KR20220024710A - 다색 led 픽셀 유닛을 위한 시스템들 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
마이크로 다색 LED 디바이스는 다양한 색상들을 방출하기 위한 2개 이상의 LED 구조를 포함한다. 2개 이상의 LED 구조가 수직으로 적층되어, 2개 이상의 LED 구조로부터의 광이 수직으로 결합되고/거나, 수평으로 결합되고 일부 반사성 구조들을 통해 상향으로 반사된다. 일부 실시예들에서, 각각의 LED 구조는 픽셀 드라이버 및/또는 공통 전극에 연결된다. LED 구조들은 접합 층들을 통해 함께 접합된다. 일부 실시예들에서, 평탄화 층들은 LED 구조들 각각 또는 마이크로 다색 LED 디바이스를 에워싼다. 일부 실시예들에서, 반사성 층들, 굴절성 층들, 마이크로 렌즈들, 스페이서들, 및 반사성 컵 구조들 중 하나 이상이 디바이스에 구현되어 LED 방출 효율을 개선한다. 마이크로 3색 LED 디바이스들의 어레이를 포함하는 디스플레이 패널은 높은 해상도 및 높은 조명 휘도를 갖는다.
Description
관련 출원들
본 출원은, "Systems and Methods for Coaxial Multi-Color LED"라는 명칭으로 2019년 6월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/863,559호, "Light-Emitting Diode Chip Structures with Reflective Elements"라는 명칭으로 2020년 4월 21일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/013,358호, "Light-Emitting Diode Chip Structures with Reflective Elements"라는 명칭으로 2020년 4월 21일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/013,370호, "Systems and Methods for Multi-Color LED Pixel Unit with Vertical Light Emission"이라는 명칭으로 2020년 6월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/034,391호, 및 "Systems and Methods for Multi-Color LED Pixel Unit with Horizontal Light Emission"이라는 명칭으로 2020년 6월 3일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/034,394호를 우선권으로 주장하며, 상기 출원들 각각은 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 개시내용은 일반적으로 발광 다이오드(LED) 디스플레이 디바이스들에 관한 것으로, 더 상세하게는, 높은 휘도 및 마이크로미터 규모의 픽셀 크기로 상이한 색상들을 방출하는 LED 반도체 디바이스들을 위한 시스템들 및 제조 방법들에 관한 것이다.
최근 수년간의 미니 LED 및 마이크로 LED 기술의 발전으로, 소비자 디바이스들 및 응용들, 이를테면, 증강 현실(AR), 가상 현실(VR), 투영, 헤드-업 디스플레이(HUD), 모바일 디바이스 디스플레이들, 웨어러블 디바이스 디스플레이들, 및 자동차용 디스플레이들은, 개선된 해상도 및 휘도를 갖는 LED 패널들을 요구한다. 예컨대, 고글 내에 통합되고 착용자의 눈에 가깝게 위치되는 AR 디스플레이는, HD 해상도(1280 x 720 픽셀) 또는 더 높은 해상도를 여전히 요구하면서 손톱의 치수를 가질 수 있다. 많은 전자 디바이스들은, LED 패널들에 대해 특정 픽셀 크기, 인접한 픽셀들 사이의 거리, 휘도, 및 시야 각도를 요구한다. 종종, 소형 디스플레이 상에서 최대 해상도 및 휘도를 달성하려고 시도할 때, 해상도 및 휘도 요건들 둘 모두를 유지하는 것이 난제이다. 대조적으로, 일부 경우들에서, 픽셀 크기 및 휘도는, 이들이 대체로 상반 관계를 가질 수 있기 때문에 동시에 균형을 맞추기가 어렵다. 예컨대, 각각의 픽셀에 대해 높은 휘도를 얻는 것은 낮은 해상도를 초래할 수 있다. 대안적으로, 높은 해상도를 획득하는 것은 휘도를 낮아지게 할 수 있다.
일반적으로, 광범위한 색상들을 재현하기 위해 적어도 적색, 녹색, 및 청색 색상들이 중첩된다. 일부 예시들에서, 픽셀 영역 내에 적어도 적색, 녹색, 및 청색 색상들을 포함시키기 위해, 별개의 단색 LED들이 픽셀 영역 내의 상이한 비-중첩 구역에서 제조된다. 기존의 기술은, 인접한 LED들 사이의 거리가 결정될 때 각각의 픽셀 내의 유효 조명 영역을 개선하는 데 있어 난제에 직면한다. 다른 한편으로는, 단일 LED 조명 영역이 결정될 때, LED 패널의 전체 해상도를 추가로 개선하는 것은, 상이한 색상들을 갖는 LED들이 단일 픽셀 내의 그들의 지정된 구역들을 점유해야 하기 때문에 어려운 작업일 수 있다.
박막 트랜지스터(TFT) 기술과 결합된 능동 매트릭스 액정 디스플레이(LCD)들 및 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이들이 오늘날의 상업용 전자 디바이스들에서 점점 더 대중화되고 있다. 이러한 디스플레이들은 랩톱 개인용 컴퓨터들, 스마트폰들, 및 개인 휴대 정보 단말기들에서 광범위하게 사용된다. 수백만 개의 픽셀들이 함께 디스플레이 상에 이미지를 생성한다. TFT들은, 각각의 픽셀을 개별적으로 켜고 끄는 스위치들의 역할을 하여, 픽셀을 밝게 또는 어둡게 하며, 이는, 각각의 픽셀 및 전체 디스플레이의 편리하고 효율적인 제어를 허용한다.
그러나, 종래의 LCD 디스플레이들은, 높은 전력 소모 및 제한된 배터리 동작 시간을 야기하는 낮은 광 효율로부터 어려움을 겪는다. 능동 매트릭스 유기 발광 다이오드(AMOLED) 디스플레이 패널들은 일반적으로 LCD 패널들보다 적은 전력을 소모하지만, AMOLED 디스플레이 패널은 여전히 배터리 동작형 디바이스들에서 지배적인 전력 소모원일 수 있다. 배터리 수명을 연장시키기 위해, 디스플레이 패널의 전력 소모를 감소시키는 것이 바람직하다.
종래의 무기 반도체 발광 다이오드(LED)들은 우수한 광 효율을 나타내며, 이는, 능동 매트릭스 LED 디스플레이들을 배터리 동작형 전자기기에 대해 더 바람직하게 만든다. 드라이버 회로 및 발광 다이오드(LED)들의 어레이들이 사용되어 수백만 개의 픽셀들을 제어함으로써, 디스플레이 상에 이미지들이 렌더링된다. 단일-색 디스플레이 패널들 및 풀-컬러 디스플레이 패널들 둘 모두는 다양한 제조 방법들에 따라 제조될 수 있다.
그러나, 수천 개 또는 심지어 수백만 개의 마이크로 LED들을 픽셀 드라이버 회로 어레이와 통합하는 것은 상당히 난제이다. 다양한 제조 방법이 제안되었다. 하나의 접근법에서, 제어 회로가 하나의 기판 상에 제조되고, LED들은 별개의 기판 상에 제조된다. LED들은 중간 기판으로 전사되고, 원래의 기판은 제거된다. 이어서, 중간 기판 상의 LED들은, 제어 회로를 갖는 기판 상에 한 번에 하나씩 또는 몇 개씩 피킹(pick) 및 배치된다. 그러나, 이러한 제조 프로세스는 비효율적이고, 비용이 많이 들며, 신뢰가능하지 않다. 게다가, 마이크로 LED들을 대량 전사하기 위한 기존의 제조 툴들이 존재하지 않는다. 따라서, 새로운 툴들이 개발되어야 한다.
다른 접근법에서, 전체 LED 어레이는, 원래의 기판과 함께, 금속 접합을 사용하여 제어 회로에 정렬되고 접합된다. LED들이 그 위에 제조되는 기판이 최종 제품에 남아 있으며, 이는, 광 누화(cross-talk)를 야기할 수 있다. 부가적으로, 2개의 상이한 기판들 사이의 열적 부정합은 접합 계면에서 응력을 생성하며, 이는, 신뢰성 문제들을 야기할 수 있다. 또한, 다색 디스플레이 패널들은 전형적으로, 단일-색 디스플레이 패널들과 비교하여, 상이한 기판 물질들 상에 성장된 더 많은 LED들 및 상이한 색상 LED들을 요구하며, 그에 따라, 통상적인 제조 프로세스를 훨씬 더 복잡하고 비효율적이게 한다.
디스플레이 기술들은 오늘날의 상업용 전자 디바이스들에서 점점 더 대중화되고 있다. 이러한 디스플레이 패널들은, 액정 디스플레이 텔레비전(LCD TV)들 및 유기 발광 다이오드 텔레비전(OLED TV)들과 같은 고정식 대형 스크린들뿐만 아니라 랩톱 개인용 컴퓨터들, 스마트폰들, 태블릿들, 및 웨어러블 전자 디바이스들과 같은 휴대용 전자 디바이스들에서 광범위하게 사용된다. 고정식 대형 스크린들에 대한 개발의 대부분은, 다수의 시청자들을 수용하여 다양한 각도들에서 스크린을 볼 수 있게 하기 위해, 높은 시야 각도를 달성하는 것에 관한 것이다. 예컨대, 슈퍼 트위스티드 네마틱(STN; super twisted nematic) 및 막 보상 슈퍼 트위스티드 네마틱(FSTN; film compensated super twisted nematic)과 같은 다양한 액정 물질들이 디스플레이 패널 내의 각각의 그리고 모든 각각의 픽셀 광원의 큰 시야 각도를 달성하기 위해 개발되었다.
그러나, 대부분의 휴대용 전자 디바이스들 대부분은 주로 단일 사용자들을 위해 설계되고, 이러한 휴대용 디바이스들의 스크린 배향은 다수의 시청자를 수용하기 위한 큰 시야 각도 대신에 대응하는 사용자들에 대한 최상의 시야 각도가 되도록 조정되어야 한다. 예컨대, 사용자에 대한 적합한 시야 각도는 스크린 표면에 수직일 수 있다. 이러한 경우에서, 고정식 대형 스크린들과 비교하여, 큰 시야 각도에서 방출되는 광은 대부분 낭비된다. 부가적으로, 큰 시야 각도들은 공공 장소들에서 사용되는 휴대용 전자 디바이스들에 대한 프라이버시 우려들을 제기한다.
게다가, 액정 디스플레이(LCD), 디지털 미러 디바이스(DMD)들, 및 규소 상 액정(LCOS; liquid crystal on silicon)과 같은 수동 이미저 디바이스에 기반한 종래의 투영 시스템에서, 수동 이미저 디바이스 그 자체는 광을 방출하지 않는다. 구체적으로, 종래의 투영 시스템은, 광원으로부터 방출되는 시준된 광을 광학적으로 변조함으로써, 즉, 픽셀 레벨에서 광의 일부를, 예컨대, LCD 패널에 의해 투과시키거나, 또는 예컨대 DMD 패널에 의해 반사함으로써, 이미지들을 투영한다. 그러나, 투과되거나 반사되지 않은 광의 부분은 손실되며, 이는, 투영 시스템의 효율을 감소시킨다. 또한, 시준된 광을 제공하기 위해, 복잡한 조명 광학기기가 사용되어, 광원으로부터 방출되는 발산 광을 수집한다. 조명 광학기기는 시스템의 부피가 커지게 할 뿐만 아니라 시스템에 부가적인 광학 손실을 도입하며, 이는, 시스템의 성능에 추가로 영향을 준다. 종래의 투영 시스템에서, 전형적으로, 광원에 의해 생성된 조명 광의 10 % 미만이 투영 이미지를 형성하는 데 사용된다.
반도체 물질들로 만들어진 발광 다이오드(LED)들은 모노-컬러 또는 풀-컬러 디스플레이에서 사용될 수 있다. LED를 이용하는 현재의 디스플레이들에서, LED들은 일반적으로, 예컨대 LCD 또는 DMD 패널에 의해 광학적으로 변조될 광을 제공하기 위한 광원으로서 사용된다. 즉, LED에 의해 방출되는 광은 그 자체로는 이미지를 형성하지 않는다. 이미저 디바이스들로서 복수의 LED 다이들을 포함하는 LED 패널을 사용하는 LED 디스플레이들이 또한 연구되어 왔다. 그러한 LED 디스플레이에서, LED 패널은 자기-방출형 이미저 디바이스이며, 여기서, 각각의 픽셀은 하나의 LED 다이를 포함(모노-컬러 디스플레이)하거나 또는 각각이 원색들 중 하나를 나타내는 복수의 LED 다이들을 포함(풀-컬러 디스플레이)할 수 있다.
그러나, LED 다이들에 의해 방출되는 광은 자발적 방출로부터 생성되고, 그에 따라, 방향성이 아니어서, 큰 발산 각도를 초래한다. 큰 발산 각도는, 마이크로 LED 디스플레이에서 다양한 문제들을 야기할 수 있다. 한편으로는, 큰 발산 각도로 인해, 마이크로 LED들에 의해 방출되는 광의 작은 부분만이 활용될 수 있다. 이는, 마이크로 LED 디스플레이 시스템의 효율 및 휘도를 상당히 감소시킬 수 있다. 다른 한편으로는, 큰 발산 각도로 인해, 하나의 마이크로 LED 픽셀에 의해 방출되는 광이 그의 인접한 픽셀들을 조명할 수 있어서, 픽셀들 사이에서의 광 누화, 선명도의 손실, 및 대비의 손실을 야기할 수 있다. 큰 발산 각도를 감소시키는 종래의 솔루션들은 마이크로 LED로부터 방출되는 광을 전체로서 효과적으로 처리하지 못할 수 있고, 마이크로 LED로부터 방출되는 광의 중심 부분만을 활용하여, 더 비스듬한 각도들로 방출되는 광의 나머지를 활용되지 않은 채로 남겨 둘 수 있다.
그러므로, 다른 것들 중에서도, 위에 언급된 단점들을 해결하는 디스플레이 패널들을 위한 LED 구조를 제공하는 것이 바람직할 것이다.
위에 설명된 것들과 같은 종래의 디스플레이 시스템들의 단점들을 개선하고 해결하는 데 도움이 되는 개선된 다색 LED 설계들에 대한 필요성이 존재한다. 특히, 낮은 전력 소모를 효율적으로 유지하면서 동시에 휘도 및 해상도를 개선할 수 있는 LED 디바이스 구조에 대한 필요성이 존재한다. 그리고 또한, 사용자의 프라이버시에 대한 더 양호한 보호를 위한 감소된 시야 각도, 및/또는 감소된 전력 소모를 위한 감소된 광 낭비 및 픽셀들 사이의 감소된 광 간섭과 더 양호한 이미지들을 갖는 디스플레이 패널들에 대한 필요성이 존재한다.
본원에서 설명되는 다색 LED 디바이스는, 수직으로 적층된 적어도 3개의 마이크로 LED 구조를, 디바이스 구조의 상이한 층들에 그들을 배치하고 제어 전류들을 수신하기 위해 별개의 전극들을 활용함으로써 통합한다. 본원에서 개시되는 바와 같이 하나의 축을 따라 정렬되는 적어도 3개의 LED 구조를 배치함으로써, 시스템은 단일 픽셀 영역 내에서 광 조명 효율을 효과적으로 향상시키고, 동시에 LED 패널의 해상도를 개선한다.
피치는, 디스플레이 패널 상의 인접한 픽셀들의 중심들 사이의 거리를 지칭한다. 일부 실시예들에서, 피치는, 약 40 미크론으로부터, 약 20 미크론까지, 약 10 미크론까지, 그리고/또는 바람직하게는 약 5 미크론까지 또는 그 미만으로 변할 수 있다. 피치를 감소시키기 위해 많은 노력들이 이루어졌다. 피치 규격이 결정될 때 단일 픽셀 영역이 고정된다.
본원에서 설명되는 다색 동축 LED 시스템은, 상이한 색상들을 갖는 LED 구조들을 수용하기 위해 가외의 영역을 사용함이 없이 단일 픽셀 영역으로부터 상이한 색상들의 조합을 갖는 광을 방출하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 단일 픽셀의 풋프린트가 상당히 감소되고, 마이크로 LED 패널의 해상도가 개선될 수 있다. 그와 동시에, 하나의 마이크로 LED 디바이스 경계로부터의 상이한 색상의 광의 집중은, 단일 픽셀 영역 내에서 휘도를 크게 향상시킨다.
비효율적인 피킹 및 배치(pick and place) 프로세스들 또는 신뢰가능하지 않은 다수의 기판 접근법들에 의존하는, 마이크로 LED 디스플레이 칩들에 대한 종래의 제조 프로세스들과 비교하여, 본원에서 개시되는 다색 마이크로 LED 제조 프로세스들은 마이크로 LED 디바이스 제조의 효율 및 신뢰성을 효과적으로 증가시킨다. 예컨대, LED 구조들은, 중간 기판을 도입함이 없이, 픽셀 드라이버들을 갖는 기판 상에 직접 접합될 수 있으며, 이는, 제조 단계들을 단순화하고 그에 따라 LED 칩의 신뢰성 및 성능을 향상시킬 수 있다. 게다가, 마이크로 LED 구조들을 위한 기판이 최종 다색 디바이스에 남아 있지 않으며, 이에 따라, 누화 및 부정합이 감소될 수 있다. 게다가, 평탄화는 다색 마이크로 LED 내의 LED 구조들 중 어느 하나에 적용되거나 전체 다색 마이크로 LED에 적용되며, 그에 따라, 평탄화된 층들 내의 기존 구조들에 대한 더 적은 파괴와 함께 상이한 LED 구조들 및/또는 다른 층들의 직접 접합 또는 형성이 허용된다.
본원에서 설명되는 다색 마이크로 LED 디바이스들은, 수직 광 방출, 예컨대, 적층된 LED 구조들 각각으로부터의 광이 기판의 표면에 대해 실질적으로 수직으로 방출되는 것, 수평 광 방출, 예컨대, 적층된 LED 구조들 각각으로부터의 광이 기판의 표면에 대해 수평으로 방출되고 이어서 일부 반사성 구조들에 의해 실질적으로 수직으로 반사되는 것, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 수직으로 방출되는 광은 다색 마이크로 LED 디바이스 내의 모든 상이한 층들을 통과할 필요가 있으므로, 광 투과 및 광 반사를 개선하는 다양한 층들이 구현된다. 수직 광 방출과 비교하여, 적층된 LED 구조들 각각으로부터 수평으로 방출되는 광은 특정 구조 위의 모든 층들을 통과할 필요가 없다. 따라서, 수평 광 방출은, 더 양호한 광 투과 효율을 갖고 더 양호한 광 변별성을 초래할 수 있다.
다양한 실시예들은, 통합된 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 디스플레이 패널을 포함한다. 디스플레이 패널은 전형적으로, 대응하는 픽셀 드라이버 회로(예컨대, FET)들에 전기적으로 결합되는 픽셀 광원들(예컨대, LED들, OLED들)의 어레이를 포함한다. 마이크로 렌즈들의 어레이는 픽셀 광원들에 정렬되고, 픽셀 광원들에 의해 생성되는 광의 발산을 감소시키도록 위치된다. 디스플레이 패널은 또한, 마이크로 렌즈들과 픽셀 드라이버 회로들 사이의 위치결정을 유지하기 위해, 통합된 광학 스페이서를 포함할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이는, 픽셀 광원들에 의해 생성되는 광의 발산 각도 및 디스플레이 패널의 사용가능한 시야 각도를 감소시킨다. 이는 차례로, 전력 낭비를 감소시키고, 휘도를 증가시키고/거나 공공 장소들에서 사용자 프라이버시를 더 양호하게 보호한다.
통합된 마이크로 렌즈 어레이를 갖는 디스플레이 패널은 다양한 제조 방법을 사용하여 제조될 수 있어서, 다양한 디바이스 설계들을 초래한다. 일 양상에서, 마이크로 렌즈 어레이는, 픽셀 광원들을 갖는 기판의 메사(mesa)들 또는 돌출부들로서 직접 제조된다. 일부 양상들에서, 마이크로 렌즈 어레이들을 제조하는 데 사용될 수 있는 기법들은, 자기-조립, 고온 리플로우(reflow), 그레이스케일 마스크 포토리소그래피, 몰딩/임프린팅/스탬핑, 및 건식 식각 패턴 전사이다.
다른 양상들은, 제조 방법들, 응용들, 및 상기된 것 중 임의의 것과 관련된 다른 기술들을 포함하는 구성요소들, 디바이스들, 시스템들, 개선들, 방법들, 및 프로세스들을 포함한다.
일부 예시적인 실시예들은, 반도체 기판 상에 배치되고, 발광 구역, 예컨대, 다색 마이크로 LED 디바이스로부터의 광이 방출되는 구역을 둘러싸는 반사성 컵을 포함한다. 반사성 컵은 발광 구역으로부터 방출되는 광의 발산을 감소시키고 인접한 픽셀 유닛들 사이에서의 광 누화를 억제할 수 있다. 예컨대, 반사성 컵은 비스듬한 각도들의 광을 활용할 수 있으며, 이는, 높은 휘도 및 전력 효율적인 디스플레이를 위해 이러한 광을 수집하고 수렴시키는 데 있어 종래의 솔루션들보다 더 효율적이다. 게다가, 반사성 컵은, 인접한 픽셀 유닛들 내의 마이크로 LED들로부터 방출되는 광을 차단할 수 있으며, 이는, 픽셀 간 광 누화를 효과적으로 억제하고 색상 대비 및 선명도를 향상시킬 수 있다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들은 투영 휘도 및 대비를 개선할 수 있고, 따라서, 투영 응용들에서 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들은 또한 디스플레이의 광 방출 방향성을 개선할 수 있고, 따라서, 사용자에게 더 양호한 이미지 품질을 제공하고 직접-뷰 응용들에서 사용자의 프라이버시를 보호할 수 있다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들은 다수의 이점들을 제공할 수 있다. 하나의 이점은, 본 개시내용의 예시적인 실시예들이 픽셀 간 광 누화를 억제하고 휘도를 향상시킬 수 있다는 것이다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들은, 전력 효율적인 방식으로 단일 픽셀 내의 휘도를 향상시키면서 더 작은 피치에서 픽셀 간 광 누화를 억제할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스는, 반사성 컵과 통합된 하나 이상의 최상부 전극을 포함할 수 있다. 최상부 전극들은 최상부 전극 층과 전기적으로 연결될 수 있다. 반사성 컵과의 최상부 전극 통합은, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 구조를 더 컴팩트하게 하고 제조 프로세스를 간단하게 할 수 있다. 최상부 전극들의 채택으로, 반사성 컵은, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스의 공통 P 전극 또는 N 전극의 역할을 수행할 수 있고, 그에 따라, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스의 컴팩트한 구조를 제공할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 마이크로 LED 픽셀 유닛은 반사성 컵에 부가하여 마이크로 렌즈를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈는 발광 구역에 정렬되고, 광원으로부터 방출되는 광의 발산을 감소시키고 단일 픽셀 다색 LED 디바이스로부터의 사용가능한 시야 각도를 감소시키도록 위치될 수 있다. 예컨대, 마이크로 렌즈는 발광 구역에 동축으로 정렬될 수 있고, 발광 구역뿐만 아니라 반사성 컵의 최상부 상에 위치될 수 있다. 발광 구역으로부터 방출되는 광의 일부는 마이크로 렌즈에 직접 도달하여 그를 통과할 수 있고; 발광 중심으로부터 방출되는 광의 다른 부분은 반사성 컵에 도달하여 반사성 컵에 의해 반사된 다음 마이크로 렌즈에 도달하여 그를 통과할 수 있다. 따라서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스들을 사용하는 디스플레이들 및 패널들을 디스플레이들 및 패널들의 표면들에 수직인 한 명의 사용자가 볼 수 있는 정도까지, 발산이 감소될 수 있고 사용가능한 시야 각도가 감소될 수 있다. 이는 차례로, 전력 낭비를 감소시키고 휘도를 증가시킬 수 있고/거나 공공 장소들에서 사용자 프라이버시를 더 양호하게 보호한다. 다른 예에서, 마이크로 렌즈는 발광 구역에 동축으로 정렬되고, 방출되는 광 상에 위치되고, 반사성 컵에 의해 둘러싸일 수 있다. 발광 구역으로부터 방출되는 광의 일부는 마이크로 렌즈에 직접 도달하여 그를 통과할 수 있고; 발광 중심으로부터 방출되는 광의 다른 부분은 반사성 컵에 도달하여 반사성 컵에 의해 반사된 다음 마이크로 렌즈에 도달하여 그를 통과할 수 있고; 발광 중심으로부터 방출되는 광의 나머지는 마이크로 렌즈를 통과함이 없이 반사성 컵에 도달하여 그에 의해 반사될 수 있다. 따라서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스들을 사용하는 디스플레이들 및 패널들을 여러 명의 사용자들이 볼 수 있는 정도까지, 발산이 감소될 수 있고 사용가능한 시야 각도가 감소될 수 있다. 이는 또한, 전력 낭비를 감소시키고, 휘도를 증가시키고, 공공 장소들에서 사용자 프라이버시를 적절히 보호할 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스는 스페이서를 더 포함할 수 있다. 스페이서는, 마이크로 렌즈와 발광 구역 사이에 적절한 간격을 제공하도록 형성되는 광학적으로 투명한 층일 수 있다. 예컨대, 스페이서는, 마이크로 렌즈가 반사성 컵 위에 배치될 때, 마이크로 렌즈와 반사성 컵의 최상부 사이에 배치될 수 있다. 그에 따라, 발광 구역으로부터 방출되는 광은 스페이서를 통과한 다음 마이크로 렌즈를 통과할 수 있다. 스페이서는 또한, 발광 구역을 둘러싸는 매질의 굴절률을 증가시키기 위해, 반사성 컵에 의해 둘러싸인 영역을 채울 수 있다. 따라서, 스페이서는 발광 구역으로부터 방출되는 광의 광학 경로를 변경할 수 있다. 마이크로 렌즈의 채택으로, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스의 광 추출 효율이 증가되어, 예컨대, 마이크로 LED 디스플레이 패널의 휘도를 추가로 향상시킬 수 있다.
일부 예시적인 실시예들에서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스는 계단 형상 반사성 컵을 포함할 수 있다. 계단 형상 반사성 컵은, 발광 구역을 둘러싸는 캐비티를 포함할 수 있다. 캐비티는, 발광 구역을 둘러싸는 복수의 경사진 표면들에 의해 형성될 수 있다. 복수의 경사진 표면들에 의해 서브-캐비티들이 형성될 수 있고, 서브-캐비티들은 수평 방향으로 상이한 치수들을 가질 수 있다. 계단 형상 반사성 컵은 반도체 기판 상에 배치될 수 있다. 계단 형상 반사성 컵은 발광 구역으로부터 방출되는 광의 발산을 감소시키고 인접한 픽셀 유닛들 사이에서의 광 누화를 억제할 수 있다. 예컨대, 계단 형상 반사성 컵은, 비스듬한 각도들의 광을, 그들을 상이한 반사 방향들로 반사함으로써 활용할 수 있다. 게다가, 계단 형상 반사성 컵은, 인접한 픽셀 유닛들 내의 마이크로 LED들로부터 방출되는 광을 차단할 수 있으며, 이는, 픽셀 간 광 누화를 효과적으로 억제하고 색상 대비 및 선명도를 향상시킬 수 있다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들은 투영 휘도 및 대비를 개선할 수 있고, 따라서, 투영 응용들에서 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들은 또한 디스플레이의 광 방출 방향성을 개선할 수 있고, 따라서, 사용자에게 더 양호한 이미지 품질을 제공하고 직접-뷰 응용들에서 사용자의 프라이버시를 보호할 수 있다.
본원에서 설명되는 다색 마이크로 LED 디바이스들은 휘도 및 해상도를 동시에 개선할 수 있고, 최신 디스플레이 패널들, 특히, 높은 해상도 AR 디바이스들 및 가상 현실(VR) 안경에 적합하다.
일부 예시적인 실시예들은 디스플레이 패널을 위한 다색 마이크로 발광 다이오드(LED) 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: IC 기판 상에 형성되는 제1 색상 LED 구조 ― 제1 색상 LED 구조는 제1 발광 층을 포함하고, 제1 반사성 구조가 제1 발광 층의 최하부 상에 형성됨 ―; 제1 색상 LED 구조를 덮는, 평평한 최상부 표면을 갖는 제1 유전체 접합 층; 제1 유전체 접합 층의 평평한 최상부 표면 상에 형성되는 제2 색상 LED 구조 ― 제2 색상 LED 구조는 제2 발광 층을 포함하고, 제2 반사성 구조가 제2 발광 층의 최하부 상에 형성됨 ―; 제2 색상 LED 구조를 덮는, 평평한 최상부 표면을 갖는 제2 유전체 접합 층; 마이크로 LED 픽셀 유닛을 덮고, 제1 색상 LED 구조 및 제2 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층; 및 제1 색상 LED 구조 및 제2 LED 구조와 전기적으로 연결되는 IC 기판을 포함한다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: IC 기판 상에 형성되는 제1 색상 LED 구조 ― 제1 색상 LED 구조는 제1 발광 층을 포함하고, 제1 반사성 구조가 제1 발광 층의 최하부 상에 형성됨 ―; 제1 색상 LED 구조를 덮는, 평평한 최상부 표면을 갖는 제1 유전체 접합 층; 제1 유전체 접합 층의 평평한 최상부 표면 상에 형성되는 제2 색상 LED 구조 ― 제2 색상 LED 구조는 제2 발광 층을 포함하고, 제2 반사성 구조가 제2 발광 층의 최하부 상에 형성됨 ―; 제2 색상 LED 구조를 덮는, 평평한 최상부 표면을 갖는 제2 유전체 접합 층; 제2 유전체 접합 층의 평평한 최상부 표면 상에 형성되는 제3 색상 LED 구조 ― 제3 색상 LED 구조는 제3 발광 층을 포함하고, 제3 반사성 구조가 제3 발광 층의 최하부 상에 형성됨 ―; 제3 색상 LED 구조를 덮는, 평평한 최상부 표면을 갖는 제3 유전체 접합 층; 마이크로 LED 픽셀 유닛을 덮고, 제1 색상 LED 구조, 제2 색상 LED 구조, 및 제3 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층; 및 제1 색상 LED 구조, 제2 LED 구조, 및 제3 LED 구조와 전기적으로 연결되는 IC 기판을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 유전체 접합 층은 투명하고, 제2 유전체 접합 층은 투명하다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 구조는 적어도 하나의 제1 고반사율 층을 포함하고, 제2 반사성 구조는 적어도 하나의 제2 고반사율 층을 포함하고, 제3 반사성 구조는 적어도 하나의 제3 고반사율 층을 포함하며; 제1 고반사율 층, 제2 고반사율 층, 또는 제3 고반사율 층의 반사율은 60 % 초과이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 고반사율 층, 제2 고반사율 층, 또는 제3 고반사율 층의 물질은, Rh, Al, Ag, 및 Au 중 하나 이상으로부터 선택되는 금속이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 구조는, 상이한 굴절률들을 갖는 적어도 2개의 제1 고반사율 층을 포함하고; 제2 반사성 구조는, 상이한 굴절률들을 갖는 2개의 제2 고반사율 층을 포함하고; 제3 반사성 구조는, 상이한 굴절률들을 갖는 2개의 제3 고반사율 층을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 구조는 제1 고반사율 층 상의 제1 투명 층을 더 포함하고; 제2 반사성 구조는 제2 고반사율 층 상의 제2 투명 층을 더 포함하고; 제3 반사성 구조는 제3 고반사율 층 상의 제2 투명 층을 더 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 투명 층은 ITO 및 SiO2 중 하나 이상으로부터 선택되고; 제2 투명 층은 ITO 및 SiO2 중 하나 이상으로부터 선택되고; 제3 투명 층은 ITO 및 SiO2 중 하나 이상으로부터 선택된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 색상 LED 구조는 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층을 더 포함하고, 제2 색상 LED 구조는 제2 최하부 전극 전도성 접촉 층을 더 포함하고, 제3 색상 LED 구조는 제3 최하부 전극 전도성 접촉 층을 더 포함하고; 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층은 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층의 최하부에서 제1 접촉 비아에 의해 IC 기판과 전기적으로 연결되고; 제2 최하부 전극 전도성 접촉 층은 제1 유전체 접합 층을 통해 제2 접촉 비아에 의해 IC 기판과 전기적으로 연결되며; 제3 최하부 전극 전도성 접촉 층은 제2 유전체 층 및 제1 유전체 접합 층을 통해 제3 접촉 비아에 의해 IC 기판과 전기적으로 연결된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층은 투명하고, 제2 최하부 전극 전도성 접촉 층은 투명하고, 제3 최하부 전극 전도성 접촉 층은 투명하다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 연장 부분이 제1 발광 층의 일 측부로부터 연장되고; 제2 연장 부분이 제2 발광 층의 일 측부로부터 연장되고; 제3 연장 부분이 제2 발광 층의 일 측부로부터 연장되며; 최상부 접촉 비아가 제1 연장 부분, 제2 연장 부분, 및 제3 연장 부분을 제2 유전체 접합 층 및 제3 유전체 접합 층을 통해 최상부 전극 층에 연결한다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는 적어도: 반도체 기판; 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역; 및 발광 구역 주위에 형성되는 반사성 광학 격리 구조를 포함하고, 반사성 광학 격리 구조의 최상부는 발광 구역의 최상부보다 높다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 마이크로 렌즈가 발광 구역의 최상부 위에 있다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 광학 격리 구조의 최상부는 마이크로 렌즈의 최상부보다 높다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 광학 격리 구조는 최상부 개구를 갖고, 마이크로 렌즈의 측방향 영역은 최상부 개구의 것보다 작다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 제1 색상 LED 구조의 활성 방출 영역보다 크고; 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 제2 색상 LED 구조의 활성 방출 영역보다 크고; 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 제3 색상 LED 구조의 활성 방출 영역보다 크다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 색상 LED 구조, 제2 색상 LED 구조, 및 제3 색상 LED 구조의 측방향 치수들은 동일하다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 LED 구조, 제2 LED 구조, 및 제3 LED 구조는 동일한 중심 축을 갖는다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 유전체 접합 층은 투명하고, 제2 유전체 접합 층은 투명하고, 제3 유전체 접합 층은 투명하다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 구조의 두께는 5 nm 내지 10 nm이고; 제2 반사성 구조의 두께는 5 nm 내지 10 nm이고; 제3 반사성 구조의 두께는 5 nm 내지 10 nm이고; 제1 LED 구조의 두께는 300 nm 이하이고; 제2 LED 구조의 두께는 300 nm 이하이고; 제3 LED 구조의 두께는 300 nm 이하이다.
