JP2021529436A - 発光デバイス、関連する表示画面、および発光デバイスを製造するための方法 - Google Patents

発光デバイス、関連する表示画面、および発光デバイスを製造するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、第１の放射を放出するように適合された第１の発光体（４０Ａ）と、第１の放射とは異なる第２の放射を放出するように適合された第２の発光体（４０Ｂ）とを備える発光デバイス（１５）に関し、第１の発光体（４０Ａ）が第１の半導体構造と第１の放射変換器（８０）とを備え、第２の発光体（４０Ｂ）が第２の半導体構造と第２の放射変換器（８０）とを備え、各半導体構造が第３の放射を放出するように適合された半導体層を備え、各放射変換器（８０）が第３の放射を第１および第２の放射に変換することができる粒子のセットを備え、第１の放射変換器（８０）の粒子が感光性樹脂のバルクによって表面に付着されており、第２の放射変換器（８０）の粒子がグラフティングによって表面に付着されている。

Description

本発明は、発光デバイスに関する。本発明は、そのような発光デバイスのセットを備える表示画面と、そのような発光デバイスを製造するための方法にも関する。
表示画面は、画面上の画像が個々のピクセルをオンまたはオフにすることによって制御され得るように、各々が発光することができる「ピクセル」とも呼ばれる「画素」のセットをしばしば備える。カラー画面において、ピクセルによって放出される色が、どのサブピクセルがオンにされるかを制御することによって、または各サブピクセルの相対的発光強度を変更するために各サブピクセルに印加される電流を調整することによって調整され得るように、各ピクセルは、いくつかのサブピクセルを備え、各サブピクセルは、特定の色を放出するように構成される。
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体構造は、その潜在的な優れた発光効率のために、照明などの様々な目的のために一般的に使用される。この潜在的な高効率のために、ＬＥＤは、高効率表示画面を作成するために提案されてきた。
ＬＥＤ構造は、通常、平面半導体層のスタックの形態をとる。電流がスタックを通って流れると、光が放出される。しかしながら、ＬＥＤ構造を作製するためのいくつかの技術および材料は、例えば、青色範囲における、一部分の特定の可視スペクトルにわたる優れた発光効率を可能にするが、同じ技術は、通常、異なる部分のスペクトルにわたって発光するＬＥＤ構造を作製するために使用される場合、はるかにより低い効率をもたらす。したがって、各サブピクセルが他のサブピクセルとは異なる可視スペクトルの部分において発光するＬＥＤ構造を有するピクセルを製造することは、困難であり、特に、サブピクセルごとに異なるタイプの材料を使用することを必要とする場合がある。
サブピクセルを取得する１つの方法によれば、放射変換器が、変換器の下にある構造の部分によって放出された光を層によって最初に放出された光とは異なる波長を有する光に変換するために、ＬＥＤ構造の表面上に配置される。したがって、各々の異なる変換器の下の領域に電流を選択的に供給することによって、半導体層によって放出された光が特定の色を有する光に変換されるように、動作するサブピクセルが、ＬＥＤ構造の特定の領域の上に異なる放射変換器を配置することによって取得され得る。
しかしながら、配置ステップ中、放射変換器の位置は、制御することが困難である。例えば、放射変換器が、感光性樹脂内に含まれ、フォトリソグラフィを使用して堆積された粒子である場合、インソレーション（ｉｎｓｏｌａｔｉｏｎ）光の一部は、粒子によって散乱され、樹脂の望ましくない部分をインソレート（ｉｎｓｏｌａｔｉｎｇ）してしまう可能性がある。他の技法を使用しても、２つの放射変換器が隣り合わせに配置される場合、いくらかの混合が発生し、サブピクセルの色が予想される色と異なる場合がある。そのような効果は、ピクセル間の空間的なピッチが減少するにつれて、すべてより強くなる。
その結果、各サブピクセルによって放出される光の波長の良好な制御を可能にしながら、小さい寸法のサブピクセルを有する発光デバイス、特にピクセルに対する必要性が存在する。
このため、本明細書は、
第１の発光体であって、第１の発光体が第１の放射を放出するように適合された、第１の発光体と、
第２の発光体であって、第２の発光体が第２の放射を放出するように適合され、第２の放射が第１の放射とは異なる、第２の発光体と
を備える発光デバイスに関し、
第１の発光体が第１の半導体構造と第１の放射変換器とを備え、第２の発光体が第２の半導体構造と第２の放射変換器とを備え、各半導体構造が第１の放射および第２の放射とは異なる第３の放射を放出するように適合された半導体層を備え、各放射変換器が粒子のセットを備え、各粒子が第３の放射を対応する発光体によって放出される第１または第２の放射に変換することができ、第１の放射変換器の粒子が第１の半導体構造の表面などの第１の発光体の表面に感光性樹脂のバルクによって付着されており、第２の放射変換器の粒子が第２の半導体構造の表面などの第２の発光体の表面にグラフティングによって付着されている。
特定の実施形態によれば、発光デバイスは、別々に、または任意の可能な組合せに従って、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含む。
第２の放射変換器は、粒子の少なくとも１つの層および有機分子の少なくとも１つのグラフティング層のスタックを備え、粒子の層は、グラフティング層によって第２の発光体の表面に付着されている。
第２の放射の平均波長が、第１の放射の平均波長よりも厳密に小さい。
発光デバイスは、少なくとも１つの第３の発光体を備え、第３の発光体は、第４の放射を放出するように適合されており、第４の放射は、第１の放射および第２の放射とは異なり、第３の発光体は、少なくとも１つの第３の半導体構造を備え、第３の半導体構造は、第３の半導体層を備え、第３の半導体層は、第４の放射を放出するように適合されている。
発光デバイスは、少なくとも１つの第４の発光体を備え、第４の発光体は、第５の放射を放出するように適合され、第５の放射は、第１の放射および第２の放射とは異なり、第４の発光体は、第４の半導体構造と第４の放射変換器とを備え、第４の半導体構造は、第５の放射とは異なる第３の放射を放出するように適合された半導体層を備え、第４の発光体の放射変換器は、粒子のセットを備え、各粒子は、第３の放射を第５の放射に変換することができる。
発光デバイスは、１つの発光体から放出された放射が別の発光体に到達するのを防ぐことができる少なくとも１つの壁を備える。
本明細書は、
第１の発光体であって、第１の発光体が第１の放射を放出するように適合された、第１の発光体と、
第２の発光体であって、第２の発光体が第２の放射を放出するように適合され、第２の放射が第１の放射とは異なる、第２の発光体と
を備える発光デバイスを製造するための方法にも関し、
方法は、
少なくとも１つの第１の半導体構造と少なくとも１つの第２の半導体構造とを製造するためのステップであって、第１の半導体構造が第１の半導体層を備え、第２の半導体構造が第２の半導体層を備え、各第１および第２の半導体層が第１の放射および第２の放射とは異なる第３の放射を放出するように適合される、ステップと、
第１の発光体の表面上に、第１の半導体層の第３の放射を第１の放射に変換することができる粒子を備える感光性樹脂のバルクを配置するためのステップと、
第２の発光体の表面上に、グラフティング層を堆積するためのステップと、
グラフティング層上に、第２の半導体層の第３の放射を第２の放射に変換することができる粒子の層を堆積するためのステップであって、各粒子がグラフティング層によって第２の発光体の表面に付着される、ステップと
を含む。
本明細書は、
第１の発光体であって、第１の発光体が第１の放射を放出するように適合され、第１の発光体が少なくとも１つの半導体構造を備え、第１の半導体構造が第１の半導体層を備え、第１の半導体層が第２の放射を放出するように適合された、第１の発光体と、
少なくとも１つの第２の発光体であって、各第２の発光体が第３の放射を放出するように適合され、第３放射が第１の放射とは異なり、第２の発光体が少なくとも１つの第２の半導体構造を備え、第２の半導体構造が第４の放射を放出するように適合された第２の半導体層を備える、少なくとも１つの第２の発光体と
を備える発光デバイスにも関し、
各発光体が放射変換器をさらに備え、各放射変換器が第１の粒子および第２の粒子の混合物を備え、各第１の粒子が第２の放射を第１の放射に変換することができ、各第２の粒子が第４の放射を第３の放射に変換することができる。
特定の実施形態によれば、発光デバイスは、別々に、または任意の可能な組合せに従って、以下の特徴のうちの１つまたは複数を含む。
各第１の粒子は、第２の放射に対して透明であり、各第２の粒子は、第４の放射に対して透明である。
以下の特性、
第１の粒子および第２の粒子の混合物は、感光性樹脂内に埋め込まれる、
第１の粒子および第２の粒子の混合物は、グラフティングによって第１および第２の発光体の表面に付着される、ならびに
第２の放射および第４の放射のうちの一方の放射は、紫外線であり、第２の放射および第４の放射のうちの他方の放射は、青色放射である、
のうちの少なくとも１つが検証される。
本明細書は、第１の発光体と少なくとも１つの第２の発光体とを備える発光デバイスを製造するための方法にも関し、第１の発光体は、第１の放射を放出するように適合され、各第２の発光体は、第３の放射を放出するように適合され、第３の放射は、第１の放射とは異なり、方法は、
少なくとも１つの第１の半導体構造と少なくとも１つの第２の半導体構造とを設けるためのステップであって、第１の半導体構造が第１の半導体層を備え、第１の半導体層が第２の放射を放出するように適合され、第２の半導体構造が第４の放射を放出するように適合された第２の半導体層を備える、ステップと、
第１の粒子および第２の粒子の混合物を堆積するためのステップであって、各第１の粒子が第２の放射を第１の放射に変換することができ、各第２の粒子が第４の放射を第３の放射に変換することができる、ステップと
を含む。
特定の実施形態によれば、以下の特性、
堆積するためのステップは、第１および第２の半導体構造の各々に混合物を備える樹脂のバルクを堆積するステップを含む、
堆積するためのステップは、第１および第２の発光体の表面にグラフティング層を堆積するステップと、グラフティング層に混合物を堆積するステップとを含み、混合物の各粒子は、グラフティング層によって第１および第２の発光体の各々のそれぞれの表面に付着される、
のうちの少なくとも１つが検証される。
また、先に定義した発光デバイスのセットを備える表示画面も提案されている。
本発明の特徴および利点は、非限定的な例としてのみ与えられ、添付図面を参照する以下の明細書によって明らかになるであろう。
３次元構造を備える発光デバイスのセットを備える表示画面の第１の例の部分側面図である。 図１の３次元構造の２つの例の側面断面図である。 図１の発光デバイスを製造するための方法の例の異なるステップを示すフローチャートである。 図１の発光デバイスを製造するための方法の特定のステップの終わりにおける図１の表示画面の部分側面図である。 ３次元構造を備える発光デバイスのセットを備える表示画面の第２の例の部分側面図である。 ３次元構造を備える発光デバイスのセットを備える表示画面の第３の例の部分側面図である。 ３次元構造を備える発光デバイスのセットを備える表示画面の第４の例の部分側面図である。
表示画面１０のいくつかの例について以下に説明する。
各表示画面１０は、例えば、携帯電話、タブレット、またはラップトップコンピュータなどの電子デバイスに組み込まれる。別の実施形態では、表示画面１０は、テレビセットまたはデスクトップコンピュータ画面などの専用ディスプレイデバイスに組み込まれる。
