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WO2024200642A1 - Ecran d'affichage à transitions réduites entre sous-pixels - Google Patents

Ecran d'affichage à transitions réduites entre sous-pixels Download PDF

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Publication number
WO2024200642A1
WO2024200642A1 PCT/EP2024/058472 EP2024058472W WO2024200642A1 WO 2024200642 A1 WO2024200642 A1 WO 2024200642A1 EP 2024058472 W EP2024058472 W EP 2024058472W WO 2024200642 A1 WO2024200642 A1 WO 2024200642A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pixel
sub
photo
contact
display screen
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/058472
Other languages
English (en)
Inventor
Mehdi DAANOUNE
Tiphaine Dupont
Sébastien Jouan
Original Assignee
Aledia
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aledia filed Critical Aledia
Publication of WO2024200642A1 publication Critical patent/WO2024200642A1/fr

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    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the present invention relates in particular to the field of microelectronics and optoelectronics technologies. It finds as a particularly advantageous but non-limiting application display technologies and in particular display systems based on LEDs (from the English “Light-Emitting Diode”).
  • a display screen generally comprises a plurality of pixels arranged on a so-called basal plane and emitting independently of one another.
  • Each color pixel generally comprises at least three components for emitting and/or converting a luminous flux, also called sub-pixels.
  • These sub-pixels each emit a luminous flux substantially in a single color (typically red, green and blue).
  • the color of a pixel perceived by an observer comes from the superposition of the different luminous fluxes emitted by the sub-pixels.
  • an LED makes it possible to emit the luminous flux associated with a sub-pixel.
  • An LED may in particular comprise a plurality of active nanowires arranged in a periodic photonic crystal and emitting said luminous flux at the desired wavelength.
  • This photonic crystal is characterized in particular by the diameter of the nanowires and the pitch between the nanowires.
  • the photonic crystals therefore have structural differences from one sub-pixel to another. These differences create design difficulties: the production of a display screen requires the production of nanowires side by side, each with its own very precise and, above all, distinct diameters and pitches. The dimensions of the areas over which the structural properties of the photonic crystal are constant, i.e. the sub-pixels, are also very small. We therefore understand that the manufacture of a display screen involves a succession of technological steps at the scale of a sub-pixel, which presents significant technical constraints (need for great precision in the alignment of lithography masks, etc.) and can lead to structural defects (edge effects, etc.).
  • a display screen comprising:
  • - a plurality of pixels comprising at least a first pixel and a second pixel, the first pixel and the second pixel being in contact, the first pixel comprising at least a first sub-pixel of a first color, and the second pixel comprising at least a first sub-pixel of the first color, the first sub-pixel of the first pixel and the first sub-pixel of the second pixel being in contact, and
  • - a set of photoelements comprising at least a first continuous array of photoelements which emits in a first range of wavelengths corresponding to the first color.
  • the device is further characterized in that the first subpixel of the first pixel and the first subpixel of the second pixel are both formed by the first array of photoelements.
  • a major challenge in display technologies concerns the transition zones between adjacent pixels and subpixels. Indeed, in display screens, subpixels of distinct colors are typically placed next to each other. When a subpixel of a given color is formed by a photonic crystal, this photonic crystal has structural characteristics (diameter of the nanowires, pitch between neighboring nanowires, etc.) different from those of a photonic crystal forming a neighboring subpixel emitting in another color. Abrupt transition zones separate these subpixels. The presence of these abrupt transition zones has the disadvantage of breaking the symmetry of the network and, consequently, of creating harmful edge effects during the growth of the nanowires. Furthermore, the dimensions of the different photonic crystals forming the different subpixels correspond to the dimensions of the latter and are therefore very small.
  • the performance level of a photonic crystal is highly dependent on the quantity of nanowires constituting it and its dimensions: a small-sized photonic crystal has poorer performance than a larger-sized photonic crystal.
  • the quality of the photonic crystals forming the photo-element networks is limited.
  • Arranging the subpixels so that subpixels of the same color from neighboring pixels are in contact reduces the number of abrupt transition zones. This is because two subpixels of the same color are formed by crystals photonics with the same structural properties. Therefore, there is no abrupt transition zone between them.
  • a network of photoelements common to the two sub-pixels is created.
  • This common network of photoelements has by definition dimensions greater than those of a network forming a single sub-pixel.
  • the network forming two neighboring sub-pixels of the same color can thus be formed more easily than two separate networks corresponding to each of the two sub-pixels.
  • the photonic crystal forming the network by construction also of dimensions greater than the photonic crystals used in the same context in the prior art, also has better performance due to the increase in its dimensions. The proposed arrangement therefore makes it possible to optimize the manufacture of the display screen, to limit the appearance of structural defects and to improve the visual rendering.
  • Figure 1 shows a sectional view of an intermediate step in the manufacture of the photoelements included in a display screen according to one of the embodiments of the invention.
  • FIGS 2A and 2B show embodiments of the invention in which the display screen comprises two pixels each comprising two subpixels.
  • Figure 3 shows an embodiment of the invention in which the display screen comprises two pixels each comprising three sub-pixels.
  • Figures 4, 5 and 6 show embodiments of the invention in which the display screen comprises three pixels.
  • FIGS 7, 8, 9A and 9B show embodiments of the invention in which the display screen comprises four pixels.
  • Figure 10 illustrates a particular embodiment of the invention.
  • Figure 11 represents a sectional view of a display screen according to the invention and illustrates in particular control electronics making it possible to power the photo-elements.
  • Figure 12 shows a display screen according to the prior art comprising four pixels and having abrupt transition zones between all the sub-pixels.
  • the first pixel comprises a second sub-pixel of a second color and the second pixel comprises a second sub-pixel of the second color, the second sub-pixel of the first pixel and the second sub-pixel of the second pixel being in contact
  • the display screen further comprising a second continuous array of photo-elements which emits in a second wavelength range corresponding to the second color, the first wavelength range and the second wavelength range being distinct, the second sub-pixel of the first pixel and the second sub-pixel of the second pixel both being formed by the second array of photo-elements.
  • the first pixel further comprises a third sub-pixel of a third color
  • the second pixel further comprises a third sub-pixel of the third color
  • the photoelement assembly comprises a third continuous photoelement array that emits in a third wavelength range corresponding to the third color, the third wavelength range being distinct from the first wavelength range and the second wavelength range, and the third subpixel of the first pixel and the third subpixel of the second pixel are in contact and both formed by the third photoelement array.
  • the plurality of pixels comprises at least one third pixel in contact with the first pixel, the first pixel further comprises a third sub-pixel of a third color, the second pixel further comprises a third sub-pixel of the third color, and the third pixel comprises at least one third sub-pixel of the third color, the third sub-pixel of the first pixel and the third sub-pixel of the third pixel being in contact.
  • the set of photo elements comprises a third array of photo elements which emits in a third wavelength range corresponding to the third color, the third wavelength range being distinct from the first wavelength range and the second wavelength range. The third sub-pixel of the first pixel and the third sub-pixel of the third pixel are then both formed by the third array of photo elements.
  • the contact between the first pixel and the second pixel is made along a first contact line and the contact between the first pixel and the third pixel is made along a second line of contact, the first line of contact and the second line of contact being parallel and not coincident.
  • the contact between the first pixel and the second pixel is made along a first contact line and the contact between the first pixel and the third pixel is made along a second contact line, the first contact line and the second contact line forming an angle, called contact angle, between 5° and 175°, preferably between 30° and 150°.
  • the contact angle is equal to 120°. This is particularly the case when the pixels each have the shape of a regular hexagon.
  • the contact between the first pixel and the second pixel is made along a first contact line and the contact between the first pixel and the third pixel is made along a second contact line, the first contact line and the second contact line being perpendicular.
  • the contact angle is equal to 90°. This is particularly the case when the pixels each have a rectangular or even square shape.
  • the third pixel further comprises a second sub-pixel of the second color in contact with the second sub-pixel of the first pixel, and the second sub-pixel of the third pixel is formed by the second array of photo-elements.
  • the plurality of pixels comprises at least a fourth pixel in contact with the second pixel and the third pixel, the fourth pixel comprising at least a second sub-pixel of the second color, the second sub-pixel of the second pixel and the second sub-pixel of the fourth pixel on the one hand and the second sub-pixel of the third pixel and the second sub-pixel of the fourth pixel on the other hand being in contact, and the second sub-pixel of the fourth pixel is formed by the second array of photo-elements.
  • the second pixel further comprises a third subpixel of the third color and the fourth pixel further comprises a third subpixel of the third color, the third subpixel of the second pixel and the third subpixel of the fourth pixel being in contact and both being formed by a third continuous secondary array of photoelements which emits in the third wavelength range.
  • the third pixel further comprises a first sub-pixel of the first color and the fourth pixel comprises at least one first sub-pixel of the first color, the first sub-pixel of the third pixel and the first sub-pixel of the fourth pixel being in contact and both being formed by a first continuous secondary array of photo-elements which emits in the first wavelength range.
  • the first array of photo-elements extends over at least two pixels other than the first pixel and the second pixel.
  • each array of photo-elements is common to at least two adjacent pixels, preferably to at least four adjacent pixels.
  • each array of photoelements forming a subpixel of the first pixel also forms at least one subpixel of at least one pixel adjacent to the first pixel. This may also be the case for any other pixel of the plurality of pixels.
  • the photo-elements are configured to emit a beam whose intensity in a direction perpendicular to an upper face of a substrate from which said photo-elements extend is at least 20% greater than the maximum intensity of an emission by a Lambertian light source whose total luminous flux on 4TT sr is equal to the total flux on 4TT sr of the beam emitted by the photo-elements.
  • the first array of photoelements forms a photonic crystal.
  • the display screen further comprises a plurality of distinct electrical contacts, each electrical contact being configured to power the photo-elements of an array of photo-elements forming a distinct sub-pixel.
  • the photoelements are nanowires.
  • the screen comprises a monolithic support carrying all of the pixels of the pixel array.
  • the display screen has been produced from the support without carrying out successive cutting and bonding of the latter.
  • the display screen may for example have been manufactured, among other things, by epitaxy of photoelements from this single monolithic support.
  • the display screen comprises at least two separate electrical contacts, one being configured to power the photo-elements of the first array of photo-elements forming the first sub-pixel of the first pixel and the other being configured to power the photo-elements of the first array of photo-elements forming the first sub-pixel of the second pixel.
  • the display screen is a single continuous screen having a face configured to display an image at a given time.
  • a photoelement is an element capable of emitting a light beam.
  • a photoelement can, for example, be an active 3D structure, such as an active wire or nanowire.
  • a 3D structure is said to be active when it includes an active region and is electrically connected, thus allowing it to emit light radiation.
  • a wire or nanowire is understood to mean a 3D structure of elongated shape in the longitudinal direction.
