KR20220104006A - 초고밀도 양자점 색 변환기 - Google Patents

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루시마리 만티스
그레고리 데이비드 밀러
윌리엄 프리먼
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텍투스 코포레이션
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Abstract

고밀도 서브 픽셀을 갖는 양자점 기반 색 변환기가 개시된다. 서브 픽셀은 작은 서브 픽셀 종횡비 및 작은 부피 내에서 높은 변환 효율을 제공하는 고밀도의 양자점을 갖는다. 색 변환기는 광학 디스플레이에서 사용될 수 있다.

Description

초고밀도 양자점 색 변환기
본 발명은 고밀도의 픽셀을 갖는 양자점 색 변환기에 관한 것이다. 픽셀은 고밀도의 양자점을 갖는다. 색 변환기는 광학 디스플레이에서 사용될 수 있다.
LED로 조사된 픽셀을 포함하는 양자점의 어레이는 디스플레이에서 널리 사용된다. 통합된 콘택트 렌즈 디스플레이와 같은 응용 분야에서 사용하기 위해 양자점 포함 픽셀 어레이의 크기를 감소시키는 것은 고유한 과제를 제시한다.
본 명세서에서 기술된 도면은 예시 목적만을 위한 것이다. 도면은 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시내용에 의해 제공되는 녹색, 적색 및 청색 서브 픽셀의 예를 도시한다.
도 2는 본 개시내용에 의해 제공되는 하부 및 상부 브래그 반사기(Bragg reflector)를 통합하는 녹색, 적색 및 청색 서브 픽셀의 예를 도시한다.
도 3A 내지 도 3J는 상이한 직경을 가지고 상이한 피치의 서브 픽셀의 어레이를 통해 투과된 청색광을 도시한다.
도 4는 2.8㎛의 피치를 갖는 1.4㎛ 직경의 서브 픽셀의 어레이를 통해 투과된 청색광을 도시한다.
도 5A는 12.5㎛ 피치의 9.6㎛ 직경의 서브 픽셀의 어레이를 통해 투과된 청색광을 도시한다.
도 5B는 2㎛의 두께(깊이)를 갖는 12.5㎛ 피치의 양자점 포함 9.6㎛ 직경의 서브 픽셀의 어레이의 녹색광 방출을 도시한다. 녹색 양자점 어레이는 하부 청색 서브 픽셀 어레이에 의해 펌핑될 수 있다.
도 5C는 2㎛의 두께(깊이)를 갖는 12.5㎛ 피치의 양자점 포함 9.6㎛ 직경의 서브 픽셀의 어레이의 적색광 방출을 도시한다. 적색 양자점 어레이는 하부 청색 서브 픽셀 어레이에 의해 펌핑된다.
도 6A는 2㎛의 두께(깊이)를 갖는 2.8㎛ 피치의 1.4㎛ 직경의 청색 서브 픽셀의 어레이를 통해 투과된 청색광을 도시한다.
도 6B는 2㎛의 두께(깊이)를 갖는 2.8㎛ 피치의 1.4㎛ 직경의 녹색 양자점 포함 서브 픽셀의 어레이를 통한 녹색광 방출을 도시한다.
도 6C는 2㎛의 두께(깊이)를 갖는 2.8㎛ 피치의 1.4㎛ 직경의 적색 양자점 포함 서브 픽셀의 어레이를 통한 녹색광 방출을 도시한다.
도 7은 본 개시내용에서 제공되는 색변환층의 예를 도시한다.
도 8A 내지 도 8F는 본 개시내용에 의해 제공되는 양자점 색 변환기를 제조하는데 사용되는 단계의 예를 도시한다.
도 9는 서브 픽셀의 어레이 및 상이한 색상의 서브 픽셀을 포함하는 픽셀을 도시한다.
본 발명의 넓은 범위를 설명하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정 예에서 설명된 수치값은 가능한 정확하게 보고된다. 그러나 모든 수치는 본질적으로 각각의 테스트 측정에서 발견된 표준 편차, 개인 간 편차 및/또는 매일의 편차로 인해 필연적으로 발생하는 특정 오류가 포함된다.
또한, 본 명세서에서 인용된 임의의 수치 범위는 그 안에 포함된 모든 서브 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 인용된 최소값 1과 인용된 최대값 10 사이의 모든 서브 범위를 포함하도록 의도되며, 즉, 최소값은 1 이상이고 최대값은 10 이하이다.
"색 변환기"는 청색 발광 발광 다이오드(LED) 어레이로부터의 광과 같은 입사 방사선의 파장을 예를 들어 녹색 및 적색 파장 범위 내의 광과 같은 하나 이상의 상이한 파장 범위 내의 방출광으로 변환하기 위해 구성된 구조를 지칭한다. 색 변환기는 복수의 픽셀을 포함하고, 복수의 서브 픽셀을 포함하는 색변환층, 및 패시베이션층, 반사층, 누화 최소화층 및/또는 집속층(focusing layer)과 같은 하나 이상의 다른 층을 포함하는 다수의 층을 포함할 수 있다.
"색 변환 소자"는 복수의 양자점을 포함하는 부피를 지칭한다. 예를 들어, 색 변환 소자는 청색광을 적색광 및/또는 녹색광으로 변환할 수 있는 복수의 양자점을 포함할 수 있다.
"적색 파장 범위"는 565㎚ 내지 650㎚의 파장 범위를 지칭한다.
"원적색 파장 범위"는 650㎚ 내지 750㎚의 파장 범위를 지칭한다.
"녹색 파장 범위"는 515㎚ 내지 565㎚의 파장 범위를 지칭한다.
"청색 파장 범위"는 405㎚ 내지 475㎚의 파장 범위를 지칭한다.
"서브 픽셀"은 디스플레이 디바이스의 개별적으로 주소 지정 가능한 소자를 지칭한다. 서브 픽셀은 색 변환 소자, 및 선택적으로 색 변환 소자의 하부에 놓이는 하나 이상의 재료층 및/또는 색 변환 소자의 상부에 놓이는 하나 이상의 재료층을 포함할 수 있다. 하나 이상의 하부 및/또는 상부 재료층은 하나 이상의 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 하부 재료층은 기판, 파장 선택 필터, 또는 픽셀과 서브 픽셀 사이의 누화를 최소화하도록 설계된 층으로서 역할을 할 수 있다. 상부 재료층은, 예를 들어, 패시베이션층, 파장 선택 필터, 또는 렌즈로서 역할을 할 수 있다.
"픽셀"은 디스플레이 전체에 걸쳐서 반복되는 서브 픽셀의 그룹을 지칭한다. 예를 들어, 픽셀은 2, 3, 4, 5 또는 6개의 서브 픽셀과 같이 2 내지 6개를 포함할 수 있다. 픽셀은, 예를 들어, 적색 서브 픽셀, 녹색 서브 픽셀 및 청색 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 다른 색 조합이 또한 가능하다.
양자점 포함 서브 픽셀은 디스플레이에서 널리 사용된다.
특정 응용 분야에 대해, 초고밀도 양자점 풀 컬러 변환기는 서브 픽셀이 2㎛ 미만의 피치인 상태에서 2㎛ 미만의 두께인 것이 바람직할 수 있다. 이러한 치수에서 높은 전체 변환 효율을 갖는 양자점 서브 픽셀을 제작하고 초고밀도 양자점 색 변환기를 견고하고 소형화된 광학 디스플레이에 통합하는 것은 특수 재료의 사용 및 처리를 수반한다.
광학 디스플레이는 LED 어레이 상부에 놓이는 양자점 색 변환기를 포함할 수 있다. 색 변환기는 서브 픽셀의 어레이를 포함할 수 있다. 특정 서브 픽셀은 제1 파장 범위 내의 입사광을 제2 파장 범위 내의 방출광으로 변환할 수 있는 양자점을 포함할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이의 맥락에서, 입사 청색광은 적색 파장 범위 내의 방출광으로 변환될 수 있고, 다른 서브 픽셀은 청색 파장 범위에서의 광이 조사될 때 녹색 파장 범위에서 방출될 수 있는 양자점을 포함할 수 있으며, 다른 서브 픽셀은 청색 파장 범위에서의 광에 대해 투과성이다. 각각의 서브 픽셀은 LED 어레이의 대응하는 청색 발광 LED와 정렬될 수 있다.
5㎛ 미만의 서브 픽셀 피치를 갖는 광학 디스플레이와 같은 초고밀도 광학 디스플레이는 휴대용 전자 디바이스 및 콘택트 렌즈 어레이에서 유용할 수 있다. 광학 디스플레이를 통합하는 콘택트 렌즈는, 예를 들어, 미국 출원 공개 제2018/0149884호에 설명되어 있다. 초고밀도 광학 디스플레이, 특히 콘택트 렌즈를 위한 광학 디스플레이는 고유한 설계 요건을 제시한다. 디스플레이가 각초(arc second) 당 1픽셀을 초과하는 픽셀 밀도에서 "날카롭게 보이는"(스넬렌(Snellen) 20/20) 것이 널리 공지되었다. 스넬렌 20/20은 "완벽한" 인간의 시력은 아니지만, 60대 성인의 평균 시력에 가깝다. 시각 장애가 없는 젊은 성인은 20/16 내지 20/12의 시력을 갖는다. 스넬렌 20/12는 100픽셀/°에 대응하고, 픽셀 크기에 추가적인 제약을 가한다. 각도 해상도가 픽셀/°에 관하여 한정되기 때문에, 디스플레이가 눈에 가까울수록, 원하는 스넬렌 각도 해상도를 달성하기 위해 디스플레이 픽셀 PPI(선형 인치당 픽셀 수)가 높아야만 한다. QLED 텔레비전은 약 2m의 시청 거리를 수용하도록 약 150㎛의 픽셀 피치를 가지며, 양자점 포함 색 변환 필름의 두께는 약 15㎛이다. 휴대폰은 약 0.3m의 시청거리를 수용하도록 약 55㎛의 픽셀 피치를 갖는다. 약 0.04m의 거리로부터 본 헤드셋의 디스플레이는 약 9㎛의 픽셀 피치를 가질 수 있다. 망막으로부터 약 25㎜ 떨어진 콘택트 렌즈 상의 디스플레이는 콘택트 렌즈 디스플레이로부터 망막 이미지까지 3X 배율과 함께 약 5°의 시계에 걸쳐서 20/20 시력에 대해 60 픽셀/°메트릭을 충족시키기 위해 약 1.8㎛의 픽셀 피치를 가져야 한다. 4개의 서브 픽셀을 포함하는 픽셀의 예가 도 9에 도시되어 있다.