各表示画面１０は、画像のセットを表示するように構成される。
各表示画面１０は、発光デバイス１５のセットと、制御回路とを備える。
「画素」または略して「ピクセル」とも呼ばれる各発光デバイス１５は、少なくとも１つの放射を放出するように構成される。
例えば、各ピクセル１５は、第１の放射と、第２の放射と、少なくとも１つの第３の放射とを含む放射のセットのうちの１つを放出するように構成される。一実施形態では、各ピクセル１５は、第１の放射と、第２の放射と、２つの第３の放射とを含む放射のセットのうちの１つを放出するように構成される。特に、各ピクセル１５は、第１の放射と、第２の放射と、２つの第３の放射とを含む放射のセットの各放射を放出するように構成される。
各発光デバイス１５は、表示画面の外で単一の光源として使用され得ることに留意すべきである。
図１に示すように、各発光デバイス１５は、基板２５と、発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂのセットとを備える。
特に、以下に説明するすべての実施形態において、発光デバイス１５は、少なくとも１つの第１の発光体３０および／または少なくとも１つの第２の発光体３５および／または少なくとも１つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂを備え得る。
以下に示すように、「第１の発光体」３０、「第２の発光体」３５、および「第３の発光体」４０Ａ、４０Ｂという表現は、各々、異なるタイプの発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂに関連する。
各タイプの発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂは、関連する放射の波長によって、またはその構造によって他のタイプの発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂとは異なり得る、特に、「第１の発光体」３０および「第２の発光体」３５は、各々、放射変換器を取り除かれており、一方、各「第３の発光体」４０Ａ、４０Ｂは、放射変換器８０を備える。放射変換器８０を取り除かれた発光体３０、３５は、ときには「ネイティブカラー」発光体または「ネイティブカラー」サブピクセルと呼ばれ、一方、放射変換器８０を備える発光体４０Ａ、４０Ｂは、「変換発光体（ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｅｍｉｔｔｅｒ）」と呼ばれる。
各放射は、電磁波のセットを含む。
各セットは、波長の範囲に対応する。波長の範囲は、電磁波のセットのすべての波長によって形成されるグループである。
第１の放射は、電磁波の第１のセットを含む。
電磁波の第１のセットは、波長の第１の範囲に対応する。
第１の平均波長が、波長の第１の範囲に対して定義される。
波長の第１の範囲の最大波長と最小波長との合計の半分に等しい平均波長が、第１の平均波長の例である。
第１の放射は、例えば、青色放射である。第１の平均波長が４３０ナノメートル（ｎｍ）と４９０ｎｍとの間に含まれる第１の放射が、青色放射の例である。
第２の放射は、第１の放射とは異なる。
第２の放射は、電磁波の第２のセットを含む。
電磁波の第２のセットは、波長の第２の範囲に対応する。
第２の平均波長が、波長の第２の範囲に対して定義される。波長の第２の範囲の最大波長と最小波長との合計の半分に等しい平均波長が、第２の平均波長の例である。
第２の平均波長は、一実施形態では、第１の平均波長とは異なる。
第２の放射は、例えば、緑色放射である。第２の平均波長が５００ｎｍと５６０ｎｍとの間に含まれる第２の放射が、緑色放射の例である。
第３の放射は、例えば、第１の放射および第２の放射とは異なる。
各第３の放射は、電磁波の第３のセットを含む。
電磁波の第３のセットは、波長の第３の範囲に対応する。
第３の平均波長が、波長の第３の範囲ごとに定義される。波長の第３の範囲の最大波長と最小波長との合計の半分に等しい平均波長が、第３の平均波長の例である。
第３の平均波長は、例えば、第１の平均波長および第２の平均波長のうちの少なくとも１つよりも厳密に大きい。
一実施形態では、第３の平均波長は、第１の平均波長と第２の平均波長の両方よりも厳密に大きい。
第３の放射のうちの１つは、例えば、赤色放射である。例えば、対応する第３の平均波長は、例えば、５８０ｎｍと７００ｎｍとの間に含まれる。
発光デバイス１５が２つの第３の放射を放出することができる場合、他方の第３の放射は、例えば、白色放射または黄色放射である。
白色の第３の放射の例は、
少なくとも１つの青色放射、少なくとも１つの緑色放射、および少なくとも１つの赤色放射、または
少なくとも１つの青色放射、および少なくとも１つの黄色放射
のいずれかを含む第３の放射である。
平均波長が５６０ｎｍと５８０ｎｍとの間に含まれる放射が、黄色放射の例である。
基板２５は、各発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂを支持するように構成される。
基板２５は、例えば、すべての発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂに共通である。
基板２５は、例えば、平面である。平面基板は、平面支持面５０を有する基板２５である。
法線方向Ｄが、基板２５に対して定義される。基板２５の支持面５０は、法線方向Ｄに対して垂直である。
基板２５は、基板半導体材料で作製されている。基板バンドギャップ値が、基板半導体材料に対して定義される。
一実施形態によれば、基板材料は、ケイ素である。他の可能な実施形態では、基板半導体材料は、炭化ケイ素などの別の半導体材料である。
一実施形態では、基板半導体材料は、例えば、ＩＩＩ属窒化物材料である。ＩＩＩ属窒化物材料は、ＧａＮ、ＡｌＮ、およびＩｎＮ、ならびにＧａＮ、ＡｌＮ、およびＩｎＮの合金を含む材料のグループである。例えば、基板半導体材料は、ＧａＮである。
基板材料は、例えば、ｎドープされる。しかしながら、ドーピングのタイプは、いくつかの実施形態では変化し得る。
一実施形態では、支持面５０の少なくとも一部は、ＳｉＯ２またはＳｉＮなどの電気絶縁材料で覆われる。電気絶縁材料は、例えば、電気絶縁材料を通って延在する孔を画定し、孔内の材料の選択的堆積を可能にするようにパターン化される。
各発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂは、少なくとも１つの半導体構造を備える。「半導体構造」という表現は、少なくとも部分的に半導体材料で作製された任意の構造を包含すると理解されるべきである。
法線方向Ｄに沿って積層された半導体層のスタックが、半導体構造の例である。そのような構造は、しばしば「２次元構造」と呼ばれる。
３次元半導体構造または３次元半導体構造のセットが、半導体構造の他の例である。
横方向の寸法が、各発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂについて定義される。横方向の寸法は、法線方向Ｄに対して垂直な平面内の発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂを取り囲むが、いかなる他の発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂのいかなる部分も取り囲まない輪郭の最大寸法である。
横方向の寸法は、２０μｍ以下である。例えば、横方向の寸法は、１０μｍ以下である。一実施形態では、横方向の寸法は、５μｍ以下である。
各発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂは、放射を放出するように構成される。例えば、各発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂの各半導体構造は、ＬＥＤ構造である。
図２は、第１、第２、または第３の発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂのうちのいずれか１つにおいて使用され得るＬＥＤ構造を各々形成する、３次元半導体構造の２つの例を示す。
各３次元半導体構造５７は、基板２５から法線方向Ｄに沿って延在する。
３次元構造５７は、例えば、マイクロワイヤである。
各３次元半導体構造５７は、コア６０と被覆層６５とを備える。
コア６０は、ｎドープ層またはｐドープ層のいずれかの役割を果たす。コア６０は、以下では「コア半導体材料」と名付けられた半導体材料で作製されている。
例えば、コア半導体材料は、ｎドープされている。
コア半導体材料は、例えば、ＧａＮである。
コア６０は、被覆層６５を支持するように構成される。
コア６０は、基板２５から法線方向Ｄに沿って延在する。特に、コア６０は、基板２５に電気的に接続される。
コア６０は、例えば、電気絶縁層が存在する場合、支持面５０の一部を覆うそのような層を通って延在する。
コア６０は、例えば、円柱である。
円柱面は、線に平行で、線に平行ではない平面内の固定平面曲線を通過するすべての線上のすべての点から構成される面である。円柱面と２つの平行な平面とによって囲まれた固体は、円柱と呼ばれる。円柱が所与の方向に沿って延在すると呼ばれる場合、この方向は、線に平行である。
円柱は、円柱が延在する方向に沿って均一な断面を有する。
コア６０の断面は、多角形である。例えば、断面は、六角形である。
しかしながら、断面について他の形状が考慮され得る。
例えば、３次元構造５７がマイクロワイヤではない場合、コア６０の形状は、変化し得ることに留意すべきである。
直径が、コア６０に対して定義される。直径は、円柱コア６０の場合、法線方向Ｄに対して垂直な平面内で直径方向に対向するコア６０の２つの点間の最大距離である。
コア６０が六角形断面を有する場合、コアの直径は、六角形の２つの対角の間で測定される。
コア６０の直径は、１０ｎｍと５μｍとの間に含まれる。
法線方向Ｄに沿って測定された長さが、コア６０に対して定義される。長さは、１０ｎｍと１００μｍとの間に含まれる。
コア６０は、上面と側面とを有する。
上面は、法線方向Ｄに沿ってコア６０の範囲を定める。例えば、上面は、法線方向Ｄに対して垂直である。
側面は、法線方向Ｄに対して垂直な平面内でコア６０を取り囲む。
側面は、上面と基板２５との間に延在する。コア６０が多角形断面を有する場合、側面は、平面ファセットのセットを有する。
被覆層６５は、コア６０を少なくとも部分的に覆う。例えば、被覆層６５は、コアの上面を少なくとも部分的に覆う。特に、被覆層６５は、上面を完全に覆う。
図２に示す例では、被覆層６５は、上面を少なくとも部分的に覆い、かつ側面を少なくとも部分的に覆う。
図２に見られるように、被覆層６５は、法線方向Ｄに対して垂直な平面内でコア６０を完全に取り囲む。言い換えれば、被覆層６５は、コア６０の周りにシェルを形成する。
被覆層６５は、少なくとも１つの発光層７０と、ドープ層７５とを備える。
各発光層７０は、コア６０とドープ層７５との間に介在する。
例えば、被覆層６５は、コア６０とドープ層７５との間に介在する発光層７０のスタックを備える。
各発光層７０は、例えば、量子井戸である。特に、各発光層７０の厚さは、発光層７０の任意の点において、１ｎｍと２００ｎｍとの間に含まれる。
各発光層７０の厚さは、発光層７０の任意の点において、考慮される発光層７０の点に最も近いコア６０の表面の点におけるコア６０の表面に対して垂直な方向に沿って測定される。
例えば、法線方向Ｄに沿ったコア６０の点と整列された発光層７０の点における各発光層７０の厚さは、法線方向Ｄに沿って測定される。法線方向に対して垂直の平面内でコア６０の点と整列された発光層７０の点における各発光層７０の厚さは、コア６０の最も近いファセットに対して垂直の方向に沿って測定される。
