JP2022550938A - 受動光学ナノ構造を含む照射装置 - Google Patents

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Abstract

照射装置は、発光素子のモノリシックアレイから受動光学ナノ構造を選択的に除去すると同時に、それらの相対的な空間位置を維持することによって製造される。ナノ構造は、少なくとも一方向において、少なくとも一対の選択的に除去された受動光学ナノ構造について、それぞれの一対ごとに、少なくとも一方向の一対の選択的に除去された受動光学ナノ構造の間のモノリシックアレイに配置された選択されていない少なくとも１つのナノ構造が存在するように、選択され、相対的な空間位置を維持しながら、選択的に除去された受動光学ナノ構造を有する受動光学ナノ構造の非モノリシックアレイを形成し、受動光学ナノ構造のそれぞれの非モノリシックアレイを、発光素子の非モノリシックアレイのそれぞれの発光素子と整列させる。

Description

本開示は、一般に、照射デバイスからの光出力の変更、および受動光学ナノ構造を含むディスプレイ装置を含む照射装置を製造する方法に関する。照射装置は、環境照射などの用途または画像ディスプレイのために使用することができる。
照射装置では、受動光学構造（例えば、偏光素子、色変換素子など）が、照射装置が光を提供する方法を制御するために組み込まれることが多い。照射装置の１つのタイプは、発光素子としてマイクロＬＥＤを使用する照射装置である。マイクロＬＥＤのサイズの発光素子で良好に機能する適切な受動光学構造を製造することは難しい傾向がある。
本開示によれば、照射装置を製造する方法が提供され、方法は、発光素子の非モノリシックアレイを形成することと、第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイを形成することと、選択的に除去された第１の受動光学ナノ構造の相対的な空間位置を維持する方法で、第１のモノリシックアレイから複数の第１の受動光学ナノ構造を選択的に除去することであって、第１のモノリシックアレイから選択的に除去される複数の第１の受動光学ナノ構造が選択され、その結果、少なくとも一方向において、少なくとも一方向の選択的に除去された第１の受動光学ナノ構造の少なくとも一対について、それぞれの一対ごとに、少なくとも一方向の一対の選択的に除去された第１の受動光学ナノ構造の間に、第１のモノリシックアレイに配置された選択されていない少なくとも１つのそれぞれの第１の受動光学ナノ構造が存在する、選択的に除去することと、選択的に除去された第１の受動光学ナノ構造の相対的な空間位置を維持する方法で、選択的に除去された第１の受動光学ナノ構造を有する第１の非モノリシックアレイの第１の受動光学ナノ構造を形成することと、第１の非モノリシックアレイの第１の受動光学ナノ構造の第１の受動光学ナノ構造のそれぞれを、発光素子の非モノリシックアレイのそれぞれの発光素子と整列させることと、を含む。
有利には、発光素子のアレイの少なくともいくつかの発光素子は、整列された受動光学ナノ構造を備えていてもよい。非常に薄いスタックでは、光学機能が向上することがある。整列は、少数のステップで多くの発光素子および受動光学素子に対して達成でき、コストおよび複雑さを軽減する。モノリシックアレイのサイズは、照射装置のサイズよりも小さくてもよい。モノリシックウェーハを提供するための機器のコストを削減することができる。整列された受動光学素子間のモノリシックウェーハの領域は、さらなる整列ステップのために使用され得、歩留まりを向上させ、コストを低減する。
発光素子の非モノリシックアレイは、支持基板上に形成することができる。有利なことに、寸法安定性を維持し、制御電極および電子機器を低コストで提供するために、発光素子を提供することができる。
方法は、発光素子の非モノリシックアレイおよび第１の受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイを、支持基板と支持基板に対向する別の基板との間にサンドイッチ状に挟み、その結果、各第１の受動光学ナノ構造は、それぞれの発光素子と整列していることをさらに含んでもよい。有利なことに、受動光学ナノ構造のアレイおよび発光素子のアレイは、それぞれ、高い寸法安定性を備えていてもよい。
方法は、サンドイッチ状に挟むことの前に、第１の受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイを他の基板上に移送することをさらに含み得る。有利なことに、少数のステップで多くの発光素子および受動光学素子に対して整列を達成することができ、コストおよび複雑さを低減する。
方法は、サンドイッチ状に挟むことの前に、第１の非モノリシックアレイの第１の受動光学ナノ構造のそれぞれを発光素子のそれぞれの１つに移送することをさらに含み得る。発光素子と受動光学ナノ構造の整列は、異なる熱膨張を持つ基板に対して維持され得る。発光素子と受動光学ナノ構造との間の間隔を狭めることができ、発光素子から受動光学ナノ構造への光の結合効率を高めることができる。
方法は、受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイの第１の受動光学ナノ構造のそれぞれを、発光素子の非モノリシックアレイのそれぞれの発光素子上に積み重ねることをさらに含み得る。有利には、ナノ構造は、発光素子からの光を受け取るように配置され得る。
方法は、第１のモノリシックアレイの少なくとも２つの領域について、第１の受動光学ナノ構造の光学的または電気的特性を測定することと、各領域の光学的または電気的特性の測定を、光学的または電気的特性の所定の測定閾値より上または下に分類することと、光学的または電気的特性の測定が所定の測定閾値より上または代替的に下である領域から、第１の受動光学ナノ構造を単に選択的に除去することと、をさらに含み得る。有利なことに、移送された各受動光学ナノ構造の性能は、所定の閾値を上回っている。デバイスの均一性が向上し、リワークコストが削減される。モノリシックウェーハの均一性の許容誤差が緩和されるように、適切な受動光学素子を含むモノリシックウェーハの領域のみを使用することができる。処理歩留まりが向上し、デバイスのコストが削減される。照射装置の出力の均一性を高めることができる。
方法は、電磁波長帯域の光に対して透明である基板を提供することと、第１の基板上に剥離層を形成することであって、剥離層は、電磁波長帯域の光に曝されたときに、基板から少なくとも部分的に分離するように構成されている、形成することと、剥離層上に第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイを形成することと、をさらに含み得る。有利には、移送中の光アドレス指定に適した基板を提供することができる。
複数の第１の受動光学ナノ構造を選択的に除去することは、選択された複数の第１の受動光学ナノ構造が形成される剥離層の領域を、基板を通して電磁波長帯域の光で、照射し、それにより、選択された複数の第１の受動光学ナノ構造を基板から少なくとも部分的に分離することを含み得る。制御可能な光学照射システムを提供して、どの受動光学ナノ構造を分離するかを選択することができる。移送された受動光学ナノ構造の有利に制御可能な選択が達成され得る。
照射は、選択された複数の第１の受動光学ナノ構造を、第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイの残りの部分から少なくとも部分的に分離することができる。除去移送ステップでは、削除された望ましい素子のみが分離される。有利に移送された受動光学ナノ構造は、高い均一性を有し得る。移送された受動光学ナノ構造のコストが削減され、歩留まりが向上する。
選択された複数の第１の受動光学ナノ構造は、エッチング、スクライビング、またはアブレーションによって、第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイの残りの部分から少なくとも部分的に分離され得る。有利なことに、受動光学ナノ構造は、適切な形成された形状および縁部品質を備えて提供され得る。
照射は、複数の成形されたレーザビームを含み得る。有利なことに、複数の受動光学ナノ構造を、高い処理速度、精度、および効率で抽出することができる。コストが削減されることがある。
電磁波長帯域は、紫外線波長帯域であり得る。剥離層の結合は、受動光学ナノ構造に損傷を与えることなく有利に破壊され得る。
照射は、剥離層の材料を解離してガスを形成することができる。電磁波長帯域の光は、第１の受動光学ナノ構造を形成する材料の層を解離することがある。受動光学ナノ構造の均一な剥離を達成することができ、抽出の信頼性を有利に高め、コストを削減する。
方法は、選択的に除去された複数の第１の受動光学ナノ構造を移送部材に移送することと、選択的に除去された複数の第１の受動光学ナノ構造のそれぞれを、移送部材からそれぞれの発光素子に移送することと、を含み得る。有利には、移送ステップ中の発光素子のアレイへの損傷が減少し、歩留まりが増加する可能性がある。移送部材は、モノリシックアレイの第１の受動光学ナノ構造およびそれぞれの発光素子の支持基板とは異なる剛性を有し得る。移送部材は、発光素子とそれぞれの受動光学素子との整列の最適化を達成するための材料を備えていてもよい。
方法は、第１の基板上に受動光学ナノ構造のモノリシックアレイを形成することであって、第１の基板は、電磁波長帯域の光に対して不透明である、形成することと、モノリシックアレイの受動光学ナノ構造を第２の基板上に移送することであって、第２の基板は電磁波長帯域の光に対して透明である、移送することと、電磁波長帯域の光で第２の基板を通して複数の第１の受動光学ナノ構造を照射し、それにより、複数の受動光学ナノ構造を第２の基板から少なくとも部分的に分離することと、を含み得る。高性能受動光学ナノ構造を形成するのに適した基板を提供することができ、選択的移送に適した別個の基板を提供することができる。受動光学ナノ構造の成長またはパターニングと移送の性能を個別に調整し、受動光学ナノ構造の性能を向上させることができる。歩留まりが向上し、コストが削減され得る。
複数の第１の受動光学ナノ構造を選択的に除去することは、第１の受動光学ナノ構造の相対的な空間位置を維持する方法で、複数の第１の受動光学ナノ構造を第１の接着剤基板に接着することを含み得る。方法は、選択的に除去された発光素子の相対的な空間位置を維持する方法で、除去された複数の第１の受動光学ナノ構造を第１の接着剤基板から第２の接着剤基板に移送することと、選択的に除去された発光素子の相対的な空間位置を維持する方法で、第１の受動光学ナノ構造を第２の接着剤基板から支持基板に移送することと、をさらに含み得る。有利なことに、受動光学ナノ構造と発光素子との間の均一な整列は、移送および整列ステップの間維持され得る。
第１の受動光学ナノ構造のそれぞれは、第１の表面および第１の表面に対向する第２の表面を含み得、第１の受動光学ナノ構造は、それらの第１の表面が第１の接着剤基板に接着され、それらの第２の表面が露出するように、第１の接着剤基板に接着される。第１の受動光学ナノ構造は、それらの第２の表面が第２の接着剤基板と接触し、それらの第１の表面が露出されるように、第２の接着剤基板に移送され得る。第１の受動光学ナノ構造は、それらの第１の表面が支持基板と接触し、それらの第２の表面が露出されるように、支持基板に移送され得る。第１の受動光学ナノ構造と第２の接着剤基板との間の接着力は、第１の受動光学ナノ構造と第１の接着剤基板との間の接着力よりも大きくてもよい。受動光学ナノ構造は、それぞれの整列された発光素子からの光を受け取るように構成された光学入力側を設けられてもよい。第１の受動光学ナノ構造と支持基板との間の接着力は、第１の受動光学ナノ構造と第２の接着剤基板との間の接着力よりも大きくてもよい。有利なことに、光学性能が向上する可能性がある。
支持基板は、平面基板であり得る。有利には、均一な光出力を達成することができる。基板は、半導体処理機器での取り扱いに適していてもよい。基板は柔軟であり得る。
