微型LED装置的制作方法

本发明涉及微型led(μled)装置。更具体地，本发明涉及，但不限于，具有光输出的准直得到改进的μled。

背景技术：

与标准的led装置相比，μled可以提供增加的抽取效率(ee)和“准准直(quasi-collimated)”光输出的优点，即，至少部分地定向的光输出。这些优点可以通过将抛物面台面结构体引入至μled来实现，其中有源层或发光层位于台面结构体中。从发光层发射的光从台面的内表面反射并且从与台面相对的发射表面离开led。这样的μled在us7518149中示出。

需要对包括台面结构体的μled进行改进以提供改进的光的准直。

技术实现要素：

根据本发明第一方面，提供一种微型led，μled，包括：大致抛物面台面结构体；发光源，在台面结构体内；以及主发射面，在装置的与台面结构体的顶部相对的一侧；其中台面结构体具有小于0.5的由(h2*h2)/ac限定的纵横比，并且μled进一步包括位于从发光源至主发射面的区域的反射面，其中反射面具有小于500nm的粗糙度ra。

如在本文中使用的反射面涵盖μled至空气的表面，但是更广泛地，还可以包括两种介质之间的界面。例如，反射面可以是发射介质和另一个介质之间的μled的表面。光可以根据其入射角被部分地或完全地反射。

主发射面是μled的大部分光从其发射的表面。通常，主发射面可以是外延层的表面。主发射面可以被抛光以实现所希望的表面粗糙度。在外延层与一不同材料的衬底抵接的实施方式中，主发射面以及衬底的表面中的一者或两者可具有小于500nm的表面粗糙度ra。此外，主发射面以及衬底的表面中的一者或两者可以被抛光以实现所希望的表面粗糙度。

如以下示出的，对于本领域的公开内容，低纵横比是违反直觉的，低粗糙度的反射面同样如此。这些特征的组合允许从发射源发射的寄生光线被内反射，从而减小μled的半角(并且增加准直)。

先前的μled选择高纵横比和/或粗糙的或成形的反射和/或发射表面以提高抽取效率。在本文中公开的示例性μled中，低粗糙度反射面和低纵横比近似抛物面台面相结合。单独采用这两个参数减少抽取效率，但是本文中证实，在结合时，它们会提供提高光准直的出乎意料的效果。

可选地，反射面是主发射面。

可选地，反射面具有小于300nm的粗糙度ra。

可选地，反射面是具有第一折射率的第一材料和具有第二折射率的第二材料之间的界面。

可选地，第一材料包括外延层并且第二材料包括在其上制造μled的衬底。

可选地，μled由蓝宝石衬底上的gan形成，并且其中，两个材料之间的界面是gan和蓝宝石衬底之间的界面。

可选地，反射面在大于或等于台面的基底的截面面积并且与台面的中心轴对准的区域中具有小于500nm的粗糙度ra(并且，在示例性设备中，小于300nm)。该区域可以在从大致等于台面的基底的截面面积到1.5倍的台面的基底的截面面积的范围中。

可选地，台面结构体的纵横比小于0.3。

可选地，台面结构体包括截顶。

可选地，发光源偏离台面结构体的中心轴。

可选地，发光源在位于平行于主发射面的平面内的一个或两个垂直轴上偏移一定距离。

可选地，每个垂直轴中的偏移距离在从1μm到5μm的范围中。

可选地，每个垂直轴中的偏移距离在从每个垂直轴中从中心轴至台面的边缘的总距离的10％到50％的范围中。

可选地，发光源被配置为各向异性地发射光，使得光大致在垂直于μled的光发射方向的方向上从发光源发射。

可选地，使用折射率引导和/或双极各向异性控制来自发光源的光的发射。

可选地，μled进一步包括涂覆于主发射面的附加层，其中，附加层衰减以给定的角度和/或以高于给定的波长入射在其上的光。

可选地，附加层是多级介质滤光片(multi-leveldielectricfilter)。

可选地，发光源在台面结构体的发光层内的源占用率在从20％到50％的范围中。

根据本发明第二方面，提供一种微型led，μled，包括：大致抛物面台面结构体；发光源，在台面结构体内；以及主发射面，在装置的与台面结构体的顶部相对的一侧；其中台面结构体具有小于0.3的由(h2*h2)/ac限定的纵横比。

