專利名稱：用于液晶顯示器的發(fā)光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置，以及相關(guān)組件、工藝、系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
較之白熾光源和/或熒光源，發(fā)光二極管(LED)通常以更高效的方式提供 光照。與LED相關(guān)的較高的能效促使人們?cè)诟鞣N照明應(yīng)用中使用LED來取代 現(xiàn)有光源。例如，有時(shí)將LED用作交通信號(hào)燈，以及用來照亮移動(dòng)電話鍵盤及 顯示屏。
LED通常由多層構(gòu)成，這些層中至少有一些是由不同材料構(gòu)成的。選作這 些層的材料及厚度通常決定了該LED所發(fā)光的波長(zhǎng)。此外，為了相對(duì)有效地轉(zhuǎn) 換為光能，可對(duì)這些層的化學(xué)組合物做出選擇以試圖阻止注入的電荷載流子進(jìn) 入某些區(qū)域(通常稱為量子阱)。 一般，生長(zhǎng)有量子阱的結(jié)一側(cè)上的層摻雜有 形成高電子濃度的施主原子(通常稱這些層為n型層)，并且相對(duì)側(cè)上的層摻 雜有形成相對(duì)高的空穴濃度的受主原子(通常稱這些層為p型層)。
制備LED的常見方法如下。以晶片(wafer)的形式制備這些材料層。一 般，通過使用外延沉積技術(shù)而形成這些層，例如有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法 (MOCVD)，初始沉積層形成于生長(zhǎng)基底上。然后對(duì)這些層進(jìn)行多種蝕刻及 金屬化技術(shù)以形成用于電流注入的接觸部，隨后將該晶片分成單個(gè)的L E D芯片 (chip)。通常對(duì)所述LED芯片進(jìn)行封裝。
使用時(shí)，通常將電能注入LED，然后被轉(zhuǎn)換為電磁輻射(光)，從該LED 提取部分的所述電磁輻射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及發(fā)光裝置，以及相關(guān)組件、系統(tǒng)及方法。
在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括系統(tǒng)及具有邊的面板，且所述邊具有厚度。所 述系統(tǒng)也具有發(fā)光裝置，其設(shè)置成使得從發(fā)光裝置發(fā)出的光投射到面板的邊 緣，且發(fā)光裝置具有一表面。發(fā)光裝置表面的寬度與面板的邊緣的厚度之比為 約0.5至約1.1。
實(shí)施例可包括下列中的一個(gè)或多個(gè)。
面板可為液晶顯示器(LCD)。發(fā)光裝置表面的長(zhǎng)度可至少為約1毫米。 發(fā)光裝置表面的長(zhǎng)度可至少為約2毫米。發(fā)光裝置表面的長(zhǎng)度可至少為約3毫 米。發(fā)光裝置表面的長(zhǎng)度可至少為約5毫米。發(fā)光裝置表面的長(zhǎng)度可至少為約 IO毫米。
發(fā)光裝置表面的寬度與面板的邊緣的厚度之比可為約0.75至約1.05。發(fā)光裝置表面的寬度與面板的邊緣的厚度的之比可為約0.9至約1。
系統(tǒng)也可包括至少一個(gè)設(shè)置于發(fā)光裝置和面板之間的光學(xué)組件。所述至少 一個(gè)光學(xué)組件可為均光器。發(fā)光裝置可為非朗伯發(fā)光裝置。發(fā)光裝置可為光子 晶格發(fā)光裝置。
發(fā)光裝置可包括具有光生成區(qū)的多層材料堆疊，及由光生成區(qū)支撐的第一 層，以及第一層的表面，其配置成使光生成區(qū)生成的光經(jīng)由該第一層的表面從 發(fā)光裝置出射。第一層的表面可具有介電函數(shù)，所述介電函數(shù)根據(jù)圖形而空間 變化，并且所述圖形具有理想晶格常數(shù)和大于零的失諧參數(shù)值。第一層的表面 可具有根據(jù)非周期圖形而空間變化的介電函數(shù)。第一層的表面可具有根據(jù)復(fù)雜 周期圖形而空間變化的介電函數(shù)。第一層的表面可具有根據(jù)周期圖形而空間變 化的介電函數(shù)。發(fā)光裝置可包括發(fā)光二極管。發(fā)光裝置可為單個(gè)發(fā)光裝置。
發(fā)光裝置可包括多個(gè)發(fā)光裝置。多個(gè)發(fā)光裝置可被設(shè)置為沿著面板的邊緣 成鋸齒狀排列。多個(gè)發(fā)光裝置可設(shè)置于多個(gè)列中。所述多個(gè)列可包括至少第一 列和第二列。第一列可具有配置成發(fā)出第一顏色的光的多個(gè)發(fā)光裝置，并且第 二列可具有配置成發(fā)出第二顏色的光的多個(gè)發(fā)光裝置，且第一顏色的光和第二 顏色的光是不同顏色的。系統(tǒng)也可包括第三列，其具有配置成發(fā)出第三顏色的 光的多個(gè)發(fā)光裝置，且第一，第二及第三顏色的光是不同顏色的。第一，第二 及第三顏色可從由紅、綠、藍(lán)組成的組合中選取。所述邊緣可為第一邊緣，且 面板可包括第二邊，邊緣具有厚度。系統(tǒng)也可包括發(fā)光裝置，其設(shè)置成使發(fā)光 裝置發(fā)出的光投射到面板的第二邊緣。
系統(tǒng)也可包括冷卻系統(tǒng)，其配置成使得在使用時(shí)冷卻系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)發(fā)光二 極管的溫度。發(fā)光裝置可被安裝于散熱器上。
在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括具有邊緣的面板和發(fā)光裝置陣列，該發(fā)光裝置 陣列配置成使發(fā)光裝置陣列發(fā)出的光投射到面板。發(fā)光裝置陣列包括第一列發(fā) 光裝置，第一列具有第一邊緣與近似垂直于第一邊緣的第二邊緣；以及第二列 發(fā)光裝置，第二列具有第一邊緣、第二邊緣和第三邊緣，第二列的第一和第二 邊緣近似平行于第一列的第一邊緣，第二列的第二邊緣近似平行于第一列的第 二邊緣，并且第二列的第二邊緣，在與第一列的第二邊近似垂直的方向，偏離 第一列的第二邊緣至少約0.05毫米。
實(shí)施例可包括下列一個(gè)或多個(gè)。
系統(tǒng)可包括第三列發(fā)光裝置，第三列發(fā)光裝置包括第一邊緣和第二邊緣， 第三列的第一邊緣近似平行于第二列的第三邊緣，第三列的第二邊緣近似平行 于第二列的第二邊緣，且第三列的第二邊緣，從在與第一列的第二邊近似垂直 的方向，偏離第二列的第二邊緣至少約0.05毫米。面板可包括液晶顯示器 (LCD)。第一列可包括多個(gè)配置為發(fā)出第一顏色的光的發(fā)光裝置，第二列可
8包括多個(gè)配置為發(fā)出第二顏色的光的發(fā)光裝置。第一和第二顏色的光是不同顏 色的。第三列可包括多個(gè)配置為發(fā)出第三顏色的光的發(fā)光裝置。第一、第二和 第三顏色的光是不同顏色的。第一、第二和第三顏色可從由紅、綠、藍(lán)組成的 組合選取。
第一列可具有第一寬度，第二列可具有第二寬度，且第三列可具有第三寬 度。第一、第二及第三寬度之和與面板的邊緣的厚度之比可為約0.5至約1.1。 發(fā)光裝置陣列中的至少一個(gè)發(fā)光裝置可包括由光生成區(qū)支撐的第一層，第一層 的表面被配置成使得光生成區(qū)生成的光能夠經(jīng)由第一層的表面，從發(fā)光裝置出 射。第一層的表面可具有介電函數(shù)，所述介電函數(shù)根據(jù)圖形而空間變化，并且 所述圖形具有理想晶格常數(shù)和大于零的失諧參數(shù)值。第一層的表面可具有根據(jù) 非周期圖形而空間變化的介電函數(shù)。第一層的表面可具有根據(jù)復(fù)雜周期圖形而 空間變化的介電函數(shù)。第一層的表面可具有根據(jù)周期圖形而空間變化的介電函 數(shù)。
第二列可偏離第一列和第三列至少約0.1毫米。第二列可偏離第一列和第
三列至少約0.2毫米。第二列可偏離第一列和第三列至少約0.3毫米。第二列 可偏離第一列和第三列至少約0.5毫米。第二列可偏離第一列和第三列至少約 l毫米。
系統(tǒng)也可包括至少一個(gè)設(shè)置f"發(fā)光裝置和面板之間的光學(xué)組件。所述至少 一個(gè)光學(xué)組件可為均光器。發(fā)光裝置可為非朗伯發(fā)光裝置。發(fā)光裝置可為光子 晶格發(fā)光裝置。所述發(fā)光裝置可為發(fā)光二極管。發(fā)光二極管陣列可包括從紅色 發(fā)光二極管、藍(lán)色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管組成的集合中選取的至少一個(gè) 發(fā)光二極管。發(fā)光二極管陣列可包括紅色發(fā)光二極管、藍(lán)色發(fā)光二極管和綠色 發(fā)光二極管。發(fā)光二極管陣列可放置為沿面板的邊緣成鋸齒狀排列。系統(tǒng)也可 包括冷卻系統(tǒng)，其配置成使用時(shí)冷卻系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)發(fā)光二極管陣列的溫度。
在另一實(shí)施例中，系統(tǒng)包括具有邊緣的面板，具有表面的發(fā)光裝置，所述 表面具有由表面的外圍界定的面積，及設(shè)置于從發(fā)光裝置到面板邊緣的光路中 的光學(xué)組件，所述光學(xué)組件包括孔，其具有由該孔的外圍界定的面積。其中發(fā) 光裝置的表面的面積與孔的面積之比為約0.5至約1.1。
實(shí)施例可包括下列的一個(gè)或多個(gè)。
面板可包括液晶顯示器(LCD)?？椎耐鈬蔀榫匦?，并且發(fā)光裝置可為 矩形?？椎耐鈬蔀閳A形，并且發(fā)光裝置可為圓形。孔的外圍可為梯形，并且 發(fā)光裝置可為梯形?？椎耐鈬蔀槿切?，并且發(fā)光裝置可為三角形。孔的外 圍可為正方形，并且發(fā)光裝置可為正方形?？椎耐鈬蔀槎噙呅危⑶野l(fā)光裝 置可為圓形?？椎耐鈬蔀槎噙呅危⑶野l(fā)光裝置可為多邊形。孔的外圍可為 六邊形，并且發(fā)光裝置可為六邊形。孔的外圍可為八邊形，并且發(fā)光裝置可為八邊形。
發(fā)光裝置可為非朗伯發(fā)光裝置。發(fā)光裝置可為光子晶格發(fā)光裝置。發(fā)光裝 置可包括一具有光生成區(qū)的多層材料堆疊，及由光生成區(qū)支撐的第一層，第一 層的表面配置成使光生成區(qū)生成的光經(jīng)由該第一層表面從發(fā)光裝置出射。第一 層的表面可具有介電函數(shù)，所述介電函數(shù)根據(jù)圖形而空間變化，并且所述圖形 具有理想晶格常數(shù)和大于零的失諧參數(shù)值。第一層的表面可具有根據(jù)非周期圖 形而空間變化的介電函數(shù)。第一層的表面可具有根據(jù)復(fù)雜周期圖形而空間變化 的介電函數(shù)。第一層的表面可具有根據(jù)周期圖形而空間變化的介電函數(shù)。發(fā)光 裝置可為發(fā)光二極管。
可配置光學(xué)組件使得從LED出射均勻光?？膳渲霉鈱W(xué)組件使得從LED發(fā) 出的光沿著面板的邊緣傳播。系統(tǒng)也可包括冷卻系統(tǒng)，其設(shè)置成使用時(shí)冷卻系 統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)光裝置的溫度。發(fā)光裝置可安裝在散熱器上。
在某些實(shí)施例中，系統(tǒng)包括具有邊緣的面板和發(fā)光裝置陣列，所述發(fā)光裝 置陣列具有由發(fā)光裝置陣列的外圍界定的組合表面面積，以及設(shè)置于從發(fā)光裝
置到面板邊緣的光路中的光學(xué)組件，所述光學(xué)組件包括孔，所述孔具有由孔的 外圍界定的面積，其中發(fā)光裝置的組合表面面積與孔的面積之比為約0.5至約 1.1。
實(shí)施例可包括下列的 -個(gè)或多個(gè)。
面板可為液晶顯示器(LCD)。孔的外圍可為矩形，并且發(fā)光裝置陣列的 外圍可為矩形。孔的外圍可為六邊形，并且發(fā)光裝置陣列的外圍可為六邊形。 發(fā)光裝置陣列可包括六個(gè)發(fā)光裝置，并且發(fā)光裝置陣列中的各發(fā)光裝置可具有 界定為三角形狀的外圍。孔的外圍可為八邊形，并且發(fā)光裝置陣列的外圍可為 八邊形。發(fā)光裝置陣列可包括八個(gè)發(fā)光裝置，并且發(fā)光裝置陣列中的各發(fā)光裝 置可具有界定為三角形狀的外圍?？椎耐鈬蔀閳A形，并且發(fā)光裝置陣列可為 圓形。發(fā)光裝置陣列可包括四個(gè)發(fā)光裝置，并且發(fā)光裝置陣列中的各發(fā)光裝置 可具有界定為約1/4圓形狀的外圍。發(fā)光裝置陣列可包括兩個(gè)發(fā)光裝置，并且 發(fā)光裝置陣列中的各發(fā)光裝置可具有界定為約1/2圓形狀的外圍。發(fā)光裝置陣 列可包括六個(gè)發(fā)光裝置，并且發(fā)光裝置陣列中的各發(fā)光裝置可具有界定為約1/6 圓形狀的外圍。發(fā)光裝置陣列可包括八個(gè)發(fā)光裝置，并且發(fā)光裝置陣列中的各 發(fā)光裝置可具有界定為約1/8圓形狀的外圍?？椎耐鈬蔀樘菪?，并且發(fā)光裝 置陣列的外圍可為梯形?？椎耐鈬蔀槿切危⑶野l(fā)光裝置陣列的外圍可為 三角形。孔的外圍可為正方形，并且發(fā)光裝置陣列的外圍可為正方形。
至少一個(gè)發(fā)光裝置可為非朗伯發(fā)光裝置。至少一個(gè)發(fā)光裝置可為光子晶格 發(fā)光裝置。發(fā)光裝置陣列中的至少一個(gè)發(fā)光裝置可包括由光生成區(qū)支撐的第一 層以及第一層的表面，第一層的表面配置成使光生成區(qū)生成的光經(jīng)由第一層的
10表面從發(fā)光裝置出射。第一層的表面可具有介電函數(shù)，所述介電函數(shù)根據(jù)圖形 而空間變化，并且所述圖形具有理想晶格常數(shù)和大于零的失諧參數(shù)值。第一層 的表面可具有根據(jù)非周期圖形而空間變化的介電函數(shù)。第一層的表面可具有根 據(jù)復(fù)雜周期圖形而空間變化的介電函數(shù)。第一層的表面可具有根據(jù)周期圖形而 空間變化的介電函數(shù)。
至少一個(gè)發(fā)光裝置可為發(fā)光二極管。發(fā)光二極管陣列可包括從由紅色發(fā)光 二極管、藍(lán)色發(fā)光二極管、綠色發(fā)光二極管組成的組合中選取的至少一個(gè)發(fā)光 二極管。發(fā)光二極管陣列可包括至少一個(gè)紅色發(fā)光二極管，至少一個(gè)藍(lán)色發(fā)光 二極管，及至少一個(gè)綠色發(fā)光二極管。光學(xué)組件可被設(shè)置為從LED發(fā)出均勻光。
光學(xué)組件可被設(shè)置成將從LED發(fā)出的光沿著面板的邊緣傳播。系統(tǒng)也可包括冷
卻系統(tǒng)，其配置成使得使用時(shí)冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)發(fā)光二極管的溫度。發(fā)光裝置陣列 可被安裝于散熱器上。
說明書、附圖及權(quán)利要求書中記載了本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)。


圖1為發(fā)光系統(tǒng)的示意圖； 圖2A-2D為光顯系統(tǒng)的示意圖； 圖3為光顯系統(tǒng)的示意圖； 圖4A為L(zhǎng)ED的俯視示意圖4B為光顯系統(tǒng)的示意圖5為光顯系統(tǒng)的不意圖6為光顯系統(tǒng)的示意圖7為光顯系統(tǒng)的示意圖8A及8B為光顯系統(tǒng)的示意圖;
圖9為光顯系統(tǒng)的示意圖IO為光顯系統(tǒng)的示意圖11為光顯系統(tǒng)的示意圖12A為光顯系統(tǒng)的示意圖12B為光顯系統(tǒng)的示意圖13為光顯系統(tǒng)的示意圖14A為光顯系統(tǒng)的示意圖14B為L(zhǎng)ED陣列的俯視圖15為光顯系統(tǒng)的示意圖16為L(zhǎng)ED陣列的俯視圖； 圖17為L(zhǎng)ED陣列的俯視圖；圖18為L(zhǎng)ED陣列的俯視圖；圖19為L(zhǎng)ED陣列的俯視圖20為L(zhǎng)ED陣列的俯視圖21為光顯系統(tǒng)的示意圖22A為光學(xué)組件和LED陣列的示意圖22B為圖22A的LED陣列的剖視圖22C為圖22A的光學(xué)組件的剖視圖23A為光學(xué)組件和LED陣列的示意圖23B為圖23A的LED陣列的剖視圖23C為圖23A的光學(xué)組件的剖視圖24A為光學(xué)組件和LED陣列的示意圖24B為圖24A的LED陣列的剖視圖24C為圖24A的光學(xué)組件的剖視圖25A為光學(xué)組件和LED陣列的示意圖25B為圖25A的LED陣列的剖視圖25C為圖25A的光學(xué)組件的剖視圖26A為光學(xué)組件和LED陣列的示意圖26B為圖26A的LED陣列的剖視圖26C為圖26A的光學(xué)組件的剖視圖27A為光學(xué)組件和LED陣列的示意圖27B為圖27A的LED陣列的剖視閣；
圖27C為圖27A的光學(xué)組件的剖視圖28A為光學(xué)組件和LED陣列的示意圖28B為圖28A的LED陣列的剖視圖28C為圖28A的光學(xué)組件的剖視圖29A為光學(xué)組件和LED陣列的示意圖29B為圖29A的LED陣列的剖視圖29C為圖29A的光學(xué)組件的剖視圖30為光顯系統(tǒng)的示意圖31為光顯系統(tǒng)的示意圖32為具有已刻圖表面的LED的剖視圖33為圖12的LED的已刻圖表面的俯視圖34為具有已刻圖表面的LED的提取效率與失諧參數(shù)的函數(shù)關(guān)系的曲線
圖35為L(zhǎng)ED的已刻圖表面的傅立葉變換的示意12圖36為具有已刻圖表面的LED的提取效率與最近鄰距離的函數(shù)關(guān)系的曲線圖37為具有已刻圖表面的LED的提取效率與填充因子的函數(shù)關(guān)系的曲線
圖38為L(zhǎng)ED的已刻圖表面的俯視圖；圖39為具有不同表面圖形的LED的提取效率的曲線圖；圖40為具有不同表面圖形的LED的提取效率的曲線圖；圖41為具有不同表面圖形的LED的提取效率的曲線圖；圖42為具有不同表面圖形的LED的提取效率的曲線圖；圖43為兩個(gè)具有不同已刻圖表面的LED的傅立葉轉(zhuǎn)換與這些LED的輻射發(fā)射光譜相比較的示意圖44為具不同表面圖形的LED的提取效率與角度的函數(shù)關(guān)系的曲線圖；圖45為具有已刻圖表面以及已刻圖表面上的磷層的LED的側(cè)視圖；圖46為多層堆疊的剖視圖；圖47為多層堆疊的剖視圖48為多層堆疊的剖視圖；圖49為多層堆疊的剖視圖；圖50為基底去除工藝的側(cè)視圖；圖51為多層堆疊的局部剖視圖；圖52為多層堆疊的局部剖視圖；圖53為多層堆疊的局部剖視圖；圖54為多層堆疊的局部剖視圖；圖55為多層堆疊的局部剖視圖；圖56為多層堆疊的局部剖視圖；圖57為多層堆疊的局部剖視圖；圖58為多層堆疊的局部剖視圖；圖59為多層堆疊的局部剖視圖；圖60為多層堆疊的局部剖視圖；圖61為多層堆疊的局部剖視圖；圖62為多層堆疊的局部剖視圖；圖63為多層堆疊的局部剖視圖；圖64為多層堆疊的局部剖視圖；圖65為多層堆疊的局部剖視圖；圖66為多層堆疊的局部剖視圖；圖67為多層堆疊的局部剖視圖；圖68為多層堆疊的局部剖視69為多層堆疊的局部剖視圖
圖70為多層堆疊的局部剖視71為多層堆疊的局部剖視72為多層堆疊的局部剖視73為多層堆疊的局部剖視74為多層堆疊的局部剖視75為多層堆疊的局部剖視76為多層堆疊的局部剖視77為多層堆疊的局部剖視78為多層堆疊的局部剖視79為多層堆疊的局部剖視80為多層堆疊的局部剖視81為多層堆疊的局部剖視82為多層堆疊的局部剖視83為多層堆疊的局部剖視84為多層堆疊的局部剖視85為多層堆疊的局部剖視86為多層堆疊的局部剖視87為多層堆疊的局部剖視圖閣88為多層堆疊的局部剖視89為多層堆疊的局部剖視90為多層堆疊的局部剖視91為多層堆疊的局部剖視92為多層堆疊的局部剖視93為多層堆疊的局部剖視94為多層堆疊的局部剖視95為晶片的立體圖；圖96為晶片的立體圖；圖97A為L(zhǎng)ED的立體圖；圖97B為L(zhǎng)ED的俯視圖；圖98A為L(zhǎng)ED的俯視圖；圖98B為L(zhǎng)ED的局部剖視圖；圖98C為等效電路圖；圖99A為L(zhǎng)ED的俯視14圖99B為等效電路圖100A為L(zhǎng)ED的俯視圖100B為等效電路圖IOIA為L(zhǎng)ED的俯視圖101B為L(zhǎng)ED的局部剖視圖101C為L(zhǎng)ED的局部剖視圖102為結(jié)電流密度的曲線圖103A為多層堆疊的俯視圖103B為L(zhǎng)ED的局部剖視圖104為接觸部的視圖105為封裝LED的視圖106為封裝LED及散熱器的視圖107為電阻的曲線圖108為結(jié)溫的曲線圖。
圖109為封裝LED的視圖IIOA為L(zhǎng)ED的局部剖視圖IIOB為L(zhǎng)ED的已刻圖表面的俯視圖
圖110C為L(zhǎng)ED的己刻圖表面的俯視圖
圖110D為L(zhǎng)ED的已刻圖表面的俯視圖
圖111為L(zhǎng)ED的局部剖視圖112為L(zhǎng)ED的局部剖視圖113為L(zhǎng)ED的局部剖視圖114為多層堆疊的局部剖視圖115為多層堆疊的局部剖視圖； 圖116為多層堆疊的局部剖視圖； 圖117為多層堆疊的局部剖視圖； 圖118為多層堆疊的局部剖視圖； 圖119為多層堆疊的局部剖視圖； 圖120為多層堆疊的局部剖視圖； 圖121為多層堆疊的局部剖視圖； 圖122為多層堆疊的局部剖視圖123為L(zhǎng)ED的局部剖視圖； 圖124為L(zhǎng)ED的局部剖視圖； 圖125為L(zhǎng)ED的局部剖視圖； 圖126為多層堆疊的局部剖視15圖127為多層堆疊的局部剖視圖128為多層堆疊的局部剖視圖129為多層堆疊的局部剖視圖130為多層堆疊的局部剖視圖131為多層堆疊的局部剖視圖132為多層堆疊的局部剖視圖133為多層堆疊的局部剖視圖134為L(zhǎng)ED的局部剖視圖135為L(zhǎng)ED的局部剖視圖136A和136B為反射表面的示意圖137為發(fā)光量與波長(zhǎng)的關(guān)系的曲線圖;
圖138A為反射表面的示意圖138B為反射表面的示意圖139A為約束條件的示意圖139B為截止頻率的曲線圖140為發(fā)光量與波長(zhǎng)的關(guān)系的曲線圖141為發(fā)光量與波長(zhǎng)的關(guān)系的曲線圖。
各附圖中的相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
具體實(shí)施例方式
圖1為其中合并有LED 100陣列60的發(fā)光系統(tǒng)50的示意圖。陣列60配 置成在使用時(shí)，從LED 100 (參見以下的論述)出射的光經(jīng)由表面55從系統(tǒng) 50出射。
發(fā)光系統(tǒng)的實(shí)例包括投影儀(例如背投(rear projection)投影儀、正投(front projection)投影儀)、便攜電子設(shè)備(例如移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理、膝上型電 腦)、計(jì)算機(jī)監(jiān)視器、大面積標(biāo)志牌(例如公路標(biāo)志牌)、車輛內(nèi)部照明(例 如儀表盤照明)、車輛外部照明(例如車輛前燈，包括可變色前燈)、通用照 明(例如辦公室天花板照明設(shè)備)、高強(qiáng)度照明(例如街燈)、照相機(jī)閃光燈、 醫(yī)用裝置(例如內(nèi)窺鏡)、電信(例如用于短程數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃芰瞎饫w)、安全 傳感(例如生物測(cè)量)、集成光電(例如片外及片內(nèi)光互連及光計(jì)時(shí))、軍事 領(lǐng)域通信(例如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信)、生物傳感(例如有機(jī)或無機(jī)物質(zhì)的光檢測(cè))、 光動(dòng)力療法(例如皮膚治療)、夜視鏡、太陽(yáng)能交通照明、緊急照明、機(jī)場(chǎng)跑 道照明、航線照明、手術(shù)鏡、可穿用光源(例如救生衣)。背投投影儀的實(shí)例 有背投電視機(jī)。正投投影儀的實(shí)例有用于在表面(例如屏幕或墻)上顯示的投 影儀。在一些實(shí)施例中，膝上型電腦可包括正投投影儀。表面55通常由這樣一種材料構(gòu)成，所述材料對(duì)從LED 100出射且射到表 面55的光至少傳輸約20% (例如至少約30%、至少約40%、至少約50%、至 少約60%、至少約70%、至少約80%、至少約90%、至少約95%)。可構(gòu)成表 面55的材料的例子包括玻璃、硅石、石英、塑料及聚合物。
