用于电子显示器的像素结构，以及包括这种显示器的电子设备的制作方法

1.本公开涉及一种用于电子显示器的像素结构，所述像素结构包括设置在基板上的至少一个led发射器和至少一个波长转换单元。本公开还涉及一种电子设备，包括具有用户界面表面的电子显示器和至少一个这样的像素结构。


背景技术：

2.微发光二极管，称为micro-led，mled或uled，用于移动设备以及许多其他消费和工业设备的显示器中，移动设备例如智能手机、电视、pc、平板电脑、智能眼镜和可穿戴设备。micro-led通常具有大量的小led发射器阵列以及有前途的未来显示技术，其具有高亮度和高对比度、高功率效率、宽色域、外形灵活以及各种功能集成等多种潜在优点。
3.micro-led显示技术主要采用两种方案：直接发射方案或颜色转换方案。
4.在直接发射方案中，每个单独的led发射器在红色、绿色或蓝色光谱范围内发射辐射。制造这种直接发射解决方案非常昂贵，因为每个像素结构需要一个红色光谱范围发射器、一个绿色光谱范围发射器和一个蓝色光谱范围发射器，使得分辨率约为800万像素的显示器需要约2400万个led发射器。
5.在颜色转换方案中，例如，仅使用在蓝色光谱范围内发射辐射的led发射器。led发射器芯片通常基于氮化镓(gallium nitride，简称gan)材料系统。蓝到红和蓝到绿辐射转换单元堆叠在对应的led像素上，用于将来自一些led发射器的蓝色光谱范围辐射分别转换为红色光谱范围辐射或绿色光谱范围辐射。与直接发射方案相比，制造颜色转换方案更容易、更便宜，因为只需要一种类型的led发射器。
6.蓝色光谱范围辐射被转换单元部分吸收，所述吸收指数下降至一级。理想的情况是，几乎所有的蓝色光谱范围辐射都应该被转换单元吸收，以保持高能效并最小化来自转换单元的蓝色光谱范围辐射泄漏。
7.此外，转换单元的面积尺寸应与led发射器的面积尺寸相似。转换单元的高度优选较大，以便在小尺寸led发射器的顶部形成小柱。这有利于蓝色光谱范围辐射通过转换单元传播的距离更大，因此有利于吸收。
8.然而，在实践中，为了吸收大部分蓝色光谱范围辐射，转换材料应该是一百或几百微米厚。这使得led发射器和转换单元之间的宽高比为很大的100μm:3μm甚至更大，这不容易使用微结构方法实现。进一步的挑战是，绿色光谱范围辐射或红色光谱范围辐射也必须通过转换单元传播，并且也可能被转换单元的材料略微吸收(自吸收)。这降低了设备的效率。
9.此外，这种堆叠结构具有较差的散热性能，因为来自转换单元的热量必须穿过底层led发射器芯片。进一步加热led发射芯片，降低像素结构的寿命。堆叠也使得难以集成透镜等其他功能光学元件。


技术实现要素：

10.目的是提供一种改进的micro-led像素结构。上述和其他目的通过一个或多个独立权利要求的特征来实现。进一步的实施形式在从属权利要求、具体说明和附图中显而易见。
11.第一方面，提供了一种用于电子显示器的像素结构，所述像素结构包括基板；设置在所述基板上的至少一个led发射器，所述led发射器用于发射发射辐射，所述发射辐射在发射波长范围内并在主发射平面内的一个或多个发射方向上发射；至少一个波长转换单元，设置在所述基板上并与所述led发射器相邻，所述波长转换单元用于将所述发射辐射转换为转换后的辐射，所述转换后的辐射在转换波长范围内，并在垂直于所述主发射平面的主转换方向上从所述波长转换单元传播，所述转换波长范围与所述发射波长范围不同。
12.由于所述转换单元设置成邻近所述led发射器而不是堆叠在所述led发射器的顶部，因此所述布置使得像素结构的高度显著降低。这种分布改善了所述结构的散热，进而提高了所述像素结构的寿命。此外，由于所述转换后的辐射基本上垂直于所述发射辐射延伸，因此发射辐射在转换后的辐射的方向上(例如在蓝色光谱范围内)泄漏并影响例如红色光谱范围或绿色光谱范围内的转换后的辐射的风险显著降低。此外，由于来自所述转换单元的转换后的辐射是直接传播，无需其他转换单元对所述转换后的辐射的相互作用和重新吸收，从而实现了更高的效率。
13.在第一方面的一种可能的实现方式中，所述主发射平面与所述基板的主基板平面平行，所述一个或多个led发射器和所述一个或多个波长转换单元分布在所述主发射平面中。
14.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述发射波长范围为蓝色光谱范围或紫外光谱范围中的一种，当所述像素结构包括至少两个led发射器时，所述led发射器用于发射具有相同波长的辐射。通过仅利用一种类型的led发射器，制造所述像素结构更简单、更便宜，因为只有一个主组件而不是例如三个不同且同样重要的主组件。
