KR20210137810A - 전자 소자, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

전자 소자, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 표시 장치 Download PDF

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Abstract

제1 기판, 상기 제1 기판 위에 위치하며 가로 및 세로의 길이가 각각 10 ㎛ 이하인 복수의 발광소자들, 상기 복수의 발광소자들 위에 배치되는 양자점 컬러필터 층, 및 상기 복수의 발광소자들과 상기 양자점 컬러필터 층 사이에 위치하는 제1 오버코트층을 포함하며, 상기 양자점 컬러필터 층은 상기 복수의 발광소자들과 각각 중첩하도록 복수의 제1 격벽들에 의해 구획된 복수의 양자점 컬러필터들을 포함하는 전자 소자가 제공된다.

Description

전자 소자, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 표시 장치{ELECTRIC DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING SAME, AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
전자 소자, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
현재 상용화된 표시 장치로는 액정 표시 장치(liquid crystal display), 플라즈마 표시 장치(plasma display panel), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display) 등이 있다. 이들은 적색광, 녹색광, 청색광 및/또는 백색광을 발광하는 화소들을 각각 형성하여 개별 발광하거나, 광원으로부터 발생된 광을 컬러필터에 통과시켜 화소들에 대응되는 색상을 구현하는 방식으로 구동되고 있다.
이 중, 개별 발광 방식의 표시 장치의 경우 색순도가 높아 화질이 우수할 수 있으나, 각 화소 별로 다른 물질 및 특성을 갖는 소자를 형성해야 하므로 공정 난이도가 높으며, 이에 따라 대형화에 어려움이 있다.
반면 광원을 컬러필터에 통과시키는 표시 장치의 경우 전자 대비 대면적으로 구현하기 용이한 경향이 있지만, 컬러필터가 광을 흡수하므로 방출광의 에너지 손실이 불가피하고 최종 방출광의 반치폭이 넓은 편이므로 휘도와 색순도가 저하될 우려가 있다.
광 효율, 색순도, 및 색재현성이 높으며 고해상도의 화상을 표시할 수 있는 전자 소자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하고자 한다.
일 구현예에 따른 전자 소자는 제1 기판, 제1 기판 위에 위치하며 가로 및 세로의 길이가 각각 10 ㎛ 이하인 복수의 발광소자들, 복수의 발광소자들 위에 배치되는 양자점 컬러필터 층, 및 복수의 발광소자들과 양자점 컬러필터 층 사이에 위치하는 제1 오버코트층을 포함하며, 양자점 컬러필터 층은 복수의 발광소자들과 각각 중첩하도록 복수의 제1 격벽들에 의해 구획된 복수의 양자점 컬러필터들을 포함한다.
양자점 컬러필터들은 제3광을 제1광으로 변환하는 양자점을 포함하는 제1 양자점 컬러필터, 및 제3광을 제2광으로 변환하는 양자점을 포함하는 제2 양자점 컬러필터를 포함한다.
양자점 컬러필터 층은 양자점 컬러필터를 포함하지 않는 투과층을 더 포함할 수 있다.
전자 소자는 복수의 발광소자들과 제1 오버코트층 사이에 위치하는 광 가이드 층을 더 포함하고, 광 가이드 층은 복수의 제1 격벽들과 중첩하는 복수의 제2 격벽들을 포함한다.
광 가이드 층 내 복수의 제2 격벽들에 의해 구획되는 공간은 빈 공간으로 존재하거나, 또는 가스, 유기 물질, 무기 물질, 또는 보조 컬러필터로 채워질 수 있다.
전자 소자는 양자점 컬러필터 층과 제1 오버코트층 사이, 또는 제1 오버코트층과 광 가이드 층 사이에 박막 봉지층을 더 포함할 수 있다.
박막 봉지층은 두께가 50 nm 내지 1000 nm일 수 있다.
박막 봉지층의 양자점 컬러필터 층과 마주보는 표면은 요철 구조를 포함할 수 있다.
박막 봉지층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
전자 소자는 박막 봉지층과 양자점 컬러필터 층 사이, 및/또는 박막 봉지층과 복수의 발광소자들 사이에 방열층 또는 브래그 반사층(bragg reflector)을 더 포함할 수 있다.
복수의 발광소자들 각각은 제1 기판 위에 위치하는 제1 도전형 반도체층, 제1 도전형 반도체층과 중첩하는 제2 도전형 반도체층, 및 제1 도전형 반도체층과 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함할 수 있다.
광 가이드 층은 일정 거리를 두고 이격되어 2 층 이상 적층될 수 있다.
양자점 컬러필터 층은 일정 거리를 두고 이격되어 2 층 이상 적층될 수 있다.
다른 일 구현예에 따른 전자 소자의 제조 방법은, 제1 기판 위에, 가로 및 세로의 길이가 각각 10 ㎛ 이하인 복수의 발광소자들을 배치하고, 제2 기판 위에 복수의 발광소자들과 각각 중첩하는 영역을 구획하도록 복수의 제1 격벽들을 형성하고, 제1 격벽들에 의해 구획된 영역에 각각 양자점 컬러필터 조성물을 투입하여 양자점 컬러필터 층을 형성하고, 양자점 컬러필터 층 위에 제1 오버코트층을 형성하고, 제1 기판의 발광소자들 위로 제2 기판의 제1 오버코트층을 접합하는 것을 포함한다.
상기 제조 방법은 복수의 발광소자들 위에 광 가이드 층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있고, 광 가이드 층은 제2 기판에 형성된 복수의 제1 격벽들과 중첩하는 복수의 제2 격벽들을 포함할 수 있다.
상기 제조 방법은 제1 오버코트층을 형성하기 전, 또는 제1 오버코트층을 형성한 후, 박막 봉지층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
광 가이드 층은 일정 거리를 두고 이격하여 2 층 이상 적층될 수 있다.
양자점 컬러필터 층은 일정 거리를 두고 이격하여 2 층 이상 적층될 수 있다.
또 다른 일 구현예에 따른 표시 장치는 일 구현예에 따른 전자 소자를 포함한다.
광 효율, 색순도, 및 색재현성이 높으며 고해상도의 화상을 표시할 수 있는 전자 소자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 표시 장치의 개략적인 사시도이고,
도 2는 일 구현예에 따른 전자 소자의 개략적인 단면도이고,
도 3은 도 2의 전자 소자 중 양자점 컬러필터 층 및 그 아래 형성된 제1 오버코트 층을 분리하여 나타낸 것이고,
도 4는 도 2의 전자 소자 중 양자점 컬러필터 층 부분을 분리하여 확대한 것이고,
도 5는 일 실시예에 따른 제1 오버코트층과 박막 봉지층의 계면을 나타낸 것이고,
도 6은 다른 실시예에 따른 제1 오버코트층과 박막 봉지층의 계면을 나타낸 것이고,
도 7은 일 구현예에 따른 전자 소자의 양자점 컬러필터 층 위로 박막 봉지층 및 방열층을 더 형성한 경우를 나타낸 단면도이고,
도 8은 일 예에 따른 발광소자에 대한 개략적인 단면도이고,
도 9 및 도 10은 일 구현예에 따른 전자 소자의 다양한 변형예들을 나타낸 단면도이고,
도 11은 일 구현예에 따른 전자 소자의 발광 소자 및 그 위에 형성된 광 가이드 층의 단면을 나타낸 것이고,
도 12는 일 구현예에 따른 전자 소자의 발광 소자 위로 2 층 이상의 광 가이드 층이 추가 적층된 예시를 나타낸 것이고,
도 13은 일 구현예에 따른 전자 소자에 2 층 이상의 양자점 컬러필터 층이 추가 적층된 예시를 나타낸 것이고,
도 14는 도 10의 전자 소자의 단면 중 양자점 컬러필터 층과 광 가이드 층 부분만 분리하여 나타낸 것이고,
도 15는 일 구현예에 따른 전자 소자에서 양자점 컬러필터 층 및 광 가이드 층 사이에 박막 봉지층과 브래그 반사층이 위치한 구조의 일 예시를 나타낸 것이고,
도 16 내지 도 21은 일 구현예에 따른 전자 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구현예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 기재를 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분을 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다. 또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로 본 기재가 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위해 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 도 1 내지 도 2를 참조하여 일 구현예에 따른 전자 소자(100) 및 이를 포함하는 표시 장치(1)에 대해 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 표시 장치(1)의 개략적인 사시도이고, 도 2는 일 구현예에 따른 전자 소자(100)의 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 구현예에 따른 표시 장치(1)는 복수개의 전자 소자(100)를 포함하며, 각각의 전자 소자(100)는 적색(Red, R), 녹색(Green, G), 청색(Blue, B)의 광을 선택적으로 방출할 수 있다. 일 예로, 전자 소자(100)는 적색 화소영역(R), 녹색 화소영역(G), 및 청색 화소영역(B)의 3 개의 화소영역을 포함할 수 있다.
일 예로, D2 방향을 따라 배치된 복수의 화소영역들(R)은 동일한 색상을 방출할 수 있다. 일 예로 B1을 따라 위치하는 복수의 화소영역들(R)은 적색광을 방출하고, B2를 따라 위치하는 복수의 화소영역들(G)은 녹색광을 방출하고, B3를 따라 위치하는 복수의 화소영역들(B)은 청색광을 방출할 수 있다. 일 예로 B1에 포함되는 복수의 화소영역들(R)은 전기적으로 서로 연결될 수 있으며, B2에 포함되는 복수의 화소영역들(G)은 전기적으로 서로 연결될 수 있으며, B3에 포함되는 복수의 화소영역들(B) 역시 전기적으로 서로 연결될 수 있다.
이하에서는 도 1에서 전자 소자(100)를 D1 및 D3 방향(D1XD3)을 따라 자른 단면도인 도 2를 이용하여 설명하기로 한다.
우선, 도 2를 참조하면 일 구현예에 따른 전자 소자(100)는 제1 기판(210), 제1 기판(210) 위에 위치하는 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C), 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 위에 배치되는 양자점 컬러필터 층(130), 및 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)과 양자점 컬러필터 층(130) 사이에 위치하는 제1 오버코트층(140)을 포함한다.
