JP7469568B2 - ダウンコンバータ層転写デバイス及びダウンコンバータ層転写デバイスを使用する方法 - Google Patents
ダウンコンバータ層転写デバイス及びダウンコンバータ層転写デバイスを使用する方法 Download PDFInfo
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関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１２月４日に出願された米国特許出願第１７／１１２，６３３号に対する優先権の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年１２月４日に出願された米国特許出願第１７／１１２，６３３号に対する優先権の利益を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
技術分野
本開示は、概して、蛍光体をＬＥＤダイに取り付けるために発光デバイス（ＬＥＤ）の製造において使用されるデバイス及び方法、ならびにそのデバイス及び方法を使用して形成されるＬＥＤに関する。
本開示は、概して、蛍光体をＬＥＤダイに取り付けるために発光デバイス（ＬＥＤ）の製造において使用されるデバイス及び方法、ならびにそのデバイス及び方法を使用して形成されるＬＥＤに関する。
半導体発光ダイオード及びレーザダイオード（本明細書ではまとめて「ＬＥＤ」と称する）は、現在利用可能な最も効率的な光源の１つである。ＬＥＤの発光スペクトルは、典型的には、デバイスの構造及びデバイスが構成される半導体材料の組成によって決定される波長において単一の狭いピークを示す。デバイス構造及び材料系の適切な選択によって、ＬＥＤは、紫外線、可視光線、又は赤外線波長で動作するように設計され得る。
ＬＥＤは、ＬＥＤによって放出された光を吸収し、それに応じてより長い波長の光を放出する１つ又は複数の波長変換材料（本明細書では概して「蛍光体」又は「ダウンコンバータ」と称される）と組み合わされることができる。かかる蛍光体変換ＬＥＤ（「ｐｃＬＥＤ」）の場合、蛍光体によって吸収されるＬＥＤによって放射された光の割合は、ＬＥＤによって放射された光の光路内の蛍光体材料の量、例えば、ＬＥＤ上又は周囲に配置された蛍光体層内の蛍光体材料の濃度及び層の厚さに依存する。蛍光体は、ＬＥＤによって放射される光の経路に配置されるシリコンマトリクスに埋め込まれることができる。
蛍光体変換ＬＥＤは、ＬＥＤによって放射された光の全てが１つ以上の蛍光体によって吸収されるように設計されてもよく、この場合、ｐｃＬＥＤからの放射は完全に蛍光体からのものである。そのような場合、蛍光体は、例えば、ＬＥＤによって直接効率的に生成されない狭いスペクトル領域の光を放出するように選択されることができる。
あるいは、ｐｃＬＥＤは、ＬＥＤによって放射された光の一部のみが蛍光体によって吸収されるように設計されることができ、その場合、ｐｃＬＥＤからの放射は、ＬＥＤによって放射された光と蛍光体によって放射された光との混合である。ＬＥＤ、蛍光体、及び蛍光体組成物の適切な選択によって、そのようなｐｃＬＥＤは、例えば、所望の色温度及び所望の演色特性を有する白色光を放射するように設計され得る。
一態様では、ダウンコンバータ層転写、転送又は移着デバイス（ｄｏｗｎｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｌａｙｅｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）が提供され、ダウンコンバータ層転写デバイスは、リリースライナと、リリースライナ上に配置されているダウンコンバータ層であって、ダウンコンバータ層は、接着材にわたって（ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ ａｎ ａｄｈｅｓｉｖｅ）分散したダウンコンバータ材料を含み、ダウンコンバータ層は、第１温度で固体かつ非接着性であり、第１温度を上回る高温（ａｎ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）で接着性である、ダウンコンバータ層と、を備える。ダウンコンバータ層は、２つ以上のダウンコンバータ層ピクセルを含み、各ダウンコンバータ層ピクセルは、異なるダウンコンバータ材料を含み、リリースライナの異なるエリア上に配置されている。ダウンコンバータ層転写デバイスは、２つ以上のダウンコンバータ層ピクセルの間に空間を含むことができる。２つ以上のダウンコンバータ層ピクセルは、隣り合うことができ、接合部で接触又は当接する（ｍｅｅｔ ａｔ ａ ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ）ことができる。ダウンコンバータ層転写デバイスは、リリースライナとダウンコンバータ層との間に配置されたシリコン化層を含むことができる。ダウンコンバータ材料は、蛍光体、有機色素、量子ドット、及び散乱剤のうちの少なくとも１つを含むことができる。第１温度におけるダウンコンバータ層の（１Ｈｚにおける）せん断弾性率Ｇ＊（ｓｈｅａｒ ｍｏｄｕｌｕｓ Ｇ＊）は、１００ ｋＰａよりも大きく、高温におけるダウンコンバータ層の（１Ｈｚにおける）せん断弾性率Ｇ＊は、１ｋＰａと１００ｋＰａとの間である。
別の態様においては、照明デバイスが提供され、照明デバイスは、基板上に実装された複数の個別にアドレス指定可能な発光ダイオードであって、各発光ダイオードが発光表面を有する、発光ダイオードと、複数のダウンコンバータ層ピクセルであって、各ダウンコンバータ層ピクセルは、発光ダイオードのうちの１つの発光ダイオードの発光表面に接触して接着されており、ダウンコンバータ層ピクセルは、接着材料と、接着材料全体にわたって分散するダウンコンバータ材料と、を含む、ダウンコンバータ層ピクセルと、を含む。接着材は、硬化前に、第１温度で固体かつ非接着性であり、第１温度を上回る高温で接着性である熱硬化性接着材であり得る。
別の態様では、照明デバイスを形成する方法が提供され、照明デバイスを形成する方法は、基板上に実装された複数の発光ダイオードを提供するステップであって、各発光ダイオードは発光表面を有する、ステップと、リリースライナ上に配置されたダウンコンバータ層を有するダウンコンバータ層転写デバイスを提供するステップであって、ダウンコンバータ層は、接着材にわたって分散された第１ダウンコンバータ材料を含む、ステップと、ダウンコンバータ層を発光表面と位置合わせするステップと、ダウンコンバータ層を高温で発光表面と接触させるステップであって、高温は、接着材が発光表面に付着する温度である、ステップと、複数の発光ダイオードの発光表面と接触しているダウンコンバータ層ピクセルを高温未満の温度に冷却するステップと、リリースライナを除去するステップと、複数の発光ダイオードの発光表面に接着されたダウンコンバータ層を残して、リリースライナを除去するステップと、を含む。本方法は、ダウンコンバータ層を硬化させるステップをさらに含むことができる。ダウンコンバータ層を高温で発光表面と接触させることは、ダウンコンバータ層転写デバイス及び発光ダイオードに真空を適用することを含むことができる。ダウンコンバータ層転写デバイスを提供するステップは、リリースライナを提供するステップと、接着材料、第１ダウンコンバータ材料及び溶媒を混合して、第１接着ダウンコンバータ混合物を形成する、ステップと、リリースライナを第１接着ダウンコンバータ混合物でコーティングするステップと、接着ダウンコンバータ混合物から溶媒を除去してダウンコンバータ層を形成するステップと、を含むことができる。