KR20170084139A - 통합된 컬러 ｌｅｄ 마이크로 디스플레이 - Google Patents

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가레쓰 존 발렌타인
스테픈 워렌 고튼
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아큘러스 브이알, 엘엘씨
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Abstract

본 명세서에 저전력 고휘도 디스플레이가 서술된다. 보다 구체적으로, 통합된 LED 마이크로 디스플레이와 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법이 서술된다.

Description

통합된 컬러 ＬＥＤ 마이크로 디스플레이{INTEGRATED COLOUR LED MICRO-DISPLAY}
본 발명은 저전력 고휘도 디스플레이에 관한 것이다. 보다 자세히는, 본 발명은 통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이 및 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
많은 컬러 마이크로 디스플레이가 존재하지만 많은 종래 기술의 컬러 마이크로 디스플레이는 많은 단점을 가진다.
OLED, 액정 및 MEMS와 같은 기술을 사용한 마이크로 디스플레이의 개발을 보고하는 광범위한 문헌이 있다. 후자의 둘은 영구적으로 최대 밝기인 광원 외부에 위치한 패턴 생성기를 기반으로 하고, 따라서 마이크로 디스플레이를 형성하는데 추가 구성요소가 필요하다. 그리고 추가적인 기본 단점은 모든 픽셀이 이미지를 디스플레이하는데 사용되지 않더라도 광으로 어드레스되어야 하므로 전력 손실에 관련된 것이다. 이러한 디스플레이의 명암비도 손상된다.
OLED 기술은 방출형 기술이며 간단히 말해 형광 발광층을 둘러싼 양극 및 음극 기반이다. 이들 기술은 작은 픽셀 형성을 위해 종종 백색광과 컬러 필터를 사용한다. 따라서, 백색 픽셀의 스펙트럼 영역의 약 60 내지 70%가 RGB 디스플레이의 색 영역을 달성하기 위해 손실되거나 필요하지 않다. 나아가, 백색 OLED는 그 자체로 단색 OLED보다 덜 효율적이어서, 결국 방출되는 광의 10 내지 20%만이 실제로 사용될 수 있다. 이것은 전체 OLED 구조의 효율이나 어떻게 광이 추출되는지는 고려하지 않은 것이다.
또한, OLED 구조는 더 복잡하고 전부 두께와 굴절률에 있어 조심스럽게 제어되는 전자 수송층, 홀 차단층 및 전자 차단층을 수반한다. 이것은 전기적으로 도핑된 전자와 홀 수송층이 향상된 전하 주입 및 낮은 구동 전압을 가능하게 하므로 향상된 디스플레이 성능을 위해 중요하다. 전하 차단층은 전하 캐리어를 발광층 내로 한정하는 것을 돕는다. 나아가, 다른 문제가 청색 OLED 파장 영역에서 낮은 효율과 제한된 수명에 관련되고 낮은 휘도 레벨과 결합되면, 디스플레이가 성능에 근본적인 한계를 가진다는 것을 의미한다.
개별 LED의 표면 실장 접합을 제공하는 기술이 존재한다. 일반적으로, 픽 앤 플레이스 기술은 대형 LED에만 사용될 수 있다. 따라서 디스플레이의 인치당 픽셀을 제한한다. 또한 이것은 픽셀당 두 전기적 접점이 필요하다는 것을 의미한다. 이전의 관점에서 마이크로 LED를 픽 앤 플레이스하기 위해 기술이 개발됐다. 하지만, 전기적 접점을 제공하기 위하여 후처리가 요구되는 작은 픽셀 피치에 대한 난점이 존재한다.
이러한 시스템의 단점은 다음과 같이 요약될 수 있다.
● 제조 - 플립 칩 본드당 시간, 각 픽셀에 대한 n 및 p 동시 연결 및 < 10μm의 치수로 픽셀을 배치하는 능력.
● 반도체 처리 기술을 사용한 마이크로 LED의 픽 앤 플레이스의 후처리. 2차 글로벌 접점을 형성하기 위한 LED 어레이에 걸친 등각 접점층의 제공. 또는 패턴화된 접점층이 형성되는 평탄화된 구조를 제공하기 위한 평탄화 기술의 조합. 광 탈출을 위한 투명 접점층의 제공 또는 이것을 가능하게 하기 위하여 접점층의 후속 패턴화의 필요. 백플레인을 제어하기 위하여 전기적 연결 제공 필요.
● 성능 - 특히 작은 구동 전류 및 온도에 걸쳐 작은 색 변화를 가지는 녹색 LED 장치의 선택. 시각적 반응의 피크 근처의 파장(즉, 녹색)에서 작은 변화에 대한 눈의 감도로 인한 빽빽한 분포로 각 녹색 LED 방출 파장을 가질 필요.
본 발명의 적어도 한 측면의 목적은 상술한 문제 중 적어도 하나 이상을 제거 또는 완화하는 것이다.
본 발명의 적어도 한 측면의 추가 목적은 저전력 고휘도 디스플레이 및 상기 디스플레이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 측면에 따르면 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법이 제공되는데:
광의 파장을 변화시킬 수 있는 색상 변환기를 제공하는 단계;
색상 변환기에 연결되고 전기적 연결을 형성할 수 있고 색상 변환기로 광을 펌핑할 수 있는 마이크로 LED의 어레이를 제공하는 단계; 및
전자 구동층의 형태로 백플레인 제어를 제공하는 단계를 포함하고,
마이크로 LED 어레이는 색상 변환기로부터 방출된 광보다 더 짧은 파장으로 펌핑된 광을 생성하고 이에 의하여 더 긴 파장의 광을 생성한다.
제조 과정은 후술되는 다수의 상이한 단계를 수반한다. 다양한 실시예에서, 도면을 참조하여 설명하는 것이 명백하다. 하지만, 특정 실시예는 하나 이상의 이들 특정 세부 사항 없이 또는 다른 공지의 방법과 구성과 조합하여 실시될 수 있다.
우선, p와 n 도핑된 GaN 영역을 포함하는 GaN 층과 그 위에 옴 전류 확산층 및 이산화규소 층이 있는 효율적인 광 생성에 최적화된 층이 제공될 수 있다. GaN 층 밑에 위치한, 다른 층보다 현저히 두꺼운 기판층이 있을 수 있다. 옴 전류 확산층은 20nm의 두께를 가질 수 있다. 이산화규소 층은 약 200nm의 두께를 가질 수 있다. 기판층은 약 200μm의 두께를 가질 수 있다. 기판층은 사파이어, 실리콘, GaN 또는 탄화규소와 같은 임의의 적절한 물질일 수 있다. 옴 전류 확산층의 물질의 예시는 Ni/ Au 또는 Ni/ Pt 또는 Au/ Pt 또는 Pt/ Ni/ Au Ni/ Ag 또는 Pd 또는 ITO 또는 Ni/ ITO일 수 있다.
프로세스는 픽셀 또는 픽셀의 어레이를 형성하기 위하여 p-GaN의 선택적 비활성화로 시작할 수 있다. 이것은 다음과 같이 설명될 수 있다.
● 제1 확산층은 GaN p층, 예컨대 Ni/ Au에 증착된다.
● 그 후 패터닝된 마스크 특징(예컨대, 포토 레지스트)가 확산층에 증착된다.
● 그 후 상기 구조는 Ar과 같은 플라즈마에 노출되어 스프레딩을 제거한 후 Cl2에 의해 n-GaN까지 ~1um 에칭한다(이 프로세스는 프로세스의 후반 단계에 있을 수 있다).
● 그 후 패터닝된 마스크 특징(예컨대, 포토 레지스트)이 픽셀 정의를 위해 증착된다.
● 그 후 마스크 예컨대 Ar에 의해 보호되지 않는 영역으로부터 제1 확산층을 제거하기 위하여 층 구조를 노출하여 에칭(플라즈마 또는 건식)한다.
● 그 후 상기 구조는 CHF3과 같은 플라즈마에 노출된다.
● 그 후 패터닝된 특징의 제거가 수행될 수 있다.
● 그 후 플라즈마에 노출된 영역에 높은 저항성 층을 형성하기 위하여 구조를 어닐링하고, 마스크에 의해 보호되는 층에 전도성, 예컨대 옴 접촉을 유지하여 픽셀 또는 픽셀의 어레이를 형성한다.
대안적으로, 프로세스는 p-GaN의 물리적 에칭을 사용하여 픽셀 또는 픽셀의 어레이 형성으로 시작할 수 있다. 이것은 다음과 같이 설명될 수 있다.