제1 기판(210)은 투명 기판일 수 있다. 예를 들면, 제1 기판(210)은 사파이어(Al2O3), 질화갈륨(GaN), 실리콘카바이드(SiC), 산화 갈륨 (Ga2O3), 산화리튬갈륨(LiGaO2), 산화리튬알루미늄(LiAlO2), 또는 산화마그네슘알루미늄(MgAl2O4)을 포함할 수 있다.
제1 기판(210) 상부, 및/또는 제1 기판(210) 내부에는 각각의 발광소자들(220A, 220B, 220C)에 전원을 공급하도록 구성된 구동부 및 각각의 발광소자들(220A, 220B, 220C)을 제어하는 제어부를 포함하는 집적 회로부(211)를 포함할 수 있다. 도 2는 전자 소자(100)의 단면도이나, 효과적인 이해를 위해 집적 회로부(211)를 트랜지스터 회로를 이용하여 도시하였다.
제1 기판(210) 위에는 청색광을 방출하는 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)이 위치할 수 있다. 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)은 인가되는 전원 또는 구동신호에 의해 광을 방출할 수 있다. 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)은 LED와 같은 반도체 발광칩을 포함할 수 있다. 복수의 발광소자(220A, 220B, 220C)들은 전자 소자(100)의 제1 화소영역(PX1)에 위치한 제1 발광소자(220A), 제2 화소영역(PX2)에 위치한 제2 발광소자(220B), 제3 화소영역(PX3)에 위치한 제3 발광소자(220C)를 포함할 수 있다.
한편, 개별 발광소자(220A, 220B, 220C)의 적층 구조는 이하 도 8을 통해 기술하기로 한다.
일 예로, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)로부터 방출되는 광의 중심 파장은 약 430 nm 내지 약 470 nm 일 수 있으며, 일 예로 약 440 nm 내지 약 460 nm일 수 있다. 일 구현예에 따른 표시 장치(1)는, 예를 들어 2000 ppi(pixel per inch) 이상, 예를 들어 2500 ppi 이상, 예를 들어 3000 ppi 이상, 예를 들어 4000 ppi 이상, 예를 들어 4500 ppi 이상, 예를 들어 5000 ppi 이상의 화소 밀도를 가지도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 각각의 발광소자들(220A, 220B, 220C)의 가로 및 세로의 길이, 및 인접한 발광소자들(220A, 220B, 220C) 사이의 피치(pitch)는 일반적인 표시 장치들, 예컨대 유기 발광 표시 장치, 및/또는 기타 표시 장치들의 화소 가로 길이 및 배치되는 각 화소들 사이의 피치 대비 매우 작을 수 있고, 일 예로 각각의 발광소자들(220A, 220B, 220C)은 마이크로 LED(micro light emitting diode)일 수 있다. 본 발명의 명세서에서 가로의 길이는 도 1에서 D1 방향의 길이를 의미하고, 세로의 길이는 D2 방향의 길이를 의미한다.
일 예로, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 각각의 가로 및 세로의 길이는 각각, 표시 장치(1)가 전술한 화소 밀도를 갖는 초고해상도 화상을 표시할 수 있도록, 예를 들어 10 ㎛ 이하, 예를 들어 9 ㎛ 이하, 예를 들어 8 ㎛ 이하, 예를 들어 7 ㎛ 이하, 예를 들어 6 ㎛ 이하일 수 있고, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 9 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 7 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 6 ㎛ 일 수 있다.
일 예로, 이웃한 발광소자들(220A, 220B, 220C) 사이의 피치는, 표시 장치(1)가 전술한 화소 밀도를 갖는 초고해상도 화상을 표시할 수 있도록, 예를 들어 10 ㎛ 이하, 예를 들어 9 ㎛ 이하, 예를 들어 8 ㎛ 이하, 예를 들어 7 ㎛ 이하, 예를 들어 6 ㎛ 이하일 수 있고, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 9 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 7 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 6 ㎛일 수 있다.
복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 각각의 가로 및 세로의 길이 및/또는 발광소자들(220A, 220B, 220C) 사이의 피치가 전술한 범위를 만족할 경우, 이를 포함하는 표시 장치(1)가 기존의 표시 소자들 대비 초고해상도 및 초고휘도의 화상을 표시할 수 있다.
한편, 일 예로, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 화소영역(PX1)에 위치하는 제1 발광소자(220A)들끼리는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 화소영역(PX2)에 위치하는 제2 발광소자(220B)들끼리는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 화소영역(PX3)에 위치하는 제3 발광소자(220C)들끼리는 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 제1 발광소자들(220A)은 드레인 전극이 전기적으로 연결된 상태일 수 있다. 이는 제2 발광소자들(220B) 및 제3 발광소자들(220C)도 마찬가지이다.
이러한 연결에 따르면 동일한 색상의 광을 방출하는 영역에 위치하는 발광소자들(220A, 220B, 220C)끼리는 동시에 구동이 가능할 수 있다. 일 예로 드레인 전극이 서로 연결되는 구성을 설명하였으나, 이에 제한되지 않고 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)이 동시에 구동될 수 있는 어떠한 배선 연결도 가능함은 물론이다.
복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 위에는 보호층(230)이 위치할 수 있다. 보호층(230)은 무기 물질이거나 유기 물질일 수 있다. 보호층(230)이 무기 물질을 포함하는 경우, 무기 물질은 산화규소 또는 질화규소 등을 포함할 수 있다. 보호층(230)은 복수의 발광소자(230)를 덮으면서 상부면을 평탄화시킬 수 있다.
복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 위에는 양자점 컬러필터 층(130)이 배치된다.
양자점 컬러필터 층(130)은 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)과 각각 중첩하도록, 복수의 제1 격벽들(131)에 의해 구획된 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G)을 포함한다.
일 예로, 양자점 컬러필터 층(130)은 제3광을 제1광으로 변환하는 양자점(3R)을 포함하는 제1 양자점 컬러필터(130R), 제3광을 제2광으로 변환하는 양자점(3G)을 포함하는 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 양자점 컬러필터를 포함하지 않는 투과층(130B)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 양자점 컬러필터(130R)는 적색 양자점(3R)을 포함할 수 있다. 이에 따라 입사된 청색광을 적색광으로 변환하여 방출할 수 있다.
예를 들어, 제2 양자점 컬러필터(130G)는 녹색 양자점(3G)을 포함할 수 있다. 이에 따라 입사된 청색광을 녹색광으로 변환하여 방출할 수 있다.
투과층(130B)은 입사된 광의 변환 없이 입사되는 광을 그대로 방출한다. 투과층(130B)은 예컨대 청색광이 입사되고, 청색광이 그대로 방출될 수 있다.
제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(130B) 각각은 전술한 복수의 제1 격벽들(131)에 의해 이격되어 있을 수 있다.
제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(130B) 각각은 제1 내지 제3 발광소자(220A, 220B, 220C) 각각과 중첩되도록 위치할 수 있다.
제1 오버코트층(140)은 제1 양자점 컬러필터(130R) 및 제2 양자점 컬러필터(130G)의 표면을 덮어 평탄화시킬 수 있고, 투과층(130B)의 빈 공간을 채우고 있을 수 있다.
제1 오버코트층(140)은 무기 물질이거나 유기 물질일 수 있다. 제1 오버코트층(140)이 무기 물질을 포함하는 경우, 무기 물질은 산화규소 또는 질화규소 등을 포함할 수 있다.
제1 오버코트층(140)의 두께는 양자점 컬러필터 층(130)의 두께, 전자 소자(100)의 목표 두께, 발광소자들(220A, 220B, 220C) 각각의 휘도 및/또는 발열 정도에 따라 달라질 수 있으며, 예를 들어 1 ㎛ 이상, 예를 들어 2 ㎛ 이상, 예를 들어 3 ㎛ 이상, 예를 들어 4 ㎛ 이상, 예를 들어 5 ㎛일 수 있고, 예를 들어 10 ㎛ 이하, 예를 들어 9 ㎛ 이하, 예를 들어 8 ㎛일 수 있으며, 예를 들어 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 1 ㎛ 내지 9 ㎛, 예를 들어 1 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 2 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 3 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 4 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 5 ㎛ 내지 8 ㎛일 수 있다.
제1 오버코트층(140)의 두께가 전술한 범위를 만족할 경우, 양자점 컬러필터 층(130)의 평탄화가 용이한 한편, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)로부터 전달될 수 있는 발열을 흡수 및/또는 차단할 수 있어 양자점 컬러필터 층(130)의 열화를 방지할 수 있다.
복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)과 제1 오버코트층(140) 사이에는 광 가이드 층(251)이 위치할 수 있다.
광 가이드 층(251)은 복수의 제1 격벽들(131)과 중첩하는 복수의 제2 격벽들(240)을 포함한다.
제2 격벽들(240)은 도 1의 D1 방향 및 D2 방향을 따라 격자 형태로 배치될 수 있다. 광 가이드 층(251) 내 복수의 제2 격벽들(240)에 의해 구획되는 공간들(251R, 251G, 251B)은 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)로부터 방출된 청색광이 양자점 컬러필터 층(130)으로 공급될 수 있도록 가이드할 수 있다. 제2 격벽들(240)에 의해 구획되는 공간들(251R, 251G, 251B)은 빈 공간으로 존재할 수 있다. 또는, 제2 격벽들(240)에 의해 구획되는 공간들(251R, 251G, 251B)은 소정의 가스로 채워지거나, 유기 물질, 무기 물질 또는 보조 컬러필터로 채워져 있을 수도 있다. 이에 대한 변형예는 하기 도 9 및 도 11을 참조하여 자세히 설명한다.
양자점 컬러필터 층(130)과 제1 오버코트층(140) 사이, 또는 제1 오버코트층(140)과 광 가이드 층(151) 사이에 박막 봉지층(150)이 위치할 수 있다. 박막 봉지층(150)은 양자점 컬러필터 층(130)이 외부의 공기나 이물질에 노출되지 않도록 양자점 컬러필터 층(130)을 밀봉하는 역할을 수행할 수 있다.
일 예로, 박막 봉지층(150)은 무기 물질을 포함할 수 있다. 무기 물질은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 박막 봉지층(150)에 적용 가능한 물질들의 예시로는 SiON, Al2O3, SiO2, 또는 이들의 조합을 들 수 있다.
