(57)【要約】本明細書において、赤色、緑色および青色のサブピクセルを含むディスプレイを形成するために、ＬＥＤアレイからの光を、例えば青色であるより短い波長から、例えば赤色および緑色であるより長い波長の光に変換するための構造が記載されている。より詳細には、本発明は、同じ波長のＬＥＤアレイからの光が、色変換構造によって代わりの色に変換される構造およびプロセスに関する。
2018517157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセスであって、前記プロセスは、
透明基板内または透明基板上にウェルを形成するステップと、前記色変換構造の上に適切な結合剤とともにインクの形態の発光材料を堆積するステップと、過剰なインクを除去するステップとを含み、前記色変換構造は、ＬＥＤからのＵＶ光または青色光を可視スペクトルの他の波長（即ち、色）に変換することができる、プロセス。
【請求項２】
同じ波長の前記ＥＤアレイからの光が、前記色変換構造によって代わりの色に変換される、請求項１に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項３】
過剰なインクは、ドクターブレードを使用するなどの任意の適切な技術を使用して除去される、請求項１または２に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項４】
前記ウェルが、フォトリソグラフィのプロセスを使用して画定される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項５】
前記ウェルは物理的プロセスを使用して画定される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項６】
前記ウェルは、フォトリソグラフィによって画定された構造を前記透明基板に転写するために反応性イオンエッチングを使用して画定される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項７】
前記ウェルは、フォトリソグラフィによって画定された構造を前記透明基板上の１つまたは複数の別個の層に転写するために反応性イオンエッチングを使用して画定される、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項８】
前記ウェルに含まれる発光材料は、硬化技術を用いて全てがパターン化されているか、或いは選択的にパターン化されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項９】
前記結合剤がＵＶ硬化性である、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１０】
前記結合剤がＵＶ硬化性であり、かつ現像後に発光インクが特定のウェルのみに保持されるように、マスクを介して露光可能である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１１】
前記結合剤がＵＶ硬化性であり、かつ現像後に発光インクが特定のウェルのみに保持されるように、直接描画アプローチを介して露光される、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１２】
前記プロセスにおいて放射されるインクは感光性である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１３】
前記ウェルは任意の適切な方法で充填され、適切なインクで順次充填される、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１４】
前記感光性材料はポジ型フォトレジストまたはネガ型フォトレジストである、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１５】
発光材料を堆積する前に、前記ウェルの壁の内面（前面窓ではない）が反射性材料で被覆される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１６】
前記壁の全てが反射性材料で被覆されておらず、前記前面窓は少なくとも部分的に被覆されている、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１７】
フォトレジスト堆積の前に、前記カバースライドが反射性材料で被覆され、前記フォトレジストの現像の直後に前記反射性材料の露光された領域が除去され、かつ前記ウェルの壁の全てが前記反射性材料で被覆されてはいない、請求項１乃至１５のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１８】
干渉フィルタ構造が適切かつ透明なスライド上に堆積され、フォトリソグラフィおよびエッチングプロセスを使用してパターン化され、その上にウェル構造がある、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項１９】
前記反射性材料は金属化または高屈折率材料である、請求項１５に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２０】
発光材料の堆積の前に、前記ウェル構造はウェルが光を吸収するように染色される、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２１】
前記ウェル構造は特定の周波数の光を吸収するように選択的に染色される、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２２】
前記発光材料が、蛍光体、量子ドット、有機物質、またはそれらの組み合わせから作製される、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２３】
着色されたフォトレジスト層または後にその場で染色される透明なフォトレジスト堆積物のいずれかを使用して、前記凹部構造と前記透明基板との間にカラーフィルタがフォトリソグラフィによって提供される、請求項１乃至２２のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２４】
前記カラーフィルタが薄膜誘電体層である、請求項２３に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２５】
チャネルを形成するように一緒にグループ化されたサブピクセルが形成される、請求項１乃至２４のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２６】
前記チャネルは、全体の列または行、例えば１Ｘ６４０（６４０Ｘ３６０ディスプレイの場合）を充填する形態である、請求項２５に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２７】
前記サブピクセルは、サブピクセルの複数のグループを形成するように一緒にグループ化される、請求項２５に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２８】
サブピクセルのグループが、２ｘ２、３ｘ１などの形態である、請求項２７に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項２９】
前記サブピクセルは、ディスプレイ型構成にてサブピクセルのグループを形成する、請求項２７に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項３０】
前記サブピクセルの構成は、性能を最適化するように構成されている、請求項２７に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項３１】
前記色変換構造が、従来の（粗い）蛍光体、量子ドット蛍光体および発光色素から選択される１種類以上の発光材料を含む色変換材料を含有する、請求項１乃至３０のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項３２】
前記ウェル構造は金属から作製されている、請求項１乃至３１のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項３３】
前記ＬＥＤはマイクロＬＥＤである、請求項１乃至３２のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項３４】
前記色変換は、ディスプレイの目的のためのものである、請求項１乃至３３のいずれか一項に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【請求項３５】
ＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造において、基板内のウェル内に堆積される蛍光体粒子であって、同蛍光体粒子の量子効率を改善するか、同蛍光体粒子を互いに融合させるかの少なくとも一方のためにその場で熱処理される蛍光体粒子を含み、前記ＬＥＤアレイは、非常に短い波長の光をより長い波長に変換することができる、色変換構造。
【請求項３６】
前記蛍光体粒子をアニーリングするために、急速熱アニーリングが使用される、請求項３５に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造。
【請求項３７】
前記蛍光体粒子は：１μｍより大きいまたは１０μｍより大きい粒子サイズを有する従来の（粗い）蛍光体、または（１μｍ未満の粒子サイズを有する）量子ドット蛍光体である、請求項３５または３６に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造。
【請求項３８】
請求項１乃至３７のいずれか一項に記載の使用に従って形成される製品。
【請求項３９】
以下の：マイクロディスプレイ、ウェアラブル（例えば、電話、眼鏡、時計）、モバイル型ディスプレイ；タブレット；ヘッドマウントディスプレイ；ヘッドアップディスプレイ（例えば、自動車および航空機内）およびピコプロジェクタの任意のものから選択される請求項３８に記載の製品。
【請求項４０】
ＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセスであって、前記プロセスは、
ＬＥＤ基板内にウェルを形成するステップと、前記色変換構造の上に適切な結合剤とともにインクの形態の発光材料を堆積するステップと、過剰なインクを除去するステップとを含み、前記色変換構造は、ＬＥＤからのＵＶ光または青色光を可視スペクトルの他の波長（即ち、色）に変換することができる、プロセス。
【請求項４１】
前記色変換構造は、請求項１乃至４０のいずれか一項において定義されるものである、請求項４０に記載のＬＥＤアレイとともに使用するための色変換構造を形成するためのプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤色、緑色および青色のサブピクセルを含むディスプレイを形成するために、ＬＥＤアレイからの光を例えば青色であるより短い波長から、例えば赤色および緑色であるより長い波長の光に変換するための構造に関する。より詳細には、本発明は、同じ波長のＬＥＤアレイからの光が色変換構造によって代わりの色に変換される構造およびプロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＧＢディスプレイを作製することができる多くの方法が言うまでもなく存在している。例えば、陰極線管は、電子ビームを赤色、緑色および青色の光に変換するためのカソードルミネッセンス蛍光体のアレイを堆積させることによって製造されてきた。これらのピクセルは、典型的には、スクリーン印刷によって、またはフォトリソグラフィによってパターン化された後に焼去されるフォトレジスト（通常は重クロム化ポリビニルアルコール）に蛍光体粒子を組み込むことによって形成されてきた。しかしながら、この研究で関心のあるデバイスと比較して、これらのピクセルは実質的により大きいので、フォトレジストを硬化させるために使用される放射線の散乱による避けられない空間分解能の損失は大きな問題ではなかったが、サブピクセルの寸法を例えば１０μｍ以下に縮小しようとする場合に、それは大きな問題となる。同様に、スクリーン印刷は、１００μｍを超えるピクセルサイズに制限されている。
