KR20240073989A - 반사율 재분배를 갖는 마이크로-led - Google Patents

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KR20240073989A
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니콜라 베티나 페퍼
아르옌 게르벤 반 데르 시즈데
안토니오 로페즈 줄리아
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루미레즈 엘엘씨
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Abstract

마이크로-LED들의 구조 및 방법이 설명된다. 마이크로-LED들은, 가시 파장 범위의 광을 방출하도록 구성되는 다중-양자 우물 활성 구역을 포함하는 GaN 반도체 구조 및 마이크로-LED들의 하나 이상의 계면에서 산란을 제공함으로써 주변 광의 정반사를 증가시키기 위한 구조를 갖는다. 계면들은, 공기-캡슐화제 계면, 반도체-캡슐화제 계면, 또는 반도체-접촉부 계면을 포함한다.

Description

반사율 재분배를 갖는 마이크로-LED
우선권 청구
본 출원은 2022년 10월 12일자로 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제17/964,463호를 우선권으로 주장하고 그 권익을 청구하고, 2021년 10월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 일련번호 제63/255,574호를 우선권으로 주장하고 그 권익을 청구하며, 상기 출원은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 개시내용은 일반적으로 발광 다이오드(LED)들 및 LED 어레이들에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 마이크로-LED 내의 반사들을 수정하는 것에 관한 것이다.
마이크로-발광 다이오드(마이크로-LED) 어레이들의 분야는 조명 및 디스플레이 산업들에서의 신흥 기술이다. 마이크로-LED 어레이들은 종종, 광을 방출할 수 있고 개별적으로 제어되거나 픽셀 그룹들(예컨대, 5 x 5 픽셀 그룹들)로 제어될 수 있는 수천 내지 수백만 개의 마이크로스코픽 발광 다이오드(LED) 픽셀들을 포함한다. 마이크로-LED 어레이들은 다른 조명 기술들 및 디스플레이 기술들보다 더 높은 밝기 및 더 양호한 에너지 효율을 제공할 수 있으며, 이는, 다른 것들 중에서도, 텔레비전들, 자동차 헤드램프들, 및 모바일 폰들과 같은 다수의 상이한 응용들에 대해 마이크로-LED 어레이들을 바람직하게 할 수 있다.
더 완전한 이해 및 그 피처들 및 장점들을 제공하기 위해, 동일한 참조 번호들이 동일한 부분들을 표현하는 첨부된 도면들과 함께 해석되는 다음의 설명에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 마이크로LED 디스플레이의 평면도를 예시한다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른 마이크로LED 디스플레이의 단위 셀의 단순화된 단면도를 예시한다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른 다른 마이크로LED 디스플레이 구조의 간략화된 단면도를 예시한다.
도 3a는 일부 실시예들에 따른 마이크로LED 구조의 단면도를 예시한다.
도 3b는 일부 실시예들에 따른 다른 마이크로LED 구조의 단면도를 예시한다.
도 3c는 일부 실시예들에 따른 반도체 구조의 단면도를 예시한다.
도 3d는 일부 실시예들에 따른 반도체 구조의 다른 단면도를 예시한다.
도 4a는 일부 실시예들에 따른, 도 2b에 도시된 구조에 대한 주변 광 반사율을 예시한다.
도 4b는 일부 실시예들에 따른, 도 2b에 도시된 구조에 대한 추출 효율을 예시한다.
도 5는 일부 실시예들에 따른 예시적인 시스템을 예시한다.
도 6은 일부 실시예들에 따른 예시적인 조명 시스템을 예시한다.
도 7은 일부 실시예에 따른, 조명 시스템을 구현하기 위한 예시적인 하드웨어 배열을 예시한다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 본원의 시스템들을 구현하기 위한 예시적인 하드웨어 배열을 예시한다.
도 9는 일부 실시예들에 따른 시각화 시스템의 예의 블록도를 도시한다.
도 10은 일부 실시예들에 따른, 마이크로-LED 어레이를 제조하는 예시적인 방법을 예시한다.
본 개시내용의 시스템들, 방법들, 및 디바이스들은 하나 이상의 혁신적인 양상들을 포함할 수도 있으며, 여기서, 혁신적인 양상들은 본원에 개시된 바람직한 속성들에 개별적으로 또는 조합되어 기여할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 주제의 하나 이상의 구현의 세부사항들은 아래의 설명 및 첨부된 도면들에 기재된다.
상기된 바와 같이, 마이크로LED들은 작고(예컨대, < 0.01 mm), 전형적으로는, 매트릭스로 배열된 적색, 녹색, 및 청색 무기 LED들이다. 무기 물질(예컨대, InGaAsP, AlGaAs 등...)은 유기 LED들보다 더 강건하다. 게다가, 마이크로LED들은 직접 방출을 허용하고, 종래의 백라이트와 액정 디스플레이(LCD)의 조합보다 더 효율적일 수 있다.
직접 방출형 디스플레이들에서의 하나의 난제는 주변 조명으로 인한 명암비의 감소이다. 백라이트 및 LCD를 포함하는 경로 내의 편광기들이 종래의 디스플레이들에서 주변(일광) 조명으로부터의 원치 않는 반사를 감소시킬 수 있는 경우에, (LED 광이 편광되지 않기 때문에) 어떠한 편광기들도 사용되지 않는 경우 방출형 디스플레이는 약 두 배로 효율적일 수 있다.
마이크로디스플레이의 경우, LED들로 채워지는 면적은 비교적 작고, 백플레인이 광학적으로 흡수(예컨대, 흑색)할 수 있어서, 주변 반사율이 또한 상당히 감소된다. 그러나, 더 높은 밀도의 디스플레이들에 대해, 마이크로LED들은 총 면적의 5 %를 점유할 수 있고, ― 높은 출력을 위해 설계되어 ― 고도 반사 후면측을 가질 수 있다. 이는 도 1에 도시되며, 도 1은 일부 실시예들에 따른 마이크로LED 디스플레이의 평면도를 예시한다. 마이크로LED 디스플레이(100)는 고도 반사 마이크로LED들(102)을 포함하는 다수의 작은 정사각형들을 포함한다. 직사각형 피처들은 마이크로LED들(102)을 구동하는 데 사용되는 흑색 코팅된 IC들(104)이다.
도 2a는 일부 실시예들에 따른 마이크로LED 디스플레이의 단위 셀의 단순화된 단면도를 예시한다. 도 2a에 도시된 마이크로LED 구조(200a)는 백플레인(206) 상에 배치된 마이크로LED(202)를 포함하며, 이들 둘 모두는 광학적으로 투명한 매체(204a)로 커버된다. 광학적으로 투명한 매체(204a)는, 예컨대, 드라이버-제어기 IC들 및 마이크로LED들이 장착되고 트레이스들이 레이아웃되는 백플레인에 라미네이팅되는 "고릴라 글래스(gorilla glass)"와 같은 견고한 물질일 수 있다. 광학적으로 투명한 매체(204a)는 유전체 계면들 및 그들의 반사들을 감소시키기 위해 라미네이팅된다. 백플레인(206)은, 마이크로LED(202)에 접촉하는 데 사용되는 곳 이외의 영역들에서 어두운 크로뮴과 같은 광학적 흡수 물질로 코팅될 수 있다. 마이크로LED(202)는, 마이크로LED(202)가 요망되는 가시 파장(예컨대, 적색, 녹색, 청색)의 광을 방출하는 것을 허용하기 위해 GaN 또는 3원 또는 4원 반도체 화합물, 이를테면 InGaN/AlInGaN/AlGaN이 도핑된 반도체 층들로 형성될 수 있다. 마이크로LED(202)는, 일부 실시예들에서 하나 이상의 양자 우물로부터 형성되는 활성 구역을 가질 수 있다. 활성 구역을 포함하여 마이크로LED(202)의 층들을 형성하는 크기 및 물질은 마이크로LED(202)로부터 방출될 광의 파장을 결정한다. 전체 마이크로LED(202)는 범위가, 예컨대 약 4 ㎛ ― 약 10 ㎛일 수 있다. 도시되진 않았지만, 하나 이상의 산화물 층(예컨대, 약 0.5 ㎛ - 약 2.0 ㎛ SiO2)이, 예컨대, 마이크로LED(202)를 형성하는 구조에 또는 그 구조의 측부들에 형성될 수 있다. 유사하게, 예컨대 Cu 및 다른 물질들로 형성된 측부 및 최하부 금속 접촉 층들은 마이크로LED(202)의 애노드 및 캐소드에 효율적인 전도성 접촉을 제공할 수 있다.
마이크로LED(202)를 제조한 후에, 마이크로LED(202)는 백플레인(206)에 부착될 수 있다. 백플레인(206)은, 흡수 최상부 층(206b)으로 코팅된 유리 또는 다른 지지 구조(206a)로 형성될 수 있다. 흡수 최상부 층(206b)은, 적어도 가시 파장의 광을 실질적으로 흡수하도록 구성되는 물질, 이를테면, TiW 또는 어두운 크로뮴으로 형성된다. 도시된 바와 같이, 흡수 최상부 층(206b)은, 광학적으로 투명한 매체(204a)에 진입하여 그에 충돌하는 주변 광(그리고 특히, 가시 파장들(약 400 nm ― 약 800 nm)의 광)을 실질적으로 흡수할 수 있다.
이어서, 광학적으로 투명한 매체(204a)는, 마이크로LED(202) 및 백플레인(206)을 포함하는 구조 상에 퇴적되거나 다른 방식으로 형성된다. 광은 광학적으로 투명한 매체(204a)를 통해 마이크로LED(202)의 방출 표면으로부터 방출된다. 광학적으로 투명한 매체(204a)는 적어도 가시 파장들의 광에 광학적으로 투명할 수 있다. 광학적으로 투명한 매체(204a)는 예컨대 유리일 수 있고, 백플레인(206) 상에 라미네이팅될 수 있다. 광학적으로 투명한 매체(204a)의 최상부 표면으로부터 광학적으로 투명한 매체(204a)에 진입하는 주변 광의 대부분은 백플레인(206)에 의해 흡수된다. 그러나, 도 2a에 도시된 바와 같이, 마이크로LED(202)에 부딪히는 주변 광은 광학적으로 투명한 매체(204a)의 최상부 표면을 향해 다시 정반사되어, 광학적으로 투명한 매체(204a)를 퇴장하고 마이크로LED(202) 디스플레이/응용의 성능, 특히 디스플레이의 명암비를 저하시킨다.
도 2b는 일부 실시예들에 따른, 응용에서의 마이크로LED 구조의 간략화된 단면도를 예시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 광학적으로 투명한 매체(204b)의 최상부 표면으로부터 광학적으로 투명한 매체(204b)에 진입하고 마이크로LED(202)에 충돌하는 주변 광은 다시, 광학적으로 투명한 매체(204b)의 최상부를 향해 다시 반사된다. 그러나, 이러한 경우에, 마이크로LED(202)는 광 경로를 변경하여, 마이크로LED(202)에 의해 반사된 주변 광의 내부 전반사(TIR)를 증가시키고, 주변 광이 흡수될 수 있는 백플레인(206)을 향해 다시 주변 광을 반사함에 따라, 마이크로LED(202)에 의해 야기되는 반사를 감소시키도록 수정된다. 특정 특성들을 갖는 공학처리된 표면(206c)이 마이크로LED(202) 아래에 제공될 수 있다. 공학처리된 표면(206c)은, 예컨대, TIR을 증가시키기 위해, 직각으로부터 미리 결정된 각도 범위(예컨대, 최대 약 5 - 10 도) 내에서 충돌하는 주변 광의 반사율을 변경하도록 구성되는 기하학적 형상들, 이를테면, 하나 이상의 크기의 프리즘들 또는 구체들을 포함하는 반사율 층 또는 단일 층 또는 다층 구조일 수 있다. 다른 실시예들에서, 공학처리된 표면 층(206c)은, 마이크로LED(202)의 최하부 표면 상에 배치되는 것에 부가하여 또는 그 대신에, (도 2b에 도시된 마이크로LED(202)의 최하부 표면보다, 광학적으로 투명한 매체(204b)에 더 근접하게) 마이크로LED(202)의 최상부 표면 상에 배치될 수 있다.
유사하게, 다른 실시예들에서, 광학적으로 투명한 매체(204b)의 외부 표면(204c)은, 공학처리된 표면(206c)을 제공하는 것에 부가하여 또는 그 대신에, 공학처리된 표면(206c)과 유사한 임베딩된 기하학적 형상들(예컨대, 구형)을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 광학적으로 투명한 매체(204b)의 외부 표면(204c)을 조면화하기 위해 전기화학적 식각 또는 다른 패터닝이 또한 사용될 수 있다. 광학적으로 투명한 매체(204b)의 외부 표면(204c)은 또한, 주기적, 주름형, 또는 무작위 구조들을 제공하도록 기계적 수단을 사용하여 조면화될 수 있다. 구조화는 또한, 예컨대, 마이크로LED(202) 위의 그리고 마이크로LED(202)에 비해 축에서 덜 멀리 벗어난 더 강한 구조들로 다양한 세기를 가질 수 있다. 대안으로서 또는 그에 부가하여, 다른 '임베딩된 표면'이 집속/탈집속 설계를 포함하도록 구조화될 수 있다.
더 상세하게는, 도 3a는 일부 실시예들에 따른 마이크로LED 구조의 개략적인 단면도를 예시한다. 도 3b는 일부 실시예들에 따른 다른 마이크로LED 구조의 개략적인 단면도를 예시한다. 도 3a에 도시된 마이크로LED 구조(300a)는, 측부 유전체 층(316), 이를테면 SiO2 및 측부 금속 접촉 층(318)에 의해 측방향으로 둘러싸이고 캡슐화제(320)(광학적으로 투명한 매체(204a, 204b)로서 도 2a 및 2b와 관련하여 설명됨)로 커버되는 다층 반도체 적층체(302)를 포함한다. 특히, 도 2a 및 도 2b에 도시된 마이크로LED(202)는 도 3a 및 도 3b에서 세분될 수 있고, 세분된 구조는 나중에 백플레인에 납땜 또는 와이어접합되고 캡슐화제(320) 아래에 침지될 수 있다.