증가된 PPI 및 픽셀 피치는 색변환층의 요건에 영향을 미칠 수 있다. 색변환층에 충돌하는 청색 또는 자외선 광자와 같은 펌프 광자의 수로 나눈 특정 색 변환된 서브 픽셀로부터 방출되는 적색, 녹색 또는 다른 파장 범위에서의 색 변환된 광자의 수로서 정의되는 색 변환 효율은 양자점과, 양자점을 분리하는 재료 사이의 거리에 의존한다. 소수의 펌프 광자가 디스플레이를 빠져나가 색 순도의 포화도를 낮출 수 있다. 색 변환 순도는 특정 색 변환된 서브 픽셀을 빠져나가는 광의 순도의 측정치이고, 색 변환된 광자와 특정 색 변환된 서브 픽셀을 빠져나가는 펌프 광자 모두를 포함하는 총 광자의 수로 나눈 색 변환된 광자의 수로서 정의된다. 예를 들어, 적색 색 변환 서브 픽셀에 대하여, 색 변환 순도는 동일한 적색 서브 픽셀을 빠져나가는 청색 광자와 같은 펌프 광자의 수를 적색 광자의 수에 더한 합으로 나눈 적색 서브 픽셀을 빠져나가는 적색 광자의 수로서 정의된다. 색 변환 효율과 색 변환 순도 모두 100%로 증가하는 것이 바람직하고, 픽셀 크기와 두께가 감소함에 따라서 두 메트릭스 모두 더 어려워진다. 색 변환 순도는 특정 양자점의 광학 특성과 색 변환 필름 내의 양자점의 밀도의 강력한 함수이다. 서브 픽셀 크기가 약 75㎛인 QLED 텔레비전 디스플레이의 픽셀의 폭으로부터 초고밀도 콘택트 렌즈 디스플레이를 위한 약 2㎛ 미만으로 픽셀의 폭이 감소함에 따라서, 높은 종횡비를 갖는 양자점 포함 서브 픽셀을 제조하는 것이 과제를 제시하기 때문에, 15㎛ 두께의 양자점 포함 서브 픽셀을 유지하는 것이 실용적이지 않게 된다. 또한, 콘택트 렌즈 디스플레이와 같은 특정 응용 분야에서, 가능한 얇은 디스플레이를 갖는 것이 바람직하다. 실용적인 제작과 얇은 디스플레이의 목표를 달성하기 위해, 서브 픽셀 높이가 2㎛ 이하인 것이 바람직할 수 있다. 이어서, 약 50%보다 큰 허용 가능한 색 변환 효율 및 약 80%보다 큰 허용 가능한 색 변환 순도를 유지하기 위해, 높은 종횡비의 서브 픽셀 내에서의 양자점의 밀도가 증가되어야만 한다. 그러나, 양자점의 실제 밀도는 인접한 양자점들 사이의 포스터 공명 에너지 전달(Forster resonance energy transfer)에 의해 제한될 수 있으며, 이는 포스터 공명 에너지 전달(FRET)의 영향을 완화시키기 위해, 인접한 양자점들이 약 5㎚ 내지 약 10㎚만큼 균일하게 이격되는 것을 요구한다. 금속 측벽과 같은 다른 서브 픽셀 소자로의 에너지 전달은 또한 효율성을 감소시킬 수 있다. 약 10㎛ 미만의 총 두께를 갖는 색 변환기 및 약 2㎛ 미만의 피치 및 약 2㎛ 미만의 서브 픽셀 폭을 갖는 복수의 서브 픽셀을 포함하는 색변환층이 본 개시내용에 의해 제공된다.
초고밀도 색 변환기를 생성하는데 따른 문제는, 고밀도 양자점 패킹을 허용하고 FRET를 최소화하는 코팅을 양자점 상에 제공하는 것, 5㎛ 미만의 피치(6.4㎛ 피치는 약 3,900 PPI이고, 1.3㎛ 피치는 약 19,500 PPI임) 상에서 10,000보다 큰 PPI를 갖는 RGB(적색/녹색/청색) 서브 픽셀을 제공할 수 있는 구조 및 프로세스를 개발하는 것, 및 허용 가능한 다크 레벨(dark level)과 낮은 인터-서브 픽셀 누화를 가진 정확한 색 영역(color gamut)을 제공하는 것을 포함한다.
본 개시내용에 의해 제공되는 색 변환기는 색변환층을 포함하는 다수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 색 변환기는 기판층, 기판층의 상부에 놓이는 색변환층, 색변환층의 상부에 놓이는 패시베이션층, 및 선택적으로 반사층 및 렌즈층과 같은 추가의 층을 포함할 수 있다.
색변환층은 복수의 서브 픽셀을 포함할 수 있고, 서브 픽셀의 적어도 일부는 복수의 양자점을 포함한다.
픽셀 내의 양자점의 부피 분율은 10% 내지 70%, 10% 내지 50%, 예를 들어 10% 내지 40%, 10% 내지 30% 또는 10% 내지 20%일 수 있다.
색변환층은, 예를 들어, 20㎛ 미만, 15㎛ 미만, 10㎛ 미만 또는 5㎛ 미만의 두께를 가질 수 있다.
복수의 서브 픽셀을 포함하는 색변환층은, 예를 들어, 0.2㎟ 내지 10㎟의 면적을 가질 수 있다
색변환층은, 예를 들어, 0.2㎜ 내지 1.5㎜의 선형 치수를 가질 수 있다.
색변환층의 예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1은 상부 LED 어레이(102)에 상호 연결된 실리콘 CMOS 회로(101)를 도시한다. 색변환층(103)은 복수의 서브 픽셀을 포함하는 층(104), 하부 패시베이션층(105) 및 상부 패시베이션층(106)으로 이루어진다. 개별 LED는 개별 서브 픽셀과 정렬된다. 픽셀층(104)은 복수의 녹색 및 적색 양자점을 각각 포함하는 녹색 서브 픽셀(104a) 및 적색 서브 픽셀(104b)을 포함하고, LED 어레이(102)에 의해 방출되는 청색 파장 범위의 광을 투과시키도록 구성된 청색 서브 픽셀(104c)을 더 포함한다. 색변환층(103)은, 예를 들어, 2㎛ 두께일 수 있다.
색변환층은 입사 파장 범위 내의 입사광을 하나 이상의 방출 파장 범위 내의 방출 광으로 변환하도록 구성될 수 있다. 광학 디스플레이를 위해, 입사광은 청색 파장 범위에 있을 수 있으며, 복수의 서브 픽셀은 시각적 디스플레이를 위해 허용 가능한 색 영역을 제공하도록 선택될 수 있다. REC2020의 100%를 생산하도록 설계된 4-색 디스플레이는, 예를 들어, 적색, 녹색, 청색 및 청록 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 야간 시력을 보존하도록 설계된 4-색 디스플레이는 약 720㎚보다 큰 최대 방출 파장을 가진 진홍색(deep-red, DR) 서브 픽셀을 추가할 수 있다.
특정 응용 분야를 위해, 본 개시내용에 의해 제공되는 색 변환기가 455㎚의 청색광으로부터 녹색 또는 적색광으로의 80%보다 큰 양자 변환 효율을 나타내고, 녹색 및 적색 서브 픽셀이 녹색 및 적색 서브 픽셀을 통한 2% 미만의 청색 누출을 가지며, 층 두께가 2㎛ 미만이고, 서브 픽셀이 3.3㎛ 이하의 피치에 위치되고, 인접한 서브 픽셀 사이의 누화 또는 소광비가 1000:1 미만일 수 있고, 색변환층이 유용한 시간 프레임에 걸쳐서 기밀 밀봉을 제공하도록 구성된 SiO2 밀봉 기술 및 다른 유전 필름과 호환되어야 하는 것이 바람직할 수 있다.
특정 색변환층에서, LED 어레이로부터의 청색광은 청색 투과성 서브 픽셀을 통해 투과될 수 있다. 특정 색 변환기에서, LED는 400㎚ 내지 430㎚와 같은 파장 범위에서 방출할 수 있고, 청색 서브 픽셀은 400㎚ 내지 430㎚의 파장 범위에서 흡수 가능하고 예를 들어 450㎚에서 490㎚의 청색 파장 범위에서 방출 가능한 복수의 양자점을 포함할 수 있다.
특정 색 변환기에서, LED 어레이는 근자외선 파장 범위, 예를 들어 300㎚ 내지 400㎚ 또는 다른 적절한 파장 범위에서 방출할 수 있다.
특정 색 변환기에서, LED 어레이는 근적외선 파장 범위, 예를 들어 780㎚ 내지 1700㎚ 또는 기타 적절한 파장 범위에서 방출할 수 있으며, 양자점은 다수의 저에너지 광자를 흡수하고, 원하는 가시광선 파장으로 상향 변환할 수 있다.
특정 색변환층에서, 복수의 서브 픽셀의 전부 또는 일부는 650㎚ 내지 750㎚와 같은 근적외선 파장 범위에서 적색으로 방출할 수 있는 양자점을 포함할 수 있다. 근적외선 디스플레이는 야간 투시 분야에 유용할 수 있다.
색변환층은 복수의 픽셀을 포함할 수 있다. 예를 들어, 색변환층은 1,000 내지 1,000,000개의 픽셀, 5,000 내지 500,00개의 픽셀, 또는 10,000 내지 100,000개의 픽셀을 포함할 수 있다. 색변환층은, 예를 들어, 1,000개보다 많은 픽셀, 5,000개보다 많은 픽셀, 10,000개보다 많은 픽셀, 100,000개보다 많은 픽셀, 또는 1,000,000개보다 많은 픽셀을 포함할 수 있다.
