KR20210153162A - 컬러 변환 층의 인-시튜 경화 - Google Patents

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다이화 장
잉동 루오
밍웨이 주
호우 티. 응
시바파키아 가나파티아판
나그 비. 파티반들라
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법은, 백플레인 및 백플레인의 백플레인 회로와 전기적으로 통합된 발광 다이오드들의 어레이를 갖는 디스플레이 위에 컬러 변환제(color conversion agent)를 포함하는 광-경화성 유체(photo-curable fluid)를 분배하는 단계, 제1 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 제1 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 컬러 변환 층을 형성함으로써 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 제1 컬러의 광으로 변환하기 위해, 발광 다이오드들의 어레이의 복수의 발광 다이오드들을 활성화시키는 단계, 및 제1 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 단계를 포함한다. 이 프로세스는 다른 컬러에 대한 상이한 컬러 변환 컴포넌트들을 갖는 유체에 대해 반복된다.

Description

컬러 변환 층의 인-시튜 경화
본 개시내용은 일반적으로, 마이크로-LED 디스플레이들의 제작에 관한 것이다.
LED(light emitting diode) 패널은 LED들의 어레이를 사용하며, 개별적인 LED들은 개별적으로 제어가능한 픽셀 엘리먼트들을 제공한다. 그러한 LED 패널은, 컴퓨터, 터치 패널 디바이스, PDA(personal digital assistant), 셀 폰, 텔레비전 모니터 등을 위해 사용될 수 있다.
III-V 반도체 기술에 기반하는 미크론-스케일 LED들(또한 마이크로-LED들로 지칭됨)을 사용하는 LED 패널은 OLED들과 비교하여 다양한 장점들, 예컨대 더 높은 에너지 효율, 밝기, 및 수명뿐만 아니라 디스플레이 스택에서의 더 적은 수의 재료 층들을 가질 것이며, 디스플레이 스택에서의 더 적은 수의 재료 층들은 제조를 단순화할 수 있다. 그러나, 마이크로-LED 패널들의 제작에는 난제들이 존재한다. 상이한 컬러 방출(예컨대, 적색, 녹색 및 청색 픽셀들)을 갖는 마이크로-LED들은 별개의 프로세스들을 통해 상이한 기판들 상에 제작될 필요가 있다. 단일 패널 상에 마이크로-LED 디바이스들의 다수의 컬러들을 통합하는 것은, 마이크로-LED 디바이스들을 그들의 원래 도너 기판(donor substrate)들로부터 목적지 기판으로 전달하기 위한 픽-앤-플레이스(pick-and-place) 단계를 필요로 한다. 이는 대개, 다이 릴리스를 용이하게 하기 위해 희생 층들을 도입하는 것과 같은, LED 구조 또는 제작 프로세스의 수정을 수반한다. 추가하여, 배치 정확도에 대한 엄격한 요건들(예컨대, 1 ㎛ 미만)은 처리량(throughput), 최종 수율, 또는 둘 모두를 제한한다.
픽-앤-플레이스 단계를 우회하기 위한 대안적인 접근법은, 단색 LED들로 제작된 기판 상의 특정 픽셀 위치들에 컬러 변환제(color conversion agent)들(예컨대, 양자점(quantum dot)들, 나노구조들, 형광성 재료들 또는 유기 물질들)을 선택적으로 증착하는 것이다. 단색 LED들은 비교적 단파장 광, 예컨대, 자주색 또는 청색 광을 생성할 수 있고, 컬러 변환제들은 이 단파장 광을 더 긴 파장 광, 예컨대 적색 또는 녹색 픽셀들에 대한 적색 또는 녹색 광으로 변환할 수 있다. 컬러 변환제들의 선택적 증착은 고해상도 섀도우 마스크들 또는 제어가능한 잉크젯 또는 에어로졸 제트 프린팅을 사용하여 수행될 수 있다.
멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법은, 백플레인 및 백플레인의 백플레인 회로와 전기적으로 통합된 발광 다이오드들의 어레이를 갖는 디스플레이 위에 제1 컬러 변환제를 포함하는 제1 광-경화성 유체(photo-curable fluid)를 분배하는 단계, 제1 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 발광 다이오드들의 어레이의 제1 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 제1 컬러 변환 층을 형성함으로써 제1 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 제1 컬러의 광으로 변환하기 위해, 제1 복수의 발광 다이오드들을 활성화시키는 단계, 제1 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 단계, 그 후에, 디스플레이 위에 제2 컬러 변환제를 포함하는 제2 광-경화성 유체를 분배하는 단계, 제2 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 발광 다이오드들의 어레이의 제2 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 제2 컬러 변환 층을 형성함으로써 제2 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 상이한 제2 컬러의 광으로 변환하기 위해, 제2 복수의 발광 다이오드들을 활성화시키는 단계, 및 제2 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 단계를 포함한다.
구현들은 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제3 광-경화성 유체가 디스플레이 위에 분배될 수 있다. 제3 광-경화성 유체는 제3 컬러 변환제를 포함할 수 있다. 제3 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 발광 다이오드들의 어레이의 제3 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 제3 컬러 변환 층을 형성함으로써 제3 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 상이한 제3 컬러의 광으로 변환하기 위해, 제3 복수의 발광 다이오드들이 활성화될 수 있다. 제3 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지가 제거될 수 있다.
발광 다이오드들의 어레이의 발광 다이오드들은 자외선 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 제1 컬러, 제2 컬러 및 제3 컬러는, 청색, 녹색 및 적색으로부터 선택될 수 있다. 제1 컬러는 청색일 수 있고, 제2 컬러는 녹색일 수 있으며, 제3 컬러는 적색일 수 있다.