캡슐화제(320)는, 예컨대, 적어도 가시 파장의 광에 실질적으로 투명한 실리콘, 에폭시 또는 유리 또는 다른 물질로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 측부 유전체 층(316)은 비-산화물 기재 유전체 물질로 형성될 수 있다. 다층 반도체 적층체(302)는 화합물 반도체 층들을 사용하여 형성될 수 있다. 다층 반도체 적층체(302)의 최상부 표면(마이크로LED 구조(300a)의 방출 표면)으로부터의 다층 반도체 적층체(302)의 두께는 범위가, 예컨대 약 4 ㎛ ― 약 10 ㎛일 수 있다. 반도체 층들은, 다층 반도체 적층체(302)가 요망되는 가시 파장(예컨대, 적색, 녹색, 청색)의 광을 방출하는 것을 허용하기 위해, 도핑된 GaN 또는 3원 또는 4원 반도체 화합물, 이를테면 InGaN/AlInGaN/AlGaN으로 형성될 수 있다. 특히, 일부 실시예들에서, 다층 반도체 적층체(302)는 하나 이상의 양자 우물로부터 형성되는 활성 구역(302a)을 가질 수 있다. 양자 우물(들)을 형성하는 크기들 및 물질들은 다층 반도체 적층체(302)로부터 방출될 광의 파장을 결정한다.
측부 유전체 층(316)은, 예컨대 SiO2로 형성될 수 있고, 범위가 약 0.5 ㎛ - 약 2.0 ㎛ 이상일 수 있다. 표시된 바와 같이, 측부 유전체 층(316)의 두께는 도시된 바와 같이, 다층 반도체 적층체(302)의 최상부 표면으로부터 깊이가 증가함에 따라 달라질 수 있다. 또한 도시된 바와 같이, 측부 금속 접촉 층(318)은 측부 유전체 층(316)의 표면을 따라 형성된다. 측부 금속 접촉 층(318)은 다층 반도체 적층체(302)(예컨대, GaN)의 n 구역과 접촉할 수 있다. 도시된 바와 같이, 측부 금속 접촉 층(318)은 (다층 반도체 적층체(302)의 최상부 표면에 인접한) 최상부 표면에서 노출될 수 있고, 활성 구역(302a)의 최상부에만 전압을 제공하는 데 사용될 수 있다. 그에 따라, 도시된 바와 같이, 측부 금속 접촉 층(318)은 다층 반도체 적층체(302)의 최상부 부분에만 접촉할 수 있고, 절연체에 의해 활성 구역(302a) 및 다층 반도체 적층체(302)의 하부 부분으로부터 분리된다. 측부 금속 접촉 층(318)은, 예컨대, 다층 반도체 적층체(302)의 측벽들에 접촉하는 Al의 얇은 층을 갖는 Cu 층으로 형성될 수 있다.
다층 반도체 적층체(302)의 최하부 부분은 후면 금속 미러(304)에 의해 커버된다. 후면 금속 미러(304)는, 마이크로LED에 의해 생성된 것이든 마이크로LED에 충돌하는 주변 광이든 광을 반사한다. 후면 금속 미러(304)는 또한, 다층 반도체 적층체(302)의 최하부 부분에 그리고 그에 따라 활성 구역(302a)에 전기적 접촉을 제공한다. 후면 금속 미러(304)는, 예컨대, 두께가 약 1 ㎛ 미만일 수 있다.
후면 금속 미러(304)의 최하부 표면은, 예컨대 SiO2의 후면 유전체 층(308)으로 커버될 수 있다. 후면 유전체 층(308)은 예컨대, 약 1 ㎛ ― 약 2 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 후면 유전체 층(308)의 중심에는 금속 접촉 층(306)이 배치되는 내부에 비아가 형성될 수 있다. 금속 접촉 층(306)은, 예컨대, Cu로 형성되고, 후면 금속 미러(304)와 접촉하여 다층 반도체 적층체(302)의 최하부 부분에 전기적 접촉을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 후면 유전체 층(308)은 비-산화물 기재 유전체 물질로 형성될 수 있다.
부동화 층(312)이 후면 유전체 층(308)의 최하부 표면뿐만 아니라 측부 유전체 층(316) 및 측부 금속 접촉 층(318)의 최하부 상에 형성되며, 이들은 동일한 평면으로 연장된다. 부동화 층(312)은 SiN 또는 유사한 물질로 형성될 수 있다. 부동화 층(312)은 약 300 nm - 약 500 nm일 수 있다. 600 nm - 약 700 nm의 접합 층(314)이 부동화 층(312)의 최하부 표면 상에 형성된다. 부동화 층(312) 및 접합 층(314)의 중심에 비아가 형성되어, 비아에 배치된 접촉 층(310)에 의해 금속 접촉 층(306)의 최하부 표면에 대한 전기적 접촉이 허용된다.
도 3a와 유사하게, 도 3b에 도시된 마이크로LED 구조(300b)는, 활성 구역(302a)을 포함하고 측부 유전체 층(316) 및 측부 금속 접촉 층(318)에 의해 측방향으로 둘러싸이는 다층 반도체 적층체(302), 후면 유전체 층(308), 금속 접촉 층(306), 부동화 층(312), 접합 층(314), 및 접촉 층(310)을 포함한다. 그러나, 도 3b에 도시된 실시예에서는 후면 금속 미러(304)가 존재하지 않는다. 대신에, 다층 반도체 적층체(302)의 최하부 표면 상에 다층 반사성 구조(330)가 배치되며, 다층 반도체 적층체(302)와 다층 반사성 구조(330) 사이의 계면에 개재 투명 전도성 막(332)이 있다. 투명 전도성 막(332)은 예컨대, 인듐 주석 산화물(ITO)일 수 있다. 투명 전도성 막(332)은, 마이크로LED 구조(300b)의 한 부분에 인가된 전류가 픽셀 영역의 나머지 내로 측방향으로 확산되는 것을 허용한다.
다층 반사성 구조(330)는 eVia 산화물 층(330b)을 포함하며, 여기서, eVia(330a)는 다층 반도체 적층체(302)에 전기적 접촉을 제공하도록 형성된다. eVia 산화물 층(330b)은, 활성 구역(302a)에 의해 방출되는 파장 범위를 포함하여 적어도 가시 파장들에 본질적으로 투명하다. 다른 실시예들에서, 산화물 이외의 물질들이, 그러한 물질들이 가시 파장들에 본질적으로 투명한 한 사용될 수 있다. eVia(330a)는 Cu로 형성될 수 있고, 다층 반도체 적층체(302)(예컨대, GaN)의 p 도핑된 구역에 접촉하도록 접촉 층, 이를테면 AgTiW로 도금될 수 있다. 도시되진 않지만, 다층 반도체 적층체(302)와 산화물 층(330b) 사이에 얇은(예컨대, 약 20 nm) ITO 층이 배치될 수 있다. ITO 층은 p-GaN 상에 퇴적될 수 있고, 이어서 Ti/Al이 퇴적되어 접촉을 제공할 수 있다. 산화물 층(330b)은 약 0.5 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
eVia 산화물 층(330b)의 최하부 표면에, 분산형 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)(DBR) 구조(330c)가 배치된다. DBR 구조(330c)는, 예컨대, 좁은 파장 범위(전형적으로, 예컨대 약 170 nm의 대역폭을 가짐) 내의 광을 반사하고 나머지 광을 투과시키는 협대역 필터일 수 있다. 이러한 경우에, DBR 구조(330c)에 의해 반사되는 파장 범위는 다층 반도체 적층체(302)에 의해 방출되는 광(전형적으로, 약 10 nm ― 약 50 nm의 대역폭을 가짐) 주위에 실질적으로 중심이 놓일 수 있다. 다른 실시예들에서, DBR 구조는 구조화된 표면의 최상부 상에 미러를 생성하기 위한 유전체 미러로서 선택된다. 유전체 미러는 마이크로LED의 효율을 감소(구조화된 금속 미러가 초래할 수 있음)시키지 않는다는 장점을 갖는다. 이러한 경우에, DBR 구조(330c)는 협대역 필터로서 형성되지 않을 수 있다. DBR 구조(330c)는 약 0.5 ㎛ - 약 1 ㎛의 두께를 갖는다. DBR 구조(330c)가 표시되지만, 활성 구역(302a)에 의해 방출되는 파장 범위에서 비교적 높은 정도의 반사도를 갖고, 실질적으로, 활성 구역(302a)에 의해 방출되는 파장 범위 밖의 가시 파장 범위들에서 상당히 적은 반사도를 가지며, 3D 공학처리된 표면들 상에 퇴적된 경우에도 고도로 반사성인 다른 브래그 반사기들 또는 다른 협대역 반사기들이 사용될 수 있다.
흡수 금속(330d)이 DBR 구조(330c)의 하부 표면 상에 배치된다. 흡수 금속(330d)은 TiW, 또는 적어도, DBR 구조(330c)에 의해 반사되는 파장 범위 밖의(그리고 일부 실시예들에서는 또한, DBR 구조(330c)에 의해 반사되는 파장 범위 내의) 가시 파장들을 흡수하는 다른 물질일 수 있다. 흡수 금속(330d)은 예컨대, 약 100 nm의 두께를 갖는다. 다른 실시예들에서, 금속 이외의 물질들이 가시 파장들을 흡수하는 데 사용될 수 있다.
마이크로LED 구조(300b)를 포함하는 마이크로LED는 상기된 바와 같이 활성 구역(302a)에 의해 정의된 파장 범위 내의 광을 방출할 수 있다. 유사하게, 마이크로LED 구조(300b)의 DBR 구조(330c)는 높은 반사율, 바람직하게는, 방출될 요망되는 파장 범위에 대해 맞춤조정된다. 마이크로LED들은 전형적으로 기판 상에 제조되고, 일반적으로 동일하거나 유사한 방출 특성들을 갖는다. 마이크로LED 어레이는, 모바일 또는 다른 전자 디바이스들, 증강 또는 가상 현실 디바이스들, 및 다색 디스플레이들을 사용하는 다른 디바이스들의 디스플레이들과 같은 다양한 디바이스들에서 사용될 수 있다. 표시된 바와 같이, 상이한 방출 특성들을 갖는 극히 많은 수(수십만 내지 수백만)의 마이크로LED들이 단일 디스플레이를 형성하기 위해 마이크로LED 어레이에서 사용될 수 있다. 방출 특성들은 완전히 상이한 색상들(예컨대, 적색 또는 청색)로서 및 인지가능한 색상(예컨대, 약 620 nm, 650 nm, 680 nm 등에서 방출된 적색) 내에서 인지가능할 수 있다. 색상들에 걸친 그리고 각각의 색상 내에서의 변동은 마이크로LED 어레이를 포함하는 전체 디스플레이의 요망되는 디스플레이 특성들을 가능하게 할 수 있다. 그에 따라서, 마이크로LED 어레이는, 다수의 상이한 기판으로부터의 그리고 전체 디스플레이를 형성하기 위해 요망되는 바와 같이 배열되는 상이한 활성 구역들(302a) 및 DBR 구조들(330c)을 갖는 마이크로LED들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 반사-방지 코팅이 도 3b에 도시된 마이크로LED 구조(300b)에 도포될 수 있다. 반사-방지 코팅은 도 3b의 하나 이상의 계면에 도포될 수 있다. 특히, 반사-방지 코팅은 캡슐화제(320)의 최상부 표면 상에 ― 예컨대, 다층 반도체 적층체(302) 위의 캡슐화제(320)와 공기 사이의 계면에 ―, 다층 반도체 적층체(302)의 최상부 표면 상에 ― 예컨대, 캡슐화제(320)와 다층 반도체 적층체(302)(캡슐화제(320)에 대향하는 다층 반도체 적층체(302)의 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나) 사이의 계면에 ―, 그리고/또는 투명 전도성 막(332)과 eVia 산화물 층(330b) 사이의 계면에(또는, 유리 층과 같은 다른 층이 캡슐화제(320)와 공기 사이에 존재하는 경우, 캡슐화제(320)와 이러한 유리 층 사이에) 퇴적될 수 있다. 위에서 설명된 계면들 중 하나 이상에서의 반사-방지 코팅의 이러한 사용은 프레넬(Fresnel) 반사들을 감소시키거나 제거할 수 있고, 그에 따라, LED 방출 성능을 개선한다.
다양한 구조들이 마이크로LED 구조(300a, 300b)의 분광(spectral) 반사율을 수정하는 데 사용될 수 있다(그렇지만, 그러한 구조들은 도 3b만을 참조하여 도시되고 설명됨). 여기서, 분광은 '스펙트럼적으로 선택적'으로 해석되지 않는다. 그러한 구조들은 일반적으로 하나 이상의 계면에 형성될 수 있다. 광학적으로 투명한 매체(204b) 또는 캡슐화제(320)의 외부 표면(204c)에서 설명된 구조들에 부가하여, 이러한 구조들은, 예컨대, (사파이어 기판이 존재하는 경우) 사파이어 기판 상에 배치되거나 사파이어 기판의 식각된 표면에 임베딩되거나 또는 (사파이어 기판이 존재하지 않는 경우) GaN 표면에 또는 그 표면 상에 있는 나노입자들, 반도체 구조에 임베딩되는 다층 나노다공성 구조, 및/또는 (예컨대, 박막 플립-칩 구조에서) GaN 표면 거칠기 중 하나 이상을 포함한다. 나노입자들은 주기적 구조 상에 배치될 때 자기-조립(self-assemble)될 수 있다.
