特許 7077320 コリメートされたＬＥＤの光照射野ディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-05-20

(45)【発行日】2022-05-30

(54)【発明の名称】コリメートされたＬＥＤの光照射野ディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   G09F 9/33 20060101AFI20220523BHJP

   G09F 9/00 20060101ALI20220523BHJP

   G02B 27/18 20060101ALI20220523BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20220523BHJP

   H01L 33/58 20100101ALI20220523BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20220523BHJP

【ＦＩ】

G09F9/33

G09F9/00 313

G02B27/18 A

G02B3/00 A

H01L33/58

H01L33/00 L

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2019530717

(86)(22)【出願日】2017-12-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-01-16

(86)【国際出願番号】 US2017065563

(87)【国際公開番号】W WO2018107150

(87)【国際公開日】2018-06-14

【審査請求日】2020-12-11

(31)【優先権主張番号】62/432,156

(32)【優先日】2016-12-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390040660

【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ホワイト， ジョン エム．

(72)【発明者】

【氏名】ベンチャー， クリストファー デニス

(72)【発明者】

【氏名】トータドリ， マニヴァンナン

(72)【発明者】

【氏名】フィッサー， ロバート ヤン

【審査官】小野 博之

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０５９５９６７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－０１０６３１３（ＫＲ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／０１６４６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１４／０４９７７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－２３１１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０２０７９６４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０１６－５２６２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３００７０９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０９Ｆ ９／００－４６

Ｇ０２Ｆ １／１３－１／１４１

１／１５－１／１９

Ｈ０１Ｌ ２７／３２

５１／５０

Ｈ０５Ｂ ３３／００－３３／２８

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

Ｇ０２Ｂ ２７／００－２７／６４

Ｇ０２Ｂ １／００－１／０８

３／００－３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のマイクロレンズ群を備えた光照射野ディスプレイであって、
各マイクロレンズ群は複数のマイクロレンズを含み、
各マイクロレンズは、その下方に位置づけられた対応するマイクロＬＥＤデバイスアレイを有し、当該マイクロＬＥＤデバイスアレイは複数のマイクロＬＥＤデバイスを備え、
前記マイクロＬＥＤデバイスアレイの各マイクロＬＥＤデバイスは、前記マイクロＬＥＤデバイスのアクティブ層積層体によって発せられる光をコリメートし且つ当該コリメートされた光を、前記マイクロＬＥＤデバイスの上方に位置づけられたマイクロレンズに方向付けるように形成された反射面を備え、
マイクロレンズ群の１つ又は複数のマイクロレンズが、マイクロＬＥＤデバイスのそれぞれからの前記コリメートされた光を、対応する複数の方向に方向付ける凹形状を有し、前記方向のそれぞれは角度視野に対応し、角度視野の数は角度分解能に対応する、
光照射野ディスプレイ。

【請求項2】

マイクロレンズ群の隣接する３つのマイクロレンズが、当該３つのマイクロレンズの中心が正三角形を形成するように配置されている、請求項１に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項3】

前記マイクロレンズ群が少なくとも３つのマイクロレンズを含み、各マイクロＬＥＤデバイスアレイのマイクロＬＥＤデバイスは互いに同じ色の光を発し、前記マイクロレンズのそれぞれの下方にそれぞれ位置付けられたマイクロＬＥＤデバイスアレイは光を集合的に発し、１つのマイクロレンズの下方のマイクロＬＥＤデバイスアレイの光の色は、他のマイクロレンズの下方のマイクロＬＥＤデバイスアレイの光の色とは異なる、請求項１に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項4】

前記マイクロＬＥＤデバイスの１つ又は複数は、
アクティブ層積層体と、
前記アクティブ層積層体上に配置された透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層であって、当該透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層と前記アクティブ層積層体の少なくとも一部分は実質的に円形放物形状を成す、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層と、
前記透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層上に配置された電気絶縁層であって、内部に開口が形成されている電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上に配置された反射層であって、前記反射層は前記反射面を備え、前記反射面の対称軸は前記アクティブ層積層体の平行面に直交する、反射層と
を備える、請求項３に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項5】

少なくとも３つのマイクロレンズのそれぞれの下方にそれぞれ位置付けられた前記マイクロＬＥＤデバイスアレイのそれぞれから集合的に発せられる光の色が、赤、緑、及び青を含む、請求項４に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項6】

前記マイクロＬＥＤデバイスアレイの前記マイクロＬＥＤデバイスが、六角形パターンに配置される、請求項１に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項7】

複数のピクセルを備えた光照射野ディスプレイであって、前記ピクセルの数は空間分解能に対応し、各ピクセルは、
複数のマイクロＬＥＤアレイであって、各マイクロＬＥＤアレイは単色の複数のマイクロＬＥＤデバイスを備える、マイクロＬＥＤアレイと、
各マイクロＬＥＤアレイの上方にそれぞれ位置付けられた複数のマイクロレンズと
を備え、マイクロＬＥＤアレイの各マイクロＬＥＤデバイスは、コリメートされた光を対応するマイクロレンズに方向付けるように構成され、前記対応するマイクロレンズは、前記複数のマイクロＬＥＤデバイスからの前記コリメートされた光の方向を、対応する複数の方向へと変更する凹形状を有し、対応する複数の角度視野を提供し、角度視野の数は角度分解能に対応する、
光照射野ディスプレイ。

