KR20160010869A - 파장 변환 층을 구비한 led 디스플레이 - Google Patents
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Abstract
디스플레이 및 제조 방법이 설명된다. 디스플레이는 각각의 픽셀이 다수의 서브픽셀을 포함하는 픽셀들의 어레이를 포함하는 기판을 포함할 수 있고, 픽셀 내의 각각의 서브픽셀이 상이한 색 방출 스펙트럼을 위하여 설계된다. 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이가 각각의 서브픽셀 내에 실장되어 중복을 제공한다. 형광체 입자들을 포함하는 파장 변환 층들의 어레이는 튜닝 가능한 색 방출 스펙트럼을 위한 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이 위에 형성된다.
Description
본 발명은 마이크로 LED 디바이스에 관한 것이다. 더 구체적으로 본 발명의 실시예들은 색 방출 스펙트럼이 튜닝 가능한 마이크로 LED 디바이스들을 기판 상에 집적하기 위한 방법 및 구조체들에 관한 것이다.
양자점은 가시 및 적외 스펙트럼에 걸쳐 광을 방출하도록 튜닝될 수 있는 반도체 나노크리스탈이다. 1 내지 100 nm, 더 통상적으로 1 내지 20 nm의 작은 크기로 인해, 양자점은 대응하는 벌크 재료의 광학 특성과는 상이한 독특한 광학 특성들을 표시한다. 광전자 방출의 파장, 즉 색상은 양자점의 크기에 매우 의존적이다. 예시적인 카드뮴 셀레나이드(CdSe) 양자점에서, 광 방출은 5 nm 직경 양자점의 적색에서 1.5 nm 양자점의 자색 영역으로 점진적으로 튜닝될 수 있다. 일반적으로 양자점(QD) 여기를 위한 두 유형의 구조가 있다. 하나는 광 여기를 이용하는 것이고, 다른 하나는 직접 전기적 여기를 이용하는 것이다.
양자점의 구현방법으로 제안된 한가지는 액정 디스플레이(LCD) 패널의 백라이팅으로 일체화하는 것이다. LCD 패널을 위한 현재의 백색 발광 다이오드(LED) 백라이트 기술은 복수의 청색 방출 LED 칩 위에서 세륨 도핑된 YAG:Ce(이트륨 알루미늄 가넷) 다운-변환 형광층을 활용한다. LED 칩의 청색 광과 YAG:Ce 형광체의 넓은 황색 방출의 조합으로 백색 광에 가깝게 만든다. 백색 백라이팅을 얻기 위하여 YAG:Ce 형광체를 양자점의 혼합물로 대체하도록 제안되어 왔다. 미국 특허 제8,294,168호는 에지 방식 백라이트 유닛 광원 모듈에서 일련의 발광 디바이스 칩들을 포함하는 패키지 위에 양자점 밀봉 패키지를 배열하는 것을 설명한다. 광원 모듈은 LED 디스플레이 패널의 에지에 위치하여 LED 디스플레이 패널 뒤에 있는 도광판의 측면을 통해 광을 방출하고, 광은 LCD 디스플레이 패널을 향하여 반사되도록 한다.
하나 이상의 파장 변환 층 및 중복 구조를 갖는 디스플레이 패널이 개시된다. 일 실시예에서 디스플레이 패널은 픽셀들의 어레이를 포함하는 디스플레이 기판을 포함하고, 각각의 픽셀은 다수의 서브픽셀을 포함하고, 각각의 서브픽셀은 상이한 방출 스펙트럼을 위하여 설계된다. 예를 들어, 그와 같은 구성은, 적색 방출을 위하여 설계된 서브픽셀, 녹색 방출을 위하여 설계된 서브픽셀, 및 청색 방출을 위하여 설계된 서브픽셀을 포함하는 적색-녹색-청색(RGB) 픽셀일 수 있다. 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이가 각각의 서브픽셀 내에 실장되어 중복 구조를 형성하고, 형광체 입자들을 포함하는 파장 변환 층들의 어레이는 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이 위에 형성된다. 예시적인 형광체 입자들은 양자점들로서 자격이 없는 그것들의 조성물에 기인하여 발광을 나타내는 양자점들 및 입자들을 포함한다. 예시적인 마이크로 LED 디바이스들은 1 μm 내지 100 μm의 최대폭을 가질 수 있다. 파장 변환 층들의 어레이는 파장 변환 층들의 다수 그룹을 포함할 수 있고, 각각의 그룹은 상이한 색 방출 스펙트럼을 방출하도록 설계된다. 파장 변환 층들의 상이한 그룹들은 상이한 서브픽셀들로 구분된다. 예를 들어, RGB 픽셀 배열에서, 파장 변환 층들의 상이한 그룹들은 적색, 녹색, 및 청색 방출을 위하여 설계될 수 있고, 적색 방출 서브픽셀, 녹색 방출 서브픽셀, 및 청색 방출 서브픽셀로 각각 구분될 수 있다.
일부 실시예들에서 파장 변환 층이 모든 마이크로 LED 디바이스 위에 형성되는 것은 아니다. 예를 들어, 일부 마이크로 LED 디바이스들은 "노출될" 수 있고, 파장 변환 층을 이용하여 마이크로 LED 디바이스의 방출 스펙트럼을 변환할 필요는 없다. 마이크로 LED 디바이스들은 모두 동일한 색 방출 스펙트럼을 가질 수 있거나, 마이크로 LED 디바이스들의 어레이는 상이한 색 방출 스펙트럼을 방출하도록 설계된 마이크로 LED 디바이스들의 그룹들을 포함할 수 있고, 상이한 마이크로 LED 디바이스 그룹들은 상이한 서브픽셀들로 구분된다. 마이크로 LED 디바이스들의 색 방출 스펙트럼과 파장 변환 층 스펙트럼의 다양한 조합이 이용 가능하다. 예를 들어, 픽셀은 적색 서브픽셀에서 한 쌍의 "노출된" 적색 마이크로 LED 디바이스들, 녹색 서브픽셀에서 청색 마이크로 LED 디바이스 위의 녹색 방출 파장 변환 층, 및 청색 서브픽셀에서 "노출된" 청색 마이크로 LED 디바이스를 포함할 수 있고, 이는 중복 쌍들을 갖는 RGB 픽셀 배열을 형성하는 여러 방법들 중 하나에 대한 예와 같다.
파장 변환 층들의 크기 및 형상 또한 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 파장 변환 층은 단일 마이크로 LED 디바이스 위에만 형성된다. 각각의 파장 변환 층은 또한 서브픽셀에서 마이크로 LED 디바이스들의 중복 쌍의 두 마이크로 LED 디바이스 위에 형성될 수 있다. 파장 변환 층들은 반구형 외부 표면과 같은 돔 형상의 구조를 취할 수 있고, 좁아지거나 납작해질 수 있다. 파장 변환 층들은 또한 세장형 형상, 예컨대 세장형 돔 형상을 취할 수 있다. 배광 층은 대응하는 마이크로 LED 디바이스들과 파장 변환 층들 사이에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서 배광 층은 광 파이프의 형태이고, 측방향 길이 또는 폭이 배광 층의 두께보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다. 각각의 광 파이프는 단일 서브픽셀, 또는 다수의 서브픽셀에 걸쳐 이어질 수 있다. 예를 들어, 각각의 광 파이프는 단지 하나의 서브픽셀 및 서브픽셀 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스 쌍들 위에 걸쳐 이어질 수 있다. 예를 들어, 각각의 광 파이프는 둘 이상의 서브픽셀 및 둘 이상의 서브픽셀 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스 쌍들에 걸쳐 있을 수 있다. 각각의 광 파이프는 대응하는 픽셀 내의 모든 다수의 서브픽셀 및 픽셀의 다수의 서브픽셀 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스 쌍들에 걸쳐 있을 수 있다.
반사 뱅크 층(reflective bank layer)은 각각의 서브픽셀 내에 형성될 수 있고, 각각의 반사 뱅크 층은 독립적으로 기판 내의 동작 회로로부터 어드레스 가능하다. 예를 들어, 디스플레이 기판은 박막 트랜지스터 기판일 수 있다. 접지 라인이 디스플레이 기판 상에 또는 그 안에 형성될 수 있다. 하나 이상의 상부 전극 층이 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이를 접지 라인에 전기적으로 연결하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 상부 전극 층은 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스의 제1 마이크로 LED 디바이스를 접지 라인에 연결하고, 별개의 상부 전극 층이 그 한 쌍 중 제2 마이크로 LED 디바이스를 접지 라인에 연결한다. 일 실시예에서 마이크로 LED 디바이스 불량들이 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이 내에 있다. 예시적인 불량은 누락, 결함, 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스들일 수 있고, 패시베이션 층이 복수의 불량 위에 형성되어 그것들을 하나 이상의 상부 전극 층으로부터 전기적으로 절연시킬 수 있고, 패시베이션 층은 불량 바로 위에 형성되거나 불량들 바로 위에 형성되지 않도록 조정될 수 있다. 리페어 마이크로 LED 디바이스들이 복수의 마이크로 LED 디바이스 불량들에 대응하는 서브픽셀들 내에 형성될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 개략적인 평면도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 이송하기 전에 X-X 및 Y-Y 선을 따라 취해진 도 1a의 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 개략적 측면도이다.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 이송한 이후에 X-X 및 Y-Y 선을 따라 취해진 도 1a의 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 개략적 측면도이다.
도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 이송한 이후에 X-X 및 Y-Y 선을 따라 취해진 도 1a에 유사한 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 개략적 측면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예들에 따른 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 개별적인 마이크로 LED 디바이스들 위에 별개의 파장 변환 층들이 형성된 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 뱅크 구조체 및 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스들 위에 세장형 돔 형상의 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들이다.
도 7a는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일의 세장형 돔 형상의 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도이다.
도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 뱅크 구조체 및 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일의 세장형 돔 형상의 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 세장형 돔 형상 파장 변환 층이 다수의 서브픽셀 위에 형성된 픽셀의 등각도이다.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 세장형 돔 형상 파장 변환 층이 다수의 서브픽셀 위에 형성되고 세장형 돔 형상 파장 변환 층이 단일 서브픽셀 위에 형성된 픽셀의 등각도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프 및 광 파이프 위에 있는 파장 변환 층의 조합도이다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 한쌍의 마이크로 LED 디바이스들을 둘러싼 광 파이프 및 광 파이프 위에 있는 파장 변환 층의 단면도이다.
도 9c 및 도 9d는 본 발명의 실시예들에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 끝이 좁아지는 광 파이프 및 끝이 좁아지는 광 파이프 위에 있는 파장 변환 층의 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프 및 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 한 쌍의 반사 층의 조합도이다.
도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 파장 변환 층 및 광 파이프 위에 있는 한 쌍의 반사 층의 측단면도이다.
도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 광 파이프 위에 있고 파장 변환 층의 아래에 있는 한 쌍의 반사 층의 측단면도이다.
도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프 및 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 한 쌍의 반사 층의 조합도이다.
도 10e는 본 발명의 실시예에 따른 파장 변환 층 및 광 파이프 위에 있는 한 쌍의 반사 층의 측단면도이다.
도 10f는 본 발명의 실시예에 따른 광 파이프 위에 있고 파장 변환 층의 아래에 있는 한 쌍의 반사 층의 측단면도이다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 마이크로 LED 디바이스 및 복수의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 복수의 광 파이프 및 파장 변환 층들을 포함하는 디스플레이의 조합도이다.
도 11b 내지 도 11e는 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀들의 개략적인 측면도이다.
도 11f는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 마이크로 LED 디바이스 및 복수의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 복수의 광 파이프와 파장 변환 층들을 포함하는 디스플레이의 조합도이다.
도 11g 내지 도 11j는 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀들의 개략적인 측면도이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 반사 뱅크 구조체 위에 있는 광 파이프와 파장 변환 층의 측단면도이다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 형성된 상부 전극 층을 도시하는, 도 12a의 측단면도에 직교하는 측단면도이다.
도 12c는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 형성된 하나 이상의 상부 전극 층을 도시하는, 도 12a의 측단면도에 직교하는 측단면도이다.
도 12d는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 마이크로 LED 디바이스 위에 형성된 상부 전극 층을 도시하는 도 12a의 측단면도에 직교하는 측단면도이다.
도 12e는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 형성된 하나 이상의 상부 전극 층들을 도시하는 도 12a의 측단면도에 직교하는 측단면도이다.
도 12f는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 반사 뱅크 구조체 내의 상부 및 하부 컨택들이 있는 복수의 마이크로 LED 디바이스, 및 복수의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 광 파이프 및 파장 변환 층의 측단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 뱅크 구조체 내의 하부 컨택들이 있는 복수의 마이크로 LED 디바이스, 및 복수 위에 있는 광 파이프 및 파장 변환 층의 측단면도들이다.
도 13c는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 반사 뱅크 구조체 내에 하부 컨택들이 있는 복수의 마이크로 LED 디바이스, 및 복수의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 광 파이프 및 파장 변환 층의 측단면도이다.
도 14a는 본 발명의 실시예에 따라 마이크로 LED 디바이스들 위에 파장 변환 층들을 적용하고, 서브픽셀들 사이에 블랙 매트릭스를 적용하기 위한 단면 방식(single side manner)의 도면이다.
도 14b는 본 발명의 실시예에 따라 마이크로 LED 디바이스들 위에 파장 변환 층을 적용하고, 서브픽셀들 사이에 블랙 매트릭스를 적용하기 위한 하향 압축 방식(top press down manner)의 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구성들을 포함하는, 마이크로 LED 디바이스들의 어레이 위에 형성된 상부 전극 층의 평면개략도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구성들을 포함하는, 마이크로 LED 디바이스들의 어레이 위에 형성된 복수의 별개의 상부 전극 층의 평면개략도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구성들을 포함하는, 마이크로 LED 디바이스들의 어레이 위에 형성된 복수의 별개의 상부 전극 층의 평면개략도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 스크라이빙된 상부 전극 층의 평면개략도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 스크라이빙된 하부 컨택 층의 평면개략도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 중복 및 리페어 사이트 구성을 포함하는 스마트 픽셀 디스플레이의 평면개략도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 시스템의 개략도이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 이송하기 전에 X-X 및 Y-Y 선을 따라 취해진 도 1a의 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 개략적 측면도이다.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 이송한 이후에 X-X 및 Y-Y 선을 따라 취해진 도 1a의 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 개략적 측면도이다.
도 1d는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 이송한 이후에 X-X 및 Y-Y 선을 따라 취해진 도 1a에 유사한 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 개략적 측면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예들에 따른 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 실시예들에 따른 개별적인 마이크로 LED 디바이스들 위에 별개의 파장 변환 층들이 형성된 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 뱅크 구조체 및 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스들 위에 세장형 돔 형상의 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들이다.
도 7a는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일의 세장형 돔 형상의 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도이다.
도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 뱅크 구조체 및 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일의 세장형 돔 형상의 파장 변환 층이 형성된, 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도이다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 세장형 돔 형상 파장 변환 층이 다수의 서브픽셀 위에 형성된 픽셀의 등각도이다.
도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 세장형 돔 형상 파장 변환 층이 다수의 서브픽셀 위에 형성되고 세장형 돔 형상 파장 변환 층이 단일 서브픽셀 위에 형성된 픽셀의 등각도이다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프 및 광 파이프 위에 있는 파장 변환 층의 조합도이다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 한쌍의 마이크로 LED 디바이스들을 둘러싼 광 파이프 및 광 파이프 위에 있는 파장 변환 층의 단면도이다.
도 9c 및 도 9d는 본 발명의 실시예들에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 끝이 좁아지는 광 파이프 및 끝이 좁아지는 광 파이프 위에 있는 파장 변환 층의 단면도이다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프 및 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 한 쌍의 반사 층의 조합도이다.
도 10b는 본 발명의 실시예에 따른 파장 변환 층 및 광 파이프 위에 있는 한 쌍의 반사 층의 측단면도이다.
도 10c는 본 발명의 실시예에 따른 광 파이프 위에 있고 파장 변환 층의 아래에 있는 한 쌍의 반사 층의 측단면도이다.
도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프 및 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 한 쌍의 반사 층의 조합도이다.
도 10e는 본 발명의 실시예에 따른 파장 변환 층 및 광 파이프 위에 있는 한 쌍의 반사 층의 측단면도이다.
도 10f는 본 발명의 실시예에 따른 광 파이프 위에 있고 파장 변환 층의 아래에 있는 한 쌍의 반사 층의 측단면도이다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 마이크로 LED 디바이스 및 복수의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 복수의 광 파이프 및 파장 변환 층들을 포함하는 디스플레이의 조합도이다.
도 11b 내지 도 11e는 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀들의 개략적인 측면도이다.
도 11f는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 마이크로 LED 디바이스 및 복수의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 복수의 광 파이프와 파장 변환 층들을 포함하는 디스플레이의 조합도이다.
도 11g 내지 도 11j는 본 발명의 실시예들에 따른 픽셀들의 개략적인 측면도이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 반사 뱅크 구조체 위에 있는 광 파이프와 파장 변환 층의 측단면도이다.
도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 형성된 상부 전극 층을 도시하는, 도 12a의 측단면도에 직교하는 측단면도이다.
도 12c는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 형성된 하나 이상의 상부 전극 층을 도시하는, 도 12a의 측단면도에 직교하는 측단면도이다.
도 12d는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 마이크로 LED 디바이스 위에 형성된 상부 전극 층을 도시하는 도 12a의 측단면도에 직교하는 측단면도이다.
도 12e는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 위에 형성된 하나 이상의 상부 전극 층들을 도시하는 도 12a의 측단면도에 직교하는 측단면도이다.
도 12f는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 반사 뱅크 구조체 내의 상부 및 하부 컨택들이 있는 복수의 마이크로 LED 디바이스, 및 복수의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 광 파이프 및 파장 변환 층의 측단면도이다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 뱅크 구조체 내의 하부 컨택들이 있는 복수의 마이크로 LED 디바이스, 및 복수 위에 있는 광 파이프 및 파장 변환 층의 측단면도들이다.
도 13c는 본 발명의 실시예에 따른 복수의 반사 뱅크 구조체 내에 하부 컨택들이 있는 복수의 마이크로 LED 디바이스, 및 복수의 마이크로 LED 디바이스 위에 있는 광 파이프 및 파장 변환 층의 측단면도이다.