일부 실시예들에서, 도 3c에 도시된 바와 같이, 가시 스펙트럼에서의 반사율을 조정하고 광 산란을 제공하기 위해 반도체 구조의 조면화된 표면(302b) 상에 무작위로 포지셔닝된 나노구체들(최대 약 100 nm의 직경을 가짐)이 퇴적될 수 있다. 예컨대, GaN 기재 반도체 구조의 경우, 스핀 코팅 또는 다른 퇴적 또는 형성 프로세스에 의해 GaN의 식각된 표면 상에 실리카 나노구체들이 퇴적될 수 있다. GaN과 실리카 나노구체들 사이의 굴절률들은, 실리카 나노구체들이 반사기로서의 역할을 하여 실리카 나노구체들의 수의 증가에 따라 확산 반사율이 증가하는 반사율 변조들을 생성한다. 예컨대, 실리카 나노구체들은 직경이 약 100 nm일 수 있고, (예컨대, H2SO4:H3PO4 식각을 사용하여) 습식 식각된 패터닝된 사파이어 기판 상에 스핀 코팅되어, 사파이어 기판 상에 GaN을 성장시키기 전에 사파이어 기판 상에 주기적 방식으로 자기-조립될 수 있다. 대안적으로, 나노구체들은 사파이어 기판 상에서 단층(monolayer)으로 또는 실질적으로 단층으로 성장될 수 있고, 후속하여 GaN이 단층 상에 성장될 수 있다. SiO2 구체들 또는 쉘들(중공 SiO2 구체들)이 사용될 수 있다. 도 3c에서, 실리카 나노구체들은 식각될 수 있는 GaN의 표면 상에 단층으로 퇴적된다. 실리카 나노구체들이 동일한 크기인 것으로 도시되지만, 실리카 나노구체들은 상이한 크기들을 가질 수 있다. 구형으로 지칭되지만, 다른 실시예들에서, 상이한 형상들(예컨대, 난형)이 구형에 부가하여 또는 그 대신에 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 임베딩된 나노다공성 구조가 산란을 증가시키기 위해 사용될 수 있다. 예컨대, 나노다공성 GaN/도핑되지 않은 GaN 분산형 브래그 반사기(DBR) 구조(302c)가, 예컨대, 마이크로LED 구조(302)의 최하부에서 GaN에 포함될 수 있다. 특히, n+-GaN 층들은 도핑-선택적 전기화학적 습식 식각 프로세스를 통해 낮은 굴절률의 나노다공성 GaN 구조를 가질 수 있다. DBR 구조는, 예컨대, AlGaN/GaN 적층체 또는 AlN/GaN 적층체에 의해 형성될 수 있다. 임베딩된 공극들은 광을 효과적으로 산란시킨다. 나노다공성은 최대 약 100 nm의 세공들을 갖는 매체를 지칭한다는 것을 유의한다.
일부 실시예들에서, 반도체 구조가 성장되는 기판이 제거되고 반도체 구조의 노출된 층이 조면화될 수 있다. 예컨대, GaN 기재 반도체 구조의 경우, 엑시머 레이저를 사용하여 사파이어 기판이 제거되고, 노출된 GaN(n-도핑된 GaN)이 UV 램프 및 수산화칼륨(KOH)의 희석된 수용액을 사용하여 광전기화학적으로 조면화될 수 있다. 이어서, p-도핑된 GaN이 금속화되고, 애노드의 역할을 하는 다른 반도체 기판에 접합될 수 있다. 조면화된 표면(302b)은 공기-반도체 계면에서의 확산 반사율을 증가시킨다. 도 3d는 일부 실시예들에 따른 다른 반도체 구조를 예시한다. 구체적으로, 도 3d는 조면화된 GaN 표면(302d)을 도시한다. 조면화는 표면의 불균질성을 약 1 ㎛ - 약 2 ㎛의 깊이가 되도록 증가시킬 수 있다. 조면화된 GaN 표면(302d)은 또한, 패터닝된 사파이어 표면 상에 성장됨으로써 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 얇은 AlN 층(예컨대, 약 20 nm)이 SiO2 피처들의 퇴적 이전에 사파이어 기판 상에 퇴적될 수 있으며, 이는 산란을 증가시킨다. 사파이어는 AlN의 퇴적 이전에 패터닝될 수 있거나 패터닝되지 않을 수 있다. 예컨대, 스퍼터 퇴적 툴을 사용하여, AlN의 핵형성 층이 패터닝되지 않은 사파이어 기판 상에 퇴적될 수 있다. 이어서, 플라즈마 강화 화학 기상 퇴적(PECVD)을 사용하여, 약 800 nm의 SiO2 층이 AlN 층 위에 코팅될 수 있다. 나노임프린트 리소그래피를 사용하여, 약 1000 nm의 피치 및 약 200 nm의 원 직경을 갖는 원들의 육각형 패턴이 SiO2 층 상의 포토레지스트 코팅에 전사될 수 있다. 이어서, 웨이퍼는, SiO2를 효율적으로 식각하지만 AlN을 기껏해야 느리게 식각하는 조건들을 사용하여 반응성 이온 식각(RIE) 툴에서 식각될 수 있다. 포토레지스트의 제거 및 웨이퍼 세정 이후에, 그 결과는 SiO2 원뿔들의 육각형 어레이이다. 이어서, 웨이퍼는 LED 디바이스 층들의 에피택시를 위해 III족 질화물 MOVPE 반응기 내로 로딩될 수 있다. 저온 핵형성 층으로 시작되는 전형적인 MOVPE 성장 실행과 달리, 이러한 경우의 MOVPE 프로세스는 고온 GaN 성장으로 시작되며, 그에 의해, 사전 퇴적된 AlN 대 SiO2 원뿔 피처들의 표면들 상의 GaN 핵형성 레이트들의 큰 차이를 이용한다.
도 4a는 일부 실시예들에 따른, 도 2b에 도시된 구조에 대한 주변 광 반사율을 예시한다. 도 4a는 피라미드 각도의 함수로서의 주변 광의 반사율의 시뮬레이션을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 반사율은 어떠한 측정도 취해지지 않을 때 디스플레이 내에 LED가 없는 것과 비교하여 약 3 % 만큼 증가되며, 직각으로부터 약 20° 내지 30°의 프림 각도(prim angle)들에 대해 2배 만큼 감소될 수 있다. 도 4b는 일부 실시예들에 따른, 도 2b에 도시된 구조에 대한 추출 효율을 예시한다. 구체적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, LED들의 추출 효율은 동일한 프리즘 각도의 함수로서 도시된다.
관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 인식될 바와 같이, 본원에서 설명된 양상들, 특히, 마이크로-LED 어레이들 및 마이크로-LED 어레이들의 제어의 양상들은 다양한 방식들로 ― 예컨대, 방법, 시스템, 컴퓨터 프로그램 제품, 또는 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서 ― 구현될 수 있다. 그에 따라서, 양상들은 전적으로 하드웨어 실시예, 전적으로 소프트웨어 실시예(펌웨어, 상주 소프트웨어, 마이크로-코드 등을 포함함), 또는 소프트웨어 및 하드웨어 양상들을 결합한 실시예의 형태를 취할 수 있으며, 이들 모두는 일반적으로 본원에서 "회로", "모듈", 또는 "시스템"으로 지칭될 수 있다. 본 개시내용에서 설명된 기능들은, 하나 이상의 컴퓨터의 하나 이상의 하드웨어 프로세서, 예컨대 하나 이상의 마이크로프로세서에 의해 실행되는 알고리즘으로서 구현될 수 있다. 프로세서가 본원에서 언급되지만, 표시된 기능들을 수행하는 것이 가능한 임의의 로직이 사용될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 본원에서 설명된 방법들 각각의 상이한 단계들 및 단계들의 부분들은 상이한 프로세서들에 의해 수행될 수 있다. 또한, 양상들은, 컴퓨터 판독가능 프로그램 코드가 구현, 예컨대 저장되는 비-일시적인 매체와 같은 하나 이상의 컴퓨터 판독가능 매체(들)에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다. 다양한 실시예들에서, 그러한 컴퓨터 프로그램은, 예컨대, 기존 디바이스들 및 시스템들에(예컨대, 기존 조명 시스템들 등에) 다운로드(업데이트)되거나 또는 이러한 디바이스들 및 시스템들의 제조 시에 저장될 수 있다.
도 5는 일부 실시예들에 따른 예시적인 시스템(500)을 예시한다. 실시예들 중 일부에서, 도 5에 도시된 컴포넌트들 모두가 존재하지는 않을 수도 있다. 시스템(500)은, 위의 배열들 중 임의의 배열로, 예컨대, 조명기구에서, 모바일 디바이스에서, 또는 실내 또는 실외 조명 환경들에 대해 제공될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(500)은 또한, 능동 헤드램프 시스템에서, 또는 증강 현실 또는 가상 현실 디바이스에서 사용될 수 있다. 이러한 응용들 중 임의의 응용에서, 시스템(500)에 의해 출력되는 광 세기 및/또는 그 광에 의해 제공되는 이미지는 위에서 설명된 바와 같이 조정될 수 있다. 시스템(500)은, 마이크로-LED 어레이에 의해 가능하게 되는 픽셀화된 구성을 구현할 수 있다.
시스템(500)은 장치의 버스(502) 및 전원(504)에 결합될 수 있다. 전원(504)은 시스템(500)에 대한 전력을 제공할 수 있다. 버스(502)는, 시스템(500)에 데이터를 제공하고/거나 그 시스템에 또는 그 시스템으로부터 제공된 데이터를 활용할 수 있는 하나 이상의 컴포넌트에 결합될 수 있다. 버스(502) 상에서 제공되는 데이터는, 예컨대, 다른 것들 중에서도, 디스플레이될 이미지의 이미지 데이터, 사용자 제어 데이터(예컨대, 밝기, 명암비 조정들), 시스템(500) 주위의 환경 조건들(이를테면, 하루 중 시간, 비가 오는지 여부, 안개가 있는지 여부, 주변 광 레벨들, 및 다른 환경 데이터)과 같은 외부 시스템 센서들과 관련된 데이터를 포함할 수 있다. 시스템(500)이 차량에 있고 조명이 예컨대, 내부 캐빈(cabin) 조명 또는 디스플레이를 위해 제공될 때, 예컨대, 버스(502) 상에서 제공되는 데이터는 또한 차량의 조건들(이를테면, 차량이 주차되어 있는지 여부, 차량이 움직이고 있는지 여부, 차량의 현재 속도, 차량의 현재 이동 방향), 및/또는 차량 주위의 다른 차량들 또는 보행자들의 존재/포지션들과 관련될 수 있다. 시스템(500)은, 도시된 컴포넌트들 또는 시스템(500)이 상주하는 디바이스의 다른 컴포넌트들에 피드백(이를테면, 시스템의 동작에 관한 정보)을 제공할 수 있다.
시스템(500)은 센서 모듈(506)을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서 모듈(506)은, 시스템(500)의 주변을 감지할 수 있는 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 센서는, 시스템(500)에 의해 방출된 광에 의해 생성될 이미지에 영향을 줄 수 있는 주변을 감지할 수 있다. 시스템(500)이 예컨대 차량에 배치되는 실시예들에서, 센서들은 차량 주위의 환경 조건들, 및/또는 아직 제공되지 않은 경우 차량 주위의 다른 차량들 또는 보행자들의 존재/포지션들을 감지할 수 있다. 다른 실시예들에서, 이를테면, 시스템(500)이 모바일 디바이스에 배치될 때, 센서 모듈(506)은, 다른 것들 중에서도, 가속도계, 자이로스코프, 자력계, GPS, 근접 센서, 주변 광 센서, 마이크로폰, 터치스크린 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 센서 모듈(506)은 버스(502) 상에서 제공되는 데이터와 조합되어 동작할 수 있거나, 또는 버스(502) 상에서 제공되는 데이터의 일부분 대신에 동작할 수 있다. 센서 모듈(506)은 센서들에 의해 감지되었다는 것을 표시하는 데이터를 시각적으로(그리고/또는 청각적으로 그리고/또는 촉각적으로) 출력할 수 있다.
시스템(500)은 송수신기(508)를 더 포함할 수 있다. 송수신기(508)는, 일부 실시예들에서, 범용 비동기식 수신기-송신기(UART) 인터페이스 또는 직렬 주변기기 인터페이스(SPI)를 가질 수 있다. 송수신기(508)는 또한 버스(502) 및 센서 모듈(506)에 결합될 수 있고, 버스(502) 및 센서 모듈(506)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 송수신기(508)는, 버스(502) 및 센서 모듈(506)로부터 수신된 데이터를 다중화할 수 있다. 송수신기(508)는 피드백을 버스(502) 또는 센서 모듈(506)로 지향시킬 수 있다.
시스템(500)은 프로세서(510)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(510)는, 송수신기(508)에 결합되는 하드웨어 프로세서(단일 또는 다중 코어)일 수 있다. 프로세서(510)는 송수신기(508)와 데이터를 교환할 수 있다. 예컨대, 프로세서(510)는, 버스(502) 및/또는 센서 모듈(506)에 의해 제공된 데이터를 송수신기(508)로부터 수신할 수 있다. 프로세서(510)는, 시스템(500)으로부터 방출된 광에 의해 생성될 이미지를 표시하는 이미지 데이터를 생성할 수 있다. 프로세서(510)는 추가로, 시스템(500)의 (도시되거나 도시되지 않은) 컴포넌트들 중 하나 이상으로부터 정보를 요청하는 하나 이상의 질의를 생성할 수 있다. 프로세서(510)는 추가로, 버스(502) 및/또는 센서 모듈(506)로 지향되도록 송수신기(508)에 피드백을 제공할 수 있다.
