Monochrome micro-led pixel with high reflectivity

Abstract

Described herein is a monochrome Micro-LED pixel, including: an LED structure(520) that emits a first color, wherein the LED structure is formed on a substrate(510); and a top conductive structure(550) that is positioned above the LED structure and surrounds the periphery of the light-emitting area of the LED structure, wherein a first reflective layer(551) is provided on the side wall of the top conductive structure.

Description

MONOCHROME MICRO-LED PIXEL WITH HIGH REFLECTIVITYTECHNICAL FIELD

[0001] The present disclosure relates generally to light-emitting diode (LED) display devices, and more particularly, to monochrome Micro-LED pixel with high reflectivity.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] The light emitted by the LED dies is generated from spontaneous emission and is thus not directional, resulting in a large divergence angle. The large divergence angle can cause various problems in a micro-LED display. On the one hand, due to the large divergence angle, only a small portion of the light emitted by the micro-LEDs can be utilized. This may significantly reduce the efficiency and brightness of a micro-LED display system. On the other hand, due to the large divergence angle, the light emitted by one micro-LED pixel may illuminate its adjacent pixels, resulting in light crosstalk between pixels, loss of sharpness, and loss of contrast. FIG. 1 shows a conventional solution for reducing the large divergence angle, in order to reduce light waste for reduced power consumption and light interference between pixels. As shown in FIG. 1, the optical isolation structures 110 are positioned around each micro-LED pixel. However, these individual optical isolation structures occupy large chip area, increase process difficulty, and are not conducive to the miniaturization of Micro-LED pixel units.

[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 monochrome 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] The monochrome Micro-LED pixel described herein may include a high reflectivity structure to improve the internal reflectivity of emitted light while helping to achieve narrow beam width, thus improving brightness and resolution at the same time and are suitable for modern display panels, especially for high definition AR devices and virtual reality (VR) glasses.

[0007] Some exemplary embodiments provide a monochrome Micro-LED pixel, comprising: an LED structure that emits a first color, wherein the LED structure is formed on a substrate; and a conductive structure surrounding the LED structure, wherein a first reflective layer is provided on the side wall of the conductive structure.

[0008] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the monochrome Micro-LED pixel further comprises a bottom reflective layer formed between the LED structure and the substrate.

[0009] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the first reflective layer and bottom reflective layer comprise one or more of metal layer, DBR layer, multi-layered Omni-Directional Reflector (ODR) .

[0010] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, DBR layer is conductive DBR or dielectric DBR.

[0011] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the first reflective layer is one or more reflective coatings.

[0012] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the LED structure comprises a lower conductive layer, an upper conductive layer, and an LED light emitting layer between the lower conductive layer and the upper conductive layer.

[0013] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the conductive structure is connected with the upper conductive layer of the LED structure.

[0014] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the lower end of the conductive structure is positioned on the substrate; and the upper end of the conductive structure reaches to a position not lower than the top surface of the LED structure.

[0015] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the monochrome Micro-LED pixel further comprises a micro-lens above the LED structure.

[0016] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the LED structure is embedded within an insulation dielectric.

[0017] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the upper end of the conductive structure reaches the top surface of the insulation dielectric or the bottom of the micro lens.

[0018] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the upper end of the top conductive structure is higher than the bottom of the micro lens.

[0019] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the LED structure emits red light, green light, or blue light.

[0020] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the shape of the LED structure in horizontal-section comprises circle, square, rectangle, and hexagon, and the shape of the first reflective layer in horizontal-section is similar or different from that of the LED structure.

[0021] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the shape of the LED structure in horizontal-section is circle, and the shape of the first reflective layer in horizontal-section is a ring surrounding the LED structure or a rectangular ring surrounding the LED structure.

[0022] Some exemplary embodiments provide a monochrome Micro-LED pixel, comprising: an LED structure that emits a first color, wherein the LED structure is formed on a substrate; and a top conductive structure that is positioned above the LED structure and surrounds the periphery of the light-emitting area of the LED structure, wherein a first reflective layer is provided on the side wall of the top conductive structure.

[0023] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the LED structure comprises a lower conductive layer, a spreading layer, and a micro mesa structure between the lower conductive layer and the spreading layer.

[0024] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the cross-sectional shape of the micro mesa structure is an inverted trapezoid, the micro mesa structure include a first type epitaxial layer, a multiple quantum well layer, and a second type epitaxial layer, and a multiple quantum well layer between the first type epitaxial layer and the second type epitaxial layer.

