JP6505226B2 - 集積型カラーledマイクロディスプレイ - Google Patents
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Description
OLED、液晶、MEMSなどの技術を使用したマイクロディスプレイの開発を報告する広範な文献がある。後者の2つは、完全に最高輝度の光源の外部に配置されたパターンジェネレータに基づいており、その結果、マイクロディスプレイを形成するために余分な部品が必要となる。さらなる基本的な欠点は、全ての画素が画像を表示するために使用されなくても、全ての画素が光でアドレスされなければならないので、電力損失が生じることである。このようなディスプレイのコントラスト比も損なわれる。
・製造−フリップチップボンディング当たりの時間、各画素に関する同時nおよびp接続、および10μm未満の寸法で画素を配置する特性。
本発明の少なくとも1つの態様の更なる目的は、低消費電力の高輝度ディスプレイ及びディスプレイを製造する方法を提供することである。
光の波長を変化させることが可能な色変換器を提供するステップと、
色変換器に接続され、電気接続を形成し、かつ色変換器に光をポンピングする(pumping)ことが可能なマイクロLEDのアレイを提供するステップと、
電子駆動層の形態でバックプレーン制御部を提供するステップと
を含み、
マイクロLEDのアレイは、色変換器からの放射光よりも短い波長でポンピングされた光を生成し、それにより、より長い波長の光が生成される、集積型LEDマイクロディスプレイを製造する方法が提供される。
・第1の拡散層(例えば、Ni/Au)がGaN p層の上に堆積される。
・構造がArなどのプラズマに露出されて拡散を除去した後、Cl2によりn−GaNに対して約1μmまでエッチングする(このプロセスは、プロセスの後の段階であり得る)
・次に、パターン化されたマスク特徴部(例えばフォトレジスト)が画素形成のために堆積される。
・次に、構造をCHF3などのプラズマに晒す。
・次に、プラズマに晒された領域に高抵抗層を形成するための構造のアニーリングを行い、マスクによって保護された層において導電性(例えば、オーミックコンタクト)を維持して、画素または画素のアレイを形成する。
・第1の拡散層(例えば、Ni/Au)がGaN p層の上に堆積される。
・構造は、C12のようなプラズマに晒され、n−GaNに対して約1μmまでエッチングして画素を残す。
・その後、構造をアニーリングして画素または画素のアレイにおいて導電性を有するもの(例えば、オーミックコンタクト)を形成する。
次に、基板層は、レーザーリフトオフのような任意の適切な技術によって除去され得る。基板層がシリコンである場合には、化学機械的研磨およびエッチングまたはこれらの技術の組み合わせが可能である。これは、全体的な設計に使用することができる、シリコン基板内にミクロフィーチャを形成する付加的な可能性を有する。
更なる代替例では、GaNピラーが形成され得るマトリクスエッチングプロセスが行われ得る。GaNピラーは、約2μmの高さを有し得る。GaNピラーはまた、LED画素出力間の光学的分離を最大にして光学的クロストークを低減するために、先端が切り取られている形状が好ましい。
代替的な色変換器では、青色光を入射させるが、緑色および赤色などのより長い変換光を反射するショートパスフィルタが設けられ得る。
次に、色変換器がデバイスの他の部分に取り付けられる。好ましい実施形態では、色変換器は青色光でポンピングされ、蛍光体層である赤色/緑色変換層が設けられている。代替的に、層は、量子ドットまたは透明/拡散層(青色)またはそれらの混合体であってもよい。ガラス基板から垂直下方に延在する不透明/黒色マスクまたは反射マスクが設けられ得る。反射マスクは、光を再循環させ、クロストークを最小にし、ディスプレイのコントラストを向上させる性能を有していることが好ましい。したがって、反射マスクは、フィルタが透過層の前に配置される場合、青色光を透過し、赤色光及び緑色光を反射する性能を有する。代替例において、フィルタが透過層の後に配置される場合、青色光は再循環され、赤色および緑色は透過される。
次に、LED上の金属ボンディングパッドに電子駆動層が搬送され、整列されて取り付けられる。ボンディング層スタックは、錫またはインジウムなどの低温はんだ材料、またはそれらの合金を含み得る。GaN p層の平坦性は、ファン・デル・ワールス力、水素結合および強力な共有結合を含む低温直接ボンディングを使用する可能性を提供する。電子駆動層は、CMOS、TFTまたはNMOSのNMOS層であってもよい。特に、直接ボンディング技術を使用する性能は、マトリクス有機発光ダイオード(AMOLED)マイクロディスプレイに用いられる薄膜トランジスタ技術を適合させる性能を許容する。
