JP2023527963A - 水平発光を用いるマルチカラーｌｅｄピクセルユニットのシステム及び方法 - Google Patents

水平発光を用いるマルチカラーｌｅｄピクセルユニットのシステム及び方法 Download PDF

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スー，クンチャオ
スー，フイウェン
リ，キミン
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ジェイド バード ディスプレイ（シャンハイ） リミテッド
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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、更に２つのＬＥＤ構造からの光を結合する。微小マルチカラーＬＥＤデバイスからの光は、ＬＥＤ構造の各々から水平に発せられ、幾つかの反射構造を介して上方に反射される。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／又は共通電極に接続される。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、平坦層がＬＥＤ構造又は微小マルチカラーＬＥＤデバイスの各々を囲む。幾つかの実施形態では、反射層、屈折層、微小レンズ、スペーサ、及び反射カップ構造の１つ又は複数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、２０２０年６月３日付けで出願された「SYSTEMS AND METHODS FOR MULTI-COLOR LED PIXEL UNIT WITH HORIZONTAL LIGHT EMISSION」と題する米国仮特許出願第６３／０３４，３９４号の優先権を主張するものであり、これ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）、仮想現実（ＶＲ）、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。更に、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。更に、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] 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。
[0011] しかしながら、ポータブル電子デバイスの大半は、主に一人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。更に、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。
[0012] 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、抗原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。更に、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。
[0013] 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。
[0014] 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、それ故、指向性がなく、発散角が大きくなる。大きな発散角は、微小ＬＥＤディスプレイに種々の問題を生じさせ得る。一方では、大きな発散角に起因して、微小ＬＥＤによって発せられた光のわずかな部分しか利用することができない。これは、微小ＬＥＤディスプレイシステムの効率及び輝度を大幅に低下させ得る。他方、大きな発散角に起因して、１つの微小ＬＥＤピクセルによって発せられる光は、その隣接ピクセルを照明し得、ピクセル間の光クロストーク、鮮鋭さの損失、及びコントラストの損失を生じさせる。大きな発散角を低減する従来の解決策は、微小ＬＥＤから発せられる光に全体として効率的に対処しないことがあり、微小ＬＥＤから発せられる光の中心部分しか利用することができず、より斜めの角度で発せられた光の残りの部分は利用されないままである。
[0015] 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のＬＥＤ構造を提供することが望ましい。
概要
[0016] 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。そして、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、及び／又は消費電力を低くするために光の無駄を低減し、且つよりよい画像と同時にピクセル間の光干渉を低減したディスプレイパネルも必要とされる。
[0017] 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別個の電極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。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 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、それにより、作製ステップを簡易化し、ひいてはＬＥＤチップの信頼性及び性能を強化することができる。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。加えて、偏光が、マルチカラー微小ＬＥＤ内のＬＥＤ構造又はマルチカラー微小ＬＥＤ全体の何れか一方に適用され、それにより、平坦化された層内の既存の構造への破壊の程度がより低い状態で、異なるＬＥＤ構造及び／又は他の層を一緒に直接接合又は形成できるようにする。
[0021] 本明細書に記載のマルチカラー微小ＬＥＤデバイスは、垂直発光を含むことができ、例えば、積層ＬＥＤ構造の各々からの光は、基板の表面に対して略垂直に発せられ、また水平発光も含み、例えば、積層ＬＥＤ構造の各々からの光は、基板の表面に対して略水平に又は水平にのみ発せられ、次いで何らかの反射構造又はそれらの任意の組合せによって略垂直に反射される。垂直に発せられた光はマルチカラー微小ＬＥＤデバイス内の異なる層の全てを通るため、光透過及び光反射を改善する種々の層が実施される。垂直発光と比較して、積層ＬＥＤ構造の各々から垂直に発せられた光は、特定の構造の上の全ての層を通る必要はない。したがって、水平発光は、よりよい光透過効率を有し得、光弁別性をよくする。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 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。
[0026] 幾つかの例示的な実施形態は、半導体基板上に配置され、発光領域、例えばマルチカラー微小ＬＥＤデバイスから光が発せられる領域を囲む反射カップを含む。反射カップは、発光領域から発せられた光の発散を低減し、隣接するピクセルユニット間の光クロストークを抑制することができる。例えば、反射カップは、斜角で光を利用することができ、これは、従来の解決策よりも、この光を収集し、高輝度且つ電力効率的な表示に向けて変換するに当たり効率的である。加えて、反射カップは、隣接するピクセルユニットの微小ＬＥＤから発せられた光をブロックすることができ、それにより、ピクセル間光クロストークを効果的に抑制し、色のコントラスト及び鮮鋭度を高めることができる。本開示の例示的な実施形態は、投射の輝度及びコントラストを改善し、ひいては投射用途での消費電力を低減することができる。本開示の例示的な実施形態はまた、ディスプレイの発光指向性を改善し、したがって、よりよい画質を提供し、直視用途でユーザのプライバシーを保護することもできる。本開示の例示的な実施形態は複数の利点を提供することができる。一利点は、本開示の例示的な実施形態がピクセル間光クロストークを抑制し、輝度を高めることができることである。本開示の例示的な実施形態は、１つのピクセル内の輝度を電力効率的に高めながら、より小さなピッチでのピクセル間光クロストークを抑制することができる。
[0027] 幾つかの例示的な実施形態では、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスは、反射カップと集積された１つ又は複数の上部電極を含み得る。上部電極は、上部電極層と電気的に接続し得る。反射カップとの上部電極集積は、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス構造をよりコンパクトにし、且つ作製プロセスを簡易化し得る。上部電極の採用により、反射カップは、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの共通Ｐ又はＮ電極として実行することができ、したがって、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスのコンパクト構造を提供し得る。
[0028] 幾つかの例示的な実施形態では、微小ＬＥＤピクセルユニットは、反射カップに加えて微小レンズを含み得る。微小レンズは、発光領域と位置合わせされ、光源からの発光の発散を低減し得、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスからの使用可能な視野角を低減するように位置決めされ得る。例えば、微小レンズは発光領域と同軸に位置合わせし得、発光領域上且つ反射カップの上に位置決めされ得る。発光領域から発せられた光の部分は、微小レンズに直接到達して微小レンズを透過することができ、発光中心から発せられた光のその他の部分は反射カップに到達して反射カップによって反射されて、次いで微小レンズに到達して微小レンズを透過することができる。したがって、発散を低減することができ、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスを使用したディスプレイ及びパネルが１人のユーザにより、ディスプレイ及びパネルの表面に垂直に見られ得る程度まで、使用可能な視野角を低減することができる。そしてこれは、電力の無駄を低減し、輝度を増大させ、及び／又は公のエリアでユーザプライバシーをよりよく保護することができる。別の例では、微小レンズは発光領域と同軸に位置合わせされ得、発光上に位置決めされ、反射カップにより囲むことができる。発光領域から発せられた光の部分は、微小レンズに直接到達して微小レンズを透過することができ、発光中心から発せられた光の別の部分は反射カップに到達して反射カップによって反射されて、次いで微小レンズに到達して微小レンズを透過することができ、発光中心から発せられた光の残りの部分は、微小レンズを透過することなく反射カップに到達し反射カップによって反射することができる。したがって、発散を低減することができ、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスを使用したディスプレイ及びパネルが数人のユーザによって見られ得る程度まで、使用可能な視野角を低減することができる。これは、電力の無駄を低減し、輝度を増大させ、及び／公のエリアでユーザプライバシーを適宜保護することもできる。
[0029] 幾つかの例示的な実施形態では、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスはスペーサを更に含み得る。スペーサは、微小レンズと発光領域との間に適切な間隔を提供するように形成された光学的に透明な層であり得る。例えば、スペーサは、微小レンズが反射カップの上に配置されたとき、微小レンズと反射カップの上部との間に配置し得る。したがって、発光領域から発せられた光は、スペーサを透過し、次いで微小レンズを透過することができる。スペーサは反射カップによって囲まれたエリアを充填して、発光領域を囲む媒体の屈折率を上げることもできる。したがって、スペーサは、発光領域から発せられた光の光路を変更することができる。微小レンズを採用することにより、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの光抽出効率を増大させて、例えば微小ＬＥＤディスプレイパネルの輝度を更に高めることができる。
[0030] 幾つかの例示的な実施形態では、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスは、階段形カップを含み得る。階段形反射カップは、発光領域を囲むキャビティを含み得る。キャビティは、発光領域を囲む複数の傾斜面によって形成し得る。複数の傾斜面によりサブキャビティを形成し得、サブキャビティは水平方向において異なる寸法を有し得る。階段形反射カップは半導体基板上に配置し得る。階段形反射カップは、発光領域から発せられた光の発散を低減し、隣接ピクセルユニット間の光クロストークを抑制することができる。例えば、階段形反射カップは、異なる反射方向に反射することによって斜角で光を利用することができる。加えて、階段形反射カップは、隣接ピクセルユニットの微小ＬＥＤから発せられた光をブロックすることができ、それにより、ピクセル間光クロストークを効果的に抑制し、色のコントラスト及び鮮鋭度を高めることができる。本開示の例示的な実施形態は、投射の輝度及びコントラストを改善し、ひいては、投射用途での消費電力を低減することができる。本開示の例示的な実施形態はまた、ディスプレイの発光指向性を改善し、したがって、よりよい画質を提供し、直視用途でユーザのプライバシーを保護することもできる。
[0031] 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。
[0032] 幾つかの例示的な実施形態は、ディスプレイパネルのマルチカラー微小発光ダイオード（ＬＥＤ）ピクセルユニットであって、ＩＣ基板上に形成される第１のカラーＬＥＤ構造であって、第１のカラーＬＥＤ構造は第１の発光層を含み、第１の発光層の下部に第１の反射構造が形成される、第１のカラーＬＥＤ構造と、第１のカラーＬＥＤ構造を覆う、平坦上面を有する第１の誘電接合層と、第１の誘電接合層の平坦上面に形成される第２のカラーＬＥＤ構造であって、第２のカラーＬＥＤ構造は第２の発光層を含み、第２の反射構造が第２の発光層の下部に形成される、第２のカラーＬＥＤ構造と、第２のカラーＬＥＤ構造を覆う、平坦上面を有する第２の誘電接合層と、微小ＬＥＤピクセルユニットを覆い、第１のカラーＬＥＤ構造及び第２のカラーＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層と、第１のカラーＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造と電気的に接続されるＩＣ基板とを含む、マルチカラー微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0033] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、
ＩＣ基板上に形成される第１のカラーＬＥＤ構造であって、第１のカラーＬＥＤ構造は第１の発光層を含み、第１の発光層の下部に第１の反射構造が形成される、第１のカラーＬＥＤ構造と、第１のカラーＬＥＤ構造を覆う、平坦上面を有する第１の誘電接合層と、第１の誘電接合層の平坦上面に形成される第２のカラーＬＥＤ構造であって、第２のカラーＬＥＤ構造は第２の発光層を含み、第２の反射構造が第２の発光層の下部に形成される、第２のカラーＬＥＤ構造と、第２のカラーＬＥＤ構造を覆う、平坦上面を有する第２の誘電接合層と、第２の誘電接合層の平坦上面に形成される第３のカラーＬＥＤ構造であって、第３のカラーＬＥＤ構造は第３の発光層を含み、第３の反射構造が第３の発光層の下部に形成される、第３のカラーＬＥＤ構造と、第３のカラーＬＥＤ構造を覆う、平坦上面を有する第３の誘電接合層と、微小ＬＥＤピクセルユニットを覆い、第１のカラーＬＥＤ構造、第２のカラーＬＥＤ構造、及び第３のカラーＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層と、第１のカラーＬＥＤ構造、第２のカラーＬＥＤ構造、及び第３のカラーＬＥＤ構造と電気的に接続されるＩＣ基板とを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0034] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の誘電接合層は透明であり、第２の誘電接合層は透明である。
[0035] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射構造は少なくとも１つの第１の高反射率層を含み、第２の反射構造は少なくとも１つの第２の高反射率層を含み、第３の反射構造は少なくとも１つの第３の高反射率層を含み、第１の高反射率層、第２の高反射率層、及び第３の高反射率層の反射率は６０％超である。
[0036] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の高反射率層、第２の高反射率層、又は第３の高反射率層の材料は、Ｒｈ、Ａｌ、Ａｇ、又はＡｕの１つ又は複数から選択される金属である。
[0037] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射構造は、異なる屈折率を有する少なくとも２つの第１の高反射率層を含み、第２の反射構造は、異なる屈折率を有する少なくとも２つの第２の高反射率層を含み、第３の反射構造は、異なる屈折率を有する少なくとも２つの第３の高反射率層を含む。
[0038] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射構造は、第１の高反射率層上に第１の透明層を更に含み、第２の反射構造は、第２の高反射率層上に第２の透明層を更に含み、第３の反射構造は、第３の高反射率層上に第２の透明層を更に含む。
[0039] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の透明層はＩＴＯ及びＳｉＯ２の１つ又は複数から選択され、第２の透明層はＩＴＯ及びＳｉＯ２の１つ又は複数から選択され、第３の透明層はＩＴＯ及びＳｉＯ２の１つ又は複数から選択される。
[0040] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のカラーＬＥＤ構造は第１の下部電極導電接触層を更に含み、第２のカラーＬＥＤ構造は第２の下部電極導電接触層を更に含み、第３のカラーＬＥＤ構造は第３の下部電極導電接触層を更に含み、第１の下部電極導電接触層は、第１の下部電極導電接触層の下部における第１の接点ビアによってＩＣ基板と電気的に接続され、第２の下部電極導電接触層は、第１の誘電接合層を通して第２の接点ビアによってＩＣ基板と電気的に接続され、第３の下部電極導電接触層は、第２の誘電層及び第１の誘電接合層を通して第３の接点ビアによってＩＣ基板と電気的に接続される。
[0041] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の下部電極導電接触層は透明であり、第２の下部電極導電接触層は透明であり、第３の下部電極導電接触層は透明である。
[0042] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の拡張部が第１の発光層の片側から延び、第２の拡張部が第２の発光層の片側から延び、第３の拡張部が第２の発光層の片側から延び、上部接点ビアが、第２の誘電接合層及び第３の誘電接合層を通して第１の拡張部、第２の拡張部、及び第３の拡張部を上部電極層に接続する。
[0043] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、少なくとも、半導体基板上に形成される発光領域と、発光領域の周囲に形成される反射光学分離構造とを含み、反射光学分離構造の上部は発光領域の上部よりも高い、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0044] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、微小レンズが発光領域の上部の上にある。
[0045] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射光学分離構造の上部は微小レンズの上部よりも高い。
[0046] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射光学分離構造は上部開口部を有し、微小レンズの横方向エリアは、上部開口部の横方向エリア未満である。
[0047] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、微小レンズの横方向寸法は、第１のカラーＬＥＤ構造のアクティブ発光エリアよりも大きく、微小レンズの横方向寸法は、第２のカラーＬＥＤ構造のアクティブ発光エリアよりも大きく、微小レンズの横方向寸法は、第３のカラーＬＥＤ構造のアクティブ発光エリアよりも大きい。
[0048] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のカラーＬＥＤ構造、第２のカラーＬＥＤ構造、及び第３のカラーＬＥＤ構造の横方向寸法は同じである。
[0049] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のＬＥＤ構造、第２のＬＥＤ構造、及び第３のＬＥＤ構造は、同じ中心軸を有する。
[0050] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の誘電接合層は透明であり、第２の誘電接合層は透明であり、第３の誘電接合層は透明である。
[0051] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射構造の厚さは５ｎｍから１０ｎｍであり、第２の反射構造の厚さは５ｎｍから１０ｎｍであり、第３の反射構造の厚さは５ｎｍから１０ｎｍであり、第１のＬＥＤ構造の厚さは３００ｎｍ以下であり、第２のＬＥＤ構造の厚さは３００ｎｍ以下であり、第３のＬＥＤ構造の厚さは３００ｎｍ以下である。
[0052] 幾つかの例示的な実施形態は、ディスプレイパネルのマルチカラー微小ＬＥＤピクセルユニットであって、ＩＣ基板上に形成される、第１の色を発する第１のＬＥＤ構造と、第１のＬＥＤ構造を覆う、第１の平坦上面を有する第１の透明誘電接合層と、第１の透明誘電接合層の第１の平坦上面に形成される、第２の色を発する第２のＬＥＤ構造と、第２のＬＥＤ構造を覆う、第２の平坦上面を有する第２の透明誘電接合層と、マルチカラー微小ＬＥＤピクセルユニットを覆い、第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層とを含み、ＩＣ基板は、第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造と電気的に接続される、マルチカラー微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0053] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、ＩＣ基板上に形成される第１のカラーＬＥＤ構造と、第１のカラーＬＥＤ構造を覆う、平坦上面を有する第１の透明誘電接合層と、第１の透明誘電接合層の第１の平坦上面に形成される第２のカラーＬＥＤ構造と、第２のカラーＬＥＤ構造を覆う、平坦上面を有する第２の透明誘電接合層と、第２の透明誘電接合層の平坦上面に形成される第３のカラーＬＥＤ構造と、第３のカラーＬＥＤ構造を覆う、平坦上面を有する第３の誘電接合層と、微小ＬＥＤピクセルユニットを覆い、第１のカラーＬＥＤ構造、第２のカラーＬＥＤ構造、及び第３のカラーＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層と、第１のカラーＬＥＤ構造、第２のカラーＬＥＤ構造、及び第３のカラーＬＥＤ構造と電気的に接続されるＩＣ基板とを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0054] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射構造が第１のカラーＬＥＤ構造の下部に形成され、第２の反射構造が第２のカラーＬＥＤ構造の下部に形成され、第３の反射構造が第３のカラーＬＥＤ構造の下部に形成される。
[0055] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、ＩＣ基板と、ＩＣ基板上に形成され、少なくとも一種のＬＥＤ構造及び少なくとも１つの誘電接合層を含む発光領域であって、各誘電接合層はあらゆるＬＥＤ構造の表面を覆う平坦上面を有する、発光領域と、微小ＬＥＤピクセルユニットを覆い、あらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層であって、ＩＣ基板はあらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接続される、上部電極層と、発光領域を囲む、キャビティを有する階段形反射カップ構造を含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0056] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成される発光領域と、発光領域の周囲に形成される反射光学分離構造と、反射光学分離構造と発光領域との間に形成される屈折構造とを含む微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0057] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成され、少なくとも一種のＬＥＤ構造及び少なくとも１つの透明誘電接合層を含む発光領域であって、各透明誘電接合層はあらゆるＬＥＤ構造の表面を覆う平坦上面を有する、発光領域と、微小ＬＥＤピクセルユニットを覆い、あらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層であって、ＩＣ基板はあらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接続される、上部電極層と、発光領域の周囲に形成される階段形反射カップ構造と、階段形反射カップ構造と発光領域との間に形成される屈折構造とを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0058] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射カップ構造は上部開口部を有し、微小レンズの横方向エリアは、上部開口部の横方向エリア未満である。
[0059] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成される発光領域と、発光領域を囲む浮動反射光学分離構造であって、半導体基板の上方のある距離のところに位置決めされる、浮動反射光学分離構造とを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0060] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成される発光領域と、発光領域を囲む反射光学分離構造と、発光領域を覆い、反射光学分離構造に電気的に接続する上部電極層であって、反射光学分離構造に電気的に接触する、上部電極層とを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0061] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、上部電極層の縁部は反射光学分離構造に接触する。
[0062] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、発光領域は、少なくとも一種のＬＥＤ構造及び少なくとも１つの誘電接合層を含み、上部電極層は、微小ＬＥＤピクセルユニットを覆い、あらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接触し、半導体基板はあらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接続される。
[0063] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射光学分離構造は浮動反射構造である。
[0064] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射光学分離構造は階段形反射カップ構造である。
[0065] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成される発光領域と、発光領域を囲む浮動反射光学分離構造であって、半導体基板の上方のある距離のところに位置決めされる、浮動反射光学分離構造と、発光領域の上部に形成される上部電極層であって、浮動反射光学分離構造と接触する、上部電極層とを少なくとも含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0066] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、発光領域は、少なくとも一種のＬＥＤ構造及び各ＬＥＤ構造の下部における接合層を含む。
[0067] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のカラーＬＥＤ構造は第１の下部電極導電接触層を更に含み、第２のカラーＬＥＤ構造は第２の下部電極導電接触層を更に含み、第１の下部電極導電接触層は、第１の下部電極導電接触層の下部における第１の接点ビアによってＩＣ基板と電気的に接続され、第２の下部電極導電接触層は、第１の誘電接合層を通して第２の接点ビアによってＩＣ基板と電気的に接続される。