도 14a는 본 발명의 실시예에 따라 마이크로 LED 디바이스들 위에 파장 변환 층들을 적용하고, 서브픽셀들 사이에 블랙 매트릭스를 적용하기 위한 단면 방식(single side manner)의 도면이다.
도 14b는 본 발명의 실시예에 따라 마이크로 LED 디바이스들 위에 파장 변환 층을 적용하고, 서브픽셀들 사이에 블랙 매트릭스를 적용하기 위한 하향 압축 방식(top press down manner)의 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구성들을 포함하는, 마이크로 LED 디바이스들의 어레이 위에 형성된 상부 전극 층의 평면개략도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구성들을 포함하는, 마이크로 LED 디바이스들의 어레이 위에 형성된 복수의 별개의 상부 전극 층의 평면개략도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 구성들을 포함하는, 마이크로 LED 디바이스들의 어레이 위에 형성된 복수의 별개의 상부 전극 층의 평면개략도이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 스크라이빙된 상부 전극 층의 평면개략도이다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른 스크라이빙된 하부 컨택 층의 평면개략도이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른 중복 및 리페어 사이트 구성을 포함하는 스마트 픽셀 디스플레이의 평면개략도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 시스템의 개략도이다.
본 발명의 실시예들은 디스플레이 기판이 픽셀들의 어레이를 포함하는 디스플레이를 설명하고, 각각의 픽셀은 다수의 서브픽셀을 포함하고, 픽셀 내의 각각의 서브픽셀은 상이한 색 방출 스펙트럼을 위하여 설계된다. 디스플레이는 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이를 포함하고, 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스는 각각의 서브픽셀 내에 실장된다. 형광체 입자들을 포함하는 파장 변환 층들의 어레이는 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이 위에 형성된다. 일 실시예에서, 파장 변환 층은 중합체 또는 유리 매트릭스 및 매트릭스 내에 분산된 형광체 입자들(예를 들어 그것들의 크기로 인해 발광하는 양자점들, 및 그것들의 조성물로 인해 발광하는 입자들)을 포함한다. 이런 방식으로, 광 방출은 색상 스펙트럼에서 특정 색상으로 정확하게 튜닝되어, 색 공간(color gamut)이 개선될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스들의 통합은 조명 및 디스플레이 애플리케이션을 위한 웨이퍼 기반 LED 디바이스들의 성능, 효율, 및 신뢰성을 박막 전자기기들의 고수율, 저비용의 혼합 재료와 조합하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들을 이용하여 활용될 수 있는 예시적인 마이크로 LED 디바이스들이 미국 특허 제8,426,227호, 미국 공개 제2013/0126081호, 미국 특허 출원 제13/458,932호, 미국 특허 출원 제13/711,554호, 및 미국 특허 출원 제13/749,647에서 설명되어 있고, 이것들은 모두 본 명세서에 참조로서 포함된다. 마이크로 LED 디바이스들은 광 방출에 매우 효율적이고 10 인치 대각선 LCD 또는 OLED 디스플레이의 5 내지 10 와트에 비교하여 매우 적은 전력(예를 들어, 10 인치 대각선 디스플레이의 250 mW)을 소비하여, 마이크로 LED 디바이스들 및 파장 변환 층들을 포함하는 예시적인 디스플레이 패널의 전력 소비 감소를 가능하게 한다.
일 양태에서, 본 발명의 실시예들은 상이한 방출 스펙트럼의 형광체 입자들을 서로 구분되도록 하면서도 관찰자에 의해 인지될 때 우수한 혼색의 광을 제공하는 구성들을 제공한다. 각각의 서브픽셀에서 형광체 입자들을 서로 구분하는 것은 상이한 스펙트럼을 방출하는 형광체 입자로부터 방출된 광의 2차 흡수(예를 들어 녹색 방출 형광체 입자로부터 방출된 녹색 광이 적색 방출 형광체 입자에 의해 흡수)를 방지할 수 있다. 이것은 효율을 증가시키고 의도하지 않은 색변이를 감소시킨다. 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스 시스템에서 상이한 색상 방출 영역들(예를 들어 서브픽셀들) 간의 공간적인 색 분해는 사람 눈으로 인식되지 않을 만큼(예를 들어 대략 100 μm 이하) 충분히 작을 수 있다. 이런 방식으로, "마이크로" LED 디바이스 스케일은 인접한 마이크로 LED 디바이스들 또는 서브픽셀들 간에 공간적인 색 분해가 사람 눈으로 인식되지 않을 만큼 충분히 작은 피치(예를 들어 대략 100 μm 이하)를 갖는, 마이크로 LED 디바이스들, 배광 층, 및 형광체 입자들을 포함하는 파장 변환 층들의 배열을 가능하게 한다. 그와 같은 구성에서, 종종 비-마이크로 LED 디바이스 시스템과 연관되는 광원의 공간적 비균일 색상이 방지될 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명의 실시예들은 파장 변환 층에 진입하기 전에 마이크로 LED 디바이스로부터 방출된 광이 확산될 수 있도록 하고, 또한 파장 변환 층(및 색상 필터)에 진입하는 광의 광학적 강도를 감소시키는, 하나 이상의 마이크로 LED 디바이스 위에 형성된 배광 층을 설명한다. 광의 확산으로 인해 투명 배광 층 위에 형성될 파장 변환 층으로부터 더 균일한 방출이 일어날 수 있다. 결과적으로 광학 밀도의 감소는 파장 변환 층에 있는 형광체 입자들의 열적 열화를 감소시켜, 발광 디바이스의 수명을 연장할 수 있다. 이것은 또한 파장 변환 층에서 형광체 입자들의 용적 부담을 증가시켜야 할 필요 없이, 파장 변환 층에 있는 형광체 입자들에 의한 색 변환의 가능성을 증가시킬 수 있다. 광의 확산 및 광학적 강도의 감소는 또한 마이크로 LED 디바이스에 의해 흡수되는, 파장 변환 층에서의 재반사량 및 방출량을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른, 배광 층의 포함은 총 광 방출을 증가시키고, 방출 균일성을 증가시키고, 디스플레이의 색상 스펙트럼의 선명도를 증가시킬 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명의 실시예들은 마이크로 LED 디바이스, 픽셀, 또는 마이크로 LED 디바이스들을 포함하는 서브픽셀들에 대한 충전율(fill factor)을 증가시킬 수 있는 광 파이프 구성을 설명한다. 웨이퍼 기반 LED 디바이스는 광 방출이 작은 면적을 차지하고 집중된 출력을 갖는 점원으로서 특징될 수 있다. 웨이퍼 기반 LED 디바이스는 사람 눈에 인식될 수 있을 만큼(예를 들어 대략 100 μm 이상) 멀리 떨어져 고정되는 경우, 개별적인 LED 디바이스들에서 방출된 광은 작은 점으로 인식되는 것이 가능할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따라 설명된 광 파이프 구성들을 사용하여 마이크로 LED 디바이스, 픽셀, 또는 마이크로 LED 디바이스들을 포함하는 서브픽셀들에 대한 충전율을 증가시켜, 개별적인 마이크로 LED 디바이스들이 사람 눈에 구별되지 않고, 작은 점들이 인식되지 않도록 할 수 있다.
다른 양태에서, 본 발명의 실시예들은 복수의 본딩 사이트가 복수의 마이크로 LED 디바이스를 각각의 서브픽셀 내에, 예를 들어, 서브픽셀의 각각의 뱅크 개구 내에 본딩하는 데 이용 가능한 중복 구조를 설명한다. 일 실시예에서, 중복 구조는 뱅크 개구 내에 한 쌍의 본딩 사이트(또는 그 이상)에 본딩 층들(예를 들어 인듐 기둥들)을 포함하고, 각각의 본딩 층은 분리된 마이크로 LED 디바이스를 수용하도록 설계된다. 일 실시예에서, 중복 구조는 또한 뱅크 개구 내에 마이크로 LED 디바이스를 수용하기에 충분히 큰 리페어 본딩 사이트를 포함할 수 있다. 리페어 본딩 사이트는 또한 선택적으로 본딩 층을 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 일 실시예에서, 각각의 뱅크 개구는 서브픽셀의 단일 방출색에 대응할 수 있고, 그 방출색의 복수의 마이크로 LED 디바이스를 수용한다. 서브픽셀 내에 실장된 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스의 마이크로 LED 디바이스들 중 하나가 결함인 경우, 다른 마이크로 LED 디바이스가 결함있는 마이크로 LED 디바이스를 보충한다. 또한, 원하는 경우, 리페어 본딩 사이트를 이용하여 추가적인 마이크로 LED 디바이스를 본딩할 수 있다. 일 실시예에서, 중복 및 리페어 구성은 이미 종래의 액티브 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 디스플레이에 통합된 기저의 박막 트랜지스터(TFT) 아키텍쳐를 변경할 필요 없이 디스플레이 패널에 걸쳐 방출 균일성을 개선할 수 있는 백플레인 구조체에 통합된다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 마이크로 LED 디바이스가 AMOLED 디스플레이 기술의 유기 방출 층들을 대체하여, AMOLED 디스플레이의 종래의 TFT 백플레인 기술과 호환 가능할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 도면을 참조하여 기술된다. 그러나, 소정 실시예들은 이들 구체적 상세 사항들 중 하나 이상 없이, 또는 다른 공지된 방법들 및 구성들과 조합하여 실시될 수 있다. 하기의 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 구체적 구성들, 치수들 및 공정들 등과 같은 많은 구체적 상세 사항들이 기재된다. 다른 경우에, 주지된 반도체 공정들 및 제조 기술들은 본 발명을 불필요하게 불명료하게 하지 않도록 특별히 상세히 기술되지 않았다. 본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예"에 대한 언급은 그러한 실시예와 관련되어 기술되는 특정한 특징, 구조, 구성 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳에서 어구 "일 실시예에서"의 언급은 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 가리키지는 않는다. 또한, 특정한 특징, 구조, 구성 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 용어 "걸쳐 이어지는", "위에", "~에", "사이에" 및 "상에"는 하나의 층의 다른 층에 대한 상대 위치를 가리킬 수 있다. 다른 층에 "걸쳐 이어지는", 그 "위에" 또는 그 "상에" 또는 다른 층"에" 접합되는 하나의 층은 다른 층과 직접 접촉할 수 있거나, 하나 이상의 개재하는 층들을 가질 수 있다. 층들 "사이의" 하나의 층은 그러한 층들과 직접 접촉할 수 있거나, 하나 이상의 개재하는 층들을 가질 수 있다.
이제 도 1a 내지 도 1d를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 개략적 평면 및 측면도가 제공된다. 그와 같은 실시예에서, 기저의 TFT 기판(102)은 동작 회로(예를 들어 T1, T2)를 포함하는 통상적인 AMOLED 백플레인의 TFT 기판들과 유사할 수 있다. 도 1a를 참조하여, 패널(100)은 일반적으로 매트릭스에 배열된 픽셀(106)들 및 서브픽셀(108)들을 포함하는 픽셀 영역(104), 및 서브픽셀들을 구동하고 스위칭하기 위하여 각각의 서브픽셀에 연결된 동작 회로를 포함할 수 있다. 비 픽셀 영역은 일반적으로 데이터 신호들(Vdata)이 서브픽셀들에 전송되도록 하기 위하여 각각의 서브픽셀의 데이터 라인에 연결된 데이터 구동 회로(109), 스캔 신호들(Vscan)이 서브픽셀들에 전송되도록 하기 위하여 서브픽셀들의 스캔 라인들에 연결된 스캔 구동 회로(112), 전력 신호(Vdd)를 TFT에 전송하기 위한 전력 공급 라인(114), 및 접지 신호(Vss)를 서브픽셀들의 어레이에 전송하기 위한 접지 링(116)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 데이터 구동 회로, 스캔 구동 회로, 전력 공급 라인, 및 접지 링은 모두 가요성 회로 기판(FCB)(113)에 연결되고, 이것은 전력 공급 라인(114)에 전력을 공급하기 위한 전원 및 접지 링(116)에 전기적으로 연결된 전원 접지 라인을 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따른, 서브픽셀(108)들은 각각 대응하는 기저의 TFT 회로를 이용하여 개별적으로 어드레스될 수 있지만, 균일한 접지 신호가 픽셀 영역(104)의 상부에 공급된다.
이제 도 1b 내지 도 1d를 참조하여, 동작 회로에 컨택하기 위하여 평탄화 층(122)에 개구(131)들이 형성될 수 있다. 예시적인 평탄화 재료는 벤조사이클로부텐(BCB) 및 아크릴을 포함한다. 동작 회로는 스위칭 트랜지스터, 구동 트랜지스터, 및 저장 커패시터를 포함하는 전통적인 2T1C(트랜지스터 2개, 커패시터 1개) 회로를 포함할 수 있다. 2T1C 회로는 예시적인 것으로 여겨지고, 본 발명의 실시예들에 따라 다른 유형들의 회로 또는 전통적인 2T1C 회로의 변형들이 고려된다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 더 복잡한 회로들을 이용하여 구동기 트랜지스터 및 마이크로 LED 디바이스들의 공정 변화, 또는 그것들의 불안정성을 보충할 수 있다. 게다가, 본 발명의 실시예들이 TFT 기판(102)의 상부 게이트 트랜지스터 구조체에 대하여 설명되고 도시되지만, 본 발명의 실시예들은 또한 하부 게이트 트랜지스터 구조체의 사용을 고려한다. 마찬가지로, 본 발명의 실시예들은 상부 방출 구조체에 대하여 설명되고 도시되지만, 본 발명의 실시예들은 또한 하부, 또는 상부 및 하부 방출 구조체의 사용을 고려한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 접지 타이 라인들 및 접지 링을 포함하는 하이 사이드(high side) 구동 구성에 대하여 구체적으로 아래에 설명되고 도시된다. 하이 사이드 구동 구성에서 회로가 LED의 p-단자를 통해 전류를 밀어내도록 LED는 PMOS 구동기 트랜지스터의 드레인 측 또는 NMOS 구동기 트랜지스터의 소스 측에 있을 수 있다. 본 발명의 실시예들은 그렇게 제한되지 않고, 또한 접지 타이 라인들 및 접지 링이 패널에서 전력 라인이 되고 전류가 LED의 n-단자를 통해 끌려나오는 로우 사이드(low side) 구동 구성을 이용하여 실시될 수 있다.
뱅크 개구(128)들을 포함하는 패터닝된 뱅크 층(126)이 평탄화 층(122) 위에 형성된다. 뱅크 층(126)은 다양한 기술들, 예컨대 잉크젯 프린팅, 스크린 프린팅, 라미네이션, 스핀 코팅, CVD, 및 PVD에 의해 형성될 수 있다. 뱅크 층(126)은 가시 파장에 대하여 불투명하거나, 투명하거나, 또는 반투명할 수 있다. 뱅크 층(126)은 다양한 절연 재료들, 예컨대 광 현상형(photo-definable) 아크릴, 포토레지스트, 규소 산화물(SiO2), 규소 질화물(SiNx), 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 벤조사이클로부텐(BCB), 폴리이미드, 아크릴레이트, 에폭시, 및 폴리에스테르로 형성될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 뱅크 플레이어는 블랙 매트릭스 재료와 같은 불투명 재료로 형성된다. 예시적인 절연성 블랙 매트릭스 재료는 유기 수지, 유리 페이스트, 및 흑색 안료, 니켈, 알루미늄, 몰리브데넘, 및 이들의 합금과 같은 금속성 입자들, 금속 산화물 입자들(예를 들어 크롬 산화물), 또는 금속 질화물 입자들(예를 들어 크롬 질화물)을 포함하는 수지 또는 페이스트를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른, 다음의 특징부들에 대하여 설명하는 뱅크 층(126)의 두께 및 뱅크 개구(128)들의 폭은 개구 내에 실장될 마이크로 LED 디바이스들의 높이, 마이크로 LED 디바이스들을 이송하는 이송 헤드들의 높이, 및 디스플레이 패널의 해상도에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 디스플레이 패널의 해상도, 픽셀 밀도, 및 서브픽셀 밀도는 뱅크 개구(128)들의 폭을 설명한다. 40 PPI(인치당 픽셀) 및 211 μm 서브픽셀 피치를 갖는 55 인치 텔레비전을 예로 들면, 뱅크 개구(128)들의 폭은 수 마이크로미터 내지 뱅크 개구(128)들 사이의 뱅크 구조체를 둘러싸는 예시적인 5 μm 폭을 고려하는 206 μm일 수 있다. 440 PPI 및 19 μm 서브픽셀 피치를 갖는 디스플레이 패널을 예로 들면, 뱅크 개구(128)들의 폭은 수 마이크로미터 내지 뱅크 구조체를 둘러싸는 예시적인 5 μm 폭을 고려하는 14 μm일 수 있다. 뱅크 구조체(즉 뱅크 개구(128)들 사이)의 폭은 구조체가 필요한 프로세스들을 지원하고 필요한 PPI에 따라 크기조정되는 한, 임의의 적절한 크기일 수 있다.
표 1은 1920 × 1080p 및 2560×1600 해상도를 갖는 다양한 적색-녹색-청색(RGB) 디스플레이에 대하여 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 구현예들의 목록을 제공한다. 예시적인 실시예들에서, 40 PPI 픽셀 밀도는 55 인치 1920 × 1080p 해상도 텔레비전에 대응할 수 있고, 326 및 440 PPI 픽셀 밀도는 레티나((RETINA)(RTM)) 디스플레이를 갖는 핸드헬드 디바이스에 대응할 수 있다. 본 발명의 실시예들이 RGB 색상 배색 또는 1920 × 1080p 또는 2560×1600 해상도에 제한되지 않고, 구체적인 해상도 및 RGB 색상 배합은 단지 설명 목적일 뿐이라는 것을 이해할 것이다.
[표 1]
본 발명의 실시예들에 따라, 뱅크 층(126)의 두께는 뱅크 구조체가 기능하도록 너무 두껍지 않다. 두께는 마이크로 LED 디바이스 높이 및 미리 결정된 시야각에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 뱅크 개구(128)들의 측벽이 평탄화 층(122)과 각도를 이루면, 더 낮은 각도들이 시스템의 더 넓은 시야각과 연관될 수 있다. 일 실시예에서, 뱅크 층(126)의 예시적인 두께는 1 μm 내지 50 μm 사이일 수 있다. 일 실시예에서 뱅크 층(126)의 두께는 마이크로 LED 디바이스(400)들의 두께인 5 μm 내에 있다.
