光电发光装置和制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种光电发光装置及其制造方法，其中光电发光装置包括具有透明或半透明的载体衬底的像素，在所述载体衬底上设置具有至少一个微型LED的半导体发光装置，其中微型LED在像素的部分面之上延伸，并且其中半导体发光装置的主放射方向指向在观察方向上设置在透明的载体衬底后方的背向散射的面元件；并且半导体发光装置包括射束成形元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电发光装置和制造方法本申请要求德国专利申请DE102018132542.8的优先权，其公开内容通过参考并入本文。本专利技术涉及一种光电发光装置以及用于制造光电发光装置的方法。棱边长度小于100μm并且典型地小于25μm的半导体光源例如从US6,410,940B1中已知并且在实施方式中作为p-n发光二极管被称作为微型LED(μLED)。通常基于氮化铟镓(InGaN)的具有至少一个量子阱的微型LED相对于常规大小的发光二极管或基于碳的发光二极管(OLED)具有更高的能量效率并且同时使用寿命更长。相应地，其对于移动设备的高分辨率显示器和对于大尺寸光电子发光设备的应用相应地是有利的。能够将微型LED与波长转换器连接成封装件，以对光发射进行光谱匹配。从US8,928,021B1中已知一种装置，其具有至少一个微型LED、遮盖所述微型LED的光导结构和具有作为波长转换器的具有量子阱的磷光体材料的包覆件。WO2011/082497A1公开一种具有至少一个底侧发射的LED作为光源的光电子封装件，所述光源设置在透明载体衬底的一侧上。在与光源相对置的衬底侧上存在用于光谱匹配对于观察者可见的光的磷光体层。此外，描述如下实施替选方案，对于所述实施替选方案由LED发出的电磁辐射在入射到磷光体层中之前首先射到后侧的反射器上。此外，已知LED处的初级光学装置、直接连接于所述初级光学装置的光导元件以及与LED形成半导体发光装置的反射的射束引导装置。例如参考US2016/0149101A1、DE102017104871A1、DE102011003988A1、DE102009033287A1、DE102010009717A1、DE102011015726A1、DE102016106494A1和DE102013218268A1。在具有低封装密度的典型应用中，当观察单个像素面时，微型LED的小面积的有源层导致点状照明的区域和暗区域之间存在明显差异。这种所谓的门影效应(Screen-Door-effect纱窗效应)在小观察间距的情况下进而尤其在使用如VR眼镜或具有大像素间距的视频墙的应用中尤其显著地显示。如果像素内的照度差异在显示器的矩阵排列上周期性地持续，则子像素结构通常被察觉和感知为是干扰性的。为了解决这个问题，US2017/0062674A1提出：借助导光体封住竖直发射的微型LED，所述光导体在观察方向上充当漫射器和射束扩展透镜。在此，光导体在光学隔离器之间延伸，所述光学隔离器将相邻像素的照明彼此分开。此外，US2016/0178907A1描述一种半导体显示器，对于所述半导体显示器将由小面积的光源朝观察者方向放射的光经由进行扩展的漫射器输送给填充像素的透镜，所述透镜在进一步的射束走向中产生基本上平行的射束引导。可以从EP3240037A1中得出用于借助于由微透镜和相关联的遮光板构成的装置在观察方向上在半导体光源前方减小门阴影效应的另一建议。EP3396434A1还提出：在仅部分填充像素面的光源上方设置衍射光栅以扩大照明面。WO2017/139245A1描述用于改进像素照明度的另外的折射光学装置。WO2018/026851A1和WO2013/059489A1列举替选方案，其中WO2018/026851A1公开相位光学部件的使用。WO2013/059489A提出：在观察方向上以匹配于光产生的张角的间距将板形的半透明的漫射器元件设在小面积的光源前方，使得像素被照明，但是还光学上显得与相邻像素分开。这导致主放射方向上的大型的显示器并且导致强度损失。此外，上述用于减少门影效应的措施需要与进行定位的光学附加部件分开，所述附加部件使包括微型LED的光电发光装置的制造变难。本专利技术的一个目的是：对于具有占据像素部分面的至少一个微型LED的光电发光装置，通过每像素尽可能少的需单独操作的部件减小门影效应。在此，总的装置应当在观察方向上具有小的结构深度。附加地，提出一种用于制造光电发光装置的方法。该目的通过权利要求1的特征或通过权利要求14的特征实现，只要其被视为独立权利要求。关于制造方法的目的通过权利要求15的特征来实现。根据本专利技术的光电发光装置包括具有透明或半透明的载体衬底的至少一个像素，在所述载体衬底上可选地设置有像素微控制单元和具有至少一个微型LED的半导体发光装置，所述微型LED在像素的部分面之上延伸，其中，半导体发光装置的主放射方向对准到在观察方向上设置在透明或半透明的载体衬底后方的背向散射的面元件，并且其中，半导体发光装置包括射束成形元件。在根据本专利技术的光电发光装置中，能够通过如下方式利用从小型微型LED发出的电磁辐射实现像素的均匀和大面积照明：即观察者代替光源而观察被照明的背向散射的面元件。在此，观察者穿过透明或半透明的载体衬底观察，进而一定程度穿过一个或更多个像素的平面观察。在根据本专利技术的光电发光装置中，像素包括透明的载体衬底，所述载体衬底也能够部分透明，即半透明地构成，并且能够由例如玻璃、蓝宝石或透明聚合物制成。优选地，在透光的载体衬底上设置有像素微控制单元和具有至少一个微型LED的在像素的部分面之上延伸的半导体发光装置，使得半导体发光装置的主放射方向指向在观察方向上设置在透明载体衬底后方的背向散射的面元件。当前情况下，观察方向被理解为始于观察者眼睛到被照明的像素面的观察方向。观察者在此处于像素面之前，所述像素面因此处于观察者与面元件之间。优选地，没有直接的光发射从具有至少一个微型LED的半导体发光装置到达至观察者眼睛，使得只有从被照亮的、背向散射的面元件发出并穿过透明或半透明的载体衬底的电磁辐射是可见的。因此，半导体发光装置产生阴影，但是所述阴影由于所使用的微型LED的面积延伸有限而假定为比被照明的像素面小并且对于观察者无法察觉。在本专利技术的一个设计方案中，设置在透明或半透明载体衬底上的用于控制微型LED的另外的部件由至少部分透明的材料形成。这尤其涉及可选的像素微控制单元与微型LED之间的控制线路，所述控制线路有利地由导电材料的层复合件构成，所述材料同时具有高的光学透射度。为此目的，例如能够使用具有碳纳米管和透明的导电聚合物的结构化的层。替选地，例如，为此目的能够选择透明导电氧化物(TCO)，例如氧化铟锡、氧化铟锌或In2O3。在另一实施变型形式中，印制导线包括例如不透明的金属层。仅几微米宽的结构仅会略微降低透明或半透明的载体衬底的透光性并且对于观察者不可见。为了进一步减少阴影投射，能够将微型LED的像素微控制单元设置在相邻像素之间的光学隔离器上方的像素边缘区域中。为了减小观察方向上的结构深度，半导体发光装置和背向散射的面元件之间在主放射方向上的距离能够优选地最高为像素对角线的三分之一、尤其是优选地最大为四分之一。因此，能够在透明或半透明的载体衬底与背向散射的面元件之间使用具有相应窄基面的平坦放置的间隔保持件，所述间隔保持件简化光电发光装置的制造并且所述间隔保持件附加地用作相邻像素之间的光学隔离器。在制造技术方面的优点能够在于：显微小的间隔保持件在单独的微本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电发光装置，其包括像素(2)，所述像素具有/n透明或半透明的载体衬底(3)，在所述载体衬底上设置有半导体发光装置(4)，所述半导体发光装置具有在所述像素(2)的部分面之上延伸的至少一个微型LED(5.1、5.2、5.3)，/n其中，所述半导体发光装置(4)的主放射方向(6)指向在观察方向(7)上设置在所述透明或半透明的载体衬底(3)后方的背向散射的面元件(14)；和/n所述半导体发光装置(4)包括射束成形元件(8)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181217 DE 102018132542.81.一种光电发光装置，其包括像素(2)，所述像素具有
透明或半透明的载体衬底(3)，在所述载体衬底上设置有半导体发光装置(4)，所述半导体发光装置具有在所述像素(2)的部分面之上延伸的至少一个微型LED(5.1、5.2、5.3)，
其中，所述半导体发光装置(4)的主放射方向(6)指向在观察方向(7)上设置在所述透明或半透明的载体衬底(3)后方的背向散射的面元件(14)；和
所述半导体发光装置(4)包括射束成形元件(8)。


