KR102146549B1 - 마이크로 발광 다이오드 구조체 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 마이크로 발광 다이오드가 형성된 기판; 염료층; 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되는 투명 격벽; 상기 염료층 상에 형성된 반사층; 및 상기 반사층보다 상부에 위치하는 컬러 필터층; 을 포함하는 마이크로 발광 다이오드 구조체와 마이크로 발광 다이오드가 형성된 기판; 염료층; 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되고, 50 % 이상의 투광도를 갖는 고분자와 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 확산재를 포함하는 투명 격벽; 상기 반사층보다 상부에 위치하는 컬러 필터층; 을 포함하는 마이크로 발광 다이오드 구조체에 관한 것이다.
Description
본 발명은 마이크로 발광 다이오드 구조체에 관한 것이다.
발광 다이오드(Light emitting diode; LED)는 소자 내에 포함되어 있는 물질이 빛을 발광하는 소자로서, 접합된 반도체의 전자와 정공이 재결합하며 발생하는 에너지를 광으로 변환하여 방출한다. 이러한 발광 다이오드는 현재 조명, 표시 장치 및 광원으로서 널리 이용되며 그 개발이 가속화되고 있는 추세이다.
최근에서는 고화질을 구현하는 플렉서블 디스플레이의 구현을 위하여 마이크로 단위의 LED 칩을 사용하는 디스플레이 장치에 대한 개발이 이루어지고 있다. 이러한 마이크로 단위의 LED칩은 구부렸을 때 깨지는 무기물의 단점을 극복할 수 있기 때문에 다양한 디자인의 적용이 가능한 플레서블 디스플레이 소자로서 각광을 받고 있다. 또한, 마이크로 단위의 LED칩은 각 화소를 각각 구동하여 기존의 LCD 장치에서 필수적 요소인 액정을 사용할 필요가 없게 되며, 이에 따라 화소에서 생성된 빛의 손실을 최소화하여 소비전력을 획기적으로 줄일 수 있다.
다만, 현재까지 알려진 마이크로 단위의 LED칩은 청색, 녹색 및 적색 각각의 빛을 생성하는 LED칩의 색순도 및 휘도를 충분하게 높이기 어려운 한계가 있으며, 이에 따라 청색 칩을 사용하면서 YAG(이트륨과 산화 알루미늄의 합성 가닛) 등의 무기 형광체를 사용하여 녹색 및 적색의 빛을 구현하고 있다.
다만, 이와 같이 무기 형광체를 이용하는 경우에는 고휘도 및 고색순도를 구현하기 어렵기 때문에 단순 정보 전달 용도의 저화질 디스플레이 장치로만 적용되고 있는 한계가 있다. 이에 따라, 마이크로 단위의 LED 칩을 이용한 디스플레이 장치에서 보다 높은 휘도, 색순도 및 광변환 효율을 확보할 수 있는 방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은, 마이크로 단위의 LED 칩을 이용한 디스플레이 장치에서 보다 높은 휘도, 색순도 및 광변환 효율을 구현할 수 있는 마이크로 발광 다이오드 구조체에 관한 것이다.
본 명세서에서는, 마이크로 발광 다이오드가 형성된 기판; 상기 기판 상에 형성된 염료층; 상기 기판 상에서 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되는 투명 격벽; 상기 마이크로 발광 다이오드와 대향하도록 상기 염료층 상에 형성된 반사층; 및 상기 기판을 기준으로 상기 염료층 및 상기 반사층보다 상부에 위치하는 컬러 필터층; 을 포함하는 마이크로 발광 다이오드 구조체가 제공될 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드는 마이크로 p-n 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 형성된 염료층은 1 ㎛ 내지 20 ㎛의 높이를 가질 수 있다.
상기 투명 격벽은 50 % 이상의 투광도, 또는 90 % 이상의 투광도, 또는 90 % 내지 99 % 의 투광도를 갖는 고분자를 포함할 수 있다.
상기 투명 격벽은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 높이 및 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 반사층은 상기 기판에 평행한 단면적이 10 ㎛2 내지 10 ㎟ 이고, 10㎚ 내지 500 ㎚의 두께를 가질 수 있다.
