特開 2022-126660 発光素子の選択領域におけるエラストマー層の形成

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022126660

(43)【公開日】2022-08-30

(54)【発明の名称】発光素子の選択領域におけるエラストマー層の形成

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/00 20100101AFI20220823BHJP

   H01L 33/44 20100101ALI20220823BHJP

   H01L 21/52 20060101ALI20220823BHJP

   H05K 13/04 20060101ALN20220823BHJP

【ＦＩ】

H01L33/00

H01L33/44

H01L21/52 C

H05K13/04 B

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022085384

(22)【出願日】2022-05-25

(62)【分割の表示】P 2020528948の分割

【原出願日】2018-12-11

(31)【優先権主張番号】15/841,247

(32)【優先日】2017-12-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515046968

【氏名又は名称】メタ プラットフォームズ テクノロジーズ， リミテッド ライアビリティ カンパニー

【氏名又は名称原語表記】ＭＥＴＡ ＰＬＡＴＦＯＲＭＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】110002974

【氏名又は名称】弁理士法人Ｗｏｒｌｄ ＩＰ

(72)【発明者】

【氏名】サケティ， プーヤ

(72)【発明者】

【氏名】ヒューズ， パトリック ジョセフ

(72)【発明者】

【氏名】ヘンリー， ウイリアム パドレイク

(72)【発明者】

【氏名】オキーフ， ジョセフ

(57)【要約】      （修正有）

【解決手段】発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ピックアンドプレース製造作業のためのピックアップヘッドとの接着による取り付けを容易にするエラストマー材料を含む。ＬＥＤは、メサ構造および発光面を画定するエピタキシャル層を含む。メサ構造は、光を発するための能動層を含み、発せられた光は、発光面の発光領域に向かってメサ構造で反射し、かつ発光領域において透過される。エラストマー材料は、発光領域または受動領域などの発光面の一部分上にある。
【効果】発光領域において、エラストマー材料は、発光領域から透過される光を平行化するレンズ状であってよく、また、ピックアップヘッドへの接着を容易にする。受動領域において、エラストマー材料は、発光領域から発せられる光に干渉することなく、ピックアップヘッドへの接着を容易にする。
【選択図】図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光面の、該発光面よりも小さい一部分上でエラストマー材料を形成することと、
前記エラストマー材料をピックアップヘッドに取り付けることによって前記ＬＥＤをピックアップすることと、
電子ディスプレイのディスプレイ基板上に前記エラストマー材料を介して前記ピックアップヘッドに取り付けられた前記ＬＥＤを載置することと、
を含む方法。

【請求項2】

前記エラストマー材料は前記ピックアップヘッドの形状非適合面と接着される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記エラストマー材料は、前記ＬＥＤの前記発光面の発光領域上に形成され、前記エラストマー材料は、前記発光領域から透過される光を平行化するレンズ状である、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記エラストマー材料は、フォトリソグラフィプロセス、マイクロ成形プロセス、転写印刷プロセスのうちの少なくとも１つによって前記ＬＥＤの前記発光面の前記一部分上に形成される、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記エラストマー材料は、前記エラストマー材料および溶剤を含む混合物を形成し、かつ形成された前記混合物を親水性を有する前記発光面の前記一部分上に落とすことによって前記ＬＥＤの前記発光面の前記一部分上に形成される、請求項２に記載の方法。

【請求項6】

前記ＬＥＤは、前記ＬＥＤの第１の側にメサ構造を画定するエピタキシャル層を含み、前記メサ構造は光を発するための能動層を含む、請求項２に記載の方法。

【請求項7】

前記エピタキシャル層は前記発光面を含む前記ＬＥＤの第２の側を画定し、前記ＬＥＤの前記第２の側は前記ＬＥＤの前記第１の側の反対側である、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記ＬＥＤは光に対して透明である基板をさらに含み、前記エピタキシャル層は前記基板の第１の側にあり、前記基板の第２の側は前記発光面を含む前記ＬＥＤの前記第２の側を画定する、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
前記ＬＥＤの第１の側にメサ構造を画定するエピタキシャル層であって、前記メサ構造は光を発するための能動層を含む、エピタキシャル層と、
前記ＬＥＤの前記第１の側の反対側の前記ＬＥＤの第２の側において画定される前記ＬＥＤの発光面であって、前記能動層から発せられる前記光は前記発光面の発光領域に向かって前記メサ構造で反射し、かつ前記発光領域において透過される、発光面と、
前記発光面の前記発光領域上のエラストマー材料であって、前記発光領域から透過された前記光を平行化するレンズ状である、エラストマー材料と、を含む、
発光ダイオード（ＬＥＤ）。

【請求項10】

前記エピタキシャル層は前記発光面を含む前記ＬＥＤの前記第２の側を画定する、請求項９に記載のＬＥＤ。

【請求項11】

前記光に対して透明である基板をさらに含み、前記エピタキシャル層は前記基板の第１の側にあり、前記基板の第２の側は前記発光面を含む前記ＬＥＤの前記第２の側を画定する、請求項９に記載のＬＥＤ。

