横向异质波长转换层制造技术

一种横向异质波长转换光学元件包括被边界区域围绕的像素区域；每个区域包括由涂层或固体介质粘合的下转换磷光体颗粒。像素区域与阵列中的LED对准。磷光体区域在组分、颗粒尺寸、涂层厚度、折射率或空隙(尺寸、数量密度或体积分数)中的一个或多个方面不同。该(一个或多个)差异可以导致边界区域表现出较大的光学散射，这可以改善由阵列的相邻像素发射的下转换光的对比度。换光的对比度。换光的对比度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】横向异质波长转换层
[0001]优先权要求
[0002]本申请要求(i)以Bohmer等人的名义于2020年12月1日提交的题为“Laterally heterogeneous conversion layers”的美国临时申请第63/119976号和(ii)以Bohmer等人的名义于2021年11月30日提交的题为“Laterally heterogenous wavelength
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converting layer”的美国非临时申请第17/537919号的优先权；所述申请中的每一个通过引用以其全部内容并入本文。


[0003]本专利技术总体上涉及发光二极管和磷光体转换发光二极管。

技术介绍

[0004]半导体发光二极管和激光二极管(在本文中统称为“LED”)是当前可用的最有效的光源之一。LED的发射光谱通常在由该器件的结构和由其构成的半导体材料的组分所确定的波长处表现出单一的窄峰。通过合适地选择器件结构和材料体系，LED可以被设计为在紫外、可见、或红外波长处来操作。
[0005]LED可以与吸收由LED发射的光并作为响应发射更长波长的光的一种或多种波长转换材料(在本文中一般称为“磷光体”)组合。对于这种磷光体转换LED(“pcLED”)，由LED发射的被磷光体吸收的光的份额取决于由LED发射的光的光路上的磷光体材料的量，例如取决于设置在LED上或LED周围的磷光体层中磷光体材料的浓度以及该层的厚度。
[0006]可以将磷光体转换LED设计为使得LED发射的所有光都被一种或多种磷光体吸收，在该情况下，来自pcLED的发射完全来自磷光体。在这种情况下，例如，可以选择磷光体以在狭窄的光谱区域内发射光，该光不由LED直接有效地生成。
[0007]替代地，可以将pcLED设计为使得由LED发射的光的仅一部分被磷光体吸收，在该情况下，来自pcLED的发射是由LED发射的光和由磷光体发射的光的混合。通过合适地选择LED、磷光体、和磷光体组分，可以将这样的pcLED设计成发射例如具有期望的色温和期望的显色特性的白光。
[0008]可以在单个衬底上一起形成多个LED或pcLED，以形成阵列。这种阵列可以用于形成有源照明显示器，诸如在例如智能手机和智能手表、计算机或视频显示器、增强或虚拟现实显示器、或者标牌中采用的那些；或者用于形成自适应照明源，诸如在例如机动车前灯、街灯、相机闪光源、或闪光灯(即手电筒)中采用的那些。每毫米具有一个或几个或许多单独器件的阵列(例如，大约一毫米、几百微米、或小于100微米的器件间距或间隔，以及相邻器件之间小于100微米或者仅几十微米或更小的分隔)通常被称为miniLED阵列或microLED阵列(替代地，μLED阵列)。这种miniLED阵列或microLED阵列在许多实例中还可以包括如上所述的磷光体转换器；这种阵列可以被称为pc
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miniLED阵列或pc
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microLED阵列。

