JP2022537156A - 同軸マルチカラーｌｅｄのシステム及び方法 - Google Patents

同軸マルチカラーｌｅｄのシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

微小マルチカラーＬＥＤデバイスは、様々な色を発する２つ以上のＬＥＤ構造を含む。２つ以上のＬＥＤ構造は垂直に積層されて、２つ以上のＬＥＤ構造からの光を結合する。幾つかの実施形態では、各ＬＥＤ構造はピクセル駆動回路及び共通Ｐ電極に接続される。ＬＥＤ構造は、接合層を通して一緒に接合される。幾つかの実施形態では、反射層がデバイスで実施されて、ＬＥＤ放射効率を改善する。微小三色ＬＥＤデバイスのアレイを含むディスプレイパネルは、高い解像度及び高い照明輝度を有する。

Description

関連出願
[0001] 本願は、２０１９年６月１９日に出願された「Systems and Methods for Coaxial Multi-Color LED」と題する米国仮特許出願第６２／８６３，５５９号への優先権を主張し、これらの各々は参照により本明細書に援用される。
技術分野
[0002] 本開示は、一般的には発光ダイオード（ＬＥＤ）表示デバイスに関し、より詳細には、高輝度及びマイクロメートルスケールピクセルサイズを有する、異なる色を発するＬＥＤ半導体デバイスのシステム及び作製方法に関する。
背景
[0003] 近年の小型ＬＥＤ及び微小ＬＥＤ技術の開発に伴い、拡張現実（ＡＲ）、プロジェクション、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、モバイルデバイスディスプレイ、ウェアラブルデバイスディスプレイ、及び自動車ディスプレイ等の消費者デバイス及び用途では、解像度及び輝度が改善されたＬＥＤパネルが必要とされている。例えば、ゴーグル内に統合され、着用者の目の近くに位置するＡＲディスプレイは、ＨＤ精細（１２８０×７２０ピクセル）以上をなお必要としながら、爪ほどの大きさを有し得る。多くの電子デバイスは、ＬＥＤパネルに対して特定のピクセルサイズ、隣接ピクセル間距離、輝度、及び視野角を必要とする。多くの場合、最大解像度及び輝度を小さなディスプレイで達成しようとする場合、解像度要件及び輝度要件の両方を維持することは難問である。逆に、場合によっては、ピクセルサイズ及び輝度は概ね逆の関係を有し得るため、これらを同時にバランスさせることは難しい。例えば、各ピクセルに高輝度を得ると、解像度は低くなり得る。代替的には、高解像度を得ると、輝度が下がり得る。
[0004] 一般に、少なくとも赤、緑、及び青の色が重ねられて、広範囲の色を再現する。場合によっては、ピクセルエリア内に少なくとも赤、緑、及び青の色を含むために、別個の単色ＬＥＤがピクセルエリア内の異なる非重複ゾーンに作製される。既存の技術は、隣接ＬＥＤ間の距離が決められている場合、各ピクセル内の有効照明エリアを改善するという難問に直面している。他方、１つのＬＥＤ照明エリアが決められる場合、異なる色を有するＬＥＤは１つのピクセル内のそれらの指定ゾーンを占める必要があるため、ＬＥＤパネルの全体解像度を更に改善することは難しい作業であり得る。
[0005] 薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術と組み合わせたアクティブマトリックス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）及び有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイは、今日の商用電子デバイスでますます人気になりつつある。これらのディスプレイは、ラップトップパーソナルコンピュータ、スマートフォン、及び個人情報端末で広く使用されている。数百万ものピクセルが一緒になって画像をディスプレイ上に作り出す。ＴＦＴは各ピクセルを個々にオンオフして、ピクセルを明るく又は暗くするスイッチとして作用し、各ピクセル及びディスプレイ全体の好都合で効率的な制御を可能にする。
[0006] しかしながら、従来のＬＣＤディスプレイには光効率が低いという欠点があり、消費電力が高くなり、電池の動作時間が制限されることになる。アクティブマトリックス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイパネルは一般にＬＣＤパネルよりも消費電力が低いが、ＡＭＯＬＥＤディスプレイパネルはそれでもなお、電池動作式デバイスでは大きな電力消費者である。電池寿命を延ばすために、ディスプレイパネルの消費電力を下げることが望ましい。
[0007] 従来の無機半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）は、優れた光効率を示してきており、それにより、アクティブマトリックスＬＥＤディスプレイは電池動作式電子機器に対してより望ましいものになっている。駆動回路のアレイ及び発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用して数百万ものピクセルを制御し、画像をディスプレイ上に表示する。単色ディスプレイパネル及びフルカラーディスプレイパネルは両方とも、多種多様な作製法に従って製造することができる。
[0008] しかしながら、ピクセル駆動回路アレイを有する数千、更には数百万もの微小ＬＥＤを集積することはかなり難しい。種々の作製法が提案されてきている。一手法では、制御回路が１つの基板上に作製され、ＬＥＤは別個の基板上に作製される。ＬＥＤは中間基板に移され、元の基板は除去される。次に、中間基板上のＬＥＤは一度に１つ又は数個ずつ、制御回路を有する基板上にピックアンドプレースされる。しかしながら、この作製プロセスは非効率であり、コストがかかり、且つ信頼性が低い。加えて、微小ＬＥＤを大量に移送する既存の製造ツールは存在しない。したがって、新しいツールが開発される必要がある。
[0009] 別手法では、元の基板を有するＬＥＤアレイ全体が制御回路に位置合わせされ、金属接合を使用して制御回路に接合される。ＬＥＤが作製された基板は最終製品に残り、光クロストークの原因となり得る。さらに、２つの異なる基板間の熱的不整合が、接合境界面に応力を生じさせ、信頼性の問題を生じさせる恐れがある。さらに、マルチカラーンディスプレイパネルでは通常、単色ディスプレイパネルと比較して多くのＬＥＤ及び異なる色のＬＥＤを異なる基板材料上に成長させる必要があり、それ故、従来の製造プロセスを更に複雑且つ非効率にする。
[0010] したがって、特に上記欠点に対処するディスプレイパネル用のＬＥＤ構造を提供することが望ましい。
概要
[0011] 上記等の従来のディスプレイシステムの欠点を改善し、対処するのに役立つ改良されたマルチカラーＬＥＤが必要とされる。特に、低消費電力を効率的に維持しながら、輝度及び解像度を同時に改善することができるＬＥＤデバイス構造が必要とされる。本明細書に記載のマルチカラーＬＥＤデバイスは、デバイス構造の異なる層に配置することによって垂直に積層され、制御電流の受け取りに同じ電極の１つを利用する少なくとも３つのＬＥＤ構造を集積する。本明細書に開示するように１軸に沿って位置合わせされた少なくとも３つのＬＥＤ構造を配置することにより、システムは、１つのピクセルエリア内の光照明効率を効率的に強化し、それと同時に、ＬＥＤパネルの解像度を改善する。
[0012] ピッチとは、ディスプレイパネル上の隣接ピクセルの中心間距離を指す。幾つかの実施形態では、ピッチは約２０μｍから、約１０μｍから、及び／又は好ましくは約５μｍ以下から約４０μｍまで様々であることができる。ピッチ低減に多くの尽力がなされてきた。ピッチ仕様が決定される場合、１つのピクセルエリアは固定される。
[0013] 本明細書に記載のマルチカラー同軸ＬＥＤシステムは、異なる色を有するＬＥＤ構造を収容するための追加のエリアを使用せずに、１つのピクセルエリアから異なる色の組合せを有する光を発せられるようにする。したがって、１つのピクセルのフットプリントは大きく低下し、微小ＬＥＤパネルの解像度を改善することができる。一方、１つの微小ＬＥＤデバイス境界からの異なる色の光の濃度は、１つのピクセルエリア内の輝度を大幅に強化する。
[0014] 非効率的なピックアンドプレースプロセス又は信頼性の低い複数基板手法に頼る微小ＬＥＤディスプレイチップの従来の作製プロセスと比較して、本明細書に開示するマルチカラー微小ＬＥＤ作製プロセスは、微小ＬＥＤデバイス作製の効率及び信頼性を効果的に増大させる。例えば、本ＬＥＤ構造は、中間基板を導入することなくピクセル駆動回路を有する基板に直接接合することができる。加えて、微小ＬＥＤ構造の基板がないことは最終的なマルチカラーデバイスまで続き、それにより、クロストーク及び不整合を低減することができる。
[0015] 本明細書に記載のマルチカラー微小ＬＥＤデバイスは、輝度及び解像度を同時に改善することができ、近代のディスプレイパネル、特に高精細ＡＲデバイス及び仮想現実（ＶＲ）眼鏡に適する。
[0016] 一実施形態では、ディスプレイパネル用の単一ピクセルマルチカラー微小発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスは、基板と、２つ以上のＬＥＤ構造層とを含み、２つ以上のＬＥＤ構造層は、基板の上部に積層された第１のＬＥＤ構造層と、第１のＬＥＤ構造層の上部に積層された第２のＬＥＤ構造層とを含む。幾つかの場合、第１のＬＥＤ構造層及び第２のＬＥＤ構造層は互いと横方向に実質的に重複して、第１のＬＥＤ構造層から発せられた光及び第２のＬＥＤ構造層から発せられた光を結合する光路を形成する。
[0017] 幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの２つ以上のＬＥＤ構造層は、第２のＬＥＤ構造層の上部に積層される第３のＬＥＤ構造層を更に含む。幾つかの場合、第３のＬＥＤ構造層は第１のＬＥＤ構造層及び第２のＬＥＤ構造層と横方向に実質的に重複して、第３のＬＥＤ構造層から発せられた光を更に結合する光路を形成する。
[0018] 幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスは、基板と第１のＬＥＤ構造層との間の第１の接合層と、第１のＬＥＤ構造層と第２のＬＥＤ構造層との間の第２の接合層と、第２のＬＥＤ構造層と第３のＬＥＤ構造層との間の第３の接合層とを更に含む。
[0019] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、第１の接合層は約０．１μｍから約３μｍであり、第２の接合層は約０．１μｍから約５μｍであり、第３の接合層は約０．１μｍから約５μｍである。幾つかの実施形態では、第２及び第３の接合層は透明である。
[0020] 幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの基板はピクセル駆動回路を支持し、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々はピクセル駆動回路に電気的に接続される。
[0021] 幾つかの実施形態では、ピクセル駆動回路は、薄膜トランジスタピクセル駆動回路又はシリコンＣＭＯＳ駆動回路を含む。
[0022] 幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスは、基板と第１のＬＥＤ構造層との間の第１の反射層と、第１のＬＥＤ構造層と第２のＬＥＤ構造層との間の第２の反射層と、第２のＬＥＤ構造層と第３のＬＥＤ構造層との間の第３の反射層とを更に含む。
[0023] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３の反射層の少なくとも１つは分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を有し、第１、第２、及び第３の反射層の各々は約０．１μｍから約５μｍである。