方法は、リリースライナを第１接着ダウンコンバータ混合物でコーティングする前に、リリースライナ上にフォトレジストパターンを形成するステップであって、フォトレジストパターンはウェルを含み、リリースライナを第１接着ダウンコンバータ材料でコーティングするステップは、ウェル内に第１接着ダウンコンバータ材料を配置するステップを含む、ステップと、フォトレジストパターンを除去して、ダウンコンバータ層ピクセルの各々の間に空間を有するダウンコンバータ層ピクセルのピクセルパターンを有するダウンコンバータ層を残す、ステップと、をさらに含むことができる。接着混合物でコーティングする前に、シリコン化コーティングでリリースライナをコーティングすることをさらに含むことができる。ダウンコンバータ層の第１部分は、第１ダウンコンバータ材料を含むことができ、リリースライナの第１エリア上に配置されることができ、ダウンコンバータ層の第２部分は、第１ダウンコンバータ材料とは異る第２ダウンコンバータ材料を含むことができ、リリースライナの、第１エリアとは異なる第２エリア上に配置されることができる。ダウンコンバータ層転写デバイスを提供するステップは、リリースライナを提供するステップと、接着材料、第１ダウンコンバータ材料及び溶媒を混合して、第１接着ダウンコンバータ混合物を形成する、ステップと、接着材料、第２ダウンコンバータ材料及び溶媒を混合して、第２接着ダウンコンバータ混合物を形成する、ステップと、リリースライナの第１エリア上のピクセルパターンで、リリースライナを第１接着ダウンコンバータ混合物でコーティングするステップと、リリースライナの第２エリア上のピクセルパターンで、リリースライナを第２接着ダウンコンバータ混合物でコーティングするステップと、第１接着ダウンコンバータ混合物及び第２接着ダウンコンバータ混合物から溶媒を除去して、ダウンコンバータ層ピクセルを有するダウンコンバータ層を形成する、ステップと、を含むことができる。方法は、さらに、リリースライナを第１接着ダウンコンバータ混合物及び第２接着ダウンコンバータ混合物でコーティングする前に、リリースライナ上にフォトレジストパターンを形成するステップであって、フォトレジストパターンはウェルを含み、リリースライナを第１接着ダウンコンバータ材料でコーティングするステップは、第１接着ダウンコンバータ材料を第１セットのウェル内に配置するステップを含み、リリースライナを第２接着ダウンコンバータ材料でコーティングするステップは、第２接着ダウンコンバータ材料を、第１セットのウェルとは異なる第２セットのウェル内に配置するステップを含む、ステップと、フォトレジストパターンを除去して、ダウンコンバータ層ピクセルの各々の間に空間を有するダウンコンバータ層ピクセルのピクセルパターンを残す、ステップと、を含むことができる。本方法は、第１接着混合物及び第２接着混合物でコーティングする前に、シリコン化コーティングでリリースライナをコーティングすることをさらに含むことができる。ダウンコンバータ材料は、蛍光体、有機色素、量子ドット、及び散乱剤のうちの少なくとも１つを含むことができる。
以下の詳細な説明は、図面を参照して読まれるべきであり、図面において、同一の参照番号は、異なる図面を通して同様の要素を指す。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、選択的な実施形態を示しており、本発明の範囲を限定することを意図していない。詳細な説明は、限定としてではなく、例として、本発明の原理を示す。
本明細書で使用される場合、「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方（ｂｅｌｏｗ）」、「下部（ｌｏｗｅｒ）」、「上方（ａｂｏｖｅ）」、「上部（ｕｐｐｅｒ）」などの空間的に相対的な用語は、図に示されるように、１つの要素又は特徴の別の要素（複数可）又は特徴（複数可）に対する関係を説明するための説明を容易にするために使用され得る。空間的に相対的な用語は、図面に示された配向に加えて、使用又は動作中のデバイスの異なる配向を包含することが意図されていることが理解されよう。例えば、図中のデバイスがひっくり返された場合、他の要素又は特徴の「下方（ｂｅｌｏｗ）」又は「下（ｂｅｎｅａｔｈ）」として説明される要素は、他の要素又は特徴の「上（ａｂｏｖｅ）」に配向されるであろう。したがって、例えば、「下方（ｂｅｌｏｗ）」という用語は、デバイスの向きに応じて、上方及び下方の両方の向きを包含することができる。デバイスは、別様に配向されてもよく（９０度又は他の配向で回転される）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、それに応じて解釈される。
発光ピクセルアレイは、例えばＬＥＤなどの多数の小さな発光デバイスが、基板上に配列された発光デバイスであり、半導体ダイ又はチップであり得る。発光ピクセルアレイ内の個々のＬＥＤ又はピクセルは、個々にアドレス指定可能であることができ、アレイ内のピクセルのグループ又はサブセットの一部としてアドレス指定可能であることができ、又はアドレス指定可能でなくてもよい。したがって、発光ピクセルアレイは、光分布のきめの細かい強度、空間的、及び時間的制御を必要とする、又はそれから利益を得る任意の用途に有用である。これらの用途は、ピクセルブロック又は個々のピクセルから放出された光の正確な特別なパターニングを含み得るが、これらに限定されない。用途に応じて、放出された光は、スペクトル的に別個であり、経時的に適応可能であり、及び／又は環境的に応答性であり得る。発光ピクセルアレイは、様々な強度、空間的、又は時間的パターンで事前にプログラムされた光分布を提供することができる。放出された光は、少なくとも部分的に受光センサデータに基づくことができ、光ワイヤレス通信のために使用されることができる。関連する電子機器及び光学機器は、ピクセル、ピクセルブロック、又はデバイスレベルで別個であってもよい。
発光ピクセルアレイには幅広い用途があり、発光ピクセルアレイ照明器具には、選択的なピクセル活性化及び強度制御に基づいてさまざまな照明パターンを投影するようにプログラムできる照明器具が含まれる。かかる照明器具は、可動部品を使用せずに単一の照明デバイスから複数の制御可能なビームパターンを送達することができる。典型的には、これは、１Ｄ又は２Ｄアレイにおける個々のＬＥＤの輝度を調整することによって行われる。光学系は、共有であるか個別であるかにかかわらず、任意選択で、光を特定のターゲットエリアに方向付けることができる。
発光ピクセルアレイは、改善された視覚表示のために建物又はエリアを選択的かつ適応的に照明するために、又は照明コストを低減するために使用され得る。加えて、発光ピクセルアレイは、装飾的な動き又はビデオ効果のためにメディアファサードを投影するために使用されてもよい。追跡センサ及び／又はカメラと共に、歩行者の周りの領域の選択的な照明が可能であり得る。スペクトル的に異なるピクセルを使用して、照明の色温度を調整し、波長固有の園芸照明（ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）をサポートすることができる。
街路照明は、発光ピクセルアレイの使用から大いに利益を得ることができる重要な用途である。単一タイプの発光アレイは、様々な街路灯タイプを模倣するために使用されることができ、例えば、選択されたピクセルの適切な活性化又は非活性化によって、タイプＩ線形街路灯とタイプＩＶ半円形街路灯との間の切り替えを可能にする。さらに、街路照明コストは、環境条件又は使用時間に従って光ビームの強度又は分布を調整することによって低減され得る。例えば、歩行者が存在しない場合には、光強度及び分布面積を減少させることができる。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に別個である場合、光の色温度は、それぞれの昼光、夕暮れ、又は夜間条件に従って調整され得る。
発光アレイはまた、直接ディスプレイ又は投影ディスプレイを必要とする用途をサポートするのによく適している。例えば、警告、緊急、又は情報サインは全て、発光アレイを使用して表示又は投影され得る。これにより、例えば、色変化又は点滅する出口標識を投影することが可能になる。発光アレイが多数のピクセルから構成される場合、テキスト又は数値情報を提示することができる。方向矢印又は同様のインジケータも提供されることができる