【請求項12】

前記エラストマー材料は前記発光面の一部分を覆っている、請求項９に記載のＬＥＤ。

【請求項13】

前記能動層からの前記光は、前記メサ構造で反射する時に平行化され、レンズ状の前記エラストマー材料は前記発光領域から透過された前記光を平行化する、請求項９に記載のＬＥＤ。

【請求項14】

前記エラストマー材料はピックアップヘッドの形状非適合面と接着される、請求項９に記載のＬＥＤ。

【請求項15】

発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
前記ＬＥＤの第１の側にメサ構造を画定するエピタキシャル層であって、前記メサ構造は光を発するための能動層を含む、エピタキシャル層と、
前記ＬＥＤの前記第１の側の反対側の前記ＬＥＤの第２の側において画定される前記ＬＥＤの発光面であって、前記能動層から発せられる前記光は前記発光面の発光領域に向かって前記メサ構造で反射し、かつ前記発光領域において透過される、発光面と、
前記発光面の受動領域上に形成され、かつ前記発光面の前記発光領域を露出させる、エラストマー材料と、を含む、発光ダイオード（ＬＥＤ）。

【請求項16】

前記エピタキシャル層は前記発光面を含む前記ＬＥＤの前記第２の側を画定する、請求項１５に記載のＬＥＤ。

【請求項17】

前記光に対して透明である基板をさらに含み、前記エピタキシャル層は前記基板の第１の側にあり、前記基板の第２の側は前記発光面を含む前記ＬＥＤの前記第２の側を画定する、請求項１５に記載のＬＥＤ。

【請求項18】

前記能動層からの前記光は、前記メサ構造で反射する時に平行化され、かつ前記エラストマー材料を通ることなく前記発光領域から透過される、請求項１５に記載のＬＥＤ。

【請求項19】

前記エラストマー材料はピックアップヘッドの形状非適合面と接着される、請求項１５に記載のＬＥＤ。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

電子ディスプレイは、ウェアラブル電子デバイス、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、デスクトップ、テレビ、およびディスプレイシステムに見出され得る。ディスプレイ技術のいくつかの例として、無機発光ダイオード（ＩＬＥＤ）ディスプレイおよび有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイが挙げられる。マイクロ発光ダイオード（ｍＬＥＤ）は、電子ディスプレイのサブピクセルを形成するために使用可能である（例えば、１μｍ^２～２０μｍ^２の能動領域を有する）小型発光素子である。電子ディスプレイを製造するために、ｍＬＥＤは、キャリア基板から、ディスプレイ、または「ディスプレイ基板」の一部を形成するターゲット基板に移行され得る。小さいサイズのｍＬＥＤにより、従来のピックアンドプレース技術は不適当である。さらに、ｍＬＥＤの輝度は、この小さいサイズによって限定される可能性があるため、このようなｍＬＥＤの光抽出効率は非常に低い。

【発明の概要】

【0002】

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ＬＥＤの第１の側にメサ構造を画定するエピタキシャル層と、ＬＥＤの第１の側の反対側のＬＥＤの第２の側において画定されるＬＥＤの発光面と、発光面の発光領域上のエラストマー材料とを含む。エピタキシャル層は、ＬＥＤの第１の側においてメサ構造を画定する。メサ構造は、光を発するための能動層を含む。能動層から発せられる光は、発光面の発光領域に向かってメサ構造で反射し、かつ発光領域において透過される。いくつかの実施形態では、能動層からの光は、メサ構造で反射する時に平行化され、レンズ状のエラストマー材料は発光領域から透過された光を平行化する。

【0003】

いくつかの実施形態では、ＬＥＤは、発光面を含むＬＥＤの第２の側を画定する透明な（例えば、ＬＥＤによって発せられる光に対して）基板を含む。基板は、基板の第１の側においてエピタキシャル層が取り付け可能であり、第１の側の反対側の基板の第２の側は発光面を含む。基板は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系エピタキシャル層用のガラスまたはサファイア基板など、エピタキシャル層が成長する基板であってよい。

【0004】

エラストマー材料は、発光面の一部分を覆うことができるが、発光面全体を覆わない場合がある。いくつかの実施形態では、エラストマー材料は、発光面の発光領域上にあり、かつ発光領域から透過される光を平行化するレンズ状である。ここで、エラストマー材料は、キャリア基板からディスプレイ基板へのＬＥＤのピックアンドプレース中にピックアップヘッドとの接着のための界面層としての役割を果たし、また、発光領域から発せられた光を平行化し、かつ光抽出効率を改善する光学部品としての役割を果たす。他の実施形態では、エラストマー材料は、発光領域と異なる発光面の受動領域上で形成される。ここで、エラストマー材料は、ＬＥＤのピックアンドプレース中のピックアップヘッドとの接着のための界面層として使用されてよく、発光領域から発せられた光に干渉しない。