[0025] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the LED structure comprises a passivation layer for electrical isolation of the lower conductive layer and the first type epitaxial layer, the multiple quantum well layer, and the second type epitaxial layer.

[0026] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the passivation layer covers the bottom surface of the first type epitaxial layer, the side surface of the first type epitaxial layer, the multiple quantum well layer, and the second type epitaxial layer, and the top surface of an insulation dielectric between the adjacent micro mesa structures, an opening is formed in the passivation layer on the bottom surface of the first type epitaxial layer, and the lower conductive layer is formed in the opening.

[0027] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the LED structure comprises a second reflective layer that is formed on a surface of the passivation layer and the lower conductive layer away from the micro mesa structure.

[0028] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the monochrome Micro-LED pixel further comprises a gap between the reflective layers of adjacent micro mesa structures.

[0029] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the first reflective layer and / or second reflective layer comprise one or more of metal layer, DBR layer, multi-layered Omni-Directional Reflector (ODR) .

[0030] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, DBR layer is conductive DBR or dielectric DBR.

[0031] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the first reflective layer and / or second reflective layer are one or more reflective coatings.

[0032] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the top conductive structure is connected with the spreading layer of the LED structure.

[0033] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the lower end of the conductive structure is positioned on the spreading layer of the LED structure.

[0034] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the top conductive structure is a grid electrode, the grid frames of the grid electrode are conductive portion to be used as electrode, and hollow areas between the grid frames are light transmitting portion, and the LED structure is located below the hollow areas.

[0035] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the height of the top conductive structure is within the range of 0.2μm to 5.0μm.

[0036] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the material of the top conductive structure comprises: ITO, FTO, Al, Au, Ag, Cr, Ti, Pt, Cu.

[0037] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the monochrome Micro-LED pixel further comprises a micro-lens above the LED structure.

[0038] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the upper end of the top conductive structure reaches the bottom of the micro lens, or the upper end of the top conductive structure is higher than the bottom of the micro lens.

[0039] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the LED structure emits red light, green light, or blue light.

[0040] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the LED structure is embedded within an insulation dielectric.

[0041] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the shape of the LED structure in horizontal-section comprises circle, square, rectangle, and hexagon, and the shape of the first reflective layer in horizontal-section is similar or different from that of the LED structure.

[0042] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the shape of the LED structure in horizontal-section is circle, and the shape of the first reflective layer in horizontal-section is a ring surrounding the LED structure or a rectangular ring surrounding the LED structure.

[0043] Some exemplary embodiments provide a monochrome Micro-LED structure, comprising: a plurality of LED structures that emit a first color, wherein the plurality of LED structures are formed on a substrate; and a top conductive structure that is positioned above the plurality of LED structures and surrounds the periphery of the light-emitting area of the plurality of LED structures, wherein a first reflective layer is provided on the side wall of the top conductive structure.

[0044] In some exemplary embodiments or any combination of preceding exemplary embodiments of the monochrome Micro-LED pixel, the top conductive structure is a grid electrode, the grid frames of the grid electrode are conductive portion to be used as electrode, and hollow areas between the grid frames are light transmitting portion, and the plurality of LED structures are located below the hollow areas.

[0045] Some exemplary embodiments provide a monochrome Micro-LED pixel array, comprising a plurality of monochrome Micro-LED pixel.

[0046] Other aspects include components, devices, systems, improvements, methods and processes including manufacturing methods, applications, and other technologies related to any of the above.

[0047] Note 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 view 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

[0048] 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.

[0049] FIG. 1 shows a conventional solution for reducing the large divergence angle.

[0050] FIG. 2A shows a schematic top view of a monochrome Micro-LED pixel with high reflectivity according to an embodiment of the present invention.

[0051] FIG. 2B shows a schematic cross-sectional view of the monochrome Micro-LED pixel as shown in FIG. 2A along line A-A according to an embodiment of the present invention.

[0052] FIG. 3 shows a schematic top view of a top electrode of a monochrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention.

[0053] FIG. 4 shows a schematic top view of a monochrome Micro-LED pixel with high reflectivity according to another embodiment of the present invention.

[0054] FIG. 5A shows a schematic top view of a monochrome Micro-LED pixel with high reflectivity according to an embodiment of the present invention.