【０００３】
別のアプローチは、赤色、緑色および青色発光ＬＥＤを離散的な様式にて使用することである。このアプローチに伴う欠点は、１００μｍ未満のピクセルピッチを有するディスプレイにおいて個別の波長操作を提供するために、５０μｍ未満の寸法の個々のＬＥＤをピックアップおよび配置する技術にある。スペクトル純度、ボンディング前の作用ピクセルの選択およびディスプレイ効率に関しては利点があるが、３つの異なる化合物半導体を使用する必要がある。そのため、慎重に調整する必要のある様々な電気的特性および物理的寸法を備えた異なる特性を有する完全に異なる材料が存在している。大きな問題は緑色ＬＥＤデバイスの選択である。駆動電流と温度には小さな色変化を有することが必要である。したがって、各緑色ＬＥＤ発光について、波長は厳密な分布内で発光する必要がある。ユーザの目は、その視覚的応答のピーク付近の波長の小さな変化に対して非常に神経質になる。そのような小型デバイスのフリップチップ化の時間、コストおよび複雑さに関する実用的な問題も存在する。
【０００４】
別のアプローチは、青色と黄色を混合することによって擬似白色を生成するために、ＬＥＤのアレイからの一次（例えば、青）光を用いて、セリウムをドープしたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）のような黄色発光蛍光体を励起することである。その後、カラーフィルタを使用して、この発光を赤、緑、青の成分に変換することができる。このアプローチの利点は、蛍光体層をパターン化する必要がないということである。残念ながら、このアプローチにはいくつかの重大な欠点がある。カラーフィルタを使用してスペクトルの不要な部分を取り除くことは、光を無駄にすることになる。一例として、ＲＧＢディスプレイにおける色域を達成するために、白色ピクセルのスペクトル範囲の約６０〜７０％が失われる／必要とされない。ＹＡＧ：Ｃｅ発光も６３０ｎｍより上ではかなり弱く、得られる色域を減少させる。これらの要因のいずれも、十分な光出力を得るために、高出力でデバイスを動作させなければならず、効率の低下と消費電力の増加（したがってバッテリ寿命の短縮）が必要であることを意味する。また、ピクセル間に実質的なクロストークがある可能性があり、色域と空間分解能とを低下させる可能性がある。
【０００５】
従来の液晶（ＬＣＤ）ディスプレイは、同様の経路で動作する。これらは、液晶アレイを用いてカラーフィルタに伝送されるフォトルミネッセンス（ＰＬ）蛍光体の混合物から放出される光の強度を制御することによってＲＧＢディスプレイを形成する。この場合、蛍光体はピクセルにはパターン化されず、カラーフィルタおよびＬＣＤアレイのみである。この場合、ＰＬ蛍光体はＵＶ光を用いて励起され、これにより、代替の蛍光体が使用され、より良好な品質の白色発光が生成されることを可能にする。ＬＥＤ−ＹＡＧ：Ｃｅデバイスの場合と同様に、アプローチは離散的なＬＥＤのアプローチよりも減法的であり、効率的ではない。光源の外部に配置される液晶「パターンジェネレータ」は恒久的に完全な明度にあるため、この種類のディスプレイには余分な部品が必要となる。上述したように、さらなる根本的な欠点は、たとえ画像を表示するために使用されないとしても、すべてのピクセルが光でアドレス指定されなければならないことによる電力損失に関することである。通常、典型的なグラフィカルビデオディスプレイを見る場合、ピクセルの２０％のみがオンになる。このようなディスプレイのコントラスト比もまた損なわれる。これらの欠点は、オーグメンテッド・リアリティ、バーチャル・リアリティ、スマートウォッチ、スマートフォンなどのモバイル対応デバイスにとって非常に深刻である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の少なくとも１つの態様の目的は、前述の問題の少なくとも１つまたは複数を回避または緩和することである。
本発明の少なくとも１つの態様のさらなる目的は、同じ波長のＬＥＤアレイからの光が色変換構造によって代わりの（ａｌｔｅｒｎａｔｅ）色に変換されるプロセスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、ＬＥＤアレイと共に使用するための色変換構造（ｃｏｌｏｕｒ  ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を形成するプロセスが提供され、同プロセスは、透明基板内または透明基板上にウェルを形成するステップと、発光材料をインクの形態で適切な結合剤とともに色変換構造上に堆積させるステップと、過剰なインクを除去するステップとを含み、色変換構造は、ＬＥＤからのＵＶ光または青色光を可視スペクトルの他の波長（すなわち色）に変換することができる。
【０００８】
したがって、一般的に言えば、本発明は、同じ波長のＬＥＤアレイからの光が色変換構造によって代わりの（ａｌｔｅｒｎａｔｅ）色に変換されるプロセスを提供することにある。白色ではなく個別の色に変換する利点は、正しいスペクトル領域の光のみが作製されることにある。これは、例えば、擬似白色に変換し、個々の色を作製するために、その作成した光のほとんどをフィルタリングにて除去するよりも、はるかにより効率的である。
【０００９】
色変換構造は、ディスプレイの目的のためのものであってもよい。
ＬＥＤアレイは、マイクロＬＥＤであってもよい。
過剰なインクは、ドクターブレードを使用するなどの任意の適切な技術を使用して除去されてもよい。