【0005】

いくつかの実施形態は、電子ディスプレイを製造する方法を含む。方法は、発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光面の一部分上でエラストマー材料を形成することと、エラストマー材料をピックアップヘッドに取り付けることによってＬＥＤをピックアップすることと、電子ディスプレイのディスプレイ基板上にエラストマー材料を介してピックアップヘッドに取り付けられたＬＥＤを載置することと、を含む。ＬＥＤの発光領域上に形成されたエラストマー材料は、発光領域から透過される光を平行化するレンズ状であってよい。他の実施形態では、エラストマー材料は、フォトリソグラフィプロセス、マイクロ成形プロセス、転写印刷プロセスのうちの少なくとも１つによってＬＥＤの発光面の一部分上に形成される。

【0006】

いくつかの構成では、エラストマー材料は、エラストマー材料および溶剤を含む混合物を形成し、かつ形成された混合物を発光面の一部分上に落とすことによってＬＥＤの発光面の一部分上に形成される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】１つの実施形態による、発光面を有する成長基板を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）の断面図である。

【図2】１つの実施形態による、発光面を有するエピタキシャル層を含むＬＥＤの断面図である。

【図3A】１つの実施形態による、発光面の発光領域上にレンズ状のエラストマー材料を有するＬＥＤの断面図である。

【図3B】１つの実施形態による、発光面の受動領域上にエラストマー材料を有するＬＥＤの断面図である。

【図4】１つの実施形態による、基板の発光面から透過される光を平行化するためのレンズ状のエラストマー材料を有するＬＥＤの断面図である。

【図5】１つの実施形態による、ディスプレイ製造システムにおけるピックアンドプレースヘッド（ＰＰＨ）を使用するＬＥＤのピックアップを示す模式図である。

【図6】１つの実施形態による、ディスプレイ製造システムにおけるＰＰＨを使用するＬＥＤの載置を示す模式図である。

【図7】１つの実施形態による、ディスプレイ製造システムにおけるＰＰＨを使用して、ＬＥＤ上のエラストマー材料を介してＬＥＤをピックアンドプレースするためのプロセスを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

図および以下の説明は、単に例示としての実施形態に関する。以下の論述から、本明細書に開示される構造および方法の代替的な実施形態が、本明細書に開示される原理から逸脱することなく用いられてよい実行可能な代替策として容易に認識されるものになることは、留意されるべきである。

【0009】

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ＬＥＤの第１の側においてメサ構造を画定するエピタキシャル層と、ＬＥＤの光抽出効率を高めるためにＬＥＤによって発せられる光を平行化するレンズとして形成される透明なエラストマー層を有するＬＥＤの発光面とを含む。ＬＥＤの発光面は、ＬＥＤの第１の側の反対側のＬＥＤの第２の側で画定される。メサ構造は、光を発するための能動層を含み、能動層から発せられる光は、発光面の発光領域に向かってメサ構造において反射し、かつ発光領域において透過される。エラストマー材料は、電子ディスプレイの製造時にＬＥＤに対するピックアンドプレース動作のためのピックアップヘッドとの接着を容易にするために発光面（例えば、全体）より小さい発光面の一部分を覆う。例えば、エラストマー材料は、発光面の発光領域上にあってよい。いくつかの実施形態では、エラストマー材料は、発光領域から透過される光を平行化するレンズ状である。他の実施形態では、エラストマー材料は、光を発しない発光面の受動領域を覆い、受動領域におけるエラストマー材料は発せられた光に干渉しない。いくつかある利点の中でも特に、ピックアップヘッドとの接着による取り付けを容易にするためにＬＥＤ上で形成されるエラストマー材料は、発光面から除去される必要はないが、これは、エラストマー材料が、光抽出を高める、または発せられた光に干渉しない受動領域にあるからである。

【0010】

ＬＥＤ上で形成されるものとしてエラストマー材料について論述しているが、同様の技法がＬＥＤの代わりに垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）に適用可能であってよい。例えば、エラストマー材料は、ピックアンドプレース動作を容易にするために、または、エラストマー材料がレンズ状である場合、ＶＳＣＥＬから発せられる光を平行化するために、ＶＣＳＥＬの発光面の一部分上に載置されてよい。

【0011】

ＬＥＤの例
図１は、１つの実施形態による、発光ダイオード（ＬＥＤ）１００の断面図である。ＬＥＤ１００はマイクロＬＥＤの一例である。マイクロＬＥＤ（または「μＬＥＤ」もしくは「ｍＬＥＤ」）は、小さい能動発光面積（例えば、１μｍ^２～４００μｍ^２といった２，０００μｍ^２未満）を有する特定のタイプのＬＥＤ１００を指し、平行光出力を含んでよい。平行光出力は、小さい能動発光面積から発せられた光の輝度レベルを増大させる。