15.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构包括至少两个波长转换单元，每个波长转换单元用于将所述发射波长范围内的所述发射辐射转换为多个不同的转换波长范围中的一个转换波长范围内的转换后的辐射，从而促进一个相同波长的所述发射辐射转换为任意若干不同波长范围内的转换后的辐射。
16.在第一方面的另一种可能的实现方式中，至少一个第一波长转换单元用于将所述发射辐射转换为第一转换波长范围内的第一转换后的辐射；
17.至少一个第二波长转换单元用于将所述发射辐射转换为第二转换波长范围内的第二转换后的辐射，所述第二转换波长范围与所述第一转换波长范围至少部分不同。这使得一个像素结构辐射在若干不同波长范围内同时在同一方向发射辐射。
18.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述第一转换波长范围在红色光谱范围内，所述第二转换波长范围在绿色光谱范围内，有利于生成常用的rgb像素结构。
19.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述led发射器用于仅在所述主发射平面发射发射辐射，或者由所述led发射器在所述主发射平面中发射的所述发射辐射或所述发射辐射的至少一部分在所述波长转换单元中被转换为转换后的辐射。这使得所述像素结构具有尽可能低的高度，即在所述主转换方向上看到的高度，从而能更加自由地将所述led
发射器放置在所述电子设备内的任何合适位置，同时也为其他组件释放空间。
20.在第一方面的另一种可能的实现方式中，当所述像素结构包括至少两个led发射器时，所述led发射器中的至少一个用于在所述主转换方向上发射发射辐射，使得例如在所述蓝色光谱范围内的发射辐射直接发射到用户界面而不用转换或重定向。
21.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构还包括至少一个辐射散射单元，设置在所述基板上且与所述led发射器相邻，所述散射单元用于将在所述主发射平面中传播的发射辐射重定向到所述主转换方向，允许所述发射辐射的一部分被重定向，从而能在所述电子设备中更加自由地放置所述led发射器。
22.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述波长转换单元包括波长转换材料，所述波长转换材料优选包括基体材料和分布在所述基体材料内的波长转换颗粒。
23.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述波长转换颗粒为量子点或磷材料。
24.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述波长转换单元包括至少一个屏障，在所述主转换方向上沿着所述波长转换单元的外围延伸，所述屏障用于扩展所述波长转换单元的吸收路径，所述吸收路径在所述主发射平面中延伸，所述发射辐射沿着所述吸收路径传播，所述发射辐射转换为转换后的辐射与所述传播同时发生。所述屏障允许以较小的间距分布单个像素结构，因为所述屏障有助于减少或甚至避免相邻像素结构之间的光串扰，即使它们接近。此外，所述屏障可用作用于重定向辐射的反射器的支撑表面。
25.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构还包括至少一个壁反射器，设置在所述屏障的表面上并至少部分沿所述主转换方向延伸，所述壁反射器用于重定向沿着所述吸收路径传播的所述发射辐射，使得所述波长转换单元的所述吸收路径在所述主发射平面内扩展，允许尽可能多的发射辐射被吸收，从而被所述波长转换单元转换。
26.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构包括设置在所述波长转换单元和所述基板之间的至少一个底部反射器，所述底部反射器至少部分与所述主发射平面平行延伸，并且用于将在所述波长转换单元内传播的转换后的辐射重定向到所述主转换方向，从而有助于提高输出辐射效率。
27.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述壁反射器和所述底部反射器中的至少一个与所述主转换方向成一个角度延伸，使得所述发射辐射和/或所述转换后的辐射在碰到所述反射器时重定向至更有用的方向。
