JP7394186B2 - マイクロ発光ダイオード表示デバイス - Google Patents

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Description

本発明は表示（ディスプレイ）デバイスに関するものであり、特にマイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ：light-emitting diode）表示デバイスに関するものである。
関連技術の説明
現在、世界は次世代ディスプレイに注目しており、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）は最も有望な技術の１つである。手短に言えば、マイクロＬＥＤは、ＬＥＤを小型化してマトリクス化し、これにより何百万個の、さらには何千万個のダイを基板上に配列する技術であり、これらのダイは１００ミクロンより小さく髪の毛より薄い。現在のＯＬＥＤ（organic light-emitting diode：有機発光ダイオード）技術に比べると、マイクロＬＥＤ表示デバイスも自発光デバイスであるが、異なる材料を利用する。従って、マイクロＬＥＤ表示デバイスは、スクリーンの焼き付きの問題を解決することができ、この問題はＯＬＥＤ表示デバイスにおける最も致命的な問題である。それに加えて、マイクロＬＥＤ表示デバイスは、低電力消費、高コントラスト、広い色域、高い明度、小型かつ薄型のサイズ、軽量かつ省エネルギーという利点をさらに有する。従って、世界中の主要製造所が先を争ってマイクロＬＥＤ技術の研究開発に投資している。
均一な明度を得て電力消費を低減するために、従来のマイクロＬＥＤ表示デバイスは、一般に、金属グリッドを有する導電構造を利用して、マイクロＬＥＤの半導体層を駆動基板に電気接続している。
技術課題
高解像度（ＵＨＤ（ultra-high definition：超高解像度）、ＡＲ／ＶＲ（augmented reality/virtual reality：拡張現実感／仮想現実感）のような高ＰＰＩ（pixels per inch：１インチ当たりの画素数））表示デバイスの要求の下で、比較的小型のマイクロＬＥＤの半導体層内に形成される金属グリッドの製造工程許容誤差はより小さくなり、このことは表示デバイスの製造歩留まりに直接の影響を与える。従って、高解像度の要求を満足することができ高い製造歩留まりを有するマイクロＬＥＤ表示デバイスを提供することが望まれる。
課題の解決策
本発明の１つ以上の好適例は、高解像度の要求を満足することができ、より高い製造歩留まりを有するマイクロＬＥＤ表示デバイスを提供することにある。
１つの好適例では、マイクロＬＥＤ表示デバイスが、回路基板と、エピタキシャル構造層と、金属導電層と、光変換層と、遮光構造とを含む。回路基板はボンディング（接合）面を有する。エピタキシャル構造層は回路基板のボンディング面上に配置されている。エピタキシャル構造層は、回路基板に対面する第１面と、回路基板から離れた側の第２面と、互いに分離された複数のマイクロＬＥＤユニットとを含む。マイクロＬＥＤユニットは、第１面上に配置され、回路基板に電気接続され、回路基板はマイクロＬＥＤユニットを制御して発光させる。金属導電層は、エピタキシャル構造層の第２面上に配置され、エピタキシャル構造層に直接接触する。金属導電層は、互いに分離された複数の光変換領域を規定し、光変換領域の各々はマイクロＬＥＤユニットの１つに対応する。光変換層は、光変換領域の一部分に配置され、対応するマイクロＬＥＤユニットから発する光の波長を変換するように構成されている。遮光構造は、金属導電層上に配置された複数の第１遮光部を有し、第１遮光部は光変換領域を覆わない。回路基板のボンディング面に垂直な方向の、金属導電層の厚さがエピタキシャル構造層の厚さよりも大きい。
１つの好適例では、エピタキシャル構造層の第２面が平面である。
１つの好適例では、光変換領域の各々が金属導電層内に形成されたスルーホール（通し穴）である。
１つの好適例では、上記スルーホールが、対応するマイクロＬＥＤユニットと、ボンディング面に垂直な方向にオーバーラップし、このマイクロＬＥＤユニットから発する光が上記スルーホールを通過して画像を表示する。
１つの好適例では、エピタキシャル構造層が、マイクロＬＥＤユニットに共通に付加された連続半導体層を含む。
１つの好適例では、回路基板が複数の導電性電極をさらに含み、これらの導電性電極の１つが、導電性部材を介してマイクロＬＥＤユニットの１つに電気接続されている。
１つの好適例では、回路基板が共通電極信号を、導電性部材及びエピタキシャル構造層を通して金属導電層へ出力する。
１つの好適例では、遮光構造が、エピタキシャル構造層の第２面上に配置された第２遮光部をさらに含み、第２遮光部は、エピタキシャル構造層の第２面の領域における、マイクロＬＥＤユニットの部分に対応する部分を露出させる。
１つの好適例では、第２遮光部の１つと、複数の光変換領域のうちこの第２遮光部に隣接する１つの光変換領域との間にギャップが構成されている。
１つの好適例では、マイクロＬＥＤ表示デバイスが、遮光構造における金属導電層から離れた側の面に配置された透明層をさらに含む。
１つの好適例では、光変換領域のうち光変換層で構成されていないものが、透明層の材料の一部分で満たされている。
１つの好適例では、マイクロＬＥＤ表示デバイスが、光変換層におけるエピタキシャル構造層から離れた側の面に配置された光フィルタ層をさらに含む。光フィルタ層は複数の光フィルタ部を含み、光変換層は複数の光変換部を含み、光フィルタ部は光変換部に個々に対応して配置されている。
１つの好適例では、各光変換部の断面形状が逆台形形状である。
