具有定向发射的纳米线发光二极管和包括该纳米线发光二极管的显示器制造技术

一种全彩色显示器包括多个像素并且具有白色点、发射方向和围绕发射方向的发射立体角，该发射立体角由半锥角θ表征。每个像素包括：包括具有第一几何形状的红色LED的子像素，该红色LED将红光发射到发射角范围中，使得在发射立体角内发射的功率的分数至少为1.2*(1

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有定向发射的纳米线发光二极管和包括该纳米线发光二极管的显示器


[0001]本公开涉及发光二极管(LED)，并且更具体地涉及具有定向发射的纳米线(NW)LED。

技术介绍

[0002]纳米线(NW)是细长的纳米结构，其具有大约几纳米至数百纳米(例如，1,000nm或更小)的短尺寸和沿轴延伸的显著更长的长尺寸(例如，5或更大的纵横比)。纳米线发光二极管(NW LED)通常包括许多线状LED，通常具有约10
‑
1,000nm的直径和约100
‑
10,000nm的长度。

技术实现思路

[0003]LED的远场图案(FFP)是以各种角度发射的光强度，并且在本文中表示为I(θ)。在常规LED中，FFP近似为朗伯(即，I(θ)～cos(θ))，其中，光在宽角度范围中发射。然而，一些应用(包括显示器)可以受益于定向发射，其中，FFP将更多的光定向在特定角度中(例如，在法线方向附近的窄角度范围中)。可能期望在LED级别上影响FFP(而不使用额外的光学器件)。此外，如果实现方向性，则可能以在角度上的颜色均匀性为代价(因为红色像素、绿色像素和蓝色像素可能具有不同的方向性)，并且避免这种情况是期望的。
[0004]本申请公开了具有促进定向FFP的光学结构的LED，以及具有良好颜色均匀性的定向LED。
[0005]本专利技术的各个方面总结如下。
[0006]通常，在第一方面，本专利技术的特征在于一种全彩色显示器，包括多个像素，该显示器具有白色点、发射方向和围绕发射方向的发射立体角，发射立体角由半锥角θ表征。每个像素包括：包括具有第一几何形状的红色LED(例如，一个或多个红色LED)的红色子像素，红色LED被配置为将红光发射到发射角范围中，使得在发射立体角内发射的红色子像素的功率的分数至少为1.2*(1
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cos(θ)2)；包括具有第二几何形状的绿色LED(例如，一个或多个绿色LED)的绿色子像素，绿色LED被配置为将绿光发射到发射角范围中，使得在发射立体角内发射的绿色子像素的功率的分数至少为1.2＊(1
‑
cos(θ)2)；以及包括蓝色LED(例如，一个或多个蓝色LED)的蓝色子像素，蓝色LED被配置为将蓝光发射到发射角范围中，使得在发射立体角内发射的蓝色子像素的功率的分数为至少1.2＊(1
‑
cos(θ)2)。红色LED、绿色LED和蓝色LED被配置为使得在发射立体角内的任何方向上由显示器发射的白光与显示器的白色点具有小于0.01的色度差Du
′
v
′
。
[0007]全彩色显示器的实施例能够包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，蓝色LED、绿色LED和红色LED中的每一个分别包括位于距有源区域小于1μm的光学距离处的发光区域和反射区域，使得每个LED内的光学干涉导致光在远场中在优先方向上被发射，其中，红色LED、绿色LED和蓝色LED的发光区域与反射区域之间的相应光学距离被
配置为使得从红色LED、绿色LED和蓝色LED发射的光的相应优先方向在彼此的+/
‑
10
°
内(例如，在彼此的+/
‑5°
内、在彼此的+/
‑3°
内)。
[0008]每个蓝色LED能够包括发射在蓝色波长处的光的蓝色发光区域，以及与蓝色发光区域相隔第一光学距离的蓝色反射区域。绿色LED能够包括发射在绿色波长处的光的绿色发光区域，以及与绿色发光区域相隔第二光学距离的绿色反射区域。红色LED能够包括发射在红色波长处的光的红色发光区域，以及与红色发光区域相隔第三光学距离的红色反射区域。第一光学距离与蓝色波长之间的比率、第二光学距离与绿色波长之间的比率以及第三光学距离与红色波长之间的比率全部都在彼此的10％内(在5％内、在3％内)。
[0009]每个LED能够具有50μm或更小的特征横向尺寸。在一些实施例中，红色LED、绿色LED和蓝色LED中的至少一个是多面LED，多面LED包括顶面和若干侧壁面，其中，在多面LED的操作期间，从每个面发射光，并且侧壁面的累积表面积是顶面的表面积的至少20％。由多面LED发射的光的至少20％能够通过侧壁面被发射。从顶面发射的光能够优先地以相对于顶面的第一角度被发射，从侧壁中的一个侧壁发射的光优先地以相对于顶面的第二角度被发射，并且第一角度和第二角度在彼此的+/
