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마이크로/미니 LED 봉지재용 유기-실록산 하이브리드 소재 개발
배병수,엄병조,장준호 대한용접·접합학회 2021 대한용접학회 특별강연 및 학술발표대회 개요집 Vol.2021 No.11
마이크로/미니 LED 디스플레이는 자체 발광에 의한 높은 해상도, 로컬 디밍에 의한 높은 명암비 및 낮은 작동 전력으로 인해 최근 차세대 디스플레이로 많은 관심을 받고 있다. 마이크로/미니 LED 칩을 덮어서 보호하는 봉지재층은 성능과 내구성을 결정하는 핵심 소재로 고굴절률이 요구된다. 고굴절률 봉지재를 사용함으로써, LED 칩으로 사용되는 소재 (예: GaN)의 높은 굴절률(>2.5)로 인한 내부 전반사를 줄여 광추출효율을 향상시킬 수 있다. 이는 저전력 구동 마이크로/미니 LED 디스플레이를 구현하는데 더욱 중요하다. 현재는 특정 업체의 유기물 기반 고굴절률 (1.53) 페닐 실리콘 (silicone) 봉지재가 사용되고 있으나 굴절률의 증가와 산란제 첨가 등을 통해 광추출 효율을 향상시키면서 높은 내열성과 내광성을 갖는 봉지재의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 솔-젤 방식으로 합성된 고굴절 및 고내구성 유기-실록산 하이브리드 LED 봉지재를 개발하였다. 수지합성에는 유기 실란의 비가수 솔-젤 축합을 통해 매우 균일한 이종성분의 유-무기 하이브리드 수지를 합성하였다. 경화방식으로는 부산물 및 Out-gassing이 발생하지 않는 수소규소화 (hydrosilylation) 반응을 이용하였다. 고굴절의 수지를 제작하기 위해 굴절률을 높일 수 있는 페닐그룹이 포함된 비닐과 수소 기반의 실록산 수지를 각각 합성하여 유기-실록산 하이브리드 LED 봉지재를 제작하였다. 제작한 결과 실록산 하이브리드 재료내에 다량의 페닐그룹이 함유되어 있어 높은 굴절률 (>1.58@486nm)과 높은 광투과율 (~90%@450nm)을 보였다. 또한, 높은 축합도 (비닐-페닐 실록산 수지: 92%, 수소-페닐 실록산 수지: 88%)과 높은 가교밀도에 의해 높은 내열성 (150oC, 1000시간/투과도변화≤1%@450nm)을 가지는 것을 확인하였다. 높은 굴절률과 내열성을 가지는 유기-실록산 하이브리드 소재를 이용하여 실제 LED에 직접 봉지하여 광추출효율의 변화를 확인한 결과 봉지재가 없는 LED에 대비 109.2%의 광추출 효율향상을 보여 마이크로/미니 LED 디스플레이 봉지재로 실제 활용가능성을 확인하였다. 추가적으로, 마이크로/미니 LED의 광추출 효율을 극대화하고 렌즈 형상 제작을 위한 산란제로 ZrO2 및 TiO2, 실리카 나노입자를 유기-실록산 하이브리드 수지내에 균일하게 분산시킨 LED 봉지재를 개발하고 있다.
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