技术实现思路

[0009]一种波长转换光学元件，包括固体材料层，该固体材料层具有相对的第一表面和第二表面并且包括多个离散的像素区域和介于中间的(intervening)边界区域。边界区域至少部分地围绕每一个像素区域，并且至少部分地将每个像素区域与相邻像素区域分隔。
[0010]对于每个像素区域，光学元件包括对应的多个像素磷光体颗粒和透明像素粘合剂。像素粘合剂可以包括：或者(i)透明像素涂层，其至少部分地涂覆每个像素磷光体颗粒，并在每个像素区域内将它们粘合在一起，同时在粘合的像素磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体像素介质，其基本上填充像素磷光体颗粒嵌入其中的每个像素区域。在边界区域中，光学元件包括多个边界磷光体颗粒和透明边界粘合剂。边界粘合剂可以包括：或者(i)透明边界涂层，其至少部分地涂覆每个边界磷光体颗粒并将它们粘合在一起，同时在粘合的边界磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体边界介质，其基本上填充边界磷光体颗粒嵌入其中的边界区域。
[0011]像素区域在以下中的一个或多个方面不同于边界区域：(i)表征像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒的不同尺寸、组分或折射率，(ii)表征像素涂层和边界涂层的不同厚度、组分或折射率，(iii)表征像素磷光体颗粒之间的空隙和边界磷光体颗粒之间的空隙的不同尺寸或数量密度，或(iv)表征固体像素介质和固体边界介质的不同组分或折射率。这样，边界区域可以表现出的由像素磷光体颗粒或边界磷光体颗粒发射的光的光学散射大于由像素区域表现出的光学散射。
[0012]发光器件可以将波长转换光学元件与发射第一波长的光的半导体发光像素阵列相组合。发光像素的间隔可以匹配波长转换光学元件的像素区域的间隔。由发光像素发射的光进入波长转换光学元件的第一表面，并且至少部分被像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒吸收，从而导致从那些磷光体颗粒发射比第一波长更长的一个或多个下转换波长的下转换光。波长转换光学元件可以被定位成使得像素区域基本上与阵列的发光像素对准。由边界区域表现出的增加的光学散射可以提高由相邻像素发射的下转换光之间的对比度。
[0013]在参考附图中所图示及以下书面描述或所附权利要求中公开的示例时，与LED、pcLED、miniLED阵列、pc
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miniLED阵列、microLED阵列、和pc
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microLED阵列相关的目的和优点可以变得清楚。
[0014]提供本
技术实现思路
是为了以简化形式介绍构思的选择，这些构思将在下文的具体实施方式中进一步描述。本
技术实现思路
既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
[0015]图1示出了示例pcLED的示意性截面视图。
[0016]图2A和图2B分别示出了pcLED示例阵列的示意性的截面视图和俯视图。
[0017]图3A示出了相对于波导和投影透镜布置的pcLED示例阵列的示意性截面视图。图3B示出了与图3A的布置类似的布置，但是没有波导。
[0018]图4A示出了示例miniLED或microLED阵列的示意性俯视图以及该阵列的3
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3LED的放大部分。图4B示出了单片形成在衬底上的示例pc
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miniLED或pc
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microLED阵列的几个LED的透视图。图4C是单片管芯和衬底上的多色磷光体转换LED的密排(closepacked)阵列
的示例的侧截面示意图。
[0019]图5A为示例LED显示器的一部分的示意性俯视图，其中每个显示像素为红色、绿色或蓝色磷光体转换LED像素。图5B是示例LED显示器的一部分的示意性俯视图，其中每个显示像素包括集成到单个管芯上的多个磷光体转换LED像素(红色、绿色和蓝色)，该单个管芯结合到控制电路背板。
[0020]图6A示出了可以安装pcLED阵列的示例电子板的示意性俯视图，并且图6B类似地示出了安装在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种波长转换光学元件，包括：固体材料层，其具有相对的第一表面和第二表面，并且包括多个离散的像素区域和介于中间的边界区域，所述介于中间的边界区域至少部分地围绕每一个像素区域并且至少部分地将每个像素区域与相邻像素区域分隔；对于每个像素区域，对应的多个像素磷光体颗粒和透明像素粘合剂，所述像素粘合剂包括：或者(i)透明像素涂层，其至少部分地涂覆每个像素磷光体颗粒并将对应像素区域的像素磷光体颗粒粘合在一起，同时在粘合的像素磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体像素介质，其基本上填充像素磷光体颗粒嵌入其中的对应像素区域；和在边界区域中，多个边界磷光体颗粒和透明边界粘合剂，所述边界粘合剂包括：或者(i)透明边界涂层，其至少部分地涂覆每个边界磷光体颗粒并将边界磷光体颗粒粘合在一起，同时在粘合的边界磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体边界介质，其基本上填充边界磷光体颗粒嵌入其中的边界区域，所述像素区域在以下中的一个或多个方面不同于所述边界区域：(i)表征像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒的不同尺寸、组分或折射率，(ii)表征像素涂层和边界涂层的不同厚度、组分或折射率，(iii)表征像素磷光体颗粒之间的空隙和边界磷光体颗粒之间的空隙的不同尺寸、数量密度或体积分数，或(iv)表征固体像素介质和固体边界介质的不同组分或折射率。2.根据权利要求1所述的光学元件，所述边界区域表现出的由像素磷光体颗粒或边界磷光体颗粒发射的光的光学散射大于由所述像素区域表现出的光学散射。3.根据权利要求1所述的光学元件，所述边界磷光体颗粒的特征尺寸小于所述像素磷光体颗粒的特征尺寸的50％。4.根据权利要求1所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒具有小于10μm的非零特征尺寸，或者所述边界磷光体颗粒具有小于5μm的非零特征尺寸。5.根据权利要求1所述的光学元件：(i)所述边界涂层的特征厚度小于所述像素涂层的特征厚度的50％，(ii)所述像素磷光体颗粒之间的空隙的数量密度小于所述边界磷光体颗粒之间的空隙的数量密度的50％，(iii)所述像素磷光体颗粒之间的空隙的体积分数小于所述边界磷光体颗粒之间的空隙的体积分数的50％，或(iv)所述像素磷光体颗粒之间空隙的特征尺寸小于所述边界磷光体颗粒之间空隙的特征尺寸的50％。6.根据权利要求1所述的光学元件，所述像素涂层或所述边界涂层包括与使用原子层沉积(ALD)工艺或使用保形化学气相沉积(CVD)工艺的形成兼容的一种或多种材料。7.根据权利要求1所述的光学元件：(i)所述像素涂层的厚度大于0.20μm，或者(ii)所述边界涂层的非零厚度小于0.10μm。8.根据权利要求1所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒嵌入在所述像素介质中，并且所述边界磷光体颗粒嵌入在所述边界介质中，所述边界磷光体颗粒的特征尺寸小于所述像素磷光体颗粒的特征尺寸的50％。9.根据权利要求8所述的光学元件，还包括嵌入在所述边界介质中的散射颗粒。10.根据权利要求8所述的光学元件，所述像素介质包括一种或多种聚合物，或者所述边界介质包括一种或多种聚合物。11.根据权利要求1所述的光学元件：(i)所述光学元件的像素区域的间隔小于0.10mm，
或者(ii)分隔所述光学元件的相邻像素区域的边界区域的宽度小于0.010mm。12.一种结合了根...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：亮锐有限责任公司，
类型：发明
国别省市：