일부 예시적인 실시예들은 디스플레이 패널을 위한 다색 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: IC 기판 상에 형성되는, 제1 색상을 방출하는 제1 LED 구조; 제1 LED 구조를 덮는, 제1 평평한 최상부 표면을 갖는 제1 투명 유전체 접합 층; 제1 투명 유전체 접합 층의 제1 평평한 최상부 표면 상에 형성되는, 제2 색상을 방출하는 제2 LED 구조; 제2 LED 구조를 덮는, 제2 평평한 최상부 표면을 갖는 제2 투명 유전체 접합 층; 및 다색 마이크로 LED 픽셀 유닛을 덮고 제1 LED 구조 및 제2 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층을 포함하며; IC 기판은 제1 LED 구조 및 제2 LED 구조와 전기적으로 연결된다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: IC 기판 상에 형성되는 제1 색상 LED 구조; 제1 색상 LED 구조를 덮는, 평평한 최상부 표면을 갖는 제1 투명 유전체 접합 층; 제1 투명 유전체 접합 층의 평평한 최상부 표면 상에 형성되는 제2 색상 LED 구조; 제2 색상 LED 구조를 덮는, 평평한 최상부 표면을 갖는 제2 투명 유전체 접합 층; 제2 투명 유전체 접합 층의 평평한 최상부 표면 상에 형성되는 제3 색상 LED 구조; 제3 색상 LED 구조를 덮는, 평평한 최상부 표면을 갖는 제3 유전체 접합 층; 마이크로 LED 픽셀 유닛을 덮고, 제1 색상 LED 구조, 제2 색상 LED 구조, 및 제3 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층; 및 제1 색상 LED 구조, 제2 LED 구조, 및 제3 LED 구조와 전기적으로 연결되는 IC 기판을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 구조는 제1 색상 LED 구조의 최하부에 형성되고; 제2 반사성 구조는 제2 색상 LED 구조의 최하부에 형성되고; 제3 반사성 구조는 제3 색상 LED 구조의 최하부에 형성된다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: IC 기판; 적어도 하나의 종류의 LED 구조 및 적어도 유전체 접합 층을 포함하는, IC 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 유전체 접합 층 각각은 모든 각각의 LED 구조의 표면을 덮는 평평한 최상부 표면을 가짐 ―; 마이크로 LED 픽셀 유닛을 덮고 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― IC 기판은 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 연결됨 ―; 및 발광 구역을 둘러싸는, 캐비티를 갖는 계단 형상 반사성 컵 구조를 포함한다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: 반도체 기판; 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역; 발광 구역 주위에 형성되는 반사성 광학 격리 구조; 및 반사성 광학 격리 구조와 발광 구역 사이에 형성되는 굴절성 구조를 포함한다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: 반도체 기판; 적어도 하나의 종류의 LED 구조 및 적어도 투명 유전체 접합 층을 포함하는, 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 투명 유전체 접합 층 각각은 모든 각각의 LED 구조의 표면을 덮는 평평한 최상부 표면을 가짐 ―; 마이크로 LED 픽셀 유닛을 덮고 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― IC 기판은 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 연결됨 ―; 발광 구역 주위에 형성되는 계단 형상 반사성 컵 구조; 및 계단 형상 반사성 컵 구조와 발광 구역 사이에 형성되는 굴절성 구조를 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 컵 구조는 최상부 개구를 갖고, 마이크로 렌즈의 측방향 영역은 최상부 개구의 것보다 작다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는, 반도체 기판; 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역; 발광 구역을 둘러싸는 부유(floating) 반사성 광학 격리 구조를 포함하고, 부유 반사성 광학 격리 구조는 반도체 기판 위의 일정 거리에 위치된다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는, 반도체 기판; 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역; 발광 구역을 둘러싸는 반사성 광학 격리 구조; 발광 구역을 덮고 반사성 광학 격리 구조에 전기적으로 연결되는 최상부 전극 층을 포함하고, 최상부 전극 층은 반사성 광학 격리 구조와 전기적으로 접촉한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 최상부 전극 층의 가장자리는 반사성 광학 격리 구조와 접촉한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 발광 구역은: 적어도 하나의 종류의 LED 구조 및 적어도 유전체 접합 층; 마이크로 LED 픽셀 유닛을 덮고 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층을 포함하고, 반도체 기판은 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 연결된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 광학 격리 구조는 부유 반사성 구조이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 광학 격리 구조는 계단 형상 반사성 컵 구조이다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는 적어도, 반도체 기판; 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역; 발광 구역을 둘러싸는 부유 반사성 광학 격리 구조 ― 부유 반사성 광학 격리 구조는 반도체 기판 위의 일정 거리에 위치됨 ―; 및 발광 구역의 최상부 상에 형성되는 최상부 전극 층 ― 최상부 전극 층은 부유 반사성 광학 격리 구조와 접촉함 ― 을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 발광 구역은, 적어도 하나의 종류의 LED 구조, 및 각각의 LED 구조의 최하부에 있는 접합 층을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 색상 LED 구조는 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층을 더 포함하고, 제2 색상 LED 구조는 제2 최하부 전극 전도성 접촉 층을 더 포함하고; 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층은 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층의 최하부에서 제1 접촉 비아에 의해 IC 기판과 전기적으로 연결되고; 제2 최하부 전극 전도성 접촉 층은 제1 유전체 접합 층을 통해 제2 접촉 비아에 의해 IC 기판과 전기적으로 연결된다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는, 반도체 기판; 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역; 발광 구역을 덮고 발광 구역과 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층; 발광 구역 주위에 형성되는 반사성 컵 구조 ― 최상부 전극 층은 반사성 컵 구조와 전기적으로 연결되고, 반도체 기판은 반사성 컵 구조와 전기적으로 연결됨 ―; 및 반사성 컵 구조와 발광 구역 사이에 형성되는 굴절성 구조를 포함한다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: 반도체 기판; 적어도 하나의 종류의 LED 구조 및 모든 각각의 LED 구조의 최하부에 있는 접합 층을 포함하는, 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 각각의 LED 구조는 발광 층 및 발광 층의 최하부에 있는 최하부 반사성 구조를 포함함 ―; 마이크로 LED 픽셀 유닛을 덮고 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 반도체 기판은 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 연결됨 ―; 발광 구역 주위에 형성되는 반사성 컵 구조; 및 반사성 컵 구조와 발광 구역 사이에 형성되는 굴절성 구조를 포함한다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: 반도체 기판; 적어도 하나의 종류의 LED 구조 및 모든 각각의 LED 구조의 최하부에 있는 접합 층을 포함하는, 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― LED 구조는 발광 층 및 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―; LED 구조 픽셀 유닛을 덮고 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 반도체 기판은 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 연결됨 ―; 및 발광 구역을 둘러싸는 계단형 반사성 컵 구조 ― 수평 레벨을 따라 제1 발광 층 및 제2 발광 층의 측벽들로부터 방출되는 광은 계단형 반사성 컵 구조에 도달하여 계단형 반사성 컵 구조에 의해 상향으로 반사되고, 계단형 반사성 컵 구조의 최상부는 발광 구역의 최상부보다 높음 ― 를 포함한다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: 반도체 기판; 적어도 하나의 종류의 LED 구조 및 모든 각각의 LED 구조의 최하부에 있는 금속 접합 층을 포함하는, 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― LED 구조는 발광 층 및 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―; 마이크로 LED 픽셀 유닛을 덮고 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 반도체 기판은 모든 각각의 색상 LED 구조와 전기적으로 연결됨 ―; 및 발광 구역을 둘러싸는 부유 반사성 컵 구조 ― 부유 반사성 컵 구조는 반도체 기판으로부터 일정 거리에 위치되고, 수평 레벨을 따라 제1 발광 층 및 제2 발광 층의 측벽들로부터 방출되는 광은 부유 반사성 컵에 도달하여 부유 반사성 컵에 의해 상향으로 반사됨 ― 를 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 부유 반사성 컵 구조의 최하부는 반도체 기판의 최상부 표면보다 높다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 부유 반사성 컵 구조는 계단 형상 반사성 컵 구조이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 LED 구조는 제1 평탄화된 투명 유전체 층 내에 매립된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 평탄화된 투명 유전체 층은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들로 구성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제2 LED 구조는 제2 평탄화된 투명 유전체 층 내에 매립된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제2 평탄화된 투명 유전체 층은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들로 구성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 투명 유전체 접합 층은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들로 구성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 LED 구조는 제1 LED 구조의 최하부 상에 형성되는 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층을 포함하고; 제2 LED 구조는 제2 LED 구조의 최하부 상에 형성되는 제2 최하부 전극 전도성 접촉 층을 포함하고; 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층은 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층의 최하부에서 제1 비아에 있는 제1 접촉부에 의해 IC 기판과 전기적으로 연결되고; 제2 최하부 전극 전도성 접촉 층은 제1 투명 유전체 접합 층을 통해 제2 비아에 있는 제2 접촉부에 의해 IC 기판과 전기적으로 연결된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 최하부 전극 전도성 접촉 층은 투명하고, 제2 최하부 전극 전도성 접촉 층은 투명하다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 LED 구조는 제1 발광 층을 포함하고; 제1 측부 부분은 제1 발광 층의 측부로부터 연장되고; 제2 LED 구조는 제2 발광 층을 포함하고; 제2 측부 부분은 제2 발광 층의 측부로부터 연장되고; 제3 비아에 있는 제3 접촉부는 제1 측부 부분 및 제2 측부 부분을 제2 투명 유전체 접합 층을 통해 최상부 전극 층에 연결한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 광학 격리 구조가 마이크로 LED 픽셀 유닛 주위에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 광학 격리 구조는 반사성 컵이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 LED 구조의 측방향 치수는 제2 LED 구조의 측방향 치수와 동일하다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 LED 구조 및 제2 LED 구조는 동일한 중심 축을 갖는다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 층이 제1 LED 구조의 최하부에 형성되고; 제2 반사성 층이 제2 LED 구조의 최하부에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 층의 두께는 5 내지 10 nm이고; 제2 반사성 층의 두께는 5 내지 10 nm이고; 제1 LED 구조의 두께는 300 nm 이하이고; 제2 LED의 두께는 300 nm 이하이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 접합 금속 층이 제1 LED 구조의 최하부에 형성된다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 광 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는, IC 기판 상에 형성되는 제1 색상 LED 구조 ― 제1 색상 LED 구조는 제1 발광 층을 포함하고, 제1 반사성 구조가 제1 발광 층의 최하부 상에 형성됨 ―; 제1 색상 LED 구조의 최하부에 형성되고, IC 기판 및 제1 색상 LED 구조를 접합하도록 구성되는 제1 접합 금속 층; 제1 색상 LED 구조의 최상부 상에 형성되는 제2 접합 금속 층; 제2 접합 금속 층 상에 형성되는 제2 색상 LED 구조 ― 제2 색상 LED 구조는 제2 발광 층을 포함하고, 제2 반사성 구조가 제2 발광 층의 최하부 상에 형성됨 ―; 제1 색상 LED 구조 및 제2 색상 LED 구조를 덮고, 제1 색상 LED 구조 및 제2 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― IC 기판은 제1 색상 LED 구조 및 제2 색상 LED 구조와 전기적으로 연결됨 ―; 및 제1 색상 LED 구조 및 제2 색상 LED 구조를 둘러싸는 반사성 컵 ― 수평 방향으로 제1 발광 층 및 제2 발광 층으로부터 방출되는 광은 반사성 컵에 도달하여 반사성 컵에 의해 상향으로 반사됨 ― 을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 구조는 적어도 하나의 제1 반사성 층을 포함하고, 제2 반사성 구조는 적어도 하나의 제2 반사성 층을 포함하며, 제1 반사성 층 또는 제2 반사성 층의 반사율은 60 % 초과이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 층 또는 제2 반사성 층의 물질은 Rh, Al, Ag, 또는 Au 중 하나 이상을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 구조는 2개의 제1 반사성 층을 포함하고, 2개의 제1 반사성 층의 굴절률들은 상이하며, 제2 반사성 구조는 2개의 제2 반사성 층을 포함하고, 2개의 제2 반사성 층의 굴절률들은 상이하다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 2개의 제1 반사성 층은 각각 SiO2 및 Ti3O5를 포함하고, 2개의 제2 반사성 층은 각각 SiO2 및 Ti3O5를 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 반사성 구조는 제1 반사성 층 상의 제1 투명 층을 더 포함하고, 제2 반사성 구조는 제2 반사성 층 상의 제2 투명 층을 더 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 투명 층은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 SiO2 중 하나 이상을 포함하고, 제2 투명 층은 ITO 또는 SiO2 중 하나 이상을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 색상 LED 구조는 제1 최하부 전도성 접촉 층 및 제1 최상부 전도성 접촉 층을 더 포함하고, 제2 색상 LED 구조는 제2 최하부 전도성 접촉 층 및 제2 최상부 전도성 접촉 층을 더 포함하고; 제1 발광 층은 제1 최하부 전도성 접촉 층과 제1 최상부 전도성 접촉 층 사이에 있고, 제2 발광 층은 제2 최하부 전도성 접촉 층과 제2 최상부 전도성 접촉 층 사이에 있고; 제1 최하부 전도성 접촉 층은 제1 접촉 비아를 통해 제1 반사성 구조 및 제1 접합 금속 층을 통해서 IC 기판과 전기적으로 연결되고, 제2 최하부 전도성 접촉 층은 제2 접촉 비아를 통해 IC 기판과 전기적으로 연결되고; 제1 최상부 전도성 접촉 층의 가장자리는 최상부 전극 층과 접촉하고, 제2 최상부 전도성 접촉 층의 최상부 표면은 최상부 전극 층과 접촉한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 컵의 물질은 금속을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 마이크로 렌즈가 최상부 전극 층 위에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 스페이서가 마이크로 렌즈와 최상부 전극 층 사이에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 스페이서의 물질은 산화규소를 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 제1 LED 구조의 활성 방출 영역의 측방향 치수보다 크고; 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 제2 LED 구조의 활성 방출 영역의 측방향 치수보다 크다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 색상 LED 구조 및 제2 색상 LED 구조는 동일한 측방향 치수를 갖는다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 제1 색상 LED 구조 및 제2 색상 LED 구조는 동일한 중심 축을 갖는다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 적어도 하나의 제1 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있고, 적어도 하나의 제2 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있으며, 제1 색상 LED 구조의 두께는 300 nm 이하이고, 제2 색상 LED 구조의 두께는 300 nm 이하이다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: IC 기판; 복수의 색상 LED 구조들을 포함하는, IC 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 발광 구역 내의 대응하는 접합 금속 층에 연결되고, 복수의 색상 LED 구조들 각각은 발광 층 및 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―; 복수의 색상 LED 구조들 각각을 덮고 복수의 색상 LED 구조들 각각에 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― IC 기판은 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 연결됨 ―; 및 발광 구역을 둘러싸는, 캐비티를 형성하는 계단 형상 반사성 컵 ― 수평 방향으로 복수의 색상 LED 구조들 각각의 발광 층의 측벽들로부터 방출되는 광은 반사성 컵에 도달하여 반사성 컵에 의해 상향으로 반사됨 ― 을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 캐비티의 내측 측벽은 복수의 경사진 표면들을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, IC 기판의 표면에 대한 복수의 경사진 표면들의 각도들은, 캐비티의 최하부로부터 최상부로, 더 작아진다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 복수의 경사진 표면들에 의해 형성되는 서브-캐비티들은 수평 방향으로 상이한 치수들을 갖는다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 서브-캐비티들의 내측 측벽들은 동일한 평면에 배열되지 않는다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 서브-캐비티들의 높이들은 상이하다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 캐비티의 중간에 있는 서브-캐비티의 높이는 다른 서브-캐비티들의 높이들보다 작다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 캐비티의 최상부에 있는 서브-캐비티의 높이는 캐비티의 최하부에 있는 서브-캐비티의 높이보다 크다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 복수의 색상 LED 구조들은 최상부 색상 LED 구조를 더 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 캐비티의 최상부는 최상부 색상 LED 구조의 최상부보다 높다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 캐비티는 복수의 서브-캐비티들을 포함하고, 복수의 색상 LED 구조들 각각은 서브-캐비티들 중 제각기 상이한 서브-캐비티 내에 있다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 투명 유전체 접합 층은 복수의 색상 LED 구조들 중 적어도 하나를 덮고, 투명 유전체 접합 층은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 고체 무기 물질들은, SiO2, Al2O3, Si3N4, 포스포실리케이트 유리(PSG), 및 보로포스포실리케이트 유리(BPSG)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 플라스틱 물질들은, SU-8, PermiNex, 벤조시클로부텐(BCB), 및 스핀 온 글래스(SOG; spin-on glass)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 중합체를 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 복수의 색상 LED 구조들 각각은 최하부 전도성 접촉 층 및 최상부 전도성 접촉 층을 포함하고, 발광 층은 최하부 전도성 접촉 층과 최상부 전도성 접촉 층 사이에 형성되고; 최하부 전도성 접촉 층은 접촉 비아를 통해 반사성 구조 및 대응하는 접합 금속 층을 통해서 IC 기판과 전기적으로 연결되고, 최상부 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 최상부 표면이 최상부 전극 층과 접촉하고, 최상부 색상 LED 구조 아래의 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 가장자리가 최상부 전극 층과 접촉한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 최상부 색상 LED 구조 아래의 색상 LED 구조의 발광 층의 일 측부로부터 연장 부분이 연장되고, 접촉 비아는 연장 부분을 최상부 전극 층에 연결한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 복수의 색상 LED 구조들 각각의 발광 치수보다 크다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 복수의 색상 LED 구조들은 동일한 중심 축을 갖는다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 구조는 반사성 층을 포함하고, 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있고, 복수의 색상 LED 구조들 각각의 두께는 300 nm 이하이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 최상부 전극 층의 물질은, 그래핀, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 및 플루오린 도핑된 산화주석(FTO)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: 반도체 기판; 복수의 색상 LED 구조들을 포함하는, 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 발광 구역 내의 대응하는 접합 금속 층에 연결되고, 복수의 색상 LED 구조 각각은 발광 층 및 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―; 복수의 색상 LED 구조들 각각을 덮고 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 반도체 기판은 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 연결됨 ―; 발광 구역을 둘러싸는 반사성 컵; 및 반사성 컵과 발광 구역 사이에 형성되는 굴절성 구조를 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 마이크로 렌즈가 굴절성 구조의 최상부 표면 상에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 발광 구역의 측방향 치수 이상이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 컵은 최상부 개구 영역을 갖고, 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 최상부 개구 영역의 측방향 치수보다 작다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 최하부 유전체 층이 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판 사이에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 최상부 전도성 층이 발광 구역의 최상부 상에 형성되고, 최상부 전도성 층은 반사성 컵과 전기적으로 연결된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 최상부 전도성 층은 반사성 컵의 최상부 또는 반사성 컵의 최하부와 직접 접촉한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 굴절성 구조의 최상부는 반사성 컵의 최상부보다 높다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반도체 기판은 IC 기판이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 컵은, 발광 구역을 에워싸는 캐비티를 형성하는 계단 형상 반사성 컵이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 복수의 경사진 표면들에 의해 형성되는 서브-캐비티들은 수평 방향으로 상이한 치수들을 갖는다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 복수의 색상 LED 구조들 각각은 개개의 색상 LED 구조의 일 측부로부터 연장되는 개개의 연장 부분을 포함하고, 개개의 연장 부분은 개개의 제1 접촉 비아를 통해 최상부 전극 층과 전기적으로 연결되고, 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 개개의 제2 접촉 비아를 통해 반도체 기판과 전기적으로 연결된다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: 반도체 기판; 복수의 색상 LED 구조들을 포함하는, 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 발광 구역 내의 대응하는 접합 금속 층에 연결되고, 복수의 색상 LED 구조들 각각은 발광 층 및 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―; 복수의 색상 LED 구조들 각각을 덮고 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 반도체 기판은 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 연결됨 ―; 및 발광 구역을 둘러싸는 반사성 컵 ― 수평 방향으로 복수의 색상 LED 구조들 각각의 발광 층의 측벽들로부터 방출되는 광은 반사성 컵에 도달하여 반사성 컵에 의해 상향으로 반사되고, 반사성 컵의 최상부는 발광 구역의 최상부보다 높음 ― 을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 마이크로 렌즈가 발광 구역 위에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 컵의 최상부는 마이크로 렌즈의 최상부보다 높다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 굴절성 구조가 마이크로 렌즈의 최하부에 있고 반사성 컵과 발광 구역 사이에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 발광 구역의 최하부는 반도체 기판과 전기적으로 연결된다.
일부 예시적인 실시예들은 마이크로 LED 픽셀 유닛을 제공하며, 이는: 반도체 기판; 복수의 색상 LED 구조들을 포함하는, 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 발광 구역 내의 대응하는 접합 금속 층에 연결되고, 복수의 색상 LED 구조들 각각은 발광 층 및 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―; 복수의 색상 LED 구조들 각각을 덮고 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 반도체 기판은 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 연결됨 ―; 및 발광 구역을 둘러싸는 부유 반사성 컵 ― 부유 반사성 컵의 최하부는 반도체 기판 위에 있고, 수평 방향으로 복수의 색상 LED 구조들 각각의 발광 층의 측벽들로부터 방출되는 광은 매달린 부유 반사성 컵에 도달하여 매달린 부유 반사성 컵에 의해 상향으로 반사됨 ― 을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 부유 반사성 컵의 최하부는 복수의 색상 LED 구조들 중 하나의 최하부에서의 대응하는 접합 금속 층의 최상부 표면보다 높다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 부유 반사성 컵은 계단 형상이다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 부유 반사성 컵의 최상부는 마이크로 렌즈의 최상부보다 높다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 굴절성 구조가 마이크로 렌즈의 최하부에 있고 부유 반사성 컵과 발광 구역 사이에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 부유 반사성 컵은 최상부 개구 영역을 갖고, 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 최상부 개구 영역의 측방향 치수보다 작다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 최하부 유전체 층이 부유 반사성 컵과 반도체 기판 사이에 형성된다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 최상부 전극 층은 부유 반사성 컵의 최상부 또는 부유 반사성 컵의 최하부에 직접 접촉한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 계단 형상 부유 반사성 컵은 발광 구역을 에워싸는 캐비티를 형성한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 부유 반사성 컵의 물질은 금속을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 구조는 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부에 각각 형성되는 반사성 층을 포함한다.
마이크로 LED 픽셀 유닛의 일부 예시적인 실시예들 또는 선행하는 예시적인 실시예들의 임의의 조합에서, 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있고, 복수의 색상 LED 구조들 각각의 두께는 300 nm 이하이다.
본원에서 개시되는 다색 LED 디바이스들 및 시스템들의 컴팩트한 설계는 광 방출 LED 구조들의 측방향 중첩을 활용하며, 그에 의해, LED 디스플레이 시스템들의 광 방출 효율, 해상도, 및 전체 성능이 개선된다. 또한, 다색 LED 디스플레이 시스템들의 제조는 가외의 기판들을 사용하거나 유지하지 않으면서 LED 구조 패턴들을 신뢰가능하고 효율적으로 형성할 수 있다. 일부 예시들에서, 본원에서 개시되는 디스플레이 디바이스들 및 시스템들의 설계는, 다색 LED 디바이스의 형상에 대한 마이크로 렌즈 물질의 형상의 정합(conformity)을 활용함으로써 기판 상의 다색 LED 디바이스들의 최상부 상의 마이크로 렌즈의 직접 형성을 활용하며, 그에 의해, 마이크로 렌즈 제조의 단계들이 크게 감소되고 디스플레이 패널 구조 형성의 효율이 개선된다. 감소된 시야 각도 및 감소된 광 간섭은 디스플레이 시스템들의 광 방출 효율, 해상도, 및 전체 성능을 개선한다. 그에 따라, 다색 LED 디스플레이 시스템들의 구현은, 종래의 LED들의 사용과 비교하여, AR 및 VR, HUD, 모바일 디바이스 디스플레이들, 웨어러블 디바이스 디스플레이들, 높은 해상도 소형 투영기들, 및 자동차용 디스플레이들에 대한 엄격한 디스플레이 요건들을 충족시킬 수 있다.
위에서 설명된 다양한 실시예들은 본원에서 설명되는 임의의 다른 실시예들과 조합될 수 있다는 것을 유의한다. 본 명세서에서 설명되는 특징들 및 이점들은 전부를 포괄하는 것이 아니며, 특히, 많은 부가적인 특징들 및 이점들이 도면들, 명세서, 및 청구항들을 고려하여 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 더욱이, 본 명세서에 사용되는 언어는 주로 가독성 및 교육적 목적들을 위해 선택되었으며, 본 발명의 주제를 기술하거나 제한하기 위해 선택되지 않았을 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
본 개시내용이 더 상세히 이해될 수 있도록, 더 상세한 설명이 다양한 실시예들의 특징들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 본 개시내용의 관련 특징들을 예시할 뿐이며, 따라서, 제한적인 것으로 간주되지 않아야 하는데, 이는 본 설명이 다른 유효한 특징들을 허용할 수 있기 때문이다.
도 1a는 일부 실시예들에 따른 단일 픽셀 3색(tri-color) LED 디바이스(100)의 상면도이다.
도 1b는 일부 실시예들에 따른, 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 1c는 일부 실시예들에 따른, 도 1a의 대각선(150)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(150)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른, 평탄화를 이용한, 도 1a의 대각선(102)을 따른 평탄화가 있는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 3b는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(150)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 4a는 일부 실시예들에 따른, 계층화된 평탄화가 있는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 상면도이다.
도 4b는 일부 실시예들에 따른, 계층화된 평탄화가 있는 도 4a의 대각선(402)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 단면도이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 굴절성 구조를 갖는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(500)의 단면도이다.
도 6a는 일부 실시예들에 따른, 반사성 구조 위에 마이크로 렌즈를 갖는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(600)의 단면도이다.
도 6b는 일부 실시예들에 따른, 반사성 구조에 의해 형성된 영역 내에 마이크로 렌즈를 갖는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(600)의 단면도이다.
도 6c는 일부 실시예들에 따른, 하향식 패턴 전사를 사용하여 마이크로 렌즈 어레이와 통합된 디스플레이 패널을 형성하기 위한 제조 방법을 예시한다.
도 6d는 일부 실시예들에 따른, 하향식 패턴 전사를 사용하여 마이크로 렌즈 어레이와 통합된 디스플레이 패널을 형성하기 위한 제조 방법을 예시한다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 기판(104) 상의, 도 1a의 대각선(이를테면, 102)을 따른 3개의 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(710, 720, 및 730)의 단면도(700)이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 도 4a의 대각선(이를테면, 402)을 따른, 계단 형상 반사성 컵을 갖는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(800)의 단면도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 도 4a의 대각선(이를테면, 402)을 따른, 부유 반사성 컵을 갖는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(900)의 단면도이다.
도 10a는 일부 실시예들에 따른, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들의 매트릭스(1000)를 예시하는 회로도이다.
도 10b는 일부 실시예들에 따른, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들의 매트릭스(1000)를 예시하는 회로도이다.
도 11은 일부 실시예들에 따른, 마이크로 LED 디스플레이 패널(1100)의 상면도이다.
통상적인 관행에 따라, 도면들에 예시된 다양한 피쳐들은 실측으로 도시되지 않을 수 있다. 그에 따라서, 다양한 피쳐들의 치수들은 명확성을 위해 임의적으로 확대되거나 축소될 수 있다. 게다가, 도면들 중 일부는 주어진 시스템, 방법, 또는 디바이스의 구성요소들 모두를 도시하지는 않을 수도 있다. 마지막으로, 동일한 참조 번호들은 명세서 및 도면들 전체에 걸쳐 동일한 특징들을 나타내기 위해 사용될 수 있다.
도 1a는 일부 실시예들에 따른 단일 픽셀 3색(tri-color) LED 디바이스(100)의 상면도이다.
도 1b는 일부 실시예들에 따른, 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 1c는 일부 실시예들에 따른, 도 1a의 대각선(150)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(150)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른, 평탄화를 이용한, 도 1a의 대각선(102)을 따른 평탄화가 있는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 3b는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(150)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 4a는 일부 실시예들에 따른, 계층화된 평탄화가 있는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 상면도이다.
도 4b는 일부 실시예들에 따른, 계층화된 평탄화가 있는 도 4a의 대각선(402)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 단면도이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 굴절성 구조를 갖는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(500)의 단면도이다.
도 6a는 일부 실시예들에 따른, 반사성 구조 위에 마이크로 렌즈를 갖는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(600)의 단면도이다.
도 6b는 일부 실시예들에 따른, 반사성 구조에 의해 형성된 영역 내에 마이크로 렌즈를 갖는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(600)의 단면도이다.
도 6c는 일부 실시예들에 따른, 하향식 패턴 전사를 사용하여 마이크로 렌즈 어레이와 통합된 디스플레이 패널을 형성하기 위한 제조 방법을 예시한다.
도 6d는 일부 실시예들에 따른, 하향식 패턴 전사를 사용하여 마이크로 렌즈 어레이와 통합된 디스플레이 패널을 형성하기 위한 제조 방법을 예시한다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 기판(104) 상의, 도 1a의 대각선(이를테면, 102)을 따른 3개의 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(710, 720, 및 730)의 단면도(700)이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 도 4a의 대각선(이를테면, 402)을 따른, 계단 형상 반사성 컵을 갖는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(800)의 단면도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 도 4a의 대각선(이를테면, 402)을 따른, 부유 반사성 컵을 갖는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(900)의 단면도이다.
도 10a는 일부 실시예들에 따른, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들의 매트릭스(1000)를 예시하는 회로도이다.
도 10b는 일부 실시예들에 따른, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들의 매트릭스(1000)를 예시하는 회로도이다.
도 11은 일부 실시예들에 따른, 마이크로 LED 디스플레이 패널(1100)의 상면도이다.
통상적인 관행에 따라, 도면들에 예시된 다양한 피쳐들은 실측으로 도시되지 않을 수 있다. 그에 따라서, 다양한 피쳐들의 치수들은 명확성을 위해 임의적으로 확대되거나 축소될 수 있다. 게다가, 도면들 중 일부는 주어진 시스템, 방법, 또는 디바이스의 구성요소들 모두를 도시하지는 않을 수도 있다. 마지막으로, 동일한 참조 번호들은 명세서 및 도면들 전체에 걸쳐 동일한 특징들을 나타내기 위해 사용될 수 있다.
첨부된 도면들에 예시된 예시적인 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 세부사항들이 본원에서 설명된다. 그러나, 일부 실시예들은 특정 세부사항들 중 많은 세부사항들 없이 실시될 수 있고, 청구항들의 범위는 청구항들에 구체적으로 언급된 그러한 특징들 및 양상들에 의해서만 제한된다. 또한, 잘 알려진 프로세스들, 구성요소들, 및 물질들은 본원에서 설명된 실시예들의 관련 양상들을 불필요하게 불명료하게 하지 않기 위해 철저하게 상세히 설명되지는 않는다.
일부 실시예들에서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스는 2개 이상의 LED 구조를 포함한다. 일부 실시예들에서, LED 구조들 각각은 적어도, 별개의 색상을 방출하는 LED 발광 층을 포함한다. 2개의 LED 구조가 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 내에 있을 때, 2개의 색상, 및 2개의 색상의 조합들이 단일 픽셀 다색 LED 디바이스로부터 방출될 수 있다. 3개의 LED 구조가 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 내에 있을 때, 3개의 색상, 및 3개의 색상의 조합들이 단일 픽셀 다색 LED 디바이스로부터 방출될 수 있다.
일부 실시예들에서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스로부터 방출되는 광은, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 내의 LED 구조들 각각의 측벽들로부터 나온다. 일부 실시예들에서, LED 구조들 각각의 측벽들로부터의 광을 상향으로 지향시키기 위해, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스를 둘러싸는 반사성 구조들이 배치된다. 일부 실시예들에서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스로부터 방출되는 광은, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 내의 LED 구조들 각각의 최상부 표면들로부터 나온다. 일부 실시예들에서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스로부터 방출되는 광은, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 내의 LED 구조들 각각의 측벽들 및 최상부 표면들의 조합으로부터 예컨대 특정 비로 나오는데, 측벽들로부터의 광이 단일 픽셀 다색 LED 디바이스로부터의 광의 약 20 % 내지 100 %를 차지한다.
도 1a는 일부 실시예들에 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 상면도이다.
도 1b는 일부 실시예들에 따른, 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
도 1c는 일부 실시예들에 따른, 도 1a의 대각선(150)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다.