  • the longitudinal dimension of the 3D structure, along z in the figures, is greater, and preferably much greater, than the transverse dimensions of the 3D structure, in the xy plane in the figures.
  • the longitudinal dimension is for example at least five times, and preferably at least ten times, greater than the transverse dimensions.
  • the diameter of a nanowire is understood to mean the largest transverse dimension of this nanowire.
  • the 3D structures do not necessarily have a circular cross-section.
  • the 3D structures may in particular have a hexagonal or polygonal cross-section.
  • this cross-section may be hexagonal.
  • the diameter then corresponds to an average diameter calculated from the diameter of a circle inscribed in the polygon of the cross-section and the diameter of a circumscribed circle of this polygon.
  • the terms "light-emitting diode”, “LED” or simply “diode” are used synonymously.
  • An “LED” can also be understood as a "micro-LED”.
  • M-i refers to the intrinsic or unintentionally doped material M, according to the terminology usually used in the field of microelectronics for the suffix -i.
  • M-n refers to the material M doped N, N+ or N++, according to the terminology usually used in the field of microelectronics for the suffix -n.
  • M-p refers to the material M doped P, P+ or P++, according to the terminology usually used in the field of microelectronics for the suffix -p.
  • a substrate, a layer, a device, “based” on a material M is understood to mean a substrate, a layer, a device comprising this material M only or this material M and possibly other materials, for example alloying elements, impurities or doping elements.
  • a 3D structure based on gallium nitride may for example comprise gallium nitride (GaN or GaN-i) or doped gallium nitride (GaN-p, GaN-n).
  • An active region based on gallium-indium nitride may for example comprise gallium-aluminium nitride (AIGaN) or gallium nitride with different aluminium and indium contents (GalnAIN).
  • the material M is generally crystalline.
  • a reference frame preferably orthonormal, comprising the x, y, z axes is shown in the attached figures.
  • a direction substantially normal to a plane means a direction having an angle of 90 ⁇ 10° with respect to the plane.
  • TEM or STEM are particularly well suited to the observation and identification of quantum wells - whose thickness is generally of the order of a few nanometers - in the active region.
  • Different techniques listed below in a non-exhaustive manner can be implemented: dark field and bright field imaging, weak beam, wide angle diffraction HAADF (acronym for "High Angle Annular Dark Field”).
  • HAADF wide angle diffraction
  • the chemical compositions of the different elements can be determined using the well-known EDX or X-EDS method, an acronym for "energy dispersive x-ray spectroscopy”.
  • This method is well suited to analyze the composition of small optoelectronic devices such as 3D LEDs. It can be implemented on metallurgical sections within a Scanning Electron Microscope (SEM) or on thin sections within a Transmission Electron Microscope (TEM).
  • SEM Scanning Electron Microscope
  • TEM Transmission Electron Microscope
  • optical properties of the different elements can be determined by spectroscopy.
  • CL Cathodoluminescence
  • PL photoluminescence
  • an optoelectronic device with an axial 3D structure in the form of a wire comprises InGaN-based quantum wells formed on top of a GaN-based wire, and a masking layer indicative of an implementation of a MOVPE-type deposit.
  • a display screen according to one embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS. 1 to 2B.
  • the display screen extends mainly along the xy plane shown in FIGS. 1 and 2A. It comprises a set of photo-elements 10, for example 3D structures of the nanowire type. These photo-elements 10 typically extend from a substrate 2 extending along the xy plane.
  • the substrate has an upper face 20 also extending along the xy plane.
  • the substrate 2 may be in the form of a stack comprising for example, along the z direction, a support 21, a surface layer called a nucleation layer 22 and a masking layer 23, as shown in FIG. 1.
  • the support 21 may be made of sapphire in particular to limit the mesh parameter mismatch with the GaN if the photo-elements 10 are based on this material, or of silicon to reduce costs and for technological compatibility issues. In the latter case, it may be in the form of a wafer with a diameter of 200 mm or 300 mm. It serves in particular as a support for 3D structures.
  • the nucleation layer 22 is preferably based on AlN. It may alternatively be based on other metal nitrides, for example GaN or AlGaN. It may be formed on the silicon support 21 by epitaxy, preferably by MOVPE (acronym for “MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy”). In a known manner, one or more intermediate buffer layers may be arranged between the nucleation layer 22 and the support 21. According to one example, the nucleation layer 22 has a thickness of between 1 nm and 10 ⁇ m. It preferably has a thickness of the order of a few hundred nanometers, for example approximately 100 nm or 200 nm, to a few microns, for example of the order of 2 ⁇ m.
  • this nucleation layer 22 may also have a thickness of less than 100 nm. Such thickness makes it possible to limit the appearance of structural defects in the layer nucleation layer 22.
  • the growth of this nucleation layer 22 can be pseudomorphic, that is to say that the epitaxial constraints (linked in particular to the difference in lattice parameters between Si and AIN, GaN or AIGaN) can be elastically released during growth. The crystalline quality of this nucleation layer 22 can thus be optimized.
  • the masking layer 23 is preferably made of a dielectric material, for example silicon nitride Si3N4. It can be deposited by chemical vapor deposition CVD (acronym for “Chemical Vapor Deposition”) on the nucleation layer 22. It partially masks the nucleation layer 22 and comprises preferably circular openings exposing areas of the nucleation layer 22. These openings typically have different dimensions, for example different diameters, depending on the areas considered, in particular the areas corresponding to the first LED and/or the first transition area and/or the second LED and/or the second transition area, etc. The openings can be distributed regularly within each area, for example in the form of an ordered network. Different pitches d, i.e.
  • the distance separating the centers of two adjacent openings can be defined depending on said areas and in particular, as will be described below, depending on the sub-pixels.
  • These openings can be made for example by UV or DUV lithography (acronym for Deep UV), by electron beam lithography or by NIL (acronym for Nanoinprint lithography).
  • Such a masking layer 23 allows localized growth of a 3D structure such as a nanowire from the nucleation layer 22 and at each opening. The lower part of the 3D structure then rests on the nucleation layer of the substrate 2 via its base.
  • the set of photo-elements 10 is continuous and is distributed over the entire screen in its dimensions according to the x and y directions.
  • photo-element means an active element, i.e. one capable of emitting radiation, but it is understood that each of these elements can be electrically powered or not and thus be “on” or “off”.
  • An active photoelement 10 or active nanowire 10 comprises an active region 11 and is typically electrically connected.
  • This active region 11 is the location of radiative recombinations of electron-hole pairs making it possible to obtain light radiation having a main wavelength.
  • the active region 11 typically comprises a plurality of quantum wells, for example formed by emissive layers based on GaN, InN, InGaN, AIGaN, AIN, AHnGaN, GaP, AIGaP, AHnGaP, AIGaAs, GaAs, InGaAs, AllnAs, or a combination of several of these materials.
  • the set of photoelements 10 comprises a first array 100 of photoelements and a second array 200 of photoelements.
  • An array of photoelements is defined as a subset of the set of photoelements 10.
  • An array of photoelements within the meaning of the invention is continuous, that is to say that the photoelements that compose it are arranged regularly, according to a given pitch, possibly several given pitches defined in different directions in space.
  • the fact that an array is continuous is also characterized by the fact that all the photoelements that compose it are based on the same material and have the same dimensions (typically the same diameter). In this sense, we can say that the photoelements of the same network are homogeneous and regular. It is understood that the homogeneity and regularity of a network of photoelements must be evaluated by taking into account the margins of error in their manufacture. Furthermore, a continuous network does not have any walls within it.
  • Each of these networks forms a photonic crystal and can be defined by several parameters, including: the emission wavelength, the network pitch, the filling rate, also called the opening rate or density, generally between 10 and 90%, the type of mesh (hexagonal, square, etc.), the refractive index of the material filling the spaces between the nanowires 101 , commonly called “filler”, preferably between 1 and 1.7, the constituent materials of the photoelements, and the dimensions of the nanowires.
  • each of the gratings is preferably mainly in a direction perpendicular to the upper face 20 of the substrate 2.
  • the photoelements are configured to emit a beam whose intensity in a direction perpendicular to the upper face 20 of the substrate 2 (called normal to the substrate) is at least 20% greater than the maximum intensity of a Lambertian light emission whose total luminous flux on 4TT sr is equal to the total flux on 4TT sr of the beam emitted by the photoelements.
  • the luminous intensities in question are typically expressed in W.sr-1 (watts per steradians).
  • the luminous flux emitted by each of the gratings in a cone defined by an angle of substantially 30° relative to the normal to the substrate 2 is twice as high, preferably three times as high, and very advantageously four times as high, than if the beam came from a Lambertian source.
  • the light intensity emitted by each of the networks according to the normal to the substrate 2 is twice as high, preferably four times as high, and very advantageously fifteen times as high, than if the beam came from a Lambertian source.
  • An emission directed mainly perpendicular to the upper face 20 of the substrate 2 makes it possible to prevent the photo-elements corresponding to a pixel or sub-pixel from illuminating the photo-elements of a neighboring pixel or sub-pixel. Thus, isolation of the lighting of the different pixels or sub-pixels is guaranteed without the need to create walls between these elements. This avoids breaking the continuity and symmetry of the photonic crystals formed by the arrays of photo-elements. In other words, the fact that the photo-elements emit mainly perpendicular to the upper face 20 of the substrate 2 makes it possible to increase the dimensions of the photonic crystals and therefore to improve their quality.
  • the first array 100 of photo-elements emits in a first wavelength range corresponding to a first color C1 while the second array 200 of photo-elements emits in a second wavelength range corresponding to a second color C2 distinct from the first color.
  • the photoelements of the same array have diameters substantially equal to a target value. It is understood that, due to the inaccuracies resulting from the manufacturing processes, the photoelements of the same array can hardly all have a diameter equal to this target value.
  • the variations in the value of the diameter of a nanowire for example due to manufacturing hazards can be estimated at approximately 10% of the target value.
  • the photoelements of an array of photoelements emit in a range of wavelengths characterizing the array.
  • an array of N photoelements each emitting light radiation characterized by a wavelength ⁇ i with 1 ⁇ i ⁇ N , ⁇ i being included in the emission range of the array, and all with the same intensity, emits overall radiation at an array wavelength ⁇ array defined by:
  • the grating wavelengths ⁇ wo, 2O o of the first photoelement grating 100 and the second photoelement grating 200 are defined in this way in particular.
  • the different components of the grating wavelength i.e. the wavelengths of the radiation emitted by each of the photoelements, can be weighted by coefficients relating to their respective intensities.
  • the first array of photoelements 100 and the second array of photoelements 200 emit radiation corresponding to distinct colors C1 and C2.
  • the two wavelength ranges of the two arrays 100, 200 are considered to be distinct if the array wavelengths ⁇ wo, 200 characterizing them satisfy the following relationship: l ⁇ ioo — ⁇ 2001 > 30 nm
  • the wavelengths wo, 2O o characterizing the colors C1, C2 of the first grating 100 and the second grating 200 respectively belong to very distant ranges.