발광 다이오드들의 어레이는 제3 복수의 발광 다이오드들을 포함할 수 있고, 발광 다이오드들의 어레이의 발광 다이오드들은 상이한 제3 컬러의 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 제3 복수의 발광 다이오드들 위에는 컬러 변환 층이 형성될 필요가 없다. 발광 다이오드들의 어레이의 발광 다이오드들은 청색 또는 자주색 광을 생성하도록 구성될 수 있다. 제1 컬러 및 제2 컬러는, 녹색 및 적색으로부터 선택될 수 있다. 제1 컬러는 녹색일 수 있고, 제2 컬러는 적색일 수 있다.
제1 광-경화성 유체를 분배하고 제2 광-경화성 유체를 분배하는 것은 스핀-온(spin-on), 디핑(dipping), 스프레이-온(spray-on), 또는 잉크젯 프로세스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 광-경화성 유체 및 제2 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 것은 린싱 및 용해 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
복수의 격리 벽들이 백플레인 상에서 발광 다이오드들의 어레이의 인접한 발광 다이오드들 사이에 형성될 수 있다. 제1 복수의 발광 다이오드들의 활성화 동안, 격리 벽들은 제1 복수의 발광 다이오드들로부터의 조명(illumination)이 제2 복수의 발광 다이오드들에 도달하는 것을 차단할 수 있다. 격리 벽들은 포토레지스트로 형성될 수 있다.
제1 광-경화성 유체 및 제2 광-경화성 유체 중 적어도 하나는 용매를 포함할 수 있다. 용매는 증발될 수 있다. 자외선 차단 층이 발광 다이오드들의 어레이 위에 형성될 수 있다.
발광 다이오드들의 어레이의 발광 다이오드들은 마이크로-LED들일 수 있다.
다른 양상에서, 멀티-컬러 디스플레이는, 백플레인 회로를 갖는 백플레인, 백플레인의 백플레인 회로와 전기적으로 통합된 마이크로-LED들의 어레이, 제1 복수의 발광 다이오드들 각각 위의 제1 컬러 변환 층, 제2 복수의 발광 다이오드들 각각 위의 제2 컬러 변환 층, 및 어레이의 인접한 마이크로-LED들을 분리하는 복수의 격리 벽들을 포함한다. 어레이의 마이크로-LED들은 동일한 파장 범위의 조명을 생성하도록 구성되고, 제1 컬러 변환 층은 조명을 제1 컬러의 광으로 변환하고, 제2 컬러 변환 층은 조명을 상이한 제2 컬러의 광으로 변환한다.
구현들은 선택적으로 다음의 장점들 중 하나 이상을 제공할 수 있다(그리고 이에 제한되지 않음).
프로세싱 단계들(코팅, 인-시튜(in-situ) 경화, 및 린싱)은 대형 포맷 및 고-처리량 동작을 지원한다. 따라서, 컬러 변환제들은 더 높은 수율 및 처리량으로 마이크로-LED들의 어레이 위에 선택적으로 형성될 수 있다. 이는 멀티-컬러 마이크로-LED 디스플레이들이 상업적으로 실행가능한 방식으로 제작될 수 있게 할 수 있다. 유연하고 그리고/또는 신축성 있는 디스플레이들이 더 용이하게 제작될 수 있다. 인-시튜 경화는 정렬 정확도를 자동으로 보장할 수 있다.
호스트 폴리머는 다이 보호를 위한 패시베이션 층으로서의 역할을 할 수 있다. 기능성 성분(ingredient)들로 적절하게 도핑될 때, 호스트 폴리머가 다른 기능들, 예컨대 광학 기능성을 제공하는 것이 또한 가능하다.
다른 양상들, 특징들, 및 장점들은 상세한 설명 및 도면들로부터 그리고 청구항들로부터 명백할 것이다.
다양한 구현들이 아래에서 설명된다. 일 구현의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급없이 다른 구현들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
도 1은 백플레인과 이미 통합된 마이크로-LED 어레이의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 마이크로-LED 어레이의 부분의 개략적인 평면도이다.
도 2b는 도 2a로부터의 마이크로-LED 어레이의 부분의 개략적인 단면도이다.
도 3a - 도 3h는 마이크로-LED 어레이 위에 CCA(color conversion agent) 층들을 선택적으로 형성하는 방법을 예시한다.
도 4a - 도 4c는 광-경화성 유체의 포뮬레이션들을 예시한다.
도 5a - 도 5e는 백플레인 상에 마이크로-LED 어레이 및 격리 벽들을 제작하는 방법을 예시한다.
도 6a - 도 6d는 백플레인 상에 마이크로-LED 어레이 및 격리 벽들을 제작하는 다른 방법을 예시한다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 부호들은 유사한 엘리먼트들을 표시한다.
위에서 언급된 바와 같이, 컬러 변환제들의 선택적 증착은 고해상도 섀도우 마스크들 또는 제어가능한 잉크젯 또는 에어로졸 제트 프린팅을 사용하여 수행될 수 있다. 불행하게도, 섀도우 마스크들은 정렬 정확도 및 확장성(scalability)에 대한 문제들에 취약한 반면, 잉크젯 및 에어로졸 제트 기법들은 해상도(잉크젯), 정확도(잉크젯) 및 처리량(에어로졸 제트) 문제들을 겪는다. 마이크로-LED 디스플레이들을 제조하기 위해, 기판, 이를테면, 대면적 기판 또는 가요성 기판 상의 상이한 픽셀들 상에 상이한 컬러들을 위한 컬러 변환제들을 정확하고 비용 효과적으로 제공하기 위한 새로운 기법들이 필요하다.
