KR20240101855A - 양자점 컬러 변환 재료를 포함하는 발광 디바이스들 및 그것의 제조 방법 - Google Patents

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어니스트 씨 리
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Abstract

발광 디바이스는 캐비티 벽들에 의해 경계지어지는 제 1 광학 캐비티, 제 1 광학 캐비티 내에 위치되고 청색 또는 자외선 방사선의 제 1 입사 광자들을 방출하도록 구성된 제 1 발광 다이오드, 제 1 발광 다이오드 위에 위치되고 발광 다이오드에 의해 방출된 제 1 입사 광자들을 흡수하고 제 1 입사 광자들의 피크 파장보다 더 긴 피크 파장을 갖는 제 1 변환된 광자들을 생성하도록 구성된 제 1 컬러 변환 재료, 및 제 1 컬러 변환 재료 위에 위치되고 제 1 입사 광자들을 흡수 또는 반사하고 제 1 변환된 광자들을 투과시키도록 구성된 제 1 컬러 선택기를 포함한다.

Description

양자점 컬러 변환 재료를 포함하는 발광 디바이스들 및 그것의 제조 방법
관련 출원
본 출원은 2021년 11월 16일자로 출원된 미국 가 특허 출원 제 63/279,964 호로부터 우선권의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 참조에 의해 본원에 포함된다.
분야
본 개시는 발광 디바이스, 특히 컬러 변환 재료를 갖는 광학 캐비티 내에 형성된 발광 다이오드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
배경
발광 디바이스는 랩탑 및 텔레비전에서 액정 디스플레이의 백라이트와 같은 전자 디스플레이에 사용된다. 발광 디바이스는 발광 다이오드(Light Emitting Diode; LED) 및 빛을 방출하도록 구성된 다양한 유형들의 전자 디바이스를 포함한다.
LED와 같은 발광 디바이스의 경우, 발광 파장은 사이즈 의존 양자 구속 효과(size dependent quantum confinement effect)와 함께 LED의 활성 영역(active region)의 밴드 갭에 의해 결정된다. 종종 활성 영역은 하나 이상의 벌크 반도체 층들 또는 양자 웰들(quantum wells; QW)을 포함한다. GaN계 디바이스와 같은 III족-질화물계 LED 디바이스의 경우, 활성 영역(예를 들어, 벌크 반도체 층 또는 QW 웰 층) 재료는 삼원계일 수도 있으며, InxGa1-xN 과 같은 조성을 가질 수도 있으며, 여기서 0 < x < 1 이다.
이러한 III족-질화물 물질들의 밴드갭(band gap)은 활성 영역에 포함된 In 의 양에 의존한다. 더 높은 인듐 혼입은 더 작은 밴드 갭 및 따라서 방출된 광의 더 긴 파장을 산출한다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "파장(wavelength)"은 LED의 피크 방출 파장을 지칭한다. 반도체 LED의 전형적인 방출 스펙트럼은 피크 파장을 중심으로 하는 좁은 파장 대역이라는 것이 이해되어야 한다.
요약
일 실시양태의 발광 디바이스(light emitting device)는, 적어도 하나의 제 1 캐비티 벽(cavity wall)에 의해 경계지어지는(bounded) 제 1 광학 캐비티(optical cavity), 제 1 광학 캐비티 내에 위치되고 청색 또는 자외선 방사선의 제 1 입사 광자들(incident photons)을 방출하도록 구성된 제 1 발광 다이오드, 제 1 발광 다이오드 위에 위치되고 발광 다이오드에 의해 방출된 제 1 입사 광자들을 흡수하고 제 1 입사 광자들의 피크 파장보다 더 긴 피크 파장을 갖는 제 1 변환된 광자들을 생성하도록 구성된 제 1 컬러 변환 재료(color conversion material), 및 제 1 컬러 변환 재료 위에 위치되고 제 1 입사 광자들을 흡수 또는 반사하고 제 1 변환된 광자들을 투과(transmit)시키도록 구성된 제 1 컬러 선택기를 포함한다.
발광 디바이스들의 어레이(array of light emitting devices)를 형성하는 일 실시양태의 방법은 매트릭스 재료(matrix material) 내에 제 1 비아(via)를 형성하는 단계, 제 1 컬러에 대응하는 컬러 변환 재료 층의 제 1 부분(portion)을 형성하기 위해 제 1 비아 내에 제 1 복수의 양자점들(quantum dots)을 디포짓(deposit)하는 단계, 매트릭스 재료 내에 제 2 비아를 형성하는 단계, 제 2 컬러에 대응하는 컬러 변환 재료 층의 제 2 부분을 형성하기 위해 제 2 비아 내에 제 2 복수의 양자점들을 디포짓하는 단계, 매트릭스 재료 내에 제 3 비아를 형성하는 단계, 및 제 3 컬러에 대응하는 컬러 변환 재료 층의 제 3 부분을 형성하기 위해 제 3 비아 내에 제 3 복수의 양자점들을 디포짓하는 단계를 포함한다. 제 1 복수의 양자점들은 제 1 발광 다이오드 위에 위치되고, 제 2 복수의 양자점들은 제 2 발광 다이오드 위에 위치되고, 제 3 복수의 양자점들은 제 3 발광 다이오드 위에 위치된다.
도 1a는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 1b는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 1c는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 1d는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 수직 단면도이다.
도 1e는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 추가적인 어레이의 수직 단면도이다.
도 2a는 다양한 실시양태들에 따른, 내부에 형성된 복수의 비아들을 갖는 제 1 패터닝된 매트릭스의 상부 투시도이다.
도 2b는 다양한 실시양태들에 따른, 내부에 형성된 복수의 비아들을 갖는 제 2 패터닝된 매트릭스의 상부 투시도이다.
도 3a는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3b는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3c는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3d는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3e는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3f는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3g는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3h는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3i는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3j는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3k는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 3l은 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4a는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4b는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4c는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4d는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4e는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4f는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4g는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4h는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4i는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4j는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4k는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4l은 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4m은 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4n은 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4o는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 4p는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 5a는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 5b는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 5c는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 5d는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 5e는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 5f는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
도 5g는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조의 수직 단면도이다.
상세한 설명
직접 뷰 디스플레이와 같은 디스플레이 디바이스는 픽셀들의 순서화된 어레이로부터 형성될 수도 있다. 각각의 픽셀은 각각의 피크 파장에서 광을 방출하는 서브픽셀들의 세트를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 픽셀(pixel)은 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀 및 청색 서브픽셀을 포함할 수도 있다. 각각의 서브픽셀(subpixe)은 특정 파장의 광을 방출하는 하나 이상의 발광 다이오드를 포함할 수도 있다. 전통적인 배열은 각각의 픽셀 내에 적색, 녹색 및 청색(RGB) 서브픽셀들을 갖는 것이다. 각각의 픽셀은 백플레인 회로에 의해 구동되어, 색역(color gamut) 내의 임의의 색 조합이 각각의 픽셀에 대한 디스플레이 상에 보여질 수도 있다. 디스플레이 패널은 LED 서브픽셀들이 백플레인 상에 위치된 접합 패드에 솔더링되거나, 그렇지 않으면 전기적으로 부착되는 프로세스에 의해 형성될 수도 있다. 접합 패드는 백플레인 회로 및 다른 구동 전자기기에 의해 전기적으로 구동될 수도 있다.
다양한 실시양태들은 수직 캐비티 구조(vertical cavity structure)에서 광자 펌핑된 양자점들을 사용하여 더 짧은 파장의 여기원으로부터 고효율 적색, 녹색, 청색 및/또는 다른 컬러 픽셀화된 광을 생성하도록 구성된 발광 디바이스를 제공한다. 5 내지 20 미크론과 같이 100 미크론 미만의 길이 및 폭을 갖는 실시양태의 미크론-스케일 발광 다이오드(마이크로-LED)가 디스플레이 디바이스들에 사용될 수도 있다. 이 부상하는 기술은 디스플레이 디바이스의 각각의 픽셀 위치에서 개별 LED들을 사용함으로써 궁극적인 블랙 레벨을 제공한다. 또한, 각각의 픽셀은 단일 컬러의 광을 생성하도록 구성될 수도 있다. 개별 LED들이 부착될 수도 있는 백플레인은 박막 트랜지스터(TFT) 구조들, 실리콘 CMOS, 또는 각각의 LED에 전압 또는 전류를 독립적으로 인가하도록 구성될 수도 있는 다른 드라이버 회로를 갖는 기판(예를 들어, 플라스틱, 유리, 반도체 등)을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 백플레인은 유리 또는 플라스틱 기판 상의 TFT들, 또는 벌크 실리콘 기판 상의 또는 SOI(silicon-on-insulator) 기판 상의 벌크 실리콘 트랜지스터들(예를 들어, CMOS 구성의 트랜지스터들)을 포함할 수도 있다. 마이크로-LED들이 아래의 실시양태들에서 설명되지만, 100 미크론보다 큰 사이즈(예를 들어, 폭 및 길이)를 갖는 다른 타입들의 LED들(예를 들어, 나노와이어 또는 다른 나노구조 LED들) 또는 매크로-LED들이 또한 마이크로-LED들 대신에 또는 그에 부가하여 사용될 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
일부 실시양태들에서, 각각의 마이크로-LED의 사이즈는 직접 뷰 디스플레이 디바이스 또는 다른 디스플레이 디바이스와 같은 특정 디스플레이 디바이스에 사용되는 픽셀들의 피치보다 작을 수도 있다. 예를 들어, 300 ppi 디스플레이는 대략 85 미크론의 피치를 갖는 픽셀들을 가질 수도 있는 반면, 이러한 디스플레이를 위한 전형적인 마이크로-LED는 대략 20 미크론인 폭을 가질 수도 있다. 인듐-도핑된 GaN 재료를 포함하는 마이크로-LED들(즉, GaN의 인듐 도핑에 의존하는 컬러를 방출하는 LED들)은 GaN 결정 구조들의 인듐 도핑과 연관된 어려움들로 인해 LED 사이즈(예를 들어, 10 미크론 미만의 사이즈들)가 감소함에 따라 효율 및 균일성의 저하를 겪을 수도 있다. 따라서, 그들의 활성 영역들에서 더 높은 인듐 함량을 이용하는 더 긴 피크 파장 방출 III-질화물 마이크로-LED들(예를 들어, 적색 LED들)은 열화된 인듐 도핑으로 인해 불충분한 효율 및 균일성을 가질 수도 있다.