  • wo is in a range corresponding to a shade of red (between 620 to 800 nm), green (between 520 to 565 nm) or blue (between 430 to 520 nm), and 2O o in another of these ranges.
  • These ranges are located around the wavelengths fixed by the International Commission on Illumination (CIE) for the three physical primary colors: 700 nm for red, 536.1 nm for green and 435.8 nm for blue.
  • CIE International Commission on Illumination
  • the wavelengths emitted by the photoelement arrays are close to these values.
  • the photonic crystals formed by the arrays of photoelements are preferably sized and configured to amplify the emission of the photoelements. For a given photonic crystal, this amplification is effective in the wavelength range corresponding to the color emitted by said photonic crystal. As will appear later, this color corresponds to that of the sub-pixel formed by the photonic crystal considered.
  • the display screen further comprises a plurality of pixels.
  • This plurality of pixels notably comprises a first pixel 1000 and a second pixel 2000.
  • the first pixel 1000 and the second pixel 2000 are in contact.
  • Each of the pixels of the plurality of pixels comprises at least a first subpixel and a second subpixel.
  • a first subpixel of the first pixel 1100, a second subpixel of the first pixel 1200, a first subpixel of the second pixel 2100 and a second subpixel of the second pixel 2200 are defined, all shown in FIG. 2A.
  • Each subpixel has a color in the visible range. More precisely, the first subpixels 1100, 2100 are of the first color C1 and the second subpixels 1200, 2200 are of the second color C2.
  • the second subpixel of the first pixel 1200 and the second subpixel of the second pixel 2200 are also in contact.
  • Figure 2A illustrates an embodiment in which each of the pixels 1000, 2000 comprises more than two subpixels.
  • Figure 2B represents a case where each of the pixels 1000, 2000 consists of only two subpixels.
  • the display screen can be characterized by its set of photo-elements or by its set of pixels. These two sets are however entirely linked because the different sub-pixels are formed by the different arrays of photo-elements. More precisely, the first sub-pixels 1100, 2100 are notably formed by the first array of photo-elements 100 and the second sub-pixels 1200, 2200 are notably formed by the second array of photo-elements 200. This correspondence is found notably in the fact that the first array 100 emits radiation at a first array wavelength Xwo corresponding to the first color C1 and that the first sub-pixels 1100, 2100 are of this first color C1. The same applies to the color C2 of the second sub-pixels 1200, 2200, generated by the second array 200.
  • An array of photo-elements is thus made up of at least one region, and typically a plurality of regions forming at least one pair of adjacent sub-pixels. These regions are continuous and are made up of photo-elements having substantially identical structural characteristics, apart from manufacturing errors.
  • an array corresponds to only a single region itself corresponding to a single sub-pixel. Thus, the dimensions of the arrays are optimized. This has many advantages. First of all, this arrangement makes it possible to reduce the number of transition zones between arrays forming distinct photonic crystals. The number of zones creating symmetry breaks is therefore reduced. Since these zones are responsible for growth defects and losses in optical quality, the quality of the array of photo-elements and ultimately that of the display screen is improved.
  • the formation of photo-elements is facilitated. Indeed, the latter is done by successive masking and deposition steps, which are all the more complex to carry out as the networks are of small dimensions.
  • the smaller the dimensions of the areas on which to form photo-elements the more it is necessary for the photolithography masks to be precisely aligned.
  • increasing the dimensions of a continuous photonic crystal of photo-elements, and therefore the number of photo-elements that compose it makes it possible to improve its capacity to discriminate waves according to their wavelength. In other words, the more the photonic crystal is extended, the better the control and amplification of the wavelengths propagating therein.
  • increasing the dimensions of the photonic crystal makes it possible to improve its capacity to ensure good directionality of emission. This plays an important role in particular in the possibility of doing without walls between sub-pixels and/or adjacent pixels.
  • a photonic crystal can function as such from three rows of photoelements.
  • the photonic crystals are each formed by at least 10 rows, preferably 20 rows, and more preferably 50 rows of photoelements.
  • the set of photo-elements comprises a third array 300 of photo-elements.
  • the structural properties of the first and second arrays 100, 200 can be applied mutatis mutandis to the third array 300.
  • the third array 300 of photo-elements emits in a third wavelength range corresponding to a third wavelength ⁇ 300 and a third color C3.
  • the third wavelength ⁇ 300 is in the third range among the wavelength ranges previously cited. For example, if the first color C1 corresponded to a shade of red and the second color C2 to a shade of blue, then the third color C3 typically corresponds to a shade of green.
  • FIG. 3 in particular illustrates an embodiment in which the first pixel 1000 comprises a third sub-pixel called the third sub-pixel of the first pixel 1300 and the second pixel 2000 comprises a third sub-pixel called the third sub-pixel of the second pixel 2300.
  • the second sub-pixels 1200, 2200 on the one hand and the third sub-pixels 1300, 2300 on the other hand are advantageously in contact.
  • the plurality of pixels comprises a third pixel 3000 in contact with the first pixel 1000.
  • This third pixel 3000 comprises at least one third sub-pixel 3300 in contact with and formed by the same third array of photo-elements 300 as the third sub-pixel of the first pixel 1300.
  • the first pixel 1000 and the second pixel 2000 are in contact and this contact is made along a straight line called the first contact line 12.
  • the contact between the first pixel 1000 and the third pixel 3000 is made along a straight line called the second contact line 13.
  • the first contact line 12 and the second contact line 13 are parallel.
  • the second pixel 2000 and the third pixel 3000 are on either side of the first pixel 1000.
  • the first contact line 12 and the second contact line 13 are perpendicular.
  • the second pixel 2000 and the third pixel 3000 border adjacent sides of the first pixel 1000.
  • This pooling of the third array of photo-elements 300 between the third sub-pixel of the first pixel 1300 and the third sub-pixel of the third pixel 3300 has the same advantages as the pooling of the first array 100 and the second array 200 between the first sub-pixels 1100, 2100 and second sub-pixels 1200, 2200. It is understood that combining these contacts of sub-pixels of the same color and these poolings of photonic crystals makes it possible to increasingly reduce the number of abrupt transitions 5 between sub-pixels such as those represented for example in FIG. 12.
  • the third pixel 3000 may comprise a second sub-pixel 3200 in contact with the second sub-pixel of the first pixel 1200.
  • the second network 200 then forms not only the second sub-pixel of the first network 1200, the second sub-pixel of the second network 2200 but also the second sub-pixel of the third network 3200 (as illustrated in FIG. 6).
  • the corresponding photonic crystal therefore extends over three sub-pixels 1200, 2200, 3200.
  • the plurality of pixels comprises a fourth pixel 4000 in contact with the first pixel 1000 and with the third pixel 3000.
  • this fourth pixel 4000 comprises at least one second sub-pixel 4200 in contact with the second sub-pixel of the first pixel 1200 and with the second sub-pixel of the third pixel 3200.
  • the second network 200 then forms the second sub-pixels 1200, 2200, 3200, 4200 of all four pixels 1000, 2000, 3000, 4000.
  • the second pixel 2000 and the fourth pixel 4000 each comprise a third sub-pixel 2300, 4300. These two sub-pixels are in contact and are both formed by a third secondary network 300' of photo-elements having the same characteristics as the third network 300.
  • the third secondary network 300' and the third network 300 can in particular be manufactured simultaneously.
  • the third pixel 3000 and the fourth pixel 4000 each comprise a first sub-pixel 3100, 4100. These two sub-pixels are in contact and are both formed by a first secondary array 100' of photoelements having the same characteristics as the first array 100.
  • the first secondary array 100' and the first array 100 may in particular be manufactured simultaneously.
  • FIG. 9A envisages that the pixels consist of only three sub-pixels.
  • FIG. 9B illustrates an embodiment in which the pixels comprise a fourth sub-pixel, which may for example be formed by an array of photoelements shared with a sub-pixel of a neighboring pixel not shown.
  • Figure 10 illustrates a particular embodiment in which some pixels are of a single color and adjoin subpixels of the same color and belonging to adjacent pixels.
  • the third pixel 3000 is entirely formed by the first array 100, which also forms the first subpixel of the first pixel 1100 and the first subpixel of the second pixel 2100.
  • the goal is always to limit the number of contacts between subpixels of different colors.
  • the display screen advantageously comprises electrical contacts 3 for electrically powering the photo-elements.
  • These electrical contacts 3 may be common to a plurality of photo-elements.
  • photo-elements belonging to networks forming distinct sub-pixels are powered separately.
  • the two sub-pixels remain independent from an electrical point of view. It may indeed be necessary for the rendering of the image for the two sub-pixels to be lit, for the two sub-pixels to be extinguished, or for only one to be lit.
  • control electronics 4 for controlling the switching on or off of the photo-elements according to the display requirements.
  • the representation in FIG. 11 of the control electronics 4 is for illustrative purposes only. In particular, the allocation of the different transistors to the different photo-elements and their connections are in no way limiting. For example, the photo-elements are also typically connected at another pole to an electrical connection not shown for reasons of clarity.
  • Figure 11 further illustrates the juxtaposition of three pixels 1000, 2000, 3000.
  • the first array 100 is formed of photo-elements having a first target diameter d100 and a first target pitch between them p100.
  • the second array 200 is formed of photo-elements having a second target diameter d200 and a second target pitch between them p200.
  • each of these arrays forms two adjacent subpixels belonging to neighboring pixels: the first array 100 forms the first subpixel of the second pixel 2100 and the first subpixel of the first pixel 1100, while the second array 200 forms the second subpixel of the first pixel 1200 and the second subpixel of the third pixel 3200.

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Abstract

L'invention concerne un écran d'affichage comprenant une pluralité de pixels dont au moins un premier et un deuxième pixels (1000, 2000) en contact, le premier pixel comprenant au moins un premier sous-pixel (1100) d'une première couleur (C1) et un deuxième sous-pixel (1200) d'une deuxième couleur (C2), et le deuxième pixel comprenant au moins un premier sous-pixel (2100) de la première couleur et un deuxième sous-pixel (2200) de la deuxième couleur, les premiers sous-pixels d'une part et les deuxièmes sous-pixels d'autre part étant en contact. L'écran comprend un ensemble de photo-éléments (10) comprenant un premier réseau (100) de photo-éléments émettant la première couleur et un deuxième réseau (200) de photo-éléments émettant la deuxième couleur. Les premiers sous-pixels et les deuxièmes sous-pixels sont formés respectivement par le premier réseau et le deuxième réseau de photo-éléments.

Description

« Ecran d’affichage à transitions réduites entre sous-pixels »
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne notamment le domaine des technologies de la microélectronique et de l’optoélectronique. Elle trouve comme application particulièrement avantageuse mais non limitative les technologies d’affichage et notamment les systèmes d’affichage à base de LED (de l’anglais «Light-Emitting Diode», se traduisant en français par diode électroluminescente).
