专利名称：像素化led的制作方法
像素化LED
背景技术：
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。
发明内容
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。
上述发明内容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。
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。本发明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。本发明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。本发明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。本发明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，本发明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发明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。本发明公开了发光元件的阵列例如显示系统中像素的阵列，其中至少一些发光元件包括电致发光元件(例如LED)能够响应电信号而发光。一些发光元件包括一个或多个光转换元件，例如一个或多个势阱和/或量子阱，用于下转换电致发光元件所发射的光。如本文所用的，降频转换是指转换光的波长大于未转换光的波长。本专利申请所公开的发光元件阵列可以在照明系统(例如自适应照明系统)中使用，以供例如投影系统或其他光学系统之用。图1是发光系统100的示意性俯视图，其包括两个或更多个发光元件，例如发光元件110-114。每一发光元件包括电致发光元件，其在受到电驱动时能够发射光。每一发光元件还包括开关电路，其用于驱动发光元件中的电致发光元件。例如，发光元件110包括电致发光元件120以及用于驱动电致发光元件120的开关电路130。在一些情况下，发光元件可包括不止一个电致发光元件。发光系统100中的至少一个发光元件包括一个或多个光转换元件(LCE)，其用于转换发光元件中的电致发光元件发射的光。例如，发光元件Iio包括光转换元件140，其能够转换(例如，下转换)由电致发光元件120发射的光。作为另一个例子，发光元件112不包括光转换元件。光转换元件140可包括能够接收第一波长的光并将接收的光的至少一部分转换为不同于第一波长的第二波长的光的任何元件。例如，光转换元件140可包括磷光体、荧光染料、共轭发光有机材料(如聚芴)、势阱、量子阱或量子点。可用作光转换元件的示例性荧光体包括硫化镓酸锶、掺杂的GaN、铜活化硫化锌和银活化硫化锌。无机势阱和量子阱(例如，无机半导体势阱和量子阱)通常具有增大的光转换效率，并且由于较不易受环境因素(例如，水分)影响而更可靠。此外，无机势阱和量子阱往往会具有较窄的输出光谱，从而导致(例如)改善的色域。如本文所用，势阱是指被设计为仅在一个维度上限制载流子的多层半导体结构中的半导体层，其中所述半导体层具有低于周围层的导带能和/或高于周围层的价带能。量子阱通常是指足够薄从而量子化效应增加用于阱中电子-空穴对复合的能量的势阱。量子阱通常具有约IOOnm或更小、或者约IOnm或更小的厚度。电致发光元件120能够在存在电信号时发射光。例如，在一些情况下，电致发光元件120可在其两端加有强电场时发射光。作为另一个例子，电致发光元件120可随其中流过的电流而发射光。在一些情况下，电致发光元件120可包括能够在吸收电能时发射光的磷光材料。 在一些情况下，电致发光元件120可包括诸如发光二极管(LED)或激光二极管之类的半导体电致发光元件。发光系统100还包括行使能电极150和列数据电极160，其用于将来自外部电路 (图1中未示出)的电信号加于开关电路。在一些情况下，行使能电极150沿着发光系统的行设置，以用于对发光系统的行选择性地寻址，列数据电极160沿着发光系统的列设置，以用于对发光系统的列选择性地寻址。在一些情况下，行使能电极150和列数据电极160连接至各自的行驱动电路和列驱动电路(图1中未明确示出)。发光系统100中的电致发光元件可以是能够作为对电信号的反应而发光的任何器件。例如，电致发光元件可以是能够作为对电流的反应而发射光子的发光二极管(LED)， 如(例如)通过引用方式全文并入本文的、标题为“Adapting Short-Wavelength LED，s for Polychromatic，Broadband，or ‘White，Emission” 的美国专利公布 No. 2006/0124917 中所讨论的。LED电致发光元件能够发射应用中可能需要的任何波长的光。例如，LED可发射UV 波长、可见光波长或顶波长的光。在一些情况下，LED可为能够发射UV光子的短波长LED。 通常，LED和/或光转换元件(LCE)可以由诸如有机半导体或无机半导体之类的任何合适的材料构成，包括IV族元素，如Si或Ge ；III-V族化合物，例如InAs、AlAs, GaAs, InP, A1P、 GaP、InSbaiSb.GaSb.GaN.AlN, InN 以及诸如 AlGaInP 和 AlGaInN 之类的 III-V 族化合物的合金；II-VI 族化合物，如 ZMe、CdSe、BeSe、MgSe、ZnTe、CdTe、BeTe、MgTe、ZnS、CdS、BeS、 MgS以及II-VI族化合物的合金，或者以上所列出的任何化合物的合金。在一些情况下，LED可以包括一个或多个ρ型和/或η型半导体层、一个或多个有源层(可以包括一个或多个势阱和/或量子阱)、缓冲层、基底层和覆盖层。在一些情况下，LED和/或LCE可包括具有化合物a^e、C(Ke和Mgk作为合金的三个组分的CdMgZr^e合金。在一些情况下，CcUMg和Si中的一个或多个(尤其是Mg)可在合金中具有零浓度，因此可不存在于合金中。例如，LCE可包括能够发射红光的Cda7tlSia3t^e 量子阱，或能够发射绿光的Cda33Znaf^e量子阱。又如，LED和/或LCE可包括Cd、Zn、Se和可选的Mg的合金，在这种情况下，合金体系可由Cd (Mg) ZnSe表示。又如，LED和/或LCE 可包括Cd、Mg、Se和可选的Si的合金。在一些情况下，量子阱LCE的厚度范围为约Inm至约IOOnm或者约aim至约35nm。在一些情况下，半导体LED或LCE可为η掺杂或ρ掺杂的，其中可通过任何合适的方法以及通过添加任何合适的掺杂物来实现掺杂。在一些情况下，LED和LCE来自同一半导体族。在一些情况下，LED和LCE来自两个不同的半导体族。例如，在一些情况下，LED是 III-V族半导体器件，而LCE是II-VI族半导体器件。在一些情况下，LED包含AlGaInN半导体合金，而LCE包含Cd(Mg)S^e半导体合金。LCE可通过任何合适的方法设置或附接在对应的电致发光元件上，例如通过诸如热熔粘合剂之类的粘合剂、焊接、加压、加热或这些方法的任何组合。