2.根据权利要求1所述的光电发光装置，其中，所述微型LED(5.1、5.2、5.3)以竖直发射的方式构成和/或所述射束成形元件(8)包括使所述半导体发光装置(4)的发散度放大的微光学器件(9.1、9.2)。


3.根据权利要求2所述的光电发光装置，其中，所述微光学器件(9.1、9.2)包括棱镜型材(10)和/或自由形状锥体(11)和/或小透镜阵列。


4.根据权利要求1所述的光电发光装置，其中，所述微型LED(5.1、5.2、5.3)侧向发射地构成和/或所述射束成形元件(8)包括组合的折射反射型的微光学器件(27.1、27.2)。


5.根据前述权利要求之一所述的光电发光装置，其中，所述射束成形元件(8)在表面上具有散射颗粒(16.n)。


6.根据前述权利要求之一所述的光电发光装置，其中，所述半导体发光装置(4)包括漫射器(13)和/或波长转换器。


7.根据前述权利要求中至少一项所述的光电发光装置，其中，所述半导体发光装置(4)包括具有不同发射光谱和/或光谱不同的相关联的波长转换器的多个微型LED(5.1、5.2、5.3)。


8.根据权利要求7的光电发光装置，其中，为所述半导体发光装置(4)中的所述微型LED(5.1、5.2、5.3)分配公共的射束成形元件(8)。


9.根据权利要求7所述的光电发光装置，其中，为所述半导体发光装置(4)中的至少一个并且优选每个微型LED(5.1、5.2、5.3)分配单独的射束成形元件。


10.根据前述权利要求中至少一项所述的光电发光装置，其中，所述背向散射的面元件(14)具有平坦表面，和/或其中，尤其是为了使光谱的发射均匀化...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·施瓦兹，安德里亚斯·多布纳，弗兰克·辛格，斯蒂芬·格勒奇，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE