(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子であって、
凹部を有する基板と、
前記基板上に位置し、前記基板の前記凹部の上方に設置された第１開口部および第２開口部を有する層間誘電体層と、
第１マイクロ発光素子、第２マイクロ発光素子および第３マイクロ発光素子と、を備え、
前記第１マイクロ発光素子の厚さは前記第２マイクロ発光素子の厚さよりも厚く、前記第１マイクロ発光素子は前記第１開口部に配置され、
前記第２マイクロ発光素子は、前記第２開口部内に位置し、
前記第１マイクロ発光素子の上表面の面積は、前記第２マイクロ発光素子の上表面の面積よりも大きく、前記第２マイクロ発光素子の上表面の面積は、また第３マイクロ発光素子の上表面の面積よりも大きいことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記層間誘電体層の上表面、前記第１マイクロ発光素子の上表面および前記第２マイクロ発光素子の上表面は、ほぼ同一平面であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光装置は、さらに
前記層間誘電体層における、前記第２開口部と異なるサイズを有する第３開口部と、
前記第２マイクロ発光素子とはサイズが異なり、前記第３開口部内に位置する前記第３マイクロ発光素子と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第２開口部および前記第２マイクロ発光素子それぞれは、前記第３開口部および前記第３マイクロ発光素子よりも１．２倍大きいことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第１開口部、前記第２開口部および前記第３開口部は、異なるサイズを有し、前記第１マイクロ発光素子、前記第２マイクロ発光素子および前記第３マイクロ発光素子は異なるサイズを有することを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項６】
前記第１、第２および第３マイクロ発光素子それぞれは、赤色光、緑色光および青色光を発するために用いられ、その内、前記第１マイクロ発光素子の厚さはそれぞれ前記第２および第３マイクロ発光素子の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記発光装置は、さらに
前記層間誘電体層における第４開口部と、
青色光を発するための前記第４開口部内に位置する第４マイクロ発光素子と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記基板における凹部の深さは、前記層間誘電体層の厚さとほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項９】
前記基板は、前記凹部の底部に形成され、前記基板の前記凹部に設置された対応する第１開口部と連通する第１貫通孔、および前記凹部の底部に位置決めされてない第２開口部の底部に形成される第２貫通孔を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記発光素子の形状は、発光面の面積が電極の表面よりも大きい、或いは発光面の面積が電極の表面よりも大きい多角形であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記基板の凹部は、テーパ状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記第１および前記第２開口部は、それぞれ対応する前記第１マイクロ発光素子および前記第２マイクロ発光素子よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項１３】
発光装置の製造方法であって、
基板上に凹部を形成するステップと、
前記基板上に層間誘電体層を提供するステップと、前記層間誘電体層において前記基板の前記凹部の上方に設置された第１開口部を形成するステップと、
前記層間誘電体層に第２開口部を形成するステップと、
第１流体送達段階において、第１マイクロ発光素子を前記第１開口部内に流体送達するステップと、および
第２流体送達段階において、第２マイクロ発光素子を前記第２開口部に流体送達するステップと、を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１流体送達段階における流体速度は、前記第２流体送達段階における流体速度よりも速いことを特徴とする請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１流体送達段階の捕捉段階期間において、前記第１流体送達段階の流体速度は、５〜２００μｍ／ｓの持続速度であることを特徴とする請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第２流体送達段階の捕捉段階期間において、前記第２流体送達段階の流体速度は、５〜２００μｍ／ｓの持続速度であることを特徴とする請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１７】
前記基板に形成された前記凹部の深さは、前記層間誘電体層における前記第１開口部の厚さとほぼ等しいことを特徴とする請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１８】
前記層間誘電体層に第３開口部が形成されるステップと、
第３流体送達段階において、第３マイクロ発光素子を前記第３開口部に流体送達するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１９】
前記基板内に複数の貫通孔が形成され、各前記貫通孔が、前記層間誘電体層の第１開口部および第２開口部のいずれか一方に対応するステップと、