【請求項8】

ピクセルが複数のマイクロＬＥＤアレイを含み、各マイクロＬＥＤアレイの上には複数のマイクロレンズの対応するマイクロレンズが重なるように位置付けられており、前記マイクロＬＥＤアレイの少なくとも２つによって供給される光の色が互いに異なる、請求項７に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項9】

各ピクセルが、三角構成に配置された３つの凹レンズを備える、請求項７に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項10】

各マイクロＬＥＤアレイが、少なくとも３つのマイクロＬＥＤデバイスを備える、請求項７に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項11】

各マイクロＬＥＤアレイの前記複数のマイクロＬＥＤデバイスが、六角形パターンに配置される、請求項７に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項12】

複数のピクセルを備えた光照射野ディスプレイであって、ピクセルの数は空間分解能に対応し、各ピクセルは、
基板パネル上に形成された複数の光方向付け特徴と、
前記複数の光方向付け特徴のそれぞれの下方に位置付けられた対応する複数のマイクロＬＥＤデバイスと
を備え、前記対応するマイクロＬＥＤデバイスは、アクティブ層積層体と、当該アクティブ層積層体によって発せられた光をコリメートし且つ当該コリメートされた光を対応する前記光方向付け特徴に方向付けるために使用される反射層とを備え、
前記複数の光方向付け特徴は、マイクロＬＥＤデバイスのそれぞれからの前記コリメートされた光を、対応する複数の方向に方向付け、前記方向のそれぞれは角度視野に対応し、角度視野の数は角度分解能に対応する、
光照射野ディスプレイ。

【請求項13】

前記基板パネルが前記複数のピクセルに広がる、請求項１２に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項14】

同じ色の光を発するマイクロＬＥＤデバイスが、直線状ストリップ又はクラスタとして配置される、請求項１２に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項15】

前記直線状ストリップ又はクラスタが、アレイ状に位置付けられる、請求項１４に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項16】

前記反射層が、実質的に円形放物面鏡を形成する、請求項１２に記載の光照射野ディスプレイ。

【請求項17】

前記マイクロＬＥＤデバイスの１つ又は複数が、
前記アクティブ層積層体と、
前記アクティブ層積層体上に配置された透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層であって、当該透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層と前記アクティブ層積層体の少なくとも一部分は実質的に円形放物形状を成す、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層と、
前記透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層上に配置された電気絶縁層であって、内部に開口が形成されている電気絶縁層と、
前記電気絶縁層上に配置された前記反射層であって、前記反射層は反射面を備え、前記反射面の対称軸は前記アクティブ層積層体の平行面に直交する、反射層と
を備える、請求項１６に記載の光照射野ディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［０００１］本開示の実施形態は、概して、光照射野ディスプレイ、及び光照射野アレイを用いて画像を表示する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

［０００２］周囲の世界に対する三次元（３Ｄ）の認識は、主に立体視（右目と左目によって別個に視認した２次元画像の収束及び／又は発散が脳の中で組み合わさって、深さの認識を与える）に関連しているという長年の考えは、大部分において真実ではないことが証明されている。収束／発散に加えて、頭と目の動きからの視覚的なキュー（ｖｉｓｕａｌ ｃｕｅｓ）が、三次元で周囲の世界を認識する能力に実質的に影響を与えることが今では知られている。例えば、図１の観察者は、左右に頭を動かすと、鳥と山との間の相対運動を認識するが、この相対運動は、観察者が鳥と木との間で認識した相対運動よりも大きく、それにより、山が最も離れていることが示される。これは、一般的に運動視差として知られている。同様に、観察者が目の焦点を鳥に合わせると、山が木よりもぼやけているように見えるが、これも鳥に対する木と山との間の相対的な距離を示している。これは、一般的にぼやけキュー解釈（ｂｌｕｒ ｃｕｅ ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ）として知られている。運動視差及びぼやけキュー解釈の両方、並びにその他の視覚キューは、角度情報を必要とする。この角度情報には、物体の表面から反射した光アレイの強度と、光アレイが物体から観察者へと移動するときの、観察者の焦平面に対する光アレイの角度との両方が含まれる。物体の同表面から反射した、観察者の焦平面に対する様々な角度の光アレイは、様々な強度を有することになる。光照射野の技術領域における進歩により、膨大な量の角度情報を取得可能な光照射野カメラがもたらされた。しかしながら、現在のディスプレイ技術では、ユーザ入力に頼ることなく画像を表示するために、光照射野カメラが取得したすべての角度情報を取得して使用することができない。

【0003】

［０００３］したがって、当該技術分野においては、高角度分解能の光照射野ディスプレイが必要とされている。

【発明の概要】

【0004】

［０００４］一実施例では、ピクセルは、複数のマイクロレンズ、及び各マイクロレンズの下方に位置付けされた複数のコリメートされた発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えており、複数のマイクロレンズのそれぞれのマイクロレンズの下方のＬＥＤは、同じ色の光を生成するように構成されている。

【0005】

［０００５］別の実施例では、光照射野ディスプレイは、複数のピクセルを備え、複数のピクセルの各ピクセルは、複数のマイクロレンズ、及び各マイクロレンズの下方に位置付けされた複数のコリメートされた発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えており、複数のマイクロレンズのそれぞれのマイクロレンズの下方のＬＥＤは、同じ色の光を生成するように構成されている。