合适的热熔粘合剂的例子包括半晶质聚烯烃，热塑性聚酯和丙烯酸类树脂。在一些情况中，LCE可以通过晶片键合技术附着于对应的电致发光元件。例如，可以使用(例如)等离子体辅助或传统CVD工艺，用二氧化硅或其它无机材料的薄层覆盖电致发光元件最上面的表面和LCE最下面的表面。接着，这两个被涂布表面可组合地使用加热、加压、水或一种或多种化学试剂而被任选地平面化并键合。粘合的步骤可通过用氢原子轰击至少一个被覆盖表面或通过用低能等离子体激活表面来改善。晶片粘接方法在例如美国专利号5，915，193和6，563，133，以及Q. -Yi. Tong和U. G0sele所著的《半导体晶片粘接》(John Wiley &Sons, New York, 1999)的第4章和第10章中有所描述。在一些情况下，量子阱或势阱LCE可以具有靠近阱的一个或多个光吸收层，以有助于吸收从对应的电致发光元件发射的光。在一些情况下，吸收层由其中产生光子的载流子可以有效扩散到势阱的材料构成。在一些情况下，光吸收层可包括诸如无机半导体之类的半导体。在一些情况下，量子或势阱LCE可以包括缓冲层、基底层和覆盖层。可以通过任何合适的方法制造电致发光元件或LCE。例如，可以使用分子束外延 (MBE)、化学气相沉积(CVD)、液相外延(LPE)或气相外延(VPE)来制造半导体电致发光元件和/或LCE。发光系统100以非常小的尺寸直接形成图像成为可能，其中每一发光元件或像素的亮度可被独立控制。或者，发光系统可用于成像装置的“区域照明”，从而便于通过使与最终图像的暗区域对应的发光系统像素的变暗即减少亮度来降低功耗。提供高度可控的发光源的能力在节能以及使使用该发光系统的光学系统(例如，投影系统)的尺寸最小化方面带来很大优势。图2是现有技术的发光系统200的示意性侧视图，其包括设置在共用基底205上的发光元件阵列，例如发光元件210-212。图2所示的发光系统200以及制造该发光系统 200的方法的进一步描述，可见于例如标题为“ARRAY OF LUMINESCENT ELEMENTS”的公布的PCT申请WO 2008/109296.共用基底205的表面四9的至少一部分露出于各发光元件 210-212之间。各发光元件包括电致发光元件以及用于驱动电致发光元件的开关电路。例如，发光元件210包括电致发光元件220以及用于驱动电致发光元件220的开关电路231， 其中所述开关电路可包括一个或多个晶体管。电致发光元件220包括第一电极251、p型半导体层252、可选的半导体有源层254、η型半导体层256和可选的第二电极258。第一电极251被设计为形成与ρ型层252的欧姆接触和穿过该层的扩展电流。可选的有源层2M通常为半导体层(一般为多量子阱层)，用于从ρ型层252和η型层256注入的电子-空穴对的辐射复合。在一些情况下，例如当η型层256充分导电而足以扩展流过η型层的电流时，第二电极258可形成在(例如)电致发光元件或发光系统的周边。在示例性发光系统200中，η型层256在整个发光元件210-212上延伸，意味着η 型层256在整个发光元件210-212上形成连续层。通常，发光元件中的半导体层可在整个其他发光元件上延伸或不在其上延伸。例如，在一些情况下，各发光元件可具有分立的η型层 256。发光元件210还包括用于转换由电致发光元件220发出的光的光转换元件。通常， 发光系统200中的至少一个发光元件包括光转换元件，例如势阱或量子阱，其用于转换(例如，下转换)发光元件中的电致发光元件所发出的光。在一些情况下，发光系统200中的各发光元件包括光转换元件。在示例性发光系统200中，发光元件210包括设置在电致发光元件220上的光转换元件(LCE) 240,发光元件211包括设置在电致发光元件221上的光转换元件Ml，发光元件212包括设置在电致发光元件222上的光转换元件Μ2。在一些情况下，发光元件210能够输出第一波长λ i的光^0A，发光元件211能够输出第二波长λ 2的光^lA,发光元件212能够输出第三波长λ 3的光2狐。在一些情况下，波长λ2不同于X1，波长λ3不同于入工和λ2。在一些情况下，电致发光元件220能够发射λ/的光四0，电致发光元件221能够发射λ2'的光四1，电致发光元件222能够发射λ 3'的光四2。在一些情况下，波长λ 2' 不同于λ/，波长λ3'不同于λ/和λ2'。在一些情况下，波长X1'不同于波长X1, 波长λ2'不同于波长λ2，波长λ3'不同于波长λ 3。在这类情况下，光转换元件240将波长λ/的光四0的至少一部分转换为波长X1的光^Κ)Α，光转换元件241将波长λ 2'的光291的至少一部分转换为波长λ 2的光^lA,光转换元件242将波长λ3'的光四2的至少一部分转换为波长λ 3的光2狐。在一些情况下，由发光元件210输出的光可以就是由电致发光元件220发出的光。 在这类情况下，波长λ工和λ/基本上相同。在这类情况下，发光元件210不包括LCE 240, 并可(例如)用例如同等厚度的透明元件代替，以帮助使发光系统平面化。通常，光转换元件240可为能够将第一波长的光的至少一部分转换为不同于第一波长的第二波长的任何元件。在一些情况下，光转换元件240可为能够通过吸收和光致发光来转换光的光致发光元件。在一些情况下，光致发光元件可包括一个或多个势阱和/或量子阱。在一些情况下，光转换元件可包括势阱。通常，势阱可具有任何导带和/或价带曲线。势阱的一些示例性导带曲线在例如公布的标题为“ARRAY OF LUMINESCENT ELEMENTS” 的PCT专利申请W02008/10^96中有所描述。重新参照图2，在一些情况下，波长λ/、λ2'和λ3'可在光谱的同一区域中， 例如光谱的蓝光、紫光或紫外光区域中。在一些情况下，波长λ/、λ2‘和λ3'可基本上相同。例如，波长λ/、λ2‘和λ3'可为光谱的蓝光、紫光或紫外光区域中的基本上相同的波长。
在一些情况下，λ/、λ2‘和λ3'为基本上相同的波长，波长入1与λ/基本上相同，波长λ2不同于λ2'，波长λ3不同于λ3'。例如，波长λ^λ/、λ2‘禾口 λ3'可为约460nm(蓝光)，λ 2可为约540nm(绿光)，λ 3可为约630nm(红光)。在一些情况下，λ^ λ/、λ2‘和λ3'在光谱的相同的第一区域，例如光谱的蓝光区域中；波长λ 2在光谱的不同于第一区域的第二区域，例如光谱的绿光区域中；波长λ3 在光谱的不同于第一和第二区域的第三区域，例如光谱的红光区域中。在一些情况下，光转换元件240可通过首先将波长λ/的光转换为第三波长来将波长λ /的光转换为波长λ工的光。在一些情况下，图2的发光系统200中的不同发光元件可输出可见光谱中超过三个不同区域中的光。例如，发光元件可输出可见光谱中例如五个不同区域中的光，以改善由发光系统输出的总体光的颜色属性。例如，一些发光元件可输出蓝光；一些发光元件可输出例如约500nm的青光；一些发光元件可输出绿光；一些发光元件可输出黄光或橙光；一些发光元件可输出红光。在一些情况下，可利用能够再发射青光的势阱，或者通过组合两个势阱的输出来实现青输出光，其中第一势阱能够以例如约460nm再发射，第二势阱能够以例如约MOnm再发射。