JP2022550240A - 一体化された微小レンズアレイを有するディスプレイパネル用のシステム及び製造方法 - Google Patents

一体化された微小レンズアレイを有するディスプレイパネル用のシステム及び製造方法 Download PDF

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Abstract

種々の実施形態が、一体化された微小レンズアレイを有するディスプレイパネルを含む。ディスプレイパネルは通常、対応するピクセルドライバ回路（例えば、ＦＥＴ）に電気的に結合されたピクセル光源（例えば、ＬＥＤ）のアレイを含むメサのアレイを含む。微小レンズのアレイはピクセル光源を含むメサに位置合わせされ、ピクセル光源によって生成された光の発散を低減させるように位置決めされる。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層から形成された微小レンズのアレイは、メサの上に直接形成される。ディスプレイパネルはまた、微小レンズとピクセルドライバ回路との間の位置決めを維持するために、同じ微小レンズ材料層から形成された一体化された光学スペーサを含み得る。

Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０１９年１０月１日に出願され、参照により本明細書に組み込まれる、「Systems and Fabrication Methods for Display Panels with Integrated Micro-Lens Array」と題する米国仮特許出願第６２／９０９，２０５号に対する優先権を主張する。
技術分野
[0002] 本開示は、一般的にはディスプレイデバイスに関し、より具体的には、微小レンズアレイと一体化されたディスプレイパネル用のシステム及び製造方法に関する。
背景
[0003] ディスプレイ技術は、今日の商用電子デバイスにおいてますます人気になりつつある。これらのディスプレイパネルは、液晶ディスプレイテレビジョン（ＬＣＤ ＴＶ）及び有機発光ダイオードテレビジョン（ＯＬＥＤ ＴＶ）等の静止大型画面並びにラップトップパーソナルコンピュータ、スマートフォン、タブレット、及びウェアラブル電子デバイス等のポータブル電子デバイスに広く使用されている。静止大型画面の開発の大半は、種々の角度から画面を見る多くの観客に適応し、多くの観客が種々の角度から画面を見られるようにするために、高視野角の達成に向けられている。例えば、ディスプレイパネルのありとあらゆるピクセル光源に大きな視野角を達成するために、スーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）及び補償フィルムスーパーツイストネマチック（ＦＳＴＮ）等の種々の液晶材料が開発されてきた。
[0004] しかしながら、ポータブル電子デバイスの大半は、主に１人のユーザに向けて設計されており、これらのポータブルデバイスの画面の向きは、複数の観客に適応するような大きな視野角ではなく、対応するユーザに最良の視野角に調整されるべきである。例えば、１人のユーザに適した視野角は、画面表面に垂直であり得る。この場合、静止大型画面と比較して、大きな視野角で発せられた光は大方、無駄になる。さらに、大きな視野角は公のエリアで使用されるポータブル電子デバイスのプライバシーに関する懸念を生じさせる。
[0005] 加えて、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、デジタルモニタデバイス（ＤＭＤ）、及び液晶オンシリコン（ＬＣＯＳ）等のパッシブイメージャデバイスに基づく従来のプロジェクションシステムでは、パッシブイメージャデバイス自体は光を発しない。具体的には、従来のプロジェクションシステムは、光源から発せられたコリメート光を光学的に変調することにより、すなわち、ピクセルレベルで光の部分を例えばＬＣＤパネルによって透過するか、又は例えばＤＭＤパネルによって反射するかの何れかにより、画像を投射する。しかしながら、透過又は反射されない光の部分は失われ、プロジェクションシステムの効率を下げる。さらに、コリメート光を提供するために、複雑な照明光学系が使用されて、光源から発せられた発散光を収集する。照明光学系は、システムを嵩張らせるのみならず、追加の光学損失をシステムに導入もし、システムの性能に更に影響する。従来のプロジェクションシステムでは、通常、光源によって生成される照明光の１０％未満が、投射画像の形成に使用される。
[0006] 半導体材料で作られた発光ダイオード（ＬＥＤ）は、単色又はフルカラーディスプレイで使用することができる。ＬＥＤを利用する現行のディスプレイでは、ＬＥＤは普通、例えば、ＬＣＤ又はＤＭＤパネルによって光学的に変調される光を提供する光源として使用される。すなわち、ＬＥＤによって発せられる光は、それ自体では画像を形成しない。イメージャデバイスとして複数のＬＥＤダイを含むＬＥＤパネルを使用するＬＥＤディスプレイも研究されてきている。そのようなＬＥＤディスプレイでは、ＬＥＤパネルは自己発光イメージャデバイスであり、各ピクセルは、１つのＬＥＤダイ（単色ディスプレイ）又は各々が原色の１つを表す複数のＬＥＤダイ（フルカラーディスプレイ）を含むことができる。しかしながら、ＬＥＤダイによって発せられる光は自然放射から生成され、したがって指向性がなく、発散角が大きくなる。大きな発散角は、ＬＥＤディスプレイに種々の問題を生じさせ得る。例えば、ＬＥＤダイにより発せられた光は、大きな発散角に起因して、ＬＥＤディスプレイにおいてより容易に散乱及び／又は反射され得る。散乱／反射光は他のピクセルを照射して、ピクセル間の光クロストーク、鮮鋭度の損失、及びコントラストの損失を生じさせ得る。
概要
[0007] 前述したような従来のディスプレイシステムの欠点を改善し対処することに役立つ、改善されたディスプレイ設計が必要とされる。具体的には、ユーザのプライバシーをよりよく保護するために視野角が狭く、又は／及び消費電力を低くするために光の無駄を低減させ、よりよい画像と同時にピクセル間の光干渉を低減させたディスプレイパネルが必要とされる。
[0008] 種々の実施形態は、微小レンズアレイが集積したディスプレイパネルを含む。ディスプレイパネルは通常、対応するピクセル駆動回路（例えばＦＥＴ）に電気的に結合されたピクセル光源（例えば、ＬＥＤ、ＯＬＥＤ）のアレイを含む。微小レンズのアレイがピクセル光源に位置合わせされ、ピクセル光源によって生成された光の発散を低減するように位置決めされる。ディスプレイパネルは、微小レンズとピクセル駆動回路との間の位置決めを維持する集積光学スペーサを含むこともできる。
[0009] 微小レンズアレイは、ピクセル光源によって生成された光の発散角及びディスプレイパネルの使用可能な視野角を低減する。そしてこれは、電力の無駄を低減し、輝度を増大させ、及び／又は公のエリアでのユーザプライバシーをよりよく保護する。
[0010] 微小レンズアレイが集積されたディスプレイパネルは多種多様な製造法を使用して作製することができ、多種多様なデバイス設計が生まれる。一態様では、微小レンズアレイは、ピクセル光源を有する基板のメサ又は突起として直接作製される。幾つかの態様では、自己組立、高温リフロー、グレースケールマスクフォトリソグラフィ、成形／インプリント／打ち抜き、及びドライエッチングパターン転写は、微小レンズアレイの作製に使用することができる技法である。
[0011] 他の態様は、上記の何れかに関連する製造方法、用途、及び他の技術を含む構成要素、デバイス、システム、改良、方法、及びプロセスを含む。