前記第１流体送達段階または前記第２流体送達段階において、送達流体の一部を貫通孔に取り入れるステップと、を、さらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発光装置（ＬＥＤ）は、ディスプレイやランプなどの将来の高効率発光応用に使用されることが期待されている。近年、将来の高効率発光応用のマイクロＬＥＤが開発されているがこれらの装置に関連する課題は、マイクロデバイスの組み立てが高価で複雑である可能性があるため、妥当な製造コストで、高精度な組み立てを達成することが困難になっている。
【０００２】
ウィジェットをガラスまたはポリマーのような透明基板上に分布または整列させて発光装置を生産する方法は、当技術分野において周知である。経済的で効果的な方法は、インクまたはスラリーの液体キャリア媒体が小さな発光装置で満たされ、液体キャリア媒体が基板を通って流れるような流体自己組み立てである。前記マイクロ照明装置は、流体によって基板を通って送達され、かつ製造過程において、基板上のマイクロ照明装置の機械的捕捉位置を機械的に捕捉するために重力が使用される。しかしながら、従来の流体自己組み立て方法では、異なるサイズのマイクロ装置が捕捉位置に閉じ込められると、装置はしばしば位置がずれたり、誤った位置に配置されたりする。また、装置が正確に整列され、正しい位置に設置されても、発光装置において得られる表面は平坦ではない可能性があるため、組み立て後の研磨ステップを必要とする。しかしこのような場合、製造プロセスにおける経済利益を損失し、場合によってはマイクロ照明装置の正確な位置が変更される恐れがある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
上記課題を解決するために、発光装置およびその製造方法を提供する。一実施例によれば、凹部を有する基板、および基板上に位置する層間誘電体層を含む発光装置を提供する。層間誘電体層は、第１開口部および第２開口部を有し、第１開口部は基板の凹部の上方に設置される。発光装置は、第１および第２マイクロ発光素子をさらに含むことができ、第１マイクロ発光素子の厚さは、第２マイクロ発光素子の厚さよりも大きい。第１マイクロ発光素子および第２マイクロ発光素子は、第１開口部および第２開口部にそれぞれ配置されていてもよい。
【０００４】
本発明の概要は、以下の「詳細な説明」でさらに説明する概念の選択を簡略化した形で紹介するために提供される。本発明の概要の部分は主張された主旨の重要な特徴または本質的な特徴を特定することを目的とせず、請求される主旨の範囲を限定するために用いられることも意図していない。さらに、請求される主旨は、本開示における任意の部分に記載の任意またはすべての欠点を解決する実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
本発明の添付図面の図面は、例を示す方式により本発明を説明するが、例を限定する方式により本発明を説明しているのではない。その中で、同一の構成要素には同一符号を付してある。
【図１Ａ−１Ｂ】本発明の第１実施例に係る発光装置を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例に係る発光装置を示す図である。
【図３Ａ−３Ｂ】本発明の第３実施例に係る発光装置を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の第５実施例に係る発光装置を示す図である。
【図４Ａ−４Ｈ】本発明の第１実施例に係る発光装置を製造するためのプロセスを示す図である。
【図５Ａ−５Ｂ】本発明の第１実施例に係る発光装置を製造するための自己整列プロセスを示す図である。
【図６】本発明の第１実施例に係る発光装置を製造するための変更プロセスを示す図である。
【図７Ａ−７Ｂ】本発明の第４実施例に係る発光装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の選択された実施例を添付の図面によって説明する。当業者にとっては明らかであるが、本公開中の本発明の実施例に対する以下の説明は例示のみのために提供され、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される本発明を限定するためではない。
【０００７】
先ず図１Ａに示すように、本発明の第１実施例によれば、発光装置１０が提供される。図１Ａは発光装置１０（本明細書では“ＬＥＤ”と称する）の断面図である。発光装置１０は、凹部３０を有する基板２０と、基板２０上に位置し第１開口部２２および第２開口部２４を有する層間誘電体層４０を含み、第１開口部２２は、基板２０の凹部３０の上方に設置されて凹部３０と連通する。発光装置１０はさらに層間誘電体層４０に位置する第３開口部２６を含むことができ、第３開口部２６は第２開口部２４と異なるサイズを有する。通常、第１開口部２２、第２開口部２４および第３開口部２６は、互いに異なるサイズを有する。開口部の横断面に対して、複数種類の形状を有することができ、サイズが異なる開口部に対して、複数種類のサイズを有することができる。具体的な例において、第１開口部２２、第２開口部２４および第３開口部２６それぞれは、９５〜１１５μｍ、７０〜９０μｍ、および４５〜６５μｍの直径を有する円形形状に構成される。且つ、より具体的な例において、対応するサイズは１０５μｍ、８０μｍと５５μｍであってもよい。一般的に、開口部の効果的な直径のサイズは、対応するマイクロＬＥＤよりも数マイクロメートル大きく設定（例えば、１〜６μｍ、並びにより一般的には３μｍである）し、マイクロＬＥＤが開口部内に組み立てられるため除去しにくい。この構成によって、開口部は、製造過程における流体送達の過程において、サイズが異なるマイクロＬＥＤを機械的に捕捉するために用いられる。以下、より詳細に説明する。
【０００８】