이어서 패터닝된 전도성 층이 패터닝된 뱅크 층(126) 위에 형성된다. 일 실시예에서 패터닝된 전도성 층은 뱅크 개구(128) 내에 형성된 반사 뱅크 층(142)을 포함하고 동작 회로와 전기적으로 접촉한다. 예를 들어, 반사 뱅크 층(142)은 서브픽셀마다 형성될 수 있고, 각각의 반사 뱅크 층은 하부 전극으로서 기능하고, 기판 내의 동작 회로로부터 독립적으로 어드레스 가능하다. 따라서, 서브픽셀의 하나의 반사 뱅크 층에 본딩된 모든 마이크로 LED 디바이스들은 함께 어드레스된다. 패터닝된 전도성 층은 또한 선택적으로 접지 타이 라인(144)들 및/또는 접지 링(116)을 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 접지 "링"은 원형 패턴, 또는 물체를 완전히 둘러싸는 패턴을 요구하지 않는다. 또한, 다음의 실시예들은 적어도 부분적으로 세 면에서 픽셀 영역을 둘러싸는 접지 링(116)의 형태인 접지 라인에 대하여 설명하고 도시되지만, 본 발명의 실시예들은 또한 픽셀 영역의 한 면(예를 들어 좌측, 우측, 하부, 상부), 또는 두 면(좌측, 우측, 하부, 상부 중 두 부분의 조합)을 따라 연장되는 접지 라인으로 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 다음의 설명에서 접지 링에 대한 참조 및 도시가 잠재적으로 시스템 요구사항이 허용하는 접지 라인으로 대체될 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
패터닝된 전도성 층은 수많은 전도성 및 반사성 재료로 형성될 수 있고, 둘 이상의 층을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 패터닝된 전도성 층은 금속 필름, 예를 들어, 알루미늄, 몰리브데넘, 티타늄, 티타늄-텅스텐, 은, 또는 금, 또는 이들의 합금을 포함한다. 응용에서, 패터닝된 전도성 층은 층 또는 금속성 필름들의 스택을 포함할 수 있다. 패터닝된 전도성 층은 전도성 재료, 예컨대 아몰퍼스 실리콘, 투명 전도성 산화물(TCO), 예컨대, 인듐-주석-산화물(ITO) 및 인듐-아연-산화물(IZO), 탄소 나노튜브 필름, 또는 투명 전도성 중합체, 예컨대, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(PEDOT), 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 및 폴리티오펜을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 패터닝된 전도성 층은 전도성 재료와 반사 전도성 재료의 스택을 포함한다. 일 실시예에서, 패터닝된 전도성 층은 상부 및 하부 층 및 반사성 중간 층을 포함하는 3층 스택을 포함하고, 상부 및 하부 층 중 하나 또는 둘 모두는 투명하다. 일 실시예에서, 패터닝된 전도성 층은 전도성 산화물-반사성 금속-전도성 산화물 3층 스택을 포함한다. 전도성 산화물 층들은 투명할 수 있다. 예를 들어, 패터닝된 전도성 층은 ITO-은-ITO층 스택을 포함할 수 있다. 그와 같은 구성에서, 상부 및 하부 ITO 층들은 반사성 금속(은) 층의 확산 및/또는 산화를 방지할 수 있다. 일 실시예에서, 패터닝된 전도성 층은 Ti-Al-Ti 스택, 또는 Mo-Al-Mo-ITO 스택을 포함한다. 일 실시예에서, 패터닝된 전도성 층은 ITO-Ti-Al-Ti-ITO 스택을 포함한다. 일 실시예에서, 패터닝된 전도성 층은 두께가 1 μm 이하이다. 패터닝된 전도성 층은 적절한 기술, 예컨대 PVD를 이용하여 퇴적될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
반사 뱅크 층(142), 접지 타이 라인(144)들, 및 접지 링(116)의 형성 이후에, 절연체 층(146)이 선택적으로 TFT 기판(102) 위에 형성되어 패터닝된 전도성 층의 측벽들을 덮을 수 있다. 절연체 층(146)은 뱅크 층(126) 및 반사 뱅크 층(142), 접지 타이 라인(144)들, 및/또는 접지 링(116)을 적어도 부분적으로 덮을 수 있다. 도시된 실시예에서 절연체 층(146)은 접지 링(116)을 완전히 덮지만, 이것은 선택 사항이다.
일 실시예에서, 절연체 층(146)은 적절한 기술, 예컨대 라미네이션, 스핀 코팅, CVD, 및 PVD를 이용하는 블랭킷 퇴적에 의해 형성되고, 이어서 리소그라피와 같은 적절한 기술을 이용하여 패터닝하여 반사 뱅크 층(142)을 노출하는 개구 및 접지 타이 라인(149)을 노출하는 개구(149)들을 형성한다. 일 실시예에서, 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅을 이용하여 리소그라피가 필요 없이 절연체 층(146) 및 절연체 층의 개구들을 형성할 수 있다. 절연체 층(146)은 다양한 재료들, 예컨대 SiO2, SiNx, PMMA, BCB, 폴리이미드, 아크릴레이트, 에폭시, 및 폴리에스테르로 형성될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 절연체 층(146)의 두께는 0.5 μm일 수 있다. 절연체 층(146)은 투명하거나 반투명할 수 있고, 뱅크 개구(128) 내에서 반사 뱅크 층(142)들의 측벽들 위에 형성되어 완성된 시스템의 광 방출 추출을 현저하게 저하시키지 않도록 한다. 또한 절연체 층(146)의 두께를 제어하여 광 추출 효율을 증가시키고, 또한 발광 디바이스들의 어레이를 반사 뱅크 구조체로 이송하는 동안 이송 헤드들의 어레이를 간섭하지 않을 수 있다. 다음의 설명에서 더 명백해질 바와 같이, 패터닝된 절연체 층(146)은 선택 사항이고, 전도성 층들을 전기적으로 구분하기 위한 하나의 방식을 나타낸다.
도 1b 내지 도 1c에 도시된 실시예에서, 반사 뱅크 층(142)들, 접지 타이 라인(144)들, 및 접지 링(116)은 동일한 전도성 층으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 접지 타이 라인(144)들 및/또는 접지 링(116)은 반사 뱅크 층(142)과 상이한 전도성 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 접지 타이 라인(14) 및 접지 링(116)은 반사 뱅크 층(142)보다 전도성이 더 높은 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 접지 타이 라인(14)들 및/또는 접지 링(116)은 또한 반사 뱅크 층들과 상이한 층 내에 형성될 수 있다. 접지 타이 라인(144)들 및 접지 링(116)은 또한 패터닝된 뱅크 층(126) 내에 또는 그 아래에 형성될 수 있다. 예를 들어, 개구들은 접지 타이 라인(144)들 및 접지 링(116)을 형성할 때 패터닝된 뱅크 층(126)을 통해 형성될 수 있다. 개구들은 또한 패터닝된 뱅크 층(126) 및 평탄화 층(122)을 통해 형성되어 접지 타이 라인(144)들과 접촉할 수 있다. 일 실시예에서, 접지 링 및 접지 타이 라인(144)들은 TFT 기판(102)의 동작 회로를 형성하는 동안 형성됐을 수도 있다. 따라서, 접지 타이 라인(144)들 및 접지 링(116)을 형성하기 위한 수많은 가능성들이 존재함을 이해할 것이다.
도 1b에 도시된 실시예를 참조하여, 복수의 본딩 층(140)이 반사 뱅크 층(142) 상에 형성되어 마이크로 LED 디바이스들의 본딩을 용이하게 할 수 있다. 도시된 구체적인 실시예에서 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 본딩하기 위한 두 본딩 층(140)이 도시된다. 일 실시예에서, 공융 합금(eutectic alloy) 본딩, 천이 액상(transient liquid phase) 본딩, 또는 고체 상태 확산 본딩과 같은 본딩 메커니즘을 통해 마이크로 LED 디바이스(배치될 예정) 상의 본딩 층과 상호 확산되는 능력 때문에 본딩 층(140)이 선택되고, 이는 미국 특허 출원 제13/749,647호에 설명된 바와 같다. 일 실시예에서, 본딩 층(140)은 250℃ 이하의 용융 온도를 갖는다. 예를 들어, 본딩 층(140)은 주석(232℃) 또는 인듐(156.7℃), 또는 이들의 합금과 같은 솔더 재료를 포함할 수 있다. 본딩 층(140)은 또한 높이가 폭보다 큰, 기둥 모양일 수 있다. 본 발명의 일부 실시예들에 따라, 본딩 층(140)들이 더 높을수록, 마이크로 LED 디바이스 이송 동작 중 마이크로 LED 디바이스들의 어레이와 TFT 기판의 평면성(planarity)과 같은 시스템 컴포넌트 고저(leveling) 및 공융 합금 본딩 및 천이 액상 본딩과 같은 본딩 중에 액화된 본딩 층들이 표면 위에 펼쳐질 때 그것들의 높이 변화로 인한 마이크로 LED 디바이스들의 높이의 다양성에 추가적인 자유도를 제공할 수 있다. 본딩 층(140)들의 폭은 마이크로 LED 디바이스들의 하부 표면의 폭보다 작아서 마이크로 LED 디바이스들의 측벽 주위로 본딩 층(140)들이 위킹(wicking)되거나 양자 우물 구조체들을 단락시키는 것을 방지할 수 있다.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스(400)들을 이송한 이후에 X-X 및 Y-Y 선을 따라 취해진 도 1a의 액티브 매트릭스 디스플레이 패널의 개략적 측면도이다. 마이크로 LED 디바이스(400)들은 마이크로 LED 디바이스(400)들의 어레이의 일부로서 이송 본딩 프로세스, 탄성중합체 스탬프를 이용한 이송, 또는 정전기 이송 헤드 어레이를 이용한 이송 및 본딩을 포함하는 다양한 기술들을 이용하여 기판(102)에 이송 및 본딩될 수 있고, 이는 미국 특허 제8,333,860호, 미국 특허 제8,349,116호, 미국 특허 제8,415,771호, 미국 특허 제8,415,767호, 또는 미국 특허 제8,415,768호 중 임의의 문헌에서 설명된 바와 같다. 다음의 실시예들에서, 구체적으로 수직의 마이크로 LED 디바이스(400) 구조체에 대하여 설명된다. 도시된 구체적인 마이크로 LED 디바이스(400)들은 예시적이고 본 발명의 실시예들은 제한되지 않음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 또한 수직 LED 디바이스가 아닌 LED 디바이스들로 실시될 수 있다. 도시된 특정 실시예에서, 마이크로 LED 디바이스(400)들은 하부 컨택(404)과 상부 컨택(402) 사이에 있는 마이크로 p-n 다이오드를 포함한다. 일 실시예에서, 마이크로 p-n 다이오드의 두께는 수 마이크로미터, 예컨대 30 μm 이하, 또는 심지어 5 μm 이하이고, 상부 및 하부 컨택(404, 402)의 두께는 0.1 μm 내지 2 μm이다. 마이크로 p-n 다이오드는 n-도핑된 층(409), p-도핑된 층(405), 및 n-도핑된 층과 p-도핑된 층 사이에 있는 하나 이상의 양자 우물 층(416)을 포함할 수 있다. 도 1c 도시된 특정 실시예에서 n-도핑된 층(409)이 p-도핑된 층(405) 위에 있는 것으로 도시된다. 대안적으로, p-도핑된 층(405)이 n-도핑된 층(409) 위에 있을 수 있다. 마이크로 LED 디바이스(400)들은 (상부에서 하부까지) 곧은 또는 끝이 좁아지는 측벽(406)들을 가질 수 있다. 상부 및 하부 컨택(402, 404)은 하나 이상의 층을 포함할 수 있고, 금속, 전도성 산화물, 및 전도성 중합체를 포함하는 다양한 전기 전도성 재료들로 형성될 수 있다. 상부 및 하부 컨택(402, 404)은 가시 파장 스펙트럼(예를 들어 380 nm 내지 750 nm)에 대하여 투명하거나 반투명할 수 있고 또는 불투명할 수 있다. 상부 및 하부 컨택(402, 404)은 선택적으로 반사 층, 예컨대 은 층을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 등각의 유전 배리어 층(407)이 p-n 다이오드의 측벽(406)을 따라 선택적으로 형성되어 전기적으로 양자 우물(416)을 부동태화할 수 있고, 선택적으로 마이크로 p-n 다이오드의 상부 또는 하부 표면을 따라 형성될 수 있다. 등각의 유전 배리어 층(407)은 그것이 형성되는 p-n 다이오드의 지형의 윤곽을 형성하도록 p-n 다이오드보다 얇을 수 있다. 예를 들어, 등각의 유전 배리어 층(407)은 두께가 대략 50 내지 600 옹스트롱인 알루미늄 산화물일 수 있다. 본딩 층(414)이 마이크로 LED 디바이스(400)와 반사 뱅크 층(142) 사이에 위치하여 마이크로 LED 디바이스(400)의 하부 컨택(404)을 반사 뱅크 층(142), 또는 기타 개재 층에 본딩하는 것을 용이하게 할 수 있다. 일 실시예에서, 본딩 층(414)은 인듐, 금, 은, 몰리브데넘, 주석, 알루미늄, 규소, 또는 합금 또는 이들의 합금과 같은 재료를 포함한다. 본딩 층(414)은 마이크로 디바이스 본딩 층과 본딩 층(140)의 합금 또는 금속간 화합물일 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 실시예들은 본딩 층(140)들뿐만 아니라, 각각의 뱅크 개구(128) 내에 마이크로 LED 디바이스를 수용하기에 충분히 큰 리페어 본딩 사이트(401)를 포함한다. 이런 방식으로, 복수의 본딩 층(140) 및 리페어 본딩 사이트(401)는 각각의 뱅크 개구(128) 내에 중복 및 리페어 구성을 생성한다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 특정 실시예들은 리페어 본딩 사이트(401)가 반사 뱅크 층(142) 상의 노출된 표면인 것으로 도시된다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 그와 같이 제한되지 않는다. 다른 실시예들에서, 리페어 본딩 사이트(401) 또한 기존의 중복 구조에 대하여 설명하고 도시한 다른 두 본딩 층(140)들과 유사하게 본딩 층(140)을 포함할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 중복 구조의 모든 의도된 마이크로 LED 디바이스들의 사이트뿐만 아니라 리페어 사이트(401)에서도 반사 뱅크 층(142) 상에 본딩 층(140)들이 제공된다.
도시된 실시예들에서 접지 타이 라인(144)들의 배열은 디스플레이 패널(100)의 픽셀 영역(104)에 있는 뱅크 개구(128)들 사이에서 연장될 수 있다. 또한, 복수의 개구(149)는 복수의 접지 타이 라인(144)을 노출한다. 개구(149)들의 수는 뱅크 개구(128)들의 열(위에서 아래로)들의 수에 1:1 상관관계를 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 실시예에서, 접지 타이 개구(149)는 뱅크 개구(128)들의 각각의 열에 대하여 형성되지만, 그러나, 이것이 필수적인 것은 아니고 접지 타이 개구(149)들의 수는 뱅크 개구(128)들의 열들의 수보다 크거나 작을 수 있다. 마찬가지로, 접지 타이 라인(144)들의 수는 뱅크 개구들의 행(좌측에서 우측으로)들의 수에 1:1 상관관계를 가질 수도 있고 갖지 않을 수도 있다. 예를 들어, 도시된 실시예에서 접지 타이 라인(144)이 뱅크 개구(128)들의 두 가로열마다 형성되지만, 그러나, 이것이 필수적인 것은 아니고 접지 타이 라인(144)들의 수는 뱅크 개구(128)들의 가로열들의 수에 대하여 1:1 상관관계, 또는 임의의 1:n 상관관계를 가질 수 있다.
위의 실시예들은 접지 타이 라인(144)들이 디스플레이 패널(100)에 걸쳐 수평하게 좌우로 연장되는 것으로 설명되었지만, 실시예들이 그렇게 제한되는 것은 아니다. 다른 실시예들에서, 접지 타이 라인들은 수직으로, 또는 수평하고 수직하게 연장되어 그리드를 형성할 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른 수많은 가능한 변형들이 고려된다. 본 발명의 실시예들에 따라, 접지 타이 라인들은 픽셀 영역의 뱅크 개구(128)들 사이에 형성되고 비표시 영역의 접지 링(116) 또는 접지 라인에 전기적으로 연결된다. 이런 방식으로, 접지 신호는 서브픽셀들의 매트릭스에 더욱 균등하게 인가되어, 디스플레이 패널(100)에 걸쳐 더 균등한 밝기를 만들 수 있다. 또한, 상부 전극 층(형성될 예정)보다 전기 전도성이 더 우수한 재료로 접지 타이 라인(144)들을 형성함으로써, 전기 접지 경로의 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 접지 타이 라인(144)들을 갖는 수직 마이크로 LED 디바이스(400)들의 구체적인 배열은 예시적이고, 본 발명의 실시예들은 또한 기타 마이크로 LED 디바이스들로 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도 1d는 도 1c에 대하여 위에서 설명한 것과 유사하게 디스플레이 기판(102)에 이송되고 본딩되는 대안적인 LED 디바이스(400)들을 도시한다. 도 1c의 마이크로 LED 디바이스들과 유사하게, 도 1d의 마이크로 LED 디바이스들은 하나 이상의 양자 우물 층(416)의 양쪽에 도핑된 층(405, 409)을 포함하는 마이크로 p-n 다이오드를 포함한다. 도 1c의 마이크로 LED 디바이스들과는 다르게, 도 1d의 마이크로 LED 디바이스들은 도핑된 층(405, 409) 둘 모두에 대한 하부 컨택을 포함한다. 예를 들어, 하부 컨택(404)은 도핑된 층(405) 상에 형성되고, 하부 컨택(403)은 도핑된 층(409) 상에 형성된다. 등각의 유전 배리어 층(407)이 또한 도 1d의 마이크로 LED 디바이스들 상에 선택적으로 형성되어, 특히 양자 우물 층(416)(들)을 포함하는 측벽(406)들을 보호할 수 있다. 도 1d의 마이크로 LED 디바이스(400)들은 n-도핑된 층 및 p-도핑된 층 둘 모두에 대한 하부 컨택들을 포함하기 때문에, 반사 층(142) 또한 전기적으로 별개의 두 층으로 분리되어 각각 하부 컨택(404, 403)들과 전기 접촉을 이룰 수 있다. 따라서, 도 1d의 마이크로 LED 디바이스는 상부와 하부 컨택을 가질 필요가 없는 본 발명의 실시예들 내에서 구현될 수 있고, 마이크로 LED 디바이스들은 하부 컨택들과 동작 가능하게 연결될 수 있다.