[0024] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造層から発せられた第１の光は、第２のＬＥＤ構造層及び第３のＬＥＤ構造層を通って伝播し、第２のＬＥＤ構造層から発せられた第２の光は、第３のＬＥＤ構造層を通って伝播する。
[0025] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々は、ＬＥＤ構造層の各々内のＬＥＤを形成するエピタキシャル構造と、ＬＥＤの下部に電気的に接続された下部導電層と、ＬＥＤの上部に電気的に接続された上部導電層とを含む。幾つかの場合、下部導電層はピクセル駆動回路にも電気的に接続され、上部導電層は共通電極にも電気的に接続される。
[0026] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々のエピタキシャル構造は、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族ヒ化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族リン化物エピタキシャル構造、及びＩＩＩ－Ｖアンチモン化物エピタキシャル構造からなる群からの１つ又は複数の構造から選択される。
[0027] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の下部導電層及び上部導電層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層を含み、ＩＴＯ層の各々は約０．０１μｍから約１μｍである。
[0028] 幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスは、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の下部導電層に電気的に接続されたアノード金属接点パッドと、第１のＬＥＤ構造層の上部導電層に電気的に接続された第１のカソード金属接点パッドと、第２のＬＥＤ構造層の上部導電層に電気的に接続された第２のカソード金属接点パッドと、第３のＬＥＤ構造層の上部導電層に電気的に接続された第３のカソード金属接点パッドとを更に含む。
[0029] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、アノード及びカソード金属接点パッドは、アルミニウム、銀、ロジウム、亜鉛、金、ゲルマニウム、ニッケル、クロム、白金、スズ、銅、タングステン、インジウムスズ酸化物、パラジウム、インジウム、及びチタンからなる群から選択される１つ又は複数の金属を含む。
[0030] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々のエピタキシャル構造は、約０．３μｍから約５μｍである。
[0031] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、異なるＬＥＤ構造層のＬＥＤは、異なる波長の光を生成する。
[0032] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、異なるＬＥＤ構造層のＬＥＤは、異なる可視波長の光を生成する。
[0033] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、異なるＬＥＤ構造層のＬＥＤは、紫外線、青、緑、橙、赤、又は赤外線微小ＬＥＤである。
[0034] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造層は赤色光ＬＥＤを形成し、第２のＬＥＤ構造層は緑色光ＬＥＤを形成し、第３のＬＥＤ構造層は青色光ＬＥＤを形成する。
[0035] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの最長寸法は、約１μｍから約５００μｍである。
[0036] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスは、最長横方向寸法を有する下層と、最短横方向寸法を有する上層とを有するピラミッドの断面形を有する。
[0037] 単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスは、２０％以上の外部量子効率を有する。
[0038] 別の実施形態では、微小ＬＥＤディスプレイチップは、ピクセル駆動回路のアレイを支持する基板と、単一ピクセルマルチカラー微小発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスのアレイとを含み、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの各々は、基板及びピクセル駆動回路の上部に積層される２つ以上のＬＥＤ構造層であって、隣接するＬＥＤ構造層間に接合層があり、ＬＥＤ構造層の各々は、一色の光を生成するように構成された微小ＬＥＤを形成するエピタキシャル構造を更に含む、２つ以上のＬＥＤ構造層を含む。幾つかの場合、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤのアレイは、ピクセル駆動回路のアレイ及び共通電極に電気的に接続され、２つ以上のＬＥＤ構造層は、互いと横方向に重複して、一緒に直接積層された微小ＬＥＤを通る光伝播路を形成し、異なるＬＥＤ構造層の微小ＬＥＤは、異なる波長の光を生成する。
[0039] 微小ＬＥＤディスプレイチップの幾つかの実施形態では、共通電極は、同じ色を生成する同じＬＥＤ構造層内の微小ＬＥＤの全てに別個の共通電極構造を含む。
[0040] 更に別の実施形態では、ディスプレイパネル用の単一ピクセル三色微小発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを作製する方法は、基板を提供することと、基板の上部に積層される第１のＬＥＤ構造層を作製することと、第１のＬＥＤ構造層の上部に積層される第２のＬＥＤ構造層を作製することと、第２のＬＥＤ構造層の上部に積層される第３のＬＥＤ構造層を作製することとを含む。幾つかの場合、第１のＬＥＤ構造層、第２のＬＥＤ構造層、及び第３のＬＥＤ構造層は、横方向に互いと実質的に重複して、第１のＬＥＤ構造層、第２のＬＥＤ構造層、及び第３のＬＥＤ構造層から発せられた光を結合する光路を形成する。
[0041] 幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法は、第１の接合層により基板及び第１のＬＥＤ構造層を一緒に接合することと、第２の接合層により第１のＬＥＤ構造層及び第２のＬＥＤ構造層を一緒に接合することと、第３の接合層により第２のＬＥＤ構造層及び第３のＬＥＤ構造層を一緒に接合することとを更に含む。
[0042] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、第１の接合層は、Ａｕ－Ａｕ接合、Ａｕ－Ｓｎ接合、Ａｕ－Ｉｎ接合、Ｔｉ－Ｔｉ接合、及びＣｕ－Ｃｕ接合からなる群から選択される１つ又は複数の接合構造を含む。
[0043] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、第２の接合層及び第３の接合層の各々は、透明プラスチック（樹脂）、ＳｉＯ２、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、及び接合接着剤Micro Resist BCL-1200からなる群から選択される１つ又は複数の接合材料を含む。
[0044] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、第１の接合層は約０．１μｍから約３μｍであり、第２の接合層は約０．１μｍから約５μｍであり、第３の接合層は約０．１μｍから約５μｍである。幾つかの場合、第２及び第３の接合層は透明である。
[0045] 幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法は、基板及び第１のＬＥＤ構造層の接合前、第１のＬＥＤ構造層上に第１の反射層を成膜することと、第１のＬＥＤ構造層及び第２のＬＥＤ構造層を接合する前、第１のＬＥＤ構造層上に第２の反射層を成膜することと、第２のＬＥＤ構造層及び第３のＬＥＤ構造層を接合する前、第２のＬＥＤ構造層上に第３の反射層を成膜することとを更に含む。
[0046] 幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法は、第１、第２、及び第３の反射層の各々の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を形成することを更に含む。幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３の反射層の各々は約０．１μｍから約５μｍである。
[0047] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、基板はピクセル駆動回路を支持し、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々はピクセル駆動回路に電気的に接続される。
[0048] 幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法は、エピタキシャル構造を含む第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々について、エピタキシャル構造をパターニングして、ＬＥＤ構造層の各々内にＬＥＤを形成することと、ＬＥＤの下部に電気的に接続する下部導電層を成膜することと、ＬＥＤの上部に電気的に接続する上部導電層を成膜することとを更に含む。幾つかの場合、下部導電層はピクセル駆動回路にも電気的に接続され、上部導電層は共通電極にも電気的に接続される。
[0049] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々のエピタキシャル構造は、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族ヒ化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族リン化物エピタキシャル構造、及びＩＩＩ－Ｖアンチモン化物エピタキシャル構造からなる群からの１つ又は複数の構造から選択される。
[0050] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の下部導電層及び上部導電層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層を含み、ＩＴＯ層の各々は約０．０１μｍから約１μｍである。
[0051] 幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法は、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の下部導電層に電気的に接続するアノード金属接点パッドを成膜することと、第１のＬＥＤ構造層の上部導電層に電気的に接続する第１のカソード金属接点パッドを成膜することと、第２のＬＥＤ構造層の上部導電層に電気的に接続する第２のカソード金属接点パッドを成膜することと、第３のＬＥＤ構造層の上部導電層に電気的に接続する第３のカソード金属接点パッドを成膜することとを更に含む。
[0052] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々のエピタキシャル構造は、約０．３μｍから約５μｍである。
