KR20210123307A - Led 매트릭스 어레이를 형성하기 위한 2단계 인광체-퇴적을 지원하는 포토레지스트 패터닝 프로세스 - Google Patents
Led 매트릭스 어레이를 형성하기 위한 2단계 인광체-퇴적을 지원하는 포토레지스트 패터닝 프로세스 Download PDFInfo
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Abstract
기판 상에 포토레지스트 구조체들을 패터닝하는 것을 제공하는 단계들을 포함하는, 실리콘 구조체들의 저온 경화를 위한 방법이 설명된다. 포토레지스트 구조체들은 축합 경화 실리콘 시스템으로 적어도 부분적으로 채워질 수 있는 적어도 하나의 개방 영역을 정의한다. 기상 촉매 퇴적은 축합 경화 실리콘의 경화를 가속화하기 위해 사용되고, 포토레지스트 구조체가 제거되어 독립형 또는 층형 실리콘 구조체들을 남긴다. 반사성 금속 또는 다른 재료로 코팅될 수 있는 인광체 함유 실리콘 구조체들이 이 방법에 의해 가능해진다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 12월 16일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/715,930호, 2019년 2월 11일자로 출원된 유럽 특허 출원 제19156331.1호, 및 2018년 12월 21일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/783,970호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 그 각각은 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
기술 분야
본 개시는 일반적으로 패터닝된 포토레지스트 이형 특성들을 실질적으로 손상시키지 않으면서 실리콘 또는 실록산의 경화를 가능하게 하는 패터닝 프로세스에 관한 것이다. LED 매트릭스 어레이를 위한 반사성 벽 인광체 픽셀 어레이들의 제조는 개시된 패터닝 프로세스를 사용하여 가능해지는 실시예이다.
종래의 포지티브 포토레지스트들을 사용한 실리콘의 저온 패터닝은 어려울 수 있다. 실리콘을 경화시키는데 필요한 온도들은 전형적으로 포토레지스트의 깨끗한 제거를 보장하는데 필요한 온도들보다 높아서, 포토레지스트 패터닝된 실리콘의 일반적인 사용을 방지한다. 포토레지스트 패터닝 구조체들과 함께 실리콘의 저온 경화를 허용하는 프로세스들이 필요하다.
이러한 제한은 반도체 발광 디바이스들(LED들)을 위한 포토레지스트 패터닝의 사용을 방지할 수 있다. LED 어레이들은 실리콘 내에 매립된 인광체들의 오버레이 어레이와 LED 어레이의 조합으로부터 형성된 픽셀들을 포함하도록 제조될 수 있다. 그러나, 인광체 함유 실리콘을 경화시키는데 필요한 온도들은 전형적으로 포토레지스트의 깨끗한 제거를 보장하는데 필요한 온도들보다 높기 때문에, 포토레지스트 구조체를 사용하여 실리콘들을 패터닝하기 위해 작업하는 개선된 프로세스들이 필요하다.
다른 예로서, LED 효율 및 동작을 개선하기 위해, LED 어레이들로부터의 광은 LED 어레이의 각각의 부재의 상부로부터 각각 매칭된 인광체/실리콘 어레이를 통과하도록 배열될 수 있고, 일부 백분율은 필요한 광 스펙트럼 출력을 제공하기 위해 파장 변환된다. 전형적으로, 광의 일부 비율은 인광체 층의 측면 밖으로의 반사 또는 직접 투과에 의해 손실된다. 이웃 픽셀들과의 이러한 손실 및 크로스토크를 최소화하기 위해, 반사성 재료들이 인광체/실리콘 어레이의 각각의 픽셀의 측벽들을 코팅하기 위해 사용될 수 있다. 그러나, LED들이 어레이에서 서로의 옆에 가깝게 위치될 때, 측벽들을 균일하게 코팅하는 것은 어렵다. 그러한 반사성 코팅된 인광체/실리콘 구조체들을 형성하여 사용하는 것을 허용하는 개선된 프로세스들 및 구조체들 사용이 필요하다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 상에 패터닝된 포토레지스트 구조체들을 제공하는 단계들을 포함하는, 실리콘 구조체들의 저온 경화를 위한 방법이 설명된다. 포토레지스트 구조체들은 축합 경화 실리콘 시스템으로 적어도 부분적으로 채워질 수 있는 적어도 하나의 개방 영역을 정의한다. 기상(vapor phase) 촉매화가 사용되어 축합 경화 실리콘 시스템을 경화시키고, 포토레지스트 구조체가 제거되어 독립형 또는 층형 실리콘 구조체들을 남긴다.
일부 실시예들에서 축합 경화 실리콘 시스템은 오르가노실록산 블록 공중합체들을 추가로 포함한다.
일부 실시예들에서, 기상 촉매화는 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데스-7-엔(DBU)의 사용을 포함할 수 있으나 이에 제한되지는 않는 초염기 촉매제의 사용을 추가로 포함한다.