１つの好適例では、エピタキシャル構造層が、光変換層に向かって突出した複数の突起部をさらに含み、突起部の各々はマイクロＬＥＤユニットの１つに対応して配置されている。
１つの好適例では、光変換層が複数の光変換部を含み、光変換部の各々の断面形状は逆台形形状であり、突起部の各々の断面形状は台形形状である。
１つの好適例では、突起部が互いに隔離されている。
１つの好適例では、同一画素内の突起部が互いに接続され、隣接する２つの画素のそれぞれの画素内にあり、かつ互いに隣接する２つの突起部は互いに隔離されている。
１つの好適例では、光変換層がエピタキシャル構造層から離れた側の最上面を含み、金属導電層がエピタキシャル構造層から離れた側の上面を含み、最上面は上面と整列している。
１つの好適例では、マイクロＬＥＤ表示デバイスが、各々がマイクロＬＥＤユニットの側壁上に対応して配置された複数の光反射構造をさらに含み、光反射構造の各々は、対応するマイクロＬＥＤユニットから発する光を反射するように構成されている。
１つの好適例では、光反射構造の各々が、対応するマイクロＬＥＤユニットの発光層の周りに配置されている。
１つの好適例では、マイクロＬＥＤ表示デバイスが、光変換領域の各々の側面に対応して配置された光反射層をさらに含む。
１つの好適例では、エピタキシャル構造層が光変換層に向かって突出した複数の突起部を含み、突起部の各々はマイクロＬＥＤユニットの１つに対応して配置され、光反射層が、光変換領域の各々の側面から突起部の各々の外面まで延びる。
１つの好適例では、光反射層の反射率が金属導電層の反射率よりも大きい。
上述したように、本発明のマイクロＬＥＤ表示デバイスは、従来の金属グリッドを利用する代わりに、より厚い金属導電層を利用して、各マイクロＬＥＤユニットを通って流れる電流を導通させて、マイクロＬＥＤユニットを駆動基板に電気接続する。この構成は、マイクロＬＥＤユニットの照明効率を向上させ、均一な明度を得て、電力消費を低減することができる。金属グリッドを利用してマイクロＬＥＤユニットを駆動基板に電気接続する従来技術に比べると、本発明のマイクロＬＥＤ表示デバイスは、高解像度の要求を満足し、より高い製造歩留まりを有することができる。
本発明は、詳細な説明及び添付した図面より、より十分に理解され、これらの図面は例示用に提供するに過ぎず、従って本発明を限定するものではない：
本発明の一実施形態によるマイクロＬＥＤ表示デバイスを示す概略図である。 図１ＡのマイクロＬＥＤ表示デバイスのＡ－Ａに沿った断面図である。 本発明の他の実施形態によるマイクロＬＥＤ表示デバイスを示す概略図である。 図２Ａ～２Ｉは、本発明の異なる実施形態によるマイクロＬＥＤ表示デバイスを示す概略図である。
発明の詳細な説明
本発明は、添付した図面を参照しながら進める以下の詳細な説明より明らかになり、これらの図面では、同じ参照番号は同じ要素に関係する。
図１Ａは、本発明の一実施形態によるマイクロＬＥＤ表示デバイスを示す概略図であり、図１Ｂは、図１ＡのマイクロＬＥＤ表示デバイスの線Ａ－Ａに沿った断面図であり、図１Ｃは、本発明の他の実施形態によるマイクロＬＥＤ表示デバイスの概略図である。
図１Ａ及び１Ｃを参照すれば、マイクロＬＥＤ表示デバイス１が複数の画素（ピクセル）Ｐを含み、画素Ｐはアレイ（行と列）の形に配列されている。図１Ａに示すように、本実施形態の各画素Ｐは並べて配列された３つの副画素（サブピクセル）を含み、各副画素はマイクロＬＥＤユニット１２１を含む。即ち、各画素Ｐは、並べて配列された３つのマイクロＬＥＤユニットを含む。他の実施形態では、各画素Ｐ内の３つの副画素を異なる方法で配列することができる。例えば、３つの副画素のうちの２つを上下に配列し、３つの副画素のうちの３番目のものを他の２つの副画素の脇に配置する。異なる実施形態では、各画素Ｐが４つ以上の副画素を含むことができる。４つの副画素を含む画素Ｐを一例として挙げれば、これら４つの副画素は並べて配列することができ、または２×２アレイの形に配列することができ、あるいは他のあらゆる適切な配列の形に配列することができる。図１Ｃを参照すれば、各画素Ｐ内の４つの副画素が２×２アレイの形に配列されている。例えば、上の２つの副画素は緑色のマイクロＬＥＤユニット１２１を含み、下の２つの副画素は、それぞれ青色のマイクロＬＥＤユニット１２１及び赤色のマイクロＬＥＤユニット１２１を含む。本発明はこのことに限定されない。
図１Ｂを参照すれば、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１は、アクティブマトリクス（ＡＭ：active matrix）ＬＥＤマイクロディスプレイデバイスとすることができ、あるいはパッシブマトリクス（ＰＭ：passive matrix）ＬＥＤマイクロディスプレイデバイスとすることができる。マイクロＬＥＤ表示デバイス１は、回路基板１１と、エピタキシャル構造層１２と、金属導電層１３と、光変換層１４と、遮光構造１５とを含む。
回路基板１１はボンディング面Ｓ１を有する。本実施形態では、ボンディング面Ｓ１が回路基板１１の上面である。回路基板は、マイクロＬＥＤユニット１２１を駆動して発光させるための駆動基板である。例えば、回路基板１１は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ：complementary metal-oxide-semiconductor）基板、シリコン上液晶（ＬＣＯＳ：liquid crystal on silicon）基板、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：thin-film transistor）基板、または動作する回路を有する他のあらゆる駆動基板とすることができ、但し本発明はこれらに限定されない。一部の実施形態では、本発明のマイクロＬＥＤ表示デバイスが、ＡＲまたはＶＲ用途向けに適合したマイクロディスプレイである。回路基板の長さは、例えば１インチ以下とすることができ、そのＰＰＩ（pixel per inch：１画素当たりのインチ数）は１０００よりも大きくすることができ、但しこれらの値に限定されない。他の実施形態では、回路基板１１の長さを１インチよりも大きくすることができ、そのＰＰＩは制限されない。