시스템(500)은 일루미네이션 디바이스(512)를 더 포함할 수 있다. 일루미네이션 디바이스(512)는 다수의 상이한 광 출력들을 생성할 수 있다. 일루미네이션 디바이스(512)는, (상기된 바와 같이, 수만 개 이상의 개별 마이크로-LED들일 수 있는) 마이크로-LED 어레이를 포함하는 조명 시스템(514)을 포함할 수 있다. 일루미네이션 디바이스(512)는 프로세서(510)에 결합될 수 있고, 프로세서(510)와 데이터를 교환할 수 있다. 특히, 조명 시스템(514)은 프로세서(510)에 결합될 수 있고, 프로세서(510)와 데이터를 교환할 수 있다. 조명 시스템(514)은 프로세서(510)로부터 이미지 데이터 및 질의를 수신할 수 있고, 프로세서(510)에 피드백을 제공할 수 있다.
시스템(500)은 전력 보호부(516)를 더 포함할 수 있다. 전력 보호부(516)는 전원(504)에 결합될 수 있고, 전원으로부터 전력을 수신할 수 있다. 전력 보호부(516)는, 전도 방출들을 감소시키고 전력 내성을 제공할 수 있는 하나 이상의 필터들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 보호부(516)는, 정전기 방전(ESD) 보호, 로드-덤프( load-dump) 보호, 교류 발전기 전계 감쇠 보호, 역극성 보호, 또는 이들의 일부 조합을 제공할 수 있다.
시스템(500)은 프로세서 전력(518)을 더 포함할 수 있다. 프로세서 전력(518)은 전력 보호부(516)에 결합될 수 있고, 전원(504)으로부터 전력을 수신할 수 있다. 프로세서 전력(518)은, 예컨대, 전원(504)에 의해 제공되는 전력으로부터 프로세서(510)에 전력을 공급하기 위한 전력을 생성할 수 있는 LDO(low-dropout) 조절기를 포함할 수 있다. 프로세서 전력(518)은 추가로 프로세서(510)에 결합될 수 있고, 프로세서(510)에 전력을 제공할 수 있다.
시스템(500)은 전력 공급부(520)를 더 포함할 수 있다. 전력 공급부(520)는 전력 보호부(516)에 결합될 수 있고, 전원(504)으로부터 전력을 수신할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전력 공급부(520)는 전원(504)으로부터의 전력을 일루미네이션 디바이스(512)를 위한 전력으로 변환하는 변환기를 포함할 수 있다. 예컨대, 전력 공급부(520)는, 전력 공급부(520)로부터의 전력을 제1 전압으로부터 일루미네이션 디바이스(512)의 조명 시스템(514)을 위한 제2 전압으로 변환하는 직류(DC)-DC 변환기를 포함할 수 있다.
도 6은 일부 실시예들에 따른 예시적인 조명 시스템(600)을 예시한다. 상기된 바와 같이, 조명 시스템(600)에 도시된 요소들 중 일부는 존재하지 않을 수 있는 한편, 다른 부가적인 요소들이 조명 시스템(600)에 배치될 수 있다. 도 5에 도시된 시스템(500)은 조명 시스템(600)의 피처들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 조명 시스템(600)은 제어 모듈(602)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어 모듈(602)로서 설명된 컴포넌트들 중 일부 또는 그 전부는, 예컨대, 화합물 금속 산화물 반도체(compound metal oxide semiconductor)(CMOS) 백플레인 상에 배치될 수도 있다. 일부 실시예들, 예컨대, 더 큰 디스플레이들에서, 유리 백플레인이 사용될 수 있다. 이러한 경우에, 반도체 물질은 개별 픽셀들을 제어하기 위한 트랜지스터들을 형성하도록 퇴적될 수 있다. 제어 모듈(602)은 도 5에 도시된 전체 시스템(500)의 프로세서(510)에 결합되거나 이를 포함할 수 있다. 제어 모듈(602)은 프로세서(510)로부터 이미지 데이터 및 질의들을 수신할 수 있다. 제어 모듈(602)은 추가로, 프로세서(510)에 피드백을 제공할 수 있다.
제어 모듈(602)은 디지털 인터페이스(604)를 포함할 수 있다. 디지털 인터페이스(604)는, 프로세서 및 조명 시스템(600) 내의 다른 컴포넌트들과의 통신을 용이하게 할 수 있다. 예컨대, 디지털 인터페이스(604)는 일부 실시예들에서 SPI 인터페이스를 포함할 수 있으며, 여기서, SPI 인터페이스는 통신을 용이하게 할 수 있다.
제어 모듈(602)은 이미지 프로세서(606)를 더 포함할 수 있다. 이미지 프로세서(606)는, 도 5에 도시된 프로세서(510)와 상이할 수 있거나 그와 동일할 수 있는 전용 프로세서일 수 있다. 이미지 프로세서(606)는 디지털 인터페이스(604)를 통해 이미지 데이터를 수신할 수 있고, 이미지 데이터를 처리하여, 예컨대, 조명 시스템(600)으로 하여금 위에서 설명된 교정에 기반하여 이미지 데이터에 의해 표시되는 이미지들을 생성하게 하기 위한 광의 PWM 듀티 사이클들 및/또는 세기들의 표시들을 생성할 수 있다.
제어 모듈(602)은 프레임 버퍼(608) 및 대기(standby) 이미지 저장소(610)를 더 포함할 수 있다. 프레임 버퍼(608)는, 이미지 프로세서(606)에 의해 생성된 표시들을 수신하고 구현을 위해 표시들을 저장할 수 있다. 대기 이미지 저장소(610)는 추가로, PWM 듀티 사이클들, 광 세기들, 및/또는 턴-온 시간들의 표시들을 저장할 수 있다. 대기 이미지 저장소(610)에 저장된 표시들은 프레임 버퍼(608)에 저장된 표시들의 부재 시 구현될 수 있다. 예컨대, 프레임 버퍼(608)는, 프레임 버퍼(608)가 비어 있을 때 대기 이미지 저장소(610)로부터 표시들을 리트리브(retrieve)할 수 있다.
제어 모듈(602)은 PWM 생성기(612)를 더 포함할 수 있다. PWM 생성기(612)는 프레임 버퍼(608)로부터 표시들을 수신할 수 있고, 표시들에 따른 PWM 신호들을 생성할 수 있다. PWM 생성기(612)는 추가로, 표시들에 기반하여 광 세기들을 결정하고 그 광 세기들이 생성되게 하는 신호를 생성할 수 있다.
조명 시스템(600)은 마이크로-LED 어레이(614)를 포함할 수 있다. 마이크로-LED 어레이(614)는 복수의 픽셀들을 포함할 수 있으며, 여기서, 픽셀들 각각은 개별적으로 또는 픽셀 유닛들(616)의 그룹들로 제어될 수 있는 픽셀 유닛(616)을 포함한다. 특히, 픽셀 유닛(616)은 LED(618), PWM 스위치(620), 및 전류 소스(622)를 포함할 수 있다. 픽셀 유닛(616)은 PWM 생성기(612)로부터 신호들을 수신할 수 있다. PWM 생성기(612)로부터의 PWM 신호는, PWM 스위치(620)가 PWM 신호의 값에 따라 개방 및 폐쇄되게 할 수 있다. 광 세기들에 대응하는 신호는, 전류 소스(622)로 하여금, LED(618)가 대응하는 광 세기들을 생성하게 하는 전류 흐름을 생성하게 할 수 있다.
조명 시스템(600)은 LED 전력 공급부(624)를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, LED 전력 공급부(624)는 전력 공급부(520)에 결합될 수 있고, 전력 공급부(520)로부터 전력을 수신할 수 있다. LED 전력 공급부(624)는 마이크로-LED 어레이(614)의 LED들에 대한 전력을 생성할 수 있다. LED 전력 공급부(624)는 마이크로-LED 어레이(614)에 결합될 수 있고, LED들에 대한 전력을 마이크로-LED 어레이(614)에 제공할 수 있다.
도 7은 일부 실시예에 따른, 시스템을 구현하기 위한 예시적인 하드웨어 배열을 예시한다. 상기된 바와 같이, 하드웨어 배열의 단지 하나의 실시예가 도시되며; 다른 실시예들에서, 요소들 중 일부가 존재하지 않을 수 있거나 다른 요소들이 부가될 수 있다. 특히, 도 7의 하드웨어 배열(700)은, 위에서 설명된 것과 같은 조명 시스템(600)의 제어 모듈(602) 및 마이크로-LED 어레이(614)의 추가적인 상세사항들을 도시한다. 도 7에 도시된 다양한 모듈들의 기능성을 제공하기 위해 사용되는 프로세서 및 메모리들과 같은 모든 요소들이 도시되지는 않을 수 있다는 것을 유의한다. 일부 실시예들에서, 도 7에 도시된 회로는, 예컨대, CMOS 백플레인 상에 제공될 수 있다.
제어 모듈(710)은 LED들(742)을 제어하기 위한 데이터를 공급받을 수 있다. 특히, 제어 모듈(710)은, 디스플레이를 위해 제공될 직렬 이미지 데이터가 디지털 인터페이스를 통해 수신될 수 있는 입력을 갖는 입력 프레임 버퍼(712)를 포함한다. 직렬 이미지 데이터는 이미지 프로세서(도시되지 않음)에 의해 생성된 표시들을 포함할 수 있다. 입력 프레임 버퍼(712)는, 입력 프레임 버퍼(712)가 디스플레이에 사용하기 위해 비어 있을 때 대기 이미지 저장소로부터 표시들을 리트리브할 수 있다. 입력 프레임 버퍼(712)는 직렬 이미지 데이터를 프로세서의 순환 중복 검사(CRC) 이미지 분석 모듈(714)에 제공할 수 있으며, 이 모듈은, 버퍼링된 직렬 이미지 데이터가 유효한지 여부를 결정할 수 있다. 유효하다면, 유효 데이터는 디스플레이 프레임 버퍼(716)에 공급될 수 있다.
CRC 이미지 분석 모듈(714) 및 디스플레이 프레임 버퍼(716)로부터의 데이터는 LED들(742)을 구동하기 위해 픽셀 드라이버(720)에 공급될 수 있다. 특히, CRC 이미지 분석 모듈(714)로부터의 데이터는 픽셀 드라이버(720)의 상승 에지 위상 편이 모듈(724)에 공급될 수 있는 한편, 디스플레이 프레임 버퍼(716)로부터의 데이터는 픽셀 드라이버(720)의 펄스 지속기간 모듈(722)에 공급될 수 있다. 상승 에지 위상 편이 모듈(724)은 또한, PWM 생성기(718)로부터 미리 결정된 주파수의 PWM을 수신할 수 있다. 그에 따라, CRC 이미지 분석 모듈(714) 데이터는 상승 에지 위상 편이 모듈(724)에 의해 PWM 신호의 상승 에지를 얼마나 많이 편이시킬지를 결정하는 데 사용될 수 있는 한편, 디스플레이 프레임 버퍼(716)로부터의 데이터는 결과적인 PWM 신호의 지속기간을 조정하는 데 사용될 수 있다.
결과적인 위상-편이되고 지속기간-조정된 PWM 신호가 입력 트랜스컨덕턴스 디바이스(732)의 제어 단자에 공급될 수 있다. 도시된 바와 같이, 입력 트랜스컨덕턴스 디바이스(732)는 p-채널 향상 유형 MOSFET일 수 있지만, 다른 유형들의 FET들 또는 다른 디바이스들이 사용될 수 있다. 그에 따라, 변경된 PWM 신호가 MOSFET(732)의 게이트에 공급될 수 있다. MOSFET(732)의 소스는 전력 공급부(Vcc)와 연결될 수 있다. MOSFET(732)의 드레인은 비교기(738)의 출력 및 다른 MOSFET(736)의 제어 단자와 연결될 수 있다. 비교기(738)의 입력들은 미리 결정된 바이어스 전압 및 변경된 PWM 신호에 의존하는 전압일 수 있다. MOSFET(732)의 소스(및 그에 따른 PWM 신호)는 저항기(734)의 하나의 단부에 결합되고, 저항기(734)의 다른 단부는 비교기(738)의 다른 입력 및 다른 MOSFET(736)의 소스에 결합될 수 있다. 다른 MOSFET(736)의 드레인은 LED들(742)에 공급되기 전에 증폭기(740)에 결합될 수 있다. 다른 MOSFET(736)의 드레인은 또한 제어 모듈(710)에 피드백 전압을 공급하기 위해 스위치(744)에 결합될 수 있다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 위에 개시된 주제를 구현하기 위한 예시적인 하드웨어 배열(800)을 예시한다. 특히, 하드웨어 배열(800)은, CMOS 드라이버에 대한 시스템(500)을 구현할 수 있는 하드웨어 컴포넌트들을 예시할 수 있으며, TFT 백플레인 또는 혼합된 TFT 및 IC 백플레인과 같은 다른 유형들의 백플레인들에 대해 다른 배열들이 사용될 수 있다. 하드웨어 배열(800)은 통합된 LED(808)를 포함할 수 있다. 통합된 LED(808)는 LED 다이(802) 및 백플레인(804)을 포함할 수 있다. LED 다이(802)는 하나 이상의 상호연결부(810)에 의해 백플레인(804)에 결합될 수 있으며, 여기서, 상호연결부들(810)은 LED 다이(802)와 백플레인(804) 사이에서의 신호들의 송신을 제공할 수 있다. 상호연결부들(810)은, 하나 이상의 납땜 범프 이음부, 하나 이상의 구리 필러(pillar) 범프 이음부, 관련 기술분야에 알려져 있는 다른 유형들의 상호연결부들, 또는 이들의 일부 조합을 포함할 수 있다.
