JP2023521776A - マイクロｌｅｄ用マイクロライトガイド - Google Patents

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Abstract

マイクロＬＥＤから放出された光のコリメーションのための円錐台形マイクロライトガイドを製造する方法。本方法は、ＵＶ硬化性材料の層を基板上に堆積させることを含む。層の第１の部分は、円錐台形マイクロライトガイドの形状を画定するために円錐形照射プロファイルを有するＵＶ光を使用して選択的に硬化される。ＵＶ硬化性材料は、層の第１の部分および層の第２の部分の一方を除去するために現像され、層の第２の部分は未硬化である。

Description

開示の分野
本開示は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の分野に関する。より詳細には、本開示は、ＬＥＤの発光効率を改善する方法に関する。
背景
ＬＥＤは電気エネルギーを光エネルギーに変換する。半導体ＬＥＤでは、これは通常、ｎドープ半導体層からの電子とｐドープ半導体層からの正孔との再結合が起こるときに電子－正孔遷移を介して起こる。主発光が起こる領域は、活性領域と呼ばれ得る。ＬＥＤ内の量子井戸で生成された光は、すべての方向に放射され得るが、ＬＥＤ材料の境界における屈折率の変化は、臨界角範囲（脱出範囲）内の入射角を有する放出光線のみが放出され得ることを意味する。脱出範囲内のいくらかの光でさえ、角度の変化に伴う小さなフレネル損失のために失われる可能性がある。入射角が脱出範囲外である場合、全内部反射が発生する可能性がある。ＬＥＤ製造における１つの主要な課題は、取り出し効率を改善し、可能な限り多くの放出光を捕捉することである。
一部のＬＥＤは、空気に直接放出する。放出効率は、生成された光子の総数に対してＬＥＤから空気中に脱出する光子の数であると言える。基板材料の屈折率は一般に空気の屈折率よりもはるかに高いため、出射面の法線に近い角度で入射する光のみが脱出することができる。多くの場合、ＬＥＤは、空気に直接結合されるのではなく、投影レンズなどの集光デバイスに結合される。そのような場合、ＬＥＤによって放出された一部の光が、集光デバイスとの界面に到達しないような角度で発散することに起因して、ＬＥＤと集光デバイスとの間の界面においてさらなる損失が存在し得る。その場合、発光効率は、ＬＥＤを脱出する光子の割合と、集光デバイスによって捕捉される脱出光子の割合の両方に依存する。
脱出光子を捕捉する効率は、集光角（利用可能な光子の少なくとも半分が集光デバイスによって捕捉される立体角）と比較して発散光角（放出光の半パワービーム幅によって形成される立体角）のサイズに依存し得る。ＬＥＤは、１２０度の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有するランバート放射に近い角分布で光を放出する。レンズの受光角は、そのＦ数によって決定されてもよく、これは、典型的な投影レンズでは、受光角１１．３°および９．５°をそれぞれ与えるＦ／２．５またはＦ／３であってもよい。ランバートＬＥＤによって放射される光の２．７％のみが±９．５°以内であるため、光の９７．３％はレンズに入らないために失われる。したがって、ＬＥＤからの放出効率を高め、放出された光をコリメートする必要がある。
既存の解決策は、ＬＥＤ半導体材料の正確なエッチングまたはＬＥＤデバイスのチップメサの成形のいずれかに依存し得る。メサの形状は、より多くの光子が透過を可能にする入射角を有するように、活性領域から放出された光が放出面に向かって反射されるように設計されてもよく、ビームを集束するように選択されてもよい。例えば、一体化された透明導電層は、製造中にＬＥＤ構造と一体的に形成され、光取り出しを強化するキャップを形成するためにエッチングされてもよい（米国特許出願公開第２０１５００８３９２Ａ１号）。凸状光学構造はまた、発光領域とは反対の基板の側でレーザアブレーションによって形成されてもよく、これは、光が透過されてコリメートされるように光を発光面に向けて反射する（米国特許出願公開第２０１８０８３１７０Ａ１号）。ＬＥＤ材料自体を成形するのではなく、チップメサを、活性層が位置する放物面構造に成形することができ、その結果、側壁に入射する光は、メサに対向する発光面に向かって反射される（米国特許出願公開第２０１５２３６２０１Ａ１号および米国特許出願公開第２０１７２７１５５７Ａ１号）。メサをエッチングすることは、活性層を損傷する危険性があり、高度のコリメーションのために十分に滑らかな仕上げを達成することが困難な場合がある。