● 제1 확산층은 GaN p층, 예컨대 Ni/ Au에 증착된다.
● 그 후 패터닝된 마스크 특징(예컨대, 포토 레지스트)가 확산층에 증착된다.
● 그 후 상기 구조는 Cl2와 같은 플라즈마에 노출되어 n-GaN까지 ~1um 에칭되어 픽셀을 남긴다.
● 그 후 패터닝된 특징의 제거가 수행될 수 있다.
● 그 후 픽셀 또는 픽셀의 어레이에 구조를 어닐링하여 전도성, 예컨대 옴 접촉을 형성한다.
그 후 픽셀 상부의 이산화규소 층이 제거되고 이산화규소의 완전한 층의 형태로 재증착될 수 있다. 이산화규소의 완전한 층은 약 200nm의 두께를 가질 수 있고 PECVD와 같은 임의의 적절한 기술을 사용하여 증착될 수 있다.
그 후 픽셀 위의 이산화규소의 완전한 층의 영역은 에칭되어 옴 전류 확산층에 대한 윈도우와 공통 접점이 형성되는 윈도우를 형성할 수 있다. 이 실시예에서 이것은 공통 n 접점 영역이다. 비활성화 프로세스를 위하여 이산화규소는 측벽 상에 형성되어 패시베이션을 제공하여야 한다. 물리적 에칭된 픽셀 또는 픽셀의 어레이를 위하여 n-접점 영역이 국부적으로 에칭될 때 측벽의 패시베이션이 필요하다. 나아가, n 접점 금속층이 에칭 영역에 증착될 수 있다. n 접점 금속은 Ti/ Au일 수 있고 약 50/ 200nm의 두께를 가질 수 있다. n 접점 금속층은 글로벌 접점을 형성하고 전기적 기능 및/또는 제조 프로세스에서 추가 에칭 단계(에칭 정지)를 제어하기 위한 가이드로서의 기능을 가질 수 있다.
그 후 본드 패드는 n 및 p 접점을 형성하기 위해 증착될 수 있다. 본드 패드는 약 2μm의 높이와 약 8μm x 8μm의 단면을 가질 수 있다. 같은 높이의 p 및 n 본드 패드를 가지는 것이 목적이다. 나아가, 본드 패드는 금속이 모든 곳에 증착되도록 마스크층에 형성될 수 있다. 이것은 금속과 유전체 평면을 가지는 평탄한 상부층을 제공하기 위한 장치의 화학적 폴리싱 수단을 제공한다. 그 후 이러한 상부 구조는 동일한 높이의 균일한 본딩(p 및 n 본드 패드 스택)을 위한 수단을 제공한다. 결론적으로, 다양한 본딩 기술이 플립 칩 범프 본딩 및 반 데르 발스 힘에 기반한 직접 본딩을 포함하나 이에 제한되지 않는 GaN - 백플레인 제어(CMOS, TFT 또는 NMOS 층)에 이용될 수 있다. 후자는 저온에서 매우 작은 결합력으로 본딩을 가능하게 하므로 특히 중요하다. LED 어레이 크기가 증가함에 따라, 필요한 총 결합력은 중요한 특성이 되고 어레이 크기에 물리적 제한으로 이어질 수 있다. 또한 저온 결합 때문에, AMOLED(Active Matrix OLED) 제어 백플레인과 유사한 특성을 가지는 TFT 백플레인 구조가 사용될 수 있다. 이것은 비용, 복잡성을 감소시키고 보다 큰 물리적 치수를 가지는 디스플레이로의 경로를 제공한다.
실리콘으로 제조된 임시 웨이퍼는 GaN 웨이퍼에 본딩될 수 있다. 임시 웨이퍼는 약 500μm의 두께를 가질 수 있고 GaN 층보다 현저히 두껍다.
그 후 기판층은 레이저 리프트 오프와 같은 임의의 적절한 기술로 제거될 수 있다. 기판층이 실리콘인 경우, 화학적 기계적 연마 및 에칭이나 기술들의 조합이 가능하다. 이것은 전체 디자인에 사용될 수 있는 실리콘 기판에 미크론 특징을 형성할 수 있는 추가 기능을 가진다.
그 후 버퍼나 GaN 층은 에칭되어 바람직한 실시예에서 마이크로 렌즈의 형태일 수 있는 광학적 특징을 형성할 수 있다. 광학적 특징은 볼록한 모양으로 방출을 최대화하고 픽셀 간 광학적 크로스톡을 최소화할 수 있다. 광학적 특징은 약 8μm의 폭을 가질 수 있다.
대안으로, 에칭 프로세스는 픽셀 근처에 거친 영역을 형성할 수 있다. 깊이 1um의 거친 영역이 광 추출을 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
다른 대안으로, GaN 기둥이 형성될 수 있는 매트릭스 에칭 프로세스가 있을 수 있다. GaN 기둥은 약 2μm의 높이를 가질 수 있다. GaN 기둥은 또한 바람직하게는 잘린 형상으로 LED 픽셀 출력 간의 광학적 격리를 최대화하여 광학적 크로스톡을 감소시킬 수 있다.
n측 에칭 프로세스는 웨이퍼의 다른 측면의 n 접점 금속층에 대한 에칭에 의하여 적절히 제어되어 적절한 에칭 정지를 제공할 수 있다. 종점 검출과 같은 실시간 플라즈마 모니터링 기술을 사용함으로써 에칭 깊이는 GaN 양자 우물의 위치에 대해 적절히 제어될 수 있다.
다른 대안에서 n 접점층은 렌즈 두께를 제어하기 위한 에칭 정지로서 사용될 수 있다. 종점 검출은 렌즈 에칭 동안 사용되어 n 접점 금속층까지 동시에 개방되고 렌즈 두께의 제어를 제공할 수 있다.
그 후 전도성 메탈 그리드 및/또는 불투명층이 증착될 수 있는 증착 단계가 있을 수 있다. 전도성 메탈 그리드 및/또는 불투명층은 n 접점 저항을 감소시킬 수 있고 따라서 차폐 효과를 가진다. 메탈 그리드 및/또는 불투명층은 약 200nm의 두께를 가질 수 있고 임의의 적절한 기술을 사용하여 증착될 수 있다.
대안으로 IOD 전도성 층이 금속 대신 증착되어 투명 전도성 층을 생성할 수 있다. 적절한 ITO 두께의 선택이 반사 방지 코팅으로 이어져 광 투과를 증가시킬 수 있다.
그 후 다른 대안으로 만약 GaN 기둥이 형성되면 n 금속층으로 코팅되어 측벽을 덮어 크로스톡을 최소화할 수 있다. n 금속층은 약 200nm의 두께를 가질 수 있다.
SiO2 층 또는 임의의 다른 적절한 타입의 단일 또는 다층 코팅도 GaN 렌즈 및 n 금속층의 표면 상에 증착될 수 있다. 이것은 GaN 표면의 보호 및 반사 방지 기능 모두를 제공하여 프레넬 반사를 감소시킨다. 코팅은 약 80nm의 두께를 가질 수 있다.
다른 대안으로 광학적 특징의 만곡된 영역 또는 거친 영역만이 유전 코팅으로 덮일 수 있다. 유전 코팅은 이산화규소로 이루어질 수 있고 약 80nm의 두께를 가질 수 있다.
추가 대안으로 코팅이 증착될 수 있다. 그러므로 다층 유전체 코팅이 있을 수 있다. 쇼트 패스 파장 필터 기능의 제공 기능을 가지는 단순히 하나의 코팅 또는 추가적인 코팅이나 층이 있을 수 있다. 코팅은 패턴화되어 광학 특징만을 덮거나 전체 표면을 덮을 수 있다. 쇼트 패스 필터는 청색광이 GaN을 탈출하게 하나 더 긴 파장(즉, 색상 변환층에서 생성된 적색 또는 녹색광)은 반사하도록 디자인될 수 있다.
