(57)【要約】  ピクセル化された発光ダイオード（ＬＥＤ）及びＬＥＤをピクセル化する方法が記載される。一態様において、本開示は、基板上で互いに隣接するように配置された、２つ又はそれ以上のモノリシック集積化エレクトロルミネセント素子を含む、ピクセル化された発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、基板に直接隣接するエレクトロルミネセント素子のそれぞれの少なくとも一部分は、反転した切頭角錐形状を含む、発光ダイオード（ＬＥＤ）を開示する。ＬＥＤをピクセル化する方法は、ＬＥＤの放出領域の下側の深さまで、主表面から物質を選択的に除去することによって、反転した切頭角錐形状のアレイを形成する工程を含む。ピクセル化されたＬＥＤの効率は、切頭角錐形状を組み込むことによって改善され得る。更に、隣接するＬＥＤピクセルのクロストークは、切頭角錐形状を組み込むことによって低減され得る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に互いに隣接して配置された２つ又はそれ以上のモノリシック集積化エレクトロルミネセント素子を含む、ピクセル化された発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれは、
前記基板に隣接して配置されたｐ型ドープ半導体と、
前記ｐ型ドープ半導体に隣接して、前記基板の反対側に配置されたｎ型ドープ半導体と、
前記ｎ型ドープ半導体と前記ｐ型ドープ半導体との間の放出領域と、を含み、
前記基板に直接隣接する前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれの少なくとも一部分は、反転した切頭角錐形状を含む、ピクセル化された発光ダイオード。
【請求項２】
前記基板と前記反転した切頭角錐形状の側面との間の角度が、約２５度〜約８５度の範囲である、請求項１に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３】
前記基板と前記反転した切頭角錐形状の側面との間の角度が、約３５度〜約７０度の範囲である、請求項１に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれが、前記基板と前記ｐ型ドープ半導体との間の第１電極と、前記ｎ型ドープ半導体に隣接する、反対側の光放出面と、を更に含み、該光放出面が第２電極を含む、請求項１に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項５】
前記第２電極が光透過性電極である、請求項４に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項６】
前記光透過性電極が、前記エレクトロルミネセント素子のうちの少なくとも２つに共通である、請求項５に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項７】
前記放出領域が、前記光放出面よりも前記第１電極により近く配置されている、請求項４に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項８】
前記放出領域と前記第１電極との間の距離が、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲である、請求項７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項９】
前記放出領域と前記第１電極との間の距離が、約１５０ｎｍ〜約２５０ｎｍの範囲である、請求項７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項１０】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれが、外部駆動電子機器によって個別にアドレス指定される、請求項１に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項１１】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれに隣接する前記基板の表面が可視光線を吸収する、請求項１に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項１２】
直接隣接するエレクトロルミネセント素子の前記ｎ型ドープ半導体の少なくとも一部分が接触している、請求項１に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項１３】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれの前記光放出面に隣接して配置された色変換器を更に含む、請求項４に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項１４】
前記色変換器のそれぞれがポテンシャル井戸を含む、請求項１３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項１５】
前記ポテンシャル井戸が、ＩＩ〜ＶＩ族半導体又はＩＩＩ〜Ｖ族半導体を含む、請求項１４に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項１６】
前記色変換器が、切頭台形角錐のモノリシックアレイとして配置される、請求項１３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項１７】
基板上に互いに隣接して配置された２つ又はそれ以上のモノリシック集積化エレクトロルミネセント素子を含む、ピクセル化された発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれは、第１主要光放出面、及び前記基板に隣接する、より小さな反対側の第２主表面を有するｐ−ｎ接合を含む、ピクセル化された発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項１８】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれが、前記第２主表面から前記第１主要光放出面までの距離の一部分に関して、前記基板に対して平行な、前記基板に垂直な方向に沿って増加する断面積を含む、請求項１７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項１９】
前記ｐ−ｎ接合のそれぞれが、前記第１主要光放出面より前記第２主表面に近く配置される量子井戸を含む、請求項１７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２０】
前記基板と前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれの側面との間の角度は、約２５度〜約８５度の範囲である、請求項１７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２１】
前記基板と前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれの側面との間の角度は、約３５度〜約７０度の範囲である、請求項１７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２２】
前記第１主要光放出面が光透過性電極を含む、請求項１７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２３】
前記光透過性電極が前記エレクトロルミネセント素子のうちの少なくとも２つに共通である、請求項２２に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２４】
前記量子井戸と前記第２主表面との間の距離が、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲である、請求項１９に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２５】
前記量子井戸と前記第２主表面との間の距離が、約１５０ｎｍ〜約２５０ｎｍである、請求項１９に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２６】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれが、外部駆動電子機器によって個別にアドレス指定される、請求項１７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２７】
前記第２主表面に隣接する前記基板の表面が、可視光線を吸収する、請求項１７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２８】
前記ｐ−ｎ接合が、前記第１主要光放出面に隣接するｎ型ドープ半導体を含み、直接隣接する前記エレクトロルミネセント素子のｎ型ドープ半導体の少なくとも一部分が接触している、請求項１７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項２９】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれの前記第１主要光放出面に隣接して配置された色変換器を更に含む、請求項１７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３０】
前記色変換器のそれぞれがポテンシャル井戸を含む、請求項２９に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３１】
前記ポテンシャル井戸が、ＩＩ〜ＶＩ族半導体又はＩＩＩ〜Ｖ族半導体を含む、請求項３０に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３２】
前記色変換器が、切頭台形角錐のモノリシックアレイとして配置される、請求項２９に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３３】
基板上に互いに隣接して配置された２つ又はそれ以上のモノリシック集積化エレクトロルミネセント素子を含む、ピクセル化されたＬＥＤであって、前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれは、第１主要光放出面、及び前記基板に隣接する、反対側の第２主表面を有するｐ−ｎ接合を含み、直接隣接する第２主表面間の前記基板は、可視光を吸収する表面を含む、ピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３４】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれが、前記第２主表面から前記光放出面までの距離の少なくとも一部分に関して、前記第２主表面に対して平行な、増加する断面積を含む、請求項３３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３５】
前記増加する断面積が単調に増加する、請求項３４に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３６】
前記増加する断面積が矩形の外周を含む、請求項３４に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３７】
前記ｐ−ｎ接合それぞれが、前記第１主要光放出面より前記第２主表面により近く配置される量子井戸を含む、請求項３３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３８】
前記基板と前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれの側面との間の角度は、約２５度〜約８５度の範囲である、請求項３３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項３９】
前記基板と、前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれの側面との間の角度は、約３５度〜約７０度の範囲である、請求項３３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４０】