다른 실시예에서, LED 요소들로부터 광을 수신하기에 적합한 인광체 함유 실리콘 구조체들을 정의하는 방법이 개시된다. 방법은 기판 상에 포토레지스트 구조체들을 패터닝하는 것을 제공하는 단계를 포함하고, 포토레지스트 구조체들은 적어도 하나의 개방 영역을 정의한다. 적어도 하나의 개방 영역은 인광체 입자 함유 축합 경화 실리콘 시스템으로 적어도 부분적으로 채워진다. 이어서, 축합 경화 실리콘 시스템은 기상 촉매 퇴적 후에 또는 기상 촉매 퇴적과 동시에 경화될 수 있다. 포토레지스트 구조체가 제거되고, 실리콘 결합된 인광체 입자들이 반사성 재료로 코팅된다. 결합된 인광체 입자들의 구조체들에 의해 정의된 캐비티들은 추가의 결합된 인광체 입자들로 채워져서, 반사성 재료의 수직 벽들을 남길 수 있다.
일부 실시예들에서, 체커보드 구조체들은 반사성 재료로 코팅된 결합된 인광체 입자들에 의해 정의될 수 있다. 반사성 재료는 체커보드 구조체들의 상부 또는 하부로부터 제거되어, 체커보드 구조체들 사이에만 위치된 반사성 재료의 수직으로 배열된 벽들을 남길 수 있다.
본 개시의 비-제한적이고 비-포괄적인 실시예들은 다음의 도면들을 참조하여 설명되고, 여기서, 유사한 참조 번호들은 달리 특정되지 않는 한 다양한 도면들 전반에 걸쳐 유사한 부분들을 지칭한다.
도 1은 예시적인 pcLED의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 pcLED들의 어레이의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 3a는 pcLED들의 어레이가 장착될 수 있는 전자 보드의 개략적인 평면도를 도시하고, 도 3b는 유사하게 도 3a의 전자 보드 상에 장착된 pcLED들의 어레이를 도시한다.
도 4a는 도파관들 및 투영 렌즈에 대해 배열된 pcLED들의 어레이의 개략 단면도를 도시한다. 도 4b는 도파관들이 없는, 도 4a의 배열과 유사한 배열을 도시한다.
도 5는 포토레지스트 구조체들을 사용하여 실리콘들을 패터닝하기 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e, 도 6f, 및 도 6g는 LED 패키지들을 위한 실리콘 및 인광체 구조체들을 제조하는 예시적인 방법에서의 단계들을 도시한다.
도 7은 실리콘 및 인광체 재료로 채우기 전의 중간 체커보드 구조체를 도시한다.
도 1은 예시적인 pcLED의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 각각 pcLED들의 어레이의 단면도 및 평면도를 도시한다.
도 3a는 pcLED들의 어레이가 장착될 수 있는 전자 보드의 개략적인 평면도를 도시하고, 도 3b는 유사하게 도 3a의 전자 보드 상에 장착된 pcLED들의 어레이를 도시한다.
도 4a는 도파관들 및 투영 렌즈에 대해 배열된 pcLED들의 어레이의 개략 단면도를 도시한다. 도 4b는 도파관들이 없는, 도 4a의 배열과 유사한 배열을 도시한다.
도 5는 포토레지스트 구조체들을 사용하여 실리콘들을 패터닝하기 위한 예시적인 프로세스를 도시하는 흐름도이다.
도 6a, 도 6b, 도 6c, 도 6d, 도 6e, 도 6f, 및 도 6g는 LED 패키지들을 위한 실리콘 및 인광체 구조체들을 제조하는 예시적인 방법에서의 단계들을 도시한다.
도 7은 실리콘 및 인광체 재료로 채우기 전의 중간 체커보드 구조체를 도시한다.
이하의 상세한 설명은 도면들을 참조하여 읽어야 하며, 도면들에서 동일한 참조 번호들은 상이한 도면들 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 지칭한다.
반드시 실제 축척대로 도시되어 있지는 않은 도면들은 선택된 실시예들을 도시하고 있고, 본 발명의 범위를 한정하도록 의도된 것은 아니다. 상세한 설명은 제한이 아니라 예로서 본 발명의 원리를 예시한다.
도 1은 기판(104) 상에 배치된 반도체 다이오드 구조체(102)를 포함하는 개별 pcLED(100)의 예를 도시하며, 이들은 함께 본 명세서에서 "LED"로 간주되고, 인광체 층(106)이 LED 상에 배치된다. 반도체 다이오드 구조체(102)는 전형적으로 n-형 층과 p-형 층 사이에 배치된 활성 영역을 포함한다. 다이오드 구조체를 가로지르는 적합한 순방향 바이어스의 인가는 활성 영역으로부터의 광의 방출을 초래한다. 방출된 광의 파장은 활성 영역의 조성물 및 구조체에 의해 결정된다.
LED는 예를 들어, 청색, 보라색, 또는 자외선 광을 방출하는 III-질화물 LED일 수 있다. 임의의 다른 적합한 재료 시스템으로부터 형성되고 임의의 다른 적합한 파장의 광을 방출하는 LED들이 또한 사용될 수 있다. 다른 적합한 재료 시스템들은, 예를 들어, III-인화물 재료들, III-비화물 재료들, 및 II-VI 재료들을 포함할 수 있다.
pcLED로부터의 원하는 광학 출력에 따라, 임의의 적합한 인광체 재료들이 사용될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 기판(202) 상에 배치된 인광체 픽셀들(106)을 포함하는 pcLED들(100)의 어레이(200)의 단면도 및 평면도를 각각 도시한다. 이러한 어레이는 임의의 적합한 방식으로 배열된 임의의 적합한 수의 pcLED를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 어레이는 공유 기판 상에 모놀리식으로 형성된 것으로 도시되어 있지만, 대안적으로, pcLED들의 어레이는 별개의 개별 pcLED들로부터 형성될 수 있다. 기판(202)은 LED를 구동하기 위한 CMOS 회로를 선택적으로 포함할 수 있고, 임의의 적합한 재료로 형성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같이, pcLED 어레이(200)는 전력 및 제어 모듈(302), 센서 모듈(304), 및 LED 부착 영역(306)을 포함하는 전자 보드(300) 상에 장착될 수 있다. 전력 및 제어 모듈(302)은, 어느 전력 및 제어 모듈(302)이 LED들의 동작을 제어하는지에 기초하여, 외부 소스들로부터의 전력 및 제어 신호들 및 센서 모듈(304)로부터의 신호들을 수신할 수 있다. 센서 모듈(304)은 임의의 적합한 센서들로부터, 예를 들어, 온도 또는 광 센서들로부터 신호들을 수신할 수 있다. 대안적으로, pcLED 어레이(200)는 전력 및 제어 모듈 및 센서 모듈과 별개의 보드(도시되지 않음) 상에 장착될 수 있다.
개별 pcLED들은 선택적으로, 인광체 층에 인접하여 위치하거나 인광체 층 상에 배치된 렌즈 또는 다른 광학 요소를 포함하거나 그와 조합하여 배열될 수 있다. 도면에 도시되지 않은 이러한 광학 요소는 "주 광학 요소"로 지칭될 수 있다. 또한, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, (예를 들어, 전자 보드(300) 상에 장착된) pcLED 어레이(200)는 의도된 애플리케이션에서 사용하기 위해 도파관들, 렌즈들, 또는 둘 다와 같은 보조 광학 요소들과 조합하여 배열될 수 있다. 도 4a에서, pcLED들(100)에 의해 방출된 광은 도파관들(402)에 의해 수집되고 투영 렌즈(404)로 지향된다.
투영 렌즈(404)는 예를 들어, 프레넬(Fresnel) 렌즈일 수 있다. 이러한 배열은 예를 들어, 자동차 헤드라이트들에 사용하기에 적합할 수 있다. 도 4b에서, pcLED들(100)에 의해 방출된 광은 중간 도파관들의 사용 없이 투영 렌즈(404)에 의해 직접 수집된다. 이 배열은 pcLED들이 서로 충분히 가깝게 이격될 수 있을 때 특히 적합할 수 있고, 또한 자동차 헤드라이트들에서 뿐만 아니라 카메라 플래시 애플리케이션들에서 사용될 수 있다. microLED 디스플레이 애플리케이션은, 예를 들어, 도 4a 및 도 4b에 도시된 것과 유사한 광학 배열들을 사용할 수 있다. 일반적으로, 원하는 애플리케이션에 따라, 광학 요소들의 임의의 적합한 배열이 본 명세서에 설명된 pcLED들과 조합하여 사용될 수 있다.
pcLED 어레이들의 많은 사용들에 대해, 어레이 내의 개별 pcLED들로부터 방출된 광을 구획화하는 것이 바람직하다. 즉, 어레이 내의 인접한 pcLED들이 어둡게 유지되는 동안 어레이 내의 개별 pcLED를 광원으로서 동작시킬 수 있는 것이 유리하다. 이것은 디스플레이들 또는 조명의 더 나은 제어를 허용한다.
많은 애플리케이션들에서 어레이 내의 pcLED들을 서로 가깝게 배치하는 것이 또한 유리하다. 예를 들어, microLED들에서의 바람직한 구성은 개별 LED들 사이에 최소 간격을 갖는 것이다. 카메라 플래시 광원으로서 사용되는 어레이에서 또는 자동차 헤드라이트에서 pcLED들을 가깝게 이격시키는 것은 임의의 보조 광학계에 대한 요건들을 단순화하고 어레이에 의해 제공되는 조명을 개선할 수 있다.
그러나, 어레이 내의 pcLED들이 서로 가깝게 배치되는 경우, 인접한 pcLED들 사이의 광학 크로스토크가 발생할 수 있다. 즉, pcLED에 의해 방출된 광은 인접한 pcLED 내로 산란되거나 또한 다르게는 커플링될 수 있고, 그 다른 pcLED로부터 기원하는 것으로 보일 수 있어, 광의 원하는 구획화를 방해한다.
어레이 내의 픽셀들 사이의 광학적 크로스토크의 가능성은 LED들의 어레이의 상부 상의 단일 공유 인광체 층의 사용을 금지한다. 대신에, 각각의 발광 요소 상에 인광체의 개별 픽셀을 제공하는 패터닝된 인광체 퇴적이 인광체 픽셀들 상의 반사 측벽들과 조합하여 필요하다.