[0012] 一態様では、発光ピクセルユニットは、基板上に形成された少なくとも１つのメサを含む。発光ピクセルユニットはまた、少なくとも１つのメサの少なくとも上部を覆う微小レンズ層から形成された微小レンズを含む。いくつかの実施形態では、微小レンズ層の材料は、少なくとも１つのメサの材料とは異なり、微小レンズ層は、少なくとも１つのメサに直接物理的に接触している。
[0013] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、微小レンズは、少なくとも１つのメサの上部の周りに個々に形成される。
[0014] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、少なくとも１つのメサと微小レンズとの間に、同じ微小レンズ層からスペーサが形成される。
[0015] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、スペーサの厚さは１マイクロメートル以下である。
[0016] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、スペーサの材料は、微小レンズの材料と同じである。
[0017] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、微小レンズは誘電材料で構成される。
[0018] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、誘電材料は酸化ケイ素を含む。
[0019] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、微小レンズの材料はフォトレジストである。
[0020] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、微小レンズの高さは２マイクロメートル以下である。
[0021] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、微小レンズの幅は４マイクロメートル以下である。
[0022] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、基板上で、少なくとも１つのメサは、メサアレイのマトリックス内にあり、微小レンズは、メサアレイの配置に従って配置された微小レンズアレイのマトリックス内にある。
[0023] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、少なくとも１つのメサの上部は平坦であり、微小レンズの形状は半球である。
[0024] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、少なくとも１つのメサは少なくとも発光デバイスを含む。
[0025] 発光ピクセルユニットのいくつかの実施形態では、発光デバイスはＰＮ接合を含む。
[0026] 別の態様では、発光ピクセルユニットを製造する方法は、基板を提供することと、基板上に少なくとも１つのメサを形成することと、少なくとも１つのメサの少なくとも上部に微小レンズ材料層を直接堆積させることと、を含む。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層は、少なくとも１つのメサの形状に適合し、少なくとも１つのメサ上に半球の形状を有する。
[0027] 発光ピクセルユニットを製造する方法のいくつかの実施形態では、微小レンズ材料層は、化学蒸着技術により堆積される。
[0028] 発光ピクセルユニットを製造する方法のいくつかの実施形態では、微小レンズ材料層を堆積するために使用される化学蒸着技術のいくつかのパラメータが、電力が０Ｗ～１０００Ｗ、圧力が１００ミリトール～２０００ミリトール、温度が２３℃～５００℃、ガス流量が０ｓｃｃｍ～３０００ｓｃｃｍ、時間が１時間～３時間、を含む。
[0029] 発光ピクセルユニットを製造する方法のいくつかの実施形態では、微小レンズ材料層は誘電材料で構成される。
[0030] いくつかの実施形態では、発光ピクセルユニットを製造する方法は、基板の電極領域を露出させるために微小レンズ材料層をパターニングすることを更に含む。
[0031] 発光ピクセルユニットを製造する方法のいくつかの実施形態では、パターニングは、微小レンズ材料の表面上にマスクを形成することと、フォトリソグラフィプロセスによりマスクをパターニングし、それによりマスクに開口部を形成し、少なくとも１つのメサの電極領域の上の微小レンズ材料層を露出させることと、所定位置にマスク保護がなされた状態で、開口部により露出された微小レンズ材料層の一部分をエッチングすることと、を更に含む。
[0032] 発光ピクセルユニットを製造する方法のいくつかの実施形態では、エッチングはウェットエッチング法である。
[0033] 更に別の態様では、発光ピクセルユニットを製造する方法は、基板を提供することと、基板上に少なくとも１つのメサを形成することと、少なくとも１つのメサの少なくとも上部に微小レンズ材料層を直接堆積させることと、を含む。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層は少なくとも１つのメサの上部を覆い、微小レンズ材料の上面は平坦である。いくつかの実施形態では、発光ピクセルユニットを製造する方法は、微小レンズ材料層を上から下にパターニングし、それにより、微小レンズ材料層を貫通することなく微小レンズ材料層に少なくとも半球を形成することを更に含む。いくつかの実施形態では、半球は少なくとも１つのメサの上に配置される。
[0034] いくつかの実施形態では、発光ピクセルユニットを製造する方法は、微小レンズ材料層の表面にマスク層を堆積することと、マスク層をパターニングして、マスク層に半球パターンを形成することと、半球パターンをマスクとして使用して、微小レンズ材料層をエッチングして、微小レンズ材料層に半球を形成することと、を更に含む。
[0035] 発光ピクセルユニットを製造する方法のいくつかの実施形態では、微小レンズ材料層がエッチングされた後、微小レンズ材料層には、少なくとも１つのメサの上部表面を露出させる貫通するエッチングがなされておらず、それにより、少なくとも１つのメサの上部にスペーサが形成される。
[0036] 発光ピクセルユニットを製造する方法のいくつかの実施形態では、微小レンズ材料層は、スピンコーティングにより堆積される。
[0037] 発光ピクセルユニットを製造する方法のいくつかの実施形態では、マスク層は、最初にフォトリソグラフィプロセスにより、次いでリフロープロセスによりパターニングされる。
[0038] 発光ピクセルユニットを製造する方法のいくつかの実施形態では、微小レンズ材料層のエッチングはフォトリソグラフィプロセスによる。
[0039] いくつかの実施形態では、発光ピクセルユニットを製造する方法は、少なくとも１つのメサを形成した後、及び微小レンズ材料層を堆積する前に、パターニングプロセスにおいて微小レンズ材料層に位置合わせするためのマークを有するマーク層を形成することを更に含む。
[0040] いくつかの実施形態では、発光ピクセルユニットを製造する方法は、微小レンズ材料層をパターニングした後、基板の電極領域を露出させるために微小レンズ材料層をパターニングすることを更に含む。