본 개시의 일부 실시양태들은 광자 펌핑된 컬러 변환 재료와 결합된 도핑되지 않은 GaN 활성 영역을 갖는 LED(예를 들어, GaN 발광 활성 층을 갖는 마이크로-LED) 또는 낮은 인듐 도핑된 InGaN 활성 영역을 갖는 마이크로-LED(예를 들어, 낮은 인듐 함량 InGaN 발광 활성 층을 갖는 마이크로-LED)에 기초한 광자 방출기를 포함한다. 이러한 LED들은 자외선(UV) 방사선 또는 청색 광 스펙트럼 영역(예를 들어, 370 내지 460 nm, 예컨대 390 내지 420 nm, 예를 들어 400 내지 410 nm)에서 피크 방출 파장을 갖는 자외선(UV) 방사선 또는 청색 발광 마이크로-LED들일 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 청색 광 스펙트럼 영역은 인간 관찰자에 의해 인지되는 바와 같은 청색 및 자색 컬러들을 포함한다.
일 실시양태에서, 컬러 변환 재료는 양자점들을 포함할 수도 있다. 양자점들은 GaN 방출기에 의해 생성된 광자들(photons)을 흡수하고 양자점들의 특성들(예를 들어, 양자점 사이즈 및 재료 조성)에 따라 다양한 컬러들의 광을 생성하도록 구성될 수도 있다. 이러한 구조들은 작은 GaN 구조들의 인듐 도핑과 관련된 문제들을 회피한다.
증강 현실(AR) 디스플레이들(예를 들어, 스마트 안경) 및 다른 애플리케이션들에 적합한 사이즈 체제(즉, 10 미크론 미만의 사이즈들)에서, 다양한 컬러들을 생성하기 위해 도핑되지 않은 GaN 또는 낮은 인듐 도핑된 GaN LED 활성 영역 및 광자적으로 펌핑된 양자점들의 사용은 마이크로-LED들의 어레이에 걸쳐 더 양호한 균일성을 갖는 디스플레이 디바이스들을 제공할 수도 있다. 이러한 어레이들은 또한 비교적 높은 인듐 도핑된 GaN에 기초한 유색 LED들(예를 들어, 청색 LED들보다 더 많은 양의 인듐을 포함하는 적색 LED들)을 갖는 시스템들보다 더 높은 효율을 나타낼 수도 있다. 증가된 효율 및 균일성은 양자점들이 사이즈 및 재료 조성의 균일도가 높은 양자점들로 제조될 수도 있기 때문에 달성될 수도 있다. 이러한 균일한 양자점들은 대응하는 균일한(즉, 좁은 선폭) 방출 특성들을 갖는다.
마이크로-LED들에 의해 방출된 광의 추출은 감소하는 픽셀 피치 및 마이크로-LED 사이즈에 따라 점점 더 어려워질 수도 있다. 개시된 실시양태들은 흡수 표면들로의 광자들의 손실을 회피함으로써 높은 효율을 유지하면서, 양자점들에 의해 생성된 광자들의 (예를 들어, 특정 방향을 따른) 개선된 광학 추출(optical extraction)을 제공한다. 개시된 시스템들은 또한 펌프 광자들이 디바이스를 빠져나가는 것을 방지하거나 감소시킬 수도 있고, 이에 의해 주어진 마이크로-LED에 의해 방출된 컬러의 순도를 보장할 수도 있다. 이는 광 추출 재료 층을 포함하고, 마이크로 렌즈 및/또는 분산 브래그 반사기(distributed Bragg reflector; DBR)와 같은 다른 광 추출 구조들을 포함하는 반사성인 광학 캐비티 벽을 형성함으로써 달성될 수도 있다.
도 1a는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 중간 구조(100a)의 수직 단면도이다. 중간 구조(100a)는 기판(104) 상에 형성된 복수의 마이크로 LED들(102)을 포함할 수도 있다. 전술한 바와 같이, 마이크로-LED들(102)은 UV 복사 또는 청색 광 스펙트럼 영역에서 피크 방출 파장을 갖는 마이크로-LED들(예를 들어, UV 또는 청색 LED들로도 지칭되는 UV 또는 청색 방출 마이크로-LED들)을 포함할 수도 있다. 이러한 LED들은 자외선(UV) 광자들 및/또는 청색 스펙트럼 범위 광자들을 방출하도록 구성되는 도핑되지 않은 GaN 활성 영역들을 포함할 수도 있다.
일 실시양태에서, 마이크로-LED들(102)은 LED의 상부에 위치되고 기판(104)으로부터 멀리 향하는 적어도 하나의 전극(103)을 가질 수도 있다. 전극(103)은 애노드 또는 캐소드 전극을 포함할 수도 있다. 일 실시양태에서, 타이어 마이크로-LED들(102)은 제 2 전극(명확성을 위해 도시되지 않음)이 기판(104)과 마이크로-LED(102)의 하부 사이에 위치되는 수직 LED들을 포함할 수도 있다. 다른 실시양태에서, 마이크로-LED들은 양 전극들이 LED의 동일한 측면 상에(예를 들어, LED의 상부 또는 하부 측면들 상에) 위치되는 측방향 LED들을 포함할 수도 있다.
기판(104)은 전극들(전극들(103)을 포함함)을 통해 마이크로-LED들(102)에 전압들 및 전류들을 공급하여 마이크로-LED들(102)에 의한 광 방출을 제어하도록 구성된 전기 회로(예를 들어, TFT 및/또는 CMOS 회로들)를 갖는 백플레인일 수도 있다. 백플레인은 LED들을 구동하기 위한 능동 또는 수동 매트릭스 백플레인 기판일 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "백플레인 기판(backplane substrate)"은 다수의 디바이스를 그 위에 부착하도록 구성된 임의의 기판을 지칭한다. 일 실시양태에서, 백플레인은 실리콘, 유리, 플라스틱, 및/또는 그에 부착된 디바이스들에 구조적 지지를 제공할 수도 있는 적어도 다른 재료를 포함하는 기판을 포함할 수도 있다. 일 실시양태에서, 백플레인 기판은, 금속화 라인들을 포함하는 금속 상호연결 구조들(도시되지 않음)이, 예를 들어, 십자형 그리드로 존재하고 각각의 LED에 대한 전용 능동 디바이스들(예를 들어, TFT들)이 존재하지 않는 수동 백플레인 기판일 수도 있다. 다른 실시양태에서, 백플레인 기판은 전도성 라인들의 십자형 그리드로서 금속 상호연결 구조들을 포함하고 전도성 라인들의 십자형 그리드의 하나 이상의 교차점들에서 각각의 LED에 대한 전용 능동 디바이스들(예를 들어, CMOS 트랜지스터들 또는 TFT들)을 더 포함하는 능동 백플레인 기판일 수도 있다.
도 1b는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조(100b)의 수직 단면도이다. 중간 구조(100b)는 마이크로-LED들(102) 위에 형성된 복수의 광학 캐비티들(106)을 포함한다. 각각의 광학 캐비티는 캐비티 벽들(108)에 의해 경계지어질 수도 있다. 광학 캐비티들(106)은 비교적 얇은 측벽들(108)을 갖는 높은 종횡비 캐비티들(예를 들어, 직경이 5 미크론 이하, 예컨대, 1-2 미크론, 및 높이가 10 미크론 이상, 예컨대, 20-30 미크론)을 형성하기에 적합한 기계적 특성들을 갖는 반사성 재료를 사용하여 구성될 수도 있다. 캐비티 벽들(108)은 1 내지 2 미크론을 포함하여 0.5 내지 5 미크론과 같은 10 미크론 미만의 두께를 가질 수도 있다. 캐비티 벽들(108)은 절연 매트릭스를 형성한다.
