KR102651301B1 - 하향변환기 층 전사 디바이스 및 하향변환기 층 전사 디바이스를 사용하는 방법 - Google Patents
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Abstract
하향변환기 층 전사 디바이스, 및 하향변환기 층 전사 디바이스를 만들고 사용하는 방법들이 개시된다. 하향변환기 층 전사 디바이스는 이형 라이너 및 이형 라이너 상에 배치된 하향변환기 층을 포함하고, 하향변환기 층은 접착제 전체에 걸쳐 분산된 하향변환기 물질을 포함하고, 하향변환기 층은 제1 온도에서 비접착성이고 고체이고, 제1 온도보다 높은 상승된 온도에서 접착성이다.
Description
본 출원은 2020년 12월 4일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 17/112,633에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 상기 미국 특허 출원은 그 전체가 참조로 본원에 포함된다.
본 개시내용은 일반적으로, LED 다이들에 인광체들을 부착하기 위해 발광 디바이스들(LED들)의 제조에서 사용되는 디바이스들 및 방법들, 및 디바이스들 및 방법들을 사용하여 형성된 LED들에 관한 것이다.
반도체 발광 다이오드들 및 레이저 다이오드들(본원에서 집합적으로 "LED들"로 지칭됨)은 현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들 중 하나이다. LED의 방출 스펙트럼은 전형적으로, 디바이스의 구조에 의해 그리고 디바이스를 구성하는 반도체 물질들의 조성에 의해 결정되는 파장에서 단일의 좁은 피크를 나타낸다. 디바이스 구조 및 물질 시스템의 적합한 선택에 의해, LED들은 자외선, 가시선, 또는 적외선 파장들에서 작동하도록 설계될 수 있다.
LED들은 LED에 의해 방출되는 광을 흡수하고 이에 응답하여 더 긴 파장의 광을 방출하는 하나 이상의 파장 변환 물질(본원에서 "인광체들" 또는 "하향변환기들"로 일반적으로 지칭됨)과 조합될 수 있다. 그러한 인광체 변환 LED들("pcLED들")에 대해, 인광체들에 의해 흡수되는, LED에 의해 방출된 광의 분율은 LED에 의해 방출된 광의 광 경로 내의 인광체 물질의 양, 예를 들어, LED 상에 또는 주위에 배치된 인광체 층 내의 인광체 물질의 농도 및 층의 두께에 따른다. 인광체들은 LED에 의해 방출된 광의 경로에 배치된 실리콘 매트릭스에 매립될 수 있다.
인광체 변환 LED들은 LED에 의해 방출된 광의 전부가 하나 이상의 인광체에 의해 흡수되도록 설계될 수 있고, 이 경우에 pcLED로부터의 방출은 완전히 인광체들로부터 온다. 그러한 경우들에서 인광체는, 예를 들어, LED에 의해 직접 효율적으로 생성되지 않는 좁은 스펙트럼 영역에서 광을 방출하도록 선택될 수 있다.
대안적으로, pcLED들은 LED에 의해 방출되는 광의 일부만이 인광체들에 의해 흡수되도록 설계될 수 있고, 이 경우에 pcLED로부터의 방출은 LED에 의해 방출되는 광과 인광체들에 의해 방출되는 광의 혼합이다. LED, 인광체들 및 인광체 조성의 적합한 선택에 의해, 그러한 pcLED는, 예를 들어, 원하는 색 온도 및 원하는 연색 특성들을 갖는 백색 광을 방출하도록 설계될 수 있다.
하나의 양상에서 하향변환기 층 전사 디바이스가 제공되고, 하향변환기 층 전사 디바이스는 이형 라이너, 및 이형 라이너 상에 배치된 하향변환기 층을 포함하고, 하향변환기 층은 접착제 전체에 걸쳐 분산된 하향변환기 물질을 포함하고, 하향변환기 층은 제1 온도에서 비접착성이고 고체이고, 제1 온도보다 높은 상승된 온도에서 접착성이다. 하향변환기 층은 2개 이상의 하향변환기 층 픽셀들을 포함할 수 있고, 각각의 하향변환기 층 픽셀은 상이한 하향변환기 물질을 포함하고 이형 라이너의 상이한 영역 상에 배치된다. 하향변환기 층 전사 디바이스는 2개 이상의 하향변환기 층 픽셀들 사이의 공간을 포함할 수 있다. 2개 이상의 하향변환기 층 픽셀들은 인접할 수 있고 접합부들에서 만날 수 있다. 하향변환기 층 전사 디바이스는 이형 라이너와 하향변환기 층 사이에 배치된 실리콘 층을 포함할 수 있다. 하향변환기 물질은 인광체, 유기 염료, 양자점 및 산란제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 온도에서의 하향변환기 층의 (1 Hz에서의) 전단 탄성률 G*은 100 KPa보다 크고, 상승된 온도에서의 하향변환기 층의 (1 Hz에서의) 전단 탄성률 G*은 1 KPa 내지 100 KPa이다.
또 다른 양상에서, 조명 디바이스가 제공되고, 조명 디바이스는, 기판 상에 장착된 복수의 개별적으로 어드레싱가능한 발광 다이오드들 - 각각의 발광 다이오드는 발광 표면을 가짐 -, 및 복수의 하향변환기 층 픽셀들 - 각각의 하향변환기 층 픽셀은 발광 다이오드들 중 하나의 발광 다이오드의 발광 표면과 접촉하고 그에 접착되며, 하향변환기 층 픽셀들은 접착 물질 및 접착 물질 전체에 걸쳐 산재된 하향변환기 물질을 포함함 - 을 포함한다. 접착제는, 경화 전에, 제1 온도에서 비접착성이고 고체이며, 제1 온도보다 높은 상승된 온도에서 접착성인 열 경화성 접착 물질일 수 있다.
다른 양상에서, 조명 디바이스를 형성하는 방법이 제공되고, 조명 디바이스를 형성하는 방법은, 기판 상에 장착된 복수의 발광 다이오드들을 제공하는 단계 - 각각의 발광 다이오드는 발광 표면을 가짐 -, 이형 라이너 상에 배치된 하향변환기 층을 갖는 하향변환기 층 전사 디바이스를 제공하는 단계 - 하향변환기 층은 접착제 전체에 걸쳐 분산된 제1 하향변환기 물질을 포함함 -, 하향변환기 층을 발광 표면들과 정렬하는 단계, 상승된 온도에서 하향변환기 층을 발광 표면들과 접촉시키는 단계 - 상승된 온도는 접착제가 발광 표면에 접착되는 온도임 -, 복수의 발광 다이오드들의 발광 표면들과 접촉하는 하향변환기 층 픽셀들을 상승된 온도 미만의 온도로 냉각하는 단계, 및 이형 라이너를 제거하고, 복수의 발광 다이오드들의 발광 표면에 접착된 하향변환기 층을 남기는 단계를 포함한다. 방법은 하향변환기 층을 경화하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상승된 온도에서 하향변환기 층을 발광 표면들과 접촉시키는 단계는 하향변환기 층 전사 디바이스 및 발광 다이오드들에 진공을 인가하는 단계를 포함할 수 있다. 하향변환기 층 전사 디바이스를 제공하는 단계는 이형 라이너를 제공하는 단계, 제1 접착제 하향변환기 혼합물을 형성하기 위해 접착 물질, 제1 하향변환기 물질, 및 용매를 혼합하는 단계, 이형 라이너를 제1 접착제 하향변환기 혼합물로 코팅하는 단계, 및 하향변환기 층을 형성하기 위해 접착제 하향변환기 혼합물로부터 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 이형 라이너를 제1 접착제 하향변환기 혼합물로 코팅하기 전에, 이형 라이너 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 - 포토레지스트 패턴은 웰들을 포함하고, 이형 라이너를 제1 접착제 하향변환기 물질로 코팅하는 단계는 제1 접착제 하향변환기 물질을 웰들에 배치하는 단계를 포함함 -; 및 하향변환기 층 픽셀들 각각 사이에 공간을 갖는 하향변환기 층 픽셀들의 픽셀 패턴을 갖는 하향변환기 층을 남기기 위해 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은, 접착제 혼합물로 코팅하기 전에, 이형 라이너를 실리콘 코팅으로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 하향변환기 층의 제1 부분은 제1 하향변환기 물질을 포함할 수 있고 이형 라이너의 제1 영역 상에 배치되고, 하향변환기 층의 제2 부분은 제1 하향변환기 물질과 상이한 제2 하향변환기 물질을 포함하고, 제1 영역과 상이한, 이형 라이너의 제2 영역 상에 배치된다. 하향변환기 층 전사 디바이스를 제공하는 단계는 이형 라이너를 제공하는 단계, 제1 접착제 하향변환기 혼합물을 형성하기 위해 접착 물질, 제1 하향변환기 물질, 및 용매를 혼합하는 단계, 제2 접착제 하향변환기 혼합물을 형성하기 위해 접착 물질, 제2 하향변환기 물질, 및 용매를 혼합하는 단계, 이형 라이너를 제1 접착제 하향변환기 혼합물로 이형 라이너의 제1 영역 상에 픽셀 패턴으로 코팅하는 단계, 이형 라이너를 제2 접착제 하향변환기 혼합물로 이형 라이너의 제2 영역 상에 픽셀 패턴으로 코팅하는 단계; 및 하향변환기 층 픽셀들을 갖는 하향변환기 층을 형성하기 위해 제1 및 제2 접착제 하향변환기 혼합물로부터 용매를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은, 이형 라이너를 제1 접착제 하향변환기 혼합물 및 제2 접착제 하향변환기 혼합물로 코팅하기 전에, 이형 라이너 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 - 포토레지스트 패턴은 웰들을 포함하고, 이형 라이너를 제1 접착제 하향변환기 물질로 코팅하는 단계는 제1 접착제 하향변환기 물질을 웰들의 제1 세트에 배치하는 단계를 포함하고, 이형 라이너를 제2 접착제 하향변환기 물질로 코팅하는 단계는 제2 하향변환기 물질을, 웰들의 제1 세트와 상이한, 웰들의 제2 세트에 배치하는 단계를 포함함 -; 및 하향변환기 층 픽셀들 각각 사이에 공간을 갖는 하향변환기 층 픽셀들의 픽셀 패턴을 남기기 위해 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법은, 제1 접착제 혼합물 및 제2 접착제 혼합물로 코팅하기 전에, 이형 라이너를 실리콘 코팅으로 코팅하는 단계를 더 포함할 수 있다. 하향변환기 물질은 인광체, 유기 염료, 양자점 및 산란제 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 1a는 평면도이고 도 1b는 마이크로 어레이 조명 디바이스의 예를 예시하는 단면도이다. 도 1b의 단면도는 도 1a의 선(A-A)을 통해 취해진다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 하향변환기 층 전사 디바이스를 예시하는 단면도이다.