이제 도 2a 내지 도 2d를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 서브픽셀(108)의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열에 대한 등각도들이 제공된다. 도 2a는 이전에 위에서 설명한 바와 같이 뱅크 개구(128)들의 측벽 및 하부 표면을 따라, 그리고 부분적으로 뱅크 개구(128)들에 인접한 패터닝된 뱅크 층(126)의 상부 표면을 따라 형성된 반사 뱅크 층(142)을 도시한다. 도 2a에 도시된 실시예에서, 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스(400)는 뱅크 개구의 길이를 따라 대향하는 측벽들로부터 균등하게 이격되도록 반사 뱅크 층(142) 내에 실장된다. 따라서, 도 2a는 예시적인 마이크로 LED 디바이스 중복 구조에 대하여 도시한다. 도 2b에 도시된 실시예에서, 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스(400)는 리페어 본딩 사이트(401)에 추가적인 마이크로 LED 디바이스를 위한 여유 공간이 있도록 반사 뱅크 층(142) 내에 실장된다. 따라서, 도 2b는 리페어 사이트가 있는 예시적인 마이크로 LED 디바이스 중복 구조에 대하여 도시한다.
실시 응용에서, 캐리어 기판에서 디스플레이 기판(102)으로 마이크로 LED 디바이스들의 결함, 누락, 또는 오염 없이 마이크로 LED 디바이스(400)들의 100% 이송 성공을 성취하는 것이 항상 예상되지 않는다. 본 발명의 실시예들에 따른, 마이크로 LED 디바이스들의 스케일은 1 내지 100 μm, 예를 들어, 대략 20 μm, 10 μm, 또는 5μm의 최대폭을 가질 수 있다. 그러한 마이크로 LED 디바이스들은, 예를 들어, 정전기 이송 헤드들의 어레이를 이용하여 캐리어 기판으로부터 픽업되고 디스플레이 기판으로 이송할 준비가 되도록 제조된다. 마이크로 LED 디바이스의 결함은 다양한 이유들, 예컨대 오염, 스트레스 균열, 및 전도성 층간 단락으로 인해 발생할 수 있다. 마이크로 LED 디바이스들은 또한 다양한 이유들, 예컨대 캐리어 기판의 비평면성, 오염(예를 들어, 미립자), 또는 마이크로 LED 디바이스들의 캐리어 기판에 대한 불균일한 접착으로 인해 이송 동작 동안 픽업되지 않을 수 있다. 마이크로 LED 디바이스(400) 이송 동작이 완료된 이후에, 테스트를 수행하여 결함, 누락, 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스들을 검출하고 임의의 리페어 동작들이 수행될 필요가 있는지 결정할 수 있다.
도 2c 및 도 2d는 결함, 누락, 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스가 검출된 이후에 리페어 사이트에 추가적인 마이크로 LED 디바이스를 배치하는 예시적인 응용들을 도시한다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 마이크로 LED 디바이스(400)들의 이송 및 본딩 이후에, 디스플레이 기판에 이송된 마이크로 LED 디바이스들이 검사될 수 있다. 마이크로 LED 디바이스(400X)가 결함 또는 오염된 것을 발견한 경우, 리페어 마이크로 LED 디바이스(400)가 도 2c에 도시된 바와 같이 리페어 사이트(401)에 본딩될 수 있다. 대안적으로, 마이크로 LED 디바이스가 의도한 본딩 사이트에 이송되지 않고, 리페어 마이크로 LED 디바이스(400)가 도 2d에 도시된 바와 같이 리페어 사이트(401)에 본딩될 수 있다.
이제 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 개별적인 마이크로 LED 디바이스들 위에 별개의 파장 변환 층들이 형성된 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들이 도시된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 별개의 파장 변환 층(310)이 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스의 각각의 개별적인 마이크로 LED 디바이스(400)들 위에 형성된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 리페어 마이크로 LED 디바이스(400)가 반사 뱅크 층(142)에 이송되었고 별개의 파장 변환 층(310)이 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스의 각각의 개별적인 마이크로 LED 디바이스(400)들 위에 형성된다. 이러한 구성에서, 파장 변환 층(310)은 결함 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스(400X) 위에 형성되지 않았다. 도 3c는 누락 마이크로 LED 디바이스에 대응하는 본딩 층(140) 위에 파장 변환 층이 형성되지 않은 것을 제외하고 도 3b와 유사하다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일 파장 변환 층이 형성된 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들을 도시한다. 도 4a 내지 도 4c의 마이크로 LED 디바이스들의 배열은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 예시적인 배열들과 동일하고, 차이점은 단일 파장 변환 층(310)이 서브픽셀 내의 모든 마이크로 LED 디바이스(400)들 위에, 또는 반사 뱅크 층(142) 내에 형성된다는 것이다. 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 파장 변환 층(130)은 또한 결함 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스(400X), 또는 누락 마이크로 LED 디바이스에 대응하는 본딩 층(140) 위에 형성될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c에 도시된 실시예들에서, 파장 변환 층(130)이 서브픽셀 내의 반사 뱅크 층(142) 내에 있는 것으로 도시되지만, 다른 실시예들에서 도 5에 도시된 바와 같이 파장 변환 층(130)이 전체 반사 뱅크 층(142) 위에 형성된다. 다른 실시예들에서, 파장 변환 층(130)이 적어도 반사 뱅크 층(142)의 하부 표면 및 측벽들 위에 형성된다. 블랙 또는 화이트 매트릭스 재료가 패터닝된 뱅크 층(126)의 상부에 형성된 반사 뱅크 층(142)의 부분들 위에 형성될 수 있다. 이런 방식으로 반사 뱅크 층(142) 내의 마이크로 LED 디바이스들로부터 방출되고 관찰자가 볼 수 있는 모든 광은 파장 변환 층을 통과한다. 또한, 그와 같은 구성은 디스플레이의 외부와 같이 다른 소스로부터 나온 반사된 광들이 파장 변환 층(310)을 통과하도록 요구한다. 도 5는 도 2b의 마이크로 LED 디바이스(400) 쌍 구성을 도시하지만, 도 5의 파장 변환 층(310)은 예를 들어, 이전에 도 2a, 도 2c, 및 도 2d에 도시된 것들을 포함하는 반사 뱅크 층(142) 내에 실장된 임의의 마이크로 LED 디바이스 구성 위에 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
지금까지 도 3a 내지 도 5의 파장 변환 층(130)은 돔 형상의 구조인 것으로 도시되었고, 이는 파장 변환 층(130), 및 선택적으로 추가적인 층들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 배광 층이 파장 변환 층 아래에 형성될 수 있고, 이는 다음의 설명에서 더 자세히 설명될 것이다. 돔 형상 프로파일은 반구형이거나, 납작하거나, 또는 좁을 수 있다. 예를 들어, 반구형 프로파일은 광 추출을 개선하고 램버시안 방출(Lambertian emission) 패턴을 생성할 수 있다. 돔 프로파일의 평탄화 또는 협소화는 발광 디바이스의 시야각을 조정하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른, 마이크로 LED 디바이스들의 광 방출 빔 프로파일뿐만 아니라 에지 효과에 관련수 수 있는 디스플레이의 각도에 대한 색상 특성을 변경하기 위하여 층들의 두께 및 프로파일이 조정될 수 있다.
이제 도 6a 내지 도 8b를 참조하여, 세장형 돔 형상 파장 변환 층을 포함하는 다양한 구성들이 도시되고, 이는 파장 변환 층(130), 및 선택적으로 추가적인 층들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 배광 층이 파장 변환 층 아래에 형성될 수 있고, 이는 다음의 설명에서 더 자세히 설명될 것이다. 이런 방식으로, 배광 층은 반사 뱅크 층 내의 마이크로 LED 디바이스들에 대한 충전율을 증가시키기 위한 광 파이프로서 기능할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 실시예들에 따른 마이크로 LED 디바이스들 위에 단일 세장형 파장 변환 층이 형성된 서브픽셀의 반사 뱅크 층 내에 실장된 마이크로 LED 디바이스들의 배열의 등각도들을 도시한다. 도 6a 내지 도 6c의 마이크로 LED 디바이스들의 배열은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 예시적인 배열들과 동일하고, 차이점은 단일 세장형 파장 변환 층(310)이 서브픽셀 내의 모든 마이크로 LED 디바이스(400)들 위에, 또는 반사 뱅크 층(142) 내에 형성된다는 것이다. 도 6b 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 세장형 파장 변환 층(130)은 또한 결함 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스(400X), 또는 누락 마이크로 LED 디바이스에 대응하는 본딩 층(140) 위에 형성될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c에 도시된 실시예들에서, 파장 변환 층(130)이 서브픽셀 내의 반사 뱅크 층(142)의 하부 표면 상에만 있는 것으로 도시된다. 도 7a는 파장 변환 층(130)이 반사 뱅크 층(142)의 적어도 하부 표면 및 측벽들 위에 형성된 실시예를 도시한다. 도 7b는 파장 변환 층(130)이 전체 반사 뱅크 층(142) 위에 형성된 실시예를 도시한다. 이런 방식으로 반사 뱅크 층(142) 내의 마이크로 LED 디바이스들로부터 방출되고 관찰자가 볼 수 있는 모든 광은 파장 변환 층을 통과한다. 도 7b에 도시된 구성은 디스플레이의 외부와 같은 마이크로 LED 디바이스 이외의 소스들로부터 유발되고 반사 뱅크 층(142)에 의해 반사된 광이 파장 변환 층(310)을 통과하도록 요구한다. 도 6a 내지 도 6c 및 도 7a에 도시된 구성에서, 블랙 또는 화이트 매트릭스 재료가 패터닝된 뱅크 층(126)의 상부에 형성된 반사 뱅크 층(142)의 부분들 위에 형성될 수 있다. 도 7a 및 도 7b는 도 2b의 마이크로 LED 디바이스(400) 쌍 구성을 도시하지만, 도 7a 및 도 7b의 파장 변환 층(310)은 예를 들어, 이전에 도 2a, 도 2c, 및 도 2d에 도시된 것들을 포함하는 반사 뱅크 층(142) 내에 실장된 임의의 마이크로 LED 디바이스 구성 위에 형성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
지금까지, 파장 변환 층이 단일 반사 뱅크 층(142) 위에 형성되는 구성들이 도시되었다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 실시예들에서, 파장 변환 층이 다수의 반사 뱅크 층(142)들에 걸쳐 또는 그 위에 형성된 것으로 도시된다. 예를 들어, 각각의 반사 뱅크 층(142)은 픽셀 내의 서브픽셀에 대응할 수 있다. 도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 서브픽셀에 대응하는 다수의 반사 뱅크 층(142)들 위에 형성된 세장형 돔 형상 파장 변환 층(310)을 포함하는 픽셀의 등각도이다. 도시된 바와 같이, 파장 변환 층(310)은 픽셀 내의 모든 반사 뱅크 층(142)들 위에 형성될 수 있다. 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 다수의 서브픽셀에 대응하는 다수의 반사 뱅크 층(142)들 위에 형성된 세장형 돔 형상 파장 변환 층(310) 및 단일 서브픽셀에 대응하는 단일 반사 뱅크 층(142) 위에 형성된 세장형 돔 형상 파장 변환 층(310) 둘 모두를 포함하는 픽셀의 등각도이다.
지금까지 파장 변환 층(310)들은 단일 층 시스템으로서 도시되었다. 일부 실시예들에서, 수많은 추가적인 층들이 파장 변환 층들 아래에 또는 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 층들은 마이크로 LED 디바이스(400)들의 광 방출 빔 프로파일을 변경하도록 형상화될 수 있는 마이크로 렌즈 구성에 포함될 수 있다.
이제 도 9a를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프 형태의 배광 층 및 광 파이프 위의 파장 변환 층의 조합도가 제공된다. 도 9a는 조합도로서 참조되는데, 그 이유는 등각도, 마이크로 LED 디바이스의 위치에 대한 평면도, 및 층들의 단면도의 특성들을 포함하기 때문이다. 다음의 실시예들에서, 구체적으로 수직의 마이크로 LED 디바이스(400) 구조체에 대하여 설명된다. 도시된 구체적인 마이크로 LED 디바이스(400)는 예시적이고 본 발명의 실시예들은 제한되지 않음을 이해할 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 또한 도 1d에 대하여 설명하고 예시된 것들과 같은 LED 디바이스들을 이용하여 실시될 수 있다. 다음의 설명은 또한 광 파이프의 형태인 배광 층(320)에 대하여 이루어진다. 수많은 가능한 층들 및 형상들의 배열들을 적절하게 설명하기 위하여 그와 같은 구성이 선택되었고, 또한 층들의 배열을 사용하여 특히 돔 형상 및 세장형 돔 형상과 같은 이전에 설명된 임의의 프로파일들을 형성할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 파장 변환 층(320)을 형성하기 이전에 배광 층(320)이 선택적으로 하나 이상의 마이크로 LED 디바이스(400) 둘레에 형성된다. 본 명세서에 설명된 바와 같이 마이크로 LED 디바이스 "둘레의" 층은 마이크로 LED 디바이스의 측방향으로, 위에, 또는 아래에 형성될 수 있다. 따라서, 용어 마이크로 LED 디바이스 "둘레에"는 마이크로 LED 디바이스로부터 모든 방향에 위치한 층을 필요로 하지 않는다. 대신, 용어 "둘레에"는 마이크로 LED 디바이스의 광 방출 빔 경로가 통과하도록 설계된 이웃 영역을 지칭하도록 의도된다. 도 9a에 도시된 특정 실시예에서, 마이크로 LED 디바이스(400)들 둘레의 광 파이프는 마이크로 LED 디바이스들의 측방향 및 위에 있다.
광 파이프 형태의 배광 층(320)은 광 파이프 밖으로 파장 변환 층(310)을 향하는 마이크로 LED 디바이스(400)에서 나온 입사광의 굴절을 허용하고, 배광 층(320) 내의 마이크로 LED 디바이스(400)들에서 나온 입사광의 내부 반사 및 측방향 확산을 일으키도록 형상화될 수 있다. 배광 층(320)은 마이크로 LED 디바이스(400)보다 더 두꺼울 수 있다. 일 실시예에서, 배광 층(320)의 두께는 1 μm 내지 100 μm이다. 배광 층의 측방향 길이/폭은 입사광의 측방향 확산을 지원하기 위하여 배광 층의 두께보다 더 클 수 있다. 예시적인 실시예에서, 100 μm × 100 μm 폭의 서브픽셀을 고려하면, 배광 층(320)은 100 μm의 측방향 길이, 100 μm의 측방향 폭 및 최대 측방향 길이 또는 폭과 동일하거나 작은 높이를 가질 수 있다.
배광 층(320)은 또한 광 파이프 밖으로 굴절되는 광의 반경방향의 확산을 형성하기 위하여 돔 형상일 수 있다. 돔 형상 프로파일은 반구형일 수 있다. 돔 형상은 또한 납작하거나, 또는 좁을 수 있다. 일부 실시예들에서, 배광 층(320)은 세장형 돔 형상이다. 일 실시예에서, 배광 층(320)의 두께 및 프로파일은 마이크로 LED 디바이스(400)들의 광 방출 빔 프로파일뿐만 아니라, 에지 효과에 관련된 수 있는 디스플레이의 각도에 대한 색상 특성을 변경하기 위하여 마이크로 렌즈 구조체가 형성되는 베이스 구조체를 제공한다. 배광 층(320)은 다양한 투명 재료들, 예컨대 에폭시, 실리콘(silicone), 및 아크릴로 형성될 수 있고, 이것들은 공칭 590 nm 파장에서 다음의 보고된 굴절률(n)을 갖는다: n = 1.51 내지 1.57(에폭시), n= 1.38 내지 1.58(실리콘), n = 1.49(아크릴). 일 실시예에서, 배광 층(320)은 잉크젯 프린팅에 의해 형성된다. 일 실시예에서, 배광 층(320)은 용융 유리의 적용에 의해 형성된다. 유리 조성물들은 아크릴 유리, 크라운 유리, 플린트 유리, 및 붕규산 유리에 이르는 다양한 조성물들에 이를 수 있고, 이것들은 에폭시, 실리콘, 또는 아크릴과 같은 파장 변환 층(310)을 형성하는 매트릭스 재료의 굴절률과 매칭될 수 있는 굴절률을 갖는다. 배광 층(320)의 특정 프로파일은 여러 공정 기술들을 통해 생성될 수 있다. 한가지 방법은 잉크 프린트된 재료들 상의 표면 장력을 조정하는 것이다. 마이크로 렌즈들을 형성하는 데 사용되는 것들과 같은 리소그라피 또는 기타 웨이퍼 레벨 광학 기술이 또한 사용될 수 있다. 주형(moulding) 또는 임프린트 리소그라피와 같은 물리적 기술들이 또한 사용될 수 있다.
도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프 형태의 배광층 및 광 파이프 위의 파장 변환 층의 측단면도이다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 마이크로 LED 디바이스(400)들로부터 방출된 입사광은 배광 층(320) 밖으로 굴절되어 파장 변환 층(310) 안으로 굴절될 수 있고, 또한 배광 층(320) 내에 내부적으로 반사되어 마이크로 LED 디바이스들에서 나온 입사광의 측방향 확산을 일으켜 결국 반사된 광이 배광 층(320) 밖으로 굴절되어 파장 변환 층(310) 안으로 굴절되게 한다. 도 9c 및 도 9d는 본 발명의 실시예들에 따른 광 파이프 형태이고 끝이 좁아지는 프로파일을 갖는 배광 층의 측단면도들이다. 도 9c의 도시된 특정 실시예에서, 배광 층(320)은 측방향 에지들을 향해 끝이 좁아져서 배광 층이 에지에서 중간보다 더 얇다. 배광 층(320)의 끝이 좁아지는 두께는 반사를 증가시켜, 결국에는 광이 에지를 통해서 보다는 배광 층의 상부 표면을 통해서 굴절되도록 할 수 있다. 도 9d에 도시된 실시예에서, 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스가 배광 층(320)의 한 쪽 에지에 더 가까이 배치되고, 이것은 한쪽에서 다른쪽으로 끝이 좁아진다. 이런 방식으로, 배광 층(320)은 광을 배광 층의 한쪽에서 다른 쪽으로 안내할 수 있고, 광은 배광 층의 측면을 통해서 보다는 상부 표면을 통해서 굴절된다.