색변환층은 단일 색상으로 방출하는 픽셀을 포함할 수 있거나, 또는 서브 픽셀의 각각의 그룹이 상이한 파장 범위 내에서 방출하는 서브 픽셀의 그룹을 포함할 수 있다. 상이한 파장 범위 내에서 방출하는 서브 픽셀의 임의의 적절한 수의 그룹이 사용될 수 있다. 4개의 서브 픽셀을 포함하는 픽셀의 예가 도 9에 도시되어 있으며, 서브 픽셀은 적색, 녹색, 청색 및 청록색 파장 범위에서 방출한다. 도 9는 육각 형상 서브 픽셀(901)의 어레이를 도시한다. 픽셀(902)은 적색 서브 픽셀(901a), 청록색 서브 픽셀(901b), 녹색 서브 픽셀(901c) 및 청색 서브 픽셀(90-1d)을 포함한다.
복수의 서브 픽셀은 제1 파장 범위 내의 입사광을 하나 이상의 파장 범위 내의 방출광으로 변환하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 입사광은 청색 파장 범위에 있을 수 있고, 방출광은 적색, 녹색, 진홍색 및 청색 파장 범위에 있을 수 있다.
또한, 복수의 서브 픽셀은 입사 펌프 파장이 서브 픽셀로부터 직접 방출되도록 어떠한 색변환층도 없이 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 9를 참조하면, 청색 서브 픽셀은 청색 펌프 LED에 의해 방출된 청색광을 포함할 수 있거나, 또는 청색-방출 양자점을 포함하는 서브 픽셀의 청색광 방출일 수 있다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 1㎛ 내지 4㎛, 1㎛ 내지 3㎛, 또는 1㎛ 내지 2㎛와 같은 최대 평면내 치수(in-plane dimension)를 가질 수 있다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 5㎛ 미만, 4㎛ 미만, 3㎛ 미만, 2㎛ 미만 또는 1㎛ 미만의 최대 평면내 치수를 가질 수 있다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 0.5㎛ 내지 4㎛, 0.5㎛ 내지 4㎛, 0.5㎛ 내지 3㎛, 또는 0.5㎛ 내지 2㎛의 깊이를 가질 수 있다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 0.5㎛ 내지 3㎛의 높이 및 0.5㎛ 내지 3㎛의 폭, 1㎛ 내지 3㎛의 높이 및 1㎛ 내지 3㎛ 폭, 또는 1㎛ 내지 2㎛의 높이 및 1㎛ 내지 2㎛의 폭을 가질 수 있다.
서브 픽셀은 최대 평면내 치수 이상의 깊이를 가질 수 있다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 12:1 내지 1:12, 10:1 내지 1:10, 8:1 내지 1:8, 6:1 내지 1:6, 4:1 내지 1:4, 3:1 내지 1:3, 2:1 내지 1:2, 또는 1.5:1 내지 1:1.5의 종횡비를 가질 수 있다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 1:1보다 큰, 2:1보다 큰, 4:1보다 큰, 6:1보다 큰, 8:1보다 큰, 10:1보다 큰 또는 12:1보다 큰 종횡비(높이:폭)를 가질 수 있다. 서브 픽셀은, 예를 들어, 12:1 미만, 10:1 미만, 8:1 미만, 5:1 미만, 4:1 미만, 3:1, 2:1 미만, 1:1 미만, 0:5:1 미만, 또는 0.2:1 미만의 종횡비(높이:폭)를 가질 수 있다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 0.1㎛3 내지 70㎛3, 1㎛3 내지 64㎛3, 3㎛3 내지 40㎛3, 6㎛3 내지 50㎛3, 또는 10㎛3 내지 40㎛3의 부피를 가질 수 있다. 서브 픽셀은, 예를 들어, 70㎛3 미만, 60㎛3 미만, 50㎛3 미만, 40㎛3 미만, 30㎛3 미만, 20㎛3 미만, 10㎛3 또는 1㎛3 미만의 부피를 가질 수 있다.
서브 픽셀은 10:1 내지 2:1, 8:1 내지 2:1, 6:1 내지 2:1, 또는 4:1 내지 2:1의 종횡비(높이:폭); 및 0.5㎛ 내지 3㎛, 또는 1㎛ 내지 3㎛의 높이를 가질 수 있다.
서브 픽셀은 10:1 내지 2:1, 8:1 내지 2:1, 6:1 내지 2:1, 또는 4:1 내지 2:1의 종횡비(높이/폭); 및 1㎛ 내지 3㎛, 또는 1㎛ 내지 2㎛의 폭을 가질 수 있다.
서브 픽셀은 16:1 내지 4:1, 12:1 내지 4:1, 10:1 내지 4:1, 8:1 내지 4:1 또는 6:1 내지 4:1의 종횡비(높이/폭); 및 0.5㎛ 내지 3㎛, 또는 1㎛ 내지 3㎛의 높이를 가질 수 있다.
서브 픽셀은 16:1 내지 4:1, 12:1 내지 4:1, 10:1 내지 4:1, 8:1 내지 4:1, 또는 6:1 내지 4:1의 종횡비(높이/폭); 및 1㎛ 내지 3㎛, 또는 1㎛ 내지 2㎛의 폭을 가질 수 있다.
이러한 것은 텔레비전 디스플레이에 사용되는 20㎛ 피치의 양자점 LED를 위한 약 1:2의 종횡비(높이/폭)와 비교된다.
서브 픽셀은 임의의 적절한 단면 프로파일을 가질 수 있다. 예를 들어, 서브 픽셀은 정사각형 단면 프로파일, 육각형 단면 프로파일, 또는 원형 단면 프로파일을 가질 수 있다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 0.5㎛ 내지 10㎛의 폭을 가질 수 있고, 서브 픽셀 면적은, 예를 들어, 0.2㎛2 내지 30㎛2일 수 있다.
서브 픽셀은 무기 재료 또는 유기 재료과 같은 재료에 의해 경계를 이룰 수 있다.
서브 픽셀의 경계를 이루는 재료는 적색, 녹색 및 청색 파장 범위에서의 방사선과 같은 가시광선을 흡수하지 않도록; 후속 공정 온도를 견디도록; 및/또는 적색, 녹색 및 청색 파장 범위에서의 방사선을 반사하도록 선택될 수 있다.
적합한 무기 재료의 예는 반도체, 금속 및 금속 합금을 포함한다. 예를 들어, 서브 픽셀의 경계를 이루는 재료는 알루미늄을 포함할 수 있다.
적합한 유기 재료의 예는 중합체, 중합체 복합재, 열전도성 중합체 복합재, 또는 전기 전도성 중합체 복합재를 포함한다.
서브 픽셀은 알루미늄 박막 내의 캐비티와 같은 박막 내에서 한정된 캐비티 또는 우물(well)을 포함할 수 있다.
서브 픽셀은 인접한 서브 픽셀 사이의 공간이 재료로 채워지는 기판 상에서의 증착되거나 구축된 특징부를 포함할 수 있다. 서브 픽셀은, 예를 들어, 화학 에칭과 같은 화학적 기반 프로세스, 이온 밀링과 같은 물리적 기반 프로세스, 또는 플라즈마 에칭과 같은 이들의 조합을 포함하는 감색법(subtractive process)에 의해 생성된 캐비티에 의해 한정될 수 있다. 서브 픽셀은, 예를 들어, 전기 화학적 도금과 같은 화학적 기반 프로세스, 물리적 기상 증착, 증발 또는 스퍼터링과 같은 물리적 기반 프로세스, 또는 원자층 증착, 화학 기상 증착 또는 레이저 유도 도금과 같은 이들의 조합을 포함하는 추가 프로세스에 의해 생성된 캐비티에 의해 한정될 수 있다.
복수의 서브 픽셀은 공통 기판 상에 배치된 복수의 색 변환 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 공통 기판은 알루미늄층일 수 있다. 색 변환 소자는 측벽이 알루미늄을 포함하도록 알루미늄 기판 내의 캐비티 또는 우물로서 한정될 수 있다. 서브 픽셀의 바닥은 청색 발광 LED에 의한 서브 픽셀의 조사를 허용하는 청색-투과성 재료와 같은 투과성 재료를 포함할 수 있다. 색 변환 소자는 색 변환 소자들 사이의 기판과 재료에 의해 한정될 수 있다. 기판와 분리 재료는 동일하거나 다를 수 있다.
서브 픽셀은 수직 측벽 또는 비수직 측벽을 가질 수 있다. 측벽은 전진 광 산란을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 측벽은 LED로부터의 광에 대해 반사성이고, 그리고/또는 서브 픽셀 내에서의 양자점에 의해 방출된 광에 대해 반사성이도록 구성될 수 있다.
서브 픽셀의 측벽은 서브 픽셀에 의해 방출/투과되는 광의 원거리 방출 패터(far filed emission patter)를 제어하기 위해 광을 반사, 산란 및/또는 안내하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 서브 픽셀 측벽은 양자점의 여기 파장에서의 광이 양자점에 의해 방출된 광을 반사 또는 안내할 수 있도록 구조화될 수 있다. 이러한 것은 여기 파장과 방출 파장에서 상이한 굴절률을 갖는 재료로 서브 픽셀의 측벽을 코팅하는 것에 의해 달성될 수 있다.
서브 픽셀은 제1 파장 범위 내의 입사광을 제2 파장 범위 내의 광으로 변환하도록 구성될 수 있다. 다른 서브 픽셀은 서브 픽셀을 통해 광을 투과시키도록 구성될 수 있다. 이러한 것은 서브 픽셀(104a 및 104b)이 청색광을 각각 녹색광 및 적색광으로 변환하고 픽셀(104c)이 청색광을 투과시키는 도 1에 도시되어 있다.
색 변환 서브 픽셀은 복수의 양자점을 포함할 수 있다. 투과 서브 픽셀은 입사 방사선을 흡수하지 않는 재료를 포함할 수 있다.
투과 서브 픽셀은 색 변환 서브 픽셀의 방출 패턴과 유사하도록 투과 패턴을 변경하기 위해 구성된 재료를 포함할 수 있다.
양자점은 전기적, 광학적 특성이 양자 구속 효과(quantum confinement effect)로 인하여 벌크 특성과 다른 크기, 조성, 구조를 갖는 반도체 재료이다. 양자점의 형광성은 광 흡수에 의해 원자가 전자(valence electron)의 여기로부터 기인하고, 여기된 전자가 접지 상태로 복귀함에 따라서 더 낮은 에너지 파장에서의 방출이 이어진다. 양자 구속은 양자점의 크기, 구성 및 구조에 의존하여 가전자대(valence band)와 전도대(conduction band) 사이의 에너지 차이를 변화시킨다. 예를 들어, 양자점이 클수록, 형광성 스펙트럼의 에너지는 낮아진다. 양자점의 광루미네선스 방출 파장은 날카로운 방출 스펙트럼을 가질 수 있고, 높은 양자 효율을 보일 수 있다.
