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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 민경택
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 한국공학대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수31
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국문요약
본 논문에서는 웨어러블 디바이스용 SVGA급(800×600 pixel) Flip-chip 기반의 마이크로 LED 디스플레이 광원 모듈 연구를 통해 마이크로 LED 제작 공정을 개선하고, 시제품의 성능을 측정하여, 제품의 상용화 가능성을 분석하였다.
먼저, 800×600 Flip-chip 기반 마이크로 LED 어레이와 PM 구동 평가를 위해 32×32 어레이를 설계 및 제작하였다. 800×600 어레이 픽셀은 480kea이며, Mesa 25㎛, Pitch 35㎛이고, 32×32 어레이의 경우 픽셀은 1,024ea이며, Mesa 25㎛, Pitch 40㎛였다.
두 번째로 Flip-chip 기반 마이크로 LED 어레이 제작 공정 기술에서는 Self align 전극 형성 기술을 적용하여 마스크 1개 레이어를 줄이고, 수율 향상과 Tack time이 감소하였다. 그리고, 고집적화 어레이의 Mesa 형성을 위한 드라이 에칭 기술을 적용하여 공정마진을 확보하기 위해서는 Sidewall 경사의 측면 수직도를 최적화 할 수 있는 조건을 찾아냈다. 또한, 마이크로 PL 방식을 이용한 광원 모듈의 픽셀 불량 분석을 진행하였다. 그를 통해 800×600 어레이 공정에서 평균 수율은 99.979%과 재현성을 확인하였다.
세번째로 Flip-chip 기반 마이크로 LED 모듈 on/off 구동 Test를 통해 800×600 어레이와 이미징 및 Text 구현용으로 32×32 어레이의 정상 작동과 3.1V(@100㎂) 특성, 주입 전류에 따른 발광 이미션을 확인하였다. 그리고, 마이크로 LED의 3.3V 이하의 동작전원과 ±3㎛ 이하의 본딩 정확도를 통해 제품의 제품화 가능성을 확인하였다.
마지막으로 마이크로 LED 모듈 구동을 위한 구동 드라이브를 설계 및 제작하여, Column 32 channel과 Row 32 channel로 인가되는 전압과 전류값을 측정하고, 각 항목의 오차범위가 전압은 ±5%이내, 전류는 ±10%이내에 입력 오차범위에서 정상적이라는 것을 검증하였다.
본 연구를 기반으로 추후 마이크로 LED가 상품화된다면 향 후 웨어러블 디바이스 적용 뿐만 아니라 플렉서블 디스플레이, 전기 전자, ICT, 섬유, 스포츠 등의 다양한 분야에 적용 가능함으로 관련 산업으로의 파급효과가 클 것으로 예상된다.
본 논문에서는 웨어러블 디바이스용 SVGA급(800×600 pixel) Flip-chip 기반의 마이크로 LED 디스플레이 광원 모듈 연구를 통해 마이크로 LED 제작 공정을 개선하고, 시제품의 성능을 측정하여, 제품의 상용화 가능성을 분석하였다.
먼저, 800×600 Flip-chip 기반 마이크로 LED 어레이와 PM 구동 평가를 위해 32×32 어레이를 설계 및 제작하였다. 800×600 어레이 픽셀은 480kea이며, Mesa 25㎛, Pitch 35㎛이고, 32×32 어레이의 경우 픽셀은 1,024ea이며, Mesa 25㎛, Pitch 40㎛였다.
두 번째로 Flip-chip 기반 마이크로 LED 어레이 제작 공정 기술에서는 Self align 전극 형성 기술을 적용하여 마스크 1개 레이어를 줄이고, 수율 향상과 Tack time이 감소하였다. 그리고, 고집적화 어레이의 Mesa 형성을 위한 드라이 에칭 기술을 적용하여 공정마진을 확보하기 위해서는 Sidewall 경사의 측면 수직도를 최적화 할 수 있는 조건을 찾아냈다. 또한, 마이크로 PL 방식을 이용한 광원 모듈의 픽셀 불량 분석을 진행하였다. 그를 통해 800×600 어레이 공정에서 평균 수율은 99.979%과 재현성을 확인하였다.
