JP2020520821A - ディスプレイ画素転写用パターンフィルムおよびこれを用いたディスプレイの製造方法 - Google Patents

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Abstract

本出願の一実施態様に係るディスプレイ画素転写用パターンフィルムは、基材と、該基材上に備えられ、表面に突起パターンを含むポリジメチルシロキサン系フィルムとを含む。

Description

本出願は、２０１７年９月２６日付で韓国特許庁に出願された韓国特許出願第１０−２０１７−０１２４１８３号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。
本出願は、ディスプレイ画素転写用パターンフィルムおよびこれを用いたディスプレイの製造方法に関する。
最近、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：発光素子）から構成された照明器具などは、既存の白熱灯または蛍光灯に比べて、寿命が長く、相対的に低電力を消費し、製造工程で汚染物質を排出しないという利点などによって需要が爆発的に伸びており、ＬＥＤは、発光を利用した表示装置はもちろん、照明装置やＬＣＤ表示装置のバックライト素子にも応用されるなど、適用領域が次第に多様化している。
特に、ＬＥＤは、比較的低い電圧で駆動が可能でありながらも高いエネルギー効率によって発熱が低く寿命が長いという利点があり、従来は実現が難しかった白色光を高輝度で提供できる技術が開発されるにつれ、現在用いられている大部分の光源装置を代替できると期待している。
本出願は、ディスプレイ画素転写用パターンフィルムおよびこれを用いたディスプレイの製造方法を提供しようとする。
本出願の一実施態様は、
基材と、
該基材上に備えられ、表面に突起パターンを含むポリジメチルシロキサン系フィルムとを含み、
前記突起パターンを構成する突起の形態は多角柱または円柱形態であり、前記突起の上部表面はフラット（ｆｌａｔ）な形態であり、
前記突起パターンの高さは２０μｍ〜５０μｍであり、
前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの上部面を基準として、前記突起パターンの占める面積比率は５％以下であり、
前記突起パターンは主突起パターンおよび補助突起パターンを含み、
前記補助突起パターンを構成する補助突起それぞれの上部面積は、前記主突起パターンを構成する主突起それぞれの上部面積に対比して５％〜２０％であるディスプレイ画素転写用パターンフィルムを提供する。
また、本出願の他の実施態様は、
前記ディスプレイ画素転写用パターンフィルムを用意するステップと、
前記主突起パターンの表面上にディスプレイ画素を具備させるステップと、
前記ディスプレイ画素をディスプレイ用電極基板に転写するステップとを含むディスプレイの製造方法を提供する。
本出願の一実施態様によれば、前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの表面に突起パターンが形成されているので、ディスプレイ画素の転写時、電極表面とポリジメチルシロキサン系フィルムとの接触面を低減することができ、前記ディスプレイ画素の転写後に前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの離型特性に優れる。
また、本出願の一実施態様によれば、前記ディスプレイ画素転写用パターンフィルムを用いる場合には、ウエハ上に形成された発光素子チップのうち特定の間隔の発光素子チップのみが選択的に接触するので、前記ウエハの汚染を防止することができる特徴がある。
さらに、本出願の一実施態様によれば、突起パターンは主突起パターンのほかに補助突起パターンを追加的に含むことにより、転写圧力に対する主突起パターンの変形を防止することができ、これによって電極基板との不要な接触を低減することができる。
本出願の一実施態様に係るディスプレイ画素転写用パターンフィルムを概略的に示す図である。 本出願の一実施態様に係るディスプレイ画素転写用パターンフィルムを概略的に示す図である。