LED 다이(802)는 마이크로-LED 어레이를 구현하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 특히, LED 다이(802)는 복수의 마이크로-LED들을 포함할 수 있다. LED 다이(802)는 마이크로-LED 어레이에 대한 공유 활성 층 및 공유 기판을 포함할 수 있으며, 그에 의해, 마이크로-LED 어레이는 단일체 마이크로-LED 어레이일 수 있다. 마이크로-LED 어레이의 각각의 마이크로-LED는 개별 세그먼트화된 활성 층 및/또는 기판을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, LED 다이(802)는, 마이크로-LED 어레이를 구동하기 위한 스위치들 및 전류 소스들을 더 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, PWM 스위치들 및 전류 소스들이 CMOS 백플레인(804)에 포함될 수 있다.
백플레인(804)은 제어 모듈 및/또는 LED 전력 공급부를 구현하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 백플레인(804)은, 마이크로-LED 어레이로 하여금 PWM 신호들 및 세기에 따라 광을 생성하게 하기 위해, 상호연결부들(810)을 활용하여 PWM 신호들 및 세기에 대한 신호들을 마이크로-LED 어레이에 제공할 수 있다. 표준 LED 어레이들과 비교하여 마이크로-LED 어레이를 구동하기 위한 상대적으로 많은 수 및 밀도의 연결들 때문에, 상이한 실시예들이 백플레인(804) 및 LED 다이(802)를 전기적으로 연결하는 데 사용될 수 있다. 백플레인(804)의 접합 패드 피치는 마이크로-LED 어레이의 접합 패드들의 피치와 동일할 수 있거나, 또는 백플레인(804)의 접합 패드 피치는 마이크로-LED 어레이의 접합 패드들의 피치보다 클 수 있다.
하드웨어 배열(800)은 PCB(806)를 더 포함할 수 있다. PCB(806)는, 예컨대 도 5에 도시된 것과 같은 기능성(전력 보호부(516), 프로세서 전력(518), 센서 모듈(506), 송수신기(508), 프로세서(510), 또는 이들의 부분들)을 구현하기 위한 회로를 포함할 수 있다. PCB(806)는 백플레인(804)에 결합될 수 있다. 예컨대, PCB(806)는 하나 이상의 와이어 접합(812)을 통해 백플레인(804)에 결합될 수 있다. PCB(806) 및 백플레인(804)은 결합을 통해, 다른 신호들 중에서도, 이미지 데이터, 전력, 및/또는 피드백을 교환할 수 있다.
도시된 바와 같이, 마이크로-LED들 및 마이크로-LED 어레이를 지지하는 회로는 패키징될 수 있고, 마이크로-LED들에 의해 전력을 공급하고 광 생성을 제어하기 위한 서브마운트 또는 인쇄 회로 보드를 포함할 수 있다. 마이크로-LED 어레이를 지지하는 PCB(806)는, 전기적 비아들, 열 싱크들, 접지 평면들, 전기적 트레이스들, 및 플립 칩, 또는 다른 장착 시스템들을 포함할 수 있다. 서브마운트 또는 PCB는 임의의 적합한 물질, 이를테면, 세라믹, 규소, 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. 서브마운트 물질이 전도성인 경우, 기판 물질 위에 절연 층이 형성될 수 있고, 마이크로-LED 어레이와의 접촉을 위해 절연 층 위에 금속 전극 패턴이 형성될 수 있다. 서브마운트는 마이크로-LED 어레이 상의 전극들과 전력 공급부 사이에 전기적 인터페이스를 제공하는 기계적 지지부로서의 역할을 할 수 있고, 또한, 열 싱크 기능성을 제공할 수 있다.
상기된 바와 같이, 다양한 응용들이 마이크로-LED 어레이들에 의해 지원될 수 있다. 그러한 응용들은 (예컨대, 방 또는 차량 내에서) 일반적인 일루미네이션을 제공하거나 특정 이미지들을 제공하기 위한 독립형 응용들을 포함할 수 있다. 조명기구, 프로젝터, 모바일 디바이스와 같은 디바이스들에 부가하여, 시스템은 증강 현실(AR) 및 가상 현실(VR) 기반 응용들을 제공하는 데 사용될 수 있다. 헤드셋들, 안경, 및 프로젝터들을 포함하는 다양한 유형들의 디바이스들이 AR/VR을 사용자들에게 제공하는 데 사용될 수 있다. 그러한 AR/VR 시스템은 위에서 설명된 것들과 유사한 컴포넌트들, 즉, 다른 것들 중에서도, 마이크로-LED 어레이, 디스플레이 또는 스크린(터치스크린 요소들을 포함할 수 있음), 마이크로-LED 어레이 제어기, 센서들, 및 제어기를 포함할 수 있다. AR/VR 컴포넌트들은 단일 구조로 배치될 수 있거나, 또는 도시된 컴포넌트들 중 하나 이상이 별개로 장착되고 유선 또는 무선 통신을 통해 연결될 수 있다. 전력 및 사용자 데이터가 제어기에 제공될 수 있다. 사용자 데이터 입력은 오디오 명령어들, 햅틱 피드백, 눈 또는 동공 포지셔닝, 또는 연결된 키보드, 마우스, 또는 게임 컨트롤러에 의해 제공되는 정보를 포함할 수 있다. 센서들은, 카메라들, 깊이 센서들, 오디오 센서들, 가속도계들, 2축 또는 3축 자이로스코프들, 및 사용자 입력 데이터를 제공하는 다른 유형들의 움직임 및/또는 환경/착용자 센서들을 포함할 수 있다. 다른 센서들은, 공기 압력, 응력 센서들, 온도 센서들, 또는 로컬 또는 원격 환경 모니터링을 위한 임의의 다른 적합한 센서들을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 제어 입력은, 검출된 터치 또는 탭들, 제스처 입력, 또는 헤드셋 또는 디스플레이 포지션에 기반한 제어를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 병진 또는 회전 움직임을 측정하는 하나 이상의 자이로스코프 또는 포지션 센서로부터의 하나 이상의 측정 신호에 기반하여, 초기 포지션에 대한 AR/VR 시스템의 추정 포지션이 결정될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제어기는, 사용자에게 콘텐츠(AR/VR 및/또는 비-AR/VR)를 디스플레이하기 위해 개별 마이크로-LED들 또는 하나 이상의 마이크로-LED 픽셀(마이크로-LED들의 그룹들)을 제어하면서 눈 추적에 사용되는 다른 마이크로-LED들 및 센서들을 제어하여 디스플레이되는 콘텐츠를 조정할 수 있다. 콘텐츠 디스플레이 마이크로-LED들은 가시 대역(대략적으로 400 nm 내지 780 nm) 내의 광을 방출하도록 설계될 수 있는 반면, 추적을 위해 사용되는 마이크로-LED들은 IR 대역(대략적으로 780 nm 내지 2,200 nm) 내의 광을 방출하도록 설계될 수 있다. 일부 실시예들에서, 추적 마이크로-LED들 및 콘텐츠 마이크로-LED들은 동시에 활성일 수 있다. 일부 실시예들에서, 추적 마이크로-LED들은, 콘텐츠 마이크로-LED들이 비활성화되고 그에 따라 사용자에게 콘텐츠를 디스플레이하고 있지 않은 시간 기간 동안 추적 광을 방출하도록 제어될 수 있다. AR/VR 시스템은, 예컨대, 마이크로-LED 어레이에 의해 방출된 광을 AR/VR 디스플레이 상에 결합하기 위해, 위에서 설명된 것들과 같은 광학기기 및/또는 AR/VR 디스플레이를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, AR/VR 제어기는, 센서들로부터의 데이터를 사용하여, 시간 경과에 따라 가속도계들로부터 수신된 측정 신호들을 적분하여 속도 벡터를 추정하고, 시간 경과에 따른 속도 벡터를 적분하여 AR/VR 시스템에 대한 기준점의 추정 포지션을 결정할 수 있다. 다른 실시예들에서, AR/VR 시스템의 포지션을 설명하는 데 사용되는 기준점은, 깊이 센서, 카메라 포지셔닝 뷰들, 또는 광학 필드 흐름에 기반할 수 있다. AR/VR 시스템의 포지션, 배향, 또는 움직임의 변화들에 기반하여, 시스템 제어기는 발광 어레이 제어기에 이미지들 또는 명령어들을 전송할 수 있다. 이미지들 또는 명령어들의 변경들 또는 수정이 또한 사용자 데이터 입력에 의해 또는 자동화된 데이터 입력에 의해 이루어질 수 있다.
일반적으로, VR 시스템에서, 디스플레이는 3차원 장면과 같은 장면의 뷰를 사용자에게 제시할 수 있다. 사용자는, 이를테면 사용자의 머리를 재-포지셔닝하거나 또는 걷는 것에 의해 장면 내에서 이동할 수 있다. VR 시스템은, 사용자의 움직임을 검출하고 그 움직임을 고려하도록 장면의 뷰를 변경할 수 있다. 예컨대, 사용자가 사용자의 머리를 회전시키는 경우, 시스템은 사용자의 시선과 매칭하도록 뷰 방향들이 달라지는 장면의 뷰들을 제시할 수 있다. 이러한 방식으로, VR 시스템은 3차원 장면에서 사용자의 존재를 시뮬레이션할 수 있다. 추가로, VR 시스템은, 이를테면 웨어러블 포지션 센서들로부터 촉각적 감각 입력을 수신할 수 있고, 임의적으로, 사용자에게 촉각적 피드백을 제공할 수 있다.
반면에, AR 시스템에서, 디스플레이는 사용자의 주변으로부터의 요소들을 장면의 뷰에 통합할 수 있다. 예컨대, AR 시스템은, 사용자의 주변의 뷰에 텍스트 자막들 및/또는 시각적 요소들을 부가할 수 있다. 예컨대, 소매업자는, 사용자의 주변의 포착된 이미지 위에 가구 한 점의 시각화를 통합함으로써, 그 가구 한 점이 사용자의 집의 방에서 어떻게 보일 것인지를 사용자에게 보여주기 위해 AR 시스템을 사용할 수 있다. 사용자가 사용자의 방 주위로 이동할 때, 시각화는, 사용자의 움직임을 고려하고 모션과 일치하는 방식으로 가구의 시각화를 변경한다. 예컨대, AR 시스템은 방에 가상 의자를 포지셔닝할 수 있다. 사용자는 의자의 전면 측을 보기 위해 가상 의자 위치의 전면 측에서 방 안에 서 있을 수 있다. 사용자는 의자의 후면 측을 보기 위해 가상 의자 위치 뒤의 영역으로 방 안에서 이동할 수 있다. 이러한 방식으로, AR 시스템은 사용자의 주변의 동적 뷰에 요소들을 부가할 수 있다.
도 9는 일부 실시예들에 따른 시각화 시스템의 예의 블록도를 도시한다. 시각화 시스템(910)은 헤드셋 또는 고글과 같은 웨어러블 하우징(912)을 포함할 수 있다. 하우징(912)은, 아래에서 상세히 설명되는 요소들을 기계적으로 지지하고 하우징할 수 있다. 일부 예들에서, 아래에서 상세히 설명되는 요소들 중 하나 이상은, 웨어러블 하우징(912)과 별개일 수 있고 무선으로 그리고/또는 유선 연결을 통해 웨어러블 하우징(912)에 결합가능할 수 있는 하나 이상의 부가적인 하우징에 포함될 수 있다. 예컨대, 별개의 하우징은, 이를테면, 배터리들, 라디오들, 및 다른 요소들을 포함하는 것에 의해 웨어러블 고글의 중량을 감소시킬 수 있다. 하우징(912)은, 아래에서 상세히 설명되는 요소들 중 임의의 요소 또는 그 전부에 전기적으로 전력을 공급할 수 있는 하나 이상의 배터리(914)를 포함할 수 있다. 하우징(912)은, 배터리들(914)을 재충전하기 위해 벽면 콘센트와 같은 외부 전력 공급부에 전기적으로 결합될 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 하우징(912)은, WiFi와 같은 적합한 프로토콜을 통해 서버 또는 네트워크와 무선으로 통신하기 위한 하나 이상의 라디오(916)를 포함할 수 있다.
시각화 시스템(910)은 하나 이상의 센서(918), 이를테면, 광학 센서들, 오디오 센서들, 촉각 센서들, 열 센서들, 자이로스코프 센서들, 비행 시간(time-of-flight) 센서들, 삼각측량 기반 센서들, 및 다른 것들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 센서들 중 하나 이상은 사용자의 위치, 포지션, 및/또는 배향을 감지할 수 있다. 일부 예들에서, 센서들(918) 중 하나 이상은 감지된 위치, 포지션, 및/또는 배향에 대한 응답으로 센서 신호를 생성할 수 있다. 센서 신호는, 감지된 위치, 포지션, 및/또는 배향에 대응하는 센서 데이터를 포함할 수 있다. 예컨대, 센서 데이터는 주변의 깊이 맵을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 이를테면 AR 시스템의 경우, 센서들(918) 중 하나 이상은 사용자에 근접한 주변의 실시간 비디오 이미지를 포착할 수 있다.
시각화 시스템(910)은 하나 이상의 비디오 생성 프로세서(920)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 비디오 생성 프로세서(920)는 3차원 장면을 표현하는 장면 데이터, 이를테면, 장면 내의 객체들에 대한 포지션 좌표들의 세트 또는 장면의 깊이 맵을 수신할 수 있다. 이러한 데이터는 서버 및/또는 저장 매체로부터 수신될 수 있다. 하나 이상의 비디오 생성 프로세서(920)는 하나 이상의 센서(918)로부터 하나 이상의 센서 신호를 수신할 수 있다. 주변을 표현하는 장면 데이터, 및 주변에 대한 사용자의 위치 및/또는 배향을 표현하는 적어도 하나의 센서 신호에 대한 응답으로, 하나 이상의 비디오 생성 프로세서(920)는 장면의 뷰에 대응하는 적어도 하나의 비디오 신호를 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 비디오 생성 프로세서(920)는, 사용자의 각각의 눈에 대해 하나씩, 각각 사용자의 좌측 눈 및 우측 눈의 시점으로부터의 장면의 뷰를 표현하는 2개의 비디오 신호를 생성할 수 있다. 일부 예들에서, 하나 이상의 비디오 생성 프로세서(920)는, 2개 초과의 비디오 신호를 생성하고 비디오 신호들을 조합하여 양쪽 눈에 대한 하나의 비디오 신호, 2개의 눈에 대한 2개의 비디오 신호, 또는 다른 조합들을 제공할 수 있다.