28.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述波长转换单元包括波导结构，用于在所述发射辐射在所述波长转换单元内传播时引导所述发射辐射，使得所述波长转换单元能够适应所述电子设备以及周围组件的外形。
29.在第一方面的另一种可能的实现方式中，配置所述波长转换单元，使得至少一个波长转换单元表面与所述基板的主基板平面成一个角度延伸，所述表面远离所述基板且所述表面延伸邻近所述基板。这种解决方案有助于防止发生全内反射，因为所述角度可以用于确保尽可能多的转换后的辐射从所述波长转换单元向所述主转换方向上传播。
30.在第一方面的另一种可能的实现方式中，当所述波长转换单元和所述基板中的一个沿着所述主发射平面或所述主基板平面延伸时逐渐变细，使得所述波长转换单元表面通过尽可能简单的方式成角度。
31.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构还包括至少一个光功能元
件，设置在远离所述基板的所述波长转换单元表面上，所述光功能元件是设置在所述波长转换单元表面的顶部并与所述波长转换单元表面集成的元件中的一个。
32.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述光功能元件为折射透镜和衍射透镜中的至少一种，例如，增强所述转换后的辐射的聚焦。
33.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述光功能元件为表面结构，优选为表面光栅、粗糙化表面、表面涂层或微柱中的一种，提高了所述像素结构的输出耦合效率。
34.在第一方面的另一种可能的实现方式中，若干所述多个led发射器可操作地连接到一个波长转换单元，所述led发射器用于同时和独立地发射发射辐射到所述波长转换单元。这提供了一种冗余，带来了更好的结果，并确保在其中一个led发射器发生故障时，所述像素结构仍能正常工作，不会出现任何暗区。
35.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构包括：
36.六个led发射器，第一对led发射器可操作地连接至第一波长转换单元，所述第一波长转换单元用于将来自所述第一对led发射器的发射辐射转换为第一转换后的辐射；
37.第二对led发射器可操作地连接至第二波长转换单元，所述第二波长转换单元用于将来自所述第二对led发射器的发射辐射转换为第二转换后的辐射。可选的，第三对led发射器的每个led发射器可操作地连接至一个辐射散射单元或另一个波长转换单元，所述另一个波长转换单元用于将来自所述第三对led发射器的发射辐射转换为第三转换后的辐射。这就提供了一个能够同时发射三个波长的辐射的像素结构，并且具有冗余。
38.在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构还包括控制装置，用于调节转换后的辐射的总输出，所述调节包括所述一个或多个led发射器的脉冲宽度调制和驱动电流调节中的一种。所述控制装置允许，例如，适当地使用内置冗余，例如，引导所述几对led发射器，使得它们提供更好的结果，或者使得一个led发射器补偿一对led发射器中的另一个失败的led发射器。
39.第二方面，提供了一种电子设备，包括具有用户界面表面的电子显示器和如上所述的至少一个像素结构。所述像素结构用于允许在主发射平面内的多个发射方向上发射一个发射波长的发射辐射，所述主发射平面与所述用户界面表面平行延伸；将至少一部分所述发射辐射转换为至少一个转换后的波长的转换后的辐射，所述转换后的波长不同于所述发射波长；以及
40.在垂直于所述主发射平面和所述用户界面表面的主转换方向上引导所述转换后的辐射。
41.所述像素结构的高度显著降低，在电子设备内部为其他组件留下可用空间，或者使设备的外形更加自由。此外，由于改善了所述像素结构的散热，电子显示器将具有更长的寿命。此外，由于许多电子设备中像素结构在横向，即在所述主发射平面内的方向，上的填充因子较低，因此所述结构留下大量可用空间以容纳所述转换单元，同时仍然为其他组件或结构改进提供足够的自由度。
42.在第二方面的一种可能的实现方式中，所述电子设备包括多个相同的像素结构，所述像素结构以二维图案分布在所述主发射平面中，所述二维图案包括像素结构行和像素结构列，所述行平行延伸并且以垂直角度与所述列相交，单个行中的像素结构的数量与相邻行中的像素结构的数量无关；