[0041] 本明細書に開示されるディスプレイデバイス及びシステムの設計は、メサの形状への微小レンズ材料の形状の適合性を利用することにより、基板上のメサの上部への微小レンズの直接形成を利用し、それにより、微小レンズ製造ステップを大幅に減らし、ディスプレイパネル構造形成の効率を改善する。更に、ディスプレイシステムのこの製造により、追加の基板を使用又は保持することなく、微小レンズ構造パターンを確実に効率的に形成することができる。視野角の低減及び光干渉の低減は、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。したがって、微小レンズアレイを有するディスプレイシステムを実装することにより、従来のディスプレイの使用と比較して、拡張現実（ＡＲ）と仮想現実（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、高解像度プロジェクタ、及び自動車用ディスプレイのディスプレイ要件を、より良好に満たすことができる。
[0042] 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
[0043] 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。
[0044]いくつかの実施形態による、微小レンズアレイと一体化された例示的なディスプレイパネルの断面図である。 [0045]いくつかの実施形態による、ピクセルの正方形アレイ配置を有する例示的な単色ディスプレイパネルの上面図である。 [0046]一実施形態による、ピクセルの三角形及び六角形アレイ配置を示す例示的な単色ディスプレイパネルの上面図である。 [0047]いくつかの実施形態による、ピクセルの正方形アレイ配置を有する例示的なマルチカラーディスプレイパネルの上面図である。 [0048]いくつかの実施形態による、ピクセルの三角形アレイ配置を有する例示的なマルチカラーディスプレイパネルの上面図である。 [0049]いくつかの実施形態による、微小レンズアレイと一体化されたディスプレイパネル上に発光ピクセルユニットを形成するための製造方法のフロー図を示す。 [0050]いくつかの実施形態による、微小レンズアレイと一体化されたディスプレイパネル上に発光ピクセルユニットを形成するための製造方法のフロー図を示す。 [0051]いくつかの実施形態による、トップダウンパターン転写を使用して微小レンズアレイと一体化されたディスプレイパネルを形成する製造方法を示す。 [0052]いくつかの実施形態による、トップダウンパターン転写を使用して微小レンズアレイと一体化されたディスプレイパネルを形成する製造方法を示す。 [0053]いくつかの実施形態による、微小ＬＥＤディスプレイパネルの上面図である。
[0054] 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
[0055] 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。
[0056] 上で論じたように、いくつかの例では、ＬＥＤダイは大きな発散角を有し、これが、背景技術のセクションで説明したような様々な問題を引き起こす可能性がある。また、自己発光イメージャデバイスとして複数のＬＥＤダイを有するＬＥＤアレイを用いる投影システムでは、ＬＥＤアレイにより生成された画像を投影するために投影レンズ又は投影レンズセットが必要であり、投影レンズは、限られた開口数を有する場合がある。したがって、ＬＥＤダイの大きな発散角に起因して、ＬＥＤダイによって発せられた光の一部分のみが投影レンズにより収集され得る。これにより、ＬＥＤベースの投影システムの輝度が低下し、及び／又は消費電力が増加する。
[0057] 本開示と整合する実施形態は、ピクセルドライバ回路のアレイを有する基板と、基板上に形成された、例えばＬＥＤダイを含み得るメサのアレイと、メサのアレイ上に形成された微小レンズのアレイと、を含む自己発光イメージャデバイスとしての一体化ディスプレイパネル、及びディスプレイパネルの作製方法を含む。ディスプレイパネルとディスプレイパネルに基づく投影システムは、光源、画像形成機能、及び光ビームコリメーション機能を単一のモノリシックデバイスに組み合わせ、従来の投影システムの欠点を克服できる。
[0058] 図１は、いくつかの実施形態による、微小レンズアレイ１２０と一体化された例示的なディスプレイパネル１００の断面図である。図１では、完成したディスプレイパネル１００は、レンズなし（すなわち、微小レンズアレイのない）ディスプレイパネル１１０、及び微小レンズアレイ１２０を含む。ディスプレイパネル１００は、ピクセル１１２Ｐで示されるような各個々のピクセル内に個々のメサ１０２のアレイを含む。いくつかの実施形態では、メサアレイ１０２は、基板１３０上に形成される。いくつかの実施形態では、基板は半導体基板である。いくつかの実施形態では、ピクセル１１２Ｐの各々は、個々のメサ１０２Ｍ内にピクセルドライバ回路（図１には示されず）及び対応するピクセル光源１１２Ｓを更に含む。微小レンズアレイ１２０内の微小レンズ１２２Ｍは、少なくともメサ１０２Ｍの上部を覆っている。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍは、直接、メサ１０２Ｍを覆い接触している。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍはメサ１０２Ｍの形状に適合し、メサ１０２Ｍ上に半球を形成する。例えば、微小レンズはメサ１０２Ｍの上部及び外側に形成される。いくつかの実施形態では、微小レンズアレイ１２０の組成は、メサ１０２Ｍの組成とは異なる。いくつかの実施形態では、メサ１０２Ｍの上部は概して平坦であり、微小レンズ１２２Ｍの形状は概して半球である。いくつかの実施形態では、メサ１０２Ｍは円形のプラットフォームである。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍは、それらがメサ１０２Ｍの上に形成された後は接触していない。
[0059] いくつかの実施形態では、微小レンズアレイ１２０は、酸化ケイ素などの誘電材料で作製されている。いくつかの実施形態では、誘電材料は、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムなどの透明な酸化物である。いくつかの実施形態では、微小レンズアレイ１２０はフォトレジストで作製されている。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍの高さは２マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍの高さは１マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍの高さは、０．５マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍの幅は４マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍの幅は３マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍの幅は２マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍの幅は１マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍの幅と高さの比率は２より大きい。