ETAT DE LA TECHNIQUE
Un écran d’affichage comprend généralement une pluralité de pixels disposés sur un plan dit basal et émettant indépendamment les uns des autres. Chaque pixel de couleur comprend généralement au moins trois composants d’émission et/ou de conversion d’un flux lumineux, également appelés sous-pixels. Ces sous-pixels émettent chacun un flux lumineux sensiblement dans une seule couleur (typiquement le rouge, le vert et le bleu). La couleur d’un pixel perçue par un observateur vient de la superposition des différents flux lumineux émis par les sous-pixels. Typiquement, une LED permet d’émettre le flux lumineux associé à un sous-pixel. Une LED peut notamment comprendre une pluralité de nanofils actifs arrangés en un cristal photonique périodique et émettant ledit flux lumineux à la longueur d’onde désirée. Ce cristal photonique se caractérise notamment par le diamètre des nanofils et le pas entre les nanofils. Les cristaux photoniques présentent donc des différences structurelles d’un sous-pixel à l’autre. Ces différences engendrent des difficultés de conception : la réalisation d’un écran d’affichage nécessite de fabriquer côte à côte des nanofils présentant des diamètres et des pas entre eux bien précis et surtout distincts. Les dimensions des zones sur lesquelles les propriétés structurelles du cristal photonique sont constantes, i.e. les sous-pixels, sont en outre très faibles. On comprend donc que la fabrication d’un écran d’affichage passe par une succession d’étapes technologiques à l’échelle d’un sous-pixel, ce qui présente des contraintes techniques importantes (nécessité d’une grande précision dans l’alignement des masques de lithographie...) et peut mener à défauts structurels (effets de bord...).
De plus, le type d’arrangement classique de sous-pixels au sein d’un pixel, illustré à la figure 12, ne présente pas des performances optimales.
Il existe donc un besoin pour optimiser la fabrication des écrans d’affichage ainsi que pour améliorer les performances des pixels auto-émissifs à base de nanofils.
RESUME
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation on prévoit un écran d’affichage comprenant :
- une pluralité de pixels comprenant au moins un premier pixel et un deuxième pixel, le premier pixel et le deuxième pixel étant en contact, le premier pixel comprenant au moins un premier sous-pixel d’une première couleur, et le deuxième pixel comprenant au moins un premier sous-pixel de la première couleur, le premier sous-pixel du premier pixel et le premier sous-pixel du deuxième pixel étant en contact, et
- un ensemble de photo-éléments comprenant au moins un premier réseau de photoéléments continu qui émet dans une première plage de longueurs d’ondes correspondant à la première couleur.
Le dispositif est en outre caractérisé en ce que le premier sous-pixel du premier pixel et le premier sous-pixel du deuxième pixel sont tous deux formés par le premier réseau de photo-éléments.
Un enjeu important des technologies d’affichage concerne en effet les zones de transition entre pixels et sous-pixels adjacents. En effet, dans les écrans d’affichage, des sous-pixels de couleurs distinctes sont typiquement accolés les uns aux autres. Lorsqu’un sous-pixel d’une couleur donnée est formé par un cristal photonique, ce cristal photonique présente des caractéristiques structurelles (diamètre des nanofils, pas entre nanofils voisins...) différentes de celles d’un cristal photonique formant un sous-pixel voisin émettant dans une autre couleur. Des zones de transition abrupte séparent ces sous-pixels. La présence de ces zones de transition abrupte présente l’inconvénient de rompre la symétrie du réseau et, par conséquent, de créer des effets de bord préjudiciables lors de la croissance des nanofils. Par ailleurs, les dimensions des différents cristaux photoniques formant les différents sous-pixels correspondent aux dimensions de ces derniers et sont donc très réduites. Or, le niveau de performance d’un cristal photonique est très dépendant de la quantité de nanofils le constituant et de ses dimensions : un cristal photonique de taille réduite présente de moins bonnes performances qu’un cristal photonique de plus grande taille. Ainsi, en l’état actuel, et notamment dans le cas des écrans monolithiques, dans lesquelles les dimensions des sous-pixels sont typiquement très réduites, la qualité des cristaux photoniques formant les réseaux de photo-éléments est limitée.
Le fait de disposer les sous-pixels de sorte à ce que des sous-pixels de même couleur et appartenant à des pixels voisins soient en contact permet de réduire le nombre de zones de transition abrupte. En effet, deux sous-pixels de même couleur sont formés par des cristaux photoniques présentant les mêmes propriétés structurelles. Aucune zone de transition abrupte ne les sépare donc.
Si l’on considère par exemple deux pixels comprenant chacun deux sous-pixels de deux couleurs distinctes, le contact entre ces pixels se faisant, comme c’est usuellement le cas, entre un sous- pixel du premier pixel d’une première couleur et un sous-pixel du deuxième pixel d’une deuxième couleur, on peut habituellement dénombrer, à l’échelle de ces deux pixels, trois zones de transition abrupte : une au sein de chaque pixel et une à l’interface entre les deux pixels. En mettant en contact les deux pixels au niveau de sous-pixels présentant la même couleur, i.e. formés par des réseaux de photo-éléments sensiblement identiques, on supprime une des trois zones de transition abrupte. Ce raisonnement peut être étendu à l’échelle d’un écran d’affichage dans son intégralité, comprenant jusqu’à des millions de pixels. On comprend donc que la mise en contact de sous-pixels de même couleur permet d’améliorer la qualité des réseaux de photoéléments et donc de l’écran en lui-même.
De plus, en mettant en contact deux sous-pixels de même couleur, on crée un réseau de photoéléments commun aux deux sous-pixels. Ce réseau commun de photo-éléments présente par définition des dimensions supérieures à celles d’un réseau formant un seul sous-pixel. Le réseau formant deux sous-pixels voisins de même couleur peut ainsi être formé plus facilement que deux réseaux distincts correspondant à chacun des deux sous-pixels. Le cristal photonique formant le réseau, par construction lui aussi de dimensions supérieures aux cristaux photoniques utilisés dans le même contexte dans l’art antérieur, présente par ailleurs de meilleures performances du fait de l’augmentation de ses dimensions. La disposition proposée permet donc d’optimiser la fabrication de l’écran d’affichage, de limiter l’apparition de défauts structurels et d’améliorer le rendu visuel.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
La figure 1 représente une vue en coupe d’une étape intermédiaire de fabrication des photoéléments compris dans un écran d’affichage selon l’un des modes de réalisation de l’invention.
Les figures 2A et 2B représentent des modes de réalisation de l’invention dans lesquels l’écran d’affichage comprend deux pixels comprenant chacun deux sous-pixels.
La figure 3 représente un mode de réalisation de l’invention dans lequel l’écran d’affichage comprend deux pixels comprenant chacun trois sous-pixels.
Les figures 4, 5 et 6 représentent des modes de réalisation de l’invention dans lequel l’écran d’affichage comprend trois pixels.
Les figures 7, 8, 9A et 9B représentent des modes de réalisation de l’invention dans lequel l’écran d’affichage comprend quatre pixels.
La figure 10 illustre un mode de réalisation particulier de l’invention.
La figure 11 représente une vue en coupe d’un écran d’affichage selon l’invention et illustre notamment une électronique de commande permettant d’alimenter les photo-éléments. La figure 12 représente un écran d’affichage selon l’art antérieur comprenant quatre pixels et présentant des zones de transition abruptes entre tous les sous-pixels.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions ne sont pas représentatives de la réalité.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Avant d’entamer une revue détaillée de modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci- après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement :
Selon un mode de réalisation avantageux, le premier pixel comprend un deuxième sous-pixel d’une deuxième couleur et le deuxième pixel comprend un deuxième sous-pixel de la deuxième couleur, le deuxième sous-pixel du premier pixel et le deuxième sous-pixel du deuxième pixel étant en contact, l’écran d’affichage comprenant en outre un deuxième réseau de photo-éléments continu qui émet dans une deuxième plage de longueurs d’ondes correspondant à la deuxième couleur, la première plage de longueurs d’ondes et la deuxième plage de longueurs d’ondes étant distinctes, le deuxième sous-pixel du premier pixel et le deuxième sous-pixel du deuxième pixel étant tous deux formés par le deuxième réseau de photo-éléments.
Selon un mode de réalisation :
- le premier pixel comprend en outre un troisième sous-pixel d’une troisième couleur,
- le deuxième pixel comprend en outre un troisième sous-pixel de la troisième couleur,
- l’ensemble de photo éléments comprend un troisième réseau de photo éléments continu qui émet dans une troisième plage de longueurs d’onde correspondant à la troisième couleur, la troisième plage de longueurs d’onde étant distincte de la première plage de longueurs d’onde et de la deuxième plage de longueurs d’onde, et le troisième sous-pixel du premier pixel et le troisième sous-pixel du deuxième pixel sont en contact et tous deux formés par le troisième réseau de photo-éléments.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de pixels comprend au moins un troisième pixel en contact avec le premier pixel, le premier pixel comprend en outre un troisième sous-pixel d’une troisième couleur, le deuxième pixel comprend en outre un troisième sous-pixel de la troisième couleur, et le troisième pixel comprend au moins un troisième sous-pixel de la troisième couleur, le troisième sous-pixel du premier pixel et le troisième sous-pixel du troisième pixel étant en contact. Dans ce même mode de réalisation, l’ensemble de photo éléments comprend un troisième réseau de photo éléments qui émet dans une troisième plage de longueurs d’onde correspondant à la troisième couleur, la troisième plage de longueurs d’onde étant distincte de la première plage de longueurs d’onde et de la deuxième plage de longueurs d’onde. Le troisième sous-pixel du premier pixel et le troisième sous pixel du troisième pixel sont alors tous deux formés par le troisième réseau de photo-éléments.
Selon un mode de réalisation, le contact entre le premier pixel et le deuxième pixel se fait selon une première ligne de contact et le contact entre le premier pixel et le troisième pixel se fait selon une deuxième ligne de contact, la première ligne de contact et la deuxième ligne de contact étant parallèles et non confondues.
Selon un mode de réalisation, le contact entre le premier pixel et le deuxième pixel se fait selon une première ligne de contact et le contact entre le premier pixel et le troisième pixel se fait selon une deuxième ligne de contact, la première ligne de contact et la deuxième ligne de contact formant un angle, dit angle de contact, compris entre 5° et 175°, de préférence compris entre 30° et 150°.
Selon un exemple avantageux, l’angle de contact est égal à 120°. Cela est notamment le cas lorsque les pixels présentent chacun une forme d’hexagone régulier.
Selon un mode de réalisation, le contact entre le premier pixel et le deuxième pixel se fait selon une première ligne de contact et le contact entre le premier pixel et le troisième pixel se fait selon une deuxième ligne de contact, la première ligne de contact et la deuxième ligne de contact étant perpendiculaires. Ainsi, selon un exemple avantageux, l’angle de contact est égal à 90°. Cela est notamment le cas lorsque les pixels présentent chacun une forme rectangulaire voire carrée.