車両ヘッドランプは、大きなピクセル数及び高いデータリフレッシュレートを必要とする発光アレイ用途である。道路の選択された部分のみを能動的に照明する自動車用ヘッドライトを使用して、近づいてくる運転者のグレア又はまぶしさ（ｄａｚｚｌｉｎｇ）に関連する問題を低減することができる。センサとして赤外線カメラを使用して、発光ピクセルアレイは、道路を照明するために必要とされるピクセルのみを活性化し、歩行者又は接近車両のドライバーを眩惑（ｄａｚｚｌｅ）し得るピクセルのみを非活性化する。さらに、ドライバーの環境警戒意識（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ａｒｖａｒｅｎｅｓｓ）を向上させるために、道路外の歩行者、動物、又は標識を選択的に照明することもできる。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に別個である場合、光の色温度は、それぞれの昼光、夕暮れ、又は夜間の条件に従って調整されてもよい。いくつかのピクセルは、光ワイヤレス車両間通信のために使用され得る。
発光ピクセルアレイのタイプの一例は、ｐＬＥＤとも称されるマイクロＬＥＤである。図１Ａ及び図１Ｂは、マイクロＬＥＤの一例を示す。図１Ａは、マイクロＬＥＤアレイ１１０の平面図を、ＬＥＤアレイ１１０の３×３部分展開図と共に示す。図１Ａでは、１つの正方形１１１は、単一のＬＥＤ又はピクセルを表す。３×３部分展開図に示すように、ＬＥＤアレイ１１０は、幅ｗ１を有するピクセル１１１を含むことができ、幅ｗ１は３０μｍ～５００μｍ、例えば約１００μｍ以下、例えば４０μｍであり得る。ピクセル間のギャップ又はレーン１１３は、幅ｗ２によって分離されることができ、幅ｗ２は３０μｍ～５００μｍ、例えば、約２０μｍ以下、例えば、５μｍであり得る。レーン１１３は、図１Ｂに示されるように、ピクセル間に空隙を提供することができ、又は他の材料を含むことができる。１つのピクセル１１１の中心から隣り合うピクセル１１１の中心までの距離ｄ１は、約１２０μｍ以下（例えば、４５μｍ）であることができる。かかるマイクロＬＥＤアレイは、例えばセンチメートル範囲のエリアを有する基板上に、共に配置された数百、数千、又は数百万のＬＥＤを有することができるが、そのエリアのサイズは変化し得る。本明細書で提供される幅及び距離は例に過ぎず、実際の幅及び／又は寸法は変化し得ることが理解されるであろう。例えば、幅ｗ２は、少なくともミリメートルのオーダーであることができ、スパースマイクロＬＥＤを形成することができるが、より大きくてもより小さくてもよい。
図１Ａ及び図１Ｂには、対称マトリクスに配置された矩形ピクセルが示されているが、本明細書に開示される実施形態には、任意の形状及び配置のピクセルが適用され得ることが理解されよう。例えば、図１ＡのＬＥＤアレイ１１０は、１００×１００マトリクス、２００×５０マトリクス、対称マトリクス、非対称マトリクスなどの任意の適用可能な配置で１０，０００個のピクセルを含むことができる。ピクセル、マトリクス、及び／又は基板の複数のセットが、本明細書に開示される実施形態を実装するために、任意の適用可能なフォーマットで配列され得ることも理解されるであろう。
マイクロＬＥＤはｐｃＬＥＤから形成することができる。マイクロＬＥＤを形成するための１つの方法は、当技術分野で知られているように、エピタキシャル成長を使用して、複数の個別のＬＥＤ１１０をフリップチップ構造でダイ上に形成することである。図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ線に沿った１つのタイプのマイクロＬＥＤデバイスの一部の側面図を示す。
図１Ｂは、ピクセル１１１及びレーン１１３を示す。各ピクセル１１１は、例えば基板１１６上に配置されたＬＥＤダイのアレイ１４４の１つであるＬＥＤダイ１４０から形成される。基板１１６は、例えば、ＣＭＯＳ（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）チップ又はＭＣＰＣＢ（メタルコアプリント配線板）などの、例えば、単一の半導体ダイ又はチップ、ボード又はインターポーザであることができる。基板１１６は、ＬＥＤダイのアレイ１４４内のＬＥＤダイ１４０の各々に電気信号を供給することができる。ダウンコンバータ１６３は、ＬＥＤダイのアレイ１４４の直接上に（ｏｖｅｒ ａｎｄ ｏｎ）ある。ダウンコンバータ１６３は、例えば、マトリックスに含まれる蛍光体粒子、例えば、シリコンに含まれるガーネット粒子から形成されてもよい。
図１Ｂは、個別化され（ｓｉｎｇｕｌａｔｅｄ）、個々のＬＥＤダイ１４０のみを覆うダウンコンバータ１６３を示す。しかしながら、ダウンコンバータ１６３は、ＬＥＤダイ１４０と、ＬＥＤダイ１４０間のギャップ１１３と、の両方を覆う単一の層であってもよい。図１Ｂに示される個別化されたダウンコンバータ１６３は、個々のダイ１４０の上に配置された個々のダウンコンバータピクセル１６４、１６５、及び１６６を含み得る。ダウンコンバータ１６３は、様々な異なるダウンコンバータ材料を含むことができ、各々が、個々のＬＥＤダイ１４０上方に配置された異なる個々のダウンコンバータピクセル内にある。例えば、赤色、緑色、及び青色発光ピクセルを有するマイクロＬＥＤ（「ＲＧＢマイクロＬＥＤ」）を形成するために、ＬＥＤダイ１４０は青色発光ＬＥＤダイであってもよく、個々の蛍光体ピクセル１６４は青色光を赤色光に変換するダウンコンバータであってもよく、個々の蛍光体ピクセル１６５は青色光を緑色又は黄緑色光に変換するダウンコンバータであってもよく、個々の蛍光体ピクセル１６６は、ＬＥＤダイからの青色光が変換されずに透過されるように散乱剤のみを含んでもよい。放出された赤色光、緑色光、及び青色光を組み合わせて白色光を形成することができる。一実施例では、ダウンコンバータは、青色光を白色光に変換して、約５７００ＫのＣＣＴで単色白色であるマイクロＬＥＤを生成する。個々のピクセル１１１によって放出される光の量は、放出される不飽和緑色、赤色、及び青色光の混合が、高効率の調整可能白色光源を確立することができる調整可能マイクロＬＥＤを形成するように、個別に制御されることができる。ダウンコンバータ１６３はまた、各個々のダウンコンバータピクセル１６４、１６５、１６６の間に、スペース１１３と位置合わせされたギャップ１６７を含むことができる。
マイクロＬＥＤを含むｐｃＬＥＤを形成する１つの方法は、蛍光体変換材料を、例えばＬｕｍｉｒａｍｉｃ（商標）などのタイル（プレート、小板、ウェハ、フィルム、又は他の形状と称されることもある）に別個に形成することである。次に、タイルは、別個に形成されたＬＥＤダイ又はＬＥＤダイのアレイに取り付けられるか（ａｔｔａｃｈｅｄ）又は結合若しくは接着（ｂｏｎｄｅｄ）される。この方法を使用してＲＧＢマイクロＬＥＤを組み立てるために、接着剤の層がＬＥＤダイに適用された後、「ピックアンドプレース」ツールを使用して、個々の蛍光体タイルのそれぞれを個々のＬＥＤダイ上に配置して、個々の赤色、緑色、及び青色ピクセルを形成する。このシリアルピックアンドプレース法は、隣り合うピクセル間の広いギャップにつながる重大な取り付け精度問題をもたらす。また、シリアルピックアンドプレース法は、時間がかかり、スループットのボトルネックとなり、製造プロセスが遅くなる。使用され得る他の方法は、スタンププロセス、フォトリソグラフィ、又はインクジェット印刷のいずれかを介して、青色ダイのアレイ上に赤色及び緑色サブピクセルをパターン化することを含む。スタンププロセス方法は、マルチカラーアレイに対して、スタンプ上のダウンコンバータピクセルのアセンブリを必要とする可能性があり、これは、アセンブリするためのシリアルピックアンドプレースの使用を伴う。フォトリソグラフィ法は、ＬＥＤのアレイ上に直接パターニングすることを必要とする可能性があり、これは、トポグラフィの変動ならびに材料タイプの違い（例えば、ＧａＮ上のリソグラフィはシリコン上のリソグラフィとは異なる）のために困難である可能性がある。インクジェット印刷の使用は、高アスペクト比の蛍光体ピクセルを印刷することが困難であるために制限され得る。
