特許 7300009 色変換層のインシトゥ硬化

(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】2023-06-20

(45)【発行日】2023-06-28

(54)【発明の名称】色変換層のインシトゥ硬化

(51)【国際特許分類】

   G09F 9/00 20060101AFI20230621BHJP

   G09F 9/30 20060101ALI20230621BHJP

   G09F 9/33 20060101ALI20230621BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20230621BHJP

   H01L 33/52 20100101ALI20230621BHJP

【ＦＩ】

G09F9/00 338

G09F9/30 349Z

G09F9/33

H01L33/50

H01L33/52

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2021566955

(86)(22)【出願日】2020-05-14

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-07-21

(86)【国際出願番号】 US2020032850

(87)【国際公開番号】W WO2020232229

(87)【国際公開日】2020-11-19

【審査請求日】2022-01-11

(31)【優先権主張番号】16/412,222

(32)【優先日】2019-05-14

(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

【住所又は居所原語表記】３０５０ Ｂｏｗｅｒｓ Ａｖｅｎｕｅ Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａ ＣＡ ９５０５４ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】チャン， ダイファ

(72)【発明者】

【氏名】ルオ， インドン

(72)【発明者】

【氏名】チュー， ミンウェイ

(72)【発明者】

【氏名】ウン， ホウ ティ－．

(72)【発明者】

【氏名】ガナパティアッパン， シヴァパキア

(72)【発明者】

【氏名】パティバンドラ， ナグ ビー．

【審査官】新井 重雄

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２５５５０５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２７８０６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０３０８４２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１０７７５５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０９Ｆ ９／００

Ｇ０９Ｆ ９／３０

Ｇ０９Ｆ ９／３３

Ｈ０１Ｌ ３３／５０

Ｈ０１Ｌ ３３／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多色ディスプレイを製造する方法であって、
バックプレーンと、当該バックプレーンのバックプレーン回路と電気的に一体化された発光ダイオードのアレイと、前記バックプレーン上において前記発光ダイオードのアレイの隣り合う発光ダイオードの間に形成され、前記発光ダイオードから離れており、前記発光ダイオードの上方に延びる複数の分離壁と、を有するディスプレイ上に、第１の色変換剤を含む第１の光硬化性流体を分配することと、
前記発光ダイオードのアレイ内の第１の複数の発光ダイオードを作動させて、前記分離壁の頂部より下方の前記第１の光硬化性流体を照射して硬化させ、前記第１の複数の発光ダイオードのそれぞれの上に、前記第１の複数の発光ダイオードからの光を第１の色の光に変換する第１の色変換層を形成することと、
前記ディスプレイ上に残る前記第１の色変換層の上面が前記分離壁の頂部より下方となるように、前記第１の光硬化性流体の未硬化残留物を除去することと、
その後、前記ディスプレイ上に、第２の色変換剤を含む第２の光硬化性流体を分配することと、
前記発光ダイオードのアレイ内の第２の複数の発光ダイオードを作動させて、前記分離壁の頂部より下方の前記第２の光硬化性流体を照射して硬化させ、前記第２の複数の発光ダイオードのそれぞれの上に、前記第２の複数の発光ダイオードからの光を第２の異なる色の光に変換する第２の色変換層を形成することと、
前記ディスプレイ上に残る前記第２の色変換層の上面が前記分離壁の前記頂部より下方となるように、前記第２の光硬化性流体の未硬化残留物を除去することと
を含む、方法。

【請求項2】

前記ディスプレイ上に、第３の色変換剤を含む第３の光硬化性流体を分配することと、
前記発光ダイオードのアレイ内の第３の複数の発光ダイオードを作動させて、前記第３の光硬化性流体を照射して硬化させ、前記第３の複数の発光ダイオードのそれぞれの上に、前記第３の複数の発光ダイオードからの光を第３の異なる色の光に変換する第３の色変換層を形成することと、
前記第３の光硬化性流体の未硬化残留物を除去することと
をさらに含む、請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記第１の色、前記第２の色、及び前記第３の色が、青色、緑色及び赤色から選択される、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記発光ダイオードのアレイの発光ダイオードが、紫外光を生成するよう構成される、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記発光ダイオードのアレイが、第３の複数の発光ダイオードを含み、前記発光ダイオードのアレイの発光ダイオードが、第３の異なる色の光を生成するよう構成される、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

色変換層が、前記第３の複数の発光ダイオードの上に形成されない、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記発光ダイオードのアレイの前記発光ダイオードが、青色又は紫色の光を生成するよう構成される、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記第１の色、及び前記第２の色が、緑色、及び赤色から選択される、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

複数の分離壁が、前記発光ダイオードのアレイの隣り合う発光ダイオード間の前記バックプレーン上に形成される、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

前記第１の複数の発光ダイオードの作動中に、前記分離壁は、前記第１の複数の発光ダイオードからの照射が前記第２の複数の発光ダイオードに到達するのを阻止する、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記分離壁がフォトレジストを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記第１の光硬化性流体及び前記第２の光硬化性流体の少なくとも一方が溶媒を含み、前記方法が、前記溶媒を蒸発させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項13】

前記発光ダイオードのアレイの上に紫外線遮断層を形成することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項14】