단, 이에 제한되는 것은 아니며, 박막 봉지층(150)은 전술한 무기 물질 외에도 밀봉 특성 향상을 위해 추가로 유기 물질을 더 포함할 수도 있다. 유기 물질의 예시로는 에폭시계 수지, 폴리이미드계 수지 등을 들 수 있으며, 잉크젯 프린팅(inkjet printing)이 가능한 물질일 수 있다.
일 예로, 박막 봉지층(150)은 전술한 무기 물질로 이루어진 무기층을 포함할 수 있다. 일 예로 박막 봉지층(150)은 전술한 무기 물질과 유기 물질이 혼합된 층을 포함할 수 있다. 일 예로 박막 봉지층(150)은 무기층과 유기층을 모두 포함할 수 있다.
박막 봉지층(150)은 단일 층, 또는 2 층 이상의 다중 층 구조를 가질 수 있다. 일례로, 박막 봉지층(150)은 무기층과 유기층이 1회 이상 교번적으로 적층되어 있는 구조를 가질 수 있다.
박막 봉지층(150)은 양자점 컬러필터 층(130)의 밀봉 특성을 우수하게 유지하면서도 전자 소자(100)의 소형화를 위해 소정의 두께를 가지도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 박막 봉지층(150)은 50 nm 이상, 예를 들어 100 nm 이상, 예를 들어 150 nm 이상, 예를 들어 200 nm 이상, 예를 들어 250 nm 이상, 예를 들어 300 nm 이상의 두께를 가질 수 있고, 예를 들어 1000 nm 이하, 예를 들어 950 nm 이하, 예를 들어 900 nm 이하, 예를 들어 850 nm 이하, 예를 들어 800 nm 이하, 예를 들어 750 nm 이하, 예를 들어 700 nm 이하, 예를 들어 650 nm 이하, 예를 들어 600 nm 이하일 수 있으며, 예를 들어 50 nm 내지 1000 nm, 예를 들어 100 nm 내지 1000 nm, 예를 들어 100 nm 내지 800 nm, 예를 들어 100 nm 내지 700 nm, 예를 들어 200 nm 내지 600 nm의 두께를 가질 수 있다.
도 3은 도 2의 전자 소자 중 양자점 컬러필터 층(130) 및 그 아래 형성된 제1 오버코트 층(140)을 분리하여 나타낸 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 양자점 컬러필터(130R)의 가로의 길이(W1), 제2 양자점 컬러필터(130G)의 가로의 길이(W2), 및 투과층(130B)의 가로의 길이(W3)는, 각각, 10 ㎛ 이하, 예를 들어 9 ㎛ 이하, 예를 들어 8 ㎛ 이하, 예를 들어 7 ㎛ 이하, 예를 들어 6 ㎛ 이하일 수 있으며, 예를 들어, 0.5 ㎛ 이상, 예를 들어 1 ㎛ 이상, 예를 들어 1.5 ㎛ 이상, 예를 들어 2 ㎛ 이상일 수 있고, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 9 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 7 ㎛, 예를 들어 1 ㎛ 내지 10 ㎛을 만족할 수 있다.
일 예로, 이웃한 제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 투과층(130B)의 피치는 10 ㎛ 이하, 예를 들어 9 ㎛ 이하, 예를 들어 8 ㎛ 이하, 예를 들어 7 ㎛ 이하, 예를 들어 6 ㎛ 이하일 수 있으며, 예를 들어, 0.5 ㎛ 이상, 예를 들어 1 ㎛ 이상, 예를 들어 1.5 ㎛ 이상, 예를 들어 2 ㎛ 이상일 수 있고, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 9 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 7 ㎛, 예를 들어 1 ㎛ 내지 10 ㎛을 만족할 수 있다.
이와 같이, 제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(130B) 각각의 가로의 길이, 및/또는 이웃한 제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 투과층(130B)의 피치를 조절함으로써, 각 화소영역(PX1, PX2, PX3)에서 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)로부터 공급된 청색광이 제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(130B)에 잘 입사될 수 있다.
일 예로, 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G) 및 투과층(130B)의 높이(T)는 제1 격벽들(131)의 높이(H)와 같거나, 제1 격벽들(131)의 높이(H)보다 낮을 수 있다. 즉, 제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(130B) 각각의 높이(T)는 제1 격벽들(131)의 높이(H) 이하일 수 있다.
제1 양자점 컬러필터(130R) 및 제2 양자점 컬러필터(130G)에 포함되는 양자점(3R, 3G)은, 서로 독립적으로, II-VI족 화합물, III-V족 화합물, IV-VI족 화합물, IV족 원소, IV족 화합물 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
예를 들어, II-VI족 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, MgSe, MgS 및 이점의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe, MgZnSe, MgZnS 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 HgZnTeS, CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, III-V족 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, GaAlNP, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
예를 들어, IV-VI족 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물; SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물; 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 원소로는 Si, Ge 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. IV족 화합물로는 SiC, SiGe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물일 수 있다.
이원소 화합물, 삼원소 화합물 또는 사원소 화합물은 균일한 농도로 입자 내에 존재하거나, 농도 분포가 부분적으로 다른 상태로 나누어져 동일 입자 내에 존재하는 것일 수 있다.
또한, 하나의 양자점이 다른 양자점을 둘러싸는 코어/쉘 구조를 가질 수도 있다. 코어와 쉘의 계면은 쉘에 존재하는 원소의 농도가 중심으로 갈수록 낮아지는 농도 구배(gradient)를 가질 수 있다.
양자점(3R, 3G)은, 약 45 nm 이하, 바람직하게는 약 40 nm 이하, 더욱 바람직하게는 약 30 nm 이하의 발광 파장 스펙트럼의 반치폭(full width of half maximum, FWHM)을 가질 수 있으며, 이 범위에서 색순도나 색재현율을 향상시킬 수 있다. 또한 이러한 양자점(3R, 3G)을 통해 발광되는 광은 전 방향으로 방출되는바 시야각이 향상될 수 있다.
양자점(3R, 3G)은 상업적으로 입수 가능하거나, 또는 임의의 방법으로 합성될 수 있다. 일 예로, 양자점은 화학적 습식 방법(wet chemical process)을 통하여 합성된 콜로이드형 입자일 수 있다. 화학적 습식 방법에서는, 유기 용매 중에서 전구체 물질들을 반응시켜 결정 입자들을 성장시키며, 이 때 유기용매 또는 리간드 화합물이 자연스럽게 양자점의 표면에 배위됨으로써 결정의 성장을 조절할 수 있다. 유기 용매 및 리간드 화합물의 구체적인 종류는 알려져 있다. 화학적 습식 방법에서, 합성된 콜로이드형 양자점의 회수는, 반응 용액에 비용매(non-solvent)에 부가하고, 최종 혼합물을 원심 분리하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 회수 과정은 양자점 표면에 배위된 유기물 중 적어도 일부의 제거를 가져올 수 있다. 비용매의 예는 아세톤, 에탄올, 메탄올 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
양자점(3R, 3G)은 그 표면에 결합된 유기 리간드를 가질 수 있다. 일 예로, 유기 리간드는 소수성 잔기를 가질 수 있다. 유기 리간드는, RCOOH, RNH2, R2NH, R3N, RSH, R3PO, R3P, ROH, RCOOR', RPO(OH)2, R2POOH(여기서, R, R'는 각각 독립적으로, 수소, C5 내지 C24의 치환 또는 미치환의 지방족 탄화수소기, 예컨대 C5 내지 C24의 알킬기, C5 내지 C24의 알케닐기, 또는 C5 내지 C20의 방향족 탄화수소기, 예컨대 C6 내지 C20의 아릴기이되 적어도 하나는 수소가 아님), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
유기 리간드의 예는, 메탄 티올, 에탄 티올, 프로판 티올, 부탄 티올, 펜탄 티올, 헥산 티올, 옥탄 티올, 도데칸 티올, 헥사데칸 티올, 옥타데칸 티올, 벤질 티올 등의 티올 화합물; 메탄 아민, 에탄 아민, 프로판 아민, 부탄 아민, 펜틸 아민, 헥실 아민, 옥틸 아민, 노닐아민, 데실아민, 도데실 아민, 헥사데실 아민, 옥타데실 아민, 디메틸 아민, 디에틸 아민, 디프로필 아민, 트리부틸아민, 트리옥틸아민, 등의 아민류; 메탄산, 에탄산, 프로판산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 도데칸산, 헥사데칸산, 옥타데칸산, 올레인산(oleic acid), 벤조산 등의 카르복시산 화합물; 메틸 포스핀, 에틸 포스핀, 프로필 포스핀, 부틸 포스핀, 펜틸 포스핀, 옥틸포스핀, 디옥틸 포스핀, 트리부틸포스핀, 트리옥틸포스핀, 등의 포스핀 화합물; 메틸 포스핀 옥사이드, 에틸 포스핀 옥사이드, 프로필 포스핀 옥사이드, 부틸 포스핀 옥사이드 펜틸 포스핀옥사이드, 트리부틸포스핀옥사이드, 옥틸포스핀 옥사이드, 디옥틸 포스핀옥사이드, 트리옥틸포스핀옥사이드등의 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; 다이 페닐 포스핀, 트리 페닐 포스핀 화합물 또는 그의 옥사이드 화합물; (모노- 또는 디) 헥실포스핀산, (모노- 또는 디) 옥틸포스핀산, (모노- 또는 디) 도데칸포스핀산, (모노- 또는 디) 테트라데칸포스핀산, (모노- 또는 디) 헥사데칸포스핀산, (모노- 또는 디) 옥타데칸포스핀산 등 C5 내지 C20의 (모노- 또는 디) 알킬포스핀산, 헥실포스폰산, 옥틸포스폰산, 도데칸포스폰산, 테트라데칸포스폰산, 헥사데칸포스폰산, 옥타데칸포스폰산 등 C5 내지 C20의 알킬 포스폰산(phosphonic acid); 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 양자점(3R, 3G)은, 유기 리간드를 단독으로 또는 1종 이상의 혼합물로 포함할 수 있다.
양자점(3R, 3G)이 적색 양자점(3R)을 포함하는 경우, 적색 양자점(3R)은 (Ca, Sr, Ba)S, (Ca, Sr, Ba)2Si5N8, CaAlSiN3, CaMoO4 및 Eu2Si5N8을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다.
