(57)【要約】無機ＬＥＤおよび有機ＬＥＤが単一のチップ内で集積される。集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイパネルでは、異なる色のマイクロＬＥＤのアレイが対応するドライバ回路と共に集積される。マイクロＬＥＤのいくつかの色は無機マイクロＬＥＤであり、他の色は有機マイクロＬＥＤである。無機対有機は、効率に基づいて、たとえば青色ピクセルのために無機マイクロＬＥＤ、および赤色ピクセルおよび緑色ピクセルのために有機マイクロＬＥＤを使用して選択することができる。一手法では、最初にピクセルドライバのアレイが支持基板上で作製される。次いで、マイクロＬＥＤの多階層がベース基板の上部に積み重ねられる。無機マイクロＬＥＤを含む階層は、階層当たり１色で最初に作製される。次いで、有機マイクロＬＥＤのすべてを含む単一の階層が積層の上部に作製される。
2020516947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップであって、
基板と、
前記基板によって支持された、ピクセルドライバのアレイと、
前記基板によって支持されかつ前記ピクセルドライバのアレイに電気的に接続された、複数の異なるカラーマイクロＬＥＤのアレイであって、該アレイの少なくとも１つは第１のカラーの有機マイクロＬＥＤを含み、および、該アレイの他の１つは異なる色の無機マイクロＬＥＤを含む、前記複数の異なるカラーマイクロＬＥＤのアレイと
を備えたことを特徴とする集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項２】
前記複数のアレイは、赤色マイクロＬＥＤのアレイと、緑色マイクロＬＥＤのアレイと、および青色マイクロＬＥＤのアレイとを含むことを特徴とする請求項１記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項３】
前記青色マイクロＬＥＤは無機マイクロＬＥＤであり、前記赤色および緑色マイクロＬＥＤは有機マイクロＬＥＤであることを特徴とする請求項２記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項４】
前記青色マイクロＬＥＤは、無機マイクロＬＥＤをベースとした窒化ガリウムであることを特徴とする請求項３記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項５】
前記青色および赤色マイクロＬＥＤは無機マイクロＬＥＤであり、前記緑色マイクロＬＥＤは有機マイクロＬＥＤであることを特徴とする請求項２記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項６】
前記異なる色のマイクロＬＥＤは、紫外、青色、緑色、オレンジ色、赤色、又は、赤外のマイクロＬＥＤであることを特徴とする請求項１記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項７】
前記異なる色のマイクロＬＥＤは、隣接する階層間の平坦化インターフェースを伴って、前記基板および前記ピクセルドライバの上部に積層された２つ以上の階層内に配置され、および、同一カラーの全てのマイクロＬＥＤは前記階層のうちの１つに含まれることを特徴とする請求項１記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項８】
各階層は、無機マイクロＬＥＤのみ、又は有機マイクロＬＥＤのみを含むが、両方は含まないことを特徴とする請求項７記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項９】
無機マイクロＬＥＤを含む前記階層は、前記積層の下部であり、および、有機マイクロＬＥＤを含む前記階層は、前記積層の上部であることを特徴とする請求項８記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１０】
無機マイクロＬＥＤを含む前記階層は、単一色のみの無機マイクロＬＥＤを含むことを特徴とする請求項７記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１１】
全ての有機マイクロＬＥＤは、単一の階層内に含まれることを特徴とする請求項７記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１２】
無機マイクロＬＥＤを含む前記階層は、
前記マイクロＬＥＤの下部に電気的に接続された下側接触金属パッドと、
前記マイクロＬＥＤの上部に電気的に接続された上側接触金属パッドと
を備え、
前記下側接触金属パッドは、前記ピクセルドライバのアレイにも電気的に接続され、および、前記上側接触金属パッドは、共通電極にも電気的に接続されたことを特徴とする請求項７記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１３】
前記共通電極は、全ての前記階層の上部上の上部電極を含み、各上側接触金属パッドは、いずれかの介在する階層を通してビアによって前記上部電極に電気的に接続されたことを特徴とする請求項１２記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１４】
