KR20220104229A - 향상된 전류 확산을 위한 도전층이 있는 투명 기판을 갖는 led 어레이 - Google Patents

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KR20220104229A
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크리스토프 안토니 허니
존 미첼 고워드
끌로에 아스트리드 마리 파비엔
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페이스북 테크놀로지스, 엘엘씨
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Abstract

동일한 기판상에 형성된 LED 어레이를 갖는 플립-칩 LED 조립체에서, 상기 어레이의 상이한 LED들은 상기 조립체의 n-접점들에 대해 상이한 거리를 갖는다. 이는 전류가 상기 기판을 통해 상기 n-접점들로부터 상기 LED 어레이의 가장 먼 각각의 LED들로 확산되어야 하기 때문에 전류 크라우딩을 유발할 수 있으며, 원하는 양의 전류를 수신하기 위해 더 멀리 떨어진 LED들을 더 높은 전압으로 구동해야 한다. 상기 LED 조립체를 통해 전류를 보다 균등하게 분산시키고 상기 어레이의 가장 가까운 LED와 가장 먼 LED 사이의 전압차를 감소시키기 위해, 상기 LED 조립체 기판의 표면상에 전도성 재료(예를 들면, 전도성 산화물)를 갖는 전류 확산층을 형성한다. 상기 전류 확산층은 벌크 층일 수 있거나 또는 상기 어레이의 LED들로부터 광 추출을 증가시키기 위해 패턴화될 수 있다.

Description

향상된 전류 확산을 위한 도전층이 있는 투명 기판을 갖는 LED 어레이
본 발명은 LED 조립체의 구조 및 작동, 특히 플립-칩(flip-chip) LED 조립체, 및 LED 조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
디스플레이 장치는 가상 현실(VR) 또는 증강 현실(AR) 시스템에서 머리-장착형 디스플레이 또는 근안 디스플레이(near-eye display)로서 자주 사용된다. 일부 디스플레이 장치들에서, LED 조립체에 의해 생성된 광은 디스플레이 기간 내의 이미지 필드의 위치에 투사되어 이미지를 형성한다. 플립-칩 LED 조립체는 각각 대응하는 p-접점을 갖지만 하나 이상의 n-접점을 공유하는 LED 어레이를 포함할 수 있다. 각각의 픽셀의 전기 저항은 n-접점으로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지에 따라 달라진다. 이는 n-접점으로부터 가까이에 있는 LED와 멀리 떨어져 있는 LED 사이에 큰 전압차를 생성할 수 있다.
본원에 설명된 실시예들은 일반적으로 LED 어레이를 갖는 LED 조립체(예를 들면, 플립-칩 LED 조립체)에 관한 것이다. 상기 어레이의 일부 LED들은 n-접점에 근접하게 위치되고 일부는 n-접점으로부터 멀리 위치한다. 이는 전류가 n-접점으로부터 기판을 통해 LED 어레이의 각각의 LED로 확산되어야 해서 n-접점으로부터 멀리 떨어진 LED들에 대해 더 높은 전압을 유도하기 때문에 전류 크라우딩(current crowding)을 유발할 수 있다. 전류 크라우딩을 감소시키기 위해, 상기 LED 조립체를 통해 보다 균등하게 전류를 확산시키고 상기 어레이의 n-접점으로부터 가장 가까이에 있는 LED와 가장 멀리 떨어져 있는 LED 사이에 전압차를 감소시도록, 전도성 재료(예를 들면, 전도성 산화물)를 갖는 전류 확산층이 상기 LED 조립체의 기판 표면상에 형성될 수 있다. 상기 전류 확산층은 예를 들면 상기 어레이의 LED들로부터 광 추출을 증가시키기 위해 일부 실시예들에 따라 연속 층으로 되거나 패턴화될 수 있다.
일부 실시예들에서, LED 조립체가 개시된다. 상기 LED 조립체는 기판, 및 상기 기판의 제1 표면상에 배치된 LED 어레이로서, 어레이의 각각의 LED는 상기 기판의 l제 표면상에 형성된 대응하는 제1 접점 및 제2 접점을 구비하는, 상기 LED 어레이를 포함하고, 전류가 제1 접점으로부터 제2 접점으로 흐를 때 LED가 광을 방출하도록 구성된다. 상기 LED 조립체는 상기 기판의 제2 표면상에 형성된 전류 확산층을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 기판의 제2 표면은 상기 기판의 제1 표면의 반대편에 위치한다.
일부 실시예들에서, 상기 기판은 n-형 층, 발광 재료 및 p-형 층을 갖는 에피택셜 LED 구조체(epitaxial LED structure )를 포함한다. 상기 LED 조립체는 상기 n-형 층의 제1 표면상에 또는 상기 n-형 층의 내부에 형성되는 하나 이상의 n-접점, 및 LED 어레이로서, 상기 LED 어레이의 각각의 LED는 상기 p-형 층의 제1 표면상의 개별 p-접점에 대응하고, 상기 p-접점과 상기 하나 이상의 n-접점들 중 적어도 하나 사이에 전류가 가해질 때 광을 방출하도록 구성되는, 상기 LED 어레이를 포함한다. 전류 확산층이 상기 n-형 층의 제2 표면상에 형성되며, 상기 전류 확산층은 상기 LED 조립체의 작동 동안 상기 LED 어레이의 상이한 LED들 사이의 전압차를 감소시킨다.
본 발명은 특히 LED 조립체 및 본원에 첨부된 독립 청구항들에 따른 LED 조립체의 제조 방법에 관한 것이다. 유리한 실시예들은 종속 청구항들의 특징을 포함할 수 있다.
따라서, 일부 실시예들에서, 다음을 포함하는 LED 조립체가 개시된다:
n-형 층, 발광 재료 및 p-형 층을 포함하는 에피택셜 LED 구조체;
상기 n-형 층의 제1 표면상에 또는 상기 n-형 층의 내부에 형성되는 하나 이상의 n-접점;
LED 어레이로서, 상기 LED 어레이의 각각의 LED는 상기 p-형 층의 제1 표면상의 개별 p-접점에 대응하고, 상기 p-접점과 상기 하나 이상의 n-접점들 중 적어도 하나 사이에 전류가 가해질 때 광을 방출하도록 구성되는, 상기 LED 어레이; 및
상기 n-형 층의 제2 표면상에 형성되는 전류 확산층으로서, 상기 전류 확산층은 LED 조립체의 작동 동안 상기 LED 어레이의 상이한 LED들 사이의 전압차를 감소시키는, 상기 전류 확산층.
일부 실시예들에서, 상기 LED 어레이의 LED들은 상기 p-형 층, 상기 발광 재료, 및 부분적으로 상기 n-형 층을 통해 에칭 또는 부분적 에칭함으로써 추가로 한정된다.
일부 실시예들에서, 상기 n-형 재료의 제2 표면은 상기 n-형 재료의 제1 표면과 반대편에 위치한다.
일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 투명하거나 또는 부분적으로 투명하다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 투명하거나 또는 부분적으로 투명한 전도성 산화물이다.
일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 전도성 산화물을 포함한다. 상기 전류 확산층은 0.001 Ohm cm 이하의 비저항을 가질 수 있다. 상기 전류 확산층은 50 nm 이상의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 기판은 n-형 반도체(즉, n-GaN, n-GaAs 등)이며 ㅇ여기서 성장 기판은 제거되거나 부분적으로 제거된다.
일부 실시들예에서, 상기 LED 조립체의 제1 접점은 n-접점이고, 제2 접점은 p-접점이다. 상기 LED 어레이는 디스플레이 영역의 픽셀 어레이를 형성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 픽셀은 p-접촉들에 의해 한정되고, 다른 실시예들에서, 상기 픽셀은 p-접촉 및 상기 p-층, 양자 우물(quantum well) 재료 및 상기 n-층상에 에칭되거나 부분적으로 에칭된 메사에 의해 정의되어 전류를 추가로 제한한다.
일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 복수의 개구부들로 형성되고, 각각의 개구부는 상기 LED 어레이의 LED에 대응한다. 일부 실시예들에서, 광 투과성 재료가 상기 복수의 개구부들 내에 배치된다. 일부 실시예들에서, 상기 각각의 개구부 내에 배치되는 광 투과성 재료는 마이크로렌즈를 형성한다.
일부 실시예들에서, 상기 LED 어레이는 디스플레이 영역의 픽셀 어레이를 형성한다.
일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 상기 기판의 제2 표면상에 형성된 하나 이상의 트렌치 내에 증착된 전도성 산화물 재료를 포함한다. 상기 하나 이상의 트렌치는 상기 LED 어레이의 LED들 사이의 공간들에 대응하는 상기 기판의 제2 표면상의 위치들에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 상기 기판 층과 제2 기판 층 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 상기 n-형 층 내에 형성된다.
일부 실시예들에서, 상기 n-형 재료는 적어도 1 um의 두께를 갖는다.
일부 실시예들에서, 상기 LED 어레이의 LED들의 크기는 10 um2보다 작다.
일부 실시예들에서, LED 조립체를 제조하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
기판, n-형 층, 발광 재료 및 p-형 층을 포함하는 에피택셜 LED 구조체를 형성하는 단계;
LED 어레이를 형성하는 단계로서, 상기 LED 어레이의 각각의 LED는 상기 p-형 층의 제1 표면상에 형성된 p-접점에 대응하고, 또한 상기 p-접점과 상기 n-형 층의 제1 표면상에 또는 그의 내부에 형성되는 적어도 하나의 n-접점 사이에 전류가 가해질 때 광을 방출하도록 구성되는, 상기 LED 어레이를 형성하는 단계; 및
상기 n-형 층의 제2 표면상에 전류 확산층을 형성하는 단계로서, 상기 전류 확산층은 LED 조립체의 작동 동안 상기 LED 어레이의 상이한 LED들 사이의 전압차를 감소시키는, 상기 전류 확산층을 형성하는 단계.
상기 방법의 일부 실시예들에서, 상기 기판은 제거되거나 또는 부분적으로 제거될 수 있다.
