KR20210132230A - 서브-표면 산란 피쳐들을 포함하는 광학 어셈블리 - Google Patents

서브-표면 산란 피쳐들을 포함하는 광학 어셈블리 Download PDF

Info

Publication number
KR20210132230A
KR20210132230A KR1020217034452A KR20217034452A KR20210132230A KR 20210132230 A KR20210132230 A KR 20210132230A KR 1020217034452 A KR1020217034452 A KR 1020217034452A KR 20217034452 A KR20217034452 A KR 20217034452A KR 20210132230 A KR20210132230 A KR 20210132230A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
major surface
substrate
damage
layer
damage tracks
Prior art date
Application number
KR1020217034452A
Other languages
English (en)
Inventor
윌리엄스 엘렌 마리 코시크
제임스 엔드류 웨스트
Original Assignee
코닝 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닝 인코포레이티드 filed Critical 코닝 인코포레이티드
Publication of KR20210132230A publication Critical patent/KR20210132230A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G02B6/0051—Diffusing sheet or layer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/02—Diffusing elements; Afocal elements
    • G02B5/0205—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties
    • G02B5/0236—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element
    • G02B5/0247—Diffusing elements; Afocal elements characterised by the diffusing properties the diffusion taking place within the volume of the element by means of voids or pores
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/875—Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K59/877—Arrangements for extracting light from the devices comprising scattering means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/35—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising red-green-blue [RGB] subpixels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

제1 주 표면 및 제2 주 표면을 갖는 투명한 기판을 포함하는 광학 어셈블리. 상기 투명한 기판은 내부에 배치된 손상 층을 포함한다. 복수의 전계발광 소자들에 의해 정의된 픽셀이 상기 제1 주표면 상에 배치되며, 상기 픽셀은 상기 손상 층을 통해 연장되는 픽셀 볼륨을 더 정의한다. 제1의 복수의 레이저-유도 손상 트랙들이 상기 픽셀 볼륨에 인접한 상기 손상 층 내에 배치된다. 추가 실시예들에서, 제2의 복수의 레이저-유도 손상 트랙들이 상기 픽셀의 개별 전계발광 소자들에 의해 정의된 서브픽셀 볼륨들에 인접하여 배치될 수 있다. 추가 실시예들에서, 복수의 전계발광 소자들을 포함하는 제1 기판이 복수의 색상 변환 층들을 포함하는 투명한 제2 기판의 맞은편에 배치되며, 복수의 손상 트랙들이 상기 색상 변환 층들에 의해 정의된 색상 변환 볼륨들에 인접하여 배치된다.