매트릭스 재료는 열 증발 프로세싱 스텝들 및 용매 기반 유체 디포지션들 및 증발 둘 다와 양립가능하도록 선택될 수도 있다. 하나의 그러한 매트릭스 재료는 알루미나이지만, 실리카, 티타니아, 또는 다른 절연 금속 산화물 재료들이 사용될 수도 있다. MEMS(micro-electromechanical) 디바이스들을 제조하는 데 통상적으로 사용되는 다양한 재료들이 전기 절연 재료(예를 들어, 알루미나)로 제조된 캐비티 벽들(108)에 의해 경계가 정해지는 광학 캐비티들(106)을 형성하는 데 사용될 수도 있다. 이러한 재료들은 비교적 높은 굴절률을 가지며 높은 종횡비를 갖는 구조들을 형성하기에 적합하다. 이러한 매트릭스 재료의 층(도 Ib에 도시되지 않음)은 기판(104) 상에 위치된 마이크로-LED(102) 어레이 상에 성장 또는 디포짓될 수도 있고, 에칭 및 다른 마이크로 머시닝 접근법들과 같은 기법들이 재료 내에 광학 캐비티들(106)을 생성하기 위해 사용될 수도 있다. 도 2a는 캐비티 벽들(108)에 의해 경계지어진 다수의 원통형 광학 캐비티들(106)을 갖는 매트릭스(200a)의 상부 투시도이다. 도 2b는 캐비티 벽들(108)에 의해 경계지어진 복수의 육각형 광학 캐비티들(106)을 갖는 매트릭스(200b)의 상부 투시도이다.
일 실시양태에서, 마이크로-LED들(102)의 애노드 또는 캐소드 전극(103)에 전압이 인가될 수도 있고, 이에 의해 에칭 바이어스의 일 측면을 형성한다. 예를 들어, 매트릭스(200a 또는 200b)(즉, 캐비티 벽들(108))가 알루미나를 포함하는 경우, 다공성 알루미나는 양극 산화(anodic oxidation)에 의해 형성될 수도 있다. 이 실시양태에서, 알루미늄 금속 층이 마이크로-LED들(102) 위에 디포짓될 수도 있고, 그 다음 전기화학적으로 양극산화되어 양극 알루미나 벽들(108)에 의해 경계가 정해지는 광학 캐비티들(즉, 기공들)(106)을 갖는 다공성 양극 알루미나 매트릭스를 형성할 수도 있다. 알루미늄 층을 포함하는 기판(104)은 산 전해질(예를 들어, 옥살산, 크롬산, 황산 및/또는 인산) 내에 배치되고, 전압이 마이크로-LED들(102)의 전극들(103) 및/또는 외부 전극에 인가되어, 알루미나 캐비티 벽들(108)에 의해 경계지어지는 광학 캐비티들(즉, 기공들)(106)을 포함하는 다공성 양극 알루미나 매트릭스를 형성한다. 광학 캐비티들(106)은 양극 알루미나 매트릭스(anodic alumina matrix)에서 육각형 어레이로 배열될 수도 있다.
도 1c는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조(100c)의 수직 단면도이다. 중간 구조(100c)는 마이크로-LED들의 어레이(102) 위의 광학 캐비티들(106)에 형성된 광 추출 재료 층(110) 및 컬러 변환 재료(112a, 112b, 1 12c, 112d)를 포함할 수도 있다. 광 추출 재료 층(10)은 캐비티 벽들(108)을 형성하는 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가질 수도 있다. 예를 들어, 광 추출 재료 층(110)은 알루미나 캐비티 벽들(108)에 대해 1.7 미만, 예컨대 1.3 내지 1.5의 굴절률을 가질 수도 있다. 더 낮은 굴절률의 광 추출 재료 층(110)은 펌프 광자들(즉, 마이크로-LED들(102)에 의해 생성된 광자들)이 캐비티 벽들(108)에 의해 흡수되거나 그를 통해 투과되기보다는 캐비티 벽들(108)로부터 반사되게 할 수도 있다. 그러한 반사는 광자들의 손실을 방지하고, 그에 의해 디바이스의 양자 효율을 증가시키는 작용을 한다.
다양한 폴리머 재료가 광 추출 재료 층(110)으로서 사용될 수도 있다. 이러한 폴리머 중 하나는 Jet-144(즉, 잉크젯 상용성 폴리머)이며, 이는 1.44의 굴절률을 가지며 잉크젯 시스템을 사용하여 광학 캐비티들(106) 내로 디포짓될 수도 있다. 캐비티 벽들(108)의 두께는 캐비티 벽들(108)로부터 반사되지 않는 광자들이 인접한 캐비티 내로 침투하지 않도록 흡수될(즉, 소멸될) 확률을 증가시키기 위해 가능한 한 두껍게 구성될 수도 있다.
광 추출 재료 층(110)은 잉크젯, 진공, 압력, 및/또는 중력 디포지션(deposition)을 포함하는 다양한 기법들을 사용하여 디포짓될 수도 있다. 디포지션 후에, 폴리머는 예를 들어 자외선(UV) 방사선에 노출시킴으로써 가교결합될 수도 있다. 다른 실시양태들에서, 증발에 의해 폴리머가 용해된 용매를 인출하여, 잔류 가교된 폴리머를 각각의 캐비티에 광추출 재료 층(110)으로서 남길 수도 있다. 다양한 실시양태들에서, 광 추출 재료 층(110)은 다양한 두께로 형성될 수도 있으며, TiO2 또는 SiO2 나노 또는 마이크로 비드와 같은 추가적인 광산란 재료들을 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다. 광 추출 재료 층(110)은 각각의 캐비티 내의 광 추출 재료 층(110)의 최상부 위에 빈 캐비티 공간이 남아 있도록 광학 캐비티들(106)을 부분적으로 채운다.
컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)는 광 추출 재료 층(110)(예를 들어, 도 1c 참조) 위의 광학 캐비티들(106)(예를 들어, 도 1b 참조)에 형성될 수도 있다. 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)는 다양한 상이한 컬러들에 대응되는 양자점들을 포함할 수도 있다. 이 예에서, 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)는 UV 펌프 광자들을 각각 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 컬러들을 갖는 광자들로 변환하도록 구성되는 복수의 제 1 양자점들(112a), 복수의 제 2 양자점들(112b), 복수의 제 3 양자점들(112c) 및 복수의 제 4 양자점들(112d)을 포함한다. 제 2 및 제 3 컬러들은 녹색 컬러 스펙트럼 범위에서 서로 다른 피크 파장들을 포함할 수도 있다. 또는, 3가지 양자점 컬러들만이 사용될 수도 있다. 양자점들은 화합물 반도체 재료, 예컨대 III-V 족 반도체 재료(예를 들어, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 번호 9,884,763 B1에 설명된 바와 같이, 인듐 포스파이드), II-VI 족 반도체 재료(예를 들어, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 공개 US 2017/0250322 A1에 설명된 바와 같이, ZnSe, ZnS, ZnTe, CdS, CdSe 등, 코어-쉘 양자점들), 및/또는 I-III-VI 족 반도체 재료(예를 들어, 그 전체가 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 번호 10,927,294 B2에 설명된 바와 같이, AglnGaS / AgGaS 코어-쉘 양자점들)의 1 내지 10 nm, 예컨대 2 내지 8 nm의 나노크리스탈을 포함할 수도 있다. 양자점들은 그 직경에 따라 다른 컬러의 광(예를 들어, 적색, 녹색 또는 청색)을 방출할 수도 있다. 더 큰 도트들은 더 긴 파장의 광을 방출하는 반면, 더 작은 도트들은 더 짧은 파장의 광을 방출한다. 양자점들은 광 추출 재료(110)와 굴절률이 다른 (예컨대, 더 높은) 재료(예를 들어, 폴리이미드와 같은 폴리머)에 현탁될 수도 있다. 예를 들어, 폴리이미드 재료는 1.6 내지 1.75, 예컨대 약 1.7의 굴절률일 수도 있다.
(예를 들어, 도 3a 내지 도 4p를 참조하여) 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 다양한 컬러들에 대응하는 양자점들이 각각의 캐비티들에 선택적으로 디포짓될 수도 있다. 예를 들어, 도 3a 내지 도 3i 를 참조하여 설명된 바와 같이, 매트릭스 재료 내의 제 1 비아들을 에칭하여 제 1 캐비티들을 형성할 수도 있다. 이어서, 제 1 컬러에 대응하는 제 1 양자점들이 제 1 캐비티들 내로 도입될 수도 있고, 이어서 보호 재료 층이 제 1 양자점들 위에 형성될 수도 있다. 이어서, 프로세스는 제 2 캐비티들, 제 3 캐비티들 등을 형성하고, 제 2 양자점들, 제 3 양자점들 등을 각각의 캐비티들 내로 각각 도입하기 위해 반복될 수도 있다.
다른 실시양태들(예를 들어, 도 4a 내지 도 4p 참조)에서, 포토레지스트는 복수의 제 1 캐비티들을 제외한 모든 캐비티들 위에 디포짓될 수도 있다. 이어서, 제 1 컬러(예를 들어, 적색)를 생성하도록 구성된 제 1 층의 양자점들이 제 1 컬러를 갖는 서브픽셀들에 대응하는 복수의 제 1 캐비티들 내에 배치될 수도 있다. 이어서, 제 1 양자점들이 현탁된 폴리머가 증발에 의해 또는 UV 광에의 노출에 의해 가교결합될 수도 있다. 이어서, 다른 광학 캐비티들에 대해 프로세스가 반복되어 다른 컬러 광(예를 들어, 녹색 및 청색)을 생성하도록 구성된 양자점들을 각각 디포짓(deposit)할 수도 있다.
선택적인 유기 평탄화 층이 컬러 변환 재료 위에 형성될 수도 있다. 컬러 변환 재료 및 선택적인 유기 평탄화 층은 광학 캐비티들(106)을 부분적으로 채울 수도 있다.
