FR3144404A1 - Three-dimensional light-emitting diode optoelectronic device - Google Patents
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Abstract
Dispositif optoélectronique à diodes électroluminescentes tridimensionnelles La présente description concerne un dispositif optoélectronique (5) comprenant une première diode électroluminescente (GLED) comprenant des éléments semiconducteurs tridimensionnels, correspondant chacun à un microfil, un nanofil, ou un élément conique ou tronconique de taille micrométrique ou nanométrique, et une zone active recouvrant chaque élément semiconducteur tridimensionnel, la première diode électroluminescente étant configurée pour émettre un rayonnement (RL) avec un spectre d'émission pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 80 % de l'intensité lumineuse maximale du spectre sur une première plage de longueurs d'ondes supérieure à 30 nm et pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 50 % de l'intensité lumineuse maximale sur une deuxième plage de longueurs d'ondes inférieure à la première plage augmentée de 30 nm ; et un filtre optique passe bande (F_LED) recouvrant la première diode électroluminescente. Figure pour l'abrégé : Fig. 3Optoelectronic device with three-dimensional light-emitting diodes The present description relates to an optoelectronic device (5) comprising a first light-emitting diode (GLED) comprising three-dimensional semiconductor elements, each corresponding to a microwire, a nanowire, or a conical or frustoconical element of micrometric or nanometric size , and an active area covering each three-dimensional semiconductor element, the first light-emitting diode being configured to emit radiation (RL) with an emission spectrum for which the light intensity is greater than 80% of the maximum light intensity of the spectrum on a first wavelength range greater than 30 nm and for which the light intensity is greater than 50% of the maximum light intensity over a second wavelength range less than the first range increased by 30 nm; and a band-pass optical filter (F_LED) covering the first light-emitting diode. Figure for abstract: Fig. 3
Description
La présente demande concerne un dispositif optoélectronique, notamment un pixel d'affichage pour un écran d'affichage ou pour un panneau de rétroéclairage, comprenant des diodes électroluminescentes tridimensionnelles à base de matériaux semiconducteurs, et son procédé de fabrication.The present application relates to an optoelectronic device, in particular a display pixel for a display screen or for a backlight panel, comprising three-dimensional light-emitting diodes based on semiconductor materials, and its manufacturing method.
Une diode électroluminescente à base de matériaux semiconducteurs comprend généralement une zone active qui est la région de la diode électroluminescente depuis laquelle est émise la majorité du rayonnement électromagnétique fourni par la diode électroluminescente. La structure et la composition de la zone active sont adaptées pour obtenir un rayonnement électromagnétique ayant les propriétés souhaitées. En particulier, il est généralement recherché l'obtention d'un rayonnement électromagnétique à spectre étroit, idéalement sensiblement monochromatique.A light-emitting diode based on semiconductor materials generally comprises an active zone which is the region of the light-emitting diode from which the majority of the electromagnetic radiation provided by the light-emitting diode is emitted. The structure and composition of the active zone are adapted to obtain electromagnetic radiation having the desired properties. In particular, it is generally sought to obtain electromagnetic radiation with a narrow spectrum, ideally substantially monochromatic.
On s'intéresse plus particulièrement ici à des dispositifs optoélectroniques à diodes électroluminescentes tridimensionnelles, c’est-à-dire des diodes électroluminescentes comprenant chacune un élément semiconducteur tridimensionnel de taille micrométrique ou nanométrique s'étendant selon une direction privilégiée, par exemple un microfil ou un nanofil, et dont la zone active recouvre l'élément semiconducteur tridimensionnel. En particulier, une diode électroluminescente tridimensionnelle est dite de type radiale lorsque sa zone active s'étend au moins sur les parois latérales de l'élément semiconducteur tridimensionnel.We are more particularly interested here in optoelectronic devices with three-dimensional light-emitting diodes, that is to say light-emitting diodes each comprising a three-dimensional semiconductor element of micrometric or nanometric size extending in a preferred direction, for example a microwire or a nanowire, and whose active zone covers the three-dimensional semiconductor element. In particular, a three-dimensional light-emitting diode is said to be of the radial type when its active zone extends at least over the side walls of the three-dimensional semiconductor element.
La longueur d'onde centrale du rayonnement émis par une diode électroluminescente tridimensionnelle de type radial dépend notamment du diamètre de l'élément semiconducteur tridimensionnel sur lequel repose la zone active de la diode électroluminescente.The central wavelength of the radiation emitted by a radial-type three-dimensional light-emitting diode depends in particular on the diameter of the three-dimensional semiconductor element on which the active zone of the light-emitting diode rests.
Un procédé de fabrication de dispositifs optoélectroniques comprend la formation de diodes électroluminescentes tridimensionnelles radiales sur une plaque et la découpe de la plaque pour séparer les dispositifs optoélectroniques. Avec les procédés connus de fabrication de diodes électroluminescentes tridimensionnelles radiales comprenant notamment des étapes de croissance par épitaxie, lorsque les conditions de croissance devraient en théorie conduire à l'obtention sur une même plaque d'éléments semiconducteurs tridimensionnels des diodes électroluminescentes de mêmes dimensions, on observe en pratique une dispersion globale importante des diamètres des éléments semiconducteurs tridimensionnels sur l'ensemble de la plaque même si la dispersion locale peut demeurer réduite. Ceci entraîne une dispersion globale importante des longueurs d'ondes centrales des rayonnements émis par les diodes électroluminescentes formées à partir d’une même plaque, pouvant atteindre 20 nm.A method of manufacturing optoelectronic devices includes forming radial three-dimensional light-emitting diodes on a plate and cutting the plate to separate the optoelectronic devices. With the known methods of manufacturing radial three-dimensional light-emitting diodes comprising in particular growth steps by epitaxy, when the growth conditions should in theory lead to obtaining light-emitting diodes of the same dimensions on the same plate of three-dimensional semiconductor elements, we observes in practice a significant overall dispersion of the diameters of the three-dimensional semiconductor elements over the entire plate even if the local dispersion can remain reduced. This leads to a significant overall dispersion of the central wavelengths of the radiation emitted by the light-emitting diodes formed from the same plate, which can reach 20 nm.
Pour la fabrication d'un dispositif optoélectronique tel qu'un pixel pour un écran d'affichage ou pour un panneau de rétroéclairage, il est généralement exigé une dispersion de la longueur d'onde centrale du rayonnement émis par le dispositif optoélectronique inférieure à 2 nm. Il est alors nécessaire de tester les dispositifs optoélectroniques formés à partir d'une même plaque pour sélectionner ceux qui ont les propriétés souhaitées. Ces étapes augmentent le coût de fabrication des dispositifs optoélectroniques.For the manufacture of an optoelectronic device such as a pixel for a display screen or for a backlight panel, a dispersion of the central wavelength of the radiation emitted by the optoelectronic device of less than 2 nm is generally required. . It is then necessary to test the optoelectronic devices formed from the same plate to select those which have the desired properties. These steps increase the manufacturing cost of optoelectronic devices.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des dispositifs optoélectroniques à diodes électroluminescentes tridimensionnelles connus.One embodiment overcomes all or part of the drawbacks of known three-dimensional light-emitting diode optoelectronic devices.
Un objet d'un mode de réalisation est de contrôler avec précision la longueur d'onde centrale du rayonnement émis par le dispositif optoélectronique.An object of one embodiment is to precisely control the center wavelength of the radiation emitted by the optoelectronic device.
Un objet d'un mode de réalisation est de réduire, voire de supprimer, les étapes de sélection des dispositifs optoélectroniques formés à partir d'une même plaque.An object of one embodiment is to reduce, or even eliminate, the steps of selecting optoelectronic devices formed from the same plate.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique comprenant une première diode électroluminescente comprenant des éléments semiconducteurs tridimensionnels, correspondant chacun à un microfil, un nanofil, ou un élément conique ou tronconique de taille micrométrique ou nanométrique, et une zone active recouvrant chaque élément semiconducteur tridimensionnel, la première diode électroluminescente étant configurée pour émettre un rayonnement électromagnétique (RL) avec un spectre d'émission pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 80 % de l'intensité lumineuse maximale du spectre sur une première plage de longueurs d'ondes supérieure à 30 nm et pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 50 % de l'intensité lumineuse maximale sur une deuxième plage de longueurs d'ondes inférieure à la première plage augmentée de 30 nm ; et un filtre optique passe bande recouvrant la première diode électroluminescente. Ceci permet avantageusement que le dispositif optoélectronique présente un spectre d'émission étroit alors que la diode électroluminescente a un spectre d'émission large, réduisant ainsi les contraintes de fabrication de la diode électroluminescente.One embodiment provides an optoelectronic device comprising a first light-emitting diode comprising three-dimensional semiconductor elements, each corresponding to a microwire, a nanowire, or a conical or frustoconical element of micrometric or nanometric size, and an active zone covering each three-dimensional semiconductor element, the first light-emitting diode being configured to emit electromagnetic radiation (RL) with an emission spectrum for which the light intensity is greater than 80% of the maximum light intensity of the spectrum over a first wavelength range greater than 30 nm and for which the light intensity is greater than 50% of the maximum light intensity over a second wavelength range less than the first range increased by 30 nm; and a band-pass optical filter covering the first light-emitting diode. This advantageously allows the optoelectronic device to have a narrow emission spectrum while the light-emitting diode has a broad emission spectrum, thus reducing the manufacturing constraints of the light-emitting diode.
Selon un mode de réalisation, la dispersion globale des diamètres équivalents des éléments semiconducteurs tridimensionnels de la première diode électroluminescente est comprise entre 2 % et 100 %, de préférence entre 3 % et 25 %, plus préférentiellement entre 5 % et 25 %, du diamètre équivalent moyen des éléments semiconducteurs tridimensionnels de la première diode électroluminescente. La dispersion globale peut être plus importante que celle due seulement aux procédés de fabrication, ce qui permet de simplifier les contraintes pour la fabrication des éléments semiconducteurs tridimensionnels.According to one embodiment, the overall dispersion of the equivalent diameters of the three-dimensional semiconductor elements of the first light-emitting diode is between 2% and 100%, preferably between 3% and 25%, more preferably between 5% and 25%, of the diameter. average equivalent of the three-dimensional semiconductor elements of the first light-emitting diode. The overall dispersion can be greater than that due only to the manufacturing processes, which makes it possible to simplify the constraints for the manufacturing of three-dimensional semiconductor elements.