【0012】

ＬＥＤ１００は、いくつかある構成部品の中でも特に、ＬＥＤ基板１０２（または「基板１０２」）であって、基板１０２上に半導体エピタキシャル層１０４が配設されているＬＥＤ基板１０２と、エピタキシャル層１０４上に配設される誘導体層１１４と、誘導体層１１４上に配設されるｐ接触子１１６と、エピタキシャル層１０４上に配設されるｎ接触子１１８と、を含んでよい。発光面１１０は基板１０２の一部分であり、エピタキシャル層１０４は基板１０２上に配設される。発光面１１０は、光を発する発光領域１２２と、光を発しない（または、あらかじめ定められた強度閾値を下回るなどの少量の光を発する）１つまたは複数の受動領域１２４と、を含む。受動領域１２４および発光領域１２２はそれぞれ、発光面１１０全体より小さい発光面１１０の領域である。基板１０２は、エピタキシャル層１０４が成長する成長基板であってよい。いくつかの実施形態では、基板１０２は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系エピタキシャル層１０４から発せられた光用のサファイアまたはガラス基板など、ＬＥＤ１００によって発せられた光に対して透明である。

【0013】

他の実施形態では、発光面１１０はエピタキシャル層１０４の一部分であり、基板１０２はＬＥＤ１００から省かれる。例えば、基板１０２は、図２に示されるようにエピタキシャル層１０４上の発光面を露出する、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）プロセスを使用してエピタキシャル層１０４から分離されてよい。基板１０２が、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）系エピタキシャル層１０４から発せられる光用のＧａＡｓ基板などの不透明基板である場合、基板１０２は除去されてよい。エピタキシャル層１０４および基板１０２において使用される材料のタイプは変化し得る。

【0014】

図１に戻ると、エピタキシャル層１０４はメサ１０６に成形される。メサ１０６の形状によって、非成形または標準ＬＥＤと比較する時ＬＥＤ１００の抽出効率が増大することになる。能動（または発光）層１０８（または「能動発光面積」）は、メサ１０６の構造に含まれる。メサ１０６は、ＬＥＤ１００の発光面１１０の反対側の切頭頂部を有する。メサ１０６は、ＬＥＤ１００内に生成される光用の反射筐体を形成するようにほぼ放物形状である。メサ１０６の形状は、エピタキシャル層１０４が基板１０２上で成長した後エピタキシャル層１０４にエッチングされてよく、光抽出効率を高めるさまざまな形状にエッチングされてよい。切頭頂部を有する放物形メサが図１に示されているが、メサ１０６は、切頭頂部を有する円筒形または切頭頂部を有する円錐形などの他の形状を含むことができる。能動層１０８から突出している矢印は、能動層１０８から発せられる光１１２が、光がＬＥＤ１００を出ていくのに十分な角度で（すなわち、発光面１１０の総内部反射の角度の範囲内で）発光面１１０の発光領域１２２に向かってｐ接触子１１６およびメサ１０６の内壁にどのように反射するのかを示す。ｐ接触子１１６およびｎ接触子１１８は、ＬＥＤ１００をディスプレイ基板、とりわけ、ディスプレイ基板のサブピクセルに対する接触パッドに接続する。

【0015】

ＬＥＤ１００は、能動発光面積からの光出力を方向づけ、かつ光出力の輝度レベルを増大させる。メサ１０６は、発光面１１０から出現する擬似平行光ビームを形成するためのウエハー処理工程中にＬＥＤダイ上に直接エッチングされてよい。

【0016】

本明細書に使用されるように、「方向づけられた光」は平行および擬似平行光を含む。例えば、方向づけられた光はＬＥＤの光生成領域から発せられる光であってよく、発せられた光の少なくとも一部分は半角を有するビームに向けられる。これによって、光のビームの方向にＬＥＤの輝度を増大させることができる。そのように、ＬＥＤ１００は、低減させた電流で（例えば、駆動電流のナノアンプ）人間の目に見える光を生じさせる。いくつかの実施形態において適用可能なμＬＥＤに関するさらなる詳細については、全体が参照により本明細書に組み込まれている、米国特許第７，５１８，１４９号に論じられている。

【0017】

エラストマー層を有するＬＥＤをピックアンドプレースするためのＰＰＨの使用など、本明細書に論じられる技法は、μＬＥＤダイのような小型半導体素子に限定されておらず、より緩和した間隔のパラメータによる大型半導体素子にも適用されてよい。

【0018】

図２は、１つの実施形態による、発光面を有するＬＥＤ２００の断面図である。ＬＥＤ２００は、エラストマー材料がピックアップヘッドとの接着を容易にするために形成されてよい発光面を有するＬＥＤの別の例である。ＬＥＤ２００は、いくつかの構成部品の中でも特に、成長基板から分離されているエピタキシャル層１０４上に発光面２１０を含む。