発光素子のそれぞれは、最大で３００マイクロメートル、好ましくは最大で２００マイクロメートル、最も好ましくは最大で１００マイクロメートルの最大寸法を含むマイクロＬＥＤであり得る。有利には、高解像度アレイが提供され得る。
第１の受動光学ナノ構造のそれぞれは、最大で４００マイクロメートル、好ましくは最大で２５０マイクロメートル、最も好ましくは最大で１５０マイクロメートルの最大寸法を有し得る。第１の受動光学ナノ構造のそれぞれの最大寸法は、その第１の受動光学ナノ構造と整列した発光素子の発光領域の最大寸法以上であり得る。有利には、発光素子からの光は、受動光学ナノ構造に入力され得る。受動光学ナノ構造の範囲を減らすことができる。隣接する素子間のクロストークを減らすことができる。
第１の受動光学ナノ構造は、最大で５マイクロメートル、好ましくは最大で１マイクロメートル、最も好ましくは最大で０．５マイクロメートルの最大寸法を有する１つまたは複数の副特徴を含む。有利なことに、拡散性のアーチファクトを低減または排除することができる。
第１の受動光学ナノ構造は、ワイヤグリッド偏光子、形状複屈折リターダ、量子ドットまたは量子ロッド色変換構造、分布ブラッグ反射器、メタマテリアル、ダイクロイックスタック、ホログラム、モスアイ構造、ナノブラック材料、ナノコリメータ、ナノコラムを囲むエアギャップ、フォトニック結晶、のタイプのいずれか１つを含む。
第１の受動光学ナノ構造は、ワイヤグリッド偏光子である可能性がある。有利には、発光素子の出力は、第１の電気ベクトル透過方向を有する偏光状態で偏光され得る。直交偏光状態の光は、発光素子および／または他の受動光学ナノ構造内で散乱され得、第１の偏光状態を有する光として再循環され得る。有利なことに、効率が向上することがある。このようなデバイスは、液晶ディスプレイなどの入力偏光子を備えたディスプレイに高効率の照射を提供するために使用することができる。
ワイヤグリッド偏光子の少なくとも１つは、第１の配向でそれぞれの発光素子と整列され得、少なくとも１つの他のワイヤグリッド偏光子は、第２の配向でそれぞれの発光素子と整列され得、第２の配向は、第１の配向と直交している。有利には、立体視ディスプレイが提供され得る。
第１の受動光学ナノ構造は、形状複屈折リターダを含み得る。有利には、偏光出力の変更を提供するために光学リターダンスを達成することができる。偏光出力デバイスにおいて、再循環効率が向上することがある。円形アナライザアイウェアを使用するユーザに頭部後屈を提供するために、立体視ディスプレイに円形出力偏光を提供することができる。
第１の受動光学ナノ構造は、分布ブラッグ反射器を含み得る。有利には、照射装置のスペクトル出力を変更することができる。
第１の受動光学ナノ構造は、メタマテリアルを含み得る。有利には、照射装置の屈折率特性を変更することができる。
第１の受動光学ナノ構造は、ダイクロイックスタックを含み得る。有利には、照射装置のスペクトル出力特性を変更することができる。
第１の受動光学ナノ構造は、ホログラムを含み得る。有利には、照射装置の指向性出力特性を変更することができる。
第１の受動光学ナノ構造は、モスアイ構造を含み得る。第１の受動光学ナノ構造は、ナノブラック材料を含み得る。有利には、照射装置の反射率を低下させ、コントラストを改善することができる。
第１の受動光学ナノ構造は、ナノコリメータを含み得る。有利には、光出力の指向性を変更することができる。プライバシー照射装置を提供することができる。
第１の受動光学ナノ構造は、ナノコラムを取り囲むエアギャップを含み得る。有利には、照射装置を別の基板に結合して、寸法安定性を高めることができる。出力は、臨界角内で光学装置に結合され、結合効率を高め、迷光を減らすことができる。
第１の受動光学ナノ構造は、フォトニック結晶を含み得る。有利なことに、スペクトルおよび／または指向性出力を変更して、機能を向上させることができる。
色変換構造は、フォトルミネッセンスであり得る。第１の受動光学ナノ構造は、量子ドットまたは量子ロッド色変換構造であり得る。有利なことに、高い色変換効率が達成され得る。スペクトル帯域幅を制御できる。
発光素子の非モノリシックアレイの発光素子の少なくとも１つは、それに整列された量子ドットまたは量子ロッド色変換構造を有していないことがある。有利なことに、出力効率は、少なくとも１つの波長帯域で増加する。
方法は、第２の受動光学ナノ構造の第２のモノリシックアレイを形成することと、選択的に除去された第２の受動光学ナノ構造の相対的な空間位置を維持する方法で、第２のモノリシックアレイから複数の第２の受動光学ナノ構造を選択的に除去することであって、第２のモノリシックアレイから選択的に除去される複数の第２の受動光学ナノ構造が選択され、その結果、少なくとも一方向において、少なくとも一方向の少なくとも一対の選択的に除去された第２の受動光学ナノ構造について、それぞれの一対ごとに、少なくとも一方向の一対の選択的に除去された第２の受動光学ナノ構造の間に、第２のモノリシックアレイに配置された選択されていない少なくとも１つのそれぞれの第２の受動光学ナノ構造が存在する、選択的に除去することと、選択的に除去された第２の受動光学ナノ構造の相対的な空間位置を維持する方法で、選択的に除去された第２の受動光学ナノ構造を有する第２の受動光学ナノ構造の第２の非モノリシックアレイを形成することと、第２の受動光学ナノ構造の第２の非モノリシックアレイの第２の受動光学ナノ構造のそれぞれを、発光素子の非モノリシックアレイのそれぞれの発光素子と整列させることと、をさらに含む。有利には、発光素子の光出力のさらなる変更および整列された受動光学ナノ構造を達成することができる。
第１の受動光学ナノ構造は、第２の受動光学ナノ構造とは異なるタイプの受動光学ナノ構造であり得る。第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイは、第２の受動光学ナノ構造の第２のモノリシックアレイとは別に形成され得る。方法は、受動光学ナノ構造の第２の非モノリシックアレイの各第２の受動光学ナノ構造を、それぞれの発光素子またはそれぞれの第１の受動光学ナノ構造のいずれかに積み重ねることをさらに含み得る。有利なことに、複数の光学的修正は、非常に薄い光学的厚さおよび低コストで達成され得る。
それに整列された第１の受動光学ナノ構造を有する発光素子の少なくとも１つは、それに整列された第２の受動光学ナノ構造を有さない、および／または、それに整列された第２の受動光学ナノ構造を有する発光素子の少なくとも１つは、それに整列された第１の受動光学ナノ構造を有していなくてもよい。有利には、発光素子のアレイ全体の出力を変更して、異なる発光素子に対して異なる性能、例えば、色、偏光状態、および発光円錐立体角を提供することができる。
発光素子の非モノリシックアレイは、発光素子のモノリシックアレイを形成することと、選択的に除去された発光素子の相対的な空間位置を維持する方法で、モノリシックアレイから複数の発光素子を選択的に除去することであって、第１のモノリシックアレイから選択的に除去される複数の発光素子が選択され、その結果、少なくとも一方向において、少なくとも一方向の選択的に除去された発光素子の少なくとも一対について、それぞれの一対ごとに、少なくとも一方向の選択的に除去された発光素子の一対の間に、第１のモノリシックアレイに配置された選択されていない少なくとも１つのそれぞれの発光素子が存在する、選択的に除去することと、選択的に除去された発光素子の相対的な空間位置を維持する方法で、選択的に除去された発光素子を有する非モノリシックアレイの発光素子を形成することと、によって形成され得る。有利には、疎に分離された発光素子の低コストのアレイが、低コストおよび高効率で提供され得る。
方法は、整列された第１の受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイおよび発光素子の非モノリシックアレイを有する照射装置を形成することをさらに含み得る。有利なことに、照射装置の光学的機能は、発光素子のアレイのみによって達成され得るものよりも大きく、薄い構造において高い効率および均一性を備えている。
方法は、照射装置を備えたディスプレイ装置を形成することをさらに含み得る。有利なことに、高効率、低コスト、および薄厚のディスプレイは、カラーディスプレイ、立体視ディスプレイ、プライバシーディスプレイ、低迷光ディスプレイの少なくとも一部を達成するように配置され得る光出力を備え得る。ディスプレイは柔軟で曲げることができる。
本開示の第２の態様によれば、発光素子の非モノリシックアレイと、受動光学ナノ構造のモノリシックアレイからの受動光学ナノ構造の非モノリシックアレイとを含み得る照射装置が提供され、受動光学ナノ構造のそれぞれは、発光素子の非モノリシックアレイのそれぞれの発光素子と整列しており、受動光学ナノ構造の非モノリシックアレイの受動光学ナノ構造は、それらの元の位置がモノリシックアレイ内で互いに対して保持された状態で配置されており、少なくとも一方向において、少なくとも一方向の非モノリシックアレイの少なくとも一対の受動光学ナノ構造について、それぞれの一対ごとに、少なくとも一方向の一対の受動光学ナノ構造の間に受動光学ナノ構造のモノリシックアレイ中に配置された、および受動光学ナノ構造の非モノリシックアレイ中のそれらの間に配置されていない、受動光学ナノ構造のモノリシックアレイ中に少なくとも１つのそれぞれの受動光学ナノ構造があった。
照射装置は、透過型空間光変調器用のバックライトであり得る。有利には、プライバシーバックライトを達成することができる。ナノ構造は、青色光を複数のスペクトル帯域に変換して白色光を提供するように配置することができる。バックライトは効率が高く、薄いパッケージに配置されていることがある。プライバシーディスプレイ照射が提供されることがある。
照射装置は、発光素子に画像データを提供するように配置された制御システムをさらに備え得る。発光素子は、アドレス指定可能であり、ピクセルとして駆動され得る。照射装置がバックライトで使用するように配置されている場合、有利なことに、高ダイナミックレンジ動作を達成することができる。
本開示の第３の態様によれば、第２の態様の照射装置を含むディスプレイ装置が提供される。有利なことに、非常に薄い厚さは、高品質の光出力および低コストで達成され得る。
本開示の任意の態様は、任意の組み合わせで適用し得る。
本開示の実施形態は、様々な光学システムにおいて使用することができる。本実施形態は、様々な投影機、投影システム、光学構成要素、ディスプレイ、マイクロディスプレイ、コンピュータシステム、プロセッサ、自己完結型投影システム、視覚的および／または視聴覚システム、ならびに電気的および／または光学的デバイスを含み得、またはそれらとともに動作し得る。本開示の態様は、光学および電気デバイス、光学システム、プレゼンテーションシステム、または任意のタイプの光学システムを含み得る任意の装置に関連する実質的に任意の装置を伴って使用することができる。よって、本開示の実施形態は、光学システム、視覚的および／または光学的プレゼンテーションにおいて使用されるデバイス、視覚的周辺機器など、ならびに多数のコンピューティング環境において使用することができる。
開示された実施形態の詳細に進む前に、開示は他の実施形態が可能であるため、開示は、その適用または作成において、示された特定の配置の詳細に限定されないことを理解されたい。さらに、本開示の態様は、それ自体で固有の実施形態を定義するために、異なる組み合わせおよび配置で説明され得る。また、本明細書で使用される用語は、説明を目的とするものであり、限定を目的とするものではない。
本開示のこれらおよび他の利点および特徴は、本開示全体を読むことにより当業者に明らかになるであろう。
実施形態は、添付の図に例として示され、同様の参照番号は、同様の部分を示す。