Description

서브-표면 산란 피쳐들을 포함하는 광학 어셈블리
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은 2019년 3월 22일 출원된 미국 예비 출원 일련번호 제62/822,378호의 우선권의 이익을 주장하며, 그 내용들은 이하에서 완전하게 설명하는 바와 같이 그 전체로서 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 개시 내용은 광학 어셈블리, 예를 들어 광학 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판 상에 배치된 전계발광 소자들에 의해 방출된 광을 산란시키도록 구성된 피쳐들(features)을 포함하는 광학 어셈블리에 관한 것으로서, 상기 피쳐들은 픽셀, 서브픽셀, 및/또는 색상 변환 볼륨들에 인접하여 배열된다.
전계발광 디스플레이들(예를 들어, 유기 발광 다이오드 (OLED), 및 마이크로-LED 디스플레이)과 같은 새로운 유형의 전자 디스플레이들에 대한 수요는 이러한 장치에 통합된 기술들에 대한 개선에 대한 지속적인 요구를 가져왔다. 예를 들어, 현재 LED 디스플레이들은 개별적으로 패키징된 LED 칩들의 어레이들을 포함할 수 있다. 고해상도 디스플레이들을 생성하는 데 필요한 마이크로-LED들을 밀접하게 패킹하려면 예를 들어, 유리 기판과 같은 단일 기판 상에 다수의 LED들이 배치될 필요가 있다.
LED 방출은 램버시안(Lambertian)일 수 있고, 특히 하부 방출 구성의 경우, 단일 LED에서 방출된 상당한 양의 광은 표면 법선에 대해 큰 각도로 기판의 표면에 가로막히는 광의 전반사(total internal reflection ; TIR)로 인해 기판에 포획될 수 있다. 이 현상은 기판 표면을 거칠게 함으로써 적어도 부분적으로 극복할 수 있다. 이러한 표면 수정들을 통해 50-80% 오더의 광 추출의 향상이 보고되었다.
그러나, 표면 거칠기가 100% 추출 효율을 달성하지 못했고 일부 광은 기판에 포획된 채로 남아 있을 수 있다. 이 포획된 광이 비평면 계면 또는 기판 표면의 다른 장치(예를 들어, 전기 트레이스 등)에 의해 산란되는 경우, 하나의 전계발광 소자에서 생성된 광은, 예를 들어 다른 전계발광 소자의 위치에서 기판을 빠져나갈 수 있으며, 이미지 흐림(blurring), 불균일한 밝기 또는 광학 크로스토크(crosstalk)로 인한 감소된 대조(contrast) 중의 하나 이상을 발생시킨다.
본 개시 내용의 실시예들은 관찰자에게 광이 기판 상의 적절한 위치로부터 나오게 나타나도록 분명한 광원으로부터의 광을 지향시키도록 구성된 광학 어셈블리를 설명한다. 예를 들어, 디스플레이 장치들은 복수의 전계발광 소자들로 구성될 수 있다. 전자발광 소자들은 관찰자에게 이미지를 형성하는 순서와 패턴으로 켜지고 꺼진다. 컬러 이미지의 경우 다양한 픽셀들이 적절한 시간과 위치에서 특정 파장의 광(색상)을 생성하도록 구성된다. 광을 생성하는 광원들은 일반적으로 랑베르 이미터(Lambertian emitter)들이기 때문에 광은 전계발광 소자에서 넓은 각도 범위로 퍼질 수 있다. 그 광의 일부는 다양한 메커니즘들을 통해 광의 색상과 일치하지 않는 디스플레이 패널(예를 들어, 광학 어셈블리)의 위치에서 나오는 것으로 나타날 수 있다. 즉, 특정 위치로부터의 광은 표시된 이미지에 따라 녹색으로 설계될 수 있지만, 인접한 청색 전계발광 소자로부터의 광이 녹색 위치로 누출되기 때문에 해당 위치로부터의 광이 청색으로 나타날 수 있다. 다른 광학 어셈블리들에서, 단일 색상 전계발광 소자들은 색상 정보를 제공하는 필터와 같은 색상 변환 층들을 통과하는 광을 방출할 수 있다. 그러한 경우들에서, 하부에 놓인 전계발광 소자들로부터의 광은 상이한 색상들의 다중 색상 변환 층들을 조명할 수 있다. 즉, 전계발광 소자에서 방출된 광은 특정 색상의 변환 층을 조명하도록 의도되지만 대신에 여러 색상 변환 층들을 조명하여 추가적인 색상들을 생성한다. 이러한 현상의 결과로 흐림, 불균일한 밝기 또는 감소된 대조가 발생할 수 있다. 개별 픽셀들 또는 심지어 개별 전계발광 소자들(예를 들어, 서브픽셀들)을 분리하기 위해, 기판에서 방출되는 광을 광이 효과적으로 생성되는 픽셀 위치로 제한하면서 기판 외부로 순방향으로 광을 산란시키기 위해 손상 트랙들을 기판에 배치할 수 있다. 따라서, 기판으로부터의 광 추출을 향상시켜 이미지의 밝기를 높일 수 있고, 광학적 크로스토크를 최소화하여 화질을 향상시킬 수 있다.
따라서, 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면 반대편의 제2 주 표면을 포함하는 투명한 기판을 포함하는 광학 어셈블리가 설명되며, 상기 투명한 기판은 상기 제1 주 표면을 포함하는 제1 비손상 층과 상기 제2 주 표면을 포함하는 제2 비손상 층 사이에 배치된 손상 층을 더 포함하며, 또한 상기 투명한 기판은 상기 제1 주 표면 상에 위치된 복수의 전계발광 소자들을 포함하는 픽셀을 더 포함하며, 상기 픽셀은 상기 손상 층을 통해 연장되는 픽셀 볼륨을 정의한다. 상기 손상 층 내에서 상기 픽셀 볼륨에 주위에 복수의 손상 트랙들이 배치된다.
제1의 상기 복수의 손상 트랙들은, 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 칼럼(column)들과 직교하고 그리고 교차하는 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 로우(row)들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 서브픽셀 볼륨을 정의하며, 제2의 복수의 손상 트랙들은 상기 복수의 전계발광 소자들에 의해 정의된 각각의 서브픽셀 볼륨에 인접하여 배치될 수 있다.
제2의 복수의 손상 트랙들은, 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 칼럼들과 직교하고 그리고 교차하는 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 로우들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 하나의 전계발광 소자는 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 다른 전계발광 소자의 광의 파장과 다른 파장의 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 각각의 전계발광 소자는 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 다른 전계발광 소자의 광의 파장과 동일한 파장의 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
상기 광학 어셈블리는 상기 제2 주 표면 상에 배치된 복수의 색상 변환 층들을 더 포함할 수 있으며, 상기 복수의 색상 변환 층들의 개별 색상 변환 층들은 상기 복수의 전계발광 소자들의 대응하는 개별 전계발광 소자의 바로 맞은편에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 픽셀 볼륨 또는 서브픽셀 볼륨에 인접하여 배치된 상기 복수의 손상 트랙들의 각각의 손상 트랙은 상기 제1 주 표면 또는 상기 제2 주 표면 중의 하나에 대한 법선에 대하여 제로 아닌(non-zero) 각도를 형성하는 세로 축을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 손상 층은 상기 제1 비손상 층과 상기 제2 비손상 층 사이에 적층된 복수의 손상 층들을 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 실시예들에서, 각각의 손상 트랙은 상기 복수의 손상 층들 내에 수직으로 적층되고 배열된 복수의 손상 트랙들을 포함할 수 있다.
상기 투명한 기판은 유리, 용융 실리카, 사파이어, 중합체들, 및 유리 세라믹들을 포함하는 기판들의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 복수의 전계발광 소자들은 마이크로 LED들 또는 유기 발광 다이오드들을 포함할 수 있다.
다른 실시예들에서, 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면 반대편의 제2 주 표면을 포함하는 투명한 기판을 포함하는 광학 어셈블리가 설명되며, 상기 투명한 기판은 상기 제1 주 표면을 포함하는 제1 비손상 층과 상기 제2 주 표면을 포함하는 제2 비손상 층 사이에 배치된 손상 층을 더 포함하며, 또한 상기 투명한 기판은 상기 제1 주 표면 상에 놓인 복수의 전계발광 소자들에 의해 정의된 픽셀을 더 포함하며, 상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 상기 손상 층을 통해 연장되는 서브픽셀 볼륨을 정의한다. 각각의 서브픽셀 볼륨에 인접하여, 예를 들어 각각의 서브픽셀 볼륨 주위에 복수의 손상 트랙들이 배치될 수 있다.
상기 광학 어셈블리는 상기 제2 주 표면 상에 위치된 복수의 색상 변환 층들을 더 포함하며, 상기 복수의 색상 변환 층들의 각각의 색상 변환 층은 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 대응하는 전계발광 소자의 바로 맞은편에 위치된다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 다른 전계발광 소자의 광의 파장과 동일한 파장의 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 손상 트랙들은, 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 칼럼들과 직교하고 그리고 교차하는 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 로우들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 손상 트랙들의 각각의 손상 트랙은 상기 제1 주 표면 또는 상기 제2 주 표면 중의 하나에 대한 법선에 대하여 제로 아닌 각도를 형성하는 세로 축을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 복수의 전계발광 소자들은 마이크로 LED들 또는 유기 발광 다이오드들을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면 반대편의 제2 주 표면을 포함하는 제1 기판을 포함하는 광학 어셈블리가 설명되며, 상기 제1 기판은 상기 제1 기판의 상기 제2 주 표면 상에 놓인 복수의 전계발광 소자들에 의해 정의된 픽셀을 포함한다. 투명한 제2 기판이 상기 제1 기판의 맞은편에 상기 제1 기판과 실질적으로 평행하게 배열되며, 상기 투명한 제2 기판은 상기 제2 주 표면의 맞은편의 제3 주 표면 및 상기 제3 주 표면 반대편의 제4 주 표면을 포함하고, 상기 투명한 제2 기판은 상기 제3 주 표면을 포함하는 제1 비손상 층과 상기 제4 주 표면을 포함하는 제2 비손상 층 사이에 배치된 손상 층을 더 포함하며, 상기 제3 주 표면은 그위에 위치된 복수의 색상 변환 층들을 포함하며, 상기 복수의 색상 변환 층들의 각각의 색상 변환 층은 상기 손상 층을 통해 연장되는 색상 변환 볼륨을 정의한다. 상기 복수의 색상 변환 층들에 의해 정의된 상기 색상 변환 볼륨들 중의 하나 이상에 인접하여 복수의 손상 트랙들이 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 손상 트랙들은, 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 칼럼들과 직교하고 그리고 교차하는 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 로우들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 투명한 제2 기판은 유리, 용융 실리카, 사파이어, 중합체들, 및 유리 세라믹들을 포함하는 기판들의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 블랙 매트릭스 재료가 상기 제3 주 표면 상에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 손상 트랙들의 각각의 손상 트랙은 상기 제1 주 표면 또는 상기 제2 주 표면 중의 하나에 대한 법선에 대하여 제로 아닌 각도를 형성하는 세로 축을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 다른 전계발광 소자의 파장의 광과 동일한 파장의 광을 방출하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예들에서, 상기 투명한 제2 기판은 유리, 용융 실리카, 사파이어, 중합체들, 및 유리 세라믹들을 포함하는 기판들의 그룹으로부터 선택될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 손상 층은 상기 제1 비손상 층과 상기 제2 비손상 층 사이에 적층된 복수의 손상 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 손상 트랙들의 각각의 손상 트랙은 하나보다 많은 손상 트랙을 포함하며, 상기 하나보다 많은 손상 트랙들은 상기 복수의 손상 층들 내에 수직으로 적층된다.
다양한 실시예들에서, 상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 마이크로-LED 또는 유기 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
추가적인 피쳐들 및 이점들이 이어지는 상세한 설명에서 설명될 것이며, 부분적으로는 그 설명으로부터 당업자에게 명백해지거나, 또는 이어지는 상세한 설명, 청구항들 뿐만 아니라 첨부된 도면들을 포함하여 본 명세서에서 기술된 방법들을 실시함으로써 인식될 것이다.
