JP2023029246A - マイクロ発光ダイオード表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均一な発光輝度を有するマイクロ発光ダイオード表示装置を提供する。
【解決手段】回路基板と、エピタキシー構造と、導電層を含むマイクロ発光ダイオード表示装置が提供される。エピタキシー構造は、回路基板に電気的に接続され、且つ接続層と複数の発光メサとを含む。複数の発光メサは、接続層上に配置され、接続層の厚さは、複数の発光メサの厚さよりも薄く、接続層は、複数の発光メサにより露出された第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面を有する。導電層は、接続層の第２の表面上に配置され、第２の表面の複数のサブ領域を露出し、接続層への導電層の垂直投影は、接続層への第１の表面の垂直投影と重なり合う。
【選択図】図１Ｂ

Description

本開示は、表示装置に関するものであり、特に、マイクロ発光ダイオード表示装置に関するものである。

マイクロ発光ダイオード表示装置の複数のピクセルは、半導体接続層上に複数の半導体発光メサを配置することによって形成することができる。半導体発光メサの各々はサブピクセルに対応し、半導体接続層上にアレイ状に配置される。半導体接続層は、接続層であることに加えて、各発光メサの共通電極としても機能することができ、接合金属層を介して回路基板に電気的に接続される。

しかしながら、半導体接続層の抵抗値は、導体の抵抗値よりも高い。共通接地点から遠く離れた発光メサの方が再結合する電子正孔対の数が少なくなる。これに対し、共通接地点に近い発光メサの方が再結合する電子正孔対の数が多くなる。そのため、マイクロ発光ダイオードディスプレイの輝度が不均一になり得る。

本開示は、均一な発光輝度を有するマイクロ発光ダイオード表示装置を提供する。

本開示の一実施形態によれば、回路基板、エピタキシー構造、および導電層を含むマイクロ発光ダイオード表示装置が提供される。エピタキシー構造は、回路基板に電気的に接続されており、接続層と複数の発光メサとを含む。発光メサは接続層上に配置され、接続層の厚さは発光メサの厚さよりも薄く、接続層は発光メサによって露出された第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面を有する。導電層は接続層の第２の表面上に配置され、第２の表面の複数のサブ領域を露出し、接続層への導電層の垂直投影が接続層への第１の表面の垂直投影と重なり合う。

本開示の別の実施形態によれば、回路基板、エピタキシー構造、および透明導電層を含むマイクロ発光ダイオード表示装置が提供される。エピタキシー構造は、回路基板に電気的に接続されており、接続層と複数の発光メサとを含む。発光メサは、接続層上に配置され、接続層は、発光メサによって露出された第１の表面と、第１の表面の反対側の第２の表面とを有する。透明導電層は、接続層の第２の表面上に配置され、透明導電層は、第２の表面を完全に覆う。

上記に基づいて、本開示の実施形態によって提供されるマイクロ発光ダイオード表示装置では、導電層がエピタキシー構造の接続層上に配置されている。導電層の抵抗値は接続層の抵抗値よりも小さいので、回路基板の電流は導電層を通ってより均一に伝達され得る。この場合、共通の接地点からの距離が異なる発光メサにおいて、同じ電位差が同じ数の再結合電子正孔対を駆動することが可能になり、これにより、マイクロ発光ダイオード表示装置の輝度が不均一になるのを防ぐことができる。さらに、解像度の要件が高くなるにつれて、発光メサ（サブピクセル）の配置が密になる。導電層が接続層の第１の表面に配置される従来の状況とは対照的に、本開示の導電層は第２の表面に配置され、これは歩留まりを大幅に改善する。

本開示の上記の特徴および利点を理解可能にするために、図面を参照して幾つかの実施形態を以下に詳細に説明する。

本開示の一実施形態によるマイクロ発光ダイオード表示装置の平面概略図を示す。 図１Ａに示される線Ｉ－Ｉ'に沿った断面概略図を示す。 本開示の一実施形態によるマイクロ発光ダイオード表示装置の平面概略図を示す。 図２Ａに示される線ＩＩ－ＩＩ'に沿った断面概略図を示す。 本開示の実施形態によるマイクロ発光ダイオード表示装置の断面概略図である。 本開示の実施形態によるマイクロ発光ダイオード表示装置の断面概略図である。 本開示の実施形態によるマイクロ発光ダイオード表示装置の断面概略図である。

発明を実施すための形態

図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、マイクロ発光ダイオード表示装置１は、表示領域Ａ１および非表示領域Ａ２を有するとともに、回路基板Ｃ１、エピタキシー構造ＥＳ、および導電層３０を含む。表示領域Ａ１は、複数の表示サブピクセルＰＸが配置された領域を指し、非表示領域Ａ２は表示領域Ａ１の周囲に少なくとも部分的に配置され、複数の駆動要素（図示せず）が配置される領域とし得る。表示サブピクセルＰＸの各々は、マイクロ発光ダイオード表示装置１の画像光を提供する発光メサ２０を有する。

エピタキシー構造ＥＳは、接続層１０および複数の発光メサ２０を含む。図１Ｂに示されるように、複数の表示サブピクセルＰＸにそれぞれ対応する複数の発光メサ２０は、接続層１０上に配置され、発光メサ２０の各々は、第１の型の半導体層２０１、第２の型の半導体層２０２、および発光層２０３を含み、発光層２０３は、多重量子井戸（ＭＱＷ）である。接続層１０は、第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２により形成される平面に平行な平面上に配置され、発光メサ２０により露光される第１の表面１０１と、第１の表面１０１の反対側の第２の表面１０２とを有する。

本開示の一実施形態によれば、接続層１０はｎ型の半導体であり、第１の型の半導体層２０１はｎ型半導体であり、第２の型の半導体層２０２はｐ型半導体であるが、本開示はこれに限定されない。本開示の別の実施形態では、接続層１０はｐ型半導体であり、第１の型の半導体層２０１はｐ型半導体であり、第２の型の半導体層２０２はｎ型半導体である。特に、接続層１０と第１の型の半導体層２０１は一体に形成してもよい。すなわち、２つは同じ層としてもよい。例えば、エッチングプロセスによって、複数の分離された第１の型の半導体層２０１と連続接続層１０とを形成することにより、回路基板Ｃ１への物質移動の歩留まりを向上させることができ、消費電力削減のために接続層１０を共通の電極として使用することもできる。

回路基板Ｃ１は、例えば、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）基板、リキッド・クリスタル・オン・シリコン（ＬＣＯＳ）基板、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板、または動作回路を備えた他の基板とし得るが、これに限定されない。図１Ｂに示されるように、エピタキシー構造ＥＳは、接合金属層１２０、接合金属層１３０、接合金属層１４０、および接合金属層１５０を介して回路基板Ｃ１に電気的に接続され、接合金属層１４０および接合金属層１５０は共通接地点である。回路基板Ｃ１を介して接合金属層１２０に電圧が印加されて接合金属層１２０と共通接地点との間に電位差が発生すると、電位差により電流が発生し、電圧が印加された接合金属層１２０を接続する発光メサ２０において電子正孔対の再結合が生起し、それによって光が発生する。発光メサ２０によって放出された光は、第３の方向Ｄ３に実質的に平行な方向に沿ってマイクロ発光ダイオード表示装置１から出て、ユーザの目に入る。ここで、第１の方向Ｄ１、第２の方向Ｄ２、そして第３の方向Ｄ３は互いに垂直である。