一些實(shí)施例中，可以期望從各LED 100出射的光(例如總光強(qiáng)、作為波長(zhǎng) 函數(shù)的光強(qiáng)、和/或峰值發(fā)射波長(zhǎng))基本相同。 一個(gè)實(shí)例為顯示應(yīng)用(例如實(shí) 現(xiàn)鮮明的純色顯示)中的基本為單色的光源(例如LED)的時(shí)序控制。另一實(shí) 例為實(shí)施于電信中，該例有利于光系統(tǒng)中特定波長(zhǎng)的光從光源行進(jìn)至光導(dǎo)(light guide)，且從光導(dǎo)行進(jìn)至檢測(cè)器。再一實(shí)施例為使用顏色指示信令的車輛照明。 另外的實(shí)施例為醫(yī)療應(yīng)用中(例如光敏藥物活化或生物傳感應(yīng)用，其中波長(zhǎng)或 顏色響應(yīng)是較佳的)。
在某些實(shí)施例中，可以期望從至少一些LED100出射的光(例如總光強(qiáng)、 作為波長(zhǎng)函數(shù)的光強(qiáng)和/或峰值發(fā)射波長(zhǎng))與從其他LED 100出射的光(例如 總光強(qiáng)、作為波長(zhǎng)函數(shù)的光強(qiáng)、和/或峰值發(fā)射波長(zhǎng))是不相同的。 一個(gè)實(shí)例 為在通用照明中(例如多波長(zhǎng)可增進(jìn)顯色指數(shù)(CRI)的情況)。CRI是當(dāng)發(fā)光系 統(tǒng)照射時(shí)物體顏色與當(dāng)在可比相關(guān)溫度的參照發(fā)光系統(tǒng)(例如日光)下觀看相 同物體時(shí)比較出的顏色的色差量的度量。另一實(shí)施例為照相機(jī)閃光燈(例如需 要用于被照相物體或?qū)ο蟮恼鎸?shí)表現(xiàn)的相當(dāng)高的CRI，如基本與正午陽(yáng)光的 CRI接近)。再一實(shí)例為醫(yī)用設(shè)備(例如基本恒定的CRI對(duì)組織、器官、流體 等的鑒別和/或鑒定是較好的)。另外的實(shí)施例為背光顯示器(例如對(duì)人眼通 常較舒適或自然的某種CRI白光)。
盡管圖1以陣列的形式顯示，但LED 100可為不同的配置。例如，在一些 實(shí)施例中，系統(tǒng)50包括單個(gè)LED100。 乂如，在某些實(shí)施例中，可將陣列設(shè)置 為弧形以幫助來自多個(gè)光源的光以不同角度指向同一點(diǎn)(例如透鏡之類的光學(xué) 鏡)。再如，在一些實(shí)施例中，可將該裝置陣列布置為六角形以容許緊灌封裝 (close-packing)及高效表面亮度。還如，在某些實(shí)施例中，可使這些裝置分 布在鏡子(如二向色鏡(dichroic mirror))的周圍，所述鏡子將來自陣列中 LED的光進(jìn)行組合或反射。
在圖1中，從LED100出射的光顯示為從LED100直接行進(jìn)至表面55。然 而在一些實(shí)施例中，從LED100出射的光可由間接路徑從LED行進(jìn)至表面55。 例如，在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)50包括單個(gè)LED100。又如，在某些實(shí)施例中， 來自LED100的光聚焦于微顯示器上(例如聚焦于諸如數(shù)字光處理器(DLP)或液 晶顯示器(LCD)的光閥上)。再如，在一些實(shí)施例中，通過多種光學(xué)鏡、鏡子 或偏振鏡(polarizer)(例如用于LCD)來引導(dǎo)光。還如，在某些實(shí)施例中， 通過主鏡或從鏡投射光，例如， 一片透鏡或一組透鏡。
17圖2A示出了包括非朗伯(non-Lambertian)LED 1110 (參見下文的描述)、 透鏡1120及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)1100 (參見上文的描述)。LED1110 與透鏡1120相距距離L1，而微顯示器1130與透鏡1120相距距離L2。選擇距 離Ll及L2，使得對(duì)于LED1110所發(fā)出的射到透鏡1120的光，透鏡1120的像 平面與微顯示器1130其上射有該LED所發(fā)光的表面重合。
對(duì)于這一結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)1100可利用LED1110所發(fā)光以相對(duì)有效地照亮該微 顯示器1130的表面，發(fā)出光的LED1110的表面形狀與由該LED1110所發(fā)光照 亮的微顯示器1130的表面形狀基本相同。例如，在一些實(shí)施例中，LED1U0 的縱橫比(aspectratio)與微顯示器1130的縱橫比之比為約0.5至約2(例如從約 9/16至約16/9，從約3/4至約4/3，約l)。例如，該微顯示器1130的縱橫比 可為1920x1080、 640x480、 800x600、 1024x700、 1024x768、 1024x720、 1280x720、 1280x768、 1280x960或1280x1064。
一般，微顯示器1130的表面和/或LED1110的表面可具有任何所需的形 狀。這些形狀的實(shí)例包括正方形、圓形、矩形，三角形、梯形及六邊形。
在一些實(shí)施例中，光顯系統(tǒng)可相對(duì)有效地照亮微顯示器1130的表面而無 需LED1110與微顯示器1130之間的透鏡，同時(shí)發(fā)光的LED1110的表面形狀與 由該LED1110所發(fā)光照亮的微顯示器1130的表面形狀是基本相同的。例如， 圖2B示出了系統(tǒng)1102，其中可使正方形LED1110成像于正方形微顯示器1130 上而LED1110與微顯示器1130之間無需有透鏡。又如，圖2C示出了光顯系 統(tǒng)1104，其中使矩形LED1110成像于矩形微顯示器1130 (具有相似比例的縱 橫比)而無需LED1110與微顯示器1130之間的透鏡。
在某些實(shí)施例中，LED1U0與微顯示器1130之間可置有變形透鏡 (anamorphic lens)。例如，這在當(dāng)LED 1110的縱橫比與微顯示器U 30的縱橫比 基本不相同時(shí)是需要的。例如，圖2D示出了系統(tǒng)1106，它包括基本正方形表 面的LED1110、基本矩形表面的微顯示器1130(例如縱橫比為約16:9或約4:3) 以及置于LED1110與微顯示器1130之間的變形透鏡1120。在此實(shí)例中，變形 透鏡1120可用于將LED1110所發(fā)光的形狀轉(zhuǎn)換為與微顯示器1130的表面形狀 基本相配。通過增加LED1110表面所發(fā)出的、投射到微顯示器1130表面的光 的量來增進(jìn)該系統(tǒng)的效率。
圖3示出了包括LED1110、透鏡1120及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)1200。 LED1110的發(fā)光表面具有連接電導(dǎo)線1115的接觸區(qū)域(參見下文的描述)。 LED1110與透鏡1120相距距離L3，而微顯示器1130與透鏡1120相距距離L4。 電導(dǎo)線1115擋住了從LED1U0的接觸區(qū)域發(fā)出的光。若其上射有LED1110所 發(fā)光的微顯示器1130的表面的平面與透鏡1120的像平面重合，微顯示器1130 的這一表面上會(huì)出現(xiàn)與LED1110發(fā)光表面的接觸區(qū)域相對(duì)應(yīng)的一組黑點(diǎn)1202。為了減少微顯示器1130的這一表面上黑點(diǎn)所覆蓋的面積，選擇距離L3及L4， 使得對(duì)于LED1110所發(fā)出的射到透鏡1120的光，透鏡1120的像平面與其上射 有LED1110所發(fā)光的微顯示器1130的表面平面不重合(即，在透鏡1120的像 平面與其上射有該LED1110所發(fā)光的微顯示器1130的表面的平面之間存在距 離AL)。對(duì)于這一設(shè)置，來自LED1110的光在其上射有LED1110所發(fā)光的微 顯示器1130的表面平面中散焦，而且與透鏡1120的像平面相比，該微顯示器 1130的這一表面上的合成光強(qiáng)更均勻。LED與微顯示器1130之間的總距離可 表示為L(zhǎng)ED1110與像平面1120之間的距離(L5)加上距離AL。 一般，隨著 增加LED1110與微顯示器1130之間的距離而使得AL增加，該黑點(diǎn)的強(qiáng)度減 少，但LED所發(fā)的射到微顯示器1130表面的光的強(qiáng)度減少?；蛘?，當(dāng)平移微 顯示器以使LED1110與微顯示器1130之間的距離減少時(shí)，強(qiáng)度大于像平面處 的強(qiáng)度，但僅部分地照亮微顯示器。在一些實(shí)施例中，AL/L5的絕對(duì)值為從約 0.00001至約l(例如從約0.00001至約0.1，從約0.00001至約0.01，從約0.00001 至約0.001，或從約0.00001至約0.0001)。在一些實(shí)施例中，可使用多個(gè)LED 來照亮單個(gè)微顯示器(例如3x3LED矩陣)。這種系統(tǒng)是需要的，因?yàn)楫?dāng)布置 多個(gè)LED來照亮單個(gè)微顯示器時(shí)，若一個(gè)LED失效，則該系統(tǒng)仍然可用(盡 管由于缺失來自特定LED的光而存在黑點(diǎn))。若使用多個(gè)LED來照亮單個(gè)微 顯示器，可將該光系統(tǒng)配置成使得微顯示器的表面上不顯示黑點(diǎn)。例如，可將 該微顯示器平移至像平面之外以使這些LED之間的區(qū)域不會(huì)導(dǎo)致黑點(diǎn)。
在一些實(shí)施例中，可通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)置LED1110表面的接觸區(qū)域來減少微顯 示器1130表面上的黑點(diǎn)的強(qiáng)度。例如，圖4A示出了沿LED1110周邊設(shè)置有 接觸區(qū)域的LED1110的俯視閣。對(duì)于這一結(jié)構(gòu)，不論是否存在透鏡(散焦或不 散焦)，光顯系統(tǒng)可設(shè)置為(例如通過適當(dāng)確定微顯示器1130表面面積的大 小)使得表面1130上由LED1110表面的接觸區(qū)域造成的黑點(diǎn)的強(qiáng)度相對(duì)較小。 這一方法可運(yùn)用于包括多個(gè)LED (例如3x3LED矩陣)的系統(tǒng)。
又如，圖4B示出了包括LED1110及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)300。 LED1110包括由導(dǎo)線1115形成的接觸區(qū)域，選擇接觸區(qū)域使得黑點(diǎn)1202出現(xiàn) 在微顯示器1130表面上不成像的區(qū)域中。在本實(shí)例中，微顯示器1130的表面 可位于透鏡1120的像平面，因?yàn)楹邳c(diǎn)落在透鏡1120像平面處的微顯示器1130 成像區(qū)域之外。若LED1110的形狀與微顯示器1130的形狀相配，則可，例如， 將導(dǎo)線1115繞LED1100的周邊設(shè)置于其表面上。在本實(shí)例中，表面1110的接 觸區(qū)域的內(nèi)部范圍與微顯示器1130的表面相配(例如縱橫比相似)。這一方 法可運(yùn)用于包括多個(gè)LED (如3x3LED矩陣)的系統(tǒng)。
再如，圖5示出了包括LED1110及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)1700。 LED1110亦包括由導(dǎo)線1115形成的接觸區(qū)域，以及將LED1110所發(fā)的光導(dǎo)向透鏡1120的均光器(Homogenizer)1702 (亦稱為光隧(light tunnel)或光管(light pipe))。從均光器1702的內(nèi)表面折回的LED1110所發(fā)光的全內(nèi)反射可生成基 本均勻的光輸出分布，并且能夠減少由導(dǎo)線1115造成的黑點(diǎn)的顯現(xiàn)，從而使 得微顯示器1130基本可通過LED1110均勻地照亮(例如生成于像平面1131 中的圖像基本是均勻的)。
視需要，系統(tǒng)1700可包括一或多個(gè)附加光學(xué)組件。例如，在一些實(shí)施例 中，光顯系統(tǒng)1700亦可包括置于該均光器之前的光路中的透鏡以將光聚焦到 該均光器中。在某些實(shí)施例中，均光器1702的孔的縱橫比與LED1110的縱橫 比相配以使得當(dāng)LED1110貼著均光器1702安裝時(shí)，無需附加透鏡，或者以使 得可利用均光器1702前的透鏡更有效地將光耦合入均光器1702。
還如，圖6示出了包括LED1110及微顯示器1130的光顯系統(tǒng)1710。 LED1110亦包括由導(dǎo)線1115形成的接觸區(qū)域以及置于LED1110與透鏡1120 之間的一組多個(gè)透鏡1712。透鏡1712可為多種尺寸、形狀及數(shù)量。例如，透 鏡1712的數(shù)量及尺寸可與LED1110的截面積成比例。在一些實(shí)施例中，透鏡 1712包括一組透鏡，所述透鏡的尺寸例如為在約lmm至約10cm之間、數(shù)量 為在約1個(gè)至約100個(gè)之間。LED1110所發(fā)的光進(jìn)入透鏡1712且被折射。由 于透鏡1712的表面呈弧形，該光以不同的角度折射使得從透鏡1712出射的光 束交疊。光束的交疊減少了由導(dǎo)線1115所造成黑點(diǎn)的顯現(xiàn)以使LED1110基本 均勻地照亮微顯示器1130 (例如生成于像面1131中的圖像基本是均勻的)。
盡管光顯系統(tǒng)已描述為包括單個(gè)透鏡，但在一些實(shí)施例中，可使用多個(gè)透 鏡。此外，在某些實(shí)施例中，除透鏡之外亦可使用一個(gè)或多個(gè)其他光學(xué)元件。 這些光學(xué)元件的實(shí)例包括鏡子、反射鏡(reflector)、準(zhǔn)直器(collimator)、 分束器(beamsplitter)、合束器(beam combiner) 、 二色鏡、濾光器(filter)、 偏振鏡、偏振分束器、棱鏡、全內(nèi)反射棱鏡、光纖、光導(dǎo)及均束器(beam homogenizer)。適當(dāng)光學(xué)元件的選擇以及在系統(tǒng)內(nèi)元件的相應(yīng)排列對(duì)于本技術(shù) 領(lǐng)域中技術(shù)人員是公知的。
此外，盡管己描述光顯系統(tǒng)為包括一個(gè)非朗伯(non-Lambertian) LED，但 在一些實(shí)施例中，可使用一個(gè)以上的非朗伯LED來照亮微顯示器1130。例如， 圖7示出了系統(tǒng)1500，它包括與該微顯示器1130的表面光連通的藍(lán)色LED1410 (主輸出波長(zhǎng)從約450到約480nm的LED)、綠色LED1420 (主輸出波長(zhǎng)從 約500到約550nm的LED)及紅色LED1430(主輸出波長(zhǎng)從約610到約650nm 的LED)。可將LED1410、 1420及1430設(shè)置為同時(shí)激活、順序激活，或兩者。 在其他實(shí)施例中，這些LED中的至少一些與獨(dú)立的微顯示器表面光連通。
在一些實(shí)施例中，順序激活LED1410、 1420及1430。在這些實(shí)施例中， 觀察者的眼睛通常會(huì)保留且混合由這些LED的多個(gè)色彩生成的圖像。例如，若
20一幀畫面的特定像素(或一組像素)或微顯示器(或部分的微顯示器)欲顯示
為紫色，則可在刷新周期的適當(dāng)部分以紅色LED1430及藍(lán)色LED1410照亮該 微顯示器的表面。觀察者的眼睛混合紅色及藍(lán)色并且"看見"紫色的微顯示器。 為了使人無法察覺這些LED是順序照亮的，可使用適當(dāng)頻率(如大于120Hz 的刷新率)的刷新周期。
LED1410、 1420及1430可有多種強(qiáng)度及亮度。例如，綠色LED1420的效 率可能低于紅色LED1430或藍(lán)色LED1410。由于特定的LED (例如綠色 LED1420)的效率較低，其很難用該較低效率LED (例如LED1420)發(fā)出的足 夠高亮度的彩色光(如綠色)來照亮該微顯示器的表面。為了補(bǔ)償效率的不一 致(生成不因光亮度的不同而失真的圖像)，可對(duì)多個(gè)LED的激活周期進(jìn)行調(diào) 整。例如，效率最低的LED所分配到的激活時(shí)間比效率更高的LED的激活時(shí) 間更長(zhǎng)(即更長(zhǎng)的時(shí)間段)。在特定實(shí)例中，對(duì)于紅/綠/藍(lán)投影系統(tǒng)，將占空 因數(shù)(duty cycle)分配之比為1/6:2/3:1/6 (紅:綠:藍(lán))，而不是1/3:1/3:1/3。在 另一實(shí)例中，占空因數(shù)之比可為0.25:0.45:0.30 (紅:綠:藍(lán))。在其他實(shí)例中， 可進(jìn)一步增加專用于激活綠色LED的占空因數(shù)。例如，專用于對(duì)綠色LED1420 成像的占空因數(shù)可大于約40%(例如大于約45%、如大于約50%、大于約60%、 大于約70%、大于約80%、大于約90%)。 一些實(shí)施例中，各LED的占空因 數(shù)不同。例如，紅色LED1430的占空因數(shù)可大于藍(lán)色LED1410的占空因數(shù)。 盡管已描述了根據(jù)LED的強(qiáng)度和/或亮度來選擇LED激活周期的系統(tǒng)，但在 一些實(shí)施例中，可根據(jù)一或多個(gè)其他參數(shù)來選擇LED的激活時(shí)間。在一些實(shí)施 例中，效率最低發(fā)光裝置的激活時(shí)間為另一發(fā)光裝置激活吋間的至少約1.25倍 (例如，至少約1.5倍、至少約2倍、至少約3倍)。
圖8A示出了基于液晶顯示器(LCD)的光顯系統(tǒng)1720的實(shí)施例，其包括 與相關(guān)LCD面板1728、 1730及1732的表面光連通的藍(lán)色LED1410、綠色 LED1420及紅色LED1430 (例如，如上所述的)。光顯系統(tǒng)1720亦包括在 LED1410、 1420及1430與相關(guān)LCD面板1728、 1730及1732之間相應(yīng)光路中 的透鏡1722、 1724及1726。透鏡1722、 1724及1726將光聚焦在相關(guān)LCD面 板1728、 1730及1732上。光顯系統(tǒng)1720進(jìn)一步包括裝置1734 (例如分光合 色棱鏡(x-cube))，所述裝置1734將多束來自LCD面板1728、 1730及1732 的光合并為可導(dǎo)向投影鏡1735或其他顯示器的單束光1736 (以箭頭示出)。 視需要，光顯系統(tǒng)1720可包括在傳輸所需偏振(例如'p'偏振)的同時(shí)反射另 一偏振(例如's'偏振)的偏振鏡。該偏振鏡可置于LED1410、 1420及1430與 相關(guān)透鏡1722、 1724及1726之間、透鏡1722、 1724及1726與相關(guān)LCD面 板1728、 1730及1732之間，或者沿光路的其他位置。如圖8B所示，在一些 實(shí)施例中，如上所述，LED (例如LED1430)的縱橫比可與微顯示器(例如微
21顯示器1732)的縱橫比相匹配。
圖9示出了基于數(shù)字光處理器(DLP)的光顯系統(tǒng)1750的實(shí)施例，它包括 分別與相關(guān)透鏡1722、 1724和1726光連通(如上所述)的藍(lán)色LED1410、綠 色LED1420及紅色LED1430 (如上所述)。LED1410、 1420及1430所發(fā)的光 穿過相關(guān)透鏡1722、 1724及1726并且由裝置1734 (例如分光合色棱鏡)收集， 所述裝置1734將LED1410、1420及1430所發(fā)的多束光合并為可導(dǎo)向全內(nèi)反射
(TIR)棱鏡1752的單束光。例如，可通過鏡子1754或諸如光導(dǎo)的其他裝置 將從分光合色棱鏡1734出射的光導(dǎo)向TIR棱鏡1752。 TIR棱鏡1752反射光且 將該光導(dǎo)向DLP面板1756。 DLP面板1756包括可被啟動(dòng)而生成特定圖像的多 面鏡子。例如，特定鏡子既可反射光1760 (以箭頭示)以把光導(dǎo)向投影鏡1755， 也可使得該光從投影鏡1755反射。LED1410、 1420及1430與DLP面板1756 的結(jié)合能夠更佳地控制信號(hào)。例如，可通過打開或關(guān)閉LED1410、 1420及1430 以及DLP面板1756中的這些鏡子減少送至DLP面板1756的數(shù)據(jù)量。例如， 若特定圖像中不需要紅色，則可關(guān)閉紅色LED1430，無需向DLP面板1756發(fā) 送信號(hào)來切換相關(guān)的鏡子。例如，調(diào)節(jié)這些LED的能力可增進(jìn)，例如，顏色質(zhì) 量、圖像質(zhì)量或?qū)Ρ榷取?br> 圖10示出了基于硅基液晶(LCOS)的光顯系統(tǒng)1770的特定實(shí)施例，該系 統(tǒng)包括分別與相關(guān)偏振分束器1774、 1778及1782光連通的藍(lán)色LED1410、綠 色LED1420及紅色LED1430 (如上所述)。LED1410、 1420及1430所發(fā)的光 穿過相關(guān)的偏振分束器1774、 1778及1782并且投影在相關(guān)的LCOS面板1772、 1776或1780上。由于LCOS面板1772、 1776及1780并不是對(duì)所有的光偏振 都敏感的，所以偏振分束器1774、 1778及1782根據(jù)LCOS面板1772、 1776 及1780的靈敏度將光偏振為特定偏振(例如通過在傳輸所需偏振(例如該'p' 偏振)的同時(shí)反射另-偏振(例如該's'偏振)，阻礙一些光的偏振且通過其他 偏振)。利用裝置1734 (例如分光合色棱鏡)收集從LCOS面板1772、 1776 及1780反射的光，所述裝置1734將來自多個(gè)LCOS面板1772、 1776及1780 的光束合并以生成導(dǎo)向投影鏡1795的光束1790 (通過箭頭表示)。
盡管在上述實(shí)例中，光顯系統(tǒng)包括紅色、綠色及藍(lán)色發(fā)光裝置，但其他顏 色或組合亦是可行的。例如，該系統(tǒng)不必僅包括三種顏色。亦可包括如黃色等 其他顏色且分配一部分占空因數(shù)給它。或者，可將具有不同主波長(zhǎng)的多個(gè)LED 進(jìn)行光組合以產(chǎn)生合成色。例如，可將藍(lán)-綠LED (例如主波長(zhǎng)為在藍(lán)色與綠 色的波長(zhǎng)之間的LED)與黃色LED組合以產(chǎn)生"綠色"光。 一般，可根據(jù)需要 選擇LED的數(shù)量及各LED的顏色。亦可包括附加微顯示器。
在一些實(shí)施例中，可通過多種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)及算法來增加該較低效率LED
(例如綠色)的占空因數(shù)。例如，僅發(fā)送圖像信息中與前圖像的差異而不是發(fā)送重構(gòu)各圖像所需的所有信息可使數(shù)據(jù)率得到增加。使用這種方法僅需發(fā)送較 少數(shù)據(jù)，對(duì)于給定刷新周期的補(bǔ)色，允許更高的數(shù)據(jù)率并降低占空因數(shù)。
在使用多個(gè)LED來照亮給定微顯示器的實(shí)施例中，在沿一個(gè)或多個(gè)LED
與微顯示器之間的光路上可設(shè)置或可不設(shè)置光學(xué)元件。例如，可使用分光合色
棱鏡或一組分色鏡來將來自多個(gè)LED的光合并在單個(gè)微顯示器上。在沿光路設(shè) 有光學(xué)元件的實(shí)施例中，各LED可使用不同的光學(xué)元件(例如，若這些LED 表面的尺寸或形狀不同)，或相同的光組件可用于不止一個(gè)的LED。
在--些實(shí)施例中，通過在分配給該特定LED的激活時(shí)間中的一部分時(shí)間照 亮顯示器，來獲得基于圖像所需色度的特定顏色的不同亮度。例如，為了獲得 深藍(lán)(intense blue)，可激活該藍(lán)色LED達(dá)整個(gè)激活時(shí)間，對(duì)于較淺藍(lán)(less intense blue)，可僅在總分配激活時(shí)間的一部分中激活該藍(lán)色LED。例如，可 以通過一組鏡子來調(diào)節(jié)所述激活時(shí)間中用于照亮顯示器的那部分時(shí)間，可以把 這組鏡子定位成使光通過到達(dá)微顯示器，或使光反射離開微顯示器。
在某些實(shí)施例中，可啟動(dòng)可移動(dòng)微顯示器(例如可移動(dòng)鏡)陣列來生成需 要的強(qiáng)度。例如，各微鏡可代表一像素，且可通過對(duì)該微顯示器的定位來確定 該像素的強(qiáng)度。例如，微鏡可處于打開或關(guān)閉狀態(tài)，并且在特定顏色的LED的 激活時(shí)間期間，打開狀態(tài)所占時(shí)間的比例決定圖像的強(qiáng)度。