상기 방법의 일부 실시예들에서, 상기 LED들은 상기 p-형 층, 상기 발광 재료, 및 부분적으로 상기 n-형 층을 통해 에칭 또는 부분적 에칭함으로써 추가로 한정된다.
일부 실시예들에서, 상기 n-형 재료의 제2 표면은 상기 n-형 재료의 제1 표면의 반대편에 위치한다.
일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 투명하거나 또는 부분적으로 투명하다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 투명하거나 또는 부분적으로 투명한 전도성 산화물이다.
일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 전도성 산화물을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층을 형성하는 단계는:
상기 n-층의 제2 표면상에 하나 이상의 트렌치를 형성하는 단계; 및
상기 전류 확산층을 형성하기 위해 상기 하나 이상의 트렌치 내로 전도성 산화물 재료를 증착하는 단계를 포함한다.
LED 조립체에 대한 본 발명의 실시예들 또는 LED 조립체를 제조하기 위한 방법에 대한 본 발명의 실시예들에 적절하게 통합되는 본원에 설명된 임의의 특징들은 본 발명의 임의의 또는 모든 양태들 및 구현에 걸쳐 기술적으로 적용 가능한 일반화를 의도하고 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른, 근안 디스플레이(NED)의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른, 도 1에 도시된 NED의 안경의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른, 디스플레이 장치의 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른, 소스 조립체의 블록도를 설명한다.
도 5는 동일한 실시예들에 따른, 복수의 LED 조립체들 및 도파관을 갖는 디스플레이 장치를 설명한다.
도 6a는 일부 실시예들에 따른, LED 조립체의 측면도를 설명한다.
도 6b는 일부 실시예들에 따른, 다른 LED 조립체의 측면도를 설명한다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 전류 확산층을 갖는 LED 조립체 일부의 측면도를 설명한다.
도 8a 내지 도 8c는 일부 실시예들에 따른, 전류 확산층의 상이한 특성들이 LED 조립체의 전압차에 어떻게 영향을 미치는지를 설명하는 그래프이다.
도 9a는 일부 실시예들에 따른 패턴화된 전류 확산층을 갖는 LED 조립체의 측단면도를 설명한다.
도 9b는 도 9a에 사용된 패턴화된 전류 확산층의 정면도를 설명한다.
도 10a는 일부 실시예들에 따른, 제2 충전 재료를 갖는 패턴화된 전류 확산층을 갖는 LED 조립체의 측단면도를 설명한다.
도 10b는 도 10a에 사용된 패턴화된 전류 확산층의 정면도를 설명한다.
도 11a는 일부 실시예들에 따른, LED 조립체 기판의 비평면 표면상에 형성된 패턴화된 전류 확산층을 갖는 LED 조립체의 측단면도를 설명한다.
도 11b는 도 11a에 사용된 패턴화된 전류 확산층의 정면도를 설명한다.
도 11c는 일부 실시예들에 따른, LED 조립체 기판의 비평면 표면상에 형성된 패턴화된 전류 확산층을 갖는 다른 LED 조립체의 측단면도를 설명한다.
도 12는 일부 실시예들에 따른, 상이한 n-형 기판 두께들에 대한 LED 조립체에 걸친 전압 강하를 나타내는 그래프를 설명한다.
도 13은 일부 실시예들에 따른, 다층 기판을 갖는 LED 조립체의 측단면도를 설명한다.
도 14는 일부 실시예들에 따른, 전류 확산층을 갖는 LED 조립체를 제조하기 위한 공정의 흐름도이다.
상기 도면들은 단지 설명의 목적으로만 본 발명의 실시들을 도시한다.
실시예들은 각각 동일한 기판(예를 들면, n-형 기판)상에 형성되고 하나 이상의 제2 접점(예를 들면, n-접점)을 공유하는 개별 제1 접점(예를 들면, p-접점)에 대응하는 LED 어레이를 포함하는 LED 조립체에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체는 n-접점들 및 p-접점들 모두가 동일한 면상에 형성되는 플립-칩 LED 조립체이다.
상기 LED 어레이의 상이한 LED들은 상기 LED 조립체의 n-접점들에 대해 상이한 거리들을 가질 것이다. 예를 들면, 상기 LED 조립체의 n-접점들은, 상기 n-접점들에 대한 어레이 중심 근방의 LED들 사이의 거리가 상기 n-접점들에 대한 어레이 가장자리 근방의 LED들의 거리보다 더 클 수 있도록, 상기 LED 어레이의 주변부 또는 가장자리 근방에 위치할 수 있다. 이는 전류가 n-접점들로부터 상기 기판을 통해 상기 LED 어레이의 가장 먼 각각의 LED들로 확산되어야 하기 때문에 전류 크라우딩을 유발할 수 있다. 이와 같이 상기 n-접점들로부터 더 멀리 떨어진 LED들은 원하는 양의 전류로 구동될 때 더 높은 전압이 필요할 수 있다. 상기 가장자리 LED들과 중앙 LED들 사이의 큰 전압차는 백플레인/드라이버(backplanes/driver) 및 통합 모두에 바람직하지 않다. 일부 실시예들에서, 상기 어레이들의 상이한 LED들 사이의 전압차를 감소시키기 위해, 상기 LED 조립체는 상기 기판의 표면상에 전도성 재료(예를 들면, 전도성 산화물)를 갖는 전류 확산층을 포함하여, 상기 LED 어레이의 상이한 위치들에서 LED들 사이의 전압차를 감소시킨다.
본 발명의 실시예들은 인공 현실 시스템을 포함하거나 이와 함께 구현될 수 있다. 인공 현실은 예를 들면 가상 현실(VR), 증강 현실(AR), 혼합 현실(MR), 하이브리드 현실, 또는 이들의 일부 조합 및/또는 파생물을 포함할 수 있는, 사용자에게 표시하기 전에 어떤 방식으로든 조정된 현실의 한 형태이다. 인공 현실 콘텐츠는 완전히 생성된 콘텐츠 또는 캡처된(예를 들면, 현실 세계) 콘텐츠와 결합된 생성 콘텐츠를 포함할 수 있다. 상기 인공 현실 콘텐츠는 비디오, 오디오, 햅틱 피드백 또는 이들의 일부 조합을 포함할 수 있으며, 이들 중 임의의 것은 단일 채널 또는 다중 채널(예를 들면, 시청자에게 3차원 효과를 생성하는 스테레오 비디오)로 제공될 수 있다. 추가로, 일부 실시예들에서, 인공 현실은 또한 예를 들면 인공 현실에서 콘텐츠를 생성하는 데 사용되는 그리고/또는 달리 인공 현실(예를 들면, 인공 현실에서 활동 수행)에서 사용되는, 애플리케이션, 제품, 액세서리, 서비스 또는 이들의 일부 조합과 연관될 수 있다. 상기 인공 현실 콘텐츠를 제공하는 인공 현실 시스템은 호스트 컴퓨터 시스템에 연결된 머리-장착형 디스플레이(HMD), 독립형 HMD, 모바일 장치 또는 컴퓨팅 시스템, 또는 한 명 이상의 시청자에게 인공 현실 콘텐츠를 제공할 수 있는 임의의 다른 하드웨어 플랫폼을 포함하는, 다양한 플랫폼상들에서 구현될 수 있다.
근안 디스플레이
도 1은 일 실시예에 따른 근안 디스플레이(NED)(100)의 도면이다. 상기 NED(100)는 사용자에게 미디어를 제공한다. 상기 NED(100)에 의해 제공되는 미디어의 예로는 하나 이상의 이미지, 비디오, 오디오 또는 이들의 일부 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 오디오는 NED(100), 콘솔(도시되지 않음), 또는 둘 모두로부터 오디오 정보를 수신하고 상기 오디오 정보에 기초하여 오디오 데이터를 제공하는 외부 장치(예를 들면, 스피커 및/또는 헤드폰)를 통해 제공된다. 상기 NED(100)는 VR NED로서 작동할 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 상기 NED(100)는 또한 증강 현실(AR) NED, 혼합 현실(MR) NED, 또는 이들의 일부 조합으로서 작동하도록 수정될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 NED(100)는 컴퓨터 생성 요소들(예를 들면, 이미지, 비디오, 사운드 등)로 물리적 현실-세계 환경의 시야를 증강할 수 있다.
도 1에 도시된 NED(100)는 프레임(105) 및 디스플레이(110)를 포함한다. 상기 프레임(105)은 사용자에게 미디어를 함께 디스플레이하는 하나 이상의 광학 요소를 포함한다. 상기 디스플레이(110)는 사용자가 상기 NED(100)에 의해 제시된 콘텐츠를 볼 수 있도록 구성된다. 도 2와 관련하여 아래에서 설명되는 바와 같이, 상기 디스플레이(110)는 사용자의 눈에 미디어를 제시하기 위해 이미지 광을 생성하기 위한 적어도 소스 조립체를 포함한다. 상기 소스 조립체는 예를 들면 광원, 광학 시스템, 또는 이들의 일부 조합을 포함한다.