図２は、ｐｃＬＥＤを形成するために使用することができ、特に、ＲＧＢマイクロＬＥＤなどの発光ピクセルアレイを形成するのに有用であるダウンコンバータ層転写デバイス２００の一部の側面図を示す。ダウンコンバータ層転写デバイス２００は、ダウンコンバータ層２２０でコーティングされたリリースライナ２１０を含む。ダウンコンバータ層２２０は、以下でより詳細に説明するように、接着材料と混合された１つ以上のダウンコンバータ材料を含む。ダウンコンバータ層２２０は、別々のダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３内に異なるタイプのダウンコンバータ材料の部分を含むことができる。例えば、ダウンコンバータ層ピクセル２２１は赤色ダウンコンバータ材料を含んでもよく、ダウンコンバータ層ピクセル２２２は緑色ダウンコンバータ材料を含んでもよく、ダウンコンバータ層ピクセル２２３は散乱剤のみを含んでもよい。ダウンコンバータ層２２０において使用される異なるダウンコンバータ材料の数、ならびに異なるダウンコンバータ層ピクセルの配列及び色は、製造される所望の発光デバイスに応じて変化し得る。例えば、ダウンコンバータ層ピクセルのＲＧＢパターンは、ダウンコンバータ層転写デバイスの全体にわたって繰り返すことができる。ダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、及び２２３の各々の間に空間２２４があり得る。ダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３及びスペース２２４のサイズは、ダウンコンバータ層２２０がＬＥＤアレイ１４４に転写、転送又は移着された（ｔｒａｎｓｆｅｒｒｅｄ）ときに、以下で説明するように、ダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３が個々のＬＥＤ１４０の上に配置されて、図１Ａ及び図１Ｂで上述したような発光デバイスを生成するように設定される。
図２は、ちょうど４つのダウンコンバータ層ピクセルを有するダウンコンバータ層転写デバイスの一部のみを示す。概して、フルダウンコンバータ層転写デバイスは、マイクロＬＥＤ１１０を形成するためにダウンコンバータが配置されることになるＬＥＤアレイ１４４の面積に一致する面積、又はその発光部分を覆うのに十分な大きさを有することができる。完全ダウンコンバータ層転写デバイスは、いくつかのＬＥＤアレイ１４４が一度に製造され得るように、２つ以上のＬＥＤアレイ１４４を覆う面積を有することができる。個々のダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３の数は、ＬＥＤアレイ１４４内の個々のＬＥＤダイ１４０の数に一致することができるが、これは必須ではない。したがって、単一のダウンコンバータ層転写デバイス内の個々のダウンコンバータ層ピクセルの数は、数百から数千万であり得る。
リリースライナ２１０は、（図３Ａ－３Ｄにおいて以下に示されるような）動作において、ダウンコンバータ層２２０を保持することができ、ダウンコンバータ層２２０をリリースすることができる、概して可撓性シートの形態の任意の材料であることができる。したがって、ダウンコンバータ層２２０がリリースライナ２１０を均一にコーティングするように、かつダウンコンバータ層２２０が基板に転写された後にリリースライナ２１０をダウンコンバータ層２２０からきれいにリリースできるように、リリースライナ２１０を（例えば、粗さ、滑り、及び表面エネルギーに関して）最適化することができる。リリースライナ２１０は、例えば、ＰＡＮＡＣ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ＳＰ－ＰＥＴ－５０－０１ ＢＵ等のポリエチレンテレフタレート（「ＰＥＴ」）等の可撓性材料のシートであり得る。リリースライナ２１０は、リリースライナ２１０と接着層２２０との間に配置され、接着層２２０のリリースを強化する転写コーティング（図２には図示せず）でコーティングされることができる。かかる転写コーティングは、例えば、シリコン処理されたリリースコーティングであってもよく、その例としては、ＰＥＴライナ上のＰＡＮＡＣ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎのＰＤＭＳリリースコーティングを含み、これは、Ｄｏｗ Ｗｈｉｔｅ Ｐａｐｅｒ”Ｒｅｌｅａｓｅ Ｆｏｒｃｅ Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ－Ｒｅｃｅｎｔ Ｆｉｎｄｉｎｇｓ’”ｂｙ Ｒ．Ｅｋｅｌａｎｄ，Ｊ．Ｔｏｎｇｅ，ａｎｄ Ｇ．Ｇｏｒｄｏｎ，２０１８，Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙにさらに記載されており、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。特に、リリースライナ２１０が除去されるとき（以下の例に示されるように）、ダウンコンバータ層２２０の基板へのきれいな転写を確実にするために、接着層２２０とリリースライナ２１０との間のリリース強度は、３０Ｎ／ｍ未満、例えば、１～５Ｎ／ｍであることができる。
ダウンコンバータ層２２０は、ダウンコンバータ材料及び接着材料を含み、図３Ａ～図３Ｅに関して以下でより詳細に説明するように、マイクロＬＥＤを形成するために基板、すなわちＬＥＤアレイ１４４に転写及び接着されるダウンコンバータ層転写デバイスの一部である。
ダウンコンバータ層２２０を形成するために使用される接着材料（ａｄｈｅｓｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、以下の特性を有するように選択することができる。第１は、ダウンコンバータ層転写デバイス２００を形成するために、接着材料をリリースライナ２１０上に均一にコーティングすることができることである。第２は、接着材料が、第１のより低い温度、例えば室温で、乾燥し、粘着性ではなく、比較的硬い、すなわち流動しないダウンコンバータ層２２０を形成することである。すなわち、室温（例えば、１５～２５℃）などの第１温度では、ダウンコンバータ層２２０内の接着材料は、それが形成されたリリースライナ２１０に接着しているが、ＬＥＤダイなどの基板に取り付けるのに十分な接着性を有していない。例えば、室温などの第１温度でのダウンコンバータ層２２０内の接着材料は、せん断弾性率Ｇ＊（１Ｈｚで）＞１００ｋＰａ（０．１ＭＰａ）、例えばせん断弾性率Ｇ＊＞３００ｋＰａ（０．３ＭＰａ）のダルキスト基準（Ｄａｈｌｑｕｉｓｔ Ｃｒｉｔｅｒｉｕｍ）に従うことができる。第３に、ダウンコンバータ層を形成する接着材料２２０は、高温で粘着性になりリフローする。すなわち、ダウンコンバータ層２２０に熱が加えられると、接着性になり、次いで基板に直接取り付けることができる。例えば、高温は、接着材料のせん断弾性率Ｇ＊（１Ｈｚのける）がせん断弾性率Ｇ＊＝１ｋＰａとせん断弾性率Ｇ＊＝１００ｋＰａとの間になるように選択され、ｔａｎδは、例えば、５０℃～１５０℃、例えば、１００℃において、典型的には０．５～３．０である。第４に、ダウンコンバータ層２２０を形成するために使用される接着材料は、ターゲット基板への強い結合を提供するダウンコンバータを形成することができる。