[0053] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、異なるＬＥＤ構造層のＬＥＤは、異なる波長の光を生成する。
[0054] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、異なるＬＥＤ構造層のＬＥＤは、異なる可視波長の光を生成する。
[0055] 単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法の幾つかの実施形態では、異なるＬＥＤ構造層のＬＥＤは、紫外線、青、緑、橙、赤、又は赤外線微小ＬＥＤである。
[0056] 幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法は、第１のＬＥＤ構造層をパターニングして赤色光ＬＥＤを形成することと、第２のＬＥＤ構造層をパターニングして緑色光ＬＥＤを形成することと、第３のＬＥＤ構造層をパターニングして青色光ＬＥＤを形成することとを更に含む。
[0057] 本明細書に開示されるマルチカラーＬＥＤデバイス及びシステムのコンパクトな設計は、発光ＬＥＤ構造の横方向重複を利用し、それにより、ＬＥＤディスプレイシステムの発光効率、解像度、及び全体性能を改善する。さらに、マルチカラーＬＥＤディスプレイシステムの作製は、追加の基板を使用又は保持することなく、ＬＥＤ構造パターンを確実且つ効率的に形成することができる。したがって、マルチカラーＬＥＤディスプレイシステムの実施は、従来のＬＥＤの使用と比較して、ＡＲ及びＶＲ、ヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）、モバイルデバイスディスプレイ、ウェアラブルデバイスディスプレイ、高精細小型プロジェクタ、及び自動車ディスプレイの厳しいディスプレイ要件を満たすことができる。
[0058] なお、上述した種々の実施形態は、本明細書に記載の任意の他の実施形態と組み合わせることができる。本明細書に記載の特徴及び利点は全てを包含するものではなく、特に、多くの追加の特徴及び利点が、図面、明細書、及び特許請求の範囲に鑑みて当業者に明らかになろう。さらに、本明細書で使用される用語が主に、読みやすさ及び教示目的で選択されており、本発明の趣旨の線引き又は制限のために選択されていないことがあることに留意されたい。
図面の簡単な説明
[0059] 本開示を更に詳細に理解することができるように、幾つかを添付図面に示す種々の実施形態の特徴を参照することにより、より具体的な説明を行い得る。しかしながら、添付図面は単に本開示の関連する特徴を示すだけであり、したがって、限定ではなく説明と見なされるべきであり、他の有効な特徴を認め得る。
[0060]幾つかの実施形態による単一ピクセル三色同軸ＬＥＤデバイス１００の断面図である。 [0061]幾つかの実施形態による三色同軸ＬＥＤデバイスを形成する多層構造２００の断面図である。 [0062]幾つかの実施形態による、作製プロセス後の三色同軸ＬＥＤデバイス２５０の断面図である。 [0063]幾つかの実施形態による三色ＬＥＤデバイス３００の行列を示す回路図である。 [0064]幾つかの実施形態による三色同軸ＬＥＤデバイスを作製する方法４００を示す流れ図である。 [0065]幾つかの実施形態による微小ＬＥＤディスプレイパネル５００の上面図である。
[0066] 一般的な実施によれば、図面に示す種々の特徴は一定の比率で描かれているわけではない。したがって、種々の特徴の寸法は、明確にするために任意に拡大又は縮小されていることがある。加えて、図面によっては、所与のシステム、方法、又はデバイスの構成要素を全ては示していないものがある。最後に、同様の参照番号は、本明細書及び図全体を通して同様の特徴を示すのに使用し得る。
詳細な説明
[0067] 添付図面に示す実施形態例を完全に理解するために、多くの詳細が本明細書に記載される。しかしながら、幾つかの実施形態は、具体的な多くの詳細なしで実施し得、特許請求の範囲は、特許請求の範囲に特に記載される特徴及び態様によってのみ限定される。さらに、本明細書に記載の実施形態の関連する態様を不必要に曖昧にしないように、周知のプロセス、構成要素、及び材料については精緻に詳述していない。
[0068] 図１は、幾つかの実施形態による単一ピクセル三色同軸ＬＥＤデバイス１００の断面図である。幾つかの実施形態では、三色同軸ＬＥＤデバイス１００は基板１０２を含む。便宜上、「アップ」は基板１０２から離れることを意味し、「ダウン」は基板１０２に向かうことを意味し、上、下、上方、下方、下に、下で等の他の方向用語はそれに従って解釈される。支持基板１０２は、個々の駆動回路１０４のアレイが上に作製される基板である。幾つかの実施形態では、駆動回路は基板１０２の上又は微小三色ＬＥＤ構造１００の上の層の１つに配置することもできる。各駆動回路はピクセル駆動回路１０４である。幾つかの場合、ピクセル駆動回路は薄膜トランジスタピクセル駆動回路又はシリコンＣＭＯＳピクセル駆動回路である。一実施形態では、基板１０２はＳｉ基板である。別の実施形態では、支持基板１０２は透明基板、例えばガラス基板である。他の基板例には、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、及びサファイア基板がある。駆動回路１０４は、個々の単一ピクセル三色同軸ＬＥＤデバイス１００の動作を制御する個々のピクセル駆動回路を形成する。基板１０２上の回路は、個々の各ピクセル駆動回路１０４への接点を含むとともに、接地接点も含む。各微小三色ＬＥＤ構造１００は２つのタイプの接点も有する：ピクセル駆動回路に接続される１２０等のＰ電極又はアノード及び接地（すなわち共通電極）に接続される１２２、１２４、及び１２６等のＮ電極又はカソード。
[0069] 幾つかの特徴は用語「層」を用いて本明細書に記載されるが、そのような特徴は１つの層に限定されず、複数の副層を含み得ることを理解されたい。幾つかの場合、「構造」は「層」の形態をとることができる。
[0070] 幾つかの実施形態では、３つのエピタキシャル層１０８、１１２、及び１１６を含む３つのＬＥＤ構造は積層構造内に形成され、例えば、緑色ＬＥＤエピタキシャル層１１２は赤色ＬＥＤエピタキシャル層１０８の上部に直接あり、青色ＬＥＤエピタキシャル層１１２は緑色エピタキシャル層１１２の上部に直接ある。幾つかの実施形態では、赤色エピタキシャル層１０８から発せられた光は、緑色エピタキシャル層１１２、次いで青色エピタキシャル層１１６を通って伝播することが可能であり、三色ＬＥＤデバイス１００から発せられる。幾つかの実施形態では、緑色エピタキシャル層１１２から発せられた光は、青色エピタキシャル層１１６を通って伝播することが可能であり、三色ＬＥＤデバイス１００から発せられる。幾つかの実施形態では、ＬＥＤ構造は、異なる組成を有する多くのエピタキシャル副層を含む。ＬＥＤエピタキシャル構造の例には、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物、ＩＩＩ－Ｖ族ヒ化物、ＩＩＩ－Ｖ族リン化物、及びＩＩＩ－Ｖ族アンチモン化物エピタキシャル構造がある。微小ＬＥＤの例には、ＧａＮベースのＵＶ／青／緑微小ＬＥＤ、ＡｌＩｎＧａＰベースの赤／橙微小ＬＥＤ、及びＧａＡｓ又はＩｎＰベースの赤外線（ＩＲ）微小ＬＥＤがある。
[0071] 幾つかの実施形態では、積層ＬＥＤ構造の各々は個々に制御されて、その個々の光を生成することができる。幾つかの実施形態では、三色同軸ＬＥＤデバイス１００内の全てのＬＥＤエピタキシャル層動作からの結果としての上部ＬＥＤエピタキシャル層の結合光は、小さなフットプリント内のディスプレイパネル上の１つのピクセルの色を変えることができる。
[0072] 幾つかの実施形態では、同軸ＬＥＤデバイス１００の設計に応じて、同じデバイスに含まれるＬＥＤ構造の発色は、赤、緑、及び青に限定されない。例えば、適した色は、可視色範囲の３８０ｎｍから７００ｎｍの波長の異なる色の範囲から選択することができる。幾つかの実施形態では、紫外線及び赤外線等の不可視範囲からの他の色を発するＬＥＤ構造を実施することができる。例えば、三色の選択は下から上に赤、緑、及び青であることができる。別の実施形態では、三色の選択は下から上に紫外線、橙、及び赤外線であることができる。幾つかの実施形態では、デバイス１００の一層上のＬＥＤ構造からの光の波長は、現在層の上の層上のＬＥＤ構造よりも長い波長でなければならない。例えば、下部エピタキシャル層１０８からの光の波長は、中間エピタキシャル層１１２からの光の波長よりも長く、中間エピタキシャル層１１２からの光の波長は、上部ピタキシャル層１１６からの光の波長よりも長い。幾つかの実施形態では、デバイス１００の一層上のＬＥＤ構造からの光の波長は、現在層の上部の層上のＬＥＤ構造からの波長よりも短い必要がある。例えば、下部エピタキシャル層１０８からの光の波長は中間エピタキシャル層１１２からの光の波長よりも短く、中間エピタキシャル層１１２からの光の波長は上部エピタキシャル層１１６からの光の波長よりも短い。
[0073] 幾つかの実施形態では、絶縁層１２８が三色ＬＥＤ構造の上部及び側壁を覆う。幾つかの実施形態では、Ｐ電極１２０が三色ＬＥＤデバイス１００の側部に配置されて、赤色ＬＥＤ構造、緑色ＬＥＤ構造、及び青色ＬＥＤ構造に接続する。幾つかの実施形態では、別個のＮ電極が配置されて、赤色ＬＥＤ構造、緑色ＬＥＤ構造、及び青色ＬＥＤ構造の各々に接続する。例えば、Ｎ電極１２６は、ＬＥＤエピタキシャル層１０８を含む赤色ＬＥＤ構造に接続される。Ｎ電極１２４は、ＬＥＤエピタキシャル層１１２を含む緑色ＬＥＤ構造に接続される。Ｎ電極１２２は、ＬＥＤエピタキシャル層１１６を含む青色ＬＥＤ構造に接続される。
[0074] 幾つかの実施形態では、下部エピタキシャル層１０８は金属接合層１０６を通して基板に接合される。幾つかの実施形態では、金属接合層１０６は、上方のＬＥＤ構造から発せられた光を反射する反射器として使用することもできる。幾つかの実施形態では、中間エピタキシャル層１１２は第１の透明接合層１１０を通して下部エピタキシャル層１０８に接合される。幾つかの実施形態では、上部エピタキシャル層１１６は第２の透明接合層１１４を通して中間エピタキシャル層１１２に接合される。幾つかの実施形態では、透明接合層は、接合層の下方の層から発せられた光の透過を促進することができる。
[0075] 幾つかの実施形態では、反射層がＬＥＤエピタキシャル層間に形成されて、発光効率を改善し、これについて更に後述する。幾つかの実施形態では、導電透明層がＬＥＤエピタキシャル層間に形成されて、導電性及び透過性を改善する。
[0076] 図２Ａは、幾つかの実施形態による三色同軸ＬＥＤデバイスを形成する多層構造２００の断面図である。より具体的には、図２Ａは、三色同軸ＬＥＤデバイスの基板上の複数の層の作製を示す。
[0077] 図２Ａはピクセル駆動回路２０４を支持する基板２０２を示す。幾つかの実施形態では、基板２０２はシリコンからなり、約７００μｍ厚である。一手法では、金属（接合）層２０６が基板２０２上に成長する。金属（接合）層２０６はオーミック接触層及び金属接合層を含み得る。幾つかの実施形態では、金属（接合）層２０６の厚さは約０．１μｍから約３μｍである。幾つかの場合、２つの金属層が金属（接合）層２０６に含まれる。金属層の一方は、金属（接合）層２０６の真上にあるエピタキシャル層２１０又は反射層２０８上に堆積する。相手方の金属接合層もピクセル駆動回路２０４を有する基板２０２上に堆積する。幾つかの実施形態では、金属（接合）層２０６の組成はＡｕ－Ａｕ接合、Ａｕ－Ｓｎ接合、Ａｕ－Ｉｎ接合、Ｔｉ－Ｔｉ接合、Ｃｕ－Ｃｕ接合、又はそれらの混合を含む。例えば、Ａｕ－Ａｕ接合が選択される場合、Ａｕの２つの層は各々、接着層としてＣｒ被膜及び抗拡散層としてＰｔ被膜を必要とする。そしてＰｔ被膜はＡｕ層とＣｒ層との間にある。Ｃｒ層及びＰｔ層は、２つの接合されたＡｕ層の上部及び下部に位置決めされる。幾つかの実施形態では、２つのＡｕ層の厚さが概ね同じである場合、高圧及び高温下で、両層上のＡｕの相互拡散が２つの層を一緒に接合する。共晶接合、熱圧着、及び遷移液相（ＴＬＰ）接合は、使用し得る技法の例である。