エピタキシャル構造層は回路基板１１のボンディング面Ｓ１上に配置される。本実施形態では、エピタキシャル構造層１２が、回路基板１１に対面する第１面Ｓ２１と、回路基板１１から離れた側の第２面Ｓ２２と、互いに分離されて回路基板１１に対面する複数のマイクロＬＥＤユニット１２１とを含む。マイクロＬＥＤユニット１２１は、第１面Ｓ２１上に配置され、回路基板１１に電気接続され、回路基板１１はマイクロＬＥＤユニット１２１を制御（駆動）して発光させる。特に、エピタキシャル構造層１２の第１面Ｓ２１に複数の凹部Ｕが形成されてマイクロＬＥＤユニット１２１を分離し、マイクロＬＥＤユニット１２１はアレイの形に配列されている。ＬＥＤユニット１２１は個別に制御して発光させることができる。エピタキシャル構造層１２の第２面Ｓ２２は金属導電層１３に直接接触する。
本実施形態では、各マイクロＬＥＤユニット１２１が対応する１つの副画素用の光源を提供することができる。各マイクロＬＥＤユニット１２１は、第１の型の半導体層１２１ａと、発光層１２１ｂと、第２の型の半導体層１２１ｃとを含み、これらの層は順に積層されている。発光層１２１ｂは、第１の型の半導体層１２１ａと第２の型の半導体層１２１ｃとの間に挟まれている。凹部Ｕの深さは、第２の型の半導体層１２１ｃと発光層１２１ｂとを合計した厚さよりも大きい。この場合、第１の型の半導体層１２１ａはＮ型半導体層である。具体的には、エピタキシャル構造層１２は１つの連続した第１の型の半導体層１２１ａを含み、マイクロＬＥＤユニット１２１は同一の第１の型の半導体層１２１ａを共通に利用する。なお、本発明はこのことに限定されない。それに加えて、第２の型の半導体層１２１ｃはＰ型半導体層であり、発光層１２１ｂは、例えば多重量子井戸（ＭＱＷ：multiple quantum well）である。本発明はこのことに限定されない。異なる実施形態では、第１の型の半導体層１２１ａをＰ型半導体層とし、第２の型の半導体層１２１ｃをＮ型半導体層とすることができる。この場合、マイクロＬＥＤユニット１２１は同じＰ型半導体層を共通に利用する。
それに加えて、回路基板１１は複数の導電性電極（１１１、１１２）をさらに含み、これらの導電性電極はエピタキシャル構造層１２のマイクロＬＥＤユニット１２１に対応して（例えば、１対１配置の形に）配置されている。一実施形態では、各導電性電極が、回路基板１１の対応する回路層（図示せず）に電気接続され、誘電体層（図示せず）が隣接する２つの導電性電極間に設けられている。従って、回路基板１１は、個別に制御された電気信号を、対応する回路層を通して導電性電極へ伝送し、これにより対応するマイクロＬＥＤユニット１２１を駆動して発光させることができる。
導電性電極の１つを、導電性部材Ｃを介してマイクロＬＥＤユニット１２１の１つに電気接続することができる。本実施形態の導電性電極は、複数の第１電極１１１（図１Ｂには４つの第１電極１１１を示す）及び１つの第２電極を含むことができる。各第１電極１１１は、対応する１つの導電性部材Ｃを介して対応する１つのマイクロＬＥＤユニット１２１の第２の型の半導体層１２１ｃに電気接続され、第２電極１１２は、エピタキシャル構造層１２の共通電極であり、対応する１つの電極部材Ｃを介して対応するマイクロＬＥＤユニット１２１の第１の型の半導体層１２１ａに電気接続されている。上述した導電性部材Ｃは、例えばインジウム、スズ、銅、銀、金、またはその合金（例えば、銅＋上記金属（スズを除く）のいずれか）を含むことができ、但しこれらに限定されず、本発明はこのことに限定されない。それに加えて、導電性部材Ｃに接触している領域を除いた、マイクロＬＥＤユニット１２１の残りの表面は、回路基板１１に対面し、マイクロＬＥＤユニット１２１の構造を保護するための絶縁層１８で構成されている。換言すれば、エピタキシャル構造層１２の第１面Ｓ２１における、導電性部材Ｃに接触していない部分は、絶縁層１８で構成されている。一部の実施形態では、回路基板１１が、ボンディング面Ｓ１とエピタキシャル構造層１２との間に配置されたソルダーレジスト（耐ハンダ）層１１３をさらに含む。ソルダーレジスト層１１３は、加圧工程中にエピタキシャル構造層１２を破壊から保護するための緩衝材を提供することができるだけでなく、第１電極１１１との間の短絡を防止することもできる。ソルダーレジスト層１１３の材料は、例えば無機誘電体材料（例えば、窒化シリコンまたは酸化シリコン）、あるいは有機ポリマー材料（例えば、フォトレジストまたはインク）を含むことができ、但しこれらに限定されない。なお、均一な明度を得て電力消費を低減するために、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１は、マイクロＬＥＤユニットの半導体層（例えば、第１の型の半導体層１２１ａ）を駆動基板に電気接続するために、従来の金属グリッドを使用しない。