도 3a는 예시적인 실시예들에 따른 하향변환기 층 전사 디바이스 및 결과적인 조명 디바이스를 사용하기 위한 방법의 예시적인 실시예에 대한 흐름도를 도시하고 도 3b, 3c, 3d 및 3e는 그러한 예시적인 실시예를 예시한다.
도 4는 다수의 마이크로 어레이 조명 디바이스들을 형성하기 위해 하향변환기 층 전사 디바이스를 사용하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 예시한다.
도 5a는 하향변환기 층 전사 디바이스를 만드는 방법의 예시적인 실시예에 대한 흐름도를 도시하고, 도 5b, 5c, 5d, 5e, 5f 및 5g는 그러한 예시적인 실시예를 예시한다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 하향변환기 층 전사 디바이스를 예시하는 단면도이다.
도 7a, 7b, 7c 및 7d는 예시적인 실시예들에 따른 하향변환기 층 전사 디바이스 및 결과적인 조명 디바이스를 사용하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 예시한다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 하향변환기 층 전사 디바이스를 예시하는 단면도이다.
도 3a는 예시적인 실시예들에 따른 하향변환기 층 전사 디바이스 및 결과적인 조명 디바이스를 사용하기 위한 방법의 예시적인 실시예에 대한 흐름도를 도시하고 도 3b, 3c, 3d 및 3e는 그러한 예시적인 실시예를 예시한다.
도 4는 다수의 마이크로 어레이 조명 디바이스들을 형성하기 위해 하향변환기 층 전사 디바이스를 사용하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 예시한다.
도 5a는 하향변환기 층 전사 디바이스를 만드는 방법의 예시적인 실시예에 대한 흐름도를 도시하고, 도 5b, 5c, 5d, 5e, 5f 및 5g는 그러한 예시적인 실시예를 예시한다.
도 6은 다른 예시적인 실시예에 따른 하향변환기 층 전사 디바이스를 예시하는 단면도이다.
도 7a, 7b, 7c 및 7d는 예시적인 실시예들에 따른 하향변환기 층 전사 디바이스 및 결과적인 조명 디바이스를 사용하기 위한 방법의 예시적인 실시예를 예시한다.
이하의 상세한 설명은 도면들을 참조하여 읽혀져야 하며, 여기서 동일한 참조 번호들은 상이한 도면들 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 지칭한다. 도면들은 반드시 축척대로 그려진 것은 아니며, 선택적 실시예들을 도시하고, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 상세한 설명은 본 발명의 원리들을 제한이 아닌 예로서 예시한다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 공간적으로 상대적인 용어들, 예컨대, "밑", "아래", "하부", "위", "상부" 등은, 본원에서, 도면들에 예시된 바와 같이 하나의 요소 또는 피쳐의, 다른 요소(들) 또는 피쳐(들)에 대한 관계를 설명하기 위해 설명의 편의상 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면들에 도시된 배향 외에 사용 또는 작동 시의 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하도록 의도된다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도면들에서의 디바이스가 뒤집힌다면, 다른 요소들 또는 피쳐들의 "아래" 또는 "밑"으로서 설명된 요소들이 다른 요소들 또는 피쳐들의 "위"로 배향된다. 따라서, 예를 들어, "아래"라는 용어는, 디바이스의 배향에 따라, 위 및 아래의 배향 양쪽 모두를 포괄할 수 있다. 디바이스는 달리 배향될(90 도 또는 다른 배향들로 회전될) 수 있고, 본원에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술어들은 그에 따라 해석된다.
발광 픽셀 어레이들은 다수의 작은 발광 디바이스들, 예컨대, 예를 들어, LED들이 기판 상에 배열되는 발광 디바이스들이고, 기판은 반도체 다이 또는 칩일 수 있다. 발광 픽셀 어레이 내의 개별 LED들 또는 픽셀들은 개별적으로 어드레싱가능할 수 있거나, 어레이 내의 픽셀들의 그룹 또는 하위세트의 일부로서 어드레싱가능할 수 있거나, 어드레싱가능하지 않을 수 있다. 따라서, 발광 픽셀 어레이들은, 광 분포의 미세화된 강도, 공간, 및 시간 제어를 요구하거나 그로부터 이익을 얻는 임의의 응용에 유용하다. 이러한 응용들은 픽셀 블록들 또는 개별 픽셀들로부터의 방출된 광의 정밀한 특수 패터닝을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 응용에 따라, 방출된 광은 스펙트럼적으로 구별될 수 있고, 시간에 따라 적응할 수 있고/거나 환경적으로 응답할 수 있다. 발광 픽셀 어레이들은 다양한 강도, 공간, 또는 시간 패턴들의 사전 프로그래밍된 광 분포를 제공할 수 있다. 방출된 광은 수신된 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초할 수 있고, 광학 무선 통신을 위해 사용될 수 있다. 연관된 전자장치 및 광학장치들은 픽셀, 픽셀 블록, 또는 디바이스 레벨에서 구별될 수 있다.
발광 픽셀 어레이들은 광범위한 응용들을 갖는다. 발광 픽셀 어레이 조명기구들은, 선택적 픽셀 활성화 및 강도 제어에 기초하여 상이한 조명 패턴들을 투영하도록 프로그래밍될 수 있는 조명기구들을 포함할 수 있다. 그러한 조명기구들은 이동 부분들을 사용하지 않고 단일 조명 디바이스로부터 다수의 제어가능한 빔 패턴들을 전달할 수 있다. 전형적으로, 이는 1D 또는 2D 어레이 내의 개별 LED들의 휘도를 조정함으로써 이루어진다. 광학장치들은, 공유되든 개별적이든, 광을 특정 목표 영역들 상으로 선택적으로 지향시킬 수 있다.
발광 픽셀 어레이들은, 개선된 시각적 디스플레이를 위해 또는 조명 비용들을 감소시키기 위해, 건물들 또는 영역들을 선택적으로 그리고 적응적으로 조명하는 데 사용될 수 있다. 추가적으로, 발광 픽셀 어레이들은 장식 모션 또는 비디오 효과들을 위해 미디어 파사드들을 투영하는 데 사용될 수 있다. 추적 센서들 및/또는 카메라들과 함께, 보행자들 주위의 영역들의 선택적 조명이 가능할 수 있다. 스펙트럼적으로 구별된 픽셀들이, 조명의 색 온도를 조정하는 것뿐만 아니라 파장 특정 원예 조명을 지원하는 데 사용될 수 있다.