[0078] 幾つかの実施形態では、エピタキシャル層２１０は、金属（接合）層２０６を通してピクセル駆動回路２０４を有する基板２０２の既存構造の上部に接合される。一手法では、エピタキシャル層２１０は別個の基板（エピタキシャル基板と呼ばれる）上に成長する。接合後、例えばレーザリフトオフ又は化学ウェットエッチングによりエピタキシャル基板は次いで除去され、図２Ａに示す構造を残す。
[0079] 幾つかの実施形態では、反射層２０８は、接合前、エピタキシャル層２１０上に成膜される。反射層２０８は、接合後、金属（接合）層２０６とエピタキシャル層２１０との間にある。幾つかの場合、反射層２０８の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。幾つかの実施形態では、反射層２０８は分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を含む。例えば、反射層２０８は、様々な屈折率を有する交互又は異なる材料の複数の層から形成される。幾つかの場合、ＤＢＲ構造の各層境界は、光波の部分反射を生じさせる。反射層２０８は、いくらかの選択された波長、例えば赤色光を反射するのに使用することができる。幾つかの実施形態では、反射層２０８はＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５の複数の層から作られる。ＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５の各層の厚さ及び数を変えることにより、異なる波長の光の選択的反射又は透過を形成することができる。幾つかの実施形態では、赤色光ＬＥＤの反射層２０８は、Ａｕ又は／及びインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の複数の層を含む。
[0080] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ構造の反射層２０８は、三色ＬＥＤデバイスの異なる層により生成される光に対して低い吸収率（例えば、５％以下）を有する。幾つかの実施形態では、赤色光ＬＥＤ構造の反射層２０８は、現在の反射層の上方で生成される光、例えば、赤色光、緑色光、及び青色光に対して高い反射率（例えば、９５％以上）を有する。
[0081] 幾つかの実施形態では、エピタキシャル層２１０は、赤色微小ＬＥＤの形成のためのものである。赤色ＬＥＤエピタキシャル構造の例は、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族ヒ化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族リン化物エピタキシャル構造、及びＩＩＩ－Ｖアンチモン化物エピタキシャル構造を含む。幾つかの場合、赤色ＬＥＤエピタキシャル層２１０内の薄膜は、Ｐ型ＧａＰ／Ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ発光層／ＡｌＧａＩｎＰ／Ｎ型ＡｌＧａＩｎＰ／Ｎ型ＧａＡｓの層を含むことができる。幾つかの実施形態では、Ｐ型は一般にＭｇドープされ、Ｎ型は一般にＳｉドープされる。幾つかの例では、エピタキシャル層２１０の厚さは約０．３μｍから約５μｍである。
[0082] 幾つかの実施形態では、エピタキシャル層２１０の上方には透明導電酸化物であるインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層２１２がある。幾つかの実施形態では、ＩＴＯ層２１２の厚さは約０．０１μｍから約１μｍである。幾つかの場合、次のエピタキシャル層とのあらゆる接合前、ＩＴＯ層２１２は、一般に蒸着、例えば電子ビーム蒸着又はスパッタリング堆積によりエピタキシャル層２１０上に堆積する。幾つかの例では、ＩＴＯ層は、幾つかの場合、反射性又は透過性等のＬＥＤデバイスの光学性を改善しながら、電極接続の良好な導電性を維持するのに使用される。
[0083] 幾つかの実施形態では、次のエピタキシャル層とのあらゆる接合プロセス前、第２の反射層２１４がＩＴＯ層２１２上に成膜される。幾つかの場合、反射層２１４の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。幾つかの実施形態では、反射層２１４はＤＢＲ構造を含む。例えば、反射層２１４は、様々な屈折率を有する交互又は異なる材料の複数の層から形成される。幾つかの場合、ＤＢＲ構造の各層境界は、光波の部分反射を生じさせる。反射層２１４は、いくらかの選択された波長、例えば緑色光を反射するのに使用することができる。幾つかの実施形態では、反射層２１４はＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５の複数の層から作られる。ＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５の各層の厚さ及び数を変えることにより、異なる波長の光の選択的反射又は透過を形成することができる。
[0084] 一例では、表１に示す以下のＤＢＲ構造が緑色光ＬＥＤからの緑色光の反射に使用される。
Figure 2022537156000002
[0086] 幾つかの実施形態では、緑色光ＬＥＤ構造の反射層２１４は、三色ＬＥＤデバイスの異なる層によって生成される光に対して低い吸収率（例えば、５％以下）を有する。幾つかの実施形態では、緑色光ＬＥＤ構造の反射層２１４は、現在の反射層の上で生成される光、例えば緑色光及び青色光に対して高い反射率（例えば、９５％以上）を有する。
[0087] 幾つかの実施形態では、第２のエピタキシャル層２２０が、透明接合層２１６を通して第１のエピタキシャル層２１０の上部に接合される。一手法では、第２のエピタキシャル層２２０は別個の基板（エピタキシャル基板と呼ばれる）上に成長する。接合後、例えばレーザリフトオフ又は化学ウェットエッチングによりエピタキシャル基板は次いで除去され、図２Ａに示す構造を残す。
[0088] 幾つかの実施形態では、透明接合層２１６は、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、接合接着剤Micro Resist BCL-1200等の透明プラスチック（樹脂）又はＳｉＯ２で作られる。透明接合層２１６の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。
[0089] 幾つかの実施形態では、第２のエピタキシャル層２２０は、緑色微小ＬＥＤの形成のためのものである。緑色ＬＥＤエピタキシャル構造の例は、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族ヒ化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族リン化物エピタキシャル構造、及びＩＩＩ－Ｖアンチモン化物エピタキシャル構造を含む。幾つかの場合、緑色ＬＥＤエピタキシャル層２２０内の薄膜は、Ｐ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ発光層／Ｎ型ＧａＮの層を含むことができる。幾つかの実施形態では、Ｐ型は一般にＭｇドープされ、Ｎ型は一般にＳｉドープされる。幾つかの例では、第２のエピタキシャル層２２０の厚さは約０．３μｍから約５μｍである。
[0090] 幾つかの実施形態では、接合前、ＩＴＯ層２１８が第２のエピタキシャル層２２０上に堆積する。ＩＴＯ層２１８は、接合後、透明接合層２１６と第２のエピタキシャル層２２０との間にある。幾つかの実施形態では、ＩＴＯ層２１８の厚さは約０．０１μｍから約１μｍである。
[0091] 幾つかの実施形態では、次のエピタキシャル層とのあらゆる接合プロセス前、別のＩＴＯ層２２２が第２のエピタキシャル層２２０の上部に堆積する。幾つかの実施形態では、ＩＴＯ層２１８の厚さは約０．０１μｍから約１μｍである。
[0092] 幾つかの実施形態では、次のエピタキシャル層とのあらゆる接合プロセス前、第３の反射層２２４がＩＴＯ層２２２上に成膜される。幾つかの場合、反射層２２４の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。幾つかの実施形態では、反射層２２４はＤＢＲ構造を含む。例えば、反射層２２４は、様々な屈折率を有する交互又は異なる材料の複数の層から形成される。幾つかの場合、ＤＢＲ構造の各層境界は、光波の部分反射を生じさせる。反射層２２４は、いくらかの選択された波長、例えば青色光を反射するのに使用することができる。幾つかの実施形態では、反射層２２４はＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５の複数の層から作られる。ＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５の各層の厚さ及び数を変えることにより、異なる波長の光の選択的反射又は透過を形成することができる。
[0093] 一例では、表２に示す以下のＤＢＲ構造が青色光ＬＥＤからの青色光の反射に使用される。
Figure 2022537156000003
[0095] 幾つかの実施形態では、青色光ＬＥＤ構造の反射層２２４は、三色ＬＥＤデバイス１００の異なる層によって生成される光に対して低い吸収率（例えば、５％以下）を有する。幾つかの実施形態では、青色光ＬＥＤ構造の反射層２２４は、現在の反射層の上で生成される光、例えば青色光に対して高い反射率（例えば、９５％以上）を有する。
[0096] 幾つかの実施形態では、第３のエピタキシャル層２３０が、透明接合層２２６を通して第２のエピタキシャル層２２０の上部に接合される。一手法では、第３のエピタキシャル層２３０は別個の基板（エピタキシャル基板と呼ばれる）上に成長する。接合後、例えばレーザリフトオフ又は化学ウェットエッチングによりエピタキシャル基板は次いで除去され、図２Ａに示す構造を残す。
[0097] 幾つかの実施形態では、透明接合層２２６は、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、接合接着剤Micro Resist BCL-1200等の透明プラスチック（樹脂）又はＳｉＯ２で作られる。透明接合層２２６の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。
[0098] 幾つかの実施形態では、第３のエピタキシャル層２３０は、青色微小ＬＥＤの形成のためのものである。青色ＬＥＤエピタキシャル構造の例は、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族ヒ化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族リン化物エピタキシャル構造、及びＩＩＩ－Ｖアンチモン化物エピタキシャル構造を含む。幾つかの場合、青色ＬＥＤエピタキシャル層２３０内の薄膜は、Ｐ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ発光層／Ｎ型ＧａＮの層を含むことができる。幾つかの実施形態では、Ｐ型は一般にＭｇドープされ、Ｎ型は一般にＳｉドープされる。幾つかの例では、第３のエピタキシャル層２３０の厚さは約０．３μｍから約５μｍである。
[0099] 幾つかの実施形態では、接合前、ＩＴＯ層２２８が第３のエピタキシャル層２３０上に堆積する。ＩＴＯ層２２８は、接合後、透明接合層２２６と第３のエピタキシャル層２３０との間にある。幾つかの実施形態では、ＩＴＯ層２２８の厚さは約０．０１μｍから約１μｍである。