以下、本出願について詳細に説明する。
転写（ｔｒａｎｓｆｅｒ）とは、単一または多数のマイクロＬＥＤを相手基板に搬送する一連の行為である。従来ＬＥＤ単一チップを搬送する方法としては、Ｐｉｃｋ＆Ｐｌａｃｅ装備を活用してパッケージング工程で適用してきたが、ＬＥＤの大きさが数マイクロまで小くなるにつれ、高精度で搬送する技術が必要である。このために、現在までは直接転写と印刷転写の２つの方法で技術開発が行われている。直接転写は、搬送しようとする材料または薄膜を目標基板に直接接合する技術であり、印刷転写は、静電または接合スタンプ（ｓｔａｍｐ）のような中間媒体を活用する技術と定義することができる。直接転写と印刷転写方式の代表的な技術は次の通りである。
直接転写方式は、ｐ−ｔｙｐｅのＧａＮをエッチング工程で数マイクロサイズに分離させた後に、ＣＭＯＳのような微細スイッチング素子が形成された基板に直接接合する方式である。必要に応じて、成長基板として用いたシリコンまたはサファイア基板が除去されてもよいし、単一の大きさに分離された数マイクロサイズのＧａＮ個別素子は、スイッチング微細電子素子と結合して動作電流の調節が容易となるように作製することができる。この方法の場合、ＬＥＤの製造および転写方法が容易であるという利点があるが、各素子の品質管理が非常に重要な要素になる。
印刷型転写方法として、現在まで２つの方法があると知られている。第一の方法として、米国のＬｕｘｖｕｅ社が静電ヘッド（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｈｅａｄ）を用いる方法を提案した。シリコン材質からなるヘッド部分に電圧を印加することで帯電現象によってマイクロＬＥＤと密着力を発生させる原理である。この方法の場合、所望の領域または単一素子を選択的に搬送できるという利点があるが、静電誘導時、ヘッドに印加された電圧によって帯電現象によるマイクロＬＥＤ損傷の問題が発生しうる。第二の方法として、米国のＸ−Ｃｅｌｅｐｒｉｎｔ社が開発した方法で、転写ヘッドを弾性のある高分子物質で適用してウエハ上のＬＥＤを所望の基板に搬送させる方法である。静電ヘッド方式に比べて、ＬＥＤ損傷の問題点はないが、転写過程で目標基板の接着力に対比する弾性転写ヘッドの接着力がより大きくてこそ、安定的にマイクロＬＥＤを搬送させることができ、電極形成のための追加の工程を必要とする欠点がある。また、弾性高分子物質の接着力を持続的に維持することも非常に重要な要素として作用する。
そこで、本出願では、転写特性に優れたディスプレイ画素形成のための転写用パターンフィルムを提供しようとする。
本出願の一実施態様に係るディスプレイ画素転写用パターンフィルムは、基材と、該基材上に備えられ、表面に突起パターンを含むポリジメチルシロキサン系フィルムとを含み、前記突起パターンを構成する突起の形態は多角柱または円柱形態であり、前記突起の上部表面はフラット（ｆｌａｔ）な形態であり、前記突起パターンの高さは２０μｍ〜５０μｍであり、前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの上部面を基準として、前記突起パターンの占める面積比率は５％以下であり、前記突起パターンは主突起パターンおよび補助突起パターンを含み、前記補助突起パターンを構成する補助突起それぞれの上部面積は、前記主突起パターンを構成する主突起それぞれの上部面積に対比して５％〜２０％である。
本出願において、前記ディスプレイ画素は発光素子チップ（ＬＥＤ ＣＨＩＰ）であってもよい。前記発光素子チップの大きさは、横、縦の大きさがそれぞれ１０μｍ〜１００μｍであってもよく、２５μｍ〜５０μｍであってもよい。
本出願において、前記基材は、透明性、表面平滑性、取扱容易性および防水性に優れたガラス基材または透明プラスチック基材になってもよいが、これに限定されず、電子素子に通常用いられる透明基材であれば限定はない。具体的には、前記透明基材としては、ガラス；ポリカーボネート樹脂；ウレタン樹脂；ポリイミド樹脂；ポリエステル樹脂；（メタ）アクリレート系高分子樹脂；ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂などからなるものになってもよい。