거리 조명은 발광 픽셀 어레이들의 사용으로부터 크게 이익을 얻을 수 있는 중요한 응용이다. 단일 유형의 발광 어레이는 다양한 가로등 유형들을 모방하는 데 사용되어, 예를 들어, 선택된 픽셀들의 적절한 활성화 또는 비활성화에 의해 유형 I 선형 가로등과 유형 IV 반원형 가로등 간의 스위칭을 허용할 수 있다. 추가적으로, 거리 조명 비용들은 환경 조건들 또는 사용 시간에 따라 광 빔 강도 또는 분포를 조정함으로써 낮아질 수 있다. 예를 들어, 보행자들이 존재하지 않을 때 광 강도 및 분포 영역이 감소될 수 있다. 발광 픽셀 어레이의 픽셀들이 스펙트럼적으로 구별되면, 광의 색 온도는 각각의 일광, 석양, 또는 야간 조건들에 따라 조정될 수 있다.
발광 어레이들은 또한, 직접 또는 투영형 디스플레이들을 요구하는 응용들을 지원하는 데 매우 적합하다. 예를 들어, 경고, 비상, 또는 정보성 표지판들은 모두 발광 어레이들을 사용하여 디스플레이되거나 투영될 수 있다. 이는, 예를 들어, 색이 변하거나 점멸하는 출구 표지판들이 투영되는 것을 허용한다. 발광 어레이가 다수의 픽셀들로 구성되면, 텍스트 또는 수치 정보가 제시될 수 있다. 방향 화살표들 또는 유사한 표시자들이 또한 제공될 수 있다.
차량 헤드램프들은 많은 픽셀 개수들 및 높은 데이터 리프레시 레이트를 요구하는 발광 어레이 응용이다. 도로의 선택된 섹션들만을 능동적으로 조명하는 자동차 헤드라이트들은 다가오는 운전자들의 섬광 또는 눈부심과 연관된 문제들을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 적외선 카메라들을 센서들로 사용하여, 발광 픽셀 어레이들은 도로를 조명하는 데 필요한 픽셀들만을 활성화시키는 한편, 다가오는 차량들의 운전자들 또는 보행자들을 눈부시게 할 수 있는 픽셀들을 비활성화시킨다. 추가적으로, 노상 외 보행자들, 동물들, 또는 표지판들은 운전자 환경 인식을 개선하기 위해 선택적으로 조명될 수 있다. 발광 픽셀 어레이의 픽셀들이 스펙트럼적으로 구별되면, 광의 색 온도는 각각의 일광, 석양, 또는 야간 조건들에 따라 조정될 수 있다. 일부 픽셀들은 차량간 광학 무선 통신에 사용될 수 있다.
발광 픽셀 어레이의 유형의 예는, μLED로 또한 지칭되는 마이크로 LED이다. 도 1a 및 1b는 마이크로 LED의 예를 예시한다. 도 1a는 LED 어레이(110)의 3x3 부분의 분해도와 함께, 마이크로 LED 어레이(110)의 평면도를 도시한다. 도 1a에서, 각각의 정사각형(111)은 단일 LED 또는 픽셀을 나타낸다. 3x3 부분 분해도에 도시된 바와 같이, LED 어레이(110)는 30 ㎛ 내지 500 ㎛, 예를 들어, 대략 100 ㎛ 이하, 예를 들어, 40 ㎛일 수 있는 폭(w1)을 갖는 픽셀들(111)을 포함할 수 있다. 픽셀들 사이의 갭들 또는 레인들(113)은 30 ㎛ 내지 500 ㎛, 예를 들어, 대략 20 ㎛ 이하, 예를 들어, 5 ㎛일 수 있는 폭(w2)에 의해 분리될 수 있다. 레인들(113)은 도 1b에 도시된 바와 같이 픽셀들 사이에 에어 갭을 제공할 수 있거나 다른 물질을 포함할 수 있다. 하나의 픽셀(111)의 중심으로부터 인접 픽셀(111)의 중심까지의 거리(d1)는 대략 120 ㎛ 이하(예를 들어, 45 ㎛)일 수 있다. 그러한 마이크로 LED 어레이는, 예를 들어, 영역의 크기는 변할 수 있지만, 센티미터의 범위의 영역을 가질 수 있는 기판들 상에 함께 위치된 수백, 수천, 또는 수백만 개의 LED들을 가질 수 있다. 본원에 제공된 폭들 및 거리들은 단지 예들이고 실제 폭들 및/또는 치수들은 다양할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 폭(w2)은 희소 마이크로 LED를 형성하기 위해, 적어도 밀리미터 정도일 수 있지만, 더 크거나 더 작을 수 있다.
대칭 매트릭스로 배열된 직사각형 픽셀들이 도 1a 및 1b에 도시되지만, 임의의 형상 및 배열의 픽셀들이, 본원에 개시된 실시예들에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 1a의 LED 어레이(110)는 100x100 매트릭스, 200x50 매트릭스, 대칭 매트릭스, 비대칭 매트릭스 등과 같은 임의의 적용가능한 배열로 10,000개의 픽셀들을 포함할 수 있다. 또한, 픽셀들, 매트릭스들 및/또는 보드들의 다수의 세트들이, 본원에 개시된 실시예들을 구현하기 위해 임의의 적용가능한 포맷으로 배열될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
마이크로 LED들은 pcLED들로부터 형성될 수 있다. 마이크로 LED를 형성하기 위한 하나의 방법은 관련 기술분야에 알려진 바와 같이 플립-칩 구성으로 다이 상에 다수의 개별 LED들(110)을 형성하기 위해 에피택셜 성장을 사용하는 것이다. 도 1b는 도 1a의 선(AA)을 통해 취해진 일 유형의 마이크로 LED 디바이스의 부분의 측면도를 예시한다.
도 1b는 픽셀들(111) 및 레인들(113)을 도시한다. 각각의 픽셀(111)은, 예를 들어, 기판(116) 상에 위치된 LED 다이들(144)의 어레이 중 하나인 LED 다이(140)로 형성된다. 기판(116)은, 예를 들어, 단일 반도체 다이 또는 칩, 보드 또는 인터포저, 예컨대, 예를 들어, CMOS(상보형 금속 산화물 반도체) 칩 또는 MCPCB(금속 코어 인쇄 회로 기판)일 수 있다. 기판(116)은 LED 다이들(144)의 어레이의 LED 다이(140) 각각에 전기 신호들을 제공할 수 있다. 하향변환기(163)는 LED 다이들(144)의 어레이 위에 및 상에 있다. 하향변환기(163)는, 예를 들어, 매트릭스에 포함된 인광체 입자들, 예를 들어, 실리콘에 포함된 가넷 입자들로 형성될 수 있다.
도 1b는 싱귤레이션된 바와 같은, 그리고 개별 LED 다이들(140)만을 커버하는 하향변환기(163)를 도시한다. 그러나, 하향변환기(163)는 LED 다이들(140) 및 LED 다이들(140) 사이의 갭들(113) 양쪽 모두를 커버하는 단일 층일 수 있다. 도 1b에 도시된 싱귤레이션된 하향변환기(163)는 개별 다이들(140) 위에 위치된 개별 하향변환기 픽셀들(164, 165, 및 166)을 포함할 수 있다. 하향변환기(163)는 다양한 상이한 하향변환기 물질들을 각각, 개별 LED 다이들(140) 위에 위치된 상이한 개별 하향변환기 픽셀에 함유할 수 있다. 예를 들어, 적색, 녹색, 및 청색 방출 픽셀들을 갖는 마이크로 LED("RGB 마이크로 LED")를 형성하기 위해, LED 다이들(140)은 청색 발광 LED 다이들일 수 있고, 개별 인광체 픽셀(164)은 청색 광을 적색 광으로 변환하는 하향변환기일 수 있고, 개별 인광체 픽셀(165)은 청색 광을 녹색 또는 녹색/황색 광으로 변환하는 하향변환기일 수 있고, 개별 인광체 픽셀(166)은 LED 다이로부터의 청색 광이 변환 없이 투과되도록 산란제만을 포함할 수 있다. 방출된 적색, 녹색, 및 청색 광은 백색 광을 형성하기 위해 조합될 수 있다. 일 예에서, 하향변환기는, 약 5700K의 CCT에서 단색 백색인 마이크로 LED를 생성하기 위해 청색 광을 백색 광으로 변환한다. 개별 픽셀들(111)에 의해 방출되는 광의 양은, 방출되는 불포화 녹색, 적색 및 청색 광들의 혼합물이, 매우 효율적인 튜닝가능한 백색 광원을 확립할 수 있는 튜닝가능한 마이크로 LED를 형성하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 하향변환기(163)는 또한, 각각의 개별 하향변환기 픽셀(164, 165, 166) 사이에 있고 갭(113)과 정렬되는 공간들(167)을 포함할 수 있다.