在一些情况下，可通过组合两个势阱的输出来实现品红输出光，其中第一势阱能够以例如约460nm再发射，第二势阱能够以例如约630nm再发射。图2中的发光元件210还包括光提取器270，其用于从设置在光提取器下面的一层或多层(例如，层M0)提取光。通常，可通过适合于应用的任何装置来提取光。例如，可通过包封来提取光，其中包封元件可(例如)具有半球状轮廓以部分地准直所提取的光。还可通过使发光元件中的一个或多个层的顶表面和/或下表面图案化或纹理化(例如，粗糙化) 来提取光。作为另一个例子，可通过在光转换元件和/或电致发光元件和/或发光元件中的其他层的外表面上形成光子晶体来提取光。示例性光子晶体在例如美国专利No. 6，987，288 和No. 7，161，188中有所描述。在一些情况下，可通过在输出表面上形成光学元件(例如，光提取器270)来提取光。光提取器270可为任何元件，并可具有能够提取否则将由于(例如) 全内反射而不从发光元件出射的至少一部分光的任何形状。示例性光提取器在例如共同所有的标题为"LED Device with Re-emitting Semiconductor Construction and Optical Element”的美国公布专利申请No. US2007/0284565，；共同所有的标题为"Planarized LED with Optical Extractor”的PCT公布专利申请No. W02008064068 ；以及共同所有的标题为 "LED Device with Re-emitting Semiconductor Construction and Converging Optical Element"的美国公布专利申请No. US 2007/0284603中有所描述，这些专利文件的全文以引用方式并入本文中。在一些情况下，发光元件可具有专用光提取器。在一些情况下，光提取器可延伸而越过发光元件。例如，在一些情况下，光提取器可延伸而越过两个或更多个发光元件。通常，光提取器270为光学透明的，并且在一些情况下具有相对高的折射率。 提取器的示例性材料包括无机材料例如高折射率玻璃(例如，可以商品名LASF35得自 Schott North America, Inc. (Elmsford, NY)的 LASF35 型肖特玻璃)和陶瓷(例如， 蓝宝石、氧化锌、氧化锆、金刚石和碳化硅)。示例性可用玻璃在共同转让的标题为“LEDExtractorComposed Of High Index Glass” 的美国专利申请 No. 11/381，518 中有所描述， 其以引用方式并入本文中。蓝宝石、氧化锌、金刚石和碳化硅是尤其可用的陶瓷材料，因为这些材料另外具有相当高的热导率(0. 2-5. Off/cm K)。在一些情况下，光提取器270包括高折射率聚合物或纳米粒子填充的聚合物，其中所述聚合物可为(例如)热塑性和/或热固性的。在一些情况下，热塑性聚合物可包括聚碳酸酯和环烯烃共聚物。在一些情况下，热固性聚合物可为(例如)丙烯酸树脂、环氧树脂、硅树脂或本领域已知的其它材料。示例性陶瓷纳米粒子包括氧化锆、二氧化钛、氧化锌和硫化锌。光提取器270可通过传统技术(例如，机加工或模铸)来制造，或者利用下列文献中所公开的精密研磨技术来制造共同转让的美国专利公布No. 2006/0094340A1，标题为"Process For Manufacturing Optical And Semiconductor Elements，，；美国专利公
No. 2006/0094322A1, 1 "Process For Manufacturing A Light Emitting Array"； 美国专利公布 No. 11Λ88，071，标题为"Arrays Of Optical Elements And Method Of Manufacturing Same”，这些专利文件的全文以引用方式并入本文中。其它示例性制造技术在共同转让的标题为"Methods Of Making LED Extractor Arrays”的美国专利申请 No. 11/381，512中有所描述，其以引用方式并入本文中。在一些情况下，图2的发光系统200中的发光元件被构造为有源矩阵阵列。在这类情况下，发光系统中的每一发光元件包括用于驱动发光元件内的电致发光元件的专用开关电路。例如，发光元件210包括开关电路231，其可包括一个或多个晶体管(图2中未示出)。在一些情况下，发光系统200中的发光元件被构造为无源矩阵阵列。在这类情况下，发光系统中的发光元件均没有专用开关电路。在一些情况下，P型电极连接成行，η型电极连接成列。基底205可包括适于应用的任何材料。例如，基底205可包括Si、Ge、GaAs、GaN、 hP、兰宝石、SiC和或者可由它们制得。在一些情况下，基底205可为η掺杂的、P掺杂的、绝缘的、或半绝缘的，其中掺杂可通过任何合适的方法和/或通过添加任何合适的掺杂剂来实现。在一些情况下，发光系统200不包括基底205。例如，发光系统200的各种元件可形成在基底205上，然后通过(例如)蚀刻或烧蚀来与基底分离。图3是像素化LED 300的示意性侧视图，其包括设置在共用基底305上的发光元件阵列，例如发光元件310-312。共用基底305的表面399的至少一部分在发光元件 310-312中的每个之间露出。共用基底305的表面399的露出部分可包括涂层或表面处理， 例如可减少反射的吸光涂层或表面纹理。发光元件310-312中的每一个包括像素高度(Ph)， 其用基底305的表面399与第二电极358之间的间距定义。发光元件310-312中的每一个还包括像素宽度(Pw)，其与发光元件的光发射区一致。在一个特定实施例中，像素高度(Ph) 在约0. 5 μ m至10 μ m、约1. Oum至约5um、或约1. Oum至约3um范围内。在一个特定实施例中，像素宽度(Pw)在约0. 5μπ 至约ΙΟμπκ约Iym至约5μπκ或约Iym至约3μπ 范围内。 发光元件的光发射区(即，像素)可具有任何所需形状；但是，正方形或矩形形状被优选。在下面的描述中，用于基底305、发光元件(310，311，312)、电致发光元件(320， 321,322)和可选的LCE (340，341，342)中各自的材料可分别与针对基底205、发光元件(210，211，212)、电致发光元件(220，221，222) ^P LCE (240, 241, 242)所描述的相同(如图 2中所描述的那些)。应该理解，本公开的每一电致发光元件的形状不同于图2中所描述的现有技术的装置，但是每一元件内所使用的材料可相同。另外，如别处所述，本公开的电致发光元件内的层的相对定位可不同于图2中所描述的现有技术的装置中的层的相对定位。发光元件310、311、312中的每一个由单片电致发光材料同时加工而成，如将在别处描述的。结果，发光元件310、311、312中的每一个具有类似结构，因此为了简明，将仅描述发光元件310。每一发光元件包括电致发光元件320-322以及用于驱动元件的开关电路 (未示出)，类似于图2中所提供的开关电路的描述。