前記基材の厚さは１００μｍ〜１，０００μｍであってもよく、３００μｍ〜７００μｍであってもよいが、これのみに限定されるものではない。
本出願において、前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの上部面を基準として、前記突起パターンの占める面積比率は５％以下であってもよく、１％〜５％以下であってもよいし、１％〜３．５％であってもよい。前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの上部面を基準として、前記突起パターンの占める面積比率が５％を超える場合には、転写工程中に電極基板との脱着が困難になり、１％未満の場合には、突起の上面に発光素子チップが定位置に載置できる余裕空間が不足して位置アライン不良が発生することがある。
前記突起パターンの占める面積比率は下記の数式１で計算される。
［数式１］
突起パターンの占める面積比率（％）＝｛［（ａ×ｂ）＋（ｃ×ｄ）］／Ｐｉｔｃｈ２｝×１００
前記数式１中、
（ａ×ｂ）は主突起の上部面積であり、（ｃ×ｄ）は補助突起の上部面積であり、Ｐｉｔｃｈは主突起パターンのピッチである。
本出願において、前記突起パターンを構成する突起の形態は多角柱または円柱形態であり、前記突起の上部表面はフラット（ｆｌａｔ）な形態であることを特徴とする。より具体的には、前記突起パターンを構成する突起の形態は四角柱、円柱などの柱形態であってもよいし、前記突起の表面はフラット（ｆｌａｔ）な形態であってこそ、発光素子チップの破損などの危険を低減することができる。本出願において、前記「フラットな形態」は、１０点表面粗さ、Ｒｚ基準で０．５μｍ以下であることを意味することとする。前記Ｒｚは、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ ＳＪ３０１測定装備で測定することができる。
前記主突起の上部面積は、ディスプレイ解像度および設計構造によって異なり、より具体的には、ディスプレイ画素の大きさの１０倍〜２０倍であってもよいが、これのみに限定されるものではない。また、前記主突起および補助突起の形態は四角柱であってもよく、この時、前記主突起の上部面積は１００μｍ×２００μｍ、１００μｍ×１５０μｍなどであってもよく、補助突起の上部面積は５０μｍ×５０μｍなどであってもよい。
本出願において、前記突起パターンの高さは２０μｍ〜５０μｍであってもよい。前記突起パターンの高さが２０μｍ未満の場合には、高さの段差が十分でないため、非常に弱い転写圧力によってもポリジメチルシロキサン系フィルムの変形を誘発させて全面的に接触し、５０μｍを超える場合には、パターン複製およびマスターモールドの需給などが困難になるという欠点がある。
また、前記突起パターン間の間隔、すなわち、突起パターンのピッチは、ディスプレイ解像度によって決定可能であり、歩留まりなどを考慮したサブピクセルの繰り返し形態も含まれる。より具体的には、前記主突起パターンのピッチおよび補助突起パターンのピッチはそれぞれ独立して７００μｍ〜９００μｍであってもよく、約８００μｍであってもよいが、これのみに限定されるものではない。
前記突起パターンのピッチは、ディスプレイ解像度によって任意に変更可能であるが、突起ピッチが一定以下の場合には、転写時に接触する面積が相対的に多くなりうるため、脱着には不利になる。したがって、本出願において、発光素子チップの選択的な転写のための突起パターンのピッチは７００μｍ〜９００μｍであることが好ましい。前記突起パターンのピッチが７００μｍ未満の場合には、転写しようとする画素（ピクセル）の大きさが過度に小さく設計されるなど、適用が難しいという欠点がある。
本出願において、前記突起パターンは、ウエハ上の発光素子チップ（ＬＥＤ ＣＨＩＰ）を特定のピクセルピッチだけ離れたチップのみを選択的に転写するためのものであって、特定の画素チップに限って選択的に接触させて転写させることにより、不要な接触、汚染などを防止することができ、発光素子チップの脱着が容易になり得る。
本出願において、前記突起パターンは主突起パターンおよび補助突起パターンを含み、前記補助突起パターンを構成する補助突起それぞれの上部面積は、前記主突起パターンを構成する主突起それぞれの上部面積に対比して５％〜２０％であることを特徴とする。前記補助突起パターンを構成する補助突起それぞれの上部面積は、前記主突起パターンを構成する主突起それぞれの上部面積に対比して５％〜１５％であってもよい。
前記突起パターンが主突起パターンのみから構成される場合には、転写工程時の転写圧力によって変形が発生し、このような変形が過剰の場合には、電極基板との不要な接触が発生して、転写工程の後に転写用パターンフィルムの離型性を大きく低下させることがある。そこで、本出願では、主突起パターンのほかに補助突起パターンを追加的に含むことにより、転写圧力に対する主突起パターンの変形を防止することができ、これによって電極基板との不要な接触を低減することができる。
前記補助突起パターンは、転写圧力に対する主突起パターンの変形を防止するためのものであって、前記ポリジメチルシロキサン系フィルム上に前記補助突起パターンが備えられる位置が特に限定されるものではない。例えば、前記補助突起は、隣接する２つの主突起の間に備えられ、隣接する４つの主突起を頂点とする仮想の多角形の重心位置に備えられるが、これのみに限定されるものではない。
本出願において、前記表面に突起パターンを含むポリジメチルシロキサン系フィルムは、前記突起パターンに対応する溝部パターンを含むマスターモールドから製造できる。前記溝部パターンを含むマスターモールドは、当技術分野で知られた方法を利用して製造することができ、より具体的には、フォトリソグラフィ法を用いて製造することができるが、これのみに限定されるものではない。
前記ポリジメチルシロキサン系フィルムは、モールド複製および離型性に優れているので、本出願に係るディスプレイ画素転写用パターンフィルムにより効果的に適用可能である。従来の複製用途に主に用いられるＵＶ硬化型ポリウレタン系樹脂（ＰＵＡ、Ｐｏｌｙ Ｕｒｅｔｈａｎｅ Ａｃｒｙｌａｔｅ）は、転写特性に影響を与える適切な硬度および粘着力の付与が難しいという欠点がある。
従来は、ポリジメチルシロキサン系フィルム表面の自己粘着特性のため、所望の電極基板にディスプレイ画素を転写した後、前記ポリジメチルシロキサン系フィルムを離型させることが非常に難しかった。しかし、本出願では、ポリジメチルシロキサン系フィルムの表面に特定の面積比率と高さを有する突起パターンを形成することにより、ディスプレイ画素の転写時、電極表面とポリジメチルシロキサン系フィルムとの接触面を低減することができ、前記ディスプレイ画素の転写後に前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの離型特性に優れるという利点がある。
前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの厚さは２００μｍ〜８００μｍであってもよく、寸法変形などを考慮する時、３００μｍ〜６００μｍであってもよいが、これのみに限定されるものではない。
本出願において、前記突起パターンの表面の粘着力は６００ｇｆ／ｃｍ２以下であってもよい。前記突起パターンの表面の粘着力は、前記突起パターンの表面に対して１ｃｍ×１ｃｍの面積のガラス基板を１，０００ｇｆの荷重で３０秒間接触させた後、離型させる際にかかる最大荷重値である。また、前記突起パターンの表面の粘着力は３００ｇｆ／ｃｍ２以上であってもよい。前記突起パターンの表面の粘着力が３００ｇｆ／ｃｍ２未満の場合には、工程間ハンドリング時の十分でない粘着力によって発光素子チップが剥がれて消失したり、不要な回転が発生しうる。
本出願において、前記基材とポリジメチルシロキサン系フィルムとの間に接着層を追加的に含んでもよい。
前記接着層は当技術分野で知られた材料を用いることができ、より具体的には、減圧接着剤（ＰＳＡ）を用いることができ、アクリル系接着剤、合成ゴム接着剤などを用いることができるが、これのみに限定されるものではない。また、本出願の一実施態様において、前記接着層は両面ＰＳＡを用いることができ、この時、前記両面ＰＳＡの一方の面にはシリコーン系接着剤を含み、他方の面にはアクリル系接着剤を含むことができ、これによって異種物質に対する接着に優れることができる。