양자점은, 적절한 파장 또는 파장의 범위에서 광을 변환하고, 선택된 파장의 광을 흡수하고, 및/또는 에너지의 하나의 형태를 다른 형태로 변환할 수 있는 막대, 디스크, 장형 회전 타원체(prolate spheroid) 및 결정질, 다결정질 또는 비정질 나노입자와 같은 임의의 적절한 기하학적 구조를 가질 수 있다.
양자점 반도체 재료의 예는, 예를 들어 Ⅱ-Ⅵ족, Ⅲ-V족, Ⅳ-Ⅵ족 반도체 재료를 포함한다. 적합한 양자점 재료는 CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, GaAs, GaP, GaAs, GaSb, HgS, HgSe, HgTe, InAs, InP, InSb, AlAs, AlP 및 AlSb를 포함한다. 적합한 양자점 재료의 다른 예는 InGaP, ZnSeTe, ZnCdS, ZnCdSe 및 CdSeS를 포함한다. 다중 코어 구조가 또한 가능하다. 다중 코어 양자점 구성의 예는 반도체 코어 재료를 갖는 양자점, 산화로부터 코어를 보호하고 격자 일치를 용이하게 하는 얇은 금속층, 및 발광 특성을 향상시키는 쉘을 포함한다. 코어 및 쉘 층은 동일한 재료로 형성될 수 있고, 예를 들어 나열된 반도체 재료 중 임의의 것으로 형성될 수 있다. 금속층은 Zn 또는 Cd를 포함할 수 있다. 양자점의 코어는 양자점의 성능 및/또는 신뢰성을 향상시키기 위해 보다 코어-쉘 경계면에서 일반적으로 발생하는 격자 불일치를 더욱 긴 거리에 걸쳐서 분산시키도록 구성된 차등 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 양자점은 코어-쉘 격자 불일치를 분산시키고 및/또는 여기자 구속(exciton confinement) 및/또는 전자-정공 분포를 제어하고 및/또는 환경을 개선하기 위해 층을 추가할 목적을 위해 다수의 쉘을 포함할 수 있다.
양자점은, 예를 들어, 1㎚ 내지 10㎚, 예를 들어 1㎚ 내지 8㎚, 1㎚ 내지 6㎚, 1㎚ 내지 5㎚, 또는 2㎚ 내지 4㎚의 직경을 가질 수 있다.
복수의 양자점은 0.8 미만의 PDI, 0.7 미만의 PDI, 0.6 미만의 PDI, 0.5 미만의 PDI, 0.4 미만의 PDI, 또는 0.3 미만의 PDI와 같은 다분산 지수(PDI)를 가질 수 있다. 복수의 양자점은, 예를 들어, 0.1 내지 0.8, 0.2 내지 0.7, 또는 0.3 내지 0.6의 PDI를 가질 수 있다. PDI는 광 산란을 사용하여 결정될 수 있다. 예를 들어 동적 광 산란(DLS)은 일반적으로 사용되는 방법이다. 사용 환경에서 양자점의 겉보기 크기에 관한 보다 정확한 결과를 제공할 수 있는 방법은 크기 배제 크로마토그래피(size exclusion chromatography)이다.
FRET를 최소화할 양자점들 사이의 분리를 유지하기 위해, 양자점은 연속적 또는 불연속적일 수 있는 외부 층을 포함할 수 있다. 양자점의 외부 층은 원하는 전자 특성을 제공하고 및/또는 원하는 화학적 특성을 제공하는 것과 같은 하나 이상의 추가 기능을 제공할 수 있다. 양자점은 일반적으로 추가 쉘이 증착될 수 있는 초기 외부 쉘을 가지며, 양자점의 표면은 양자점이 환경과 상호 작용하는 방식을 추가로 변경하는 유기 분자와 같은 리간드(ligand)를 포함할 수 있다. 원하지 않는 비방사성 에너지 전달의 감소는 고대역갭 외부 코팅(들)을 사용하여 및/또는 양자점들 사이의 최소 간격을 확립하도록 리간드를 설계하는 것에 의해 실현될 수 있다.
양자점 코팅은, 예를 들어, 1㎚ 내지 6㎚의 평균 두께를 가질 수 있다.
외부 양자점 층은 단일 층 또는 다수의 층을 포함할 수 있는 코팅을 포함할 수 있다.
양자점 코팅은 파장 선택성 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들어, 파장 선택성 코팅은 청색 파장 범위에서의 광을 투과시키고, 적색 또는 녹색 파장 범위에서의 광에 대해 투과성이도록 구성될 수 있다.
양자점은 반응성 코팅을 포함할 수 있다. 반응성 코팅은 상보적 반응성 작용기와 공반응할 수 있는 미반응 반응성 작용기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 반도체 쉘은 양자점의 반도체 코어를 보호 및 부동태화하기 위해 반도체 코어 상에서 성장될 수 있다. 반도체 쉘은 코어 방출 효율과 안정성을 증가시킨다. 다층 구조가 또한 가능하다. 다층 구조의 예는 발광 특성을 향상시키기 위해, 코어 상에서 성장된 제1 쉘 재료, 이어지는 제2 쉘 재료를 포함한다. 쉘은 양자점으로부터의 방출 스펙트럼과 다른 특정 스펙트럼에서의 광을 흡수하도록 기능할 수 있다.
양자점은 코어-쉘 격자 불일치를 분산시키고, 여기자 구속을 제어하고, 전자-정공 분산을 제어하고, 및/또는 환경 견고성을 개선하기 위한 목적을 위해 다수의 코팅을 포함할 수 있다.
외부 층은, 예를 들어, 금속 산화물 코팅을 포함할 수 있다. 실시형태에 따른 적합한 금속 산화물 코팅은 ZnO, ZrO2, Nb2O3, Sb2O3, NiO, Cu2O, WO3, SnOx, Cr2O3, V2O5, MoO3, ReO3, In2O3, BiVO4 및 SrTiO3를 포함한다.
양자점은 또한 유기 리간드 및/또는 양자점 반도체 코어의 표면 또는 양자점 반도체 코어를 둘러싸는 코팅에 결합된 유기 리간드를 포함할 수 있다. 리간드는 양자점 또는 양자점의 외부 표면의 코팅에 직접 결합될 수 있다.
양자점은 리간드 또는 리간드의 조합을 포함할 수 있다. 리간드 또는 리간드의 조합은 하나 이상의 목적에 기여할 수 있다. 예를 들어, 리간드는 양자점의 응집을 최소화하고, 인접한 양자점들 사이에 간격을 제공하고, 보호 외부 표면을 제공하고, 및/또는 픽셀의 다른 구성과 반응할 수 있는 반응성 작용기를 제공할 수 있다.
리간드는 한쪽 단부가 양자점의 표면에 공유 결합된 선형 또는 분지형 분자를 포함할 수 있다.
양자점은 쉘이 금속 산화물, 금속 황화물 또는 금속 인화물일 수 있는 코어/쉘 구성을 가질 수 있고, 양자점 쉘의 표면과 비공유 배위 결합되는 유기 또는 하이브리드 유기 리간드의 하나 이상의 층을 가질 수 있다.
양자점은 간격 리간드를 포함하는 외부 표면을 포함할 수 있다. 간격 리간드는 서브 픽셀 내에 조립될 때 FRET를 최소화하는 간격을 인접한 양자점들이 유지하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 간격 리간드는 인접한 양자점들 사이에 2㎚ 내지 8㎚, 3㎚ 내지 7㎚, 또는 4㎚ 내지 6㎚와 같은, 인접한 양자점 사이에 1㎚ 내지 10㎚의 간격을 유지할 수 있다. 간격 리간드는 2㎚보다 큰, 3㎚보다 큰, 4㎚보다 큰, 5㎚보다 큰, 6㎚보다 큰, 7㎚보다 큰, 또는 8㎚보다 큰, 인접한 양자점들 사이의 평균 분리를 유지하도록 선택될 수 있다.
리간드는 반응성 리간드를 포함할 수 있다. 반응성 리간드는 하나 이상의 화학적 반응성 작용기를 포함할 수 있다. 반응성 리간드는 공유 결합과 같이, 양자점, 양자점에 결합된 다른 리간드, 또는 양자점의 외부 코팅에 결합될 수 있다.
반응성 리간드는 예를 들어, 다른 양자점의 상보적 작용기와 반응하고, 결합제의 상보적 작용기와 반응하고, 및/또는 유기 또는 무기 입자에 결합된 리간드의 상보적 작용기와 반응하도록 구성될 수 있다.
반응성 작용기는 자외선(UV) 방사선 또는 청색 파장 범위에 있는 방사선과 같은 화학 방사선에 노출될 때 반응하도록 선택될 수 있다.
화학 방사선에 노출될 때 반응성인 화학물질의 예는 티올/엔, 티올/인, 및 (메트)아크릴로일/(메트)아크릴로일과 같은 특정 마이클 수용체(Michael acceptor)를 포함한다. 따라서, 반응성 작용기는 티올, 알켄일, 알킨일 및 (메트)아크릴로일 기로부터 선택될 수 있다.
반응성 리간드는 열 복사에 노출될 때 상보적 작용기와 반응할 수 있다. 열 활성화 경화 화학제는 티올/에폭시 및 티올/마이클 수용체 화학제를 포함한다.
반응성 리간드의 예는 아미노 말단 아크릴레이트, 카복시 말단 아크릴레이트, 설프히드릴 말단 아크릴레이트, 알켄일 말단 아크릴레이트 및 티올 말단 아크릴레이트를 포함한다.
리간드는 양자점과 반응할 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함할 수 있다.
비반응성 리간드는 양자점에 공유 결합할 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함할 수 있고, 비반응성 리간드의 다른 쪽 말단은 서브 픽셀의 다른 구성과 반응할 수 없는 하나 이상의 화학적 모이어티(chemical moiety)를 포함할 수 있다.