[0060] 各ピクセル光源１１２Ｓは、ピクセルドライバ回路に電気的に結合され、ピクセルドライバ回路により駆動される。ピクセル光源１１２Ｓは、個々に制御可能である。微小レンズアレイ１２０は、レンズなしディスプレイパネル１１０の上に形成され、微小レンズ１２２Ｍは、（図１では別個には示されていない）ピクセル光源１１２Ｓを含む対応するメサ１０２に位置合わせされる。本開示では、「上方」及び「上」などの用語は、ピクセル光源１１２Ａから離れて観察者に向かって伝搬する光の方向を意味する。ピクセル光源１１２Ｓを含むメサ１０２のアレイ、ピクセルドライバ回路のアレイ（図示せず）、及び微小レンズのアレイは全て共通の基板１３０上に一体化されている。いくつかの実施形態では、ピクセル光源１１２Ｓの各々がＰＮ接合を含む。
[0061] 明確にするために、図１は、ディスプレイパネル１００内に３つの個々のピクセル１１２Ｐのみを示し、その各々が、１つの単一の微小レンズ１２２Ｍに対応する１つのピクセル光源１１２Ｓを含む。フルディスプレイパネル１００が、多数の個々のピクセル１１２Ｐ及び多数の微小レンズ１２２Ｍのアレイを含むことになることを理解すべきである。加えて、微小レンズ１２２Ｍと、ピクセル光源１１２Ｓを含むメサ１０２Ｍとの間の１対１の対応は必要ではなく、又、ピクセルドライバ回路（図示せず）とピクセル光源との間の１対１の対応も必要ない。ピクセル光源は、複数の個々の光要素、例えば並列接続されたＬＥＤ、で作製することもできる。いくつかの実施形態では、１つの微小レンズ１２２Ｍは、いくつかのメサ１０２Ｍを覆い得る。
[0062] ピクセル光源１１２Ｓは、ディスプレイパネル１００のための光を生成する。様々なタイプのピクセル光源１１２Ｓ、例えば、個々の微小ＬＥＤのアレイを含む微小ＬＥＤアレイ、個々のマイクロＯＬＥＤのアレイを含むマイクロＯＬＥＤアレイ、又は個々のマイクロＬＣＤのアレイを含むマイクロＬＣＤアレイ、を使用することができる。ＬＣＤアレイでは、「ピクセル光源」は実際には、電気から光を生成するのではなく、バックライト又は他の場所から生成された光を変調するが、特に明記しない限り、本明細書では依然としてピクセル光源と称されることに留意されたい。一実施形態では、各個々のピクセル光源１１２Ｓは、単一の光要素を含む。別の実施形態では、各個々のピクセル光源１１２Ｓは、複数の光要素、例えば並列に結合されたＬＥＤを含む。
[0063] 図１では、微小レンズアレイ１２０は、個々の微小レンズ１２２Ｍのアレイを含み、各微小レンズは、対応するピクセル光源１１２Ｓに位置合わせされる。個々の微小レンズ１２２Ｍは、図１の光線１１６～１１８で示すように、正の屈折力を有し、対応するピクセル光源１１２Ｓから発せられる光の発散又は視野角を低減するように位置決めされる。光線１１６は、元々の発散角１２６がかなり広い、ピクセル光源１１２Ｓから発せられる光ビームのエッジを表す。一実施形態では、元の角度１２６は６０度よりも大きい。光は微小レンズ１２２Ｍによって曲げられ、その結果、新しいエッジ光線１１８は低減された発散角１２８を有する。一実施形態では、低減された角度１２８は３０度未満である。微小レンズアレイ１２０内の微小レンズ１２２Ｍは通常、同じである。微小レンズの例は、球面微小レンズ、非球面微小レンズ、フレネル微小レンズ、及び円柱微小レンズを含む。
[0064] 微小レンズアレイ１２０は通常、平坦面及び湾曲面を有する。図１では、微小レンズ１２２Ｍの底部は平坦面であり、微小レンズ１２２Ｍの上部は湾曲面である。各微小レンズ１２２Ｍのベースの典型的な形状は、円形、正方形、矩形、及び六角形を含む。個々の微小レンズ１２２Ｍは、形状、曲率、屈折力、サイズ、ベース、間隔などが同じであってもよく、又は異なってもよい。図１の例では、微小レンズ１２２Ｍの円形のベースは、個々のピクセル１１２Ｐと同じ幅を有するが、微小レンズベースが円形であり、個々のピクセル１１２Ｐが正方形であるため、より小さな面積を有する。いくつかの実施形態では、微小レンズのベース面積は、ピクセル光源１１２Ｓの面積よりも大きい。
[0065] いくつかの実施形態では、光学スペーサ１４０は、レンズなしディスプレイパネル１１０と微小レンズアレイ１２０との間に形成される。いくつかの実施形態では、光学スペーサ１４０は、メサ１０２のアレイと微小レンズアレイ１２０との間に形成される。
[0066] 光学スペーサ１４０は、ピクセル光源アレイ１１２Ｓに対して微小レンズアレイ１２０の位置を維持するように形成された光学的に透明な層である。光学スペーサ１４０は、ピクセル光源１１２から発せられる波長を透過する多種多様な材料から作製できる。光学スペーサ１４０用の例示的な透明材料は、ポリマー、誘電体、及び半導体を含む。光学スペーサ１４０を作製する材料は、微小レンズアレイ１２０を作製する材料と同じであり得る、又は異なり得る。いくつかの実施形態では、微小レンズ１２２Ｍがメサ１０２Ｍの形状に適合して形成される場合、光学スペーサ層１４０は、同じ材料を用いて同じプロセスで微小レンズ１２２Ｍにより形成できる。いくつかの実施形態では、光学スペーサ層１４０は、同じ材料を用いて同じプロセスで、微小レンズ１２２Ｍの下に形成することができる。いくつかの実施形態では、メサ１０２Ｍの高さは、基板１３０の下部から測定した光学スペーサ１４０の厚さよりも大きいか、同じであるか、又は小さい。
[0067] 光学スペーサ１４０の厚さは、微小レンズアレイ１２０とピクセル光源アレイ１１２Ｓとの間に適切な間隔を維持するように設計される。一例として、ピクセル光源と微小レンズとの間に、微小レンズの焦点距離よりも大きな光学間隔を維持する光学スペーサでは、単一ピクセルの画像が特定の距離に形成される。別の例として、ピクセル光源と微小レンズとの間に、微小レンズの焦点距離未満の光学間隔を維持する光学スペーサでは、発散角／視野角の低減が達成される。発散角／視野角の低減量もまた、メサ１０２Ｍの上面から測定した光学スペーサ１４０の厚さに部分的に依存する。いくつかの実施形態では、メサ１０２Ｍの上面から測定したスペーサ１４０の厚さは１マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、メサ１０２Ｍの上面から測定した光学スペーサ１４０の厚さは０．５マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、メサ１０２Ｍの上面から測定した光学スペーサ１４０の厚さは０．２マイクロメートル以下である。いくつかの実施形態では、メサ１０２Ｍの上面から測定した光学スペーサ１４０の厚さは約１マイクロメートルである。いくつかの実施形態では、光学スペーサ１４０の材料は、微小レンズアレイ１２０の材料と同じである。
[0068] 幾つかの実施形態では、微小レンズアレイをディスプレイパネルに統合することを介して輝度強化効果が達成される。幾つかの例では、微小レンズアレイを用いた場合の輝度は、微小レンズの集光効果に起因して、ディスプレイ表面に垂直な方向において微小レンズアレイを有さない場合の輝度の４倍である。代替の実施形態では、輝度強化係数は微小レンズアレイ及び光学スペーサの異なる設計に従って様々であることができる。例えば、８を超える係数を達成することができる。
[0069] 図２Ａ～図２Ｂは、いくつかの実施形態による、球面微小レンズアレイと一体化された例示的な単色ディスプレイパネルの上面図である。より具体的には、図２Ａは、ピクセルの正方形アレイ配置を有する例示的な単色ディスプレイパネル２００の上面図であり、図２Ｂは、ピクセルの三角形及び六角形のアレイ配置を表す例示的な単色ディスプレイパネル２５０の上面図である。一例として、三角形アレイ配置２３０の実施形態及び六角形アレイ配置２３５の実施形態を図２Ｂに示す。両方のディスプレイパネル２００、２５０が、微小レンズ２１０、２６０のアレイと、微小レンズ２１０の下にピクセル光源２２０、２７０を含むメサのアレイと、微小レンズアレイとメサアレイとの間に形成された任意選択の光学スペーサ２４０、２９０とを含む。各個々の微小レンズは、個々のピクセル光源を含むメサに位置合わせされる。より詳細には、正方形マトリックス配置を有するディスプレイパネル２００は、個々の微小レンズ２１０のアレイと、ピクセル光源２２０を含む、対応するメサのアレイと、任意選択の、それらの間にある光学スペーサ２４０とを含み、三角形マトリックス又は六角形配置を有するディスプレイパネル２５０は、個々の微小レンズ２６０のアレイと、ピクセル光源２７０を含む、対応するメサのアレイと、それらの間にある任意選択の光学スペーサ２９０とを含む。両方のディスプレイパネル２００、２５０において、ピクセル光源は全てが同じ色の光を生成する単色ピクセル光源であり、例えば単色ディスプレイパネルを形成する単色のＬＥＤである。
