Partially stacking polychrome micro-led pixel array

Abstract

Described herein is a polychrome Micro-LED pixel array, including: a plurality of polychrome Micro-LED pixels arranged in an array, each polychrome Micro-LED pixel comprising: a first metal pillar formed on a substrate; a first LED structure that emits a first color, wherein the first LED structure is positioned on the first metal pillar; a second LED structure that emits a second color; a third LED structure that emits a third color, wherein the third LED structure is formed on the substrate, and the second LED structure is positioned above the third LED structure; and a first conductive structure that is electrically connected with the second LED structure; and a plurality of conductive structures electrically connected with one or more of the first to third LED structures of the plurality of polychrome Micro-LED pixels.

Description

PARTIALLY STACKING POLYCHROME MICRO-LED PIXEL ARRAYTECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates generally to light-emitting diode (LED) display devices, and more particularly, to a partially stacking polychrome Micro-LED pixel.BACKGROUND

[0002] Light emitting diodes (LEDs) are widely used in fields such as lighting, backlighting, and displays. The advantages of using LEDs as pixels include high brightness, low operating voltage, low power consumption, large size, long lifespan, shock resistance, and stable performance. With the development of Mini-LED and Micro-LED technology in recent years, consumer devices and applications such as augmented reality (AR) , Virtual Reality (VR) , projection, heads-up display (HUD) , mobile device displays, wearable device displays, and automotive displays, require LED panels with improved resolution and brightness. For example, an AR display integrated within a goggle and positioned close to a wearer's eyes can have a dimension of a fingernail while still demanding an HD definition (1280×720 pixels) or higher. Many electronic devices require certain pixel size, distance between adjacent pixels, brightness, and viewing angle for the LED panels. Often, when trying to achieve the maximum resolution and brightness on a small display, it is challenging to maintain both the resolution and brightness requirements. In contrast, in some cases, pixel size and brightness are difficult to balance at the same time as they can have an approximately opposite relationship. For example, getting a high brightness for each pixel could result in a low resolution. Likewise, obtaining a high resolution could bring the brightness down.

[0003] Polychrome LED designs in prior art typically adopt a coaxial stacking structure, where LED chips of different colors are stacked. FIG. 1 shows a coaxial stacking polychrome Micro-LED pixel in prior art. In such structure, the light emitted from the lower LED emitting area may pass through the upper LED emitting area and be emitted outward from the top, or propagate laterally and then be emitted outward from the top through a side reflective structure. In this coaxial stacking polychrome LED structure, the light emitted from the lower LED emitting area has a long propagation path, which increases the probability of reflection and absorption by the light isolation and electrical connection structure, resulting in higher light loss. This may significantly reduce the efficiency and brightness of a micro-LED display system.

[0004] As such, it would be desirable to provide an LED structure for display panels that addresses the above-mentioned drawbacks, amongst others. BRIEF SUMMARY

[0005] There is a need for improved polychrome LED designs that improve upon, and help to address the shortcomings of conventional display systems. In particular, there is a need for an LED device structure that can improve the brightness and resolution at the same time while efficiently maintaining low power consumption.

[0006] Some exemplary embodiments provide a polychrome Micro-LED pixel, comprising: a first metal pillar formed on a substrate; a first LED structure that emits a first color, wherein the first LED structure is positioned on the first metal pillar; a second LED structure that emits a second color; a third LED structure that emits a third color, wherein the third LED structure is formed on the substrate, and the second LED structure is positioned above the third LED structure; a first conductive structure and a second conductive structure that surround the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure.

[0007] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first LED structure is bonded to the first metal pillar on the substrate through a first metal bonding layer; and / or the third LED structure is bonded to the substrate through a second metal bonding layer.

[0008] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the lower end of the first metal pillar is electrically connected with a contact on the substrate, and the upper end of the first metal pillar is electrically connected with the first metal bonding layer, and not lower than the top of the second LED structure.

[0009] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a red LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; the second LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a green LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; the third LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a blue LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; and the upper conductive layers of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure are electrically connected with the second conductive structure, and the lower conductive layer of the first LED structure is electrically connected with the first metal pillar; the lower conductive layer of the second LED structure is electrically connected with the first conductive structure, and the lower conductive layer of the third LED structure is electrically connected with the contact on the substrate through a second metal bonding layer.

[0010] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, each of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure comprises a first semiconductor epitaxial layer of the first conductivity type, a second semiconductor epitaxial layer of the second conductivity type, and a light emitting layer between them.

[0011] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure are embedded within an insulation dielectric.

[0012] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the insulation dielectric is made of dielectric materials such as solid inorganic materials or plastic materials. The solid inorganic materials include SiO2, Al2O3, Si3N4, SiCN, HfO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2, La2O3, MgO, Phosphosilicate glass (PSG) , Borophosphosilicate glass (BPSG) , or any combination thereof. The plastic materials include polymers such as SU-8, PermiNex, Benzocyclobutene (BCB) , or transparent plastic (resin) including spin-on glass (SOG) , or bonding adhesive Micro Resist BCL-1200, or any combination thereof.

[0013] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the insulation dielectric comprises embedding dielectric potions and bonding dielectric potions, wherein the first LED structure is embedded within the first embedding dielectric potion, the second LED structure is embedded within a second embedding dielectric potion, the third LED structure is embedded within a third embedding dielectric potion and the surface of the third embedding dielectric potion is smoothed or planarized, the second LED structure is bonded on the third LED structure through a first bonding dielectric potion.

[0014] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first and second conductive structures are isolated from each other by the insulation dielectric.

[0015] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, it further comprises: a micro-lens above the insulation dielectric; and / or a spacer formed on top of the light emitting out area at the bottom of the micro-lens.

[0016] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the micro-lens comprises a first micro-lens above the first LED structure, a second micro-lens above the second LED structure and the third LED structure.

[0017] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the heights of the first micro-lens, the second micro-lens are different or the same.

[0018] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the lower end of the second conductive structure is positioned on the substrate, but not be electrically connected to the contact on the substrate, and the upper end of the second conductive structure reaches to a position not lower than the top surface of the first or second LED structure; or, the upper end of the second conductive structure reaches the top surface of the insulation dielectric or the bottom of the micro lens or directly reaches to the bottom of the top pad and be electrically connected to the top pad; and / or the lower end of the first conductive structure is electrically connected to the contact on the substrate, and the upper end of the first conductive structure reaches to a position not lower than the top surface of the second LED structure; or, the upper end of the first conductive structure reaches the top surface of the insulation dielectric or the bottom of the micro lens or directly reach to the bottom of the top pad but not be electrically connected to the top pad.

[0019] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, a first reflective layer is provided on the side wall of the first and second conductive structures.

[0020] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first reflective layer comprises one or more of metal layer, DBR layer, multi-layered Omni-Directional Reflector (ODR) .

[0021] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, DBR layer is conductive DBR or dielectric DBR.

[0022] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the second LED structure and the third LED structure partially or totally overlap with each other.

[0023] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the shape of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure is circular, square, hexagon, or ellipse in horizontal-section.

[0024] Some exemplary embodiments provide a polychrome Micro-LED unit, comprising: a plurality of polychrome Micro-LED pixels, each polychrome Micro-LED pixel comprising: a first metal pillar formed on a substrate; a first LED structure that emits a first color, wherein the first LED structure is positioned on the first metal pillar; a second LED structure that emits a second color; a third LED structure that emits a third color, wherein the third LED structure is formed on the substrate, and the second LED structure is positioned above the third LED structure; and a first conductive structure that is electrically connected with the second LED structure; and a second conductive structure that surround the plurality of polychrome Micro-LED pixels.

[0025] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first LED structure is bonded to the first metal pillar on the substrate through a first metal bonding layer; and / or the third LED structure is bonded to the substrate through a second metal bonding layer.

[0026] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the lower end of the first metal pillar is electrically connected with a contact on the substrate, and the upper end of the first metal pillar is electrically connected with the first metal bonding layer, and not lower than the top of the second LED structure.

[0027] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a red LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; the second LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a green LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; the third LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a blue LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; and the upper conductive layers of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure are electrically connected with the second conductive structure, and the lower conductive layer of the first LED structure is electrically connected with the first metal pillar; the lower conductive layer of the second LED structure is electrically connected with the first conductive structure, and the lower conductive layer of the third LED structure is electrically connected with the contact on the substrate through a second metal bonding layer.