図１Ａにおいて、第３開口部２６は、それぞれ点線ＡおよびＢによって頂部および底部に示され、且つ凹部３０が点線Ｂによって頂部に示される。点線Ａは、層間誘電体層４０の上表面の平面に沿って第１開口部２２に延びる仮想平面を示し、点線Ｂは、凹部３０と第１開口部２２との間の境界を図示する仮想平面を示し、前記仮想平面は、基板２０の上表面の平面に沿って凹部３０の上方に延びる。図示された実施例において、凹部３０の深さは、層間誘電体層４０の厚さとほぼ等しくなるように構成されるが、他の構成でも可能であり、且つ層間誘電体層４０の厚さに対して、凹部３０は、より浅く又はより深くてもよく。後述するが、対応するマイクロＬＥＤの厚さと一致するように凹部３０と第１開口部２２の総厚さを選択すればよい。従って、大きな装置を選択的に捕捉することができる捕捉位置が形成される。第１開口部２２、第２開口部２４および第３開口部２６は、層間誘電体層４０の厚さとほぼ等しい厚さに配置することができる。例示的な構成において、層間誘電体層４０の厚さは０．１〜１００μｍとの間で選択し、より具体的には１〜５０μｍとの間で選択することができ、且つ特定の実施例においては、５μｍであってもよい。図１Ａにおいて、説明のためにマイクロＬＥＤが既に除去されていることが理解できる。
【０００９】
凹部３０は、基板２０の上表面に配置され、基板２０は好ましくは透明基板であり、それはプラスチック、ポリマー（例えば、ポリイミド）またはガラス（有孔ガラス、石英ガラスまたはサファイアガラス）を含むことができ、または前記材質によって形成される。あるいは、透明基板は二層の基板を含む積層体であってもよい。一般的に、凹部３０の深さは０．１〜１００μｍとの間であり、より具体的には１〜５０μｍとの間であり、特定の実施例においては５μｍであってもよい。凹部３０は、第１開口部２２に対応する形状およびサイズに構成されてもよく、具体的な例において、第１開口部２２は、直径が９５〜１１５μｍとの間であり、より具体的には直径が１０５μｍである円形であってもよい。あるいは、凹部３０は、異なる深さのマイクロＬＥＤ装置に適応するために、同じ基板２０上に異なる深さを有するようにエンボス加工またはエッチングすることができる。
【００１０】
一般には、基板２０の上表面に位置する層間誘電体層４０は、前記実施例ではアクリル樹脂またはポリイミド樹脂のポリマー材料を含んでいるが、代替として、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）または酸化ケイ素（ＳｉＯ）を含んでもよい。層間誘電体層４０の厚さは、０．１〜１００μｍとの間、より具体的には１〜５０μｍの間の範囲に設定されてもよい。
【００１１】
図１Ｂを参照すると、発光装置１０の最終組み立てを示すために、開口部および凹部３０の中にマイクロＬＥＤが放置されていることが示されている。第１マイクロＬＥＤ１２は第２マイクロＬＥＤ１４の厚さよりも厚く、第１開口部２２に配置され、第２マイクロＬＥＤ１４は第２開口部２４に位置する。第３マイクロＬＥＤ１６は第３開口部２６内に位置してもよく、且つ第２マイクロＬＥＤ１４とは異なるサイズであってもよい。第１マイクロＬＥＤ１２および第２マイクロＬＥＤ１６は、層間誘電体層４０の上表面、第１マイクロＬＥＤ１２の上表面および第２マイクロＬＥＤ１４の上表面がほぼ同一平面になるように発光装置１０上に設置されてもよく、これによって組み立てた後に、ＣＭＰのような研磨プロセスの使用または付加層の追加などの方式によって、発光装置１０の上表面を平坦化する必要がない。このように、光学フィルムなどのようなカバー層を発光装置１０における面一面に容易に製造することができる。第１開口部２２および第２開口部２４それぞれは、対応するマイクロＬＥＤ、即ち、第１マイクロＬＥＤ１２および第２マイクロＬＥＤ１４よりもわずかに大きくなるように設置される。例えば、マイクロＬＥＤの直径は、第１開口部２２、第２開口部２４および第３開口部２６のそれぞれは、前記第１マイクロＬＥＤ１２、前記第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ１４よりもそれぞれ所定距離（例えば５μｍ）大きい直径を有するように設置されており、以下に記載しているように、マイクロＬＥＤは、流体送達組み立て期間において、より容易にこれらのそれぞれの開口部に沈む。あるいは、他の実施例において、第１マイクロＬＥＤ１２、第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ１６の上表面は、層間誘電体層４０の上表面よりも低くてもよく、且つ必要があれば、その後続の平坦化プロセスを応用してもよい。例えばマイクロＬＥＤの頂部に材料を追加することによって、または層間誘電体層４０の上表面における材料を除去することによって組み立て体の上表面を平坦化する。
【００１２】
上記の開口部２２、２４、２６のように、第１マイクロＬＥＤ１２、第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ１６も異なるサイズを有し、且つこれらの異なるサイズはそれぞれの上表面面積の差異として表してもよい。例えば、第１マイクロＬＥＤ１２の上表面の面積は、第２マイクロＬＥＤ１４の上表面の面積よりも大きく、第２マイクロＬＥＤ１４の上表面の面積は、第３マイクロＬＥＤ１６の上表面の面積よりも大きい。上表面面積の変化可能な程度の例として、第２マイクロＬＥＤ１４の上表面および第２開口部２４に対応する頂部開口の面積は、第３マイクロＬＥＤ１６および第３開口部２６に対応する頂部開口の面積の１．２倍以上であってもよい。より具体的には、１．５倍以上であってもよい。マイクロＬＥＤ間の均一な知覚輝度を達成することが望まれるため、これらの例示的なサイズの差異は、各タイプのマイクロＬＥＤの発光強度の差に基づいたもの、および製造プロセスのマージン、コスト、およびその他の要因を考慮したものである。マイクロＬＥＤの形状については、図示された実施例では、マイクロＬＥＤは円筒形に設置されている。特定の構成において、第１マイクロＬＥＤ１２は直径１００μｍを有し、第２マイクロＬＥＤ１４は直径７５μｍを有し、第３マイクロＬＥＤ１６は直径５０μｍを有してもよい。しかしながら、前記直径は１〜１０００μｍの範囲であってもよい。上記サイズの差異により、マイクロＬＥＤは、連続波での流体送達によって自己組み立てすることができ、その内、最大規格のマイクロＬＥＤは最初に送達され、且つ使用可能な位置に充填され、続いて、中型サイズのマイクロＬＥＤが送達され、且つ中型サイズの位置に充填され、最後に最小規格のマイクロＬＥＤが送達され、且つ残りの位置に充填される。組み立て後に、ＣＭＰなどの研磨方法または追加のレベリング方法を使用する必要がなく、発光装置１０においてほぼすべての位置が充填された平坦な上表面を実現する。