マイクロＬＥＤは高解像度ディスプレイに使用されており、寸法が減少するにつれて、光を効果的にコリメートするのに十分な精度で特徴部をエッチングすることがますます困難になる可能性がある。放出光をコリメートするために使用される半導体材料の本質的に小さい寸法はまた、輝度均一性のレベルを低下させる可能性がある。本発明の目的は、正確な放出角ならびに高レベルの角度および輝度の均一性を提供するスケーラブルな設計を提供することである。
開示の概要
この背景に対して、以下が提供される。
マイクロＬＥＤから放出された光のコリメーションのための円錐台形マイクロライトガイドを製造するための方法であって、
ＵＶ硬化性材料の層を基板上に堆積することと、
円錐台形マイクロライトガイドの形状を画定するために円錐形照射プロファイルを有するＵＶ光を使用して層の第１の部分を選択的に硬化させることと、
層の第１の部分および層の第２の部分の一方を除去するためにＵＶ硬化性材料を現像することであって、層の第２の部分は未硬化である、現像することと
を含む、方法。
このようにして、取り出される光の割合を増加させるようにマイクロＬＥＤから放出された光をコリメートするために、小規模で精密なマイクロライトガイドを製造することが可能である。
層の第２の部分は除去されてもよく、層の第１の部分は円錐台形マイクロライトガイドを備えてもよい。
有利には、円錐台形マイクロライトガイドとしてＵＶ硬化性材料の第１の部分を使用することは、比較的少ない処理ステップを必要とし、スケーラブルなプロセスである。
層の第１の部分は除去されてもよく、層の第２の部分は円錐台形マイクロライトガイドの形状を画定する円錐台形凹部を備えてもよい。
有利には、プロセスが柔軟であるように、ポジ型レジストの代わりにネガ型レジストを使用することができる。
本方法は、円錐台形凹部内にライトガイド材料を堆積することと、層の第２の部分を除去することとをさらに含むことができ、それにより、ライトガイド材料が円錐台形マイクロライトガイドを備える。
本方法は、このようにして、ライトガイド材料は必ずしもＵＶ硬化性ではないので、円錐台形マイクロライトガイドにはより広い範囲の材料を使用することができる。
円錐台形マイクロライトガイドは第１の平面および第２の平面を備えることができ、第１の平面は第２の平面よりも小さい面積を有する。
このようにして、第１の平面を透過した光は、円錐台形マイクロライトガイドの側壁に入射することができ、円錐台形マイクロライトガイドの中心軸に対する反射光線の角度が、円錐台形マイクロライトガイドの中心軸に対する入射光線の角度よりも小さくなるように反射することができる。したがって、第１の平面を透過した光ビームはコリメートされ、より狭い光ビームが第２の平面から放出される。
本方法は、マイクロライトガイドのアレイを製造することをさらに含むことができる。
このようにして、マイクロＬＥＤのアレイ内の各マイクロＬＥＤからの光をコリメートすることができる。
円錐形照射プロファイルは、実質的に反転した円錐の形態をとることができ、円錐台形マイクロライトガイドの第１の平面が基板に近接するように、円軌道で移動しているマスクを通してＵＶ光を透過させることによって達成することができる。
このようにして、円錐台形状のＵＶ硬化性材料の一部を硬化させることができる。
基板は、複数のマイクロＬＥＤを備える処理済みウェハであってもよい。
有利には、円錐台形マイクロライトガイドは、マイクロＬＥＤ上に直接製造され、したがって、円錐台形マイクロライトガイドは、製造後にマイクロＬＥＤと位置合わせされる必要はない。
マスクは１つまたは複数の円形開口部を備えることができる。
このようにして、マスクを透過する光の照射プロファイルは、マスクが円軌道で移動するときに円錐形のプロファイルを有することができる。
円錐形照射プロファイルは、円錐台形マイクロライトガイドの第２の平面が基板に近接するようなＵＶ光のコリメーションによって達成することができる。
このようにして、円錐台形マイクロライトガイドは、マイクロＬＥＤとは別個に製造することができる。