[0028] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, each of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure comprises a first semiconductor epitaxial layer of the first conductivity type, a second semiconductor epitaxial layer of the second conductivity type, and a light emitting layer between them.

[0029] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure are embedded within an insulation dielectric.

[0030] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the insulation dielectric is made of dielectric materials such as solid inorganic materials or plastic materials. The solid inorganic materials include SiO2, Al2O3, Si3N4, SiCN, HfO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2, La2O3, MgO, Phosphosilicate glass (PSG) , Borophosphosilicate glass (BPSG) , or any combination thereof. The plastic materials include polymers such as SU-8, PermiNex, Benzocyclobutene (BCB) , or transparent plastic (resin) including spin-on glass (SOG) , or bonding adhesive Micro Resist BCL-1200, or any combination thereof.

[0031] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the insulation dielectric comprises embedding dielectric potions and bonding dielectric potions, wherein the first LED structure is embedded within the first embedding dielectric potion, the second LED structure is embedded within a second embedding dielectric potion, the third LED structure is embedded within a third embedding dielectric potion and the surface of the third embedding dielectric potion is smoothed or planarized, the second LED structure is bonded on the third LED structure through a first bonding dielectric potion.

[0032] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first and second conductive structures are isolated from each other by the insulation dielectric.

[0033] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, it further comprises: a micro-lens above the insulation dielectric; and / or a spacer formed on top of the light emitting out area at the bottom of the micro-lens.

[0034] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the micro-lens comprises a first micro-lens above the first LED structure, a second micro-lens above the second LED structure and the third LED structure.

[0035] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the heights of the first micro-lens, the second micro-lens are different or the same.

[0036] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the lower end of the second conductive structure is positioned on the substrate, but not be electrically connected to the contact on the substrate, and the upper end of the second conductive structure reaches to a position not lower than the top surface of the first or second LED structure; or, the upper end of the second conductive structure reaches the top surface of the insulation dielectric or the bottom of the micro lens or directly reaches to the bottom of the top pad and be electrically connected to the top pad; and / or the lower end of the first conductive structure is electrically connected to the contact on the substrate, and the upper end of the first conductive structure reaches to a position not lower than the top surface of the second LED structure; or, the upper end of the first conductive structure reaches the top surface of the insulation dielectric or the bottom of the micro lens or directly reach to the bottom of the top pad but not be electrically connected to the top pad.

[0037] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, a first reflective layer is provided on the side wall of the first and second conductive structures.

[0038] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first reflective layer comprises one or more of metal layer, DBR layer, multi-layered Omni-Directional Reflector (ODR) .

[0039] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, DBR layer is conductive DBR or dielectric DBR.

[0040] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the second LED structure and the third LED structure partially or totally overlap with each other.

[0041] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the shape of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure is circular, square, hexagon, or ellipse in horizontal-section.

[0042] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the plurality of polychrome Micro-LED pixels are arranged in a NxM pixel array, N is a positive integer greater than or equal to 1, and M is a positive integer greater than or equal to 2.

[0043] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the polychrome Micro-LED pixel is square in horizontal-section, the first LED structure and the stacking of the second and third LED structures are arranged on the diagonal of the square, the first conductive structures are located at the area not occupied by the first to third LED structures.

[0044] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the polychrome Micro-LED pixel is rectangular in horizontal-section, the first LED structure and the stacking of the second and third LED structures are arranged side by side in the rectangular pixel, the first conductive structures are located at the area not occupied by the first to third LED structures.

[0045] Some exemplary embodiments provide a polychrome Micro-LED pixel array, comprising: a plurality of polychrome Micro-LED pixels arranged in an array, each polychrome Micro-LED pixel comprising: a first metal pillar formed on a substrate; a first LED structure that emits a first color, wherein the first LED structure is positioned on the first metal pillar; a second LED structure that emits a second color; a third LED structure that emits a third color, wherein the third LED structure is formed on the substrate, and the second LED structure is positioned above the third LED structure; and a first conductive structure that is electrically connected with the second LED structure; and a plurality of conductive structures electrically connected with one or more of the first to third LED structures of the plurality of polychrome Micro-LED pixels.

[0046] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first LED structure is bonded to the first metal pillar on the substrate through a first metal bonding layer; and / or the third LED structure is bonded to the substrate through a second metal bonding layer.

[0047] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the lower end of the first metal pillar is electrically connected with a contact on the substrate, and the upper end of the first metal pillar is electrically connected with the first metal bonding layer, and not lower than the top of the second LED structure.

[0048] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a red LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; the second LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a green LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; the third LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a blue LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; and the upper conductive layers of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure are electrically connected with one or more second conductive structures, and the lower conductive layer of the first LED structure is electrically connected with the first metal pillar; the lower conductive layer of the second LED structure is electrically connected with the first conductive structure, and the lower conductive layer of the third LED structure is electrically connected with the contact on the substrate through a second metal bonding layer.

[0049] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, each of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure comprises a first semiconductor epitaxial layer of the first conductivity type, a second semiconductor epitaxial layer of the second conductivity type, and a light emitting layer between them.

[0050] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure are embedded within an insulation dielectric.

[0051] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the insulation dielectric is made of dielectric materials such as solid inorganic materials or plastic materials. The solid inorganic materials include SiO2, Al2O3, Si3N4, SiCN, HfO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2, La2O3, MgO, Phosphosilicate glass (PSG) , Borophosphosilicate glass (BPSG) , or any combination thereof. The plastic materials include polymers such as SU-8, PermiNex, Benzocyclobutene (BCB) , or transparent plastic (resin) including spin-on glass (SOG) , or bonding adhesive Micro Resist BCL-1200, or any combination thereof.

[0052] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the insulation dielectric comprises embedding dielectric potions and bonding dielectric potions, wherein the first LED structure is embedded within the first embedding dielectric potion, the second LED structure is embedded within a second embedding dielectric potion, the third LED structure is embedded within a third embedding dielectric potion and the surface of the third embedding dielectric potion is smoothed or planarized, the second LED structure is bonded on the third LED structure through a first bonding dielectric potion.

[0053] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first and second conductive structures are isolated from each other by the insulation dielectric.

[0054] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, it further comprises: a micro-lens above the insulation dielectric; and / or a spacer formed on top of the light emitting out area at the bottom of the micro-lens.

[0055] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the micro-lens comprises a first micro-lens above the first LED structure, a second micro-lens above the second LED structure and the third LED structure.

[0056] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the heights of the first micro-lens, the second micro-lens are different or the same.

[0057] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the lower end of the second conductive structure is positioned on the substrate, but not be electrically connected to the contact on the substrate, and the upper end of the second conductive structure reaches to a position not lower than the top surface of the first or second LED structure; or, the upper end of the second conductive structure reaches the top surface of the insulation dielectric or the bottom of the micro lens or directly reaches to the bottom of the top pad and be electrically connected to the top pad; and / or the lower end of the first conductive structure is electrically connected to the contact on the substrate, and the upper end of the first conductive structure reaches to a position not lower than the top surface of the second LED structure; or, the upper end of the first conductive structure reaches the top surface of the insulation dielectric or the bottom of the micro lens or directly reach to the bottom of the top pad but not be electrically connected to the top pad.

[0058] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, a first reflective layer is provided on the side wall of the first and second conductive structures.

[0059] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the first reflective layer comprises one or more of metal layer, DBR layer, multi-layered Omni-Directional Reflector (ODR) .

[0060] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, DBR layer is conductive DBR or dielectric DBR.

[0061] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the second LED structure and the third LED structure partially or totally overlap with each other.

[0062] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the shape of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure is circular, square, hexagon, or ellipse in horizontal-section.

[0063] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the polychrome Micro-LED pixel is square in horizontal-section, the first LED structure and the stacking of the second and third LED structures are arranged on the diagonal of the square, the first and the second conductive structures are located on both sides of the diagonal respectively.

[0064] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, a plurality of the first LED structures are arranged side by side to form the first sub-row of the array, a plurality of the stacking structures of the second and third LED structures are arranged side by side to form the second sub-row of the array, a plurality of the first sub-rows and a plurality of the second sub-rows are alternately arranged to form the array, the first and second conductive structures of each pixel is placed in any area except the area occupied by the LED structure.