下面的描述可以类似方式应用于阵列中的其他每一发光元件。发光元件310包括电致发光元件320，其具有与基底305相邻设置的第一电极 351。各第一电极351与相邻的第一电极351由基底305的表面399分隔。在一个特定实施例中，基底305的表面399可吸收入射可见光的一部分。第一电极351可包括用于以有源或无源方式对发光元件310寻址的连接(未示出)，如别处所述。通常，第一电极351包括对可见光具有高反射率的金属，例如银或银合金。P掺杂半导体352被设置成以欧姆接触与第一电极351相邻。η掺杂半导体356被设置成与ρ掺杂半导体352相邻，并位于与基底 305相反的一侧。发射区邪4设置在ρ掺杂半导体352和η掺杂半导体356之间。发射区 354(其中空穴和电子复合以产生光)可包括可选的半导体有源区，例如参照图2描述的可选的半导体有源区254。第一电极351用来形成与ρ型层352的欧姆接触并提供穿过其的扩展电流。发射区3M通常为半导体层(一般为多量子阱层)，用于从ρ型层352和η型层356注入的电子-空穴对的辐射复合。发射区3Μ可平行于基底305的表面399布置，距表面399达发射区高度ΦΗ)。尽管理论上发射区高度可在= 0至= 的范围内，已发现发射区3Μ优选地设置为距第一电极351比距第二电极358更近。将发射区邪4设置成更靠近第一电极351通常增加电致发光元件320的效率。在一个特定实施例中，发射区高度(Eh)在约IOOnm至约500nm、 约150nm至约250nm、或约175nm至约225nm范围内。在一些情况下，例如当η型层356充分导电而足以扩展流过η型层的电流时，第二电极358可形成在(例如)电致发光元件或发光系统的周边处。在示例性像素化LED 300中，η型层356在整个发光元件310-312上延伸，意味着 η型层356的至少一部分在整个发光元件310-312上形成连续层。通常，发光元件中的半导体层可在整个其他发光元件上延伸或不在其上延伸。例如，在一些情况下，每一发光元件可具有分立的η型层356。发光元件310还包括可选的光转换元件340，其用于转换由电致发光元件320发射的光。通常，像素化LED 300中的至少一个发光元件包括光转换元件，例如势阱或量子阱， 以用于转换(例如，下转换)发光元件中的电致发光元件所发出的光。在一些情况下，像素化LED300中的每一发光元件包括光转换元件。在像素化LED 300的一个特定实施例中，发光元件310包括设置在电致发光元件 320上的光转换元件340，发光元件311包括设置在电致发光元件321上的光转换元件341， 发光元件312包括设置在电致发光元件322上的光转换元件342。
在一些情况下，发光元件310能够输出第一波长λ工的光390A，发光元件311能够输出第二波长λ 2的光391Α，发光元件312能够输出第三波长λ 3的光392Α。在一些情况下，波长λ2不同于X1，波长λ3不同于入工和λ2。在一些情况下，电致发光元件320能够发射λ/的光390，电致发光元件321能够发射λ2'的光391，电致发光元件322能够发射λ 3'的光392。在一些情况下，波长λ 2' 不同于λ/，波长λ3'不同于λ/和λ2'。在一些情况下，波长X1'不同于波长X1, 波长λ2'不同于波长λ2，波长λ3'不同于波长λ 3。在这类情况下，光转换元件340将波长λ/的光390的至少一部分转换为波长X1的光390Α，光转换元件341将波长λ 2'的光391的至少一部分转换为波长λ2的光391Α，光转换元件342将波长λ3'的光392的至少一部分转换为波长λ 3的光392Α。在一些情况下，发光元件310输出的光可以就是由电致发光元件320发出的光。在这类情况下，波长入工和λ/基本上相同。在这类情况下，发光元件310不包括LCE 340， 并可(例如)用例如同等厚度的透明元件代替，以帮助使发光系统平面化。通常，光转换元件340可为能够将第一波长的光的至少一部分转换为不同于第一波长的第二波长的任何元件。在一些情况下，光转换元件340可为能够通过吸收和光致发光来转换光的光致发光元件。在一些情况下，光致发光元件可包括一个或多个势阱和/或量子阱。在一些情况下，光转换元件可包括势阱。通常，所述势阱可具有任何导带和/或价带曲线。所述势阱的一些示例性导带曲线在例如公布的标题为“ARRAY OF LUMINESCENT ELEMENTS”的PCT专利申请WO 2008/109296中有所描述。重新参照图3，在一些情况下，波长λ/、λ2'和λ3'可在光谱的同一区域中， 例如光谱的蓝光、紫光或紫外光区域中。在一些情况下，波长λ/、λ2‘和λ3'可基本上相同。例如，波长sA/ ,A2'，和λ3'可为光谱的蓝光、紫光或紫外光区域中的基本上相同的波长。在一个特定实施例中，由于从单片电致发光材料制备像素化LED 300的工艺，波长λ/、λ2'和λ3'可为基本上相同的波长，如别处所述。在一些情况下，λ/、λ2‘和λ3'为基本上相同的波长，波长入1与λ/基本上相同，波长λ2不同于λ2'，波长λ3不同于λ3'。例如，波长λ^λ/、λ2‘禾口 λ3'可均为约460nm(蓝光)，λ 2可为约540nm(绿光)，λ 3可为约630nm(红光)。在一些情况下，λ^ λ/、λ2‘和λ3'在光谱的相同的第一区域，例如光谱的蓝光区域中；波长λ 2在光谱的不同于第一区域的第二区域，例如光谱的绿光区域中；波长λ3 在光谱的不同于第一和第二区域的第三区域，例如光谱的红光区域中。在一些情况下，光转换元件340可通过首先将波长λ/的光转换为第三波长来将波长λ /的光转换为波长λ工的光。在一些情况下，图3的像素化LED 300中的不同发光元件可输出可见光谱中超过三个不同区域中的光。例如，发光元件可输出可见光谱中例如五个不同区域中的光，以改善由发光系统输出的总体光的颜色属性。例如，一些发光元件可输出蓝光；一些发光元件可输出例如约500nm的青光；一些发光元件可输出绿光；一些发光元件可输出黄光或橙光；一些发光元件可输出红光。在一些情况下，可利用能够再发射青光的势阱，或者通过组合两个势阱的输出来实现青输出光，其中第一势阱能够以例如约460nm再发射，第二势阱能够以例如约MOnm再发射。在一些情况下，可通过组合两个势阱的输出来实现品红输出光，其中第一势阱能够以例如约460nm再发射，第二势阱能够以例如约630nm再发射。可选地，图3中的发光元件310可包括光提取器(未示出)，以用于从一个或多个层提取光，类似于图2所示的光提取器270。然而，通常，本公开的实施例中不需要此类光提取器。已在别处参照图2描述了示例性光提取器。在一些情况下，图3的像素化LED 300中的发光元件被构造为有源矩阵阵列。在这类情况下，发光系统中的每一发光元件包括用于驱动发光元件内的电致发光元件的专用开关电路。在一些情况下，像素化LED 300中的发光元件被构造为无源矩阵阵列。在这类情况下，发光系统中的发光元件均没有专用开关电路。在一些情况下，P型电极连接成行，η型电极连接成列。基底305可包括适于应用的任何材料。例如，基底305可包括Si、Ge、GaAs、GaN、 hP、兰宝石、SiC和或者可由它们制得。在一些情况下，基底305可为η掺杂的、P掺杂的、绝缘的、或半绝缘的，其中可以通过任何合适的方法和/或通过添加任何合适的掺杂剂而实现掺杂。