【００１３】
第１マイクロＬＥＤ１２、第２マイクロＬＥＤ１４、および第３マイクロＬＥＤ１６は、それぞれ赤色光、緑色光および青色光を発するために用いることができ、且つ所望の色および強度の混合光を発する画素として機能することができる。前記赤色マイクロＬＥＤは、一般には、ヒ化ガリウムをベースとすることができるため、窒化ガリウムをベースとする青色および緑色マイクロＬＥＤよりも厚くすることができる。前記赤色マイクロＬＥＤは、通常、単位面積あたりの弱い発光強度を有するので、他のマイクロＬＥＤと類似する発光強度を達成するように、前記赤色マイクロＬＥＤは大きな発光面積を有して補償する構成になってもよい。このように、マイクロＬＥＤの厚さおよび面積は変化可能である。例示的な厚さとして、各第１マイクロＬＥＤ１２の厚さは、第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ１６の厚さよりも大きくてもよい。特定の実施例において、第１マイクロＬＥＤ１２は１０μｍの厚さを有し、第２マイクロＬＥＤ１４は５μｍの厚さを有し、第３マイクロＬＥＤ１６は５μｍの厚さを有するが、これらの厚さには差異がある可能性がある。この厚さの特定の構成によって、層間誘電体層４０の上表面および第１マイクロＬＥＤ１２、第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ１６の上表面はほぼ同一平面上にあり、発光装置１０の上表面を平坦化するための例えばＣＭＰプロセスの研磨プロセスを応用する必要がない。
【００１４】
第１マイクロＬＥＤ１２、第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ１６は、既知のピークスペクトルを放射する発光面として用いられる上表面および接続電極として用いられる裏面を有する。例えば、第１マイクロＬＥＤ１２は、ピークスペクトルが６３０ｎｍ（赤色）であるリン化インジウムアルミニウム（ＡｌＧａＩｎＰ）を含むことができ、第２マイクロＬＥＤ１４は、ピークスペクトルが５１７ｎｍ（緑色）である窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を含むことができ、第３マイクロＬＥＤ１３は、ピークスペクトルが４６０ｎｍ（青色）である窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことができる。
【００１５】
第１実施例に係る発光装置１０に示したように、発光装置１０は基板２０に形成された凹部３０と、第１開口部２２および第２開口部２４を有する層間誘電体層４０を含み、第１開口部２２が基板２０の凹部３０の上方に設置され、第１マイクロＬＥＤ１２の厚さが、第２マイクロＬＥＤ１４の厚さよりも大きく、第１マイクロＬＥＤ１２および第２マイクロＬＥＤ１４がそれぞれ第１開口部２２および第２開口部２４に位置し、厚さが異なるＬＥＤは、基板２０上に容易に、且つ確実に位置決めすることができ、組み立て後に研磨方法、例えばＣＭＰまたは追加のレベリングを使用することを必要とせずに、発光装置１０に平坦な上表面を達成する。
【００１６】
図２に示すように、本発明の第２実施例に係る発光装置１１０が提供される。図２は、第１マイクロＬＥＤ１１２の近傍における発光装置１１０の拡大断面図である。第２実施例の発光装置１１０において、横断面で示されるように、基板１２０の凹部１３０は、テーパ形状を有してもよく、且つ層間誘電体層１４０における第１開口部１２２も横断面においてテーパ形状を有する。図２において、Ｔ１およびＴ２は、凹部１３０および第１開口部１２２それぞれが水平面に対するテーパ角である。Ｔ３は、第１マイクロＬＥＤ１１２が水平面に対するテーパ角である。図示された実施例では、Ｔ３はＴ１およびＴ２と同じであるが、Ｔ３はＴ１および／またはＴ１と異なってもよい。例えば、凹部１３０および第１開口部１２２は、夾角Ｔ１およびＴ２が３０度〜６０度の間の角度になるように、水平方向に対して３０度〜６０度となる角度で傾斜して次第に細くなる。より具体的な実施例として、図に示すように、角度Ｔ１およびＴ２は４５度になる。図示された実施例では、Ｔ１とＴ２は同じ値であるように示されているが、Ｔ１とＴ２は、例えば３０度〜６０度の範囲で形成される異なる角度であってもよい。特定の代替実施例として、層間誘電体層１４０における第１開口部１２２は、テーパ（Ｔ２＝９０度）状を有さず、凹部は、Ｔ１が７０度と８５度になるようなテーパ状であり、且つ第１マイクロＬＥＤ１１２は、Ｔ１＝Ｔ３となるように、７０度と８５度との間のテーパ角を有する。テーパ状構造は、マイクロＬＥＤが開口部の上方に流体送達する際に、電極およびマイクロＬＥＤを最適な位置に位置決めし、かつ重力作用で開口部内に沈むことに役立つ。
【００１７】
図２では、断面図としてのみ示されているが、第１マイクロＬＥＤ１１２の形状は、円盤状、八角形、または六角形などの多角形であり、且つ上記テーパ状の凹部および開口部と同様のテーパ状の側面を有してもよい。前記テーパ状の側面により、発光面１１２ａ（即ち、上表面）の面積は、第１マイクロＬＥＤ１１２の電極面１１２ｂ（即ち、底面）の面積よりも大きい。従って、第１開口部１２２および凹部１３０に位置する第１マイクロＬＥＤ１１２は、第１開口部１２２および凹部１３０に容易にフィットすることを許可する形状となるように構成される。図２の発光装置１１０には、単一のテーパ状の開口部１２２および単一のテーパ状のマイクロＬＥＤ１１２のみが示されているが、これはテーパ状の側面の可能性を説明するためのものであり、且つ本明細書に記載の他の実施例における全てまたは選択された複数の開口部、凹部、およびマイクロＬＥＤは、図２に示されるテーパ状を形成することができ、これにより様々な配列をカバーする。この内、開口部のみが漸次縮径し、マイクロＬＥＤは漸次縮径しない実施例を含む。従って、後述する第２マイクロＬＥＤと第３マイクロＬＥＤおよび、これらの対応する開口部は、第１マイクロＬＥＤ１１２と同様の構造を有することができる。上記の円盤状または多角形は、製造過程におけるマイクロＬＥＤの流体送達過程におけるマイクロＬＥＤがクラスタリングすることを抑制することに役立つ。これにより、基板全体にわたるこれらの分布を促進し、基板に分散された開口部に迅速に沈む。
