(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイで使用するための画像生成器を製造する方法であって、
複数の無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）アレイチップを製造すること、ここで各ＩＬＥＤアレイチップは、同一波長を有する光を生成するように構成された複数のＩＬＥＤエミッタを含み、且つそれぞれ異なる半導体材料片であり、
隣接するＩＬＥＤアレイチップの複数のＩＬＥＤエミッタによって前記ディスプレイの画素を形成するように、前記複数のＩＬＥＤアレイチップをキャリア基板上に配置すること、ここで前記複数のＩＬＥＤアレイチップの該複数のＩＬＥＤエミッタは、前記画素のための異なる波長の光をまとめて生成するように構成され、
前記画素を形成する前記複数のＩＬＥＤアレイチップの第１面を、前記複数のＩＬＥＤアレイチップを駆動するための回路を備えるドライババックプレーンにボンディングして前記複数のＩＬＥＤアレイチップの電気接点を前記ドライババックプレーンに電気的に接続すること、
を含む方法。
【請求項２】
第１の波長を有する光を放射するように構成されたＩＬＥＤアレイチップが第１のマイクロアセンブリプロセスで前記キャリア基板上に配置され、第２の波長を有する光を放射するように構成されたＩＬＥＤアレイチップが第２のマイクロアセンブリプロセスで前記キャリア基板上に配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ドライババックプレーンは、シリコンウェハ、ＴＦＴバックプレーン、またはＩＬＥＤドライバ電子制御回路を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ドライババックプレーンにボンディングされた前記複数のＩＬＥＤアレイチップから前記キャリア基板を取り除くことをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記キャリア基板は実質的に透過性を有し、前記ＩＬＥＤアレイチップの発光面は前記キャリア基板に面しており、前記ＩＬＥＤアレイチップの電気接点は前記ＩＬＥＤアレイチップの前記発光面とは反対側に位置する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記キャリア基板は前記画像生成器用のカバーガラスである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記キャリア基板は、ガラス、プラスチック材料、または透過性材料からなる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記キャリア基板は可撓性または剛性を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記キャリア基板は、前記画像生成器から発光した光を扱うように構成された１つまたは複数の光学部品を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数のＩＬＥＤアレイチップは、結合材料を用いて前記キャリア基板に接合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のＩＬＥＤアレイチップは、赤色光、緑色光、または青色光を生成するように構成された少なくとも１つのＩＬＥＤアレイチップを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数のＩＬＥＤアレイチップを、テッセレーション可能な幾何学形状を有するように形成することをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のＩＬＥＤエミッタを前記複数のＩＬＥＤアレイチップのコーナーに形成することをさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記複数のＩＬＥＤアレイチップの少なくとも１つを前記画像生成器のコーナーに接合することをさらに備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記ＩＬＥＤアレイチップは、直接ボンディング相互接続を用いて前記ドライババックプレーンに接合される、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記回路との電気的な導通状態をもたらすことにより複数のアドレス指定可能な画素を規定することをさらに備え、各アドレス指定可能な画素は、複数の隣接するＩＬＥＤアレイチップからの少なくとも１つのＩＬＥＤエミッタを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ドライババックプレーンはアクティブバックプレーンからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記アクティブバックプレーンは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）、または金属酸化物（ＭＯ−ＴＦＴ）を用いて製作される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＩＬＥＤエミッタはマイクロＩＬＥＤエミッタである、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
ディスプレイで使用するための画像生成器であって、
異なる波長を有する光を生成するように構成された複数の無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）アレイチップであって、各ＩＬＥＤアレイチップは、同一波長を有する光を生成するように構成された複数のＩＬＥＤエミッタを含み、且つそれぞれ異なる半導体材料片である、複数のＩＬＥＤアレイチップと、
前記複数のＩＬＥＤアレイチップにボンディングされたドライババックプレーンであって、前記ドライババックプレーンは、隣接するＩＬＥＤアレイチップの複数のＩＬＥＤエミッタによって前記ディスプレイの画素を形成するように前記複数のＩＬＥＤアレイチップに接続されており、前記隣接するＩＬＥＤアレイチップの複数のＩＬＥＤエミッタは各々、異なる波長を有する光を生成する、ドライババックプレーンと、
を備える画像生成器。
【請求項２１】
前記ＩＬＥＤエミッタがマイクロＩＬＥＤエミッタからなる、請求項２０に記載の画像生成器。
【請求項２２】
前記複数のＩＬＥＤアレイチップの発光面に面するキャリア基板をさらに備え、前記発光面は、前記ドライババックプレーンを前記複数のＩＬＥＤアレイチップに接続する前記複数のＩＬＥＤアレイチップの電気接点とは反対側に位置する、請求項２０に記載の画像生成器。
【請求項２３】
ディスプレイであって、
異なる波長を有する光を生成するように構成された複数の無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）アレイチップであって、各ＩＬＥＤアレイチップは、同一波長を有する光を生成するように構成された複数のＩＬＥＤエミッタを含み、且つそれぞれ異なる半導体材料片である、複数のＩＬＥＤアレイチップと、
前記複数のＩＬＥＤアレイチップにボンディングされたドライババックプレーンであって、前記ドライババックプレーンは、隣接するＩＬＥＤアレイチップの複数のＩＬＥＤエミッタによって前記ディスプレイの画素を形成するように前記複数のＩＬＥＤアレイチップに接続されており、前記隣接するＩＬＥＤアレイチップの複数のＩＬＥＤエミッタは各々、異なる波長を有する光を生成する、ドライババックプレーンと、