在一些情况下，像素化LED 300不包括基底305。例如，像素化LED 300的各种元件可形成在基底305上，然后通过例如蚀刻或烧蚀与基底分离。在一个特定实施例中，电致发光元件320具有侧壁360，其共同形成类似于倒置截棱锥的形状，如图3中的横截面所示。已发现，具有成角度θ倾斜的侧壁360的电致发光元件320可有效地减少元件之间会发生的串扰量，并且提高每个单独元件的效率。在一个特定实施例中，侧壁角度θ可在约15度至约85度、约30度至约80度、或约45度至约75 度范围内。尽管示出电致发光元件320的每一侧壁360具有与基底形成角度θ的连续平滑表面，应当理解，侧壁360可代之以具有偏离连续平滑表面的起伏。这些起伏可以是使电致发光元件320成形工序的结果，如别处所述。在其他实施例中，电致发光元件320可具有弯曲的侧壁360，或者甚至具有阶梯状不连续面，如别处所述。图4是像素化LED 400的示意性侧视图，其包括设置在共用基底405上的发光元件阵列，例如发光元件410-412。图4所示元件405-499中的每一个对应于图3所示类似编号的元件305-399(前文已对此作了描述)。例如，图4中的基底405的描述对应于图3 中的基底305的描述，以此类推。图4示出成形的电致发光元件420-422的一个特定实施例，其中仅电致发光元件420-422的一部分包括倒置梯形形状。图4还示出相邻发光元件 410-412之间存在间距“d”的实施例。电致发光元件420的第一部分494包括侧壁460，其共同形成紧邻基底405的表面499的近似倒置梯形形状。第一部分494中的每一侧壁460与表面499形成角度θ。电致发光元件420的第二部分495包括侧壁460，其相对于基底405的表面499形成约90度的角度。发光元件410-412中每个可彼此隔开距离“d”，然而在一些情况下，相邻电致发光元件的第二部分495可为连续层，间距“d”为零。尽管包括电致发光元件420的第二部分495可增加相邻发光元件410-412之间的“串扰”，但是在一些情况下，相比于图3所示的像素化LED 300，像素化LED 400可更容易制造，如将在别处描述的。图5是像素化LED 500的示意性侧视图，其包括设置在共用基底505上的发光元件阵列，例如发光元件510-512。图5所示元件505-599中的每一个对应于图4所示类似编号的元件405-499(前文已对此作了描述)。例如，图5中的基底505的描述对应于图4中的基底405的描述，以此类推。图5示出图4的像素化LED 400的一个特定实施例，其中相邻电致发光元件之间的空间的一些部分用可通过使发光元件510-512彼此隔离来进一步减少串扰并提高效率的材料填充。在一个特定实施例中，隔离材料580可填充相邻电致发光元件之间的整个区域， 例如，如所示在图5中的电致发光元件511和512之间。在另一特定实施例中，隔离材料584 可填充与对应电致发光元件的第二部分595相邻的区域，例如，如所示在发光元件510和 511之间。在另一特定实施例中，隔离材料582还可与对应电致发光元件的第一部分594(例如，相邻发光元件510和511的侧壁部分597)相邻设置，如图5所示。隔离材料580、582、584可为任何材料或材料组合，其在相邻发光元件之间形成光学隔离，然后不构成沿着发光元件的侧壁部分597的导电路径。在一个特定实施例中，隔离材料580、582、584可为低折射率介电材料，例如聚合物或二氧化硅(硅石)。在另一特定实施例中，隔离材料580、582、584可包括不止一个材料层。例如，紧邻侧壁部分597的第一层可为低折射率电介质，例如二氧化娃，第二层可为反射材料，例如铝或银。在一些情况下，可能理想的是，隔离材料具有与发光元件近似相同的热膨胀系数(CTE)。在其他情况下，隔离材料可被选择为使得体积平均的复合材料CTE与基底和/或发光元件近似相同。图6是像素化LED 600的示意性侧视图，其包括设置在共用基底605上的发光元件阵列，例如发光元件610-612。图6所示元件605-699中的每一个对应于图3所示类似编号的元件305-399(前文已对此作了描述)。例如，图6中的基底605的描述对应于图3中的基底305的描述，以此类推。另外，图6所示的角度θ工对应于图3所示的角度Θ。图6 示出图3的像素化LED 300的一个特定实施例，其中光转换元件(LCE) 640-642中的每一个形成为截平梯形形状，以进一步提高光转换的效率。截平梯形形状的LCE 640-642中的每一个可以与图8A-8G和图9A-9I中所述技术类似的方式加工而成，如别处所述。LCE 640-642中的每一个包括下转换区域640A-642A，其设置在距每一 LCE 640-642的输入表面639达到下转换区域高度“DH”处。下转换区域高度“DH”理论上可从紧邻输入表面639至紧邻LCE 640-642的输出表面649变化。输出表面649还表示下转换像素宽度“Pw。”，其小于像素宽度“P/。在一个特定实施例中，下转换区域640A-642A能够设置为距输入表面639比距输出表面649更近。每一 LCE 640-642包括LCE侧壁661，其共同形成具有与输出表面649成的角度 θ 2的梯形形状。在一个特定实施例中，角度θ 2可在约90度至约165度、约85度至约150 度、或约80度至约135度范围内。LCE侧壁661具有与针对每一电致发光元件的侧壁660 所述类似的特性，例如，LCE侧壁661可包括由制造工艺引起的起伏，或者可弯曲，或者甚至具有阶梯状不连续面，如别处所述。每一 LCE 640-642通过别处所述的任何技术利用粘结材料660配准地粘合于对应的电致发光元件620-622。粘结区域665可为跨越若干发光元件610-612的连续层(未示出)。粘结区域665可被代之以不连续层，如图6所示，在相邻发光元件之间形成间距“d”。图7是像素化LED 700的示意性侧视图，其包括设置在共用基底705上的发光元件阵列，例如发光元件710-712。图7所示元件705-799中的每一个对应于图6所示类似编号的元件605-699(前文已对此作了描述)。例如，图7中的基底705的描述对应于图6中的基底605的描述，以此类推。图7示出图6的像素化LED 600的一个特定实施例，其中相邻电致发光元件之间的空间的部分用通过使发光元件710-712彼此隔离来进一步减少串扰并提高效率材料填充。在一个特定实施例中，隔离材料780可填充相邻电致发光元件之间的整个区域， 例如，如所示在图7中的电致发光元件711和712之间。在另一特定实施例中，隔离材料 784可填充与对应电致发光元件的粘结部分765相邻的区域，例如，如所示在发光元件710 和711之间。在另一特定实施例中，隔离材料782还可与对应电致发光元件相邻设置(例如，相邻发光元件710和711的侧壁部分797)，如图7所不。隔离材料780、782、784可为任何材料或材料组合，其在相邻发光元件之间形成光学隔离，然而不构成沿着发光元件的侧壁部分797的导电路径。在一个特定实施例中，隔离材料780、782、784可为低折射率介电材料，例如聚合物或二氧化硅。