前記第１主要光放出面が光透過性電極を含む、請求項３３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４１】
前記光透過性電極が前記エレクトロルミネセント素子のうちの少なくとも２つに共通である、請求項４０に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４２】
前記量子井戸と前記第２主表面との間の距離が、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲である、請求項３７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４３】
前記量子井戸と前記第２主表面との間の距離が、約１５０ｎｍ〜約２５０ｎｍの範囲である、請求項３７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４４】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれが外部駆動電子機器によって個別にアドレス指定される、請求項３３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４５】
前記第２主表面に隣接する前記基板が可視光線を吸収する、請求項３３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４６】
前記ｐ−ｎ接合が、前記第１主要光放出面に隣接するｎ型ドープ半導体を含み、直接隣接する前記エレクトロルミネセント素子のｎ型ドープ半導体の少なくとも一部分が接触している、請求項３３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４７】
前記エレクトロルミネセント素子のそれぞれの前記第１主要光放出面に隣接して配置された色変換器を更に含む、請求項３３に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４８】
前記色変換器のそれぞれがポテンシャル井戸を含む、請求項４７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項４９】
前記ポテンシャル井戸がＩＩ〜ＶＩ族半導体を含む、請求項４８に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項５０】
前記色変換器が、切頭台形角錐のモノリシックアレイとして配置される、請求項４７に記載のピクセル化されたＬＥＤ。
【請求項５１】
ＬＥＤをピクセル化する方法であって、
第１基板上にスラブｐ−ｎ接合を提供する工程であって、前記スラブｐ−ｎ接合は前記第１基板と反対側の主表面と、該主表面に対して平行な放出領域と、を含む、工程と、
複数のベース部が前記主表面において残るように、前記放出領域より下方の深さまで、前記主表面から材料を選択的に除去することによって、反転した切頭角錐形状のアレイを形成する工程と、
第１電極を前記ベース部のそれぞれの上に堆積させる工程と、
前記第１電極のそれぞれを第２基板に接合する工程と、
前記第１基板を除去することによって、前記スラブｐ−ｎ接合の光放出面を露出させる工程と、
前記光放出面上に第２電極を堆積させる工程と、を含む、方法。
【請求項５２】
ＬＥＤをピクセル化する方法であって、
第１基板上にスラブｐ−ｎ接合を提供する工程であって、前記スラブｐ−ｎ接合は前記第１基板と反対側の主表面と、該主表面に対して平行な放出領域と、を含む、工程と、
前記主表面上に複数の第１電極を選択的に堆積させる工程と、
前記第１電極のそれぞれを第２基板に接合する工程と、
前記第１基板を除去することによって、前記スラブｐ−ｎ接合の光放出面を露出させる工程と、
複数のピクセルが前記光放出面において残るように、前記主表面の深さまで、前記光放出面から材料を選択的に除去することによって、反転した切頭角錐形状のアレイを形成する工程と、
前記光放出面上に第２電極を堆積させる工程と、を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
照明システムは、投射型表示システム、液晶ディスプレイ用のバックライトなどを包含する、多種多様な用途で使用される。投射システムは、通常、高圧水銀ランプなど、１つ以上の白色光源を使用する。白色光線は、普通、三原色、すなわち、赤色、緑色、及び青色に分かれ、それぞれの画像形成空間光変調器へと導かれて、原色ごとに画像を生成する。得られる原色画像ビームは、組み合わされ、見るために投射スクリーン上に投射される。
【０００２】
ごく最近では、発光ダイオード（ＬＥＤ）が白色光源の代替として考えられている。ＬＥＤは、従来の光源に匹敵する輝度及び動作寿命を提供する可能性を有する。しかし、現在のＬＥＤ、特に緑色の発光ＬＥＤは、対して相対的非効率である。
【０００３】
従来の光源は、一般に、体積が大きく、１つ以上の原色の発光において非効率であり、集積困難であり、それらを用いる光学システムにおいてサイズ及び電力消費の増大をまねく傾向にある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様において、本開示は、基板上で互いに隣接するように配置された、２つ又はそれ以上のモノリシック集積化エレクトロルミネセント素子を含む、ピクセル化された発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、基板に直接隣接するエレクトロルミネセント素子のそれぞれの少なくとも一部分は、反転した切頭角錐形状を含む、ピクセル化された発光ダイオードを提供する。更に、エレクトロルミネセント素子のそれぞれは、基板に隣接して配置されたｐ型ドープ半導体と、ｐ型ドープ半導体に隣接して、基板の反対側に配置されるｎ型ドープ半導体と、ｎ型ドープ半導体とｐ型ドープ半導体の間の放出領域と、を含む。
【０００５】
別の態様において、本開示は、基板上に互いに隣接して配置された２つ又はそれ以上のモノリシック集積化エレクトロルミネセント素子を含む、ピクセル化されたＬＥＤであって、エレクトロルミネセント素子のそれぞれは、第１主要光放出面、及び基板に隣接する、より小さな対向する第２主表面を有するｐ−ｎ接合を含む、ピクセル化されたＬＥＤを提供する。
【０００６】
別の態様において、本開示は、基板上に互いに隣接して配置された２つ又はそれ以上のモノリシック集積化エレクトロルミネセント素子を含む、ピクセル化されたＬＥＤであって、エレクトロルミネセント素子のそれぞれは、第１主要光放出面、及び基板に隣接する、反対側の第２主表面を有するｐ−ｎ接合を含み、直接隣接する第２主表面間の基板は、可視光を吸収する表面を含む、ピクセル化されたＬＥＤを提供する。
【０００７】
別の態様において、本開示は、第１基板上にスラブｐ−ｎ接合を提供する工程であって、スラブｐ−ｎ接合は第１基板と反対側の主表面と、主表面に対して平行な放出領域と、を含む、工程を含む、ＬＥＤをピクセル化する方法を提供する。本方法は、複数のベース部が主表面において残るように、放出領域の下方の深さまで、主表面から材料を選択的に除去することによって、反転した切頭角錐形状のアレイを形成する工程を更に含む。本方法は、第１電極をベース部のそれぞれの上に堆積させる工程と、第１電極のそれぞれを第２基板に接合する工程と、第２基板を除去することによって、スラブｐ−ｎ接合の光放出面を露出させる工程と、光放出面上に第２電極を堆積させる工程と、を更に含む。
【０００８】
別の態様において、本開示は、第１基板上にスラブｐ−ｎ接合を提供する工程であって、スラブｐ−ｎ接合は第１基板と反対側の主表面と、主表面に対して平行な放出領域とを含む、工程を含む、ＬＥＤをピクセル化する方法を提供する。本方法は、主表面上に複数の第１電極を選択的に堆積させる工程と、第１電極のそれぞれを第２基板に接合する工程と、第１基板を除去することによって、スラブｐ−ｎ接合の光放出面を露出させる工程と、を更に含む。本方法は、複数のピクセルが光放出面において残るように、光放出面から主表面の深さまで、材料を選択的に除去することによって、反転した切頭角錐形状のアレイを形成する工程と、光放出面上に第２電極を堆積させる工程と、を更に含む。
【０００９】
上記概要は、本発明の開示した各々の実施形態又は全ての実現形態を説明することを意図したものではない。図面及び以下の詳細な説明によって、例示的実施形態をより具体的に例示する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本明細書を通して、添付の図面を参照し、ここで、同じ参照番号は同じ要素を示す。
【図１】光放出システムの概略平面図。
【図２】先行技術の発光システムの概略側面図。
【図３】ピクセル化されたＬＥＤの概略側面図。
【図４】ピクセル化されたＬＥＤの概略側面図。
【図５】ピクセル化されたＬＥＤの概略側面図。
【図６】ピクセル化されたＬＥＤの概略側面図。
【図７】ピクセル化されたＬＥＤの概略側面図。
【図８Ａ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図８Ｂ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図８Ｃ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図８Ｄ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図８Ｅ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図８Ｆ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図８Ｇ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図９Ａ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図９Ｂ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図９Ｃ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図９Ｄ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図９Ｅ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図９Ｆ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図９Ｇ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図９Ｈ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図９Ｉ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図１０Ａ】効率及びクロストーク対側壁角度を示す。
【図１０Ｂ】効率及びクロストーク対側壁角度を示す。
【図１１】デバイス効率対駆動電流密度を示す。
【図１２】出力効率対側壁角度を示す。
【図１３】計算されたＦＯＭ対側壁角度を示す。
【図１４Ａ】効率及びクロストーク対側壁角度を示す。
【図１４Ｂ】効率及びクロストーク対側壁角度を示す。
【図１５Ａ】効率、クロストーク、及びＦＯＭ対側壁角度を示す。
【図１５Ｂ】効率、クロストーク、及びＦＯＭ対側壁角度を示す。
【図１５Ｃ】効率、クロストーク、及びＦＯＭ対側壁角度を示す。
【図１６Ａ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図１６Ｂ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図１６Ｃ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図１６Ｄ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図１６Ｅ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図１６Ｆ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。