一般，在使用多個(gè)LED的實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)LED (例如各LED)具 有如上所述的相對(duì)于微顯示器1130縱橫比的縱橫比關(guān)系。
圖11示出了包括LEDlllO、微顯示器1130、冷卻系統(tǒng)1510以及傳感器 1520的光顯系統(tǒng)1600，所述傳感器1520與LEDlllO熱連通，且與冷卻系統(tǒng) 1510電連通，以使得在系統(tǒng)1600使用期間，可使用傳感器1520及冷卻系統(tǒng) 1510來調(diào)節(jié)LEDlllO的溫度。例如，當(dāng)LEDlllO為相對(duì)較大的LED (參見下 文的描述)時(shí)需要這樣，因?yàn)檫@種LED可產(chǎn)生巨大的熱量。對(duì)于如圖ll所示 的結(jié)構(gòu)，通過使用傳感器1520及冷卻系統(tǒng)1510來冷卻LEDlllO可增加 LEDIUO的功率輸入量(主要的，在更高驅(qū)動(dòng)電流下工作效率提高)，同時(shí)減 少LEDlllO損壞的危險(xiǎn)。冷卻系統(tǒng)的實(shí)例包括熱電冷卻器、風(fēng)扇、熱管及液體 冷卻系統(tǒng)。傳感器1520，例如，可為手動(dòng)控制或電腦控制的。在一些實(shí)施例中， 該系統(tǒng)可不包括傳感器(例如，始終開啟或者手動(dòng)控制冷卻系統(tǒng))。使用冷卻 系統(tǒng)具有多種優(yōu)點(diǎn)，如減少由過熱造成的LED的損壞可能性以及在更高驅(qū)動(dòng)電 流下LED的效率提高。該冷卻系統(tǒng)亦可減少由溫度誘導(dǎo)的波長(zhǎng)變化。
在一些實(shí)施例中，非朗伯LED的使用導(dǎo)致光的角度分布不均勻。在這些實(shí) 施中，可將該微顯示器平移離開像面以減少角度不均勻的現(xiàn)象。在某些實(shí)施例 中，可使用電或光連接來獲得送至微顯示器的信息流。在某些實(shí)例中，使用光 連接可增加信息流率。在一些實(shí)施例中，可增大PLLED或其他非朗伯源的尺寸，而且可以較小 的角度來收集光。這可增大顯示器上圖像的強(qiáng)度。
圖12A和12B示出了包括多個(gè)LED 2202、均光器2208及液晶顯示器(LCD) 面板2212的光顯系統(tǒng)2200。 LED 2202沿LCD面板2212的邊緣2211設(shè)置， 并且發(fā)出光(箭頭2206所示)以照亮LCD面板2212，從而讓LCD面板2212 顯示圖像。由LED 2202發(fā)出的光2206投射到將光2006導(dǎo)至LCD面板2212 (箭頭2210所示)的均光器2208 (如光隧道、光管道)上。脫離均光器2208 內(nèi)表面的光2006的全內(nèi)部反射生成基本均勻的光2210的輸出分布，使得LCD 面板2212由LED 2202基本均勻地照亮(例如，LCD面板2212的進(jìn)光邊2211 的分布基本均勻)。例如，在一些實(shí)施例中，基本均勻的光分布包括的光分布 具有在邊緣2211的不同位置處至多約20% (例如，至多為約10%，至多為約 5%，至多為約1%)變化的強(qiáng)度和/或顏色分布。進(jìn)入LCD面板2212的邊緣2211 后，光2210脫離內(nèi)表面和/或LCD面板2212內(nèi)的散射中心(由箭頭2215表示) 反射；并且從LCD面板2212的前表面2213出射(由箭頭2217表示)。
LED 2202可包括多個(gè)裝置，分別發(fā)出不同波長(zhǎng)的光(例如，紅、綠、藍(lán)、 青、黃、紫)或發(fā)出單色光(例如，基本為白色)。雖然在如圖12A和12B所 示的光顯系統(tǒng)2200中，從LED 2202發(fā)出的光2206穿過光均化器2208，如圖 13所示；但是在-些實(shí)施例中，從LED 2202發(fā)出的光(如箭頭2214所示)投 射到LCD面板2212的邊緣2211上，無需穿過額外的光學(xué)元件。據(jù)信，在一 些實(shí)施例中，當(dāng)光反彈遠(yuǎn)離反射面或LCD面板2212 (例如，如圖12B所示) 內(nèi)的散射中心時(shí)，通過在LCD面板2212內(nèi)，混合由LED 2202發(fā)出的不同波 長(zhǎng)或顏色的光，形成基本均勻的光分布。
圖14A顯示包括多個(gè)為L(zhǎng)CD面板2212提供照明的LED2216a、2216b、 2216c 和2216d的光顯系統(tǒng)2229。圖14B顯示光通過LED 2216a、 2216b、 2216c和 2216d的表面2222出射的俯視圖。LED2216a、 2216b、 2216c和2216d的形狀 和布局可沿著面板2212的邊2211根據(jù)需要改變。圖14A和14B顯示多個(gè)矩形 裸芯(die)沿面板2212的邊2211排列的示例設(shè)置。LED 2216a、 2216b、 2216c 和2216d可被安裝于距邊緣2211的距離處2230。作為例子，距離2230可以較 小(例如，約一毫米或更少，約兩毫米或更少，約三毫米或更少，約五毫米或 更少，或約十毫米)。可選地，如圖15所示，LED 2216a、 2216b、 2216c和 2216d可被附加于和/或直接嵌在LCD面板2212上。
光顯系統(tǒng)2229可包括發(fā)出各色光的LED。例如，光顯系統(tǒng)2229可包括藍(lán) 色LED(主輸出波長(zhǎng)約450至約480nm的LED)，綠色LED(主輸出波長(zhǎng)約500 至約550nm的LED)和紅色LED(主輸出波長(zhǎng)約610至650nm的LED)，這些LED 與LCD面板2212的邊緣2211光學(xué)連通?？捎衅渌伾徒M合。例如，系統(tǒng)
24不必具有所有這三種顏色或僅有這三種顏色?？砂硗獾念伾T如黃色(主
輸出波長(zhǎng)約570至約600nm的LED)和/或青色(主輸出波長(zhǎng)約480至約500nm 的LED)。在五色LED系統(tǒng)(紅、綠、藍(lán)、黃、青)中，對(duì)于藍(lán)色需要主輸 出波長(zhǎng)為約430至約480。
如上所述，LED的各種顏色可具有不同的強(qiáng)度和/或亮度。例如，與紅色或 藍(lán)色LED相比，綠色LED可具有較低的效率。由于個(gè)別的LED具有較低的效 率，在一些實(shí)施例中，增加個(gè)別顏色的LED的數(shù)目或尺寸以補(bǔ)償效率的不一致 是較佳的。例如，與更有效率的LED相比，效率最低的LED所布署發(fā)射區(qū)占 較大比例(例如，較大的總表面積)。作為例子，在光顯系統(tǒng)2229內(nèi)，LED 2216a、 2216b、 2216c和2216d可包括一個(gè)紅色的LED、 一個(gè)藍(lán)色的LED以及兩個(gè)綠 色的LED?？筛鶕?jù)需要改變顏色的數(shù)量和組合。
在一些實(shí)施例中，光顯系統(tǒng)2229可包括一個(gè)或多個(gè)裸芯(例如， 一個(gè)或 多個(gè)LED 2216a、 2216b、 2216c和2216d)，其具有配置成與LCD面板2212 的厚度2224相匹配的寬度2220。例如，寬度2220與厚度2224之比可為約0.5 至約1.3 (例如，約0.5，約0.6，約0.7，約0.8，約0.9，約l，約l.l，約1.2， 約1.3)。
可選取LED的寬度，使得耦合進(jìn)LCD面板的光相對(duì)于LED的照明剖面增 加。在一些實(shí)施例中，LED2216a、 2216b、 2216c和2216d的寬度2220可能需 小于LCD面板2212的厚度2224，使得從LED發(fā)出的光基本耦合進(jìn)LCD。例 如，寬度2220可比厚度2224少至少約0.5毫米(例如至少約1毫米，至少約 2毫米，至少約3毫米，至少約4毫米，至少約5毫米)。在.勝實(shí)施例中，LED 2216a、 2216b、 2216c和2216d的寬度2220可能需大于LCD面板2212的厚度 2224，使得從LED發(fā)出的光投射到LCD面板2212的實(shí)體部或整個(gè)邊2211上。 例如，寬度2220可比LCD面板2212的厚度2224大至少約1毫米(例如，至 少約1.5毫米，至少約2毫米，至少約2.5毫米，至少約3毫米，至少約5毫 米，至少約10毫米)。LED的長(zhǎng)度2221可根據(jù)各種因素變化，諸如總長(zhǎng)度2226 或LCD面板2212的寬度2228，和沿著邊2211排列的LED數(shù)目。
在一些實(shí)施例中，據(jù)信表面具有圖形的LED可增加從LED提取出的光(如 下所示)。提取光的增加可為L(zhǎng)CD面板提供更佳的照明。
如圖14A和14B所示的光顯系統(tǒng)2229包括多個(gè)LED 2216a、2216b、2216c 和2216d，其厚度2220近似等于LCD面板2212的厚度2224，也可為其它的 裸芯形狀和排列布局。
在一些實(shí)施例中，LCD2212的邊緣2211的尺寸可為足夠小，使得需要并/ 或可能用單個(gè)LED照亮LCD2212。如此足夠小的LCD面板的例子可包括手持 顯示器、時(shí)鐘、手表、移動(dòng)電話、掌上游戲機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理。例如，圖16
25顯示通過LED2236的表面從LED2236出射光的俯視圖。LED2236可沿LCD 面板2212的邊緣2211放置，并為L(zhǎng)CD面板2212提供照明。LED2236的寬度 2220近似等于LCD面板2212的厚度2224。例如，LED2236的寬度2237與 LCD面板2212的厚度2224之比可為約0.5至約1.3 (例如，約0.5，約0.6， 約0.7，約0.8，約0.9，約l，約l.l，約1.2，約1.3) 。 LED2236的長(zhǎng)度2238 近似等于LCD面板2212的長(zhǎng)度2226。例如，LED2236的長(zhǎng)度2238與LCD面 板2212的長(zhǎng)度2226之比可為約0.1至1.2 (例如，約O.l，約0.2，約0.3，約 0.4，約0.5，約0.6，約0.7，約0.8，約0.9，約l，約l.l，約1.2) 。 LED2236 可發(fā)出不同波長(zhǎng)的光(例如，紅，綠，藍(lán)，青，黃，紫)或發(fā)出單色光(例如， 基本白色)。
在另一個(gè)例子中，圖17示出了長(zhǎng)薄型LED2242a， 2242b和2242c的陣列 2240表面的俯視圖，其各具有相關(guān)的寬度2244a、 2244b和2244c。陣列2240 可沿著LCD邊緣2211放置并且陣列2240的總寬度2245 (例如，寬度2244a， 寬度2244b，寬度2244c與LED 2242a， 2242b和2242c之間的空隙的總和)近 似等于LCD面板2212的厚度2224。例如，總寬度2245與LCD面板2212的 厚度2224之比n了為約0.5至約1.3 (例如，約0.5，約0.6，約0.7，約0.8，約 0.9，約，約l.l，約1.2，約1.3) 。 LED 2242a， 2242b和2242c可有相關(guān)的 長(zhǎng)度2243，其近似等于LCD面板2212的長(zhǎng)度2226。例如，LED 2242a， 2242b 和2242c的K:度2243勺LCD面板2212的長(zhǎng)度2226之比可為約0.1至1.2 (例 如，約O.l，約0.2，約0.3，約0.4，約0.5，約0.6，約0.7，約0.8，約0.9， 約l，約l.l，約1.2)。在另外一種方式或在補(bǔ)充方式中，如圖18所示，在-些實(shí)施例中，LED 2242a， 2242b和2242c的K:度2239可小-f LCD面板2212 的長(zhǎng)度2226,并且可沿LCD面板2212的邊緣2211放置多個(gè)陣列2247a ， 2247b， 2247c， 2247d， 2247e， 2247f的LED。
陣列2240和2241中的LED可包括多個(gè)LED，所述多個(gè)LED發(fā)出不同波 長(zhǎng)的光(例如，紅、綠、藍(lán)、青、黃、紫)或發(fā)出單色光(例如，基本白色的)。 特定列中的LED可發(fā)出相同波長(zhǎng)或不同波長(zhǎng)，并且該列可包括發(fā)出與其它列中 的LED相同或不同的波長(zhǎng)光的LED。
在一些實(shí)施例中，如圖19和20所示，需在具有多列的LED陣列中偏移一 個(gè)或多個(gè)列。例如，偏移一個(gè)或多個(gè)列可使出射更好地重疊，從而使發(fā)光均勻。
在--些實(shí)施例中，如圖19所示，LED陣列2246可放置成偏移方式。陣列 2246包括設(shè)置成三列2248a， 2248b， 2248c的多個(gè)LED。歹U 2248a， 2248b， 2248c中的至少一個(gè)從列2248a， 2248b， 2248c中另一個(gè)不同的列偏移距離2252
(例如，偏移約0.1毫米，約0.5毫米，約1毫米，約2毫米，約3毫米)。 在如圖19所示的示例實(shí)施例中，列2248b中的LED從列2248a和2248c偏移長(zhǎng)度2252。
列2248a， 2248b和2248c中的LED分別具有相關(guān)的寬度2250a， 2250b和 2250c。寬度2250a， 2250b和2250c以及位于LED之間的空隙的總和近似等于 LCD面板2212的厚度2224。例如，寬度2250a， 2250b和2250c以及位于LED 之間的空隙的總和(如箭頭2253所示)與LCD面板2212的厚度2224之比可 為約0.5至約1.3 (例如，約0.5，約0.6，約0.7，約0.8，約0.9，約l，約l.l， 約1.2，約1.3)。
陣列2246中的LED可包括發(fā)出不同波長(zhǎng)的光(例如，紅、綠、藍(lán)、青、 黃、紫)或發(fā)出單色光(例如，基本白色的)的多個(gè)LED。在特定列中的LED 可發(fā)出相同波長(zhǎng)或發(fā)出不同波長(zhǎng)，并且/或該列可包括發(fā)出與其它列中的LED 相同波長(zhǎng)或不同波長(zhǎng)的LED。
在另一個(gè)例子中，圖20示出了以偏移方式設(shè)置的LED的陣列2254的表面 的俯視圖。陣列2254包括設(shè)置成三列(例如，列2264a， 2264b， 2264c)的多 個(gè)LED。列2264b從列2264a偏移長(zhǎng)度2258 (例如，偏移約0.1毫米，約0.5 毫米，約1毫米，約2毫米，約3毫米)。列2264c從列2264b偏移長(zhǎng)度2260 (例如，偏移約0.1毫米，約0.5毫米，約1毫米，約2毫米，約3毫米)并 且從列2264a偏移長(zhǎng)度2258和2260之和。在列2254中的LED可包括發(fā)出不 同波長(zhǎng)的光(例如，紅、綠、藍(lán)、青、黃、紫)或發(fā)出單色光(例如，基本白 色的)的多個(gè)LED。特定列中的LED可發(fā)出相同波長(zhǎng)或不同波長(zhǎng)，并且/或該 列可發(fā)出與其它列中的LED相同波長(zhǎng)或不同波長(zhǎng)的LED。
圖17， 18， 19和20示出了三列LED，其寬度總和近似等于LCD面板2212 的厚度2224， LED陣列可包括更少或更多的列(例如，兩列LED,四列LED, 五列LED，六列LED,七列LED,十列LED)。
圖21示出了系統(tǒng)2270，其包括LED 2272 (在-一些實(shí)施例中，系統(tǒng)2270 包括相對(duì)于單個(gè)LED 2272的LED陣列)，色彩混合器，楔形光學(xué)鏡2276和 LCD面板2280。使用時(shí)，由LED2272生成的光(由箭頭2282表示)通過色彩 混合器2274并進(jìn)入楔形光學(xué)鏡2276。楔形光學(xué)鏡2276將光2282導(dǎo)入LCD面 板2280的邊緣2281。使用楔形光學(xué)鏡2276將光導(dǎo)入LCD面板2280，使得 LED2272從LCD面板2280的邊緣2281偏移。在一些實(shí)施例中，色彩混合器 可包括在楔形光學(xué)鏡2276內(nèi)。
定制形狀的LED可用以減少相鄰裸芯間的空隙，并且使得由色彩混合器 2274收集的、從LED發(fā)出的光量增加。例如，LED可通過沿結(jié)晶測(cè)驗(yàn)方向切 開和/或采用鉆石鋸或激光切片系統(tǒng)來成形。圖22B， 23B， 24B， 25B， 26B， 27B， 28B， 29B示出了各種封裝結(jié)構(gòu)和LED裸芯的表面的俯視圖。圖22C， 23C， 24C， 25C， 26C， 27C， 28C， 29C示出了色彩混合器2274的孔的剖面圖，所述孔用來收集從LED發(fā)出的光。在一些實(shí)施例中，LED陣列可成形為使得 LED陣列的外周邊匹配孔的外周邊。例如，LED陣列的剖面面積與孔的剖面面 積之比可為約0.5至約1.3(例如，約0.5，約0.7，約0.9，約1，約1.1，約1.3)。 孔的外周邊可為各種形狀，諸如矩形、六邊形、三角形、八邊形、圓形、梯形、 正方形，并且LED的形狀或LED陣列的外周邊與孔的形狀相匹配。
例如，如圖22A-22C， 23A-23C和24A-24C所示，孔的外周邊可為圓形， 并且LED陣列的外周邊可為圓形。在圓形陣列中，LED排列中的各LED可為 餅狀，其由兩直邊(例如邊2290和2292)和一圓邊(例如邊2294)界定。
在某些實(shí)施例中，如圖25A-25C與26A-26C所示，孔可為圓形，并且五邊 形、六邊形(圖26B)、七邊形、八邊形(圖25B)、九邊形、十邊形的LED 陣列可與該圓形孔相匹配。據(jù)信采用多邊形陣列可為裝配提供各種便利。例如 多邊形陣列由多個(gè)三角形LED裸芯組成。三角形裸芯比餅狀模型易于裝配，因 為三角形僅需要直邊(例如邊2296， 2298和2300)，而無需形成曲線邊。 在某些實(shí)施例中，如圖27C和28C所示的孔可為六邊形或八邊形，以匹配六邊 形(圖27B)或八邊形(圖28B)陣列。
在某些實(shí)施例中，如圖29A-29C所示，陣列可包括多個(gè)LED，其以棱柱狀 (圖29B)放置，以匹配棱柱狀的孔(圖29C)。在上述的實(shí)施例中，LED裸芯單獨(dú)封裝或可在單個(gè)封裝中包含多個(gè)LED 裸芯。陣列可包括相同或不同顏色的裸芯。在^些實(shí)施例中，可選取用于大裸 芯或多裸芯的發(fā)光波長(zhǎng)，以平衡全部陣列的光譜輸出。
圖30示出了光顯系統(tǒng)2310，其包括LED 2314， LCD面板2212 1130以及 冷卻系統(tǒng)2316。 LED 2314與冷卻系統(tǒng)2316保持熱連通，從而在使用系統(tǒng)2310 時(shí)，冷卻系統(tǒng)2316可用于調(diào)節(jié)LED 2314的溫度。冷卻系統(tǒng)的實(shí)例包括熱電冷 卻器、風(fēng)扇、熱管道和液體冷卻系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，冷卻單元2314可包 括環(huán)繞面板外周邊的一個(gè)或多個(gè)冷卻管(液流或氣流)。在一些實(shí)施例中，冷 卻單元2314可包括單循環(huán)系統(tǒng)或多循環(huán)系統(tǒng)，所述單循環(huán)系統(tǒng)中，環(huán)繞LCD 面板2312放置單根連續(xù)管道；所述多循環(huán)系統(tǒng)中，環(huán)繞LCD面板2312放置 多根管道(例如LCD面板2212各邊分別設(shè)置一個(gè)回路)。在一些實(shí)施例中， 冷卻單元2316可包括鰭片散熱器。據(jù)信采用冷卻系統(tǒng)有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，諸如降低 溫度過高而造成損壞的可能性，并且提高在較高驅(qū)動(dòng)電流下工作的LED的效 率。冷卻系統(tǒng)也可降低由溫度引起的波長(zhǎng)變化。
當(dāng)光顯系統(tǒng)2310中的LED沿LCD面板2212的所有四條邊放置時(shí)，LED 可沿LCD面板的單邊或多邊(例如， 一邊，兩邊，三邊，四邊，所有邊)放 置，其采用圍繞在LCD這些邊周圍的冷卻單元。
在圖14A和圖15中所示的實(shí)施例中，LED的多個(gè)矩形裸芯沿面板2212的邊緣2211設(shè)置，使得LED的表面2222近似平行于面板2212邊緣的表面 2211，也可能是其它設(shè)置方式。例如，如圖31所示，多個(gè)LED 2330可沿面板 2212的邊緣2211以鋸齒狀設(shè)置?？蓪ED 2330設(shè)置成使得第一 LED 2338的 表面2334位于第一平面，第二LED 2340的表面2336位于第二平面，并且兩 平面以角度2332相交。以這種鋸齒狀形式設(shè)置LED可容許沿LCD面板2212 的邊緣2211放置更多和/或更大的LED。雖然如圖21所示為鋸齒狀形式，但也 可用其它形狀的、可增加沿LCD面板2212邊緣的LED 2330的表面積的突起。 在一些實(shí)施例中，沿LED面板的各鋸齒邊緣上可設(shè)置多個(gè)LED。
圖32示出了封裝裸芯形式的LED100的側(cè)視圖。LED100包括置于子基座 120上的多層堆疊122。多層堆疊122包括320nm厚摻雜硅(n摻雜)的GaN 層134，所述層134的頂表面IIO上具有開口 150的圖形。多層堆疊122亦包 括結(jié)合層124、 100nm厚銀層126、 40nm厚摻雜鎂(p摻雜)的GaN層128、 由多個(gè)InGaN/GaN量子阱形成的120nm厚光生成區(qū)130及AlGaN層132。 n 側(cè)接觸墊136置于層134上，且p側(cè)接觸墊138置于層126上。層134與蓋板 140及支架142之間有灌封材料(折射指數(shù)為1.5的環(huán)氧樹脂(epoxy)) 144。層 144并不延伸入開口 150。
LED100以如下方式生成光。p側(cè)接觸墊138相對(duì)n側(cè)接觸墊136處f正電 位，導(dǎo)致電流注入LEDIOO。隨著電流通過光生成區(qū)130，來自n摻雜層134 的電F與來自p摻雜層128的空穴在區(qū)域130中結(jié)合，使得區(qū)域130發(fā)光。光 生成區(qū)BO含有大量在區(qū)域130內(nèi)發(fā)光(例如全向)的點(diǎn)偶極輻射源，所發(fā)光 具有構(gòu)成該光生成區(qū)130的材料的波K特性的光譜。對(duì)于-InGaN/GaN量子阱， 由區(qū)域130所生成光的波K:的光譜具有約445納米(nm)的峰值波長(zhǎng)，以及約 30nm的半高寬(FWHM)。
應(yīng)注意，與n摻雜半導(dǎo)體層134的載荷子相比，p摻雜層126的載荷子的 遷移率相對(duì)較低。結(jié)果，沿p摻雜層128的表面放置銀層126 (它是導(dǎo)電的) 可增強(qiáng)從接觸墊138注入p摻雜層128及光生成區(qū)130的電荷的均勻性。這亦 可降低裝置100的電阻和/或增大裝置100的注入效率。由于n摻雜層134的 載荷子的遷移率相對(duì)較高，電子可相對(duì)快速地從n側(cè)接觸墊136擴(kuò)散至整個(gè)層 132及134，以致光生成區(qū)130內(nèi)的電流密度在整個(gè)區(qū)域內(nèi)基本是均勻的。亦 應(yīng)注意，銀層126具有相對(duì)高的熱傳導(dǎo)性，使得層126用作LED100的散熱器 (將熱量垂直地從多層堆疊122轉(zhuǎn)移至子基座120)。
至少把由區(qū)域130所生成光中的一些導(dǎo)向銀層126?？捎蓪?26反射這一 光，且經(jīng)由表面IIO從LEDIOO出射，或者可由層126反射該光，然后LEDIOO 中的半導(dǎo)體材料吸收該光以產(chǎn)生可在區(qū)域130內(nèi)復(fù)合的電子-空穴對(duì)，使得區(qū)域 130生成光。類似地，把由區(qū)域130所生成光中的至少一些導(dǎo)向墊136。墊136
29的底面由可至少反射由區(qū)域130所生成光中的一些的材料(例如Ti/Al/Ni/Au 合金)構(gòu)成。因此，墊136可反射導(dǎo)向墊136的光，且隨后經(jīng)由表面U0從LED100 出射(例如從銀層126反射)，或者墊136可反射導(dǎo)向墊136的光，然后LED100 中的半導(dǎo)體材料吸收該光以產(chǎn)生可在區(qū)域130內(nèi)復(fù)合的電子-空穴對(duì)，使得區(qū)域 130生成光(例如由或不由銀層126反射)。
