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TW201507212A - 具有波長轉換層之微發光二極體 - Google Patents

具有波長轉換層之微發光二極體 Download PDF

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TW201507212A
TW201507212A TW103116885A TW103116885A TW201507212A TW 201507212 A TW201507212 A TW 201507212A TW 103116885 A TW103116885 A TW 103116885A TW 103116885 A TW103116885 A TW 103116885A TW 201507212 A TW201507212 A TW 201507212A
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led device
conversion layer
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TW103116885A
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安德思 畢伯
凱莉 邁葛羅迪
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樂福科技股份有限公司
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Abstract

本發明闡述一種發光裝置及製造方法。在一實施例中，該發光裝置包含：接合至一底部電極之一微發光二極體(LED)裝置；與該微LED裝置電接觸之一頂部電極；及圍繞該微LED裝置之一波長轉換層。該波長轉換層包含磷光體粒子。例示性磷光體粒子包含由於其大小而展現發光性之量子點，或由於其組合物而展現發光性之粒子。

Description

具有波長轉換層之微發光二極體
本發明係關於微發光二極體(LED)裝置。更具體而言，本發明之實施例係關於一種用於將一基板上之微LED裝置與一可調式彩色發射光譜整合之方法及結構。
量子點係可經調諧以在整個可見及紅外線光譜中發射光之半導體奈米晶體。由於1nm至100nm(更通常，1nm至20nm)之小尺寸，因此量子點顯露不同於對應塊狀材料之彼等光學性質之獨特光學性質。光電發射之波長及因此色彩係強烈取決於一量子點之大小。針對一例示性硒化鎘(CdSe)量子點，光發射可逐漸自一5nm直徑量子點之紅色調諧至一1.5nm量子點之紫色區。通常存在量子點(QD)激勵之兩種類型之方案。一種方案使用光電激勵，且另一種方案使用直接電激勵。
一種量子點之提出實施方案係整合至一液晶顯示器(LCD)面板之背光中。LCD面板之當前白色發光二極體(LED)背光技術在複數個藍色發光LED晶片上方利用一經鈰摻雜YAG：Ce(釔鋁石榴石)下轉換磷光體層。來自LED晶片之藍色光及來自YAG：Ce磷光體之一廣泛黃色發射之組合導致一近白色光。已提出用量子點之一摻合物替換YAG：Ce磷光體以達成白色背光。
量子點之另一所提出實施方案係一量子點發光二極體(QD- LED)。QD-LED之結構類似於有機發光二極體(OLED)之結構，其中主要差異係在一電洞傳輸層與一電子傳輸層之間用一量子點來替換OLED技術之有機發射層。一旦施加一電場，電子及電洞移動至量子點薄膜，其中該等電子及電洞在量子點中經捕獲且重新組合，發射光子。
本發明揭示用於照明或顯示應用之發光裝置。在一實例中，一發光裝置包含：一底部電極、接合至該底部電極之一微LED裝置、與該微LED裝置電接觸之一頂部電極，及圍繞該微LED裝置之一波長轉換層。該波長轉換層包含磷光體粒子。在一實施例中，該磷光體粒子分散於一基質(諸如玻璃或聚合物)內。在一實施例中，磷光體粒子係其發射性質與粒子大小及形狀相關之量子點。在一實施例中，磷光體粒子由於其組合物而展現發光性。在一實施例中，波長轉換層係圓頂形狀。
在某些實施例中，微LED裝置可具有1μm至100μm之一最大寬度。在一實施例中，微LED裝置包括在一p-n二極體內之一量子井層。微LED裝置可經設計以在紫外線(UV)或可見光譜中之特定波長下發射。在某些實施例中，微LED裝置發射一主要藍色光且由一半導體材料(諸如氮化鎵(GaN)、氮化銦鎵(InGaN)或硒化鋅(ZnSe))形成。
在一實施例中，一光分佈層形成於微LED裝置與波長轉換層之間。光分佈層可係透明的。光分佈層可係圓頂形狀。在一實施例中，光分佈層係由諸如玻璃、環氧樹脂、聚矽氧及丙烯酸之一材料形成。波長轉換層亦可由諸如玻璃、環氧樹脂、聚矽氧及丙烯酸之一材料形成，且兩個層可由相同材料形成。在一實施例中，光分佈層及波長轉換層之折射率片匹配。在另一實施例中，折射率之差在0.3內，或更具體而言在0.1內。在一實施例中，光分佈層係圓頂形狀。
一氧氣障壁薄膜可形成於波長轉換層上方。舉例而言，氧氣障壁薄膜可包含諸如Al2O3、SiO2、SiNx及旋塗式玻璃之一材料。彩色濾光器亦可包含於發光裝置中。在一項實施例中，一彩色濾光器在波長轉換層上面。在另一實施例中，諸如一顏料或染料之一材料濾光器安置於波長轉換層內。微LED裝置亦可放置於反射式堤岸結構內。在一實施例中，波長轉換層寬於反射式堤岸結構以便覆蓋該反射式堤岸結構之側壁。
根據本發明之實施例之發光及顯示應用可包含複數個微LED裝置，及圍繞該複數個微LED裝置之複數個波長轉換層，其中每一波長轉換層包括磷光體粒子，舉例而言，安置於一玻璃或聚合物基質內。在某些實施例中，每一微LED裝置經設計以發射相同發射光譜(例如，可見光譜或UV光譜)。在一項實施例中，每一波長轉換層經設計以發射相同彩色發射光譜。在另一實施例中，存在多個波長轉換層群組，其中每一群組經設計以發射一不同彩色發射光譜。舉例而言，不同群組可經配置成像素，其中每一像素包括來自每一群組之至少一個微LED裝置。在一實施例中，每一像素能夠發射白色光。
在一例示性實施例中，一發光裝置包含一像素陣列，其中每一像素包括經設計用於不同彩色發射光譜之複數個子像素。一第一子像素可包含接合至一第一底部電極之一第一微LED裝置，與第一微LED裝置電接觸之一第一頂部電極，及圍繞該微LED裝置之一第一波長轉換層，該第一波長轉換層包括舉例而言分散於一玻璃或聚合物基質內之一第一磷光體粒子。一第二子像素可包含接合至一第二底部電極之一第二微LED裝置、與該第二微LED裝置電接觸之一第二頂部電極，及圍繞該微LED裝置之一第二波長轉換層，該第二波長轉換層包括舉例而言分散於一玻璃或聚合物基質內之一第二磷光體粒子。在此一實施例中，第一及第二微LED裝置針對相同發射光譜具有相同組合物， 且該等第一及第二磷光體粒子經設計用於不同彩色發射光譜。在一實施例中，第一及第二頂部電極經實體且電連接。
在一例示性實施例中，一第一子像素可包含接合至一第一底部電極之一第一微LED裝置、與該第一微LED裝置電接觸之一第一頂部電極，及圍繞該微LED裝置之一第一波長轉換層，該第一波長轉換層包括舉例而言安置於一玻璃或聚合物基質內之一第一磷光體粒子。一第二子像素可包含接合至一第二底部電極之一第二微LED裝置，與該第二微LED裝置電接觸之一第二頂部電極，其中包含磷光體粒子之一波長轉換層非圍繞該第二微LED裝置形成。
100‧‧‧微發光二極體裝置
102‧‧‧頂部導電觸點/頂部觸點/反射頂部觸點
104‧‧‧底部導電觸點/底部觸點
105‧‧‧經p摻雜層
106‧‧‧向外錐形化側壁/筆直或錐形化側壁/側壁
107‧‧‧保形介電障壁層
108‧‧‧量子井層/量子井結構
109‧‧‧經n摻雜層