特に、ダウンコンバータ層２２０に使用される接着材料は、より低い第１温度では基板に直接取り付けるのに十分な接着性を有していなくてもよいが、高温ではＬＥＤダイなどの基板に直接取り付けるのに十分な接着性を有し、冷却後、リリースライナが容易に除去され得るように、リリースライナ２１０よりも基板に強固に付着する。ダウンコンバータ層２２０を形成するために使用される接着材料は、例えば、シロキサン接着剤であり得る。
ダウンコンバータ層２２０に使用されるダウンコンバータ材料は、マイクロＬＥＤの用途に使用され、接着材料と適合性のある任意のダウンコンバータ材料であり得る。ダウンコンバータ材料は、例えば、ガーネット粒子などの蛍光体粒子、例えば、Ａｌｑ３（Ａｌ（Ｃ９Ｈ６ＮＯ）３などの発光性小分子などの有機色素、又は例えば、ＰＰＶ（ポリパラフェニレンビニレン）などのポリマー、及び／又は例えば、コロイド状半導体ナノ結晶などの量子ドットを含むことができる。ダウンコンバータ材料はまた、ＬＥＤ１４０によって放出される光を散乱させるが、放出される光の色を変化させない、例えば、ＴｉＯ２等の散乱剤であることができる。
ダウンコンバータ層２２０の厚さＴは、最終デバイスにおけるダウンコンバータ１６３の所望の目標厚さに一致するように選択され、１μｍ～２００μｍの範囲内、例えば、１０μｍ未満、５μｍ～１０μｍの範囲内であることができる。接着層２２０はまた、厚さＴが層にわたって均一であるように形成されてもよく、例えば、Ｔは、ダウンコンバータ層２２０にわたって、及びダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３、２２４の間で、２０％未満、例えば、１０％未満の偏差（変動）を有し得る。すなわち、ダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３、２２４の各々は、他のダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３、２２４のいずれかの厚さＴと比較して、２０％未満、例えば、１０％未満の厚さ偏差（変動）を有する。ダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３、２２４の均一な厚さは、より均一な厚さが放射される光のより均一な外観をもたらすため、有利である。また、有利なことに、ダウンコンバータ材料が接着層内にあるので、ダウンコンバータ材料を含むタイル又は他の層をＬＥＤダイに取り付けるための別個の結合層（ｂｏｎｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ）が不要である。これは、照明デバイスの形成における追加の処理ステップを除去し、ダウンコンバータ層がＬＥＤダイの発光表面と直接接触したデバイスをもたらす。ＬＥＤダイによって放射された光は、ダウンコンバータ層に入る前に結合層を通過する必要はない。さらなる利点は、ピックアンドプレースプロセスの結果としてアライメントにランダムな変動が存在し得るピックアンドプレース方法によって作製されたものと比較して、結果として得られるデバイス内のダウンコンバータピクセル間に一貫したアライメントが存在することである。
図３Ａ～図３Ｅは、ダウンコンバータ層転写デバイス２００を使用する方法の一例のフローチャート及び図を示す。２０２０年５月１４日に出願された「Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｕｓｅ ｉｎ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ」と題する米国特許出願第１６／８７４，５２９号に開示されているプロセスと同様に、ダウンコンバータ層２２０をＬＥＤアレイ３４４上に転写するために、真空積層プロセスを使用することができ、この特許出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
図３Ｂに示すように、Ｓ３１０において、ダウンコンバータ層転写デバイス２００は、ＬＥＤアレイ３４４の上方に位置合わせされることができる。ＬＥＤアレイ３４４は、基板３１６上に複数の個々のＬＥＤダイ３４０を含む。図３Ｂに示されるように、コンバータ層結合デバイス２００のダウンコンバータ層２２０は、ダウンコンバータ層２２０が適用されるＬＥＤアレイ３４４の表面３１７に面している。表面３１７は、ＬＥＤダイが光を放射する表面である。ダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３の各々は、個々のＬＥＤダイ３４０のうちの１つの表面３１７に面している。ダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３の縁部２２６は、ダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３間の空間２２４がＬＥＤアレイ３４４のレーン３１３上に配置されるように、個々のＬＥＤダイ３４０の縁部３４６と位置合わせすることができる。個々のダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３と個々のＬＥＤダイ３４０との間の良好なアライメントを達成することは、マイクロＬＥＤの性能を改善するために重要である。整列を達成するために様々な方法を使用することができる。例えば、当業者には公知の基準マーカをダウンコンバータ層転写デバイス２００及びＬＥＤアレイ３４４上に配置して（図示せず）、正確な位置合わせを可能にすることができる。
図３Ｃに示すように、Ｓ３２０において、ダウンコンバータ層転写デバイス２００及びＬＥＤアレイ３４４に真空を適用することができ、Ｓ３３０において、ダウンコンバータ層転写デバイス２００を高温でＬＥＤアレイ３４４と接触させることができる。使用される温度は、ダウンコンバータ層転写デバイス２００で使用される特定の接着材料に依存する。概して、温度は、ダウンコンバータ層２２０に使用される接着材料を流動させ、ＬＥＤダイ３４０ｓの表面３１７に付着するのに十分な粘着性、すなわち接着性にするのに十分なほど高い。高温（ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）は、せん断弾性率Ｇ＊（１Ｈｚにおける）が、せん断弾性率Ｇ＊＝１ｋＰａとせん断弾性率Ｇ＊＝１００ｋＰａとの間であり、ｔａｎδが典型的には０．５と３．０との間であるように選択されることができる。同時に、ダウンコンバータ層２２０に使用される接着材料が、ＬＥＤダイ３４０の縁部を越えて滴下又は漏出することなく、ＬＥＤダイ３４０のその形状及びカバレッジを概して維持するように、温度は過剰な流動を防止するのめに十分に低くあるべきである。ダウンコンバータ層転写デバイス２００が取り付けられたＬＥＤアレイ３４４は、その後、冷却され、例えば、室温に戻されることができる。
図３Ｄに示すように、Ｓ３４０において、リリースライナ２１０を除去して、ダウンコンバータ層２２０をＬＥＤアレイ３４４上に残すことができる。ダウンコンバータ層２２０内の接着材料は、熱処理後、リリースライナ２１０よりも強くＬＥＤダイ３４０に取り付けられる。リリースライナ２１０は、例えば、ＬＥＤアレイ３４４に取り付けられたダウンコンバータ層２２０からリリースライナ２１０を剥がすことによって機械的に除去されることができる。上述したように、クリーンな転写を確実にするために、リリースライナ２１０は、ダウンコンバータ層２２０とリリースライナ２１０との間の剥離強度が３０Ｎ／ｍ未満、例えば１～５Ｎ／ｍとなるように設計されることができる。ダウンコンバータ層２２０は、リリースライナ２１０の除去後にＬＥＤアレイ３４４上に残る。特に、個々のＬＥＤダイ３４０は、ＬＥＤダイ３４０の表面３１７に取り付けられた個々のダウンコンバータ層ピクセル２２１、２２２、２２３を有する。
Ｓ３５０において、ダウンコンバータ層２２０内の接着材料の追加の硬化が、リリースライナ２１０の除去後に行われることができる。例えば、図３Ｅに示すように、ダウンコンバータ層２２０内の接着材料を完全に硬化させてダウンコンバータ３６３に変換するために、熱が加えられることができる。