【0019】

発光面２１０は、光１１２を発する発光領域２２２と、光を発しない（または、あらかじめ定められた強度閾値を下回るなどの最小の光を発する）１つまたは複数の受動領域２２４と、を含む。光１１２は、能動層１０８から発せられた光がＬＥＤ２００の発光面２１０の発光領域２２２において発光面２１０に向かってｐ接触子１１６およびメサ１０６の内壁にどのように反射するのかを示す。光１１２の一部分は、光が、出力光２２０としてＬＥＤ２００を出ていくのに十分な角度で（すなわち、総内部反射の角度の範囲内で）発光領域２２２に入射する。

【0020】

ＬＥＤ２００は、能動層１０８から出力された光１１２を方向づけ、かつ出力光２２０の輝度レベルを増大させる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤ２００は、発光面２１０の発光領域２２２から出現する擬似平行光ビームを形成するためのウエハー処理工程中にＬＥＤダイ上に直接エッチングされる放物形構造（または同様の構造）を画定するメサ２０６を有する。出力光２２０は、図１に示されるＬＥＤ１００について上で論じられるように、平行および擬似平行光を含む。

【0021】

図３Ａは、１つの実施形態による、発光面３１０の発光領域２２２上のレンズ状のエラストマー材料３０５を有するＬＥＤ３００の断面図である。ＬＥＤ３００は、図２に示されるＬＥＤ２００の一例であり、エピタキシャル層１０４の発光面３１０の発光領域２２２上にエラストマー材料３０５をさらに含む。ＬＥＤ３００は、いくつかの構成部品の中でも特に、エラストマー層３０５と、エピタキシャル層１０４上に画定される発光面３１０とを含む。同様に、図１に示されるＬＥＤ１００は、基板１０２上の発光面１１０の発光領域１２２上にレンズ状のエラストマー材料を含んでよい。

【0022】

エラストマー層３０５は、発光面３１０上に配設される形状適合層である。エラストマー層３０５は、形状非適合ピックアップ面を含むＰＰＨのピックアップ面とのＬＥＤ３００の取り付けを容易にする。図５および図６と併せて後述されるように、ＬＥＤのそれぞれのエラストマー層３０５は、キャリア基板からディスプレイ基板へのＬＥＤの移行を容易にするためにＰＰＨのピックアップ面に装着するように構成される。エラストマー層３０５はＰＰＨの形状非適合面と接着されてよい。例えば、エラストマー層３０５は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）、ＵＶ硬化性ＰＤＭＳ、ＮｕＳｉｌなどで構成されてよい。エラストマー層３０５は、可視光スペクトルに対する透過性、スピンコーティングによる蒸着、マイクロ成形する能力、硬化後に順応する能力、比較的高温の熱安定性などを含むがこれらに制限されない特性と関連付けられる。

【0023】

いくつかの実施形態では、レンズ状のエラストマー材料３０５は、エラストマー材料３０５を溶剤（例えば、シクロヘキサン、イソブチルメチルケトン）と混合させ、かつ混合させた液体の制御された量を発光領域２２２上に落とすことによって形成される。溶剤は、硬化プロセスまたはその他との関連で蒸発して、レンズ状のエラストマー材料３０５を形成することができる。

【0024】

いくつかの実施形態では、レンズ状のエラストマー層３０５は、フォトリソグラフィプロセスを使用して発光面３１０上に形成される。エラストマー材料はフォトレジストと混合される。プロセスは、発光面３１０上での前処理（例えば、クリーニング、脱水など）を行うこと、発光面３１０上でフォトレジストを有するエラストマー材料を回転させること、およびエラストマー材料およびフォトレジストの一部分を露光させることをさらに含む。ポジ型フォトレジスト材料の例では、発光領域２２２にわたるフォトレジスト材料３０５の一部分は光から遮られ、受動領域２２４にわたるフォトレジスト材料の他の部分は露光させて、他の部分を可溶性にする。フォトレジスト材料の可溶性部分はさらにまた、フォトレジスト現像液などにおいて受動領域２２４上のエラストマー材料と共に溶解させる。そのように、エラストマー材料３０５は発光領域２２２に残っている。エラストマー材料３０５は材料を硬化させるために加熱させてよい。いくつかの実施形態では、エッチングまたは他のエラストマー材料除去プロセスを使用して、エラストマー材料３０５を、発光面３１０から透過される光を平行化する所望のレンズ状に成形してよい。１つの例では、レンズ状のエラストマー材料３０５は、マイクロニードルマトリックス、ピエゾディスペンサ、インクジェットプリンタなどのうちの少なくとも１つを使用することによって、ＬＥＤ３００の部分面積を親水性にし、かつ有機材料を蒸着させることによって、形成される。このような構成では、エラストマー材料３０５は、ＬＥＤ３００上の親水性を有するＬＥＤ３００の部分面積上にのみ形成される。異なる例では、レンズ状のエラストマー材料３０５は、エラストマー材料３０５の部分成型のためのマスタモールドを作成すること、マスタモールドに希釈形態のエラストマー材料３０５を充填すること、エラストマー材料３０５を硬化させること、およびエラストマー材料３０５を離型させることによって形成される。