Selon un mode de réalisation, les longueurs d'ondes centrales des rayonnements émis par les zones actives de la première diode électroluminescente du dispositif optoélectronique sont comprises entre 400 nm à 480 nm. Ceci permet de réaliser des diodes électroluminescentes à éléments tridimensionnels émettant dans le bleu.According to one embodiment, the central wavelengths of the radiation emitted by the active zones of the first light-emitting diode of the optoelectronic device are between 400 nm to 480 nm. This makes it possible to produce light-emitting diodes with three-dimensional elements emitting in blue.
Selon un mode de réalisation, chaque élément semiconducteur tridimensionnel a un diamètre équivalent compris entre 0,05 µm et 2 µm.According to one embodiment, each three-dimensional semiconductor element has an equivalent diameter of between 0.05 µm and 2 µm.
Selon un mode de réalisation, le filtre optique passe bande a une bande passante à mi-hauteur inférieure à 50 nm. Selon un mode de réalisation, le filtre optique passe bande a un maximum de transmission à une longueur d'onde comprise entre 430 nm et 480 nm.According to one embodiment, the optical band-pass filter has a half-maximum bandwidth of less than 50 nm. According to one embodiment, the band-pass optical filter has a maximum transmission at a wavelength between 430 nm and 480 nm.
Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique comprend une deuxième diode électroluminescente ayant la même structure que la première diode électroluminescente, et un bloc d'un premier matériau photoluminescent recouvrant la deuxième diode électroluminescente. Ceci permet la réalisation d'un pixel d'affichage.According to one embodiment, the optoelectronic device comprises a second light-emitting diode having the same structure as the first light-emitting diode, and a block of a first photoluminescent material covering the second light-emitting diode. This allows the creation of a display pixel.
Selon un mode de réalisation, le filtre optique passe bande ne recouvre pas la deuxième diode électroluminescente. Les pertes d'efficacité dues au filtre optique passe bande ne concernent donc que la première diode électroluminescente.According to one embodiment, the band-pass optical filter does not cover the second light-emitting diode. The efficiency losses due to the band-pass optical filter therefore only concern the first light-emitting diode.
Selon un mode de réalisation, l'anode de la première diode électroluminescente n'est pas commune avec l'anode de la deuxième diode électroluminescente et/ou la cathode de la première diode électroluminescente n'est pas commune avec la cathode de la deuxième diode électroluminescente. Les première et deuxième diodes électroluminescentes peuvent être commandées séparément.According to one embodiment, the anode of the first light-emitting diode is not common with the anode of the second light-emitting diode and/or the cathode of the first light-emitting diode is not common with the cathode of the second diode electroluminescent. The first and second light-emitting diodes can be controlled separately.
Selon un mode de réalisation, le filtre optique passe bande a un maximum de transmission à une longueur d'onde comprise entre 430 nm et 480 nm, et le bloc du premier matériau photoluminescent est configuré pour absorber le rayonnement émis par la deuxième diode électroluminescente et le convertir en un rayonnement à une longueur d'onde comprise entre 510 nm à 570 nm.According to one embodiment, the band-pass optical filter has a maximum transmission at a wavelength of between 430 nm and 480 nm, and the block of the first photoluminescent material is configured to absorb the radiation emitted by the second light-emitting diode and convert it into radiation at a wavelength between 510 nm at 570 nm.
Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique comprend une troisième diode électroluminescente ayant la même structure que la première diode électroluminescente, et un bloc d'un deuxième matériau photoluminescent, différent du premier matériau photoluminescent, recouvrant la troisième diode électroluminescente.According to one embodiment, the optoelectronic device comprises a third light-emitting diode having the same structure as the first light-emitting diode, and a block of a second photoluminescent material, different from the first photoluminescent material, covering the third light-emitting diode.
Selon un mode de réalisation, le filtre optique passe bande ne recouvre pas la troisième diode électroluminescente.According to one embodiment, the band-pass optical filter does not cover the third light-emitting diode.
Selon un mode de réalisation, l'anode de la première diode électroluminescente n'est pas commune avec l'anode de la troisième diode électroluminescente et/ou la cathode de la première diode électroluminescente n'est pas commune avec la cathode de la troisième diode électroluminescente.According to one embodiment, the anode of the first light-emitting diode is not common with the anode of the third light-emitting diode and/or the cathode of the first light-emitting diode is not common with the cathode of the third diode electroluminescent.
Selon un mode de réalisation, le filtre optique passe bande a un maximum de transmission à une longueur d'onde comprise entre 430 nm et 480 nm, et le bloc du deuxième matériau photoluminescent est configuré pour absorber le rayonnement émis par la troisième diode électroluminescente et le convertir en un rayonnement à une longueur d'onde comprise entre 600 nm à 720 nm.According to one embodiment, the band-pass optical filter has a maximum transmission at a wavelength of between 430 nm and 480 nm, and the block of the second photoluminescent material is configured to absorb the radiation emitted by the third light-emitting diode and convert it into radiation at a wavelength between 600 nm at 720 nm.
Selon un mode de réalisation, les éléments semiconducteurs tridimensionnels de la première diode électroluminescente sont à base d'un composé III-V ou II-VI.According to one embodiment, the three-dimensional semiconductor elements of the first light-emitting diode are based on a III-V or II-VI compound.
Un mode de réalisation prévoit également un procédé de fabrication de dispositifs optoélectroniques comprenant les étapes suivantes :
- former sur une plaque des premières diodes électroluminescentes comprenant chacune des éléments semiconducteurs tridimensionnels correspondant chacun à un microfil, un nanofil, ou un élément conique ou tronconique de taille micrométrique ou nanométrique, et une zone active recouvrant chaque élément semiconducteur tridimensionnel, chaque première diode électroluminescente étant configurée pour émettre un rayonnement avec un spectre d'émission pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 80 % de l'intensité lumineuse maximale du spectre sur une première plage de longueurs d'ondes supérieure à 30 nm et pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 50 % de l'intensité lumineuse maximale sur une deuxième plage de longueurs d'ondes inférieure à la première plage augmentée de 30 nm ;
- former un filtre optique passe bande recouvrant la première diode électroluminescente pour chaque dispositif optoélectronique ; et
- découper la plaque pour séparer les premières diodes électroluminescentes.One embodiment also provides a process for manufacturing optoelectronic devices comprising the following steps:
- form on a plate first light-emitting diodes each comprising three-dimensional semiconductor elements each corresponding to a microwire, a nanowire, or a conical or frustoconical element of micrometric or nanometric size, and an active zone covering each three-dimensional semiconductor element, each first light-emitting diode being configured to emit radiation with an emission spectrum for which the light intensity is greater than 80% of the maximum light intensity of the spectrum over a first wavelength range greater than 30 nm and for which the intensity light is greater than 50% of the maximum light intensity over a second wavelength range less than the first range increased by 30 nm;
- form a band-pass optical filter covering the first light-emitting diode for each optoelectronic device; And
- cut the plate to separate the first light-emitting diodes.
Ceci permet avantageusement que les dispositifs optoélectroniques formés sur la même plaque présentent le même spectre d'émission étroit alors que les diodes électroluminescentes ont des spectres d'émissions larges, éventuellement décalés, réduisant ainsi les contraintes de fabrication des diodes électroluminescentes.This advantageously allows the optoelectronic devices formed on the same plate to have the same narrow emission spectrum while the light-emitting diodes have wide, possibly offset, emission spectra, thus reducing the manufacturing constraints of the light-emitting diodes.
Les premières diodes électroluminescentes sont formées par croissance épitaxiale. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de formation sur la plaque d'un masque comprenant des ouvertures, et une étape de croissance des éléments semiconducteurs tridimensionnels dans les ouvertures, dans lequel la dispersion globale des diamètres équivalents des ouvertures est comprise entre 2 % et 100 % du diamètre équivalent moyen des éléments semiconducteurs tridimensionnels de la première diode électroluminescente.The first light-emitting diodes are formed by epitaxial growth. According to one embodiment, the method comprises a step of forming on the plate a mask comprising openings, and a step of growing the three-dimensional semiconductor elements in the openings, in which the overall dispersion of the equivalent diameters of the openings is between 2% and 100% of the average equivalent diameter of the three-dimensional semiconductor elements of the first light-emitting diode.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :These characteristics and advantages, as well as others, will be explained in detail in the following description of particular embodiments given on a non-limiting basis in relation to the attached figures, among which:
la
la
la
la
la
la
la
la
la
la
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les connexions électriques des diodes électroluminescentes d'un dispositif optoélectronique ne sont pas décrites.The same elements have been designated by the same references in the different figures. In particular, the structural and/or functional elements common to the different embodiments may have the same references and may have identical structural, dimensional and material properties. For the sake of clarity, only the steps and elements useful for understanding the embodiments described have been represented and are detailed. In particular, the electrical connections of the light-emitting diodes of an optoelectronic device are not described.
Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.Unless otherwise specified, when we refer to two elements connected to each other, this means directly connected without intermediate elements other than conductors, and when we refer to two elements connected (in English "coupled") to each other, this means that these two elements can be connected or be linked through one or more other elements.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures ou à un dispositif optoélectronique dans une position normale d'utilisation. En outre, sauf indication contraire, on considère ici que les termes "isolant" et "conducteur" signifient respectivement "isolant électriquement" et "conducteur électriquement".In the following description, when referring to absolute position qualifiers, such as "front", "back", "up", "down", "left", "right", etc., or relative, such as the terms "above", "below", "superior", "lower", etc., or to qualifiers of orientation, such as the terms "horizontal", "vertical", etc., it is referred to unless otherwise specified to the orientation of the figures or to an optoelectronic device in a normal position of use. Furthermore, unless otherwise indicated, the terms "insulator" and "conductor" are herein taken to mean "electrically insulating" and "electrically conductive", respectively.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.Unless otherwise specified, the expressions "approximately", "approximately", "substantially", and "of the order of" mean to the nearest 10%, preferably to the nearest 5%.