【図１６Ｇ】ピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略。  図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではない。図中で用いられる類似の数字は、類似の構成要素を示す。しかし、所与の図中の構成要素を意味する数字の使用は、同一数字でラベル付けされた別の図中の構成要素を制約するものではないことは理解されよう。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本出願は、例えば、超小型発光（microemissive）ディスプレイにおいて使用することができるピクセル化された光放出デバイスを記載する。ピクセル化された光放出デバイスは、先行技術のデバイスに対して、より改善された光生成、抽出、及び変換効率を有する一方で、同時にピクセル間の「光学的クロストーク」を低減させる。光学的クロストークは一般に、アレイ内で１つのピクセルから他のピクセルに滲むピクセルにおける発光を指す。光学的クロストークの増加は、ディスプレイのコントラスト及び解像度を低減する場合がある。
【００１２】
一実施形態では、ピクセル化された発光デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイなど、エレクトロルミネセントピクセルのアレイを含む。１つの具体的な実施形態では、ピクセル化された発光デバイスの各ピクセルにおいて、ＬＥＤの少なくとも一部分は、基板と接触する、反転した切頭角錐のように成形されている。ＬＥＤの主な光放出面は、角錐のより広い端部であり、基板から外側を向いている。反転した切頭角錐の側壁は、基板と角度θを形成し、θは光抽出効率を最大にし、同時にピクセル間の光学的クロストークを最小限にするように選択され得る。いくつかの場合では、基板は、光学的クロストークを更に低減するために、ピクセル間に吸収領域を有してもよい。モノリシックＬＥＤデバイスからピクセル化された発光デバイスを製造する方法もまた記載される。
【００１３】
典型的な半導体ＬＥＤ材料の高屈折率により、ＬＥＤピクセルの面法線に対して、浅い角度で放出された光線は、ピクセル内に捕捉され、結果として高い確率で吸収され得る。捕捉された光線は、ＬＥＤの低い出力効率となる場合がある。ＬＥＤからの光抽出は、１つ以上の放出面を表面テキスチャリング、又は粗面化することによって増加させることができる。かかる「抽出」機能は典型的に、超小型ディスプレイの単一ピクセルの寸法と同様の、１〜５マイクロメートルの寸法である。本開示の一態様において、そのようなマイクロメートルスケールの表面テキスチャリング、又は粗面化を用いることなく、光抽出は個々のピクセルから改善される。
【００１４】
ＬＥＤピクセルの形状を調整することは、ＬＥＤピクセルの、及びＬＥＤアレイの出力効率を改善する。ＬＥＤダイを、１つ以上の側で斜面を備えるように成形することにより、特に小型のダイにおいて、光抽出効率を劇的に改善することができる。しかしながら、単に高い効率を有することは、アドレス指定可能なＬＥＤアレイには十分でないことが多い。１つのＬＥＤピクセルからの光出力は、その隣接するピクセルに結合され、望ましくない領域を照らす場合がある（すなわち増加したクロストーク）。本出願者らは、驚くべきことに反転した切頭角錐形状が光学的クロストークも低減することができるということを見出した。側壁角度及び形状を決定し、同時に光学的クロストークを最小限にし、かつデバイスの効率を最大にするための方法が記載される。
【００１５】
本出願は、光放出領域のアレイを含む光源について更に教示する。開示される光源は、例えばスペクトルの可視領域内のいずれかの波長で光を効率的に出力することができる。光源は、例えば、１つ以上の原色又は白色光を出力するように設計することができる。光源は、例えば、光放出領域のアレイを基板上にコンパクトに集積できるので、重量が低減された小型のものとなり得る。開示される光源の発光効率及び小型度は、重量、サイズ、及び電力消費が低減された、携帯型の投射システムなど、新規の改良された光学システムをもたらすことができる。
【００１６】
開示される光源は、各領域の出力光を能動的かつ独立して制御できる、より大きい光放出領域及びより小さい光放出領域を有することができる。光源は、例えば、１つ以上のピクセル化された画像形成デバイスを照らすために投射システムにおいて使用することができる。光源の各光放出領域は、画像形成デバイスの異なる部分又はゾーンを照らすことができる。そのような能力によって、画像形成デバイス内の対応するゾーンが必要とする最小限の照明を提供するように光源の光放出領域の出力光強度を能動的に調節できる、効率的な適応照明システムが可能となる。
【００１７】
開示される光源は、単色（例えば、緑色、若しくは黒色背景上に緑色（green on black））の画像、又はカラー画像を形成することができる。開示されるそのような光源は、光源及び画像形成デバイスの主要な機能を組み合わせて、開示される光源を組み込んだ光学システムで使用される要素又はコンポーネントのサイズ、電力消費、コスト、及び数の低減をもたらす。例えば、ディスプレイシステムでは、開示される光源は、光源及び画像形成デバイスの両方の役割を果たし、それによってバックライト若しくは空間光変調器の必要をなくす又は低減することができる。別の例として、開示される光源を投射システムに組み込むと、画像形成デバイス及びリレー光学系の必要がなくなる又は低減される。
【００１８】
発光素子のうちの少なくともいくつかが、電気信号に応答して光を放出可能なＬＥＤなどのエレクトロルミネセント素子を含む、ディスプレイシステムにおけるピクセルのアレイなど、発光素子のアレイが開示される。発光素子のうちのいくつかは、エレクトロルミネセント素子によって放出された光をダウンコンバートする、１つ以上のポテンシャル井戸及び／又は量子井戸など、１つ以上の光変換素子を含む。本明細書で使用するとき、下方変換は、変換された光の波長が変換されていない光の波長よりも大きいことを意味する。
【００１９】
本出願で開示される発光素子のアレイは、例えば、投射システム又は他の光学システムで使用するための、適応照明システムなどの照明システムで使用することができる。
【００２０】
図１は、発光素子１１０〜１１４などの２つ以上の発光素子を包含する光放出システム１００の概略平面図である。発光素子はそれぞれ、電気的に駆動されたときに光を放出可能なエレクトロルミネセント素子を含む。発光素子はそれぞれ、発光素子内のエレクトロルミネセント素子を駆動するスイッチング回路を更に含む。例えば、発光素子１１０は、エレクトロルミネセント素子１２０と、エレクトロルミネセント素子１２０を駆動するスイッチング回路１３０と、を含む。場合によっては、発光素子は、１つよりも多くのエレクトロルミネセント素子を含んでもよい。
【００２１】
光放出システム１００内の少なくとも１つの発光素子は、発光素子内のエレクトロルミネセント素子によって放出された光を変換する、１つ以上の光変換素子（ＬＣＥ）を含む。例えば、発光素子１１０は、エレクトロルミネセント素子１２０によって放出された光のダウンコンバートなどの変換が可能な光変換素子１４０を含む。別の例として、発光素子１１２は、光変換素子を包含しない。
【００２２】
光変換素子１４０には、第１の波長で光を受け取り、受け取った光の少なくとも一部分を第１の波長とは異なる第２の波長の光に変換することが可能な、任意の素子を含めることができる。例えば、光変換素子１４０には、蛍光体（phosphor）、蛍光染料、ポリフルオレンなどの共役発光有機材料、ポテンシャル井戸、量子井戸、又は量子ドットを含めることができる。光変換素子として使用できる代表的な蛍光体としては、ストロンチウムチオガレート、ドープＧａＮ、銅活性化硫化亜鉛、及び銀活性化硫化亜鉛が挙げられる。
【００２３】
無機半導体ポテンシャル及び量子井戸などの無機ポテンシャル及び量子井戸は、通常、高い光変換効率を有しており、水分などの環境要素の影響を受けにくいことにより、より信頼性が高い。更に、無機のポテンシャル井戸及び量子井戸は、より狭い出力スペクトルを有する傾向にあり、例えば、改善された色域をもたらす。
【００２４】
本明細書で使用するとき、ポテンシャル井戸は、キャリアを１つの次元内だけに閉じ込めるように設計された多層半導体構造内の（１つ以上の）半導体層を意味しており、その際、（１つ以上の）半導体層は、周囲の層よりも低い伝導帯エネルギー、及び／又は周囲の層よりも高い価電子帯エネルギーを有する。量子井戸は、一般に、量子化効果が井戸内の電子正孔対再結合のためのエネルギーを増大させるほど十分に薄いポテンシャル井戸を意味する。量子井戸は、通常、約１００ｎｍ以下、又は約１０ｎｍ以下の厚さを有する。
【００２５】
エレクトロルミネセント素子１２０は、電気信号の存在下で光を放出可能である。例えば、場合によっては、エレクトロルミネセント素子１２０は、デバイス全体にわたって強い電場が印加されるときに光を放出することができる。別の例として、エレクトロルミネセント素子１２０は、デバイス内を流れる電流に応答して光を放出することができる。
【００２６】
場合によっては、エレクトロルミネセント素子１２０は、電気エネルギーを吸収するときに光を放出可能なリン光性材料を含むことができる。場合によっては、エレクトロルミネセント素子１２０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードなど、半導体エレクトロルミネセント素子を含むことができる。
【００２７】
光放出システム１００は、図１には示されていない外部回路からスイッチング回路に電気信号を印加する、行イネーブル電極１５０及び列データ電極１６０を更に包含する。場合によっては、行イネーブル電極１５０は、光放出システムの行に選択的にアドレスするために光放出システムの行に沿って配置され、列データ電極１６０は、光放出システムの列に選択的にアドレスするために光放出システムの列に沿って配置される。場合によっては、行イネーブル電極１５０及び列データ電極１６０は、図１には明示されていない、それぞれの行及び列ドライバ回路に接続される。
【００２８】
光放出システム１００内のエレクトロルミネセント素子は、電気信号に応答して光を放出可能な任意のデバイスとすることができる。例えば、エレクトロルミネセント素子は、例えば、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第２００６／０１２４９１７号、表題「Ａｄａｐｔｉｎｇ  Ｓｈｏｒｔ−Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ＬＥＤ’ｓ  ｆｏｒ  Ｐｏｌｙｃｈｒｏｍａｔｉｃ，Ｂｒｏａｄｂａｎｄ，ｏｒ  Ｗｈｉｔｅ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ」に論じられているように、電流に応答して光子を放出可能な発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。
【００２９】
ＬＥＤエレクトロルミネセント素子は、用途において望ましい可能性のある、いかなる波長でも光を放出することができる。例えば、ＬＥＤは、ＵＶ波長、可視波長、又は赤外線の波長の光を発光することができる。場合によっては、ＬＥＤは、ＵＶ光子を放出可能な短波長ＬＥＤとすることができる。一般に、ＬＥＤ及び／又は光変換素子（ＬＣＥ）は、Ｓｉ若しくはＧｅなどのＩＶ族元素；ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＰ、ＧａＰ、ＩｎＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＳｂ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどのＩＩＩ〜Ｖ化合物、並びにＡｌＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＩｎＮなどのＩＩＩ〜Ｖ化合物の合金；ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＢｅＳｅ、ＭｇＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＴｅ、ＢｅＴｅ、ＭｇＴｅ、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＢｅＳ、ＭｇＳなどのＩＩ〜ＶＩ化合物、及びＩＩ〜ＶＩ化合物の合金、又は、以上に列挙した化合物のいずれかの合金を含めた、有機半導体又は無機半導体などのいずれかの適切な材料から構成することができる。
【００３０】
場合によっては、ＬＥＤは、１つ以上のｐ型半導体層及び／又はｎ型半導体層、１つ以上のポテンシャル井戸及び／又は量子井戸を含み得る１つ以上の活性層、バッファ層、基板層、並びにスーパーストレート（superstrate）層を包含することができる。
【００３１】