【0006】

［０００６］別の実施例では、光照射野ディスプレイは、複数のピクセルを備え、複数のピクセルの各ピクセルは、基板パネル上に形成された複数の光方向付け特徴、及びそれぞれの光方向付け特徴の下方に位置付けされた複数のコリメートされた発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えており、複数のコリメートされたＬＥＤは、それによって生成された光の色に応じて直線状ストリップ状に配置されている。

【図面の簡単な説明】

【0007】

［０００７］本開示の上述の特徴を詳細に理解することができるように、上記で簡単に要約された本開示のより具体的な説明は、実施形態を参照することによって得ることができる。そのうちの幾つかの実施形態は添付の図面で例示されている。しかしながら、添付の図面は、例示的な実施形態のみを示しており、したがって、本開示がその他の等しく有効な実施形態も許容し得るので、範囲を限定すると見なすべきではないことに留意されたい。

【0008】

【図1】観察者の視点からの角度に関する光の情報を示す。

【図2A-C】本開示の一態様に係る、ディスプレイのピクセル配列を概略的に示す。

【図2D】本開示の一態様に係る、ピクセル配列からの光アレイの方向付けを概略的に示す。

【図3A】一実施形態に係る、ＬＥＤの概略断面図である。

【図3B】図３Ａの線３Ｂ－３Ｂに沿って切り取られた、図３Ａに示すＬＥＤの一部の断面図である。

【図4】一実施形態に係る、ＬＥＤを形成する方法を示すフロー図である。

【図5A-D】図４に示す方法によるＬＥＤの形成を概略的に示す。

【図5E-H】図４に示す方法によるＬＥＤの形成を概略的に示す。

【図6A】他の実施形態に係る、ピクセル配列の概略図である。

【図6B】他の実施形態に係る、ピクセル配列の概略図である。

【0009】

［００１６］理解を容易にするために、図に共通する同一の要素を指し示すために、可能な場合には、同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、さらなる記述がなくても、他の実施形態に有益に組み込むことができると考えられている。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［００１７］本開示は、概して、光照射野（ｌｉｇｈｔ ｆｉｅｌｄ）ディスプレイ、及び光照射野アレイを用いて画像を表示する方法に関する。一実施例では、本開示は、光照射野ディスプレイにおいて使用するためのピクセル配列に関連する。各ピクセルは、各ピクセルのそれぞれのマイクロレンズに隣接して位置付けされた、マイクロＬＥＤなどの複数のＬＥＤを含む。

【0011】

［００１８］図２Ａ－２Ｃは、本開示の一態様に係る、光照射野ディスプレイ２００のピクセル配列２０２を概略的に示す。図２Ａは、光照射野ディスプレイ２００のピクセル２２０を有するピクセル配列２０２の拡大図を示す。図２Ｂは、ピクセル配列２０２の単一ピクセル２２０の平面図を概略的に示す。図２Ｃは、マイクロレンズ、及びコリメートされた発光ダイオード（ＬＥＤ）（ｃｏｌｌｉｍａｔｅｄ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ）の平面図を概略的に示す。

【0012】

［００１９］光照射野ディスプレイ２００は、可視画像を生成するように構成されており、複数のピクセル２２０を含む。複数のピクセル２２０は、プロセッサ２０４によって制御されて、光を生成し、ひいては可視画像を形成する。複数のピクセル２２０は、２次元六角形アレイ又はその他の平面構成などのピクセル配列２０２で配置される。各ピクセル２２０は、複数のマイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇを含み、これらのマイクロレンズの下方には、コリメートされたマイクロＬＥＤなどの複数のコリメートされた発光ダイオード（ＬＥＤ）２２６が位置付けされている。図示の実施例では、各ピクセル２２０のマイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇは、互いに対して三角構成に配置されており、これにより、光照射野ディスプレイ２００におけるピクセル２２０の密集配置が促進される。ピクセル配列２０２内に複数のピクセル２２０があることにより、ピクセル配列２０２内でマイクロレンズのオフセット列が生じる結果となる（例えば、水平方向に整列しているが、垂直配向で位置ずれしているか、その逆のような状況）。この密集配置により、観察者によって認識される分解能が改善される。

【0013】

［００２０］各マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇの下方には、所望の波長の光を発するように構成された複数のコリメートされたＬＥＤ２２６（図２Ｃでは２つが参照番号を付けられている）がある。図２Ｃではマイクロレンズ２２４ｒのみが示されているが、マイクロレンズ２２４ｂ及び２２４ｇも同様に構成されていることを理解するべきである。一実施例では、マイクロレンズ２２４ｒの下方のＬＥＤ２２６は、赤色光を発するように構成され、マイクロレンズ２２４ｂの下方のＬＥＤ２２６は、緑色光を発するように構成され、マイクロレンズ２２４ｂの下方のＬＥＤ２２６は、青色光を発するように構成されている。言い換えると、マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇのそれぞれの下方にある各群のＬＥＤ２２６は、単色である。典型的に、赤色ＬＥＤ２０６は、約６２０ｎｍから約７８０ｎｍの間の範囲内の波長を有する光を生成し、緑色ＬＥＤ２２６は、約４９５ｎｍから約５８０ｎｍの間の範囲内の波長を有する光を生成し、青色ＬＥＤ２０３ｂは、約４５０ｎｍから約４９５ｎｍの間の範囲内の波長を有する光を生成する。