根据本发明第三方面，提供一种微型led，μled，包括：大致抛物面台面结构体；发光源，在台面结构体内；以及主发射面，在装置的与台面结构体的顶部相对的一侧；其中发光源偏离台面结构体的中心轴。

根据本发明第四方面，提供一种微型led，μled，包括：大致抛物面台面结构体；发光源，在台面结构体内；以及主发射面，在装置的与台面结构体的顶部相对的一侧；其中发光源被配置为各向异性地发射光，使得光大致在垂直于来自μled的光发射方向的方向上从发光源发射。

根据本发明第五方面，提供一种微型led，μled，簇(cluster)包括根据上述任意一个的并形成在共用衬底上的多个μled。

根据本发明第六方面，提供一种包括根据上述中的任意一个的多个μled的显示装置。

根据本发明的另一方面，提供一种微型led，μled，包括：大致抛物面台面结构体；发光源，在台面结构体内；以及主发射面，在装置的与台面结构体的顶部相对的一侧；其中从发光源发射的光是各向异性的。

从发光源发射的光的各向异性性质可以是在基本上平行于主发射面的方向上、大致垂直于μled的发射的主方向或者大致在发光源的平面内。由发光源发射的光可以被引导和/或促使在台面结构体内在基本上平行于主发射面的方向上、大致垂直于μled的发射的主方向或者大致在发光源的平面内。

发光源可以大致是平面的。此外，μled的发射的主方向可以被当作是从发光源的中心并且与主发射面正交的方向。

发光源可被配置为偏重(weighted)向着基本上平行于主发射面的方向、大致垂直于μled的发射的主方向或者大致在发光源的平面内发射光。该偏重(weighting)会导致至少50％的发射光在基本上平行于主发射面、大致垂直于μled的发射的主方向或大致在发光源的平面内的两端的30度、25度、20度、15度或10度的范围发射。

该偏重会导致至少40％、50％、60％或70％的发射光直接入射在台面结构体的内部侧壁上。

各向异性的发光源可以形成部分引导或者可以帮助引导。就是说，可以至少部分地通过发光源的光的各向异性的发射提供引导，或者可以通过台面内的材料的配置提供引导并且通过发光源的光的各向异性发射辅助引导。

附图说明

在本文中，将参考附图描述本发明的示例性实施方式，其中：

图1是穿过μled的截面；

图2a和图2b是穿过具有不同纵横比的台面结构体的μled的截面；

图3a和图3b呈现纵横比变化对半角和抽取效率的影响；

图4a和图4b是穿过具有未抛光的(粗糙的)主发射面和抛光的(相对更少粗糙的)主发射面的μled的截面；

图5示出由于μled的反射面的粗糙度的降低而导致由μled发射的光的半角减小；

图6a和图6b是穿过具有中心对准的发射源和偏移的发射源的μled的截面；

图7a和图7b是具有中心对准的发射源和偏移的发射源的μled的平面图；

图8示出p触点未对准对于μled中的ee的影响；

图9示出具有与台面结构体的中心轴偏离30％，30％的发光源的建模的μled的极坐标图；

图10a和图10b示出具有各向同性和各向异性的发光源的μled；

图11示出穿过作为具有20°的发射半角的μled的附加层涂覆的多层介质滤光片以及具有朗伯分布的典型的平面led的传输的曲线；

图12呈现针对经处理的μled的功率对电流特性；

图13示出具有各个源占用率的μled的ee；以及

图14示出台面纵横比和源占用率对发射半角的影响。

具体实施方式

本文中公开的示例性μled描述了用于提高μled生成的并且从装置抽取至周围介质的光的准直的特征。这可以通过在μled的从台面结构体至主发射面的区域中使用与反射面结合的低纵横比台面来允许寄生光线反射回衬底的内部来完成。例如，反射面可以是在从台面结构体至主发射面的区域中的材料之间的边界处的抛光的主发射面或反射面。