各発光層７０は、例えば、ＩｎＧａＮで作製されている。
ドープ層７５は、発光層７０を少なくとも部分的に覆う。
ドープ層７５は、ＬＥＤ構造のｎドープ層またはｐドープ層の役割を果たす。
ドープ層７５のドーピングのタイプ（ｎまたはｐ）は、コア６０におけるドーピングのタイプ（ｐまたはｎ）とは反対である。例えば、ドープ層７５は、ｐドープされている。
ドープ層７５は、例えば、ＧａＮで作製されている。
第１、第２、または第３の発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂが少なくとも１つの３次元半導体構造５７を備える場合、３次元半導体構造の充填率が、考慮されている発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂに対して定義される。
充填率は、基板２５の特定の領域に付着されたすべての３次元半導体構造５７の断面の表面の合計と、この領域の表面との間の比である。
例えば、１つの発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂの基板２５が４００平方マイクロメートル（μｍ２）であり、この発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂが、各々が５μｍ２の断面を有する４つの３次元半導体構造５７を備える場合、充填率は、４×５／４００＝１／２０に等しくなる。
発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂが３次元半導体構造５７のセットを備える場合、３次元半導体構造５７のセットに関する平均直径が、発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂに対して定義される。
平均直径は、例えば、３次元半導体構造５７のコア６０の平均直径である。平均は、例えば、算術平均である。
一実施形態では、同じ発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂのすべてのコア６０の直径は、同一である。他の実施形態では、同じ発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂのコア６０の直径は、例えば、最大１０％異なり得る。
発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂが１つの３次元半導体構造５７のみを備える場合、平均直径は、この３次元構造の直径である。
各第１の発光体３０は、第１の放射を放出するように構成される。
各第１の発光体３０は、第１の半導体構造と呼ばれる半導体構造を備える。
各第１の半導体構造の各発光層７０は、「第１の半導体層」と呼ばれる。
各第１の半導体層は、第１の発光バンドギャップを有する半導体性の第１の発光材料で作製されている。
第１の発光材料は、例えば、ＩｎＧａＮである。
各第１の半導体層は、第１の放射を放出するように適合される。例えば、各第１の半導体層の組成および／または厚さは、第１の平均波長が期待値を有するように選択される。
各第２の発光体３５は、第２の放射を放出するように構成される。
各第２の発光体３５は、第２の半導体構造と呼ばれる半導体構造を備える。
各第２の半導体構造の各発光層７０は、「第２の半導体層」と呼ばれる。
各第２の半導体層は、第２の発光バンドギャップを有する半導体性の第２の発光材料で作製されている。
第２の発光材料は、例えば、第１の発光材料とは異なる。この場合、第２の発光バンドギャップは、第１の発光バンドギャップとは異なる。
変形例では、第２の発光材料は、第２の発光材料は、第１の発光材料と同一であるが、同一のバンドギャップにもかかわらず第１の放射とは異なる第２の放射の放出が得られるように、第２の半導体層の厚さは、第１の半導体層の厚さとは異なる。特に、第２の放射の平均波長が各第２の半導体層の厚さに依存するように、第２の半導体層は、量子井戸である。
特定の実施形態では、第１および第２の半導体層の厚さと組成の両方が異なる。
第２の発光材料は、例えば、ＩｎＧａＮである。
各第２の半導体層は、第２の放射を放出するように適合される。例えば、各第２の半導体層の組成および／または厚さは、第２の平均波長が期待値を有するように選択される。
第１の半導体構造と第２の半導体構造の両方が各々３次元半導体構造５７のそれぞれのセットを備える場合、コア６０の充填率および平均直径のうちの少なくとも１つは、第１の発光体３０と第２の発光体３５との間で変化し得る。これは、具体的には、第１の発光材料および第２の発光材料が同じ化学元素のセットを含む場合、例えば、第１の発光材料および第２の発光材料が両方ともＩｎＧａＮである場合である。
例えば、３次元半導体構造５７の充填率は、第２の発光体３５よりも第１の発光体３０のほうが厳密に低い。
例えば、平均直径は、第２の発光体３５よりも第１の発光体３０のほうが厳密に小さい。
各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂは、第４の放射を放出するように構成される。
各第４の放射は、同じ発光体４０Ａ、４０Ｂによって放出される第３の放射とは異なる。具体的には、第４の放射は、第４の平均波長を有し、第４の平均波長は、第３の平均波長よりも厳密に短い。例えば、第４の平均放射と第３の平均放射との間の差は、４０ｎｍ以上である。
第４の放射は、例えば、第１の放射および第２の放射のうちの１つと同一である。
別の実施形態では、第４の放射は、紫外線である。紫外線は、１０ｎｍと４００ｎｍとの間に含まれる、例えば、２００ｎｍと４００ｎｍとの間に含まれる波長を有する電磁波である。
各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂは、第３の半導体構造と呼ばれる半導体構造と、放射変換器８０とを備える。
各第３の半導体構造の各発光層７０は、「第３の半導体層」と呼ばれる。
各第３の半導体層は、第３の発光バンドギャップを有する第３の発光材料で作製されている。
各第３の半導体層は、対応する第４の放射を放出するように適合される。例えば、各第３の半導体層の組成および／または厚さは、第４の平均波長が期待値を有するように選択される。
第４の放射が第１または第２の放射と同一である場合、各第３の半導体層は、それぞれ、対応する第１または第２の半導体層と同一である。例えば、第３の半導体構造の充填率および平均直径は、それぞれ、第１および第２の半導体構造のうちの１つの充填率および平均直径と同一である。
変形例では、第３の半導体構造の充填率および平均直径は、それぞれ、第１の半導体構造と第２の半導体構造の両方の充填率および平均直径とは異なる。
各放射変換器８０は、放射変換器を備える第３の発光体４０Ａ、４０Ｂの第４の放射を対応する第３の放射に変換するように構成される。
対照的に、第１の発光体３０および第２の発光体３５は、各々、放射変換器８０を取り除かれている。
多くのタイプの放射変換器が、照明において、例えば、蛍光管において使用される。そのような放射変換器は、しばしば「蛍光体」と呼ばれる。
放射変換器８０は、変換材料で作製されている。
変換材料は、第４の放射を第３の放射に変換するように構成される。言い換えれば、変換材料は、第４の放射によって励起され、それに応答して第３の放射を放出するように構成される。
変換材料は、例えば、半導体材料である。
他の実施形態によれば、変換材料は、ドープされたイットリウム−アルミニウムガーネットなどの非半導体材料である。
具体的には、変換材料は、無機蛍光体であり得る。
無機蛍光体の例は、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）ベースの粒子（例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ）、テルビウムアルミニウムガーネット（ＴＡＧ）ベースの粒子（例えば、ＴＡＧ：Ｃｅ）、ケイ酸塩ベースの粒子（例えば、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ）、硫化物ベースの粒子（例えば、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕなど）、窒化物ベースの粒子（例えば、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕなど）、酸窒化物ベースの粒子（例えば、Ｃａ−α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕなど）、フッ化物ベースの粒子（例えば、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ、Ｎａ２ＳｉＦ６：Ｍｎなど）である。
アルミン酸塩、窒化物、フッ化物、硫化物、またはケイ酸塩をドープした材料などの、多くの他の変換材料が使用され得る。
変換材料は、例えば、希土類、アルカリ土類金属、または遷移金属元素を使用してドープされる。例えば、セリウムが、ときには、イットリウム−アルミニウムガーネットをドープするために使用される。
放射変換器８０は、例えば、変換材料で作製された粒子Ｐのセットを備える。そのような粒子Ｐは、ときには発光団と呼ばれる。
各粒子Ｐは、例えば、２μｍ以下の直径を有する。具体的には、各粒子Ｐは、１μｍ以下の直径を有する。一実施形態では、各粒子Ｐは、５００ｎｍ以下、例えば、２００ｎｍ以下の直径を有する。
言い換えれば、各粒子Ｐが２μｍ以下の直径を有する場合、粒子のセットのＤ１００値は、２μｍ以下である。
一実施形態では、各粒子Ｐは、量子ドットである。
量子ドットは、ＩＩ−ＶＩ属半導体ナノ結晶、ＩＩＩ−Ｖ属、ＩＶ−ＶＩ属、またはそれらの混合物から選択され得る。
ＩＩ−ＶＩ属半導体ナノ結晶は、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅを含み得るが、これらに限定されない。
ＩＩＩ−Ｖ属半導体ナノ結晶は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＰＡｓ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＰＡｓ、およびＩｎＡｌＰＡｓを含み得るが、これらに限定されない。
ＩＶ−ＶＩ属半導体ナノ結晶は、ＳｂＴｅ、ＰｂＳｅ、ＧａＳｅ、ＰｂＳ、ＰｂＴｅ、ＳｎＳ、ＳｎＴｅ、ＰｂＳｎＴｅを含むが、これらに限定されない。ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＧａＳ２、およびＡｇＧａＳｅ２からなるグループから選択された黄銅鉱タイプの半導体ナノ結晶も考慮され得る。
量子ドットの別の例は、コアと、コアを取り囲むシェルとを有する粒子Ｐであり、コアは、半導体変換材料から形成され、１ｎｍと２００ｎｍとの間に含まれる最大寸法を有する。
コアは、例えば、上記で説明したようなナノ結晶を含み得る。
シェルは、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、またはそれらの任意の混合物で作製され得る。
量子ドットはまた、金属酸化物保護層、金属窒化物保護層、酸窒化物保護層、またはそれらの組合せを使用することによって酸化から保護され得る。
金属酸化物保護層は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｕＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、ＨｆＯ２、ｌｎ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＮｉＯ、ＳｎＯ２、Ｔａ２Ｏ５からなるグループから選択され得るが、これらに限定されない。