[00100] 幾つかの実施形態では、別のＩＴＯ層２３２が第３のエピタキシャル層２３０の上部に堆積する。幾つかの実施形態では、ＩＴＯ層２３２の厚さは約０．０１μｍから約１μｍである。
[00101] 図２Ｂは、幾つかの実施形態による、作製プロセス後の三色同軸ＬＥＤデバイス２５０の断面図である。より具体的には、図２Ｂは、幾つかの追加の作成プロセス、特に多層構造２００のパターニング後の三色同軸ＬＥＤデバイス２５０を更に示す。
[00102] 幾つかの実施形態では、ドライエッチング及びウェットエッチングを通して、三色ＬＥＤ構造が形成され、異なる色のＬＥＤ構造の軸は互いに垂直に位置合わせされる。幾つかの実施形態では、異なる色のＬＥＤ構造は同じ軸を共有する。幾つかの実施形態では、異なる色のＬＥＤ構造は、ピラミッドのような形状又は台形断面形を形成し、下部ＬＥＤ構造の横方向寸法は最長であり、上部ＬＥＤ構造の横方向寸法は最短である。各層は、その下の層と比較してより狭い幅又はより小さな面積を有する。この場合、幅又は面積は基板２０２の表面に平行する平面の寸法によって測定される。幾つかの実施形態では、金属（接合）層２０６等の下部層は約１μｍから約５００μｍの横方向寸法を有する。ピラミッドのような形状は、個々のＬＥＤ構造間及び電極への電子接続を改善し、作製プロセスを簡易化する。例えば、電極接続は、容易な接続のために各層で露出される。
[00103] 幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイスの層の断面のアスペクト比は、同じ層の横方向寸法が変わる場合、略同じままである。例えば、パターニングされたエピタキシャル層の横方向寸法が５μｍである場合、パターニングされたエピタキシャル層の厚さは１μｍ未満である。別の例では、同じパターニングされたエピタキシャル層の横方向寸法が増大する場合、パターニングされたエピタキシャル層の厚さはそれに従って増大して、同じアスペクト比を維持する。幾つかの実施形態では、エピタキシャル層及び他の層の断面のアスペクト比は厚さ／幅において１／５未満である。
[00104] ＬＥＤデバイスの形状は限定されず、幾つかの他の実施形態では、三色同軸ＬＥＤデバイスの断面形は他の形状、例えば逆台形、半楕円形、矩形、平行四辺形、三角形、又は六角形等の形態をとることができる。
[00105] 幾つかの実施形態では、図１Ａに示す層がすべて形成された後、第３のエピタキシャル層２３０の上の上部ＩＴＯ層２３２は、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用してパターニングされる。幾つかの場合、パターン形成に使用されるエッチング法は、ドライエッチング、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング又はＩＴＯエッチング溶液を用いたウェットエッチングである。幾つかの実施形態では、同じパターニング法は、構造２００内のＩＴＯ層２１２、２１８、２２２、２２８を含め、他の全てのＩＴＯ層に適用することができる。
[00106] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤエピタキシャル層２３０及び緑色ＬＥＤエピタキシャル層２２０はフォトリソグラフィ及びエッチングを使用してパターニングされる。幾つかの場合、パターン形成に使用されるエッチング法は、Ｃｌ２及びＢＣｌ３エッチングガスを用いたドライエッチング、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングである。
[00107] 幾つかの実施形態では、２１６及び２２６を含む透明接合層は、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用してパターニングされる。幾つかの場合、パターン形成に使用されるエッチング法は、ＣＦ４及びＯ２エッチングガスを用いたドライエッチング、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングである。
[00108] 幾つかの実施形態では、２０８、２１４、及び２２４を含む反射層は、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用してパターニングされる。幾つかの場合、反射層、特にＤＢＲ層のパターン形成に使用されるエッチング法は、ＣＦ４及びＯ２エッチングガスを用いたドライエッチング、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング又はＡｒガスを用いたイオンビームエッチング（ＩＢＥ）である。
[00109] 幾つかの実施形態では、赤色エピタキシャル層２１０はフォトリソグラフィ及びエッチングを使用してパターニングされる。幾つかの場合、パターン形成に使用されるエッチング法は、Ｃｌ２及びＨＢｒエッチングガスを用いたドライエッチング、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングである。
[00110] 幾つかの実施形態では、金属（接合）層２０６はフォトリソグラフィ及びエッチングを使用してパターニングされる。幾つかの場合、パターン形成に使用されるエッチング法は、Ｃｌ２／ＢＣｌ３／Ａｒエッチングガスを用いたドライエッチング、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング又はＡｒガスを用いたイオンビームエッチング（ＩＢＥ）である。
[00111] 幾つかの実施形態では、ＬＥＤデバイス構造がパターニングされた後、絶縁層２５２が、パターニングされた層、側壁、及び露出した基板の全てを含むパターニングされたＬＥＤデバイス構造の表面上に堆積する。幾つかの実施形態では、絶縁層２５２はＳｉＯ２及び／又はＳｉ３Ｎ４で作られる。幾つかの実施形態では、絶縁層２５２はＴｉＯ２で作られる。幾つかの実施形態では、絶縁層２５２は、高温でＳＯＧ等の層を硬化した後、ＳｉＯ２と同様の組成を用いて形成される。幾つかの実施形態では、絶縁層２５２は、絶縁層２５２の下の層と同様の熱係数を有する材料で作られる。
[00112] 幾つかの実施形態では、絶縁層２５２は、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用してパターニングされて、電極接点エリアを露出する。幾つかの場合、パターン形成に使用されるエッチング法は、ＣＦ４及びＯ２を用いたドライエッチング、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングである。
[00113] 幾つかの実施形態では、アノード金属パッド２５４は、片面等の、パターニングされたＬＥＤ構造の適した場所に蒸着により堆積して、赤色ＬＥＤ構造、緑色ＬＥＤ構造、及び青色ＬＥＤ構造を覆う。幾つかの実施形態では、アノード金属パッド２５４は、赤色ＬＥＤエピタキシャル層２１０の下部金属（接合）層２０６、緑色ＬＥＤエピタキシャル層２２０の下部導電性ＩＴＯ層２１８、及び青色ＬＥＤエピタキシャル層２３０の下部導電ＩＴＯ層２２８に接続するように作られる。アノード金属パッド２５４はまた、金属（接合）層２０６を通して基板２０２上のピクセル駆動回路２０４を含む集積回路にも電気的に接続される。
[00114] 幾つかの実施形態では、別個のカソード金属パッドが配置されて、赤色ＬＥＤエピタキシャル層、緑色ＬＥＤエピタキシャル層、及び青色ＬＥＤエピタキシャル層の各々に接続される。例えば、カソード金属パッド２５６は、パターニングされたＬＥＤ構造の片側に蒸着して、赤色ＬＥＤエピタキシャル層２１０の上部の導電性ＩＴＯ層２１２を通して赤色ＬＥＤエピタキシャル層２１０に接続する。幾つかの実施形態では、カソード金属パッド２５８は、パターニングされたＬＥＤ構造の片側に蒸着して、緑色ＬＥＤエピタキシャル層２２０の上部の導電性ＩＴＯ層２２２を通して緑色ＬＥＤエピタキシャル層２２０に接続する。幾つかの実施形態では、カソード金属パッド２６０は、パターニングされたＬＥＤ構造の片側に蒸着して、青色ＬＥＤエピタキシャル層２３０の上部の導電性ＩＴＯ層２３２を通して青色ＬＥＤエピタキシャル層２３０に接続する。
[00115] 幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス内の赤色ＬＥＤ構造の外部量子効率は約０．５％～５％である。幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス内の緑色ＬＥＤ構造の外部量子効率は約２％～１０％である。幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス内の青色ＬＥＤ構造の外部量子効率は約５％～１５％である。幾つかの実施形態では、各色のＬＥＤ構造の外部量子効率は、ＬＥＤ構造に加えて、反射層、接合層、ＩＴＯ層、及び絶縁層等の関連する全ての層の影響がカウントされる場合、測定される。
[00116] 幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス２５０の外部量子効率は約２０％以上である。幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイスの外部量子効率は、ＬＥＤ構造に加えて、反射層、接合層、ＩＴＯ層、及び絶縁層等の、全ての層の影響がカウントされる場合、測定される。
[00117] 層の寸法（例えば、各層の幅、長さ、高さ、及び断面積）、電極の寸法、２つ以上のＬＥＤ構造層、接合層、反射層、及び導電層のサイズ、形状、間隔、及び配置、並びに集積回路、ピクセル駆動回路、及び電気接続の間の構成等の三色同軸ＬＥＤシステム２５０の種々の設計態様は、所望のＬＥＤ特性を得るように選択される（例えば、費用関数又は性能関数を使用して最適化される）。上記設計態様に基づいて変わるＬＥＤ特性には、例えば、サイズ、材料、コスト、作製効率、発光効率、消費電力、指向性、ルミナンス強度、ルミナンス束、色、スペクトル、及び空間放射パターンがある。
[00118] 図３は、幾つかの実施形態による単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス３００の行列を示す回路図である。図３の回路は、３つのピクセル駆動回路３０２、３０４及び３０６並びに３つの三色同軸ＬＥＤデバイス３０８、３１０、及び３１２を含む。
[00119] 幾つかの実施形態では、ディスプレイパネルは、数百万ものピクセル等の複数のピクセルを含み、各ピクセルは三色ＬＥＤデバイス構造を含む。幾つかの実施形態では、ＬＥＤデバイス構造は微小ＬＥＤであることができる。微小ＬＥＤは通常、５０マイクロメートル（μｍ）以下の横方向寸法を有し、１０μｍ未満、更にはわずか数μｍの横方向寸法を有することができる。
[00120] 幾つかの実施形態では、ピクセル駆動回路、例えば３０２は、幾つかのトランジスタ及びコンデンサ（図３に示さず）を含む。トランジスタは、電圧供給源に接続された駆動トランジスタと、走査信号バス線に接続されたゲートが構成された制御トランジスタとを含む。コンデンサは、走査信号が他のピクセルを設定している間、駆動トランジスタのゲート電圧を維持する使用される貯蔵コンデンサを含む。
[00121] この例では、３つの三色ＬＥＤデバイス、例えば３０８の各々はそれ自体の集積回路（ＩＣ）ピクセル駆動回路３０２を有する。単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス３０８は、並列接続された、異なる色を有する３つの個々のＬＥＤとして見ることができる。例えば、同じ三色ＬＥＤデバイス３０８内の赤色ＬＥＤ３１８、緑色ＬＥＤ３１６、及び青色ＬＥＤ３１４は、図２Ｂの金属パッド２５４等の共有Ｐ電極パッド又はアノードを介して、同じＩＣピクセル駆動回路３０２に接続される。