이러한 문제들을 해결할 수 있는 기법은, 단색 마이크로-LED들의 어레이를 갖는 기판 상에 제1 컬러를 위한 컬러 변환제(CCA; color conversion agent)를 함유하는 광-경화성 유체의 층을 코팅한 다음, 선택된 LED들을 턴 온시켜 인-시튜 중합을 트리거링하고 그리고 선택된 서브픽셀들 근처에 CCA를 고정시키는 것이다. 선택되지 않은 서브픽셀들 위의 경화되지 않은 유체는 제거될 수 있고, 그런 다음, 웨이퍼 상의 모든 서브픽셀들이 원하는 컬러들의 CCA들로 커버될 때까지, 상이한 컬러들에 대한 CCA들로 동일한 프로세스가 반복될 수 있다. 이 기법은 정렬 정확도, 처리량 및 확장성의 난제들을 극복할 수 있다.
도 1은 백플레인(16) 상에 배치된 개별적인 마이크로-LED들(14)(도 2a 및 도 2b 참조)의 어레이(12)를 포함하는 마이크로-LED 디스플레이(10)를 예시한다. 마이크로-LED들(14)은 이미 백플레인 회로(18)와 통합되어 있어서, 각각의 마이크로-LED(14)는 개별적으로 어드레싱될 수 있다. 예컨대, 백플레인 회로(18)는, 마이크로-LED들(14)을 구동시키기 위한, 각각의 마이크로-LED, 열(column) 어드레스 및 행(row) 어드레스 라인들(18a), 열 및 행 드라이버들(18b) 등에 대한 박막 트랜지스터 및 저장 커패시터(예시되지 않음)를 갖는 TFT 능동 매트릭스 어레이를 포함할 수 있다. 대안적으로, 마이크로-LED들(14)은 백플레인 회로(18) 내의 수동 매트릭스에 의해 구동될 수 있다. 백플레인(16)은 종래의 CMOS 프로세스들을 사용하여 제작될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 개별적인 마이크로-LED들(14)을 갖는 마이크로-LED 어레이(12)의 부분(12a)을 예시한다. 모든 마이크로-LED들(14)은 동일한 파장 범위(이는 "단색" 마이크로-LED들로 지칭될 수 있음)를 생성하기 위해 동일한 구조로 제작된다. 예컨대, 마이크로-LED들(14)은 자외선(UV), 예컨대 근자외선 범위의 광을 생성할 수 있다. 예컨대, 마이크로-LED들(14)은 365 내지 405 ㎚의 범위의 광을 생성할 수 있다. 다른 예로서, 마이크로-LED들(14)은 자주색 또는 청색 범위의 광을 생성할 수 있다. 마이크로-LED들은 20 내지 60 ㎚의 스펙트럼 대역폭을 갖는 광을 생성할 수 있다.
도 2b는 단일 픽셀을 제공할 수 있는 마이크로-LED 어레이의 부분을 예시한다. 마이크로-LED 디스플레이가 3-컬러 디스플레이라고 가정하면, 각각의 픽셀은 각각의 컬러에 대해 하나씩, 예컨대, 청색, 녹색 및 적색 컬러 채널들에 대해 각각 하나씩, 3개의 서브-픽셀들을 포함한다. 이에 따라, 픽셀은 3개의 마이크로-LED들(14a, 14b, 14c)을 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 마이크로-LED(14a)는 청색 서브픽셀에 대응할 수 있고, 제2 마이크로-LED(14b)는 녹색 서브픽셀에 대응할 수 있고, 제3 마이크로-LED(14c)는 적색 서브픽셀에 대응할 수 있다. 그러나, 아래에서 논의되는 기법들은 더 많은 수의 컬러들, 예컨대 4개 이상의 컬러들을 사용하는 마이크로-LED 디스플레이들에 적용가능하다. 이 경우, 각각의 픽셀은 4개 이상의 마이크로-LED들을 포함할 수 있으며, 각각의 마이크로-LED는 개개의 컬러에 대응한다. 추가하여, 아래에서 논의되는 기법들은 단지 2개의 컬러들을 사용하는 마이크로-LED 디스플레이들에 적용가능하다.
일반적으로, 단색 마이크로-LED들(14)은 디스플레이를 위해 의도된 최고-주파수 컬러의 파장보다 더 크지 않은 파장을 갖는 피크를 갖는 파장 범위의 광, 예컨대, 자주색 또는 청색 광을 생성할 수 있다. 컬러 변환제들은 이러한 단파장 광을 더 긴 파장의 광, 예컨대 적색 또는 녹색 서브픽셀들에 대한 적색 또는 녹색 광으로 변환할 수 있다. 마이크로-LED들이 UV 광을 생성하는 경우, UV 광을 청색 서브픽셀들에 대한 청색 광으로 변환하기 위해 컬러 변환제들이 사용될 수 있다.
이웃하는 마이크로-LED들 사이에 수직 격리 벽들(20)이 형성된다. 격리 벽들은 아래에서 논의되는 인-시튜 중합 동안 광학 크로스토크를 감소시키고 중합을 국부화하는 것을 돕기 위해 광학 격리를 제공한다. 격리 벽들(20)은 포토레지스트 또는 금속일 수 있고, 종래의 리소그래피 프로세스들에 의해 증착될 수 있다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 벽들(20)은 직사각형 어레이를 형성할 수 있으며, 각각의 마이크로-LED(14)는 벽들(20)에 의해 정의된 개별적인 리세스(22)에 있다. 다른 어레이 기하학적 구조들, 예컨대, 육각형 또는 오프셋된 직사각형 어레이들이 또한 가능하다. 백-플레인 통합 및 격리 벽 형성을 위한 가능한 프로세스들이 아래에서 더 상세히 논의된다.