共通電極として機能する接続層１０は半導体であるため、接続層１０の抵抗値は導体の抵抗値よりも高い。共通接地点と共通接地点から遠く離れた接合金属層１２０に所定の電位差が印加される場合、対応する発光メサ２０での再結合電子正孔対の数は少なくなる。同じ電位差が共通接地点と共通接地点に近い接合金属層１２０に印加される場合、対応する発光メサ２０での再結合電子正孔対の数は多くなる。上記の状況を回避するために、導電層３０を接続層１０の第２の表面１０２上に配置するとともに、接続層１０の第３の方向Ｄ３の厚さを発光メサ２０の厚さより薄く構成し、低い抵抗を有する導電層３０を利用して電流の伝達を補助することによって、電流が均一に分配されるようにすることができる。共通接地点と共通接地点から遠く離れた接合金属層１２０に同じ電位差が印加されても、対応する発光メサ２０内の再結合電子正孔対の数は低下しない。発光メサ２０から放出された光は、接続層１０の内部で反射されることが防止される。光損失が回避される。したがって、マイクロ発光ダイオード表示装置１の発光メサ２０は、同じ電位差が印加されたときに同じ輝度を有することができ、マイクロ発光ダイオード表示装置１は、良好な輝度均一性を有し得る。

導電層３０の面積が大きいほど、電流がより均一に分配され、マイクロ発光ダイオード表示装置１の輝度均一性が向上する。接続層１０への導電層３０の垂直投影が第１の投影であり、接続層１０への第１の表面１０１の垂直投影が第２の投影である場合、一実施形態では、第１の投影と第２の投影が重なり合う部分の面積は、第２の投影の面積の０．５倍以上である。一実施形態では、接続層１０への第１の表面１０１の垂直投影（すなわち、第２の投影）は、接続層１０への導電層３０の垂直投影（すなわち、第１の投影）内に完全に含まれる。別の実施形態では、接続層１０への第１の表面１０１の垂直投影（すなわち、第２の投影）は、接続層１０への導電層３０の垂直投影（すなわち、第１の投影）内に完全に含まれ、第１の投影と第２の投影の重なり合う部分の面積は、第２の投影の面積に等しい。

この実施形態では、導電層３０は、金、チタン、アルミニウム、銀、白金、およびそれらの合金などの不透明な高導電性材料である。したがって、導電層３０は、第２の表面１０２の複数のサブエリア１０２Ｓを露出するように構成され、サブエリア１０２Ｓは、それぞれ、発光メサ２０に対応する。具体的には、図１Ｂに示されるように、接続層１０へのサブエリア１０２Ｓの垂直投影は、それぞれ、接続層１０への発光メサ２０の垂直投影と重なり合い、その結果、発光メサ２０の各々によって放出された光は、対応するサブエリア１０２Ｓを透過し、次いでマイクロ発光ダイオード表示装置１から出ることができる。接続層１０への導電層３０の垂直投影は、接続層１０への第１の表面１０１の垂直投影と重なり合い、接続層１０への発光メサ２０の垂直投影と重なり合わないが、本開示はこれに限定されない。本開示の一実施形態では、接続層１０への導電層３０の垂直投影は、接続層１０への発光メサ２０の少なくとも一部の垂直投影と部分的に重なり合う。言い換えれば、接続層１０へのサブエリア１０２Ｓの少なくとも一部の垂直投影の面積は、接続層１０への対応する発光メサ２０の垂直投影の面積よりも小さい。このような構成では、発光メサ２０により放出された光が導電層３０によってさらに制限され、光はより集中した方向に進み、これにより、表示サブピクセルＰＸ間のクロストークが回避される。好ましくは、接続層１０へのサブエリア１０２Ｓの少なくとも一部の垂直投影と、接続層１０への対応する発光メサ２０の垂直投影との間の比率は、０．５から１の間であり、その比率が０．５未満の場合、光抽出率が不十分になり得る。

さらに、導電層３０は不透明な高導電性材料であるため、導電層３０の厚さは、導電層３０によって吸収される光の量を低減するように、エピタキシー構造ＥＳの厚さ以下になるように構成される。電流が表示領域Ａ１の導電層３０においてより均一に伝達されるように、表示領域Ａ１に配置された導電層３０の総面積は、非表示領域Ａ２に配置された導電層３０の総面積よりも大きいことにも留意されたい。発光メサ２０の各々は、同じ電位差がそれに印加されるとき、同じ輝度を有する。