【００１８】
図３Ａを参照すると、第３実施例の発光装置２１０のドットパターン領域２４４の平面図が示されている。これは画素とも称される。発光装置２１０は、ドットパターン領域２４４によって具現された複数のドットパターンを含み、例えば複数行、複数列の形式によってグリッドとして配置される、またはその他の繰り返しパターンをディスプレイ、テレビ、天井ライト、車両のライトとされる。本実施例の発光装置２１０は、ドットパターン領域２４４に配置された、赤色光を発するための第１マイクロＬＥＤ２１２と、緑色光を発するための第２マイクロＬＥＤ２１４と、青色光を発するための第３マイクロＬＥＤ２１６及びまた青色光を発するための第４マイクロＬＥＤ２１８を含む４つのマイクロＬＥＤを有する。ドットパターン領域２４４における二つの青色マイクロＬＥＤの構成は、人間のスペクトル感度が一般的に短い波長で弱いという事実を考慮して色域を改善することを目的とする（人間においては、スペクトル感度は、約三つのピークで認識され、それぞれ赤、緑色、青色にほぼ対応し、最も強いピークは緑色であり、次いで赤色と青色である）。第３マイクロＬＥＤ２１６および第４マイクロＬＥＤ２１８は、同じピークスペクトルを有することを必要としない可能性がある。例えば、第３マイクロＬＥＤ２１６は、４５０ｎｍのピークスペクトルを有するＧａＮを含むことができ、第４マイクロＬＥＤ２１８は、４７０ｎｍのピークスペクトルを有するＧａＮを含むことができる。
【００１９】
第１実施例と同様に、図３Ａに示される４つのマイクロＬＥＤは円筒状に構成されるが、他の形状を使用してもよい。具体的な例として、第１マイクロＬＥＤ２１２は９０〜１１０μｍ、例えば１００μｍの直径を有することができ、第２マイクロＬＥＤ２１４は６５〜８５μｍ、例えば７５μｍの直径を有することができ、第３および第４マイクロＬＥＤ２１６、２１８は４０〜６０μｍ、例えば５０μｍの直径を有することができる。以上に記載したように、赤色マイクロＬＥＤは、その構成材料のために、緑色または青色マイクロＬＥＤよりも厚く設定されることが多い。したがって、第１マイクロＬＥＤ２１２の厚さは、第２、第３、第４マイクロＬＥＤ２１４、２１６、２１８の厚さよりも厚く設定されることが一般的である。したがって、具体的な例では、第１マイクロＬＥＤ２１２は、８μｍ〜１２μｍ、例えば１０μｍの厚さを有し、第２マイクロＬＥＤ２１４は、４μｍと６μｍ、例えば５μｍの厚さを有し、第３および第４マイクロＬＥＤ２１８は、４μと６μｍ、例えば５μｍの厚さを有する。
【００２０】
図３Ｂを参照すると、発光装置２１０のドットパターン領域２４４における電極２４２ａ、２４２ｂ、および２４２ｃの平面図が示されている。説明のために当該図面では、マイクロＬＥＤが既に除去されている。第１開口部２２２、第２開口部２２４、第３開口部２２６および第４開口部２２８は、層間誘電体層２４０中に位置する。第１電極２４２ａは、第１開口部２２２に配置された第１マイクロＬＥＤ２１２の電極面に電気的に接触するために用いられ、第２電極２４２ｂは、第２開口部２２４に配置された第２マイクロＬＥＤ２１４の電極面に電気的に接触するために用いられ、第３電極２４２ｃは、第３開口部２２６に配置された第３マイクロＬＥＤ２１６と第４開口部２２８に配置された第４マイクロＬＥＤ２１８の電極面に電気的に接触するために用いられる。第１電極２４２ａ、第２電極２４２ｂおよび第３電極２４２ｃは互いに交差しない。第３電極４２ｃは、第１マイクロＬＥＤ２１２または第２マイクロＬＥＤ２１４およびこれらのそれぞれの電極との接触を避けるために、ジグザグ状を呈する。
【００２１】
本実施例において、層間誘電体層２４０は、マイクロＬＥＤの電極２４２ａ、２４２ｂ、２４２ｃを隔離するだけでなく、配置されたデバイスを選択的に捕捉すると同時に、より大きなデバイスを排除するために用いられる開口部も提供する。はんだまたは共晶接触によって、電極と配置されたデバイスとの間の良好な電気接触を確保することができる。組み立てにおいて、はんだは液体であってもよく、且つ捕捉を助けるために素子の毛細管力との相互作用を提供してもよい。
【００２２】
図３Ｃを参照すると、第５実施例の発光装置４１０のドットパターン領域４４４（すなわち、画素）の平面図が示されている。この内、図３Ａおよび図３Ｂの実施例と比較して、人間の分光感度を考慮するために、関連するマイクロＬＥＤが形成される各開口部のサイズが既に調整されている。第３実施例と同様に、発光装置４１０は、ドットパターン領域４４４によって具体化された複数のこのようなドットパターンを含むことができる。説明のために、当該図面では、マイクロＬＥＤが既に除去されている。第１開口部４２２ａ−ｂ、第２開口部４２４ａ−ｃおよび第３開口部４２６ａ−ｄは、層間誘電体層４４０中に位置する。第１頂部リード電極４４２ｄおよび第１底部リード電極４４２ａは、第１開口部４２２ａ−ｂに配置された赤色マイクロＬＥＤの電極面に電気的に接触するために用いられる。これにより赤色サブ画素が形成される。第２頂部リード電極４４２ｅおよび第２底部リード電極４４２ｂは、第２開口部４２４ａ−ｃに配置された緑色マイクロＬＥＤの電極面に電気的に接触するために用いられる。これにより緑色のサブ画素が形成される。第３頂部リード電極４４２ｆと第３底部リード電極４４２ａは、第３開口部４２６ａ−ｄに配置された青色マイクロＬＥＤの電極面に電気的に接触するために用いられる。これにより青色サブ画素が形成される。頂部リード電極４４２ｄ−ｆおよび底部リード電極４４２ａ−ｃは、これらの互いに交差する箇所には電気的な接続が形成されず、マイクロＬＥＤと電気的に接触する。各マイクロＬＥＤは二つの電気リードで構成され、一方は頂部リード電極に電気的に接続され、他方は底部リード電極に電気的に接続される。