像素化LED制造技术

本发明专利技术描述了一种像素化发光二极管(LED)以及将LED像素化的方法。所述像素化LED包括两个或更多个单片集成的电致发光元件，其彼此相邻地设置在基底上，其中每一电致发光元件紧邻所述基底的至少一部分包括倒置截棱锥形状。将LED像素化的所述方法包括从LED的主表面选择性地移除材料至低于发射区的深度，从而形成倒置截棱锥形状的阵列。可通过采用截棱锥形来提高像素化LED的效率。另外，可通过采用截棱锥形状来减少相邻LED像素之间的串扰。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】像素化LED
技术介绍
照明系统用于包括投影显示系统、液晶显示器的背光源等等在内的多种不同的应用中。投影系统通常使用一个或多个白光源，例如高压汞灯。白光束通常被分为三原色，红色、绿色和蓝色，然后被引导向各自的成像空间光调制器，以生成各原色的图像。所得原色图像光束被组合并投影到投影屏幕上以便于观看。最近，发光二极管(LED)已被考虑作为白光源的替代物。LED具有提供能够与传统光源竞争的亮度和可操作寿命的潜能。然而，现在的LED，特别是发射绿光的LED，是相对低效的。传统光源一般体积庞大，发射一种颜色或原色的效率低，难以集成，并且往往会导致采用它们的光学系统的尺寸和功耗增加。
技术实现思路
在一个方面，本公开提供一种像素化发光二极管(LED)，其包括彼此相邻地设置在基底上的两个或更多个单片集成的电致发光元件，其中每一电致发光元件紧邻所述基底的至少一部分包括倒置截棱锥形状。另外，每一电致发光元件包括P掺杂半导体，其与所述基底相邻设置；η掺杂半导体，其与所述P掺杂半导体相邻设置，并位于与所述基底相反的一侧；发射区，位于所述η掺杂半导体和所述P掺杂半导体之间。在另一方面，本公开提供一种像素化LED，其包括彼此相邻地设置在基底上的两个或更多个单片集成的电致发光元件，每一电致发光元件包括p-n结，所述p-n结具有第一主发光表面和较小的与所述基底相邻的反向第二主表面。在另一方面，本公开提供一种像素化LED，其包括彼此相邻地设置在基底上的两个或更多个单片集成的电致发光元件，每一电致发光元件包括P-n结，所述p-n结具有第一主发光表面和与所述基底相邻的方向第二主表面，其中处于紧邻的第二主表面之间的所述基底包括吸收可见光的表面。在另一方面，本公开提供一种将LED像素化的方法，包括在第一基底上提供板状 P-n结，所述板状p-n结包括在所述第一基底相反侧的主表面以及平行于所述主表面的发射区。所述方法还包括从所述主表面选择性地移除材料至低于所述发射区的深度，使得多个基部留在所述主表面上，从而形成倒置截棱锥形状的阵列。所述方法还包括在每一所述基部上沉积第一电极；将每一所述第一电极结合于第二基底；移除所述第一基底，从而露出所述板状P-n结的发光表面；在所述发光表面上沉积第二电极。在另一方面，本公开提供一种将LED像素化的方法，包括在第一基底上提供板状 P-n结，所述板状p-n结包括在所述第一基底相反侧的主表面以及平行于所述主表面的发射区。所述方法还包括在所述主表面上选择性地沉积多个第一电极；将每一所述第一电极结合于第二基底；移除所述第一基底，从而露出所述板状P-n结的发光表面。所述方法还包括从所述发光表面选择性地移除材料至所述主表面的深度，使得多个像素留在所述发光表面处，从而形成倒置截棱锥形状的阵列；在所述发光表面上沉积第二电极。上述
技术实现思路
