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CN114667601A - 用于自对准光刻胶图案化的像素化发光二极管 - Google Patents

用于自对准光刻胶图案化的像素化发光二极管 Download PDF

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CN114667601A CN202080080415.8A CN202080080415A CN114667601A CN 114667601 A CN114667601 A CN 114667601A CN 202080080415 A CN202080080415 A CN 202080080415A CN 114667601 A CN114667601 A CN 114667601A
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Abstract

一种光源包括光发射器阵列，其中至少一些光发射器具有中心图案化表面和未图案化边界；位于光发射器阵列中的每一个之间的阻光金属层；以及位于光发射器阵列中的每一个上的下转换器材料。

Description

用于自对准光刻胶图案化的像素化发光二极管
技术领域
本公开总体上涉及微型发光二极管（LED）照明系统。在某些实施例中，自对准光刻胶图案化用于创建减少LED像素之间的光学串扰的特征。
背景技术
发光二极管（LED）已广泛用于车辆头灯，道路照明，灯具，以及各种需要高发光功效、长寿命、和光方向和强度的良好可控性的应用。在一些应用中，通过提供包括多个像素的LED光源，可以改善照明或者实现新的照明应用，所述多个像素可以被自适应地编程以发射限定强度的光。这种LED像素阵列通常可以受益于较小的像素大小、较大的像素数量、和较大的像素密度。
能够在可见光谱范围内工作的高强度/亮度发光器件包括III-V族半导体——尤其是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金——也称为III族-氮化物材料。通常，III族-氮化物发光器件是通过金属-有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其他外延技术在生长衬底（诸如蓝宝石、碳化硅、III族-氮化物、或其他合适的衬底）上外延生长不同组分和掺杂浓度的半导体层的叠层来制备的。蓝宝石由于其广泛的商业可用性和相对容易的使用，经常被用作生长衬底。生长在生长衬底上的叠层通常包括形成在衬底之上的掺杂有例如Si的一个或多个n型层、形成在一个或多个n型层之上的发光或有源区、以及形成在有源区之上的掺杂有例如Mg的一个或多个p型层。
不幸的是，简单地减小像素大小和增加像素密度可以导致问题。由于来自LED和相关联磷光体的光在所有方向上发射，因此可能难以防止一个LED像素的光发射与像素阵列的另一LED像素的光发射重叠，从而降低LED像素阵列的有效分辨率或造成被照射区域的不希望的像素照明重叠。这对于在像素阵列中具有分隔的LED光发射器但仍然使用单个磷光体层的设计来说尤其如此。
最小化像素阵列中LED像素之间的光学串扰的一种解决方案是具有多个分隔的磷光体，每个磷光体通过使用常规光刻胶图案化和磷光体沉积与离散像素相关联。不幸的是，当考虑LED像素阵列的晶片级加工和管芯到晶片附接的精度限制时，每个LED管芯在晶片上将具有稍微不同的取向。对于小且高密度的微型LED阵列，这种管芯到管芯的变化可以与光刻胶图案的临界尺寸相比较。将掩模与每个管芯精确对准是耗时的，增加了成本，并且减小了并行晶片级加工的优势。
发明内容
本文提供了光源以及制造光源的方法。光发射器（例如像素）包括中心图案化表面和未图案化边界，以便于制造光源的自对准无掩模方法。
在第一方面中，一种光源，包括阵列，该阵列包括：多个光发射器。每个光发射器包括具有第一和第二表面的半导体层。半导体层可以包括III族-氮化物材料。在一个或多个实施例中，半导体层包括GaN。在一个或多个实施例中，半导体层包括包含n型层、发光区和p型层的叠层。至少一部分光发射器的第一表面包括：中心图案化表面和未图案化边界。在一个或多个实施例中，未图案化边界具有在1至50微米的范围内的宽度。每个光发射器还包括在半导体层上的下转换器材料，例如磷光体材料。该阵列还包括位于每个光发射器之间的阻光金属和位于光发射器阵列中的每一个上的下转换器材料。下转换器材料（例如磷光体层）可以位于自对准腔内，该自对准腔部分地通过将光从光发射器阵列中的至少一些发射到正性光刻胶中并去除暴露的光刻胶来限定。在实施例中，在中心图案化表面上存在下转换器材料，并且在未图案化边界的至少各部分上不存在下转换器材料。