프로세스는 또한 일부 실시예에서 서브픽셀에 인접한 고반사성 층을 가져 색상 변환 효율과 디스플레이 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 색상 변환기의 사용이 필요하다. 색상 변환기는 색상 변환층, 기판, 투명층 및 마스크를 포함한다. 색상 변환층은 형광체, 양자점, 유기 물질 또는 그들의 조합으로 이루어질 수 있다. 색상 변환층은 약 1-20μm 또는 바람직하게는 약 1-10μm의 두께를 가질 수 있다. 기판은 유리, 사파이어, 실리콘 또는 임의의 다른 적절한 물질로 이루어질 수 있다. 만약 청색광이 광학적으로 색상 변환기를 펌핑하는데 사용된다면 디스플레이의 청색 서브픽셀을 위한 입사광을 변환할 필요가 없다. 따라서 청색 셀 또는 실리콘으로 이루어지고 청색광이 탈출할 수 있게 하거나 대안적으로 적색 및 녹색 형광체와 유사한 빔 프로필을 제공하기 위해 확산 또는 산란 기능을 제공할 수 있는 투명층에 물질이 없을 수 있다. 마스크는 불투명/흑색 매트릭스 수지(일반적으로 LCD 디스플레이에 사용되는) 또는 반사성일 수 있고 Au, Al 또는 Ag로 이루어질 수 있다.
대안적인 색상 변환기에서 에칭된 실리콘 기판이 있을 수 있다. 색상 변환기는 색상 변환층, 투명층 및 에칭된 실리콘 영역을 포함할 수 있다.
대안적인 색상 변환기에서 청색광이 들어갈 수 있게 하지만 녹색 및 적색과 같은 더 긴 변환된 광은 반사시키는 쇼트 패스 필터가 있을 수 있다.
다른 대안으로 도파관처럼 동작하는 것으로 서술될 수 있는 색상 변환기가 있을 수 있다. 전과 같이 색상 변환층, 투명층 및 마스크가 있다. 나아가 광학적 도파 기능을 제공하는 불투명/반사 특징, 수정된 굴절률 인덱스 투명층 및 수정되지 않은 굴절률 인덱스층이 있다.
다른 대안으로 롱 패스 필터로 서술될 수 있는 색상 변환기가 있다. 색상 변환기는 색상 변환층 밑에 위치한 롱 패스 필터를 가질 수 있다. 롱 패스 필터는 변환된 광이 탈출할 수 있게 하나, 흐리고 변환되지 않은 광을 재활용한다.
프로세스의 다음 단계에서 색상 변환기는 LED 층으로 옮겨져 정렬된다.
그 후 색상 변환기는 나머지 장치에 부착될 수 있다. 바람직한 실시예에서 색상 변환기는 청색광으로 펌핑되고 형광체층인 적색/녹색 색상 변환층이 있다. 대안적으로, 층은 양자점 또는 투명/확산층(청색) 또는 그 혼합일 수 있다. 유리 기판에서 수직 하방으로 연장하여 불투명/흑색 마스크 또는 반사 마스크가 있을 수 있다. 반사 마스크는 광을 재순환시키고, 크로스토크를 최소화시키고 디스플레이 콘트라스트를 향상시키는 능력을 가지기 때문에 바람직하다. 따라서 필터가 투과층 전에 배치될 때 반사 마스크는 청색광을 투과시키고 적색 및 녹색광을 반사시키는 능력을 가진다. 대안으로, 만약 필터가 투과층 이후에 배치되면 청색광은 재순환하고 적색 및 녹색광은 투과된다.
프로세스의 다음 단계에서 임시층이 제거될 수 있다.
그 후 전자적 구동층이 LED 상의 금속 본드 패드로 옮겨져 정렬되고 부착될 수 있다. 결합층 스택은 주석 또는 인듐 또는 그 합금과 같은 저온 솔더 물질을 포함할 수 있다. 평면 GaN p 층 또한 반데르발스 힘, 수소결합 및 강한 공유결합을 포함하는 저온 직접 결합을 사용하는 능력을 제공한다. 전자적 구동층은 CMOS, TFT 또는 NMOS NMOS 층일 수 있다. 특히, 직접 결합 기술을 사용하는 능력은 AMOLED(matrix organic light emitting diode) 마이크로 디스플레이에 채용된 박막 트랜지스터 기술을 적용하는 능력을 허용한다,
통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이는 픽셀 레이아웃 구현을 가질 수 있다. 일실시예에서, 3개의 서브픽셀은 픽셀에서 떨어진 본드 패드를 가지는 20 x 20 미크론 셀로 배열될 수 있다.
대안적인 실시예에서, 픽셀 레이아웃 구현은 픽셀 상에 위치한 본드 패드를 가지는 각 픽셀 내에 포함된 4개의 서브픽셀을 포함할 수 있다.
통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이는 적색 색상 변환 셀, 녹색 색상 변환층 및 색상 변환 셀이 없는 (투명/확산층을 가질 수 있는) 청색 픽셀을 포함할 수 있다.
대안적인 통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이에서 불투명/반사 매트릭스가 있을 수 있다.
대안적인 통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이에서 적색 색상 변환 셀, 녹색 색상 변환 셀 및 색상 변환 셀이 없는 청색 픽셀의 매트릭스가 있을 수 있다.
또 다른 대안적인 통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이에서 적색 색상 변환 셀, 녹색 색상 변환 셀, 색상 변환 셀이 없는 청색 픽셀 및 불투명/반사 매트릭스의 매트릭스가 있을 수 있다.
본 발명의 제2 측면에 따르면, 통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이가 있는데:
광의 파장을 변화시킬 수 있는 색상 변환기;
색상 변환기에 연결되고 전기적 연결을 형성할 수 있고 색상 변환기로 광을 펌핑할 수 있는 LED; 및
전자적 구동층의 형태의 백 플레이트 제어를 포함하고,
LED는 색상 변환기로부터 방출된 광보다 더 짧은 파장으로 광을 펌핑하고 이로써 더 긴 파장에서 광을 생성한다.
그러므로 일반적으로 말하면, 본 발명은 저전력 고휘도 디스플레이를 제공하는 통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이의 제공에 속한다.
통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이는 제1 측면에 정의된 바와 같이 형성될 수 있다.
색상 변환기는 색상 변환층, 기판, 투명층 및 마스크를 포함할 수 있다. 색상 변환층은 형광체, 양자점, 유기적 물질 또는 그 조합으로 이루어질 수 있다. 색상변환층은 약 5 내지 20μm 또는 바람직하게는 약 10 내지 12μm의 두께를 가질 수 있다. 기판은 유리, 사파이어, 실리콘 또는 임의의 다른 적절한 물질로 이루어질 수 있다. 투명 기판은 청색광을 탈출할 수 있게 하거나 대안적으로 확산이나 산란 기능을 제공할 수 있다. 마스크는 불투명/흑색 또는 반사성일 수 있다.
LED는 렌즈의 형태인 광학적 특징을 포함할 수 있다. 광학적 특징은 볼록한 형태이고 방출을 최대화하고 스펙트럼 크로스토크를 최소화할 수 있다.
LED는 또한 불투명/흑색 또는 반사성인 마스크를 포함할 수 있고 Al과 같은 금속이나 수지/폴리머로 이루어질 수 있다.
LED는 또한 n 및 p 접점을 형성하기 위해 증착된 본드 패드를 포함할 수 있다. 본드 패드는 약 2μm의 높이 및 약 8μm x 8μm의 단면을 가질 수 있다.
백플레인 제어는 본드 패드를 가지는 전자적 구동층을 포함할 수 있다. 전자적 구동층은 CMOS, TFT 또는 NMOS NMOS층일 수 있다.
