提高色纯度的发光二极管的制作方法

1.本公开涉及发光二极管(light emitting diode，led)和led阵列。特别是，本公开涉及包含iii族氮化物的led。


背景技术：

2.微型led阵列通常限定为尺寸为100
×
100μm2或更小的led阵列。微型led阵列是一种自发射微型显示器/投影仪，其适用于各种设备，例如智能手表、头戴式显示器、平视显示器、摄像机、取景器、多点激发源和微型投影仪。
3.一种已知形式的微型led阵列包括由iii族氮化物形成的多个led。iii族氮化物led是无机半导体led，在活性(active)发光区含有gan及其与inn和aln的合金。iii族氮化物led可以在显著更高电流密度下被驱动，并发射更高的光功率密度，相比传统大面积led，例如有机发光二极管(organic light emitting diode，oled)，其中发光层为有机化合物。因此，更高的亮度(明度)限定为在给定方向上光源每单位面积发射的光量，使微型led适合于需要或受益于高亮度的应用。例如，受益于高亮度的应用可以包括高亮度环境中的显示器，或投影仪。此外，与其他传统大面积led相比，已知iii族氮化物微型led具有相对较高的发光效率，以流明每瓦(lm/w)表示。与其他光源相比，iii族氮化物微型led阵列相对较高的发光效率降低了功耗，使得微型led特别适合于便携式设备。
4.在许多应用中，希望提供能够输出具有一定波长范围的光的微型led阵列(即彩色显示器/投影仪)。例如，在许多彩色显示器中，希望提供在公共基板上具有多个像素的微型led阵列，其中每个像素可以输出例如红光、绿光和蓝光的组合。
5.一般来说，提供包括多个像素，每个像素能够输出一系列不同颜色的led彩色显示器有两种主要方法。一种方法试图为阵列的每个像素提供多个led，每个led布置成发射不同波长的光。
6.另一种方法是为阵列的每个像素提供一种或多种颜色转换材料，例如荧光粉或量子点。这种颜色转换材料可以将较高能量的光(泵浦光)转换为较低能量的光(转换光)，以便提供子像素所需的颜色。
7.使用颜色转换材料的一个问题是，有效地将光从泵浦光波长转换为转换光波长，然后仅从设备中提取转换光是一个挑战。降低提取转换光效率的一个因素是颜色转换材料(例如量子点)也可能吸收转换光。
8.此外，当使用颜色转换材料时，希望led仅输出转换光，而不是泵浦光。如果泵浦光从led泄漏，则led的颜色纯度会降低。在许多应用中(例如显示器)，led的颜色纯度是led的一个重要参数。
9.减少泵浦光泄漏的一种选择是使用分布式布拉格反射器来反射泵浦光。在“通过光刻制作的光刻胶模具减少基于量子点的全彩微型发光二极管显示器中的光学串扰”，《光子学研究》，第5卷，第5期，2017年10月中，uv微型led阵列被用作量子点(quantum dot，qd)的有效激发源。为了减少子像素之间的光学串扰，使用简单的光刻方法和光刻胶制作模具，
模具包括用于添加量子点的开口和用于减少串扰的阻挡壁。在量子点上设置分布式布拉格反射器(distributed bragg reflector，dbr)，以反射通过量子点的紫外光，从而增加量子点的光发射。dbr还通过防止泵浦光通过led来提高led的颜色纯度。
10.为了进一步减少泵浦光泄漏，提供颜色转换材料的led部分可内衬配置为吸收泵浦光的材料。在“具有hbr和dbr结构的统一的红色/绿色/蓝色微型led”，guan syun chen等人，ieee光电子技术快报，第30卷，第3期，2018年2月1日中，将具有遮光能力的黑矩阵光刻胶旋转到微型led上。黑矩阵光刻胶可以阻挡从包括红色或绿色量子点的蓝色微型led侧面发出的蓝光。因此，相邻led之间的蓝光串扰通过黑矩阵光刻胶减少。然而，由于入射到每个子像素的内壁上的所有可见光被吸收，因此转换效率显著降低。
11.因此，需要进一步改善包含颜色转换材料的led的颜色纯度和效率。
12.本发明的目的是提供一种改进的led，其至少解决一个与现有技术led相关的问题，或者至少提供一种商业上有用的替代方案。


技术实现要素：

13.本发明人已经意识到，希望提高颜色效率和阻断每个像素之间的串扰，同时提高包含颜色转换材料的led的纯度。影响此类led颜色纯度和效率的因素包括从led的泵浦光泄漏、颜色转换材料转换泵浦光的效率以及led提取转换光的效率。
14.本发明人已经意识到，传统dbr，例如在“通过光刻制作的光刻胶模具减少基于量子点的全彩微型发光二极管显示器的光学串扰”中公开的dbr，在应用于具有颜色转换材料的led时具有许多明显的缺点。图1a示出了在不同入射角范围内的常规dbr的反射率的示意图。应当理解，尽管通带区(即阻带的任一侧)中dbr的反射率小于阻带中的反射率，但是反射率仍然显著。
15.如图1a所示，改变dbr的入射角使通带中反射的谐波峰值的峰值波长移动。如图1a所示，在0
°
和30
°
之间改变入射角(相对于法线)，使谐波峰值在可见光波段的相当大的部分上移动。
16.颜色转换材料(例如量子点)输出的转换光从颜色转换材料向各个方向输出。因此，对于包含dbr的led，入射到dbr上的转换光的很大一部分将具有非零入射角。这对在转换光波长(例如绿光或红光)处具有低反射率但在泵浦光波长(例如蓝光)处具有高反射率的反射器的设计提出了挑战。
17.根据本发明的第一方面，提供了一种led。led包括led层、容器层、颜色转换层、透镜和泵浦光反射器层压板。led层配置为从发光表面发射具有泵浦光波长的泵浦光，所述led层包括多个iii族氮化物层。所述容器层设置在led层的所述发光表面上。所述容器层在所述容器层与所述发光表面相对的一侧上具有容器表面，所述容器表面包括开口，所述开口通过所述容器层到所述led层的所述发光表面来限定容器容积。所述颜色转换层设置在所述容器容积内，所述颜色转换层配置为吸收泵浦光和发射转换光，所述转换光的转换光波长大于泵浦光波长。所述透镜设置在所述开口上方的容器表面上。所述透镜在所述透镜与所述颜色转换层相对的一侧上具有凸面。泵浦光反射器层压板设置在所述透镜的凸面之上，所述泵浦光反射器层压板具有阻带，所述阻带配置为反射泵浦光。所述阻带以第一波长为中心，所述泵浦光反射器层压板包括：