[00122] 幾つかの実施形態では、同じ三色ＬＥＤデバイス３０８内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤの各々は、別個のＮ電極パッド又はカソードに接続される。例えば、赤色ＬＥＤは、図２Ｂの金属パッド２５６等のＮ電極３３６に接続される。緑色ＬＥＤは、図２Ｂの金属パッド２５８等のＮ電極３３４に接続される。青色ＬＥＤは、図２Ｂの金属パッド２６０等のＮ電極３３２に接続される。
[00123] 幾つかの実施形態では、異なる三色ＬＥＤデバイスからの全ての赤色ＬＥＤ、例えば３１８、３２４、及び３３０は、同じ共通Ｎ電極３３６に接続される。異なる三色ＬＥＤデバイスからの全ての緑色ＬＥＤ、例えば３１６、３２２、及び３２８は、同じ共通Ｎ電極３３４に接続される。異なる三色ＬＥＤデバイスからの全ての青色ＬＥＤ、例えば３１４、３２０、及び３２６は、同じ共通Ｎ電極３３２に接続される。共通電極の使用は、作製プロセスを簡易化し、ＬＥＤデバイスの面積、特に電極のフットプリントを低減する。
[00124] 図４は、幾つかの実施形態による三色同軸ＬＥＤデバイスを作製する方法４００を示す流れ図である。
[00125] 方法４００の動作（例えばステップ）は、上記の図１、図２Ａ、図２Ｂ、及び図３に記載の実施形態に対応して実行し得る。
[00126] 方法４００は、基板を提供するステップ４０２を含む。幾つかの実施形態では、ピクセル駆動回路が基板に形成される。
[00127] 方法４００は、基板の上部に積層された第１のＬＥＤ構造層を作製するステップ４０４も含む。幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造層は第１のエピタキシャル構造を含む。幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造層は第１の接合層により基板に接合される。幾つかの実施形態では、基板及び第１のＬＥＤ構造層の接合前、第１の反射層がＬＥＤ構造層の基板に面する面に成膜される。そして幾つかの場合、接合後、第１の反射層は第１の接合層と第１のエピタキシャル構造との間にある。幾つかの実施形態では、第１の接合層は第１のＬＥＤ構造層の下部における導電層であり、第１の接合層は、ピクセル駆動回路及び第１のＬＥＤ構造層の下部の両方に電気的に接続される。幾つかの実施形態では、第１の上部導電層が第１のＬＥＤ構造層の上部に成膜されて、第１のＬＥＤ構造層の上部及び共通電極に電気的に接続する。
[00128] 方法４００は、第１のＬＥＤ構造層の上部に積層された第２のＬＥＤ構造層を作製するステップ４０６を更に含む。幾つかの実施形態では、第２のＬＥＤ構造層は第２のエピタキシャル構造を含む。幾つかの実施形態では、第２のＬＥＤ構造は第２の接合層により第１のＬＥＤ構造に接合される。幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造層及び第２のＬＥＤ構造層の接合前、第２の反射層が第１のＬＥＤ構造層の第２のＬＥＤ構造層に面する面に成膜される。そして幾つかの場合、第２の反射層は、接合後、第１の上部導電層と第２の接合層との間にある。幾つかの実施形態では、第２の下部導電層が第２のＬＥＤ構造層の下部に成膜され、第２の下部導電層は、ピクセル駆動回路及び第２のＬＥＤ構造層の下部の両方に電気的に接続される。幾つかの実施形態では、第２の上部導電層が第２のＬＥＤ構造層の上部に成膜されて、第２のＬＥＤ構造層の上部及び共通電極に電気的に接続する。
[00129] 方法４００は、第２のＬＥＤ構造層の上部に積層された第３のＬＥＤ構造層を作製するステップ４０８を更に含む。幾つかの実施形態では、第３のＬＥＤ構造層は第３のエピタキシャル構造を含む。幾つかの実施形態では、第３のＬＥＤ構造は第３の接合層により第２のＬＥＤ構造に接合される。幾つかの実施形態では、第２のＬＥＤ構造層及び第３のＬＥＤ構造層の接合前、第３の反射層が第２のＬＥＤ構造層の第３のＬＥＤ構造層に面する面に成膜される。そして幾つかの場合、接合後、第３の反射層は第２の上部導電層と第３の接合層との間にある。幾つかの実施形態では、第３の下部導電層が第３のＬＥＤ構造層の下部に成膜され、第３の下部導電層は、ピクセル駆動回路及び第３のＬＥＤ構造層の下部の両方に電気的に接続される。幾つかの実施形態では、第３の上部導電層は第３のＬＥＤ構造層の上部に成膜されて、第３のＬＥＤ構造層の上部及び共通電極に電気的に接続する。
[00130] 幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造層、第２のＬＥＤ構造層、及び第３のＬＥＤ構造層は互いと横方向に実質的に重複して、第１のＬＥＤ構造層、第２のＬＥＤ構造層、及び第３のＬＥＤ構造層から発せられた光を結合する光路を形成する。
[00131] 方法４００は、フォトリソグラフィ及びエッチングにより上述したステップ４０２～４０８から形成された各層をパターニングして、一緒に直接積層された３つのＬＥＤを形成するステップ４１０を更に含む。
[00132] 方法４００は、上述したステップ４０２～４１０から形成された、露出した構造の上方に絶縁層を堆積させ、電極接点パッドを被膜するように絶縁層をエッチングするステップ４１２を更に含む。
[00133] 方法４００は、ステップ４０２～４１２から形成された構造の表面に電極接点パッドを成膜するステップ４１４を更に含む。幾つかの実施形態では、アノード金属接点パッドが成膜されて、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の下部導電層及びピクセル駆動回路に電気的に接続する。幾つかの実施形態では、第１のカソード金属接点パッドが成膜されて、第１のＬＥＤ構造層の上部導電層に電気的に接続する。幾つかの実施形態では、第２のカソード金属接点パッドが成膜されて、第２のＬＥＤ構造層の上部導電層に電気的に接続する。幾つかの実施形態では、第３のカソード金属接点パッドが成膜されて、第３のＬＥＤ構造層の上部導電層に電気的に接続する。
[00134] 更なる実施形態は、種々の実施形態で組み合わせられ、又は他の方法で再配置された図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３、及び図４の実施形態を含む上記実施形態の種々のサブセットも含む。
[00135] 図５は、幾つかの実施形態による微小ＬＥＤディスプレイパネル５００の上面図である。ディスプレイパネル５００は、データインターフェース５１０、制御モジュール５２０、及びピクセル領域５５０を含む。データインターフェース５１０は、表示する画像を定義するデータを受信する。このデータのソース及びフォーマットは用途に応じて様々である。制御モジュール５２０は、入力データを受信し、ディスプレイパネルのピクセルを駆動するのに適した形態に変換する。制御モジュール５２０は、受信したフォーマットをピクセル領域５５０に適切なフォーマットに変換するデジタル論理及び／又は状態機械、シフトレジスタ又はデータを記憶、転送する他のタイプのバッファ及びメモリ、デジタル／アナログ変換器及びレベルシフタ、及びクロック回路を含む走査コントローラを含み得る。
[00136] ピクセル領域５５０はピクセルのアレイを含む。ピクセルは、例えば上述したようにピクセル駆動回路と統合された三色同軸ＬＥＤ５３４等の微小ＬＥＤを含む。この例では、ディスプレイパネル５００はカラーＲＧＢディスプレイパネルである。赤、緑、及び青のピクセルを含む。各ピクセル内で、三色同軸ＬＥＤ５３４はピクセル駆動回路によって制御される。ピクセルは、先に示した実施形態によれば、供給電圧（図示せず）及び接地パッド５３６を介して接地と連絡するとともに、制御信号にも連絡する。図５に示さないが、三色同軸ＬＥＤ５３４のｐ電極及び駆動トランジスタの出力はＬＥＤ５３４内に位置決めされ、図２Ａの金属層２０４等の接合金属層により電気的に接続される。ＬＥＤ電流駆動信号接続（ＬＥＤのｐ電極とピクセル駆動回路の出力との間）、接地接続（ｎ電極とシステム接地との間）、供給電圧Ｖｄｄ接続（ピクセル駆動回路のソースとシステムＶｄｄとの間）、及びピクセル駆動回路のゲートへの制御信号接続は、種々の実施形態によりなされる。
[00137] 図５は代表的な図にすぎない。他の設計も明らかであろう。例えば、色は赤、緑、及び青である必要はない。列又は縞に配置される必要もない。一例として、図５に示すピクセルの正方形行列の配置から離れて、ピクセルの六角形行列の配置を使用して、ディスプレイパネル５００を形成することもできる。
[00138] 幾つかの用途では、ピクセルの完全にプログラマブルな矩形アレイは必要ない。本明細書に記載のデバイス構造を使用して、多種多様な形状及びディスプレイを有する他の設計のディスプレイパネルを形成することもできる。一クラスの例は、看板及び自動車を含む特殊用途である。例えば、複数のピクセルを星又は螺旋の形状に配置して、ディスプレイパネルを形成し得、ＬＥＤをオンオフすることによりディスプレイパネル上に異なるパターンを生成することができる。別の特殊な例は、自動車のヘッドライト及びスマート照明であり、これらでは特定のピクセルが一緒にグループ化されて、種々の照明形状を形成し、ＬＥＤの各グループは、個々のピクセル駆動回路によってオンオフ又は他の方法で調節することができる。
[00139] 各ピクセル内のデバイスの横方向配置さえも変更することができる。図１、２Ａ及び２Ｂでは、ＬＥＤ及びピクセル駆動回路は垂直に配置され、すなわち、各ＬＥＤは対応するピクセル駆動回路の上部に配置される。他の配置も可能である。例えば、ピクセル駆動回路はＬＥＤの「後方」、「前方」、又は「横」に配置することもできる。
[00140] 異なるタイプのディスプレイパネルを作製することができる。例えば、ディスプレイパネルの解像度は通常、８×８から３８４０×２１６０の範囲であることができる。一般的なディスプレイ解像度には、解像度３２０×２４０及びアスペクト比４：３を有するＱＶＧＡ、解像度１０２４×７６８及びアスペクト比４：３を有するＸＧＡ、解像度１２８０×７２０及びアスペクト比１６：９を有するＤ、解像度１９２０×１０８０及びアスペクト比１６：９を有するＦＨＤ、解像度３８４０×２１６０及びアスペクト比１６：９を有するＵＨＤ、並びに解像度４０９６×２１６０を有する４Ｋがある。サブミクロン以下から１００ｍｍ超の範囲の広く様々なピクセルサイズが存在することもできる。全体表示領域のサイズも広く様々であることができ、数十μｍ以下という小さな対角線から数百インチ超と様々である。
[00141] 異なる用途は、光学輝度について異なる要件も有する。用途例には、直視型表示画面、ホーム／オフィスプロジェクタ及びスマートフォン、ラップトップ、ウェアラブル電子機器、ＡＲ及びＶＲ眼鏡等のポータブル電子機器、並びに網膜投影のライトエンジンがある。消費電力は、網膜プロジェクタの数ミリワットから大型画面屋外ディスプレイ、プロジェクタ、及びスマート自動車ヘッドライトでの数キロワットまで、様々であることができる。フレームレートに関しては、無機ＬＥＤの高速応答（ナノ秒）に起因して、フレームレートはＫＨｚ、更には低解像度でＭＨｚであることができる。
[00142] 更なる実施形態は、種々の実施形態と結合又は他の方法で再構成される図１、２Ａ、２Ｂ及び図３～５の実施形態を含む上記実施形態の種々のサブセットも含む。
[00143] 詳述した説明は多くの詳細を含むが、これらは本発明の範囲の限定として解釈されるべきではなく、単に本発明の異なる例及び態様の例示的なとして解釈されるべきである。本発明の範囲が詳細に上述していない他の実施形態を含むことを理解されたい。例えば、上述した手法は、ＬＥＤ以外の機能デバイスのピクセル駆動回路以外の制御回路との統合に適用することもできる。非ＬＥＤデバイスの例には、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、光検出器、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）、シリコンフォトニックデバイス、パワー電子デバイス、及び分布フィードバックレーザ（ＤＦＢ）がある。他の制御回路の例には、電流駆動回路、電圧駆動回路、トランスインピーダンス増幅器、及び論理回路がある。