[0055] FIG. 5B shows a schematic cross-sectional view of the monochrome Micro-LED pixel as shown in FIG. 5A along line A-A according to an embodiment of the present invention.

[0056] FIG. 6 shows a schematic top view of a top electrode of a monochrome Micro-LED pixel according to an embodiment of the present invention.

[0057] FIG. 7 shows a schematic top view of a monochrome Micro-LED pixel with high reflectivity according to another embodiment of the present invention.

[0058] FIG. 8A shows a schematic top view of four LED structures sharing one top conductive structure according to an embodiment of the present invention.

[0059] FIG. 8B shows a schematic cross-sectional view of the structure as shown in FIG. 8A along line A-A according to an embodiment of the present invention.

[0060] FIG. 9A shows a schematic top view of a monochrome Micro-LED pixel array with high reflectivity according to an embodiment of the present invention.

[0061] FIG. 9B shows a schematic cross-sectional view of the monochrome Micro-LED pixel as shown in FIG. 9A along line A-A according to an embodiment of the present invention.

[0062] 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

[0063] 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.

[0064] In some embodiments, a single monochrome LED pixel includes one LED structures. In some embodiments, the LED structures include at least an LED light emitting layer that emits a distinct color. That is, the LED light emitting layer may emit red light, green light, blue light or other color of light.

[0065] FIG. 2A shows a schematic top view of a monochrome Micro-LED pixel with high reflectivity according to an embodiment of the present invention. FIG. 2B shows a schematic cross-sectional view of the monochrome Micro-LED pixel as shown in FIG. 2A along line A-A’ according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2B, the monochrome Micro-LED pixel comprises a substrate 210, an LED structure 220, a conductive structure 250, a micro-lens 260.

[0066] 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 example substrates include GaAs, GaP, InP, SiC, ZnO, and sapphire substrates. The driver circuits form individual pixel drivers to control the operation of the individual monochrome Micro-LED pixel. The circuitry on substrate 210 includes contacts 211 to each individual driver circuit and also a ground contact.

[0067] In some embodiments, the LED structure 220 may comprise a lower conductive layer 221, an upper conductive layer 222, and an LED light emitting layer 223 between the lower conductive layer 221 and the upper conductive layer 222. The person skilled in the art should understand that the LED light emitting layer 223 in the LED structure 220 may be red light emitting layer, green light emitting layer, blue light emitting layer, or any other color light emitting layer. In some embodiments, the LED structure 220 may further comprise an upper connection portion 224 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 224 is metal, including one or more of Al, Au, Rh, Ag, Cr, Ti, Pt, Sn, Cu, AuSn, TiW, etc.

[0068] In some embodiments, the LED light emitting layer 223 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 the. 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.

[0069] 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 metal bonding layer 270.

[0070] 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” .

[0071] In some embodiments, the LED structure 220 is bonded to the substrate 210 through a metal bonding layer 270. The metal bonding layer 270 may be disposed on the substrate 210. In one approach, a metal bonding layer 270 is grown on the substrate 210. In some embodiments, the metal bonding layer 270 is electrically connected between the contact 211 on the substrate 210 and the LED structure 220 above the metal bonding layer 270, acting like a P-electrode. In some embodiments, the thickness of the metal bonding layer 270 is about 0.1μm to about 3μm. In a preferred embodiment, the thickness of a metal bonding layer 270 is about 0.3μm. The metal bonding layer 270 may include ohmic contact layers, and metal bonding layers. In some instances, two metal layers are included in the metal bonding layer 270. One of the metal layers is deposited on the bottom of the LED structure 220. A counterpart bonding metal layer is also deposited on the substrate 210. In some embodiments, compositions for the metal bonding layer 270 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 bond the two layers together. Eutectic bonding, thermal compression bonding, and transient liquid phase (TLP) bonding are example techniques that may be used.

[0072] In some embodiments, the metal bonding layer 270 may also be used as a reflector to reflect light emitted from the LED structures above. In some embodiments, the metal bonding layer 270 may comprise a reflective layer. Furthermore, the reflective layer may comprise stacked reflective sub-layers.

[0073] In some embodiments, the LED structure 220 may be embedded within the insulation dielectric 280. The insulation dielectric 280 is transparent to the light emitted from the LED structure 220. 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.