배광 층(320)은 마이크로 LED 디바이스(400)에서 나온 입사광의 굴절 및 반사를 허용하는 것 뿐만 아니라, 또한 마이크로 LED 디바이스(400)들로부터 방출된 광이 파장 변환 층(310)에 진입하기 이전에 확산될 수 있도록 할 수 있고, 이것은 파장 변환 층에 진입하는 광의 광학적 강도를 감소시킨다. 일 양태에서, 내부적으로 반사된 광은 마이크로 LED 디바이스(400)들, 마이크로 LED 디바이스들을 포함하는 픽셀, 또는 서브픽셀의 충전율 개선을 허용한다. 다른 양태에서, 확산 광(반사된 광뿐만 아니라, 반사되지 않은 입사광)으로 인해 배광 층 위에 형성되는 파장 변환 층(310)으로부터의 방출이 더 균일하게 될 수 있다. 다른 양태에서, 배광 층(320)은 광이 방출되기 전에 디바이스에서 이동하는 길이가 증가되도록 기능할 수 있다. 이로 인해 광학 밀도가 감소되고 파장 변환 층에 있는 형광체 입자들의 열적 열화를 감소시켜, 디스플레이 디바이스의 수명을 연장시킬 수 있다. 이것은 또한 파장 변환 층에서 형광체 입자들의 용적 부담을 증가시켜야 할 필요 없이, 파장 변환 층에 있는 형광체 입자들에 의한 색 변환의 가능성을 증가시킬 수 있다. 또 다른 양태에서, 광의 확산 및 광학적 강도의 감소는 마이크로 LED 디바이스(400)들에 의해 다른 방식으로 재흡수될 수도 있는 파장 변환 층으로부터의 재반사량을 감소시킬 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른, 배광 층(320)은 충전율을 증가시키고, 총 광 방출을 증가시키고, 방출 균일성을 증가시키고, 디스플레이 디바이스를 위한 색상 스펙트럼의 선명도를 증가시킬 수 있다. 배광 층의 두께 및 프로파일은 또한 마이크로 LED 디바이스(400)들의 광 방출 빔 프로파일뿐만 아니라, 에지 효과에 관련된 수 있는 디스플레이의 각도에 대한 색상 특성을 변경하기 위하여 마이크로 렌즈 구조체가 형성되는 베이스 구조체를 제공할 수 있다.
선택적인 배광 층(320)의 형성 이후에, 파장 변환 층(310)을 형성하기 이전에 배광 층(320) 위에 선택적으로 매칭 층(222)이 형성될 수 있다. 매칭 층(322)은 광의 재반사를 감소시키기 위하여 배광 층(320)의 굴절률과 파장 변환 층(310)의 굴절률이 매칭되도록 기능할 수 있다. 예를 들어, 층(320, 310)이, 예를 들어, 상이한 굴절률을 갖는 에폭시, 실리콘, 아크릴, 또는 유리로 형성되는 경우, 매칭 층(322)은 층(320, 310) 사이의 굴절률을 갖는 에폭시, 실리콘, 아크릴, 또는 유리로 형성된다. 본 발명의 실시예들에 따른, 층(320, 310)을 형성하는 중합체 매트릭스는 동일하고, 층(320, 310)은 동일한 굴절률을 갖는다. 다른 실시예에서, 층(320, 310)의 굴절률은 0.3 내에 있고, 또는 더 구체적으로 0.1 내에 있다. 일 실시예에서, 매칭 층의 두께는 2 μm 이하이다. 일 실시예에서, 매칭 층(322)의 경화는 열 또는 UV일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른, 파장 변환 층(310)은 마이크로 LED 디바이스(400)들 위에 형성되고, 선택적인 배광 층(320) 및 매칭 층이 존재하는 경우, 그 위에 형성된다. 일 실시예에서, 파장 변환 층은 광 방출 스펙트럼을 제어하기 위한 형광체 입자들을 포함한다. 일 실시예에서, 파장 변환 층은 혼합된 색 방출 스펙트럼(예를 들어 적색, 청색, 녹색, 황색 등 중 임의의 것의 조합)을 위한 상이한 형광체 입자들(설계된 크기 또는 형상, 또는 조성물에서 차이남)을 포함한다. 다른 실시예에서, 파장 변환 층은 단일 색 방출 스펙트럼(예를 들어 적색, 청색, 녹색, 황색 등)을 위하여 설계된 형광체 입자들을 포함한다.
일 실시예에서, 파장 변환 층(310)은 형광체 입자들로 형성된다. 예를 들어, 파장 변환 층은 이후 용매들이 제거되는, 스프레이 증착 방법으로 형성된다. 일 실시예에서, 파장 변환 층은 중합체 또는 유리 매트릭스 재료와 같은 매트릭스 재료 내에 분산된 형광체 입자들을 포함한다. 안료, 염료, 또는 산란 입자들과 같은 기타 충전 재료들이 또한 매트릭스 내에 또는 매트릭스 재료가 없는 경우 형광체 입자들 사이에 직접 분산될 수 있다. 일 실시예에서, 파장 변환 층(310)은 잉크젯 프린팅에 의해 형성되고, UV 경화된다. 일 실시예에서, 파장 변환 층(310)은 용융 유리의 적용에 의해 형성되고, 충전재들은 열적으로 그리고 화학적으로 용융 유리 내에서 안정적이다. 파장 변환 층(310)의 두께, 및 예를 들어 형광체 입자들, 안료, 염료, 또는 광 산란 입자들과 같은 충전재들의 농도는 필요한 색상 스펙트럼을 성취하기 위하여 튜닝된다. 예를 들어, 일 실시예에서 두께 및 농도는 마이크로 LED 디바이스들로부터 파장 변환 층을 걸쳐 색 번짐을 최소화하고, 형광체 입자에서 나온 방출을 최대화하도록 튜닝된다. 파장 변환 층(310)(및 배광 층)의 두께는 또한 마이크로 LED 디바이스들 사이의 간격에 의해 부분적으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 조명 애플리케이션에 비교하여 고해상도 디스플레이 애플리케이션에서 마이크로 LED 디바이스들은 서로 더 가까이 이격될 수 있다. 일 실시예에서, 파장 변환 층(310)의 두께는 5 μm 내지 100 μm이고, 또는 더 구체적으로 폭 5 μm 높이 3.5 μm의 예시적인 마이크로 LED 디바이스(400)에 대하여 두께는 30 μm 내지 50 μm이다. 일부 실시예들에서, 파장 변환 층의 두께 및 충전재들의 농도는 마이크로 LED 디바이스(400)에서 나온 일부 광이 통과할 수 있도록 설계되어, 마이크로 LED 디바이스 광 스펙트럼과 변환된 광 스펙트럼의 혼합을 만들어 혼합된 방출 스펙트럼, 예를 들어, 백색 광을 얻을 수 있다. 색 변환 재료들(예를 들어 형광체 입자들, 안료, 염료)의 농도 및 층들의 두께는 발광 디바이스의 특정 응용, 예를 들어, 완전한 색 변환(예를 들어 청색에서 적색, 또는 청색에서 녹색 등)이 발생하는 경우, 기저의 마이크로 LED 디바이스들로부터의 광의 누설 또는 번짐이 발생하는 경우, 또는 변환 재료들의 혼합이 사용되는 경우에 따라 달라질 수 있다. 완전 색 변환(예를 들어 청색에서 적색, 또는 청색에서 녹색 등)이 50% 보다 큰 용적 부담 퍼센트에서 발생하는 실시예에서, 색 변환 재료들은 파장 변환 층에 포함될 수 있다. 일 실시예에서, 파장 변환 층은 50% 보다 큰 용적 부담의 형광체 입자들을 포함한다. 배광 층(320)은 파장 변환 층에 있는 형광체 입자들의 용적 부담을 증가시키지 않고 파장 변환 층(310)에 있는 형광체 입자들에 의해 색 변환될 가능성을 증가시키기 위하여 광이 방출되기 전에 디바이스에서 이동하는 길이가 증가되도록 기능할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른, 용어 "형광체"는 하나의 파장의 광을 흡수하고 다른 파장의 광을 방출할 임의의 유형의 파장 변환 재료를 지칭할 수 있다. 형광체 입자의 한 유형은 양자점이다. 양자점들은 구조체의 크기가 매우 작아(수십 나노미터 미만) 전기적 및 광학적 특성들이 양자 구속 효과로 인해 벌크 특성들과 상이한 반도체 재료들이다. 예를 들어, 양자점들의 방출 특성들은 그것들의 조성물뿐만 아니라 그것들의 크기 및 형상에 관련된다. 양자점들의 형광은 특정 파장을 흡수함으로써 원자가전자를 여기시키고, 이어서 여기된 전자들이 기저 상태로 돌아갈 때 낮아진 에너지를 광자들의 형태로 방출한 결과이다. 양자 구속은 가전자대와 전도대 사이의 에너지 차이가 양자점의 크기 및 형상에 기초하여 변하도록 하며, 이는 방출된 광자들의 에너지 및 파장이 양자점의 크기 및 형상에 의해 결정된다는 것을 의미한다. 양자점이 클수록, 그것의 형광 스펙트럼의 에너지는 낮아진다. 따라서, 더 작은 양자점들은 더 청색의 광(더 높은 에너지)을 방출하고 더 큰 양자점들은 더 적색의 광(더 낮은 에너지)을 방출한다. 이것은 가시 스펙트럼에 걸친 반도체 광 발광(photoluminescence) 방출 파장의 크기 의존적 튜닝을 허용하여, 방출 스펙트럼이 선명하고 양자 효율이 높아진다.
양자점 재료들의 예들은 II-VI족, III-V족, IV-VI족 반도체 재료들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 일부 예시적인 화합물 반도체는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP, AlSb를 포함한다. 일부 예시적인 합금형 반도체는 InGaP, ZnSeTe, ZnCdS, ZnCdSe, 및 CdSeS를 포함한다. 다중 코어 구조체 또한 가능하다. 예시적인 다중 코어 구성은 반도체 코어 재료, 산화로부터 코어를 보호하고 격자 정합을 보조하는 얇은 금속 층, 및 발광 특성들을 강화하기 위한 쉘을 포함할 수 있다. 쉘은 양자점의 방출 스펙트럼과 상이한 특정 스펙트럼에서 광을 흡수하도록 기능할 수 있다. 코어 및 쉘 층들은 동일한 재료로 형성될 수 있고, 위에서 나열된 예시적인 화합물 반도체 또는 합금형 반도체 중 임의의 것으로 형성될 수 있다. 금속 층은 종종 Zn 또는 Cd를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따른, 형광체 입자의 한 유형은 그것의 조성물에 기인한 발광을 나타내는 입자이다. 그것들의 조성물에 기인하여 발광을 나타내는 일부 예시적인 형광체 입자들은 황화물, 알루민산염, 산화물, 규산염, 질화물, YAG(선택적으로 세륨으로 도핑됨), 및 테르븀 알루미늄 가넷(TAG) 기반 재료들을 포함한다. 기타 예시적인 재료들은 황색-녹색 방출 형광체들: (Ca,Sr,Ba)Al2O4:Eu(녹색),(Lu, Y)3Al5O12:Ce3+(LuAG, YAG)(황색-녹색), Tb3Al5O12:Ce3+(TAG)(황색-녹색); 주황-적색 방출 형광체들: BaMgAl10O17:Eu2+(Mn2+), Ca2Si5N8:Eu2+(주황-적색),(Zn,Mg)S:Mn(녹색, 적색),(Ca,Sr,Ba)S:Eu2+(적색); 청색 및 황색-녹색 방출을 위한 uv-남색 흡수 형광체들: (Mg,Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu2+(uv-청색 여기, 황색 방출), (Mg,Ca,Sr,Ba)3Si2O7:Eu2+ (uv-남색 여기, 청색-녹색 방출), Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+(uv-남색 여기, 청색 방출); 및 조성물 및 프로세싱에 따라 전체 가시 스펙트럼에 걸쳐 방출할 수 있는 형광체들 (Sr,Ca,Ba)SixOyNz:Eu2+ (y>0 녹색, y=0 적색), Y2O2S:Eu3 + (청색-녹색), (Ca,Mg,Y)vSiwAlxOyNz:Eu2 (황색-녹색-적색)을 포함한다. 일부 실시예들에서 그러한 형광체 입자들의 입자 크기는 1 μm 내지 20 μm일 수 있다. 다른 실시예들에서, 그러한 형광체 입자들의 입자 크기는 100 nm 내지 1 μm의 나노입자들일 수 있다. 형광체 입자들은 또한 1 μm 내지 20 μm 입자들과 100 nm 내지 1 μm 나노입자들의 혼합물을 포함할 수 있다. 나노입자들은, 예를 들어, 경화 또는 용매 제거 전에 파장 변환 층의 매트릭스 재료 내에 분산될 때 정착량을 감소시키는데 유용할 수 있고, 이는 나노입자들의 분포 및 발광 디바이스의 광 방출을 더 균일하게 할 수 있다.
다른 재료들 또한 파장 변환 층 내에 분산될 수 있다. 예를 들어, 다른 재료들이 파장 변환 층의 유리 또는 중합체 매트릭스와 같은 매트릭스 재료 내에 분산될 수 있다. 일 실시예에서, TiO2 또는 Al2O3 입자들과 같은 광 산란제가 파장 변환 층 내에 분산된다. 그러한 광 산란제들은 파장 변환 층 내의 산란 광을 증가시킴으로써 형광체 입자 효율을 증가시키는 효과를 가질 수 있다. 그러한 광 산란제들은 추가적으로 파장 변환 층을 거치는 마이크로 LED 디바이스 방출 광의 번짐 감소의 효과를 가질 수 있다. 광 산란 입자들은 또한 광이 마이크로 렌즈 구조체로부터 방출되는 시기 및 장소를 제어하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 더 높은 농도의 광 산란 입자들이 마이크로 렌즈 구조체의 단부, 예를 들어 파장 변환 층의 측방향 에지들에 배치되어 광을 밖으로 안내할 수 있다. 일 실시예에서, 안료 또는 염료가 파장 변환 층(310) 내에 분산될 수 있다. 이것은 색상 필터를 파장 변환 층에 통합하는 효과를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 안료 또는 염료는 형광체 입자의 방출 파장과 유사한 색상을 가질 수 있다. 이런 방식으로, 안료 또는 염료는 형광체 입자로부터 방출되는 파장 이외의 파장들을 흡수하여, 조립체의 방출 스펙트럼을 더욱 선명하게 할 수 있다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 마이크로 LED 디바이스(400)는 갈륨 질화물(GaN) 기반 재료이고, 청색(예를 들어 450 nm 내지 495 nm) 또는 남색(예를 들어 420 nm 내지 450 nm) 광을 방출한다. 적색 방출을 위하여 설계된 양자점들이 파장 변환 층(310)에 분산되어 마이크로 LED 디바이스(400)로부터의 청색 또는 남색 방출을 흡수하고 방출 파장을 적색으로 변환하도록 할 수 있다. 그와 같은 실시예에서, 적색 안료 또는 염료 또한 파장 변환 층(310) 내에 분산되어 또한 적색 이외의 색상들을 흡수할 수 있다. 이런 방식으로, 적색 안료 또는 염료는 추가적인 청색 또는 남색 광을 흡수함으로써, 변환되지 않은 청색 또는 남색 광의 번짐을 감소시킬 수 있다. 예시적인 안료들은 리톨 루빈(적색), B-구리 탈로시아닌(cooper thalocyanine)(청색), 및 디아릴리드 황색(황색)을 포함한다. 청색 마이크로 LED 디바이스 및 적색 안료 또는 염료를 구비한 적색 형광체 입자들은 예시적이고 마이크로 LED 디바이스들 및 파장 변환 층들을 위한 다양한 방출 스펙트럼 구성들이, 존재하는 경우, 가능하다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 일부 실시예들에 따라, 파장 변환 층(310)을 형성하는 중합체 매트릭스는 산소 또는 습기를 투과시킬 수 있다. 일 실시예에서, 파장 변환 층(310)의 형성 이후에, 산소 배리어 필름(324)이 산소 또는 습기 흡수로부터 파장 변환 층(310)을 보호하기 위하여 선택적으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 층(310)이 양자점들을 포함하는 경우, 산소 배리어 필름(324)은 양자점들에 의한 산소 또는 습기 흡수에 대하여 배리어의 역할을 함으로써, 디스플레이 디바이스의 양자점들의 수명을 연장할 수 있다. 산소 배리어 필름(324)에 적합한 재료들은 Al2O3, SiO2, SiNx, 및 유리를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 산소 배리어 필름(324)의 퇴적 방법은 양자점들 또는 다른 충전재들을 열적으로 열화시키지 않기 위하여 저온 방법일 수 있다. 예시적인 등각의 퇴적 방법은 원자층 증착(ALD), 스퍼터링, 스핀 온, 및 라미네이션을 포함한다. 산소 배리어 필름은 또한 전체 기판 위에, 또는 모든 마이크로 LED 디바이스들 위에 퇴적되는 블랭킷일 수 있다. 일 실시예에서, Al2O3 산소 배리어 필름은 원자층 증착(ALD)에 의해 퇴적된다.