コリメーションは１つまたは複数のマイクロレンズを使用して達成することができる。
このようにして、マイクロレンズを透過するＵＶ光は円錐形のプロファイルを有する。
基板はガラスまたはサファイアなどの透明材料であってもよい。
有利には、円錐台形マイクロライトガイドは、次いでマイクロＬＥＤに結合されてもよく、基板を除去する必要はない。
マイクロライトガイドはマイクロＬＥＤのアレイに結合されてもよい。
このようにして、マイクロＬＥＤのアレイ内の各マイクロＬＥＤからの光をコリメートすることができる。
円錐台形マイクロライトガイドの中心軸に対する円錐台形マイクロライトガイドの側壁の角度は、好ましくは１０°～１８°であってもよく、円錐台形マイクロライトガイドの中心軸は、第１の平面の中心点および第２の平面の中心点を通過する。
このようにして、円錐台形マイクロライトガイドを透過する光をコリメートすることができる。
円錐台形マイクロライトガイドの中心軸は、マイクロＬＥＤの中心軸と位置合わせされてもよい。
このようにして、円錐台形マイクロライトガイドによる光収集の効率が向上する。
マイクロライトガイドは反射コーティングをさらに備えてもよい。
このようにして、隣接する円錐台形マイクロライトガイド間の光クロストークが低減される。
ＵＶ硬化性レジスト材料はスピンコーティングによって堆積されてもよい。
有利には、このプロセスはスケーラブルであり、均一な層を達成する。
第１の平面は、第２の平面の特性寸法の５０％とすることができる特性寸法を有する。
このようにして、円錐台形マイクロライトガイドの側壁の適切な角度が達成される。
第２の平面の特性寸法は、円錐台形マイクロライトガイドの中心軸に平行な円錐台形マイクロライトガイドの特性寸法に等しくてもよい。
このようにして、光ビームの適切なレベルのコリメーションが達成される。
第１の平面の特性寸法は、マイクロＬＥＤの特性寸法よりも６０％大きくてもよい。
第１の平面の特性寸法は、好ましくは、マイクロＬＥＤの特性寸法よりも７０％大きくてもよい。
このようにして、円錐台形マイクロライトガイドによる光収集の効率が向上する。
図面の簡単な説明
次に、添付の図面を参照して、本開示の特定の実施形態を単なる例として説明する。
本開示の一実施形態による例示的な光線を有する円錐台形マイクロライトガイドの概略図である。 本開示の一実施形態による、例示的な光線を有する光源のアレイに結合された円錐台形マイクロライトガイドのアレイの概略断面図である。 本開示の一実施形態による、光源のアレイに結合された円錐台形マイクロライトガイドのアレイの斜視図である。 本開示の一実施形態による、例示的な光線を有するマイクロＬＥＤに結合された円錐台形マイクロライトガイドの断面図である。 本開示の一実施形態による、アレイマイクロＬＥＤに結合された円錐台形マイクロライトガイドのアレイの断面図である。 本開示の一実施形態による、マイクロＬＥＤのアレイに結合された円錐台形マイクロライトガイドのアレイの平面図である。 本開示の一実施形態による、マイクロライトガイドから放出された光の角度プロファイルのシミュレーションから導出されたデータを示す図である。図７Ａは、極座標プロットとして角度の関数として強度を示す図である。図７Ｂは、線形スケールで角度の関数として強度を示す図である。 本開示の一実施形態による、反射材料で被覆されマイクロＬＥＤのアレイに結合された円錐台形マイクロライトガイドのアレイの断面図である。 本開示の一実施形態による、円錐台形マイクロライトガイドの製造プロセス中のＵＶ硬化性材料の硬化部分および未硬化部分を示す簡単な概略図である。図９Ａは、基板上のＵＶ硬化性材料の層を示す図である。図９Ｂおよび図９Ｄは、ＵＶ硬化性材料の硬化部分および未硬化部分を示す図である。図９Ｃおよび図９Ｅは、ＵＶ硬化性材料の未硬化部分を除去するためにＵＶ硬化性材料を現像した後の基板上のＵＶ硬化性材料の円錐台形硬化部分を示す図である。 本開示の一実施形態による、移動マスクを使用して円錐台形マイクロライトガイドのアレイを製造するステップを示す図である。図１０Ａは、マイクロＬＥＤのアレイ上のＵＶ硬化性材料の層を示す図である。図１０Ｂは、移動マスクおよびＵＶ硬化性材料への入射ＵＶ光を示す図である。図１０Ｃは、ＵＶ硬化性材料の未硬化部分を除去するためのＵＶ硬化性材料の現像後にマイクロＬＥＤ上に残された円錐台形マイクロライトガイドを示す図である。 本開示の一実施形態による、マイクロレンズを介してコリメートされたＵＶ光を使用して円錐台形マイクロライトガイドを製造するステップを示す図である。図１１Ａは、マイクロレンズを使用して円錐形照射プロファイルにコリメートされたＵＶ光を示す図であり、ＵＶ光は基板上のＵＶ硬化性材料に入射する。図１１Ｂは、ＵＶ硬化性材料の未硬化部分を除去するためのＵＶ硬化性材料の現像後にマイクロＬＥＤ上に残された円錐台形マイクロライトガイドを示す図である。 本開示の一実施形態による、基板上の円錐台形マイクロライトガイドのアレイの斜視図である。 本開示の一実施形態による、マイクロＬＥＤのアレイに結合された基板上の円錐台形マイクロライトガイドのアレイの断面図である。
詳細な説明
本開示の一実施形態によれば、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）によって放出される光のコリメーションのためのマイクロライトガイド１００が提供される。マイクロライトガイド１００を製造するための方法も提供される。
図１を参照すると、マイクロライトガイド１００は、第１の平面１１０と、第１の平面１１０に対向する第２の平面１２０とを備え、第１の平面１１０は、第２の平面１２０よりも小さい面積を有する。第１の平面１１０および第２の平面１２０は、いずれも円形であってもよい。マイクロライトガイド１００は、第１の平面１１０と第２の平面１２０との間に延在する側壁１３０を備えてもよい。側壁１３０は湾曲していてもよい。したがって、マイクロライトガイド１００は、円錐台形状を有することができる。マイクロライトガイド１００は、可視スペクトルの光に対して透明な材料から製造することができる。第１の平面１１０に入射した入射光線は、第１の平面１１０を透過してもよい。第１の平面１１０への入射光線の入射角に応じて、透過光線は、第２の平面１２０に入射するようにマイクロライトガイドを透過してもよい。マイクロライトガイド１００を通る透過は、側壁１３０のいかなる部分からも反射することなく直接であってもよく、または全内部反射による側壁１３０からの１つまたは複数の反射を含んでもよい。
第１、第２および第３の例示的な透過光線１４１、１５１および１６１を図１に示す。第１の透過光線１４１は、側壁１３０で反射することなく第２の平面１２０に入射し、第２の平面１２０を透過して、マイクロライトガイド１００から出射する。第２および第３の透過光線１５１、１６１は、内部全反射により側壁１３０から反射される。第２の透過光線１５１は、第１の反射光線１５２として側壁１３０で反射されてもよい。第１の反射光線１５２は、第２の平面１２０に入射してもよく、透過してマイクロライトガイド１００から出射してもよい。マイクロライトガイド１００の中心軸に対する第１の反射光線１５２の角度は、マイクロライトガイド１００の中心軸に対する第２の入射光線１５１の角度よりも小さくてもよく、マイクロライトガイド１００の中心軸は、第１の平面１１０の中心および第２の平面１２０の中心を通過する。第３の透過光線１６１は、側壁１３０に入射し、第２の反射光線１６２として側壁１３０で反射されてもよい。次いで、第２の反射光線１６２は、側壁１３０に入射し、第３の反射光線１６３として再び反射され得る。次いで、第３の反射光線１６３は、第２の平面１２０に入射し、第２の平面１２０を透過してマイクロライトガイド１００を出射することができる。マイクロライトガイド１００の中心軸に対する第３の反射光線１６３の角度は、マイクロライトガイド１００の中心軸に対する第３の入射光線１６１の角度よりも小さくてもよい。
図２を参照すると、マイクロライトガイド１００は、光源２１０に結合されてもよい。光源２１０は、光源によって放出された光が第１の平面１１０に入射するように、第１の平面１１０に近接していてもよい。光源は、任意の方向に光を放出することができ、光源上の任意の点から光を放出することができるが、図２では、説明を明確にするために、単一の点からのみ放出される２つの例示的な光線２２１のみが示されている。光線２２１は、第１の平面１１０を透過し、側壁１３０に入射する。光線２２１は、全内部反射を介して側壁１３０から反射され、第２の平面１２０に入射し、第２の平面１２０を透過してマイクロライトガイド１００から出射する。マイクロライトガイド１００の中心軸に対する反射光線２２２の角度は、マイクロライトガイド１００の中心軸に対する入射光線２２１の角度よりも小さくてもよい。各マイクロライトガイド１００が別個の光源２１０に結合されるように、アレイ２００に配置された複数のマイクロライトガイド１００が存在してもよい。光源２１０は、マイクロＬＥＤであってもよい。