세번째로 Flip-chip 기반 마이크로 LED 모듈 on/off 구동 Test를 통해 800×600 어레이와 이미징 및 Text 구현용으로 32×32 어레이의 정상 작동과 3.1V(@100㎂) 특성, 주입 전류에 따른 발광 이미션을 확인하였다. 그리고, 마이크로 LED의 3.3V 이하의 동작전원과 ±3㎛ 이하의 본딩 정확도를 통해 제품의 제품화 가능성을 확인하였다.
마지막으로 마이크로 LED 모듈 구동을 위한 구동 드라이브를 설계 및 제작하여, Column 32 channel과 Row 32 channel로 인가되는 전압과 전류값을 측정하고, 각 항목의 오차범위가 전압은 ±5%이내, 전류는 ±10%이내에 입력 오차범위에서 정상적이라는 것을 검증하였다.
본 연구를 기반으로 추후 마이크로 LED가 상품화된다면 향 후 웨어러블 디바이스 적용 뿐만 아니라 플렉서블 디스플레이, 전기 전자, ICT, 섬유, 스포츠 등의 다양한 분야에 적용 가능함으로 관련 산업으로의 파급효과가 클 것으로 예상된다.
목차
목 차List of Tables ⅳList of Figures ⅴ국문요약 ⅹ제 1장 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 31.3 연구 목적 51.4 논문 구성 6제 2장 관련 이론 72.1 마이크로 LED 특성 72.2 마이크로 LED칩 제조기술 92.2.1 InGaAlP on GaAs 92.2.2 GaN on Si 112.2.3 GaN on Sapphire 142.2.4 Vertical GaN-LED structure on Sapphire 162.3 마이크로 LED 전사기술 172.3.1 직접전사(Direct transfer) 172.3.2 인쇄전사(Transfer printing) 192.3.3 자가조립전사(Self-Assembly Transfer) 212.4 마이크로 LED 응용 222.4.1 마이크로 LED 기반 응용 제품 222.4.2 TV 응용을 위한 마이크로 LED 242.4.3 스마트 폰 및 스마트 워치 252.4.4 Portable 디스플레이용 마이크로 LEDs 262.4.5 자동차 및 기타 응용분야 27제 3장 연구 방법 283.1 800×600 Flip-chip 기반 마이크로 LED 어레이 설계 및 제작 283.2 32×32 Flip-chip 기반의 마이크로 LED 어레이 설계 및 제작 39제 4장 연구 내용 504.1 Flip-chip 기반 마이크로 LED 어레이 제작 공정 기술 연구 504.1.1 Self align 전극 형성 기술 504.1.2 고집적화 어레이의 Mesa 형성을 위한 드라이 에칭 기술 524.1.3 마이크로 PL 방식을 이용한 광원 모듈의 픽셀 불량 분석 544.1.3.1 800x600 어레이 수율 및 불량 분석 564.1.3.2 32×32 어레이 수율 및 불량 분석 584.2 Flip-chip 기반 마이크로 LED 모듈 on/off 구동 실험 614.3 Micro-LED 디스플레이 광원 모듈의 패키징 공정 연구 654.3.1 구동 평가용 Substrate 설계 및 제작 654.3.2 마이크로 LED array를 PM 기판으로 정밀 전사 & 접합 기술 연구 714.3.2.1 마이크로 LED array의 on/off 구동 시험 위한 Solder 접합 714.3.2.2 마이크로 LED array의 on/off 구동 시험을 위한 bonding pad 접합 764.3.2.3 마이크로 LED array의 Line 점등 구동 시험을 위한 AuSn Eutectic bonder 804.4 Flip-chip 기반 마이크로 LED 성능 평가 954.5 마이크로 LED 모듈 구동을 위한 구동 드라이브 연구 984.5.1 구동 드라이브 시스템 설계 984.5.2 마이크로 LED pattern generator 사양 및 회로 설계 1014.5.3 마이크로 LED pattern generator circuit & artwork 및 시제품 제작 1064.6 마이크로 LED pattern generator 성능 평가 110제 5장 결 론 115References 117Abstract 120
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