이제 도 10a 내지 도 10c를 참조하여, 배광 층(320)이 광 파이프 형태이고 마이크로 LED 디바이스(400)들 바로 위에 반사 층(330)들을 포함하는 실시예들에 대한 조합도 및 측단면도들이 제공된다. 반사 층(330)들은 상이한 위치에 제공될 수 있고, 이로 인해 광 파이프 및 파장 변환 층 구성에 상이한 효과를 줄 수 있다. 도 10b에 도시된 일 실시예에서 반사 층(330)들은 파장 변환 층(310) 위에 형성된다. 이런 방식으로, 반사 층은 마이크로 LED 디바이스(400)들로부터 방출된 입사광이, 광학적 강도가 가장 센 마이크로 LED 디바이스들에 가장 가까운 위치에 있는 파장 변환 층(310)을 통해 번지는 것을 막을 수 있다. 입사광의 반사는 또한 측방향으로 광을 확산함으로써 충전율을 개선하는 효과를 가질 수 있다. 반사 층(330)들의 다른 효과는 또한 파장 변환 층을 통해 입사광이 통과하는 수를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 입사광이 파장 변환 층(310)을 3회 및 5회 통과하는 상황이 도시된다. 각각 통과할 때마다, 형광체 입자들은 여기되고 변환된 스펙트럼을 방출한다. 이런 방식으로, 파장 변환 층(310)에 있는 형광체 입자들의 효율이 개선됨으로써 시스템의 변환된 스펙트럼 광 강도를 증가시키고, 또한 동시에 충전율을 개선하고, 파장 변환 층(310)으로부터 더 균일한 방출을 제공할 수 있다.
도 10c에 도시된 다른 실시예에서 반사 층(330)들은 배광 층(320)과 파장 변환 층(310) 사이에 형성된다. 그와 같은 구성에서, 반사 층은 입사광의 측방향 확산에 영향을 주고, 충전율을 개선할 수 있다. 그와 같은 구성은 또한 입사광이, 광학적 강도가 가장 센 마이크로 LED 디바이스들에 가장 가까운 위치에 있는 파장 변환 층(310)으로 진입하는 것을 막을 수 있다. 그와 같이, 파장 변환 층(310)을 통한 입사광의 번짐은 감소될 수 있다. 이 구성은 또한 특히 광학적 강도가 가장 셀 수도 있는 곳에 있는 형광체 입자들의 수명을 증가시킬 수 있다.
도 10d 내지 도 10f는 도 10a 내지 도 10c에 대하여 도시되고 설명된 것들과 유사한 실시예들을 도시한다. 도 10d 내지 도 10f에서 도시된 실시예들에서, 반사 층(330)이 리페어 마이크로 LED 디바이스를 포함하는 마이크로 LED 디바이스(400) 쌍 위에 형성되고, 선택적으로 누락, 결함, 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스(400X) 위에 형성되지 않는다. 대안적으로, 반사 층은 또한 누락, 결함, 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스(400X) 위에도 형성될 수 있다.
위에서 설명하고 도 10a 내지 도 10f에 도시된 반사 층(130)은 납작한 층들인 것으로 도시된다. 그러나, 반드시 반사 층(330)들이 납작할 필요는 없다. 어떠한 구성도 가능하고, 반사 층(330)들은 광 방출의 방향을 제어하도록 형상을 만들수 있다. 반사 층(330)들은 또한 마이크로 LED 디바이스들 바로 위에 형성될 필요는 없고, 다른 위치들에서, 예컨대 광 파이프 또는 파장 변환 층의 측방향 에지를 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른, 마이크로 LED 디바이스 및 파장 변환 층을 포함하는 발광 디바이스 구성들이 다양한 디스플레이 디바이스들에 통합될 수 있다. 예시적인 디스플레이 애플리케이션은 디스플레이 간판, 디스플레이 패널, 텔레비전, 태블릿, 전화기, 랩톱, 컴퓨터 모니터, 키오스크, 디지털 카메라, 핸드헬드 게임 콘솔, 미디어 디스플레이, 전자책 디스플레이, 또는 대형 간판 디스플레이를 포함한다.
파장 변환 층들은 모두 동일한 색 방출 스펙트럼을 방출하도록 설계될 수 있거나, 또는 파장 변환 층들 각 그룹이 상이한 색 방출 스펙트럼을 방출하도록 설계된 파장 변환 층들의 다수의 그룹들로 분리될 수 있다. 이런 방식으로, 디스플레이는 마이크로 LED 디바이스와 파장 변환 층의 배열 및 내용에 따라 임의의 색상 또는 색상들의 패턴을 방출할 수 있다. 일 실시예에서, 백색 광은 청색 방출(예를 들어 450 nm 내지 495 nm) 마이크로 LED 디바이스 위에 위치한 파장 변환 층에 적색(예를 들어 620 nm 내지 750 nm)과 녹색(예를 들어 495 nm 내지 570 nm) 방출 형광체 입자들을 포함함으로써 생성될 수 있다. 다른 실시예에서, 백색 광은 다수의 마이크로 LED 디바이스들을 픽셀에 포함함으로써 생성되고, 각각의 마이크로 LED 디바이스가 동일한 방출 스펙트럼(예를 들어 가시 스펙트럼 또는 UV 스펙트럼)을 방출하도록 설계되고, 상이한 파장 변환 층들이 색 방출을 변환하도록 설계된다. 이런 방식으로, 각각의 배광 층 위에 단일 색 방출 스펙트럼의 형광체 입자들을 포함함으로써, 상이한 형광체 입자들의 상이한 방출 스펙트럼으로부터 방출된 광의 2차 흡수가 방지된다. 이것은 효율을 증가시키고 의도하지 않은 색변이를 감소시킨다.
이제 도 11a을 참조하여, 디스플레이 기판(102)에 본딩된 복수의 마이크로 LED 디바이스(400), 복수의 마이크로 LED 디바이스(400)를 둘러싼 광 파이프 형태의 복수의 배광 층(320), 및 복수의 배광 층(320) 위의 복수의 파장 변환 층(310)을 포함하는 디스플레이의 조합도가 제공된다. 도시된 특정 실시예에서, 픽셀(106)은, 예를 들어 RGB 서브픽셀 배열에서 방출을 변환하도록 설계된 배광 층(320)과 파장 변환 층(310)들 내에 복수의 마이크로 LED 디바이스(400)를 포함한다. 일 실시예에서, 블랙 매트릭스 재료(202)는 기판(102) 위, 그리고 광 파이프들 사이에 형성되어 광을 흡수하고 인접한 픽셀(106) 또는 서브픽셀(108)로의 색 번짐을 방지할 수 있다. 대안적으로, 블랙 매트릭스 재료(202)는 백색 매트릭스 재료로 교체되어 광을 반사하고 인접한 픽셀(106) 또는 서브픽셀(108)로의 색 번짐을 방지할 수 있다.
픽셀 구성에 배열되면, 각각의 서브픽셀(108)은, 존재하는 경우, 단일 형광체 색 방출을 포함할 수 있다. 각각의 서브픽셀은 마찬가지로, 존재하는 경우, 상이한 형광체 색 방출을 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 상이한 스펙트럼을 방출하는 형광체 입자로부터 방출된 광의 2차 흡수(예를 들어 녹색 방출 형광체 입자로부터 방출된 녹색 광이 적색 방출 형광체 입자에 의해 흡수)가 방지된다. 이것은 효율을 증가시키고 의도하지 않은 색변이를 감소시킨다. 그와 같은 픽셀 및 서브픽셀 구성은 백색 광, 또는 임의의 다른 광의 색의 최종 출력에 사용될 수 있다.
예를 들어, 픽셀은 3 개의 광 파이프에 3 개의 마이크로 LED 디바이스를 포함하거나, 또는 각각의 광 파이프에 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스를 포함할 수 있고, 모든 마이크로 LED 디바이스들은 청색 광을 방출하도록 설계되는데, 1 개의 적색 방출 파장 변환 층이 하나의 광 파이프 위에 있고, 1 개의 녹색 방출 파장 변환 층이 제2 광 파이프 위에 있고, 제3 광 파이프는 그것 위에 파장 변환 층을 포함하지 않거나 또는 그것 위에 청색 방출 파장 변환 층을 포함한다. 일 실시예에서, 백색 광은 다수의 마이크로 LED 디바이스들을 픽셀에 통합함으로써 생성될 수 있고, 각각의 마이크로 LED 디바이스는 UV 광을 방출하도록 설계되는데, 1 개의 적색 방출 변환 층은 제1 광 파이프 위에 있고, 1 개의 녹색 방출 파장 변환 층은 제2 광 파이프 위에 있고, 1 개의 청색 방출 파장 변환 층은 제3 광 파이프 위에 있다. 다른 실시예에서, 백색 광은 상이한 방출 스펙트럼을 위하여 설계된 마이크로 LED 디바이스들과 상이한 파장 변환 층들의 조합하거나 또는 파장 변환 층들이 없이 통합함으로써 생성될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 백색 광은 적색 방출을 위해 설계된 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프가 파장 변환 층이 덮이지 않은 것, 청색 방출을 위해 설계된 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프가 녹색 방출을 위해 설계된 파장 변환 층으로 덮인 것, 청색 방출을 위해 설계된 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프가 파장 변환 층이 덮이지 않은 것으로 생성될 수 있다.
위에 예시적인 실시예들에서, 적색-녹색-청색(RGB) 서브픽셀 배열이 획득되고, 각각의 픽셀은 각각 적색, 녹색 및 청색 광을 방출하는 3 개의 서브픽셀을 포함한다. RGB 배열은 예시적이고 실시예들은 그렇게 제한되지 않음을 이해할 것이다. 활용될 수 있는 다른 서브픽셀 배열들의 예시는 적색-녹색-청색-황색(RGBY), 적색-녹색-청색-황색-시안(RGBYC), 또는 적색-녹색-청색-백색(RGBW), 또는 픽셀들이 상이한 개수의 서브픽셀들, 예컨대 상표명 펜타일(PenTile).RTM으로 제조된 디스플레이를 가질 수 있는 기타 서브픽셀 매트릭스 구조를 포함하지만, 이렇게 제한되지 않는다.
도 11b 내지 도 11e는 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 픽셀 구성들의 개략적인 측면도이다. 구체적으로 도시되지 않지만, 각각의 마이크로 LED 디바이스(400)는 서브픽셀(108)의 반사 뱅크 층(142) 내에 실장된 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스(400) 중 하나일 수 있고, 예를 들어, 도 1a 내지 도 1d에 대하여 위에서 도시되고 설명된 바와 같다.
도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀(106)의 개략적인 측면도이다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로 LED 디바이스(400)는 남색(DB) 색상 스펙트럼을 방출하도록 설계된다. 그와 같은 실시예에서, 상이한 파장 변환 층(310)들은 RGB 서브픽셀 배열에서 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)을 방출하도록 설계될 수 있다.
도 11c는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀(106)의 개략적인 측면도이다. 도 11c에 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로 LED 디바이스(400)는 청색(B) 색상 스펙트럼을 방출하도록 설계된다. 그와 같은 실시예에서, 상이한 파장 변환 층(310)들은 적색(R) 및 녹색(G)을 방출하도록 설계될 수 있다. 파장 변환 층(310)이 제3 배광 층(320) 위에 형성되지 않는다. 이런 방식으로 청색 방출 서브픽셀로부터 청색 광을 변환할 필요 없이 RGB 서브픽셀 배열이 성취된다. 일 실시예에서, 제3 배광 층(320)은 유사한 마이크로 렌즈 특성을 얻기 위하여 그 위에 파장 변환 층(310)들이 형성되는 다른 두 배광 층(320)보다 두껍게 만들어질 수 있다. 예를 들어, 제3 배광 층(320)의 두께는 제1 배광 층(320)과 제1 적색 파장 변환 층(310)(및 임의의 중간 층들)의 총 두께와 유사할 수 있다.
도 11d는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀(106)의 개략적인 측면도이다. 도 11d에 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로 LED 디바이스(400)는 자외(UV) 색상 스펙트럼을 방출하도록 설계된다. 그와 같은 실시예에서, 상이한 파장 변환 층(310)들은 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B)을 방출하도록 설계될 수 있다.
도 11e는 본 발명의 실시예에 따른 픽셀(106)의 개략적인 측면도이다. 도 11e에 도시된 바와 같이, 픽셀(106)은 적색(R) 또는 청색(B) 색 방출 스펙트럼을 방출하도록 설계된 마이크로 LED 디바이스(400)들을 포함한다. 도시된 바와 같이, 녹색(G) 방출 파장 변환 층(310)이 청색 방출 마이크로 LED 디바이스(400) 중 하나를 둘러싼 배광 층(320) 중 하나 위에 형성되고, 파장 변환 층(310)은 적색 방출 마이크로 LED 디바이스(400) 또는 다른 청색 방출 마이크로 LED 디바이스(400) 주위에 형성된 배광 층(320) 위에 형성될 필요가 없다. 그와 같은 구성은, 예를 들어, 녹색 방출 마이크로 LED 디바이스들보다 더 효율적인 청색 방출 및 적색 방출 마이크로 LED 디바이스들을 제조하고 집적하는 것이 가능할 때 구현될 수 있다. 그와 같은 실시예에서, 파장 변환 층을 이용하여 청색 광을 녹색 광으로 변환하는 것이 더 효율적일 수 있다. 그와 같은 구성은 또한 시각적 반응 피크(visual response peak), 약 555 nm에서 넓은 스펙트럼을 제공할 때 유용할 수 있다. 그와 같은 구성은 또한, 예를 들어 더 넓은 형광체 입자 방출 스펙트럼 대신에 마이크로 LED 디바이스의 좁은 적색(또는 청색) 방출 스펙트럼을 사용함으로써 연색 지수(color rendering index; CRI)를 증가시키는 데 유용할 수 있다. 그와 같은 구성은 또한 발광 디바이스의 연관 제어 온도(correlated control temperature; CCT)를 제어하도록 함으로써, 적색 스펙트럼의 변환으로 인한 밝기의 손실 없이 따뜻한 느낌을 제어할 수 있다. 도 11c에 대하여 설명한 바와 같이, 도 11e의 적색 방출 마이크로 LED 디바이스 또는 다른 청색 방출 마이크로 LED 디바이스 주위에 형성된 배광 층(320)은 유사한 마이크로 렌즈 특성을 얻기 위하여 그 위에 파장 변환 층이 형성된 다른 배광 층보다 두껍게 만들어질 수 있다.
이제 도 11f 내지 도 11j를 참조하여, 도 11a 내지 도 11e에 대하여 위에서 도시하고 설명한 것들과 유사하고, 광 파이프 형태의 배광 층(320)이 각각 픽셀(108) 내의 다수의 서브픽셀에 걸쳐 이어지는 것이 한 가지 차이점인 다양한 픽셀 구성들이 도시된다. 예를 들어, 도 11f에 도시된 실시예는 광 파이프(320)가 픽셀(204)의 각각의 서브픽셀에 있는 마이크로 LED 디바이스 쌍 주위에 형성된 예시적인 RGB 서브픽셀 배열일 수 있지만, 그러나, RGBY, RGBYC, RGBW, 또는 기타와 같은 다른 서브픽셀 배열들이 가능하지만 이에 제한되지 않는다. 특히 도시된 단면에서, 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스 중 단지 단일 마이크로 LED 디바이스(400)가 도시된다. 그와 같은 배열에서 픽셀 내의 다수의 서브픽셀에 걸쳐 이어지는 광 파이프는 서브픽셀들 사이의 혼색을 가능하게 한다. 그와 같은 구성은 마이크로 LED 디바이스들 또는 서브픽셀들이 사람 눈에 의해 다른 방식으로 인식되고(예를 들어 대략 100 μm 이상) 작은 점들로 인식될 수도 있을 만큼 충분히 멀리 떨어져 있는 응용분야에서 사용될 수 있다. 도 11f 내지 도 11j의 광 파이프 구성들과 연관된 혼색을 이용하여 마이크로 LED 디바이스 방출들이 사람 눈에 의해 인식되지 않도록 마이크로 LED 디바이스 방출들을 혼합할 수 있다. 하나의 가능한 응용분야는 관찰 거리가 짧고, 관찰자가 개별적인 서브픽셀들 또는 마이크로 LED 디바이스들로부터의 방출 스펙트럼을 인식할 수 있는 가능성이 높은 헤드업 디스플레이일 수 있다.
구체적으로 도시되지 않지만, 도 11g 내지 도 11j의 각각의 마이크로 LED 디바이스(400)는 서브픽셀(108)의 반사 뱅크 층(142) 내에 실장된 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스(400) 중 하나일 수 있고, 예를 들어, 도 1a 내지 도 1d에 대하여 위에서 도시되고 설명된 바와 같다. 마이크로 LED 디바이스(400) 및 파장 변환 층(310)을 위한 방출 스펙트럼의 배열은 도 11b 내지 도 11e의 것과 유사하고, 한가지 차이점은 파장 변환 층(310)들이 픽셀(108)의 마이크로 LED 디바이스(400)들에 의해 공유되는 광 파이프(320)의 특정 일부분 위에만 형성된다는 것이다. 추가적인 변경내용들이 또한 도 11g 내지 도 11j에 도시된 구성들에 통합될 수 있다. 광 파이프(320)의 프로파일은 특정 마이크로 LED 디바이스(400) 위에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 광 파이프(320)는 파장 변환 층(310)이 형성되지 않은 "노출된" 마이크로 LED 디바이스(400) 위에서 더 두껍게 만들어질 수 있다. 도 11a 내지 도 11j의 광 파이프(320)들은 또한, 예를 들어, 도 9c 및 도 9d에 대하여 이전에 설명한 바와 같이 끝이 좁아지거나, 또는 도 10a 내지 도 10f에 대하여 이전에 설명한 바와 같은 반사 층들을 포함할 수 있다.
이제 도 12a 내지 도 12f를 참조하여, 마이크로 LED 디바이스 쌍들을 구현하기 위한 다양한 구성들을 설명한다. 도 12a 내지 도 12f에 대하여 도시되고 설명되는 실시예들은 본 명세서에서 설명한 다른 구성들과 조합 가능할 수 있다. 예를 들어, 도 12a 내지 도 12e에 대하여 도시되고 설명된 구성들은 도 11a 내지 도 11e에 대하여 위에서 설명한 픽셀 배열들과 조합 가능할 수 있고, 도 12f에 대하여 도시되고 설명된 구성들은 도 11f 내지 도 11j에 대하여 위에서 설명한 픽셀 배열들과 조합 가능할 수 있다.