多色ディスプレイを製造する方法であって、
バックプレーンと、当該バックプレーンのバックプレーン回路と電気的に一体化された発光ダイオードのアレイと、前記バックプレーン上において前記発光ダイオードのアレイの隣り合う発光ダイオードの間に形成され、前記発光ダイオードから離れており、前記発光ダイオードの上方に延びる複数の分離壁と、を有するディスプレイ上に、第１の色変換剤を含む第１の光硬化性流体を分配することと、
前記発光ダイオードのアレイ内の第１の複数の発光ダイオードを作動させて、前記分離壁の頂部より下方の前記第１の光硬化性流体を照射して硬化させ、前記第１の複数の発光ダイオードのそれぞれの上に、前記第１の複数の発光ダイオードからの光を第１の色の光に変換する第１の色変換層を形成することと、
前記ディスプレイ上に残る前記第１の色変換層の上面が前記分離壁の前記頂部より下方となるように、前記第１の光硬化性流体の未硬化残留物を除去することと、
その後、前記ディスプレイ上に、第２の色変換剤を含む第２の光硬化性流体を分配することと、
前記発光ダイオードのアレイ内の第２の複数の発光ダイオードを作動させて、前記分離壁の頂部より下方の前記第２の光硬化性流体を照射して硬化させ、前記第２の複数の発光ダイオードのそれぞれの上に、前記第２の複数の発光ダイオードからの光を第２の異なる色の光に変換する第２の色変換層を形成することと、
前記ディスプレイ上に残る前記第２の色変換層の上面が前記分離壁の前記頂部より下方となるように、前記第２の光硬化性流体の未硬化残留物を除去することと、
その後、前記ディスプレイ上に、第３の色変換剤を含む第３の光硬化性流体を分配することと、
前記発光ダイオードのアレイ内の第３の複数の発光ダイオードを作動させて、前記分離壁の頂部より下方の前記第３の光硬化性流体を照射して硬化させ、前記第３の複数の発光ダイオードのそれぞれの上に、前記第３の複数の発光ダイオードからの光を第３の異なる色の光に変換する第３の色変換層を形成することと、
前記ディスプレイ上に残る前記第３の色変換層の上面が前記分離壁の前記頂部より下方となるように、前記第３の光硬化性流体の未硬化残留物を除去することと、
を含み、
前記第１の色、前記第２の色、及び前記第３の色が、青色、緑色及び赤色から選択される、
方法。

【請求項15】

多色ディスプレイであって、
バックプレーン回路を有するバックプレーンと、
前記バックプレーンのバックプレーン回路と電気的に一体化されたマイクロＬＥＤのアレイであって、前記アレイの前記マイクロＬＥＤが、同じ波長範囲の照射を生成するよう構成される、マイクロＬＥＤのアレイと、
第１の複数の発光ダイオードのそれぞれの上の第１の色変換層であって、前記第１の複数の発光ダイオードからの前記照射を第１の色の光に変換する第１の色変換層と、
第２の複数の発光ダイオードのそれぞれの上の第２の色変換層であって、前記第２の複数の発光ダイオードからの前記照射を第２の異なる色の光に変換する第２の色変換層と、
前記バックプレーン上において前記アレイの隣り合うマイクロＬＥＤの間に形成され、前記アレイの隣り合うマイクロＬＥＤを隔てる複数の分離壁であって、前記マイクロＬＥＤから離れており、前記マイクロＬＥＤの上方に延びる複数の分離壁と、
を含み、
前記第１の色変換層の上面及び前記第２の色変換層の上面が、前記分離壁の頂部より下方にある、
多色ディスプレイ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、マイクロＬＥＤディスプレイの製造に関する。

【背景技術】

【0002】

発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）パネルはＬＥＤのアレイを使用し、ここでは、個々のＬＥＤが、個々に制御可能なピクセル要素を提供する。このようなＬＥＤパネルは、コンピュータ、タッチパネルデバイス、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、携帯電話、テレビモニタ等に使用されうる。

【0003】

ＩＩＩ－Ｖ族半導体技術に基づくミクロンスケールのＬＥＤ（マイクロＬＥＤとも称される）を使用するＬＥＤパネルは、ＯＬＥＤと比較して、例えば、より高いエネルギー効率、輝度、及び寿命、並びに、製造を簡素化しうるディスプレイ積層体中のより少ない材料層など、様々な利点を有するであろう。しかしながら、マイクロＬＥＤパネルの製造には課題がある。様々な色の発光（例えば、赤色、緑色及び青色のピクセル）を有するマイクロＬＥＤは、別々のプロセスを介して、異なる基板上に作製する必要がある。複数色のマイクロＬＥＤデバイスを単一パネル上に統合するには、マイクロＬＥＤデバイスをその元のドナー基板から指定の基板へと移送するためのピックアンドプレース（ｐｉｃｋ－ａｎｄ－ｐｌａｃｅ）ステップが必要である。このことには、ＬＥＤ構造又は加工プロセスの修正が含まれることが多く、例えば、ダイの解放を容易にするために犠牲層を導入することなどが含まれる。さらに、配置精度に対する厳しい要件（例えば、１ｕｍ未満）によって、スループット、最終歩留まり、又はその双方が制限される。

【0004】

ピックアンドプレースステップなしで行う代替的なアプローチは、モノクロＬＥＤを用いて作製された基板上の特定のピクセル位置に、色変換剤（例えば、量子ドット、ナノ構造、蛍光材料又は有機物）を選択的に堆積させることである。モノクロＬＥＤは、比較的短い波長の光、例えば紫色又は青色の光を生成することができ、色変換剤が、この短い波長の光をより長い波長の光へと変換することが可能であり、例えば、赤色のピクセルについての赤色光、又は緑色のピクセルについての緑色光へと変換することが可能である。色変換剤の選択的堆積が、高解像度シャドウマスク、又は制御可能なインクジェット若しくはエアロゾルジェット印刷を用いて行われうる。