도 1d는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이(100d)의 수직 단면도이다. 도시된 바와 같이, 어레이(100d)는 광학 캐비티들(106) 내에 및/또는 위에 형성된 컬러 선택기(114)를 포함할 수도 있다. 컬러 선택기(14)는 컬러 필터 어레이 및/또는 분산 브래그 반사기를 포함할 수도 있다. 일 실시양태에서, 컬러 선택기(114)는 광학 캐비티들 내에 형성될 수도 있고, 광학 캐비티들(106)이 상기 재료들로 완전히 채워지도록 캐비티 벽들(108)의 상부까지 연장될 수도 있다.
컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)는 펌프 광자들(118)을 흡수하고 이들을 방출된 변환된 광자들(예를 들어, 적색, 녹색 또는 청색 광과 같은 가시 광)(120)로 변환하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시양태들에서, 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)는 모든 펌프 광자들(118)을 변환된 광자들(120)로 완전히 변환하기에 충분히 두껍고/두껍거나 조밀하지 않을 수도 있다. 따라서, 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d) 위에 형성된 컬러 선택기(114)는 컬러 변환 재료에 의해 방출된 변환된 광자(120)를 흡수 및/또는 반사하지 않고 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)에 의해 변환되지 않은 펌프 광자들(118)의 전부 또는 일부를 흡수 및/또는 반사한다.
마이크로-LED들(102) 각각은 공통 파장을 갖거나 타겟 파장들의 범위 내에 있는 펌프 광자들(118)을 방출하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, GaN-기반 마이크로-LED들(102)은 400 내지 410 nm, 예컨대 대략 405 nm(즉, 전자기 스펙트럼의 청색 또는 근자외선 부분)인 파장을 갖는 펌프 광자들(118)을 방출할 수도 있다. 마이크로-LED들(102)은 높은 정도의 균일성을 나타낼 수도 있고 높은 효율을 나타낼 수도 있다. 그러나, 그러한 마이크로-LED들(102)의 파장의 약간의 변동들은 눈에 쉽게 보이지 않을 수도 있다. 또한, 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)를 통한 펌프 광자들(118)의 임의의 누설은 변환된 광자들(120)의 색 순도의 최소 열화를 야기할 수도 있다.
일 실시양태에서, 컬러 선택기(114)는 유기 폴리머에 함입된 유기 염료를 포함하는 컬러 필터 어레이를 포함한다. 염료는 펌프 광자들(118)의 UV 방사선을 흡수하지만 변환된 광자들의 청색, 녹색 또는 적색 광을 흡수하지 않도록 구성될 수도 있다. 선택적으로, 상이한 염료가 채색된 서브픽셀(예컨대, 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀들) 각각에 걸쳐 적용될 수도 있다. 예를 들어, 적색 서브픽셀들에는 적색 광을 주로 투과시키는 제 1 염료 필터 재료가 적용될 수도 있고, 녹색 서브픽셀들에는 녹색 광을 주로 투과시키는 제 2 염료 필터 재료가 적용될 수도 있으며, 청색 서브픽셀들에는 청색 광을 주로 투과시키는 제 3 염료 필터 재료가 적용될 수도 있다. 컬러 필터들은 추가의 포토리소그래피 공정을 사용하여 형성될 수도 있다. 다양한 실시양태들에서, 이어서, 박막 캡슐화(TFE) 층 또는 층 스택이 컬러 필터 재료들 위에 적용되어, 컬러 변환 재료의 양자점 층들 내로의 공기 또는 수분 침투에 대한 보호를 제공할 수도 있다. 일 실시양태에서, TFE는 폴리머 층에 의해 분리된 2개의 실리콘 질화물 층들의 3층 스택을 포함할 수도 있다.
대안적인 실시양태에서, 컬러 선택기(114)는 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d) 위에 형성된 분산 브래그 반사기(DBR)를 포함한다. DBR은 컬러 변환 재료를 통해 투과되는 펌프 광자들(118)을 반사된 광자들(122)(예를 들어, UV 또는 딥 블루 광자들)로서 캐비티(106) 내로 다시 반사시키도록 그리고 변환된 광자들(120)이 캐비티(106) 밖으로 투과되게 하도록 구성될 수도 있다. DBR은 상이한 굴절률들을 갖는 재료들(도시되지 않음)의 교번하는 다층 스택으로서 형성될 수도 있다. 예를 들어, DBR은 TiO2(n=2.5)와 SiO2(n=1.5) 사이에서 교번하는 N개의 층들의 스택으로 형성될 수도 있고, N은 2 이상이다. 다른 실시양태들에서, 각각의 굴절률을 갖는 다양한 다른 재료들이 DBR을 구성하는 데 사용될 수도 있다.
DBR이 N = 2인 TiO2 및 SiO2 를 포함하는 실시양태들은 405 nm의 중심 파장에서 164 nm의 대역폭 및 84%의 최대 반사율 R 을 가질 수도 있다. DBR 스택이 더 많은 수의 층들(즉, N > 2)을 포함하는 실시양태들은 증가된 반사율을 가질 수도 있다. 이와 같이, UV 펌프 광자(118)가 DBR을 통과할 확률이 감소될 수도 있다. DBR로부터 캐비티(106) 내로 다시 반사되는 UV 반사된 광자들(122)은 컬러 변환 재료(112a, 112b, 1(12c, 112d))를 통해 순환할 수도 있고, 이에 의해 또한 타겟 파장(예를 들어, 녹색, 청색 또는 적색)을 갖는 변환된 광자들(120)로 변환될 증가된 확률을 가질 수도 있다. 이러한 방식으로, 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)에 의해 초기에 흡수되지 않은 임의의 UV 반사 광자들(122)은 결국 흡수되고 목표 방출 파장을 갖는 변환된 광자들(120)로 변환될 수도 있다. 때때로 "광자 재순환(photon recycling)"으로 불리는 이 프로세스는 디바이스의 양자 효율을 증가시킬 수도 있다.
마이크로-LED들(102)이 더 짧은 파장의 청색 발광 LED들을 포함하면, DRB 1(14)은 마이크로-LED들(102)의 더 짧은 파장의 청색 광(즉, 펌프 광자들(118))을 차단할 수도 있지만, 컬러 변환 재료의 청색 양자점들로부터 방출된 더 긴 파장의 변환된 광자들(120)을 투과시킬 수도 있다. 대안적으로, DBR(114)은 청색 발광 서브픽셀들 위에서 생략될 수도 있다.
DBR은 모든 서브픽셀들에 걸쳐 다층 스택(도시되지 않음)의 (예를 들어, 증발에 의한) 디포지션에 의해 형성될 수도 있다. 이와 같이, DBR은 양자점 층으로의 수분 및 산소 침투에 대한 추가적인 보호를 제공할 수도 있다. N의 더 높은 값은 DBR 반사율 및 수분 및 산소로부터의 보호 둘 모두를 추가로 증가시켜, 개선된 전체 시스템 성능 및 내구성을 초래할 수도 있다.
다양한 추가적인 실시양태들에서, 다른 재료들이 디바이스의 다양한 컴포넌트들에 사용될 수도 있다. 예를 들어, DBR은 질화물(TiN, AlN, TiN 등), 폴리실리콘 등과 같이 각각의 굴절률들을 각각 갖는 광범위한 재료들을 포함할 수도 있다. 일부 실시양태들은 양자점들의 다수의 층들, 다수의 DBR 구조들 등을 포함할 수도 있다. 전술한 광 추출 재료 층(110)은 일부 실시양태들에서 생략될 수도 있으며, 복수의 광 추출 재료 층들(110)이 사용될 수도 있다. 보다 효과적인 DBR(114)을 사용함으로써, 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)의 층 두께 및 밀도를 감소시킬 수도 있다. 다른 실시양태들에서, 광학 캐비티들(106)은 다양한 방식들로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 광학 캐비티들(106)은 이하에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 광학 캐비티들(106)이 형성된 후에 마이크로-LED들(102)의 어레이에 부착될 수도 있는 별개의 매트릭스 층에 형성될 수도 있다. 추가적인 실시양태들은 또한, 그렇지 않으면 측방향 광자 전파로 인해 발생할 수도 있는 성능 저하를 완화시키기 위해 광-시준 요소들을 포함할 수도 있다.
도 1e는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 추가적인 어레이(100c)의 수직 단면도이다. 도시된 바와 같이, 발광 디바이스들의 어레이(100e)는 광학 캐비티(106) 위에 형성된 마이크로 렌즈들(124)을 포함한다. 각각의 마이크로 렌즈(124)는 각각의 마이크로 LED 구조로부터의 광 추출을 개선하는 것을 도울 수도 있고, 이에 의해 어레이(100c)의 효율을 개선할 수도 있다. 일반적으로, 마이크로-LED들에 의해 방출된 광의 추출은 픽셀 피치 및 마이크로-LED 사이즈를 감소시킴에 따라 점점 더 어려울 수도 있다. 이와 관련하여, 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)는 펌프 광자들(118) 모두를 각각 특정 컬러를 갖는 변환된 광자들(120)로 변환하기에 충분히 두껍도록 선택될 수도 있다. 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)의 두께는 서브픽셀의 측방향 치수에 비해 매우 클 수도 있다. 그러한 구조에서, 광자들은 마이크로-LED 서브픽셀의 밖으로 탄도학적으로(ballistically)보다는 확산적으로 이동할 수도 있다. 이러한 확산적으로 이동하는 광자들은 인접한 서브픽셀들로 확산되어, 잠재적으로 광학적 크로스토크를 야기할 수도 있다.