場合によっては、ＬＥＤ及び／又はＬＣＥは、合金の３つの構成要素として化合物ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、及びＭｇＳｅを有する、ＣｄＭｇＺｎＳｅ合金を包含することができる。場合によっては、Ｃｄ、Ｍｇ、及びＺｎのうちの１つ以上、特にＭｇは、合金中でゼロの濃度を有してよく、したがって、合金になくてよい。例えば、ＬＣＥは、赤色で発光可能なＣｄ０．７０Ｚｎ０．３０Ｓｅ量子井戸、又は緑色で発光可能なＣｄ０．３３Ｚｎ０．６７Ｓｅ量子井戸を包含することができる。別の例として、ＬＥＤ及び／又はＬＣＥは、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｓｅ、及び所望選択のＭｇからなる合金を包含することができ、その場合、合金系は、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅによって表すことができる。別の例として、ＬＥＤ及び／又はＬＣＥは、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｓｅ、及び所望選択のＺｎからなる合金を含むことができる。場合によっては、量子井戸ＬＣＥは、約１ｎｍ〜約１００ｎｍ、又は約２ｎｍ〜約３５ｎｍの範囲の厚さを有する。
【００３２】
場合によっては、半導体ＬＥＤ又はＬＣＥは、ｎドープ又はｐドープされていてよく、その際、ドーピングは、任意の適切な方法によって、また任意の適切なドーパントを含めることによって、達成することができる。場合によっては、ＬＥＤ及びＬＣＥは、同一の半導体族に由来する。場合によっては、ＬＥＤ及びＬＣＥは、異なる２つの半導体族に由来する。例えば、場合によっては、ＬＥＤは、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体デバイスであり、ＬＣＥは、ＩＩ〜ＶＩ族半導体デバイスである。場合によっては、ＬＥＤは、ＡｌＧａＩｎＮ半導体合金を含み、ＬＣＥは、Ｃｄ（Ｍｇ）ＺｎＳｅ半導体合金を含む。
【００３３】
ＬＣＥは、ホットメルト接着剤などの接着剤、溶接、圧力、熱、又はそのような方法の組み合わせなど、任意の適切な方法によって、対応するエレクトロルミネセント素子上に配置する又は取り付けることができる。好適なホットメルト接着剤の例としては、半結晶ポリオレフィン、熱可塑性ポリエステル、及びアクリル樹脂が挙げられる。
【００３４】
場合によっては、ＬＣＥは、ウエファーボンディング技術によって、対応するエレクトロルミネセント素子に取り付けることができる。例えば、エレクトロルミネセント素子の最上表面及びＬＣＥの最下表面を、例えばプラズマ支援又は従来のＣＶＤプロセスを使用して、シリカ又は他の無機材料の薄層でコーティングすることができる。次に、コーティングされた表面を、所望により平坦化し、熱、圧力、水、又は１つ以上の化学剤の組み合わせを使用して結合することができる。接合は、コーティングされた表面のうちの少なくとも１つに水素原子を衝突させることによって、又は低エネルギープラズマを使用して表面を活性化させることによって、改善することができる。ウエファー接合方法は、例えば、米国特許第５，９１５，１９３号及び同第６，５６３，１３３号、並びにＱ．−Ｙ．Ｔｏｎｇ  ａｎｄ  Ｕ．Ｇｏｓｅｌｅ（Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ，Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，１９９９）の第４章及び第１０章に記載されている。
【００３５】
場合によっては、量子又はポテンシャル井戸ＬＣＥは、対応するエレクトロルミネセント素子から放出された光の吸収を助けるために、井戸に近接した１つ以上の光吸収層を有することができる。場合によっては、吸収層は、光生成されたキャリアが効率的にポテンシャル井戸に拡散できる材料から構成される。場合によっては、光吸収層は、無機半導体などの半導体を包含することができる。場合によっては、量子又はポテンシャル井戸ＬＣＥは、バッファ層、基板層、及びスーパーストレート層を包含することができる。
【００３６】
エレクトロルミネセント素子又はＬＣＥは、任意の適切な方法によって製造することができる。例えば、半導体エレクトロルミネセント素子及び／又はＬＣＥは、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）、又は気相エピタキシー（ＶＰＥ）を使用して製造することができる。
【００３７】
光放出システム１００は、各発光素子又はピクセルの輝度を独立して制御できる、非常に小さなサイズでの画像の直接形成を可能にする。あるいは、光放出システムは、画像形成デバイスの「ゾーン照明（zone illumination）」に使用することができ、それにより、最終画像の暗い領域に対応する（１つ以上の）発光システムピクセルの輝度を暗くする又は低減することによって、電力消費の低減が可能になる。高度に制御可能な光源を提供できることは、光放出システムを用いる投射システムなどの光学システムのエネルギーの節約並びにサイズの最小化における、大きな利点をもたらす。
【００３８】
図２は、共通基板２０５上に配置された発光素子２１０〜２１２などの発光素子のアレイを含む、先行技術の光放出システム２００の概略側面図である。光放出システム２００の更なる説明及び図２に示す光放出システム２００の作製方法は、例えば公開済みのＰＣＴ出願ＷＯ  ２００８／１０９２９６号、表題「ＡＲＲＡＹ  ＯＦ  ＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＴ  ＥＬＥＭＥＮＴＳ」に見出すことできる。共通基板２０５の表面２９９の少なくとも一部分は、発光素子２１０〜２１２のそれぞれの間に露出される。各発光素子は、エレクトロルミネセント素子と、このエレクトロルミネセント素子を駆動するスイッチング回路と、を包む。例えば、発光素子２１０は、エレクトロルミネセント素子２２０と、エレクトロルミネセント素子２２０を駆動するスイッチング回路２３１と、を含み、スイッチング回路は、１つ以上のトランジスタを含むことができる。エレクトロルミネセント素子２２０は、第１電極２５１と、ｐ型半導体層２５２と、任意の半導体活性層２５４と、ｎ型半導体層２５６と、任意の第２の電極２５８と、を含む。
【００３９】
第１電極２５１は、ｐ型層２５２とのオーム接触を提供し、ｐ型層２５２内に電流を拡散させるように設計される。任意の活性層２５４は、通常は半導体層であり、通常、ｐ型層２５２及びｎ型層２５６から注入される電子正孔対の放射再結合のための、多重量子井戸層である。
【００４０】
ｎ型層２５６がこのｎ型層内を流れる電流を適切に拡散させるのに十分に伝導性があるときなど、場合によっては、第２電極２５８を、例えば、エレクトロルミネセント素子又は光放出システムの周辺部に形成することができる。
【００４１】
代表的な光放出システム２００では、ｎ型層２５６は、発光素子２１０〜２１２にわたって延びており、これは、ｎ型層２５６が発光素子２１０〜２１２にわたる連続層を形成することを意味する。一般に、発光素子内の半導体層は、他の発光素子にわたって延びても延びなくてもよい。例えば、場合によっては、各発光素子は、不連続のｎ型層２５６を有することができる。
【００４２】
発光素子２１０は、エレクトロルミネセント素子２２０によって放出された光を変換する光変換素子を更に含む。一般に、光放出システム２００内の少なくとも１つの発光素子は、この発光素子内のエレクトロルミネセント素子によって放出された光をダウンコンバートなどで変換する、ポテンシャル井戸又は量子井戸などの光変換素子を含む。場合によっては、光放出システム２００内の各発光素子は、光変換素子を包含する。
【００４３】
代表的な光放出システム２００では、発光素子２１０は、エレクトロルミネセント素子２２０上に配置された光変換素子（ＬＣＥ）２４０を含み、発光素子２１１は、エレクトロルミネセント素子２２１上に配置された光変換素子２４１を含み、発光素子２１２は、エレクトロルミネセント素子２２２上に配置された光変換素子２４２を含む。
【００４４】
場合によっては、発光素子２１０は、第１の波長λ１で光２９０Ａを出力可能であり、発光素子２１１は、第２の波長λ２で光２９１Ａを出力可能であり、発光素子２１２は、第３の波長λ３で光２９２Ａを出力可能である。場合によっては、波長λ２は、λ１とは異なり、波長λ３は、λ１及びλ２とは異なる。
【００４５】
場合によっては、エレクトロルミネセント素子２２０はλ１’の光２９０を放出することができ、エレクトロルミネセント素子２２１はλ２’の光２９１を放出することができ、エレクトロルミネセント素子２２２はλ３’の光２９２を放出することができる。場合によっては、波長λ２’はλ１’と異なり、波長λ３’はλ１’及びλ２’とは異なる。場合によっては、波長λ１’は波長λ１とは異なり、波長λ２’は波長λ２とは異なり、波長λ３’は波長λ３とは異なる。そのような場合、光変換素子２４０は、波長λ１’の光２９０の少なくとも一部分を波長λ１の光２９０Ａに変換し、光変換素子２４１は、波長λ２’の光２９１の少なくとも一部分を波長λ２の光２９１Ａに変換し、光変換素子２４２は、波長λ３’の光の少なくとも一部分を波長λ３の光２９２Ａに変換する。
【００４６】
場合によっては、発光素子２１０によって出力される光は、単に、エレクトロルミネセント素子２２０によって放出される光であってもよい。そのような場合、波長λ１及びλ１’は、ほぼ同一である。そのような場合、ＬＣＥ  ２４０は、発光素子２１０から除去され、例えば、光放出システムを平坦化するのを支援するために、同程度の厚さの透過性素子に置き換えることができる。
【００４７】
一般に、光変換素子２４０は、光の少なくとも一部分を第１の波長から第１の波長とは異なる第２の波長に変換可能ないかなる素子とすることもできる。場合によっては、光変換素子２４０は、吸収及びフォトルミネセンスによって光を変換可能なフォトルミネセント素子とすることができる。場合によっては、フォトルミネセント素子は、１つ以上のポテンシャル及び／又は量子井戸を包含することができる。
【００４８】
場合によっては、光変換素子は、ポテンシャル井戸を包含することができる。一般に、ポテンシャル井戸は、任意の伝導及び／又は価電子帯プロファイルを有することができる。ポテンシャル井戸のためのいくつかの代表的な伝導帯プロファイルは、例えば公開済みのＰＣＴ特許出願ＷＯ  ２００８／１０９２９６号、表題「ＡＲＲＡＹ  ＯＦ  ＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＴ  ＥＬＥＭＥＮＴＳ」に見出すことできる。
【００４９】
図２に戻って参照すると、場合によっては、波長λ１’、λ２’及びλ３’は、スペクトルの青色、紫色、又はＵＶ領域など、スペクトルの同一領域にあってよい。場合によっては、波長λ１’、λ２’及びλ３’は、ほぼ同一であってよい。例えば、波長λ１’、λ２’、及びλ３’は、スペクトルの青色、紫色、又はＵＶ領域内のほぼ同一の波長であってよい。
【００５０】
場合によっては、λ１’、λ２’、及びλ３’は実質的に同じ波長であり、波長λ１はλ１’と実質的に同じであり、波長λ２はλ２’とは異なり、波長λ３はλ３’とは異なる。例えば、波長λ１、λ１’、λ２’、及びλ３’は全て約４６０ｎｍ（青色）であってもよく、λ２は約５４０ｎｍ（緑色）であってもよく、λ３は約６３０ｎｍ（赤色）であってもよい。
【００５１】
場合によっては、λ１、λ１’、λ２’、及びλ３’は、スペクトルの青色領域など、スペクトルの同一の第１の領域にあり、波長λ２は、スペクトルの緑色領域など、第１の領域とは異なるスペクトルの第２の領域にあり、波長λ３は、スペクトルの赤色領域など、第１領域及び第２領域とは異なるスペクトルの第３領域にある。
【００５２】
場合によっては、光変換素子２４０は、初めに波長λ１’の光を第３の波長に変換することによって、波長λ１’の光を波長λ１の光に変換してもよい。
【００５３】
場合によっては、図２の光放出システム２００内の異なる発光素子は、可視スペクトル内の３つを超える異なる領域で光を出力することができる。例えば、発光素子は、例えば光放出システムによって出力される全体的な光の色特性を改善するために、可視スペクトル内の５つの異なる領域で光を出力することができる。例えば、いくつかの発光素子は、青色光を出力することができ、いくつかの発光素子は、シアン色光を、例えば約５００ｎｍで出力することができ、いくつかの発光素子は、緑色光を出力することができ、いくつかの発光素子は、黄色又はオレンジ色光を出力することができ、いくつかの発光素子は、赤色光を出力することができる。
【００５４】