시각화 시스템(910)은, 시각화 시스템(910)의 디스플레이를 위한 광을 제공할 수 있는 하나 이상의 광원(922)을 포함할 수 있다. 적합한 광원들(922)은, 발광 다이오드, 단일체 발광 다이오드, 복수의 발광 다이오드들, 발광 다이오드들의 어레이, 공통 기판 상에 배치된 발광 다이오드들의 어레이, 단일 기판 상에 배치되고 개별적으로 어드레싱가능하고 제어가능한(그리고/또는 그룹들 및/또는 서브세트들로 제어가능한) 발광 다이오드 요소들을 갖는 세그먼트화된 발광 다이오드, 마이크로-발광 다이오드(마이크로LED)들의 어레이, 및 다른 것들을 포함할 수 있다.
발광 다이오드는 백색 광 발광 다이오드일 수 있다. 예컨대, 백색-광 발광 다이오드는 청색 광 또는 자색 광과 같은 여기 광을 방출할 수 있다. 백색 광 발광 다이오드는, 여기 광의 일부 또는 그 전부를 흡수할 수 있고, 그에 대한 응답으로, 여기 광의 파장보다 큰 파장을 갖는 형광체 광, 이를테면 황색 광을 방출할 수 있는 하나 이상의 형광체를 포함할 수 있다.
하나 이상의 광원(922)은 상이한 색상들 또는 파장들을 갖는 광-생성 요소들을 포함할 수 있다. 예컨대, 광원은, 적색 광을 방출할 수 있는 적색 발광 다이오드, 녹색 광을 방출할 수 있는 녹색 발광 다이오드, 및 청색 광을 방출할 수 있는 청색 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 적색, 녹색, 및 청색 광이 특정 비들로 조합되어, 전자기 스펙트럼의 가시 부분에서 시각적으로 인지할 수 있는 임의의 적합한 색상을 생성한다.
시각화 시스템(910)은 하나 이상의 변조기(924)를 포함할 수 있다. 변조기들(924)은 적어도 2개의 구성 중 하나로 구현될 수 있다.
제1 구성에서, 변조기들(924)은, 광원들(922)을 직접 변조할 수 있는 회로를 포함할 수 있다. 예컨대, 광원들(922)은 발광 다이오드들의 어레이를 포함할 수 있고, 변조기들(924)은 어레이 내의 각각의 발광 다이오드로 지향되는 전력, 전압, 및/또는 전류를 직접 변조하여 변조된 광을 형성할 수 있다. 변조는 아날로그 방식 및/또는 디지털 방식으로 수행될 수 있다. 일부 예들에서, 광원들(922)은 적색 발광 다이오드들의 어레이, 녹색 발광 다이오드들의 어레이, 및 청색 발광 다이오드들의 어레이를 포함할 수 있고, 변조기들(924)은 적색 발광 다이오드들, 녹색 발광 다이오드들, 및 청색 발광 다이오드들을 직접 변조하여, 특정된 이미지를 생성하기 위한 변조된 광을 형성할 수 있다.
제2 구성에서, 변조기들(924)은 변조 패널, 이를테면 액정 패널을 포함할 수 있다. 광원들(922)은 변조 패널을 일루미네이팅하기 위해 균일한 일루미네이션 또는 거의 균일한 일루미네이션을 생성할 수 있다. 변조 패널은 픽셀들을 포함할 수 있다. 각각의 픽셀은, 전기 변조 신호에 대한 응답으로 변조 패널 영역의 개개의 부분을 선택적으로 감쇠시켜 변조된 광을 형성할 수 있다. 일부 예들에서, 변조기들(924)은 상이한 색상들의 광을 변조할 수 있는 다수의 변조 패널들을 포함할 수 있다. 예컨대, 변조기들(924)은, 적색 발광 다이오드와 같은 적색 광원으로부터의 적색 광을 감쇠시킬 수 있는 적색 변조 패널, 녹색 발광 다이오드와 같은 녹색 광원으로부터의 녹색 광을 감쇠시킬 수 있는 녹색 변조 패널, 및 청색 발광 다이오드와 같은 청색 광원으로부터의 청색 광을 감쇠시킬 수 있는 청색 변조 패널을 포함할 수 있다.
제2 구성의 일부 예들에서, 변조기들(924)은, 백색 광원, 이를테면 백색 광 발광 다이오드로부터 균일한 백색 광 또는 거의 균일한 백색 광을 수신할 수 있다. 변조 패널은 변조 패널의 각각의 픽셀 상에 파장 선택적 필터들을 포함할 수 있다. 패널 픽셀들은 그룹들(이를테면, 3개 또는 4개의 픽셀의 그룹들)로 배열될 수 있으며, 여기서, 각각의 그룹은 컬러 이미지의 픽셀을 형성할 수 있다. 예컨대, 각각의 그룹은 적색 컬러 필터를 갖는 패널 픽셀, 녹색 컬러 필터를 갖는 패널 픽셀, 및 청색 컬러 필터를 갖는 패널 픽셀을 포함할 수 있다. 다른 적합한 구성들이 또한 사용될 수 있다.
시각화 시스템(910)은 하나 이상의 변조 프로세서(926)를 포함할 수 있으며, 이는, 이를테면 하나 이상의 비디오 생성 프로세서(920)로부터 비디오 신호를 수신할 수 있고, 그에 대한 응답으로, 전기 변조 신호를 생성할 수 있다. 변조기들(924)이 광원들(922)을 직접 변조하는 구성들의 경우, 전기 변조 신호는 광원들(924)을 구동할 수 있다. 변조기들(924)이 변조 패널을 포함하는 구성들의 경우, 전기 변조 신호는 변조 패널을 구동할 수 있다.
시각화 시스템(910)은, 상이한 색상들의 광 빔들을 결합하여 단일 다색 빔을 형성할 수 있는 하나 이상의 빔 결합기(928)(빔 분할기(928)로 또한 알려져 있음)를 포함할 수 있다. 광원들(922)이 상이한 색상들의 다수의 발광 다이오드들을 포함할 수 있는 구성들의 경우, 시각화 시스템(910)은, 상이한 색상들의 광을 결합하여 단일 다색 빔을 형성할 수 있는 하나 이상의 파장 감응성(예컨대, 이색성) 빔 분할기(928)를 포함할 수 있다.
시각화 시스템(910)은, 적어도 2개의 구성 중 하나에서 변조된 광을 시청자의 눈들을 향해 지향시킬 수 있다. 제1 구성에서, 시각화 시스템(910)은 프로젝터로서 기능할 수 있고, 변조된 광을 하나 이상의 스크린(932) 상에 투영할 수 있는 적합한 투영 광학기기(930)를 포함할 수 있다. 스크린들(932)은 사용자의 눈으로부터 적합한 거리에 위치될 수 있다. 시각화 시스템(910)은 임의적으로, 눈으로부터 적합한 거리, 이를테면, 500 mm, 750 mm 또는 다른 적합한 거리와 같은 근접 초점 거리에 스크린(932)의 가상 이미지를 위치시킬 수 있는 하나 이상의 렌즈(934)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 시각화 시스템(910)은, 변조된 광이 사용자의 양쪽 눈을 향해 지향될 수 있도록 단일 스크린(932)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 시각화 시스템(910)은 2개의 스크린(932)을 포함할 수 있으며, 이에 따라, 각각의 스크린(932)으로부터의 변조된 광은 사용자의 개개의 눈을 향해 지향될 수 있다. 일부 예들에서, 시각화 시스템(910)은 2개 초과의 스크린(932)을 포함할 수 있다. 제2 구성에서, 시각화 시스템(910)은 변조된 광을 시청자의 한쪽 눈 또는 양쪽 눈으로 직접 지향시킬 수 있다. 예컨대, 투영 광학기기(930)는, 사용자의 눈의 망막 상에 이미지를 형성하거나, 또는 사용자의 2개의 눈의 각각의 망막 상에 이미지를 형성할 수 있다.
AR 시스템들의 일부 구성들의 경우, 시각화 시스템(910)은 적어도 부분적으로 투명한 디스플레이를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 사용자는 디스플레이를 통해 사용자의 주변을 볼 수 있다. 그러한 구성들의 경우, AR 시스템은 주변 그 자체보다는 주변의 증강에 대응하는 변조된 광을 생성할 수 있다. 예컨대, 의자를 보여주는 소매업자의 예에서, AR 시스템은, 방의 나머지가 아닌 의자에 대응하는 변조된 광을 스크린을 향해 또는 사용자의 눈을 향해 지향시킬 수 있다.
도 10은 일부 실시예들에 따른, 마이크로-LED 어레이를 제조하는 예시적인 방법을 예시한다. 동작들 모두가 도 10의 방법(1000)에서 착수되지는 않을 수도 있고/거나 부가적인 동작들이 존재할 수도 있다. 방법(1000)은 상이한 엔티티들에 의해 착수될 수 있는 스테이지들로 분리된다. 추가로, 동작들 모두가 도 10에 의해 도시된 순서로 수행될 필요는 없다.
동작(1002)에서, 공학처리된 구조가 형성된다. 상기된 바와 같이, 공학처리된 구조는 주변 광의 지향성을 다른 방향으로 조정하도록 형성된다. 일부 실시예들에서, 이러한 형성은, 마이크로LED의 최하부 금속 미러를 조면화하는 것 또는 전기화학적 식각(예컨대, 옥살산)을 통해 최상부 반도체 표면(예컨대, GaN)을 패터닝 및/또는 조면화하는 것을 포함할 수 있다. 거칠기는 무작위일 수 있고, 약 1 - 2 ㎛의 피처 치수들을 가질 수 있다. 구조의 접촉 에지들은 반도체 기판에 대한 적절한 금속성 접촉을 허용하도록 보호될 수 있다는 것을 유의한다. 다른 실시예들에서, 반도체의 활성 구역은, 공극들 또는 낮은 굴절률 입자들이 도입될 수 있는 주기적 구조를 제공하도록, 패터닝된 사파이어 상에 성장될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 공극들 또는 낮은 굴절률 입자들은 반도체 구조의 최상부 층에 또는 활성 구역 내에 도입될 수 있고, 산란을 증가시키도록 최적화될 수 있다. 예컨대, 공극들 또는 낮은 굴절률 입자들은 나노스케일 또는 마이크로스케일 피처들을 가질 수 있다.
이어서, 동작(1004)에서, 마이크로LED 구조의 나머지 층들이 제조된다. 이는, 위에서 설명되고 예컨대 도 3b에 도시된 다양한 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 나머지 층들은 다층 반도체 적층체의 층들을 포함할 수 있으며, 그들의 제조 이후에, 웨이퍼는 동작(1004)에서 다층 반사성 구조를 형성하거나 금속성 미러를 퇴적하기 위해 상이한 위치로 이동될 수 있다. 다층 반사성 구조를 형성하기 위해, 각각의 층은, 예컨대, 개별 층들에 대해 맞춤조정된 퇴적 프로세스들을 사용하여 순차적으로 퇴적될 수 있고(특정 반사성 중심을 갖는 DBR 구조를 형성하기 위한 DBR 층들을 포함함), 포토리소그래피 프로세스들을 사용하여 층 구조에 비아가 형성되고, 포토레지스트를 박리하기 전에 비아 내에 eVia가 퇴적된다.
프레넬 반사를 피하기 위해 반사-방지성(AFR) 코팅이 반도체 표면 상에 형성될 수 있다. AFR 코팅은, 예컨대, 직각 입사를 위해 조율된 4 - 6개 쌍의 높은/낮은 굴절률 물질일 수 있고, 약 0.5 ㎛이다. 이어서, 유리 또는 일부 다른 광학적으로 투명한 물질이 분리 이전 또는 분리된 구조 상에 퇴적될 수 있다. 예컨대, 압력 감응성인 광학적으로 투명한 물질 층이 퇴적되고, 이어서, 물질이 마이크로LED 형상을 형상추종하도록 압력이 인가될 수 있다.
이어서, 동작(1006)에서, 웨이퍼의 마이크로LED들이 분리되고, 동작(1008)에서, 상이한 마이크로-LED들이 마이크로LED 어레이로 결합된다. 상이한 마이크로LED들은 상이한 웨이퍼들로부터의 것이고 상이한 가시 파장들에서 방출하도록 구성된다. 상이한 가시 파장들은, 마이크로LED 어레이/디스플레이의 요망되는 방출 특성들에 따라 특정 색상 내에 또는 상이한 색상들로 있을 수 있다.
이어서, 동작(1010)에서, 제어 회로가 마이크로LED 어레이에 결합된다. 제어 회로는 마이크로LED 어레이의 개별 마이크로LED들을 제어하는 데 사용된다.
동작(1012)에서, 마이크로LED 어레이/디스플레이가 테스트될 수 있다. 테스트는, 제어 회로를 사용하여 마이크로LED 어레이/디스플레이의 방출 특성들을 결정할 수 있다.