43.单个列中的像素结构的数量与相邻列中的像素结构的数量无关，像素结构的分布使得必要时在包括所述二维图案的区域中像素结构的数量最大化，以及不需要最大化时具有更简单的结构。
44.在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述多个像素结构以第一间距分布在所述二维图案中，使得单个像素结构的发射辐射的至少第一发射方向与相邻像素结构的对应第一发射方向对齐，例如足以进行远景显示。
45.在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述多个像素结构以第二间距分布在所述二维图案中，使得单个像素结构的发射辐射的至少第一发射方向与相邻像素结构的对应第一发射方向不对齐，从而使得包括所述二维图案的区域中的像素结构的数量最大化，例如，用于近景显示所必需的。
46.在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构以所述第一间距分隔开，所述像素结构在所述列的方向和所述行的方向中的至少一个方向上对齐，使得单个像素结构的一个或多个波长转换单元的一条或多条吸收路径与相邻像素结构的相应吸收路径对齐。
47.在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述像素结构以所述第二间距分隔开，且每个像素结构在所述主发射平面旋转一个角度，使得单个像素结构的一个或多个波长转换单元的一条或多条吸收路径与相邻像素结构的一条或多条相应吸收路径不对齐，所述不对齐为每个像素结构的方位的横向偏移和/或角度偏移。
48.在第二方面的另一种可能的实现方式中，单个行的像素结构相对于相邻行的像素结构在所述列的方向上偏移，和/或单个列的像素结构相对于相邻列的像素结构在所述行的方向上偏移。
49.在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述吸收路径的长度固定，所述长度为10-500μm，优选《20μm，在配置成使得用户的眼睛与所述用户界面表面(2a)之间的距离《1m的显示应用中，所述第二间距为20-150μm，优选30-80μm；在配置成使得用户的眼睛与所述用户界面表面(2a)之间的对应距离≥0.5m的显示应用中，所述第二间距≥70μm，优选≥100μm。
50.在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述转换后的辐射沿所述主转换方向朝所述用户界面表面传播，而不应用辐射滤波，从而减少必要的组件数量、所述像素结构所需的空间以及误差源的数量。
51.通过以下描述的实施例，这些和其他方面将显而易见。
附图说明
52.在本公开的以下详细部分中，将结合附图所示的示例性实施例更详细地解释各方面、实施例和实现方式，其中：
53.图1a和1b示出了现有技术像素结构的侧视图和俯视图；
54.图2a和2b示出了根据本发明实施例的像素结构的侧视图和俯视图；
55.图3a和3b示出了根据本发明实施例的像素结构的俯视图和侧视图；
56.图4至图9示出了根据本发明不同实施例的像素结构的局部截面；
57.图10示出了根据本发明实施例的包括像素结构的电子设备的示意性侧视图；以及
58.图11至图18示出了电子显示器的像素结构分布的示意性俯视图。
具体实施方式
59.图1a和1b示出了根据现有技术的颜色转换像素结构的侧视图和俯视图。若干led发射器4例如在蓝色光谱范围内向d1方向发射发射辐射r1。转换单元5堆叠在led发射器4的顶部，吸收发射辐射r1，将其转换为转换后的辐射r2，随后也朝向d1发射转换后的辐射r2。
60.图2a和2b示出了根据本发明的颜色转换像素结构的一个实施例的侧视图和俯视图。图3a至9示出了颜色转换像素结构的进一步实施例。这些颜色转换像素结构将用于电子显示器2，所述显示器包括任意必要数量的相同像素结构。
61.如图2a所示，像素结构1包括基板3，用于承载至少一个led发射器4；和至少一个波长转换单元5，设置在基板3上且邻近led发射器4。led发射器4、波长转换单元5和下面还提到的附加组件可以通过焊接、粘接或纳米线与基板3连接。基板3可以包括一个完整基板或若干对齐的部分基板，并且至少部分在一个主基板平面p2内延伸。基板3可以具有部分台阶式配置，但是，每个像素结构1设置在一个公共平面中，使得其辐射发射和辐射转换组件都在主发射平面p1内对齐。主发射平面p1平行于基板3的主基板平面p2延伸，如图2a所示，led发射器4和波长转换单元5分布在主发射平面p1中。通过这样的分布，波长转换单元5可以在主转换方向d1上具有约10-100μm的高度，而波长转换单元5的长度/宽度可以大于100μm，甚至大于1000μm。