場合によっては、シアン色出力光は、シアン色光を再放出可能なポテンシャル井戸を用いて達成することができ、又は、第１のポテンシャル井戸が例えば約４６０ｎｍで再放出可能で、第２のポテンシャル井戸が例えば約５４０ｎｍで再放出可能である、２つのポテンシャル井戸の出力を組み合わせることによって、達成することもできる。
【００５５】
場合によっては、第１のポテンシャル井戸が例えば約４６０ｎｍで再放出可能で、第２のポテンシャル井戸が例えば約６３０ｎｍで再放出可能である、２つのポテンシャル井戸の出力を組み合わせることによって、マゼンタ色出力光を達成することができる。
【００５６】
図２の発光素子２１０は、光抽出器の下方に配置された層２４０などの１つ以上の層から光を抽出する、光抽出器２７０を更に包含する。一般に、光は、用途に適したいずれかの手段によって抽出することができる。例えば、光は、封入（encapsulation）によって抽出することができ、その際、封入素子は、例えば、抽出された光を部分的にコリメートする半球形プロファイルを有することができる。光は、また、発光素子内の１つ以上の層の最上面及び／又はより下方の表面をパターニング又はテキスチャリング、例えば粗面処理することによって抽出することができる。別の例として、光は、光変換素子及び／又はエレクトロルミネセント素子及び／又は発光素子内の他の層の外表面上にフォトニック結晶を形成することによって、抽出することができる。代表的なフォトニック結晶は、例えば、米国特許第６，９８７，２８８号及び同第７，１６１，１８８号に記載されている。場合によっては、光は、出力表面上に光抽出器２７０などの光学素子を形成することによって抽出することができる。光抽出器２７０は、本来なら例えば全内部反射により発光素子から出てこない光の少なくとも一部分を抽出可能な、いかなる素子とすることもでき、いかなる形状を有することもできる。代表的な光抽出器は、例えば同一所有者の米国特許出願公開第２００７／０２８４５６５号、表題「ＬＥＤ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｒｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ」、同一所有者のＰＣＴ公開済み特許出願ＷＯ２００８０６４０６８号、表題「Ｐｌａｎａｒｉｚｅｄ  ＬＥＤ  ｗｉｔｈ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｘｔｒａｃｔｏｒ」、及び同一所有者の米国特許出願公開第２００７／０２８４６０３、表題「ＬＥＤ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｗｉｔｈ  Ｒｅ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｎｖｅｒｇｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ」に記載されており、その全体は本明細書において援用するものである。
【００５７】
場合によっては、発光素子は、専用の光抽出器を有することができる。場合によっては、光抽出器は、発光素子を越えて延びることができる。例えば、場合によっては、光抽出器は、２つ以上の発光素子にわたって延びることができる。
【００５８】
一般に、光抽出器２７０は、光学的に透明であり、場合によっては、比較的高い屈折率を有する。抽出器のための代表的な材料としては、高屈折率ガラス（例えば、ＳｃｈｏｔｔガラスタイプＬＡＳＦ３５（Ｓｃｈｏｔｔ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ｉｎｃ．（Ｅｌｍｓｆｏｒｄ，ＮＹ）から商品名ＬＡＳＦ３５で入手可能））、並びにセラミックス（例えば、サファイア、酸化亜鉛、ジルコニア、ダイヤモンド、及び炭化ケイ素）などの無機材料が挙げられる。代表的な有用なガラスは、同一出願人による米国特許出願第１１／３８１，５１８号、表題「ＬＥＤ  Ｅｘｔｒａｃｔｏｒ  Ｃｏｍｐｏｓｅｄ  Ｏｆ  Ｈｉｇｈ  Ｉｎｄｅｘ  Ｇｌａｓｓ」に記載されており、本明細書において援用するものである。サファイア、酸化亜鉛、ダイヤモンド、及び炭化ケイ素は、比較的高い熱伝導率（０．２〜５．０Ｗ／ｃｍＫ）も有するので、特に有用なセラミック材料である。場合によっては、光抽出器２７０は、高屈折率ポリマー又はナノ粒子充填ポリマーを含んでおり、その際、ポリマーは、例えば熱可塑性及び／又は熱硬化性とすることができる。場合によっては、熱可塑性ポリマーには、ポリカーボネート及び環状オレフィンコポリマーを含めることができる。場合によっては、熱硬化性ポリマーは、例えば、アクリル、エポキシ、シリコーン、又は当該技術分野において既知の他のものとすることができる。代表的なセラミックナノ粒子としては、ジルコニア、チタニア、酸化亜鉛、及び硫化亜鉛が挙げられる。
【００５９】
光抽出器２７０は、機械加工若しくは成型などの従来技術によって、又は本発明の譲受人に譲渡された米国特許公開第２００６／００９４３４０（Ａ１）号、表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ａｎｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ」、米国特許公開第２００６／００９４３２２（Ａ１）号、表題「Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｆｏｒ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ａ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ａｒｒａｙ」、及び米国特許出願第１１／２８８，０７１号、表題「Ａｒｒａｙｓ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｒｕｉｎｇ  Ｓａｍｅ」に開示されている精密研磨技術を用いて製造することができ、その全体は本明細書において援用するものである。他の代表的な製造技術は、同一出願人による米国特許出願第１１／３８１，５１２号、表題「Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｏｆ  Ｍａｋｉｎｇ  ＬＥＤ  Ｅｘｔｒａｃｔｏｒ  Ａｒｒａｙｓ」に記載されており、それを参照により本明細書に組み込む。
【００６０】
場合によっては、図２の光放出システム２００内の発光素子は、アクティブマトリクスアレイとして構成される。そのような場合、光放出システム内の各発光素子は、発光素子内のエレクトロルミネセント素子を駆動する専用のスイッチング回路を含む。例えば、発光素子２１０は、図２には示されていない１つ以上のトランジスタを包含することのできるスイッチング回路２３１を包含する。
【００６１】
場合によっては、光放出システム２００内の発光素子は、パッシブマトリクスアレイとして構成される。そのような場合、光放出システム内のいずれの発光素子も、専用のスイッチング回路をもたない。場合によっては、ｐ型電極は、行を形成するように接続され、ｎ型電極は、列を形成するように接続される。
【００６２】
基板２０５は、用途に適している可能性のあるいずれかの材料を包含することができる。例えば、基板２０５は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、サファイア、ＳｉＣ、及びＺｎＳｅを含んでよく、又はそれらで作製されてよい。ある場合では、基板２０５は、ｎドープ、ｐドープ、絶縁、又は半絶縁であってよく、ドーピングは、任意の好適な方法によって、及び／又は任意の好適なドーパントを含めることによって、達成されてよい。
【００６３】
場合によっては、光放出システム２００は、基板２０５を包含しない。例えば、光放出システム２００の様々な素子を、基板２０５上に形成し、次いで、例えばエッチング又はアブレーションによって、基板から分離することができる。
【００６４】
図３は、共通基板３０５上に配置された発光素子３１０〜３１２などの発光素子のアレイを含む、ピクセル化されたＬＥＤ  ３００の概略側面図である。共通基板３０５の表面３９９の少なくとも一部分は、発光素子３１０〜３１２のそれぞれの間に露出される。露出される共通基板３０５の表面３９９の部分は、例えば、反射を低減することができる光吸収コーティング又は表面テクスチャーなど、コーティング又は表面処理を含んでもよい。発光素子３１０〜３１２のそれぞれは、基板３０５の表面３９９と第２電極３５８との間の分離によって画定されるピクセル高さ（ＰＨ）を含む。発光素子３１０〜３１２のそれぞれは、発光素子の光放出領域と一致するピクセル幅（ＰＷ）を更に含む。１つの具体的な実施形態では、ピクセル高さ（ＰＨ）は、約０．５μｍ〜約１０μｍ、約１．０μｍ〜約５μｍ、又は約１．０μｍ〜約３μｍの範囲である。１つの具体的な実施形態では、ピクセル幅（ＰＷ）は約０．５μｍ〜約１０μｍ、約１μｍ〜約５μｍ、又は約１μｍ〜約３μｍの範囲である。発光素子（すなわちピクセル）の光放出領域は、任意の望ましい形状を有してもよいが、しかしながら正方形又は矩形の形状が好ましい。
【００６５】
以下に続く記載では、基板３０５、発光素子（３１０、３１１、３１２）、エレクトロルミネセント素子（３２０、３２１、３２２）、及び任意のＬＣＥ（３４０、３４１、３４２）のそれぞれに使用される材料は、図２に記載の基板２０５、発光素子（２１０、２１１、２１２）、エレクトロルミネセント素子（２２０、２２１、２２２）、及びＬＣＥ（２４０、２４１、２４２）に記載のものと同じであってもよい。本開示のエレクトロルミネセント素子のそれぞれの形状は図２に記載の先行技術のデバイスとは異なるが、しかしながら、各デバイス内に使用される材料は同じであってあってもよいということが理解される。更に、他で記載されているように、本開示のエレクトロルミネセント素子内の層の相対位置決めは、図２に基板の先行技術のデバイスにおける層の相対位置決めとは異なってもよい。
【００６６】
発光素子３１０、３１１、３１２のそれぞれは、他で記載されるように、モノリシックエレクトロルミネセント材料から同時に製造される。結果として、発光素子３１０、３１１、３１２は同様の構造体を有し、よって簡潔さのために、発光素子３１０のみが記載される。発光素子それぞれは、エレクトロルミネセント素子３２０〜３２２と、図２に提供されているスイッチング回路の記載と同様の、デバイスを駆動させるためのスイッチング回路（図示せず）を含む。以下の記載は、アレイ内の他の発光素子のそれぞれに関して同様の方式で適用されてもよい。
【００６７】
発光素子３１０は、隣接する基板３０５に配置された第１電極３５１を有するエレクトロルミネセント素子３２０を含む。第１電極３５１のそれぞれは、基板３０５の表面３９９によって、隣接する第１電極３５１から分離されている。１つの具体的な実施形態では、基板３０５の表面３９９は可視の入射光の一部分を吸収してもよい。第１電極３５１は、他で記載されているようにアクティブ又はパッシブ方式で発光素子３１０をアドレス指定するための接続部（図示せず）を含んでもよい。概ね、第１電極３５１は、可視光に対して高い反射率を有する金属、例えば銀又は銀合金を含む。ｐ型ドープ半導体３５２は、第１電極３５１に隣接してオーム接触で配置される。ｎ型ドープ半導体３５６は、ｐ型ドープ半導体３５２に隣接して、かつ基板３０５の反対側に配置される。放出領域３５４は、ｐ型ドープ半導体３５２とｎ型ドープ半導体３５６との間に配置される。正孔と電子が結合して光を生成する放出領域３５４は、図２を参照して記載されている任意の半導体活性領域２５４など、任意の半導体活性領域を含み得る。
【００６８】
第１電極３５１は、ｐ型層３５２とのオーム接触を提供し、ｐ型層３５２を通じて電流を拡散させるように設計される。放出領域３５４は、通常は半導体層であり、通常は、ｐ型層３５２及びｎ型層３５６から注入される電子正孔対の放射再結合のための多重量子井戸層である。
【００６９】
放出領域３５４は、表面３９９から放出領域の高さ（ＥＨ）で、基板３０５の表面３９９に対して平行に位置決めされ得る。放出領域の高さは、理論上はＥＨ＝０からＥＨ＝ＰＨの範囲であり得るが、放出領域３５４は、第２電極３５８よりも第１電極３５１により近く位置決めされるのが好ましいということが見出されている。放出領域３５４を第１電極３５１に、より近く位置決めすることは、エレクトロルミネセント素子３２０の効率を全体的に増加させる。１つの具体的な実施形態において、放出領域の高さ（ＥＨ）は約１００ｎｍ〜約５００ｎｍ、約１５０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、又は約１７５ｎｍ〜約２２５ｎｍの範囲である。
