JP2018078279A - Display having surface mounting light-emitting element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般に、集積回路(IC)に関し、特に、表面実装型発光素子及びこの表面実装型発光素子を応用して製造された発光型ディスプレイに関するものである。 The present invention relates generally to integrated circuits (ICs), and more particularly to surface mounted light emitting devices and light emitting displays manufactured using such surface mounted light emitting devices.
現在、大型のディスプレイに採用される流行りの競合技術は、液晶ディスプレイ(LCD)、有機発光デバイス(OLED)ディスプレイであるが、最近では、無機LEDディスプレイが知られている。本願が直接説明するLCDの欠点は、1)ユーザにより画像として視認される光がバックライトから出射される光の僅か約5%しか占めないことに起因する低効率、2)LC材料が完全に光をブロックできないため、ブラックピクセルが生成されることに起因する低ダイナミックレンジである点である。また、OLEDディスプレイの欠点は、青色OLED材料は信頼性が低く及び低効率(〜5%QE)である点である。無機micro−LED(uLED)はディスプレイに適用することで、ディスプレイがカラーフィルター及び偏光板を利用して光を吸収しないため、非常に高い効率を提供できる。本発明で使用されるuLEDは、直径又は断面面積が100マイクロメートル以下のLEDである。ブラックピクセルが発光しないように設定されるため、無機uLEDは、非常に高いコントラストを有する。一般の照明において確立されているように、無機uLEDディスプレイに対して、青色窒化ガリウム(GaN)LEDは、35%〜40%の効率を有し、信頼性は50000時間を超える。ソニーは既に、ピックアンドプレイスシステムを用いてディスプレイアレイ中に配置されたuLEDのパッシブマトリクスを開発している。しかしながら、大型のディスプレイは何百万のLEDを必要とするために、他の技術と比較して、当該方法により製造されたディスプレイは、多くの時間を必要とし、コストもかかる。 Currently, the popular competitive technologies employed in large displays are liquid crystal displays (LCD) and organic light emitting device (OLED) displays, but recently inorganic LED displays are known. The disadvantages of the LCD directly described by this application are: 1) Low efficiency due to the fact that the light viewed as an image by the user accounts for only about 5% of the light emitted from the backlight; 2) The LC material is completely Since the light cannot be blocked, the low dynamic range is caused by the generation of black pixels. Also, a disadvantage of OLED displays is that blue OLED materials are unreliable and have low efficiency (˜5% QE). When an inorganic micro-LED (uLED) is applied to a display, the display does not absorb light using a color filter and a polarizing plate, and thus can provide very high efficiency. The uLED used in the present invention is an LED having a diameter or a cross-sectional area of 100 micrometers or less. Inorganic uLEDs have a very high contrast because black pixels are set not to emit light. As established in general lighting, for inorganic uLED displays, blue gallium nitride (GaN) LEDs have an efficiency of 35% to 40% and a reliability of over 50000 hours. Sony has already developed a passive matrix of uLEDs arranged in a display array using a pick and place system. However, because large displays require millions of LEDs, displays manufactured by the method are time consuming and costly compared to other technologies.
微細加工電子デバイス、オプトエレクトロニクスデバイス及びサブシステムのドナー基板/ウエハから大面積の且つ/又は非従来の基板への流体移転は、電子デバイスとオプトエレクトロニクスデバイスの応用範囲を拡大するために新しい機会を提供した。例えば、ディスプレイピクセルのサイズのLEDマイクロ構造、例えば、ロッド、フィンまたはディスクは、先ず小型のウエハ上で組み立てられ、次に大型パネルのガラス基板上に移して、バックライトを必要としない直接発光するディスプレイを製造することができる。 The fluid transfer of microfabricated electronic devices, optoelectronic devices and subsystems from donor substrates / wafers to large area and / or non-conventional substrates presents new opportunities to expand the range of applications of electronic and optoelectronic devices. Provided. For example, a display pixel sized LED microstructure, such as a rod, fin or disk, is first assembled on a small wafer and then transferred onto a large panel glass substrate to directly emit light without the need for a backlight. A display can be manufactured.
従来の移転技術、例えば、インクジェット印刷又は自動のピックアンドプレイスは、ある特定の応用においては最適である。しかしながら、これら従来の技術はコストがかかり生産量も非常に低い。そのため、LEDマイクロ構造の直接移転に応用できない。 Conventional transfer techniques such as ink jet printing or automatic pick and place are optimal for certain applications. However, these conventional techniques are costly and the production volume is very low. Therefore, it cannot be applied to the direct transfer of the LED microstructure.
直接発光するディスプレイに使用するために、無機uLEDディスクの製造は、3つの重要なプロセスを有する。これら3つの重要なプロセスは、それぞれuLEDディスクを製造すること、uLEDディスクを透明な基板上へ配置すること及びuLEDディスクを相互に接続することである。流体アセンブリプロセスは、uLEDディスクを透明な基板の配置井戸内にランダムに配置させるため、従来のIC型のコンタクトホールの開口/金属の相互接続の設計は多大な挑戦に直面している。これらのランダムな分布を配置するために、(不透明)の相互接続において余分な公差が必要になるが、これにより、発光面積における充填因子の相当な損失を招く。さらに、これらの相互接続の際の製造の複雑さは、歩留まりが悪く及び/又は高コストを招く。 For use in direct light emitting displays, the manufacture of inorganic uLED disks has three important processes. These three important processes are each to manufacture uLED disks, to place uLED disks on a transparent substrate and to interconnect uLED disks. Since the fluid assembly process places uLED disks randomly in transparent substrate placement wells, conventional IC-type contact hole opening / metal interconnect designs face significant challenges. In order to place these random distributions, extra tolerances are required in the (opaque) interconnect, which results in a considerable loss of filling factor in the light emitting area. Furthermore, the manufacturing complexity during these interconnections results in poor yields and / or high costs.
図1A及び図1Bは、基板の井戸内に位置する頂部接触LEDディスクを示す平面図である(従来技術)。図1Aにおいて、GaNがディスクの頂部に形成されていると仮定した場合、DdはLED(例えば、GaN)ディスクの直径を示し、Dcは既に配置されたuLEDディスクのマイクロキャビティ又は井戸の直径を示し、Dpはp型ドープトされたGaN(p−GaN)領域の直径を示している。領域100は、p−GaN及びMQWを反応性イオンエッチング(RIE)により除去したn−GaN接触点である。内部の円形領域102は、頂部にp−GaNを有するフルLEDの積層体である。酸化ニッケル(NiOx)の層/酸化インジウムスズ(ITO)の層は、領域102の表面上に形成されてもよい。一般的なフォトリソグラフィのミスアライメント公差(最大2マイクロメートル(μm))を考慮すると、円形領域102は、GaNディスクの中心から2μmずらす。円形領域102のみ発光できるので、発光面積充填因子はわずか70.6%程度であり、発光面積の30%近くが、n−GaNの開口100により失われる。
1A and 1B are plan views showing a top contact LED disk located in a well of a substrate (prior art). In FIG. 1A, assuming that GaN is formed at the top of the disk, Dd indicates the diameter of the LED (eg, GaN) disk and Dc indicates the diameter of the microcavity or well of the already placed uLED disk. , Dp indicates the diameter of the p-type doped GaN (p-GaN) region.
図1Bは、アノード端末接点104(Dpc)の動作領域を示す。直径が24μmである領域104の外部に形成された接続は、短絡又は開回路を引き起こす可能性がある。n−GaN領域100への従来の金属の相互接続は、さらに発光面積充填因子を低減させる。この実施例において、GaNディスクは、僅か31.4%の領域のみ発光する。
FIG. 1B shows the operating region of the anode terminal contact 104 (Dpc). Connections made outside the
図2は、底部カソード接触構造の部分断面図である(従来技術)。この選択は、従来の頂部接触LEDディスクと関連する大幅な発光面積充填因子の損失を避ける。底部相互接続電極200は、先ず基板202上に蒸着されてパターン化され、次に、マイクロキャビティ(井戸)204が形成される。次いで、低融点金属薄層206は、マイクロキャビティ204の内の底部の電極表面にコーティングされる。次いで、GaNディスク208(n−GaN210/p−GaN212)を、マイクロキャビティ204中に配置する。層間絶縁膜214がパターン化された後、頂部相互接続電極216を蒸着させ且つパターン化することで、全てのプロセスが完了する。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view of a bottom cathode contact structure (prior art). This selection avoids the significant light emitting area filling factor loss associated with conventional top contact LED disks. The
図2に示すプロセスフローは比較的簡単である。十分に選択された頂部の金属トレースを有する設計は、正面の発光面積充填因子が最大値85%に達することを可能にする。このフローの主な挑戦は、底部の接触率、均一性、信頼性、再現性、及び背面発光の開口が必要になった場合、底部の接触率と底部の電極領域との間でのトレードオフを含む。 The process flow shown in FIG. 2 is relatively simple. The design with a well-selected top metal trace allows the front light emitting area filling factor to reach a maximum value of 85%. The main challenge of this flow is the trade-off between bottom contact rate and bottom electrode area when bottom contact rate, uniformity, reliability, reproducibility, and backside light emitting aperture are required. including.
表面実装型発光素子を使用して流体アセンブリプロセスにより大面積発光ディスプレイを効率的に製造できれば有利である。 It would be advantageous if a large area light emitting display could be efficiently manufactured using a fluid assembly process using surface mount light emitting devices.
本発明は、無機マイクロ発光ダイオード(LED)を用いた直接発光するディスプレイ又は液晶ディスプレイ(LCD)バックライトに関し、合理的なコスト及び高い信頼性を有する大画面で高ダイナミックレンジのディスプレイを製造できる。 The present invention relates to a direct light emitting display or liquid crystal display (LCD) backlight using an inorganic micro light emitting diode (LED), and can produce a large screen and high dynamic range display having a reasonable cost and high reliability.
本発明は、無機マイクロ発光ダイオード(LED)を用いた直接発光ディスプレイ又は液晶ディスプレイ(LCD)バックライトに関し、合理的なコスト及び高い信頼性を有する大画面で高ダイナミックレンジのディスプレイを製造できる。例えば、流体アセンブリによって表面実装構造中の無機micro−LED(uLED)アレイを組み立てて、高ダイナミックレンジのディスプレイを製造する。サファイア基板上に組み立てられる従来の平面LED構造において、小型のディスク状にエッチングすることにより、uLEDエミッタを製造する。ディスクを上記uLEDの上表面にアノードとカソード電極とが形成されるように処理する。得られたuLEDは、レーザリフトオフプロセスによって解放されて懸濁液を形成するように、適切な溶液、例えば、イソプロパノール(IPA)、アセトン又は蒸留水に回収される。これらの懸濁液は、予め準備された井戸構造のアレイを有するディスプレイ基板に沈積され、井戸構造は、uLEDディスクのアノード及びカソード電極とマッチングする電極を備える。また、井戸構造は、ディスクの直径よりもやや大きい円筒状の開口(cylindrical opening)である。これにより、1つのuLEDは、井戸内のLED電極が基板上の電極と接触する位置に堆積することができる。LED電極は何れも直接井戸の底表面を覆い且つ隣接するので、井戸開口に露出させる1つ又は2つの電極を有するために付加的な相互接続層及び処理を必要とするLEDディスクと比べて、電気的な接続は大幅に簡略化される。 The present invention relates to a direct light emitting display or a liquid crystal display (LCD) backlight using inorganic micro light emitting diodes (LEDs), and can produce a large screen and high dynamic range display with reasonable cost and high reliability. For example, an inorganic micro-LED (uLED) array in a surface mount structure is assembled by a fluid assembly to produce a high dynamic range display. In a conventional planar LED structure assembled on a sapphire substrate, a uLED emitter is fabricated by etching into a small disk. The disk is processed so that an anode and a cathode electrode are formed on the upper surface of the uLED. The resulting uLED is recovered in a suitable solution, such as isopropanol (IPA), acetone or distilled water, so that it is released by the laser lift-off process to form a suspension. These suspensions are deposited on a display substrate having a pre-prepared array of well structures, the well structures comprising electrodes that match the anode and cathode electrodes of the uLED disk. The well structure is a cylindrical opening that is slightly larger than the diameter of the disk. Thus, one uLED can be deposited at a position where the LED electrode in the well contacts the electrode on the substrate. Since each LED electrode directly covers and adjoins the bottom surface of the well, compared to LED disks that require additional interconnect layers and processing to have one or two electrodes exposed to the well opening, The electrical connection is greatly simplified.