[0074] As shown in FIGs. 2A-2B, a conductive structure 250 are positioned around the LED structure 220. In some embodiments, the conductive structure 250 may be used as common electrode to connect with the upper conductive layer 222 of the LED structure 220. The conductive structure 250 may be positioned on the substrate 210, but do not directly electrically connect to the substrate 210. The conductive structure 250 may electrically connect the upper conductive layer 222 of the LED structure 220 to the negative electrode of an external power source. In some embodiments, the conductive structure 250 may also be referred to as the top electrode or N-electrode.

[0075] However, technicians in this field should be aware that the N and P electrodes of LED structures are interchangeable. For example, the conductive structure may be used as a common P electrode to connect with the P-type epitaxial layer of each LED structure, and corresponding N-type epitaxial layer of the LED structure is connected with the metal bonding layer.

[0076] In some embodiments, as shown in FIG. 3, the top electrode 310 may further comprise a current spreading layer. The upper conductive layer 222 may be formed on the LED light emitting layer 223 and extend over the entire surface of the multiple monochrome Micro-LED pixels array under the bottom of the micro lens. The current spreading layer may be formed on the upper conductive layer 222 and have better conductivity than the upper conductive layer 222. The current spreading layer does not cover the light emitting region of each Micro-LED pixel.

[0077] The upper conductive layer may be flat or have upward or downward slopes due to the height difference between the conductive structure and the LED light emitting layer. For example, when forming the upper conductive layer, if the height of the conductive structure is the same as that of the LED light emitting layer, the upper conductive layer is basically flat; if the height of the conductive structure is higher than that of the LED light emitting layer, the upper conductive layer includes slopes that rise from the edge of the LED light emitting layer towards the conductive structure; if the height of the conductive structures is lower than that of the LED light emitting layer, the upper conductive layer includes slopes that fall from the edge of the LED light emitting layer towards the conductive structure. The person skilled in the art should understand that any shape of the upper conductive layer may be designed according to the specific requirements of Micro-LED pixels, which are fallen within the protection scope of the present invention.

[0078] In some embodiments, the lower end of the conductive structure 250 is positioned on the substrate 210; and the upper end of the conductive structure 250 may reach to a position not lower than the top surface of the LED structure; preferably, the upper end of the conductive structure 250 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. In other embodiments of the present invention, the upper end of the top conductive structure 250 may be higher than the bottom of the micro lens 260.

[0079] The person skilled in the art should understand that the layout, size, connecting manner of the conductive structure 250 and the top pad are not limited to the to the embodiments shown in FIGs. 2A-2B, 3, but can be modified according to actual requirements, for example adjusting the shape and size of conductive structure, etc., and these modifications fall within the scope of protection of the present invention.

[0080] In some embodiments, As shown in FIGS. 2A-2B, a reflective layer 251 is provided on the side wall of the conductive structure 250. In some embodiments, the conductive structure 250 essentially surrounds the LED structure 220, so that light emitted from the LED structure 220 towards the conductive structure is reflected by the reflective layer 251 and emitted out at the top surface of the single LED pixel.

[0081] In some embodiments, the conductive structure 250 with the reflective layer 251 may be fabricated by a combination of deposition, photo-lithography and etching processes. In some embodiments, the conductive structure 250 with the reflective layer 251 may be fabricated by other suitable methods.

[0082] In some embodiments, the reflective layer 251 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.

[0083] In some embodiments, the reflective layer 251 may be one or more reflective coatings. The one or more reflective coatings may be disposed on the sidewall of the conductive structure 250. 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.

[0084] 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.

[0085] 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.

[0086] In some embodiments, the reflective layer 251 may be conductive reflective layer or dielectric reflective layer.

[0087] The reflective layer 251 with high reflectivity on the sidewall of the conductive structure 250 allows high WPE and narrow beam width.

[0088] In some embodiments, the micro-lens 260 is formed on the top surface of the LED structure 220.

[0089] 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.

[0090] 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.

[0091] In some embodiments, the shape of the micro-lens 260 is generally hemisphere. In some embodiments, the center axis of the micro-lens 260 is aligned with or the same as the center axis of the lens-less single Micro-LED pixel.

[0092] 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.

[0093] 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.

[0094] The micro-lens 260 typically has a flat side and a curved side. In FIG. 2B, 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.

[0095] 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.

[0096] The micro-lens can be fabricated by various fabrication methods, including steps of depositing, patterning, etching, and so on.