【００７０】
ｎ型層３５６がこのｎ型層内を流れる電流を適切に拡散させるのに十分に伝導性があるときなど、場合によっては、第２電極３５８を、例えば、エレクトロルミネセント素子又は光放出システムの周辺部に形成することができる。
【００７１】
代表的なピクセル化されたＬＥＤ  ３００において、ｎ型層３５６は、発光素子３１０〜３１２にわたって延び、これはｎ型層３５６の少なくとも一部分は発光素子３１０〜３１２にわたって連続層を形成するということを意味する。一般に、発光素子内の半導体層は、他の発光素子にわたって延びても延びなくてもよい。例えば、場合によっては、各発光素子は、不連続のｎ型層３５６を有することができる。
【００７２】
発光素子３１０は、エレクトロルミネセント素子３２０によって放出された光を変換する任意の光変換素子３４０を更に含む。一般に、ピクセル化されたＬＥＤ  ３００内の少なくとも１つの発光素子は、この発光素子内のエレクトロルミネセント素子によって放出された光をダウンコンバートなどで変換する、ポテンシャル井戸又は量子井戸などの光変換素子を含む。場合によっては、ピクセル化されたＬＥＤ  ３００内の各発光素子は、光変換素子を含む。
【００７３】
ピクセル化されたＬＥＤ  ３００の１つの具体的な実施形態では、発光素子３１０は、エレクトロルミネセント素子３２０上に配置された光変換素子３４０を含み、発光素子３１１は、エレクトロルミネセント素子３２１上に配置された光変換素子３４１を含み、発光素子３１２は、エレクトロルミネセント素子３２２上に配置された光変換素子３４２を含む。
【００７４】
場合によっては、発光素子３１０は、第１の波長λ１で光３９０Ａを出力可能であり、発光素子３１１は、第２の波長λ２で光３９１Ａを出力可能であり、発光素子３１２は、第３の波長λ３で光３９２Ａを出力可能である。場合によっては、波長λ２は、λ１とは異なり、波長λ３は、λ１及びλ２とは異なる。
【００７５】
場合によっては、エレクトロルミネセント素子３２０はλ１’の光３９０を放出することができ、エレクトロルミネセント素子３２１はλ２’の光３９１を放出することができ、エレクトロルミネセント素子３２２はλ３’の光３９２を放出することができる。場合によっては、波長λ２’はλ１’とは異なり、波長λ３’はλ１’及びλ２’とは異なる。場合によっては、波長λ１’は波長λ１とは異なり、波長λ２’は波長λ２とは異なり、波長λ３’は波長λ３とは異なる。そのような場合、光変換素子３４０は、波長λ１’の光の少なくとも一部分を波長λ１の光３９０Ａに変換し、光変換素子３４１は、波長λ２’の光３９１の少なくとも一部分を波長λ２の光３９１Ａに変換し、光変換素子３９２は、波長λ３’の光の少なくとも一部分を波長λ３の光３９２Ａに変換する。
【００７６】
場合によっては、発光素子３１０によって出力される光は、単に、エレクトロルミネセント素子３２０によって放出される光であってもよい。そのような場合、波長λ１及びλ１’は、ほぼ同一である。そのような場合、ＬＣＥ  ３４０は、発光素子３１０から除去され、例えば、光放出システムを平坦化するのを支援するために、同程度の厚さの透過性素子に置き換えることができる。
【００７７】
一般に、光変換素子３４０は、光の少なくとも一部分を第１の波長から第１の波長とは異なる第２の波長に変換可能ないかなる素子とすることもできる。場合によっては、光変換素子３４０は、吸収及びフォトルミネセンスによって光を変換可能なフォトルミネセント素子とすることができる。場合によっては、フォトルミネセント素子は、１つ以上のポテンシャル及び／又は量子井戸を包含することができる。
【００７８】
場合によっては、光変換素子は、ポテンシャル井戸を包含することができる。一般に、ポテンシャル井戸は、任意の伝導及び／又は価電子帯プロファイルを有することができる。ポテンシャル井戸のためのいくつかの代表的な伝導帯プロファイルは、例えば公開済みのＰＣＴ特許出願ＷＯ  ２００８／１０９２９６号、表題「ＡＲＲＡＹ  ＯＦ  ＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＴ  ＥＬＥＭＥＮＴＳ」に見出すことできる。
【００７９】
図に戻って参照すると、場合によっては、波長λ１’、λ２’、及びλ３’は、スペクトルの青色、紫色、又はＵＶ領域など、スペクトルの同一領域にあってよい。場合によっては、波長λ１’、λ２’、及びλ３’は、ほぼ同一であってよい。例えば、波長λ１’、λ２’、及びλ３’は、スペクトルの青色、紫色、又はＵＶ領域内のほぼ同一の波長であってよい。１つの具体的な実施形態では、波長λ１’、λ２’、及びλ３’は、他で記載のように、モノリシックエレクトロルミネセント材料から、ピクセル化されたＬＥＤ  ３００を作製するためのプロセスの結果として、実質的に同じ波長であってもよい。
【００８０】
場合によっては、λ１’、λ２’、及びλ３’は実質的に同じ波長であり、波長λ１はλ１’と実質的に同じであり、波長λ２はλ２’とは異なり、波長λ３はλ３’とは異なる。例えば、波長λ１、λ１’、λ２’、及びλ３’は全て約４６０ｎｍ（青色）であってもよく、λ２は約５４０ｎｍ（緑色）であってもよく、λ３は約６３０ｎｍ（赤色）であってもよい。
【００８１】
場合によっては、λ１、λ１’、λ２’、及びλ３’は、スペクトルの青色領域など、スペクトルの同一の第１の領域にあり、波長λ２は、スペクトルの緑色領域など、第１の領域とは異なるスペクトルの第２の領域にあり、波長λ３は、スペクトルの赤色領域など、第１の領域及び第２の領域とは異なるスペクトルの第３の領域にある。
【００８２】
場合によっては、光変換素子３４０は、初めに波長λ１’の光を第３の波長に変換することによって、波長λ１’の光を波長λ１の光に変換してもよい。
【００８３】
場合によっては、図３のピクセル化されたＬＥＤ  ３００内の異なる発光素子は、可視スペクトル内の３つを超える異なる領域で光を出力することができる。例えば、発光素子は、例えば光放出システムによって出力される全体的な光の色特性を改善するために、可視スペクトル内の５つの異なる領域で光を出力することができる。例えば、いくつかの発光素子は、青色光を出力することができ、いくつかの発光素子は、シアン色光を、例えば約５００ｎｍで出力することができ、いくつかの発光素子は、緑色光を出力することができ、いくつかの発光素子は、黄色又はオレンジ色光を出力することができ、いくつかの発光素子は、赤色光を出力することができる。
【００８４】
場合によっては、シアン色出力光は、シアン色光を再放出可能なポテンシャル井戸を用いて達成することができ、又は、第１のポテンシャル井戸が例えば約４６０ｎｍで再放出可能で、第２のポテンシャル井戸が例えば約５４０ｎｍで再放出可能である、２つのポテンシャル井戸の出力を組み合わせることによって、達成することもできる。
【００８５】
場合によっては、第１のポテンシャル井戸が例えば約４６０ｎｍで再放出可能で、第２のポテンシャル井戸が例えば約６３０ｎｍで再放出可能である、２つのポテンシャル井戸の出力を組み合わせることによって、マゼンタ色出力光を達成することができる。
【００８６】
図３の発光素子３１０は、１つ又はそれ以上の層から光を抽出するための、図２に記載の光抽出器２７０と類似の光抽出器（図示せず）を任意に含んでもよい。しかしながら、概ね、かかる光抽出器は本開示の実施形態では要求されてはない。代表的な光抽出器は、図２を参照して他の箇所で記載されている。
【００８７】
場合によっては、図３のピクセル化されたＬＥＤ  ３００内の発光素子は、アクティブマトリクスアレイとして構成される。そのような場合、光放出システム内の各発光素子は、発光素子内のエレクトロルミネセント素子を駆動する専用のスイッチング回路を含む。
【００８８】
場合によっては、ピクセル化されたＬＥＤ  ３００内の発光素子は、パッシブマトリクスアレイとして構成される。そのような場合、光放出システム内のいずれの発光素子も、専用のスイッチング回路をもたない。場合によっては、ｐ型電極は、行を形成するように接続され、ｎ型電極は、列を形成するように接続される。
【００８９】
基板３０５は、用途に適している可能性のあるいずれかの材料を包含することができる。例えば、基板３０５は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、サファイア、ＳｉＣ、及びＺｎＳｅを含んでよく、又はそれらで作製されてよい。ある場合では、基板３０５は、ｎドープ、ｐドープ、絶縁、又は半絶縁であってよく、ドーピングは、任意の好適な方法によって、及び／又は任意の好適なドーパントを含めることによって、達成されてよい。
【００９０】
場合によっては、ピクセル化されたＬＥＤ  ３００は、基板３０５を含まない。例えば、ピクセル化されたＬＥＤ  ３００の様々な素子を、基板３０５上に形成し、次いで、例えばエッチング又はアブレーションによって、基板から分離することができる。
【００９１】
１つの具体的な実施形態において、エレクトロルミネセント素子３２０は、図３の断面図で示されているように、反転した切頭角錐と類似の形状を集合的に形成する側壁３６０を有する。角度θで傾斜している側壁３６０を有するエレクトロルミネセント素子３２０は、デバイス間で生じ得るクロストークの量を効果的に低減することができ、並びに個々のデバイスそれぞれの効率を改善することができるということが見出されている。１つの具体的な実施形態では、側壁の角度θは、約１５度〜約８５度、約３０度〜約８０度、又は約４５度〜約７５度の範囲であってもよい。
【００９２】
エレクトロルミネセント素子３２０の各側壁３６０は、基板と角度θを形成する連続的な平滑な表面を有して示されているが、側壁３６０は代わりに、連続的な平滑な表面から外れる起伏を有してもよいということが理解される。これらの起伏は、他の箇所で記載される、エレクトロルミネセント素子３２０を成形するプロセスの結果であってもよい。他の実施形態において、エレクトロルミネセント素子３２０は湾曲しているか、又は他の箇所で記載したように段階的な不連続性を更に有する側壁３６０を有してもよい。
【００９３】
図４は、共通基板４０５上に配置された発光素子４１０〜４１２などの発光素子のアレイを含む、ピクセル化されたＬＥＤ  ４００の概略側面図である。図４に示される要素４０５〜４９９のそれぞれは、先に記載されている、図３に示されている同様に番号付けされた要素３０５〜３９９に対応する。例えば、図４の基板４０５の記載は、図３の基板３０５の記載に対応する等。図４は、成形されたエレクトロルミネセント素子４２０〜４２２の１つの具体的な実施形態を図示し、ここではエレクトロルミネセント素子４２０〜４２２の少なくとも一部分は、反転した台形の形状を含む。図４はまた、隣接する発光素子４１０〜４１２の間の分離距離「ｄ」が存在する実施形態を図示する。
【００９４】
エレクトロルミネセント素子４２０の第１部分４９４は、基板４０５の表面４９９に直接隣接する、接近している概略の台形の形状を集合的に形成する側壁４６０を含む。第１部分４９４内で側壁４９０のそれぞれは、表面４９９と角度θを形成する。エレクトロルミネセント素子４２０の第２部分４９５は、基板４０５の表面４９９と約９０度の角度を形成する側壁４６０を含む。発光素子４１０〜４１２のそれぞれは、距離「ｄ」によって互いから分離されてもよいが、しかしながら、場合によっては、隣接するエレクトロルミネセント素子の第２部分４９５は、連続層であってもよく、分離距離「ｄ」はゼロである。エレクトロルミネセント素子４２０の第２部分４９５を含むことは、隣接する発光素子４１０〜４１２間の「クロストーク」を増加させ得るが、場合によっては、ピクセル化されたＬＥＤ  ４００は、他の箇所で記載のように、図３に示されるピクセル化されたＬＥＤ  ３００よりも、容易に製造することができる。
【００９５】
図５は、共通基板５０５上に配置された発光素子５１０〜５１２などの発光素子のアレイを含む、ピクセル化されたＬＥＤ  ５００の概略側面図である。図５に示される要素５０５〜５９９のそれぞれは、先に記載されている、図４に示されている同様に番号付けされた要素４０５〜４９９に対応する。例えば、図５の基板５０５の記載は、図４の基板４０５の記載に対応する等。図５は、図４のピクセル化されたＬＥＤ  ４００の１つの具体的な実施形態を図示するが、ここでは隣接するエレクトロルミネセント素子の間の空間は、発光素子５１０〜５１２を互いから分離することによって、クロストークを更に低減し、効率を改善することができる材料で充填されている。
【００９６】