前記共通電極は、その階層の上部上に位置する各階層についての分離共通電極構造を備え、各階層についての各上側接触金属パッドは、その階層についての前記共通電極構造に電気的に接続されたことを特徴とする請求項１２記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１５】
異なる階層の前記マイクロＬＥＤは、マルチカラーピクセルに分類され、および
当該マイクロＬＥＤディスプレイチップは、
前記階層内に、隣接するマルチカラーピクセルを光学的に分離する構造をさらに備えたことを特徴とする請求項７記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１６】
全ての前記マイクロＬＥＤは、前記基板および前記ピクセルドライバの上方の単一層内に垂直に置かれたことを特徴とする請求項１記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１７】
前記マイクロＬＥＤは、いずれかの横方向寸法において５０ミクロン以下であることを特徴とする請求項１記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１８】
各色についての前記マイクロＬＥＤのアレイは、少なくとも１５％の外部量子効率を有することを特徴とする請求項１記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項１９】
前記ピクセルドライバは、薄膜トランジスタピクセルドライバ又はシリコンＣＭＯＳピクセルドライバを含むことを特徴とする請求項１記載の集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【請求項２０】
集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップであって、
基板と、
前記基板によって支持された、ピクセルドライバのアレイと、
赤色マイクロＬＥＤのアレイ、緑色有機マイクロＬＥＤのアレイ、および青色無機マイクロＬＥＤのアレイであって、これら全てのマイクロＬＥＤのアレイが、前記基板によって支持されかつ前記ピクセルドライバのアレイに電気的に接続され、
異なる色の前記マイクロＬＥＤのアレイは、隣接する階層間の平坦化インターフェースを伴って、前記基板および前記ピクセルドライバの上部に積層された２つ以上の階層内に配置され、前記青色無機マイクロＬＥＤは前記階層の１つの下部内にあり、および、前記緑色有機マイクロＬＥＤは前記階層の１つの上部内にあることを特徴とする集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、集積マルチカラーＬＥＤディスプレイチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
関連出願の相互参照
本願は、２０１７年４月１３日に出願された「ＬＥＤ−ＯＬＥＤ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｓｅｌｆ−Ｅｍｉｓｓｉｖｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ」という名称の米国特許仮出願第６２／４８４９７９号明細書に対する米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく優先権を主張する。前述のすべての主題は、それら全体で参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）技術と組み合わされたアクティブマトリクス液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）および有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイが、今日の民生電子デバイスにおいてますます普及している。これらのディスプレイは、ラップトップパーソナルコンピュータ、スマートフォン、および携帯情報端末に広く使用されている。数百万個のピクセルが共に、画像をディスプレイ上に生み出す。ＴＦＴは、各ピクセルのオンとオフを個々に切り替え、ピクセルを明るく、または暗くするためのスイッチとして働き、各ピクセルおよびディスプレイ全体を都合よく効率的に制御することを可能にする。
【０００４】
しかし、従来のＬＣＤディスプレイには、光効率が低く、高い電力消費および限られたバッテリ動作時間をもたらすという問題がある。アクティブマトリクス有機発光ダイオード（ＡＭＯＬＥＤ）ディスプレイパネルは、一般にＬＣＤパネルより電力の消費が少ないが、ＡＭＯＬＥＤディスプレイパネルは、依然としてバッテリ動作型デバイスにおいて支配的な電力消費体とすることができる。バッテリ寿命を延ばすために、ディスプレイパネルの電力消費を削減することが望ましい。
【０００５】