【００１０】
典型的には、ウェルはフォトリソグラフィのプロセスを用いて画定されてもよい。ウェルは、フォトリソグラフィによって画定された構造を透明基板に転写するために、反応性イオンエッチングのような物理的プロセスを用いて画定されてもよい。
【００１１】
ウェルは、フォトリソグラフィによって画定された構造を透明基板上の別個の層または別個の複数の層に転写するために、反応性イオンエッチングのような物理的プロセスを用いて画定されてもよい。
【００１２】
代替案では、色変換構造は、構造の一部を局所的に加熱するために使用できるマイクロ波を使用して少なくとも部分的に製造されてもよい。マイクロ波は、同マイクロ波に曝露された場合に発火し得る双極子または純粋な金属構造を含む材料と相互作用することによって水または有機粒子中のＨ原子の回転を誘発し得る。
【００１３】
ウェルに含まれる発光材料は、硬化技術を用いて全てがパターン化されるか、または選択的にパターン化されてもよい。
典型的には、結合剤はＵＶ硬化性であってもよく、現像後に発光インクが特定のウェルにのみ保持されるように、マスクを介して露光されてもよい。
【００１４】
結合剤はＵＶ硬化性であってもよく、現像後に発光インクが特定のウェルにのみ保持されるように、直接描画アプローチを介して露光されてもよい。
このプロセスで使用されるインクは、感光性であってもよい。
【００１５】
ウェルは、任意の適切な方法で充填され、適切なインクで順次充填されてもよい。
感光性材料は、ポジ型フォトレジストまたはネガ型フォトレジストであってもよい。
発光材料の堆積に先立って、ウェルの壁の内面（前面窓ではない）は、金属材料または高屈折率材料などの反射性材料で被覆されてもよい。
【００１６】
発光材料の堆積に先立って、ウェルが光を吸収するように、ウェル構造が染色されてもよい。
ウェル構造は、特定の周波数の光を吸収するように選択的に染色されてもよい。
【００１７】
発光材料は、蛍光体、量子ドット、有機物質、またはそれらの組み合わせから作製されてもよい。
着色されたフォトレジスト層、または後にその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で染色される透明なフォトレジスト堆積物、のいずれかを使用して、カラーフィルタを凹部構造と透明基板との間にフォトリソグラフィにより設けることができる。
【００１８】
カラーフィルタは、薄膜誘電体層であってもよい。
サブピクセルは、例えば３ｘ１などのチャネルを形成するように一緒にグループ化されて形成されてもよい。
【００１９】
サブピクセルは、サブピクセルのグループ（例えば２×２）を形成するように一緒にグループ化することができる。代替的には、サブピクセルは、ディスプレイ型構成にてサブピクセルのグループを形成することができる。
【００２０】
サブピクセルの構成は、性能を最適化するように構成することができる。例えば、赤色光は、かなりの量のエネルギーを消費し、したがって、赤色光の量を減らすように構成を適合させることができる。
【００２１】
変換材料は、従来の（粗い）蛍光体、量子ドット蛍光体および発光色素から選択される２種類以上の発光材料を含んでいてもよい。
ウェル構造は、金属などの任意の適切な材料から作製されてもよい。
【００２２】
本発明のさらなる実施形態では、任意のオーバレイヤの堆積の前に、透明シートの表面を、エッチングプロセスを使用して粗面化することができる。粗面化プロセスの目的は３つある。これは、透明基板とその後に堆積される任意の層との間の接着を改善することができる。蛍光体が充填されたチャネルの場合、蛍光体の粒子サイズに対する表面形態の粗さを調整することにより、光学的結合、したがって蛍光体からの光抽出が改善される。開口している（ｏｐｅｎ）青色チャネルの場合、粗面化は、マイクロＬＥＤから直接放出される青色光の角度分布が、（赤色および緑色）サブピクセルを含有する蛍光体から得られる分散とより密接に一致することを確実にする。これは、視角による色座標の変化が存在しないように重要である。
【００２３】
当該技術分野で知られている任意の粗面化プロセスを用いて表面をテクスチャー加工することができる。様々な製品が、ガラスをエッチングするためにフッ化水素酸を含有または生成する浴またはペーストに基づいて市販されている（例えばｗｗｗ．ａｒｍｏｕｒｐｒｏｄｕｃｔｓ．ｃｏｍから入手可能）。代替的に、２規定（ｎｏｒｍａｌ）以上の濃度の苛性アルカリ溶液（水酸化ナトリウム溶液など）は多くのガラスをエッチングすることが知られている。物理的エッチングプロセス、例えば、グリットブラスト加工、またはシリコンカーバイド紙を使用するような機械的磨耗も適用可能である。
【００２４】
さらなる改良において、フォトレジストおよびインクの接着は、シートの表面をシランカップリング剤で処理することによってさらに改善され得る。理想的には、使用されるカップリング剤の性質は、使用されるフォトレジストの化学的性質に合わせて調整される。このプロセスは技術文献でよく議論されており、様々な商業会社が特定の樹脂の科学的性質に対して推奨する様々な異なるシラン化合物を供給している。
【００２５】
本発明の第２の態様によれば、基板内のウェル内に堆積され、それらの量子効率を改善し、および／またはそれらを一緒に融合させるようにその場で熱処理される蛍光体粒子が提供される。
【００２６】
高速熱アニーリングを用いて、蛍光体粒子をアニーリングすることができる。
本発明の重要な特徴は、この機能を効率的に実行することができる色変換材料の選択である。
【００２７】
短波長の光をより長い波長に変換するために３つの種類の材料を使用することができる：即ち、通常の（粗い）蛍光体（通常、＞１μｍ、典型的には＞１０μｍの粒子サイズを有する）、量子ドット蛍光体（通常、＜１μｍの粒子サイズを有し、かつ発光色は粒子サイズによって決定される）および発光色素である。
【００２８】