金属導電層１３は、エピタキシャル構造層１２の第２面Ｓ２２上に配置され、エピタキシャル構造１２に直接接触し、第２面Ｓ２２は回路基板１１から離れた側にある。本実施形態では、エピタキシャル構造層１２の第２面Ｓ２２が平面であり、回路基板１１のボンディング面Ｓ１にほぼ平行である。金属導電層１３は、エピタキシャル構造層１２の第１の型の半導体層１２１ａに直接接触して、マイクロＬＥＤユニット１２１に電気接続される。それに加えて、金属導電層１３は回路基板１１にも電気接続されている。例えば、金属導電層１３は回路基板１１の第２電極１１２に電気接続されている。一部の実施形態では、回路基板１１のボンディング面Ｓ１に垂直な方向Ｄの、エピタキシャル構造層１２の発光層１２１ｂと第２面Ｓ２２との間の最小距離が１μmよりも大きく４μm未満である。さらに、凹部Ｕの底部Ｕ１からエピタキシャル構造層１２の第２面Ｓ２２までの厚さｄ３は３μm未満である。本実施形態では、厚さｄ３を制限しなければならない。厚さｄ３が大き過ぎれば、電流伝送が悪化する。換言すれば、より薄い厚さｄ３は、電流信号（本実施形態では共通電極の電気信号）を、導電性部材Ｃ及びエピタキシャル構造層１２を通して金属導電層１３へずっと容易に流すことができ、その結果、電流信号が高い導電率の金属導電層１３を経由して表示領域全体へ均一に流れることができる。
それに加えて、金属導電層１３は互いに分離した複数の光変換領域１３１を規定し、光変換領域１３１の各々がマイクロＬＥＤユニット１２１の１つに対応する。換言すれば、光変換領域１３１はマイクロＬＥＤユニット１２１に個々に（１対１の様式で）対応する。本実施形態では、各光変換領域１３１に、対応するマイクロＬＥＤユニット１２１が、ボンディング面Ｓ１に垂直な方向Ｄにオーバーラップする。この場合、各光変換領域１３１は金属導電層１３内に形成されたスルーホールであり、金属導電層１３の上面と下面とをつなげる。従って、光変換領域１３１に対応するマイクロＬＥＤユニット１２１から発する光を、スルーホール（光変換領域１３１）を通して上方へ出力することができる。手短に言えば、マイクロＬＥＤユニット１２１から発する光がスルーホールを通過して画像を表示することができる。金属導電層１３の材料は、例えば、銅、銀、アルミニウム、チタニウム、ニッケル、またはそのあらゆる合金を含む。
光変換層１４は光変換領域１３１の一部分に配置され、光変換層１４は、対応するマイクロＬＥＤユニット１２１から発する光の波長を変換するように構成されている。本実施形態では、光変換層１４が複数の分離した光変換部１４１ａ及び１４１ｂを含み、これらの光変換部はそれぞれに対応する光変換領域１３１内に配置されている。各光変換部１４１ａまたは１４１ｂはマイクロＬＥＤユニット１２１の１つに対応する。具体的には、１つの画素Ｐの３つの副画素において、２つの副画素内の光変換領域１３１に光変換部１４１ａ及び１４１ｂの材料が充填されて、光を異なる波長に変換する。ここでは、光変換層１４（光変換部１４１ａまたは１４１ｂ）が、量子ドット、リン光物質、または蛍光物質のような光変換物質を含む。本実施形態では、光変換物質が量子ドットを含み、量子ドットが光変換部１４１ａ及び１４１ｂを形成する。異なるサイズの量子ドットを励起して、異なる色の光を生成することができる。例えば、異なるサイズの量子ドットを青色光で励起して、赤色光及び緑色光を生成することができる。本実施形態の光変換部１４１ａ及び１４１ｂの形状は、例えば逆円錐形であり、その断面形状は、例えば多角形（例えば、逆台形）である。確かに、本発明はこのことに限定されない。
本実施形態では、マイクロＬＥＤ表示デバイス１が、光変換層１４におけるエピタキシャル構造層１２から離れた側の面に配置された光フィルタ層１７をさらに含む。光フィルタ層１７は部分的に光変換領域１３１内に充填されている。光フィルタ層１７は複数の光フィルタ部１７ａ及び１７ｂを含み、光フィルタ部１７ａ及び１７ｂは、それぞれ光変換部１４１ａ及び１４１ｂに（１対１の様式で）対応して配置され、光変換部１４１ａ及び１４１ｂにオーバーラップされている。実際には、金属導電層１３が分離した複数の光変換領域１３１を規定した後に、光変換部１４１ａと１４１ｂの材料及び光フィルタ部１７１ａと１７１ｂの材料が、対応する光変換領域１３１内に順に配置される。従って、光変換部１４１ａ及び光フィルタ部１７１ａは、マイクロＬＥＤユニット１２１の１つ（即ち、１つの副画素の領域）に対応して形成することができる。光フィルタ部１７１ａ及び１７１ｂは、それぞれ赤色光フィルタ材料及び緑色光フィルタ材料のような、異なる色の光用の異なる光フィルタ材料を含むことができる。従って、光変換部１４１ａと１４１ｂ及び光フィルタ部１７１ａと１７１ｂに対応する光変換領域１３１の各々では、対応する副画素（即ち、対応するマイクロＬＥＤユニット１２１）から発する光（例えば青色光）を、対応する光変換部（１４１ａまたは１４１ｂ）によって変換して、所望の色の光（例えば、赤色光または緑色光）を発することができ、この光は対応する光フィルタ部（１７１ａまたは１７１ｂ）を通過して出力される。他の実施形態では、例えば、光変換部１４１ａ及び１４１ｂの厚さが、光の色純度が要求に達するのに十分なほど大きければ、光フィルタ１７（光フィルタ部１７１ａ及び１７１ｂ）を取り除くことができる。それに加えて、光のより高い色純度を得るためにより厚い光変換層１４（光変換部１４１ａ及び１４１ｂ）を用いると、より厚い金属導電層１３も必要になる。異なる実施形態では、マイクロＬＥＤユニット１２１を対応する光変換部（及び／または光フィルタ部）と協働させて、異なる色（例えば、黄色光または白色光）を発するようにすることができ、但し本発明はこのことに限定されない。なお、本開示中に記載された「厚さ」及び「高さ」は、回路基板１１のボンディング面Ｓ１、または第２面Ｓ２に垂直な方向Ｄの最大の厚さまたは高さを参照する。