該実施例では、第１開口部４２２ａ−ｂに配置された第１マイクロＬＥＤは２０〜７５μｍ、例えば４５μｍの直径を有することができ、第２開口部４２４ａ−ｃに配置された第２マイクロＬＥＤは４０〜１００μｍ、例えば７０μｍの直径を有することができ、第３開口部４２６ａ−ｄに配置された第３マイクロＬＥＤは５０〜２００μｍ、例えば１００μｍの直径を有することができる。以下に記載するように、流体組み立て期間においてマイクロＬＥＤが送達されるが、第１段階では最大直径のマイクロＬＥＤが送達されて１番目に大きい直径の開口部が充填され、続いて第２段階では２番目に大きいマイクロＬＥＤが送達されて２番目に大きい直径の開口部が充填され、第３段階では、３番目に大きいマイクロＬＥＤが送達されて３番目に大きい直径の開口部が充填される。青色、赤色、および緑色のサブ画素の全てのＬＥＤの総マイクＬＥＤ面積は、６：３：２（青色：赤色：緑色に対する）の比率を有するように設定できる。赤色マイクロＬＥＤを含む開口部４２２ａ−ｂの深さは、一般的に、より厚い赤色マイクロＬＥＤを収容するように、青色および緑色マイクロＬＥＤの開口部４２４ａ−ｃ、４２６ａ−ｄよりも深く、これらの開口部の内、開口部４２２ａ−ｂのみが基板内に延びる凹部を含む断面構造を有し、上述の図１Ａの実施例における凹部３０と同様である。該実施例に埋め込まれた赤色マイクロＬＥＤは、インジウムアルミニウムリン化物（ＡｌＧａｌｎＰ）によって製造され、青色ＬＥＤおよび緑色ＬＥＤは、インジウムドーピングの量が異なる窒化ガリウム（ＧａＮ）に基づく。青色および緑色マイクロＬＥＤの厚さは約５μｍであり、赤色マイクロＬＥＤは約１０μｍ以上の厚さである。無論、これらは単なる例示的な測定値であり、他のサイズのＬＥＤを利用してもよい。人間の視覚は平均して緑色光に最も敏感であり、次いで赤色光であり、青色に最も敏感ではない。従って、本実施例におけるマイクロＬＥＤのサイズ、位置、および数は、各色のサブ画素に対して同じまたは類似の輝度を達成するように調整される。これにより、ＬＥＤ自体の単位面積あたりの発光強度の変化および各サブ画素によって放射される赤色、青色および緑色の波長に対する眼の視覚感度を考慮する。
【００２３】
図４Ａ−Ｆは、本発明の第１実施例に係る図１Ａ−Ｂの発光装置１０を製造するための例示的方法の製造ステップを示す断面図である。
【００２４】
図４Ａ−Ｂは、ベース上に基板２０が形成された際の状況が示されている（簡略化のため、ベースは図に省略されている）。基板２０上にマスク層としてバリア層［４６］を堆積し、所定のパターンを形成するためにフォトリソグラフィによってそれをパターン化し、且つウェットエッチングまたはレリーフエッチングによって凹部３０を基板２０上に形成する。基板２０に形成された凹部３０の深さは、層間誘電体層４０における第１開口部２２の厚さ（即ち、深さ）とほぼ同じに設定される。従って、大きなデバイスを選択的に捕捉できる捕捉位置が作成される。その後、前記バリア層４６は、アッシングまたは溶解によって除去される。
【００２５】
図４Ｃは、凹部３０を有する基板２０上に電極４２を形成する際の状況を示す。電極４２は、金属（例えばアルミニウム、銅）またはＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）を含むことができる。電極４２は、スパッタリング、電気メッキおよびリフトオフ（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）等の方法により形成することができる。電極４２は、これらのそれぞれの開口部内に正確に配置され、且つ整列されたマイクロＬＥＤの電極面に電気的に接続される。電極４２の厚さがマイクロＬＥＤのこれらのそれぞれ開口部内における配置および整列を邪魔しないように、電極４２はマイクロＬＥＤよりも薄く設定される。電極４２とマイクロＬＥＤの電極面との電気的接続をさらに向上させるために、電極４２は基板２０に設置された専用凹部内に形成されてもよい。
【００２６】
図４Ｄは、基板２０上に層間誘電体層４０が形成される際の状況を示す。第１開口部２２が層間誘電体層４０中に形成され、基板２０の凹部３０上に設置される。これにより電極４２の少なくとも一部が露出する。第２開口部２４および第３開口部２６は、層間誘電体層４０における所定の位置に形成される。これにより電極４２の少なくとも一部が露出する。層間誘電体層４０は感光性樹脂を含むことができ、これは単独で基板２０に堆積されてもよいし、処理プロセスによって基板２０の一部製造されてもよい。
【００２７】
図４Ｅ−Ｆは、第１流体送達段階を示す。大きくて重い素子は、一般的に、第１流体送達段階で流体送達される。一方、より小さくて軽い素子は、後続の段階で流体送達され、大きな素子は最初に大きな捕捉位置を充填し、且つ小さい空き捕捉位置を通過し、小さな素子は続いて小さな捕捉位置を充填する。第１流体送達段階において、第１マイクロＬＥＤ１２は、第１開口部２２に流体送達される。図面の左側は、流体流路の上流部分を示し、黒色矢印で示しているように、マイクロＬＥＤが前記上流部分に沿って流体送達される。図面の右側は下流部分を示す。しかしながら、上流部分および下流部分は、発光装置１０における開口部および基板２０に対する他の位置で特定することができる。先ず、第１マイクロＬＥＤ１２は流体に移されてインク又はスラリーを形成する。その後、前記スラリーは、基板２０の上表面および上流部分の層間誘電体層４０上に分布される。第１流体送達段階の低速捕捉工程期間において、第１流体送達段階の流動速度は、表面局部で５〜２００μｍ／秒の持続速度であってもよいが、ここでは第１マイクロＬＥＤ１２は重力によって下流方向における流体送達を駆動して第１開口部２２に配置される（図４Ｆを参照）。ＬＥＤが沈むことが許可される低速捕捉期間がまだ存在する場合、ＬＥＤが表面上に分布されている第１流体送達段階の分布周期中において、流体は高振幅（例えば、１ｍｍ／ｓｅｃより大きい）の振動またはパルスであってもよい。高い流体キャリーオーバーディスク速度（例えば、ディスク速度が約２００μｍ／ｓを超える）で、第１マイクロＬＥＤ１２は、第１開口部２２および凹部３０または他のデバイス（第２マイクロＬＥＤ１４または第３マイクロＬＥＤ１６）に整列することができない場合があるが、第１マイクロＬＥＤ１２ではなく第１開口部２２に設置されてもよい。自己整列が起こらない可能性があるディスクの速度は、ディスクおよびウェルのサイズによって影響される。また、ディスク速度と流体速度との間の関係は、送達流体の性質によって影響される。したがって、ディスクの表面局部の速度が５〜１００μｍ／ｓの範囲であれば、第１開口部２２内の第１マイクロＬＥＤ１２の整列および配置が改善される。第１流体送達段階は、一つの製造過程において、可変な流体速度および方向によって複数回繰り返すことができる。