如圖32及33所示，LED100的表面不是平的，而是由修正的三角形圖形 的開口 150形成的。 一般，可以選擇各種值作為開口 150的深度、開口 150的 直徑，以及可以改變開口 150中最近鄰之間的間隔。除非另行說明，對(duì)于下文 顯示數(shù)值計(jì)算結(jié)果的附圖，開口 150具有等于約280nm的深度146、約160nm 的非零直徑、約220nm的最近鄰間隔以及等于l.O的折射率。對(duì)三角形圖形進(jìn) 行失諧處理以使圖形150中的最近鄰的中心至中心(center-to-center)距離的值 在(a-Aa)與(a+Aa)之間，其中"a"為理想三角形圖形的晶格常數(shù)，"Aa"是具 有長(zhǎng)度量綱的失諧參數(shù)，并且失諧是在隨機(jī)方向上發(fā)生。為了加強(qiáng)從LED100 的光提取(參見下文的描述)，失諧參數(shù)Aa通常至少為理想晶格常數(shù)a的約 1% (例如至少約2%、至少約3%、至少約4%、至少約5%)，和/或至多為 理想晶格常數(shù)a的約25y。(例如至多約20%、至多約15%、至多約10%)。在 一些實(shí)施例中，最近鄰間隔基本上在(a-Aa)與(a+Aa)之間隨機(jī)變化，使得 圖形150基本是隨機(jī)失諧的。
對(duì)于開口 150的修正三角圖形，發(fā)現(xiàn)非零的失諧參數(shù)增加了 LED100的提 取效率。對(duì)于上述的LED100，隨著失諧參數(shù)Aa從零增大至約0.15a， LED100 中的電磁場(chǎng)的數(shù)值模型(下文中描述)顯示出裝覽的提取效率從約0.60增大至 約0.70，如圖34所示。
圖34所示的提取效率數(shù)據(jù)是通過使用三維時(shí)域有限差分(FDTD)方法來計(jì) 算以逼近LED100內(nèi)及外的光的麥?zhǔn)?Maxwell，s )方程的解。參見，例如K.S. Kunz禾口 RJ. Luebbers, The Finite-Difference Time-Domain Methods (CRC， Boca Raton, FL, 1993) ; A. Taflove, Computational Electrodynamics: The Finite-Difference Time-Dom'ain Method (Artech House, London, 1995)， 上述兩者 通過引用合并在此。為了表示具特定圖形150的LED100的光學(xué)特性，F(xiàn)DTD 計(jì)算中的輸入?yún)?shù)包括光生成區(qū)130中點(diǎn)偶極輻射源所發(fā)光的中心頻率及帶 寬，多層堆疊122中的層的尺寸及介電特性，以及圖形150中的直徑、深度及 開口之間的最近鄰距離(NND)。
在某些實(shí)施例中，使用如下的FDTD方法來計(jì)算LED100的提取效率數(shù)據(jù)。 FDTD方法用來解全矢量瞬態(tài)(time-dependent)麥?zhǔn)戏匠探M
- - 磁- - 逮
3 ， W ^
30其中極化率？ = 1 + 2+... + ^捕獲量子阱光生成區(qū)130、 p接觸層126以及
LED100內(nèi)的其他層的頻率相關(guān)(frequency-dependent)響應(yīng)。個(gè)體^項(xiàng)是材料 總極化率的不同貢獻(xiàn)量的經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)值(例如束縛電子振蕩的極化響應(yīng)、自由電 子振蕩的極化響應(yīng))。特別地，
^P附 《 2 j;
其中極化對(duì)應(yīng)于介電常數(shù)
,祝 w w,
為了便于數(shù)值計(jì)算，僅考慮灌封劑144、銀層126以及灌封劑144與銀層 126之間的各層。這一近似估計(jì)是基于假設(shè)灌封劑144及層126足夠厚，使得 周圍層不影響LED100的光學(xué)性能。假設(shè)LED100內(nèi)具有頻率相關(guān)介電常數(shù)的 相關(guān)結(jié)構(gòu)為銀層126及光生成區(qū)130。假設(shè)LED100內(nèi)其他相關(guān)結(jié)構(gòu)不具有頻 率相關(guān)介電常數(shù)。應(yīng)注意，在LED100包括灌封劑144與銀層126之間的附加 金屬層的實(shí)施例中，各附加金屬層具有相應(yīng)的頻率相關(guān)介電常數(shù)。亦應(yīng)注意， 銀層126 (及LED100內(nèi)的任何其他層)具有束縛電子與fi由電子兩者的頻率 相關(guān)項(xiàng)，然而，光生成區(qū)130具有束縛電子的頻率相關(guān)項(xiàng)何不具有自由電子的 頻率相關(guān)項(xiàng)。在某些實(shí)施例中，當(dāng)對(duì)介電常數(shù)的頻率相關(guān)性(frequency dependence)進(jìn)行建模時(shí)，可包括其他項(xiàng)。這些項(xiàng)可包括，例如，電子-聲了-交 與:作用、原子極化、離子極化和/或分f極化。
通過結(jié)合光發(fā)生區(qū)130內(nèi)的多個(gè)隨機(jī)放置的恒流偶極源來對(duì)光生成區(qū)130 的量子阱發(fā)出的光進(jìn)行建模，各源發(fā)出與實(shí)際量子阱光譜寬度相等的短高斯脈 沖，各具有隨機(jī)初相及起始時(shí)間。
為了處理LEDIOO的表面110的開口 150的圖形，可使用側(cè)向的較大的超 元胞(supercell)以及周期性邊界條件。這有助于對(duì)較大的(例如在邊緣大于 O.Olmm)裝置尺寸進(jìn)行仿真。在所有偶極源發(fā)出其能量的較長(zhǎng)時(shí)間之后直至系 統(tǒng)中不再留有能量，及時(shí)解出全演化方程。在仿真期間，對(duì)發(fā)出的總能量、經(jīng) 由頂表面110提取的能量流以及量子阱和n摻雜層吸收的能量進(jìn)行監(jiān)視。通過 時(shí)間及空間傅立葉變換來獲得提取流的頻率及角度解析數(shù)據(jù)，因此可以計(jì)算角 度與頻率解析提取效率。通過將發(fā)出的總能量與通過實(shí)驗(yàn)獲知的光生成區(qū)130 發(fā)光進(jìn)行匹配，獲得對(duì)于給定電輸入的單位為流明/每立體角(solidangle) /每 芯片面積的絕對(duì)角度解析提取。
不希望受理論的束縛，據(jù)信由于開口 150建立了根據(jù)圖形150而在層134中空間變化的介電函數(shù)，失諧圖形150可提高光生成區(qū)130所生成的經(jīng)由表面
110從LED100出射的光的效率。據(jù)信這一結(jié)果改變了 LED100內(nèi)的輻射模態(tài) (即從表面IIO出射的光模態(tài))及導(dǎo)引模態(tài)(即限制于多層堆疊122內(nèi)的光模 態(tài))的濃度，并且認(rèn)為L(zhǎng)ED內(nèi)輻射模態(tài)及導(dǎo)引模態(tài)的濃度的這一改變導(dǎo)致了某 些本來在沒有圖形150的情況下會(huì)被發(fā)射到導(dǎo)引模態(tài)中的光被散射(例如布拉 格(Bragg)散射)到可泄漏至輻射模態(tài)的模態(tài)中。在某些實(shí)施例中，據(jù)信圖形 150 (例如上述圖形，或下述圖形之一)可消除LEDIOO內(nèi)的所有導(dǎo)引模態(tài)。
據(jù)信通過考慮具有點(diǎn)散射部位的晶格的布拉格散射，可以理解晶格的失諧 效應(yīng)。對(duì)于在以距離d間隔的晶格平面中的理想晶格，波長(zhǎng)為X的單色光根據(jù) 布拉格條件nX=2dsine通過角度9進(jìn)行散射，其中n為表示散射階數(shù)的整數(shù)。 然而，認(rèn)為對(duì)于光譜帶寬為AVX且以立體角度A 射入的光源而言，通過失諧 參數(shù)Aa使晶格格點(diǎn)之間的間隔失諧而可放寬布拉格條件。據(jù)信在源的頻譜帶 寬和空間發(fā)射分布方面，晶格的失諧提高了圖形的散射效力和角度可接受性。
盡管將具有非零失諧參數(shù)Aa的修正三角形圖形150描述為可增加從 LED100的光提取，然而其他圖形亦可用于增加從LED100的光提取。當(dāng)判斷 給定圖形是否增加了從LED100的光提取和/或何種開口圖形可用于增加從 LED100的光提取時(shí)，在進(jìn)行這些數(shù)值計(jì)算之前，可首先使用物理圖像(physical insight)來近似估計(jì)可增加光提取的基本圖形。
通過考慮根據(jù)圖形15 0而空間變化的介電函數(shù)的傅立葉變換可進(jìn) 一 步理解 (如弱散射體系中)LED100的提取效率。圖35示出了理想三角形晶格的傅立 葉變換。進(jìn)入帶有面內(nèi)波矢量k的特定方向的光的提取與進(jìn)入帶有面內(nèi)波矢量 k'的所有這些圖形的源發(fā)射Sk，有相互的關(guān)連(即，平行于圖形150)，其中， 通過加上或減去倒晶格矢量G，面內(nèi)波矢量k，可與k一致，即，k=k，±G。提取 效率與介電函數(shù)eG的相應(yīng)傅立葉分量(Fk)的級(jí)數(shù)(magnitude)成比例，其 由下式給出
由于材料中的光傳播一般滿足方程1<2(面內(nèi))+ k、法向h s(co/c)2，所考慮的 最大G由光生成區(qū)130發(fā)射的頻率((D)及光生成區(qū)的介電常數(shù)所固定。如圖35 所示，這在倒晶格空間中定義了一個(gè)環(huán)，其通常稱為光線(light line)。由于 光生成區(qū)的帶寬有限，該光線為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，但為了清楚起見，以單色光源的光 線來說明。類似地，灌封劑內(nèi)的光傳播亦受光線(圖35中的內(nèi)圓)的限制。 因此，通過增加灌封劑光線中所有方向的k的Fk，增加數(shù)量為灌封劑光線內(nèi)G 點(diǎn)所增加的數(shù)量，以及增加材料光線內(nèi)的G點(diǎn)的散射強(qiáng)度sc，可以提高提取效 率。當(dāng)選擇可以提高提取效率的圖形時(shí)，可使用該物理圖像。例如，圖36示出了增加理想三角形圖形的晶格常數(shù)的效果。除了射出光
的峰值波長(zhǎng)為450nm，以及孔的深度，孔的直徑，以及n摻雜層134的厚度與 最近鄰距離"a"的關(guān)系分別為1.27a、 0.72a及1.27a+40nm之外，圖36所示的數(shù) 據(jù)是使用圖32中所示LED100的給定參數(shù)計(jì)算得到的。增加晶格常數(shù)則增加了 灌封劑的光線內(nèi)的G點(diǎn)的密度。觀察到具有NND的提取效率的清晰趨勢(shì)。據(jù) 信NND近似等于真空中的光的波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生最大的提取效率。獲得最大值的 原因在于當(dāng)NND變得比光的波長(zhǎng)大得多時(shí)，由于材料變得更均勻，所以降低 了散射效果。
又如，圖37示出了增加孔尺寸或填充因子的效應(yīng)。由(27t/V^)氣r/a) 2給出 三角形圖形的填充因子，其中r為孔的半徑。除了根據(jù)圖的x軸給定的填充因 子值而改變的開口的直徑之外，圖37中所示數(shù)據(jù)是使用圖32中所示LED100
的給定參數(shù)計(jì)算得到的。具有填充因子的提取效率隨散射強(qiáng)度(ScO增大而增大。
填充因子為 48%時(shí)觀察到這一特定系統(tǒng)的最大值。在某些實(shí)施例中，LED100 的填充因子為至少約10%(例如至少約15%、至少約20%)和/或?yàn)橹炼嗉s90% (例如至多約80% 、至多約70% 、至多約60%)。
盡管將修正三角形表述為其失諧參數(shù)與圖形中開口相對(duì)于理想三角形晶 格的定位有關(guān)，但在保持理想三角形圖形位置的中心的同時(shí)，通過修正理想三 角形圖形中的孔，亦可獲得修正(失諧)的三角形圖形。圖38示出了如此圖 形的實(shí)施例。對(duì)于具有圖38所示圖形的發(fā)光裝置，光提取的增強(qiáng)、執(zhí)行相應(yīng) 數(shù)值計(jì)算的方法及所增強(qiáng)的光提取的物理解釋基本與上述方法一致。在一些實(shí) 施例中，修正(失諧)圖形可具有偏離理想位置的開口以及位于理想位置處但 直徑不同的開口。
在其他實(shí)施例中，可通過使用不同類型的圖形來獲得發(fā)光裝置的增加的光 提取，不同類型的圖形包括，例如，復(fù)雜周期圖形及非周期圖形。如在此所述 的，復(fù)雜周期圖形是指這樣一種圖形，該圖形在以周期方式進(jìn)行重復(fù)的各單元 體(unit cell)中具有一個(gè)以上的特征。復(fù)雜周期性圖形的例子包括蜂巢圖形、 蜂巢基部圖形、(2x2)基部圖形、環(huán)形圖形及阿基米德(Archimidean)圖形。 如下文所述，在一些實(shí)施例中，復(fù)雜周期圖形的一些孔可以具有一種直徑，而 另一些孔可以具有較小的直徑。如在此所述的，非周期圖形是指這樣一種圖形， 該圖形在單元體中不具有平移對(duì)稱性，所述單元體的長(zhǎng)度至少為區(qū)域130所產(chǎn) 生的光的峰值波長(zhǎng)的50倍。非周期圖形的例子包括不規(guī)則(aperiodic)圖形、 準(zhǔn)晶圖形、羅賓遜(Robinson)圖形及安曼(Amman)圖形。
圖39示出了兩種不同復(fù)雜周期圖形的LED100的數(shù)值計(jì)算，在所述圖形中， 圖形中的一些開口具有特定直徑，而圖形中的其他開口具有較小的直徑。圖39 所表示的數(shù)值計(jì)算顯示了較小孔(dR)的直徑從Onm變化到95nm時(shí)提取效率
33(具有80nm直徑的較大孔)的特性。除了根據(jù)該圖的x軸給定的填充因子值 改變開口的直徑之外，圖37所示的數(shù)據(jù)是使用圖32中所示LED100的給定參 數(shù)計(jì)算的。不希望受理論的束縛，多種孔尺寸允許從圖形中的多種周期性進(jìn)行 散射，從而增加了圖形的角度可接受性及光譜有效性。對(duì)于具有圖39所示圖 形的發(fā)光裝置，光提取的增加、執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法及所增加的光提取的 物理解釋基本與上述方法一致。
圖40示出了具有不同環(huán)形圖形(復(fù)雜周期圖形)的LED100的數(shù)值計(jì)算。 對(duì)于不同的環(huán)形圖形，圍繞中心孔的第一環(huán)中的孔的數(shù)量是不同的(6個(gè)、8 個(gè)或10個(gè))。除了所發(fā)光具有450nm的峰值波長(zhǎng)之外，圖40所示的數(shù)據(jù)是使 用圖32中所示LEDIOO的給定參數(shù)計(jì)算的。圖40所代表的數(shù)值計(jì)算示出了當(dāng) 重復(fù)跨越單元體的每單元體的環(huán)形圖形的數(shù)量從2變化至4時(shí)LED100的提取 效率。對(duì)于具有圖40所示圖形的發(fā)光裝置，光提取的增加、執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì) 算的方法及所增加的光提取的物理解釋基本與上述方法一致。
圖41示出了具有阿基米德圖形的LED100的數(shù)值計(jì)算。阿基米德圖形A7 是由六角形單元體230構(gòu)成的，單元體具有以最近鄰距離a等間隔的7個(gè)孔。 在單元體230內(nèi)，以正六邊形的形狀排列有6個(gè)孔，且第7個(gè)孔位于六邊形的 中心。然后以a'二a、l + V^)為單元體之間中心至中心間隔、沿其邊將這些六角 形單元體230安裝在一起以形成LED的整個(gè)表面的圖形。這就是所謂的A7平 鋪(tiling)，因?yàn)閱螏左w是由7個(gè)孔構(gòu)成的。類似的，阿基米德平鋪A19由具 有以a的NND等間隔的19個(gè)孔構(gòu)成。這些孔以7個(gè)孔的內(nèi)六邊形、12個(gè)孔的 外六邊形及內(nèi)六角形內(nèi)的中心孔的形式排列。然后，以&'=&*(1 + ^)為申.元體 之間中心至中心間隔、沿其邊將這些六角形單兒體230安裝在--起以形成LED 的整個(gè)表面的圖形。對(duì)于具有圖41所不圖形的發(fā)光裝置，光提取的增加、執(zhí) 行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法及所增加的光提取的物理解釋基本與上述方法一致。如 圖41所示，A7及A19的提取效率為約77%。除了所發(fā)光具有450nm的峰值 波長(zhǎng)之外，以及除了定義NND作為單個(gè)單元體之內(nèi)的開口之間的距離之外， 圖41所示的數(shù)據(jù)是使用圖42中所示LED100的給定參數(shù)計(jì)算的。
圖42示出了具有準(zhǔn)晶圖形的LED100的數(shù)值計(jì)算。準(zhǔn)晶圖形，例如，描述 于M. Senechal的"Quasicrystals and Geometry" (Cambridge University Press, Cambridge, England 1996)，該文通過引用合并在此。數(shù)值計(jì)算顯示了隨基于8 重準(zhǔn)周期結(jié)構(gòu)的類變化的提取效率性能。據(jù)信由于該結(jié)構(gòu)允許較高的面內(nèi)旋轉(zhuǎn) 對(duì)稱性，因此準(zhǔn)晶圖形呈現(xiàn)了較高的提取效率。對(duì)于具有圖42所示圖形的發(fā) 光裝置，光提取的增加、執(zhí)行相應(yīng)數(shù)值計(jì)算的方法及所增加的光提取的物理解 釋基本與上述方法一致。圖22所示的FDTD計(jì)算結(jié)果表明準(zhǔn)晶結(jié)構(gòu)的提取效 率可達(dá)約82%。除了所發(fā)光具有450nm的峰值波長(zhǎng)，和除了NND是根據(jù)單個(gè)單元體內(nèi)的開口之間的距離來限定的，圖42所示的數(shù)據(jù)是使用圖32中所示
LED100的給定參數(shù)計(jì)算的。
盡管在此描述了某些圖形的實(shí)例，相信若其他圖形滿足上述基本原理，則 亦可增加LED100的光提取。例如，相信增加對(duì)準(zhǔn)晶或復(fù)雜周期結(jié)構(gòu)的失諧可 以增加提取效率。
在一些實(shí)施例中，由光生成區(qū)130生成的、從LED100發(fā)出的光總量的至 少約45% (例如至少約50%、至少約55%、至少約60%、至少約70%、至少約 80%、至少約90%、至少約95%)經(jīng)由表面110出射。
在某些實(shí)施例中，LED100截面積可較大，同時(shí)仍然呈現(xiàn)LED100的有效 光提取。例如，LED100的一個(gè)或多個(gè)邊緣可為至少約l毫米(例如至少約1.5 毫米、至少約2毫米、至少約2.5毫米、至少約3毫米)，并且由光生成區(qū)130 生成的、從LED100發(fā)出的光總量的至少約45。/。(例如至少約50%、至少約55%、 至少約60%、至少約70%、至少約80%、至少約90%、至少約95%)經(jīng)由表面 110出射。這可使得LED在呈現(xiàn)良好功率轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)具有較大的截面(至 少約1毫米x至少約1毫米)。
在某些實(shí)施例中，具有LED100設(shè)計(jì)的LED的提取效率基本與LED邊長(zhǎng) 無關(guān)。例如，具有LED100設(shè)計(jì)的、且一個(gè)或多個(gè)邊長(zhǎng)為約0.25毫米的LED 的提取效率與具有LED100設(shè)計(jì)的、且一個(gè)或多個(gè)邊長(zhǎng)為約1毫米的LED的提 取效率之問的差別可小f約10% (例如小于-約8%、小于約5%、小于約3%)。 如在此所述的，LED的提取效率是指LED所發(fā)出的光與該裝置所生成的光量 之比(可根據(jù)能量或光子來測(cè)量)。這使得LED在呈現(xiàn)良好功率轉(zhuǎn)換效率的同 時(shí)具有較大的截面(至少約1毫米x至少約1毫米)。
在某些實(shí)施例中，具有LED100設(shè)計(jì)的LED的量子效率基本與LED邊長(zhǎng) 無關(guān)。例如，具有LED100設(shè)計(jì)的、且一個(gè)或多個(gè)邊長(zhǎng)為約0.25毫米的LED 的量子效率與具有LED100設(shè)計(jì)的、且一或多個(gè)邊長(zhǎng)為約1毫米的的LED的量 子效率之間的差別可小于約10% (例如小于約8%、小于約5%、小于約3%)。 如在此所述的，LED的量子效率是指LED所生成的光子數(shù)量與該裝置中所發(fā) 生的電子-空穴復(fù)合的數(shù)量之比。這使得LED在呈現(xiàn)良好性能的同時(shí)具有相對(duì) 大的截面(至少約1毫米x至少約1毫米)。
在某些實(shí)施例中，具有LED100設(shè)計(jì)的LED的電光轉(zhuǎn)換效率(wall plug efficiency)基本與LED邊長(zhǎng)無關(guān)。例如，具有LED100設(shè)計(jì)的、且一個(gè)或多個(gè) 邊長(zhǎng)為約0.25毫米的LED的電光轉(zhuǎn)換效率與具有LED100設(shè)計(jì)的、且一個(gè)或 多個(gè)邊長(zhǎng)為約1毫米的LED的插座效率之間的差別可小于約10% (例如小于 約8%、小于約5%、小于約3%)。如在此所述的，LED的電光轉(zhuǎn)換效率是指 LED的注入效率(注入裝置的載流子的數(shù)量與在裝置的光發(fā)生區(qū)中復(fù)合的載流子的數(shù)量之比)、LED的輻射效率(在輻射事件中產(chǎn)生的電子-空穴復(fù)合的數(shù)
量與電子-空穴復(fù)合的總數(shù)量之比)、以及LED的提取效率(從LED提取的光 子與所生成光子的總數(shù)量之比)的乘積。這使得LED在呈現(xiàn)良好性能的同時(shí)具 有較大的截面(至少約1毫米x至少約1毫米)。
在一些實(shí)施例中，需要操控經(jīng)由表面110從LED出射的光的角度分布。為 了增加進(jìn)入給定立體角(例如，進(jìn)入圍繞表面110的法線方向的立體角)的提 取效率，檢查根據(jù)圖形150 (如前所述)進(jìn)行空間變化的介電函數(shù)的傅立葉變 換。圖43示出了晶格常數(shù)不同的兩個(gè)理想三角形晶格的傅立葉變換構(gòu)造。為 了提高提取效率，尋求增加灌封劑光線(light line)內(nèi)的G點(diǎn)數(shù)量以及材料光 線中G點(diǎn)的散射強(qiáng)度(ec)。這暗示增加NND從而得到圖36所示的效果。然而， 在此關(guān)心的是進(jìn)入以法線方向?yàn)橹行牡牧Ⅲw角的提取效率。因此，亦希望通過 減少灌封劑光線的半徑來限制高階G點(diǎn)的引入，這樣G的級(jí)數(shù)大于(o)(ne))/c。 通過減少灌封劑的折射率(最低需求是將所有灌封劑去除)，可允許較大的 NND，因而增加了材料光線內(nèi)G點(diǎn)的數(shù)量，所述材料光線有助于在法線方向 (F^0)的提取，同時(shí)避免進(jìn)入灌封劑中高階(傾斜角)的衍射。圖44示出了上 述趨勢(shì)，該圖顯示了進(jìn)入立體角(由圖中的集合半角給出)的提取效率。除了 所發(fā)光具有530nm的峰值波長(zhǎng)和34nm的帶寬，灌封劑的折射率為1.0， p摻雜 層的厚度為160nm，光生成區(qū)為30nm厚，圖44示出三條曲線的NND(a)，以 及深度，孔的直徑以及n摻雜層的厚度分別為與a成比例的1.27a、 0.72a及 1.27a+40nm。隨著晶格常數(shù)的增加，窄角度的提取效率以及進(jìn)入所有角度的總 提取效率亦增加。然而，對(duì)于相當(dāng)大的晶格常數(shù)，即使進(jìn)入所有角度的總提取 效率增加，灌封劑中進(jìn)入較卨階圖形的衍射限制了窄角度的提取效率。對(duì)于 460nm的晶格常數(shù)，計(jì)算得出進(jìn)入30度的集合半角的提取效率大于25%。即， 僅在立體角的上半球約13.4%內(nèi)收集所提取光的大約一半，呈現(xiàn)了圖形的準(zhǔn)直 效應(yīng)(collimation effect)。相信增加材料光線內(nèi)G點(diǎn)數(shù)量、同時(shí)將灌封劑內(nèi)的 G點(diǎn)數(shù)量限制為k—時(shí)的G點(diǎn)數(shù)量的任何圖形都可以改善進(jìn)入以法線為中心的 立體角的提取效率。