18.(i)第一界面层，设置在所述透镜的凸面上；所述第一界面层具有第一厚度和第一折射率，其中所述第一折射率和所述第一厚度的乘积为所述第一波长的八分之一；
19.(ii)多个层，由低反射层和高反射层之间进行交替，所述低反射层具有第二折射率和第二厚度，其中所述第二折射率低于所述第一折射率，所述高反射层具有第三厚度和高于所述第二折射率的第三折射率，其中每个所述低反射层的所述第二折射率和所述第二厚度的乘积为所述第一波长的四分之一，每个所述高反射层的所述第三折射率和所述第三厚度的乘积为所述第一波长的四分之一；和
20.(iii)第二界面层，设置在所述多个层的低反射层上，所述第二界面层具有第四折射率和第四厚度，其中所述第四折射率和所述第四厚度的乘积为所述第一波长的八分之一。
21.根据第一方面的泵浦光反射器层压板被配置为对由所述led层产生的泵浦光波长的光具有高反射率。反射器层压板还被配置为对由所述颜色转换材料输出的转换光波长的光具有低反射率。像这样，泵浦光反射器层压板有效地是波长约为泵浦光波长的光的带阻滤波器，并将传输转换光。与本领域已知的dbr相比，所述泵浦光反射器层压板的反射率在其上通带中具有抑制的谐波峰值。因此，与dbr相比，由所述颜色转换材料输出的较低比例的转换光将被泵浦光反射器层压板反射。
22.此外，上通带中所述泵浦光反射器层压板的反射率对光入射角的变化明显不敏感。例如，根据第一方面的所述泵浦光反射器层压板可具有对于入射角从0
°
到30
°
及以上入射到所述泵浦光反射器层压板上的转换光保持相对较低(例如小于10％)的反射率。因此，与传统dbr相比，泵浦光反射器层压板将反射具有不同入射角范围的较低比例的转换光。
23.本发明人还意识到，与提供具有反射器的led相关的另一个问题是，以超过45
°
的入射角入射到反射器上的光将在反射器和led之间的界面处完全内部地反射。如上所述，颜色转换材料通常吸收一定比例的转换光。因此，转换光的内部反射不仅降低了离开led的转换光的比例，而且还增加了颜色转换材料吸收的转换光的比例。这两种机制都降低了led输出转换光的效率。
24.根据第一方面的led旨在通过在透镜的凸面上提供泵浦光反射器层压板来进一步提高led输出转换光的效率。由于泵浦光反射器层压板设置在凸面上，相对于在平面上设置泵浦光反射器层压板，以超过45
°
入射角入射到泵浦光反射器层压板上的转换光的比例降低。因此，更大比例的转换光将通过泵浦光反射器层压板传输，而不是内部地反射。
25.泵浦光反射器层压板实际上是一个带阻滤波器。像这样，泵浦光反射器层压板在从下阻带波长到上阻带波长的波长范围内具有阻带，其中基本上所有光都被泵浦光反射器层压板反射。阻带以中心波长(例如，第一波长)为中心，使得上阻带波长和下阻带波长与中心波长等距。泵浦光反射器层压板的阻带被配置为使得泵浦光波长落在阻带内，从而确保泵浦光被泵浦光反射器层压板反射。本领域技术人员将理解，阻带的中心波长(第一波长)可以不同于泵浦光波长。也就是说，阻带可以不以泵浦光波长为中心，尽管在一些实施例中，可能是这样的情况。
26.在一些实施例中，容器层包括限定容器容积的内侧壁，其中限定容器容积的内侧壁相对于led层的发光表面以锐角倾斜，并包括反射材料。通过为容器层提供反射侧壁，入射到侧壁上的较大比例的光将反射回容器容积(相对于光吸收侧壁)。因此，可以从led中提
取从颜色转换材料在所有方向上可以产生的更大比例的转换光。此外，侧壁倾斜，使得更大比例的光朝向泵浦光反射器层压板反射。通过提供倾斜的反射侧壁，入射到泵浦光反射器层压板上的转换比例将增加，转换光以各种入射角入射。如上所述，上通带中泵浦光反射器层压板的反射率对光入射角的变化显著不敏感。因此，倾斜的反射侧壁和泵浦光反射器层压板之间可能存在协同效应，这提高了从led的转换光的提取效率。
27.在一些实施例中，led还包括设置在容器层的内侧壁上的反射增强层，反射增强层包括电介质。例如，反射增强层可包括sio2。
28.在一些实施例中，led还包括设置在泵浦光反射器层压板之上的抗反射层，所述抗反射层配置为减少转换光波长的光的反射。在一些实施例中，抗反射层包括折射率小于泵浦光反射器层压板的第二界面层的折射率的材料。在一些实施例中，抗反射层的厚度为第一波长的四分之一。抗反射层的设置为了提高led的转换光提取效率。
29.在一些实施例中，可在led层和颜色转换层之间设置转换光反射器层压板。转换光反射器层压板具有阻带，所述阻带配置为反射以第二波长为中心的转换光，所述转换光反射器层压板包括：
30.(a)第三界面层，设置在所述led层的所述发光表面上；所述第三界面层具有第五厚度和第五折射率，其中所述第五厚度和所述第五折射率的乘积是所述第二波长的八分之一；
31.(b)多个层，由以下之间进行交替：
32.转换光高反射层，具有第六厚度和高于所述第五折射率的第六折射率，
33.转换光低反射层，具有第七折射率和第七厚度，其中所述第七折射率低于所述第六折射率；并且
34.其中，每个所述转换光高反射层的所述第六折射率和所述第六厚度的乘积为所述第二波长的四分之一，每个所述转换光低反射层的所述第七折射率和所述第七厚度的乘积为所述第二波长的四分之一；以及
35.(c)第四界面层，设置在多个层的转换光高反射层上，所述第四界面层具有第八折射率和第八厚度，其中所述第八折射率和所述第八厚度的乘积是所述第二波长的八分之一，所述第八折射率低于所述第六折射率。
36.参考上面讨论的泵浦光反射器层压板，转换光反射器层压板有效地是带阻滤波器，配置为反射转换光但传输泵浦光。设置转换光反射器层压板以增加转换光直接到容器层(即，到泵浦光反射器层压板)的开口的比例，以提高led的转换光提取效率。