상기 반사층은 알루미늄, 은, 백금, 니켈, 구리, 크롬, 루테늄, 타이타늄, 레늄, 주석, 및 인듐으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기 기판과 평행한 방향에 대한 상기 반사층의 단면적에 대한 상기 반사층과 대향하는 마이크로 발광 다이오드 1개의 단면적의 비율이 1.0 내지 3.0, 또는 1.1 내지 2.5일 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 상기 반사층 및 컬러 필터층 사이에 위치하는 파장 변환층을 더 포함할 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 2이상의 마이크로 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 또한 상기 2이상의 마이크로 발광 다이오드는 적색-방출 마이크로 발광 다이오드, 녹색-방출 마이크로 발광 다이오드 및 청색-방출 마이크로 발광 다이오드를 포함하는 픽셀군들을 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서는, 마이크로 발광 다이오드가 형성된 기판; 상기 기판 상에 형성된 염료층; 상기 기판 상에서 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되고, 50 % 이상의 투광도를 갖는 고분자와 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 확산재를 포함하는 투명 격벽; 상기 기판을 기준으로 상기 염료층 및 상기 반사층보다 상부에 위치하는 컬러 필터층; 을 포함하는, 마이크로 발광 다이오드 구조체가 제공될 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드는 마이크로 p-n 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 기판 상에 형성된 염료층은 1 ㎛ 내지 20 ㎛의 높이를 가질 수 있다.
상기 투명 격벽은 50 % 이상의 투광도, 또는 90 % 이상의 투광도, 또는 90 % 내지 99 % 의 투광도를 갖는 고분자와 TiO2, SiO2, ZrO2 및 SnO2 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 확산재를 포함할 수 있다.
상기 투명 격벽 중 상기 확산재의 중량은 5 내지 50중량%, 또는 10 내지 30중량%일 수 있다.
상기 투명 격벽은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 높이 및 1 ㎛ 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 상기 염료층 및 컬러 필터층 사이에 위치하는 파장 변환층을 더 포함할 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 2이상의 마이크로 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 또한 상기 2이상의 마이크로 발광 다이오드는 적색-방출 마이크로 발광 다이오드, 녹색-방출 마이크로 발광 다이오드 및 청색-방출 마이크로 발광 다이오드를 포함하는 픽셀군들을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 마이크로 단위의 LED 칩을 이용한 디스플레이 장치에서 보다 높은 휘도, 색순도 및 광변환 효율을 구현할 수 있는 마이크로 발광 다이오드 구조체가 제공될 수 있다.
도1은 발명의 실시예1의 마이크로 발광 다이오드 구조체의 구동예를 도식적으로 나타낸 것이다.
도2은 발명의 실시예2의 마이크로 발광 다이오드 구조체의 구동예를 도식적으로 나타낸 것이다.
도3은 비교예의 마이크로 발광 다이오드 구조체의 구동예를 도식적으로 나타낸 것이다.
도2은 발명의 실시예2의 마이크로 발광 다이오드 구조체의 구동예를 도식적으로 나타낸 것이다.
도3은 비교예의 마이크로 발광 다이오드 구조체의 구동예를 도식적으로 나타낸 것이다.
이하에서는 발명의 구체적인 구현예에 따른 마이크로 발광 다이오드 구조체에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 하기 구현예에 대한 설명은 본 발명의 일 예를 예시하는 것을 뿐이며, 본 발명의 구체적인 내용이 하기 구현예로만 한정되는 것은 아니다.
발명의 일 구현예에 따르면, 마이크로 발광 다이오드(2)가 형성된 기판(1); 상기 기판 상에 형성된 염료층(3); 상기 기판 상에서 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되는 투명 격벽(4); 상기 마이크로 발광 다이오드와 대향하도록 상기 염료층 상에 형성된 반사층(5); 및 상기 기판을 기준으로 상기 염료층 및 상기 반사층보다 상부에 위치하는 컬러 필터층(6); 을 포함하는 마이크로 발광 다이오드 구조체가 제공될 수 있다.