在一个实施例中，每个光发射器包括在5微米和500微米的范围内的最小宽度。光发射器可以由至少部分粗糙化或图案化的GaN形成，该GaN通过在先前图案化和去除的蓝宝石或其他衬底上直接蚀刻或生长而形成。在一个或多个实施例中，发光材料包括GaN。
在一个实施例中，每个光发射器可以支撑高度小于5微米的阻光金属层。在一些实施例中，阻光层可以是电镀铝或其他反射金属。金属沉积可以在光发射器阵列的离散像素上的下转换器材料（例如磷光体材料）的沉积之前或之后发生。
在一个实施例中，该阵列包括在晶片或管芯级有源的公共电触点。光发射器阵列中的选定的或所有的光发射器可以被提供有电流，以生成和发射使正性光刻胶层的各部分显影的光。
在一个实施例中，阵列提供多色照明，并且可以通过选择性激活和/或提供给阵列中像素的电流水平是颜色可调的。
在一个实施例中，磷光体由通过缩合固化硅树脂体系粘结在一起的颗粒形成。
在一个实施例中，光学元件与光发射器阵列中的至少一些对准。除了诸如透镜、光束扩展器、光束匀化器、偏振或滤色器、以及光散射层之类的光学元件之外，还可以应用各种保护层。在一些实施例中，可以应用包括ITO、石墨烯或其他导电层的有源光学或电学层。
在一个实施例中，光源可以用于建筑、相机闪光灯、和机动车照明中的至少一种。
在另外的方面中，通过自对准无掩模方法制作光源的方法包括：用正性光刻胶涂覆光发射器阵列。光发射器阵列可以由管芯或晶片级衬底提供。至少一些光发射器可以被激活以曝光部分正性光刻胶并创建显影的正性光刻胶。在洗去显影的正性光刻胶之后，腔在正性（未显影）光刻胶侧壁内。下转换器材料（例如磷光体材料）或其他合适的材料可以用于至少部分地填充腔。
在一个实施例中，进一步加工可以包括沉积和洗去第二正性光刻胶层。有利的是，这允许建立各种磷光体材料层的叠层。
在另一个实施例中，加工可以包括在沉积于GaN沟槽中的接合金属层上电镀金属。这允许增加反射侧壁的高度，减少邻近光发射器之间的潜在光学串扰。
在另一个实施例中，晶片的背侧上的电触点被供应有电流，以激活光发射器阵列。激活可以限定期望的图案，该期望的图案可以包括但不限于棋盘或RGBY一致图案。
附图说明
为便于详细理解本公开的上面列举的特征，可以参考实施例对上文简要概述的本公开进行更特定的描述，这些实施例中的一些在所附附图中说明。然而，要注意的是，所附附图仅示出了本公开的典型实施例，并因此不应被认为限制其范围，因为本公开可以容许其他等效的实施例。图1-图3和图5-图6的线条附图不是按比例的。
图1是图示了至少部分由GaN基管芯或晶片形成的像素阵列的一部分的截面的示意图；
图2A-图2E.2图示了适用于将光刻胶涂敷到诸如相对于图1所示的结构并图案化的自对准工艺；
图3A图示了在加工后顶部盖有第一磷光体材料352的像素阵列的一个实施例，其中像素阵列中的所有像素均被照射；
图3B图示了顶部盖有第一磷光体材料352和第二磷光体材料354两者的像素阵列310的另一实施例；
图4A、图4B和图4C分别示出了根据一个实施例加工的LED像素阵列的显微图像；
图5图示了用于对光刻胶曝光的晶片级像素的子集进行电接触的示例性触点布局；以及
图6A-图6K图示了适用于像素的表面处理的自对准工艺。
具体实施方式
在描述本公开的几个示例性实施例之前，应理解本公开不限于以下描述中阐述的构造或工艺步骤的细节。本公开能够有其他实施例，并且能够以各种方式实践或执行。
根据一个或多个实施例，如本文中使用的术语“衬底”是指一种中间的或最终的、具有表面或表面的一部分的、工艺在其上进行的结构。另外，在一些实施例中，提及衬底也仅指衬底的一部分，除非上下文清楚地以其他方式指示。此外，根据一些实施例，提及在衬底上沉积包括在裸衬底上沉积，或者在其上沉积或形成有一个或多个膜或特征或材料的衬底上沉积。
在一个或多个实施例中,“衬底”意味着在制备工艺期间在其之上进行膜加工的任何衬底或衬底上形成的材料表面。在示例性实施例中，取决于应用，在其上进行加工的衬底表面包括诸如以下的材料：硅、氧化硅、绝缘体上硅（SOI）、应变硅、非晶硅、掺杂硅、掺杂碳的氧化硅、锗、砷化镓、玻璃、蓝宝石、和任何其他合适的材料（诸如金属、金属氮化物、III族-氮化物（例如GaN、AlN、InN和合金）、金属合金、和其他导电材料）。衬底包括而不限于发光二极管（LED）器件，其包括uLED器件。在一些实施例中，衬底暴露于预处理工艺以抛光、蚀刻、还原、氧化、羟基化、退火、UV固化、电子束固化、和/或烘焙衬底表面。除了直接在衬底本身的表面上的膜加工之外，在一些实施例中，所公开的膜加工步骤中的任何一个也在衬底上形成的底层上进行，并且术语“衬底表面”旨在包括如上下文指示的这种底层。因此，例如，在膜/层或部分膜/层已经沉积到衬底表面上的场合，新沉积的膜/层的暴露表面成为衬底表面。