37.在一些实施例中，透镜界面层设置在与所述透镜相对一侧的泵浦光反射器层压板上。所述透镜界面层可在与泵浦光反射器层相对的一侧上具有另一凸面，即，所述透镜界面层可在所述透镜和所述泵浦光反射器的顶部上限定另一透镜形状。所述透镜界面层可与所述透镜结合视为透镜上部结构。像这样，可以认为泵浦光反射器层压板设置在透镜上部结构内。在一些实施例中，抗反射层可设置在所述透镜界面层的另一凸面上的泵浦光反射器层之上。
38.在一些实施例中，颜色转换层包括量子点和/或荧光粉。在一些实施例中，颜色转换层可填充容器容积的至少50％、60％、70％、80％或90％容积。在一些实施例中，颜色转换层基本上设置在容器容积的中心区域中。
39.在一些实施例中，内侧壁相对于led层的发光表面形成至少30
°
的角度。因此，可以提供内侧壁的倾斜度以增加反射到容器容积开口的转换光的比例。在一些实施例中，内侧壁相对于led层的发光表面形成不大于85
°
的角度。因此，可以提供内侧壁的倾斜度，使得相当大比例的容器层的开口与led层的发光表面对齐。
40.在一些实施例中，泵浦光波长可为至少440nm和/或不大于480nm；和/或转换光波长可为至少500nm和/或不大于650nm。因此，根据第一方面的led可以被配置为将蓝色泵浦光转换为不同的颜色光。例如，led可输出红色或绿色转换光。
41.在一些实施例中，容器层限定了具有不大于10-8
m2的表面积的开口。在一些实施例中，容器层可限定面积尺寸小于100μm x 100μm的开口。像这样，根据第一方面的所述led可为微型led。
42.在一些实施例中，泵浦光反射器和/或转换光反射器可包括tio2和sio2的层。因此，泵浦光反射器和/或转换光反射器可以使用通常用于制造薄膜电子器件(例如显示器、微型led显示器等)的薄膜沉积方法来制造。特别是，泵浦光反射器的层配置为抑制通带中510nm至550nm范围内(对于绿色led)和600nm至630nm范围内(对于红色led)的谐波反射。
43.在一些实施例中，所述第一折射率、第三折射率和/或第四折射率至少为2。在一些实施例中，所述第二折射率不大于1.8。
44.在一些实施例中，所述第一界面层的所述第一折射率、所述高反射层的所述第三折射率和所述第二界面层的所述第四折射率相同。在一些实施例中，所述第三界面层的所述第五折射率、所述转换光低反射层的所述第七折射率和所述第四界面层的所述第八折射率相同。像这样，每个泵浦光反射器层压板和转换光反射器层压板可通过两种不同组合物的交替层设置。
45.在一些实施例中，所述泵浦光反射器层压板的所述第一波长(λ0)、所述第二折射率(n
l
)和所述第三折射率(nh)具有上述泵浦光反射器层压板的上阻带波长(λe)，其长于所述泵浦光波长，其中：
[0046][0047]
根据本公开的第二方面，提供了一种发光二极管(led)阵列。所述led阵列包括led层、容器层、颜色转换层、透镜和泵浦光反射器。所述led层包括多个led，每个led配置为从发光表面发射泵浦光波长的泵浦光，每个led包括多个iii族氮化物层。所述容器层设置在所述led层的所述发光表面上。所述容器层在所述容器层与所述发光表面相对的一侧上具有容器表面。所述容器表面包括多个开口，每个所述开口通过所述容器层到所述led层的所述发光表面来限定容器容积，每个开口和容器容积与所述led层的相应led对齐。所述颜色转换层选择性地设置在容器容积中，所述颜色转换层配置为吸收泵浦光并发射转换光，所述转换光的转换光波长长于所述泵浦光波长。所述透镜设置在所述容器表面上，位于所述容器容积的所述开口的上方，所述容器容积包含颜色转换材料，所述透镜在所述透镜与所述颜色转换层相对的一侧上具有凸面。所述泵浦光反射器层压板设置在所述透镜的所述凸面之上。所述泵浦光反射器层压板具有阻带，所述阻带配置为反射以第一波长为中心的泵
浦光。所述泵浦光反射器层压板包括：
[0048]
(1)第一界面层，设置在所述透镜的所述凸面上；所述第一界面层具有第一厚度和第一折射率，其中所述第一折射率和所述第一厚度的乘积为所述第一波长的八分之一；
[0049]
(2)多个层，由以下之间进行交替：
[0050]
低反射层，具有第二折射率和第二厚度，其中所述第二折射率低于所述第一折射率；和
[0051]
高反射层，具有第三厚度和高于所述第二折射率的第三折射率，
[0052]
其中，每个所述低反射层的所述第二折射率和所述第二厚度的乘积为所述第一波长的四分之一，每个所述高反射层的所述第三折射率和所述第三厚度的乘积为所述第一波长的四分之一；
[0053]
(3)第二界面层，设置在所述多个层的低反射层上，所述第二界面层具有第四折射率和第四厚度，其中所述第四折射率和所述第四厚度的乘积为所述第一波长的八分之一，所述第四折射率长于所述第二折射率。
[0054]
因此，可设置包括多个led的led阵列。如本发明第一方面所述，阵列中的至少一个led包括由具有泵浦光反射器的透镜覆盖的颜色转换层。因此，根据第一方面的led阵列可以通过选择性地使用具有颜色转换层的led和/或不包括颜色转换层的led来输出具有不同波长(颜色)范围的光。因此，led阵列可以输出具有泵浦光波长和/或第一转换光波长的光。重要的是，至少出于上述第一方面的原因，led阵列可以以已改进的效率和颜色纯度输出第一转换光波长的光。
[0055]
在一些实施例中，在多个容器容积的另一容器容积中设置另一颜色转换层，所述另一颜色转换层配置为吸收泵浦光波长的泵浦光和发射转换光，所述转换光的第二转换光波长比第一转换光波长长。在一些实施例中，在另一容器容积之上设置透镜，并且在所述透镜上设置泵浦光反射器层压板。
[0056]
因此，led阵列可以包括多个led，这些led具有在各自容器容积中设置的不同颜色转换层。例如，可以在第一容器容积中设置第一颜色转换层，并且可以在第二容器容积中设置第二颜色转换层。所述第一颜色转换层和第二颜色转换层可配置成将泵浦光分别转换为不同波长的转换光，例如绿色和红色。因此，根据第二方面的led阵列可以提供led显示器的一个或多个像素，其中每个像素包括输出红光、绿光和蓝光(蓝光是泵浦光)的led。