어레이 내의 LED들 사이의 간격이 작은 경우, 예를 들어, 10 또는 20 미크론보다 작은 경우, 채워지거나 코팅될 채널들의 높은 종횡비들로 인해 습식 화학적 또는 물리적 퇴적 방법들로 인광체 픽셀들 상에 반사 측벽들을 형성하는 것이 어렵다. LED들을 위한 측면 코트로서 사용되는 가장 일반적인 산란 층은 실리콘에 매립된 TiO2 산란 입자들을 포함한다. 다른 옵션은 예를 들어, 알루미늄 또는 은과 같은 반사성 금속 층이다. 또 다른 옵션은 설계에 따라 매우 높은 반사율을 제공할 수 있는, 고굴절률 재료 및 저굴절률 재료의 교대하는 층들의 스택으로부터 형성된 다층 분산 브래그 반사기(multilayer Distributed Bragg Reflector)(DBR) 구조체이다. 인광체 픽셀들의 측벽들 상의 그러한 반사 층들 또는 구조체들의 균일한 코팅을 보장하기 위해, 측벽들은 액세스가능해야 한다. 인접한 인광체 픽셀들 사이의 갭의 종횡비가 높은 경우, 반사 코팅 두께의 불균일성이 예상될 수 있어, 불균일한, 비-최적화 반사 특성들을 초래한다.
본 명세서는 얇은 측벽 반사기들을 갖는 근접 공간 인광체 픽셀들의 어레이들을 생성하기 위해 사용될 수 있는 방법들을 개시한다. 위에 요약된 바와 같이, 이러한 방법들은 인광체들을 포함하는 축합 경화 실리콘 시스템들의 기상 촉매화와 조합하여 패터닝된 포토레지스트 구조체들을 이용한다.
실리콘 또는 실록산들을 경화시키는데 필요한 온도들은 전형적으로 포토레지스트의 깨끗한 제거를 보장하는데 필요한 온도들보다 높아서, 포토레지스트 패터닝된 실리콘의 일반적인 사용을 방해한다. 예를 들어, 포토레지스트가 섭씨 120도의 전형적인 실리콘 경화 온도에 놓이는 경우, 워시 제거를 방지하기 위해 포토레지스트에서 충분한 가교가 발생한다. 대안적으로, 포토레지스트의 나중의 세척 제거를 보장하기 위해 섭씨 90도의 최대 온도가 사용되는 경우, 실리콘은 적절하게 경화되지 않고, 세척 단계 동안 실리콘 구조체들의 부분 제거 또는 에지 침식이 발생할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 종래의 포토레지스트들을 사용하여 실리콘을 패터닝하기 위한 신규한 저온 프로세스(500)가 설명된다. 프로세스(500)는 포토레지스트 패터닝 구조체들과 함께 실리콘의 저온 경화를 허용하고, 포토레지스트를 기판에 도포하고 포토레지스트를 패터닝/제거하여 원하는 구조체들을 형성하는 제1 단계 510을 포함한다. 제2 단계 520에서, 포토레지스트 제거 후에 정의된 캐비티들 또는 영역들은 축합 경화 실리콘 시스템으로 적어도 부분적으로 채워진다. 제3 단계에서, 촉매는 기상으로부터 첨가된다(530). 실리콘 축합 경화 단계가 이에 후속한다(540). 이어서, 실리콘 축합 경화(540)와 동시에 또는 경화 후에, 제5 단계 550에서 포토레지스트가 제거된다.
이 설명된 저온 프로세스에 유용한 포지티브 포토레지스트 화합물들은 현상제가 광에 노출되는 퇴적된 영역들을 용해시키도록 광에 의해 열화되는 감광성 재료들을 포함할 수 있다. 사실상, 이것은 마스크가 배치된 코팅을 남긴다(즉, 막은 조명된 레지스트의 이전에 어두운 부분들 상에 남는다). 포지티브 레지스트들은 전형적으로 저온들에서 사용될 필요가 있는데, 그 이유는 이들이 고온들에서 영구적 가교("하드 베이크(hard bake)"라고도 불림)에 취약하여, 레지스트가 이후에 스트리핑 배스(stripping bath)(전형적으로 온화한 용매 시스템)에 의해 제거될 수 없게 하기 때문이다.
축합 경화 실리콘 시스템은 상당한 처리 및 저장 어려움들 없이 허용가능한 경화 속도들을 제공할 수 있는 경화성 폴리실록산 조성물들을 포함할 수 있다.
특정 실시예들에서, 축합 경화 실리콘 시스템은 선택적 유기, 무기 또는 유기/무기 결합제 및 충전제 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광 활성 인광체들, 다이들 또는 나노입자들은 실리콘에 의해 함께 결합될 수 있다. 다른 실시예들에서, 실리콘은 렌즈들, 광 가이드들 또는 굴절 요소들을 포함하는 광학 구조체들을 형성할 수 있다.
축합 경화 실리콘 시스템 촉매들을 위한 촉매들은 제거를 필요로 하는 종들의 생성을 최소화하도록 선택될 수 있고/있거나, 비교적 저온들에서의 경화 및/또는 감열성 기판들의 사용을 가능하게 하기 위해 고온 활성화를 필요로 하지 않아야 한다. 조성물들은 비교적 무독성이고, 용액에서 비교적 안정하지만 건조시 비교적 급속 경화되는 촉매들을 사용할 수 있다. 촉매들은 비교적 낮은 농도들에서 효과적일 수 있고/있거나 비교적 낮은(또는 무) 수분 조건들 하에서 효과적일 수 있다. 기상으로서 이용될 수 있는 촉매들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 축합 경화 실리콘 시스템의 기상 경화는 염기성 또는 알칼리성 촉매제들을 사용하여 수행될 수 있다. 실시예에서, Swier 등에 의한 미국 특허 제9,688,035호에 설명된 것과 같은 초염기 촉매제들이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 초염기 촉매를 사용하여 제조된 실리콘 고체 조성물들은 초염기 촉매가 없는 유사한 조성물들에 비해 향상된 경화 속도들, 개선된 기계적 강도, 및 개선된 열 안정성을 나타낸다.