전술한 일반적인 설명 및 하기의 상세한 설명 모두는 단지 예시적이며, 청구항들의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 뼈대를 제공하도록 의도된다. 첨부 도면들은 추가의 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면들은 다양한 실시예들의 원리들 및 동작들을 설명하는 상세한 설명과 함께 하나 이상의 실시예(들)을 예시한다.
도 1a 및 1b는 예시적 실시예들에 따른 광학 어셈블리의 구성요소를 제조하기 위한 장치의 개략도들이며;
도 2는 도 1a 및 1b에 도시된 장치에서 사용된 광학 시스템의 개략적 도면이며;
도 3은 예시적 실시예들에 따른 광학 어셈블리의 구성요소를 제조하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이며;
도 4는 예시적 실시예들에 따른 내장된 손상 트랙들을 갖는 기판의 에지 단면도이며;
도 5는 예시적 실시예들에 따른 내장된 손상 트랙들을 갖는 다른 기판의 단면도이며;
도 6은 잠재적인 광 경로들을 도시하는 예시적 실시예들에 따른 전계발광 소자를 포함하는 기판의 단면도이며;
도 7은 본 명세서에 기술된 예시적인 실시예에 따른 예시적인 광학 어셈블리의 평면도로서, 상기 광학 어셈블리는 복수의 픽셀들 및 픽셀 볼륨들을 갖는 기판, 및 픽셀 볼륨들에 인접하게 연장되는 복수의 손상 트랙들을 포함하며;
도 8은 픽셀 볼륨들에 인접하게 연장되는 복수의 손상 트랙들이 없는 복수의 픽셀들 및 픽셀 볼륨들을 갖는 기판, 및 손상 트랙들이 없는 잠재적 광 경로들을 포함하는 광학 어셈블리의 에지 단면도이며;
도 9는 픽셀들 및 픽셀 볼륨들, 및 손상 트랙들을 도시하는 광학 어셈블리의 에지 단면도이며;
도 10은 기판에서 손상 트랙들의 영역 패턴을 보여주는 기판의 일부의 평면도이며;
도 11은 기판에서 손상 트랙들의 영역 패턴을 보여주는 다른 기판의 일부의 평면도이며;
도 12는 기판에서 손상 트랙들의 영역 패턴을 보여주는 또 다른 기판의 일부의 평면도이며, 상기 손상 트랙들은 기판 상의 서브픽셀들과 관련된 서브픽셀 볼륨들에 인접하게 연장되며;
도 13은 본 명세서에 기술된 예시적 실시예들에 따른 예시적 광학 어셈블리의 평면도로서, 상기 광학 어셈블리는 복수의 서브픽셀들, 관련된 픽셀 볼륨들 및 서브픽셀 볼륨들, 및 서브픽셀 볼륨들에 인접하게 연장되는 복수의 손상 트랙들을 갖는 기판을 포함하며;
도 14는 내장된 손상 트랙을 갖는 기판의 에지 단면도로서, 상기 손상 트랙들은 상기 기판의 주 표면들에 대해 어떤 각도로 연장되며;
도 15는 기판의 제1 주 표면 상에 배치된 복수의 서브픽셀들을 갖는 기판을 포함하는 광학 어셈블리의 에지 단면도이고, 상기 서브픽셀들은 복수의 픽셀 볼륨들, 상기 기판의 제2 주 표면 상에 배치된 복수의 색 변환 층들, 및 복수의 손상 트랙들을 정의하며;
도 16a는 제1 기판 및 제2 기판을 포함하는 광학 어셈블리의 에지 단면도이고, 상기 제1 기판은 복수의 전계발광 소자를 포함하고 제2 기판은 복수의 색 변환 층들을 포함하며; 그리고
도 16b는 상기 제2 기판 내의 색상 변화 볼륨들 및 손상 트랙들을 도시하는 도 16a의 광학 어셈블리의 일부의 확대도이다.
이제 실시예들이 예시적인 실시예들이 도시된 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 완전하게 설명될 것이다. 가능하면 도면 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호들이 동일하거나 유사한 부분을 지칭하기 위해 사용된다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "약"은 양, 크기, 제형, 매개변수 및 기타 양 및 특성이 정확하지 않고 정확할 필요도 없지만, 공차, 변환 인자, 반올림, 측정 오차 등, 및 당업자에게 공지된 기타 인자를 반영하여, 원하는 대로 근사치 및/또는 더 크거나 작을 수 있음을 의미한다.
범위들은 본 명세서에서 "약" 하나의 특정 값, 및/또는 "약" 다른 특정 값으로 표현될 수 있다. 그러한 범위가 표현될 때, 다른 실시예는 하나의 특정 값 내지 다른 특정 값을 포함한다. 유사하게, 값들이 선행사 "약"을 사용하여 근사치로 표현될 때, 특정 값이 다른 실시예를 형성함을 이해할 것이다. 각각의 범위들의 종점들은 다른 종점과 관련하여 그리고 다른 종점과는 독립적으로 모두 중요하다는 것이 추가로 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 방향 용어들- 예를 들어, 위로, 아래로, 오른쪽, 왼쪽, 앞, 뒤, 상부, 바닥-은 단지 도시된 대로의 도면들을 참조하여 만들어지며, 절대적인 방향을 의미하는 것으로 의도되지는 않는다.
달리 명시적으로 언급되지 않는 한, 본 명세서에 설명된 임의의 방법은 그 단계들이 특정 순서로 수행될 필요가 있는 것으로 해석되는 것이라고 의도되지 않으며, 임의의 장치에서 특정 배향들이 요구되는 것으로도 해석되지 않는다. 따라서, 방법 청구항은 실제로 그 단계들에 뒤따르는 순서를 실제로 언급하지 않거나, 또는 임의의 장치 청구항이 개별 구성 요소들에 대한 순서 또는 배향을 실제로 언급하지 않는 경우, 또는 단계들이 특정 순서로 제한되거나 또는 장치의 구성 요소들에 대하여 특정 순서 또는 배향이 언급되지 않는 것을 청구항들 또는 설명에서 특별히 언급되지 않는 경우, 어떤 점에서도 순서 또는 배향이 추론되는 것을 결코 의도한 것은 아니다. 이는 다음을 포함하여 해석에 대한 임의의 가능한 비-표현적 기초를 유지한다: 단계들의 배열, 작동 흐름, 구성 요소들의 순서 또는 구성 요소들의 방향과 관련된 논리 문제들; 문법적 구성 또는 구두점에서 파생된 평범한 의미; 및 명세서에 기술된 실시 예들의 수 또는 유형.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 형태들 "a", "an", 및 "the"는 문맥이 명시적으로 달리 지시하지 않는 한 복수의 지시 대상들을 포함한다. 따라서, 예를 들어, "a" 구성 요소에 대한 언급은 문맥이 달리 명시적으로 지시하지 않는 2 개 이상의 그러한 구성 요소들을 갖는 양태들을 포함한다.
용어 "예시적(exemplary)", "예시(example)" 또는 그등의 다양한 형태들은 본 명세서에서 예시, 예 또는 예시로서 역할을 하는 것을 의미하기 위해 사용된다. 본 명세서에 "예시적"으로서 또는 "예시"로서 기술된 임의의 양태 또는 디자인은 다른 양태 또는 디자인에 비해 선호되거나 유리한 것으로 해석되어서는 안된다. 더욱이, 예시들은 명확성과 이해의 목적으로만 제공되며, 어떠한 방식으로든 개시된 주제 또는 본 개시의 관련 부분들을 한정하거나 또는 제한하려는 것을 의미하지 않는다. 다양한 범위의 무수한 추가 또는 대안적인 예시들이 제시될 수 있었지만 간결함을 위해 생략되었음을 이해할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 "포함하는(comprising)" 및 "포함하는(including)" 및 이들의 변형은 달리 표시되지 않는 한 동의어이고, 개방형이고, 그리고 상호 교환 가능한 것으로 해석되어야 한다. 포함하거나 포함하는 과도기 구절 뒤에 오는 요소들의 목록은 비배타적 목록이므로 목록에 구체적으로 언급된 요소들에 부가하여 요소들도 존재할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어들 "실질적인(substantial)", "실질적으로(substantially)" 및 그 변형들은 설명된 피쳐가 값 또는 설명과 동일하거나 대략적으로 동일하다는 것을 주목하도록 의도된다. 예를 들어, "실질적으로 평면" 표면은 평면 또는 대략 평면인 표면을 나타내기 위한 것이다. 더욱이, "실질적으로"는 두 값이 동일하거나 대략 동일함을 나타내도록 의도된다. 일부 실시예들에서, "실질적으로"는 서로 약 10 % 이내, 예를 들어 서로 약 5 % 이내 또는 서로 약 2 % 이내의 값들을 나타낼 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, 마이크로-LED는 약 100 마이크로미터(㎛) x 약 100 ㎛ (10,000 ㎛2) 미만의, 예컨데 약 50 ㎛ x 약 50 ㎛ (2,500 ㎛2) 미만, 예를 들어 약 10 ㎛ x 약 10 ㎛ (100 ㎛2) 미만 오더의 치수를 갖는 발광 영역을 갖는 발광 다이오드를 지칭한다.
도 1a 및 도 1b는 투명한 기판(12)에서 서브표면(subsurface) 결함들을 만들기 위한 예시적인 장치(10)의 개략도이다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 기판(12)은 유리, 용융 실리카, 사파이어, 폴리머들, 또는 임의의 다른 적절한 재료일 수 있다. 도 1a 및 도 1b는 플랫폼(14) 상에 배치된 기판(12)을 도시한다. 간략하게, 이미징 어셈블리(16)는 제어기(18)의 지시하에 펄스형 라인-포커스 레이저 빔으로 기판(12) 내에 레이저-유도 산란 피쳐(feature)들을 제공하기 위해 초점 라인을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 기판(12)은 기판(12)을 통해 전파될 때 펄스형 라인-포커스 레이저 빔의 단일 광자 흡수에 대해 본질적으로 투명하다. 이미징 어셈블리(16)는 펄스형 레이저 빔을 제공하는 레이저 광원(20), 및 레이저 광원(20)으로부터 기판(12)으로 펄스형 레이저 빔을 안내하고 기판 내에 라인 포커스를 형성하는 광학 시스템(22)을 포함할 수 있다. 플랫폼(14)은, 일부 실시예들에서 광학 시스템(22)에 의해 형성된 초점 라인에 대해 기판(12)을 포지셔닝하기 위한 병진 메커니즘(translation mechanism)으로서 채용될 수 있지만, 아래에서 설명되는 바와 같이 다른 대안적인 실시예들도 가능하다.
전통적인 가우시안 광학 빔들이 투명한 재료 내부에 수정된(modified) 영역들을 생성하는데 사용될 수 있지만, 그 재료 내의 상호 작용(interaction) 영역의 길이는 빔의 회절에 의해 지배되고 짧아질 수 있다. 가우시안 빔들이 상호 작용 응답을 생성하기에 충분한 광학 강도를 생성하기에 충분히 작은 스폿 크기들에 초점이 맞춰지면, 그것들은 수십 마이크로미터 오더의 레일리(Rayleigh)(초점 깊이) 범위들을 가질 수 있다. 그러나 베셀(Bessel) 빔의 경우, 작은 스폿 크기가 유지되는 상호 작용의 길이는 밀리미터 오더의 거리에 걸쳐 쉽게 더 길어질 수 있다. 따라서 Bessel-유사 빔 또는 라인 포커스는 표준 가우시안 빔보다 단일 패스로 기판에서 훨씬 더 긴 거리에 걸쳐 기판 재료를 수정할 수 있다. Bessel-유사 빔들의 처리 속도는 일반적인 가우스 빔들보다 수십 배 더 빠를 수 있다.
기판에서 전파하는 광을 산란시키도록 구성된 기판의 수정된 영역은 미세 균열들, 용융 및 재응고된 기판 재료, 상 변화를 겪은 기판 재료, 조성 변화를 겪은 기판 재료, 비결정질 또는 결정질 구조를 변화시킨 기판 재료, 굴절률의 변화를 겪은 기판 재료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 수정된 영역은 (방사상의 미세 균열들에 의해 둘러싸인 기판과 평면으로 또는 평행하게 볼 때) 튜브-유사 영역을 포함할 수 있다. 이하에서 사용되는 바와 같이, 기판의 수정된 영역들(예를 들어, 산란 피쳐들)은 손상 트랙들(damage tracks)로서 광범위하게 지칭된다. 손상 트랙들은 직경 Λ를 갖는 것으로 설명될 수 있으며(예: 도 4 참조), 여기서 직경 Λ은 기판을 위에서 아래로 볼 때 (즉, 가장 큰 치수에 직교하는) 레이저에 의해 수정된 기판의 대략 원형 영역을 묘사한다. 손상 트랙들은 약 0.5 ㎛ 내지 약 150 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 120 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 또는 약 20 ㎛ 내지 약 80 ㎛의 직경 Λ를 가질 수 있다. 손상 트랙이 방사형 미세 균열들로 둘러싸인 튜브-유사 영역을 포함하는 경우, 튜브-유사 영역은 약 0.5 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 또는 약 3 ㎛ 내지 약 10 ㎛의 직경 Λ를 가질 수 있고, 손상 트랙(튜브-유사 영역 및 미세 균열들)은 약 10 ㎛ 내지 약 120 ㎛의 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 손상 트랙들은 약 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 또는 100 ㎛의 직경을 가질 수 있다.
"필라멘트화(filamentation)"로 알려진 공정을 통해 길고 가는 손상 트랙을 형성하는 것도 가능하다. 이 방법에서, 충분한 강도의 매우 짧은 레이저 펄스가 광학 커 효과(optical Kerr effect)를 생성하기 위해 재료로 지향하게 되며, 여기서 기판 재료의 굴절률은 레이저 펄스의 높은 전기장 강도에 의해 국부적으로 수정된다. 이것은 빔을 자체-포커스(self-focus)로 만들고 수 밀리미터의 기판 재료를 통해 길고 가는 채널들로 전파하는 빔들을 생성할 수 있다. 이 프로세스는 임계값, Pcritical(유리의 경우 일반적으로 약 5 MW)을 초과하는 레이저 펄스의 전력이 필요하다. 따라서 필라멘트화를 위해서는 매우 짧은 펄스들(예: 펨토초(femtosecond) 펄스)을 생성하는 고에너지 레이저가 필요하다.
라인-포커스 광학계 및 단-펄스 레이저를 갖는 베셀-유사 빔들의 사용은 기판에 결함 라인들을 제조하기 위한 바람직한 방법일 수 있다. 그러나 위에서 언급한 다른 방법들은, 시스템 비용 증가 또는 신뢰성 감소(매우 짧은 펄스 및 고에너지 레이저로 인한) 또는 전체 처리 시간(가우시안 빔들 및 많은 포커스 패스들과 함께)의 절충들에도 불구하고, 예를 들어 유리 내측에서 길고 가는 결함 라인들을 생성하는 데 사용할 수도 있다. 부가적으로, 일련의 짧은 길이의 밀접하게 이격된 피쳐들은 라인 결함을 근사화할 수 있으며 광학 빔 경로를 따라 광학 초점의 일련의 병진에 의해 만들어질 수 있다.