도 1은 VR 시스템의 일 예일 뿐이다. 그러나, 대안적인 실시예들에서, 도 1은 머리-장착형 디스플레이(HMD)로서 언급될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른, 도 1에 도시된 NED(100)의 단면도(200)이다. 상기 단면도(200)는 적어도 하나의 도파관 조립체(210)를 설명한다. 출구 동공은 사용자가 상기 NED(100)를 착용했을 때 눈(220)이 아이박스 영역(230)에 위치하는 위치이다. 일부 실시예들에서, 상기 프레임(105)은 안경의 프레임을 나타낼 수 있다. 설명을 목적으로, 도 2는 한쪽 눈(220) 및 단일 도파관 조립체(210)와 연관된 단면(200)을 도시하지만, 도시되지 않은 대안적인 실시예들에서, 도 2에 도시된 도파관 조립체(210)로부터 분리된 다른 도파관 조립체가 사용자의 다른 눈(220)에 이미지 광을 제공한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도파관 조립체(210)는 이미지 광을 출구 동공을 통해 눈(220)으로 향하게 한다. 상기 도파관 조립체(210)는 상기 NED(100)의 중량을 효과적으로 최소화하고 그의 시야(이하 'FOV'로 약칭)를 넓히는 하나 이상의 굴절률을 갖는 하나 이상의 재료(예를 들면,플라스틱, 유리 등)로 구성될 수 있다. 대안적인 구성에서, 상기 NED(100)는 상기 도파관 조립체(210)와 눈(220) 사이에 하나 이상의 광학 요소를 포함한다. 상기 광학 요소는 상기 도파관 조립체(210)로부터 방출된 이미지 광, 상기 도파관 조립체(210)로부터 방출된 이미지 광의 일부 다른 광학 조정, 또는 이들의 일부 조합을 확대하도록 작용(예를 들어, 상기 도파관 조립체(210)로부터 방출된 이미지 광의 수차를 보정)할 수 있다. 광학 요소의 예는 조리개, 프레넬 렌즈, 볼록 렌즈, 오목 렌즈, 필터, 또는 이미지 광에 영향을 미치는 임의의 다른 적절한 광학 요소를 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 디스플레이 장치(300)의 사시도를 도시한다. 일부 실시예들에서, 상기 디스플레이 장치(300)는 상기 NED(100)의 구성 요소(예를 들면, 도파관 조립체(210) 또는 도파관 조립체(210)의 일부)이다. 대안적인 실시예들에서, 상기 디스플레이 장치(300)는 일부 다른 NED들, 또는 디스플레이 이미지 광을 특정 위치로 보내는 다른 시스템의 일부이다. 실시예들 및 구현에 따라, 상기 디스플레이 장치(300)는 도파관 디스플레이 및/또는 스캐닝 디스플레이로 지칭될 수도 있다. 그러나, 다른 실시예에서, 상기 디스플레이 장치(300)는 도파관 또는 스캐닝 미러를 포함하지 않는다. 예를 들면, 상기 디스플레이 장치(300)는 스캐닝 미러가 없는 스크린과 같은 이미지 필드상으로 투사 광을 안내하는 광 방출기의 2차원 매트릭스를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 광 방출기의 2차원 매트릭스에 의해 방출된 이미지는 광이 도파관 또는 스크린에 도달하기 전에 광학 조립체(예를 들면, 렌즈)에 의해 확대될 수 있다.
도파관 및 광학 시스템을 사용하는 특정 실시예의 경우, 상기 디스플레이 장치(300)는 소스 조립체(310), 출력 도파관(320) 및 제어기(330)를 포함할 수 있다. 상기 디스플레이 장치(300)는 양쪽 눈 또는 한쪽 눈을 위해 이미지를 제공할 수 있다. 설명을 목적으로, 도 3은 한쪽 눈(220)과 연관된 디스플레이 장치(300)를 도시한다. 상기 디스플레이 장치(300)로부터 분리된(또는 부분적으로 분리된) 다른 디스플레이 장치(도시되지 않음)가 사용자의 다른 눈에 이미지 광을 제공한다. 부분적으로 분리된 시스템에서, 하나 이상의 구성 요소가 각 눈에 대한 디스플레이 장치 사이에 공유될 수 있다.
상기 소스 조립체(310)는 이미지 광(355)을 생성한다. 상기 소스 조립체(310)는 광원(340) 및 광학 시스템(345)을 포함한다. 상기 광원(340)은 매트릭스로 배열된 복수의 발광기를 사용하여 이미지 광을 생성하는 광학 부품이다. 상기 광원(340)은 적색 이미지 광, 청색 이미지 광, 녹색 이미지 광, 적외선 이미지 광 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 이미지 광을 생성한다.
상기 광학 시스템(345)은 상기 광원(340)에 의해 생성된 이미지 광에 대한 포커싱, 결합, 조절 및/또는 스캐닝 공정을 포함하지만 이에 제한되지 않는 일련의 광학 공정을 수행한다. 일부 실시예들에서, 상기 광학 시스템은(345)는 결합 조립체, 광 조절 조립체, 도파관 조립체, 및/또는 스캐닝 미러 조립체를 포함하며, 이에 대하여는 도 4와 관련하여 아래에서 자세히 설명된다. 상기 소스 조립체(310)는 이미지 광(355)을 생성하고 이를 상기 출력 도파관(320)의 결합 요소(350)로 출력한다.
상기 출력 도파관(320)은 사용자의 눈(220)으로 이미지 광을 출력하는 광 도파로이다. 상기 출력 도파관(320)은 하나 이상의 결합 요소(350)에서 이미지 광(355)을 수신하고, 상기 수신된 입력 이미지 광을 하나 이상의 분리 요소(360)로 안내한다. 상기 결합 요소(350)는 예를 들어, 회절 격자, 홀로그래픽 격자, 이미지 광(355)을 출력 도파관(320)에 결합하는 일부 다른 요소, 또는 이들의 일부 조합일 수 있다. 예를 들면, 상기 결합 요소(350)가 회절 격자인 실시예에서, 상기 회절 격자의 피치는 내부 전반사가 발생하고 이미지 광(355)이 분리 요소(360)를 향해 내부적으로 전파하도록 선택된다. 상기 회절 격자의 피치는 300 nm 내지 600 nm 범위일 수 있다.
상기 분리 요소(360)는 상기 내부적으로 전반사된 이미지 광을 상기 출력 도파관(320)으로부터 분리한다. 상기 분리 요소(360)는, 예를 들면, 회절 격자, 홀로그램 격자, 상기 출력 도파관(320)으로부터 이미지 광을 분리하는 일부 다른 요소, 또는 이들의 일부 조합일 수 있다. 예를 들면, 상기 분리 요소(360)가 회절 격자인 실시예에서, 상기 회절 격자의 피치는 입사 이미지 광이 상기 출력 도파관(320)을 빠져나가게 하도록 선택된다. 상기 출력 도파관(320)으로부터 나가는 이미지 광의 배향 및 위치는 상기 결합 요소(350)로 진입하는 이미지 광(355)의 배향 및 위치를 변경함으로써 제어된다. 상기 회절 격자의 피치는 300 nm 내지 600 nm의 범위에 있을 수 있다.
상기 출력 도파관(320)은 상기 이미지 광(355)의 내부 전반사를 용이하게 하는 하나 이상의 재료로 구성될 수 있다. 상기 출력 도파관(320)은 예를 들면, 실리콘, 플라스틱, 유리, 또는 중합체, 또는 이들의 일부 조합으로 구성될 수 있다. 상기 출력 도파관(320)은 비교적 작은 폼 팩터를 갖는다. 예를 들면, 상기 출력 도파관(320)은 대략 X-차원을 50 mm의 폭, Y-차원을 따라 30 mm 길이 및 Z-차원을 따라 0.5-1 mm 두께일 수 있다.
상기 제어기(330)는 상기 소스 조립체(310)의 이미징 작동을 제어한다. 상기 제어기(330)는 적어도 하나 이상의 디스플레이 명령에 기초하여 상기 소스 조립체(310)에 대한 이미징 명령을 결정한다. 디스플레이 명령은 하나 이상의 이미지를 렌더링하기 위한 명령이다. 일부 실시예들에서, 디스플레이 명령은 단순히 이미지 파일(예를 들면, 비트맵)일 수 있다. 상기 디스플레이 명령은 예를 들면 VR 시스템(여기에 도시되지 않음)의 콘솔로부터 수신될 수 있다. 이미징 명령은 이미지 광(355)을 생성하기 위해 상기 소스 조립체(310)에 의해 사용되는 명령이다. 상기 이미징 명령은 예를 들면, 이미지 광 소스의 유형(예를 들면, 단색, 다색), 하나 이상의 조명 매개 변수, 하나 이상의 스캐닝 매개 변수(예를 들면, 스캐닝 속도, 스캐닝 장치의 배향 등), 또는 이들의 일부 조합을 포함할 수 있다. 상기 제어기(330)는 본 발명의 다른 양태들을 모호하게 하지 않도록 본원에 도시되지 않은 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어의 조합을 포함한다.
도 4는 일 실시예에 따른 소스 조립체(310)의 단면(400)을 도시한다. 상기 제어기(330)는 클록 신호 및 픽셀 데이터를 포함할 수 있는 이미징 명령을 구동 회로(410)에 제공한다. 상기 구동 회로(410)는 상기 픽셀 데이터를 변조하고 구동 신호를 생성하여, 제어기(330)로부터의 이미징 명령에 따라 광을 생성하도록 상기 광원(340)을 구동한다.
상기 광원(340)은 공간적으로 간섭성이거나 또는 부분적으로 공간적으로 간섭성인 이미지 광을 생성할 수 있다. 상기 광원(340)은 다중 발광기를 포함할 수 있다. 상기 발광기는 마이크로LED(μLED), 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL) 장치, 발광 다이오드(LED), 가변 레이저 및/또는 기타 발광 장치일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 광원(340)은 마이크로LED의 매트릭스를 포함한다. 상기 광원(340)은 가시 대역(예를 들면, 약 390 nm 내지 700 nm)의 광을 방출한다. 상기 광원(340)은 제어기(330)에 의해 설정되거나 또는 상기 제어기(330)로부터 수신된 하나 이상의 조명 매개 변수에 따라 광을 방출한다. 조명 매개 변수는 광을 생성하기 위해 상기 광원(340)에 의해 사용되는 명령이다. 조명 매개 변수는 예를 들면 소스 파장, 펄스 속도, 펄스 진폭, 빔 유형(연속 또는 펄스), 방출된 광에 영향을 미치는 다른 매개 변수(들), 또는 이들의 일부 조합을 포함할 수 있다. 상기 광원(340)은 소스 광(420)을 방출한다. 일부 실시예들에서, 상기 소스 광(420)은 적색 광, 녹색 광 및 청색 광, 또는 이들의 일부 조합의 다중 빔을 포함한다.