대각선들(102 및 150)은 각각 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 중심을 통과한다. 대각선들(102 및 150)은 서로 직교한다. 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(100)는 기판(104)을 포함한다. 편의상, "위" 및 "상향"은 기판(104)으로부터 멀어지는 것을 의미하는 데 사용되고, "아래" 및 "하향"은 기판(104)을 향하는 것을 의미하며, 최상부, 최하부, 위, 아래, 아래쪽, 밑 등과 같은 다른 방향성 용어들이 그에 따라서 해석된다. 지지 기판(104)은, 개별 드라이버 회로들(106)의 어레이가 그 위에 제조되는 기판이다. 일부 실시예들에서, 드라이버 회로들은 또한, 기판(104) 위의 층들 중 하나에 또는 마이크로 3색 LED 구조(100) 위에 위치될 수 있다. 각각의 드라이버 회로는 픽셀 드라이버(106)이다. 일부 예시들에서, 드라이버 회로들(106)은 박막 트랜지스터 픽셀 드라이버들 또는 규소 CMOS 픽셀 드라이버들이다. 일 실시예에서, 기판(104)은 Si 기판이다. 다른 실시예에서, 지지 기판(104)은 투명 기판, 예컨대 유리 기판이다. 다른 예시적인 기판들은, GaAs, GaP, InP, SiC, ZnO, 및 사파이어 기판들을 포함한다. 드라이버 회로들(106)은, 개별 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 동작을 제어하기 위한 개별 픽셀 드라이버들을 형성한다. 기판(104) 상의 회로는 각각의 개별 드라이버 회로(106)에 대한 접촉부들을 그리고 또한 접지 접촉부를 포함한다. 도 1a, 도 1b 둘 뿐만 아니라 도 1c에 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로 3색 LED 구조(100)는 또한 2개의 유형의 접촉부들: 픽셀 드라이버(106)에 연결되는 P 전극들 또는 애노드들(이를테면, 108, 126, 152); 및 접지(즉, 공통 전극)에 연결되는 N 전극들 또는 캐소드들(이를테면, 116, 120, 140)을 갖는다.
일부 실시예들에서, N 전극(또는 N 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들(이를테면, 116, 120, 및 140)은, 그래핀, ITO, 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 또는 플루오린 도핑된 산화주석(FTO), 또는 이들의 임의의 조합물들과 같은 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, N 전극(또는 N 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들(이를테면, 116, 120, 및 140)은 불투명 또는 투명 전도성 물질들로, 바람직한 실시예에서는 투명 전도성 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, P 전극(또는 P 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들(이를테면, 126, 152)은, 그래핀, ITO, AZO, 또는 FTO, 또는 이들의 임의의 조합물들과 같은 물질들로 만들어진다. 일부 실시예에서, P 전극(또는 P 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들(이를테면, 126, 152)은 불투명 또는 투명 전도성 물질들로, 바람직한 실시예에서는 투명 전도성 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, P 전극들(또는 P 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들, 및 N 전극들(또는 N 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들의 위치들은 전환될 수 있다.
일부 피쳐들이 "층"이라는 용어로 본원에서 설명되지만, 그러한 특징들은 단일 층으로 제한되는 것이 아니라 복수의 하위-층들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일부 예시에서, "구조"는 "층"의 형태를 취할 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 발광 층들(112, 130 및 136)을 각각 포함하는 3개의 LED 구조가 적층된 구조로 형성되는데, 예컨대, 녹색 LED 발광 층(130)이 적색 LED 발광 층(112)의 최상부 상에 형성되고, 청색 LED 발광 층(136)이 녹색 LED 발광 층(130)의 최상부 상에 형성된다.
일반적으로, LED 발광 층은, p형 구역/층 및 n형 구역/층과의 PN 접합, 및 p형 구역/층과 n형 구역/층 사이의 활성 층을 포함한다.
일부 실시예들에서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 최하부 적색 LED 발광 층(112)의 영역은 중간 녹색 LED 발광 층(130)의 영역보다 크다. 일부 실시예들에서, 중간 녹색 LED 발광 층(130)의 영역은 최상부 청색 LED 발광 층(136)의 영역보다 크다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(112)으로부터 방출되는 광은 적색 LED 발광 층(112)의 측벽을 향해 수평으로 전파될 수 있고, 이어서, 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 요소(이를테면, 146 및/또는 148)에 의해 상향으로 반사되어, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 최상부 표면에서 밖으로 방출된다. 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 층(109)은 적색 LED 발광 층(112) 아래에 위치되고, 반사성 층(115)은 적색 LED 발광 층(112) 위에 위치된다. 적색 LED 발광 층(112)으로부터 방출되는 광은 2개의 반사성 층(109 및 115) 사이에서 적색 LED 발광 층(112)의 측벽을 향해 반사된다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(130)으로부터 방출되는 광은 녹색 LED 발광 층(130)의 측벽을 향해 수평으로 전파될 수 있고, 이어서, 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 요소(이를테면, 146 및/또는 148)에 의해 상향으로 반사되어, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 최상부 표면에서 밖으로 방출된다. 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 층(127)은 녹색 LED 발광 층(130) 아래에 위치되고, 반사성 층(133)은 녹색 LED 발광 층(130) 위에 위치된다. 녹색 LED 발광 층(130)으로부터 방출되는 광은 2개의 반사성 층(127 및 133) 사이에서 녹색 LED 발광 층(130)의 측벽을 향해 반사된다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 발광 층(136)으로부터 방출되는 광은 청색 LED 발광 층(136)의 측벽을 향해 수평으로 전파될 수 있고, 이어서, 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 요소(이를테면, 146 및/또는 148)에 의해 상향으로 반사되어, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 최상부 표면에서 밖으로 방출된다. 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 층(135)은 청색 LED 발광 층(136) 아래에 위치된다. 청색 LED 발광 층(136)으로부터 방출되는 광은, 반사성 층(135)과 청색 LED 발광 층(136)의 상부 표면 사이에서 청색 LED 발광 층(136)의 측벽을 향해 반사된다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(112)으로부터 방출되는 광은, 녹색 LED 발광 층(130)을 통해 그리고 이어서 청색 LED 발광 층(136)을 통해 수직으로 전파되어 3색 LED 디바이스(100) 밖으로 방출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(130)으로부터 방출되는 광은 청색 LED 발광 층(136)을 통해 전파되어 3색 LED 디바이스(100) 밖으로 방출될 수 있다. 수직 광 투과의 경우에, 일부 실시예들에서, 발광 층들 각각 위의 최상부 반사성 층들(이를테면, 115 및 133)은 바람직하게는 3색 LED 디바이스(100)에 포함되지 않는다.
일부 실시예들에서, LED 발광 층(이를테면, 112, 130, 및 136)은 상이한 조성들을 갖는 많은 에피택셜 하위-층들을 포함한다. LED 에피택셜 층들의 예들은, III-V족 질화물, III-V족 비소화물, III-V족 인화물, 및 III-V족 안티몬화물 에피택셜 구조들을 포함한다. 마이크로 LED들의 예들은, GaN 기재 UV/청색/녹색 마이크로 LED들, AlInGaP 기재 적색/주황색(orange) 마이크로 LED들, 및 GaAs 또는 InP 기재 적외선(IR) 마이크로 LED들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 적층된 LED 구조들 각각은 자신의 개별 광을 생성하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(100) 내의 모든 LED 에피택셜 층들의 동작들로부터의 결과로서의, 최상부 LED 에피택셜 층으로부터의 결합된 광은, 작은 풋프린트 내에서 디스플레이 패널 상의 단일 픽셀의 색상을 변경할 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 디바이스(100)의 설계에 따라, 동일한 디바이스에 포함된 LED 구조들의 방출된 색상들은 적색, 녹색, 및 청색으로 제한되지 않는다. 예컨대, 가시 색상 범위인 380 nm 내지 700 nm의 파장으로부터의 다양한 상이한 색상들로부터 적합한 색상들이 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자외선 및 적외선과 같은 비-가시 범위로부터의 다른 색상들을 방출하는 LED 구조들이 구현될 수 있다.
일부 실시예들에서, 수직 광 방출이 수평 광 방출과 결합될 때, 예컨대, 최하부로부터 최상부로의 3개-색상 선택은 적색, 녹색, 및 청색일 수 있다. 다른 실시예에서, 최하부로부터 최상부로의 3개-색상 선택은 적외선, 주황색, 및 자외선일 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스(100)의 하나의 층 상의 LED 구조로부터의 광의 파장은 현재 층의 최상부 상의 층 상의 LED 구조로부터의 파장보다 길다. 예를 들면, 최하부 LED 발광 층(112)으로부터의 광의 파장은 중간 LED 발광 층(130)의 것보다 길고, 중간 LED 발광 층(130)으로부터의 광의 파장은 최상부 LED 발광 층(136)의 것보다 길다.
일부 실시예들에서, 수평 광 방출의 경우에 또는 수평 광 방출의 부분이 LED 디바이스(100)의 최상부 표면으로부터의 수직 광 방출의 부분을 초과할 때, LED 발광 층들(112, 130, 및 136) 각각은 임의의 적합한 가시 또는 비-가시 색상일 수 있다. 수평 광 방출의 이점은, 방출된 광이 LED 디바이스(100)의 다른 최상부 층들을 통과할 필요가 없고 현재 발광 층의 가장자리 또는 측벽으로부터 직접 나오므로, 더 적은 광 투과 손실 및 더 높은 광 방출 효율이 달성될 수 있다는 것이다. 예컨대, 수직 광 방출 LED 디바이스와 비교하여, 수평 광 방출 LED 디바이스는 15 % 초과, 50 % 초과, 100 % 초과, 150 % 초과, 또는 200 % 초과의 광 투과 효율을 얻을 수 있다. 일부 예시들에서, 수평 광 방출 LED 디바이스로부터의 광 투과 효율은 20 %, 40 %, 또는 60 % 이상일 수 있다.
일부 실시예들에서, 최하부 적색 LED 발광 층(112)은 금속 접합 층(108)을 통해 기판(104)에 접합된다. 금속 접합 층(108)은 기판(104) 상에 배치될 수 있다. 하나의 접근법에서, 금속 접합 층(108)은 기판(104) 상에 성장된다. 일부 실시예들에서, 금속 접합 층(108)은, 기판(104) 상의 드라이버 회로(106) 및 금속 접합 층(108) 위의 적색 LED 발광 층(112) 둘 모두에 전기적으로 연결되어, P 전극처럼 작용한다. 일부 실시예들에서, 금속 접합 층(108)의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 3 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 금속 접합 층(108)의 두께는 약 0.3 ㎛이다. 금속 접합 층(108)은, 옴 접촉 층들 및 금속 접합 층들을 포함할 수 있다. 일부 예시들에서, 2개의 금속 층이 금속 접합 층(108)에 포함된다. 금속 층들 중 하나는, LED 디바이스(100) 내의 금속 접합 층 위의 증착된 층이다. 일부 실시예들에서, 상응하는 접합 금속 층이 또한 기판(104) 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, 금속 접합 층(108)에 대한 조성물들은, Au-Au 접합, Au-Sn 접합, Au-In 접합, Ti-Ti 접합, Cu-Cu 접합, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 예컨대, Au-Au 접합이 선택되는 경우, Au의 2개의 층은 각각, 접착 층으로서 Cr 코팅을 그리고 확산 방지 층으로서 Pt 코팅을 필요로 한다. 그리고, Pt 코팅은 Au 층과 Cr 층 사이에 있다. Cr 및 Pt 층들은 2개의 접합된 Au 층의 최상부 및 최하부 상에 위치된다. 일부 실시예들에서, 2개의 Au 층의 두께들이 거의 동일할 때, 고압 및 고온 하에서, 두 층들 모두 상에서의 Au의 상호 확산은 2개의 층을 함께 접합시킨다. 사용될 수 있는 예시적인 기법들은, 공융 접합, 열 압축 접합, 및 천이 액상(TLP; transient liquid phase) 접합이다.
일부 실시예들에서, 금속 접합 층(108)은 또한, 위의 LED 구조들로부터 방출되는 광을 반사하기 위한 반사기로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(110)이 적색 LED 발광 층(112)의 최하부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(110)은, LED 디바이스(100)로부터 방출되는 광에 투명하지 않은 불투명 금속 층일 수 있다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(110)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 적색 LED 발광 층(112)과 금속 접합 층(108) 사이에 형성되는, LED 디바이스(100)로부터 방출되는 광에 투명한 전도성 투명 층, 이를테면 인듐 주석 산화물(ITO) 층이다.
도 1a 내지 도 1c에 도시되진 않은 일부 실시예들에서, 적색 LED 구조는 적색 LED 발광 층(112)에 전기적으로 연결되는 P 전극 접촉 패드(168)를 갖는다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(168)는 전도성 층(110)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(114)이 적색 LED 발광 층(112)의 최상부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(114)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 도 1c에 도시된 바와 같이 적색 LED 발광 층(112)과 N 전극 접촉 패드(116) 사이에 형성되는 금속 층 또는 전도성 투명 층, 이를테면 ITO 층일 수 있다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드(이를테면, 116)는, 그래핀, ITO, AZO, 또는 FTO, 또는 이들의 임의의 조합물들과 같은 물질들로 만들어진다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(109)은 적색 LED 발광 층(112) 아래에서 전도성 층(110)과 금속 접합 층(108) 사이에 위치되고, 반사성 층(115)은 적색 LED 발광 층(112) 위에서 전도성 층(114)과 접합 층(156) 사이에 위치된다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(112)은, 도 1c에 도시된 바와 같이, 그 위의 층들에 대해 적색 LED 발광 층(112)의 일 측부에서 연장 부분(164)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(164)은 전도성 층들(110 및 114)과 함께 연장된다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(164)은, 금속 접합 층(108) 및 적색 LED 발광 층(112)의 최하부에 있는 반사성 층(109)과 함께 연장된다. 일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(112)은, 연장 부분(164) 위의 전도성 층(114)의 연장 부분을 통해 N 전극 접촉 패드(116)에 연결된다.
하나의 접근법에서, 적색 LED 발광 층(112)은 별개의 기판(에피택시 기판으로 지칭됨) 상에 성장된다. 이어서, 에피택시 기판은, 접합 후에, 예컨대, 레이저 리프트-오프(laser lift-off) 프로세스 또는 습식 화학적 식각에 의해 제거되어, 도 1b 및 도 1c에 도시된 구조를 남긴다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(112)은 적색 마이크로 LED들을 형성하기 위한 것이다. 적색 LED 발광 층의 예들은, III-V족 질화물, III-V족 비소화물, III-V족 인화물, 및 III-V족 안티몬화물 에피택셜 구조들을 포함한다. 일부 예시들에서, 적색 LED 발광 층(112) 내의 막들은, P형 GaP/P형 AlGaInP 발광 층/AlGaInP/N형 AlGaInP/N형 GaAs의 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, P형 층은 일반적으로 Mg 도핑되고, N형 층은 일반적으로 Si 도핑된다. 일부 예들에서, 적색 LED 발광 층의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 5 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 적색 LED 발광 층의 두께는 약 0.3 미크론이다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 구조는, 금속 접합 층(108), 반사성 층(109), 전도성 층(110), 적색 LED 발광 층(112), 전도성 층(114), 반사성 층(115), 및 N 전극 접촉 패드(116)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 접합 층(156)은 적색 LED 구조 및 녹색 LED 구조를 함께 접합하는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 접합 층(156)은 LED 디바이스(100)로부터 방출되는 광에 투명하지 않다. 일부 실시예들에서, 접합 층(156)의 물질들 및 두께는 금속 접합 층(108)에 대해 위에서 설명된 것과 동일하다. 일부 실시예들에서, 접합 층(156)은 또한, 위의 LED 구조들로부터 방출되는 광을 반사하기 위한 반사기로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 수직 투과가 사용될 때, 접합 층(156)은 마이크로 LED(100)로부터 방출되는 광에 투명하다. 일부 실시예들에서, 접합 층(156)은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들과 같은 유전체 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 고체 무기 물질들은, SiO2, Al2O3, Si3N4, 포스포실리케이트 유리(PSG), 또는 보로포스포실리케이트 유리(BPSG), 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 플라스틱 물질들은, SU-8, PermiNex, 벤조시클로부텐(BCB), 또는 스핀 온 글래스(SOG)를 포함하는 투명 플라스틱(수지), 또는 접합 접착제 마이크로 레지스트 BCL-1200, 또는 이들의 임의의 조합물과 같은 중합체들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 투명 접합 층은, 접합 층들 아래의 층들로부터 방출되는 광이 통과하는 것을 용이하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 1a 및 도 1b 둘 모두에 도시된 바와 같이, 녹색 LED 구조들은 녹색 LED 발광 층(130)에 전기적으로 연결되는 P 전극 접촉 패드(126)를 갖는다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(126)는 전도성 층(128)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(128)은 녹색 LED 발광 층(130)의 최하부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(128)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 녹색 LED 발광 층(130)과 P 전극 접촉 패드(126) 사이에 형성되는 금속 층 또는 전도성 투명 층, 이를테면 ITO 층일 수 있다.
일부 실시예들에서, 전도성 층(128)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 그 위의 층들에 대해 전도성 층(128)의 일 측부에서 연장 부분(128-1)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(128-1)은, LED 디바이스(100) 내의 전도성 층(128) 아래의 모든 층들과 함께 연장된다. 일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(130)은, 전도성 층(128)의 연장 부분(128-1)을 통해 P 전극 접촉 패드(126)에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(126)는 또한, 기판(104) 내의 드라이버 회로(106)에 전기적으로 연결된다.
일부 실시예들에서, SiO2 층과 같은 유전체 물질들로 만들어진 절연 층(174)이 LED 디바이스(100)의 표면 상에 증착된다. P 전극 접촉 패드(126)는, 드라이버 회로(106)와의 그의 접촉부로부터 전도성 층(128)과의 그의 접촉부로 절연 층(174) 내의 비아 또는 통로를 통해 연장된다. P 전극 접촉 패드(126)는 LED 디바이스(100) 내의 다른 층들과 접촉하지 않는다.
일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(132)이 녹색 LED 발광 층(130)의 최상부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(132)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 녹색 LED 발광 층(130)과 N 전극 접촉 패드(120) 사이에 형성되는 금속 층 또는 전도성 투명 층, 이를테면 ITO 층일 수 있다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드(120)는 ITO와 같은 투명 전도성 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드(120)는, 그래핀, ITO, AZO, 또는 FTO, 또는 이들의 임의의 조합물들과 같은 물질들로 만들어진다.
도 1c에 도시된 일부 실시예들에서, 녹색 LED 구조는 녹색 LED 발광 층(130)에 전기적으로 연결되는 N 전극 접촉 패드(120)를 갖는다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드(120)는 전도성 층(132)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 녹색 LED 구조의 N 전극 접촉 패드(120)는 또한 적색 LED 구조의 N 전극 접촉 패드(116)에 전기적으로 연결된다.
도 1c에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(130)은, 녹색 LED 발광 층(130)의 일 측부에서 연장 부분(166)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(166)은, 전도성 층들(128 및 132) 및 전도성 층(128) 아래의 모든 다른 층들과 함께 연장된다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(166)은, 연장 부분(166) 위의 전도성 층(132)의 연장 부분을 통해 N 전극 접촉 패드(120)에 전기적으로 연결된다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(130)의 측방향 치수는 적색 LED 발광 층(112)의 측방향 치수보다 작다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(127)은 녹색 LED 발광 층(130) 아래에서 전도성 층(128)과 접합 층(156) 사이에 위치되고, 반사성 층(133)은 녹색 LED 발광 층(130) 위에서 전도성 층(132)과 접합 층(160) 사이에 위치된다.
하나의 접근법에서, 녹색 LED 발광 층(130)은 별개의 기판(에피택시 기판으로 지칭됨) 상에 성장된다. 이어서, 에피택시 기판은, 접합 후에, 예컨대, 레이저 리프트-오프 프로세스 또는 습식 화학적 식각에 의해 제거되어, 도 1b 및 도 1c에 도시된 구조를 남긴다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(130)은 녹색 마이크로 LED들을 형성하기 위한 것이다. 녹색 LED 발광 층의 예들은, III-V족 질화물, III-V족 비소화물, III-V족 인화물, 및 III-V족 안티몬화물 에피택셜 구조들을 포함한다. 일부 예시들에서, 녹색 LED 발광 층(130) 내의 막들은, P형 GaN/InGaN 발광 층/N형 GaN의 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, P형은 일반적으로 Mg 도핑되고, N형은 일반적으로 Si 도핑된다. 일부 예들에서, 녹색 LED 발광 층의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 5 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 녹색 LED 발광 층의 두께는 약 0.3 미크론이다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 구조는, 반사성 층(127), 전도성 층(128), 녹색 LED 발광 층(130), 전도성 층(132), 반사성 층(133), P 전극 접촉 패드(126), 및 N 전극 접촉 패드(120)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 제1 LED 구조, 예컨대 적색 LED 구조 및 제2 LED 구조, 예컨대 녹색 LED 구조는, 연장 부분들(이를테면, 164, 166) 및 전도성 층(128) 아래의 부분들(128-1)을 제외할 때 동일한 중심 축을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제1 LED 구조 및 제2 LED 구조는, 연장 부분들(이를테면, 164, 166) 및 전도성 층(128) 아래의 부분들(128-1)을 제외할 때 동일한 중심 축을 따라 정렬된다.
일부 실시예들에서, 접합 층(160)은 녹색 LED 구조 및 청색 LED 구조를 함께 접합하는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 접합 층(156)은 LED 디바이스(100)로부터 방출되는 광에 투명하지 않다. 일부 실시예들에서, 접합 층(160)의 물질들 및 두께는 금속 접합 층(108)에 대해 위에서 설명된 것과 동일하다. 일부 실시예들에서, 접합 층(160)은 또한, 위의 LED 구조들로부터 방출되는 광을 반사하기 위한 반사기로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 수직 투과가 사용될 때, 접합 층(160)은 LED 디바이스(100)로부터 방출되는 광에 투명하다. 일부 실시예들에서, 접합 층(160)은, 접합 층(156)에 대해 위에서 설명된 것과 동일한 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들과 같은 유전체 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 투명 접합 층은, 접합 층들 아래의 층들로부터 방출되는 광이 통과하는 것을 용이하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 1a 및 도 1b 둘 모두에 도시된 바와 같이, 청색 LED 구조들은 청색 LED 발광 층(136)에 전기적으로 연결되는 P 전극 접촉 패드(152)를 갖는다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(152)는 전도성 층(134)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(134)은 청색 LED 발광 층(136)의 최하부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(134)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 청색 LED 발광 층(136)과 P 전극 접촉 패드(152) 사이에 형성되는 금속 층 또는 전도성 투명 층, 이를테면 ITO 층일 수 있다.
일부 실시예들에서, 전도성 층(134)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 그 위의 층들에 대해 전도성 층(134)의 일 측부에서 연장 부분(134-1)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(134-1)은, LED 디바이스(100) 내의 전도성 층(134) 아래의 모든 층들과 함께 연장된다. 일부 실시예들에서, 청색 LED 발광 층(136)은, 전도성 층(134)의 연장 부분(134-1)을 통해 P 전극 접촉 패드(152)에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(152)는 또한, 기판(104) 내의 드라이버 회로(106)에 전기적으로 연결된다.
일부 실시예들에서, SiO2 층과 같은 유전체 물질들로 만들어진 절연 층(174)이 LED 디바이스(100)의 표면 상에 증착된다. P 전극 접촉 패드(152)는, 드라이버 회로(106)와의 그의 접촉부로부터 전도성 층(134)과의 그의 접촉부로 절연 층(174) 내의 비아 또는 통로를 통해 연장된다. P 전극 접촉 패드(152)는 LED 디바이스(100) 내의 다른 층들과 접촉하지 않는다.
일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(138)이 청색 LED 발광 층(136)의 최상부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(138)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 청색 LED 발광 층(136)과 N 전극 접촉 패드(140) 사이에 형성되는 금속 층 또는 전도성 투명 층, 이를테면 ITO 층일 수 있다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드(140)는 ITO와 같은 투명 전도성 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드(140)는, 그래핀, ITO, AZO, 또는 FTO, 또는 이들의 임의의 조합물들과 같은 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드들(116, 120, 및 140)은 모두, 공통 N 전극으로서 함께 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드들(116, 120, 및 140)은, 공통 N 전극으로서, 하나의 일체형 부분으로서 형성된다.
도 1b에 도시된 일부 실시예들에서, 청색 LED 구조는 청색 LED 발광 층(136)에 전기적으로 연결되는 N 전극 접촉 패드(140)를 갖는다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드(140)는 전도성 층(138)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 발광 층(136)의 측방향 치수는 녹색 LED 발광 층(130)의 측방향 치수보다 작다.
일부 실시예들에서, N 전극 패드(140)와 같은 최상부 전극 요소들은, 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172) 아래의 전기적 연결부들을 통해 연결된다. 일부 실시예들에서, 최상부 전극은, 기판(104)에 매립된 전기적 연결부들을 통해 연결된다. 예에서, 최상부 전극(140)은, 절연 층(174) 위 및 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172) 아래에 있는 전기적 연결 요소들을 통해 연결된다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(135)은, 청색 LED 발광 층(136) 아래에서 전도성 층(134)과 접합 층(160) 사이에 위치된다. 일부 실시예들에서, 임의적인 반사성 층(139)(도 1a 내지 도 1c에 도시되지 않음)이 청색 LED 발광 층(136) 위에서 전도성 층(138)의 최상부 상에 위치된다.
하나의 접근법에서, 청색 LED 발광 층(136)은 별개의 기판(에피택시 기판으로 지칭됨) 상에 성장된다. 이어서, 에피택시 기판은, 접합 후에, 예컨대, 레이저 리프트-오프 프로세스 또는 습식 화학적 식각에 의해 제거되어, 도 1b 및 도 1c에 도시된 구조를 남긴다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 발광 층(136)은 청색 마이크로 LED들을 형성하기 위한 것이다. 청색 LED 발광 층의 예들은, III-V족 질화물, III-V족 비소화물, III-V족 인화물, 및 III-V족 안티몬화물 에피택셜 구조들을 포함한다. 일부 예시들에서, 청색 LED 발광 층(136) 내의 막들은, P형 GaN/InGaN 발광 층/N형 GaN의 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, P형은 일반적으로 Mg 도핑되고, N형은 일반적으로 Si 도핑된다. 일부 예들에서, 청색 LED 발광 층의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 5 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 청색 LED 발광 층의 두께는 약 0.3 미크론이다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 구조는, 반사성 층(135), 전도성 층(134), 청색 LED 발광 층(136), 전도성 층(138), 임의적인 반사성 층(139), P 전극 접촉 패드(152), 및 N 전극 접촉 패드(140)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 제2 LED 구조, 예컨대 녹색 LED 구조 및 제3 LED 구조, 예컨대 청색 LED 구조는, 연장 부분들(이를테면, 166) 및 전도성 층(134) 아래의 부분들(134-1)을 제외할 때 동일한 중심 축을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제1 LED 구조 및 제2 LED 구조는, 연장 부분들(이를테면, 166) 및 전도성 층(134) 아래의 부분들(134-1)을 제외할 때 동일한 중심 축을 따라 정렬된다.
일부 실시예들에서, N 전극(140)은 3색 LED 디바이스(100)의 최상부를 덮는다. 일부 실시예들에서, N 전극(140)은 일부 전기적 연결 구성요소들을 통해 인접한 3색 LED 디바이스(도 1a 내지 도 1c에 도시되지 않음) 내의 N 전극에 연결되고, 따라서, 공통 전극으로서 기능한다.
일부 실시예들에서, 전도성 층들(110, 114, 128, 132, 134, 및 138) 각각의 두께는 약 0.01 미크론 내지 약 1 미크론이다. 일부 예시들에서, 다음 에피택셜 층과의 임의의 접합 프로세스 전에, 전도성 층들(110, 114, 128, 132, 134, 및 138) 각각은, 통상적으로, 기상 증착, 예컨대, 전자 빔 증발 또는 스퍼터링 증착에 의해 개개의 대응하는 에피택셜 층 상에 증착된다. 일부 예들에서, 전도성 층들은, 전극 연결을 위한 양호한 전도성을 유지하면서, 일부 예시들에서는, 반사율 또는 투명성과 같은 LED 디바이스들의 광학 특성들을 개선하기 위해 사용된다.
일부 실시예들에서, 발광 층(112)의 N형 층을 접합 층(156)으로부터 전기적으로 분리하기 위해, SiO2 층과 같은 부가적인 유전체 층(도 1a 내지 도 1c에 도시되지 않음)이 최하부 발광 층(112) 위에(그리고 전도성 층(114) 위에), 바람직하게는, 반사성 층(115) 위에, 그리고 접합 층(156) 아래에 형성된다. 일부 실시예들에서, 부가적인 유전체 층의 두께는 20 나노미터 내지 2 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 부가적인 유전체 층의 두께는 약 100 나노미터이다. 일부 실시예들에서, 발광 층(130)의 N형 층을 접합 층(160)으로부터 전기적으로 분리하기 위해, SiO2 층과 같은 부가적인 유전체 층(도 1a 내지 도 1c에 도시되지 않음)이 중간 발광 층(130) 위에(그리고 전도성 층(132) 위에), 바람직하게는, 반사성 층(133) 위에, 그리고 접합 층(160) 아래에 형성된다. 일부 실시예들에서, 부가적인 유전체 층의 두께는 20 나노미터 내지 2 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 부가적인 유전체 층의 두께는 약 100 나노미터이다.
일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(100)로부터의 광 방출 효율을 개선하기 위해, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같은 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172)이 3색 LED 디바이스(100)의 측벽을 따라 형성된다. 일부 실시예들에서, 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172)은 SiO2와 같은 유전체 물질들로 만들어진다.
상면도로 도 1a에 도시한 바와 같이, 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(100)는 원형 형상을 갖는다. 일부 실시예들에서, 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172)은 하나의 부분으로서 연결되고, 3색 LED 디바이스(100) 주위의 원형 측벽으로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 광학 격리 구조들은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 반사성 컵으로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(100) 내의 3개의 적층된 LED 구조가 또한 원형 형상들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(100)는 직사각형, 정사각형, 삼각형, 사다리꼴, 다각형과 같은 다른 형상들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172)은 하나의 부분으로서 연결되고, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 사다리꼴, 다각형과 같은 다른 형상들로 3색 LED 디바이스(100) 주위의 측벽으로서 형성된다.
도 1b 및 도 1c에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(112), 녹색 LED 발광 층(130), 및 청색 LED 발광 층(136)은 비스듬한 측부 표면들을 갖는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 비스듬한 측부 표면은, 개개의 LED 발광 층의 최상부 또는 최하부 표면들에 수직이 아닌 표면을 지칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개개의 LED 발광 층의 최하부 표면과 비스듬한 측벽 사이의 각도는 90 도보다 작다. 일부 실시예들에서, 접합 층들(108, 156, 및 160)이 또한 비스듬한 측부 표면을 갖는다. 비스듬한 측부 표면들은, LED 발광 층들에 대한 상이한 커넥터들에 대한 용이한 연결들을 향상시키고, 예리한 각도들로 인한 그러한 커넥터들의 연결해제를 방지하고, 디바이스의 전체 안정성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 다색 LED 디바이스의 광 투과 효율은, 기판(104)의 표면에 대한 법선에 대한 LED 발광 층들의 비스듬한 측부 표면의 각도가 변함에 따라 변한다. 일부 실시예들에서, 다색 LED 디바이스의 광 투과 효율은, 기판(104)의 표면에 대한 법선에 대한 LED 발광 층들의 비스듬한 측부 표면의 각도가 증가함에 따라 증가한다. 예컨대, 기판(104)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±5 도일 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및/또는 172)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들이 아닐 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은 0.32 %이다. 예컨대, 기판(104)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±15 도일 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및/또는 172)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들이 아닐 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은 2.7 %이다. 예컨대, 기판(104)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±90 도이거나(예컨대, 발광 층이 기울어질 때) 그에 매우 가까울 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및/또는 172)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들이 아닐 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은 56.4 %와 동일하거나 그에 매우 가깝다.