効率的に作用させるためには、発光色素は、モノマー形態の相溶性樹脂に完全に溶解させ、したがって原理的に高分解能（ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）で堆積する能力を有することが好ましい。作用するために、これらの色素溶液は、通常、より高い濃度で量子効率を失うので、かなり希釈する必要があり、完全な変換を達成するためには、色素含有堆積物の比較的厚い層（例えば＞３０μｍ）を使用しなければならない。有機色素には他にも多くの欠点がある。それらは（ＬＥＤを伴う場合によく見られるような）高温および／または太陽光のＵＶ成分のいずれかに曝されたときに特に不安定であることが知られている。ほとんどのものは比較的小さいストークスシフトを有しており、そのことは青から赤への変換を達成する上で問題となる。
【００２９】
量子ドット蛍光体は比較的新しく開発されたものであり、そのサイズが小さいことから、基本的に高い空間分解能でパターン化できる能力を有する。しかしながら、現在のところ、それらはまだ開発中であり、それらの特性、特に寿命（ｌｏｎｇｅｖｉｔｙ）については完全には理解されてはいない。それらは高い量子効率を有することができるが、最も優れた性能を示すものの大部分は、いくつかの用途において許容できないカドミウム化合物のような非常に有毒な材料をベースとする傾向がある。それらの効率についても、それらが深刻な自己吸収の問題を抱えているため、それらの物理的な形態に依存する。完全な変換を得るためには、ＱＤの複数層を使用する必要があり、自己吸収性のために、それらは単一の粒子または分散した単層よりもはるかに効率が低い。ＱＤのもう一つの欠点は、それらが比較的低い光フルエンスで飽和することであり、これは、フルエンスが極端に高くなり得るマイクロＬＥＤデバイスにとっては問題となる。今のところ、それらはまた非常に高価であり、例えば、典型的な蛍光体の価格の１０００倍超である。
【００３０】
本発明では、驚くべきことに、従来の蛍光体が多くの重要な利点を有することが見出された。それらはＱＤと比較して比較的安価であり、多くの場合、毒性が低い。それらは飽和することなく光の高フルエンスに耐えることができ、自己吸収が問題となることも少ない。それらは非常に高い量子効率を有することができ、通常は、太陽光のＵＶによって損傷を受けることはない。
【００３１】
しかしながら、この場合に取り組むべき問題は、比較的粗い蛍光体粒子を、どのようにして、マイクロＬＥＤアレイを赤色、緑色および青色のディスプレイに変換するために必要な小さなサブピクセルサイズにパターン化するかということである。上述したように、スクリーン印刷は、グラビア印刷、フレキソ印刷およびオフセットリソグラフィのような他の印刷技術と同様に、不十分な空間分解能（ｓｐａｔｉａｌ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を有する。インクジェット印刷は十分な空間分解能を有するが、通常、最大サイズが１μｍ未満の粒子を必要とする。適切な変換を容易にするのに十分な体積分率を備えて、フォトルミネッセンス蛍光体粒子をフォトレジストに組み込むことは、空間分解能の容認できない損失をもたらす。
【００３２】
同時に、サブピクセル間のクロストークを制御し、観察者に対して、それが二次散乱部位から明らかに生じるように、１つのピクセルからの変換光がデバイスの別の領域から再散乱されることを防止する必要がある。さらには、一次光（例えば、青色）が１つのサブピクセルから逸れること、および隣接するサブピクセルにて誤った色が励起されることを止めることが重要である。
【００３３】
本発明の第３の態様によれば、第１および第２の態様に従って形成された製品が存在する。
以下に示すもののいずれかのような様々な製品を、本発明を用いて形成することができる：マイクロディスプレイ、ウェアラブル（電話、眼鏡、時計など）、モバイル型ディスプレイ；タブレット；ヘッドマウントディスプレイ；ヘッドアップディスプレイ（例えば、自動車および航空機内）およびピコプロジェクタ。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態に従う透明シートおよびインクが充填されたウェルの断面図である。
【図２】図１に示すようにインクが充填されたウェルを有する透明シートの平面図である。
【図３】本発明のさらなる実施形態に従う、透明シートの上に堆積されたカラーフィルタ構造を有する同透明シートを示す図である。
【図４】本発明のさらなる実施形態に従う、ウェル構造がエッチングによって形成された透明シートの図である。
【図５】ウェル構造が高反射性材料、例えばアルミニウムまたは高屈折率材料で被覆されている透明シートの図である。
【図６】本発明のさらなる実施形態に従う、同じ色のサブピクセルのチャネルを形成するように一緒に結合されるサブピクセルを表す。
【図７】本発明のさらなる実施形態に従う、同じ色のサブピクセルのチャネルを形成するように一緒に結合されるサブピクセルを表す。
【図８】図８ａは、本発明のさらなる実施形態に従う、透明基板上への導電性膜の堆積とそれに続くパターン化金属性マトリックス構造の堆積とを示す。図８ｂは、本発明のさらなる実施形態に従う発光インク配合物で充填された金属マトリックス構造中のウェルを表す。
【図９】ウェルの２つの対向する壁が金属などの反射性材料で被覆される、本発明のさらなる実施形態を示す。
【図１０】（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤの放射領域がより厚い壁の真上にあるように、スライドがＬＥＤアレイ上に配置される図を示す。
【図１１】ウェル構造がフィルタ構造の上に画定されている本発明の更なる態様を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例として以下に説明する。
概して言えば、本発明は、同じ波長のマイクロＬＥＤアレイからの光が色変換構造によって代わりの色に変換される構造およびプロセスを提供することにある。
【００３６】
本発明では、透明シート１は、例えばガラス、サファイア、またはポリカーボネート若しくはポリメチルメタクリレートのような高分子シート材料から形成され、ＳＵ−８のようなネガ型フォトレジストの層でスピンコートされ、その供給業者（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍ  Ｉｎｃ．）から与えられた指示に従ってプリベークされてもよい。
【００３７】
その後、適切なマスクを介してフォトレジスト内にマトリックス構造を露光させることができる。現像後に、フォトレジストから形成されたマトリックス構造によって境界を定められた、アパーチャのアレイパターンを形成することができる。フォトレジスト層中のこれらのアパーチャはウェル４を形成し、同ウェル４には、その後、発光材料を含む適切なインクが充填され得る。
【００３８】
発光インクは、発光材料を、例えば適切な樹脂結合剤と混合することによって形成されてもよい。この結合剤は、最も好適にはＵＶ硬化性樹脂である。発光材料は、ＣａＳ：Ｅｕ、またはＹ３（Ｇａ、Ａｌ）Ｏ１２：Ｃｅ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｔｄによって供給される）、または量子ドット蛍光体（例えば、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈによって供給される）といった従来の蛍光体であり得る。発光材料はまた、Ｓｈａｎｇｈａｉ  Ｋｅｙａｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｃｏ．、Ｌｔｄ．によって供給されるような発光色素材料であってもよい。
【００３９】
第１のインク２は、フォトレジスト構造１上に分配され、コーティング中のウェル４を満たす。次いで、過剰なインクは、ドクターブレードなどの任意の適切なデバイスを使用して構造１から拭き取られる。適切なドクターブレードは、例えばポリウレタンから作られた剛性のブレード、または、例えば７０のショア（Ａ）硬度を有するゴムから作製された可撓性のスキージブレードであってもよい。
【００４０】
インク１を塗布した後、ＵＶ硬化性結合剤をマスクを介して露光して、この特定の色が必要とされるウェル２４内にてインクを硬化させる（ｓｅｔ）。構造中の他のウェル中の硬化されていないインクは、イソプロピルアルコールのような適当な溶剤を用いて洗い流される。
【００４１】
このプロセスは、第１のもの（必要に応じて、赤色または緑色のいずれか）と異なる色発光を与えるように調合された第２の発光インク３を用いて繰り返される。プロセスの最後には、マイクロＬＥＤからの青色光を赤色および緑色に変換するためのサブピクセルを青色成分を提供するための開いた（ｏｐｅｎ）サブピクセルとともに含む各ピクセルを備えたチャネルのアレイが設けられる。図１および２は形成された構造を示す。この図において、１は透明シートであり、２および３は発光インクであり、４はフォトレジストから形成されたマトリックス構造である。
【００４２】
本発明の第２の実施形態では、ウェル構造を形成する前に、図３に示すように、シート材料１上にカラーフィルタ構造５、６を堆積させ、次にカラーフィルタ構造の上にウェル構造が形成されている。このアプローチの利点は、緑色サブピクセルおよび赤色サブピクセル内の任意の変換されていない青色光を構造体から出る前にフィルタリングして除去できる点にある。さらに、フィルタ構造５、６は、蛍光体の広い発光帯域を狭めることができ、これにより全体的な輝度は低下するが、得られる色域を実質的に改善する。
【００４３】
カラーフィルタ構造５、６は、例えば、富士フィルム株式会社（Ｆｕｊｉｆｉｌｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）によって供給されるような当該技術分野にて周知の有色のネガ型フォトレジスト製品を用いて好都合に形成される。これは、赤色発光サブピクセルの前に赤色フィルタを含み、緑色の前に緑色フィルタを含むことができる。代替的に、唯一の目的が変換されていない青色光を除去することであれば、単一の青色吸収層を両方の前に置くことができる。この単色層は、上記のように、またはＳＵ−８を堆積させ、ポリエステル衣類を染色するための当該技術分野で周知の適切な水系分散染料を用いてその場で染色することにより好都合に堆積させてもよい。
【００４４】
本発明の第３の実施形態では、ウェル構造４は、図４に示すように、ウェル構造をシート材料１自体にエッチングすることによって形成される。これは、上述のようにフォトレジストにマトリックス構造を画定し、次いで、反応性イオンエッチング、湿式化学エッチングまたはグリットブラストなどの当該技術分野で周知の任意の簡便な手段を用いて、基板１をエッチングすることによって達成することができる。
【００４５】
これらのデバイスのうち最小のものに必要なサブピクセルサイズを達成するためには、蛍光体粒子を例えば１μｍ未満の非常に小さなサイズに粉砕する必要があり得る。残念なことに、蛍光体を粉砕すると、同蛍光体を実質的に不活性化させることになる多数の欠陥を同蛍光体の結晶構造に導入することになる。それらを再活性化させるためには高温にてアニーリングさせる必要があり、このことは、多くの場合、それらを一緒に融合させて塊状にさせるので、成功裏に堆積させるために十分に小さなサイズにはならない。基板にウェルを形成する利点は、結合剤が低温（例えば４５０℃）で焼失し、その後、蛍光体粒子をその場で高温（例えば、１０００℃を超える温度で１時間）の熱処理によって再活性化させることができ、好都合には、制御された雰囲気、例えば、（硫化物蛍光体の場合）硫黄の損失を最小限にするために大気中の硫黄種を用いる制御された雰囲気にて再活性化させることができる点にある。さらに、材料が数分以内に高温に昇温され、その温度で短時間（例えば５分以下）の間保持され、次いで急速に冷却される急速熱アニーリングを使用して実質的な再活性化を達成できることが判明しており、これにより、不活性（例えば、窒素）雰囲気だけで十分であるように、制御された雰囲気の必要条件を低減することができる。