上述方法尤其可應(yīng)用于降低相信與112成比例的源擴(kuò)散(source etendue)， 其中n為周圍材料(例如灌封劑)的折射率。因此，相信降低LED100的灌封 層的折射率可以導(dǎo)致更為準(zhǔn)直的發(fā)射、較低的源擴(kuò)散，且因此導(dǎo)致較高的表面 亮度(在此定義為進(jìn)入源擴(kuò)散所提取的總流明)。在一些實(shí)施例中，使用空氣 灌封劑可以在增加進(jìn)入以法線方向?yàn)橹行牡慕o定收集角度的提取效率的同時(shí) 降低源擴(kuò)散。
在某些實(shí)施例中，當(dāng)區(qū)域130所生成的光經(jīng)由表面IIO從LEDIOO出射時(shí)， 光的分布較朗伯分布更準(zhǔn)直。例如，在一些實(shí)施例中，當(dāng)區(qū)域30所產(chǎn)生的光
36經(jīng)由表面110從LED出射時(shí)，經(jīng)由介電層的表面出射的光的至少約40% (例 如至少約50%、至少約70%、至少約90%)以與表面110的法向成至多約30 度(例如至多約25度、至多約20度、至多約15度)的角度內(nèi)出射。
在所需的角度下提取較高百分比的光的能力本身，或者與較高的光提取相 結(jié)合，可以允許在給定的晶片上制備較高密度的LED。例如，在一些實(shí)施例中， 每平方厘米的晶片上至少具有約5個(gè)LED (例如至少約25個(gè)LED、至少約50 個(gè)LED)。
在一些實(shí)施例中，可能需要相對(duì)于光生成區(qū)130所生成光的波長(zhǎng)來修正從 封裝的LED100出射的光的波長(zhǎng)。例如，如圖45所示，可將具有含磷材料的層 180的LED300放置于表面110上。磷材料可在由區(qū)域130所生成的波長(zhǎng)處與 光進(jìn)行交互作用，以提供所需波長(zhǎng)的光。在一些實(shí)施例中，需要從封裝的LED 出射的光基本為白光。在這些實(shí)施例中，層180中的磷材料可由，例如， (Y,Gd)(Al,Ga)G:Ce3+或"YAG"(釔、鋁、石榴石)磷構(gòu)成。當(dāng)由光生成區(qū)130所 發(fā)出的藍(lán)光充能(pumped)時(shí)，層180中的磷材料可被激活且發(fā)出(例如全向 地)具有以黃色波長(zhǎng)為中心的廣譜光。對(duì)于從封裝的LED100出射的總光譜的 觀察者可以看見黃色磷廣譜發(fā)射以及藍(lán)光InGaN窄譜發(fā)射，且通常將兩種光譜 混合以感知到白光。
在某些實(shí)施例中，層180基本可均勻地置于表面IIO上。例如，整個(gè)表面 110中閣形150的頂部151與層180的頂部181之間的距離變化小于約20%(例 如小—f約10。/。、小于約5%、小于約2%)。
一般，層180的厚度小于LED100的表面130的截面積，截面積一般為1 毫米xi毫米。由于層180基本均勻地沉積于表面110上，層180中的磷材料 基本可由經(jīng)由表面110出射的光來均勻地充能。較之LED100的表面110的尺 寸，磷層180相對(duì)較薄，這樣光生成區(qū)130所發(fā)的光在大致均勻遍及LED100 整個(gè)表面110上的磷層180內(nèi)被轉(zhuǎn)換成較短波長(zhǎng)的光。由此，較薄的、均勻的 磷層180產(chǎn)生LED100所發(fā)白光的均勻光譜，作為表面110位置的函數(shù)。
一般，可按需制造LED100。通常，LED100的制造涉及各種沉積、激光處 理、光刻(lithography)及蝕刻步驟。
例如，圖46示出了 LED晶片500,該LED晶片500含有沉積在基底(例如 藍(lán)寶石、化合物半導(dǎo)體、氧化鋅、碳化硅、硅)502上的材料的LED層堆疊。 這些晶片為市售的。供應(yīng)商例如包括晶元光電公司(Epistar Corporation)、華上 光電公司(Arima Optoelectronics Corporation)及元石申光電公司(South Epitaxy Corporation^在基底502上連續(xù)設(shè)置緩沖層504 (例如含氮層，諸如GaN層、 A1N層、AlGaN層)、n摻雜半導(dǎo)體層506 (例如n摻雜Si:GaN)、電流擴(kuò)散 層508 (如AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)(heterojunction)或超晶格)、發(fā)光區(qū)510 (例如InGaN/GaN多量子阱區(qū)域)及半導(dǎo)體層512 (例如p摻雜Mg:GaN層)。晶片 500的直徑一般至少為約2英寸(例如從約2英寸至約12英寸、從約2英寸至 約6英寸，從約2英寸至約4英寸，從約2英寸至約3英寸)。
圖47示出了包括層502、 504、 506、 508、 510和512以及層520、 522、 524及526的多層堆疊550，其一般由能夠進(jìn)行如下所述的加壓結(jié)合或熱結(jié)合 的材料構(gòu)成。例如，層520可為鎳層(例如電子束蒸鍍的)、層522可為銀層
(例如電子束蒸鍍的)、層524可為鎳層(例如電子束蒸鍍的)，以及層526 可為金層(例如電子束蒸鍍的)。在一些實(shí)施例中，層520相對(duì)較薄，而層524 相對(duì)較厚。層524例如可作為擴(kuò)散阻擋層(diffusion barrier)以減少雜質(zhì)(例 如金)擴(kuò)散進(jìn)入層520、 522和/或?qū)?24本身。層520、 522、 524及526沉 積后，可對(duì)多層堆疊550進(jìn)行處理以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。例如，可在適當(dāng)?shù)臍怏w環(huán) 境下(例如氮?dú)?、氧氣、空氣、合成氣體)對(duì)堆疊550進(jìn)行一段時(shí)間(例如從 約30秒至約300秒)的退火處理(例如在約40CTC至約60(TC的溫度下)。 圖48示出了包括其上沉積有層604、 606、 608及610的子基座(例如鍺
(諸如多晶鍺)、硅(諸如多晶硅)、碳化硅、銅、鉤銅、金剛石、鎳-鈷)602 的多層堆疊600。子基座602例如可通過濺鍍或電鑄形成。層604為接觸層且 可例如由鋁(例如電子蒸鍍的)來形成。層606為擴(kuò)散阻擋層且可例如由Ni
(例如電子蒸鍍過)來形成。層608可為金層(例如電子束蒸鍍的)，且層610 可為層608上的AuSn結(jié)合層(例如熱蒸鍍的、濺鍍的)。層604、 606、 608 及610沉積后，可對(duì)多層堆疊600進(jìn)行處理以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。例如，可在適當(dāng) 的氣體環(huán)境下(例如氮?dú)?、氧氣、空氣、合成氣體)對(duì)堆疊550進(jìn)行-H時(shí)間
(例如從約30秒至約300秒)的退火處理(例如在約35(TC至約50(TC的溫度)。 圖49示出了由將層526及610結(jié)合在一起(例如使用釬焊結(jié)合、使用共 晶結(jié)合、使用包晶結(jié)合)形成的多層堆疊650。層526及610可例如由使用熱-機(jī)械按壓(thermal-mechanical pressing)來結(jié)合。例如，使層526與610接觸后， 可將多層堆疊650置于壓力下受壓(例如使用達(dá)到約5MPa的壓力，達(dá)到約2MPa 的壓力)加熱(例如至從約200'C至約40(TC的溫度)。然后可以使堆疊650 冷卻(例如至室溫)且解除壓力。
然后從堆疊650至少部分地去除基底502及緩沖層504。 一般，這可使用 任何所需的方法來實(shí)現(xiàn)。例如，如圖50所示，在一些實(shí)施例中，通過將堆疊 650曝露于(例如經(jīng)由基底502的表面501)適當(dāng)波長(zhǎng)的電磁輻射中以部分地 分解層504從而去除基底502。相信這導(dǎo)致了層504的局部加熱，導(dǎo)致了靠近 層504與基底502的界面的層504的材料的部分分解，從而允許從堆疊650上 去除基底502 (參見下文的描述)。例如，在層504是由氮化鎵構(gòu)成的實(shí)施例 中，認(rèn)為形成了包括鎵及氮?dú)獾慕M分。在一些實(shí)施例中，可在將表面501曝露
38于電磁輻射(例如以減少堆疊650內(nèi)的應(yīng)力)期間對(duì)堆疊650加熱。例如可通 過將堆疊650置于熱板(hot plate)上和/或通過將堆疊650曝露于附加激光 源(例如C02激光)來加熱堆疊650。例如，在表面501曝露于電磁輻射期間 對(duì)堆疊650加熱可減少(例如，防止)液態(tài)鎵再固化。這可以減少堆疊650內(nèi) 在鎵的再固化時(shí)發(fā)生的應(yīng)力的聚集。
在某些實(shí)施例中，在曝露于電磁輻射后，有殘留鎵且殘留鎵將基底502結(jié) 合在堆疊650內(nèi)。在這些實(shí)施例中，可對(duì)堆疊650加熱至超過鎵的熔化溫度以 允許從堆疊去除基底502。在某些實(shí)施例中，可將堆疊650曝露于蝕刻劑(例 如化學(xué)蝕刻劑，諸如HCL)以蝕刻殘留鎵且去除基底502。亦可使用其他去除 殘留鎵的方法(例如物理方法)。
例如，在某些實(shí)施例中，將表面501曝露于包括層504的吸收波長(zhǎng)(例如 約248納米，約355納米)的激光輻射。例如，激光輻射方法揭露于第6,420,242 及6,071,795號(hào)美國(guó)專利中，其通過引用合并在此。然后將多層堆疊加熱至超 過鎵的熔點(diǎn)，在該點(diǎn)上通過向基底502施加橫向力(例如使用棉花棒(cotton swab))使基底502及緩沖層504從基底502去除。
在一些實(shí)施例中，表面501的多個(gè)部分同時(shí)曝露于電磁輻射。在某些實(shí)施 例中，表面501的多個(gè)部分按順序曝露于電磁輻射。可結(jié)合使用同時(shí)曝露與按 順序曝露。此外，可以圖形(例如蛇形圖形、圓形圖形、螺旋形圖形、網(wǎng)格(grid)、 柵格(grating)、三角形閣形、基本(elementary)閣形、隨機(jī)圖形、復(fù)雜圖形、周 期圖形、非周期圖形)的形式將電磁輻射曝露于表面501。在一些實(shí)施例中， 電磁輻射可光柵式地掃過(raster)表面501的一個(gè)或多個(gè)部分。在某些實(shí)施例 中，表面501曝露于電磁輻射的重疊場(chǎng)(overlapping fields)。
在-些實(shí)施例中，電磁輻射在到達(dá)表面501之前穿過掩膜(mask)。例如， 電磁輻射在到達(dá)表面501前可穿過包括掩膜(例如高導(dǎo)熱掩膜，諸如鉬掩膜、 銅-鈹掩膜)的光系統(tǒng)。在一些實(shí)施例中，掩膜為孔(例如對(duì)光束進(jìn)行截頭 (tmncating)或整形(shaping))。例如，光系統(tǒng)可包括至少兩個(gè)透鏡，所述透鏡 之間置有掩膜。又如，可把掩膜制成表面501上材料的圖形，掩膜使表面501 的某些部分曝露而某些部分未曝露。例如，掩膜可通過光刻工藝形成。在一些 實(shí)施例中，電磁輻射可掃過掩膜的一個(gè)或多個(gè)部分。
不希望受理論的束縛，相信在表面501的給定面積內(nèi)減少曝露于電磁輻射 的表面501上的區(qū)域的至少一個(gè)尺寸可以限制不需要的裂紋擴(kuò)展(crack propagation)，如基底502的去除期間進(jìn)入層504、層506或堆疊650的其他 層的裂紋擴(kuò)展，而仍允許基底502與緩沖層504的界面處的裂紋擴(kuò)展。相信若 表面501上的電磁輻射的特征的尺寸太大，于是形成氣泡(例如氮泡)，會(huì)生 成可導(dǎo)致非所需裂紋的局部壓力。例如，在表面501曝露于在表面501上形成
39一點(diǎn)或一條線的電磁輻射的實(shí)施例中，點(diǎn)或線的至少一個(gè)尺寸的最大值可為至
多約1毫米(例如至多約500微米、至多約100微米、至多約25微米、至多 約10微米)。在一些實(shí)施例中，點(diǎn)的尺寸為從約5微米至約1毫米(例如從 約5微米至約100微米、從約5微米至約25微米、從約5微米至約10微米)。
在某些實(shí)施例中，在表面501曝露于電磁輻射時(shí)堆疊650會(huì)振動(dòng)。不希望 受理論的束縛，相信曝露于電磁輻射時(shí)振動(dòng)的堆疊650會(huì)加劇沿層504與基底 502之間界面的裂紋擴(kuò)展。 一般，選擇條件來限制進(jìn)入層504的裂紋擴(kuò)展(例 如以使基本沒有進(jìn)入層504、 506及堆疊650的其余層的裂紋擴(kuò)展)。
去除基底502后，層506表面的至少一部分上一般留有緩沖層504的一部 分。緩沖層504的剩余部分和/或?qū)?06的表面上可有基底502的材料殘留(例 如含鋁和/或氧)。 一般需要將緩沖層504的剩余部分及基底502上的所有殘 留去除，以使層506的表面曝露，清洗并對(duì)層506的曝露表面進(jìn)行清洗，因?yàn)?層506 (—般由n摻雜半導(dǎo)體材料構(gòu)成)顯示了用于隨后形成電接觸部的良好 電特性(例如所要求的接觸電阻)。通常使用一步或多步工藝步驟來去除所有 存在的殘留和/或緩沖層504的剩余部分，以及來清洗層506的表面(例如去 除雜質(zhì)，諸如有機(jī)物和/或顆粒)?？衫枚喾N技術(shù)和/或技術(shù)的結(jié)合來執(zhí)行 這些工藝。例子包括化學(xué)-機(jī)械拋光、機(jī)械拋光、反應(yīng)離子蝕刻(例如利用基本 為化學(xué)性的蝕刻組分)、物理性蝕刻及濕蝕刻。例如，這些方法揭露于Ghandhi， S., VLSI Fabrication Principles: Silicon & Gallium Arsenide (1994)， 該文通過弓l 用合并在此。在某些實(shí)施例中，不完全去除緩沖層504。而是，在這些實(shí)施例 中，可使用這些工藝僅去除緩沖層504上與隨后設(shè)置電導(dǎo)線的位置相應(yīng)的一些 部分(例如，通過使用自對(duì)準(zhǔn)工藝)。
通常，當(dāng)去除基底502時(shí)，可改變堆疊650內(nèi)的應(yīng)力量(例如由于晶格的 失配和/或堆疊650內(nèi)層之間的熱失配)。例如，若減少堆疊650內(nèi)的應(yīng)力量， 則可改變(例如增大)區(qū)域510的峰值輸出波長(zhǎng)。又如，若增大堆疊650內(nèi)的 應(yīng)力量，則可改變(例如減小)區(qū)域510的峰值輸出波長(zhǎng)。
為了限制去除基底502期間不想要的裂紋，在一些實(shí)施例中，需考慮基底 502的熱膨脹系數(shù)及子基座602的熱膨脹系數(shù)、層504、 506、 508、 510及512 的組合厚度，和/或?qū)?04、 506、 508、 510及512中的一層或多層的熱膨脹 系數(shù)。例如，在一些實(shí)施例中，選擇基底502及子基座602使得子基座602的 熱膨脹系數(shù)比基底502的熱膨脹系數(shù)小約15% (例如小約10%、小約5%)。 又如，在某些實(shí)施例中，選擇基底502及子基座602使得子基座602的厚度基 本大于基底502的厚度。再如，在一些實(shí)施例中，選擇半導(dǎo)體層504、 506、 508、 510及512以及子基座602使得子基座602的熱膨脹系數(shù)比層504、 506、 608、 510及512中的一層或多層的熱膨脹系數(shù)小約15%(例如小約10%、小約5%)。一般，基底502及子基座602可具有任何所需的厚度。在一些實(shí)施例中， 基底502為至多約5毫米(例如至多約3毫米、至多約1毫米、至多約0.5毫 米)厚。在某些實(shí)施例中，子基座602為至多約IO毫米(例如至多約5毫米、 至多約1毫米、至多約0.5毫米)厚。在一些實(shí)施例中，子基座602比基底502 厚，以及，在某些實(shí)施例中，基底502比子基座602厚。
去除去除緩存層504及曝露/清洗層506的表面后，可將層506的厚度減少 至所需的用于發(fā)光裝置的最終厚度。例如，這可通過單獨(dú)使用機(jī)械蝕刻工藝， 或者與蝕刻工藝一起使用來實(shí)現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，在蝕刻/清洗層506的曝露 表面后，506層的表面具有較高的平面度(例如與所使用的光刻標(biāo)線(reticle)成 比例的較高平面度)。例如，在一些實(shí)施例中，在蝕刻/清洗層506的曝露表面 后，層506的表面的平面度為至多約10微米/每6.25平方厘米(例如至多約5 微米/每6.25平方厘米、至多約l微米/每6.25平方厘米)。又如，在某些實(shí)施 例中，在蝕刻/清洗層506的曝露表面后，層506的表面的平直度為至多約10 微米/每平方厘米(例如至多約5微米/每平方厘米、至多約1微米/每平方厘米)。 在某些實(shí)施例中，在蝕刻/清洗層506的曝露表面后，層506的表面的RMS粗 糙度為至多約50納米(例如至多約25納米、至多約10納米、至多約5納米、 至多約1納米)。
在一些實(shí)施例中，在根據(jù)層506的表面中的圖形而形成空間變化的介電函 數(shù)之前，對(duì)于使用納米光刻來形成具有足夠精度和/或再現(xiàn)性的圖形來說，層 506的曝露表面可能太粗糙和/或不夠平。為了提高精確地和/或可再現(xiàn)地形 成層506中的圖形的能力，納米光刻工藝可包括在層506的表面沉積平整層并 且在平整層的表面沉積光刻層。例如，閣51示出了平整層702置于層506的 表面且光刻層704置于層702的表面的實(shí)施例，在清洗/蝕刻層506后，層506 的曝露表面505可相當(dāng)粗糙(例如RMS粗糙度為約IO納米或更大)。在一些 實(shí)施例中，平整層702由順序沉積的多個(gè)層(例如相同材料的)構(gòu)成。
平整層702可選擇的材料包括聚合物(例如布魯爾科技公司(Brewer Sciences)的DUV-30J、防反射涂料、高粘性可成型聚合物)，光刻層704可選 擇的材料包括UV固化聚合物(例如分子壓印公司(Molecular Imprints Inc.)的 低粘性MonoMatTM)?？墒褂萌魏嗡璧募夹g(shù)來形成層702及704，例如，旋涂、 氣相沉積等。
例如，層702可為至少約IOO納米厚(例如至少約500納米厚)和/或至 多約5微米厚(例如至多約1微米厚)。例如，層704可為至少約1納米厚(例 如至少約10納米厚)和/或至多約l微米厚(例如至多約0.5微米厚)。
然后將確定所需圖形的一部分的模型壓印(pressed)到光刻層中(一般對(duì)模 具和/或?qū)?04進(jìn)行加熱或UV固化)，且以 一 部分接一 部分(portion by portion )
41的方式步進(jìn)地越過(stepped across)層704的表面以形成層704中與層506的 表面中所需圖形相應(yīng)的鋸齒。在一些實(shí)施例中，單個(gè)步驟覆蓋整個(gè)晶片(例如 全晶片納米光刻技術(shù))。然后對(duì)層704進(jìn)行蝕刻(例如使用反應(yīng)離子蝕刻、濕 蝕刻)以曝露層702的表面與層704的鋸齒部分相對(duì)應(yīng)的部分(圖53)。例如， 這種壓印/蝕刻工藝揭露于第5,722,905號(hào)美國(guó)專利以及張等人的Applied Physics Letters, Vol. 83, No. 8, pp. 1632-34，兩者皆通過引用合并在此。 一般地， 層704中的圖形亦留有一些區(qū)域，用于在后續(xù)工藝步驟沉積n接觸部。在替代 實(shí)施例中，可使用其他技術(shù)(例如x射線光刻、深紫外光刻、超紫外光刻、沉 浸光刻、干擾光刻、電子束光刻、照相平板術(shù)(photol池ography)、微接觸印刷、 自組裝技術(shù))來生成層704中的圖形。
如圖54所示，將已刻圖的層704用作掩膜以將圖形轉(zhuǎn)移至平整層702 (例 如干蝕刻、濕蝕刻)。反應(yīng)離子蝕刻是干蝕刻方法的一個(gè)例子。參見圖55，順 序?qū)?02及704用作掩膜以將圖形轉(zhuǎn)移到層506的表面中(例如使用干蝕刻、 濕蝕刻)。如圖56所示，在蝕刻層506之后，將層702及704去除(例如使 用氧基反應(yīng)離子蝕刻、濕溶劑蝕刻)。
參見圖57，在一些實(shí)施例中，該工藝可包括將材料708 (例如金屬，諸如 鋁、鎳、鈦、鎢)置于層702及704的蝕刻部分(例如通過蒸鍍)以及層704 的表面。如圖58所示，然后蝕刻(例如使用反應(yīng)離子蝕刻、濕蝕刻)層702 及704，將抗蝕刻材料708留在層506的表面匕它可用作掩膜將圖形蝕刻到 層506的表面(圖59)。參見圖60，然后去除抗蝕刻材料708 (例如使用—fH蟲 刻、濕蝕刻)。
在一些實(shí)施例中，該工藝包括，在層704中形成鋸齒后，將抗蝕刻材料(例 如Si摻雜聚合物)710放置(例如旋涂)于層704的表面上以及層704中的鋸 齒中，然后將材料710深蝕(etch back)(例如使用干蝕刻)以使得層704的 表面曝露同時(shí)保持在層704的鋸齒內(nèi)的抗蝕刻材料(圖61)。如圖62所示， 然后蝕刻層702及704的部分(例如使用反應(yīng)離子蝕刻，干蝕刻、濕蝕刻)， 留有防蝕刻材料710以及材料710之下的層702及704的部分，用作將圖形蝕 刻到層506表面中的掩膜(圖63)。參見圖64，然后可去除層702及704的 剩余部分以及抗蝕刻材料(例如使用反應(yīng)離子蝕刻、干蝕刻、濕蝕刻)。在一 些實(shí)施例中，去除可包括使用等離子體工藝(如氟等離子體工藝)去除層708。
當(dāng)圖形被轉(zhuǎn)移至n摻雜層506后，可視需要將一層磷材料放置(例如旋涂) 于n摻雜層506的已刻圖的表面。在一些實(shí)施例中，磷可共形地涂布已刻圖的 表面(沿已刻圖表面開口的底部及側(cè)壁以基本無空隙的方式涂布)?；蛘?，可 將一層灌封材料置于已刻圖的n摻雜層506的表面上(例如通過CVD、濺鍍、 通過隨后蒸鍍的液態(tài)粘結(jié)劑懸浮)。在一些實(shí)施例中，灌封劑可含有一種或多種磷材料。在一些實(shí)施例中，可將磷壓縮以獲得小于磷平均厚度的約20%、約 15%、約10%、約5%、約2%的厚度均勻性。在一些實(shí)施例中，含磷灌封劑可 共形地涂布已刻圖的表面。
在n摻雜層506中生成完介電函數(shù)圖形之后，從晶片切割出單個(gè)LED裸片。 一旦完成晶片處理和晶片測(cè)試，就分離及制備單個(gè)LED裸片以用于封裝及測(cè) 試?？墒褂脗?cè)壁鈍化(sidewall passivation)步驟及預(yù)分離深臺(tái)面蝕刻(deep mesa etching)步驟來降低在晶片切割過程中發(fā)生的對(duì)已刻圖LED的電和/或光特性 的潛在損害。單個(gè)LED的尺寸可為最大至晶片本身尺寸的任何尺寸，但單個(gè) LED—般是正方形或矩形的，其側(cè)邊長(zhǎng)度為約0.5mm至5mm之間。為了形成 裸片，可使用標(biāo)準(zhǔn)光刻來限定晶片上為裝置提供能量的接觸墊的位置，并且將 歐姆接觸部蒸鍍(例如使用電子束蒸鍍)至所需的位置上。
盡管描述了制造LED100的某些實(shí)施例，但亦可使用其他制造方法。例如， 在一些實(shí)施例中，可將LED100形成在單個(gè)臺(tái)面(mesa)上(例如與包括其他 LED或其他裝置的其他臺(tái)面隔開)。
圖65示出了包括多層堆疊的LED晶片2000，所述多層堆疊包括基底2008、 層2006、層2004及層2002?；?008 —般可為如上文所述的基底500，且層 2006、 2004及2002 -般可分別為如上文所述的層506、 510及512。
圖66示出了包括匕述層2002、 2004、 2006及基底2008的多層堆疊2010。 多層堆疊2010亦包括已刻圖阻擋層2012。已刻圖阻擋層2012提供用-f選擇性 材料沉積(例如金屬沉積)的掩膜。巳刻圖阻擋層2012可形成決定從臺(tái)面形 成的LED的最終橫截面形狀的重復(fù)圖形(例如正方形、矩形、岡形、六角形或 其他限定圖形)。
圖67顯示了包括多層堆疊2010以及層2018及2020的多層堆疊2016。例 如，層2018及2020可為沉積于多層堆疊2010的上表面的金屬層。層2018及 2020--般選擇為能夠形成與p摻雜GaN層2002接觸以及能夠結(jié)合。例如，可 選擇層2020為形成接觸且包括p接觸金屬層(例如由Ni、氧化錫銦(Indium-Tin Oxide，ITO)、 Ag、 Al、 Ti、 Cu、 Rh、 Pt或它們的合金構(gòu)成的層)以及鏡層(例 如由Ag、 Al、 ITO、 Cu、 W、 Pt、 TiN或它們的合金構(gòu)成的層)。此外，亦可 包括擴(kuò)散層(例如Pt或Ti-N)來防止或限制分層堆疊中任何金屬之間的擴(kuò)散 或化學(xué)反應(yīng)。例如，擴(kuò)散層可防止Sn較快地從結(jié)合層擴(kuò)散。此外，可沉積各 種黏著層(adhesion layer)(例如，Ti)以幫助多層堆疊的不同層之間的粘合。 基于結(jié)合特性，層2018 —般被選擇用作結(jié)合界面層。例如，層2018可包括Au、 Ag、 AgSn、 Au-Sn、 Pb-Sn、 Pd-In或Au-Ge?？墒褂枚喾N金屬沉積工藝(例如 電子束、濺鍍、熱/電阻蒸鍍或電鍍)來沉積層2018及2020。在一些實(shí)施例中， 使用濺鍍工藝來沉積層2018且使用電子束工藝來沉積層2020。此外，可包括擴(kuò)散層(例如Pt或Ti-N)。擴(kuò)散層可防止或限制分層堆疊中這些金屬的擴(kuò)散 或化學(xué)反應(yīng)。此外，可沉積各種黏著層(例如Ti)以幫助多層堆疊的不同層之 間的粘合。