【００２８】
図４Ｇ−Ｈは、それぞれ第２および第３流体送達段階を示す。第２流体送達段階において、第２マイクロＬＥＤ１４は第２開口部２４に流体送達される。第３流体送達段階において、第３マイクロＬＥＤ１６は第３開口部２６に流体送達される。図面の左側は、流体流路の上流部分を示し、黒色矢印で示しているように、マイクロＬＥＤが前記上流部分に沿って流体送達される。図の右側は下流部分を示す。しかしながら、理解できるように、上流部分および下流部分は、発光装置１０の開口部および基板２０に対する他の位置で特定することができる。第２流体送達段階において、第２マイクロＬＥＤ１４は、最初に流体に移されてインクまたはスラリーを形成する。同様に、第３流体送達段階において、第３マイクロＬＥＤ１６は、最初に流体に移されてインクまたはスラリーを形成する。その後、前記スラリーは、基板２０の上表面および上流部分上の層間誘電体層４０上に分布される。第２および第３流体送達段階は、一つの製造過程において可変な流体速度および方向で複数回繰り返すことができる。
【００２９】
第２流体送達段階の捕捉段階期間において、第２流体送達段階の流体速度は、５〜１００μｍ／ｓの範囲内の持続速度であってもよい。この内、第２マイクロＬＥＤ１４は、下流方向において流体送達によって第２開口部内に配置され、第２マイクロＬＥＤ１４以外のデバイスは第２開口部２４から追い出される。第２流体送達段階の分配時間帯の期間において、沈むために、１ｍｍ／ｓのような高い速度を用いて、当該段階のＬＥＤのクロスオーバー表面を分配することができる。例えば、図５Ａは、流体送達が第３マイクロＬＥＤ１６を第２開口部２４から追い出す状況が示されている。第２マイクロＬＥＤ１４は、１００μｍ／ｓを超える流体キャリーオーバーディスク速度で、第２開口部２４内に自己整列できない場合があり、または他のデバイスは第２マイクロＬＥＤ１４ではなく第２開口部２４に設置されてもよい。例えば、図５Ｂは、第２マイクロＬＥＤ１４ではなく第３マイクロＬＥＤ１６が第２開口部２４に配置される状況を示す。したがって、５〜１００μｍ／ｓの範囲の持続流体速度は、第２開口部２４における第２マイクロＬＥＤ１４の整列および配置を改善し、一方、特に同じ送達段階で分配される様々な装置を含む際に、第２開口部２４における他のデバイスの整列および配置を悪化させる。所定の流体速度では、ミスマッチデバイスを備えた開口部の間に十分な乱流が発生するため、開口部からミスマッチデバイスが除去されると考えられている。同時に、ミスマッチデバイスの端子部分が開口部から突き出ると、ＬＥＤ表面に沿った層流の遮断は、十分な乱流を生じさせ、これによって、ミスマッチ素子の端子部分に上向きの力を加えて開口部から前記デバイスを除去する。同様に、第３マイクロＬＥＤ１６は、第３開口部２６内に自己整列させることを許可する範囲（例えば持続的な５〜１００μｍ／ｓ）の流体速度で送達される。第１マイクロＬＥＤ１２の第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ１６に対する重い質量を考慮すると、前記第１流体送達段階の流体速度は、第２および第３流体送達段階の流体速度よりも速くなるように構成されてもよい。したがって、その質量は第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ１６よりも重いが、第１マイクロＬＥＤ１２の流体自己組み立ても可能である。流体送達段階期間において、マイクロＬＥＤを均一に分配することをサポートするように、様々な分散技術のような他のプロセスを同時に利用して、流体送達期間においてマイクロＬＥＤの流体送達に影響することができる。組み立て後、インクまたはスラリーは、蒸発などのプロセスによって発光装置１０から除去される。
【００３０】
上記連続的バッチ組み立て方法によって、大きな部品は大きな開口部に位置することができると共に小さな開口部にそれらが入り込むことを防止する。その後、小さな素子は、対応する開口部中に組み立てることができる。この際、これら開口部は既により大きいデバイスと開口部の予備組み立てのサイズ排除によってそれぞれ大きな開口部と小さな開口部から排除される。このように、複数の素子タイプを単一基板上に組み立てることができ、この結果、平坦なレイアウト構造が得られ、ＣＭＰまたは過度のポリマーレベリング層の使用を必要とせずに、下流の処理および集積を容易にするため、電気接点をパターン化し、デバイスを固定及び保護し、凹部とマイクロＬＥＤとの間の隙間をブリッジ接続するように、ポリマー（例えばポリイミド）の使用を制限することができる。
【００３１】
図６は、本発明の第１実施例に係る図１Ａ−Ｂの発光装置１０を製造するための変形例の製造方法を示す断面図である。図４Ｇ−Ｈに示すように、図面の左側は、流体流路の上流部分を示し、黒色矢印で示しているように、マイクロＬＥＤが前記上流部分に沿って流体送達される。図の右側は下流部分を示す。しかしながら、理解できるように、上流部分および下流部分は、発光装置１０における開口部および基板２０に対する他の位置で特定することができる。図６は、変更された第２流体送達段階を示し、第２マイクロＬＥＤ１４は第２開口部２４に流体送達され、前記第３マイクロＬＥＤ１６は第３開口部２６に流体送達される。本質上、変更された第２流体送達段階は、図４Ｇ−Ｈに示す第２流体送達段階および第３流体送達段階と組み合わされて一つの段階とする。変更された第２流体送達段階において、第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ１６は、最初に流体に移されてインクまたはスラリーを形成する。その後、前記スラリーは、基板２０の上表面および上流部分の層間誘電体層４０上に分布される。図４Ｇ−図４Ｈに示すように、変更された第２流体送達段階の流体速度は、第２マイクロＬＥＤ１４および第３マイクロＬＥＤ６がそれぞれ第２開口部２４および第３開口部２６に適切に自己整列するようにする範囲内に設定することができる。