62.所述一个或多个led发射器4设置在基板3上，使得每个led发射器4能够在主发射平面p1内发射发射辐射r1，即通过所述led发射器的侧面发射。led发射器4发射的发射辐射r1可以仅在第一发射方向d2发射，也可以在覆盖led发射器4周围360
°
区域的一部分或全部的多个发射方向d2、
……
、dn发射。发射辐射r1也称为泵浦光。
63.多个led发射器4发射的发射辐射r1均在一个相同的发射波长范围内。所述发射波长范围可以是蓝色光谱范围，也可以是紫外光谱范围。
64.每个波长转换单元5用于将发射辐射r1转换为转换后的辐射r2。转换后的辐射r2在转换波长范围内，该转换波长范围至少部分、优选地完全不同于所述发射波长范围。不同的波长转换单元5可以将发射辐射r1转换为不同的转换后的辐射r21、r22内的转换后的辐射r2。像素结构1可包括多个波长转换单元5，每个波长转换单元5用于将发射辐射r1转换为多个转换波长范围中的一个转换波长范围内的转换后的辐射r2。
65.在一个实施例中，像素结构1包括：至少一个第一波长转换单元5，用于将发射辐射r1转换为第一转换波长范围(例如，红色光谱范围)内的第一转换后的辐射r21，以及至少一个第二波长转换单元5，用于将发射辐射r1转换为第二转换波长范围(例如，绿色光谱范围)内的第二转换后的辐射r22。
66.在另一实施例中，像素结构1包括波长转换单元5，将发射辐射r1转换为红色光谱范围r21内的转换后的辐射、绿色光谱范围r22内的转换后的辐射以及黄色光谱范围r23(未示出)内的转换后的辐射。像素结构1可包括任意数量的波长转换单元5，将发射辐射r1转换为任意数量的期望的光谱范围r2、r21、r22、r23、...、r2n内的辐射。
67.转换后的辐射r2沿基本垂直于主发射平面p1延伸的主转换方向d1从波长转换单元5传播，即穿过波长转换单元5的顶表面。换句话说，转换后的辐射r2向远离基板3的方向，
而朝向例如电子显示器2中包括的电子设备13的用户界面表面2a传播。
68.在一个实施例中，如图4所示，led发射器4中的至少一个用于直接在主转换方向d1发射发射辐射r1，即发射的发射辐射r1在主转换方向d1传播时保持其方向和波长。
69.在进一步的实施例中，如图5至7所示，一个或多个led发射器4用于仅在所述主发射平面(p1)中发射发射辐射r1，即不直接在主转换方向d1上发射辐射r1，而是横向通过led发射器4的至少一侧或led发射器4的所有侧向波长转换单元5或多个波长转换单元5发射。波长转换单元5可设置为仅将发射辐射r1或发射辐射r1的部分转换为转换后的辐射r2，所述发射辐射r1或发射辐射r1的部分从led发射器4的一侧或所有侧发射出。
70.在另一实施例中，像素结构1包括至少一个辐射散射单元6，如图5所示。辐射散射单元6设置在基板3上且邻近led发射器4，类似于波长转换单元5的设置。散射单元6用于将在主发射平面p1中传播的发射辐射r1重定向到主转换方向d1，而不进行转换，即不改变发射辐射r1的波长。散射单元6可包括聚合物基体材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，简称pmma)，其中散射颗粒分布在所述基体材料中。所述散射颗粒沿所有方向散射所述入射发射辐射r1，并且优选地，定向至散射单元6底部，即基板3，的辐射r1通过例如下面进一步描述的底部反射器9等的反射器容易重定向到散射单元6的顶部。散射单元6可以在主转换方向d1上具有约10-100μm的高度，而散射单元6的长度/宽度可以大于100μm，甚至大于1000μm。通常，散射颗粒的数量足够大，使得散射单元6具有相对较低的高度。
71.每个波长转换单元5包括波长转换材料。所述波长转换材料可以是基体材料，其包含分布在其中的波长转换颗粒。所述波长转换颗粒可以是量子点或磷材料。
72.如图6所示，波长转换单元5可以包括至少一个屏障7，沿着波长转换单元5的外围在主转换方向d1延伸。屏障7可以沿着波长转换单元5的至少一个长边延伸(未示出)，沿着波长转换单元5的一个短端延伸，如图6所示，或者围绕波长转换单元5的长边和短端延伸，使得波长转换单元5的壁在主转换方向d1上被屏障7覆盖，至少如图11和15所示。屏障7可以通过纳米压印技术与聚合物层集成在相邻像素结构1之间，或者通过光敏聚合物材料如苯并环丁烯(benzocyclobutene，简称bcb)的光刻来集成。
