单个基板上的多色LED 阵列制造技术

多色显示器包括半导体基板层，集成到半导体基板层上以自然发射具有第一颜色的泵浦光的第一发光二极管(“LED”)，集成到半导体基板层上以自然发射具有第一颜色的泵浦光的第二LED，和设置在第二LED的发射孔径之上以将从第二LED自然发射的泵浦光转换为具有与泵浦光的第一颜色不同的第二颜色的第一输出光的第一波长转换层。第一波长转换层包括第一量子点矩阵。第一和第二LED集成到单个半导体裸片中。

Polychromatic LED array on a single substrate

A polychromatic display includes a semiconductor substrate layer integrated onto a semiconductor substrate layer to naturally emit a first light emitting diode (\LED\) with a first color pump light, integrated onto the semiconductor substrate layer to naturally launch a second LED with the first color of the pump light, and set above the emission aperture of the second LED to be from the first. The two LED natural transmitting pump light is converted to the first wavelength conversion layer with the first output light of second colors different from the first color of the pump light. The first wavelength conversion layer includes the first quantum dot matrix. The first and second LED are integrated into a single semiconductor die.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】单个基板上的多色LED阵列
本公开总的来说涉及发光二极管(“LED”)，且具体地而不是排他地，涉及多色LED源。
技术介绍
发光二极管(“LED”)是当在p-n结两端施加电压导致电子和空穴复合时从p-n结发光的半导体器件。从LED的p-n结发出的光的颜色由在复合期间发出的光子的能级确定。光子的普朗克-爱因斯坦关系式表示光子的能级和波长(颜色)之间的关系。普朗克-爱因斯坦关系式声明：E＝hc/λ其中，E表示能量，h是普朗克常数，c是光速，且λ是波长(颜色)。从p-n结发出的光子的能级E取决于结的带隙能量，其又取决于用于形成结的任一侧的p和n半导体材料。典型的LED半导体材料包括GaAs、GaN等。因此，具有两中限定的半导体材料的LED的p-n结释放具有限定的波长或者颜色特征的光。典型地，如果期望多色LED发光，则将不同材料放在一起以形成不同带隙能量。惯例地，这已经使用不同制造工艺以在不同LED半导体裸片上制造不同p-n结来实现。这些半导体裸片然后组合为单个封装以形成多色LED显示器件。由于不同半导体器件之间的外部连接(例如，金线键合(wirebond))的需要，这种器件与单独的p-n结二极管相比相对地大。其他多色LED显示器依赖于白光源和吸收性滤波器。但是，这些多色器件也很大。白光LED通常使用磷层，且吸收性滤波器典型地约有100微米的厚度。此外，这些附加元件与LED本身的p-n结相比相对地大。附图说明参考以下附图描述本专利技术的非限制和非穷尽实施例，其中，除非另作说明，相同的附图标记遍及各个图表示相同部分。附图不必是按比例的，代替地重点在于图示描述的原理时。图1A是根据本公开实施例的由集成到单个半导体裸片中的三个发光二极管(“LED”)制造的多色显示器的平面图示。图1B是根据本公开实施例的由集成到单个半导体裸片中的三个LED制造的多色显示器的侧视图示。图2是根据本公开实施例的具有由全部集成到单个半导体裸片中的LED形成的彩色像素阵列的多色显示器的平面图示。图3A和图3B图示根据本公开实施例的包括嵌入隐形眼镜内的多色LED显示器的隐形眼镜的不同视图。