在本说明书中，术语“光”将按照以下意义使用，其在光学系统中使用，不仅仅意味着可见光，而且还意味着波长在可见范围的波长以外的电磁辐射。此外，术语“寄生光线”可以指从远离μled内的台面结构体的焦点的点处的发光源发射的光线。这样的寄生光线可以按照以下方式从台面的内表面反射，即，以寄生光线从如果光从焦点发射的期望的准直输出偏转的方式。此外，术语“低纵横比”包括小于0.5的台面纵横比，并且，在具体示例性μled中，小于0.3。这会在以下更详细地说明。

应注意，μled还可以作为光电二极管运行。因此，本文中对μled的任何指代还包括光电二极管。

现有技术指示为了具有最好的性能，μled应当具有高纵横比台面结构体和光经过其传送或被抽取至周围介质的粗糙的或成形的表面。这是由于以下观点而得出的，即，高ee是μled的最期望的特征。如本文中示出的，具有低纵横比台面结构体和相对高的反射率(例如，抛光的)发射表面的μled在保持令人满意的ee的同时具有改进的准直。对于多个应用，改进的准直可以是μled的最期望的特征，该多个应用包括但不限于需要杂散光和光路管理的光电系统或显示器，如以下详细描述的。

图1示出具有抛物面台面结构体的μled100，发光层位于抛物面台面结构体中。图1限定台面结构体的参数以帮助描述本文中公开的μled。参照图1，μled100包括，在衬底101和半导体层102上的台面103、发光层104和电触点106。在图1的示例性μled100中，μled100的发射表面108被示出在衬底101和半导体102之间。然而，发射表面108可以根据发光层和衬底的性质可选地被限定为在μled100和周围介质110之间。此外，μled100包括以下特征和属性：

h1：抛物面焦平面在台面的基底以上的高度；

h2：发光层在台面的基底以上的高度；

h3：截顶在台面的基底以上的高度；

h4：抛物面顶部在台面的基底以上的高度；

d1：顶部电触点的直径；

d2：发光源的直径

d3：截断半导体台面的顶部的直径；

d4：发光层的直径；

d5：抛物面的焦平面的直径(焦平面是与焦点相交的水平面)；以及

d6：半导体台面的基底的直径。

此外，μled的另外的属性可以被定义为

ac：在发光层内的发光源的水平的台面的截面面积

台面结构体可以具有截顶或可以不具有截顶。在具有截顶的台面结构体中，h3等于h4。在不具有截顶的台面结构体中，d3等于零。此外，h1可以小于、等于或大于h2，这分别定义了焦点在lel上方、在lel中或在lel下方的情况。在其他示例性台面结构体中，d1可以根据材料中的电流扩散或电流限制而小于、等于或大于d2。

应注意，为了描述的目的，图1的特征和属性的大小和尺寸是示例性的，并且不不必表明本文中公开的μled100的特征和属性。

近似抛物面台面的纵横比可以被定义为(h2*h2)/ac。在台面结构体的顶部被截断的情况下，纵横比还可以被定义为(h3*h3)/ac。实际上，通过(h2*h2)/ac确定的纵横比和通过(h3*h3)/ac确定的纵横比之间的差值在许多情况下可忽视并且(h3*h3)/ac可以用于代表更准确的(h2*h2)/ac。

此外，应注意，纵横比的确定不需要具有圆形截面的台面结构体。纵横比还可以对于不规则的台面结构体来确定，例如，稍微变形或伸长的台面结构体。在台面结构体具有圆形截面的情况下，ac通过π*(d4/2)*(d4/2)确定。

图2a和图2b示出具有不同的纵横比的近似抛物面台面结构体的μled。图2a示出具有相对高的纵横比的台面结构体的μled300，并且图2b示出具有相对低的纵横比的台面结构体的μled302。在示例性情况下，μled300可具有大于或等于0.5的纵横比，并且μled302可具有小于0.5的纵横比，并且，在特定示例性情况下，纵横比可以小于或等于0.3。

