(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素構造であって、
基板と、
黒色フォトレジスト層であって、前記基板に堆積されて、収納室及びバリア領域を含み、前記バリア領域が前記収納室内に設けられる黒色フォトレジスト層と、
前記バリア領域以外の前記黒色フォトレジスト層にコーティングされた高分子電解質層と、
前記高分子電解質層に被覆された金属ナノ粒子層と、
前記バリア領域に設けられたマイクロ発光ダイオードと、
を含み、
前記金属ナノ粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも１つ及び／又はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも２つで形成される合金を含み、
前記高分子電解質層は、少なくともポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド及びアクリル酸−ビニルピリジン共重合体のうちの１つである画素構造。
【請求項２】
前記高分子電解質層と前記金属ナノ粒子層は、電気的極性が反対である請求項１に記載の画素構造。
【請求項３】
マイクロ発光ダイオードの光利用率を向上させるための画素製造方法であって、
基板を用意するステップと、
前記基板に収納室及びバリア領域を有する黒色フォトレジスト層を製造するステップと、
前記黒色フォトレジスト層において前記バリア領域以外の表面に高分子電解質溶液をコーティングして、空気乾燥させて高分子電解質層を形成するステップと、
前記高分子電解質層の表面に金属ナノ粒子溶液をコーティングして、空気乾燥させて金属粒子層を形成するステップと、
前記マイクロ発光ダイオードを前記黒色フォトレジスト層に位置合わせして転写するステップと、を含む製造方法。
【請求項４】
前記黒色フォトレジスト層は、フォトリソグラフィー法によりツーステップ成形される
請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
前記高分子電解質溶液と前記金属ナノ粒子溶液は、電気的極性が反対である請求項３に記載の製造方法。
【請求項６】
前記金属ナノ粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも１つ及び／又はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも２つで形成される合金を含む請求項３に記載の製造方法。
【請求項７】
前記高分子電解質は、少なくともポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド及びアクリル酸−ビニルピリジン共重合体のうちの１つである請求項５に記載の製造方法。
【請求項８】
画素構造であって、
基板と、
黒色フォトレジスト層であって、前記基板に堆積されて、収納室及びバリア領域を含み、前記バリア領域が前記収納室内に設けられる黒色フォトレジスト層と、
前記バリア領域以外の前記黒色フォトレジスト層にコーティングされた高分子電解質層と、
前記高分子電解質層に被覆された金属ナノ粒子層と、
前記バリア領域に設けられたマイクロ発光ダイオードと、を含む画素構造。
【請求項９】
前記高分子電解質層と前記金属ナノ粒子層は、電気的極性が反対である請求項８に記載の画素構造。
【請求項１０】
前記金属ナノ粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも１つ及び／又はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも２つで形成される合金を含む請求項８に記載の画素構造。
【請求項１１】
前記高分子電解質層は、少なくともポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド及びアクリル酸−ビニルピリジン共重合体のうちの１つである請求項８に記載の画素構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示技術分野に関し、特に画素構造及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示技術の高速発展に伴い、マイクロ発光ダイオード（Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤ）の表示の応用は、業界からますます注目を集めている。
【０００３】
Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤは、電流駆動型の自己発光ユニットであり、それぞれの独立した発光ユニットが空間の各方向へ均一に発光するため、この過程において大部分の光エネルギーが損失してしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、マイクロ発光ダイオードの光利用率を向上させることができる画素構造及び製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記技術的課題を解決するために、本発明が採用する技術的手段の１つは、画素構造を提供することであり、前記画素構造は、基板と、前記基板に堆積されて、収納室及びバリア領域を含み、前記バリア領域が前記収納室内に設けられる黒色フォトレジスト層と、前記バリア領域以外の前記黒色フォトレジスト層にコーティングされた高分子電解質層と、前記高分子電解質層に被覆された金属ナノ粒子層と、前記バリア領域に設けられたマイクロ発光ダイオードとを含み、前記金属ナノ粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも１つ及び／又はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも２つで形成される合金を含み、前記高分子電解質層は、少なくともポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド及びアクリル酸−ビニルピリジン共重合体のうちの１つである。
【０００６】
上記技術的課題を解決するために、本発明が採用する別の技術的手段は、マイクロ発光ダイオードの光利用率を向上させるための画素製造方法を提供することであり、前記方法は、基板を用意するステップと、前記基板に収納室及びバリア領域を有する黒色フォトレジスト層を製造するステップと、前記黒色フォトレジスト層において前記バリア領域以外の表面に高分子電解質溶液をコーティングして、空気乾燥させて高分子電解質層を形成するステップと、前記高分子電解質層の表面に金属ナノ粒子溶液をコーティングして、空気乾燥させて金属粒子層を形成するステップと、前記マイクロ発光ダイオードを前記黒色フォトレジスト層に位置合わせして転写するステップとを含む。
【０００７】
上記技術的課題を解決するために、本発明が採用するさらなる技術的手段は、画素構造を提供することであり、前記画素構造は、基板と、前記基板に堆積されて、収納室及びバリア領域を含み、前記バリア領域が前記収納室内に設けられる黒色フォトレジスト層と、前記バリア領域以外の前記黒色フォトレジスト層にコーティングされた高分子電解質層と、前記高分子電解質層に被覆された金属ナノ粒子層と、前記バリア領域に設けられたマイクロ発光ダイオードとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の有利な効果は、以下のとおりである。従来技術に比べて、本発明は、反射層を有する画素構造を形成することによって、マイクロ発光ダイオードの光利用率を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の画素構造の製造方法の一実施例の模式的なフローチャートである。
【図２】本発明の画素構造の一実施形態の構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例における図面を併せて参照しながら、本発明の実施例における技術的手段を明瞭かつ完全に説明するが、勿論、説明する実施例は、本発明の実施例の一部に過ぎず、すべての実施例ではない。本発明における実施例に基づいて、当業者が創造的な努力を必要とせずに想到しうるすべてのほかの実施例は、本発明の保護範囲に属する。
【００１１】
図１に示されるように、図１は、本発明の画素構造の製造方法の一実施例であり、該方法は、ステップＳ１１０〜ステップＳ１５０を含む。
【００１２】
ステップＳ１１０にて、基板を用意する。
【００１３】
該基板は、透明材質であってもよく、具体的には、ガラス又は透明プラスチックなどであってもよい。
【００１４】
ステップＳ１２０にて、基板に収納室及びバリア領域を有する黒色フォトレジスト層を製造する。
【００１５】
ステップＳ１２０では、収納室及びバリア領域を有する該黒色フォトレジスト層の形成は、フォトリソグラフィー法を用いたワンステップ成形を採用してもよい。黒色フォトレジスト層は、紫外光の露光を受けると、現像液での溶解度が変わる有機化合物である。一般に、フォトレジストは、液状で基板表面にコーティングされて、露光された後にベークされて固体になり、後続の工程（エッチング又はイオン注入など）において下方の材料を保護するためにマスクプレートにおけるパターンを基板表面の酸化層に転写する役割を果たす。