[0097] In some embodiments, as shown in FIG. 2A, typical shape of LED structure in horizontal-section include circle, square, rectangle, and hexagon. In some embodiments, the reflective layer 251 on the sidewall of the conductive structure 250 conforms to the shape of the LED structure. In one example, the shape of the LED structure in horizontal-section is circle, and the shape of the reflective layer 251 in horizontal-section is a ring surrounding the LED structure. In another example, the shape of the LED structure in horizontal-section is not the same as that of the reflective layer 251, for instance, the shape of the LED structure in horizontal-section is circle, but the shape of the reflective layer 251 in horizontal-section is a rectangular ring surrounding the LED structure, as shown in FIG. 4.

[0098] FIG. 5A shows a schematic top view of a monochrome Micro-LED pixel with high reflectivity according to an embodiment of the present invention. FIG. 5B shows a schematic cross-sectional view of the monochrome Micro-LED pixel as shown in FIG. 5A along line A-A according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5B, the monochrome Micro-LED pixel comprises a substrate 510, an LED structure 520, a top conductive structure 550, a micro-lens 560.

[0099] The supporting substrate 510 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 510. 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 510 is a Si substrate. In another embodiment, the supporting substrate 510 is a transparent substrate, for example, a glass substrate. Other example substrates include GaAs, GaP, InP, SiC, ZnO, and sapphire substrates. The driver circuits form individual pixel drivers to control the operation of the individual monochrome Micro-LED pixel. The circuitry on substrate 510 includes contacts 511 to each individual driver circuit and also a ground contact.

[0100] In some embodiments, the LED structure 520 may comprise a lower conductive layer 530, a spreading layer 540, and a micro mesa structure between the lower conductive layer 530 and the spreading layer 540. In some embodiments, the micro mesa structure may include a first type epitaxial layer 521, a multiple quantum well layer 523, and a second type epitaxial layer 522, from bottom up. The person skilled in the art should understand that the micro mesa structure in the LED structure 520 may emit red light, green light, blue light, or any other color light.

[0101] In some embodiments, the spreading layer 540 may be the same material as the second type epitaxial layer 522. The thickness of layer 540 may be between 0.2μm to 3.0μm, and the thickness of the second type epitaxial layer 522 may be between 0.2μm to 2.0μm.

[0102] In some embodiments, the lower conductive layer 530 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 530 can be a metal layer to form one part of the metal bonding layer 570.

[0103] In some embodiments, as shown in FIG. 5B, the cross-sectional shape of the micro mesa structure is an inverted trapezoid, that is, the upper area of the micro mesa structure is larger than the bottom area.

[0104] In some embodiments, the LED structure 520 may further comprise a passivation layer 524. The passivation layer 524 may cover the bottom surface of the first type epitaxial layer 521, the side surface of the first type epitaxial layer 521, the multiple quantum well layer 523, and the second type epitaxial layer 522, and the top surface of the insulation dielectric 581 between the adjacent micro mesa structures. There is an opening in the passivation layer 524 on the bottom surface of the first type epitaxial layer 521. The lower conductive layer 530 may be formed in the opening. In this embodiment, the passivation layer 524 mainly serves as an electrical isolation layer, and the first passivation material layer may use an aluminum oxide (Al2O3) film layer formed by an atomic layer deposition process with better step coverage. The passivation layer 524 is used for electrical isolation of the lower conductive layer 530 and the first type epitaxial layer 521, the multiple quantum well layer 523, and the second type epitaxial layer 522.

[0105] In some embodiments, the LED structure 520 may further comprise a reflective layer 590 that is formed on the surface of the passivation layer 524 and the lower conductive layer 530 away from the micro mesa structure.

[0106] In some embodiments, the reflective layer 590 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.

[0107] In some embodiments, the reflective layer 590 may be one or more reflective coatings. 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.

[0108] Since the reflective layer may be made of a conductive material, there is a gap 591 between the reflective layers of adjacent micro mesa structures, thereby avoiding short circuits between adjacent micro mesa structures.

[0109] In some embodiments, the LED structure 520 is bonded to the substrate 510 through a combination of oxide bonding layer 571 and metal bonding layer 570. In some embodiments, the metal bonding layer 570 is electrically connected between the contact 511 on the substrate 510 and the LED structure 520 above the metal bonding layer 570, acting like a P-electrode. The metal bonding layer 570 may include ohmic contact layers, and metal bonding layers. In some instances, two metal layers are included in the metal bonding layer 570, and two oxide bonding layers surround the two metal layers. One of the metal layers is deposited on the bottom of the LED structure 520; a counterpart bonding metal layer is also deposited on the substrate 510. On the bonding surface, the surface of the metal bonding layer is flush with the surface of the oxide bonding layer. In some embodiments, compositions for the metal bonding layer 570 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. The composition for the oxide bonding layer 571 may be SiO2. For this structure, bonding is achieved through oxide-oxide bonding and metal-metal bonding.