[0070] 図２Ａ～図２Ｂでは、対応するディスプレイパネル２００、２５０の個々の微小レンズ２１０、２６０は、正方形、三角形、又は六角形のマトリックスで配置された球形の微小レンズである。代替の実施形態では、微小レンズは非球形を有し得る。微小レンズはまた、他のマトリックス配置、例えば、矩形マトリックス配置、八角形マトリックス配置、又は幾何学的マトリックス配置の組み合わせで配置できる。
[0071] 図３Ａ～図３Ｂは、いくつかの実施形態による、球面微小レンズアレイと一体化された例示的なマルチカラーディスプレイパネルの上面図である。より具体的には、図３Ａは、ピクセルの正方形アレイ配置を有する例示的なマルチカラーディスプレイパネル３００の上面図であり、図３Ｂは、ピクセルの三角形アレイ配置を有する例示的なマルチカラーディスプレイパネル３５０の上面図である。両方のディスプレイパネル３００、３５０が、微小レンズ３１０、３６０のアレイと、ピクセル光源３２０、３７０を含むメサのアレイと、微小レンズアレイとピクセル光源アレイとの間に形成された任意選択の光学スペーサ３４０、３９０とを含み、各微小レンズは、個々のピクセル光源を含む対応するメサに位置合わせされている。
[0072] より詳細には、正方形マトリックス配置を有するディスプレイパネル３００は、個々の微小レンズ３１０のアレイと、ピクセル光源３２０を含む、対応するメサのアレイと、それらの間にある任意選択の光学スペーサ３４０とを含む。図２Ａ～図２Ｂに示す単色ディスプレイパネル２００、２５０とは異なり、ディスプレイパネル３００におけるピクセル光源アレイは、異なる発光波長に関連するピクセル光源を含み、その結果、マルチカラーディスプレイパネルが得られる。例えば、ピクセル光源３２０Ｒは赤色光を生成し、対応する微小レンズ３１０Ｒは赤色ピクセル光源に位置合わせされ、ピクセル光源３２０Ｇは緑色光を生成し、対応する微小レンズ３１０Ｇは緑色ピクセル光源に位置合わせされ、ピクセル光源３２０Ｂは青色光を生成し、対応する微小レンズ３１０Ｂは青色ピクセル光源に位置合わせされている。一実施形態では、異なる色を有するいくつかのピクセル光源３２０が一定の比率で一緒にグループ化されて、ＲＧＢフルカラーピクセルを形成する。例えば、異なる色を有するいくつかのピクセル光源３２０が、三角形、矩形、又は六角形のマトリックス配置で一緒にグループ化される。例えば、共通の設計では、赤色ピクセル光源３２０Ｒ、緑色ピクセル光源３２０Ｇ、及び青色ピクセル光源３２０Ｂが１：２：１の比率でグループ化されて、２×２の正方形配置の光源を有する単一フルカラーピクセル３３０を形成する。
[0073] 図３Ａ～図３Ｂでは、対応するディスプレイパネル３００、３５０の個々の微小レンズ３１０、３６０は、球形の微小レンズである。代替の実施形態では、微小レンズは非球形を有し得る。微小レンズはまた、矩形マトリックス配置又は六角形マトリックス配置などの他のマトリックス配置で配置できる。
[0074] 三角形のマトリックス配置を有するディスプレイパネル３５０はまた、個々の微小レンズ３６０のアレイと、ピクセル光源３７０を含む、対応するメサのアレイと、それらの間の光学スペーサ３９０とを含み、ピクセル光源３７０はまた、異なる発光波長に関連付けられて異なる光の色を提供する。例えば、ピクセル光源３７０Ｒは赤色光を発し、対応する微小レンズ３６０Ｒは赤色ピクセル光源に位置合わせされ、ピクセル光源３７０Ｇは緑色光を発し、対応する微小レンズ３６０Ｇは緑色ピクセル光源に位置合わせされ、ピクセル光源３７０Ｂは青色光を発し、対応する微小レンズ３６０Ｂは青色ピクセル光源に位置合わせされている。この例では、赤色ピクセル光源３２０Ｒ、緑色ピクセル光源３２０Ｇ、及び青色ピクセル光源３２０Ｂが１：１：１の比率でグループ化されて、三角形配置の光源を有する単一フルカラーピクセル３８０を形成する。いくつかの実施形態では、円柱微小レンズアレイをメサの上に形成することができる。
[0075] 図４～図５は、様々な実施形態による、微小レンズアレイと一体化されたディスプレイパネルを形成するための異なる製造方法の例を示す。
[0076] 図４は、いくつかの実施形態による、微小レンズアレイと一体化されたディスプレイパネル上に発光ピクセルユニットを形成するための製造方法のフロー図を示す。方法４００の作業（例えば、ステップ）は、図１に記載されている実施形態に対応して実施され得る。
[0077] 方法４００は、基板を提供するステップ４０２を含む。例えば、図１は基板１３０の断面図を示す。いくつかの実施形態では、基板１３０は、シリコンなどの半導体基板である。いくつかの実施形態では、基板１３０の材料は、グループＩＩ～ＩＩＩ族の化合物、サファイア、酸化アルミニウム、窒化ガリウムなどからなる。
[0078] 方法４００はまた、基板上に少なくとも１つのメサを形成するステップ４０４を含む。いくつかの実施形態では、メサは、堆積、フォトリソグラフィ、及びエッチングなどの既存の半導体製造方法により形成される、急勾配の側面を有する、上部が平坦な、基板からの突起である。いくつかの実施形態では、メサは、矩形、正方形、三角形、台形、多角形などの形状であり得る。いくつかの実施形態では、メサは少なくともＰＮ接合を含む。例えば、図１はメサ１０２Ｍの断面図を示す。基板１３０は、一体化された個々のピクセル１１２Ｐのアレイを既に含み、各ピクセルはメサ１０２Ｍ内に、対応するピクセル光源１１２Ｓを有する。一実施形態では、対応するピクセル光源アレイを制御するピクセルドライバ回路のアレイ（図示せず）もまた、基板１３０上に一体化されている。図４の実施形態は、図１に示すようなレンズなしディスプレイパネル１１０と称されるこの構造から開始する。
[0079] 方法４００は、微小レンズ材料層を、少なくとも、１つのメサの上部に、メサに直接物理的に接触させて、直接堆積させるステップ４０６を更に含む。いくつかの実施形態では、図１に示すように、微小レンズ材料層の形状はメサ１０２Ｍの形状に適合し、メサ上に半球を形成する。いくつかの実施形態では、メサ１０２Ｍの上部は概して平坦であり、形成された微小レンズ１２２Ｍの形状は概して半球である。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層は、化学蒸着（ＣＶＤ）技術により基板上に直接堆積される。いくつかの実施形態では、ＣＶＤプロセスの堆積パラメータは、電力が約０Ｗ～約１０００Ｗ、圧力が約１００ミリトール～約２０００ミリトール、温度が２３℃前後～５００℃前後、ガスフローが約０ｓｃｃｍ（毎分標準立方センチメートル）～約３０００ｓｃｃｍ、時間は約１時間～約３時間、である。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層の材料は二酸化シリコンなどの誘電材料である。