提及微型LED（uLED）意味着发光二极管具有小于100微米的一个或多个特性尺寸（例如，高度、宽度、深度、厚度等尺寸）。在一个或多个实施例中，高度、宽度、深度、厚度中的一个或多个尺寸的值在2至25微米的范围内。
下转换器材料吸收能量，将进入的波长转换成较低能量的较高波长。在本文中，下转换器材料可以是磷光体材料，或者半导体纳米颗粒（量子点），或者磷光体和量子点的组合。
提及未图案化边界的至少各部分上没有材料（例如下转换器材料）时，认识到在沉积工艺期间，一些材料可能渗出到未图案化边界上。在一个或多个实施例中，在大于或等于50%、或者大于或等于60%、或者大于或等于70%、或者大于或等于80%、或者大于或等于90%、或者大于或等于95%、或者大于或等于99%的未图案化边界上没有下转换器材料。
沉积薄膜的方法包括但不限于：溅射沉积、原子层沉积（ALD）、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、等离子体增强原子层沉积（PEALD）、等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、及其组合。
图1是图示了包括多个光发射器（例如像素）的像素阵列100的一部分的截面的示意图。两个像素（120和122）在截面中被部分地示出。在图1中，提供了像素120的细节，并且要理解，像素122具有对应的特征。每个光发射器包括具有第一表面132和第二表面134的半导体层110。在一个或多个实施例中，半导体层包括GaN。在一个或多个实施例中，半导体层包括包含n型层、发光区和p型层的叠层。该阵列可以至少部分地通过图案化下面的管芯或晶片来形成，其可以包括：多个单独的像素，至少包括：半导体层和可以被电寻址以发射光的触点。每个像素包括中心图案化表面124和未图案化边界126。多个像素120和122由沟槽或凹槽分隔，所述沟槽或凹槽填充有阻光金属130或者能够吸收或反射来自邻近LED像素的重叠光发射的其他合适结构。未图案化边界被设计成最小化来自每个像素的横向发射。
在一些实施例中，管芯或晶片的电镀始于种子层，接着是光刻胶图案化以勾勒出金属焊盘生长区域。替代地，可以在激光剥离蓝宝石层之后电镀现有的金属结构。金属电镀可以限制在小于5微米的高度，以减少电镀材料到有源GaN像素区域中的扩散。管芯或晶片的金属化和触点图案可以被设计成使得像素的特定子集可以在晶片或瓦片（tile）级电接触。稍后可以切断公共触点，以允许所有像素的单独寻址能力。
图2A-图2E示出了适用于将光刻胶涂敷到诸如相对于图1所示的结构并图案化的自对准工艺200。首先，图2A示出了包括多个单独像素210的管芯或晶片202，每个单独像素210具有中心图案化表面224和未图案化边界226，并且被阻光金属230分隔。每个像素包括半导体层。图2B中所示的是来自图2A的三个像素（LED1、LED2和LED3）的特写片段（close-upexcerpt），其中一层正性光刻胶220沉积在管芯或晶片202的顶表面上，在“LED”224的图案化表面及其未图案化边界226和阻光金属230上方。
在这一点上，针对照射像素提出了两种选项，以允许为期望的应用创建设计。在图2C.1的第一选项中，照射所有像素（例如，LED1、LED2和LED3），这将正性光刻胶显影成仅在每个像素（LED1、LED2和LED3）的图案化表面上方的显影的正性光刻胶222。正性（未显影）光刻胶220驻留于未图案化边界和阻光金属上。在图2C.2的第二选项中，只有一些像素（例如LED1和LED3）被照射，从而形成显影的光刻胶222的限定图案。像素被照射一持续时间。在一个或多个实施例中，持续时间大于一秒且小于十秒。正性光刻胶通过合适的方法（包括用显影剂淹没、和干燥）显影。按照需要重复照射、添加显影剂、和干燥。