상기 광학 시스템(345)은 상기 광원(340)으로부터의 광을 조절하는 하나 이상의 광학 구성 요소를 포함한다. 상기 광원(340)으로부터의 광의 조절은 예를 들면, 상기 제어기(330)로부터의 지시에 따른 배향의 확장, 시준, 조정, 상기 광의 일부 다른 조정, 또는 이들의 일부 조합을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 광학 구성 요소는 예를 들면 렌즈, 미러, 조리개, 격자, 또는 이들의 일부 조합을 포함할 수 있다. 상기 광학 시스템(345)으로부터 방출된 광은 이미지 광(355)으로 지칭된다. 상기 광학 시스템(345)은 상기 이미지 광(355)을 (도 3에 도시된) 상기 출력 도파관(320)을 향해 (이미징 명령에 따라) 특정 방향으로 출력한다.
상기 광학 시스템(345)은 광 조절 조립체(430) 및 광학 조립체(450)를 포함할 수 있다. 상기 광 조절 조립체(430)는 상기 소스 광(420)을 조절하고 조절된 광(440)을 상기 광학 조립체(450)로 방출한다. 상기 조절된 광(440)은 상기 광학 조립체(450)상으로의 입사를 위해 광 조절된다. 상기 광 조절 조립체(430)는 상기 광원(340)으로부터의 광을 조절하는 하나 이상의 광학 요소를 포함한다. 상기 광원(340)으로부터의 광의 조절은, 예를 들어, 하나 이상의 광학 오류(예를 들어, 필드 곡률, 색 수차 등)에 대한 확장, 시준, 보정, 상기 광의 일부 다른 조정, 또는 이들의 일부 조합을 포함할 수 있다. 상기 광 조절 조립체(430)는 상기 소스 광(420)을 조절하고 상기 조절된 광(440)을 상기 광학 조립체(450)로 방출한다.
상기 광학 조립체(450)는 하나 이상의 반사 및/또는 굴절 부분을 통해 이미지 광을 재지향시킨다. 상기 이미지 광이 재지향되는 방향은 하나 이상의 반사 및/또는 굴절 부분의 특정 배향을 기반으로 한다. 일부 실시예들에서, 상기 광학 조립체(450)는 상기 조절된 광(440)을 사용자에 의해 보여지는 디스플레이 영역, 또는 도 3에 설명된 출력 도파관(320)과 같은 다른 도파관으로 지향시키는 도파관을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 광학 조립체(450)는 (수평 또는 수직의) 래스터 스캔(raster scan), 복공진 스캔, 또는 이들의 일부 조합을 수행할 수 있는 하나 이상의 스캐닝 미러를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 광학 조립체(450)는, 2차원을 따라 스캔하고 사용자의 눈에 제공되는 매체의 2차원 투영 라인 이미지를 생성하기 위해, 특정 진동 주파수로 수평 및/또는 수직 방향을 따라 제어된 진동을 수행할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 광학 조립체(450)는 또한 하나 이상의 스캐닝 미러와 유사하거나 동일한 기능을 하는 렌즈를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광학 조립체(450)는 검류계 미러를 포함한다. 예를 들면, 상기 검류계 미러는 하나 이상의 미러로 이미지 광 빔을 편향시켜 전류를 감지했음을 나타내는 임의의 전기기계 기기를 나타낼 수 있다. 상기 검류계 미러는 이미지 광(355)을 생성하기 위해 적어도 하나의 직교 차원으로 스캔할 수 있다. 상기 검류계 미러로부터의 이미지 광(355)은 사용자의 눈에 제시되는 매체의 2차원 라인 이미지를 나타낸다.
상기 제어기(330)는 광원(340) 및 광학 조립체(450)의 작동을 제어한다. 상기 제어기(330)에 의해 수행되는 작동은 디스플레이를 위해 콘텐츠를 취하고, 상기 콘텐츠를 개별 섹션들로 분할하는 단계를 포함한다. 상기 제어기(330)는 최종적으로 사용자에게 디스플레이되는 이미지의 각 행에 대응하는 개별 소스 요소를 사용하여 이산된 섹션들을 순차적으로 나타내도록 상기 광원(340)에 명령한다. 상기 광학 조립체(450)가 스캐닝 미러를 포함하는 실시예들에서, 상기 제어기(330)는 제시된 개별 섹션들을 상기 출력 도파관(320)(도 3에 도시됨)의 결합 요소의 상이한 영역들로 스캔하도록 상기 광학 조립체(450)에 명령한다. 따라서, 상기 출력 도파관(320)의 출구 동공에서, 각각의 개별 부분은 상이한 위치에 제시된다. 각각의 개별 섹션이 서로 다른 시간에 제시되는 동안, 상기 개별 섹션의 표시 및 스캔은 사용자의 눈이 상기 상이한 섹션들을 단일 이미지 또는 일련의 이미지들로 통합할 수 있을 만큼 충분히 빠르게 발생한다. 상기 제어기(330)는 또한 상기 광원(340)의 개별 소스 요소에 대응하는 어드레스 및/또는 상기 개별 소스 요소에 가하여진 전기적 바이어스를 포함하는 이미징 명령을 상기 광원(340)에 제공할 수 있다.
상기 이미지 광(355)은 도 3을 참조하여 전술한 바와 같이 상기 출력 도파관(320)에 결합된다.
도파관 및 관측 평면
도 5는 동일한 실시예들에 따른, 복수의 LED 조립체들 및 도파관을 갖는 디스플레이 장치(500)를 설명한다. 상기 디스플레이 장치(500)는 상기 근안 디스플레이(100) 또는 다른 스캔형 디스플레이 장치에 대응할 수 있다. 상기 디스플레이 장치의 광원은 복수의 LED 조립체들(515, 520, 525)을 포함할 수 있다. 각각의 LED 조립체는 각각의 컬러 채널의 LED 어레이를 포함한다. 예를 들면, 상기 LED 조립체들(515, 520, 525)은 각각 적색 LED 어레이, 녹색 LED 어레이 및 청색 LED 어레이에 대응할 수 있다. 상기 LED 조립체들은 도 4에 도시된 광원(340)에 집합적으로 대응할 수 있거나 또는 다른 디스플레이 장치에 사용될 수 있다.
상기 LED 조립체들(515, 520, 525) 각각은 시준된 광 빔들의 세트를 방출하도록 구성된 LED(530)의 2차원 어레이를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 LED들(530) 각각은 상기 디스플레이의 픽셀 또는 서브 픽셀에 대응할 수 있다. 상기 도파관(510)에 도달하기 전에, 광은 상기 조절 조립체(430)(도 4에 도시되지만 도 5에는 도시되지 않음)와 같은 상이한 광학 장치에 의해 조절될 수 있다. 상기 도파관(510)은 광을 상기 LED 조립체로부터 관측 평면(505)으로 안내 및 투영한다. 일부 실시예들에서, 상기 도파관(510)은 상기 LED 조립체(515, 520, 525) 각각으로부터 방출된 광을 정렬 및/또는 결합하여, 각각의 LED 조립체의 대응하는 LED(530)로부터 방출된 광이 상기 디스플레이의 픽셀을 형성하기 위해 결합된다. 상기 도파관(510)은 상기 방출된 광을 추가로 확대하여, 상기 LED 조립체로부터의 광이 상기 관측 평면(505)에 정합된다.
상기 관측 평면(505)은 상기 LED 조립체들로부터 방출된 광을 수신하는 영역이다. 예를 들면, 상기 관측 평면(505)은 도 3의 결합 요소(350)의 일부 또는 분리 요소(360)의 일부에 대응할 수 있다. 일부 경우들에서, 관측 평면은 실질적인 물리적 구조체가 아니라 이미지 광이 투사되고 이미지가 형성되는 영역이다. 상기 관측 평면(505)은 픽셀 위치들(509)의 매트릭스에 의해 행렬로 공간적으로 한정될 수 있다. 여기에서 픽셀 위치(509)는 단일 픽셀을 지칭한다. 상기 관측 평면(505)의 픽셀 위치들(509)(또는 단순히 픽셀들)은 때때로 실제로 추가적인 물리적 구조체가 아닐 수 있다. 대신에, 상기 픽셀 위치들(509)은 상기 관측 평면(505)을 분할하는 공간 영역일 수 있다. 또한, 상기 픽셀 위치들의 크기 및 위치는 상기 LED 조립체로부터의 광의 투영에 의존할 수 있다. 일부 경우들에서, 픽셀 위치(509)는 공간적으로 서브픽셀들(도시되지 않음)로 세분될 수 있다. 예를 들면, 픽셀 위치는 적색 서브픽셀, 녹색 서브픽셀, 및 청색 서브픽셀을 포함할 수 있다. 상기 적색 서브픽셀은 하나 이상의 적색 광 빔들이 투사되는 위치에 대응한다. 서브픽셀들이 존재할 때, 픽셀의 컬러는 상기 서브픽셀들의 시간적 및/또는 공간적 평균을 기반으로 한다. 일부 실시예들에서, 각각의 LED 조립체의 LED 어레이의 행렬의 수는 상기 관측 평면(505)에서 픽셀 위치들(509)의 행렬의 수와 같거나 같게 될 수 있다.
행렬이라는 용어는 요소들의 2개의 상대적 공간 관계를 설명할 수 있다. 단순함을 목적으로, 본원에 설명된 열은 일반적으로 요소들의 수직 라인과 연관되지만, 열이 수직으로(또는 세로로)만 배열될 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 마찬가지로, 행은 수평으로(또는 가로로)만 배열할 필요는 없다. 행과 열은 때때로 비선형인 배열을 설명할 수도 있다. 행과 열이 반드시 임의의 평행 또는 수직 배열을 의미하는 것은 아니다. 경우에 따라 행이나 열은 라인으로서 지칭될 수 있다.
상기 디스플레이 장치는 미리 한정된 디스플레이 기간에 작동할 수 있다. 디스플레이 기간은 영상이 형성되는 기간에 대응할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이 기간은 프레임 레이트(예를 들면, 프레임 레이트의 역수)와 연관될 수 있다.