73.屏障7用于扩展波长转换单元5的吸收路径a。吸收路径a在波长转换单元5内的主发射平面p1中延伸。当发射辐射r1在波长转换单元5中传播时，它沿着吸收路径a传播和吸收。如图4至9所示，所述吸收和发射辐射r1向转换后的辐射r2的转换与传播同时发生。当发射辐射r1沿着吸收路径a传播时，发射辐射r1的强度通常呈指数减小。
74.屏障7减少相邻像素结构1之间的光串扰，允许波长转换单元5的吸收路径a通过至少一个壁反射器8扩展。
75.在一个实施例中，如图6所示，至少一个壁反射器8设置在屏障7上，优选地，在屏障7的表面且至少部分沿主转换方向d1延伸。壁反射器8用于重定向沿吸收路径a传播的发射辐射r1，以使波长转换单元5的吸收路径a在主发射平面p1内扩展。吸收路径a的这种折叠，从原始发射方向d2、
……
、dn可达180
°
，如图11所示。
76.如图4至9所示，波长转换单元5和基板3之间可以设置至少一个底部反射器9，优选地，设置在基板3的表面顶部，基板3上分布有led发射器4和波长转换单元5。底部反射器9至少部分平行于主发射平面p1延伸，且用于将在波长转换单元4内基本上所有方向上传播的转换后的辐射r2重定向至主转换方向d1。例如，定向至波长转换单元5底部，即基板3，的转
换后的辐射r2容易重定向到波长转换单元5的顶部。
77.壁反射器8和/或底部反射器9可以与主转换方向d1成一个角度延伸。壁反射器8可以以与主发射平面p1不垂直的角度延伸，使得碰到壁反射器8的发射辐射r1定向至基板3，优选地，定向至底部反射器9或者用户界面表面2。底部反射器9可以与主发射平面p1平行延伸，以便反射向基板3传播的发射辐射r1，或者可以与主发射平面p1成一个角度延伸，使得向基板3传播的发射辐射r1的反射能够引导在特定的预定方向上。壁反射器8和/或底部反射器9可以包括反射表面，优选地，金属层。所述金属层可以是溅射铝层，此时壁反射器8和/或底部反射器9也可以防止相邻像素结构之间的光串扰。
78.相应地，波长转换单元5可配置成使得至少一个波长转换单元表面5a、5b与基板3的主基板平面p2成角度α延伸，表面5a远离基板3，表面5b延伸邻近基板3。波长转换单元表面5a、5b中的至少一个以角度α延伸，这是由于波长转换单元5、基板3或两者均为楔形，即随着其沿着主发射平面p1或主基板平面p2延伸而逐渐变细。图7示出了仅波长转换单元表面5a由于波长转换单元5自身逐渐变细而与基板3的主基板平面p2成角度α延伸的实施例。两个波长转换单元表面5a、5b可以与基板3的主基板平面p2成角度α延伸。此外，波长转换单元表面5a可以以角度α1延伸，波长转换单元表面5b可以以角度α2延伸。由于与周围空气相比波长转换单元基体材料的折射率较高，只有以小于总内反射的临界角的角度碰到波长转换单元表面5a、5b的转换后的辐射r2将离开波长转换单元5，而另一转换后的辐射r2将在波长转换单元表面5a、5b反射并保持在波长转换单元5内。通过应用上述逐渐变细的楔形，辐射输出效率得到提高，因为在波长转换单元5内捕获的辐射最终将在反射时以较小的角度碰到波长转换单元表面5a、5b。
79.如图12所示，波长转换单元5可包括波导结构10，用于发射辐射r1在波长转换单元5内传播时引导发射辐射r1。所述波导结构可以具有任何合适的形状，例如，如图12所示弯曲状或螺旋形(未示出)。
80.像素结构1还可以包括至少一个光功能元件11，设置在远离基板3的波长转换单元表面5a上，如图8和9所示。光功能元件11可以设置在波长转换单元表面5a的顶部，如图9所示，或者与波长转换单元表面5a集成，如图8所示。
81.如图9所示，光功能元件11可以是折射透镜和衍射透镜中的至少一种，用于聚焦转换后的辐射r2等。
82.光功能元件11也可以为表面结构，优选为表面光栅(如图8所示)、粗糙化表面、表面涂层或微柱中的一种。所述光栅通过引导转换后的辐射r2来提高转换后的辐射r2的输出耦合效率。
83.如图2b所示，若干led发射器4可以可操作地连接到一个波长转换单元5，并用于同时和独立地将发射辐射r1发射到波长转换单元5中。这提供了一种冗余，带来了更好的结果，并确保在其中一个led发射器4发生故障时，像素结构1仍能正常工作，不会出现任何暗区。
84.如图10所示，提供了一种控制装置12，用于调节转换后的辐射r2、r21、r22的总输出，所述调节包括led发射器4的脉冲宽度调制和驱动电流调节中的一种。
85.在一个实施例中，转换后的辐射r2、r21、r22沿主转换方向d2向用户界面表面2a传播，而不应用辐射滤波。