【0014】

［００２１］本開示の目的のために、３つ以上のマイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇの各群、及びそれに関連付けられたＬＥＤ２２６は、ＲＧＢ光を発するように構成されたピクセル２２０を構成する。各マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇは、互いに隣接するように配置されたそれぞれのＬＥＤ２２６に対応する１色の光（又は特定の波長範囲内の光）をコリメート且つ／又は伝達するように適合され得る。一実施例では、２４個のＬＥＤ２２６が、マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇのそれぞれの下方に位置付けされる。このような実施例では、各ピクセル２２０は、複数の角度（例えば、指向性）分解能を有する空間分解能の単一ピクセルである。具体的には、各角度分解能は、単一のマイクロレンズの下方にあるＬＥＤ２２６のうちの１つに対応し、したがって、各マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇの下方に位置付けされた２４個のＬＥＤ２２６は、それぞれ、２４の角度分解能のうちの１つに対応する。したがって、ピクセル２２０の数、特に、それによって生成された角度分解能の数は、光照射野ディスプレイ２００の有効分解能を決定する。

【0015】

［００２２］一実施例では、光照射野ディスプレイ２００は、１９２０×１０８０ピクセル２２０を含む。各ピクセル２２０は、マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇを含み、それぞれ、これらに対応する２４個のＬＥＤ２２６を有する。したがって、各ピクセル２２０は、２４の角度分解能を有し、光照射野ディスプレイ２００のために４６０８０×２５９２０の有効照射野分解能（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｌｉｇｈｔ ｆｉｅｌｄ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）を生成する。各マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇの下方に２４個より多くの又はより少ないＬＥＤ２２６を位置付けしてもよく、又は、１９０２×１０８０より多くの又はより少ないピクセル２２０が光照射野ディスプレイ２００において利用されてよいと考えられている。

【0016】

［００２３］ＬＥＤ２２６は、各マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇの下方において「階段状ダイヤモンド（ｓｔｅｐｐｅｄ ｄｉａｍｏｎｄ）」構成で位置付けされる。「階段状ダイヤモンド」構成は、各マイクロレンズの下方における使用可能なランドスケープを最大化し、光照射野ディスプレイ２００の密集化をさらに促進し、それにより、認識可能な分解能を改善する。しかしながら、ＬＥＤ２２６の他の構成（例えば、六角形、長方形、「十字形」又は「プラス記号」）も考えられることに留意されたい。一態様では、それぞれのマイクロレンズの下方のＬＥＤ２２６の数を最大限にするためにＬＥＤ２２６の構成が選択される。

【0017】

［００２４］マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇは、所望の角度分解能をもたらすために、所望の方向にＬＥＤ２２６から光を方向付けるための凹形状又は表面を有する。マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇは凹状であるように説明されるが、凸レンズ、平面レンズ（例えば、メタレンズ）、又はフレネルレンズなどの他のレンズ形状を利用し得ることが考えられている。一実施例では、各ＬＥＤ２２６は、ピクセル配列２０２の平面に対して直交するように（例えば、ピクセル２２０の平面及びＬＥＤ２２６の平面に対して直交するように）光を上方に向けて方向付ける。各ＬＥＤ２２６から上方に方向付けられた光は、次いで、図２Ｄに関連して説明されるように、マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇのそれぞれによって所定の方向に方向付けられる。

【0018】

［００２５］図２Ｄは、ピクセル２２０のマイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇから出る光の指向性要素を示す。簡単に説明すると、各マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇの隣に９つのＬＥＤ２２６しか示されていない（ピクセル２２０ごとの９つの角度分解能に対応する）が、より高い又はより低い角度分解能を生成するために、９つより多くの又はより少ないＬＥＤ２２６が利用してもよいことを理解されたい。

【0019】

［００２６］動作中、各ＬＥＤ２２６は、光照射野ディスプレイ２００の表面に対して直角な方向（例えば、ｚ軸）にコリメートされた光を生成する。生成された光がそれぞれのマイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇを通過するにつれて、各ＬＥＤからの光は、ピクセル２２０の角度分解能に対応する複数の所定の方向のうちの１つの方向に方向付けられる。各マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇに隣接するＬＥＤ２２６は、偏差、すなわち主要出射方向（ｚ軸）の角度θと、ディスプレイ表面２１０の平面における北（Ｎ）、東（Ｅ）、南（Ｓ）、及び西（Ｗ）方向に基づく指向性要素とに関して測定された方向に、光（２１２によって示され、２つの光が参照番号を付されている）を方向付けるように構成されている。したがって、各ＬＥＤの主要光出射方向は、説明のために、（方向，角度θ）と記されてもよいが、例外は、０，０と記された垂直（Ｚ方向）の光線である。ここでは、指向性要素Ｎ、Ｓ、Ｅ、及びＷは、それぞれ、光照射野ディスプレイ２００のディスプレイ面の上方向、下方向、右方向、及び左方向に対応する。