Selon un mode de réalisation, le troisième pixel comprend en outre un deuxième sous-pixel de la deuxième couleur en contact avec le deuxième sous-pixel du premier pixel, et le deuxième sous- pixel du troisième pixel est formé par le deuxième réseau de photo-éléments.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de pixels comprend au moins un quatrième pixel en contact avec le deuxième pixel et le troisième pixel, le quatrième pixel comprenant au moins un deuxième sous-pixel de la deuxième couleur, le deuxième sous-pixel du deuxième pixel et le deuxième sous-pixel du quatrième pixel d’une part et le deuxième sous-pixel du troisième pixel et le deuxième sous-pixel du quatrième pixel d’autre part étant en contact, et le deuxième sous- pixel du quatrième pixel est formé par le deuxième réseau de photo-éléments.
Selon un mode de réalisation, le deuxième pixel comprend en outre un troisième sous-pixel de la troisième couleur et le quatrième pixel comprend en outre un troisième sous-pixel de la troisième couleur, le troisième sous-pixel du deuxième pixel et le troisième sous-pixel du quatrième pixel étant en contact et étant tous deux formés par un troisième réseau secondaire de photo-éléments continu qui émet dans la troisième plage de longueurs d’ondes.
Selon un mode de réalisation, le troisième pixel comprend en outre un premier sous-pixel de la première couleur et le quatrième pixel comprend au moins un premier sous-pixel de la première couleur, le premier sous-pixel du troisième pixel et le premier sous-pixel du quatrième pixel étant en contact et étant tous deux formés par un premier réseau secondaire de photo-éléments continu qui émet dans la première plage de longueurs d’ondes.
Selon un exemple avantageux, le premier réseau de photo-éléments s’étend sur au moins deux pixels autres que le premier pixel et le deuxième pixel.
Selon un exemple avantageux, chaque réseau de photo-éléments est commun à au moins deux pixels adjacents, de préférence à au moins quatre pixels adjacents.
Selon un exemple avantageux, chaque réseau de photo-éléments formant un sous-pixel du premier pixel forme également au moins un sous-pixel d’au moins un pixel adjacent au premier pixel. Cela peut également être le cas pour n’importe quel autre pixel de la pluralité de pixels. Selon un mode de réalisation avantageux, les photo-éléments sont configurés pour émettre un faisceau dont l’intensité selon une direction perpendiculaire à une face supérieure d’un substrat à partir duquel s’étendent lesdits photo-éléments est au moins 20% supérieure à l’intensité maximale d’une émission par une source lumineuse lambertienne dont le flux lumineux total sur 4TT sr est égal au flux total sur 4TT sr du faisceau émis par les photo-éléments.
Selon un exemple préféré, le premier réseau de photo-éléments forme un cristal photonique.
Selon un mode de réalisation, l’écran d’affichage comprend en outre une pluralité de contacts électriques distincts, chaque contact électrique étant configuré pour alimenter les photo-éléments d’un réseau de photo-éléments formant un sous-pixel distinct.
Selon un exemple, les photo-éléments sont des nanofils.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’écran comprend un support monolithique portant l’intégralité des pixels du réseau de pixels. Ainsi, avantageusement, l’écran d’affichage a été réalisé à partir du support sans procéder à des découpages et collages successifs de ce dernier. L’écran d’affichage peut par exemple avoir été fabriqué entre autres par épitaxie de photoéléments à partir de cet unique support monolithique.
Selon un mode de réalisation, l’écran d’affichage comprend au moins deux contacts électriques distincts, l’un étant configuré pour alimenter les photo-éléments du premier réseau de photoéléments formant le premier sous-pixel du premier pixel et l’autre étant configuré pour alimenter les photo-éléments du premier réseau de photo-éléments formant le premier sous-pixel du deuxième pixel.
Dans la présente invention, l’écran d’affichage est un seul et même écran continu présentant une face configurée pour afficher une image à un instant donné.
On entend par photo-élément un élément apte à émettre un faisceau lumineux. Un photo-élément peut par exemple être une structure 3D active, par exemple un fil ou nanofil actif.
Une structure 3D est dite active lorsqu’elle comprend une région active et qu’elle est connectée électriquement, lui permettant ainsi d’émettre un rayonnement lumineux.
On entend par fil ou par nanofil une structure 3D de forme allongée selon la direction longitudinale. La dimension longitudinale de la structure 3D, selon z sur les figures, est supérieure, et de préférence très supérieure, aux dimensions transverses de la structure 3D, dans le plan xy sur les figures. La dimension longitudinale est par exemple au moins cinq fois, et de préférence au moins dix fois, supérieure aux dimensions transverses. Un nanofil est un fil présentant des dimensions transverses inférieures à 2 pm (1 pm = 10-6 m).
On entend par diamètre d’un nanofil la dimension transverse la plus grande de ce nanofil. Dans la présente invention, les structures 3D ne présentent pas nécessairement une section transverse circulaire. Les structures 3D peuvent notamment présenter une section transverse hexagonale ou polygonale. En particulier, dans le cas de structures 3D à base de GaN, cette section peut être hexagonale. Le diamètre correspond alors à un diamètre moyen calculé à partir du diamètre d’un cercle inscrit dans le polygone de la section transverse et du diamètre d’un cercle circonscrit de ce polygone. Dans la présente demande de brevet, les termes «diode électroluminescente», «LED» ou simplement « diode » sont employés en synonymes. Une «LED» peut également s’entendre d’une «micro-LED». Une «micro-LED» est une LED dont les dimensions n’excèdent pas 1 mm (1 mm = 10-3 m).
Dans la suite, les abréviations suivantes relatives à un matériau M sont éventuellement utilisées : M-i réfère au matériau M intrinsèque ou non intentionnellement dopé, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le suffixe -i.
M-n réfère au matériau M dopé N, N+ ou N++, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le suffixe -n.
M-p réfère au matériau M dopé P, P+ ou P++, selon la terminologie habituellement utilisée dans le domaine de la microélectronique pour le suffixe -p.
On entend par un substrat, une couche, un dispositif, «à base» d’un matériau M, un substrat, une couche, un dispositif comprenant ce matériau M uniquement ou ce matériau M et éventuellement d’autres matériaux, par exemple des éléments d’alliage, des impuretés ou des éléments dopants. Ainsi, une structure 3D à base de nitrure de gallium (GaN) peut par exemple comprendre du nitrure de gallium (GaN ou GaN-i) ou du nitrure de gallium dopé (GaN-p, GaN-n). Une région active à base de nitrure de gallium-indium (InGaN) peut par exemple comprendre du nitrure de gallium-aluminium (AIGaN) ou du nitrure de gallium avec différentes teneurs en aluminium et en indium (GalnAIN). Dans le cadre de la présente invention, le matériau M est généralement cristallin.
Un repère, de préférence orthonormé, comprenant les axes x, y, z est représenté sur les figures annexées.
Les termes «sensiblement», «environ», «de l'ordre de» signifient, lorsqu’ils se rapportent à une valeur, «à 10% près» de cette valeur ou, lorsqu'ils se rapportent à une orientation angulaire, «à 10° près» de cette orientation. Ainsi, une direction sensiblement normale à un plan signifie une direction présentant un angle de 90±10° par rapport au plan.
Pour déterminer la géométrie des structures 3D et les compositions des différents éléments (fil, région active, collerette par exemple) de ces structures 3D, on peut procéder à des analyses de Microscopie Electronique à Balayage (MEB) ou de Microscopie Electronique en Transmission (MET ou TEM pour l’acronyme anglais de «Transmission Electron Microscopy») ou encore ou de Microscopie Electronique en Transmission à Balayage STEM (acronyme anglais de «Scanning Transmission Electron Microscopy»).
Le TEM ou le STEM se prêtent notamment bien à l’observation et à l’identification des puits quantiques - dont l’épaisseur est généralement de l’ordre de quelques nanomètres - dans la région active. Différentes techniques listées ci-après de façon non exhaustive peuvent être mises en œuvre : l’imagerie en champ sombre (dark field) et en champ clair (bright field), en faisceau faible (weak beam), en diffraction aux grands angles HAADF (acronyme anglais de «High Angle Annular Dark Field»). Les compositions chimiques des différents éléments peuvent être déterminées à l’aide de la méthode bien connue EDX ou X-EDS, acronyme de «energy dispersive x-ray spectroscopy» qui signifie «analyse dispersive en énergie de photons X».
Cette méthode est bien adaptée pour analyser la composition de dispositifs optoélectroniques de petites tailles tels que des LED 3D. Elle peut être mise en œuvre sur des coupes métallurgiques au sein d’un Microscope Electronique à Balayage (MEB) ou sur des lames minces au sein d’un Microscope Electronique en Transmission (MET).
Les propriétés optiques des différents éléments, et notamment les longueurs d’onde principales d’émission des LED 3D axiales à base de GaN et/ou des régions actives à base d’InGaN, peuvent être déterminées par spectroscopie.
Les spectroscopies de cathodoluminescence (CL) et de photoluminescence (PL) sont bien adaptées pour caractériser optiquement les structures 3D décrites dans la présente invention.
Les techniques mentionnées ci-dessus permettent notamment de déterminer si un dispositif optoélectronique à structure 3D axiale sous forme de fil comprend des puits quantiques à base d’InGaN formés au sommet d’un fil à base de GaN, et une couche de masquage indicatrice d’une mise en œuvre d’un dépôt de type MOVPE.
Un écran d’affichage selon un mode de réalisation de l’invention va maintenant être décrit en référence aux figures 1 à 2B.
L’écran d’affichage s’étend principalement selon le plan xy représenté aux figures 1 et 2A. Il comprend un ensemble de photo-éléments 10, par exemple des structures 3D de type nanofils. Ces photo-éléments 10 s’étendent typiquement depuis un substrat 2 s’étendant selon le plan xy. Le substrat présente une face supérieure 20 s’étendant elle aussi selon le plan xy. Le substrat 2 peut se présenter sous forme d’un empilement comprenant par exemple, selon la direction z, un support 21 , une couche superficielle dite couche de nucléation 22 et une couche de masquage 23, comme représenté en figure 1 .
Le support 21 peut être notamment en saphir pour limiter le désaccord de paramètre de maille avec le GaN si les photo-éléments 10 sont à base de ce matériau, ou en silicium pour réduire les coûts et pour des problématiques de compatibilité technologique. Dans ce dernier cas, il peut se présenter sous forme d’un wafer de diamètre 200 mm ou 300 mm. Il sert notamment de support aux structures 3D.