を備えるディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学ディスプレイモジュールに関し、詳しくは、これに限定されないが、ＩＬＥＤディスプレイデバイスを形成する非シリコンの赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）のＬＥＤエミッタのハイブリッド集積を含むＩＬＥＤのＲＧＢカラーディスプレイモジュールに関する。例示のエミッタは、適切な３次元パッケージ集積方法を用いて直接集積化されたシリコン駆動回路に搭載され得る。
【背景技術】
【０００２】
周知のＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）ディスプレイに代わるディスプレイ技術の新たなカテゴリーは、ＩＬＥＤ（無機発光ダイオード）ディスプレイと呼ばれる。ＩＬＥＤディスプレイは、本質的には標準的なＬＥＤと同じであり、そのすべての利点を有するので、ＬＣＤやＯＬＥＤディスプレイの負の特性を有していない。ＩＬＥＤディスプレイは、高品質の黒色出力および高品質の白色出力を有し、ディザ（dither）がなく、また、高品質の均一性、長寿命、極めて低い消費電力、予測可能なカラーガンマ、高い応答率を有し、ちらつきがごく僅かである。
【０００３】
投影ディスプレイ技術は、大面積投影ディスプレイ（スクリーンディスプレイ）からヘッドアップ画像ディスプレイなどの小型マイクロディスプレイにまで及ぶ。
投影ディスプレイは、一般的には、光源、画像エンジン、ドライバ、および光学経路の４つの構成要素からなる。光源は、画像エンジン用の入力光を与える。画像エンジンは、その光を処理して画像を生成する。ドライバは、要求される画像がどのように生成されるべきか、すなわちどの画素をオンまたはオフすべきかを画像エンジンに対して指示する。光学経路は、意図されるアプリケーションにおいて、システムによって指定されたように画像を拡大、縮小、または制御する。
【０００４】
投影に必要な光は、連続発光帯（ハロゲン、蛍光灯、白色ＬＥＤ）または離散バンド（ＲＧＢ型ＬＥＤ、レーザー光源）として生成することができる。画像エンジンには、デジタル・ライト・プロセッシング（ＤＬＰ）、ガルバノ・スキャニング・ミラー、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、またはエルコス（ＬＣＯＳ）などが含まれる。例えば、ＬＣＤにおいて、有効なエンジンは、液晶と、明色を制御するための一連のフィルタとからなる。しかしながら、ＬＣＤディスプレイは、均一な照明を提供するために、典型的にはＬＥＤデバイスのアレイと拡散器とからなるバックライトを必要とする。大規模ＬＥＤディスプレイ（スポーツスタジアムやショップモールのスクリーン）の場合も同様に、光源と画像エンジンとが、標準ＳＭＴフォーマットの大面積ＩＬＥＤチップパッケージを使用して組み合わせられる。上記の例では、ドライバは（おそらくはグラフィック処理ユニットからの）入力データに基づいて活性化される画素を決定する電子制御回路（アクティブバックプレーンまたはシリコンコントローラチップの形態）である。
【０００５】
ディスプレイのスケールサイズの他端にマイクロディスプレイがある。これらの装置では、非常に小さい画像または非常に小さな画像システムが目標とされる。他のヘッドアップタイプのディスプレイには小さな画像システムが必要とされる一方で、非常に小さい画像は網膜投影ディスプレイ（Google Glass（登録商標）など）で使用することができる。様々な画像エンジンおよび光源が上記に挙げたものを含む装置に採用されている。近年のＯＬＥＤ技術は商業的に注目されている。ＯＬＥＤ技術は、光源と画像化エンジンが同じものである大規模ＩＬＥＤディスプレイに匹敵する。その製造方法は、ＩＬＥＤに相当する大型ディスプレイを製造することができないものの、ＬＣＤ技術に相当する２５０ｐｐｉ以上の高解像度ディスプレイを製造することが可能である。上記ディスプレイと同様に、ＯＬＥＤディスプレイのドライバは、アクティブバックプレーンまたはシリコンコントローラチップとすることができる。
【０００６】
ＯＬＥＤおよびＬＣＤ型のディスプレイの双方は、例えば１５μｍ未満の画素ピッチを有するマイクロディスプレイにおいてより高い解像度の画素を達成するために大きな欠点を有している。例えば、ＯＬＥＤは、解像度を３００ｐｐｉ未満に制限するシャドウマスク製造プロセスのために解像度が制限されている。これを克服する方法には、ＯＬＥＤディスプレイの解像度を３００ｐｐｉ以上に高めるためのＲ、Ｂ、およびＧチップ用のペンタイル（pentile）エミッタ設計の構成が挙げられる。この設計は、ＯＬＥＤによるシャドウマスク製造に関連する解像度問題を克服し、ＴＦＴによる均一性を排除して全体的に滑らかな欠陥のない画像を生成する。
【０００７】
モノリシックアレイの製造方法によって高解像度のディスプレイを実現する他の方法が存在する。モノリシックは、互いに切り離せない構成要素を指すのに使用され、より大きなブロックからなる。「モノリシックアレイ」という用語は、同じ材料上に製造され、且つ物理的に接続された幾つかのアドレス指定可能な発光領域を有する発光デバイスを指す。モノリシックアレイは、無機ＬＥＤデバイスに特有であり、ＯＬＥＤ材料から形成されない。これは、２つのＬＥＤタイプの製造の違いによる。無機ＬＥＤは「トップダウン」法を用いて製造される。この方法は単一の半導体材料片を起点とし、この単一の半導体材料片からＬＥＤが生成される。製造プロセスの最後に多数の発光領域間の物理的接触が残っている場合（すなわち、半導体材料が分離されていない場合）には、モノリシックアレイが製造されたと言える。モノリシックＩＬＥＤアレイチップは、複数の発光領域が形成された単一の半導体材料片である。これは、物理的相互接続上の発光デバイスのアセンブリとは異なり、それらを一斉に転置させることができる。
【０００８】
対照的に、有機ＬＥＤは「ボトムアップ」アプローチによって製造される。これは、ターゲット基板上の反復層における有機材料の堆積によって生じる。ＯＬＥＤデバイスは単一の半導体材料片を起点としないので、完成したデバイスはモノリシックであるとはみなされない。モノリシックＯＬＥＤは特定の刊行物にて参照され得る。しかしながら、これはＯＬＥＤデバイスをドライバ回路上、一般にはＣＭＯＳ上に直接集積することに関連している。この場合、「トップダウン」アプローチから形成されたバックプレーンまたはＣＭＯＳチップはモノリシックであり、ＯＬＥＤ材料はモノリシック構成要素を形成するために一体化されている。
【０００９】
モノリシックＩＬＥＤデバイスの製造は、１０μｍ以下のスケールでのチップ製造および微小位置決めを回避する必要がある場合に必要とされる。例えばモノリシックＩＬＥＤデバイスの製造には、１ｍｍ×１ｍｍよりも大きなモノリシックチップ上で個々にアドレス指定可能な１６０×１２０個の画素を含むチップの製造が含まれ得る。大きなモノリシックＩＬＥＤチップに基づくディスプレイには、固有の課題がある。第１に、ＩＬＥＤデバイスは単一の半導体材料片を起点とするので、モノリシックＩＬＥＤアレイチップは、単一の波長光しか生成できない。さらに、モノリシックＩＬＥＤアレイデバイスの製造は、歩留まりに関連する問題を生じる。ＩＬＥＤデバイスが製造されると、多数のデバイスが故障し得る。異常デバイスが製造されると、その故障したデバイスのみが廃棄される。しかし、モノリシックＩＬＥＤアレイチップでは、デバイスの故障はモノリシックチップ全体を廃棄することになる。１６０×１２０個のモノリシックアレイの上記の例では、１つのデバイスの故障により１９，２００個のエミッタが廃棄されることになるが、その大部分が機能する可能性がある。これにより、使用される材料および製造品質に基づく収率が低下する。
【００１０】