도 3 내지 도 5의 디스플레이 장치의 실시예들은 도파관 및 광학 조립체를 포함하는 것으로 도시되었지만, 디스플레이 장치들의 다른 실시예들은 도파관 및/또는 광학 조립체를 생략할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 광 방출기는 광학 조립체를 거치지 않고 이미지 필드 위로 직접 광을 투사하는 2차원 매트릭스로 배열될 수 있다. 이와 같은 실시예들 중 하나에서, 상기 발광기는 스캐닝 없이 전체 이미지 필드 위로 동시에 투영될 수 있다. 이미지의 치수를 확대하는 광학 조립체는 도구에 따라 사용되거나 사용되지 않을 수 있다. 유사하게도, 일 실시예에서, 스크린이 도파관 대신에 사용될 수 있다. 실시예들에서, 디스플레이 기간은 프레임으로 지칭될 수 있다. 디스플레이 기간의 변화율은 프레임 레이트(frame rate)로 지칭될 수 있다.
LED 조립체
위에서 논의된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 디스플레이용 광원(예를 들면, NED(100)용 광원(340))은 하나 이상의 LED를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 하나 이상의 LED는 LED 조립체 또는 어레이로 배열된다. 예를 들면, 상기 광원은 선형 배열, 2차원 매트릭스 배열 등으로 배열되는 복수의 LED들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 광원은 상이한 컬러 채널에 각각 대응하는 복수의 LED 조립체들을 포함할 수 있다(예를 들면, 적색 채널에 대응하는 제1 LED 조립체, 녹색 채널에 대응하는 제2 LED 조립체, 및 청색 채널에 해당하는 제3 LED 조립체).
도 6a는 일부 실시예들에 따른 LED 조립체의 측면도를 설명한다. 상기 LED 조립체(600)는 도 5에 도시된 LED 조립체들(515, 520, 525) 중 임의의 것에 대응할 수 있다. 상기 LED 조립체(600)는 복수의 접점들이 그 위에 형성된 기판 구조체를 포함한다. 상기 기판 구조체(이하, 에피택셜 구조라고도 함)는 n-형 층(605)(예를 들면, n-형 기판), p-형 층(610)(예를 들면, p-형 기판), 및 상기 n-형 층(605)과 p-형 층(610) 사이에 하나 이상의 양자 우물(QW)(615)을 포함하는 활성 영역을 포함하는 반도체 구조체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 n-형 및 p-형 층은 각각 n-형 갈륨 질화물(nGaN) 및 p-형 GaN(pGaN)을 포함할 수 있지만, 다른 실시예들에서 다른 유형의 재료가 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 일부 실시예들에 따르면, 상기 양자 우물 재료는 인듐 갈륨 질화물(InGaN)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 n-형 층(605), 양자 우물 재료(615), 및 p-형 층(610)을 포함하는 상기 LED 조립체(600)의 반도체 구조체는 성장 기판, 예를 들면 사파이어, SiC, 벌크 GaN, 등에서 성장된 에피택셜 구조체이다. 도 6a는 상기 LED 조립체(600)를 특정 형상(예를 들면, 장방형)으로서 설명하고 있지만, 일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체(600)는 상이한 형상(예를 들면, 하나 이상의 메사 또는 다른 구조로 형상화됨)으로 형성될 수 있음을 이해해야 한다. 조립체(600)에는 원래의 기판(사파이어, SiC, 벌크 GaN 등)이 제거되거나 부분적으로 제거되어 전도성 n-형 또는 의도하지 않게 도핑된(UID) 층, 예를 들면 n-GaN을 노출시키는 것으로 가정하기 때문에 상기 원래의 기판이 표시되지 않는다.
상기 LED 조립체(600)는 상기 p-형 층(610)상의 복수의 p-접점들(620), 및 상기 n-형 층(605)상의 하나 이상의 n-접점(625)을 추가로 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체(600)는 상기 LED의 접점들이 상기 기판의 동일한 측면상에 위치하는 플립-칩 LED 조립체이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 LED 조립체(600)의 p-접점들(620)은 공통 p-형 층(610) 및 양자 우물 재료(615)상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 픽셀들은 상기 p-접점들에 의해 한정되고, 다른 실시예에서는 p-접점들 및 에칭되거나 부분적으로 에칭된 p-형 층들, 양자 우물 재료 및 n-형 층들에 의해 한정된다. 예를 들면, 도 6b는 일부 실시예들에 따른 다른 LED 조립체의 측면도를 설명한다. 상기 측면도는 도 6a의 LED 조립체와 유사한 도 6b의 LED 조립체의 것이나, 여기서 LED들은 메사로 에칭되거나 부분적으로 에칭된다. 도 6b에 도시된 바와 같이, (p-접점(620)에 대응하는) 각각의 LED는 도 6a에 도시된 바와 같은 단일 p-형 층 및 양자 우물 층 대신에 p-형 재료(610)(예를 들면, pGaN) 및 양자 우물 재료(615)를 포함하는 메사상에 형성된다. 다음의 도면들은 편의를 위해 도 6a에 설명된 바와 같이 상기 p-접점들이 공통 p-형 및 양자 우물 층 상에 위치하는 LED 조립체를 설명할 수 있다. 논의된 구조 및 개념이 메사상에 위치하는 p-접점들을 갖는 도 6b에 설명된 아키텍처에도 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 일부 다른 실시예들에서, 개별 메사 상에 형성되는 각각의 p-접점 대신에, 다중 LED들이 단일 메사 상에 형성될 수 있다는 사실 또한 이해해야 한다.
상기 LED 조립체(600)의 p-접점들(620)의 수가 n-접점들(625)의 수를 초과할 수 있기 때문에, 다중 p-접점들(620)은 상기 p-접점(620)과 특정 n-접점(625) 사이의 전류에 의해 작동될 수 있다. 일부 경우들에서, 상기 조립체(600)의 다수의 LED들이 각각의 LED에 대한 개별 n-접점들을 요구하는 대신 동일한 n-접점(625)을 공유할 것이기 때문에, 그와 같은 배열은 상기 LED 조립체(600)상의 공간을 절약하고 그리고/또는 LED들의 보다 컴팩트한 배열을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 선형 배열로 배열된 p-접점들(620)을 설명하고 있지만, 상기 p-접점들(620)은 2차원 매트릭스, 또는 일부 다른 배열로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, (각각의 p-접점에 대응하는) 상기 LED 조립체의 각각의 LED는 10 um2 이하의 표면적을 갖는다.
상기 LED 조립체(600)의 작동 동안, 각각의 LED는 상기 p-접점(620)과 n-접점(625) 사이에서 흐르는 총 전류(630)에 합산되는 설정된 양의 전류를 수신하여, 각각의 p-접점(620) 및 n-접점 사이에 전압차를 유발시킨다. 상기 양자 우물 재료(615)는 상기 LED 조립체(600)의 활성 발광 영역을 한정한다. 예를 들면, 각각의 p-접점(620)과 연관된 상기 양자 우물 재료(615)의 일부는 대응하는 p-접점을 통해 흐르는 전류의 양에 기초하여 광을 방출할 수 있다. (예를 들면, n-형 층(605)을 통해) 상기 p-접점들(620)로부터 멀어지는 방향으로 방출된 광은 상기 LED 조립체(600)의 발광(예를 들면, 도 4의 소스 광(420))을 형성할 수 있다. 상기 LED들에 의해 방출된 광은 상기 n-형 층(605)을 통과하기 때문에, 상기 n-형 층(605)은 광학적으로 투명하거나 부분적으로 투명하도록 형성된다. 일부 실시예들에서, 상기 n-형 층(605)을 향해 추가 광을 반사시키고, 광을 지향화하고 또한 상기 LED 조립체(600)에 의한 광 출력의 휘도 레벨을 증가시키기 위해, 반사 재료(도시되지 않음)가 상기 p-접점들(620)을 갖는 상기 LED 조립체(600)의 측면상에 배치될 수 있다. 상기 p-접점들(620)은 개별적으로 주소 지정이 가능하여, 수신된 이미징 신호에 따라 상기 LED 조립체와 함께 개별 LED들의 작동을 허용한다.
일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체는 마이크로LED 조립체이고, 여기서 각각의 p-접점(620)는 μLED에 대응한다. 각각의 μLED의 피처 크기(예를 들면, 직경)는 서브마이크로미터 내지 수십 마이크로미터(예를 들면, 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛)의 범위일 수 있다. 상기 LED 조립체(600)의 피치(예를 들면, μLED들 사이의 간격)는 서브-마이크로미터 내지 수십 마이크로미터의 범위일 수 있다. 각각의 μLED는 디스플레이의 픽셀 또는 서브픽셀에 대응할 수 있다.
일부 실시예들에서, p-GaN, 양자 우물 재료, 및 n-GaN은 에칭되거나 부분적으로 에칭되어, (예를 들면, 도 6b에 도시된 바와 같이) LED 전류를 추가적으로 제한한다. 이어지는 도면들은 도 6a에 설명된 바와 같이 공통 p-층상의 상기 LED 조립체의 픽셀을 한정하는 p-접촉들을 설명할 수 있으나, 논의된 구조 및 개념은 p-층, 양자 우물 재료 및 n-층이 에칭되거나 부분적으로 에칭되는(예를 들면, 도 6b에 설명된 바와 같이 메사로 형성되는) LED 조립체들에도 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, LED 조립체(600)가 더 적은 수의 n-접점들을 공유하는 LED 어레이를 포함하는 경우, p-접점과 n-접점 사이의 거리는 상기 어레이의 상이한 LED들에 대해 상이할 수 있다. 예를 들면, 도 6a 및 도 6b는 n-접점(625)에 더 근접한 상기 LED 어레이의 가장자리 부근의 LED에 대응하는 가장자리 LED(635), 및 상기 LED 조립체의 가장 가까운 n-접점(625)에 더 먼 거리를 갖는 상기 LED 어레이의 중심 부근의 LED에 대응하는 중앙 LED(640)를 도시한다.