従来の無機半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）は、より良好な光効率を示しており、これは、アクティブマトリクスＬＥＤディスプレイをバッテリ動作型エレクトロニクスにとってより望ましいものにしている。数百万個のピクセルを制御し、ディスプレイ上に画像をレンダリングするために、ドライバ回路のアレイおよび発光ダイオードが使用される。しかし、数千個、さらには数百万個のマイクロＬＥＤをピクセルドライバ回路アレイと集積することは非常に困難である。
【０００６】
その結果、より良好なディスプレイパネルが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願第１２／２１４３９５号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１５／１３５２１７号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１５／２６９９５４号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１５／２６９９５６号明細書
【特許文献５】米国特許出願第１５／２７２４１０号明細書
【特許文献６】米国特許出願第１５／７０１４５０号明細書
【特許文献７】ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０２３１７２
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示は、無機ＬＥＤと有機ＬＥＤを単一のチップ内で集積することによって従来技術の制限を克服する。
【０００９】
一例は、異なる色のマイクロＬＥＤのアレイが、対応するドライバ回路と共に集積される集積マルチカラーマイクロＬＥＤディスプレイパネルである。マイクロＬＥＤのいくつかの色は無機マイクロＬＥＤによって実装され、他の色は有機マイクロＬＥＤによって実装される。無機対有機は、たとえば青色ピクセル用に無機マイクロＬＥＤ、赤色ピクセルおよび緑色ピクセル用に有機マイクロＬＥＤを使用して、効率に基づいて選択することができる。
【００１０】
一手法では、最初にピクセルドライバのアレイが支持基板上で作製される。次いで、多階層のマイクロＬＥＤがベース基板の上部に積み重ねられる。無機マイクロＬＥＤを含む階層が最初に、階層当たり１色で作製される。次いで、有機マイクロＬＥＤのすべてを含む単一の階層が、積層（ｓｔａｃｋ）の上部階層として作製される。
【００１１】
他の態様は、上記のいずれかに関係する構成要素、デバイス、システム、改良、方法、プロセス、応用例、および他の技術を含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本開示の実施形態は、添付の図面と併せ読むとき、以下の詳細な説明および添付の特許請求の範囲からより容易に明らかになるであろう他の利点および特徴を有する。
【００１３】
【図１】一実施形態による、ディスプレイパネルのピクセルの回路図である。
【図２Ａ】様々な実施形態による、集積マルチカラーＬＥＤディスプレイパネルのいくつかのピクセルの断面図である。
【図２Ｂ】様々な実施形態による、集積マルチカラーＬＥＤディスプレイパネルのいくつかのピクセルの断面図である。
【図３】別の実施形態による、集積マルチカラーＬＥＤディスプレイパネルのいくつかのピクセルの断面図である。
【図４】さらに別の実施形態による、集積マルチカラーＬＥＤディスプレイパネルのいくつかのピクセルの断面図である。
【図５Ａ】一実施形態による、共通電極の上面図である。
【図５Ｂ】一実施形態による、共通電極の上面図である。
【図６】一実施形態による、光分離のための構造を示す断面図である。
【図７】一実施形態による、ピクセルのアレイを有する例示的なディスプレイパネルの上面図である。
【００１４】
図は、例示のためだけに様々な実施形態を示す。当業者は、以下の考察から、本明細書に記載の原理から逸脱することなしに本明細書に示されている構造および方法の代替実施形態が使用されてよいことを容易に理解するであろう。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図および以下の説明は、例示のためだけとして好ましい実施形態に関する。以下の考察から、本明細書に開示されている構造および方法の代替実施形態は、特許請求されているものの原理から逸脱することなしに使用されてよい実行可能な代替として容易に理解されよう。
【００１６】
図１は、ディスプレイパネルのピクセルの回路図であり、これは、ピクセルドライバと、マイクロＬＥＤなどＬＥＤ１４０を含む。マイクロＬＥＤは、典型的には５０ミクロン（μｍ）以下の横方向寸法を有し、１０μｍ未満、さらにはわずか数μｍの横方向寸法を有することができる。この例では、ピクセルドライバは、２つのトランジスタと１つのキャパシタ１３０とを含み、一方のトランジスタは、制御トランジスタ１２０であり、他方は、駆動トランジスタ１１０である。この例では、制御トランジスタ１２０は、そのゲートが走査信号バスライン１５０に接続され、その一方のソース／ドレインがデータ信号バスライン１７０に接続され、他方のドレイン／ソースが記憶キャパシタ１３０に、および駆動トランジスタ１１０のゲートに接続されて構成されている。