照射装置の構造の一部を示す概略図である。 ＬＥＤ上に積み重ねることができる異なるタイプの受動光学ナノ構造の組み合わせの例を示す概略図である。 受動光学ナノ構造を製造する方法のステップを示すフローチャートである。 基準に合格または不合格となる受動光学ナノ構造の識別を示す概略図である。 基準に合格または不合格となる受動光学ナノ構造の識別を示す概略図である。 受動光学ナノ構造のアレイの完成を示す概略図である。 受動光学ナノ構造のアレイの完成を示す概略図である。 受動光学ナノ構造のアレイの完成を示す概略図である。 図３の受動光学ナノ構造を製造する方法の様々なステップを示す概略図である。 図３の受動光学ナノ構造を製造する方法の様々なステップを示す概略図である。 図３の受動光学ナノ構造を製造する方法の様々なステップを示す概略図である。 図３の受動光学ナノ構造を製造する方法の様々なステップを示す概略図である。 図３の受動光学ナノ構造を製造する方法の様々なステップを示す概略図である。 図３の受動光学ナノ構造を製造する方法の様々なステップを示す概略図である。 図３の受動光学ナノ構造を製造する方法の様々なステップを示す概略図である。 図３の受動光学ナノ構造を製造する方法の様々なステップを示す概略図である。 図３の受動光学ナノ構造を製造する方法の様々なステップを示す概略図である。 受動光学ナノ構造を製造する方法のさらなるステップを示す概略図である。 受動光学ナノ構造を製造する方法のさらなるステップを示す概略図である。 受動光学ナノ構造を製造する方法のさらなるステップを示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのモスアイ構造を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのモスアイ構造を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのモスアイ構造を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのモスアイ構造を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのモスアイ構造を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としての量子ロッドを示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としての量子ロッドを示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としての量子ロッドを示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としての量子ロッドを示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としての量子ロッドを示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としての量子ロッドを示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としての量子ロッドを示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのワイヤグリッド偏光子を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのワイヤグリッド偏光子を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのワイヤグリッド偏光子を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのワイヤグリッド偏光子を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのワイヤグリッド偏光子を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのコリメートナノ構造を示す概略図である。 １つのタイプの受動光学ナノ構造の例としてのコリメートナノ構造を示す概略図である。 一種の受動光学ナノ構造の例として、ナノコラムを取り囲むエアギャップを示す概略図である。 一種の受動光学ナノ構造の例として、ナノコラムを取り囲むエアギャップを示す概略図である。 ＬＥＤを取り囲むためのナノブラック構造の使用を示す概略図である。 ＬＥＤを取り囲むためのナノブラック構造の使用を示す概略図である。 ＬＥＤを取り囲むためのナノブラック構造の使用を示す概略図である。 ＬＥＤを囲むためのウェルの使用を示す概略図である。 ＬＥＤを囲むためのウェルの使用を示す概略図である。 ＬＥＤを囲むためのウェルの使用を示す概略図である。 ＬＥＤを囲むためのウェルの使用を示す概略図である。 ＬＥＤを囲むためのウェルの使用を示す概略図である。 照射装置の製造中に光学構造を支持基板に取り付ける方法の断面図を示す概略図である。 照射装置の製造中に光学構造を支持基板に取り付ける方法の断面図を示す概略図である。 照射装置の製造中に光学構造を支持基板に取り付ける別の方法の断面図を示す。 照射装置の製造中に光学構造を支持基板に取り付ける別の方法の断面図を示す。 照射装置を製造する方法の断面図を示す。 照射装置を製造する方法の断面図を示す。 照射装置を製造する方法の断面図を示す。 受動光学ナノ構造をそれぞれの発光素子に移送するさらなる方法の断面図を示す。 受動光学ナノ構造をそれぞれの発光素子に移送するさらなる方法の断面図を示す。 受動光学ナノ構造をそれぞれの発光素子に移送するさらなる方法の断面図を示す。 受動光学ナノ構造をそれぞれの発光素子に移送するさらなる方法の断面図を示している。 受動光学ナノ構造をそれぞれの発光素子に移送するさらなる方法の断面図を示している。 受動光学ナノ構造をそれぞれの発光素子に移送するさらなる方法の断面図を示している。 受動光学ナノ構造をそれぞれの発光素子に移送するさらなる方法の断面図を示している。
この明細書では（「パッケージ化された」という用語で修飾されている場合を除く）、「ＬＥＤ」または「マイクロＬＥＤ」は、モノリシックウェーハ、つまり半導体素子から直接抽出されたパッケージ化されていないＬＥＤダイチップを指す。マイクロＬＥＤは、複数のＬＥＤがモノリシックエピタキシャルウェーハから並列に除去されるアレイ抽出方法によって形成され得、５マイクロメートル未満の位置公差で配置され得る。これは、パッケージ化されたＬＥＤとは異なる。パッケージ化されたＬＥＤは通常、標準の表面実装ＰＣＢ（プリント回路基板）アセンブリに適したはんだ端子を備えたリードフレームとプラスチックまたはセラミックのパッケージを備えている。パッケージ化されたＬＥＤのサイズとＰＣＢ組立技術の限界は、パッケージ化されたＬＥＤから形成されたディスプレイは約１ｍｍ未満のピクセルピッチで組み立てることが難しいことを意味する。このような組立機によって配置される構成要素の精度は、通常、約プラスマイナス３０マイクロメートルである。このようなサイズおよび許容誤差は、非常に高解像度のディスプレイへの適用を妨げる。
ここで、様々な指向性ディスプレイデバイスの構造および動作を説明する。本記載では、共通の素子は共通の参照番号を有する。任意の素子に関する開示は、同じまたは対応する素子が提供される各デバイスに適用されることに留意されたい。よって、簡潔にするために、そのような開示は繰り返されない。
図１は、一実施形態による照射装置１００の構造の一部を示す概略図である。照射装置１００は、任意のタイプの照射装置、例えば、発光変調器、透過型空間光変調器用のバックライト、または環境照射装置であり得る。照射装置１００は、コンピュータモニタ、テレビ、または他のタイプのディスプレイなどのディスプレイ装置の一部を形成することができる。
照射装置１００は、平面支持基板２００を備える。支持基板は、平面基板であり得、可撓性または剛性であり得る。
非モノリシックアレイのＬＥＤ１１０と、複数の異なるタイプの受動光学ナノ構造３００、４００、５００、６００、８００が、支持基板２００上に配置されている。支持基板２００は、ＬＥＤ１１０が取り付けられるバックプレーンを構成する。ＬＥＤ１１０は、マイクロＬＥＤ、すなわち、最大寸法が最大３００マイクロメートルのＬＥＤである（ただし、好ましくは、各ＬＥＤ１１０の最大寸法は、最大２００マイクロメートル、最も好ましくは、最大１００マイクロメートルである）。ＬＥＤ上記の寸法の各ＬＥＤ１１０は、単一の発光領域を含み得るか、または電極配置によって提供される複数の発光領域を含み得るか、またはナノエミッタのアレイ、例えば量子ロッドエミッタを含み得る。
各受動光学ナノ構造３００、４００、５００、６００、８００は、各ＬＥＤ１１０がその上に積み重ねられた複数の異なるタイプの受動光学ナノ構造を有するように、それぞれのＬＥＤ１１０と整列され、積み重ねられる。このようにして、各タイプの非モノリシックアレイの受動光学ナノ構造３００、４００、５００、６００、８００が、非モノリシックアレイのＬＥＤ１１０の上に形成される。受動光学ナノ構造３００、４００、５００、６００、８００はそれぞれ、最大４００マイクロメートルの最大寸法を有する（ただし、好ましくは、各受動光学ナノ構造の最大寸法は、最大２５０マイクロメートル、最も好ましくは最大１５０マイクロメートルである）。受動光学ナノ構造３００、４００、５００、６００、８００のそれぞれの最大寸法は、各ＬＥＤ１１０の発光領域の最大寸法以上である。
受動光学ナノ構造はそれぞれ、最大寸法が最大５マイクロメートルの１つまたは複数の副特徴を含むことができる（ただし、各副特徴の最大寸法は最大１マイクロメートル、最も好ましくは最大０．５マイクロメートルであることが好ましい）。副特徴の例には、導電性リッジ、量子ロッド、量子ドット、柱状誘電体構造、細長い誘電体構造、柱状ナノブラック構造、およびホログラフィック屈折率パターン化構造が含まれるが、これらに限定されない。
ＬＥＤ１１０の少なくとも１つは、ＬＥＤ１１０の別の１つに積み重ねられたタイプの受動光学ナノ構造の同じ組み合わせを有する。しかしながら、すべてのＬＥＤ１１０が、その上に積み重ねられた同じタイプの受動光学ナノ構造の組み合わせを有するわけではない。言い換えれば、ＬＥＤ１１０の少なくとも１つは、ＬＥＤ１１０の少なくとも別の１つに積み重ねられたタイプの受動光学ナノ構造の異なる組み合わせを有する。受動光学ナノ構造３００、４００、５００、６００、８００は、ＬＥＤ１１０によって出力される光の特性を操作および／または変更するように作用し、その結果、各ＬＥＤ１１０によって出力される光は、ＬＥＤ１１０上に積み重ねられた受動光学ナノ構造を通過した後に特定の所望の特性を有する。特に望ましい特性は、光が通過した受動光学ナノ構造のタイプの組み合わせによって異なる。例えば、参照番号９３４ＢＬ、９３４ＢＲ、９３４ＧＲ、９３４ＧＬ、９３４ＲＬ、および９３４ＲＲで示されているように、通過した受動光学ナノ構造隊のタイプの組み合わせに応じて、光は、異なる状態の円形偏光（つまり、右回りまたは左回り）および色（例えば、赤、青、または緑）の状態が異なる。ＬＥＤ１１０のいくつかは、他の可視光波長帯域を提供し得るか、または赤外線（ＩＲ）または紫外線（ＵＶ）エミッタであり得る。
異なるタイプの受動光学ナノ構造３００、４００、５００、６００、８００には、モスアイ構造３００、量子ロッド構造４００、ワイヤグリッド偏光子５００、形状複屈折リターダ６００、および、コリメートナノ構造８００が含まれ、これは図２を参照して以下に詳細に説明する。
図示されていないが、照射装置は、画像データを使用してＬＥＤをピクセルとしてアドレス指定および駆動するための制御システムなどの他の構成要素を備え得ることが理解されよう。そのような制御システムは、基板２００の縁部またはＬＥＤのアレイ内の回路、あるいは２つの組み合わせを含み得る。
図２は、図１の照射装置１００内のＬＥＤ１１０上に積み重ねることができる異なるタイプの受動光学ナノ構造の組み合わせの例を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図２の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