상기 LED 조립체(600)의 LED에 대한 n-접점과 p-접점 사이의 이와 같은 상이한 거리는 전류 크라우딩 문제를 발생시킬 수 있다. 예를 들면, 상기 LED 조립체의 LED들을 켜기 위해, 전류(630)가 상기 n-접점들(625)로부터 상기 n-형 층(605)을 통해 상기 LED 조립체의 가장 먼 LED들로 확산되어야 한다. 대부분의 LED들을 켤 때, 다량의 전류가 n-면을 통해 흐르고, 상기 중앙 LED의 경우, 전류는 전류가 더 먼 거리를 거쳐 가장자리 LED보다 중앙 LED에 도달해야만 한다. 상기 nGaN층은 유한한 저항을 가지며 그 전압은 거리에 따라 조정되기 때문에, 상기 가장자리 LED보다 상기 중앙 LED에서의 전압이 더 높을 것이다. 이와 같이 증가된 전압 레벨은 상기 LED 조립체의 백플레인 전자 장치가 처리할 수 없는 레벨일 수 있으며 또한 전력 소비를 증가시킬 수 있다. 이와 같은 문제는 상기 n-접점들(625)과 상기 LED 조립체의 가장 먼 LED들(예를 들면, 중앙 LED(640)) 사이의 거리가 수 밀리미터일 수 있는 디스플레이에 대해 중요할 수 있다.
도전층을 갖는 LED 조립체
도 7은 일부 실시예들에 따른 전류 확산층을 갖는 LED 조립체 일부의 측면도를 설명한다. 비록 도 7에 도시된 바와 같이 LED 조립체(700)는 (도 6a에 설명된 것과 유사하게, 공통 p-형 층(710) 및 양자 우물 재료(715)의 층상에 배열되는) p-접점들(720)의 어레이의 일 측면상의 단일 n-접점(725)만을 도시하고 있지만, 일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체(700)는 (예를 들면, 도 6a 및 도 6b에 설명된 LED 조립체(600)와 유사한) p-접점들의 어레이의 임의의 측면상에 배열될 수 있는 다중 n-접점들을 포함할 수 있다.
상기 LED 조립체(700)는 상기 LED 조립체(700)의 반도체 구조체의 표면 상에 증착된 전류 확산층(예를 들면, 전도성 산화물 재료를 포함함)을 포함한다. 예를 들면, 상기 전류 확산층(750)은 상기 LED 조립체(700)의 n-접점(725) 및 p-접점들(720) 반대편의 n-형 층(705)의 표면상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체(700)는 초기에 사파이어 기판과 같은 성장 기판상에 형성되며, 상기 LED 조립체(700)를 사파이어 기판으로부터 제거 후, 상기 전류 전류 확산층(750)은 상기 n-형 층(705)상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층(750)은 전도성 산화물 재료를 사용하여 형성되며, 이는 그 자체로 "전도성 산화물층"으로 지칭될 수도 있다. 예를 들면, 상기 전류 확산층은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 실리콘, 알루미늄, 게르마늄, 인듐, 및/또는 합금을 포함할 수 있다.
상기 전류 확산층(750)은 상기 LED 조립체(700)의 n-접점들과 p-접점들 사이에 전도성 경로를 형성하여, 상기 LED 조립체(700)의 가장 멀리 있는 LED들의 n-접점들과 p-접점들 사이에서 전류가 흐르기 위해 필요한 전압차를 감소시킨다.
도 8a 내지 도 8c는 일부 실시예들에 따른, 전류 확산층의 상이한 특성들이 LED 조립체의 전압차에 어떻게 영향을 미치는지를 설명하는 그래프이다. 도 8a 내지 도 8c에 설명된 결과들은 시뮬레이션을 통해 얻은 것이며 질적인 경향을 보여야 한다. 도 8a 내지 도 8c에 도시된 각 그래프는, 도 7의 LED 조립체(700)의 x-축(755)에 의해 설명된 바와 같이, 상기 LED 조립체의 n-접점으로부터 가장 먼 LED의 위치로부터 상기 n-접점의 위치까지, 상기 LED 조립체의 길이를 따른 x-좌표에 대응하는 x-축을 갖는다. 각각의 그래프의 y-축은, 10 A/cm2의 전류 밀도가 상기 x-축을 따른 특정 위치들에서 모든 LED상에 가하여질 때, 상기 LED 조립체의 각각의 LED로 유도되는 전압을 나타낸다. 도 8a 내지 도 8c의 그래프들에 설명된 시뮬레이션된 결과들을 생성하기 위해 사용된 LED 조립체는 전류 확산층(예를 들면, ITO와 같은 전도성 산화물층)을 갖는 3 ㎛ 두께의 nGaN의 n-형 기판층을 갖는다.
도 8a는 상기 전류 확산층의 저항이 LED 어레이의 상이한 위치들에서 LED들에 대해 10 A/cm2의 전류 밀도를 달성하기 위해 필요한 전압에 어떻게 영향을 미치는지를 보여주는 그래프이다. 그래프(800)는 상기 LED 조립체가 어떠한 ITO 층더 갖지 않을 때 x-축을 따라 다양한 위치들에서 LED들에 대한 전압 강하를 나타내는 제1 곡선, 상기 LED 조립체가 비저항이 0.001 Ohm cm인 100 nm 두께의 ITO 층을 가질 때 전압 강하를 나타내는 제2 곡선, 비저항이 0.0001 Ohm cm인 100 nm 두께의 ITO 층을 갖는 LED 조립체에 대한 전압 강하를 나타내는 제3 곡선을 포함한다. 그래프(805)에서 관찰된 바와 같이, 상기 전류 확산층의 비저항이 낮을수록, 상기 LED 조립체의 상이한 LED들의 전압차가 더 낮아진다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층의 비저항은 상기 전류 확산층을 형성하기 위해 사용되는 전도성 산화물의 성장 조건에 기초하여 조정되거나 최적화될 수 있다. 예를 들면, 상기 전류 확산층의 전도성은 상기 전도성 산화물 재료(예를 들면, ITO) 내의 산소 결손과 관련될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 전도성 ITO 필름이 많을수록 더 적은 투명도를 갖는 경향이 있기 때문에, 달성될 수 있는 전류 확산층의 전도성과 투명도 사이에 트레이드오프(trade-off)가 발생할 수 있다.
도 8b는 상기 전류 확산층의 두께가 상기 LED 조립체의 상이한 위치들에서 LED들에 대한 전압 레벨에 어떻게 영향을 미치는지를 보여주는 그래프이다. 그래프(810)는 0.0007 Ohm cm의 비저항을 갖는 ITO 층의 상이한 두께들(50 nm, 100 nm, 150 nm, 200 nm 및 500 nm)에 대응하는 곡선들을 포함한다. 상기 그래프(810)에서 관찰된 바와 같이, ITO 층이 두꺼울수록 대응하는 상기 LED 조립체의 LED들 사이의 전압차가 더 낮아진다. 일부 실시예들에서, 주어진 비저항에 대해, n-접점에 가장 멀리 있는 LED와 가장 근접해 있는 LED(예를 들면, 중간 LED 및 가장자리 LED) 사이의 최대 전압차를 달성하기 위해 필요한 두께가 결정될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 특정 저항에 대해, 0.5 V 이하의 중간 LED와 가장자리 LED 사이의 최대 전압차를 달성하기 위해 필요한 두께가 결정될 수 있다.
도 8c는 상기 전류 확산층의 접촉 저항이 상기 LED 조립체의 상이한 위치들에서 LED들에 대한 전압 레벨에 어떻게 영향을 미치는지를 보여주는 그래프이다. 그래프(820)는 비저항이 0.001 Ohm cm인 100 nm 두께의 전류 확산층을 갖는 LED 조립체를 기반으로 하며, 1e-2 Ohm cm2, 1e-3 Ohm cm2, 및 1e-4 Ohm cm2의 상이한 접촉 저항 레벨에 대응하는 곡선들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 접촉 저항은 상기 전류 확산층(예를 들면, ITO)과 상기 n-형 층(예를 들면, nGaN) 사이의 계면에 의해 제어된다. 예를 들면, 불순물 및/또는 결함은 상기 접촉 저항을 증가시키거나 감소시킬 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 전압 레벨에 대한 접촉 저항의 효과는 상기 전류 확산층과 n-형 층 사이의 큰 접촉 면적으로 인해 크지 않게 된다.
이와 같이, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 상기 LED 어레이의 상이한 위치들에서 LED들에 대한 전압 레벨은 상기 전류 확산층의 매개 변수들(예를 들면, 두께, 비저항, 및/또는 접촉 저항)을 구성함으로써 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층의 두께, 비저항, 및 접촉 저항은 (상기 LED 어레이의 중앙 LED와 가장자리 LED 사이의 전압 레벨의 차이를 나타내는) 전압 패널티가 미리 결정된 값(예를 들면, 0.5 V)보다 작도록 최적화된다.