在图2a和图2b中，μled300，302具有封装发光源306a，306b的近似抛物面台面结构体304a，304b。抛物面台面结构体可以具有截顶或可以不具有截顶，即，抛物线的顶部在发光源的水平以上是扁平的。在已知的装置中，从μled装置300，302的发光源发射的光被认为是来源于点源。然而，发明人认识到，这不是从发光源306a，306b发射的光的真正的反射方式。相反地，光横跨发光源306a，306b的整个区域发射并且这必须被建模为扩展源或多个点源。如图2a和2b所示，在以这种方法建模发射光时，会得到出乎意料的效果，即，导致与低粗糙度抽取表面相结合的低纵横比近似抛物面台面结构体的优势。

从μled输出的光的准直可以使用抛物线的固有性质描述：来源于在抛物线的焦点处的点源的光被准直成平行光束。基于此以及将μled分析为来自点源的发射光，已经假定，使用高纵横比台面的已知装置允许更好的准直，因为该台面结构体更接近理想的、无限的抛物线。

然而，如图2b所示，在考虑整个μled结构体时，包括从非点源(即，具有特定区域的源)发射的光，会观察到反直觉的行为。寄生光发射光线308b可以从主发射面310b的内表面内反射，仅允许反射离开台面结构体304b的内表面的光从装置302发射。如果主发射面310b是抛光，则这个效果会增大。作为这个效果的结果，从装置302发射的抽取光束在近似抛物面台面结构体纵横比减少时更准直。发明人已认识到，这个反直觉的行为是由于以下事实，即，源不能被认为是单个点源并且这允许通过将低纵横比台面结构体和反射(低粗糙度)表面相结合来改进光准直。

相比之下，图2a的μled300相对于μled302具有高纵横比的近似抛物面台面结构体。μled300的纵横比可以是0.5或更多。如在图2a中可以看出的，从发光层306a发射的、被认为是μled302中寄生的光从台面结构体304a的内表面反射，并且因此，从主发射面310a发射而不是被内反射。这导致增强的抽取效率，但是会导致输出光的准直降低，而这对于许多应用是重要参数。

减少纵横比并使用相对高的反射(例如，抛光的)发射表面以具有更好的准直对于技术人员来说是反直觉的。此外，改进的准直由ee的降低抵消，尽管改进的准直仍然是令人满意地。这在本领域中被认为是不希望的，但是实际上已大范围应用。

在示例性μled302中，纵横比可以小于0.5。在其他示例性μled302中，纵横比可以小于0.3。在其他示例性μled302中，纵横比可以小于0.2。在其他示例性μled302中，纵横比可以小于0.1。在其他示例性μled302中，纵横比可以在从0.1到0.25的范围或者在从0.01到0.25的范围。

根据以上所述，μled的光束准直可以通过将台面结构体设计并处理为具有小于0.5的纵横比和/或抛光主发射面使得表面粗糙度降低且反射特性增大来增大。发光层被封装在近似抛物面台面结构体中。近似抛物面结构体可以被定义为以下台面，即，其侧壁的切线在沿着有源层的周边的大部分以角度α＝45°+/-20°与μled的发光层相交，尽管，如上所述的，抛物面台面结构体还可以是变形的或伸长的。

应注意，发光层不与发光源相同。在示例性μled中，发光层定义台面结构体内的发光源所位于的层。发光层可以覆盖与通过台面结构体所处水平的横截面的区域相同的区域。发光源可以是发光层的实际发光的区域。在示例性μled中，发光源可以小于发光层。

台面结构体可具有低纵横比(通常hxh/ac<0.5)，其中h是台面的高度并且ac是发光层面积。主发射面可以全部地或部分地抛光或可以被处理为允许成角度的光线的内反射。抛光表面和低台面纵横比的结合允许具有与主发射面和/或发光层的垂线成大角度的一些不需要的寄生光线的内反射。如果主发射面是有形状的(例如，作为透镜或其他结构体)，则主发射面的垂线不能被这么容易地定义。在那些情况下，垂线可以被定义为发光层的垂线，或者抽取的光束的对称轴。这允许发射光束准直的提高。