개시된 실시양태들은, 흡수 표면들로의 광자들의 손실을 회피함으로써 높은 효율을 유지하면서, 양자점들에 의해 생성된 광자들의 (예를 들어, 특정 방향을 따른) 개선된 광학 추출을 제공한다. 전술한 바와 같이, 이는 광 추출 재료 층(110)을 포함하는 그리고/또는 DBR과 같은 컬러 선택기(114)를 포함하는, 반사성인 캐비티 벽들(108)을 포함하는 매트릭스 구조를 형성함으로써 달성될 수도 있다.
마이크로-LED 디스플레이를 위한 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)로서 양자점들의 사용은 매우 작은 피처 사이즈들에서 조밀한 양자점 층들의 디포지션 및 패터닝을 포함할 수도 있다. 양자 점 층에서 펌프 광자들(118)(예를 들어, 도 1d 및 1e 참조)의 충분한 흡수를 달성하기 위해, 1:1 초과의 종횡비들을 갖는 서브픽셀들이 사용될 수도 있다. 이러한 서브픽셀들은 또한 디스플레이에서의 컬러 크로스토크(color crosstalk)(즉, 이웃하는 서브픽셀들 내로 전파되는 하나의 마이크로-LED로부터의 광자들)를 방지하기 위해 불투명 매트릭스 재료로 형성된 캐비티 벽들(108)에 의해 분리될 수도 있다.
컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)로서 사용되는 고농도의 양자점들은 고해상도 구조들의 제조에 추가적인 과제를 제공할 수도 있다. 양자점들은 UV 광을 강하게 흡수하므로, 포토레지스트에 일반적으로 사용되는 광개시제나 광산발생제의 활성을 감소시킬 수도 있다. 따라서, 양자점들의 존재는 종래의 제조 재료들 및 방법들이 수정될 것을 요구할 수도 있다. 이와 같이, 높고 얇은 구조들의 패터닝은 양자점들의 높은 로딩들을 사용할 때 더 어려울 수도 있다. 개시된 실시양태들은 아래에서 도 3a 내지 도 4p를 참조하여 더 상세히 설명되는 바와 같이, 매트릭스 재료 내에 에칭된 비아들로서 캐비티들을 형성함으로써 이러한 문제를 해결한다.
다양한 실시양태들은 매트릭스(200a 또는 200b)와 같은 매트릭스를 포함하며, 이는 각각의 서브픽셀로부터의 더 양호한 광 추출을 허용할 수도 있고 광자 컬러 크로스토크를 완화할 수도 있다. 매트릭스를 템플릿(template)으로서 사용하고 상이한 컬러 서브픽셀들에 대응하는 비아들을 순차적으로 개방하는 것은 고해상도 광-패턴화가능 수지 제형에 의존하지 않고 양자점 잉크의 디포지션 및 경화를 허용한다. 아래에서 설명되는 다양한 실시양태들은 매트릭스 층 내의 하나의 컬러에 대응하는 비아들의 개방, 양자점 잉크로 충전(filling), 경화 및 캡슐화, 그 다음 제 2 컬러, 제 3 컬러 등으로 동일한 프로세스를 반복하는 것을 포함한다.
도 3a 내지 도 3l 은 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 중간 구조들의 수직 단면도들이다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 연속 매트릭스 층(304L)이 지지부(302) 상에 디포짓될 수도 있다. 일 실시양태에서, 연속 매트릭스 층(304L)은 대략 10 내지 30 미크론의 두께를 가질 수도 있다. 매트릭스 층(304L)은 도 1b와 관련하여 위에서 설명된 광학 캐비티 벽들(108)을 형성하기 위해 실리카, 알루미나, 티타니아 등과 같은 절연 재료를 포함할 수도 있다. 대안적으로, 매트릭스 층(304L)은 알루미늄과 같은 금속을 포함할 수도 있으며, 이는 이어서 양극 알루미나를 형성하기 위해 양극 산화된다. 다른 대안적인 실시양태에서, 매트릭스 층(304L)은 금속 산화물로 변환되지 않는 알루미늄과 같은 반사성 금속일 수도 있다. 이러한 대안적인 실시양태에서, 매트릭스 층(304L)은 인접한 마이크로-LED(102)의 대응하는 전극들을 서로 전기적으로 단락시키는 것을 피하는 방식으로 마이크로-LED들(102) 위에 형성된다.
지지부(302)는 도 1a와 관련하여 전술한 바와 같이 마이크로-LED들(102)을 지지하는 백플레인(104)을 포함할 수도 있다. 대안적인 실시양태에서, 지지부(302)는, 마이크로-LED들(102)을 지지하는 백플레인(104) 위에 후속적으로 부착되는 투명 유리 또는 폴리머 기판과 같은 별개의 기판을 포함할 수도 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 패터닝된 마스크 재료(306)가 연속 매트릭스 층(304L) 위에 형성될 수도 있다. 일 실시양태에서, 패터닝된 마스크 재료(306)는 포토레지스트일 수도 있고 포토리소그래피 기법들을 사용하여 패터닝될 수도 있다.
연속 매트릭스 층(304L)(예를 들어, 도 3a 참조)은 에칭되어 제 1 비아들(308a)을 포함하는 에칭된 매트릭스 층(304)을 형성할 수도 있다. 예시적인 실시양태에서, 연속적인 알루미늄 매트릭스 층(304L)은 BCl3 건식 에치 프로세스를 사용하여 에칭될 수도 있다. 제 1 비아들(308a)은 제 1 복수의 서브픽셀들을 위한 광학 캐비티들(106)에 대응할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 복수의 서브픽셀들은 제 1 컬러(예를 들어, 적색, 녹색 또는 청색)에 대응할 수도 있다. 에칭 후에, 패터닝된 마스크 재료(306)가 제거될 수도 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 패터닝된 마스크 재료(306)(예를 들어, 도 3b 참조)는 제거되고 초소수성(즉, 들러붙지 않는) 코팅(310)으로 대체될 수도 있다. 코팅(310)은 플루오로알킬실란 기로 작용화된 무기 나노입자(예를 들어, 실리카 나노입자)와 같은 플루오르화 실란 코팅을 포함할 수도 있다. 이어서, 복수의 제 1 양자점(112a)을 갖는 양자점 잉크가, 도 3d에 도시된 바와 같이, 제 1 비아(308a)를 충전하기 위해 스핀-코팅, 닥터-블레이딩, 잉크젯-프린팅, 또는 다른 방법에 의해 디포짓될 수도 있다. 플루오르화된 코팅(310)은 양자점들의 대부분이 구조의 상부 표면에 들러붙지 않는 것을 보장할 수도 있다. 이어서 양자점 잉크는 UV 조사에 의해 또는 가열에 의해 경화될 수도 있다. 이어서, 도 3e에 도시된 바와 같이, 플루오르화된 코팅(310) 및 과량의 양자점들이 세척되어 제거될 수도 있다.
이어서, 도 3f에 도시된 바와 같이, 보호 층(314)이 제 1 양자 점들(112a) 위에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 보호 층(314)은 원자층 증착(ALD)에 의해 디포짓될 수도 있는 알루미나의 층일 수도 있다. 예시적인 실시양태에서, 보호 층(314)은 3 내지 10 nm, 예컨대 대략 5 nm 의 두께를 가질 수도 있다. 다른 실시양태들은 보호 층(314)을 위한 다른 두께들, 다른 재료들, 및 다른 디포지션 방법들을 포함할 수도 있다.
다른 컬러들을 위한 양자점 잉크를 디포짓하고 경화시키기 위해 상술한 프로세스(예를 들어, 도 3a 내지 도 3f 참조)가 반복될 수도 있다. 예를 들어, 도 3g에 도시된 바와 같이, 패터닝된 마스크 재료(306)가 도 3f의 중간 구조물 위에 형성될 수도 있고, 에칭 공정이 수행되어 보호 층(314)을 통해 제 2 비아들(308b)을 형성할 수도 있다. 도 3h에 도시된 바와 같이, 패터닝된 마스크 재료(306)는 제거되고, 전술한 초소수성(즉, 논스틱) 플루오르화 코팅(310)으로 대체될 수도 있다. 이어서, 복수의 제 2 양자점들(112b)(즉, 도트들(H2a)과는 상이한 컬러 도트들)을 갖는 양자점 잉크가, 도 3i에 도시된 바와 같이, 제 2 비아들(308b)을 충전하기 위해 스핀-코팅, 닥터-블레이딩, 잉크젯-프린팅, 또는 다른 방법에 의해 디포짓될 수도 있다. 이어서, 도 3i에 도시된 바와 같이, 플루오르화된 코팅(310) 및 과량의 양자점들이 세척될 수도 있다. 이어서, 도 3k에 도시된 바와 같이, 제 1 부분(314a) 및 제 2 부분(314b)을 갖는 제 2 보호 층이 제 2 양자점들(112b) 위에 형성될 수도 있다. 제 1 부분(314a)은 기존의 제 1 보호 층(314) 위에 형성될 수도 있는 반면, 제 2 부분(314b)은 제 2 양자점들(112b)로 채워진 제 2 비아들(308b) 위에 형성될 수도 있다.
유사하게, 프로세스는 도 3l에 도시된 바와 같이 제 3 비아들(308c)을 형성하도록 계속될 수도 있다. 제 3 비아들(308c)은 제 3 양자점들(112c)을 포함하는 제 3 양자점 잉크로 채워질 수도 있다(이 도면에는 도시되지 않음). 다양한 실시양태들에서, 프로세스는 추가적인 각각의 컬러들에 대응하는 양자점들로 충전될 수도 있는 추가적인 비아들을 형성하기 위해 계속될 수도 있다.