구체적으로, 제어기(18)는 컴퓨터-지원 제조 프로그램(24)에 의해 실질적으로 제어되는 고도로 자동화된 장치로서 구성될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 컴퓨터-지원 제조 프로그램(24)은 플랫폼(14)과 이미징 어셈블리(16) 사이의 상대 운동을 지시하는 실행 파일을 사용할 수 있다. 도 1a는 각각 이중 화살표들(26 및 28)로 표시된 x-y 평면에서 이미징 어셈블리(16)와 기판(12) 사이의 상대적 이동을 도시한다. 도 1b는 x-y 평면에 직교하고, 이중 화살표(30)로 표시된 z-방향으로, 그리고 선택적으로 각도 방향(θ)으로 이미징 어셈블리(16)와 기판(12) 사이의 상대적 이동을 도시하는 측면도이다.
일부 실시예들에서, 장치(10)는 고정식 이미징 어셈블리(16)를 특징으로 할 수 있다. 이 경우에, 플랫폼(14)은 이미징 어셈블리(16) 아래로 이동하도록 구성될 수 있다. 플랫폼(14) 이동들과 이미징 어셈블리(16) 이동들 모두를 포함하는 하이브리드 장치(10)의 사용이 16개의 움직임이 고려된다. 플랫폼(14)은, 예를 들어 프로그래밍 가능한 수치 제어(CNC) 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 플랫폼(14)은 하나의 축 방향으로 이동하도록 구성될 수 있는 반면, 이미징 어셈블리(16)는 나머지 축들로 이동할 수 있다. 본 개시 내용은 또한 고정식 플랫폼(14), 및 컴퓨터-지원 제조 프로그램(24)에 의해 지시된 바와 같이 기판(12) 위의 3차원 공간에서 이동하도록 구성된 이미징 어셈블리(16)의 사용을 고려한다. 컴퓨터-지원 제조 프로그램(24)의 실시예가 도 3에 도시되고 관련 텍스트에 설명되어 있다. 컴퓨터-지원 제조 프로그램(24)은 또한 이미징 어셈블리(16)의 레이저 및 기타 광학 파라미터들을 제어하도록 구성될 수 있다.
제어기(18)는 기판(12) 내의 3차원의 정확한 위치에 레이저 빔 초점 라인을 형성하기 위해 이미징 어셈블리(16)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 이미징 어셈블리(16)는 광학 시스템(22)과 함께 작동하는 레이저 광원(20)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서, 레이저 광원(20)은 펄스 레이저일 수 있다. 구체적으로, 제어기(18)는 광학 시스템(22) 및 레이저 광원(20)을 제어하도록 구성되어, 미리 결정된 레이저 특성을 갖는 레이저 빔이 광학 빔 경로를 횡단하여 기판(12)에 세장형(elongated) 레이저-유도 손상 영역을 생성할 수 있다. 예를 들어, 이미징 어셈블리(16)는 제어기(18)의 제어 하에 단일 레이저 펄스 또는 펄스 버스트(burst)를 생성하여 기판(12)과 상호 작용하는 펄스형 라인 포커스 레이저 빔을 생성할 수 있다. 레이저 빔은 기판 내에서 유도된 흡수를 생성하여 레이저 빔 초점 라인을 따라 재료 수정을 생성하는 초점 라인을 생성한다. 이 재료 수정은 본 명세서에서 레이저-유도 손상 트랙 또는 줄여서 손상 트랙이라고 지칭한다. 제어기(18)는 프로그래밍 가능한 수치 제어(CNC) 장치를 사용하여 구현될 수 있다.
위에서 간략히 언급한 바와 같이, 레이저 광원(20)의 파장은 기판(12)이 선택된 파장에서 실질적으로 투명하도록 선택될 수 있다(예를 들어, 재료 깊이의 밀리미터(mm)당 약 15% 미만의 흡수율 ≥ γ << 1/센티미터(1/cm), 여기서 γ는 Lambert-Beer 흡수 계수임). 레이저 광원(20)의 펄스 지속시간은 상호 작용의 영역 밖으로 중요한 열 전달(예를 들어, 열 확산)이 상호 작용 시간 내에 일어날 수 없도록 선택될 수 있다(예: τ << d2/α, 여기서 d는 레이저 빔의 초점 직경, τ는 레이저 펄스 지속 시간, α는 기판 재료의 열 확산 상수). 레이저 광원(20)의 펄스 에너지는, 예를 들어 초점 라인을 따라 상호 작용 영역에서 레이저 빔의 강도가 초점 라인 위치에 대응하는 손상 트랙의 형성으로 이어지는 유도 흡수(induced absorption)를 생성하도록 선택될 수 있다.
레이저 광원(20)에 의해 생성된 레이저 빔의 편광 상태는 기판 표면에서의 레이저 빔과 기판 사이의 상호 작용(예를 들어, 반사율) 및 기판 내에서의 상호 작용 유형(예를 들어, 유도 흡수) 모두에 영향을 줄 수 있다. 유도 흡수는 열 여기(thermal excitation) 후, 또는 다광자 흡수 및 내부 광이온화를 통해 또는 직접 전계 이온화(광의 전계 강도가 전자 결합을 직접적으로 파괴하는)를 통해, 유도된 자유 전하 캐리어(일반적으로 전자들)들을 통해 발생할 수 있다. 특정 기판 재료(예: 복굴절 재료들)의 경우, 레이저 광의 추가 흡수 및/또는 투과는 광의 편광에 의존할 수 있다. 결과적으로, 적절한 광학 장치(예: 위상판)를 통한 편광은 각 기판 재료를 수정하기 위해 전도성이 되도록 사용자가 선택해야 한다. 따라서 기판 재료가 광학적으로 등방성이 아니라, 예를 들어 복굴절인 경우 기판에서 레이저 광의 전파도 편광에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서, 레이저 빔 편광 및 편광 벡터의 배향은 둘(예를 들어, 정상 및 비정상 광선들)이 아닌 하나의 초점 라인이 형성되도록 선택될 수 있다. 광학적 등방성 기판 재료들의 경우, 이것은 어떤 역할도 하지 않는다.
더욱이, 레이저 빔의 광 강도는, 바람직하게는 기판 재료의 현저한 삭마(ablation) 또는 현저한 용융이 아니라, 오히려 기판의 미세 구조에서 손상 트랙 형성이 없도록 펄스 지속시간, 펄스 에너지 및 초점 라인 직경에 기초하여 선택되어야 한다. 유리 또는 투명한 결정과 같은 일반적인 기판 재료들의 경우, 이 요구 사항은 나노초 이하 범위의, 예를 들어 0.1 피코초(ps) 내지 100 ps, 그리고 바람직하게는 15 ps 미만의 펄스 레이저로 가장 쉽게 충족될 수 있다.
일부 실시예들에서, 레이저 빔 초점 라인의 평균 직경 δ는 약 0.3 마이크로미터(㎛) 내지 약 5.0 ㎛의 범위, 예를 들어 약 1.0 ㎛ 내지 약 3.0 ㎛, 0.4 ㎛ 내지 약 4.0 ㎛ 또는 약 2.0 ㎛ 범위일 수 있으며, 및/또는 거기서 레이저 광원(20)의 펄스 지속시간 τ은 기판(12)의 재료와의 상호 작용 시간 내에서 상기 재료 내의 열 확산이 무시할 수 있도록 선택된다. 바람직하게는 열 확산이 일어나지 않는다. 따라서, τ, δ 및 기판 재료의 열확산 상수 α는 τ << δ2/α에 따라 설정될 수 있으며, 및/또는 τ는 약 10 나노초(ns) 미만, 예를 들어 약 100 ps 미만이 되도록 선택될 수 있으며, 및/또는 거기서 레이저 광원(20)의 펄스 반복 속도가 약 10 kHz 내지 약 1000 kHz(예를 들어, 약 100 kHz)이고, 및/또는 거기서 레이저 광원(20)이 단일 펄스 레이저로서 또는 버스트 펄스당 에너지가 약 40 마이크로줄(μJ) 내지 약 1000 μJ 사이인 버스트 펄스 레이저로서 작동되고, 및/또는 거기서 레이저 광원(20)의 빔의 출력 측에서 직접 측정된 평균 레이저 출력이 약 10 와트 내지 약 100 와트의 범위(예를 들어, 약 30 와트 내지 약 50 와트의 범위)에 있다.
특정 실시예들에서, 레이저 광원(20)의 파장 λ는 기판(12)의 재료가 선택된 파장에 대해 투명하거나 실질적으로 투명하도록 선택될 수 있으며, 후자는 레이저 빔의 침투 깊이의 밀리미터당 기판(12)의 재료에서 레이저 빔의 방향을 따라 발생하는 레이저 빔의 강도에서의 임의의 감소가 약 15% 이하인 것을 의미한다. 가시 파장 범위에서 투명한 유리 또는 결정 기판(12)의 경우, 레이저 광원(20)은 예를 들어, 1064 nm의 파장 λ를 갖는 Nd:YAG 레이저 또는 1030 nm의 파장 λ를 갖는 Yb:YAG 레이저일 수 있다. 적외선 파장 범위에서 투명한 반도체 기판(12)의 경우, 레이저 광원(20)은 예를 들어, 약 1.5 ㎛ 내지 약 1.8 ㎛ 범위의 파장 λ를 갖는 Er:YAG 레이저일 수 있다.
참조가 예시적인 이미징 어셈블리(16) 및 레이저 광원(20)에 대한 보다 상세한 설명을 제공하는 미국 공개 특허 출원 US20140199519 또는 국제 공개 특허 출원 WO2014/079570에 대해 이루어진다.
도 2는 도 1a 내지 도 1b에 도시된 광학 시스템(22)의 예시적인 실시예들의 개략도이며, 예시적 기판(12)에 초점 라인을 형성하기 위해 사용된다. 레이저 빔이 입사하는 제1 주 표면(32) 및 대향하는 제2 주 표면(34)을 포함하는 기판(12)이 도시되어 있다. 다양한 실시예들에서, 광학 시스템(22)은 광학 요소(36)는 레이저 빔(38)의 경로에 위치된 광학 요소(36)를 포함한다. 광학 요소(36)는 비구면 자유 표면을 포함할 수 있고, 레이저 빔(38)의 방향(40)에 평행하게 위치되고 그리고 그 위에 중심을 두는 5°원뿔 각도를 갖는 액시콘(axicon)으로서 구현될 수 있다. 이 경우에 액시콘 원뿔 팁은 레이저 빔(38)의 방향(40)과 반대를 가리킨다. 광학 요소(36)로부터 평면-볼록 시준 렌즈(42)의 거리는 z1a로 표시되고, 시준 렌즈(42)로부터 집속 렌즈(44)의 거리는 z1b로 표시되며, 그리고 집속 렌즈(44)에 의해 생성된 초점 라인(2b)의 거리는 z2로 표시된다(각 경우에 빔 방향으로 보았을 때). 광학 요소(36)에 의한 레이저 빔(38)의 환상 변형은 참조 부호 SR로 도시된다. 광학 요소(36)에 의해 형성되고 발산(divergent) 방식으로 링 직경 dr을 가지며 시준 렌즈(42)에 입사되는 환형 방사선 SR은 거리 z1b를 따라 적어도 대략 일정하게 유지되는 링 직경 dr을 가지며, 집속 렌즈(44)의 위치에서 원하는 링 폭 br로 설정된다. 결과적으로, 시준 렌즈(42)의 위치에서 약 4.0 mm의 링 폭 br이 집속 렌즈(44)의 위치에서 후자의 집속 특성에 의해 약 0.5 mm로 감소되도록 짧은 초점 라인 2b가 생성된다.
약 0.5 mm 이하의 초점 라인 길이 2b는 약 2.0 mm의 일반적인 레이저 빔 직경, f=25 mm 초점 길이의 집속 렌즈(44) 및 f'=150 mm 초점 길이의 시준 렌즈(42)로 달성될 수 있다. 또한, 이 예에서, z1a는 z1b (140 mm)와 실질적으로 동일하고 z2는 약 15 mm와 실질적으로 동일하다.
본 명세서에서 구현되고 도 3에 도시된 바와 같이, 내장된(integral) 결함 라인을 갖는 기판(12)을 제조하기 위한 방법(100)을 예시하는 흐름도가 개시되어 있다. 단계 102에서, 기판(12)이 선택된다. 기판(12)은 유리, 용융 실리카, 사파이어, 폴리머, 또는 임의의 적절한 투명한 기판일 수 있다. 적합한 유리 재료는 석영, 보로실리케이트, 알루미노실리케이트, 알루미노보로실리케이트, 사파이어 또는 소다석회 유리, 나트륨 함유 유리, 강화 유리 또는 비강화 유리와 같은 다양한 유리 기판들을 포함할 수 있다.
단계 104에서, 이미징 어셈블리(16) 파라미터들이 선택된 재료에 따라 선택된다. 위에서 설명한 바와 같이, 이러한 사양들 중의 일부(해당된다면, 범위들을 포함)에는 다양한 기판 재료들(예: 유리 조성들)에 대한 레이저 파장, 펄스 폭, 스폿 크기, 펄스 에너지, 스캔 속도 및 초점 깊이가 포함될 수 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 결함 구조들을 생성하는 데 사용되는 "라인-포커스 광학(line-focus optics)" (예를 들어, Gauss-Bessel 또는 Bessel-유사 빔들)은 전통적인 레이저 빔들을 사용하는 데 요구될 수 있는 다중 패스들과 달리 단일 레이저 패스로 세장형 손상 트랙들을 형성할 수 있기 때문에 유리하다. 더욱이, 단펄스(< 100 ps) 레이저와 베젤 빔들의 조합은 기판 재료의 현저한 삭마 또는 용융을 생성하지 않는 초점 라인을 형성하기 때문에, 기판(12)의 미세 구조에 손상 트랙들이 형성되도록 본 명세서에서 사용될 수 있다.
단계 106에서, 기판(12)에 형성될 영역 패턴 맵이 제어기(18)에 제공된다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 영역 패턴 맵은 디스플레이 디바이스 시야각들 및 픽셀 위치들의 크기 및 위치를 명시할 수 있다. 단계 108에서, 기판 내의 초점 길이 및 초점 길이의 위치는 또한 제어기(18)에 제공될 수 있다. xy 영역 패턴 맵, 초점 라인 길이, 및 본 명세서에 설명된 다른 레이저 파라미터들의 결정은 기판(12) 내의 손상 트랙들의 형성 및 포지셔닝을 명시한다. 단계 110에서, 손상 트랙들(예를 들어, 그 길이방향 축들)에 대한 각도 θ가 선택된다. 손상 트랙들이 기판(12)의 제1 주 표면(32)(10-1), 예를 들어 레이저 빔이 입사하는 주 표면에 수직이 되도록 설계된 경우, 단계 110에서 선택된 기판(12)에 대한 이미징 어셈블리(16)의 각도 θ는 제로이어야 한다.
단계 112 내지 114에서, 이미징 어셈블리(16)는 단계 102 내지 110에서 명시된 미리 결정된 계획에 따라 기판(12) 내에 손상 트랙들을 레이저로 유도한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 미리 결정된 계획은 트랙들의 다중 층들을 요구할 수 있으며, 이 경우 결정 마름모(116)는 프로세스 흐름을 단계 106으로 재지정한다. 이러한 경우, 최하층(입사되는 주 표면으로부터 가장 먼 층)을 먼저 형성하는 것이 일반적으로 바람직하며, 이어서 그 위의 층들로 진행하여, 원하는 층 위의 기존 손상 트랙들이 높은 개구수 빔의 광선들이 라인 초점을 형성하는 것을 차단하지 않도록 한다. 일단 마지막 손상 층이 기판(12)에 형성되면, 프로세스는 종료될 수 있다(단계 118). 대안적으로, 제조된 기판은 열적 또는 화학적 방법들을 사용하여 후속 단계들에서 강화될 수 있다.