事实上，发光源区域被建模为接近台面焦点的平面或在台面焦点的平面内的多源或扩展源。这个平面可以与发光层一致。

在接近台面结构体的焦点但不是在精确的焦点处的任意方向上发射的光线不会以平行光束反射并且增加抽取光束(寄生光线)的半角。这同样可以适用于从发光源向着台面结构体的顶部表面(截顶)发射的光。在将发光源考虑为多源或扩展源时，发射寄生光并且降低μled的光准直。

通过减少台面的纵横比，一定百分比的寄生光线不会被台面结构体反射，并且因此通过μled直接传播至主发射面，寄生光线从主发射面内反射。这些寄生光线也可以在多材料衬底的情况下在材料内部的界面(例如在gan/蓝宝石的界面)处反射或者由衬底和周围介质之间的反射涂层反射，或者由任何其他反射结构体反射。

图3a和3b呈现hxh/ac(纵横比)变化对半角的影响，这允许量化针对具体的近似抛物面台面结构体和源区域的准直(图3a)和抽取效率(图3b)。图3a示出0.5以下的纵横比表现出发射光束的半角的出乎意料的减少，所以光准直改进。对于不同的台面结构体和/或发光源区域，这些结果会稍微改变。

已知的μled涉及通过将台面结构体的纵横比增加为超过0.5来提高ee。然而，在许多应用中，不仅需要提高抽取效率，而且需要提高光准直。在一些情况下，可以在某种程度上牺牲ee来支持更好的准直。

可以通过抛光主发射面来获得μled生成的并从装置抽取至周围介质的光的准直的改进。

粗糙的或有形状的发射表面通常用于led行业中，以便最大化抽取效率，但这是以准直为代价的。粗糙的主发射面减少光的内反射。在示例性μled中，抛光的主发射面允许寄生光的内反射，会导致改进的准直。在示例性μled中，由ra定义的主发射面的粗糙度可以是500nm或更小、150nm或更小、100nm或更小、或者50nm或更小。

图4a和4b示出具有未抛光的(粗糙的)主发射面510a和抛光的(相对较小粗糙的)主发射面510b的μled500，502。如图4a所示，在主发射面510a是未抛光的情况下，未反射离开台面结构体504a的内表面的光线508a与主发射面510a相互作用，并且，由于粗糙度，光线508a入射在主发射面510a上的角度会使得光从装置500发射。这会增加ee，但其还增加了输出光的半角，因此降低了准直。相比之下，图4b的μled502的主发射面510b具有抛光的主发射面510b，该表面比主发射面510a的粗糙度更小。因此，由装置500发射的相同的光线508b被内反射。这会降低装置的ee但是减少光输出的半角，因此提高准直。

已针对粗糙度ra＝47nm的示例性抛光主发射面，测量几个μled的半角。然后μled的主发射面被粗糙化为ra＝556nm。相同的微型led的半角已被再次测量。结果绘制在图5上。参照图5，在主发射面是抛光的情况下，观察到光束准直的较大改进。对于25度以下的半角观察到光束准直的20％-40％的改进并且对于25度以上的半角观察到5％-20％的改进。这个结果突出显示抛光的效果对于具有自然良好准直的led(即，μled)更显著。

取决于形成主发射面的材料和主发射面的外侧的材料，从主发射面的内反射会以多个不同的角度发生。就是说，在表面处的界面确定光被内反射的临界角。在示例性μled中，反射面可以是主发射面，但是在其他示例性μled中，反射面可以是两个材料之间的界面表面。在其他示例性μled中，界面可以由具有变化的折射率的单个材料提供。在这样的μled中，材料的折射率可以在界面区域上持续变化。发射光的波长也可以影响临界角。

以下给出针对各个材料和波长的多个临界角。

还可以将台面形状的μled与反射面和优化的光源形状或位置相结合，以优化抽取光的准直。

示例性μled可以通过优化发光源在台面中的位置并利用反射回至衬底的(没有被抽取至周围介质)寄生光线来改进由微型led装置生成的并且从装置抽取至周围介质的光的准直。就是说，示例性μled可具有偏离近似抛物面台面结构体的中心轴的发光源。