본 명세서에 사용된 용어 "초염기"는 매우 높은 염기도를 갖는 화합물들, 예컨대 리튬 디이소프로필아미드를 지칭한다. 용어 "초염기"는 또한 고유한 새로운 특성들을 갖는 새로운 염기성 종들을 초래하는 2개(또는 그 초과)의 염기의 혼합으로부터 초래되는 염기들을 포괄한다. 용어 "초염기"는 반드시 다른 것보다 열역학적으로 및/또는 동역학적으로 더 강한 염기를 의미하는 것은 아니다. 대신에, 일부 실시예들에서, 이는 염기성 시약이 여러 상이한 염기들의 특징들을 조합함으로써 생성됨을 의미한다. 용어 "초염기"는 또한 1,8-비스-(디메틸아미노)-나프탈렌에 비해 더 높은 절대 양성자 친화도(APA=245.3kcal/몰) 및 고유 기체 상 염기도(GB=239kcal/몰)를 갖는 임의의 종들을 포괄한다.
초염기들의 비제한적 예들은 유기 초염기들, 유기금속 초염기들 및 무기 초염기들을 포함한다. 유기 초염기들은 질소-함유 화합물들을 포함하나 이에 제한되지는 않는다. 일부 실시예들에서, 질소-함유 화합물들은 또한 낮은 친핵성 및 비교적 온화한 사용 조건들을 갖는다. 질소-함유 화합물들의 비제한적 예들은 포스파젠들, 아미딘들, 구아니딘들 및 멀티시클릭 폴리 아민들을 포함한다. 유기 초염기들은 또한 반응성 금속이 헤테로원자 상의 수소로 교환된 화합물들, 예컨대 산소(불안정화된 알콕시드들) 또는 질소(금속 아미드들, 예컨대 리튬 디이소프로필아미드)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 초염기 촉매는 아미딘 화합물이다. 일부 실시예들에서, 용어 "초염기"는 물 중에서 측정시 2개 이상의 질소 원자 및 약 0.5 내지 약 11의 pKb를 갖는 유기 초염기들을 지칭한다.
본 발명의 특정 실시예들에서, 초염기 촉매는 유기 초염기, 예컨대 위에 설명되거나 본 기술분야에 공지된 임의의 유기 초염기이다.
추가 실시예에서, 초염기 촉매는 다음을 포함한다:
1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데스-7-엔(DBU), (CAS #6674-22-2)
초염기 촉매의 양은 달라질 수 있고, 제한적이지 않다. 전형적으로, 기상을 통해 첨가되는 양은 촉매 유효량이며, 이는 선택된 초염기, 및 실록산 중합체 수지의 증기 투과 특성들에 따라 달라질 수 있다. 초염기 촉매의 양은 전형적으로 고체 조성물에서의 백만분율(ppm)로 측정된다. 특히, 촉매 레벨은 공중합체 고체들과 관련하여 계산된다. 경화성 조성물들에 첨가되는 초염기 촉매의 양은 고체 조성물들에 존재하는 중합체 수지 함량(중량)을 기준으로 0.1 내지 1,000ppm, 대안적으로 1 내지 500ppm, 또는 대안적으로 10 내지 100ppm의 범위일 수 있다.
실리콘 재료 또는 실록산들은 기계적 안정성, 저온 경화 특성들(예를 들어, 섭씨 150-120도 미만), 및 기상 촉매들을 사용하여 촉매되는 능력을 위해 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 오르가노실록산 블록 공중합체들이 사용될 수 있다. D 및 T 단위를 함유하는 오르가노폴리실록산들- 여기서, D 단위는 주로 함께 본딩되어 10 내지 400개의 D 단위를 갖는 선형 블록들을 형성하고, T 단위는 주로 서로 본딩되어 분지형 중합체 체인들을 형성하며, 이는 "비-선형 블록들"로 지칭됨 -이 사용될 수 있다.
전술한 바와 같은 패터닝된 기상 촉매된 실리콘 또는 실록산 재료들이 LED 및 microLED 패키징에 사용될 수 있다. LED 패키지들은 기상 촉매된 실리콘을 사용하여 함께 결합된 인광체 재료를 함유할 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 결합 인광체 재료는 금속들, 광 반사성 재료들, 또는 미러들(예를 들어, 분산 브래그 반사기 - "DBR 미러")로 코팅될 수 있는 측벽들을 형성할 수 있다.
기상 촉매된 실리콘을 사용하여 함께 결합된 인광체들은 에피택셜 성장 또는 퇴적된 반도체 n-층을 지지할 수 있는 사파이어 또는 실리콘 탄화물로 형성된 기판 상에 위치될 수 있다. 반도체 p-층은 n-층 상에 순차적으로 성장 또는 퇴적되어, 층들 사이의 접합에 활성 영역을 형성할 수 있다. 고휘도 발광 디바이스들을 형성할 수 있는 반도체 재료들은 III-V족 반도체들, 특히 III-질화물 재료들이라고도 지칭하는, 갈륨, 알루미늄, 인듐, 및 질소의 2원, 3원, 및 4원 합금들을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다.