지지부(302)가 투명 기판을 포함하면, 양자점들을 포함하는 완성된 매트릭스를 지지하는 지지부(302)는 마이크로-LED들(102)을 지지하는 백플레인(104) 위에 부착될 수도 있다. 지지부(302)가 마이크로-LED들(102)을 지지하는 백플레인(104)을 포함하면, 에칭된 매트릭스 층(304)은 양자 도트들(112a, 112b 등)로 채워진 광학 캐비티들(106)을 둘러싸는 캐비티 벽들(108)을 포함한다.
도 4a 내지 도 4p는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조들의 수직 단면도들이다.도 4a 내지 도 4p의 프로세스들은 지지부 상에 매트릭스 층을 제공하는 단계, 평면 포지티브 포토레지스트 층의 디포지션, 및 순차적으로 비아들을 개방하기 위한 이 포토레지스트의 선택적 노광(exposure) 및 제거(removal)를 포함한다. 도 4a 내지 도 4p의 프로세스들은 광학 캐비티를 형성하기 위한 포토레지스트의 제거에 의존한다. 이와 같이, 특정 실시양태들에서, 제 2 프로세스 흐름(즉, 도 4a 내지 도 4p를 참조하여 아래에서 설명됨)은 더 다재다능하고, 더 저렴하고, 더 안전할 수도 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 제 1 중간 구조는 전술한 지지부(302) 위에 형성된 연속 매트릭스 층(108L)을 포함할 수도 있다. 매트릭스 층(108L)은 알루미나, 실리카, 티타니아 등과 같은 절연 층, 또는 금속 층, 예를 들어 알루미늄과 같은 전도성 층을 포함할 수도 있다. 패터닝된 포토레지스트(406)가 연속 매트릭스 층(108L) 위에 형성될 수도 있다. 이와 관련하여, 포토레지스트의 블랭킷 층(blanket layer)(도시되지 않음)이 연속 매트릭스 층(108L) 위에 형성될 수도 있고, 포토리소그래피 기법들을 사용하여 패터닝되어 패터닝된 포토레지스트(406)를 형성할 수도 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트(406)를 마스크 층으로서 사용하여, 연속 매트릭스 층(108L)은 에칭되어 도 4b에 도시된 바와 같이 캐비티 벽들(108)에 의해 경계가 정해지는 비아들 또는 캐비티들(예를 들어, 광학 캐비티들)(106)을 형성할 수도 있다. 그 다음, 패턴화된 포토레지스트(406)는 애싱(ashing)에 의해 또는 용매와의 용해에 의해 제거될 수도 있다.
대안적인 실시양태에서, 연속 매트릭스 층(108L)을 에칭하기보다는, 캐비티 벽들(108)은 양극 산화(anodic oxidation)에 의해 형성될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 연속 매트릭스 층(108L)이 알루미늄을 포함하는 경우, 이는 전술한 바와 같이 산 내에서 양극산화되어 광학 캐비티들(즉, 기공들)(106)을 둘러싸는 캐비티 벽들(108)을 포함하는 다공성 양극 알루미나 층을 형성할 수도 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 제 1 포토레지스트 부분(408a), 제 2 포토레지스트 부분(408b), 및 제 3 포토레지스트 부분(408c)을 갖는 포지티브 포토레지스트가 도 4b의 중간 구조물 위에 광학 캐비티들(106) 내로 디포짓될 수도 있다. 각각의 포토레지스트 부분은 각각의 광학 캐비티(106)를 채운다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 선택적 패터닝된 마스크(410)는 마스크(410)를 통해 UV 방사선(414)에 포지티브 포토레지스트의 제 1 포토레지스트 부분(408a)을 선택적으로 노광시키기 위해 UV 방사선 소스(예를 들어, UV 방출 램프)(412)와 함께 사용될 수도 있다. 포지티브 포토레지스트의 제 1 포토레지스트 부분(408a)의 노광은 제 1 포토레지스트 부분(408a)을 포지티브 포토레지스트의 제 1 포토레지스트 부분(408a)을 제거하기 위해 사용될 수도 있는 포토레지스트 현상액에 용해시킬 수도 있다. 제 2 및 제 3 포토레지스트 부분은 UV 방사선에 노출되지 않는다.
대안적으로, 지지부(302)가 UV 방사선 방출 마이크로-LED들(102)을 지지하는 백플레인(104)을 포함하면, 제 1 포토레지스트 부분(408a) 아래에 위치된 마이크로-LED(102)는 부분(408a)이 현상액에 가용성이 되게 하기 위해 바닥으로부터의 UV 방사선을 제 1 포토레지스트 부분(408a)에 조사하도록 활성화될 수도 있다. 이러한 대안적인 실시양태에서, 마스크(410) 및 방사선 소스(412)는 생략될 수도 있다. 제 2 및 제 3 포토레지스트 부분들(408b, 408c) 아래에 위치된 마이크로-LED(102)는 활성화되지 않는다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 제 1 비아들(416a)은 구조물을 포토레지스트 현상액 배스에 침지하거나 포지티브 포토레지스트를 현상액으로 분무함으로써 다른 포토레지스트 부분(408b, 408c)을 제거하지 않고 제 1 포토레지스트 부분(408a)을 제거함으로써 생성될 수도 있다.
이어서, 도 4f에 도시된 바와 같이, 제 1 양자점 잉크(418a)가 제 1 비아들(416a) 내로 도입될 수도 있다. 이에 따라, 제 1 비아들(416a)은 균일한 층의 제 1 양자점들(112a)로 채워질 수도 있다. 이어서, 제 1 양자점들(112a)이 현탁된 폴리머는 열경화되거나 UV 조사에 의해 경화될 수도 있다. 예를 들어, 도 4g는 패터닝된 마스크(410) 및 UV 방사선의 소스(412)를 사용하여 UV 방사선에 대한 제 1 양자 도트들(112a)의 선택적 노출을 예시한다. 또는, 제 1 양자점들(112a) 아래에 놓인 자외선 방출 마이크로 LED들(102)이 활성화되어 제 1 양자점들(112a)에 UV 방사선을 조사할 수도 있다.
이어서, 도 4c 내지 도 4g에 도시된 전술한 프로세스가 반복되어 제 2 광학 캐비티들(106) 내에 제 2 양자 점들(112b)을 형성할 수도 있다. 이와 관련하여, 도 4c에 도시된 포지티브 포토레지스트의 제 2 포토레지스트 부분(408b)은, 도 4h에 도시된 바와 같이, UV 방사선 소스(412)로부터의 또는 마이크로-LED들(102)로부터의 UV 방사선에 노출될 수도 있다. 이어서, 도 4i에 도시된 바와 같이, 포지티브 포토레지스트의 제 2 포토레지스트 부분(408b)이 포토레지스트 현상액으로 제거되어 제 2 비아들(416b)을 생성할 수도 있다. 이어서, 제 2 양자점 잉크(418b)가 제 2 비아들(416b) 내로 도입됨으로써, 도 4j에 도시된 바와 같이, 제 2 양자점들(112b)의 균일한 층을 형성할 수도 있다. 이어서, 제 2 양자 점들(112b)의 균일한 층은 도 4k에 도시된 바와 같이, UV 방사선 소스(412)로부터의 또는 마이크로-LED들(102)로부터의 UV 방사선에 대한 노출에 의해 경화될 수도 있다.
이어서, 도 4c 내지 도 4g에 도시된 전술한 프로세스가 반복되어 제 3 광학 캐비티들(106) 내에 제 3 양자점들(112c)을 형성할 수도 있다. 이와 관련하여, 포지티브 포토레지스트의 제 3 포토레지스트 부분(408c)은, 도 4l에 도시된 바와 같이, UV 방사선 소스(412)로부터의 또는 마이크로 LED들(102)로부터의 UV 방사선에 노출될 수도 있다. 이어서, 포지티브 포토레지스트의 제 3 포토레지스트 부분(408c)은 포토레지스트 현상액으로 제거되어, 도 4m에 도시된 바와 같이, 제 3 비아(416c)를 생성할 수도 있다. 이어서, 제 3 양자점 잉크(418c)가 제 3 비아들(416c) 내로 도입됨으로써, 도 4n에 도시된 바와 같이, 제 3 양자점들(112c)의 균일한 층을 형성할 수도 있다. 이어서, 제 3 양자 점들(112c)의 균일한 층은, 도 4o에 도시된 바와 같이, UV 방사선 소스(412) 또는 마이크로 LED(102)로부터의 UV 방사선에 노출됨으로써 또는 열적으로 경화될 수도 있다.
마지막으로, 보호 층(314)이 도 4p에 도시된 바와 같이, 균일한 제 1 양자점 층(112a), 균일한 제 2 양자점 층(112b), 균일한 제 3 양자점 층(112c) 및 캐비티 벽들(108) 위에 형성될 수도 있다. 전술한 바와 같이, 보호 층(314)은 ALD에 의해 디포짓된 알루미나 층일 수도 있다. 전술한 바와 같이 보호 층(314) 및/또는 컬러 선택기(114)(예를 들어, DBR)를 디포짓하기 위해 다른 재료들 및 디포지션 프로세스들 사용될 수도 있다.