遮光構造１５は、金属導電層１３の少なくとも一方の側の面上にパターン化されて形成される。本実施形態では、遮光構造１５が複数の第１遮光部１５１及び複数の第２遮光部１５２を含み、第１遮光部１５１と第２遮光部１５２とは金属導電層１３の互いに反対側の２つの面に配置されている。第１遮光部１５１は金属導電層１３におけるエピタキシャル構造層１２から離れた側の上面Ｓ３上に配置され、光変換領域１３１の周りに位置する。換言すれば、第１遮光部１５１は、対応する光変換領域１３１（光変換部１４１ａ、１４１ｂまたは光フィルタ部１７１ａ、１７１ｂ）を、回路基板１１のボンディング面Ｓ１に垂直な方向Ｄに遮らない。それに加えて、第２遮光部１５２は、エピタキシャル構造層１２の第２面Ｓ２２上に配置されている。第２遮光部１５２は、エピタキシャル構造層１２の第２面Ｓ２２の領域における、マイクロＬＥＤユニット１２１の部分に対応する位置にある部分を露出させ、かつ隣接する２つの光変換領域１３１の間に位置する。本実施形態では、各第２遮光部１５２と、これに隣接する光変換領域１３１との間のギャップが、マイクロＬＥＤユニット１２１を駆動するための電流が金属導電層１３から当該ギャップを通ってマイクロＬＥＤユニット１２１へ流れることができるように構成されている。この構成は照明効率を向上させることができる。異なる実施形態では、各第２遮光部１５２を隣接する光変換領域１３１に接続することができ、但し本発明はこのことに限定されない。例えば、遮光構造１５は第２遮光部１５２を含まなくてもよい。（第１遮光部１５１及び第２遮光部１５２を含む）遮光構造１５の材料を、光を遮光または吸収する導電性または絶縁性の不透明材料（例えば、黒色の材料）にして、副画素間の干渉（例えば、光混合の問題）を防止することができる。
それに加えて、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１は、遮光構造１５における金属導電層１３から離れた側の面に配置された透明層１６をさらに含む。ここでは、透明層１６が、遮光構造１５の複数部分（第１遮光部１５１）及び光フィルタ部１７１ａと１７１ｂを覆い、透明層１６の材料の一部分は、光変換領域１３１のうち、光変換層１４（及び光フィルタ層１７）で構成されていない部分に充填される。透明層１６は透明膜とすることができ、その材料は、例えば、アクリル（例えば、１．１８g/cm3の密度を有するＰＭＭＡ（polymethylmethacrylate：ポリメタクリル酸メチル））、（１．１～１．４g/cm3の密度を有する）エポキシ、またはポリウレタン（ＰＵ：polyurethane）を含むことができ、但し本発明はこれらに限定されない。例えば、透明層１６の材料は、酸化シリコン（SiOx）、二酸化チタニウム（TiO2）、酸化アルミニウム（Al2O3）、窒化シリコン（SiNx）、等のような無機材料を含むことができる。透明層１６の厚さは２０μm以下にすることができ、０．５μm未満（例えば０．１５μm）であることが好ましい。透明層１６の厚さがより薄い場合、透明層１６は、光変換領域１３１を、変換構造１４及び光フィルタ層１７で構成されない側壁に沿って覆う。換言すれば、透明層１６は、全体が平面の表面を形成する代わりに非平面の表面を形成し、この非平面の表面は覆われる層の幾何学的形状に基づく。一部の実施形態では、透明層１６を、例えば反射防止膜、防幻膜（アンチグレアフィルム）、指紋防止膜、防水兼防汚膜、または防傷膜（アンチスクラッチフィルム）、あるいはその組合せとすることができ、但し本発明はこれらに限定されない。
上述したように、マイクロＬＥＤ表示デバイス１がイネーブル（有効）状態になると、例えば、第１電極１１１がハイ電位を有することができ、第２電極１１２が接地電位またはロー電位を有することができる。第１電極１１１と第２電極１１２との電位差（即ち、駆動電圧）によって発生する電流が、対応するマイクロＬＥＤユニット１２１をイネーブル状態にして対応する赤色光、緑色光、及び青色光を発光することができる。より具体的には、マイクロＬＥＤ表示デバイス１では、回路基板１１の駆動素子（例えば、ＴＦＴ（thin film transistor：薄膜トランジスタ）のような能動素子）を制御して、異なる電圧を、対応する導電性パターン及び／または回路層を通して供給し、これにより対応する第１電極に異なるハイ電位を持たせることができる。それに応じて、マイクロＬＥＤユニット１２１は青色光を発光することができ、この青色光は光変換部１４１ａ、１４１ｂ及び光フィルタ部１７１ａ、１７１ｂによって赤色光及び緑色光に変換することができる。異なる色及び異なる強度を有するこれらの光ビームの空間分布が、視聴者が見ることができる画像を形成することができ、これによりマイクロＬＥＤ表示デバイス１はフルカラー表示デバイスとして機能することができる。
本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１では、回路基板１１のボンディング面Ｓ１に垂直な方向Ｄの、金属導電層１３の厚さｄ１がエピタキシャル構造層１２の厚さｄ２よりも大きい。均一な明度を得て電力消費を低減するために、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１は、マイクロＬＥＤの半導体層（例えば、第１の型の半導体層１２１ａ）を従来の金属グリッドで駆動基板に接続する代わりに、より厚い金属導電層１３を利用して、マイクロＬＥＤユニット１２１を通って流れる電流を導く。この構成は、マイクロＬＥＤユニット１２１の照明効率を向上させ、均一な明度を得て、電力消費を低減することができる。本実施形態では、金属導電層１３が導通及び光反射または集光の機能を有し、これにより副画素間の干渉を防止することができる。従来のマイクロＬＥＤ表示デバイスに比べると、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１は、金属グリッドを利用してマイクロＬＥＤを駆動基板に接続する従来の高解像度の製造工程の許容誤差の問題を解決することができる。その結果、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１は、高解像度の要求を満足し、より高い製造歩留まりを有することができる。