인광체들은 백색광 또는 다른 색들의 단색 광을 생성할 수 있는 하나 이상의 파장 변환 재료를 포함할 수 있다. LED에 의해 방출된 광의 전부 또는 부분만이 인광체의 파장 변환 재료에 의해 변환될 수 있다.
변환되지 않은 광은 최종 광 스펙트럼의 일부분일 수 있지만, 반드시 그러해야 하는 것은 아니다. 통상의 디바이스들의 예들은 황색-방출 인광체와 조합된 청색-방출 LED 세그먼트, 녹색- 및 적색-방출 인광체들과 조합된 청색-방출 LED 세그먼트, 청색- 및 황색-방출 인광체들과 조합된 UV-방출 LED 세그먼트, 및 청색-, 녹색-, 및 적색-방출 인광체들과 조합된 UV-방출 LED 세그먼트를 포함한다. 실리콘과 함께 결합된 인광체들은 몰딩, 디스펜싱, 스크린 프린팅, 스프레이 또는 적층될 수 있다.
일 실시예에서, 광 반사 재료는 금속화된 층일 수 있다. 다른 실시예들에서, 유전체 미러 또는 DBR이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 반사 재료는 실리콘 및 광 반사성 입자들과 같은 결합제의 얇은 층을 포함할 수 있다. 광 반사성 재료는 또한 유기, 무기, 또는 유기/무기 결합제 및 충전제 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기/무기 결합제 및 충전제는, 예를 들어, 매립된 반사성 티타늄 산화물(TiO2), SiO2, 또는 다른 반사성/산란성 입자들을 갖는 실리콘일 수 있다. 무기 결합제들은 졸-겔(예를 들어, TEOS 또는 MTMS의 졸-겔) 또는 액체 유리(예를 들어, 규산 나트륨 또는 규산 칼륨)(또한 물 유리로서 공지됨)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 결합제들은 물리적 특성들을 조정하는 충전제들을 포함할 수 있다. 충전제들은 무기 나노입자들, 실리카, 유리 입자들 또는 섬유들, 또는 광학 또는 열 성능을 개선할 수 있는 다른 재료들을 포함할 수 있다. 광 반사성 재료는 (금속들을 위한) 증발 퇴적, (DBR 미러들을 위한) 원자 층 퇴적, 또는 (결합제 내의 반사성 입자들을 위한) 몰딩, 디스펜싱, 스크린 프린팅, 스프레이, 또는 적층을 포함하는 다양한 프로세스들에 의해 측벽들에 도포될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 주 또는 보조 광학계가 LED 패키지 내의 실리콘 결합 인광체들 근처에 부착 또는 위치될 수 있다. 광학계는 오목 또는 볼록 렌즈들, 렌즈릿 어레이들, 그레이딩된 인덱스 렌즈, 반사기들, 산란 요소들, 빔 균질화기들, 확산기들, 또는 다른 광 포커싱 또는 블러링 광학계를 포함할 수 있다. 보호 층들, 투명 층들, 열 층들, 또는 다른 패키징 구조체들이 특정 애플리케이션들을 위해 필요에 따라 사용될 수 있다.
도 6a 내지 도 6g에 도시된 바와 같이, 미립자 인광체들을 함유하는 기상 촉매된 실리콘 및 포지티브 포토레지스트를 사용하여 패터닝된 인광체 구조체를 형성하기 위한 프로세스가 설명된다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 구조체(600A)는 제거가능한 포지티브 포토레지스트(620)를 지지하는 기판(610) 및 선택적인 인광체들, 다이들, 광 활성화된 나노입자들, 충전제들, 또는 다른 재료들을 함유하는 실리콘 구조체(630)를 포함한다.
도 6b는 독립형 실리콘(630) 필러들 또는 폼들을 남기는 포지티브 포토레지스트의 제거 후에 정의되는 구조체(600B)를 예시하며, 캐비티들(622)은 실리콘 구조체들(630)에 인접하여 정의된다. 캐비티들은 홀들, 채널들, 직사각형 레이아웃들, 체커보드 레이아웃들, 만곡형 또는 사행형 레이아웃들, 또는 육각형 레이아웃들과 같은 규칙적인 패턴들을 포함할 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 6c는 실리콘 구조체 상부, 측벽들, 및 기판(610) 위에 반사 층(640)을 도포한 후의 구조체(600C)를 도시한다. 반사 층은 금속, 유전체 미러, 또는 결합제에 함유된 반사 입자들일 수 있다.
도 6d는 실리콘 및 선택적 인광체들, 다이들, 광 활성화된 나노입자들, 충전제들, 또는 다른 재료들로 캐비티들(622)을 채운 후의 구조체(620D)를 도시한다. 실리콘은 도 6a 내지 도 6c에서 사용된 것과 동일할 수 있거나, 다른 타입들의 실리콘 시스템들 및 인광체들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 증기 촉매화를 필요로 하지 않는 고온 실리콘 시스템이 상이한 방출 특성들을 갖는 인광체 세트와 함께 사용될 수 있다.
도 6e는 그라인딩, 폴리싱 또는 에칭에 의한 상부 반사 층의 제거 후의 구조체(600E)를 도시한다.