在另一特定实施例中， 隔离材料780、782、784可包括不止一个材料层。例如，紧邻侧壁部分797的第一层可为低折射率电介质，例如二氧化硅，第二层可为反射材料，例如铝或银。图8A-8G示出根据本公开的一个方面的用于制造像素化LED的工序简图。图8A-8G 所示元件805-858中的每一个对应于图3所示类似编号的元件305-358(前文已对此作了描述)。例如，图8D中的基底805的描述对应于图3中的基底305的描述，以此类推。在图8A中，利用本领域已知的金属有机化学气相沉积(MOCVD)或相关技术在LED 生长基底801上生长包括η掺杂半导体856、ρ掺杂半导体852和发射区854的单片半导体 LED。生长层具有相关的像素高度“IV’和发射区高度”。在图8B中，光致抗蚀剂802沉积到ρ掺杂半导体852上，并利用灰度光刻或传统的光刻和热熔来图案化。三维的图案可被调整为得到任何最终所需电致发光元件形状，包括具有正方形或矩形横截面、弯曲的侧壁、阶跃变化的侧壁等的截棱锥。在图8C中，半导体 LED层852、邪4、856可利用传统的湿法或干法蚀刻工艺来图案化。倒置截棱锥形状的角度 θ和蚀刻深度可变化，这取决于光致抗蚀剂图案和所使用的蚀刻条件(如例如图3和图4 中所示)。在图8D中，欧姆接触反射器851a通过光刻来图案化并沉积在ρ掺杂半导体层852 上，对应的金属接触部851b沉积在LED阵列基底805上。金属接触部851b可进一步接触用于各单独像素的驱动电路，如别处所描述。欧姆接触反射器851a和金属接触部851b在利用已知晶片键合工艺粘结在一起时共同成为第一电极851，如图8E所示。在图8F中，利用(例如)已知的激光剥离技术移除LED生长基底801，并且第二电极858沉积在LED阵列的顶部，如图8G所示。在一个特定实施例中，第二电极858为透明电极，包括(例如)铟锡氧化物和薄金属丝网。图9A-9I示出根据本公开的一个方面的用于制造像素化LED的工序简图。在图 9A-9I中，描述了一种用于在相邻发光元件之间形成光学隔离的技术，例如参照图5和图7 示出并描述的隔离。图9A-9I所示元件905-958中的每一个对应于图3所示类似编号的元件305-358 (前文已对此作了描述)。例如，图9F中的基底905的描述对应于图3中的基底 305的描述，以此类推。图9A示出，利用本领域已知的金属有机化学气相沉积(MOCVD)或相关技术在LED 生长基底901上生长包括η掺杂半导体956、ρ掺杂半导体952和发射区954的单片半导体 LED。生长层具有相关的像素高度“IV’和发射区高度”。在图9B中，光致抗蚀剂902沉积到ρ掺杂半导体952上，并利用灰度光刻或传统的光刻和热熔来图案化。三维的图案可被调整为得到任何最终所需电致发光元件形状，包括具有正方形或矩形横截面、弯曲的侧壁、阶跃变化的侧壁等的截棱锥。图9C示出，半导体LED层952、954、956可利用传统的湿法或干法蚀刻工艺来图案化。倒置截棱锥形状的角度θ和蚀刻深度可变化，这取决于光致抗蚀剂图案和所使用的蚀刻条件(如例如图3和图4中所示)。在图9D中，低折射率电介质953沉积在由图9C中的工艺得到的倒置截棱锥形状上。低折射率电介质953可包括(例如)硅氧化物；然而，可使用任何低折射率电介质。后续的反射金属涂层955沉积在低折射率电介质953上，以提供对相邻像素的进一步光学隔离，如图9Ε所示。图9D-9E说明的工序可根据需要重复许多次，以达成所需的光学隔离。在继续图9F中所述的后续步骤之前，通过诸如化学机械研磨(CMP)之类的已知技术从P掺杂半导体952的平坦表面957移除低折射率电介质953和反射金属955。移除低折射率电介质953和反射金属955的替代方式是(例如)通过在沉积之前用光致抗蚀剂 (未示出)涂覆平坦表面957来防止这些材料沉积在平坦表面957上。图9F示出，欧姆接触反射器951a通过光刻来图案化并沉积在ρ掺杂半导体层952 上，对应的金属接触部951b沉积在LED阵列基底905上。金属接触部951b可进一步接触用于各单独像素的驱动电路，如别处所描述。欧姆接触反射器951a和金属接触部951b在利用已知晶片键合工艺粘结在一起时共同成为第一电极951，如图9F所示。图9H示出，利用(例如)已知的激光剥离技术移除LED生长基底901，并且第二电极958沉积在LED阵列的顶部，如图91所示。在一个特定实施例中，第二电极958为透明电极，包括(例如)铟锡氧化物和薄金属丝网。图16A-16G示出根据本公开的一个方面的用于制造像素化LED的工序简图。图 16A-16G所示元件1605-1658中的每一个对应于图3所示类似编号的元件305-358 (前文已对此作了描述)。例如，图16A中的基底1605的描述对应于图3中的基底305的描述，以此类推。图16A示出，利用本领域已知的金属有机化学气相沉积(MOCVD)或相关技术在LED 生长基底1601上生长包括η掺杂半导体1656、ρ掺杂半导体1652和发射区16Μ的单片半导体LED。欧姆接触反射器1651a通过光刻来图案化并沉积在ρ掺杂半导体层1652上，对应的金属接触部1651b沉积在LED阵列基底1605上。金属接触部1651b可进一步接触用于各单独像素的驱动电路，如别处所描述。电绝缘材料1660a和1660b分别沉积在每一欧姆接触反射器1651a和金属接触部1651b之间，并平坦化以提供平坦粘结表面。欧姆接触反射器1651a和金属接触部1651b在利用已知晶片键合工艺粘结在一起时共同成为第一电极1651，如图16C所示。图16D示出，利用(例如)已知的激光剥离技术移除LED生长基底1601，并且利用已知技术将硬掩模1665 (例如，二氧化硅掩模)通过光刻来图案化在η掺杂半导体1656 上，如图16Ε所示。图16F示出，然后可用(例如)热磷酸(H3PO4)蚀刻来对半导体层中的像素阵列进行图案化。已发现此酸优先蚀刻GaN中的{1012}平面，如(例如)C.-F. Lin等人的 "Electrochemical and Solid State Letters”12 (7)，H233-H327 (2009)中所述。或者，像素之间的间隙可被干蚀刻或激光划线以形成窄沟，阵列露出于H3PO4以优先蚀刻所需的倒置截棱锥形状。图16G示出，利用任何已知技术移除硬掩模1665，并且第二电极1658沉积在LED 阵列的顶部。在沉积第二电极1658过程中，沉积的材料1659的一部分可略微伸入蚀刻的腔中，如图16G所示。在一个特定实施例中，第二电极1658为透明电极，包括(例如)铟锡氧化物和薄金属丝网。SM利用LightTools光学模拟软件(可得自Optical Research Associates (Pasadena, CA))对具有反转截棱锥形状的像素化LED阵列的性能建模和优化。 每一 LED像素被建模为具有体吸收系数lOOcm—1、折射率2. 5的固体板。发射区与底部反射器之间的距离(Eh)被设定为200nm(GaNLED的典型值)。从LED有源区发出的光线的角分布被建模为从无规偶极平面的发射，其对应于各向同性角分布。模拟中忽略任何光子循环效应。