[0057]
图1b示出了dci-p3颜色空间标准的示例。对于led阵列的显示应用，希望在led阵列中提供符合dci-p3颜色空间标准的多个led。为了符合dci-p3，所述颜色转换层可以例如包括量子点。像这样，第一颜色转换层可配置为产生波长为532nm的转换光，第二颜色转换层可配置为产生波长为625nm的转换光。对于第一颜色转换材料和第二颜色转换材料，第一颜色转换材料和第二颜色转换材料可分别具有为40nm和50nm的光谱宽度(半高全宽值)。泵浦光(提供蓝色子像素)可具有455nm的峰值波长，具有20nm光谱宽度。
[0058]
在一些实施例中，至少一个转换光反射器层压板设置在所述颜色转换层和所述led层的相应led的所述发光表面之间，所述转换光反射器层压板具有阻带，所述阻带配置为反射以第二波长为中心的第一转换光和/或第二转换光。所述转换光反射器层压板包括：
[0059]
(x)第三界面层，设置在所述led层的所述发光表面上；所述第三界面层具有第五厚度和第五折射率，其中所述第五厚度和所述第五折射率的乘积是所述第二波长的八分之
一；
[0060]
(y)多个层，由以下之间进行交替：
[0061]
转换光高反射层，具有第六厚度和高于所述第五折射率的第六折射率，
[0062]
转换光低反射层，具有第七折射率和第七厚度，其中所述第七折射率低于所述第六折射率；并且
[0063]
其中，每个所述转换光高反射层的所述第六折射率和所述第六厚度的乘积为所述第二波长的四分之一，每个所述转换光低反射层的所述第七折射率和所述第七厚度的乘积为所述第二波长的四分之一；
[0064]
(z)第四界面层，设置在所述多个层的转换光高反射层上，所述第四界面层具有第八折射率和第八厚度，其中所述第八折射率和所述第八厚度的乘积是所述第二波长的八分之一，所述第八折射率低于所述第六折射率。
[0065]
在一些实施例中，所述容器层包括限定所述容器容积的多个内侧壁，其中限定所述容器容积的所述内侧壁相对于所述led层的所述发光表面以锐角倾斜，并包括反射材料。因此，led阵列的每个led的容器容积可以配置为增加从每个led提取的光量。
[0066]
应了解，本发明的第一方面的可选特征也可应用于本发明的第二方面，尤其是包括颜色转换层的led阵列中的led。
附图说明
[0067]
现在将结合以下非限制性附图描述本公开。当结合附图考虑时，通过参考具体描述，本公开的进一步优点显而易见，其中：
[0068]
图1a是分布式布拉格反射器在不同入射角范围内的反射率图；
[0069]
图1b是dci-p3标准rgb颜色空间图；
[0070]
图2是根据本公开实施例的led阵列的示意图；
[0071]
图3是根据本公开另一实施例的led阵列的示意图；
[0072]
图4a是根据本公开实施例的颜色转换区域中心处的led子像素的光线跟踪图；
[0073]
图4b是根据本公开实施例的颜色转换区域边缘处的led子像素的光线跟踪图；
[0074]
图5是包括红色、绿色和蓝色led的led阵列的透视图的示意图；
[0075]
图6是根据本公开实施例的led的容器层的示意图；
[0076]
图7是反射器层压板的反射率图；
[0077]
图8是根据本公开实施例的反射器层压板的示意图；
[0078]
图9是显示了中心阻带波长和上阻带波长的反射器层压板的反射率图；
[0079]
图10是包括抗反射器层的反射器层压板的反射率图；
[0080]
图11是根据本公开另一实施例的led阵列的示意图。
具体实施方式
[0081]
根据本公开实施例，提供了led阵列10。led阵列包括三个led，每个led配置为输出不同波长的光。至少一个led包括颜色转换材料。像这样，led阵列10还包括根据本公开实施例的led。
[0082]
图2是根据本公开实施例的led阵列10的示意图。图2中示出的led阵列包括绿色
led 100、红色led 200和蓝色led 300。
[0083]
led阵列10包括光产生层20。光产生层20包括半导体结的阵列，其中每个半导体结配置为输出泵浦光。像这样，光产生层20可以被认为是泵浦光led 21、22、23的阵列。在图2的实施例中，泵浦光led 21、22、23的阵列每个包含iii族氮化物。每个泵浦光led 21、22、23包括n型半导体层(未示出)、包括多个量子阱(未示出)的活性层，以及p型半导体层(未示出)。例如，可以通过在基板上单片地形成泵浦光led阵列，然后移除基板以暴露光产生层20的发光表面24来提供光产生层20。至少在gb 181109.6中进一步描述了泵浦光led 21、22、23的单片阵列的制造。
[0084]
当然，在其他实施例中，泵浦光led阵列可具有透明触点(transparent contacts)，使得光产生层20的发光表面24可设置在发光表面24与基板相对的一侧。也就是说，光产生层20的发光表面24可以是光产生层20的任何主表面。
[0085]
图2中示出的光产生层20包括三个泵浦光led。每个泵浦光led 21、22、23配置为输出具有泵浦光波长的光。例如，在图2的实施例中，泵浦光的波长可对应于蓝色可见光。在一些实施例中，泵浦光的波长可至少为440nm和/或不大于470nm。特别是，泵浦光的波长可至少为450nm和/或不大于460nm。在本公开中，当led被描述为输出具有波长的光时，所述波长被认为是由具有最高强度(峰值强度)的led输出的光的波长。如本领域所知，泵浦光的波长可由存在于泵浦光led 21、22、23的活性层中的多个量子阱确定。
[0086]
如图2所示，led阵列10包括容器层30。容器层30设置在光产生层20的发光表面上。容器层30包括多个内侧壁34，该内侧壁34在光产生层20的发光表面24上限定多个容器容积31、32、33。每个容器容积通过容器层(即通过容器层30的厚度)提供。像这样，每个容器容积31、32、33从容器层的容器表面35中的开口延伸通过发光表面24。