図３Ｅに示すように、完全に硬化したダウンコンバータ層３６３が、ＬＥＤアレイ３４４に結合される。特に、異なるダウンコンバータ材料を含み得る個々のダウンコンバータピクセル３６４、３６５、及び３６６は、ＬＥＤアレイ３４４の個々のＬＥＤダイ３４０に結合される。
図３Ｂ～図３Ｄは、ＬＥＤアレイ３４４の個々のＬＥＤ３４０及び個々のダウンコンバータピクセル３６４、３６５、３６６のレベルでダウンコンバータ層転写デバイス２００を使用するプロセスの拡大図を示す。ダウンコンバータ層転写デバイス２００は、図４に示すように、ダウンコンバータを２つ以上のＬＥＤアレイ３４４に転写するのに十分な大きさに作製することができる。各ＬＥＤアレイ３４４は、複数のＬＥＤ３４０を含み、例えばマイクロＬＥＤを形成する。各ＬＥＤアレイ３４４は基板４０１上に配置され、この基板は、例えば、当業者に知られているようなキャリアテープであることができる。フルダウンコンバータ層転写デバイス２００が示されており、個々のダウンコンバータピクセルがリリースライナ２１０上に複数のアレイ４２０で形成されている。単一の製造プロセスにおいて複数のＬＥＤアレイ３４４上にダウンコンバータを形成するために、図３Ａ～図３Ｄに関して開示された真空積層プロセスが適用される。
図５Ａ～図５Ｇは、ダウンコンバータ層転写デバイス２００を作製する方法のフローチャート及び図を示す。図５Ｂは、リリースライナ２１０に関して上述したような特性を有する可撓性シートであり得るリリースライナ５１０を示す。Ｓ５１０において、図５Ｃに示されるように、使用されるリリースライナ５１０は、上述のようにリリース特性を向上させるためにシリコン化コーティング（ｓｉｌｉｃｏｎｉｚｅｄ ｃｏａｔｉｎ）５１１でコーティングされることができる。シリコン化コーティング５１１は任意である。
図５Ｄ及び図５Ｅに示すように、Ｓ５２０において、リリースライナ５１０上にパターニングされたフォトレジスト５１２を形成することができる。パターニングされたフォトレジスト５１２を形成するために、ＵＶ硬化性レジストがリリースライナ５１０上にコーティングされ、その後、所望のピクセル寸法の反転を有するパターン構造を形成するようにインプリントされる。その後、インプリントされたＵＶ硬化性レジストを硬化させて、フォトレジストパターン内に「ウェル」５１３を有するパターニングされたフォトレジスト５１２を残す。図５Ｅに示すように、この実施例では、パターニングされたフォトレジスト５１２は行にパターニングされるが、所望のダウンコンバータピクセルの最終パターンに応じて他のパターンを使用することができる。図５Ｅはまた、「ウェル」５１３とほぼ同じ幅を有するパターニングされたフォトレジスト５１２を示すが、サイズは変化してもよく、フォトレジスト５１２はウェル５１３よりもはるかに狭くてもよい。一実施例ではウェルは、５０μｍの幅及び４５μｍの深さを有することができる。
Ｓ５３０において、１つ以上の接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２は、接着材料、ダウンコンバータ材料、及び溶媒を混合することによって調製され得る。例えば、メチルフェニルシロキサン樹脂及びシクロヘキサノン溶媒などの樹脂及び溶媒、又は、別の例では、シリコン樹脂（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＬＦ－１１１２など）及び、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート溶媒を、蛍光体、有機色素、量子ドット、又は散乱剤などの１つ以上のダウンコンバータ材料と混合することができる。ダウンコンバータ材料は、接着材全体に分散されている。別個の接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２が、形成されるべきダウンコンバータピクセルタイプごとに形成される。例えば、ＲＧＢデバイスが形成される場合、赤色ダウンコンバータ材料を有する接着ダウンコンバータ混合物、緑色ダウンコンバータ材料を有する接着ダウンコンバータ混合物、及び散乱剤を有する接着ダウンコンバータ混合物がそれぞれ形成され得る。接着材料対溶媒の質量比は、使用される特定のダウンコンバータ材料及びデバイスから放出される光の所望の特性に依存し、例えば、５：１と０．１：１との間、又はさらに大きくてもよい。接着材料及び溶媒の濃度は、接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２の所望の粘度を達成するように選択することができる。接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２の粘度は、結果として得られるダウンコンバータ層５２０の所望の厚さＴを依然として達成しながら、リリースライナ５１０の濡れを最適化するように選択することができる。例えば、接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２の粘度は、７０～３，０００ＭＰａ．ｓ（又はｃＰ）の範囲内であり得る。
Ｓ５４０において、図５Ｆに示されるように、各接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２は、フォトレジスト５１２のパターニングされた領域上にコーティングされる。特に、各接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２は、フォトレジスト５１２の「ウェル」領域５１３のある程度（ｃｅｒｔａｉｎ）を接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２で充填するように、フォトレジスト５１２上にコーティングされる。例えば、フレキソ印刷、スロットダイコーティング、ロータリースクリーン印刷など、リリースライナ２１０を接着ダウンコンバータ混合物の均一層５０１、５０２で所望の厚さに適切にコーティングできる任意の方法を使用することができる。図５Ｆに示すように、異なる接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２が、異なるウェル５１３に充填される。例えば、接着ダウンコンバータ混合物５０１は、１つおきのウェル５１３に充填されてもよく、接着ダウンコンバータ混合物５０２は、その間のウェルを充填してもよい。別個の接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２のために、複数の連続コーティングパスが必要とされ得る。すなわち、図５Ｆに示すように、第１接着ダウンコンバータ混合物５０１は、ウェル５１３の第１セット内にコーティングされてもよく、その後、第２の接着ダウンコンバータ混合物５０２が、第１接着ダウンコンバータ混合物５０１で充填されていないウェル５１３内に続いてコーティングされてもよい。２つより多い接着ダウンコンバータ混合物が使用される場合、異なる接着ダウンコンバータ混合物の各々に対して１つずつ、いくつかのコーティングパスが使用され得る。
Ｓ５５０、Ｓ５６０において、接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２がフォトレジスト５１２のウェル５１３内にコーティングされると、接着ダウンコンバータ混合物５０１、５０２を乾燥させて、ダウンコンバータ層ピクセル５２１、５２２を有するダウンコンバータ層５２０を形成することができる。
図５Ｇに示すように、フォトレジスト５１２を現像してフォトレジスト５１２を除去し、ダウンコンバータ層ピクセル５２２、５２１を有するダウンコンバータ層転写デバイス５００をリリースライナ５１０上に残すことができる。Ｓ５６０におけるフォトレジストの除去はまた、Ｓ５５０における接着ダウンコンバータ混合物５１０、５０２の乾燥及び／又は部分的硬化の前又はその間に行われてもよい。