본 발명자들은 미세 크기의 LED칩을 이용한 디스플레이 장치에 관한 연구를 진행하여, 상기 구현예와 같이 마이크로 발광 다이오드와 대향하도록 염료층 상에 반사층을 형성한 마이크로 발광 다이오드 구조체가 보다 높은 휘도, 색순도 및 광변환 효율을 구현할 수 있다는 점을 실험을 통해서 확인하고 발명을 완성하였다.
보다 구체적으로, 상기 마이크로 발광 다이오드로부터 나오는 빛이 상 기판 상에서 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되는 투명 격벽을 타고 이동을 하거나 이를 통과하여 이동을 하는 과정에 상술한 반사층에 의하여 상기 염료층이 고르게 전달되게 되며, 이에 따라 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 보다 높은 휘도, 색순도 및 광변환 효율을 구현할 수 있으며, 또한 별도의 YAG(이트륨과 산화 알루미늄의 합성 가닛) 등의 무기 형광체를 사용하지 않을 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드는 마이크로 p-n 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 마이크로 p-n 다이오드로는 통상적으로 알려진 예를 별 다른 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 p-n 다이오드는 벌크 GaN 층, n-도핑된 층, 양자 우물(quantum well) 및/또는 p-도핑된 층을 포함할 수 있다.
상기 벌크 GaN 층은 규소 또는 산소로 인해 n-도핑될 수 있거나, 규소와 같은 공여체(donor)로 도핑될 수 있다. 상기 n-도핑된 GaN 층 또한 규소와 같은 공여체로 도핑될 수도 있고, 상기 p-도핑된 층(118)은 마그네슘과 같은 수용체로 도핑될 수도 있다. 상기 양자 우물(quantum well)로도 다양한 단일 양자 우물(SQW) 또는 다중 양자 우물(MQW)을 사용할 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드의 자체 크기는 최장 길이를 기준으로 예를 들어 5㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드가 형성된 기판의 예로는 통상적으로 알려진 인쇄 회로 기판을 사용할 수 있으며, 상기 인쇄 회로 기판의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니며, 통상적인 RPCB 또는 FPCB를 사용할 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드와 상기 기판은 상부 접촉 및 하부 접촉을 통해서 연결될 수 있다. 상기 상부 접촉 및 하부 접촉 각각을 통상적으로 알려진 것을 별 다른 제한 없이 사용할 수 있으며, 예들 들어 금속, 전도 산화물, 또는 전도성 중합체 등의 전도성 물질을 포함한 구성일 수 있다.
또한, 상기 마이크로 발광 다이오드와 접하는 상기 기판의 일면에는 이방성 전도성 필름이 형성될 수도 있다.
한편, 상기 기판 상에 형성된 염료층은 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 15 ㎛, 또는 3 ㎛ 내지 10 ㎛ 의 높이를 가질 수 있다. 상기 기판 상에 형성된 염료층의 높이가 너무 크면 상기 마이크로 발광 다이오드에 혼색이 발생할 수 있으며, 이에 따라 추가적인 혼색 방지층 구비가 필요하게 되는 등을 초래할 수 있다. 또한, 상기 기판 상에 형성된 염료층의 높이가 너무 작으면, 빛을 변환시킬 수 있는 염료의 개수나 함량이 부족하여 색순도 개선이 충분하지 않을 수 있다.
상기 염료층에 포함될 수 있는 염료의 종류가 크게 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 염료층에는 상기 기판 상에서 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되는 투명 격벽으로 정의되는 공간인 1개의 셀들이 연속적으로 위치할 수 있으며, 상기 염료층에 포함되는 각각의 셀들에는 적색-방출 염료, 녹색-방출 염료, 청색-방출 염료 또는 이들의 2이상의 조합의 염료들이 포함될 수 있다.
한편, 상기 투명 격벽은 50 % 이상의 투광도, 또는 90 % 이상의 투광도, 또는 90 % 내지 99 % 의 투광도를 갖는 고분자를 포함할 수 있다. 상기 투명 격벽이 이와 같은 높은 투명도를 가짐에 따라서, 상기 마이크로 발광 다이오드로부터 나오는 빛의 일부 또는 전부가 상기 투명 격벽 통과하여 이동을 할 수 있으며, 이에 따라 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체를 이용시 휘도, 색순도 및 광변환 효율을 보다 높일 수 있다.