【００１６】
フォトリソグラフィー法とは、一連の生産ステップを通じて、基板表面のフォトレジスト層の特定の部分を除去する技法を指し、この技法を施すと、基板表面にはマイクロパターン構造を有するフォトレジスト層が残される。フォトリソグラフィー技法のプロセスにより、最終的に基板表面には特徴パターンの部分が残される。さらに、フォトリソグラフィー法の３つの基本的な要素は、光照射の制御（主に紫外光）、マスクプレート及びレジスト（フォトレジスト）である。
【００１７】
本実施例では、収納室及びバリア領域を有する該黒色フォトレジスト層は、フォトリソグラフィー法によりワンステップ成形されてもよい。別の実施例では、該黒色フォトレジスト層は、フォトリソグラフィー法によりツーステップ成形されてもよく、すなわち、まず、収納室構造を有する黒色フォトレジスト層を形成し、次に、収納室に、さらにバリア領域構造を形成してもよい。ここで、該バリア領域は、凸起、凹陥又は溝などの構造とすることができ、且つ、後続の高分子電解質溶液及び金属ナノ粒子溶液は、いずれも該バリア領域の部分にコーティングされず、その目的は、マイクロ発光ダイオードの両端のピンをバリアして、マイクロ発光ダイオードの短絡を防止することである。本実施例では、該バリア領域は、マイクロ発光ダイオードを容易に載置できるように、凸起構造として設置される。
【００１８】
ステップＳ１３０にて、黒色フォトレジスト層においてバリア領域以外の表面に高分子電解質溶液をコーティングして、空気乾燥させて高分子電解質層を形成する。
【００１９】
ステップＳ１３０では、高分子電解質層及び後続の塗膜構造のコーティングは、交互積層技術（Ｌａｙｅｒ−ｂｙ−Ｌａｙｅｒ，ＬＢＬ）を利用する。交互積層技術は、１層ずつ交互に堆積させる方法によって、各層分子間の弱い相互作用（たとえば、静電引力、水素結合、配位結合など）を利用して、層と層とを自ら集合させて、完全な構造を形成するものであり、性能が安定しており、ある特定の機能を有する分子集合体又は超分子構造を有するプロセスである。本実施例では、イオン間の静電気作用を成膜の駆動力とする静電気交互積層技術が主に使用される。上記フォトリソグラフィーの技法により得られた均一にコーティングされて収納室及びバリア領域構造を有する黒色フォトレジスト層には、高分子電解質溶液がコーティングされ、空気乾燥されて高分子電解質層を形成する。ここで、該高分子電解質溶液は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド及びアクリル酸−ビニルピリジン共重合体などの１つであってもよい。特定の実施例では、高分子電解質溶液は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド（Ｐｏｌｙ  Ｄｉｍｅｔｈｙｌ  Ｄｉａｌｌｙｌ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｃｈｌｏｒｉｄｅ、ＰＤＤＡ）溶液を用い、その濃度が２ｍｇ／ｍＬであり、そして、コーティング過程において黒色フォトレジスト層においてバリア領域構造をコーティングしないようにする。エアナイフで乾燥させると、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド塗膜である高分子電解質膜が形成される。
【００２０】
ステップＳ１４０にて、高分子電解質層の表面に金属ナノ粒子溶液をコーティングして、空気乾燥させて金属粒子層を形成する。
【００２１】
ステップＳ１４０では、さらに高分子電解質層に金属ナノ粒子溶液をコーティングする。該金属ナノ粒子溶液は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも１つ及び／又はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも２つで形成される合金を含んでもよい。使用される金属ナノ粒子溶液は、比較的高い消衰係数を有することが必要であり、いわゆる消衰係数とは、測定対象溶液の光への吸収の大きさの値をいう。本実施例では、金属ナノ粒子溶液としてＡｇナノ粒子溶液を高分子電解質層にコーティングして、空気乾燥させてＡｇナノ粒子層を形成する。つまり、Ａｇナノ粒子層を反射層とし、ビームが空気から該Ａｇナノ粒子層の表面に入射すると、Ａｇナノ粒子層に入った光の振幅が迅速に減衰し、Ａｇナノ粒子層に入った光エネルギーがその分減少する一方、反射光エネルギーが増える。さらに、使用される金属粒子溶液の消衰係数が大きいほど、光振幅が迅速に減衰し、金属の内部に入った光エネルギーがより少なくなり、反射率がより高くなる。