図５Ｇに示すように、フォトレジスト５１２を現像してフォトレジスト５１２を除去し、ダウンコンバータ層ピクセル５２２、５２１を有するダウンコンバータ層転写デバイス５００をリリースライナ５１０上に残すことができる。Ｓ５６０におけるフォトレジストの除去はまた、Ｓ５５０における接着ダウンコンバータ混合物５１０、５０２の乾燥及び／又は部分的硬化の前又はその間に行われてもよい。
使用される接着材に応じて、Ｓ５７０において、接着ダウンコンバータ混合物は、材料を安定させ、ダウンコンバータ層５２０の均一性を改善するためにさらに硬化されることができる。
上記の図５に示されるようなフォトレジスト５１２を使用する利点は、縁部（又は側壁）、例えばダウンコンバータ層ピクセル５２２のエッジ５２６が好適に画定され、ピクセルを分離するためにダウンコンバータ層を機械的に切断する必要がないことである。
図６は、ｐｃＬＥＤを形成するために使用することができ、特に、ＲＧＢマイクロＬＥＤなどの発光ピクセルアレイを形成するのに有用であるダウンコンバータ層転写デバイス６００の別の実施例の一部の側面図を示す。図６Ａに示されるダウンコンバータ層転写デバイス６００では、ダウンコンバータ層６２０は、図３Ｂに示される空間２２４等のダウンコンバータピクセル間の明確な画定された間隙又は空間を含まない。ダウンコンバータ層転写デバイス６００は、ダウンコンバータ層６２０でコーティングされたリリースライナ６１０を含む。ダウンコンバータ層６２０は、上述したように、接着材料と混合された１つ以上のダウンコンバータ材料を含む。ダウンコンバータ層６２０は、別々のダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３内に異なるタイプのダウンコンバータ材料の部分を含むことができる。例えば、ダウンコンバータ層ピクセル６２１は赤色ダウンコンバータ材料を含んでもよく、ダウンコンバータ層ピクセル６２２は緑色ダウンコンバータ材料を含んでもよく、ダウンコンバータ層ピクセル６２３は、散乱剤のみを含んでもよい。ダウンコンバータ層６２０において使用される異なるダウンコンバータ材料の数、ならびに異なるダウンコンバータ層ピクセルの配列及び色は、製造される所望の発光デバイスに応じて変化し得る。例えば、ダウンコンバータ層ピクセルのＲＧＢパターンは、ダウンコンバータ層転写デバイスの全体にわたって繰り返すことができる。図６Ａに示すように、異なる接着ダウンコンバータピクセル６２１、６２２、６２３は互いに隣り合い、接合部６３３で互いに接触していてもよい。接合部６３３において、２つの隣接するダウンコンバータピクセルのダウンコンバータ材料間にいくらかの混合があってもよい。ダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３のサイズは、ダウンコンバータ層６２０がＬＥＤアレイ１４４に転写されたときに、以下で説明するように、ダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３が個々のＬＥＤ１４０の上に配置されて、図１Ａ及び図１Ｂで上に示したような発光デバイス生成するように設定される。
図７Ａ～図７Ｃは、ダウンコンバータ層転写デバイス６００を使用する方法を示す。この方法は、ダウンコンバータ層転写デバイス６００が図３Ｂに示す縁部２２６などのエッジを含まないことを除いて、ダウンコンバータ層転写デバイス２００について図３Ａのフローチャートに記載された方法に概ね従う。図７Ａに示すように、ダウンコンバータ層転写デバイス６００は、ＬＥＤアレイ７４４の上方に位置合わせされてもよい。ＬＥＤアレイ７４４は、基板７１６上に複数の個々のＬＥＤダイ７４０を含む。図７Ａに示されるように、コンバータ層結合デバイス６００のダウンコンバータ層６２０は、ダウンコンバータ層６２０が適用されるＬＥＤアレイ７４４の表面７１７に面している。表面７１７は、ＬＥＤダイ７４０が光を放射する表面である。ダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３の各々は、個々のＬＥＤダイ７４０のうちの１つの表面７１７に面している。ダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３間の接合部６３３がＬＥＤアレイ７４４のレーン７１３上方に配置されるように、ダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３間の接合部６３３は、個々のＬＥＤダイ７４０の縁部７４６間にあるように位置合わせされてもよい。個々のダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３と個々のＬＥＤダイ６４０との間の良好なアライメントを達成することは、マイクロＬＥＤの性能を改善するために重要である。上述したように、基準マーカなどの様々な方法を使用して位置合わせを達成することができる。
図７Ｂに示すように、ダウンコンバータ層転写デバイス６００及びＬＥＤアレイ７４４に真空を適用することができ、ダウンコンバータ層転写デバイス６００を高温でＬＥＤアレイ７４４と接触させることができる。使用される温度は、図３Ｃに関して上述したように、ダウンコンバータ層転写デバイス６００で使用される特定の接着材料に依存する。ダウンコンバータ層転写デバイス６００を有するＬＥＤアレイ７４４は、その後、冷却され、例えば、室温に戻されてもよい。
図７Ｃに示すように、リリースライナ６１０を除去して、ダウンコンバータ層６２０が後にＬＥＤアレイ６４４上に残され得る。熱処理後、ＬＥＤダイ６４０上に配置されたダウンコンバータ層６２０内の接着材料の部分は、リリースライナ６１０よりも強くＬＥＤダイ７４０に取り付けられる。リリースライナ６１０は、例えば、ＬＥＤアレイ７４４に取り付けられたダウンコンバータ層６２０からリリースライナ６１０を剥離することによって機械的に除去されてもよい。接合部６３３におけるダウンコンバータ層６２０内の接着材料の部分６３４は、ＬＥＤダイ７４０と接触しておらず、熱処理後にリリースライナに取り付けられたままであり、したがって、図７Ｃに示すように、リリースライナが除去されると、接合部６３３におけるダウンコンバータ層の部分６３４はリリースライナ６１０と共に除去され、ＬＥＤダイ７４０上に配置されたダウンコンバータ層６２０の部分のみが残る。リリースライナ６１０は、図３Ｄに関して上述したようなリリース強度を有する。リリースライナ６１０と接合部６３３におけるダウンコンバータ層６２０の部分６３４との除去後、個々のＬＥＤダイ７４０は、ＬＥＤダイ７４０の表面７１７に取り付けられた個々のダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３を有する。
ダウンコンバータ層６２０内の接着材料の追加の硬化は、リリースライナ６１０の除去後に実行されてもよく、図７Ｄに示されるように、ＬＥＤアレイ３４４に結合された完全に硬化したダウンコンバータ層７６３をもたらす。特に、異なるダウンコンバータ材料を含み得る個々のダウンコンバータピクセル７６４、３７５、及び７６６は、ＬＥＤアレイ７４４の個々のＬＥＤダイ７４０に結合（ｂｏｎｄｅｄ）される。図７Ｄの照明デバイス構造は、ダウンコンバータ層６２０を形成するためにフォトレジストを使用せずに、ダウンコンバータピクセル６６４、６６５、６６６の縁部がダウンコンバータピクセルのエッジほど良好に画定されない場合があることを除いて、図３Ｅに示される照明デバイス構造と本質的に同じである。
リリースライナ６１０の除去による部分６３４の除去に加えて又は代わりに、機械的な鋸引きを使用して、ＬＥＤダイ７４４上に配置されたダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３を分離し、ダウンコンバータ層６２０の任意の残りの部分６３４を除去することができる。