この例では、下から順に、スタックは、ＬＥＤ１１０、モスアイ構造３００、量子ロッド構造４００、コリメートナノ構造８００、ワイヤグリッド偏光子５００、および形状複屈折リターダ６００を含む。ＬＥＤ１１０は、モスアイ構造３００に向けて光９２２（例えば、偏光されていないランバート青色光）を放射するように構成される。
モスアイ構造３００は、ＬＥＤ１１０によって放射された光９２２を受け取るように構成される。モスアイ構造は、ＬＥＤの出力で屈折率勾配を提供し、ＬＥＤ１１０からの光の抽出を有利に改善する。
モスアイ構造３００は、量子ロッド構造４００に向けて光９２４を出力するように構成される。量子ロッド構造４００は、モスアイ構造３００から光９２４を受け取り、（例えば、フォトルミネッセンス色変換機構によって）光９２４の色を変換するように構成される。量子ロッド構造４００は、色変換された光９２６をコリメートナノ構造８００に向けて出力するように構成される。コリメートナノ構造８００は、量子ロッド構造４００から色変換された光９２６を受け取り、色変換された光９２６の少なくとも一部をコリメートするように構成される。コリメートナノ構造８００によって受け取られた光の少なくとも一部は、例えばマイクロプリズムであり得る光学コリメート設計によって、量子ロッド構造４００に向かって反射され、再利用される。有利なことに、光出力の効率が向上する。
コリメートナノ構造８００は、コリメートされた光９３０をワイヤグリッド偏光子５００に向けて出力するように構成される。ワイヤグリッド偏光子５００は、コリメートナノ構造８００からコリメートされた光９３０を受け取り、特定の偏光状態で光を直線的に偏光するように構成される。ワイヤグリッド偏光子５００は、直線偏光９３２を形状複屈折リターダ６００の形に向けて出力するように構成される。形状複屈折リターダ６００は、ワイヤグリッド偏光子５００から直線偏光９３２を受け取り、直線偏光を円偏光に変換するように構成される。円偏光の状態は、ワイヤグリッド偏光子５００によって引き起こされる直線偏光の方向に依存する。形状複屈折リターダ６００は、照射のために照射装置１００によって使用されるために円偏光を出力するように構成される。
図１および２によって示される受動光学ナノ構造は、想定される唯一のタイプではないことが理解されよう。量子ドット色変換構造、選択的色反射用のＩＧＺＯ層を含むファブリペロー共振器構造、分布ブラッグ反射器、メタマテリアル、ダイクロイックスタック、ホログラム、ナノブラック材料、ナノコラムを囲むエアギャップなどの、他のタイプの受動光学ナノ構造図１および図２を参照して説明したもののいずれかに加えて、またはその代わりに、フォトニック結晶をＬＥＤ１１０上に積み重ねることができる。
本実施形態との比較として、モノリシックＬＥＤウェーハ上のマイクロＬＥＤ上に直接成長したナノ構造層のスタックの成長がここで考慮される。各ナノ構造のプロセス成長条件は、互換性がないか、すでに堆積された層に損傷を与える可能性がある。さらに、各ナノ構造の成長は、優れたデバイスの歩留まりをもたらす。様々なナノ構造成長プロセスが完了すると、全体的な歩留まり損失は個々の歩留まり損失の合計になるため、照射デバイス自体では非常に低くなる可能性がある。
本実施形態では、各ナノ構造層の成長および製造は、個別に最適化することができる。良好なナノ構造素子のみが移送されるため、デバイス全体の歩留まりが向上し、光学性能が向上する。
各ナノ構造基板からの移送は並列である可能性があり、その結果、多くの素子が単一のステップで整列され得る。ミクロンスケールでの位置合わせが必要であるため、位置合わせステップのこの削減は、実質的なコスト削減を有利に達成する。
さらに、マイクロＬＥＤを使用する照射装置の場合、マイクロＬＥＤのサイズが小さいためにマイクロＬＥＤを従来のものと組み合わせることが困難であるため、受動光学ナノ構造のスタックが従来の大規模光学構造と比較して望ましい傾向がある。ただし、受動光学ナノ構造のスタックは製造が難しい傾向がある。例えば、ナノ構造のスタックの成長は、過成長、十分なシード基板表面品質の欠如、およびウェーハの均一性の低さの問題に悩まされる傾向があり、その結果、歩留まりが非常に低くなる傾向がある。次に、上記の問題を回避および／または対処することができる受動光学ナノ構造のスタックを製造する方法を説明する。
図３は、図１の照射装置１００などの照射装置で使用するための受動光学ナノ構造を製造する方法のステップを示すフローチャートである。
ステップＳ１では、モノリシックアレイの単一タイプの受動光学ナノ構造が成長基板上に成長する。受動光学ナノ構造は、任意の適切なタイプの受動光学ナノ構造であってもよく、ワイヤグリッド偏光子、形状複屈折リターダ、量子ドットまたは量子ロッド色変換構造、分布ブラッグ反射器、メタマテリアル、ダイクロイックスタック、ホログラム、モスアイ構造、ナノブラック材料、ナノコリメータ、ナノコラムを囲むエアギャップ、フォトニック結晶を含むが、これらに限定されない。成長基板は、光学ナノ構造の個々のサイズを定義するために、エッチングなどのさらなる処理を受けることができる。
ステップＳ２では、モノリシックアレイが検査される。例えば、受動光学ナノ構造の光学的または電気的特性は、検査の一部として、受動光学ナノ構造のモノリシックアレイの複数の異なる領域について測定され得る。光学特性には、反射率、透過率、スペクトル特性、リターダンス、フォトルミネッセンス、および偏光消光が含まれるが、これらに限定されない。電気的特性には、導電率が含まれるが、これに限定されない。
検査により、欠陥粒子、引っかき傷、およびモノリシックアレイ全体の特性の均一性がさらに識別される場合がある。
ステップＳ３では、ステップＳ２で実行された検査に基づいて、所定の基準に合格および／または不合格となる受動光学ナノ構造が識別される。より詳細には、光学的または電気的特性の所定の測定閾値を超える受動光学ナノ構造は、基準に合格するものとして分類され、光学的または電気的特性の所定の測定閾値を下回る受動光学ナノ構造は、基準を満たしていないとして分類される、またはその逆も成り立つ。検査の目的は、その後の移送の前に、正常なデバイスを識別することである。
ステップＳ４では、基準に合格する受動光学ナノ構造の選択が、モノリシックアレイから抽出／除去される。抽出／除去は、基準に合格する１つまたは複数の受動光学ナノ構造が抽出／除去のために選択されないという意味で選択的である。基準に合格するが抽出／除去のために選択されない１つまたは複数の受動光学ナノ構造は、抽出／除去のために選択される受動光学ナノ構造の間に配置され得る。選択された受動光学ナノ構造は、相対的な空間位置を維持する方法でモノリシックアレイから抽出／除去される。このようにして、選択された受動光学ナノ構造は、それらの相対的な間隔が変わらないように抽出／除去される。スパースアレイは、ＬＥＤ１１０に一致するピッチで抽出され得る。選択されたナノ構造のＬＥＤ１１０への整列は、単一のステップで提供され得る。
ステップＳ５では、除去された受動光学ナノ構造は、支持基板に移送される。より具体的には、除去された受動光学ナノ構造のそれぞれは、支持基板上のそれぞれのＬＥＤに移送される。除去された受動光学ナノ構造は、除去された受動光学ナノ構造の相対的な空間位置を維持する方法で移送される。このようにして、初期モノリシックアレイ内の受動光学ナノ構造の相対的な空間位置は、受動光学構造が支持基板上にある後でも維持される。この空間位置の保存は、支持基板上に高精度で受動光学ナノ構造を配置することを可能にする傾向がある。
ステップＳ６では、受動光学ナノ構造の所望の非モノリシックアレイが完成したかどうかが決定される。所望のアレイが完全でない場合、方法はステップＳ４に戻り、基準に合格するより多くの受動光学ナノ構造を抽出し、それらを支持基板に移送する。所望の非モノリシックアレイの受動光学ナノ構造が完成した場合、方法はステップＳ１に戻り、異なるタイプの受動光学ナノ構造を用いて繰り返す。
方法ステップＳ１～Ｓ６は、すべての所望の非モノリシックアレイの異なるタイプの受動光学ナノ構造が形成され、支持基板上に積み重ねられるまで、異なるタイプの受動光学ナノ構造で連続的に繰り返される。このようにして、例えば図１および２に示すように、様々なタイプの受動光学ナノ構造のスタックが各ＬＥＤに対して作成される。同じまたは異なるタイプの組み合わせの受動光学ナノ構造を異なるＬＥＤ上に積み重ねることができ、一般に、各ＬＥＤは、所望に応じて任意の順序で積み重ねられる任意のタイプの組み合わせの受動光学ナノ構造を有することができることが理解されよう。
図４～５は、図３の方法のステップＳ２およびＳ３をさらに示す概略図である。図４は、受動光学ナノ構造のモノリシックアレイ９００の受動光学ナノ構造９３８の領域９５０の例を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図４および図５の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図４は、ウェーハ９００全体にわたる測定された特性の変化を示している。受動光学ナノ構造３０は、モノリシックアレイ９００内で成長または堆積される。ウェーハ９００全体にわたるプロセス条件の変化は、図４に示されるように、個々の性能領域に分割され得る光学的または電気的特性の変化を提供し得る。ウェーハの異なる領域は、異なる特性群に含まれる場合がある。例えば、輪郭９５０内のそれらのすべてのアイテムは、第１の目標特性群内にあり得、領域９４０内のすべてのアイテムは、目標特性群外であり得る。各特性群９５０内で、受動光学ナノ構造は、性能のビンに分割され得る。例示的な例では、受動光学ナノ構造（ＰＯＮ）は、反射ワイヤグリッド偏光子受動光学ナノ構造であり得る。輪郭９５０の外側の特性群は、２０：１未満の偏光消光比を有し得、受動光学ナノ構造９３８は、拒否され、移送されない可能性がある。輪郭９５０内で、素子は、輪郭によって、例えば、２０：１～２５：１、および２５：１～３０：１の消光比でビンに分割され得る。有利なことに、パフォーマンスを下回るＰＯＮ９３８は移送されず、デバイスのパフォーマンスが向上する。
本実施形態との比較として、モノリシック移送方式では、能動ＬＥＤウェーハと受動光学ナノ構造ウェーハの両方の全体が輪郭９５０の外側で失われる。有利なことに、本実施形態は、コストの削減を達成する。
欠陥および引っかき傷ならびに動作不能な受動光学ナノ構造の領域において受動光学ナノ構造を移送しないことがさらに望ましい場合がある。
図５は、モノリシックアレイ９００の複数の受動光学ナノ構造を示す概略図である。この場合、四角９４２で示されているものは基準を満たしておらず、これは、例えば、特定の閾値を超える光の透過である可能性がある。他の受動光学ナノ構造９３８は、この基準に合格している。故障したデバイスが識別され、既知の良好なダイのみが移送される。有利には、最終照射デバイスの歩留まりを改善することができる。
図６Ａ～図６Ｃは、図３のステップＳ６をさらに説明する概略図である。より具体的には、これらの図は、受動光学ナノ構造が望まれるがモノリシックアレイから移送されなかったギャップを埋めることによって、所望の受動光学ナノ構造の非モノリシックアレイを完成させるプロセスを示している。さらに詳細に論じられていない図６Ａ～図６Ｃの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図６Ａは、図４の特性群９５０内の合格した光学素子のアレイおよび図５の合格した受動光学ナノ構造９３８が第１の移送ステップで移送される支持基板２００を示している。ウェーハ配置境界９０３Ａは、受動光学ナノ構造のモノリシックウェーハの範囲を示し、欠落している素子９５１は、移送されていない位置を示している。
図６Ｂは、ウェーハ配置境界９０３Ｂ、９０３Ｃおよび９０３Ｄによって示される複数のウェーハ配置からの少なくとも１つの後続の移送ステップにおける移送された受動光学ナノ構造９３８を示している。有利には、支持基板２００はデバイスで満たされている。
図６Ｃは、完全なセットの合格した受動光学ナノ構造９３８を備えた組み立てられた支持基板２００を示している。有利なことに、高い均一性および信頼性が達成され得る。
次に、受動光学ナノ構造９３８のアレイの抽出について説明する。