ＩＬＥＤおよびＯＬＥＤデバイスに関連する明確な課題がある。ＩＬＥＤアレイチップの製造では、１μｍのサイズ（またはナノインプリントリソグラフィ技術を用いたより小さなサイズ）での製造が実現可能である。しかしながら、１０×１０μｍ２（１００μｍ２）より小さいサイズのＩＬＥＤデバイスをピック・アンド・プレースまたはマイクロ・アセンブルする能力は、依然として非常に重要な課題である。ＯＬＥＤデバイスの場合、１０μｍ未満のサイズのデバイスを形成することは、シャドウマスキングおよび使用される堆積プロセスに関連する他の影響のために困難である。しかしながら、ＯＬＥＤデバイスは、ターゲット制御デバイス（例えば、ＣＭＯＳまたはＴＦＴバックプレーン）上に直接製造することができるので、製造後にデバイスをピック・アンド・プレースする必要はない。ＯＬＥＤは白とすることができフィルタを使用することができる。
【００１１】
ＬＥＤ技術に関して、シリコン上の高解像度アクティブマトリクス単色ディスプレイのモノリシック方法が特許文献１にて提示されている。この特許文献１では、ＩＬＥＤ材料の単一片がドライバ回路と統合され、単一色を生成するデバイスが得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第８５５７６１６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、現在のマイクロディスプレイの欠点を克服しようとするものである。本発明は、バックプレーンドライバ上に配置され、各々、画像生成器の複数の隣接画素のためのＩＬＥＤエミッタを提供する複数のモノリシックＩＬＥＤアレイチップのための方法および装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以下、本明細書で使用される「画像生成器」という用語は、複数の画素に光を供給するＩＬＥＤ（またはマイクロＩＬＥＤ）アレイチップのアレイを包含する。ＩＬＥＤアレイチップは、複数のＩＬＥＤエミッタを含み、モノリシックであってもよく、全ての単一色を生成し得る。ＩＬＥＤアレイチップの各ＩＬＥＤエミッタは、画像生成器の隣接画素のうちの１つに光を供給する。画像生成器は、ディスプレイの光源及び画像エンジンを提供する単一のデバイスと見なすことができる。
【００１５】
上記を考慮し、本発明者らは、１５μｍ以下のピッチを実現しモノリシックＩＬＥＤに関連する歩留まり問題のない、ＩＬＥＤデバイスからなる高解像度マイクロディスプレイを製造する必要性を認識した。ＩＬＥＤプラットフォームを使用するため、ＯＬＥＤデバイスに関連する寿命、劣化、解像度の問題がない。本発明では、ハイブリッドマイクロアセンブリ技術を使用する小型ＩＬＥＤアレイチップからなる高画素解像度ディスプレイが開示される。
【００１６】
本発明は、ディスプレイ技術、および無機ＬＥＤ光源とディスプレイの各画素をオン／オフする電子制御回路とを組み合わせた光学画像エンジンに関し、具体的には、光源および画像形成エンジンから離れたところで画像が生成される投影ディスプレイに関連する。投影ディスプレイ技術は、大面積投影ディスプレイ（スクリーンディスプレイ）からヘッドアップ画像ディスプレイなどの小型マイクロディスプレイにまで及ぶ。
【００１７】
本発明は、現在のマイクロディスプレイアーキテクチャの欠点を克服しようとするものである。本発明は、有機ＬＥＤよりも無機ＬＥＤに特有の改良をもたらす。これらの改良には、安定性の向上、電力効率の向上、明るさの向上が含まれる。
【００１８】
本発明者らは、適切なワイヤレス相互接続ボンディング法を用いてＩＣドライバ回路の裏面に接続され、赤色、緑色、及び青色の発光源のための異種材料を組み合わせたフルカラーディスプレイモジュールを構成する必要性を認識した。ワイヤレス直接ボンディング方法は、ワイヤボンディング、はんだバンプ／フリップチップ技術の必要性を排除して相互接続を簡素化する。
【００１９】
関連する駆動電子機器を備えたカラーディスプレイのための新規ＩＬＥＤ画像生成器が開示される。無機ＬＥＤ（ＩＬＥＤ）を使用して高解像度の画素画像エンジンを実現する方法が開示される。具体的には、複数のエミッタを有する特定の形状のＩＬＥＤアレイチップを配列して、最小のフィルファクタ損失を有する高密度ディスプレイを形成する方法が開示される。ＩＬＥＤアレイチップの設計も開示される。
【００２０】
画像生成器は、用途要件に応じて単色でも多波長でもよい。この設計は、近視眼およびピコプロジェクタ用途に特に適した超高密度ＬＥＤ光源を提供する。
本発明の一態様によれば、ディスプレイで使用するための画像生成器を製造する方法が提供される。当該方法は、同一波長を有する光を生成するように構成された複数のＩＬＥＤエミッタを備え、複数の波長のうちの１つを有する光を生成するようにそれぞれ構成された個別の複数のＩＬＥＤアレイチップを製造すること、隣接するチップの複数のＩＬＥＤエミッタがディスプレイの画素を形成するように前記個別の複数のＩＬＥＤアレイチップをキャリア基板上に配置すること、前記複数のＩＬＥＤアレイチップの電気接点がドライババックプレーンと電気的に導通されるように前記複数のＩＬＥＤアレイチップの第１面を前記ドライババックプレーンにボンディングすることを備える。前記ドライババックプレーンは前記ＩＬＥＤアレイチップを駆動するための電子制御回路を備えている。
【００２１】
任意で、第１の波長を有する光を放出するように構成されたＩＬＥＤアレイチップが第１の工程で前記キャリア基板上に配置され、第２の波長を有する光を放出するように構成されたＩＬＥＤアレイチップが第２の工程で前記キャリア基板上に配置される。
【００２２】
任意で、前記ドライババックプレーンは、シリコンウェハ、ＴＦＴバックプレーン、または他のＩＬＥＤドライバ電子制御回路によって形成される。
任意で、当該方法は、前記キャリア基板を取り除くことをさらに備える。
【００２３】
任意で、前記キャリア基板は実質的に透過性を有し、前記ＩＬＥＤアレイチップの発光面は前記キャリア基板に面しており、前記ＩＬＥＤアレイチップの電気接点は前記ＩＬＥＤアレイチップの前記発光面とは反対側に位置する。
【００２４】
任意で、前記キャリア基板は前記画像生成器用のカバーガラスである。
任意で、前記キャリア基板は、ガラス、プラスチック材料、または別の透過性材料からなる。
【００２５】
任意で、前記キャリア基板は可撓性または剛性を有する。
任意で、前記キャリア基板は、前記画像生成器から発光した光を扱うように構成された１つまたは複数の光学部品を備える。
【００２６】
任意で、前記複数のＩＬＥＤアレイチップは、接着剤または透過性を有する接着剤を用いて前記キャリア基板に接合される。
任意で、前記複数のＩＬＥＤアレイチップは、赤色光、緑色光、または青色光を生成するように構成された少なくとも１つのＩＬＥＤアレイチップを備える。
【００２７】
任意で、当該方法は、複数のＩＬＥＤアレイチップを、三角形、四角形、六角形、またはテッセレーション可能な任意の他の幾何学的形状を有するように形成することをさらに備える。
【００２８】
任意で、当該方法は、前記複数のＩＬＥＤエミッタを前記複数のＩＬＥＤアレイチップのコーナーに形成することをさらに備える。
任意で、当該方法は、前記複数のＩＬＥＤアレイチップの少なくとも１つを画像生成器のコーナーに接合することをさらに備える。
【００２９】
任意で、前記ＩＬＥＤアレイチップは、直接ボンディング相互接続を用いて前記ドライババックプレーンに接合される。
任意で、当該方法は、複数のアドレス指定可能な画素が規定されるようにドライバ電子制御回路との電気的な導通状態をもたらすことをさらに備え、各アドレス指定可能な画素は、複数の隣接するＩＬＥＤアレイチップからの少なくとも１つのＩＬＥＤエミッタを備える。
【００３０】
任意で、前記ドライババックプレーンはアクティブバックプレーンからなる。