[0087]
每个容器容积31、32、33与光产生层20的泵浦光led 21、22、23对齐。容器层的内侧壁34可以围绕每个泵浦光led，使得容器容积31、32、33通常与泵浦光led对齐。在一些实施例中，容器层30的内侧壁34可配置为将每个容器容积31、32、33的中心与每个泵浦光led 21、22、23的中心对齐。
[0088]
容器层30包括容器表面35。容器表面35是容器层30的这样的表面：其设置在与光产生层20相对侧的容器层30的一侧上。容器表面35限定了多个开口(openings)，每个用于每个容器容积31、32、33。像这样，容器表面35的开口由容器层30的内侧壁34限定。容器层30的开口可以以各种不同的形状提供。例如，开口可以是椭圆形、矩形、六角形，或者实际上是任何形式的不规则或规则多边形。在一些实施例中，开口的形状对应于泵浦光led的形状，尽管在其他实施例中，开口的形状可能不同于泵浦光led 21、22、23的形状(在平面图中)。根据开口的形状，每个容器容积31、32、33可由一个或多个内侧壁34限定。例如，对于椭圆形开口，单个连续内侧壁可限定容器容积。图5示出了根据本公开实施例的led阵列的透视图。在图5的实施例中，每个led包括具有矩形轮廓的容器容积。容器表面35限定多个(九个)开口，每个开口具有矩形(方形)形状。对于矩形开口，四个内侧壁34可限定容器容积，依此类推。
[0089]
图3是根据本公开另一实施例的led阵列的示意图。图3所示的led阵列包括绿色led 100、红色led 200和蓝色led 300。在一些实施例中，每个led在容器表面35上的开口具有特征尺寸d0。特征尺寸d0是开口的最大直径。例如，对于圆形开口，d0是开口的直径。对于
方形开口，d0是对角的角到角距离。在一些实施例中，每个透镜(lens)具有基于透镜直径的特征尺寸d1。例如，在图3中，透镜具有半球形。半球透镜的直径为特征尺寸d1。在一些实施例中，0.1d1≤d0≤0.8d1。特别是，开口d0的特征尺寸可以是透镜d1的特征尺寸的大约50％，以便有效地从led提取光。
[0090]
图4a和4b示出了对于图3的具有半球透镜的led阵列的led的光线跟踪图。如图4a所示，从容器表面的开口的中心射出的光的光线跟踪图显示所有出射光线都垂直入射到透镜的界面。图4b进一步示出了从容器表面开口边缘射出的光线，其中所有光线与透镜界面的入射角小于30
°
。
[0091]
图5示出了led阵列的透视图，led阵列包括红色、绿色和蓝色led(即rgb阵列)。led阵列包括9个led，其中三个led为蓝色led，三个led为红色led，三个led为绿色led。led被布置为方形包装阵列(square-packed array)。在其他实施例中，可以提供其他布置，例如，六边形包装阵列(hexagonally packed array)。
[0092]
图6示出了根据本公开实施例的led的容器层30的一部分的示意图。如图6所示，容器层30的内侧壁34相对于光产生层20倾斜(即内侧壁34不垂直于表面)。如图6所示，内侧壁34在发光表面24和内侧壁34之间以锐角倾斜。像这样，内侧壁34可以倾斜，使得容器表面35中的容器容积31、32、33的开口的表面积比容器容积31、32、33在与发光表面24的界面处的表面积更大。
[0093]
在一些实施例中，每个容器容积31、32、33的侧壁可倾斜至少35
°
的角度α。通过提供至少35
°
的角度，每个容器容积可具有表面积，使得led阵列的像素间距不会变得过大。在一些实施例中，每个容器容积31、32、33的侧壁可以不大于85
°
的角度α倾斜。在图6所示的实施例中，内侧壁34以80
°
的角度α倾斜。在一些实施例中，提供角度不大于85
°
或不大于60
°
的内侧壁可提高led的光学效率，因为更大比例的转换光可直接朝向容器容积31、32、33的开口。
[0094]
容器层30可包括反射材料。可提供反射材料以形成具有反射内侧壁34的容器层30。像这样，可提供反射材料作为容器层30的外层。通过向容器层30提供反射内侧壁34，入射到侧壁上的较大比例的光将反射回容器容积(相对于光吸收侧壁)。因此，可以从led中提取能够从颜色转换材料在所有方向上产生的更大比例的转换光。反射材料可以是薄膜金属，例如铝或银。
[0095]
在一些实施例中，例如如图6所示，led还包括反射增强层(reflection enhancement layer)36，该反射增强层36设置在容器层30的内侧壁上，反射增强层36包括电介质。例如，反射增强层36可包括sio2。反射增强层36可至少设置在容器层30的内侧壁34上。反射增强层36可具有垂直于内侧壁34的厚度，该厚度约为转换光波长的四分之一(25％)。
[0096]
如图2所示，至少一个容器容积31、32可选择性地包括颜色转换层41。在图2的实施例中，第一(绿色)容器容积31包括第一(绿色)颜色转换层41。第二(红色)容器容积32包括第二(红色)颜色转换层42。每个颜色转换层配置成将泵浦光转换成不同波长的转换光。例如，第一颜色转换层41可配置为将泵浦光转换为绿色可见光，而第二颜色转换层42可配置为将泵浦光转换为红色可见光。像这样，颜色转换层可配置为转换波长至少为440nm和/或不大于480nm的泵浦光，第一颜色转换层41可将泵浦光转换为波长至少为500nm和/或不大
于550nm的转换光。第二颜色转换层42可将泵浦光转换为波长至少为600nm和/或不大于650nm的转换光。
[0097]