대조적으로, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 반사성 컵 구조들의 구현은, 다색 LED 디바이스의 광 투과 효율을 개선한다. 예컨대, 기판(104)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±5 도일 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및/또는 172)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들일 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은, 반사성 컵이 없는 LED 디바이스와 비교하여 104.6 %의 증가인 0.65 %이다. 예컨대, 기판(104)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±15 도일 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및/또는 172)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들일 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은, 반사성 컵이 없는 LED 디바이스와 비교하여 144.4%의 증가인 6.65 %이다. 예컨대, 기판(104)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±90 도이거나(예컨대, 발광 층이 기울어질 때) 그에 매우 가까울 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및/또는 172)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들일 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은, 반사성 컵이 없는 LED 디바이스와 비교하여 18.4 %의 증가인 66.65 %이다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들은, 광 투과 효율을 개선하기 위해 LED 발광 층들 각각의 위 및 아래에 형성된다. 도 1b 및 1c 둘 모두에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 반사성 층(109)이 접합 층(108)과 적색 LED 발광 층(112) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(109)은, 전도성 층(110)이 존재할 때, 접합 층(108)과 전도성 층(110) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(115)은 접합 층(156)과 적색 LED 발광 층(112) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(115)은, 전도성 층(114)이 존재할 때, 접합 층(156)과 전도성 층(114) 사이에 형성된다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(127)이 접합 층(156)과 녹색 LED 발광 층(130) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(127)은, 전도성 층(128)이 존재할 때, 접합 층(156)과 전도성 층(128) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(133)이 접합 층(160)과 녹색 LED 발광 층(130) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(133)은, 전도성 층(132)이 존재할 때, 접합 층(160)과 전도성 층(132) 사이에 형성된다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(135)이 접합 층(160)과 청색 LED 발광 층(136) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(135)은, 전도성 층(134)이 존재할 때, 접합 층(160)과 전도성 층(134) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 임의적인 반사성 층(139)(도 1b 내지 도 1c에 도시되지 않음)이 N 전극 패드(140)와 청색 LED 발광 층(136) 사이에 형성되는 한편, 청색 LED 발광 층(136)이 예컨대 전도성 경로를 통해 N 전극 패드(140)에 전기적으로 연결되는 것이 여전히 허용된다. 일부 실시예들에서, 임의적인 반사성 층(139)은, 전도성 층(138)이 존재할 때, N 전극 패드(140)와 전도성 층(138) 사이에 형성되는 한편, 전도성 층(138)이 예컨대 전도성 경로를 통해 N 전극 패드(140)에 전기적으로 연결되는 것이 여전히 허용된다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들(109, 115, 127, 133, 135, 및 139)의 물질들은, 특히, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(200)에 의해 방출되는 광에 대해 높은 반사율을 갖는다. 예컨대, 반사성 층들(109, 115, 127, 133, 135, 및 139)의 반사율은 60 % 초과이다. 다른 예에서, 반사성 층들(109, 115, 127, 133, 135, 및 139)의 반사율은 70 % 초과이다. 또 다른 예에서, 반사성 층들(109, 115, 127, 133, 135, 및 139)의 반사율은 80 % 초과이다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들(109, 115, 127, 133, 135, 및 139)의 물질은 Rh, Al, Ag, 및 Au 중 하나 이상으로부터 선택되는 금속이다. 일부 실시예들에서, 반사성 층들(109, 115, 127, 133, 135, 및 139) 중 임의의 반사성 층은 상이한 굴절률을 갖는 적어도 2개의 하위-층을 포함할 수 있다. 하위-층들 각각은 또한, 60 %, 70 %, 또는 80 % 초과와 같은 높은 반사율을 갖는다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139) 각각은, 발광 층들(이를테면, 112, 130, 및 136), 또는 접합 전에 전도성 층들(110, 114, 128, 132, 134, 및 138)이 포함될 때에는 전도성 층들의 양 측부들 상에 코팅된다. 일부 예시들에서, 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139) 각각의 두께는 약 2 나노미터(nm) 내지 약 5 미크론이다. 일부 실시예들에서, 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139) 각각의 두께는 1 미크론과 동일하거나 그 미만이다. 일부 바람직한 실시예들에서, 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139) 각각의 두께는 약 5 나노미터(nm) 내지 10 nm이다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139) 중 임의의 하나는, 분산형 브래그 반사기(DBR; distributed Bragg reflector) 구조를 포함한다. 예컨대, 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139) 중 임의의 하나는, 가변 굴절률을 갖는 교번하는 또는 상이한 물질들의 다수의 층들로 형성된다. 일부 예시들에서, DBR 구조의 각각의 층 경계는 광파의 부분 반사를 야기한다. 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139)은 일부 선택된 파장들을 반사하는 데 사용될 수 있는데, 예컨대, 적색 광에 대해 반사성 층들(109 및 115)이, 녹색 광에 대해 반사성 층들(127 및 133)이, 그리고 청색 광에 대해 반사성 층들(135 및 139)이 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139) 중 임의의 하나는, 다수의 층들, 예컨대, 각각 SiO2 및 Ti3O5의 적어도 2개의 층으로 만들어진다. SiO2 및 Ti3O5의 층들의 두께들 및 수들을 각각 변화시킴으로써, 상이한 파장들에서의 광의 선택적 반사 또는 투과가 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139) 중 임의의 하나는, 고반사율 하위-층들 중 하나 상에 투명 층을 더 포함한다. 예컨대, 바람직하게는 반사성 층(이를테면, 109, 115, 127, 133, 135, 및 139)의 어느 한 측부에 형성되는 투명 층은 ITO 및 SiO2 중 하나 이상으로부터 선택된다.
일부 실시예들에서, 적색 광 LED에 대한 반사성 층들(109 및 115) 각각은 Au 및/또는 인듐 주석 산화물(ITO)의 다수의 층들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 적색 광 LED 구조에 대한 반사성 층들(109 및 115) 각각은 3색 LED 디바이스(100)의 상이한 층들에 의해 생성되는 광의 낮은 흡광도(absorbance)(예컨대, 25 % 이하)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 적색 광 LED 구조에 대한 반사성 층들(109 및 115) 각각은, 현재의 2개의 반사성 층(109 및 115) 사이에 생성되는 광, 예컨대 적색 광의 높은 반사도(예로서, 75 % 이상)를 갖는다.
일 예에서, 표 1에 도시된 다음의 DBR 구조는, 녹색 광 LED로부터의 녹색 광을 반사하는 데 사용된다:
표 1: 녹색 광 LED 반사성 층에 대한 DBR 층 구조
일부 실시예들에서, 녹색 광 LED 구조에 대한 반사성 층들(127 및 133) 각각은 3색 LED 디바이스(100)의 상이한 층들에 의해 생성되는 광의 낮은 흡광도(예컨대, 25 % 이하)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 녹색 광 LED 구조에 대한 반사성 층들(127 및 133) 각각은, 현재의 2개의 반사성 층(127 및 133) 사이에 생성되는 광, 예컨대 녹색 광의 높은 반사도(예로서, 75 % 이상)를 갖는다.
일 예에서, 표 2에 도시된 다음의 DBR 구조는, 청색 광 LED로부터의 청색 광을 반사하는 데 사용된다:
표 2: 청색 광 LED 반사성 층에 대한 DBR 층 구조
일부 실시예들에서, 청색 광 LED 구조에 대한 반사성 층들(135 및 임의적으로 139) 각각은, 3색 LED 디바이스(100)의 상이한 층들에 의해 생성되는 광의 낮은 흡광도(예컨대, 25 % 이하)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 청색 광 LED 구조에 대한 반사성 층(135)은, 현재의 반사성 층(135) 위에 또는 현재의 반사성 층들(135 및 139) 사이에 생성되는 광, 예컨대 청색 광의 높은 반사도(예컨대, 75 % 이상)를 갖는다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다. 일부 실시예들에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)는, 도 1a, 도 1b, 및 도 1c에 도시된 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)와 유사한 구조들을 가지며, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)를 덮는 평탄화된 층(176)이 부가된다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(150)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다. 일부 실시예들에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)는, 도 1a, 도 1b, 및 도 1c에 도시된 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)와 유사한 구조들을 가지며, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)를 덮는 평탄화된 층(176)이 부가된다.
일부 실시예들에서, 평탄화된 층(이를테면, 176)은 마이크로 LED(100)로부터 방출되는 광에 투명하다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 층은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들과 같은 유전체 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 고체 무기 물질들은, SiO2, Al2O3, Si3N4, 포스포실리케이트 유리(PSG), 또는 보로포스포실리케이트 유리(BPSG), 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 플라스틱 물질들은, SU-8, PermiNex, 벤조시클로부텐(BCB), 또는 스핀 온 글래스(SOG)를 포함하는 투명 플라스틱(수지), 또는 접합 접착제 마이크로 레지스트 BCL-1200, 또는 이들의 임의의 조합물과 같은 중합체들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 층은 마이크로 LED(100)로부터 방출되는 광이 통과하는 것을 용이하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 평탄화된 층(176)은, 기판(104)의 표면에 대해 광학 격리 구조들(예컨대, 146, 148, 170, 및 172)과 동일한 높이를 갖는다. 예컨대, 평탄화된 층(176)은 전체 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100) 및 광학 격리 구조들의 측벽을 덮는다. 평탄화된 층(176)은 광학 격리 구조들의 최상부 표면과 동일한 평면 상에 있다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다. 일부 실시예들에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)는, 도 1a, 도 1b, 및 도 1c에 도시된 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)와 유사한 구조들을 가지며, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)를 덮는 평탄화된 층(178)이 부가된다.
도 3b는 일부 실시예들에 따른, 평탄화가 있는 도 1a의 대각선(150)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)의 단면도이다. 일부 실시예들에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)는, 도 1a, 도 1b, 및 도 1c에 도시된 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)와 유사한 구조들을 가지며, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)를 덮는 평탄화된 층(178)이 부가된다.
일부 실시예들에서, 평탄화된 층(178)은 최상부 전극 요소들(예컨대, 140)과 동일한 높이를 갖는다. 평탄화된 층(178)은 N 전극 패드(140)와 같은 최상부 전극 요소들의 최상부 표면과 동일한 평면 상에 있다. 일부 실시예들에서, 최상부 전극 요소들(예컨대, 140)은 평탄화된 층(178)의 최상부 상에 직접 있다. 평탄화된 층(178)은 N 전극 패드(140)와 같은 최상부 전극 요소들의 최하부 표면과 동일한 평면 상에 있다. 예컨대, 평탄화된 층(178)은 전체 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100) 및 광학 격리 구조들(예컨대 146, 148, 170, 및 172)의 측벽의 일부분을 덮는다.
N 전극 패드(140)와 같은 최상부 전극 요소들이 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172) 아래의 전기적 연결부들을 통해 연결되는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 전극 연결들과 달리, 도 2a 내지 도 2b, 도 3a 내지 도 3b에서, N 전극 패드(140)와 같은 최상부 전극 요소들은 적어도 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172)의 측벽에 있는 전기적 연결부들을 통해 연결된다. 일부 실시예들에서, N 전극 패드(140)는 광학 격리 구조들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172)의 표면을 통해 또는 그 표면 상에 고정된다. 최상부 전극 구조는, 특히 평탄화된 층이 있는 제조 프로세스를 간단하게 할 수 있고, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(100)를 컴팩트하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 절연 층은, LED 발광 층들 및 다른 층들, 이를테면, 전도성 층들 및 반사성 층들 상의 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 상에 증착될 수 있다. 이어서, 평탄화 프로세스가 후속되어, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스를 매립하는 절연 층의 표면을 고르게 한다. 전기적 연결들을 위한 비아들이 또한 평탄화된 층들 내에 형성된다. 평탄화된 절연 층들이 없는 일부 다른 프로세스들과 비교하여, 평탄화된 LED 구조들 내의 피쳐들 및 층들은 더 양호하게 보호되고 외부 파괴력에 덜 취약하다. 또한, 평탄화된 표면은, 고르지 않은 표면으로부터의 편향을 감소시킴으로써 광 투과 효율을 개선할 수 있다.
일부 실시예들에서, 건식 식각 및 습식 식각을 통해, 3색 LED 구조가 형성되고, 상이한 색상들의 LED 구조들의 축들이 서로 수직으로 정렬된다. 일부 실시예들에서, 상이한 색상들의 LED 구조들은 동일한 축을 공유한다.
일부 실시예들에서, 상이한 색상들의 LED 구조들 각각은 피라미드형 형상 또는 사다리꼴 단면 형상을 형성한다. 각각의 층은 그 밑의 층과 비교하여 더 좁은 폭 또는 더 작은 면적을 갖는다. 이러한 예시에서, 폭 또는 면적은 기판(104)의 표면에 평행한 평면의 치수들에 의해 측정된다.
일부 실시예들에서, 상이한 색상들의 LED 구조들 각각은, LED 구조들의 영역을 넘는 연장 없이 LED 구조들의 영역만을 덮는 층들을 접합함으로써 함께 접합되고, 전체 다색 LED 디바이스는 피라미드(또는 거꾸로 된 원뿔)형 형상 또는 (도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은) 사다리꼴 단면 형상을 형성한다. 일부 실시예들에서, 최하부 LED 구조, 예컨대 적색 LED 구조의 측방향 치수는 가장 길 수 있고, 최상부 LED 구조, 예컨대 청색 LED 구조의 측방향 치수는 가장 짧을 수 있다. 피라미드형 형상은, LED 디바이스 내의 층들 각각이 식각되고 상향식(bottom up)으로 패터닝될 때 자연스럽게 형성될 수 있다. 피라미드형 구조는, 개별 LED 구조들 사이의 그리고 전극들에 대한 전자 연결들을 개선하고, 제조 프로세스를 단순화할 수 있다. 예컨대, 전극 연결들은 용이한 연결을 위해 각각의 층에서 노출된다.
일부 실시예들에서, 최하부 층, 이를테면 금속 접합 층(108)은 약 1 미크론 내지 약 500 미크론의 측방향 치수를 갖는다. 바람직한 실시예에서, 다색 LED 디바이스의 최하부에서의 금속 접합 층(108)의 측방향 치수는 약 1.75 미크론이다. 일부 실시예들에서, 다색 LED 디바이스의 수직 높이는 약 1 미크론 내지 약 500 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 다색 LED 디바이스의 수직 높이는 약 1.9 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 다색 LED 디바이스의 최상부에서의 전도성 층(138)의 측방향 치수는 약 1.0 미크론이다.
일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스의 층의 단면의 종횡비는 동일한 층의 측방향 치수가 변할 때 실질적으로 동일하게 유지된다. 예컨대, 패터닝된 에피택셜 층의 측방향 치수가 5 미크론일 때, 패터닝된 에피택셜 층의 두께는 미크론 미만이다. 다른 예에서, 동일한 패터닝된 에피택셜 층의 측방향 치수가 증가할 때, 동일한 패터닝된 에피택셜 층의 두께가 그에 따라 증가하여 동일한 종횡비가 유지된다. 일부 실시예들에서, 에피택셜 층들 및 다른 층들의 단면의 종횡비는 두께/폭이 1/5 미만이다.
LED 디바이스의 형상은 제한되지 않고, 일부 다른 실시예들에서, 3색 LED 디바이스의 단면 형상은 다른 형상들, 예컨대, 역사다리꼴, 반-타원형, 직사각형, 평행사변형, 삼각형, 또는 육각형 등의 형태를 취할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제3 LED 발광 층(136) 위의 최상부 전도성 층(138)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각, 또는 ITO 식각 용액을 이용한 습식 식각이다. 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(100) 내의 전도성 층들(110, 114, 128, 132, 134, 및 138)을 포함하는 모든 다른 전도성 층들에 동일한 패터닝 방법들이 적용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 발광 층(136) 및 녹색 LED 발광 층(130)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, Cl2 및 BCl3 식각 가스들을 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각이다.
일부 실시예들에서, 접합 층들(160 및 156을 포함함)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, CF4 및 O2 식각 가스들을 이용하는 건식 식각, 예컨대, 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각이다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들(109, 115, 127, 133, 135, 및 139를 포함함)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 반사성 층들, 특히 DBR 층들에 대한 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, CF4 및 O2 식각 가스들을 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각, 또는 Ar 가스를 이용하는 이온 빔 식각(IBE)이다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(112)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, Cl2 및 HBr 식각 가스들을 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각이다.
일부 실시예들에서, 금속 접합 층(108)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, Cl2/BCl3/Ar 식각 가스들을 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각, 또는 Ar 가스를 이용하는 이온 빔 식각(IBE)이다.
일부 실시예들에서, LED 디바이스 구조들 각각이 패터닝된 후에, 절연 층(이를테면, 174, 176, 178)이 모든 패터닝된 층들, 측벽들, 및 노출된 기판을 포함하는 패터닝된 LED 구조의 표면 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, 절연 층은 SiO2 및/또는 Si3N4로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 절연 층은 TiO2로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 절연 층은, 고온에서 SOG와 같은 층을 경화한 후에 SiO2와 유사한 조성으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 절연 층은, 절연 층 아래의 층들과 유사한 열 계수를 갖는 물질로 만들어진다. 절연 층들(이를테면, 176 및 178)의 표면은 이어서, 화학적 기계적 연마와 같은, 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 관련 방법에 의해 평활화되거나 평탄화된다.
일부 실시예들에서, 평탄화 후의 절연 층들(이를테면, 176 및 178)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 전극 접촉 영역을 노출시키도록 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, CF4 및 O2를 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각이다.
일부 실시예들에서, P 전극 또는 애노드 금속 패드들은, 적색 LED 구조, 녹색 LED 구조, 및 청색 LED 구조를 전기적으로 연결하기 위해, 패터닝된 LED 구조의 적합한 위치 상에, 이를테면, 평탄화된 절연 층 내의 비아들에 그리고/또는 일 측부 상에 기상 증착되거나 다른 증착 방법에 의해 증착된다.
일부 실시예들에서, 별개의 N 전극 또는 캐소드 금속 패드들은, 적색 LED 구조, 녹색 LED 구조, 및 청색 LED 구조를 전기적으로 연결하기 위해, 패터닝된 LED 구조의 적합한 위치 상에, 이를테면, 평탄화된 절연 층 내의 비아들에 그리고/또는 일 측부/최상부 상에 기상 증착되거나 다른 증착 방법에 의해 증착된다.
도 4a는 일부 실시예들에 따른, 계층화된 평탄화가 있는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 상면도이다.
도 4b는 일부 실시예들에 따른, 계층화된 평탄화가 있는 도 4a의 대각선(402)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 단면도이다. 대각선은 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 중심을 통과한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 실시예들과 비교하여, 도 4a 내지 도 4b의 실시예들에서의 주된 차이는, 상이한 색상들의 LED 구조들 각각이 개개의 평탄화된 절연 층에 매립되고, 이어서, 내부에 LED 구조를 갖는 평탄화된 절연 층들이 일부 접합 층들을 통해 함께 접합된다는 것이다.
일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(400)는 기판(404)을 포함한다. 편의상, "위" 및 "상향"은 기판(404)으로부터 멀어지는 것을 의미하는 데 사용되고, "아래" 및 "하향"은 기판(404)을 향하는 것을 의미하며, 최상부, 최하부, 위, 아래, 아래쪽, 밑 등과 같은 다른 방향성 용어들이 그에 따라서 해석된다. 지지 기판(404)은, 개별 드라이버 회로들(406)의 어레이가 그 위에 제조되는 기판이다. 일부 실시예들에서, 드라이버 회로들은 또한, 기판(404) 위의 층들 중 하나에 또는 마이크로 3색 LED 구조(400) 위에 위치될 수 있다. 각각의 드라이버 회로는 픽셀 드라이버(406)이다. 일부 예시들에서, 드라이버 회로들(406)은 박막 트랜지스터 픽셀 드라이버들 또는 규소 CMOS 픽셀 드라이버들이다. 일 실시예에서, 기판(404)은 Si 기판이다. 다른 실시예에서, 지지 기판(404)은 투명 기판, 예컨대 유리 기판이다. 다른 예시적인 기판들은, GaAs, GaP, InP, SiC, ZnO, 및 사파이어 기판들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판(404)은 두께가 약 700 미크론이다. 드라이버 회로들(406)은, 개별 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 동작을 제어하기 위한 개별 픽셀 드라이버들을 형성한다. 기판(404) 상의 회로는 각각의 개별 드라이버 회로(406)에 대한 접촉부들을 그리고 또한 접지 접촉부를 포함한다. 도 4a 및 도 4b 둘 모두에 도시된 바와 같이, 각각의 마이크로 3색 LED 구조(400)는 또한 2개의 유형의 접촉부들: 픽셀 드라이버에 연결되는, P 전극들 또는 애노드들(이를테면, 450(또는 408), 452) 및 결합된 부분(422, 424, 및 426); 및 접지(즉, 공통 전극)에 연결되는, N 전극들 또는 캐소드들(이를테면, 440, 442, 444) 및 결합된 부분(416, 418, 및 420)을 갖는다.
일부 실시예들에서, N 전극(또는 N 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들(이를테면, 440, 442, 444) 및 결합된 부분(416, 418, 및 420)은, 그래핀, ITO, 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 또는 플루오린 도핑된 산화주석(FTO), 또는 이들의 임의의 조합물들과 같은 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, N 전극(또는 N 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들(이를테면, 440, 442, 444) 및 결합된 부분(416, 418, 및 420)은 불투명 또는 투명 전도성 물질들로, 바람직한 실시예에서는 투명 전도성 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, P 전극(또는 P 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들(이를테면, 450, 452) 및 결합된 부분(422, 424, 및 426)은, 그래핀, ITO, AZO, 또는 FTO, 또는 이들의 임의의 조합물들과 같은 물질들로 만들어진다. 일부 실시예에서 P 전극(또는 P 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들(이를테면, 450, 452) 및 결합된 부분(422, 424, 및 426)은 불투명 또는 투명 전도성 물질들로, 바람직한 실시예에서는 투명 전도성 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, P 전극들(또는 P 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들, 및 N 전극들(또는 N 전극 접촉 패드) 및 그의 연결부들의 위치들은 전환될 수 있다.
일반적으로, LED 발광 층은, p형 구역/층 및 n형 구역/층과의 PN 접합, 및 p형 구역/층과 n형 구역/층 사이의 활성 층을 포함한다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(412)으로부터 방출되는 광은 적색 LED 발광 층(412)의 측벽을 향해 수평으로 전파될 수 있고, 이어서, 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 요소(이를테면, 446 및/또는 448)에 의해 상향으로 반사되어, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 최상부 표면에서 밖으로 방출된다. 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 층(409)은 적색 LED 발광 층(412) 아래에 위치되고, 반사성 층(415)은 적색 LED 발광 층(412) 위에 위치된다. 적색 LED 발광 층(412)으로부터 방출되는 광은 2개의 반사성 층(409 및 415) 사이에서 적색 LED 발광 층(412)의 측벽을 향해 반사된다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(430)으로부터 방출되는 광은 녹색 LED 발광 층(430)의 측벽을 향해 수평으로 전파될 수 있고, 이어서, 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 요소(이를테면, 446 및/또는 448)에 의해 상향으로 반사되어, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 최상부 표면에서 밖으로 방출된다. 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 층(427)은 녹색 LED 발광 층(430) 아래에 위치되고, 반사성 층(433)은 녹색 LED 발광 층(430) 위에 위치된다. 녹색 LED 발광 층(430)으로부터 방출되는 광은 2개의 반사성 층(427 및 433) 사이에서 녹색 LED 발광 층(430)의 측벽을 향해 반사된다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 발광 층(436)으로부터 방출되는 광은 청색 LED 발광 층(436)의 측벽을 향해 수평으로 전파될 수 있고, 이어서, 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 요소(이를테면, 446 및/또는 448)에 의해 상향으로 반사되어, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(400)의 최상부 표면에서 밖으로 방출된다. 아래에 설명되는 바와 같이, 반사성 층(435)은 청색 LED 발광 층(436) 아래에 위치된다. 청색 LED 발광 층(436)으로부터 방출되는 광은, 반사성 층(435)과 청색 LED 발광 층(436)의 상부 표면 사이에서 청색 LED 발광 층(436)의 측벽을 향해 반사된다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(412)으로부터 방출되는 광은, 녹색 LED 발광 층(430)을 통해 그리고 이어서 청색 LED 발광 층(436)을 통해 수직으로 전파되어 3색 LED 디바이스(400) 밖으로 방출될 수 있다. 일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(430)으로부터 방출되는 광은 청색 LED 발광 층(436)을 통해 전파되어 3색 LED 디바이스(400) 밖으로 방출될 수 있다. 수직 광 투과의 경우에, 일부 실시예들에서, 발광 층들 각각 위의 최상부 반사성 층들(이를테면, 415 및 433)은 바람직하게는 3색 LED 디바이스(400)에 포함되지 않는다.
일부 실시예들에서, LED 발광 층(이를테면, 412, 430, 및 436)은 상이한 조성들을 갖는 많은 에피택셜 하위-층들을 포함한다. LED 에피택셜 층들의 예들은, III-V족 질화물, III-V족 비소화물, III-V족 인화물, 및 III-V족 안티몬화물 에피택셜 구조들을 포함한다. 마이크로 LED들의 예들은, GaN 기재 UV/청색/녹색 마이크로 LED들, AlInGaP 기재 적색/주황색(orange) 마이크로 LED들, 및 GaAs 또는 InP 기재 적외선(IR) 마이크로 LED들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 적층된 LED 구조들 각각은 자신의 개별 광을 생성하도록 개별적으로 제어될 수 있다. 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(400) 내의 모든 LED 에피택셜 층들의 동작들로부터의 결과로서의, 최상부 LED 에피택셜 층으로부터의 결합된 광은, 작은 풋프린트 내에서 디스플레이 패널 상의 단일 픽셀의 색상을 변경할 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 디바이스(400)의 설계에 따라, 동일한 디바이스에 포함된 LED 구조들의 방출된 색상들은 적색, 녹색, 및 청색으로 제한되지 않는다. 예컨대, 가시 색상 범위인 380 nm 내지 700 nm의 파장으로부터의 다양한 상이한 색상들로부터 적합한 색상들이 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 자외선 및 적외선과 같은 비-가시 범위로부터의 다른 색상들을 방출하는 LED 구조들이 구현될 수 있다.
일부 실시예들에서, 수직 광 방출이 수평 광 방출과 결합될 때, 예컨대, 최하부로부터 최상부로의 3개-색상 선택은 적색, 녹색, 및 청색일 수 있다. 다른 실시예에서, 최하부로부터 최상부로의 3개-색상 선택은 적외선, 주황색, 및 자외선일 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스(400)의 하나의 층 상의 LED 구조로부터의 광의 파장은 현재 층의 최상부 상의 층 상의 LED 구조로부터의 파장보다 길다. 예를 들면, 최하부 LED 발광 층(412)으로부터의 광의 파장은 중간 LED 발광 층(430)의 것보다 길고, 중간 LED 발광 층(430)으로부터의 광의 파장은 최상부 LED 발광 층(436)의 것보다 길다.
일부 실시예들에서, 수평 광 방출의 경우에 또는 수평 광 방출의 부분이 LED 디바이스(400)의 최상부 표면으로부터의 수직 광 방출의 부분을 초과할 때, LED 발광 층들(412, 430, 및 436) 각각은 임의의 적합한 가시 또는 비-가시 색상일 수 있다. 수평 광 방출의 이점은, 방출된 광이 LED 디바이스(400)의 다른 최상부 층들을 통과할 필요가 없고 현재 발광 층의 가장자리 또는 측벽으로부터 직접 나오므로, 더 적은 광 투과 손실 및 더 높은 광 방출 효율이 달성될 수 있다는 것이다. 예컨대, 수직 광 방출 LED 디바이스와 비교하여, 수평 광 방출 LED 디바이스는 15 % 초과, 50 % 초과, 100 % 초과, 150 % 초과, 또는 200 % 초과의 광 투과 효율을 얻을 수 있다. 일부 예시들에서, 수평 광 방출 LED 디바이스로부터의 광 투과 효율은 20 %, 40 %, 또는 60 % 이상일 수 있다.
일부 실시예들에서, 최하부 적색 LED 발광 층(412)은 금속 접합 층(408)을 통해 기판(404)에 접합된다. 금속 접합 층(408)은 기판(404) 상에 배치될 수 있다. 하나의 접근법에서, 금속 접합 층(408)은 기판(404) 상에 성장된다. 일부 실시예들에서, 금속 접합 층(408)은, 기판(404) 상의 드라이버 회로(406) 및 금속 접합 층(408) 위의 적색 LED 발광 층(412) 둘 모두에 전기적으로 연결되어, P 전극처럼 작용한다. 일부 실시예들에서, 금속 접합 층(408)의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 3 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 금속 접합 층(408)의 두께는 약 0.3 ㎛이다. 금속 접합 층(408)은, 옴 접촉 층들 및 금속 접합 층들을 포함할 수 있다. 일부 예시들에서, 2개의 금속 층이 금속 접합 층(408)에 포함된다. 금속 층들 중 하나는, LED 디바이스(400) 내의 금속 접합 층 위의 증착된 층이다. 일부 실시예들에서, 상응하는 접합 금속 층이 또한 기판(404) 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, 금속 접합 층(408)에 대한 조성물들은, Au-Au 접합, Au-Sn 접합, Au-In 접합, Ti-Ti 접합, Cu-Cu 접합, 또는 이들의 혼합물을 포함한다. 예컨대, Au-Au 접합이 선택되는 경우, Au의 2개의 층은 각각, 접착 층으로서 Cr 코팅을 그리고 확산 방지 층으로서 Pt 코팅을 필요로 한다. 그리고, Pt 코팅은 Au 층과 Cr 층 사이에 있다. Cr 및 Pt 층들은 2개의 접합된 Au 층의 최상부 및 최하부 상에 위치된다. 일부 실시예들에서, 2개의 Au 층의 두께들이 거의 동일할 때, 고압 및 고온 하에서, 두 층들 모두 상에서의 Au의 상호 확산은 2개의 층을 함께 접합시킨다. 사용될 수 있는 예시적인 기법들은, 공융 접합, 열 압축 접합, 및 천이 액상(TLP) 접합이다.
일부 실시예들에서, 금속 접합 층(408)은 또한, 위의 LED 구조들로부터 방출되는 광을 반사하기 위한 반사기로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(410)이 적색 LED 발광 층(412)의 최하부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(410)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 적색 LED 발광 층(412)과 금속 접합 층(408) 사이에 형성되는, LED 디바이스(400)로부터 방출되는 광에 투명한 전도성 투명 층(410), 이를테면 인듐 주석 산화물(ITO) 층이다. 일부 실시예들에서, 도 4a에 도시되고 도 4b에는 도시되지 않은 바와 같이, 적색 LED 구조는 적색 LED 발광 층(412)에 전기적으로 연결되는 P 전극 접촉 패드(450)를 갖는다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(450)는 전도성 층(410)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(414)이 적색 LED 발광 층(412)의 최상부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(414)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 적색 LED 발광 층(412)과 N 전극 접촉 패드(416) 사이에 형성되는 전도성 투명 층(414), 이를테면 ITO 층이다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(412)은, 적색 LED 발광 층(412)의 일 측부에서 그 위의 층들에 대해 연장 부분(464)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(464)은 전도성 층들(410 및 414)과 함께 연장된다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(464)은, 연장 부분(464) 위의 전도성 층(414)의 연장 부분을 통해 N 전극 접촉 패드(416)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(409)은 적색 LED 발광 층(412) 아래에서 전도성 층(410)과 금속 접합 층(408) 사이에 위치되고, 반사성 층(415)은 적색 LED 발광 층(412) 위에서 전도성 층(414)과 접합 층(456) 사이에, 그리고 일 예에서는 평탄화된 절연 층(454) 내에 위치된다.
하나의 접근법에서, 적색 LED 발광 층(412)은 별개의 기판(에피택시 기판으로 지칭됨) 상에 성장된다. 이어서, 에피택시 기판은, 접합 후에, 예컨대, 레이저 리프트-오프 프로세스 또는 습식 화학적 식각에 의해 제거되어, 도 4b에 도시된 구조를 남긴다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(412)은 적색 마이크로 LED들을 형성하기 위한 것이다. 적색 LED 발광 층의 예들은, III-V족 질화물, III-V족 비소화물, III-V족 인화물, 및 III-V족 안티몬화물 에피택셜 구조들을 포함한다. 일부 예시들에서, 적색 LED 발광 층(412) 내의 막들은, P형 GaP/P형 AlGaInP 발광 층/AlGaInP/N형 AlGaInP/N형 GaAs의 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, P형 층은 일반적으로 Mg 도핑되고, N형 층은 일반적으로 Si 도핑된다. 일부 예들에서, 적색 LED 발광 층의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 5 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 적색 LED 발광 층의 두께는 약 0.3 미크론이다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 구조는, 금속 접합 층(408), 반사성 층(409), 전도성 층(410), 적색 LED 발광 층(412), 전도성 층(414), 반사성 층(415), 및 N 전극 접촉 패드(416)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 적색 LED 구조는 평탄화된 절연 층(454), 예컨대 이산화규소(SiO2) 층 내에 형성된다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 절연 층(454)은 전체 적색 LED 구조를 덮는다. 일부 실시예들에서, 전체 적색 LED 구조는 평탄화된 절연 층(454) 내에 매립된다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 절연 층(454)의 표면은 화학적 기계적 연마의 방법에 의해 평활화되거나 평탄화된다.
일부 실시예들에서, 평탄화된 층(이를테면, 454)은 마이크로 LED(400)로부터 방출되는 광에 투명하다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 층은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들과 같은 유전체 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 고체 무기 물질들은, SiO2, Al2O3, Si3N4, 포스포실리케이트 유리(PSG), 또는 보로포스포실리케이트 유리(BPSG), 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 플라스틱 물질들은, SU-8, PermiNex, 벤조시클로부텐(BCB), 또는 스핀 온 글래스(SOG)를 포함하는 투명 플라스틱(수지), 또는 접합 접착제 마이크로 레지스트 BCL-1200, 또는 이들의 임의의 조합물과 같은 중합체들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 층은 마이크로 LED(400)로부터 방출되는 광이 통과하는 것을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 층들(이를테면, 454, 468, 및 462)은 접합 층(이를테면, 456 및 460)과 동일한 조성을 갖는다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 층들(이를테면, 454, 468, 및 462)은 접합 층(이를테면, 456 및 460)과 상이한 조성을 갖는다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 구조에 대한 P 전극 접촉 구성요소들(422 및 424)을 수용하기 위해 비아 또는 관통 홀이 평탄화된 절연 층(454) 내에 형성된다. P 전극 접촉 구성요소들(422 및 424)은 드라이버 회로(406)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 접합 층(456)은 적색 LED 구조 및 녹색 LED 구조를 함께 접합하는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 접합 층(456)은 LED 디바이스(400)로부터 방출되는 광에 투명하지 않다. 일부 실시예들에서, 접합 층(456)의 물질들 및 두께는 금속 접합 층(408)에 대해 위에서 설명된 것과 동일하다. 일부 실시예들에서, 접합 층(456)은 또한, 위의 LED 구조들로부터 방출되는 광을 반사하기 위한 반사기로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 수직 투과가 사용될 때, 접합 층(456)은 마이크로 LED(400)로부터 방출되는 광에 투명하다. 일부 실시예들에서, 접합 층(456)은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들과 같은 유전체 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 고체 무기 물질들은, SiO2, Al2O3, Si3N4, 포스포실리케이트 유리(PSG), 또는 보로포스포실리케이트 유리(BPSG), 또는 이들의 임의의 조합물을 포함한다. 일부 실시예들에서, 플라스틱 물질들은, SU-8, PermiNex, 벤조시클로부텐(BCB), 또는 스핀 온 글래스(SOG)를 포함하는 투명 플라스틱(수지), 또는 접합 접착제 마이크로 레지스트 BCL-1200, 또는 이들의 임의의 조합물과 같은 중합체들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 투명 접합 층은, 접합 층들 아래의 층들로부터 방출되는 광이 통과하는 것을 용이하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(428)이 녹색 LED 발광 층(430)의 최하부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(428)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 녹색 LED 발광 층(430)과 있는 접합 층(456) 사이에 형성되는 전도성 투명 층(428), 이를테면 ITO 층이다.