集積型カラーLEDマイクロディスプレイは、赤色変換セル、緑色変換層、及び色変換セルを有していない青色画素(透明/拡散層を含む)を含み得る。
代替例の集積型カラーLEDマイクロディスプレイでは、赤色変換セル、緑色変換セルおよび色変換セルを有していない青色画素のマトリクスが設けられてもよい。
光の波長を変化させることが可能な色変換器と、
色変換器に接続され、電気的接続を形成し、色変換器に光をポンピングすることが可能なLEDと、
電子駆動層の形態のバックプレーン制御部と
を備え
LEDは、色変換器からの放射光よりも短い波長で光をポンピングし、それにより、より長い波長の光が生成される、集積型LEDマイクロディスプレイが設けられる。
集積型カラーLEDマイクロディスプレイは、第1の態様で定義したように形成することができる。
LEDはまた、不透明/黒色マスクまたは反射性のマスクであって、Alまたは樹脂/ポリマーなどの金属から作製され得るマスクを含み得る。
バックプレーン制御部のボンディングパッドは、LEDのボンディングパッドに取り付けられる。
一般に、本発明は、低消費電力の高輝度ディスプレイを提供することにある。
図1〜図41は、本発明によるマイクロディスプレイを製造する方法を示す。これについては以下で説明する。
図5に示すように、画素形成を可能にするためにマスクが次に適用される。オーミック電流拡散層2および二酸化シリコン層1がエッチング除去されて画素6が形成される更なるエッチングプロセスがある。エッチングプロセスは、CHF3等の任意の適切なプラズマエッチングプロセスを用いて実行される。画素6は、マトリクス状に形成することができる。これにより、0.5μmから100μmの寸法を有する画素が残る。典型的な寸法は、約3μmである。
図32において、電子駆動層39が金属ボンディングパッド11に搬送され、金属ボンディングパッド11と整列される。電子駆動層39は、CMOS、TFTまたはNMOS層である。図では、分かりやすくするためにトポロジーを有するボンディングスタックを示す。好ましい実施形態では、GaN改質LEDは、平坦化された表面と共に使用することができる(図9の説明は、平坦で滑らかな表面を提供する方法である)。トポロジーがまったくないか、僅かであっても、異なる範囲の制御バックプレーンをCMOS、NMOS、TFTなどを含むがこれに限定されないGaN表面にボンディングすることができる。
図40において、赤色変換セル47、緑色変換セル48、および色変換セル49を有していない青色画素のマトリクスが設けられている。これは、図36のサブ画素レイアウトに関連する色変換層のレイアウトを示す。
Claims (19)
- 集積型発光ダイオード(LED)マイクロディスプレイを製造する方法であって、
光の波長を変化させることが可能な色変換器を提供するステップであって、
前記色変換器は、
導波路を形成するための未改質屈折率層間の改質屈折率層を含む基板と、
前記基板の前記改質屈折率層上に形成された色変換層と、
前記基板上に形成された透明層と、
前記色変換層と前記透明層との間に形成されたマスクとを含む、前記提供するステップと、
前記色変換器に接続され、電気接続を形成し、かつ前記色変換器に光をポンピングすることが可能なマイクロLEDアレイを提供するステップと、
電子駆動層の形態で前記マイクロLEDアレイ用のバックプレーン制御器を提供するステップとを含み、
前記色変換器の前記色変換層は、前記マイクロLEDアレイからのポンピングされた光よりも長い波長の光を生成し、生成された光を前記未改質屈折率層間の前記改質屈折率層によって形成された前記導波路を介して伝送する、方法。 - 前記マイクロLEDアレイは、青色光または紫外(UV)光を前記色変換器にポンピングし、前記色変換器は、前記青色光またはUV光の一部を緑色光および赤色光に変換する、請求項1に記載の方法。
- 前記色変換器が、前記色変換層および前記透明層とは反対側の前記基板の面上の不透明/反射構造を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記色変換器が、前記色変換層と前記改質屈折率層との間のロングパスフィルタを含み、前記ロングパスフィルタは、前記色変換層によって変換された光を前記色変換層を通過させ、変換されていない光を再循環する、請求項1に記載の方法。
- 前記色変換層は、前記マイクロLEDアレイの第1の部分のマイクロLEDに結合された蛍光体または量子ドットまたは有機物質を含み、前記透明層は、前記マイクロLEDの第2の部分のマイクロLEDに結合された拡散層である、請求項1に記載の方法。
- 前記マスクは、不透明性または反射性であり、前記マスクは、前記未改質屈折率層間にさらに配置されている、請求項1に記載の方法。
- 集積型発光ダイオード(LED)マイクロディスプレイであって、