发光源的未对准导致由台面的一侧发射的寄生光的更多的内反射。这会导致μled的发射光束的不对称轮廓。图6a和6b示出该原理。图6a示出具有不同定位的发光源706a，706b的μled700，702。在图6a中，发光源706a以垂直通过台面结构体704a的行进的中心轴为中心。在示例性μled中，发光源706a可以是圆形的。在其他示例性μled中，发光源706a可以是不对称的。在其他示例性μled中，光源可以是在中心处没有发光(在焦平面没有发光)的围绕中心的环。

在发光源706a处生成的光反射离开台面结构体704a的内壁并且穿过主发射面710a从装置700发射。可以看出在发光源706a的外周处生成的和/或接触台面结构体704a的下边缘的诸如708a的光射线从装置700发射并且提供光束的半角的界限。相比之下，参照图6b，装置702的发光源706b偏离台面结构体704b的中心轴。在这样的配置中，因为入射角减少，所以接触台面结构体704b的下边缘的光线708b从主发射面710b内反射。因此，从装置702发射的光束偏斜，但是该光束具有更大的准直和减少的半角。

图7a和7b示出μled700，702的平面图。发光源706b的未对准在图7b中示出。图7a示出与台面结构体704a的中心轴对准的发光源706a。示例性x偏移量可以在从1μm到5μm的范围或者在从发光层的半径的0％到(d4-d2)/d4％的范围。示例性y偏移量可以在从1μm到5μm的范围或者在从发光层的半径的0％到(d4-d2)/d4％的范围。在那些范围内的x偏移量和y偏移量的任意组合也都是可能的。x偏移量和y偏移量可以在从发光层的半径的10％到50％的范围。

已经建立了发光源706b不在台面结构体704b的中心的模型。已经利用10％、10％；20％，20％；30％，30％；以及50％/50％的x，y偏移量对不同的未对准值进行建模。这些未对准参数导致不对称的光束形状，同时保持了合理的抽取效率，如图8所示。图9示出具有与台面结构体的中心轴偏离30％，30％的发光源的经建模的μled的极坐标图。

从μled发射的光的准直还可以通过具有各向异性的发光源来改进。就是说，发光源仅在选定的方向上发射光。各向异性的源可以通过主要生成入射到近似抛物面台面结构体表面上的那些光束路径来提高μled的准直和抽取效率。

在示例性μled中，可以引导或促使源发射垂直于或基本垂直于装置发射方向，即，在μled的有源层的平面内。在一些示例性μled中，可以引导源发射基本平行于μled的主发射面。故意引导来自发光源的光发射在垂直于装置发射的方向的平面内是违反直觉的，因为通常将光向着发射表面引导。垂直或大致垂直于装置发射方向的源发射联同μled台面结构体允许增强抽取的光束准直和抽取效率。如果源是各向同性的，那么仅小比例的辐射光将立即入射到台面内反射面上。

图10a和10b示出分别具有各向同性和各向异性的发光源的μled1100，1102。图10a示出从发光源1106a发射的光在所有方向。在从发光源1106a发射的八个示例性光线中，仅光线8和4立即入射到台面结构体内反射面上。其余的光线大都有助于内部散射和损耗，从而降低了抽取效率，或者在没有由台面引导的情况下出离表面，从而扩大了准直发射的光束。除8和4以外的光线通常从台面1104a的平面顶部表面反射(光线1和3)，没有由台面反射但传播至衬底(光线5和7)或者直接地(光线6)或者在平面反射(光线2)之后一致地贡献于(但是扩大)准直光束。

在示例性μled中，从发光源发射的大于50％的光基本垂直于发射的方向(其可以由发光层的法线定义)。在其他示例性μled中，从发光源发射的大于80％的光基本垂直于发射的方向。在其他示例性μled中，从发光源发射的大于90％的光基本垂直于发射的方向。