【0025】

ＬＥＤ３００は、示されるように能動層１０８から出力される光１１２を方向づけて、メサ２０６に向かって発せられる一部分は、メサ２０６で反射しかつ平行化され、発光領域２２２に向けられる。平行光は方向づけられるため、ＬＥＤ３００に面するビューアに対する光１１２の輝度レベルは増大する。臨界角の範囲内の発光領域２２２に入射する光１１２の一部分は、発光領域２２２を通して透過される。透過された光１１２は、レンズ状のエラストマー材料３０５によってさらに平行化され、方向付けられた光３２０として出力される。よって、ＬＥＤ３００の能動層１０８から発せられる光の一部分は、メサ２０６、さらに、レンズ状のエラストマー材料３０５の両方で平行化される。エラストマー材料３０５は、可視光に対する透過性、調整可能な屈折率、８０℃を下回る（約３０，０００時間の）経時安定性などを含むがこれらに制限されない光学的性質と関連付けられる。

【0026】

図３Ｂは、１つの実施形態による、発光面の受動領域上のエラストマー材料３３０を有する発光素子（ＬＥＤ）３０２の断面図である。ＬＥＤ３０２は、図２に示されるＬＥＤ２００の一実施形態であり、エピタキシャル層１０４の発光面３１０の受動領域２２４上にエラストマー材料３３０をさらに含む。発光面３１０は、ＬＥＤ３０２が出力光３２５を出力する発光領域２２２と異なる１つまたは複数の受動領域を含んでよい。

【0027】

受動領域２２４上のエラストマー材料３３０は、出力光３２５に干渉しない。それにもかかわらず、エラストマー材料３３０は、図５～図７を参照して後述されるように、ディスプレイ基板上のＬＥＤの組み立て中のＰＰＨとのＬＥＤ３０２の取り付けのために適合界面層をもたらす。エラストマー材料３３０は、平面層、レンズ、または他の形状に成形されてよい。さらに、発せられた光に対して不透明なエラストマー材料３３０が使用されてよい。

【0028】

図４は、１つの実施形態による、基板１０２の発光面４１０から透過される光を平行化するためのレンズ状のエラストマー材料３０５を有するＬＥＤ４００の断面図である。ＬＥＤ４００は、図１のＬＥＤ１００の一例であり、基板１０２の発光面４１０の発光領域１２２上にレンズ状のエラストマー材料３０５をさらに含む。発光面４１０は基板１０２の一部分であり、エピタキシャル層１０４は基板１０２上に配設される。エピタキシャル層１０４は基板１０２上で成長することができ、基板１０２は能動層１０８から発せられる光に対して透明な基板であってよい。

【0029】

ＬＥＤ４００は、示されるように能動層１０８から出力される光１１２を方向づけて、メサ２０６に向かって発せられる一部分は、メサ２０６で反射しかつ平行化され、発光領域２２２に向けられる。平行光は方向づけられるため、ＬＥＤ４００に面するビューアに対する光１１２の輝度レベルは増大する。臨界角の範囲内の発光領域１２２に入射する光１１２の一部分は、発光領域１２２を通して透過される。透過された光１１２は、レンズ状のエラストマー材料３０５によってさらに平行化され、方向付けられた光４２０として出力される。よって、ＬＥＤ４００の能動層１０８から発せられる光の一部分は、メサ１０６、さらに、レンズ状のエラストマー材料３０５の両方で平行化される。

【0030】

ＬＥＤピックアンドプレースプロセス
図５は、１つの実施形態による、ディスプレイ製造システム５００におけるＰＰＨを使用するＬＥＤのピックアップを示す模式図である。製造システム５００は、いくつかの構成部品の中でも特に、ＰＰＨ５０２、コントローラ５０６、視覚フィードバックシステム５０８、１つまたは複数のＬＥＤ５１２、マイクロマニピュレータ５１４、キャリアステージ５１６、およびキャリア基板５２２を含む。ＬＥＤ５１２はそれぞれ、発光面の一部分上にエラストマー材料５５０を含む。エラストマー材料５５０は、レンズ状でかつ発光領域上のエラストマー材料３０５であってよい、または受動領域上のエラストマー材料３３０であってよい。ピックアップヘッドとしてＰＰＨを使用するＬＥＤが本明細書では論じられているが、エラストマー材料５５０による接着力を利用することが可能な他のタイプのピックアップヘッドも使用可能である。