【００４６】
本発明の第４の実施形態では、ウェル構造４を画定した後に、ウェル４の側壁は、図５に示すように、アルミニウムまたは高屈折率材料のような高反射性材料で被覆される。アルミニウムのような不透明材料が使用される場合、ウェル構造４の基部（ｂａｓｅ）が被覆されないことが重要である。その理由は、これにより光が構造から出るのを回避できるからである。これは、蒸発のような物理的堆積プロセスを用いて斜めの角度での被覆を行うことによって都合よく達成され得、その結果、ウェルの基部は影になり（ｓｈａｄｏｗｅｄ）、したがって被覆されない。すべての壁が確実に被覆されるように、各壁を順次に露出させるように構造を回転させながら、操作を複数回繰り返してもよい。正方形または円形のサブピクセルの場合、構造は、単一の堆積実行中に連続的に回転させることができる。これを行う利点は、ピクセル間のクロストークを実質的に低減できることである。
【００４７】
本発明の第５の実施形態では、フォトレジストからマトリックスを作成した後に、適当な色素を用いてその場で着色し、それにより、１つのサブピクセルから出るいかなる青色光も隣接ピクセルに到達する前に吸収される。この場合も、それを行う目的は、ピクセル間のクロストークを最小限に抑えることである。このアプローチは、それ自体で、または上述のように側壁に反射性材料を堆積させることに加えて使用することができる。
【００４８】
第６の実施形態では、ウェル構造４は、ポジ型レジストを用いて形成される。最初に、ウェル４を形成するように、特定の色変換に必要なサブピクセルのみが露光され現像される。これらは次に、これまでと同様に充填される。続いて、第２の組の色変換サブピクセルが露光され現像され、これまでと同様に第２のインクで充填される。上述の方法と比較したこのアプローチの利点は、高価な発光インクのより少ない量を除去および再利用する必要があることである。
【００４９】
上記した実施形態では、各サブピクセルは全ての隣接するサブピクセルから隔離されている。非常に小さいピクセルの場合、これは、使用可能な最大粒子サイズに厳しい制限を課すことになる。多くの場合、より大きな蛍光体粒子は、より小さいものよりも効率的であるので、この最大サイズの制限は不利である。
【００５０】
本発明の第７の実施形態では、上述した実施形態のいずれも、同じ色のサブピクセルのチャネルを形成するように一緒に結合されるサブピクセル、または２×２のグループ、または図６および図７に示されるように同じ色のサブピクセルの任意の他のタイプのグループが組み込まれてもよい。そのようにする利点は、結合されたウェル構造がはるかに大きな粒子を収容することができ、そして、それはクロストークのわずかに高いレベルを犠牲にしても輝度を増加させることである。
【００５１】
量子ドット（ＱＤ）は、スペクトル純度および高い吸光係数のこの適用に利点を有する。しかしながら、それらは、高い光フルエンスで効率を失うという重大な欠点がある。同様に、発光色素は有益な特性を有するが、日光からのＵＶへの暴露によって非常に迅速に分解されるという欠点がある。本発明のさらなる実施形態において、ＱＤおよび／または発光色素といった材料を使用することの欠点を最小限に抑えながら、同ＱＤおよび／または発光色素の良好な特性から恩恵を受ける１つの方法は、ＱＤおよび／または発光色素のいずれかと、両方の従来の蛍光体との組み合わせを使用することである。実質的な量の蛍光体の存在はＬＥＤ光を減衰させるので、ほとんどの場合、ＱＤは過剰駆動（ｏｖｅｒ−ｄｒｉｖｅｎ）されない。同様に、蛍光体は、太陽光からのＵＶを吸収し、散乱させ、したがって、発光色素材料を強力に保護する。
【００５２】
本発明のさらなる実施形態では、ウェル構造は金属材料から構成される。これを達成するにはいくつかの方法がある。１つのアプローチが図８（ａ）に示されており、透明基板１上に導電膜８を堆積することを含む。代替的に、この層は、無電解析出プロセスのためのシード層から構成することができる。シード層は、混合スズ錫化合物とパラジウム化合物とから構成することができる。無電解析出のための多数のシード層および浴化学調合物は、当該技術分野において公知であり、多数の商業的供給業者から得ることができる。
【００５３】
次にフォトレジスト４を塗布し、パターン化して導電性／シード層の領域を露出させ、次に図８ａに示すように電解または無電解めっきプロセスのいずれかによって金属化９する。次にフォトレジストを除去する。最初の導電層が不透明材料（薄い金属コーティングなど）である場合、これは、スパッタリングまたは湿式化学エッチングのような当該技術分野で公知の任意の手段によって、ウェル４の基部から除去されなければならない。透明材料（インジウム錫酸化物またはフッ素ドープ酸化錫など）であれば、この工程は必要ではない。フォトレジスト４およびウェル４の基部上の任意の不透明層が除去されると、ウェル４は、先に記載したドクターブレードのプロセスのいずれかを使用しながら発光インク調合物２、３を充填し、図８（ｂ）に示す構造を形成する。
【００５４】
この金属マトリックス構造を形成する別の技術は、透明基板１上にフォトレジスト４を堆積し、パターン化することを含み、この場合、導電性材料または無電解シード層のプレコーティングは不要である。フォトレジストは、当技術分野で周知であるように、理想的には内側に傾斜した壁を有するように露出され、「リフトオフ」プロセスで使用される。次いで、金属化層が、蒸発または好ましくはスパッタリングなどの物理的堆積方法によって適用される。次いで、金属化は、上記のようなメッキプロセスを用いて必要な深さまで厚くされる。好ましい実施形態は、無電解（自己触媒）析出の基礎として作用するために、おそらくは１０ｎｍの厚さのチタンまたはクロムのような接着促進剤と、その直後のさらなる２０〜５０ｎｍのニッケルの初期コーティングである。
【００５５】