110‧‧‧波長轉換層/發射綠色(G)波長轉換層/層
200‧‧‧發光裝置
201‧‧‧基板
202‧‧‧黑基質材料/白基質材料/黑色(或白色)基質/黑基質/基質
204‧‧‧像素
206‧‧‧子像素
210‧‧‧工作電路
300A‧‧‧照明裝置
300B‧‧‧微發光二極體顯示器
304‧‧‧經圖案化堤岸層
310‧‧‧底部電極/導電電極/電極線/底部電極線/頂部電極線
311‧‧‧電極跡線
312‧‧‧反射層
314‧‧‧接合層
316‧‧‧側壁鈍化層/鈍化層
318‧‧‧頂部電極層
320‧‧‧透明光分佈層/光分佈層/層
322‧‧‧匹配層
324‧‧‧氧氣障壁薄膜
328‧‧‧彩色濾光器層/紅色彩色濾光器層/綠色彩色濾光器層/藍色彩色濾光器層/層
330‧‧‧導電電極/電極線/接地線
500‧‧‧蓋/頂部蓋
1200‧‧‧顯示系統
1210‧‧‧處理器
1220‧‧‧資料接收器
1230‧‧‧顯示器
1240‧‧‧顯示器驅動器積體電路
1300‧‧‧照明系統
1310‧‧‧電源供應器
1320‧‧‧接收介面
1330‧‧‧電力控制單元
1340‧‧‧光源
圖1A係根據本發明之一實施例之一微LED裝置及波長轉換層之一俯視等角視圖圖解說明。
圖1B係根據本發明之一實施例之一微LED裝置及波長轉換層之一仰視等角視圖圖解說明。
圖2A係根據本發明之一實施例之包含複數個微LED裝置及圍繞該複數個微LED裝置之複數個波長轉換層之一發光裝置之一俯視等角視圖圖解說明。
圖2B係根據本發明之一實施例之一像素之一示意性側視圖圖解說明。
圖2C係根據本發明之一實施例之一像素之一示意性側視圖圖解說明。
圖2D係根據本發明之一實施例之一像素之一示意性側視圖圖解說明。
圖2E係根據本發明之一實施例之一像素之一示意性側視圖圖解說明。
圖3A至圖3B係根據本發明之實施例之包含複數個微LED裝置或 (另一選擇係)微LED裝置之像素及波長轉換層之發光裝置之示意性俯視圖圖解說明。
圖4A至圖4B係根據本發明之實施例之一微LED裝置及波長轉換層之剖面側視圖圖解說明。
圖4C至圖4D係根據本發明之實施例之在一反射式堤岸結構內之一微LED裝置及波長轉換層之剖面側視圖圖解說明。
圖4E係根據本發明之實施例之一微LED裝置及波長轉換層之剖面側視圖圖解說明。
圖5係根據本發明之一實施例之用於在微LED裝置之間應用波長轉換層及一黑基質之一單側但是之一圖解說明。
圖6係根據本發明之一實施例之用於在微LED裝置之間應用波長轉換層及一黑基質之一頂部向下按壓方式之一圖解說明。
圖7至圖11係根據本發明之實施例之用於照明或顯示應用之各種電極組態之俯視圖示意性圖解說明。
圖12係根據本發明之一實施例之一顯示系統之一示意性圖解說明。
圖13係根據本發明之一實施例之一照明系統之一示意性圖解說明。
本發明之實施例闡述併入有圍繞一微LED裝置之一波長轉換層之發光裝置。根據本發明之實施例之發光裝置可包含複數個微LED裝置及複數個波長轉換層。各種彩色發射光譜及圖案可由用於發光裝置中之微LED裝置及波長轉換層(在存在之情況下)之發射光譜組合之選擇而實現。在一實施例中，波長轉換層包含磷光體粒子(例如，除了其組合物外亦由於其大小及形狀而展現發光性之量子點，或由於其組合物而展現發光性之粒子)。以此方式，光發射可經準確地調諧至色譜 中之特定色彩，具有經改良之色域。
在某些實施例中，波長轉換層圍繞一微LED裝置形成之一微透鏡之一部分。每一微透鏡結構可包含各種組態且視情況包含若干個不同層，諸如一光分佈層、匹配層、氧氣障壁及彩色濾光器。在某些實施例中，微透鏡或形成微透鏡之特定層可係圓頂形狀。圓頂形狀輪廓可係半球形、扁平或狹窄。舉例而言，一半球形微透鏡輪廓可改良光提取且形成一郎伯(Lambertian)發射圖案。圓頂輪廓之平坦化或變窄可用於調整發光裝置之視角。根據本發明之實施例，形成微透鏡結構之層之厚度及輪廓可經調整以便改變來自微LED裝置之光發射光束輪廓，以及可與邊緣效應相關的發光裝置之色彩對角度特性。
在一項態樣中，根據本發明之實施例之微LED裝置之併入可用於將基於晶圓之LED裝置之效能、效率及可靠性與薄膜電子器件之高良率、低成本、混合材料組合在一起，用於照明應用及顯示應用兩者。如本文中所使用之術語「微」LED可係指1μm至100μm之說明性大小尺度。舉例而言，每一微LED裝置可具有1μm至100μm之一最大寬度，其中較小微LED裝置消耗較少電力。在某些實施例中，微LED裝置可具有20μm、10μm或5μm之一最大寬度。在某些實施例中，微LED裝置具有小於20μm、10μm或5μm之一最大高度。可與本發明之某些實施例一起利用之例示性微LED裝置闡述於美國專利第8,426,227號、美國專利申請案第13/436,260號，美國專利申請案第13/458,932號、美國專利申請案第13/711,554號及美國專利申請案第13/749,647號。根據本發明之實施例之發光裝置可高度高效地進行光發射且消耗極其低電力(例如，與一10英寸對角線LCD或OLED顯示器之5瓦特至10瓦特，一10英寸對角線顯示器僅250mW)，實現併入有微LED裝置及波長轉換層之一例示性顯示或照明應用之電力消耗之減少。
在另一態樣中，本發明之實施例提供允許不同發射光譜之磷光體粒子彼此分離同時仍提供如由觀看者感受之光之良好色彩混合之組態。在每一子像素中使磷光體粒子彼此分離可防止自發射一不同光譜之一磷光體粒子發射之光之二次吸收(例如，自一綠色發射磷光體粒子發射之綠色光被一紅色發射磷光體粒子吸收)。此可增加效率且減少非期望之色彩位移。然而，若磷光體粒子在一非微LED裝置系統中分離，則不同彩色發射區域可係可見的且導致光源之空間不均勻色彩。在根據本發明之實施例之微LED裝置系統中，空間色彩分離可係足夠小(例如，大約100μm或更小)以使得其將不被人眼感知。以此方式，「微」LED裝置尺度以毗鄰微LED裝置或子像素之間足夠小間距(例如，大約100μm或更小)實現微LED裝置及包含磷光體粒子之波長轉換層之配置以使得空間色彩分離不被人眼感知。
在各種實施例中，參考圖進行闡述。然而，某些實施例可在無此等特定細節中之一或多者之情況下或與其他習知方法及組態組合地實踐。在下文闡述中，闡明大量具體特定細節(諸如特定組態、尺寸及程序等)以便提供對本發明之一透徹瞭解。在其他例項中，未特別詳細地闡述眾所周知之半導體程序及製造技術以便不會使本發明不必要地模糊。本說明書通篇所提及之「一項實施例」意指結合該實施例所闡述之一特定特徵、結構、組態或特性包括於本發明之至少一項實施例中。因此，在此說明書通篇之各個地方出現之片語「在一項實施例中」、未必係指本發明之相同實施例。此外，在一或多個實施例中，可以任一適合方式來組合特定特徵、結構、組態或特性。
如本文中所使用之術語「橫跨」、「在...上方」、「至」、「在...之間」及「在...上」可係指一層相對於另一層之一相對位置。一層「橫跨」另一層、「在」另一場「上方」或「上」或接合「至」另一層可係與另一層直接接觸或可具有一或多個介入層。一層「在」層「之 間」可係與該等層直接接觸或可具有一或多個介入層。
現在參考圖1A至圖1B，提供根據本發明之一實施例之一微LED裝置及波長轉換層之俯視及仰視等角視圖圖解說明。所圖解說明之特定微LED裝置100係一垂直微LED裝置，其包含一頂部導電觸點102、一底部導電觸點104及在微LED裝置100之頂部表面與底部表面之間的向外錐形化側壁106。應瞭解，此一組態係例示性，且非必需。舉例而言，微LED裝置可替代地具有向內塑形側壁或可呈現不同大體般形狀。本發明之實施例亦可在非係垂直LED裝置之LED裝置之情況下實踐。一波長轉換層110圍繞微LED裝置形成以便吸收自微LED裝置發射之光且發送一特定光發射波長，藉此轉換光發射之波長。如本文中所闡述，「圍繞」一微LED裝置之一層可經形成而橫向於微LED裝置、在其上方或在其下方。因此，術語「圍繞」一微LED裝置不需要層定位於微LED裝置之所有方向處。而是，術語「圍繞」意欲係指來自微LED裝置之光發射光束路經設計以從中通過之一鄰近區域。在一實施例中，波長轉換層包含磷光體粒子以控制光發射光譜。在一項實施例中，波長轉換層包含用於一經摻雜彩色發射光譜(例如，紅色、藍色、綠色、黃色等中之任一者之一組合)之不同磷光體粒子(在所設計大小或形狀或組合物方面不同)。在另一實施例中，波長轉換層包含經設計用於一單個彩色發射光譜(例如，紅色、藍色、綠色、黃色等)之磷光體粒子。舉例而言，當配置成一像素組態時，每一子像素可含有一單個磷光體彩色發射(在存在之情況下)。每一子像素可同樣地含有一不同磷光體彩色發射(在存在之情況下)。以此方式，避免對自發射一不同光譜之一磷光體粒子發射之光之二次吸收(例如，自一綠色發射磷光體粒子發射之綠色光被一紅色發射磷光體粒子吸收)。此可增加效率且減少非期望之色彩位移。此等像素及子像素組態可用於白色光或任何其他色彩之光之最終輸出。根據某些實施例，磷光體 粒子分散於波長轉換層之一基質材料中，諸如玻璃或聚合物基質。在另一實施例中，磷光體粒子並非分散於一基質材料中。
根據本發明之實施例，術語「磷光體」可係指將吸收一個波長下之光且發射另一波長下之光之任何類型之波長轉換材料。一種類型之磷光體粒子係一量子點。量子點係其中結構之大小係足夠小(小於數十奈米)以使得電及光學特性由於量子侷限效應而不同於整體性質之半導體材料。舉例而言，除了其組合無外，量子點之發射性質亦係與其大小及形狀相關。量子點之螢光係藉由吸收一特定波長來激勵一價電子，後續接著在經激勵之電子返回至接地狀態時以光子形式發射較低能量之一結果。量子侷限導致價帶與導帶之間的能量差異基於量子點之大小及形狀而改變，意味著所發射之光子之能量及波長係由量子點之大小及形狀而判定。量子點愈大，其螢光光譜之能量愈低。因此，較小量子點發射較藍色光(較高能量)且較大量子點發射較紅色光(較低能量)。此允許以一尖銳發射光譜及高量子效率在整個可見光譜中對半導體光致發光發射波長進行大小相依調諧。
量子點材料之實例包含但不限於第II至VI、III至V、IV至VI族半導體材料。某些例示性化合物半導體包含CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、GaAs、GaP、GaAs、GaSb、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InP、InSb、AlAs、AlP、AlSb。某些例示性合金半導體包含InGaP、ZnSeTe、ZnCdS、ZnCdSe及CdSeS。多核心結構亦係可能的。例示性多核心組態可包含一半導體核心材料，用以保護核心避免氧化且有助於晶格匹配之一薄金屬層及用以增強發光性性質之一殼體。核心層及殼體層可由相同材料形成，且可由上文所列舉之例示性化合物半導體或合金半導體中之任一者形成。金屬層通常包括Zn或Cd。
根據本發明之實施例，一種類型之磷光體粒子係由於其組合物 而展現發光性之一粒子。由於其組合物而展現發光性之某些例示性磷光體粒子包含基於硫化物、鋁酸鹽、氧化物、矽酸鹽、氮化物、YAG(視情況摻雜有鈰)及鋱鋁石榴石(TAG)之材料。其他例示性材料包含發射黃色至綠色之磷光體：(Ca,Sr,Ba)Al2O4：Eu(綠色)、(Lu,Y)3Al5O12：Ce3+(LuAG,YAG)(黃色至綠色)、Tb3Al5O12：Ce3+(TAG)(黃色至綠色)；發射橙色至紅色之磷光體：BaMgAl10O17：Eu2+(Mn2+)、Ca2Si5N8：Eu2+(橙色至紅色)、(Zn,Mg)S：Mn(綠色、紅色)、(Ca,Sr,Ba)S：Eu2+(紅色)；用於藍色及黃色至綠色發射之吸收uv至深藍色之磷光體：(Mg,Ca,Sr,Ba)2SiO4：Eu2+(uv至藍色激勵、黃色發射)、(Mg,Ca,Sr,Ba)3Si2O7：Eu2+(uv至深藍色激勵、藍色至綠色發射)、Ca8Mg(SiO4)4Cl2：Eu2+(uv至深藍色激勵、藍色發射)；及可取決於組合物及處理而在整個可見光譜內發射之磷光體：(Sr,Ca,Ba)SixOyNz：Eu2+(y>0綠色，y=0紅色)、Y2O2S：Eu3+(藍色至綠色)、(Ca,Mg,Y)vSiwAlxOyNz：Eu2(黃色至綠色至紅色)。在某些實施例中，此等磷光體粒子之粒子大小可自1μm至20μm。在其他實施例中，此等磷光體粒子之粒子大小可係自100nm至1μm之奈米粒子。磷光體粒子亦可包含1μm至20μm粒子與100nm至1μm奈米粒子之一摻合物。舉例而言，奈米粒子可有用於在固化或溶劑移除之前在分散於一波長轉換層之一基質材料內時減少沈降之量，此可導致更均勻之奈米粒子之分佈及發光裝置之光發射。
其他材料亦可分散於波長轉換層內。舉例而言，其他材料可分散於基質材料(諸如波長轉換層之玻璃或聚合物基質)內。在一實施例中，諸如一TiO2或Al2O3之一光散射劑分散於波長轉換層內。此等光散射劑可具有藉由在波長轉換層內增加散射光來增加磷光體粒子效率之效應。此等光散射劑可另外具有減少微LED裝置發射光穿過波長轉換層擴散之效應。在一實施例中，一顏料或染料可分散於波長轉換層 110內。此可具有將一彩色濾光器併入至波長轉換層之效應。在一實施例中，顏料或染料可具有類似於磷光體粒子之發射波長之一顏色。以此方式，顏料或染料可吸收除自磷光體粒子發射之彼等波長外之波長，使總成之發射光譜進一步銳化。舉例而言，在一特定實施例中，微LED裝置100係一基於氮化鎵(GaN)材料，且發射一藍色(例如，450nm至495nm)或深藍色(例如，420nm至450nm)之光。經設計用於紅色發射之量子點可分散於波長轉換層110中以便吸收自微LED裝置100之藍色或深藍色發射且將發射波長轉換成紅色。在此一實施例中，一紅色顏料或染料亦可分散於波長轉換層110內以亦吸收除紅色外之色彩。以此方式，紅色顏料或染料可吸收額外藍色或深藍色光，藉此減少未經轉換藍色或深藍色光之擴散。例示性顏料包含立索玉紅(紅色)、B銅酞菁(藍色)及雙芳香醯苯黃(黃色)。應瞭解，一藍色微LED裝置及具有紅色顏料或染料之紅色磷光體粒子係例示性且微LED裝置及波長轉換層(在存在之情況下)之各種發射光譜組態係可能的。
根據本發明之實施例，包含微LED裝置及波長轉換層之發光裝置組態可併入至各種照明或顯示裝置中。複數個微LED裝置可接合至一基板上之底部電極且複數個波長轉換層圍繞複數個微LED裝置形成。波長轉換層可經設計以全部發射相同色彩發射光譜，或波長轉換層可經劃分成多個群組之波長轉換層，其中每一群組經設計以發射一不同色彩發射光譜。以此方式，發光裝置可取決於微LED裝置及波長轉換層之配置及內容而發射任何色彩或色彩圖案。在一項實施例中，可藉由將發射紅色(例如，620nm至750nm)及綠色(例如，495nm至570nm)之磷光體粒子併入於經定位圍繞一發射藍色(例如，450nm至495nm)微LED裝置之一波長轉換層中來產生白色光。在另一實施例中，可藉由將多個微LED裝置併入至一像素中來產生白色光，其中每一微LED裝置經設計以發射相同發射光譜(例如，可見光譜或UV光譜)，且 不同波長轉換層經設計以轉換彩色發射。以此方式，藉由在每一波長轉換層中包含一單個彩色發射光譜之磷光體粒子，避免對自不同磷光體粒子之不同發射光譜發射之光之二次吸收。此可增加效率且減少非期望之色彩位移。舉例而言，一像素可含有3個微LED裝置，所有微LED裝置經設計以發射藍色光，其中一個發射紅色之波長轉換層圍繞一個微LED裝置，一個發射綠色之波長轉換層圍繞一第二微LED裝置，且第三微LED裝置既不包含圍繞其之一波長轉換層亦不包含圍繞其之一發射藍色之波長轉換層。在一項實施例中，可藉由將多個微LED裝置併入至一像素中來產生白色光，其中每一微LED裝置經設計以發射UV光，其中一個發射紅色之轉換層圍繞一個微LED裝置，一個發射綠色之波長轉換層圍繞一第二微LED裝置，且一個發射藍色之波長轉換層圍繞一第三微LED裝置。在另一實施例中，可藉由併入針對不同發射光譜設計之微LED裝置與不同波長轉換層(或無波長轉換層)之組合來產生白色光。在另一例示性實施例中，可藉助不具有上覆波長轉換層之經設計用於紅色發射之一微LED裝置、具有經設計用於綠色發射之上覆波長轉換層之經設計用於藍色發射之一微LED裝置及不具有上覆波長轉換層之經設計用於藍色發射之一微LED裝置來產生白色光。