[0068] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成される発光領域と、発光領域を覆い、発光領域と電気的に接触する上部電極層と、発光領域の周囲の形成される反射カップ構造であって、上部電極層は反射カップ構造と電気的に接続され、半導体基板は反射カップ構造と電気的に接続される、反射カップ構造と、反射カップ構造と発光領域との間に形成される屈折構造とを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0069] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成される発光領域であって、少なくとも一種のＬＥＤ構造及びあらゆるＬＥＤ構造の下部における接合層を含み、各ＬＥＤ構造は発光層及び発光層の下部における下部反射構造を含む、発光領域と、微小ＬＥＤピクセルユニットを覆い、あらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層であって、半導体基板はあらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接続される、上部電極層と、発光領域の周囲に形成される反射カップ構造と、反射カップ構造と発光領域との間に形成される屈折構造とを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0070] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成される発光領域であって、少なくとも一種のＬＥＤ構造及びあらゆるＬＥＤ構造の下部における接合層を含み、ＬＥＤ構造は発光層及び発光層の下部における反射構造を含む、発光領域と、ＬＥＤ構造ピクセルユニットを覆い、あらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層であって、半導体基板はあらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接続される、上部電極層と、発光領域の周囲に形成される階段形反射カップ構造であって、第１の発光層及び第２の発光層の側壁から水平レベルに沿って発せられた光は、階段様反射カップ構造に到達し、階段様反射カップ構造によって上方に反射され、階段様反射カップ構造の上部は発光領域の上部よりも高い、階段様反射カップ構造とを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0071] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成される発光領域であって、少なくとも一種のＬＥＤ構造及びあらゆるＬＥＤ構造の下部における金属接合層を含み、ＬＥＤ構造は発光層及び発光層の下部における反射構造を含む、発光領域と、微小ＬＥＤピクセルユニットを覆い、あらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層であって、半導体基板はあらゆるカラーＬＥＤ構造と電気的に接続される、上部電極層と、発光領域を囲む浮動反射カップ構造であって、浮動反射カップ構造は半導体基板の上方のある距離のところに位置決めされ、第１の発光層及び第２の発光層の側壁から水平レベルに沿って発せられた光は、浮動反射カップに到達し、浮動反射カップによって上方に反射される、浮動反射カップ構造とを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0072] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、浮動反射カップ構造の下部は、半導体基板の上面よりも高い。
[0073] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、浮動反射カップ構造は階段形反射カップ構造である。
[0074] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のＬＥＤ構造は、第１の平坦透明誘電層内に埋め込まれる。
[0075] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の平坦透明誘電層は、固体無機材料又はプラスチック材料で構成される。
[0076] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第２のＬＥＤ構造は、第２の平坦透明誘電層内に埋め込まれる。
[0077] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第２の平坦透明誘電層は、固体無機材料又はプラスチック材料で構成される。
[0078] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の透明誘電層は、固体無機材料又はプラスチック材料で構成される。
[0079] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のＬＥＤ構造は、第１のＬＥＤ構造の下部に形成される第１の下部電極導電接触層を含み、第２のＬＥＤ構造は、第２のＬＥＤ構造の下部に形成される第２の下部電極導電接触層を含み、第１の下部電極導電接触層は、第１の下部電極導電接触層の下部における第１のビア内の第１の接点によってＩＣ基板に電気的に接続され、第２の下部電極導電接触層は、第１の透明誘電接合層を通して第２のビア内の第２の接点によってＩＣ基板と電気的に接続される。
[0080] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の下部電極導電接触層は透明であり、第２の下部電極導電接触層は透明である。
[0081] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のＬＥＤ構造は第１の発光層を含み、第１の側部が第１の発光層の片側から延び、第２のＬＥＤ構造は第２の発光層を含み、第２の側部が第２の発光層の片側から延び、第３のビア内の第３の接点が、第２の透明誘電接合層を通して第１の側部及び第２の側部を上部電極層に接続する。
[0082] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、光学分離構造が微小ＬＥＤピクセルユニットの周囲に形成される。
[0083] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、光学分離構造は反射カップである。
[0084] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のＬＥＤ構造の横方向寸法は第２のＬＥＤ構造の横方向寸法と同じである。
[0085] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造は同じ中心軸を有する。
[0086] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射層が第１のＬＥＤ構造の下部に形成され、第２の反射層が第２のＬＥＤ構造の下部に形成される。
[0087] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射層の厚さは５ｎｍから１０ｎｍであり、第２の反射層の厚さは５ｎｍから１０ｎｍであり、第１のＬＥＤ構造の厚さは３００ｎｍ以下であり、第２のＬＥＤ構造の厚さは３００ｎｍ以下である。
[0088] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、接合金属層が第１のＬＥＤ構造の下部に形成される。
[0089] 幾つかの例示的な実施形態は、微小光ＬＥＤピクセルユニットであって、ＩＣ基板上に形成される第１のカラーＬＥＤ構造であって、第１のカラーＬＥＤ構造は第１の発光層を含み、第１の発光層の下部に第１の反射構造が形成される、第１のカラーＬＥＤ構造と、第１のカラーＬＥＤ構造の下部に形成され、ＩＣ基板及び第１のカラーＬＥＤ構造を接合するように構成された第１の接合金属層と、第１のカラーＬＥＤ構造の上部に形成される第２の接合金属層と、第２の接合金属層上に形成される第２のカラーＬＥＤ構造であって、第２のカラーＬＥＤ構造は第２の発光層を含み、第２の反射構造が第２の発光層の下部に形成される、第２のカラーＬＥＤ構造と、第１のカラーＬＥＤ構造及び第２のカラーＬＥＤ構造を覆い、第１のカラーＬＥＤ構造及び第２のカラーＬＥＤ構造と電気的に接触する上部電極層であって、ＩＣ基板は第１のカラーＬＥＤ構造及び第２のカラーＬＥＤ構造と電気的に接続される、上部電極層と、第１のカラーＬＥＤ構造及び第２のカラーＬＥＤ構造を囲む反射カップであって、第１の発光層及び第２の発光層から発せられた水平方向の光は、反射カップに到達し、反射カップによって上方に反射される、反射カップとを含む、微小光ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[0090] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射構造は少なくとも１つの第１の反射層を含み、第２の反射構造は少なくとも１つの第２の反射層を含み、第１の反射層又は第２の反射層の反射率は６０％超である。
[0091] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射層又は第２の反射層の材料は、Ｒｈ、Ａｌ、Ａｇ、又はＡｕの１つ又は複数を含む。
[0092] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射構造は２つの第１の反射層を含み、２つの第１の反射層の反射率は異なり、第２の反射構造は２つの第２の反射層を含み、２つの第２の反射層の反射率は異なる。
[0093] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、２つの第１の反射層はＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５をそれぞれ含み、２つの第２の反射層はＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５をそれぞれ含む。
[0094] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の反射構造は、第１の反射層上に第１の透明層を更に含み、第２の反射構造は、第２の反射層上に第２の透明層を更に含む。
[0095] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１の透明層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はＳｉＯ２の１つ又は複数を含み、第２の透明層はＩＴＯ又はＳｉＯ２の１つ又は複数を含む。
[0096] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のカラーＬＥＤ構造は、第１の下部導電接触層及び第１の上部導電接触層を更に含み、第２のカラーＬＥＤ構造は、第２の下部導電接触層及び第２の上部導電接触層を更に含み、第１の発光層は、第１の下部導電接触層と第１の上部導電接触層との間にあり、第２の発光層は、第２の下部導電接触層と第２の上部導電接触層との間にあり、第１の下部導電接触層は、第１の反射構造を通してＩＣ基板と電気的に接続され、第１の接点ビアを通して第１の接合金属層と電気的に接続され、第２の下部導電接触層は、第２の接点ビアを通してＩＣ基板と電気的に接続され、第１の上部導電接触層の縁部は上部電極層に接触し、第２の上部導電接触層の上面は上部電極層と接触する。
[0097] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射カップの材料は金属を含む。
[0098] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、微小レンズが上部電極層の上に形成される。
[0099] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、スペーサが微小レンズと上部電極層との間に形成される。
[00100] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、スペーサの材料は酸化シリコンを含む。
[00101] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、微小レンズの横方向寸法は、第１のＬＥＤ構造のアクティブ発光エリアの横方向寸法よりも大きく、微小レンズの横方向寸法は、第２のＬＥＤ構造のアクティブ発光エリアの横方向寸法よりも大きい。
[00102] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のカラーＬＥＤ構造及び第２のカラーＬＥＤ構造は、同じ横方向寸法を有する。
[00103] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、第１のカラーＬＥＤ構造及び第２のカラーＬＥＤ構造は、同じ中心軸を有する。
[00104] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、少なくとも１つの第１の反射層の厚さは、５ｎｍから１０ｎｍの範囲であり、少なくとも１つの第２の反射層の厚さは、５ｎｍから１０ｎｍの範囲であり、第１のカラーＬＥＤ構造の厚さは３００ｎｍ以下であり、第２のカラーＬＥＤ構造の厚さは３００ｎｍ以下である。
[00105] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、ＩＣ基板と、ＩＣ基板上に形成され、複数のカラーＬＥＤ構造を含む発光領域であって、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の下部は、発光領域内の対応する接合金属層に接続され、複数のカラーＬＥＤ構造の各々は、発光層及び発光層の下部における反射構造を含む、発光領域と、複数のカラーＬＥＤ構造の各々を覆い、複数のカラーＬＥＤ構造の各々に電気的に接触する上部電極層であって、ＩＣ基板は複数のカラーＬＥＤ構造の各々と電気的に接続される、上部電極層と、キャビティを形成し、発光領域を囲む階段形反射カップであって、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の発光層の側壁から水平方向に発せられた光は、反射カップに到達し反射カップによって上方に反射される、階段形反射カップとを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[00106] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、キャビティの内側側壁は複数の傾斜面を含む。
[00107] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、ＩＣ基板の表面に対する複数の傾斜面の角度は、キャビティの下から上に小さくなる。
[00108] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、複数の傾斜面によって形成されるサブキャビティは、水平方向において異なる寸法を有する。
[00109] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、サブキャビティの内側側壁は、同じ平面に配置されない。
[00110] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、サブキャビティの高さは異なる。
[00111] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、キャビティの中間におけるサブキャビティの高さは、他のサブキャビティの高さよりも低い。
[00112] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、キャビティの上部におけるサブキャビティの高さは、キャビティの下部におけるサブキャビティの高さよりも高い。
[00113] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、複数のカラーＬＥＤ構造は上部カラーＬＥＤ構造を更に含む。
[00114] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、キャビティの上部は、上部カラーＬＥＤ構造の上部よりも高い。
[00115] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、キャビティは複数のサブキャビティを含み、複数のカラーＬＥＤ構造の各々は、サブキャビティのそれぞれ異なるサブキャビティ内にある。
[00116] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、透明誘電接合層が複数のカラーＬＥＤ構造の少なくとも１つを覆い、透明誘電接合層は固体無機材料又はプラスチック材料を含む。
[00117] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、固体無機材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、及びボロンリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）からなる群から選択される１つ又は複数の材料を含む。
[00118] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、プラスチック材料は、ＳＵ－８、PermiNex、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、及びスピンオンガラス（ＳＯＧ）からなる群から選択される１つ又は複数のポリマーを含む。
[00119] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、複数のカラーＬＥＤ構造の各々は、下部導電接触層及び上部導電接触層を含み、発光層は、下部導電接触層と上部導電接触層との間に形成され、下部導電接触層は、反射構造を通してＩＣ基板と電気的に接続され、接点ビアを通して対応する接合金属層と電気的に接続され、上部カラーＬＥＤ構造の上部導電接触層の上面は、上部電極層と接触し、上部カラーＬＥＤ構造の下のカラーＬＥＤ構造の上部導電接触層の縁部は、上部電極層と接触する。
[00120] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、拡張部が、上部カラーＬＥＤ構造の下のカラーＬＥＤ構造の発光層の片側から延び、接点ビアが、拡張部を上部電極層に接続する。
[00121] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、微小レンズの横方向寸法は、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の発光寸法よりも大きい。
[00122] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、複数のカラーＬＥＤ構造は同じ中心軸を有する。
[00123] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射構造は反射層を含み、反射層の厚さは５ｎｍから１０ｎｍの範囲であり、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の厚さは３００ｎｍ以下である。
[00124] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、上部電極層の材料は、グラフェン、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、又はフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）からなる群から選択される。
[00125] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成され、複数のカラーＬＥＤ構造を含む発光領域であって、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の下部は、発光領域内の対応する接合金属層に接続され、複数のカラーＬＥＤ構造の各々は、発光層及び発光層の下部における反射構造を含む、発光領域と、複数のカラーＬＥＤ構造の各々を覆い、複数のカラーＬＥＤ構造の各々に電気的に接触する上部電極層であって、半導体基板は複数のカラーＬＥＤ構造の各々と電気的に接続される、上部電極層と、発光領域を囲む反射カップと、反射カップと発光領域との間に形成される屈折構造とを含む微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[00126] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、微小レンズが屈折構造の上面に形成される。
[00127] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、微小レンズの横方向寸法は、発光領域の横方向寸法以上である。
[00128] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射カップは上部開口部エリアを有し、微小レンズの横方向寸法は、上部開口部エリアの横方向寸法未満である。
[00129] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、下部誘電層が反射カップと半導体基板との間に形成される。
[00130] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、発光領域の上部に形成される上部導電層を更に含み、上部導電層は反射カップと電気的に接続される。
[00131] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、上部導電層は、反射カップの上部及び反射カップの下部と直接接触する。
[00132] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、屈折構造の上部は反射カップの上部よりも高い。
[00133] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、半導体基板はＩＣ基板である。
[00134] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射カップは、発光領域を囲むキャビティを形成する階段形反射カップである。
[00135] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、複数の傾斜面によって形成されるサブキャビティは、水平方向において異なる寸法を有する。
[00136] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、複数のカラーＬＥＤ構造の各々は、カラーＬＥＤ構造のそれぞれの片側から伸びる拡張部をそれぞれ含み、拡張部はそれぞれ、第１の接点ビアのそれぞれを介して上部電極層と電気的に接続され、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の下部は、第２の接点ビアのそれぞれを介して半導体基板と電気的に接続される。
[00137] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成され、複数のカラーＬＥＤ構造を含む発光領域であって、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の下部は、発光領域内の対応する接合金属層に接続され、複数のカラーＬＥＤ構造の各々は、発光層及び発光層の下部における反射構造を含む、発光領域と、複数のカラーＬＥＤ構造の各々を覆い、複数のカラーＬＥＤ構造の各々に電気的に接触する上部電極層であって、半導体基板は複数のカラーＬＥＤ構造の各々と電気的に接続される、上部電極層と、発光領域を囲む反射カップであって複数のカラーＬＥＤ構造の各々の発光層の側壁から水平方向に発せられた光は、反射カップに到達し反射カップによって上方に反射され、反射カップの上部は発光領域の上部よりも高い、反射カップとを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[00138] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、微小レンズが発光領域の上方に形成される。
[00139] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射カップの上部は微小レンズの上部よりも高い。
[00140] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、屈折構造が、微小レンズの下部において、反射カップと発光領域との間に形成される。
[00141] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、発光領域の下部は、半導体基板と電気的に接続される。
[00142] 幾つかの例示的な実施形態は、微小ＬＥＤピクセルユニットであって、半導体基板と、半導体基板上に形成され、複数のカラーＬＥＤ構造を含む発光領域であって、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の下部は、発光領域内の対応する接合金属層に接続され、複数のカラーＬＥＤ構造の各々は、発光層及び発光層の下部における反射構造を含む、発光領域と、複数のカラーＬＥＤ構造の各々を覆い、複数のカラーＬＥＤ構造の各々に電気的に接触する上部電極層であって、半導体基板は複数のカラーＬＥＤ構造の各々と電気的に接続される、上部電極層と、発光領域を囲む浮動反射カップであって、浮動反射カップの下部は半導体基板の上にあり、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の発光層の側壁から水平方向に発せられた光は、懸架された浮動反射カップに到達し浮動反射カップによって上方に反射される、浮動反射カップとを含む、微小ＬＥＤピクセルユニットを提供する。
[00143] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、浮動反射カップの下部は、複数のカラーＬＥＤ構造の１つの下部における対応する接合金属層の上面よりも高い。
[00144] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、浮動反射カップは階段形である。
[00145] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、浮動反射カップの上部は微小レンズの上部よりも高い。
[00146] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、屈折構造が、微小レンズの下部において、浮動反射カップと発光領域との間に形成される。
[00147] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、浮動反射カップは上部開口部エリアを有し、微小レンズの横方向寸法は、上部開口部エリアの横方向寸法未満である。
[00148] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、下部誘電層が浮動反射カップと半導体基板との間に形成される。
[00149] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、上部導電層は、浮動反射カップの上部又は浮動反射カップの下部に直接接触する。
[00150] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、階段形浮動反射カップは、発光領域を囲むキャビティを形成する。
[00151] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、浮動反射カップの材料は金属を含む。
[00152] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射構造は、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の下部に形成される反射層をそれぞれ含む。
[00153] 幾つかの例示的な実施形態又は微小ＬＥＤピクセルユニットの先の例示的な実施形態の任意の組合せにおいて、反射層の厚さは５ｎｍから１０ｎｍの範囲であり、複数のカラーＬＥＤ構造の各々の厚さは３００ｎｍ以下である。
[00154] 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。更に、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。幾つかの場合、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、マルチカラーＬＥＤデバイス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、基板上のマルチカラーＬＥＤデバイスの上部への微小レンズの直接形成を利用し、それにより、微小レンズ作製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。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、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、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。
[00155] 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。更に、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
[00156] 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。
[00157]幾つかの実施形態による単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の上面図である。 [00158]幾つかの実施形態による、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。 [00159]幾つかの実施形態による、図１Ａの対角線１５０に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。 [00160]幾つかの実施形態による、平坦化を有する、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。 [00161]幾つかの実施形態による、平坦化を有する、図１Ａの対角線１５０に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。 [00162]幾つかの実施形態による、平坦化を有する図１Ａの対角線１０２に沿った、平坦化を有する単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。 [00163]幾つかの実施形態による、平坦化を有する、図１Ａの対角線１５０に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。 [00164]幾つかの実施形態による、層状平坦化を用いた単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス４００の上面図である。 [00165]幾つかの実施形態による、層状平坦化を有する、図４Ａの対角線４０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス４００の断面図である。 [00166]幾つかの実施形態による、屈折構造を有する、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス５００の断面図である。 [00167]幾つかの実施形態による、反射構造の上に微小レンズを有する、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス６００の断面図である。 [00168]幾つかの実施形態による、反射構造によって形成されたエリア内に微小レンズを有する、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス６００の断面図である。 [00169]幾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が集積されたディスプレイパネルを形成する作製方法を示す。 [00170]幾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が集積されたディスプレイパネルを形成する作製方法を示す。 [00171]幾つかの実施形態による、基板１０４上の図１Ａの１０２等の対角線に沿った３つの単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス７１０、７２０、及び７３０の断面図７００である。 [00172]幾つかの実施形態による、図４Ａの４０２等の対角線に沿った、階段形反射カップを有する単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス８００の断面図である。 [00173]幾つかの実施形態による、図４Ａの４０２等の対角線に沿った、浮動反射カップを有する単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス９００の断面図である。 [00174]幾つかの実施形態による単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１０００の行列を示す回路図である。 [00175]幾つかの実施形態による単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１０００の行列を示す回路図である。 [00176]幾つかの実施形態による微小ＬＥＤディスプレイパネル１１００の上面図である。
[00177] 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
[00178] 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。更に、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。
[00179] 幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスは２つ以上のＬＥＤ構造を含む。幾つかの実施形態では、ＬＥＤ構造の各々は、別個の色を発する少なくとも１つのＬＥＤ発光層を含む。２つのＬＥＤ構造が単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス内にある場合、２つの色及びそれらの２つの色の組合せを単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスから発することができる。３つのＬＥＤ構造が単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス内にある場合、３つの色及びそれらの３つの色の組合せを単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスから発することができる。
[00180] 幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスから発せられる光は、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス内のＬＥＤ構造の各々の側壁から発せられる。幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスを囲むように位置決めされ、ＬＥＤ構造の各々の側壁からの光を上方に向ける反射構造。幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスから発せられる光は、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス内のＬＥＤ構造の各々の上面から発せられる。幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスから発せられる光は、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス内のＬＥＤ構造の各々の側壁と上面との組合せから、例えば、側壁からの光が単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスからの光の約２０％から１００％を占める特定の比率で発せられる。
[00181] 図１Ａ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１００の上面図である。
[00182] 図１Ｂは、幾つかの実施形態による、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。
[00183] 図１Ｃは、幾つかの実施形態による、図１Ａの対角線１５０に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。
[00184] 対角線１０２及び１５０は各々、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の中心を通る。対角線１０２及び１５０は互いと直交する。幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス１００は基板１０４を含む。便宜上、「アップ」は基板１０４から離れることを意味し、「ダウン」は基板１０４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１０４は、個々の駆動回路１０６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１０４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１０６である。幾つかの場合、駆動回路１０６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１０４はＳｉ基板である。別の実施形態では、支持基板１０４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１０６は、個々の単一ピクセル三色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１０４上の回路は、個々の各駆動回路１０６への接点を含むとともに、接地接点も含む。図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃの両方に示すように、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１０６に接続される１０８、１２６、１５２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１１６、１２０、及び１４０等のＮ電極又はカソード。
[00185] 幾つかの実施形態では、１１６、１２０、及び１４０等のＮ電極（又はＮ電極接点パッド）及びその接続は、グラフェン、ＩＴＯ、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、又はそれらの任意の組合せ等の材料で作られる。幾つかの実施形態では、１１６、１２０、及び１４０等のＮ電極（又はＮ電極接点パッド）及びその接続は、非透明又は透明導電材料で作られ、好ましい実施形態では、透明導電材料で作られる。幾つかの実施形態では、１２６、１５２等のＰ電極（又はＰ電極接点パッド）及びその接続は、グラフェン、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、又はそれらの任意の組合せ等の材料で作られる。幾つかの実施形態では、１２６、１５２等のＰ電極（又はＰ電極接点パッド）及びその接続は、非透明又は透明導電材料で作られ、好ましい実施形態では、透明導電材料で作られる。幾つかの実施形態では、Ｐ電極（又はＰ電極接点パッド）及びその接続並びにＮ電極（又はＮ電極接点パッド）及びその接続の場所は、交換することができる。
[00186] 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。
[00187] 幾つかの実施形態では、ＬＥＤ発光層１１２、１３０、及び１３６を含む３つのＬＥＤ構造は各々、積層構造に形成され、例えば、緑色ＬＥＤ発光層１３０は赤色ＬＥＤ発光層１１２の上に形成され、青色ＬＥＤ発光層１３６は緑色発光層１３０の上に形成される。
[00188] 一般に、ＬＥＤ発光層は、ｐ型領域／層及びｎ型領域／層を有するＰＮ接合部と、ｐ型領域／層とｎ型領域／層との間の活性層とを含む。
[00189] 幾つかの実施形態では、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、下部の赤色ＬＥＤ発光層１１２の面積は、中間の緑色ＬＥＤ発光層１３０の面積よりも大きい。幾つかの実施形態では、中間の緑色ＬＥＤ発光層１３０の面積は、上部の青色ＬＥＤ発光層１３６の面積よりも大きい。
[00190] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層１１２から発せられた光は、赤色ＬＥＤ発光層１１２の側壁に向かって水平に伝播することが可能であり、次いで後述するように１４６及び／又は１４８等の反射要素によって上方に反射され、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の上面から放射される。後述するように、反射層１０９が赤色ＬＥＤ発光層１１２の下に位置決めされ、反射層１１５が赤色ＬＥＤ発光層１１２の上に位置決めされる。赤色ＬＥＤ発光層１１２から発せられた光は、２つの反射層１０９と１１５との間で反射されて、赤色ＬＥＤ発光層１１２の側壁に向かう。
[00191] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層１３０から発せられた光は、緑色ＬＥＤ発光層１３０の側壁に向かって水平に伝播することが可能であり、次いで後述するように１４６及び／又は１４８等の反射要素によって上方に反射され、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の上面から放射される。後述するように、反射層１２７が緑色ＬＥＤ発光層１３０の下に位置決めされ、反射層１３３が緑色ＬＥＤ発光層１３０の上に位置決めされる。緑色ＬＥＤ発光層１３０から発せられた光は、２つの反射層１２７と１３３との間で反射されて、緑色ＬＥＤ発光層１３０の側壁に向かう。
[00192] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ発光層１３６から発せられた光は、青色ＬＥＤ発光層１３６の側壁に向かって水平に伝播することが可能であり、次いで後述するように１４６及び／又は１４８等の反射要素によって上方に反射され、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の上面から放射される。後述するように、反射層１３５が青色ＬＥＤ発光層１３６の下に位置決めされる。青色ＬＥＤ発光層１３６から発せられる光は、反射層１３５と青色ＬＥＤ発光層１３６の上面との間で反射されて、青色ＬＥＤ発光層１３６の側壁に向かう。
[00193] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層１１２から発せられた光は、緑色ＬＥＤ発光層１３０、次いで青色ＬＥＤ発光層１３６を通って垂直に伝播することが可能であり、三色ＬＥＤデバイス１００から放射される。幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層１３０から発せられた光は、青色ＬＥＤ発光層１３６を通って伝播することが可能であり、三色ＬＥＤデバイス１００から放射される。垂直光透過の場合、幾つかの実施形態では、１１５及び１３３等の各発光層の上の上部反射層は好ましくは、三色ＬＥＤデバイス１００に含まれない。幾つかの実施形態において、光は、異なるＬＥＤ発光層内で水平及び垂直の両方で発せられ得る。
[00194] 幾つかの実施形態では、１１２、１３０、及び１３６等のＬＥＤ発光層は、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エピタキシャル層の例には、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。
[00195] 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。
[00196] 幾つかの実施形態では、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。
[00197] 幾つかの実施形態では、垂直光放射が水平光放射と組み合わせられる場合、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赤外線、橙、及び紫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ある。例えば、下部ＬＥＤ発光層１１２からの光の波長は、中間ＬＥＤ発光層１３０からの光の波長よりも長く、中間ＬＥＤ発光層１３０からの光の波長は、上部ＬＥＤ発光層１３６からの光の波長よりも長い。
[00198] 幾つかの実施形態では、水平光放射の場合又は水平光放射の部分がＬＥＤデバイス１００の上面からの垂直光放射の部分よりも多い場合、ＬＥＤ発光層１１２、１３０、及び１３６の各々は、任意の適した可視色又は不可視色であることができる。水平光放射の利点は、発せられた光がＬＥＤデバイス１００の他の上層を通る必要がなく、現発光層の縁部又は側壁から直接出るため、より低い光透過損失及びより高い光放射効率を達成することができる。例えば、垂直光放射ＬＥＤデバイスと比較して、水平光放射ＬＥＤデバイスは、１５％増、５０％増、１００％増、１５０％増、又は２００％増の光透過効率を取得し得る。幾つかの場合、水平光放射ＬＥＤデバイスからの光透過効率は２０％、４０％、又は６０％以上であることができる。
[00199] 幾つかの実施形態では、下部赤色ＬＥＤ発光層１１２は、金属接合層１０８を通して基板１０４に接合される。金属接合層１０８は基板１０４上に配置し得る。一手法では、金属接合層１０８は基板１０４上に成長させられる。幾つかの実施形態では、金属接合層１０８は基板１０４上の駆動回路１０６及び金属接合層１０８の上の赤色ＬＥＤ発光層１１２の両方に電気的に接続され、Ｐ電極のように作用する。幾つかの実施形態では、金属接合層１０８の厚さは約０．１μｍから約３μｍである。好ましい実施形態では、金属接合層１０８の厚さは約０．３μｍである。金属接合層１０８はオーミック接触層及び金属接合層を含み得る。幾つかの場合、２つの金属層が金属接合層１０８に含まれる。金属層の一方は、ＬＥＤデバイス１００内の金属接合層の上の層に堆積する。相手方の接合金属層も基板１０４上に堆積する。幾つかの実施形態では、金属接合層１０８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。
[00200] 幾つかの実施形態では、金属接合層１０８は、上の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。
[00201] 幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層１１０が、赤色ＬＥＤ発光層１１２の下部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１１０は、ＬＥＤデバイス１００から発せられる光を透過しない非透明金属層であることができる。幾つかの実施形態では、導電層１１０は、赤色ＬＥＤ発光層１１２と金属接合層１０８との間に形成されて導電性及び透過性を改善する、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層等のＬＥＤデバイス１００から発せられた光を透過する導電透明層である。
[00202] 図１Ａ～図１Ｃに示されていない幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ構造は、赤色ＬＥＤ発光層１１２に電気的に接続されたＰ電極接点パッド１６８を有する。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド１６８は導電層１１０に接続される。幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層１１４が赤色ＬＥＤ発光層１１２の上に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１１４は、図１Ｃに示すような赤色ＬＥＤ発光層１１２とＮ電極接点パッド１１６との間に形成されて導電性及び透過性を改善する、金属層又はＩＴＯ層等の導電透明層であることができる。幾つかの実施形態では、１１６等のＮ電極接点パッドは、グラフェン、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、又はそれらの任意の組合せ等の材料で作られる。
[00203] 幾つかの実施形態では、反射層１０９が赤色ＬＥＤ発光層１１２の下で導電層１１０と金属接合層１０８との間に位置決めされ、反射層１１５が赤色ＬＥＤ発光層１１２の上で導電層１１４と接合層１５６との間に位置決めされる。
[00204] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層１１２は、図１Ｃに示すように、赤色ＬＥＤ発光層１１２の片側に上層に対する拡張部１６４を有する。幾つかの実施形態では、拡張部１６４は導電層１１０及び１１４と一緒に拡張する。幾つかの実施形態では、拡張部１６４は、赤色ＬＥＤ発光層１１２及び金属接合層１０８の下で反射層１０９と一緒に拡張する。幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層１１２は、拡張部１６４の上方で導電層１１４の拡張部を通してＮ電極接点パッド１１６に接続される。
[00205] 一手法では、赤色ＬＥＤ発光層１１２は別個の基板（エピタキシャル基板と呼ぶ）上に成長させられる。次いで、接合後、例えば、レーザリフトオフプロセス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除去されて、図１Ｂ及び図１Ｃに示す構造を残す。
[00206] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層１１２は赤色微小ＬＥＤを形成するためのものである。赤色ＬＥＤ発光層の例には、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。幾つかの場合、赤色ＬＥＤ発光層１１２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型層は一般にＭｇドープされ、Ｎ型層は一般にＳｉドープされる。幾つかの例では、赤色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。好ましい実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．３μｍである。
[00207] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ構造は、金属接合層１０８、反射層１０９、導電層１１０、赤色ＬＥＤ発光層１１２、導電層１１４、反射層１１５、及びＮ電極接点パッド１１６を含む。
[00208] 幾つかの実施形態では、接合層１５６を使用して、赤色ＬＥＤ構造と緑色ＬＥＤ構造とを一緒に接合する。幾つかの実施形態では、接合層１５６は、ＬＥＤデバイス１００から発せられる光を透過しない。幾つかの実施形態では、接合層１５６の材料及び厚さは、金属接合層１０８について上述したものと同じである。幾つかの実施形態では、接合層１５６は、上の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。
[00209] 幾つかの実施形態では、垂直透過が使用される場合、接合層１５６は、微小ＬＥＤ１００から発せられる光を透過する。幾つかの実施形態では、接合層１５６は、固体無機材料又はプラスチック材料等の誘電材料で作られる。幾つかの実施形態では、固体無機材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ボロンリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、又はそれらの任意の組合せを含む。幾つかの実施形態では、プラスチック材料は、ＳＵ－８、PermiNex、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）を含む透明プラスチック（樹脂）、接合接着剤Micro Resist BCL-1200、又はそれらの任意の組合せ等のポリマーを含む。幾つかの実施形態では、透明接合層は、接合層の下の層から発せられた光の透過を促進することができる。
[00210] 幾つかの実施形態では、図１Ａ及び図１Ｂの両方に示すように、緑色ＬＥＤ構造は、緑色ＬＥＤ発光層１３０に電気的に接続されたＰ電極接点パッド１２６を有する。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド１２６は導電層１２８に接続される。幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層１２８は、緑色ＬＥＤ発光層１３０の下部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１２８は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように緑色ＬＥＤ発光層１３０とＰ電極接点パッド１２６との間に形成されて導電性及び透過性を改善する、金属層又はＩＴＯ層等の導電透明層であることができる。
[00211] 幾つかの実施形態では、導電層１２８は、図１Ｂに示すように、上の層に対する拡張部１２８－１を導電層１２８の片側に有する。幾つかの実施形態では、拡張部１２８－１は、ＬＥＤデバイス１００内の導電層１２８の下の全ての層と一緒に拡張する。幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層１３０は、導電層１２８の拡張部１２８－１を通してＰ電極接点パッド１２６に電気的に接続される。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド１２６は、基板１０４の駆動回路１０６にも電気的に接続される。
[00212] 幾つかの実施形態では、ＳｉＯ２層等の誘電材料で作られた絶縁層１７４がＬＥＤデバイス１００の表面上に堆積する。Ｐ電極接点パッド１２６は、駆動回路１０６との接点から絶縁層１７４内のビア又は通路を通って導電層１２８との接点まで延びる。Ｐ電極接点パッド１２６は、ＬＥＤデバイス１００内の他の層と接触しない。
[00213] 幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層１３２が緑色ＬＥＤ発光層１３０の上部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１３２は、緑色ＬＥＤ発光層１３０とＮ電極接点パッド１２０との間に形成されて導電性及び透過性を改善する、金属層又はＩＴＯ層等の導電透明層であることができる。幾つかの実施形態では、Ｎ電極接点パッド１２０は、ＩＴＯ等の透明導電材料で作られる。幾つかの実施形態では、Ｎ電極接点パッド１２０は、グラフェン、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、又はそれらの任意の組合せ等の材料で作られる。
[00214] 図１Ｃに示す幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造は、緑色ＬＥＤ発光層１３０に電気的に接続されたＮ電極接点パッド１２０を有する。幾つかの実施形態では、Ｎ電極接点パッド１２０は導電層１３２に接続される。幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造のＮ電極接点パッド１２０は、赤色ＬＥＤ構造のＮ電極接点パッド１１６にも電気的に接続される。
[00215] 図１Ｃに示すように、幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層１３０は、緑色ＬＥＤ発光層１３０の片側に拡張部１６６を有する。幾つかの実施形態では、拡張部１６６は、導電層１２８及び１３２並びに導電層１２８の下の他の全ての層と一緒に拡張する。幾つかの実施形態では、拡張部１６６は、拡張部１６６の上の導電層１３２の拡張部を通してＮ電極接点パッド１２０に電気的に接続される。
[00216] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層１３０の横方向寸法は、赤色ＬＥＤ発光層１１２の横方向寸法よりも小さい。
[00217] 幾つかの実施形態では、反射層１２７が緑色ＬＥＤ発光層１３０の下で導電層１２８と接合層１５６との間に位置決めされ、反射層１３３が緑色ＬＥＤ発光層１３０の上で導電層１３２と接合層１６０との間に位置決めされる。
[00218] 一手法では、緑色ＬＥＤ発光層１３０は別個の基板（エピタキシャル基板と呼ぶ）上に成長させられる。次いで、接合後、例えば、レーザリフトオフプロセス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除去されて、図１Ｂ及び図１Ｃに示す構造を残す。
[00219] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層１３０は緑色微小ＬＥＤを形成するためのものである。緑色ＬＥＤ発光層の例には、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。幾つかの場合、緑色ＬＥＤ発光層１３０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、緑色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。好ましい実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．３μｍである。
[00220] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造は、反射層１２７、導電層１２８、緑色ＬＥＤ発光層１３０、導電層１３２、反射層１３３、Ｐ電極接点パッド１２６、及びＮ電極接点パッド１２０を含む。
[00221] 幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造、例えば赤色ＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造、例えば緑色ＬＥＤ構造は、１６４、１６６、及び導電層１２８の下の部分１２８－１等の拡張部が除外される場合、同じ中心軸を有する。幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造は、１６４、１６６、及び導電層１２８の下の部分１２８－１等の拡張部が除外される場合、同じ中心軸に沿って位置合わせされる。
[00222] 幾つかの実施形態では、接合層１６０を使用して、緑色ＬＥＤ構造と青色ＬＥＤ構造とを一緒に接合する。幾つかの実施形態では、接合層１５６は、ＬＥＤデバイス１００から発せられる光を透過しない。幾つかの実施形態では、接合層１６０の材料及び厚さは、金属接合層１０８について上述したものと同じである。幾つかの実施形態では、接合層１６０は、上の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。
[00223] 幾つかの実施形態では、垂直透過が使用される場合、接合層１６０は、ＬＥＤデバイス１００から発せられる光を透過する。幾つかの実施形態では、接合層１６０は、接合層１５６について上述したものと同じ固体無機材料又はプラスチック材料等の誘電材料で作られる。幾つかの実施形態では、透明接合層は、接合層の下の層から発せられた光の透過を促進することができる。
[00224] 幾つかの実施形態では、図１Ａ及び図１Ｂの両方に示すように、青色ＬＥＤ構造は、青色ＬＥＤ発光層１３６に電気的に接続されたＰ電極接点パッド１５２を有する。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド１５２は導電層１３４に接続される。幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層１３４は、青色ＬＥＤ発光層１３６の下部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１３４は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように青色ＬＥＤ発光層１３６とＰ電極接点パッド１５２との間に形成されて導電性及び透過性を改善する、金属層又はＩＴＯ層等の導電透明層であることができる。
[00225] 幾つかの実施形態では、導電層１３４は、図１Ｂに示すように、上の層に対する拡張部１３４－１を導電層１３４の片側に有する。幾つかの実施形態では、拡張部１３４－１は、ＬＥＤデバイス１００内の導電層１３４の下の全ての層と一緒に拡張する。幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ発光層１３６は、導電層１３４の拡張部１３４－１を通してＰ電極接点パッド１５２に電気的に接続される。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド１５２は、基板１０４の駆動回路１０６にも電気的に接続される。
[00226] 幾つかの実施形態では、ＳｉＯ２層等の誘電材料で作られた絶縁層１７４がＬＥＤデバイス１００の表面上に堆積する。Ｐ電極接点パッド１５２は、駆動回路１０６との接点から絶縁層１７４内のビア又は通路を通って導電層１３４との接点まで延びる。Ｐ電極接点パッド１５２は、ＬＥＤデバイス１００内の他の層と接触しない。
[00227] 幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層１３８が青色ＬＥＤ発光層１３６の上部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１３８は、青色ＬＥＤ発光層１３６とＮ電極接点パッド１４０との間に形成されて導電性及び透過性を改善する、金属層又はＩＴＯ層等の導電透明層であることができる。幾つかの実施形態では、Ｎ電極接点パッド１４０は、ＩＴＯ等の透明導電材料で作られる。幾つかの実施形態では、Ｎ電極接点パッド１４０は、グラフェン、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、又はそれらの任意の組合せ等の材料で作られる。幾つかの実施形態では、Ｎ電極接点パッド１１６、１２０、及び１４０は全て、共通Ｎ電極として電気的に一緒に接続される。幾つかの実施形態では、Ｎ電極接点パッド１１６、１２０、及び１４０は、共通Ｎ電極として一体として形成される。
[00228] 図１Ｂに示す幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ構造は、青色ＬＥＤ発光層１３６に電気的に接続されたＮ電極接点パッド１４０を有する。幾つかの実施形態では、Ｎ電極接点パッド１４０は導電層１３８に接続される。
[00229] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ発光層１３６の横方向寸法は、緑色ＬＥＤ発光層１３０の横方向寸法よりも小さい。
[00230] 幾つかの実施形態では、Ｎ電極パッド１４０等の上部電極要素は、１４６、１４８、１７０、及び１７２等の光学分離構造の下の電気接続を通して接続される。幾つかの実施形態では、上部電極は、基板１０４に組み込まれた電気接続を通して接続される。一例では、上部電極１４０は、１４６、１４８、１７０、及び１７２等の、絶縁層１７４の上にあり、且つ光学分離構造の下にある電気接続要素を通して接続される。