駆動トランジスタ１１０の一方のソース／ドレインは、電圧供給Ｖｄｄに接続され、他方のドレイン／ソースは、ＬＥＤ１４０のｐ電極に接続される。ＬＥＤ１４０のｎ電極は、キャパシタ１３０および接地に接続される。この例では、走査信号１５０が制御トランジスタ１２０のゲートを開いたとき、データ信号１７０は、記憶キャパシタ１３０を充電し、駆動トランジスタ１１０のゲート電圧を設定し、これは、ＬＥＤ１４０を通る電流の流れを制御する。ここでの記憶キャパシタ１３０は、駆動トランジスタ１１０のゲート電圧を維持し、したがって走査信号１５０が他のピクセルを設定している時間中、ＬＥＤ１４０を通って流れる電流を維持するために使用される。他のピクセルドライバ設計は、たとえば参照により本明細書に組み込まれる特許文献１「Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ  Ａｃｔｉｖｅ  ｏｒ  Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｍａｔｒｉｘ  ＬＥＤ  Ａｒｒａｙ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌｓ  ａｎｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｈａｖｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ」に記載されているように明らかになろう。
【００１７】
以下の例は、主に、無機および有機マイクロＬＥＤのアレイがＴＦＴまたはＣＭＯＳピクセルドライバと共に集積される集積マイクロＬＥＤディスプレイチップを使用するが、これらは例にすぎず、記載の技法は、この特定の応用例に限定されない。無機マイクロＬＥＤの例は、ＧａＮベースのＵＶ／青色／緑色マイクロＬＥＤ、ＡｌＩｎＧａＰベースの赤色／オレンジ色マイクロＬＥＤ、およびＧａＡｓまたはＩｎＰベースの赤外（ＩＲ）マイクロＬＥＤを含む。有機マイクロＬＥＤの例は、正孔輸送材料用のトリフェニルアミン誘導体（ＴＰＤ）ベースの材料、電子輸送材料用のオキサジアゾール誘導体（ＰＢＤ）、青色発光用のＴＢＰ、緑色発光用のクマリン５４５ＴまたはＤＭＱＡ、黄色発光用のルブレン、および赤色発光用のＤＣＭまたはＩｒ（ｐｉｑ）３のドーパントを伴うホスト材料としてのＡｌｑ３を含む。無機マイクロＬＥＤの追加の例および他のマイクロ構造は、特許文献２「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｔｈｉｎ−Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ」、特許文献３「Ｍａｋｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｗｉｔｈ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  Ｒｅｍｏｖａｌ」、特許文献４「Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌｓ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏ  Ｌｅｎｓ  Ａｒｒａｙ」、特許文献５「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌｓ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏ  Ｌｅｎｓ  Ａｒｒａｙ」、および特許文献６「Ｍｕｌｔｉ−Ｃｏｌｏｒ  Ｍｉｃｒｏ−ＬＥＤ  Ａｒｒａｙ  Ｌｉｇｈｔ  Ｓｏｕｒｃｅ」に記載されている。前述のすべては、参照によりその全体が組み込まれる。
【００１８】
図２Ａは、一実施形態による集積マルチカラーＬＥＤディスプレイパネルのいくつかのピクセルの断面図である。図２Ａでは、個々のドライバ回路のアレイが、支持基板１０２上で作製される。図２Ａに示されている黒い矩形１１０は、ドライバ回路への電気接続、たとえば図１Ａにおける駆動トランジスタ１１０とＬＥＤ１４０との間の接続を表す。便宜上、これらの接続１１０は、ドライバ回路１１０またはピクセルドライバ１１０と称されてもよい。ドライバ回路１１０は、それらが赤色ピクセル、緑色ピクセル、および青色ピクセルに対応するので、接尾語Ｒ、Ｇ、Ｂでラベル付けされている。ピクセルドライバ１１０のアレイは、無機マイクロＬＥＤ１４１と有機マイクロＬＥＤ１４２の混在に電気的に接続される。これらのマイクロＬＥＤ１４１、１４２もまた、それらの色を示すために接尾語Ｒ、Ｇ、Ｂでラベル付けされている。この例では、無機ＬＥＤ１４１は青色ピクセルのために使用され、有機ＬＥＤ１４２は、赤色ピクセルおよび緑色ピクセルのために使用される。なぜなら、これらの異なるタイプのＬＥＤは、これらの波長でより高い外部量子効率を有するからである。有機マイクロＬＥＤと無機マイクロＬＥＤの混在を使用することによって、全体効率を増大することができる。たとえば、このディスプレイパネルは、各色のマイクロＬＥＤが少なくとも１５％の外部量子効率（ＥＱＥ）を有するように設計することができる。青色無機ＬＥＤは、５０％以上のＥＱＥを有することができる。赤色および緑色有機ＬＥＤは、１５％以上のＥＱＥを有することができる。