반응성 리간드는 양자점에 공유 결합할 수 있는 하나 이상의 작용기를 포함할 수 있고, 반응성 리간드의 다른 쪽 말단은 서브 픽셀의 하나 이상의 다른 구성과 반응할 수 있는 하나 이상의 화학적 모이어티를 포함할 수 있다.
리간드는, 예를 들어, 인접한 양자점 사이, 양자점과 서브 픽셀의 측벽 사이, 및/또는 양자점과 서브 픽셀 내의 유기 및/또는 무기 입자 사이의 접착을 촉진하도록 구성될 수 있다.
적합한 접착 촉진제의 예는 유기 작용성 알콕시실란을 포함한다.
리간드는 서브 픽셀 측벽과 양자점 사이의 최소 거리를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 개시내용에 의해 제공되는 서브 픽셀은 고밀도의 양자점을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브 픽셀은 10 부피% 내지 50 부피% 양자점, 예를 들어 15 부피% 내지 45 부피%, 20 부피% 내지 40 부피%, 또는 25 부피% 내지 35 부피% 양자점을 포함할 수 있고, 여기에서 부피%는 서브 픽셀의 총 부피를 기준으로 한다. 서브 픽셀은, 예를 들어, 10 부피%보다 큰, 15 부피%보다 큰, 20 부피%보다 큰, 25 부피%보다 큰, 30 부피%보다 큰, 35 부피%보다 큰, 40 부피%보다 큰, 또는 45 부피%보다 큰 양자점을 포함할 수 있으며, 여기서 부피%는 서브 픽셀의 총 부피를 기준으로 한다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 50 부피% 미만의 양자점, 예를 들어 45 부피% 미만, 40 부피% 미만, 35 부피% 미만, 30 부피% 미만, 25 부피% 미만, 20 부피% 미만, 또는 15 부피% 미만의 양자점을 포함할 수 있으며, 여기서 부피%은 서브 픽셀의 총 부피를 기준으로 한다.
서브 픽셀 내의 복수의 양자점은 단순 입방체 외에, bcc 및 fcc 패킹 기하학적 구성, 사면체 격자, 또는 hcp를 포함하는 육각형 시스템을 포함하는 입방 격자와 같은 규칙적인 격자로 무작위로 패킹되거나 패킹될 수 있다. bcc 및 fcc 구조가 단순 입방체의 상호 침투하는 경우로서 간주될 수 있지만, QD가 모두 동일하지 않을 때, 특히 코어-쉘 구조는 동일하지만 리간드 구조가 다른 경우를 포함하기 위해 본 명세서에서 언급된다. 예를 들어, 서브 픽셀은 2개 이상의 상이한 리간드 구조를 갖는 양자점을 포함할 수 있으며, 여기서, 하나의 리간드 구조는, 예를 들어, 서브 픽셀의 벽과 상호 작용하도록 구성될 수 있고, 다른 리간드 구조는, 예를 들어, 양자점 기능을 최적화하도록 구성될 수 있다.
서브 픽셀은 복수의 양자점의 각각이 동일한 복수의 양자점을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유사한 양자점은 동일한 반도체 재료를 포함할 수 있고, 동일한 외부 조성을 가질 수 있다.
서브 픽셀은 양자점의 적어도 일부가 복수의 양자점 중 다른 양자점과 다른 복수의 양자점을 포함할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 복수의 양자점은 동일한 반도체 재료를 가질 수 있고, 동일한 평균 직경을 가질 수 있으며, 상이한 외부 코팅을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 복수의 양자점은 제1 반응성 작용기를 포함하는 리간드 또는 코팅을 포함할 수 있고, 제2 복수의 양자점은 제2 반응성 작용기를 포함하는 리간드 또는 코팅을 포함할 수 있다. 제1 반응성 작용기는 제2 작용기와의 반응성일 수 있다.
서브 픽셀은, 예를 들어, 결합제, 유기 입자, 및/또는 유기 입자를 포함할 수 있다.
결합제는 양자점을 보유하기 위한 매트릭스를 제공하도록 선택될 수 있다.
결합제는 복수의 양자점 사이에 삽입할 수 있는 재료로서 제공될 수 있다.
결합제는 양자점의 평균 직경보다 작은 평균 직경을 갖는 미립자와 같은 입자로서 제공될 수 있다.
결합제는 열경화성 조성물 또는 열가소성 조성물을 포함할 수 있다. 열경화성 결합제는 서브 픽셀 캐비티를 양자점-함유 조성물로 채우는 것을 용이하게 하기 위해 낮은 초기 점도를 가질 수 있다. 경화 후에, 결합제는 디스플레이의 다른 구성과 색 변환기를 통합하기 위해 반도체 처리 방법을 사용하는 것을 용이하게 하기 위해 높은 열화 온도(degradation temperature)를 가질 수 있다.
양자점-함유 조성물은 분위기 중의 산소에 노출되어 유발되는 양자점의 열화를 최소화하기 위해 진공 또는 불활성 분위기 하에서 증착 및 경화될 수 있다.
서브 픽셀은 유기 입자 및/또는 무기 입자를 포함할 수 있다.
유기 입자는, 예를 들어, 스페이서 및/또는 결합제로서 기능할 수 있다. 유기 결합제 입자는 예를 들어, 서브 픽셀 내의 양자점 또는 다른 입자 상의 작용기와 반응할 수 있는 반응성 작용기를 포함할 수 있다.
유기 입자는 임의의 적합한 유기 재료로 형성될 수 있다. 유기 입자는 고온을 견디도록 선택될 수 있다. 적합한 고온 중합체의 예는 테트라플루오로에틸렌(ETFE), 에틸렌클로로트라이플루오로에틸렌 ECTFE, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 퍼플루오로알콕시 알칸(PFA), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리아마이드 이미드(PAI), 폴리에터이미드(PEI), 폴리에터케톤(PEK), 폴리에터에터케톤(PEEK), 폴리에터케톤케톤(PEEK), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 프탈로나이트릴, 폴리설폰(PSU), 폴리에터설폰(PES), 폴리프탈아마이드(PPA), PTFE 고온 나일론, 및 이들 중 임의의 것의 조합을 포함한다.
유기 입자는, 예를 들어, 신나메이트계 폴리아크릴레이트, p-히드록시신남산(4HCA), 페룰산(MHCA), 카페산(DHCA), 4-아미노신남산(4ACA)과 같은 신나메이트 유도체로부터 유도된 폴리에스테르계, 또는 사이클로부탄 테트라카복실산 이무수물 및 아미노신나메이트 유도체로부터 유도된 폴리이미드계를 포함할 수 있다.
유기 입자는 열 응력을 견디는 서브 픽셀의 능력을 촉진하기 위해 선택될 수 있다. 적합한 탄성중합체의 예는 폴리에터, 폴리부타다이엔, 플루오로엘라스토머, 퍼플루오로엘라스토머, 에틸렌/아크릴 공중합체, 에틸렌 프로필렌 다이엔 삼원공중합체, 나이트릴, 및 폴리티올아민, 및 이들 중 임의의 것의 조합을 포함한다.
무기 입자는 양자점의 흡수 단면을 향상시키고, 이에 의해 양자점의 파장 변환 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 효율 향상 무기 입자는 은 또는 금을 포함할 수 있다. 파장 변환 효율 향상 입자는 고체 은 또는 금 입자를 포함할 수 있거나 또는 은 또는 금 코팅을 갖는 고체 유기 또는 무기 입자를 포함할 수 있다.
청색광과 같은 입사 방사선을 반사하는 입자는 또한 서브 픽셀 내에서 입사 방사선의 내부 반사를 증가시키는 것에 의해 서브 픽셀을 통한 입사광의 투과를 감소시킬 수 있다.
서브 픽셀은 복수의 양자점이 매립된 유기 매트릭스 재료를 포함할 수 있다. 매트릭스 재료는 열경화성 재료와 같은 가교성 재료를 포함할 수 있다. 매트릭스 재료는 초기에 낮은 점도를 가질 수 있고, 예를 들어 열 에너지 또는 UV 방사선과 같은 화학 방사선에 노출될 때 경화될 수 있다. 매트릭스 재료는 양자점 상의 반응성 리간드, 스페이서 입자, 서브 픽셀의 다른 구성, 및/또는 서브 픽셀 측벽과 화학적으로 반응할 수 있는 화합물을 포함할 수 있다.
매트릭스 재료는 반도체 공정 조건을 포함하는 후속 공정에 대해 안정한 것이 바람직할 수 있다.
서브 픽셀은 방사선을 투과시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 색 변환 서브 픽셀은 청색 파장 범위에서 방사될 수 있다. 비-색 변환 서브 픽셀은 청색광을 투과시키고, 예를 들어 405㎚ 내지 475㎚의 청색 파장 범위에서의 방사선에 투과성인 재료를 포함하도록 구성될 수 있다. 청색 투과성 서브 픽셀은, 예를 들어, 이산화규소 입자 또는 이산화규소 박막과 같은 이산화규소를 포함할 수 있다. 입자는 색 변환 서브 픽셀과 유사한 방출 패턴과 유사한 투과 패턴을 만들도록 구성될 수 있다.
서브 픽셀의 변환 효율은 양자점의 변환 효율뿐만 아니라 기하학적 요인에 의존할 수 있다.
예를 들어, 변환 효율은 (1) 입사 여기 방사선의 기하학적 패턴; (2) 입구의 흡수, 반사 및 기하학적 구성을 포함하는 서브 픽셀에 대한 입구 경계면에서의 손실; (3) 서브 픽셀 측벽 및 벌크 매트릭스 재료에 의한 여기 방사선의 흡수 및 산란; (4) 여기 파장에서 양자점의 흡수 단면; (5) 비방사성 프로세스에 대한 양자점의 효율; (6) 예를 들어 양자점의 형상과 조성에 의존할 수 있는 양자점의 방출 패턴; (7) 여기 파장과 방출 파장 사이의 에너지 차이; (8) 서브 픽셀의 어느 한쪽 말단 상의 코팅의 효과와 양자점에 의한 재흡수를 포함하는 서브 픽셀 내에서 광의 재순환; 및 (9) 가장 중요한 요소 중 하나인 서브 픽셀의 출구 밖으로의 방출 분포에 의해 결정될 수 있다.
양자점의 변환 효율은, 예를 들어, 국부 가열, 열 전도, 열 소산, 재료 흡수, 양자점 표백 및/또는 양자점에서의 결함의 생성 및/또는 활성화와 같은 인자에 의존할 수 잇다.