[0065] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the polychrome Micro-LED pixel, the plurality of the second conductive structures are discrete structures formed among the first LED structures and the stacking structures of the second and third LED structures.

[0066] Other aspects include components, devices, systems, improvements, methods and processes including manufacturing methods, applications, and other technologies related to any of the above.

[0067] It should be noted that the various embodiments described above can be combined with any other embodiments described herein. The features and advantages described in the specification are not all inclusive and, in particular, many additional features and advantages will be apparent to one of ordinary skill in the art in light of the drawings, specification, and claims. Moreover, it should be noted that the language used in the specification has been principally selected for readability and instructional purposes, and may not have been selected to delineate or circumscribe the inventive subject matter.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0068] So that the present disclosure can be understood in greater detail, a more particular description may be made by reference to the features of various embodiments, some of which are illustrated in the appended drawings. The appended drawings, however, merely illustrate pertinent features of the present disclosure and are therefore not to be considered limiting, for the description may admit to other effective features.

[0069] FIG. 1 shows a coaxial stacking polychrome Micro-LED pixel in prior art.

[0070] FIG. 2 shows a schematic top view of a polychrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention.

[0071] FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel shown in FIG. 2 along AA line according to an embodiment of the present invention.

[0072] FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel shown in FIG. 2 along BB line according to an embodiment of the present invention.

[0073] FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel shown in FIG. 2 along CC line according to an embodiment of the present invention.

[0074] FIG. 6 shows a schematic top view of a polychrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention.

[0075] FIG. 7 shows a schematic top view of a polychrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention.

[0076] FIG. 8 shows a schematic top view of two polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure according to an embodiment of the present invention.

[0077] FIG. 9 shows a schematic top view of 2x2 polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure according to an embodiment of the present invention.

[0078] FIG. 10 shows a schematic top view of 2x2 polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure according to another embodiment of the present invention.

[0079] FIG. 11 shows a schematic top view of the contacts on IC driver corresponding to polychrome Micro-LED pixels shown in FIG. 10 according to another embodiment of the present invention.

[0080] FIG. 12 shows a schematic top view of 3x1 polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure according to an embodiment of the present invention.

[0081] FIG. 13 shows a schematic top view of 2x2 polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure according to an embodiment of the present invention.

[0082] FIG. 14 shows a schematic top view of a polychrome Micro-LED pixel array according to an embodiment of the present invention.

[0083] FIG. 15 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel array shown in FIG. 14 along AA line according to an embodiment of the present invention.

[0084] FIG. 16 shows a schematic top view of a polychrome Micro-LED pixel array according to an embodiment of the present invention.

[0085] FIG. 17 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel array shown in FIG. 16 along ABCDE line according to an embodiment of the present invention.

[0086] FIG. 18 shows a schematic cross-sectional view of the manufacturing process of a polychrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention.

[0087] FIG. 19 shows a schematic cross-sectional view of the manufacturing process of the micro-lenses with different heights according to an embodiment of the present invention.

[0088] In accordance with common practice, the various features illustrated in the drawings may not be drawn to scale. Accordingly, the dimensions of the various features may be arbitrarily expanded or reduced for clarity. In addition, some of the drawings may not depict all of the components of a given system, method or device. Finally, like reference numerals may be used to denote like features throughout the specification and figures.DETAILED DESCRIPTION

[0089] Numerous details are described herein in order to provide a thorough understanding of the example embodiments illustrated in the accompanying drawings. However, some embodiments may be practiced without many of the specific details, and the scope of the claims is only limited by those features and aspects specifically recited in the claims. Furthermore, well-known processes, components, and materials have not been described in exhaustive detail so as not to unnecessarily obscure pertinent aspects of the embodiments described herein.

[0090] In some embodiments, a single polychrome LED pixel may include three or more LED structures. In some embodiments, each of the LED structures includes at least a LED light emitting layer that emits a distinct color. When three LED structures are within a single polychrome LED pixel, three colors and the combinations of the three colors can be emitted from the single polychrome LED pixel.

[0091] FIG. 2 shows a schematic top view of a polychrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel shown in FIG. 2 along AA line according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel shown in FIG. 2 along BB line according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel shown in FIG. 2 along CC line according to an embodiment of the present invention. As shown in FIGs. 2-5, the polychrome Micro-LED pixel comprises a substrate 210, a first LED structure 220, a second LED structure 230, a third LED structure 240, a first conductive structure 251, a second conductive structure 252. The first LED structure 220, the second LED structure 230, and the third LED structure 240 are not coaxial stacking. Instead, the first LED structure 220, the second LED structure 230, and the third LED structure 240 are offset from each other from top.

[0092] For convenience, “up” is used to mean away from the substrate 210, “down” means toward the substrate 210, and other directional terms such as top, bottom, above, below, under, beneath, etc. are interpreted accordingly. The supporting substrate 210 is the substrate on which the array of individual driver circuits is fabricated. In some embodiments, the driver circuits could also be located in one of the layers above the substrate 210. Each driver circuit is a pixel driver. In some instances, the driver circuits are thin-film transistor pixel drivers or silicon CMOS pixel drivers. In one embodiment, the substrate 210 is a Si substrate. In another embodiment, the supporting substrate 210 is a transparent substrate, for example, a glass substrate. Other exemplary substrates include GaAs, GaP, InP, SiC, ZnO, and sapphire substrates. The driver circuits form individual pixel drivers to control the operation of the individual polychrome Micro-LED pixel. The circuitry on substrate 210 includes contacts 211 to each individual driver circuit and also a ground contact.

[0093] In some embodiments, the first LED structure 220 may comprise a lower conductive layer 221, an upper conductive layer 222, and a red LED light emitting layer 223 between the lower conductive layer 221 and the upper conductive layer 222; the second LED structure 230 may comprise a lower conductive layer 231, an upper conductive layer 232, and a green LED light emitting layer 233 between the lower conductive layer 231 and the upper conductive layer 232; the third LED structure 240 may comprise a lower conductive layer 241, an upper conductive layer 242, and a blue LED light emitting layer 243 between the lower conductive layer 241 and the upper conductive layer 242. The person skilled in the art should understand that the LED light emitting layer 223 in the first LED structure 220 is not limited to red light emitting layer, the LED light emitting layer 233 in the second LED structure 230 is not limited to green light emitting layer, and the LED light emitting layer 243 in the third LED structure 240 is not limited to blue light emitting layer. That is, the LED light emitting layer 223, the LED light emitting layer 233, and the LED light emitting layer 243 may be any color light emitting layer as desired. The description of the red, green, and blue light-emitting layers or LED structures herein is only illustrative and not restrictive.

[0094] In some embodiments, the LED light emitting layer 223, 233, and 243 may comprise a first semiconductor epitaxial layer of the first conductivity type, a second semiconductor epitaxial layer of the second conductivity type, and a light emitting layer between them. The light emitting layer may be, but is not limited to, a multi quantum well layer. The first conductivity type may be N-type, and the second conductivity type may be P-type; or the first conductivity type may be P-type, and the second conductivity type may be N-type. The N-type semiconductor epitaxial layer in each of the three color light emitting layers includes but not limited to N-type Si doped GaN, Si doped AlGaN, Si doped AlGaInP, Si doped GaAs, or Si doped AlInP; the P-type semiconductor epitaxial layer includes but not limited to Mg doped GaN, Mg doped AlGaN, Mg doped InGaN, Mg doped InAlGaN, Mg doped AlInP, Mg doped AlGaInP, Mg doped GaP, or C doped GaP. The quantum well layer includes but not limited to InGaN / GaN loops, InGaP / AlGaInP loops.

[0095] In some embodiments, the first LED structure 220 may further comprise an upper connection portion between the upper conductive layer 222 and the LED light emitting layer 223 and electrically connected to the upper conductive layer 222 and the LED light emitting layer 223. The material of upper connection portion is metal, including one or more of Al, Au, Rh, Ag, Cr, Ti, Pt, Sn, Cu, AuSn, TiW, etc.

[0096] In some embodiments, the upper conductive layer and the lower conductive layer can be a metal layer or a conductive transparent layer, such as an ITO, FTO, copper layer, that is formed to improve conductivity and transparency. In another embodiment, the lower conductive layer 221 can be a metal layer to form one part of the first metal bonding layer 271.