[00231] 幾つかの実施形態では、反射層１３５が、青色ＬＥＤ発光層１３６の下で導電層１３４と接合層１６０との間に位置決めされる。幾つかの実施形態では、任意選択的な反射層１３９（図１Ａ～図１Ｃに示さず）が、導電層１３８の上部で青色ＬＥＤ発光層１３６の上に位置決めされる。
[00232] 一手法では、青色ＬＥＤ発光層１３６は別個の基板（エピタキシャル基板と呼ぶ）上に成長させられる。次いで、接合後、例えば、レーザリフトオフプロセス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除去されて、図１Ｂ及び図１Ｃに示す構造を残す。
[00233] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ発光層１３６は青色微小ＬＥＤを形成するためのものである。青色ＬＥＤ発光層の例には、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。幾つかの場合、青色ＬＥＤ発光層１３６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、青色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。好ましい実施形態では、青色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．３μｍである。
[00234] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ構造は、反射層１３５、導電層１３４、青色ＬＥＤ発光層１３６、導電層１３８、任意選択的な反射層１３９、Ｐ電極接点パッド１５２、及びＮ電極接点パッド１４０を含む。
[00235] 幾つかの実施形態では、第２のＬＥＤ構造、例えば緑色ＬＥＤ構造及び第３のＬＥＤ構造、例えば青色ＬＥＤ構造は、１６６及び導電層１３４の下の部分１３４－１等の拡張部が除外される場合、同じ中心軸を有する。幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造は、１６６及び導電層１３４の下の部分１３４－１等の拡張部が除外される場合、同じ中心軸に沿って位置合わせされる。
[00236] 幾つかの実施形態では、Ｎ電極１４０は三色ＬＥＤデバイス１００の上部を覆う。幾つかの実施形態では、Ｎ電極１４０は、幾つかの電気接続構成要素を介して隣接する三色ＬＥＤデバイス（図１Ａ～図１Ｃに示さず）のＮ電極に接続し、したがって、共通電極として機能する。
[00237] 幾つかの実施形態では、導電層１１０、１１４、１２８、１３２、１３４、及び１３８の各々の厚さは約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プロセスの前に、導電層１１０、１１４、１２８、１３２、１３４、及び１３８の各々は、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共通して、対応する各エピタキシャル層上に堆積する。幾つかの例では、導電層を使用して、幾つかの場合、反射性又は透過性等のＬＥＤデバイスの光学特性改善しながら電極接続に良好な導電性を維持する。
[00238] 幾つかの実施形態では、ＳｉＯ２層等の追加の誘電層（図１Ａ～図１Ｃに示さず）が、下部発光層１１２の上（且つ導電層１１４の上）、好ましくは反射層１１５の上且つ接合層１５６の下に形成されて、発光層１１２のＮ型層を接合層１５６から電気的に分離する。幾つかの実施形態では、追加の誘電層の厚さは２０ｎｍから２μｍである。好ましい実施形態では、追加の誘電層の厚さは約１００ｎｍである。幾つかの実施形態では、ＳｉＯ２層等の追加の誘電層（図１Ａ～図１Ｃに示さず）は、中間発光層１３０の上（且つ導電層１３２の上）、好ましくは反射層１３３の上且つ接合層１６０の下に形成されて、発光層１３０のＮ型層を接合層１６０から電気的に分離する。幾つかの実施形態では、追加の誘電層の厚さは２０ｎｍから２μｍである。好ましい実施形態では、追加の誘電層の厚さは約１００ｎｍである。
[00239] 幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス１００からの発光効率を改善するために、１４６、１４８、１７０、及び１７２等の更に後述する光学分離構造が、三色ＬＥＤデバイス１００の側壁に沿って形成される。幾つかの実施形態では、１４６、１４８、１７０、及び１７２等の光学分離構造はＳｉＯ２等の誘電材料から作られる。
[00240] 図１Ａにおいて上面図から示すように、幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス１００は円形を有する。幾つかの実施形態では、１４６、１４８、１７０、及び１７２等の光学分離構造は、一体として接続され、三色ＬＥＤデバイス１００の周囲の円形側壁として形成される。幾つかの実施形態では、光学分離構造は、更に詳細に後述するように反射カップとして形成される。幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス１００内の３つの積層ＬＥＤ構造も円形である。幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス１００は、矩形、正方形、三角形、台形、多角形等の他の形状であることができる。幾つかの実施形態では、１４６、１４８、１７０、及び１７２等の光学分離構造は、一体として接続され、矩形、正方形、三角形、台形、多角形等の他の形状を有する三色ＬＥＤデバイス１００の周囲の側壁として形成される。
[00241] 図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層１１２、緑色ＬＥＤ発光層１３０、及び青色ＬＥＤ発光層１３６は斜めの側面を有する。本明細書で使用するとき、斜めの側面は、各ＬＥＤ発光層の上面又は下面に垂直ではない表面を指し得る。幾つかの実施形態では、斜めの側壁と各ＬＥＤ発光層の下面との間の角度は９０度未満である。幾つかの実施形態では、接合層１０８、１５６、及び１６０も斜めの側面を有する。斜めの側面は、ＬＥＤ発光層への異なるコネクタの容易な接続を強化し得、鋭角によりそれらのコネクタの分離を阻止し得、デバイスの全体安定性を高め得る。
[00242] 幾つかの実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は、基板１０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の斜めの側面の角度が変化するにつれて変化する。幾つかの実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は、基板１０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の斜めの側面の角度が増大するにつれて増大する。例えば、基板１０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±５度である場合且つ１４６、１４８、１７０、及び／又は１７２等の光学分離構造が、後述するような反射カップではない場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は０．３２％である。例えば、基板１０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±１５度である場合且つ１４６、１４８、１７０、及び／又は１７２等の光学分離構造が、後述するような反射カップではない場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は２．７％である。例えば、基板１０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±９０度である（例えば、発光層が傾斜する）か、又は±９０度に非常に近い場合且つ１４６、１４８、１７０、及び／又は１７２等の光学分離構造が、後述するような反射カップではない場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は５６．４％に等しいか、又はそれに非常に近い。
[00243] これとは対照的に、更に詳細に後述する反射カップ構造の実施態様は、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率を改善する。例えば、基板１０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±５度である場合且つ１４６、１４８、１７０、及び／又は１７２等の光学分離構造が、後述するような反射カップである場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は０．６５％であり、これは、反射カップのないＬＥＤデバイスと比較して１０４．６％の増大である。例えば、基板１０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±１５度である場合且つ１４６、１４８、１７０、及び／又は１７２等の光学分離構造が、後述するような反射カップである場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は６．６５％であり、これは、反射カップのないＬＥＤデバイスと比較して１４４．４％の増大である。例えば、基板１０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±９０度である（例えば、発光層が傾斜する）か、又は±９０度に非常に近い場合且つ１４６、１４８、１７０、及び／又は１７２等の光学分離構造が、後述するような反射カップである場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は６６．６５％に等しいか、又はそれに非常に近く、これは、反射カップのないＬＥＤデバイスと比較して１８．４％増である。
[00244] 幾つかの実施形態では、反射層が各ＬＥＤ発光層の上及び下に形成されて、光透過効率を改善する。図１Ｂ及び図１Ｃの両方に示すように、幾つかの実施形態では、反射層１０９が接合層１０８と赤色ＬＥＤ発光層１１２との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１１０が存在する場合、反射層１０９は接合層１０８と導電層１１０との間に形成される。幾つかの実施形態では、反射層１１５が接合層１５６と赤色ＬＥＤ発光層１１２との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１１４が存在する場合、反射層１１５は接合層１５６と導電層１１４との間に形成される。
[00245] 幾つかの実施形態では、反射層１２７が接合層１５６と緑色ＬＥＤ発光層１３０との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１２８が存在する場合、反射層１２７は接合層１５６と導電層１２８との間に形成される。幾つかの実施形態では、反射層１３３が接合層１６０と緑色ＬＥＤ発光層１３０との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１３２が存在する場合、反射層１３３は接合層１６０と導電層１３２との間に形成される。
[00246] 幾つかの実施形態では、反射層１３５が接合層１６０と青色ＬＥＤ発光層１３６との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１３４が存在する場合、反射層１３５は接合層１６０と導電層１３４との間に形成される。幾つかの実施形態では、例えば導電路を通して青色ＬＥＤ発光層１３６をＮ電極パッド１４０になお電気的に接続できるようにしながら、任意選択的な反射層１３９（図１Ｂ及び図１Ｃには示さず）がＮ電極パッド１４０と青色ＬＥＤ発光層１３６との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層１３８が存在する場合、任意選択的な反射層１３９は、例えば導電路を通して導電層１３８をＮ電極パッド１４０になお電気的に接続できるようにしながら、Ｎ電極パッド１４０と導電層１３８との間に形成される。
[00247] 幾つかの実施形態では、反射層１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９の材料は、特に単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス２００によって発せられる光に対して高い反射率を有する。例えば、反射層１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９の反射率は６０％超である。別の例では、反射層１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９の反射率は７０％超である。更に別の例では、反射層１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９の反射率は８０％超である。
[00248] 幾つかの実施形態では、反射層１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９の材料は、Ｒｈ、Ａｌ、Ａｇ、及びＡｕの１つ又は複数から選択される金属である。幾つかの実施形態では、反射層１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９の何れか１つは、異なる屈折率を有する少なくとも２つの副層を含むことができる。各副層も６０％超、７０％超、又は８０％超等の高い反射率を有する。
[00249] 幾つかの実施形態では、１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層の各々は、１１２、１３０、及び１３６等の発光層又は接合前に導電層が含まれる場合には導電層１１０、１１４、１２８、１３２、１３４、及び１３８の各々の両面に成膜される。幾つかの場合、１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層の各々の厚さは、約２ナノメートル（ｎｍ）から約５μｍである。幾つかの実施形態では、１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層の各々の厚さは１μｍ以下である。幾つかの好ましい実施形態では、１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層の各々の厚さは約５ナノメートル（ｎｍ）から１０ｎｍである。
[00250] 幾つかの実施形態では、１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層の何れか１つは、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を含む。例えば、１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層の何れか１つは、屈折率が様々な材料が交互になった複数の層から又は屈折率が様々な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。１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層は、幾つかの選択された波長の反射に使用することができ、例えば、反射層１０９及び１１５は赤色光の反射に使用され、反射層１２７及び１３３は緑色光の反射に使用され、反射層１３５及び１３９は青色光の反射に使用される。幾つかの実施形態では、１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層の何れか１つは、複数の層、例えば、ＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５の少なくとも２つの層でそれぞれ作られる。ＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５層の厚さ及び数をそれぞれ変えることにより、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。
[00251] 幾つかの実施形態では、１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層の何れか１つは、高反射率副層の１つ上に透明層を更に含む。例えば、好ましくは１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９等の反射層の片面に形成される透明層は、ＩＴＯ及びＳｉＯ２の１つ又は複数から選択される。
[00252] 幾つかの実施形態では、赤色光ＬＥＤの各反射層１０９及び１１５は、Ａｕ及び／又はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の複数の層を含む。
[00253] 幾つかの実施形態では、赤色光ＬＥＤ構造の各反射層１０９及び１１５は、三色ＬＥＤデバイス１００の異なる層によって生成された光に対して低い吸収率（例えば、２５％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１０９及び１１５の各々は、現在の２つの反射層１０９と１１５との間で生成される光、例えば赤色光に対して高い反射率（例えば、７５％以上）を有する。
[00254] 一例では、表１に示す以下のＤＢＲ構造を使用して、緑色光ＬＥＤからの緑色光を反射する。
Figure 2023527963000002
[00256] 幾つかの実施形態では、緑色光ＬＥＤ構造の反射層１２７及び１３３の各々は、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、２５％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１２７及び１３３の各々は、現在の２つの反射層１２７及び１３３との間で生成される光、例えば緑色光に対して高い反射率（例えば、７５％以上）を有する。
[00257] 一例では、表２に示す以下のＤＢＲ構造を使用して、青色光ＬＥＤからの青色光を反射する。
Figure 2023527963000003
[00259] 幾つかの実施形態では、青色光ＬＥＤ構造の反射層１３５及び任意選択的に１３９の各々は、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、２５％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１３５は、現在の反射層１３５の上又は現在の反射層１３５と１３９との間で生成される光、例えば青色光に対して高い反射率（例えば、７５％以上）を有する。
[00260] 図２Ａは、幾つかの実施形態による、平坦化を有する、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃに示す単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００と同様の構造を有するが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００を覆う平坦層１７６が追加されている。
[00261] 図２Ｂは、幾つかの実施形態による、平坦化を有する、図１Ａの対角線１５０に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃに示す単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００と同様の構造を有するが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００を覆う平坦層１７６が追加されている。
[00262] 幾つかの実施形態では、１７６等の平坦層は、微小ＬＥＤ１００から発せられる光を透過する。幾つかの実施形態では、平坦層は固体無機材料又はプラスチック材料等の誘電材料で作られる。幾つかの実施形態では、固体無機材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ボロンリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、又はそれらの任意の組合せを含む。幾つかの実施形態では、プラスチック材料は、ＳＵ－８、PermiNex、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）を含む透明プラスチック（樹脂）、接合接着剤Micro Resist BCL-1200、又はそれらの任意の組合せ等のポリマーを含む。幾つかの実施形態では、平坦層は、微小ＬＥＤ１００から発せられた光の透過を促進することができる。
[00263] 幾つかの実施形態では、平坦層１７６は、基板１０４の表面に対して、光学分離構造、例えば１４６、１４８、１７０、及び１７２と同じ高さを有する。例えば、平坦層１７６は、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００全体及び光学分離構造の側壁を覆う。平坦層１７６は、光学分離構造の上面と同じ平面にある。
[00264] 図３Ａは、幾つかの実施形態による、平坦化を有する、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃに示す単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００と同様の構造を有するが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００を覆う平坦層１７８が追加されている。
[00265] 図３Ｂは、幾つかの実施形態による、平坦化を有する、図１Ａの対角線１５０に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００の断面図である。幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００は、図１Ａ、図１Ｂ、及び図１Ｃに示す単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００と同様の構造を有するが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００を覆う平坦層１７８が追加されている。
[00266] 幾つかの実施形態では、平坦層１７８は、上部電極要素、例えば１４０と同じ高さを有する。平坦層１７８は、Ｎ電極パッド１４０等の上部電極要素の上面と同じ平面にある。幾つかの実施形態では、上部電極要素、例えば１４０は、平坦層１７８の真上にある。平坦層１７８は、Ｎ電極パッド１４０等の上部電極要素の下面と同じ平面にある。例えば、平坦層１７８は、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００全体並びに光学分離構造、例えば１４６、１４８、１７０、及び１７２の側壁の一部を覆う。
[00267] Ｎ電極パッド１４０等の上部電極要素が１４６、１４８、１７０、及び１７２等の光学分離構造の下の電気接続を通して接続される図１Ａ～図１Ｃに示す電極接続とは異なり、図２Ａ及び図２Ｂ、図３Ａ及び図３Ｂでは、Ｎ電極パッド１４０等の上部電極要素は、１４６、１４８、１７０、及び１７２等の光学分離構造の少なくとも側壁にある電気接続を通して接続される。幾つかの実施形態では、Ｎ電極パッド１４０は、１４６、１４８、１７０、及び１７２等の光学分離構造を通して又はその表面上に固定される。上部電極構造は、特に平坦層を用いる作製プロセスを簡素化し、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００をコンパクトにすることができる。
[00268] 幾つかの実施形態では、絶縁層を単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスのＬＥＤ発光層並びに導電層及び反射層等の他の層上に堆積させることができる。次いで、平坦化プロセスが続いて、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスを埋め込む絶縁層の表面を平らにする。電気接続用のビアも平坦層内に形成される。平坦絶縁層がない幾つかの他のプロセスと比較して、平坦ＬＥＤ構造内の特徴及び層は、よりよく保護され、外部破壊力を受けにくい。更に、平坦化された表面は、平坦ではない表面からの偏向を低減することにより光透過効率を改善することができる。
[00269] 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。
[00270] 幾つかの実施形態では、異なる色の各ＬＥＤ構造は、ピラミッドのような形状又は台形断面形をなす。各層は、下の層と比較して狭い幅又は小さな面積を有する。この場合、幅又は面積は、基板１０４の表面に平行する平面の寸法によって測定される。
[00271] 幾つかの実施形態では、異なる色の各ＬＥＤ構造は、ＬＥＤ構造の面積を超える拡張部なしでＬＥＤ構造の面積のみを覆う接合層によって一緒に接合され、マルチカラーＬＥＤデバイス全体は、ピラミッド（又は逆円錐）のような形状又は台形断面形をなす（図１～図３に示すように）。幾つかの実施形態では、下部ＬＥＤ構造、例えば赤色ＬＥＤ構造の横方向寸法は最長であることができ、上部ＬＥＤ構造、例えば青色ＬＥＤ構造の横方向寸法は最短であることができる。ピラミッドのような形状は、ＬＥＤデバイス内の各層が下から上にエッチングされパターニングされる際、自然に形成することができる。ピラミッドのような構造は、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ことができる。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。
[00272] 幾つかの実施形態では、金属接合層１０８等の下部層は、約１μｍから約５００μｍの横方向寸法を有する。好ましい実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの下部にある金属接合層１０８の横方向寸法は約１．７５μｍである。幾つかの実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの垂直高さは約１μｍから約５００μｍである。好ましい実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの垂直高さは約１．９μｍである。好ましい実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの上部にある導電層１３８の横方向寸法は約１．０μｍである。
[00273] 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。
[00274] 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。
[00275] 幾つかの実施形態では、第３のＬＥＤ発光層１３６の上の上部導電層１３８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、三色ＬＥＤデバイス１００内の導電層１１０、１１４、１２８、１３２、１３４、及び１３８を含め、他の全ての導電層に適用することができる。
[00276] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ発光層１３６及び緑色ＬＥＤ発光層１３０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。
[00277] 幾つかの実施形態では、１６０及び１５６を含む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。
[00278] 幾つかの実施形態では、１０９、１１５、１２７、１３３、１３５、及び１３９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。
[00279] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層１１２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。
[00280] 幾つかの実施形態では、金属接合層１０８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。
[00281] 幾つかの実施形態では、各ＬＥＤデバイス構造がパターニングされた後、１７４、１７６、１７８等の絶縁層が、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構造の表面上に堆積する。幾つかの実施形態では、絶縁層はＳｉＯ２及び／又はＳｉ３Ｎ４で作られる。幾つかの実施形態では、絶縁層はＴｉＯ２で作られる。幾つかの実施形態では、絶縁層は、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、絶縁層は、絶縁層の下の層と同様の熱係数を有する材料で作られる。１７６及び１７８等の絶縁層の表面は次いで、化学機械研磨等の当業者に理解される妥当な方法によって平滑化又は平坦化される。
[00282] 幾つかの実施形態では、平坦化後、１７６及び１７８等の絶縁層は、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。
[00283] 幾つかの実施形態では、Ｐ電極又はアノード金属パッドは平坦絶縁層の片面及び／又は平坦絶縁層内のビア内等のパターニングされたＬＥＤ構造の適した場所に蒸着又は他の堆積法により堆積して、赤色ＬＥＤ構造、緑色ＬＥＤ構造、及び青色ＬＥＤ構造に電気的に接続する。
[00284] 幾つかの実施形態では、別個のＮ電極又はカソード金属パッドは、平坦絶縁層の片面／上部及び／又は平坦絶縁層内のビア内等のパターニングされたＬＥＤ構造の適した場所に蒸着され又は他の堆積法により堆積して、赤色ＬＥＤ構造、緑色ＬＥＤ構造、及び青色ＬＥＤ構造に電気的に接続する。
[00285] 図４Ａは、幾つかの実施形態による、層状平坦化を用いた単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス４００の上面図である。
[00286] 図４Ｂは、幾つかの実施形態による、層状平坦化を有する、図４Ａの対角線４０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス４００の断面図である。対角線は単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス４００の中心を通る。
[00287] 図１～図３に示す実施形態と比較して、図４Ａ及び図４Ｂの実施形態における主な違いは、異なる色の各ＬＥＤ構造が各平坦絶縁層内に埋め込まれ、ＬＥＤ構造を内部に有する平坦絶縁層が次いで、幾つかの接合層を介して一緒に接合されることである。