도 4는 제1 주 표면(32) 및 제2 주 표면(34), 및 제1 주 표면과 제2 주 표면 사이에 배치된 전술한 방법(100)에 의해 생성된 복수의 손상 트랙(50)들을 포함하는 예시적인 기판(12)의 단면도이다. 내장된 손상 트랙(50)들은 적어도 하나의 수직 층, 즉 기판(12)의 두께 방향으로 연장되는 층에 주기적으로 이격되고 배치된 손상 트랙(50)들의 다중의 평행한 가로 로우(row)들에 의해 구현될 수 있다. 손상 트랙(50)들은 기판에서 두께 TL에 걸쳐 연장되며, 두께 TGT를 갖는 손상되지 않은 재료의 상부 층(46)과 두께 TGB를 갖는 손상되지 않은 기판 재료의 하부 층(48) 사이에서 기판(12) 내부의 손상 층 내에 배치된다. 따라서 기판 두께는 TG = TGT + TL + TGB이다. 손상 트랙들의 길이 TL은 이미징 어셈블리(16)에 의해 생성된 초점 라인 길이에 실질적으로 대응한다. 유리가 손상 트랙들에 의해 수정되지 않은 상부 층 및 하부 층(46, 48)의 두께는 손상 트랙으로부터 연장될 수 있는 균열들이 유리의 주 표면들로 전파되는 것을 방지하기 위해, 그리고 전단력에 저항하기에 충분한 구조적 무결성을 기판(12)에 제공하기 위해 선택된다. 손상 트랙(50)이 유리 표면까지 온전히 연장되지 않도록 보장하는 것이 바람직할 수 있다. 균열이 유리 표면에 도달하면 물이나 습기가 침투할 수 있는 경로가 만들어지며, 이는 빠른 균열 성장을 촉진하고 부품의 고장을 유발할 수 있다. 실제로, 두께 TGT 및 TGB를 50 ㎛ 초과, 보다 바람직하게는 100 ㎛ 초과로 유지하면 부품 고장을 방지하기에 충분한 것으로 밝혀졌다. 얇은 유리, 예를 들어, 1 mm 미만의 경우 기판의 주 표면들에서 이러한 격리 거리를 확보하려면 시스템 초점과 레이저 라인 초점 내의 에너지 밀도 분포를 정밀하게 제어해야 할 수 있다. 그러나 일반적인 디스플레이 유리 두께인, 예를 들어 3 mm 초과의 더 두꺼운 유리의 경우, 광학 성능을 현저히 희생시키지 않으면서 더 큰 격리 거리(예를 들어, 250 ㎛ 이상)가 채용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 손상 트랙(50)들은 서로 수직으로 적층된 다중의 손상 트랙들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 5는 손상 트랙들의 각각의 수직 어레이에서 거리 TL 내에 배치된 3개의 손상 트랙들을 예시한다.
손상 트랙(50)들의 로우들은 로우 간격 D에 의해 분리될 수 있다. 또한, 이전에 설명된 바와 같이, 개별 손상 트랙(50)들은 직경 Λ을 가질 수 있다. 다음에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 손상 트랙들의 로우들 및 칼럼(column)들은 손상 트랙들이 전계발광 디스플레이 패널을 포함하는 전계발광 화상 요소들(픽셀들)을 둘러싸도록 기판에 생성될 수 있다. 그러한 전계발광 디스플레이 패널들은 마이크로-LED 디스플레이 패널들 또는 유기 발광 LED 디스플레이 패널들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 레이저 처리될 수 있는 기판(12)의 영역은 기판(12)의 전부 또는 일부를 포함하도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 손상 트랙들은 약 50 ㎛ 내지 약 2000 ㎛의 로우(칼럼) 간격 D, 약 3.0 미크론 내지 약 50 미크론의 개별 손상 트랙들 사이의 피치, 및 약 0.2 mm 내지 약 10 mm의 손상 트랙 깊이 TL을 특징으로 할 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 직경 Λ 및 손상 트랙 두께 TL은 스폿 직경 및 이미징 어셈블리(16)의 라인-포커스 파라미터들에 의해 적어도 결정된다. 물론, 본 개시 내용은 상기 언급된 값들로 제한되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 이러한 값들과 범위들은 단지 예시일 뿐이다.
도 6은 제1 주 표면(204) 및 제1 주 표면(204)에 대향하는 제2 주 표면(206)을 포함하는 투명한 기판(202), 및 제1 주 표면(204) 상에 증착된 전계발광 소자(208)(예를 들어, 마이크로-LED, 유기 발광 다이오드 등)를 포함하는 예시적 광학 어셈블리(200)의 측 단면도이다. 제1 주 표면(204)은 제2 주 표면(206)에 평행하거나 실질적으로 평행할 수 있다. 기판(202)은 제1 주 표면(204)과 제2 주 표면(206) 사이에 정의된 두께를 더 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "상에(on)" 증착되거나 위치된다는 것은 기판(202)에 결합되는 것을 의미하지만 기판(202)과 직접 밀접하게 접촉될 필요는 없다. 기판(202)은 광학 어셈블리의 제조를 위한 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있지만, 예시적인 실시예들에서 예를 들어, 보로실리케이트 유리, 알루미노-보로실리케이트 유리, 알칼리 보로실리케이트 유리 등을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 기판(12)은 용융 실리카, 사파이어, 폴리머, 또는 임의의 다른 적절한 재료를 포함할 수 있다. 광학 어셈블리(200)는, 전계발광 소자(208) 상에 및/또는 기판(202)과 전계발광 소자(208) 사이에 배치된, 투명한 전극들(예를 들어, 인듐 주석 산화물과 같은 투명한 전도성 산화물, 전도성 폴리머들, 탄소 나노튜브들, 그래핀들, 나노와이어 메쉬들, 초박형 금속 필름들 등)과 같은 하나 이상의 전극 및/또는 반도체 층(210)들을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6은 전계발광 소자(208) 상부에 위치된 2개의 전극(210)들을 도시하며, 일부 실시예들에서는, 전계발광 소자(208)는 전계발광 소자의 "상부" 표면과 접촉하는 전극, 및 전계발광 소자의 대향하는 "하부" 표면과 접촉하는 다른 전극을 포함할 수 있다. 전극들은 전계발광 소자의 작동에 필요한 임의의 부위 또는 위치에서 전계발광 소자(208)와 접촉하여 위치될 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 추가 층들, 예를 들어 제1 주 표면(204) 위에 배치된 평탄화 층 또는 캡슐화 층(212)이 기판(202) 상에 배치될 수 있다. 도 6은 하부-발광(bottom-emission)을 위해 구성된 전계발광 소자(208)를 예시하며, 여기서 광은 제1 주 표면(204)을 통해 전계발광 소자(208)로부터 지향되고, 기판(202)을 통해 전파되며, 제2 주 표면(206)으로부터 방출된다. 광선(220)과 같은 일부 광선들은 기판(202)을 통해 전파되고 제2 표면(206), 예를 들어 기판-공기 계면에서 굴절된다. 광선(222)과 같은 일부 광선들의 경우, 광선들은 제2 주 표면(206)에 수직으로 입사되고 굴절을 거의 또는 전혀 경험하지 않는다. 그러나 광선(224)과 같은 다른 광선들은 표면 법선(226)에 대해 충분히 큰 각도 θ로 기판-공기 계면(예를 들어, 제2 주 표면(206))에 입사하여 광선이 전체적으로 내부적으로 반사되어, 예를 들어 입사각 θ이 제2 표면(206)을 통해 광이 빠져나갈 수 있을 정도로 충분히 감소하는 방식으로 광선이 작용할 때까지 기판 내부에 광을 가둘 수 있다. 전반사(TIR)가 발생하는 각도는 임계각 θc로서 알려져 있으며, 기판(202)의 굴절률 및 제2 주 표면(206)의 다른 측, 예를 들어 공기 상의 매질의 굴절률에 의존한다.
다양한 실시예들에서, 광학 어셈블리(200)는, 예를 들어 디스플레이 장치를 포함할 수 있고, 여기서 기판(202)은 그 위에 배치된 복수의 전계발광 소자(208)를 포함하고, 기판(202) 및 그 위에 배치된 구성요소는 디스플레이 패널을 포함한다. 따라서, 일부 실시예들에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 전계발광 소자(208)는 디스플레이 패널의 화상 요소들(픽셀들)(232)로서 배열될 수 있으며, 여기서 상이한 방출 파장들(예를 들어, 색상들)의 개별 서브픽셀들은 주어진 픽셀(232)을 포함할 수 있고, 각각의 서브-픽셀은 개별 전계발광 소자(208)를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 각각의 픽셀(232)은 3개의 서브-픽셀들을 포함할 수 있고, 3개의 서브픽셀들 중의 각각의 전계발광 소자(208)는 상이한 색상의 광을 방출하도록 선택된다. 즉, 각 서브픽셀은 본 예에서 전계발광 소자(208)를 포함하고, 따라서 각 픽셀은 3개의 전계발광 소자(208)를 포함한다. 다양한 실시예에서, 예를 들어, 픽셀(232)을 포함하는 3개의 전계발광 소자 중 각 전계발광 소자(208)는 RGB 추가 색상 모델을 포함하는 청색, 녹색 또는 적색의 세 가지 색상 중의 하나를 방출하도록 선택될 수 있다. 그러나, 추가 실시예들에서, 픽셀(232)들은 3개 이상의 색상들을 포함할 수 있고, 선택된 색상들은 필요하거나 원하는 다른 색상일 수 있다. 픽셀(232)들은 전기적으로 어드레싱 가능한 픽셀들의 로우들 및 칼럼들로서 배열될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 실시예에서, 광학 어셈블리(200)는 서로 직교하게 배열된, 4개의 픽셀 칼럼들, 예를 들어 픽셀 칼럼들 C1 내지 C4, 및 6개의 픽셀(232) 로우들, 예를 들어 픽셀 로우들 R1 내지 R6을 포함하며, 결과적인 6 x 4 = 24 픽셀들의 각 픽셀은 3개의 서브픽셀들을 포함한다. 상업적으로 이용 가능한 디스플레이 패널은 수백만 개의 픽셀들을 포함할 수 있으며, 도 7에 도시된 예시된 광학 어셈블리(200)는 설명을 위한 것이며 제한을 위한 것이 아니다.
이전에 언급된 바와 같이, 법선(226)에 대해 큰 입사각에서 기판-공기 계면을 교차하는 광은 기판에 포획된 채로 남아 있을 수 있다. 이 포획된 광이 기판-공기 계면에서 또는 다른 전계발광 소자들, 전기 트레이스들 등에 의해 산란되는 경우, 산란된 광은 다른 픽셀(232)의 위치에서 기판을 빠져나오고 이미지 흐려짐(예를 들어, 크로스토크), 불균일한 밝기 및/또는 감소된 대조, 또는 다른 광학 효과들을 생성할 수 있다. 크로스토크는 도 8의 지원으로 시각화될 수 있으며, 이는 광학 어셈블리(200)의 픽셀(232)로부터 방출된 광선들을 도시한다. 도시된 바와 같이, 예컨데 기판-공기 계면에서 전반사(TIR)를 겪는 광선(224)과 같이, 법선(226)에 대해 큰 각도로 제2 주 표면(206)에서 계면을 가로막는 주어진 픽셀(예를 들어, 픽셀 좌표 C1, R1에서)로부터의 방출된 광선들은 기판 내에서 측방향으로 전파될 수 있지만, 산란된 광이 인접한 픽셀(예를 들어, 픽셀 좌표 C2, R1에서), 또는 발신(originating) 픽셀로부터 훨씬 더 멀리 위치된 픽셀의 위치에서 제2 표면(206)을 통해 기판을 빠져나가도록 발신 픽셀로부터 떨어져 위치되는 산란 위치를 가로막을 수 있다. 이 경우, 시청자는 예를 들어, 이웃 픽셀의 적색 서브픽셀의 일반적인 위치에서 나오는 한 픽셀의 서브픽셀에서 방출된 청색광, 또는 청색광과 적색광의 혼합을 볼 수 있다. 따라서 기판에서 전파하는 내부 반사광의 산란을 광이 발신된 픽셀의 위치로 제한하는 조치들이 취해줘야 한다.
도 9를 참조하면, 다양한 실시예들에서, 손상 트랙(50)들은, 손상 트랙(50)들이 인접하여, 예를 들어, 광학 어셈블리(200)의 개별 픽셀 볼륨(240)들 주위에 형성되도록 영역 패턴으로 앞서 설명된 바와 같이 기판(202)에 형성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 픽셀 볼륨은 기판을 통해 연장된 픽셀(232)의 풋프린트(footprint)의 체적을 지칭하고, 픽셀 풋프린트는 기판 상의 픽셀 주변부의 아웃라인, 예를 들어 기판(12)의 제1 표면(204) 상의 픽셀의 발광 영역의 아웃라인을 지칭한다. 픽셀 볼륨은, 예를 들어 제1 및/또는 제2 주 표면에 직교하는 기판의 두께 방향으로 기판을 통한 풋프린트의 투영으로부터 결과되는 기판의 체적이다. 다시 도 7을 참조하면, 다양한 실시예들에서, 손상 트랙들의 라인들은 손상 트랙들의 로우(234)들 및 개별 픽셀(232)들에 인접하여 및/또는 그 사이에서 연장되는 손상 트랙들의 칼럼(236)들을 포함하는 격자 패턴으로 배열될 수 있다. 손상 트랙(50)들의 로우(234)들 및 칼럼(236)들은 도 7에 점선으로 도시되어 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 손상 트랙(50)들의 로우(234)들 및 칼럼(236)들은 픽셀(232)들의 배열을 모방하여 서로에 대해 직교하게 배열될 수 있다. 손상 트랙들의 이러한 라인들은 손상 트랙들의 로우(234) 또는 칼럼(236) 당 손상 트랙들의 단일 라인을 포함할 수 있거나, 또는 손상 트랙들은 기하학적 패턴들로 배열된 손상 트랙들(예를 들어, 도 10) 또는 라인을 따라 무작위로 분포된 손상 트랙들(도 11)로서 배열된 손상 트랙들의 다중 라인을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 12에 도시된 바와 같이, 손상 트랙(50)들은 이전에 설명된 방법들에 의해 기판(202)에 형성될 수 있지만, 손상 트랙들이 디스플레이 패널의 개별 서브픽셀 볼륨들에 인접하여 형성되도록 영역 패턴으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 손상 트랙(50)들은 손상 트랙들이 디스플레이 패널의 개별 서브픽셀 볼륨들 주위에 형성되도록 영역 패턴으로 기판(202)에 형성될 수 있다. 