１つの具体的な実施形態では、分離材料５８０は、例えば図５でエレクトロルミネセント素子５１１と５１２との間で示されるように、隣接するエレクトロルミネセント素子の間の全体領域を充填することができる。他の具体的な実施形態において、分離材料５８４は、例えば発光素子５１０と５１１との間に示されるように、対応するエレクトロルミネセント素子の第２部分５９５に隣接する領域を充填することができる。他の具体的な実施形態では、分離材料５８２はまた、対応するエレクトロルミネセント素子の隣接する第１部分５９４、例えば、図５において示されているように、隣接する発光素子５１０及び５１１の側壁部分５９７に配置されてもよい。
【００９７】
分離材料５８０、５８２、５８４は、隣接する発光素子の間の光学的分離を提供するが、発光素子の側壁部分５９７に沿って導電性経路を提供しない任意の材料又は材料の組み合わせであってもよい。他の１つの具体的な実施形態では、分離材料５８０、５８２、５８４は、低屈折率誘電体材料、例えばポリマー又は二酸化ケイ素（シリカ）であってもよい。他の具体的な実施形態において、分離材料５８０、５８２、５８４は、２つ以上の層の材料を含んでもよい。例えば、側壁部分５９７に直接隣接する第１層は、シリカなど低屈折率誘電体であってもよく、第２層は、例えばアルミニウム又は銀などの反射材料であってもよい。場合によっては、分離材料が発光素子のものとほぼ同じ熱膨張係数（ＣＴＥ）を有することが望ましい場合がある。他の場合では、分離材料は、空間平均された複合体ＣＴＥが、基板及び／又は発光素子とほぼ同じであるように選択されてもよい。
【００９８】
図６は、共通基板６０５上に配置された発光素子６１０〜６１２などの発光素子のアレイを含む、ピクセル化されたＬＥＤ  ６００の略側面図である。図６に示される要素６０５〜６９９のそれぞれは、先に記載されている、図３に示されている同様に番号付けされた要素３０５〜３９９に対応する。例えば、図６の基板６０５の記載は、図３の基板３０５の記載に対応する等。更に、図６に示される角度θ１は、図３に示される角度θに対応する。図６は、図３のピクセル化されたＬＥＤ  ３００の１つの具体的な実施形態を図示し、ここでは光変換素子（ＬＣＥ）６４０〜６４２のそれぞれは、光変換の効率を更に完全するために、切頭台形形状に形成されている。切頭台形形状のＬＣＥ  ６４０〜６４２のそれぞれは、他の箇所で記載されている図８Ａ〜８Ｇ及び図９Ａ〜９Ｉに記載されている技法と同様の方式で製造されてもよい。
【００９９】
ＬＣＥ  ６４０〜６４２のそれぞれは、ＬＣＥ  ６４０〜６４２のそれぞれの入力面６３９からダウンコンバート領域高さ「ＤＨ」で位置決めされたダウンコンバート領域６４０Ａ〜６４２Ａを含む。ダウンコンバート領域高さ「ＤＨ」は、直接隣接する入力面６３９から、ＬＣＥ  ６４０〜６４２の直接隣接する出力面６４９まで理論的に変化し得る。出力面６４９はまた、ダウンコンバートされたピクセル幅「ＰＷＣ」を表し、これはピクセル幅「ＰＷ」よりも小さい。他の具体的な実施形態では、ダウンコンバート領域６４０Ａ〜６４２Ａは、出力面６４９よりも入力面６３９により近く位置決めされてもよい。
【０１００】
各ＬＣＥ  ６４０〜６４２は、出力面６４９と角度θ２を有する台形の形状を集合的に形成する、ＬＣＥ側壁６６１を含む。１つの具体的な実施形態では、角度θ２は、約９０度〜約１６５度、約８５度〜約１５０度、又は約８０度〜約１３５度の範囲であってもよい。ＬＣＥ側壁６６１は、エレクトロルミネセント素子それぞれの側壁６６０に関して記載されたこれらのものと同様の特徴を有し、例えばＬＣＥ側壁６６１は、製造プロセスの結果により波形を含んでもよく、湾曲してもよく、又は他の箇所で記載したように、更には段階的な非連続性を有してもよい。
【０１０１】
ＬＣＥ  ６４０〜６４２それぞれは、他の箇所で記載されているいずれかの技法によって、接着材料６６０を用いて、対応するエレクトロルミネセント素子６２０〜６２２に位置決めされて接着される。接着領域６６５は、いくつかの発光素子６１０〜６１２にまたがる連続層（図示）であってもよい。接着層６６５は代わりに、隣接する発光素子間で分離距離「ｄ」を提供する、図６に示されるような不連続層であってもよい。
【０１０２】
図７は、共通基板７０５上に配置された発光素子７１０〜７１２などの発光素子のアレイを含む、ピクセル化されたＬＥＤ  ７００の概略側面図である。図７に示される要素７０５〜７０９のそれぞれは、先に記載されている、図６に示される同様に番号付けされた要素６０５〜６９９に対応する。例えば、図７の基板７０５の記載は、図６の基板６０５の記載に対応する等。図７は、図６のピクセル化されたＬＥＤ  ６００の１つの具体的な実施形態を図示するが、ここでは隣接する発光素子の間の空間は、発光素子７１０〜７１２を互いから分離することによって、クロストークを更に低減し、効率を改善することができる材料で充填されている。
【０１０３】
１つの具体的な実施形態では、分離材料７８０は、例えば図７で発光素子７１１と７１２との間で示されるように、隣接する発光素子の間の全体領域を充填することができる。他の具体的な実施形態において、分離材料７８４は、例えば発光素子７１０と７１１との間に示されるように、対応するエレクトロルミネセント素子の接着部分７９５に隣接する領域を充填することができる。他の具体的な実施形態では、分離材料７８２はまた、対応するエレクトロルミネセント素子に隣接して、例えば、図７において示されているように、隣接するエレクトロルミネセント素子７１０及び７１１の側壁部分７９７に配置されてもよい。
【０１０４】
分離材料７８０、７８２、７８４は、隣接する発光素子の間の光学的分離を提供するが、発光素子の側壁部分７９７に沿って導電路を提供しない、任意の材料又は材料の組み合わせであってもよい。他の１つの具体的な実施形態では、分離材料７８０、７８２、７８４は、低屈折率誘電体材料、例えばポリマー又はシリカであってもよい。他の具体的な実施形態において、分離材料７８０、７８２、７８４は、２つ以上の層の材料を含んでもよい。例えば、側壁部分７９７に直接隣接する第１層は、シリカなど低屈折率誘電体（シリカなど）であってもよく、第２層は、例えばアルミニウム又は銀などの反射材料であってもよい。
【０１０５】
図８Ａ〜８Ｇは、本開示の態様によるピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略を示す。図８Ａ〜８Ｇに示される要素８０５〜８５８のそれぞれは、先に記載されている、図３に示された同様に番号付けされている要素３０５〜３５８に対応する。例えば、図８Ｄの基板８０５の記載は、図３の基板３０５の記載に対応する等。
【０１０６】
図８Ａにおいて、ｎ型ドープ半導体８５６、ｐ型ドープ半導体半８５２、及び放出領域８５４を含むモノリシック半導体ＬＥＤは、有機金属気相成（ＭＯＣＶＤ）又は当該技術分野において既知の関連技法を用いて、ＬＥＤ成長基板８０１上に成長される。成長層は結合ピクセル高さ「ＰＨ」及び放出領域高さ「ＥＨ」を有する。
【０１０７】
図８Ｂでは、フォトレジスト８０２は、ｐ型ドープ半導体８５２上に堆積され、グレースケールリソグラフィ又は従来のフォトリソグラフィ及びリフローを用いてパターン形成される。三次元パターンは、正方形又は矩形の断面、湾曲した側壁、段階的変化の側壁等を有する切頭角錐など、任意の最終的な望ましいエレクトロルミネセント素子形状となるように調整され得る。図８Ｃにおいて、半導体ＬＥＤ層８５２，８５４，８５６は従来の湿式又は乾式のエッチングプロセスを用いてパターン形成されてもよい。反転した切頭角錐形状の角度θ及びエッチングの深さは、用いられるフォトレジストパターン及びエッチング条件によって、様々であってもよい（例えば図３及び４に示されるように）。
【０１０８】
図８Ｄでは、オーム接触反射器８５１Ａはフォトリソグラフィでパターン形成され、ｐ型ドープ半導体層８５２上に堆積され、対応する金属コンタクト８５１ＡはＬＥＤアレイ基板８０５上に堆積される。金属コンタクト８５１ｂは、他の箇所で記載したように、個々のピクセルそれぞれの駆動回路に更に接触する。集合的に、オーム接触反射器８５１ａ及び金属コンタクト８５１ｂは、図８Ｅに示されるように、既知のウェハーボンディングプロセスを用いて共に接合されるとき、第１電極８５１になる。
【０１０９】
図８Ｆでは、ＬＥＤ成長基板８０１は、例えば既知のレーザリフトオフ技法を用いて除去され、第２電極８５８は、図８Ｇに示されるようにＬＥＤアレイの頂部に堆積される。１つの具体的な実施形態では、第２電極８５８は、例えば酸化インジウムスズ及び薄い金属線のグリッドを含む透過性電極である。
【０１１０】
図９Ａ〜９Ｉは、本開示の態様によるピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略を示す。図９Ａ〜９Ｉでは、隣接する発光素子の間の光学的分離、例えば図５及び図７を参照して示され、記載されている分離を提供するために示されている。図９Ａ〜９Ｉに示される要素９０５〜９５８のそれぞれは、先に記載されている、図３に示されている同様に番号付けされた要素９０５〜９５８に対応する。例えば、図９Ｆの基板９０５の記載は、図３の基板３０５の記載に対応する等。
【０１１１】
図９Ａにおいて、ｎ型ドープ半導体９５６、ｐ型ドープ半導体半９５２、及び放出領域９５４を含むモノリシック半導体ＬＥＤは、有機金属気相成（ＭＯＣＶＤ）又は当該技術分野において既知の関連技法を用いて、ＬＥＤ成長基板９０１上に成長される。成長層は結合ピクセル高さ「ＰＨ」及び放出領域高さ「ＥＨ」を有する。
【０１１２】
図９Ｂでは、フォトレジスト９０２は、ｐ型ドープ半導体半９５２上に堆積され、グレースケールリソグラフィ又は従来のフォトリソグラフィ及びリフローを用いてパターン形成される。三次元パターンが調整されて、正方形又は矩形の断面、湾曲した側壁、段階的変化の側壁等を有する切頭角錐を含む、任意の最終的な望ましいエレクトロルミネセント素子形状となる。
【０１１３】
図９Ｃにおいて、半導体ＬＥＤ層９５２、９５４、９５６は従来の湿式又は乾式のエッチングプロセスを用いてパターン形成されてもよい。反転した切頭角錐形状の角度θ及びエッチングの深さは、用いられるフォトレジストパターン及びエッチング条件によって、様々であり得る（例えば図３及び４に示されるように）。
【０１１４】
図９Ｄにおいて、低屈折率誘電体９５３が、図９Ｃにおけるプロセスの結果による、反転した切頭角錐形状上に堆積される。低屈折率の誘電体９５３は、例えばシリコンの酸化物を含み得るが、しかしながら低屈折率の誘電体が使用されてもよい。反射金属９５５の後のコーティングが、低屈折率の誘電体９５３上に堆積されて、図９Ｅに示されるように、隣接するピクセルの光学的分離を更に提供する。図９Ｄ〜９Ｅに記載されるプロセス工程は、所望の光学的分離が達成されるように、所望される回数だけ繰り返されてもよい。
【０１１５】
図９Ｆに記載される後続の工程を用いて進む前に、低屈折率誘電体９５３、及び反射金属９５５は、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）など既知の技法によって、ｐ型ドープ半導体９５２の平滑な表面９５７から除去される。低屈折率の誘電体９５３及び反射金属９５５を除去することに対する代替案は、例えば、堆積の前に、フォトレジスト（図示せず）を用いて平坦な表面９５７をコーティングすることによって、平坦な表面９５７上のこれらの金属の堆積を防止することである。
【０１１６】
図９Ｆでは、オーム接触反射器９５１Ａはフォトリソグラフィでパターン形成され、ｐ型ドープ半導体層９５２上に堆積され、対応する金属コンタクト９５１ＡはＬＥＤアレイ基板９０５上に堆積される。金属コンタクト９５１ｂは、他の箇所で記載したように、個々のピクセルそれぞれの駆動回路に更に接触する。集合的に、オーム接触反射器９５１ａ及び金属コンタクト９５１ｂは、図９Ｇに示されるように、既知のウェハーボンディングプロセスを用いて共に接合されるとき、第１電極９５１になる。
【０１１７】
図９Ｈでは、ＬＥＤ成長基板９０１は、例えば既知のレーザリフトオフ技法を用いて除去され、第２電極９５８は、図９Ｉに示されるようにＬＥＤアレイの頂部に堆積される。１つの具体的な実施形態では、第２電極９５８は、例えば酸化インジウムスズ及び薄い金属線のグリッドを含む透過性電極である。
【０１１８】
図１６Ａ〜１６Ｇは、本開示の態様によるピクセル化されたＬＥＤを作製するためのプロセスの概略を示す。図１６Ａ〜１６Ｇに示される要素１６０５〜１６５８のそれぞれは、先に記載されている、図３に示された同様に番号付けされている要素３０５〜３５８に対応する。例えば、図１６Ａの基板１６０５の記載は、図３の基板３０５の記載に対応する等。
【０１１９】