適切なアニーリングの結果として、前記uLEDは、適切な駆動回路により駆動されて発光するように基板上のアレイ電極に接続される。前記アレイはパッシブマトリクスとして駆動してもよい。これにより、各行は順にオンにされ、アレイ中の各サブピクセルは制御電流により駆動されて、必要とする光を生成する。しかしながら、サンプリング及び駆動の制限のために、このような簡単な駆動方法は、必然的に比較的少ない行に制限される。替わりに、各サブピクセルは、薄膜トランジスタ(TFT)駆動回路によって制御されもよい。薄膜トランジスタ(TFT)駆動回路は、コンデンサ中に蓄積された電荷に基づいて駆動電流の量を制御できる。このアクティブマトリクス(AM)の回路構成は、uLEDを100%近い時間にわたって駆動することを可能にする。したがって、各列に供給する電力以外に、ディスプレイ中の行数に対して制限はない。 As a result of proper annealing, the uLED is connected to an array electrode on the substrate to be driven by a suitable drive circuit to emit light. The array may be driven as a passive matrix. This turns on each row in turn, and each subpixel in the array is driven by a control current to produce the light it needs. However, due to sampling and driving limitations, such simple driving methods are necessarily limited to relatively few rows. Alternatively, each subpixel may be controlled by a thin film transistor (TFT) drive circuit. A thin film transistor (TFT) drive circuit can control the amount of drive current based on the charge stored in the capacitor. This active matrix (AM) circuitry allows the uLED to be driven for nearly 100% of the time. Therefore, there is no limit to the number of rows in the display other than the power supplied to each column.
頂表面及び底表面が電気接続を有する電流が垂直方向のuLEDディスプレイと比較して、上記表面実装uLED構造は、幾つかの主な利点を提供する:
1)小型エミッタの面積は、高解像度アクティブマトリクス(AM)ディスプレイに最適であるが、ディスク全体のサイズは、流体アセンブリにとって十分に大きい。
2)流体アセンブリプロセスを最終の主な操作とし、これにより、比較的小さいガラスを使用でき、アセンブリの後で、メタライゼーションのためにLCDファブ(LCD fab)へ戻る必要はない。
3)配線のパターン化は、井戸の形成前に行う。これにより、ミスアライメントのuLEDには金属の欠陥は存在せず、基板から井戸層へ通じる深い相互接続は必要ない。
4)アニーリングの後で、uLEDは電気接続されるが、露出される。これにより、電気的測定によって所定のuLEDが発光するかどうかを判断して、欠陥のあるuLEDのピックアンドプレイス修理を行う可能性を有する。
Compared to a vertically driven uLED display where the top and bottom surfaces have electrical connections, the surface mount uLED structure provides several main advantages:
1) The small emitter area is optimal for high resolution active matrix (AM) displays, but the overall disk size is large enough for the fluid assembly.
2) The fluid assembly process is the final main operation, so that relatively small glass can be used and after assembly there is no need to return to the LCD fab for metallization.
3) The patterning of the wiring is performed before the well is formed. Thus, misaligned uLEDs do not have metal defects and do not require deep interconnection from the substrate to the well layer.
4) After annealing, the uLED is electrically connected but exposed. Thereby, it is possible to determine whether or not a predetermined uLED emits light by electrical measurement, and to perform pick-and-place repair of a defective uLED.
これらの利点は、LED成長基板における面積が比較的小さい部分である表面実装LEDの発光面積をオフセットする傾向にある点であり、ピクセル当たりのコストを向上させる。しかし、uLED製造プロセスは、レーザリフトオフ(LLO)の後で行われるポストの製造を含む複数のパターニングステップを有するので、比較的複雑である。 These advantages are that they tend to offset the light emitting area of surface mounted LEDs, which are relatively small areas on the LED growth substrate, improving cost per pixel. However, the uLED fabrication process is relatively complex because it has multiple patterning steps including post fabrication that occurs after laser lift-off (LLO).
したがって、頂表面及び底表面を有する表面実装型発光素子を提供する。第一電気接触部は頂表面のみに形成され、第二電気接触部も頂表面のみに形成される。ポストは底表面から延伸している。1つの実施形態において、表面実装型発光素子は、表面実装型発光ダイオード(SMLED)であり、このSMLEDは、n−ドーパントまたはp−ドーパントを有する第一半導体層と、第一半導体層に用いられたドーパントと反対のドーパントで製造された第二半導体層から製造される。多重量子井戸(MQW)層は、第一半導体層と第二半導体層との間に介在している。一般的に、第一半導体層及び第二半導体層は、窒化ガリウム(GaN)またはアルミニウムインジウムガリウムリン(AlGaInP)である。 Accordingly, a surface mounted light emitting device having a top surface and a bottom surface is provided. The first electrical contact portion is formed only on the top surface, and the second electrical contact portion is also formed only on the top surface. The post extends from the bottom surface. In one embodiment, the surface mount light emitting device is a surface mount light emitting diode (SMLED), which is used for a first semiconductor layer having an n-dopant or a p-dopant and a first semiconductor layer. Manufactured from a second semiconductor layer manufactured with a dopant opposite to the dopant. The multiple quantum well (MQW) layer is interposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. Generally, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are gallium nitride (GaN) or aluminum indium gallium phosphide (AlGaInP).
上述した表面実装型発光素子及び発光基板から製造された発光ディスプレイも同様に提供する。この発光基板は、第一複数の井戸が発光基板の頂表面に形成される頂表面を有する。各井戸は、底表面、側壁及び底表面に形成された第一電気インターフェイス及び底表面に形成された第二電気インターフェイスを有する。発光基板は、さらに第一複数の列と行との交差点を形成するための列導電トレース及び行導電トレースのマトリクスを含み、各列と行との交差点は、対応する井戸に関連している。第一複数の発光素子は、これらの井戸を充填する。1つの実施形態において、カラーモディファイヤは、各発光素子の底表面(例えば、単色のカラー、例えば白色を発生する)を覆い、ディスプレイは、発光基板の頂表面を覆う液晶ディスプレイ(LCD)基板を含む。 A light-emitting display manufactured from the surface-mounted light-emitting element and the light-emitting substrate described above is also provided. The light emitting substrate has a top surface in which the first plurality of wells are formed on the top surface of the light emitting substrate. Each well has a first electrical interface formed on the bottom surface, sidewalls and bottom surface and a second electrical interface formed on the bottom surface. The light emitting substrate further includes a matrix of column conductive traces and row conductive traces for forming a first plurality of column and row intersections, each column and row intersection being associated with a corresponding well. The first plurality of light emitting elements fill these wells. In one embodiment, the color modifier covers the bottom surface of each light emitting element (eg, produces a single color, eg, white), and the display includes a liquid crystal display (LCD) substrate that covers the top surface of the light emitting substrate. Including.
前記発光ディスプレイは、直接発光型ディスプレイであってもよい。この場合、複数の第一カラーモディファイヤは、対応するSMLEDの底表面上を覆っており、複数の第二カラーモディファイヤは、対応するSMLEDの底表面上を覆っている。前記第一カラーと第二カラーとは異なる。ディスプレイが赤−緑−青(RGB)であり且つ一種のLED(例えば、青色GaN LED)のみ使用した場合、複数の光拡散体は、対応のカラーモディファイヤが覆われていないSMLEDの底表面を覆う。結果として、ピクセル領域を有するディスプレイは、各ピクセル領域が第一カラーモディファイヤ(例えば、緑色)で覆われるSMLED、第二カラーモディファイヤ(例えば、赤色)で覆われるSMLED及びカラーモディファイヤ(例えば、青色)で覆われないSMLEDを含む。替わりとして、青色及び緑色発光GaN LEDを同時に使用した場合、カラーモディファイヤ使用して、赤色を発生しさえすればよい。 The light emitting display may be a direct light emitting display. In this case, the plurality of first color modifiers cover the bottom surface of the corresponding SMLED, and the plurality of second color modifiers cover the bottom surface of the corresponding SMLED. The first color and the second color are different. If the display is red-green-blue (RGB) and only one type of LED (eg, a blue GaN LED) is used, the multiple light diffusers will cover the bottom surface of the SMLED that is not covered with the corresponding color modifier. cover. As a result, a display having a pixel region is a SMLED in which each pixel region is covered with a first color modifier (eg, green), an SMLED and a color modifier (eg, red) covered with a second color modifier (eg, red). Including SMLED not covered with blue. Alternatively, if blue and green emitting GaN LEDs are used simultaneously, a color modifier need only be used to generate red.
1つの実施形態において、各SMLEDの第一電気接触部(電極)は、第一直径を有するリング状に配置されており、各SMLEDの第一半導体層及びMQW層は、第一電気接触部を覆うリング状の積層体である。この際、各SMLEDの第二電気接触部は、第一電気接触部のリング状の周縁内に形成されており、各SMLEDの第二半導体層は中央部が第二電気接触部を覆うディスクの形状を有する。各井戸の第一電気インターフェイスは、第一直径を有し且つ一部に開口が設けられている部分リングに構成されており、各井戸の第二電気インターフェイスは、対応する第一電気インターフェイスの部分リングの開口の中に延伸しているトレースに構成されている。替わりとして、各SMLEDの第一半導体層及びMQW層は、第二電気接触部を覆う積層体であり、且つ第二半導体層は、第一電気接触部を覆ってもよい。 In one embodiment, the first electrical contact portion (electrode) of each SMLED is arranged in a ring shape having a first diameter, and the first semiconductor layer and the MQW layer of each SMLED have the first electrical contact portion. It is the ring-shaped laminated body which covers. At this time, the second electrical contact portion of each SMLED is formed within the ring-shaped periphery of the first electrical contact portion, and the second semiconductor layer of each SMLED is a disc whose central portion covers the second electrical contact portion. Has a shape. The first electrical interface of each well is configured as a partial ring having a first diameter and partially provided with an opening, and the second electrical interface of each well is a portion of the corresponding first electrical interface. Consists of a trace extending into the opening of the ring. Alternatively, the first semiconductor layer and the MQW layer of each SMLED may be a stacked body that covers the second electrical contact portion, and the second semiconductor layer may cover the first electrical contact portion.
或いは、各発光素子の頂表面は、第一水平面及び第二水平面を有するバイプラナであってもよい。これにより、各発光素子の第一電気接触部は頂表面の第一水平面に形成されており、各発光素子の第二電気接触部は頂表面の第二水平面に形成されている。同様に、各井戸の底表面は第一水平面及び第二水平面を有するバイプラナであり、各井の第一インターフェイスは底表面の第一水平面に形成されており、各井の第二インターフェイスは底表面の第二水平面に形成されている。 Alternatively, the top surface of each light emitting element may be a biplanar having a first horizontal plane and a second horizontal plane. Thereby, the 1st electrical contact part of each light emitting element is formed in the 1st horizontal surface of the top surface, and the 2nd electrical contact part of each light emitting element is formed in the 2nd horizontal surface of the top surface. Similarly, the bottom surface of each well is a biplanar having a first horizontal plane and a second horizontal plane, the first interface of each well is formed in the first horizontal plane of the bottom surface, and the second interface of each well is the bottom surface. Formed on the second horizontal plane.
発光素子は、アクティブマトリクス(AM)駆動回路を使用してもよい。各駆動回路は対応する列と行との交差点に接続されるとともに、対応する井戸の第一電気インターフェイスに接続される。そして、発光基板も各井戸の第二電気インターフェイスに接続される基準電圧(例えば、接地)トレースのネットワークを含む。替わりとして、列トレース及び行トレースのマトリクスはパッシブマトリクス(PM)を形成し、各列と行との交差点の列トレースは対応する井戸の第一電気インターフェイスに接続され、各列と行との交差点の行トレースは対応する井戸の第二電気インターフェイスに接続される。 The light emitting element may use an active matrix (AM) driving circuit. Each drive circuit is connected to the intersection of the corresponding column and row and is connected to the first electrical interface of the corresponding well. The light emitting substrate also includes a network of reference voltage (eg, ground) traces connected to the second electrical interface of each well. Alternatively, the matrix of column and row traces forms a passive matrix (PM), and the column trace at each column-row intersection is connected to the first electrical interface of the corresponding well, and each column-row intersection. The row traces are connected to the second electrical interface of the corresponding well.
以下、上述した表面実装型発光素子及び発光表示のその他の詳細を提供する。 Hereinafter, other details of the surface-mounted light-emitting element and the light-emitting display described above will be provided.