[00144] 開示する実施形態の上記説明は、当業者が本明細書に記載の実施形態及びその変形を作成又は使用できるようにするために提供される。これらの実施形態への種々の修正が当業者には容易に明らかになり、本明細書に定義される一般原理は、本明細書に開示される趣旨の精神又は範囲から逸脱せずに他の実施形態に適用し得る。したがって、本開示は、本明細書に示される実施形態に限定されることは意図されず、以下の特許請求の範囲並びに本明細書に開示される原理及び新規特徴と一貫する最も広い範囲に従うべきである。
[00145] 本発明の特徴は、本明細書に提示した任意の特徴を事項するように処理システムをプログラムするのに使用することができる命令が表面／内部に記憶された記憶媒体（メディア）又はコンピュータ可読記憶媒体（メディア）等のコンピュータプログラム製品で、コンピュータプログラム製品を使用して、又はコンピュータプログラム製品の助けを用いて実施することができる。記憶媒体は、限定ではなく、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＤＤＲ ＲＡＭ、又は他のランダムアクセス固体状態メモリデバイス等の高速ランダムアクセスメモリを含むことができ、１つ又は複数の磁気ディスク記憶装置、光ディスク記憶装置、フラッシュメモリデバイス、又は他の不揮発性固体状態記憶装置等の不揮発性メモリを含み得る。メモリは任意選択的に、ＣＰＵからリモートに配置された１つ又は複数の記憶装置を含む。メモリ又は代替的にはメモリ内の不揮発性メモリ装置は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体を含む。
[00146] 任意の機械可読媒体（メディア）に記憶される場合、本発明の特徴は、処理システムのハードウェアを制御し、処理システムが本発明の結果を利用して他のメカニズムと対話できるようにするために、ソフトウェア及び／又はファームウェアに組み込むことができる。そのようなソフトウェア又はファームウェアは、限定ではなく、アプリケーションコード、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、及び実行環境／コンテナを含み得る。
[00147] 用語「第１の」、「第２の」等が、種々の要素の記述に本明細書で使用されていることがあるが、これらの要素がこれらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素から区別するためだけに使用される。
[00148] 本明細書で使用される用語は特定の実施形態を説明することのみを目的とし、特許請求の範囲を限定することを意図しない。実施形態の説明及び添付の特許請求の範囲で使用されるとき、単数形「ａ」、「ａｎ」、及び「ｔｈｅ」は、文脈により明らかに別段のことが示される場合を除き、複数形も同様に含むことが意図される。用語「及び／又は」が本明細書で使用されるとき、関連する列記された項目の１つ又は複数のありとあらゆる可能な組合せを指し、包含することも理解されよう。用語「含む」及び／又は「含み」が本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、完全体、ステップ、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ又は複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を除外しないことが更に理解されよう。
[00149] 本明細書で使用されるとき、用語「場合」は、文脈に応じて、述べられた前提条件が真である「とき」又は真「であると」又は真であるとの「判断に応答して」又は真であるとの「判断に従って」又は真であることの「検出に応答して」を意味するものと解釈し得る。同様に、句「［述べられた前提条件が真であると］判断される場合」又は「［述べられた前提条件が真である］場合」又は「［述べられた前提条件が真である］とき」は、文脈に応じて、述べられた前提条件が真である「と判断されると」又は真であるとの「判断に応答して」又は真であるとの「判断に従って」又は真であると「検出されると」又は真であるとの「検出に応答して」を意味するものと解釈し得る。
[00150] 説明を目的とした上記説明は、特定の実施形態を参照して説明されている。しかしながら、上記の例示的な論考は、網羅的である、又は開示される厳密な形態に特許請求の範囲を限定する意図はない。上記教示に鑑みて多くの修正及び変形が可能である。実施形態は、動作の原理及び実際用途を最良に説明し、それにより当業者ができるようにするために選ばれ説明された。

Claims (41)

  1. ディスプレイパネル用の単一ピクセルマルチカラー微小発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
    基板と、
    前記基板の上部に積層される第１のＬＥＤ構造層、及び前記第１のＬＥＤ構造層の上部に積層される第２のＬＥＤ構造層を含む、２つ以上のＬＥＤ構造層と、を含み、
    前記第１のＬＥＤ構造層及び前記第２のＬＥＤ構造層は互いと横方向に実質的に重複して、前記第１のＬＥＤ構造層から発せられた光及び前記第２のＬＥＤ構造層から発せられた光を結合する光路を形成する、単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  2. 前記２つ以上のＬＥＤ構造層は、
    前記第２のＬＥＤ構造層の上部に積層される第３のＬＥＤ構造層を更に含み、
    前記第３のＬＥＤ構造層は前記第１のＬＥＤ構造層及び前記第２のＬＥＤ構造層と横方向に実質的に重複して、前記第３のＬＥＤ構造層から発せられた光を更に結合する前記光路を形成する、請求項１に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  3. 前記基板と前記第１のＬＥＤ構造層との間の第１の接合層と、
    前記第１のＬＥＤ構造層と前記第２のＬＥＤ構造層との間の第２の接合層と、
    前記第２のＬＥＤ構造層と前記第３のＬＥＤ構造層との間の第３の接合層と、
    を更に含む、請求項２に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  4. 前記第１の接合層は約０．１μｍから約３μｍであり、
    前記第２の接合層は約０．１μｍから約５μｍであり、
    前記第３の接合層は約０．１μｍから約５μｍであり、
    前記第２及び第３の接合層は透明である、請求項３に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  5. 前記基板はピクセル駆動回路を支持し、前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々は前記ピクセル駆動回路に電気的に接続される、請求項２～４の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  6. 前記ピクセル駆動回路は、薄膜トランジスタピクセル駆動回路又はシリコンＣＭＯＳ駆動回路を含む、請求項５に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  7. 前記基板と前記第１のＬＥＤ構造層との間の第１の反射層と、
    前記第１のＬＥＤ構造層と前記第２のＬＥＤ構造層との間の第２の反射層と、
    前記第２のＬＥＤ構造層と前記第３のＬＥＤ構造層との間の第３の反射層と、
    を更に含む、請求項２～６の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  8. 前記第１、第２、及び第３の反射層の少なくとも１つは分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を有し、
    前記第１、第２、及び第３の反射層の各々は約０．１μｍから約５μｍである、請求項７に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  9. 前記第１のＬＥＤ構造層から発せられた第１の光は、前記第２のＬＥＤ構造層及び前記第３のＬＥＤ構造層を通って伝播し、
    前記第２のＬＥＤ構造層から発せられた第２の光は、前記第３のＬＥＤ構造層を通って伝播する、請求項２～８の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  10. 前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々は、
    前記ＬＥＤ構造層の各々内のＬＥＤを形成するエピタキシャル構造と、
    前記ＬＥＤの下部に電気的に接続された下部導電層と、
    前記ＬＥＤの上部に電気的に接続された上部導電層と、
    を含み、
    前記下部導電層は前記ピクセル駆動回路にも電気的に接続され、前記上部導電層は共通電極にも電気的に接続される、請求項５～９の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  11. 前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の前記エピタキシャル構造は、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族ヒ化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族リン化物エピタキシャル構造、及びＩＩＩ－Ｖアンチモン化物エピタキシャル構造からなる群からの１つ又は複数の構造から選択される、請求項１０に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  12. 前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の前記下部導電層及び前記上部導電層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層を含み、前記ＩＴＯ層の各々は約０．０１μｍから約１μｍである、請求項１０又は１１に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  13. 前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の前記下部導電層に電気的に接続されたアノード金属接点パッドと、
    前記第１のＬＥＤ構造層の前記上部導電層に電気的に接続された第１のカソード金属接点パッドと、
    前記第２のＬＥＤ構造層の前記上部導電層に電気的に接続された第２のカソード金属接点パッドと、
    前記第３のＬＥＤ構造層の前記上部導電層に電気的に接続された第３のカソード金属接点パッドと、