[0080] 方法４００は、基板の電極領域（図１には図示せず）を露出させるために微小レンズ材料層をパターニングするステップ４０８を更に含む。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層をパターニングするステップ４０８はエッチングステップを含む。いくつかの実施形態では、エッチングステップは、微小レンズ材料の表面上にマスクを形成するステップを含む。エッチングステップはまた、フォトリソグラフィプロセスを介してマスクをパターニングし、それにより、マスクに開口部を形成し、メサの電極領域の上の微小レンズ材料層を露出させることにより、マスクをパターニングするステップを含む。エッチングステップは、所定位置にマスク保護がなされた状態で、開口部によって露出された微小レンズ材料層の一部分をエッチングするステップを更に含む。いくつかの実施形態では、露出した微小レンズ材料層はウェットエッチング法によりエッチングされる。
[0081] 図５は、いくつかの実施形態による、微小レンズアレイと一体化されたディスプレイパネル上に発光ピクセルユニットを形成するための製造方法のフロー図を示す。方法５００の作業（例えば、ステップ）は、図１に記載されている実施形態に対応して実施され得る。
[0082] 方法５００は、基板を提供するステップ５０２を含む。例えば、図１は基板１３０の断面図を示す。いくつかの実施形態では、基板１３０は、シリコンなどの半導体基板である。
[0083] 方法５００はまた、基板上に少なくともメサを形成するステップ５０４を含む。いくつかの実施形態では、メサは、堆積、フォトリソグラフィ、及びエッチングなどの既存の半導体製造方法により形成される、急勾配の側面を有する、上部が平坦な、基板からの突起である。いくつかの実施形態では、メサは、矩形、正方形、三角形、台形、多角形などの形状であり得る。いくつかの実施形態では、メサは少なくともＰＮ接合を含む。例えば、図１はメサ１０２Ｍの断面図を示す。基板１３０は、一体化された個々のピクセル１１２Ｐのアレイを既に含み、各ピクセルはメサ１０２Ｍ内に、対応するピクセル光源１１２Ｓを有する。一実施形態では、対応するピクセル光源アレイを制御するピクセルドライバ回路のアレイ（図示せず）もまた、基板１３０上に一体化されている。図５の実施形態は、図１に示すようなレンズなしディスプレイパネル１１０と称されるこの構造から開始する。
[0084] いくつかの実施形態では、方法５００はまた、後のステップで堆積される微小レンズ材料層に位置合わせするためのマークを有するマーク層を形成する任意選択のステップ５０６を含む。例えば、マーク層は、発光ピクセルの中心に微小レンズを形成するために、微小レンズ材料層に発光ピクセルのユニットを位置合わせするように形成される。いくつかの実施形態では、マーク層は、メサの上部に微小レンズを形成するために、メサを、メサの上の層に、特に微小レンズ材料層に位置合わせするように形成される。
[0085] 方法５００は、少なくとも、１つのメサの上部に、微小レンズ材料層を直接堆積させるステップ５０８を更に含む。図６Ａ～図６Ｂは、いくつかの実施形態による、トップダウンパターン転写を使用して微小レンズアレイと一体化されたディスプレイパネルを形成する製造方法を示す。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層６４５は、図６Ａに示すようにメサ６０２Ｍの上部を覆い、微小レンズ材料層６４５の上面は平坦である。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層６４５は、スピンコーティングによりメサアレイ６０２の上部に堆積される。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層６４５の材料はフォトレジストである。いくつかの実施形態では、微小レンズ材料層６４５の材料は酸化ケイ素などの誘電材料である。
[0086] 方法５００は、微小レンズ材料層を上から下にパターニングするステップであって、それにより、図６Ａ～図６Ｂに示すように、微小レンズ材料層に少なくとも１つの半球を形成する、パターニングするステップ５１０を更に含む。幾つかの実施形態では、パターニングは、微小レンズ材料層６４５を貫通せずに又は微小レンズ材料層６４５の下部までエッチングせずに実行される。幾つかの実施形態では、微小レンズ６２０の半球は、少なくとも１つのメサ６０２Ｍの上に配置される。
[0087] 幾つかの実施形態では、ステップ５１０は、図６Ａに示すように、微小レンズ材料層６４５の表面上にマスク層６３０を堆積させる第１のステップを更に含む。
[0088] ステップ５１０は、マスク層６３０をパターニングして、マスク層６３０に半球パターンを形成する第２のステップも含む。幾つかの例では、マスク層６３０は、まずフォトリソグラフィプロセスによってパターニングされ、次いでリフロープロセスによってパターニングされる。幾つかの実施形態では、図６Ａに点線矩形セルで示すように、感光性ポリマーマスク層６３０が分離されたセル６４０内にパターニングされて、半球パターンの形成に向けて準備する。一例として、分離されたセル６４０はフォトリソグラフィプロセスを介してパターニングされ形成される。次いで、分離されたセル６４０を有するパターニングされた感光性ポリマーマスク層６５０は、高温リフロープロセスを使用して半球パターン６６０に形成される。一手法では、分離されたセル６４０は、高温リフローを介して、分離された半球パターン６６０内に形成される。幾つかの実施形態では、１ピクセルの分離された半球パターン６６０は、隣接ピクセルの半球パターンと物理的に直接接触しない。幾つかの実施形態では、１ピクセルの半球パターン６６０は、半球パターン６６０の下部でのみ隣接ピクセルの半球パターンと接触する。パターニングされた感光性ポリマーマスク層６５０は、特定の時間にわたりポリマー材料の融点を超える温度まで加熱される。ポリマー材料が液化状態まで溶融した後、液化材料の表面張力により、滑らかな曲率の表面を有する形状になる。半径Ｒの丸いベースを有するセルでは、セルの高さが２Ｒ／３である場合、リフロープロセス後に半球形／パターンが形成される。図６Ａは、高温リフロープロセスが終わった後の半球パターン６６０のアレイが統合されたディスプレイパネルを示す。幾つかの実施形態では、マスク層における半球パターンは、方法４００で説明した微小レンズの作製方法を含む他の作製方法により形成することもできる。幾つかの他の実施形態では、マスク層における半球パターンは、グレースケールマスクフォトリソグラフィ露出を使用して形成することができる。幾つかの他の実施形態では、マスク層における半球パターンは成形／インプリントプロセスを介して形成することができる。
[0089] ステップ５１０は、半球パターン６６０をマスクとして使用し、微小レンズ材料層６４５をエッチングして、微小レンズ材料層６４５に半球を形成する第３のステップを更に含む。幾つかの例では、微小レンズ材料層６４５をエッチングすることは、フォトリソグラフィプロセスによる。幾つかの例では、微小レンズ材料層６４５をエッチングすることは、図６Ａに示すように、プラズマエッチングプロセス６３５等のドライエッチングによる。幾つかの実施形態では、微小レンズ材料層６４５がエッチングされた後、微小レンズ材料層６４５は、図６Ａ～図６Ｂに示すように、メサ６０２Ｍの上面を露出するまでエッチングされず、それにより、スペーサ６７０がメサ６０２Ｍの上部に形成され、又は図６Ｂに示すように、スペーサ６７０がメサ６０２Ｍの上部を覆う。