金属窒化物は、例えば、ＢＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ｌｎＮ、Ｚｒ３Ｎ４、ＣｕＺＮなどであり得る。
酸窒化物保護層は、ＳｉＯＮを含むことができるが、これに限定されない。
保護層の厚さは、１から４００ｎｍ、好ましくは１から１００ｎｍまで変化することができる。
量子ドットの形状は、変化し得ることに留意すべきである。異なる形状を有する量子ドットの例は、ナノロッド、ナノワイヤ、テトラポッド、ナノピラミッド、ナノキューブなどと呼ばれ得る。
例えば、多孔質シリカ微小球内に量子ドットを埋め込むことによって、またはいくつかの量子ドットを凝集させることによって、各粒子Ｐは、２つ以上の量子ドットを含み得ることに留意すべきである。
一実施形態では、粒子Ｐのセットは、量子ドットのセットと中性粒子のセットとを含む。中性粒子は、第３の放射に対して透過的な粒子である。例えば、中性粒子は、第３の放射と第４の放射の両方に対して透過的である。
中性粒子の例は、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、またはＡｌ２Ｏ３で作製されたナノ粒子を含む。
中性粒子は、５０ｎｍと１μｍとの間に含まれる直径を有し得る。
中性粒子と量子ドットとの重量比は、２／１（中性粒子／量子ドット）以下であり得、例えば、０．１／１と１／１との間に含まれ得る。
第３の発光体４０Ａ、４０Ｂのうちの少なくとも１つの粒子Ｐは、例えば、感光性樹脂内に埋め込まれ得る。特に、樹脂の特定の領域は、パターンを画定するために、他の領域を除去可能に残しながら固化され得るので、「フォトレジスト」とも呼ばれる感光性樹脂は、半導体表面上にパターンを画定するために、多くの電子製造技法において使用される。除去または固化されるべき領域は、樹脂が感光する光波長を使用するインソレーションによって画定される。そのような感光性樹脂は、具体的には、材料の堆積またはエッチングに対して被覆領域を保護するために使用される。
一実施形態では、第３の発光体４０Ａ、４０Ｂのすべての３次元半導体構造５７は、変換材料の粒子Ｐを含む樹脂のバルク８５内に埋め込まれる。
変換材料の粒子Ｐを含む樹脂のバルク８５内に埋め込まれた３次元構造５７の例が、図２の左側に示されている。
対応する第３の半導体構造が少なくとも１つの３次元構造５７を含む場合、樹脂のバルクは、３次元構造の高さ以上の、法線方向Ｄに沿って測定された高さを有する。
第３の半導体構造が２次元構造である場合、樹脂の対応するバルクは、例えば、第３の半導体構造の露出面を少なくとも部分的に覆う。
変形例では、各粒子Ｐは、第３の半導体構造に付着される。
第３の半導体構造の３次元半導体構造５７に付着された変換材料の粒子Ｐを含む放射変換器８０の例が、図２の右側に示されている。
例えば、第３の半導体構造の表面が、粒子Ｐで少なくとも部分的に覆われる。図２に示す例では、第３の半導体構造内に含まれる各３次元半導体構造５７の表面全体が、粒子Ｐの層８２で覆われる。
各粒子Ｐは、例えば、グラフティングによって第３の半導体構造の表面に付着される。
グラフティングは、粒子Ｐを表面に付着させるための方法であり、表面は、粒子Ｐを表面に付着させることができる層によって覆われる。例えば、表面は、表面に付着し、各粒子Ｐが分子Ｍを介して表面に付着することを可能にすることができる分子Ｍを使用して官能化される。具体的には、各分子Ｍの一方の端部は、第３の半導体構造の表面に付着することができ、他方の端部は、粒子Ｐが分子Ｍによって第３の半導体構造に付着されるように、変換材料の粒子Ｐに付着することができる。
図２に示すように、放射変換器は、分子Ｍで作製されたグラフティング層８３を備え、層８２は、グラフティング層８３によって第３の半導体構造の表面に付着される。
そのような分子Ｍは、ときには、表面剤、二官能性配位子、多官能性配位子、バインダー、リンカー、キャッピング剤などと呼ばれる。
本発明において、少なくとも２つの官能性反応性基を有する任意の官能性有機分子が分子Ｍとして使用され得ることに留意すべきである。
分子Ｍの例は、例えば、オルガノシラン基、チオール基、アクリレート基、およびアミン基の中から選択され得る。
オルガノシラン基は、例えば、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−（メタクリロイルオキシ）プロピルトリメトキシシラン、およびアリルトリメトキシシランを含む。
チオール基は、例えば、１，６−ヘキサンジチオール、トリメチロールプロパントリス（３−メルカプトプロピオネート）、ペンタエリスリトールテトラキス（３−メルカプトプロピオネート）を含む。
アクリレートの例は、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、およびペンタエリスリトールテトラアクリレートである。
アミン分子Ｍの例は、ビス（ヘキサメチレン）トリアミン、ビス（３−アミノプロピル）アミン、３，３’−ジアミノ−Ｎ−メチルジプロピルアミンなどを含む。
各分子Ｍの長さは、粒子間の平均距離を課すように選択される。各分子Ｍの長さは、具体的には、隣接する粒子Ｐによって放出される第３の放射の、１つの粒子Ｐによる吸収のリスクを制限するように選択される。
いくつかのグラフティング層８３、および粒子Ｐのいくつかの層８２が積層される実施形態が考慮され得ることに留意すべきである。例えば、１つのグラフティング層８３が、粒子Ｐの第１の層８２を付着させるために使用され、粒子Ｐの各々の他の層８２が、両方の層８２の間に挿入されたグラフティング層８３によって粒子Ｐの下地層８２に付着される。
上記の説明では、各放射変換器８０は、対応する第１、第２、または第３の半導体構造の表面に付着されるものとして説明されている。任意のタイプの放射変換器８０が対応する第３の発光体４０Ａ、４０Ｂの別の表面に取り付けられる実施形態が考慮され得ることに留意すべきである。例えば、樹脂８５のバルク、または分子Ｍの層８３は、対応する第３の半導体構造に直接対向する基板２５の裏面に粒子Ｐを付着させ得る。
制御回路は、各発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂに電流を注入するように構成される。
具体的には、制御回路は、各発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂの各ＬＥＤ構造、例えば、各３次元半導体構造５７に電流を注入するように構成される。
制御回路は、各電流が、対応するＬＥＤ構造のｎドープ層、発光層、およびｐドープ層を通って流れるように構成される。
例えば、制御回路は、ＬＥＤ構造ごとに、具体的には基板２５を介してコア６０に電気的に接続された電気接点と、ドープ層７５に電気的に接続された電気接点とを備え、両方の電気接点間に電圧を印加することができる。
電気接点のうちの少なくとも１つは、例えば、透明な導電性材料から形成されている。具体的には、ドープ層７５に電気的に接続された電気接点は、透明な導電性材料で作製されている。
インジウムスズ酸化物が、そのような透明な導電性材料の例である。
一実施形態では、各発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂは、基板２５上に延在する壁９５によって任意の他の発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂから分離される。
例えば、各壁９５は、法線方向Ｄに対して垂直な平面内で対応する発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂを取り囲む。
各壁９５は、３次元構造５７の高さ以上高く、例えば、３次元構造５７の高さよりも少なくとも１マイクロメートル高い。一実施形態では、壁９５と３次元構造５７との間の高さの差は、１μｍと２μｍとの間に含まれる。
各壁９５の高さは、例えば、１５μｍ以下である。
各壁９５は、１つの発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂによって放出された放射が別の発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂに到達するのを防ぐように構成される。
各壁９５は、例えば、放射を反射するように構成される。可能な変形例では、壁９５は、放射を吸収するように構成される。
具体的には、壁９５は、発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂによって放出された第１、第２、または第３の放射が任意の他の発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂに到達するのを防ぐように構成される。
変形例では、壁９５は、発光体４０Ａ、４０Ｂの半導体構造によって放出された第４の放射が発光体４０Ａ、４０Ｂから出るのを防ぐように構成される。
壁９５は、例えば、感光性樹脂で作製されている。可能な変形例では、壁は、アルミニウムなどの金属で作製されている。銅Ｃｕまたは金／銅合金で作製された壁９５も考慮され得る。
別の変形例では、壁９５は、銀で作製されているか、または銀層で覆われた材料で作製されている。
別の実施形態では、壁９５は、ブラッグ反射器を備える。ブラッグ反射器は、異なる材料で作製された層のスタックで構成された反射器であり、異なる材料間の光学指数の違いは、いくらかの光放射を反射器によって反射させる。
一実施形態では、放射フィルタが、少なくとも１つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを覆う。放射フィルタは、例えば、各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを覆うか、または各発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを覆う。
放射フィルタは、例えば、放射変換器８０によって変換されていない第４の放射の任意の成分を吸収することによって、第４の放射が第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを出るのを防ぐように構成される。具体的には、放射フィルタは、放射変換器８０と外気との間にバリアを形成する。
次に、発光デバイス１５のいくつかの例について詳述する。
第１の例は、少なくとも２つのネイティブカラー発光体３０、３５と、少なくとも１つの変換発光体４０Ａ、４０Ｂとを備える発光デバイス１５に関する。
第２および第３の例は、少なくとも２つの変換発光体４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃを有する発光デバイス１５に関し、発光体のうちの少なくとも１つはグラフティングによって作製された放射変換器８０を有し、他の発光体のうちの少なくとも１つは樹脂のバルク内に埋め込まれた粒子を含む放射変換器８０を有している。
第４の例は、少なくとも２つの変換発光体４０Ａ、４０Ｂを有する発光デバイスに関し、変換器の各々は、他の変換器を励起する放射とは異なる波長を有する放射によって励起される。
２つのネイティブカラー発光体と少なくとも１つの変換発光体とを備える発光デバイスの第１の例
表示画面１０の第１の例が図１に部分的に示されている。
表示画面１０の第１の例の発光体のセットは、第１の発光体３０と、第２の発光体３５と、少なくとも１つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂとを備える。
第１、第２の、および第３の発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂの数は、変動し得ることに留意すべきである。例えば、発光デバイス１５は、２つ以上の第１の発光体３０および／または２つ以上の第２の発光体３５を備え得る。