복수의 서브 픽셀은 임의의 적절한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 서브 픽셀은 정사각형 매트릭스, 삼각 매트릭스, 육각형 매트릭스, 또는 다른 규칙적인 매트릭스 패턴으로서 구성될 수 있다.
복수의 서브 픽셀의 특정 서브 픽셀은 복수의 서브 픽셀의 다른 서브 픽셀에 대해 상이한 높이 및/또는 폭을 포함하는 상이한 치수를 가질 수 있다. 상이한 서브 픽셀 치수는 상이한 강도 또는 포화도를 갖는 서브 픽셀을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
복수의 서브 픽셀은, 예를 들어, 규칙적인 어레이, 규칙적인 패턴 또는 불규칙한 패턴의 형태로 구성될 수 있다.
복수의 서브 픽셀은 서브 픽셀의 하나 이상의 그룹을 포함할 수 있으며, 여기서 하나 이상의 서브 픽셀 그룹의 각각은 상이한 파장에서의 방사선을 방출하거나 투과시킨다.
복수의 서브 픽셀은, 예를 들어, 청색 파장 범위에서의 방사선을 제공할 수 있는 서브 픽셀의 그룹, 녹색 파장 범위에서의 방사선을 제공할 수 있는 서브 픽셀의 그룹, 및 적색 파장 범위에서의 방사선을 제공할 수 있는 서브 픽셀의 그룹을 포함할 수 있다.
적색 및 녹색 파장 범위에서의 방사선을 제공할 수 있는 서브 픽셀의 그룹은 청색 파장 범위에서의 입사 방사선을 변환할 수 있는 복수의 양자점을 포함할 수 있다. 청색 파장 범위에서의 방사선을 제공할 수 있는 서브 픽셀은 청색 방사선에 대해 투과성일 수 있다.
복수의 서브 픽셀은, 예를 들어 405㎚ 내지 475㎚의 파장 범위에서의 청색광이 조사될 때 515㎚ 내지 565㎚의 파장 범위 내의 방사선을 방출할 수 있는 복수의 양자점을 포함하는 서브 픽셀의 그룹을 포함할 수 있다.
복수의 서브 픽셀은, 예를 들어 405㎚ 내지 475㎚의 파장 범위에서의 청색광이 조사될 때 595㎚ 내지 635㎚의 파장 범위 내의 방사선을 방출할 수 있는 복수의 양자점을 포함하는 서브 픽셀의 그룹을 포함할 수 있다.
복수의 서브 픽셀은, 예를 들어 405㎚ 내지 475㎚의 파장 범위에서의 청색광이 조사될 때 450㎚ 내지 475㎚의 파장 범위 내의 방사선을 방출할 수 있는 복수의 양자점을 포함하는 서브 픽셀의 그룹을 포함할 수 있으며, 여기 파장에서의 긴 파장 후부에 있는 2-시그마 지점은 방출 파장보다 작다.
복수의 서브 픽셀은, 예를 들어, 405㎚ 내지 475㎚의 파장 범위에서의 청색광이 조사될 때 650㎚ 내지 750㎚의 파장 범위 내의 방사선을 방출할 수 있는 복수의 양자점을 포함하는 서브 픽셀의 그룹을 포함할 수 있다.
복수의 서브 픽셀은, 예를 들어, 470㎚ 내지 620㎚의 파장 범위에서의 청색광이 조사될 때 650㎚ 내지 750㎚의 파장 범위 내의 방사선을 방출할 수 있는 복수의 양자점을 포함하는 서브 픽셀의 그룹을 포함할 수 있다.
복수의 서브 픽셀은, 예를 들어, 405㎚ 내지 475㎚의 청색 파장 범위에서의 광을 투과시킬 수 있는 복수의 양자점을 포함하는 서브 픽셀의 그룹을 포함할 수 있다.
예를 들어, 복수의 서브 픽셀은, 405㎚ 내지 475㎚의 파장 범위 내의 청색광이 조사될 때 515㎚ 내지 565㎚의 녹색 파장 범위 내의 파장에서 방출할 수 있는 제1 복수의 양자점을 제1 그룹의 서브 픽셀의 각각의 서브 픽셀이 포함하는, 제1 그룹의 서브 픽셀; 405㎚ 내지 475㎚의 파장 범위 내의 청색광이 조사될 때 595㎚ 내지 635㎚의 적색 파장 범위 내의 파장에서 방출할 수 있는 제2 복수의 양자점을 제2 그룹의 서브 픽셀의 각각의 서브 픽셀이 포함하는, 제2 그룹의 서브 픽셀; 및 400㎚ 내지 425㎚의 파장 범위 내의 자색 광(violet light)을 450㎚ 내지 475㎚의 청색 파장 범위로 변환할 수 있는 제3 복수의 양자점을 제3 그룹의 서브 픽셀의 각각의 서브 픽셀이 포함하는, 제3 그룹의 서브 픽셀을 포함할 수 있다.
서브 픽셀의 각각의 그룹은 서브 픽셀의 다른 어레이와 동일하거나 상이할 수 있는 어레이로 독립적으로 구성될 수 있다.
복수의 서브 픽셀의 서브 픽셀의 각각의 그룹은 디스플레이를 제공하기에 적합한 임의의 적절한 타일링 배열(tiling arrangement)로 구성될 수 있다. 서브 픽셀의 어레이는 풀 컬러 디스플레이를 제공하기 위해 인터리빙될(interleaved) 수 있다.
색 변환기를 형성하는 복수의 서브 픽셀 중 특정 서브 픽셀은 양자점을 포함하지 않을 수 있다. 양자점이 없는 서브 픽셀은 입사 방사선을 다른 파장으로 변환하지 않으며, 서브 픽셀을 통해 청색 파장 범위에서의 광과 같은 광을 투과시키도록 의도된다. 이러한 서브 픽셀은, 예를 들어, 90%보다 큰 투과율, 95%보다 큰 투과율 또는 99%보다 큰 투과율과 같은 청색 파장 범위에서의 광에 대해 투과성인 유기 재료로 채워질 수 있다.
색 변환기는 예를 들어, 100개의 서브 픽셀 내지 750,000개의 서브 픽셀, 1,000개의 서브 픽셀 내지 500,000개의 서브 픽셀, 또는 10,000개의 서브 픽셀 내지 100,000개의 서브 픽셀과 같은, 예를 들어, 10개의 서브 픽셀 내지 1,000,000개의 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 색 변환기는 예를 들어, 10개보다 많은 서브 픽셀, 1,000개보다 많은 서브 픽셀, 10,000개보다 많은 서브 픽셀, 100,000개보다 많은 서브 픽셀, 500,000개보다 많은 서브 픽셀, 또는 1,000,000개보다 많은 서브 픽셀을 포함할 수 있다. 색 변환기는, 예를 들어, 2,000,000개 미만의 서브 픽셀, 1,000,000개 미만의 서브 픽셀, 500,000개 미만의 서브 픽셀, 100,000개 미만의 서브 픽셀, 10,000개 미만의 서브 픽셀, 1,000개 미만의 서브 픽셀, 또는 100개 미만의 서브 픽셀을 포함할 수 있다.
색 변환기는 PPI(선형 인치당 픽셀 수), 예를 들어 100 PPI 내지 50,000 PPI, 1,000 PPI 내지 50,000 PPI, 5,000 PPI 내지 50,000 PPI, 또는 10,000 PPI 내지 50,000 PPI를 가질 수 있다.
색 변환기는 PPI, 예를 들어 100 PPI 내지 5,000 PPI, 200 PPI 내지 5,000 PPI, 또는 500 PPI 내지 5,000 PPI를 가질 수 있다.
본 발명에 의해 제공되는 색 변환기는 10㎛ 미만의 두께 및 10,000보다 큰 PPI를 갖는다.
이를 달성하기 위해, 색 변환기는 컬러 서브 픽셀에 대한 청색광의 최소 투과를 갖는 단일 패스 디바이스인 것이 바람직하다. 예를 들어, 청색광이 조사되는 적색 및 녹색 서브 픽셀에 대해, 서브 픽셀이 파장 선택 필터를 포함하지 않고, 각각의 서브 픽셀을 통해 투과되는 청색광이 95%의 색 변환 순도에 대응하는 5% 미만(95 적색으로 나눈 95 적색 광자 + 5 청색 광자)이고, 방출 분포가 상대적으로 좁은 것이 바람직하다. 전체 효율에서 실질적인 이득은 방출 각도를 좁히는 것에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 반구형 방사체는 6 sr을 약간 넘는 방향으로 방사한다. 끼인각이 66°인 방출 원뿔은 1sr에 대한다(subtend).
본 개시내용에 의해 제공되는 색 변환기의 통합을 용이하게 하기 위해, 사용된 재료는 200℃보다 높은 온도와 같은 반도체 공정 온도를 견디는 것이 바람직하다.
그러나, 서브 픽셀이 양자점 및 유기 매트릭스 재료 상의 코팅 및/또는 리간드와 같은 유기 재료를 포함하는 정도까지, 서브 픽셀은 반도체 공정 온도를 견디지 못할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 더 높은 온도를 견딜 수 있는 유기 재료가 요구된다.
색 변환기는 복수의 서브 픽셀 및 하나 이상의 추가 층을 포함하는 색변환층을 포함할 수 있다.
색 변환기는 색변환층의 하부에 있는 기판을 포함할 수 있다. 기판은 색변환층을 제조하는데 사용되는 희생층일 수 있다. 기판은 반도체 기판 또는 금속 기판과 같은 무기 기판을 포함할 수 있다.
색 변환기는 색변환층의 상부에 놓이는 패시베이션층을 포함할 수 있다. 패시베이션층은, 색변환층을 평탄화하는 및/또는 후속 처리 단계 동안 색변환층을 보호하는 역할을 할 수 있다.
색 변환기는 색변환층의 상부 및/또는 색변환층의 하부에 있는 파장 선택 영역을 포함할 수 있다. 파장 선택 영역은, 예를 들어, 브래그 반사기를 포함할 수 있다. 하부 파장 선택 영역은 청색광을 투과시키고 녹색 또는 적색광을 반사하도록 구성될 수 있다. 상부 파장 선택 영역은 적색 또는 녹색 광을 투과시키고 청색 광을 반사하도록 구성할 수 있다.