図3は、表面実装型発光素子の部分断面図である。表面実装型発光素子300は、頂表面302、底表面304、頂表面302の表面のみに形成された第一電気接触部306及び頂表面302の表面のみに形成された第二電気接触部308を含む。ここで「頂表面の表面のみに形成される」とは、電気接触部又は電極が発光素子の側面312又は底表面304に延伸しないことを意味する。前記電気接触部は、金属、ドープ半導体又はインジウムスズ酸化物(ITO)などの透明な導電性酸化物(TCO)であってもよい。はっきりとした層として表示されていないが、第一電気接触部306及び第二電気接触部308は、半田であってもよいし、後続で発光基板の接続に用いられる半田(例えば、共晶半田)により形成されてもよい。表面実装型発光素子300は、さらに底表面304から延伸するポスト310を含む。1つの実施形態において、ポスト310は底表面304の中央に位置する。発光素子の1つの例は発光ダイオード(LED)である。発光しないが、他の二端子の表面実装型発光素子は、フォトダイオード、サーミスタ、圧力センサ及び圧電素子を含む。
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of a surface-mounted light emitting device. The surface-mounted
図4A及び図4Bは、それぞれ表面実装型発光ダイオード(SMLED)が表面実装型発光素子300として実現した際の部分断面図及び平面図である。SMLED300は、n型ドーパント又はp型ドーパントを含む第一半導体層402及び第一半導体層402に使用されないドーパントを含む第二半導体層404を含む。多重量子井戸(MQW)層406は、第一半導体層402と第二半導体層404との間に位置している。MQW層406は、通常、図示されていない一連の重量子井戸層(一般的には、5層であり、例えば、図示されていない交互に設置されている5nmの窒化インジウムガリウムと、9nmのN型ドープされたGaN(n−GaN))であってもよい。MQW層とP型ドープされた半導体層との間には、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)電子ブロック層(図示せず)を有してもよい。外部半導電層は、約200nmの厚さを有するP型ドープされたGaN(Mgドープ)であってもよい。インジウム含有量が比較的高いMQW中に使用された場合、高輝度青色LED又は緑色LEDを形成することができる。最も実用的な第一半導体層及び第二半導体層の材料は、青色または緑色の光を発することができる窒化ガリウム(GaN)、或いは赤色光を発することができるアルミニウムインジウムガリウムリン(AlGaInP)である。
4A and 4B are a partial cross-sectional view and a plan view when a surface-mounted light emitting diode (SMLED) is realized as the surface-mounted
第二電気接触部308はリング状に構成されている。第二半導体層404はディスク状であり、その縁は、リング状の第二電気接触部308の下方に位置する。第一電気接触部306は、リング状の第二電気接触部308の内部に形成されており、第一半導体層402及びMQW層406は、第一電気接触部306の下方に積み重なって設置されている。リング状の第二電気接触部308と第一電気接触部306との間には溝が形成されており、この溝には電気絶縁体408が充填されている。
The second
従来のLEDの製造プロセス(例えば、発光用LED)は、サファイア基板から分離する前の1つの表面のみ行われる。これらの製造の一部は、レーザーリフトオフ(Laser Lift Off、LLO)を利用してサファイア基板からLEDを個片化することを最後のステップとする。その他の製造プロセスにおいて、LLOを利用せずにサファイア基板を分割してLEDを互いに分離する。しかしながら、前記SMLEDの構造は、前記ポストに対向する表面上に電極を設置する必要がある。故にこのポストは、uLEDにおいて、サファイア基板からレーザーリフトオフによって分離した後で形成される。従来の製造プロセスに中には、各LEDを既知の位置に維持させる方法は提供されておらず、LEDがサファイア基板から分離されることにより、LEDの底部にフォトリソグラフィを行うことができる。LEDの頂表面における所望の位置(例えば、中央部)にポストを精確に設置するために、精確なx−y座標が必要である。焦平面を確立して流体アセンブリ(例えば、配置方向)に必要なサイズの制御を有するポストの構造を結像するために、精確なz(垂直)位置が必要である。つまり、SMLEDLLOにおいて、ポストを形成するために、SMLEDを制御された方法により移転基板に定位させなければならない。次いで、移転基板上から離して流体アセンブリのためのサスペンションを形成する。 Conventional LED manufacturing processes (for example, LEDs for light emission) are performed only on one surface before separation from the sapphire substrate. Part of these manufactures is the final step of singulating the LEDs from the sapphire substrate using laser lift-off (LLO). In another manufacturing process, the LEDs are separated from each other by dividing the sapphire substrate without using LLO. However, the SMLED structure requires an electrode to be placed on the surface facing the post. Therefore, this post is formed after separation from the sapphire substrate by laser lift-off in the uLED. During the conventional manufacturing process, no method is provided to keep each LED in a known position, and the LED can be separated from the sapphire substrate so that photolithography can be performed on the bottom of the LED. Accurate xy coordinates are required to accurately place the post at the desired location (eg, center) on the top surface of the LED. An accurate z (vertical) position is required to establish a focal plane and image the post structure with the required size control in the fluid assembly (eg, orientation). That is, in SMLEDLLO, in order to form a post, the SMLED must be localized to the transfer substrate in a controlled manner. A suspension for the fluid assembly is then formed away from the transfer substrate.
図5は、図4AのLEDの変形例を示す部分断面図である。当該実施例において、第一電気接触部(電極)306はリング状に形成されている。第一半導体層402及びMQW層406は、第一電気接触部306の下方に位置するリング状の積層体である。第二電気接触部308は第一電気接触部306のリング状の周縁の内部に形成されている。第二半導体層404はディスク状を有し、且つその中央部分は、リング状の第二電気接触部308の下方に位置する。図5に示すように、リング状の第一電気接触部306と第二電気接触部308との間には溝が形成されている。電気絶縁体408はこの溝に充填されている。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a modification of the LED of FIG. 4A. In this embodiment, the first electrical contact portion (electrode) 306 is formed in a ring shape. The
図6は、発光素子の二つの水平面の変化を示した部分断面図である。図4A及び図5から、前記頂表面は水平面であり、前記底表面も水平面であることがわかる。ここで「水平面」という言葉は、10ナノメートル(nm)以下の二乗平均平方根(RMS)粗度を有する全て平坦な表面であることを意味する。代わりとして、図6に示すように、表面実装型発光素子の頂表面は、第一水平面600及び第二水平面602を有する二平面である。第一電気接触部306は頂表面の第一水平面600に形成されており、第二電気接触部308は頂表面の第二水平面602に形成されている。図示していないが、代わりとして、第二電気接触部308が頂表面の第一水平面600に形成されてもよいし、第一電気接触部306が頂表面の第二水平面602に形成されてもよい。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing changes in two horizontal planes of the light emitting element. 4A and 5 that the top surface is a horizontal plane and the bottom surface is also a horizontal plane. Here, the term “horizontal plane” means an all flat surface having a root mean square (RMS) roughness of 10 nanometers (nm) or less. Instead, as shown in FIG. 6, the top surface of the surface-mount light-emitting element is a two plane having a first
図7A及び図7Bは、表面実装型発光素子のポストの変化を示す底面図である。図7Aに示すように、1つの実施例において、前記表面実装型発光素子は底表面304から延伸している複数のポスト310を含む。ここで注意すべき点は、表面実装型発光素子300は、このポストに対しての具体的な数量、位置又は具体的な形状を制限していないな点である。図7Aには2つのポストが示されており、図7Bにはフィン状のポストが示されている。また、他の形状または複数の形状を組み合わせてもよい。1つの実施形態において、特に1つのポストのみ有する場合、ポストは発光素子の底表面の中心に位置する。これにより、発光素子の1つの縁を流体フローまで傾斜させる。図7A及び図7Bにおいて、ポストは発光素子を紙面から出る垂直な軸に垂直する方向に発光素子を傾斜させる。
7A and 7B are bottom views showing changes in posts of the surface-mounted light emitting device. As shown in FIG. 7A, in one embodiment, the surface mount light emitting device includes a plurality of
図8A及び図8Bは、それぞれ発光ディスプレイの平面図及び部分断面図である。発光ディスプレイの幾つかの例として、テレビ、コンピュータのディスプレイ、携帯端末装置のスクリーン及びLCDディスプレイのバックライトを含み、上述の例に応用してもよいし、直接発光ディスプレイとして使用してもよい。発光ディスプレイ800は、頂表面804を有する発光基板802を含む。発光基板802は、発光基板の頂表面804に形成されている第一複数井戸806を含む。各井戸806は、底表面808、側壁810、底表面808に形成されている第一電気インターフェイス812及び底表面808に形成されている第二電気インターフェイス814を含む。はっきりとした層として表示されていないが、発光素子と電気接続するために、第一電気インターフェイス812及び第二電気インターフェイス814は半田コーティングされてもよい。列導電トレース(column conductive trace)816と行導電トレース(row conductive trace)818(即ち、818a及び818b)が形成するマトリクスは第一複数の列と行との交差点820を形成する。その中で、各第一複数の列と行との交差点820は、それぞれ対応する1つの井戸806と関連する。以下に、井戸と列及び行のトレースが形成したマトリクス間のインターフェイスにおけるその他の詳細な部分を述べる。第一複数の表面実装型発光素子300は井戸806中に位置している。各表面実装型発光素子300は対応する井戸の底表面808をカバーする頂表面302を含む。表面実装型発光素子300は底表面304及び底表面304から延伸しているポスト310を有する。第一電気接触部(電極)306は、発光素子の頂表面302に形成され、且つ対応する井戸806の第一電気インターフェイス812に接続される。はっきりとした層として表示されていないが、発光基板の電気インターフェイスとの接続のために、第一電気接触部306及び第二電気接触部308は、半田または半田コーティングであってもよい。第二電気接触部308は、発光素子の頂表面302に形成され且つ対応する井戸806の第二電気インターフェイス814に接続される。ここで注意すべき点は、光を発光基板802の頂表面804へ導くために、発光デバイスの電気接触部及び井戸の電気インターフェイスは反射材料(例えば、金属)から製造できる点である。
8A and 8B are a plan view and a partial cross-sectional view of the light-emitting display, respectively. Some examples of light-emitting displays include televisions, computer displays, portable terminal screens, and LCD display backlights, which may be applied to the above examples or used directly as light-emitting displays. The
発光素子の接触部は何れも頂表面302に形成されるので、前記デバイスは表面実装型発光素子と称することができる。しかしここで留意すべき点は、発光素子が井戸806に取り込まれる際、発光素子の底表面304は頂表面302をカバーするという点である。以上の例で述べたように、前記発光素子の第一電気接触部306及び第二電気接触部308は、発光素子の頂表面302のみに形成される。故に、井戸を設けた後に発光基板の頂表面804上に電気インターフェイスを形成する必要はない。上述したように、発光素子は表面発光ダイオード(SMLED)であってもよいが、説明を簡潔にするために、ここでの詳細な説明は省略する。上述のように、1つの実施例において、各発光素子の頂表面302は水平面であり、各井戸の底表面808も水平面である。また、発光素子の底表面304も水平面であってもよい。
Since all the contact portions of the light emitting elements are formed on the
発光素子は、井戸キャビティ(well cavity)に合わさるサイズを有する。ここで「合わさる」とは、二つの機械部品が合わさることを意味する。製造された部品は別の部品と頻繁に嵌合する必要がある。これらの部品を互いに自由にスライドするように設置する又はこれらの部品を互いに連結して単一のユニット又は組み立て品を形成するように設置する。一般的な合わせは3種類ある。物体(例えば、発光素子)を井戸の中で自由に回転又はスライドさせるためには隙間嵌めが要求される。これは通常「滑りばめ」と称される。物体を井戸内で確実に保持する場合には締まりばめが要求される。この締まりばめは物体を井戸内で確実に保持するが、井戸の中で取り外す又は回転できるようにする場合には中間ばめが要求される。これは「定位又は中間ばめ」と称される。発光素子は、一般的には、井戸に対して隙間ばめ又は滑りばめを有する。 The light emitting device has a size that fits into a well cavity. Here, “match” means that two machine parts are combined. A manufactured part needs to be frequently mated with another part. These parts are installed so as to slide freely with respect to each other, or these parts are connected to each other so as to form a single unit or assembly. There are three general combinations. In order to freely rotate or slide an object (for example, a light emitting element) in a well, a gap fit is required. This is usually referred to as a “slip fit”. An interference fit is required to hold the object securely in the well. This interference fit securely holds the object in the well, but an intermediate fit is required if it can be removed or rotated in the well. This is referred to as “stereo or intermediate fit”. A light emitting device typically has a gap fit or a slip fit with respect to the well.