일부 실시예들에서, 도 4a 및 도 4b 둘 모두에 도시된 바와 같이, 녹색 LED 구조들은 녹색 LED 발광 층(430)에 전기적으로 연결되는 P 전극 접촉 패드(426)를 갖는다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(426)는 전도성 층(428)에 연결된다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(426)는 또한, 접합 층(456) 내의 P 전극 접촉 패드(426)의 일부분을 통해, 평탄화된 절연 층(454) 내의 P 전극 접촉 구성요소들(422 및 424)에 연결된다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 구성요소(422)는 원통형 형상을 갖는다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 구성요소(424)는, 구성요소(422)의 폭과 정합하게 최상부 측이 좁고 최하부 측이 넓은 깔때기형 형상을 갖고, 이 형상은 그 위에 구성요소(422)를 지지하기 위한 것이다. 일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(432)이 녹색 LED 발광 층(430)의 최상부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(432)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 녹색 LED 발광 층(430)과 N 전극 접촉 패드(420) 사이에 형성되는 전도성 투명 층(432), 이를테면 ITO 층이다. 일부 실시예들에서, 도 4a 및 도 4b 둘 모두에 도시된 바와 같이, 녹색 LED 구조는 녹색 LED 발광 층(430)에 전기적으로 연결되는 N 전극 접촉 패드(420)를 갖는다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 패드(420)는 전도성 층(432)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 녹색 LED 구조의 N 전극 접촉 패드(420)는 또한, 투명 접합 층(456) 내의 N 전극 접촉 구성요소(418)를 통해 적색 LED 구조의 N 전극 접촉 패드(416)에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, N 전극 접촉 구성요소(418) 및 P 전극 접촉 패드(426)의 일부분을 수용하기 위해 비아들 또는 관통 홀들이 접합 층(456) 내에 형성된다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(430)은, 녹색 LED 발광 층(430)의 일 측부에서 그 위의 층들에 대해 연장 부분(466)을 갖는다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(466)은 전도성 층들(428 및 432)과 함께 연장된다. 일부 실시예들에서, 연장 부분(466)은, 연장 부분(466) 위의 전도성 층(432)의 연장 부분을 통해 N 전극 접촉 패드(420)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(430)의 측방향 치수는, 특히 유효 발광 영역에 대해, 적색 LED 발광 층(412)의 측방향 치수와 실질적으로 동일하다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(427)은 녹색 LED 발광 층(430) 아래에서 전도성 층(428)과 접합 층(456) 사이에 위치되고, 반사성 층(433)은 녹색 LED 발광 층(430) 위에서 전도성 층(432)과 접합 층(460) 사이에, 그리고 일 예에서는 평탄화된 절연 층(458) 내에 위치된다.
하나의 접근법에서, 녹색 LED 발광 층(430)은 별개의 기판(에피택시 기판으로 지칭됨) 상에 성장된다. 이어서, 에피택시 기판은, 접합 후에, 예컨대, 레이저 리프트-오프 프로세스 또는 습식 화학적 식각에 의해 제거되어, 도 4b에 도시된 구조를 남긴다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 발광 층(430)은 녹색 마이크로 LED들을 형성하기 위한 것이다. 녹색 LED 발광 층의 예들은, III-V족 질화물, III-V족 비소화물, III-V족 인화물, 및 III-V족 안티몬화물 에피택셜 구조들을 포함한다. 일부 예시들에서, 녹색 LED 발광 층(430) 내의 막들은, P형 GaN/InGaN 발광 층/N형 GaN의 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, P형은 일반적으로 Mg 도핑되고, N형은 일반적으로 Si 도핑된다. 일부 예들에서, 녹색 LED 발광 층의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 5 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 녹색 LED 발광 층의 두께는 약 0.3 미크론이다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 구조는, 반사성 층(427), 전도성 층(428), 녹색 LED 발광 층(430), 전도성 층(432), 반사성 층(433), 및 N 전극 접촉 패드(420)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 녹색 LED 구조는 평탄화된 절연 층(458) 내에 형성된다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 절연 층(458)은 전체 녹색 LED 구조, 및 P 전극 접촉 패드(426)의 일부분을 덮는다. 일부 실시예들에서, 전체 녹색 LED 구조는 평탄화된 절연 층(458) 내에 매립된다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 절연 층(458)의 두 표면들 모두가 화학적 기계적 연마의 방법에 의해 평활화되거나 평탄화된다.
일부 실시예들에서, 녹색 LED 구조의 측방향 치수는 적색 LED 구조의 측방향 치수와 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들에서, 제1 LED 구조, 예컨대 적색 LED 구조 및 제2 LED 구조, 예컨대 녹색 LED 구조는, 연장 부분들(이를테면, 464 및 466)을 제외할 때 동일한 중심 축을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제1 LED 구조 및 제2 LED 구조는, 연장 부분들(이를테면, 464 및 466)을 제외할 때 동일한 중심 축을 따라 정렬된다.
일부 실시예들에서, 접합 층(460)은 녹색 LED 구조 및 청색 LED 구조를 함께 접합하는 데 사용된다. 일부 실시예들에서, 접합 층(456)은 LED 디바이스(400)로부터 방출되는 광에 투명하지 않다. 일부 실시예들에서, 접합 층(460)의 물질들 및 두께는 금속 접합 층(408)에 대해 위에서 설명된 것과 동일하다. 일부 실시예들에서, 접합 층(460)은 또한, 위의 LED 구조들로부터 방출되는 광을 반사하기 위한 반사기로서 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 수직 투과가 사용될 때, 접합 층(460)은 LED 디바이스(400)로부터 방출되는 광에 투명하다. 일부 실시예들에서, 접합 층(460)은, 접합 층(456)에 대해 위에서 설명된 것과 동일한 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들과 같은 유전체 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 투명 접합 층은, 접합 층들 아래의 층들로부터 방출되는 광이 통과하는 것을 용이하게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(434)이 청색 LED 발광 층(436)의 최하부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(434)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 청색 LED 발광 층(436)과 있는 접합 층(460) 사이에 형성되는 전도성 투명 층(434), 이를테면 ITO 층이다. 일부 실시예들에서, 도 4a에 도시되고 도 4b에는 도시되지 않은 바와 같이, 청색 LED 구조는 청색 LED 발광 층(436)에 전기적으로 연결되는 P 전극 접촉 패드(452)를 갖는다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(452)는 전도성 층(434)에 연결된다. 일부 실시예들에서, P 전극 접촉 패드(452)는 또한, 평탄화된 절연 층들(454 및 458) 내의 그리고 투명 접합 층들(456 및 460) 내의, 422 및 424와 유사한 일부 P 전극 접촉 구성요소들(도 4a 및 도 4b에 도시되지 않음)에 연결된다. 그러한 P 전극 접촉 구성요소들은 드라이버 회로(406)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 전극 연결을 위한 전도성 층(438)이 청색 LED 발광 층(436)의 최상부에 형성된다. 일부 실시예들에서, 전도성 층(438)은, 전도성 및 투명성을 개선하기 위해 청색 LED 발광 층(436)과 N 전극(440) 사이에 형성되는 전도성 투명 층(438), 이를테면 ITO 층이다. 일부 실시예들에서, 도 4b에 도시한 바와 같이, N 전극(440)은, N 전극(440) 및 전도성 층(438)을 통해 청색 LED 발광 층(436)에 전기적으로 연결되는 N 전극 접촉 패드들(442 및 444)을 갖는다. 일부 실시예들에서, N 전극(440)은 또한, 녹색 LED 구조의 N 전극 접촉 패드(420)에 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, N 전극(440)은, 그래핀, ITO, AZO, 또는 FTO, 또는 이들의 임의의 조합물들과 같은 물질들로 만들어진다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 발광 층(436)의 측방향 치수는, 특히 유효 발광 영역에 대해, 녹색 LED 발광 층(430)의 측방향 치수와 실질적으로 동일하다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(435)은, 청색 LED 발광 층(436) 아래에서 전도성 층(434)과 접합 층(460) 사이에 위치된다. 일부 실시예들에서, 임의적인 반사성 층(439)(도 4b에 도시되지 않음)이 청색 LED 발광 층(436) 위에서 전도성 층(438)의 최상부 상에 위치된다.
하나의 접근법에서, 청색 LED 발광 층(436)은 별개의 기판(에피택시 기판으로 지칭됨) 상에 성장된다. 이어서, 에피택시 기판은, 접합 후에, 예컨대, 레이저 리프트-오프 프로세스 또는 습식 화학적 식각에 의해 제거되어, 도 4b에 도시된 구조를 남긴다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 발광 층(436)은 청색 마이크로 LED들을 형성하기 위한 것이다. 청색 LED 발광 층의 예들은, III-V족 질화물, III-V족 비소화물, III-V족 인화물, 및 III-V족 안티몬화물 에피택셜 구조들을 포함한다. 일부 예시들에서, 청색 LED 발광 층(436) 내의 막들은, P형 GaN/InGaN 발광 층/N형 GaN의 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, P형은 일반적으로 Mg 도핑되고, N형은 일반적으로 Si 도핑된다. 일부 예들에서, 청색 LED 발광 층의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 5 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 청색 LED 발광 층의 두께는 약 0.3 미크론이다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 구조는, 반사성 층(435), 전도성 층(434), 청색 LED 발광 층(436), 전도성 층(438), 및 임의적인 반사성 층(439)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 청색 LED 구조는 평탄화된 절연 층(462) 내에 형성된다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 절연 층(462)은 전체 청색 LED 구조를 덮는다. 일부 실시예들에서, 전체 청색 LED 구조는 평탄화된 절연 층(462) 내에 매립된다. 일부 실시예들에서, 평탄화된 절연 층(462)의 최하부 표면은 화학적 기계적 연마의 방법에 의해 평활화되거나 평탄화된다.
일부 실시예들에서, N 전극(440)의 일부분을 수용하여 녹색 LED 구조의 N 전극 접촉 패드(420)에 연결되기 위해, 비아들 또는 관통 홀들이 평탄화된 절연 층(462) 및 투명 접합 층(460) 내에 형성된다.
일부 실시예들에서, N 전극(440)은 평탄화된 절연 층(462)의 최상부를 덮는다. 일부 실시예들에서, N 전극(440)은 3색 LED 디바이스(400)의 최상부를 덮는다. 일부 실시예들에서, N 전극(440)은 N 전극 접촉 패드들(442 및 444)을 통해 인접한 3색 LED 디바이스(도 4a 또는 4b에 도시되지 않음) 내의 N 전극에 연결되고, 따라서, 공통 전극으로서 기능한다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 구조의 측방향 치수는 녹색 LED 구조의 측방향 치수와 실질적으로 동일하다. 일부 실시예들에서, 제2 LED 구조, 예컨대 녹색 LED 구조 및 제3 LED 구조, 예컨대 청색 LED 구조는, 연장 부분들(이를테면, 466)을 제외할 때 동일한 중심 축을 갖는다. 일부 실시예들에서, 제2 LED 구조 및 제3 LED 구조는, 연장 부분들(이를테면, 466)을 제외할 때 동일한 중심 축을 따라 정렬된다.
일부 실시예들에서, 전도성 층들(410, 414, 428, 432, 434, 및 438) 각각의 두께는 약 0.01 미크론 내지 약 1 미크론이다. 일부 예시들에서, 다음 에피택셜 층과의 임의의 접합 프로세스 전에, 전도성 층들(410, 414, 428, 432, 434, 및 438) 각각은, 통상적으로, 기상 증착, 예컨대, 전자 빔 증발 또는 스퍼터링 증착에 의해 개개의 대응하는 에피택셜 층 상에 증착된다. 일부 예들에서, 전도성 층들은, 전극 연결을 위한 양호한 전도성을 유지하면서, 일부 예시들에서는, 반사율 또는 투명성과 같은 LED 디바이스들의 광학 특성들을 개선하기 위해 사용된다.
일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(400)로부터의 광 방출 효율을 개선하기 위해, 광학 격리 구조들(이를테면, 446 및 448)이 3색 LED 디바이스(400)의 측벽을 따라 형성된다. 일부 실시예들에서, 광학 격리 구조들(446 및 448)은 SiO2와 같은 유전체 물질들로 만들어진다.
상면도로 도 4a에 도시한 바와 같이, 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(400)는 원형 형상을 갖는다. 일부 실시예들에서, 광학 격리 구조들(이를테면, 446 및 448)은 하나의 부분으로서 연결되고, 3색 LED 디바이스(400) 주위의 원형 측벽으로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 광학 격리 구조들은 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 반사성 컵으로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(400) 내의 3개의 적층된 LED 구조가 또한 원형 형상들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(400)는 직사각형, 정사각형, 삼각형, 사다리꼴, 다각형과 같은 다른 형상들일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 격리 구조들(이를테면, 446 및 448)은 하나의 부분으로서 연결되고, 직사각형, 정사각형, 삼각형, 사다리꼴, 다각형과 같은 다른 형상들로 3색 LED 디바이스(400) 주위의 측벽으로서 형성된다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(412), 녹색 LED 발광 층(430), 및 청색 LED 발광 층(436)은 비스듬한 측부 표면들을 갖는다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 비스듬한 측부 표면은, 개개의 LED 발광 층의 최상부 또는 최하부 표면들에 수직이 아닌 표면을 지칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 개개의 LED 발광 층의 최하부 표면과 비스듬한 측벽 사이의 각도는 90 도보다 작다. 일부 실시예들에서, 금속 접합 층(408)이 또한 비스듬한 측부 표면을 갖는다. 비스듬한 측부 표면들은, LED 발광 층들에 대한 상이한 커넥터들에 대한 용이한 연결들을 향상시키고, 예리한 각도들로 인한 그러한 커넥터들의 연결해제를 방지하고, 디바이스의 전체 안정성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 다색 LED 디바이스의 광 투과 효율은, 기판(404)의 표면에 대한 법선에 대한 LED 발광 층들의 비스듬한 측부 표면의 각도가 변함에 따라 변한다. 일부 실시예들에서, 다색 LED 디바이스의 광 투과 효율은, 기판(404)의 표면에 대한 법선에 대한 LED 발광 층들의 비스듬한 측부 표면의 각도가 증가함에 따라 증가한다. 예컨대, 기판(404)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±5 도일 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 446 및/또는 448)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들이 아닐 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은 0.32 %이다. 예컨대, 기판(404)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±15 도일 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 446 및/또는 448)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들이 아닐 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은 2.7 %이다. 예컨대, 기판(404)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±90 도이거나(예컨대, 발광 층이 기울어질 때) 그에 매우 가까울 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 446 및/또는 448)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들이 아닐 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은 56.4 %와 동일하거나 그에 매우 가깝다.
대조적으로, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같은 반사성 컵 구조들의 구현은, 다색 LED 디바이스의 광 투과 효율을 개선한다. 예컨대, 기판(404)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±5 도일 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 446 및/또는 448)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들일 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은, 반사성 컵이 없는 LED 디바이스와 비교하여 104.6 %의 증가인 0.65 %이다. 예컨대, 기판(404)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±15 도일 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 446 및/또는 448)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들일 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은, 반사성 컵이 없는 LED 디바이스와 비교하여 144.4%의 증가인 6.65 %이다. 예컨대, 기판(404)의 표면에 대한 법선에 대해 LED 발광 층들의 측부 표면의 각도가 ±90 도이거나(예컨대, 발광 층이 기울어질 때) 그에 매우 가까울 때 그리고 광학 격리 구조들(이를테면, 446 및/또는 448)이 아래에 설명되는 바와 같은 반사성 컵들일 때, 다색 LED 디바이스의 광 방출 효율은, 반사성 컵이 없는 LED 디바이스와 비교하여 18.4 %의 증가인 66.65 %이다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(412), 녹색 LED 발광 층(430), 및 청색 LED 발광 층(436)의 크기는 유사하다. 예컨대, 적색 LED 발광 층(412), 녹색 LED 발광 층(430), 및 청색 LED 발광 층(436)의 표면 영역들은, 특히 유효 발광 영역들에 대해, 실질적으로 동일하다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들은, 광 투과 효율을 개선하기 위해 LED 발광 층들 각각의 위 및 아래에 형성된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 반사성 층(409)이 접합 층(408)과 적색 LED 발광 층(412) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(409)은, 전도성 층(410)이 존재할 때, 접합 층(408)과 전도성 층(410) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(415)은, 적색 LED 발광 층(412)과 접합 층(456) 사이에(그리고/또는 평탄화된 절연 층(454) 내에) 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(415)은, 전도성 층(414)이 존재할 때 전도성 층(414)과 접합 층(456) 사이에(그리고/또는 평탄화된 절연 층(454) 내에) 형성된다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(427)은, 녹색 LED 발광 층(430)과 접합 층(456) 사이에(그리고/또는 평탄화된 절연 층(458) 내에) 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(427)은, 전도성 층(428)이 존재할 때 전도성 층(428)과 접합 층(456) 사이에(그리고/또는 평탄화된 절연 층(458) 내에) 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(433)은, 녹색 LED 발광 층(430)과 접합 층(460) 사이에(그리고/또는 평탄화된 절연 층(458) 내에) 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(433)은, 전도성 층(432)이 존재할 때 전도성 층(432)과 접합 층(460) 사이에(그리고/또는 평탄화된 절연 층(458) 내에) 형성된다.
일부 실시예들에서, 반사성 층(435)은, 청색 LED 발광 층(436)과 접합 층(460) 사이에(그리고/또는 평탄화된 절연 층(462) 내에) 형성된다. 일부 실시예들에서, 반사성 층(435)은, 전도성 층(434)이 존재할 때 전도성 층(434)과 접합 층(460) 사이에(그리고/또는 평탄화된 절연 층(462) 내에) 형성된다. 일부 실시예들에서, 임의적인 반사성 층(439)(도 4b에 도시되지 않음)이 N 전극 패드(440)와 청색 LED 발광 층(436) 사이에 형성되는 한편, 청색 LED 발광 층(436)이 예컨대 전도성 경로를 통해 N 전극 패드(440)에 전기적으로 연결되는 것이 여전히 허용된다. 일부 실시예들에서, 임의적인 반사성 층(439)은, 전도성 층(438)이 존재할 때, N 전극 패드(440)와 전도성 층(438) 사이에 형성되는 한편, 전도성 층(438)이 예컨대 전도성 경로를 통해 N 전극 패드(440)에 전기적으로 연결되는 것이 여전히 허용된다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들의 물질들, 조성, 특성들, 및 제조는 도 1 내지 도 3과 관련하여 위에 설명된 것과 동일하다.
일부 실시예들에서, 건식 식각 및 습식 식각을 통해, 3색 LED 구조가 형성되고, 상이한 색상들의 LED 구조들의 축들이 서로 수직으로 정렬된다. 일부 실시예들에서, 상이한 색상들의 LED 구조들은 동일한 축을 공유한다.
일부 실시예들에서, 상이한 색상들의 LED 구조들 각각은, 그의 개개의 평탄화된 절연 구조 내에 피라미드형 형상 또는 사다리꼴 단면 형상을 형성한다. 각각의 층은 그 밑의 층과 비교하여 더 좁은 폭 또는 더 작은 면적을 갖는다. 이러한 예시에서, 폭 또는 면적은 기판(404)의 표면에 평행한 평면의 치수들에 의해 측정된다. 일부 실시예들에서, 특히, 평탄화된 계층화된 구조들이 사용될 때, 상이한 색상들의 LED 구조들 각각은 다른 LED 구조들과 비교하여 실질적으로 동일한 측방향 치수를 갖는다. LED 구조들 각각이 실질적으로 동일한 영역을 가질 때, 전체 LED 디바이스로부터의 발광 효율이 개선된다.
일부 실시예들에서, 특히, 평탄화된 계층화된 구조들이 사용되지 않고, 상이한 색상들의 LED 구조들 각각이, LED 구조들의 영역을 넘는 연장 없이 LED 구조들의 영역만을 덮는 층들을 접합함으로써 함께 접합될 때, 전체 다색 LED 디바이스는 피라미드(또는 거꾸로 된 원뿔)형 형상 또는 사다리꼴 단면 형상(도 4b에 도시되지 않음)을 형성한다. 일부 실시예들에서, 최하부 LED 구조, 예컨대 적색 LED 구조의 측방향 치수는 가장 길 수 있고, 최상부 LED 구조, 예컨대 청색 LED 구조의 측방향 치수는 가장 짧을 수 있다. 피라미드형 형상은, LED 디바이스 내의 층들 각각이 식각되고 상향식으로 패터닝될 때 자연스럽게 형성될 수 있다. 피라미드형 구조는, 개별 LED 구조들 사이의 그리고 전극들에 대한 전자 연결들을 개선하고, 제조 프로세스를 단순화할 수 있다. 예컨대, 전극 연결들은 용이한 연결을 위해 각각의 층에서 노출된다.
일부 실시예들에서, 최하부 층, 이를테면 금속 접합 층(408)은 약 1 미크론 내지 약 500 미크론의 측방향 치수를 갖는다. 바람직한 실시예에서, 다색 LED 디바이스의 최하부에서의 금속 접합 층(408)의 측방향 치수는 약 2.0 미크론이다. 일부 실시예들에서, 다색 LED 디바이스의 수직 높이는 약 1 미크론 내지 약 500 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 다색 LED 디바이스의 수직 높이는 약 1.9 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 다색 LED 디바이스의 최상부에서의 전도성 층(438)의 측방향 치수는 약 1.0 미크론이다.
일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스의 층의 단면의 종횡비는 동일한 층의 측방향 치수가 변할 때 실질적으로 동일하게 유지된다. 예컨대, 패터닝된 에피택셜 층의 측방향 치수가 5 미크론일 때, 패터닝된 에피택셜 층의 두께는 미크론 미만이다. 다른 예에서, 동일한 패터닝된 에피택셜 층의 측방향 치수가 증가할 때, 동일한 패터닝된 에피택셜 층의 두께가 그에 따라 증가하여 동일한 종횡비가 유지된다. 일부 실시예들에서, 에피택셜 층들 및 다른 층들의 단면의 종횡비는 두께/폭이 1/5 미만이다.
LED 디바이스의 형상은 제한되지 않고, 일부 다른 실시예들에서, 3색 LED 디바이스의 단면 형상은 다른 형상들, 예컨대, 역사다리꼴, 반-타원형, 직사각형, 평행사변형, 삼각형, 또는 육각형 등의 형태를 취할 수 있다.
평탄화된 절연 층들(이를테면, 454, 458, 및 462)이 상이한 색상들의 LED 구조들 각각을 덮는 일부 실시예들에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스에 대한 제조 프로세스가 단순화되고, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 광 방출 효율이 개선된다. 예컨대, 상이한 색상들의 LED 구조들 각각은 먼저, 개개의 평탄화된 절연 층 내에, 전도성 층들, 반사성 층들, 및 전극 접촉 패드들, 및 그들의 관련 연결부들을 포함하는 것을 그 자신 상에 형성할 수 있고, 이어서, LED 구조들은 개개의 접합 층과 함께 접합된다.
대조적으로, 상이한 색상들의 LED 구조들이 일부 접합 층들과 직접 함께 접합되는, 평탄화 없이 직접 적층된 3색 LED 디바이스를 제조하는 프로세스에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스는 층별 패터닝(및/또는 식각)의 결과로서 피라미드(또는 거꾸로 된 원뿔)형 형상 또는 사다리꼴 단면 형상일 수 있다. 그에 따라, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 적층체의 최하부에 있는 LED 구조에 대한 유효 발광 영역은 가장 큰 반면, 적층체의 최상부에 있는 LED 구조에 대한 유효 발광 영역은 가장 작다. LED 디바이스 내의 다수의 LED 구조들 간의 발광 구역들의 불균일성은 그의 광 방출 효율을 저하시킬 수 있다. 평탄화된 계층화된 구조를 이용하여, LED 구조들 각각이 그 자신의 평탄화된 절연 층 내에 제조되므로, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스는 위에 설명된 바와 같은 피라미드 구조로 제한되지 않는다. 대신에, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스 내의 상이한 LED 구조들의 유효 발광 영역은 설계에 따라 조정될 수 있다. 일부 예시에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스 내의 상이한 LED 구조들의 수평 유효 발광 영역들은, 광 방출 효율 및 전기적 연결들에 대한 용이성을 개선하기 위해 실질적으로 동일하다. 일부 경우들에서, 평탄화가 없는 유사한 3색 LED 구조와 비교하여, 평탄화된 3색 LED 구조는 적어도 5 %, 적어도 10 % 또는 때때로 적어도 20 %만큼 광 방출 효율을 개선할 수 있다.
일부 실시예들에서, 개개의 에피택시 기판이 위에 설명된 것과 같은 LED 발광 층들 각각을 성장시키기 위해 사용될 때, 절연 층이 에피택시 기판 각각 상에 증착되어 대응하는 LED 발광 층들 및 다른 층들, 이를테면, 전도성 층들 및 반사성 층들을 먼저 덮을 수 있다. 이어서, 평탄화 프로세스가 후속되어, 개개의 LED 구조를 매립하는 절연 층의 표면을 고르게 한다. 전기적 연결들을 위한 비아들이 또한, 접합 전에, 평탄화된 층들 내에 형성된다.
다른 실시예에서, 접합 층을 포함하는 LED 구조의 층들은, 형성된 LED 구조를 이미 직접 매립하는 평탄화된 절연 층 상에 형성되고, 이어서, 현재의 LED 구조를 덮기 위해, 평탄화된 절연 층의 형성이 후속될 수 있다. 전기적 연결들을 위한 비아들이 또한, 다음 LED 구조가 현재의 LED 구조 위에 형성되기 전에, 평탄화된 층 내에 형성된다.
디바이스를 형성하기 위해 접합 층이 LED 구조의 최상부 또는 최하부와 직접 접촉하는, 평탄화된 절연 층들이 없는 일부 다른 프로세스들과 비교하여, 접합 층은, LED 구조들과 접촉함이 없이 평탄화된 절연 층과 접촉할 수 있다. 그에 따라, 평탄화된 LED 구조들 각각 내의 피쳐들 및 층들은 더 양호하게 보호되고 외부 파괴력에 덜 취약하다. 또한, 평탄화된 표면은, 고르지 않은 표면으로부터의 편향을 감소시킴으로써 광 투과 효율을 개선할 수 있다.
일부 실시예들에서, 제3 LED 발광 층(436) 위의 최상부 전도성 층(438)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각, 또는 ITO 식각 용액을 이용한 습식 식각이다. 일부 실시예들에서, 3색 LED 디바이스(400) 내의 층들(410, 414, 428, 432, 434, 및 438)을 포함하는 모든 다른 전도성 층들에 동일한 패터닝 방법들이 적용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 청색 LED 발광 층(436) 및 녹색 LED 발광부(430)는 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, Cl2 및 BCl3 식각 가스들을 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각이다.
일부 실시예들에서, 접합 층들(460 및 456을 포함함)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, CF4 및 O2 식각 가스들을 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각이다.
일부 실시예들에서, 반사성 층들(409, 415, 427, 433, 435, 및 439를 포함함)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 반사성 층들, 특히 DBR 층들에 대한 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, CF4 및 O2 식각 가스들을 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각, 또는 Ar 가스를 이용하는 이온 빔 식각(IBE)이다.
일부 실시예들에서, 적색 LED 발광 층(412)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, Cl2 및 HBr 식각 가스들을 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각이다.
일부 실시예들에서, 금속 접합 층(408)은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, Cl2/BCl3/Ar 식각 가스들을 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각, 또는 Ar 가스를 이용하는 이온 빔 식각(IBE)이다.
일부 실시예들에서, LED 디바이스 구조들 각각이 패터닝된 후에, 절연 층(이를테면, 454, 458, 462)이 모든 패터닝된 층들, 측벽들, 및 노출된 기판을 포함하는 패터닝된 LED 구조의 표면 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, 절연 층은 SiO2 및/또는 Si3N4로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 절연 층은 TiO2로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 절연 층은, 고온에서 SOG와 같은 층을 경화한 후에 SiO2와 유사한 조성으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 절연 층은, 절연 층 아래의 층들과 유사한 열 계수를 갖는 물질로 만들어진다. 절연 층의 표면은 이어서, 화학적 기계적 연마와 같은, 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 이해되는 관련 방법에 의해 평활화되거나 평탄화된다.
일부 실시예들에서, 평탄화 후의 절연 층은 포토리소그래피 및 식각을 사용하여 전극 접촉 영역을 노출시키도록 패터닝된다. 일부 예시들에서, 패턴을 형성하기 위해 사용되는 식각 방법은, 건식 식각, 예컨대, CF4 및 O2를 이용하는 유도성 결합된 플라즈마(ICP) 식각이다.
일부 실시예들에서, P 전극 또는 애노드 금속 패드들은, 적색 LED 구조, 녹색 LED 구조, 및 청색 LED 구조를 전기적으로 연결하기 위해, 패터닝된 LED 구조의 적합한 위치 상에, 이를테면, 평탄화된 절연 층 내의 비아들에 그리고/또는 일 측부 상에 기상 증착되거나 다른 증착 방법에 의해 증착된다.
일부 실시예들에서, 별개의 N 전극 또는 캐소드 금속 패드들은, 적색 LED 구조, 녹색 LED 구조, 및 청색 LED 구조를 전기적으로 연결하기 위해, 패터닝된 LED 구조의 적합한 위치 상에, 이를테면, 평탄화된 절연 층 내의 비아들에 그리고/또는 일 측부/최상부 상에 기상 증착되거나 다른 증착 방법에 의해 증착된다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 굴절성 구조를 갖는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(500)의 단면도이다. 일부 실시예들에서, 도 5에 전부가 도시되진 않지만, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(500)는, 도 1 내지 도 4에 도시된 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들 중 어느 하나와 유사한 구조들을 가지며, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최상부 표면 위에 형성되는 굴절성 구조(502)가 부가되어 광 방출 효율이 개선된다. 단일 픽셀 3색 LED 디바이스로부터 방출되는 광은, 굴절성 구조 없이 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최상부 표면(광 방출 영역)을 통해 방출된다. 일부 실시예들에서, 굴절성 구조(502)의 최상부 표면은 평탄화된다. 일부 실시예들에서, 굴절성 구조(502)는 N 전극(140)과 같은 최상부 전극의 노출된 표면을 덮고 그와 접촉한다. 일부 실시예들에서, 굴절성 구조(502)는 평탄화된 절연 층(176)의 표면 상에 직접 형성된다. 일부 실시예들에서, 굴절성 구조(502)는 평탄화된 절연 층(176)과 동일하고 평탄화된 절연 층(176)과 통합된다.
일부 실시예들에서, 굴절성 구조(502)는 광학 격리 구조들, 예컨대, 반사성 컵(이를테면, 146 및 148) 사이에 그리고 굴절성 구조가 없는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최상부 표면, 즉, 광 방출 영역에 형성된다. 일부 실시예들에서, 굴절성 구조(502)의 최상부 표면은 광학 격리 구조들의 최상부 위에 있다. 일부 실시예들에서, 굴절성 구조(502)의 최상부 표면은 광학 격리 구조들의 최상부와 동일하거나 그 아래에 있다. 일부 실시예들에서, 굴절성 구조의 최상부 표면은 N 전극(140)과 같은 최상부 전극 위에 있다. 일부 실시예들에서, 굴절성 구조의 최상부 표면은 N 전극(140)과 같은 최상부 전극과 동일하거나 그 아래에 있다.
일부 실시예들에서, 굴절성 구조(502)는, 설계 요구들에 따라 LED 디바이스로부터 방출되는 광을 더 집속되게 하거나 더 발산되게 함으로써 단일 픽셀 3색 LED 디바이스로부터 방출되는 광 경로를 변경한다.
일부 실시예들에서, 굴절성 층(502)은 유전체 물질들로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 유전체 물질은 단일 픽셀 3색 LED 디바이스에 의해 방출되는 광에 투명한데, 이를테면, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화알루미늄 등이다. 일부 실시예들에서, 유전체 물질은, SU-8, 감광성 폴리이미드(PSPI), BCB 등과 같은 하나 이상의 중합체로부터 선택된다.
일부 실시예들에서, 굴절성 층(502)은 평탄화된 절연 층들 바로 위에 형성된다. 일부 실시예들에서, 굴절성 층(502)은 증착, 스퍼터링, 또는 다른 방법들에 의해 형성된다.
도 6a는 일부 실시예들에 따른, 반사성 구조 위에 마이크로 렌즈를 갖는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(600)의 단면도이다.
도 6b는 일부 실시예들에 따른, 반사성 구조에 의해 형성된 영역 내에 마이크로 렌즈를 갖는 도 1a의 대각선(102)을 따른 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(600)의 단면도이다.
일부 실시예들에서, 도 6a 내지 도 6b에 전부가 도시되진 않지만, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(600)는, 도 1 내지 도 5에 도시된 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들 중 어느 하나와 유사한 구조들을 가지며, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최상부 표면 위에 형성되는 마이크로 렌즈(602)가 부가되어 광 방출 효율이 개선된다. 단일 픽셀 3색 LED 디바이스로부터 방출되는 광은, 마이크로 렌즈 구조 없이 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최상부 표면(광 방출 영역)을 통해 방출된다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)는 평탄화된 절연 층(176)의 표면 상에 직접 형성된다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)는 도 5에 도시된 바와 같은 굴절성 구조(502)의 표면 상에 직접 형성된다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)는 N 전극(140)과 같은 최상부 전극의 노출된 표면을 덮고 그와 접촉한다.