在一些实施例中，颜色转换层41、42可包括量子点(quantum dots)。在一些实施例中，颜色转换层41、42可包括荧光粉。在一些实施例中，颜色转换层41、42可包括荧光粉和量子点的组合。对于led和具有超过1mm2表面积的容器容积的led阵列，较大的荧光粉颗粒尺寸可能是有利的。对于led和具有小于1mm2表面积的容器容积的led阵列，例如微型led，由于较小的颗粒尺寸，使用包含量子点的颜色转换层可能是有利的。包括量子点的颜色转换材料是本领域技术人员已知的。用作颜色转换层的合适量子点的进一步细节可至少在“具有hbr和dbr结构的单片红色/绿色/蓝色微型led(monolithic red/green/blue micro-leds with hbr and dbr structures)”guan-syun chen等人中找到。
[0098]
如图2所示，颜色转换层41、42可跨容器容积21、22延伸。容器容积21、22至少部分地由颜色转换层填充。
[0099]
如图2所示，led阵列10的至少一个容器容积33可以不包括任何颜色转换层。因此，led阵列中的一些led可以通过未填充的容器容积输出泵浦光。例如，在泵浦光为蓝色可见光时，为了提供蓝色led 300，容器容积可不包括颜色转换层。
[0100]
如图2所示，透镜51设置在覆盖第一颜色转换层41的开口上方的容器表面35上。透镜51在透镜与第一颜色转换层41相对的一侧上具有凸面。透镜的设置是为了减少在led和外部环境之间的界面处完全内部反射的转换光量。
[0101]
透镜可包括光学透明材料。例如，透镜可包括硅、sio2或其他电介质。透镜可以使用压印光刻技术，利用例如uv固化混合聚合物材料，例如来自“micro resist technology gmbh”的ormoclear(rtm)制造。透镜也可以用树脂印刷。
[0102]
如图2所示，透镜51、52可设置在每个包括颜色转换层41、42的容器容积31、32之上。在一些实施例中，透镜51、52、53可设置在每个容器容积31、32、33之上。
[0103]
如图2所示，每种类型的led 100、200、300的透镜可以具有不同曲率半径的凸面。如图2所示，蓝色led 300的透镜53具有比包括颜色转换层41、42的红色和绿色led的更大的曲率半径。因为蓝色led 300仅输出来自光产生层20的泵浦光，蓝色led 300的曲率半径可以增加。像这样，与输出转换光的led相比，蓝色led输出的泵浦光相对于入射角具有不同的光强分布。例如，与颜色转换层41、42的转换光相比，蓝色led 300输出的较大比例的泵浦光可以沿垂直于发光表面24的方向行进。因此，不包括颜色转换层的容器容积的透镜53的曲率半径可以增加，以便进一步减少这些led的总内部反射。
[0104]
在图3的实施例中，每个led 100、200、300的透镜51、52、53相同。如图3所示，透镜51、52、53的曲率半径可以不大于2d0(即双倍)。特别是，透镜的曲率半径可以不大于d0。
[0105]
第一泵浦光反射器层压板61设置在绿色led 100的透镜51的凸面之上。第二泵浦光反射器层压板62也设置在红色led 200的透镜52的凸面之上。因此，第一泵浦光反射器层和第二泵浦光反射器层压板可符合相应透镜51、52的凸面。像这样，第一泵浦光反射器层61和第二泵浦光反射器层压板62也具有凸面。由于第一泵浦光反射器层61和第二泵浦光反射器层压板62具有凸面，所以相对于平坦表面，入射角大于45
°
的入射到泵浦光反射器层压板上的转换光的量减少。因此，可减少可由泵浦光反射器层压板61、62完全内部反射的转换光的比例。像这样，更大比例的转换光可通过泵浦光反射器层压板61、62透射，从而提高绿色
和红色led 100、200的提取效率。
[0106]
图7中示出了显示泵浦光反射器层压板61、62的反射率的图。泵浦光反射器层压板61、62有效地是带阻滤波器(band-stop filter)。像这样，泵浦光反射器层压板61、62在从下阻带波长到上阻带波长(λe)的波长范围内具有阻带，其中泵浦光反射器层压板基本上反射所有光。阻带以中心波长(λ0)(例如第一波长)为中心，使得上阻带波长(λe)和下阻带波长与中心波长等距。对于短于下阻带波长的波长，泵浦光反射器层压板61、62具有下通带，其中光通常通过泵浦光反射器层压板透射。类似地，对于长于上阻带波长(λe)的波长，泵浦光反射器层压板61、62具有上通带，其中光通常通过泵浦光反射器层压板61、62透射。
[0107]
在图8中示出了图7的泵浦光反射器层压板的示意图。泵浦光反射器层压板61包括第一界面层、多个交替的第一反射器层和第二反射器层以及第二界面层。
[0108]
多个交替的第一反射器层和第二反射器层形成泵浦光反射器层压板61的中心部分。第一反射器层(h)具有第一折射率(nh)，第二反射器层(l)具有第二折射率(n
l
)。第一折射率高于第二折射率。在一些实施例中，第一折射率至少为2，而第二折射率不大于1.8。在图2的实施例中，第一反射器层包含tio2(折射率约为2.6)，第二反射器层包含sio2(折射率约为1.5)。
[0109]
第一反射器层(h)具有第一厚度(th)，第二反射器层(l)具有第二厚度(t
l
)。每个反射器层的厚度是在垂直于各个反射器层的主表面的方向上测量的厚度。
[0110]
为了调整泵浦光反射器层压板61的反射特性以反射泵浦光，每个第一反射器层和第二反射器层在垂直于透镜的凸面的方向上具有第一波长的四分之一(即阻带的中心波长)的厚度折射率乘积。也就是说，对于第一反射器层(h)，第一厚度(th)和nh的乘积等于λ0/4。类似地，对于第二反射器层(l)，第二反射器层的第二厚度(t
l
)和n
l
的乘积等于λ0/4。
[0111]
通常，h层的厚度在5nm到50nm之间。l层的厚度在10nm和100nm之间。
[0112]
多个第一反射器层(h)和多个第二反射器层(l)以交替方式彼此堆叠，以形成泵浦光反射器层压板的中心部分。泵浦光反射器层压板61的中心部分可由至少3层形成，第二反射器层(l)形成中心部分的外层(即lhl布置)。在一些实施例中，可提供至少5个交替层(lhlhl)。在图7所示的实施例中，中心部分包括17个交替层(lhl
…