任意で、前記アクティブバックプレーンは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）、または金属酸化物（ＭＯ−ＴＦＴ）を用いて製作される。
【００３１】
任意で、前記ＩＬＥＤエミッタはマイクロＩＬＥＤエミッタである。
本発明の一態様によれば、ディスプレイで使用するための画像生成器であって、上記のように製造された画像生成器が提供される。
【００３２】
本発明の一態様によれば、上記した画像生成器を１つまたは複数備えたディスプレイが提供される。
本発明の一態様によれば、複数のＩＬＥＤエミッタを備えるＩＬＥＤアレイチップが提供される。前記ＩＬＥＤアレイチップは、個別の複数のＩＬＥＤアレイチップをキャリア基板上に備えたＩＬＥＤ画像生成器で使用するのに適しており、前記複数のＩＬＥＤアレイチップは、隣接するチップからの複数のＩＬＥＤエミッタがディスプレイの画素を形成するように配置されている。
【００３３】
任意で、前記ＩＬＥＤエミッタがマイクロＩＬＥＤエミッタからなる。
本発明の第１の態様によれば、アドレス可能なＬＥＤアレイチップを製造する方法が提供される。当該方法は、１つまたは複数のエミッタを備える複数のＬＥＤチップを製造することであって、各ＬＥＤチップが赤色光、緑色光、または青色光を生成するように構成されていること、前記複数のＬＥＤチップの電気接点がドライバと電気的に導通されるように前記複数のＬＥＤチップの第１面を前記ドライバにボンディングすることを備える。前記ドライバは、前記ＬＥＤチップを駆動するための電子制御回路を備えている。
【００３４】
任意で、当該方法は、前記複数のＬＥＤチップの電気接点が前記第１面とは反対側の前記ＬＥＤチップの第２面上に位置するように前記ＬＥＤチップをキャリア基板にボンディングすること、前記ＬＥＤチップの第２面を前記ドライバにボンディングすることを備える。
【００３５】
任意で、前記ドライバは、シリコンウェハ、ＴＦＴバックプレーン、または他のＬＥＤドライバ電子回路の形態によって形成される。
任意で、当該方法は、前記キャリア基板を除去することをさらに備える。
【００３６】
任意で、前記キャリア基板は、透明または不透明である。
任意で、前記キャリア基板は、アドレス指定可能なＬＥＤアレイチップのカバーガラスである。
【００３７】
任意で、前記キャリア基板は、ガラス、プラスチック材料、または別の透過性材料からなる。
任意で、前記キャリア基板は、可撓性または剛性を有する。
【００３８】
任意で、前記キャリア基板は、アドレス指定可能なＬＥＤアレイチップから発光した光を扱うように構成された１つまたは複数の光学部品を備える。
任意で、前記複数のＬＥＤチップの各々の発光面は前記キャリア基板にボンディングされる。
【００３９】
任意で、前記複数のＬＥＤチップは、接着剤または透過性を有する接着剤を用いて前記キャリア基板にボンディングされる。
任意で、前記複数のＬＥＤチップは、赤色光、緑色光、または青色光を生成するように構成された少なくとも１つのＬＥＤチップを備える。
【００４０】
任意で、当該方法は、前記ＬＥＤアレイチップを、三角形、四角形、六角形、またはテッセレーション可能な任意の他の幾何学形状を有するように形成することをさらに備える。
【００４１】
任意で、当該方法は、前記複数のＬＥＤチップの少なくとも１つを前記ＬＥＤアレイチップのコーナーにボンディングすることをさらに備える。
任意で、前記ＬＥＤチップは、直接ボンディング相互接続を使用してシリコンウェハにボンディングされる。
【００４２】
任意で、当該方法は、複数のアドレス指定可能な画素が規定されるようにドライバ電子機器との電気的な導通状態をもたらすことをさらに備え、各アドレス指定可能な画素は、前記複数のＬＥＤアレイチップの各々からの少なくとも１つのＬＥＤチップを備える。
【００４３】
任意で、前記シリコンウェハはアクティブバックプレーンを備える。
任意で、前記アクティブバックプレーンは、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）、または金属酸化物（ＭＯ−ＴＦＴ）により製造される。
【００４４】
本発明の第２の態様によれば、上記方法に従って製造されたアドレス指定可能なＬＥＤアレイチップが提供される。
本発明の第３の態様によれば、上記複数のアドレス指定可能なＬＥＤアレイチップを備えるマイクロ画像エンジンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】６つのＬＥＤ画素を含む六角形形状チップの一例を示す図。
【図２】ＲＧＢ（白色）画素を有するタイル状配置のＬＥＤチップを示す図。
【図３】画像エンジンにおけるＡＢ断面図。
【図４】最小ディスプレイ画素サイズの画像およびＩＬＥＤアレイレイアウトおよびパッキング密度の依存性を示す図。
【図５ａ】三角形チップによるＲＧＢ画素を示す図。
【図５ｂ】四角形チップによるＲＧＢＧ画素を示す図。
【図６】集積シリコンドライブ回路を備えるＩＬＥＤ画像エンジンのプラットフォームを示す図であって、ＩＬＥＤ用のガラスキャリアはあってもなくてもよく、例として３画素カラーディスプレイが提示されている。
【図７ａ】起点材料（赤色、緑色、青色の各ＬＥＤウェハ）を上面視および側面視にて示す図。
【図７ｂ】ウェハ上に製造された青色ＩＬＥＤデバイスを上面視及び側面視にて示す図。
【図７ｃ】キャリア基板上にマイクロアセンブリされた青色ＩＬＥＤデバイスを上面視及び側面視にて示す図。
【図７ｄ】キャリア基板上にマイクロアセンブリされた赤色、青色、および青色ＩＬＥＤデバイスを上面視及び側面視にて示す図。
【図７ｅ】画像エンジンを形成するべく制御電子回路にボンディングされた赤色、青色、および青色ＩＬＥＤデバイスを上面視及び側面視にて示す図。
【図７ｆ】キャリア基板を取り除いた後の画像エンジンを示す図。
【図８】デバイスレベルでの相互接続方法の取り得る例について概略を示す図。
【図９】マイクロＩＬＥＤの概略説明図。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
開示される方法および装置は、超高解像度用途の無機発光体を製造する方法に関する。特に、本発明は、高密度のＲ、Ｇ、Ｂの異種材料のＩＬＥＤエミッタ（サブ画素）からなるＩＬＥＤディスプレイをＳｉ上に集積化して、搭載プラットフォーム上に直接組み合わせ、その後、集積化ＩＣ駆動／マルチプレクス回路を含むシリコン基板と一体化する方法に関する。ＩＬＥＤエミッタは、マイクロＬＥＤを含み得る。また、方法および装置は、多数の可能なプラットフォームを介して光源がドライババックプレーンに直接集積化される用途に関する。
【００４７】
Ｒ、Ｇ、Ｂの発光源のための異種材料を組み合わせて高密度の画素を形成し、スキャンおよびデータライン制御のための薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と個別の充電コンデンサとを組み合わせたバックプレーンに直接集積化するフルカラーマイクロ画像エンジンを形成する必要性がある。
【００４８】
特に、ＩＬＥＤ構成は、画素群またはサブ画素群を形成し、最終的にディスプレイ用の画像エンジンを形成するための高性能特性アレイチップの組み立ておよび実装に基づき得る。これにより、小さなモノリシックアレイチップを用いたディスプレイ用エミッタの大規模アレイの形成が可能になる。また、マイクロアセンブリ技術における大きな課題を有するチップを操作して相互接続する必要なしにＩＬＥＤ材料によるマイクロディスプレイの製造を可能にする。
【００４９】