在分析LED像素阵列过程中考虑两个不同的光学功率分量或“前向光学效率”表示从所需LED像素的顶部表面进入前向半球内的光能的比率；Ilside表示从像素的侧面发射的与相邻像素相互作用的光能的比率。通常，由于LED像素内部的吸收损失， Untowmd之和不等于1。我们将光学串扰的比率定义为串扰=nside/(nf。r耐d+nside)。(ι)将LED像素的侧壁修改成倒置截棱锥的斜角导致发射区减小，并因此导致输出可能减少。结果，可能需要更高的注入电流密度来获得规定的输出功率。然而，熟知的是feiN LED的效率随着电流密度的增加而降低(称作“电流下垂”效应)。图11示出作为驱动电流密度的函数的典型LED效率。必须考虑光提取和电流下垂的竞争光学效应以确定最佳侧壁角度，以使给定像素尺寸的外功率效率最大化。具有像素化发射成像器的典型袖珍投影仪具有151m或50mW的规定的系统光输出。该投影仪具有25%的透镜效率，因此成像器面板的所需功率输出为200mW。在VGA分辨率(640 X 480像素)，5um像素尺寸和2. 5um子像素尺寸(每像素2 X 2子像素)的情况下，总面板尺寸为3. 2mmX2. 4mm。这些规格对应于每一像素的26mW/mm2的所需光学功率密度。对于侧壁角度的每一变化，需要不同的电流密度(J)来达到此输出量级。图11的数据被拟合为多项式表达n (J) = 1-0. 0033 (J-10)°_75。通过由公式(2)求解J来确定每一角度的所需电流密度，nforward( θ ) X η0χ η (J) X JXA( θ ) χν = 26XApixel (2)其中nQ是LED的小电流密度内量子效率，Apixel是像素的顶部发射表面的面积(在此情况下为2. 5um2)，V是前向电压。在所有情况下假设50%的nC1和3. 3伏特的前向电压。 前向电压的电流密度依赖性被忽略。然后，给定侧壁角度的外像素功率效率(EPE)如下式计算:EPE = nforward( θ)χ n0x η (j)。然后，我们将取决于侧壁角度的品质因数(fom)定义为FOM = EPE/串扰 (3)1 H有倍丨置截檢锥形状的LED像素 们聿丰草。对类似于图3的像素化LED阵列建模。像素宽度Pw被设定为2. 5um，像素高度被设定为1. 25um。LED像素基底的光学性质被设定为100%吸收，第一电极被设定为50%的反射率。图10A-10B示出模拟的侧壁角度θ对nf。 arf和串扰的模拟影响。在最佳侧壁角度处，相对于具有90度侧壁的像素的情况，倒置截棱锥像素结构Jltowarf增大了将近7倍， 还使串扰降低至20%。图12示出考虑了电流下垂影响的每一像素的外功率效率的模拟结果。图13示出计算的作为侧壁角度θ的函数的FOM。在大约θ = °处存在明显的峰值，在该处系统效率最大化，同时光学串扰也最小化。2 带有光；的H有倍丨置截檢锥形状的像素仆丄ED ^M0在相邻像素之间设置反射隔离材料，如图5和图7中所述。在此模拟中使用与实例1中相同的像素结构，不同的是侧壁用90%反射银镜涂覆。图14A-14B示出作为侧壁角度θ的函数的前向光学效率和串扰。由于银镜在很大程度上阻挡了相邻像素之间的相互作用，所以光学串扰变得非常小，如图14Β所示。3 H有倍丨置截檢锥形状的较大LED像素 们聿丰草。较大LED像素或具有较小纵横比(PH/PW)的LED像素可具有较宽的可能侧壁角度范围。在此实例中，像素宽度设定SPw= 5um，像素高度PH设定为1.25um。图15A和图15B 分别示出对于Pw = 5um，取决于侧壁角度的EPE和串扰。使用与实例2中相同的26mW/mm2 的所需光学功率密度。相比于2. 5um像素的情况，光学效率峰值处于较浅的侧壁角度处。图 15C示出利用先前描述的品质因数对像素成形的优化。品质因数在约35°至约55°的侧壁角度处最大化。实例4 与截棱锥形状LCE配准的具有倒置截棱锥形状的LED像素的建模。利用实例1中描述的像素化LED阵列对像素化颜色转换器建模，其中梯形截棱锥 LCE的阵列粘结到发射表面，如图6所示。除了之前讨论的效率和串扰优点之外，成形电致发光发光装置为LCE提供最佳光子注入横截面。成形像素技术也用于提高LCE的光提取效率。LCE的侧壁角度(θ 2)被设定为大于90°，以使泵浦光子吸收横截面最大化。通过设置在像素之间的银层来模拟光学隔离以减少串扰，如图7所示。所有尺寸和材料性质与实例2中所提供的相同，另外增加如下(参照图6)粘结区域665为Ιμπι厚，下转换器高度(Dh)为Ιμπι，LCE高度(即，从输入表面639至输出表面649的距离)为2μπι。LCE被设定为具有90%的内量子效率、530nm的发射波长(导致大约450/530的斯托克斯位移能量损失)、以及lOOcnT1的光学吸收。针对如图2所示的直侧壁LED对对照模拟建模，即每一侧壁角度(θ ^和(θ 2)被设定为90度，导致像素功率效率小于0. 5%。对与成形泵浦像素配准的成形LCE建模，其中侧壁角度(Q1)和(θ2)分别被设定为60度和115度，导致约3.0%的外功率效率(即，比对照物的效率好约6倍)。除非另外指明，否则在说明书和权利要求中使用的表示部件的尺寸、数量和物理特性的所有数字应当被理解为由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的指示，否则在上述说明书和所附权利要求中所提出的数值参数为近似值，可根据本领域内的技术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性而变化。 除了与本公开可能直接抵触的程度，本文引用的所有参考文献及出版物都明确地以引用方式全文并入本文中。虽然本文已经示出和描述了一些特定实施例，但本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以用多种替代和/或等同实现方式来代替所示出和描述的特定实施例。本专利申请旨在涵盖本文所讨论的特定实施例的任何修改或变型。因此，本发明仅受权利要求书及其等同内容的限制。
权利要求
1.一种像素化发光二极管(LED)，包括两个或更多个单片集成的电致发光元件，彼此相邻地设置在基底上，每一电致发光元件包括P掺杂半导体，与所述基底相邻设置；η掺杂半导体，与所述ρ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，其中每一电致发光元件的紧邻所述基底的至少一部分具有倒置截棱锥形状。
2.根据权利要求1所述的像素化LED，其中所述基底与所述倒置截棱锥形状的侧面之间的角度在约25度至约85度范围内。
3.根据权利要求1所述的像素化LED，其中所述基底与所述倒置截棱锥形状的侧面之间的角度在约35度至约70度范围内。
4.根据权利要求1所述的像素化LED，每一电致发光元件还包括位于所述基底与所述ρ 掺杂半导体之间的第一电极以及与所述η掺杂半导体相邻的反向发光表面，其中所述发光表面包括第二电极。
5.根据权利要求4所述的像素化LED，其中所述第二电极包括透光性电极。
6.根据权利要求5所述的像素化LED，其中所述透光性电极由所述电致发光元件中的至少两个共用。
7.根据权利要求4所述的像素化LED，其中所述发射区设置为距所述第一电极比距所述发光表面更近。