86.像素结构1可以包括至少三个led发射器4，其中，至少一个第一波长转换单元5可操作地连接至第一led发射器4，至少一个第二波长转换单元5可操作地连接至第二led发射器4。如图2b所示，像素结构1可包括六个led发射器4，第一对led发射器4可操作地连接至第一波长转换单元5，第二对led发射器4可操作地连接至第二波长转换单元5。第一波长转换单元5优选用于将来自第一对led发射器4的发射辐射r1转换为第一转换后的辐射r2，第二波长转换单元5优选用于将来自第二对led发射器4的发射辐射r1转换为第二转换后的辐射r2。
87.也如图2b所示，第三对led发射器4中的每个led发射器4可操作地分别与一个辐射散射单元6或另一个波长转换单元5连接。当发射辐射r1在所述紫外光谱范围内时，第三对led发射器4优选地可操作地分别与一个另外的波长转换单元5连接，所述另一波长转换单元5用于将来自第三对led发射器4的在所述紫外光谱范围内的发射辐射r1转换为例如在所述蓝色光谱范围内(未示出)的第三转换后的辐射r3。当发射辐射r1在所述蓝色光谱范围内时，第三对led发射器4优选分别可操作地连接至一个辐射散射单元5。每个led发射器4可操作地连接至一个波长转换单元5，可选地，所述连接包括每个led发射器的接触层阳极，例如，图3b中的底层所示的金属接触层，并且基板3包括阴极层。所述金属接触层向所述led发射器提供电流，并防止不期望的发射辐射r1朝向所述led发射器底部和基板3。
88.图10示出了电子设备13，包括具有用户界面表面2a的电子显示器2和至少一个像素结构1。像素结构1用于允许一个发射波长的发射辐射r1在主发射平面p1内的多个发射方向d2、
……
、dn上发射，如图2b所示，将发射辐射r1的至少一部分转换为至少一个转换后的波长的转换后的辐射r2、r21、r22，并将转换后的辐射r2、r21、r22引导到垂直于主发射平面p1和用户界面表面2a的主转换方向d1上。主发射平面p1与用户界面表面2a大致平行延伸。像素结构1用于将发射辐射转换为至少一个，优选地，若干转换后的波长，不同的转换后的波长互不相同且与所述发射波长不同。
89.如图11至18所示，电子设备13可以包括多个相同的像素结构1，像素结构1以二维图案分布在主发射平面p1中。所述二维图案包括像素结构1行和像素结构1列，所述行平行延伸并且以垂直角度与所述列相交。单个行中的像素结构1的数量与相邻行中的像素结构1的数量无关，如图17所示，该图交替显示每行中的一个和两个像素结构1；也如图18所示，该图交替显示每行中的两个和三个像素结构1。相应地，单个列中的像素结构1的数量与相邻列中的像素结构1的数量无关，如图17所示，该图交替显示每个列中的两个和三个像素结构1；也如图18所示，该图交替显示每个列中的一个和两个像素结构1。像素结构1的这种分布使得在包括二维图案的区域中像素结构1的数量最大化。
90.如图13所示，多个像素结构1可以以第一间距分布在二维图案中，使得单个像素结构1中的发射辐射r1的至少第一发射方向d2与相邻像素结构1中对应的第一发射方向d2对齐。也如图13所示，第二、第三和第四发射方向d3、d4和d5也可以与相邻像素结构1对应的第二、第三和第四发射方向d3、d4和d5对齐。换言之，像素结构1可以排列为二维矩形栅格图案，其中，一行像素结构1的数量、一列像素结构1的数量、行间距离和列间距离是恒定的。所述间距为相邻像素结构1的中心点之间的距离。当吸收路径a的长度小于所述间距时，这种类型的对齐布置是合适的。
91.如图11、12和14至18所示，所述多个像素结构1可以以第二间距分布在所述二维图
案中，使得单个像素结构1的发射辐射r1的至少第一发射方向d2与相邻像素结构1的对应第一发射方向d2不对齐。优选地，不对齐的发射方向平行延伸，使得所有像素结构1以相同的量和相同的方向不对齐，例如，通过在主发射平面p1中相对于列和行图案旋转。
92.无论可能的旋转，像素结构1都可以设置成使得其中心点在所述二维图案的两个方向上对齐，如图11、12和15所示。像素结构1也可以设置成使得其中心点在所述二维图案的一个方向上对齐，同时在另一个方向上偏移，如图14和16所示。如图17和18所示，像素结构1也可以设置成使得其中心点在所述二维图案的两个方向上不对齐。当吸收路径a的长度大于所述间距时，旋转的、不对齐的布置是合适的。