[0097] Although some features are described herein with the term “layer” , it should be understood that such features are not limited to a single layer but may include a plurality of sublayers. In some instance, a “structure” can take the form of a “layer” .

[0098] In some embodiments, as shown in FIG. 2, the first LED structure 220 does not overlap with the second LED structure 230 and the third LED structure 240, and the second LED structure 230 and the third LED structure 240 partially overlap with each other. In some embodiments, the area of the red LED light emitting layer 223 may be equal to, greater or smaller than the area of the green LED light emitting layer 233 and blue LED light emitting layer 243. In some embodiments, the area of the blue LED light emitting layer 243 may be equal to or greater than the area of the green LED light emitting layer 233.

[0099] In some embodiments, as shown in FIGs. 3 and 5, the third LED structure 240 is bonded to the substrate 210 through a second metal bonding layer 272. The metal bonding layer 272 may be disposed on the substrate 210. In one approach, the second metal bonding layer 272 is grown on the substrate 210. In some embodiments, the second metal bonding layer 272 is electrically connected between the contact 211 on the substrate 210 and the third LED structure 240 above the second metal bonding layer 272, acting like a P-electrode. In some embodiments, the thickness of the second metal bonding layer 272 is about 0.1 micron to about 3 microns. In a preferred embodiment, the thickness of the second metal bonding layer 272 is about 0.3 μm. The second metal bonding layer 272 may include ohmic contact layers, and metal bonding layers. In some instances, two metal layers are included in the second metal bonding layer 272. One of the metal layers is deposited on the bottom of the first LED structure 240. A counterpart bonding metal layer is deposited on the substrate 210. In some embodiments, compositions for the second metal bonding layer 272 include Au-Au bonding, Au-Sn bonding, Au-In bonding, Ti-Ti bonding, Cu-Cu bonding, or a mixture thereof. For example, if Au-Au bonding is selected, the two layers of Au respectively need a Cr coating as an adhesive layer, and Pt coating as an anti-diffusion layer. And the Pt coating is between the Au layer and the Cr layer. The Cr and Pt layers are positioned on the top and bottom of the two bonded Au layers. In some embodiments, when the thicknesses of the two Au layers are about the same, under a high pressure and a high temperature, the mutual diffusion of Au on both layers bonds the two layers together. Eutectic bonding, thermal compression bonding, and transient liquid phase (TLP) bonding are example techniques that may be used.

[0100] In some embodiments, the second metal bonding layer 272 may also be used as a reflector to reflect light emitted from the LED structures above. In some embodiments, the second metal bonding layer 272 may comprise a reflective layer. Furthermore, the reflective layer may comprise stacked reflective sub-layers.

[0101] In some embodiments, the second LED structure 230 is positioned above the third LED structure 240. The first LED structure 220, the second LED structure 230, and the third LED structure 240 are embedded within the insulation dielectric 280. The insulation dielectric 280 is transparent to the light emitted from the first LED structure 220, the second LED structure 230, and the third LED structure 240. In some embodiments, the insulation dielectric 280 is made of dielectric materials such as solid inorganic materials or plastic materials. In some embodiments, the solid inorganic materials include SiO2, Al2O3, Si3N4, SiCN, HfO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2, La2O3, MgO, Phosphosilicate glass (PSG) , Borophosphosilicate glass (BPSG) , or any combination thereof. In some embodiments, the plastic materials include polymers such as SU-8, PermiNex, Benzocyclobutene (BCB) , or transparent plastic (resin) including spin-on glass (SOG) , or bonding adhesive Micro Resist BCL-1200, or any combination thereof. In some embodiments, the insulation dielectric 280 can facilitate the light emitted from the LED structure to pass through. In some embodiments, the insulation dielectric 280 may comprise a plurality of portions, such as three embedding dielectric potions and a bonding dielectric potion. The embedding dielectric potion refers to the dielectric layer surrounding each the LED structure; and the bonding dielectric potion refers to the dielectric layer between the second LED structure 230 and the third LED structure 240. The embedding dielectric potions and the bonding dielectric potions may have the same or different composition.

[0102] In some embodiments, the third LED structure 240 is embedded within an embedding dielectric potion and the surface of the embedding dielectric potion is smoothed or planarized by the method of chemical mechanical polishing.

[0103] In some embodiments, the second LED structure 230 is bonded on third LED structure 240 through a bonding dielectric potion. The second LED structure 230 is embedded within an embedding dielectric potion and the surface of the embedding dielectric potion is smoothed or planarized by the method of chemical mechanical polishing.

[0104] In some embodiments, as shown in FIGs. 4 and 5, the first LED structure 220 is bonded to a metal pillar 273 on the substrate 210 through a first metal bonding layer 271. In some embodiments, the lower end of the metal pillar 273 is electrically connected with the contact 211 on the substrate 210, and the upper end is electrically connected with the first metal bonding layer 271, acting like a P-electrode. In one approach, the metal pillar 273 is grown on the substrate 210. In some embodiments, the upper end of the metal pillar 273 is not lower than the top of the second LED structure 230, so that the first LED structure 220 can be bonded to the metal pillar 273.

[0105] In some embodiments, the first LED structure 220 and the third LED structure 240 are directly bonded through the metal bonding layer, and the metal bonding has lower requirement of surface flatness. In addition, the second LED structure 230 is bonded on third LED structure 240 through the bonding dielectric potion which has the advantage of compact structure. Therefore, the polychrome Micro-LED pixel according to the present invention may combine the benefits of metal bonding and compact structure.

[0106] As shown in FIGs. 2-5, the first and second conductive structures 251, 252 surround the perimeter of the first LED structure 220, the second LED structure 230, and the third LED structure 240, and are isolated from each other by the insulation dielectric 280. The first and second conductive structures 251, 252 may be interconnect vias formed in the insulation dielectric 280. The first conductive structure 251 may be connected with the lower conductive layer 231 of the second LED structure 230 and the contact on the substrate 210; the second conductive structure 252 may be used as common electrode to connect with the corresponding upper conductive layer 242, 232, 222 of the LED structure and the top electrode. The first conductive structure 251 may electrically connect the lower conductive layer 231 of the LED structure to the positive electrode of an external power source. The second conductive structure 252 may be positioned on the substrate 210, but do not directly electrically connect to the substrate 210. In some embodiments, the conductive structure 250 may be used as common electrode to connect with the upper conductive layers of each LED structure, acting like a N-electrode. That is, the second conductive structure 252 may electrically connect the corresponding upper conductive layer 242, 232, 222 of the LED structure to the negative electrode of an external power source. The upper conductive layers 242, 232, 222 may be flat or have upward or downward slopes due to the height difference between the second conductive structure 252 and the LED light emitting layer. For example, when forming the upper conductive layers 242, 232, 222, if the height of the second conductive structure 252 is the same as that of the LED light emitting layer, the upper conductive layers 242, 232, 222 are basically flat; if the height of the second conductive structure 252 is higher than that of the LED light emitting layer, the upper conductive layers 242, 232, 222 include slopes that rise from the edge of the LED light emitting layer towards the second conductive structure 252; if the height of the second conductive structure 252 is lower than that of the LED light emitting layer, the upper conductive layers 242, 232, 222 include slopes that fall from the edge of the LED light emitting layer towards the second conductive structure 252. The person skilled in the art should understand that any shape of the upper conductive layers may be designed according to the specific requirements of Micro-LED pixels, which are fallen within the protection scope of the present invention.

[0107] In some embodiments, the lower end of the first conductive structure 251 may be electrically connected to the contact on the substrate 210, and the upper end may reach to a position not lower than the top surface of the second LED structure; preferably, the upper end may reach the top surface of the insulation dielectric 280 or the bottom of the micro lens or directly reach to the bottom of the top pad but not be electrically connected to the top pad.

[0108] In some embodiments, the lower end of second conductive structure 252 may be positioned on the substrate 210, but not be electrically connected to the contact on the substrate 210; and the upper end of the second conductive structure 252 may reach to a position not lower than the top surface of the first, second or third LED structure; preferably, the upper end of the second conductive structure 252 may reach the top surface of the insulation dielectric 280 or the bottom of the micro lens or directly reach to the bottom of the top pad and be electrically connected to the top pad. In some embodiments, the second conductive structure 252 can be used as optical isolation structure, to reduce cross-talk.

[0109] In some embodiments, the micro-lens 260 is formed on the top surface of the insulation dielectric 280.