La couche de nucléation 22 est de préférence à base d’AIN. Elle peut être alternativement à base d’autres nitrures métalliques, par exemple GaN ou AIGaN. Elle peut être formée sur le support 21 en silicium par épitaxie, de préférence par épitaxie en phase vapeur à précurseurs organométalliques MOVPE (acronyme de «MetalOrganic Vapour Phase Epitaxy»). De façon connue, une ou plusieurs couches tampon intermédiaires peuvent être disposées entre la couche de nucléation 22 et le support 21. Selon un exemple la couche de nucléation 22 présente une épaisseur comprise entre 1 nm et 10 pm. Elle présente de préférence une épaisseur de l’ordre de quelques centaines de nanomètres, par exemple environ 100 nm ou 200 nm, à quelques microns, par exemple de l’ordre de 2 pm. Elle peut également présenter une épaisseur inférieure à 100 nm. Une telle épaisseur permet de limiter l’apparition de défauts structuraux dans la couche de nucléation 22. En particulier, la croissance de cette couche de nucléation 22 peut être pseudomorphe, c’est-à-dire que les contraintes d’épitaxie (liées notamment à la différence de paramètres de maille entre le Si et l’AIN, le GaN ou l’AIGaN) peuvent être relâchées élastiquement pendant la croissance. La qualité cristalline de cette couche de nucléation 22 peut ainsi être optimisée.
La couche de masquage 23 est de préférence en un matériau diélectrique, par exemple en nitrure de silicium Si3N4. Elle peut être déposée par dépôt chimique en phase vapeur CVD (acronyme de «Chemical Vapor Déposition») sur la couche de nucléation 22. Elle masque en partie la couche de nucléation 22 et comprend des ouvertures de préférence circulaires exposant des zones de la couche de nucléation 22. Ces ouvertures présentent typiquement différentes dimensions, par exemple différents diamètres, en fonction des zones considérées, notamment les zones correspondant à la première LED et/ou à la première zone de transition et/ou à la deuxième LED et/ou à la deuxième zone de transition etc. Les ouvertures peuvent être distribuées de façon régulière au sein de chaque zone, par exemple sous forme d’un réseau ordonné. Différents pas d, i.e. la distance séparant les centres de deux ouvertures adjacentes, peuvent être définis en fonction desdites zones et notamment, comme cela sera décrit plus avant, en fonction des sous-pixels. Ces ouvertures peuvent être réalisées par exemple par lithographie UV ou DUV (acronyme de Deep UV), par lithographie par faisceau électronique ou par NIL (acronyme de Nanoinprint lithography). Une telle couche de masquage 23 permet une croissance localisée d’une structure 3D telle qu’un nanofil à partir de la couche de nucléation 22 et au niveau de chaque ouverture. La partie inférieure de la structure 3D prend alors appui sur la couche de nucléation du substrat 2 par l’intermédiaire de sa base.
L’ensemble de photo-éléments 10 est continu et se répartit sur l’intégralité de l’écran dans ses dimensions selon les directions x et y.
On entend par «photo-élément» un élément actif, c’est-à-dire apte à émettre un rayonnement, mais il est entendu que chacun de ces éléments peut être électriquement alimenté ou non et ainsi être «allumé» ou «éteint».
Un photo-élément actif 10 ou nanofil actif 10 comprend une région active 11 et est typiquement connecté électriquement. Cette région active 11 est le lieu de recombinaisons radiatives de paires électron-trou permettant d’obtenir un rayonnement lumineux présentant une longueur d’onde principale. La région active 11 comprend typiquement une pluralité de puits quantiques, par exemple formés par des couches émissives à base de GaN, InN, InGaN, AIGaN, AIN, AHnGaN, GaP, AIGaP, AHnGaP, AIGaAs, GaAs, InGaAs, AllnAs, ou d’une combinaison de plusieurs de ces matériaux.
L’ensemble des photo-éléments 10 comprend un premier réseau 100 de photo-éléments et un deuxième réseau 200 de photo-éléments. Un réseau de photo-éléments est défini comme un sous-ensemble de l’ensemble de photo-éléments 10. Un réseau de photo-éléments au sens de l’invention est continu, c’est-à-dire que les photo-éléments qui le composent sont disposés de façon régulière, selon un pas donné, éventuellement plusieurs pas donnés définis dans différentes directions de l’espace. Le fait qu’un réseau soit continu se caractérise également par le fait que tous les photo-éléments qui le composent sont à base du même matériau et présentent les mêmes dimensions (typiquement le même diamètre). En ce sens, on peut dire que les photoéléments d’un même réseau sont homogènes et réguliers. Il est entendu que l’homogénéité et la régularité d’un réseau de photo-éléments est à évaluer en prenant en compte les marges d’erreur de fabrication de ces derniers. Par ailleurs, un réseau continu ne présente aucun mur en son sein.
Chacun de ces réseaux forme un cristal photonique et peut être définit par plusieurs paramètres et notamment : la longueur d’onde d’émission, le pas de réseau, le taux de remplissage, aussi appelé taux d’ouverture ou densité, généralement compris entre 10 et 90%, le type de maille (hexagonal, carré...), l’indice de réfraction du matériau remplissant les espaces entre les nanofils 101 , couramment appelé «filler» (terme anglais se traduisant par «remplisseur»), préférentiellement compris entre 1 et 1 ,7, les matériaux constitutifs des photo-éléments, et les dimensions des nanofils.
L’émission de chacun des réseaux se fait de préférence principalement selon une direction perpendiculaire à la face supérieure 20 du substrat 2. Selon un exemple avantageux, les photoéléments sont configurés pour émettre un faisceau dont l’intensité selon une direction perpendiculaire à la face supérieure 20 du substrat 2 (dite normale au substrat) est au moins 20% supérieure à l’intensité maximale d’une émission lumineuse lambertienne dont le flux lumineux total sur 4TT sr est égal au flux total sur 4TT sr du faisceau émis par les photo-éléments. Les intensités lumineuses en question sont typiquement exprimées en W.sr-1 (watts par stéradians). Avantageusement, le flux lumineux émis par chacun des réseaux dans un cône défini par un angle de sensiblement 30° par rapport à la normale au substrat 2 est deux fois plus élevé, de préférence trois fois plus élevé, et de façon très avantageuse quatre fois plus élevée, que si le faisceau provenait d’une source lambertienne. Avantageusement, l’intensité lumineuse émise par chacun des réseaux selon la normale au substrat 2 est deux fois plus élevée, de préférence quatre fois plus élevée, et de façon très avantageuse quinze fois plus élevée, que si le faisceau provenait d’une source lambertienne.
Une émission dirigée principalement perpendiculairement à la face supérieure 20 du substrat 2 permet d’éviter que les photo-éléments correspondant à un pixel ou sous-pixel n’éclairent les photo-éléments d’un pixel ou sous-pixel voisin. Ainsi, on garantit une isolation de l’éclairage des différents pixels ou sous-pixels sans avoir besoin de réaliser des murs entre ces éléments. On évite ainsi de rompre la continuité et la symétrie des cristaux photoniques formés par les réseaux de photo-éléments. En d’autres termes, le fait que les photo-éléments émettent principalement perpendiculairement à la face supérieure 20 du substrat 2 permet d’augmenter les dimensions des cristaux photoniques et donc d’en améliorer la qualité. Le premier réseau 100 de photo-éléments émet dans une première plage de longueur d’ondes correspondant à une première couleur C1 tandis que le deuxième réseau 200 de photo-éléments émet dans une deuxième plage de longueur d’ondes correspondant à une deuxième couleur C2 distincte de la première couleur.
Les photo-éléments d’un même réseau présentent des diamètres sensiblement égaux à une valeur cible. Il est entendu que, du fait des imprécisions découlant des procédés de fabrication, les photo-éléments d’un même réseau peuvent difficilement tous présenter un diamètre égal à cette valeur cible. Les variations de la valeur du diamètre d’un nanofil par exemple dues aux aléas de fabrication peuvent être estimées à environ 10% de la valeur cible. Il en va de même pour la valeur du pas entre deux photo-éléments voisins. Pour cette raison, tous les photo-éléments n’émettent pas exactement à la même longueur d’onde. Les photos-éléments d’un réseau de photo-éléments émettent dans une plage de longueurs d’ondes caractérisant le réseau. On entend qu’un réseau de N photo-éléments émettant chacun un rayonnement lumineux caractérisé par une longueur d’onde Ài avec 1 <i<N , Ài étant compris dans la plage d’émission du réseau, et tous avec une même intensité, émet un rayonnement global à une longueur d’onde de réseau Àréseau définie par :
Figure imgf000013_0001
Les longueurs d’onde de réseau Àwo, 2Oo du premier réseau de photo-éléments 100 et du deuxième réseau de photo-éléments 200 sont notamment définies de cette façon. Bien entendu, si tous les photo-éléments n’émettent pas avec la même intensité, les différentes composantes de la longueur d’onde de réseau, c’est-à-dire les longueurs d’ondes des rayonnements émis par chacun des photo-éléments, peuvent être pondérés par des coefficients relatifs à leurs intensités respectives.
Le premier réseau de photo-éléments 100 et le deuxième réseau de photo-éléments 200 émettent des rayonnements correspondant à des couleurs C1 et C2 distinctes. On considère que les deux plages de longueurs d’ondes des deux réseaux 100, 200 sont distinctes si les longueurs d’onde de réseau Àwo, 2Oo les caractérisant vérifient la relation suivante : l^ioo — ^2001 > 30 nm
En pratique, les longueurs d’onde wo, 2Oo caractérisant les couleurs C1 , C2 du premier réseau 100 et du deuxième réseau 200 respectivement appartiennent à des plages très éloignées. Par exemple, wo se trouve dans une plage correspondant à une nuance de rouge (entre 620 à 800 nm), de vert (entre 520 à 565 nm) ou de bleu (entre 430 à 520 nm), et 2Oo dans une autre parmi ces plages. Ces plages se situent autour des longueurs d’onde fixées par la Commission Internationale de l’Eclairage (CIE) pour les trois couleurs primaires physiques : 700 nm pour le rouge, 536,1 nm pour le vert et 435,8 nm pour le bleu. Idéalement, les longueurs d’ondes émises par les réseaux de photo-éléments se rapprochent de ces valeurs.
Les cristaux photoniques formés par les réseaux de photo-éléments sont de préférence dimensionnés et configurés pour amplifier l’émission des photo-éléments. Pour un cristal photonique donné, cette amplification est effective dans la plage de longueurs d’onde correspondant à la couleur émise par ledit cristal photonique. Comme cela apparaîtra plus avant, cette couleur correspond à celle du sous-pixel formé par le cristal photonique considéré.
L’écran d’affichage comprend en outre une pluralité de pixels. Cette pluralité de pixels comprend notamment un premier pixel 1000 et un deuxième pixel 2000. Le premier pixel 1000 et le deuxième pixel 2000 sont en contact.