벽들은 약 3 내지 20 ㎛의 높이(H)를 가질 수 있다. 벽들은 약 2 내지 10 ㎛의 폭(W)을 가질 수 있다. 높이(H)는 폭(W)보다 클 수 있는데, 예컨대 벽들은 1.5:1 내지 5:1의 종횡비를 가질 수 있다. 벽의 높이(H)는 하나의 마이크로-LED로부터의 광이 인접한 마이크로-LED에 도달하는 것을 차단하기에 충분하다.
도 3a - 도 3h는 마이크로-LED 어레이 위에 CCA(color conversion agent) 층들을 선택적으로 형성하는 방법을 예시한다. 초기에, 도 3a에 도시된 바와 같이, 백플레인 회로와 이미 통합된 마이크로-LED들(14)의 어레이 위에 제1 광-경화성 유체(30a)가 증착된다. 제1 광-경화성 유체(30a)는 격리 벽들(20)의 높이(H)보다 더 큰 깊이(D)를 가질 수 있다.
도 4a를 참조하면, 제1 광-경화성 유체(30a)는 적어도 가교-결합가능 기들(32), 마이크로-LED들(14)의 방출에 대응하는 파장의 조명 하에서 중합을 트리거링하기 위한 광-개시제(34), 및 컬러 변환제들(36a)을 포함한다.
가교-결합가능 기들(32)은, 중합될 때 유체(30a)의 점도를 증가시킬 것이며, 예컨대, 유체(30a)는 응고될 수 있거나 또는 겔형 네트워크 구조들을 형성할 수 있다. 가교-결합가능 기들(32)은, 경화될 때 중합체를 형성하는 단량체들, 예컨대 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 아크릴아미드에 의해 제공될 수 있다. 가교-결합가능 기들(32)은 네거티브 포토레지스트, 예컨대 SU-8 포토레지스트에 의해 제공될 수 있다.
광-개시제(34)의 예들은 Irgacure 184, Irgacure 819, Darocur 1173, Darocur 4265, Dacocur TPO, Omnicat 250 및 Omnicat 550을 포함한다.
컬러 변환제들(36a)은, 마이크로-LED(14)로부터의 더 짧은 파장의 광을 3개의 컬러들 중 하나에 대응하는 더 긴 파장의 광으로 변환할 수 있는 재료이다. 도 3a - 도 3h에 의해 예시된 예에서, 컬러 변환제(36)는 마이크로-LED(14)로부터의 UV 광을 청색 광으로 변환한다. 컬러 변환제(36)는 양자점들, 나노구조들, 유기 또는 무기 형광 분자들, 또는 다른 적절한 재료들을 포함할 수 있다.
선택적으로, 제1 광-경화성 유체(30a)는 용매(37), 예컨대, 물, 에탄올, 톨루엔 또는 메틸에틸케톤, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 용매는 유기물 또는 무기물일 수 있다. 용매는 제1 광-경화성 유체(30a)에 대해 원하는 표면 장력 및/또는 점도를 제공하도록 선택될 수 있다. 용매는 또한, 다른 컴포넌트들의 화학적 안정성을 개선할 수 있다.
선택적으로, 제1 광-경화성 유체(30a)는 하나 이상의 다른 기능성 성분들(38)을 포함할 수 있다. 일 예로서, 기능성 성분들은 컬러 변환 층의 광학 특성들에 영향을 미칠 수 있다. 예컨대, 기능성 성분들은, 컬러 변환 층이 출력 광의 광학 경로를 조정하는, 예컨대 마이크로렌즈를 제공하는 광학 층으로서 기능할 정도로 충분히 높은 굴절률을 갖는 나노-입자들을 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 나노-입자들은, 컬러 변환 층이 전반사 손실을 감소시킴으로써 광 추출을 개선시키는 광학 층으로서 기능하도록 선택된 굴절률을 가질 수 있다. 다른 예로서, 기능성 성분들은 유체(30a)의 표면 장력을 조정하기 위한 계면활성제일 수 있다.
도 3a를 다시 참조하면, 제1 광-경화성 유체(30a)는, 스핀-온, 디핑, 스프레이-온, 또는 잉크젯 프로세스에 의해, 디스플레이 상에서 마이크로-LED 어레이 위에 증착될 수 있다. 잉크젯 프로세스는 제1 광-경화성 유체(30a)의 소비에 있어서 더 효율적일 수 있다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 백플레인(16)의 회로는 제1 복수의 마이크로-LED들(14a)을 선택적으로 활성화시키는 데 사용된다. 이러한 제1 복수의 마이크로-LED들(14a)은 제1 컬러의 서브-픽셀들에 대응한다. 특히, 제1 복수의 마이크로-LED들(14a)은 광-경화성 유체(30a) 내의 컬러 변환 컴포넌트들에 의해 생성될 광의 컬러에 대한 서브-픽셀들에 대응한다. 예컨대, 유체(30a) 내의 컬러 변환 컴포넌트가 마이크로-LED(14)로부터의 광을 청색 광으로 변환할 것이라고 가정하면, 청색 서브-픽셀들에 대응하는 그러한 마이크로-LED들(14a)만이 턴 온된다. 마이크로-LED 어레이가 이미 백플레인 회로(18)와 통합되어 있기 때문에, 마이크로-LED 디스플레이(10)에 전력이 공급될 수 있고, 마이크로-LED들(14a)을 선택적으로 턴 온시키기 위해 마이크로프로세서에 의해 제어 신호들이 인가될 수 있다.