전술한 실시양태들에서, 발광 디바이스들의 어레이에서의 서브픽셀들의 형상은 캐비티들/비아들의 기하학적 구조에 의해 정의될 수도 있다. 이와 같이, 양자 점 잉크들(418a, 418b, 418c)에 대한 패턴성 요건들은 매트릭스 템플릿에 의존하지 않는 실시양태들에 대한 요건보다 상당히 덜 엄격할 수도 있다. 일부 실시양태들에서, UV 경화성 양자점 잉크는 양자점들을 목표 서브픽셀들에 한정하기 위해 사용될 수도 있다. 다른 실시양태들에서, 열 경화성 잉크가 또한 사용될 수도 있다. UV 경화성 또는 열 경화성 양자점 잉크들의 사용은 (양자점계) 컬러 변환 재료(112a, 112b, 112c, 112d)를 형성하는 데 사용될 수도 있는 화학물질의 선택을 향상시킨다.
다양한 실시양태는 용매계 또는 무용매 양자점 잉크들을 포함할 수도 있다. 각각의 서브픽셀에서 양자점 잉크들에 대한 열 경화의 사용은 잉크 제형에 대한 광경화성 아크릴레이트/에폭시의 생략을 허용한다. 추가적인 실시양태들에서, 양자점 잉크들은 무기 리간드 및 매트릭스 재료(예를 들어, 금속 칼코게나이드 및 금속 산화물)를 사용하여 형성될 수도 있으며, 이는 고온 안정성과 같은 대안적인 이점들을 제공할 수도 있다.
도 5a 내지 도 5g는 다양한 실시양태들에 따른, 발광 디바이스들의 어레이의 형성에 사용될 수도 있는 추가적인 중간 구조들의 수직 단면도들이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로 LED(102)가 기판(104) 상에 형성될 수도 있다. 기판(104)은 마이크로-LED들(102)에 전압들을 공급하여 마이크로-LED들(102)에 의한 광 방출을 제어하도록 구성된 전기 회로(예를 들어, CMOS 또는 TFT 회로들)를 갖는 백플레인일 수도 있다. 전술한 바와 같이, 마이크로-LED들(102)은 청색 또는 UV 방출 LED들을 포함할 수도 있다. 도 5a의 중간 구조물은 투명 전도성 산화물(예를 들어, 인듐 주석 산화물)로 형성된 복수의 마이크로-LED들(102)에 대한 공통 캐소드(502) 및 각각의 백플레인 회로(명확성을 위해 도시되지 않음)에 전기적으로 연결된 각각의 마이크로-LED(102)에 대한 별개의 애노드들(503)을 포함할 수도 있다. 따라서, 복수의 마이크로-LED들(102)은 그들의 캐소드(예를 들어, n-형) 측에서 단락되지만, 그들의 애노드(예를 들어, p-형) 측에서 백플레인 회로에 의해 개별적으로 활성화된다. 공통 캐소드(502)는 또한 마이크로-LED(102) 영역 외부의 백플레인 회로에 연결된다.
일 실시양태에서, 마이크로-LED들(102)은 LED의 대향 측들 상에 위치된 캐소드 및 애노드 전극들(502, 503)을 갖는 수직 LED들을 포함할 수도 있다. 일 실시양태에서, 마이크로-LED들(102)은 역 테이퍼를 가질 수도 있다. 다시 말해서, 마이크로 LED들(102)은 공통 캐소드(502)를 향하는 상부 측보다 애노드(503) 및 백플레인(104)을 향하는 하부 측에서 더 넓을 수도 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 제 1 컬러 변환 재료(예를 들어, 제 1 컬러 양자점들)(504a)가 제 1 복수의 마이크로 LED들(102) 위에 형성될 수도 있다. 제 1 컬러 변환 재료(504a)는 제 1 컬러 서브픽셀들 내의 각각의 마이크로-LED들(102) 위의 공통 캐소드(502)의 제 1 부분들 바로 위에만 제 1 양자점 잉크를 인쇄하기 위해 사용될 수도 있는 잉크젯 프로세스에 의해 형성될 수도 있다. 대안적으로, 연속적인 양자점 층이 공통 캐소드 상에 직접 디포짓될 수도 있고, 이어서 제 1 컬러 서브픽셀들 내의 각각의 마이크로-LED들(102) 위에만 제 1 컬러 양자점들(504a)을 남기도록 포토리소그래피 및 패터닝이 수행될 수도 있다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 제 2 컬러 변환 재료(504b)가 제 2 복수의 마이크로 LED(102) 위에 형성될 수도 있다. 제 2 컬러 변환 재료(504b)는 각각의 마이크로-LED들(102) 위의 공통 캐소드(502)의 제 2 부분들 바로 위에 제 2 양자점 잉크를 인쇄하기 위해 사용될 수도 있는 잉크 젯 프로세스에 의해 또는 포토리소그래피 패터닝이 뒤따르는 연속적인 양자점 층을 디포짓함으로써 형성될 수도 있다. 컬러 변환 재료는 청색 방출 마이크로-LED들(102) 위에 생략될 수도 있다. 대안적으로, 청색 컬러 변환 재료가 UV 방출 마이크로-LED들(102) 위에 형성될 수도 있다. 마지막으로, 각각의 컬러 선택기(114)가 제 1 컬러 변환 재료(504a) 및 제 2 컬러 변환 재료(504b) 위에 형성될 수도 있다. 예를 들어, 컬러 선택기(114)는 전술한 바와 같이 DBR일 수도 있다. 원하는 경우, 알루미나층과 같은 봉지층이 컬러 선택기(114) 위에 형성될 수도 있다.
대안적으로, 도 5b 및 5c의 중간 구조들은 도 4a 내지 4p를 참조하여 상술한 것과 유사한 프로세스들을 사용하여 형성될 수도 있다. 이와 관련하여, 패터닝된 포토레지스트(도시되지 않음)가 공통 캐소드(502) 위에 형성될 수도 있고, 제 1 컬러 변환 재료(504a)의 디포지션을 위한 마스크 재료로서 사용될 수도 있다. 이 때, 마스크 재료는 제 1 컬러 변환 재료(504a)가 디포짓될 위치에 대응되는 개구부들을 포함할 수도 있다. 제 1 컬러 변환 재료(504a)가 디포짓되고 경화된 후에, 포토레지스트는 제 2 컬러 변환 재료(504b)가 디포짓될 위치들 등에 대응하는 개구부들을 형성하도록 패터닝될 수도 있다.
추가의 실시양태들에서, 도 5d 및 도 5e의 중간 구조들은 도 5a의 구조의 공통 캐소드(502) 위에 에칭 정지 층(508)을 형성함으로써 형성될 수도 있다. 이어서, 도 5d 및 도 5e에 도시된 바와 같이, 제 1 컬러 변환 재료(504a) 및 제 2 컬러 변환 재료(504b)가 디포짓될 수도 있다. 에칭 정지 층(508)은 실리콘 산화물 또는 다른 유사한 에칭 정지 재료들을 포함할 수도 있다. 에칭 정지 층(508)의 존재는 포토레지스트가 에칭되는 프로세스들 동안 공통 캐소드(502)를 형성하는 투명 전도성 산화물을 보호할 수도 있다.
도 5f 및 5g의 추가의 대안적인 중간 구조들을 형성하는 프로세스들은 도 5a의 중간 구조로부터 도 5d 및 5e의 중간 구조들을 형성하는데 사용되는 프로세스들과 유사할 수도 있다. 이와 관련하여, 도 5f 및 도 5g의 중간 구조들 각각은 도 5a의 공통 캐소드(502) 위에 형성된 도 5d 및 도 5e의 에칭 정지 층(508)을 포함할 수도 있다. 도 5f 및 도 5g의 중간 구조들은 캐비티 벽들(108)에 의해 경계지어지는 광학 캐비티들(106)을 더 포함할 수도 있다. 청색 서브픽셀 위의 광학 캐비티(106)는 마이크로-LED(102)가 청색 LED들을 포함하는 경우 채워지지 않은 채로 유지될 수도 있다. 이와 같이, 도 5f 및 5g의 중간 구조들은 도 1b 내지 1e, 3l, 및 4b 내지 4p 의 실시양태들과 유사할 수도 있다.
개시된 실시양태들의 전술한 설명은 당업자가 개시된 실시양태들을 만들거나 사용할 수 있게 하기 위해 제공된다. 이들 실시양태들에 대한 다양한 수정들은 당업자에게 자명할 것이고, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고 다른 실시양태들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에 나타낸 실시양태들에 제한되도록 의도되는 것이 아니라 다음의 청구항들 및 본 명세서에 개시된 신규한 특징들 및 원리들과 부합하는 최광의 범위가 부여되어야 한다.