【0020】

［００２７］一実施例では、中央のＬＥＤ２２６から等距離に配置された各ＬＥＤ２２６は、それぞれ光線２１２を方向付け得る。光線２１２は、（対応する方向性要素において）角度θだけＺ方向から偏差する。しかしながら、場合によっては、所望の角度分解能に応じて、各ＬＥＤ２２６に対して角度θが等しくないことがあると考えられている。さらに、追加のＬＥＤ２２６が含まれ得ると考えられている。追加のＬＥＤ２２６は、追加の角度分解能をもたらすために、角度θとは異なる角度θ１で光線を方向付ける。このような実施例では、角度θ１で方向付けられた光を有するＬＥＤ２２６は、角度θで方向付けられた光を有するＬＥＤ２２６の半径方向外側に位置付けされ得る。このような実施例では、角度θ１は、角度θより大きい。角度分解能を増加するために、角度θ２、角度θ３等で方向付けられた光を有する追加のＬＥＤ２２６をさらに含んでもよいことに留意されたい。上述のように、各ＬＥＤ２２６は、光照射野ディスプレイ２００のディスプレイ面に対して直角な方向に光を生成するが、マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇのそれぞれの特徴によって特定の角度θ（又は角度θ１、角度θ２等）が決定される。

【0021】

［００２８］上述の実施形態の特定の実施例では、マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇそれぞれの下方の中央に位置づけされた第１のＬＥＤ２２６は、マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇのそれぞれによってＺ方向に方向付けられる光を有する。第１のＬＥＤ２２６から均距離に且つ半径方向外側に離間された複数のＬＥＤ２２６は、（対応するコンパス方位において）角度θでマイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇのそれぞれによって方向付けられる光を有する。第１の複数のＬＥＤ２２６のうちのＬＥＤから外側に、且つ第１のＬＥＤ２２６から均距離に配置された第２の複数のＬＥＤ２２６は、（対応するコンパス方位において）角度θ１でマイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇのそれぞれによって方向付けられる光を有する。追加の角度分解能をもたらすために、追加の角度θｉで方向付けられる光を有する追加のＬＥＤ２２６がさらに含まれ得る。

【0022】

［００２９］図２Ｄに戻ると、画像の生成を容易にするため、マイクロレンズ２２４ｒの下方の各ＬＥＤ２２６は、マイクロレンズ２２４ｂ及びマイクロレンズ２２４ｇの下方の対応する位置にあるＬＥＤ２２６と共に動作可能であり、それらと対応する。例えば、光線２１２を（ＮＷ，θ）に向けて方向付けるマイクロレンズ２２４ｒの下方のＬＥＤ２２６は、さらに光線２１２を（ＮＷ，θ）に向けて方向付けるマイクロレンズ２２４ｂ及びマイクロレンズ２２４ｇの下方のＬＥＤ２２６に対応し、結果的に、角度分解能の特定の表示角度のＲＧＢ光線２１２が生じる。言い換えると、ＲＧＢ光を特定の角度位置に方向付けるために、マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇのうちの１つの下方の各ＬＥＤ２２６は、さらに、ピクセル２２０の残りのマイクロレンズの下方に、対応する（角度方向の）ＬＥＤ２２６を有しており、それにより、画像の表示が促進される。

【0023】

［００３０］図２Ｄは、コンパス方位に関連して説明されているが、このような方向は、説明を容易にするために使用されているのに過ぎず、角度方向は、互いから９０°又は４５°の間隔に限定されないことに留意するべきである。

【0024】

［００３１］図３Ａは、一実施形態に係る、ディスプレイパネル３１０の一部に配置されたＬＥＤ２２６の概略断面図である。図３Ｂは、図３Ａの線３Ｂ－３Ｂに沿って切り取られた、図３Ａに示すＬＥＤ２２６の一部の断面図である。

【0025】

［００３２］ＬＥＤ２２６は、アクティブ層積層体３０４、アクティブ層積層体３０４上に配置された透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層３０６、アクティブ層積層体３０４上に配置された、誘電体層などの電気絶縁層３１２、及び電気絶縁層３１２上に配置された、金属層などの導電性反射層３１６を含む。典型的に、本明細書に記載されたＬＥＤ２２６のアクティブ層積層体３０４は、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＰ、又はこれらの組み合わせなどの１つ又は複数のＩＩＩ－Ｖ材料から形成され、ｐ型層３０４ａ、ｎ型層３０４ｃ、及びｐ型層３０４ａとｎ型層３０４ｃとの間に挟まれた１つ又は複数の量子井戸（ＱＷ）層３０４ｂを含む。幾つかの実施形態では、青色及び緑色のＬＥＤ２２６は、ｐ型ＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層と間に挟まれたＩｎＧａＮ層を含むアクティブ層積層体３０４を使用して形成され、アクティブ層積層体３０４によって発せられる光の波長、ひいてはＬＥＤ２２６によって供給される光の色は、ＩｎＧａＮ層内のインジウム及びガリウムの相対的濃度によって決定される。代替的に、ＬＥＤ２２６の種々の出力色を出すために、ドーパント、又はカラーフィルタ層が使用されてもよい。幾つかの実施形態では、ｐ型ＧａＰ層とｎ型ＧａＡｓ層と間に挟まれたＡｌＧａＩｎＰ層を含むアクティブ層積層体３０４を使用して、赤色ＬＥＤ２２６が形成される。