[00288] 幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス４００は基板４０４を含む。便宜上、「アップ」は基板４０４から離れることを意味し、「ダウン」は基板４０４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４０４は、個々の駆動回路４０６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４０４の上又は微小三色ＬＥＤ構造４００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４０６である。幾つかの場合、駆動回路４０６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４０４はＳｉ基板である。別の実施形態では、支持基板４０４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。幾つかの実施形態では、基板４０４は約７００μｍ厚である。駆動回路４０６は、個々の単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス４００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４０４上の回路は、個々の各駆動回路４０６への接点を含むとともに、接地接点も含む。図４Ａ及び図４Ｂの両方に示すように、各微小三色ＬＥＤ構造４００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４５０（又は４０８）、４５２、及び結合セクション４２２、４２４、及び４２６等のＰ電極又はアノード並びに接地（すなわち共通電極）に接続される４４０、４４２、４４４、及び結合セクション４１６、４１８、及び４２０等のＮ電極又はカソード。
[00289] 幾つかの実施形態では、４４０、４４２、４４４、及び結合セクション４１６、４１８、及び４２０等のＮ電極（又はＮ電極接点パッド）及びその接続は、グラフェン、ＩＴＯ、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、又はそれらの任意の組合せ等の材料で作られる。幾つかの実施形態では、４４０、４４２、４４４、及び結合セクション４１６、４１８、及び４２０等のＮ電極（又はＮ電極接点パッド）及びその接続は、非透明又は透明導電材料で作られ、好ましい実施形態では、透明導電材料で作られる。幾つかの実施形態では、４５０、４５２、及び結合セクション４２２、４２４、及び４２６等のＰ電極（又はＰ電極接点パッド）及びその接続は、グラフェン、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、又はそれらの任意の組合せ等の材料で作られる。幾つかの実施形態では、４５０、４５２、及び結合セクション４２２、４２４、及び４２６等のＰ電極（又はＰ電極接点パッド）及びその接続は、非透明又は透明導電材料で作られ、好ましい実施形態では、透明導電材料で作られる。幾つかの実施形態では、Ｐ電極（又はＰ電極接点パッド）及びその接続並びにＮ電極（又はＮ電極接点パッド）及びその接続の場所は、交換することができる。
[00290] 一般に、ＬＥＤ発光層は、ｐ型領域／層及びｎ型領域／層を有するＰＮ接合部と、ｐ型領域／層とｎ型領域／層との間の活性層とを含む。
[00291] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層４１２から発せられた光は、赤色ＬＥＤ発光層４１２の側壁に向かって水平に伝播することが可能であり、次いで後述するように４４６及び／又は４４８等の反射要素によって上方に反射され、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス４００の上面から放射される。後述するように、反射層４０９が赤色ＬＥＤ発光層４１２の下に位置決めされ、反射層４１５が赤色ＬＥＤ発光層４１２の上に位置決めされる。赤色ＬＥＤ発光層４１２から発せられた光は、２つの反射層４０９と４１５との間で反射されて、赤色ＬＥＤ発光層４１２の側壁に向かう。
[00292] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層４３０から発せられた光は、緑色ＬＥＤ発光層４３０の側壁に向かって水平に伝播することが可能であり、次いで後述するように４４６及び／又は４４８等の反射要素によって上方に反射され、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス４００の上面から放射される。後述するように、反射層４２７が緑色ＬＥＤ発光層４３０の下に位置決めされ、反射層４３３が緑色ＬＥＤ発光層４３０の上に位置決めされる。緑色ＬＥＤ発光層４３０から発せられた光は、２つの反射層４２７と４３３との間で反射されて、緑色ＬＥＤ発光層４３０の側壁に向かう。
[00293] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ発光層４３６から発せられた光は、青色ＬＥＤ発光層４３６の側壁に向かって水平に伝播することが可能であり、次いで後述するように４４６及び／又は４４８等の反射要素によって上方に反射され、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス４００の上面から放射される。後述するように、反射層４３５が青色ＬＥＤ発光層４３６の下に位置決めされる。青色ＬＥＤ発光層４３６から発せられる光は、反射層４３５と青色ＬＥＤ発光層４３６の上面との間で反射されて、青色ＬＥＤ発光層４３６の側壁に向かう。
[00294] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層４１２から発せられた光は、緑色ＬＥＤ発光層４３０、次いで青色ＬＥＤ発光層４３６を通って垂直に伝播することが可能であり、三色ＬＥＤデバイス４００から放射される。幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層４３０から発せられた光は、青色ＬＥＤ発光層４３６を通って伝播することが可能であり、三色ＬＥＤデバイス４００から放射される。垂直光透過の場合、幾つかの実施形態では、４１５及び４３３等の各発光層の上の上部反射層は好ましくは、三色ＬＥＤデバイス４００に含まれない。
[00295] 幾つかの実施形態では、４１２、４３０、及び４３６等のＬＥＤ発光層は、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エピタキシャル層の例には、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。
[00296] 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ＬＥＤデバイス４００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。
[00297] 幾つかの実施形態では、ＬＥＤデバイス４００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。
[00298] 幾つかの実施形態では、垂直光放射が水平光放射と組み合わせられる場合、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赤外線、橙、及び紫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４００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ある。例えば、下部ＬＥＤ発光層４１２からの光の波長は、中間ＬＥＤ発光層４３０からの光の波長よりも長く、中間ＬＥＤ発光層４３０からの光の波長は、上部ＬＥＤ発光層４３６からの光の波長よりも長い。
[00299] 幾つかの実施形態では、水平光放射の場合又は水平光放射の部分がＬＥＤデバイス４００の上面からの垂直光放射の部分よりも多い場合、ＬＥＤ発光層４１２、４３０、及び４３６の各々は、任意の適した可視色又は不可視色であることができる。水平光放射の利点は、発せられた光がＬＥＤデバイス４００の他の上層を通る必要がなく、現発光層の縁部又は側壁から直接出るため、より低い光透過損失及びより高い光放射効率を達成することができる。例えば、垂直光放射ＬＥＤデバイスと比較して、水平光放射ＬＥＤデバイスは、１５％増、５０％増、１００％増、１５０％増、又は２００％増の光透過効率を取得し得る。幾つかの場合、水平光放射ＬＥＤデバイスからの光透過効率は２０％、４０％、又は６０％以上であることができる。
[00300] 幾つかの実施形態では、下部赤色ＬＥＤ発光層４１２は、金属接合層４０８を通して基板４０４に接合される。金属接合層４０８は基板４０４上に配置し得る。一手法では、金属接合層４０８は基板４０４上に成長させられる。幾つかの実施形態では、金属接合層４０８は基板４０４上の駆動回路４０６及び金属接合層４０８の上の赤色ＬＥＤ発光層４１２の両方に電気的に接続され、Ｐ電極のように作用する。幾つかの実施形態では、金属接合層４０８の厚さは約０．１μｍから約３μｍである。好ましい実施形態では、金属接合層４０８の厚さは約０．３μｍである。金属接合層４０８はオーミック接触層及び金属接合層を含み得る。幾つかの場合、２つの金属層が金属接合層４０８に含まれる。金属層の一方は、ＬＥＤデバイス４００内の金属接合層の上の層に堆積する。相手方の接合金属層も基板４０４上に堆積する。幾つかの実施形態では、金属接合層４０８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。
[00301] 幾つかの実施形態では、金属接合層４０８は、上の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。
[00302] 幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層４１０が、赤色ＬＥＤ発光層４１２の下部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４１０は、赤色ＬＥＤ発光層４１２と金属接合層４０８との間に形成されて導電性及び透過性を改善する、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層等のＬＥＤデバイス４００から発せられた光を透過する導電透明層４１０である。幾つかの実施形態では、図４Ａに示し、図４Ｂに示さないように、赤色ＬＥＤ構造は、赤色ＬＥＤ発光層４１２に電気的に接続されたＰ電極接点パッド４５０を有する。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド４５０は導電層４１０に接続される。幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層４１４が赤色ＬＥＤ発光層４１２の上部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４１４は、赤色ＬＥＤ発光層４１２とＮ電極接点パッド４１６との間に形成されて、導電性及び透過性を改善する、ＩＴＯ層等の導電透明層４１４である。
[00303] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層４１２は、赤色ＬＥＤ発光層４１２の片側で上方の層に対する拡張部４６４を有する。幾つかの実施形態では、拡張部４６４は導電層４１０及び４１４と共に延びる。幾つかの実施形態では、拡張部４６４は、拡張部４６４の上方の導電層４１４の拡張部を通してＮ電極接点パッド４１６に接続される。
[00304] 幾つかの実施形態では、反射層４０９が赤色ＬＥＤ発光層４１２の下で導電層４１０と金属接合層４０８との間に位置決めされ、反射層４１５が赤色ＬＥＤ発光層４１２の上方で導電層４１４と接合層４５６との間に、一例では、平坦絶縁層４５４内に位置決めされる。
[00305] 一手法では、赤色ＬＥＤ発光層４１２は別個の基板（エピタキシャル基板と呼ぶ）上に成長させられる。次いで、接合後、例えば、レーザリフトオフプロセス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除去されて、図４Ｂに示す構造を残す。
[00306] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層４１２は赤色微小ＬＥＤを形成するためのものである。赤色ＬＥＤ発光層の例には、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。幾つかの場合、赤色ＬＥＤ発光層４１２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型層は一般にＭｇドープされ、Ｎ型層は一般にＳｉドープされる。幾つかの例では、赤色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。好ましい実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．３μｍである。
[00307] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ構造は、金属接合層４０８、反射層４０９、導電層４１０、赤色ＬＥＤ発光層４１２、導電層４１４、反射層４１５、及びＮ電極接点パッド４１６を含む。幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ構造は平坦絶縁層４５４内、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層内に形成される。幾つかの実施形態では、平坦絶縁層４５４は赤色ＬＥＤ構造全体を覆う。幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ構造全体は平坦絶縁層４５４内に埋め込まれる。幾つかの実施形態では、平坦絶縁層４５４の表面は、化学機械研磨法によって平滑化又は平坦化される。
[00308] 幾つかの実施形態では、４５４等の平坦層は、微小ＬＥＤ４００から発せられる光を透過する。幾つかの実施形態では、平坦層は、固体無機材料又はプラスチック材料等の誘電材料で作られる。幾つかの実施形態では、固体無機材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ボロンリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、又はそれらの任意の組合せを含む。幾つかの実施形態では、プラスチック材料は、ＳＵ－８、PermiNex、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）を含む透明プラスチック（樹脂）、接合接着剤Micro Resist BCL-1200、又はそれらの任意の組合せ等のポリマーを含む。幾つかの実施形態では、平坦層は、微小ＬＥＤ４００から発せられた光の透過を促進することができる。幾つかの実施形態では、４５４、４６８、及び４６２等の平坦層は、４５６及び４６０等の接合層と同じ組成を有する。幾つかの実施形態では、４５４、４６８、及び４６２等の平坦層は、４５６及び４６０等の接合層と異なる組成を有する。
[00309] 幾つかの実施形態では、ビア又はスルーホールが平坦絶縁層４５４内に形成されて、緑色ＬＥＤ構造のＰ電極接触構成要素４２２及び４２４を収容する。Ｐ電極接触構成要素４２２及び４２４は駆動回路４０６に接続される。
[00310] 幾つかの実施形態では、接合層４５６を使用して、赤色ＬＥＤ構造と緑色ＬＥＤ構造とを一緒に接合する。幾つかの実施形態では、接合層４５６は、ＬＥＤデバイス４００から発せられる光を透過しない。幾つかの実施形態では、接合層４５６の材料及び厚さは、金属接合層４０８について上述したものと同じである。幾つかの実施形態では、接合層４５６は、上の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。
[00311] 幾つかの実施形態では、垂直透過が使用される場合、接合層４５６は、微小ＬＥＤ４００から発せられる光を透過する。幾つかの実施形態では、接合層４５６は、固体無機材料又はプラスチック材料等の誘電材料で作られる。幾つかの実施形態では、固体無機材料は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ボロンリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、又はそれらの任意の組合せを含む。幾つかの実施形態では、プラスチック材料は、ＳＵ－８、PermiNex、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、スピンオンガラス（ＳＯＧ）を含む透明プラスチック（樹脂）、接合接着剤Micro Resist BCL-1200、又はそれらの任意の組合せ等のポリマーを含む。幾つかの実施形態では、透明接合層は、接合層の下の層から発せられた光の透過を促進することができる。
[00312] 幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層４２８が緑色ＬＥＤ発光層４３０の下部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４２８は、緑色ＬＥＤ発光層４３０と接合層４５６との間に形成されて導電性及び透過性を改善する、ＩＴＯ層等の導電透明層４２８である。
[00313] 図４Ａ及び図４Ｂに示すように、幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造は、緑色ＬＥＤ発光層４３０に電気的に接続されたＰ電極接点パッド４２６を有する。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド４２６は導電層４２８に接続される。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド４２６は、接合層４５６内のＰ電極接点パッド４２６の一部を通して、平坦絶縁層４５４内のＰ電極接触構成要素４２２及び４２４にも接続する。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接触構成要素４２２は円柱形であることができる。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接触構成要素４２４は、構成要素４２２の幅に一致する狭い上側及び広い下側を有する漏斗様形状を有し、この形状は上方に構成要素４２２を支持するためである。幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層４３２が緑色ＬＥＤ発光層４３０の上部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４３２は、緑色ＬＥＤ発光層４３０とＮ電極接点パッド４２０との間に形成されて、導電性及び透過性を改善する、ＩＴＯ層等の導電透明層４３２である。図４Ａ及び図４Ｂに示す幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造は、緑色ＬＥＤ発光層４３０に電気的に接続されたＮ電極接点パッド４２０を有する。幾つかの実施形態では、Ｎ電極接点パッド４２０は導電層４３２に接続される。幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造のＮ電極接点パッド４２０は、透明接合層４５６内のＮ電極接触構成要素４１８を通して赤色ＬＥＤ構造のＮ電極接点パッド４１６にも電気的に接続される。幾つかの実施形態では、ビア又はスルーホールが接合層４５６内に形成されて、Ｐ電極接点パッド４２６及びＮ電極接触構成要素４１８の一部を収容する。
[00314] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層４３０は、緑色ＬＥＤ発光層４３０の片側に上方の層に対する拡張部４６６を有する。幾つかの実施形態では、拡張部４６６は導電層４２８及び４３２と共に拡張する。幾つかの実施形態では、拡張部４６６は、拡張部４６６の上の導電層４３２の拡張部を通してＮ電極接点パッド４２０に接続される。
[00315] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層４３０の横方向寸法は、特に有効発光面積について赤色ＬＥＤ発光層４１２の横方向寸法と略同じである。
[00316] 幾つかの実施形態では、反射層４２７が緑色ＬＥＤ発光層４３０の下で導電層４２８と接合層４５６との間に位置決めされ、反射層４３３が緑色ＬＥＤ発光層４３０の上で導電層４３２と接合層４６０との間に、一例では平坦絶縁層４５８内に位置決めされる。
[00317] 一手法では、緑色ＬＥＤ発光層４３０は別個の基板（エピタキシャル基板と呼ぶ）上に成長させられる。次いで、接合後、例えば、レーザリフトオフプロセス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除去されて、図４Ｂに示す構造を残す。
[00318] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層４３０は緑色微小ＬＥＤを形成するためのものである。緑色ＬＥＤ発光層の例には、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。幾つかの場合、緑色ＬＥＤ発光層４３０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、緑色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。好ましい実施形態では、緑色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．３μｍである。
[00319] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造は、反射層４２７、導電層４２８、緑色ＬＥＤ発光層４３０、導電層４３２、反射層４３３、及びＮ電極接点パッド４２０を含む。幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造は平坦絶縁層４５８内に形成される。幾つかの実施形態では、平坦絶縁層４５８は緑色ＬＥＤ構造全体及びＰ電極接点パッド４２６の一部を覆う。幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造全体は平坦絶縁層４５８内に埋め込まれる。幾つかの実施形態では、平坦絶縁層４５８の両面は化学機械研磨法によって平滑化又は平坦化される。
[00320] 幾つかの実施形態では、緑色ＬＥＤ構造の横方向寸法は赤色ＬＥＤ構造の横方向寸法と略同じである。幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造、例えば赤色ＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造、例えば緑色ＬＥＤ構造は、４６４及び４６６等の拡張部が除外される場合、同じ中心軸を有する。幾つかの実施形態では、第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造は、４６４及び４６６等の拡張部が除外される場合、同じ中心軸に沿って位置合わせされる。
[00321] 幾つかの実施形態では、接合層４６０を使用して、緑色ＬＥＤ構造と青色ＬＥＤ構造とを一緒に接合する。幾つかの実施形態では、接合層４５６は、ＬＥＤデバイス４００から発せられる光を透過しない。幾つかの実施形態では、接合層４６０の材料及び厚さは、金属接合層４０８について上述したものと同じである。幾つかの実施形態では、接合層４６０は、上の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。
[00322] 幾つかの実施形態では、垂直透過が使用される場合、接合層４６０は、ＬＥＤデバイス４００から発せられる光を透過する。幾つかの実施形態では、接合層４６０は、接合層４５６について上述したものと同じ固体無機材料又はプラスチック材料等の誘電材料で作られる。幾つかの実施形態では、透明接合層は、接合層の下の層から発せられた光の透過を促進することができる。
[00323] 幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層４３４が青色ＬＥＤ発光層４３６の下部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４３４は、青色ＬＥＤ発光層４３６と接合層４６０との間に形成されて導電性及び透過性を改善するＩＴＯ層等の導電透明層４３４である。幾つかの実施形態では、図４Ａに示し、図４Ｂに示さないように、青色ＬＥＤ構造は、青色ＬＥＤ発光層４３６に電気的に接続されたＰ電極接点パッド４５２を有する。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド４５２は導電層４３４に接続される。幾つかの実施形態では、Ｐ電極接点パッド４５２は、４２２及び４２４と同様に、平坦絶縁層４５４及び４５８内並びに透明接合層４５６及び４６０内の幾つかのＰ電極接触構成要素（図４Ａ及び図４Ｂに示さず）にも接続される。これらのＰ電極接触構成要素は駆動回路４０６に接続される。
[00324] 幾つかの実施形態では、電極接続用の導電層４３８が青色ＬＥＤ発光層４３６の上部に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４３８は、青色ＬＥＤ発光層４３６とＮ電極４４０との間に形成されて導電性及び透過性を改善する、ＩＴＯ層等の導電透明層４３８であることができる。幾つかの実施形態では、図４Ｂに示すように、Ｎ電極４４０は、Ｎ電極４４０及び導電層４３８を通して青色ＬＥＤ発光層４３６に電気的に接続されたＮ電極接点パッド４４２及び４４４を有する。幾つかの実施形態では、Ｎ電極４４０は、緑色ＬＥＤ構造のＮ電極接点パッド４２０にも電気的に接続される。幾つかの実施形態では、Ｎ電極４４０は、グラフェン、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、又はそれらの任意の組合せ等の材料で作られる。
[00325] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ発光層４３６の横方向寸法は、特に有効発光面積に関して緑色ＬＥＤ発光層４３０の横方向寸法と略同じである。
[00326] 幾つかの実施形態では、反射層４３５が、青色ＬＥＤ発光層４３６の下で導電層４３４と接合層４６０との間に位置決めされる。幾つかの実施形態では、任意選択的な反射層４３９（図４Ｂに示さず）が、導電層４３８の上部で青色ＬＥＤ発光層４３６の上に位置決めされる。
[00327] 一手法では、青色ＬＥＤ発光層４３６は別個の基板（エピタキシャル基板と呼ぶ）上に成長させられる。次いで、接合後、例えば、レーザリフトオフプロセス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除去されて、図４Ｂに示す構造を残す。
[00328] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ発光層４３６は青色微小ＬＥＤを形成するためのものである。青色ＬＥＤ発光層の例には、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。幾つかの場合、青色ＬＥＤ発光層４３６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、青色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．１μｍから約５μｍである。好ましい実施形態では、青色ＬＥＤ発光層の厚さは約０．３μｍである。
[00329] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ構造は、反射層４３５、導電層４３４、青色ＬＥＤ発光層４３６、導電層４３８、及び任意選択的な反射層４３９を含む。幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ構造は平坦絶縁層４６２内に形成される。幾つかの実施形態では、平坦絶縁層４６２は青色ＬＥＤ構造全体を覆う。幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ構造全体は平坦絶縁層４６２内に埋め込まれる。幾つかの実施形態では、平坦絶縁層４６２の下面は、化学機械研磨法によって平滑化又は平坦化される。
[00330] 幾つかの実施形態では、ビア又はスルーホールが平坦絶縁層４６２及び透明接合層４６０内に形成されて、Ｎ電極４４０の一部を収容して、緑色ＬＥＤ構造のＮ電極接点パッド４２０に接続する。
[00331] 幾つかの実施形態では、Ｎ電極４４０は平坦絶縁層４６２の上部を覆う。幾つかの実施形態では、Ｎ電極４４０は三色ＬＥＤデバイス４００の上部を覆う。幾つかの実施形態では、Ｎ電極４４０は、Ｎ電極接点パッド４４２及び４４４を介して隣接する三色ＬＥＤデバイス（図４Ａ及び図４Ｂに示さず）内のＮ電極に接続し、したがって、共通電極として機能する。
[00332] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ構造の横方向寸法は、緑色ＬＥＤ構造の横方向寸法と略同じである。幾つかの実施形態では、第２のＬＥＤ構造、例えば緑色ＬＥＤ構造及び第３のＬＥＤ構造、例えば青色ＬＥＤ構造は、４６６等の拡張部が除外される場合、同じ中心軸を有する。幾つかの実施形態では、第２のＬＥＤ構造及び第３のＬＥＤ構造は、４６６等の拡張部が除外される場合、同じ中心軸に沿って位置合わせされる。
[00333] 幾つかの実施形態では、導電層４１０、４１４、４２８、４３２、４３４、及び４３８の各々の厚さは約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プロセスの前に、導電層４１０、４１４、４２８、４３２、４３４、及び４３８の各々は、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共通して、対応する各エピタキシャル層上に堆積する。幾つかの例では、導電層を使用して、幾つかの場合、反射性又は透過性等のＬＥＤデバイスの光学特性改善しながら電極接続に良好な導電性を維持する。
[00334] 幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス４００からの発光効率を改善するために、４４６及び４４８等の光学分離構造が、三色ＬＥＤデバイス４００の側壁に沿って形成される。幾つかの実施形態では、光学分離構造４４６及び４４８はＳｉＯ２等の誘電材料から作られる。
[00335] 図４Ａに上面図から示すように、幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス４００は円形を有する。幾つかの実施形態では、４４６及び４４８等の光学分離構造は、一体として接続され、三色ＬＥＤデバイス４００の周囲の円形側壁として形成される。幾つかの実施形態では、光学分離構造は、更に詳細に後述するように反射カップとして形成される。幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス４００内の３つの積層ＬＥＤ構造も円形である。幾つかの実施形態では、三色ＬＥＤデバイス４００は、矩形、正方形、三角形、台形、多角形等の他の形状であることができる。幾つかの実施形態では、４４６及び４４８等の光学分離構造は、一体として接続され、矩形、正方形、三角形、台形、多角形等の他の形状を有する三色ＬＥＤデバイス４００の周囲の側壁として形成される。
[00336] 図４Ｂに示すように、幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層４１２、緑色ＬＥＤ発光層４３０、及び青色ＬＥＤ発光層４３６は斜めの側面を有する。本明細書で使用するとき、斜めの側面は、各ＬＥＤ発光層の上面又は下面に垂直ではない表面を指し得る。幾つかの実施形態では、斜めの側壁と各ＬＥＤ発光層の下面との間の角度は９０度未満である。幾つかの実施形態では、金属接合層４０８も斜めの側面を有する。斜めの側面は、ＬＥＤ発光層への異なるコネクタの容易な接続を強化し得、鋭角によりそれらのコネクタの分離を阻止し得、デバイスの全体安定性を高め得る。