상기 투명 격벽은 50 % 이상의 투광도, 또는 90 % 이상의 투광도, 또는 90 % 내지 99 % 의 투광도를 갖는 고분자 또는 이의 전구체를 포함한 수지 조성물로부터 형성된 수 있다. 상기 수지 조성물을 열 또는 빛을 이용하여 경화시킴으로서 상기 투명 격벽을 형성할 수 있다.
상기 50 % 이상의 투광도, 또는 90 % 이상의 투광도, 또는 90 % 내지 99 % 의 투광도를 갖는 고분자의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 아크릴 수지나 에폭시 수지 등을 포함하는 포토 레지스트(photo resist), 광경화성 폴리머, 또는 폴리실록산(polysiloxane) 등을 사용할 수 있다.
상기 투명 격벽은 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체의 구체적인 용도 및 크기 등을 고려하여 그 크기 등이 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 투명 격벽은 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 40 ㎛ 의 높이 및 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 80 ㎛ 의 두께를 가질 수 있다.
상기 투명 격벽의 높이는 상기 염료층의 높이가 동일하거나 동등한 수준, 예를 들어 80% 내지 120%의 높이를 가질 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이, 상기 반사층을 구비함에 따라서, 상기 마이크로 발광 다이오드로부터 나오는 빛이 기판 상에서 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되는 투명 격벽을 타고 이동을 하거나 이를 통과하여 이동을 하는 과정에 상술한 반사층에 의하여 상기 염료층이 고르게 전달되게 되며, 이에 따라 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 보다 높은 휘도, 색순도 및 광변환 효율을 구현할 수 있다.
상기 반사층의 구체적인 크기는 상기 마이크로 발광 다이오드의 크기와 관게되는데, 예를 들어 상기 반사층은 상기 기판에 평행한 단면적이 10 ㎛2 내지 10 ㎟, 또는 100 ㎛2 내지 1 ㎟ 이고, 10 ㎚ 내지 500 ㎚, 또는 50 ㎚ 내지 300 ㎚의 두께를 가질 수 있다.
한편, 상기 반사층에 따른 효율을 극대화 하기 위해서는, 상기 기판과 평행한 방향에 대한 상기 반사층의 단면적에 대한 상기 반사층과 대향하는 마이크로 발광 다이오드 1개의 단면적의 비율이 1.0 내지 3.0, 또는 1.1 내지 2.5일 수 있다.
상기 상기 반사층의 단면적에 대한 상기 반사층과 대향하는 마이크로 발광 다이오드 1개의 단면적보다 작은 경우에는 충분한 빛의 확산이 일어나지 않아 국부적인 부분에서 염료가 분해될 수 있다.
상기 반사층은 알루미늄, 은, 백금, 니켈, 구리, 크롬, 루테늄, 타이타늄, 레늄, 주석, 및 인듐으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다.
상기 반사층은 상술한 금속으로 이루어질 수도 있으며, 또한 상기 반사층의 역할을 위하여 빛을 반사하는 면만이 상기 금속으로 이루어지고 그 외의 부분은 다른 재료로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 상기 반사층 및 컬러 필터층 사이에 위치하는 파장 변환층을 더 포함할 수 있다.
상기 파장 변환층을 통하여 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체로부터 외부로 방출되는 빛의 파장, 예를 들어 최대 방출 파장 등이 조정될 수 있다. 상기 파장 변환층은 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체가 적용되는 디스플레이 장치의 종류에 따라서 구체적인 형태, 재료 및 설치 위치가 결정될 수 있다.
예를 들어, 상기 파장 변환층은 상기 반사층 및 컬러 필터층 사이에 위치할 수 있으며, 상기 반사층 및 컬러 필터층 중 어느 하나와 접하거나 이격될 수 있다.