具体实施方式在这里描述用于使用集成到单个半导体裸片中的发光二极管(“LED”)实现的多色显示器的设备和操作方法的实施例。在下面描述中，阐述许多的特定细节以提供对实施例的彻底理解。但是，本领域技术人员将认识到，可以在没有一个或多个特定细节的情况下，或者以其他方法、组件、材料等实践在这里描述的技术。在其他实例中，不详细示出或者描述公知的结构、材料或操作以避免模糊某些方面。贯穿该说明书引用的“一个实施例”或“实施例”指的是本专利技术的至少一个实施例中包括与实施例有关地描述的特定特征、结构或者特性。因此，贯穿本说明书的各处出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不必全部指同一实施例。此外，可以在一个或多个实施例中以任何适当的方式组合特定特征、结构或者特性。图1A和图1B是根据本公开实施例的包括集成到单个半导体裸片中的三个LED的多色显示器100的图示。图1A是多色显示器100的平面图示，而图1B是其侧视图示。图示的多色显示器100的实施例包括具有集成到半导体裸片105上的多色LED发射器110A、110B和110C(集合地LED发射器110)的半导体裸片105，该半导体裸片105又设置在载体基板115上。半导体裸片105进一步包括连接以驱动发射器110A-C的四个接触端子，包括颜色端子116、117、118和公共端子119。因此，图示的多色显示器100的实施例是三色、四端子显示器。图示的发射器110A的实施例包括共享或者公共半导体层120的一部分、半导体层125A和在发射孔径135A之上设置的波长转换层130A。图示的发射器110B的实施例包括共享或者公共半导体层120的一部分、半导体层125B和在发射孔径135B之上设置的波长转换层130B。图示的发射器110C的实施例包括共享或者公共半导体层120的一部分、半导体层125C和在发射孔径135C之上设置的波长转换层130C。在一些实施例中，波长转换层130C可以省略或者由一个或多个非波长转换材料代替，比如散射材料、透光保护层、抗反射层等。集合地，波长转换层130A-C被称为波长转换层130。在图示的实施例中，LED发射器110全部由相同成分的半导体材料，使用相同的制造工艺制造，且共用公共半导体层120，全部集成到单个半导体裸片105上。事实上，取决于其导电类型(例如，n型或者p型)，公共半导体层120对LED发射器110操作为公共的阳极或者阴极，同时半导体层125A-C形成每个LED发射器110的互补的阳极/阴极。LED发射器110可以使用不同半导体材料(例如，III-V半导体材料、II-VI半导体材料、GaAs、GaN、硅等)，使用各种LED制造工艺来制造。在图示的实施例中，半导体裸片105设置在作为机械基座的载体基板115(例如，蓝宝石)上。因此，共用半导体层120形成LED发射器110的p-n结的共用的一半，同时半导体层125A-C形成p-n结的另一半。虽然LED发射器110及其p-n结使用相同材料制造，但是LED发射器110可以制造为具有不同大小、形状或者布局方位以实现不同期望效果(例如，各个LED发射器110之间的不同亮度)。但是，因为LED发射器110全部由相同材料和相同制造工艺制成，所以它们的p-n结自然地输出具有彼此相同波长的泵浦光。例如，在一个实施例中，每个LED发射器110的p-n结输出蓝光。在其他实施例中，能够制造p-n结以输出其他颜色，比如紫外光等。通过使用相同材料和工艺制造LED发射器110，它们可以集成在单个半导体裸片105上，这促进了紧凑、便宜和高功率效率的多色显示器100。通过在LED发射器110的发射孔径135之上设置(例如，涂覆)的波长转换层130的方式从LED发射器110实现多色输出光。图示的LED发射器110的实施例是通过它们各自的发射孔径135将它们的泵浦光发射到波长转换层130中的垂直表面发射LED。波长转换层130当与通常100μm厚的磷层或者吸收性滤色器层相比时是相对薄的层(例如，10μm厚或者甚至小于10μm厚)。这实现薄的、紧凑的多色显示器。波长转换层130可以使用量子点的胶态悬浮物制造。分散相(量子点)是通过空间地限制激发子而展现量子机械性质的纳米结构。具体来说，可以形成量子点以在一个波长吸收光子和在另一波长重发射光子。以该方式，量子点操作为波长转换元件，其吸收从LED发射器110的p-n结输出的自然泵浦光并重发射不同颜色的输出光。通过波长转换层130内的量子点的设计选择重发射的光(输出光140)的波长。例如，对于量子点选择的物理尺寸和材料选择两者影响其中电荷粒子可能存在的可用量子机械能状态且因此控制输出光140的波长。