[00337] 幾つかの実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は、基板４０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の斜めの側面の角度が変化するにつれて変化する。幾つかの実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は、基板４０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の斜めの側面の角度が増大するにつれて増大する。例えば、基板４０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±５度である場合且つ４４６及び／又は４４８等の光学分離構造が、後述するような反射カップではない場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は０．３２％である。例えば、基板４０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±１５度である場合且つ４４６及び／又は４４８等の光学分離構造が、後述するような反射カップではない場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は２．７％である。例えば、基板４０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±９０度である（例えば、発光層が傾斜する）か、又は±９０度に非常に近い場合且つ４４６及び／又は４４８等の光学分離構造が、後述するような反射カップではない場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は５６．４％に等しいか、又はそれに非常に近い。
[00338] これとは対照的に、更に詳細に後述する反射カップ構造の実施態様は、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率を改善する。例えば、基板４０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±５度である場合且つ４４６及び／又は４４８等の光学分離構造が、後述するような反射カップである場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は０．６５％であり、これは、反射カップのないＬＥＤデバイスと比較して１０４．６％の増大である。例えば、基板４０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±１５度である場合且つ４４６及び／又は４４８等の光学分離構造が、後述するような反射カップである場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は６．６５％であり、これは、反射カップのないＬＥＤデバイスと比較して１４４．４％の増大である。例えば、基板４０４の表面への法線に対するＬＥＤ発光層の側面の角度が±９０度である（例えば、発光層が傾斜する）か、又は±９０度に非常に近い場合且つ４４６及び／又は４４８等の光学分離構造が、後述するような反射カップである場合、マルチカラーＬＥＤデバイスの光透過効率は６６．６５％に等しいか、又はそれに非常に近く、これは、反射カップのないＬＥＤデバイスと比較して１８．４％増である。
[00339] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層４１２、緑色ＬＥＤ発光層４３０、及び青色ＬＥＤ発光層４３６のサイズは同様である。例えば、赤色ＬＥＤ発光層４１２、緑色ＬＥＤ発光層４３０、及び青色ＬＥＤ発光層４３６の表面積は、特に有効発光面積に関して略同じである。
[00340] 幾つかの実施形態では、反射層が各ＬＥＤ発光層の上及び下に形成されて、光透過効率を改善する。図４Ｂに示すように、幾つかの実施形態では、反射層４０９が接合層４０８と赤色ＬＥＤ発光層４１２との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４１０が存在する場合、反射層４０９は接合層４０８と導電層４１０との間に形成される。幾つかの実施形態では、反射層４１５が接合層４５６（及び／又は平坦絶縁層４５４内）と赤色ＬＥＤ発光層４１２との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４１４が存在する場合、反射層４１５は接合層４５６（及び／又は平坦絶縁層４５４内）と導電４１４との間に形成される。
[00341] 幾つかの実施形態では、反射層４２７が接合層４５６（及び／又は平坦絶縁層４５８内）と緑色ＬＥＤ発光層４３０との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４２８が存在する場合、反射層４２７は接合層４５６（及び／又は平坦絶縁層４５８内）と導電層４２８との間に形成される。幾つかの実施形態では、反射層４３３が接合層４６０（及び／又は平坦絶縁層４５８内）と緑色ＬＥＤ発光層４３０との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４３２が存在する場合、反射層４３３は接合層４６０（及び／又は平坦絶縁層４５８内）と導電層４３２との間に形成される。
[00342] 幾つかの実施形態では、反射層４３５が接合層４６０（及び／又は平坦絶縁層４６２内）と青色ＬＥＤ発光層４３６との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４３４が存在する場合、反射層４３５は接合層４６０（及び／又は平坦絶縁層４６２内）と導電層４３４との間に形成される。幾つかの実施形態では、例えば導電路を通して青色ＬＥＤ発光層４３６をＮ電極パッド４４０になお電気的に接続できるようにしながら、任意選択的な反射層４３９（図４Ｂに示さず）がＮ電極パッド４４０と青色ＬＥＤ発光層４３６との間に形成される。幾つかの実施形態では、導電層４３８が存在する場合、任意選択的な反射層４３９は、例えば導電路を通して導電層４３８をＮ電極パッド４４０になお電気的に接続できるようにしながら、Ｎ電極パッド４４０と導電層４３８との間に形成される。
[00343] 幾つかの実施形態では、反射層の材料、組成、特性、及び作製は図１～図３に関して上述したものと同じである。
[00344] 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。
[00345] 幾つかの実施形態では、異なる色の各ＬＥＤ構造は、それぞれの平坦絶縁構造内でピラミッドのような形状又は台形断面形をなす。各層は、下の層と比較して狭い幅又は小さな面積を有する。この場合、幅又は面積は、基板４０４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、特に平坦層状構造が使用される場合、異なる色の各ＬＥＤ構造は、他のＬＥＤ構造と比較して略同じ横方向寸法を有する。各ＬＥＤ構造が略同じ面積を有する場合、ＬＥＤデバイス全体からの発光効率は改善する。
[00346] 幾つかの実施形態では、特に平坦層状構造が使用されず、異なる色の各ＬＥＤ構造が、ＬＥＤ構造の面積を超える拡張を有さないＬＥＤ構造の面積のみを覆う接合層によって一緒に接合される場合、マルチカラーＬＥＤデバイス全体は、ピラミッド（又は逆円錐）のような形状又は台形断面形をなす（図４Ｂに示さず）。幾つかの実施形態では、下部ＬＥＤ構造、例えば赤色ＬＥＤ構造の横方向寸法は最長であることができ、上部ＬＥＤ構造、例えば青色ＬＥＤ構造の横方向寸法は最短であることができる。ピラミッドのような形状は、ＬＥＤデバイス内の各層が下から上にエッチングされパターニングされる際、自然に形成することができる。ピラミッドのような構造は、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ことができる。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。
[00347] 幾つかの実施形態では、金属接合層４０８等の下部層は、約１μｍから約５００μｍの横方向寸法を有する。好ましい実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの下部にある金属接合層４０８の横方向寸法は約２．０μｍである。幾つかの実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの垂直高さは約１μｍから約５００μｍである。好ましい実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの垂直高さは約１．９μｍである。好ましい実施形態では、マルチカラーＬＥＤデバイスの上部にある導電層４３８の横方向寸法は約１．０μｍである。
[00348] 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。
[00349] 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。
[00350] 幾つかの実施形態では、異なる色の各ＬＥＤ構造を覆う４５４、４５８、及び４６２等の平坦絶縁層を用いる場合、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの作製プロセスは簡易化され、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの発光効率は改善する。例えば、平坦絶縁層内の導電層、反射層、並びに電極接点パッド及びそれらの関連する接続を含む異なる色の各ＬＥＤ構造それ自体をまず形成することができ、次いで各接合層を用いてＬＥＤ構造を一緒に接合する。
[00351] これとは対照的に、異なる色のＬＥＤ構造が幾つかの接合層を用いて直接一緒に接合される、平坦化なしで直接積層三色ＬＥＤデバイスを作製するプロセスでは、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスは、層毎のパターニング（及び／又はエッチング）の結果としてピラミッド（又は逆円錐）のような形状又は台形断面形であり得る。したがって、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの積層の下部にあるＬＥＤ構造の有効発光面積は最大であり、一方、積層の上部にあるＬＥＤ構造の有効発光面積は最小である。ＬＥＤデバイス内の複数のＬＥＤ構造間の発光領域の凸凹は、その発光効率を低下させる恐れがある。一方、平坦層状構造を用いる場合、各ＬＥＤ構造はそれ自体の平坦絶縁層内で作製されるため、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスは上述したようなピラミッド構造に限定されない。その代わり、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス内の異なるＬＥＤ構造の有効発光面積は、設計に従って調整することができる。幾つかの場合、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス内の異なるＬＥＤ構造の水平有効発光面積は略同じであり、発光効率及び電気接続の容易さを改善する。幾つかの場合、平坦化のないより単純な三色ＬＥＤ構造と比較して、平坦化された三色ＬＥＤ構造は発光効率を少なくとも５％、少なくとも１０％、又は時には少なくとも２０％改善することができる。
[00352] 幾つかの実施形態では、各エピタキシャル基板が、上述したように各ＬＥＤ発光層の成長に使用される場合、対応するＬＥＤ発光層並びに導電層及び反射層等の他の層を覆う絶縁層をまず、各エピタキシャル基板上に堆積させることができる。次いで平坦化プロセスが続き、各ＬＥＤ構造を埋め込んだ絶縁層の表面を平坦化する。接合前、電気接続用のビアも平坦層内に形成される。
[00353] 幾つかの実施形態では、接合層を含むＬＥＤ構造の層は、形成されたＬＥＤ構造を既に埋め込んだ平坦絶縁層上に直接形成することができ、次いで、現在のＬＥＤ構造を覆う平坦絶縁層が形成される。次のＬＥＤ構造が現在のＬＥＤ構造の上に形成される前、電気接続用のビアも平坦層内に形成される。
[00354] デバイスを形成するために、接合層がＬＥＤ構造の上部又は下部に直接接触する、平坦絶縁層を用いない幾つかの他のプロセスと比較して、接合層は、ＬＥＤ構造に触れることなく平坦絶縁層と接触することができる。したがって、平坦化されたＬＥＤ構造の各々内の特徴及び層は、よりよく保護され、外部破壊力を受けにくい。更に、平坦化された表面は、平坦ではない表面からの偏向を低減することにより光透過効率を改善することができる。
[00355] 幾つかの実施形態では、第３のＬＥＤ発光層４３６の上の上部導電層４３８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、三色ＬＥＤデバイス４００内の導電層４１０、４１４、４２８、４３２、４３４、及び４３８を含め、他の全ての導電層に適用することができる。
[00356] 幾つかの実施形態では、青色ＬＥＤ発光層４３６及び緑色ＬＥＤ発光層４３０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。
[00357] 幾つかの実施形態では、４６０及び４５６を含む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。
[00358] 幾つかの実施形態では、４０９、４１５、４２７、４３３、４３５、及び４３９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。
[00359] 幾つかの実施形態では、赤色ＬＥＤ発光層４１２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。
[00360] 幾つかの実施形態では、金属接合層４０８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。
[00361] 幾つかの実施形態では、各ＬＥＤデバイス構造がパターニングされた後、４５４、４５８、４６２等の絶縁層が、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構造の表面上に堆積する。幾つかの実施形態では、絶縁層はＳｉＯ２及び／又はＳｉ３Ｎ４で作られる。幾つかの実施形態では、絶縁層はＴｉＯ２で作られる。幾つかの実施形態では、絶縁層は、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、絶縁層は、絶縁層の下の層と同様の熱係数を有する材料で作られる。絶縁層の表面は次いで、化学機械研磨等の当業者に理解される妥当な方法によって平滑化又は平坦化される。
[00362] 幾つかの実施形態では、平坦化後、絶縁層は、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。
[00363] 幾つかの実施形態では、Ｐ電極又はアノード金属パッドは平坦絶縁層の片面及び／又は平坦絶縁層内のビア内等のパターニングされたＬＥＤ構造の適した場所に蒸着又は他の堆積法により堆積して、赤色ＬＥＤ構造、緑色ＬＥＤ構造、及び青色ＬＥＤ構造に電気的に接続する。
[00364] 幾つかの実施形態では、別個のＮ電極又はカソード金属パッドは、平坦絶縁層の片面／上部及び／又は平坦絶縁層内のビア内等のパターニングされたＬＥＤ構造の適した場所に蒸着され又は他の堆積法により堆積して、赤色ＬＥＤ構造、緑色ＬＥＤ構造、及び青色ＬＥＤ構造に電気的に接続する。
[00365] 図５は、幾つかの実施形態による、屈折構造を有する、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス５００の断面図である。幾つかの実施形態では、図５に全て示されているわけではないが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス５００は図１～図４に示す単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの何れか１つと同様の構造を有するが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの上面の上に形成された屈折構造５０２が追加されて、発光効率を改善している。単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスから発せられた光は、屈折構造を有さない単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの上面（出光エリア）を通して放射される。幾つかの実施形態では、屈折構造５０２の上面は平坦化される。幾つかの実施形態では、屈折構造５０２は、Ｎ電極１４０等の上部電極の露出面を覆い、露出面と接触する。幾つかの実施形態では、屈折構造５０２は、平坦絶縁層１７６の表面上に直接形成される。幾つかの実施形態では、屈折構造５０２は平坦絶縁層１７６と同じであり、平坦絶縁層１７６と一体化される。
[00366] 幾つかの実施形態では、屈折構造５０２は、光学分離構造、例えば１４６及び１４８等の反射カップと、屈折構造を有さない単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの上面、すなわち、出光エリアとの間に形成される。幾つかの実施形態では、屈折構造５０２の上面は、光学分離構造の上部の上にある。幾つかの実施形態では、屈折構造５０２の上面は光学分離構造の上部と同じであるか、又は下にある。幾つかの実施形態では、屈折構造の上面は、Ｎ電極１４０等の上部電極の上にある。幾つかの実施形態では、屈折構造の上面は、Ｎ電極１４０等の上部電極と同じであるか、又は下にある。
[00367] 幾つかの実施形態では、屈折構造５０２は、ＬＥＤデバイスから発せられた光を設計ニーズに従って集束又は発散させることにより単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスから発せられる光路を変更する。
[00368] 幾つかの実施形態では、屈折層５０２は誘電材料で作られる。幾つかの実施形態では、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム等の誘電材料は、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスによって発せられる光を透過する。幾つかの実施形態では、誘電材料はＳＵ－８、感光性ポリイミド（ＰＳＰＩ）、ＢＣＢ等の１つ又は複数のポリマーから選択される。
[00369] 幾つかの実施形態では、屈折層５０２は平坦絶縁層の上に直接形成される。幾つかの実施形態では、屈折層５０２は堆積、スパッタリング、又は他の方法によって形成される。
[00370] 図６Ａは、幾つかの実施形態による、反射構造の上に微小レンズを有する、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス６００の断面図である。
[00371] 図６Ｂは、幾つかの実施形態による、反射構造によって形成されたエリア内に微小レンズを有する、図１Ａの対角線１０２に沿った単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス６００の断面図である。
[00372] 幾つかの実施形態では、図６Ａ及び図６Ｂに全て示されているわけではないが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス６００は図１～図５に示す単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの何れか１つと同様の構造を有するが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの上面の上に形成された微小レンズ６０２が追加されて、発光効率を改善している。単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスから発せられた光は、微小レンズ構造を有さない単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの上面（出光エリア）を通して放射される。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２は平坦絶縁層１７６の表面上に直接形成される。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２は、図５に示すように、屈折構造５０２の表面上に直接形成される。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２は、Ｎ電極１４０等の上部電極の露出面を覆い、露出面と接触する。
[00373] 幾つかの実施形態では、任意選択的なスペーサ６０４が、微小レンズ６０２の下で出光エリアの上に形成される。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４の上面は平坦化される。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４は平坦絶縁層１７６の表面上に直接形成される。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４は、図５に示すように屈折構造５０２の表面上に直接形成される。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４は、図５に示す屈折構造５０２と同じであり、屈折構造５０２と一体化される。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４は、Ｎ電極１４０等の上部電極の露出面を覆い、露出面と接触する。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４は微小レンズ６０２と一体化される。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４は、平坦絶縁層１７６と同じであり、平坦絶縁層１７６と一体化される。
[00374] 幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２は、光学分離構造間、例えば１４６及び１４８等の反射構造又は反射カップ間の、微小レンズを有さない光学分離構造間の単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの上面、すなわち出光エリアに形成される。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の上面は、図６Ａに示すように、光学分離構造の上部の上である。微小レンズ６０２の上面が１４６及び１４８等の反射構造の上部の上である場合、反射カップを含む単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスから発せられる光の略全ては、微小レンズ６０２によって捕捉し集束することができる。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の上面は、図６Ｂに示すように、光学分離構造の上部と同じ又は下である。微小レンズ６０２の上面が１４６及び１４８等の反射構造の上部よりも低いか、又は同じレベルである場合、微小レンズ６０２から発せられた光の少なくとも一部は、反射構造又は反射カップによって更に反射され、特定のエリアに閉じ込められる。
[00375] 幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の下部の横方向寸法は出光エリアの横方向寸法よりも小さい。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の下部の横方向寸法は出光エリアの横方向寸法と同じであるか、又はそれよりも大きい。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の下部の横方向寸法は上部発光層１３６の上面面積よりも小さい。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の下部の横方向寸法は上部発光層１３６の上面面積と同じであるか、又はそれよりも大きい。
[00376] 幾つかの実施形態では、任意選択的なスペーサ６０４は、光学分離構造間、例えば、１４６及び１４８等の反射カップ間の、微小レンズ及びスペーサを有さない単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの上面、すなわち出光エリアに形成される。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４の上面は光学分離構造の上部の上にある。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４の上面は、光学分離構造の上部と同じであるか、又はその下にある。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４の上面はＮ電極１４０等の上部電極の上にある。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４の上面は、Ｎ電極１４０等の上部電極と同じであるか、又はその下にある。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の下部の横方向寸法は、スペーサ６０４の上面の横方向寸法よりも小さい。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の下部の横方向寸法はスペーサ６０４の上面の横方向寸法と同じであるか、又はそれよりも大きい。
[00377] 幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２は、ＬＥＤデバイスから発せられた光を設計ニーズに従って集束又は発散させることにより単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスから発せられる光路を変更する。
[00378] 幾つかの実施形態では、スペーサ６０４は、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスから発せられる光路を拡張する。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４は、ＬＥＤデバイスから発せられた光を設計ニーズに従って集束又は発散させることにより単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスから発せられる光路を変更する。
[00379] 幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２は、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスから発せられる波長を透過する多種多様な材料から作ることができる。微小レンズ６０２の透明材料例には、ポリマー、誘電体、及び半導体がある。幾つかの実施形態では、誘電材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム等の１つ又は複数を含む。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２はフォトレジストで作られる。
[00380] スペーサ６０４は、下にある単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス等のピクセル光源に対して微小レンズ６０２の位置を維持するように形成される任意選択的な透明層である。スペーサ６０４は、ピクセル光源から発せられる波長を透過する多種多様な材料から作ることができる。スペーサ６０４の透明材料例には、ポリマー、誘電体、及び半導体がある。幾つかの実施形態では、誘電材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム等の１つ又は複数を含む。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４はフォトレジストで作られる。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４及び微小レンズ６０２は同じ材料を有する。幾つかの実施形態では、スペーサ６０４及び微小レンズ６０２は異なる材料を有する。
[00381] 幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の高さは２μｍ以下である。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の高さは１μｍ以下である。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の高さは０．５μｍ以下である。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の高さは４μｍ以下である。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の高さは３μｍ以下である。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の高さは２μｍ以下である。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の高さは１μｍ以下である。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の幅と高さとの比率は２超である。
[00382] 幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の形状は概して半球である。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２の中心軸は、レンズなし単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの中心軸と位置合わせされるか、又は中心軸と同じである。
[00383] 明確にするために、図６Ａ及び図６Ｂは、幾つかの実施形態では、ディスプレイパネルにおいて、三色ＬＥＤデバイス等の単一ピクセル光源の各々が１枚の微小レンズ６０２に対応することを示す。フルディスプレイパネルが多くの個々のピクセル及び多くの微小レンズのアレイを含むことを理解されたい。加えて、微小レンズとピクセル光源との間に１対１の対応性がある必要はなく、またピクセル駆動回路（図示せず）とピクセル光源との間にも１対１の対応性がある必要はない。ピクセル光源は、複数の個々の光要素、例えば、並列接続された単一ピクセルＬＥＤで作ることもできる。幾つかの実施形態では、１枚の微小レンズ６０２が幾つかのレンズなし単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスを覆うことができる。
[00384] 個々の微小レンズ６０２は正の屈折力を有し、対応するピクセル光源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。一例では、ピクセル光源から発せられる光ビームは、かなり広い元々の発散角を有する。一実施形態では、基板１０４に直交する垂直軸に対する光ビームのエッジ光線の元々の角度は、６０度超である。光は微小レンズ６０２によって曲げられ、それにより、新しいエッジ光線はここで、低減された発散角を有する。一実施形態では、低減された角度は３０度未満である。微小レンズアレイ内の微小レンズは通常、同じである。微小レンズの例には、球面微小レンズ、非球面微小レンズ、フレナル(Fresnal)微小レンズ、及び円柱微小レンズがある。