따라서, 산란 또는 반사율을 조정하기 위해 하나 이상의 계면에서 상이한 기법들이 사용될 수 있다. 이러한 기법들은, 예컨대, 유리-공기 계면의 조면화, (예컨대, 박막 플립 칩 구조에서의) n-GaN 표면의 조면화, 식각된 n-GaN 표면에서의 실리카 나노구체들의 퇴적, 사파이어 기판 표면 상의 자기-조립 주기적 Si 나노구체들의 퇴적, (식각된) n-GaN 표면 또는 사파이어 표면 상의 단층 이상의 Si 중공 나노구체들의 퇴적, 나노패턴들을 사용한 사파이어 기판 또는 GaN 표면의 패터닝, 패터닝된 사파이어 기판 상의 AlN 도금, 및 나노다공성 InGaP/GaN DBR의 성장 중 하나 이상을 포함한다. 그러한 구조들은 정반사 방향으로부터의 제어된 변경의 조정을 허용하거나, 또는 그렇지 않으면, 충돌하는 주변 광을, 흡수 백플레인에 의해 흡수되도록 디스플레이 내부의 주변 광을 포획하기 위한 각도 범위 또는 사용자의 전형적인 시야 각도 밖의 각도 범위로 편향시킬 수 있다. 다양한 실시예들은 확산(무작위) 산란, 빔 편향(예컨대, 회절) 및/또는 굴절을 포함하는 상이한 유형들의 산란을 제공할 수 있다.
예들
예 1은 마이크로-발광 다이오드(마이크로-LED) 구조이며, 도핑된 에피택셜 반도체 층들, 및 도핑된 에피택셜 반도체 층들 사이에 배치되는 활성 구역을 포함하는 마이크로-LED ― 활성 구역은 미리 결정된 파장으로 광을 방출하도록 구성됨 ―; 및 마이크로-LED를 커버하는 광학적으로 투명한 매체 ― 마이크로-LED 및 광학적으로 투명한 매체 중 적어도 하나는 광학적으로 투명한 매체에 진입한 가시 파장들의 주변 광의 방향을 조정하도록 구성되는 구조를 가짐 ― 를 포함한다.
예 2에서, 예 1의 주제는, 구조가, 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 식각된 함몰부들에 배치되는 나노구체들을 포함하는 것을 포함한다.
예 3에서, 예 2의 주제는, 나노구체들이, n-도핑된 GaN 표면의 식각된 함몰부들에 배치되는 실리카 나노구체들인 것을 포함한다.
예 4에서, 예 1 내지 예 3의 주제는, 구조가, 광학적으로 투명한 매체와, 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나 사이의 층 상에 배치되는 중공 나노구체들을 포함하는 것을 포함한다.
예 5에서, 예 4의 주제는, 중공 나노구체들이 단층으로 배치되는 Si 중공 나노구체들인 것을 포함한다.
예 6에서, 예 1 내지 예 5의 주제는, 구조가 광학적으로 투명한 매체의 조면화된 층을 포함하고, 조면화된 층이 주기적 구조들, 주름형 구조들, 및 무작위 구조들을 포함하는 구조로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 갖는 것을 포함한다.
예 7에서, 예 1 내지 예 6의 주제는, 구조가, 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나 상의 층에 배치되는 자기-조립 주기적 나노구체들을 포함하는 것을 포함한다.
예 8에서, 예 1 내지 예 7의 주제는, 구조가, 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 식각된 함몰부들을 포함하는 것을 포함한다.
예 9에서, 예 8의 주제는, 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나가 n-도핑된 GaN이고, 마이크로-LED가 박막 플립 칩 구조인 것을 포함한다.
예 10에서, 예 1 내지 예 9의 주제는, 구조가, 마이크로-LED의 패터닝된 사파이어 기판 상의 도금된 AlN을 포함하는 것을 포함한다.
예 11에서, 예 1 내지 예 10의 주제는, 구조가, 마이크로-LED의 최상부 또는 최하부 표면에 인접한 분산형 브래그 반사기(DBR)를 포함하고, DBR이 복수의 나노다공성 층들을 포함하는 것을 포함한다.
예 12에서, 예 1 내지 예 11의 주제는, 구조가, 포토리소그래피 구조화된 표면을 포함하는 것을 포함한다.
예 13에서, 예 1 내지 예 12의 주제는, 구조가, 정반사 방향으로부터의 주변 광의 방향의 제어된 변경을 생성하는 공학처리된 표면을 포함하는 것을 포함한다.
예 14에서, 예 13의 주제는, 공학처리된 표면이, 주변 광을, 마이크로-LED 아래의 흡수 백플레인에 의해 흡수되도록 마이크로-LED 구조 내부의 주변 광을 포획하기 위한 각도 범위로 편향시키도록 구성되는 것을 포함한다.
예 15에서, 예 13 내지 예 14의 주제는, 공학처리된 표면이, 주변 광을, 마이크로-LED 구조를 보는 사용자의 전형적인 시야 각도 밖의 각도 범위로 편향시키도록 구성되는 것을 포함한다.
예 16에서, 예 1 내지 예 15의 주제는, 구조가, 확산 산란, 빔 편향, 또는 굴절 중 적어도 하나를 포함하는, 주변 광의 산란을 제공하도록 구성되는 것을 포함한다.
예 17은 마이크로-발광 다이오드(마이크로-LED) 시스템이며, 상이한 파장 범위들의 광을 방출하도록 구성되는 복수의 마이크로-LED들; 및 마이크로-LED들 각각을 개별적으로 구동하도록 구성되는 제어 회로를 포함하고, 각각의 마이크로-LED는, 도핑된 에피택셜 반도체 층들, 및 도핑된 에피택셜 반도체 층들 사이에 배치되는 활성 구역을 포함하는 마이크로-LED ― 활성 구역은 미리 결정된 파장으로 광을 방출하도록 구성됨 ―, 및 마이크로-LED를 커버하는 광학적으로 투명한 매체 ― 마이크로-LED 또는 광학적으로 투명한 매체 중 적어도 하나는 광학적으로 투명한 매체에 진입한 가시 파장들의 주변 광의 방향을 변경하도록 구성되는 구조를 가짐 ― 를 포함한다.
예 18에서, 예 17의 주제는, 구조가, 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 식각된 함몰부들에 배치되는 제1 나노구체들; 및 광학적으로 투명한 매체와, 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나 사이의 층 상에 배치되는 제2 나노구체들 중 적어도 하나를 포함하는 것을 포함한다.
예 19에서, 예 17 내지 예 18의 주제는, 구조가, 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 식각된 함몰부들을 포함하는 것을 포함한다.
예 20에서, 예 17 내지 예 19의 주제는, 구조가, 마이크로-LED의 최상부 또는 최하부 표면에 인접한 분산형 브래그 반사기(DBR)를 포함하고, DBR이 복수의 나노다공성 층들을 포함하는 것을 포함한다.
예 21은 복수의 마이크로-발광 다이오드(LED)들을 포함하는 마이크로-LED 어레이를 제조하는 방법이며, 방법은, 각각의 마이크로-LED에 대해, 도핑된 에피택셜 반도체 층들, 및 도핑된 에피택셜 반도체 층들 사이에 배치되는 활성 구역을 포함하는 마이크로-LED를 제조하는 단계 ― 활성 구역은 미리 결정된 파장으로 광을 방출하도록 구성됨 ―; 및 마이크로-LED를 커버하는 광학적으로 투명한 매체에 마이크로-LED를 캡슐화하는 단계 ― 마이크로-LED는 광학적으로 투명한 매체에 진입한 가시 파장들의 주변 광의 방향을 변경하도록 구성되는 구조를 가짐 ― 를 포함한다.
예 22에서, 예 21의 주제는, 마이크로-LED를 제조하는 단계가, 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나를 식각하고, 식각에 의해 형성된 함몰부들에 제1 나노구체들을 퇴적하는 것, 및 광학적으로 투명한 매체와, 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나 사이의 층 상에 제2 나노구체들을 퇴적하는 것 중 적어도 하나에 의해 구조를 형성하는 단계를 포함하는 것을 포함한다.
예 23에서, 예 21 내지 예 22의 주제는, 마이크로-LED를 제조하는 단계가, 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 함몰부들을 식각하는 것, 및 사파이어 기판을 나노패터닝하고, 사파이어 기판 상에 마이크로-LED를 성장시키고, 사파이어 기판을 제거하는 것 중 적어도 하나에 의해 구조를 형성하는 단계를 포함하는 것을 포함한다.
예 24에서, 예 21 내지 예 23의 주제는, 마이크로-LED를 제조하는 단계가, 마이크로-LED의 최상부 표면 및 최하부 표면 중 적어도 하나에 인접하게 분산형 브래그 반사기(DBR)를 성장시킴으로써 구조를 형성하는 단계를 포함하고, DBR은 복수의 나노다공성 층들을 포함하는 것을 포함한다.
예 25에서, 예 21 내지 예 24의 주제는, 마이크로-LED를 제조하는 단계가, 정반사 방향으로부터의 주변 광의 방향의 제어된 변경을 생성하는 공학처리된 표면을 형성함으로써 구조를 형성하는 단계를 포함하는 것을 포함한다.
예 26은 명령어들을 포함하는 적어도 하나의 기계 판독가능 매체이며, 명령어들은, 처리 회로에 의해 실행될 때 처리 회로로 하여금 예 1 내지 예 25 중 임의의 예를 구현하기 위한 동작들을 수행하게 한다.
예 27은 예 1 내지 예 25 중 임의의 예를 구현하기 위한 수단을 포함하는 장치이다.
예 28은 예 1 내지 예 25 중 임의의 예를 구현하기 위한 시스템이다.
예 29는 예 1 내지 예 25 중 임의의 예를 구현하기 위한 방법이다.
상세한 설명에서, 관련 기술분야의 통상의 기술자들이 그들의 작업의 본질을 관련 기술분야의 다른 통상의 기술자들에게 전달하기 위해 통상적으로 이용하는 용어들을 사용하여 예시적 구현들의 다양한 양상들이 설명될 수 있다. 예컨대, "연결된"이라는 용어는, 임의의 중간 디바이스들 없이 연결되는 사물들 사이의 직접적인 전기적 또는 자기적 연결을 의미하는 한편, "결합된"이라는 용어는, 연결되는 사물들 사이의 직접적인 전기적 또는 자기적 연결, 또는 하나 이상의 수동 또는 능동 중간 디바이스를 통한 간접적인 연결을 의미한다. "회로"라는 용어는 요망되는 기능을 제공하기 위해 서로 협력하도록 배열되는 하나 이상의 수동 및/또는 능동 컴포넌트를 의미한다.
설명은 "실시예에서" 또는 "실시예들에서"라는 문구들을 사용하며, 이들 각각은 동일하거나 상이한 실시예들 중 하나 이상을 지칭할 수 있다. 또한, 실시예들에 관하여 사용되는 바와 같은 "포함하는(comprising, including)", "갖는" 등의 용어들은 동의어이다. 본 개시내용은 "위", "아래", "최상부", "최하부", 및 "측부"와 같은 관점 기반의 설명들을 사용할 수 있으며; 그러한 설명들은 논의를 용이하게 하기 위해 사용되고, 개시된 실시예들의 적용을 제한하도록 의도되지 않는다. 달리 특정되지 않는 한, 공통 대상을 설명하기 위한 "제1", "제2", "제3" 등의 서수 형용사들의 사용은, 단지 유사한 대상들의 상이한 경우들이 지칭되고 있다는 것을 표시하며, 그렇게 설명되는 대상들이 시간적으로든, 공간적으로든, 순위적으로든 또는 임의의 다른 방식으로든, 주어진 순서로 이루어져야 한다는 것을 암시하려고 의도되는 것은 아니다.
상세한 설명에서, 실시될 수 있는 실시예들 중 일부를 예시로서 도시하는, 본원의 일부를 형성하는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 요소들/물질들을 지칭하며, 이에 따라, 달리 언급되지 않는 한, 도면들 중 하나의 맥락에서 제공된 주어진 참조 번호를 갖는 요소/물질의 설명들은 동일한 참조 번호들을 갖는 요소들/물질들이 예시될 수 있는 다른 도면들에 적용가능하다. 첨부된 도면들이 반드시 실척으로 도시된 것은 아니다. 더욱이, 특정 실시예들은 도면에 예시된 것보다 많은 요소들을 포함할 수 있고, 특정 실시예들은 도면에 예시된 요소들의 서브세트를 포함할 수 있고, 특정 실시예들은 2개 이상의 도면으로부터의 피처들의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다.
청구된 주제를 이해하는 데 가장 도움이 되는 방식으로 다양한 동작들이 다수의 별개의 작용들 또는 동작들로서 차례로 설명될 수 있다. 그러나, 설명의 순서는, 이러한 동작들이 반드시 순서 의존적이라는 것을 암시하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 특히, 이러한 동작들은 제시된 순서로 수행되지 않을 수 있다. 설명된 동작들은 설명된 실시예와 상이한 순서로 수행될 수 있다. 부가적인 실시예들에서, 다양한 부가적인 동작들이 수행될 수 있고/거나 설명된 동작들이 생략될 수 있다.