양자점(3R, 3G)이 녹색 양자점(3G)을 포함하는 경우, 녹색 양자점(3G)은 이트륨 알루미늄 가닛(yttrium aluminum garnet, YAG), (Ca, Sr, Ba)2SiO4, SrGa2S4, 바리움마그네슘알루미네이트(BAM), 알파 사이알론(α-SiAlON), 베타 사이알론(β-SiAlON), Ca3Sc2Si3O12, Tb3Al5O12, BaSiO4, CaAlSiON 및 (Sr1-xBax)Si2O2N2을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며 이에 제한되는 것은 아니다. x는 0 내지 1 사이의 임의의 수일 수 있다.
투과층(130B)은 입사되는 광을 그대로 통과시킬 수 있다. 투과층(130B)은 청색광을 투과시키는 투명한 수지(resin)를 포함할 수 있다. 청색을 방출하는 영역에 위치하는 투과층(130B)은 별도의 양자점을 포함하지 않고 입사된 청색광을 그대로 통과시킨다.
도시하지 않았으나, 일 예로, 투과층(130B)은 염료 및 안료 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 염료 또는 안료를 포함하는 투과층(130B)은 외광 반사를 감소시키고 색순도가 향상된 청색광을 제공할 수 있다.
한편, 투과층(130B)은 생략될 수도 있으며, 이 경우 제1 오버코트층(140)이 대신 빈 공간을 채우고 있을 수 있다.
제1 양자점 컬러필터(130R) 및 제2 양자점 컬러필터(130G) 중 적어도 하나는 산란체(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제1 양자점 컬러필터(130R) 또는 제2 양자점 컬러필터(130G)가 포함하는 각각의 산란체의 함량은 상이할 수 있다. 산란체는, 제1 및 제2 양자점 컬러필터(130R, 130G)에서 변환되거나 통과하여 방출되는 광량을 증가시키고 정면 휘도와 측면 휘도를 균일하게 제공할 수 있다.
산란체는 입사되는 광을 고르게 산란시키기 위한 어떠한 물질도 포함할 수 있다. 산란체는 일 예로 TiO2, ZrO2, Al2O3, In2O3, ZnO, SnO2, Sb2O3 및 ITO 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(130B)은, 일 예로 감광성 수지를 포함할 수 있으며 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다.
제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(120B) 각각이 가지는 평면 면적은 각각의 발광소자들(220A, 220B, 220C)의 평면 면적보다 클 수 있다. 각각의 발광소자들(220A, 220B, 220C)로부터 방출되는 광은 램버시안 분포(lambertian distribution)를 가질 수 있다. 램버시안 분포를 가지는 청색광은 방출되는 면적보다 큰 면적으로 입사될 수 있다.
일 예로, 제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(120B) 각각의 가로 또는 세로의 길이 대 높이의 비율은 약 4:1 내지 약 1:1일 수 있다. 제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(120B) 각각의 가로 또는 세로의 길이 대 높이의 비율이 1:1까지 증가하는 경우, 가로 또는 세로의 길이가 상당히 좁은, 즉 가로 또는 세로의 길이 대 높이의 비가 상당이 높은 제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(120B)의 제공이 가능할 수 있다. 즉, 보다 정밀한 패터닝이 가능할 수 있다.
복수의 제1 격벽들(131)은 도 1의 D1 방향 및 D2 방향을 따라 격자 형태로 배치될 수 있다. 제1 격벽들(131)은 유기 물질이거나 무기 물질일 수 있다.
제1 격벽들(131)은 각각의 화소영역(PX1, PX2, PX3)을 구획하여 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G) 및 투과층(130B)의 각 화소 간 혼색을 방지하는 한편, 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G) 및 투과층(130B)으로부터 방출되는 광을 복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)을 향해 가이드할 수 있다.
도 4는 도 2의 전자 소자(100) 중 양자점 컬러필터 층(130) 부분을 분리하여 확대한 것이다.
도 4를 참조하면, 제1 격벽들(131)의 표면은 제1 광 반사층(132)으로 덮여 있을 수 있다. 도시한 바와 같이, 제1 광 반사층(132)은 제1 격벽(131)이 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)과 접촉하는 면을 제외한 나머지 제1 격벽(131)의 표면을 전부 덮고 있을 수 있다.
제1 광 반사층(132)은 Al, Cu, Ni, Ag, Au 및 이들의 합금, 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 바나듐 산화물, 레늄 산화물, 니오븀 산화물, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 니켈 산화물, 구리 산화물, 코발트 산화물, 망간 산화물, 크롬 산화물, 인듐 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제1 광 반사층(132)은 적어도 50 % 이상, 예를 들어 60 % 이상, 예를 들어 70 % 이상, 예를 들어 80 % 이상, 예를 들어 90 % 이상, 심지어 100 %의 가시광 반사율을 가질 수 있다.
이에 따라, 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G)에 공급된 광이 제1 광 반사층(132)에 의해 반사되어 양자점(3R, 3G)에 도달할 가능성을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G)이 개선된 광 추출 효율을 나타낼 수 있다.
도 5와 도 6은 각각 도 2에 나타낸 전자 소자(100)의 제1 오버코트층(140)과 박막 봉지층(150)의 계면을 나타낸 것이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 박막 봉지층(150)은 제1 오버코트층(140)과 접하는 표면에 요철 구조(151)를 포함할 수 있다. 즉, 양자점 컬러필터 층(130)과 마주보는 박막 봉지층(150)의 표면은 요철 구조(151)를 가지고 있을 수 있다. 다만, 요철 구조(151)가 형성되는 위치는 반드시 이에 한정되지 않으며, 제1 기판(210)과 마주보는 박막 봉지층(150)의 표면에 형성될 수도 있고, 박막 봉지층(150)의 양면에 형성될 수도 있다.
또한, 박막 봉지층(150)이 다중 층 구조를 가질 경우 다중 층 중 어느 한 층의 임의의 표면에 요철 구조(151)가 형성될 수도 있다. 박막 봉지층(150)이 한 표면에 요철구조(151)를 포함함으로써, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)로부터 공급된 청색광을 더욱 효율적으로 집광하여 양자점 컬러필터 층(130)으로 공급할 수 있다.
한편, 요철 구조(151)는 프리즘 패턴(도 5의 경우) 및/또는 볼록렌즈 패턴(도 6의 경우)을 가질 수도 있고, 도시되지는 않았으나 프레스넬 렌즈 등의 구조를 가지고 있을 수도 있다.
일 예로, 요철 구조(151)의 경사각은 요철 구조(151)의 미세 패턴 종류, 제1 오버코트층(140)의 소재, 두께, 박막 봉지층(150)과 발광소자들(220A, 220B, 220C)간 거리, 박막 봉지층(150)의 소재, 굴절률, 두께 등에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어 20 도(degree) 이상, 예를 들어 30 도 이상, 40 도 이상, 예를 들어 50 도 이상일 수 있고, 예를 들어 90 도 미만, 예를 들어 80 도 이하일 수 있으며, 예를 들어 20 도 내지 80 도일 수 있다. 여기서 경사각이란, 요철구조(151)가 형성되지 않은 박막 봉지층(150)의 평면, 또는 도 5의 수평방향과 요철 구조(151)의 (상향 또는 하향) 경사방향이 이루는 각도를 의미한다.
요철 구조(151)의 경사각이 전술한 범위를 만족할 경우, 양자점 컬러필터 층(130)과 발광소자들(220A, 220B, 220C)간 거리가 다소 증가하더라도 요철 구조(151)를 이용하여 청색광을 효율적으로 집광할 수 있다.
박막 봉지층(150)의 절대 굴절률은 표면의 요철 구조(151) 존재 여부, 요철 구조(151)의 미세 패턴 종류, 제1 오버코트층(140)의 소재, 두께, 박막 봉지층(150)과 발광소자들(220A, 220B, 220C)간 거리, 박막 봉지층(150)의 소재, 굴절률, 두께 등에 따라 달라질 수 있지만, 예를 들어 1.5 이상, 1.6 이상, 1.7 이상, 1.8 이상, 1.9이상, 2.0 이상일 수 있고, 예를 들어 2.8 이하, 예를 들어 2.7 이하, 예를 들어 2.6 이하, 예를 들어 2.5 이하, 예를 들어 2.4 이하, 예를 들어 예를 들어 1.5 내지 2.5, 예를 들어 1.5 내지 2.0 일 수 있다. 여기서 절대 굴절률은 진공의 굴절률에 대한 대상 물질이 갖는 굴절률을 의미한다.
박막 봉지층(150)의 절대 굴절률이 전술한 범위를 만족할 경우, 양자점 컬러필터 층(130)과 발광소자들(220A, 220B, 220C)간 거리가 다소 증가하더라도 요철 구조(151)를 이용하여 청색광을 효율적으로 집광할 수 있다.
도 7은 일 구현예에 따른 전자 소자(100)의 양자점 컬러필터 층(130) 위로 박막 봉지층(150) 및 방열층(160)을 더 형성한 경우를 나타낸 단면도
일 구현예에 따른 전자 소자(100)는 일반적인 유기 발광 소자들 대비 매우 작은 화소영역을 가짐에 따라 화소 수가 많으며, 이에 따라 고해상도의 화상을 표시할 수 있다. 그러나, 각 화소에 배치되는 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)로부터 발생하는 발열이 전자 소자(100) 내의 다른 구성요소들(예컨대 양자점 컬러필터 층(130))의 품질/성능 저하를 야기할 우려가 있다. 따라서, 일 구현예에 따른 전자 소자(100)는 도 7에 도시된 바와 같이 방열층(160)을 더 포함할 수 있다.
방열층(160)은 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)로부터 발생한 열을 분산시켜 전자 소자(100) 외부로 방출할 수 있다. 도 7에서는 방열층(160)을 박막 봉지층(150)과 제1 오버코트 층(140) 사이에 배치한 것을 도시하였으나, 이에 제한되지 않고, 박막 봉지층(150)과 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 사이에 위치할 수도 있고, 박막 봉지층(150)과 제1 오버코트 층(140) 사이 및 박막 봉지층(150)과 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 사이 모두에 배치될 수도 있다.
방열층(160)은 열전도성이 우수한 물질을 포함할 수 있다. 열전도성이 우수한 물질은 금속 등일 수 있다.
방열층(160)의 두께는 양자점 컬러필터 층(130)과 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)간 거리, 제1 오버코트층(140) 및/또는 박막 봉지층(150)의 소재, 열전도율 등에 따라 달라질 수 있다.