[0110] In some embodiments, the micro-lens 260 changes the light path emitted from the single Micro-LED pixel by making the light emitted from the LED device more focused or more divergent according to the design needs.

[0111] In some embodiments, the micro-lens 260 can be made from a variety of materials that are transparent at the wavelengths emitted from the single Micro-LED pixel. Example transparent materials for the micro-lens 260 include polymers, dielectrics and semiconductors. In some embodiments, the dielectric materials include one or more materials, such as silicon oxide, silicon nitride, silicon carbide, titanium oxide, zirconium oxide, aluminum oxide, etc. In some embodiments, the micro-lens 260 is made of photoresist.

[0112] In some embodiments, the shape of the micro-lens 260 is generally hemisphere.

[0113] It should be understood that a full display panel includes an array of many individual pixels and many micro-lenses. In addition, it may not have to be a one-to-one correspondence between micro-lenses and pixel light sources, nor a one-to-one correspondence between the pixel driver circuits (not shown) and the pixel light sources. Pixel light sources could also be made of multiple individual light elements, for example, single pixel LEDs connected in parallel. In some embodiments, one micro-lens 260 can cover several lens-less single LED pixel.

[0114] The individual micro-lens 260 has a positive optical power and is positioned to reduce the divergence or viewing angle for light that is emitted from the corresponding pixel light source. In one example, the light beam emitted from the pixel light source has an original divergence angle that is fairly wide. In one embodiment, the original angle for the edge light ray of the light beam relative to a vertical axis orthogonal to the substrate 210 is greater than 60 degrees. The light is bent by the micro-lens 260, so that the new edge light ray now has a reduced divergence angle. In one embodiment, the reduced angle is less than 30 degrees. The micro-lenses in the micro-lens array are typically the same. Examples of micro-lenses include spherical micro-lenses, aspherical micro-lenses, Fresnel micro-lenses and cylindrical micro-lenses.

[0115] The micro-lens 260 typically has a flat side and a curved side. In FIGs. 3-5, the bottom of the micro-lens 260 is the flat side, and the top of the micro-lens 260 is the curved side. Typical shapes of the base of each micro-lens 260 include circle, square, rectangle, and hexagon. The individual micro-lenses in a micro-lens array of a display panel may be the same or different: in shape, curvature, optical power, size, base, spacing, etc. In some embodiments, the micro-lens 260 conforms to the shape of the single LED pixel. In one example, the shape of the base of the micro-lens 260 is the same as that of the single LED pixel. In another example, the shape of the base of the micro-lens 260 is not the same as that of the single LED pixel, for instance, the circular base of micro-lens has a same width as the single LED pixel, but a smaller area since the micro-lens base is a circle and the base of the single LED pixel is a square. In some embodiments, the micro-lens base area is the smaller than the area of the pixel light source. In some embodiments, the micro-lens base area is the same or larger than the area of the pixel light source.

[0116] In some embodiments, a brightness enhancement effect is achieved via integrating a micro-lens array onto the display panel. In some examples, the brightness with the micro-lens array is 4 times the brightness without the micro-lens array in the direction perpendicular to the display surface, due to light concentrating effect of micro-lenses. In alternative embodiments, the brightness enhancement factor can vary according to different designs of the micro-lens array and the optical spacer. For example, a factor greater than 8 can be achieved.

[0117] The micro-lens can be fabricated by various fabrication methods, including steps of depositing, patterning, etching, and so on.

[0118] In some embodiments, the second LED structure 230 and the third LED structure 240 partially overlap with each other, and the area of the third LED structure 240 is greater than the area of the second LED structure 230. However, in other embodiments, the area of the third LED structure 240 is greater than the area of the second LED structure 230, as shown in FIG. 6, that is, the second LED structure 230 and the third LED structure 240 totally overlap with each other.

[0119] In the above embodiments, the LED structure is rectangle in horizontal-section. However, the person skilled in the art should understand that the LED structure may be any shape in horizontal-section. For example, the LED structure may be circular, square, hexagon, ellipse, etc. in horizontal-section.

[0120] In the above embodiments, it can be seen, from the top view of the pixel, that the light-emitting area of the LED structure basically occupies the entire area except the first and second conductive structures. The advantage of this structure is that it maximizes the light-emitting area of the LED structure. However, in other embodiments of the present invention, the area of the light-emitting region of each LED structure may be reduced to achieve better light convergence and collection, as shown in FIG. 7.

[0121] FIG. 7 shows a schematic top view of a polychrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, compared with the embodiments shown in FIGs. 2, and 6, the light-emitting area of the LED structure is reduced. The person skilled in the art may determine the reduction ratio of the light-emitting area of the LED structure according to actual needs. For example, in the embodiment shown in FIG. 6, the size of the light-emitting area of the first to third LED structures is 2.3*1.0μm. In contrast, in the embodiment shown in FIG. 7, the size of the light-emitting area of the first to third LED structures is a circle with a diameter of 1.2μm.

[0122] When the area of the light-emitting region of the LED structure is reduced, the light-emitting region may be concentrated on a smaller area and the light is more converging under the same power and luminous efficiency. Therefore, this structure is more conducive to light collection through a micro-lens.

[0123] In some embodiments, the first and second conductive structures 251, 252 essentially surround the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure, so that light emitted from the LED structure towards the first and second conductive structures 251, 252 is reflected by them and emitted out at the top surface of the single LED pixel. In order to enhance the reflection effect, a reflective layer 253 may be formed on the sidewalls of the first and second conductive structures 251, 252.

[0124] In some embodiments, the conductive structure with the reflective layer 253 may be fabricated by a combination of deposition, photo-lithography and etching processes. In some embodiments, the conductive structure with the reflective layer 253 may be fabricated by other suitable methods.

[0125] In some embodiments, the reflective layer 253 may be a metal layer with a high reflectivity that includes one or more metals such as Pt, Rh, Al, Au, and Ag, a stacked DBR layer including TiO2 / SiO2 layers, or any other layer with a total reflection property including a multi-layered Omni-Directional Reflector (ODR) , or a combination thereof.

[0126] In some embodiments, the reflective layer 253 may be one or more reflective coatings. The one or more reflective coatings may be disposed on the sidewalls of the first and second conductive structures 251, 252. A bottom of each of the one or more reflective coatings does not contact respective LED structure. The one or more reflective coatings can reflect light emitted from the light emitting region and therefore enhance the brightness and luminous efficacy of micro-LED panels or displays. For example, the light emitted from the light emitting region may arrive at the one or more reflective coatings and may be reflected upward by the one or more reflective coatings.

[0127] Materials of the one or more reflective coatings may be highly reflective with a reflectivity greater than 60%, 70%or 80%, and therefore most of the light emitted from the light emitting region can be reflected. In some embodiments, the one or more reflective coatings may comprise one or more metallic conductive materials with high reflectivity. In these embodiments, the one or more metallic conductive materials may comprise one or more of aluminum, gold or silver. In other some embodiments, the one or more reflective coatings can be multi-layered. To be more specific, the one or more reflective coatings may comprise a stack of one or more reflective material layers and one or more dielectric material layers. For example, the one or more reflective coatings may comprise one reflective material layer and one dielectric material layer. In other embodiments, the one or more reflective coatings may comprise two reflective material layers and one dielectric material layer positioned between the two reflective material layers. Yet in some other embodiments, the one or more reflective coatings may comprise two dielectric material layers and one reflective material layer positioned between the two dielectric material layers. In some embodiments, the multi-layered structure may comprise two or more metal layers, which may comprise one or more of TiAu, CrAl or TiWAg.

[0128] In some embodiments, the one or more reflective coatings may be multi-layered Omni-Directional Reflector (ODR) , which comprises a metal layer and a Transparent and Conductive Oxides (TCO) layer. For example, the multilayered structure may comprise a dielectric material layer, a metal layer and a TCO layer. In some embodiments, the one or more reflective coatings may comprise two or more dielectric material layers, which are disposed alternately to form a Distributed Bragg Reflector (DBR) . For example, the one or more reflective coatings may comprise a dielectric material layer, a metal layer and a transparent dielectric layer. The transparent dielectric layer may comprise one or more of SiO2, Si3N4, Al2O3, or TiO2. The one or more reflective coatings may further comprise a dielectric material layer, a TCO and a DBR. In other embodiments, the one or more reflective coatings may comprise one or more metallic conductive materials with high reflection. In these embodiments, the one or more metallic conductive materials may comprise one or more of aluminum, gold or silver.