【００１９】
この例では、マイクロＬＥＤ１４１、１４２は、基板およびピクセルドライバの上部に積み重ねられた異なる階層１５１、１５２に含まれる。下部階層１５１は、無機マイクロＬＥＤ１４１Ｂを含み、上部階層は、有機マイクロＬＥＤ１４２Ｒ、Ｇを含む。どの色がどの階層にあるかは、設計に応じて様々とすることができる。便宜上、基板１０２から離れることを意味するために「上」が使用され、「下」は、基板に向かうことを意味し、上部、下部、上方、下方、の下（ｕｎｄｅｒ）、の真下（ｂｅｎｅａｔｈ）など他の方向用語は、それに応じて解釈される。
【００２０】
最も左側のマイクロＬＥＤ１４１Ｂを例として使用すると、無機マイクロＬＥＤは、エピタキシャル構造から形成される。例は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物、ＩＩＩ−Ｖ族ヒ化物、ＩＩＩ−Ｖ族リン化物、およびＩＩＩ−Ｖ族アンチモン化物エピタキシャル構造を含む。上側コンタクト金属パッド１４６は、マイクロＬＥＤ１４１の上部に電気的に接続され、必要に応じてビア（ｖｉａｓ）１４７を使用して介在する階層を通って共通電極１６５にも電気的に接続される。マイクロＬＥＤ１４１Ｂについては、ビア１４７は、階層１５１の残りの部分を通って共通電極１６５に接続し、これは、有機階層１５２内の開口エリアを通って接触する。下側コンタクト金属パッド１４８は、マイクロＬＥＤ１４１Ｂの下部に電気的に接続され、必要に応じてビア１４９を使用して介在する階層を通って対応するピクセルドライバ１１０にも電気的に接続される。マイクロＬＥＤ１４１Ｂは下部階層にあるので、介在する階層がなく、ビア１４９は使用されない。
【００２１】
最も右側の有機マイクロＬＥＤ１４２Ｇについては、ビア１４９は、下側コンタクト金属パッド１４８を、介在する階層１５１を通って対応するピクセルドライバ１１０に電気的に接続する。マイクロＬＥＤ１４２Ｇの上部コンタクトを共通電極１６５に接続するために、ビアは必要とされない。この例では、各マイクロＬＥＤ１４１、１４２は、単一の共通電極１６５に接続されているが、下記に示されている代替設計において明らかになるように、これは必要とされない。
【００２２】
この例では、無機ＬＥＤのための階層１５１は、隣り合う階層間の界面１５７が平面であるように材料１５３で充填される。これは、次の階層の作製を容易にする。充填材料１５３の例は二酸化ケイ素であり、これは、非導電性かつ透明である。これは、マイクロＬＥＤとビアとの間の電気的分離をもたらすが、マイクロＬＥＤによって下側階層内で生成される光が階層を通って伝搬することをも可能にする。充填材料１５３の別の例は、窒化ケイ素である。有機マイクロＬＥＤ１４２のための上部階層１５２もまた、材料１５４、たとえば無機層に使用されるものと同様の誘電材料またはポリマー材料で充填されてもよい。各階層のための充填物１５３、１５４は、単一の均質な材料である必要はない。材料または構造の組合せをも、使用することができる。この詳細な構造にかかわらず、好ましくは、各階層は、下側階層のマイクロＬＥＤの上方で横方向に位置する領域において透明であり、その結果、下側階層のマイクロＬＥＤによって生成される光は、そのような領域を通って伝搬することが可能である。
【００２３】
より詳細には、ドライバ回路は、以下のように作製される。支持基板１０２は、個々のドライバ回路１１０のアレイが作製される基板である。一実施形態では、基板１０２は、Ｓｉ基板である。別の実施形態では、支持基板１０２は、透明基板、たとえばガラス基板である。他の例示的な基板は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＳｉＣ、ＺｎＯ、およびサファイア基板を含む。ドライバ回路１１０は、マイクロＬＥＤを駆動するための個々のピクセルドライバを形成する。基板１０２上の回路は、表面に突出する、各個々のピクセルドライバへのコンタクト１１０を含む。この回路は、各個々のピクセルドライバのための共通電極コンタクトを含んでもよい。各マイクロＬＥＤもまた２つのコンタクト、すなわち、ピクセルドライバに接続された一方、および接地（すなわち、共通電極）に接続された他方を有する。
【００２４】
示されていない代替実施形態では、ドライバ回路は、ＣＭＯＳドライバ回路以外のドライバ回路を含むことができる。一例として、ドライバ回路は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ドライバ回路を含んでよい。別の例として、ドライバ回路は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を使用する回路とすることができる。
【００２５】
見やすくするために、図２Ａは、６つのマイクロＬＥＤおよび対応するピクセルドライバだけを示す。任意の数のマイクロＬＥＤおよびピクセルドライバを使用することができることを理解されたい。完全にプログラム可能なディスプレイパネルでは、ＬＥＤおよびドライバ回路はアレイで配置され、個々にアドレス可能なピクセル、好ましくはマルチカラーピクセルのアレイを形成する。代替実施形態では、ディスプレイパネルは、より限られたプログラム可能性を有してよく、これらのピクセルは、異なる幾何形状で配置されてよい。さらに、ドライバ回路とＬＥＤとの間の１対１対応は必要でない。たとえば、冗長性を生み出すために、２つ以上のＬＥＤが同じピクセルドライバ出力に接続されることが可能であり、その結果、ＬＥＤの１つが故障した場合、残りのＬＥＤは、依然としてピクセルを光らせることが可能である。