Dans la suite de la description, la transmittance interne d'une couche correspond au rapport entre l'intensité du rayonnement sortant de la couche et l'intensité du rayonnement entrant dans la couche. L'absorption de la couche est égale à la différence entre 1 et la transmittance interne. Dans la suite de la description, une couche est dite transparente à un rayonnement lorsque l’absorption du rayonnement au travers de la couche est inférieure à 60 %. Dans la suite de la description, une couche est dite absorbante à un rayonnement lorsque l'absorption du rayonnement dans la couche est supérieure à 60 %. Lorsqu'un rayonnement présente un spectre de forme générale "en cloche", par exemple de forme gaussienne, ayant un maximum, on appelle longueur d'onde du rayonnement, ou longueur d'onde centrale ou principale du rayonnement, la longueur d'onde à laquelle le maximum du spectre est atteint. Dans la suite de la description, l'indice de réfraction d'un matériau correspond à l'indice de réfraction du matériau pour la plage de longueurs d'onde du rayonnement émis par le dispositif optoélectronique. Sauf indication contraire, l'indice de réfraction est considéré sensiblement constant sur la plage de longueurs d'onde du rayonnement utile, par exemple égal à la moyenne de l'indice de réfraction sur la plage de longueurs d'onde du rayonnement émis par le dispositif optoélectronique.In the remainder of the description, the internal transmittance of a layer corresponds to the ratio between the intensity of the radiation leaving the layer and the intensity of the radiation entering the layer. The absorption of the layer is equal to the difference between 1 and the internal transmittance. In the remainder of the description, a layer is said to be transparent to radiation when the absorption of the radiation through the layer is less than 60%. In the remainder of the description, a layer is said to be radiation absorbent when the absorption of the radiation in the layer is greater than 60%. When a radiation presents a spectrum of general "bell-shaped" shape, for example of Gaussian shape, having a maximum, we call wavelength of the radiation, or central or main wavelength of the radiation, the wavelength at which the maximum of the spectrum is reached. In the remainder of the description, the refractive index of a material corresponds to the refractive index of the material for the wavelength range of the radiation emitted by the optoelectronic device. Unless otherwise indicated, the refractive index is considered substantially constant over the wavelength range of the useful radiation, for example equal to the average of the refractive index over the wavelength range of the radiation emitted by the optoelectronic device.
La présente invention concerne la fabrication de dispositifs optoélectroniques comprenant au moins une diode électroluminescente formée à partir d'éléments semiconducteurs tridimensionnels de taille nanométrique ou micrométrique, en particulier des microfils, des nanofils, ou des éléments coniques ou tronconiques de taille micrométrique ou nanométrique, notamment des pyramides.The present invention relates to the manufacture of optoelectronic devices comprising at least one light-emitting diode formed from three-dimensional semiconductor elements of nanometric or micrometric size, in particular microwires, nanowires, or conical or frustoconical elements of micrometric or nanometric size, in particular pyramids.
Par élément semiconducteur tridimensionnel de taille nanométrique ou micrométrique, on désigne une structure tridimensionnelle de forme allongée, par exemple cylindrique, selon une direction privilégiée, dont au moins deux dimensions, appelées dimensions mineures, sont comprises entre 5 nm et 2,5 µm, de préférence entre 50 nm et 2,5 µm. La troisième dimension, appelée dimension majeure, est supérieure ou égale à 1 fois, de préférence supérieure ou égale à 5 fois et encore plus préférentiellement supérieure ou égale à 10 fois, la plus grande des dimensions mineures. Dans certains modes de réalisation, les dimensions mineures peuvent être inférieures ou égales à environ 1 µm, de préférence comprises entre 100 nm et 1 µm, plus préférentiellement entre 100 nm et 800 nm. Dans certains modes de réalisation, la hauteur de l'élément semiconducteur tridimensionnel peut être supérieure ou égale à 500 nm, de préférence comprise entre 1 µm et 50 µm. Le terme "microfil" ou "nanofil" concerne un élément semiconducteur tridimensionnel de forme cylindrique ou sensiblement cylindrique. Dans la suite de la description, on utilise le terme "fil" pour signifier "microfil ou nanofil".By three-dimensional semiconductor element of nanometric or micrometric size, we designate a three-dimensional structure of elongated shape, for example cylindrical, in a preferred direction, of which at least two dimensions, called minor dimensions, are between 5 nm and 2.5 µm, of preferably between 50 nm and 2.5 µm. The third dimension, called the major dimension, is greater than or equal to 1 time, preferably greater than or equal to 5 times and even more preferably greater than or equal to 10 times, the largest of the minor dimensions. In certain embodiments, the minor dimensions may be less than or equal to approximately 1 µm, preferably between 100 nm and 1 µm, more preferably between 100 nm and 800 nm. In certain embodiments, the height of the three-dimensional semiconductor element may be greater than or equal to 500 nm, preferably between 1 µm and 50 µm. The term "microwire" or "nanowire" relates to a three-dimensional semiconductor element of cylindrical or substantially cylindrical shape. In the remainder of the description, the term "wire" is used to mean "microwire or nanowire".
La section droite des fils peut avoir différentes formes, par exemple, une forme ovale, circulaire ou polygonale, notamment triangulaire, rectangulaire, carrée ou hexagonale. On comprendra que le terme "diamètre équivalent" utilisé en relation avec une section droite d'un fil désigne une quantité associée avec l'aire du fil dans cette section droite, correspondant, par exemple, au diamètre du disque ayant la même aire que la section droite du fil.The cross section of the wires can have different shapes, for example, an oval, circular or polygonal shape, in particular triangular, rectangular, square or hexagonal. It will be understood that the term "equivalent diameter" used in relation to a cross section of a wire designates a quantity associated with the area of the wire in this cross section, corresponding, for example, to the diameter of the disc having the same area as the straight section of the wire.
Dans la suite de la description, des modes de réalisation vont être décrits dans le cas d'un dispositif optoélectronique à diodes électroluminescentes comprenant des éléments semiconducteurs tridimensionnels correspondant à des fils. Toutefois, il est clair que ces modes de réalisation peuvent concerner un dispositif optoélectronique à diodes électroluminescentes dont les éléments semiconducteurs tridimensionnels sont des éléments coniques ou tronconiques de taille micrométrique ou nanométrique, notamment des pyramides.In the remainder of the description, embodiments will be described in the case of an optoelectronic device with light-emitting diodes comprising three-dimensional semiconductor elements corresponding to wires. However, it is clear that these embodiments can relate to an optoelectronic device with light-emitting diodes whose three-dimensional semiconductor elements are conical or frustoconical elements of micrometric or nanometric size, in particular pyramids.
Des essais ont été réalisés pour caractériser la dispersion de la longueur d'onde centrale du rayonnement émis par des diodes électroluminescentes formées sur des plaques semiconductrices de 200 mm de diamètre. Pour les essais, les diodes électroluminescentes sont de type radiale et sont formées par dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques (MOCVD, acronyme anglais pour Metal-Organic Chemical Vapor Deposition). En outre, les éléments semiconducteurs tridimensionnels des diodes électroluminescentes sont des fils. Les diodes électroluminescentes, et en particulier les fils, sont formées dans des conditions de croissance identiques pour toutes les plaques de sorte que les diodes électroluminescentes devraient théoriquement avoir la même structure et les mêmes dimensions.Tests were carried out to characterize the dispersion of the central wavelength of the radiation emitted by light-emitting diodes formed on semiconductor wafers 200 mm in diameter. For testing, the light-emitting diodes are of the radial type and are formed by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD, English acronym for Metal-Organic Chemical Vapor Deposition). In addition, the three-dimensional semiconductor elements of light-emitting diodes are wires. Light-emitting diodes, and especially wires, are formed under identical growth conditions for all wafers so that light-emitting diodes should theoretically have the same structure and dimensions.
La
La
- un substrat 10 comprenant des faces opposées 12 et 14, la face supérieure 12 étant de préférence plane au moins au niveau des diodes électroluminescentes ;
- une couche de germination 16 en un matériau favorisant la croissance de fils et disposée sur la face 12, qui peut ne pas être présente ;
- une couche isolante 18 recouvrant la couche de germination 16 et comprenant des ouvertures 20 exposant des portions de la couche de germination 16 ;
- au moins une diode électroluminescente GLED comprenant des diodes électroluminescentes élémentaires LED (une seule diode électroluminescente GLED comprenant six diodes électroluminescentes élémentaires est représentée à titre d'exemple en
- une couche isolante 24 s'étendant sur les flancs latéraux d'une portion inférieure de chaque diode électroluminescente élémentaire LED et s'étendant sur la couche isolante 18 entre les diodes électroluminescentes élémentaires LED ;
- une couche 26 transparente au rayonnement électromagnétique R_LED émis par les diodes électroluminescentes élémentaires LED, formant une électrode recouvrant chaque diode électroluminescente élémentaire LED et s'étendant en outre sur la couche isolante 24 entre les diodes électroluminescentes élémentaires LED ;
- une couche conductrice 28 et réfléchissante, s'étendant sur la couche 26 entre les diodes électroluminescentes élémentaires LED, la couche conductrice 28 pouvant, à titre de variante, être interposée entre la couche d'électrode 26 et la couche isolante 24 entre les diodes électroluminescentes élémentaires LED ;
- une couche d'encapsulation 34 transparente au rayonnement électromagnétique R_LED émis par les diodes électroluminescentes élémentaires LED, s'étendant sur les couches 26 et 28, au contact physique des couches 26 et 28, recouvrant complètement les diodes électroluminescentes élémentaires LED, et comprenant une face supérieure 35, de préférence plane ; et
- un filtre optique F_LED reposant sur la face 35 et recouvrant les diodes électroluminescentes élémentaires LED, et adapté, en fonctionnement, à réaliser un filtrage en longueur d'onde de type passe bande du rayonnement RL émis par la diode électroluminescente GLED, pour fournir un rayonnement R qui s'échappe du dispositif optoélectronique 5.There
- a substrate 10 comprising opposite faces 12 and 14, the upper face 12 being preferably planar at least at the level of the light-emitting diodes;
- a germination layer 16 made of a material promoting the growth of threads and arranged on the face 12, which may not be present;
- an insulating layer 18 covering the seed layer 16 and comprising openings 20 exposing portions of the seed layer 16;
- at least one GLED light-emitting diode comprising elementary LED light-emitting diodes (a single GLED light-emitting diode comprising six elementary light-emitting diodes is shown by way of example in
- an insulating layer 24 extending on the lateral sides of a lower portion of each elementary light-emitting diode LED and extending over the insulating layer 18 between the elementary light-emitting diodes LED;
- a layer 26 transparent to the electromagnetic radiation R_LED emitted by the elementary LED light-emitting diodes, forming an electrode covering each elementary LED light-emitting diode and further extending over the insulating layer 24 between the elementary LED light-emitting diodes;
- a conductive and reflective layer 28, extending over the layer 26 between the elementary LED light-emitting diodes, the conductive layer 28 being able, as a variant, to be interposed between the electrode layer 26 and the insulating layer 24 between the diodes elementary electroluminescent LEDs;
- an encapsulation layer 34 transparent to the electromagnetic radiation R_LED emitted by the elementary LED light-emitting diodes, extending over the layers 26 and 28, in physical contact with the layers 26 and 28, completely covering the elementary LED light-emitting diodes, and comprising a upper face 35, preferably flat; And
- an optical filter F_LED resting on face 35 and covering the elementary light-emitting diodes LED, and adapted, in operation, to carry out band-pass type wavelength filtering of the RL radiation emitted by the light-emitting diode GLED, to provide a radiation R which escapes from the optoelectronic device 5.