図9A及び図9Bは、図8A及び図8Bの発光基板をバックライトとして実現する2つの異なる方法を示す部分断面図である。カラーモディファイヤ902は、各発光素子底表面304をカバーし、液晶ディスプレイ(LCD)基板900は、前記モディファイヤをカバーする。LCD基板900の多くのタイプが本分野では周知であるため、簡潔にするために、ここでの当該構造の詳細な説明は省略する。つまり、LCD基板900は、各発光素子300上に位置する選択的に係合可能な「ウィンドウ」を形成し、カラーモディファイヤ902は、発光素子から出射された光のカラーをLCDディスプレイのバックライトに適用されるカラーに変換する。例えば、発光素子が青色光を発するGaNLEDである場合、カラーモディファイヤ902は青色光を白色に変換する。例えば、カラーモディファイヤ902は、赤色モディファイヤと緑色モディファイヤを含む積層体であることができる。以下、より詳細に説明する。図9Aにおいて、カラーモディファイヤ902は、例えば、シルク印刷プロセスにより直接表面実装型発光素子300上に形成されている。図9Bにおいて、カラーモディファイヤ902はLCD基板900中の一層である。
9A and 9B are partial cross-sectional views showing two different methods for realizing the light emitting substrate of FIGS. 8A and 8B as a backlight. A
図10A及び図10Bは、発光基板を直接発光ディスプレイとして実現する2つの異なる方法を示す部分断面図である。図10Aにおいて、第二複数の第一カラーモディファイヤ1000は、対応する第二複数のSMLEDの底表面304をカバーし、その中で、第二複数の数量は第一複数の数量より少ない。第二複数の第二カラーモディファイヤ1002は対応する第二複数のSMLEDの底表面304をカバーするが、その中で、第二カラーは第一カラーと異なっている。尚、第二複数の光拡散体1004は、対応する第二複数のSMLEDのカラーモディファイヤによってカバーされていない底表面304をカバーする。これにより、GaNLEDのみ使用すれば、結果として第二複数のピクセル領域(1つのピクセル領域のみ示される)において、各ピクセル領域は、第一カラーモディファイヤ1000によってカバーされたSMLED300(例えば、緑色)、第二カラーモディファイヤ1002によってカバーされたSMLED(例えば、赤色)及びカラーモディファイヤによってカバーされていないSMLED(例えば、青色)を含む。赤−緑−青(RGB)のディスプレイがここでは示されているが、その他のカラーモディファイヤによって他の色を各ピクセル領域に添加することもできる。
FIGS. 10A and 10B are partial cross-sectional views illustrating two different ways of implementing a light emitting substrate as a direct light emitting display. In FIG. 10A, the second plurality of
図10Bにおいて、第二複数の赤色モディファイヤ1010は、対応する第二複数のSMLED300の底表面304をカバーし、第二複数の数量は第一複数の数量より少ない。第三複数光拡散体1012は、対応する第三複数のSMLEDのカラーモディファイヤによってカバーされていない底表面304をカバーする。本発明のRGBディスプレイにおいて、第三複数の数量は第一複数の数量より少ないが、第二複数の数量の2倍に等しい。結果として、第二複数ピクセル領域(1つのピクセル領域のみ示される)は、各ピクセル領域が、赤色モディファイヤ1010によってカバーされるSMLED300(例えば、GaNLED)、カラーモディファイヤ1012によってカバーされていない青色SMLED300(例えば、GaNLED)及びカラーモディファイヤ1012によってカバーされていない緑色SMLED1014(例えば、GaNLED)を含む。1つの実施例において、層1012は光拡散体である。もう1つの実施例において、カラーの組み合わせは、GaNと赤色発光AlGaInPSMLEDの両者により実現される。
In FIG. 10B, the second plurality of
図11A及び図11Bは、それぞれ井戸底表面の平面図及び発光基板の部分断面図である。図5を参照すると、各SMLED300の第一電気接触部306は第一直径を有するリング状に形成されている。各SMLED300の第一半導体層402及びMQW406は、第一電気接触部306によってカバーされているリング状の積層体である。ここで留意すべき点は、図5に示す第一半導体層402及びMQW層406は第一電気接触部306の下方に位置するが、井戸中に配置される際、第一半導体層402及びMQW層406は第一電気接触部306をカバーする点である。各SMLED300の第二電気接触部308は、第一電気接触部306のリング状の周縁の内部に形成されている。各SMLED300の第二半導体層404はディスク状であり、且つその中央部は第二電気接触部308によってカバーされている(上記で説明済み)。
11A and 11B are a plan view of the well bottom surface and a partial cross-sectional view of the light emitting substrate, respectively. Referring to FIG. 5, the first
図11A及び図11Bを再度参照すると、各井戸の第一電気インターフェイス812は、第一直径を有する部分リングに形成されている。第一電気インターフェイス812は、開口1100を有し、列導電トレース816に接続されている。各井戸の第二電気インターフェイス814は、対応する第一電気インターフェイス812の部分リングの開口1100に延伸する行導電トレース818に接続されている。
Referring again to FIGS. 11A and 11B, the first
図12A及び図12Bは、それぞれ図11A及び図11Bの井戸底部の平面図及び発光基板の部分断面図の変更例を示した図である。図4A及び図4Bを参照すると、各SMLED300の第二電気接触部308は、第一直径を有するリング状に形成されてもよい。各SMLED300の第二半導体層404はディスク状であり、且つ縁はリング状の第二電気接触部によってカバーされている。各SMLED300の第一電気接触部306はそれぞれ第二電気接触部308の周縁の内部に形成されている。各SMLEDの第一半導体層402及びMQW層406は、第一電気接触部306によってカバーされている積層体である。ここで留意すべき点は、図4に示すように、第一半導体層402及びMQW層406は第一電気接触部306の下方に位置するが、井戸に配置された際、第一半導体層402及びMQW層406は第一電気接触部306をカバーする点である。
12A and 12B are diagrams showing modified examples of the plan view of the well bottom and the partial cross-sectional view of the light emitting substrate in FIGS. 11A and 11B, respectively. 4A and 4B, the second
図12A及び図12Bを再度参照すると、各井戸の第二電気インターフェイス814は、第一直径を有する部分リングに形成されており、且つ開口1100を有し、列導電トレース816に接続されている。各井戸の第一電気インターフェイス812は、対応する部分リング状の第二電気インターフェイス814の開口1100に延伸する行導電トレース818に接続されている。
Referring again to FIGS. 12A and 12B, the second
図11B及び図12Bにおいて、注意すべきもう一つの特徴は、発光基板802が複数の水平面を含んでもよい点である。図12Bにおいて、例えば、発光基板802はガラス又はプラスチック層1200を含み、導電トレースはガラス又はプラスチック層1200の井戸に接続される電気インターフェイスをカバーすることが可能である。透明材料層1202は、導電トレース及びガラス又はプラスチック層1200をカバーしてもよく、且つ前記井戸は透明材料層1202に形成されてもよい。例えば、透明材料層1202は、絶縁材料又はポリエチレンナフタレート(PEN)膜であることができる。
11B and 12B, another feature to be noted is that the
図13A、図13B及び図13Cは、それぞれ発光素子の変更例、井戸の変更例及び井戸中に位置する発光素子の部分断面図である。1つの実施例において、各発光素子の頂表面302は、第一水平面1300と第二水平面1302を含む二平面である。第一電気接触部306は頂表面302の第一水平面1300に形成されており、第二電気接触部308は頂表面302の第二水平面1302に形成されている。図示していないが、代わりに、第一電気接触部306を頂表面の第二水平面に形成し、第二電気接触部308を頂表面の第一水平面に形成することもできる。同様に、各井戸の底表面808は、第一水平面1304と第二水平面1306を含む二平面である。故に、各井戸の第一電気インターフェイス812は井戸の底部の第一水平面1304に形成されており、各井戸の第二電気インターフェイス814は井戸の底部の第二水平面1306に形成されている。
FIG. 13A, FIG. 13B, and FIG. 13C are partial sectional views of a light emitting element change example, a well change example, and a light emitting element located in the well, respectively. In one embodiment, the
図14A及び図14Bは、それぞれ第一複数のアクティブマトリクス(AM)の駆動回路に駆動される発光基板の模式図及び部分断面図である。図14Cは、駆動回路の特定の変更例を示す図である。各駆動回路1400は、対応する第一複数の行と列との交差点に接続され、その出力端末は対応する井戸の第一電気インターフェイス812に接続される。又は、各駆動回路1400の出力端末は、各井戸の第二電気インターフェイス814に接続してもよい。基準電圧(例えば、接地)のトレース1402のネットワークは、各井戸の第二電気インターフェイス814に接続されている。図14Bには、駆動回路1400の最終的な出力トランジスタ1404のみが示されており、最終的な出力トランジスタ1404は、直流電源トレース(Vdd)1406と、LEDとの間に介在する可変抵抗を変えることによって、対応するLED300の出力を制御する。
14A and 14B are a schematic view and a partial cross-sectional view, respectively, of a light emitting substrate driven by a first plurality of active matrix (AM) drive circuits. FIG. 14C is a diagram illustrating a specific modification of the drive circuit. Each
図15A及び図15Bは、それぞれパッシブマトリクスを使用して発光素子を実現する際の発光基板の概略図及び部分断面図である。1つの実施例において、一連の列導電トレース816及び行導電トレース818は、パッシブマトリクス(PM)を形成し、このパッシブマトリクスは、対応する井戸の第一電気インターフェイス812に接続される各第一複数の列と行との交差点820の列トレースと、各井戸の第二電気インターフェイス814に接続されている各第一複数の列と行との交差点820の行トレースを備える。
15A and 15B are a schematic view and a partial cross-sectional view, respectively, of a light-emitting substrate when a light-emitting element is realized using a passive matrix. In one embodiment, the series of column conductive traces 816 and row
uLEDエミッタ素子は、uLED照明に使用されるプロセスと類似するプロセスによって製造してもよい。しかし、以下に述べるように、ディスクのサイズ、形状及びディスクの構造は一般の照明には存在しないその他の要件を有する。そうでない場合は、LEDは、uLEDの大型アレイを収納でき且つuLEDと電気的に接続される適切なバックプレーンに製造できる。尚、サイズ、形状及び位置の特徴に対しては特定の要件が存在する。これにより、uLEDは適切に定位し、接続できる。最後に、流体アセンブリのプロセスを利用して、uLEDをアレイに定位し且つ各uLEDとバックプレーンとの間の電気接続を確立する。 The uLED emitter element may be manufactured by a process similar to that used for uLED illumination. However, as described below, the size, shape and structure of the disc have other requirements that do not exist in general lighting. Otherwise, the LEDs can be manufactured on a suitable backplane that can accommodate a large array of uLEDs and are electrically connected to the uLEDs. There are specific requirements for size, shape and position features. As a result, the uLED can be properly localized and connected. Finally, the fluid assembly process is used to localize the uLEDs into an array and establish electrical connections between each uLED and the backplane.