前記接着層の厚さは３０μｍ〜３００μｍであってもよく、５０μｍ〜１５０μｍであってもよいが、これのみに限定されるものではない。
本出願の一実施態様に係るディスプレイ画素転写用パターンフィルムを下記の図１および図２に概略的に示した。
また、本出願の一実施態様に係るディスプレイの製造方法は、前記ディスプレイ画素転写用パターンフィルムを用意するステップと、前記主突起パターンの表面上にディスプレイ画素を具備させるステップと、前記ディスプレイ画素をディスプレイ用電極基板に転写するステップとを含む。
前記突起パターンの表面上にディスプレイ画素を具備させるステップは、レーザを用いたリフト−オフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）技術で行われるが、これのみに限定されるものではない。
前記ディスプレイ画素をディスプレイ用電極基板に転写するステップは、適切な転写圧力によって粘着機能が付与された電極基板に付着させる方法を利用することができる。
また、本出願の一実施態様によれば、前記ディスプレイ画素転写用パターンフィルムを用いる場合には、ウエハ上に形成された発光素子チップのうち特定の間隔の発光素子チップのみが選択的に接触するので、前記ウエハの汚染を防止することができる特徴がある。
以下、実施例を通じて本明細書に記載の実施態様を例示する。しかし、以下の実施例によって前記実施態様の範囲が限定されることを意図するものではない。
＜実施例＞
＜実施例１〜２および比較例１〜６＞
平坦度が１０μｍ以下の石定盤上に、突起パターンが陰刻に形成されたマスターモールドを用いてギャップアプリケータでポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ、Ｄｏｗ社のモールド用製品）を約４００μｍの水準にコーティングして、常温で２４時間硬化させた。マスターモールドの作製はフォトリソグラフィ工程を利用し、シリコーンやガラスのエッチングまたは光反応性樹脂などを用いて作製した。
前記硬化した状態のＰＤＭＳ上に、コーティングや貼り合わせ方法でシリコーン系ＰＳＡを覆い、その状態でポリカーボネート基板を貼り合わせ、一方から徐々に複製／離型させることにより、ディスプレイ画素転写用パターンフィルムを製造した。
主突起パターンおよび補助突起パターンの有無および突起パターンの高さは下記表１の通りであり、主突起の上部面積は１００μｍ×２００μｍであり、補助突起の上部面積は５０μｍ×５０μｍである（実施例１〜２）。前記突起パターンの高さは、マスターモールドの陰刻深さをエッチングの程度またはパターニングの高さによって調節した。また、前記主突起パターンのピッチは８００μｍであり、前記数式１で計算した突起パターンの占める面積比率は３．５％であった。さらに、前記補助突起パターンを構成する補助突起それぞれの上部面積は、前記主突起パターンを構成する主突起それぞれの上部面積に対比して１２．５％であった。また、前記主突起パターンおよび補助突起パターンの形態は下記の図２の通りである。
＜実験例＞
前記実施例１〜２および比較例１〜６のフィルムの臨界荷重、突起面積比などを評価して下記表１に示した。
下記の臨界荷重は、転写圧力によって被転写基板が前記突起パターンを含むポリジメチルシロキサン系フィルムの底面と接する際の圧力最大値を測定した。前記臨界荷重が大きいほど突起パターンの変形が少ないことから、電極基板との不要な接触を低減することができる。したがって、転写工程の後に電極基板との離型性が改善できる。
下記の転写工程の適合度の評価基準は以下の通りである。
◎：極めて優秀、タックタイム（ｔａｃｋ ｔｉｍｅ）１分以内
△：良好、タックタイム（ｔａｃｋ ｔｉｍｅ）１分超過５分以下
Ｘ：不適／改善必要、タックタイム（ｔａｃｋ ｔｉｍｅ）５分超過
Figure 2020520821
前記実施例１のように、転写面積（１００ｍｍ×１００ｍｍ）基準で転写圧力を５ｋｇｆ以下に調節する場合、主突起および補助突起における圧力分散効果および適正な突起の高さによってパターン転写フィルムの突起外底部分が接しないことを確認した。これは、転写後に脱着工程がより容易であるとのことであって、全体転写工程のタックタイム（ｔａｃｋ ｔｉｍｅ）が１分以内の場合、転写工程の適合度に優れるといえる。