La diode électroluminescente GLED comprend l'ensemble des diodes électroluminescentes élémentaires LED connectées entre elles. En
Le dispositif optoélectronique 5 peut comprendre des couches supplémentaires non représentées, notamment des couches de protection étanches à l'humidité et/ou à l'air, une couche antireflet, etc. A titre de variante, la couche d'encapsulation 34 peut ne pas être présente. Dans ce cas, le filtre optique F_LED s'étend sur les couches 26 et 28, au contact physique des couches 26 et 28, et recouvre complètement les diodes électroluminescentes LED.The optoelectronic device 5 may comprise additional layers not shown, in particular moisture-tight and/or air-tight protective layers, an anti-reflective layer, etc. As a variant, the encapsulation layer 34 may not be present. In this case, the optical filter F_LED extends over layers 26 and 28, in physical contact with layers 26 and 28, and completely covers the LED light-emitting diodes.
Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique 5 comprend une densité de diodes électroluminescentes élémentaires supérieure à 400/mm2, de préférence supérieure à 20000/mm2, encore plus préférentiellement supérieure à 40000/mm2.According to one embodiment, the optoelectronic device 5 comprises a density of elementary light-emitting diodes greater than 400/mm 2 , preferably greater than 20,000/mm 2 , even more preferably greater than 40,000/mm 2 .
Selon un autre mode de réalisation, le substrat 10 n'est présent qu'à des étapes intermédiaires du procédé de réalisation du dispositif optoélectronique 5 mais est ensuite retiré et n'est pas présent sur le produit final.According to another embodiment, the substrate 10 is only present at intermediate stages of the process for producing the optoelectronic device 5 but is then removed and is not present on the final product.
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La coque 22 peut comprendre un empilement de plusieurs couches comprenant notamment une couche active 23 et une couche de liaison 25. La couche active 23 est la couche depuis laquelle est émise la majorité du rayonnement fourni par la diode électroluminescente élémentaire LED. Selon un exemple, la couche active 23 peut comporter des moyens de confinement, tels qu'un puits quantique unique ou des puits quantiques multiples. La couche de liaison 25 peut comprendre un empilement de couches semiconductrices du même matériau que le fil 21 mais du type de conductivité opposé au fil 21. L'épaisseur de la couche active 23 peut être comprise entre 2 nm et 100 nm.The shell 22 may comprise a stack of several layers including in particular an active layer 23 and a connecting layer 25. The active layer 23 is the layer from which the majority of the radiation supplied by the elementary light-emitting diode LED is emitted. According to one example, the active layer 23 may include confinement means, such as a single quantum well or multiple quantum wells. The connecting layer 25 may comprise a stack of semiconductor layers of the same material as the wire 21 but of the type of conductivity opposite to the wire 21. The thickness of the active layer 23 may be between 2 nm and 100 nm.
La
Selon un mode de réalisation, au moins certains des fils 21 des diodes électroluminescentes élémentaire LED composant la diode électroluminescente GLED ont des diamètres équivalents D différents. On appelle dispersion globale d'un paramètre physique lié aux diodes électroluminescentes élémentaires l'écart-type de ce paramètre qui est mesuré en prenant en compte toutes les diodes électroluminescentes élémentaires de la diode électroluminescente GLED, l'écart-type est pris par rapport à la moyenne du paramètre pour toutes les diodes électroluminescentes élémentaires de la diode électroluminescente GLED. Selon un mode de réalisation, la dispersion globale des diamètres équivalents des fils 21 des diodes électroluminescentes élémentaires LED de la diode électroluminescente GLED est supérieure à 20 nm, de préférence supérieure à 100 nm, plus préférentielle supérieure à 300 nm. Le diamètre équivalent moyen, qui est la moyenne des diamètres équivalents D des fils 21 peut être compris entre 0,05 µm et 4 µm. Selon un mode de réalisation, la dispersion globale des diamètres équivalents des fils 21 est comprise entre 2 % et 100 % du diamètre équivalent moyen des fils, de préférence entre 3 % et 25 % du diamètre équivalent moyen des fils, plus préférentiellement entre 5 % et 25 % du diamètre équivalent moyen des fils.According to one embodiment, at least some of the wires 21 of the elementary LED light-emitting diodes composing the GLED light-emitting diode have different equivalent diameters D. The overall dispersion of a physical parameter linked to the elementary light-emitting diodes is called the standard deviation of this parameter which is measured by taking into account all the elementary light-emitting diodes of the GLED light-emitting diode, the standard deviation is taken in relation to the average of the parameter for all elementary light-emitting diodes of the GLED light-emitting diode. According to one embodiment, the overall dispersion of the equivalent diameters of the wires 21 of the elementary LED light-emitting diodes of the GLED light-emitting diode is greater than 20 nm, preferably greater than 100 nm, more preferably greater than 300 nm. The average equivalent diameter, which is the average of the equivalent diameters D of the wires 21, can be between 0.05 µm and 4 µm. According to one embodiment, the overall dispersion of the equivalent diameters of the wires 21 is between 2% and 100% of the average equivalent diameter of the wires, preferably between 3% and 25% of the average equivalent diameter of the wires, more preferably between 5%. and 25% of the average equivalent diameter of the wires.
On appelle dispersion locale d'un paramètre physique lié aux diodes électroluminescentes élémentaires l'écart-type de ce paramètre qui est mesuré en un point de la face 12 en prenant en compte les cent diodes électroluminescentes élémentaires les plus proches de ce point, l'écart-type est pris par rapport à la moyenne du paramètre pour ces cent diodes électroluminescentes élémentaires. Selon un mode de réalisation, la dispersion locale des diamètres équivalents des fils 21 des diodes électroluminescentes élémentaires LED de la diode électroluminescente GLED est supérieure à 20 nm, de préférence supérieure à 100 nm, plus préférentielle supérieure à 300 nm, à n'importe quel endroit de la diode électroluminescente GLED.Local dispersion of a physical parameter linked to elementary light-emitting diodes is called the standard deviation of this parameter which is measured at a point on face 12 taking into account the hundred elementary light-emitting diodes closest to this point, the standard deviation is taken in relation to the average of the parameter for these hundred elementary light-emitting diodes. According to one embodiment, the local dispersion of the equivalent diameters of the wires 21 of the elementary LED light-emitting diodes of the GLED light-emitting diode is greater than 20 nm, preferably greater than 100 nm, more preferably greater than 300 nm, at any location of the GLED light-emitting diode.
Les dispersions locales/globales indiquées précédemment sont supérieures strictement à celles qui résultent de procédé de formation des diodes électroluminescentes élémentaires par croissance par épitaxie.The local/global dispersions indicated above are strictly greater than those which result from the process of forming elementary light-emitting diodes by epitaxy growth.
Selon un mode de réalisation, la dispersion locale et/ou globale des diamètres équivalents indiquée précédemment est obtenue en prévoyant des ouvertures 20 dont les diamètres équivalents sont différents. Selon un mode de réalisation, la dispersion globale des ouvertures 20 de la diode électroluminescente GLED est supérieure à 20 nm. Le diamètre équivalent moyen des ouvertures 20 peut être compris entre 0,01 µm et 4 µm. Selon un mode de réalisation, la dispersion locale des ouvertures 20 de la diode électroluminescente GLED est supérieure à 10 nm, à n'importe quel endroit de la diode électroluminescente GLED.According to one embodiment, the local and/or global dispersion of the equivalent diameters indicated above is obtained by providing openings 20 whose equivalent diameters are different. According to one embodiment, the overall dispersion of the openings 20 of the light-emitting diode GLED is greater than 20 nm. The average equivalent diameter of the openings 20 can be between 0.01 µm and 4 µm. According to one embodiment, the local dispersion of the openings 20 of the GLED light-emitting diode is greater than 10 nm, at any location of the GLED light-emitting diode.
Selon un mode de réalisation, la dispersion locale et/ou globale des diamètres équivalents indiquée précédemment est obtenue en disposant les fils 21 selon un agencement irrégulier. En effet, le diamètre des fils dépend notamment du pas du maillage. Selon un mode de réalisation, la dispersion globale du pas des fils 21 de la diode électroluminescente GLED est supérieure à 10 nm. Selon un mode de réalisation, la dispersion locale du pas des fils de la diode électroluminescente GLED est supérieure à 10 nm, à n'importe quel endroit de la diode électroluminescente GLED.According to one embodiment, the local and/or global dispersion of the equivalent diameters indicated above is obtained by arranging the wires 21 in an irregular arrangement. In fact, the diameter of the wires depends in particular on the mesh pitch. According to one embodiment, the overall dispersion of the pitch of the wires 21 of the light-emitting diode GLED is greater than 10 nm. According to one embodiment, the local dispersion of the pitch of the wires of the GLED light-emitting diode is greater than 10 nm, at any location of the GLED light-emitting diode.