在上文例示性實施例中，獲得一紅色-綠色-藍色(RGB)子像素配置，且每一像素分別包含發射紅色、綠色及藍色光之三個子像素。應瞭解，RGB配置係例示性且彼實施例並非限於此。可利用之其他子像素配置之實例包含但不限於紅色-綠色-藍色-黃色(RGBY)、紅色-綠色-藍色-黃色-青色(RGBYC)或紅色-綠色-藍色-白色(RGBW)或其他子像素基質方案，其中像素可具有不同數目個子像素，諸如以商標名PenTile.RTM製造之顯示器。
現在參考圖2A，提供包含接合至一基板201之複數個微LED裝置 100及圍繞複數個微LED裝置100之複數個波長轉換層110之一發光裝置200之一俯視示意性視圖圖解說明。在所圖解說明之特定實施例中，一像素204(例如)在一RGB子像素配置中包含複數個微LED裝置100及經設計以轉換發射之波長轉換層110。在一實施例中，一黑基質材料202可形成於基板201上方且在微LED裝置100之間以吸收光且防止色彩擴散至毗鄰像素204或子像素中。另一選擇係，黑基質材料202可由一白基質材料替代以反射光且防止色彩擴散至毗鄰像素204及子像素中。
圖2B係根據本發明之一實施例之一像素204之一示意性側視圖圖解說明。如圖2B中所圖解說明，每一微LED裝置100經設計以發射一深藍色(DB)色譜。在此一實施例中，不同波長轉換層110可經設計以在一RGB子像素配置中發射紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)。
圖2C係根據本發明之一實施例之一像素204之一示意性側視圖圖解說明。如圖2C中所圖解說明，每一微LED裝置100經設計以發射一藍色(B)色譜。在此一實施例中，不同波長轉換層110可經設計以發射紅色(R)及綠色(G)。可形成一透明光分佈層320，而非將一波長轉換層110安置於第三微LED裝置100上方。以此方式，一RGB子像素配置經達成而不必轉換來自發射藍色子像素之藍色光。
圖2D係根據本發明之一實施例之一像素204之一示意性側視圖圖解說明。如圖2D中圖解說明，每一微LED裝置100經設計以發射一紫外線(UV)色譜。在此一實施例中，不同波長轉換層110可經設計以發射紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)。
圖2E係根據本發明之一實施例之一像素204之一示意性側視圖圖解說明。如圖2D中所圖解說明，像素204包含經設計以發射一紅色(R)或藍色(B)彩色發射光譜之微LED裝置100。如所圖解說明，一發射綠色(G)波長轉換層110圍繞發射藍色微LED裝置100中之一者形成，且 不要求一波長轉換層110形成於發射紅色之微LED裝置100或其他發射藍色之微LED裝置上方。一透明光分佈層320可視情況形成於未覆蓋有一波長轉換層110之發射紅色及藍色之裸微LED裝置100上方。舉例而言，當可能製作並整合比發射綠色之微LED裝置更高效之發射藍色及發射紅色之微LED裝置時，可實施此一組態。在此一實施例中，可更高效地用一波長轉換層將藍色光轉換成綠色光。當提供處於視覺回應峰值(約555nm)之一廣泛光譜時，此一組態亦可係有用的。此一組態亦可用於增加現色性指數(CRI)，舉例而言，藉由使用來自微LED裝置之一窄紅色(或藍色)發射光譜而非一較寬磷光體粒子發射光譜。此一組態亦可允許控制發光裝置之相關控制溫度(CCT)，且因此控制溫暖，而不會由於紅色光譜之轉換而損失流明。
根據本發明之實施例，包含微LED裝置及波長轉換層之發光裝置組態可併入至各種照明或顯示裝置中。例示性照明應用包含內部或外部照明應用，諸如廣告牌照明、建築物照明、道路照明、燈泡及燈具。例示性顯示應用包含被動基質顯示器及主動基質顯示器，諸如顯示器看板、顯示器面板、電視、平板電腦、電話、膝上型電腦、電腦監視器、資訊站、數位相機、手持式遊戲控制台、媒體顯示器、電子書顯示器或大面積看板顯示器。
現在參考圖3A至圖3B，提供包含複數個微LED裝置100或另一選擇係微LED裝置之像素204及用於控制光發射光譜之波長轉換層之發光裝置之示意性俯視圖圖解說明。在一項實施例中，發光裝置可係一照明裝置300A。舉例而言，微LED裝置100或像素204中之每一者可經定址在一起。另一選擇係，像素之子組可經定址在一起。舉例而言，發射藍色之子像素可經定址在一起，而紅色子像素可定址在一起，且發射綠色之子像素可定址在一起。在另一實例中，微LED裝置100或像素204之不同區或形狀可單獨定址。在另一實施例中，每一微LED 裝置、子像素或像素可選擇性地定址。參考圖3B，此一組態亦可用於一微LED顯示器300B。發光裝置之任何配置可根據本發明之實施例製作。舉例而言，微LED裝置可以陣列或不規則圖案配置以用於照明。每一微LED裝置可取決於應用而同時定址，或選擇性定址。
在以下闡述中，闡述並圖解說明關於將具有波長轉換層之微LED裝置併入至照明或顯示裝置中之特定實例。然而，應瞭解，以下實施例係例示性且並非意欲彼此互斥，且以下實施例可在某些情形中組合。
現在參考圖4A至圖4D，闡述用於將一微LED裝置接合至一基板201之各種組態。現在參考圖4A，在一實施例中，一微LED裝置100接合至在一基板201上或在其內之一底部電極310。微LED裝置100可使用各種技術(包含一轉移接合程序、使用彈性壓印模具轉移或使用一靜電轉移頭陣列轉移並接合)轉移並接合至基板201作為一微LED裝置100陣列之一部分，如以下各美國專利中之任一者所闡述：美國專利第8,333,860號、美國專利第8,349,116號、美國專利第8,415,771號、美國專利第8,415,767號或美國專利第8,415,768號。
基板201可係各種基板，諸如但不限於一顯示器基板、一照明基板、具有功能裝置(諸如電晶體或積體電路(IC))之一基板或具有金屬重新分佈線之一基板。取決於特定應用，基板201可使可見波長光譜(例如，380nm至750nm波長)不透過的、透過或半透過，且基板201可係剛性或撓性。舉例而言，基板201可係由玻璃、金屬箔、覆蓋有介電質之金屬箔或一聚合物形成，諸如聚對酞酸乙二酯(PET)、萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚醚碸(PES)、芳香族含氟聚芳香酯(PAR)、多環烯烴(PCO)及聚醯亞胺(PI)。在一實施例中，基板201包含工作電路210。舉例而言，基板201可係包含工作電路210(諸如一驅動電晶體、切換電晶體及電容器)之一主動基質背板。在一實施 例中，基板201係包含工作電路210之一薄膜電晶體(TFT)基板。
導電電極或電極線310、330可形成於基板201上、內或上方。舉例而言，電極或電極線310、330充當一陽極、陰極或接地，或至陽極、陰極或接地之一電線。為清晰期間，在說明之剩餘部分中，310稱作一底部電極或電極線且330稱作一接地線。然而，應瞭解，此係一項實施例，且其他組態係可能的。雖然說明之剩餘部分係關於此名稱進行，但應理解此並非唯一實施例。