図３を参照すると、マイクロライトガイド１００のアレイ２００は、光源２１０のアレイを備える基板３１０に結合されてもよい。各マイクロライトガイド１００の中心軸は、各光源２１０の中心軸と位置合わせすることができる。マイクロライトガイド１００は、一定のピッチで配置されてもよい。
図４を参照すると、光源２１０は、マイクロＬＥＤを備える画素４００を備えることができる。マイクロＬＥＤは、基板４１０と、基板４１０上に設けられた半導体材料４２０と、半導体材料４２０上に設けられたキャッピング材料４３０とを備えることができる。半導体４２０は、電極４４０および４５０を使用して印加され得る電流に応答して光を放出するように構成される。特定の実施形態では、基板４１０は相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）を備えることができ、半導体材料４２０はモノリシックＩｎＧａＮ ＬＥＤを備えることができる。モノリシックＩｎＧａＮ ＬＥＤは青色光を放出することができ、その場合、キャッピング材料４３０は、青色画素用の透明材料、ならびに赤色および緑色画素用の量子ドットまたは蛍光体などの色変換材料とすることができる。図５も参照すると、複数の画素４００を設けてアレイ状に配置することができ、複数の画素４００の各画素４００をマイクロライトガイド１００に結合することができる。画素間の光クロストークを防止するために、各キャッピング材料４３０の間に遮光材料４６０があってもよい。遮光材料４６０は、可視光を吸収し、感光性であってもよい。そのようなアレイの一例の簡略表示が図６の平面図に示されている。
特定の実施形態では、その中心軸に沿ったマイクロライトガイド１００の特性寸法は５μｍであることができ、第１の平面１１０の特性寸法は２．５μｍであることができ、第２の平面１２０の特性寸法は５μｍであることができる。このとき、マイクロライトガイドの中心軸に対する側壁１３０の角度は１４°である。第１の平面１１０および第２の平面１２０は円形であってもよいので、第１および第２の平面の特性寸法は直径であってもよい。第１の平面１１０の特性寸法は、好ましくは、光源２１０の特性寸法よりも６０％大きくてもよい。より好ましくは、第１の平面１１０の特性寸法は、光源２１０の特性寸法よりも７０％大きくてもよい。マイクロライトガイド１００のアレイ２００のピッチは８μｍであってもよく、光源２１０のアレイのピッチは８μｍであってもよい。
図７を参照すると、マイクロライトガイド１００の第２の平面１２０から放出される光のプロファイルが示されている。図７にプロットされたデータは、その中心軸に沿った特性寸法が５μｍ、円形の第１の平面１１０の直径が２．５μｍ、および円形の第２の平面１２０の直径が５μｍであるマイクロライトガイド１００のシミュレーション結果から導出される。第１の平面１１０に入射する光源２１０からの光は、１２０°の半値全幅（ＦＷＨＭ）を有するランバート分布を有し、第２の平面１２０から放出される光は、５７°の半値全幅を有する。図７Ａは、角度を極座標グラフにプロットした光の強度を示し、図７Ｂは、角度に対して線形スケールにプロットした強度を示す。
図８を参照すると、マイクロライトガイド１００は、マイクロライトガイド１００間の光クロストークを防止するために反射材料８１０でコーティングされてもよい。特定の実施形態では、反射材料８１０は、アルミニウムまたは銀であってもよい。