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La courbe C1 a une forme générale "en plateau", c’est-à-dire qu'elle présente, sur une première plage de longueurs d'ondes Δλ supérieure à 30 nm, de préférence supérieure à 40 nm, plus préférentiellement supérieure à 50 nm, une intensité lumineuse comprise entre 80 % de l'intensité maximale Imax et l'intensité maximale Imax de la couche C1 et qu'elle présente sur une deuxième plage Δλ2 de longueurs d'ondes inférieure à la première plage Δλ1 augmentée de 30 nm, de préférence augmentée de 20 nm, plus préférentiellement augmentée de 15 nm, une intensité lumineuse comprise entre 50 % de l'intensité maximale Imax et l'intensité maximale Imax de la couche C1. La courbe d'évolution C1 a une forme nettement plus aplatie que la courbe représentative de l'intensité lumineuse du rayonnement R_LED émis par une seule diode électroluminescente élémentaire LED de la diode électroluminescente GLED qui présente une forme de "cloche" avec un maximum à la longueur d'onde centrale de la diode électroluminescente élémentaire LED. Ceci est dû au fait que, comme les fils 21 ont des diamètres différents, les longueurs d'ondes centrales des rayonnements R_LED émis par les diodes électroluminescente élémentaire LED de la diode électroluminescente GLED sont différentes, le rayonnement RL émis par la diode électroluminescente GLED correspondant à la somme des rayonnements R_LED émis par toutes les diodes électroluminescente élémentaires LED de la de la diode électroluminescente GLED.The curve C1 has a general "plateau" shape, that is to say it presents, over a first range of wavelengths Δλ greater than 30 nm, preferably greater than 40 nm, more preferably greater than 50 nm, a light intensity between 80% of the maximum intensity Imax and the maximum intensity Imax of the layer C1 and which it presents over a second range Δλ2 of wavelengths less than the first range Δλ1 increased by 30 nm, preferably increased by 20 nm, more preferably increased by 15 nm, a light intensity between 50% of the maximum intensity Imax and the maximum intensity Imax of the layer C1. The evolution curve C1 has a significantly flatter shape than the curve representative of the light intensity of the radiation R_LED emitted by a single elementary light-emitting diode LED of the light-emitting diode GLED which has a "bell" shape with a maximum at the central wavelength of the elementary light-emitting diode LED. This is due to the fact that, as the wires 21 have different diameters, the central wavelengths of the R_LED radiation emitted by the elementary light-emitting diodes LED of the light-emitting diode GLED are different, the radiation RL emitted by the light-emitting diode GLED corresponding to the sum of the R_LED radiation emitted by all the elementary light-emitting diodes LED of the light-emitting diode GLED.
Selon un mode de réalisation, la dispersion globale des longueurs d'ondes centrales des rayonnements émis par les diodes électroluminescentes élémentaires de la diode électroluminescente GLED est supérieure à 40 nm. Selon un mode de réalisation, la dispersion locale des longueurs d'ondes centrales des rayonnements émis par les diodes électroluminescentes élémentaires de la diode électroluminescente GLED est supérieure à 40 nm.According to one embodiment, the overall dispersion of the central wavelengths of the radiation emitted by the elementary light-emitting diodes of the GLED light-emitting diode is greater than 40 nm. According to one embodiment, the local dispersion of the central wavelengths of the radiation emitted by the elementary light-emitting diodes of the GLED light-emitting diode is greater than 40 nm.
Un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 5 comprend la formation des diodes électroluminescentes élémentaires tridimensionnelles LED sur une plaque, et la découpe de la plaque pour séparer le dispositif optoélectronique du reste de la plaque. La formation des diodes électroluminescentes élémentaires tridimensionnelles sur la plaque comprend notamment des étapes de croissance par épitaxie. Plusieurs exemplaires du dispositif optoélectronique 5 peuvent être réalisés simultanément sur la même plaque, puis séparés.A method of manufacturing the optoelectronic device 5 comprises forming the elementary three-dimensional LED light-emitting diodes on a plate, and cutting the plate to separate the optoelectronic device from the rest of the plate. The formation of three-dimensional elementary light-emitting diodes on the plate includes in particular growth stages by epitaxy. Several copies of the optoelectronic device 5 can be produced simultaneously on the same plate, then separated.
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Le substrat 10 peut correspondre à une structure monobloc ou correspondre à une couche recouvrant un support constitué d'un autre matériau. Le substrat 10 est de préférence un substrat semiconducteur, par exemple un substrat en silicium, en germanium, en carbure de silicium, en un composé III-V, tel que du GaN ou du GaAs, ou un substrat en ZnO. De préférence, le substrat 10 est un substrat de silicium monocristallin. De préférence, il s'agit d'un substrat semiconducteur compatible avec les procédés de fabrication mis en oeuvre en microélectronique. Le substrat 10 peut correspondre à une structure multicouches de type silicium sur isolant, également appelée SOI (acronyme anglais pour Silicon On Insulator).The substrate 10 may correspond to a one-piece structure or correspond to a layer covering a support made of another material. The substrate 10 is preferably a semiconductor substrate, for example a substrate made of silicon, germanium, silicon carbide, a III-V compound, such as GaN or GaAs, or a ZnO substrate. Preferably, the substrate 10 is a monocrystalline silicon substrate. Preferably, it is a semiconductor substrate compatible with the manufacturing processes used in microelectronics. The substrate 10 may correspond to a multilayer structure of the silicon on insulator type, also called SOI (English acronym for Silicon On Insulator).
La section droite des ouvertures 20 peut correspondre à la section droite souhaitée des fils 21 ou peut être différente de la section droite des fils qui sera obtenue. Le diamètre équivalent des fils 21 peut être égal ou supérieur au diamètre équivalent des ouvertures 20.The cross section of the openings 20 may correspond to the desired cross section of the wires 21 or may be different from the cross section of the wires which will be obtained. The equivalent diameter of the wires 21 may be equal to or greater than the equivalent diameter of the openings 20.
La couche de germination 16 est en un matériau favorisant la croissance des fils. A titre d'exemple, le matériau composant la couche de germination 16 peut être un nitrure, un carbure ou un borure d'un métal de transition de la colonne IV, V ou VI du tableau périodique des éléments ou une combinaison de ces composés. A titre d'exemple, la couche de germination 16 peut être en nitrure d'aluminium (AlN), en bore (B), en nitrure de bore (BN), en titane (Ti), en nitrure de titane (TiN), en tantale (Ta), en nitrure de tantale (TaN), en hafnium (Hf), en nitrure d'hafnium (HfN), en niobium (Nb), en nitrure de niobium (NbN), en zirconium (Zr), en borate de zirconium (ZrB2), en nitrure de zirconium (ZrN), en carbure de silicium (SiC), en nitrure et carbure de tantale (TaCN), en nitrure de magnésium sous la forme MgxNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 2, par exemple du nitrure de magnésium selon la forme Mg3N2ou du nitrure de gallium et de magnésium (MgGaN), en tungstène (W), en nitrure de tungstène (WN) ou en une combinaison de ceux-ci. La couche de germination 16 peut avoir une structure monocouche ou correspondre à un empilement d'au moins deux couches, chaque couche étant par exemple dans l'un des matériaux décrits précédemment.The germination layer 16 is made of a material promoting the growth of the threads. For example, the material making up the seed layer 16 may be a nitride, a carbide or a boride of a transition metal from column IV, V or VI of the periodic table of elements or a combination of these compounds. For example, the seed layer 16 can be made of aluminum nitride (AlN), boron (B), boron nitride (BN), titanium (Ti), titanium nitride (TiN), tantalum (Ta), tantalum nitride (TaN), hafnium (Hf), hafnium nitride (HfN), niobium (Nb), niobium nitride (NbN), zirconium (Zr), zirconium borate (ZrB 2 ), zirconium nitride (ZrN), silicon carbide (SiC), tantalum nitride and carbide (TaCN), magnesium nitride in the form Mg x N y , where x is approximately equal to 3 and y is approximately equal to 2, for example magnesium nitride in the form Mg 3 N 2 or magnesium gallium nitride (MgGaN), tungsten (W), tungsten nitride (WN) or in a combination of these. The seed layer 16 may have a single-layer structure or correspond to a stack of at least two layers, each layer being for example in one of the materials described above.
Selon un autre mode de réalisation, la couche de germination 16 peut ne pas être présente. Selon un autre mode de réalisation, la couche de germination 16 peut être remplacée par des plots de germination, par exemple formés au fond des ouvertures 20.According to another embodiment, the seed layer 16 may not be present. According to another embodiment, the germination layer 16 can be replaced by germination pads, for example formed at the bottom of the openings 20.
Chaque couche isolante 18, 24 peut être en un matériau diélectrique, par exemple en oxyde de silicium (SiO2), en nitrure de silicium (SixNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 4, par exemple du Si3N4), en oxynitrure de silicium (notamment de formule générale SiOxNy, par exemple du Si2ON2), en oxyde d'aluminium (Al2O3), en oxyde d'hafnium (HfO2), en dioxyde de titane (TiO2) ou en diamant. La couche isolante 18, 24 peut avoir une structure monocouche ou correspondre à un empilement de deux couches ou de plus de deux couches. Lorsque la couche isolante 18 correspond à un empilement d'au moins deux couches, la couche supérieure de l'empilement est de type isolante, par exemple en un matériau diélectrique.Each insulating layer 18, 24 may be made of a dielectric material, for example silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si x N y , where x is approximately equal to 3 and y is approximately equal to 4, for example example of Si 3 N 4 ), silicon oxynitride (in particular of general formula SiO x N y , for example Si 2 ON 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ) or diamond. The insulating layer 18, 24 may have a single-layer structure or correspond to a stack of two layers or more than two layers. When the insulating layer 18 corresponds to a stack of at least two layers, the upper layer of the stack is of the insulating type, for example made of a dielectric material.
Les fils 21 comprennent en majorité, de préférence à plus de 60 % en masse, plus préférentiellement à plus de 80 % en masse, au moins un matériau semiconducteur. Le matériau semiconducteur peut être du silicium, du germanium, du carbure de silicium, un composé III-V, un composé II-VI ou une combinaison d'au moins deux de ces composés.The wires 21 comprise a majority, preferably more than 60% by mass, more preferably more than 80% by mass, at least one semiconductor material. The semiconductor material may be silicon, germanium, silicon carbide, a III-V compound, a II-VI compound or a combination of at least two of these compounds.
Des exemples d'éléments du groupe III comprennent le gallium (Ga), l'indium (In) ou l'aluminium (Al). Des exemples de composés III-N sont GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN ou AlInGaN. D'autres éléments du groupe V peuvent également être utilisés, par exemple, le phosphore ou l'arsenic. De façon générale, les éléments dans le composé III-V peuvent être combinés avec différentes fractions molaires. Des exemples d'éléments du groupe II comprennent des éléments du groupe IIA, notamment le béryllium (Be) et le magnésium (Mg) et des éléments du groupe IIB, notamment le zinc (Zn), le cadmium (Cd) et le mercure (Hg). Des exemples d'éléments du groupe VI comprennent des éléments du groupe VIA, notamment l'oxygène (O) et le tellure (Te). Des exemples de composés II-VI sont ZnO, ZnMgO, CdZnO, CdZnMgO, CdHgTe, CdTe ou HgTe. De façon générale, les éléments dans le composé II-VI peuvent être combinés avec différentes fractions molaires. Le matériau semiconducteur des fils peut comporter un dopant, par exemple du silicium assurant un dopage de type N d’un composé III-N, ou du magnésium assurant un dopage de type P d’un composé III-N.Examples of Group III elements include gallium (Ga), indium (In), or aluminum (Al). Examples of III-N compounds are GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN or AlInGaN. Other group V elements can also be used, for example, phosphorus or arsenic. Generally speaking, the elements in compound III-V can be combined with different mole fractions. Examples of Group II elements include Group IIA elements including beryllium (Be) and magnesium (Mg) and Group IIB elements including zinc (Zn), cadmium (Cd) and mercury ( Hg). Examples of Group VI elements include Group VIA elements, including oxygen (O) and tellurium (Te). Examples of II-VI compounds are ZnO, ZnMgO, CdZnO, CdZnMgO, CdHgTe, CdTe or HgTe. Generally speaking, the elements in compound II-VI can be combined with different mole fractions. The semiconductor material of the wires may include a dopant, for example silicon ensuring N-type doping of a III-N compound, or magnesium ensuring P-type doping of a III-N compound.