상기 파장 변환층에는 통상적으로 알려진 다양한 성분 및 구성이 적용될 수 있으며, 상기 파장 변환층은 예를 들어 1 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 2이상의 마이크로 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 또한 상기 2이상의 마이크로 발광 다이오드는 적색-방출 마이크로 발광 다이오드, 녹색-방출 마이크로 발광 다이오드 및 청색-방출 마이크로 발광 다이오드를 포함하는 픽셀군들을 포함할 수 있다.
한편, 발명의 다른 구현예에 따르면, 마이크로 발광 다이오드(2)가 형성된 기판(1); 상기 기판 상에 형성된 염료층(3); 상기 기판 상에서 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되고, 50 % 이상의 투광도를 갖는 고분자와 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 확산재(7)를 포함하는 투명 격벽(4); 및 상기 기판을 기준으로 상기 염료층 및 상기 반사층보다 상부에 위치하는 컬러 필터층(6); 을 포함하는 마이크로 발광 다이오드 구조체가 제공될 수 있다.
본 발명자들은 미세 크기의 LED칩을 이용한 디스플레이 장치에 관한 연구를 진행하여, 상기 구현예와 같이 기판 상에서 염료층을 둘러싸도록 형성되고, 50 % 이상의 투광도를 갖는 고분자와 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 확산재(7)를 포함하는 투명 격벽을 구비한 마이크로 발광 다이오드 구조체가 보다 높은 휘도, 색순도 및 광변환 효율을 구현할 수 있다는 점을 실험을 통해서 확인하고 발명을 완성하였다.
보다 구체적으로, 상기 투명 격벽에 이러한 확산재가 더 포함됨에 따라서, 상기 반사층에서 반사된 빛이 상기 투명 격벽을 통과하여 상기 염료층에 보다 균일하게 전달될 수 있다. 또한, 이와 같이 투명 격벽에 확산재를 포함함에 따라서, 상기 염료층 자체에 별도의 확산재를 구비하지 않을 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 투명 격벽은 금속 또는 금속 산화물을 포함하는 확산재(7)를 포함할 수 있으며, 보다 구체적으로 상기 확산재는 TiO2, SiO2, ZrO2 및 SnO2 로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 투명 격벽 중 상기 확산재의 중량은 크게 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 5 내지 70중량%, 또는 10 내지 60중량%일 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드는 마이크로 p-n 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 마이크로 p-n 다이오드로는 통상적으로 알려진 예를 별 다른 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 마이크로 p-n 다이오드는 벌크 GaN 층, n-도핑된 층, 양자 우물(quantum well) 및/또는 p-도핑된 층을 포함할 수 있다.
상기 벌크 GaN 층은 규소 또는 산소로 인해 n-도핑될 수 있거나, 규소와 같은 공여체(donor)로 도핑될 수 있다. 상기 n-도핑된 GaN 층 또한 규소와 같은 공여체로 도핑될 수도 있고, 상기 p-도핑된 층(118)은 마그네슘과 같은 수용체로 도핑될 수도 있다. 상기 양자 우물(quantum well)로도 다양한 단일 양자 우물(SQW) 또는 다중 양자 우물(MQW)을 사용할 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드의 자체 크기는 최장 길이를 기준으로 예를 들어 5㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드가 형성된 기판의 예로는 통상적으로 알려진 인쇄 회로 기판을 사용할 수 있으며, 상기 인쇄 회로 기판의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니며, 통상적인 RPCB 또는 FPCB를 사용할 수 있다.
상기 마이크로 발광 다이오드와 상기 기판은 상부 접촉 및 하부 접촉을 통해서 연결될 수 있다. 상기 상부 접촉 및 하부 접촉 각각을 통상적으로 알려진 것을 별 다른 제한 없이 사용할 수 있으며, 예들 들어 금속, 전도 산화물, 또는 전도성 중합체 등의 전도성 물질을 포함한 구성일 수 있다.
또한, 상기 마이크로 발광 다이오드와 접하는 상기 기판의 일면에는 이방성 전도성 필름이 형성될 수도 있다.