并非意图描述本公开的每个公开实施例或每种实施方案。以下附图和具体实施方式更具体地说明示例性实施例。附图说明整个说明书中都参考了附图，其中类似的附图标记表示类似的元件，并且其中图1是发光系统的示意性俯视图；图2是现有技术的发光系统的示意性侧视图；图3是像素化LED的示意性侧视图；图4是像素化LED的示意性侧视图；图5是像素化LED的示意性侧视图；图6是像素化LED的示意性侧视图；图7是像素化LED的示意；图8A-8G示出了制造像素化LED的工序简图；图9A-9I示出了制造像素化LED的工序简图；图10A-10B示出效率和串扰与侧壁角度的关系；图11示出装置效率与驱动电流密度的关系；图12示出功率效率与侧壁角度的关系；图13示出计算的FOM与侧壁角度的关系；图14A-14B示出效率和串扰与侧壁角度的关系；图15A-15C示出效率、串扰和FOM与侧壁角度的关系；图16A-16G示出了制造像素化LED的工序简图。附图未必按比例绘制。在附图中使用的相同的标号表示相同的部件。然而，应当理解，在给定附图中使用标号指示部件并非意图限制另一个附图中用相同标号标记的部件。具体实施例方式本专利申请描述了一种可用于例如微显示器(microemissive display)的像素化发光装置。该像素化发光装置的光产生、提取和转换的效率优于现有技术的装置，同时还降低了像素之间的“光学串扰”。光学串扰通常是指一个像素中产生的光渗透到阵列中的其他像素中。光学串扰的增加会降低显示器的对比度和分辨率。在一个实施例中，像素化发光装置包括电致发光像素阵列，例如发光二极管(LED) 阵列。在一个特定实施例中，像素化发光装置的每一像素中的LED的至少一部分成形为与基底接触的倒置截棱锥。LED的主要发光面为棱锥的背向基底的较宽末端。倒置截棱锥的侧壁与基底形成角度θ，θ可被选择成使光提取效率最大化，同时使像素之间的光学串扰最小化。在一些情况下，基底可在像素之间具有吸收区域，以便进一步降低光学串扰。还描述了从单一 LED器件制造该像素化发光装置的方法。由于典型的半导体LED材料的高折射率，相对于LED像素的表面法向成小角度发射的光线会被截留在像素内，从而很可能被吸收。被截留的光线会导致LED的功率效率低。 可通过使一个或多个发射面的表面纹理化或粗糙化来增加从LED的光提取。这样的“提取” 特征通常尺寸为1-5微米，类似于用于微显示器的单个像素的尺寸。在本公开的一个方面，改善从各个像素的光提取，而不使用此类微米级纹理化或粗糙化。对LED像素的形状进行调整可提高LED像素以及LED阵列的功率效率。使LED晶粒成形为在一个或多个侧面上具有对角面可显著提高光提取效率，尤其是小晶粒中。然而， 仅具有高效率对于可寻址LED阵列而言常常是不够的。来自一个LED像素的光学功率会耦合到其邻近像素中，并照亮不期望的区域(即，增加串扰)。我们意外地发现倒置截棱锥形状也可降低光学串扰。描述了一种确定侧壁角度和形状来同时实现光学串扰最小化和装置效率最大化的技术。本专利申请还教导包括发光区域阵列的光源。本专利技术所公开的光源可有效地输出任何波长的光，例如光谱可见区的光。光源可被设计为输出例如一种或多种原色或白色光。 由于(例如)发光区域阵列可紧凑地集成到基底上，光源可紧凑且重量轻。本专利技术所公开的光源的发射效率和紧凑度可导致新改进的光学系统，例如重量、尺寸和功耗降低的便携式投影系统。本专利技术所公开的光源可具有更大和更小的发光区域，其中各区域的输出光可以被主动地且独立地控制。所述光源可以用于(例如)投影系统中，以照射一个或多个像素化成像装置。光源的各发光区域可照射成像装置中不同的部分或区域。这种能力为有效的自适应照明系统创造了条件，在该照明系统中，可以主动调节光源发光区域的输出光强度以提供成像装置中对应区域所需的最小照明。本专利技术所公开的光源可形成单色(例如，绿色或墨绿色)或彩色图像。这类公开的光源将光源和成像装置的主要功能结合，导致装有所公开光源的光学系统的尺寸减小、 功耗降低、成本降低并且其中使用的元件或组件的数量减少。例如，在显示系统中，本专利技术所公开的光源既可用作光源又可用作成像装置，从而消除或减少对背光源或空间光调制器的需要。又如，在投影系统中装配本专利技术所公开的光源会消除或减少对成像装置和光中继元件的需要。本专利技术公开了发光元件的阵列例如显示系统中像素的阵列，其中至少一些发光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：凯瑟琳·A·莱瑟达勒，杨朝晖，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：