此后，在图2D.1和图2D.2，洗去显影的正性光刻胶部分（即，暴露于来自已照明像素的图案化表面的光的部分）。这留下了由正性（未显影）光刻胶的薄边缘壁242或厚边缘壁244分隔的腔240。腔240可以通过充填或添加下转换器材料（例如，磷光体材料）来进一步加工。在图2E.1和图2E.2中，根据期望的配置，腔240填充有下转换器材料252。此后，去除剩余的光刻胶220。并且使用附加加工以用金属侧壁250或另外的下转换器材料252填充开口腔。在中心图案化表面上存在下转换器材料，并且在未图案化边界的至少各部分上不存在下转换器材料。
对于图2E.2，通过照射像素LED2、去除已显影的光刻胶、并在LED2上沉积期望的下转换器材料，进一步加工有可能使厚边缘壁244的正性抗蚀剂显影。
图3A图示了在加工后顶部盖有第一磷光体材料352的像素阵列300，其中像素阵列中的所有像素均被照射。替代地，图3B示出了在加工后顶部盖有第一磷光体材料352和第二磷光体材料354两者的像素阵列310，其中像素阵列中的一半像素以棋盘图案被照射。在显影和清洗光刻胶之后，用第一磷光体材料填充任何腔。任何先前未被照射的像素被照明，光刻胶被显影和清洗，并且用第二磷光体材料填充的任何腔被用于限定棋盘或其他期望的图案。
图4A、图4B和图4C分别示出了根据一个实施例加工的LED像素阵列的图像。用增粘剂六甲基二硅氮烷（HMDS）涂覆陶瓷瓦片上的6×3阵列的蓝色发射的LED。将15微米的正性光刻胶AZ4562层旋涂到瓦片上，并随后在100℃下干燥2分钟。对阵列的单个像素进行电接触，其然后以800 mA/cm2运行5秒钟。然后用TMAH基显影剂RD6淹没光刻胶50秒，并然后旋转干燥。重复该工艺，并然后在DI水中冲洗样品。图4A示出了所得光刻胶图案的、具有100 μm比例的光学图像400，其中光刻胶从中心像素之一被去除。图4B示出了图案拐角的扫描电子显微镜图像410，而图4C示出了沿着两个相邻LED像素之间的光刻胶图案的边缘的同一样品的截面的扫描电子显微镜图像420。在两个点测量剩余光刻胶的厚度：14.18微米和15.44微米。底切角为42.4°。
图5示出了用于对光刻胶曝光的晶片级像素的子集进行电接触的示例性触点布局500。第一颜色（例如红色）的像素502的子集电连接在每个像素502的第一触点“C1”至第一颜色公共触点512之间。每个像素502的第二触点“C2”与到布局公共触点508的连接510电接触。第二颜色（例如绿色）的像素504的子集电连接在每个像素504的第一触点“C1”至第二颜色公共触点514之间。每个像素504的第二触点“E2”与到布局公共触点508的连接510电接触。第三颜色（例如蓝色）的像素506的子集电连接在每个像素506的第一触点“C1”至第三颜色公共触点516之间。每个像素506的第二触点“C2”与到布局公共触点508的连接510电接触。稍后可以切断公共触点，以允许所有像素的单独寻址能力。
有利的是，包含中心图案化表面和未图案化边界的LED像素将最小化每个像素的横向发射，使得可以高分辨率地图案化管芯或晶片表面上的光刻胶膜。在一个或多个实施例中，未图案化边界的宽度在1至50微米的范围内，包括其之间的所有值和子范围，包括5至20微米。为了增强光的提取，半导体器件中的GaN表面通过由抗蚀剂图案化蚀刻的图案化蓝宝石或者通过光电化学蚀刻而具有粗糙化的表面。在一个实施例中，可以形成图案化的蓝宝石，以在管芯布局的边缘附近留下光滑的蓝宝石。这需要将蓝宝石与LED对准。LED中每个像素的外部5至20微米边缘处的表面粗糙度的缺乏降低了像素边缘处的光强度，并且改善了蓝光消光的质量，以减少LED像素之间的串扰。
在一个实施例中，形成自对准光刻胶阵列可以依赖于对LED的发射波长敏感的正性光刻胶的均匀层的沉积或涂覆。当一些或所有的LED像素然后被接通时，只有LED正上方的光刻胶将被曝光。显影后，光刻胶仅保留在阵列的黑暗区域（“关断”像素，像素之间的空间）上，以及阵列的边界周围。如果所得图案填充有磷光体，那么可以剥离光刻胶以产生与LED阵列对准的像素化磷光体阵列。可以调整光刻胶厚度和LED光剂量，以最小化感兴趣区域中的过度曝光。替代地，可以应用多步骤方法，其中薄光刻胶膜之后是LED曝光，并且然后可以应用光刻胶侧壁上的薄阻光层（诸如铝金属）来进一步减少来自LED光源的串扰。LED发射表面上任何多余的铝都可以通过定向干法蚀刻工艺去除。然后，借助于像素之间的这个阻挡层，第二光刻胶层可以被图案化。可以重复该过程以创建期望的光图案化纵横比和侧壁轮廓。
用于这个所描述工艺的正性光刻胶化合物可以包括被光降解的光敏材料，使得显影剂将溶解掉暴露于光的沉积区。实际上，这在放置掩模的地方留下涂层（即膜保留在被照射的抗蚀剂的先前暗的部分上）。正性抗蚀剂通常需要在低温下使用，因为它们在高温下易受永久交联（也称为“硬烘焙”）的影响，从而致使抗蚀剂不能够在之后被剥离浴（通常是温和的溶剂体系）去除。