光の波長を変化させることが可能な色変換器であって、前記色変換器は、
導波路を形成するための未改質屈折率層間の改質屈折率層を含む基板と、
前記基板の前記改質屈折率層上に形成された色変換層と、
前記基板上に形成された透明層と、
前記色変換層と前記透明層との間に形成されたマスクとを含む、前記色変換器と、
前記色変換器に接続され、電気的接続を形成し、前記色変換器に光をポンピングすることが可能なマイクロLEDアレイと、
電子駆動層の形態の前記マイクロLEDアレイ用のバックプレーン制御器と
を備え、
前記色変換器の前記色変換層は、前記マイクロLEDアレイからのポンピングされた光よりも長い波長の光を生成し、生成された光を前記未改質屈折率層間の前記改質屈折率層によって形成された前記導波路を介して伝送する、集積型LEDマイクロディスプレイ。 - 前記色変換層は、蛍光体、量子ドット、または有機物質のうちの少なくとも1つからなる、請求項7に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
- 前記基板は、ガラス、サファイア、シリコン、GaN、または炭化ケイ素で作製されている、請求項7に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
- 前記透明層は、青色光を出射させるか、拡散または散乱機能を代替的に提供する、請求項7に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
- 前記マスクが不透明/黒色または反射性である、請求項7に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
- 前記マイクロLEDアレイが、レンズを含む光学的特徴部を含む、請求項7に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
- 前記光学的特徴部が凸形状であり、放射を最大にし、かつスペクトルクロストークを最小にする、請求項12に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
- 前記マイクロLEDアレイは、nおよびpコンタクトを形成するように堆積されたボンディングパッドを含み、前記電子駆動層は、前記マイクロLEDアレイの前記ボンディングパッドに取り付けられるボンディングパッドを有する、請求項7に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
- 前記マイクロLEDアレイは、青色光または紫外(UV)光を前記色変換器にポンピングし、前記色変換器は、前記青色光またはUV光の一部を緑色光および赤色光に変換する、請求項7に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
- 前記色変換器が、前記色変換層および前記透明層とは反対側の前記基板の面上の不透明/反射構造を含む、請求項7に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
- 異なる色のサブ画素を有する複数の画素を有する発光ダイオード(LED)マイクロディスプレイを提供する方法であって、
色変換器に光学的に結合されたマイクロLEDアレイからの光を放射するステップであって、前記色変換器は、
導波路を形成するための未改質屈折率層間の改質屈折率層を含む基板と、
前記基板の前記改質屈折率層上に形成された色変換層と、
前記基板上に形成された透明層と、
前記色変換層と前記透明層との間に形成されたマスクとを含む、前記放射するステップと、
前記色変換器の前記色変換層によって、前記マイクロLEDアレイの第1のマイクロLEDからの光を、前記マイクロLEDアレイから放射された光とは異なる波長を有する第2の光に変換するステップと、
前記色変換器の前記色変換層からの前記第2の光を、前記未改質屈折率層間の前記改質屈折率層によって形成された前記導波路を介して伝送するステップと、
前記色変換器の前記透明層によって、前記マイクロLEDアレイのマイクロLEDからの光を伝達するステップとを含み、前記光および前記第2の光は、画素の異なる色のサブ画素を提供する、方法。 - 前記色変換器は、前記ポンピングされた光を前記色変換層に伝送し、より長い波長の光を反射するための前記色変換層上のショートパスフィルタをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記色変換器は、前記ポンピングされた光を前記色変換層に伝送し、より長い波長の光を反射するための前記色変換層上のショートパスフィルタをさらに含む、請求項7に記載の集積型LEDマイクロディスプレイ。
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