【発明の概要】

【0005】

多色ディスプレイを製造する方法は、
バックプレーンと、当該バックプレーンのバックプレーン回路と電気的に一体化された発光ダイオードのアレイと、を有するディスプレイ上に、第１の色変換剤を含む第１の光硬化性流体を分配することと、
発光ダイオードのアレイ内の第１の複数の発光ダイオードを作動させて、第１の光硬化性流体を照射して硬化させ、第１の複数の発光ダイオードのそれぞれの上に、第１の複数の発光ダイオードからの光を第１の色の光に変換する第１の色変換層を形成することと、
第１の光硬化性流体の未硬化残留物を除去することと、
その後、ディスプレイ上に、第２の色変換剤を含む第２の光硬化性流体を分配することと、
発光ダイオードのアレイ内の第２の複数の発光ダイオードを作動させて、第２の光硬化性流体を照射して硬化させ、第２の複数の発光ダイオードのそれぞれの上に、第２の複数の発光ダイオードからの光を第２の異なる色の光に変換する第２の色変換層を形成することと、
第２の光硬化性流体の未硬化残留物を除去することと、を含む。

【0006】

実施形態が、以下の特徴のうちの１つ以上を含みうる。

【0007】

第３の光効果性流体が、ディスプレイ上に分配されうる。第３の光硬化性流体が、第３の色変換剤を含みうる。発光ダイオードのアレイ内の第３の複数の発光ダイオードを作動させて、第３の光硬化性流体を照射して硬化させ、第３の複数の発光ダイオードのそれぞれの上に、第３の複数の発光ダイオードからの光を第３の異なる色の光に変換する第３の色変換層を形成しうる。第３の光硬化性流体の未硬化残留物が除去されうる。

【0008】

発光ダイオードのアレイの発光ダイオードが、紫外光を生成するよう構成されうる。第１の色、第２の色、及び第３の色が、青色、緑色及び赤色から選択されうる。第１の色が青色であってよく、第２の色が緑色であってよく、第３の色が赤色であってよい。

【0009】

発光ダイオードのアレイは、第３の複数の発光ダイオードを含むことができ、発光ダイオードのアレイの発光ダイオードが、第３の異なる色の光を生成するよう構成されうる。色変換層が、第３の複数の発光ダイオードの上に形成される必要がない。発光ダイオードのアレイの発光ダイオードが、青光又は紫色の光を生成するよう構成されうる。第１の色、及び第２の色が、緑色及び赤色から選択されうる。第１の色が緑色であってよく、第２の色が赤色であってよい。

【0010】

第１の光硬化性流体を分配すること、及び第２の光硬化性流体を分配することが、スピンオン（ｓｐｉｎ－ｏｎ）、浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）、スプレーオン（ｓｐｒａｙ－ｏｎ）、又はインクジェットプロセスを含みうる。第１の光硬化性流体の未硬化残留物を除去すること、及び第２の光硬化性流体の未硬化残留物を除去することが、リンス又は溶解の１つ以上を含みうる。

【0011】

複数の分離壁が、発光ダイオードのアレイの隣り合う発光ダイオード間のバックプレーン上に形成されうる。第１の複数の発光ダイオードの作動中に、分離壁は、第１の複数の発光ダイオードからの照射が第２の複数の発光ダイオードに到達するのを阻止しうる。分離壁が、フォトレジストで形成されうる。

【0012】

第１の光硬化性流体及び第２の光硬化性流体の少なくとも一方が溶媒を含みうる。溶媒が蒸発させられうる。紫外線遮断層が、発光ダイオードのアレイの上に形成されうる。

【0013】

発光ダイオードのアレイの発光ダイオードはマイクロＬＥＤでありうる。

【0014】

他の態様において、多色ディスプレイが、
バックプレーン回路を有するバックプレーンと、
バックプレーンのバックプレーン回路と電気的に一体化されたマイクロＬＥＤのアレイと、
第１の複数の発光ダイオードのそれぞれの上の第１の色変換層と、
第２の複数の発光ダイオードのそれぞれの上の第２の色変換層と、
アレイの隣り合うマイクロＬＥＤを隔てる複数の分離壁と、を含む。
アレイのマイクロＬＥＤが、同じ波長範囲の照射を生成するよう構成され、第１の色変換層が上記照射を第１の色の光に変換し、第２の色変換層が上記照射を第２の異なる色の光に変換する。

【0015】

実施形態は、任意選択的に、以下の利点のうちの１つ以上を提供することが可能である（以下の利点のうちの１つ以上には限定されない）。

【0016】

処理ステップ（コーティング、インシトゥ（ｉｎ－ｓｉｔｕ）硬化、及びリンス）が、大規模なフォーマット及び高スループット動作を支援する。したがって、色変換剤が、より高い歩留まり及びスループットで、マイクロＬＥＤのアレイの上に選択的に形成されうる。このことにより、多色マイクロＬＥＤディスプレイを商業的に実行可能なやり方で製造することが可能となる。可撓性の及び／又は伸縮自在なディスプレイが、より容易に製造されうる。インシトゥ硬化により、アライメント精度が自動的に保証されうる。