도 2 내지 도 4, 및 도 7에 모두 나타낸 바와 같이, 각각의 양자점 컬러필터들 위에는 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)이 위치할 수 있다. 복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)은 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G) 및 투과층(130B)과 각각 중첩되도록 위치한다.
복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)은 소정 파장영역의 가시광을 흡수할 수 있는 물질을 포함하고 있을 수 있다. 이에 따라, 전자 소자(100)의 각 화소로부터 최종적으로 방출되는 광의 색순도가 향상될 수 있다.
소정 파장영역의 가시광을 흡수할 수 있는 물질은 유기 물질이거나 유기 물질일 수 있다. 예를 들어, 복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)은 소정 파장영역의 가시광을 흡수할 수 있는 물질이 포함된 접착 필름(예컨대 이방성 도전 필름)일 수 있다.
복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)은 제1 화소영역(PX1)에 위치한 제1 흡수형 컬러필터(120R), 제2 화소영역(PX2)에 위치한 제2 흡수형 컬러필터(120G), 제3 화소영역(PX3)에 위치한 제3 흡수형 컬러필터(120B)를 포함할 수 있다.
복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B) 각각은 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 각각과 중첩되도록 위치할 수 있다. 복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)은 D1 및 D2 방향을 따라 반복 배치될 수 있다.
예를 들어, 제1 흡수형 컬러필터(120R)는 적색광을 제외한 나머지 파장 영역의 가시광에 대한 광 흡수율이 50 % 이상, 예를 들어 60 % 이상, 예를 들어 70 % 이상, 예를 들어 80 % 이상, 예를 들어 90 % 이상, 심지어 100 %일 수 있다.
제2 흡수형 컬러필터(120G)는 녹색광을 제외한 나머지 파장 영역의 가시광에 대한 광 흡수율이 50 % 이상, 예를 들어 60 % 이상, 예를 들어 70 % 이상, 예를 들어 80 % 이상, 예를 들어 90 % 이상, 심지어 100 %일 수 있다.
제3 흡수형 컬러필터(120B)는 청색광을 제외한 나머지 파장 영역의 가시광에 대한 광 흡수율이 50 % 이상, 예를 들어 60 % 이상, 예를 들어 70 % 이상, 예를 들어 80 % 이상, 예를 들어 90 % 이상, 심지어 100 %일 수 있다.
복수의 흡수형 컬러필터(120R, 120G, 120B)는 블랙 매트릭스(121)에 의해 서로 이격되어 있을 수 있다. 블랙 매트릭스(121)는 도 1의 D1 방향 및 D2 방향을 따라 격자 형태로 배치될 수 있다. 블랙 매트릭스(121)는 유기 물질, 무기 물질, 또는 금속일 수 있다.
블랙 매트릭스(121)는 제1 화소영역 내지 제3 화소영역(PX1, PX2, PX3)을 구획하여 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G) 및 투과층(130B)으로부터 방출된 광의 혼색을 방지하는 한편, 복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)로 공급된 광이 전자 소자(100) 외부로 방출될 수 있도록 가이드할 수 있다.
예를 들어, 블랙 매트릭스(121)의 세로의 길이는 복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B) 보다 낮게 도시되었으나, 이에 제한되지 않으며, 복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)의 세로의 길이와 같거나 더 높게 형성될 수 있다.
흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B) 및 블랙 매트릭스(121) 위에는 제2 기판(110)이 위치할 수 있다.
제2 기판(110)은 투명 기판일 수 있고, 일 예로, 제2 기판(110)은 유리(glass). 사파이어(Al2O3), 질화갈륨(GaN), 실리콘카바이드(SiC), 산화 갈륨 (Ga2O3), 산화리튬갈륨(LiGaO2), 산화리튬알루미늄(LiAlO2), 또는 산화마그네슘알루미늄(MgAl2O4)을 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 8을 참조하여, 일 예에 따른 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)에 대해 살펴본다. 도 8은 일 예에 따른 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 중 어느 하나에 대한 개략적인 단면도이다.
일 예로, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)은 각각 제1 기판(210) 위에 위치하는 제1 도전형 반도체층(221), 제1 도전형 반도체층(221) 위에 위치하는 활성층(222), 그리고 활성층(222) 위에 위치하고 제1 도전형 반도체층(221)과 중첩하는 제2 도전형 반도체층(223)을 포함할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(221)은 n형 반도체층일 수 있고, 제2 도전형 반도체층(223)은 p형 반도체층일 수 있다. 또한, 제1 도전형 반도체층(221) 및 제2 도전형 반도체층(223)은 질화물 반도체를 포함할 수 있다. 제1 도전형 반도체층(221) 및 제2 도전형 반도체층(223)은 AlxInyGa(1-x-y)N 조성식(여기서, 0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1임)을 가질 수 있다. 제1 도전형 반도체층(221) 및 제2 도전형 반도체층(223)은 GaN, AlGaN 및 InGaN으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 도전형 반도체층(221)은 n형으로 도핑된 질화물 반도체 물질을 포함할 수 있고, 제2 도전형 반도체층(223)은 p형으로 도핑된 질화물 반도체 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 도전형 반도체층(221)은 n형으로 도핑된 GaN을 포함하고, 제2 도전형 반도체층(223)은 p형으로 도핑된 GaN을 포함할 수 있다.
활성층(222)은 전자와 정공의 재결합에 의해 소정의 에너지를 갖는 광을 방출하며, 양자 우물층과 양자 장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW)구조로 이루어질 수 있다. 다중 양자우물 구조의 경우, InGaN/GaN 구조를 가질 수 있다 제1 도전형 반도체층(221), 활성층(222), 및 제2 도전형 반도체층(223)은 에피택셜층일 수 있다.
일 예로, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)은 MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), HVPE(hydride vapor phase epitaxy), 또는 MBE(molecular beam epitaxy) 공정에 의해 형성될 수 있다.
도시되지는 않았으나, 제1 기판(210)과 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 사이에 질화물 반도체 박막이 위치할 수 있다. 질화물 반도체 박막은 제1 기판(210)과 제1 도전형 반도체층(221) 사이의 격자 부정합을 완화시키기 위한 버퍼층의 역할을 할 수 있다.
제1 도전형 반도체층(221)은 제1 전극(225)과 연결될 수 있으며, 제2 도전형 반도체층(223)은 제2 전극(224)과 연결될 수 있다. 제1 전극(225) 및 제2 전극(224)은 서로 분리되어 있으며, 접하지 않는다.
제1 전극(225) 및 제2 전극(224)은 각각의 발광소자들(220A, 220B, 220C)에서 방출하는 광의 파장 영역에서 반사율이 높은 금속 또는 합금으로 이루어질 수 있다. 제1 전극(225) 및 제2 전극(224)은 각각 Au, Sn, Ni, Pb, Ag, In, Cr, Ge, Si, Ti, W, 및 Pt 중에서 선택되는 단일 물질, 또는 이들 중에서 선택되는 적어도 2 종의 물질을 포함하는 합금으로 이루어지는 단일막, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 다중막을 포함할 수 있다.
이하에서는 도 9 및 도 10을 참조하여, 광 가이드 층(251) 내 복수의 제2 격벽들(240)에 의해 구획된 공간들(251R, 251G, 251B)에 추가의 컬러필터들이 채워지는 경우에 대해 살펴본다. 도 9 및 도 10은 일 구현예에 따른 전자 소자(100)의 다양한 변형예들을 나타낸 단면도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 복수의 제2 격벽들(240)에 의해 구획된 공간들 각각에는 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)이 채워질 수 있다. 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)은 제1 발광소자(220A)에 중첩되는 제1 보조 컬러필터(250R), 제2 발광소자(220B)에 중첩되는 제2 보조 컬러필터(250G), 및 제3 발광소자(220C)에 중첩되는 제3 보조 컬러필터(250B)를 포함할 수 있다.
제1 내지 제3 보조 컬러필터(250R, 250G, 250B) 각각은 유기/무기염료, 유기/무기안료를 포함하고 있을 수 있다. 또는 제1 및 제2 보조 컬러필터(250R, 250G)는 유기/무기염료, 유기/무기안료를 포함하되, 제3 보조 컬러필터(250B)는 별도의 유기/무기 염료 또는 유기/무기안료를 포함하지 않고 투명 레진으로 이루어진 투광층일 수 있다.
또는, 제1 보조 컬러필터(250R) 및 제2 보조 컬러필터(250G) 중 적어도 하나는 양자점(3R, 3G)을 포함할 수 있다. 이 경우 제1 및 제2 보조 컬러필터들(250R, 250G)은 각각 제1 및 제2 발광소자들(220A, 220B)로부터 입사되는 광을 양자점(3R, 3G)을 이용하여 변환하여 방출할 수 있다. 이 때에도, 제3 보조 컬러필터(250B)는 별도의 양자점을 포함하지 않고 투명 레진으로 이루어진 투과층일 수 있다.
예를 들어, 제1 보조 컬러필터(250R)는 적색 양자점(3R)을 포함할 수 있다. 이에 따라 입사된 청색광을 적색광으로 변환하여 방출할 수 있다.
예를 들어, 제2 보조 컬러필터(250G)는 녹색 양자점(3G)을 포함할 수 있다. 이에 따라 입사된 청색광을 녹색광으로 변환하여 방출할 수 있다.
보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B) 위에는 제2 오버코트층(260)이 위치할 수 있다.
제2 오버코트층(260)은 제1 내지 제3 보조 컬러필터(250R, 250G, 250B)의 표면을 덮어 평탄화시킬 수 있고, 제3 보조 컬러필터(250B)가 투광층(250B)인 경우, 제3 보조 컬러필터(250B)의 빈 공간을 채우고 있을 수 있다.
제2 오버코트층(260)은 무기 물질이거나 유기 물질일 수 있다. 제2 오버코트층(260)이 무기 물질을 포함하는 경우, 무기 물질은 산화규소 또는 질화규소 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 제2 오버코트층(260)의 두께는 보조 컬러필터 층의 두께, 전자 소자(100)의 목표 두께, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 각각의 휘도, 해상도, 등에 따라 달라질 수 있으나, 예를 들어 0 ㎛ 초과 1 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
제2 오버코트층(260)의 두께가 전술한 범위를 만족할 경우 보조 컬러필터 층의 상부면 평탄화가 용이하므로 제1 기판(210)과 제2 기판(110)의 합착 등의 후속 공정에서 단차 등의 불량이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
단, 제2 오버코트층(260)은 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)의 표면 형상, 광 가이드 층(251)의 적층 수 등에 따라 생략될 수도 있다.