서브픽셀 볼륨이라는 용어가 픽셀이 아닌 서브픽셀(예를 들어, 개별 전계발광 소자)의 투영된 볼륨을 의미한다는 것을 제외하고, 서브픽셀 볼륨들은 픽셀 볼륨들과 유사하다. 도 12는 개별 서브픽셀들(예를 들어, 전계발광 소자들(208))의 배치 및 손상 트랙의 로우들 및/또는 칼럼들이 개별 서브픽셀(예를 들어, 전계발광 소자(208))에 인접하도록 손상 트랙들의 로우(234)들 및 칼럼(236)들을 가로지르도록(예를 들어, 교차하도록) 배열된 손상 트랙들의 배치를 예시하는 기판(12)의 평면도이다. 다양한 실시예들에서, 개별 서브픽셀들은 손상 트랙들의 로우들 및 칼럼들에 의해 둘러싸일 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 도 13에 도시된 바와 같이, 손상 트랙(50)들은 손상 트랙들이 개별 픽셀 볼륨들 및 개별 서브픽셀 볼륨들 모두에 인접한 로우(234)들 및/또는 칼럼(236)들에 형성되도록 영역 패턴으로 기판(202)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 손상 트랙(50)들은 손상 트랙들이 개별 픽셀 볼륨들 및 개별 서브픽셀 볼륨들 모두를 둘러싸는 로우(234)들 및/또는 칼럼(236)들에 형성되도록 영역 패턴으로 기판(202)에 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서 손상 트랙(50)들은 손상 트랙들의 세로 축들이 기판(202)의 제1 주 표면(204) 또는 기판(202)의 제2 주 표면(206)에 직교하도록 배열될 수 있지만, 일부 실시예들에서 손상 트랙(50)들은 손상 트랙들의 세로 축들(238)이 제1 주 표면(204) 또는 제2 주 표면(206)에 수직인 각도 θ를 형성하도록 배열될 수 있다. 도 14는 픽셀 볼륨(240)들에 인접하게 위치되고 제1 및/또는 제2 주 표면(204, 206)들에 대해 각도 θ로 연장되는 손상 트랙들을 예시하는 광학 어셈블리(200)의 일부의 에지 단면도이다. 다른 실시예들에서, 각지게 연장되는(angularly-extending) 손상 트랙들이 개별 서브픽셀 볼륨들에 인접하여 위치할 수 있다. 예를 들어, 각지게 연장되는 손상 트랙들은 개별 서브픽셀 볼륨들을 둘러싸는 것과 같이 주변에 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 픽셀(232)에 의해 방출된(예를 들어, 픽셀의 서브픽셀을 포함하는 전계발광 소자(208)로부터 방출된) 광선(220)들은 손상 트랙(50)들이 차단할 때 산란될 수 있고, 이에 의해 광선, 그리고 차단에 의해 산란된 광을 제2 주 표면(206)을 바라보는 관찰자가 볼 수 있는 픽셀의 위치로 제한할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 15에 도시된 바와 같이, 광학 어셈블리(200)는 기판(12)의 제1 주 표면(204) 상에 위치된 복수의 전계발광 소자(208)를 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 전계발광 소자(208)는 복수의 전계발광 소자들 중의 다른 전계발광 소자(208)와 동일한 파장(예를 들어, 색상)의 광을 방출한다. 예를 들어, 복수의 전계발광 소자(208)는 푸르스름한 광을 방출할 수 있다. 그러한 경우에, 색 변환 층(242)이 복수의 전계발광 소자(208)로부터 방출된 광이 색 변환 층(242)에 의해 상이한 색상의 광, 예를 들어 백색광으로 변환되도록 제2 주 표면(206) 상에 위치될 수 있다. 예를 들어, 색 변환 층(242)은 복수의 불연속(예를 들어, 분리된) 층들을 포함할 수 있고, 여기서 각각의 불연속 색상 변환 층(242)은 대응하는 전계발광 소자(208)의 반대편에 위치된다. 색상 변환 층(242)들은 청색 색상 변환 층들, 녹색 색상 변환 층들, 및 적색 색상 변환 층들로 분리될 수 있다. 따라서, 청색 발광 전계발광 소자들, 녹색 발광 전계발광 소자들, 및 적색 발광 전계발광 소자들을 포함하는 전술한 실시예의 팩시밀리에서, 청색, 녹색 및 적색 색상 변환 층(242)들이 픽셀(232)들에 통합될 수 있으며, 각각의 픽셀(232)은 복수의 전계발광 소자(208)들 및 복수의 대응하는 색상 변환 층(242)들을 포함한다. 따라서, 전계발광 소자(208)와 쌍을 이루는 한 색상의 색 변환 층(242)은 하나의 서브픽셀을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 픽셀(232)은 제1 주 표면(204) 상에 위치된 단일 색상의 3개의 전계발광 소자(208), 및 제2 주 표면(206) 상에 위치된 상이한 색상의 3개의 색상 변환 층(242): 예를 들어, 청색 색상 변환 층, 녹색 색상 변환 층, 및 적색 색상 변환 층을 포함할 수 있고, 각각의 색상 변환 층은 대응하는 전계발광 소자(208)와 쌍을 이룬다. 색상 변환 층(242)은 예를 들어, 형광체 재료(예를 들어, 세륨 도핑된 YAG), 또는 반도체 재료(예를 들어, 양자점)를 포함할 수 있다.
도 15의 실시예에서, 손상 트랙(50)들이 없는 하나의 픽셀(232)의 하나의 전계발광 소자(208)로부터 방출된 광은 인접한 픽셀의 색상 변환 층, 또는 심지어 동일한 픽셀 내에서 인접한 전계발광 소자(예를 들어, 서브픽셀)의 색상 변환 층과 교차할 수 있다. 이것이 일어날 때, 대응하는 색상 변환 층을 위해 의도된 하나의 전계발광 소자(208)로부터 방출된 광은 대신에 인접한 색상 변환 층을 적어도 부분적으로 조명할 수 있고, 이에 의해 장치 설계자가 의도한 것과 다른 색광을 관찰자에게 방출할 수 있다. 예를 들어, 도 15의 칼럼 C1에 있는 픽셀의 전계발광 소자(208)가 활성화되고 녹색 색생 변환 층(242G)을 향해 광을 지향시키도록 의도된다는 것을 고려하자. 손상 트랙(50)들이 없는 경우, 전계발광 소자로부터의 광은 또한 적색 색상 변환 층(242R) 또는 청색 색상 변환 층(242B)을 조명할 수 있다. 따라서, 개별 서브픽셀 볼륨들 및/또는 픽셀 볼륨들 사이의 로우(234)들 및 칼럼(236)들에 위치된 손상 트랙들은 개별 서브픽셀들 및/또는 픽셀들 간의 크로스토크를 완화할 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 예를 들어 도 16a에 도시된 예시적인 광학 어셈블리(300)에 의해 도시된 바와 같이, 광학 어셈블리는 제1 기판(302) 및 투명한 제2 기판(304)을 포함할 수 있다. 제1 기판(302)은 제1 주 표면(306) 및 제2 주 표면(308)을 포함한다. 복수의 전계발광 소자(208)는 제2 주 표면(308) 상에 배치될 수 있으며, 복수의 전계발광 소자(208)는 픽셀(232)을 정의한다. 다른 실시예들에서와 같이, 픽셀(232)은 특정 패턴, 예를 들어 로우 및/또는 칼럼의 어레이로 배열될 수 있다(칼럼 C1-C4의 단일 로우이 도 16a에 도시됨). 투명한 제2 기판(304)은 제3 주 표면(310)(도 16b 참조) 및 제4 주 표면(312)을 포함한다. 투명한 제2 기판(304)은 제1 기판(302)으로부터 이격되고, 제3 주 표면(310)이 제2 주 표면(308)과 대향하여 마주하도록 위치된다. 제3 주 표면(310)은 그 위에 위치된 복수의 색상 변환 층(314)을 더 포함할 수 있다. 갭(316)이 복수의 전계발광 소자(208)와 복수의 색상 변환층(314) 사이에 존재할 수 있다. 본 실시예에 따른 복수의 전계발광 소자(208)는 상부 발광(top-emitting)이기 때문에, 제1 기판(302)은 투명할 필요가 없고, 전극 복수의 전계발광 소자(208)와 제1 기판(302) 사이에 위치할 수 있는 전극 층도 투명할 필요는 없다. 평탄화 층(미도시)이 전계발광 소자(208) 위에 위치될 수 있다. 또한, 추가 층, 예를 들어 투명한 전극 층(미도시)은 복수의 전계발광 소자(208) 위에 위치될 수 있다.
색상 변환 층(314)은, 일부 실시예들에서 제1 기판(302)의 제2 주 표면(308) 상의 전계발광 소자(208)의 영역 패턴에 대응하는 영역 패턴, 예를 들어 어레이로 분포될 수 있다. 즉, 전계발광 소자(208)는 제1 기판(302)의 제2 주 표면(308)에 전자발광 소자의 로우 및 칼럼의 직사각형 어레이로 배열되면, 색상 변환 층(314)은 또한 로우 및 칼럼의 직사각형 어레이로 배열될 수 있으며, 여기서 개별 색상 변환 층(314)들은 대응하는 전계발광 소자(208)의 바로 맞은편에 있다. 로우 및 칼럼의 이러한 직사각형 어레이들은 픽셀들 또는 개별 전계발광 소자들(예를 들어, 서브픽셀들) 중의 하나 또는 둘 모두에 적용될 수 있다. 이전 실시예들과 유사하게, 각각의 색상 변환 층(314)은 투명한 제2 기판(302)의 두께를 통해(예를 들어, 손상 층(320)을 통해) 연장되는 색상 변환 볼륨(318)을 정의할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 색상 변환 볼륨은 투명한 제2 기판(304)을 통해 연장된 색상 변화 층의 풋프린트의 볼륨을 지칭한다. 즉, 색상 변환 층 풋프린트는 투명한 제2 기판(304) 상에 투영된 바와 같은 색상 변환 층의 아웃라인, 예를 들어 투명한 제2 기판(304)의 제3 주 표면(310) 상의 색상 변환 층의 아웃라인을 지칭한다. 색상 변환 볼륨(318)은 색상 변환 풋프린트가 투명한 제2 기판(304)을 통해 제2 기판의 두께 방향, 예를 들어, 제2 기판의 제3 또는 제4 주 표면에 직교하는 방향으로 투영될 때 표현되는 투명한 제2 기판(304) 내의 볼륨이다. 블랙 매트릭스 재료(322), 예를 들어 불투명 중합체 재료는 제3 주 표면(310)에서 색상 변환 층의 어레이에서 다른 색상 변환 층들로부터 각각의 색상 변환 층을 광학적으로 분리하기 위해 제3 주 표면(310) 상에 증착될 수 있다.
전술한 바와 같이 그리고 도 16a에 도시된 바와 같이, 칼럼 C1에 있는 픽셀의 전계발광 소자(208)는 활성화될 수 있고 예를 들어, 청색 색상 변환 층(314B)을 향해 광을 지향시키도록 의도될 수 있다. 광선(324)과 같은 일부 광선들은 투명한 제2 기판(304)을 통해 전파되고 제4 표면(312), 예를 들어 기판-공기 계면에서 굴절될 수 있다. 도 16a의 상세 사항 A에서 가장 잘 볼 수 있는 특정 예들에서, 청색 색상 변환 층(314B)의 바로 맞은편에 있는 전계발광 소자(208)로부터의 광은, 청색 색상 변환 층(314B)으로부터 방출된 청색 광이 예를 들어, 인접한 픽셀에 대응하는 적색 색상 변환 층과 같은 적색 색상 변환 층(314R)의 일반적인 위치에서 제4 주 표면(312)을 빠져나갈 수 있는 각도로 투명한 제2 기판(304)을 통해 전파될 수 있다.
따라서, 다양한 실시예들에서 그리고 도 16b 및 도 16b의 상세 사항 A 영역의 확대인 영역 A'에 도시되어 있지만, 대안적인 실시예에서, 손상 트랙(50)들이 투명한 제2 기판(304)의 개별적인 색상 변환 볼륨(318), 또는 색상 변환 볼륨들의 그룹들에 인접하여 형성되도록, 손상 트랙(50)들이 영역 패턴, 예를 들어, 직교하는 로우들 및/또는 칼럼들로 투명한 제2 기판(304)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 손상 트랙(50)들은 손상 트랙(50)들이 투명한 제2 기판(304)의 개별 색상 변환 볼륨(318)들, 또는 색상 변환 볼륨들의 그룹들 사이에 그리고 그 주위에 형성되도록 영역 패턴으로 투명한 제2 기판(304)에 형성될 수 있다. 따라서, 도 16b에 도시된 예에서, 청색 색상 변환 층(314B)으로부터 방출된 청색 광은 손상 트랙(50)들에 가로막히고 제4 주 표면(312)을 향하고 그리고 통과하는 방향으로 손상 트랙(50)들에 의해 산란될 수 있다. 따라서, 청색 색상 변환 층(314B)으로부터의 청색 광은 청색 색상 변환 층(314B)의 일반적인 위치에서 제4 주 표면(312)을 빠져 나갈 수 있고 관찰자에게 녹색 색상 변환 층(314R)의 위치로부터 방출되는 것처럼 보이지 않는다. 위에서 설명된 바와 같이, 손상 트랙(50)들은 색상 변환 볼륨들의 그룹들, 예를 들어 3개의 전계발광 소자(208)들로 구성된 대응하는 픽셀 바로 맞은편에 있는 3개의 색상 변화 볼륨들의 그룹에 인접하여, 예를 들어 그 주위에 배열될 수 있지만, 색상 변환 볼륨들의 그룹은 3개 미만의 색상 변환 볼륨들 또는 3개 이상의 색상 변환 볼륨들을 포함할 수 있다. 따라서, 도 16a를 참조하면, 손상 트랙(50)들은 픽셀들 C1 내지 C4에 대응하는 색상 변환 볼륨들 중의 임의의 하나 이상에 대응하는 색상 변환 층들에 인접하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 손상 트랙(50)들은 픽셀들 C1-C4에 대응하는 색상 변환 볼륨들 중의 임의의 하나 이상에 대응하는 색상 변환 층들 주위에 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 픽셀-레벨에서 색상 혼합이 유리할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 손상 트랙(50)들은 예를 들어, 개별적인 색상 변환 볼륨들이 아닌 개별 픽셀들에 대응하는 색상 변환 볼륨들의 그룹들에 인접하여, 예를 들어 그 주위에 배열될 수 있다.
도 14 및 투명한 기판(202)에 대해 설명된 바와 같이, 투명한 제2 기판(304)의 손상된 층(320) 내에 배치된 손상 트랙(50)들은 각각 제3 또는 제4 주 표면(310 또는 312) 중의 하나 또는 둘 모두에 대한 법선에 대하여 각도 φ 만큼 기울어질 수 있다.
청구범위들의 사상 또는 범위들을 벗어나지 않고 다양한 수정들 및 변형들이 이루어질 수 있다는 것은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.