【0017】

ホストポリマーが、ダイの保護のためのパッシベーション層として機能しうる。ホストポリマーは、機能性成分と適切に混合された場合には、他の機能、例えば、光学的能性を提供することも可能である。

【0018】

他の態様、特徴、及び利点が、明細書の記載及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかとなろう。

【0019】

以下では、様々な実施形態について説明する。１つの実行形態の要素及び特徴は、更なる記載がなくとも他の実施形態に有益に組み込まれうると想定される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】すでにバックプレーンと一体化されているマイクロＬＥＤアレイの概略的な上面図である。

【図2A】マイクロＬＥＤアレイの一部分の概略的な上面図である。

【図2B】図２ＡからのマイクロＬＥＤアレイの一部分の概略的な断面図である。

【図3A-D】マイクロＬＥＤアレイの上に選択的に色変換剤（ＣＣＡ）層を形成する方法を示す。

【図3E-H】マイクロＬＥＤアレイの上に選択的に色変換剤（ＣＣＡ）層を形成する方法を示す。

【図4A-C】光硬化性流体の配合を示す。

【図5A-C】バックプレーン上にマイクロＬＥＤアレイ及び分離壁を作製する方法を示す。

【図5D-E】バックプレーン上にマイクロＬＥＤアレイ及び分離壁を作製する方法を示す。

【図6A】バックプレーン上にマイクロＬＥＤアレイ及び分離壁を作製するための他の方法を示す。

【図6B】バックプレーン上にマイクロＬＥＤアレイ及び分離壁を作製するための他の方法を示す。

【図6C】バックプレーン上にマイクロＬＥＤアレイ及び分離壁を作製するための他の方法を示す。

【図6D】バックプレーン上にマイクロＬＥＤアレイ及び分離壁を作製するための他の方法を示す。

【発明を実施するための形態】

【0021】

様々な図面における同じ参照記号は、同じ要素を示す。

【0022】

上述のように、色変換剤の選択的堆積は、高解像度シャドウマスク、又は制御可能なインクジェット若しくはエアロゾルジェット印刷を使用して行われうる。残念ながら、シャドウマスクは、位置合わせ精度及びスケーラビリティに関する問題を生じやすく、インクジェット及びエアロゾルジェット技術は、解像度（インクジェット）、精度（インクジェット）及びスループット（エアロゾルジェット）の問題を被る。マイクロＬＥＤディスプレイを製造するために、新しい技術が、様々な色のための色変換剤を、大面積基板又はフレキシブル基板といった基板上の様々なピクセル上に、正確かつコスト効率良く供給するために必要とされている。

【0023】

これらの問題に対処しうる技術は、第１の色のための色変換剤（ＣＣＡ：ｃｏｌｏｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ａｇｅｎｔ）を含有する光硬化性流体の層を、モノクロマイクロＬＥＤのアレイを有する基板上にコーティングし、次いで、選択されたＬＥＤをオンにして、インシトゥ重合を誘発し、選択されたピクセルの近傍でＣＣＡを固定することである。選択されていないサブピクセル上の未硬化流体を除去することができ、次いで、ウエハ上のすべてのサブピクセルが所望の色のＣＣＡで覆われるまで、異なる色のＣＣＡを用いて同じプロセスを繰り返すことができる。この技術は、アライメント精度、スループット、及びスケーラビリティにおける課題を克服することができる。

【0024】

図１は、バックプレーン１６上に配置された個々のマイクロＬＥＤ１４（図２Ａ及び図２Ｂ参照）のアレイ１２を含むマイクロＬＥＤディスプレイ１０を示す。マイクロＬＥＤ１４は、各マイクロＬＥＤ１４を個別にアドレス指定できるように、バックプレーン回路１８と既に一体化されている。例えば、バックプレーン回路１８はＴＦＴアクティブマトリクスアレイを含むことができ、ＴＦＴアクティブマトリクスアレイには、各マイクロＬＥＤのための薄膜トランジスタ及び蓄積キャパシタ（図示せず）、列アドレス及び行アドレス線１８ａ、マイクロＬＥＤ１４を駆動するための列及び行ドライバ１８ｂなどが含まれる。代替的に、マイクロＬＥＤ１４は、バックプレーン回路１８内のパッシブな（ｐａｓｓｉｖｅ）マトリクスによって駆動されうる。バックプレーン１６は、従来のＣＭＯＳプロセスを用いて作製されうる。

【0025】

図２Ａ及び図２Ｂは、個別のマイクロＬＥＤ１４を含むマイクロＬＥＤアレイ１２の一部分１２ａを示す。全てのマイクロＬＥＤ１４が、同じ波長範囲を生成するように、同じ構造で作製されている（これは、「モノクロ」マイクロＬＥＤと呼ぶことができる）。例えば、マイクロＬＥＤ１４は、紫外線（ＵＶ）、例えば近紫外線の範囲の光を生成することが可能である。例えば、マイクロＬＥＤ１４は、３６５～４０５ｎｍの範囲内の光を生成することが可能である。他の例として、マイクロＬＥＤ１４は、紫色又は青色範囲の光を生成することが可能である。マイクロＬＥＤは、２０～６０ｎｍのスペクトル帯域幅を有する光を生成することが可能である。