[0110] In some embodiments, an insulation dielectric 581 may fill the space among the LED structures 520. In some embodiments, the insulation dielectric 581 is made of dielectric materials such as solid inorganic materials or plastic materials. In some embodiments, the solid inorganic materials include SiO2, Al2O3, Si3N4, Phosphosilicate glass (PSG) , or 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.

[0111] As shown in FIGs. 5A-5B, the top conductive structure 550 is positioned above the LED structure 520 and surrounds the periphery of the light-emitting area of the LED structure 520. In some embodiments, the top conductive structure 550 may be used as common electrode to connect with the spreading layer 540 of the LED structure 520. The top conductive structure 550 may electrically connect the spreading layer 540 of the LED structure 520 to the negative electrode of an external power source. In some embodiments, the top conductive structure 550 may also be referred to as the top electrode or N-electrode.

[0112] In some embodiments, as shown in FIG. 6, the top electrode 610 may be grid electrode. That is, the grid frames are conductive portion to be used as electrode, and the hollow areas between the grid frames are light transmitting portion. Each LED structure 520 is located below the hollow areas between the grid frames, so that the light emitted by the LED can be emitted from the hollow areas. The material of the top electrode 310 may include: ITO, FTO, Al, Au, Ag, Cr, Ti, Pt, Cu.

[0113] In some embodiments, the lower end of the top conductive structure 550 is positioned on the spreading layer 540; and the upper end of the top conductive structure 550 may reach to the bottom of the micro lens 560. The height of the top conductive structure 550 is within the range of 0.1μm to 5.0μm. In other embodiments of the present invention, the upper end of the top conductive structure 550 may be higher than the bottom of the micro lens 560.

[0114] The person skilled in the art should understand that the shape, size, connecting manner of the top conductive structure 550 are not limited to the to the embodiments shown in FIGs. 5A-5B, 6, but can be modified according to actual requirements, for example adjusting the shape and size of the top conductive structure 550, etc., and these modifications fall within the scope of protection of the present invention.

[0115] In some embodiments, As shown in FIGS. 5A-5B, a reflective layer 551 is provided on the side wall of the top conductive structure 550. In some embodiments, the top conductive structure 550 essentially surrounds the LED structure 520, so that light emitted from the LED structure 520 towards the top conductive structure 550 is reflected by the reflective layer 551 and emitted out at the top surface of the single LED pixel.

[0116] In some embodiments, the top conductive structure 550 with the reflective layer 551 may be fabricated by a combination of deposition, photo-lithography and etching processes. In some embodiments, the top conductive structure 550 with the reflective layer 551 may be fabricated by other suitable methods.

[0117] In some embodiments, the reflective layer 551 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.

[0118] In some embodiments, the reflective layer 551 may be one or more reflective coatings. The one or more reflective coatings may be disposed on the sidewall of the top conductive structure 550. 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.

[0119] 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.

[0120] 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.

[0121] In some embodiments, the reflective layer 551 may be conductive reflective layer or dielectric reflective layer.

[0122] The reflective layer 551 with high reflectivity on the sidewall of the top conductive structure 550 allows high WPE and narrow beam width.

[0123] In some embodiments, the micro-lens 560 is formed on the top surface of the LED structure 520.

[0124] In some embodiments, the micro-lens 560 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.

[0125] In some embodiments, the micro-lens 560 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 560 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 560 is made of photoresist.

[0126] In some embodiments, the shape of the micro-lens 560 is generally hemisphere. In some embodiments, the center axis of the micro-lens 560 is aligned with or the same as the center axis of the lens-less single Micro-LED pixel.

[0127] 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 560 can cover several lens-less single LED pixels.

[0128] The individual micro-lens 560 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 510 is greater than 60 degrees. The light is bent by the micro-lens 560, 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, Fresnal micro-lenses and cylindrical micro-lenses.