도 12a는 도 7b에 도시된 직사각형 반사 뱅크 층(142)의 더 짧은 폭에 걸친 측단면도를 도시한 반면, 도 12b는 도 7b에 도시된 직사각형 반사 뱅크 층(142)의 더 짧은 폭에 직교하는 더 긴 폭의 도면이다. 튜닝 가능한 색 방출 스펙트럼을 위하여 파장 변환 층들과 조합된, 중복 및 리페어 구조에 마이크로 LED 디바이스 쌍들을 집적하기 위한 특정 예들을 도시하기 위한, 도 12a 내지 도 12f에 도시된 특정 실시예들이 제공된다는 것을 이해할 것이다. 도시된 특정 실시예들은 광 파이프 형태의 세장형 돔 형상 배광 층(320) 위에 형성된 파장 변환 층(310)을 포함하고, 파장 변환 층(310)은 또한 반사 뱅크 층(142) 위에 형성된다. 게다가, 도 12a 내지 도 12f는 다양한 상부 전극 구성들을 도시한다. 그러나, 앞서 실시예 및 도면들에서 이전에 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들은 그렇게 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도 12a 내지 도 12f에 도시된 상부 전극 구성들 및 중복 및 리페어 구조의 특정 조합에 제한되지 않는다.
일 실시예에서 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스(400)가 기저의 회로(210)를 포함하는 기판(102) 상에 또는 그 안에 있는 반사 뱅크 층(142)에 본딩된다. 마이크로 LED 디바이스(400)들은 마이크로 LED 디바이스(400)들의 어레이의 일부로서 다양한 기술들, 예컨대 이송 본딩 프로세스, 탄성중합체 스탬프를 이용한 이송, 또는 정전기 이송 헤드 어레이를 이용한 이송 및 본딩을 이용하여 기판(102)에 이송 및 본딩될 수 있고, 이는 이전에 설명된 바와 같다. 이송 프로세스 이후, 및 도 12a 내지 도 12f에 도시된 패시베이션 층(316)들 및 상부 전극 층(318)들의 형성 이전에, 디스플레이 기판(102)은 결함, 누락, 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스들에 대하여 검사될 수 있다. 이런 방식으로, 결함, 누락, 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스들의 검출을 이용하여 잠재적으로 패시베이션 층(316) 및 상부 전극 층(318)들, 및 파장 변환 층들의 퇴적 패턴들을 변경하고, 잠재적으로 필요한 경우 대체 마이크로 LED 디바이스들을 이송할 수 있다.
다시 도 12a 및 도 12b를 참조하여, 측벽 패시베이션 층(316)은 마이크로 LED 디바이스(400)의 측벽 주위에 형성될 수 있다. 마이크로 LED 디바이스(400)들이 수직 LED 디바이스인 실시예에서, 측벽 패시베이션 층(316)은 양자 우물 구조체(408)들을 덮고 걸쳐 이어진다. 본 발명의 실시예들에 따른, 측벽 패시베이션 층(316)은 마이크로 LED 디바이스(400)들의 측벽으로부터의 광 추출 효율을 현저하게 감소시키지 않도록 가시 파장 스펙트럼에 투명하거나 또는 반투명할 수 있다. 측벽 패시베이션 층(316)은 에폭시, 실리콘, 아크릴, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 벤조사이클로부텐(BCB), 폴리이미드, 및 폴리에스테르와 같은 다양한 재료들로 형성될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일 실시예에서, 측벽 패시베이션 층(316)은 잉크젯 프린팅에 의해 발광 디바이스(400) 주위에 형성되고, 경화가 이어진다. 일 실시예에서, 열 경화가 또한 수행될 수 있지만, 측벽 패시베이션 층(316)을 자외(UV) 광으로 경화하여 결과적으로 부피 변화를 최소화하고 마이크로 LED 디바이스와 반사 뱅크 층(142) 사이의 본딩의 완결성을 보호한다. 측벽 패시베이션 층(316)은 다른 기술들, 예컨대 질화물 또는 산화물과 같은 유전성 재료의 슬릿 코팅, 물리적 기상 증착 또는 화학적 기상 증착, 스핀 온 글래스, 또는 스프레이 코팅 후 용매 증발하는 스핀 온 기술을 이용하여 퇴적될 수 있다. 일 실시예에서, 측벽 패시베이션 층은 마이크로 LED 디바이스(400)들을 본딩하기 전에 기판(102) 위에 이미 형성된 a-상태 또는 b-상태 코팅이고, 마이크로 LED 디바이스들은 이송 및 본딩 동작 중에 코팅을 뚫고, 마이크로 LED 디바이스(400)들을 본딩한 이후에 코팅은 경화된다.
일 실시예에서 측벽 패시베이션 층(316)은 적어도 부분적으로 반사 뱅크 층(142)을 덮는다. 측벽 패시베이션 층은 반사 뱅크 층(142)을 완전히 덮을 수 있지만, 그러나, 이것이 필수적인 것은 아니다. 기타 절연 층들의 임의의 조합을 이용하여 다른 전기 전도성 층들로부터 반사 뱅크 층(142)을 전기적으로 절연할 수 있다. 예를 들어, 절연체 층(146)은 반사 뱅크 층(142)의 에지 위에 퇴적될 수 있다. 반사 뱅크 층(142)은, 예를 들어, 측벽들이 마이크로 LED 디바이스(400)들과 전기적으로 통신하는 반사 뱅크 층(142)의 하부 표면에 전기적으로 연결되지 않도록 불연속적일 수 있다. 본 발명의 실시예들에 따른, 등각의 유전 배리어 층(107)이 마이크로 LED 디바이스(400)들의 측벽들을 따라 존재하는 측벽 패시베이션 층(316)이 필수적이지 않을 수 있다. 대안적으로, 측벽 패시베이션 층(316)은 기존의 등각의 유전 배리어 층(107)과 조합하여 형성될 수 있다.
수직 마이크로 LED 디바이스 쌍들을 포함하는 실시예들에서, 선택적인 측벽 패시베이션 층(316)의 형성 이후에, 상부 전극 층(318)이 마이크로 LED 디바이스(400) 쌍 위에 형성되고 상부 컨택(402)들 및 접지 타이 라인(144)과 전기적으로 접촉한다. 구체적인 응용에 따라, 상부 전극 층(318)은 가시 파장에 대하여 불투명, 반사성, 투명, 또는 반투명할 수 있다. 예시적인 투명 전도성 재료는 아몰퍼스 규소, 투명 전도성 산화물(TCO), 예를 들어, 인듐-주석-산화물(ITO) 및 인듐-아연-산화물(IZO), 탄소 나노튜브 필름, 또는 투명 전도성 중합체, 예를 들어, 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(PEDOT), 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 및 폴리티오펜을 포함한다. 일 실시예에서 상부 전극 층(318)은 두께가 대략 50 nm 내지 1 μm인 ITO-은-ITO 스택이고, 은 층은 가시 파장 스펙트럼에 투명할 만큼 충분히 얇다. 특정 실시예에서, 상부 전극 층(318)은 잉크젯 프린팅에 의해 형성된다. 일 실시예에서 상부 전극 층(318)은 두께가 대략 50 nm 내지 1 μm인 PEDOT이다. 기타 형성 방법들은 원하는 코팅 예정 영역 및 임의의 열적 제한에 따라 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 또는 스핀 코팅을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따라, 하나 이상의 상부 전극 층(318)을 이용하여 서브픽셀들의 어레이의 마이크로 LED 디바이스(400) 쌍을 접지 타이 라인(144)까지 전기적으로 연결할 수 있다. 상이한 중복 및 리페어 구성들을 구비한 다양한 구성들이 가능하다. 명료성을 위하여, 도 12a 내지 도 12e는 단일 서브픽셀 내의 예시적인 상부 전극 층(318) 구성들로 제한되고, 도 12f는 단일 픽셀 내의 예시적인 상부 전극 층(318) 구성을 도시한다. 픽셀 영역에 걸친 다양한 상부 전극 층 구성들에 대한 도 15 내지 도 19에 대하여 더 자세한 설명이 제공된다.
다시 도 12b를 참조하면, 일 실시예에서 단일 상부 전극 층은 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스(400) 모두를 접지(144/116)에 연결한 것으로 도시된다. 예를 들어, 그와 같은 구성은 마이크로 LED 디바이스(400)들 둘 모두가 디스플레이 기판에 이송되고 결함 또는 오염이 없다고 결정되었을 때 사용될 수 있다. 도 12c를 참조하여, 마이크로 LED 디바이스(400X)가 결함 또는 오염된 것으로 결정된 실시예가 도시된다. 도시된 실시예에서, 이어서 리페어 마이크로 LED 디바이스(400)가 반사 뱅크 층(142)에 본딩되고, 이어서 하나 이상의 상부 전극 층(318)이 동작 가능한 마이크로 LED 디바이스(400) 쌍 위에만 형성되어 그것들을 전기적으로 접지(144/116)에 연결한다. 도 12d 및 도 12e는 패시베이션 층(316)이 결함 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스(400X)들 위에, 또는 누락 마이크로 LED 디바이스의 본딩 층(140) 위에 형성될 수 있는 실시예들을 도시한다. 도 12d에 도시된 실시예에서 단일 상부 전극 층(318)이 동작 가능한 마이크로 LED 디바이스들과 결함, 오염된, 또는 누락 마이크로 LED 디바이스들 위에 형성되고, 패시베이션 층(316)은 결함, 오염된, 또는 누락 마이크로 LED 디바이스들과 전기적 접촉을 방지한다. 도 12e에 도시된 실시예에서, 하나 이상의 상부 전극 층(318)이 동작 가능한 마이크로 LED 디바이스들 위에만 형성된다.
이어서 선택적인 파장 분배 층(320), 선택적인 매칭 층(322), 파장 변환 층(310), 및 선택적인 배리어 층(324)이 형성되고, 이는 도 9a에 대하여 위에서 설명한 바와 같다. 도 11a, 도11f를 다시 간단히 참조하면, 광 전송을 막고, 인접한 서브픽셀들 사이의 광의 번짐을 분리하기 위한 블랙 매트릭스(또는 대안적으로 화이트 매트릭스) 재료(202)가 반사 뱅크 층(142)들 사이에 도시된다. 블랙(또는 화이트) 매트릭스(202)는 사용되는 재료, 및 이미 형성된 층들의 조성물에 적절히 기초한 방법으로 형성될 수 있다. 형성 방식은 또한 블랙(또는 화이트) 매트릭스가 단면 방식(도 14a 참조)으로 형성되는지 또는 하향 압축 방식(도 14b)으로 형성되는지 여부에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, 블랙(또는 화이트) 매트릭스(202)는 잉크젯 프린팅, 스퍼터 및 에칭, 리프트 오프하는 스핀 코팅, 또는 프린팅 방법을 이용하여 적용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 블랙(또는 화이트) 매트릭스(202)는 이미 형성된 파장 변환 층(110)에 있는 형광체 입자들을 열적 열화시키지 않도록 잉크젯 프린팅에 의해 형성되고 UV 경화된다. 예시적인 블랙 매트릭스 재료는 탄소, 금속 필름들(예를 들어 니켈, 알루미늄, 몰리브데넘, 및 이들의 합금), 금속 산화물 필름(예를 들어 크로뮴 산화물), 및 금속 질화물 필름(예를 들어 크롬 질화물), 유기 수지, 유리 페이스트, 및 흑색 안료 또는 은 입자들을 포함하는 수지 또는 페이스트를 포함한다. 예시적인 백색 매트릭스 재료들은 예를 들어, 중합체, 유기 수지, 또는 유리 페이스트에 실린 금속 입자들 또는 TiO2 입자들을 포함한다.
다시 도 12a 내지 도 12e를 참조하여 색상 필터 층(328)이 선택적으로 파장 변환 층(310) 위에 형성되어 원하는 것들 이외의 파장 변환 층(310)을 통해 방출되는 색상들을 걸러내기 위해 그리고 발광 디바이스의 방출 스펙트럼을 선명하게 할 수 있다. 예를 들어, 적색 이외의 색을 걸러내기 위하여 적색 방출 형광체 입자들을 포함하는 파장 변환 층(310) 위에 적색 색상 필터 층(328)이 배치될 수 있고, 녹색 이외의 색을 걸러내기 위하여 녹색 방출 형광체 입자들을 포함하는 파장 변환 층(310) 위에 녹색 색상 필터 층(328)이 배치될 수 있고, 청색 이외의 색을 걸러내기 위하여 청색 방출 형광체 입자들을 포함하는 파장 변환 층(310) 위에 청색 색상 필터 층(328)이 배치될 수 있다. 도 11b를 다시 참조하여, 일 실시예에서, 청색 색상 필터는 기저의 마이크로 LED 디바이스(400)가 남색을 방출하는 청색 파장 변환 층(310) 위에 필요하지 않을 수 있다. 도 11c를 다시 참조하여, 일 실시예에서, 청색 색상 필터는 기저의 노출된(예를 들어 파장 변환 층 없음) 청색 방출 마이크로 LED 디바이스(400) 위에 필요하지 않을 수 있다. 이러한 구성들은 예시적이고 다양한 구성들은 원하는 광 방출 스펙트럼에 따라 가능하다는 것을 이해할 것이다. 색상 필터에 적합한 재료들은 안료 또는 염료들을 포함하고, 이는 이전에 위에서 설명한 바와 같다. 일 실시예에서, 색상 필터 층(328)은 투명 매트릭스 재료에 분산된 안료 또는 염료를 포함한다. 일 실시예에서, 매트릭스 재료는 파장 변환 층(310)에 사용된 동일한 중합체, 예컨대 에폭시, 실리콘, 또는 아크릴이다. 마찬가지로, 색상 필터는 유사한 기술들, 예컨대 잉크젯 프린팅 및 UV 경화를 이용하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 파장 변환 층(310)은 0.3 내의 굴절률, 또는 더 구체적으로 파장 변환 층(310)에 대한 0.1 내의 굴절률을 가진다. 도 12a 내지 도 12e에 도시된 실시예들에서, 색상 필터 층(328)은 블랙 매트릭스(202) 이후에 형성된다. 다른 실시예들에서, 색상 필터 층(328)은 블랙 매트릭스(202) 전에 형성된다.
이제 도 12f를 참조하면 본 발명의 실시예들에 따라 복수의 반사 뱅크 구조체 내의 상부 및 하부 컨택들을 구비한 복수의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프 및 광 파이프 위의 파장 변환 층을 갖는 측단면도가 제공된다. 도 12f에 도시된 구성은 도 12a의 구성과 유사하고, 차이점은 광 파이프(320)가 픽셀의 다수의 서브픽셀 위에 형성되고, 각각의 반사 뱅크 층(142)은 자신만의 기저의 회로(210)에 의해 독립적으로 어드레스 가능한 별개의 서브픽셀에 대응하는 것이다. 파장 변환 층(310)은 다른 구성들과 유사하게, 다수의 반사 뱅크 층(142)들을 포함하는 패터닝된 뱅크 층(304) 내에 있는 개구들보다 넓을 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시예들에 따른 반사 뱅크 구조체 내의 하부 컨택들이 있는 복수의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프, 및 광 파이프 위에 있는 파장 변환 층의 측단면도들이다. 도 13c는 본 발명의 실시예들에 따른 복수의 반사 뱅크 구조체 내의 하부 컨택들이 있는 복수의 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 광 파이프, 및 광 파이프 위에 있는 파장 변환 층의 측단면도이다. 도 13a 내지 도 13c는 도 12a 및 도 12b 및 도 12f와 유사하고, 한가지 차이점은 마이크로 LED 디바이스(400)들이 하부 및 상부 컨택 둘 모두 보다는 하부 컨택(404, 403)들을 포함하는 것이다. 결과적으로, 접지 타이 라인(144)에 접촉하기 위하여 상부 전극 층을 형성할 필요가 없을 수 있다. 측벽 패시베이션 층(316)은 또한 생략될 수 있고, 광 파이프(320) 또는 기타 층들이 반사 뱅크 구조체 층(142A, 142B) 및 양자 우물 구조체(408)를 전기적으로 절연할 수 있다. 도시된 바와 같이, 반사 뱅크 구조체 층(142A, 142B)들은 서로 전기적으로 절연된다.
이제 도 14a 및 도 14b를 참조하여, 실시예들에 따라 디스플레이를 패키징하기 위한 대안적인 커버 설계가 설명되고 도시된다. 도 14a는 실시예에 따라 파장 변환 층들 및 블랙(또는 화이트) 매트릭스를 서브픽셀들 사이에 적용하는 단면 제조 방식의 도시이다. 도시된 바와 같이, 파장 변환 층(310)들 및 매트릭스(202)는 발광 디바이스들 위에 커버(500)를 적용하기 이전에 기판(102) 상에 형성된다. 상부 커버(500)는 경성 또는 가요성일 수 있고, 다양한 방식들로 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 상부 커버(500)는 투명 플라스틱 재료이고 디스플레이 기판(102) 위에 라미네이트된다. 일 실시예에서, 상부 커버(500)는 광 디스플레이 기판(102) 위에 적용되고, 밀봉재로 디스플레이 기판(102)의 주변 에지 둘레에 밀봉되는 경성 유리 플레이트이다. 특히 파장 변환 층이 양자점들을 포함하는 경우, 습기를 흡수하기 위하여 마이크로 LED 디바이스들 및 파장 변환 층(310)을 포함하는 밀봉된 영역 안쪽에 게터 재료(getter material)가 선택적으로 배치될 수 있다.
도 14b는 실시예에 따라 파장 변환 층들 및 블랙(또는 화이트) 매트릭스를 서브픽셀들 사이에 적용하는 하향 압축 방식의 도시이다. 도 14b에 도시된 실시예에서, 매트릭스(202), 파장 변환 층(310), 산소 배리어 필름(324), 및 선택적인 색상 필터 층(328)이 상부 커버(500) 상에 형성되고 마이크로 LED 디바이스(400)들의 어레이 및 배광 층(320) 위에 아래로 압축된다. 일 실시예에서, 도 14b의 상부 커버(500)는 경성 유리 플레이트이고, 밀봉재로 디스플레이 기판(102)의 주변 에지들을 둘레에 밀봉된다. 특히 파장 변환 층이 양자점들을 포함하는 경우, 습기를 흡수하기 위하여 마이크로 LED 디바이스들 및 파장 변환 층(310)을 포함하는 밀봉된 영역 안쪽에 게터 재료가 선택적으로 배치될 수 있다. 도 14a 및 도 14b의 상부 커버 구성들은 본 명세서에서 설명되고 도시된 디스플레이 디바이스들을 형성할 때 사용될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 도 12a 내지 도 12f에서 설명한 다양한 구성들을 포함하는 마이크로 LED 디바이스들의 어레이의 평면개략도이다. 도 15에 도시된 특정 실시예들에서, 상부 전극 층(318)이 복수의 뱅크 개구(128) 위에 형성되고, 복수의 서브픽셀 또는 픽셀(106)들 위에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 상부 전극 층(318)은 픽셀 영역의 모든 마이크로 LED 디바이스(400)들 위에 형성된다.