【0026】

図２Ｂは、１ピクセルを提供することが可能なマイクロＬＥＤアレイの一部分を示す図である。マイクロＬＥＤディスプレイが３色ディスプレイであると仮定すると、各ピクセルが３つのサブピクセルを含み、即ち、各ピクセルが各色について１つのサブピクセルを含み、例えば、青色、緑色、及び赤色のチャネルのためにそれぞれ１つのサブピクセルを含む。このように、ピクセルは、３つのマイクロＬＥＤ１４ａ、１４ｂ、１４ｃを含むことができる。例えば、第１のマイクロＬＥＤ１４ａが、青色のサブピクセルに対応することができ、第２のマイクロＬＥＤ１４ｂが、緑色のサブピクセルに対応することができ、第３のマイクロＬＥＤ１４ｃが、赤色のサブピクセルに対応することができる。しかしながら、後述する技術は、より多数の色、例えば４色以上の色を使用するマイクロＬＥＤディスプレイに適用可能である。この場合、各ピクセルは、４つ以上のマイクロＬＥＤを含むことができ、各マイクロＬＥＤが、それぞれの色に対応している。さらに、後述する技術は、たった２色を使用するマイクロＬＥＤディスプレイに適用可能である。

【0027】

一般に、モノクロマイクロＬＥＤ１４は、ピークを有する或る波長範囲内の光であって、その波長が、ディスプレイのために意図された最高周波数の色の波長以下である光、例えば、紫色光又は青色光を生成することが可能である。色変換剤は、この短い波長の光をより長い波長光へと、例えば、赤色のサブピクセルについての赤色光、又は緑色のサブピクセルについての緑色光へと変換することが可能である。マイクロＬＥＤがＵＶ光を生成する場合には、色変換剤が、ＵＶ光を青色サブピクセルに対する青色光に変換するために使用されうる。

【0028】

垂直方向の分離壁２０が、隣り合うマイクロＬＥＤの間に形成されている。分離壁は光学的隔離をもたらして、以下で論じるインシトゥ重合の間に、重合を局所化し光学的クロストークを低減することを助ける。分離壁２０は、フォトレジスト又は金属であってよく、従来のリソグラフィプロセスによって堆積することができる。図２Ａに示すように、壁２０は矩形のアレイを形成することができ、各マイクロＬＥＤ１４が、壁２０により画定された個々の凹部２２内に存在する。他のアレイ形状、例えば、六角形又はオフセット矩形の（ｏｆｆｓｅｔ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ）アレイも可能である。バックプレーン集積化及び分離壁形成のための可能なプロセスは、以下でより詳細に検討する。

【0029】

壁の高さＨは、約３～２０ｍｍでありうる。壁の幅Ｗは、約２～１０μｍでありうる。高さＨは、幅Ｗより大きいとすることができ、例えば、壁は、１．５：１～５：１のアスペクト比を有しうる。壁の高さＨは、１のマイクロＬＥＤからの光が、隣のマイクロＬＥＤに到達することを阻止するのに十分である。

【0030】

図３Ａ～図３Ｈは、マイクロＬＥＤアレイの上に色変換剤（ＣＣＡ）層を選択的に形成する方法を示している。最初に、図３Ａに示されるように、第１の光硬化性流体３０ａが、バックプレーン回路と既に一体化されているマイクロＬＥＤ１４のアレイの上に堆積される。第１の光硬化性流体３０ａは、分離壁２０の高さＨよりも大きな深さＤを有しうる。

【0031】

図４Ａを参照すると、第１の光硬化性流体３０ａは少なくとも、架橋性基３２と、マイクロＬＥＤ１４の発光に対応する波長の照射下で重合を誘発する光開始剤３４と、色変換剤３６ａと、を含む。

【0032】

架橋性基３２は、重合に供された場合には流体３０ａの粘度を上げ、例えば、流体３０ａは凝固しうるか又はゲル状ネットワーク構造を形成しうる。架橋性基３２は、硬化時にポリマーを形成するモノマー、例えばアクリレート、メタクリレート及びアクリルアミドによって提供されうる。架橋性基３２は、ネガ型フォトレジスト、例えばＳＵ－８フォトレジストによって提供されうる。

【0033】

光開始剤３４の例としては、インガキュア（Ｉｒｇａｃｕｒｅ）１８４、インガキュア８１９、ダロキュア（Ｄａｒｏｃｕｒ）１１７３、ダロキュア４２６５、ダロキュアＴＰＯ、オムニキャット（Ｏｍｎｉｃａｔ）２５０及びオムニキャット５５０が挙げられる。

【0034】

色変換剤３６ａは、マイクロＬＥＤ１４からのより短い波長の光を、３色のいずれかに対応するより長い波長の光に変換することが可能な材料である。図３Ａ～図３Ｈに示す例では、色変換剤３６は、マイクロＬＥＤ１４からのＵＶ光を青色光に変換する。色変換剤３６は、量子ドット、ナノ構造、有機又は無機蛍光分子、又は他の適切な材料を含みうる。

【0035】

任意選択的に、第１の光硬化性流体３０ａは、溶媒３７、例えば、水、エタノール、トルエン、又はメチルエチルケトン、又はこれらの組合せを含むことができる。溶媒は、有機又は無機でありうる。溶媒は、第１の光硬化性流体３０ａに所望の表面張力及び／又は粘度を与えるように選択することができる。溶媒はまた、他の成分の化学的安定性を改善することができる。