贡献于内部散射的光线的比例可随着台面结构体的纵横比的减少而增加并且会负面影响μled1100的抽取效率。因此，为了提高抽取效率，通过源各向异性来消除寄生光线1、3、5、和7是有利的。

在图10b中示出的各向异性的发光源1106b主要在发光源1106b的量子阱的平面内发射。更大比例的生成的光入射到台面结构体1104b的内反射面上并且更小比例的生成的光贡献于μled的内部散射和损耗。

各向异性的源可以按照几种方式创建，不限于以下给出的实例：

折射率引导：外延结构体利用嵌入低折射率材料的发光源1106b的量子阱和外部包层区域的较高的折射率来调制。这具有引导(弯曲)生成的光使其回到量子阱的平面的效果。因而，量子阱发射可以是各向同性的但是包层的折射率引导引导从发光源1106b发射的光远离损耗路径，例如，垂直于μled1102的发射的方向。

双极各向异性：一些半导体材料表现出电子和空穴态的空间分离，使得双极效应在某个平面内很明显。gan具有极性、半极性和非极性平面。这个空间分离影响与传播方向有关系的某个偏振的复合概率。这会导致某个平面内的增强的光子发射和其他平面内的抑制的光子发射，然后光子表现出相关联的偏振效果。这个效果可以用于促使光在垂直于μled1102的发射方向的方向上从发光源发射。

示例性μled利用折射率引导或晶体各向异性效果促使光在量子阱的平面内传播。

在示例性μled中，在不需要具有从发光源到主发射面的范围的反射区域或低粗糙度表面的情况下，来自发光源的光的各向异性发射可以增加从μled发射的光的抽取效率和/或准直。

由μled生成的并且从μled抽取至周围介质的光的准直还可以通过在主发射面上涂覆附加层来降低。

涂覆于主发射面的附加层可以表现出角度依赖，即，它们可以基于光的入射角来衰减、反射或传播入射在它们上的光。在应用于μled时，这个效果可以通过(例如)衰减以对于主发射面的法线成较大的角度入射在附加层的光。相反，所涂覆的层的传输可以通过应用至匹配已知角相关的准直源来增强。

主发射面上的的处理可以包括加入具有几个可替换的功能的层，该功能包括但不限于波长带通、高通、低通、反射或抗反射滤光片。这样的附加层已知为入射角(aoi)相关，通常表现为在将滤光片应用于作为宽发射角度源的非准直装置时的损耗机理。虽然这些滤光片的主要功能不是影响光束轮廓，但aoi相关意味着作为附带效应，它们可以具有通过提高准直、抑制散射光并且降低装置阵列中的串扰来提高μled的功能的光束成形性能。此外，这些层的性能可以较之非准直源增强，因为在应用于μled时较高角度下的相关联的功率损失被大大降低。

图11示出通过应用为具有20°的发射半角的μled的附加层的带通滤光片以及具有朗伯分布的典型的平面led的传输的曲线。带通滤光片大量地衰减以30°以上的角度入射在其上的光。该曲线还示出μled传输和通过滤光片的平面led传输的比例。可以看出，在小的入射角下，μled传送多达四倍的更多的功率，并且在整个半球上，μled传送平面装置两倍的功率。

在已经处理为具有与穿过其的光的aoi相关的带通滤光片的主发射面的附加层的μled装置中，可见发射光的准直提高。对于非准直led装置，这具有衰减输出的效果。然而，对于μled装置，发现在部分准直的光束中对于主发射面成较大的角度比成较小的角度的那些减弱更多。因此，从μled发射的光的准直增加。在实例中，滤光片的应用将平均半宽度半最大值(＝半角)从44°提高至26°。

对于μled，经过滤光片的传输损失与在使用平面led时相比更少，因为将滤光片应用至微型led得到更高效的系统。

在示例性μled中，可以使用多级介质滤光片。滤光片可具有10nm至30nm的通带(在特定实例中，20nm)以及从400nm至700nm的可见区域任何地方的标称传输波长。可以从均显示角度依赖致使μled准直改进的具有低通、带通或高通特性的从深uv、通过光波长到红外波长应用其他专有滤光片。与发光层的法线>10°的角度的光经历衰减效果并且不传输30°以上的大部分发射。更多一般类型的附加层由多层介电薄膜形成，每层通常为λ/4厚度量级。