일부 실시예들에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전류 확산층은 상기 접점들이 형성된 표면과 반대편의 LED 조립체 기판(예를 들면, n-형 기판)의 표면(이하, 후면이라 함)상에 실질적으로 균일한 두께의 층으로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 상기 LED 어레이의 전체 후면, 또는 상기 LED 조립체의 p-형 및 n-형 접점들을 둘러싸는 후면의 전체 부위를 덮는다. 그와 같은 실시예들에서, 상기 LED 조립체의 LED들에 의해 방출된 광이 상기 LED 조립체의 후면을 통해 방출되기 때문에, 상기 전류 확산층은, (예를 들면, 양자 우물 재료로부터 발생하는) 상기 LED들로부터의 광이 상기 LED 조립체로부터 방출될 수 있도록, 광 투과성 또는 부분 투과성(예를 들면, 특정 파장 범위 내의 광에 대한 임계값 수준 초과의 투명도)일 필요가 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 0.001 Ohm cm 이하의 비저항, 적어도 50 nm의 두께, 0.01 Ohm cm2 이하의 접촉 저항률, 및 400 nm 내지 700 nm의 파장 범위에서 적어도 80%의 투명도를 갖도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 상이한 구조로 형성될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체의 전류 확산층은 광 추출을 개선하도록 성형된다. 도 9a는 일부 실시예들에 따른 패턴화된 전류 확산층을 갖는 LED 조립체의 측단면도를 설명한다. 도 9b는 도 9a에 사용된 패턴화된 전류 확산층의 정면도를 설명한다. 상기 LED 조립체(900)는 도 7의 LED 조립체(700)와 유사하다. 그러나, 상기 n-형 층(705)의 후면상에 형성된 전류 확산층(950)은 (예를 들면, LED와 마주하는) 복수의 개구부들(955)을 포함한다. 상기 개구부들(955)은 상기 LED 조립체(900)의 LED들의 위치에 대응하도록 구성된다(예를 들어, 상기 p-접점들(720)의 위치에 대응함). 이는 각각의 LED들로부터 방출된 광이 상기 전류 확산층의 재료를 통과할 필요 없이 상기 LED 조립체를 빠져나가게 하여, 잠재적으로 광 추출을 개선시킨다. 도 9b에 도시된 전류 확산층(950)은 LED 어레이의 LED들의 2개 행들에 대응하는 개구부들(955)을 도시한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 상기 전류 확산층(950)은 개구부들(955)의 하나의 행, 또는 LED들의 추가의 행들에 대응하는 개구부들(955)의 추가의 행들을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 2 이상의 상이한 재료들을 포함하도록 형성될 수 있다. 도 10a는 일부 실시예들에 따른 제2 충전 재료를 구비한 패턴화된 전류 확산층을 갖는 LED 조립체의 측단면도를 설명한다. 도 10b는 도 10a에서 사용된 패턴화된 전류 확산층의 정면도를 설명한다. 상기 LED 조립체(1000)의 전류 확산층(1050)은 도 9에 도시된 전류 확산층(950)과 유사하며, 복수의 개구부들(1055)을 포함한다. 상기 충전 재료(1060)는 상기 LED 조립체의 p-접점들에 대응하는 패턴화된 전류 확산층(1050)에 형성된 개구부들(1055) 내에 배치될 수 있다. 이와 같이, 상기 LED들로부터 방출된 광은 상기 LED 조립체를 빠져나가기 위해 전류 확산 대신 상기 충전 재료(1060)를 통과할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 충전 재료(1060)는 상기 전류 확산층의 전류 확산 재료(예를 들면, 전도성 산화물)와 비교하여 상이한 두께를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 충전 재료(1060)는 상기 전류 확산 재료와 동일한 두께를 갖도록 형성된다. 또한, 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층 내의 개구부들(1055)은 상기 LED 어레이의 LED들과 상이한 크기(예를 들면, 더 크거나 더 작음)이거나, 또는 상기 LED들에 대해 상이하게 정렬될 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체의 광 추출은 상기 개구부들(1055) 및/또는 충전 재료(1060)에 의해 한정된 패턴 내에서 광의 산란으로 인해 향상될 수 있다. 또한, 도 10은 상기 LED 어레이의 하나의 LED에 대응하는 각각의 개구부들(1055)을 설명하지만, 일부 실시예들에서, LED는 다수의 개구부들에 대응할 수 있거나, 또는 단일 개구부가 다수의 LED들에 대응할 수 있음을 이해해야 한다.
일부 실시예들에서, 상기 충전 재료(1060)는 상기 전류 확산층의 특성과 비교하여 상이한 광학적 및/또는 전기적 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 충전 재료(1060)는 전류 확산 재료(예를 들면, 전도성 산화물)와 비교하여 더 큰 광학적 투명도를 가지도록 선택될 수 있지만, 더 높은 저항률을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 충전 재료(1060)는 비전도성 재료일 수 있다.
또한, 도 10a 및 도 10b는 특정 형상을 갖는 충전 재료(1060)를 설명하고 있지만, 일부 실시예들에서, 상기 충전 재료는 광 추출 및 시준을 향상시키도록 형상화될 수 있다. 예를 들면, 상기 충전 재료(1060)는 마이크로렌즈, 나노구조체, 또는 다른 유형의 광학적 구조체를 형성하도록 형상화될 수 있다.
도 9a와 도 9b 및 도 10a와 도 10b는 특정 패터닝(예를 들면, 상기 LED 조립체의 LED들의 위치에 대응하는 원형 개구부들)을 갖는 전류 확산층을 도시하는 반면, 다른 실시예들에서, 상기 전류 확산층은, 상이한 개구부 크기 및/또는 형상, 상이한 패턴 위치, 개구부들을 대신하는 또는 개구부들에 추가하는 상이한 층 두께 영역 등과 같은, 다른 유형의 패터닝을 나타낼 수 있음을 이해해야 한다.
위의 도면들은 상기 LED 조립체 기판(예를 들면, nGaN 기판)의 평평한 표면상에 형성된 전류 확산층을 설명하지만, 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 상기 기판의 평평하지 않거나 또는 패턴화된 표면상에 형성될 수 있다. 도 11a는 일부 실시예들에 따른 상기 LED 조립체 기판의 비평면 표면상에 형성된 패턴화된 전류 확산층을 갖는 LED 조립체의 측단면도를 설명한다. 도 11b는 도 11a에 사용된 패턴화된 전류 확산층의 정면도를 설명한다. 도 11a에 도시된 바와 같이, 상기 LED 조립체(1100)의 n-형 층(705)은 하나 이상의 트렌치(1165)를 형성하도록 에칭되고, 그 후 상기 전류 확산층(1150)은 전도성 산화물 재료를 상기 하나 이상의 트렌치(1165)에 증착시킴으로써 형성된다. 일부 실시예들에서, 인접한 픽셀 간의 누화의 영향을 최소화하고 광 추출(1150)을 최대화하기 위해, 상기 하나 이상의 트렌치(1165)가 상기 LED 조립체(1100)의 LED들 사이에 형성될 수 있다.
상기 LED 조립체(1100)의 기판으로 에칭된 트렌치들(165) 내에 전류 확산층(1150)을 형성함으로써, 상기 전류 확산층의 두께는 증가될 수 있고(반면, 전체 LED 조립체의 두께 증가는 감소하거나 또는 제거됨), 반면에 상기 전류 확산 물질과 n-형 층(705) 사이의 더 큰 표면 접촉 면적으로 인해 상기 전류 확산층의 물질(예를 들어, 전도성 산화물)과 상기 n-형 층(예를 들어, nGaN) 사이의 접촉 저항은 감소될 수 있다. 이는 상기 LED 조립체의 n-접점에 가장 근접한 LED들과 가장 멀리 떨어진 LED들 사이의 전압 강하를 감소시킬 수 있다.
도 11c는 일부 실시예들에 따른 LED 조립체 기판의 비평면 표면상에 형성된 패턴화된 전류 확산층을 갖는 다른 LED 조립체의 측단면도를 설명한다. 도 11c의 전류 확산층(1150)은 도 11a의 전류 확산층과 유사하나 상기 기판의 후면 위에 형성되고 상기 기판에 형성된 트렌치들을 덮는 전류 확산 재료(예를 들면, 전도성 산화물)로 구성되는 추가 층을 추가로 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체의 n-형 기판 층(예를 들면, nGaN)은 성장 기판(예를 들면, 사파이어 기판과 같은 결정질 기판)상에 에피택셜 방식으로 형성된다. 상기 n-형 기판의 두께는 상기 성장 기판으로부터 제거된 후의 n-형 기판의 에피택시 및 그라인딩에 의해 제어된다. 일부 실시예들에서, 상기 n-형 기판의 두께는 상기 LED 조립체의 가장 먼 LED와 가장 가까운 LED 사이에서 원하는 전압 강하를 달성하도록 선택될 수 있다. 도 12는 일부 실시예들에 따른 상이한 n-형 기판 두께들에 대한 LED 조립체에 걸친 전압 강하를 나타내는 그래프를 설명한다. 상기 그래프(1200)의 데이터는 비저항이 0.0007 Ohm cm이고 균일한 두께가 200 nm인 nGaN 기판 및 전류 확산층을 갖는 LED 조립체를 가정하며, 1 um, 2 um, 3 um, 4 um, 및 5 um의 nGaN 두께에 대응하는 곡선을 설명한다. 도 12에 도시된 바와 같이, nGaN이 더 두꺼울수록 더 낮은 전압차를 초래한다. 따라서, 상기 n-형 기판과 전류 확산층의 두께는 상기 LED 조립체의 중앙 부근의 LED와 가장자리상의 LED들 사이에서 원하는 전압차를 달성하기 위해 균형을 이룰 수 있다.
일부 실시예들에서, 전류 확산층은 상기 LED 조립체의 n-형 기판의 형성 동안 다층 에피택셜 스택의 일부로서 형성될 수 있다. 도 13은 일부 실시예들에 따른 다층 기판을 갖는 LED 조립체의 측단면도를 설명한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 LED 조립체(1300)의 도전층(1350)은 제1 nGaN 층(1305a)과 제2 nGaN 층(1305b) 사이에 형성된다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층(1350)은 nGaN 층들(1305a, 1305b)을 포함하는 nGaN 층들의 형성 동안 에피택셜 스택의 일부로서 형성된다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층(1350)은 전도성 산화물 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층(1350)은 증가된 측면 전도성을 제공하는 고-도핑된 GaN 층 또는 GaN 초격자(예를 들면, InGaN, AlGaN)를 포함한다. 상기 전류 확산층(1350)은 주변 nGaN 층들(1305a 및 1305b)과 비교하여 더 낮은 저항을 가지며, 이는 상기 LED 조립체의 작동 동안 상기 어레이의 중앙에 있는 LED들과 상기 가장자리 근방의 LED들 사이에서 전류를 확산하고 전압차를 감소시키기 위해 도움을 준다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층(1350)은 nGaN 층(예를 들면, nGaN 층들(1305, 1310))이 형성된 후에 이온 주입을 사용하여 형성된다. 예를 들면, 이온은 상기 전류 확산층(1350)을 형성하기 위해 상기 nGaN 층 내의 특정 깊이에 주입될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 LED 조립체의 기판은 추가 층들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 2차원 전자 가스(2DEG)가 에피택셜 증착 동안 층 스택에 도입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 2DEG는 전도 대역이 페르미 준위(fermi level)를 가로지르는 영역에 나타날 수 있고, AlGaN/GaN 또는 InGaN/AlGaN 계면, 또는 다른 유사한 계면에서 유도될 수 있다. 일부 실시예들에서, 더 낮은 비저항의 전류 확산층(1350)은 또한 nGaN 층의 두께의 제어를 가능하게 하는 에칭 정지부로서 기능할 수 있다. 예를 들면, 상기 LED 조립체의 nGaN 기판은 광 추출 또는 다른 목적을 위해 에칭될 수 있으며, 여기서 도전층은 에칭의 깊이를 제한하는 정지부로서 역할을 한다.