【0036】

任意選択的に、第１の光硬化性流体３０ａは、１つ以上の他の機能性成分３８を含むことができる。一例として、機能性成分は、色変換層の光学特性に影響を与えることが可能である。例えば、機能性成分は、ナノ粒子であって、色変換層が出力光の光路を調節する光学層として機能し例えばマイクロレンズを提供するのに十分に高い屈折率を有するナノ粒子を含みうる。代替的に又は付加的に、ナノ粒子は、全反射損失を低減しこれにより光抽出を改善する光学層として色変換層が機能するように選択された屈折率を有しうる。他の例として、機能性成分は、流体３０ａの表面張力を調節するための界面活性剤でありうる。

【0037】

図３Ａに戻ると、第１の光硬化性流体３０ａが、スピンオン（ｓｐｉｎ－ｏｎ）、浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）、スプレーオン（ｓｐｒａｙ－ｏｎ）、又はインクジェットプロセスによって、マイクロＬＥＤアレイの上のディスプレイ上に堆積されうる。インクジェットプロセスが、第１の光硬化性流体３０ａの消費においては、より効率的でありうる。

【0038】

次に、図３Ｂに示すように、バックプレーン１６の回路が、第１の複数のマイクロＬＥＤ１４ａを選択的に作動させるために使用される。この第１の複数のマイクロＬＥＤ１４ａは、第１の色のサブピクセルに対応している。特に、第１の複数のマイクロＬＥＤ１４ａは、光硬化性流体３０ａ中の色変換成分によって生成される色の光のためのサブピクセルに対応している。例えば、流体３０ａ中の色変換成分がマイクロＬＥＤ１４からの光を青色光に変換すると仮定すると、青色サブピクセルに対応するマイクロＬＥＤ１４ａのみがオンになる。マイクロＬＥＤアレイは、バックプレーン回路１８と既に一体化されているため、電力をマイクロＬＥＤディスプレイ１０に供給することが可能であり、マイクロＬＥＤ１４ａを選択的にオンにするために、制御信号がマイクロプロセッサによって印加されうる。

【0039】

図３Ｂ及び図３Ｃを参照すると、第１の複数のマイクロＬＥＤ１４ａの作動によって照射Ａ（図３Ｂ参照）が生じ、これにより、第１の光硬化性流体３０ａのインシトゥ硬化が引き起こされ、各作動されたマイクロＬＥＤ１４ａの上に第１の凝固色変換層４０ａ（図３Ｃ参照）が形成される。要するに、流体３０ａが硬化して色変換層４０ａを形成するが、色変換層４０ａは、選択されたマイクロＬＥＤ１４ａの上にのみ形成される。例えば、青色光に変換するための色変換層４０ａが、各マイクロＬＥＤ１４ａの上に形成されうる。

【0040】

幾つかの実施形態において、硬化は自己制限プロセスである。例えば、マイクロＬＥＤ１４ａからの照射、例えばＵＶ照射は、光硬化性流体３０ａへの制限された浸透深さを有しうる。したがって、図３Ｂは、照射Ａが光硬化性流体３０ａの表面に達しているのを示しているが、このことは必須ではない。幾つかの実施形態において、選択されたマイクロＬＥＤ１４ａからの照射が、他のマイクロＬＥＤ１４ｂ、１４ｃには到達しない。この状況では、分離壁２０は必ずしも必要ではないかもしれない。

【0041】

しかしながら、マイクロＬＥＤ１４間の間隔が十分に小さい場合には、分離壁２０は、選択されたマイクロＬＥＤ１４ａからの照射Ａが、他のマイクロＬＥＤの上の領域であって、当該他のマイクロＬＥＤからの照射の浸透深さの範囲内にあるであろう領域に到達することを積極的に阻止しうる。分離壁２０は、例えば、単に、他のマイクロＬＥＤの上方の領域に照射が達することに対する保険として含めることも可能である。

【0042】

第１の複数のマイクロＬＥＤ１４ａの駆動電流及び駆動時間は、光硬化性流体３０ａの光子線量を最適化するよう選択することが可能である。流体３０ａを硬化させるためのサブピクセル当たりのパワーは、マイクロＬＥＤディスプレイ１０の表示モードにおけるサブピクセル当たりのパワーと必ずしも同じではない。例えば、硬化モードのためのサブピクセル当たりのパワーは、表示モードのサブピクセル当たりのパワーよりも高くすることができる。

【0043】

図３Ｄを参照すると、硬化が完了し第１の凝固色変換層４０ａが形成されると、残留した未硬化の第１の光硬化性流体がディスプレイ１０から除去される。これにより、他のマイクロＬＥＤ１４ｂ、１４ｃは、次の堆積ステップのために露出した状態で残される。幾つかの実施形態において、未硬化の第１の光硬化性流体３０ａが、溶媒を用いて、例えば、水、エタノール、トルエン、又はメチルエチルケトン、又はこれらの組合せを用いて、ディスプレイから単にリンスされる。光硬化性流体３０ａがネガ型フォトレジストを含む場合には、リンス流体が、フォトレジスト用のフォトレジスト現像液を含みうる。

【0044】

図３Ｅ及び図４Ｂを参照すると、図３Ａ～図３Ｄに関して上述した処理が繰り返されるが、第２の光硬化性流体３０ｂが用いられ、第２の複数のマイクロＬＥＤ１４ｂが作動させられる。リンスの後で、第２の色変換層４０ｂが、第２の複数のマイクロＬＥＤ１４ｂのそれぞれの上に形成される。