この実施形態では、マイクロ発光ダイオード表示装置１は、半導体パッド４０をさらに含み、半導体パッド４０および共通接地点として機能する接合金属層１４０、１５０は、すべて、非表示領域Ａ２に配置され、発光メサ２０は、表示領域Ａ１に配置されている。

半導体パッド４０および発光メサ２０は、同じプロセスで製造することができ、類似の構造を有するものとし得る。各発光メサ２０の上面と接続層１０から離れた側の半導体パッド４０の上面は同一平面上にあるため、回路基板C１上の接合金属層１５０と接合金属層１３０を接合金属層１４０と接合金属層１２０にそれぞれ接合するプロセスの歩留まりを向上させることができる。さらに、接合金属層１４０はエピタキシャルセクション１４０Ｅを有し、接合金属層１４０を接続層１０と接合金属層１５０との間に電気的に接続することができる。

本開示の様々な実施形態を十分に説明するために、本開示の他の実施形態を以下に記載する。以下の実施形態は、上記実施形態の参照番号および内容の一部を使用し、同じ参照番号は、同一または類似の要素を示すために使用され、同じ技術的内容の説明は省略されることに留意されたい。省略された部分の説明については、上記の実施形態を参照することができ、以下の実施形態には記載されない。

図２Ａおよび図２Bを参照すると、マイクロ発光ダイオード表示デバイス２は、表示領域Ａ１および非表示領域Ａ２を有し、回路基板Ｃ１、エピタキシー構造ＥＳ、および導電層３０Ａを含む。複数の発光メサ２０は、４つの発光メサ２０の単位で複数の発光メサグループ２０Ｇにグループ化され、導電層３０Ａは、第２の表面１０２の複数のサブエリア１０２Ｇを露出するように構成され、サブエリア１０２Ｇは、それぞれ、発光メサグループ２０Ｇに対応する。しかしながら、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態では、マイクロ発光ダイオード表示装置２の発光メサ２０は、少なくとも３つの発光メサ２０の単位で複数の発光メサグループ２０Ｇにグループ化される。その後、色変換要素（図示せず、例えば量子ドット）が少なくとも３つの発光メサ２０に対応して第２の表面１０２上に配置されると、少なくとも３つの発光メサ２０は、それぞれ、赤色光、緑色光、および青色光を放出し、フルカラー表示装置を形成することができる。

マイクロ発光ダイオード表示装置１と同様に、マイクロ発光ダイオード表示装置２の表示領域Ａ１に配置された導電層３０Ａの総面積は、非表示領域Ａ２に配置された導電層３０Ａの総面積よりも大きいため、電流が表示領域Ａ１の導電層３０Ａにより均一に伝達され得る。発光メサ２０の各々は、同じ電位差がそれに印加されるとき、同じ明るさを有する。

図３を参照すると、マイクロ発光ダイオード表示装置３は、表示領域と非表示領域を有し、回路基板Ｃ１、エピタキシー構造ＥＳ、導電層３０Ｂ、導電層５０、および絶縁層２２０を含む。導電層３０Ｂは、表示領域に配置された導電層３０Ｂ１と、非表示領域に配置された導電層３０Ｂ２とを含む。

導電層３０Ｂ１の幅は、第２の表面１０２から離れる方向に（すなわち、第３の方向Ｄ３の正方向に沿って）減少し、導電層３０Ｂ１は、底部が広く、上部が狭いビューを示す。図３に示す導電層３０Ｂ１の断面図は円錐形を有するため、対応する発光メサ２０により放出された光は反射されて、より中心に向けて集中され得る。その後、発光メサ２０に対応する第２の表面１０２上に色変換要素（図示せず、例えば、量子ドット）が配置されると、導電層３０Ｂ１に形成された溝Ｇは、そこに配置された色変換要素に対して、より大きな機械加工許容量を有する収容空間を提供する。他の実施形態では、導電層３０Ｂ１の幅は、第２の表面１０２から離れる方向に減少し、導電層３０Ｂ１は、断面図において台形の形状を有する。