底部電極310及接地線330可係有各種材料形成，且任一者可使可見波長光譜不透過、透過或半透過。例示性透明導電材料包含非晶矽、透明導電氧化物(TCO)(諸如氧化銦錫(ITO)及氧化銦鋅(IZO))、碳奈米管薄膜或一透明導電聚合物(諸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯及聚噻吩)。在一實施例中，底部電極310係大約100nm至200nm厚ITO。在一實施例中，底部電極310包含奈米粒子，諸如銀、金、鋁、鉬、鈦、鎢、ITO及IZO。底部電極310或接地線330亦可對可見波長反射。在一實施例中，一底部電極310或接地線330包括一反射金屬薄膜，諸如鋁、鉬、鈦、鈦-鎢、銀或金或其合金。
一接合層314可視情況形成於微LED裝置100與底部電極310之間以促進微LED裝置100之底部觸點104接合至基板201上之底部電極310。在一實施例中，接合層314包含諸如銦、金、銀、鉬、錫、鋁、矽或其一合金或多個合金之一材料。
在以下實施例中，進行關於一特定垂直微LED裝置100結構之闡述。應瞭解，所圖解說明之特定微LED裝置100係例示性且本發明之實施例並非限制性。在所圖解說明之特定實施例中，微LED裝置100包含在一底部觸點104與頂部觸點102之間的一微p-n二極體。在一實施例中，微p-n二極體係數微米厚，諸如30μm或更小、或甚至5μm或 更小，其中頂部觸點102及底部觸點104係0.1μm至2μm厚。微p-n二極體可包含一經n摻雜層109、一經p摻雜層105及在經n摻雜層與經p摻雜層之間的一或多個量子井層108。在圖4A中所圖解說明之特定實施例中，經n摻雜層109經圖解說明為在經p摻雜層105上面。另一選擇係，經p摻雜層105可在經n摻雜層109上面。微LED裝置100可具有筆直或錐形化側壁106(自頂部至底部)。頂部觸點102及底部觸點104可包含一或多個層且可由各種導電材料(包含金屬、導電氧化物及導電聚合物)形成。頂部觸點102及底部觸點104可使可見波長光譜(例如，380nm至750nm)透過或半透過，或係不透明。頂部觸點102及底部觸點104可視情況包含一反射層，諸如一銀層。短暫地返回參考圖1A，在一實施例中，一保形介電障壁層107可視情況沿著p-n二極體之側壁106形成以電鈍化量子井108，且視情況沿著微p-n二極體之頂部或底部表面。保形介電障壁層107可比p-n二極體薄以使得其形成其所形成於其上之p-n二極體之地形之一輪廓。舉例而言，保形介電障壁層107可係大約50埃至600埃厚氧化鋁。
再次參考圖4A至圖4E，一側壁鈍化層316可圍繞微LED裝置100之側壁形成。在其中微LED裝置100係垂直LED裝置之一實施例中，側壁鈍化層316覆蓋且橫跨量子井結構108。根據本發明之實施例，側壁鈍化層316可使可見波長光譜透過或半透過以便不使光提取效率自微LED裝置100之側壁顯著降級。側壁鈍化層316可由各種材料形成，諸如但不限於環氧樹脂、聚矽氧、丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、苯環丁烯(BCB)、聚醯亞胺及聚酯。在一實施例中，側壁鈍化層150係藉由圍繞發光裝置400噴墨印刷形成，後續接著固化。在一實施例中，側壁鈍化層316係用紫外線(UV)光固化以使由於固化所致之體積改變最小化且保護微LED裝置及底部電極之間的接合之完整性，但亦可執行熱固化。側壁鈍化層316亦可使用其他技術沈積，諸 如諸如一氮化物或氧化物之一介電材料之細縫塗佈、物理汽相沈積或化學汽相沈積，諸如一旋塗式玻璃之旋塗技術，或後續接著溶劑蒸發之噴塗塗佈。在一實施例中，側壁鈍化層係在接合微LED裝置100之前已形成於基板201上方之一a階塗層或b階塗層，且塗層然後在接合微LED裝置100之後固化。如下文進一步詳細闡述，側壁鈍化層316亦可包含諸如磷光體粒子、顏料或染料或散射粒子之填料。在此一實施例中，可使用UV固化而非熱固化以避免填料(尤其針對量子點)之熱降級。
在一實施例中，側壁鈍化層316至少部分地覆蓋底部電極310。在所圖解說明之實施例中，側壁鈍化層完全覆蓋底部電極310，然而，此非必需的。其他絕緣層之任何組合可用於將底部電極310自其他導電層電絕緣。根據本發明之實施例，在一保形介電障壁層107沿著微LED裝置100之側壁存在之情況下，一側壁鈍化層316可非必需的。另一選擇係，一側壁鈍化層316可結合一現有保形介電障壁層107形成。
在光學側壁鈍化層150形成之後，一頂部電極層318形成於微LED裝置100上且與頂部觸點102及接地線330電接觸。取決於以下闡述之特定應用，頂部電極層318可使可見波長不透過、反射、透過或半透過。例示性透明導電材料包含非晶矽、透明導電氧化物(TCO)(諸如氧化銦錫(ITO)及氧化銦鋅(IZO))、碳奈米管薄膜或一透明導電聚合物(諸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯及聚噻吩)。在一實施例中，頂部電極層318係大約50nm至1μm厚ITO-銀-ITO堆疊，其中銀層足夠厚以使可見波長光譜透過。在一特定實施例中，頂部電極層318係藉由噴墨印刷形成。在一實施例中，頂部電極層318係大約50nm至1μm厚PEDOT。其他形成方法可包含化學汽相沈積(CVD)、物理汽相沈積(PVD)，或旋塗，取決於欲塗佈之所要區 域及任何熱約束。根據本發明之實施例，頂部電極層318可形成於基板201上之複數個微LED裝置100上方，將複數個微LED裝置100電連接至接地線330。
在頂部電極層318之形成之後，一光分佈層320可視情況形成於微LED裝置100上方。在一實施例中，光分佈層320係圓頂形狀。在一實施例中，一圓頂形狀可形成自微LED裝置發射之光之輻射散佈。在一實施例中，圓頂形狀輪廓係半球形。在其他實施例中，圓頂形狀輪廓可係扁平或狹窄的。在一實施例中，光分佈層之厚度及輪廓提供一微透鏡結構形成於其上之一基礎結構以便改變來自微LED裝置100之光發射光束輪廓，以及可與邊緣效應相關的發光裝置之色彩對角度特性。光分佈層320可由各種透明材料形成，諸如環氧樹脂、聚矽氧及丙烯酸，該等透明材料在標稱590nm波長下具有以下所報告之折射率(n)：n=1.51至1.57(環氧樹脂)、n=1.38至1.58(聚矽氧)、n=1.49(丙烯酸)。在一實施例中，光分佈層320係藉由噴墨印刷形成。在一實施例中，光分佈層320係藉由施加一熔化玻璃液滴來形成。玻璃組合物之範圍可包括各種組合物，範圍包括擁有可匹配於上文之環氧樹脂、聚矽氧或丙烯酸之彼等折射率之折射率之丙烯酸玻璃、冕玻璃、燧石玻璃及硼矽玻璃。光分佈層320可係厚於微LED裝置100。在一實施例中，光分佈層320係1μm至100μm厚。
根據本發明之實施例，光分佈層320可允許自微LED裝置100發射之光在進入波長轉換層110之前散開，且亦減少進入波長轉換層(及彩色濾光器)之光之光學強度。在一項態樣中，所散開之光可導致在透明光分佈層320上方形成更均勻之來自波長轉換層110之發射。在另一態樣中，光學強度之減少可減少波長轉換層之磷光體粒子之熱降級，從而延長發光裝置之壽命。在又另一態樣中，光之散開及光學強度之減少可減少由微LED裝置100重新吸收之自波長轉換背向反射之量。 根據本發明之實施例，包含光分佈層320可增加總光發射、增加發射均勻性及增加發光裝置之色譜之銳度。光分佈層之厚度及輪廓亦可提供一微透鏡結構形成於其上之一基礎結構以便改變自微LED裝置100之光發射光束輪廓，以及可與邊緣效應相關的發光裝置之色彩對角特性。
在形成選用光分佈層320之後，一匹配層322可在形成波長轉換層110之前視情況形成於光分佈層320上方。匹配層322繼而用於匹配光分佈層320及波長轉換層110之折射率以減少光之背向反射。舉例而言，在層320、110(舉例而言)由具有不同折射率之一環氧樹脂、聚矽氧、丙烯酸或玻璃形成之情況下，匹配層322係由具有介於層320、110之折射率之一折射率之一環氧樹脂、聚矽氧、丙烯酸或玻璃形成。根據本發明之實施例，聚合物基質形成層320、110係相同的，且層320、110具有一完全相同折射率。在另一實施例中，層320、110之折射率係在0.3內，或更特定而言在0.1內。在一實施例中，匹配層之厚度係2μm或更小。在一實施例中，匹配層322之固化可係熱式或UV式。