【0045】

第２の光硬化性流体３０ｂは、第１の光硬化性流体３０ａと同様であるが、マイクロＬＥＤ１４からのより短い波長の光を、第２の異なる色のより長い波長の光に変換するための色変換剤３６ｂを含む。第２の色は、例えば緑色でありうる。

【0046】

第２の複数のマイクロＬＥＤ１４ｂは、第２の色のサブピクセルに対応している。特に、第２の複数のマイクロＬＥＤ１４ｂは、第２の光硬化性流体３０ｂ中の色変換成分によって生成される色の光のためのサブピクセルに対応している。例えば、流体３０ａ中の色変換成分が、マイクロＬＥＤ１４からの光を緑色光に変換すると仮定すると、緑色のサブピクセルに対応するマイクロＬＥＤ１４ｂのみがオンになる。

【0047】

図３Ｆ及び図４Ｃを参照すると、任意選択的に、図３Ａ～図３Ｄに関して上述した処理がさらに再度繰り返されるが、第３の光硬化性流体３０ｃが用いられ、第３の複数のマイクロＬＥＤ１４ｃが作動させられる。リンスの後で、第３の色変換層４０ｃが、第３の複数のマイクロＬＥＤ１４ｃのそれぞれの上に形成される。

【0048】

第３の光硬化性流体３０ｃは、第１の光硬化性流体３０ａと同様であるが、マイクロＬＥＤ１４からのより短い波長の光を、第３の異なる色のより長い波長の光に変換するための色変換剤３６ｃを含む。第３の色は、例えば赤色でありうる。

【0049】

第３の複数のマイクロＬＥＤ１４ｂは、第３の色のサブピクセルに対応している。特に、第３の複数のマイクロＬＥＤ１４ｂは、第３の光硬化性流体３０ｂ中の色変換成分によって生成される色の光のためのサブピクセルに対応している。例えば、流体３０ａ中の色変換成分が、マイクロＬＥＤ１４からの光を赤色光に変換すると仮定すると、赤色サブピクセルに対応するマイクロＬＥＤ１４ｂのみがオンになる。

【0050】

図３Ａ～図３Ｆに示したこの特定の例では、色変換層４０ａ、４０ｂ、４０ｃが、カラーサブピクセルごとに堆積させられる。このことは、例えば、マイクロＬＥＤが紫外光を生成する場合には必要となる。

【0051】

しかしながら、マイクロＬＥＤ１４は、ＵＶ光の代わりに、青色光を生成することもあるであろう。この場合には、青色変換剤を含有する光硬化性流体によるディスプレイ１０のコーティングを省くことができ、プロセスが、緑色及び赤色サブピクセルのための光硬化性流体を使用して実施されうる。例えば図３Ｅに示すように、色変換層が設けられていない複数のマイクロＬＥＤが１つ残される。図３Ｆに示すプロセスは実行されない。例えば、第１の光硬化性流体３０ａは緑色ＣＣＡを含むことができ、第１の複数のマイクロＬＥＤ１４ａは緑色サブピクセルに対応することができ、第２の光硬化性流体３０ｂは赤色ＣＣＡを含むことができ、第２の複数のマイクロＬＥＤ１４ｂは赤色サブピクセルに対応することができる。

【0052】

流体３０ａ、３０ｂ、３０ｃが溶媒を含んでいたと仮定すると、いくらかの溶媒が色変換層４０ａ、４０ｂ、４０ｃ内に溜まっていることがある。図３Ｇを参照すると、この溶媒は、例えばＩＲランプなどによって、マイクロＬＥＤアレイを熱に曝すことによって蒸発させることが可能である。色変換層４０ａ、４０ｂ、４０ｃからの溶媒の蒸発は、結果的に、最終層がより薄くなるように層の収縮をもたらしうる。

【0053】

溶媒を除去し、色変換層４０ａ、４０ｂ、４０ｃを収縮させることによって、色変換剤、例えば量子ドットの濃度を上げることができ、従って、より高い色変換効率がもたらされる。その一方で、溶媒を含むことは、光硬化性流体の他の成分の化学配合における、例えば色変換剤又は架橋性成分におけるより大きなフレキシビリティを可能とする。

【0054】

任意選択的に、図３Ｈに示すように、ＵＶ遮断層５０が、マイクロＬＥＤ１４のすべての上に堆積させられうる。ＵＶ遮断層５０は、色変換層４０によって吸収されないＵＶ光を遮断することが可能である。ＵＶ遮断層５０は、ブラッグ反射器であってよく、又は単に、ＵＶ光を選択的に吸収する材料であってよい。ブラッグ反射器は、ＵＶ光をマイクロＬＥＤ１４に向けて反射させることができ、したがってエネルギー効率が上がる。

【0055】

図５Ａ～図５Ｅは、バックプレーン上にマイクロＬＥＤアレイ及び分離壁を作製する方法を示す。図５Ａを参照すると、プロセスが、マイクロＬＥＤアレイを提供することになるウエハ１００から開始される。ウエハ１００は、基板１０２、例えば、ケイ素又はサファイアのウエハを含み、その上に、第１のドーピングを有する第１の半導体層１０４と、活性層１０６と、第２の反対のドーピングを有する第２の半導体層１０８と、が配置されている。例えば、第１の半導体層１０４は、ｎ型ドープされた窒化ガリウム（ｎ－ＧａＮ）層とすることができ、活性層１０６は、多重量子井戸（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）層１０６とすることができ、第２の半導体層１０７は、ｐ型ドープされた窒化ガリウム（ｐ－ＧａＮ）層１０８とすることができる。