마이크로 LED들을 포함하는 pcLED들을 형성하는 하나의 방법은 인광체 변환 물질을, 예를 들어, 루미라믹™(Lumiramic™)과 같은 타일(플레이트, 플레이트렛, 웨이퍼, 필름 또는 다른 형상으로 또한 지칭될 수 있음)로 개별적으로 형성하는 것이다. 그 다음, 별도로 형성된 LED 다이 또는 LED 다이들의 어레이에 타일이 부착되거나 본딩된다. 이 방법을 사용하여 RGB 마이크로 LED를 조립하기 위해, 접착제의 층이 LED 다이에 도포된 후에, 개별 적색, 녹색 및 청색 픽셀들을 형성하기 위해 개별 인광체 타일들 각각을 각각의 개별 LED 다이 상에 배치하는 데 "픽 앤 플레이스" 툴이 사용된다. 이 일련의 픽 앤 플레이스 접근법은 상당한 부착 정확도 문제들을 도입하여, 이웃하는 픽셀들 사이의 넓은 갭들로 이어진다. 일련의 픽 앤 플레이스 방법은 또한 시간 소모적이고, 처리량에 대한 병목현상을 제기하고, 따라서, 제조 프로세스를 느려지게 한다. 사용될 수 있는 다른 방법들은 스탬프 프로세스, 포토리소그래피 또는 잉크젯 인쇄를 통해 청색 다이의 어레이 상에 적색 및 녹색 서브픽셀들을 패터닝하는 단계를 포함한다. 스탬프 프로세스 방법들은, 다중 색 어레이에 대해, 스탬프 상의 하향변환기 픽셀들의 조립을 필요로 할 수 있으며, 이는 조립을 위한 일련의 픽 앤 플레이스의 사용을 수반한다. 포토리소그래피 방법은 LED들의 어레이 상으로의 직접적인 패터닝을 필요로 할 수 있고, 이는, 토포그래피의 변동들뿐만 아니라, 물질 유형들의 차이들로 인해 어려울 수 있다(예를 들어, GaN 상의 리소그래피는 규소 상의 리소그래피와 상이하다). 잉크젯 인쇄의 사용은 고 종횡비 인광체 픽셀들을 인쇄하는 어려움으로 인해 제한될 수 있다.
도 2는 pcLED들을 형성하는 데 사용될 수 있고, 특히, 발광 픽셀 어레이들, 예컨대, RGB 마이크로 LED들을 형성하는 데 유용한 하향변환기 층 전사 디바이스(200)의 부분의 측면도를 도시한다. 하향변환기 층 전사 디바이스(200)는 하향변환기 층(220)으로 코팅된 이형 라이너(210)를 포함한다. 하향변환기 층(220)은, 아래에 더 상세히 설명될 바와 같이, 접착 물질과 혼합된 하나 이상의 하향변환기 물질을 포함한다. 하향변환기 층(220)은 별개의 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223)의 상이한 유형들의 하향변환기 물질들의 부분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하향변환기 층 픽셀(221)은 적색 하향변환기 물질을 포함할 수 있고, 하향변환기 층 픽셀(222)은 녹색 하향변환기 물질을 포함할 수 있고, 하향변환기 층 픽셀(223)은 산란제만을 함유할 수 있다. 하향변환기 층(220)에 사용되는 상이한 하향변환기 물질들의 가짓수, 및 상이한 하향변환기 층 픽셀들의 배열 및 색들은 제조될 원하는 발광 디바이스에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 하향변환기 층 픽셀들의 RGB 패턴은 하향변환기 층 전사 디바이스의 전체에 걸쳐 반복될 수 있다. 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 및 223) 각각 사이에 공간(224)이 있을 수 있다. 공간(224), 및 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223)의 크기는, 위에서 도 1a 및 1b에서 도시된 바와 같은 발광 디바이스를 생성하기 위해, 아래에 설명되는 바와 같이, 하향변환기 층(220)이 LED 어레이(144)에 전사될 때, 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223)이 개별 LED들(140)의 최상부 상에 위치되도록 설정된다.
도 2는 단지 4개의 하향변환기 층 픽셀들을 갖는 하향변환기 층 전사 디바이스의 부분만을 도시한다. 일반적으로, 완전한 하향변환기 층 전사 디바이스는 마이크로 LED(110)를 형성하기 위해 하향변환기가 상부에 위치될 LED 어레이(144)의 발광 부분을 커버하기에 충분히 크거나 그의 면적과 매칭되는 면적을 가질 수 있다. 완전한 하향변환기 층 전사 디바이스는 하나 초과의 LED 어레이(144)를 커버하는 면적을 가질 수 있어서, 여러 LED 어레이들(144)이 한번에 제조될 수 있다. 개별 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223)의 개수는 LED 어레이(144)의 개별 LED 다이들(140)의 개수와 매칭될 수 있지만, 이는 필수는 아니다. 따라서, 단일 하향변환기 층 전사 디바이스의 개별 하향변환기 층 픽셀들의 개수는 수백 개 내지 10,000,000개일 수 있다.
이형 라이너(210)는 (아래에 도 3a-3d에 도시된 바와 같이) 하향변환기 층(220)을 보유할 수 있고 작동 시에 하향변환기 층(220)을 이형시킬 수 있는, 일반적으로 가요성 시트의 형태의 임의의 물질일 수 있다. 따라서, 이형 라이너(210)는 하향변환기 층(220)이 이형 라이너(210)를 고르게 코팅하도록, 그리고 이형 라이너(210)가, 하향변환기 층(220)이 기판에 전사된 후에 하향변환기 층(220)으로부터 깨끗하게 이형될 수 있도록 (예를 들어, 거칠기, 미끄러짐 및 표면 에너지에 대해) 최적화될 수 있다. 이형 라이너(210)는 가요성 물질, 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레이트("PET")의 시트, 예컨대, 예를 들어, 파낙 코포레이션(PANAC Corporation) SP-PET - 50-01 BU일 수 있다. 이형 라이너(210)는, 접착 층(220)의 이형을 향상시키는, 이형 라이너(210)와 접착 층(220) 사이에 위치된 전사 코팅(도 2에 도시되지 않음)으로 코팅될 수 있다. 그러한 전사 코팅은, 예를 들어, 실리콘 이형 코팅일 수 있는데, 그 예들은 PET 라이너들 상의 파낙 코포레이션의 PDMS 이형 코팅을 포함하고 이는, 그 전체가 참조로 본원에 포함되는, 2018년 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Company)의 알. 에클랜드(R. Ekeland), 제이. 텅(J. Tonge), 및 지. 고든(G. Gordon)에 의한 다우 백서 "Release Force Understanding - Recent Findings"에 더 설명된 바와 같다. 특히, 이형 라이너(210)가 (아래의 예들에 도시된 바와 같이) 제거될 때, 기판으로의 접착 층(220)의 깨끗한 전사를 보장하기 위해, 하향변환기 층(220)과 이형 라이너(210) 사이의 박리 강도는 30 N/m 미만, 예를 들어, 1-5 N/m일 수 있다.
하향변환기 층(220)은 하향변환기 물질 및 접착 물질을 포함하고, 도 3a-3e와 관련하여 아래에 더 상세히 설명될 바와 같이 마이크로 LED를 형성하기 위해 기판, 즉, LED 어레이(144)에 전사되고 접착되는 하향변환기 층 전사 디바이스의 부분이다.