lhl)。
[0113]
在泵浦光反射器层压板61、62的中心部分的相对两侧上，设置第一界面层和第二界面层。每个第一界面层和第二界面层可包括与第一反射器层压板相同的材料(即，第一界面层和第二界面层具有与第一折射率相同的折射率)。第一界面层和第二界面层可以分别具有第三折射率和第四折射率(n3、n4)以及分别具有第三厚度和第四厚度(t3、t4)。第一界面层和第二界面层的厚度折射率乘积可等于泵浦光波长的八分之一(例如，n3t3＝λ0/8)。
[0114]
其中，泵浦光反射器层压板61、62(即，第一反射器层和第二反射器层以及第一界面层和第二界面层)的层具有依赖于光的波长的折射率，出于本公开的目的，该层的折射率被认为是泵浦光反射器层压板61、62的中心波长(λ0)处该层的折射率。
[0115]
图7示出了根据实施例的泵浦光反射器层压板61的反射率。根据上述描述，泵浦光反射器层压板包括17个sio2和tio2的交替层以及两个tio2的界面层(共19层)。泵浦光反射器层压板61的层具有配置为反射波长为455nm的泵浦光的厚度。泵浦光反射器层压板的中心波长λ0为420nm。图7示出了泵浦光反射器层压板在三个不同入射角下的反射率。作为参考，图7还示出了波长为455nm的泵浦光led的光谱。
[0116]
与图1a中示出的dbr的反射率相比，在图7中可以看出，在泵浦光反射器层压板61的上通带中，反射率低于dbr的反射率。特别是，对于0
°
和30
°
之间的入射角，绿光到红光可见光谱中的泵浦光反射器层压板61的反射率低于5％。因此，无论入射角如何，泵浦光反射器层压板将不会反射与图1a的dbr一样多的转换光。因此，与如图1a所示的dbr相比，包含泵浦光反射器层压板61、62的绿色和红色led 100、200将更有效地提取转换光。
[0117]
在图8中示出泵浦光反射器层压板61的示意图。每一层泵浦光反射器层压板61的厚度用各层泵浦光反射器层压板的中心波长和折射率的形式表示。对于图7的泵浦光反射器层压板，表1显示了每层的厚度值。表中和图7的泵浦光反射器层压板包括19层。如表1所示，泵浦光反射器层压板包括tio2和sio2的交替层。第一反射器层以及第一界面层和第二界面层分别包含420nm波长下折射率约为2.60(即nh＝n3＝n4＝2.60)的tio2。第二反射器层包括420nm波长下折射率约为1.48(即n
l
＝1.48)的sio2。
[0118]
层材料厚度(nm)1tio220.42sio271.83tio240.94sio271.85tio240.96sio271.87tio240.98sio271.89tio240.910sio271.811tio240.912sio271.813tio240.914sio271.815tio240.916sio271.817tio240.918tio271.819sio220.4
[0119]
表1
[0120]
泵浦光反射器层压板61配置为具有约420nm的中心波长和约522nm的上阻带波长。因此，如图7所示，图7的泵浦光反射器层压板将反射波长为455nm的泵浦光。在一些实施例中，泵浦光反射器层压板的中心波长短于泵浦光波长。
[0121]
泵浦光反射器层压板可具有由泵浦光反射器层压板的折射率确定的上阻带波长λe。例如，对于图7的泵浦光反射器层压板，其中n3＝n4＝nh，上阻带波长可通过以下等式确定：
[0122][0123]
图9示出了图7的泵浦光反射器层压板的反射率，其中中心波长λ0和上阻带λe已标出。上阻带被计算为反射率降低95％的波长。例如，根据等式1，nh＝2.60和n
l
＝1.48，λ0＝420nm，则λe＝510nm。
[0124]
在一些实施例中，led阵列10还可以包括转换光反射器层压板71、72。转换光反射器层压板71、72可设置在光产生层20的泵浦光led和led 100、200的颜色转换层41、42之间。转换光反射器层压板71、72可以设置为通过朝向泵浦光反射器层压板反射转换光来增加从容器容积提取的转换光的比例。转换光反射器层压板71、72还可以配置为传输在发光层中产生的泵浦光，以便通过使泵浦光反射远离容器容积来不降低led的总体效率。像这样，转换光反射器层压板71、72也可以是配置成传输泵浦光和反射转换光的带阻滤波器的形式。像这样，转换光反射器层压板具有配置为反射以第二波长为中心的转换光的阻带。在一些实施例中，第二波长可以等于转换光的波长，但是在其他实施例中，转换光反射器层压板可以配置为使得，例如，转换光的波长落在第二波长和下阻带波长之间。
[0125]
转换光反射器层压板71、72可包括第三界面层、多个交替的第三反射器层和第四反射器层以及第四界面层。
[0126]
第三界面层可以具有第五折射率(n5)和第五厚度(t5)。
[0127]
多个交替的第三反射器层和第四反射器层形成转换光反射器层压板的中心部分。第三反射器层(h)具有第六折射率n6，第四反射器层(l)具有第七折射率n7。第三反射器层(h)具有第六厚度t6，第四反射器层(l)具有第七厚度t7。第五和第七折射率低于第六折射率。在一些实施例中，第六折射率至少为2，而第五和第七折射率不大于1.8。在图7的实施例中，第三反射器层(h)包含tio2(420nm处的折射率约为2.60)，第四反射器层(l)包含sio2(420nm处的折射率约为1.48)。
[0128]
为了调整转换光反射器层压板的反射特性以反射转换光，每个第三反射器层和第四反射器层在垂直于发光表面24的方向上具有厚度折射率乘积，使得转换光反射器层压板的阻带配置为反射转换光。例如，在一些实施例中，厚度折射率乘积可被选择为等于相应转换光层的转换光波长的四分之一。例如，在一个实施例中，转换光层41配置为将泵浦光转换为波长为610nm的转换光，每个第三反射器层可具有约58nm的厚度，并且每个第四反射器层可具有101nm的厚度。
[0129]