非表示領域の導電層３０Ｂ２はまた、接続層１０を貫通する貫通孔１０Ｈ内に配置され、接合金属層１４０、接合金属層１５０、および回路基板Ｃ１に電気的に接続する。回路基板Ｃ１からの電流は、貫通孔１０Ｈにおいて、接合金属層１５０、接合金属層１４０、導電層３０Ｂ２に順次伝達され、より高い抵抗を有する接続層１０を通過することなく第２の表面１０２上の導電層３０Ｂ２、導電層３０Ｂ１に到達する。表示領域に配置された導電層３０Ｂ１の総面積は、非表示領域に配置された導電層３０Ｂ２の総面積よりも大きいため、導電層３０Ｂ１において電流がより均一に伝達されることが保証される。発光メサ２０の各々は、同じ電位差がそれに印加されると、同じ輝度を有する。

この実施形態のマイクロ発光ダイオード表示装置３は、接続層１０の第１の表面１０１上に配置された別の導電層５０をさらに含む。言い換えれば、導電層５０は、発光メサ２０の間に配置される。導電層５０はまた、回路基板Ｃ１から電流を伝達するように構成され、導電層５０と発光メサ２０との間に絶縁層２２０が配置される。

図４を参照すると、マイクロ発光ダイオード表示装置４は、回路基板Ｃ１、エピタキシー構造ＥＳ１、および導電層３０Ｃを含む。

エピタキシー構造ＥＳ１は、接続層１０Ａおよび複数の発光メサ２０を含む。接続層１０Ａは、パターン化されたエピタキシャル基板上にエピタキシャル成長によって形成することができ、複数の三次元パターン１０２Ｐを含み、三次元パターン１０２Ｐは、第２の表面１０２Ａ上に配置されている。すなわち、接続層１０Ａは、第２の表面１０２が平坦である図１Ｂに示される接続層１０とは相違し、接続層１０Ａの第２の表面１０２Ａは、複数の三次元パターン１０２Ｐを有する。導電層３０Ｃは、三次元パターン１０２Ｐの複数の溝Ｇ'内に配置されている。このような状況では、三次元パターン１０２Ｐの上に配置された導電層３０Ｃと第２の表面１０２Ａとの間の接触面積は、図１Ｂに示される導電層３０と第２の表面１０２との間の接触面積よりも大きくなり、接続層１０Ａと導電層３０Ｃとの間の接合歩留まりが向上し、回路基板Ｃ１からの電流の伝達効率が向上する。

上記の導電層３０、導電層３０Ａ、導電層３０Ｂ、および導電層３０Ｃは、不透明導電層である。しかしながら、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態では、導電層３０、導電層３０Ａ、導電層３０Ｂ、および導電層３０Ｃは、透明導電層である。

図５を参照すると、マイクロ発光ダイオード表示装置５は、回路基板Ｃ１、エピタキシー構造ＥＳ、および透明導電層３０Ｔを含む。透明導電層３０Ｔは、接続層１０の第２の表面１０２上に配置され、第２の表面１０２を完全に覆う。透明導電層３０Ｔの材料は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または亜鉛（ＺｎＯ）などの酸化金属材料であってよい。光は透明導電層３０Ｔを透過することができるので、前の実施形態におけるさまざまな不透明導電層のように、第２の表面の複数のサブ領域を露出させる必要はないため、透明導電層３０Tと第２の表面との間の接触面積が最大になり、回路基板Ｃ１からの電流の伝達効率が大幅に改善される。