図１６Ａにおいて、ｎ型ドープ半導体１６５６、ｐ型ドープ半導体半１６５２、及び放出領域１６５４を含むモノリシック半導体ＬＥＤは、有機金属気相成（ＭＯＣＶＤ）又は当該技術分野において既知の関連技法を用いて、ＬＥＤ成長基板１６０１上に成長される。オーム接触反射器１６５１Ａはフォトリソグラフィでパターン形成され、ｐ型ドープ半導体層１６５２上に堆積され、対応する金属コンタクト１６５１ａはＬＥＤアレイ基板１６０５上に堆積される。金属コンタクト１６５１ｂは、他の箇所で記載したように、個々のピクセルそれぞれの駆動回路に更に接触する。電気絶縁材料１６６０ａ及び１６６０ｂは、オーミック接触反射器１６５１ａと金属コンタクト１６５１ｂのそれぞれの間にそれぞれ堆積され、平坦化されて平坦な接合表面をもたらす。集合的に、オーム接触反射器１６５１ａ及び金属コンタクト１６５１ｂは、図１６Ｃに示されるような既知のウェハーボンディングプロセスを用いて共に接合されるとき、第１電極１６５１になる。
【０１２０】
図１６Ｄでは、ＬＥＤ成長基板１６０１が、例えば既知のレーザリフトオフ技法を用いて除去され、ハードマスク１６６５（例えばシリカハードマスク）は、図１６Ｅに示されるように、既知の技法を用いてｎ型ドープ半導体上にフォトリソグラフィでパターン形成される。
【０１２１】
図１６Ｆでは、半導体層内のピクセルのアレイは次いで、例えば高温リン酸（Ｈ３ＰＯ４）エッチングを用いてパターン形成されてもよい。この酸は、例えば、Ｃ．−Ｆ．Ｌｉｎらの「Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｅｔｔｅｒｓ」（１２（７）、Ｈ２３３〜Ｈ３２７（２００９））に示されるように、ＧａＮにおける｛１０１２｝面を優先的にエッチングするために示されている。あるいは、ピクセル間の間隙は、狭いトレンチを形成するためにドライエッチング又はレーザースクライビングされてもよく、アレイは所望される反転した切頭角錐形状を優先的にエッチングするＨ３ＰＯ４に暴露される。
【０１２２】
図１６Ｇでは、ハードマスク１６６５は、既知の技法を用いて除去され、第２電極１６５８は、ＬＥＤの頂部に堆積される。第２電極１６５８の堆積中に、堆積された材料１６５９の一部分は、図１６Ｇに示されるようにエッチングされたキャビティ内にわずかに延びる場合がある。１つの具体的な実施形態では、第２電極１６５８は、例えば酸化インジウムスズ及び薄い金属線のグリッドを含む透過性電極である。
【実施例１】
【０１２３】
反転した切頭角錐形状を有する、ピクセル化されたＬＥＤアレイの性能は、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ（Ｐａｓａｄｅｎａ，ＣＡ）から入手可能なＬｉｇｈｔＴｏｏｌｓ光学シミュレーションソフトウェアを用いてモデル化され、最適化された。各ＬＥＤピクセルは、１００ｃｍ−１のバルク吸収係数及び屈折率２．５を備える中実のスラブとしてモデル化された。放出領域と底部反射器（ＥＨ）との間の距離は、ＧａＮ  ＬＥＤの典型である２００ｎｍであるように設定された。ＬＥＤ活性領域から発せられた光線の角度分布は、ランダムなダイポールの面からの放出としてモデル化され、これは等方的な角度分布に一致する。シミュレーションでは、フォトンリサイクルの効果は無視した。
【０１２４】
２つの異なる光出力がＬＥＤピクセルアレイの解析時に考慮された：ηｆｏｒｗａｒｄ、すなわち「前方光学効率」は、所望のＬＥＤピクセルの上面から前方領域に逃れる光学エネルギーの割合を表し、ηｓｉｄｅは、側面から放出し、隣接するピクセルと干渉する、ピクセルの光学エネルギーの率を表す。概して、ＬＥＤピクセル内部における吸収損失のために、ηｓｉｄｅ＋ηｆｏｒｗａｒｄの和は１ではない。本出願者らは、光学クロストークの割合を以下のように定義した：
【０１２５】
クロストーク＝ηｓｉｄｅ／（ηｆｏｒｗａｒｄ＋ηｓｉｄｅ）                        （１）
【０１２６】
反転した切頭角錐の斜角への、ＬＥＤピクセルの側壁の変更は、低減された放出領域となり、その結果として低減された出力の電位となる。結果として、より高い注入電流密度が、特定の出力を達成するために必要とされる場合がある。しかしながら、ＧａＮ  ＬＥＤの効率は、電流密度増加と共に減少するとして既知である（「電流ドループ」効果として知られている）。図１１は、駆動電流の関数として、典型的なＬＥＤ効率を示す。光抽出及び電流ドループの競合する光学効果は、所与のピクセル寸法の外部電力効果を最大にするのに最適な側壁角度を決定するために考慮されなければならない。
【０１２７】
ピクセル化された放出イメージャを備える典型的なミニプロジェクタは、１５ｌｍ、すなわち５０ｍＷの指定のシステムルーメン出力を有する。このプロジェクタは２５％のレンズ効率を有し、したがってイメージャパネルの必要とされる出力は２００ｍＷである。解像度ＶＧＡ（６４０×４８０ピクセル）、ピクセル５μｍ、及びサブピクセル寸法２．５μｍ（ピクセル当たり２×２サブピクセル）を備えて、合計パネルサイズは３．２ｍｍ×２．４ｍｍである。これらの仕様は、各ピクセルに対して要求される光出力密度２６ｍＷ／ｍｍ２に対応する。側壁角度におけるそれぞれの変動に対して、この出力レベルを達成するために異なる電流密度（Ｊ）が必要とされる。図１１のデータは次の多項式に適合させた：η（Ｊ）＝１−０．００３３（Ｊ−１０）０．７５。Ｊに関して、各角度に対して要求される電流密度は、方程式（２）を解くことによって決定した。
【０１２８】
ηｆｏｒｗａｒｄ（θ）×η０×η（Ｊ）×Ｊ×Ａ（θ）×Ｖ＝２６×Ａｐｉｘｅｌ    （２）
【０１２９】
式中、η０は、ＬＥＤに関する微小電流密度の内部量子効率であり、Ａｐｉｘｅｌはピクセルの上部の放出面（この場合では２．５μｍ２）上の面積であり、Ｖは順電圧である。５０％のη０及び３．３Ｖの順電圧が全ての場合で想定される。順電圧の電流密度依存性は無視された。所与の側壁角度に対する外部ピクセル出力効率（ＥＰＥ）は次いで、以下のように算出される：ＥＰＥ＝ηｆｏｒｗａｒｄ（θ）×η０×η（Ｊ）本出願者らは次いで、性能指数（ＦＯＭ）を定義し、これは以下のように側壁の角度に依存する：
【０１３０】
ＦＯＭ＝ＥＰＥ／クロストーク        （３）
【０１３１】
実施例１：反転した切頭角錐形状を有するＬＥＤピクセルのモデル化
【０１３２】
図３と類似しているピクセル化されたＬＥＤアレイがモデル化された。ピクセル幅、ＰＷは２．５μｍに設定され、ピクセル高さ、ＰＨは１．２５μｍに設定された。ＬＥＤピクセル基板の光学的特性は１００％吸収性であると設定され、第１電極は反射率５０％と設定された。図１０Ａ〜１０Ｂは、ηｆｏｒｗａｒｄ上の側壁角度θ及びクロストークのシミュレーションした効果を示す。最適な側壁角度において、９０度の側壁を備えるピクセルの場合に対して、反転した切頭角錐のピクセル構造体ηｆｏｒｗａｒｄは約７倍に増加し、クロストークは２０％のまで低減した。
【０１３３】
図１２は、電流ドループの影響を考慮した、各ピクセルの外部出力効率のシミュレーションの結果を示す。図１３は、側壁θの関数として、計算されたＦＯＭを示す。システム効率が最大である、ほぼθ＝５５°において、明らかなピークが存在し、同時に光学クロストークも低減されている。
【０１３４】
実施例２：光学分離を備える、反転した切頭角錐形状を有するピクセル化されたＬＥＤのモデル化
【０１３５】
反射分離材料が、図５及び図７に記載のように、隣接するピクセル間に配置された。側壁が、９０％反射銀ミラーでコーティングされていたことを除き、実施例１と同じピクセル構造がこのシミュレーションにおいて使用された。図１４Ａ〜１４Ｂは、側壁角度θの関数として、前方光学効率及びクロストークを示す。銀ミラーは、隣接するピクセルの干渉を大きく阻害したため、光学クロストークは、図１４Ｂに示されるように非常に小さくなった。
【０１３６】
実施例３：反転した切頭角錐形状を有する、より大きなＬＥＤピクセルのモデル化
【０１３７】
より大きなＬＥＤピクセル又はより小さなアスペクト比（ＰＨ／ＰＷ）を備えるＬＥＤピクセルは、より広い範囲の可能な側壁角度を有することができる。この実施例では、ピクセル幅は、ＰＷ＝０．５μｍに設定され、ピクセル高さ、ＰＨは１．２５μｍに設定された。図１５Ａ〜１５Ｂは、側壁角度の関数として、ＰＷ＝５μｍの関数としてそれぞれ、ＥＰＥ及びクロストークを示す。実施例２に使用されたものと同じ光出力密度２６ｍＷ／ｍｍ２が要求された。２．５μｍピクセルの場合と比較して、光学効率は、より浅い側壁角度にてピークになる。図１５Ｃは、前述の性能指数を用いる、ピクセル成形の最適化を示す。性能指数は約３５°〜約５５°の側壁角度だった。
【０１３８】
実施例４：切頭角錐形状のＬＣＥと位置合わせされた、反転した切頭角錐形状を有するＬＥＤピクセルのモデル化
【０１３９】
切頭台形角錐のアレイは、図６に示されるように、放出面に接着された状態で、図１に記載されるピクセル化されたＬＥＤアレイを用いて、ピクセル化された色変換器がモデル化された。上記の効率及びクロストークの利点に加えて、成形されたエレクトロルミネセント素子デバイスは、ＬＣＥのための最適なフォトン注入断面を提供する。成形されたピクセル技法はまた、ＬＣＥの光抽出効率を改善するために使用された。ＬＣＥの側壁角度（θ２）は、ポンプ−フォトン吸収断面を最大にするために、９０度より大きく設定された。光学分離は、図７に示すように、クロストークを低減するためにピクセル間に配置された銀層によってシミュレーションされた。
【０１４０】
以下の追加（図６を参照）：接合領域６６５は厚さ１μｍ、ダウンコンバーター高さ（ＤＨ）は１μｍ、ＬＣＥ高さ（すなわち、入力面６３９から出力面６４９までの距離）は２μｍを伴って、図２に提供されているものと全て同じ寸法及び材料特性が提供され、ＬＣＥは、内部量子効率９０％、発光波長５３０ｎｍ（約４５０／５３０のストロークシフトエネルギー損失となる）、及び光学吸収１００ｃｍ−１を有するように設定された。
【０１４１】
対照のシミュレーションは、図２に示すように直線の側壁のＬＥＤでモデル化された（すなわち側壁角度（θ１）及び（θ２）は９０度に設定され、ピクセル出力効率は０．５％未満となった。成形された励起ピクセルと位置決めされた成形されたＬＣＥがモデル化され、ここでは側壁角度（θ１）及び（θ２）は６０度〜１１５度にそれぞれ設定され、約３．０％の外部出力効率となった（すなわち対照の約６倍高い効率）。
【０１４２】
指示がない限り、本明細書及び請求項で使用される特性となる大きさ、量、及び物理特性を示す全ての数字は、「約」と言う用語によって修飾されることを理解されたい。それ故に、別の指示がない限りは、本明細書及び添付の請求項に説明される数字のパラメータは近似値であり、本明細書に開示された教示を使用して当業者が獲得しようとする所望の特性に応じて変化し得る。
【０１４３】
本願で引用した全ての参照文献及び刊行物は、本開示と完全には矛盾することのない程度まで、その全てが引用によって本開示に明白に組み込まれる。本明細書において特定の実施形態が例示及び説明されてきたが、多様な代替及び／又は同等の実施が、本開示の範囲から逸脱することなく、図示され説明された特定の実施形態と置き換えられ得ることは、当業者には理解されるであろう。本出願は、本明細書で説明された特定の実施形態のいかなる翻案又は変形をも包含すべく意図されている。したがって、本開示が「特許請求の範囲」及びその同等物によってのみ限定されることを、意図するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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【図９Ｆ】
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【図９Ｇ】
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【図９Ｈ】
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【図９Ｉ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１６Ｄ】
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【図１６Ｅ】
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【図１６Ｆ】
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【図１６Ｇ】
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【国際調査報告】
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