電解めっきプロセスが使用される場合、堆積物が高度にストレスを受けることのないように注意しなければならない。好ましい実施形態は、ニッケルグルタメート浴からニッケルを堆積させることである。なぜならば、これらは更なる作用剤を使用しないで、低い内部応力を有する傾向にあるからである。そのような浴の化学的性質は当該技術分野において周知であり、様々な商業的供給業者から得ることができる。無電解ニッケル−リン堆積物もまた応力が低く、有利に使用することができる。銀はまた、初期層およびバルク金属材料として使用することができ、ニッケルと比較して改善された導電性（コーティングが薄い場合の利点）および改善された反射率といった利点を有する。しかしながら、銀を用いることによる欠点には、より高いコスト、より高い内部応力レベル、および変色する傾向が挙げられる。代替案は、反射率を高め（したがって吸収損失を最小限に抑える）、装飾クロムの薄いコーティング（＜０．５μｍ）を有するニッケルまたは銅のいずれかを使用することである。これを達成するためのプロセス化学は公表されており、長年にわたり工業的に広く使用されている。
【００５６】
本発明のさらなる実施形態では、ウェルの２つの対向する壁は、当技術分野で周知の任意のプロセス（傾斜蒸着またはスパッタリングなど）を使用して、金属などの反射性材料で被覆される。アルミニウムは特に有利な材料であり、例えば蒸発により容易に堆積しやすく、可視スペクトル全体にわたり高反射性である。加えて、それは様々な材料に強く接着し、低コストで低毒性である。次いで、図９に示すように、金属化が実質的に端部窓と重なるように、さらなる壁がより急な角度で被覆される。この図において、１−７は先に述べた通りであり、８は透明な樹脂、例えばフォトレジストまたはＵＶ硬化性材料、または当技術分野で周知の他の適切な材料である。
【００５７】
４番目の壁は金属化されていない。この場合、発光は主として金属化されていない（透明な）フォトレジスト壁を介して逃げる。前面窓の部分的な金属化は、ポンプ放射（ｐｕｍｐ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）が堆積物を通って直接浸透するのではなく、代わりに蛍光体堆積物に反射されて、その有効な経路長を増加させ、したがってより良好な変換効率を達成する。有利には、ＬＥＤは、ポンプ放射が前面窓の金属化された領域のすぐ上の構造に、かつ金属化された端壁のできるだけ近くに入るように整列されるべきである。
【００５８】
任意選択的に、このプロセスは、３つよりも少ない数の壁（例えば、２つの壁）を金属化することによって達成することができる。
さらなる実施形態では、透明なスライド（ｓｌｉｄｅ）は、フォトレジスト堆積の前に、適切な不透明性を保証するために、典型的には２０〜４０ｎｍの厚さのアルミニウムなどの適切な反射性材料で被覆されていてもよい。ウェル構造を画定した後、反射層（有利にはアルミニウム）はエッチングによって除去され、それにより、それは、フォトレジストの下の領域にのみ残る。当技術分野で知られている任意の形態のエッチングを使用することができ、アルミニウムの場合、これは、例えばアルゴンイオンを使用したスパッタリング、例えばＲＦ  ＣＣＩ４プラズマを用いた反応性イオンエッチング、または例えば５〜１０％の水酸化ナトリウムの水溶液を用いた湿式化学エッチングであってもよい。
【００５９】
ウェル構造は、横方向および縦方向に延びる壁によって画定される。この場合、横壁または縦壁のいずれか一方が他方よりも実質的に厚い。そして、傾斜金属化を使用して両方の側でより薄い壁を金属化する一方で、より厚い壁は、１つの側のみを金属化する。その後、ウェルは前述のように蛍光体で満たされる。その後、壁の上部の金属化は、上述したエッチングプロセスのような当該技術分野で知られている任意の適切なプロセスを使用して、または機械的研磨によって除去される。次いで、スライドは、図１０（ａ）の断面図および図１０（ｂ）の上方からの図のように、ＬＥＤの放射領域がより厚い壁の真上にあるように、ＬＥＤアレイ上に配置される。この図において、１−８は先に説明した通りである。９はＬＥＤアレイ、１０は光が放出されるＬＥＤアレイの領域である。カバースライドとＬＥＤアレイは、放出された光が厚い壁の上部の１１と記された領域を介してカバースライドに入るように整合される。
【００６０】
次いで、ポンプ放射は、蛍光体堆積物のすぐ下の窓を通って逃げ出す発光と共に、側面から蛍光体堆積物を照らす。
本発明のさらなる態様では、その上にウェル構造が画定される透明なスライドが、一次（例えば青色）放射を反射するが、赤色および緑色の発光を通過させるように設計された干渉フィルタ構造で最初に被覆される。次いで、フォトレジストがフィルタ構造上に堆積され、青色ピクセルになるものを露出させるが、赤色および緑色ピクセルとなるものを覆って保護するようにパターン化される。次いで、不活性ガスイオンボンバードメント、反応性イオンエッチング、湿式エッチングまたはグリットブラストなどの当該技術分野で公知の任意の簡便な手段により、青色ピクセルからフィルタ構造をエッチング除去し、フォトレジストを除去してパターン化されたフィルタ構造を露出させる。続いて、ウェル構造は、先に説明したようにこの構造の上部に画定され、図１１に示す。この図において、１２はフィルタ構造であり、他の注釈は上記の通りである。
【００６１】
この構造の利点は、蛍光体堆積物を通過して吸収されない任意の一次（例えば、青色）の放射が、同構造から出ないように、堆積物中に反射して戻る点にある。この光は、次いで、蛍光体層の二重パス（ｄｏｕｂｌｅ  ｐａｓｓ）を経るので、発光を有効に吸収し、かつ生成する可能性が実質的に改善される。
【００６２】
以上、本発明の特定の実施形態について説明したが、記載された実施形態からの逸脱は依然として本発明の範囲内に入ることが理解されよう。例えば、任意の適切な種類のプロセスを使用して、ウェル構造を形成し充填することができる。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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