圖68示出了多層堆疊2024，其通過在多層堆疊2016上執(zhí)行剝離(liftoff) 工藝去除已刻圖阻擋層2012及由已刻圖阻擋層2012支撐的層2018及2020的 區(qū)域(例如阻擋層置于層2020與層2002之間的區(qū)域)而構(gòu)成。不具阻擋層以 使金屬沉積于層2022上的區(qū)域(例如在沉積層2018及2020之前阻擋層己刻 圖或已去除的區(qū)域)中所沉積的金屬層2018及2020得以保留。由此，金屬層 2018及2020在多層堆疊2024的表面形成阻擋圖形的負(fù)像(negative image)。
圖69示出了通過在多層堆疊2024的區(qū)域上沉積阻擋層2028而形成的多 層堆疊2026。阻擋層2028可延伸通過金屬層2018及2020的邊緣且在后續(xù)的 蝕刻過程中掩蓋金屬層2018及2020。
圖70示出了包括由基底2008支撐的臺(tái)面2032的多層堆疊2030。例如， 可通過對(duì)多層堆疊2026的層2002、 2004及2006進(jìn)行蝕刻以將金屬層2018及 2020的圖形轉(zhuǎn)移入多層堆疊2026而形成臺(tái)面2032。例如，可利用包括C12、 Ar、 BC13或SiC14的氯基蝕刻來蝕刻臺(tái)面2032。臺(tái)面2032的高度是由起始多 層堆疊2000及沉積層2018及2020的厚度決定的。例如，臺(tái)面2032可為至少 約1 mm高(例如至少約2mm高、至少約3mm高、至少約4mm高、至少約5mm 高、至少約6mm高、至少約7mm高、至少約8mm高、至少約9mm高、至少 約10mm高)。對(duì)形成臺(tái)面2032的層2002、 2004及2006進(jìn)行蝕刻可增加包 括多層堆疊2030及臺(tái)面2032在內(nèi)的晶片的撓性。晶片撓性的增加有利于如下 所述地將多層堆疊2030結(jié)合至子基座。對(duì)形成臺(tái)面2032的層2002、 2004及 2006進(jìn)行蝕刻可形成包括多層堆疊2030及臺(tái)面2032在內(nèi)的晶片內(nèi)的通道的連 接網(wǎng)絡(luò)。晶片內(nèi)通道的連接網(wǎng)絡(luò)有利于如下所述地將多層堆疊2030結(jié)合至子 基座。
圖71示出了包括由基底2008支撐的臺(tái)面2035的多層堆疊2036。臺(tái)面2035 是通過從臺(tái)面2032去除阻擋層2028而形成的?？蓪?duì)層2018的上表面進(jìn)行結(jié) 合制備工藝。例如，層2018的表面可經(jīng)化學(xué)清洗、機(jī)械清洗，或者以等離子 體、化學(xué)物質(zhì)或氣體處理以準(zhǔn)備層的結(jié)合。
圖72示出了多層堆疊2038，其包括具有沉積結(jié)合層2040的子基座2042。 多層堆疊2038可包括與圖48所示的多層堆疊600中的層類似的層，且可使用 與上述工藝類似的工藝形成。在某些實(shí)施例中，該子基座可以包括焊料(例如， AgSn焊料、Au-Sn焊料、Pb-Sn焊料、Pd-In焊料、或Au-Ge焊料)。
圖73示出了通過將多層堆疊2036的層2018與多層堆疊2038的層2040 結(jié)合形成的多層堆疊2046。例如可利用熱機(jī)械按壓工藝來結(jié)合層2018及2036。如以上根據(jù)圖49中所示工藝所描述的，可選擇各種溫度及壓力。由于臺(tái)面2035
而增加的晶片的撓性允許更大的晶片翹曲公差及被結(jié)合的晶片的平面度的公
差。臺(tái)面2035之間的空間可允許聚積于結(jié)合介面的氣體擴(kuò)散到臺(tái)面2035之間 的蝕刻通道，由此，可能減少由結(jié)合層所聚集的氣體而造成的結(jié)合層內(nèi)的空腔 (void)。不希望受理論的束縛，據(jù)信空腔的形成可以減少結(jié)合層的熱傳導(dǎo)性 和降低發(fā)光設(shè)備的效率。
圖74及75示出了將結(jié)合的多層堆疊2046曝露于電磁輻射(由箭頭2048 表示)以及將基底2008去除。曝露于電磁輻射2048及基底2008的去除與上 述工藝類似。盡管未于圖65-64示出，但是在一些實(shí)施例中，可在基底2008 與層2006之間放置半導(dǎo)體層(例如與上文中關(guān)于層504所描述的相似)。在 這些實(shí)施例中，曝露于電磁輻射2048,至少部分地分解基底2008與層2006之 間的半導(dǎo)體層以致可去除基底2008。在某些實(shí)施例中，層2006與基底2008之 間不放置半導(dǎo)體層，并且通過輻射2048分解層2006的一部分。
曝露于電磁輻射期間的半導(dǎo)體材料的分解可在多層堆疊內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)力。此 外，作為分解的產(chǎn)物，會(huì)產(chǎn)生氣體(例如氮?dú)?。這氣體，特別是若聚集在經(jīng) 分解的層中，則可產(chǎn)生應(yīng)力，并且，若應(yīng)力足夠大，則會(huì)發(fā)生裂紋或其他不希 望出現(xiàn)的結(jié)果。臺(tái)面2035之間存在的區(qū)域允許氣體從臺(tái)面2035擴(kuò)散且積聚在 臺(tái)面2035之間的蝕刻通道或空間中(亦稱為氣體積聚層)。本來聚集的氣體 的擴(kuò)散及逸出減少了半導(dǎo)休層的分解過程中多層堆疊中的應(yīng)力。在 -些實(shí)施例 中，臺(tái)面2035之間的通道形成遍及晶片的通道網(wǎng)絡(luò)，允許氣體從通道經(jīng)由延 伸至晶片邊緣的開口逸出。
半導(dǎo)體材料分解后，去除基底2008，從而形成包括支撐已轉(zhuǎn)移臺(tái)面2053 的子基座的多層堆疊2050 (圖75)。臺(tái)面2053從基底2008轉(zhuǎn)移至子基座2040 后，層2006中包括的n摻雜區(qū)域臨近臺(tái)面2053的頂部。去除子基座2008或 子基座2008的一部分后，殘留物2052仍留在臺(tái)面2053上(見上文根據(jù)圖51 及52的描述)。如圖76所示，可使用一或多步步驟來去除層2052以及清洗 層2006的表面，形成臺(tái)面2055。已根據(jù)圖61及32描述了去除殘留物2052的 方法。接著，可對(duì)臺(tái)面2055的層2006的上表面進(jìn)行刻圖以從臺(tái)面2055的總 數(shù)量中的至少約10% (例如至少約20%、至少約30%、至少約40%、至少約 50%、至少約60%、至少約70%、至少約80%、至少約90%)形成LED?；蛘?， 可對(duì)晶片上的所有臺(tái)面進(jìn)行刻圖。 一些實(shí)施例中，LED形成工藝與上文所述工 藝類似且可包括上述工藝中的多種變換。 一般的，在臺(tái)面2055上沉積或生長(zhǎng) 有至少一硬掩膜層2060 (例如低溫氧化物(LTO)、 Si02、氧化物、SiNx、 Ni、 鉻)。在至少一硬掩膜層2060上沉積阻擋層2058形成如圖77所示的多層堆 疊2056。使用如上文所述的壓印工藝將圖形壓印到阻擋層2058中。壓印工藝
45可為臺(tái)面接臺(tái)面(mesa-by-mesa)工藝(例如將圖形壓印入一個(gè)臺(tái)面，然后將 模子2062移至不同的臺(tái)面且將圖形壓印入不同的臺(tái)面)。若使用臺(tái)面接臺(tái)面 工藝，可將模子2062與臺(tái)面2063對(duì)齊(registered)或?qū)?zhǔn)(aligned)以在壓 印前決定臺(tái)面2063的朝向及高度?；蛘?，可使用其他光刻技術(shù)來對(duì)表面進(jìn)行 刻圖。
盡管所描述的實(shí)施例使用剛性模子2062，但在刻圖過程中可使用與臺(tái)面特 征一致的撓性掩膜或模子作為代替。共形掩膜可包括諸如膜或其他撓性材料的 層。例如，可使用厚度為約0.5mm至100mm之間的Ni層。使用撓性模子對(duì)層 2058刻圖過程中，模子與臺(tái)面的表面一致且將圖形轉(zhuǎn)移到一個(gè)或多個(gè)臺(tái)面的層 2058的表面中。例如，撓性模子可大于晶片且可在單個(gè)步驟中對(duì)所有臺(tái)面進(jìn)行 刻圖。由于模子為撓性，可適應(yīng)整個(gè)晶片中的臺(tái)面高度不同而無需要求掩膜與 單個(gè)臺(tái)面對(duì)齊。此外，子基座2042可由諸如金屬(例如CuW)的撓性材料構(gòu) 成以允許包括臺(tái)面2055的子基座2042以及模子兩者倶可以在壓印過程中彎曲 或相一致。
例如使用上文所述的方法(圖80)將阻擋層2058中的圖形(圖79所示) 轉(zhuǎn)移到至少 一個(gè)硬掩膜層2060及層2006的一部分?？墒褂萌缟衔乃龅母鞣N 圖形來刻層2006的圖形。
可去除層2058及2060的剩余部分，并且隨后沉積接觸層。圖81示出了 包括層2006的巳刻圖表面以及沉積接觸層2068及2070的多層堆疊2066。可 如h文所述地沉積接觸層2068及2070。接觸層2070有利于與層2006的歐姆 接觸。在-些實(shí)施例中，接觸層2070共形地涂布層2006中的圖形。層2006 (例如由A1、 Ti、 Ni、氧化錫銦(ITO)、 Ag、 Cu、 Rh、 Pt或它們的合金)亦可 包括-^層或多層黏著層(例如Ti)和/或-層或多層擴(kuò)散阻擋層(例如Ni、 Ti-N、 Pt)。不希望受理論的束縛，據(jù)信接觸層(例如Au、 Al、 Ag)有利于電 流擴(kuò)散以及減少沿接觸層的歐姆發(fā)熱?；蛘?，可在上述關(guān)于圖77-79描述的刻 圖步驟之前沉積接觸層。在刻圖前沉積接觸層的實(shí)施例中，層2006的已刻圖 區(qū)域與接觸區(qū)域隔開。在一些實(shí)施例中，歐姆接觸沉積以及刻圖步驟為自對(duì)齊 的。
圖82示出了單獨(dú)裝置2072a及2072b通過劃片(scribing )及分裂(cleaving) 工藝、裸芯切割(DieSaw)工藝、激光劃片工藝或其他分離技術(shù)，與子基座2042 所支撐的其他裝置分離。可封裝單獨(dú)裝置2072a及2072b。單獨(dú)裝置2072a及 2072b的封裝包括形成從封裝的金屬接觸區(qū)域(例如Au、 Al、 Ag)延伸至金屬 墊或跡線(例如Au、 Al、 Au)以形成至LED的電接觸(例如球結(jié)合、楔結(jié)合) 的引線結(jié)合(wire bond)。單獨(dú)裝置2072a及2072b的封裝亦包括將裝置焊接 (soldering)(例如裸芯粘接工藝(die-attach process))至封裝內(nèi)的適當(dāng)位置。例如,
46裸芯粘接工藝中使用的焊料可為AuSn、 PbSn、 Au-Ge、 AgSn或其他焊料。封 裝亦可包括防反射涂布窗2068以允許LED所發(fā)光更有效地從封裝逸出。
盡管以上圖65-82中所描述的工藝包括對(duì)臺(tái)面2063的表面進(jìn)行曝露及刻圖 以在一個(gè)臺(tái)面接一個(gè)臺(tái)面的基礎(chǔ)上形成LED，但其他實(shí)施例可包括同時(shí)對(duì)多個(gè) 臺(tái)面進(jìn)行刻圖。例如，如圖83所示，可將平整層2073 (例如阻擋層、聚酰亞 胺層、聚合物層或氧化物層)沉積至支撐臺(tái)面2055的子基座2042上。如圖84 所示，對(duì)平整層2073進(jìn)行平整以與臺(tái)面2055大致一般齊(例如與層2006的 頂表面一般齊或一般平)。用于對(duì)平整層2073進(jìn)行平整的技術(shù)一般根據(jù)層2073 所選材料的不同而不同。例如，若平整層2073包括阻擋層，則可機(jī)械或熱-機(jī) 械按壓阻擋層以形成平坦表面。又如，若平整層2073包括氧化物，則可拋光 (例如通過CMP工藝)氧化物以平整表面且使層2006的上表面曝露。
基本平坦的表面形成后，將硬掩膜層2076及阻擋層2075沉積在多層堆疊 2074上。使用上述技術(shù)之一將阻擋層2075刻成如圖86及87所示的圖形。這 一工藝將圖形轉(zhuǎn)移至晶片的實(shí)質(zhì)部分。例如，若掩膜2077大于晶片，則在單 個(gè)步驟中對(duì)整個(gè)晶片刻圖。若掩膜2077沒有覆蓋整個(gè)晶片，則掩膜2077步進(jìn) 地越過晶片以便將圖形轉(zhuǎn)移入阻擋層2075。隨后使用上文所述的蝕刻工藝將在 阻擋層2075中曝露的圖形轉(zhuǎn)移到至少一個(gè)硬掩膜層2076及層2006中。對(duì)層 2006刻圖后，去除硬掩膜層2076及平整層2073以形成圖88所示的多層堆疊 2077。例如，可使用氧氣等離子體蝕刻、溶劑清洗或化學(xué)蝕刻來去除平整層 2073。
盡管上文圖65-88所描述的工藝包括使用光刻技術(shù)對(duì)臺(tái)面2063的表面進(jìn)行 曝露及刻圖，以在一個(gè)臺(tái)面接-個(gè)臺(tái)面的基礎(chǔ)上形成LED，其他實(shí)施例包括使 用其他技術(shù)來對(duì)臺(tái)面的表面刻圖。例如，如圖89-94所示，可使用顆粒的自組 裝單層來對(duì)臺(tái)面2055的表面刻圖。多層堆疊2056 (圖89)浸入包括球殼為微 米級(jí)膠質(zhì)顆?；蛑榱?092的溶液2091中(圖90)。微米級(jí)膠質(zhì)顆粒包括聚合 物珠粒(例如聚苯乙烯珠粒)及介電珠粒(例如，氧化物或藍(lán)寶石珠粒)。或 者，可在旋涂工藝中將液體分配于多層堆疊的表面。顆粒在滴狀物的表面上自 組裝以使總介面能量最小(圖91)。隨著溶液從臺(tái)面2055的表面蒸發(fā)，珠粒 2092的單層留在臺(tái)面的表面上。珠粒的自組裝陣列的排序可根據(jù)多個(gè)因素而改 變，例如包括溫度、溶液2091中珠粒2092的百分比、濕度、干燥速率及基底 或表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。亦可使用多種尺寸的珠粒以形成多種超晶格圖形。此外， 根據(jù)干燥技術(shù)，自組裝可生成具有無序晶界的有序晶粒。在一些實(shí)施例中，非 均衡干燥條件可致使納米顆粒自組裝為復(fù)雜周期圖形、非周期圖形、準(zhǔn)晶圖形 或輕微無序的周期圖形。不希望受理論的束縛，據(jù)信這些圖形可便于有效的光 提取。在臺(tái)面2055的表面上形成珠粒2092的自組裝陣列之后，在臺(tái)面2055
47的表面(圖92)或如Si02層的另一硬掩膜層上沉積材料2093薄層(例如諸如 Ni、 Ti、 W或鉻的金屬層)。例如，使用蝕刻工藝或剝離工藝來去除珠粒2092 以及層2093上由珠粒2092支撐的部分。將層2093上由珠粒2092支撐的部分 去除使層2093的剩余部分生成珠粒排列的負(fù)像(圖93)。隨后可將層2093用 作掩膜層來蝕刻層2006。將圖形轉(zhuǎn)移入層2006后，可去除層2093以形成如圖 94所示的多層堆疊2096。盡管上文描述了球形珠粒， 一般的，球形珠?？芍?代類似自組裝工藝所使用的任何類型的納米顆粒。 一般，納米顆?？擅枋鰹橐?維長(zhǎng)度為至少約0.01mm (例如至少約O.lmm、至少約0.5mm、至少約lmm、 至少約2mm、至少約5mm、至少約10mm)的顆粒。盡管如上所述的顆粒是球 形的，但是可以使用其他形狀的顆粒。
如上文所示，可通過使多層堆疊2046中的一層曝露于電磁輻射來分解該 層從而從臺(tái)面2032去除基底2008。在一些實(shí)施例中，根據(jù)臺(tái)面2055的形狀來 選擇電磁輻射束的形狀。例如，如圖95所示，可選擇電磁輻射束2090以交疊 在一個(gè)臺(tái)面的至少一條邊緣(例如一個(gè)臺(tái)面的至少兩條邊緣、 一個(gè)臺(tái)面的至少 一條邊緣以及另一臺(tái)面的另一條邊緣)上。在這一實(shí)例中，細(xì)長(zhǎng)光束是步進(jìn)的 以順序地曝露臺(tái)面部分(例如部分2080a-d)。在另--實(shí)例中，如圖96所示， 光束的形狀與臺(tái)面的橫截面匹配或基本匹配。在這-實(shí)例中，光束覆蓋臺(tái)面 2055的實(shí)體部分或與臺(tái)面交疊，以及在一個(gè)臺(tái)面接一個(gè)臺(tái)面的基礎(chǔ)上照射臺(tái) 面。
在一些實(shí)施例中，整個(gè)晶片表面的臺(tái)面2055高度可不同。例如，由于起 始多層堆疊2000或其他沉積層(例如，層2018及2020)的不均勻沉積厚度， 使得高度不同。臺(tái)面2055的高度亦可因不均勻地平整而不同。此外，由于晶 片中的翹曲，整個(gè)晶片中的臺(tái)面2055的高度及朝向可不同。在一些實(shí)施例中， 在對(duì)臺(tái)面2055的表面刻圖以形成LED之前映射臺(tái)面2055的高度。考慮到整個(gè) 晶片上臺(tái)面2055的高度及取向的不同而對(duì)光刻進(jìn)行補(bǔ)償。例如，系統(tǒng)可映射 整個(gè)晶片上的總厚度變化、巻曲(warp)、焦點(diǎn)平面偏差，或局部厚度變化， 并且可根據(jù)測(cè)量結(jié)果來調(diào)整光刻。
在一些實(shí)施例中，起始多層堆疊2000中的翹曲量使得難以將多層堆疊2000 結(jié)合至子基座。在該實(shí)例中，在將多層堆疊結(jié)合至子基座2042之前將晶片中 的翹曲減少為可接收量是有利的。當(dāng)蝕刻多層堆疊以形成晶片上的臺(tái)面時(shí)，沉 積層(例如層2002、 2004及2006)內(nèi)的應(yīng)力減少且晶片2000的撓性增加。由 于晶片的撓性增加，晶片的翹曲程度降低。由此，為了將翹曲減少至可接收水 平，可選擇多個(gè)臺(tái)面且將這些臺(tái)面蝕刻到晶片中，或者蝕刻至使得翹曲有實(shí)質(zhì) 性減少的深度(可能伸入基底2008)。晶片形成臺(tái)面并且減少晶片不平度的晶 片2000的選擇性蝕刻可為迭代工藝(iterativeprocess)。例如，晶片2000的-部分可專用于減少翹曲但不用于LED形成，且可將多個(gè)蝕刻通道迭代地蝕刻到晶
片2000中的專用部分直至充分減少晶片2000中翹曲。在其他實(shí)施例中，晶片 2000的一些部分中用以去除曲度的臺(tái)面隔離蝕刻可與其他區(qū)域中用以去除翹 曲的臺(tái)面隔離蝕刻不同(例如不同的深度)。
盡管在上述的一些實(shí)施例中，對(duì)從單個(gè)臺(tái)面形成的LED進(jìn)行封裝。亦可對(duì) 多個(gè)臺(tái)面分組且以組分開以使一個(gè)封裝裝置中可包括多個(gè)由不同鄰近臺(tái)面形 成的LED。這樣做的好處是提供了超靜定性(redundancy)，使得若一些臺(tái)面 沒有形成有功能的裝置或在使用時(shí)失效，則封裝裝置仍能夠發(fā)光。此外，這一 技術(shù)可用于比最終LED尺寸小的網(wǎng)格上(例如0.5mm)以構(gòu)建各種矩形兒何形 狀(例如16比9、 4比3及1比1)的較大LED。此外，可將多個(gè)能夠發(fā)不同 顏色(例如紅色、綠色、藍(lán)色)或波長(zhǎng)光的LED封裝到同一封裝中。
盡管在上述的一些實(shí)施例中，多個(gè)起始由基底(例如基底2008)支撐的臺(tái) 面被轉(zhuǎn)移，以使臺(tái)面通過單個(gè)子基座(例如子基座2042)支撐，也可將臺(tái)面轉(zhuǎn) 移至多個(gè)不同的子基座、或放置于另--基底或裝置上的所需位置。
在一些實(shí)施例中，可將臺(tái)面的形狀選擇為與微顯示器的形狀相匹配或接近
匹配。例如，臺(tái)面的縱橫比可選擇為16比9或4比3以匹配成類似比例的微 顯示器、例如投影微顯示器。
在一些實(shí)施例中，各臺(tái)面可以這樣-種形式定位在電網(wǎng)絡(luò)中，即各LED代表顯不器(例如投影顯示器)中的一個(gè)像素。
盡管在上述實(shí)施例中，蝕刻由基底支撐的沉積層以形成臺(tái)面，但是在一些 實(shí)施例中，亦可蝕刻基底的--部分。這可進(jìn)一歩增加晶片的撓性。
在-些實(shí)施例中，如圖97A所示，LED1802的接觸部布局包括兩個(gè)導(dǎo)電墊 1804a及1804b以及從導(dǎo)電墊1804a及1804b向LED1802的中心區(qū)域延伸的導(dǎo) 電條(或指)1806。與導(dǎo)電墊1804a及1804b連接的引線結(jié)合(未示出)向 LED1802提供電流及電壓。導(dǎo)電條1806將電流從導(dǎo)電墊1804a及1804b擴(kuò)散 至LED1802的頂表面1808。條1806允許電流充分地?cái)U(kuò)散穿過頂表面1080同 時(shí)限制被接觸部覆蓋的表面1808的量。
圖97B示出了包括導(dǎo)電墊1804a及1804b以及導(dǎo)電條1806的LED1802的 俯視圖。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電墊1804a及1804b的寬度可大于導(dǎo)電條1806 的寬度。墊1804a及1804b的較大寬度允許墊1804a及1804b用作電源總線并 且將較大量的電能沿總線擴(kuò)散至條1806。墊1804a及1804b以及條1806的寬 度可與LED1802的尺寸相關(guān)和/或根據(jù)其他因素，如光刻及工藝參數(shù)。
例如，LED的尺寸范圍為一側(cè)約0.5mm至lcm。如上所述，LED1802的 縱橫比可不同。導(dǎo)電墊1804a及1804b的寬度例如可為約50um至約500um， 且條1806的寬度例如可為約lum至50um。例如，導(dǎo)電墊1804a及1804b的高度可根據(jù)輸送至該LED的電流及電能或者根據(jù)沉積及工藝參數(shù)而變化。例如，
導(dǎo)電墊1804a及1804b以及條1806的高度可為約0.1 um到約10um。
一般，條1806的長(zhǎng)度及形狀可根據(jù)需要改變。如圖97B所示，條1806可
為矩形且從導(dǎo)電墊1804a及1804b向LED1802的中心區(qū)域延伸?；蛘撸瑮l1806
可為不同的形狀，如正方形、三角形或梯形。
圖98A至98C示出了接觸部結(jié)構(gòu)的另一實(shí)例。在該實(shí)例中，多個(gè)條1812
穿過LED1810的整個(gè)長(zhǎng)度，從而將導(dǎo)電墊1804a與導(dǎo)電墊1804b連接。接觸條
1812具有關(guān)聯(lián)電阻率r吣厚度tb及長(zhǎng)度l。通過將該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為如圖98C所示
的等效電路模型可以估算基于導(dǎo)電墊1804a及1804b以及接觸條的LED1810
的電流分布特性。
LED1810的縱橫比可影響該系統(tǒng)的電流損耗?？筛鶕?jù)下列方程來計(jì)算 LED1810的縱橫比'L， iWAb/a
其中，A為裸芯的表面積(例如長(zhǎng)度乘以寬度)且a及b為裸芯的縱橫比。 例如對(duì)于縱橫比為16x9的LED, a=16， b=9。
如前所述，為了使得LED所發(fā)光可以經(jīng)由表面發(fā)出，接觸條1812不覆蓋 LED1810的整個(gè)表面。由于接觸部?jī)H覆蓋LED1810表面的一部分，將接觸電 阻除以表面覆蓋率/,如下列方程所示
可根據(jù)—F列方程來估算結(jié)的電流密度
其中/o為結(jié)飽和電流且T為絕對(duì)溫度。匕述估算忽略了橫向電流擴(kuò)散中的
n型材料的貢獻(xiàn)量。然而， 一般，由于接觸部的導(dǎo)電率比n型材料的導(dǎo)電率大 得多，電流擴(kuò)散絕大部分發(fā)生于金屬接觸部。例如，接觸部導(dǎo)電率與n型材料 的導(dǎo)電率之比可在約100至約500的范圍內(nèi)。
在類似系統(tǒng)中(但這些墊之間有無窮個(gè)隔離(infinite separation)),若處于正
向偏置(例如巧〉〉中執(zhí)行計(jì)算，且若串聯(lián)電阻的電壓降比；tr/e (例
如' /Ve // + +/V")^eeVt7" ^"大得多，則可根據(jù)下列方程
來估算結(jié)的電流密度分布的線性近似
其中L為墊之下的電流密度，x為相距墊的距離，且Ls為如下方程所示的
電流擴(kuò)散長(zhǎng)度
50丄，=V…"+ a-c +/v, +/v"k / a.