図２Ａ～２Ｇは、本発明の異なる実施形態によるマイクロＬＥＤ表示デバイスを示す概略図である。
図２Ａに示すように、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ａの構成要素の配置及び接続は、大部分は前の実施形態のものと同じである。前の実施形態とは異なり、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ａでは、エピタキシャル構造層１２が、光変換層１４に向かって突出する複数の突起部１２２をさらに含み、突起部１２２は光変換領域１３１に個々に対応し、突起部１２２の各々はマイクロＬＥＤユニット１２１の１つに対応して配置されている。具体的には、１つの突起部１２２が１つのマイクロＬＥＤユニット１２１及び１つの光変換領域１３１に対応して配置されている。本実施形態では、突起部１２２が互いに隔離されている。なお、突起部１２２は、エピタキシャル構造層１２の共通の第１の型の半導体層に接続されている。突起部１２２の配置は、遮光を低減し、エピタキシャル構造層１２と金属導電層１３との接触面積を増加させ（て電流を増加させ）るためである。より具体的には、光変換部１４１ａ及び１４１ｂが、それぞれに対応する突起部１２２に接触する。突起部１２２の形状は、例えば円錐形状であり、その断面形状は例えば多角形（例えば、台形）である。なお、本発明はこのことに限定されない。例えば、光変換部１４１ａ及び１４１ｂの形状は逆円錐形にすることができる。突起部１２２の断面形状が台形であり、光変換部１３１の断面形状がこれに対応して逆台形である（１つの台形が１つの逆台形に対応する）ので、マイクロＬＥＤユニット１２１の照明効率を増加させることができる。一部の実施形態では、突起部１２２の高さが２μmよりも大きい。
本実施形態では、各突起部１２２の最上部が非ドープで非導電性の半導体層１２２ａであり、各突起部１２２の最下部がドープされた導電性の半導体層１２２ｂである。非ドープの半導体層１２２ａは、例えば非ドープの窒化ガリウム（u-GaN）であり、ドープされた半導体層１２２ｂは、第１の型の半導体層１２１ａと同じ材料（例えば、ｎ型窒化ガリウム（n-GaN））を有する。異なる実施形態では、突起部１２２の全体がドープされた導電性の半導体であり、但し本発明はこのことに限定されない。それに加えて、遮光構造１５は第１遮光部１５１を含むが、第２遮光部１５２は含まない。
一部の実施形態では、ドープされた半導体層１２２ｂ（例えば、n-GaN）の導電率が約１０-1～１０3S/cmであり、金属の導電率は約１０7S/mである。従って、金属製である金属導電層１３がマイクロＬＥＤユニット１２１用の導電性経路を提供する。一部の実施形態では、金属グリッドの厚さが２μm～２０μmである。マイクロ表示デバイスは、その用途の要求を満たすために通常は高いリフレッシュレートを必要とするので、高い導電率を有し厚さを増加させた金属導電層１３を用いて、エピタキシャル構造層１２が電流伝送速度を増加させることを支援し、光反射特性を与え、これにより照明効率を増加させて表示の明度及び品質を向上させる。
一部の実施形態では、光変換部１４１ａ及び１４１ｂの厚さを２μm以上かつ金属グリッドの厚さ以下にすることができる。一部の実施形態では、突起部１２２の厚さが２μm～厚さｄ５であり（２μm≦ｄ４≦ｄ５）、厚さｄ５は発光層１２１ｂと突起部１２２の最上部との間に規定される。一部の実施形態では、発光層１２１ｂと突起部１２２の最上部との間の厚さｄ５が４μm以下である。一部の実施形態では、突起部１２２の最上部の幅Ｗ１が０．３μm～７μm（０．３μm≦Ｗ１≦７μm）である。一部の実施形態では、突起部１２２の厚さｄ４に対する突起部１２２の最上部の幅Ｗ１の比率が０．０７５～３．５（０．０７５≦(Ｗ１／ｄ４)≦３．５）である。一部の実施形態では、金属グリッドの厚さに対する突起部１２２の最上部の幅Ｗ１の比率が０．０１５～７（０．０１５±(Ｗ１／金属グリッドの厚さ)≦７）である。
図２Ｂに示すように、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｂの構成要素の配置及び接続は、大部分は前の実施形態のものと同じである。前の実施形態とは異なり、本実施形態のＬＥＤ表示デバイス１ｂでは、遮光構造１５が第２遮光部１５２をさらに含む。本実施形態では、第２遮光部１５２が突起部１２２の周囲に配置され、各第２遮光部１５２は隣接する突起部１２２に接続されている。
図２Ｃに示すように、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｃの構成要素の配置及び接続は、大部分は前の実施形態のものと同じである。前の実施形態とは異なり、本実施形態のＬＥＤ表示デバイス１ｃは透明層１６を含まない。従って、光変換層１４（及び光フィルタ層１７）で構成されない光変換領域には何の材料も充填されない。一部の実施形態では、光変換層１４（及び光フィルタ層１７）で構成されない光変換領域１３１に、光学透明接着剤（ＯＣＡ：optical clear adhesive：光学透明接着剤）のような他の材料を充填することができ、但し本発明はこのことに限定されない。