[0129] In some embodiments, the reflective layer 253 may be conductive reflective layer or dielectric reflective layer.

[0130] In some embodiments, a plurality of polychrome Micro-LED pixels may share one second conductive structure 252. For example, FIG. 8 shows a schematic top view of two polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure 252 according to an embodiment of the present invention.

[0131] As shown in FIG. 8, the second conductive structure 252 is a rectangular ring and surrounds two polychrome Micro-LED pixels 810, 820. The polychrome Micro-LED pixel is square in horizontal-section and the LED structure in each pixel is circular in horizontal-section. The first LED structure 811, 821 and the stacking 812, 822 of the second and third LED structures are arranged on the diagonal of the square. The first conductive structure 813, 823 of each pixel may be placed in any area within the second conductive structure 252 except the area occupied by the LED structure.

[0132] In some embodiments, the second conductive structure 252 may be used as common electrode to connect with the upper conductive layers of the LED structure in each Micro-LED pixel 810, 820 to the negative electrode of an external power source. In some embodiments, the second conductive structure 252 may also be referred to as the top electrode or N-electrode.

[0133] However, technicians in this field should be aware that the N and P electrodes of LED structures are interchangeable. For example, the second conductive structure 252 may be used as a common P electrode to connect with the P-type epitaxial layer of each LED structure, and the first conductive structure 251 may be used as N electrode to electrically connect with the corresponding N-type epitaxial layer of the LED structure.

[0134] In some embodiments, the number polychrome Micro-LED pixels that share one second conductive structure may be 1x2, 2x2, 2x3, 3x3..., in order to obtain a larger RGB pixel space. In other words, the polychrome Micro-LED pixels that share one second conductive structure may be arranged in a NxM pixel array, N is a positive integer greater than or equal to 1, and M is a positive integer greater than or equal to 2. For example, FIG. 9 shows a schematic top view of 2x2 polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure 252 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 9, the second conductive structure 252 is a square ring and surrounds 2x2 polychrome Micro-LED pixels 910, 920, 930, 940. Each polychrome Micro-LED pixel is square in horizontal-section and the LED structure in each pixel is circular in horizontal-section. The first LED structure and the stacking of the second and third LED structures are arranged on the diagonal of the square. The first conductive structures may be located at the area not occupied by the LED structures. In some embodiments, the bottom mesa size of each LED structure may be 1.2μm, the bottom size of micro-lens may 2.3μm, 4 pixels area may be 8w*8h=64 μm2, and the average pixel pitch may be 4μm.

[0135] In some embodiments, the plurality of polychrome Micro-LED pixels may be arranged densely in second conductive structure 252 through various arrangements. FIG. 10 shows a schematic top view of 2x2 polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure 252 according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 10, the second conductive structure 252 is a rectangular ring and surrounds 2x2 polychrome Micro-LED pixels 1010, 1020, 1030, 1040. Each polychrome Micro-LED pixel is rectangular in horizontal-section and the LED structure in each pixel is circular in horizontal-section. The first LED structure 1011, 1021, 1031, 1041 and the stacking 1012, 1022, 1032, 1042 of the second and third LED structures are arranged side by side in the rectangular pixel. The first conductive structures 1013, 1023, 1033, 1043 of each pixel may be placed in any area except the area occupied by the LED structure. For example, the first conductive structures 1013, 1023, 1033, 1043 may be located at the area not occupied by the LED structure between two rows of pixels. The first conductive structures 1023 is located on outermost side of the pixel array where the second conductive structure 252 may be broken up to prevent short circuiting of the first and second conductive structures. In some embodiments, the bottom mesa size of each LED structure may be 1.4μm, the bottom size of micro-lens may 2.5μm, 4 pixels area may be 11w*5.8h=63.8 μm2, and the average pixel pitch may be 5.5μm in the x-axis direction, and 2.9μm in the y-axis direction.

[0136] In some embodiments, more space may be left for pixel structure by using dense arrangement of polychrome Micro-LED pixels, the first conductive structures, and the second conductive structure. When the display area and number of pixels are fixed, the emitter and lens can be made larger. When the emitter and lens sizes are fixed, the pixel spacing / display area can be smaller.

[0137] FIG. 11 shows a schematic top view of the contacts on IC driver corresponding to polychrome Micro-LED pixels shown in FIG. 10 according to another embodiment of the present invention. FIG. 11 shows an array of 2x2 second conductive structures. As shown in FIG. 11, each second conductive structure surrounds four polychrome Micro-LED pixel 1110, 1120, 1130, 1140. The first polychrome Micro-LED pixel 1110 has a red contact 1111 connected with the first LED structure, a green contact 1113 connected with the second LED structure through the first conductive structure, a blue contact 1112 connected with the third LED structure. The second polychrome Micro-LED pixel 1120 has a red contact 1121 connected with the first LED structure, a green contact 1123 connected with the second LED structure through the first conductive structure, a blue contact 1122 connected with the third LED structure. The third polychrome Micro-LED pixel 1130 has a red contact 1131 connected with the first LED structure, a green contact 1133 connected with the second LED structure through the first conductive structure, a blue contact 1132 connected with the third LED structure. The fourth polychrome Micro-LED pixel 1140 has a red contact 1141 connected with the first LED structure, a green contact 1143 connected with the second LED structure through the first conductive structure, a blue contact 1142 connected with the third LED structure.

[0138] FIG. 12 shows a schematic top view of 3x1 polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, the second conductive structure 252 is a hexagonal ring and surrounds 3x1 polychrome Micro-LED pixels 1210, 1220, 1230, and a single LED structure 1240. The polychrome Micro-LED pixel is rectangular in horizontal-section and the LED structure in each pixel is circular in horizontal-section. The first LED structure 1211, 1221, 1231, and the stacking 1212, 1222, 1232 of the second and third LED structures are arranged side by side in the pixel rectangle. The first conductive structures 1213, 1223, 1233 of each pixel may be placed between the first LED structure 1211, 1221, 1231 and the stacking 1212, 1222, 1232 of the second and third LED structures. In the embodiment shown in FIG. 12, the area of 3 pixels may be 8.8w*7.2h=63.36 μm2.

[0139] FIG. 13 shows a schematic top view of 2x2 polychrome Micro-LED pixels sharing one second conductive structure according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, the second conductive structure is a parallelogram ring and surrounds 2x2 polychrome Micro-LED pixels 1310, 1320, 1330, and 1340. The polychrome Micro-LED pixel is rectangular in horizontal-section and the LED structure in each pixel is circular in horizontal-section. The first LED structure 1311, 1321, 1331, 1341 and the stacking 1312, 1322, 1332, 1342 of the second and third LED structures are arranged side by side in the pixel rectangle. The first conductive structures 1313, 1323, 1333, 1343 of each pixel may be placed between the first LED structure 1311, 1321, 1331, 1341 and the stacking 1312, 1322, 1332, 1342 of the second and third LED structures. In the embodiment shown in FIG. 13, the area of 4 pixels may be 5.75w*13.25h=76.1875 μm2.

[0140] FIG. 14 shows a schematic top view of a polychrome Micro-LED pixel array according to an embodiment of the present invention. FIG. 15 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel array shown in FIG. 14 along AA line according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, a plurality of the first LED structures are arranged in a line to form the first row of the array, a plurality of the stacking structures of the second and third LED structures are arranged in a line to form the second row of the array, a plurality of the first LED structures are arranged in a line to form the third row of the array, …, a plurality of the stacking structures of the second and third LED structures are arranged in a line to form the Nth row of the array. The first and second conductive structures of each pixel may be placed in any area except the area occupied by the LED structure. For example, the first conductive structures 1411, 1412, 1413, 1414 may be located at the area not occupied by the LED structure between the first and second rows; the second conductive structures 1421, 1422, 1423, 1424 may be located at the area not occupied by the LED structure between the second and third rows. Any one of the second conductive structures may be shared by multiple LED structures. The second conductive structures shown in FIG. 14 are discrete structures, rather than continuous frames surrounding the one or more LED pixels, thus do not have the function of light isolation. In the embodiment shown in FIG. 14, one pixel area may be 2.12*4.24=8.988 μm2 ≈ 3μm*3μm, and the bottom diameter of the Micro-lens for each LED structure may be 2μm.