其中，转换光反射器层压板71、72的层(即第三反射器层和第四反射器层以及第三界面层和第四界面层)具有依赖于光波长的折射率，出于本公开的目的，层的折射率被认为是转换光反射器层压板71、72的第二波长(中心波长)处的层的折射率。
[0130]
多个第四反射器层(l)和多个第三反射器层(h)以交替方式彼此堆叠，以形成转换光反射器层压板的中心部分。转换光反射器层压板的中心部分可由至少3层形成，其中第三反射器层(h)形成中心部分的外层(即hlh布置)。在一些实施例中，可提供至少5个交替层(hlhlh)。在图7所示的实施例中，中心部分包括19个交替层(hlh
…
hlh)。
[0131]
在转换光反射器层压板的中心部分的相对两侧上，设置第三界面层和第四界面
层。每个第三界面层和第四界面层可包括与第三反射器层压板相同的材料(即，第三界面层和第四界面层可具有与第三折射率相同的折射率)。第三界面层和第四界面层的厚度折射率乘积可等于中心波长八分之一。
[0132]
在一些实施例中，可为仅包含颜色转换层41、42的led设置转换光反射器层压板。可选地，转换光反射器层压板可以设置为基本上跨所有的发光表面24，以覆盖光产生层的每个泵浦光led 21、22、23。通过在整个发光表面上提供转换光反射器层压板，可以能够用减少图案化的步骤形成转换光反射器层压板，从而使led阵列制造效率更高。
[0133]
在一些实施例中，可在泵浦光反射器层压板61、62之上提供抗反射层。抗反射层配置为减少转换光在泵浦光反射器层压板的第二界面层和led阵列10的外部环境(通常为空气)之间的界面处的反射。在一些实施例中，抗反射层包括折射率小于泵浦光反射器层压板的第二界面层的折射率的材料。例如，抗反射层可包括折射率小于1.6的材料。例如，抗反射层可包括sio2。在一些实施例中，抗反射层的厚度为转换光波长的四分之一。像这样，抗反射层的厚度可以配置为减少由泵浦光反射器层压板传输的转换光的反射。因此，可提供抗反射层以进一步提高led的转换光提取效率。
[0134]
图10示出了包含如上所述的抗反射层的泵浦光反射器层压板的反射率的图。在图10的示例中，对设计进行了优化以减少波长在525nm到730nm之间的反射。
[0135]
图11示出了根据本公开的led阵列10的另一实施例。发光层、容器层和颜色转换层基本上与图2的实施例中的相应层相同。在图11的实施例中，泵浦光反射器层压板61、62设置在透镜51、52和透镜界面层81、82之间。因此，类似于图2的实施例，泵浦光反射器层压板61、62设置在透镜51、52的凸面上。透镜界面层81、82可在与泵浦光反射器层61、62相对的一侧上具有另一凸面83、84，即，透镜界面层可在透镜51、52和泵浦光反射器61、62之上限定另一透镜形状。透镜界面层81、82可被认为与透镜结合作为透镜上部结构。像这样，可以认为泵浦光反射器层压板61、62设置在透镜上部结构内。在一些实施例中，可在泵浦光反射器层61、62上方，透镜界面层81、82的另一凸面上设置抗反射层91、92。
[0136]
接下来，将描述用于形成led阵列10的方法。
[0137]
首先，可以制造发光层20。发光层20可以使用用于制造iii族氮化物电子器件的任何已知工艺来制造。例如，发光层20可使用金属有机化学气相沉积(mocvd)、分子束外延(mbe)中的一种或多种来制造。关于形成光产生层的合适工艺的进一步讨论可至少在gb 181109.6中找到。
[0138]
接下来，可在光产生层20的发光表面24上形成转换光反射器层压板71、72、73。转换光反射器层压板可基本上跨所有发光表面而设置上，使得发光表面24覆盖所有泵浦光led 21、22、23。转换光反射器层压板71、72、73可由sio2和tio2的交替层形成。转换光反射器层压板71、72、73的层可通过化学气相沉积工艺，例如电子束蒸发或低温溅射，或本领域任何其他已知方法沉积。
[0139]
然后，容器层30可通过容器层30的连续层的薄膜沉积形成。然后，可使用合适的掩模对连续层进行图案化，并蚀刻以去除连续层的部分，以限定容器容积31、32、33。可选地，容器层可以通过在发光表面24(或转换光反射器层压板71、72、73，如果存在)之上沉积掩模层来形成，掩模层配置为可选择性地掩盖发光层上的对应于容器容积31、32、33的部分。然后将容器层30沉积在光产生层20(或转换光反射器层压板71、72、73)的暴露部分上。
[0140]
容器容积31、32可选择性地填充一个或多个颜色转换层41、42。
[0141]
随后，可以在容器容积31、32、33之上形成透镜51、52、53。透镜可包含sio2，该sio2使用cvd工艺沉积。透镜51、52、53的凸面可通过如上所述的任何工艺形成。
[0142]
接下来，泵浦光反射器层压板61、62可形成在覆盖填充容器容积31、32的透镜51、52的凸面上。泵浦光反射器层压板51、52。在一些实施例中，泵浦光反射器层压板可基本上在所有透镜51、52、53上形成，随后进行一个将泵浦光反射器层压板从不需要过滤泵浦光的led(例如，具有未填充容器容积33的led)选择性地移除(例如通过蚀刻)的过程。泵浦光反射器层压板51、52可由sio2和tio2的交替层形成。泵浦光反射器层压板61、62的层可通过化学气相沉积工艺(例如mocvd)或本领域的任何其他已知方法沉积。
[0143]
可在泵浦光反射器层压板61、62之上形成抗反射层。抗反射层可包括电介质，例如sio2或mgf2或zro2。因此，可使用用于形成泵浦光反射器层压板61、62的类似工艺在泵浦光反射器层压板之上形成抗反射层。
[0144]
在一些实施例中，可在泵浦光反射器层压板61、62之上形成透镜界面层81、82。透镜界面层81、82可以使用用于形成透镜51、52的类似工艺来形成。
[0145]
根据上述公开可提供led阵列10。应了解，上述公开还提供了包含颜色转换层的led。因此，根据本公开的实施例，提供了一种led或led阵列，其提高了转换光提取效率，同时还减少了泵浦光泄漏。