【００２６】
また、マイクロＬＥＤは、異なる手法で階層に分散されることができ、異なる数の階層があることもできる。一手法では、各階層は、無機マイクロＬＥＤだけ、または有機マイクロＬＥＤだけを含み、両方は含まない。１つの作製手法では、無機マイクロＬＥＤを含む階層が最初に積層の下部において作製され、次いで、その後に有機マイクロＬＥＤを含む上部階層が続く。無機階層は、階層当たり１色だけのマイクロＬＥＤで作製され、その後に有機マイクロＬＥＤのすべてを含む単一の上部階層が続いてもよい。
【００２７】
色が無機マイクロＬＥＤによって生成されるか、それとも有機マイクロＬＥＤによって生成されるかの選択は、様々であってもよい。色は、紫外、青色、緑色、オレンジ色、赤色、および赤外を含むことができる。ここで、光、光の（ｏｐｔｉｃａｌ）、および色などの用語は、紫外と赤外を共に含むことが意図されている。上記の例では、青色は、無機マイクロＬＥＤによって生成され、赤色および緑色は、有機ＬＥＤによって生成された。場合によっては、無機マイクロＬＥＤによってより短い波長が生成され、有機ＬＥＤによってより長い波長が生成される。
【００２８】
図２Ｂは、代替設計を示し、ここでは、必ずしもすべてのマイクロＬＥＤ１４１、１４２が構造のまさにその上部において共通電極に接続されていない。そうではなく、各階層１５１、１５２のマイクロＬＥＤ１４１、１４２は、その特定の階層の上部に位置する構造１６７によって共通電極１６４に電気的に接続されている。この例では、赤色マイクロＬＥＤ１４２Ｒは、構造１６７Ｒによって接続され、緑色マイクロＬＥＤ１４２Ｇは、構造１６７Ｇによって接続され、青色マイクロＬＥＤ１４１Ｂは、構造１６７Ｂによって接続される。異なるマイクロＬＥＤ１４１、１４２を互いに接続されていない共通電極に接続することは、マイクロＬＥＤの別々のバイアスを可能にする。
【００２９】
図３は、別の実施形態による、集積マルチカラーＬＥＤディスプレイパネルのいくつかのピクセルの断面図である。先の図２では、１つの色（青色）が無機マイクロＬＥＤによって生成され、他の２つの色は、有機マイクロＬＥＤによって生成された。図３では、２つの色（青色および赤色）が無機マイクロＬＥＤ１４１によって生成され、第３の色（緑色）が有機マイクロＬＥＤ１４２によって生成される。この例では、異なる色の無機ＬＥＤ１４１Ｂ、Ｒが別々の階層１５１Ｂ、Ｒ内で作製され、その結果、合計３つの階層１５１、１５２がある。無機マイクロＬＥＤ１４１Ｂ、Ｒは、上側コンタクト金属パッド１４６および下側コンタクト金属パッド１４８を有する。必要に応じてビア１４７、１４９を使用して、一方１４８は、ピクセルドライバ１１０に接続され、他方１４６は、共通電極１６５に接続される。有機マイクロＬＥＤ１４２Ｇは、ピクセルドライバ１１０に接続するために、下側コンタクト金属パッド１４８を有する。有機マイクロＬＥＤは上部階層１５２内にあるので、ＬＥＤの上側は、共通電極１６５に直接接続されることができる。
【００３０】
図２および図３に示されている構造は、以下のように作製することができる。最初に、ピクセルドライバ１１０が基板１０２上で作製される。次いで、無機マイクロＬＥＤ１４１を含む階層１５１が、階層当たり１色で作製される。各階層は、最初にパターニングされていないエピタキシャル層を既存の構造に接合し、エピタキシャル層を個々のマイクロＬＥＤへとパターニングし、ボンディング金属層を個々のパッドへとパターニングし、次いでビアを作製し、階層を充填および平坦化することによって作製される。図３の構造を例として使用すると、無機青色マイクロＬＥＤのための階層１５１Ｂは、以下のように作製される。最初に、金属ボンディング層が、青色マイクロＬＥＤ１４１Ｂのためのパターニングされていないエピタキシャル層、およびピクセルドライバに接触する基板に追加される。これらは、エピタキシャル層を基板に接合し、ピクセルドライバと電気接触するために使用される。エピタキシ基板を除去した後、エピタキシャル層および金属ボンディング層は、個々のマイクロＬＥＤ１４１Ｂおよび下側コンタクト金属パッド１４８を形成するようにパターニングされる。上側コンタクト金属パッド１４６もまた追加される。充填材料１５３が追加され平坦化される。ビア１４７、１４９が作製される。このプロセスは、無機赤色マイクロＬＥＤのための階層１５１Ｒを形成するように繰り返される。より詳細には、その全体が参照により本明細書に組み込まれる国際特許出願、特許文献７「Ｍａｋｉｎｇ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  ｂｙ  Ｓｔａｃｋｉｎｇ  Ｓｔｒａｔａ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏ  ＬＥＤＳ」を参照されたい。
【００３１】