開示されるマイクロディスプレイ用の高解像度画像エンジンを実現する方法は、以下の手段によって実現される。１）異なる形状の高性能ＩＬＥＤ（例えばマイクロＬＥＤ）アレイチップ（ＷＯ２００４／０９７９４７（米国特許第７，５１８，１４９号））の製造、２）ＩＬＥＤアレイチップを適切な構成にマイクロアセンブリして小ピッチで複数チップをタイル状に組み合わせたモザイクを形成する能力、および３）このモザイクと電子制御回路との相互接続。別の方法では、モザイクは、コントローラデバイス（ＣＭＯＳまたはＴＦＴバックプレーンなど）上または後にコントローラデバイスに集積化されるキャリア基板上に直接形成することができる。チップ形状は、より小さなチップサイズを使用して一貫したピッチのチップアレイを構成することを可能にする。異なる構成を実現することができ、それぞれ一貫した画素は、画素の品質および色を決定する。
【００５０】
マイクロアセンブリ方法は、ＩＬＥＤアレイチップのアレイを基板またはコントローラデバイス上に作成する方法として、打ち抜きプロセス、真空、圧電作動、インク転写、レーザアシスト、自己アセンブリ、および／または磁気転写を含み得る。
【００５１】
ＩＬＥＤ画像生成器を製造するために使用される方法に関連する詳細な工程は、以下のとおりである。図７ａ〜図７ｆは、各工程に関連する画像を提供する。ここでは、ＣＭＯＳドライバ回路上に搭載されたＲＧＢディスプレイについての方法を説明する。ドライバ回路との統合やモノリシックまたは他の色を形成するために、この方法を変更する必要もあり得る。そのような方法の変更も本発明によって包含される。
【００５２】
（１）最初に使用される材料は半導体ウェハである。Ｒ、Ｇ、Ｂのディスプレイの場合は、各色に１つずつ、３つの半導体ウェハが必要となる。
（２）これらの半導体ウェハにモノリシックＩＬＥＤアレイチップを製作する。基板上におけるＩＬＥＤアレイチップのレイアウトはターゲットディスプレイのレイアウトに依存する。
【００５３】
（３）単色のウェハによるモノリシックＩＬＥＤアレイチップを適切なマイクロアセンブリ方法を用いてキャリア基板上に組み立てる。ＩＬＥＤアレイチップのためのコンタクトパッドは基板から離れて面している。
【００５４】
（４）異なる色のウェハによるＩＬＥＤアレイチップのためのスペースが残される。
（５）他のウェハによるモノリシックＩＬＥＤアレイチップをキャリア基板上にマイクロアセンブリする。
【００５５】
（６）ＩＬＥＤアレイチップ用のコンタクトをドライバ装置のコンタクトパッドに接続する。全てのＩＬＥＤアレイチップがキャリア基板上にあるので、この接続は単一ステップで完了することができる。
【００５６】
（７）キャリア基板をＩＬＥＤアレイデバイスから取り除く。
ディスプレイの最終的な画像生成器はモノリシックではないことに留意すべきである。より正確には、小さなモノリシックＩＬＥＤアレイチップのアレイとして説明される。これは、モノリシックＩＬＥＤアレイ（光源が単一チップから製造される）とモノリシックドライバ回路と一体化されたＯＬＥＤデバイスの両方からデバイスを実質的に区別する。
【００５７】
幾つかのＩＬＥＤアレイチップの形状および構成について説明する。最も単純な形態は四角形のＩＬＥＤアレイチップであり、複数のＩＬＥＤエミッタを備えている（各コーナーに１つずつ、計４つ）。これらのチップがタイル状に組み合わせられると、Ｎ×Ｍチップアレイが形成される。このＮ×Ｍチップアレイは、各画素が複数の隣接するＩＬＥＤアレイチップからのエミッタを含む対応する画素アレイを有する。
【００５８】
ディスプレイの画素は、複数の隣接するモノリシックチップのコーナーにおける１つずつのエミッタを用いた複数のＩＬＥＤエミッタから構成されている。異なる波長のチップが隣接する位置にタイル状に並べられると、４つの発光素子からなる白色画素、例えば、赤、緑、青、緑の画素構成が形成される。２つ目の緑は、緑色ＬＥＤ材料に内在するより低い効率を補償する。ＩＬＥＤアレイチップの全てのコーナーがエミッタ画素を有している必要はない。例えば、３つのコーナーにエミッタを有し、４つ目のコーナーにｎ接点または非アクティブな領域を有する正方形のチップを使用してＲＧＢのアレイを形成することも可能である。
【００５９】
例示的な方法および装置では、材料の使用効率が最大になるように三角形または六角形のアレイチップを３つの画素の白色要素の形成に使用することができる（図２参照）。これは、赤、緑、青の画素をもたらし得る。図２は、上述したアセンブリ技術のうちの１つまたは複数を使用して基板上に組み立てられた複数のＩＬＥＤアレイチップを示している。一つの構成では、表示画素の最小サイズ（Ｘｍｉｎ）（ディスプレイ解像度に関連する）は、２×（Ｄｐ＋Ｄｅ）＋Ｓｃによって定義することができる。
【００６０】
ここで、
ＤｐはＩＬＥＤ（例えば、マイクロＩＬＥＤ）エミッタの直径であり、
Ｓｃはキャリア上のＩＬＥＤアレイチップ間の分離であり、
Ｄｅはチップの端部からＩＬＥＤエミッタまでの距離である。
【００６１】
図４には、更なる例示が示されている。
ドライババックプレーンへのチップのコンタクトは、コントローラ回路の設計に依存する。表示画素内のエミッタの全てのｐ接点（アノード）を相互に接続することが可能である。これらのモノリシックＩＬＥＤアレイチップは、他のＩＬＥＤエミッタとｎ接点を共有してもよいが、これは同じ表示画素からではない。したがって、表示サブ画素から出力される光は、他のＩＬＥＤアレイチップと共有されるｐ接点を駆動することによって生成することができる。図８は、デバイスレベルでの相互接続方法の概要を示している。青色画素を点灯するために、赤色、緑色、および青色のサブ画素のｐ接点に電圧が印加される。そして、青色サブ画素のｎ接点が接地され、青色デバイスのみが点灯する。
【００６２】
チップの幾つかの原理を以下に示す。
１．ＩＬＥＤアレイチップは、チップ毎に２つ以上の発光領域が存在するように、すなわちチップがアレイとなるように設計される。
【００６３】
２．チップ毎に１つまたは複数のｎ接点が存在する。
３．画像生成器全体の高解像度画素は、図２に示すように、複数のＩＬＥＤチップからの幾つかのエミッタを含む。
【００６４】
４．１つのチップ上に複数のエミッタサブ画素を含むＩＬＥＤアレイチップが隣接するチップに近接して配置されるように設計され、これにより、隣接するチップ上のエミッタ同士が単一の表示画素を形成する。この設計は、ディスプレイ上のチップ、画素、および／またはエミッタ間のピッチを一定にすることを目的とする。
【００６５】
５．ＩＬＥＤアレイチップは、これに限定されないが、三角形、四角形、五角形、または六角形を含む多くの形状にて製作することができる。例示的な方法および装置において、ＩＬＥＤアレイチップは、テッセレーションが可能な形状である。
【００６６】
６．エミッタは、特定の形状を有するＩＬＥＤアレイチップのコーナーに、またはその近くに配置することができる。これにより、隣接するチップ上のエミッタ間の距離を最小限にすることができる（図４参照）。
【００６７】
７．カラーディスプレイの場合、異なる波長で発光するＩＬＥＤアレイチップの隣接する位置決めによって白色画素を形成することができる。
８．白色画素を形成する隣接する画素は個別に接続されてもよいし、相互に接続されてもよい。これは項目２に関連しており、各エミッタはそれ自体のｎ接点（個別にアドレス指定可能）を有してもよく、またはエミッタが同じチップ上の別のエミッタ（すなわちマトリクスアドレス指定）とｎ接点を共有してもよい。
【００６８】
９．光出力全体の制御は、各エミッタのｐ接点、ｎ接点、またはその両方における電流および／または電圧によって行うことができる。
１０．多波長ディスプレイにおける色の比率は、チップ設計およびチップ配置によって決定され得る。チップ設計およびチップ配置は、白色画素の画素数を決定する。
【００６９】
例として、幾つかのディスプレイアセンブリプロセスについて開示する。ディスプレイアセンブリプロセスは、本発明による方法が、ディスプレイ産業において現在使用されている標準プロセスのフローとどのように統合されるかを強調する。これらのディスプレイアセンブリプロセスは、以下のように要約することができる。