诸如本文公开的发光像素阵列可以包括但不限于由蓝宝石或碳化硅形成的LED。LED可以由外延生长或沉积的半导体n层形成。然后，可以在n层上顺序生长或沉积半导体p层，从而在层间的结处形成有源区。能够形成高亮度发光器件的半导体材料可以包括但不限于III-V族半导体——特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金——也称为III族-氮化物材料。在某些实施例中，可以使用激光发射元件。
可以使用磷光体颗粒来修改从LED发射的光的颜色，该磷光体颗粒包括能够创建白光或其他颜色的单色光的一种或多种波长转换材料。在一些实施例中，可以使用通过黏合剂或粘合剂保持在一起的磷光体颗粒。例如，用硅树脂粘结在一起的磷光体可以被模制、分配、丝网印刷、喷涂或层压。
在一个实施例中，缩合固化硅树脂体系可以用来粘合磷光体颗粒。可以针对机械稳定性、低温固化性质（例如低于150-120摄氏度）、和使用气相催化剂催化的能力来选择硅树脂材料或硅氧烷。在一个实施例中，可以使用有机硅氧烷嵌段共聚物。可以使用包含D和T单元的有机聚硅氧烷，其中D单元主要接合在一起以形成具有10至400个D单元的线性嵌段，并且T单元主要彼此接合以形成支化聚合物链，这被称为“非线性嵌段”。在某些实施例中，缩合固化硅树脂体系可以包括可选的有机、无机、或有机/无机粘合剂和填充材料。在一个实施例中，光激活磷光体（light active phosphor）、染料、或纳米颗粒可以通过硅树脂粘结在一起。在其他实施例中，硅树脂可以附加地形成光学结构，包括透镜、光导、或折射元件。
用于缩合固化硅树脂体系催化剂的催化剂可以被选择成最小化要求去除的物质的生成，和/或应该不要求高温活化以使得能够在相对低的温度下固化和/或使用热敏衬底。组合物可以采用相对无毒、并且在溶液中相对稳定但是在干燥时相对快速固化的催化剂。催化剂可以在相对低的浓度下有效，和/或在相对低（或无）湿度条件下有效。可以使用可以用作气相的催化剂。在一个实施例中，缩合固化硅树脂体系的气相固化可以使用碱性（basic）或碱性（alkaline）催化剂进行。在一个实施例中，可以使用诸如由Swier等人在美国专利9688035中所描述的超级碱催化剂。在一些实施例中，与没有超级碱催化剂的相似组合物相比，使用超级碱催化剂制作的硅树脂固体组合物表现出增强的固化速率、改进的机械强度、和改进的热稳定性。
本文使用的术语“超级碱”是指具有非常高碱性的化合物，诸如二异丙基酰胺锂。术语“超级碱”也涵盖由两种（或更多种）碱混合产生的碱，导致拥有固有新性质的新的碱性物质。术语“超级碱”不一定意味着热力学和/或动力学上比另一种碱更强的碱。代替地，在一些实施例中，这意味着通过组合若干不同碱的特性来创建碱性试剂。术语“超级碱”还涵盖相对于1,8-双-(二甲氨基)-萘具有更高绝对质子亲和力（APA=245.3千卡/摩尔）和内在气相碱度（GB=239千卡/摩尔）的任何物质。
超级碱的非限制性示例包括有机超级碱、有机金属超级碱、和无机超级碱。有机超级碱包括但不限于含氮化合物。在一些实施例中，含氮化合物还具有低亲核性和相对温和的使用条件。含氮化合物的非限制性示例包括磷腈、脒、胍、和多环聚胺。有机超级碱还包括其中活性金属已经被杂原子——诸如氧（不稳定的醇盐）或氮（金属酰胺，诸如二异丙基酰胺锂）——上的氢交换的化合物。在一些实施例中，超级碱催化剂是脒化合物。在一些实施例中，术语“超级碱”是指如在水中测量的具有至少两个氮原子和从约0.5至约11的pKb的有机超级碱。在某些实施例中，超级碱催化剂是有机超级碱，诸如如上面描述的或本领域中已知的任一有机超级碱。
由LED发射的全部光或仅部分光可以由磷光体的波长转换材料转换。未转换的光可能是最终光谱的一部分，尽管它不需要这样。常见器件的示例包括与黄色发射的磷光体组合的蓝色发射的LED段、与绿色发射和红色发射的磷光体组合的蓝色发射的LED段、与蓝色发射和黄色发射的磷光体组合的UV发射的LED段、以及与蓝色发射、绿色发射和红色发射的磷光体组合的UV发射的LED段。在一些实施例中，单独可控的RGB（三个LED）或RGBY（四个LED）可以位于单个微光学器件下面。这允许所发射的光的精确的颜色控制。通常，这种RGBLED间隔得足够远，使得在远场中将发生颜色混合。