‑
10
°
内。
[0010]在一些实施例中，θ在从5
°
至45
°
的范围中。
[0011]红色LED、绿色LED和蓝色LED能够各自由相应形状表征，使得在发射立体角内的任何方向上由显示器发射的白光与显示器的白色点具有小于0.01的色度差Du
′
v
′
。
[0012]红色LED、绿色LED和蓝色LED分别由物理尺寸和发射波长表征，并且每个LED的物理尺寸与发射波长之间的比率在彼此的+/
‑
10％内。每个LED的比率能够近似相等。物理尺寸能够选自以下项的组：LED的半径、高度、特征垂直尺寸、特征水平尺寸以及发光区域与反射器之间的光学距离。
[0013]在某些实施例中，白色点具有基本上等于D65的色度。
[0014]每个LED能够包括金属基反射镜，并且能够基本上根据等式来配置，其中，是表征金属基反射镜与LED的相邻层之间的界面的相移，d是界面与LED的发光区域之间的光学厚度，θ是在从0
°
至30
°
的范围中的角度，而m是在从1至3的范围中的整数。界面与发光区域之间的光学厚度d在满足等式的10nm内。
[0015]通常，在另一方面，本专利技术的特征在于一种沿轴延伸的发光元件，包括：n侧部分，n侧部分具有一个或多个n掺杂材料层；p侧部分，p侧部分具有一个或多个p掺杂材料层；一个或多个发光层，一个或多个发光层被布置在n侧部分与p侧部分之间，一个或多个发光层被配置为在发光元件的操作期间发射在波长λ处的光；以及与p侧部分接触的导电层，导电层在λ处具有80％或更大的反射率。发光元件具有物理尺寸，使得发光元件支持用于在λ处的光沿着轴传播的至少两种引导模式，以及p侧部分具有沿轴的光学厚度，该光学厚度被选择为与在第二模式下的在λ处的光的发射相比，优先增强在第一模式下的在λ处的光的发射。
[0016]发光元件的实施例能够包括以下特征和/或其他方面的特征中的一个或多个。例如，发光元件能够基本上根据等式来配置，其中，是表征导电层与p侧部分之间的界面的相移，d是p侧部分的光学厚度，θ是在从0
°
至30
°
的范围中的角度，而m是在从1至3的范围中的整数。
[0017]导电层能够包括银，并且发光器件能够进一步被配置为使得d/λ在0.55
‑
0.70的范
围中，其中，d是p侧部分的光学厚度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种全彩色显示器，包括多个像素，所述显示器具有白色点、发射方向和围绕所述发射方向的发射立体角，所述发射立体角由半锥角θ表征，每个像素包括：包括具有第一几何形状的红色LED的红色子像素，所述红色LED被配置为将红光发射到发射角范围中，使得在所述发射立体角内发射的所述红色子像素的功率的分数至少为1.2＊(1
‑
cos(θ)2)；包括具有第二几何形状的绿色LED的绿色子像素，所述绿色LED被配置为将绿光发射到发射角范围中，使得在所述发射立体角内发射的所述绿色子像素的功率的分数至少为1.2＊(1
‑
cos(θ)2)；以及包括蓝色LED的蓝色子像素，所述蓝色LED被配置为将蓝光发射到发射角范围中，使得在所述发射立体角内发射的所述蓝色子像素的功率的分数为至少1.2＊(1
‑
cos(θ)2)，其中，所述红色LED、所述绿色LED和所述蓝色LED被配置为使得在所述发射立体角内的任何方向上由所述显示器发射的白光与所述显示器的所述白色点具有小于0.01的色度差Du
′
v
′
。2.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述蓝色LED、所述绿色LED和所述红色LED中的每一个分别包括位于距有源区域小于1μm的光学距离处的发光区域和反射区域，使得每个LED内的光学干涉导致光在远场中在优先方向上被发射，其中，所述红色LED、所述绿色LED和所述蓝色LED的所述发光区域与所述反射区域之间的相应光学距离被配置为使得从所述红色LED、所述绿色LED和所述蓝色LED发射的光的相应优先方向在彼此的+/
‑
10
°
内。3.根据权利要求2所述的显示器，其中，从所述红色LED、所述绿色LED和所述蓝色LED发射的光的相应优先方向在彼此的+/
‑5°
内。4.根据权利要求2所述的显示器，其中，从所述红色LED、所述绿色LED和所述蓝色LED发射的光的相应优先方向在彼此的+/
‑3°