일부 실시예들에서, 임의적인 스페이서(604)가 마이크로 렌즈(602)의 최하부에서 광 방출 영역의 최상부 상에 형성된다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)의 최상부 표면은 평탄화된다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)는 평탄화된 절연 층(176)의 표면 상에 직접 형성된다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)는 도 5에 도시된 바와 같은 굴절성 구조(502)의 표면 상에 직접 형성된다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)는 도 5에 도시된 바와 같은 굴절성 구조(502)와 동일하고 굴절성 구조(502)와 통합된다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)는 N 전극(140)과 같은 최상부 전극의 노출된 표면을 덮고 그와 접촉한다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)는 마이크로 렌즈(602)와 통합된다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)는 평탄화된 절연 층(176)과 동일하고 평탄화된 절연 층(176)과 통합된다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)는 광학 격리 구조들, 예컨대, 반사성 구조 또는 반사성 컵(이를테면, 146 및 148) 사이에 그리고 마이크로 렌즈가 없는 광학 격리 구조들 사이의 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최상부 표면, 즉, 광 방출 영역에 형성된다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 최상부 표면은 도 6a에 도시된 바와 같이 광학 격리 구조들의 최상부 위에 있다. 마이크로 렌즈(602)의 최상부 표면이 반사성 구조들(이를테면, 146 및 148)의 최상부 위에 있을 때, 반사성 컵을 포함하는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스로부터 방출되는 실질적으로 모든 광이 마이크로 렌즈(602)에 의해 포착되고 집속될 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 최상부 표면은 도 6b에 도시된 바와 같이 광학 격리 구조들의 최상부와 동일하거나 그 아래에 있다. 마이크로 렌즈(602)의 최상부 표면이 반사성 구조들(이를테면, 146 및 148)의 최상부 아래에 있거나 그와 동일한 레벨에 있을 때, 마이크로 렌즈(602)로부터 방출되는 광의 적어도 일부분은 특정 영역에 국한되는 반사성 구조들 또는 반사성 컵에 의해 추가로 반사된다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 최하부의 측방향 치수는 광 방출 영역의 측방향 치수보다 작다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 최하부의 측방향 치수는 광 방출 영역의 측방향 치수와 동일하거나 그보다 크다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 최하부의 측방향 치수는 최상부 발광 층(136)의 최상부 표면 영역의 측방향 치수보다 작다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 최하부의 측방향 치수는 최상부 발광 층(136)의 최상부 표면 영역의 측방향 치수와 동일하거나 그보다 크다.
일부 실시예들에서, 임의적인 스페이서(604)는 광학 격리 구조들, 예컨대, 반사성 컵(이를테면, 146 및 148) 사이에 그리고 마이크로 렌즈 및 스페이서가 없는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최상부 표면, 즉, 광 방출 영역에 형성된다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)의 최상부 표면은 광학 격리 구조들의 최상부 위에 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)의 최상부 표면은 광학 격리 구조들의 최상부와 동일하거나 그 아래에 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)의 최상부 표면은 N 전극(140)과 같은 최상부 전극 위에 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)의 최상부 표면은 N 전극(140)과 같은 최상부 전극과 동일하거나 그 아래에 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 최하부의 측방향 치수는 스페이서(604)의 최상부 표면의 측방향 치수보다 작다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 최하부의 측방향 치수는 스페이서(604)의 최상부 표면의 측방향 치수와 동일하거나 그보다 크다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)는, 설계 요구들에 따라 LED 디바이스로부터 방출되는 광을 더 집속되게 하거나 더 발산되게 함으로써 단일 픽셀 3색 LED 디바이스로부터 방출되는 광 경로를 변경한다.
일부 실시예들에서, 스페이서(604)는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스로부터 방출되는 광 경로를 연장시킨다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)는, 설계 요구들에 따라 LED 디바이스로부터 방출되는 광을 더 집속되게 하거나 더 발산되게 함으로써 단일 픽셀 3색 LED 디바이스로부터 방출되는 광 경로를 변경한다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스로부터 방출되는 파장들에서 투명한 다양한 물질들로 만들어질 수 있다. 마이크로 렌즈(602)에 대한 예시적인 투명 물질들은, 중합체들, 유전체들, 및 반도체들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 유전체 물질들은, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화알루미늄 등과 같은 하나 이상의 물질을 포함한다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)는 포토레지스트로 만들어진다.
스페이서(604)는, 그 밑에 있는 픽셀 광원, 이를테면 단일 픽셀 3색 LED 디바이스에 대해 마이크로 렌즈(602)의 포지션을 유지하도록 형성되는 광학적으로 투명한 층이다. 스페이서(604)는, 픽셀 광원으로부터 방출되는 파장들에서 투명한 다양한 물질들로 만들어질 수 있다. 스페이서(604)에 대한 예시적인 투명 물질들은, 중합체들, 유전체들, 및 반도체들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 유전체 물질들은, 산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화티타늄, 산화지르코늄, 산화알루미늄 등과 같은 하나 이상의 물질을 포함한다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604)는 포토레지스트로 만들어진다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604) 및 마이크로 렌즈(602)는 동일한 물질을 갖는다. 일부 실시예들에서, 스페이서(604) 및 마이크로 렌즈(602)는 상이한 물질들을 갖는다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 높이는 2 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 높이는 1 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 높이는 0.5 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 폭은 4 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 폭은 3 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 폭은 2 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 폭은 1 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 폭 및 높이의 비는 2 초과이다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 형상은 일반적으로 반구이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)의 중심 축은 렌즈가 없는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 중심 축과 정렬되거나 그와 동일하다.
명확성을 위해, 도 6a 내지 도 6b는, 일부 실시예들에서, 디스플레이 패널에서, 3색 LED 디바이스와 같은 단일 픽셀 광원들 각각이 하나의 단일 마이크로 렌즈(602)에 대응하는 것을 도시한다. 전체 디스플레이 패널은 많은 개별 픽셀들 및 많은 마이크로 렌즈들의 어레이를 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 게다가, 마이크로 렌즈와 픽셀 광원들 사이에 일대일 대응관계가 있을 필요도 없고 픽셀 드라이버 회로들(도시되지 않음)과 픽셀 광원들 사이에 일대일 대응관계가 있을 필요도 없을 수 있다. 픽셀 광원들은 또한, 다수의 개별 광 요소들, 예컨대, 병렬로 연결된 단일 픽셀 LED들로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나의 마이크로 렌즈(602)는 여러 개의 렌즈가 없는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스를 덮을 수 있다.
개별 마이크로 렌즈(602)는 양의 굴절력(optical power)을 갖고, 대응하는 픽셀 광원으로부터 방출되는 광에 대한 발산 또는 시야 각도를 감소시키도록 위치된다. 일 예에서, 픽셀 광원으로부터 방출되는 광 빔은 상당히 넓은 원래의 발산 각도를 갖는다. 일 실시예에서, 기판(104)에 직교하는 수직 축에 대한 광 빔의 가장자리 광선에 대한 원래의 각도는 60 도보다 크다. 광은 마이크로 렌즈(602)에 의해 휘어지며, 이에 따라, 새로운 가장자리 광선은 이제 감소된 발산 각도를 갖는다. 일 실시예에서, 감소된 각도는 30 도 미만이다. 마이크로 렌즈 어레이 내의 마이크로 렌즈들은 전형적으로 동일하다. 마이크로 렌즈들의 예들은 구면 마이크로 렌즈들, 비-구면 마이크로 렌즈들, 프레넬(Fresnal) 마이크로 렌즈들, 및 원통형 마이크로 렌즈들을 포함한다.
마이크로 렌즈(602)는 전형적으로 평평한 측부 및 만곡된 측부를 갖는다. 도 6에서, 마이크로 렌즈(602)의 최하부는 평평한 측부이고, 마이크로 렌즈(602)의 최상부는 만곡된 측부이다. 각각의 마이크로 렌즈(602)의 베이스의 전형적인 형상들은 원형, 정사각형, 직사각형, 및 육각형을 포함한다. 디스플레이 패널의 마이크로 렌즈 어레이 내의 개별 마이크로 렌즈들은, 형상, 곡률, 굴절력, 크기, 베이스, 간격 등이 동일하거나 상이할 수 있다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 형상을 따른다. 일 예에서, 마이크로 렌즈(602)의 베이스의 형상은 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 형상과 동일한데, 예컨대, 도 6a 내지 도 6b에서, 그들은 둘 모두가 원형이다. 다른 예에서, 마이크로 렌즈(602)의 베이스의 형상은 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 형상과 동일하지 않은데, 예를 들면, 마이크로 렌즈의 원형 베이스는 단일 픽셀 3색 LED와 동일한 폭을 갖지만, 마이크로 렌즈 베이스가 원형이고 단일 픽셀 3색 LED의 베이스가 정사각형이기 때문에 더 작은 면적을 갖는다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 베이스 면적은 픽셀 광원의 면적보다 작다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 베이스 면적은 픽셀 광원의 면적과 동일하거나 그보다 크다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(602)가 형성되는 경우, 스페이서 층(604)은 동일한 물질을 이용하여 동일한 프로세스에서 마이크로 렌즈(602)와 함께 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 픽셀 광원의 높이는 기판(104)의 최하부로부터 측정된 스페이서(604)의 두께보다 크거나, 그와 동일하거나, 또는 그보다 작다.
스페이서(604)의 두께는, 마이크로 렌즈(604)와 픽셀 광원 사이에 적절한 간격을 유지하도록 설계된다. 일 예로서, 마이크로 렌즈의 초점 길이보다 큰, 픽셀 광원과 마이크로 렌즈 사이의 광학 간격을 유지하는 스페이서의 경우, 단일 픽셀의 이미지는 특정 거리에 형성된다. 다른 예로서, 마이크로 렌즈의 초점 거리보다 작은, 픽셀 광원과 마이크로 렌즈 사이의 광학 간격을 유지하는 광학 스페이서의 경우, 감소된 발산/시야 각도가 달성된다. 발산/시야 각도의 감소량은 또한, 픽셀 광원의 최상부 표면으로부터 측정된 스페이서(604)의 두께에 부분적으로 의존한다. 일부 실시예들에서, 픽셀 광원의 최상부 표면으로부터 측정된 스페이서(604)의 두께는 1 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 픽셀 광원의 최상부 표면으로부터 측정된 스페이서(604)의 두께는 0.5 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 픽셀 광원의 최상부 표면으로부터 측정된 스페이서(604)의 두께는 0.2 마이크로미터 이하이다. 일부 실시예들에서, 픽셀 광원의 최상부 표면으로부터 측정된 스페이서(604)의 두께는 약 1 마이크로미터이다.
일부 실시예들에서, 휘도 향상 효과는 디스플레이 패널 상에 마이크로 렌즈 어레이를 통합하는 것을 통해 달성된다. 일부 예들에서, 마이크로 렌즈 어레이를 이용한 휘도는, 마이크로 렌즈들의 광 집중 효과로 인해, 디스플레이 표면에 수직인 방향에서 마이크로 렌즈 어레이가 없는 휘도의 4배이다. 대안적인 실시예들에서, 휘도 향상 팩터는 마이크로 렌즈 어레이 및 광학 스페이서의 상이한 설계들에 따라 변할 수 있다. 예컨대, 8보다 큰 팩터가 달성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈를 제조하기 위한 제1 방법은, 적어도 픽셀 광원의 최상부 상에 직접 그리고 픽셀 광원과 물리적으로 직접 접촉하게 마이크로 렌즈 물질 층을 증착하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층의 형상은 픽셀 광원의 형상을 따르고, 픽셀 광원 상에 반구를 형성한다. 일부 실시예들에서, 픽셀 광원의 최상부는 일반적으로 평평하고, 형성된 마이크로 렌즈(602)의 형상은 일반적으로 반구형이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층은, 화학 기상 증착(CVD) 기술에 의해 직접, 픽셀 광원의 표면, 이를테면, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 평탄화된 표면 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, CVD 프로세스에 대한 증착 파라미터들은 다음과 같은데, 전력은 약 0 W 내지 약 1000 W이고, 압력은 약 100 밀리토르 내지 약 2000 밀리토르이고, 온도는 약 23 ℃ 내지 약 500 ℃이고, 가스 유동은 약 0 내지 약 3000 분당 표준 입방 센티미터(sccm)이고, 시간은 약 1 시간 내지 약 3 시간이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층의 물질은 유전체 물질, 이를테면 이산화규소이다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈를 제조하기 위한 제1 방법은, 기판의 전극 영역을 노출시키기 위해 마이크로 렌즈 물질 층을 패터닝하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층을 패터닝하는 단계는, 식각 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 식각 단계는, 마이크로 렌즈 물질의 표면 상에 마스크를 형성하는 단계를 포함한다. 식각 단계는 또한, 포토리소그래피 프로세스를 통해 마스크를 패터닝함으로써, 마스크에 개구들을 형성하고 픽셀 광원의 전극 영역 위의 마이크로 렌즈 물질 층을 노출시키는 단계를 포함한다. 식각 단계는, 적소의 마스크 보호와 함께, 개구들에 의해 노출된 마이크로 렌즈 물질 층의 부분들을 식각하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 노출된 마이크로 렌즈 물질 층은 습식 식각 방법에 의해 식각된다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈를 제조하기 위한 제2 방법은 또한, 나중의 단계들에서 증착되는 마이크로 렌즈 물질 층에 정렬하기 위한 표기들을 갖는 표기 층을 형성하는 임의적인 단계를 포함한다. 예컨대, 표기 층은, 픽셀 광원의 중심에 마이크로 렌즈를 형성하기 위해, 발광 픽셀들의 유닛들을 마이크로 렌즈 물질 층에 정렬하도록 형성된다. 일부 실시예들에서, 표기 층은, 픽셀 광원의 최상부 상에 마이크로 렌즈를 형성하기 위해, 픽셀 광원을 그 위의 층들, 특히 마이크로 렌즈 물질 층에 정렬하도록 형성된다.
마이크로 렌즈를 제조하기 위한 제2 방법은, 적어도, 하나의 픽셀 광원의 최상부 상에 직접, 마이크로 렌즈 물질 층을 증착하는 단계를 더 포함한다. 도 6c 내지 도 6d는 일부 실시예들에 따른, 하향식 패턴 전사를 사용하여 마이크로 렌즈 어레이와 통합된 디스플레이 패널을 형성하기 위한 제조 방법을 추가로 도시한다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층(645)은 도 6c에 도시된 바와 같이 픽셀 광원(606M)의 최상부를 덮고, 마이크로 렌즈 물질 층(645)의 최상부 표면은 평평하다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층(645)은 스핀 코팅에 의해 픽셀 광원 어레이(606)의 최상부 상에 증착된다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층(645)의 물질은 포토레지스트이다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층(645)의 물질은 유전체 물질, 이를테면 산화규소이다.
마이크로 렌즈를 제조하기 위한 제2 방법은, 마이크로 렌즈 물질 층을 하향식으로 패터닝함으로써, 도 6c 내지 도 6d에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 물질 층에 적어도 반구를 형성하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 패터닝은, 마이크로 렌즈 물질 층(645)의 최하부를 통과하거나 그를 식각함이 없이 수행된다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(620)의 반구는 적어도 하나의 픽셀 광원(606M) 위에 배치된다.
일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층을 하향식으로 패터닝하는 단계는, 도 6c에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 물질 층(645)의 표면 상에 마스크 층(630)을 증착하는 제1 단계를 더 포함한다.
마이크로 렌즈 물질 층을 하향식으로 패터닝하는 단계는 또한, 마스크 층(630)에 반구 패턴을 형성하기 위해 마스크 층(630)을 패터닝하는 제2 단계를 포함한다. 일부 예들에서, 마스크 층(630)은 먼저 포토리소그래피 프로세스에 의해 그리고 이어서 리플로우 프로세스에 의해 패터닝된다. 일부 실시예들에서, 반구 패턴의 형성을 준비하기 위해, 점선 직사각형 셀들로 도 6c에 도시된 바와 같이 감광성 중합체 마스크 층(630)은 격리된 셀들(640)로 패터닝된다. 일 예로서, 격리된 셀들(640)은 포토리소그래피 프로세스를 통해 패터닝되고 형성된다. 격리된 셀들(640)을 갖는 패터닝된 감광성 중합체 마스크 층(650)은 이어서, 고온 리플로우 프로세스를 사용하여 반구 패턴(660)으로 성형된다. 하나의 접근법에서, 격리된 셀들(640)은, 고온 리플로우를 통해, 격리된 반구 패턴(660)으로 형성된다. 일부 실시예들에서, 하나의 픽셀의 격리된 반구 패턴(660)은, 인접한 픽셀의 반구 패턴과 물리적으로 직접 접촉하지 않는다. 일부 실시예들에서, 하나의 픽셀의 반구 패턴(660)은, 반구 패턴(660)의 최하부에서만 인접한 픽셀의 반구 패턴과 접촉한다. 패터닝된 감광성 중합체 마스크 층(650)은 특정 시간 동안 중합체 물질의 용융점을 초과하는 온도로 가열된다. 중합체 물질이 액화된 상태로 용융된 후에, 액화된 물질의 표면 장력은 액화된 물질을 평활한 곡률 표면을 갖는 형상이 되게 할 것이다. 셀의 높이가 2R/3일 때 반경 R의 둥근 베이스를 갖는 셀에 대해, 반구형 형상/패턴은 리플로우 프로세스 후에 형성될 것이다. 도 6c는, 고온 리플로우 프로세스가 완료된 후의, 반구 패턴들(660)의 어레이와 통합된 디스플레이 패널을 도시한다. 일부 실시예들에서, 마스크 층의 반구 패턴은, 마이크로 렌즈를 제조하기 위한 제1 방법에서 설명된 마이크로 렌즈에 대한 제조 방법을 포함하는 다른 제조 방법에 의해 형성될 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 마스크 층의 반구 패턴은 그레이스케일 마스크 포토리소그래피 노출을 사용하여 형성될 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 마스크 층의 반구 패턴은 몰드/임프린팅 프로세스를 통해 형성될 수 있다.
마이크로 렌즈 물질 층을 하향식으로 패터닝하는 단계는, 마이크로 렌즈 물질 층(645)에 반구를 형성하기 위해, 반구 패턴(660)을 마스크로서 사용하여 마이크로 렌즈 물질 층(645)을 식각하는 제3 단계를 더 포함한다. 일부 예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층(645)을 식각하는 것은 포토리소그래피 프로세스에 의해 이루어진다. 일부 예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층(645)을 식각하는 것은 도 6c에 도시된 바와 같이 플라즈마 식각 프로세스(635)와 같은 건식 식각에 의해 이루어진다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층(645)이 식각된 후에, 마이크로 렌즈 물질 층(645)은 도 6c 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 픽셀 광원(606M)의 최상부 표면을 노출시키도록 관통하여 식각되지 않으며, 그에 의해, 도 6d에 도시된 바와 같이, 스페이서(670)가 픽셀 광원(606M)의 최상부 상에 형성되거나 픽셀 광원(606M)의 최상부를 덮는다.
마이크로 렌즈를 제조하기 위한 제2 방법은, 기판의 전극 영역(도 6d에 도시되지 않음)을 노출시키기 위해 마이크로 렌즈 물질 층을 패터닝하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈 물질 층을 패터닝하는 단계는, 식각 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 식각 단계는, 마이크로 렌즈 물질의 표면 상에 마스크를 형성하는 단계를 포함한다. 식각 단계는 또한, 포토리소그래피 프로세스를 통해 마스크를 패터닝함으로써, 마스크에 개구들을 형성하고 픽셀 광원의 전극 영역 위의 마이크로 렌즈 물질 층을 노출시키는 단계를 포함한다. 식각 단계는, 마스크 보호와 함께, 노출된 마이크로 렌즈 물질 층을 식각하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 노출된 마이크로 렌즈 물질 층은 습식 식각 방법에 의해 식각된다. 일부 실시예들에서, 전극을 위한 개구는 디스플레이 어레이 영역 외부에 위치된다.
위에 설명된 바와 같이, 도 6a 내지 도 6d는 마이크로 렌즈 어레이와 통합된 디스플레이 패널을 형성하기 위한 다양한 제조 방법들을 도시한다. 이들은 단지 예들일 뿐이며, 다른 제조 기법들이 또한 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
상세한 설명이 많은 상세사항들을 포함하지만, 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 본 발명의 상이한 예들 및 양상들을 예시하는 것으로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 위에 상세히 논의되지 않은 다른 실시예들을 포함한다는 것이 인식되어야 한다. 예컨대, 정사각형 베이스 또는 다른 다각형 베이스와 같은 상이한 형상 베이스들을 갖는 마이크로 렌즈들이 또한 사용될 수 있다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 기판(104) 상의, 도 1a의 대각선(이를테면, 102)을 따른 3개의 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(710, 720, 및 730)의 단면도(700)이다. 일부 실시예들에서, 도 7에 전부가 도시되진 않지만, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들(710, 720, 및 730) 각각은 도 1 내지 도 6에 도시된 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들 중 어느 하나와 유사한 구조들을 갖는다. 직사각형(750) 내의 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(710)에 대한 단면도는 위에 설명된 바와 같은 도 1 내지 도 6 중 임의의 도면에 도시된 단면도들과 동등하다.
일부 실시예들에서, 도 1 내지 도 7의 실시예들 중 임의의 실시예에서 도시된 바와 같이, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스는 하나 이상의 반사성 컵 구조(이를테면, 702, 704, 및 706)를 더 포함한다. 반사성 구조들(이를테면, 702, 704, 및 706)은 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들(710, 720, 및 730) 각각을 둘러싼다. 반사성 컵은 반도체 기판(104) 상에 형성되고, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스로부터의 광이 방출되는 발광 구역 주위에 위치될 수 있다. 예컨대, 도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 도 1b의 102 방향을 따른 단면도에서, 그리고 도 1c의 150 방향을 따른 단면도에서, 반사성 컵은 4개의 반사성 컵 부분(146, 148, 170, 및 172)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵 부분들(146, 148, 170, 및 172)은 반도체 기판(104) 상에 형성되고, 발광 구역 주위에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵은, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 적어도 일부 또는 그 광의 실질적으로 전부를 격리시킬 수 있다. 예컨대, 도 1b 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 반사성 컵의 높이가 발광 구역의 높이보다 높을 때, 반사성 컵 부분들(146, 148, 170, 및 172)은 발광 구역으로부터 방출되는 광의 적어도 일부 또는 그 광의 실질적으로 전부를 격리시킬 수 있다. 따라서, 반사성 컵은, 픽셀 간 광 누화를 억제하고 LED 디스플레이들의 전체 대비를 개선할 수 있다. 반사성 컵으로부터의 반사는 또한, 광 방출을 특정 방향으로 집속시킴으로써 발광 효율 및 휘도를 증가시킨다.
일부 실시예들에서, 반사성 컵의 높이는, 적색 LED 구조와 같은 최하부 LED 구조의 높이보다 크거나, 녹색 LED 구조와 같은 중간 LED 구조의 높이보다 크거나, 또는 청색 LED 구조와 같은 최상부 LED 구조의 높이보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 총 높이는, 적색 LED 구조와 같은 최하부 LED 구조, 녹색 LED 구조와 같은 중간 LED 구조, 및 청색 LED 구조와 같은 최상부 LED 구조의 결합된 높이의 높이보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 총 높이는, 평탄화된 층이 없는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 높이보다 클 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 높이는 0.5 미크론 내지 50 미크론이다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 높이는 1 미크론 내지 20 미크론이다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 높이는 2 미크론 내지 10 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 반사성 컵의 높이는 약 2.5 미크론인 한편, 평탄화된 층이 없는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 높이는 약 1.9 미크론이다. 그렇지만, 일부 실시예들에서, 반사성 컵 부분들(146, 148, 170, 및 172)은 상이한 높이들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵 부분(이를테면, 146 또는 148)의 단면은 삼각형이다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵 부분(이를테면, 146 또는 148)의 단면은 최하부 가장자리가 최상부 가장자리보다 긴 사다리꼴이다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵 부분(이를테면, 146 또는 148)의 최하부 폭은 0.3 미크론 내지 50 미크론이다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵 부분(이를테면, 146 또는 148)의 최하부 폭은 0.5 미크론 내지 25 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 반사성 컵 부분(이를테면, 146 또는 148)의 최하부 폭은 약 1 미크론이다. 일부 실시예들에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최하부의 가장 가까운 가장자리에 대한 반사성 컵 부분(이를테면, 146 또는 148)의 최하부의 가장 가까운 가장자리의 거리는 0.2 미크론 내지 30 미크론이다. 일부 실시예들에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최하부의 가장 가까운 가장자리에 대한 반사성 컵 부분(이를테면, 146 또는 148)의 최하부의 가장 가까운 가장자리의 거리는 0.4 미크론 내지 10 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 도 4b에 도시된 바와 같은 p 전극 연결 구조(422)와 같은 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 최하부의 가장 가까운 가장자리에 대한 반사성 컵 부분(이를테면, 146/446 또는 148/448)의 최하부의 가장 가까운 가장자리의 거리는 약 0.6 미크론이다.
일부 실시예들에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 인접한 반사성 컵 부분(이를테면, 146/446 및 148/448)의 중심들 사이의 거리는 1 미크론 내지 50 미크론이다. 바람직한 실시예에서, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 인접한 반사성 컵 부분(이를테면, 146 및 148)의 중심들 사이의 거리는 약 5 미크론이다.
일부 실시예들에서, 0°의 발산 각도는 발광 구역의 최상부 표면에 수직으로 전파되는 광에 대응할 수 있고, 90°의 발산 각도는 발광 구역의 최상부 표면에 평행하게 전파되는 광에 대응할 수 있다. 반사성 컵의 기하학적 구조를 변경하는 것은, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 발산 각도를 제어할 수 있다. 따라서, 반사성 컵은, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 발산을 감소시키고, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스의 휘도를 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 1b 내지 도 1c에 도시된 바와 같은 반사성 컵들의 측벽들(146-1, 148-1, 170-1, 및 172-1)은 직선, 곡선, 파상(wavy), 다중선, 또는 이들의 조합일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵 부분들(146, 148, 170, 및 172)의 측벽의 가파름은 발광 구역으로부터 방출되는 광의 발산을 감소시키도록 설계될 수 있다. 예컨대, 기판(104)에 수직인 수직 축에 대한 반사성 컵 부분들(146, 148, 170, 및 172)의 측벽들의 각도는 적어도 15 도 내지 최대 75 도일 수 있다. 기판(104)에 수직인 수직 축에 대한 반사성 컵 부분들(146, 148, 170, 및 172)의 측벽들의 각도는 적어도 5 도 내지 최대 60 도일 수 있다. 일부 바람직한 실시예들에서, 기판(104)에 수직인 수직 축에 대한 반사성 컵 부분들(146, 148, 170, 및 172)의 측벽들의 각도는 적어도 10 도 내지 최대 50 도일 수 있다. 반사성 컵은 또한, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 일부를 상향으로 반사할 수 있다. 예컨대, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 일부는 반사성 컵 부분들(146, 148, 170, 및 172)에 도달하여 그에 의해 상향으로 반사될 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사성 컵은 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵은 유전체 물질, 이를테면 산화규소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵은 감광성 유전체 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 감광성 유전체 물질은 SU-8, 감광성 폴리이미드(PSPI), 또는 BCB를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 반사성 컵은 포토레지스트를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사성 컵은, 증착, 포토리소그래피, 및 식각 프로세스들의 조합에 의해 제조될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵은 다른 적합한 방법들에 의해 제조될 수 있다. 하나의 접근법에서, PSPI는 포토리소그래피 프로세스에 의해 반사성 컵 형상으로 형성된다. 이어서, Pt, Rh, Al, Au, 및 Ag와 같은 하나 이상의 금속을 포함하는 높은 반사율을 갖는 금속 층, TiO2/SiO2 층들을 포함하는 적층된 DBR 층, 또는 다중-계층화된 전방향성 반사기(ODR; Omni-Directional Reflector)를 포함하는 전반사 특성을 갖는 임의의 다른 층, 또는 이들의 조합이, 기상 증착에 의해, 반사성 컵을 포함하는 다색 LED 디바이스의 전체 표면 상에 반사성 층으로서 증착된다. 다음으로, 반사성 층은 반사성 컵 영역에서 포토레지스트에 의해 차광(shade)되는 한편 다른 구역 상의 반사성 층은 식각되며, 그에 의해, 발광 구역이 노출된다.
다른 접근법에서, 적층된 LED 구조들보다 두꺼운, SiO2, 질화규소, 또는 SU8 중 하나 이상을 포함하는 격리 층이 적층된 LED 구조들 상에 증착 또는 스피닝된다. 이어서, 포토레지스트를 마스크로서 사용하여, 격리 층이 식각되고 반사성 컵 형상으로 형성된다. 다음으로, Pt, Rh, Al, Au, 및 Ag와 같은 하나 이상의 금속을 포함하는 높은 반사율을 갖는 금속 층, TiO2/SiO2 층들을 포함하는 적층된 DBR 층, 또는 다중-계층화된 전방향성 반사기(ODR)를 포함하는 전반사 특성을 갖는 임의의 다른 층, 또는 이들의 조합이, 기상 증착에 의해, 반사성 컵을 포함하는 다색 LED 디바이스의 전체 표면 상에 반사성 층으로서 증착된다. 마지막으로, 반사성 층은 반사성 컵 영역에서 포토레지스트에 의해 차광되는 한편 다른 구역 상의 반사성 층은 식각되며, 그에 의해, 발광 구역이 노출된다.
일부 실시예들에서, 도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스는 반사성 컵과 통합된 하나 이상의 최상부 전극(예컨대, 최상부 전극들(140/440, 442, 및 444))을 더 포함한다. 하나 이상의 최상부 전극은 최상부 전극(층)(140/440)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 도 4b에 도시된 바와 같이, 전극들(442 및 444)은 각각 반사성 컵, 예컨대, 반사성 컵 부분들(446 및 448)과 통합될 수 있다. 최상부 전극들(442 및 444) 둘 모두는 발광 구역을 향해 연장되고 최상부 전극(층)(140/440)과 전기적으로 연결될 수 있다. 반사성 컵은, 하나 이상의 최상부 전극의 채택으로 단일 픽셀 3색 LED 디바이스에 대한 공통 P 전극 또는 N 전극의 역할을 수행할 수 있다. 예컨대, 최상부 전극(층)(140/440)이 LED 구조들(예컨대, 발광 층들(112/412, 130/430, 및 136/436)을 포함하는 LED 구조들) 각각 및 임의적으로는 최상부 전극들(442 및 444)과 전기적으로 연결될 때, 반사성 컵은 단일 픽셀 3색 LED 디바이스의 공통 P 전극 또는 N 전극의 역할을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사성 컵은 하나 이상의 반사성 코팅을 더 포함한다. 하나 이상의 반사성 코팅은, 반사성 컵의 하나 이상의 측벽, 예컨대, 반사성 컵의 측벽들(146-1, 148-1, 170-1, 및 172-1) 상에 배치될 수 있다. 하나 이상의 반사성 코팅 각각의 최하부는 LED 구조들, 예컨대, 적색, 녹색, 및 청색 LED 구조들 각각과 접촉하지 않는다. 하나 이상의 반사성 코팅은, 발광 구역으로부터 방출되는 광을 반사하고, 따라서, 마이크로 LED 패널들 또는 디스플레이들의 휘도 및 발광 효능을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 발광 구역으로부터 방출되는 광은 하나 이상의 반사성 코팅에 도달할 수 있고, 하나 이상의 반사성 코팅에 의해 상향으로 반사될 수 있다.
하나 이상의 반사성 코팅은, 반사성 컵과 함께, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 반사 방향 및/또는 반사 강도를 활용할 수 있다. 예를 들면, 반사성 컵의 측벽들(146-1, 148-1, 170-1, 및 172-1)은 특정 각도로 경사지고, 따라서, 반사성 컵의 측벽들(146-1, 148-1, 170-1, 및 172-1) 상에 배치되는 하나 이상의 반사성 코팅은 반사성 컵의 측벽들(146-1, 148-1, 170-1, 및 172-1)과 동일한 각도로 경사진다. 발광 구역으로부터 방출되는 광이 하나 이상의 반사성 코팅에 도달할 때, 발광 구역으로부터 방출되는 광은 반사성 컵의 측벽들(146-1, 148-1, 170-1, 및 172-1)의 각도에 따라 하나 이상의 반사성 코팅에 의해 반사될 것이다.
하나 이상의 반사성 코팅의 물질들은 60 %, 70 % 또는 80 %보다 큰 반사율로 고도로 반사성일 수 있고, 따라서, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 대부분이 반사될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 반사성 코팅은 높은 반사율을 갖는 하나 이상의 금속성 전도성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 하나 이상의 금속성 전도성 물질은 알루미늄, 금, 또는 은 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 하나 이상의 반사성 코팅은 다중-계층화될 수 있다. 더 구체적으로는, 하나 이상의 반사성 코팅은 하나 이상의 반사성 물질 층 및 하나 이상의 유전체 물질 층의 적층체를 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 반사성 코팅은 하나의 반사성 물질 층 및 하나의 유전체 물질 층을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 반사성 코팅은 2개의 반사성 물질 층, 및 2개의 반사성 물질 층 사이에 위치되는 하나의 유전체 물질 층을 포함할 수 있다. 그렇지만, 일부 다른 실시예들에서, 하나 이상의 반사성 코팅은 2개의 유전체 물질 층, 및 2개의 유전체 물질 층 사이에 위치되는 하나의 반사성 물질 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 다중-계층화된 구조는, TiAu, CrAl 또는 TiWAg 중 하나 이상을 포함할 수 있는 2개 이상의 금속 층을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 반사성 코팅은, 금속 층 및 투명 전도성 산화물(TCO; Transparent and Conductive Oxide) 층을 포함하는 다중-계층화된 전방향성 반사기(ODR)일 수 있다. 예컨대, 다중-계층화된 구조는, 유전체 물질 층, 금속 층, 및 TCO 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 반사성 코팅은, 분산형 브래그 반사기(DBR)를 형성하도록 교번적으로 배치되는 2개 이상의 유전체 물질 층을 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 반사성 코팅은, 유전체 물질 층, 금속 층, 및 투명 유전체 층을 포함할 수 있다. 투명 유전체 층은, SiO2, Si3N4, Al2O3, 또는 TiO2 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하나 이상의 반사성 코팅은, 유전체 물질 층, TCO, 및 DBR을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 하나 이상의 반사성 코팅은 높은 반사를 갖는 하나 이상의 금속성 전도성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 실시예들에서, 하나 이상의 금속성 전도성 물질은 알루미늄, 금, 또는 은 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 코팅들은, 위에 설명된 바와 같은 발광 층들 위 및 아래의 반사성 층들(이를테면, 109, 115, 127, 133, 및 135)과 동일한 조성, 구조, 및 제조 프로세스를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 반사성 코팅은 전도성일 수 있고, 그렇다면, 하나 이상의 반사성 코팅은 또한 단일 픽셀 다색 LED 디바이스에 대한 전기적 접촉부들로서의 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 최상부 전극(층)(140)은 하나 이상의 반사성 코팅과 전기적으로 연결될 수 있다. 다른 예를 들면, 하나 이상의 반사성 코팅은 하나 이상의 투명 전극 접촉 층(114, 132, 및 138)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하나 이상의 반사성 코팅은 발광 구역으로부터 방출되는 광을 차단하지 않도록 패터닝될 수 있다. 그렇다면, 하나 이상의 반사성 코팅은 또한 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 내의 LED 구조들 및/또는 디스플레이 패널 상의 LED들에 대한 공통 전극으로서 기능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 전극들에 연결하기 위한 최상부 전도성 층이 다색 LED 디바이스의 최상부 상에 형성되고, 최상부 전도성 층은 반사성 컵과 전기적으로 연결된다. 일부 실시예들에서, 최상부 전도성 층은 반사성 컵의 최상부 또는 반사성 컵의 최하부와 직접 접촉한다.