한편, 도 11은 일 구현예에 따른 전자 소자(100)의 구조 중 제2 기판(210)과, 제2 기판(210) 위에 형성된 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C), 그 위에 형성된 광 가이드 층(251), 및 광 가이드 층(251) 위에 형성된 박막 봉지층(150)을 분리하여 나타낸 확대도이다.
도 11을 참조하면 광 가이드 층(251) 내에 형성된 복수의 제2 격벽들(240)의 표면은 제2 광 반사층(241)으로 덮여 있을 수 있다. 도시한 바와 같이, 제2 광 반사층(241)은 제2 격벽들(240)이 보호층(230)과 접촉하는 면을 제외한 나머지 제2 격벽들(240)의 표면을 전부 덮고 있을 수 있다.
제2 광 반사층(241)은 Al, Cu, Ni, Ag, Au 및 이들의 합금, 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 바나듐 산화물, 레늄 산화물, 니오븀 산화물, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, 아연 산화물, 니켈 산화물, 구리 산화물, 코발트 산화물, 망간 산화물, 크롬 산화물, 인듐 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
제2 광 반사층(241)은 적어도 50 % 이상, 예를 들어 60 % 이상, 예를 들어 70 % 이상, 예를 들어 80 % 이상, 예를 들어 90 % 이상, 심지어 100 %의 가시광 반사율을 가질 수 있다.
이에 따라, 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G)에 공급된 광이 제2 광 반사층(241)에 의해 반사되어 양자점(3R, 3G)에 도달할 가능성을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 11에 도시되지는 않았지만, 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)과 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 사이에는 전술한 방열층(160) 및/또는 브래그 반사층(170)이 더 위치하고 있을 수 있다. 일 예로, 방열층(160) 및/또는 브래그 반사층(170)은 보호층(230)과 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 사이에 배치될 수 있다.
일 구현예에 따른 전자 소자(100)는 일반적인 유기 발광 소자들 대비 매우 작은 화소영역을 가짐에 따라 화소 수가 많으며, 이에 따라 고해상도의 화상을 표시할 수 있다. 그러나 각 화소영역이 유기 발광 소자들 대비 상대적으로 매우 작으므로, 양자점을 포함하는 컬러필터를 사용하더라도 화소영역에 위치하는 양자점의 절대량을 증가시키는 것에는 한계가 있다. 일 구현예에 따른 전자 소자(100)는, 도 10 내지 도 11에 도시한 바와 같이, 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G)에 추가로, 양자점(3R, 3G)을 포함하는 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라 화소영역에 존재하는 양자점의 비율이 증가하며, 그 결과 전자 소자(100)의 광 추출 효율, 특히 적색광과 녹색광의 광추출 효율이 크게 향상될 수 있다.
도 12는 광 가이드 층(251)이 2 층 이상 적층된 예시를 나타낸 것이다.
도 12를 참조하면, 광 가이드 층(251)은 도 1의 D3 방향, 즉, 전자 소자(100)의 수직 방향을 따라 일정 거리를 두고 이격되어 2 층 이상 적층될 수 있다. 예컨대, 광 가이드 층(251-1 내지 251-n)들은 n개(단, n은 2 이상의 정수)가 서로 이격하여 적층될 수 있다.
일 예로, 각각의 광 가이드 층(251-1 내지 251-n)은 전술한 제1 보조 컬러필터(250R-1 내지 250R-n), 제2 보조 컬러필터(250G-1 내지 250G-n), 및 제3 보조 컬러필터(250B-1 내지 250B-n)들을 각각 포함할 수 있다.
적층된 광 가이드 층(251-1 내지 251-n)들은 제2 오버코트층들(260-1 내지 260-n-1)에 의해 이격되어 있을 수 있다. 광 가이드 층(251-1 내지 251-n)들 중 가장 위에 위치하는 광 가이드 층(251-n) 위에는 제2 오버코트층(260-n)이 위치하고 있을 수도 있고, 경우에 따라 생략될 수도 있다.
도 13은 일 구현예에 따른 전자 소자에 양자점 컬러필터 층(130)이 2 층 이상 추가 적층된 예시를 나타낸 것이다.
도 13을 참조하면, 양자점 컬러필터 층(130)은, 전술한 광 가이드 층(251)과 마찬가지로, 도 1의 D3 방향, 즉, 전자 소자(100)의 수직 방향을 따라 일정 거리를 두고 이격되어 2 층 이상 적층될 수 있다. 예컨대, 양자점 컬러필터 층(130-1 내지 130-n)들은 n 개(단, n은 2 이상의 정수)가 서로 이격하여 적층될 수 있다.
일 예로, 각각의 양자점 컬러필터 층(130-1 내지 130-n)들은 전술한 제1 양자점 컬러필터(130R-1 내지 130R-n), 제2 양자점 컬러필터(130G-1 내지 130G-n), 및 투과층(130B-1 내지 130B-n)을 각각 포함할 수 있다.
적층된 양자점 컬러필터 층(130-1 내지 130-n)들은 제1 오버코트층들(140-1 내지 140-n)에 의해 이격되어 있을 수 있다. 양자점 컬러필터 층(130-1 내지 130-n)들 중 가장 위에 위치하는 양자점 컬러필터 층(130-n)위에는 제1 오버코트층(140-n)이 위치하고 있을 수도 있고, 경우에 따라 생략될 수도 있다.
도 14는 도 10에 나타낸 전자 소자(100) 구조 중 양자점 컬러필터 층(130)과 광 가이드 층(251) 부분을 확대하여 나타낸 것이다.
도 14를 참조하면, 양자점 컬러필터 층(130) 내 양자점 컬러필터들(130R, 130G, 130B) 및 광 가이드 층(251) 내 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)은 소정의 가로 길이(W1, W2, W3) 및 높이(Ta 및 Tb)를 가질 수 있으며, 양자점 컬러필터 층(130)과 광 가이드 층(251) 또한 소정의 간격(Gap)을 가지고 이격하여 위치할 수 있다.
일 예로, 양자점 컬러필터 층(130)에 속한 제1 양자점 컬러필터(130R)와 광 가이드 층(251)에 속한 제1 보조 컬러필터(250R)는 동일한 가로 길이(W1)를 가질 수 있다. 상응하는 제2 양자점 컬러필터(130G)와 제2 보조 컬러필터(250G) 또한 동일한 가로 길이(W2)를, 상응하는 투과층(130B)과 제3 보조 컬러필터(250B) 또한 동일한 가로의 길이(W3)를 가질 수 있다.
일 예로, 제1 양자점 컬러필터(130R)와 제1 보조 컬러필터(250R), 제2 양자점 컬러필터(130G)와 제2 보조 컬러필터(250G), 및 투과층(130B)과 제3 보조 컬러필터(250B)는, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 각각의 가로의 길이와 상응하는 가로의 길이를 갖도록 형성되되, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)의 램버시안 분포를 갖는 방출광을 고려하여 가로의 길이를 적절히 선택할 수 있다. 예를 들어, 제1 양자점 컬러필터(130R)와 제1 보조 컬러필터(250R)의 가로의 길이(W1), 제2 양자점 컬러필터(130G)와 제2 보조 컬러필터(250G)의 가로의 길이(W2), 및 투과층(130B)과 제3 보조 컬러필터(250B)의 가로의 길이(W3)는, 각각, 0.5 ㎛ 이상, 예를 들어 1 ㎛ 이상, 예를 들어 1.5 ㎛ 이상, 예를 들어 2 ㎛ 이상일 수 있고, 예를 들어 10 ㎛ 이하, 예를 들어 9 ㎛ 이하, 예를 들어 8 ㎛ 이하, 예를 들어 7 ㎛ 이하, 예를 들어 6 ㎛ 이하일 수 있으며, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 9 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 7 ㎛, 예를 들어 1 ㎛ 내지 10 ㎛을 만족할 수 있다.
일 예로, 제1 양자점 컬러필터(130R)와 제1 보조 컬러필터(250R), 제2 양자점 컬러필터(130G)와 제2 보조 컬러필터(250G), 및 투과층(130B)과 제3 보조 컬러필터(250B)는, 이웃한 각 층들 간의 피치가 0.5 ㎛ 이상, 예를 들어 1 ㎛ 이상, 예를 들어 1.5 ㎛ 이상, 예를 들어 2 ㎛ 이상일 수 있고, 예를 들어 10 ㎛ 이하, 예를 들어 9 ㎛ 이하, 예를 들어 8 ㎛ 이하, 예를 들어 7 ㎛ 이하, 예를 들어 6 ㎛ 이하일 수 있으며, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 9 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 7 ㎛, 예를 들어 0.5 ㎛ 내지 6 ㎛, 예를 들어 1 ㎛ 내지 6 ㎛을 만족할 수 있다.
이와 같이 제1 양자점 컬러필터(130R)와 제1 보조 컬러필터(250R), 제2 양자점 컬러필터(130G)와 제2 보조 컬러필터(250G), 및 투과층(130B)과 제3 보조 컬러필터(250B)의 가로의 길이 및 이웃한 각 층들 간 피치를 조절함으로써, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)이 약 2000 ppi 이상의 화소 밀도를 갖도록 배치되더라도, 전자 소자(100)가 양자점 컬러필터 층(130) 및 광 가이드 층(251)을 통해 원활하게 초고해상도 및/또는 초고휘도의 화상을 표시할 수 있게 된다.
한편, 일 예로, 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G) 및 투과층(130B)의 높이(Ta)는 제1 격벽들(131)의 높이(Ha)와 같거나 이보다 낮을 수 있다. 즉, 제1 양자점 컬러필터(130R), 제2 양자점 컬러필터(130G), 및 투과층(130B) 각각의 높이(Ta)는 제1 격벽들(131)의 높이(Ha) 이하일 수 있다.
일 예로, 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)의 높이(Tb) 또한, 제2 격벽들(240)의 높이(Hb)와 같거나 이보다 낮을 수 있다. 즉, 제1 보조 컬러필터(250R), 제2 보조 컬러필터(250G), 및 제3 보조 컬러필터(250B) 각각의 높이(Tb)는 제2 격벽들(240)의 높이(Hb) 이하일 수 있다.