[0090] 方法５００は、微小レンズ材料層をパターニングするステップであって、それにより、基板の電極エリア（図６Ｂに示さず）を露出させる、パターニングするステップ５１２を更に含む。幾つかの実施形態では、ステップ５１２はエッチングステップを含む。幾つかの実施形態では、エッチングステップは、微小レンズ材料の表面にマスクを形成するステップを含む。エッチングするステップは、フォトリソグラフィプロセスを介してマスクをパターニングするステップであって、それにより、マスクに開口部を形成し、メサの電極エリアの上の微小レンズ材料層を露出させる、マスクをパターニングするステップも含む。エッチングするステップは、マスク保護がなされた状態で、露出した微小レンズ材料層をエッチングするステップを更に含む。幾つかの実施形態では、露出した微小レンズ材料層はウェットエッチング法によってエッチングされる。幾つかの実施形態では、電極の開口部はディスプレイアレイエリア外に位置決めされる。
[0091] 上述したように、図１、４、５、６Ａ及び６Ｂは、微小レンズアレイが統合されたディスプレイパネルを形成する種々の作製方法を示す。これらは例にすぎず、他の作製技法を使用することも可能なことを理解されたい。
[0092] 詳細な説明は多くの細部を含むが、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を示すもの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、正方形のベース又は他の多角形のベース等の異なる形状のベースを有する微小レンズを使用することも可能である。添付の特許請求の範囲に規定される本発明の趣旨及び範囲から逸脱せずに、当業者に明らかになる種々の他の修正、変更、及び変形を本明細書に開示する本発明の方法及び装置の配置、動作、及び細部に行い得る。したがって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲及びその法的均等物によって決められるべきである。
[0093] 更なる実施形態は、種々の他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、３Ａ、３Ｂ、４、５、６Ａ及び６Ｂに示す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。
[0094] 図７は、幾つかの実施形態による微小ＬＥＤディスプレイパネル７００の上面図である。ディスプレイパネル７００は、データインターフェース７１０、制御モジュール７２０、及びピクセル領域７５０を含む。データインターフェース７１０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７２０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７２０は、受信したフォーマットをピクセル領域７５０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。
[0095] ピクセル領域７５０は、ピクセルを含むメサのアレイ（図７のＬＥＤ７３４とは別個には示されていない）を含む。ピクセルは、例えば上述したようにピクセルドライバと一体化された単色又はマルチカラーＬＥＤ７３４などの微小ＬＥＤを含む。微小レンズのアレイ（図７のＬＥＤ７３４とは別個には示されていない）が、メサのアレイの上部を覆っている。この例では、ディスプレイパネル７００はカラーＲＧＢディスプレイパネルである。ディスプレイパネルは赤、緑、青のピクセルを含む。各ピクセル内で、ＬＥＤ７３４はピクセルドライバにより制御される。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）に、そして接地パッド７３６を介して接地に接触し、また制御信号にも接触している。図７には示していないが、ＬＥＤ７３４のｐ電極と駆動トランジスタの出力とは電気的に接続されている。ＬＥＤ電流駆動信号接続（ＬＥＤのｐ電極とピクセルドライバの出力との間）、接地接続（ｎ電極とシステム接地との間）、供給電圧Ｖｄｄ接続（ピクセルドライバのソースとシステムＶｄｄとの間）、及びピクセルドライバ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。本明細書に開示される微小レンズアレイのいずれも、微小ＬＥＤディスプレイパネル７００と共に実装できる。
[0096] 図７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７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７００を形成することもできる。
[0097] 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。
[0098] 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６Ａ及び６Ｂ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。
[0099] 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。
[00100] 異なる用途は、光学輝度及び視野角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。
[00101] 更なる実施形態は、種々の他の実施形態と組み合わされた又は他の方法で再構成された図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂ、及び図７に示す実施形態を含む、上記実施形態の種々のサブセットも含む。
[00102] 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及びＯＬＥＤ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。
[00103] 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。
[00104] 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。
[00105] 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。
[00106] 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、これらの要素又はステップ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、ある要素又はステップを別の要素又はステップから区別するためだけに使用される。
[00107] 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。
[00108] 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。
[00109] 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 (29)

  1. 基板上に形成された少なくとも１つのメサと、
    前記少なくとも１つのメサの少なくとも上部を覆う微小レンズ層から形成された微小レンズであって、
    前記微小レンズ層の材料が、前記少なくとも１つのメサの材料とは異なり、
    前記微小レンズ層は、前記少なくとも１つのメサに直接物理的に接触している、微小レンズと、
    を含む、発光ピクセルユニット。
  2. 前記微小レンズが、前記少なくとも１つのメサの前記上部の周りに個々に形成されている、請求項１に記載の発光ピクセルユニット。