8.根据权利要求7所述的像素化LED，其中所述发射区与所述第一电极之间的距离在约IOOnm至约500nm范围内。
9.根据权利要求7所述的像素化LED，其中所述发射区与所述第一电极之间的距离在约150nm至约250nm范围内。
10.根据权利要求1所述的像素化LED，其中每一电致发光元件通过外部驱动电子线路来独立寻址。
11.根据权利要求1所述的像素化LED，其中所述基底的与每一电致发光元件相邻的表面吸收可见光。
12.根据权利要求1所述的像素化LED，其中紧邻的电致发光元件的所述η掺杂半导体的至少一部分处于接触状态。
13.根据权利要求4所述的像素化LED，还包括与每一电致发光元件的发光表面相邻设置的颜色转换器。
14.根据权利要求13所述的像素化LED，其中每一颜色转换器包括势阱。
15.根据权利要求14所述的像素化LED，其中所述势阱包括II-VI族或III-V族半导体。
16.根据权利要求13所述的像素化LED，其中所述颜色转换器设置成梯形截棱锥的单片阵列。
17.一种像素化发光二极管(LED)，包括两个或更多个单片集成的电致发光元件，彼此相邻地设置在基底上，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。
18.根据权利要求17所述的像素化LED，其中每一电致发光元件包括平行于所述基底的横截面面积，在从所述第二主表面至所述第一主发光表面的一部分距离内所述横截面面积沿着垂直于所述基底的方向递增。
19.根据权利要求17所述的像素化LED，其中每一p-n结包括量子阱，所述量子阱设置成距所述第二主表面比距所述第一主发光表面更近。
20.根据权利要求17所述的像素化LED，其中所述基底与每一电致发光元件的侧面之间的角度在约25度至约85度范围内。
21.根据权利要求17所述的像素化LED，其中所述基底与每一电致发光元件的侧面之间的角度在约35度至约70度范围内。
22.根据权利要求17所述的像素化LED，其中所述第一主发光表面包括透光性电极。
23.根据权利要求22所述的像素化LED，其中所述透光性电极由所述电致发光元件中的至少两个共用。
24.根据权利要求19所述的像素化LED，其中所述量子阱与所述第二主表面之间的距离在约IOOnm至约500nm范围内。
25.根据权利要求19所述的像素化LED，其中所述量子阱与所述第二主表面之间的距离在约150nm至约250nm范围内。
26.根据权利要求17所述的像素化LED，其中每一电致发光元件通过外部驱动电子线路来独立寻址。
27.根据权利要求17所述的像素化LED，其中所述基底的与所述第二主表面相邻的表面吸收可见光。
28.根据权利要求17所述的像素化LED，其中所述p-n结包括与所述第一主发光表面相邻的η掺杂半导体，其中紧邻的电致发光元件的所述η掺杂半导体的至少一部分处于接触状态。
29.根据权利要求17所述的像素化LED，还包括与每一电致发光元件的所述第一主发光表面相邻设置的颜色转换器。
30.根据权利要求四所述的像素化LED，其中每一颜色转换器包括势阱。
31.根据权利要求30所述的像素化LED，其中所述势阱包括II-VI族或III-V族半导体。
32.根据权利要求四所述的像素化LED，其中所述颜色转换器设置成梯形截棱锥的单片阵列。
33.一种像素化LED，包括两个或更多个单片集成的电致发光元件，彼此相邻地设置在基底上，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反向第二主表面，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。
34.根据权利要求33所述的像素化LED，其中每一电致发光元件包括在从所述第二主表面至所述发光表面的至少一部分距离内递增的平行于所述第二主表面的横截面面积。
35.根据权利要求34所述的像素化LED，其中所述递增的横截面面积单调递增。
36.根据权利要求34所述的像素化LED，其中所述递增的横截面面积具有矩形周边。
37.根据权利要求33所述的像素化LED，其中每一p-η结包括量子阱，所述量子阱设置成距所述第二主表面比距所述第一主发光表面更近。
38.根据权利要求33所述的像素化LED，其中所述基底与每一电致发光元件的侧面之间的角度在约25度至约85度范围内。
39.根据权利要求33所述的像素化LED，其中所述基底与每一电致发光元件的侧面之间的角度在约35度至约70度范围内。
40.根据权利要求33所述的像素化LED，其中所述第一主发光表面包括透光性电极。
41.根据权利要求40所述的像素化LED，其中所述透光性电极由所述电致发光元件中的至少两个共用。
42.根据权利要求37所述的像素化LED，其中所述量子阱与所述第二主表面之间的距离在约IOOnm至约500nm范围内。
43.根据权利要求37所述的像素化LED，其中所述量子阱与所述第二主表面之间的距离在约150nm至约250nm范围内。
44.根据权利要求33所述的像素化LED，其中每一电致发光元件通过外部驱动电子线路来独立寻址。
45.根据权利要求33所述的像素化LED，其中与所述第二主表面相邻的所述基底吸收可见光。
46.根据权利要求33所述的像素化LED，其中所述p-η结包括与所述第一主发光表面相邻的η掺杂半导体，其中紧邻的电致发光元件的所述η掺杂半导体的至少一部分处于接触状态。
47.根据权利要求33所述的像素化LED，还包括与每一电致发光元件的所述第一主发光表面相邻设置的颜色转换器。
48.根据权利要求47所述的像素化LED，其中每一颜色转换器包括势阱。
49.根据权利要求48所述的像素化LED，其中所述势阱包括II-VI族半导体。
50.根据权利要求47所述的像素化LED，其中所述颜色转换器设置成梯形截棱锥的单片阵列。
51.一种将LED像素化的方法，包括在第一基底上提供板状P-η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；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；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。
52.一种将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；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；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。
全文摘要
本发明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。
文档编号H01L33/48GK102576783SQ201080042179
公开日2012年7月11日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年7月30日
发明者凯瑟琳·A·莱瑟达勒, 杨朝晖 申请人:3M创新有限公司