백플레인 상의 본드 패드는 LED 상의 본드 패드에 부착된다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들이 단지 예로서, 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 상부에 옴 전류 확산층과 이산화규소 층이 있고, 그 아래에 사파이어 기판층이 있는 GaN 층을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 층이 이산화규소 층과 옴 전류 확산층을 포함하는 에칭된 픽셀을 가지는 대안적인 프로세싱 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도 1에 도시된 장치에서 수행되는 에칭 프로세스를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭된 영역을 형성하기 위하여 픽셀 주위의 GaN 층에서 에칭된 도 2에 도시된 것에 대한 대안적인 장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 픽셀을 형성하기 위하여 옴 전류 확산층과 이산화규소 층이 에칭되는 추가 에칭 프로세스를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 및 절연성 영역을 생성하기 위해 사용되는 플라즈마 처리를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 픽셀의 상부의 제거되고 그 후 완전한 이산화규소 층의 형태로 재증착되는 이산화규소 층을 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 접점 윈도우를 형성하기 위하여 픽셀 위의 완전한 이산화규소층이 에칭되는 영역을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 n 및 p 접점을 형성하기 위해 증착되는 본드 패드를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제거되는 기판층을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 광학적 특징을 형성하기 위해 에칭되는 GaN 층을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 거친 영역을 형성하기 위한 대안적인 에칭 방법을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 매트릭스 에칭 프로세스가 GaN 기둥을 형성하는 에칭 방법의 다른 대안을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 층이 에칭되어 n 접점 금속층에 대한 에칭을 형성하는 에칭 방법의 다른 대안을 나타낸다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 n 접점층이 렌즈 두께를 제어하기 위해 에칭 정치로써 사용되는 다른 대안을 나타낸다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 전도성 금속 그리드 및/또는 불투명층이 증착되는 증착 단계를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 투명 전도성 층을 생성하기 위하여 금속 대신 ITO 전도성 층이 증착되는 증착 단계의 대안을 나타낸다.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 GaN 기둥이 n 금속층으로 코팅되는 다른 대안을 나타낸다.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 도 16에 도시된 장치의 상부 사시도이다.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 SiO2 또는 임의의 다른 적절한 타입의 단일 또는 다층 코팅이 GaN 렌즈와 n 금속층의 표면 위에 증착되는 프로세스를 나타낸다.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 광학적 특징의 만곡된 영역만이 유전체 코팅으로 덮이는 다른 대안을 나타낸다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트 패스 파장 필터 기능을 제공하는 기능을 가지기 위하여 코팅이 증착되는 다른 대안을 나타낸다.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 색상 변환기를 나타낸다.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 에칭된 실리콘 기판이 있는 색상 변환기의 대안을 나타낸다.
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 쇼트 패스 필터인 색상 변환기의 다른 대안을 나타낸다.
도 26은 도파관처럼 동작하는 것으로 설명될 수 있는 색상 변환기의 다른 대안을 나타낸다.
도 27은 본 발명의 일실시예에 따른 롱 패스 필터로 설명될 수 있는 색상 변환기의 다른 대안을 나타낸다.
도 28은 본 발명의 일실시예에 따른 LED 층으로 옮겨지고 정렬된 색상 변환기를 나타낸다.
도 29는 나머지 LED 층 위에 정렬되는 색상 변환층의 다른 도면을 나타낸다.
도 30은 본 발명의 일실시예에 따른 나머지 장치에 부착된 색상 변환기를 나타낸다.
도 31은 본 발명의 일실시예에 따른 제거되는 임시층을 나타낸다.
도 32는 본 발명의 일실시예에 따른 금속 본드 패드로 옮겨지고 정렬된 전자적 구동층을 나타낸다.
도 33은 본 발명의 일실시예에 따른 본드 패드에 부착되는 금속 본드 패드를 나타낸다.
도 34 및 35는 본 발명의 일실시예에 따른 픽셀 레이아웃 구현의 평면도를 나타낸다.
도 36 및 37은 본 발명의 일실시예에 따른 다른 픽셀 레이아웃 구현의 평면도를 나타낸다.
도 38은 본 발명의 일실시예에 따른 적색 색상 변환 셀, 녹색 색상 변환 셀 및 색상 변환 셀 없는 청색 픽셀을 나타낸다.
도 39는 본 발명의 일실시예에 따른 불투명/반사 매트릭스가 있는 색상 변환 셀을 나타낸다.
도 40은 본 발명의 일실시예에 따른 적색 색상 변환 셀, 녹색 색상 변환 셀 및 색상 변환 셀 없는 청색 픽셀의 매트릭스를 나타낸다.
도 41은 본 발명의 일실시예에 따른 적색 색상 변환 셀, 녹색 색상 변환 셀, 색상 변환 셀 없는 청색 픽셀 및 불투명/반사 매트릭스의 매트릭스를 나타낸다.
일반적으로 말하면, 본 발명은 저전력 고휘도 디스플레이를 제공하는데 있다.
도 1 내지 41은 본 발명에 따른 마이크로 디스플레이의 제조 프로세스를 도시한다. 이것은 아래에서 설명한다.
도 1은 상부에 옴 전류 확산층(2) 및 이산화규소 층(1)이 있는 발광 GaN 층(3)을 도시한다. GaN 층(3) 아래에 다른 층보다 현저히 두꺼운 기판층(4)이 위치한다. 옴 전류 확산층(2)은 약 20nm의 두께를 가진다. 이산화규소 층(1)은 약 200nm의 두께를 가진다. 기판층(4)은 약 200um의 두께를 가진다. 기판층(4)은 사파이어, 실리콘, GaN 및 탄화규소와 같은 임의의 적절한 물질일 수 있다. 옴 전류 확산층(2)을 위한 물질의 예시는 Ni/ Au 또는 Ni/ Pt 또는 Au/ Pt 또는 Pt/ Ni/ Au Ni/ Ag 또는 Pd 또는 ITO 또는 Ni/ ITO일 수 있다.
도 2는 GaN 층(3)이 이산화규소 층(1) 및 옴 전류 확산층(2)을 포함하는 에칭된 픽셀을 가지는 프로세스 방법의 대안을 나타낸다. 이것은 LED 픽셀을 구성하는 일반적인 기술이다. 도 2에서 확산층(2)이 일반적으로 최종 픽셀 치수와 동일한 크기로 정의된다.
도 3에서 GaN 수정 프로세스인 에칭 프로세스가 도 1에 도시된 장치 상에 수행된다. 에칭은 GaN 층(3)이 에칭되는 곳에 에칭 영역(5)을 생성한다. 에칭 프로세스는 임의의 적절한 에칭 프로세스를 사용하여 수행되나 바람직하게는 CF3를 사용한 플라즈마 에칭으로 수행되지만 웨트 에칭과 같은 다른 기술이 사용될 수 있다. n 물질로의 에칭은 Cl을 사용한 플라즈마 에칭을 사용하여 수행될 수 있다.
도 4에서 도 2에 도시된 장치의 대안이 픽셀 주위로 GaN 층(3)에서 에칭되어 에칭 영역(5)을 형성한다.
그 후 도 5에 도시된 바와 같이 마스크가 적용되어 픽셀 형성을 가능하게 한다. 옴 전류 확산층(2) 및 이산화규소 층(1)이 에칭되어 픽셀(6)을 형성하는 추가 에칭 프로세스가 있다. 에칭 프로세스는 CHF3과 같은 임의의 적절한 플라즈마 에칭 프로세스를 사용하여 수행된다. 픽셀(6)은 매트릭스 패턴으로 형성될 수 있다. 이것은 0.5μm 및 10μm 사이의 치수로 픽셀을 남긴다. 일반적인 치수는 약 3μm이다.
도 6에 도시된 프로세스 단계에서, 전도성 및 절연 영역을 생성하는데 사용되는 플라즈마 처리(7)가 있다. 보호되지 않은 GaN이 GaN 수정 프로세스, 예컨대 CHF3와 같은 플라즈마에 노출된다. 그 후 패턴화된 특징의 제거가 수행된 후 플라즈마에 노출된 영역에 고저항 층을 형성하기 위해 구조의 어닐링을 수행하고, 마스크에 의해 보호되는 층에서 전도성, 예컨대 옴 접촉을 유지하여 픽셀 또는 픽셀의 어레이를 형성한다.
도 7에서 마스크층이 형성된다. 그 후 픽셀(6) 상부의 이산화규소 층(1)이 제거되고 포토레지스트만의 또는 SiO2 층을 패터닝하기 위하여 상부에 포토레지스트를 가지는 유전체, 예컨대 SiO2 완전한 층(8)의 형태로 재증착된다.
도 8에서, 마스크가 그 후 n 접점 영역과 확산 물질 위에 개방된다. 그 후 전도성 접점이 Ti:Au 또는 다른 조합으로 증착된다. n-접점 영역에서 에칭 측벽이 측벽 상에 전기적 절연층을 가져서 p-n 접합에 걸친 쇼트를 방지하는 것이 명백하다. 픽셀(6) 상의 이산화규소의 완전한 층(8)의 영역이 에칭되어 접점을 생성하기 위해 아래의 옴 전류 확산층(2)으로 접점 윈도우(10)를 형성한다. 나아가, n 접점 금속층(9)이 에칭 영역(5)에 증착된다. n 접점 금속층(9)은 글로벌 접점을 형성하고 전기적 기능 및/또는 제조 프로세스에서 추가 에칭 단계를 제어하기 위한 가이드로서의 기능을 가진다.