하향변환기 층(220)을 형성하는 데 사용되는 접착 물질은 다음의 특성들을 갖도록 선택될 수 있다. 첫째, 접착 물질은 하향변환기 층 전사 디바이스(200)를 형성하기 위해 이형 라이너(210) 상에 고르게 코팅될 수 있다. 둘째, 접착 물질은, 더 낮은 제1 온도, 예를 들어, 실온에서, 건조하고, 점착성이 없고, 비교적 단단한, 즉, 유동하지 않는 하향변환기 층(220)을 형성한다. 즉, 제1 온도, 예컨대, 실온(예를 들어, 15-25 ℃)에서, 하향변환기 층(220)의 접착 물질은 그것이 형성된 이형 라이너(210)에 접착되는 동안, 기판, 예컨대, LED 다이에 부착하기에 충분히 접착성이 아니다. 예를 들어, 제1 온도, 예컨대, 실온에서의 하향변환기 층(220)의 접착 물질은 (1 Hz에서의) 전단 탄성률 G* > 100 KPa(0.1 MPa), 예를 들어, 전단 탄성률 G* > 300 KPa(0.3 MPa)의 달퀴스트 기준을 따를 수 있다. 셋째, 하향변환기 층(220)을 형성하는 접착 물질은 상승된 온도들에서 점착성이 되고 리플로우한다. 즉, 열이 하향변환기 층(220)에 가해질 때, 이는 접착성이 되고, 기판에 직접 부착될 수 있다. 예를 들어, 상승된 온도는 접착 물질의 (1 Hz에서의) 전단 탄성률 G*이 전단 탄성률 G* = 1 KPa과 전단 탄성률 G* = 100 KPa 사이가 되도록 선택되고, 탄젠트 델타는 전형적으로, 예를 들어, 50 ℃와 150 ℃ 사이, 예를 들어, 100 ℃에서, 0.5와 3.0 사이이다. 넷째, 하향변환기 층(220)을 형성하는 데 사용되는 접착 물질은 타겟 기판에 강한 본딩을 제공하는 하향변환기를 형성할 수 있다.
특히, 하향변환기 층(220)에 사용되는 접착 물질은 제1의 더 낮은 온도에서 기판에 직접 부착되기에 충분히 접착성이 아닐 수 있지만, 상승된 온도에서 기판, 예컨대, LED 다이에 직접 부착되기에 충분한 접착성이 되고, 냉각 후에, 이형 라이너(210)보다 기판에 더 강한 부착을 가져서, 이형 라이너가 쉽게 제거될 수 있다. 하향변환기 층(220)을 형성하는 데 사용되는 접착 물질은, 예를 들어, 실록산 접착제일 수 있다.
하향변환기 층(220)에 사용되는 하향변환기 물질은 마이크로 LED의 적용을 위해 사용될 임의의 하향변환기 물질일 수 있고, 이는 접착 물질과 양립가능하다. 하향변환기 물질은, 예를 들어, 인광체 입자들, 예컨대, 가넷 입자들, 유기 염료들, 예컨대, 방출성 소분자들, 예컨대, 예를 들어, Alq3(Al(C9H6NO)3) 또는 중합체들, 예컨대, 예를 들어, PPV(폴리(p-페닐렌 비닐렌), 및/또는 양자점들, 예컨대, 예를 들어, 콜로이드 반도체 나노결정들을 포함할 수 있다. 하향변환기 물질은 또한, LED(140)에 의해 방출된 광을 산란시키지만, 방출된 광의 색을 변화시키지 않는 산란제, 예컨대, 예를 들어, TiO2일 수 있다.
하향변환기 층(220)의 두께(T)는 최종 디바이스에서의 하향변환기(163)의 원하는 목표 두께와 매칭되도록 선택되고, 1 ㎛ 내지 200 ㎛의 범위, 예를 들어, 10 ㎛ 미만, 5 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위에 있을 수 있다. 접착 층(220)은 또한, 두께(T)가 층에 걸쳐 균일하도록 형성될 수 있고, 예를 들어, T는 하향변환기 층(220)에 걸쳐 그리고 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223, 224) 사이에 20% 미만의, 예를 들어 10% 미만의 편차(변동)를 가질 것이다. 즉, 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223, 224) 각각은 다른 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223, 224) 중 임의의 것의 두께(T)와 비교하여, 20% 미만의, 예를 들어, 10% 미만의 두께 편차(변동)를 갖는다. 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223, 224)의 균일한 두께는 장점인데, 이는, 더 균일한 두께가, 방출된 광의 더 균일한 외관을 초래하기 때문이다. 또한 유리하게, 하향변환기 물질이 접착 층에 있기 때문에, 하향변환기 물질을 함유하는 타일 또는 다른 층을 LED 다이에 부착하기 위한 별도의 본딩 층이 필요하지 않다. 이는 조명 디바이스의 형성에서 추가적인 처리 단계를 제거하고, 하향변환기 층이 LED 다이의 발광 표면과 직접 접촉하는 디바이스를 초래한다. LED 다이에 의해 방출된 광은 하향변환기 층 내로 전달되기 전에 본딩 층을 통과할 필요가 없다. 추가의 장점은, 픽 앤 플레이스 프로세스의 결과로서 정렬에 무작위 변동들이 있을 수 있는, 픽 앤 플레이스 방법에 의해 만들어진 것들에 비해, 결과적인 디바이스에서 하향변환기 픽셀들 사이에 일관된 정렬이 존재한다는 것이다.
도 3a-3e는 하향변환기 층 전사 디바이스(200)를 사용하는 방법의 예의 흐름도 및 예시를 도시한다. 그 전체 내용이 참조로 본원에 포함되는, 2020년 5월 14일자로 출원되고 발명의 명칭이 "Adhesive Film Transfer Coating and Use in Manufacturing of Light Emitting Devices"인 미국 특허 출원 번호 16/874,529에 개시된 프로세스와 유사한 진공 라미네이션 프로세스가 하향변환기 층(220)을 LED 어레이(344) 상에 전사하는 데 사용될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, S310에서, 하향변환기 층 전사 디바이스(200)는 LED 어레이(344) 위에 정렬될 수 있다. LED 어레이(344)는 기판(316) 상에 복수의 개별 LED 다이들(340)을 포함한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 변환기 층 본딩 디바이스(200)의 하향변환기 층(220)은 하향변환기 층(220)이 도포될 LED 어레이(344)의 표면(317)을 향하고 있다. 표면(317)은 그를 통해 LED 다이가 광을 방출하는 표면이다. 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223) 각각은 개별 LED 다이(340) 중 하나의 다이의 표면(317)을 향하고 있다. 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223)의 에지들(226)은, 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223) 사이의 공간들(224)이 LED 어레이(344)의 레인들(313) 위에 위치되도록 개별 LED 다이(340)의 에지들(346)과 정렬될 수 있다. 개별 하향변환기 층 픽셀들(221, 222, 223)과 개별 LED 다이(340) 사이의 양호한 정렬을 달성하는 것은 마이크로 LED의 개선된 성능을 위해 중요하다. 정렬을 달성하기 위해 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같은 기점 마커들이 정밀한 정렬을 허용하기 위해 하향변환기 층 전사 디바이스(200) 및 LED 어레이(344) 상에 배치될 수 있다(도시되지 않음).
도 3c에 도시된 바와 같이, S320에서, 하향변환기 층 전사 디바이스(200) 및 LED 어레이(344)에 진공이 인가될 수 있고, S330에서, 하향변환기 층 전사 디바이스(200)는 상승된 온도들에서 LED 어레이(344)와 접촉하게 될 수 있다. 사용되는 온도는 하향변환기 층 전사 디바이스(200)에서 사용되는 특정 접착 물질에 의존한다. 일반적으로, 온도는 하향변환기 층(220)에 사용되는 접착 물질이 유동하여 LED 다이들(340s)의 표면(317)에 점착되기에 충분한 점착성, 즉, 접착성이 되도록 충분히 높다. 상승된 온도는 (1 Hz에서의) 전단 탄성률 G*가 전단 탄성률 G* = 1 KPa과 전단 탄성률 G* = 100 KPa 사이에 있도록 선택될 수 있고, 탄젠트 델타는 전형적으로 0.5와 3.0 사이이다. 동시에, 온도는 과도한 유동을 방지하기에 충분히 낮아야 하며, 이로써 하향변환기 층(220)에 사용되는 접착 물질은 일반적으로, LED 다이들(340)의 에지들 위로 누설되거나 떨어지지 않고서, 그의 형상 및 LED 다이들(340)의 커버리지를 유지한다. 그 다음, 하향변환기 층 전사 디바이스(200)가 부착된 LED 어레이(344)는, 예를 들어, 다시 실온으로 냉각될 수 있다.