Chacun des pixels de la pluralité de pixels comprend au moins un premier sous-pixel et un deuxième sous-pixel. On définit ainsi notamment un premier sous-pixel du premier pixel 1100, un deuxième sous-pixel du premier pixel 1200, un premier sous-pixel du deuxième pixel 2100 et un deuxième sous-pixel du deuxième pixel 2200, tous représentés sur la figure 2A.
Chaque sous-pixel présente une couleur dans le domaine du visible. Plus précisément, les premiers sous-pixels 1100, 2100 sont de la première couleur C1 et les deuxièmes sous-pixels 1200, 2200 sont de la deuxième couleur C2.
Comme illustré sur les figures 2A et 2B :
- le premier sous-pixel du premier pixel 1100 et le premier sous-pixel du deuxième 2100 sont en contact, et
- le deuxième sous-pixel du premier pixel 1200 et le deuxième sous-pixel du deuxième pixel 2200 sont également en contact.
La figure 2A illustre un mode de réalisation dans lequel chacun des pixels 1000, 2000 comprend plus de deux sous-pixels. La figure 2B représente, elle, un cas de figure où chacun des pixels 1000, 2000 est constitué de deux sous-pixels uniquement.
L’écran d’affichage peut être caractérisé par son ensemble de photo-éléments ou par son ensemble de pixels. Ces deux ensembles sont cependant entièrement liés car les différents sous- pixels sont formés par les différents réseaux de photo-éléments. Plus précisément, les premiers sous-pixels 1100, 2100 sont notamment formés par le premier réseau de photo-éléments 100 et les deuxièmes sous-pixels 1200, 2200 sont notamment formés par le deuxième réseau de photoéléments 200. Cette correspondance se retrouve notamment dans le fait que le premier réseau 100 émet un rayonnement à une première longueur d’onde de réseau Xwo correspondant à la première couleur C1 et que les premiers sous-pixels 1100, 2100 sont de cette première couleur C1 . Il en va de même pour la couleur C2 des deuxièmes sous-pixels 1200, 2200, générée par le deuxième réseau 200.
Un réseau de photo-éléments est ainsi constitué d’au moins une région, et typiquement d’une pluralité de régions formant au moins une paire de sous-pixels adjacents. Ces régions sont continues et sont constituées de photo-éléments présentant des caractéristiques structurelles sensiblement identiques, aux erreurs de fabrication près. Dans l’art antérieur, un réseau ne correspond qu’à une unique région elle-même correspondant à un unique sous-pixel. Ainsi, les dimensions des réseaux sont optimisées. Cela présente de nombreux avantages. Tout d’abord, cette disposition permet de réduire le nombre de zones de transition entre réseaux formant des cristaux photoniques distincts. On réduit donc le nombre de zones créant des ruptures de symétrie. Ces zones étant responsables de défauts de croissance et de pertes en qualité optique, on améliore la qualité du réseau de photo-éléments et finalement celle de l’écran d’affichage. De plus, la formation des photo-éléments est facilitée. En effet, cette dernière se fait par des étapes successives de masquage et dépôt, qui sont d’autant plus complexes à réaliser que les réseaux sont de faibles dimensions. Notamment, plus les dimensions des zones sur lesquelles former des photo-éléments sont faibles, plus il est nécessaire que les masques de photolithographie soient alignés avec précision. En outre, augmenter les dimensions d’un cristal photonique continu de photo-éléments, et donc le nombre de photo-éléments qui le composent, permet d’améliorer sa capacité à discriminer les ondes en fonction de leur longueur d’onde. En d’autres termes, plus le cristal photonique est étendu, meilleur est le contrôle et l’amplification des longueurs d’ondes s’y propageant. Par ailleurs, l’augmentation des dimensions du cristal photonique permet d’améliorer sa capacité à assurer une bonne directionnalité d’émission. Cela a un rôle important notamment dans la possibilité de se passer de murs entre sous-pixels et/ou pixels adjacents.
Un cristal photonique peut fonctionner comme tel à partir de trois rangées de photo-éléments. Plus le nombre de rangées de photo-éléments formant le cristal photonique est grand, plus on obtiendra un cristal photonique de bonne qualité. Ainsi, avantageusement, les cristaux photoniques sont chacun formés par au moins 10 rangées, de préférence 20 rangées, et de préférence encore 50 rangées de photo-éléments.
Selon un mode de réalisation, l’ensemble de photo-éléments comprend un troisième réseau 300 de photo-éléments. Les propriétés structurelles des premier et deuxième réseaux 100, 200 peuvent être appliquées mutatis mutandis au troisième réseau 300. Le troisième réseau 300 de photo-éléments émet dans une troisième plage de longueurs d’ondes correspondant à une troisième longueur d’onde À300 et à une troisième couleur C3. De préférence, la troisième longueur d’onde À300 se trouve dans la troisième plage parmi les plages de longueurs d’ondes précédemment citées. Par exemple, si la première couleur C1 correspondait à une nuance de rouge et la deuxième couleur C2 à une nuance de bleu, alors la troisième couleur C3 correspond typiquement à une nuance de vert.
Ce troisième réseau 300 de photo-éléments permet de former une pluralité de troisièmes sous- pixels. La figure 3 notamment illustre un mode de réalisation dans lequel le premier pixel 1000 comprend un troisième sous-pixel dit troisième sous-pixel du premier pixel 1300 et le deuxième pixel 2000 comprend un troisième sous-pixel dit troisième sous-pixel du deuxième pixel 2300. Les deuxièmes sous-pixels 1200, 2200 d’une part et les troisième sous-pixels 1300, 2300 d’autre part sont avantageusement en contact.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de pixels comprend un troisième pixel 3000 en contact avec le premier pixel 1000. Ce troisième pixel 3000 comprend au moins un troisième sous-pixel 3300 en contact avec et formé par le même troisième réseau de photo-éléments 300 que le troisième sous-pixel du premier pixel 1300.
Comme illustré aux figures 4 et 5, le premier pixel 1000 et le deuxième pixel 2000 sont en contact et ce contact se fait selon une droite dite première ligne de contact 12. Le contact entre le premier pixel 1000 et le troisième pixel 3000 se fait lui selon une droite dite deuxième ligne de contact 13. Selon un exemple illustré à la figure 4, la première ligne de contact 12 et la deuxième ligne de contact 13 sont parallèles. Dans ce cas de figure, le deuxième pixel 2000 et le troisième pixel 3000 se trouvent de part et d’autre du premier pixel 1000. Selon un exemple illustré à la figure 5, la première ligne de contact 12 et la deuxième ligne de contact 13 sont perpendiculaires. Dans le cas typique de pixels de forme carrée, le deuxième pixel 2000 et le troisième pixel 3000 bordent des côtés adjacents du premier pixel 1000.
Cette mise en commun du troisième réseau de photo-éléments 300 entre le troisième sous-pixel du premier pixel 1300 et le troisième sous-pixel du troisième pixel 3300 présente les mêmes avantages que la mise en commun du premier réseau 100 et du deuxième réseau 200 entre les premiers sous-pixels 1100, 2100 et deuxièmes sous-pixels 1200, 2200. On comprend que cumuler ces mises en contact de sous-pixels de même couleur et ces mises en commun de cristaux photoniques permet de réduire de plus en plus le nombre de transitions abruptes 5 entre sous-pixels telles que représentées par exemple sur la figure 12.
Toujours dans un but de mutualisation des réseaux de photo-éléments, le troisième pixel 3000 peut comprendre un deuxième sous-pixel 3200 en contact avec le deuxième sous-pixel du premier pixel 1200. Le deuxième réseau 200 forme alors non seulement le deuxième sous-pixel du premier réseau 1200, le deuxième sous-pixel du deuxième réseau 2200 mais également le deuxième sous-pixel du troisième réseau 3200 (comme illustré à la figure 6). Le cristal photonique correspondant s’étendant donc sur trois sous-pixels 1200, 2200, 3200.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de pixels comprend un quatrième pixel 4000 en contact avec le premier pixel 1000 et avec le troisième pixel 3000. Comme illustré à la figure 7, ce quatrième pixel 4000 comprend au moins un deuxième sous-pixel 4200 en contact avec le deuxième sous-pixel du premier pixel 1200 et avec le deuxième sous-pixel du troisième pixel 3200. Le deuxième réseau 200 forme alors les deuxièmes sous-pixels 1200, 2200, 3200, 4200 de l’ensemble des quatre pixels 1000, 2000, 3000, 4000.
Comme illustré à la figure 8, selon un mode de réalisation, le deuxième pixel 2000 et le quatrième pixel 4000 comprennent chacun un troisième sous-pixel 2300, 4300. Ces deux sous-pixels sont en contact et sont tous deux formés par un troisième réseau secondaire 300’ de photo-éléments présentant les mêmes caractéristiques que le troisième réseau 300. Le troisième réseau secondaire 300’ et le troisième réseau 300 peuvent notamment être fabriqués simultanément.
Comme illustré aux figures 9A et 9B, selon un mode de réalisation, le troisième pixel 3000 et le quatrième pixel 4000 comprennent chacun un premier sous-pixel 3100, 4100. Ces deux sous- pixels sont en contact et sont tous deux formés par un premier réseau secondaire 100’ de photoéléments présentant les mêmes caractéristiques que le premier réseau 100. Le premier réseau secondaire 100’ et le premier réseau 100 peuvent notamment être fabriqués simultanément. On envisage à la figure 9A que les pixels soient constitués de trois sous-pixels uniquement. La figure 9B illustre, elle, un mode de réalisation dans lequel les pixels comprennent un quatrième sous- pixel, qui pourra par exemple être formé par un réseau de photo-éléments partagé avec un sous- pixel d’un pixel voisin non représenté.
La figure 10 illustre un mode de réalisation particulier dans lequel certains pixels sont d’une unique couleur et jouxtent des sous-pixels de la même couleur et appartenant à des pixels adjacents. Par exemple, comme illustré, le troisième pixel 3000 est intégralement formé par le premier réseau 100, qui forme également le premier sous-pixel du premier pixel 1100 et le premier sous-pixel du deuxième pixel 2100.
Il est entendu que le principe de mise en contact des sous-pixels de même couleur et de mise en commun des cristaux photoniques de même structure peut être étendu à un nombre de pixels supérieur à quatre. Cette idée est également applicable quel que soit le nombre de sous-pixels compris dans chacun des pixels. La répartition des différents réseaux de photos éléments sera fonction de la géométrie du pixel et de la disposition des sous-pixels au sein des pixels. Il est à noter qu’un écran très optimisé peut être obtenu par répétition des motifs précédemment décrits. Par exemple, par répétition dans le plan xy du motif constitué par les quatre pixels illustrés à la figure 9A, on crée des ensembles continus de photo-éléments similaires (du type de ceux formant le troisième réseau 300 et le troisième réseau secondaire 300’) s’étendant sur quatre sous-pixels et non plus seulement deux. De même, des ensembles continus de photo-éléments du type de ceux du premier réseau 100 peuvent être obtenus.