[0129] The micro-lens 560 typically has a flat side and a curved side. In FIG. 5B, the bottom of the micro-lens 560 is the flat side, and the top of the micro-lens 560 is the curved side. Typical shapes of the base of each micro-lens 560 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 560 conforms to the shape of the single LED pixel. In one example, the shape of the base of the micro-lens 560 is the same as that of the single LED pixel. In another example, the shape of the base of the micro-lens 560 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.

[0130] 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.

[0131] The micro-lens can be fabricated by various fabrication methods, including steps of depositing, patterning, etching, and so on.

[0132] In some embodiments, as shown in FIG. 5A, typical shape of LED structure in horizontal-section include circle, square, rectangle, and hexagon. In some embodiments, the reflective layer 551 on the sidewall of the top conductive structure 550 conforms to the shape of the LED structure. In one example, the shape of the LED structure in horizontal-section is circle, and the shape of the reflective layer 551 in horizontal-section is a ring surrounding the LED structure. In another example, the shape of the LED structure in horizontal-section is not the same as that of the reflective layer 551, for instance, the shape of the LED structure in horizontal-section is circle, but the shape of the reflective layer 551 in horizontal-section is a rectangular ring surrounding the LED structure, as shown in FIG. 7.

[0133] In some embodiments, a plurality of LED structures may share one top conductive structure. For example, FIG. 8A shows a schematic top view of four LED structures sharing one top conductive structure according to an embodiment of the present invention. FIG. 8B shows a schematic cross-sectional view of the structure as shown in FIG. 8A along line A-A according to an embodiment of the present invention.

[0134] As shown in FIGs. 8A-8B, the top conductive structure 850 are positioned above four the LED structure 820 and surrounds four the LED structure 820. In some embodiments, the top conductive structure 850 may be used as common electrode to connect with the spreading layer 840 of the four LED structure 820 to the negative electrode of an external power source. In some embodiments, the top conductive structure 850 may also be referred to as the top electrode or N-electrode.

[0135] In some embodiments, as shown in FIG. 8A, the top conductive structure 850 may be grid electrode. That is, the top conductive structure 850 may be a rectangular frame that surrounds four the LED structure 820. Four LED structures 820 are located below the hollow areas in the frame, so that the light emitted by the LED can be emitted from the hollow areas.

[0136] In some embodiments, the lower end of the top conductive structure 850 is positioned on the spreading layer 840; and the upper end of the top conductive structure 850 may reach to the bottom of the micro lens 860. The height of top conductive structure 850 is within the range of 0.2μm to 5.0μm. In other embodiments of the present invention, the upper end of the top conductive structure 850 may be higher than the bottom of the micro lens 860.

[0137] The person skilled in the art should understand that the shape, size, connecting manner of the top conductive structure 850 are not limited to the to the embodiments shown in FIGs. 8A-8B, but can be modified according to actual requirements, for example adjusting the shape and size of the top conductive structure 850, etc., and these modifications fall within the scope of protection of the present invention.

[0138] In some embodiments, as shown in FIGS. 8A-8B, a reflective layer 851 is provided on the side wall of the top conductive structure 850. In some embodiments, the top conductive structure 850 essentially surrounds four LED structures 820, so that light emitted from the LED structure 820 towards the top conductive structure 850 is reflected by the reflective layer 851 and emitted out at the top surface of the single LED pixel.

[0139] The reflective layer 851 is similar to the aforementioned reflective layer 551, and therefore will not be described in detail.

[0140] The person skilled in the art should understand that the embodiments shown in Figures 8A and 8B are only exemplary, and one top conductive structure grid may surround more or fewer LED structures. For example, one top conductive structure grid may surround two, three, five, six, seven, eight or more LED structures.

[0141] n some embodiments of the present invention, multiple LED pixels may form an array. For example, FIG. 9A shows a schematic top view of a monochrome Micro-LED pixel array with high reflectivity according to an embodiment of the present invention. FIG. 9B shows a schematic cross-sectional view of the monochrome Micro-LED pixel as shown in FIG. 9A along line A-A according to an embodiment of the present invention.

[0142] As shown in FIGs. 9A and 9B, one top conductive structure grid may surround four LED pixels.

[0143] The person skilled in the art should understand that the monochrome 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 monochrome Micro-LED pixel may comprise four, five or six LED structures.

[0144] Each dimension of the Micro-LED chip is not more than 1 centimeter (cm) , preferably, not more than 20 micro meters (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.

[0145] 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.