さらに、第３の発光体４０Ａ、４０Ｂの数は、厳密に２つ以上であり得る。図１に示す実施形態では、発光デバイス１５は、２つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂを備える。
第１の半導体構造は、少なくとも１つの３次元半導体構造５７を備える。
図１に示す実施形態では、第１の半導体構造は、３次元半導体構造５７のセットを備える。
第２の半導体構造は、少なくとも１つの３次元半導体構造５７を備える。
図１に示す実施形態では、第２の半導体構造は、３次元半導体構造５７のセットを備える。
各第３の半導体構造は、少なくとも１つの３次元半導体構造を備える。
図１に示す実施形態では、各３次元半導体構造は、３次元半導体構造５７のセットを備える。
上記のように、第１の発光体３０と第２の発光体３５の両方は、放射変換器８０を取り除かれており、一方、第３の発光体４０Ａと４０Ｂの両方は、各々、それぞれの放射変換器８０を備える。
図１に示す実施形態では、１つの第３の発光体４０Ａの放射変換器８０は、樹脂内に埋め込まれた粒子Ｐを備え、別の第３の発光体４０Ｂの放射変換器８０は、第３の半導体構造に付着された粒子Ｐを備える。
次に、発光デバイス１５を製造する方法について詳述する。
発光デバイス１５を製造するための方法の例のステップの順序を示すフローチャートが図３に示されている。具体的には、発光デバイス１５の第１の例の製造について説明する。しかしながら、この方法の、発光デバイス１５の他の例の製造への拡張は、即座に行われる。
方法は、製造するためのステップ１００と、位置決めするためのステップ１１０とを含む。
製造するためのステップ１００の間、各第１、第２、および第３の半導体構造が製造される。
製造するためのステップ１００は、設けるためのステップ１２０と、堆積するためのステップ１３０と、処理するためのステップ１４０とを含む。
設けるためのステップ１２０の間、基板２５は、堆積チャンバ内に設けられる。
基板２５は、各第１、第２、および第３の半導体構造のための支持体を備える。
例えば、第１、第２、または第３の半導体構造が２次元構造である場合、対応する支持体は、基板２５に最も近いｎドープまたはｐドープ層を備える。
第１、第２、または第３の半導体構造が少なくとも１つの３次元半導体構造５７を備える場合、支持体は、各３次元構造５７のコア６０を備える。
各支持体は、例えば、基板２５上にコア材料を堆積することによって設けられる。
多くの堆積技法が、そのような支持体を取得することを可能にし得る。
例えば、特に、金属が基板２５の電気絶縁層の孔に選択的に堆積される場合、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）がマイクロワイヤコアを取得する方法である。
ＭＯＣＶＤは、「有機金属気相エピタキシ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）」の略である「ＭＯＶＰＥ」とも呼ばれる。他の化学蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法も想定され得る。
しかしながら、分子ビームエピタキシ（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）、ガスソースＭＢＥ（ＧＳＭＢＥ：Ｇａｓ−ｓｏｕｒｃｅ ＭＢＥ）、有機金属ＭＢＥ（ＭＯＭＢＥ：Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ ＭＢＥ）、プラズマ支援ＭＢＥ（ＰＡＭＢＥ：Ｐｌａｓｍａ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ＭＢＥ）、原子層エピタキシ（ＡＬＥ：Ａｔｏｍｉｃ−ｌａｙｅｒ Ｅｐｉｔａｘｙ）、またはハイドライド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）などの他の堆積技法が使用され得る。
したがって、設けるためのステップ１２０の終わりに、各第１、第２、または第３の半導体構造に対応する支持体を備える基板２５は、堆積チャンバ内に設けられる。
変形例では、各第１、第２、または第３の半導体構造に対応する支持体は、各第１、第２、または第３の半導体構造に対応する支持体を備える基板２５が設けるステップの終わりに存在するチャンバとは異なる堆積チャンバ内で製造される。
堆積するためのステップ１３０の間、各第１、第２、および第３の半導体層が、それぞれ、第１、第２、および第３の半導体構造に対応する支持体上に、それぞれ、第１、第２、および第３の発光材料を堆積することによって製造される。
例えば、第１、第２、および第３の発光材料は、対応する支持体上に同時に堆積される。
支持体が３次元構造５７のコア６０である堆積するためのステップ１３０は、そのような同時堆積ステップ１３０の例である。実際、第１、第２、および第３の発光材料が同じ条件で同時に堆積された場合であっても、１つの発光体３０、３５、４０Ａ、および４０Ｂから別の発光体への充填率および／またはコア直径の変化は、堆積された第１、第２、および第３の発光材料の組成および／または厚さを互いに異ならせる。
変形例では、第１、第２、および第３の半導体層を取得するために、いくつかの連続する堆積ステップが実行される。
堆積ステップの終わりに、第１、第２、および第３の半導体構造が取得される。
例えば、ドープ層７５は、各３次元構造５７の発光層７０上に堆積される。
第１、第２、および第３の半導体構造が３次元構造である場合、ｎドープ層またはｐドープ層のうち、基板２５から最も遠い層が、発光層上に堆積される。
処理するためのステップ１４０の間、電気接点が形成される。
位置決めするためのステップ１１０の間、各第３の発光体の放射変換器８０が位置決めされる。
位置決めするためのステップ１１０は、マスキングするためのステップ１５０と、官能化するためのステップ１６０と、変換器を堆積するためのステップ１７０と、除去するためのステップ１８０と、仕上げるためのステップ１９０とを含む。
マスキングするためのステップ１５０の間、第１および第２の半導体構造は、感光性樹脂、ならびに関連する放射変換器８０が第３の半導体構造にグラフティングされた粒子Ｐを含まない任意の第３の半導体構造によって覆われる。
マスキングするためのステップ１５０の終了時の基板２５および様々な半導体構造の状態の例が図４に示されている。
図４に示す例では、第３の発光体４０Ａのうちの１つの第３の半導体構造は、マスキングステップ１５０の間、感光性樹脂で覆われる。他の第３の発光体４０Ｂの第３の半導体構造は、感光性樹脂で覆われない。
一実施形態では、第３の発光体４０Ａの第３の半導体構造は、感光性樹脂の第１のバルク８５で覆われ、第１および第２の半導体構造は、感光性樹脂の第２のバルク９０で覆われる。
第１のバルク８５は、例えば、第１のバルク８５が第３の発光体４０Ａの放射変換器８０を形成するように、変換材料の粒子Ｐを含む。
官能化するためのステップ１６０の間、分子Ｍは、グラフティング層８３を形成するように、第３の発光体４０Ｂの第３の半導体構造上に堆積される。
例えば、分子Ｍが堆積されるべき領域は、マスキングによって画定される。具体的には、フォトレジストが、例えば、スピンコーティングによって、基板２５上および様々な半導体構造上に堆積される。フォトレジストは、次いで、選択的にインソレートされ、フォトレジストの一部は、フォトレジストを含まない第３の発光体４０Ｂの第３の半導体構造のみを残すように除去される。
第３の発光体４０Ｂの半導体構造の表面は、次いで、オゾンフラックスまたは紫外線への曝露によって活性化される。
活性化された表面は、次いで、分子Ｍの層８３で官能化される。
したがって、官能化ステップ１６０の終わりに、第３の発光体４０Ｂの半導体構造の表面は、半導体構造の表面に各々が付着された分子Ｍの層８３で覆われる。
各分子Ｍは、具体的には、分子Ｍの官能性反応性基のうちの１つによって表面に付着される。
変換器１７０を堆積するためのステップは、「グラフティングステップ」とも呼ばれる。
変換器１７０を堆積するためのステップの間、粒子Ｐは、グラフティング層８３上に堆積される。各粒子Ｐは、グラフティング層８３の分子Ｍのうちの１つまたはいくつかによって、第３の半導体構造の表面に付着される。このようにして、粒子Ｐの層８２は、形成され、第３の半導体構造に付着される。
具体的には、各粒子Ｐは、分子Ｍの官能性反応性基のうちの１つによって、分子Ｍに付着される。
したがって、変換器を堆積するためのステップ１７０の終わりに、粒子Ｐの層８２が、分子Ｍの層８３によって第３の発光体４０Ｂの半導体構造に付着される。
ステップ１６０および１７０は、積層された層８２および８３のセットが形成されるように繰り返され得ることに留意すべきである。
除去するためのステップ１８０の間、樹脂の第２のバルク９０が除去される。
樹脂の第１のバルク８５が存在する場合、第１のバルク８５は、除去されない。
仕上げるためのステップ１９０の間、発光デバイス１５が完成する。
例えば、まだ製造されていない各電気接点が、仕上げるためのステップ１９０の間に製造される。すべての電気接点は、制御回路に接続される。
発光デバイス１５は、例えば、各３次元構造５７がパッシベーション層内に埋め込まれるように、透明パッシベーション層で覆われる。
さらに、発光デバイス１５は、表示画面１０のピクセルを形成するために、他の発光デバイス１５と統合される。
方法は、オプションで、壁９５を形成するためのステップをさらに含む。
壁９５を形成するためのステップは、例えば、堆積するためのステップ１３０の後に、かつ処理するためのステップ１４０の前に実行される。
壁９５は、例えば、不透明な感光性樹脂の層を堆積し、壁９５を画定するために不透明な樹脂の層を局所的にインソレートすることによって形成される。
壁９５を形成するために他の材料堆積技法、例えば、ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ、他のＣＶＤ法、ＭＢＥ、ＧＳＭＢＥ、ＭＯＭＢＥ、ＰＡＭＢＥ、ＡＬＥ、ＨＶＰＥ、電着、またはスパッタリングが考慮される。
各発光デバイス１５が、第１の発光体３０と、第２の発光体３５と、２つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂとを備え、各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂが、他方の第３の発光体４０Ａ、４０Ｂの放射変換器８０のために使用された技法とは異なる技法（樹脂バルク８５への埋め込み、またはグラフティング）で作製された放射変換器８０を有する場合において、表示画面１０の第１の例について上記で説明した。
第１の例の変形例は、それらのそれぞれの放射変換器８０を形成するための同じ技法を使用して、単一の第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、または２つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂを含み得ることに留意すべきである。この場合、位置決めするためのステップ１１０は、ステップ１５０〜１９０のうちの対応するステップのみが実行される。
上記の例では、グラフティング層８３について、対応する粒子Ｐが付着される第３の半導体構造の表面の部分上にのみ堆積されるものとして説明してきた。
粒子Ｐが付着され、粒子Ｐの堆積後に局所的に除去されなければならない表面よりも大きい表面上にグラフティング層８３が堆積される実施形態も想定されることに留意すべきである。例えば、グラフティング層８３の第１の部分８６および第２の部分８７が堆積され、粒子Ｐが第１の部分８６と第２の部分８７の両方に付着され、粒子Ｐの堆積後に第２の部分が除去され、それによって、第１の部分８６にのみ付着された粒子Ｐを残す。