일부 실시예들에서, 최하부 유전체 층이 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판 사이에 형성된다.
일부 실시예들에서, 반사성 코팅들 중 하나 이상은 전자 빔 증착 또는 스퍼터링 프로세스 중 하나 이상에 의해 생성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사성 컵은 계단형 구조의 형상을 가질 수 있다. 도 8은 일부 실시예들에 따른, 도 4a의 대각선(이를테면, 402)을 따른, 계단 형상 반사성 컵을 갖는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(800)의 단면도이다. 일부 실시예들에서, 도 8에 전부가 도시되진 않지만, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(800)는, 도 1 내지 도 7에 도시된 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들 중 어느 하나와 유사한 구조들을 가지며, 반사성 컵 부분들(이를테면, 146, 148, 170, 및 172)은 계단 형상 반사성 컴을 갖는다. 계단 형상 반사성 컵은 반도체 기판(104/404) 상에 형성되고 발광 구역 주위에 위치될 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 대각선(이를테면, 도 4a의 402)을 따른 단면도에서, 계단 형상 반사성 컵은 2개의 계단 형상 반사성 컵 부분(846 및 848)을 포함할 수 있다. 계단 형상 반사성 컵 부분들(846 및 848)은 반도체 기판(104/404) 상에 형성되고 발광 구역 주위에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 계단 형상 반사성 컵은 발광 구역으로부터 방출되는 광의 적어도 일부 또는 실질적으로 전부를 격리시킬 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 계단 형상 반사성 컵의 높이가 발광 구역의 높이보다 높을 때, 계단 형상 반사성 컵 부분들(846 및 848)은 발광 구역으로부터 방출되는 광의 적어도 일부 또는 실질적으로 전부를 격리시킬 수 있다. 따라서, 계단 형상 반사성 컵은, 픽셀 간 광 누화를 억제하고 LED 디스플레이들의 전체 대비를 개선할 수 있다.
일부 실시예들에서, 계단 형상 반사성 컵은 하나 이상의 계단 구조(이를테면, 846-1, 846-2, 846-3, 848-1, 848-2, 및 848-3)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 계단의 각각의 높이는 동일한 수직 레벨의 LED 구조의 높이와 동일할 수 있다. 예컨대, 계단 구조들(846-1 및 848-1)은 각각 최하부 LED 구조와 동일한 높이를 갖는다. 계단 구조들(846-2 및 848-2)은 각각 중간 LED 구조와 동일한 높이를 갖는다. 계단 구조들(846-3 및 848-3)은 각각 최상부 LED 구조와 동일한 높이를 갖는다. 그렇지만, 일부 실시예들에서, 계단 형상 반사성 컵 부분들(846 및 848)은 동일하거나 상이한 높이들을 가질 수 있다. 계단 형상 반사성 컵은 또한, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 일부를 상향으로 반사할 수 있다. 예컨대, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 일부는, 계단 형상 반사성 컵 부분들(846 및 848)에 도달하여, 그 반사성 컵 부분들에 의해, 설계에 따라 상이한 패턴으로, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 내의 각각의 LED 구조들에 대해 상향으로 반사될 수 있다. 예컨대, 계단 각각은 상이한 패턴으로 (특히 수평으로) 방출되는 광에 대한 초점을 조정할 수 있다. 예컨대, LED 디바이스로부터의 광 빔의 중심에서는 적색 광을 더 많이 집속시키고 가장자리에서는 청색 광을 더 많이 집속시킨다. 따라서, 계단 형상 반사성 컵은, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 발산을 감소시키고, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스의 휘도를 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 계단 형상 반사성 컵 구조는, 발광 구역을 둘러싸는 캐비티를 포함하거나 형성할 수 있다. 캐비티는, 계단 형상 반사성 컵에 의해 둘러싸이는 그리고 반도체 기판(404) 위에 있는 영역을 포함할 수 있다. 캐비티는 내측 측벽을 포함할 수 있고, 내측 측벽은 복수의 경사진 표면들을 포함할 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 계단 형상 반사성 컵은, 계단 형상 반사성 부분들(846 및 848) 사이 및 반도체 기판(404) 위의 영역을 포함할 수 있는 캐비티를 포함하거나 그를 둘러쌀 수 있다. 발광 구역은 캐비티 내에 위치되고, 계단 형상 반사성 컵 부분들(846 및 848)에 의해 둘러싸일 수 있다.
일부 실시예들에서, 캐비티의 최상부는 발광 구역의 최상부보다 높다. 예컨대, 계단 형상 반사성 컵(예컨대, 계단 형상 반사성 컵 부분들(846 및 848))에 포함된 캐비티의 최상부는 발광 구역의 최상부보다 높다. 일부 실시예들에서, 캐비티는 내측 측벽을 포함할 수 있고, 내측 측벽은 복수의 경사진 표면들(예컨대, 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 846-3S, 848-1S, 848-2S, 및 848-3S))을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 경사진 표면들의 (기판(404)의 표면에 대한) 경사진 각도들은, 캐비티의 최하부로부터 최상부로, 더 커진다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 846-3S)의 각도들은 경사진 각도들(α, β, 및 
)로서 각각 표시된다. 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 및 846-3S)의 경사진 각도들은 경사진 표면들(848-1S, 848-2S, 및 848-3S)의 경사진 각도들과 각각 동일할 수 있다. 일부 실시예들에서, 경사진 각도들(α, β, 및 
)은 캐비티의 최하부로부터 최상부로 동일하게 유지되거나 더 커진다. 일부 바람직한 실시예들에서, 경사진 각도들(α, β, 및 
)은 캐비티의 최하부로부터 최상부로 더 작아질 수 있으며, 따라서, LED 디바이스로부터 방출되는 광은 LED 디바이스의 상부 부분을 향해 더 발산될 수 있다. 일부 실시예들에서, 경사진 각도들(α, β, 및 
)은 설계에 따라 임의의 각도일 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐비티는 규소, 예컨대, 산화규소를 포함하는 물질들로 채워질 수 있고, 채우는 것은, 광학 굴절을 개선하고, 투명성을 증가시키고/거나, 자외선 노화 저항 및 열 노화 저항을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐비티는 비어 있거나 진공화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 경사진 표면들(예컨대, 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 846-3S, 848-1S, 848-2S, 및 848-3S))은 직선, 곡선, 파상, 다중선, 또는 이들의 조합일 수 있다.
일부 실시예들에서, 캐비티는 복수의 서브-캐비티들을 포함할 수 있다. 서브-캐비티들은 개개의 경사진 표면들에 의해 형성되거나 둘러싸일 수 있고, 수평 방향으로 상이한 치수들을 가질 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이 3개의 서브-캐비티가 존재할 수 있다. 캐비티의 최하부에 있는 서브-캐비티는, 반도체 기판(104/404), 경사진 표면들(846-1S 및 848-1S), 및 접합 층(156/456)의 최하부에 의해 둘러싸이거나 구속되는 영역을 포함할 수 있다. 캐비티의 중간에 있는 서브-캐비티는, 접합 층(156/456)의 최하부, 경사진 표면들(846-2S 및 848-2S), 및 접합 층(160/460)의 최하부에 의해 둘러싸이거나 구속되는 영역을 포함할 수 있다. 캐비티의 최상부 상의 서브-캐비티는, 접합 층(160/460)의 최하부, 경사진 표면들(846-3S 및 848-3S), 및 최상부 전극 층(140/440)(또는 계단 구조들(846-3 및 848-3)의 최상부의 개구 최상부)에 의해 둘러싸이거나 구속되는 영역을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 서브-캐비티들의 경사진 표면들은 동일한 평면에 배열되지 않는다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 서브-캐비티들은 복수의 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 846-3S, 848-1S, 848-2S, 및 848-3S)에 의해 형성되거나 둘러싸일 수 있고, 수평 방향으로 상이한 치수들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 및 846-3S)은 동일한 평면에 배열되지 않을 수 있고, 경사진 표면들(848-1S, 848-2S, 및 848-3S)은 동일한 평면에 배열되지 않을 수 있다. 예컨대, 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 및 846-3S)은 수직 방향으로 상이한 평면들에 엇갈려 배열된다.
일부 실시예들에서, 서브-캐비티들의 높이들은 상이할 수 있다. 예컨대, 캐비티의 중간에 있는 서브-캐비티의 높이는 다른 서브-캐비티들의 높이들보다 작을 수 있다. 캐비티의 최상부에 있는 서브-캐비티의 높이는 캐비티의 최하부에 있는 서브-캐비티의 높이보다 클 수 있다. 그렇지만, 일부 실시예들에서, 색상 LED 구조들 각각은 서브-캐비티들 중 상이한 서브-캐비티 내에 각각 있다. 예컨대, 최하부 적색 LED 구조는 캐비티의 최하부에 있는 서브-캐비티 내에 있고, 최상부 청색 LED 구조는 캐비티의 최상부에 있는 서브-캐비티 내에 있다. 중간 녹색 LED 구조는 캐비티의 중간에 있는 서브-캐비티 내에 있다. 일부 실시예들에서, 서브-캐비티들은 규소, 예컨대, 산화규소를 포함하는 물질들로 채워질 수 있고, 채우는 것은, 광학 굴절을 개선하고, 투명성을 증가시키고/거나, 자외선 노화 저항 및 열 노화 저항을 향상시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 서브-캐비티들의 물질들은 상이할 수 있다. 예컨대, 캐비티의 최상부에 있는 서브-캐비티의 물질은 산화규소로 채워질 수 있고, 캐비티의 최하부에 있는 서브-캐비티의 물질은 에폭시 메틸 규소로 채워질 수 있다. 일부 실시예들에서, 서브-캐비티들은 비어 있거나 진공화될 수 있다.
일부 실시예들에서, 계단 형상 반사성 컵은 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 계단 형상 반사성 컵은 유전체 물질, 이를테면 이산화규소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 계단 형상 반사성 컵은 감광성 유전체 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 감광성 유전체 물질은 SU-8 또는 감광성 폴리이미드(PSPI)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 계단 형상 반사성 컵은 포토레지스트를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 계단 형상 반사성 컵의 제조 프로세스들은 반사성 컵을 참조하여 위에서 유사하게 설명된다.
일부 실시예들에서, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스(800)는 하나 이상의 반사성 코팅을 더 포함한다. 하나 이상의 반사성 코팅은 계단 형상 반사성 컵의 하나 이상의 경사진 표면, 예컨대 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 846-3S, 848-1S, 848-2S, 및 848-3S) 상에 배치될 수 있다. 하나 이상의 반사성 코팅 각각의 최하부는 LED 구조들, 예컨대, 적색, 녹색, 및 청색 LED 구조들 각각과 접촉하지 않는다. 하나 이상의 반사성 코팅은, 발광 구역으로부터 방출되는 광을 반사하고, 따라서, 마이크로 LED 패널들 또는 디스플레이들의 휘도 및 발광 효능을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 발광 구역으로부터 방출되는 광은 하나 이상의 반사성 코팅에 도달할 수 있고, 하나 이상의 반사성 코팅에 의해 상향으로 반사될 수 있다.
하나 이상의 반사성 코팅은, 계단 형상 반사성 컵과 함께, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 반사 방향 및/또는 반사 강도를 활용할 수 있다. 예를 들면, 그들 각각의 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 및 846-3S)의 경사진 각도들(α, β 및 
)은 캐비티의 최하부로부터 최상부로 더 작아질 수 있고, 따라서, 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 및 846-3S) 상에 배치되는 하나 이상의 반사성 코팅은 경사진 표면들(846-1S, 846-2S, 및 846-3S)과 동일한 각도들로 경사진다. 발광 구역으로부터 방출되는 광이 하나 이상의 반사성 코팅에 도달할 때, 발광 구역으로부터 방출되는 광은 경사진 각도들(α, β 및 
)에 따라 하나 이상의 반사성 코팅에 의해 반사될 것이다. 경사진 각도들(α, β 및 
)은 더 커지거나, 동일하거나, 또는 더 작아질 수 있거나, 또는 그렇지 않으면, 경사진 각도들(α, β 및 
)은 특정 설계에 따라 선택된다.
하나 이상의 반사성 코팅의 물질들은 60 %, 70 % 또는 80 %보다 큰 반사율로 고도로 반사성일 수 있고, 따라서, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 대부분이 반사될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 반사성 코팅의 물질들은 반사성 컵을 참조하여 위에서 유사하게 설명된다. 일부 실시예들에서, 경사진 표면들 각각 상에 배치된 하나 이상의 반사성 코팅의 물질들은 상이할 수 있다. 예컨대, 경사진 표면(846-1S) 상에 배치된 반사성 코팅의 물질은 경사진 표면들(846-2S, 및 846-3S) 상에 각각 배치된 반사성 코팅들의 물질들과 상이할 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사성 코팅들 중 하나 이상은 전자 빔 증착 또는 스퍼터링 프로세스 중 하나 이상에 의해 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 계단 구조(이를테면, 846-1, 846-2, 846-3, 848-1, 848-2, 및 848-3) 각각은 다단계 프로세스에서 층별로 형성된다. 예컨대, 계단 구조들(이를테면, 846-1 및 848-1)은 평탄화된 층(454)이 형성되기 전에 또는 그 후에 동일한 단계에서 형성된다. 계단 구조들(이를테면, 846-2 및 848-2)은 평탄화된 층(458)이 형성되기 전에 또는 그 후에 동일한 단계에서 형성된다. 계단 구조들(이를테면, 846-3 및 848-3)은 평탄화된 층(462)이 형성되기 전에 또는 그 후에 동일한 단계에서 형성된다. 일부 실시예들에서, 특히, 층별 평탄화가 단일 픽셀 3색 LED 디바이스를 형성하기 위한 프로세스에 수반될 때, 계단 구조들은 층별 프로세스 및 LED 구조들을 포함하는 상이한 평탄화된 층들의 접합의 전위의 결과로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 층별 프로세스 및 LED 구조들을 포함하는 상이한 평탄화된 층들의 접합의 전위의 결과로서 상이한 계단 구조들(이를테면, 846-1, 846-2, 및 846-3) 사이에 갭들(도 8에 도시되지 않음)이 존재할 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사성 컵은 부유 구조를 가질 수 있다. 도 9는 일부 실시예들에 따른, 도 4a의 대각선(이를테면, 402)을 따른, 부유 반사성 컵을 갖는 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(900)의 단면도이다. 일부 실시예들에서, 도 9에 전부가 도시되진 않지만, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스(900)는, 도 1 내지 도 8에 도시된 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들 중 어느 하나와 유사한 구조들을 가지며, 부유 반사성 컵 부분들(이를테면, 946, 및 948)을 갖는다.
일부 실시예들에서, 부유 반사성 컵은 발광 구역을 둘러쌀 수 있고, 반사성 컵의 최하부는 반도체 기판(104/404)과 직접 접촉하지 않는다. 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 반사성 컵 부분들(946 및 948)은 발광 구역을 둘러싸고, 반사성 컵 부분들(946 및 948)의 최하부들은 반도체 기판(104)과 직접 접촉하지 않는데, 예컨대, 반사성 컵의 최하부와 기판(104/404) 사이에 갭이 존재한다. 일부 실시예들에서, 갭은 평탄화된 절연 층(454)에 의해 채워진다. 일부 실시예들에서, 발광 구역으로부터 방출되는 광은 반사성 컵에 도달하여 그에 의해 상향으로 반사될 수 있다. 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, LED 구조들의 측벽들 및/또는 최상부들로부터 방출되는 광을 포함하는, 발광 구역으로부터 방출되는 광은, 반사성 컵 부분들(946 및 948)에 도달할 수 있고 반사성 컵 부분들(946 및 948)에 의해 상향으로 반사될 수 있다. 따라서, 그것은, 발광 구역으로부터 방출되는 광의 발산을 감소시키고, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스의 휘도를 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(104/404)의 최상부 표면 사이의 거리는 설계 요구들에 따라 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(104/404)의 최상부 표면 사이의 거리는, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스 및 디스플레이 패널의 제조 프로세스 동안 조정될 수 있다. 단일 픽셀 다색 LED 디바이스(900)의 제조가 완료될 때, 거리는 고정되고 조정가능하지 않다. 다른 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(104/404)의 최상부 표면 사이의 거리는 설계 프로세스 동안 구체적으로 선택될 수 있고, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스(900) 및 디스플레이 패널을 제조한 후에 고정될 것이다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵, 이를테면 부분들(946 및 948)의 최하부와 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는, 발광 층(412)의 최하부에서의 접합 층(408)의 최상부 표면과 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리와 동일하거나 그보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵, 이를테면 부분들(946 및 948)의 최하부와 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는, 발광 층(412)의 최하부에서의 접합 층(408)의 최상부 표면과 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리보다 클 수 있다. 부유 반사성 컵의 갭을 조정함으로써, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스(900)의 특정 부분으로부터의 특정 광은 반사되지 않거나 격리될 수 있고, 이는, 광이 디바이스(900)의 선택된 부분들에 더 집속되게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는 0.5 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는 1 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(140)의 최상부 표면 사이의 거리는 2 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는 5 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는 10 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는 20 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는 50 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는 75 마이크로미터 미만일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는 100 마이크로미터 미만일 수 있다. 일반적으로, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는, 발광 층의 최하부의 높이, 이를테면 금속 접합 층의 두께에 의해 결정된다. 바람직한 실시예에서, 반사성 컵의 최하부와 반도체 기판(404)의 최상부 표면 사이의 거리는 20 마이크로미터 이하이다.
일부 실시예들에서, 반사성 컵은 발광 구역으로부터 방출되는 광의 적어도 일부를 격리시킬 수 있다. 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 반사성 컵의 높이가 발광 구역의 높이보다 높을 때, 반사성 컵 부분들(946 및 948)은 발광 구역으로부터 방출되는 광의 적어도 일부를 격리시킬 수 있다. 따라서, 반사성 컵은, 픽셀 간 광 누화를 억제하고 LED 디스플레이들의 전체 대비를 개선할 수 있다. 부유 반사성 컵은, 위에 설명된 바와 같은 반사성 컵들과 동일하거나 유사한 조성, 형상, 및 제조 프로세스(포지션 및 위치를 제외함)를 갖는다.
도 1 내지 도 9는 단지 일부 실시예들에 따른 단일 픽셀 다색 LED 디바이스들을 예시한다. 다른 실시예들에서, 반사성 컵은 상면도 또는 측면도에서 볼 때 상이한 형상들일 수 있다. 즉, 발광 구역을 둘러싸는 반사성 컵의 측벽들은, 원형, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 오각형, 육각형, 및 팔각형일 수 있다. 반사성 컵의 측벽들은, 하나의 발광 구역 또는 하나의 단일 픽셀 다색 LED 디바이스, 또는 발광 구역들의 그룹 또는 단일 픽셀 다색 LED 디바이스들의 그룹을 둘러쌀 수 있다. 예컨대, 반사성 컵의 측벽들은, 동일한 평면에 배열되는 2개 이상의 발광 구역 또는 단일 픽셀 다색 LED 디바이스를 둘러쌀 수 있다.
각각이 반사성 컵을 포함할 수 있는, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스들의 어레이가 활용될 수 있다. 반사성 컵 각각은, 상면도 또는 평면도에서 볼 때 상이한 형상들을 가질 수 있다. 예컨대, 제1 단일 픽셀 다색 LED 디바이스의 반사성 컵은 원형일 수 있고, 인접한 단일 픽셀 다색 LED 디바이스의 반사성 컵은 정사각형일 수 있다. 게다가, 반사성 컵들은 서로 전기적으로 격리될 수 있다. 반사성 컵들은 또한, 버퍼 공간이 인접한 반사성 컵들 사이에 제공되는 경우 또는 반사성 컵들의 물질이 인접한 반사성 컵과의 경계까지 완전히 연장되지 않을 수 있는 경우 격리될 수 있다. 대안적으로, 반사성 컵의 측벽 상의 반사성 코팅 형태는 인접한 반사성 컵들 사이의 간극 영역들을 덮도록 간단히 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 반사성 컵들은 최상부 전극과 같은 공통 전극에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
첨부된 청구항들에서 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 본원에 개시된 본 발명의 방법 및 장치의 배열, 동작, 및 세부사항들에서 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백할 다양한 다른 수정들, 변경들, 및 변형들이 이루어질 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는, 첨부된 청구항들 및 그들의 법적 등가물들에 의해 결정되어야 한다.
추가적인 실시예들은 또한, 다양한 다른 실시예들에서 조합되거나 다른 방식으로 재배열되는 도 1 내지 도 9에 도시된 실시예들을 포함하는 위의 실시예들의 다양한 서브세트들을 포함한다.
층들의 치수들(예컨대, 각각의 층의 폭, 길이, 높이, 및 단면적), 전극들의 치수, 2개 이상의 LED 구조 층, 접합 층들, 반사성 층들, 및 전도성 층들의 크기, 형상, 간격, 및 배열, 및 집적 회로들, 픽셀 드라이버, 및 전기적 연결부들 사이의 구성과 같은, 단일 픽셀 다색 LED 디바이스의 다양한 설계 양상들이 원하는 LED 특성들을 획득하기 위해 선택된다(예컨대, 비용 또는 성능 함수를 사용하여 최적화됨). 위의 설계 양상들에 기반하여 변하는 LED 특성들은, 예컨대, 크기, 물질들, 비용, 제조 효율, 광 방출 효율, 전력 소모, 방향성, 광도, 광속, 색상, 스펙트럼, 및 공간적 방사 패턴을 포함한다.
도 10a는 일부 실시예들에 따른, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들의 매트릭스(1000)를 예시하는 회로도이다. 도 10a의 회로는, 3개의 픽셀 드라이버(1002, 1004, 및 1006) 및 3개의 3색 LED 디바이스(1008, 1010, 및 1012)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 디스플레이 패널은 복수의 픽셀들, 이를테면 수백만 개의 픽셀을 포함하고, 각각의 픽셀은 3색 LED 디바이스 구조를 포함한다. 일부 실시예들에서, LED 디바이스 구조들은 마이크로 LED들일 수 있다. 마이크로 LED들은 전형적으로 50 미크론(um) 이하의 측방향 치수를 갖고, 10 um 미만, 및 심지어 단지 수 um의 측방향 치수들을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 픽셀 드라이버(예컨대, 1002)는 다수의 트랜지스터들 및 커패시터들(도 10a에 도시되지 않음)을 포함한다. 트랜지스터들은, 전압 공급부에 연결되는 구동 트랜지스터, 및 자신의 게이트가 스캔 신호 버스 라인에 연결되도록 구성되는 제어 트랜지스터를 포함한다. 커패시터들은, 스캔 신호가 다른 픽셀들을 설정하고 있는 시간 동안 구동 트랜지스터의 게이트 전압을 유지하는 데 사용되는 저장 커패시터를 포함한다.
이러한 예에서, 3개의 3색 LED 디바이스(예컨대 1008) 각각은 그 자신의 집적 회로(IC) 픽셀 드라이버(1002)를 갖는다. 단일 픽셀에 대한 3색 LED 디바이스(1008)는, 병렬로 연결된 상이한 색상들을 갖는 3개의 개별 LED로서 보일 수 있다. 예컨대, 동일한 3색 LED 디바이스(1008) 내의 적색 LED(1018), 녹색 LED(1016), 및 청색 LED(1014)는, 공유된 P 전극 패드 또는 애노드를 통해 동일한 IC 픽셀 드라이버(1002)에 연결된다.
일부 실시예들에서, 동일한 3색 LED 디바이스(1008) 내의 적색, 녹색 및 청색 LED들 각각은 별개의 N 전극 패드 또는 캐소드에 연결된다.
일부 실시예들에서, 상이한 3색 LED 디바이스들로부터의 모든 적색 LED들(예컨대, 1018, 1024 및 1030)은 동일한 공통 N 전극(1036)에 연결된다. 상이한 3색 LED 디바이스들로부터의 모든 녹색 LED들(예컨대, 1016, 1022 및 1028)은 동일한 공통 N 전극(1034)에 연결된다. 상이한 3색 LED 디바이스들로부터의 모든 청색 LED들(예컨대, 1014, 1020 및 1026)은 동일한 공통 N 전극(1032)에 연결된다. 공통 전극들의 사용은 제조 프로세스를 단순화하고, LED 디바이스들의 면적, 특히 전극들의 풋프린트를 감소시킨다.
일부 실시예들에서, P 전극 및 N 전극에 대한 연결들은 전환되고 상호교환될 수 있다(도 10a에 도시되지 않음). 예컨대, 동일한 3색 LED 디바이스(1008) 내의 적색 LED(1018), 녹색 LED(1016), 및 청색 LED(1014)는 공유된 N 전극 패드 또는 캐소드에 연결된다. 동일한 3색 LED 디바이스(1008) 내의 적색, 녹색 및 청색 LED들 각각은 별개의 P 전극 패드 또는 애노드에 연결된다. 상이한 3색 LED 디바이스들로부터의 모든 적색 LED들(예컨대, 1018, 1024 및 1030)은 동일한 공통 N 전극(1036)에 연결된다.
도 10b는 일부 실시예들에 따른, 단일 픽셀 3색 LED 디바이스들의 매트릭스(1000)를 예시하는 회로도이다. 도 10b는, 이러한 예에서, 3개의 3색 LED 디바이스 각각(예컨대, 1008) 내의 LED 구조들 각각이 그 자신의 집적 회로(IC) 픽셀 드라이버(1002)를 갖는다는 점을 제외하고는, 도 10a와 유사하다. 예컨대, 동일한 3색 LED 디바이스(1008) 내의, 적색 LED(1018), 녹색 LED(1016), 및 청색 LED(1014)는, 별개의 P 전극 패드 또는 애노드를 통해 상이한 IC 픽셀 드라이버들(1002-1, 1002-2, 및 1002-3)에 각각 연결된다. 도 1 내지 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 이러한 유형의 P 전극 연결들이 일부 실시예들에서 예시되어 있다.
게다가, 도 10b에 도시된 바와 같은 일부 실시예들에서, 상이한 3색 LED 디바이스들로부터의 상이한 색상들의 모든 LED들은 동일한 공통 N 전극(1032)에 연결된다.
일부 실시예들에서, P 전극 및 N 전극에 대한 연결들은 전환되고 상호교환될 수 있다(도 10b에 도시되지 않음). 예컨대, 동일한 3색 LED 디바이스(1008) 내의 적색 LED(1018), 녹색 LED(1016), 및 청색 LED(1014)는 상이한 N 전극 패드 또는 캐소드에 각각 연결된다. 상이한 3색 LED 디바이스들로부터의 상이한 색상들의 모든 LED들은 동일한 공통 P 전극(1032)에 연결된다.
도 11은 일부 실시예들에 따른, 마이크로 LED 디스플레이 패널(1100)의 상면도이다. 디스플레이 패널(1100)은, 데이터 인터페이스(1110), 제어 모듈(1120), 및 픽셀 구역(1150)을 포함한다. 데이터 인터페이스(1110)는 디스플레이될 이미지를 정의하는 데이터를 수신한다. 이러한 데이터의 소스(들) 및 포맷은 응용에 따라 변할 것이다. 제어 모듈(1120)은 착신 데이터를 수신하고 그 데이터를 디스플레이 패널에서 픽셀들을 구동하기에 적합한 형태로 변환한다. 제어 모듈(1120)은, 수신된 포맷으로부터 픽셀 구역(1140)에 적절한 것으로 변환하기 위한 디지털 논리 및/또는 상태 기계들, 데이터를 저장 및 전송하기 위한 시프트 레지스터들 또는 다른 유형들의 버퍼들 및 메모리, 디지털-아날로그 변환기들 및 레벨 시프터들, 및 클로킹 회로를 포함하는 스캔 제어기들을 포함할 수 있다.
픽셀 구역(1150)은 픽셀들의 어레이를 포함한다. 픽셀들은, 예컨대 위에 설명된 바와 같은, 픽셀 드라이버들과 통합된 마이크로 LED들, 이를테면 다색 LED(1134)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 마이크로 렌즈(도 11의 LED(1134)와 별개로 도시되지 않음)의 어레이가 다색 LED들의 어레이의 최상부를 덮는다. 일부 실시예들에서, 광학 격리 구조들, 이를테면 반사성 구조들 또는 반사성 컵들(도 11의 LED(1134)와 별개로 도시되지 않음)의 어레이가 다색 LED들의 어레이 주위에 형성된다. 이러한 예에서, 디스플레이 패널(1100)은 색상 RGB 디스플레이 패널이다. 그것은, 적색, 녹색 및 청색 픽셀들을 포함한다. 각각의 픽셀 내에서, 3색 LED(1134)는 픽셀 드라이버에 의해 제어된다. 픽셀은, 이전에 도시된 실시예들에 따라, 접지 패드(1136)를 통해 공급 전압(도시되지 않음) 및 접지에, 그리고 또한 제어 신호에 접촉한다. 도 11에 도시되진 않지만, 3색 LED(1134)의 p 전극 및 구동 트랜지스터의 출력은 LED(1134) 내에 위치된다. (LED의 p 전극과 픽셀 드라이버의 출력 사이의) LED 전류 구동 신호 연결, (n 전극과 시스템 접지 사이의) 접지 연결, (픽셀 드라이버의 소스와 시스템 공급 전압(Vdd) 사이의) Vdd 연결, 및 픽셀 드라이버의 게이트에 대한 제어 신호 연결이 다양한 실시예들에 따라 이루어진다.
도 11은 단지 대표적인 도면이다. 다른 설계들이 명백할 것이다. 예컨대, 색상들이 적색, 녹색, 및 청색일 필요는 없다. 그들은 또한 열들 또는 스트라이프들로 배열될 필요는 없다. 일 예로서, 도 11에 도시된 픽셀들의 정사각형 매트릭스의 배열 외에도, 픽셀들의 육각형 매트릭스의 배열이 또한 디스플레이 패널(1100)을 형성하는 데 사용될 수 있다.
일부 응용들에서, 픽셀들의 완전히 프로그래밍가능한 직사각형 어레이가 반드시 필요하지는 않다. 다양한 형상들 및 디스플레이들을 갖는 디스플레이 패널들의 다른 설계들이 또한 본원에서 설명된 디바이스 구조들을 사용하여 형성될 수 있다. 예들의 하나의 부류는 신호계(signage) 및 자동차용을 포함하는 특수 응용들이다. 예컨대, 다수의 픽셀들이 디스플레이 패널을 형성하기 위해 별 또는 나선의 형상으로 배열될 수 있고, 디스플레이 패널 상의 상이한 패턴들이 LED들을 켜고 끔으로써 생성될 수 있다. 다른 특수 예는 자동차 헤드라이트들 및 스마트 조명이며, 여기서, 특정 픽셀들이 함께 그룹화되어 다양한 조명 형상들을 형성하고, LED 픽셀들의 각각의 그룹이 개별 픽셀 드라이버들에 의해 켜지거나 꺼질 수 있거나 또는 다른 방식으로 조정될 수 있다.
심지어, 각각의 픽셀 내의 디바이스들의 측방향 배열이 변할 수 있다. 도 1 내지 도 9에서, LED들 및 픽셀 드라이버들은 수직으로 배열되는데, 즉, 각각의 LED는 대응하는 픽셀 드라이버 회로의 최상부 상에 위치된다. 다른 배열들이 가능하다. 예컨대, 픽셀 드라이버들은 또한 LED "뒤에", "앞에", 또는 "옆에" 위치될 수 있다.
상이한 유형들의 디스플레이 패널들이 제조될 수 있다. 예컨대, 디스플레이 패널의 해상도는 전형적으로 8 x 8 내지 3840 x 2160의 범위일 수 있다. 일반적인 디스플레이 해상도들은, 320 x 240 해상도 및 4:3의 종횡비를 갖는 QVGA, 1024 x 768 해상도 및 4:3의 종횡비를 갖는 XGA, 1280 x 720 해상도 및 16:9의 종횡비를 갖는 D, 1920 x 1080 해상도 및 16:9의 종횡비를 갖는 FHD, 3840 x 2160 해상도 및 16:9의 종횡비를 갖는 UHD, 및 4096 x 2160 해상도를 갖는 4K를 포함한다. 서브-미크론 이하 내지 10 mm 이상의 범위의 광범위하게 다양한 픽셀 크기들이 또한 존재할 수 있다. 전체 디스플레이 구역의 크기가 또한, 수십 미크론 이하만큼 작은 것에서 수백 인치 이상에 이르는 대각선들의 범위로 광범위하게 변할 수 있다.