【0031】

視覚フィードバックシステム５０８は、ＰＰＨ５０２およびキャリア基板５２２上のＬＥＤ５１２の画像を生成し、かつその画像をコントローラ５０６に提供する。ＰＰＨ５０２およびキャリア基板５２２上のＬＥＤ５１２の相対位置を指示する画像に基づいて、コントローラ５０６は、ＰＰＨ５０２を移動させるために制御信号をマイクロマニピュレータ５１４に送信する。

【0032】

ＰＰＨ５０２は、ピックアップ面５０４ＡがＬＥＤ５１２の配列と整合するようにキャリア基板５２２と整合させる。さらに、ＰＰＨ５０２が、複数のピックアップ面５０４上のＬＥＤ５１２の配列をピックアップするためにＬＥＤ５１２の配列に沿って並んで回転可能であるように整合される。

【0033】

いくつかの実施形態では、ＰＰＨ５０２を整合させることは、適正な整合時にキャリア基板５２２上にＰＰＨ５０２を位置付けるために６自由度などに沿って複数の自由度に沿ってＰＰＨ５０２を移動させることを含んでよい。いくつかの実施形態では、ＰＰＨ５０２およびキャリア基板５２２を整合させることは、キャリア基板５２２の位置を調節することを含んでよい。例えば、コントローラ５０６はキャリアステージ５１６を制御し、かつ１または複数の自由度に沿ってキャリアステージ５１６の位置を調節してよい。

【0034】

ＰＰＨ５０２は、ＰＰＨ５０２の第１のピックアップ面５１４Ａによって１つまたは複数のＬＥＤをピックアップするためにキャリア基板５２２上でエラストマー材料５５０を有する１つまたは複数のＬＥＤ５１２に向かって移動させられる。例えば、整合の後で、ＰＰＨ５０２は、ＬＥＤ５１２に向かって下げられてピックアップ面５０４ＡによってＬＥＤ５１２をピックアップする。

【0035】

ＰＰＨ５０２が第１のピックアップ面５１４Ａによって１つまたは複数のＬＥＤ５１２をピックアップした後で、ＰＰＨ５０２は、ＰＰＨ５０２の第２のピックアップ面５０４Ｂによって１つまたは複数の第２のＬＥＤ５１２をピックアップするために回転する。第２のピックアップ面５０４Ｂは、図５に示されるように、第１のピックアップ面５０４Ａに隣接していてよい、または第１のピックアップ面５０４Ａに隣接していないピックアップ面であってよい。

【0036】

載置プロセスの例
図６は、１つの実施形態による、ディスプレイ製造システム５００におけるＰＰＨを使用するＬＥＤの載置を示す模式図である。ディスプレイ製造システム５００は、ＰＰＨ５０２、１つまたは複数のＬＥＤ５１２、マイクロマニピュレータ５１４、コントローラ５０６、視覚フィードバックシステム５０８、ターゲットステージ６２０、およびディスプレイ基板６１８を含む。

【0037】

視覚フィードバックシステム５０８は、ＬＥＤ５１２が取り付けられたＰＰＨ５０２およびディスプレイ基板６１８の画像を生成し、その画像をコントローラ５０６に提供する。ＬＥＤ５１２を有するＰＰＨ５０２およびディスプレイ基板６１８の相対位置を指示する画像に基づいて、コントローラ５０６は、ＰＰＨ５０２を移動させるために制御信号をマイクロマニピュレータ５１４に送信する。

【0038】

ＬＥＤの載置中にＰＰＨ５０２を制御するマイクロマニピュレータ５１４は、ＬＥＤのピックアップ中にＰＰＨ５０２を制御する同じマイクロマニピュレータであってよい、またはＬＥＤが取り付けられたＰＰＨ５０２を受ける異なるマイクロマニピュレータであってよい。ＰＰＨ５０２は、ピックアップ面５０４Ａの長さに沿ったＬＥＤ５１２の配列を含むピックアップ面５０４Ａがディスプレイ基板６１８上のＬＥＤ５１２に対する対応するダイ載置場所と整合するようにディスプレイ基板６１８と整合させる。さらに、ＰＰＨ５０２が、ディスプレイ基板６１８上のＰＰＨ５０２の複数のピックアップ面５０４上にＬＥＤ５１２を載置するためにディスプレイ基板６１８に沿って並んで回転可能であるように整合される。

【0039】

ＰＰＨ５０２は、ディスプレイ基板６１８上に１つまたは複数のＬＥＤ５１２を載置するためにディスプレイ基板６１８に向かってＰＰＨ５０２のピックアップ面５０４に取り付けられた１つまたは複数のＬＥＤ５１２と共に移動する。例えば、整合の後で、ＰＰＨ５０２は、ディスプレイ基板６１８に向かって下げられてＬＥＤ５１２をディスプレイ基板６１８上に載置する。