도 9에서, 본드 패드(11)가 증착되어 n 및 p 접점을 형성한다. 이것은 동일한 마스크층 또는 대안적으로 새로운 마스크를 사용할 수 있다. p 및 n 본드 패드는 동일한 높이를 가지는 장점이 있고 따라서 LED의 어레이에 본딩 성공 가능성을 향상시킨다. n 패드 에칭 깊이는 이후의 프로세스, 즉 레이저 리프트 오후 후에 노출된 GaN 측에서 에칭할 때에 대한 정확한 에칭 정지, 및 웨이퍼의 이면 상에 분산된 전기적 접점을 위한 연결을 제공하는 수단 양자로 사용될 수 있다. 나아가, 본드 패드 금속을 형성하기 위한 마스크층은 토폴로지 없는 층을 제공할 수 있고 CMP(chemical mechanical polishing(damscene))와 같은 프로세스가 마스크층 상부로 금속을 평탄화하기 위해 사용될 수 있다. 그 후 이 폴리싱 공정은 평탄한 본딩 표면을 가질 수 있는 능력을 가능하게 한다. 따라서, 플립 칩 범프 본딩(열 음파 또는 열 압착) 또는 직접 본딩이나 백플레인, 예컨대 CMOS, TFT 또는 NMOS 층에 기계적 및 전기적 본딩을 형성하는 임의의 다른 테크닉을 포함하는 다양한 본딩 프로세스를 사용하는 것이 가능할 것이나, 이에 제한되지 않는다.
도 10에 도시된 바와 같이, 기판층(4)이 레이저 리프트 오프와 같은 임의의 적절한 기술로 제거된다. 그 후 기판층(4)은 실리콘, 화학적 기계적 폴리싱 및 실리콘에 대한 에칭을 겪을 수 있다. 그 후 기판(사파이어 등) 상의 GaN은 임시 웨이퍼에 이 층에 접촉하는 GaN 표면으로 본딩된다. 산업 표준 기술이 GaN 층을 기판에서 분리시키는데 사용될 수 있다. 이 특정 예시에서 레이저 리프트 오프가 사용된다. 대안적으로, CMP가 실리콘 또는 GaN을 제거하는데 사용될 수 있다. 그 후 이것은 기판의 에칭과 결합되어 특징이 기판으로 에칭될 수 있다. 후술하는 바와 같이(도 13) 기둥이 Si에서 남아 서브픽셀 간의 이격을 제공할 수 있다. 임시 웨이퍼(13)는 GaN 층(3)보다 현저히 두꺼운 두께를 가진다.
도 11에서, 이제 GaN 층이 후면에 노출되어 다양한 특징이 이 구조에서 형성될 수 있다. 이것은 더 많은 광을 추출하고 및/또는 서브픽셀간의 광학적 크로스토크를 감소시키는 특징을 제공하는 수단을 제공할 수 있다. GaN 층(3)은 에칭되어 렌즈의 형태인 광학적 특징(14)을 형성한다. 광학적 특징(14)은 볼록 형상이고 방출을 최대화하며 스펙트럼 크로스토크를 최소화한다. 또한 이 특징들 상에 반사 방지 코팅으로 작용하는 SiO2와 같은 층을 증착하는 것도 가능하다. 이 특정한 특징에서, 렌즈가 형성되어(높이는 에칭 정지를 사용하여 정확히 결정될 수 있다) 광 추출을 높이고 서브픽셀간 광학적 크로스토크를 감소시킨다.
도 12에 도시된 바와 같이, 대안으로 에칭이 거친 영역(15)을 형성하는데 사용될 수 있다. 거친 영역(15)은 광 추출을 향상시키는데 사용될 수 있다. 이 경우 산란 표면이 에칭으로 형성된다. 도 11과 같이 층 또는 층들이 프레넬 반사를 감소시키기 위해 증착될 수 있다.
도 13은 매트릭스 에칭 프로세스에서 GaN 기둥(16)이 형성되는 다른 대안이다. 따라서 도 10에 도시된 바와 같이, 기둥(16)이 광 추출 특징(이 예시에서 렌즈) 사이에 형성될 수 있다. 이것은 일반 기술을 사용하여 광 추출 특징과 동시에 GaN에서 형성될 수 있다. 대안적으로, 기둥(16)은 원래의 기판(도 10에 기술)에 형성될 수 있거나 색상 변환 기판(도 23에 기술)에 형성될 수 있다. 기둥(16)은 기술에 관계없이 이상적으로 매끄러운 표면과 고반사성 구조를 가질 것이다.
그 후 도 14에 도시된 바와 같은 프로세스가 에칭 영역(17)을 형성하기 위하여 에칭 영역(5) 상의 n 접점 금속층(9)까지 GaN 층(3)이 에칭되는 추가 에칭 프로세스를 수반한다. 이 특정 예시에서 광 추출 특징(렌즈)와 n 개구는 동시에 형성될 수 있다. 에칭은 임의의 적절한 에칭 기술에 의해 수행된다.
도 15는 n 접점층(9)이 렌즈 두께를 제어하기 위한 에칭 정지로 사용되는 대안을 도시한다. 종점 검출은 렌즈 에칭(18) 동안 사용되어 n 접점 금속층(9)까지 동시에 개방되고 렌즈 두께의 제어를 제공한다. 도 9에 서술된 바와 같이, 도 14 프로세스에 대한 바람직한 실시예는 n 접점이 에칭 정지로 사용되어 렌즈의 에칭 깊이, 따라서 QW 층에 대한 근접성을 정확히 제어하는 것이다.
그리고 도 16은 전도성 메탈 그리드 및/또는 불투명층(19)이 증착되는 증착 단계를 도시한다. 이것은 도 9에 서술된 것 및 노출된 GaN 면에 분포된 전기적 접점을 형성하는, 서술된 능력과 유사하다.
이 경우, 이것은 본드 패드와 전도성 GaN 면 간의 전기적 브리지를 형성한다. 이 경우 불투명 컨덕터가 사용된다. 따라서, 이것은 광 추출 특징 상에는 증착되지 않는다. 전도성 메탈 그리드 및/또는 불투명층(40)은 바이어스를 감소시키고 차폐 효과를 가진다.
도 17은 투명 도전층(20)을 생성하기 위하여 ITO 도전층(20)이 금속 대신 증착되는 대안을 나타낸다. 적절한 ITO 두께의 선택은 반사 방지 코팅으로 이어질 수 있다. 도 16과 같이 분푸된 n 접점이 형성될 수 있다. 하지만, 이 경우 투명 ITO 층은 표면에 걸쳐 균일하게 증착될 수 있다(또한 패터닝되어 광 추출 특징을 덮지 않을 수 있다). 또한 이것은 프레넬 반사를 감소시키기 위한 두께를 가지도록 디자인될 수 있다.
도 18은 GaN 기둥(16)이 n 금속의 층(21)으로 코팅되고 또한 측벽을 덮어 크로스토크를 최소화할 수 있는 다른 대안이다. 이것은 금속이 패터닝되어 분포된 전기적 접점을 제공하고 또한 반사성 기둥을 제공하는 도 10 및 17의 조합이다.
도 19는 광 추출 특징, 에칭 정지, 분포된 n 접점이 형성되고 모두 실리콘과 같은 임시 캐리어 웨이퍼에 본딩된 원리를 도시하는 개략도이다. 이것은 백플레인 제어 기판 및 색상 변환 기판에 통합될 수 있는 완성된 GaN 칩을 요약한다.
도 20에서 SiO2 층 또는 임의의 다른 적절한 타입의 단일 또는 다층 코팅(22)이 GaN 렌즈(14) 및 n 금속층(19) 상에 증착될 수 있다. 이것은 보호 및 반사 방지 기능 모두를 제공한다.
도 21은 광학적 특징(14)의 만곡된 영역(또는 거친 영역(15))만이 유전 코팅(23)으로 덮이는 다른 대안이다. 따라서 패터닝은 광 추출 영역 상에 증착하는 데에만 사용된다.