図９を参照すると、マイクロライトガイド１００は、ＵＶ硬化性材料９１０の層を基板９２０（図９Ａ）上に堆積させることによって製造することができる。円錐形の照射プロファイルを有するＵＶ光９３０または９４０は、ＵＶ光９３０、９４０がＵＶ硬化性材料９１０の第１の部分９１２または９１４を選択的に硬化させるように、ＵＶ硬化性材料９１０の第１の表面９５０に入射する。次いで、ＵＶ硬化性材料９１０を現像して、層の第１の硬化部分（９１２または９１４）および第２の未硬化部分（９１１または９１３）の一方を除去し、残りの部分が円錐台形マイクロライトガイドの形状を画定するようにする。図９に示す例では、ＵＶ硬化性材料９１０の第２の未硬化部分９１１または９１３は、ＵＶ硬化性材料９１０の第１の部分９１２または９１４が円錐台形マイクロライトガイド１００として残るように除去される。円錐台形マイクロライトガイドは、その中心軸を基板９２０の平面に垂直に有することができるが、基板９２０に隣接するその第１の平面１１０（逆円錐に類似する円錐形照射プロファイルから生じる）または基板９２０に隣接するその第２の平面１２０（円錐に類似する円錐形照射プロファイルから生じる）のいずれかを有することができる。図９Ｂおよび図９Ｃは、照射プロファイルがＵＶ硬化性材料９１０の第１の表面９５０よりも基板９２０において狭くなるように、ＵＶ光９３０が円錐形照射プロファイルを有するプロセスを示しており、したがって、製造後、第１の平面１１０が基板９２０に隣接する。図９Ｄおよび図９Ｅは、照射プロファイルがＵＶ硬化性材料９１０の第１の表面９５０よりも基板９２０において広くなるように、ＵＶ光９４０が円錐形照射プロファイルを有するプロセスを示しており、したがって、製造後、第２の平面１２０が基板９２０に隣接する。特定の他の実施形態では、ＵＶ硬化性材料９１０の硬化部分９１２または９１４は、残りの未硬化部分９１１または９１３が円錐台形マイクロライトガイドの形状を画定する凹部を含むように除去することができる。ライトガイド材料を凹部内に堆積させることができ、ＵＶ硬化性材料９１０の未硬化部分９１１または９１３を除去することができ、残りのライトガイド材料は円錐台形マイクロライトガイド１００を備える。
第１の実施形態では、基板９２０は光源２１０のアレイ３１０を備えてもよい。ＵＶ硬化性材料９１０は、光源２１０のアレイ上に直接堆積させることができる。図１０Ａを参照すると、光源２１０は、図４に示すように、マイクロＬＥＤを備える画素４００として示されている。ＵＶ硬化性材料９１０はスピンコーティングによって堆積されてもよい。図１０Ｂを参照すると、ＵＶ光１０１１は、マスク１０２０の平面に垂直にマスク１０２０に入射し、マスク１０２０の平面は、基板９２０およびＵＶ硬化性材料９１０に平行である。マスクは、複数の開口部１０２１を有することができ、各開口部１０２１の中心軸は、画素４００の中心軸と位置合わせされている。各開口部１０２１は円形であってもよい。マスク１０２０を透過するＵＶ光１０１１が逆円錐状の照射プロファイルを有するように、マスク１０２０は、マスクの平面内にある円軌道１０３０で移動される。ＵＶ光１０１１は、ＵＶ硬化性材料９１０の第１の表面９５０に入射する。逆円錐形照射プロファイルは、プロファイルの中心で最高強度を有し、プロファイルの縁部で最低強度を有する。最高強度は、第１の平面の面積に等しい面積にわたって一定であり、円錐形照射プロファイルの中心軸は、画素４００の中心軸と位置合わせされている。照射プロファイルの最も広い部分は、第２の平面１２０と同じ面積を有する。ＵＶ硬化性材料９１０の硬化の侵入深さは、放射プロファイルの強度の関数であるため、ＵＶ硬化性材料の硬化部分９１２は円錐台形状を有する。ＵＶ硬化性材料の硬化部分９１２は、第１の平面１１０の面積に等しい基板９２０に隣接する断面積と、第２の平面の面積に等しい第１の表面９５０における断面積とを有する。特定の実施形態では、図１０Ｃに示すように、ＵＶ硬化性材料９１０の未硬化部分９１１が除去され、ＵＶ硬化性材料の硬化部分９１２は、基板９２０上に残された円錐台形マイクロライトガイドを備える。特定の実施形態では、ＵＶ硬化性材料９１０の硬化部分９１２が除去され、未硬化部分９１１に円錐台形の凹部が残り、円錐台形の凹部にライトガイド材料が堆積される。次いで、ＵＶ硬化性材料９１０の未硬化部分９１１が除去され、残りのライトガイド材料が円錐台形マイクロライトガイドを備える。