図２Ｄに示すように、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｄの構成要素の配置及び接続は、大部分は前の実施形態のものと同じである。前の実施形態とは異なり、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｄでは、光変換領域１３１の一部分に透明層１６’が充填され、光フィルタ層１７が青色光フィルタ材料を含有する光フィルタ部１７１ｃをさらに含む。それに加えて、透明層１６’が光フィルタ部１７１ｃにオーバーラップしている。即ち、青色副画素内の光変換領域１３１も、対応する青色光フィルタ部１７１ｃで構成され、これにより波長の光均一性をさらに改善する
図２Ｅに示すように、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｅの構成要素の配置及び接続は、大部分は前の実施形態のものと同じである。前の実施形態とは異なり、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｅでは、突起部１２２がより高背であり、互いに隔離されている。突起部１２２の各々は、対応するマイクロＬＥＤユニット１２１の第１の型の半導体層１２１ａに直接接続するが、隣接するマイクロＬＥＤユニット１２１の第１の型の半導体層１２１ａには接続しない。隣接するマイクロＬＥＤユニット１２１の第１の型の半導体層１２１ａは互いに隔離され、金属導電層１３はより厚い。より高背の突起部１２２及びより厚い金属導電層１３は、電流伝送を改善し、これによりマイクロＬＥＤユニット１２１の照明効率を増加させることができる。それに加えて、第２遮光部１５２が絶縁層１８に直接接触する。換言すれば、あらゆるマイクロＬＥＤユニット１２１から発する光が隣接するマイクロＬＥＤユニット１２１と干渉せず、これにより表示品質をさらに改善する。
図２Ｆに示すように、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｆの構成要素の配置及び接続は、大部分は前の実施形態のものと同じである。前の実施形態とは異なり、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｆでは、１つの画素Ｐ内の３つの突起部１２２が互いに接続され（て単一の構成要素（１２２）を形成す）るが、隣接する２つの画素のそれぞれの画素内にあり、かつ互いに隣接する２つの突起部１２２は互いに隔離されている。本実施形態では、突起部１２２が平面Ｓ１２２を有する。この構成は、突起部１２２と光変換領域１３１との接触面積を増加させ、これによりアライメント（位置合わせ）精度を増加させて製造歩留まりを向上させることができる。
図２Ｇに示すように、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｇの構成要素の配置及び接続は、大部分は前の実施形態のものと同じである。前の実施形態とは異なり、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｇでは、光変換層１４が、エピタキシャル構造層１２から離れた側の上面Ｓ４を含み、上面Ｓ４は、金属導電層１３におけるエピタキシャル構造層１２から離れた側の上面Ｓ３と整列している。換言すれば、光変換部１４１ａ及び１４１ｂの材料を充填するステップでは、光変換部１４１ａと１４１ｂの材料及び金属導電層の上面Ｓ３が平面を形成する。その後に、対応する光フィルタ部１７１ａ及び１７１ｂ並びに透明層１６がこの平面上に形成される。
図２Ｈに示すように、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｈの構成要素の配置及び接続は、大部分は前の実施形態のものと同じである。前の実施形態とは異なり、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｈは複数の光反射構造１９１をさらに含み、光反射構造１９１は個々のＬＥＤユニット１２１の側壁上に対応して配置されている。光反射構造１９１の各々は、対応するマイクロＬＥＤユニット１２１から発する光を対応する光変換層１４に向けて反射するように構成され、これにより光の利用率を増加させる。本実施形態では、各光反射構造１９１が、対応するマイクロＬＥＤユニット１２１の発光層１２１ｂの周りに配置されている。一部の実施形態では、光反射構造１９１が、チタニウム（Ti）、クロム（Cr）、アルミニウム（Al）、銅（Cu）、銀（Ag）、金（Au）、またはニッケル（Ni）、あるいはその組合せを含む。ここでは、絶縁層１８を用いて光反射構造１９１を覆って、第１の型の半導体層１２１ａと第２の型の半導体層１２１ｃとの短絡を防止することができる。一部の実施形態では、光反射構造１９１の各々が、対応する第１の型の半導体層１２１ａの周りに配置されるが、第２の型の半導体層１２１ｃまでは延びず、従って、絶縁層１８を設けて光反射構造１９１を覆う必要はない、というのは、第１の型の半導体層１２１ａと第２の型の半導体層１２１ｃとの間に光反射構造１９１を介した導通が存在しないからである。一部の実施形態では、光反射構造１９１の厚さを０．０５～０．３μmとすることができる。本実施形態の光反射構造１９１は、本発明の他の実施形態にも適用することができる。