LED 조립체의 기판을 가로질러 전류를 확산시키기 위한 전류 확산층의 사용을 통해, 상기 LED 조립체는, LED들을 구동하기 위해 필요한 전압 강하를 원하는 수준 이하로 유지하면서, 더 넓은 영역에 걸쳐 확산된 LED들의 큰 어레이를 가질 수 있다. 이는 고 해상도의 LED 어레이 제조를 가능하게 할 수 있다.
공정 흐름
도 14는 일부 실시예들에 따른 전류 확산층을 갖는 LED 조립체를 제조하기 위한 공정의 흐름도이다. 도 14의 공정은 제조 시스템에 의해 수행될 수 있다.
상기 시스템(1405)은 에피택셜 LED 구조체(예를 들면, 기판 조립체)를 형성한다. 일부 실시예들에서, 상기 에피택셜 구조체는 베이스 기판(예를 들면, 사파이어)상에 복수의 에피택셜 층들(예를 들면, n-형 층, 양자 우물 층 및 p-형 층을 포함)을 증착함으로써 형성된다.
상기 시스템은 상기 에피택셜 구조체의 p-형 층의 제1 표면상에 LED 어레이를 형성하고(1410), 각각의 LED는 상기 p-층의 제1 표면상에 형성된 각각의 접점(예를 들면, p-접점)에 대응한다. 상기 LED들은 p-층 및, n-층의 제1 표면상에 형성된 양자 우물상에 형성될 수 있다. 상기 제1 표면은 베이스 기판 반대편의 에피택시얼 층의 표면에 대응할 수 있다.
상기 시스템은 상기 에피택셜 구조체의 n-형 층의 제1 표면상에 하나 이상의 접점(예를 들면, n-접점)를 형성한다(1415). 일부 실시예들에서, 상기 에피택셜 구조체의 n-형 층에 대한 접근이 상기 n-형 층의 일부를 노출시키기 위해 (예를 들면, 상기 p-형 층 및/또는 양자 우물 층의 일부를 제거함으로써) 이루어지고, 그 결과 하나 이상의 접점이 상기 n-형 층의 노출된 표면 부분상에 형성된다.
이와 같이, LED 어레이의 각각의 LED는 상기 p-형 층의 제1 표면상의 개별 전기 접점(예를 들면, p-접점)에 의해 어드레싱될 수 있고, 전류가 상기 p-접점과 상기 n-형 층상에 형성된 하나 이상의 n-접점 사이에 가해질 때 광을 방출할 수 있다.
상기 시스템은 상기 기판의 제2 표면상에 전류 확산층(예를 들면, 전도성 산화물 층)을 형성한다(1420). 일부 실시예들에서, 상기 기판이 형성된 베이스 기판으로부터 기판이 제거된 후, 상기 기판의 제2 표면이 노출된다. 다른 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 상기 기판의 형성 동안 다층 스택 층으로서 형성되고, 상기 기판과 제2 기판 층 사이에 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 실질적으로 균일한 두께를 갖는다. 다른 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 패턴화되고 그리고/또는 하나 이상의 개구부를 포함한다. 상기 전류 확산층이 하나 이상의 개구부를 갖는 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 하나 이상의 개구부 내에 제2 재료(예를 들면, 충전 재료)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 전류 확산층은 상기 기판의 표면상에 형성된 하나 이상의 트렌치 또는 함몰부 내에 형성될 수 있다. 상기 전류 확산층을 갖는 LED 조립체는 백플레인에 부착될 수 있다. 상기 전류 확산층은 LED들에 대응하는 상기 제1 접점(예를 들면, n-접점)과 복수의 제2 접점들(예를 들면, p-접점들) 사이의 전류 확산 수준을 증가시켜, 상기 LED 조립체의 작동 중 상기 LED 어레이의 상이한 LED들 사이의 전압차를 감소시킨다.
상기 LED 조립체의 작동 동안, 디스플레이될 이미지 데이터에 기초하여 (예를 들면, 제어기에 의해) 상기 LED 조립체에 전류 신호가 제공된다. 상기 전류는 상기 LED 조립체의 기판과 상기 기판 표면상에 형성된 전류 확산층을 통해 상기 제1 및 제2 접점 사이에서 흐르고, 상기 전류는 상기 LED 조립체의 LED들이 상기 제공된 전류에 따라 광을 방출하게 한다. 상기 전류 확산 층은 상기 LED 조립체의 n-접점들로부터의 전류를 상기 n-접점들로부터 다양한 거리에 위치하는 p-접점들로 보다 효율적으로 확산시키는 역할을 하여, 상기 n-접점으로부터 멀리 떨어져 있는 p-접점들과 상기 n-접점에 근접해 있는 p-접점들 사이의 전압차를 감소시킨다.
본 명세서에서 사용된 언어는 주로 가독성 및 교육 목적을 위해 선택되었으며, 본 발명의 주제를 설명하거나 제한하기 위해 선택되지 않았을 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위는 이와 같은 상세한 설명에 의해 제한되지 않으며, 오히려 이들에 기초한 애플리케이션에 대해 논의되는 임의의 청구범위에 의해 제한되는 것으로 의도된다. 따라서, 실시예들의 내용은 설명을 위한 것으로 의도되지만, 다음의 청구항들에 기재된 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

Claims (15)

  1. 발광 다이오드(LED) 조립체로서,
    n-형 층, 발광 재료 및 p-형 층을 포함하는 에피택셜 LED 구조체;
    상기 n-형 층의 제1 표면상에 또는 상기 n-형 층의 내부에 형성되는 하나 이상의 n-접점;
    LED 어레이로서, 상기 LED 어레이의 각각의 LED는 상기 p-형 층의 제1 표면상의 개별 p-접점에 대응하고, 상기 p-접점과 상기 하나 이상의 n-접점들 중 적어도 하나 사이에 전류가 가해질 때 광을 방출하도록 구성되는, 상기 LED 어레이; 및
    상기 n-형 층의 제2 표면상에 형성되는 전류 확산층으로서, 상기 전류 확산층은 LED 조립체의 작동 동안 상기 LED 어레이의 상이한 LED들 사이의 전압차를 감소시키는, 상기 전류 확산층을 포함하는, LED 조립체.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 LED 어레이의 LED들은 상기 p-형 층, 상기 발광 재료, 및 부분적으로 상기 n-형 층을 통해 에칭 또는 부분적 에칭함으로써 추가로 한정되는, LED 조립체.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 n-형 재료의 제2 표면은 상기 n-형 재료의 제1 표면과 반대편에 위치하는, LED 조립체.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 전류 확산층은 투명하거나 또는 부분적으로 투명하고, 또한 선택적으로 투명하거나 또는 부분적으로 투명한 전도성 산화물이고, 그리고/또는 선택적으로 상기 전류 확산층은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하는, LED 조립체.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 전류 확산층은 0.001 Ohm cm 이하의 비저항 및/또는 50 nm 이상의 두께를 갖는, LED 조립체.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 전류 확산층은 복수의 개구부들로 형성되고, 선택적으로 상기 복수의 개구부들 내에 배치된 광 투과성 재료를 추가로 포함하며, 또한 추가로 선택적으로 각각의 개구부 내에 배치된 상기 광 투과성 재료는 마이크로렌즈를 형성하는, LED 조립체.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 LED 어레이는 디스플레이 영역의 픽셀 어레이를 형성하는, LED 조립체.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 전류 확산층은 상기 n-형 층의 제2 표면상에 형성된 하나 이상의 트렌치 내에 증착된 전도성 산화물 재료를 포함하고, 선택적으로 상기 하나 이상의 트렌치는 상기 LED 어레이의 LED들 사이의 공간들에 대응하는 상기 기판의 제2 표면상의 위치들에 형성되는, LED 조립체.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 전류 확산층은 상기 n-형 층 내에 형성되는, LED 조립체.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 n-형 재료는 적어도 1 um의 두께를 갖는, LED 조립체.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 LED 어레이의 LED들의 크기는 10 um2보다 작은, LED 조립체.
  12. LED 조립체를 제조하는 방법으로서,
    기판, n-형 층, 발광 재료 및 p-형 층을 포함하는 에피택셜 LED 구조체를 형성하는 단계;
    LED 어레이를 형성하는 단계로서, 상기 LED 어레이의 각각의 LED는 상기 p-형 층의 제1 표면상에 형성된 p-접점에 대응하고, 또한 상기 p-접점과 상기 n-형 층의 제1 표면상에 또는 그의 내부에 형성되는 적어도 하나의 n-접점 사이에 전류가 가해질 때 광을 방출하도록 구성되는, 상기 LED 어레이를 형성하는 단계; 및
    상기 n-형 층의 제2 표면상에 전류 확산층을 형성하는 단계로서, 상기 전류 확산층은 LED 조립체의 작동 동안 상기 LED 어레이의 상이한 LED들 사이의 전압차를 감소시키는, 상기 전류 확산층을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 기판은 제거되거나 또는 부분적으로 제거되고, 선택적으로 상기 LED들은 상기 p-형 층, 상기 발광 재료, 및 부분적으로 상기 n-형 층을 통해 에칭 또는 부분적 에칭함으로써 추가로 한정되는, 방법.
  14. 제12 항에 있어서, 상기 전류 확산층은 투명하거나 또는 부분적으로 투명하고, 선택적으로 투명하거나 또는 부분적으로 투명한 전도성 산화물이며, 그리고/또는 선택적으로 상기 전류 확산층은 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하는, 방법.
  15. 제12 항에 있어서, 상기 전류 확산층을 형성하는 단계는:
    상기 n-층의 제2 표면상에 하나 이상의 트렌치를 형성하는 단계; 및
    상기 전류 확산층을 형성하기 위해 상기 하나 이상의 트렌치 내로 전도성 산화물 재료를 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
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