La couche conductrice 28 correspond, de préférence à une couche métallique, par exemple en aluminium, en argent, en cuivre, en or ou en zinc. L'épaisseur de la couche conductrice 28 peut être comprise entre 0,01 µm et 1000 µm.The conductive layer 28 preferably corresponds to a metallic layer, for example aluminum, silver, copper, gold or zinc. The thickness of the conductive layer 28 can be between 0.01 µm and 1000 µm.
La couche d'électrode 26 peut être une couche en un matériau transparent et conducteur tel que de l'oxyde d'indium-étain (ou ITO, acronyme anglais pour Indium Tin Oxide), de l'oxyde de zinc dopé à l'aluminium ou au gallium, ou du graphène. La couche d'électrode 26 peut être une couche métallique, notamment en argent, en aluminium, ou en titane, suffisamment mince pour être transparente au rayonnement émis par les diodes électroluminescentes élémentaires LED. L'épaisseur de la couche d'électrode 26 peut être comprise entre 0,01 µm et 10 µm.The electrode layer 26 may be a layer of a transparent and conductive material such as indium tin oxide (or ITO, English acronym for Indium Tin Oxide), zinc oxide doped with aluminum or gallium, or graphene. The electrode layer 26 may be a metallic layer, in particular silver, aluminum, or titanium, sufficiently thin to be transparent to the radiation emitted by the elementary LED light-emitting diodes. The thickness of the electrode layer 26 can be between 0.01 µm and 10 µm.
La couche d'encapsulation 34 peut être réalisée en un matériau inorganique au moins partiellement transparent au rayonnement émis par les particules photoluminescentes et/ou les diodes électroluminescentes élémentaires LED. A titre d'exemple, le matériau inorganique est choisi parmi le groupe comprenant les oxydes de silicium, du type SiOxoù x est un nombre réel qui varie de 1 à 2, les nitrures de silicium (SixNy, où x est environ égal à 3 et y est environ égal à 4, par exemple du Si3N4), les oxynitrures de silicium (notamment de formule générale SiOxNy, par exemple du Si2ON2), l'oxyde de titane, les oxydes d'aluminium, par exemple Al2O3, et les mélanges de ces composés. La couche d'encapsulation 34 peut être réalisée en un matériau organique au moins partiellement transparent. A titre d'exemple, la couche d'encapsulation 34 est un polymère silicone, un polymère époxyde, un polymère acrylique ou un polycarbonate. La couche d'encapsulation 34 peut avoir une structure monocouche ou multicouches, et comprendre par exemple un empilement de couches organiques et/ou inorganiques.The encapsulation layer 34 can be made of an inorganic material at least partially transparent to the radiation emitted by the photoluminescent particles and/or the elementary LED light-emitting diodes. By way of example, the inorganic material is chosen from the group comprising silicon oxides, of the SiO x type where x is a real number which varies from 1 to 2, silicon nitrides (Si x N y , where x is approximately equal to 3 and y is approximately equal to 4, for example Si 3 N 4 ), silicon oxynitrides (in particular of general formula SiO x N y , for example Si 2 ON 2 ), titanium oxide, aluminum oxides, for example Al 2 O 3 , and mixtures of these compounds. The encapsulation layer 34 can be made of an organic material that is at least partially transparent. For example, the encapsulation layer 34 is a silicone polymer, an epoxy polymer, an acrylic polymer or a polycarbonate. The encapsulation layer 34 may have a single-layer or multi-layer structure, and comprise for example a stack of organic and/or inorganic layers.
Le filtrage du rayonnement émis par les diodes électroluminescentes élémentaires LED de la de la diode électroluminescente GLED peut être réalisé par tout moyen. Selon un mode de réalisation, le filtrage est obtenu en recouvrant les diodes électroluminescentes élémentaires LED de la diode électroluminescente GLED d'une couche d'un matériau coloré. Selon un autre mode de réalisation, le filtrage est obtenu en recouvrant les diodes électroluminescentes élémentaires LED de la diode électroluminescente GLED d'un filtre interférentiel. De préférence, le filtre optique F_LED comprend une couche de résine colorée. Le filtre optique F_LED peut avoir une épaisseur comprise entre 10 nm et 200 µm.The filtering of the radiation emitted by the elementary light-emitting diodes LED of the light-emitting diode GLED can be carried out by any means. According to one embodiment, filtering is obtained by covering the elementary LED light-emitting diodes of the GLED light-emitting diode with a layer of a colored material. According to another embodiment, the filtering is obtained by covering the elementary light-emitting diodes LED of the light-emitting diode GLED with an interference filter. Preferably, the F_LED optical filter comprises a layer of colored resin. The F_LED optical filter can have a thickness between 10 nm and 200 µm.
La
- une couche 30 de protection diélectrique s'étendant sur les couches 26 et 28 ;
- des blocs photoluminescents 32, 33 recouvrant les diodes électroluminescentes élémentaires LED de certaines des diodes électroluminescentes GLED (à titre d'exemple les deux diodes électroluminescentes GLED à gauche en
- une couche isolante 36 recouvrant la face supérieure de chaque bloc 32, 33, 34, ou seulement de certains des blocs 32, 33, 34, la couche isolante 36 pouvant ne pas être présente ;
- une couche de protection 37 recouvrant les couches isolantes 36, les faces latérales des blocs 32, 33, 34 et la couche d'électrode 26 entre les blocs 32, 34 ;
- des murs 38 entre les blocs 32, 34, chaque mur 38 comprenant un coeur 40 entouré d'un revêtement 42 réfléchissant ;
- le filtre optiques F_LED recouvrant les blocs 34, et éventuellement d'autres filtres optiques 43, 44 recouvrant les blocs photoluminescents 32 et 33, par exemple deux filtres 43, 44, le premier étant un filtre vert et le deuxième étant un filtre rouge ; et
- une couche de protection 46 recouvrant l'ensemble de la structure, la couche de protection 46 pouvant ne pas être présente.There
- a dielectric protection layer 30 extending over layers 26 and 28;
- photoluminescent blocks 32, 33 covering the elementary LED light-emitting diodes of some of the GLED light-emitting diodes (for example the two GLED light-emitting diodes on the left in
- an insulating layer 36 covering the upper face of each block 32, 33, 34, or only some of the blocks 32, 33, 34, the insulating layer 36 may not be present;
- a protective layer 37 covering the insulating layers 36, the side faces of the blocks 32, 33, 34 and the electrode layer 26 between the blocks 32, 34;
- walls 38 between the blocks 32, 34, each wall 38 comprising a core 40 surrounded by a reflective coating 42;
- the optical filter F_LED covering the blocks 34, and possibly other optical filters 43, 44 covering the photoluminescent blocks 32 and 33, for example two filters 43, 44, the first being a green filter and the second being a red filter; And
- a protective layer 46 covering the entire structure, the protective layer 46 may not be present.
Dans le présent mode de réalisation, la couche d'électrode 26 est commune aux diodes électroluminescentes GLED. Les diodes électroluminescentes GLED peuvent être commandées séparément par des connections spécifiques, non représentées, prévues dans le substrat 10. De façon générale, les anodes des diodes électroluminescentes et/ou les cathodes des diodes électroluminescentes ne sont pas communes pour pouvoir commander séparément les diodes électroluminescentes GLED.In the present embodiment, the electrode layer 26 is common to the GLED light-emitting diodes. The GLED light-emitting diodes can be controlled separately by specific connections, not shown, provided in the substrate 10. In general, the anodes of the light-emitting diodes and/or the cathodes of the light-emitting diodes are not common in order to be able to control the light-emitting diodes separately. GLED.
Selon un mode de réalisation, le rayonnement émis par l'un des blocs photoluminescents 33, 34, après avoir traversé le filtre optique 43, 44 recouvrant le bloc photoluminescent lorsque ce filtre optique est présent, correspond à de la lumière verte, c'est-à-dire un rayonnement dont la longueur d'onde est dans la plage de 510 nm à 570 nm. Selon un mode de réalisation, le rayonnement émis par un autre des blocs photoluminescents 33, 34, après avoir traversé le filtre optique 43, 44 recouvrant le bloc photoluminescent lorsque ce filtre optique est présent, correspond à de la lumière rouge, c'est-à-dire un rayonnement dont la longueur d'onde est dans la plage de 600 nm à 720 nm.According to one embodiment, the radiation emitted by one of the photoluminescent blocks 33, 34, after passing through the optical filter 43, 44 covering the photoluminescent block when this optical filter is present, corresponds to green light, it is i.e. radiation whose wavelength is in the range of 510 nm to 570 nm. According to one embodiment, the radiation emitted by another of the photoluminescent blocks 33, 34, after passing through the optical filter 43, 44 covering the photoluminescent block when this optical filter is present, corresponds to red light, i.e. i.e. radiation whose wavelength is in the range of 600 nm to 720 nm.