도 6f는 활성 광 방출기들을 포함하는 LED 기판으로의 플립핑 및 부착 후의 구조체(600F)를 도시한다. LED 기판은 미크론 스케일 피처들 및/또는 밀리미터 스케일 픽셀들을 갖는 microLED일 수 있다.
도 6g는 종래의 릴리스 기법들 및/또는 그라인딩, 폴리싱 또는 에칭에 의한 기판(610) 및 상부 반사 층의 제거 후의 구조체(600G)를 도시한다.
이것은 실리콘 구조체들(630) 사이의 측벽들 상에 수직 반사 코팅들(640)을 남겨, 인광체 픽셀 구조체들 사이에 광학적 격리를 제공한다.
도 7은 도 6c에 도시된 처리 단계에 대응하는 중간 구조체(700)를 도시한다. 이는 미립자 인광체를 함유하는 증기 촉매된 실리콘 "아일랜드들(730)"을 덮도록 형성된 반사 층 및 인광체 어레이의 2분의 1이 형성되고 경화된 체커보드 패턴을 포함한다. 아일랜드들(730) 사이의 캐비티 채널들 또는 홈들(갭들)(722)은 다음 단계에서 추가 인광체로 채워지고, 경화되고, 상부 및 하부 표면 상의 임의의 도포된 반사성 재료는 LED 어레이 및 임의의 추가 광학계에 둘 다 인광체 구조체를 부착하기 전에 제거될 것이다.
본 명세서에 개시된 것과 같은 발광 어레이들 또는 microLED 어레이들은 광 분포의 미세-단위의(fine-grained) 강도, 공간, 및 시간 제어로부터 이익을 얻는 광범위한 애플리케이션들을 지원할 수 있다. 이는 블록들 또는 개별 LED들로부터의 방출된 광의 정밀한 공간 패터닝을 포함할 수 있지만, 이로 제한되지는 않는다. 애플리케이션에 따라, 방출된 광은 분광적으로 구별되고(spectrally distinct), 시간의 경과에 따라 적응적이고(adaptive over time), 및/또는 환경적으로 반응한다(environmentally responsive). 일부 실시예들에서, 발광 어레이들은 다양한 강도, 공간, 또는 시간 패턴들로 미리 프로그래밍된 광 분포를 제공할 수 있다. 방출된 광은 수신된 센서 데이터에 적어도 부분적으로 기초할 수 있고 광 무선 통신들을 위해 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, 연관된 광학계는 단일 또는 다수의 LED 레벨에서 구별될 수 있다. 예시적인 발광 어레이는 연관된 공통 광학계를 갖는 흔히 제어되는 중심 블록의 고강도 LED들을 갖는 디바이스를 포함할 수 있는 반면, 에지 위치된 LED들은 개별 광학계를 가질 수 있다. 발광 LED 어레이들에 의해 지원되는 흔한 애플리케이션들은 비디오 조명, 자동차 헤드라이트, 건축 및 구역 조명, 거리 조명, 및 정보 디스플레이를 포함한다.
프로그램가능 발광 어레이들은 개선된 시각적 디스플레이를 위해 또는 조명 비용을 감소시키기 위해 건물들 또는 지역들을 선택적으로 및 적응적으로 조명하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 발광 어레이들은 장식적 모션 또는 비디오 효과들을 위한 미디어 파사드(media facade)들을 투사하기 위해 사용될 수 있다. 추적 센서들 및/또는 카메라들과 함께, 보행자들 주위의 구역들의 선택적 조명이 가능할 수 있다. 조명의 색 온도를 조정하기 위해서뿐만 아니라 파장-특정 원예 조명을 지원하기 위해 스펙트럼적으로 구별되는 LED들이 사용될 수 있다.
거리 조명은 프로그램가능 발광 어레이들의 사용으로부터 크게 이익을 얻을 수 있는 중요한 애플리케이션이다. 단일 타입의 발광 어레이를 사용하여 다양한 거리 조명 타입들을 모방하여, 예를 들어, 선택된 LED들의 적절한 활성화 또는 비활성화에 의해 I 타입 선형 거리 조명과 IV 타입 반도체 거리 조명 사이의 스위칭을 허용할 수 있다. 또한, 거리 조명 비용은 환경 조건 또는 사용 시간에 따라 광 빔 강도 또는 분포를 조정함으로써 저하될 수 있다. 예를 들어, 보행자들이 존재하지 않을 때 광 강도 및 분포 구역이 감소될 수 있다. 발광 어레이의 LED들이 스펙트럼적으로 구별된다면, 각각의 일광, 석양, 또는 야간 조건들에 따라 광의 색 온도가 조정될 수 있다.
프로그램가능한 발광 LED는 또한 직접 또는 투사형 디스플레이를 필요로 하는 애플리케이션을 지원하는데 적합하다. 예를 들어, 캘리브레이션을 요구하는 자동차 헤드라이트들, 또는 경고, 비상, 또는 정보 표지판들은 모두 발광 어레이들을 사용하여 디스플레이되거나 투사될 수 있다. 이는, 예를 들어, 자동차 헤드라이트로부터의 광 출력의 방향성을 수정하는 것을 허용한다. 발광 어레이가 다수의 LED로 구성되거나 적합한 동적 광 마스크를 포함한다면, 사용자 가이드 배치와 함께 텍스트 또는 수치 정보가 제시될 수 있다. 방향 화살표들 또는 유사한 표시자들이 제공될 수도 있다.