【００７０】
・第１のディスプレイアセンブリプロセスは、制御回路に関する主流のＴＦＴ製造プロセスに適合する方法を開示する。この方法では、ＩＬＥＤアレイチップが搭載されるキャリア基板は製造プロセスの標準的な構成要素（カバーガラスなど）であり、ドライバ電子制御回路（バックプレーン等）への相互接続が標準的なＴＦＴアセンブリプロセスの一部として行われる。このプラットフォームでは、キャリア基板はアセンブリ後もディスプレイの一部となり、ＴＦＴおよびキャリア基板は共にディスプレイのバックボーンを形成する。
【００７１】
・第２のディスプレイアセンブリプロセスは、キャリアとして使用される仮基板上にＩＬＥＤアレイチップを搭載した後、そのキャリアをディスプレイのドライバ電子制御回路に適切なボンディング方法によって取り付けることに関する。その後、ＩＬＥＤアレイチップをＣＭＯＳ上に残した状態で仮基板を除去する。このプラットフォームでは、ドライバ電子制御回路はディスプレイのバックボーンを形成し、ＣＭＯＳ上のマイクロディスプレイに関連付けられる。
【００７２】
・第３のフローでは、ドライバ電子制御回路は個別の電子制御回路チップであり、キャリア基板上にアセンブリされる。その後、電子制御回路チップがＩＬＥＤアレイチップと相互接続される。このようなアプローチでは、キャリア基板は常設されてディスプレイのバックボーンを形成する。
【００７３】
ＩＬＥＤアレイチップによる発光波長に対して基板が透過性（例えば、ガラス基板）である場合、例示的な方法および装置において、基板は常設され得ることに留意されたい。この場合、基板はディスプレイの外面を形成し得る。
【００７４】
上記の全てのフローについては、能動素子がエミッタから離れるようにＩＬＥＤアレイチップをパッシブマトリクスアレイ上に実装することも可能であり、本発明によって包含されることに留意されたい。
【００７５】
マイクロアセンブリ方法によって組み立てられた高解像度ＩＬＥＤアレイチップアレイ設計と組み合わせることでＴＦＴ集積化および製造に適合化されるディスプレイアセンブリプロセスが開示される。例示的な方法では、上記に箇条書きしたプロセスフローは上記の方法とほぼ同じである。主な違いは、構成要素（ＴＦＴに対してＣＭＯＳ）と最終的なフォームファクタ（キャリアオンなのかキャリアオフなのか）である。
【００７６】
そのようなアセンブリの一例が本明細書において説明される。隣接チップのエミッタから画素が形成されるように配置された複数のＩＬＥＤアレイチップを含む最終的なアレイチップは最終的なディスプレイの構成要素上に組み立てられる。次いで、ＴＦＴ制御回路を含むＴＦＴプレーナバックプレーンと相互接続される。アモルファスシリコンを用いたＴＦＴ（ａ−Ｓｉ−ＴＦＴ）、金属酸化物を用いたＴＦＴ（ＭＯ−ＴＦＴ）、または低温ポリシリコンを用いたＴＦＴ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ）によりＩＬＥＤに電流が供給され、それによってそれぞれの輝度が制御される。
【００７７】
開示される方法および装置は、ＬＣＤ／ＴＦＴ製造ラインのセル製造ラインに適合可能なマイクロアセンブリプロセスを展開するディスプレイアセンブリプロセス、すなわち、ポリイミド／ガスケット液晶注入／ガラスサンドイッチ／偏光子プロセスを対応するマイクロアセンブリ処理ステップと置き換えるディスプレイアセンブリプロセスを備える。ＩＣ配置、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）ラミネーション、およびリボンケーブルのモジュール製造は、ＯＬＥＤまたはＩＬＥＤ技術には依存しない。この技術は、ＴＦＴラインを製造する上では大きな影響を与えないと考えられる。利点は、ＬＣＤ／ＴＦＴバックプレーンとは異なり、マイクロＩＬＥＤ／ＴＦＴ設計はバックライトの必要性に起因してフィルファクタ損失を被らない点にある。最終的な金属枠アセンブリとパッケージングはバックライトの要件を取り除く。
【００７８】
例示的な方法および装置では、具体的にＩＬＥＤアレイチップは複数色のチップを近接して組み立ててドライババックプレーン上に直接高密度の白色表示画素を本質的に生成することができるように設計される。表示アレイ内のＩＬＥＤアレイチップとＴＦＴバックプレーンとを含む画像エンジンはコントローラＩＣと統合され、ＡＣＦ／ＦＰＣケーブルによってＰＣＢマザーボードに接続される。
【００７９】
第２のディスプレイアセンブリプロセスでは、高解像度ＩＬＥＤアレイチップが適切な透明基板の上にフェイスアップで、すなわち、ＩＬＥＤアレイチップの発光面が透明基板に面するように直接搭載される。透明基板は、ＩＬＥＤアレイチップに対して一時的にまたは永続的に固定することができる。その後、ＩＬＥＤアレイチップは、適切な無線相互接続ボンディング方法を使用してドライババックプレーンおよびＩＣコントローラに接続される。ワイヤレス直接ボンディング方法は、ワイヤボンディング、はんだバンプ／フリップチップ技術の必要性を排除して相互接続を簡素化する。
【００８０】
相互接続を形成する例示的な方法および装置では、各チップの酸化シリコン面間または窒化シリコン面間の共有結合による室温結合が形成される。直接結合は、チップ間の有効な電気的接続を形成する金属パターンを含むチップ表面間の非常に高い結合エネルギーにより特徴付けられる。この技術により、これらの電気接続の抵抗が低いため、電力効率が向上し、モジュールの全体的な消費電力が低減される。
【００８１】
一般的に電子制御回路は透明ではない。バックライト付きＬＣＤディスプレイに使用されるアクティブバックプレーンの場合、制御回路のサイズを最小にするために多大な努力がなされている。これにより、最大量の光が、回路によりブロックされて無駄になることなく画素を通過することが可能になる。例示的な方法および装置では、パッシブマトリクス駆動方式を使用することが可能である。パッシブマトリクス駆動方式では、アノードおよびカソードの制御ラインが互いに直交して配置される。エミッタ（この場合はＩＬＥＤアレイチップ）はＩＬＥＤアレイチップがアノードおよびカソードライン上の適切な選択によって選択的に照射されるように搭載される。駆動回路は発光および透過領域から離れて配置される。このような配置は、ドライバ回路の単純化とディスプレイの透明度の向上の点で有利である。しかしながら、このアプローチでは、複数の画素にわたり電流を駆動しなければならず、またそれに伴う損失のために、アレイのサイズが制限される。
【００８２】
画像エンジンに対して小型のＩＬＥＤアレイチップを使用することにより、大きなモノリシックアレイチップの歩留まり損失に関する問題が大幅に低減される。エミッタが故障すると、モノリシックＩＬＥＤチップを廃棄しなければならない。小さなＩＬＥＤアレイチップでは、チップを廃棄すると材料の損失が少なくなる。大きなモノリシックアレイの場合、エミッタが故障すると、作業に伴う多くの量の材料からなるチップが廃棄され、その結果、かなりの歩留まり損失が生じる。また、光出力性能に基づいてＩＬＥＤアレイチップのビニングが可能になり、これにより、より均一でより複雑でないコントローラ回路が提供される。光源をドライババックプレーン上に直接集積し、より高密度の相互接続でより優れた性能と信頼性を有する最小の体積パッケージングに対する多くの競争上の利点がもたらされる。開示される方法および装置は、パッシブマトリクスを組み込むこともできる。この利点には、光を最小限の散乱で通過させる透明ディスプレイの可能性が含まれます。このような概念は、拡張現実システムまたは表示接点レンズに適用することができる。
【００８３】
以下の定義が本明細書で使用される。
・キャリア基板：ＩＬＥＤチップがマイクロアセンブリされるシート状の基板を包含する。キャリア基板は仮の基板であってもよく、または常設される透明キャリア基板を用いることもできる。