한편, 상기 기판 상에 형성된 염료층은 1 ㎛ 내지 20 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 15 ㎛, 또는 3 ㎛ 내지 10 ㎛ 의 높이를 가질 수 있다. 상기 기판 상에 형성된 염료층의 높이가 너무 크면 상기 마이크로 발광 다이오드에 혼색이 발생할 수 있으며, 이에 따라 추가적인 혼색 방지층 구비가 필요하게 되는 등을 초래할 수 있다. 또한, 상기 기판 상에 형성된 염료층의 높이가 너무 작으면, 빛을 변환시킬 수 있는 염료의 개수나 함량이 부족하여 색순도 개선이 충분하지 않을 수 있다.
상기 염료층에 포함될 수 있는 염료의 종류가 크게 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 염료층에는 상기 기판 상에서 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되는 투명 격벽으로 정의되는 공간인 1개의 셀들이 연속적으로 위치할 수 있으며, 상기 염료층에 포함되는 각각의 셀들에는 적색-방출 염료, 녹색-방출 염료, 청색-방출 염료 또는 이들의 2이상의 조합의 염료들이 포함될 수 있다.
한편, 상기 투명 격벽은 50 % 이상의 투광도, 또는 90 % 이상의 투광도, 또는 90 % 내지 99 % 의 투광도를 갖는 고분자를 포함할 수 있다. 상기 투명 격벽이 이와 같은 높은 투명도를 가짐에 따라서, 상기 마이크로 발광 다이오드로부터 나오는 빛의 일부 또는 전부가 상기 투명 격벽 통과하여 이동을 할 수 있으며, 이에 따라 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체를 이용시 휘도, 색순도 및 광변환 효율을 보다 높일 수 있다.
상기 투명 격벽은 50 % 이상의 투광도, 또는 90 % 이상의 투광도, 또는 90 % 내지 99 % 의 투광도를 갖는 고분자 또는 이의 전구체를 포함한 수지 조성물로부터 형성된 수 있다. 상기 수지 조성물을 열 또는 빛을 이용하여 경화시킴으로서 상기 투명 격벽을 형성할 수 있다.
상기 50 % 이상의 투광도, 또는 90 % 이상의 투광도, 또는 90 % 내지 99 % 의 투광도를 갖는 고분자의 구체적인 예가 한정되는 것은 아니나, 예를 들어 아크릴 수지나 에폭시 수지 등을 포함하는 포토 레지스트(photo resist), 광경화성 폴리머, 또는 폴리실록산(polysiloxane) 등을 사용할 수 있다.
상기 투명 격벽은 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체의 구체적인 용도 및 크기 등을 고려하여 그 크기 등이 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 투명 격벽은 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 40 ㎛ 의 높이 및 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 또는 2 ㎛ 내지 80 ㎛ 의 두께를 가질 수 있다.
상기 투명 격벽의 높이는 상기 염료층의 높이가 동일하거나 동등한 수준, 예를 들어 80% 내지 120%의 높이를 가질 수 있다.
한편, 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 상기 염료층 및 컬러 필터층 사이에 위치하는 파장 변환층을 더 포함할 수 있다.
상기 파장 변환층을 통하여 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체로부터 외부로 방출되는 빛의 파장, 예를 들어 최대 방출 파장 등이 조정될 수 있다. 상기 파장 변환층은 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체가 적용되는 디스플레이 장치의 종류에 따라서 구체적인 형태, 재료 및 설치 위치가 결정될 수 있다.
예를 들어, 상기 파장 변환층은 상기 염료층 및 컬러 필터층 사이에 위치할 수 있으며, 상기 염료층 및 컬러 필터층 중 어느 하나와 접하거나 이격될 수 있다.
상기 파장 변환층에는 통상적으로 알려진 다양한 성분 및 구성이 적용될 수 있으며, 상기 파장 변환층은 예를 들어 1 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 2이상의 마이크로 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 또한 상기 2이상의 마이크로 발광 다이오드는 적색-방출 마이크로 발광 다이오드, 녹색-방출 마이크로 발광 다이오드 및 청색-방출 마이크로 발광 다이오드를 포함하는 픽셀군들을 포함할 수 있다.