また、前記実施例２のように、転写圧力をより高めることができれば、電極基板の転写歩留まりおよび付着特性を追加的に確保することができるという利点がある。
前記結果のように、本出願の一実施態様によれば、前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの表面に突起パターンが形成されているので、ディスプレイ画素の転写時、電極表面とポリジメチルシロキサン系フィルムとの接触面を低減することができ、前記ディスプレイ画素の転写後に前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの離型特性に優れる。
また、本出願の一実施態様によれば、前記ディスプレイ画素転写用パターンフィルムを用いる場合には、ウエハ上に形成された発光素子チップのうち特定の間隔の発光素子チップのみが選択的に接触するので、前記ウエハの汚染を防止することができる特徴がある。
さらに、本出願の一実施態様によれば、突起パターンは主突起パターンのほかに補助突起パターンを追加的に含むことにより、転写圧力に対する主突起パターンの変形を防止することができ、これによって電極基板との不要な接触を低減することができる。
１０：基材
２０：主突起パターン
３０：補助突起パターン
４０：ポリジメチルシロキサン系フィルム
５０：接着層

Claims (9)

  1. 基材と、
    該基材上に備えられ、表面に突起パターンを含むポリジメチルシロキサン系フィルムとを含み、
    前記突起パターンを構成する突起の形態は多角柱または円柱形態であり、前記突起の上部表面はフラット（ｆｌａｔ）な形態であり、
    前記突起パターンの高さは２０μｍ〜５０μｍであり、
    前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの上部面を基準として、前記突起パターンの占める面積比率は５％以下であり、
    前記突起パターンは主突起パターンおよび補助突起パターンを含み、
    前記補助突起パターンを構成する補助突起それぞれの上部面積は、前記主突起パターンを構成する主突起それぞれの上部面積に対比して５％〜２０％であるディスプレイ画素転写用パターンフィルム。
  2. 前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの上部面を基準として、前記突起パターンの占める面積比率は１％〜３．５％である、請求項１に記載のディスプレイ画素転写用パターンフィルム。
  3. 前記突起パターンの表面の粘着力は６００ｇｆ／ｃｍ２以下である、請求項１または２に記載のディスプレイ画素転写用パターンフィルム。
  4. 前記主突起パターンおよび補助突起パターンのピッチはそれぞれ独立して７００μｍ〜９００μｍである、請求項１から３のいずれか一項に記載のディスプレイ画素転写用パターンフィルム。
  5. 前記ポリジメチルシロキサン系フィルムの厚さは２００μｍ〜８００μｍである、請求項１から４のいずれか一項に記載のディスプレイ画素転写用パターンフィルム。
  6. 前記ディスプレイ画素は発光素子チップ（ＬＥＤ ＣＨＩＰ）である、請求項１から５のいずれか一項に記載のディスプレイ画素転写用パターンフィルム。
  7. 前記基材とポリジメチルシロキサン系フィルムとの間に接着層を追加的に含むものである、請求項１から６のいずれか一項に記載のディスプレイ画素転写用パターンフィルム。
  8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のディスプレイ画素転写用パターンフィルムを用意するステップと、
    前記主突起パターンの表面上にディスプレイ画素を具備させるステップと、
    前記ディスプレイ画素をディスプレイ用電極基板に転写するステップとを含むディスプレイの製造方法。
  9. 前記ディスプレイは透明発光素子ディスプレイである、請求項８に記載のディスプレイの製造方法。
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