도 3d에 도시된 바와 같이, S340에서, 이형 라이너(210)가 제거될 수 있고, 뒤에 LED 어레이(344) 상에 하향변환기 층(220)을 남긴다. 열 처리 후에, 하향변환기 층(220)의 접착 물질이 이형 라이너(210)보다 LED 다이들(340)에 더 강하게 부착되기 때문이다. 이형 라이너(210)는, 예를 들어, 기계적으로, LED 어레이(344)에 부착된 하향변환기 층(220)으로부터 이형 라이너(210)를 박리함으로써 제거될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 깨끗한 전사를 보장하기 위해, 이형 라이너(210)는 하향변환기 층(220)과 이형 라이너(210) 사이의 30 N/m 미만, 예를 들어, 1-5N/m의 박리 강도를 갖도록 설계될 수 있다. 하향변환기 층(220)은 이형 라이너(210)의 제거 후에 LED 어레이(344) 상에 남는다. 특히, 개별 LED 다이들(340)은 LED 다이들(340)의 표면(317)에 부착된 개별 하향변환기 층 픽셀(221, 222, 223)을 갖는다.
S350에서, 하향변환기 층(220)의 접착 물질의 추가적인 경화가, 이형 라이너(210)의 제거 후에 수행될 수 있다. 예를 들어, 하향변환기 층(220)의 접착 물질을 도 3e에 도시된 바와 같은 하향변환기(363)로 변환시키기 위해 그를 완전히 경화시키기 위해서 열이 가해질 수 있다.
도 3e에 도시된 바와 같이, 완전히 경화된 하향변환기 층(363)은 LED 어레이(344)에 본딩된다. 특히, 상이한 하향변환기 물질들을 함유할 수 있는 개별 하향변환기 픽셀들(364, 365, 및 366)은 LED 어레이(344)의 개별 LED 다이들(340)에 본딩된다.
도 3b-3d는 LED 어레이(344)의 개별 LED들(340)의 레벨의 하향변환기 층 전사 디바이스(200) 및 개별 하향변환기 픽셀들(364, 365, 366)을 사용하는 프로세스의 확대도를 예시한다. 하향변환기 층 전사 디바이스(200)는, 도 4에 예시된 바와 같이, 하나 초과의 LED 어레이(344)에 하향변환기들을 전사하기에 충분히 크게 만들어질 수 있다. 각각의 LED 어레이(344)는, 예를 들어, 마이크로 LED를 형성하기 위해 복수의 LED들(340)을 포함한다. 각각의 LED 어레이(344)는, 예를 들어, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같은 캐리어 테이프일 수 있는 기판(401) 상에 위치된다. 개별 하향변환기 픽셀들이 이형 라이너(210) 상에 다수의 어레이들(420)로 형성된 완전한 하향변환기 층 전사 디바이스(200)가 도시된다. 단일 제조 프로세스에서 다수의 LED 어레이들(344) 상에 하향변환기들을 형성하기 위해, 도 3a-3d와 관련하여 개시된 진공 라미네이션 프로세스가 적용된다.
도 5a-5g는 하향변환기 층 전사 디바이스(200)를 만드는 방법의 흐름도 및 예시를 도시한다. 도 5b는 이형 라이너(210)와 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 특성들을 갖는 가요성 시트일 수 있는 이형 라이너(510)를 도시한다. S510에서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 사용될 이형 라이너(510)는 위에서 설명된 바와 같이 이형 특성들을 향상시키기 위해 실리콘 코팅(511)으로 코팅될 수 있다. 실리콘 코팅(511)은 선택적이다.
도 5d 및 5e에 도시된 바와 같이, S520에서, 패터닝된 포토레지스트(512)가 이형 라이너(510) 상에 형성될 수 있다. 패터닝된 포토레지스트(512)를 형성하기 위하여, UV 경화성 레지스트는 이형 라이너(510) 상에 코팅되고, 그 다음, 원하는 픽셀 치수들의 역으로 패턴 구조를 형성하도록 임프린팅된다. 그 다음, 임프린팅된 UV 경화성 레지스트는 경화되고, "웰들"(513)을 갖는 패터닝된 포토레지스트(512)를 포토레지스트 패턴에 남긴다. 도 5e에 도시된 바와 같이, 이 예에서, 패터닝된 포토레지스트(512)는 행들로 패터닝되지만, 원하는 하향변환기 픽셀들의 최종 패턴에 따라 다른 패턴들이 사용될 수 있다. 도 5e는 또한, "웰들"(513)과 대략 동일한 폭을 갖는 패터닝된 포토레지스트(512)를 예시하지만, 크기들은 변할 수 있고 포토레지스트(512)는 웰들(513)보다 훨씬 더 좁을 수 있다. 일 예에서, 웰은 50 ㎛의 폭 및 45 ㎛의 깊이를 가질 수 있다.
S530에서, 접착 물질, 하향변환기 물질, 및 용매를 혼합함으로써 하나 이상의 접착제 하향변환기 혼합물(501, 502)이 준비될 수 있다. 예를 들어, 수지 및 용매, 예컨대, 메틸페닐실록산 수지 및 시클로헥사논 용매, 또는 다른 예에서, 실리콘 수지(예컨대, 도우 코닝®(Dow Corning®) LF-1112) 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 용매가 하나 이상의 하향변환기 물질, 예컨대, 인광체, 유기 염료, 양자점 또는 산란제와 혼합될 수 있다. 하향변환기 물질은 접착제 전체에 걸쳐 분산된다. 형성될 각각의 하향변환기 픽셀 유형에 대해 별개의 접착제 하향변환기 혼합물(501, 502)이 형성된다. 예를 들어, RGB 디바이스가 형성되는 경우, 적색 하향변환기 물질을 갖는 접착제 하향변환기 혼합물, 녹색 하향변환기 물질을 갖는 접착제 하향변환기 혼합물, 및 산란제를 갖는 접착제 하향변환기 혼합물이 각각 형성될 수 있다. 접착 물질 대 용매의 질량 비율들은 사용되는 특정 하향변환기 물질 및 디바이스로부터 방출되는 광의 원하는 특성들에 의존하며, 예를 들어, 5:1과 0.1:1 사이, 또는 훨씬 더 클 수 있다. 접착 물질 및 용매의 농도들은 접착제 하향변환기 혼합물들(501, 502)의 원하는 점도를 달성하도록 선택될 수 있다. 접착제 하향변환기 혼합물들(501, 502)의 점도는 결과적인 하향변환기 층(520)의 원하는 두께(T)를 여전히 달성하면서, 이형 라이너(510)의 습윤을 최적화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 접착제 하향변환기 혼합물(501, 502)의 점도는 70 내지 3,000 mPa.s(또는 cP)의 범위에 있을 수 있다.
S540에서, 도 5f에 도시된 바와 같이, 각각의 접착제 하향변환기 혼합물(501, 502)은 포토레지스트(512)의 패터닝된 영역들 상에 코팅된다. 특히, 각각의 접착제 하향변환기 혼합물(501, 502)은 접착제 하향변환기 혼합물(501, 502)로 포토레지스트(512)의 특정 "웰" 영역(513)을 채우도록 포토레지스트(512) 상에 코팅된다. 원하는 두께의 접착제 하향변환기 혼합물(501, 502)의 균일한 층으로 이형 라이너(210)를 적합하게 코팅할 수 있는 임의의 방법, 예컨대, 예를 들어, 플렉소그래픽 인쇄, 슬롯 다이 코팅, 또는 회전 스크린 인쇄가 사용될 수 있다. 도 5f에 도시된 바와 같이, 상이한 접착제 하향변환기 혼합물들(501, 502)이, 상이한 웰들(513) 내에 채워진다. 예를 들어, 접착제 하향변환기 혼합물(501)은 하나 걸러 하나씩의 웰(513) 내에 채워질 수 있고 접착제 하향변환기 혼합물(502)은 그 사이의 웰들을 채울 수 있다. 별개의 접착제 하향변환기 혼합물들(501, 502)에 대해 다수의 순차적인 코팅 패스들이 필요할 수 있다. 즉, 도 5f에 도시된 바와 같이, 제1 접착제 하향변환기 혼합물(501)이 웰들(513)의 제1 세트들 내에 코팅될 수 있고, 그 다음, 제2 접착제 하향변환기 혼합물(502)이 제1 접착제 하향변환기 혼합물(501)로 채워지지 않은 웰들(513) 내에 후속하여 코팅될 수 있다. 2개 초과의 접착제 하향변환기 혼합물들이 사용되는 경우, 여러 코팅 패스들이, 상이한 접착제 하향변환기 혼합물들 각각에 대해 한번씩 사용될 수 있다.