从每个LED发射的光的方向、光束宽度和光束形状可以通过微光学器件来修改。微光学器件可以是单个光学元件或多个光学元件。例如，光学元件可以包括会聚或发散透镜、非球面透镜、菲涅耳透镜、或渐变折射率透镜。还包括其他光学元件，诸如反射镜、光束漫射器、滤光器、掩模、孔径、准直器、或光波导。微光学器件的位置可以距LED一定距离，以允许接收和重定向来自多个LED的光。替代地，微光学器件可以设置在每个LED的顶部，以单独引导、聚焦或散焦所发射的LED光。微光学器件可以直接附接到LED，经由透明的中介层或板附接到LED，或者通过周围的衬底附件（未示出）与LED保持固定的距离。
在一些实施例中，可以单独控制光发射器阵列中的每个LED像素，而在其他实施例中，可以将像素组作为块来控制。仍在其他实施例中，可以控制单个像素和像素组两者。为了降低总体数据管理要求，控制可以限于接通/关断功能或在相对少的光强度水平之间切换。在其他实施例中，支持照明强度的连续变化。设想了光强度的个体和群体水平控制两者。在一个实施例中，重叠或动态选择的控制分区也是可能的，例如，其中像素阵列中重叠的光发射器组是单独可控的，尽管取决于照明要求具有公共像素。在一个实施例中，可以通过使用脉宽调制为每个像素设置适当的斜坡（ramp）时间和脉宽来单独控制和调节强度。这允许像素激活的分级，以减少功率波动，并提供优越的发光强度控制。
诸如本文公开的可编程发光阵列还可以支持受益于光分布的细粒度（fine-grained）强度、空间和时间控制的广泛应用。这可以包括但不限于从块或各个LED发射的光的精确空间图案化。取决于应用，发射的光可以是光谱上截然不同的、随时间自适应的、和/或环境响应的。在一些实施例中，发光阵列可以以各种强度、空间、或时间模式提供预编程的光分布。发射的光可以至少部分基于接收的传感器数据，并且可以用于光学无线通信。相关联的光学器件在单个或多个LED级别上可以是截然不同的。示例发光阵列可以包括具有高强度LED的共同控制的中心块的装置，该高强度LED具有相关联的公共光学器件，而边缘定位的LED可以具有单独的光学器件。由发光LED阵列支持的常见应用包括相机或视频照明、建筑和区域照明、以及街道照明。
可编程发光阵列可以用来选择性地和自适应地照射建筑或区域，以改善视觉显示或降低照明成本。另外，发光阵列可以用来投影用于装饰性运动或视频效果的媒体立面（media facade）。与追踪传感器和/或相机结合，选择性照射行人周围的区域可以是可能的。光谱上截然不同的LED可以用来调节照明的色温，以及支持特定波长的园艺照明。
街道照明是可以极大地受益于可编程发光阵列的使用的重要应用。单一类型的发光阵列可以用来模拟各种街灯类型，从而允许例如通过适当地激活或去激活所选的LED来在类型I线性街灯和类型IV半圆形街灯之间切换。另外，可以通过根据环境条件或使用时间而调节光束强度或分布来降低街道照明成本。例如，当不存在行人时，可能减小光强度和分布区域。如果LED是光谱上截然不同的，则可以根据相应的白天、黄昏或夜晚条件来调节光的色温。
可编程发光LED也十分适用于支持要求直接显示或投影显示的应用。例如，要求校准的机动车前灯，或者警告、紧急情况、或信息标志都可以使用发光阵列来显示或投影。这允许例如修改从机动车前灯输出的光的方向性。如果发光阵列由大量的LED组成或者包括合适的动态光掩模，则可以通过用户引导的放置来呈现文本或数字信息。也可以提供方向箭头或类似的指示符。
转向图6A-图6K，根据实施例的自对准工艺600适用于像素的表面处理。图6A示出了包括半导体层610的管芯或晶片602，该半导体层610被分成多个单独的像素，每个像素具有中心图案化表面624和未图案化边界626并且被阻光金属630分隔。正性光刻胶层620沉积到管芯或晶片602的顶表面上，在图案化表面624、未图案化边界626和阻光金属630上方。所有或一些像素（LED1、LED2和LED3）被照射。这里为了说明的目的，图6B示出了LED1和LED3被照射，这将正性光刻胶显影成仅在每个被照射像素的图案化表面上方的显影的正性光刻胶622。正性（未显影）光刻胶620驻留于未图案化边界、未被照射的LED2、和阻光金属上。此后，在图6C中，洗去显影的正性光刻胶622部分（即，暴露于来自已照明像素的图案化表面的光的部分）。这留下了由薄边缘壁642或厚边缘壁644分隔的腔640。图6D示出了对暴露的LED进行表面处理，例如，对暴露的GaN表面进行化学蚀刻以形成孔隙646。图6E示出了小的下转换器颗粒——诸如量子点（QD）——被注入到处理过的表面中。以这种方式，（为具体的颜色/像素/设计集合）创建了嵌入GaN的表面的“磷光体像素”648。此后，在图6F，剩余的正性光刻胶的壁642和644被去除。在实施例中，对于一个具体的颜色/像素/设计集合，表面处理和下转换器颗粒是存在于中心图案化表面上的材料，并且在未图案化边界的至少各部分上不存在表面处理和下转换器颗粒。