ダウンコンバータ層転写デバイス６００を準備するために、フォトレジストを使用しないことを除いて、図５Ａに示したものを使用することができる。したがって、図５ＡのＳ５１０と同様に、リリースライナ６１０は、任意にシリコン化コーティング６１１でコーティングされてもよい。パターニングされたフォトレジストはリリースライナ６１０上に形成されず、すなわち、Ｓ５２０はスキップされる。Ｓ５３０と同様に、１つ以上の接着ダウンコンバータ混合物は、接着材料、ダウンコンバータ材料、及び溶媒を混合することによって調製され得る。次に、接着ダウンコンバータ混合物は、ダウンコンバータ層６２０（図６）を形成するために所定のパターンでリリースライナ上にコーティングされ、所定のパターンは、異なるダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３を形成するように設定される。これは、例えば、グラビア印刷又はフレキソ印刷などの接触印刷技術を使用して達成することができる。
図６に示されるように、異なる接着ダウンコンバータ混合物は、ダウンコンバータ層ピクセル６２１、６２２、６２３を形成するためにリリースライナ６１０上に配置されるとき、接合部６３３において互いに接触してもよく、ダウンコンバータ層６２０を形成する接着材内の接合部６３３においてダウンコンバータ材料のいくらかの混合があってもよい。しかしながら、ダウンコンバータピクセルを形成するために使用されるとき、図７Ｃに示されるように、ダウンコンバータ混合物が混合され得る接合部６３３は、ＬＥＤダイ７４０間の間隙７１３に対応するように位置付けられ得る。その後、部分６３４は、図７Ｃに示すように、リリースライナが除去されるときにリリースライナとともに、及び／又は、ダイ間のギャップ７１３の上方に残っている可能性があるダウンコンバータ層６２０を機械的に除去することによって除去することができる。
本開示は例示的なものであり、限定するものではない。さらなる変更は、本開示に照らして当業者に明らかであり、添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図される。
Claims (13)
- ダウンコンバータ層転写デバイスであって：
リリースライナと；
前記リリースライナ上に配置されているダウンコンバータ層であって、前記ダウンコンバータ層は、接着材にわたって分散したダウンコンバータ材料を含み、前記ダウンコンバータ層は、第１温度で固体かつ非接着性であり、前記第１温度を上回る高温で接着性である、ダウンコンバータ層と；を備え、
前記ダウンコンバータ層は、第１ダウンコンバータ層ピクセル及び第２ダウンコンバータ層ピクセルを備え、
前記第１ダウンコンバータ層ピクセル及び前記第２ダウンコンバータ層ピクセルは、異なるダウンコンバータ材料を有し、前記リリースライナの異なるエリアに配置されており、互いに隣り合い、かつ、接合部で接触する、
ダウンコンバータ層転写デバイス。 - 前記リリースライナと前記ダウンコンバータ層との間に配置されたシリコン化層をさらに備える、
請求項１記載のダウンコンバータ層転写デバイス。 - 前記ダウンコンバータ材料が、蛍光体、有機色素、量子ドット、及び散乱剤のうちの少なくとも１つを含む、
請求項１記載のダウンコンバータ層転写デバイス。 - 前記第１温度における前記ダウンコンバータ層の（１Ｈｚにおける）せん断弾性率Ｇ＊は、１００ｋＰａよりも大きく、
前記高温における前記ダウンコンバータ層の（１Ｈｚにおける）せん断弾性率Ｇ＊は、１ｋＰａと１００ｋＰａとの間である、
請求項１記載のダウンコンバータ層転写デバイス。 - 照明デバイスを形成する方法であって、
基板上に実装された複数の発光ダイオードを提供するステップであって、各発光ダイオードは発光表面を有する、ステップと、
リリースライナ上に配置されたダウンコンバータ層を有するダウンコンバータ層転写デバイスを提供するステップであって、
前記ダウンコンバータ層は、第１ダウンコンバータ層ピクセルを形成する接着材にわたって分散された第１ダウンコンバータ材料と、第２ダウンコンバータ層ピクセルを形成する第２ダウンコンバータ材料とを含み、
第１ダウンコンバータ材料及び第２ダウンコンバータ材料は互いに異なり、
前記第１ダウンコンバータ層ピクセル及び前記第２ダウンコンバータ層ピクセルは、前記リリースライナの異なるエリア上に配置されており、互いに隣り合い、かつ、接合部で接触する、ステップと、
前記ダウンコンバータ層を前記発光表面と位置合わせするステップと、
前記ダウンコンバータ層を高温で前記発光表面と接触させるステップであって、前記高温は、前記接着材が前記発光表面に付着する温度である、ステップと、
前記複数の発光ダイオードの前記発光表面と接触している前記ダウンコンバータ層を、前記高温を下回る温度に冷却するステップと、
前記複数の発光ダイオードの前記発光表面に接着された前記ダウンコンバータ層を残して、前記リリースライナを除去するステップと、を含む
方法。 - 前記ダウンコンバータ層を硬化させるステップをさらに含む、
請求項５記載の方法。 - 前記ダウンコンバータ層を高温で前記発光表面と接触させることが、前記ダウンコンバータ層転写デバイス及び前記発光ダイオードに真空積層プロセスを適用することを含む、
請求項５記載の方法。 - 前記ダウンコンバータ層転写デバイスを提供するステップは：
リリースライナを提供するステップと；
接着材料、前記第１ダウンコンバータ材料及び溶媒を混合して、第１接着ダウンコンバータ混合物を形成する、ステップと；
前記リリースライナを前記第１接着ダウンコンバータ混合物でコーティングするステップと；
前記第１接着ダウンコンバータ混合物から前記溶媒を除去して、前記第１ダウンコンバータ層ピクセルを形成する、ステップと；をさらに含む、
請求項５記載の方法。 - 前記リリースライナを前記第１接着ダウンコンバータ混合物でコーティングする前に、前記リリースライナ上にフォトレジストパターンを形成するステップであって、前記フォトレジストパターンはウェルを含む、ステップをさらに含み、
前記リリースライナを前記第１接着ダウンコンバータ混合物でコーティングするステップは、
前記ウェル内に前記第１接着ダウンコンバータ混合物を配置するステップと、
前記フォトレジストパターンを除去するステップと、を含む、
請求項８記載の方法。 - 前記リリースライナを前記第１接着ダウンコンバータ混合物でコーティングする前に、前記リリースライナをシリコン化コーティングでコーティングするステップをさらに含む、
請求項８記載の方法。 - 前記ダウンコンバータ層転写デバイスを提供するステップは：
リリースライナを提供するステップと；
接着材料、前記第１ダウンコンバータ材料及び溶媒を混合して、第１接着ダウンコンバータ混合物を形成する、ステップと；
前記接着材料、前記第２ダウンコンバータ材料及び前記溶媒を混合して、第２接着ダウンコンバータ混合物を形成する、ステップと；
前記リリースライナの第１エリア上のピクセルパターンで、前記リリースライナを前記第１接着ダウンコンバータ混合物でコーティングするステップと；
前記リリースライナの第２エリア上のピクセルパターンで、前記リリースライナを前記第２接着ダウンコンバータ混合物でコーティングするステップと；
前記第１接着ダウンコンバータ混合物及び第２接着ダウンコンバータ混合物から前記溶媒を除去して、前記第１ダウンコンバータ層ピクセル及び前記第２ダウンコンバータ層ピクセルを形成する、ステップと；を含む、
請求項５記載の方法。 - 前記リリースライナを前記第１接着ダウンコンバータ混合物及び前記第２接着ダウンコンバータ混合物でコーティングする前に、前記リリースライナをシリコン化コーティングでコーティングするステップをさらに含む、
請求項１１記載の方法。 - 前記第１ダウンコンバータ材料は、蛍光体、有機色素、量子ドット、及び散乱剤のうちの少なくとも１つを含む、
請求項５記載の方法。
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