図７Ａ～図７Ｉは、図３の方法のステップＳ１、Ｓ４およびＳ５を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図７Ａ～図７Ｉの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
最初に、図７Ａに示されるように、成長基板９００が提供される。成長基板９００は、特定の電磁波長帯域の光に対して透明である。成長基板９００は、例えば、サファイアから形成され、ＵＶ光に対して透明であり得る。
次に、図７Ｂに示されるように、剥離層９０１が成長基板９００上に形成される。剥離層９０１は、ドープされていない窒化ガリウム（例えば、Ｕ－ＧａＮ）から形成することができる。剥離プロセスは、隣接する材料に熱的損傷を引き起こすことなく切除プロセスを促進するために、短時間のレーザパルスの使用を含み得る。あるいは、ポリイミドなどの光剥離層特性を備えた別の材料であってもよい。あるいは、層は、エッチングまたは熱処理によって除去することができる剥離層であり得る。
次に、図７Ｃに示されるように、受動光学ナノ構造９３８のモノリシックアレイが、剥離層９０１上に形成される（例えば、成長する）。
次に、図７Ｄに示されるように、上に接着層９０４が形成された移送部材９０２が提供される。
次に、図７Ｅに示されるように、移送部材９０２は、接着層９０４を使用して、受動光学ナノ構造９３８のモノリシックアレイに接着される。さらに、選択された合格した受動光学ナノ構造９３８に対応する剥離層９０１の領域９１２は、成長基板９００を通して、成長基板９００が透明である特定の電磁波長帯域の光で照射される。照射は、複数の成形されたレーザビームを含み得る。
図７Ｆに示されるように、照射は、選択された受動光学ナノ構造９３８を、選択された受動光学ナノ構造９３８に取り付けられた剥離層９０１の部分とともに、受動光学ナノ構造９３８の残りの部分および成長基板９００のモノリシックアレイから少なくとも部分的に分離する。これは、剥離層９０１を形成する材料の層を解離してガスを形成する照射によって少なくとも部分的に達成され得る。選択された受動光学ナノ構造９３８は、接着層９０４を介して移送部材９０２に接着されたままであり、これにより、移送部材９０２とともにそれらを持ち上げることによってそれらを除去することができる。照射に加えて、エッチングおよび／またはスクライビングを使用して、選択された受動光学ナノ構造をモノリシックアレイの残りの部分から分離するのを助けることもできる。
図７Ｇに示されるように、次に、除去された受動光学ナノ構造９３８にまだ付着している剥離層部分は、例えば、エッチングまたは洗浄によって除去される。
次に、図７Ｈおよび図７Ｉに示されるように、除去された受動光学ナノ構造９３８は、移送部材９０２から、支持基板２００上のそれぞれのＬＥＤ１１０に移送される。移送は、受動光学ナノ構造９３８を光９１０で照射してそれらをキャリア基板から分離すること、および／または受動光学ナノ構造９３８を接着剤９０６でＬＥＤ１１０に接着することを含み得る。あるいは、熱プロセスまたは差異結合接着を使用することができる。次に、受動光学ナノ構造９３８を洗浄して、余分な材料を除去することができる。本例示的な実施形態では、受動光学ナノ構造９３８のいくつかは、ＬＥＤ１１０と同じサイズとして示されているが、それらは大きくても小さくてもよい。
図８Ａ～図８Ｂは、受動光学ナノ構造９３８を図７Ａ～図７Ｃに示されるものに成長させる代替の方法を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図８Ａ～図８Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図８Ａに示されるように、電磁波長帯域の光に対して透明である基板上で成長する代わりに、受動光学ナノ構造９３８のモノリシックアレイは、電磁波長帯域の光に対して不透明である基板９００ａ上で成長する。次に、図８Ｂに示されるように、受動光学ナノ構造９３８のモノリシックアレイは、電磁波長帯域の光に対して透明である基板９００ｂに移送される。次に、図７Ｄ～図７Ｉに示されるステップを実行することができる。移送は、剥離層（図示せず）を使用することができ、エッチングされた基板９００ａ（図示せず）上の層を使用することができる。
図９は、ステップ７Ｇとステップ７Ｈとの間で実行され得る追加のステップを示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図９の実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図９に示されるように、除去された受動光学ナノ構造９３８は、選択的に除去された発光素子の相対的な空間位置を維持する方法で、移送部材９０２から別の移送部材９０２ａに移送される。これは、受動光学ナノ構造が依然として移送部材９０２の接着層９０４に接着されている間に、受動光学ナノ構造９３８を他の移送部材９０２ａの接着層９０４ａに接着し、２つのキャリア基板９０２、９０２ａを引き離すことによって達成される。受動光学ナノ構造に対する接着層９０４ａの接着力は、接着層９０４の接着力よりも大きいため、受動光学ナノ構造は、接着層９０４から分離し、接着層９０４ａに接着する。このようにして、受動光学ナノ構造のそれぞれの異なる対向する表面が露出されるように、受動光学ナノ構造が反転される。接着層９０４の強度は、例えば、熱および／またはＵＶ光によって変更され得る。
図１０Ａ～図１０Ｅは、図３～図９を参照して上記の方法に従って製造することができる１つのタイプの受動光学ナノ構造としてのモスアイ構造３００を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図１０Ａ～図１０Ｅの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図１０Ａに示されるように、モスアイ構造３００は、剥離層９０１の上のベース層３０１に取り付けられて成長する。図１０Ｂ～図１０Ｄは、上記の方法による、支持基板２００上のＬＥＤ１１０へのモスアイ構造３００の除去および移送を示している。図１０Ｅは、非モノリシックアレイのＬＥＤ３８Ｒ、３８Ｇ、３８Ｂの上に形成された非モノリシックアレイのモスアイ構造３００を示す概略図である。
有利には、各ＬＥＤからの光抽出の効率を高めることができる。
図１１Ａ～図１１Ｇは、図３～図９を参照して上記の方法に従って製造することができる１つのタイプの受動光学ナノ構造としての量子ロッド構造４００を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図１１Ａ～図１１Ｇの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図１１Ａに示されるように、量子ロッド構造４００は、成長基板４０１上に複数の量子ロッド４０２を含む。例示的な例では、各量子ロッド４０２は、ｎドープされた内部ロッド構造４０３、複数の量子ウェル４０４、およびｐドープされた外層４０６を含む。材料は、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＰおよび他の既知の波長変換フォトルミネッセンス材料を含み得る。
量子ロッド４０２は、ＬＥＤ１１０上に配置され、ＬＥＤ１１０からの光の波長を変換し、例えば、青色光を赤色光に変換するか、または紫外線放射を赤色緑色光に変換する。
量子ドット材料をＬＥＤ上にコーティングすることと比較して、ウェーハ上に成長する量子ロッドは、高精度に配置され得、ＬＥＤの発光領域の被覆を提供するために便利にパターン化され得る。有利なことに、効率が向上することがある。ナノロッドは、図４のウェーハの領域９５２から選択されて、整列されたＬＥＤの色出力に一致する色の変化を提供することができる。有利なことに、色変換の精度が向上する可能性がある。
図１１Ｂ～図１１Ｅは、上記の方法による、支持基板２００上のＬＥＤ１１０への量子ロッド構造４００の除去および移送を示している。図１１Ｆは、青色光を赤色または緑色光に、またはＵＶ光を青色、緑色または赤色光に変換する目的で、非モノリシックアレイのＬＥＤ３８Ｂ上に形成された非モノリシックアレイの量子ロッド構造４００Ｒ、４００Ｇを示す概略図である。図示のように、ＬＥＤ３８Ｂのすべてが、その上に積み重ねられた量子ロッド構造４００Ｒ、４００Ｇを有するわけではない。図１１Ｇは、ＵＶ光を赤色、緑色、または青色光に変換する目的で、非モノリシックアレイのＬＥＤ３８ＵＶ上に形成された別の非モノリシックアレイの量子ロッド構造４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂを示す概略図である。図示のように、このアレイでは、すべてのＬＥＤ３８ＵＶは、上に積み重ねられた量子ロッド構造４００Ｒ、４００Ｇ、４００Ｂを有する。
図１２Ａ～図１２Ｅは、図３～図９を参照して上記の方法に従って製造することができる１つのタイプの受動光学ナノ構造としてのワイヤグリッド偏光子５００を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図１２Ａ～図１２Ｅの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図１２Ａに示されるように、ワイヤグリッド偏光子５００は、剥離層９０１の上にあるベース層５０１に取り付けられて成長する。図１２Ｂ～図１２Ｄは、上記の方法による、ワイヤグリッド偏光子５００の除去および支持基板２００上のＬＥＤ１１０への移送を示している。図１２Ｅは、非モノリシックアレイのＬＥＤ１１０上に形成された非モノリシックアレイのワイヤグリッド偏光子５００Ｐ、５００Ｓを示す概略図である。図示のように、いくつかのワイヤグリッド偏光子５００Ｐは、光を第１の方向に偏光し、いくつかのワイヤグリッド偏光子５００Ｓは、第２の、第１の方向に直交する方向に光を偏光する。これは、必要な偏光方向に応じて、異なる、直交方向でＬＥＤ１１０上にワイヤグリッド偏光子５００Ｓ、５００Ｐを配置することによって達成される。ワイヤグリッド偏光子５００は、他の配向、例えば、＋／－４５度に配置することができる。
図１３Ａ～図１３Ｂは、図３～図９を参照して上記の方法に従って製造することができる１つのタイプの受動光学ナノ構造としてのコリメートナノ構造８００を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図１３Ａおよび図１３Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図１３Ａに示されるように、コリメートナノ構造８００は、隣接するコリメートナノ構造８００の間にギャップ８０２を有するベース層８０１に取り付けられて形成される。図１３Ｂに示されるように、ＬＥＤから放射された光は、コリメートナノ構造８００によって受け取られる。一部の光９２３は、コリメートナノ構造８００によって偏向されず、ギャップ８０２を通過し、一部の光９２５は、平行化されてＬＥＤから離れて移動し続けるように、コリメートナノ構造８００の傾斜側８０４によって偏向され、一部の光９２１は、コリメートナノ構造８００によってＬＥＤに向かって反射される。
図１４Ａ～図１４Ｂは、図３～図９を参照して上記の方法に従って製造され得る１つのタイプの受動光学ナノ構造としてのナノコラム７００を取り囲むエアギャップを示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図１４Ａ～図１４Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図１４Ａに示されるように、ナノコラム７００を取り囲むエアギャップは、ＬＥＤ１１０と基板７２０との間にサンドイッチ状にされている。ナノコラム７００を取り囲むエアギャップは、ベース層７０１から延びる複数のピラー７０２を含む。ピラー７０２は、基板７２０をＬＥＤ１１０から分離し、ＬＥＤ１１０と基板７２０との間にエアギャップ７０４を画定するように作用する。図１４Ｂに示されるように、ピラー７０２は、接着層７０６によって基板７２０に結合されている。