본 발명의 많은 수정들 및 다른 실시예들은 전술한 설명들 및 연관된 도면들에 제시된 교시들의 이점을 갖는 본 기술분야의 통상의 기술자의 생각에 떠오를 것이다. 따라서, 본 발명이 특정 실시예들에 제한되지 않으며, 수정들 및 실시예들이 첨부된 청구항들의 범위 내에 포함되도록 의도된다는 점이 이해된다. 본 발명의 다른 실시예들은 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 요소/단계 없이 실시될 수 있음이 또한 이해된다.
Claims (17)
- 인광체 픽셀들의 어레이를 제조하는 방법으로서,
제1 인광체 퇴적 단계에서, 포토레지스트 층을 퇴적하고 이를 패터닝하여 갭들에 의해 서로 분리된 포토레지스트 블록들의 어레이를 형성하는 단계- 상기 포토레지스트 블록들 및 상기 갭들은 매트릭스 어레이 내의 교대하는 위치들을 점유하고 체커보드 패턴을 형성함 -;
상기 갭들에 제1 인광체 조성물을 퇴적하는 단계- 상기 제1 인광체 조성물은 축합 경화 실리콘 시스템에 분산된 인광체 입자들을 포함함 -;
상기 인광체 조성물을 퇴적한 후에, 하나 이상의 기상 촉매를 사용하여 상기 축합 경화 실리콘 시스템을 경화시켜 상기 매트릭스 어레이 내의 교대하는 위치들을 점유하는 제1 복수의 인광체 픽셀을 형성하는 단계;
상기 축합 경화 실리콘 시스템을 경화시킨 후, 상기 포토레지스트 블록들을 제거하는 단계;
상기 포토레지스트 블록들을 제거한 후; 상기 제1 복수의 인광체 픽셀의 측벽들 상에 반사 구조체들을 퇴적하는 단계;
상기 반사 구조체들을 퇴적한 후에, 제2 인광체 퇴적 단계에서 포토레지스트 블록들에 의해 이전에 점유된 상기 매트릭스 어레이 내의 위치들에 제2 인광체 조성물을 퇴적하는 단계; 및
상기 제2 인광체 퇴적 단계에서 퇴적된 상기 인광체 조성물을 경화시켜 상기 매트릭스 어레이 내의 교대하는 위치들을 점유하는 제2 복수의 인광체 픽셀을 형성하는 단계- 상기 매트릭스 어레이 내의 인접한 인광체 픽셀들은 상기 반사 구조체들 중 하나와 접촉하고 상기 반사 구조체들 중 하나에 의해 이격됨 -를 포함하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 축합 경화 실리콘 시스템은 오르가노실록산 블록 공중합체들을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 기상 촉매는 초염기 촉매제들을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 기상 촉매는 1,8-디아자비시클로[5.4.0]운데스-7-엔(DBU)을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 인광체 조성물은 상기 제1 인광체 조성물과 동일한, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 인광체 조성물은 상기 제1 인광체 조성물과 상이한, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 인광체 조성물은 여기 시에 제1 색의 광을 방출하고, 상기 제2 인광체 조성물은 여기 시에 제2 색의 광을 방출하고, 상기 제2 색은 상기 제1 색과 상이한, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 인광체 조성물은 축합 경화 실리콘 시스템에 분산된 인광체 입자들을 포함하고;
상기 제2 인광체 퇴적 단계에서 퇴적된 상기 인광체 조성물을 경화시키는 것은 하나 이상의 기상 촉매를 사용하는 것을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
인접한 인광체 픽셀들은 상기 반사 구조체들에 의해 약 10 미크론 이하만큼 이격되는, 방법. - 제1항에 있어서,
인접한 인광체 픽셀들은 상기 반사 구조체들에 의해 약 3 미크론 이하만큼 이격되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반사 구조체들은 매트릭스로 분산된 산란 입자들을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반사 구조체들은 반사성 금속 층들을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반사 구조체들은 분산 브래그 반사기 구조체들을 포함하는, 방법. - 제1항의 방법에 의해 제조된 상기 인광체 픽셀들의 어레이를 발광 다이오드들의 대응하는 어레이에 부착하는 단계를 포함하는 인광체-변환 LED들의 어레이를 형성하는 방법.
- 인광체 픽셀들의 어레이로서,
서로 이격된 복수의 인광체 픽셀- 각각의 인광체 픽셀은 상기 어레이 내의 인접 픽셀들과 대면하는 측벽들을 포함함 -; 및
인접한 인광체 픽셀들의 상기 측벽들 사이에 배치된 복수의 반사 구조체를 포함하고;
상기 인접한 인광체 픽셀들 사이의 간격은 그들 사이에 배치된 상기 반사 구조체의 두께와 동일하고, 이는 약 3 미크론 이하인 인광체 픽셀들의 어레이. - 제15항에 있어서,
상기 반사 구조체들은 분산 브래그 반사기 구조체들을 포함하는, 인광체 픽셀들의 매트릭스 어레이. - 제15항에 있어서,
상기 반사 구조체들은 하나 이상의 반사성 금속 층을 포함하는, 인광체 입자들의 매트릭스 어레이.
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Patent Citations (4)
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