[00385] 微小レンズ６０２は通常、平らな面及び湾曲した面を有する。図６では、微小レンズ６０２の下部は平らな面であり、微小レンズ６０２の上部は湾曲した面である。各微小レンズ６０２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。ディスプレイパネルの微小レンズアレイ内の個々の微小レンズは、形状、曲率、屈折力、サイズ、ベース、間隔が同じであってもよく、又は異なってもよい。幾つかの実施形態では、微小レンズ６０２は単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの形状に適合する。一例では、微小レンズ６０２のベースの形状は単一ピクセル三色ＬＥＤ構造のものと同じであり、例えば、図６Ａ及び図６Ｂでは、両方とも円形である。別の例では、微小レンズ６０２のベースの形状は単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスのものと同じではなく、例えば、微小レンズの円形ベースは単一ピクセル三色ＬＥＤと同じ幅を有するが、微小レンズのベースは円形であり、単一ピクセル三色ＬＥＤのベースは正方形であるため、より小さな面積を有する。幾つかの実施形態では、微小レンズのベースの面積は、ピクセル光源の面積よりも小さい。幾つかの実施形態では、微小レンズのベースの面積は、ピクセル光源の面積と同じであるか、又はそれよりも大きい。
[00386] 微小レンズ６０２が形成される幾つかの実施形態では、同じ材料を用いて同じプロセスで、微小レンズ６０２と共にスペーサ層６０４を形成することができる。幾つかの実施形態では、ピクセル光源の高さは、基板１０４の下部から測定されるスペーサ６０４の厚さよりも大きいか、同じであるか、又は小さい。
[00387] スペーサ６０４の厚さは、微小レンズ６０４とピクセル光源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スペーサでは、単一ピクセルの画像は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、ピクセル光源の上面から測定されるスペーサ６０４の厚さに部分的に依存する。幾つかの実施形態では、ピクセル光源の上面から測定されるスペーサ６０４の厚さは１μｍ以下である。幾つかの実施形態では、ピクセル光源の上面から測定されるスペーサ６０４の厚さは０．５μｍ以下である。幾つかの実施形態では、ピクセル光源の上面から測定されるスペーサ６０４の厚さは０．２μｍ以下である。幾つかの実施形態では、ピクセル光源の上面から測定されるスペーサ６０４の厚さは約１μｍである。
[00388] 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。
[00389] 幾つかの実施形態では、微小レンズを作製する第１の方法は、ピクセル光源の少なくとも上部に直接、ピクセル光源と物理的に直接接触して微小レンズ材料層を堆積させるステップを含む。幾つかの実施形態では、微小レンズ材料層の形状は、ピクセル光源の形状に適合し、ピクセル光源上に半球を形成する。幾つかの実施形態では、ピクセル光源の上部は概して平坦であり、形成された微小レンズ６０２の形状は概して半球である。幾つかの実施形態では、微小レンズ材料層は、化学蒸着（ＣＶＤ）によって直接、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの平坦化面等のピクセル光源の表面上に堆積する。幾つかの実施形態では、ＣＶＤプロセスの堆積パラメータは以下である：電力は約０Ｗから約１０００Ｗであり、圧力は約１００ミリトールから約２０００ミリトールであり、温度は２３℃前後から５００℃前後であり、ガスフローは約０ｓｃｃｍ（毎分標準立方センチメートル）から約３０００ｓｃｃｍであり、時間は約１時間から約３時間である。幾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等の誘電材料である。
[00390] 幾つかの実施形態では、微小レンズを作製する第１の方法は、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、基板の電極エリアを露出させる、パターニングするステップを更に含む。幾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、ピクセル光源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、開口部によって露出された微小レンズ材料層の部分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。
[00391] 幾つかの実施形態では、微小レンズを作製する第２の方法は、後のステップで堆積する微小レンズ材料層を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、任意選択的なステップも含む。例えば、マーク層は、ピクセル光源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。幾つかの実施形態では、マーク層は、ピクセル光源の上部に微小レンズを形成するために、ピクセル光源よりも上の層、特に微小レンズ材料層にピクセル光源を位置合わせするように形成される。
[00392] 微小レンズを作製する第２の方法は、１つのピクセル光源の少なくとも上部に直接、微小レンズ材料層を堆積させるステップを更に含む。図６Ｃ及び図６Ｄは、幾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が統合されたディスプレイパネルを形成する作製方法を更に示す。幾つかの実施形態では、微小レンズ材料層６４５は、図６Ｃに示すようにピクセル光源６０６Ｍの上部を覆い、微小レンズ材料層６４５の上面は平坦である。幾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ピクセル光源アレイ６０６の上部に堆積する。幾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。幾つかの実施形態では、微小レンズ材料層６４５の材料は酸化シリコン等の誘電材料である。
[00393] 微小レンズを作製する第２の方法は、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６Ｃ及び図６Ｄ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つのピクセル光源６０６Ｍの上に配置される。
[00394] 幾つかの実施形態では、上から下に微小レンズ材料層をパターニングするステップは、図６Ｃ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。
[00395] 上から下に微小レンズ材料層をパターニングするステップは、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６Ｃ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６Ｃ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、微小レンズを作製する第１の方法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。
[00396] 上から下に微小レンズ材料層をパターニングするステップは、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６Ｃ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６Ｃ及び図６Ｄに示すようにピクセル光源６０６Ｍ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がピクセル光源６０６Ｍの上部に形成され、又は図６Ｄに示すように、スペーサ６７０がピクセル光源６０６Ｍの上部を覆う。
[00397] 微小レンズを作製する第２の方法は、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６Ｄに示さず）を露出させる、パターニングするステップを更に含む。幾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、ピクセル光源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。
[00398] 上述したように、図６Ａ～図６Ｄ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。
[00399] 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。
[00400] 図７は、幾つかの実施形態による、基板１０４上の図１Ａの１０２等の対角線に沿った３つの単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス７１０、７２０、及び７３０の断面図７００である。幾つかの実施形態では、図７に全て示されているわけではないが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス７１０、７２０、及び７３０の各々は、図１～図６に示す単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの何れか１つと同様の構造を有する。矩形７５０内の単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス７１０の断面図は、上述した図１～図ｌ６の何れかに示す断面図に等しい。
[00401] 幾つかの実施形態では、図１～図７の実施形態の何れかに示すように、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスは、７０２、７０４、及び７０６等の１つ又は複数の反射カップ構造を更に備える。７０２、７０４、及び７０６等の反射構造は、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス７１０、７２０、及び７３０の各々を囲む。反射カップは半導体基板１０４上に形成し得、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスからの光が発せられる発光領域の周囲に位置決めし得る。例えば、図１Ａ～図１Ｃに示すように、図１Ｂにおける１０２方向に沿った断面図及び図１Ｃにおける１５０方向に沿った断面図から、反射カップは４つの反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２を含み得る。幾つかの実施形態では、反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２は、半導体基板１０４上に形成し得、発光領域の周囲に位置決めし得る。幾つかの実施形態では、反射カップは、発光領域から発せられた光の少なくとも幾らか又は略全てを分離することができる。例えば、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、反射カップの高さが発光領域の高さよりも高い場合、反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２は、発光領域から発せられた光の少なくとも幾らか又は略全てを分離することができる。したがって、反射カップは、ピクセル間光クロストークを抑制し、ＬＥＤディスプレイの全体コントラストを改善することができる。反射カップからの反射はまた、光放射を特定の方向に集束することによって発光効率及び輝度も上げる。
[00402] 幾つかの実施形態では、反射カップの高さは、赤色ＬＥＤ構造等の下部ＬＥＤ構造の高さよりも大きく、緑色ＬＥＤ構造等の中間ＬＥＤ構造の高さよりも大きく、又は青色ＬＥＤ構造等の上部ＬＥＤ構造の高さよりも大きい高さであり得る。幾つかの実施形態では、反射カップの高さ合計は、赤色ＬＥＤ構造等の下部ＬＥＤ構造、緑色ＬＥＤ構造等の中間ＬＥＤ構造、及び青色ＬＥＤ構造等の上部ＬＥＤ構造の結合高さの高さよりも大きい高さであり得る。幾つかの実施形態では、反射カップの高さ合計は、平坦層なしの単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの高さよりも大きい高さであり得る。幾つかの実施形態では、反射カップの高さは０．５μｍ～５０μｍである。幾つかの実施形態では、反射カップの高さは１μｍ～２０μｍである。幾つかの実施形態では、反射カップの高さは２μｍ～１０μｍである。幾つかの実施形態では、反射カップの高さは約２．５μｍであり、一方、平坦層なしの単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの高さは約１．９μｍである。更に幾つかの実施形態では、反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２は異なる高さを有し得る。幾つかの実施形態では、１４６又は１４８等の反射カップ部分の断面は三角形である。幾つかの実施形態では、１４６又は１４８等の反射カップ部分の断面は、底辺が上辺よりも長い台形である。幾つかの実施形態では、１４６又は１４８等の反射カップ部分の下部の幅は０．３μｍ～５０μｍである。幾つかの実施形態では、１４６又は１４８等の反射カップ部分の下部の幅は０．５μｍ～２５μｍである。好ましい実施形態では、１４６又は１４８等の反射カップ部分の下部の幅は約１μｍである。幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの下部の最も近い縁部への１４６又は１４８等の反射カップ部分の下部の最も近い縁部の距離は、０．２μｍ～３０μｍである。幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの下部の最も近い縁部への１４６又は１４８等の反射カップ部分の下部の最も近い縁部の距離は、０．４μｍ～１０μｍである。好ましい実施形態では、図４Ｂに示すようにｐ電極接続構造４２２等の単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの下部の最も近い縁部への１４６／４４６又は１４８／４４８等の反射カップ部分の下部の最も近い縁部の距離は、約０．６μｍである。
[00403] 幾つかの実施形態では、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの１４６／４４６及び１４８／４４８等の隣接反射カップ部分の中心間距離は、１μｍ～５０μｍである。好ましい実施形態では、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの１４６及び１４８等の隣接反射カップ部分の中心間距離は、約５μｍである。
[00404] 幾つかの実施形態では、０°の発散角は、発光領域の上面に垂直に伝播する光に対応し得、９０°の発散角は、発光領域の上面に平行して伝播する光に対応し得る。反射カップのジオメトリを変更することにより、発光領域から発せられる光の発散角を制御することができる。したがって、反射カップは、発光領域から発せられる光の発散を低減し、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの輝度を高め得る。幾つかの実施形態では、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように反射カップの側壁１４６－１、１４８－１、１７０－１、及び１７２－１は、直線、湾曲、波形、マルチライン、又はそれらの組合せであり得る。幾つかの実施形態では、反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２の側壁の急峻さは、発光領域から発せられる光の発散を低減するように設計し得る。例えば、基板１０４に垂直な垂直軸に対する反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２の側壁の角度は、少なくとも１５度から多くとも７５度であり得る。基板１０４に垂直な垂直軸に対する反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２の側壁の角度は、少なくとも５度から多くとも６０度であり得る。幾つかの好ましい実施形態では、基板１０４に垂直な垂直軸に対する反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２の側壁の角度は、少なくとも１０度から多くとも５０度であり得る。反射カップは、発光領域から発せられた光の幾らかを上方に反射することもできる。例えば、発光領域から発せられた光の幾らかは、反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２に達し、反射カップ部分１４６、１４８、１７０、及び１７２によって上方に反射され得る。
[00405] 幾つかの実施形態では、反射カップは金属を含み得る。幾つかの実施形態では、反射カップは酸化シリコン等の誘電材料を含み得る。幾つかの実施形態では、反射カップは感光性誘電材料を含み得る。幾つかの実施形態では、感光性誘電材料はＳＵ－８、感光性ポリイミド（ＰＳＰＩ）、又はＢＣＢを含み得る。他の実施形態では、反射カップはフォトレジストを含み得る。
[00406] 幾つかの実施形態では、反射カップは堆積、フォトリソグラフィ、及びエッチングプロセスの組合せによって作製することができる。幾つかの実施形態では、反射カップは他の適した方法によって作製し得る。一手法では、ＰＳＰＩがフォトリソグラフィプロセスによって反射カップ形内に形成される。次いで、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ、Ａｕ、及びＡｇ等の１つ又は複数の金属を含む高反射率を有する金属層、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２層を含む積層ＤＢＲ層、多層全指向性反射器（ＯＤＲ）を含む全反射性を有する任意の他の層、又はそれらの組合せが、蒸着により、反射層として反射カップを含むマルチカラーＬＥＤデバイスの全面に堆積する。次に、反射カップエリアの反射層はフォトレジストによって形作られ、一方、その他の領域の反射層はエッチングされ、それにより、発光領域が露出される。
[00407] 別の手法では、積層ＬＥＤ構造よりも厚い、ＳｉＯ２、窒化シリコン、又はＳＵ８の１つ又は複数を含む分離層が積層ＬＥＤ構造上に堆積又はスピニングされる。次いで、フォトレジストをマスクとして使用して、分離層はエッチングされ、反射カップ形に形成される。次に、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ、Ａｕ、及びＡｇ等の１つ又は複数の金属を含む高反射率を有する金属層、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２層を含む積層ＤＢＲ層、多層全指向性反射器（ＯＤＲ）を含む全反射性を有する任意の他の層、又はそれらの組合せが、蒸着により、反射層として反射カップを含むマルチカラーＬＥＤデバイスの全面に堆積する。最後に、反射カップエリアの反射層はフォトレジストによって形作られ、一方、その他の領域の反射層はエッチングされ、それにより、発光領域が露出される。
[00408] 幾つかの実施形態では、図２～図６に示すように、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスは、反射カップと統合された１つ又は複数の上部電極（例えば、上部電極１４０／４４０、４４２、及び４４４）を更に含む。１つ又は複数の上部電極は、上部電極（層）１４０／４４０と電気的に接続し得る。例えば、図４Ｂに示すように、電極４４２及び４４４は反射カップ、例えば反射カップ部分４４６及び４４８とそれぞれ統合することができる。上部電極４４２及び４４４は両方とも、発光領域に向かって延び、上部電極（層）１４０／４４０と電気的に接続し得る。反射カップは、１つ又は複数の上部電極を採用する単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの共通Ｐ電極又はＮ電極として実行し得る。例えば、上部電極（層）１４０／４４０が、各ＬＥＤ構造（例えば、発光層１１２／４１２、１３０／４３０、及び１３６／４３６を含むＬＥＤ構造）並びに任意選択的に上部電極４４２及び４４４と電気的に接続する場合、反射カップは単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの共通Ｐ電極又はＮ電極として実行し得る。
[00409] 幾つかの実施形態では、反射カップは１つ又は複数の反射被膜を更に含む。１つ又は複数の反射被膜は、反射カップの１つ又は複数の側壁、例えば、反射カップの側壁１４６－１、１４８－１、１７０－１、及び１７２－１に堆積し得る。１つ又は複数の反射被膜の各々の下部は、各ＬＥＤ構造、例えば、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ構造に接触しない。１つ又は複数の反射被膜は、発光領域から発せられた光を反射し、したがって、微小ＬＥＤパネル又はディスプレイの輝度及びルミナンス有効性を高めることができる。例えば、発光領域から発せられた光は１つ又は複数の反射被膜に到達し得、１つ又は複数の反射被膜によって上方に反射され得る。
[00410] １つ又は複数の反射被膜は反射カップと一緒に、発光領域から発せられた光の反射方向及び／又は反射強度を利用することができる。例えば、反射カップの側壁１４６－１、１４８－１、１７０－１、及び１７２－１は、特定の角度で傾斜し得、したがって、反射カップの側壁１４６－１、１４８－１、１７０－１、及び１７２－１に堆積した１つ又は複数の反射被膜も、反射カップの側壁１４６－１、１４８－１、１７０－１、及び１７２－１と同じ角度で傾斜する。発光領域から発せられた光が１つ又は複数の反射被膜に到達すると、発光領域から発せられた光は、反射カップの側壁１４６－１、１４８－１、１７０－１、及び１７２－１の角度に従って１つ又は複数の反射被膜によって反射される。
[00411] １つ又は複数の反射被膜の材料は、６０％超、７０％超、又は８０％超の反射率を有する高い反射性を有し得、したがって、発光領域から発せられた光の大半を反射することができる。幾つかの実施形態では、１つ又は複数の反射被膜は、高い反射率を有する１つ又は複数の金属導電材料を含み得る。これらの実施形態では、１つ又は複数の金属導電材料は、アルミニウム、金、又は銀の１つ又は複数を含み得る。他の幾つかの実施形態では、１つ又は複数の反射被膜は多層であることができる。より具体的には、１つ又は複数の反射被膜は、１つ又は複数の反射性材料層及び１つ又は複数の誘電材料層の積層を含み得る。例えば、１つ又は複数の反射被膜は、１つの反射性材料層及び１つの誘電材料層を含み得る。他の実施形態では、１つ又は複数の反射被膜は、２つの反射性材料層及び２つの反射性材料層間に位置する１つの誘電材料層を含み得る。更に幾つかの他の実施形態では、１つ又は複数の反射被膜は、２つの誘電材料層及び２つの誘電材料層間に位置する１つの反射性材料層を含み得る。幾つかの実施形態では、多層構造は、ＴｉＡｕ、ＣｒＡｌ、又はＴｉＷＡｇの１つ又は複数を含み得る２つ以上の金属層を含み得る。
[00412] 幾つかの実施形態では、１つ又は複数の反射被膜は、金属及び透明導電酸化物（ＴＣＯ）層を含む多層全指向性反射器（ＯＤＲ）であり得る。例えば、多層構造は、誘電材料層、金属層、及びＴＣＯ層を含み得る。幾つかの実施形態では、１つ又は複数の反射被膜は、交互に堆積して分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を形成する２つ以上の誘電材料層を含み得る。例えば、１つ又は複数の反射被膜は、誘電材料層、金属層、及び透明誘電層を含み得る。透明誘電層は、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、又はＴｉＯ２の１つ又は複数を含み得る。１つ又は複数の反射被膜は、誘電材料層、ＴＣＯ、及びＤＢＲを更に含み得る。他の実施形態では、１つ又は複数の反射被膜は、高反射率を有する１つ又は複数の金属導電材料を含み得る。これらの実施形態では、１つ又は複数の金属導電材料は、アルミニウム、金、又は銀の１つ又は複数を含み得る。幾つかの実施形態では、反射被膜は、上述したように、発光層の上及び下の１０９、１１５、１２７、１３３、及び１３５等の反射層と同じ組成、構造、及び作製プロセスを有し得る。
[00413] 幾つかの実施形態では、１つ又は複数の反射被膜は導電性であることができ、その場合、１つ又は複数の反射被膜は、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスへの電気接点としての機能を実行することもできる。例えば、上部電極（層）１４０は、１つ又は複数の反射被膜と電気的に接続し得る。別の例では、１つ又は複数の反射被膜は１つ又は複数の透明電極接触層１１４、１３２、及び１３８と電気的に接続し得る。１つ又は複数の反射被膜は、発光領域から発せられた光を遮断しないようにパターニングし得る。その場合、１つ又は複数の反射被膜は、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス内のＬＥＤ構造及び／又はディスプレイパネル上のＬＥＤの共通電極として機能することもできる。
[00414] 幾つかの実施形態では、電極に接続する上部導電層はマルチカラーＬＥＤデバイスの上部に形成され、上部導電層は反射カップと電気的に接続される。幾つかの実施形態では、上部導電層は、反射カップの上部又は反射カップの下部と直接接触する。
[00415] 幾つかの実施形態では、下部誘電層が、反射カップの下部と半導体基板との間に形成される。
[00416] 幾つかの実施形態では、反射被膜の１つ又は複数は、電子ビーム堆積又はスパッタリングプロセスの１つ又は複数によって生成することができる。
[00417] 幾つかの実施形態では、反射カップは階段様構造の形状を有することができる。図８は、幾つかの実施形態による、図４Ａの４０２等の対角線に沿った、階段形反射カップを有する単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス８００の断面図である。幾つかの実施形態では、図８に全て示されるわけではないが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス８００は、図１～図７に示す単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの何れか１つと同様の構造を有するが、階段形反射カップを有する、１４６、１４８、１７０、及び１７２等の反射カップ部分を有する。階段形反射カップは半導体基板１０４／４０４上に形成し得、発光領域の周囲に位置決めし得る。例えば、図８に示すように、図４Ａの４０２等の対角線に沿った断面図から、階段形反射カップは２つの階段形反射カップ部分８４６及び８４８を含み得る。階段形反射カップ部分８４６及び８４８は、半導体基板１０４／４０４上に形成し得、発光領域の周囲に位置決めし得る。幾つかの実施形態では、階段形反射カップは、発光領域から発せられた光の少なくとも幾らか又は略全てを分離することができる。例えば、図８に示すように、階段形反射カップの高さが発光領域の高さよりも高い場合、階段形反射カップ部分８４６及び８４８は、発光領域から発せられた光の少なくとも幾らか又は略全てを分離することができる。したがって、階段形反射カップは、ピクセル間光クロストークを抑制し、ＬＥＤディスプレイの全体コントラストを改善することができる。
[00418] 幾つかの実施形態では、階段形反射カップは、８４６－１、８４６－２、８４６－３、８４８－１、８４８－２、及び８４８－３等の１つ又は複数の階段構造を含む。幾つかの実施形態では、反射カップの各階段の高さは、同じ垂直レベルのＬＥＤ構造の高さと同じであり得る。例えば、階段構造８４６－１及び８４８－１は各々、下部ＬＥＤ構造と同じ高さを有する。階段構造８４６－２及び８４８－２は各々、中間ＬＥＤ構造と同じ高さを有する。階段構造８４６－３及び８４８－３は各々、上部ＬＥＤ構造と同じ高さを有する。更に幾つかの実施形態では、階段形反射カップ部分８４６及び８４８は同じ又は異なる高さを有し得る。階段形反射カップは、発光領域から発せられた光の幾らかを上方に反射することもできる。例えば、発光領域から発せられた光の幾らかは、階段形反射カップ部分８４６及び８４８に到達し、設計に従って異なるパターンの単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス内の各ＬＥＤ構造について階段形反射カップ部分８４６及び８４８によって上方に反射され得る。例えば、各階段は、発せられた（特に水平に）光の収束を異なるパターンで調整することができる。例えば、ＬＥＤデバイスからの光ビームの赤色光をより中心で集束し、青色光をより縁部で集束する。したがって、発光領域から発せられた光の発散を低減し得、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの輝度を高め得る。
[00419] 幾つかの実施形態では、階段形反射カップ構造は、発光領域を囲むキャビティを含み得、又は形成し得る。キャビティは、階段形反射カップによって囲まれた、半導体基板４０４の上のエリアを含み得る。キャビティは内側側壁を含み得、内側側壁は複数の傾斜面を含み得る。例えば、図８に示すように、階段形反射カップは、階段形反射カップ部分８４６と８４８との間にあり、半導体基板４０４の上のエリアを含み得るキャビティを含み得、又は囲み得る。発光領域はキャビティ内に位置決めし得、階段形反射カップ部分８４６及び８４８によって囲み得る。
[00420] 幾つかの実施形態では、キャビティの上部は発光領域の上部よりも高い。例えば、階段形反射カップ（例えば階段形反射カップ部分８４６及び８４８）に含まれるキャビティの上部は、発光領域の上部よりも高い。幾つかの実施形態では、キャビティは内側側壁を含み得、内側側壁は複数の傾斜面（例えば、傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、８４６－３Ｓ、８４８－１Ｓ、８４８－２Ｓ、及び８４８－３Ｓ）を含み得る。幾つかの実施形態では、キャビティの下から上への複数の傾斜面の傾斜角（基板４０４の表面に対する）は大きくなる。例えば、図８に示すように、傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、８４６－３Ｓの角度はそれぞれ傾斜角α、β、及びγとして示される。傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、８４６－３Ｓの傾斜角はそれぞれ、傾斜面８４８－１Ｓ、８４８－２Ｓ、８４８－３Ｓの角度の傾斜角と同じであり得る。幾つかの実施形態では、傾斜角α、β、及びγは、キャビティの下から上まで同じままであるか、又は下から上に大きくなる。幾つかの好ましい実施形態では、傾斜角α、β、及びγはキャビティの下から上に小さくなり得、したがって、ＬＥＤデバイスから発せられる光は、ＬＥＤデバイスの上部分に向かってより大きく発散し得る。更なる幾つかの実施形態では、傾斜角α、β、及びγは設計に従った任意の角度であり得る。幾つかの実施形態では、キャビティはシリコン、例えば酸化シリコンを含む材料で充填し得、充填は、光学屈折を改善し、透過性を増大させ、及び／又は耐紫外線老化性及び耐熱老化性を高めることができる。幾つかの実施形態では、キャビティは空又は真空であってもよい。幾つかの実施形態では、傾斜面（例えば、傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、８４６－３Ｓ、８４８－１Ｓ、８４８－２Ｓ、及び８４８－３Ｓ）は、直線、湾曲、波形、マルチライン、又はそれらの組合せであり得る。