第２の実施形態では、基板９２０は、可視スペクトルの波長を有する電磁放射に対して透明な透明材料を含んでもよい。特定の実施形態では、透明材料はガラスまたはサファイアであってもよい。図１１Ａを参照すると、ＵＶ硬化性材料９１０の第１の表面９５０に入射するＵＶ光１１２０がＵＶ硬化性材料９１０内で円錐形状を有するように、マイクロレンズ１１１０を使用してＵＶ光がコリメートされる。円錐形プロファイルは、ＵＶ硬化性材料９１０の第１の表面９５０において第１の平面１１０に等しい面積を有し、基板９２０において第２の平面に等しい面積を有する。円錐形プロファイル内にあるＵＶ硬化性材料９１０が硬化され、未硬化部分９１３を除去することができる。硬化部分９１４は、円錐台形状を有し、基板上に残されてもよい。一実施形態では、硬化部分９１４のアレイが存在するように、マイクロレンズ１１１０のアレイが存在してもよい。図１２を参照すると、基板９２０上の硬化部分９１４のアレイの概略の斜視図が示されており、硬化部分９１４はマイクロライトガイド１００である。図１３を参照すると、基板９２０は、各マイクロライトガイド１００が光源２１０に結合されるように、光源２１０のアレイ上に配置されてもよい。マイクロライトガイド１０の中心軸は、光源２１０の中心軸と位置合わせすることができる。第１の平面１１０は、光源２１０に近接している。一実施形態では、光源２１０は、マイクロＬＥＤを備える画素４００であってもよい。特定の実施形態では、第１の平面１１０と光源２１０との間の距離は、光源２１０の発光領域の面積の２０％より小さくてもよい。
特定の実施形態では、ＵＶ硬化性材料９１０は、ＵＶ領域の波長を有する電磁放射を吸収し、可視スペクトルの波長を有する電磁放射に対して透明であってもよい。特定の実施形態では、マイクロライトガイド１００の表面の粗さプロファイルの算術平均は、２０ｎｍ未満であり得る。特定の実施形態では、ＵＶ硬化性材料は、５８９ｎｍの波長を有する光に対して１．５５５の屈折率を有することができる。ＵＶ硬化性材料は、ＯｒｍｏＣｌｅａｒ（登録商標）ＦＸを含むかまたはそれからなり得る。
ＵＶ硬化性材料９１０は、基板９２０上にスピンコーティングされてもよい。ＵＶ硬化性材料９１０の厚さは、スピンコーティングの持続時間に依存し得る。
基板９２０が光源２０１のアレイ３１０を含み得る特定の実施形態では、基板９２０は、ＵＶ硬化性材料９１０でスピンコーティングされ、次いで基板９２０への接着性を改善するために８０℃で２分間ベークされ得る。ＵＶ硬化性材料９１０は、移動するマスクを透過するＵＶ光に曝露することができ、マスクは、照射プロファイルが逆円錐に類似するように円軌道で移動する。適切な分解能を達成するために、ＩＶ曝露の線量は１０００ｍＪｃｍ－２未満であってもよい。ＵＶ硬化性材料９１０は、未硬化部分９１１を除去するために現像される。基板９２０および硬化部分９１２は、基板９２０に対するマイクロライトガイド１００の接着性を高めるために、１２０℃で１０分間ベークされてもよい。
基板９２０が透明材料であり得る特定の実施形態では、基板９２０は、アセトン／２－プロパノールでスピン洗浄され、次いで、２００℃で５分間ベークされ、ＵＶ硬化性材料９１０でスピンコーティングする前に室温に冷却され得る。あるいは、基板９２０は、酸素またはオゾンによるプラズマ洗浄によって洗浄されてもよい。ＵＶ硬化性材料９１０を基板９２０上にスピンコーティングした後、基板９２０を８０℃で２分間ベークして接着性を改善することができる。次いで、ＵＶ硬化性材料９１０を、円錐形照射プロファイルでＵＶ光に曝露することができる。特定の実施形態では、ＵＶ硬化性材料に入射するＵＶ光が円錐形照射プロファイルを有するように、マイクロレンズ１１１０のアレイを使用してＵＶ光がコリメートされる。適切な分解能を達成するために、ＩＶ曝露の線量は１０００ｍＪｃｍ－２未満であってもよい。曝露後、ＵＶ硬化性材料９１０は、未硬化部分９１３を除去するために現像される。基板９２０および硬化部分９１４は、基板９２０に対するマイクロライトガイド１００の接着性を高めるために、１２０℃で１０分間ベークされてもよい。

Claims (21)

  1. マイクロＬＥＤから放出された光のコリメーションのための円錐台形マイクロライトガイドを製造するための方法であって、
    ＵＶ硬化性材料の層を基板上に堆積することと、
    前記円錐台形マイクロライトガイドの形状を画定するために円錐形照射プロファイルを有するＵＶ光を使用して前記層の第１の部分を選択的に硬化させることと、
    前記層の前記第１の部分および前記層の第２の部分の一方を除去するために前記ＵＶ硬化性材料を現像することであって、前記層の前記第２の部分は未硬化である、現像することと