[0141] FIG. 16 shows a schematic top view of a polychrome Micro-LED pixel array according to an embodiment of the present invention. FIG. 17 shows a schematic cross-sectional view of the polychrome Micro-LED pixel array shown in FIG. 16 along ABCDE line according to an embodiment of the present invention. The polychrome Micro-LED pixel is square in horizontal-section and the LED structure in each pixel is circular in horizontal-section. The first LED structure 1611, 1621 and the stacking 1612, 1622 of the second and third LED structures are arranged on the diagonal of the square. The first conductive structures 1613, 1623, and the second conductive structures 1614, 1624 of each pixel may be arranged on both sides of the diagonal respectively. In the embodiment shown in FIG. 16, one pixel area may be 3μm*3μm, and the bottom diameter of the Micro-lens for each LED structure may be 2μm. Any one of the second conductive structures may be shared by multiple LED structures. The second conductive structures shown in FIG. 16 are discrete structures, rather than continuous frames surrounding the one or more LED pixels, thus do not have the function of light isolation.

[0142] FIG. 18 shows a schematic cross-sectional view of the manufacturing process of a polychrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention.

[0143] As shown in FIG. 18, at step S1, a third LED structure 1840 is formed on a substrate 1810. In particular, the step S1 may comprise: bonding the third LED light emitting layer 1841 on the substrate 1810, forming a third mesa by etching the third LED light emitting layer, forming an isolation layer around the third mesa.

[0144] At step S2, an insulation dielectric 1880 is formed around the third LED structure 1840 and covers the top surface of the third LED structure 1840, and a first conductive structure 1851, a second conductive structure 1852, and a metal pillar 1873 are formed on the substrate 1410 to be flush with the top surface of the insulation dielectric 1480, and a third upper conductive layer 1842 is formed on the third LED light emitting layer 1841.

[0145] At step S3, an insulation dielectric 1880 is formed and polished, a second LED light emitting layer 1833 is formed on the insulation dielectric 1880.

[0146] At step S4, a second mesa is formed by etching the second LED light emitting layer 1833, an isolation layer 1834 is formed around the second mesa, and a second upper conductive layer 1432 is formed on the second LED light emitting layer 1423, the insulation dielectric 1880 is filled around the second LED structure 1830 and covers the top surface of the second LED structure 1830, and the first conductive structure 1851, the second conductive structure 1852, and the metal pillar 1873 are formed on the substrate 1410 to be flush with the top surface of the insulation dielectric 1480.

[0147] At step S5, a first LED structure 1820 is formed on a substrate 1810. In particular, the step S5 may comprise: bonding the first LED light emitting layer 1821 on the substrate 1810 through a metal layer, forming a first mesa by etching the first LED light emitting layer, and forming an isolation layer around the first mesa.

[0148] At step S6, a first upper conductive layer 1822 is formed on the first LED light emitting layer 1823, a top electrode and micro-lenses with different heights are formed.

[0149] The person skilled in the art should understand that the above method steps are only exemplary, and in other embodiments of the present invention, different steps and processes can be adopted.

[0150] FIG. 19 shows a schematic cross-sectional view of the manufacturing process of the micro-lenses with different heights according to an embodiment of the present invention.

[0151] At step S1, a dielectric layer 1910 is formed on the substrate on which the LED structure and the associated conductive structure have been fabricated, and a plurality of hemisphere-like photoresist bumps 1921, 1922 are formed on the dielectric layer directly above the first LED structure and the stacking structure of the second and third LED structures. In some embodiments of the present invention, the photoresist bumps with a predetermined size and curvature can be formed by photolithography, reflow, or imprinting process.

[0152] At step S2, an etching process is performed to form a plurality of hemisphere-like bump structures 1911, 1912 on the dielectric layer 1910. During the etching process, the etching rates of the dielectric layer 1910 and the photoresist are basically the same, so after the etching is completed, the shape of the photoresist is replicated onto the dielectric layer 1910.

[0153] At step S3, a certain thickness of photoresist layer 1930 is formed on the hemisphere-like bump structure 1911 on the dielectric layer 1910. The hemisphere-like bump structure 1912 is not covered by the photoresist layer. In some embodiments of the present invention, the photoresist layer can have any shape. In the embodiments of the present invention, a certain thickness of photoresist can be formed on the entire surface of the dielectric layer 1910 through processes such as spin coating and imprinting, and then the photoresist above hemisphere-like bump structure 1912 can be removed while retaining the photoresist above the hemisphere-like bump structure 1911.

[0154] At step S4, an etching process is performed, so that the height of the hemisphere-like bump structure 1912 is reduced by a predetermined distance, and then, the remaining photoresist on the hemisphere-like bump structure 1911 is removed.

[0155] The person skilled in the art should understand that the polychrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention may comprise any number of LED structures with the same or different color. For example, the polychrome Micro-LED pixel may comprise four, five or six LED structures.

[0156] Each dimension of the Micro-LED chip is not more than 1 centimeter (cm) , preferably, not more than 20 micrometers (μm) . The Micro-LED structures are formed in the Micro-LED chip in an array, with a resolution such as 720*480, 640*480, 1920*1080, 1280*720, 2k, or 4k. The diameter of the Micro-LED structure is at a nanometer level, e.g., 20 nm to 100 nm.

[0157] The Micro-LED chip includes an integrated circuit (IC) backplane and a Micro-LED array. The Micro-LED array includes multiple Micro-LEDs. Each Micro-LED may form at least a portion of a pixel element on the Micro-LED chip 100.

[0158] In some embodiments, the IC backplane may be electrically connected to each Micro-LED of the Micro-LED array through separate metal interconnects. In some embodiments, each Micro-LED may be separately, electrically controlled by the IC backplane. In some embodiments, the IC backplane may be electrically connected to an electrode of the Micro-LED chip through a metal interconnect. In some embodiments, a dielectric layer may be formed in the gap between the Micro-LEDs. In some embodiments, the dielectric layer may also be formed in the gap between interconnects.

[0159] In some embodiments, each Micro-LED of the Micro-LED array may include a micro mesa structure. In some embodiments, the micro mesa structure may include a first type epitaxial layer, a light emitting layer, and a second type epitaxial layer, from bottom up. That is, among the three layers, the first type epitaxial layer is closest to the IC backplane; the light emitting layer is on top of the first type epitaxial layer and is further away from the IC backplane; the second type epitaxial layer is on top of the light emitting layer and is the furthest away from the IC backplane. In some embodiments, the light emitting layer is formed by several stacked quantum well layers, especially super crystal stacked quantum well layers. Preferably, the super crystal stacked quantum well layers comprise multiple pairs of quantum well layer stacked with quantum barrier layer. In some embodiments, the first type epitaxial layer is semiconductor material with a first conductive type and comprises several semiconductor layers. The main body material of the first type epitaxial layer can be but not limited to composed of Ga, N, As, P, In, or Al etc. based materials. Additionally, the first type epitaxial layer can from up to bottom comprise but not limited to a waveguide layer, a limitation layer, a transition layer and a window layer; furthermore, an ohmic contact layer can be formed under the window layer. In some embodiments, the second type epitaxial layer is semiconductor material with a second conductive type and comprises several semiconductor layers. The main body material of the second type epitaxial layer can be but not limited to composed of Ga, N, As, P, In, or Al etc. based materials. Additionally, the first type epitaxial layer can from up to bottom comprise but not limited to a limitation layer and a waveguide layer; furthermore, an ohmic contact layer can but not limited to be formed on the limitation layer in some embodiments.

[0160] In some embodiments, a top conductive layer may be formed on the top surface of the Micro-LED array. In some embodiments, the top conductive layer may be shared by all Micro-LEDs of the Micro-LED array. In some embodiments, the light emitting layer may include at least one layer of quantum well layer. In some embodiments, the Micro-LED array may include a single layer of Micro-LED structures. In some embodiments, the Micro-LED array may include multiple layers of Micro-LED structures vertically stacked.

[0161] In some embodiments, the Micro-LED array may include blue Micro-LEDs. In some embodiments, the pitch of the Micro-LED array, i.e., the minimum center-to-center distance between Micro-LEDs, may range from about 2 μm to about 50 μm. In some embodiments, the number of pixels in the Micro-LED chip may range from several thousands to over several millions.