第２の部分８７のプラズマエッチングが、グラフティング層８３の一部を局所的に除去するための方法の例である。
２つの発光体３０、３５は、放射変換器８０を取り除かれているので、放射変換器８０を堆積するために暗示されるステップ数は、減少する。したがって、放射変換器８０間の混合のリスクは、低減する。結果として、各発光デバイス１５によって放出される波長の範囲は、発光デバイス１５の寸法が縮小された場合でも、良好に制御される。したがって、表示画面１０の寸法は、縮小され、表示画面１０の解像度は、改善される。
壁９５の存在は、そのような壁９５が、１つの発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂ、および４０Ｃによって放出された光が別の発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂ、および４０Ｃに到達するリスクを低減するので、隣接する発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂ、および４０Ｃ間のクロストークのリスクをさらに低減する。したがって、表示画面の解像度も改善される。
さらに、壁９５の存在は、壁９５が、１つの半導体構造上に堆積された粒子Ｐが別の半導体構造上にも堆積されるリスクを制限するバリアを形成するので、放射変換器８０のより容易な配置を可能にする。
３次元構造、および特にマイクロワイヤは、対応する発光材料が同じ条件で同時に堆積された場合であっても、第１および第２の半導体構造が異なる平均波長を有する放射を放出することを可能にする。そのような差は、充填率および／または平均直径が第１の半導体構造と第２の半導体構造との間で変化する場合、特に正確に制御される。
２次元構造は、３次元構造よりも容易に製造される。
変換材料の粒子Ｐは、いくつかの異なる技法を使用して容易に堆積され得る。
特に、樹脂内に埋め込まれた粒子Ｐの堆積は、容易であり、エレクトロニクスの分野において一般的に使用され、したがって容易に制御される標準的な技法のみを必要とする。したがって、このようにして取得された放射変換器８０は、後続の処理ステップの間、非常に安定している。
粒子Ｐが付着される領域は、粒子Ｐが堆積される前にグラフティング層８３を位置決めすることによって画定されるので、グラフティングは、特定の光放射で粒子Ｐをインソレートするためのステップを必要としない。したがって、粒子Ｐによる光放射の散乱が発生せず、したがって、放射変換器の位置決めは、非常に正確である。ここで、発光デバイス１５の寸法は、色の純度を損なうことなく再び縮小され得る。
さらに、グラフティングは、粒子Ｐの高い表面密度と、したがって、第４の放射の第３の放射への効率的な変換とを可能にする。
分子Ｍは、感光性樹脂に付着しない。したがって、１つの第３の発光体４０Ａが樹脂内に埋め込まれた粒子Ｐを含み、別の第３の発光体４０Ｂがグラフティングによって付着された粒子Ｐを含む場合、発光デバイス１５の寸法が縮小された場合であっても、両方の放射変換器８０の混合が回避される。
青色光または緑色光を効率的に放出する半導体構造は、通常、赤色光を放出するように適合された場合、低い効率を示す。特に、青色光または緑色光を放出するように適合された材料は、通常、赤色光または白色光を放出するように適合された材料とは異なる。したがって、第４の放射が第１および第２の放射のうちの１つと同一である場合、または第３の放射が赤色光または白色光のいずれかである場合、すべての半導体構造は、第１、第２、および第３の放射の各々について良好な全体的な発光効率を維持しながら、同じ族の材料で作製され得るので、または互いに同一もしくは類似であり得るので、発光デバイス１５の製造は、単純化される。
粒子Ｐのセットにおいて中性粒子が量子ドットと混合される場合、量子ドット間の平均距離は、別の量子ドットによって放出された第３の放射の量子ドットによる吸収を制限するように制御され得る。したがって、全体的な発光効率が上昇する。
各半導体構造がＩＩＩ属窒化物材料である場合の異なる半導体構造については、上記で説明している。しかしながら、他の半導体材料も使用され得る。
さらに、第１、第２、および第３の半導体構造について、各々が３次元構造を備えるものとして図１〜図５において説明している。しかしながら、第１、第２、および第３の半導体構造のいずれも、単一の２次元構造であり得る。
表示画面１０の第１の例およびその変形例は、放射変換器８０が取り除かれた少なくとも２つの発光体３０、３５を使用することによって、改善された空間分解能を可能にするが、１つの発光体３０、３５以下を使用する表示画面の他の例も、既存の画面１５に対して改善された空間分解能を提供し得る。
以下の例の各々において、各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、および４０Ｃの少なくとも１つの特徴を他の第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、および４０Ｃに対して変更することによって、改善された空間分解能が達成される。
異なる技術を使用する少なくとも２つの変換発光体を備える発光デバイスの第２の例
第２の例では、この改善された空間分解能は、異なる放射変換器８０に対して異なる技法を使用することによって達成される。
次に、表示画面１０の第２の例について説明する。図１〜図４の第１の例の要素と同一のすべての要素については、再度説明しない。以下では、違いについてのみ詳述する。
表示画面１０の第２の例は、図５に示されている。
各発光デバイス１５は、少なくとも２つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂと、第１の発光体３０とを備える。発光デバイス１５は、第２の発光体３５を備えない。
発光デバイス１５が第１の発光体３０を備えない第２の例の実施形態も考慮され得ることに留意すべきである。
発光デバイス１５の第２の例の各第１および第３の半導体構造は、例えば、２次元構造である。しかしながら、第１および第３の半導体構造のうちの１つまたはいくつかが３次元構造５７のセットのうちの１つを備える実施形態も考慮され得る。図５に示す実施形態では、各半導体構造は、それぞれの３次元構造５７のセットを備える。
一実施形態では、第１および第３の半導体構造は、互いに同一である。
第１の発光体３０によって放出される第１の放射は、例えば、青色光である。
第１の例の場合のように、第３の発光体４０Ａおよび４０Ｂの放射変換器８０は、それぞれ、粒子を樹脂のバルク８５内に埋め込むことによって、およびグラフティングによって作製される。
各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂによって放出される第３の放射は、緑色光および赤色光の中から選択される。
一実施形態では、放射変換器８０がグラフティングによって作製された第３の発光体４０Ａによって放出される第３の放射の平均波長は、放射変換器８０が樹脂バルク８５内に埋め込まれた粒子Ｐのセットを備える第３の発光体４０Ｂによって放出される第３の放射の平均波長よりも厳密に低い。例えば、第３の発光体４０Ｂによって放出される第３の放射は、緑色光であり、第３の発光体４０Ａによって放出される第３の放射は、赤色光であり、またはその逆である。
表示画面１０の第２の例の発光デバイス１５は、図３に詳述した方法を使用して製造され、第２の半導体構造は、製造するためのステップ１００の間に製造されない。
第２の例は、異なる放射を放出する発光体のうちの少なくとも２つが放射変換器を取り除かれることを必要としない。したがって、この第２の例は、第１の例よりも製造するのが容易である。具体的には、すべての半導体構造が同一であり得、放射変換器８０のみが、発光体３０、４０Ａ、４０Ｂごとに異なるか、存在しない。
放射変換器８０がグラフティングによって付着された粒子Ｐを含む第３の発光体４０Ｂが、他の第３の発光体４０Ａによって放出される第３の放射よりも短い平均波長を有する第３の放射を放出するように構成されている場合、より短い平均波長を示す放射を放出するように適合された変換材料の比較的低い変換効率にもかかわらず、第３の放射の発光効率は、比較的高い可能性がある。放射を緑色光に変換するための材料は、通常、放射を赤色光に変換する材料よりも低い効率を示すので、第３の発光体４０Ｂによって放出される第３の放射の平均波長が緑色放射である場合、これは、特にそうである。
これは、グラフティングによって達成され得る粒子Ｐの非常に高い表面密度に由来する。
各第３の発光体４０Ａおよび４０Ｂ上に変換器８０を配置するための様々な技法のために、第１の例を参照して説明したように、粒子Ｐの位置決め精度は、非常に高く、変換器の混合のリスクは、低減される。したがって、各発光体３０、４０Ａ、４０Ｂの波長制御は、改善される。
少なくとも３つの変換発光体を備える発光デバイスの第３の例
次に、表示画面１０の第３の例について説明する。第２の例の要素と同一のすべての要素については、再度説明しない。違いについてのみ詳述する。
表示画面１０の第３の例は、図６に示されている。
第３の例の各発光デバイス１５は、少なくとも３つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、および４０Ｃを備える。
各発光デバイス１５は、第１または第２の発光体３０、３５を取り除かれている。言い換えれば、各発光デバイス１５は、放射変換器８０を取り除かれた発光体３０、３５を含まない。
各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、および４０Ｃによって放出される第３の放射は、青色光、緑色光、および赤色光の中から選択される。
一実施形態では、赤色光を放出する第３の発光体４０Ａは、感光性樹脂内に埋め込まれた粒子Ｐで少なくとも部分的に作製された放射変換器を備え、青色光を放出する第３の発光体４０Ｂは、グラフティングによって付着された粒子Ｐで少なくとも部分的に作製された放射変換器を備える。
第３の発光体４０Ｃの放射変換器は、感光性樹脂内に埋め込まれた粒子Ｐで少なくとも部分的に作製された放射変換器と、グラフティングによって付着された粒子Ｐで少なくとも部分的に作製された放射変換器との間で選択される。
各第４の放射は、例えば、紫外線である。いくつかまたはすべての発光体３０、３５、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃの第４の放射が青色光である実施形態も想定され得る。
紫外範囲におけるいくつかの半導体構造の放出は、可視範囲におけるよりも効率的である。したがって、発光デバイス１５の全体的な効率は、改善される。
上記の第２および第３の例では、第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃごとに異なる特性は、それぞれの放射変換器８０の特性、特に、粒子Ｐを表面に付着させるために使用される技法のタイプである。しかしながら、各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃに対して同一の放射変換器８０を使用しながら、第３の半導体構造の特性も変更され得ることを以下に示す。
異なる波長を使用して励起される２つの変換発光体を備える発光デバイスの第４の例
次に、表示画面１０の第４の例について説明する。第２の例の要素と同一のすべての要素については、再度説明しない。違いについてのみ詳述する。
表示画面１０の第４の例は、図７に示されている。
各発光デバイス１５は、少なくとも２つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂを備える。例えば、発光デバイス１５は、２つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂと、第１の発光体３０とを備える。変形例では、発光デバイス１５は、第２の発光体３５も備え得る。