Claims (20)

  1. 발광 디바이스로서,
    적어도 하나의 제 1 캐비티 벽에 의해 경계 지어지는 제 1 광학 캐비티:
    상기 제 1 광학 캐비티 내에 위치되고 청색 또는 자외선 방사선의 제 1 입사 광자들을 방출하도록 구성된 제 1 발광 다이오드;
    상기 제 1 발광 다이오드 위에 위치되고, 상기 제 1 발광 다이오드에 의해 방출된 상기 제 1 입사 광자들을 흡수하고 상기 제 1 입사 광자들의 피크 파장보다 더 긴 피크 파장을 갖는 제 1 변환된 광자들을 생성하도록 구성된 제 1 컬러 변환 재료; 및
    상기 제 1 컬러 변환 재료 위에 위치되고, 상기 제 1 입사 광자들을 흡수 또는 반사하고 상기 제 1 변환된 광자들을 투과시키도록 구성된 제 1 컬러 선택기를 포함하는, 발광 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 다이오드(LED)는 100 미크론 미만의 폭과 길이를 가지며 도핑되지 않은 GaN 또는 InGaN 발광 층을 포함하는 마이크로-LED를 포함하는, 발광 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 컬러 변환 재료는 양자점들의 층을 포함하는, 발광 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 양자점들의 층은 상기 제 1 입사 광자들을 흡수하고 적색, 녹색, 또는 청색인 컬러를 갖는 상기 제 1 변환된 광자들을 방출하도록 구성되는, 발광 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 컬러 선택기는 유기 폴리머에 함입된 유기 염료를 포함하는 컬러 필터를 포함하는, 발광 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 컬러 선택기는 분산 브래그 반사기를 포함하는, 발광 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 캐비티 벽은 절연성 금속 산화물 재료를 포함하는, 발광 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 발광 다이오드와 상기 제 1 컬러 변환 재료 사이의 상기 제 1 광학 캐비티 내에 위치된 광 추출 재료를 추가로 포함하고, 상기 광 추출 재료는 상기 적어도 하나의 제 1 캐비티 벽의 제 2 굴절률보다 작은 제 1 굴절률을 갖는, 발광 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 제 2 캐비티 벽에 의해 경계 지어지는 제 2 광학 캐비티;
    상기 제 2 광학 캐비티 내에 위치되고 청색 또는 자외선 방사선의 제 2 입사 광자들을 방출하도록 구성된 제 2 발광 다이오드;
    상기 제 2 발광 다이오드 위에 위치되고, 상기 발광 다이오드에 의해 방출된 상기 제 2 입사 광자들을 흡수하고 상기 제 2 입사 광자들의 피크 파장 및 상기 제 1 변환된 광자들의 피크 파장보다 더 긴 피크 파장을 갖는 제 2 변환된 광자들을 생성하도록 구성된 제 2 컬러 변환 재료;
    상기 제 2 컬러 변환 재료 위에 위치되고, 상기 제 2 입사 광자들을 흡수 또는 반사하고 상기 제 2 변환된 광자들을 투과시키도록 구성된 제 2 컬러 선택기;
    적어도 하나의 제 3 캐비티 벽에 의해 경계 지어지는 제 3 광학 캐비티;
    상기 제 3 광학 캐비티 내에 위치되고 청색 또는 자외선 방사선의 제 3 입사 광자들을 방출하도록 구성된 제 3 발광 다이오드;
    상기 제 3 발광 다이오드 위에 위치되고, 발광 다이오드에 의해 방출된 상기 제 3 입사 광자들을 흡수하고 상기 제 3 입사 광자들의 피크 파장, 상기 제 1 변환된 광자들의 피크 파장 및 상기 제 2 변환된 광자들의 피크 파장보다 더 긴 피크 파장을 갖는 제 3 변환된 광자들을 생성하도록 구성된 제 3 컬러 변환 재료; 및
    상기 제 3 컬러 변환 재료 위에 위치되고, 상기 제 3 입사 광자들을 흡수 또는 반사하고 상기 제 3 변환된 광자들을 투과시키도록 구성된 제 3 컬러 선택기를 더 포함하는, 발광 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제 1, 제 2 및 제 3 발광 다이오드들을 지지하는 백플레인을 추가로 포함하고, 적어도 하나의 제 1, 제 2 및 제 3 캐비티 벽들은 상기 백플레인 위에 위치되는 매트릭스 층의 부분들로서 그 안에 제 1, 제 2 및 제 3 광학 캐비티들을 포함하는 상기 매트릭스 층의 부분들을 포함하는, 발광 디바이스.
  11. 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법으로서,
    매트릭스 재료 내에 제 1 비아를 형성하는 단계;
    제 1 컬러에 대응하는 컬러 변환 재료 층의 제 1 부분을 형성하기 위해 상기 제 1 비아 내에 제 1 복수의 양자점들을 디포짓하는 단계;
    상기 매트릭스 재료 내에 제 2 비아를 형성하는 단계;
    제 2 컬러에 대응하는 상기 컬러 변환 재료 층의 제 2 부분을 형성하기 위해 상기 제 2 비아 내에 제 2 복수의 양자점들을 디포짓하는 단계;
    상기 매트릭스 재료 내에 제 3 비아를 형성하는 단계; 및
    제 3 컬러에 대응하는 상기 컬러 변환 재료 층의 제 3 부분을 형성하기 위해 상기 제 3 비아 내에 제 3 복수의 양자점들을 디포짓하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 복수의 양자점들은 제 1 발광 다이오드 위에 위치되고, 상기 제 2 복수의 양자점들은 제 2 발광 다이오드 위에 위치되고, 상기 제 3 복수의 양자점들은 제 3 발광 다이오드 위에 위치되는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 매트릭스 재료 내에 상기 제 2 비아를 형성하기 이전에 상기 제 1 복수의 양자점들 위에 제 1 보호 층을 형성하는 단계; 및
    상기 매트릭스 재료 내에 상기 제 3 비아를 형성하기 이전에 상기 제 2 복수의 양자점들 위에 제 2 보호 층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    동일한 포지티브 포토레지스트 디포지션 스텝 동안, 상기 제 1 비아에 제 1 포지티브 포토레지스트 부분을 형성하는 단계, 상기 제 2 비아에 제 2 포지티브 포토레지스트 부분을 형성하는 단계, 및 상기 제 3 비아에 제 3 포지티브 포토레지스트 부분을 형성하는 단계 - 상기 매트릭스 재료 내에 제 1, 제 2 및 제 3 비아를 형성하는 단계는 동일한 비아 형성 스텝 동안 발생함 -;
    상기 제 1 비아 내에 상기 제 1 복수의 양자점들을 디포짓하기 이전에 상기 제 1 비아를 덮는 상기 제 1 포지티브 포토레지스트 부분을 선택적으로 노광 및 제거하는 단계:
    상기 제 1 비아 내에 상기 제 1 복수의 양자점들을 디포짓한 후에 그리고 상기 제 2 비아 내에 상기 제 2 복수의 양자점들을 디포짓하기 이전에, 상기 제 2 비아를 덮는 제 2 포지티브 포토레지스트 부분을 선택적으로 노광 및 제거하는 단계; 및
    상기 제 2 비아 내에 상기 제 2 복수의 양자점들을 디포짓한 후에 그리고 상기 제 3 비아 내에 상기 제 3 복수의 양자점들을 디포짓하기 이전에, 상기 제 3 비아를 덮는 제 3 포지티브 포토레지스트 포지티브 부분을 선택적으로 노광 및 제거하는 단계를 더 포함하는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 발광 다이오드들은 백플레인 위에 위치되고;
    상기 매트릭스 재료는 상기 매트릭스 재료 내에 상기 제 1, 제 2 및 제 3 비아를 형성하기 이전에 상기 제 1, 제 2 및 제 3 발광 다이오드들 위에 형성되고;
    상기 제 1 포지티브 포토레지스트 부분을 선택적으로 노광하는 단계는, 상기 제 1 포지티브 포토레지스트 부분을 노광하기 위해 상기 제 1 발광 다이오드를 활성화시키는 단계를 포함하고;
    상기 제 2 포지티브 포토레지스트 부분을 선택적으로 노광하는 단계는, 상기 제 2 포지티브 포토레지스트 부분을 노광하기 위해 상기 제 2 발광 다이오드를 활성화시키는 단계를 포함하고; 그리고
    상기 제 3 포지티브 포토레지스트 부분을 선택적으로 노광하는 단계는, 상기 제 3 포지티브 포토레지스트 부분을 노광하기 위해 상기 제 3 발광 다이오드를 활성화시키는 단계를 포함하는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 발광 다이오드들은 백플레인 위에 위치되고;
    상기 매트릭스 재료 내에 상기 제 1, 제 2 및 제 3 비아를 형성하기 이전에 상기 매트릭스 재료가 상기 제 1, 제 2 및 제 3 발광 다이오드들 위에 형성되고; 그리고
    상기 매트릭스 재료는 금속 또는 금속 산화물 층을 포함하는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 매트릭스 재료는 상기 제 1, 제 2 및 제 3 발광 다이오드들 위에 알루미늄 층으로서 형성되고; 그리고
    상기 매트릭스 재료 내에 상기 제 1, 제 2 및 제 3 비아를 형성하는 단계는, 알루미나 매트릭스 재료를 형성하기 위해 산 배스에서 상기 제 1, 제 2 및 제 3 발광 다이오드들의 전극들에 전압을 인가함으로써 상기 알루미늄 층을 양극산화하는 단계를 포함하는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 비아 내의 상기 제 1 복수의 양자점들 위에 제 1 컬러 선택기를 형성하는 단계;
    상기 제 2 비아 내의 상기 제 2 복수의 양자점들 위에 제 2 컬러 선택기를 형성하는 단계; 및
    상기 제 3 비아 내의 상기 제 3 복수의 양자점들 위에 제 3 컬러 선택기를 형성하는 단계를 더 포함하는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 컬러 선택기들은 유기 폴리머에 매립된 유기 염료 컬러 필터를 포함하는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1, 상기 제 2 및 상기 제 3 컬러 선택기는 분산 브래그 반사기를 포함하는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
  20. 제 11 항에 있어서,
    제 1, 제 2 및 제 3 컬러 선택기를 형성하기 이전에 상기 제 1, 제 2 및 제 3 발광 다이오드 위에 광 추출 재료를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 광 추출 재료는 상기 매트릭스 재료의 제 2 굴절률보다 작은 제 1 굴절률을 갖는, 발광 디바이스들의 어레이를 형성하는 방법.
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