파장 선택성 층을 포함하는 색 변환기의 예는 도 2에 도시되어 있다. 도 2에 도시된 색 변환기는 투명층(201), 이형층(202), 녹색 서브 픽셀(204a), 적색 서브 픽셀(204b), 및 청색 서브 픽셀(204c)을 포함하는 색변환층(204) 하부에 있는 제1 파장 선택 영역(203), 패시베이션 또는 밀봉층(205), 및 패시베이션층(205) 상부에 놓이는 제2 파장 선택 영역(206)을 포함한다. 투명층(201)은, 예를 들어, 사파이어를 포함할 수 있으며; 이형층(202)은, 예를 들어, GaN 또는 SOI를 포함할 수 있다.
제1 파장 선택 영역(203)은, 예를 들어, 제1 파장 범위 내의 청색광을 투과시키고 녹색광 및 적색광을 반사하도록 구성될 수 있다. 제2 파장 선택 영역(205)은 제1 파장 범위 내의 청색광을 반사하고 제2 파장 범위 내의 녹색광, 적색광, 및 청색광을 투과시키도록 구성될 수 있다. 색변환층 및 픽셀은, 예를 들어, 0.5㎛ 내지 2㎛의 두께를 가질 수 있다.
색변환층은 개별 서브 픽셀 사이에 알루미늄 또는 기타 금속을 포함할 수 있다.
제2 파장 선택 영역은 상이한 서브 픽셀에 걸쳐서 상이한 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 녹색 및 적색 서브 픽셀 상부에 놓이는 제2 파장 선택 영역의 측면 부분은 입사된 청색 방사선을 반사하고 양자점 포함 서브 픽셀에 의해 방출된 녹색 및 적색 방사선을 투과시키도록 구성될 수 있다. 청색 서브 픽셀 상부에 놓이는 제2 파장 선택 영역의 측면 부분은 입사된 청색 방사선을 투과시키도록 구성될 수 있거나 또는 존재하지 않을 수 있고, 청색 서브 픽셀 상부에 놓이는 영역은 SiO2와 같은 광투과성 재료로 채워질 수 있다.
색변환층의 상부에 놓인 파장 선택 영역은, 예를 들어, 460㎚ 미만의 파장에서 광을 반사하도록 구성될 수 있다.
파장 선택 영역은 브래그 반사기를 포함할 수 있고, 예를 들어 SiO2, TiO2, 하프늄 산화물, 탄탈륨 산화물, 및 알루미늄 산화물과 같은 재료의 임의의 적절한 조합을 사용하여 제작될 수 있다.
파장 선택 영역은 색변환층에 의해 방출 및/또는 투과되는 광의 분산을 감소시키도록 구성된 표면을 포함할 수 있다.
색 변환기는 복수의 렌즈를 포함하는 상부 렌즈 어레이를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 각각의 서브 픽셀과 정렬될 수 있고, 픽셀로부터 방출된 방사선의 분산을 좁히도록 구성될 수 있다. 적합한 나노구조화된 표면의 예는 표면 플라즈몬 강화 방출을 향상시키도록 구성된 나노미터 두께의 금속 층을 포함한다.
색 변환기는 색변환층의 하부에 놓인 디커플링 층을 포함할 수 있다. 디커플링 층은 하나의 서브 픽셀로부터 다른 서브 픽셀로 투과되는 광의 커플링을 최소화할 수 있다. 디커플링 층은, 예를 들어, 이산화규소, 무기 산화물, 세라믹, 금속 산화물, 비화학량론적 아산화물(non-stoichiometric suboxide), 실리콘, 설폰, 또는 다른 적합한 유기 재료를 포함할 수 있다.
초고밀도 색 변환기에 있는 양자점 포함 서브 픽셀은 고밀도의 양자점을 포함하는 것이 바람직하다.
종래의 잉크젯 방법을 사용하여 양자점 함유 재료를 캐비티에 증착시키는 것은 양자점의 높은 농도로 인한 높은 재료 점도 및 캐비티 내에 포획될 수 있는 가능성 때문에 어려울 수 있다. 진공 하에서의 잉크젯 증착은 적어도 어느 정도 공기 포획을 최소화할 수 있다.
고밀도의 양자점은 양자점을 포함하는 잉크를 준비하고, 잉크를 서브 픽셀 캐비티에 증착시키고, 양자점을 제거함이 없이 캐비티로부터 매트릭스 재료의 적어도 일부를 제거하는 것에 의해 획득될 수 있다. 매트릭스 재료를 제거하는 것은, 예를 들어, 그 전체에 있어서 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 "Methods of Modifying the Composition of Material Layers"라는 명칭으로 2018년 10월 26일자 출원된 미국 특허 출원 제16/172,562호에 설명된 바와 같은 침투 방법에 의한 겔 증착을 사용하여 달성할 수 있다.
고밀도의 양자점은 양자점으로 서브 픽셀 캐비티를 채우고 결합제를 캐비티에 삽입하는 것에 의해 획득될 수 있다. 결합제는 양자점 사이의 전체 서브 픽셀 자유 부피 내로 삽입되거나 또는 캡핑 층으로 역할을 하여 서브 픽셀의 상부 섹션에 삽입될 수 있다.
고밀도의 양자점은 결합제 입자와 조합하여 양자점으로 서브 픽셀 캐비티를 채우는 것에 의해 획득될 수 있다. 결합제 입자는 양자점과 함께 서브 픽셀 캐비티 내에서 분산되게 된다.
고밀도의 양자점은 반응성 리간드를 포함하는 양자점으로 서브 픽셀 캐비티를 채우는 것에 의해 획득될 수 있다.
잉크, 삽입된 결합제, 결합제 입자 또는 반응성 리간드의 형태인 결합제는 양자점을 고정하기 위해 서브 픽셀과 가교될 수 있다. 결합제 반응은 이용된 경화 화학제에 의존하여 예를 들어 UV 방사선과 같은 화학 방사선을 사용하거나 열적으로 개시될 수 있다.
양자점을 포함하는 잉크는, 예를 들어, 롤러 코팅을 사용하여, 색변환층의 표면을 가로질러 엘라스토머 블레이드를 와이핑하는 것에 의해 캐비티 내로 잉크를 가압함으로써, 또는 스퀴지 코팅에 의해 서브 픽셀 캐비티에 증착될 수 있다. 진공은 높은 종횡비의 캐비티를 채우기 위해 고점도 양자점 함유 잉크의 능력을 조장하기 위해 사용될 수 있다.
자유 유동 미립자로서, 양자점은 서브 픽셀 캐비티가 유동 채널을 통해 채워지고 입자를 고정하기 위해 결합제로 캡핑되는 마이크로 유체 증착 방법을 사용하여 서브 픽셀에 증착시킬 수 있다. 자유 유동 양자점으로 픽셀을 채우는 것은 서브 픽셀에서 결합제의 부피%를 최소화할 수 있고, 이에 의해 서브 픽셀 내에서 양자점의 밀도를 증가시킬 수 있다.
색 변환기는, 예를 들어, 복수의 서브 픽셀을 한정하기 위해 기판 상에 알루미늄층을 증착시키고; 복수의 제1 서브 픽셀에 복수의 제1 양자점을 증착시키고; 제2 복수의 서브 픽셀에 제2 복수의 양자점을 증착시키고; 색 변환기를 형성하는 색 영역의 3개의 색 정점을 제공하기 위해 제3 복수의 서브 픽셀에 광투과성 재료를 증착시키는 것에 의해 제조될 수 있다.
기판은 Al2O3층을 포함할 수 있고; Al2O3층 상부에 놓인 Si3N4 리프트-오프층(lift-off layer); 및 Si3N4 리프트-오프층의 상부에 놓이는 SiO2층을 포함한다.
알루미늄층은 1㎛ 내지 3㎛의 두께를 가질 수 있다.
복수의 캐비티는 예를 들어, 1㎛ 내지 3㎛의 깊이, 1㎛ 내지 3㎛의 폭 및 3㎛ 내지 5㎛의 피치를 가질 수 있다.
색 변환기는 적절한 경우 반사층, 패시베이션층, 및 서브 픽셀 누화 감소층과 같은 추가의 층을 포함할 수 있다.
LED 어레이 상에 색 변환기를 조립하기 위해, 색 변환기는 리프트-오프층을 활성화하고 분리된 색 변환기를 LED 어레이에 정렬시키고, 이어서 접착시키는 것에 의해 기판으로부터 분리될 수 있다.
실시예
본 개시내용에 의해 제공되는 실시형태는 본 개시내용에 의해 제공되는 방법, 조성물, 및 디바이스를 설명하는 다음의 예를 참조하여 추가로 예시된다. 재료 및 방법 모두에 대한 많은 변경이 본 개시내용의 범위를 벗어남이 없이 실시될 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다.
실시예 1
도 3A 내지 도 3J는 상이한 치수를 가지며 상이한 피치의 서브 픽셀의 어레이를 통해 청색광을 투과시켰다. 도 3A 내지 도 3E에 도시된 서브 픽셀은 12.5㎛ 피치의 9.6㎛의 직경을 가지며(도 3A); 6㎛ 피치의 3.6㎛의 직경을 가지며(도 3B); 3.3㎛ 피치의 1.4㎛의 직경을 가지며(도 3C); 2.8㎛ 피치의 1.4㎛의 직경을 가지며(도 3D); 그리고 2.3㎛ 피치의 1.4㎛의 직경을 갖는다(도 3E).
도 3F 내지 도 3J는 200X 배율을 가진 대응하는 서브 픽셀 어레이를 도시한다.
실시예 2
도 4는 500X 배율에서 2.8㎛ 피치의 1.4㎛의 직경을 갖는 서브 픽셀 윈도우를 도시한다.
실시예 3
도 5A 내지 도 5C는 각각 청색, 녹색 및 적색 서브 픽셀을 도시한다. 서브 픽셀의 9.6㎛의 직경 및 2㎛의 두께를 갖는다. 도 5A는 하부 LED 어레이로부터 서브 픽셀 어레이를 통한 청색광의 투과를 도시한다. 도 5B는 청색 LED 광으로 조사된 양자점으로부터의 녹색광 방출을 나타낸다. 청색광으로부터 녹색광으로의 양자 전환 효율은 74%이었으며, 청색광의 누출은 12%였다. 도 5C는 청색 LED 광으로 조사된 양자점으로부터의 적색광 방출을 도시한다. 청색광으로부터 적색광으로의 양자 전환 효율은 57%이었으며, 청색광 누출은 21%였다.