도 22는 코팅(24a, 24b)이 증착되는 다른 대안이다. 그러므로 다층 유전체 코팅이 있을 수 있다. 쇼트 패스 파장 필터 기능을 제공하는 기능을 가지는 단순히 하나의 코팅 또는 추가적인 코팅이나 층이 있을 수 있다. 코팅(24a, 24b)은 광학적 특징(14)만을 덮도록 패터닝되거나 전체 표면을 덮을 수 있다. 쇼트 패스 필터는 청색광이 GaN을 탈출하게 하나 더 긴 파장(즉, 색상 변환층에서 생성된 적색 또는 녹색광)은 반사하도록 디자인될 수 있다. 도 20 및 21과 같이 본 기술의 큰 이점 중 하나는 많은 상이한 층이 광 추출 영역 상에 증착될 수 있는 것이다. 이 특별한 배열에서 쇼트 패스 필터가 채용된다. 이것은 펌프 파장 영역, 예컨대 청색에서 효율적으로 투광한다. 그 후 더 긴 파장, 즉 녹색 및 적색을 반사하여 GaN 표면으로 돌아오는 변환된 광이 최종 사용자의 방향으로 탈출할 더 높은 가능성을 가진다.
도 23에서 이제 GaN 층이 준비되었으므로 다음 단계는 색상 변환 영역을 형성하는 것임을 도시한다. 바람직한 방법은 개별 기판을 사용하는 것인데, 이것은 색상 변환기가 GaN 표면 상에 배치됨에도 불구하고 향상된 유연성을 제공한다. 이 경우 색상 변환기는 형광체, 양자점, 유기 물질 또는 그 조합일 수 있다. 색상 변환기 기판은 유리, 사파이어, 실리콘 등과 같은 다양한 물질일 수 있다. 이 경우 각 색상 변환기는 서브픽셀을 제공하고 광학적으로 펌핑된다(바람직하게는 청색 또는 UV 광). 이 경우 청색 펌프 파장이 사용되어 청색 서브픽셀은 색상 변환기 물질이 없지만 색상 변환기를 흉내 내는 물질을 가져 유사한 발광 특성, 예컨대 빔 발산을 가진다. 각 LED 펌프가 UV인 경우 적색, 녹색 및 청색을 위한 색상 변환기가 있다. 매트릭스 또한 향상된 콘트라스트를 위해 및 인접 픽셀로의 광 누설을 방지하기 위해 서브픽셀 간에 형성된다. 이것은 블랙 매트릭스 또는 반사성 구조일 수 있다. 일반적으로 매트릭스는 색상 변환 기판 상에 형성된다. 색상 변환기는 색상 변환층(25), 기판(26), 투명층(27) 및 마스크(28)를 포함한다. 기판(26)은 유리, 사파이어, 실리콘 또는 임의의 다른 적절한 물질로 이루어질 수 있다.
도 24는 색상 변환 영역을 위한 매트릭스를 형성하는 선택사항을 나타낸다. 실리콘 기판 상의 GaN 경로가 사용되는 경우, 쉽게 실리콘 기판을 연마하고 에칭하는 것이 가능하다(사파이어나 SiC와 같은 다른 기판의 경우 이것은 훨씬 어려운 프로세스이다). 따라서, 웨트 또는 드라이 에칭 능력을 사용하여 매트릭스를 실리콘 내로 에칭하는 것이 가능하다. 에칭 기술 중 하나를 사용하여 높은 종횡비, 즉 구조의 폭에 대한 높이로 매트릭스를 형성할 수 있다. 실리콘은 가시 파장 영역의 광을 흡수할 것이고, 따라서 콘트라스트를 향상시킨다. 또한 실리콘 매트릭스를 금속화하여 반사를 제공하고 광 변환/ 출력을 향상시키는 것이 가능하다. 색상 변환기는 색상 변환층(25), 투명층(27) 및 에칭된 실리콘 영역(29)을 포함한다.
도 25는 색상 변환기의 다른 대안이다. 성능을 향상시키기 위하여 색상 변환기 층에 필터를 포함하는 것이 가능하다. 쇼트 패스 필터는 청색에서 광을 투과하고 더 긴 파장, 즉 녹색 및 적색에서 광을 반사한다. 단순화를 위하여 다층 코팅이 모든 셀에 수행될 수 있다. 따라서, 본질적으로 등방성인 변환된 광은 반사되고 의도된 방향으로 빠져나갈 것이다. 청색 발광 픽셀의 경우 필터를 가지는 것이 적절할 수도 있고 적절하지 않을 수도 있다. 만약 UV 광으로 펌핑한다면 필터는 모든 셀 위에 배치되고 UV 펌프를 투과하나 더 긴 파장을 반사하는 특성을 가질 것이다.
도 26은 도파관처럼 동작하는 것으로 설명될 수 있는 색상 변환기의 다른 대안이다. 이전과 마찬가지로 색상 변환층(25), 투명층(27) 및 마스크(28)가 있다. 나아가 불투명/반사 특징(33), 광 도파 기능을 제공하는 수정된 굴절 인덱스 투명층(34) 및 수정되지 않은 굴절 인덱스층(35)이 있다. 색상 변환기 투명 기판(색상 변환기와 매트릭스가 형성되는)의 경우, 투명층(27)을 수정하는 것이 가능하다. 이것은 기판 평면에 수직인 도파관이 형성될 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 더 높은 인덱스층은 광 도파를 향상시키고 광이 더 낮은 확산으로 탈출할 수 있게 할 것이다. 기판의 인덱스는 예로서 레이저 유도 효과에 의해 수정되어 도파관을 형성할 수 있거나 에칭 및 더 높은 인덱스 물질을 사용하여 충진하여 형성될 수 있다. 0.5 내지 2mm의 일반 두께의 투명층(34)을 사용하는 것이 가능하다. 나아가, 20μm 이하의 두께의 기판층(34)을 사용하는 것이 가능하다.
도 27은 롱 패스 필터로 설명될 수 있는 색상 변환기의 다른 대안이다. 색상 변환기 투명 기판에 대한 추가 선택사항/실시예는 또한 기판 상에 색상 변환기가 증착되기 전에 롱 패스 필터를 증착하는 것이다. 이것은 이 배열에서 변환되지 않은 청색광이 색상 변환 영역으로 다시 반사되는 것을 제외하고 도 24와 유사한 방식으로 동작한다. 색상 변환기는 패터닝되어 청색 서브픽셀을 덮지 않는다. 색상 변환기는 색상 변환층(25) 아래 위치한 롱 패스 필터(31)를 가진다. 롱 패스 필터(31)는 변환된 광이 탈출되도록 하나, 변환되지 않은 청색 광을 재활용한다. 도 27은 또한 청색광의 투과를 가능하게 하도록 롱 패스 필터(32)가 청색 픽셀 상에 증착되지 않음을 도시한다.
도 28의 다음 단계에서, 색상 변환기는 LED 층으로 옮겨져 정렬된다. 따라서 이 도면에서 색상 변환층은 LED 기판과 정렬된다. 이것은 두 구조의 본딩을 위한 준비이며 GaN 서브픽셀 LED가 각 색상 변환 영역과 정렬되는 방식으로 완료된다.
도 29는 색상 변환층이 나머지 LED 층 위로 정렬되는 추가 도면이다. 이것은 도 28의 개략도이다. 이것은 색상 변환층을 위한 투명 기판과 얇은 GaN LED 층을 지지하는데 사용되는 임시 웨이퍼를 강조한다.
도 30에서, 색상 변환기가 나머지 장치에 부착된다. 따라서, 적절한 정렬이 완료되면 두 층이 접촉되고 함께 결합된다. 예로서, 이것은 에폭시 타입 본딩 프로세스일 수 있다. 이 층 본딩을 수행하여 두 기판 간의 국부적인 기밀 밀봉을 제공하는 것이 가능하고, 따라서 색상 변환층에 항샹된 보호를 제공할 수 있다. 바람직한 실시예에서 색상 변환기는 청색광으로 펌핑되고 형광체층인 적색/녹색 색상 변환층이 있다. 대안적으로, 층은 양자점 또는 투명/확산층(청색)이거나 그 혼합일 수 있다. 도 30은 불투명/흑색 마스크 또는 반사성 마스크(28)가 유리 기판에서 수직 하방으로 연장되는 것을 도시한다. 반사성 마스크(28)가 광을 재순환시키는 능력을 가지고, 크로스토크를 최소화하며 디스플레이 콘트라스트를 향상시키기 때문에 바람직하다. 따라서 반사성 마스크(28)는 층 전에 필터가 배치될 때 청색광을 투과시키고 적색 및 녹색광을 반사시키는 능력이 있다. 대안으로, 만약 필터가 층 다음에 배치되면 청색광은 재순환하고 적색 및 녹색은 투과될 것이다.
도 31에서, 임시 웨이퍼(13)가 결합된 층에서 제거된다. 이것은 가열, 용매 및/또는 임의의 다른 일반 기술을 사용하여 이루어질 수 있다.