エミッタのサイズは、ディスプレイにとって重要な差別化項目である。通常の照明、LCDのバックライト、エミッタ(発光素子)のサイズは、便利なものなる傾向にあり且つ各光子当たりのコストが十分に考慮されている。通常の照明における光源の最も一般的な(最も安い)LEDの面積は、約200×200μmであり、LEDの厚さは約5μmであり、サファイアの厚さは約100μmである。発光素子のアスペクト比は約2:1である。直接発光の応用において、uLED発光面積を選択して1つのサブピクセルのための十分な照明発光を生成する。uLED発光面積の直径は25μmより小さくてもよい。uLEDのサイズのために、製造において、装置の面積内で接触を必要とすることは重要であるが、接触部が大きいほどエミッタ面積は小さくなってしまう。しかし、GaN層内の広がり抵抗により、接触部が小さいほどロスは増加する。 The size of the emitter is an important differentiation item for the display. Normal lighting, LCD backlights, and emitter (light emitting element) sizes tend to be convenient, and the cost per photon is fully considered. The area of the most common (cheapest) LED of the light source in normal illumination is about 200 × 200 μm, the LED thickness is about 5 μm, and the sapphire thickness is about 100 μm. The aspect ratio of the light emitting element is about 2: 1. In direct emission applications, the uLED emission area is selected to produce sufficient illumination emission for one subpixel. The diameter of the uLED emission area may be smaller than 25 μm. Because of the size of the uLED, it is important that manufacturing requires contact within the area of the device, but the larger the contact, the smaller the emitter area. However, the loss increases as the contact portion becomes smaller due to spreading resistance in the GaN layer.
uLEDの製造 uLED manufacturing
本発明で開示されている発光ディスプレイの製造に用いられる表面実装uLEDは、例えば、本分野において周知の技術である通常の照明のエミッタに用いられるような従来の高輝度のLEDウエハから製造されてもよい。得られたuLEDの直径は10〜100マイクロメートル(μm)であり、且つ一般的にディスク状であり、上述の複数の図面に示されている。このディスク形は典型的であるが、同様の方法により製造された他の平面形状、例えば、三角形、正方形又は六角形であってもよい。また、ディスプレイ基板も流体アセンブリのためのuLED形状とマッチする井戸の構造を有するように製造されている。 Surface mounted uLEDs used in the manufacture of light emitting displays disclosed in the present invention are manufactured from conventional high brightness LED wafers such as those used in conventional illumination emitters, a technique well known in the art. Also good. The resulting uLED has a diameter of 10 to 100 micrometers ([mu] m) and is generally disc-shaped and is shown in the above-mentioned figures. This disk shape is typical, but may be other planar shapes, such as triangles, squares or hexagons, manufactured by similar methods. The display substrate is also manufactured to have a well structure that matches the uLED shape for the fluid assembly.
1つの特定のタイプのuLEDにおける簡潔な製造フローを以下に示す。 A brief manufacturing flow for one particular type of uLED is shown below.
1)従来の方法によって製造された平面的な高輝度の青色LEDウエハの製造方法は以下の通りである。 1) A method for manufacturing a planar high-intensity blue LED wafer manufactured by a conventional method is as follows.
a.図4A及び図4Bを参照すると、サファイア基板上にバッファ層とn−GaN(404)を堆積してLEDのカソードを形成する。NドープされたGaNは固有の(即ち、欠陥ドープ)のものであるか、又は微量のシリコン(Si)でドープされたものである。 a. Referring to FIGS. 4A and 4B, a buffer layer and n-GaN (404) are deposited on a sapphire substrate to form an LED cathode. N-doped GaN is either intrinsic (ie, defect doped) or doped with a small amount of silicon (Si).
b.InGaNとGaNの交互層(406)を堆積して、多重量子井戸(MQW)を形成する。 b. Alternating layers (406) of InGaN and GaN are deposited to form a multiple quantum well (MQW).
c.AlGaNの正孔阻止層及び薄いp−GaN層(402)を堆積して、LEDアノードを形成する。p−GaNは通常マグネシウム(Mg)でドープされる。 c. An AlGaN hole blocking layer and a thin p-GaN layer (402) are deposited to form the LED anode. p-GaN is usually doped with magnesium (Mg).
d.p−GaN上にITO電流拡散層を堆積する。 d. An ITO current spreading layer is deposited on the p-GaN.
2)ITO、p−GaN及びMQWをエッチングして、LED発光領域を形成して、n−GaN層にある程度オーバーエッチングしたメサを設ける。 2) Etching ITO, p-GaN, and MQW to form an LED light emitting region, and providing a mesa that is over-etched to some extent on the n-GaN layer.
3)n−GaNをサファイア基板上までエッチングすることで、2)中で形成されたメサより大きいディスク状のuLEDを形成する。これは通常、デバイスの面積を最大限に活用するための最密充填の円形アレイである。アスペクト比が流体アセンブリに対して適切であれば、その他簡単な板状、例えば、三角形、正方形又は六角形を使用してもよい。 3) Etching n-GaN to the sapphire substrate to form a disk-shaped uLED larger than the mesa formed in 2). This is usually a close packed circular array to make the best use of the device area. Other simple plate shapes such as triangles, squares or hexagons may be used if the aspect ratio is appropriate for the fluid assembly.
4)絶縁材料(408)をリング状に堆積させて、アノードとカソードとを電気絶縁させる。当該材料は光吸収材料を含み、アノードとカソードとの間の光の漏れを防止する。 4) An insulating material (408) is deposited in a ring shape to electrically insulate the anode and the cathode. The material includes a light absorbing material to prevent light leakage between the anode and the cathode.
5)アノード電極積層体(308)を適切な高さまで堆積する。電極積層体は連続した層において複数の成分を含む。 5) Deposit anode electrode stack (308) to appropriate height. The electrode stack includes a plurality of components in successive layers.
a.n−GaNとマッチした仕事関数を有する。例えばチタン(Ti)等の材料である。 a. It has a work function matched with n-GaN. For example, a material such as titanium (Ti).
b.ディスプレイ基板井戸電極に連結する厚い電極、例えば、酸化を防止するための薄金キャップを有するインジウム(In)及びスズ(Sn)の積層構造である。 b. A thick electrode connected to the display substrate well electrode, for example, a laminated structure of indium (In) and tin (Sn) having a thin gold cap for preventing oxidation.
6)カソード電極積層体を適切な高さまで堆積する。電極積層体は連続した層において複数の成分を含む。 6) Deposit the cathode electrode stack to an appropriate height. The electrode stack includes a plurality of components in successive layers.
a.ITO電流拡散層と良好な接触を行う、例えばニッケル/金(Ni/Au)、クロム/金(Cr/Au)又はチタン(Ti)等の材料である。 a. For example, a material such as nickel / gold (Ni / Au), chromium / gold (Cr / Au), or titanium (Ti) that makes good contact with the ITO current spreading layer.
b.ディスプレイ基板井戸電極に連結する電極、例えば、酸化を防止するための薄金キャップを有するインジウム(In)及びスズ(Sn)の積層構造である。 b. An electrode connected to a display substrate well electrode, for example, a laminated structure of indium (In) and tin (Sn) having a thin gold cap for preventing oxidation.
7)接着剤コーティングを介してウエハの頂表面をガラス処理基板上に貼り付ける。 7) Affix the top surface of the wafer onto the glass processing substrate via an adhesive coating.
8)レーザリフトオフ(LLO)を利用してサファイア基板を除去し、且つuLED構造の底表面への進入を可能にする。 8) Use laser lift-off (LLO) to remove the sapphire substrate and allow entry to the bottom surface of the uLED structure.
9)uLEDを有する処理基板はアレイに位置し、且つn−GaNの側面は定位ポスト310に加工される。ポスト310は、例えば、SU−8(一般的に用いられるエポキシ基のネガ型フォトレジスト)又は堆積された酸化物又は金属等の光パターン化可能な材料であってもよい。
9) The processing substrate with uLEDs is located in the array, and the side surfaces of n-GaN are processed into orientation posts 310. The
完成したuLEDは、接着剤の溶解及び流体懸濁液中のディスクを集めることにより回収される。前記流体懸濁液は、アルコール、ポリオール、ケトン、ハロカーボン又は(DI)蒸留水である流体懸濁液を集めることで、完成したuLEDであってもよい。 The completed uLED is recovered by dissolving the adhesive and collecting the disks in the fluid suspension. The fluid suspension may be a completed uLED by collecting fluid suspensions that are alcohol, polyol, ketone, halocarbon or (DI) distilled water.
図16は、流体アセンブリのために設計した垂直表面実装uLEDの部分断面図である。デバイスの性能及び流体アセンブリの生産量を向上させるために、LED構造において複数の制限がある。1つの実施形態において、上述したように、市販のGaNLED構造をエッチングして表面実装uLED(SMuLED)を製造する。本発明で使用するSMuLEDは、2つの電気接触部(井戸底表面に隣接する)を有するデバイスに定義される。詳細には、図16のSMuLEDは、p+GaN1600、MQW1602、n+GaN1604及びn−GaN1606を含む。cのサイズは2〜4マイクロメートルであってもよく、bのサイズは1〜2マイクロメートルであってもよい。垂直型LEDの流体アセンブリに必要である特性の大部分も表面実装uLED構造に対して重要である。以下のガイドラインは、表面流体アセンブリの垂直型uLED又は表面実装uLEDの生産に適用することができる。
FIG. 16 is a partial cross-sectional view of a vertical surface mount uLED designed for fluid assembly. There are several limitations in LED structures to improve device performance and fluid assembly production. In one embodiment, as described above, a commercially available GaN LED structure is etched to produce a surface mount uLED (SMuLED). The SMuLED used in the present invention is defined as a device having two electrical contacts (adjacent to the well bottom surface). Specifically, the SMuLED of FIG. 16 includes p +
基板:好ましくは、レーザーリフトオフにサファイアを用いる。光取り出しを向上させるために表面は平面又は荒い。 Substrate: Preferably, sapphire is used for laser lift-off. The surface is flat or rough to improve light extraction.
nGaNの厚さ(1604及び1606):SMuLEDの本体は、n型GaN(1606)及びSiドープされたn型GaN(1604)からなる。各層の厚さはそれぞれ3μmである。 nGaN thickness (1604 and 1606): The body of the SMuLED consists of n-type GaN (1606) and Si-doped n-type GaN (1604). The thickness of each layer is 3 μm.
ディスクの直径(d):uLEDの厚さ「a」はディスクの直径を決定する。通常、d/aの比率は、5〜50umの範囲内にある。ディスクの厚さが〜5μmの場合、ディスクの直径「d」は30μm〜120μmの間であってもよい。ディスクの厚さは2μmの場合、直径「d」は5μmμm〜50μmほど低減してもよい。 Disc Diameter (d): The uLED thickness “a” determines the disc diameter. Usually, the ratio d / a is in the range of 5 to 50 um. If the disc thickness is ˜5 μm, the disc diameter “d” may be between 30 μm and 120 μm. When the disc thickness is 2 μm, the diameter “d” may be reduced by about 5 μm to 50 μm.
ポストの直径(e):e/dの比率は10%〜20%の間にある。直径が50μmのディスクに対して、ポストの直径は5〜10μmであってもよい。5μmのディスクに対して、ポストの直径は0.5〜1μmであってもよい。 The ratio of post diameter (e): e / d is between 10% and 20%. For a disk having a diameter of 50 μm, the diameter of the post may be 5 to 10 μm. For a 5 μm disk, the diameter of the post may be 0.5-1 μm.
ポストの高さ(f):ポストの高さは、ポスト直径の約30%〜100%である。直径が50μmのディスクに対して、1μmのポスト高さを適用できるが、2μmの高さは、流体アセンブリ中の誤った方向に向いているディスクを効果的に逆にすることができる。 Post height (f): The post height is about 30% to 100% of the post diameter. A 1 μm post height can be applied to a 50 μm diameter disk, but a 2 μm height can effectively reverse a misoriented disk in the fluid assembly.
積層体の高さ(a):積層体「a」の高さ(a)は、(「b」+「c」+MQW1602の高さ+p+−GaN1600の高さ)の和であり、2マイクロメートル〜7マイクロメートルの範囲内にある。
Stack height (a): The height (a) of the stack “a” is the sum of (“b” + “c” + the height of
発光基板の製造及び要件 Manufacturing and requirements for light-emitting substrates
図17A乃至17Lは、1つの実施形態に係る発光基板の製造プロセスを示す平面図及び部分断面図である。uLEDディスプレイ発光基板(バックプレーン)は、従来のプロセスによって、LCDディスプレイの製造に使用する設備群と同じ設備群の大面積ガラス又はプラスチック基板上で製造できる。複数の列及び複数の行におけるuLEDを接続する簡単なパッシブマトリクスの生産フローは、以下のように行われる。 17A to 17L are a plan view and a partial cross-sectional view showing a manufacturing process of the light emitting substrate according to one embodiment. The uLED display light emitting substrate (backplane) can be manufactured on a large area glass or plastic substrate of the same equipment group used to manufacture the LCD display by conventional processes. A simple passive matrix production flow for connecting uLEDs in a plurality of columns and a plurality of rows is performed as follows.