【0026】

［００３３］ＬＥＤ２２６は、ディスプレイパネル３１０との間に配置された透明導電性接着（ＴＣＡ）層３１８を使用して、（図２Ａに示す）所望のピクセル配列２０２で、（図２Ａに示す）光照射野ディスプレイ２００のディスプレイパネル３１０に取り付けられる。取り付けられると、アクティブ層積層体３０４の主要面は、ディスプレイパネル３１０の平面に対して実質的に平行となる。典型的に、アクティブ層積層体３０４は、約１０ｎｍと約１００ｎｍとの間（例えば、約３０ｎｍ）の厚さＴ（１）を有し、ＴＣＯ層３０６との間の表面にＴＣＯ層３０６とオーム接触を形成する。ＴＣＯ層３０６は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導電性酸化物材料、又は、アルミニウムドープされた酸化亜鉛（ＡＺＯ）若しくはガリウムドープされた酸化亜鉛（ＧＺＯ）などのドープされた導電性酸化亜鉛から形成される。ＴＣＯ層３０６、及びアクティブ層積層体３０４の少なくとも一部は、電気絶縁層３１２の近傍の表面で円形又は楕円形の放物形状、例えば、実質的に円形の放物形状を形成する。

【0027】

［００３４］電気絶縁層３１２は、通常、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又はこれらの組み合わせなどの透明誘電材料から形成される。電気絶縁層３１２は、ＴＣＯ層３０６の表面の円形放物形状、及びその下に配置されたアクティブ層積層体３０４の表面の少なくとも一部に適合する。このような構成では、電気絶縁層３１２上に配置された反射層３１６の反射面３１６ａは、円形又は楕円形放物面鏡のような放物面鏡を形成し、ｐ型層３０４ａの表面において又はその近くに焦点を有する。電気絶縁層３１２内に形成された開口３１４は、開口３１４を通して配置された反射層３１６とＴＣＯ層３０６との間のｐ型接触を可能とする。幾つかの実施形態では、ＴＣＡ層３１８は、アクティブ層積層体３０４にｎ型接触をもたらす。他の実施形態では、透明非導電性接着を用いて、ＬＥＤ２２６がディスプレイパネル３１０に取り付けられる。

【0028】

［００３５］幾つかの実施形態では、ＬＥＤ２２６は、アクティブ層積層体３０４とディスプレイパネル３１０との間に配置されたサファイア層（図示せず）をさらに含み、ＬＥＤ２２６のサファイア層は、非導電性透明接着層（図示せず）を用いて、ディスプレイパネル３１０に接合される。他の実施形態では、ＬＥＤ２２６は、バックパネル（図示せず）に取り付けられる。

【0029】

［００３６］典型的に、ＴＣＯ層の近くのアクティブ層積層体３０４の表面は、その主軸に沿って直径Ｄを有する。幾つかの実施形態では、直径Ｄは、約５０μｍ未満、約２０μｍ未満、約１０μｍ未満など約１００μｍ未満、例えば、約５μｍ未満であり、又は、約０．５μｍから約１０μｍとの間など約０．１μｍから約１０μｍとの間、例えば、約０．５μｍから約５μｍとの間である。幾つかの実施形態では、直径ＤとＬＥＤ２２６の高さ（ここでは高さＨ）との比は、約０．３超、約０．４超、約０．５超、約０．８超などの約０．２超、例えば、約１超である。

【0030】

［００３７］幾つかの実施形態では、ｐ型層３０４ａの表面の一部が、選択的に処理、例えば、プラズマ処理されて、望ましくは、光透過領域３０４ａ（１）を囲む非光透過又は低光透過領域３０４ａ（２）が形成される。非光透過又は低光透過領域３０４ａ（２）におけるｐ型層の表面のプラズマ処理は、望ましくは、その上に配置されたＴＣＯ層３０６とのオーム接触の抵抗を増加させ、アクティブ層積層体３０４からの有効光透過の領域を、焦点Ｆを中心とする光透過領域３０４ａ（１）に結び付ける。光透過の領域を焦点Ｆの周りの領域に結び付けることにより、望ましくは、ＬＥＤ２２６によって供給される光のコリメーションが増大する。ＬＥＤ２２６は、ディスプレイ面２１０（例えば、Ｘ－Ｙ面）に対して実質的に直交する方向にコリメートされた光線２１２を生成する。したがって、反射面３１６ａの対称性Ｚ’の軸は、Ｚ方向と実質的に同じ方向である。

【0031】

［００３８］図４は、一実施形態に係る、ＬＥＤ２２６を形成する方法４００を示すフロー図である。図５Ａ～図５Ｈは、図４に示す方法によるＬＥＤの形成を概略的に示す。

【0032】

［００３９］方法４００は、作業４１０で、図５Ｂで示すレジスト層５０８のようなレジスト層を基板５００の表面上に堆積することを含む。基板５００は、構造基部５０２、構造基部５０２上に配置されたアクティブ層積層体３０４、及びアクティブ層積層体３０４上に配置された透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層３０６を含む。典型的に、構造基部５０２は、サファイア又は炭化ケイ素などの格子整合材料から形成され、その上にアクティブ層積層体３０４の１つ又は複数の層がエピタキシャルに形成される。このレジスト層５０８は、基板５００の表面上に堆積且つ／又は分配されるＵＶ硬化可能樹脂材料を含む。幾つかの実施形態では、レジスト層５０８は、ＵＶ硬化可能樹脂材料の複数の液滴から形成される。