可选地，可以针对不同的像素/颜色/设计集合重复该工艺。另一层正性光刻胶620沉积到衬底上。关于图6G，相对于图6B不同的像素集合被照射。这里为了说明的目的，LED2被照射，这将正性光刻胶显影成仅在LED2的图案化表面624上方的显影的正性光刻胶622，例如每个被照射的像素。正性（未显影）光刻胶620驻留于未图案化边界626、阻光金属630、和未被照射的LED（LED1和LED3）上。此后，在图6H，洗去显影的正性光刻胶部分（即，暴露于来自已照明像素的图案化表面的光的部分）。这留下了由厚边缘壁644分隔的腔640。在图6I，对暴露的LED进行表面处理，例如，对暴露的GaN表面进行化学蚀刻以形成孔隙646。在图6J，小的下转换器颗粒——诸如量子点（QD）——被注入到处理过的表面中。以这种方式，为另一具体的颜色/像素/设计集合创建了嵌入GaN的表面的“磷光体像素”650。此后，在图6K中示出，去除剩余的正性光刻胶的壁644。在实施例中，对于另一具体的颜色/像素/设计集合，表面处理和下转换器颗粒是存在于中心图案化表面上的材料，并且在未图案化边界的至少各部分上不存在表面处理和下转换器颗粒。
实施例
以下列出了各种实施例。将要理解，根据本发明的范围，下面列出的实施例可以与所有方面和其他实施例相组合。
实施例（a）。一种光源，包括：阵列，包括：多个光发射器，每个光发射器包括：具有第一表面和第二表面的半导体层，至少一部分光发射器的第一表面包括：中心图案化表面和未图案化边界，以及半导体层上的下转换器材料；和位于每个光发射器之间的阻光金属层。
实施例（b）。根据实施例（a）所述的光源，其中未图案化边界具有在1至50微米的范围内的宽度。
实施例（c）。根据实施例（a）至（b）中任一项所述的光源，其中在中心图案化表面上存在下转换器材料，并且在未图案化边界的至少各部分上不存在下转换器材料。
实施例（d）。根据实施例（a）至（c）中任一项所述的光源，其中每个光发射器包括在5微米至500微米的范围内的最小宽度。
实施例（e）。根据实施例（a）至（d）中任一项所述的光源，其中半导体层包括GaN。
实施例（f）。根据实施例（a）至（e）中任一项所述的光源，其中下转换器材料包括磷光体材料。
实施例（g）。根据实施例（a）至（f）中任一项所述的光源，其中阻光金属层具有小于5微米的高度。
实施例（h）。根据实施例（a）至（g）中任一项所述的光源，其中阵列利用由通过缩合固化硅树脂体系粘结在一起的颗粒形成的磷光体来提供多色照明。
实施例（i）。根据实施例（a）至（h）中任一项所述的光源，其中多个光发射器是颜色可调的。
实施例（j）。根据实施例（a）至（i）中任一项所述的光源，还包括与至少一些光发射器对准的光学元件。
实施例（k）。根据实施例（a）至（j）中任一项所述的光源，其中光源用于建筑、相机闪光灯、和机动车照明中的至少一种。
实施例（l）。根据实施例（a）至（k）中任一项所述的光源，其中阵列包括在晶片或管芯级有源的公共电触点。
实施例（m）。一种通过自对准无掩模方法制作光源的方法，包括：用正性光刻胶涂覆光发射器阵列；激活至少一些光发射器以曝光部分正性光刻胶并创建显影的正性光刻胶，每个光发射器包括：具有第一表面和第二表面的半导体层，至少一部分光发射器的第一表面包括：中心图案化表面和未图案化边界；洗去显影的正性光刻胶，以留下具有正性光刻胶侧壁的腔；以及用下转换器材料至少部分地填充腔。
实施例（n）。根据实施例（m）所述的方法，其中未图案化边界具有在1至50微米的范围内的宽度。
实施例（o）。根据实施例（m）至（n）中任一项所述的方法，其中每个光发射器包括在5微米至500微米的范围内的最小宽度。
实施例（p）。根据实施例（m）至（o）中任一项所述的方法，其中每个光发射器的半导体层包括GaN。
实施例（q）。根据实施例（m）至（p）中任一项所述的方法，其中下转换器材料包括磷光体材料。
实施例（r）。根据实施例（m）至（q）中任一项所述的方法，还包括在每个光发射器之间沉积高度小于5微米的阻光金属层。
实施例。根据实施例（m）至（r）中任一项所述的方法，还包括沉积并洗去第二正性光刻胶层。
实施例（t）。根据实施例（m）至（s）中任一项所述的方法，还包括在沉积于GaN沟槽中的接合金属层上电镀金属。