S550, S560에서, 접착제 하향변환기 혼합물들(501, 502)이 포토레지스트(512)의 웰들(513) 내에 코팅되면, 접착제 하향변환기 혼합물들(501, 502)은 하향변환기 층 픽셀들(521, 522)을 갖는 하향변환기 층(520)을 형성하기 위해 건조될 수 있다. 포토레지스트(512)는, 도 5g에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(512)를 제거하기 위해 현상될 수 있고, 하향변환기 층 픽셀들(522, 521)을 갖는 하향변환기 층 전사 디바이스(500)를 이형 라이너(510) 상에 남긴다. S550에서의 접착제 하향변환기 혼합물(510, 502)의 건조 및/또는 부분적 경화 동안 또는 이전에, S560에서의 포토레지스트의 제거가 또한 발생할 수 있다.
사용된 접착제에 따라, S570에서, 접착제 하향변환기 혼합물은 물질을 안정화시키고 하향변환기 층(520)의 균일성을 개선하기 위해 추가적으로 경화될 수 있다.
위의 도 5에 도시된 바와 같은 포토레지스트(512)를 사용하는 것의 장점은, 에지들(또는 측벽들), 예를 들어, 하향변환기 층 픽셀(522)의 에지들(526)이 잘 한정되고, 픽셀들을 분리하기 위한 하향변환기 층의 기계적 소잉(sawing)이 필요하지 않다는 것이다.
도 6은 pcLED들을 형성하는 데 사용될 수 있고, 특히, 발광 픽셀 어레이들, 예컨대, RGB 마이크로 LED들을 형성하는 데 유용한 하향변환기 층 전사 디바이스(600)의 다른 예의 부분의 측면도를 도시한다. 도 6a에 도시된 하향변환기 층 전사 디바이스(600)에서, 하향변환기 층(620)은, 도 3b에 도시된 공간들(224)과 같은, 하향변환기 픽셀들 사이의 구별되고 한정된 갭들 또는 공간들을 포함하지 않는다. 하향변환기 층 전사 디바이스(600)는 하향변환기 층(620)으로 코팅된 이형 라이너(610)를 포함한다. 하향변환기 층(620)은, 위에서 설명된 바와 같이, 접착 물질과 혼합된 하나 이상의 하향변환기 물질을 포함한다. 하향변환기 층(620)은 별개의 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623)의 상이한 유형들의 하향변환기 물질들의 부분들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하향변환기 층 픽셀(621)은 적색 하향변환기 물질을 포함할 수 있고, 하향변환기 층 픽셀(622)은 녹색 하향변환기 물질을 포함할 수 있고, 하향변환기 층 픽셀(623)은 산란제만을 함유할 수 있다. 하향변환기 층(620)에 사용되는 상이한 하향변환기 물질들의 가짓수, 및 상이한 하향변환기 층 픽셀들의 배열 및 색들은 제조될 원하는 발광 디바이스에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 하향변환기 층 픽셀들의 RGB 패턴은 하향변환기 층 전사 디바이스의 전체에 걸쳐 반복될 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 상이한 접착제 하향변환기 픽셀들(621, 622, 623)은 서로 인접하고, 접합부들(633)에서 서로 접촉할 수 있다. 접합부들(633)에서, 2개의 인접하는 하향변환기 픽셀들의 하향변환기 물질들 사이에 일부 혼합이 존재할 수 있다. 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623)의 크기는, 위에서 도 1a 및 1b에서 도시된 바와 같은 발광 디바이스를 생성하기 위해, 아래에 설명되는 바와 같이, 하향변환기 층(620)이 LED 어레이(144)에 전사될 때, 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623)이 개별 LED들(140)의 최상부 상에 위치되도록 설정된다.
도 7a-7c는 하향변환기 층 전사 디바이스(600)를 사용하기 위한 방법을 도시한다. 방법은 일반적으로, 하향변환기 층 전사 디바이스(600)가 에지들, 예컨대, 도 3b에 도시된 에지들(226)을 포함하지 않는다는 점을 제외하고, 하향변환기 층 전사 디바이스(200)에 대해 도 3a의 흐름도에 제시된 방법을 따른다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 하향변환기 층 전사 디바이스(600)는 LED 어레이(744) 위에 정렬될 수 있다. LED 어레이(744)는 기판(716) 상에 복수의 개별 LED 다이들(740)을 포함한다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 변환기 층 본딩 디바이스(600)의 하향변환기 층(620)은 하향변환기 층(620)이 도포될 LED 어레이(744)의 표면(717)을 향하고 있다. 표면(717)은 그를 통해 LED 다이(740)가 광을 방출하는 표면이다. 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623) 각각은 개별 LED 다이(740) 중 하나의 다이의 표면(717)을 향하고 있다. 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623) 사이의 접합부들(633)은 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623) 사이의 접합부들(633)이 LED 어레이(744)의 레인들(713) 위에 위치되도록 개별 LED 다이(740)의 에지들(746) 사이에 있게 정렬될 수 있다. 개별 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623)과 개별 LED 다이(640) 사이의 양호한 정렬을 달성하는 것은 마이크로 LED의 개선된 성능을 위해 중요하다. 위에서 설명된 바와 같이, 정렬을 달성하기 위해 다양한 방법들, 예컨대, 기점 마커들이 사용될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 하향변환기 층 전사 디바이스(600) 및 LED 어레이(744)에 진공이 인가될 수 있고, 하향변환기 층 전사 디바이스(600)는 상승된 온도들에서 LED 어레이(744)와 접촉하게 될 수 있다. 사용되는 온도는, 도 3c에 관하여 위에서 설명된 바와 같이, 하향변환기 층 전사 디바이스(600)에서 사용되는 특정 접착 물질에 의존한다. 그 다음, 하향변환기 층 전사 디바이스(600)가 부착된 LED 어레이(744)는, 예를 들어, 다시 실온으로 냉각될 수 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 이형 라이너(610)가 제거될 수 있고, 뒤에 LED 어레이(644) 상에 하향변환기 층(620)을 남긴다. 열 처리 후에, LED 다이(640) 상에 위치된 하향변환기 층(620)의 접착 물질의 부분들은 이형 라이너(610)보다 LED 다이들(640)에 더 강하게 부착된다. 이형 라이너(610)는, 예를 들어, 기계적으로, LED 어레이(744)에 부착된 하향변환기 층(620)으로부터 이형 라이너(610)를 박리함으로써 제거될 수 있다. LED 다이(640)와 접촉하지 않는, 접합부들(633)에서의 하향변환기 층(620)의 접착 물질의 부분들(634)은 열 처리 후에 이형 라이너에 부착된 채로 남고, 그러므로, 도 7c에 도시된 바와 같이, 이형 라이너가 제거될 때, 접합부(633)에서의 하향변환기 층의 부분들(634)은 이형 라이너(610)와 함께 제거되고, 뒤에 LED 다이(740) 상에 배치된 하향변환기 층(620)의 부분들만을 남긴다. 이형 라이너(610)는 도 3d와 관련하여 위에서 언급된 바와 같은 박리 강도를 갖는다. 접합부들(633)에서 이형 라이너(610) 및 하향변환기 층(620)의 부분들(634)의 제거 후에, 개별 LED 다이들(740)은 LED 다이들(740)의 표면(717)에 부착된 개별 하향변환기 층 픽셀(621, 622, 623)을 갖는다.
이형 라이너(610)의 제거 후에 하향변환기 층(620)의 접착 물질의 추가적인 경화가 수행될 수 있고, 도 7d에 도시된 바와 같이, LED 어레이(344)에 본딩된 완전히 경화된 하향변환기 층(763)을 초래한다. 특히, 상이한 하향변환기 물질들을 함유할 수 있는 개별 하향변환기 픽셀들(764, 375, 및 766)은 LED 어레이(744)의 개별 LED 다이들(740)에 본딩된다. 도 7d의 조명 디바이스 구조는, 하향변환기 층(620)을 형성하기 위한 포토레지스트의 사용 없이, 하향변환기 픽셀들(664, 665, 666)의 에지들이 하향변환기 픽셀의 에지들만큼 잘 한정되지 않을 수 있다는 점을 제외하고, 도 3e에 도시된 조명 디바이스 구조와 본질적으로 동일하다.
이형 라이너(610)의 제거와 함께 부분들(634)의 제거에 추가하여, 또는 대안으로서, 기계적 소잉이, LED 다이들(744) 상에 위치되는 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623)을 분리하고, 하향변환기 층(620)의 임의의 나머지 부분(634)을 제거하는 데 사용될 수 있다.