各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂの第３の半導体構造は、互いに異なる。具体的には、発光体４０Ａと発光体４０Ｂの両方の第３の半導体構造によって放出される第４の放射は、互いに異なる。例えば、発光体４０Ａの第３の半導体構造は、第４の放射Ｒ１を放出するように構成され、発光体４０Ｂの第３の半導体構造は、第４の放射Ｒ１とは異なる第４の放射Ｒ２を放出するように構成される。
具体的には、第４の放射Ｒ１およびＲ２の平均波長は、互いに異なる。第４の放射Ｒ１およびＲ２の平均放射間の波長差は、例えば、４０ｎｍ以上である。
一実施形態では、第４の放射Ｒ１は、青色放射であり、第４の放射Ｒ２は、紫外線である。
両方の第３の発光体４０Ａ、４０Ｂの放射変換器８０は、互いに同一である。
具体的には、各放射変換器８０は、粒子Ｐのセットを備える。
一実施形態では、単一の放射変換器８０は、第３の発光体４０Ａと第３の発光体４０Ｂの両方に使用される。例えば、図７に示すように、単一の放射変換器８０は、両方の第３の半導体構造をカバーする。
粒子Ｐは、例えば、単一のグラフティング層８３によって各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂの表面に付着されるか、または感光性樹脂の単一のバルク８５内に埋め込まれる。
粒子Ｐのセットは、第１の粒子Ｐ１のセットと第２の粒子Ｐ２のセットとを含む混合物である。
各第１の粒子Ｐ１は、第３の発光体４０Ａの第３の半導体構造によって放出された第４の放射Ｒ１を対応する第３の放射に変換することができる。
各第２の粒子Ｐ２は、第３の発光体４０Ｂの第３の半導体構造によって放出された第４の放射Ｒ２を対応する第３の放射に変換することができる。
第１の粒子Ｐ１は、第２の粒子Ｐ２によって放出される第３の放射に対して透明であり、第２の粒子Ｐ２は、第１の粒子Ｐ１によって放出される第３の放射に対して透明である。
第１の粒子Ｐ１および第２の粒子Ｐ２のうちの少なくとも１つは、第４の放射Ｒ１およびＲ２のうちの１つに対して透明である。一実施形態では、各第１の粒子Ｐ１は、第３の発光体４０Ｂの第４の放射Ｒ２に対して透明であり、各第２の粒子Ｐ２は、第３の発光体４０Ａの第４の放射Ｒ１に対して透明である。
変形例では、各第１の粒子Ｐ１は、第４の放射Ｒ１と第４の放射Ｒ２の両方を第３の発光体４０Ａに対応する第３の放射に変換することができ、または各第２の粒子Ｐ２は、第４の放射Ｒ１と第４の放射Ｒ２の両方を第３の発光体４０Ｂに対応する第３の放射に変換することができる。
粒子Ｐ１およびＰ２は、それらの組成および／またはそれらのサイズによって異なり得る。
例えば、粒子Ｐ１およびＰ２は、同じ材料、例えば、半導体材料で作製されるが、異なる元素をドープされる。一実施形態では、粒子Ｐ１、Ｐ２は、ＺｎＳｅで作製され、第１の粒子Ｐ１は、赤色の第３の放射を放出するようにＭｎドープされ、第２の粒子Ｐ２は、緑色の第３の放射を放出するようにＣｕドープされる。
いくつかの実施形態では、粒子Ｐ１、Ｐ２は、異なる材料で作製される。例えば、第１の粒子Ｐ１は、ＭｎドープされたＺｎＳｅで作製され、第２の粒子Ｐ２は、ＩｎＰで作製される。
他の実施形態では、粒子Ｐ１、Ｐ２は、同じ半導体材料で作製されるが、粒子Ｐ１およびＰ２のサイズは、異なる量子閉じ込めと、したがって、異なる放射放出／吸収特性とをもたらすように異なる。例えば、粒子Ｐ１およびＰ２は、各々ＭｎドープされたＺｎＳｅで作製される。
第４の例について、放射変換器８０が２つのタイプの粒子Ｐ１、Ｐ２の混合物を備える２つの第３の発光体４０Ａ、４０Ｂの場合において上記で詳述しているが、少なくとも３つの発光体４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃと、少なくとも３つのタイプの粒子の混合物を備える放射変換器８０とを備える実施形態も想定され得ることに留意すべきである。
次に、発光デバイスの第４の例を製造するための方法について説明する。
第３の発光デバイスを製造するための方法のステップと同一のステップについては、再度説明しない。違いについてのみ強調する。
製造するステップ１００の間、各第３の発光体４０Ａ、４０Ｂの第３の半導体層は、異なる第４の放射Ｒ１、Ｒ２を放出することができるように、互いに異なる。
例えば、３次元構造５７の直径および／またはピッチは、堆積するためのステップ１３０が異なる第３の半導体層をもたらすように、両方の第３の半導体構造間で異なる。
堆積するためのステップ１１０の間、第１の粒子Ｐ１および第２の粒子Ｐ２の混合物が堆積される。具体的には、混合物は、第３の発光体４０Ａおよび第３の発光体４０Ｂの対応する表面上に同時に堆積される。
例えば、堆積するためのステップ１１０は、両方の第３の発光体４０Ａおよび４０Ｂの表面上、例えば、両方の第３の半導体構造の表面上への単一の樹脂のバルク８５の同時堆積を含む。
変形例では、堆積するためのステップ１１０は、官能化するためのステップ１３０と、変換器を堆積するためのステップ１７０とを含む。
官能化するためのステップ１３０の間、グラフティング層８３は、両方の第３の発光体４０Ａおよび４０Ｂの対応する表面に堆積される。
例えば、分子Ｍのグラフティング層８３が両方の表面上に堆積される。
変換器を堆積するためのステップ１７０の間、粒子Ｐ１、Ｐ２の混合物は、グラフティング層８３上に堆積される。具体的には、粒子Ｐ１、Ｐ２の混合物は、両方の第３の発光体４０Ａおよび４０Ｂの表面に同時に付着されるように堆積される。
粒子Ｐ１、Ｐ２の混合物と、異なる第４の放射Ｒ１、Ｒ２とを使用することによって、変換器の混合のリスクが排除される。発光デバイス１５の空間分解能は、各発光体４０Ａ、４０Ｂは、の横方向のサイズによって、または放射フィルタがパターン化される精度によってのみ制限される。
各タイプの粒子Ｐ１、Ｐ２がそれぞれの第４の放射Ｒ１、Ｒ２に対して透明である場合、１つのみのタイプ粒子が各第４の放射によって活性化され、各第３の発光の良好な色制御をもたらすので、これは、特にそうである。
しかしながら、１つのタイプの粒子Ｐ１、Ｐ２が両方の第４の放射Ｒ１、Ｒ２を吸収することができる場合、これは、発光体４０Ａ、４０Ｂの第４の放射Ｒ１、Ｒ２が一方のタイプの粒子Ｐ１、Ｐ２によって第３の放射に変換され得、他方の発光体４０Ａ、４０Ｂの第４の放射Ｒ１、Ｒ２が両方のタイプの粒子Ｐ１、Ｐ２によって第３の放射に変換され得る発光デバイスをもたらす。したがって、他方の発光体４０Ａ、４０Ｂに対応する第３の放射は、白色光などのより広い光スペクトルを有し得る。
第４の例の一実施形態では、各発光体４０Ａ、４０Ｂに使用される放射フィルタは、異なる。
特に、第３の発光体４０Ａの放射フィルタは、（第１の粒子Ｐ１によって放出された）第３の発光体４０Ａの第３の放射によって横断され、（第２の粒子Ｐ２によって放出された）第３の発光体４０Ｂの第４の放射に対するバリアを形成するように構成される。第３の発光体４０Ｂの放射フィルタは、（第２の粒子Ｐ２によって放出された）第３の発光体４０Ｂの第３の放射によって横断され、（第１の粒子Ｐ１によって放出された）第３の発光体４０Ａの第４の放射に対するバリアを形成するように構成される。したがって、この実施形態は、粒子Ｐ２による放射Ｒ１の変換、または粒子Ｐ１による放射Ｒ２の変換から生じる任意の望ましくない第３の放射がフィルタによって除去されるので、粒子が変換するように構成されていない第４の放射Ｒ１、Ｒ２に対して透明ではない粒子Ｐ１、Ｐ２を使用することを可能にする。
放射フィルタは、放射変換器８０の堆積精度よりも高い精度で設計することが容易であるので、この実施形態は、より広い範囲の粒子Ｐ１、Ｐ２と互換性がありながら、既存の発光デバイス１５よりも優れた空間分解能を有する。
本実施形態の特定の例では、第４の放射Ｒ１およびＲ２は、同一であり、放射フィルタのみが第３の発光体４０Ａおよび４０Ｂについて異なる。
本発明は、上記で詳述した例の任意の可能な組合せに対応する。
用語集
ドーピング
ドーピングは、材料中の、自由電荷キャリアをもたらす不純物の存在として定義される。不純物は、例えば、材料中に自然に存在しない元素の原子である。
ドープされていない材料と比較して不純物が材料中の正孔の体積密度を増加させる場合、ドーピングは、ｐ型である。例えば、ＧａＮの層が、マグネシウム（Ｍｇ）原子を添加することによってｐドープされる。
ドープされていない材料と比較して不純物が材料中の自由電子の体積密度を増加させる場合、ドーピングは、ｎ型である。例えば、ＧａＮの層が、ケイ素（Ｓｉ）原子を添加することによってｎドープされる。
ＬＥＤ構造
ＬＥＤ構造は、Ｐ−Ｎ接合を形成するいくつかの半導体領域を備える半導体構造であり、電流が異なる半導体領域を通って流れると発光するように構成される。
ｎドープ層と、ｐドープ層と、少なくとも１つの発光層とを備える２次元構造が、ＬＥＤ構造の例である。この場合、各発光層は、法線方向Ｄに沿って、ｎドープ層とｐドープ層との間に挿入される。
一実施形態において、各発光層は、ｎドープ層のバンドギャップ値よりも厳密に小さく、ｐドープ層のバンドギャップ値よりも厳密に小さいバンドギャップ値を有する。例えば、ｎドープ層とｐドープ層の両方は、ＧａＮ層であり、各発光層は、ＩｎＧａＮ層である。
発光層は、例えば、ドープされない。他の実施形態では、発光層は、ドープされる。
量子井戸が、ｎドープ層およびｐドープ層のバンドギャップ値よりも小さいバンドギャップ値を有する発光層の例である。
量子井戸
量子井戸は、少なくとも１つの電荷キャリアに対して一方向に量子閉じ込めが発生する構造である。量子閉じ込めの効果は、その方向に沿った構造の寸法が、一般に電子および／または正孔であるキャリアのドブロイ波長に匹敵するか、またはそれよりも小さくなるときに起こり、「エネルギーサブバンド」と呼ばれるエネルギーレベルをもたらす。
そのような量子井戸において、キャリアは、離散的なエネルギー値のみを有し得るが、通常、閉じ込めが発生する方向に対して垂直な平面内を移動することができる。閉じ込めが発生する方向に沿って量子井戸の寸法が減少すると、「エネルギーレベル」とも呼ばれるキャリアに利用可能なエネルギー値は、増加する。
量子力学において、「ドブロイ波長」は、粒子が波と見なされるときの粒子の波長である。電子のドブロイ波長は、「電子波長」とも呼ばれる。電荷キャリアのドブロイ波長は、量子井戸が作製される材料に依存する。
量子井戸の例は、発光層が作製される半導体材料中の電子の電子波長と５との積よりも厳密に小さい厚さを有する発光層である。
量子井戸の別の例は、発光層が作製される半導体材料中の励起子のドブロイ波長と５との積よりも厳密に小さい厚さを有する発光層である。励起子は、電子と正孔とを備える準粒子である。
具体的には、量子井戸は、しばしば、１ｎｍと２００ｎｍとの間に含まれる厚さを有する。
量子ドット
量子ドットは、量子閉じ込めが３つの空間次元すべてにおいて発生する構造である。
値の順序を与えるように、１ｎｍと１μｍとの間に含まれる最大寸法を有し、半導体変換材料で作製された粒子Ｐは、量子ドットの例である。
半導体材料
「バンドギャップ値」という表現は、材料の価電子帯と伝導帯との間の禁制帯の値を意味するものとして理解されるものとする。
バンドギャップ値は、例えば、電子ボルト（ｅＶ）において測定される。
価電子帯は、材料中の電子に許容されるエネルギー帯域の中で、２０ケルビン（Ｋ）以下の温度において完全に満たされながら、最も高いエネルギーを有する帯域として定義される。
第１のエネルギーレベルは、価電子帯ごとに定義される。第１のエネルギーレベルは、価電子帯の最高エネルギーレベルである。
伝導帯は、材料中の電子に許容されるエネルギー帯域の中で、２０Ｋ以下の温度において完全には充填されない状態で、最も低いエネルギーを有する帯域として定義される。