図２Ｉに示すように、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｉの構成要素の配置及び接続は、大部分は前の実施形態のものと同じである。前の実施形態とは異なり、本実施形態のマイクロＬＥＤ表示デバイス１ｉは、光変換領域１３１の各々の側面に対応して配置された光反射層１９２をさらに含む。ここでは、光反射層１９２が、光変換層１４に入る光を反射するように構成され、これにより光の利用率を増加させる。本実施形態では、光反射層１９２が各光変換領域１３１の側面の周りに配置され、各光変換領域１３１の側面から各突起部１２２の外面まで延びる。本実施形態では、光反射層１９２の反射率が金属導電層１３の反射率よりも大きい。一部の実施形態では、光反射層１９２が、チタニウム（Ti）、クロム（Cr）、アルミニウム（Al）、または銀（Ag）、あるいはその組合せを含む。一部の実施形態では、光反射層１９２の厚さを０．０５～０．３μmとすることができる。本実施形態の光反射層１９２は、本発明の他の実施形態にも適用することができる。
要約すれば、本発明のＬＥＤ表示デバイスは、従来の金属グリッドを利用する代わりに、より厚い金属導電層を利用して、各マイクロＬＥＤユニットを通って流れる電流を導通させて、これらのマイクロＬＥＤユニットを駆動基板に電気接続する。この構成は、マイクロＬＥＤユニットの照明効率を向上させ、均一な明度を得て、電力消費を低減することができる。金属グリッドを利用してマイクロＬＥＤユニットを駆動基板に電気接続する従来技術に比べると、本発明のマイクロＬＥＤ表示デバイスは、高解像度の要求を満足すると共により高い製造歩留まりを有することができる。
本発明は特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、この説明は限定的意味で解釈されることを意味しない。開示した実施形態の種々の変更並びに代案の実施形態は、当業者にとって明らかである。従って、添付した特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に入るすべての変更をカバーすることを目論んでいる。
本発明のマイクロＬＥＤ表示デバイスは、ディスプレイ技術の分野において応用することができる。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｈ、１ｉ：マイクロＬＥＤ表示デバイス
１１：回路基板
１２：エピタキシャル構造層
１３：金属導電層
１４：光変換層
１５：遮光構造
１６、１６’：透明層
１７：光フィルタ層
１８：絶縁層
１１１：第１電極
１１２：第２電極
１１３：ソルダーレジスト層
１２１：マイクロＬＥＤユニット
１２１ａ：第１型半導体層
１２１ｂ：発光層
１２１ｃ：第２型半導体層
１２２：突起部
１２２ａ：非ドープ半導体層
１２２ｂ：ドープ半導体層
１３１：光変換領域
１４１ａ、１４１ｂ：光変換部
１５１：第１遮光部
１５２：第２遮光部
１７１ａ、１７１ｂ、１７１ｃ：光フィルタ部
１９１：光反射構造
１９２：光反射層
Ｃ：導電部材
Ｄ：向き
Ｕ：凹部
Ｕ１：底部
Ｗ１：幅
ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５：厚さ
Ｓ１：ボンディング面
Ｓ３：上面
Ｓ４：最上面
Ｓ２１：第１面
Ｓ２２：第２面
Ｓ１２２：平面

Claims (7)

  1. ボンディング面を有する回路基板と、
    前記回路基板の前記ボンディング面上に配置されたエピタキシャル構造層と、
    金属導電層と、
    光変換層と、
    前記金属導電層上に配置された複数の第１遮光部を有する遮光構造とを備えたマイクロＬＥＤ表示デバイスであって、
    前記エピタキシャル構造層は、前記回路基板に対面する第１面と、前記回路基板から離れた側の第２面と、互いに分離された複数のマイクロＬＥＤユニットとを備え、該マイクロＬＥＤユニットは、前記第１面を含み、前記第１面上で互いに分離され、前記回路基板に電気接続され、前記回路基板は前記マイクロＬＥＤユニットを制御して発光させ、
    前記金属導電層は、前記エピタキシャル構造層の前記第２面上に配置されて前記エピタキシャル構造層に直接接触し、前記金属導電層は、互いに分離された複数の光変換領域を規定し、該光変換領域の各々は前記マイクロＬＥＤユニットの１つに対応し、
    前記光変換層は、前記光変換領域の一部分に配置され、前記対応するマイクロＬＥＤユニットから発する光の波長を変換するように構成され、
    前記第１遮光部は前記光変換領域を覆わず、
    前記回路基板の前記ボンディング面に垂直な方向の、前記金属導電層の厚さが前記エピタキシャル構造層の厚さよりも大きい、マイクロＬＥＤ表示デバイス。
  2. 前記光変換領域の各々が、前記金属導電層内に形成されたスルーホールである、請求項１に記載のマイクロＬＥＤ表示デバイス。
  3. 前記遮光構造が、前記エピタキシャル構造層の前記第２面上に配置された複数の第２遮光部をさらに備え、該第２遮光部は、前記エピタキシャル構造層の領域における、前記マイクロＬＥＤユニットの部分に対応する部分を露出させる、請求項１に記載のマイクロＬＥＤ表示デバイス。
  4. 前記エピタキシャル構造層が、前記光変換層に向かって突出する複数の突起部をさらに備え、該突起部の各々が、前記マイクロＬＥＤユニットの１つに対応して配置されている、請求項１に記載のマイクロＬＥＤ表示デバイス。
  5. 同一画素内の前記突起部が互いに接続され、隣接する２つの画素のそれぞれの画素内にあり、かつ互いに隣接する２つの前記突起部が互いに隔離されている、請求項４に記載のマイクロＬＥＤ表示デバイス。
  6. 各々が前記マイクロＬＥＤユニットの側壁上に対応して配置された複数の光反射構造をさらに備え、該光反射構造の各々が、前記対応するマイクロＬＥＤユニットから発する光を反射するように構成されている、請求項１に記載のマイクロＬＥＤ表示デバイス。
  7. 前記光変換領域の各々の側面に対応して配置された光反射層をさらに備えている、請求項１に記載のマイクロＬＥＤ表示デバイス。
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