這一估算假設(shè)這些墊之間有無窮個(gè)隔離。然而，對(duì)于具有非無窮個(gè)隔離的線性近似，可將單個(gè)墊的解相加在一起。上述過程引入接近裸芯中心的誤差，但不認(rèn)為其會(huì)顯著地改變物理趨勢(shì)。
在裝置的中心^=172處出現(xiàn)最小電流密度，并且可根據(jù)下列方程估算
4 =2^6
mm i
其中用如下方程估算均勻因子(uniformity factor)
J(O) l + e, ■
對(duì)于具有相同表面積的裸芯，正方形形狀變?yōu)榻佑|條沿著較小一側(cè)的、縱橫比為a,b的矩形形狀，最小電流密度增大而以下列方程修正均勻因子
廣 一 7 7>
、in 一 Z^1K
r〃 J(丄72) 2e-^7^
7(0) i +
由此，以下列方程估算均勻增大因子
例如，在正方形(例如3=1 )情況下的均勻增大因子'S'的最小值為S=l。
對(duì)于16x9的矩形，設(shè)下列值pm=2.2'10—6Qcm (金)，Pl>c=l.(H0-3Qcm2，pp=5.0Qcm， pn_c=1.0.10-4Dcm2， pn=5.0'l(r3Qcm， n接觸表面覆蓋率10%，且p-、n-及金屬的厚度為0.3pm、 3.0pm及2)im (10%覆蓋率)。貝(」Ls等于1.4mm。若裸芯表面積為A=25mm2。在正方形情況下，U=0.325，而16x9的情況下，U'=0.5，或者均勻增大因子S=1.54，即電流均勻性增大54%。
由此，不希望受理論的束縛，據(jù)信使用矩形形狀的LED有利于電流擴(kuò)散。代替地或附加地，通過在接觸部的一部分下面設(shè)置絕緣層1820(例如氧化物層，圖99A)可以改變接觸電阻率以增進(jìn)電流擴(kuò)散。如圖99A及67B所示，條1812的一部分之下包括絕緣層1820 (以虛線示出)。絕緣層1820在條的頂部處(例如靠近墊1804處)寬度較寬，且朝著裸芯的中心區(qū)域變窄。圖99B示出了等效電路圖。
51接觸電阻率一般與接觸面積成比例。例如，如下列公式所示，隨著接觸面積減小，接觸電阻率增大，
c — — 2w — 2, 一 /
其中w為條的重復(fù)率(例如每單位面積的條的數(shù)量)。由于下層的絕緣層
1820，接觸部面積在最接近墊1804a及1804b的接觸部邊緣處較小，且隨著距墊1804a及1804b的距離增大而增大。由于接觸面積不同，靠近墊1804a及1804b處的接觸電阻率較高、且朝著LED的中心處逐步降低。接觸電阻率的不同迫使電流進(jìn)一步行進(jìn)，減少了電流集聚(current crowding )、增大了經(jīng)由表面所發(fā)出光的均勻性，及減小了性能降級(jí)?？筛鶕?jù)下列方程來估算電流擴(kuò)散長(zhǎng)度
丄5 (x) = + <: zz2x)+p力+ aa K' z '
可根據(jù)下列方程來估算沿裸芯的結(jié)電流密度
= j> 。
+々1
以及
最小電流在裝置的中心(例如，在x:L/2處)，可根據(jù)下列方程估算
4
可根據(jù)下列方程來估算圖9 9 B所示結(jié)構(gòu)的電流均勻因-/-
如上文所述，氧化物層1820可迫使電流流向接觸部的端部(例如朝裸芯的中心區(qū)域)從而增加了電流擴(kuò)散。氧化物層1820亦可減少吸光接觸部下的光生成，從而允許更大百分比的所生成光從LED的表面出射。
圖IOOOA及100B示出了墊1804a及1804b、接觸部1830及氧化物層1820(由虛線表示且置于接觸部1830的一部分之下)的另一結(jié)構(gòu)。此處的接觸部1830亦為錐形。盡管圖IOOOA所示為線性錐形，亦可使用其他錐形。線性錐形保持與圖99A所示接觸部1812的接觸面積相近的總接觸面積，裸芯中心處的
52接觸寬度大致為條1812 (圖99A)寬度的一半，而墊處的接觸寬度為圖99A所示寬度的3倍。可使氧化物的錐形角度更大以使接觸電阻在墊處最大，而在裸芯中心處最小。接觸電阻朝著裸芯中心減少，且條的接觸電阻越接近墊越小。使接觸部及絕緣層同為錐形有助于迫使電流流向裸芯中心?？筛鶕?jù)下列方程估算局部擴(kuò)散長(zhǎng)度。
=V…"+ /Vp +/V"X" /(2/>, /(3-4義/丄))
可使用上文所述的電流分布的類似的積分公式來估算圖100A及100B所示
結(jié)構(gòu)的電流分布。
圖101A示出了附加接觸部結(jié)構(gòu)1801的俯視圖，101B及101C示出了附加接觸部結(jié)構(gòu)1801的剖視圖。導(dǎo)電接觸部1836朝著裸芯的中心延伸，但并不連續(xù)地覆蓋條1804a與1804b之間的LED的上表面。絕緣層1834位于LED的頂部與接觸部?jī)?nèi)部的金屬接觸部之間。接觸部1836及絕緣層1834兩者倶為錐形。箭頭1837代表從金屬接觸部1836進(jìn)入裸芯表面的電流擴(kuò)散。
圖102示出了估算歸一化結(jié)電流密度的曲線圖1850，其為多種根據(jù)前述方程的接觸部及裸芯結(jié)構(gòu)的條1804a與1804b之間的歸一化距離的函數(shù)。線1856代表具有矩形條且沒有氧化物的正方形裸芯的電流密度，線1858代表具有矩形條Pl沒有氧化物的矩形裸芯的電流密度，線1860代表具有矩形條以及錐形氧化物的矩形裸芯的電流密度，且線1862代表具有錐形條以及錐形氧化物的矩形裸芯的電流密度。曲線圖1850示出了接觸部的一部分之下矩形芯片(chip )及氧化物層兩者的電流密度分布的改進(jìn)。
圖103A不出了附加接觸部結(jié)構(gòu)1803的俯視圖，圖103B示出了附加接觸部結(jié)構(gòu)1803的剖視圖。絕緣層1805a及1805b分別位于LED的頂部與金屬墊1804a及1804b之間。絕緣層1805a及1805b分別位于金屬墊1804a及1804b的一部分之下，且朝著裸芯的邊緣，以使金屬墊1804a及1804b的一部分分別由絕緣層1805a及1805b支撐，且金屬墊1804a及1804b的一部分分別由發(fā)光二極管的頂表面支撐。氧化物層1805a及1805b減少了吸光金屬墊1804a及1804b之下的光生成，從而允許更大百分比的所生成光從LED的表面出射。
盡管上述實(shí)施例包括單組從金屬墊1804a及1804b延伸的接觸部，但亦可使用多組接觸部。例如，第二組接觸部可從與金屬墊1804連接的接觸部的組延伸等等。此外，盡管所述的為氧化物層，但一般，亦可使用任何適當(dāng)?shù)碾娊^緣材料(例如氮化物)來構(gòu)成層。
圖104示出了接觸部1899實(shí)例的尺寸，可用于估算n接觸部?jī)?nèi)的電傳輸。設(shè)接觸部1899在接觸段(period) D 1870內(nèi)分布均勻電流密度 /。?？梢韵铝蟹匠坦浪憬佑|部所載送的總電流這一最大電流在接觸部的頂部(在墊處)流動(dòng)，與由下列方程估算的電流 密度相對(duì)應(yīng)
在離條端部的任意距離x處，可由下列公式估算電流密度 耵
可由下列公式估算單位長(zhǎng)度的電壓降 《—人漁
血 盯
并且可由下列公式估算單位長(zhǎng)度的發(fā)熱量
血 野
求上述方程的積分，可山下列方程估算總電壓降 F = ^皿2
并且由下列公式估算條內(nèi)的總發(fā)熱量
2C =
一
當(dāng)總發(fā)熱量變得相當(dāng)大時(shí)，由于裝置的性能(例如裝置過熱)而破壞了均 勻電流假設(shè)。因此，需要將最大電流密度(電流密度一般與長(zhǎng)度成線性比例)、 電壓降(電壓降一般與長(zhǎng)度的平方成比例)、和/或所發(fā)熱量(熱量一般與長(zhǎng) 度的立方成比例)減至最小?；谏鲜鲫P(guān)系，具有更多但更短條的9x16的矩 形裸芯具有比例分別減少至3/4、 9/16及27/64的a、 b及c。由于條的數(shù)量增 大至4/3，相信總發(fā)熱量可減少9/16。
圖105示出了封裝LED裝置1890。 一般，封裝應(yīng)能夠在便于光收集的同 時(shí)亦提供裸芯的機(jī)械及環(huán)境保護(hù)且允許驅(qū)散裸芯內(nèi)所生成的熱。如上所述， LED1890包括導(dǎo)電墊1804a及1804b以允許電流擴(kuò)散至多個(gè)接觸指1812且驅(qū)散至LED的表面。多個(gè)引線結(jié)合1892提供LED與封裝之間的電流通路。引線 結(jié)合1892可由多種導(dǎo)電材料構(gòu)成，諸如金、鋁、銀、鉑、銅和其他金屬或金 屬合金。封裝還可包括多個(gè)堡形部(castellation)1894以將電流從封裝的底面?zhèn)?輸至封裝的頂面以方便電路板上的表面安裝。堡形部1894包括中心區(qū)及電鍍 層。中心區(qū)可由例如鎢的難熔金屬構(gòu)成，且可較厚(例如約100um至約lmm)。 可用諸如金的導(dǎo)電材料來電鍍中心區(qū)。電鍍的厚度范圍可為約0.5um至約10um 且提供支持較高功率電平的電流通路。此外，封裝包括封裝在LED裸芯上的透 明蓋板1896以在不使用灌封劑時(shí)保護(hù)已刻圖表面506 (圖56)。例如使用熔 化于熔爐的玻璃料(glassy frit)來將透明蓋板1896附接到封裝上?；蛘撸?如可使用蓋面焊接(cap weld)或環(huán)氧樹脂來連接蓋板1896。透明蓋板1896可 進(jìn)一步涂布一種或多種防反射涂料以增進(jìn)光傳輸。不希望受理論的束縛，據(jù)信， 沒有灌封劑層，允許已刻圖表面LEDIOO中單位面積的容許功率負(fù)載較高。灌 封劑的降解是標(biāo)準(zhǔn)LED的常見失效機(jī)理，且可以通過不使用灌封劑層來避免。 封裝裝置1890可安裝于電路板，或其他裝置上，或者直接安裝于散熱器上。
圖106示出了置于散熱器裝置上的封裝裝置1890的散熱模型。封裝裝置 1890由芯板1900支持，所述芯板包括附接至散熱器的絕緣及導(dǎo)電區(qū)域(例如 使用諸如Al或Cu等金屬的導(dǎo)電區(qū)域)。例如，可使用焊料(焊料的例子包括 AuSn焊料、PbSn焊料、NiSn焊料、InSn焊料、InAgSn焊料及PbSnAg焊料) 或使用導(dǎo)電環(huán)氧樹脂(例如填銀環(huán)氧樹脂)將封裝裝置1890附接至芯板1900。 芯板1900由散熱器金屬層1902及散熱器翅片1904支撐。例如，可使用焊料 (焊料的例了包括AuSn焊料、PbSn焊料、NiSn焊料、InSn焊料、InAgSn焊 料及PbSnAg焊料)或使用環(huán)氧樹脂(例如填銀環(huán)氧樹脂)將芯板1900附接至 散熱器金屬層1902。在此模型中，假設(shè)隨著熱朝散熱器消散而使熱從封裝裝置 1890擴(kuò)散。擴(kuò)散角1906代表熱從封裝裝置1890散出的角度。擴(kuò)散角1906 — 般根據(jù)系統(tǒng)的材料特性及垂直布局而不同。散熱器中不同層的擴(kuò)散角1906不 同?？捎上铝蟹匠坦浪愫穸葹?的片的熱阻
<formula>formula see original document page 55</formula>
其中K。為導(dǎo)熱率而S'為元件頂部的導(dǎo)熱前沿(heat front)的尺寸。將其 積分得到以下的阻率方程
<formula>formula see original document page 55</formula>
對(duì)于矩形的情況，計(jì)算這一阻率得到圖107所示的結(jié)果。圖107示出了厚度較大和擴(kuò)散角為45度的系統(tǒng)的Rth—rectangle/Rth_square (其中Rth為熱阻) 計(jì)算比。熱阻隨縱橫比的增大而減小。例如，若正方形裸芯系統(tǒng)的熱阻為20°C/W 且需消散3W的功率，那么結(jié)溫(設(shè)室溫為25°C)可為25+20*3 = 85°C。然而， 面積相同且所散熱相同的矩形裸芯的結(jié)溫一般較低。圖108示出了作為縱橫比 函數(shù)的結(jié)溫的曲線圖。據(jù)信較低的結(jié)溫有利于減少波長(zhǎng)變動(dòng)以及有利于較高的 裝置效率。
如上所述，使用矩形形狀的LED可提供某些優(yōu)點(diǎn)(例如，較之正方形)。 這些優(yōu)點(diǎn)包括下列中的一或多個(gè)。矩形LED可允許單位面積中更多的引線結(jié) 合，增加了可輸入LED的功率。可選擇矩形形狀以與像素或微顯示器的特定縱 橫比相匹配，由此，無需使用復(fù)雜的光束整形光學(xué)器件。矩形形狀亦可增進(jìn)LED 的散熱以減少由裝置過熱而導(dǎo)致失效的可能性。
由于從晶片上切割下來的單個(gè)LED的橫截面僅比LED的發(fā)光面積稍大， 可將許多單個(gè)的且獨(dú)立定位的LED互相緊密地封裝入陣列。若一個(gè)LED不起 作用(例如由于較大缺陷)，則其不會(huì)明顯地?fù)p害陣列的性能，因?yàn)檫@些單獨(dú) 裝置是緊密地封裝在 -起的。
盡管已描述了某些實(shí)施例，但其他實(shí)施例也是可行的。
例如，盡管上文描述了發(fā)光裝置及相光層的某些厚度，其他厚度也是可行 的?？傊l(fā)光裝置可為任何所需的厚度，并且發(fā)光裝置內(nèi)的單獨(dú)層亦可為任 何所需的厚度。 一般，多層堆疊122內(nèi)的這些層的厚度可選擇為增加光生成區(qū) 130的光學(xué)圖形的空間重疊，以增加岡域130中所牛:成光的輸出。發(fā)光裝置中 的某些層的示例厚度包括如下。在一些實(shí)施例中，層134的厚度為至少約lOOnm (例如至少約200nm、至少約300nm、至少約400nm、至少約500nm)和/或 至多約10微米(例如至多約5微米、至多約3微米、至多約1微米)。在某 些實(shí)施例中，層128的厚度為至少約10nm (例如至少約25nm、至少約40nm) 和/或至多約1微米(例如至多約500nm、至多約lOOnm)。在某些實(shí)施例中， 層126的厚度為至少約10nm (例如至少約50nm、至少約lOOnm)和/或至多 約1微米(例如至多約500nm、至多約250nm)。在某些實(shí)施例中，光生成區(qū) 130的厚度為至少約10nm (例如至少約25nm、至少約50nm、至少約lOOnm) 和/或至多約500nm (例如至多約250nm、至多約150nm)。
例如，盡管描述了發(fā)光二極管，亦可使用具有上述特征(例如圖形、工藝) 的其他發(fā)光裝置。這種發(fā)光裝置包括激光器及光學(xué)放大器。
又如，盡管將電流擴(kuò)散層描述為獨(dú)立于n摻雜層134的單獨(dú)層，但在一些 實(shí)施例中，可將電流擴(kuò)散層整合到(例如一部分的)層134中。在這種實(shí)施例 中，電流擴(kuò)散層可為層134的較高濃度的n摻雜部分或其間的異質(zhì)結(jié)(例如 AlGaN/GaN)以形成二維電子氣。
56再如，盡管描述了某些半導(dǎo)體材料，亦可使用其他半導(dǎo)體材料?？傊?，可 使用用于發(fā)光裝置的任何半導(dǎo)體材料(例如III-V半導(dǎo)體材料、有機(jī)半導(dǎo)體材
料、硅)。其他發(fā)光材料的例子包括InGaAsP、 AlInGaN、 AlGaAs、 InGaAlP。 有機(jī)發(fā)光材料包括諸如三-8-羥基喹啉(tris-8-hydroxyquinoline)鋁(Alq3)的小 分子、以及諸如聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亞乙烯基亞苯 基]([2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-l,4- vinylenephenylene])或MEH-PPV之類的
共軛聚合物。
又如，盡管描述了較大面積的LED, LED亦可為小面積LED (例如，邊 緣比標(biāo)準(zhǔn)小約300微米的LED)。
還如，盡管描述了根據(jù)圖形發(fā)生空間變化的介電函數(shù)，其中所述圖形由孔 形成，但圖形亦可以其他方法形成。例如，可在適當(dāng)?shù)膶又杏蛇B續(xù)的脈紋(vein) 和/或不連續(xù)的脈紋來形成圖形。此外，可不使用孔或脈紋而獲得不同介電函 數(shù)的圖形。例如，可在適當(dāng)層上對(duì)具有不同介電函數(shù)的材料刻圖。亦可使用這 些圖形的組合。
又如，盡管將層126描述為由銀構(gòu)成，亦可使用其他材料。 一些實(shí)施例中， 層126由可將反射光生成區(qū)所生成的光中至少約50%投射到反射材料層上的材 料構(gòu)成，反射材料層在支撐件與材料的多層堆疊之間。這種材料的例子包括分 布式布拉格反射鏡堆疊及諸如鋁、及含鋁合金的多種金屬及合金。
再如，支撐件120可由多種材料構(gòu)成?？蓸?gòu)成支撐件120的材料的例了-包 括銅、銅-鎢、氮化鋁、碳化硅、氧化鈹、金剛石、TEC及鋁。
還如，盡管將層126描述為由散熱材料構(gòu)成，但在-些實(shí)施例中，發(fā)光裝 置可包括用作散熱器的獨(dú)立層(例如置于層126與子基座120之間)。在這種 實(shí)施例中，層126可由或者不由用作散熱器的材料構(gòu)成。
再如，盡管除了利用整個(gè)光生成區(qū)之外，還描述了介電函數(shù)中的變化圖形 僅延伸到n摻雜層134中(其基本上減小了表面重組合載流子損失的可能性)， 在一些實(shí)施例中，介電函數(shù)中的變化圖形可延伸穿過n慘雜層(例如進(jìn)入電流 擴(kuò)散層132、光生成區(qū)130和/或p摻雜層128)。
又如，盡管描述了將空氣置于表面110與蓋板片140之間的實(shí)施例，在一 些實(shí)施例中，可在表面110與蓋板片140之間設(shè)置不同于空氣或除空氣外的其 他材料。 一般，這種材料的折射率為至少約1及小于約1.5 (例如小于約1.4、 小于約1.3、小于約1.2、小于約1.1)。這些材料的例子包括氮?dú)?、空氣或?些高熱導(dǎo)氣體。在這些實(shí)施例中，可對(duì)或不對(duì)表面220刻圖。例如表面110可 為不刻圖的，但是是粗糙的(即具有小于的各種尺寸及形狀的隨機(jī)分布特 征)。
再如，盡管描述了涉及平整層與光刻層的沉積與蝕刻的實(shí)施例，但在一些
57實(shí)施例中，可將預(yù)先刻圖的蝕刻掩膜鋪在n摻雜半導(dǎo)體層的表面上。
又如，在一些實(shí)施例中，蝕刻掩膜層可置于n慘雜半導(dǎo)體層與平整層之間。 在這些實(shí)施例中，方法可包括去除蝕刻掩膜層的至少一部分(例如在與n摻雜
半導(dǎo)體層中的圖形相應(yīng)的蝕刻終止層中形成圖形)。
還如，盡管揭示了表面110是已刻圖且光滑的實(shí)施例，但在有些實(shí)施例中， 表面110可為已刻圖且粗糙的(即具有小于X/5、小于X/2、小于X的各種尺寸 及形狀的隨機(jī)分布特征)。此外，在某些實(shí)施例中，無論表面110是否粗糙， 開口的側(cè)壁可為粗糙的(即具有小于X/5、小于V2、小于X的各種尺寸及形狀 的隨機(jī)分布特征)。再者，在一些實(shí)施例中，開口 150的底表面可為粗糙的(即 具有小于^/5、小于V2、小于X的多種尺寸及形狀的隨機(jī)分布特征)。例如可 通過蝕刻(例如，濕蝕刻、干蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻)來使表面110、開口 150 的側(cè)壁和/或開口 150的底表面變粗糙。不希望受理論的束縛，相信相對(duì)原子 平滑表面，變粗糙的表面110和/或開口 150的側(cè)壁可增大光線最終以小于斯 涅爾定律(Snell'sLaw)給出的臨界角的角度照射且被提取的概率。
又如，在一些實(shí)施例中，可將子基座加工為包括彈簧狀結(jié)構(gòu)。不希望受理 論的束縛，相信這種彈簧狀結(jié)構(gòu)可減少去除基底期間的開裂。再如，在一些實(shí)施例中，子基座可由聲學(xué)吸收平臺(tái)(例如聚合物、金屬泡 沫)支撐。不希望受理論的束縛，相信這種聲學(xué)吸收結(jié)構(gòu)可減少去除基底期間 的開裂。
還如，在一些實(shí)施例中，在去除基底前對(duì)基底進(jìn)行處理(例如蝕刻、磨光 (ground)、噴沙)。在某些實(shí)施例中，在去除基底前對(duì)基底進(jìn)行刻圖。在一 些實(shí)施例中，這些層的厚度選擇為使得，在去除基底及緩沖層前，多層堆疊的 中性機(jī)械軸線(neutral mechanical axis)基本靠近(例如小'f約500微米、小于約 100微米、小f約10微米、小于約5微米)p摻雜半導(dǎo)體層與結(jié)合層之間的介 面。在某些實(shí)施例中，單獨(dú)去除基底的幾個(gè)部分(例如為了減少開裂的可能性)。
又如，盡管描述了緩沖層獨(dú)立于n摻雜半導(dǎo)體層(例如基底上生長(zhǎng)有緩沖 層，而緩沖層上獨(dú)立地生長(zhǎng)有n慘雜半導(dǎo)體層)的實(shí)施例，但在一些實(shí)施例中， 可用單個(gè)層來替代。例如，可通過首先在基底上沉積較低濃度摻雜(例如未摻 雜)的半導(dǎo)體層，然后(在一工藝中)沉積較高濃度摻雜(n摻雜)的半導(dǎo)體 層而形成單個(gè)層。
還如，盡管描述了由包括將基底的表面曝露于電磁輻射(例如激光)的工 藝來去除基底的實(shí)施例，但在一些實(shí)施例中，可使用其他方法來去除基底。例 如，基底的去除可包括蝕刻和/或研磨(lapping)基底。在某些實(shí)施例中，蝕 刻和/或研磨基底，隨之將基底曝露于電磁輻射(例如激光)。
還如，在一些實(shí)施例中，在沉積平整層之后但沉積光刻層之前，可使平整層的上表面變平。例如，將諸如光學(xué)平玻璃(optical flat)之類的平物體置于平
整層的上表面的同時(shí)對(duì)平整層加熱(例如用熱板)。在一些實(shí)施例中，可施加 壓力(例如使用物理重量或按壓)以幫助變平工藝。
再如，在一些實(shí)施例中，可在去除基底前處理基底。例如，可對(duì)基底進(jìn)行 蝕刻、拋光、磨光、及噴沙等工藝中的一種或多種。在某些實(shí)施例中，處理基 底包括對(duì)基底刻圖。在一些實(shí)施例中，處理基底包括在基底上沉積防反射涂料。 這種防反射涂料例如可在使用涉及將基底曝露于電磁輻射的去除工藝時(shí)，允許 去除基底的較大的區(qū)域，因?yàn)橥苛峡蓽p少電磁輻射的反射。在某些實(shí)施例中， 亦可使用基底表面上的圖形來實(shí)現(xiàn)防反射效應(yīng)。
在一些實(shí)施例中，或許需要為發(fā)光裝置或系統(tǒng)提供直線偏振光。此處提到
的偏振光指光總數(shù)的60%在直線偏振中并且光總數(shù)的40%在正交偏振中的光 (例如，光總數(shù)的約65%在直線偏振中并且光總數(shù)的約35%在正交偏振中，光 總數(shù)的約70%在直線偏振中并且光總數(shù)的約30%在中，光總數(shù)的約75%在直線 偏振中并且光總數(shù)的約25%在正交偏振中，光總數(shù)的約80%在直線偏振中并且 光總數(shù)的約20%在正交偏振中，光總數(shù)的約90%在直線偏振中并且光總數(shù)的約 10%在正交偏振中)。
此處提到的非偏振光指未偏振的光。
光生成區(qū)(例如上述的光牛成區(qū)) 一般生成非偏振光。如下所述，為了生 成極化光，可配置一材料，使其傳輸^個(gè)偏振并反射(也可再循環(huán))其它的偏 振?；蛘?，可抑制一個(gè)偏振光的生成。
圖109示出了包括LED3002的系統(tǒng)3000。 LED3002置于封裝體3004內(nèi)。 封裝體3004-般應(yīng)當(dāng)能夠既方便光的收集，乂為裸芯提供機(jī)械和環(huán)境保護(hù)。 封裝體3006包括放置于顯示屏和LED3002之間的透明的封蓋3006。使用中， 由LED3002生成的光(光生成區(qū)3003中)從封裝體3004出射，通過封蓋3006 傳輸，其有選擇地傳輸極化光。例如，封蓋3006可傳輸一個(gè)或多個(gè)偏振，并 且反射一個(gè)或多個(gè)不同的偏振(例如一個(gè)或多個(gè)正交偏振)。
在一些實(shí)施例中，封蓋3006可包括一個(gè)或多個(gè)過濾光的涂層。例如，涂 層可包括多個(gè)開槽構(gòu)成的過濾器，使得一部分與過濾器中的開槽不對(duì)齊的光波 通過過濾器，而其它方向可被吸收或反射。如此選擇性的傳輸生成了從封裝 LED裝置3000發(fā)出的偏振光。例如，化學(xué)薄膜可被應(yīng)用于封蓋3006的透明塑 料或玻璃表面?；瘜W(xué)化合物可由彼此自然平行對(duì)齊，形成了可吸收與其對(duì)齊的 光的微小的過濾器。在另一例中， 一材料被刻圖以形成封蓋3006上的線性光 柵。偏振選擇材料的其它例子包括偏振選擇鏡、偏振材料和雙折射材料的多層 薄膜。
在一些實(shí)施例中，封蓋3006除了過濾光外，封蓋3006也反射那些不能通過封蓋3006的光。如圖109所示，光可從LED3002的表面以多方向或偏振發(fā) 射(箭頭3010和3012所示)。封蓋3006選擇性地過濾一些偏振，使得第一 部分的光(箭頭3014所示)通過封蓋3006。未傳輸通過封蓋3006的光被封蓋 3006反射(箭頭3016所示)。 一部分反射光在發(fā)光裝置3002的量子阱包含區(qū) 域內(nèi)被吸收(箭頭3018所示)。被吸收的光子隨后可被LED3002重新發(fā)射(例 如被再循環(huán))。被重新發(fā)射的光子對(duì)于偏振并且可通過封蓋傳輸，或者隨后被 重新反射進(jìn)LED3002有同等的可能性。在一些實(shí)施例中，LED3002在其上表 面3015具有開口圖形150。不希望受理論的束縛，相信這樣的圖形有利于被反 射光耦合進(jìn)入LED 3002，使得被反射光可在發(fā)光裝置3002的量子阱包含區(qū)域 內(nèi)被吸收。
在一些實(shí)施例中，將偏振選擇鏡或其它偏振選擇裝置或材料整合到封裝體 的的封蓋3006中(例如替代將偏振選擇鏡放置在封裝之外)，這能夠循環(huán)被 反射的偏振，并且使封裝的LED裝置3000選擇性偏振的效率和/或有效的照度 增加。所述效率與發(fā)光裝置3002采用的材料的內(nèi)部量子效率相關(guān)。在一些實(shí) 施例中，透明的封蓋3006可進(jìn)一步涂上一或多層防反射涂層以使傳輸光增加。
圖110A示出了包括刻圖層3031的LED3030，所述刻圖層3031的設(shè)計(jì)是 基于光的偏振來反射/傳輸光。光生成區(qū)3040內(nèi)生成的光基于光的偏振由刻圖 層3031反射或傳輸。圖UOB、 IIOC、 IIOD為例示圖形。圖形包括蝕刻于層 3031表面的孔穴的設(shè)置。至少一些孔穴可在與層3031共面的方向(例如近似 垂直于層3031表面的法向的方向)被拉長(zhǎng)。不希望受理論的束縛，相信孔穴 的拉長(zhǎng)分隔或過濾光的偏振，使得一些偏振傳輸通過LED3030的表面并且另一 些偏振被反射而沒有從LED3030傳輸。如上所述，被反射光的至少一部分可被 再循環(huán)及從LED3030重新發(fā)射。
盡管圖110B、 IIOC、 IIOD所示的圖形包括拉長(zhǎng)的橢圓，也可采用其它拉 長(zhǎng)的形狀諸如矩形。在一些實(shí)施例中，可采用光柵和其它的線性圖形。除了使 LED3030發(fā)出的光偏振外，圖形3032也有利于光提取和校準(zhǔn)(例如根據(jù)上述 一個(gè)或多個(gè)方法)。此外，圖形3032可包括多個(gè)圖形，各用于校準(zhǔn)、提取、 偏振或上述的結(jié)合。
盡管圖109和IIO所示的實(shí)施例通過過濾由LED的光生成區(qū)生成的光來生 成偏振光，也可通過抑制與另一偏振相關(guān)的特定偏振的光生成來偏振光。例如， 發(fā)光裝置可生成有至少約60% (至少約65%，至少約70%，至少約80%，至少 約90%)特定偏振的光。
在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置中至少一材料層感應(yīng)的張力，其能改變材料的 電子帶結(jié)構(gòu)，使得材料中發(fā)生不同的能量躍遷。張力可用來隔離生成優(yōu)選偏振 光的能量躍遷?？捎枚喾N方式將張力引入一或多層中。例如，張力可在增長(zhǎng)過
60程中基于兩材料的晶格失配或基于諸如溫度和沉積率之類的工藝參數(shù)被引入。 另一例中，諸如子基座方向、溫度循環(huán)、材料選擇之類結(jié)合參數(shù)或其它工藝參 數(shù)將張力引入一或多層。另一例中，通過彎曲裝置在一或多層中生成物理壓力， 在構(gòu)成LED后，將張力引入材料中。另一例中，通過蝕刻、磨光或化學(xué)機(jī)械磨 光引入張力。又在另一例中，之前引入的張力被調(diào)節(jié)(例如，較伸長(zhǎng)的或較不 伸長(zhǎng)的，較壓縮的或較不壓縮的，沿著半導(dǎo)體層中的各種結(jié)晶軸)。例如，相 信這些技術(shù)在對(duì)包含生長(zhǎng)期間所引入張力的晶片進(jìn)行后期處理時(shí)是有用的。
圖111示出了包括n摻雜層3052、量子阱包含區(qū)域3054、 p摻雜層3056 和接觸層3058。蝕刻在n摻雜層3052上的多個(gè)孔穴3060、量子阱包含區(qū)域3054、 p摻雜層3056構(gòu)成了具有蝕刻圖形的光晶格。不希望受理論的束縛，相信通過 量子阱包含區(qū)域3054蝕刻的孔穴3060生成圍繞特定偏振圖形的光子帶隙(例 如完全光子帶隙、部分光子帶隙)。允許圖形中的間隙使LED3050發(fā)射出特定 偏振，同時(shí)抑制另一偏振?？籽?060可沿軸線被拉長(zhǎng)(例如構(gòu)成橢圓形或矩 形)?？籽ǖ睦L(zhǎng)隔離了光生成的圖形(例如光生成的退化圖形)，使得一種 圖形至少部分變換在光生成的帶隙外，而另一種圖形至少部分保留在光生成的 帶隙內(nèi)。由于光生成區(qū)生成具有特定圖形的光并且抑制具有另一圖形的光，LED 3050發(fā)出偏振光?？捎昧硗獾木€性圖形來破壞光生成的退化圖形的對(duì)稱性。由 于所需的偏振被生成(非所需的偏振至少部分被抑制)，不必用如上所述的偏 振薄膜或偏振表面生成偏振光。然而，在一些實(shí)施例中，可采用如上所述的偏 振薄膜或偏振表面進(jìn)一步增強(qiáng)偏振度。
孔穴3062可生成圍繞特定偏振圖形的光子帶隙，孔穴3062也可引入非輻 射表面狀態(tài)，其允許載體潛在地重組，減少效率并生成熱量?？籽赦g化以減 小表面重組速度(例如，通過暴露于化學(xué)蒸汽化學(xué)鈍化)?？籽?062可充滿 空氣、電介質(zhì)或另一材料(例如，便于鈍化)。
如上所述的實(shí)施例中，盡管可采用n摻雜層3052蝕刻的孔穴3062，量子 阱包含區(qū)域3054， p摻雜層3056抑制不想要的偏振；也可采用其它方法抑制 偏振。在一些實(shí)施例中，如圖U2所示的背面圖形使得生成的光中，有一些偏 振相對(duì)于另一些偏振被抑制。
圖112示出了包括n慘雜層3052、量子阱包含區(qū)域3054和p摻雜層3056 的LED3070。 一組在p摻雜層3074內(nèi)蝕刻的孔穴3074產(chǎn)生了圍繞不想要的偏 振圖形的光子帶隙?？籽?074可部分延伸進(jìn)入或完全通過p摻雜層3056。在 一些實(shí)施例中，孔穴3074可延伸進(jìn)入量子阱包含區(qū)域3054或進(jìn)入n慘雜層 3052?？籽?074可充滿空氣或其它電介質(zhì)材料?？籽?074也可放置于校準(zhǔn)光 的圖形。LED3070也可有蝕刻在n摻雜層3052內(nèi)的圖形，采用如上所述的一 種或多種方法或配置從而進(jìn)一步增強(qiáng)校準(zhǔn)、光提取或極化偏振。其它實(shí)施例也
61可有顛倒的n摻雜層和p摻雜層。
