은 LED 다이를 사용하더라도 이보다 더 큰 갭에서 빠르고 안정적이며 대규모로 작동할 수 있어야 합니다.
실험 환경에서는 Coherent UVtransfer를 사용하여 MicroLED를 4인치 GaN 도너 웨이퍼에서 100mm 직경 석영 리셉터 웨이퍼로 이동시켰습니다. 배치 정확도(x 및 y)는 다이를 자동으로 식별하고 각각의 중앙 위치를 결정할 수 있는 현미경과 머신 비전 시스템으로 측정했습니다. 각 갭 거리에 대해 979개의 MicroLED가 이동되었습니다.
그래프는 50µm 갭과 90µm의 다이 간 피치를 가진 979개의 모든 MicroLED에 대한 배치 정확도(이상적인 위치에서 오프셋)를 보여줍니다. 이 데이터를 요약하자면, MicroLED의 99.7%(3σ)가 목표 위치의 0.66µm(x)와 0.56µm 이내에 배치되었습니다.
각각 5x5x3µm³ 크기의 979개 MicroLED의 LIFT에 대한 위치 오프셋은 50µm 갭을 통해 전사되고 다이 간 피치는 90µm입니다.
다음 그래프는 배치 정확도가 갭 거리에 따라 어떻게 달라지는지 보여줍니다. 미크론 이하 배치 정확도는 최대 80µm의 갭 거리에서 유지되었습니다. 이 수치는 LIFT가 이러한 작은 MicroLED에 완전히 실용적임을 보여줍니다.
5x5x3µm³ 크기의 MicroLED 979개의 LIFT에 대한 전사 갭 거리의 함수로서 평균 3σ 위치 오프셋 편차(X 및 Y 3σ 값의 평균).
MicroLED 디스플레이는 혁신적인 시청 경험을 제공하지만, 대량 생산의 장애물로 인해 배포가 지연되었고 기술에 가장 정통한 일부 제조업체조차도 좌절했습니다. 엑시머 레이저 기반 LIFT는 주요 생산 장애물 중 하나를 극복하고 다른 대량 전사 기술이 실패한 분야에서 성공을 거둡니다. 아무리 작은 LED라도 정밀하고 고속으로 전사할 수 있으며, 까다로운 디스플레이 제조 공정에서 24시간 연중무휴 작동 신뢰성을 입증한 레이저를 기반으로 한 기술입니다. 또한 LIFT의 적응성은 현재진행형인 MicroLED의 발전과 조화를 이룰 수 있도록 보장하여 디스플레이 제조업체에게 미래 지향적인 솔루션이 되면서 이 기술의 상용화를 위한 길을 열었습니다.
LIFT에 대해 자세히 알아보십시오.