93.所述不对齐允许扩展具有一个或多个不对齐的发射方向的每个所述像素结构1的吸收路径a的长度。由于发射方向不对齐，并且不沿着相同的行或列延伸，而是在这些行和列之间的空置区域内，每个吸收路径a的长度受相邻吸收路径a的长度的限制较小。因此，吸收路径a的尺寸可以超过例如主发射平面p1中波长转换单元5的外部尺寸，即吸收路径a的长度可以大于其所延伸的波长转换单元5的长度，或者更确切地说，波长转换单元5的宽度。例如，图11示出了吸收路径a在波长转换单元5的相对端已折叠两次的实施例，图12示出了吸收路径a已弯曲的实施例。
94.图14至18示出了相邻像素结构1之间的间距已经减小的实施例。在图15中，所述间距与吸收路径a的长度相似，因此不能将相邻的两条吸收路径拟合在像素之间的直线上。因此，通过一个像素结构1的吸收路径a与相邻像素结构1的吸收路径a相邻而不重叠的方式，将每个像素结构1的发射方向相对于像素结构1的图案旋转。因此，像素结构1之间的间距被最大程度地用于吸收路径a。吸收路径a应当足够长，以确保发射辐射r1的高颜色转换效率和高吸收，尤其是在蓝色光谱范围内。
95.图14示出了一个实施例，其中单个像素结构1的第一发射方向d2和第二发射方向d3不对齐以显示与相邻像素结构的对应第一发射方向d2和第二发射方向d3的横向偏移，而第三和第四发射方向d4和d5对齐，因为d4和d5的发射所需的吸收路径长度较短。
96.图15和16示出了实施例，其中单个像素结构1的第一发射方向d2、第二发射方向d3、第三发射方向d4和第四发射方向d5均与相邻像素结构的对应发射方向d2、d3、d4和d5不对齐，使得所述二维图案包括一个或多个互连的平行四边形。
97.图17和18示出了实施例，其中单个像素结构1的第一发射方向d2、第二发射方向d3、第三发射方向d4和第四发射方向d5均不对齐以显示与相邻像素结构的对应发射方向d2、d3、d4和d5的横向偏移，使得所述二维图案包括分布式像素结构1的蜂窝图案。
98.如上所述，像素结构1可以以第一间距设置，即被第一间距隔开。此时，像素结构1在列的方向和行的方向中的至少一个方向上对齐，使得单个像素结构1的一个或多个波长转换单元5的一条或多条吸收路径a与相邻像素结构对应的一条或多条吸收路径a对齐。
99.如上所述，像素结构1可以排列为二维阵列。每个像素结构1可以占用相同大小的区域和/或具有与其他像素结构1相同的长度的一条或多条吸收路径a。吸收长度可以为10-500μm，优选《20μm。在配置成使得用户的眼睛与用户界面表面2a之间的距离《1m的显示应用中，所述二维阵列中像素结构1的间距可以是20-150μm，优选30-80μm，即，对于近景显示，例如智能手机上的显示。相应地，在配置成使得用户的眼睛与用户界面表面2a之间的对应距离≥0.5m的显示应用中，所述第二间距可以≥70μm，优选≥100μm，即对于远景显示，例如在
电视上的显示。
100.以第二间距分布的多个像素结构1可以在主发射平面p1中旋转角度β，如图11、12、15、16和18所示，使得单个像素结构1的波长转换单元5的吸收路径a与相邻像素结构对应的吸收路径a不对齐。
101.此外，单行中的像素结构1可以相对于相邻行中的像素结构1在列的方向上偏移，如图14、16和17所示。相应地，单列中的像素结构1可以相对于相邻列中的像素结构1在行的方向上偏移，如图18所示。
102.在此结合各种实施例描述了各个方面和实现方式。但本领域技术人员通过实践本主题，研究附图、本发明以及所附的权利要求，能够理解并获得公开实施例的其他变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，不定冠词“a”或者“an”不排除多个。单个处理器或其它单元可满足权利要求中描述的几项的功能。在仅凭某些措施被记载在相互不同的从属权利要求书中这个单纯的事实并不意味着这些措施的结合不能被有效地使用。计算机程序可存储或分发到合适的介质上，例如与其它硬件一起或者作为其它硬件的部分提供的光存储介质或者固态介质，还可以以其它形式例如通过因特网或者其它有线或无线电信系统分发。
103.权利要求中使用的参考标记不应解释为限制范围。除非另有说明，附图意在与说明书一起阅读(例如，交叉影线、部件布置、比例、程度等)，并被视为本公开的整个书面描述的一部分。如描述中所使用的，术语“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”和“下”，以及它们的形容词和状语派生词(例如，“水平”、“向右”、“向上”等)，仅仅是指特定的绘图面向读者的所示结构的朝向。类似地，术语“向内”和“向外”通常指表面相对于其伸长轴线或旋转轴线的取向，视情况而定。