【0033】

［００４０］作業４２０では、方法４００は、インプリントリソグラフィ（ＩＬ）スタンプ５１０を使用して、レジスト層５０８にパターンを物理的に刻み込むことをさらに含む。インプリントリソグラフィ（ＩＬ）スタンプ５１０は、その中に形成された１つ又は複数の放物形状開口５１２を含む。ＩＬスタンプ５２０をレジスト層５０８に物理的に押圧することにより、樹脂材料がＩＬスタンプのパターンの周りで変位する。樹脂材料は、ＩＬスタンプを通して与えられる電磁放射によって硬化され、１つ又は複数の放物形状特徴を含むパターン化されたレジスト層５０８ｂが形成される。放物形状開口５１２の表面の対称性Ｚ’の軸は、Ｚ方向に対して平行であり、Ｘ－Ｙ面に対して直交する。典型的に、ＩＬスタンプ５１０は、レジスト層５０８の樹脂材料の硬化に使用されるＵＶ放射などの電磁放射５１４に対して透過性の材料から形成される。他の実施形態では、パターン化されたレジスト層５０８ｂは、サーマルインプリントリソグラフィプロセス又はグレースケールリソグラフィプロセスを使用して形成される。幾つかの他の実施形態では、ＩＬスタンプ５１０及び／又はパターン化されたレジスト層５０８ｂは、グレースケールリソグラフィプロセスを使用して形成される。幾つかの他の実施形態では、パターン化されたレジスト層５０８ｂは、グレースケールリソグラフィとインプリントリソグラフィとの組み合わせを使用して形成される。他のマスクレスダイレクトリソグラフィ技法も使用することができると考えられている。

【0034】

［００４１］作業４３０では、方法４００は、パターン化されたレジスト層５０８ｂで形成されたパターンをＴＣＯ層３０６及びその下に配置されたアクティブ層積層体３０４に転写し、図５Ｆのパターン化された基板５１８のようなパターン化された基板を形成することをさらに含む。図５Ｆでは、パターン化された基板５１８は、１つ又は複数の放物形状特徴５２０を含む（３つ図示されている）。典型的に、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングプロセスなどのドライエッチングプロセス、又は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを使用して、パターンが転写される。

【0035】

［００４２］作業４４０、４５０、４６０では、方法４００は、電気絶縁層３１２をパターン化された基板５１８上に堆積し、電気絶縁層３１２において１つ又は複数の開口３１４を形成し、電気絶縁層３１２の上に反射層３１６を堆積し、図３に記載されたＬＥＤ２２６のような１つ又は複数のＬＥＤ２２６を形成することをさらに含む。

【0036】

［００４３］幾つかの実施形態では、方法４００は、図５Ｈに示すダイシングライン５２２に沿って、１つ又は複数のＬＥＤ２２６をダイシングすることを含む。１つ又は複数のＬＥＤ２２６のダイシングは、典型的に、レーザスクライビング、機械的鋸引き、水／溶媒ナイフィング（ｗａｔｅｒ／ｓｏｌｖｅｎｔ ｋｎｉｆｉｎｇ）、イオンビームミリング、複層フォトリソグラフィエッチングプロセス、又はこれらの組み合わせを使用して行われる。ＬＥＤ２２６は、直線状ストリップ又は図２Ｃに示す配向などの所定の構成で、個々のＬＥＤ２２６又はＬＥＤ２２６の群になるようにダイシングされ得る。幾つかの実施形態では、方法４００は、ダイシングの前及び／又は後に、１つ又は複数のＬＥＤ２２６から構造基部５０２のすべて又は一部を取り除くことをさらに含む。幾つかの実施形態では、構造基部５０２は、従来のレーザリフトオフプロセス、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセス、湿式エッチングプロセス、又はこれらの組み合わせを使用して、１つ又は複数のＬＥＤ２２６から取り除かれる。

【0037】

［００４４］ＬＥＤ２２６が形成された後、ＬＥＤ２２６は、マイクロレンズ２２４ｒ、２２４ｂ、２２４ｇなどのマイクロレンズに隣接して所定のアレイ又は構成で位置付けされる。一実施例では、ＬＥＤ２２６は、ピクセル配列２０２（図２Ａに示す）でディスプレイパネル３１０（図３Ａに示す）上に配置且つ連結され得る。

【0038】

［００４５］図６Ａ及び図６Ｂは、他の実施形態に係る、ピクセル配列６０２Ａ、６０２Ｂの概略図である。ピクセル配列６０２Ａ、６０２Ｂは、図２Ａのピクセル配列２０２の代わりに使用されてもよい。