상기 발명의 구현예를 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 발명의 구현예를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
[
실시예1
: 마이크로 발광 다이오드 구조체의 제조]
(1) 마이크로 발광 다이오드 상에 투명 격벽 및
염료층
형성
마이크로 LED칩(LG 이노텍, 50 ㎛×30 ㎛)이 배열된 기판 위에 격벽 구조물을 형성하였다.
구체적으로, 격벽 구조물을 제작하기 위하여 네거티브(negative) 타입 포토레지스트(photoresist)로서 마이크로켐(Microchem)사의 비스페놀에이 노볼락 에폭시(Bisphenol A Novolac epoxy) 조성의 SU-8을 사용하였다.
상기 마이크로 LED칩의 전면 상에 스핀 코팅 방법으로 점도와 회전수를 조절하여 상기 네거티브 포토레지스트의 두께를 20 ㎛로 형성하고 기판을 열처리하는 소프트 베이크(soft bake)를 통해 막내에 포함된 용매를 제거하였다.
이어서 격벽 구조물을 형성 하기 위해 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 자외선으로 노광하고, 고온에서 PEB(Post Exposure Bake)를 통해 가교도와 접착력을 증가 시켰다. 그리고, 현상액으로 자외선에 노광되지 않은 영역의 포토레지시트 막을 제거하고 하드 베이크(Hard bake)를 통해 잔류 용매 제거 하여 격벽 구조물(투명 격벽)을 완성 하였다.
상기 형성된 투명 격벽에 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 중량 대비 0.7 wt% 적색 발광 유기 형광체, 5 wt%의 이산화티타늄(TiO2) 및 부틸아세테이트를 포함하는 염료 수지 조성물을 7 ㎛의 두께로 바코팅하여, 상기 투명 격벽이 염료 수지 조성물(염료층)을 둘러싸는 구조체를 형성하였다.
(2)
반사층의
형성
상기 제조된 구조체 상에, 마이크로 LED칩에서 나온 빛이 형성된 격벽 구조물에서 반사되어 넓은 면적의 유기 형광체에 흡수 될 수 있도록 스퍼터링을 이용하여 Al 금속막(면적: 약 1,500 ㎛2, 두께: 약 150 ㎚)을 형성하였다
[
실시예2
: 마이크로 발광 다이오드 구조체의 제조]
상기 실시예 1에서 격벽 구조물을 제작하기 위하여 사용한 네거티브(negative) 타입 포토레지스트(photoresist) SU-8에 TiO2 확산제가 50 wt%가 함유되도록 첨가하여 사용한 점을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 마이크로 발광 다이오드 상에 투명 격벽이 염료층을 둘러 쌓도록 형성된 구조체를 형성하였다.
[
비교예
: 마이크로 발광 다이오드 구조체의 제조]
마이크로 LED칩(LG 이노텍, 50 ㎛×30 ㎛)이 배열된 기판 위에 격벽 구조물을 형성하였다.
구체적으로, 격벽 구조물을 제작하기 위하여 네거티브(negative) 타입 포토레지스트(photoresist)로서 마이크로켐(Microchem)사의 비스페놀에이 노볼락 에폭시(Bisphenol A Novolac epoxy) 조성의 SU-8을 사용하였다.
상기 마이크로 LED칩의 전면 상에 스핀 코팅 방법으로 점도와 회전수를 조절하여 상기 네거티브 포토레지스트의 두께를 20 ㎛로 형성하고 기판을 열처리하는 소프트 베이크(soft bake)를 통해 막내에 포함된 용매를 제거하였다.
이어서 격벽 구조물을 형성 하기 위해 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 자외선으로 노광하고, 고온에서 PEB(Post Exposure Bake)를 통해 가교도와 접착력을 증가 시켰다. 그리고, 현상액으로 자외선에 노광되지 않은 영역의 포토레지시트 막을 제거하고 하드 베이크(Hard bake)를 통해 잔류 용매 제거 하여 격벽 구조물(투명 격벽)을 완성 하였다.