도 3b 및 도 3c를 참조하면, 제1 복수의 마이크로-LED들(14a)의 활성화는, 각각의 활성화된 마이크로-LED(14a) 위에 제1 응고된 컬러 변환 층(40a)(도 3c 참조)을 형성하도록 제1 광-경화성 유체(30a)의 인-시튜 경화를 야기하는 조명(A)(도 3b 참조)을 생성한다. 요컨대, 유체(30a)는 경화되어 컬러 변환 층들(40a)을 형성하지만, 선택된 마이크로-LED들(14a) 상에만 형성된다. 예컨대, 청색 광으로 변환시키기 위한 컬러 변환 층(40a)이 각각의 마이크로-LED(14a) 상에 형성될 수 있다.
일부 구현들에서, 경화는 자기-제한 프로세스이다. 예컨대, 마이크로-LED들(14a)로부터의 조명, 예컨대 UV 조명은 광-경화성 유체(30a)로의 제한된 침투 깊이를 가질 수 있다. 이에 따라, 도 3b가 광-경화성 유체(30a)의 표면에 도달하는 조명(A)을 예시하지만, 이는 필요하지 않다. 일부 구현들에서, 선택된 마이크로-LED들(14a)로부터의 조명은 다른 마이크로-LED들(14b, 14c)에 도달하지 않는다. 이러한 상황에서, 격리 벽들(20)은 필요하지 않을 수 있다.
그러나, 마이크로-LED들(14) 사이의 간격이 충분히 작으면, 격리 벽들(20)은 선택된 마이크로-LED(14a)로부터의 조명(A)이 다른 마이크로-LED들로부터의 조명의 침투 깊이 내에 있을 그러한 다른 마이크로-LED들 위의 영역에 도달하는 것을 확실히 차단할 수 있다. 격리 벽들(20)은 또한, 예컨대 단순히, 조명이 다른 마이크로-LED들 위의 영역에 도달하는 것에 대비한 보험으로서 포함될 수 있다.
제1 복수의 마이크로-LED들(14a)에 대한 구동 전류 및 구동 시간은 광-경화성 유체(30a)에 대한 적절한 광자 선량(photon dosage)을 위해 선택될 수 있다. 유체(30a)를 경화시키기 위한 서브픽셀 당 전력은 마이크로-LED 디스플레이(10)의 디스플레이 모드에서의 서브픽셀 당 전력과 반드시 동일하지는 않다. 예컨대, 경화 모드에 대한 서브픽셀 당 전력은 디스플레이 모드에 대한 서브픽셀 당 전력보다 더 높을 수 있다.
도 3d를 참조하면, 경화가 완료되고 제1 응고된 컬러 변환 층(40a)이 형성될 때, 남은 경화되지 않은 제1 광-경화성 유체가 디스플레이(10)로부터 제거된다. 이는 다른 마이크로-LED들(14b, 14c)을 다음 증착 단계들을 위해 노출되게 한다. 일부 구현들에서, 경화되지 않은 제1 광-경화성 유체(30a)는, 용매, 예컨대, 물, 에탄올, 톨루엔 또는 메틸에틸케톤, 또는 이들의 조합을 이용하여 디스플레이로부터 간단히 린스된다. 광-경화성 유체(30a)가 네거티브 포토레지스트를 포함하면, 린싱 유체는 포토레지스트를 위한 포토레지스트 현상제를 포함할 수 있다.
도 3e 및 도 4b를 참조하면, 도 3a - 도 3d와 관련하여 위에서 설명된 처리가, 그러나 제2 광-경화성 유체(30b) 및 제2 복수의 마이크로-LED들(14b)의 활성화를 이용하여 반복된다. 린싱 후에, 제2 컬러 변환 층(40b)이 제2 복수의 마이크로-LED들(14b) 각각 위에 형성된다.
제2 광-경화성 유체(30b)는 제1 광-경화성 유체(30a)와 유사하지만, 마이크로-LED들(14)로부터의 더 짧은 파장의 광을 상이한 제2 컬러의 더 긴 파장의 광으로 변환하기 위한 컬러 변환제들(36b)을 포함한다. 제2 컬러는, 예컨대 녹색일 수 있다.
제2 복수의 마이크로-LED들(14b)은 제2 컬러의 서브-픽셀들에 대응한다. 특히, 제2 복수의 마이크로-LED들(14b)은 제2 광-경화성 유체(30b) 내의 컬러 변환 컴포넌트들에 의해 생성될 광의 컬러에 대한 서브-픽셀들에 대응한다. 예컨대, 유체(30b) 내의 컬러 변환 컴포넌트가 마이크로-LED(14)로부터의 광을 녹색 광으로 변환할 것이라고 가정하면, 녹색 서브-픽셀들에 대응하는 그러한 마이크로-LED들(14b)만이 턴 온된다.
도 3f 및 도 4c를 참조하면, 선택적으로, 도 3a - 도 3d와 관련하여 위에서 설명된 처리가, 그러나 제3 광-경화성 유체(30c) 및 제3 복수의 마이크로-LED들(14c)의 활성화를 이용하여, 또 다시 반복된다. 린싱 후에, 제3 컬러 변환 층(40c)이 제3 복수의 마이크로-LED들(14c) 각각 위에 형성된다.