本文中公开的示例性μled通过设计有关抛光主发射面反射特性的发光源区域可具有改进的电光转换效率。由其区域定义的发光源，即s区域被封装在可具有截顶的近似抛物面台面结构体中。近似抛物面台面结构体可以被定义为以下台面，该台面的侧壁的切线沿着有源层的周边的大部分以a＝45°(+/-20°)与有源层相交。有源层还被称为由其区域lel区域定义的发光层lel。源占用率由发光层区域上的源区域定义：s区域/lel区域。对于圆形台面，定义源占用率的另一个方式是d2*d2/(d4*d4)。台面可具有低纵横比(h2xh2)/ac<0.5。主发射面可以被抛光(或者被处理为允许成角度的光线的内反射)。在扩大源区域的同时优化了电光转换效率。

在现有技术中通常容许具有近似抛物面形状的μled结构体在小的源占用率的情况下具有更好的抽取效率。例如，us7518149公开如果触点占据小于16％的截顶台面表面区域，效率特别高。这个陈述倾向于指出在源占用率减少时从μled装置抽取更多光；即，更高的电光转换效率。然而，在源占用率减少时，触点减少，因此电流密度增加。所以，对于相同的输入功率(ixv)，根据材料的iv特性，更多电子可以通过大的触点注入，因此可以产生更多光子。

存在来自材料的光子生成和光子抽取之间的折衷。在相同的输入功率下，大的源产生更多光子，但是将从材料抽取更小百分比的这些光子。本文中公开的示例性μled示出可以通过扩大源占用率来优化μled的电光转换效率。

图12呈现处理的μled(具有niau触点的gan)的功率对电流特性。

在示例性μled中，对于0.5mw的输入功率：对于10％的源占用率可以注入90μα；并且对于30％的源占用率可以注入98μα。由于对于大的源的准直的损失，抽取效率可以在两个设计之间变化。对于具体的台面结构体建模，抽取效率从对于10％的源占用率的48.2％变化至对于30％的源占用率的45.9％。图13示出对于具体的台面设计具有各个源占用率的μled的抽取效率(ee)。其他设计(台面纵横比、几何系数……)会产生稍有不同的结果。

对于大的源(例如，30％)，生成的光子的数量可以增加9.2％，考虑到由于抽取效率的减小而导致的损失，其仍然允许差不多4％的电光转换效率的总体增加。

具有用于反射寄生光线的低粗糙度的抛光表面的低纵横比台面结构体(例如，0.5以下)在与高纵横比台面结构体相比时，允许发射光的半角的改进。扩大源占用率增加半角。所以，对于相同的准直要求，可以使用具有扩大的源占用率的低纵横比台面，如图14所示。对于相同的半角要求(例如，10度)，台面结构体可以被设置为具有高纵横比(例如，大于0.5)和小的源占用率(例如，10％或更小)，或者低纵横比(例如，小于0.5)和大的源占用率(例如，大于50％)。

扩大至高达100％的源占用率可以在实际的μled应用中使用并且在与低纵横比台面结构体相结合时实现可接受水平的准直。具有大的源占用率的高纵横比设计会导致不可接受的准直。这允许准直与正向电压、可制造性等因素的权衡。

本文中公开的示例性μled提供光电系统的杂散光和光路管理的优点。示例性μled通过移去大的光学器件来简化光学系统和封装。此外，示例性μled可以移去背景噪声、减少功率要求和/或减少元件之间的串扰。

对于显示应用还有补充益处，诸如，在直视显示器中：窄视角显示或私密显示；去除显示对比度增强的反向散射；和/或减少像素之间串扰以降低像素模糊。另外，在显示器背光应用中，示例性μled可以：优化耦合至光引导件底板的光；减少外部损失；和/或允许不同的省电背光架构。

上述的任意特征可以或者单独地或者以其任意组合应用于μled。此外，技术人员将能够根据所附权利要求预见本发明的其他实施方式。