無機階層１５１のすべてが作製された後、有機マイクロＬＥＤ１４２のすべてを含む単一の上部階層１５２が作製される。電子注入材料、電子輸送材料、異なるドーパントを有する発光層、正孔輸送材料、および正孔注入材料を含む有機ＬＥＤ層が、スピンコート法を使用して層ごとに堆積され、垂直方向にダイオード構造を形成する。次いで、有機ＬＥＤ層が個々のメサへとパターニングおよびエッチングされる。その後、別の絶縁ポリマー材料が、平坦化のためにコーティングされる。有機ＬＥＤメサの上部、および他の階層のビアが存在するエリアにコンタクト窓が開かれる。最後に、上部共通カソードコンタクト１６５が堆積される。
【００３２】
代替手法では、有機マイクロＬＥＤは、無機マイクロＬＥＤと同じ層内に作製することができる。図４は、そのような設計を示す。ここでは、青色無機マイクロＬＥＤ１４１Ｂが最初に基板１０２およびピクセルドライバ１１０Ｂの上部に作製される。次いで、これらの後に、赤色および緑色有機マイクロＬＥＤ１４２が続き、これらは、青色ＬＥＤ間に位置決めされる。共通電極１６５がマイクロＬＥＤ１４１、１４２に電気的に接続される。別々の階層、または階層を通るビアはない。
【００３３】
図２〜図４では、共通電極１６５は、図５Ａに示されているように、（不透明な）金属トレースのグリッドであることが可能である。図５Ａは、デバイスを見下ろす上面図である。図５Ａは、大きな方形で表される３つのマイクロＬＥＤ１４０Ｒ、Ｇ、Ｂを示す。これらのマイクロＬＥＤのそれぞれは、マイクロＬＥＤの上部を階層の積層の上部に電気的に接続するビアおよび金属パッドの構造１４３を有する。これらは、図５Ａにおいて小さな方形１４３によって表されている。長い矩形１６５は、ビア／金属パッド１４３に電気的に接続する共通カソードとして働く金属トレースである。
【００３４】
あるいは、共通電極１６５は、図５Ｂに示されているように、インジウムスズ酸化物など透明電極であることが可能である。図５Ｂもまた、マイクロＬＥＤ１４０Ｒ、Ｇ、Ｂおよびそれらの相互接続１４３を示す上面図である。この例では、共通電極１６５は、境界１６５によって画定された矩形の全体である。電極１６５は透明であるので、マイクロＬＥＤのすべてを覆うことが許容される。矩形の輪１６４は、回路に接続する共通カソード金属パッドである。共通電極１６５はすべての階層の上方であり、一方、金属パッド１６４はすべての階層の下方であることに留意されたい。それらは、ビア１６３によって電気的に接続される。
【００３５】
図６は、異なるピクセルの光分離を提供する追加の構造を示す。この例では、赤色ピクセル、緑色ピクセル、および青色ピクセルがマルチカラーピクセル６１０にグループ化され、階層内の構造は、隣り合うピクセルを光学的に分離するように機能する。これは、隣り合うマルチカラーピクセル６１０間のクロストークを低減することができる。図６では、この構造は、不透明な（吸収性の）仕切り６２２のグリッドである。あるいは、構造６２２は反射性であることが可能であり、これもまた、マイクロＬＥＤによる光生成の方向性効率を増大するように機能することができる。各マイクロＬＥＤのための下側コンタクト金属パッドもまた、反射性であることが可能である。
【００３６】
図７は、一実施形態による、例示的なマイクロＬＥＤディスプレイパネル７００の上面図である。ディスプレイパネル７００は、データインターフェース７１０と、制御モジュール７２０と、ピクセル領域７４０とを含む。データインターフェース７１０は、表示されることになる画像を定義するデータを受信する。このデータのソースおよびフォーマットは、応用例に応じて様々になる。制御モジュール７２０は、入来データを受信し、それをディスプレイパネル内のピクセルを駆動するのに適した形態に変換する。制御モジュール７２０は、受信されたフォーマットからピクセル領域７４０に適したものに変換するためのデジタル論理および／またはステートマシンと、データを記憶および転送するためのシフトレジスタまたは他のタイプのバッファおよびメモリと、デジタル−アナログコンバータおよびレベルシフタと、クロッキング回路を含む走査コントローラとを含んでよい。
【００３７】
ピクセル領域７４０は、ピクセルのアレイを含む。これらのピクセルは、たとえば上記のように、ピクセルドライバと共にモノリシックに集積されたマイクロＬＥＤ７３４を含む。この例では、ディスプレイパネル７００は、カラーＲＧＢディスプレイパネルである。それは、列で配置された赤色ピクセル、緑色ピクセル、および青色ピクセルを含む。列７３２Ｒは、赤色ピクセルであり、列７３２Ｇは、緑色ピクセルであり、列７３２Ｂは、青色ピクセルである。各ピクセル内では、ＬＥＤ７３４がピクセルドライバによって制御される。ピクセルは、先に示されている実施形態に従って、供給電圧（図示せず）、および接地パッド７３６を介しての接地に、また制御信号にも接続する。図７には示されていないが、ＬＥＤのｐ電極および駆動トランジスタの出力は、ＬＥＤ７３４の下で位置決めされ、それらは、ボンディング金属によって電気的に接続される。ＬＥＤ電流駆動信号接続（ＬＥＤのｐ電極とピクセルドライバの出力との間）、接地接続（ｎ電極とシステム接地との間）、Ｖｄｄ接続（ピクセルドライバのソースとシステムＶｄｄとの間）、およびピクセルドライバのゲートへの制御信号接続は、先に記載の様々な実施形態に従ってなされる。