도 32에서, 전자 구동층(39)이 금속 본드 패드(11)로 옮겨져 정렬된다. 전자 구동층(39)은 CMOS, TFT 또는 NMOS 층이다. 도면에서 명확성을 위하여 토폴로지가 있는 본드 스택을 도시한다. 바람직한 실시예에서 GaN 수정된 LED가 평탄화된 표면과 함께 사용될 수 있다. (도 9의 설명은 평평하고 매끄러운 표면을 제공하는 방법이다) 없거나 적은 토폴로지로 다양한 상이한 제어 백플레인이 CMOS, NMOS, TFT 등을 포함하나 이에 제한되지 않는 GaN 표면에 본딩될 수 있다.
도 33에서 금속 본드 패드(39a)가 본드 패드(11)에 부착된다. 이것은 디스플레이 기능을 제공하는데 필요한 많은 특징을 강조하는 완성된 마이크로 디스플레이 구조이다.
도 34는 레이아웃 A로 구현된 픽셀 레이아웃의 평면도이다. 실시예에서 도시된 3개의 서브픽셀(43)은 20 x 20 미크론 셀로 배열된다. 이것은 GaN led 서브픽셀의 가능한 레이아웃을 강조한다. 이 특정한 구성에서, 3개의 LED(43)는, 예로서, 20μm x 20μm 픽셀 영역 내에 배치된다.
도 35에서 본드 패드(39a)가 픽셀(43)에서 떨어져 위치한 것으로 도시된다. 각 LED 서브픽셀과 연관된 본드 패드는 일반적으로 더 크다. 이것은 결합력은 분산시키고 물리적 손상의 가능성을 감소시킬 수 있다. 나아가, 본드 패드 치수를 늘림으로써 저항을 감소시킬 수 있다. GaN 표면의 토폴로지를 감소시키고 잘 정의된 이격층을 가지는 LED 서브픽셀을 제공할 수 있기 때문에 서브픽셀의 GaN 수정(GaN mod) 정의와 같은 기술의 사용이 향상된 성능으로 이어진다.
도 36은 레이아웃 B로 구현된 픽셀 레이아웃의 평면도이다. 실시예에서 각 픽셀에 포함된 4개의 서브픽셀(44)이 도시된다. 이것은 도 34와 유사하나 이 경우 4개의 GaN led 서브픽셀(44)이 20μm x 20μm 픽셀 영역에 정의된다.
도 37에서 본드 패드(46)는 픽셀(44) 상에 위치될 수 있다. 이것은 도 36에 도시된 각 서브픽셀 상의 더 큰 본드 패드를 가지는 도 35와 유사하다.
도 38에 적색 색상 변환 셀(47), 녹색 색상 변환 셀(48) 및 색상 변환 셀이 없는 청색 픽셀(49)(투명/확산층을 포함할 수 있다)이 있다. 이것은 도 34의 서브픽셀 레이아웃과 관련된 색상 변환층의 레이아웃을 나타낸다.
도 39에서 불투명/반사 매트릭스(50)가 도시된다. 이것은 또한 각 서브픽셀을 분리하는 매트릭스를 도시하는 도 38과 유사하다.
도 40에 적색 색상 변환 셀(47), 녹색 색상 변환 셀(48) 및 색상 변환 셀이 없는 청색 픽셀(49)의 매트릭스가 있다. 이것은 도 36의 서브픽셀 레이아웃과 관련된 색상 변환층의 레이아웃을 도시한다.
도 41에 적색 색상 변환 셀(47), 녹색 색상 변환 셀(48), 색상 변환 셀이 없는 청색 픽셀(49) 및 불투명/반사 매트릭스(50)의 매트릭스가 있다. 이것은 도 40과 유사하고 각 서브픽셀을 분리시키는 매트릭스를 도시한다.
본 발명의 특정 실시예가 상술되었지만, 서술된 실시예에서 벗어난 것도 여전히 본 발명의 범위에 속할 수 있음이 명백할 것이다. 예를 들어, 임의의 적절한 타입의 색상 변환기가 사용될 수 있고 임의의 적절한 타입의 LED가 사용될 수 있다.

Claims (68)

  1. 광의 파장을 변화시킬 수 있는 색상 변환기를 제공하는 단계;
    색상 변환기에 연결되고 전기적 연결을 형성할 수 있고 색상 변환기로 광을 펌핑할 수 있는 마이크로 LED의 어레이를 제공하는 단계; 및
    전자 구동층의 형태로 백플레인 제어를 제공하는 단계를 포함하고,
    마이크로 LED 어레이는 색상 변환기로부터 방출된 광보다 더 짧은 파장으로 펌핑된 광을 생성하고 이에 의하여 더 긴 파장의 광을 생성하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    청색광은 색상 변환기를 펌핑하는데 사용되고 마이크로 LED 어레이는 녹색 및 적색광을 생성하고 이에 의하여 풀 컬러 기능을 위한 적색, 녹색 및 청색 서브픽셀의 어레이를 제공하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    색상 변환기는 적색, 녹색 및 청색광으로의 색상 변환을 위해 광학적으로 펌핑되는(예컨대, UV 광) 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    통합된 LED 마이크로 디스플레이는 통합된 풀 컬러 LED 마이크로 디스플레이인 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나의 항에 있어서,
    옴 전류 확산층이 그 위에 존재하는 GaN 층이 제공되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    기판층은 사파이어, 실리콘, GaN 또는 탄화규소로 이루어지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    옴 전류 확산층은 Ni/ Au 또는 Ni/ Pt 또는 Au/ Pt 또는 Pt/ Ni/ Au Ni/ Ag 또는 Pd 또는 ITO 또는 Ni/ ITO 또는 유사한 물질로 이루어져 옴 접촉을 형성하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서,
    전도성 및 절연 영역을 생성하는데 플라즈마 처리가 사용되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 항에 있어서,
    접점 영역 및/또는 에칭 정지를 제공하기 위하여 GaN이 에칭되는 에칭 영역을 생성하기 위하여 에칭 프로세스가 수행되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  10. 청구항 5 내지 청구항 9 중 어느 하나의 항에 있어서,
    전기적 접촉을 가능하게 하는 개구를 형성하기 위하여 리소그래피 및 에칭 기술이 사용되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  11. 청구항 5 내지 청구항 10 중 어느 하나의 항에 있어서,
    에칭된 픽셀을 형성하기 위하여 에칭 프로세스는 GaN 층에 수행되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 대안적 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 하나의 항에 있어서,
    픽셀은 2차원 어레이 패턴으로 형성되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    n 접점 금속층은 에칭 영역에 증착되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    n 접점 금속층은 글로벌 접점을 형성하고 전기적 기능 및/또는 제조 프로세스에서 추가 에칭 정지를 제어하기 위한 가이드로서의 기능을 가지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    본드 패드는 그 후 증착되어 n 및 p 접점을 형성하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  16. 청구항 16에 있어서,
    매끄럽고 평평한 표면이 평탄화된 n 및 p 접점으로 형성되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 대안적 방법.