【0056】

図５Ｂを参照すると、ウエハ１００をエッチングして、層１０４、１０６、１０８を、第１の色、第２の色、及び第３の色に対応する第１の複数のマイクロＬＥＤ１４ａ、第２の複数のマイクロＬＥＤ１４ｂ、及び第３の複数のマイクロＬＥＤ１４ｃを含む個々のマイクロＬＥＤ１４へと分割する。さらに、導電性コンタクト１１０を堆積させることができる。例えば、ｐ型コンタクト１１０ａは、ｐ型ＧａＮ層１０８の上に堆積させることでき、ｎ型コンタクト１１０ｂは、ｎ型ＧａＮ層１０４の上に堆積させることが可能である。

【0057】

同様に、バックプレーン１６は、回路１８及び電気コンタクト１２０を含むよう作製されている。電気コンタクト１２０は、第１のコンタクト１２０ａ、例えば駆動コンタクト、及び第２のコンタクト１２０ｂ、例えば接地コンタクトを含みうる。

【0058】

図５Ｃを参照すると、マイクロＬＥＤウエハ１００が、バックプレーン１６と接触して位置合わせされて、配置される。例えば、第１のコンタクト１１０ａは第１のコンタクト１２０ａに接触させることができ、第２のコンタクト１１０ｂは第２のコンタクト１２０ｂに接触させることができる。マイクロＬＥＤウエハ１００を、バックプレーンと接触するように下げることができ、又はその逆もできる。

【0059】

次に、図５Ｄを参照すると、基板１０２が除去される。例えば、ケイ素基板が、当該基板１０２を研磨することによって、例えば化学機械研磨によって除去されうる。他の例として、サファイア基板が、レーザリフトオフプロセスによって除去されうる。

【0060】

最後に、図５Ｅを参照すると、分離壁２０が、（マイクロＬＥＤ１４がすでに取り付けられている）バックプレーン１６上に形成される。分離壁は、従来のプロセスによって形成され、例えば、フォトレジストの堆積、フォトリソグラフィによるフォトレジストのパターニング、及び凹部２２に対応するフォトレジストの部分を除去するための現像によって形成されうる。結果的に得られた構造は、その後、図３Ａ～図３Ｈについて記載された処理のためのディスプレイ１０として使用されうる。

【0061】

図６Ａ～図６Ｄは、バックプレーン上にマイクロＬＥＤアレイ及び分離壁を作製するための他の方法を示す。このプロセスは、以下に述べることを除いて、図５Ａ～図５Ｅについて上述したプロセスと同様とすることができる。

【0062】

図６Ａを参照すると、プロセスは、マイクロＬＥＤアレイ及びバックプレーン１６を提供することになるウエハ１００から開始される。

【0063】

図６Ｂを参照すると、分離壁２０が、（マイクロＬＥＤ１４がまだ取り付けられていない）バックプレーン１６上に形成される。

【0064】

さらに、ウエハ１００をエッチングして、層１０４、１０６、１０８を、第１の複数のマイクロＬＥＤ１４ａ、第２の複数のマイクロＬＥＤ１４ｂ、及び第３複数のマイクロＬＥＤ１４ｃを含む個々のマイクロＬＥＤ１４に分割する。しかしながら、このエッチングプロセスによって形成される凹部１３０は、分離壁２０を収容するのに十分な深さである。例えば、凹部１３０が基板１０２内を延在するように、エッチングが続けられうる。

【0065】

次に、図６Ｃに示されるように、マイクロＬＥＤウエハ１００が、バックプレーン１６と接触して位置合わせされて、配置される（その逆も然りである）。分離壁２０は、凹部１３０に収まっている。さらに、マイクロＬＥＤのコンタクト１１０が、バックプレーン１６のコンタクト１２０に電気的に接続されている。

【0066】

最後に、図６Ｄを参照すると、基板１０２が除去される。これにより、マイクロＬＥＤ１４及び分離壁２０が、バックプレーン１６上に残される。結果的に得られた構造は、その後、図３Ａ～図３Ｈについて記載された処理のためのディスプレイ１０として使用されうる。

【0067】

垂直方向及び横方向といった位置決めの用語を使用してきた。しかしながら、このような用語は、重力に対する絶対的な位置決めではなく、相対的な位置決めを指すことと理解されたい。例えば、横方向は、基板表面に対して平行な方向であり、垂直方向は、基板表面に対して垂直な方向である。

【0068】

当業者には、前述の例が例示的なものであって限定的なものではないことが分かるであろう。
例えば、
・上述の説明は、マイクロＬＥＤに焦点を当てているが、本技術は、他の種類の発光ダイオードを備えた他のディスプレイ、特に、他のマイクロスケールの発光ダイオード、例えば、両端が約１０ミクロン未満のＬＥＤを有するディスプレイにも適用することが可能である。
・上記の説明では、色変換層が形成される順序は、青、次いで緑、次いで赤であると仮定したが、他の順序が可能であり、例えば、青、次いで赤、次いで緑も可能である。さらに、他の色が可能であり、例えば、橙色及び黄色も可能である。

【0069】

本開示の思想及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行えることが分かるであろう。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A-D】

【図3E-H】

【図4A-C】

【図5A-C】

【図5D-E】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】