일 예로, 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G) 및 투과층(130B)의 높이(Ta)와 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)의 높이(Tb)는 각각, 0.5 ㎛ 이상, 1 ㎛ 이상, 예를 들어 2 ㎛ 이상, 예를 들어 3 ㎛ 이상일 수 있고, 예를 들어 3 ㎛ 내지 10 ㎛, 예를 들어 3 ㎛ 내지 8 ㎛, 예를 들어 3 ㎛ 내지 6 ㎛, 예를 들어 3 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다.
일 예로, 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130B), 투과층(130B) 및 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B) 각각의 가로의 길이 대 높이의 비율은 약 4:1 내지 약 1:1일 수 있다. 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130B), 투과층(130B) 및 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B) 각각의 가로의 길이 대 높이의 비율이 1:1까지 증가하는 경우, 가로의 길이가 상당히 좁은(즉, 가로의 길이 대 높이의 비가 상당이 높은) 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130B), 투과층(130B) 및 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)을 제공할 수 있다. 즉, 보다 정밀한 패터닝이 가능할 수 있다.
한편, 일 구현예에 따른 전자 소자(100)는 양자점 컬러필터 층(130) 및 광 가이드 층(250) 사이 간격(Gap)이 1 ㎛ 이하, 예를 들어 50 nm 내지 1 ㎛ 가 되도록 조절할 수 있다. 일 예로, 양자점 컬러필터 층(130) 및 광 가이드 층(251)이 각각 2 이상 적층되는 경우(즉, 도 12 및 도 13의 예시와 같은 구성을 가질 경우), 간격(Gap)은 양자점 컬러필터 층(130)들 중 가장 위에 위치하는 양자점 컬러필터 층(130)의 양자점 컬러필터들(130R-n, 130G-n) 및 투과층(130B-n)과, 광 가이드 층(251)들 중 가장 위에 위치하는 광 가이드 층(251)의 보조 컬러필터들(250R-n, 250G-n, 250B-n) 사이의 최단 간격을 의미할 수 있다.
일 구현예에 따른 전자 소자(100)에서 양자점 컬러필터 층(130) 및 광 가이드 층(251) 사이의 간격(Gap)이 전술한 범위를 만족할 경우, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)로부터 방출된 광이 양자점 컬러필터 층(130) 및 광 가이드 층(251)으로 각각 잘 가이드될 수 있다.
일반적인 전자 소자(100)는 화소 밀도가 약 500 ppi 이하로, 화소 및 이에 상응하는 컬러필터들의 폭이 비교적 넓은 편이다.
반면, 전자 소자(100)의 화소 밀도를 약 2000 ppi 이상으로 크게 높일 경우, 이에 상응하는 컬러필터들의 폭이 초미세화된다. 그러나 초정밀 패터닝 공정의 한계로 인해, 컬러필터들의 폭은 확보할 수 있더라도, 컬러필터들의 깊이를 원하는 수준까지 깊게 가공하는 것은 어려울 수 있다. 컬러필터들의 깊이를 확보하지 못할 경우, 컬러필터들의 깊이에 의해 컬러필터 화소에 채워지는 양자점의 함유량이 기존 전자 소자(100)들 대비 줄어들 수 있다.
즉, 2000 ppi 이상의 화소밀도를 가짐으로써 초고해상도 및/또는 초고휘도의 화상을 표시할 수 있는 전자 소자(100)에서는 초미세 패터닝 공정의 한계로 인해 양자점 컬러필터 층(130) 내 양자점 컬러필터들(130R, 130G)에 존재하는 양자점의 함유량이 기존 전자 소자(100)들 대비 크게 줄어들 우려가 있으며, 이에 따라 전자 소자(100)의 광 추출 효율이 크게 저하될 우려가 있다.
그러나, 일 구현예에 따른 전자 소자(100)는, 전술한 바와 같이, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)에 중첩하도록 각각의 발광소자들(220A, 220B, 220C) 위에 위치하는 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G,130B)을 포함하는 양자점 컬러필터 층(130) 및 복수의 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)을 포함하는 광 가이드 층(251)을 포함하도록 구성되어 있다. 또한, 양자점 컬러필터 층(130) 및/또는 광 가이드 층(251)을 각각 2 층 이상 적층하여 포함할 수 있으며, 이 경우, 전술한 초미세 패터닝 공정의 한계에도 불구하고 전자 소자(100)의 양자점 함유량을 일정 수준 이상 확보할 수 있다. 따라서, 전자 소자(100)가 2000 ppi 이상의 소자 밀도를 갖도록 배치되더라도 출광 효율 등의 저하 없이 우수한 색순도와 색재현율을 나타내면서 초고해상도 및/또는 초고휘도의 화상을 표시할 수 있다.
도 15는 일 구현예에 따른 전자 소자(100)에서 양자점 컬러필터 층(130)과 광 가이드 층(251) 사이에 박막 봉지층(150)과 브래그 반사층(170)이 위치한 구조의 일 예시를 나타낸 것이다.
일 구현예에 따른 전자 소자(100)는 양자점 컬러필터 층(130) 및 광 가이드 층(251) 사이에 브래그 반사층(bragg reflector, 170)을 더 포함하고 있을 수 있다. 브래그 반사층(170)은 박막 봉지층(150) 없이 단독으로 포함될 수도 있고, 도 15에 도시된 바와 같이 박막 봉지층(150)과 함께 사용될 수도 있다. 박막 봉지층(150)과 함께 사용될 경우, 브래그 반사층(170)은 양자점 컬러필터 층(130)과 박막 봉지층(150) 사이, 및/또는 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)과 박막 봉지층(150) 사이에 위치하고 있을 수 있다.
브래그 반사층(170)은 광 가이드 층(251)으로부터 방출된 광을 양자점 컬러필터 층(130)으로 원활히 가이드하는 역할을 수행할 수 있다.
또한, 브래그 반사층(170)은 서로 다른 굴절률을 가지며 교번적으로 적층된 복수의 층들을 포함할 수 있다. 예컨대 브래그 반사층(170)은 저굴절률층과 고굴절률층이 1 이상 교번적으로 배치된 적층 구조를 가지고 있을 수 있다.
브래그 반사층(170)은 유기 물질, 무기 물질, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일 예에서, 브래그 반사층(170)은 무기 물질로서, SiO2, Al2O3, MgO, TiO2, Ta2O5, ITO, ZrO2, Si3N4 등과 같은 유전 물질로 이루어질 수 있다.
일 예로, 브래그 반사층(170)은 전술한 양자점 컬러필터 층(130) 및 보조 컬러필터 층 사이의 간격을 만족하는 범위 내에서 소정의 두께를 가지도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 브래그 반사층(170)은 50 nm 이상, 예를 들어 100 nm 이상, 예를 들어 150 nm 이상, 예를 들어 200 nm 이상, 예를 들어 250 nm 이상, 예를 들어 300 nm 이상의 두께를 가질 수 있고, 예를 들어 1 ㎛ 이하(예컨대 양자점 컬러필터 층(130)과 보조 컬러필터 층 사이를 브래그 반사층(170)이 메우는 경우), 예를 들어 950 nm 이하, 예를 들어 900 nm 이하, 예를 들어 850 nm 이하, 예를 들어 800 nm 이하, 예를 들어 750 nm 이하, 예를 들어 700 nm 이하, 예를 들어 650 nm 이하, 예를 들어 600 nm 이하일 수 있으며, 예를 들어 50 nm 내지 1 ㎛, 예를 들어 100 nm 내지 1 ㎛, 예를 들어 100 nm 내지 800 nm, 예를 들어 100 nm 내지 700 nm, 예를 들어 200 nm 내지 600 nm의 두께를 가질 수 있다. 한편, 도 15에 도시된 바와 같이 브래그 반사층(170)과 박막 봉지층(150)을 합한 총 두께가 1 ㎛ 이하가 되도록 조절될 수 있다.
이하에서는 도 16 내지 도 21을 참조하여 일 구현예에 따른 전자 소자(100)의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 16 내지 도 21은 일 구현예에 따른 전자 소자(100)의 제조 방법에 따라, 각 단계에서 제조되는 부품의 단면을 나타낸다. 전술한 구성요소와 동일한 구성요소에 대한 설명은 생략할 수 있다.
일 구현예에 따른 전자 소자(100)는 복수의 발광소자를 포함하는 하부 패널과, 복수의 양자점 컬러필터들을 포함하는 양자점 컬러필터 층(130)을 포함하는 상부 패널을 각각 별도로 제조한 후, 상기 하부 패널과 상부 패널을 접합하는 방식으로 제조할 수 있다. 이하, 도 16 내지 도 21을 참조하여, 상기 하부 패널 및 상부 패널을 제조하고, 이들을 접합하는 과정을 설명한다.
도 16을 참조하면, 실리콘 기판(미도시) 위에 보호층(230)을 형성하고, 그 위에 가로 및 세로의 길이가 각각 10 ㎛ 이하인 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)을 배치한다.
이후, 실리콘 기판을 상기 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)이 위치한 공간을 둘러싸는 소정의 패턴을 갖도록 식각함으로써, 격자형으로 배치된 복수의 제2 격벽들(240)을 포함하는 광 가이드 층(251)을 형성한다.
이후, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)에 집적 회로부를 접합할 수 있다. 예를 들면, 도 16에 도시된 바와 같이, 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)과 보호층(230)에 직접 접촉하는 면으로 집적 회로부(211)가 포함된 제1 기판(210)을 접합한다. 일 예로, 제1 기판(210)의 접합은 약 250 ℃ 내지 350 ℃, 예를 들어 250 ℃ 내지 320 ℃의 온도로 5 분 내지 20 분, 예를 들어 5 분 내지 15 분에 걸쳐 수행될 수 있다. 이로써, 복수의 발광소자를 포함하는 하부 패널이 완성된다.
선택적으로, 상기 광 가이드 층(251)의 복수의 제2 격벽들(240)에 의해 구획된 공간들(251R, 251G, 251B)에는 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)을 채울 수 있다.
또한, 선택적으로, 상기 보조 컬러필터들(250R, 250G, 250B)이 채워진 광 가이드 층(251) 위로 제2 오버코트층(미도시)을 형성할 수도 있다.