[0146] 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.

[0147] 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, Al or 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.

[0148] 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.

[0149] 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.

[0150] 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.

[0151] 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.

[0152] 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.

[0153] 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.

[0154] 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.

[0155] 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.

[0156] 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 [a stated condition precedent is true] ” or “when [a stated 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.

[0157] 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 monochrome Micro-LED pixel, comprising:an LED structure that emits a first color, wherein the LED structure is formed on a substrate; anda top conductive structure that is positioned above the LED structure and surrounds the periphery of the light-emitting area of the LED structure, wherein a first reflective layer is provided on the side wall of the top conductive structure.2.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 1, wherein the LED structure comprises a lower conductive layer, a spreading layer, and a micro mesa structure between the lower conductive layer and the spreading layer.3.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 2, wherein the cross-sectional shape of the micro mesa structure is an inverted trapezoid, the micro mesa structure include a first type epitaxial layer, a multiple quantum well layer, and a second type epitaxial layer, and a multiple quantum well layer between the first type epitaxial layer and the second type epitaxial layer.4.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 3, wherein the LED structure comprises a passivation layer for electrical isolation of the lower conductive layer and the first type epitaxial layer, the multiple quantum well layer, and the second type epitaxial layer.5.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 4, wherein the passivation layer covers the bottom surface of the first type epitaxial layer, the side surface of the first type epitaxial layer, the multiple quantum well layer, and the second type epitaxial layer, and the top surface of an insulation dielectric between the adjacent micro mesa structures,wherein an opening is formed in the passivation layer on the bottom surface of the first type epitaxial layer, and the lower conductive layer is formed in the opening.6.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 4, wherein the LED structure comprises a second reflective layer that is formed on a surface of the passivation layer and the lower conductive layer away from the micro mesa structure.7.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 6, further comprising a gap between the reflective layers of adjacent micro mesa structures.8.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 6, wherein the first reflective layer and / or second reflective layer comprise one or more of metal layer, DBR layer, multi-layered Omni-Directional Reflector (ODR) .9.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 8, wherein DBR layer is conductive DBR or dielectric DBR.10.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 6, wherein the first reflective layer and / or second reflective layer are one or more reflective coatings.11.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 2, wherein the top conductive structure is connected with the spreading layer of the LED structure.12.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 2, wherein the lower end of the conductive structure is positioned on spreading layer of the LED structure.13.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 1, wherein the top conductive structure is a grid electrode,wherein the grid frames of the grid electrode are conductive portion to be used as electrode, and hollow areas between the grid frames are light transmitting portion, and the LED structure is located below the hollow areas.13.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 1, wherein the height of the top conductive structure is within the range of 0.2μm to 5.0μm.14.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 1, wherein the material of the top conductive structure comprises: ITO, FTO, Al, Au, Ag, Cr, Ti, Pt, Cu.15.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 1, further comprising a micro-lens above the LED structure.16.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 10, wherein the upper end of the top conductive structure reaches the bottom of the micro lens, orwherein the upper end of the top conductive structure is higher than the bottom of the micro lens.17.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 1, wherein the LED structure emits red light, green light, or blue light.18.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 1, wherein the LED structure is embedded within an insulation dielectric.19.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 1, wherein the shape of the LED structure in horizontal-section comprises circle, square, rectangle, and hexagon, and the shape of the first reflective layer in horizontal-section is similar or different from that of the LED structure.20.The monochrome Micro-LED pixel according to claim 1, wherein the shape of the LED structure in horizontal-section is circle, andwherein the shape of the first reflective layer in horizontal-section is a ring surrounding the LED structure or a rectangular ring surrounding the LED structure.21.A monochrome Micro-LED structure, comprising:a plurality of LED structures that emit a first color, wherein the plurality of LED structures are formed on a substrate; anda top conductive structure that is positioned above the plurality of LED structures and surrounds the periphery of the light-emitting area of the plurality of LED structures, wherein a first reflective layer is provided on the side wall of the top conductive structure.22.The monochrome Micro-LED structure according to claim 21, wherein the top conductive structure is a grid electrode,wherein the grid frames of the grid electrode are conductive portion to be used as electrode, and hollow areas between the grid frames are light transmitting portion, and the plurality of LED structures are located below the hollow areas.23.A monochrome Micro-LED pixel array, comprising a plurality of monochrome Micro-LED pixel according to any one of claims 1-22.

Images