【００８４】
・ドライバ：電子制御回路および／または関連する接点が設けられた材料。ドライバ電子制御回路、ＴＦＴバックプレーン、またはディスプレイ技術で使用されるその他の形態のコントローラを備えたシリコンウェハとすることができる。
【００８５】
・表示画素：ディスプレイのユーザが見るＲＧＢ画素を包含する。
・表示サブ画素：単一の色および任意選択で単一のエミッタにより形成される表示画素の小さな単位。
【００８６】
・エミッタ：表示画素の最も基本的な構築ブロックを包含し、マイクロＩＬＥＤ光源とすることができる。エミッタは、複数のエミッタを含むマイクロＩＬＥＤチップ上にあってもよい。エミッタは、個別にアドレス指定可能なより小さい構成要素を含まなくてもよいが、エミッタは単一のＬＥＤデバイスまたはＬＥＤデバイスのクラスタを備えてもよい。
【００８７】
・クラスタ：個別にアドレス指定不可なエミッタのグループを包含する。
・ＩＬＥＤチップ：１つの機能コンポーネント（クラスタまたはエミッタ）のみを有するＬＥＤデバイス（ＩＬＥＤチップを含む）を包含する。なお、ＩＬＥＤチップは、ＬＥＤが個別にアドレス指定され得るＩＬＥＤアレイチップとは区別され得る。ＬＥＤチップは、ＬＥＤエミッタ、マイクロＨＢＤエミッタ、または別のタイプの小型ＬＥＤエミッタを含むことができる。
【００８８】
・ＩＬＥＤアレイチップ：複数の個別にアドレス指定可能な発光領域を含むＬＥＤチップを包含する。
ＩＬＥＤエミッタは、図９に示すように、マイクロＩＬＥＤエミッタであってもよい。図９は、ＷＯ２００４／０９７９４７（米国特許第７，５１８，１４９号）で提案されたものと同様のマイクロＩＬＥＤ構造９００を示し、このマイクロＩＬＥＤ構造９００は、高い抽出効率を有し、その形状により準平行光を出力する。このようなマイクロＩＬＥＤ９００が図３に示されており、基板９０２上に半導体エピタキシャル層９０４が配置されている。エピタキシャル層９０４は、メサ９０６の形状を有している。アクティブ（または発光）層９０８は、メサ構造９０６内に封止されている。メサ９０６は、光透過面または発光面９１０とは反対側に切頂部を有する。メサ９０６はまた、デバイス内で生成または検出された光の反射エンクロージャを形成するようにほぼ放物線形状を有する。矢印９１２は、アクティブ層９０８から放出された光がどのようにメサ９０６の壁から発光面９１０に向かってＬＥＤデバイス９００から出るのに十分な角度で（すなわち全反射の角度内で）反射されるかを示している。
【００８９】
本明細書で開示される方法および装置は、以下の付記によって定義され得る。
１）アドレス指定可能なマイクロ画像エンジンであって、
ａ．マイクロアセンブリ技術を用いてマイクロ表示アレイの高解像度表示画素を形成するようにタイル状に配置されたＩＬＥＤアレイチップと、
ｂ．１つまたは複数のＩＬＥＤエミッタを備える表示画素と、
ｃ．１つまたは複数のＩＬＥＤ光エミッタを備えるＩＬＥＤアレイチップと、
ｄ．隣接する表示画素が同一のマイクロＩＬＥＤアレイチップにおける異なるエミッタを用い得るように複数の表示画素間でエミッタを共有可能な単一のＩＬＥＤアレイチップと、を備える。
【００９０】
２）上記１において、ＩＬＥＤアレイチップは１つまたは複数の波長を有する。
３）上記１において、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、または任意の他の発光半導体材料が用いられる。
【００９１】
４）上記１において、個別のＩＬＥＤアレイチップがマイクロアセンブリ方法を用いて組み立てられる。
５）上記１において、ＩＬＥＤアレイチップ間の間隔が１００μｍ未満である。
【００９２】
６）上記１において、レーザーダイオード、ＶＣＳＥＬ、ＲＣＬＥＤ、または任意の他の形態の発光半導体によって光が生成される。
（モジュール）
７）アドレス指定可能アレイ・マイクロ・ディスプレイモジュールであって、
ａ．高解像度の画素アレイを形成するようにタイル状に配置されたＩＬＥＤアレイチップと、
ｂ．入力情報に基づいて発光すべきエミッタを決定するドライバ電子制御回路と、
ｃ．ドライバとＩＬＥＤアレイチップとの間の相互接続方法と、を備える。
【００９３】
８）マイクロアセンブリ製造プラットフォームであって、
ｉ．高性能ＩＬＥＤアレイチップのアレイを備えるＩＬＥＤアレイと、
ｉｉ．一時的なまたは常設されるキャリアプラットフォームと、
ｉｉｉ．マイクロアセンブリ方法または直接接合を用いてＩＬＥＤアレイをドライバに直接統合してＩＬＥＤ画像生成器を製造する方法と、
ｉｖ．ＩＬＥＤアレイチップと、キャリアプラットフォームにアセンブリするために準備されたマイクロアセンブリであるバックプレーン回路とを製造する方法と、を備える。
【００９４】
９）上記７において、ドライバが低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）からなるアクティブバックプレーンである。
１０）上記７において、ドライバがアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）型である。
【００９５】
１１）上記７において、ドライバが接点ラインを介しておりコントローラチップが離れて配置されている。
１２）上記７において、ドライバがＣＭＯＳチップである。
【００９６】
１３）上記７において、相互接続方法がはんだボールによるものである。
１４）上記７において、相互接続が直接ボンディング相互接続型プロセスを介して行われる。
【００９７】
１５）上記７において、相互接続が金属−金属型プロセスを介して行われる。
（ＩＬＥＤアレイチップ）
１６）ＩＬＥＤアレイチップであって、
ａ．複数のアドレス可能な発光領域を有するＩＬＥＤアレイチップと、
ｂ．三角形、正方形、六角形、またはコーナーにＩＬＥＤエミッタを有する他の形状の構成を有するＩＬＥＤアレイチップと、を備える。
【００９８】
１７）エミッタの数は設計に応じたコーナーの数に関連し得る。例えば、正方形のチップは４個のエミッタを有することができ、五角形では５個のエミッタを有することができ、六角形では６個のエミッタを有することができる。
【００９９】
１８）ＩＬＥＤアレイチップの形状はディスプレイピクセル設計に関連し、ＬＥＤ製造プロセスの仕様に基づいて任意に選択されない。
１９）ＩＬＥＤアレイチップは、複数の表示画素にエミッタを寄与し得る。
【０１００】
２０）ＩＬＥＤアレイチップは、冗長性を考慮して、各コーナーに複数の画素を有し得る。
２１）発光領域は、ＬＥＤ、レーザ、ＶＣＳＥＬ、ＲＣＬＥＤ、または他の発光半導体構造によるものとすることができる。
【０１０１】
２２）エミッタが、マイクロＬＥＤ、ＨＢＤ、または他の小型エミッタの形態によるアレイのエミッタである。
２３）ＩＬＥＤアレイチップは、マトリクスアドレス方式を用いて駆動し得る。
【０１０２】
２４）ＩＬＥＤアレイチップは、個別にアドレス指定する方式を用いて駆動し得る。
２５）個別のＩＬＥＤチップ上におけるエミッタのｐ接点は、ｐ接点におけるバイアスと、共有されるｎ接点におけるバイアスとの両方によって照明が制御されるように相互に接続され得る。
【０１０３】
（アセンブリプロセス）
２６）以下の工程の幾つかまたは全てを備える高密度ディスプレイデバイスの製造方法であって、当該工程が、
小型のＩＬＥＤアレイチップが予め選択された形状に加工されることであって、概してその形状のコーナーにマイクロＬＥＤエミッタが存在すること、
ＩＬＥＤアレイチップが、関連するｐ接点および複数のｎ接点を有する複数のエミッタ画素からなること、
画素化されたＩＬＥＤアレイチップがキャリア基板上に搭載されるとともに接着剤または他の結合材料で所定の位置に保持され、単一の色／ウェハのタイプが一度に配置され、必要な全ての色／チップが基板上に配置されるまで後続の工程が実行されること、