상기 형성된 투명 격벽에 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 중량 대비 0.7 wt% 적색 발광 유기 형광체, 5 wt%의 이산화티타늄(TiO2) 및 부틸아세테이트를 포함하는 염료 수지 조성물을 7 ㎛의 두께로 바코팅하여, 상기 투명 격벽이 염료 수지 조성물(염료층)을 둘러싸는 마이크로 발광 다이오드 구조체를 형성하였다[추가적으로 Al 금속막 형성하지 않음].
[
실험예
: 마이크로 발광 다이오드 구조체의 성능 평가]
실험예
1: 휘도 측정
상기 실시예 및 비교예 각각에서 제조된 마이크로 발광 다이오드구조체에 대하여 분광휘도계 (모델명: PR-730, 미국 Photo Research사)를 사용하여 직경 6 ㎜의 12 지점 휘도를 측정하여 평균값을 구하였다.
실험예
2:
광변환율
측정
상기 실시예 및 비교예 각각에서 제조된 마이크로 발광 다이오드 구조체와 같은 조성물을 PET 필름 위에 형성 하여 양자수율 측정 장치(일본 Hamamatsu Photonics사)를 이용하여 여기 파장 450 ㎚ 하에서 방출되는 전자수와 흡수되는 광자수의 비를 계산하는 방법으로 광변환율을 측정하였다.
| 휘도 (nit) | 광변환율(%) | |
| 실시예1 | 271 | 91 |
| 실시예2 | 283 | 94 |
| 비교예 | 234 | 78 |
상기 표1에 나타난 바와 같이, 실시예 1 및 2 각각의 마이크로 발광 다이오드 구조체는 270 nit 이상의 높은 휘도 및 90%이상의 광변환효율을 나타낸다는 점이 확인되었다. 이에 반하여, 비교예의 마이크로 발광 다이오드 구조체는 상대적으로 낮은 휘도를 나타내며, 광변환효율 또한 78% 수준에 머무르는 점이 확인되었다.
1: 기판
2: 마이크로 발광 다이오드
3. 염료층
4: 투명 격벽
5: 반사층
6: 컬러 필터층
7: 확산재
2: 마이크로 발광 다이오드
3. 염료층
4: 투명 격벽
5: 반사층
6: 컬러 필터층
7: 확산재
Claims (14)
- 마이크로 발광 다이오드가 형성된 기판;
상기 기판 상에 형성된 염료층;
상기 기판 상에서 상기 염료층을 둘러싸도록 형성되는 투명 격벽;
상기 마이크로 발광 다이오드와 대향하도록 상기 염료층 상에 형성된 반사층; 및
상기 기판을 기준으로 상기 염료층 및 상기 반사층보다 상부에 위치하는 컬러 필터층; 을 포함하는, 마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로 발광 다이오드는 마이크로 p-n 다이오드를 포함하는, 마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 기판 상에 형성된 염료층은 1 ㎛ 내지 20 ㎛의 높이를 갖는, 마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 투명 격벽은 1 ㎛ 내지 50 ㎛의 높이 및 1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 두께를 갖는, 마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 마이크로 발광 다이오드 구조체는 2이상의 마이크로 발광 다이오드를 포함할 수 있으며,
상기 2이상의 마이크로 발광 다이오드는 적색-방출 마이크로 발광 다이오드, 녹색-방출 마이크로 발광 다이오드 및 청색-방출 마이크로 발광 다이오드를 포함하는,
마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 투명 격벽은 50 % 이상의 투광도를 갖는 고분자를 포함하는, 마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 반사층은 상기 기판에 평행한 단면적이 10 ㎛2 내지 10 ㎟ 이고, 10 ㎚ 내지 500 ㎚ 의 두께를 갖는, 마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 반사층은 알루미늄, 은, 백금, 니켈, 구리, 크롬, 루테늄, 타이타늄, 레늄, 주석, 및 인듐으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속을 포함하는, 마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 기판과 평행한 방향에 대한 상기 반사층의 단면적에 대한 상기 반사층과 대향하는 마이크로 발광 다이오드 1개의 단면적의 비율이 1.0 내지 3.0인, 마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 제1항에 있어서,
상기 반사층 및 컬러 필터층 사이에 위치하는 파장 변환층을 더 포함하는, 마이크로 발광 다이오드 구조체.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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