【0039】

［００４６］ピクセル配列６０２Ａは、複数のピクセル６２０Ａ（明瞭にするために１つしか示されていない）を含む。各ピクセル配列６２０Ａは、複数の赤色ＬＥＤ２２６ｒ_{（１，２，３）}、複数の緑色ＬＥＤ２２６ｇ_{（１，２，３）}、及び複数の青色ＬＥＤ２２６ｂ_{（１，２，３）}を含み、これらは、続けてマイクロレンズアレイ６２４によって方向付けられる光を生成する。マイクロレンズアレイ６２４は、メタレンズなどの平面レンズであり、その上に複数の光方向付け特徴６５０を含む（９つが示されているが、それぞれのＬＥＤに１つの光方向付け特徴６５０が対応する）。光方向付け特徴６５０は、所定の方向に、赤色ＬＥＤ２２６ｒ_{（１，２，３）}、緑色ＬＥＤ２２６ｇ_{（１，２，３）}、及び青色ＬＥＤ２２６ｂ_{（１，２，３）}から光を方向付けるように位置付け且つ構成されており、それに伴って、対応するＬＥＤが同じ角度方向に光を方向付けられる。例えば、ＬＥＤ２２６ｒ_１、２２６ｇ_１、及び２２６ｂ_１は、マイクロレンズアレイ６２４によって同じ方向に方向付けられ、第１の角度分解能（「視野Ｘ」）が生成される。同様に、対応するＬＥＤ２２６ｒ_２、２２６ｇ_２、及び２２６ｂ_２、並びに対応するＬＥＤ２２６ｒ_３、２２６ｇ_３、及び２２６ｂ_３は、マイクロレンズアレイ６２４によって方向付けられ、追加の角度分解能（「視野Ｙ」及び「視野Ｚ」）が生成される。追加のＬＥＤ２２６ｒ_ｉ、２２６ｂ_ｉ、２２６ｇ_ｉが各ピクセル６２０Ａに含まれてもよく、追加の光方向付け特徴６５０がマイクロレンズアレイ６２４上に含まれてもよく、それにより、増加した角度分解能（例えば、より多くの「視野」）が生成されることに留意されたい。光方向付け特徴６５０は、角度付レンズ、平面レンズ、プリズム、凹レンズ、凸レンズ、二酸化チタンナノフィンなどのナノフィン、又は光を再方向付けするように構成された他の表面特徴のうちの１つ又は複数を含み得る。

【0040】

［００４７］１つのピクセル６２０Ａしか示されていないが、ピクセル配列６０２Ａは、概して、アレイ状に配置された複数のピクセル６２０Ａ_ｉを含む。製造を容易にするために、同一色のＬＥＤ２２６ｒ_ｉ、２２６ｂ_ｉ、２２６ｇ_ｉは、密集したアレイ状に単一基板上で製造され、その後、構造基部５０２上で直線状ストリップ６５１（又は他の構成）にダイシングされる。直線状ストリップ６５１は、次いで、所望の構成に（例えば、互いに平行且つ隣接して）位置付けされ、画像生成のためのピクセルを形成する。同様に、光方向付け特徴６５０は、完全に密集したアレイ状でマイクロレンズアレイ６２４上に形成され、所望のピクセル配列及び角度分解能に対応する。このような構成では、光方向付け特徴６５０の構成、数、配置、及び配向は、光線方向、ピクセルの数（例えば、空間分解能）、及び角度視野の数（例えば、角度分解能）を決定するために適合され得る。製造を容易にするために、マイクロレンズアレイ６２４は、ガラスシートなどの光学的に透明な基板パネル６７０を含み、その上に光方向付け特徴６５０が形成される。基板パネル６７０上に光方向付け特徴６５０を形成することにより、光照射野ディスプレイの製造時間が減少する。なぜなら、光方向付け特徴６５０をそれぞれのＬＥＤと個別に整列させる必要がないからである。むしろ、基板パネル６７０を適切に位置付けすることにより、光方向付け特徴６５０、及びすべての対応するＬＥＤが整列する結果となる。

【0041】

［００４８］図６Ａの実施例では、たった１つの（単一の）マイクロレンズアレイ６２４（すべてのピクセル６２０Ａ_ｉを覆う）が利用されており、マイクロレンズアレイ６２４は、その上に複数の光方向付け特徴６５０を有する。代替的に、例えば、ボックス６５５によって示された複数の不連続マイクロレンズアレイ（１つ示されている）が使用されてもよい。このような実施例では、各不連続マイクロレンズアレイが、複数の光方向付け特徴６５０を含むことになる。

【0042】

［００４９］図６Ａは、マイクロレンズアレイ６２４を平面レンズとして示しているが、マイクロレンズアレイ６２４は、図２Ｂに同じように示されているように、各ピクセル６２０Ａの上に位置付けされた複数の凸レンズ又は凹レンズを含み得るとも考えられている。このような実施例では、複数の凸レンズ又は凹レンズは、基板パネル６７０上に形成されてもよく、又は、不連続なユニットであってもよい。

【0043】

［００５０］図６Ｂは、ピクセル配列６０２Ｂを示す。ピクセル６０２Ｂは、ピクセル６０２Ａに似ているが、直線状ストリップ６５１ではなく、むしろピクセル６２０Ｂをクラスタ状に利用する。特定の実施例では、図２Ｃで同様に示され、説明されているように、クラスタは、三角構成を有する。他のクラスタも考えられている。三角構成は、単位面積当たりのピクセルの構成を密集化させることに加えて、認識される分解能を改善し得ると考えられている。さもなければ、ピクセル毎のＬＥＤの数の増大によって生じた比較的大きなピクセルによって、分解能が低下し得る。

【0044】

［００５１］本開示の実施形態は、ＬＥＤに関連して説明されているが、代わりに有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）が使用され得ると考えられている。さらに、各ピクセルのうちのマイクロレンズ毎のＬＥＤの数を変更することによって、ピクセルの角度分解能を調節し得ることを理解するべきである。例えば、ピクセルの各マイクロレンズは、３つ以上（例えば、５つ以上、９つ以上、１６個以上、２５個以上、３６個以上等）の対応するＬＥＤを含み得る。

【0045】

［００５２］開示された主題の利点は、従来のディスプレイに比べて、分解能の増加を含む。

【0046】

［００５３］以上の記述は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲から逸脱することなく、本開示の他の実施形態及びさらなる実施形態を考案してもよい。本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲によって決定される。

【図1】

【図2A-C】

【図2D】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A-D】

【図5E-H】

【図6A】

【図6B】