Quel que soit le nombre de pixels et de sous-pixels et la disposition des sous-pixels dans chacun des pixels, l’objectif est toujours de limiter le nombre de contacts entre sous-pixels de couleurs différentes.
Comme illustré en figure 11 , l’écran d’affichage comprend avantageusement des contacts électriques 3 permettant d’alimenter électriquement les photo-éléments. Ces contacts électriques 3 peuvent être communs à une pluralité de photo-éléments. De préférence, des photo-éléments appartenant à des réseaux formant des sous-pixels distincts sont alimentés séparément. Ainsi, même si les réseaux formant deux sous-pixels voisins ont été formés simultanément et forment un réseau de photo-éléments continu, les deux sous-pixels restent indépendants d’un point de vue électrique. Il peut en effet aussi bien être nécessaire pour le rendu de l’image que les deux sous-pixels soient allumés, que les deux sous-pixels soient éteints, ou que l’un seulement soit allumé.
Ces contacts électriques 3 sont reliés à une électronique de commande 4 permettant de commander l’allumage ou l’extinction des photo-éléments en fonction des besoins d’affichage. La représentation à la figure 11 de l’électronique de commande 4 est uniquement illustrative. Notamment, l’affectation des différents transistors aux différents photo-éléments ainsi que leurs branchements ne sont en rien limitatifs. Par exemple, les photo-éléments sont en outre typiquement reliés au niveau d’un autre pôle à une connexion électrique non représentée pour des questions de clarté.
La figure 11 illustre en outre la juxtaposition de trois pixels 1000, 2000, 3000. Figurent notamment une vue en coupe du premier sous-pixel du deuxième pixel 2100, du premier sous-pixel du premier pixel 1100, du deuxième sous-pixel du premier pixel 1200 et le deuxième sous-pixel du troisième pixel 3200. Le premier réseau 100 est formé de photo-éléments présentant un premier diamètre cible d100 et un premier pas cible entre eux p100. Le deuxième réseau 200 est lui formé de photo-éléments présentant un deuxième diamètre cible d200 et un deuxième pas cible entre eux p200. Comme illustré, chacun de ces réseau forme deux sous-pixels adjacents appartenant à des pixels voisins : le premier réseau 100 forme le premier sous-pixel du deuxième pixel 2100 et le premier sous-pixel du premier pixel 1100, tandis que le deuxième réseau 200 forme le deuxième sous-pixel du premier pixel 1200 et le deuxième sous-pixel du troisième pixel 3200.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par l’invention.

Claims

Revendications
1 . Ecran d’affichage comprenant :
• une pluralité de pixels comprenant au moins un premier pixel (1000) et un deuxième pixel (2000), le premier pixel (1000) et le deuxième pixel (2000) étant en contact, le premier pixel (1000) comprenant au moins un premier sous-pixel (1100) d’une première couleur (C1) et le deuxième pixel (2000) comprenant au moins un premier sous-pixel (2100) de la première couleur (C1), le premier sous-pixel du premier pixel (1100) et le premier sous-pixel du deuxième pixel (2100) étant en contact, et
• un ensemble de photo-éléments (10) comprenant au moins un premier réseau de photo-éléments (100) continu qui émet dans une première plage de longueurs d’ondes correspondant à la première couleur (C1), caractérisé en ce que le premier sous-pixel du premier pixel (1100) et le premier sous- pixel du deuxième pixel (2100) sont tous deux formés par le premier réseau de photoéléments (100).
2. Ecran d’affichage selon la revendication précédente dans lequel le premier pixel (1000) comprend un deuxième sous-pixel (1200) d’une deuxième couleur (C2) et le deuxième pixel (2000) comprend un deuxième sous-pixel (2200) de la deuxième couleur (C2), le deuxième sous-pixel du premier pixel (1200) et le deuxième sous-pixel du deuxième pixel (2200) étant en contact, l’écran d’affichage comprenant en outre un deuxième réseau (200) de photo-éléments continu qui émet dans une deuxième plage de longueurs d’ondes correspondant à la deuxième couleur (C2), la première plage de longueurs d’ondes et la deuxième plage de longueurs d’ondes étant distinctes, le deuxième sous- pixel du premier pixel (1200) et le deuxième sous-pixel du deuxième pixel (2200) étant tous deux formés par le deuxième réseau de photo-éléments (200).
3. Ecran d’affichage selon la revendication précédente dans lequel :
• le premier pixel (1000) comprend en outre un troisième sous-pixel (1300) d’une troisième couleur (C3),
• le deuxième pixel (2000) comprend en outre un troisième sous-pixel (2300) de la troisième couleur (C3),
• l’ensemble de photo-éléments comprend un troisième réseau de photo-éléments (300) continu qui émet dans une troisième plage de longueurs d’onde correspondant à la troisième couleur (C3), la troisième plage de longueurs d’onde étant distincte de la première plage de longueurs d’onde et de la deuxième plage de longueurs d’onde, et dans lequel le troisième sous-pixel du premier pixel (1300) et le troisième sous-pixel du deuxième pixel (2300) sont en contact et tous deux formés par le troisième réseau de photo-éléments (300).
4. Ecran d’affichage selon la revendication 2, dans lequel la pluralité de pixels comprend au moins un troisième pixel (3000) en contact avec le premier pixel (1000), le premier pixel (1000) comprend en outre un troisième sous-pixel (1300) d’une troisième couleur (C3), le deuxième pixel (2000) comprend en outre un troisième sous-pixel (2300) de la troisième couleur (C3), et le troisième pixel (3000) comprend au moins un troisième sous- pixel (3300) de la troisième couleur (C3), le troisième sous-pixel du premier pixel (1300) et le troisième sous-pixel du troisième pixel (3300) étant en contact, et dans lequel l’ensemble de photo éléments comprend un troisième réseau de photo éléments (300) qui émet dans une troisième plage de longueurs d’onde correspondant à la troisième couleur (C3), la troisième plage de longueurs d’onde étant distincte de la première plage de longueurs d’onde et de la deuxième plage de longueurs d’onde, et dans lequel le troisième sous-pixel du premier pixel (1300) et le troisième sous pixel du troisième pixel (3300) sont tous deux formés par le troisième réseau de photo-éléments (300).
5. Ecran d’affichage selon la revendication précédente dans lequel le contact entre le premier pixel (1000) et le deuxième pixel (2000) se fait selon une première ligne de contact (12) et le contact entre le premier pixel (1000) et le troisième pixel (3000) se fait selon une deuxième ligne de contact (13), la première ligne de contact (12) et la deuxième ligne de contact (13) étant parallèles et non confondues.
6. Ecran d’affichage selon la revendication 4 dans lequel le contact entre le premier pixel (1000) et le deuxième pixel (2000) se fait selon une première ligne de contact (12) et le contact entre le premier pixel (1000) et le troisième pixel (3000) se fait selon une deuxième ligne de contact (13), la première ligne de contact (12) et la deuxième ligne de contact (13) formant un angle, dit angle de contact, compris entre 5° et 175°, de préférence compris entre 30° et 150°.
7. Ecran d’affichage selon la revendication précédente dans lequel l’angle de contact est égal à 90°.
8. Ecran d’affichage selon la revendication 6 dans lequel l’angle de contact est égal à 120°.
9. Ecran d’affichage selon l’une quelconque des revendications 4 à 8 dans lequel le troisième pixel (3000) comprend en outre un deuxième sous-pixel (3200) de la deuxième couleur (C2) en contact avec le deuxième sous-pixel du premier pixel (1200), et dans lequel le deuxième sous-pixel du troisième pixel (3200) est formé par le deuxième réseau de photo-éléments (200).
10. Ecran d’affichage selon la revendication précédente dans lequel la pluralité de pixels comprend au moins un quatrième pixel (4000) en contact avec le deuxième pixel (2000) et le troisième pixel (3000), le quatrième pixel (4000) comprenant au moins un deuxième sous-pixel (4200) de la deuxième couleur (C2), le deuxième sous-pixel du deuxième pixel (2200) et le deuxième sous-pixel du quatrième pixel (4200) d’une part et le deuxième sous-pixel du troisième pixel (3200) et le deuxième sous-pixel du quatrième pixel (4200) d’autre part étant en contact, et dans lequel le deuxième sous-pixel du quatrième pixel (4200) est formé par le deuxième réseau de photo-éléments (200).
11 . Ecran d’affichage selon la revendication précédente dans lequel le deuxième pixel (2000) comprend en outre un troisième sous-pixel (2300) de la troisième couleur (C3) et le quatrième pixel (4000) comprend en outre un troisième sous-pixel (4300) de la troisième couleur (C3), le troisième sous-pixel du deuxième pixel (2300) et le troisième sous-pixel du quatrième pixel (4300) étant en contact et étant tous deux formés par un troisième réseau secondaire de photo-éléments (300’) continu qui émet dans la troisième plage de longueurs d’ondes.
12. Ecran d’affichage selon la revendication précédente dans lequel le troisième pixel (3000) comprend en outre un premier sous-pixel (3100) de la première couleur (C1) et le quatrième pixel (4000) comprend au moins un premier sous-pixel (4100) de la première couleur (C1), le premier sous-pixel du troisième pixel (3100) et le premier sous-pixel du quatrième pixel (4100) étant en contact et étant tous deux formés par un premier réseau secondaire de photo-éléments (100’) continu qui émet dans la première plage de longueurs d’ondes.
13. Ecran d’affichage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier réseau de photo-éléments (100) s’étend sur au moins deux pixels autres que le premier pixel (1000) et le deuxième pixel (2000).
14. Ecran d’affichage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque réseau de photo-éléments est commun à au moins deux pixels adjacents, de préférence à au moins quatre pixels adjacents.
15. Ecran d’affichage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel chaque réseau de photo-éléments formant un sous-pixel du premier pixel forme également au moins un sous-pixel d’au moins un pixel adjacent au premier pixel.
16. Ecran d’affichage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les photo-éléments sont configurés pour émettre un faisceau dont l’intensité selon une direction perpendiculaire à une face supérieure (20) d’un substrat (2) à partir duquel s’étendent lesdits photo-éléments est au moins 20% supérieure à l’intensité maximale d’une émission par une source lumineuse lambertienne dont le flux lumineux total sur 4TT sr est égal au flux total sur 4TT sr du faisceau émis par les photo-éléments.
17. Ecran d’affichage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le premier réseau de photo-éléments forme un cristal photonique.
18. Ecran d’affichage selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant en outre une pluralité de contacts électriques (3) configurés pour alimenter l’ensemble de photo-éléments (10), les photo-éléments de réseaux de photo-éléments formant des sous-pixel distincts étant alimentés par des contacts électriques (3) distincts.
19. Ecran d’affichage selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les photo-éléments sont des nanofils.
20. Ecran d’affichage selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant un support monolithique (21) portant l’intégralité des photo-éléments de l’ensemble de photo-éléments (10).
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