본원에서 제공된 일부 예들에서, 상호작용은 2개, 3개, 4개, 또는 그 초과의 전기적 컴포넌트들의 관점에서 설명될 수 있다. 그러나, 이는 단지 명확성 및 예시의 목적들을 위해 행해졌다. 본원에서 설명된 디바이스들 및 시스템들은 임의의 적합한 방식으로 통합될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 유사한 설계 대안들을 따라, 첨부된 도면들의 예시된 컴포넌트들, 모듈들, 및 요소들 중 임의의 것이 다양한 가능한 구성들로 조합될 수 있으며, 명확히 이들 모두가 넓은 범위 내에 있다. 특정 경우들에서, 제한된 수의 전기 요소들만을 참조함으로써 주어진 흐름들의 세트의 기능성들 중 하나 이상을 설명하는 것이 더 쉬울 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 스위치들의 상태들은 "개방" 및 "폐쇄"로 지칭될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치는 물리적 스로우(throw)를 포함할 수 있으며, 여기서, "개방"이라는 용어는 스위치가 구현되는 회로를 개방하여 전류의 흐름을 막는 스로우를 지칭할 수 있고, "폐쇄"라는 용어는 스위치가 구현되는 회로를 완성하여 전류의 흐름을 허용하는 스로우를 지칭할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스위치는 트랜지스터를 포함할 수 있으며, 여기서, "개방"이라는 용어는 트랜지스터가 최소량의 전류가 흐를 수 있게 하는 높은 저항을 나타내는 것을 지칭할 수 있고, "폐쇄"라는 용어는 트랜지스터가 많은 양의 전류가 흐를 수 있게 하는 것을 나타내는 것을 지칭할 수 있다. 추가로, 전류 흐름을 허용하거나 전류 흐름을 막는 트랜지스터를 포함하는 스위치를 언급할 때, 스위치가 전류 흐름을 허용하고 있을 때의 전류 흐름은 "폐쇄"일 때의 트랜지스터를 통한 전류 흐름의 양일 수 있고, 스위치가 전류 흐름을 막고 있을 때의 전류 흐름은 "개방"일 때의 트랜지스터를 통한 전류 흐름의 양(일부 예시들에서는 영이 아닐 수 있음)일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. "개방"일 때 그리고 "폐쇄"일 때 트랜지스터를 통해 흐르도록 허용되는 전류의 양은 트랜지스터의 특성들에 의존할 수 있으며, "개방" 및 "폐쇄"라는 용어들은 스위치로서 활용되는 트랜지스터를 언급할 때 관련 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 바와 같이 해석되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
모든 목표들 또는 장점들이 반드시 본원에서 설명된 임의의 특정 실시예에 따라 달성될 수 있는 것은 아니라는 것이 이해되어야 한다. 그에 따라, 예컨대, 관련 기술분야의 통상의 기술자들은, 특정 실시예들이 본원에서 교시되거나 제안될 수 있는 바와 같은 다른 목표들 또는 장점들을 반드시 달성하지 않고도 본원에 교시된 바와 같은 하나의 장점 또는 장점들의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 동작하도록 구성될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
첨부된 도면들 및 그의 교시들의 전기 회로들은 용이하게 확장가능하고, 많은 수의 컴포넌트들뿐만 아니라 더 복잡한/정교한 배열들 및 구성들을 수용할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 그에 따라서, 제공된 예들은 무수한 다른 아키텍처들에 잠재적으로 적용되는 바와 같은 전기 회로들의 넓은 교시들을 금지하거나 범위를 제한해서는 안 된다.
일부 실시예들에서, 첨부된 도면들의 임의의 수의 전기 회로들이 연관된 전자 디바이스의 보드 상에 구현될 수 있다. 보드는, 전자 디바이스의 내부 전자 시스템의 다양한 컴포넌트들을 보유하고, 추가로, 다른 주변기기들을 위한 커넥터들을 제공할 수 있는 일반적인 회로 보드일 수 있다. 더 구체적으로, 보드는, 시스템의 다른 컴포넌트들이 전기적으로 통신할 수 있게 하는 전기적 연결들을 제공할 수 있다. 임의의 적합한 프로세서들(디지털 신호 프로세서들, 마이크로프로세서들, 지원 칩셋들 등을 포함함), 컴퓨터 판독가능한 비-일시적인 메모리 요소들 등이 특정 구성, 처리 요구들, 컴퓨터 설계들 등에 기반하여 보드에 적합하게 결합될 수 있다. 다른 컴포넌트들, 이를테면, 외부 저장소, 부가적인 센서들, 오디오/비디오 디스플레이에 대한 제어기들, 및 주변기기 디바이스들이 플러그-인 카드들로서, 케이블들을 통해 보드에 부착되거나, 보드 그 자체에 통합될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 본원에서 설명된 기능성들은 이러한 기능들을 지원하는 구조로 배열된 하나 이상의 구성가능한(예컨대, 프로그래밍가능한) 요소 내에서 실행되는 소프트웨어 또는 펌웨어로서 에뮬레이션 형태로 구현될 수 있다. 에뮬레이션을 제공하는 소프트웨어 또는 펌웨어는 프로세서가 그러한 기능성들을 수행할 수 있게 하는 명령어들을 포함하는 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 저장 매체 상에 제공될 수 있다.
일부 실시예들에서, 첨부된 도면들의 전기 회로들은 독립형 모듈들(예컨대, 특정 응용 또는 기능을 수행하도록 구성되는 연관된 컴포넌트들 및 회로를 갖는 디바이스)로서 구현되거나 또는 전자 디바이스들의 주문형 하드웨어에 대한 플러그-인 모듈들로서 구현될 수 있다. 일부 실시예들은 부분적으로 또는 전체적으로 시스템 온 칩(SOC) 패키지에 용이하게 포함될 수 있다는 것을 유의한다. SOC는 컴퓨터 또는 다른 전자 시스템의 컴포넌트들을 단일 칩에 통합하는 집적 회로(IC)를 표현한다. 그것은 디지털, 아날로그, 혼합 신호, 및 종종 라디오 주파수 기능들을 포함할 수 있으며, 이들 모두가 단일 칩 기판 상에 제공될 수 있다. 다른 실시예들은, 복수의 별개의 IC들이 단일 전자 패키지 내에 위치되고 전자 패키지를 통해 서로 밀접하게 상호작용하도록 구성되는 다중-칩-모듈(MCM)을 포함할 수 있다. 다양한 다른 실시예들에서, 본원에서 설명된 컴포넌트들 및/또는 절차들은 주문형 집적 회로(ASIC)들, 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이(FPGA)들, 및 다른 반도체 칩들의 하나 이상의 규소 코어에서 구현될 수 있다.
본원에서 설명된 컴포넌트들 및/또는 절차들과 관련된 기능들 및/또는 절차는 본원에서 설명된 시스템들에 의해 또는 그러한 시스템들 내에서 실행될 수 있는 가능한 기능들 중 일부를 예시할 수 있다는 것을 유의한다. 이러한 동작들 중 일부는 적절한 경우에 삭제 또는 제거될 수 있거나, 또는 이러한 동작들은 범위로부터 벗어나지 않으면서 상당히 수정 또는 변경될 수 있다. 게다가, 이러한 동작들의 타이밍은 상당히 변경될 수 있다. 선행하는 동작 흐름들은 예시 및 논의의 목적들을 위해 제공되었다. 교시들을 벗어나지 않으면서 임의의 적합한 배열들, 시간순들, 구성들, 및 타이밍 메커니즘들이 제공될 수 있다는 점에서 본원에서 설명된 실시예들에 의해 상당한 유연성이 제공된다.
다수의 다른 변화들, 치환들, 변형들, 변경들, 및 수정들이 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 확인될 수 있으며, 본 개시내용은 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하는 바와 같은 모든 그러한 변화들, 치환들, 변형들, 변경들, 및 수정들을 포함하는 것으로 의도된다. 본원에서 설명된 디바이스들 및 시스템들 중 임의의 것의 모든 임의적 피처들은 또한 본원에서 설명된 방법들 또는 프로세스들와 관련하여 구현될 수 있고, 예들의 상세사항들은 하나 이상의 실시예의 임의의 곳에서 사용될 수 있다는 것을 유의한다.

Claims (20)

  1. 마이크로-발광 다이오드(마이크로-LED) 구조로서,
    도핑된 에피택셜 반도체 층들, 및 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 사이에 배치되는 활성 구역을 포함하는 마이크로-LED ― 상기 활성 구역은 미리 결정된 파장으로 광을 방출하도록 구성됨 ―; 및
    상기 마이크로-LED를 커버하는 광학적으로 투명한 매체 ― 상기 마이크로-LED 및 상기 광학적으로 투명한 매체 중 적어도 하나는 상기 광학적으로 투명한 매체에 진입한 가시 파장들의 주변 광의 방향을 조정하도록 구성되는 구조를 가짐 ―
    를 포함하는, 마이크로-LED 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구조는, 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 식각된 함몰부들에 배치되는 나노구체들을 포함하는, 마이크로-LED 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 나노구체들은, n-도핑된 GaN 표면의 식각된 함몰부들에 배치되는 실리카 나노구체들인, 마이크로-LED 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구조는, 상기 광학적으로 투명한 매체와, 상기 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나 사이의 층 상에 배치되는 중공 나노구체들을 포함하는, 마이크로-LED 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 중공 나노구체들은 단층(monolayer)으로 배치되는 Si 중공 나노구체들인, 마이크로-LED 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구조는 상기 광학적으로 투명한 매체의 조면화된 층을 포함하고, 상기 조면화된 층은 주기적 구조들, 주름형 구조들, 및 무작위 구조들을 포함하는 구조로부터 선택되는 적어도 하나의 구조를 갖는, 마이크로-LED 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구조는, 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나 상의 층에 배치되는 자기-조립 주기적 나노구체들을 포함하는, 마이크로-LED 구조.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구조는, 상기 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 식각된 함몰부들을 포함하는, 마이크로-LED 구조.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나는 n-도핑된 GaN이고, 상기 마이크로-LED는 박막 플립 칩 구조인, 마이크로-LED 구조.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 구조는, 상기 마이크로-LED의 패터닝된 사파이어 기판 상의 도금된 AlN을 포함하는, 마이크로-LED 구조.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 구조는, 상기 마이크로-LED의 최상부 또는 최하부 표면에 인접한 분산형 브래그 반사기(distributed Bragg reflector)(DBR)를 포함하며, 상기 DBR은 복수의 나노다공성 층들을 포함하는, 마이크로-LED 구조.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 구조는 포토리소그래피 구조화된 표면을 포함하는, 마이크로-LED 구조.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 구조는, 정반사 방향으로부터의 상기 주변 광의 방향의 제어된 변경을 생성하는 공학처리된 표면을 포함하고,
    상기 공학처리된 표면은, 상기 주변 광을,
    상기 마이크로-LED 아래의 흡수 백플레인에 의해 흡수되도록 상기 마이크로-LED 구조 내부의 주변 광을 포획하기 위한 각도 범위, 또는
    상기 마이크로-LED 구조를 보는 사용자의 전형적인 시야 각도 밖의 각도 범위
    중 적어도 하나로 편향시키도록 구성되는, 마이크로-LED 구조.
  14. 마이크로-발광 다이오드(마이크로-LED) 시스템으로서,
    상이한 파장 범위들의 광을 방출하도록 구성되는 복수의 마이크로-LED들 ―각각의 마이크로-LED는,
    도핑된 에피택셜 반도체 층들, 및 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 사이에 배치되는 활성 구역을 포함하는 마이크로-LED ― 상기 활성 구역은 미리 결정된 파장으로 광을 방출하도록 구성됨 ―, 및
    상기 마이크로-LED를 커버하는 광학적으로 투명한 매체
    를 포함하며, 상기 마이크로-LED 또는 상기 광학적으로 투명한 매체 중 적어도 하나는 상기 광학적으로 투명한 매체에 진입한 가시 파장들의 주변 광의 방향을 변경하도록 구성되는 구조를 가짐 ―; 및
    상기 마이크로-LED들 각각을 개별적으로 구동하도록 구성되는 제어 회로
    를 포함하는, 마이크로-LED 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 상기 구조는,
    상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 식각된 함몰부들에 배치되는 제1 나노구체들, 및
    상기 광학적으로 투명한 매체와, 상기 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나 사이의 층 상에 배치되는 제2 나노구체들
    중 적어도 하나를 포함하는, 마이크로-LED 시스템.
  16. 제14항에 있어서, 상기 구조는,
    상기 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 식각된 함몰부들, 또는
    상기 마이크로-LED의 최상부 또는 최하부 표면에 인접한 분산형 브래그 반사기(DBR) ― 상기 DBR은 복수의 나노다공성 층들을 포함함 ―
    중 적어도 하나를 포함하는, 마이크로-LED 시스템.
  17. 복수의 마이크로-발광 다이오드(LED)들을 포함하는 마이크로-LED 어레이를 제조하는 방법으로서, 각각의 마이크로-LED에 대해,
    도핑된 에피택셜 반도체 층들, 및 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 사이에 배치되는 활성 구역을 포함하는 마이크로-LED를 제조하는 단계 ― 상기 활성 구역은 미리 결정된 파장으로 광을 방출하도록 구성됨 ―; 및
    상기 마이크로-LED를 커버하는 광학적으로 투명한 매체에 상기 마이크로-LED를 캡슐화하는 단계 ― 상기 마이크로-LED는 상기 광학적으로 투명한 매체에 진입한 가시 파장들의 주변 광의 방향을 변경하도록 구성되는 구조를 가짐 ―
    를 포함하는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 마이크로-LED를 제조하는 단계는,
    상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나를 식각하고, 상기 식각에 의해 형성된 함몰부들에 제1 나노구체들을 퇴적하는 것, 및
    상기 광학적으로 투명한 매체와, 상기 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나 사이의 층 상에 제2 나노구체들을 퇴적하는 것
    중 적어도 하나에 의해 상기 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 마이크로-LED를 제조하는 단계는,
    상기 광학적으로 투명한 매체에 대향하는 상기 도핑된 에피택셜 반도체 층들 중 하나의 함몰부들을 식각하는 것, 및
    사파이어 기판을 나노패터닝하고, 상기 사파이어 기판 상에 상기 마이크로-LED를 성장시키고, 상기 사파이어 기판을 제거하는 것
    중 적어도 하나에 의해 상기 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 마이크로-LED를 제조하는 단계는,
    상기 마이크로-LED의 최상부 표면 및 최하부 표면 중 적어도 하나에 인접하게 분산형 브래그 반사기(DBR)를 성장시키는 것 ― 상기 DBR은 복수의 나노다공성 층들을 포함함 ―, 또는
    정반사 방향으로부터의 상기 주변 광의 방향의 제어된 변경을 생성하는 공학처리된 표면을 형성하는 것
    중 적어도 하나에 의해 상기 구조를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
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