根據本發明之實施例，一波長轉換層110圍繞微LED裝置100，且圍繞選用光分佈及匹配層(若存在)形成。在一實施例中，波長轉換層110由磷光體粒子形成。舉例而言，波長轉換層由一噴塗沈積方法形成，隨後接著溶劑之移除。在一實施例中，波長轉換層包含磷光體粒子在諸如一聚合物或玻璃基質材料中之一基質材料中之一分散。諸如顏料、染料或散射粒子之其他填料材料亦可分散於基質內，或在磷光體粒子自身當中(若不存在基質材料)。在一實施例中，波長轉換層110係藉由噴墨印刷及UV固化形成。在一實施例中，波長轉換層110係藉由施加一熔化玻璃液滴來形成，其中填料在熔化玻璃液滴內熱及化學穩定。波長轉換層110之厚度以及填料(例如，磷光體粒子、顏 料、染料或光散射粒子)之一濃度經調諧以達成必需之色譜。舉例而言，自微LED裝置穿過波長轉換層之最小化色彩擴散，及自磷光體粒子之最大化發射。波長轉換層110(以及選用光分佈層320)之厚度亦可藉由微LED裝置之間的間隔而部分地判定。舉例而言，與照明應用相比，在高解析度顯示應用中，微LED裝置可一起更緊密間隔。在一實施例中，針對一例示性5μm寬及3.5μm高微LED裝置100，波長轉換層110係5μm至100μm厚，或更具體而言，30μm至50μm厚。在某些實施例中，波長轉換層之後度及填料之濃度可經設計以允許來自微LED裝置100之某些光通過微LED裝置光譜與經轉換光譜之一所得混合物以達成一經摻合發射光譜，舉例而言，白色光。色彩轉換材料(例如，磷光體粒子、顏料、染料)之濃度以及層之厚度可取決於發光裝置之特定應用，舉例而言，是否將發生全色彩轉換(例如，自藍色至紅色或藍色至綠色等)，是否將發生自下伏微LED裝置之光之洩漏或擴散，或是否採用轉換材料之一混合物。在其中發生全色彩轉換(例如，自藍色至紅色或藍色至綠色等)之一實施例中，波長轉換層中可包含大於50%之一體積負載百分比之色彩轉換材料。在一實施例中，波長轉換層包含大於50%之體積負載之磷光體粒子。
根據本發明之某些實施例，形成波長轉換層110之聚合物基質可對氧氣或濕氣為可滲透。在一實施例中，在形成波長轉換層110之後，一氧氣障壁薄膜324可視情況形成以便保護波長轉換層110免受氧氣或濕氣吸收。舉例而言，在波長轉換層110包含量子點之情況下，氧氣障壁薄膜324可用作由量子點進行之氧氣或濕氣吸收之一障壁，藉此延長照明或顯示裝置中之量子點之壽命。適合用於氧氣障壁薄膜324之材料包含但不限於Al2O3、SiO2、SiNx及玻璃。氧氣障壁薄膜324之沈積方法可係一低溫方法以便不會使量子點或其他填料熱降級。例示性保形沈積方法包含原子層沈積(ALD)、濺鍍、旋塗及層 壓。氧氣障壁薄膜亦可毯覆沈積於整個基板上方，或全部微LED裝置上方。在一實施例中，一Al2O3氧氣障壁薄膜藉由原子層沈積(ALD)來沈積。
短暫地返回參考圖2A，一黑基質(或另一選擇係，白基質)材料202經圖解說明介於微LED裝置100之間以便阻擋光透射，且分離毗鄰微LED裝置100之間的光之擴散。黑(或白)基質202可由恰當基於所使用材料及已形成層之組合物之一方法形成。形成之方式亦可藉由黑(或白)基質係以一單側方式(參見圖5)或是一頂部向下按壓方式(參見圖6)形成來判定。舉例而言，黑色(或白色)基質202可使用噴墨印刷、濺鍍及蝕刻、旋塗與剝離或一印刷方法來施加。在某些實施例中，黑色(或白色)基質202可藉由噴墨印刷及UV固化來形成以便不會使已形成之一波長轉換層110中之磷光體粒子熱降級。例示性黑基質材料包含碳、金屬薄膜(例如，鎳、鋁、鉬及其合金)、金屬氧化物薄膜(例如，氧化鉻)及金屬氮化物薄膜(例如，氮化鉻)、有機樹脂、玻璃糊及包含一黑色顏料或銀粒子之樹脂或糊。舉例而言，例示性白基質材料包含載入於一聚合物、有機樹脂或玻璃糊內之金屬粒子或TiO2粒子。在圖4A至圖5中所圖解說明之實施例中，一黑(或白色)基質202在於發光裝置上方形成一蓋之前以一單側方式形成於基板201上。在圖6中所圖解說明之實施例中，黑(或白)基質材料可以一頂部向下按壓方式形成，其中在附接至基板201之前，黑(或白)基質形成於蓋上。
一彩色濾光器層328可視情況形成於波長轉換層110上方以濾除除發光裝置之彼等所要且經銳化之發射光譜外之發射穿過波長轉換層110之色彩。藉由實例之方式，一紅色彩色濾光器層328可放置於包含發射紅色之磷光體粒子之一波長轉換層110上方以便濾除除紅色外之色彩，一綠色彩色濾光器層328可放置於包含發射綠色之磷光體粒子之一波長轉換層110上方以便濾除除綠色外之色彩，及一藍色彩色濾 光器層328可放置於包含發射藍色之磷光體粒子之一波長轉換層110上方以便濾除除藍色外之色彩。返回參考圖2B，在一實施例中，一藍色彩色濾光器可未必在一藍色波長轉換層110上方，其中下伏微LED裝置100係發射深藍色。返回參考圖2C，在一實施例中，一藍色彩色濾光器可未必在裸(例如，無波長轉換層)發射藍色之下伏微LED裝置100上方。應瞭解，此等組態係例示性，且取決於所要發光光譜，各種組態係可能的。適合用於彩色濾光器之材料包含如上文先前所闡述之顏料或染料。在一實施例中，彩色濾光器層328包含分散於一透明基質材料中之一顏料或染料。在一實施例中，基質材料係用於波長轉換層110之相同聚合物，諸如環氧樹脂、聚矽氧或丙烯酸。同樣地，彩色濾光器可使用類似技術(諸如噴墨印刷與UV固化)來形成。在一實施例中，波長轉換層110具有在波長轉換層110之折射率之0.3內，或更具而言在0.1內之一折射率。在圖4A至圖4D中所圖解說明之實施例中，彩色濾光器層328形成於黑基質202後面。在其他實施例中，彩色濾光器層328形成於黑基質202前方。
現在參考圖4A，在一項實施例中，一波長轉換層110在形成一光分佈層320之後形成。在所圖解說明之實施例中，兩個層110、320經形成而不僅橫向地而且在上方圍繞微LED裝置100。以此方式，在基板201上面且穿過層110、320之光發射增加。在所圖解說明之實施例中，鈍化層316亦覆蓋底部電極310以便防止頂部電極層318與底部電極310之間的電短路。
直至此時，鈍化層316及波長轉換層110已經闡述為單獨層。然而，在某些實施例中，波長轉換層110亦可充當一鈍化層。現在參考圖4B，在一實施例中，波長轉換層110沿著微LED裝置100橫跨且亦覆蓋底部電極310以防止與頂部電極層318電短路。在此一實施例中，波長轉換層110可未完全覆蓋頂部觸點102。在一實施例中，頂部觸點 102可包含一反射層以減少來自微LED裝置100之頂部發射。
應瞭解，雖然圖4A至圖4B係單獨圖解說明，但兩個實施例之某些特徵可組合。舉例而言，圖4A之鈍化層316可另一選擇係一波長轉換層110，包含相同填料(諸如磷光體粒子、顏料或染料)。
現在參考圖4C至圖4D，在一實施例中，微LED裝置100放置於反射堤岸結構內。在此一實施例中，一經圖案化堤岸層304可形成於基板上方，且一反射層312形成於經圖案化堤岸層304之開口內且沿著該等開口之側壁。以此方式，自微LED裝置100橫向發射之光可經反射出且穿過經設計以裁適彩色發射之層(例如，110、328)而非被黑基質202或其他層吸收。另外，自上覆層(諸如波長轉換層110)之光之背向反射未被基板吸收且替代地自發光裝置反射出。經圖案化反射層可另外增加磷光體粒子之效率，此乃因該等磷光體粒子沿所有方向發射光，向下發射之光可自發光裝置反射出。