Claims (25)

  1. 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면 반대편의 제2 주 표면을 포함하는 투명한 기판으로서, 상기 투명한 기판은 상기 제1 주 표면을 포함하는 제1 비손상 층과 상기 제2 주 표면을 포함하는 제2 비손상 층 사이에 배치된 손상 층을 더 포함하며, 또한 상기 투명한 기판은 상기 제1 주 표면 상에 위치된 복수의 전계발광 소자들을 포함하는 픽셀을 더 포함하며, 상기 픽셀은 상기 손상 층을 통해 연장되는 픽셀 볼륨을 정의하는, 상기 투명한 기판; 및
    상기 손상 층 내의 그리고 상기 픽셀 볼륨에 인접하여 배치된 복수의 손상 트랙들;을 포함하는 광학 어셈블리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 손상 트랙들은, 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 칼럼(column)들과 직교하고 그리고 교차하는 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 로우(row)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전계발광 소자들 중의 하나의 전계발광 소자는 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 다른 전계발광 소자의 광의 파장과 다른 파장의 광을 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 다른 전계발광 소자의 광의 파장과 동일한 파장의 광을 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 주 표면 상에 배치된 복수의 색상 변환 층들을 더 포함하며, 상기 복수의 색상 변환 층들의 개별 색상 변환 층들은 상기 복수의 전계발광 소자들의 대응하는 개별 전계발광 소자의 바로 맞은편에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 손상 트랙들의 각각의 손상 트랙은 상기 제1 주 표면 또는 상기 제2 주 표면 중의 하나에 대한 법선에 대하여 제로 아닌(non-zero) 각도를 형성하는 세로 축을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 손상 층은 상기 제1 비손상 층과 상기 제2 비손상 층 사이에 적층된 복수의 손상 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명한 기판은 유리, 용융 실리카, 사파이어, 중합체들, 및 유리 세라믹들을 포함하는 기판들의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 전계발광 소자들은 마이크로 LED들 또는 유기 발광 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  10. 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면 반대편의 제2 주 표면을 포함하는 투명한 기판으로서, 상기 투명한 기판은 상기 제1 주 표면을 포함하는 제1 비손상 층과 상기 제2 주 표면을 포함하는 제2 비손상 층 사이에 배치된 손상 층을 더 포함하며, 또한 상기 투명한 기판은 상기 제1 주 표면 상에 놓인 복수의 전계발광 소자들에 의해 정의된 픽셀을 더 포함하며, 상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 상기 손상 층을 통해 연장되는 서브픽셀 볼륨을 정의하는, 상기 투명한 기판; 및
    각각의 서브픽셀 볼륨에 인접하여 배치된 복수의 손상 트랙들;을 포함하는 광학 어셈블리.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 주 표면 상에 위치된 복수의 색상 변환 층들을 더 포함하며, 상기 복수의 색상 변환 층들의 각각의 색상 변환 층은 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 대응하는 전계발광 소자의 바로 맞은편에 위치되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 다른 전계발광 소자의 광의 파장과 동일한 파장의 광을 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 손상 트랙들은, 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 칼럼들과 직교하고 그리고 교차하는 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 로우들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  14. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 손상 트랙들의 각각의 손상 트랙은 상기 제1 주 표면 또는 상기 제2 주 표면 중의 하나에 대한 법선에 대하여 제로 아닌 각도를 형성하는 세로 축을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  15. 청구항 10에 있어서,
    상기 복수의 전계발광 소자들은 마이크로 LED들 또는 유기 발광 다이오드들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  16. 제1 주 표면 및 상기 제1 주 표면 반대편의 제2 주 표면을 포함하는 제1 기판으로서, 상기 제1 기판은 상기 제1 기판의 상기 제2 주 표면 상에 놓인 복수의 전계발광 소자들에 의해 정의된 픽셀을 포함하는, 상기 제1 기판;
    상기 제1 기판의 맞은편에 상기 제1 기판과 실질적으로 평행하게 배열된 투명한 제2 기판으로서, 상기 투명한 제2 기판은 상기 제2 주 표면의 맞은편의 제3 주 표면 및 상기 제3 주 표면 반대편의 제4 주 표면을 포함하고, 상기 투명한 제2 기판은 상기 제3 주 표면을 포함하는 제1 비손상 층과 상기 제4 주 표면을 포함하는 제2 비손상 층 사이에 배치된 손상 층을 더 포함하며, 상기 제3 주 표면은 그위에 위치된 복수의 색상 변환 층들을 포함하며, 상기 복수의 색상 변환 층들의 각각의 색상 변환 층은 상기 손상 층을 통해 연장되는 색상 변환 볼륨을 정의하는, 상기 투명한 제2 기판; 및
    상기 복수의 색상 변환 층들에 의해 정의된 상기 색상 변환 볼륨들 중의 하나 이상에 인접하여 배치된 복수의 손상 트랙들;을 포함하는 광학 어셈블리.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 손상 트랙들은, 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 칼럼들과 직교하고 그리고 교차하는 실질적으로 평행한 복수의 손상 트랙들의 로우들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 투명한 제2 기판은 유리, 용융 실리카, 사파이어, 중합체들, 및 유리 세라믹들을 포함하는 기판들의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  19. 청구항 16에 있어서,
    블랙 매트릭스 재료가 상기 제3 주 표면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 손상 트랙들의 각각의 손상 트랙은 상기 제1 주 표면 또는 상기 제2 주 표면 중의 하나에 대한 법선에 대하여 제로 아닌 각도를 형성하는 세로 축을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  21. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 상기 복수의 전계발광 소자들 중의 다른 전계발광 소자의 파장의 광과 동일한 파장의 광을 방출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  22. 청구항 16에 있어서,
    상기 투명한 제2 기판은 유리, 용융 실리카, 사파이어, 중합체들, 및 유리 세라믹들을 포함하는 기판들의 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  23. 청구항 16에 있어서,
    상기 손상 층은 상기 제1 비손상 층과 상기 제2 비손상 층 사이에 적층된 복수의 손상 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 복수의 손상 트랙들의 각각의 손상 트랙은 하나보다 많은 손상 트랙을 포함하며, 상기 하나보다 많은 손상 트랙들은 상기 복수의 손상 층들 내에 수직으로 적층되는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
  25. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 전계발광 소자들의 각각의 전계발광 소자는 마이크로-LED 또는 유기 발광 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 어셈블리.
KR1020217034452A 2019-03-22 2020-03-12 서브-표면 산란 피쳐들을 포함하는 광학 어셈블리 KR20210132230A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962822378P 2019-03-22 2019-03-22
US62/822,378 2019-03-22
PCT/US2020/022215 WO2020197777A1 (en) 2019-03-22 2020-03-12 Optical assembly comprising sub-surface scattering features