  17. 청구항 15 또는 청구항 16에 있어서,
    기판층은 그 후 레이저 리프트 오프와 같은 임의의 적절한 기술로 제거되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  18. 청구항 16에 있어서,
    픽셀에 인접한 비-흡수 영역을 형성하기 위하여 에칭된 실리콘 기판이 있는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    임시 기판이 처리된 최상층에 부착되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    GaN 층이 그 후 에칭되어 광학적 특징, 예컨대 렌즈를 형성하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  21. 청구항 20에 있어서,
    광학적 특징은 볼록하고 방출을 최대화하고 스펙트럼 크로스토크를 최소화하는 형상인 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  22. 청구항 20에 있어서,
    대안적인 에칭 프로세스에서 광 추출을 향상시키기 위하여 사용되는 산란 표면을 형성하기 위하여 거친 영역이 형성되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  23. 청구항 19 내지 청구항 22 중 어느 하나의 항에 있어서,
    대안으로 GaN 측벽이 서브픽셀 사이에 형성되는 에칭 프로세스가 있는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  24. 청구항 19 내지 청구항 23 중 어느 하나의 항에 있어서,
    에칭 프로세스는 n 접점 금속층에 에칭 비아를 형성하기 위하여 관통하여 에칭되는 GaN 층을 수반하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  25. 청구항 19 내지 청구항 24 중 어느 하나의 항에 있어서,
    대안으로 n 접점층이 에칭 정지로 사용되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  26. 청구항 20 내지 청구항 25 중 어느 하나의 항에 있어서,
    그 후 전도성 금속 그리드 및/또는 불투명층이 증착되는 증착 단계가 있고, 전도성 금속 그리드 및/또는 불투명층은 비아를 감소시키고 차폐 효과를 가지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  27. 청구항 20 내지 청구항 26 중 어느 하나의 항에 있어서,
    대안으로 투명 전도층을 생성하기 위하여 ITO와 같은 투명 전도성 물질이 금속 대신 증착되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  28. 청구항 27에 있어서,
    LED에 단일층 반사 방지 코팅으로 작용하기 위하여 투명 전도층의 두께는 세심하게 선택되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  29. 청구항 24에 있어서,
    대안으로 GaN 측벽은 n 금속층으로 코팅되고 또한 크로스토크를 최소화하기 위하여 측벽 상에 커버되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  30. 청구항 25 내지 청구항 29 중 어느 하나의 항에 있어서,
    SiO2 층 또는 임의의 다른 적절한 타입의 단일 또는 다층 코팅이 그 후 광학적 특징(예컨대, 렌즈) 및 n 금속층의 표면 상에 증착되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  31. 청구항 30에 있어서,
    대안으로 광학적 특징의 만곡된 영역 만이, 또는 거친 영역이 유전 코팅으로 커버되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  32. 청구항 31에 있어서,
    다층 유전 코팅이 증착되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  33. 청구항 32에 있어서,
    광학적 특징만을 덮거나 쇼트 패스 필터로서 동작하는 기능을 가지는 전체 표면을 덮기 위하여 코팅이 패터닝되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  34. 청구항 21 내지 32 중 어느 하나의 항에 있어서,
    색상 변환 서브어셈블리에 청색광은 들어갈 수 있게 하나 녹색과 적색과 같이 더 긴 변환된 광을 반사시키는 쇼트 패스 필터가 있는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  35. 청구항 34에 있어서,
    대안으로 색상 변환기는 도파관으로 동작하고 불투명/반사 특징, 광학적 도파 기능을 제공하는 수정된 굴절률 투명층 및 수정되지 않은 굴절률 층이 있는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  36. 청구항 34에 있어서,
    대안으로 롱 패스 필터인 색상 변환기 및 롱 패스 필터가 색상 변환층 아래 위치한 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  37. 청구항 36에 있어서,
    롱 패스 필터는 변환된 광을 탈출할 수 있게 하지만, 청색의 변환되지 않은 광은 재활용하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  38. 청구항 34 내지 청구항 37 중 어느 하나의 항에 있어서,
    프로세스의 다음 단계에서 색상 변환기는 LED 층으로 옮겨져, 정렬되고 결합되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  39. 청구항 38에 있어서,
    색상 변환 서브어셈블리가 나머지 장치에 부착되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  40. 청구항 39에 있어서,
    색상 변환 서브어셈블리가 청색광으로 펌핑되고 적색/녹색 색상 변환층이 있는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  41. 청구항 40에 있어서,
    색상 변환 서브어셈블리는 청색광으로 펌핑되고 형광체 또는 양자점 또는 유기 다이 또는 그 조합 또는 투명/확산층(청색)이 있는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  42. 청구항 41에 있어서,
    투명 기판으로부터 수직 하방에 연장하여 불투명/흑색 마스크 또는 반사 마스크가 있는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  43. 청구항 42에 있어서,
    반사 마스크는 광을 재순환시키고, 크로스토크를 최소화시키고 디스플레이 콘트라스트를 향상시키는 능력을 가지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  44. 청구항 41에 있어서,
    색상 변환기는 청색광을 투과시키고 적색 및 녹색광을 반사시키는 능력을 가지는 층을 가지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  45. 청구항 42 또는 청구항 43에 있어서,
    대안으로, 필터가 색상 변환층 후에 위치될 때 청색광은 재순환하고 적색 및 녹색광은 투과되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  46. 청구항 42 내지 청구항 45 중 어느 하나의 항에 있어서,
    그 후 임시층이 제거되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  47. 청구항 46에 있어서,
    그 후 전자적 구동층이 LED 상의 금속 본드 패드로 옮겨지고 정렬되며 부착되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  48. 청구항 47에 있어서,
    금속 본드층은 저온 솔더에서 형성되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  49. 청구항 48에 있어서,
    직접 분자 결합(direct molecular bonding)이 저온 결합을 생성하기 위해 사용되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  50. 청구항 47 내지 청구항 49 중 어느 하나의 항에 있어서,
    전자적 구동층은 CMOS, TFT 또는 NMOS 층인 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  51. 청구항 1 내지 청구항 50 중 어느 하나의 항에 있어서,
    통합된 LED 마이크로 디스플레이는 적색 색상 변환 셀, 녹색 색상 변환 셀 및 (투명/확산층을 포함할 수 있는) 색상 변환 물질이 없는 청색 픽셀을 포함하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  52. 청구항 51에 있어서,
    통합된 컬러 LED 마이크로 디스플레이는 불투명/반사 매트릭스를 가지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  53. 청구항 1 내지 청구항 52 중 어느 하나의 항에 있어서,
    통합된 LED 마이크로 디스플레이는 적색 색상 변환 셀, 녹색 색상 변환 셀 및 색상 변환 물질을 포함하는 셀을 가지는 청색 픽셀의 매트릭스를 가지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  54. 청구항 1 내지 청구항 53 중 어느 하나의 항에 있어서,
    통합된 LED 마이크로 디스플레이는 적색 색상 변환 셀, 녹색 색상 변환 셀, 색상 변환 셀 및 불투명/반사 매트릭스를 가지는 청색 픽셀의 매트릭스를 가지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이를 제조하는 방법.
  55. 광의 파장을 변화시킬 수 있는 색상 변환기;
    색상 변환기에 연결되고 전기적 연결을 형성할 수 있고 색상 변환기로 광을 펌핑할 수 있는 마이크로 LED의 어레이; 및
    전자적 구동층의 형태의 백플레인 제어를 포함하고,
    LED는 색상 변환기로부터 방출된 광보다 더 짧은 파장으로 광을 펌핑하고 이로써 더 긴 파장에서 광을 생성하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  56. 청구항 55에 있어서,
    통합된 LED 마이크로 디스플레이는 청구항 1 내지 청구항 54 중 어느 하나의 항에 따라 형성되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  57. 청구항 55 또는 청구항 56에 있어서,
    색상 변환기는 색상 변환층, 기판, 투명층 및 마스크를 포함하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  58. 청구항 57에 있어서,
    색상 변환층은 형광체, 양자점, 유기적 물질 또는 그 조합으로 이루어지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  59. 청구항 57 또는 청구항 58에 있어서,
    기판은 유리, 사파이어, 실리콘, GaN, 탄화규소 또는 임의의 다른 적절한 물질로 이루어지는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  60. 청구항 57 내지 청구항 59 중 어느 하나의 항에 있어서,
    투명 기판은 청색광을 탈출할 수 있게 하거나 대안적으로 확산이나 산란 기능을 제공하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  61. 청구항 57 내지 청구항 60 중 어느 하나의 항에 있어서,
    마스크는 불투명/흑색 또는 반사성인 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  62. 청구항 55 내지 청구항 61 중 어느 하나의 항에 있어서,
    LED는 렌즈의 형태와 같은 광학적 특징을 포함하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  63. 청구항 62에 있어서,
    광학적 특징은 볼록한 형태이고 방출을 최대화하고 스펙트럼 크로스토크를 최소화하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  64. 청구항 55 내지 청구항 63 중 어느 하나의 항에 있어서,
    LED는 n 및 p 접점을 형성하기 위하여 증착되는 본드 패드를 포함하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  65. 청구항 55 내지 청구항 64 중 어느 하나의 항에 있어서,
    백플레인 제어는 본드 패드를 가지는 전자적 구동층을 포함하는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  66. 청구항 55 내지 청구항 65 중 어느 하나의 항에 있어서,
    전자적 구동층은 CMOS, TFT, NMOS 또는 BJT 기반 층인 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  67. 청구항 65 또는 청구항 66에 있어서,
    백플레인 제어 상의 본드 패드는 LED 상의 본드 패드에 부착되는 통합된 LED 마이크로 디스플레이.
  68. 전술되고 및/또는 도 1 내지 41 중 어느 하나의 도면에 도시된 통합된 LED 마이크로 디스플레이.

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