经由量子点结构和材料的适当的操控，如在现有技术中已知的，可以设计波长转换层130以发射具有特定颜色的输出光140。在各种实施例中，通过在透光聚合物内悬浮量子点来制造波长转换层130。在一个实施例中，聚合物可以是促进波长转换层130的光刻图案化的光可图案化聚合物(例如，光刻胶)。可以执行涂覆(例如，旋涂或者喷涂)和图案化的多次迭代以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多色显示器，包括：半导体层；第一发射器，包括集成到所述半导体层上的第一发光二极管(“LED”)，所述第一发射器配置为输出具有第一波长的第一光；第二发射器，包括集成到所述半导体层上的第二LED，所述第二发射器配置为输出具有不同于所述第一波长的第二波长的第二光；和第三发射器，包括集成到所述半导体层上的第三LED，所述第三发射器配置为输出具有不同于所述第一和第二波长的第三波长的第三光，其中，所述第一、第二和第三LED集成到包括所述半导体层的单个半导体裸片中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.03 US 14/678,6391.一种多色显示器，包括：半导体层；第一发射器，包括集成到所述半导体层上的第一发光二极管(“LED”)，所述第一发射器配置为输出具有第一波长的第一光；第二发射器，包括集成到所述半导体层上的第二LED，所述第二发射器配置为输出具有不同于所述第一波长的第二波长的第二光；和第三发射器，包括集成到所述半导体层上的第三LED，所述第三发射器配置为输出具有不同于所述第一和第二波长的第三波长的第三光，其中，所述第一、第二和第三LED集成到包括所述半导体层的单个半导体裸片中。2.如权利要求1所述的多色显示器，其中，所述第一发射器包括在第一LED的第一发射孔径之上设置的第一量子点层，以将从第一LED自然输出的具有泵浦波长的泵浦光转换为具有第一波长的第一光，其中，所述第二发射器包括在第二LED的第二发射孔径之上设置的第二量子点层，以将从第二LED自然输出的具有泵浦波长的泵浦光转换为具有第二波长的第二光，其中，所述第一和第二波长彼此不同且不同于所述泵浦波长。3.如权利要求2所述的多色显示器，其中，所述第三发射器不包括覆盖第三LED的第三孔径的量子点的层，且其中，所述第三光是从第三LED自然输出的泵浦光。4.如权利要求2所述的多色显示器，其中，所述第三发射器包括在第三LED的第三发射孔径之上设置的第三量子点层，以将从第三LED自然输出的具有泵浦波长的泵浦光转换为具有第三波长的第三光。5.如权利要求2所述的多色显示器，进一步包括：第一驱动端子，电耦合以驱动第一发射器的第一LED输出第一光；第二驱动端子，电耦合以驱动第二发射器的第二LED输出第二光；第三驱动端子，电耦合以驱动第三发射器的第三LED输出第三光；和公共端子，电耦合到第一、第二和第三LED中的每一个以提供公共地，其中，所述多色显示器仅具有用于驱动具有三种不同颜色的第一、第二和第三发射器的四个端子。6.如权利要求1所述的多色显示器，其中，所述单个半导体裸片设置在隐形眼镜内，且其中，所述多色显示器配置为向隐形眼镜的佩戴者提供多色视觉指示器。7.一种多色显示器，包括：半导体基板层；第一发光二极管(“LED”)，集成到所述半导体基板层上以自然发射具有第一颜色的泵浦光；第二LED，集成到所述半导体基板层上以自然发射具有第一颜色的泵浦光；和第一波长转换层，设置在第二LED的发射孔径之上，以将从第二LED自然发射的泵浦光转换为具有不同于泵浦光的第一颜色的第二颜色的第一输出光，其中，所述第一波长转换层包括第一量子点矩阵，其中，所述第一和第二LED集成到单个半导体裸片中。8.如权利要求7所述的多色显示器，其中，所述第一和第二LED使用用于第一和第二LED两者的单个制造工艺在单个半导体裸片上制造。9.如权利要求7所述的多色显示器，其中，所述第一和第二LED两者都由相同的p和n半导体材料制造。10.如权利要求7所述的多色显示器，进一步包括：第三LED，集成到所述半导体基板层上以自然发射具有第一颜色的泵浦光；和第二波长转换层，设置在第三LED的发射孔径之上，以将从第三LED自然发射的泵浦光转换为具有不同于所述第一和第二颜色的第三颜色的第二输出光，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：WJ比德曼，J埃茨科恩，
申请(专利权)人：威里利生命科学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US