    を更に含む、請求項１０～１２の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  14. 前記アノード及びカソード金属接点パッドは、アルミニウム、銀、ロジウム、亜鉛、金、ゲルマニウム、ニッケル、クロム、白金、スズ、銅、タングステン、インジウムスズ酸化物、パラジウム、インジウム、及びチタンからなる群から選択される１つ又は複数の金属を含む、請求項１３に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  15. 前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の前記エピタキシャル構造は、約０．３μｍから約５μｍである、請求項１０～１４の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  16. 異なるＬＥＤ構造層の前記ＬＥＤは、異なる波長の光を生成する、請求項１０～１５の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  17. 異なるＬＥＤ構造層の前記ＬＥＤは、異なる可視波長の光を生成する、請求項１０～１６の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  18. 異なるＬＥＤ構造層の前記ＬＥＤは、紫外線、青、緑、橙、赤、又は赤外線微小ＬＥＤである、請求項１０～１７の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  19. 前記第１のＬＥＤ構造層は赤色光ＬＥＤを形成し、
    前記第２のＬＥＤ構造層は緑色光ＬＥＤを形成し、
    前記第３のＬＥＤ構造層は青色光ＬＥＤを形成する、請求項２～１８の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  20. 前記単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスの最長寸法は、約１μｍから約５００μｍである、請求項１～１９の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  21. 前記単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスは、最長横方向寸法を有する下層と、最短横方向寸法を有する上層とを有するピラミッドの断面形を有する、請求項１～２０の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  22. 前記単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイスは、２０％以上の外部量子効率を有する、請求項１～２１の何れか一項に記載の単一ピクセルマルチカラー微小ＬＥＤデバイス。
  23. 微小ＬＥＤディスプレイチップであって、
    ピクセル駆動回路のアレイを支持する基板と、
    単一ピクセルマルチカラー微小発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスのアレイと、
    を含み、
    前記単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの各々は、
    前記基板及びピクセル駆動回路の上部に積層される２つ以上のＬＥＤ構造層であって、隣接する前記ＬＥＤ構造層間に接合層があり、前記ＬＥＤ構造層の各々は、一色の光を生成するように構成された微小ＬＥＤを形成するエピタキシャル構造を更に含む、２つ以上のＬＥＤ構造層を含み、
    前記単一ピクセルマルチカラーＬＥＤのアレイは、前記ピクセル駆動回路のアレイ及び共通電極に電気的に接続され、
    前記２つ以上のＬＥＤ構造層は、互いと横方向に重複して、一緒に直接積層された前記微小ＬＥＤを通る光伝播路を形成し、
    異なるＬＥＤ構造層の前記微小ＬＥＤは、異なる波長の光を生成する、微小ＬＥＤディスプレイチップ。
  24. 前記共通電極は、同じ色を生成する同じＬＥＤ構造層内の前記微小ＬＥＤの全てに別個の共通電極構造を含む、請求項２３に記載の微小ＬＥＤディスプレイチップ。
  25. ディスプレイパネル用の単一ピクセル三色微小発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを作製する方法であって、
    基板を提供することと、
    前記基板の上部に積層される第１のＬＥＤ構造層を作製することと、
    前記第１のＬＥＤ構造層の上部に積層される第２のＬＥＤ構造層を作製することと、
    前記第２のＬＥＤ構造層の上部に積層される第３のＬＥＤ構造層を作製することと、
    を含み、
    前記第１のＬＥＤ構造層、前記第２のＬＥＤ構造層、及び前記第３のＬＥＤ構造層は、横方向に互いと実質的に重複して、前記第１のＬＥＤ構造層、前記第２のＬＥＤ構造層、及び前記第３のＬＥＤ構造層から発せられた光を結合する光路を形成する、単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  26. 第１の接合層により前記基板及び前記第１のＬＥＤ構造層を一緒に接合することと、
    第２の接合層により前記第１のＬＥＤ構造層及び前記第２のＬＥＤ構造層を一緒に接合することと、
    第３の接合層により前記第２のＬＥＤ構造層及び前記第３のＬＥＤ構造層を一緒に接合することと、
    を更に含む請求項２５に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  27. 前記第１の接合層は、Ａｕ－Ａｕ接合、Ａｕ－Ｓｎ接合、Ａｕ－Ｉｎ接合、Ｔｉ－Ｔｉ接合、及びＣｕ－Ｃｕ接合からなる群から選択される１つ又は複数の接合構造を含む、請求項２６に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  28. 前記第２の接合層及び前記第３の接合層の各々は、透明プラスチック（樹脂）、ＳｉＯ２、スピンオンガラス（ＳＯＧ）、及び接合接着剤Micro Resist BCL-1200からなる群から選択される１つ又は複数の接合材料を含む、請求項２６又は２７に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  29. 前記第１の接合層は約０．１μｍから約３μｍであり、
    前記第２の接合層は約０．１μｍから約５μｍであり、
    前記第３の接合層は約０．１μｍから約５μｍであり、
    前記第２及び第３の接合層は透明である、請求項２６～２８の何れか一項に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  30. 前記基板及び前記第１のＬＥＤ構造層の接合前、前記第１のＬＥＤ構造層に第１の反射層を成膜することと、
    前記第１のＬＥＤ構造層及び前記第２のＬＥＤ構造層を接合する前、前記第１のＬＥＤ構造層上に第２の反射層を成膜することと、
    前記第２のＬＥＤ構造層及び前記第３のＬＥＤ構造層を接合する前、前記第２のＬＥＤ構造層上に第３の反射層を成膜することと、
    を更に含む、請求項２６～２９の何れか一項に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  31. 前記第１、前記第２、及び前記第３の反射層の各々の分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を形成することを更に含み、
    前記第１、前記第２、及び前記第３の反射層の各々は約０．１μｍから約５μｍである、請求項３０に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  32. 前記基板はピクセル駆動回路を支持し、前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々は前記ピクセル駆動回路に電気的に接続される、請求項２５～３１の何れか一項に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  33. エピタキシャル構造を含む前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々について、
    前記エピタキシャル構造をパターニングして、前記ＬＥＤ構造層の各々内にＬＥＤを形成することと、
    前記ＬＥＤの下部に電気的に接続する下部導電層を成膜することと、
    前記ＬＥＤの上部に電気的に接続する上部導電層を成膜することと、
    を更に含み、
    前記下部導電層は前記ピクセル駆動回路にも電気的に接続され、前記上部導電層は共通電極にも電気的に接続される、請求項３２に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  34. 前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の前記エピタキシャル構造は、ＩＩＩ－Ｖ族窒化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族ヒ化物エピタキシャル構造、ＩＩＩ－Ｖ族リン化物エピタキシャル構造、及びＩＩＩ－Ｖアンチモン化物エピタキシャル構造からなる群からの１つ又は複数の構造から選択される、請求項３３に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  35. 前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の前記下部導電層及び前記上部導電層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層を含み、前記ＩＴＯ層の各々は約０．０１μｍから約１μｍである、請求項３３又は３４に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  36. 前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の前記下部導電層に電気的に接続するアノード金属接点パッドを成膜することと、
    前記第１のＬＥＤ構造層の前記上部導電層に電気的に接続する第１のカソード金属接点パッドを成膜することと、
    前記第２のＬＥＤ構造層の前記上部導電層に電気的に接続する第２のカソード金属接点パッドを成膜することと、
    前記第３のＬＥＤ構造層の前記上部導電層に電気的に接続する第３のカソード金属接点パッドを成膜することと、
    を更に含む、請求項３２～３５の何れか一項に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  37. 前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造層の各々の前記エピタキシャル構造は、約０．３μｍから約５μｍである、請求項３３～３６の何れか一項に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  38. 異なるＬＥＤ構造層の前記ＬＥＤは、異なる波長の光を生成する、請求項３３～３７の何れか一項に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  39. 異なるＬＥＤ構造層の前記ＬＥＤは、異なる可視波長の光を生成する、請求項３３～３８の何れか一項に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  40. 異なるＬＥＤ構造層の前記ＬＥＤは、紫外線、青、緑、橙、赤、又は赤外線微小ＬＥＤである、請求項３３～３９の何れか一項に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
  41. 前記第１のＬＥＤ構造層をパターニングして赤色光ＬＥＤを形成することと、
    前記第２のＬＥＤ構造層をパターニングして緑色光ＬＥＤを形成することと、
    前記第３のＬＥＤ構造層をパターニングして青色光ＬＥＤを形成することと、
    を更に含む、請求項２５～４０の何れか一項に記載の単一ピクセル三色微小ＬＥＤデバイスを作製する方法。
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