实施例（u）。根据实施例（m）至（t）中任一项所述的方法，还包括在支撑光发射器阵列的晶片的背侧上提供电触点。
实施例（v）。根据实施例（m）至（u）中任一项所述的方法，还包括激活光发射器阵列中的每一个。
实施例（w）。根据实施例（m）至（v）中任一项所述的方法，还包括激活选定的光发射器以限定期望的图案。
实施例（x）。根据实施例（m）至（w）中任一项所述的方法，还包括将光学元件与光发射器阵列中的至少一些对准。
遍及本说明书中提及的“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征、结构、材料或特性包含在本公开的至少一个实施例中。因此，诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或“在实施例中”之类的短语在遍及本说明书各处的出现不一定指代本公开的同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构、材料或特性可以以任何合适的方式组合。
受益于前述描述和相关联附图中呈现的教导，本领域技术人员将想到本发明的许多修改和其他实施例。因此，要理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且修改和实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。还要理解，本发明的其他实施例可以在没有本文未具体公开的元件/步骤的情况下实践。

Claims (20)

1.一种光源，包括：
阵列，包括：
多个光发射器，每个光发射器包括：
具有第一表面和第二表面的半导体层，
至少一部分光发射器的第一表面包括：
中心图案化表面和未图案化边界，以及
所述半导体层上的下转换器材料；和
位于每个光发射器之间的阻光金属层。
2.根据权利要求1所述的光源，其中所述未图案化边界具有在1至50微米的范围内的宽度。
3.根据权利要求1所述的光源，其中在所述中心图案化表面上存在所述下转换器材料，并且在所述未图案化边界的至少各部分上不存在所述下转换器材料。
4.根据权利要求1所述的光源，其中每个光发射器包括在5微米至500微米的范围内的最小宽度。
5.根据权利要求1所述的光源，其中所述半导体层包括GaN，并且所述下转换器材料包括磷光体材料。
6.根据权利要求1所述的光源，其中所述阻光金属层具有小于5微米的高度。
7.根据权利要求1所述的光源，其中所述阵列利用由通过缩合固化硅树脂体系粘结在一起的颗粒形成的磷光体来提供多色照明。
8.根据权利要求1所述的光源，其中所述多个光发射器是颜色可调的。
9.根据权利要求1所述的光源，还包括与至少一些光发射器对准的光学元件。
10.根据权利要求1所述的光源，其中所述光源用于建筑、相机闪光灯、和机动车照明中的至少一种。
11.一种通过自对准无掩模方法制作光源的方法，包括：
用正性光刻胶涂覆光发射器阵列；
激活至少一些光发射器以曝光部分正性光刻胶并创建显影的正性光刻胶，每个光发射器包括：具有第一表面和第二表面的半导体层，至少一部分光发射器的第一表面包括：中心图案化表面和未图案化边界；
洗去所述显影的正性光刻胶，以留下具有正性光刻胶侧壁的腔；以及
用下转换器材料至少部分地填充所述腔。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述未图案化边界具有在1至50微米的范围内的宽度。
13.根据权利要求11所述的方法，其中每个光发射器包括在5微米至500微米的范围内的最小宽度。
14.根据权利要求11所述的方法，其中每个光发射器的半导体层包括GaN。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括在每个光发射器之间沉积高度小于5微米的阻光金属层。
16.根据权利要求11所述的方法，还包括沉积并洗去第二正性光刻胶层。
17.根据权利要求11所述的方法，还包括在支撑所述光发射器阵列的晶片的背侧上提供电触点。
18.根据权利要求11所述的方法，还包括激活所述光发射器阵列中的每一个。
19.根据权利要求11所述的方法，还包括激活选定的光发射器以限定期望的图案。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括将光学元件与所述光发射器阵列中的至少一些对准。
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