【００２２】
また、ステップＳ１３０及びステップＳ１４０では、高分子電解質溶液と金属ナノ粒子溶液は、電気的極性が反対である。即ち、ステップＳ１３０では、高分子電解質溶液として、カチオンポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドが使用され、ステップＳ１４０では、金属ナノ粒子溶液として、負に帯電したＡｇナノ粒子溶液が使用される。別の実施例では、高分子電解質溶液及び金属ナノ粒子溶液を選択するときに、両方の電気的極性が反対でありさえすればよい。また、交互積層技術を利用した交互堆積技術によれば、交互積層塗膜の構造及び厚みを制御することができる。特定の実施例において、金属ナノ粒子層の厚みを更に増加する必要がある場合、上記ステップＳ１３０及びステップＳ１４０を繰り返せばよく、即ち、金属ナノ粒子層にさらに一層の高分子電解質溶液をコーティングして、空気乾燥させて高分子電解質層を形成し、次に該高分子電解質層に金属ナノ粒子溶液をコーティングして、空気乾燥させて金属ナノ粒子層を形成し、このように、上記ステップを繰り返すと、所望の塗膜の厚みが形成される。
【００２３】
ステップＳ１５０、マイクロ発光ダイオードを黒色フォトレジスト層に位置合わせして転写する。
【００２４】
交互積層技術を利用した交互堆積技術により所望の金属ナノ粒子層の厚みが形成された後、マイクロ発光ダイオード（Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤ）を黒色フォトレジスト層に位置合わせして転写する。具体的には、マイクロ発光ダイオードを、黒色フォトレジスト層におけるバリア領域構造に位置合わせして転写する。
【００２５】
ここで、マイクロ発光ダイオードとは、成熟した発光ダイオード調製技法を利用して分子線エピタキシー法によりサファイア系基板に大規模に成長させたサイズ１０〜５０ｕｍのマイクロ発光ダイオードユニットを指し、パターニングされた各色のマイクロ発光ダイオードを形成して表示領域を構成しようとする場合、高精度の転写技術でそれをガラス基板に転写する必要がある。マイクロ発光ダイオードを製造するためのサファイア基板のサイズは基本的にはシリコンウェハのサイズであるが、表示装置を製造するには遥かに大サイズのガラス基板が使用されるため、複数回の転写が必要とされ、こことき該マイクロ発光ダイオードの転写には特殊な転送ツールを用いる必要である。該転送ツールは、マイクロ発光ダイオードをサファイア基板から上記黒色フォトレジスト層においてバリア領域に位置合わせして転写する役割を果たす。この過程を簡単に説明すると、まず、転送ツールをマイクロ発光ダイオードと接触させて、転送ツールに電圧を印加し、マイクロ発光ダイオードに対する単位面積当たりの挟持圧力を発生させ、転送ツールでマイクロ発光ダイオードをピックアップし、黒色フォトレジスト層のバリア領域構造をマイクロ発光ダイオードと接触させ、最後に、マイクロ発光ダイオードをバリア領域構造にリリースする。
【００２６】
さらに、該マイクロ発光ダイオードを黒色フォトレジスト層においてバリア領域構造に位置合わせして転写した後、上記金属ナノ粒子層の光学的特性のため、マイクロ発光ダイオードが周辺方向へ放射した光線を、屈折及び反射を経て、再び出光方向に集めることができる。このように、光損失を減少させて、光利用率を向上させる。
【００２７】
上記実施形態では、交互積層技術により反射層を有する画素構造を形成することによって、マイクロ発光ダイオードの光利用率を向上させる。
【００２８】
図２に示されるように、図２は、本発明の画素構造の一実施形態の構造模式図である。図２に示されるように、該画素１０は、基板１１、黒色フォトレジスト層１２、高分子電解質層１３、金属ナノ粒子層１４及びマイクロ発光ダイオード１５を含む。
【００２９】
ここで、基板１１は、透明材質であってもよく、具体的には、ガラス又は透明プラスチックなどであってもよい。
【００３０】