第２のエネルギーレベルは、伝導帯ごとに定義される。第２のエネルギーレベルは、伝導帯の最高エネルギーレベルである。
したがって、各バンドギャップ値は、材料の第１のエネルギーレベルと第２のエネルギーレベルとの間で測定される。
半導体材料は、厳密にゼロよりも上で、６．５ｅＶ以下であるバンドギャップ値を有する材料である。
直接バンドギャップ半導体は、半導体材料の例である。伝導帯の最小値および価電子帯の最大値が電荷キャリア運動量の同じ値に対応する場合、材料は、「直接バンドギャップ」を有すると言われる。伝導帯の最小値および価電子帯の最大値が電荷キャリア運動量の異なる値に対応する場合、材料は、「間接バンドギャップ」を有すると言われる。
３次元構造
３次元構造は、主方向に沿って延在する構造である。３次元構造は、主方向に沿って測定された長さを有する。３次元構造は、主方向に対して垂直な横方向に沿って測定された最大横方向寸法も有し、横方向は、構造の寸法が最大である主方向に対して垂直な方向である。
最大横方向寸法は、例えば、１０マイクロメートル（μｍ）以下であり、長さは、最大横方向寸法以上である。最大横方向寸法は、有利には、２．５μｍ以下である。
最大横方向寸法は、特に、１０ｎｍ以上である。
特定の実施形態では、長さは、最大横方向寸法の２倍以上であり、例えば、最大横方向寸法の５倍以上である。
主方向は、例えば、法線方向Ｄである。この場合、３次元構造の長さは、「高さ」と呼ばれ、法線方向Ｄに対して垂直な平面における３次元構造の最大寸法は、１０μｍ以下である。
法線方向Ｄに対して垂直な平面における３次元構造の最大寸法は、しばしば、３次元構造の断面の形状に関係なく、「直径」と呼ばれる。
例えば、各３次元構造は、マイクロワイヤである。マイクロワイヤは、円柱状の３次元構造である。
特定の実施形態では、マイクロワイヤは、法線方向Ｄに沿って延在する円柱である。例えば、マイクロワイヤは、円形の基部を有する円柱である。この場合、円柱の基部の直径は、マイクロワイヤの長さの半分以下である。
最大横方向寸法が１μｍ未満のマイクロワイヤは、「ナノワイヤ」と呼ばれる。
基板２５から法線方向Ｄに沿って延在する角錐は、３次元構造の別の例である。
法線方向Ｄに沿って延在する円錐は、３次元構造の別の例である。
法線方向Ｄに沿って延在する円錐台または角錐台は、３次元構造の別の例である。
１０ 表示画面
１５ 発光デバイス、ピクセル
２５ 基板
３０ 発光体、第１の発光体
３５ 発光体、第２の発光体
４０Ａ 発光体、第３の発光体
４０Ｂ 発光体、第３の発光体
５０ 平面支持面、支持面
５７ ３次元半導体構造、３次元構造
６０ コア
６５ 被覆層
７０ 発光層
７５ ドープ層
８０ 放射変換器
８２ 層、下地層
８３ グラフティング層、分子Ｍの層、層
８５ 樹脂のバルク、第１のバルク
９０ 第２のバルク
９５ 壁

Claims (13)

  1. 第１の発光体（４０Ａ）であって、前記第１の発光体（４０Ａ）が第１の放射を放出するように適合された、第１の発光体（４０Ａ）と、
    第２の発光体（４０Ｂ）であって、前記第２の発光体（４０Ｂ）が第２の放射を放出するように適合され、前記第２の放射が前記第１の放射とは異なる、第２の発光体（４０Ｂ）と
    を含む発光デバイス（１５）であって、
    前記第１の発光体（４０Ａ）が第１の半導体構造と第１の放射変換器（８０）とを含み、前記第２の発光体（４０Ｂ）が第２の半導体構造と第２の放射変換器（８０）とを含み、各半導体構造が前記第１の放射および前記第２の放射とは異なる第３の放射を放出するように適合された半導体層を含み、各放射変換器（８０）が粒子（Ｐ）のセットを含み、各粒子（Ｐ）が前記第３の放射を対応する前記発光体（４０Ａ、４０Ｂ）によって放出される前記第１または第２の放射に変換することができ、
    前記第１の放射変換器（８０）の前記粒子（Ｐ）が前記第１の半導体構造の表面などの前記第１の発光体（４０Ａ）の表面に感光性樹脂のバルクによって付着されており、前記第２の放射変換器（８０）の前記粒子（Ｐ）が前記第２の半導体構造の表面などの前記第２の発光体（４０Ｂ）の表面にグラフティングによって付着されている、
    発光デバイス（１５）。
  2. 前記第２の放射変換器（８０）が粒子（Ｐ）の少なくとも１つの層（８２）および有機分子（Ｍ）の少なくとも１つのグラフティング層（８３）のスタックを含み、前記粒子（Ｐ）の層（８２）が前記グラフティング層（８３）によって前記第２の発光体（４０Ｂ）の表面に付着されている、請求項１に記載の発光デバイス。
  3. 前記第２の放射の平均波長が前記第１の放射の平均波長よりも厳密に小さい、請求項１または２に記載の発光デバイス。
  4. 少なくとも１つの第３の発光体（３０）をさらに含み、前記第３の発光体（３０）が第４の放射を放出するように適合されており、前記第４の放射が前記第１の放射および前記第２の放射とは異なり、前記第３の発光体（３０）が少なくとも１つの第３の半導体構造を含み、前記第３の半導体構造が第３の半導体層を含み、前記第３の半導体層が前記第４の放射を放出するように適合されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の発光デバイス。
  5. 少なくとも１つの第４の発光体（４０Ｃ）をさらに含み、前記第４の発光体（４０Ｃ）が第５の放射を放出するように適合され、前記第５の放射が前記第１の放射および前記第２の放射とは異なり、
    前記第４の発光体（４０Ｃ）が第４の半導体構造（５７）と第４の放射変換器（８０）とを含み、前記第４の半導体構造（５７）が第５の放射とは異なる第３の放射を放出するように適合された半導体層を含み、前記第４の発光体（４０Ｃ）の前記放射変換器（８０）が粒子（Ｐ）のセットを含み、各粒子（Ｐ）が前記第３の放射を前記第５の放射に変換することができる、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の発光デバイス。
  6. １つの発光体（３０、３５、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）から放出された放射が別の発光体（３０、３５、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ）に到達するのを防ぐことができる少なくとも１つの壁（９５）をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の発光デバイス。
  7. 第１の発光体（４０Ａ）であって、前記第１の発光体（４０Ａ）が第１の放射を放出するように適合された、第１の発光体（４０Ａ）と、
    第２の発光体（４０Ｂ）であって、前記第２の発光体（４０Ｂ）が第２の放射を放出するように適合され、前記第２の放射が前記第１の放射とは異なる、第２の発光体（４０Ｂ）と
    を含む発光デバイス（１０）を製造するための方法であって、
    前記方法が、
    少なくとも１つの第１の半導体構造と少なくとも１つの第２の半導体構造とを製造するためのステップ（１００）であって、前記第１の半導体構造が第１の半導体層を含み、前記第２の半導体構造が第２の半導体層を含み、各第１および第２の半導体層が前記第１の放射および前記第２の放射とは異なる第３の放射を放出するように適合される、ステップ（１００）と、
    前記第１の発光体（４０Ａ）の表面上に、前記第１の半導体層の前記第３の放射を前記第１の放射に変換することができる粒子（Ｐ）を含む感光性樹脂のバルクを配置するためのステップ（１５０）と、
    前記第２の発光体（４０Ｂ）の表面上に、グラフティング層を堆積するためのステップ（１６０）と、
    前記グラフティング層上に、前記第２の半導体層の前記第３の放射を前記第２の放射に変換することができる粒子（Ｐ）の層を堆積するためのステップであって、各粒子（Ｐ）が前記グラフティング層によって前記第２の発光体（４０Ｂ）の表面に付着される、ステップと
    を含む、方法。
  8. 第１の発光体（４０Ａ）であって、前記第１の発光体（４０Ａ）が第１の放射を放出するように適合され、前記第１の発光体（４０Ａ）が少なくとも１つの第１の半導体構造を含み、前記第１の半導体構造が第１の半導体層を含み、前記第１の半導体層が第２の放射（Ｒ１）を放出するように適合された、第１の発光体（４０Ａ）と、
    少なくとも１つの第２の発光体（４０Ｂ）であって、各第２の発光体（４０Ｂ）が第３の放射を放出するように適合され、前記第３の放射が前記第１の放射とは異なり、前記第２の発光体（４０Ｂ）が少なくとも１つの第２の半導体構造を含み、前記第２の半導体構造が第４の放射（Ｒ２）を放出するように適合された第２の半導体層を含む、少なくとも１つの第２の発光体（４０Ｂ）と
    を含む発光デバイスであって、
    各発光体（４０Ａ、４０Ｂ）が放射変換器（８０）をさらに含み、各放射変換器が第１の粒子（Ｐ１）および第２の粒子（Ｐ２）の混合物を含み、各第１の粒子（Ｐ１）が前記第２の放射（Ｒ１）を前記第１の放射に変換することができ、各第２の粒子（Ｐ２）が前記第４の放射（Ｒ２）を前記第３の放射に変換することができる、
    発光デバイス。
  9. 各第１の粒子（Ｐ１）が前記第２の放射（Ｒ２）に対して透明であり、各第２の粒子（Ｐ２）が前記第４の放射（Ｒ１）に対して透明である、請求項８に記載の発光デバイス。
  10. 以下の特性のうちの少なくとも１つが検証される、請求項８または９に記載の発光デバイス。
    − 前記第１の粒子（Ｐ１）および第２の粒子（Ｐ２）の混合物が感光性樹脂（８５）内に埋め込まれる、
    − 前記第１の粒子（Ｐ１）および第２の粒子（Ｐ２）の混合物がグラフティングによって前記第１および第２の発光体（４０Ａ、４０Ｂ）の表面に付着される、ならびに
    − 前記第２の放射（Ｒ１）および前記第４の放射（Ｒ２）のうちの一方の放射が紫外線であり、前記第２の放射（Ｒ１）および前記第４の放射（Ｒ２）のうちの他方の放射が青色放射である。
  11. 第１の発光体（４０Ａ）と少なくとも１つの第２の発光体（４０Ｂ）とを含む発光デバイス（１０）を製造するための方法であって、前記第１の発光体（４０Ａ）が第１の放射を放出するように適合され、各第２の発光体（４０Ｂ）が第３の放射を放出するように適合され、前記第３の放射が前記第１の放射とは異なり、前記方法が、
    少なくとも１つの第１の半導体構造と少なくとも１つの第２の半導体構造とを設けるためのステップであって、前記第１の半導体構造が第１の半導体層を含み、前記第１の半導体層が第２の放射（Ｒ１）を放出するように適合され、前記第２の半導体構造が第４の放射（Ｒ２）を放出するように適合された第２の半導体層を含む、ステップと、
    第１の粒子（Ｐ１）および第２の粒子（Ｐ２）の混合物を堆積するためのステップであって、各第１の粒子（Ｐ１）が前記第２の放射（Ｒ１）を前記第１の放射に変換することができ、各第２の粒子（Ｐ２）が前記第４の放射（Ｒ２）を前記第３の放射に変換することができる、ステップと
    を含む、方法。
  12. 以下の特性のうちの少なくとも１つが検証される、請求項１１に記載の方法。
    − 前記堆積するためのステップが前記第１および第２の半導体構造の各々に前記混合物を含む樹脂のバルク（８５）を堆積するステップを含む、
    − 前記堆積するためのステップが前記第１および第２の発光体（４０Ａ、４０Ｂ）の表面にグラフティング層（８３）を堆積するステップと、前記グラフティング層（８３）に前記混合物を堆積するステップとを含み、前記混合物の各粒子（Ｐ１、Ｐ２）が前記グラフティング層（８３）によって前記第１および第２の発光体（４０Ａ、４０Ｂ）の各々のそれぞれの表面に付着される。
  13. 請求項１から６または８から１０のいずれか一項に記載の発光デバイスを少なくとも１つ備える表示画面（１０）。
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