色変換層４３８は、ベース層７０１とＬＥＤ１１０との間に配置されている。動作中、ベース層７０１とエアギャップ７０４との間の界面に到達するＬＥＤ１１０からの光は、臨界角よりも大きい入射角で界面に当たると、完全に内部反射される。したがって、臨界角よりも小さい入射角で界面に当たる光のみが界面を通過する。光線７４０は、色変換層４３８によって色変換されていない光線であり、界面での入射角が臨界角よりも小さいため、エアギャップ７０４を通過する。光線７２２は、色変換層４３８によって色変換された光線であり、界面での入射角が臨界角よりも小さいため、エアギャップ７０４を通過する。光線７２４は、色変換層４３８によって色変換され、界面で全反射される光線である。これは、有利なことに、エアギャップを通って基板７２０に到達する光は、角度の範囲が制限され、したがって、散乱が少なく、集束され、基板層の１つ、例えば７２０内に誘導することによって伝播するモードに捕捉される可能性が低いことを意味する傾向がある。
次に、５５０ｎｍの公称波長に対する受動光学ナノ構造１３０の望ましい寸法特性について説明する。スペーサ１３２はそれぞれ、エアギャップ１３３を通過する光の波長λよりも大きい高さｈを有する。スペーサ１３２の幅ｗおよびピッチｐは、エアギャップ１３３を通過する光のスペーサ１３２からの拡散光散乱を最小化し、スペーサ１３２内の光の誘導を最小限にするように構成される。
ピッチｐは２λ未満であってもよく、好ましくはλ未満、より好ましくはλ／２未満、最も好ましくはλ／５未満であってもよい。比ｗ／ｐは、０．５未満、好ましくは０．３未満、より好ましくは０．１未満であり得る。そのような素子は、高角度回折またはゼロ次回折を提供し得る。有利には、スペーサからの回折散乱およびスペーサ間のギャップを低減することができ、隣接する湾曲した反射器２２２Ａ、２２２Ｂ間の光散乱を最小限に抑えることができる。そのような素子は、モノリシックウェーハ上でのリソグラフィ製造技術によって提供され得る。素子は、モノリシックウェーハから移送することができ、または本明細書の他の場所で説明するように複製ツールを提供するように構成することができる。
受動光学ナノ構造との比較として、例えば、ピッチｐが２０ミクロンで幅ｗが５ミクロンの受動光微細構造を用いて、低い実効屈折率および小角度の回折散乱を達成することができる。そのようなスペーサは、スペーサ内の入射光を導き、光学構造２２０へのランバーシアン入力を提供する。反射器２２０Ａ、２２０Ｂの間に望ましくないクロストークが提供される場合がある。
ナノコラム７００を囲むエアギャップは、次の式で与えられる有効屈折率ｎ１を有する：
Figure 2022550938000002
 ここで、ｎ１は実効屈折率、ｎはピラー７０２の屈折率、ｐは隣接するピラー７０２間の距離、ｗはコラムの幅である。
外部基板によるＬＥＤへの結合を実現しながら、制御された円錐角と高効率により光学素子に光を入力することができる。照射システムの光学的クロストークを減らし、機械的および熱的安定性を向上させることができる。
ＬＥＤの周囲の領域に非常に低い光反射率を提供することが望ましいことがある。
図１５Ａ～図１５Ｃは、上記の受動光学ナノ構造の製造および積み重ねに加えて実行され得るさらなるステップを示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図１５Ａ～図１５Ｃの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図１５Ａに示されるように、ＬＥＤ１１０が支持基板２００上に配置される前に、ＬＥＤ１１０が配置される空間の周りの支持基板２００上にナノブラック構造が形成される。ナノブラック構造８５０は、空間４０を取り囲んでいるが、空間４０には配置されていない。
ナノブラック構造は、柱状の吸収面内での多重反射により、非常に高い割合の入射光を吸収する。有利なことに、迷光を大幅に減らすことができる。本明細書の他の場所で説明されている他の受動光学ナノ構造と共通して、高吸収ナノブラック材料は、ウェーハ上の半導体プロセス機器を使用して製造することができ、したがって、広い領域にわたって高価である。ナノブラック材料の使用の総面積を最小限に抑えることが望ましいであろう。
図１５Ｂに示されるように、次に、ＬＥＤ１１０は、ナノブラック構造８５０によって囲まれるように、空間４０に配置される。
図１５Ｃに示されるように、次に、様々な受動光学ナノ構造３００、４００、５００、６００が、上記の方法のいずれかを使用して、ＬＥＤ１１０の上に順次積み重ねられる。ナノブラック構造８５０は、ＬＥＤ１１０から広角で放射される光を遮断するように作用して、より指向性のある光出力を提供するのを助ける。ナノブラック構造はまた、ディスプレイへの周囲光の入射光の反射を抑制し、ディスプレイのコントラストを向上させる。隣接するＬＥＤ間のさらなるクロストークは大幅に減少し、ディスプレイアプリケーションでの画像の忠実度が向上する。
図１６Ａ～図１６Ｅは、上記の受動光学ナノ構造の製造および積み重ねに加えて実行され得るさらなるステップを示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図１６Ａ～図１６Ｅの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図示のように、フォトレジストなどの材料を使用するウェル８３０は、ＬＥＤ１１０が支持基板２００上に配置された後、支持基板２００上のＬＥＤ１１０の周りに形成され得る。次に、様々な受動光学ナノ構造３００、４００、５００、６００が、上記の方法のいずれかを使用して、ＬＥＤ１１０の上に順次積み重ねられる。ウェル８３０は、ＬＥＤ１１０から広角で放射される光を遮断するように作用して、より方向付けられ、制御された光出力を提供するのを助ける。ウェルはさらに、光をより効率的に前方に向けるために、傾斜した金属化された側面を有することができる。
ウェルは、モノリシックウェーハ上に形成され、本明細書の他の場所に記載されている方法で移送され得る。
次に、本実施形態のナノコラムを取り囲むエアギャップを含む発光素子１１０および受動光学素子を含む光学装置を製造する方法について説明する。
図１７Ａ～図１７Ｂは、照射装置１００の製造中に光学構造２２０を支持基板２００に取り付ける方法の断面図を示す概略図である。さらに詳細に論じられていない図１７Ａ～図１７Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図１７Ａに示されるように、最初に、光学構造２２０は、支持基板２００の上に配置され、支持基板２００は、ナノコラム７００を囲むエアギャップと、発光素子１１０と、反射マスク３５と、不透明領域１５１およびそれに取り付けられた開口領域１５２を含む出力マスク１５０とを含む受動光学ナノ構造を有する。
出力マスク１５０の不透明な光吸収領域１５１は、例えば、黒色の材料を基板２００上に印刷することによって、任意の適切な不透明な材料から形成することができる。不透明領域１５１は、代替的または追加的に、ナノ構造の黒色吸収体、「ナノブラック」、またはＡｃｋｔａｒ（イスラエル、Ｋｉｒｙａｔ－Ｇａｔ）によって販売されているものなどの他の同様の材料を含み得る。有利には、非常に低い反射率が、照射装置の正面から達成され得る。
光学構造２２０は、複数の凹状の湾曲した反射面２２２Ａ、２２２Ｂを含み、その湾曲した反射面２２２Ａ、２２２Ｂのそれぞれが、光軸１９９を用いてそれぞれの発光素子１１０と整列するように配置される。
光学構造２２０は、透明な本体と、湾曲した反射器２２２Ａ、２２２Ｂを構成する上に配置された反射材料とから形成され得る。光学構造２２０の本体は、ガラスまたはポリマー材料であり得る。湾曲した反射器の表面レリーフ構造は、例えば、ポリマー材料の成形または鋳造プロセス材料によって提供され得る。反射層は、湾曲した反射器２２２Ａ、２２２Ｂ、例えば、銀またはアルミニウム材料ならびに表面接着促進剤および保護層を含み得る堆積された金属コーティング上に形成され得る。
次に、図１７Ｂに示されるように、接着層２０６が、光学構造２２０と支持基板２００との間に形成されて、光学構造２２０を支持基板２００に取り付ける。接着層２０６は、発光素子１１０および受動光学ナノ構造７００の周りの空間を埋める。接着層２０６の接着剤は、液体形態で光学構造２２０と支持基板２００との間の空間に注入され、次いで、例えば、ＵＶおよび／または熱硬化によって光学構造２２０を支持基板２００に結合するために固体形態に設定され得る。有利なことに、動作中の熱的および機械的変動が最小限に抑えられる。
動作中、光線１８０は、発光素子１１０によって出力され、ナノコラムを囲むエアギャップを含む受動光学ナノ構造７００に向けられる。ナノ構造７００からの光出力は、光学構造２２０の材料の臨界角θｃ内で提供される。発光素子１１０からの光は、整列された湾曲した反射面２２２Ｂにのみ向けられ、湾曲した反射面２２２Ａには向けられない。
湾曲した反射面２２２Ｂでの反射後、光線１８０は、出力マスク１５０の開口部１５２に向けられ、不透明領域１５０に実質的に向けられない。光は、開口領域１５２を通って観察者に伝達される。反射マスク３５は、湾曲した反射面２２２Ｂからの反射なしに、開口部１５２を通過する発光素子からの光線を遮断するように配置されている。有利なことに、光学基板２２０と支持基板２００との間のギャップでのフレネル反射が低減され、光学効率が向上し、隣接するチャネル間のクロストークが低減される。
光線１８０は、開口部１５２Ａではなく、それぞれの整列された開口部１５２Ｂに向けられ、隣接するチャネル間のクロストークを有利に低減する。発光素子１１０は、画像データを備えていてもよく、照射装置は、ディスプレイ装置であってもよい。出力マスク１５０の不透明領域１５１からの反射は減少され得、そして有利には、明るく照らされた環境における画像コントラストは増加され得る。
光学構造２２０上に受動光学素子７００を設けることが望ましい場合がある。
図１８Ａ～図１８Ｂは、照射装置１００の製造中に光学構造１５０を支持基板２００に取り付ける別の方法の断面図を示している。さらに詳細に論じられていない図１８Ａ～図１８Ｂの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図１８Ａに示すように、方法では、光学構造２２０は、支持基板２００の上に配置され、支持基板２００は、発光素子１１０と、それに取り付けられた反射マスク３５および出力マスク１５０とを有し、光学構造１５０は、それに取り付けられた受動光学ナノ構造７００を有する。
各受動光学ナノ構造７００は、光学構造２２０のそれぞれの湾曲した反射面２２２Ａ、２２２Ｂと整列するように光学構造２２０に取り付けられる。光学構造２２０は、その湾曲した反射面２２２Ａ、２２２Ｂのそれぞれがそれぞれの発光素子１１０と整列するように配置される。
次に、図１８Ｂに示されるように、接着層２０６が、光学構造２２０と支持基板２００との間に形成されて、光学構造２２０を支持基板２００に取り付ける。接着層２０６は、発光素子１１０および受動光学ナノ構造１３０の周りの空間を埋める。接着層２０６の接着剤は、光学構造１５０と支持基板２００との間の空間に液体形態で注入され、次いで固体形態に設定されて、光学構造１５０を支持基板２００に結合することができる。構造の動作は、図１７Ｂに示されているものと同様である。
図１７Ｂの配置と比較して、受動光学ナノ構造７００は、発光素子上に形成されておらず、複雑さを有利に低減し、基板２００の歩留まりを向上させる。受動光学ナノ構造７００は、本明細書の他の場所に示されているように、高い均一性および低コストで提供される。有利なことに、デバイスの均一性を高めることができる。
光学構造２２０上に光学素子を提供することが望ましい場合がある。