圖113示出了包括n摻雜層3206、量子阱包含區(qū)域3204、 p摻雜層3202 和刻圖反射層3231的LED3200。刻圖反射層3231包括鈍化區(qū)域3230和反射 區(qū)域3214。例如，反射區(qū)域3214 (例如已刻圖區(qū))可被蝕刻并充滿絕緣材料。 不希望受理論的束縛，相信鈍化區(qū)域3230和反射區(qū)域3214的周期影響鏡的反 射系數(shù)。相信反射系數(shù)的變化使鏡為對(duì)偏振敏感的，并且使得層3206的頂表 面和刻圖接觸層3231之間形成大量駐波。可設(shè)計(jì)圖形使得對(duì)于一個(gè)偏振(例 如波3090)，在量子阱包含區(qū)域3204形成一個(gè)節(jié)點(diǎn)；并且對(duì)于另一偏振(例 如波3092)，在量子阱容置區(qū)域3204形成一個(gè)峰值。
LED3200 —般可按需構(gòu)造。LED3200的制造通常包括各種沉積、激光處理、 平版印刷和蝕刻步驟。
在一些實(shí)施例中，LED3200由圖114-102所示的方法構(gòu)造。圖114示出了 由多層堆疊構(gòu)成的LED晶片3201，所述多層堆疊包括子基座3208、層3206、 層3204和層3202。子基座3208 —般可為如上所述關(guān)于基座500，并且層3206、 3204和3202可分別相對(duì)于如上所述的層506、 510和512。
圖115示出了包括如上所述的層3206、 3204以及3202及基座3208的多 層堆疊3210。多層堆疊3210也包括金屬層3212。金屬層3212可由單層反射 材料組成(例如山Ag、 Al、 Cu、 W、 Pt、 Ti或它們的合金構(gòu)成的層)或?qū)?212 可包括多層。例如，層3212可包括山層3202支撐的歐姆接觸層(例如，由Ni、 氧化銦錫(ITO) 、 Ag、 Al、 Ti、 Cu、 Rh、 Pt或它們的合金構(gòu)成的層)以及由 歐姆接觸層(例如，由Ag組成的層)支撐的反射層。此外，亦可包括(例如 由反射層支撐的)擴(kuò)散阻擋層(例如由Pt或Ti-N構(gòu)成的層)來防止或限制分 層堆疊中任何金屬之間的擴(kuò)散或化學(xué)反應(yīng)。此外，可沉積各種黏著層(adhesion layer)(例如，由Ti構(gòu)成的層)以幫助多層堆疊3210的不同層之間的粘合。
如圖116所示，層3212是刻圖的(例如，采用納米壓印、深紫外線 (deep-UV)、電子束(e-beam)和全息光刻)以及蝕刻的(例如采用反應(yīng)離 子蝕刻、濕蝕刻)，以構(gòu)成反射區(qū)域3214從而使層3202的表面部分3216暴 露在外。
如圖117所示，層3226沉積于反射區(qū)域3214上。層3226對(duì)于發(fā)光層發(fā) 出的光是透明的(例如由Si3N4、 Si02、 Ti02、 ITO或Ru203構(gòu)成的層)。可采 用多種方法來沉積層3226。例如可采用CVD原子層沉積(ALD)、或?yàn)R鍍來 沉積層3226。
如圖118所示，層3226被蝕刻(例如采用干蝕刻或CMP)，暴露反射區(qū) 域3214的表面，同時(shí)保留反射區(qū)域3214之間的鋸齒中的透明材料，從而構(gòu)成 對(duì)于發(fā)光層發(fā)出的光為透明的區(qū)域3230。透明區(qū)域3230和反射區(qū)域3214共同
62構(gòu)成了刻圖反射層3231。
如圖119所示，在一些實(shí)施例中，金屬層3232 (例如由Ag/Pt/Ti/Ni/Au構(gòu) 成的層)沉積于刻圖反射層3231上。層3232可促進(jìn)多層堆疊3234與結(jié)合子 基座3240的粘合。在一些實(shí)施例中，3232是反射的(例如層3232可構(gòu)成層 3232和層3230之間邊界的反射表面)。如圖120所示，多層堆疊3234隨后與 包括金屬層3242 (例如由AuSn/Au/Ti構(gòu)成的層)的子基座3240相結(jié)合，以構(gòu) 成結(jié)合的多層堆疊3244 (圖121)。將多層堆疊3244與子基座3240相結(jié)合后， 子基底3208被去除(例如采用蝕刻、LLO、拋光或外延剝離)，以構(gòu)成如圖 122所示的多層堆疊3250。
在另一實(shí)施例中，如圖123所示，對(duì)于發(fā)光區(qū)域發(fā)出的光為透明的材料層 沉積于p摻雜半導(dǎo)體層3262上，并被蝕刻，從而構(gòu)成透明區(qū)域3264。反射層 3266沉積于蝕刻表面上，從而構(gòu)成調(diào)節(jié)反射表面3268?？沙练e另外的金屬層 (例如擴(kuò)散阻擋層和黏著層)?？烧杖缟纤鲞M(jìn)行結(jié)合以及子基底的去除。在 另一些實(shí)施例中，電流擴(kuò)展層(例如，由Ni、 ITO、 Au、或Ru02構(gòu)成的層) 先于透明層之前沉積在p摻雜層上。在一些實(shí)施例中，該電流擴(kuò)展層可作為蝕 刻終止層，同時(shí)蝕刻透明層。不希望受理論的束縛，相信采用電流擴(kuò)展層作為 蝕刻終止層可有助于保持p表面歐姆接觸的完整性。此外，可依據(jù)透明材料采 用的沉積方法控制臺(tái)面厚度。在一些實(shí)施例中，可在反射層之前結(jié)合粘合層。
圖124示出了包括n摻雜層3110、量子阱包含區(qū)域3112、 p摻雜層3114 和反射層3118的LED3100。反射層3118被刻圖，以形成如箭頭3120所示的 較薄區(qū)域和如箭頭3122所示的較厚區(qū)域。不希望受理論的束縛，相信層3118 的刻圖周期可影響該層的反射系數(shù)。認(rèn)為由于層3118中的圖形，量子阱包含 區(qū)域3112和反射層3118之間的距離有變化，如距離3102和3104所示。
可選取距離3102和3104以優(yōu)化或加強(qiáng)LED3100內(nèi)的層3118和量子阱包 含區(qū)域3112之間具有較大距離的區(qū)域內(nèi)駐波的形成；以及減小或減少LED3100 內(nèi)的層3118和量子阱包含區(qū)域3112之間具有較小距離的區(qū)域3102內(nèi)駐波的 形成(反之亦然)。
圖125示出了包括n摻雜層3302、量子阱包含區(qū)域3304、 p摻雜層3306 和刻圖反射層3314的LED3300。 LED3300也包括多個(gè)放置于刻圖反射層3314 的刻圖區(qū)域內(nèi)的絕緣層3316。不希望受理論的束縛，相信刻圖影響反射層3314 的反射系數(shù)，使得刻圖反射層為對(duì)偏振敏感的。
LED3300 —般可如上所述制造。LED3300的制造通常包括各種沉積、激光 處理、光刻以及蝕刻步驟。
在一些實(shí)施例中，LED3300由圖126-113所示的方法構(gòu)造。圖125示出了 包括多層堆疊的LED晶片3301，所述多層堆疊包括基底3308、層3306、層3304
63和層3302?；?308 —般可為如上述所指的基底500，以及層3306、 3304和 3302可分別相對(duì)于如上所述的層506、 510和512。
圖127示出了包括如上所述的層3306、 3304和3302以及基底3308的多 層堆疊3310。多層堆疊3310也包括金屬層3312。金屬層3312 —般可為如上 述所指的金屬層3312。如圖128所示，層3312是刻圖的(例如采用納米壓印、 深紫外線、電子束以及全息光刻)和蝕刻的(例如采用反應(yīng)離子蝕刻、濕蝕刻) 以形成刻圖層3314。蝕刻延伸至層3302，使得層3302內(nèi)形成圖形。
如圖129所示，鈍化層3326 (例如由Si3N4、 Si02、 Ti02、 ITO構(gòu)成的層) 沉積于刻圖層3314上。層3326可為共形層，使得層3326沉積于蝕刻區(qū)域3325 的側(cè)壁和底部上。如圖130所示，層3326被蝕刻，使得當(dāng)層3314的上表面暴 露時(shí)，蝕刻區(qū)域3325的底部和側(cè)壁上形成刻圖鈍化層3328。如圖131所示， 金屬層3332沉積于刻圖鈍化層3328和刻圖反射層3314的上表面上。金屬層 3332可至少使多層堆疊3334的表面部分平整。如圖132所示，多層堆疊3334 與包括金屬層3342 (例如由AuSn/Au/Ti構(gòu)成的層)的子基座3340結(jié)合，以形 成結(jié)合的多層堆疊3344 (圖133)。將多層堆疊3334與子基座3340結(jié)合后， 去除基底3308以形成如圖125所示的多層堆疊3300。
在如圖125-133所示的實(shí)施例中，蝕刻區(qū)域延伸至層3302 (圖128)，然 而，在一些實(shí)施例巾，蝕刻區(qū)域可進(jìn)一步延伸至層3304或通過層3304并進(jìn)入 層3302。
圖134和135示出了另一些實(shí)施例，其背面圖形相對(duì)于另一偏振，抑制了 一偏振的光傳播。更具體地，圖134所不實(shí)施例，其中鏡(例如金屬鏡)以-組氣孔刻圖。不希望受理論的束縛，相信由于材料屬性差異導(dǎo)致相對(duì)于另一偏 振，較強(qiáng)地抑制一偏振，氣孔的圖形可生成較強(qiáng)的微擾(perturbation)。圖135 所示實(shí)施例，其背面圖形延伸通過鏡或接觸層?？籽ㄒ话憧梢愿鞣N深度延伸。 例如，孔穴可以不延伸通過接觸層，孔穴可延伸至接觸層和鏡層，或者孔穴可 延伸至結(jié)合層?？籽蔀榭諝饣蚱渌牧?，例如來自其它層的材料。在一些實(shí) 施例中，含Ni材料被用來形成接觸層，并且含Ag材料被用來回填Ni層的孔 穴。由于制造工藝，其對(duì)制造帶有延伸至結(jié)合層圖形的裝置是較佳的。
不希望受理論的束縛，相信破壞空間一致性，例如采用諸如金屬鏡之類的 反射層，可改變狀態(tài)的密度。在使用時(shí)，LED中的電子和孔穴一般在激發(fā)態(tài)被 捕獲。電子和孔穴可自激發(fā)態(tài)通過輻射進(jìn)程(例如通過光發(fā)射)或非輻射進(jìn)程 (例如熱消散)弛豫(relax)。不希望受理論的束縛，相信改變狀態(tài)的相對(duì)密 度可改變兩馳豫(relaxation)進(jìn)程的相關(guān)強(qiáng)度。如果現(xiàn)有多個(gè)輻射進(jìn)程(例如 不同偏振的光的輻射)，各偏振發(fā)射與相應(yīng)的狀態(tài)密度成比例。在一些實(shí)施例 中，改變狀態(tài)的密度從而使具有第一偏振的光發(fā)射增加或最大化，以及使具有
64另一偏振(例如，正交偏振)的光發(fā)射減少或最小化是較佳的。
如上所述，不希望受理論的束縛，相信改變狀態(tài)密度的方法，是如下計(jì)算 中所述的空間一致性的。對(duì)于以下的計(jì)算，水平平面發(fā)射源位于距水平鏡距離 d處。在鏡面采用將平行電場(chǎng)設(shè)置為0的邊界條件。此外，假定在反射時(shí)，光 偏移7t相位。基于這些邊界條件，在距鏡四分之一波長(zhǎng)距離處的源與反射波發(fā) 生相長(zhǎng)干涉，而二分之一波長(zhǎng)距離處的源與反射波發(fā)生相消干涉。假定必須保 存狀態(tài)總數(shù)，發(fā)生相長(zhǎng)干涉的波的狀態(tài)密度將大約增加一倍，并且發(fā)生相消干 涉的波的狀態(tài)密度將大約為零。基于相長(zhǎng)干涉和相消干涉，給定距反射表面的 某一距離，存在一可抑制發(fā)射的波長(zhǎng)，或等同地，對(duì)于給定的波長(zhǎng)，存在一可 抑制發(fā)射的距離。
采用發(fā)出寬頻帶白光的平面源，計(jì)算圖137所示的數(shù)據(jù)。采用時(shí)域有限差 分(FDTD)的計(jì)算，假定由源發(fā)出的能量直接與局部狀態(tài)密度成比例。如圖 136A所示，位于自由空間的源3400可用于計(jì)算從源的兩個(gè)方向發(fā)出的光譜能 量E。(X)3402a和3402b。如圖136B所示，位于距離3406，遠(yuǎn)離反射表面3408 (例如Ag鏡)的源3404，可用于計(jì)算從遠(yuǎn)離鏡(例如假定鏡為光學(xué)厚的)的 方向的源發(fā)出的光譜能量E(X)3410。圖137所示的數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)于源位于距反射 表面不同距離處時(shí)，為了區(qū)分不同波長(zhǎng)的光，將光譜能量3410除以自由空間 3402a內(nèi)源的光譜能量的計(jì)算比率。當(dāng)源位于距反射表面100nm處時(shí)，線3414 表示E(X)/ E。(X)。當(dāng)源位于距反射表面200nm處時(shí)，線3416表示E(X)/ E。(X)。 當(dāng)源位于距反射表面1000nm處時(shí)，線3418表示E(W/Eq(X)。
圖137所示的數(shù)據(jù)中，兩個(gè)等同偏振沒有差別。不希望受理論的束縛，相 信可通過破壞反射表面的對(duì)稱性生成偏振源。例如，可引入如圖138A和138B 所示的反射表面3422中的凸起部3420和槽3424的圖形，來破壞對(duì)稱性。反 射表面3422包括圖形，圖形具有凸起部3420之間的寬度，和槽3424的表面 和凸起部3420之間的高度3428。由于刻圖反射表面3422，兩偏振現(xiàn)有不同的 有效鏡，因而在與反射表面3422互相作用后將得到不同的相位。
采用位于離反射表面3422某一距離的源，計(jì)算圖140和141所示的數(shù)據(jù)。 圖140和141所示的計(jì)算假定金屬側(cè)壁3430 (圖139A)的邊界條件為連續(xù)的 平行電場(chǎng)和正交位移場(chǎng)。這些邊界條件為平行偏振3432引入了截止頻率，該 頻率下不容許有傳播態(tài)。此外，這些邊界條件不會(huì)對(duì)垂直偏振3434進(jìn)行限制， 因而對(duì)于多個(gè)頻率存在一個(gè)傳播解(如圖139B所示)。不希望受理論的束縛， 認(rèn)為在截止點(diǎn)3438以上，兩偏振都可穿透槽3424，但兩偏振將會(huì)有不同的傳 播常數(shù)，并得到不同的相位。在截止點(diǎn)3438以下，兩偏振中僅有一偏振可穿 透槽3424。所以垂線3434將在鏡底部反射(例如槽3424)，而平行線3432 將在鏡頂部反射(例如凸起部3420)。在一些實(shí)施例中，相信鏡不一定要在頂側(cè)，因?yàn)槠叫衅?432不能穿透槽3424并且將被反射。對(duì)一些實(shí)施例來說， 采用更適合的而不是反射性的歐姆接觸也許更好。
對(duì)兩偏振保持源和鏡底部(例如槽3424)之間的間距或距離為200nm，計(jì) 算得到圖140和141所示的數(shù)據(jù)。圖140示出了反射表面的E()0/ E。(X)圖，反 射表面的圖形間距為220nm，寬度3426為110nm，高度3428為100nm。圖141 示出了反射表面的E(X)/E。(X)圖，反射表面的圖形間距為220nm，寬度3426為 110nm，高度3428為50nm。兩者中，計(jì)算顯示在一波長(zhǎng)處， 一偏振完全被抑 制，而另一偏振具有最大強(qiáng)度(例如，如箭頭3440和3442所示)。此外，對(duì) 于特定波長(zhǎng)，有多個(gè)幾何形狀和波長(zhǎng)，其可加強(qiáng)一偏振內(nèi)的光發(fā)射，而抑制另 一偏振內(nèi)的光發(fā)射。
盡管圖140和141所示的計(jì)算是基于平面波源，也可采用其它源。例如， 偶極子源可在所有方向引導(dǎo)發(fā)射。對(duì)于不同的事件方向，干涉條件會(huì)變化。然 而，不希望受理論的束縛，相信刻圖層可被用來至少部分抑制與另一偏振相比 的一個(gè)偏振中的光發(fā)射。
不希望受理論的束縛，相信對(duì)所發(fā)光通過的頂表面進(jìn)行刻圖可加強(qiáng)所需某 一偏振的提取，并加強(qiáng)對(duì)不同偏振的反射。例如，平行于頂表面圖形的偏振光 (在圖形平面的任何方向內(nèi))將主要在與圖形垂直的方向傳播，因而將被提?。?而垂直于圖形的偏振光(在圖形平面的任何方向內(nèi))將主要在與頂表面圖形平 行的方向傳播，因而主要將被引導(dǎo)。
在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置可包括偏振反射層圖形、偏振表面圖形和/或偏 振窗的組合。可選地或附加地，窗或LED表面也可包括雙折射材料層，其作為 四分之一波板，將使直線偏振光變?yōu)榄h(huán)形偏振光。
在一些實(shí)施例中，LED可包括多個(gè)刻圖層。可選取多個(gè)刻圖層中的圖形， 以加強(qiáng)或得到所需要的效果(例如，提取、校準(zhǔn)、偏振)。例如，LED可包括 第一刻圖層和第二刻圖層，第一刻圖層具有可增加從LED表面出射光的準(zhǔn)直的 圖形，而第二刻圖層加強(qiáng)或抑制特定偏振光的發(fā)射。
在一些實(shí)施例中，發(fā)光裝置可包括涂布于表面IIO上的磷材料層、蓋板層 140及支撐件142。
在某些實(shí)施例中，發(fā)光裝置可包括其中置有磷材料的蓋板層140。在這種 實(shí)施例中，可對(duì)或不對(duì)表面IIO刻圖。
在一些實(shí)施例中，采用反射層中的圖形在兩偏振之間的傳播常數(shù)中引入各 向異性，也可采用其它方法引入各向異性(例如采用各向異性材料)。這些材 料可另外與反射層相結(jié)合。
在代替實(shí)施例中，光生成區(qū)130所發(fā)光為UV (或紫、或藍(lán))且磷層180 包括紅磷材料(例如L202S:Eu3+)、綠磷材料(例如ZnS:Cu，Al,Mn)及藍(lán)磷材料(例如(Sr,Ca,Ba,Mg)o(P04)6Cl:Eu2+)的混合物。 權(quán)利要求書中有其他實(shí)施例。
權(quán)利要求
1. 一種系統(tǒng)，包括具有邊緣的面板，所述邊緣具有厚度；以及發(fā)光裝置，其設(shè)置成使得從所述發(fā)光裝置發(fā)出的光投射到所述面板的邊緣上，所述發(fā)光裝置具有表面；其中所述發(fā)光裝置的所述表面的寬度與所述面板的所述邊緣的所述厚度之比為約0.5至約1.1。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述面板包括液晶顯示器(LCD)。
3. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置的所述表面的長(zhǎng)度至少為 約1毫米。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置的所述表面的長(zhǎng)度至少為 約2毫米。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置的所述表面的長(zhǎng)度至少為 約3毫米。
6. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置的所述表面的長(zhǎng)度至少為 約5毫米。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置的所述表面的長(zhǎng)度至少為 約10毫米。
8. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置所述表面的所述寬度與所 述面板的所述邊緣的所述厚度之比為約0.75至約1.05。
9. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置所述表面的所述寬度與所 述面板的所述邊緣的所述厚度之比為約0.9至約1。
10. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括至少-個(gè)設(shè)置于所述發(fā)光裝置和所述面板之間的光學(xué)組件。
11. 如權(quán)利要求IO所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)光學(xué)組件包括均光器。
12. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置為非朗伯發(fā)光裝置。
13. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置為光子晶格發(fā)光裝置。
14. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中發(fā)光裝置包括多層堆疊材料，所述多 層堆疊材料包括光生成區(qū)，以及由所述光生成區(qū)支撐的第一層，所述第一層的 表面配置成使得由所述光生成區(qū)生成的所述光能夠經(jīng)由所述第一層的所述表 面從所述發(fā)光裝置出射。
15. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一層的所述表面具有介電函 數(shù)，所述介電函數(shù)根據(jù)圖形而空間變化，并且所述圖形具有理想晶格常數(shù)和大 于零的失諧參數(shù)值。
16. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一層的所述表面具有介電函數(shù)，所述介電函數(shù)根據(jù)非周期圖形而空間變化。
17. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一層的所述表面具有介電函 數(shù)，所述介電函數(shù)根據(jù)復(fù)雜周期圖形而空間變化。
18. 如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中所述第一層的所述表面具有介電函 數(shù)，所述介電函數(shù)根據(jù)周期圖形而空間變化。
19. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管。
20. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中發(fā)光裝置包括單個(gè)發(fā)光裝置。
21. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中發(fā)光裝置包括多個(gè)發(fā)光裝置。
22. 如權(quán)利要求21所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)發(fā)光裝置被設(shè)置為沿著所述 面板的所述邊緣成鋸齒狀排列。
23. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)發(fā)光裝置被設(shè)置于多個(gè)列中。
24. 如權(quán)利要求23所述的系統(tǒng)，其中所述多個(gè)列包括至少第一列和第二 列。 '
25. 如權(quán)利要求24所述的系統(tǒng)，其中所述第一列包括配置成發(fā)出第一顏色的光的多個(gè)發(fā)光裝置；以及 所述第二列包括配置成發(fā)出第二顏色的光的多個(gè)發(fā)光裝置，所述第一顏色 的光和第二顏色的光是不同顏色的。
26. 如權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中第三列包括配置成發(fā)出第三顏色的光 的多個(gè)發(fā)光裝置，所述第一，第二及第三顏色的光是不同顏色的。
27. 如權(quán)利要求26所述的系統(tǒng)，其中所述第一，第二及第三顏色可從由紅、 綠、藍(lán)組成的組合中選取。
28. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述邊緣包括第-」邊緣，且所述面板 進(jìn)一步包括第二邊緣，邊緣具有厚度；以及所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括發(fā)光裝置，其設(shè)置成使得從所述發(fā)光裝置發(fā)出的光投 射到所述面板的所述第二邊。
29. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括冷卻系統(tǒng)，其配置成使得使用 時(shí)所述冷卻系統(tǒng)能夠調(diào)節(jié)所述發(fā)光二極管的溫度。
30. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置可被安裝于散熱器上。
31. —種系統(tǒng)包括 具有邊緣的面板；以及發(fā)光裝置陣列，其配置成使得從所述發(fā)光裝置陣列射出的光投射到所述面 板上，所述發(fā)光裝置陣列包括第一列發(fā)光裝置，所述第一列具有第一邊緣和近似垂直于所述第一邊的第 二邊緣；以及第二列發(fā)光裝置，所述第二列發(fā)光裝置具有第一邊緣、第二邊緣和第三邊 緣，所述第二列的所述第一和第二邊緣近似平行于所述第一列的第一邊緣，所 述第二列的所述第二邊緣近似平行于所述第一列的所述第二邊緣；并且所述第二列的所述第二邊緣，在與所述第一列的所述第二邊緣近似垂直的方向，偏離 所述第一列的所述第二邊緣至少約0.05毫米。
32. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括第三列發(fā)光裝置，所述第三列 發(fā)光裝置包括第一邊緣和第二邊緣，所述第三列的所述第一邊緣近似平行于所 述第二列的所述第三邊緣，所述第三列的所述第二邊緣近似平行于所述第二列 的所述第二邊緣；并且所述第三列的所述第二邊緣，在與所述第一列的所述第 二邊緣近似垂直的方向，偏離所述第二列的所述第二邊緣至少約0.05毫米。
33. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述面板包括液晶顯示器(LCD)。
34. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述第一列包括多個(gè)配置為發(fā)出第一顏色的光的發(fā)光裝置； 所述第二列包括多個(gè)配置為發(fā)出第二顏色的光的發(fā)光裝置； 所述第一和第二顏色的光是不同顏色的。
35. 如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中所述第三列包括多個(gè)配置為發(fā)出第三 顏色的光的發(fā)光裝置，并且所述第一、第二和第三顏色的光是不同顏色的。
36. 如權(quán)利要求35所述的系統(tǒng)，其中所述第一、第二和第三顏色可從由紅、 綠、藍(lán)組成的所述組合選取。
37. 如權(quán)利要求32所述的系統(tǒng)，其中 所述第一列具有第一寬度； 所述第二列具有第二寬度； 所述第三列具有第三寬度；并且所述第一、第二及第三寬度之和與所述面板的所述邊緣的厚度之比為約0.5 至約1.1。
38. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置陣列中的至少一個(gè)所述 發(fā)光裝置包括由光生成區(qū)支撐的第一層，所述第一層的表面配置成使得由所述 光生成區(qū)生成的光能夠經(jīng)由所述第一層的表面從所述發(fā)光裝置出射。
39. 如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述第一層的所述表面具有介電函 數(shù)，所述介電函數(shù)根據(jù)圖形而空間變化，并且所述圖形具有理想晶格常數(shù)和大 于零的失諧參數(shù)值。
40. 如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述第一層的所述表面具有根據(jù)非周 期圖形而空間變化的介電函數(shù)。
41. 如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述第一層的所述表面具有根據(jù)復(fù)雜 周期圖形而空間變化的介電函數(shù)。
42.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述第一層的所述表面具有根據(jù)周期圖形而空間變化的介電函數(shù)。
43. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)， 三列至少約0.1毫米。
44. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)， 三列至少約0.2毫米。
45. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)， 三列至少約0.3毫米。
46. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)， 三列至少約0.5毫米。
47. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)， 三列至少約1毫米。
48. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)， 和所述面板之間的光學(xué)組件。
49. 如權(quán)利要求48所述的系統(tǒng),
50. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，
51. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，
52. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng),
53. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述第二列偏離所述第一列和所述第其中所述第二列偏離所述第一列和所述第其中所述第二列偏離所述第一列和所述第其中所述第二列偏離所述第一列和所述第其中所述第二列偏離所述第一列和所述第進(jìn)一步包括至少設(shè)置于所述發(fā)光裝置其中所述至少一個(gè)光學(xué)組件為均光器。 其中所述發(fā)光裝置為非朗伯發(fā)光裝置。 其中所述發(fā)光裝置為光子晶格發(fā)光裝置。 其中所述發(fā)光裝置包括發(fā)光二極管。 其中所述發(fā)光二極管陣列包括從紅色發(fā)光發(fā)光-水二極管、藍(lán)色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管組成的組合中選取的至少 二極管。
54. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光二極管陣列包括紅色發(fā)光二 極管、藍(lán)色發(fā)光二極管和綠色發(fā)光二極管。
55. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，其中所述發(fā)光裝置陣列可設(shè)置為沿所述面 板的所述邊緣成鋸齒狀排列。
56. 如權(quán)利要求31所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括冷卻系統(tǒng)，其配置成使得使用 時(shí)所述冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述發(fā)光二極管陣列的溫度。
全文摘要
本發(fā)明揭露了發(fā)光裝置，以及相關(guān)組件、工藝、系統(tǒng)及方法。
文檔編號(hào)G02F1/1335GK101490604SQ200680015559
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者喬·A·維尼夏, 亞歷克斯易·A·爾恰克, 羅伯特·F·小卡利塞克, 邁克爾·利姆, 邁克爾·格雷戈里·布朗 申請(qǐng)人:發(fā)光裝置公司