제3 광-경화성 유체(30c)는 제1 광-경화성 유체(30a)와 유사하지만, 마이크로-LED들(14)로부터의 더 짧은 파장의 광을 상이한 제3 컬러의 더 긴 파장의 광으로 변환하기 위한 컬러 변환제들(36c)을 포함한다. 제3 컬러는, 예컨대 적색일 수 있다.
제3 복수의 마이크로-LED들(14c)은 제3 컬러의 서브-픽셀들에 대응한다. 특히, 제3 복수의 마이크로-LED들(14c)은 제3 광-경화성 유체(30c) 내의 컬러 변환 컴포넌트들에 의해 생성될 광의 컬러에 대한 서브-픽셀들에 대응한다. 예컨대, 유체(30c) 내의 컬러 변환 컴포넌트가 마이크로-LED(14)로부터의 광을 적색 광으로 변환할 것이라고 가정하면, 적색 서브-픽셀들에 대응하는 그러한 마이크로-LED들(14c)만이 턴 온된다.
도 3a - 도 3f에 예시된 이러한 특정 예에서, 컬러 변환 층들(40a, 40b, 40c)은 각각의 컬러 서브-픽셀에 대해 증착된다. 이는, 예컨대 마이크로-LED들이 자외선 광을 생성할 때 필요하다.
그러나, 마이크로-LED들(14)은 UV 광 대신에 청색 광을 생성할 수 있다. 이 경우, 청색 컬러 변환제들을 함유하는 광-경화성 유체에 의한 디스플레이(10)의 코팅은 스킵될 수 있고, 프로세스는 녹색 및 적색 서브픽셀들에 대한 광-경화성 유체들을 사용하여 수행될 수 있다. 예컨대, 도 3e에 도시된 바와 같이, 하나의 복수의 마이크로-LED들은 컬러 변환 층 없이 남겨진다. 도 3f에 의해 도시된 프로세스는 수행되지 않는다. 예컨대, 제1 광-경화성 유체(30a)는 녹색 CCA들을 포함할 수 있고 제1 복수의 마이크로-LED들(14a)은 녹색 서브픽셀들에 대응할 수 있고, 그리고 제2 광-경화성 유체(30b)는 적색 CCA들을 포함할 수 있고 제2 복수의 마이크로-LED들(14b)은 적색 서브픽셀들에 대응할 수 있다.
유체들(30a, 30b, 30c)이 용매를 포함한다고 가정하면, 일부 용매가 컬러 변환 층들(40a, 40b, 40c)에 포획될 수 있다. 도 3g를 참조하면, 이러한 용매는, 예컨대, 이를테면, IR 램프들에 의해 마이크로-LED 어레이를 열에 노출시킴으로써 증발될 수 있다. 컬러 변환 층들(40a, 40b, 40c)로부터의 용매의 증발은, 최종 층들이 더 얇아지도록 층들의 수축을 유발할 수 있다.
용매의 제거 및 컬러 변환 층들(40a, 40b, 40c)의 수축은, 컬러 변환제들, 예컨대, 양자점들의 농도를 증가시키고, 그에 따라, 더 높은 컬러 변환 효율을 제공할 수 있다. 다른 한편으로, 용매를 포함하는 것은 광-경화성 유체들의 다른 컴포넌트들, 예컨대, 컬러 변환제들 또는 가교-결합가능 컴포넌트들의 화학적 포뮬레이션에서 더 많은 유연성을 허용한다.
선택적으로, 도 3h에 도시된 바와 같이, UV 차단 층(50)이 모든 마이크로-LED들(14)의 최상부 상에 증착될 수 있다. UV 차단 층(50)은, 컬러 변환 층들(40)에 의해 흡수되지 않는 UV 광을 차단할 수 있다. UV 차단 층(50)은 브래그 반사기(Bragg reflector)일 수 있거나, 또는 단순히 UV 광을 선택적으로 흡수하는 재료일 수 있다. 브래그 반사기는 마이크로-LED들(14)을 향해 UV 광을 다시 반사시키고, 그에 따라, 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
도 5a - 도 5e는 백플레인 상에 마이크로-LED 어레이 및 격리 벽들을 제작하는 방법을 예시한다. 도 5a를 참조하면, 프로세스는, 마이크로-LED 어레이를 제공할 웨이퍼(100)로 시작한다. 웨이퍼(100)는, 제1 도핑을 갖는 제1 반도체 층(104), 활성 층(106), 및 제2 반대 도핑을 갖는 제2 반도체 층(108)이 상부에 배치된 기판(102), 예컨대 실리콘 또는 사파이어 웨이퍼를 포함한다. 예컨대, 제1 반도체 층(104)은 n-도핑된 갈륨 질화물(n-GaN) 층일 수 있고, 활성 층(106)은 MQW(multiple quantum well) 층(106)일 수 있고, 제2 반도체 층(107)은 p-도핑된 갈륨 질화물(p-GaN) 층(108)일 수 있다.
도 5b를 참조하면, 웨이퍼(100)는, 제1, 제2 및 제3 컬러들에 대응하는 제1, 제2 및 제3 복수의 마이크로-LED들(14a, 14b, 14c)을 포함하는 개별적인 마이크로-LED들(14)로 층들(104, 106, 108)을 분할하기 위해 에칭된다. 추가하여, 전도성 콘택들(110)이 증착될 수 있다. 예컨대, p-콘택(110a) 및 n-콘택(110b)이 n-GaN 층(104) 및 p-GaN 층(108) 상에 각각 증착될 수 있다.