한편, 선택적으로, 실리콘 기판을 상기 광 가이드 층(251)을 형성하는 것과 동일한 방식으로 식각함으로써, 하부에 복수의 발광 소자를 포함하지 않는 광 가이드 층(251)만 별도로 제조할 수도 있다. 이와 같이 제조된 광 가이드 층(251)은, 필요시, 2 이상 적층하여 2 이상의 광 가이드 층(251)을 가지는 전자 소자(100)를 제조할 수도 있다.
한편, 도 16의 공정과 별개로, 도 17에 도시된 바와 같이, 제2 기판(110) 위에 블랙 매트릭스(121)를 형성하고, 블랙 매트릭스(121) 사이의 공간에 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)을 채워 넣는다. 복수의 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B)은 안료 및/또는 염료를 포함하는 수지를 도포 및 경화하여 형성할 수도 있고, 이미 제조된 필름을 배치 및 부착하는 방법을 통해 형성할 수도 있다.
다음, 도 18에 도시된 바와 같이 흡수형 컬러필터들(120R, 120G, 120B) 위로 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)과 각각 중첩하는 영역을 구획하도록, 복수의 제1 격벽들(131)을 형성한다. 제1 격벽들(131)은 도 16에 나타낸 광 가이드 층(251)을 형성하는 복수의 제2 격벽들(131)과 각각 중첩하도록 배치될 수 있다.
다음, 도 19에 도시된 바와 같이, 제1 격벽들(131)에 의해 구획된 영역에 양자점 컬러필터 조성물을 투입하여 양자점 컬러필터들(130R, 130G)을 형성한다. 한편, 투과층(130B)에 해당하는 영역은 빈 공간으로 남겨두거나, 청색광을 투과시키는 투명한 수지(resin)를 투입할 수도 있다.
선택적으로, 양자점 컬러필터들(130R, 130G) 위에 제1 오버코트층(140)을 형성함으로써 양자점 컬러필터 층(130)을 완성한다. 이때, 제1 오버코트층(140)은 투과층(130B)의 빈 공간을 채울 수 있다.
제1 오버코트층(140)은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 바 코팅, 그라비아 코팅 등의 공지된 코팅 방법을 이용하여 코팅 후 경화하는 방법을 통해 형성될 수 있다.
또한, 선택적으로, 양자점 컬러필터 층(130)을 형성하는 공정을 반복하여, 양자점 컬러필터 층(130)을 2 이상 형성할 수도 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 오버코트 층(140) 위로, 선택적으로, 박막 봉지층(150), 방열층(160), 브래그 반사층(170) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 구성을 추가 형성할 수도 있다.
박막 봉지층(150), 방열층(160) 및 브래그 반사층(170)은, 무기층의 경우 원자층 증착, 화학 기상 증착 등의 공지된 증착 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 유기층의 경우 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 바 코팅, 그라비아 코팅 등의 공지된 코팅 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 17 내지 도 20에 따른 공정 수행 시에는 양자점 컬러필터 층(130)의 열화 방지를 감안하여 230 ℃ 이하, 예를 들어 210 ℃ 이하, 예를 들어 190 ℃ 이하, 예를 들어 180 ℃ 이하에서 수행될 수 있다.
이후, 도 21에 도시된 바와 같이, 상기 제조된 하부 패널과 상부 패널을 서로 접합함으로써 전자 소자(100)를 제조할 수 있다. 구체적으로, 하부 패널의 광 가이드 층(251) 위로 상부 패널의 제1 오버코트층(140)을 접합함으로써, 일 구현예에 따른 전자 소자(100)를 제조한다. 이때, 상부 패널의 복수의 제1 격벽들(131)에 의해 구획된 복수의 양자점 컬러필터들(130R, 130G)이 하부 패널의 복수의 발광소자들(220A, 220B, 220C)과 각각 중첩하도록 접합될 수 있다.
이와 같이, 집적 회로부(211)가 미리 접합된 하부 패널을, 양자점 컬러필터들을 포함하는 상부 패널과 접합하여 전자 소자(100)를 완성할 경우, 양자점 컬러필터 층(130)을 형성한 후 고온(예컨대 250 ℃, 예를 들어 270 ℃ 이상) 처리하는 공정을 피할 수 있다. 이에 따라, 일 구현예에 따른 전자 소자(100)의 제조 방법은 공정 중 양자점 컬러필터 층(130)의 열화, 손상 등을 방지할 수 있으며, 그 결과 제조된 전자 소자(100)의 광 효율, 색순도, 및 색재현성이 높으며 고해상도의 화상을 표시할 수 있다.
앞에서, 본 발명의 특정한 구현예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 구현예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 구현예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1: 표시 소자
3R, 3G: 양자점
100: 전자 소자
110: 제2 기판
120R, 120G, 120B: 흡수형 컬러필터
121: 블랙 매트릭스
130: 양자점 컬러필터 층
130R, 130G: 양자점 컬러필터
130B: 투과층
131: 제1 격벽
132: 제1 광 반사층
140: 제1 오버코트층
150: 박막 봉지층
160: 방열층
170: 브래그 반사층
210: 제1 기판
220A, 220B, 220C: 발광소자
230: 보호층
240: 제2 격벽
241: 제2 광 반사층
250R, 250G, 250B: 보조 컬러필터
251: 광 가이드 층
251R, 251G, 251B: 제2 격벽에 의해 구획되는 공간
260: 제2 오버코트층

Claims (19)

  1. 제1 기판,
    상기 제1 기판 위에 위치하며 가로 및 세로의 길이가 각각 10 ㎛ 이하인 복수의 발광소자들,
    상기 복수의 발광소자들 위에 배치되는 양자점 컬러필터 층, 및
    상기 복수의 발광소자들과 상기 양자점 컬러필터 층 사이에 위치하는 제1 오버코트층을 포함하며,
    상기 양자점 컬러필터 층은 상기 복수의 발광소자들과 각각 중첩하도록 복수의 제1 격벽들에 의해 구획된 복수의 양자점 컬러필터들을 포함하는 전자 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 양자점 컬러필터들은 제3광을 제1광으로 변환하는 양자점을 포함하는 제1 양자점 컬러필터, 및 제3광을 제2광으로 변환하는 양자점을 포함하는 제2 양자점 컬러필터를 포함하는 전자 소자.
  3. 제1항에서,
    상기 양자점 컬러필터 층은 상기 양자점 컬러필터를 포함하지 않는 투과층을 더 포함하는 전자 소자.
  4. 제1항에서,
    상기 전자 소자는 상기 복수의 발광소자들과 상기 제1 오버코트층 사이에 위치하는 광 가이드 층을 더 포함하고,
    상기 광 가이드 층은 상기 복수의 제1 격벽들과 중첩하는 복수의 제2 격벽들을 포함하는 전자 소자.
  5. 제4항에서,
    상기 광 가이드 층 내 복수의 제2 격벽들에 의해 구획되는 공간은 빈 공간으로 존재하거나, 또는 가스, 유기 물질, 무기 물질, 또는 보조 컬러필터로 채워지는 전자 소자.
  6. 제4항에서,
    상기 전자 소자는 상기 양자점 컬러필터 층과 상기 제1 오버코트층 사이, 또는 상기 제1 오버코트층과 상기 광 가이드 층 사이에 박막 봉지층을 더 포함하는 전자 소자.
  7. 제6항에서,
    상기 박막 봉지층은 두께가 50 nm 내지 1000 nm인 전자 소자.
  8. 제6항에서,
    상기 박막 봉지층의 상기 양자점 컬러필터 층과 마주보는 표면은 요철 구조를 포함하는 전자 소자.
  9. 제6항에서,
    상기 박막 봉지층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산질화물, 또는 이들의 조합을 포함하는 전자 소자.
  10. 제6항에서,
    상기 전자 소자는 상기 박막 봉지층과 상기 양자점 컬러필터 층 사이, 및/또는 상기 박막 봉지층과 상기 복수의 발광소자들 사이에 방열층 또는 브래그 반사층(bragg reflector)을 더 포함하는 전자 소자.
  11. 제1항에서,
    상기 복수의 발광소자들 각각은 상기 제1 기판 위에 위치하는 제1 도전형 반도체층, 상기 제1 도전형 반도체층과 중첩하는 제2 도전형 반도체층, 및 상기 제1 도전형 반도체층과 상기 제2 도전형 반도체층 사이에 위치하는 활성층을 포함하는 전자 소자.
  12. 제4항에서,
    상기 광 가이드 층은 일정 거리를 두고 이격되어 2 층 이상 적층되는 전자 소자.
  13. 제1항에서,
    상기 양자점 컬러필터 층은 일정 거리를 두고 이격되어 2 층 이상 적층되는 전자 소자.
  14. 제1 기판 위에, 가로 및 세로의 길이가 각각 10 ㎛ 이하인 복수의 발광소자들을 배치하고,
    제2 기판 위에 상기 복수의 발광소자들과 각각 중첩하는 영역을 구획하도록 복수의 제1 격벽들을 형성하고,
    상기 제1 격벽들에 의해 구획된 영역에 각각 양자점 컬러필터 조성물을 투입하여 양자점 컬러필터 층을 형성하고,
    상기 양자점 컬러필터 층 위에 제1 오버코트층을 형성하고,
    상기 제1 기판의 발광소자들 위로 상기 제2 기판의 제1 오버코트층을 접합하는 전자 소자의 제조 방법.
  15. 제14항에서,
    상기 제조 방법은 상기 복수의 발광소자들 위에 광 가이드 층을 형성하는 것을 더 포함하고,
    상기 광 가이드 층은 상기 제2 기판에 형성된 복수의 제1 격벽들과 중첩하는 복수의 제2 격벽들을 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
  16. 제14항에서,
    상기 제조 방법은 상기 제1 오버코트층을 형성하기 전 또는 상기 제1 오버코트층을 형성한 후, 박막 봉지층을 형성하는 것을 더 포함하는 전자 소자의 제조 방법.
  17. 제15항에서,
    상기 광 가이드 층은 일정 거리를 두고 이격하여 2 층 이상 적층되는 전자 소자의 제조 방법.
  18. 제14항에서,
    상기 양자점 컬러필터 층은 일정 거리를 두고 이격하여 2 층 이상 적층되는 전자 소자의 제조 방법.
  19. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 전자 소자를 포함하는 표시 장치.

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