하향변환기 층 전사 디바이스(600)를 준비하기 위해, 포토레지스트가 사용되지 않는 것을 제외하고는 도 5a에 도시된 것과 유사한 방법이 사용될 수 있다. 따라서, 도 5a의 S510과 유사하게, 이형 라이너(610)는 실리콘 코팅(611)으로 선택적으로 코팅될 수 있다. 패터닝된 포토레지스트는 이형 라이너(610) 상에 형성되지 않는데, 즉, S520은 생략된다. S530과 유사하게, 접착 물질, 하향변환기 물질, 및 용매를 혼합함으로써 하나 이상의 접착제 하향변환기 혼합물이 준비될 수 있다. 그 다음, 접착제 하향변환기 혼합물은 하향변환기 층(620)(도 6)을 형성하기 위해, 미리 결정된 패턴으로 이형 라이너 상에 코팅되고, 미리 결정된 패턴은 상이한 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623)을 형성하도록 설정된다. 이는, 예를 들어, 밀착 인쇄 기법들, 예컨대, 그라비어 또는 플렉소그래픽 인쇄를 사용하여 달성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상이한 접착제 하향변환기 혼합물들은, 하향변환기 층 픽셀들(621, 622, 623)을 형성하기 위해 이형 라이너(610) 상에 배치될 때, 접합부들(633)에서 서로 접촉할 수 있고, 하향변환기 층(620)을 형성하는 접착제 내의 접합부들(633)에서 하향변환기 물질들의 일부 혼합이 있을 수 있다. 그러나, 하향변환기 픽셀들을 형성하는 데 사용될 때, 도 7c에 도시된 바와 같이, 하향변환기 혼합물이 혼합될 수 있는 접합부들(633)은 LED 다이들(740) 사이의 갭들(713)에 대응하도록 위치될 수 있다. 그 다음, 부분들(634)은, 다이들 사이의 갭들(713) 위에 남을 수 있는 하향변환기 층(620)을 기계적으로 제거함으로써, 그리고/또는, 도 7c에 도시된 바와 같이, 이형 라이너가 제거될 때 이형 라이너와 함께 제거될 수 있다.
본 개시내용은 예시적이며, 제한적이지 않다. 본 개시내용에 비추어 추가의 수정들이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이고 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 것으로 의도된다.
Claims (18)
- 하향변환기 층 전사 디바이스로서,
이형 라이너; 및
상기 이형 라이너 상에 배치된 하향변환기 층 - 상기 하향변환기 층은 접착제 전체에 걸쳐 분산된 하향변환기 물질을 포함하고, 상기 하향변환기 층은 제1 온도에서 비접착성이고 고체이고, 상기 제1 온도보다 높은 상승된 온도에서 접착성이지만 완전히 경화되지는 않음 -
을 포함하고,
상기 하향변환기 층은 제1 하향변환기 층 픽셀 및 제2 하향변환기 층 픽셀을 포함하고, 상기 제1 및 제2 하향변환기 층 픽셀들은 상이한 하향변환기 물질들을 갖고, 상기 이형 라이너의 상이한 영역들 상에 배치되고, 서로 인접하고, 접합부에서 만나는, 하향변환기 층 전사 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 이형 라이너와 상기 하향변환기 층 사이에 배치된 실리콘 층을 더 포함하는, 하향변환기 층 전사 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 하향변환기 물질은 인광체, 유기 염료, 양자점, 및 산란제 중 적어도 하나를 포함하는, 하향변환기 층 전사 디바이스. - 제1항에 있어서,
상기 제1 온도에서의 상기 하향변환기 층의 (1 Hz에서의) 전단 탄성률 G*은 100 KPa보다 크고, 상기 상승된 온도에서의 상기 하향변환기 층의 (1 Hz에서의) 전단 탄성률 G*은 1 KPa 내지 100 KPa인, 하향변환기 층 전사 디바이스. - 조명 디바이스를 형성하는 방법으로서,
기판 상에 장착된 복수의 발광 다이오드들을 제공하는 단계 - 각각의 발광 다이오드는 발광 표면을 가짐 -;
이형 라이너 상에 배치된 하향변환기 층을 갖는 하향변환기 층 전사 디바이스를 제공하는 단계 - 상기 하향변환기 층은 제1 하향변환기 층 픽셀을 형성하는, 접착제 전체에 걸쳐 분산된 제1 하향변환기 물질 및 제2 하향변환기 층 픽셀을 형성하는 제2 하향변환기 물질을 포함하고, 상기 제1 및 제2 하향변환기 물질들은 서로 상이하고, 상기 제1 및 제2 하향변환기 층 픽셀들은 상기 이형 라이너의 상이한 영역들 상에 배치되고, 서로 인접하고, 접합부에서 만남 -;
상기 하향변환기 층을 상기 발광 표면들과 정렬시키는 단계;
상승된 온도에서 상기 하향변환기 층을 상기 발광 표면들과 접촉시키는 단계 - 상기 상승된 온도는 상기 접착제가 완전히 경화화지 않고 상기 발광 표면들에 접착되는 온도임 -;
상기 복수의 발광 다이오드들의 상기 발광 표면들과 접촉하는 상기 하향변환기 층을 상기 상승된 온도 미만의 온도로 냉각시키는 단계; 및
상기 이형 라이너를 제거하고, 상기 복수의 발광 다이오드들의 상기 발광 표면들에 접착된 상기 하향변환기 층을 남기는 단계
를 포함하는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 하향변환기 층을 경화하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제5항에 있어서,
상승된 온도에서 상기 하향변환기 층을 상기 발광 표면들과 접촉시키는 단계는 상기 하향변환기 층 전사 디바이스 및 상기 발광 다이오드들에 진공을 인가하는 단계를 포함하는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 하향변환기 층 전사 디바이스를 제공하는 단계는:
상기 이형 라이너를 제공하는 단계;
제1 접착제 하향변환기 혼합물을 형성하기 위해 상기 접착제, 상기 제1 하향변환기 물질, 및 용매를 혼합하는 단계;
상기 이형 라이너를 상기 제1 접착제 하향변환기 혼합물로 코팅하는 단계; 및
상기 제1 하향변환기 층 픽셀을 형성하기 위해 상기 제1 접착제 하향변환기 혼합물로부터 상기 용매를 제거하는 단계를 포함하는, 방법. - 제8항에 있어서,
상기 이형 라이너를 상기 제1 접착제 하향변환기 혼합물로 코팅하기 전에, 상기 이형 라이너 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계 - 상기 포토레지스트 패턴은 웰들을 포함하고, 상기 이형 라이너를 상기 제1 접착제 하향변환기 혼합물로 코팅하는 단계는 상기 제1 접착제 하향변환기 혼합물을 상기 웰들에 배치하는 단계를 포함함 -; 및
상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제8항에 있어서,
상기 이형 라이너를 상기 제1 접착제 하향변환기 혼합물로 코팅하기 전에, 상기 이형 라이너를 실리콘 코팅으로 코팅하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 하향변환기 층 전사 디바이스를 제공하는 단계는:
상기 이형 라이너를 제공하는 단계;
제1 접착제 하향변환기 혼합물을 형성하기 위해 상기 접착제, 상기 제1 하향변환기 물질, 및 용매를 혼합하는 단계;
제2 접착제 하향변환기 혼합물을 형성하기 위해 상기 접착제, 상기 제2 하향변환기 물질, 및 상기 용매를 혼합하는 단계;
상기 이형 라이너를 상기 제1 접착제 하향변환기 혼합물로 상기 이형 라이너의 제1 영역 상에 픽셀 패턴으로 코팅하는 단계;
상기 이형 라이너를 상기 제2 접착제 하향변환기 혼합물로 상기 이형 라이너의 제2 영역 상에 픽셀 패턴으로 코팅하는 단계; 및
상기 제1 및 제2 하향변환기 층 픽셀들을 형성하기 위해 상기 제1 및 제2 접착제 하향변환기 혼합물들로부터 상기 용매를 제거하는 단계를 포함하는, 방법. - 제11항에 있어서,
상기 이형 라이너를 상기 제1 접착제 하향변환기 혼합물 및 상기 제2 접착제 하향변환기 혼합물로 코팅하기 전에, 상기 이형 라이너를 실리콘 코팅으로 코팅하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 제1 하향변환기 물질은 인광체, 유기 염료, 양자점 및 산란제 중 적어도 하나를 포함하는, 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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