Selon un mode de réalisation, les diamètres des fils 21 de toutes les diodes électroluminescentes élémentaires LED des diodes électroluminescentes GLED du dispositif optoélectronique 50 sont différents comme cela a été décrit pour le dispositif optoélectronique 5. Comme cela est représenté en
Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique 50 correspond à un pixel d'affichage dans lequel chaque diode électroluminescente GLED émet un rayonnement RL de couleur bleue. Le filtre F_LED qui recouvre l'une des diodes électroluminescentes GLED est un filtre passe bande centrée sur une longueur d'onde dans le bleu et les blocs photoluminescents 32, 33 qui recouvrent les autres diodes électroluminescentes GLED permettent par exemple l'obtention des couleurs verte et rouge. De façon avantageuse, pour chaque diode électroluminescente GLED recouverte d'un bloc photoluminescent 32, 33, il n'y a pas de perte d'efficacité d'émission car l'ensemble du rayonnement à spectre large des diodes électroluminescentes GLED est converti par les blocs photoluminescents 32, 33. Comme pour l'obtention d'une lumière blanche, la proportion de lumière bleue est d'environ seulement 5 %, la perte d'efficacité d'émission due au filtre F_LED est réduite par rapport à l'ensemble du pixel d'affichage.According to one embodiment, the optoelectronic device 50 corresponds to a display pixel in which each GLED light-emitting diode emits blue-colored RL radiation. The F_LED filter which covers one of the GLED light-emitting diodes is a bandpass filter centered on a wavelength in the blue and the photoluminescent blocks 32, 33 which cover the other GLED light-emitting diodes make it possible, for example, to obtain green colors and red. Advantageously, for each GLED light-emitting diode covered with a photoluminescent block 32, 33, there is no loss of emission efficiency because all of the broad spectrum radiation from the GLED light-emitting diodes is converted by the photoluminescent blocks 32, 33. As for obtaining white light, the proportion of blue light is approximately only 5%, the loss of emission efficiency due to the F_LED filter is reduced compared to the whole of the display pixel.
Chaque couche isolante 30, 36, 37, 46 peut avoir la même composition que celle décrite précédemment pour les couches isolantes 18, 24. Le revêtement 42 peut avoir la même composition que celle décrite précédemment pour la couche conductrice 28.Each insulating layer 30, 36, 37, 46 may have the same composition as that described previously for the insulating layers 18, 24. The coating 42 may have the same composition as that described previously for the conductive layer 28.
Selon un mode de réalisation, chaque bloc photoluminescent 32, 33 est situé en vis-à-vis d'un ensemble de diodes électroluminescentes élémentaires LED. Chaque bloc photoluminescent 32, 33 comprend des luminophores adaptés, lorsqu'ils sont excités par la lumière émise par les diodes électroluminescentes élémentaires LED associées, à émettre de la lumière à une longueur d'onde différente de la longueur d'onde de la lumière émise par les diodes électroluminescentes élémentaires LED associées. Selon un mode de réalisation, le dispositif optoélectronique 5 comprend au moins deux types de blocs photoluminescents 32, 33. Chaque bloc photoluminescent 32 du premier type est adapté à convertir le rayonnement fourni par les diodes électroluminescentes élémentaires qu'il recouvre en un premier rayonnement à une première longueur d’onde et chaque bloc photoluminescent 33 du deuxième type est adapté à convertir le rayonnement fourni par les diodes électroluminescentes élémentaires qu'il recouvre en un deuxième rayonnement à une deuxième longueur d’onde. Le rapport d'aspect des blocs 32, 33, c'est-à-dire le rapport entre la hauteur et la largeur maximale du bloc, peut être compris entre 0,01 et 10, de préférence entre 0,05 et 2.According to one embodiment, each photoluminescent block 32, 33 is located opposite a set of elementary LED light-emitting diodes. Each photoluminescent block 32, 33 comprises phosphors adapted, when excited by the light emitted by the associated elementary LED light-emitting diodes, to emit light at a wavelength different from the wavelength of the light emitted by the associated elementary LED light-emitting diodes. According to one embodiment, the optoelectronic device 5 comprises at least two types of photoluminescent blocks 32, 33. Each photoluminescent block 32 of the first type is adapted to convert the radiation supplied by the elementary light-emitting diodes that it covers into a first radiation to a first wavelength and each photoluminescent block 33 of the second type is adapted to convert the radiation supplied by the elementary light-emitting diodes which it covers into a second radiation at a second wavelength. The aspect ratio of the blocks 32, 33, that is to say the ratio between the height and the maximum width of the block, can be between 0.01 and 10, preferably between 0.05 and 2.
Selon un mode de réalisation, chaque bloc photoluminescent 32, 33 comprend des particules d'au moins un matériau photoluminescent, par exemple dans une matrice transparente. Un exemple d'un matériau photoluminescent est le grenat d'yttrium et d'aluminium (YAG) activé par l'ion cérium trivalent, également appelé YAG:Ce ou YAG:Ce3+. La taille moyenne des particules des matériaux photoluminescents classiques est généralement supérieure à 5 µm.According to one embodiment, each photoluminescent block 32, 33 comprises particles of at least one photoluminescent material, for example in a transparent matrix. An example of a photoluminescent material is trivalent cerium ion-activated yttrium aluminum garnet (YAG), also called YAG:Ce or YAG:Ce 3+ . The average particle size of conventional photoluminescent materials is generally greater than 5 µm.
Selon un mode de réalisation, chaque bloc photoluminescent 32, 33 comprend une matrice dans laquelle sont dispersées des particules monocristallines de taille nanométrique d'un matériau semiconducteur, également appelées nanocristaux semiconducteurs ou particules de nanoluminophores par la suite. Le rendement quantique interne QYintd'un matériau photoluminescent est égal au rapport entre le nombre de photons émis et le nombre de photons absorbés par la substance photoluminescente. Le rendement quantique interne QYintdes nanocristaux semiconducteurs est supérieur à 5 %, de préférence supérieur à 10 %, plus préférentiellement supérieur à 20 %.According to one embodiment, each photoluminescent block 32, 33 comprises a matrix in which nanometric-sized single-crystal particles of a semiconductor material are dispersed, also called semiconductor nanocrystals or nanoluminophore particles hereinafter. The internal quantum yield QY int of a photoluminescent material is equal to the ratio between the number of photons emitted and the number of photons absorbed by the photoluminescent substance. The internal quantum yield QY int of the semiconductor nanocrystals is greater than 5%, preferably greater than 10%, more preferably greater than 20%.
Selon un mode de réalisation, la taille moyenne des nanocristaux est dans la plage de 0,5 nm et 1000 nm, de préférence de 0,5 nm à 500 nm, encore plus préférentiellement de 1 nm à 100 nm, notamment de 2 nm à 30 nm. Pour des dimensions inférieures à 50 nm, les propriétés de photoconversion des nanocristaux semiconducteurs dépendent essentiellement de phénomènes de confinement quantique. Les nanocristaux semiconducteurs correspondent alors à des boîtes quantiques.According to one embodiment, the average size of the nanocrystals is in the range of 0.5 nm and 1000 nm, preferably from 0.5 nm to 500 nm, even more preferably from 1 nm to 100 nm, in particular from 2 nm to 500 nm. 30nm. For dimensions less than 50 nm, the photoconversion properties of semiconductor nanocrystals essentially depend on quantum confinement phenomena. The semiconductor nanocrystals then correspond to quantum dots.
Selon un mode de réalisation, le matériau semiconducteur des nanocristaux semiconducteurs est choisi parmi le groupe comprenant le séléniure de cadmium (CdSe), le phosphure d'indium (InP), le sulfure de cadmium (CdS), le sulfure de zinc (ZnS), le séléniure de zinc (ZnSe), le tellurure de cadmium (CdTe), le tellurure de zinc (ZnTe), l'oxyde de cadmium (CdO), l'oxyde de zinc et de cadmium (ZnCdO), le sulfure de zinc et de cadmium (CdZnS), le séléniure de zinc et de cadmium (CdZnSe), le sulfure d'argent et d'indium (AgInS2), les pérovskites du type PbScX3, où X est un atome d'halogène, notamment l'iode (I), le brome (Br) ou le chlore (Cl), et un mélange d'au moins deux de ces composés. Selon un mode de réalisation, le matériau semiconducteur des nanocristaux semiconducteurs est choisi parmi les matériaux cités dans la publication au nom de Le Blevenec et al. de Physica Status Solidi (RRL) - Rapid Research Letters Volume 8, No. 4, pages 349–352, avril 2014.According to one embodiment, the semiconductor material of the semiconductor nanocrystals is chosen from the group comprising cadmium selenide (CdSe), indium phosphide (InP), cadmium sulfide (CdS), zinc sulfide (ZnS) , zinc selenide (ZnSe), cadmium telluride (CdTe), zinc telluride (ZnTe), cadmium oxide (CdO), zinc cadmium oxide (ZnCdO), zinc sulfide and cadmium (CdZnS), zinc and cadmium selenide (CdZnSe), silver and indium sulfide (AgInS 2 ), perovskites of the PbScX 3 type, where X is a halogen atom, in particular l iodine (I), bromine (Br) or chlorine (Cl), and a mixture of at least two of these compounds. According to one embodiment, the semiconductor material of the semiconductor nanocrystals is chosen from the materials cited in the publication in the name of Le Blevenec et al. of Physica Status Solidi (RRL) - Rapid Research Letters Volume 8, No. 4, pages 349–352, April 2014.
Selon un mode de réalisation, les dimensions des nanocristaux semiconducteurs sont choisies selon la longueur d'onde recherchée du rayonnement émis par les nanocristaux semiconducteurs. A titre d'exemple, des nanocristaux de CdSe dont la taille moyenne est de l'ordre de 3,6 nm sont adaptés à convertir de la lumière bleue en lumière rouge et des nanocristaux de CdSe dont la taille moyenne est de l'ordre de 1,3 nm sont adaptés à convertir de la lumière bleue en lumière verte. Selon un autre mode de réalisation, la composition des nanocristaux semiconducteurs est choisie selon la longueur d'onde recherchée du rayonnement émis par les nanocristaux semiconducteurs.According to one embodiment, the dimensions of the semiconductor nanocrystals are chosen according to the desired wavelength of the radiation emitted by the semiconductor nanocrystals. For example, CdSe nanocrystals whose average size is of the order of 3.6 nm are suitable for converting blue light into red light and CdSe nanocrystals whose average size is of the order of 1.3nm are suitable for converting blue light into green light. According to another embodiment, the composition of the semiconductor nanocrystals is chosen according to the desired wavelength of the radiation emitted by the semiconductor nanocrystals.