要約すると、本開示の実施形態によって提供されるマイクロ発光ダイオード表示装置では、導電層がエピタキシー構造の接続層上に配置される。導電層の抵抗値は接続層の抵抗値よりも小さいので、回路基板からの電流は導電層内に伝達され得る。この場合、発光メサが共通の接地点からの距離が異なっていても、同じ電位差が同じ数の電子正孔対を駆動してそれらの発光メサで再結合することができ、これにより、マイクロ発光ダイオード表示装置の不均一輝度を避けることができる。さらに、導電層を接続層の第１の表面に配置する場合とは対照的に、導電層を接続層の第２の表面に配置する製造プロセスは、著しく高い歩留まりを有する。

本開示のマイクロ発光ダイオード表示装置は、より高い歩留まりを有しながら、均一な発光輝度を有し得る。

１、２、３、４、５：マイクロ発光ダイオード表示装置
１０、１０A：接続層
１０H：貫通孔
２０：発光メサ
２０Ｇ：発光メサグループ
３０、３０A、３０B、３０B１、３０B２、５０、３０C、３０T：導電層
４０：半導体パッド
１０１：第１の表面
１０２、１０２A：第2の表面
１０２P：３次元パターン
１０２S、１０２G：サブエリア
１２０、１３０、１４０、１５０：接合金属層
１４０E：エピタキシャルセクション
２０１：第1の型の半導体層
２０２：第2の型の半導体層
２０３：発光層
２２０：絶縁層
Ａ１：表示領域
Ａ２：非表示領域
C１：回路基板
Ｄ１：第１の方向
Ｄ２：第２の方向
Ｄ３：第3の方向
ＥＳ、ＥＳ１：エピタキシー構造
Ｇ、Ｇ’：溝
ＰＸ：表示サブピクセル

Claims (8)

1. 回路基板と、
   前記回路基板に電気的に接続されたエピタキシー構造であって、
   接続層と、
   前記接続層上に配置された複数の発光メサと、を備え、前記接続層の厚さが前記発光メサの厚さよりも薄く、前記接続層が前記発光メサによって露出された第１の表面と該第１の表面の反対側の第２の表面を有する、エピタキシー構造と、
   前記接続層の前記第２表面に配置された第１の導電層であって、前記接続層への前記第１の導電層の垂直投影が、前記接続層への前記第１の表面の垂直投影と重なり合う、第１の導電層と、
   を備える、マイクロ発光ダイオード表示装置。
2. 前記接続層への前記第１の導電層の垂直投影が第１の投影であり、前記接続層への前記第１の表面の垂直投影が第２の投影であり、前記第１投影と前記第２の投影の重なり合う部分の面積が、前記第２の投影の面積の０．５倍以上である、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード表示装置。
3. 前記第１の導電層の厚さが、前記エピタキシー構造の厚さ以下である、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード表示装置。
4. 前記第１の導電層が前記第２の表面の複数のサブエリアを露出し、前記サブエリアがそれぞれ前記発光メサに対応する、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード表示装置。
5. 前記発光メサが複数の発光メサグループにグループ化され、前記第１の導電層が前記第２の表面の複数のサブエリアを露出し、前記サブエリアがそれぞれ前記発光メサグループに対応する、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード表示装置。
6. 前記第１の導電層は、前記接続層を貫通する貫通孔内に配置され、前記回路基板に電気的に接続している、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード表示装置。
7. 前記接続層の前記第１の表面に配置された第２の導電層をさらに備える、請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード表示装置。
8. 回路基板と、
   前記回路基板に電気的に接続されたエピタキシー構造であって、接続層と、該接続層上に配置された複数の発光メサとを備え、前記接続層が前記発光メサによって露出された第１の表面および該第１の表面と反対側の第２の表面を有する、エピタキシー構造と、
   前記接続層の第２の表面上に配置され、前記第２の表面を完全に覆う透明導電層と、
   を備える、マイクロ発光ダイオード表示装置。
   

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