[00421] 幾つかの実施形態では、キャビティは複数のサブキャビティを含み得る。サブキャビティは、各傾斜面によって形成又は囲まれ得、水平方向において異なる寸法を有し得る。例えば、図８に示すように３つのサブキャビティがあり得る。キャビティの下部にあるサブキャビティは、半導体基板１０４／４０４、傾斜面８４６－１Ｓ及び８４８－１Ｓ、並びに接合層１５６／４５６の下部によって囲まれ、又は制限されるエリアを含み得る。キャビティの中間にあるサブキャビティは、接合層１５６／４５６の下部、傾斜面８４６－２Ｓ及び８４８－２Ｓ、並びに接合層１６０／４６０の下部によって囲まれ、又は制限されるエリアを含み得る。キャビティの上部にあるサブキャビティは、接合層１６０／４６０の下部、傾斜面８４６－３Ｓ及び８４８－３Ｓ、並びに電極層１４０／４４０の上部（又は階段構造８４６－３及び８４８－３の上部の開口部上部）によって囲まれ、又は制限されるエリアを含み得る。幾つかの実施形態では、サブキャビティの傾斜面は同じ平面に配置されない。例えば、図８に示すように、サブキャビティは、複数の傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、８４６－３Ｓ、８４８－１Ｓ、８４８－２Ｓ、及び８４８－３Ｓによって形成又は囲まれ得、水平方向において異なる寸法を有し得る。幾つかの実施形態では、傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、及び８４６－３Ｓは同じ平面に配置されなくてもよく、傾斜面８４８－１Ｓ、８４８－２Ｓ、及び８４８－３Ｓは同じ平面に配置されなくてもよい。例えば、傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、及び８４６－３Ｓは、垂直方向において異なる平面に互い違いに配置される。
[00422] 幾つかの実施形態では、サブキャビティの高さは異なり得る。例えば、キャビティの中間にあるサブキャビティの高さは、他のサブキャビティの高さよりも低い高さであり得る。キャビティの上部にあるサブキャビティの高さは、キャビティの下部にあるサブキャビティの高さよりも高い高さであり得る。更に幾つかの実施形態では、各カラーＬＥＤ構造はサブキャビティのそれぞれ異なるサブキャビティ内にある。例えば、下部赤色ＬＥＤ構造は、キャビティの下部にあるサブキャビティ内にあり、上部青色ＬＥＤ構造は、キャビティの上部にあるサブキャビティ内にある。中間緑色ＬＥＤ構造は、キャビティの中間にあるサブキャビティ内にある。幾つかの実施形態では、サブキャビティはシリコン、例えば酸化シリコンを含む材料で充填し得、充填は、光学屈折を改善し、透過性を増大させ、及び／又は耐紫外線老化性及び耐熱老化性を高めることができる。幾つかの実施形態では、サブキャビティの材料は異なり得る。例えば、キャビティの上部にあるサブキャビティの材料は、酸化シリコンで充填し得、キャビティの下部にあるサブキャビティの材料は、エポキシメチルシリコンで充填し得る。幾つかの実施形態では、サブキャビティは空又は真空であってもよい。
[00423] 幾つかの実施形態では、階段形反射カップは金属を含み得る。幾つかの実施形態では、階段形反射カップは二酸化シリコン等の誘電材料を含み得る。幾つかの実施形態では、階段形反射カップは感光性誘電材料を含み得る。幾つかの実施形態では、感光性誘電材料はＳＵ－８又は感光性ポリイミド（ＰＳＰＩ）を含み得る。他の実施形態では、階段形反射カップはフォトレジストを含み得る。幾つかの実施形態では、階段形反射カップの作製プロセスは、反射カップを参照して上述したものと同様である。
[00424] 幾つかの実施形態では、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス８００は１つ又は複数の反射被膜を更に含む。１つ又は複数の反射被膜は、階段形反射カップの１つ又は複数の傾斜面、例えば、傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、８４６－３Ｓ、８４８－１Ｓ、８４８－２Ｓ、及び８４８－３Ｓに堆積し得る。１つ又は複数の反射被膜の各々の下部は、各ＬＥＤ構造、例えば、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ構造に接触しない。１つ又は複数の反射被膜は、発光領域から発せられた光を反射し、したがって、微小ＬＥＤパネル又はディスプレイの輝度及びルミナンス有効性を高めることができる。例えば、発光領域から発せられた光は１つ又は複数の反射被膜に到達し得、１つ又は複数の反射被膜によって上方に反射され得る。
[00425] １つ又は複数の反射被膜は階段形反射カップと一緒に、発光領域から発せられた光の反射方向及び／又は反射強度を利用することができる。例えば、傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、及び８４６－３Ｓのそれぞれの傾斜角α、β、及びγは、キャビティの下から上に小さくなり得、したがって、傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、及び８４６－３Ｓに堆積する１つ又は複数の反射被膜は、傾斜面８４６－１Ｓ、８４６－２Ｓ、及び８４６－３Ｓと同じ角度で傾斜する。発光領域から発せられた光が１つ又は複数の反射被膜に到達すると、発光領域から発せられた光は、傾斜角α、β、及びγに従って１つ又は複数の反射被膜によって反射される。傾斜角α、β、及びγは大きくなり得、同じままであり得、若しくは小さくなり得、又は傾斜角α、β、及びγは特定の設計に従って他の方法で選ばれる。
[00426] １つ又は複数の反射被膜の材料は、６０％超、７０％超、又は８０％超の反射率を有する高い反射性を有し得、したがって、発光領域から発せられた光の大半を反射することができる。幾つかの実施形態では、１つ又は複数の反射被膜の材料は、反射カップを参照して同様に説明している。幾つかの実施形態では、各傾斜面に堆積する１つ又は複数の反射被膜の材料は異なり得る。例えば、傾斜面８４６－１Ｓに堆積した反射被膜の材料は、傾斜面８４６－２Ｓ及び８４６－３Ｓのそれぞれに堆積した反射被膜の材料と異なり得る。
[00427] 幾つかの実施形態では、反射被膜の１つ又は複数は、電子ビーム堆積又はスパッタリングプロセスの１つ又は複数によって生成することができる。幾つかの実施形態では、８４６－１、８４６－２、８４６－３、８４８－１、８４８－２、及び８４８－３等の１つ又は複数の階段構造の各々は、マルチステッププロセスで層毎に形成される。例えば、８４６－１及び８４８－１等の階段構造は、平坦層４５４が形成される前又は後、同じステップで形成される。８４６－２及び８４８－２等の階段構造は、平坦層４５８が形成される前又は後、同じステップで形成される。８４６－３及び８４８－３等の階段構造は、平坦層４６２が形成される前又は後、同じステップで形成される。幾つかの実施形態では、特に層毎の平坦化が、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスを形成するプロセスに関わる場合、階段構造は、層毎のプロセス及びＬＥＤ構造を含む異なる平坦層の接合の転位の結果として形成される。幾つかの実施形態では、層毎のプロセス及びＬＥＤ構造を含む異なる平坦層の接合の転位の結果として、８４６－１、８４６－２、及び８４６－３等の異なる階段構造間にギャップ（図８に示さず）があり得る。
[00428] 幾つかの実施形態では、反射カップは浮動構造を有することができる。図９は、幾つかの実施形態による、図４Ａの４０２等の対角線に沿った、浮動反射カップを有する単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス９００の断面図である。幾つかの実施形態では、図９に全てが示されるわけではないが、単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス９００は図１～図８に示す単一ピクセル三色ＬＥＤデバイスの何れか１つと同様の構造を有するが、９４６及び９４８等の浮動反射カップ部分を有する。
[00429] 幾つかの実施形態では、浮動反射カップは発光領域を囲み得、反射カップの下部は半導体基板１０４／４０４に直接接触しない。例えば、図９に示すように、反射カップ部分９４６及び９４８は発光領域を囲み、反射カップ部分９４６及び９４８の下部は半導体基板１０４に直接接触せず、例えば、反射カップの下部と基板１０４／４０４との間にギャップがある。幾つかの実施形態では、ギャップは平坦絶縁層４５４で充填される。幾つかの実施形態では、発光領域から発せられた光は反射カップに到達し得、反射カップによって上方に反射され得る。例えば、図９に示すように、ＬＥＤ構造の側壁及び／又は上部から発せられた光を含め、発光領域から発せられた光は、反射カップ部分９４６及び９４８に到達し得、反射カップ部分９４６及び９４８によって上方に反射され得る。したがって、発光領域から発せられた光の発散を低減し得、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの輝度を高め得る。
[00430] 幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板１０４／４０４の上面との間の距離は、設計ニーズに従って調整することができる。幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板１０４／４０４の上面との間の距離は、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス及びディスプレイパネルの製造プロセス中、調整し得る。単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス９００の製造が完了するとき、この距離は固定され、調整可能ではない。他の実施形態では、反射カップの下部と半導体基板１０４／４０４の上面との間の距離は、設計プロセス中、特に選択し得、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス９００及びディスプレイパネルの製造後、固定される。幾つかの実施形態では、基板４０４の上面への部分９４６及び９４８等の反射カップの下部との間の距離は、基板４０４の上面への発光層４１２の下部にある接合層４０８の上面との間の距離以下であり得る。幾つかの実施形態では、基板４０４の上面への部分９４６及び９４８等の反射カップの下部との間の距離は、基板４０４の上面への発光層４１２の下部にある接合層４０８の上面との間の距離よりも大きい値であり得る。浮動反射カップのギャップを調整することにより、単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス９００の特定の部分からの特定の光は反射又は分離されず、デバイス９００の選択された部分に光をより集束させることができる。
[00431] 幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は、０．５μｍ未満であることができる。幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は、１μｍ未満であることができる。幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板１４０の上面との間の距離は、２μｍ未満であることができる。幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は、５μｍ未満であることができる。幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は、１０μｍ未満であることができる。幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は、２０μｍ未満であることができる。幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は、５０μｍ未満であることができる。幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は、７５μｍ未満であることができる。幾つかの実施形態では、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は、１００μｍ未満であることができる。一般に、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は、金属接合層の厚さ等の発光層の下部の高さによって決まる。好ましい実施形態では、反射カップの下部と半導体基板４０４の上面との間の距離は２０μｍ以下である。
[00432] 幾つかの実施形態では、反射カップは、発光領域から発せられた光の少なくとも幾らかを分離することができる。例えば、図９に示すように、反射カップの高さが発光領域の高さよりも高い場合、反射カップ部分９４６及び９４８は、発光領域から発せられた光の少なくとも幾らかを分離することができる。したがって、反射カップは、ピクセル間光クロストークを抑制し、ＬＥＤディスプレイの全体コントラストを改善することができる。浮動反射カップは、上述した反射カップと同じ又は同様の組成、形状、及び作製プロセス（位置及び場所を除く）を有する。
[00433] 図１～図９は、幾つかの実施形態による単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスのみを示す。他の実施形態では、反射カップは、上面図又は側面図から見た場合、異なる形状であることができる。すなわち、発光領域を囲む反射カップの側壁は、円形、三角形、正方形、矩形、五角形、六角形、及び八角形であり得る。反射カップの側壁は、１つの発光領域若しくは１つの単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス若しくは発光領域の群又は単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの群を囲み得る。例えば、反射カップの側壁は、同じ平面に配置された２つ以上の発光領域又は単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスを囲み得る。
[00434] 各々が反射カップを含み得る単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスのアレイを利用することができる。各反射カップは、上面図又は側面図から見た場合、異なる形状を有することができる。例えば、第１の単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの反射カップは円形であり得、隣接する単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイスの反射カップは正方形であり得る。加えて、反射カップは互いから電気的に絶縁することができる。バッファ空間が隣接する反射カップ間に提供される場合又は反射カップの材料が隣接する反射カップとの境界までずっとは延びていないことがある場合、反射カップを分離することもできる。代替的には、反射カップの側壁上に形成反射被膜が単に、隣接する反射カップ間の隙間エリアを覆うように延在することができる。別の実施形態では、反射カップは、上部電極等の共通電極により互いと電気的に接続することができる。
[00435] 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。
[00436] 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～図９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。
[00437] 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、及び電気接続間の構成等の単一ピクセルマルチカラーＬＥＤデバイス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。
[00438] 図１０Ａ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１０００の行列を示す回路図である。図１０Ａの回路は、３つのピクセル駆動回路１００２，１００４、及び１００６並びに３つの三色ＬＥＤデバイス１００８、１０１０、及び１０１２を含む。
[00439] 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。
[00440] 幾つかの実施形態では、ピクセル駆動回路、例えば１００２は、幾つかのトランジスタ及びコンデンサ（図１０Ａ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ために使用される、貯蔵コンデンサを含む。
[00441] この例では、３つの三色ＬＥＤデバイス、例えば１００８の各々はそれ自体の集積回路（ＩＣ）ピクセル駆動回路１００２を有する。単一ピクセル三色ＬＥＤデバイス１００８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１００８内の赤色ＬＥＤ１０１８、緑色ＬＥＤ１０１６、及び青色ＬＥＤ１０１４は、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１００２に接続される。
[00442] 幾つかの実施形態では、同じ三色ＬＥＤデバイス１００８内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤの各々は、Ｎ電極パッド又はカソードを分離するように接続される。
[00443] 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１０１８、１０２４、及び１０３０は、同じ共通Ｎ電極１０３６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１０１６、１０２２、及び１０２８は、同じ共通Ｎ電極１０３４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１０１４、１０２０、及び１０２６は、同じ共通Ｎ電極１０３２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。
[00444] 幾つかの実施形態では、Ｐ電極及びＮ電極の接続は切り替え、相互交換することができる（図１０Ａに示さず）。例えば、同じ三色ＬＥＤデバイス１００８内の赤色ＬＥＤ１０１８、緑色ＬＥＤ１０１６、及び青色ＬＥＤ１０１４は、共有Ｎ電極パッド又はカソードに接続される。同じ三色ＬＥＤデバイス１００８内の赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、及び青色ＬＥＤの各々は、別個のＰ電極パッド又はアノードに接続される。異なる三色ＬＥＤデバイスからの全ての赤色ＬＥＤ、例えば、１０１８、１０２４、及び１０３０は、同じ共通Ｎ電極１０３６に接続される。
[00445] 図１０Ｂ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１０００の行列を示す回路図である。図１０Ｂは図１０Ａと同様であるが、この例では、３つの三色ＬＥＤデバイスの各々、例えば１００８における各ＬＥＤ構造はそれ自体の集積回路（ＩＣ）ピクセル駆動回路１００２を有する。例えば、同じ三色ＬＥＤデバイス１００８内の赤色ＬＥＤ１０１８、緑色ＬＥＤ１０１６、及び青色ＬＥＤ１０１４は、別個のＰ電極パッド又はアノードを介して異なるＩＣピクセル駆動回路１００２－１、１００２－２、及び１００２－３にそれぞれ接続される。図１～図９から見て取ることができるように、このタイプのＰ電極接続は幾つかの実施形態に示されている。
[00446] 加えて、図１０Ｂに示すような幾つかの実施形態では、異なる三色ＬＥＤデバイスからの異なる色のＬＥＤの全ては同じ共通Ｎ電極１０３２に接続される。
[00447] 幾つかの実施形態では、Ｐ電極及びＮ電極の接続は切り替え、相互交換することができる（図１０Ｂに示さず）。例えば、同じ三色ＬＥＤデバイス１００８内の赤色ＬＥＤ１０１８、緑色ＬＥＤ１０１６、及び青色ＬＥＤ１０１４は、共有Ｎ電極パッド又はカソードにそれぞれ接続される。異なる三色ＬＥＤデバイスからの異なる色のＬＥＤの全ては、同じ共通Ｐ電極１０３２に接続される。
[00448] 図１１は、幾つかの実施形態による微小ＬＥＤディスプレイパネル１１００の上面図である。ディスプレイパネル１１００は、データインターフェース１１１０、制御モジュール１１２０、及びピクセル領域１１５０を含む。データインターフェース１１１０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１１２０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１１２０は、受信したフォーマットをピクセル領域１１５０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。
[00449] ピクセル領域１１５０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マルチカラーＬＥＤ１１３４等の微小ＬＥＤを含む。幾つかの実施形態では、微小レンズ（図１１のＬＥＤ１１３４から別個に示されず）は、マルチカラーＬＥＤのアレイの上部を覆う。幾つかの実施形態では、反射構造又は反射カップ等の光学分離構造（図１１のＬＥＤ１１３４から別個に示されず）のアレイは、マルチカラーＬＥＤのアレイの周囲に形成される。この例では、ディスプレイパネル１１００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ＬＥＤ１１３４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１１３６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１１に示されないが、三色ＬＥＤ１１３４のｐ電極及び駆動トランジスタの出力は、ＬＥＤ１１３４内に位置決めされる。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。
[00450] 図１１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１１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１１００を形成することもできる。
[00451] 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。
[00452] 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～図９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。
[00453] 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。
[00454] 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。
[00455] 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～図１１の実施形態を含む上記実施形態の種々のサブセット、例えば、反射層あり及びなし、平坦層あり及びなし、種々の形状及びタイプの位置決めを含む反射カップ構造あり及びなし、反射層あり及びなし、微小レンズあり及びなし、スペーサあり及びなし、並びに異なる電極接続構造ありのマルチカラーＬＥＤピクセルデバイス／ユニットも含む。
[00456] 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。
[00457] 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。
[00458] 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。
[00459] 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。
[00460] 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。
[00461] 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。
[00462] 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。
[00463] 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の適用を最良に説明し、それにより、他の当業者が本発明及び種々の実施形態を最良に利用できるようにするために選ばれ説明された。

Claims (16)

  1. 微小発光ダイオード（ＬＥＤ）ピクセルユニットであって、
    ＩＣ基板上に形成される第１のカラーＬＥＤ構造であって、前記第１のカラーＬＥＤ構造は第１の発光層を含み、第１の反射構造が前記第１の発光層の下部に形成される、第１のカラーＬＥＤ構造と、
    前記第１のカラーＬＥＤ構造の下部に形成され、前記ＩＣ基板及び前記第１のカラーＬＥＤ構造を接合するように構成された第１の接合金属層と、
    前記第１のカラーＬＥＤ構造の上部に形成される第２の接合金属層と、
    前記第２の接合金属層上に形成される第２のカラーＬＥＤ構造であって、前記第２のカラーＬＥＤ構造は第２の発光層を含み、第２の反射構造が前記第２の発光層の下部に形成される、第２のカラーＬＥＤ構造と、
    前記第１のカラーＬＥＤ構造及び前記第２のカラーＬＥＤ構造を覆い、前記第１のカラーＬＥＤ構造及び前記第２のカラーＬＥＤ構造と電気的に接する上部電極層であって、前記ＩＣ基板は、前記第１のカラーＬＥＤ構造及び前記第２のカラーＬＥＤ構造と電気的に接続される、上部電極層と、
    前記第１のカラーＬＥＤ構造及び前記第２のカラーＬＥＤ構造を囲む反射カップと、
    を備え、
    前記第１の発光層及び前記第２の発光層から発せられる光は、前記反射カップに到達し前記反射カップによって上方に反射される実質的に水平方向である、微小ＬＥＤピクセルユニット。
  2. 前記第１の反射構造は少なくとも１つの第１の反射層を含み、前記第２の反射構造は少なくとも１つの第２の反射層を含み、前記第１の反射層又は前記第２の反射層の反射率は６０％超である、請求項１に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  3. 前記第１の反射層又は前記第２の反射層の材料は、Ｒｈ、Ａｌ、Ａｇ、又はＡｕの１つ又は複数を含む、請求項２に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  4. 前記第１の反射構造は２つの第１の反射層を含み、前記２つの第１の反射層の反射率は異なり、前記第２の反射構造は２つの第２の反射層を含み、前記２つの第２の反射層の反射率は異なる、請求項２に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  5. 前記２つの第１の反射層はＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５をそれぞれ含み、前記２つの第２の反射層はＳｉＯ２及びＴｉ３Ｏ５をそれぞれ含む、請求項４に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  6. 前記第１の反射構造は、前記第１の反射層上に第１の透明層を更に含み、前記第２の反射構造は、前記第２の反射層上に第２の透明層を更に含む、請求項２に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  7. 前記第１の透明層は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又はＳｉＯ２の１つ又は複数を含み、前記第２の透明層はＩＴＯ又はＳｉＯ２の１つ又は複数を含む、請求項６に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  8. 前記第１のカラーＬＥＤ構造は、第１の下部導電接触層及び第１の上部導電接触層を更に含み、前記第２のカラーＬＥＤ構造は、第２の下部導電接触層及び第２の上部導電接触層を更に含み、
    前記第１の発光層は、前記第１の下部導電接触層と前記第１の上部導電接触層との間にあり、前記第２の発光層は、前記第２の下部導電接触層と前記第２の上部導電接触層との間にあり、
    前記第１の下部導電接触層は、前記第１の反射構造を通して前記ＩＣ基板と電気的に接続され、第１の接点ビアを通して前記第１の接合金属層と電気的に接続され、前記第２の下部導電接触層は、第２の接点ビアを通して前記ＩＣ基板と電気的に接続され、
    前記第１の上部導電接触層の縁部は前記上部電極層に接触し、前記第２の上部導電接触層の上面は前記上部電極層と接触する、請求項１に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  9. 前記第１の発光層の上部に形成される第３の反射構造と、前記第２の発光層の上部に形成される第４の反射構造とを更に備える請求項１に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  10. 前記上部電極層の上に形成された微小レンズを更に含む、請求項１に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  11. 前記微小レンズと前記上部電極層との間に形成されるスペーサを更に含む、請求項１０に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  12. 前記スペーサの材料は酸化シリコンを含む、請求項１１に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  13. 前記微小レンズの横方向寸法は、前記第１のＬＥＤ構造のアクティブ発光エリアの横方向寸法よりも大きく、前記微小レンズの横方向寸法は、前記第２のＬＥＤ構造のアクティブ発光エリアの横方向寸法よりも大きい、請求項１０に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  14. 前記第１のカラーＬＥＤ構造及び前記第２のカラーＬＥＤ構造は、同じ横方向寸法を有する、請求項１に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  15. 前記第１のカラーＬＥＤ構造及び前記第２のカラーＬＥＤ構造は、同じ中心軸を有する、請求項１に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
  16. 前記少なくとも１つの第１の反射層の厚さは、５ｎｍから１０ｎｍの範囲であり、前記少なくとも１つの第２の反射層の厚さは、５ｎｍから１０ｎｍの範囲であり、前記第１のカラーＬＥＤ構造の厚さは３００ｎｍ以下であり、前記第２のカラーＬＥＤ構造の厚さは３００ｎｍ以下である、請求項２に記載の微小ＬＥＤピクセルユニット。
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