在一實施例中，經圖案化堤岸層304係由一絕緣材料形成且可由各種技術(諸如層壓、旋塗、CVD及PVD)形成。經圖案化堤岸層304可使可見波長不透過、透過或半透過。經圖案化堤岸層304可由各種材料形成，諸如但不限於光可定義丙烯酸、光阻劑、氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiNx)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、苯環丁烯(BCB)、聚醯亞胺、丙烯酸酯、環氧樹脂及聚酯。在一實施例中，經圖案化堤岸層係由一不透明材料(諸如一黑基質材料)形成。經圖案化堤岸層開口可使用一適合技術(諸如微影)形成，且可曝露底部電極310。
反射層312然後形成於經圖案化堤岸層304上方且在開口內，橫跨開口中之每一者之側壁及底表面。反射層可導電。在一實施例中，反射層312充電底部電極且一單獨底部電極310非必需。反射層312可由若干種導電及反射材料形成，且可包含一個以上層。在一實施例中，一反射層312包括一金屬薄膜，諸如鋁、鉬、鈦、鈦-鎢、銀或金 或其合金。反射層312亦可包含未必係反射性之一導電材料，諸如非晶矽、透明導電氧化物(TCO)(諸如氧化銦錫(ITO)及氧化銦鋅(IZO))、碳奈米管薄膜或一透明導電聚合物(諸如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)、聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯及聚噻吩)。在一實施例中，反射層包含一導電材料及一反射導電材料之一堆疊。在一實施例中，反射層包含一3層堆疊(包含頂部層及底部層以及一反射中間層)，其中頂部及底部層中之一或兩者係透明的。在一實施例中，反射層包含一導電氧化物-反射金屬-導電氧化物之3層堆疊。導電氧化物層可係透明的。舉例而言，反射層312可包含一ITO-銀-ITO層堆疊。在此一組態中，頂部及底部ITO層可防止反射金屬(銀)層之漫射及/或氧化。在一實施例中，反射層包含一Ti-Al-Ti堆疊。在一實施例中，反射層包含一ITO-Ti-ITO堆疊。在一實施例中，反射層包含一ITO-Ti-Al-Ti-ITO堆疊。在一實施例中，反射層之厚度係1μm或更小。反射層可使用一適合技術(諸如但不限於PVD)來沈積。
參考圖4C，在所圖解說明之實施例中，側壁鈍化層316橫跨微LED裝置100之側壁且覆蓋量子井結構108。在所圖解說明之實施例中，側壁鈍化層316亦覆蓋反射層312之底部表面。側壁鈍化層316亦可覆蓋在經圖案化堤岸層304之頂部上之反射層312，然而此亦可藉由形成一中間絕緣材料來輔助。如所示，側壁鈍化層316部分地用於將頂部電極層318與反射層312電隔離。
現在參考光分佈層320，在圖4C中所圖解說明之實施例中，光分佈層320寬於微LED裝置100接合於其中之經圖案化堤岸層304中之開口。同樣地，波長轉換層寬於經圖案化堤岸層304中之開口。此一組態可用於確保在基板201上面發射之光通過經設計以裁適彩色發射之層(例如，110、328)。在一實施例中，頂部觸點102包含一反射層。在頂部觸點102係反射性之情況下，來自微LED裝置100之光發射將變 得大程度取決於側壁發射。一反射頂部觸點102可另外減少由微LED裝置吸收之來自上覆層之光之背向反射之量。另外，反射頂部觸點102可增加磷光體粒子之效率，此乃因其沿所有方向發射光，向下發射之光可自發光裝置反射出。
類似於上文所闡述之圖4B，不要求鈍化層316及波長轉換層110係單獨層。在某些實施例中，波長轉換層110亦可充當一鈍化層。現在參考圖4D，在一實施例中，波長轉換層110沿著微LED裝置100之側壁橫跨且亦覆蓋反射層312之底表面以防止與頂部電極層318電短路。其他絕緣層亦可經形成以將反射層312自頂部電極層318絕緣。在圖4D中所圖解說明之實施例中，波長轉換層110可未完全覆蓋頂部觸點102。頂部觸點102亦可包含如先前所闡述之一反射層。應瞭解，雖然圖4C至圖4D係單獨圖解說明，但兩個實施例之某些特徵可組合。舉例而言，圖4C之鈍化層316可另一選擇係一波長轉換層110。
現在參考圖4E，在一項實施例中，側壁鈍化層316亦可使用諸如一介電材料(諸如氮化物或氧化物)之細縫塗佈、物理汽相沈積或化學汽相沈積，諸如一旋塗式玻璃之旋塗技術或後續接著溶劑蒸發之噴塗塗佈之技術來沈積。在一實施例中，側壁鈍化層係在接合微LED裝置100之前已形成於基板201上方之一a階塗層或b階塗層，且塗層然後在接合微LED裝置100之後固化。
現在參考圖5至圖6，闡述並圖解說明用於封裝根據實施例之發光裝置之替代蓋設計。圖5係根據一實施例之用於在微LED裝置之間施加波長轉換層及一黑(或白)基質之一單側製作方式之一圖解說明。如所圖解說明，波長轉換層110及基質202在將一蓋500施加於發光裝置上方之前形成於基板201上。頂部蓋500可係剛性或撓性的，且可以各種方式施加。在一實施例中，頂部蓋500係一透明塑膠材料且經層壓至發光裝置上。在一實施例中，頂部蓋500係施加於發光裝置組態 上方之一剛性玻璃板，且用一密封劑圍繞基板201之周邊邊緣密封。特定而言若波長轉換層包含量子點，則可視情況將一吸氣劑材料放置於容納微LED裝置及波長轉換層110之密封區內部以吸收濕氣。
圖6係根據一實施例之用於在微LED裝置之間施加波長轉換層及一黑(或白)基質之一頂部向下按壓方式之一圖解說明。在圖6中所圖解說明之實施例中，基質202、波長轉換層110、氧氣障壁薄膜324及選用彩色濾光器層328形成於頂部蓋500上且向下按壓於微LED裝置100陣列上方。在此一實施例中，側壁鈍化層316、頂部電極層318及選用透明光分佈層320形成於基板201上。在一實施例中，圖6之頂部蓋500係一剛性玻璃板，且用一密封劑圍繞基板201之周邊邊緣密封。特定而言若波長轉換層包含量子點，則可視情況將一吸氣劑材料放置於容納微LED裝置及波長轉換層110之密封區內部以吸收濕氣。當形成本文中所闡述及圖解說明之照明或顯示裝置時，可使用圖5至圖6之頂部蓋組態中之任一者。
現在參考圖7至圖11，提供關於用於照明或顯示應用之各種電極組態之俯視圖示意性圖解說明。應瞭解，組態係例示性且本發明之實施例可使用用於將微LED裝置及波長轉換層併入至光發射裝置中之其他組態來實踐。現在參考圖7，在一實施例中，複數個微LED裝置100接合至底部電極線310。在所圖解說明之實施例中，接地線330垂直於底部電極線310延展，由一絕緣層分離。另一選擇係，接地線330及底部電極線310彼此平行。在一實施例中，各別頂部電極層318可形成於微LED裝置100上方，將微LED裝置100連接至接地線330。在其他實施例中，一單個頂部電極層318可將複數個微LED裝置100連接至一單個接地線330。取決於特定應用，照明或顯示裝置可包含一像素204陣列。在特定實施例中，所圖解說明每一像素204包含三個子像素206，但此一配置係例示性。
參考圖8，在一實施例中，微LED裝置100接合至與一底部電極線310連接之電極跡線311。此一組態可適合用於減少接地線330與底部電極線310之間藉助頂部電極層318短路之可能性。在一實施例中，個別頂部電極層318可形成於微LED裝置100上方，將微LED裝置100連接至接地線330。在其他實施例中，一單個頂部電極層318可將複數個微LED裝置100連接至一單個接地線330。
參考圖9，在一實施例中，微LED裝置100放置於底部電極線310上，且接地線330形成於微LED裝置100上方，消除形成頂部電極線310以將微LED裝置連接至接地線330之要求。以此方式，接地線330亦係頂部電極線。在一實施例中，複數個接地線330形成於微LED裝置之列或行上方。在其他實施例中，一單個接地平面330形成於微LED裝置之複數個列/行上方。