【００３２】
図７Ａを参照すると、本発明の第４実施例に基づき発光装置３１０が提供される。第４実施例の構造は、第１実施例の構造と略同じであるので、簡潔にするために、ここでの詳細な説明は省略する。全体の詳細な説明および図面において、同じ部分には同じ参照番号が付されていることに注意されたい。図７Ａは、発光装置３１０の断面図である。前記実施例の基板３２０は凹部３３０の底部に形成され、凹部３３０の上方に設置された対応する第１開口部３２２と連通するように開口した第１貫通孔３３２を有する。基板３２０は、層間誘電体層３４０における第２開口部３２４の底部に形成された第２貫通孔３３４をさらに有し、第２開口部３２４は凹部３３０の上方に位置しない。第３貫通孔３３６も基板３２０上に位置し、且つ層間誘電体層３４０の第３開口部３２６の底部に形成される。
【００３３】
上述した発光装置を製造するための方法は、発光装置３１０を製造するために、変更可能であり、さらに複数の貫通孔（第１貫通孔３３２、第２貫通孔３３４、第３貫通孔３３６）を形成し、各貫通孔は、層間誘電体層の第１開口部３２２、第２開口部３２４および第３開口部３２６のいずれか一つに対応する。第１貫通孔３３２は、第２貫通孔３３４よりも広い幅を有し、第２貫通孔３３４はまた第３貫通孔３３６よりも広い幅を有するように構成されている。基板３２０の凹部３３０が形成された後、第１貫通孔３３２、第２貫通孔３３４および第３貫通孔３３６がエッチングによって基板３２０に形成される。凹部３３０の底部に形成された第１貫通孔３３２は、層間誘電体層３４０における第１開口部３２２に予め定められる。第２貫通孔３３４および第３貫通孔３３６は、基板３２０に形成され、それぞれ層間誘電体層３４０における第２開口部３２４および第３開口部３２６に位置する底部に予め定められる。
【００３４】
第１貫通孔３３２、第２貫通孔３３４および第３貫通孔３３６は、第１流体送達段階または第２流体送達段階において送達流体の一部を取り入れるために用いられる。前記第１流体送達段階において、真空装置（図示せず）が、第１マイクロＬＥＤ３１２を流体送達によって第１開口部３２２および凹部３３０に引っ張るように、第１貫通孔３３２によって送達流体の一部を取り入れる。同時に、真空装置はさらに、第２貫通孔３３４および第３貫通孔３３６によって粒子を取り入れる。マイクロＬＥＤは非常に小さく且つ薄い。時には製造プロセス中または製造プロセスの前に割れる。したがって、第１マイクロＬＥＤの破片は、貫通孔３３２を通過する粒子を形成することができる。
【００３５】
前記第２流体送達段階において、真空装置は、第２貫通孔３３４および第３貫通孔３３６によって一部の送達流体を取り入れる。これにより、流体送達によって、第２マイクロＬＥＤ３１４および第３マイクロＬＥＤ３１６をそれぞれ第２開口部３２４および第３開口部３２６に引っ張る。同時に、前記真空装置は、さらに、第１貫通孔３３２によって粒子を取り入れる。粒子は、第２マイクロＬＥＤ３１４および第３マイクロＬＥＤ３１６の破片を含むことができる。インクまたはスラリーは、その後、蒸発などのプロセスによって発光装置３１０から除去してもよい。
【００３６】
故に、貫通孔を含む各組み立て位置において、インク不純物または装置の破片などのスクラップを除去することができる。サイズが適切であれば、開口部および凹部と組み合わされる貫通孔によって、マイクロＬＥＤの同時かつ選択的な自己組み立て、組み立てプロセスの簡略化および短縮、捕捉された配置されていない装置の再利用を実現することができる。
【００３７】
ここで記載された構成および／または方法は本質上例示的なものであり、これらの具体的な実施例または例は多くの変形が可能であるため、限定する意味で理解されるべきではない。ここで記載の具体的なルーチンまたは方法は、任意の数の処理戦略の内の１つまたは複数を表すことができる。このように、示されたおよび／または記載された様々な動作は、示されたおよび／または記載された順序、他の順序、同時または省略された方法によって実行されてもよい。同様に、上記プロセスの順序は変更することができる。
【００３８】
開示されている本願の主旨は、本明細書で開示されている様々なプロセス、システムと構成、およびその他の特徴、機能、動作および／または特性ならびにその任意と、全ての均等物の全ての新規において、明白でない組み合わせとサブコンビネーションを含む。
【図１Ａ】
0006538886.tif 000002
【図１Ｂ】
0006538886.tif 000003
【図２】
0006538886.tif 000004
【図３Ａ】
0006538886.tif 000005
【図３Ｂ】
0006538886.tif 000006
【図３Ｃ】
0006538886.tif 000007
【図４Ａ】
0006538886.tif 000008
【図４Ｂ】
0006538886.tif 000009
【図４Ｃ】
0006538886.tif 000010
【図４Ｄ】
0006538886.tif 000011
【図４Ｅ】
0006538886.tif 000012
【図４Ｆ】
0006538886.tif 000013
【図４Ｇ】
0006538886.tif 000014
【図４Ｈ】
0006538886.tif 000015
【図５Ａ】
0006538886.tif 000016
【図５Ｂ】
0006538886.tif 000017
【図６】
0006538886.tif 000018
【図７Ａ】
0006538886.tif 000019
【図７Ｂ】
0006538886.tif 000020