図１９Ａ～図１９Ｃは、照射装置１００を製造する方法の断面図を示している。さらに詳細に論じられていない図１９Ａ～図１９Ｃの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、方法では、受動光学ナノ構造７００は、最初に、各受動光学ナノ構造７００が光学構造２２０のそれぞれの湾曲した反射面２２２Ａ、２２２Ｂと整列するように、光学構造２２０に取り付けられる。次に、発光素子１１０は、各発光素子１１０がそれぞれの受動光学ナノ構造７００と整列するように、受動光学ナノ構造７００に取り付けられる。次に、図１９Ｃに示されるように、反射マスク３５を含むさらなる支持基板５３が、例えば、図１７Ａ～図１７Ｂおよび図１８Ａ～図１８Ｂを参照して上記のように接着層２０６を用いて光学構造２２０に結合される。基板３５は、任意選択で、駆動電極および回路（図示せず）をさらに含み得る。
有利なことに、湾曲した反射面２２２Ａ、２２２Ｂへの発光素子１１０の整列は、取り付けステップ中に達成され、整列の均一性を高める。
図１７Ａ～図１９Ｃの実施形態では、受動光学素子は、本明細書の他の場所で説明されるように、光出力のさらなる修正を提供するために、他の受動光学素子をさらに含み得る。
図１９Ｂにさらに示されるように、受動光学素子１０００Ａ、１０００Ｂは、本明細書の他の場所で説明される方法を使用して、開口領域１５２Ａ、１５２Ｂに形成され得る。開口部１５２を透過する光の偏光、色および反射率を変更することができる。さらに、そのような受動光学素子は、発光素子１１０から離れているため、加熱による劣化が減少し、有利に寿命を延ばす。
次に、移送基板を使用して受動光学ナノ構造を移送する方法についてさらに説明する。
図２０Ａ～図２０Ｃは、受動光学ナノ構造９３８をそれぞれの発光素子１１０に移送するさらなる方法の断面図を示している。
まず、図２０Ａに示されるように、受動光学ナノ構造９３８のモノリシックアレイを上に有する成長基板９００が、レシーバ基板９７５の上に配置される。次に、選択された受動光学ナノ構造９３８に対応する領域９１２は、選択された受動光学ナノ構造９３８を成長基板９００から少なくとも部分的に分離するＵＶ光などの光９１０で照射される。
図２０Ｂに示されるように、次に、照射領域９１２に対応する選択された受動光学ナノ構造９３８が、成長基板９００から切り離され、レシーバ基板に接着される。レシーバ基板９７５は、選択された受動光学ナノ構造９３８がレシーバ基板９７５と接触したときにそれに付着するように接着剤であり得る。
次に、図２０Ｃに示されるように、選択された受動光学ナノ構造を上に有するレシーバ基板９７５は、上に発光素子１１０を有する支持基板２００の上に配置され、その結果、選択された各受動光学ナノ構造９３８は、それぞれの発光素子１１０と整列する。
この実施形態では、発光素子１１０はそれぞれ、上に積み重ねられた異なるタイプのそれぞれの受動光学ナノ構造１０００も有する。次に、レシーバ基板９７５上の選択された受動光学ナノ構造９３８は、選択された受動光学ナノ構造９３８がそれぞれスタックの最上部に取り付けられるように、レシーバ基板９７５からそれぞれの発光素子１１０に移送される。
有利には、レシーバ基板９７５は、支持基板２００とは異なる材料特性を有し得る移送基板である。例えば、レシーバ基板９７５は、受動光学ナノ構造のアレイ１０００とｚ方向の発光素子１１０との間の整列を支援するための可撓性材料であり得る。さらに、複数のレシーバ基板９７５を各モノリシックウェーハ９００から使用することができ、スループットを有利に増加させ、モノリシックウェーハから支持基板２００への粒子汚染を低減する。歩留まりが向上し、コストが削減され得る。
支持基板に移送する前に、受動光学ナノ構造のスタックを組み立てることが望ましい場合がある。
図２１Ａ～図２１Ｄは、受動光学ナノ構造９３８をそれぞれの発光素子１１０に移送するさらなる方法の断面図を示している。方法は、図２０Ａ～図２０Ｃに示される方法に類似しているが、方法では、図２１Ａおよび図２１Ｂに示されるように、レシーバ基板９７５に移送された後、選択された受動光学ナノ構造９３８は、別のレシーバ基板９７７上にすでに構築されている受動光学ナノ構造１０００の他のスタック上に移送される。次に、図２１Ｃおよび図２１Ｄに示されるように、選択された受動光学ナノ構造９３８を含むスタック全体が、それぞれの発光素子１１０と整列され、その上に移送される。
受動光学ナノ構造１０００のスタックは、発光素子１１０を含む基板２００を劣化させることなく、図２０Ａ～図２０Ｃの配置と比較して向上した歩留まりおよび均一性を有利に達成するために、広い領域にわたって高い均一性を提供され得る。
さらに詳細に論じられていない図２０Ａ～図２０Ｃおよび図２１Ａ～図２１Ｄの実施形態の特徴は、特徴の潜在的な変化を含む、上記で論じた同等の参照番号を伴う特徴に対応すると想定され得る。
本明細書で使用され得るように、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、対応する用語および／またはアイテム間の相対性に対して業界で認められた公差を提供する。このような業界で認められた公差は、０パーセント～１０パーセントの範囲であり、構成要素の値、角度などに対応するが、これらに限定されない。アイテム間のそのような相対性は、ほぼ０パーセント～１０パーセントの範囲である。
本明細書に開示された原理による様々な実施形態が上記で説明されたが、それらは単なる例として提示されたものであり、限定ではないことを理解されたい。よって、本開示の幅および範囲は、上記の例示的な実施形態のいずれによっても制限されるべきではなく、本開示から発行される請求項およびそれらの同等物に従ってのみ定義されるべきである。さらに、上記の利点および特徴は、記載された実施形態において提供されるが、上記の利点のいずれかまたはすべてを達成するプロセスおよび構造へのそのような発行された請求項の適用は制限されるべきではない。
加えて、本書のセクションの見出しは、３７ＣＦＲ １．７７に基づく提案との一貫性を保つため、または組織的な手がかりを提供するために提供されている。これらの見出しは、本開示から発行され得る請求項に記載されている実施形態を制限または特徴付けるべきではない。具体的には、例として、見出しは「技術分野」に言及しているが、請求項は、いわゆる分野を説明するために、この見出しの下で、選択された言語によって制限されるべきではない。さらに、「背景」における技術の説明は、特定の技術が本開示における任意の実施形態の先行技術であることを認めるものとして解釈されるべきではない。また、「要約」は、発行された請求項において記載された実施形態の特徴と見なされるべきではない。さらに、本開示における単数形の「発明」への言及は、本開示における新規性の単一の点のみがあると主張するために使用されるべきではない。本開示から発行される複数の請求項の制限に従って複数の実施形態を説明することができ、よって、そのような請求項は、それによって保護される実施形態およびそれらの同等物を定義する。すべての場合において、そのような請求項の範囲は、この開示に照らしてそれ自体のメリットで考慮されるべきであるが、本書に記載された見出しによって制約されるべきではない。

Claims (47)

  1. 照射装置を製造する方法であって、前記方法は、
    発光素子の非モノリシックアレイを形成する段階と、
    第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイを形成する段階と、
    選択的に除去された複数の第１の受動光学ナノ構造の相対的な空間位置を維持するやり方で、前記第１のモノリシックアレイから前記複数の第１の受動光学ナノ構造を選択的に除去する段階であって、前記第１のモノリシックアレイから選択的に除去される前記複数の第１の受動光学ナノ構造が選択され、その結果、少なくとも一方向において、前記少なくとも一方向の前記選択的に除去された複数の第１の受動光学ナノ構造の少なくとも一対について、それぞれの一対ごとに、前記少なくとも一方向の前記選択的に除去された複数の第１の受動光学ナノ構造の前記少なくとも一対の間に、前記第１のモノリシックアレイ中に位置決めされた選択されていない少なくとも１つのそれぞれの第１の受動光学ナノ構造が存在する、選択的に除去する段階と、
    前記選択的に除去された複数の第１の受動光学ナノ構造の前記相対的な空間位置を維持するやり方で、前記選択的に除去された複数の第１の受動光学ナノ構造を有する第１の受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイを形成する段階と、
    前記第１の受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイの前記第１の受動光学ナノ構造のそれぞれを、前記発光素子の非モノリシックアレイのそれぞれの発光素子と整列させる段階と、を含む、方法。
  2. 前記発光素子の非モノリシックアレイが支持基板上に形成される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記発光素子の非モノリシックアレイおよび前記第１の受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイを、前記支持基板と前記支持基板に対向する別の基板との間に挟み、その結果、各第１の受動光学ナノ構造が、それぞれの発光素子と整列しているようにする段階、をさらに含む、請求項２に記載の方法。
  4. 前記挟む段階の前に、前記第１の受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイを他の基板上に移送する段階をさらに含む、請求項３に記載の方法。
  5. 前記挟む段階の前に、前記第１の非モノリシックアレイの第１の受動光学ナノ構造のそれぞれを前記発光素子のそれぞれの１つに移送する段階をさらに含む、請求項３に記載の方法。
  6. 前記第１の受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイの前記第１の受動光学ナノ構造のそれぞれを、前記発光素子の非モノリシックアレイのそれぞれの発光素子上に積み重ねる段階をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
  7. 前記第１のモノリシックアレイの少なくとも２つの領域について、前記第１の受動光学ナノ構造の光学的または電気的特性を測定する段階と、
    各領域の前記光学的または電気的特性の前記測定を、前記光学的または電気的特性の所定の測定閾値より上または下に分類する段階と、
    前記光学的または電気的特性の前記測定が前記所定の測定閾値より上または代替的に下である領域から、第１の受動光学ナノ構造を単に選択的に除去する段階と、をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 電磁波長帯域の光を透過させる基板を提供する段階と、
    前記基板上に剥離層を形成する段階であって、前記剥離層は、前記電磁波長帯域の光に曝されたときに、前記基板から少なくとも部分的に分離するように構成されている、形成する段階と、
    前記剥離層上に前記第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイを形成する段階と、をさらに含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記複数の第１の受動光学ナノ構造を選択的に除去する段階は、
    前記選択された複数の第１の受動光学ナノ構造が形成される前記剥離層の領域を、前記基板を通して前記電磁波長帯域の光で照射し、それにより、前記選択された複数の第１の受動光学ナノ構造を前記基板から少なくとも部分的に分離する段階、を含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記照射は、前記選択された複数の第１の受動光学ナノ構造を、前記第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイの残りの部分から少なくとも部分的に分離する、請求項９に記載の方法。
  11. 前記選択された複数の第１の受動光学ナノ構造は、エッチング、スクライビング、またはアブレーションによって、前記第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイの残りの部分から少なくとも部分的に分離される、請求項９または１０に記載の方法。