    を含む、方法。
  2. 前記層の前記第２の部分は除去され、前記層の前記第１の部分は前記円錐台形マイクロライトガイドを備える、請求項１に記載の方法。
  3. 前記層の前記第１の部分は除去され、前記層の前記第２の部分は前記円錐台形マイクロライトガイドの前記形状を画定する円錐台形凹部を備える、請求項１に記載の方法。
  4. 前記方法は、前記円錐台形凹部内にライトガイド材料を堆積することと、前記層の前記第２の部分を除去することとをさらに含み、それにより、前記ライトガイド材料が前記円錐台形マイクロライトガイドを備える、請求項３に記載の方法。
  5. 前記円錐台形マイクロライトガイドは第１の平面および第２の平面を備え、前記第１の平面は前記第２の平面よりも小さい面積を有する、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記方法はマイクロライトガイドのアレイを製造することをさらに含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記円錐形照射プロファイルは、実質的に反転した円錐の形態をとり、前記円錐台形マイクロライトガイドの前記第１の平面が前記基板に近接するように、円軌道で移動しているマスクを通して前記ＵＶ光を透過させることによって達成される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記基板は、複数のマイクロＬＥＤを備える処理済みウェハである、請求項７に記載の方法。
  9. 前記マスクは１つまたは複数の円形開口部を備える、請求項７または８に記載の方法。
  10. 前記円錐形照射プロファイルは、前記円錐台形マイクロライトガイドの前記第２の平面が前記基板に近接するような前記ＵＶ光のコリメーションによって達成される、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
  11. 前記コリメーションは１つまたは複数のマイクロレンズを使用して達成される、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記基板はガラスまたはサファイアなどの透明材料である、請求項１０または１１に記載の方法。
  13. 前記マイクロライトガイドはマイクロＬＥＤのアレイに結合される、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 前記円錐台形マイクロライトガイドの中心軸に対する前記円錐台形マイクロライトガイドの側壁の角度は、好ましくは１０°～１８°であり、前記円錐台形マイクロライトガイドの前記中心軸は、前記第１の平面の中心点および前記第２の平面の中心点を通過する、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  15. 前記円錐台形マイクロライトガイドの前記中心軸は、マイクロＬＥＤの中心軸と位置合わせされる、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  16. 前記マイクロライトガイドは反射コーティングをさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  17. 前記ＵＶ硬化性レジスト材料はスピンコーティングによって堆積される、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
  18. 前記第１の平面は、前記第２の平面の特性寸法の５０％である特性寸法を有する、請求項５から１７のいずれか１項に記載の方法。
  19. 前記第２の平面の前記特性寸法は、前記円錐台形マイクロライトガイドの前記中心軸に平行な前記円錐台形マイクロライトガイドの特性寸法に等しい、請求項５から１８のいずれか１項に記載の方法。
  20. 前記第１の平面の前記特性寸法は、前記マイクロＬＥＤの特性寸法よりも６０％大きい、請求項５から１９のいずれか１項に記載の方法。
  21. 前記第１の平面の前記特性寸法は、好ましくは、前記マイクロＬＥＤの前記特性寸法よりも７０％大きい、請求項２０に記載の方法。
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