【００３８】
図７は、単に代表的な図である。他の設計が明らかになろう。たとえば、色は、赤色、緑色、および青色である必要はなく、等しい数の各色ピクセルである必要はない。また、それらは列またはストライプで配置される必要もない。４色ピクセルのセットが、たとえば２×２の方形として配置されることが可能である。個々のピクセルセルは、行または列アドレッシングを共有し、したがって行または列トレースの総数を削減するように配置されることも可能である。一例として、図７に示されているピクセルの方形マトリクスの配置は別として、ディスプレイパネル７００を形成するために、ピクセルの六角形マトリクスの配置をも使用することができる。
【００３９】
いくつかの応用例では、ピクセルの完全にプログラム可能な矩形アレイは、必要ない。様々な形状およびディスプレイを有するディスプレイパネルの他の設計が、本明細書に記載のデバイス構造を使用して形成されてもよい。例の１つの部類は、サイネージおよび自動車を含む特殊応用例である。たとえば、複数のピクセルが星または渦巻きの形状で配置され、ディスプレイパネルを形成してよく、ＬＥＤをオンとオフに切り替えることによって、ディスプレイパネル上の異なるパターンを生成することができる。別の特殊例は、自動車のヘッドライトおよびスマートライティングであり、ここでは、いくつかのピクセルが共にグループ化され、様々な照明形状を形成し、ＬＥＤピクセルの各グループは、個々のピクセルドライバによってオンもしくはオフに切り替えられ、または別の方法で調整されることができる。
【００４０】
各ピクセル内のデバイスの横方向配置さえ、様々とすることができる。図２〜図４では、ＬＥＤおよびピクセルドライバは、垂直に配置される。各ＬＥＤは、対応するピクセルドライバ回路の「上部に」位置する。他の配置も可能である。たとえば、ピクセルドライバは、ＬＥＤの「背後」、「前面」、または「隣」に位置することも可能である。
【００４１】
異なるタイプのディスプレイパネルを作製することができる。たとえば、ディスプレイパネルの解像度は、典型的には、８×８から３８４０×２１６０の範囲とすることができる。一般的なディスプレイ解像度は、３２０×２４０の解像度および４：３のアスペクト比を有するＱＶＧＡ、１０２４×７６８の解像度および４：３のアスペクト比を有するＸＧＡ、１２８０×７２０の解像度および１６：９のアスペクト比を有するＨＤ、１９２０×１０８０の解像度および１６：９のアスペクト比を有するＦＨＤ、３８４０×２１６０の解像度および１６：９のアスペクト比を有するＵＨＤ、ならびに４０９６×２１６０の解像度を有する４Ｋを含む。サブミクロン以下から１０ｍｍ以上に及ぶ広範なピクセルサイズがあることもできる。全体的なディスプレイ領域のサイズもまた広く様々とすることができ、数十ミクロン以下の小さい対角から数百インチ以上まで及ぶ。
【００４２】
異なる応用例は、光の明るさについて異なる要件をも有することになる。例示的な応用例は、直視型ディスプレイ画面、家庭／オフィスプロジェクタ用のライトエンジン、ならびに、スマートフォン、ラップトップ、ウェアラブルエレクトロニクス、および網膜投影などポータブルエレクトロニクスを含む。電力消費は、網膜プロジェクタについての数ミリワットと低いものから大画面屋外ディスプレイ、プロジェクタおよびスマート自動車ヘッドライトについて数キロワットと高いものまで様々とすることができる。フレームレートの点では、無機ＬＥＤの高速応答（ナノ秒）により、フレームレートは、小解像度について、ＫＨｚ、さらにはＭＨｚと高いものとすることができる。
【００４３】
詳細な説明は、多数の細目を含むが、これらは、本発明の範囲を限定するものと解釈されるべきでなく、本発明の異なる例および態様を例示するものにすぎないと解釈されてよい。本発明の範囲は、上記で詳細に論じられていない他の実施形態を含むことを理解されたい。たとえば、上記の手法は、ＬＥＤに加えて、およびピクセルドライバ以外の制御回路との機能デバイスの集積に適用することができる。非ＬＥＤデバイスの例は、垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）、光検出器、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、シリコンフォトニックデバイス、パワー電子デバイス、および分布帰還型レーザ（ＤＦＢ）を含む。他の制御回路の例は、電流ドライバ、電圧ドライバ、トランスインピーダンス増幅器、および論理回路を含む。
【００４４】
当業者に明らかになるであろう様々な他の修正、変更、および変形が、添付の特許請求の範囲に定義されている本発明の精神および範囲から逸脱することなしに本明細書に開示されている本発明の方法および装置の配置、動作、および詳細に加えられてよい。したがって、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの合法的な均等物によって決定されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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