La matrice est au moins en partie transparente au rayonnement émis par les particules photoluminescentes et/ou les diodes électroluminescentes élémentaires DEL, de préférence à plus de 80 %. La matrice est, par exemple, en silice. La matrice est, par exemple, en n'importe quel polymère au moins en partie transparent, notamment en silicone, en époxy, en résine acrylique du type poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), ou en acide polyacétique (PLA). La matrice peut notamment être en un polymère au moins en partie transparent utilisé avec les imprimantes tridimensionnelles. La matrice peut correspondre à un verre déposé par centrifugation (SOG, sigle anglais pour Spin On Glass), photosensible ou non photosensible. Selon un mode de réalisation, la matrice contient de 2 % à 90 %, de préférence de 10 % à 60 %, en poids de nanocristaux, par exemple environ 30 % en poids de nanocristaux.The matrix is at least partly transparent to the radiation emitted by the photoluminescent particles and/or the elementary light-emitting diodes LED, preferably more than 80%. The matrix is, for example, made of silica. The matrix is, for example, made of any polymer that is at least partly transparent, in particular silicone, epoxy, acrylic resin of the poly(methyl methacrylate) (PMMA) type, or polyacetic acid (PLA). The matrix may in particular be made of an at least partly transparent polymer used with three-dimensional printers. The matrix can correspond to a glass deposited by centrifugation (SOG, English acronym for Spin On Glass), photosensitive or non-photosensitive. According to one embodiment, the matrix contains from 2% to 90%, preferably from 10% to 60%, by weight of nanocrystals, for example approximately 30% by weight of nanocrystals.
L'épaisseur des blocs photoluminescents 32, 33 dépend de la concentration de nanocristaux et du type de nanocristaux utilisé. La hauteur des blocs photoluminescents 32, 33 est de préférence supérieure à la hauteur des fils 21 et inférieure ou égale à la hauteur des murs 38. En vue de dessus, chaque bloc photoluminescent 32, 33 peut correspondre à un carré, un rectangle, un polygone en forme de "L", etc., dont l'aire peut être égale à l'aire d'un carré ayant un côté mesurant de 1 µm à 100 µm, de préférence de 3 µm à 15 µm.The thickness of the photoluminescent blocks 32, 33 depends on the concentration of nanocrystals and the type of nanocrystals used. The height of the photoluminescent blocks 32, 33 is preferably greater than the height of the wires 21 and less than or equal to the height of the walls 38. In top view, each photoluminescent block 32, 33 can correspond to a square, a rectangle, a "L" shaped polygon, etc., the area of which may be equal to the area of a square having a side measuring from 1 µm to 100 µm, preferably from 3 µm to 15 µm.
Les murs 38 sont au moins en partie en un matériau réfléchissant. Le matériau réfléchissant peut être un matériau métallique notamment le fer, le cuivre, l'aluminium, le tungstène, l'argent, le titane, l'hafnium, le zirconium ou une combinaison d'au moins deux de ces composés. De préférence, les murs 38 sont formés en un matériau compatible avec les procédés de fabrication mis en oeuvre en microélectronique. De préférence, les murs 38 sont formés en aluminium ou en argent.The walls 38 are at least partly made of a reflective material. The reflective material may be a metallic material including iron, copper, aluminum, tungsten, silver, titanium, hafnium, zirconium or a combination of at least two of these compounds. Preferably, the walls 38 are formed from a material compatible with the manufacturing processes used in microelectronics. Preferably, the walls 38 are formed from aluminum or silver.
La hauteur des murs 38, mesurée selon une direction perpendiculaire à la face 12, est dans la plage de 300 nm à 200 µm, de préférence de 3 µm à 15 µm. L'épaisseur des murs 38, mesurée selon une direction parallèle à la face 12, est dans la plage de 100 nm à 50 µm, de préférence de 0,5 µm à 10 µm.The height of the walls 38, measured in a direction perpendicular to the face 12, is in the range from 300 nm to 200 µm, preferably from 3 µm to 15 µm. The thickness of the walls 38, measured in a direction parallel to the face 12, is in the range from 100 nm to 50 µm, preferably from 0.5 µm to 10 µm.
Selon un mode de réalisation, les murs 38 peuvent être formés d'un matériau réfléchissant ou recouverts d'un revêtement réfléchissant à la longueur d'onde du rayonnement émis par les blocs photoluminescents 32, 33 et/ou les diodes électroluminescentes élémentaires.According to one embodiment, the walls 38 can be formed of a reflective material or covered with a coating reflecting the wavelength of the radiation emitted by the photoluminescent blocks 32, 33 and/or the elementary light-emitting diodes.
De préférence, les murs 38 entourent les blocs photoluminescents 32, 33. Les murs 38 réduisent alors la diaphonie entre blocs photoluminescents 32, 33 adjacents.Preferably, the walls 38 surround the photoluminescent blocks 32, 33. The walls 38 then reduce the crosstalk between adjacent photoluminescent blocks 32, 33.
La couche de protection 46 est au moins partiellement transparente au rayonnement émis par les particules photoluminescentes et/ou les diodes électroluminescentes élémentaires DEL. La couche d'encapsulation peut être réalisée en un matériau inorganique au moins partiellement transparent au rayonnement émis par les particules photoluminescentes et/ou les diodes électroluminescentes élémentaires DEL. A titre d'exemple, le matériau inorganique est choisi parmi le groupe comprenant les oxydes de silicium, du type SiOxoù x est un nombre réel compris entre 1 et 2 ou SiOyNzoù y et z sont des nombres réels compris entre 0 et 1, l'oxyde de titane, les oxydes d'aluminium, par exemple Al2O3, et les mélanges de ces composés. La couche d'encapsulation peut être réalisée en un matériau organique au moins partiellement transparent. A titre d'exemple, la couche d'encapsulation est un polymère silicone, un polymère époxyde, un polymère acrylique ou un polycarbonate. La couche d'encapsulation 46 peut avoir une structure monocouche ou multicouches, et comprendre par exemple un empilement de couches organiques et/ou inorganiques.The protective layer 46 is at least partially transparent to the radiation emitted by the photoluminescent particles and/or the elementary light-emitting diodes LED. The encapsulation layer can be made of an inorganic material at least partially transparent to the radiation emitted by the photoluminescent particles and/or the elementary light-emitting diodes LED. By way of example, the inorganic material is chosen from the group comprising silicon oxides, of the type SiO x where x is a real number between 1 and 2 or SiO y N z where y and z are real numbers between 0 and 1, titanium oxide, aluminum oxides, for example Al 2 O 3 , and mixtures of these compounds. The encapsulation layer can be made of an organic material that is at least partially transparent. For example, the encapsulation layer is a silicone polymer, an epoxy polymer, an acrylic polymer or a polycarbonate. The encapsulation layer 46 may have a single-layer or multi-layer structure, and comprise for example a stack of organic and/or inorganic layers.
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Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, bien que dans les modes de réalisation décrits précédemment, les diodes électroluminescentes élémentaires sont de type radial, il est clair que les présents modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre avec des diodes électroluminescentes élémentaires sont de type axial pour lesquelles la zone active de la diode électroluminescente élémentaire n'est présente qu'au sommet du fil.Various embodiments and variants have been described. Those skilled in the art will understand that certain features of these various embodiments and variants could be combined, and other variants will become apparent to those skilled in the art. In particular, although in the embodiments described above, the elementary light-emitting diodes are of the radial type, it is clear that the present embodiments can be implemented with elementary light-emitting diodes are of the axial type for which the active zone of the elementary light-emitting diode is only present at the top of the wire.
Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.Finally, the practical implementation of the embodiments and variants described is within the reach of those skilled in the art based on the functional indications given above.
Claims (19)
- une première diode électroluminescente (GLED) comprenant des éléments semiconducteurs tridimensionnels (21), correspondant chacun à un microfil, un nanofil, ou un élément conique ou tronconique de taille micrométrique ou nanométrique, et une zone active (23) recouvrant chaque élément semiconducteur tridimensionnel, la première diode électroluminescente étant configurée pour émettre un rayonnement (RL) avec un spectre d'émission pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 80 % de l'intensité lumineuse maximale du spectre sur une première plage de longueurs d'ondes supérieure à 30 nm et pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 50 % de l'intensité lumineuse maximale sur une deuxième plage de longueurs d'ondes inférieure à la première plage augmentée de 30 nm ; et
- un filtre optique passe bande (F_LED) recouvrant la première diode électroluminescente.Optoelectronic device (5; 50) comprising:
- a first light-emitting diode (GLED) comprising three-dimensional semiconductor elements (21), each corresponding to a microwire, a nanowire, or a conical or frustoconical element of micrometric or nanometric size, and an active zone (23) covering each three-dimensional semiconductor element , the first light-emitting diode being configured to emit radiation (RL) with an emission spectrum for which the light intensity is greater than 80% of the maximum light intensity of the spectrum over a first wavelength range greater than 30 nm and for which the light intensity is greater than 50% of the maximum light intensity over a second wavelength range less than the first range increased by 30 nm; And
- a band-pass optical filter (F_LED) covering the first light-emitting diode.
- former sur une plaque des premières diodes électroluminescentes (GLED) comprenant chacune des éléments semiconducteurs tridimensionnels (21), correspondant chacun à un microfil, un nanofil, ou un élément conique ou tronconique de taille micrométrique ou nanométrique, et une zone active (23) recouvrant chaque élément semiconducteur tridimensionnel, chaque première diode électroluminescente étant configurée pour émettre un rayonnement (RL) avec un spectre d'émission pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 80 % de l'intensité lumineuse maximale du spectre sur une première plage de longueurs d'ondes supérieure à 30 nm et pour lequel l'intensité lumineuse est supérieure à 50 % de l'intensité lumineuse maximale sur une deuxième plage de longueurs d'ondes inférieure à la première plage augmentée de 30 nm ;
- former un filtre optique passe bande (F_LED) recouvrant la première diode électroluminescente pour chaque dispositif optoélectronique ; et
- découper la plaque pour séparer les premières diodes électroluminescentes.Process for manufacturing optoelectronic devices (5; 50) comprising the following steps:
- form on a plate first light-emitting diodes (GLEDs) each comprising three-dimensional semiconductor elements (21), each corresponding to a microwire, a nanowire, or a conical or frustoconical element of micrometric or nanometric size, and an active zone (23) covering each three-dimensional semiconductor element, each first light-emitting diode being configured to emit radiation (RL) with an emission spectrum for which the light intensity is greater than 80% of the maximum light intensity of the spectrum over a first length range of waves greater than 30 nm and for which the light intensity is greater than 50% of the maximum light intensity over a second range of wavelengths less than the first range increased by 30 nm;
- form a band-pass optical filter (F_LED) covering the first light-emitting diode for each optoelectronic device; And
- cut the plate to separate the first light-emitting diodes.
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- 2023-12-14 WO PCT/EP2023/085922 patent/WO2024132873A1/en unknown
Patent Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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LE BLEVENEC ET AL.: "de Physica Status Solidi (RRL", RAPID RESEARCH LETTERS, vol. 8, no. 4, April 2014 (2014-04-01), pages 349 - 352 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2024132873A1 (en) | 2024-06-27 |
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