유사하게, 백플레인(16)은 전기 콘택들(120)뿐만 아니라 회로(18)를 포함하도록 제작된다. 전기 콘택들(120)은 제1 콘택들(120a), 예컨대 구동 콘택들 및 제2 콘택들(120b), 예컨대 접지 콘택들을 포함할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 마이크로-LED 웨이퍼(100)는 백플레인(16)과 접촉하게 정렬되고 배치된다. 예컨대, 제1 콘택들(110a)은 제1 콘택들(120a)과 접촉할 수 있고, 제2 콘택들(110b)은 제2 콘택들(120b)과 접촉할 수 있다. 마이크로-LED 웨이퍼(100)는 백플레인과 접촉하도록 하강될 수 있거나, 또는 그 반대도 가능하다.
다음으로, 도 5d를 참조하면, 기판(102)이 제거된다. 예컨대, 실리콘 기판은, 예컨대 화학적 기계적 연마에 의해 기판(102)을 연마함으로써 제거될 수 있다. 다른 예로서, 사파이어 기판은 레이저 리프트오프 프로세스에 의해 제거될 수 있다.
마지막으로, 도 5e를 참조하면, 격리 벽들(20)은 (마이크로-LED들(14)이 이미 부착된) 백플레인(16) 상에 형성된다. 격리 벽들은 종래의 프로세스, 이를테면, 포토레지스트의 증착, 포토리소그래피에 의한 포토레지스트의 패터닝, 및 리세스들(22)에 대응하는 포토레지스트의 부분들을 제거하기 위한 현상(development)에 의해 형성될 수 있다. 그런 다음, 결과적인 구조는 도 3a - 도 3h에 대해 설명된 프로세싱을 위한 디스플레이(10)로서 사용될 수 있다.
도 6a - 도 6d는 백플레인 상에 마이크로-LED 어레이 및 격리 벽들을 제작하는 다른 방법을 예시한다. 이 프로세스는, 아래에서 언급되는 것을 제외하고는, 도 5a - 도 5e에 대해 위에서 논의된 프로세스와 유사할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 프로세스는, 위에서 설명된 프로세스와 유사하게, 마이크로-LED 어레이 및 백플레인(16)을 제공할 웨이퍼(100)로 시작한다.
도 6b를 참조하면, 격리 벽들(20)은 (마이크로-LED들(14)이 아직 부착되지 않은) 백플레인(16) 상에 형성된다.
추가하여, 웨이퍼(100)는, 제1, 제2 및 제3 복수의 마이크로-LED들(14a, 14b, 14c)을 포함하는 개별적인 마이크로-LED들(14)로 층들(104, 106, 108)을 분할하기 위해 에칭된다. 그러나, 이러한 에칭 프로세스에 의해 형성된 리세스들(130)은 격리 벽들(20)을 수용하기에 충분히 깊다. 예컨대, 리세스들(130)이 기판(102) 내로 연장되도록 에칭이 계속될 수 있다.
다음으로, 도 6c에 도시된 바와 같이, 마이크로-LED 웨이퍼(100)는 백플레인(16)과 접촉하게(또는 그 반대도 가능함) 정렬되고 배치된다. 격리 벽들(20)은 리세스들(130) 내로 피팅된다. 추가하여, 마이크로-LED들의 콘택들(110)은 백플레인(16)의 콘택들(120)에 전기적으로 연결된다.
마지막으로, 도 6d를 참조하면, 기판(102)이 제거된다. 이는, 백플레인(16) 상에 마이크로-LED들(14) 및 격리 벽들(20)을 남긴다. 그런 다음, 결과적인 구조는 도 3a - 도 3h에 대해 설명된 프로세싱을 위한 디스플레이(10)로서 사용될 수 있다.
수직 및 측방향과 같은 포지셔닝의 용어들이 사용되었다. 그러나, 그러한 용어들은 중력에 대한 절대적인 포지셔닝이 아니라 상대적인 포지셔닝을 지칭한다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 측방향은 기판 표면에 평행한 방향인 반면, 수직은 기판 표면에 수직인 방향이다.
전술한 예들은 예시적이며 제한적이지 않다는 것이 당업자들에게 인식될 것이다. 예컨대:
● 위의 설명이 마이크로-LED들에 초점을 맞추고 있지만, 본원의 기법들은 다른 타입들의 발광 다이오드들을 갖는 다른 디스플레이들, 특히 다른 마이크로-스케일 발광 다이오드들, 예컨대, 가로가 약 10 미크론 미만인 LED들을 갖는 디스플레이들에 적용될 수 있다.
● 위의 설명은, 컬러 변환 층들이 형성되는 순서가 청색, 그런 다음, 녹색, 그런 다음, 적색인 것으로 가정하지만, 다른 순서들, 예컨대, 청색, 그런 다음, 적색, 그런 다음, 녹색이 가능하다. 추가하여, 다른 컬러들, 예컨대, 주황색 및 황색이 가능하다.