  3. 前記少なくとも１つのメサと前記微小レンズとの間に、同じ前記微小レンズ層からスペーサが形成されている、請求項１又は２に記載の発光ピクセルユニット。
  4. 前記スペーサの厚さが１マイクロメートル以下である、請求項３に記載の発光ピクセルユニット。
  5. 前記スペーサの材料が、前記微小レンズの材料と同じである、請求項３又は４に記載の発光ピクセルユニット。
  6. 前記微小レンズが誘電材料で構成される、請求項１～５のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニット。
  7. 前記誘電材料が酸化ケイ素を含む、請求項６に記載の発光ピクセルユニット。
  8. 前記微小レンズの材料がフォトレジストである、請求項１～７のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニット。
  9. 前記微小レンズの高さが２マイクロメートル以下である、請求項１～８のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニット。
  10. 前記微小レンズの幅が４マイクロメートル以下である、請求項１～９のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニット。
  11. 前記基板上で、前記少なくとも１つのメサが、メサアレイのマトリックス内にあり、前記微小レンズが、前記メサアレイの配置に従って配置された微小レンズアレイのマトリックス内にある、請求項１～１０のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニット。
  12. 前記少なくとも１つのメサの前記上部が平坦であり、前記微小レンズの形状が半球である、請求項１～１１のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニット。
  13. 前記少なくとも１つのメサが少なくとも発光デバイスを含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニット。
  14. 前記発光デバイスがＰＮ接合を含む、請求項１３に記載の発光ピクセルユニット。
  15. 基板を設けることと、
    前記基板上に少なくとも１つのメサを形成することと、
    前記少なくとも１つのメサの少なくとも上部に微小レンズ材料層を直接堆積させることであって、前記微小レンズ材料層は、前記少なくとも１つのメサの形状に適合し、前記少なくとも１つのメサ上に半球の形状を有することと、
    を含む、発光ピクセルユニットを製造する方法。
  16. 前記微小レンズ材料層が化学蒸着技術により堆積される、請求項１５に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  17. 前記微小レンズ材料層を堆積するために使用される前記化学蒸着技術のパラメータが、電力が０Ｗから１０００Ｗ、圧力が１００ミリトールから２０００ミリトール、温度が２３℃から５００℃、ガス流量が０ｓｃｃｍから３０００ｓｃｃｍ、時間が１時間から３時間、を含む、請求項１６に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  18. 前記微小レンズ材料層が誘電材料で構成される、請求項１５～１７のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  19. 前記基板の電極領域を露出させるために前記微小レンズ材料層をパターニングすることを更に含む、請求項１５～１８のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  20. 前記パターニングすることが、
    微小レンズ材料の表面上にマスクを形成することと、
    フォトリソグラフィプロセスによって前記マスクをパターニングして前記マスクに開口部を形成し、前記少なくとも１つのメサの前記電極領域の上の前記微小レンズ材料層を露出させることと、
    所定位置にマスク保護がなされた状態で、前記開口部により露出された前記微小レンズ材料層の一部分をエッチングすることと、
    を更に含む、請求項１９に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  21. エッチングすることが、ウェットエッチング法である、請求項２０に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  22. 基板を提供することと、
    前記基板上に少なくとも１つのメサを形成することと、
    前記少なくとも１つのメサの少なくとも上部に微小レンズ材料層を直接堆積させることであって、前記微小レンズ材料層は前記少なくとも１つのメサの前記上部を覆い、微小レンズ材料の上部表面は平坦である、ことと、
    前記微小レンズ材料層を上から下にパターニングし、それにより、前記微小レンズ材料層を貫通することなく前記微小レンズ材料層に少なくとも半球を形成することであって、前記半球は前記少なくとも１つのメサの上に配置されていることと、
    を含む、発光ピクセルユニットを製造する方法。
  23. 前記微小レンズ材料層の前記表面上にマスク層を堆積することと、
    前記マスク層をパターニングして、前記マスク層に半球パターンを形成することと、
    前記半球パターンをマスクとして使用して、前記微小レンズ材料層をエッチングして、前記微小レンズ材料層内に半球を形成することと、
    を更に含む、請求項２２に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  24. 前記微小レンズ材料層がエッチングされた後、前記微小レンズ材料層に、前記少なくとも１つのメサの上部表面を露出させる貫通するエッチングがなされておらず、それにより、前記少なくとも１つのメサの前記上部にスペーサが形成される、請求項２３に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  25. 前記微小レンズ材料層がスピンコーティングにより堆積される、請求項２２～２４のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  26. 前記マスク層が、最初にフォトリソグラフィプロセスにより、次いでリフロープロセスによりパターニングされる、請求項２３～２５のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  27. 前記微小レンズ材料層をエッチングすることが、フォトリソグラフィプロセスによる、請求項２３～２６のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  28. 前記少なくとも１つのメサを形成した後、前記微小レンズ材料層を堆積する前に、パターニングプロセスにおいて前記微小レンズ材料層に位置合わせするためのマークを有するマーク層を形成することを更に含む、請求項２２～２７のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
  29. 前記微小レンズ材料層をパターニングした後、前記基板の電極領域を露出させるために前記微小レンズ材料層をパターニングすることを更に含む、請求項２２～２８のいずれか一項に記載の発光ピクセルユニットを製造する方法。
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