도 12b에 도시된 실시예는 임의의 누락, 결함, 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스들의 검출 없이 마이크로 LED 디바이스(400) 쌍들이 이송되는 라벨링된 픽셀(106)에서 도시된다. 이 실시예에서, 리페어 마이크로 LED 사이트(401)들이 개방이고, 리페어 마이크로 LED 디바이스들이 이송되지 않았다.
도 12d에 도시된 실시예는 또한 리페어 마이크로 LED 디바이스를 포함하는 도 15의 적색-방출 서브픽셀들 중 하나로서 도시되고, 상부 전극 층(318)은 적색 방출 마이크로 LED 디바이스(400)들 및 결함 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스(400X) 둘 모두의 위에 형성되고, 결함 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스(400X)는 패시베이션 층(316)으로 덮인다.
유사하게, 리페어 마이크로 LED 디바이스를 포함하는 도 15의 청색-방출 서브픽셀들 중 하나에 대한 실시예가 도시되고, 상부 전극 층(318)은 청색 방출 마이크로 LED 디바이스(400)들 및 누락 마이크로 LED 디바이스에 대응하는 본딩 층(140) 둘 모두의 위에 형성된다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 도 12a 내지 도 12f에서 설명한 다양한 구성들을 포함하는 마이크로 LED 디바이스들의 어레이의 평면개략도이다. 도 16에 도시된 특정 실시예들에서, 마이크로 LED 디바이스(400)들의 배열들은 도 15에 대하여 위에서 설명한 것들과 동일하다. 도 16에서 도시한 실시예들은 특히 복수의 별개의 상부 전극 층(318)의 형성에서 도 15에 도시된 것들과 상이하다. 일 실시예에서, 마이크로 LED 디바이스(400)가 리페어 본딩 사이트(401) 상에 배치되지 않은 것으로 라벨링된 픽셀(106)에서 도시된 것들은, 상부 전극 층(318)들이 그 위에 형성될 필요가 없다. 따라서, 상부 전극 층(318)의 길이는 대체 마이크로 LED 디바이스가 추가되었는지 여부에 따라 결정될 수 있다. 상부 전극 층(318)은 또한 본딩 사이트(401) 위에 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상부 전극 층(318)들은 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅에 의해 형성된다. 특히 잉크젯 프린팅은 비접촉식 프린팅 방법이기 때문에 적합할 수 있다. 종래의 AMOLED 백플레인 프로세싱 시퀀스는 통상적으로 퇴적 챔버에서 상부 전극 층을 블랭킷 퇴적한 뒤, 큰 기판으로부터 개별적인 백플레인의 싱귤레이션(singulation)을 진행한다. 본 발명의 실시예들에 따른, 디스플레이 기판(102)은 마이크로 LED 디바이스들의 어레이를 이송하기 전에 큰 기판으로부터 싱귤레이션될 수 있다. 일 실시예에서 잉크젯 프린팅 또는 스크린 프린팅은 중복 및 리페어 구조에서 각각의 특정 구성에 대한 별개의 마스크 층이 필요 없이 개별적인 상부 전극 층들을 패터닝하기 위한 실용적인 방법을 제공한다. 상부 전극 층(118)들에 대한 라인 폭은 또한 응용 분야에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 라인 폭은 서브픽셀 영역의 것과 근접할 수 있다. 대안적으로, 라인 폭은 최소일 수 있다. 예를 들어, 대략 15 마이크로미터만큼 낮은 라인 폭이 상업적으로 이용 가능한 잉크젯 프린터를 이용하여 수행될 수 있고, 대략 30 마이크로미터만큼 낮은 라인 폭이 상업적으로 이용 가능한 스크린 프린터를 이용하여 수행될 수 있다. 따라서, 라인 폭은 대략 마이크로 LED 디바이스들의 최대폭일 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예들에 따른 도 12a 내지 도 12f에서 설명한 다양한 구성들을 포함하는 마이크로 LED 디바이스들의 어레이의 평면개략도이다. 도 17에 도시된 특정 실시예들에서, 마이크로 LED 디바이스(400)들의 배열들은 도 15 및 도 16에 대하여 위에서 설명한 것들과 동일하다. 도 17에서 도시한 실시예들은 특히 상부 전극 층(318)의 형성에서 도 16에 도시된 것들과 상이하다. 도 16에 도시된 실시예들은 상부 전극 층(318)들의 길이를 변경한 것으로 도시되었지만, 도 17에 도시된 실시예들은 상부 전극 층(318)들의 경로, 및/또는 상부 전극 층(318)들의 개수를 변경한 것으로 도시된다. 예를 들어, 도 17에 도시된 상부 전극 층(318)들은 도 12c 및 도 12e에 도시된 것들에 대응할 수 있다. 도 17에 도시된 적색 및 녹색 방출 마이크로 LED 디바이스들에 대한 예시적인 실시예들에서, 서브픽셀의 각각의 마이크로 LED 디바이스(400)에 대하여 별개의 상부 전극 층(318)이 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서 가장 기본적인 청색-방출 서브픽셀에서, 단일 상부 전극 층(318)이 서브픽셀의 다수의 마이크로 LED 디바이스(400)들에 대하여 형성될 수 있고, 경로는 본딩 층(140), 또는 대안적으로 결함 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스를 피하여 조정된다. 이런 방식으로, 상부 전극 층(318)들의 경로를 조정하는 것은 결함 또는 오염된 마이크로 LED 디바이스들 또는 누락 마이크로 LED 디바이스들의 본딩 사이트를 덮기 위하여 패시베이션 층(316)의 퇴적을 조정하는 것에 대안적으로, 또는 추가적으로 사용될 수 있다.
별개의 상부 전극 층(318)(들)의 형성은 상부 전극 층(318)(들)의 형성 이후에 디스플레이 기판(102)의 전기 테스트를 하는 동안 추가적인 이득을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상부 전극 층(318)의 형성 이전에 마이크로 LED 디바이스(400S)의 단락을 일으키는 특정 결함을 검출해내는 것이 가능하지 않을 수 있다. 단락된 마이크로 LED 디바이스(400S)의 영향으로 서브픽셀의 임의의 다른 마이크로 LED 디바이스들이 아닌 단락된 마이크로 LED 디바이스(400S)들을 통해 모든 전류가 흐르는 어두운 서브픽셀이 될 수도 있다. 도 18에 도시된 실시예에서 단략된 마이크로 LED 디바이스(400S)에 연결된 상부 전극 층(318)은 레이저 스크라이빙과 같은 적절한 기술을 이용하여 절단된다. 이런 방식으로, 이전에 설명한 집적 테스트 방법 중에 검출될 수 없었던 또는 검출되지 않았던 전기적 단락들이 잠재적으로 상부 전극 층(318)의 형성 이후에 디스플레이를 통해 전기 전류의 인가를 이용하여 전기 테스트 동안 검출될 수도 있다. 그와 같은 실시예에서, 마이크로 LED 디바이스(400S)가 단락되는 경우, 마이크로 LED 디바이스(400S)에 대한 상부 전극 층(318)은 절단되어, 중복 및/또는 리페어 마이크로 LED 디바이스가 서브픽셀에서 방출하도록 할 수 있다.
도 19는 상부 전극 층(318)을 절단 또는 스크라이빙하는 것이 아닌 대안적인 실시예를 도시하는데, 불균일한 마이크로 LED 디바이스들을 분리하기 위하여 레이저 스크라이빙과 같은 적절한 기술을 이용하여 절단될 수 있는 다수의 하부 컨택 영역(124)을 포함하는 반사 뱅크 층(142)이 형성될 수 있다. 도시된 특정 실시예에서, 하부 컨택 영역(124)은 마이크로 LED 디바이스들을 위한 별개의 랜딩 영역을 포함한다. 도시된 특정 실시예에서, 마이크로 LED 디바이스(400S)를 지지하는 하부 컨택 영역(124)은 불균일한 마이크로 LED 디바이스를 분리하기 위하여 레이저 스크라이빙과 같은 적절한 기술을 이용하여 절단되어 충전된 개구(131)를 통해 기저의 TFT 회로와 전기 통신되지 않도록 한다.
지금까지, 본 발명의 실시예들이 기저의 회로(210)를 포함하는 디스플레이 기판(102)을 이용하여 도시되고 설명되었다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 그렇게 제한되지 않는다. 예를 들어, 회로가 마이크로 칩들의 형태로 기판의 상부에 제공될 수 있다. 도 20은 본 발명의 실시예에 따른 중복 및 리페어 사이트 구성을 포함하는 스마트 픽셀 디스플레이의 평면개략도이다. 도시된 바와 같이 디스플레이 패널(200)은 불투명, 투명, 경성, 또는 가요성 기판(201)을 포함한다. 스마트 픽셀 영역(206)은 상이한 방출색들의 별개의 서브픽셀, 및 TFT 기판에 대하여 위에서 설명한 동작 회로를 포함하는 마이크로 제어기 칩(208)을 포함할 수 있다. 이런 방식으로, 동작 회로를 포함하는 TFT 기판 상에 픽셀 영역을 형성하는 것 이외에, 마이크로 LED 디바이스(400)들 및 마이크로 제어기 칩(208)은 둘 모두 기판(201)의 동일한 면 또는 표면으로 이송된다. 전기 분배 라인은 마이크로 제어기 칩(208)을 TFT 기판과 유사하게 데이터 구동 회로(109) 및 스캔 구동 회로(112)에 연결할 수 있다. 마찬가지로, 반사 뱅크 층 구조체들은 TFT 기판에 대하여 위에서 설명한 것과 유사하게 기판(201) 상에 형성되어 마이크로 LED 디바이스(400)들 및 리페어 본딩 사이트(401)를 포함할 수 있다. 유사하게, 상부 전극 층(318), 또는 별개 상부 전극 층(318)들은 마이크로 LED 디바이스(400)들을 TFT 기판 구성에 대하여 위에서 설명한 것과 유사하게 접지 타이 라인(144) 또는 접지 링(116)에 연결할 수 있다. 파장 변환 층들, 및 기타 선택적인 층들은 또한 위에서 설명한 바와 같이 마이크로 LED 디바이스(400)들 위에 형성되어 결정된 색 방출 스펙트럼을 생성할 수 있다. 따라서, 파장 변환 층들, 중복, 및 리페어 사이트 구성들을 포함하는 유사한 색 방출 구성들이 TFT 기판 구성에 대하여 위에서 설명한 바와 같이 스마트 픽셀 구성을 이용하여 형성될 수 있다.
도 21은 실시예에 따라 디스플레이 시스템(2100)을 도시한다. 디스플레이 시스템은 프로세서(2110), 데이터 수신기(2120), 디스플레이(2130), 및 스캔 구동기 IC 및 데이터 구동기 IC일 수 있는 하나 이상의 디스플레이 구동기 IC(2140)를 하우징한다. 데이터 수신기(2120)는 무선 또는 유선으로 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 무선은 Wi-Fi(IEEE 802.11 계열), WiMAX(IEEE 802.16 계열), IEEE 802.20, 롱 텀 에볼루션(LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, 에지, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, 블루투스, 그것들의 파생물, 및 3G, 4G, 5G, 및 그 이상으로 지정되는 임의의 기타 무선 프로토콜을 포함하는 수많은 무선 표준 또는 프로토콜 중 임의의 것으로 구현될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 하나 이상의 디스플레이 구동기 IC(2140)는 디스플레이(2130)에 물리적으로 전기적으로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디스플레이(2130)는 위에서 설명한 본 발명의 실시예들에 따라 형성된 하나 이상의 마이크로 LED 디바이스(400) 및 파장 변환 층(310)을 포함한다. 예를 들어, 디스플레이(2130)는 복수의 마이크로 LED 디바이스, 마이크로 LED 디바이스를 둘러싼 복수의 배광 층, 및 배광 층 위의 복수의 파장 변환 층을 포함할 수 있다.
디스플레이 시스템(2100)의 응용 분야에 따라, 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 컴포넌트들은 메모리, 터치 스크린 제어기, 및 배터리를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 다양한 구현예들에서, 디스플레이 시스템(2100)은 텔레비전, 태블릿, 전화기, 랩톱, 컴퓨터 모니터, 키오스크, 디지털 카메라, 핸드헬드 게임 콘솔, 미디어 디스플레이, 전자책 디스플레이, 또는 대면적 간판 디스플레이일 수 있다.
본 발명의 다양한 양태들을 활용하는 데 있어서, 마이크로 LED 디바이스 및 파장 변환 층들을 디스플레이 애플리케이션에 통합하기 위한 위의 실시예들의 조합 또는 변형이 가능하다는 것이 통상의 기술자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명이 구조적 특징 및/또는 방법론적 동작에 대해 특정한 표현으로 기술되어 있지만 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명은 반드시 기술된 구체적 특징 또는 동작으로 제한되지는 않는다는 것은 이해되어야 한다. 대신에, 개시된 특정 특징들 및 동작들은 본 발명을 예시하는 데 유용한 청구된 발명의 특히 적절한 구현들로서 이해되어야 한다.
Claims (22)
- 디스플레이 패널로서,
각각 다수의 서브픽셀을 포함하는 픽셀들의 어레이를 포함하는 디스플레이 기판 - 상기 서브픽셀들은 각각 상이한 색 방출 스펙트럼을 위하여 설계됨 -;
마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이 - 한 쌍의 마이크로 LED 디바이스가 각각의 서브픽셀 내에 실장됨 -; 및
상기 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이 위에 있는, 형광체 입자들을 포함하는 파장 변환 층들의 어레이
를 포함하는, 디스플레이 패널. - 제1항에 있어서, 상기 파장 변환 층들의 어레이는 파장 변환 층들의 다수 그룹을 포함하고, 각각의 그룹은 상이한 색 방출 스펙트럼을 방출하도록 설계되고, 상기 파장 변환 층들의 상이한 그룹들은 상이한 서브픽셀들로 분리되는, 디스플레이 패널.
- 제2항에 있어서, 상기 서브픽셀들 중 하나를 위한 마이크로 LED 디바이스 쌍 위에 파장 변환 층이 형성되지 않는, 디스플레이 패널.
- 제2항에 있어서, 상기 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이는 단일 색 방출 스펙트럼을 방출하도록 설계된, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이는 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 그룹들을 포함하고, 각각의 그룹은 상이한 색 방출 스펙트럼을 방출하도록 설계되고, 상기 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 상이한 그룹들은 상이한 서브픽셀들로 분리되는, 디스플레이 패널.
- 제5항에 있어서, 제1 서브픽셀에 있는 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 제1 그룹 위에 파장 변환 층이 형성되고, 제2 서브픽셀에 있는 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 제2 그룹 위에 파장 변환 층이 형성되지 않는, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 각각의 파장 변환 층은 오직 단일 마이크로 LED 디바이스 위에 형성되는, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 각각의 파장 변환 층은 마이크로 LED 디바이스 쌍 위에 형성되는, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 파장 변환 층들은 돔 형상인, 디스플레이 패널.
- 제9항에 있어서, 상기 파장 변환 층들은 반구형 외부 표면 및 세장형 돔 형상(elongated dome shaped)으로 구성된 군으로부터 선택된 형상을 갖는, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 파장 변환 층들의 어레이와 대응 마이크로 LED 디바이스 쌍들 사이에 배광 층들의 어레이를 추가로 포함하는, 디스플레이 패널.
- 제11항에 있어서, 상기 배광 층들은 광 파이프들이고, 각각의 배광 층은 측방향 길이가 상기 배광 층의 두께보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 형광체 입자들은 양자점들인, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 형광체 입자들은 양자점들로서 자격이 없는 그것들의 조성물에 기인하여 발광을 나타내는, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 마이크로 LED 디바이스들은 각각 1 μm 내지 100 μm의 최대 폭을 갖는, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 각각의 서브픽셀에 대응하는 반사 뱅크 층(reflective bank layer)을 추가로 포함하고, 각각의 반사 뱅크 층은 상기 디스플레이 기판 내의 동작 회로로부터 독립적으로 어드레스 가능한, 디스플레이 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 기판 상에 또는 그 안에 접지 라인을 추가로 포함하는, 디스플레이 패널.
- 제17항에 있어서, 상기 마이크로 LED 디바이스 쌍들의 어레이를 상기 접지 라인에 전기적으로 연결하는 하나 이상의 상부 전극 층을 추가로 포함하는, 디스플레이 패널.
- 제18항에 있어서, 상기 하나 이상의 상부 전극 층은 마이크로 LED 디바이스 쌍의 제1 마이크로 LED 디바이스를 상기 접지 라인에 전기적으로 연결하는 제1 상부 전극 층, 및 상기 마이크로 LED 디바이스 쌍의 제2 마이크로 LED 디바이스를 상기 접지 라인에 연결하는 별개의 상부 전극 층을 포함하는, 디스플레이 패널.
- 제12항에 있어서, 광 파이프 형태의 배광 층은 각각 둘 이상의 서브픽셀 및 상기 둘 이상의 서브픽셀 내에 실장된 상기 마이크로 LED 디바이스 쌍들 위에 걸쳐 이어지는, 디스플레이 패널.
- 제12항에 있어서, 광 파이프 형태의 배광 층은 각각 대응하는 픽셀 내의 모든 다수의 서브픽셀 및 상기 픽셀의 상기 다수의 서브픽셀 내에 실장된 상기 마이크로 LED 디바이스 쌍들 위에 걸쳐 이어지는, 디스플레이 패널.
- 제12항에 있어서, 광 파이프 형태의 배광 층은 각각 오직 하나의 서빅셀 및 상기 서브픽셀 내에 실장된 상기 마이크로 LED 디바이스 쌍들 위에 걸쳐 이어지는, 디스플레이 패널.
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