【0040】

ＰＰＨ５０２がディスプレイ基板６１８上に第１のピックアップ面５０４Ａによって取り付けられた１つまたは複数のＬＥＤ５１２を載置した後で、ＰＰＨ５０２は、ディスプレイ基板６１８上にＰＰＨ５０２の第２のピックアップ面５０４Ｂに取り付けられた１つまたは複数のＬＥＤ５１２を載置するために回転する。第２のピックアップ面５０４Ｂは、図６に示されるように、第１のピックアップ面５０４Ａに隣接していてよい、または第１のピックアップ面５０４Ａに隣接していないピックアップ面であってよい。

【0041】

ディスプレイ基板６１８にＰＰＨ５０２からＬＥＤが装着された後、ＰＰＨ５０２はディスプレイ基板６１８から離れる。例えば、ＰＰＨ５０２は、キャリア基板５２２からのＬＥＤの後続のピックアップ、およびディスプレイ基板６１８上でのピックアップ済みＬＥＤの載置などのためにディスプレイ基板６１８から離れるように持ち上げられてよい。

【0042】

図７は、１つの実施形態による、ディスプレイ製造システム５００のＰＰＨを使用して、ＬＥＤ上のエラストマー材料を介してＬＥＤをピックアンドプレースするためのプロセス７００を示すフローチャートである。プロセス７００は、ＰＰＨ５０２によって行われるように論じられているが、ＬＥＤの発光面の一部分上に形成されるエラストマー材料による接着による取り付けが可能である他のタイプのピックアップヘッドが使用されてよい。

【0043】

エラストマー材料は、ＬＥＤの発光面の一部分上に形成される７１０。エラストマー材料は、レンズ状のエラストマー材料３０５であってよく、発光面の発光領域上に形成されてよい、または、発光面の受動領域上に形成されるエラストマー材料３３０であってよい。

【0044】

ディスプレイ製造システム５００のＰＰＨ５０２などのピックアップヘッドは、発光面の一部分上におけるエラストマー材料によって取り付けることによってＬＥＤをピックアップする７２０。

【0045】

ピックアップヘッドは、電子ディスプレイのディスプレイ基板６１８上にエラストマー材料を介してピックアップヘッドに取り付けられたＬＥＤを載置する７３０。それぞれのＬＥＤは電子ディスプレイのサブピクセルを形成してよい。ディスプレイ基板６１８は、ＬＥＤのｎ接触子およびｐ接触子と連結する接触パッドを含んでよい。ＬＥＤは、熱圧着プロセスまたはレーザ結合プロセスを使用してディスプレイ基板と結合されかつ電気的に接続可能である。ディスプレイ基板６１８は、それぞれ制御回路に接続されたＬＥＤを駆動する制御回路または制御系統（例えば、データおよびゲート信号系統）を含んでよい。

【0046】

本発明の実施形態の前述の説明は、例示の目的で提示されており、網羅的であることも、開示される正確な形態に本発明を限定することも意図されていない。多くの修正および変形が上記の開示を考慮して可能であることを、当業者は理解可能である。

【0047】

本明細書において使用される用語は、主に読み易さおよび教授の目的で選択されており、本発明の主題を叙述するまたはその範囲を定めるために選択されていない可能性がある。従って、本発明の範囲は、この詳細な説明によって限定されず、むしろ、本明細書に基づく出願上で公布される全ての請求項によって限定されることが意図されている。したがって、本発明の実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に記載される本発明の範囲の例示を意図したものであり、限定することを意図していない。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【手続補正書】

【提出日】2022-06-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
前記ＬＥＤの第１の側にメサ構造を画定するエピタキシャル層であって、前記メサ構造は光を発するための能動層を含む、エピタキシャル層と、
前記ＬＥＤの前記第１の側の反対側の前記ＬＥＤの第２の側において画定される前記ＬＥＤの発光面であって、前記能動層から発せられた前記光は前記発光面の発光領域に向かって前記メサ構造で反射し、かつ前記発光領域において透過される、発光面と、
前記発光面の前記発光領域上のエラストマー材料であって、前記発光領域から透過された前記光を平行化するレンズ状である、エラストマー材料と、を含む、
発光ダイオード（ＬＥＤ）。

【請求項2】

前記エピタキシャル層は、前記発光面を含む前記ＬＥＤの前記第２の側を画定する、請求項１に記載のＬＥＤ。

【請求項3】

前記光に対して透明である基板をさらに含み、前記エピタキシャル層は前記基板の第１の側にあり、前記基板の第２の側は前記発光面を含む前記ＬＥＤの前記第２の側を画定する、請求項１に記載のＬＥＤ。

【請求項4】

前記エラストマー材料は前記発光面の一部分を覆っている、請求項１に記載のＬＥＤ。

【請求項5】

前記能動層からの前記光は、前記メサ構造で反射する時に平行化され、レンズ状の前記エラストマー材料は前記発光領域から透過された前記光を平行化する、請求項１に記載のＬＥＤ。

【請求項6】

前記エラストマー材料は、ピックアップヘッドの形状非適合面と接着される、請求項１に記載のＬＥＤ。

【外国語明細書】