녹색 및 적색 양자점 포함 서브 픽셀은 양자점 함유 잉크를 우물에 가압하는 것에 의해 준비되었다.
실시예 4
도 6A 내지 도 6C는 2㎛의 깊이를 갖는 2.8㎛ 직경의 서브 픽셀(도 6A 및 도 6B) 및 3.3㎛ 직경의 서브 픽셀(도 6C)의 어레이를 도시한다. 배율은 200X 및 500X(삽입)이다.
실시예 5
도 7은 서브 픽셀 캐비티를 갖는 색변환층의 예를 도시한다. 구조는 Al2O3 기판(701), 0.1㎛ 두께의 Si3N4 리프트-오프층(702), 500㎚ 두께의 SiO2층(703), 알루미늄(706)에 의해 분리된 서브 픽셀(705)을 포함하는 2㎛ 두께의 층(704), 및 0.2㎛ 두께의 SiO2의 층을 포함한다. 서브 픽셀(795)은 양자점-함유 조성물로 채워지며, 1.3㎛ 피치에서 0.7㎛의 폭이다.
실시예 6
도 8A 내지 도 8F는 색 변환기를 제조하는데 사용되는 단계들의 예를 도시한다. 도 8A는 Al2O3 웨이퍼(802), 0.1㎛ 두께의 Si3N4층(803), 및 0.5㎛ 두께의 SiO2층(804)을 포함하는 기판(801)의 세부사항을 도시한다. 도 8B에서, 알루미늄층(805)은 기판(801) 상에 증착되었다. 레지스트(806)는 알루미늄층(805) 및 크롬 에칭 마스크(807) 상에 선택적으로 증착되었다. 도 8C는 서브 픽셀(808)을 한정하기 위한 에칭 후의 구조를 도시한다. 도 8D에 도시된 바와 같이, 특정 서브 픽셀은 적색광 방출 양자점 조성물(809)로 채워진다. 이어서, 적색 서브 픽셀은 도 8E에 도시된 바와 같이 SiO2(810)와 같은 보호층으로 코팅되고, 녹색광 방출 양자점 조성물(811)은 도 8F에 도시된 바와 같이 선택된 서브 픽셀에 증착된다. 청색 투과 서브 픽셀(812)은 투과성 재료로 채워지고, 색변환층은 보호층(도시되지 않음)으로 코팅될 수 있다.
마지막으로, 본 명세서에 개시된 실시형태를 구현하는 대안적인 방법이 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 본 실시형태는 예시적인 것으로 간주되어야 하고 제한적이지 않은 것으로 간주되어야 한다. 또한, 청구범위는 본 명세서에서 제공된 세부 사항으로 제한되지 않으며 그 전체 범위 및 그 등가물에 대한 자격을 갖는다.

Claims (30)

  1. 초고밀도 발광 다이오드 어레이를 위한 색 변환기로서,
    상기 색 변환기는,
    기판; 및
    상기 기판 상부에 놓이는 제1 그룹의 서브 픽셀을 포함하는 색변환층
    을 포함하되,
    상기 제1 그룹의 서브 픽셀은 제1 복수의 양자점을 포함하고;
    제1 복수의 서브 픽셀은 제1 파장 범위 내의 광을 방출하고;
    각각의 서브 픽셀은,
    30㎛3 미만의 부피;
    1㎛ 내지 3㎛의 두께;
    5㎛ 미만의 피치; 및
    10 부피% 내지 50 부피%의 부피 내의 양자점의 밀도
    를 독립적으로 포함하고, 이때 부피%는, 양자점의 총 부피에서 임의의 리간드 또는 다른 삽입(interstitial) 재료를 뺀 값을 서브 픽셀의 총 부피로 나눈 값을 기준으로 하는, 색 변환기.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 서브 픽셀은 2:1 내지 10:1의 종횡비(높이:폭)를 특징으로 하는, 색 변환기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 색 변환기가, 컬러 픽셀을 만드는 각각의 서브 픽셀에 대해 하나씩 추가적인 복수의 서브 픽셀을 더 포함하고, 상기 추가적인 복수의 서브 픽셀은 추가 파장 범위 내의 광을 투과시키도록 구성된, 색 변환기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 추가적인 복수의 서브 픽셀 중 하나는 양자점 색 변환 재료를 함유하지 않고, 상기 추가적인 복수의 서브 픽셀을 제공하기 위하여 펌프 파장을 통과시키도록 구성된, 색 변환기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 파장 범위 내의 광, 제2 파장 범위 내의 광, 및 제3 파장 범위 내의 광은 상기 색 변환기를 특징화하는 색 영역의 3개의 색 정점을 한정하는, 색 변환기.
  6. 제1항에 있어서, 상기 색변환층은 복수의 픽셀을 포함하고, 각각의 상기 복수의 픽셀은 1 내지 5개의 서브 픽셀을 포함하는, 색 변환기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 색변환층은 100 내지 50,000의 PPI(선형 인치당 픽셀 수)를 특징으로 하는, 색 변환기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 그룹의 픽셀의 각각의 서브 픽셀, 및 제2 그룹의 픽셀의 각각의 픽셀은 66°미만의 방출 원뿔을 특징으로 하는, 색 변환기.
  9. 제1항에 있어서, 각각의 서브 픽셀은 복수의 변환 향상 입자를 포함하는, 색 변환기.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 서브 픽셀은 결합제를 포함하는, 색 변환기.
  11. 제1항에 있어서, 상기 복수의 양자점은 간격 리간드를 포함하는, 색 변환기.
  12. 제1항에 있어서, 상기 복수의 양자점은 반응성 리간드를 포함하는, 색 변환기.
  13. 제12항에 있어서, 상기 반응성 리간드는 결합제, 입자, 측벽, 상보적 반응성 리간드, 및/또는 양자점의 리간드 및/또는 코팅과 화학적으로 반응하도록 구성된, 색 변환기.
  14. 제1항에 있어서, 각각의 상기 제1 그룹의 서브 픽셀 및 상기 제2 그룹의 서브 픽셀은 405㎚ 내지 475㎚의 파장 범위 내의 광이 조사될 때 70% 초과의 색 변환 효율을 나타내며; 색 순도는 90% 초과이며, 이는, 상기 서브 픽셀을 통한 펌프 광(pump light)의 투과가 10% 미만인 것에 대응하는 것인, 색 변환기.
  15. 제1항에 있어서, 405㎚ 내지 475㎚의 파장 범위 내의 청색광이 조사될 때, 상기 제1 그룹의 서브 픽셀은 515㎚ 내지 565㎚의 녹색 파장 범위에서 방출할 수 있으며; 상기 제2 그룹의 서브 픽셀은 565㎚ 내지 650㎚의 적색 파장 범위에서 방출할 수 있는, 색 변환기.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 그룹의 서브 픽셀 및 상기 제2 그룹의 서브 픽셀은 인터리빙되는(interleaved), 색 변환기.
  17. 제1항에 있어서, 상기 색변환층의 하부 및/또는 상기 색변환층의 상부에 놓이는 패시베이션층(passivation layer)을 더 포함하는 색 변환기.
  18. 제1항에 있어서, 상기 색변환층의 하부 및/또는 상기 색변환층의 상부에 놓이는 선택적 파장 반사층을 더 포함하는 색 변환기.
  19. 제1항에 있어서, 상기 색변환층의 하부에 놓이는 광 디커플링 층을 더 포함하는 색 변환기.
  20. 제15항에 있어서, 상기 색 변환기가, 상기 색변환층의 상부에 놓이는 구조화된 층을 더 포함하고, 상기 구조화된 층은, 상기 제1 그룹의 서브 픽셀 및 상기 제2 그룹의 서브 픽셀에 의해 방출된 광을 집속하도록 구성된, 색 변환기.
  21. 발광 다이오드 어레이; 및
    상기 발광 다이오드 어레이 상부에 놓이고 상기 발광 다이오드 어레이와 광학적으로 결합되는 제1항의 색 변환기
    를 포함하는, 광학 디스플레이.
  22. 제21항에 있어서, 상기 발광 다이오드 어레이 하부에 놓이고 상기 발광 다이오드 어레이와 전기적으로 상호 연결되는 회로층을 포함하는, 광학 디스플레이.
  23. 제21항의 광학 디스플레이를 포함하는, 전자 디바이스.
  24. 색변환층을 제조하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    복수의 캐비티를 한정하기 위해 기판에 알루미늄층을 증착시키는 단계;
    상기 복수의 캐비티의 제1 부분 내로, 제1 복수의 양자점을 포함하는 제1 색 변환 재료를 증착시키는 단계; 및
    상기 복수의 캐비티의 제2 부분 내로, 제2 복수의 양자점을 포함하는 제2 색 변환 재료를 증착시키는 단계
    를 포함하되;
    상기 복수의 캐비티의 각각은,
    30㎛3 미만의 부피;
    1㎛ 내지 3㎛의 두께;
    5㎛ 미만의 피치; 및
    10 부피% 내지 50 부피%의 부피 내의 양자점의 밀도
    를 독립적으로 포함하고, 이때 부피%는 서브 픽셀의 총 부피를 기준으로 하는, 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 색 변환기를 특징화하는 색 영역의 3개의 색 정점을 제공하기 위해, 상기 복수의 캐비티의 제3 부분 내로 색 변환 재료를 증착시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 제2 색 변환 재료의 어레이를 증착시킨 후에, 중합 반응을 개시하는 단계를 더 포함하는 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 제1 색 변환의 어레이를 증착시키는 단계는 겔 침투에 의해 증착시키는 것을 포함하는, 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 증착시키는 단계는 복수의 양자점을 포함하는 잉크를 상기 캐비티 내로 도포하는 것을 포함하는, 방법.
  29. 제24항에 있어서, 상기 증착시키는 단계는 양자점을 포함하는 자유 유동 조성물을 상기 캐비티 내로 증착시키는 것을 포함하는, 방법.
  30. 제24항의 방법에 의해 제조된 색 변환기.
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