圖10至圖11與圖7至圖9中所圖解說明之實施例不同之處在於底部電極310係單獨墊之形式。舉例而言，操作電流可自下面(其可係一電極線或另一選擇係工作電路(諸如TFT電路))施加，而非施加一操作電流穿過一電極線之一端。以此方式，可能個別地而非按列或行定址微LED裝置100。在圖10中所圖解說明之實施例中，微LED裝置經放置於底部電極310上，且接地線330形成於微LED裝置上方，消除形成頂部電極線310以將微LED裝置連接至接地線330之要求。以此方式，接地線330亦係頂部電極線。在一實施例中，複數個接地線330形成於微LED裝置之列或行上方。在其他實施例中，一單個接地平面330形成於微LED裝置之複數個列/行上方。在圖11中所圖解說明之實施例中，微LED裝置放置於底部電極310上，且頂部電極層318將微LED裝置連接至一或多個接地線330。在一實施例中，一單個頂部電極層318將一單個微LED裝置100連接至一單個接地線330。在一實施例中，一單個頂部電極層318將一列或行微LED裝置100連接至一接地線330。 在一實施例中，一頂部電極層318形成於微LED裝置之複數個列/行上方以將複數個微LED裝置連接至一接地線330。
圖12圖解說明根據一實施例之一顯示系統1200。顯示系統含納一處理器1210、資料接收器1220、一顯示器1230及一或多個顯示器驅動器IC 1240(其可係掃描驅動器IC及資料驅動器IC)。資料接收器1220可經組態以無線地或有線地接收資料。無線可以若干種無線標準或協定中之任一者來實施，包含但不限於Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、WiMAX(IEEE 802.16系列)、IEEE 802.20、長期演進(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、藍芽及其衍生物，以及經指定為3G、4G、5G及超過5G之任何其他無線協定。一或多個顯示器驅動器IC 1240可實體且電耦合至顯示器1230。
在某些實施例中，顯示器1230包含根據上文所闡述之本發明之實施例形成之一或多個微LED裝置100。舉例而言，顯示器1230可包含複數個微LED裝置及圍繞該等微LED裝置之複數個波長轉換層。
取決於其應用，顯示系統1200可包含其他組件。此等其他組件包含但不限於記憶體、一觸控螢幕控制器及一電池。在各種實施方案中，顯示系統1200可係一電視、平板電腦、電荷、膝上型電腦、電腦監視器、資訊站、數位相機、手持式遊戲控制台、媒體顯示器、電子書顯示器或大面積看板顯示器。
圖13圖解說明根據一實施例之一照明系統1300。照明系統含納一電源供應器1310，該電源供應器可包含用於接收電力之一接收介面1320，及用於控制欲供應至光源1340之電力之一電力控制單元1330。電力可自照明系統1300外部供應或自視情況包含於照明系統1300中之一電池供應。在某些實施例中，光源1340包含根據上文所闡述之本發明之實施例形成之一或多個微LED裝置100。舉例而言，光源1340可 包含複數個微LED裝置及圍繞微LED裝置之複數個波長轉換層。在各種實施方案中，照明系統1300可係內部或外部照明應用，諸如廣告牌照明、建築物照明、道路照明、燈泡及燈具。
在利用本發明之各種態樣中，熟習此項技術者將變得明瞭，上文實施例之組合或變化形式可能用於將微LED裝置及波長轉換層併入至照明及顯示應用中。儘管已以特定用於結構特徵及/或方法行為之語言來闡述本發明，但應理解，在隨附申請專利範圍中所界定之本發明未必限於所闡述之特定特徵或行為。所揭示之特定特徵及行為替代地理解為有用於圖解說明本發明之所主張本發明之尤其得體之實施方案。
100‧‧‧光源
110‧‧‧波長轉換層/發射綠色(G)波長轉換層/層
200‧‧‧發光裝置
201‧‧‧基板
202‧‧‧黑基質材料/白基質材料/黑色(或白色)基質/黑基質/基質
204‧‧‧像素

Claims (20)

  1. 一種發光裝置，其包括：一底部電極；一微發光二極體(LED)裝置，其接合至該底部電極；一頂部電極，其與該微LED裝置電接觸；一波長轉換層，其圍繞該微LED裝置，該波長轉換層包括磷光體粒子。
  2. 如請求項1之發光裝置，其中該微LED裝置具有1μm至100μm之一最大寬度。
  3. 如請求項2之發光裝置，其中該微LED裝置經設計以發射一主要藍色或深藍色光。
  4. 如請求項2之發光裝置，其中該微LED裝置包括一微p-n二極體及在該微p-n二極體內之一量子井層。
  5. 如請求項2之發光裝置，其中該波長轉換層係圓頂形狀，且該等磷光體粒子分散於一聚合物或玻璃基質中。
  6. 如請求項5之發光裝置，其進一步包括在該微LED裝置與該波長轉換層之間的一透明光分佈層。
  7. 如請求項6之發光裝置，其中該透明光分佈層係圓頂形狀。
  8. 如請求項6之發光裝置，其中該聚合物基質包括一第一聚合物且該透明光分佈層包括該第一聚合物。
  9. 如請求項6之發光裝置，其中該透明光分佈層之折射率係在該波長轉換層之折射率之0.1內。
  10. 如請求項2之發光裝置，其進一步包括在該波長轉換層上方之一氧氣障壁薄膜，其中該氧氣障壁薄膜包括選自由以下各項組成之群組之一材料：Al2O3、SiO2、SiNx及旋塗式玻璃。
  11. 如請求項2之發光裝置，其進一步包括在該波長轉換層上面之一彩色濾光器。
  12. 如請求項2之發光裝置，其進一步包括分散於該波長轉換層內之一彩色濾光器。
  13. 如請求項2之發光裝置，其進一步包括：複數個微LED裝置，其中該微LED裝置具有1μm至100μm之一最大寬度；及複數個波長轉換層，其圍繞該複數個微LED裝置，每一波長轉換層包括磷光體粒子。
  14. 如請求項13之發光裝置，其中每一微LED裝置經設計以發射相同發射光譜。
  15. 如請求項14之發光裝置，其中每一波長轉換層經設計以發射相同彩色發射光譜。
  16. 如請求項14之發光裝置，其中該複數個波長轉換層包括多個波長轉換層群組，其中每一群組經設計以發射一不同彩色發射光譜。
  17. 如請求項16之發光裝置，其進一步包括複數個像素，每一像素包括來自該多個波長轉換層群組中之每一者之至少一個波長轉換層，其中每一像素能夠發射白色光。
  18. 如請求項2之發光裝置，其進一步包括：一像素陣列，每一像素包括經設計用於不同彩色發射光譜之複數個子像素，其中該複數個子像素包括：一第一子像素，其包含：一第一微LED裝置，其接合至一第一底部電極；一第一頂部電極，其與該第一微LED裝置電接觸；一第一波長轉換層，其圍繞該微LED裝置，該第一波長 轉換層包括在一聚合物或玻璃基質內之磷光體粒子之一第一分散；及一第二子像素，其包含：一第二微LED裝置，其接合至一第二底部電極；一第二頂部電極，其與該第二微LED裝置電接觸；一第二波長轉換層，其圍繞該微LED裝置，該第二波長轉換層包括在一聚合物或玻璃基質內之磷光體粒子之一第二分散；其中該等第一及第二微LED裝置針對該相同發射光譜具有相同組合物，且磷光體粒子之該等第一及第二分散經設計用於不同彩色發射光譜。
  19. 如請求項18之發光裝置，其中該等第一及第二頂部電極經實體且電連接。
  20. 如請求項2之發光裝置，其進一步包括：一像素陣列，每一像素包括經設計用於不同彩色發射光譜之複數個子像素，其中該複數個子像素包括：一第一子像素，其包含：一第一微LED裝置，其接合至一第一底部電極；一第一頂部電極，其與該第一微LED裝置電接觸；一第一波長轉換層，其圍繞該微LED裝置，該第一波長轉換層包括在一聚合物或玻璃基質內之磷光體粒子之一第一分散；及一第二子像素，其包含：一第二微LED裝置，其接合至一第二底部電極；一第二頂部電極，其與該第二微LED裝置電接觸；其中包括磷光體粒子之一波長轉換層並非圍繞該第二微LED裝置形成。
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