본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (15)

  1. 멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법으로서,
    백플레인 및 상기 백플레인의 백플레인 회로와 전기적으로 통합된 발광 다이오드들의 어레이를 갖는 디스플레이 위에 제1 광-경화성 유체(photo-curable fluid)를 분배하는 단계 ― 상기 제1 광-경화성 유체는 제1 컬러 변환제(color conversion agent)를 포함함 ―;
    상기 제1 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 상기 발광 다이오드들의 어레이의 제1 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 제1 컬러 변환 층을 형성함으로써 상기 제1 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 제1 컬러의 광으로 변환하기 위해, 상기 제1 복수의 발광 다이오드들을 활성화시키는 단계;
    상기 제1 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 단계;
    그 후에, 상기 디스플레이 위에 제2 광-경화성 유체를 분배하는 단계 ― 상기 제2 광-경화성 유체는 제2 컬러 변환제를 포함함 ―;
    상기 제2 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 상기 발광 다이오드들의 어레이의 제2 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 제2 컬러 변환 층을 형성함으로써 상기 제2 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 상이한 제2 컬러의 광으로 변환하기 위해, 상기 제2 복수의 발광 다이오드들을 활성화시키는 단계; 및
    상기 제2 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 단계를 포함하는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 위에 제3 광-경화성 유체를 분배하는 단계 ― 상기 제3 광-경화성 유체는 제3 컬러 변환제를 포함함 ―;
    상기 제3 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 상기 발광 다이오드들의 어레이의 제3 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 제3 컬러 변환 층을 형성함으로써 상기 제3 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 상이한 제3 컬러의 광으로 변환하기 위해, 상기 제3 복수의 발광 다이오드들을 활성화시키는 단계; 및
    상기 제3 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 단계를 더 포함하는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 컬러, 상기 제2 컬러 및 상기 제3 컬러는, 청색, 녹색 및 적색으로부터 선택되는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들의 어레이의 발광 다이오드들은 자외선 광을 생성하도록 구성되는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들의 어레이는 제3 복수의 발광 다이오드들을 포함하고, 그리고 상기 발광 다이오드들의 어레이의 발광 다이오드들은 상이한 제3 컬러의 광을 생성하도록 구성되는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제3 복수의 발광 다이오드들 위에는 컬러 변환 층이 형성되지 않는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들의 어레이의 발광 다이오드들은 청색 또는 자주색 광을 생성하도록 구성되는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 컬러 및 상기 제2 컬러는, 녹색 및 적색으로부터 선택되는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    복수의 격리 벽들이 상기 백플레인 상에서 상기 발광 다이오드들의 어레이의 인접한 발광 다이오드들 사이에 형성되는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제1 복수의 발광 다이오드들의 활성화 동안, 상기 격리 벽들은 상기 제1 복수의 발광 다이오드들로부터의 조명(illumination)이 상기 제2 복수의 발광 다이오드들에 도달하는 것을 차단하는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 격리 벽들은 포토레지스트를 포함하는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 광-경화성 유체 및 상기 제2 광-경화성 유체 중 적어도 하나는 용매를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 용매를 증발시키는 단계를 더 포함하는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드들의 어레이 위에 자외선 차단 층을 형성하는 단계를 포함하는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  14. 멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법으로서,
    백플레인 및 상기 백플레인의 백플레인 회로와 전기적으로 통합된 발광 다이오드들의 어레이를 갖는 디스플레이 위에 제1 광-경화성 유체를 분배하는 단계 ― 상기 제1 광-경화성 유체는 제1 컬러 변환제를 포함함 ―;
    상기 제1 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 상기 발광 다이오드들의 어레이의 제1 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 제1 컬러 변환 층을 형성함으로써 상기 제1 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 제1 컬러의 광으로 변환하기 위해, 상기 제1 복수의 발광 다이오드들을 활성화시키는 단계;
    상기 제1 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 단계;
    그 후에, 상기 디스플레이 위에 제2 광-경화성 유체를 분배하는 단계 ― 상기 제2 광-경화성 유체는 제2 컬러 변환제를 포함함 ―;
    상기 제2 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 상기 발광 다이오드들의 어레이의 제2 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 제2 컬러 변환 층을 형성함으로써 상기 제2 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 상이한 제2 컬러의 광으로 변환하기 위해, 상기 제2 복수의 발광 다이오드들을 활성화시키는 단계;
    상기 제2 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 단계;
    그 후에, 상기 디스플레이 위에 제3 광-경화성 유체를 분배하는 단계 ― 상기 제3 광-경화성 유체는 제3 컬러 변환제를 포함함 ―;
    상기 제3 광-경화성 유체를 조명하고 경화하여 상기 발광 다이오드들의 어레이의 제3 복수의 발광 다이오드들 각각 위에 제3 컬러 변환 층을 형성함으로써 상기 제3 복수의 발광 다이오드들로부터의 광을 상이한 제3 컬러의 광으로 변환하기 위해, 상기 제3 복수의 발광 다이오드들을 활성화시키는 단계; 및
    상기 제3 광-경화성 유체의 경화되지 않은 나머지를 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 제1 컬러, 상기 제2 컬러 및 상기 제3 컬러는, 청색, 녹색 및 적색으로부터 선택되는,
    멀티-컬러 디스플레이를 제작하는 방법.
  15. 멀티-컬러 디스플레이로서,
    백플레인 회로를 갖는 백플레인;
    상기 백플레인의 백플레인 회로와 전기적으로 통합된 마이크로-LED들의 어레이 ― 상기 어레이의 마이크로-LED들은 동일한 파장 범위의 조명을 생성하도록 구성됨 ―;
    제1 복수의 발광 다이오드들 각각 위의 제1 컬러 변환 층 ― 상기 제1 컬러 변환 층은 상기 제1 복수의 발광 다이오드들로부터의 조명을 제1 컬러의 광으로 변환하기 위한 것임 ―;
    제2 복수의 발광 다이오드들 각각 위의 제2 컬러 변환 층 ― 상기 제2 컬러 변환 층은 상기 제1 복수의 발광 다이오드들로부터의 조명을 상이한 제2 컬러의 광으로 변환하기 위한 것임 ―; 및
    상기 어레이의 인접한 마이크로-LED들을 분리하는 복수의 격리 벽들을 포함하는,
    멀티-컬러 디스플레이.
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