[0162] Although the detailed description contains many specifics, these should not be construed as limiting the scope of the invention but merely as illustrating different examples and aspects of the invention. It should be appreciated that the scope of the invention includes other embodiments not discussed in detail above. For example, the approaches described above can be applied to the integration of functional devices other than LEDs and OLEDs with control circuitry other than pixel drivers. Examples of non-LED devices include vertical cavity surface emitting lasers (VCSEL) , photodetectors, micro-electro-mechanical system (MEMS) , silicon photonic devices, power electronic devices, and distributed feedback lasers (DFB) . Examples of other control circuitry include current drivers, voltage drivers, trans-impedance amplifiers, and logic circuits.

[0163] The preceding description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the embodiments described herein and variations thereof. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the spirit or scope of the subject matter disclosed herein. Thus, the present disclosure is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the following claims and the principles and novel features disclosed herein.

[0164] Features of the present invention can be implemented in, using, or with the assistance of a computer program product, such as a storage medium (media) or computer readable storage medium (media) having instructions stored thereon / in which can be used to program a processing system to perform any of the features presented herein. The storage medium can include, but is not limited to, high-speed random access memory, such as DRAM, SRAM, DDR RAM or other random access solid state memory devices, and may include non-volatile memory, such as one or more magnetic disk storage devices, optical disk storage devices, flash memory devices, or other non-volatile solid state storage devices. Memory optionally includes one or more storage devices remotely located from the CPU (s) . Memory or alternatively the non-volatile memory device (s) within the memory, comprises a non-transitory computer readable storage medium.

[0165] Stored on any machine readable medium (media) , features of the present invention can be incorporated in software and / or firmware for controlling the hardware of a processing system, and for enabling a processing system to interact with other mechanisms utilizing the results of the present invention. Such software or firmware may include, but is not limited to, application code, device drivers, operating systems, and execution environments / containers.

[0166] It will be understood that, although the terms “first” , “second, ” etc. may be used herein to describe various elements, these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another.

[0167] The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the claims. As used in the description of the embodiments and the appended claims, the singular forms “a, ” “an” and “the” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It will also be understood that the term “and / or” as used herein refers to and encompasses any and all possible combinations of one or more of the associated listed items. It will be further understood that the terms “comprises” and / or “comprising, ” when used in this specification, specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, and / or components, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, and / or groups thereof.

[0168] As used herein, the term “if” may be construed to mean “when” or “upon” or “in response to determining” or “in accordance with a determination” or “in response to detecting, ” that a stated condition precedent is true, depending on the context. Similarly, the phrase “if it is determined [that a stated condition precedent is true] ” or “if [astated condition precedent is true] ” or “when [astated condition precedent is true] ” may be construed to mean “upon determining” or “in response to determining” or “in accordance with a determination” or “upon detecting” or “in response to detecting” that the stated condition precedent is true, depending on the context.

[0169] The foregoing description, for purpose of explanation, has been described with reference to specific embodiments. However, the illustrative discussions above are not intended to be exhaustive or to limit the claims to the precise forms disclosed. Many modifications and variations are possible in view of the above teachings. The embodiments were chosen and described in order to best explain principles of operation and practical applications, to thereby enable others skilled in the art.

Claims

1.A polychrome Micro-LED pixel array, comprising:a plurality of polychrome Micro-LED pixels arranged in an array, each polychrome Micro-LED pixel comprising: a first metal pillar formed on a substrate; a first LED structure that emits a first color, wherein the first LED structure is positioned on the first metal pillar; a second LED structure that emits a second color; a third LED structure that emits a third color, wherein the third LED structure is formed on the substrate, and the second LED structure is positioned above the third LED structure; and a first conductive structure that is electrically connected with the second LED structure; anda plurality of conductive structures electrically connected with one or more of the first to third LED structures of the plurality of polychrome Micro-LED pixels.2.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 1, wherein:the first LED structure is bonded to the first metal pillar on the substrate through a first metal bonding layer; and / orthe third LED structure is bonded to the substrate through a second metal bonding layer.3.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 2, wherein:the lower end of the first metal pillar is electrically connected with a contact on the substrate, and the upper end of the first metal pillar is electrically connected with the first metal bonding layer, and not lower than the top of the second LED structure.4.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 2, wherein:the first LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a red LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer;the second LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a green LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer;the third LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and a blue LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer; andthe upper conductive layers of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure are electrically connected with one or more second conductive structures, and the lower conductive layer of the first LED structure is electrically connected with the first metal pillar; the lower conductive layer of the second LED structure is electrically connected with the first conductive structure, and the lower conductive layer of the third LED structure is electrically connected with the contact on the substrate through a second metal bonding layer.5.The polychrome Micro-LED unit according to claim 1, wherein each of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure comprises a first semiconductor epitaxial layer of the first conductivity type, a second semiconductor epitaxial layer of the second conductivity type, and a light emitting layer between them.6.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 1, wherein the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure are embedded within an insulation dielectric.7.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 6, wherein the material of the insulation dielectric is selected from a group including SiO2, Al2O3, Si3N4, SiCN, HfO2, Ta2O5, TiO2, ZrO2, La2O3, MgO, Phosphosilicate glass (PSG) , Borophosphosilicate glass (BPSG) , SU-8, PermiNex, Benzocyclobutene (BCB) , spin-on glass (SOG) , or bonding adhesive Micro Resist BCL-1200.8.The polychrome Micro-LED pixel according to claim 6, wherein the insulation dielectric comprises embedding dielectric potions and bonding dielectric potions,wherein the first LED structure is embedded within the first embedding dielectric potion, the second LED structure is embedded within a second embedding dielectric potion, the third LED structure is embedded within a third embedding dielectric potion and the surface of the third embedding dielectric potion is smoothed or planarized, the second LED structure is bonded on the third LED structure through a first bonding dielectric potion.9.The polychrome Micro-LED pixel according to claim 6, wherein the first and second conductive structures are isolated from each other by the insulation dielectric.10.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 6, further comprising:a micro-lens above the insulation dielectric; and / ora spacer formed on top of the light emitting out area at the bottom of the micro-lens.11.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 10, wherein the micro-lens comprises a first micro-lens above the first LED structure, a second micro-lens above the second LED structure and the third LED structure.12.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 11, wherein the heights of the first micro-lens, the second micro-lens are different or the same.13.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 10, wherein:the lower end of the second conductive structure is positioned on the substrate, but not be electrically connected to the contact on the substrate, and the upper end of the second conductive structure reaches to a position not lower than the top surface of the first or second LED structure; or, the upper end of the second conductive structure reaches the top surface of the insulation dielectric or the bottom of the micro lens or directly reaches to the bottom of the top pad and be electrically connected to the top pad; and / orthe lower end of the first conductive structure is electrically connected to the contact on the substrate, and the upper end of the first conductive structure reaches to a position not lower than the top surface of the second LED structure; or, the upper end of the first conductive structure reaches the top surface of the insulation dielectric or the bottom of the micro lens or directly reach to the bottom of the top pad but not be electrically connected to the top pad.14.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 1, wherein a first reflective layer is provided on the side wall of the first and second conductive structures.15.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 14, wherein the first reflective layer comprises one or more of metal layer, DBR layer, multi-layered Omni-Directional Reflector (ODR) .16.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 15, wherein DBR layer is conductive DBR or dielectric DBR.17.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 1, wherein the second LED structure and the third LED structure partially or totally overlap with each other.18.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 1, wherein the shape of the first LED structure, the second LED structure, and the third LED structure is circular, square, hexagon, or ellipse in horizontal-section.19.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 1, wherein the polychrome Micro-LED pixel is square in horizontal-section, the first LED structure and the stacking of the second and third LED structures are arranged on the diagonal of the square, the first and the second conductive structures are located on both sides of the diagonal respectively.20.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 1, wherein a plurality of the first LED structures are arranged side by side to form the first sub-row of the array, a plurality of the stacking structures of the second and third LED structures are arranged side by side to form the second sub-row of the array, a plurality of the first sub-rows and a plurality of the second sub-rows are alternately arranged to form the array, the first and second conductive structures of each pixel is placed in any area except the area occupied by the LED structure.21.The polychrome Micro-LED pixel array according to claim 1, wherein the plurality of the second conductive structures are discrete structures formed among the first LED structures and the stacking structures of the second and third LED structures.

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