黒色フォトレジスト層１２は、基板１１に堆積されており、該黒色フォトレジスト層１２は、収納室１２１及びバリア領域１２２を含み、且つバリア領域１２２は、収納室１２１内に設けられる。具体的には、該黒色フォトレジスト１２は、紫外光の露光を受けると、現像液での溶解度が変わる有機化合物である。一般に、フォトレジストは、液状で基板表面にコーティングされて、露光された後にベークされて固体になり、後続の工程（エッチング又はイオン注入など）において下方の材料を保護するためにマスクプレートにおけるパターンを基板１１の表面の酸化層に転写する役割を果たす。該黒色フォトレジスト層１２は、フォトリソグラフィー法によりワンステップ成形されてもよく、フォトリソグラフィー法によりツーステップ成形されてもよい。すなわち、まず、収納室１２１の構造を有する黒色フォトレジスト層１２を形成し、次に、収納室１２１に、さらにバリア領域１２２の構造を形成する。該バリア領域１２２は、凸起、凹陥又は溝などの構造とすることができ、且つ、後続の高分子電解質層及び金属ナノ粒子層は、いずれも該バリア領域１２２の部分にコーティングされず、その目的は、マイクロ発光ダイオード１５の両端のピンをバリアして、マイクロ発光ダイオード１５の短絡を防止することである。本実施例では、該バリア領域１２２は、マイクロ発光ダイオード１５を容易に載置するように、凸起構造として設置される。
【００３１】
高分子電解質層１３は、バリア領域１２２以外の黒色フォトレジスト層１２にコーティングされる。ここで、該高分子電解質層１３は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリジメチルジアリルアンモニウムクロリド及びアクリル酸−ビニルピリジン共重合体などのうちの一つであり、特定の実施形態では、該高分子電解質層１３は、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリドを用いる。
【００３２】
金属ナノ粒子層１４は、高分子電解質層１３に被覆され、該金属ナノ粒子は、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも１つ及び／又はＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｐｔのうちの少なくとも２つで形成される合金を含み、且つ使用される金属ナノ粒子層は、比較的高い消衰係数を有することが必要である。本実施例では、Ａｇナノ粒子層を反射層とし、ビームが空気から該Ａｇナノ粒子層の表面に入射すると、Ａｇナノ粒子層に入った光の振幅が迅速に減衰し、Ａｇナノ粒子層に入った光エネルギーがその分減少する一方、反射光エネルギーが増える。さらに、使用される金属粒子層の消衰係数が大きいほど、光振幅が迅速に減衰し、金属の内部に入った光エネルギーがより少なくなり、反射率がより高くなる。
【００３３】
特定の実施例では、上記高分子電解質層１３と金属ナノ粒子層１４は、電気的極性が反対である。即ち、上記ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド薄塗膜は、正に帯電し、Ａｇナノ粒子層は、負に帯電し、両方は、静電作用により交互に堆積されて、所望の厚みの金属ナノ粒子塗膜を形成する。別の実施例では、高分子電解質層及び金属ナノ粒子層を選択するときに、両方の電気的極性が反対でありさえすればよい。
【００３４】
マイクロ発光ダイオード１５は、バリア領域１２２に設けられる。ここで、該マイクロ発光ダイオード１５とは、成熟した発光ダイオード調製技法を利用して分子線エピタキシー法によりサファイア系基板に大規模に成長させたサイズ１０〜５０ｕｍのマイクロ発光ダイオードユニットを指す。また、位置合わせして転写することにより、黒色フォトレジスト層１２のバリア領域１２２の構造に設けられるが、具体的な設置方法については、上記説明を参照すればよいため、ここで詳細な説明を省略する。上記金属ナノ粒子層の光学的特性のため、マイクロ発光ダイオードが周辺方向へ放射した光線を、屈折及び反射を経て、再び出光方向に集めることができる。このように、光損失を減少させて、光利用率を向上させる。
【００３５】
前記のとおり、当業者にとって明らかなように、本発明は、交互積層技術により反射層を有する画素構造を形成することによって、マイクロ発光ダイオードの光利用率を向上させる画素構造及び製造方法を提供する。
【００３６】
以上は、本発明の実施形態に過ぎず、本発明の特許の範囲を制限するものではなく、本発明の明細書及び図面の内容に基づいて行われる同等の構造又は同等のプロセスへの変更、又はほかの関連技術分野への直接又は間接的な応用用は、いずれも本発明の特許の保護範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  画素
１１  基板
１２  黒色フォトレジスト層
１３  高分子電解質層
１４  金属粒子層
１５  マイクロ発光ダイオード
１２１  収納室
１２２  バリア領域
【図１】
0006899917.tif 000002
【図２】
0006899917.tif 000003