チップのための電気接点がキャリア基板から離れる方向を向くようにすること、
基板は透明であっても不透明であってもよく、接着剤は取り外し可能であっても取り外し不可であってもよく、不透明な基板の場合には取り外し可能な接着剤を使用する必要があること、
上記構成はディスプレイデバイスの画像エンジン構成要素を形成すること、
キャリア基板がドライバ電子制御回路と相互に接続されることであって、この相互接続は、直接ボンディング相互接続（ＤＢＩ）プロセスまたは他の類似のプロセスを使用してドライバチップが製造されたシリコンウェハへのフリップチップ実装を介して行い得ること、
ＤＢＩプロセスによる要求に従ってパッドが適合し適切な金属仕上げが両側に適用されるようにＩＬＥＤダイとシリコンウェハの両方が設計されること、
この時点で必要に応じてキャリア基板が取り外され、透明なキャリアウェハが除去されること、
あるいは、キャリア基板を使用して、デバイスの性能のための任意の追加の構成要素を集積化することであって、この構成要素には、これに限定されないが、光デバイスまたは電気部品が含まれること、
組み合わせられたＩＬＥＤ／シリコン構造がダイシングされ、その結果、単一チップカラーマイクロディスプレイが形成されること、を備える。
【０１０４】
２７）上記２６において、標準的なディスプレイ製造プロセスの一部として、ＩＬＥＤチップがドライバに相互接続される。
２８）上記２６において、ディスプレイのカバーガラスがキャリア基板として機能する。
【０１０５】
２９）上記２６において、ドライバがアクティブバックプレーン型デバイスである。
３０）上記２６において、アクティブバックプレーンが、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、低温ポリシリコン（ＬＴＰＳ）、または金属酸化物（ＭＯ−ＴＦＴ）により製造される。
【０１０６】
（キャリア基板）
３１）キャリア基板は、ガラス、プラスチック、または別の透明材料であってもよい。
３２）キャリア基板は、剛性であってもよいし可撓性であってもよい。
【０１０７】
３３）キャリア基板は、常設されてもよいし取り外し可能であってもよい。
３４）キャリア基板は、光を扱うための追加の光学部品を含み得る。
（概略性能）
３５）ディスプレイから出力される光は、５０ｃｄ／ｍ２よりも大きい。
【０１０８】
３６）ディスプレイ内の画素間のピッチは、１００μｍ未満である。
３７）ディスプレイのサイズは、これに限定されないが、１６×１６画素から２５６０×２４８０画素までの範囲であり得る。
【０１０９】
３８）ディスプレイの各エミッタは、１ｎＡ〜１Ａの電流を消費し得る。
３９）マイクロアセンブリ製造プラットフォームであって、
ｉ．高性能ＩＬＥＤチップのアレイを備えるＩＬＥＤアレイと、
ｉｉ．一時的なまたは常設されるキャリアプラットフォームと、
ｉｉｉ．マイクロアセンブリ方法または直接接合を用いてＩＬＥＤアレイをドライバに直接統合してＩＬＥＤ画像生成器を製造する方法と、
ｉｖ．ＩＬＥＤアレイチップと、キャリアプラットフォームにアセンブリするために準備されたマイクロアセンブリであるバックプレーン回路とを製造する方法と、からなる。
【０１１０】
４０）マイクロアセンブリ製造プラットフォームであって、
ａ．マイクロアセンブリプロセスを用いてより大きなアレイを形成するようにタイル状に配置されたＩＬＥＤアレイチップと、
ｂ．アレイ内のエミッタを制御するために使用されるドライバ電子制御回路と、
ｃ．ＩＬＥＤアレイとドライバとの相互接続方法と、からなる。
【０１１１】
４１）ＩＬＥＤアレイチップであって、
ａ．複数のアドレス指定可能な発光領域を有するＩＬＥＤアレイチップと、
ｂ．三角形、正方形、六角形、またはコーナーにＩＬＥＤエミッタを有する他の形状の構成を有するＩＬＥＤアレイチップと、
ｃ．エミッタの数は設計に応じたコーナーの数に関連し得るものであり、例えば、正方形のチップは４個のエミッタを有することができ、五角形では５個のエミッタを有することができ、六角形では６個のエミッタを有することができることと、
ｄ．ＩＬＥＤアレイチップが単一の波長または複数の波長であることと、
ｅ．各ＩＬＥＤアレイチップが複数の表示画素にエミッタを寄与し得ること、を備える。
【０１１２】
４２）以下の方法によって１つの製造プラットフォームの一部として使用され得るキャリア基板であって、当該方法が、
ａ．ＩＬＥＤアレイチップがドライバとのインタフェース前に仮のまたは常設されるキャリア基板上に実装され得ること、
ｂ．キャリア基板がコントローラ電子制御回路とのインタフェース後に取り外し可能または取り外し不可とされること、
ｃ．キャリア基板がＩＬＥＤデバイスの性能を向上させるためのマイクロ光学系を含み得ること、
ｄ．マイクロ光学素子がその性能を向上させるためにＩＬＥＤアレイチップの発光面に直接搭載され得ること、
ｅ．マイクロ光学素子が打ち抜き加工、リソグラフィ、または他のプロセスを介してＩＬＥＤの発光面上形成され得ること、
ｆ．光吸収材料が画素のコントラストを向上させるためにチップ間に配置され得ること、
ｇ．熱伝導材料がデバイスの熱管理のためにチップ間に配置され得ること、
ｈ．熱伝導層が熱管理を強化するためにデバイスのＮ側で使用され得ること、
ｉ．ＩＬＥＤアレイチップがアクティブまたはマトリクスアドレス方式を用いて駆動され得ること、
ｊ．相互接続層が複数のＩＬＥＤアレイチップのエミッタに対応し得ること、
ｋ．各ＬＥＤのｐ接点がコントローラチップと同じ側にあること、
ｌ．各ｎ接点がコントローラチップと同じ側または異なる側にあること、
ｍ．エミッタを流れる電流が、ｐ接点、ｎ接点、またはその両方を介して制御され得ること、を備える。
【０１１３】
４３）コントローラ／アセンブリであって、
ａ．単一のコントローラチップに複数のＩＬＥＤチップが搭載されていること、
ｂ．ドライバ電子制御回路がアクティブバックプレーンの形態を取り得ること、
ｃ．ドライバ電子制御回路がＣＭＯＳチップの形態を取り得ること、
ｄ．ドライバ電子制御回路がパッシブマトリクス駆動方式の制御ラインの形態を取り得ること、
ｅ．アクティブバックプレーンがＬＴＰＳの形態を取り得ること、
ｆ．アクティブバックプレーンがａ−Ｓｉの形態を取り得ること、を特徴とする。
【０１１４】
４４）アセンブリの別の実施形態では、コアデバイスの電気接点が或る接続点まで引き回されてもよい。この引き回しは、金属性または導電性酸化物のような他の種類のものであってもよい。これらは、制御電子機器の接続を可能にするパッドを搭載する際に終端され得る。
【０１１５】
４５）ディスプレイから出力される光は、５０ｃｄ／ｍ２よりも大きい。
４６）ディスプレイの画素間のピッチは、１００μｍ未満である。
４７）ディスプレイのサイズは、これに限定されないが、１６×１６画素から２５６０×２４８０画素までの範囲であり得る。
【図１】
0006741649.tif 000002
【図２】
0006741649.tif 000003
【図３】
0006741649.tif 000004
【図４】
0006741649.tif 000005
【図５ａ】
0006741649.tif 000006
【図５ｂ】
0006741649.tif 000007
【図６】
0006741649.tif 000008
【図７ａ】
0006741649.tif 000009
【図７ｂ】
0006741649.tif 000010
【図７ｃ】
0006741649.tif 000011
【図７ｄ】
0006741649.tif 000012
【図７ｅ】
0006741649.tif 000013
【図７ｆ】
0006741649.tif 000014
【図８】
0006741649.tif 000015
【図９】
0006741649.tif 000016