内。5.根据权利要求1所述的显示器，其中：所述蓝色LED包括发射在蓝色波长处的光的蓝色发光区域，以及与所述蓝色发光区域相隔第一光学距离的蓝色反射区域；所述绿色LED包括发射在绿色波长处的光的绿色发光区域，以及与所述绿色发光区域相隔第二光学距离的绿色反射区域；以及所述红色LED包括发射在红色波长处的光的红色发光区域，以及与所述红色发光区域相隔第三光学距离的红色反射区域，其中，所述第一光学距离与所述蓝色波长之间的比率、所述第二光学距离与所述绿色波长之间的比率以及所述第三光学距离与所述红色波长之间的比率全部都在彼此的10％(5％、3％)内。6.根据权利要求1所述的显示器，其中，每个LED具有50μm或更小的特征横向尺寸。7.根据权利要求6所述的显示器，其中，所述红色LED、所述绿色LED和所述蓝色LED中的至少一个是多面LED，所述多面LED包括顶面和若干侧壁面，其中，在所述多面LED的操作期间，从每个面发射光，并且所述侧壁面的累积表面积是所述顶面的表面积的至少20％。8.根据权利要求7所述的显示器，其中，由所述多面LED发射的光的至少20％通过所述侧壁面被发射。9.根据权利要求6所述的显示器，其中，从所述顶面发射的光优先地以相对于所述顶面
的第一角度被发射，从所述侧壁中的一个侧壁发射的光优先地以相对于所述顶面的第二角度被发射，并且所述第一角度和所述第二角度在彼此的+/
‑
10
°
内。10.根据权利要求1所述的显示器，其中，θ在从5
°
至45
°
的范围中。11.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述红色LED、所述绿色LED和所述蓝色LED各自由相应形状表征，使得在所述发射立体角内的任何方向上由所述显示器发射的白光与所述显示器的所述白色点具有小于0.01的所述色度差Du
′
v
′
。12.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述红色LED、所述绿色LED和所述蓝色LED分别由物理尺寸和发射波长表征，并且每个LED的所述物理尺寸与所述发射波长之间的比率在彼此的+/
‑
10％内。13.根据权利要求12所述的显示器，其中，每个LED的所述比率近似相等。14.根据权利要求13所述的显示器，其中，所述物理尺寸选自由以下项组成的组：所述LED的半径、高度、特征垂直尺寸、特征水平尺寸以及发光区域与反射器之间的光学距离。15.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述白色点具有基本上等于D65的色度。16.根据权利要求1所述的显示器，其中，每个LED包括金属基反射镜，并且基本上根据等式来配置，其中，是表征所述金属基反射镜与所述LED的相邻层之间的界面的相移，d是所述界面与所述LED的发光区域之间的光学厚度，θ是在从0
°
至30
°
的范围中的角度，并且m是在从1至3的范围中的整数。17.根据权利要求16所述的显示器，其中，所述界面与所述发光区域之间的所述光学厚度d在满足所述等式的10nm内。18.一种沿轴延伸的发光元件，包括：n侧部分，所述n侧部分包括一个或多个n掺杂材料层；p侧部分，所述p侧部分包括一个或多个p掺杂材料层；一个或多个发光层，所述一个或多个发光层被布置在所述n侧部分与所述p侧部分之间，所述一个或多个发光层被配置为在所述发光元件的操作期间发射在波长λ处的光；以及与所述p侧部分接触的导电层，所述导电层在λ处具有80％或更大的反射率；其中，所述发光元件具有物理尺寸，使得所述发光元件支持用于在λ处的光沿所述轴传播的至少两种引导模式，以及所述p侧部分具有沿所述轴的光学厚度，所述光学厚度被选择为与在第二模式下的在λ处的所述光的发射相比，优先增强在第一模式下的在λ处的所述光的发射。19.根据权利要求18所述的发光器件，基本上根据等式来配置，其中，是表征所述导电层与所述p侧部分之间的界面的相移，d是所述p侧部分的光学厚度，θ是在从0
°
至30
°
的范围中的角度，并且m是在从1至3的范围中的整数。20.根据权利要求18所述的发光器件，其中，所述导电层包括银，并且所述发光器件进一步被配置为使得d/λ在0.55
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0.70的范围中，其中，d是所述p侧部分的光学厚度。21.根据权利要求18所述的发光元件，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥雷利安，
申请(专利权)人：谷歌有限责任公司，
类型：发明
国别省市：