1)ガラス又はプラスチック基板1200上に、金属が相互接続された第一層を堆積する。前記金属はタングステン又はTi/Al/Ti又はその他の低抵抗金属である。第一金属1701をパターン化して、井戸の底表面中の電気インターフェイスを行及び列に接続する相互接続を形成する。図17A及び図17Bに示すように、1つの基本的な電極の形状は、「C」又は円を中心とした部分リング状である。
1) Deposit a first layer of interconnected metals on a glass or
2)図17C及び図17Dを参照すると、第一金属1701上に絶縁層1700(二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(Si3N4)又は絶縁有機フィルム)を堆積し、且つ接触口1702をエッチングし、その後堆積する第二金属と接続する。
2) Referring to FIGS. 17C and 17D, an insulating layer 1700 (silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ) or insulating organic film) is deposited on the
3)図17E及び図17Fを参照すると、タングステン又はTi/Al/Ti又は他の低抵抗金属である第二層金属1704相互接続を堆積する。第二金属1704をパターン化する。また、第二金属1704上に絶縁層1706(SiO2、Si3N4又は絶縁有機フィルム)を堆積する。
3) Referring to FIGS. 17E and 17F, deposit a
4)図17G及び図17Hを参照すると、接触口1708及び1710をエッチングして、その後に堆積された第三金属と接続する。 4) Referring to FIGS. 17G and 17H, the contact holes 1708 and 1710 are etched and connected to the subsequently deposited third metal.
5)第三局部相互接続金属を堆積してパターン化した後に、第三金属表面1712及び1714を形成する。第三局部相互接続金属は、チタン、モリブデン(Mo)、金/ゲルマニウム(Au/Ge)積層体、タングステン(W)であってもよく、uLED上のアノード及びカソード電極のサイズ及び間隔とマッチングするような形状にパターン化する。図8Bにおいて、相互接続1712及び1714は電気インターフェイスで示される。この点において、上述したこれらの電極層は同一平面上にある。これにより、uLEDの電極表面は、第三金属表面1712及び1714上に均一に位置する。
5) After depositing and patterning the third local interconnect metal,
6)絶縁材料1202を堆積して井戸構造を形成して流体アセンブリプロセスにおいてuLEDを得る。絶縁材料1202は、スピンオンガラス(spin−on glass (SOG))、オルトケイ酸テトラエチル(TEOS)酸化物又はポリイミドであってもよく、フォトリソグラフィ又はエッチングプロセスによってパターン化できる。如何なる形成方法であっても、井戸側壁は70度より大きい角度をなすことが好ましい。また、井戸の深さはuLEDの厚さとほぼ同じようにしなければならない。図17Kを参照すると、uLEDと接触を取るために、井戸の底部の電極は必ず開放的である。
6) Deposit insulating
7)図17Lを参照すると、流体アセンブリプロセスの後で、uLED300は井戸に設置されている。
7) Referring to FIG. 17L, after the fluid assembly process, the
表面実装uLEDの流体アセンブリ Surface mount uLED fluid assembly
表面実装uLEDが液体中にある懸濁液は、用意された基板に沈積する。流れを誘導する某手段を使用して液体を基板に流す。これにより、uLEDの流れは基板の表面を横に流れる。流体を流動させるために、多くの可能な手段、例えば、ポンプ、重力、ブラッシング、超音波トランスデューサ、エアーナイフ又はノズル等が使用できる。ここで重要な点として、ディスクが十分速い速度で表面を移動して通過して多くのアセンブリの機会を提供し、並びに、あまり力を加えずにディスクを井戸から離すことである。 The suspension in which the surface mounted uLED is in a liquid is deposited on a prepared substrate. The liquid is flowed to the substrate using a scissor means for directing the flow. Thereby, the flow of uLED flows laterally on the surface of the substrate. Many possible means can be used to make the fluid flow, such as pumps, gravity, brushing, ultrasonic transducers, air knives or nozzles. The important point here is that the disk moves and passes through the surface at a sufficiently fast speed to provide many assembly opportunities, as well as moving the disk away from the well with little force.
uLEDは液体より高い密度を有するため、基板の表面に沈殿して開放的な井戸によって捕らえられることができる。ディスクはポストが下方に向かうように井戸に沈殿した場合、ディスク底表面の縁(ポストに付着)は基板の表面の上方に位置する。また、液体の流動は、ディスクを井戸からフリップする傾向があるトルクを出す。ディスクがポストが上方に向うように井戸に沈殿した場合、流動の力はポストにしか影響を与えず、ディスクは井戸中に留まる。 Since uLEDs have a higher density than liquids, they can settle on the surface of the substrate and be captured by open wells. When the disk settles in the well so that the post is directed downward, the edge of the disk bottom surface (attached to the post) is located above the surface of the substrate. The fluid flow also produces a torque that tends to flip the disk from the well. If the disk settles in the well with the post pointing upwards, the flow force will only affect the post and the disk will remain in the well.
十分長い時間内に、十分な数量のディスクによってこのプロセスを行うことは、各井戸に、ポストが上方に向かうように作動するuLEDが堆積されるまで、各位置でのアセンブリを試す回数を増加することである。アセンブリが終わった時、未使用のuLEDは、リサイクルのために基板から離れて水槽又は貯水池に進入して、残された液体を蒸発する又は第二液体と交換することを可能にする。 Performing this process with a sufficient quantity of disks in a sufficiently long time increases the number of times the assembly at each location is tried until each well is deposited with a uLED that operates with the post pointing upwards. That is. When assembly is complete, the unused uLEDs can leave the substrate and enter the aquarium or reservoir for recycling, allowing the remaining liquid to evaporate or replace with a second liquid.
この点において、失ったディスク、粒子によってブロックされた井戸等の欠陥又は井戸の中でのポストが下方に向かうディスクを探すために、外観検査方法を使用するのは適切であるかもしれない。必要な場合は、ピックアンドプレイス技術を用いて少量の欠陥を修復することで、欠陥を解消することが可能である。サブピクセルごとの1つ以上のエミッタの構造は、単一欠陥の構造を冗長性によって補償するために使用できることは明らかであり、且つレーザ切断法を使用して、短絡したuLEDを駆動回路から絶縁することができる。 In this regard, it may be appropriate to use a visual inspection method to look for lost disks, defects such as wells blocked by particles, or disks in which the posts in the well are directed downwards. If necessary, defects can be eliminated by repairing a small amount of defects using pick and place technology. It is clear that the structure of one or more emitters per subpixel can be used to compensate for the structure of a single defect by redundancy, and using laser cutting techniques to isolate the shorted uLED from the drive circuit. can do.
図17Lに示すように、アセンブリ後に、全てのuLEDがアノード及びカソード電極が対応する基板電極をカバーして接触するように定位する。次いで、前記基板を、アノード及びカソード電極が基板電極と相互に作用して、安定した機械的な及び電気接続を形成するように適切な温度に加熱する。In/Sn電極について、Ti基板電極との接続は、220℃のアニール処理温度中で実現されてもよく、また、表面酸化物を破壊する液体フラックスを適用することによってこの接続は促進される。電気接続の実現を容易にするために、その他の材料からなるLED電極はIn/Sn半田層によってカバーされてもよいし、基板電極はIn/Sn半田によってコーディングされてもよい。また、AuGe共晶半田電極又はAuGe共晶半田によって被覆された電極を用いてもよい。しかしながら、AuGeは、より高いアニーリング温度380℃を有するので、ある製造プロセスに対しては適切でない可能性がある。アニーリングした後に基板を洗浄して残留フラックスを除去し、且つポリイミド又はSi3N4等のパッシベーション層又は類似する層を堆積して電極インターフェイスと環境との接触を防止することができる。 As shown in FIG. 17L, after assembly, all uLEDs are oriented so that the anode and cathode electrodes cover and contact the corresponding substrate electrodes. The substrate is then heated to a suitable temperature so that the anode and cathode electrodes interact with the substrate electrode to form a stable mechanical and electrical connection. For In / Sn electrodes, the connection to the Ti substrate electrode may be realized at an annealing temperature of 220 ° C., and this connection is facilitated by applying a liquid flux that destroys the surface oxide. In order to facilitate the electrical connection, the LED electrode made of other materials may be covered with an In / Sn solder layer, and the substrate electrode may be coded with In / Sn solder. Alternatively, an AuGe eutectic solder electrode or an electrode covered with AuGe eutectic solder may be used. However, since AuGe has a higher annealing temperature of 380 ° C., it may not be suitable for certain manufacturing processes. After annealing, the substrate can be cleaned to remove residual flux, and a passivation layer such as polyimide or Si 3 N 4 or a similar layer can be deposited to prevent contact between the electrode interface and the environment.
パッシブマトリクスアレイ Passive matrix array
図15Aを参照すると、上述のuLEDアレイを各行及び列が外部駆動回路を有するパッシブマトリクスアレイを形成するために、アレイに組み合わせることができる。これにより、駆動方式は各列電極に適切な駆動電圧を設置し、その他の行の接続をオフにする際に、同時に適切な行をオンにする。信号を短い時間(例えば、数マイクロ秒)にわたって加え、行電極の接続をオフにし、次の行に対してもこのプロセスを繰り返す。このような方法において、各行の照明時間はリフレッシュ時間を行数で割ったものである。リフレッシュ時間が合理的に短い、例えば、1/60秒の場合、人間の視覚システムが見た全てを平均して全ての行からなるピクセルを生成する。しかし、この方法は、合理的なピーク強度とパワーを維持するために、適度な行数に制限されることは明らかである。 Referring to FIG. 15A, the uLED array described above can be combined into an array to form a passive matrix array with each row and column having an external drive circuit. As a result, the driving method sets an appropriate driving voltage on each column electrode, and turns on the appropriate row at the same time when the connection of the other row is turned off. The signal is applied for a short time (eg, a few microseconds), the row electrode connection is turned off, and the process is repeated for the next row. In such a method, the illumination time for each row is the refresh time divided by the number of rows. If the refresh time is reasonably short, for example 1/60 second, it will average all that the human visual system has seen to produce a pixel consisting of all rows. However, it is clear that this method is limited to a reasonable number of rows in order to maintain reasonable peak intensity and power.
アクティブマトリクスアレイ Active matrix array
上述したパッシブマトリクスアレイは非常に簡単であるが、高解像度ディスプレイを製造するにあたって重大な欠点を有する。各行を個別にアドレスするため、実際の行のデューティサイクルとパワーレベルにおいて、ディスプレイ中で循環可能な行数に制限がある。また、LEDの短時間の持続に必要とする高発光はuLEDの寿命を短くする。 While the passive matrix array described above is very simple, it has significant drawbacks in producing high resolution displays. Because each row is addressed individually, there is a limit to the number of rows that can be cycled in the display at the actual row duty cycle and power level. In addition, the high light emission required for a short time of the LED shortens the life of the uLED.
したがって、アクティブマトリクスアレイを使用する利点は、制御素子がディスプレイ基板上に製造されて、独立して各サブピクセル(LED)の発光を制御することである。ある状況においては低デューティサイクルは有利であるが、サブピクセルごとのこの種の構造は、各ピクセルを連続的に発光させることが可能である。これを実現する回路は複数存在するが、uLEDの他に最も簡単な構成は、2つのトランジスタ及び1つの蓄積容量による構成である。図14Cに示すように、蓄積容量(Cs)に蓄積された電荷量によって確立されたゲート電圧の設定に基づいて、出力トランジスタ1404(T1)は、VddからuLEDを通じてVssに流れる電流の量を決定する。したがって、作業中のピクセルが制御されることで、列線上に適当な電圧を設定し且つアクセスゲートT2をオンにして、常数がCs上の電圧を安定させるまで少しの時間待った後、アクセスゲートをオフにしてCs上の電荷を保持する。POMSデバイスは高移動度と安定性の組み合わせを有するので、前記回路は、低温ポリシリコン(LTPS)薄膜トランジスタ(TFT)のプロセスを使用して、ドライブトランジスタT1のPOMSデバイスを製造することができる。インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO)TFTからなる類似するピクセルを使用することは可能であるが、IGZOは、同じサイズのLTPSトランジスタと比べて、10−20%の移動率しか持たない。故に、所定のピクセルのサイズに対して、LTPSと比較すると、IGZO TFTにおける性能の歩留まりの制限が各ピクセルの輝度を低下させる。周知のように、大量の駆動回路が発光素子を選択的に駆動するディスプレイに用いられ、これらの駆動回路の多くは2つ以上の薄膜トランジスタを使用する。本発明のディスプレイは、如何なる駆動回路の特定のタイプ又は各駆動回路中のトランジスタの特定数量に制限されない。 Thus, the advantage of using an active matrix array is that control elements are fabricated on the display substrate to independently control the light emission of each subpixel (LED). In some situations, a low duty cycle is advantageous, but this type of structure per subpixel allows each pixel to emit light continuously. There are a plurality of circuits for realizing this, but the simplest configuration besides uLED is a configuration with two transistors and one storage capacitor. As shown in FIG. 14C, based on the gate voltage setting established by the amount of charge stored in the storage capacitor (Cs), the output transistor 1404 (T1) determines the amount of current flowing from Vdd to Vss through the uLED. To do. Thus, the working pixel is controlled to set an appropriate voltage on the column line and turn on the access gate T2 and wait for a short time until the constant stabilizes the voltage on Cs, then the access gate is turned on. Turn off to hold charge on Cs. Since the POMS device has a combination of high mobility and stability, the circuit can use a low temperature polysilicon (LTPS) thin film transistor (TFT) process to produce a POMS device for the drive transistor T1. Although it is possible to use similar pixels consisting of indium gallium zinc oxide (IGZO) TFTs, IGZO has only 10-20% mobility compared to the same size LTPS transistor. Thus, for a given pixel size, performance yield limitations in IGZO TFTs reduce the brightness of each pixel as compared to LTPS. As is well known, a large number of drive circuits are used in displays that selectively drive light emitting elements, and many of these drive circuits use two or more thin film transistors. The display of the present invention is not limited to any particular type of drive circuit or specific number of transistors in each drive circuit.
青色uLEDを使用する色発生器 Color generator using blue uLED
1つの実施形態において、LCDのバックライトとする発光基板は単色であり、通常は青色である。しかしながら、前記基板もRGB色発生器に使用できる。青色LED光をダウンコンバージョン(down−conversion)してカラー(緑色及び赤色)を生成する方法は2種類ある。 In one embodiment, the light-emitting substrate used as the backlight of the LCD is a single color, usually blue. However, the substrate can also be used for RGB color generators. There are two methods for generating colors (green and red) by down-converting blue LED light.
図18は、単独でカラー変換シートが使用されている色生成器の部分断面図である。LCDディスプレイに用いられるカラーフィルターのプロセスと同じように、量子ドットカラーフィルター(QDCF)方法は、単独で基板上に印刷されたマトリクスに量子ドット(QD)を使用する。色変換シート1800は、青色サブピクセル300上に設置された拡散体1802、それぞれ赤色及び緑色を生成する赤色量子ドット色変換体1804、緑色量子ドット色変換体1806及び青色光の汚染をブロックする赤色カラーフィルター1808、緑色カラーフィルター1810を有する。各変換素子は、吸収体1812(ブラックマトリクス)に囲まれて、隣接するピクセルへの光の散乱を防止する。色変換シート1800は、uLEDエミッタ300上の発光基板(1200/1202)にアライメントされる又は接着されている。層1816は、発光基板1200を色変換シート1800に接着する接着層を指す。
FIG. 18 is a partial cross-sectional view of a color generator in which a color conversion sheet is used alone. Similar to the color filter process used in LCD displays, the quantum dot color filter (QDCF) method uses quantum dots (QD) in a matrix that is printed on a substrate by itself. The
図19は、発光素子上に堆積した蛍光体が使用されている色発生器の部分断面図である。蛍光体は、従来の直径がマイクロメートル範囲内のセラミック蛍光体又は直径がナノメートル範囲内のQDであってもよい。量子ドットLED(QDLED)の方法は、拡散体1802、赤色QDマトリクス1804、緑色QDマトリクス1806を、直接uLED300上に印刷し、且つブラックマトリクス1812によって取り囲むQDCF方法と類似する。その後、如何なる赤色ピクセルと緑色ピクセルに対する不要な青色光の汚染は、カラーフィルターシート1800上で単独の発光基板に接合された赤色カラーフィルター1808及び緑色カラーフィルター1810によって吸収される。従来の蛍光体は、燐光体の接着剤によって受け取られるように混合されている。市販の赤色と緑色の蛍光材料は、約8μmの直径の粒子サイズを有する。この粒子が印刷プロセスに適当な粘着材料と混合される。グラビア印刷(gravure printing)技術は、例えば、パターンプレートを色づけし、パターンプレートから余分なインクを拭き取り、次いで、蛍光インクパターンをパターンレートから発光基板に転送する。その他の印刷技術、例えば、シルクスクリーン印刷、フレキソ印刷、オフセット印刷、押出印刷、またはインキジェット印刷もこのプロセスに応用できる。1つの実施例において、蛍光インクを加熱板上において、140℃下で8分間熱硬化させる。その他のプロセスは、蛍光体と粘着剤に使用される具体的な材料によって決定される。
FIG. 19 is a partial cross-sectional view of a color generator in which a phosphor deposited on a light emitting element is used. The phosphor may be a conventional ceramic phosphor with a diameter in the micrometer range or a QD with a diameter in the nanometer range. The quantum dot LED (QDLED) method is similar to the QDCF method in which the
この方法及び2つの単独の流体アセンブリプロセスを使用して、青色、緑色uLED及び青色uLEDと赤色QDカラー変換体を利用して生成された赤色によって混合ディスプレイを製造することも可能である。 Using this method and two single fluid assembly processes, it is also possible to produce a mixed display with blue, green uLEDs and reds generated utilizing blue uLEDs and red QD color converters.
QDCF方法は、QD材料をLEDから離れる位置に放置する利点を有する。これにより、より低い温度を有し、及び後続のQDの性能と信頼性に対してより小さい熱衝撃を持つ。2種の方法は、色変換における関連する薄いフィルムの高効率を実現するために、何れもQDの高負荷を必要とする。また、この2種の方法は、インキジェット印刷の解像度に対して改善する余地がある。 The QDCF method has the advantage of leaving the QD material away from the LED. This has a lower temperature and has a smaller thermal shock for the performance and reliability of subsequent QDs. Both methods require a high QD load in order to achieve the high efficiency of the associated thin film in color conversion. In addition, these two methods have room for improvement with respect to the resolution of ink jet printing.
全ての無機uLEDを使用した色発生器 Color generator using all inorganic uLEDs
図20A及び図20Bは、それぞれ3種の異なるLEDを利用して、それぞれ3種の異なるカラーを生成する発光基板の部分断面図及び光学強度表である。図20Aは、接着層1816を介して基板1200に結合されるカバーガラス2000を示す。この方法において、色発生器は、それぞれ450nm(青)、530nm(緑)及び630nm(赤)の光を発する3つの無機LED300a、300b及び300cを使用することで実現できる。このことは、図20Bからわかるように、各カラーは非常に狭い発光ピークを提供し、最適な色域と画像を提供する。しかし、この方法には2種の重要な障害がある。赤色LEDはGaNから製造されず、AlGaInPダイオードがGaAs基板上で生長して形成されるものである。この結果、GaN(青)LEDに適用されるLEDの製造と回収は赤uLEDには適用されない。また、3つのエミッタのディスプレイは3種の異なるLEDの形状又はサイズを揃えることができる流体アセンブリ技術の開発が必要である。AlGaInPから製造された赤色LEDは、GaN系デバイスよりも脆弱であることに加えて、Gan LEDと異なる動作電圧と温度挙動を有する。
FIG. 20A and FIG. 20B are a partial cross-sectional view and an optical intensity table of a light emitting substrate that respectively generate three different colors using three different LEDs. FIG. 20A shows a
LCDバックライトユニット(BLU)のカラー変換 LCD backlight unit (BLU) color conversion
図21A、図21B及び図21Cは、それぞれ白光蛍光体の強度グラフ、実施形態の積層したカラーフィルター及び関連する積層したカラーフィルター強度グラフを示す図である。uLED発光ディスプレイは、uLEDから出射された青色光赤色と緑色にダウンコンバージョンする蛍光体材料を含むことによって、ローカルディミングのバックライトユニット(BLU)として使用できる。したがって、BLUは、表示画像の低解像度のコピーであり、よりよくバックライトの出力と画像をマッチングさせることで、ダイナミックレンジを向上させる。BLUの1つの単純なバージョンは、白色光の色変換蛍光体の均一なコーティングである。また、図21Bに示すように、より高品質のバージョンは、LED300上で印刷された赤色変換蛍光体2100を使用してもよく、赤色変換蛍光体2100上に緑色変換蛍光体2102がコーティングされる。正確な量の青色光を通過可能にできるよう光学密度を調整する高品質量子ドットの色変換器を用いると、図21Cのスペクトルが得られる。印刷プロセスは、uLED上のみにQDが堆積することに用いられてもよく、並びに、赤色変換体の緑色光の吸収を制限することにより、緑色の層を赤色の層上に堆積するのを支持する。しかし、赤色と緑色が混合された変換体において、基板上全体に均一に塗布するのは効率的であるがコストが高い。
FIGS. 21A, 21B, and 21C are diagrams showing the intensity graph of the white light phosphor, the stacked color filter of the embodiment, and the related stacked color filter intensity graph, respectively. The uLED light emitting display can be used as a backlight unit (BLU) for local dimming by including a phosphor material that downconverts blue light emitted from the uLED into red and green. Therefore, the BLU is a low resolution copy of the display image and improves the dynamic range by better matching the backlight output to the image. One simple version of BLU is a uniform coating of white light color conversion phosphor. Also, as shown in FIG. 21B, a higher quality version may use a
表面実装型発光デバイス及び表面実装型発光デバイスを使用するディスプレイの製造方法を提供する。本明細書において、特定の材料、サイズ及び回路のレイアウトの実施例を説明しているが、しかし、本発明はこれらの実施例を制限しない。当業者は、本発明のその他の変更及び実施例を想到してもよい。 A surface-mount light-emitting device and a method for manufacturing a display using the surface-mount light-emitting device are provided. Although specific materials, sizes and circuit layout examples are described herein, the present invention is not limited to these examples. Those skilled in the art will envision other modifications and embodiments of the invention.
100 領域
102 円形領域
104 アノード端末接点
200 底部接続電極
202 基板
204 マイクロキャビティ
206 低融点金属薄層
208 GaNディスク
210、1606 n−GaN
212、1600 p−GaN
214 層間絶縁膜
216 頂部相互接続電極
300 表面実装型発光素子(SMLED)、青色サブピクセル、uLED、uLEDエミッタ
300a 無機LED
300b 無機LED
300c 無機LED
302 頂表面
304 底表面
306 第一電気接触部
308 第二電気接触部
310 ポスト
312 側面
402 第一半導体層
404 第二半導体層
406 多重量子井戸(MQW)層
408 電気絶縁体
600、1300、1304 第一水平面
602、1302、1306 第二水平面
800 発光ディスプレイ
802 発光基板
804 頂表面
806 井戸
808 底表面
810 側壁
812 第一電気インターフェイス
814 第二電気インターフェイス
816 列導電トレース
818 行導電トレース
820 第一複数の列と行との交差点
900 LCD基板
902 カラーモディファイヤ
1000 第一カラーモディファイヤ
1002 第二カラーモディファイヤ
1004 第二複数の光拡散体
1010 赤色モディファイヤ
1100 開口
1200 ガラス又はプラスチック層
1202 透明材料層
1400 駆動回路
1402 トレース
1404 最終的な出力トランジスタ
1406 直流電力トレース
1600 p+GaN
1602 MQW
1604 n+GaN
1700 絶縁層
1701 第一金属
1702 接触開口
1704 第二金属
1700、1706 絶縁層
1708、1710 接触孔
1712、1714 第三局部相互接続金属
1800 色変換シート
1802 拡散体
1804 赤色量子ドット色変換体(赤色QDマトリクス)
1806 緑色量子ドット色変換体(緑色QDマトリクス)
1808 赤色カラーフィルター
1810 緑色カラーフィルター
1812 吸収体(ブラックマトリクス)
1816 層(接着層)
2000 カバーガラス
2100 赤色変換蛍光体
2102 緑色変換蛍光体
100
212, 1600 p-GaN
214
300b Inorganic LED
300c inorganic LED
302
408
1602 MQW
1604 n + GaN
1700 Insulating
1806 Green quantum dot color converter (green QD matrix)
1808
1816 layer (adhesive layer)
2000
Claims (26)
底表面と、
前記頂表面のみに形成される第一電気接触部と、
前記頂表面のみに形成される第二電気接触部と、
前記底表面から延伸するポストと、を備えることを特徴とする表面実装型発光素子。 A top surface;
The bottom surface,
A first electrical contact formed only on the top surface;
A second electrical contact formed only on the top surface;
And a post extending from the bottom surface.
n型ドーパント及びp型ドーパントを含む第一グループから選択されるドーパントを有する第一半導体層と、
前記第一グループから前記第一半導体層に選択されないドーパントを有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層との間に介在している多重量子井戸層を備えることを特徴とするに記載の表面実装型発光素子。 A surface-mounted light-emitting element that is a surface-mounted light-emitting diode,
a first semiconductor layer having a dopant selected from a first group comprising an n-type dopant and a p-type dopant;
A second semiconductor layer having a dopant not selected from the first group to the first semiconductor layer;
The surface-mount light-emitting device according to claim 1, further comprising a multiple quantum well layer interposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
前記第一半導体層及び前記多重量子井戸層は前記第一電気接触部の下方に位置するリング状の積層体であり、
前記第二電気接触部はリング状の前記第一電気接触部の周縁内に形成され、
前記第二半導体層はディスク状であり且つその中央部は前記第二電気接触部を覆うことを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光素子。 The first electrical contact portion is configured in a ring shape,
The first semiconductor layer and the multiple quantum well layer are a ring-shaped stacked body positioned below the first electrical contact portion,
The second electrical contact portion is formed in the periphery of the ring-shaped first electrical contact portion,
2. The surface-mount light-emitting element according to claim 1, wherein the second semiconductor layer has a disk shape and a central portion thereof covers the second electrical contact portion.
前記第二半導体層はディスク状であり且つその周縁は前記リング状の第二電気接触部の下方に位置し、
前記第一電気接触部は前記リング状の第二電気接触部の周縁内に形成され、
前記第一半導体層及び前記多重量子井戸層は前記第一電気接触部の下方に位置する積層体であることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光素子。 The second electrical contact portion is formed in a ring shape,
The second semiconductor layer is disk-shaped and its peripheral edge is located below the ring-shaped second electrical contact portion,
The first electrical contact portion is formed in the periphery of the ring-shaped second electrical contact portion,
The surface-mount light-emitting element according to claim 1, wherein the first semiconductor layer and the multiple quantum well layer are a stacked body positioned below the first electrical contact portion.
前記第一電気接触部が前記頂表面の前記第一水平面に形成され、前記第二電気接触部は前記頂表面の前記第二水平面に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の表面実装型発光素子。 The top surface is two planes having a first horizontal plane and a second horizontal plane;
The said 1st electrical contact part is formed in the said 1st horizontal surface of the said top surface, and the said 2nd electrical contact part is formed in the said 2nd horizontal surface of the said top surface, The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Surface mount type light emitting device.
頂表面を含む発光基板と、
前記発光基板の頂表面に形成される複数の井戸であって、各井戸は底表面と、側壁と、前記底表面に形成される第一電気インターフェイスと、前記底表面に形成される第二電気インターフェイスとを含む、複数の井戸と、
列導電トレース及び行導電トレースのマトリクスであって、第一複数の列と行との交差点を形成し、各列と行との交差点は対応する井戸と関連している、マトリクスと、
前記井戸中に位置する第一複数の表面実装型発光素子とを備え、
各表面実装型発光素子は、
前記井戸の底表面を覆う頂表面と、
底表面と、
前記頂表面に形成され且つ対応する井戸の第一電気インターフェイスに接続される第一電気接触部と、
前記頂表面に形成され且つ対応する井戸の第二電気インターフェイスに接続される第二電気接触部と、
前記底表面から延伸するポストと、を備えることを特徴とする発光ディスプレイ。 A luminous display,
A light emitting substrate including a top surface;
A plurality of wells formed on a top surface of the light emitting substrate, each well having a bottom surface, a side wall, a first electrical interface formed on the bottom surface, and a second electricity formed on the bottom surface; A plurality of wells including an interface;
A matrix of column conductive traces and row conductive traces, forming a first plurality of column and row intersections, wherein each column and row intersection is associated with a corresponding well;
A first plurality of surface-mounted light-emitting elements located in the well,
Each surface mount light emitting device
A top surface covering the bottom surface of the well;
The bottom surface,
A first electrical contact formed on the top surface and connected to a first electrical interface of a corresponding well;
A second electrical contact formed on the top surface and connected to a corresponding second electrical interface of the well;
And a post extending from the bottom surface.
各表面実装発光素子の底表面を覆うカラーモディファイヤと、
前記カラーモディファイヤを覆う液晶ディスプレイ基板と、をさらに備えることを特徴とする請求項12に記載の発光ディスプレイ。 The light emitting display is:
A color modifier covering the bottom surface of each surface-mount light-emitting element;
The light-emitting display according to claim 12, further comprising a liquid crystal display substrate covering the color modifier.
各表面実装型発光ダイオードが、
n型ドーパント及びp型ドーパントを含む第一グループから選択されるドーパントを有する第一半導体層と、
前記第一グループから前記第一半導体層に選択されないドーパントを有する第二半導体層と、
前記第一半導体層と前記第二半導体層との間に介在している多重量子井戸層と、を備えることを特徴とする請求項12に記載の発光ディスプレイ。 The surface mount type light emitting element is a surface mount type light emitting diode,
Each surface mount light emitting diode
a first semiconductor layer having a dopant selected from a first group comprising an n-type dopant and a p-type dopant;
A second semiconductor layer having a dopant not selected from the first group to the first semiconductor layer;
The light emitting display according to claim 12, further comprising: a multiple quantum well layer interposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
対応する第二複数の表面実装型発光ダイオードの前記底表面を覆う第二複数の第二カラーモディファイヤと、をさらに備え、
前記第二複数の数は前記第一複数の数より少なく、
前記第二カラーモディファイヤのカラーと前記第一カラーモディファイヤのカラーとは異なることを特徴とする請求項15に記載の発光ディスプレイ。 A second plurality of first color modifiers covering the bottom surface of the corresponding second plurality of surface mounted light emitting diodes;
A second plurality of second color modifiers covering the bottom surface of the corresponding second plurality of surface mounted light emitting diodes;
The second plurality of numbers is less than the first plurality of numbers,
The light emitting display according to claim 15, wherein the color of the second color modifier is different from the color of the first color modifier.
各ピクセル領域は、第一カラーモディファイヤによって覆われている表面実装型発光ダイオード、第二カラーモディファイヤによって覆われている表面実装型発光ダイオード及びカラーモディファイヤで覆われていない表面実装型発光ダイオードを含み、
前記第一カラーモディファイヤのカラーは緑色であり、前記第二カラーモディファイヤのカラーは赤色であり、前記カラーモディファイヤで覆われていない表面実装型発光ダイオードは青色光を発することを特徴とする請求項17に記載の発光ディスプレイ。 The light emitting display further comprises a second plurality of pixel regions;
Each pixel region has a surface mount light emitting diode covered by a first color modifier, a surface mount light emitting diode covered by a second color modifier, and a surface mount light emitting diode not covered by a color modifier. Including
The color of the first color modifier is green, the color of the second color modifier is red, and the surface-mounted light-emitting diode not covered with the color modifier emits blue light. The light-emitting display according to claim 17.
対応する第二複数の表面実装型発光ダイオードの底表面を覆う第二複数の赤色カラーモディファイヤと、
対応する第三複数のカラーモディファイヤによって覆われていない第三複数の表面実装型発光ダイオードと、
第二複数のピクセル領域と、を備え、
前記第二複数の数は前記第一複数の数より少なく、
前記第三複数の数は前記第一複数の数より少なく且つ前記第二複数の数の2倍に等しく、
各ピクセル領域が赤色カラーモディファイヤによって覆われている表面実装型発光ダイオードと、カラーモディファイヤによって覆われていない青色表面実装型発光ダイオードと、カラーモディファイヤによって覆われていない緑色表面実装型発光ダイオードと、を備えることを特徴とする請求項15に記載の発光ディスプレイ。 The light emitting display further includes:
A second plurality of red color modifiers covering the bottom surface of the corresponding second plurality of surface mount light emitting diodes;
A third plurality of surface mount light emitting diodes not covered by a corresponding third plurality of color modifiers;
A second plurality of pixel regions;
The second plurality of numbers is less than the first plurality of numbers,
The third plurality of numbers is less than the first plurality of numbers and equal to twice the second plurality of numbers;
Surface mounted light emitting diodes where each pixel area is covered by a red color modifier, blue surface mounted light emitting diodes not covered by the color modifier, and green surface mounted light emitting diodes not covered by the color modifier The light-emitting display according to claim 15.
各表面実装型発光ダイオードの前記第二電気接触部は、前記リング状の第一電気接触部の周縁に形成され、
各表面実装型発光ダイオードの第二半導体層はディスク状であり且つその中央部は前記第二電気接触部を覆い、
各井戸の第一電気インターフェイスは第一直径を有し且つ一部に開口が設けられている部分リングに構成され、
各井戸の第二電気インターフェイスは、対応する第一電気インターフェイスの一部のリング状の開口にトレースが延伸するように構成されていることを特徴とする請求項14に記載の発光ディスプレイ。 The first electrical contact portion of each surface-mounted light emitting diode is formed in a ring shape having a first diameter, and the first semiconductor layer and the multiple quantum well layer of each surface-mounted light emitting diode are the first electrical contact portion. Is a ring-shaped laminate located below
The second electrical contact portion of each surface-mounted light emitting diode is formed on the periphery of the ring-shaped first electrical contact portion,
The second semiconductor layer of each surface-mount type light emitting diode is disk-shaped and its central portion covers the second electrical contact portion,
The first electrical interface of each well is configured as a partial ring having a first diameter and partially provided with an opening,
The light emitting display of claim 14, wherein the second electrical interface of each well is configured such that the trace extends into a ring-shaped opening of a portion of the corresponding first electrical interface.
各表面実装型発光ダイオードの前記第二半導体層はディスク状であり且つその周縁は前記リング状の第二電気接触部を覆い、
各表面実装型発光ダイオードの前記第一電気接触部はリング状の第二電気接触部の周縁内部に形成され、
各表面実装型発光ダイオードの前記第一半導体層及び前記多重量子井戸層は前記第一電気接触部を覆う積層体であり、
各井戸の第一電気インターフェイスは第一直径を有し且つ一部に開口が設けられている部分リングに構成され、
各井戸の第二電気インターフェイスは、対応する第一電気インターフェイスの一部のリング状の開口にトレースが延伸するように構成されることを特徴とする請求項14に記載の発光ディスプレイ。 The second electrical contact portion of each surface mount light emitting diode is configured in a ring shape having a first diameter,
The second semiconductor layer of each surface-mounted light emitting diode is disk-shaped and its periphery covers the ring-shaped second electrical contact portion,
The first electrical contact portion of each surface-mount light emitting diode is formed inside the periphery of the ring-shaped second electrical contact portion,
The first semiconductor layer and the multiple quantum well layer of each surface-mount type light emitting diode are stacked bodies covering the first electrical contact portion,
The first electrical interface of each well is configured as a partial ring having a first diameter and partially provided with an opening,
The light emitting display of claim 14, wherein the second electrical interface of each well is configured such that the trace extends into a ring-shaped opening of a portion of the corresponding first electrical interface.
各発光素子の底表面は水平面であることを特徴とする請求項12に記載の発光ディスプレイ。 The top surface of each light emitting element is a horizontal plane,
The light emitting display according to claim 12, wherein the bottom surface of each light emitting element is a horizontal plane.
前記表面実装型発光素子の第一電気接触部は前記頂表面の前記第一水平面に形成されており、
前記表面実装型発光素子の第二電気接触部は前記頂表面の前記第二水平面に形成されており、
各井戸の底表面は第一水平面及び第二水平面を有する二平面であり、
各井戸の第一電気インターフェイスは前記底表面の前記第一水平面に形成されており、
各井戸の第二電気インターフィイスは前記底表面の前記第二水平面に形成されていることを特徴とする請求項12に記載の発光ディスプレイ。 The top surface of the surface-mounted light-emitting element is a two plane having a first horizontal plane and a second horizontal plane,
The first electrical contact portion of the surface-mounted light emitting device is formed on the first horizontal surface of the top surface,
A second electrical contact portion of the surface-mounted light emitting device is formed on the second horizontal surface of the top surface;
The bottom surface of each well is two planes having a first horizontal plane and a second horizontal plane,
The first electrical interface of each well is formed in the first horizontal surface of the bottom surface;
The light emitting display according to claim 12, wherein the second electrical interface of each well is formed in the second horizontal plane of the bottom surface.
各駆動回路は対応する列と行との交差点に接続され且つ対応する井戸に接続される第一電気インターフェイスに接続されることを特徴とする請求項12に記載の発光ディスプレイ。 The light emitting display further includes a first plurality of active matrix drive circuits and a network of reference voltage traces connected to the second electrical interface of each well;
13. The light emitting display of claim 12, wherein each drive circuit is connected to a first electrical interface connected to the intersection of a corresponding column and row and connected to a corresponding well.
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