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210132230A true KR20210132230A (ko) 2021-11-03

Family

ID=72608857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217034452A KR20210132230A (ko) 2019-03-22 2020-03-12 서브-표면 산란 피쳐들을 포함하는 광학 어셈블리

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JP2022527698A (ko)
KR (1) KR20210132230A (ko)
CN (1) CN113710956A (ko)
TW (1) TW202107427A (ko)
WO (1) WO2020197777A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220397719A1 (en) * 2021-06-11 2022-12-15 Corning Incorporated Optical transforming article

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009110873A (ja) * 2007-10-31 2009-05-21 Toppan Printing Co Ltd 表示装置
JP2010134217A (ja) * 2008-12-05 2010-06-17 Sony Corp カラーフィルタおよびその製造方法並びに発光装置
KR102141691B1 (ko) * 2013-11-05 2020-08-05 엘지디스플레이 주식회사 유기전계발광표시장치 및 그 제조방법
KR102295610B1 (ko) * 2013-12-27 2021-08-30 엘지디스플레이 주식회사 유기 발광 다이오드 표시 장치
WO2016138054A1 (en) * 2015-02-27 2016-09-01 Corning Incorporated Optical assembly having microlouvers

Also Published As

Publication number Publication date
CN113710956A (zh) 2021-11-26
WO2020197777A1 (en) 2020-10-01
TW202107427A (zh) 2021-02-16
JP2022527698A (ja) 2022-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10312310B2 (en) OLED display and method of fabrication thereof
CN101645403B (zh) 制造平板显示装置的方法
CN103079747B (zh) 由激光成丝作用进行材料处理的方法
JP2005158665A (ja) 照明装置
KR102518876B1 (ko) 표시 장치 및 이의 제조 방법
CN103609108B (zh) 自动立体显示设备
US20090040640A1 (en) Glass cutting method, glass for flat panel display thereof and flat panel display device using it
US10288792B2 (en) Laser featured glass for display illumination
JP2017528760A (ja) 封止型装置およびその製造方法
KR20180035987A (ko) 유기발광 표시장치
WO2019082358A1 (ja) フレキシブルｏｌｅｄデバイスの製造方法および製造装置
JP2016100457A (ja) 発光装置
GB2494957A (en) Repairing short circuit manufacturing defects in OLED displays
CN104752478A (zh) 有机发光二极管显示装置
US20100134717A1 (en) Liquid crystal display device and method for manufacturing the same
WO2019215830A1 (ja) フレキシブル発光デバイスの製造方法および製造装置
KR20210132230A (ko) 서브-표면 산란 피쳐들을 포함하는 광학 어셈블리
CN109031767B (zh) 一种彩膜基板、显示装置及制作方法
US10429553B2 (en) Optical assembly having microlouvers
KR102015845B1 (ko) 레이저 조사장치 및 이를 이용한 유기발광소자 제조방법
WO2019215833A1 (ja) フレキシブル発光デバイスの製造方法および製造装置
KR100989130B1 (ko) 레이저 조사 장치 및 그를 이용한 유기전계발광표시장치의 제조 방법
CN112042270A (zh) 柔性发光器件的制造方法以及制造装置
KR100782460B1 (ko) 레이저 조사 장치 및 이를 이용한 유기전계발광소자의제조방법
JP6752948B2 (ja) プリントヘッド