상이한 응용들은 또한 광학 휘도 및 시야 각도에 대한 상이한 요건들을 가질 것이다. 예시적인 응용들은 직시 디스플레이 스크린들, 가정/사무실 투영기들을 위한 광 엔진들, 및 스마트폰들, 랩톱들, 웨어러블 전자기기, AR 및 VR 안경, 및 망막 투영들과 같은 휴대용 전자기기를 포함한다. 전력 소모는 망막 투영기들에 대한 수 밀리와트만큼 낮은 것으로부터 대형 스크린 실외 디스플레이들, 투영기들, 및 스마트 자동차 헤드라이트들에 대한 킬로와트만큼 높은 것까지 변할 수 있다. 프레임률의 관점에서, 무기 LED들의 고속 응답(나노초)으로 인해, 프레임률은 작은 해상도들에 대해 KHz, 또는 심지어 MHz만큼 높을 수 있다.
추가적인 실시예들은 또한, 다양한 다른 실시예들에서 조합되거나 다른 방식으로 재배열되는 도 1 내지 도 11의 실시예들을 포함하는 위의 실시예들의 다양한 서브세트들, 예컨대, 반사성 층들을 갖는 그리고 갖지 않는, 평탄화 층들을 갖는 그리고 갖지 않는, 다양한 형상들 및 유형들의 위치결정을 포함하는 반사성 컵 구조들을 갖는 그리고 갖지 않는, 굴절성 층들을 갖는 그리고 갖지 않는, 마이크로 렌즈들을 갖는 그리고 갖지 않는, 스페이서들을 갖는 그리고 갖지 않는, 그리고 상이한 전극 연결 구조들을 갖는 다색 LED 픽셀 디바이스/유닛을 포함한다.
상세한 설명이 많은 상세사항들을 포함하지만, 이들은 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 본 발명의 상이한 예들 및 양상들을 예시하는 것으로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 위에 상세히 논의되지 않은 다른 실시예들을 포함한다는 것이 인식되어야 한다. 예컨대, 위에 설명된 접근법들은 LED들 및 OLED들 이외의 기능적 디바이스들과 픽셀 드라이버들 이외의 제어 회로의 통합에 적용될 수 있다. 비-LED 디바이스들의 예들은, 수직 캐비티 표면 방출 레이저(VCSEL)들, 광검출기들, 마이크로-전자-기계 시스템(MEMS), 실리콘 포토닉(silicon photonic) 디바이스들, 전력 전자 디바이스들, 및 분산형 피드백 레이저(DFB)들을 포함한다. 다른 제어 회로의 예들은, 전류 드라이버들, 전압 드라이버들, 트랜스임피던스 증폭기들, 및 논리 회로들을 포함한다.
개시된 실시예들의 선행하는 설명은 관련 기술분야 통상의 기술자가 본원에서 설명된 실시예들 및 그의 변형들을 사용 또는 실시할 수 있게 하도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 수정들은 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 쉽게 명백할 것이며, 본원에서 정의된 일반적인 원리들은 본원에서 개시된 주제의 사상 또는 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그에 따라, 본 개시내용은 본원에서 나타낸 실시예들로 제한되도록 의도되는 것이 아니라, 다음의 청구항들과 본원에서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합할 것이다.
본 발명의 특징들은, 본원에서 제시된 특징들 중 임의의 것을 수행하도록 처리 시스템을 프로그래밍하는 데 사용될 수 있는 명령어들이 저장되는 저장 매체(매체들) 또는 컴퓨터 판독가능 저장 매체(매체들)와 같은 컴퓨터 프로그램 제품에서, 그를 사용하여, 또는 그의 도움으로 구현될 수 있다. 저장 매체는 고속 랜덤 액세스 메모리, 이를테면, DRAM, SRAM, DDR RAM 또는 다른 랜덤 액세스 솔리드 스테이트 메모리 디바이스들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않고, 비-휘발성 메모리, 이를테면, 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 또는 다른 비-휘발성 솔리드 스테이트 저장 디바이스들을 포함할 수 있다. 메모리는 임의적으로 CPU(들)로부터 원격으로 위치되는 하나 이상의 저장 디바이스를 포함한다. 메모리 또는 대안적으로 메모리 내의 비-휘발성 메모리 디바이스(들)는, 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함한다.
임의의 기계 판독가능 매체(매체들) 상에 저장된 본 발명의 특징들은, 처리 시스템의 하드웨어를 제어하고, 처리 시스템이 본 발명의 결과들을 활용하는 다른 메커니즘들과 상호작용할 수 있게 하기 위해 소프트웨어 및/또는 펌웨어에 통합될 수 있다. 그러한 소프트웨어 또는 펌웨어는 애플리케이션 코드, 디바이스 드라이버들, 운영 체제들, 및 실행 환경들/컨테이너들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
"제1", "제2" 등의 용어들이 다양한 요소들을 설명하기 위해 본원에서 사용될 수 있지만, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 이러한 용어들은 단지 하나의 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 사용된다.
본원에서 사용되는 전문용어는 특정 실시예들을 설명하려는 목적만을 위한 것이며, 청구항들을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 실시예들의 설명 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 맥락이 명확하게 달리 표시하지 않는 한, 단수 형태들은 복수 형태들을 또한 포함하도록 의도된다. 또한, 본원에서 사용되는 바와 같은 "및/또는", "그리고/또는", 및 "~고/거나"라는 용어는 연관된 열거된 항목들 중 하나 이상의 임의의 그리고 모든 가능한 조합들을 지칭하고 포괄한다는 것이 이해될 것이다. "포함하다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어들은, 본 명세서에서 사용될 때, 서술된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 구성요소들의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 구성요소들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하지는 않는다는 것이 추가로 이해될 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "~인 경우"라는 용어는 맥락에 따라, 언급된 선행 조건이 참인 "~일 때" 또는 "~일 시" 또는 " ~라고 결정하는 것에 대한 응답으로" 또는 "~라는 결정에 따라" 또는 "~를 검출하는 것에 대한 응답으로"를 의미하는 것으로 해석될 수 있다. 유사하게, "[언급된 선행 조건이 참]이라고 결정되는 경우" 또는 "[언급된 선행 조건이 참]인 경우" 또는 "[언급된 선행 조건이 참]일 때"는 맥락에 따라, 언급된 선행 조건이 참인 "~를 결정할 시" 또는 "~라고 결정하는 것에 대한 응답으로" 또는 "~라는 결정에 따라" 또는 "~를 검출 시" 또는 "~를 검출하는 것에 대한 응답으로"를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.
전술한 설명은, 설명의 목적을 위해, 특정 실시예들을 참조하여 설명되었다. 그러나, 위의 예시적인 논의들은 포괄적인 것으로 또는 청구항들을 개시된 정확한 형태들로 제한하도록 의도되지 않는다. 위의 교시들을 고려하여 많은 수정들 및 변형들이 가능하다. 실시예들은, 동작의 원리들 및 실제 응용들을 가장 잘 설명함으로써 관련 기술분야의 통상의 기술자들이 실시할 수 있게 하도록 선택되고 설명되었다.
Claims (145)
- 마이크로 발광 다이오드(LED) 픽셀 유닛으로서,
IC 기판 상에 형성되는 제1 색상 LED 구조 ― 상기 제1 색상 LED 구조는 제1 발광 층을 포함하고, 제1 반사성 구조가 상기 제1 발광 층의 최하부 상에 형성됨 ―;
상기 제1 색상 LED 구조의 최하부에 형성되고, 상기 IC 기판 및 상기 제1 색상 LED 구조를 접합하도록 구성되는 제1 접합 금속 층;
상기 제1 색상 LED 구조의 최상부 상에 형성되는 제2 접합 금속 층;
상기 제2 접합 금속 층 상에 형성되는 제2 색상 LED 구조 ― 상기 제2 색상 LED 구조는 제2 발광 층을 포함하고, 제2 반사성 구조가 상기 제2 발광 층의 최하부 상에 형성됨 ―;
상기 제1 색상 LED 구조 및 상기 제2 색상 LED 구조를 덮고, 상기 제1 색상 LED 구조 및 상기 제2 색상 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 상기 IC 기판은 상기 제1 색상 LED 구조 및 상기 제2 색상 LED 구조와 전기적으로 연결됨 ―; 및
상기 제1 색상 LED 구조 및 상기 제2 색상 LED 구조를 둘러싸는 반사성 컵 ― 수평 방향으로 상기 제1 발광 층 및 상기 제2 발광 층으로부터 방출되는 광은 상기 반사성 컵에 도달하여 상기 반사성 컵에 의해 상향으로 반사됨 ― 을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제1항에 있어서,
상기 제1 반사성 구조는 적어도 하나의 제1 반사성 층을 포함하고, 상기 제2 반사성 구조는 적어도 하나의 제2 반사성 층을 포함하고, 상기 제1 반사성 층 또는 상기 제2 반사성 층의 반사율은 60 % 초과인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제2항에 있어서,
상기 제1 반사성 층 또는 상기 제2 반사성 층의 물질은 Rh, Al, Ag, 또는 Au 중 하나 이상을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제2항에 있어서,
상기 제1 반사성 구조는 2개의 제1 반사성 층을 포함하고, 상기 2개의 제1 반사성 층의 굴절률들은 상이하며, 상기 제2 반사성 구조는 2개의 제2 반사성 층을 포함하고, 상기 2개의 제2 반사성 층의 굴절률들은 상이한, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제4항에 있어서,
상기 2개의 제1 반사성 층은 각각 SiO2 및 Ti3O5를 포함하고, 상기 2개의 제2 반사성 층은 각각 SiO2 및 Ti3O5를 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제2항에 있어서,
상기 제1 반사성 구조는 상기 제1 반사성 층 상의 제1 투명 층을 더 포함하고, 상기 제2 반사성 구조는 상기 제2 반사성 층 상의 제2 투명 층을 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제6항에 있어서,
상기 제1 투명 층은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 SiO2 중 하나 이상을 포함하고, 상기 제2 투명 층은 ITO 또는 SiO2 중 하나 이상을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제1항에 있어서,
상기 제1 색상 LED 구조는 제1 최하부 전도성 접촉 층 및 제1 최상부 전도성 접촉 층을 더 포함하고, 상기 제2 색상 LED 구조는 제2 최하부 전도성 접촉 층 및 제2 최상부 전도성 접촉 층을 더 포함하고,
상기 제1 발광 층은 상기 제1 최하부 전도성 접촉 층과 상기 제1 최상부 전도성 접촉 층 사이에 있고, 상기 제2 발광 층은 상기 제2 최하부 전도성 접촉 층과 상기 제2 최상부 전도성 접촉 층 사이에 있고,
상기 제1 최하부 전도성 접촉 층은 제1 접촉 비아를 통해 상기 제1 반사성 구조 및 상기 제1 접합 금속 층을 통해서 상기 IC 기판과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 최하부 전도성 접촉 층은 제2 접촉 비아를 통해 상기 IC 기판과 전기적으로 연결되고,
상기 제1 최상부 전도성 접촉 층의 가장자리는 상기 최상부 전극 층과 접촉하고, 상기 제2 최상부 전도성 접촉 층의 최상부 표면은 상기 최상부 전극 층과 접촉하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제1항에 있어서,
상기 반사성 컵의 물질은 금속을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제1항에 있어서,
상기 최상부 전극 층 위에 형성되는 마이크로 렌즈를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제10항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈와 상기 최상부 전극 층 사이에 형성되는 스페이서를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제11항에 있어서,
상기 스페이서의 물질은 산화규소를 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제10항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 제1 LED 구조의 활성 방출 영역의 측방향 치수보다 크고, 상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 제2 LED 구조의 활성 방출 영역의 측방향 치수보다 큰, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제1항에 있어서,
상기 제1 색상 LED 구조 및 상기 제2 색상 LED 구조는 동일한 측방향 치수를 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제1항에 있어서,
상기 제1 색상 LED 구조 및 상기 제2 색상 LED 구조는 동일한 중심 축을 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제2항에 있어서,
상기 적어도 하나의 제1 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있고, 상기 적어도 하나의 제2 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있고, 상기 제1 색상 LED 구조의 두께는 300 nm 이하이고, 상기 제2 색상 LED 구조의 두께는 300 nm 이하인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 마이크로 LED 픽셀 유닛으로서,
IC 기판;
복수의 색상 LED 구조들을 포함하는, 상기 IC 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 상기 발광 구역 내의 대응하는 접합 금속 층에 연결되고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 발광 층 및 상기 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―;
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각을 덮고 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각에 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 상기 IC 기판은 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 연결됨 ―; 및
상기 발광 구역을 둘러싸는, 캐비티를 형성하는 계단 형상 반사성 컵 ― 수평 방향으로 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 상기 발광 층의 측벽들로부터 방출되는 광은 상기 반사성 컵에 도달하여 상기 반사성 컵에 의해 상향으로 반사됨 ― 을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제17항에 있어서,
상기 캐비티의 내측 측벽은 복수의 경사진 표면들을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제18항에 있어서,
상기 IC 기판의 표면에 대한 상기 복수의 경사진 표면들의 각도들은, 상기 캐비티의 최하부로부터 최상부로, 더 작아지는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제18항에 있어서,
상기 복수의 경사진 표면들에 의해 형성되는 서브-캐비티들은 수평 방향으로 상이한 치수들을 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제20항에 있어서,
상기 서브-캐비티들의 내측 측벽들은 동일한 평면에 배열되지 않는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제20항에 있어서,
상기 서브-캐비티들의 높이들은 상이한, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제20항에 있어서,
상기 캐비티의 중간에 있는 서브-캐비티의 높이는 다른 서브-캐비티들의 높이들보다 작은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제20항에 있어서,
상기 캐비티의 최상부에 있는 서브-캐비티의 높이는 상기 캐비티의 최하부에 있는 서브-캐비티의 높이보다 큰, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제17항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들은 최상부 색상 LED 구조를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제25항에 있어서,
상기 캐비티의 최상부는 상기 최상부 색상 LED 구조의 최상부보다 높은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제17항에 있어서,
상기 캐비티는 복수의 서브-캐비티들을 포함하고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 상기 서브-캐비티들 중 제각기 상이한 서브-캐비티 내에 있는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제17항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들 중 적어도 하나를 덮는 투명 유전체 접합 층을 더 포함하며, 상기 투명 유전체 접합 층은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제28항에 있어서,
상기 고체 무기 물질들은, SiO2, Al2O3, Si3N4, 포스포실리케이트 유리(PSG), 및 보로포스포실리케이트 유리(BPSG)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제28항에 있어서,
상기 플라스틱 물질들은, SU-8, PermiNex, 벤조시클로부텐(BCB), 및 스핀 온 글래스(SOG; spin-on glass)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 중합체를 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제25항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 최하부 전도성 접촉 층 및 최상부 전도성 접촉 층을 포함하고, 상기 발광 층은 상기 최하부 전도성 접촉 층과 상기 최상부 전도성 접촉 층 사이에 형성되고,
상기 최하부 전도성 접촉 층은 접촉 비아를 통해 상기 반사성 구조 및 상기 대응하는 접합 금속 층을 통해서 상기 IC 기판과 전기적으로 연결되고,
상기 최상부 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 최상부 표면이 상기 최상부 전극 층과 접촉하고, 상기 최상부 색상 LED 구조 아래의 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 가장자리가 상기 최상부 전극 층과 접촉하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제25항에 있어서,
상기 최상부 색상 LED 구조 아래의 색상 LED 구조의 상기 발광 층의 일 측부로부터 연장 부분이 연장되고, 접촉 비아가 상기 연장 부분을 상기 최상부 전극 층에 연결하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제17항에 있어서,
상기 반사성 컵의 물질은 금속을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제17항에 있어서,
상기 최상부 전극 층 위에 형성되는 마이크로 렌즈를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제18항에 있어서,
마이크로 렌즈와 상기 최상부 전극 층 사이에 형성되는 스페이서를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제19항에 있어서,
스페이서의 물질은 산화규소를 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제18항에 있어서,
마이크로 렌즈의 측방향 치수는 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 발광 치수보다 큰, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제17항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들은 동일한 중심 축을 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제17항에 있어서,
상기 반사성 구조는 반사성 층을 포함하고, 상기 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 두께는 300 nm 이하인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제17항에 있어서,
상기 최상부 전극 층의 물질은, 그래핀, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 및 플루오린 도핑된 산화주석(FTO)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 마이크로 LED 픽셀 유닛으로서,
반도체 기판;
복수의 색상 LED 구조들을 포함하는, 상기 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 상기 발광 구역 내의 대응하는 접합 금속 층에 연결되고, 상기 복수의 색상 LED 구조 각각은 발광 층 및 상기 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―;
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각을 덮고 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 상기 반도체 기판은 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 연결됨 ―;
상기 발광 구역을 둘러싸는 반사성 컵; 및
상기 반사성 컵과 상기 발광 구역 사이에 형성되는 굴절성 구조를 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 굴절성 구조의 최상부 표면 상에 형성되는 마이크로 렌즈를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제42항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 상기 발광 구역의 측방향 치수 이상인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제42항에 있어서,
상기 반사성 컵은 최상부 개구 영역을 갖고, 상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 상기 최상부 개구 영역의 측방향 치수보다 작은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 반사성 컵의 최하부와 상기 반도체 기판 사이에 형성되는 최하부 유전체 층을 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 발광 구역의 최상부 상에 형성되는 최상부 전도성 층을 더 포함하며, 상기 최상부 전도성 층은 상기 반사성 컵과 전기적으로 연결되는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제46항에 있어서,
상기 최상부 전도성 층은 상기 반사성 컵의 최상부 또는 상기 반사성 컵의 최하부와 직접 접촉하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 굴절성 구조의 최상부는 상기 반사성 컵의 최상부보다 높은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 최하부 전도성 접촉 층 및 최상부 전도성 접촉 층을 포함하고, 상기 발광 층은 상기 최하부 전도성 접촉 층과 상기 최상부 전도성 접촉 층 사이에 형성되고,
상기 최하부 전도성 접촉 층은 접촉 비아를 통해 상기 반사성 구조 및 상기 대응하는 접합 금속 층을 통해서 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되고,
최상부 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 최상부 표면이 상기 최상부 전극 층과 접촉하고, 상기 최상부 색상 LED 구조 아래의 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 가장자리가 상기 최상부 전극 층과 접촉하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 반도체 기판은 IC 기판인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 반사성 컵은, 상기 발광 구역을 에워싸는 캐비티를 형성하는 계단 형상 반사성 컵인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제51항에 있어서,
상기 캐비티의 내측 측벽은 복수의 경사진 표면들을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제52항에 있어서,
상기 반도체 기판의 표면에 대한 상기 복수의 경사진 표면들의 각도들은, 상기 캐비티의 최하부로부터 최상부로, 더 작아지는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제52항에 있어서,
상기 복수의 경사진 표면들에 의해 형성되는 서브-캐비티들은 수평 방향으로 상이한 치수들을 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제54항에 있어서,
상기 서브-캐비티들의 내측 측벽들은 동일한 평면에 배열되지 않는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제54항에 있어서,
상기 서브-캐비티들의 높이들은 상이한, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제54항에 있어서,
상기 캐비티의 중간에 있는 서브-캐비티의 높이는 다른 서브-캐비티들의 높이들보다 작은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제54항에 있어서,
상기 캐비티의 최상부에 있는 서브-캐비티의 높이는 상기 캐비티의 최하부에 있는 서브-캐비티의 높이보다 큰, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들은 최상부 색상 LED 구조를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제59항에 있어서,
캐비티의 최상부는 상기 최상부 색상 LED 구조의 최상부보다 높은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제51항에 있어서,
상기 캐비티는 복수의 서브-캐비티들을 포함하고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 상기 서브-캐비티들 중 제각기 상이한 서브-캐비티 내에 있는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 반사성 컵의 물질은 금속을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제59항에 있어서,
상기 최상부 색상 LED 구조 아래의 색상 LED 구조의 상기 발광 층의 일 측부로부터 연장 부분이 연장되고, 접촉 비아가 상기 연장 부분을 상기 최상부 전극 층에 연결하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들은 동일한 중심 축을 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 반사성 구조는 반사성 층을 포함하고, 상기 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 두께는 300 nm 이하인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 최상부 전극 층의 물질은, 그래핀, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 또는 플루오린 도핑된 이산화주석(FTO) 중 하나 이상을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제41항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 개개의 색상 LED 구조의 일 측부로부터 연장되는 개개의 연장 부분을 포함하고, 상기 개개의 연장 부분은 개개의 제1 접촉 비아를 통해 상기 최상부 전극 층과 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 개개의 제2 접촉 비아를 통해 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 마이크로 LED 픽셀 유닛으로서,
반도체 기판;
복수의 색상 LED 구조들을 포함하는, 상기 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 상기 발광 구역 내의 대응하는 접합 금속 층에 연결되고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 발광 층 및 상기 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―;
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각을 덮고 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 상기 반도체 기판은 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 연결됨 ―; 및
상기 발광 구역을 둘러싸는 반사성 컵 ― 수평 방향으로 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 상기 발광 층의 측벽들로부터 방출되는 광은 상기 반사성 컵에 도달하여 상기 반사성 컵에 의해 상향으로 반사되고, 상기 반사성 컵의 최상부는 상기 발광 구역의 최상부보다 높음 ― 을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 발광 구역 위에 형성되는 마이크로 렌즈를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제69항에 있어서,
상기 반사성 컵의 최상부는 상기 마이크로 렌즈의 최상부보다 높은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제69항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 최하부에 있고 상기 반사성 컵과 상기 발광 구역 사이에 형성되는 굴절성 구조를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제69항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 상기 발광 구역의 측방향 치수 이상인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제69항에 있어서,
상기 반사성 컵은 최상부 개구 영역을 갖고, 상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 상기 최상부 개구 영역의 측방향 치수보다 작은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 반사성 컵의 최하부와 상기 반도체 기판 사이에 형성되는 최하부 유전체 층을 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 발광 구역의 최상부 상에 형성되는 최상부 전도성 층을 더 포함하며, 상기 최상부 전도성 층은 상기 반사성 컵과 전기적으로 연결되는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 최하부 전도성 접촉 층 및 최상부 전도성 접촉 층을 포함하고, 상기 발광 층은 상기 최하부 전도성 접촉 층과 상기 최상부 전도성 접촉 층 사이에 형성되고,
상기 최하부 전도성 접촉 층은 접촉 비아에 의해 상기 반사성 구조 및 대응하는 접합 금속 층을 통해서 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되고,
최상부 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 최상부 표면이 상기 최상부 전극 층과 접촉하고, 상기 최상부 색상 LED 구조 아래의 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 가장자리가 상기 최상부 전극 층과 접촉하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 발광 구역의 최하부는 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 반도체 기판은 IC 기판인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 반사성 컵은, 상기 발광 구역을 에워싸는 캐비티를 형성하는 계단 형상 반사성 컵인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제79항에 있어서,
상기 캐비티의 내측 측벽은 복수의 경사진 표면들을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제80항에 있어서,
상기 반도체 기판의 표면에 대한 상기 복수의 경사진 표면들의 각도들은, 상기 캐비티의 최하부로부터 최상부로, 더 작아지는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제80항에 있어서,
상기 복수의 경사진 표면들에 의해 형성되는 서브-캐비티들은 수평 방향으로 상이한 치수들을 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제82항에 있어서,
상기 서브-캐비티들의 내측 측벽들은 동일한 평면에 배열되지 않는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제82항에 있어서,
상기 서브-캐비티들의 높이들은 상이한, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제82항에 있어서,
상기 캐비티의 중간에 있는 서브-캐비티의 높이는 다른 서브-캐비티들의 높이들보다 작은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제82항에 있어서,
상기 캐비티의 최상부에 있는 서브-캐비티의 높이는 상기 캐비티의 최하부에 있는 서브-캐비티의 높이보다 큰, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제79항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들은 최상부 색상 LED 구조를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제87항에 있어서,
상기 캐비티의 최상부는 상기 최상부 색상 LED 구조의 최상부보다 높은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제79항에 있어서,
상기 캐비티는 복수의 서브-캐비티들을 포함하고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 상기 서브-캐비티들 중 제각기 상이한 서브-캐비티 내에 있는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 반사성 컵의 물질은 금속을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제87항에 있어서,
상기 최상부 색상 LED 구조 아래의 색상 LED 구조의 상기 발광 층의 일 측부로부터 연장 부분이 연장되고, 접촉 비아가 상기 연장 부분을 상기 최상부 전극 층에 연결하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들은 동일한 중심 축을 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 반사성 구조는 반사성 층을 포함하고, 상기 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 두께는 300 nm 이하인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제68항에 있어서,
상기 최상부 전극 층의 물질은, 그래핀, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 또는 플루오린 도핑된 이산화주석(FTO) 중 하나 이상을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 마이크로 LED 픽셀 유닛으로서,
반도체 기판;
복수의 색상 LED 구조들을 포함하는, 상기 반도체 기판 상에 형성되는 발광 구역 ― 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 상기 발광 구역 내의 대응하는 접합 금속 층에 연결되고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 발광 층 및 상기 발광 층의 최하부에 있는 반사성 구조를 포함함 ―;
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각을 덮고 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층 ― 상기 반도체 기판은 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각과 전기적으로 연결됨 ―; 및
상기 발광 구역을 둘러싸는 부유 반사성 컵 ― 상기 부유 반사성 컵의 최하부는 상기 반도체 기판 위에 있고, 수평 방향으로 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 상기 발광 층의 측벽들로부터 방출되는 광은 매달린 부유 반사성 컵에 도달하여 상기 매달린 부유 반사성 컵에 의해 상향으로 반사됨 ― 을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제95항에 있어서,
상기 부유 반사성 컵의 최하부는 상기 복수의 색상 LED 구조들 중 하나의 최하부에서의 상기 대응하는 접합 금속 층의 최상부 표면보다 높은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제95항에 있어서,
상기 부유 반사성 컵은 계단 형상인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제97항에 있어서,
상기 발광 구역 위에 형성되는 마이크로 렌즈를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제98항에 있어서,
상기 부유 반사성 컵의 최상부는 상기 마이크로 렌즈의 최상부보다 높은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제98항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 최하부에 있고 상기 부유 반사성 컵과 상기 발광 구역 사이에 형성되는 굴절성 구조를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제98항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 상기 발광 구역의 측방향 치수 이상인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제98항에 있어서,
상기 부유 반사성 컵은 최상부 개구 영역을 갖고, 상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 상기 최상부 개구 영역의 측방향 치수보다 작은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제97항에 있어서,
상기 부유 반사성 컵과 상기 반도체 기판 사이에 형성되는 최하부 유전체 층을 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제95항에 있어서,
상기 최상부 전극 층은 상기 부유 반사성 컵의 최상부 또는 상기 부유 반사성 컵의 최하부에 직접 접촉하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제104항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 최하부 전도성 접촉 층 및 최상부 전도성 접촉 층을 포함하고, 상기 발광 층은 상기 최하부 전도성 접촉 층과 상기 최상부 전도성 접촉 층 사이에 형성되고,
상기 최하부 전도성 접촉 층은 접촉 비아에 의해 상기 반사성 구조 및 상기 대응하는 접합 금속 층을 통해서 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되고,
최상부 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 최상부 표면이 상기 최상부 전극 층과 접촉하고, 상기 최상부 색상 LED 구조 아래의 색상 LED 구조의 최상부 전도성 접촉 층의 가장자리가 상기 최상부 전극 층과 접촉하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제95항에 있어서,
상기 반도체 기판은 IC 기판인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제97항에 있어서,
계단 형상 부유 반사성 컵은 상기 발광 구역을 에워싸는 캐비티를 형성하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제107항에 있어서,
상기 캐비티의 내측 측벽은 복수의 경사진 표면들을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제108항에 있어서,
상기 반도체 기판의 표면에 대한 상기 복수의 경사진 표면들의 각도들은, 상기 캐비티의 최하부로부터 최상부로, 더 작아지는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제108항에 있어서,
상기 복수의 경사진 표면들에 의해 형성되는 서브-캐비티들은 수평 방향으로 상이한 치수들을 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제110항에 있어서,
상기 서브-캐비티들의 내측 측벽들은 동일한 평면에 위치되지 않는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제110항에 있어서,
상기 서브-캐비티들의 높이들은 상이한, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제110항에 있어서,
상기 캐비티의 중간에 있는 서브-캐비티의 높이는 다른 서브-캐비티들의 높이들보다 작은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제110항에 있어서,
상기 캐비티의 최상부에 있는 서브-캐비티의 높이는 상기 캐비티의 최하부에 있는 서브-캐비티의 높이보다 큰, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제107항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들은 최상부 색상 LED 구조를 더 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제115항에 있어서,
상기 캐비티의 최상부는 상기 최상부 색상 LED 구조의 최상부보다 높은, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제107항에 있어서,
상기 캐비티는 복수의 서브-캐비티들을 포함하고, 상기 복수의 색상 LED 구조 각각은 상기 서브-캐비티들 중 제각기 상이한 서브-캐비티 내에 있는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제95항에 있어서,
상기 부유 반사성 컵의 물질은 금속을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제95항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들 각각은 개개의 색상 LED 구조의 일 측부로부터 연장되는 개개의 연장 부분을 포함하고, 상기 개개의 연장 부분은 개개의 제1 접촉 비아를 통해 상기 최상부 전극 층과 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부는 개개의 제2 접촉 비아를 통해 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제95항에 있어서,
상기 복수의 색상 LED 구조들은 동일한 중심 축을 갖는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제95항에 있어서,
상기 반사성 구조는 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 최하부에 각각 형성되는 반사성 층을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제121항에 있어서,
상기 반사성 층의 두께는 5 nm 내지 10 nm의 범위 내에 있고, 상기 복수의 색상 LED 구조들 각각의 두께는 300 nm 이하인, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 제95항에 있어서,
상기 최상부 전극 층의 물질은, 그래핀, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 또는 플루오린 도핑된 이산화주석(FTO) 중 하나 이상을 포함하는, 마이크로 LED 픽셀 유닛. - 디스플레이 패널을 위한 다색 마이크로 발광 다이오드(LED) 픽셀 디바이스로서,
IC 기판 상에 형성되는, 제1 색상을 방출하는 제1 LED 구조;
상기 제1 LED 구조를 덮는, 제1 평평한 최상부 표면을 갖는 제1 투명 유전체 접합 층;
상기 제1 투명 유전체 접합 층의 상기 제1 평평한 최상부 표면 상에 형성되는, 제2 색상을 방출하는 제2 LED 구조;
상기 제2 LED 구조를 덮는, 제2 평평한 최상부 표면을 갖는 제2 투명 유전체 접합 층; 및
상기 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스를 덮고 상기 제1 LED 구조 및 상기 제2 LED 구조와 전기적으로 접촉하는 최상부 전극 층을 포함하며;
상기 IC 기판은 상기 제1 LED 구조 및 상기 제2 LED 구조와 전기적으로 연결되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 제1 LED 구조는 제1 평탄화된 투명 유전체 층 내에 매립되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 제2 LED 구조는 제2 평탄화된 투명 유전체 층 내에 매립되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 제1 투명 유전체 접합 층은 고체 무기 물질들 또는 플라스틱 물질들로 구성되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제127항에 있어서,
상기 고체 무기 물질들은, SiO2, Al2O3, Si3N4, 포스포실리케이트 유리(PSG), 및 보로포스포실리케이트 유리(BPSG)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 물질로 구성되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제127항에 있어서,
상기 플라스틱 물질들은, SU-8, PermiNex, 벤조시클로부텐(BCB), 및 스핀 온 글래스(SOG)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 중합체인, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 제1 LED 구조는 상기 제1 LED 구조의 최하부 상에 형성되는 제1 최하부 전극 층을 포함하고,
상기 제2 LED 구조는 상기 제2 LED 구조의 최하부 상에 형성되는 제2 최하부 전극 층을 포함하고,
상기 제1 최하부 전극 층은, 상기 제1 최하부 전극 층의 최하부에 있는 제1 비아에서 제1 접촉부에 의해 상기 IC 기판과 전기적으로 연결되고,
상기 제2 최하부 전극 층은, 상기 제1 투명 유전체 접합 층을 통해 제2 비아에서 제2 접촉부에 의해 상기 IC 기판과 전기적으로 연결되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제130항에 있어서,
상기 제1 최하부 전극 층은 투명하고, 상기 제2 최하부 전극 층은 투명한, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 제1 LED 구조는 제1 발광 층을 포함하고,
상기 제1 발광 층의 측부로부터 제1 측부 부분이 연장되고,
상기 제2 LED 구조는 제2 발광 층을 포함하고,
상기 제2 발광 층의 측부로부터 제2 측부 부분이 연장되고,
제3 비아에 있는 제3 접촉부가 상기 제1 측부 부분 및 상기 제2 측부 부분을 상기 제2 투명 유전체 접합 층을 통해 상기 최상부 전극 층에 연결하는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스 주위에 광학 격리 구조가 형성되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제133항에 있어서,
상기 광학 격리 구조는 반사성 컵인, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제133항에 있어서,
반사성 컵의 물질은 금속인, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 최상부 전극 층 위에 마이크로 렌즈가 형성되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제136항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈와 상기 최상부 전극 층 사이에 스페이서가 형성되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제137항에 있어서,
상기 스페이서는 산화규소로 구성되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제136항에 있어서,
상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 상기 제1 LED 구조의 활성 방출 영역보다 크고, 상기 마이크로 렌즈의 측방향 치수는 상기 제2 LED 구조의 활성 방출 영역보다 큰, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 제1 LED 구조의 측방향 치수는 상기 제2 LED 구조의 측방향 치수와 동일한, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 제1 LED 구조 및 상기 제2 LED 구조는 동일한 중심 축을 갖는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 제1 LED 구조의 최하부에 제1 반사성 층이 형성되고, 상기 제2 LED 구조의 최하부에 제2 반사성 층이 형성되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제142항에 있어서,
상기 제1 반사성 층의 두께는 5 내지 10 nm이고,
상기 제2 반사성 층의 두께는 5 내지 10 nm이고,
상기 제1 LED 구조의 두께는 300 nm 이하이고,
제2 LED의 두께는 300 nm 이하인, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 제1 LED 구조의 최하부에 접합 금속 층이 형성되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스. - 제124항에 있어서,
상기 최상부 전극 층의 물질은, 그래핀, 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 및 플루오린 도핑된 산화주석(FTO)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 다색 마이크로 LED 픽셀 디바이스.
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