  12. 前記照射は複数の成形されたレーザビームを含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記電磁波長帯域は紫外線波長帯域である、請求項９から１２のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記照射は前記剥離層の材料を解離してガスを形成する、請求項９から１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 前記電磁波長帯域の前記光は、前記第１の受動光学ナノ構造を形成する材料の層を解離する、請求項９から１４のいずれか一項に記載の方法。
  16. 前記選択的に除去された複数の第１の受動光学ナノ構造を移送部材上に移送する段階と、
    前記選択的に除去された複数の第１の受動光学ナノ構造のそれぞれを、前記移送部材からそれぞれの発光素子上に移送する段階と、を含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
  17. 第１の基板上に前記第１の受動光学ナノ構造のモノリシックアレイを形成する段階であって、前記第１の基板は、電磁波長帯域の光を遮断する、形成する段階と、
    前記第１の受動光学ナノ構造のモノリシックアレイを第２の基板上に移送する段階であって、前記第２の基板は前記電磁波長帯域の光を透過させる、移送する段階と、
    前記電磁波長帯域の光で前記第２の基板を通して前記複数の第１の受動光学ナノ構造を照射し、それにより、前記複数の第１の受動光学ナノ構造を前記第２の基板から少なくとも部分的に分離する段階と、を含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
  18. 前記複数の第１の受動光学ナノ構造を選択的に除去する段階は、前記第１の受動光学ナノ構造の前記相対的な空間位置を維持するやり方で、前記複数の第１の受動光学ナノ構造を第１の接着基板に接着する段階を含む、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記選択的に除去された発光素子の前記相対的な空間位置を維持するやり方で、前記除去された複数の第１の受動光学ナノ構造を前記第１の接着基板から第２の接着基板に移送する段階と、
    前記選択的に除去された発光素子の前記相対的な空間位置を維持するやり方で、前記第１の受動光学ナノ構造を前記第２の接着基板から支持基板に移送する段階と、をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
  20. 前記第１の受動光学ナノ構造のそれぞれは、第１の表面および前記第１の表面に対向する第２の表面を含み、前記第１の受動光学ナノ構造は、それらの第１の表面が前記第１の接着基板と接触し、それらの第２の表面が露出するように、前記第１の接着基板に接着される、請求項１９に記載の方法。
  21. 前記第１の受動光学ナノ構造は、それらの第２の表面が前記第２の接着基板と接触し、それらの第１の表面が露出するように、前記第２の接着基板に移送される、請求項１９または２０に記載の方法。
  22. 前記第１の受動光学ナノ構造は、それらの第１の表面が前記支持基板と接触し、それらの第２の表面が露出するように、前記支持基板に移送される、請求項１９から２１のいずれか一項に記載の方法。
  23. 前記第１の受動光学ナノ構造と前記第２の接着基板との間の接着力は、第１の受動光学ナノ構造と前記第１の接着基板との間の接着力よりも大きい、請求項１９から２２のいずれか一項に記載の方法。
  24. 前記第１の受動光学ナノ構造と前記支持基板との間の接着力は、前記第１の受動光学ナノ構造と前記第２の接着基板との間の接着力よりも大きい、請求項１９から２２のいずれか一項に記載の方法。
  25. 前記支持基板は平面基板である、請求項１９から２４のいずれか一項に記載の方法。
  26. 前記発光素子のそれぞれは、最大で３００マイクロメートル、好ましくは最大で２００マイクロメートル、最も好ましくは最大で１００マイクロメートルの最大寸法を含むマイクロＬＥＤである、請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法。
  27. 前記第１の受動光学ナノ構造のそれぞれは、最大で４００マイクロメートル、好ましくは最大で２５０マイクロメートル、最も好ましくは最大で１５０マイクロメートルの最大寸法を有する、請求項１から２６のいずれか一項に記載の方法。
  28. 前記第１の受動光学ナノ構造のそれぞれの最大寸法は、前記第１の受動光学ナノ構造のそれぞれと整列した発光素子の発光領域の最大寸法より大きいかそれに等しい、請求項１から２７のいずれか一項に記載の方法。
  29. 前記第１の受動光学ナノ構造は、最大で５マイクロメートル、好ましくは最大で１マイクロメートル、最も好ましくは最大で０．５マイクロメートルの最大寸法を有する１つまたは複数の副特徴を含む、請求項１から２８のいずれか一項に記載の方法。
  30. 前記第１の受動光学ナノ構造は、
    ワイヤグリッド偏光子、
    形状複屈折リターダ、
    量子ドットまたは量子ロッド色変換構造、
    分布ブラッグ反射器、
    メタマテリアル、
    ファブリペロー共振器構造、
    ダイクロイックスタック、
    ホログラム、
    モスアイ構造、
    ナノブラック材料、
    ナノコリメータ、
    ナノコラムを囲むエアギャップ、
    フォトニック結晶、のタイプのいずれか１つを含む、請求項１から２９のいずれか一項に記載の方法。
  31. 前記第１の受動光学ナノ構造はワイヤグリッド偏光子である、請求項１から３０のいずれか一項に記載の方法。
  32. 前記ワイヤグリッド偏光子の少なくとも１つは、第１の配向でそれぞれの発光素子と整列され、少なくとも１つの他のワイヤグリッド偏光子は、第２の配向でそれぞれの発光素子と整列され、前記第２の配向は前記第１の配向と直交している、請求項３１に記載の方法。
  33. 前記第１の受動光学ナノ構造は、量子ドットまたは量子ロッド色変換構造である、請求項１から３２のいずれか一項に記載の方法。
  34. 前記発光素子の非モノリシックアレイの前記発光素子の少なくとも１つは、それに整列された量子ドットまたは量子ロッド色変換構造を有さない、請求項３３に記載の方法。
  35. 第２の受動光学ナノ構造の第２のモノリシックアレイを形成する段階と、
    選択的に除去された複数の第２の受動光学ナノ構造の相対的な空間位置を維持するやり方で、前記第２のモノリシックアレイから前記複数の第２の受動光学ナノ構造を選択的に除去する段階であって、前記第２のモノリシックアレイから選択的に除去される前記複数の第２の受動光学ナノ構造が選択され、その結果、少なくとも一方向において、前記少なくとも一方向の前記選択的に除去された複数の第２の受動光学ナノ構造の少なくとも一対について、それぞれの一対ごとに、前記少なくとも一方向の前記選択的に除去された複数の第２の受動光学ナノ構造の前記少なくとも一対の間に、前記第２のモノリシックアレイ中に位置決めされた選択されていない少なくとも１つのそれぞれの第２の受動光学ナノ構造が存在する、選択的に除去する段階と、
    前記選択的に除去された複数の第２の受動光学ナノ構造の前記相対的な空間位置を維持するやり方で、前記選択的に除去された複数の第２の受動光学ナノ構造を有する第２の受動光学ナノ構造の第２の非モノリシックアレイを形成する段階と、
    前記第２の受動光学ナノ構造の第２の非モノリシックアレイの前記第２の受動光学ナノ構造のそれぞれを、前記発光素子の非モノリシックアレイのそれぞれの発光素子と整列させる段階と、をさらに含む、請求項１から３４のいずれか一項に記載の方法。
  36. 前記第１の受動光学ナノ構造は、前記第２の受動光学ナノ構造とは異なるタイプの受動光学ナノ構造である、請求項３５に記載の方法。
  37. 前記第１の受動光学ナノ構造の第１のモノリシックアレイは、前記第２の受動光学ナノ構造の第２のモノリシックアレイとは別に形成される、請求項３５または３６に記載の方法。
  38. 前記第１の受動光学ナノ構造の第２の非モノリシックアレイの各第２の受動光学ナノ構造を、それぞれの発光素子またはそれぞれの第１の受動光学ナノ構造のいずれかに積み重ねる段階をさらに含む、請求項３５から３７のいずれか一項に記載の方法。
  39. それに整列された第１の受動光学ナノ構造を有する前記発光素子の少なくとも１つは、それに整列された第２の受動光学ナノ構造を有さない、および／または、
    それに整列された第２の受動光学ナノ構造を有する前記発光素子の少なくとも１つは、それに整列された第１の受動光学ナノ構造を有さない、請求項３５から３８のいずれか一項に記載の方法。
  40. 前記発光素子の非モノリシックアレイは、
    発光素子のモノリシックアレイを形成することと、
    選択的に除去された複数の発光素子の前記相対的な空間位置を維持するやり方で、前記モノリシックアレイから前記複数の発光素子を選択的に除去することであって、前記第１のモノリシックアレイから選択的に除去される前記複数の発光素子が選択され、その結果、少なくとも一方向において、前記少なくとも一方向の前記選択的に除去された複数の発光素子の少なくとも一対について、それぞれの一対ごとに、前記少なくとも一方向の前記選択的に除去された複数の発光素子の前記少なくとも一対の間に、前記第１のモノリシックアレイ中に位置決めされた選択されていない少なくとも１つのそれぞれの発光素子が存在する、選択的に除去することと、
    前記選択的に除去された複数の発光素子の前記相対的な空間位置を維持するやり方で、前記選択的に除去された複数の発光素子を有する前記発光素子の非モノリシックアレイを形成することと、によって形成される、請求項１から３９のいずれか一項に記載の方法。
  41. 前記整列された第１の受動光学ナノ構造の第１の非モノリシックアレイおよび前記発光素子の非モノリシックアレイを有する照射装置を形成する段階をさらに含む、請求項１から４０のいずれか一項に記載の方法。
  42. 前記照射装置を有するディスプレイ装置を形成する段階をさらに含む、請求項４１に記載の方法。
  43. 照射装置であって、
    発光素子の非モノリシックアレイと、
    受動光学ナノ構造のモノリシックアレイからの受動光学ナノ構造の非モノリシックアレイと、を備え、
    前記受動光学ナノ構造のそれぞれは、前記発光素子の非モノリシックアレイのそれぞれの発光素子と整列しており、
    前記受動光学ナノ構造の非モノリシックアレイの前記受動光学ナノ構造は、それらの元の位置が前記モノリシックアレイ内で互いに対して維持された状態で配置されており、
    少なくとも一方向において、前記少なくとも一方向の前記非モノリシックアレイの前記受動光学ナノ構造の少なくとも一対について、それぞれの一対ごとに、前記少なくとも一方向の前記受動光学ナノ構造の前記少なくとも一対の間に前記受動光学ナノ構造のモノリシックアレイ中に位置決めされた、および前記受動光学ナノ構造の非モノリシックアレイ中のそれらの間に位置決めされていない、前記受動光学ナノ構造のモノリシックアレイ中に少なくとも１つのそれぞれの受動光学ナノ構造があった、照射装置。
  44. 前記照射装置は、透過型空間光変調器用のバックライトである、請求項４３に記載の照射装置。
  45. 前記照射装置は、前記発光素子に画像データを提供するように配置された制御システムをさらに備える、請求項４３または４４に記載の照射装置。
  46. 前記発光素子がアドレス指定可能であり、ピクセルとして駆動される、請求項４３から４５のいずれか一項に記載の照射装置。
  47. 請求項４３から４６のいずれか一項に記載の照射装置を備えるディスプレイ装置。
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