專利名稱：邊發(fā)射發(fā)光二極管陣列及其制備和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及邊發(fā)射發(fā)光二極管("LED")陣列(edge-emitting light-emitting diode array),制備該邊發(fā)射LED陣列的方法，以及由該方法制得的加工產(chǎn)
P
P口 o
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管("LEDs")提供了產(chǎn)生光的高效途徑。由于其壽命長、能效 高且體積小，商業(yè)器件長期使用LEDs。但是，大多數(shù)內(nèi)部照明應(yīng)用仍然使 用白熾燈或熒光照明裝置，因?yàn)樗鼈兊牧炼雀叨壹夹g(shù)成本更低。需要 的是通過一種簡單的、有成本效益的方法而制備的高亮度白光LED。
LED的外量子效率T!ext可以概括為式(1):
U =玲—oc (1)
其中，Y表示在器件的活性區(qū)域內(nèi)電荷復(fù)合的內(nèi)量子效率(即，形成電
子-空穴對)，TV表示由電子-空穴對形成單線態(tài)激子的量子效率，O表示由該 單線態(tài)激子發(fā)射的量子產(chǎn)率，以及TV表示光發(fā)射輸出耦合效率(light
emission output coupling efficiency)(例如，光離開器件時的效率)。當(dāng)式(1 ) 的前三項的效率值接近100%時，光輸出耦合的效率(TV)則是LEDs商業(yè) 化發(fā)展的主要障礙。
常規(guī)的LED器件發(fā)射出來的光只是其內(nèi)部產(chǎn)生的光的約2%至約20%。 這種低輸出效率有幾個原因，最公認(rèn)的是由于內(nèi)部波導(dǎo)而在器件內(nèi)產(chǎn)生的光 的全內(nèi)反射。已經(jīng)提供了許多LED器件結(jié)構(gòu)來提高輸出耦合效率(例如， 參見美國專利4324944和6980710，以及美國專利申請公開2005/0190559 和2006/0104060，這些專利文獻(xiàn)描述了具有各種反射元件的LEDs)。此外，
7層狀的高折光指數(shù)和低折光指數(shù)材料的波導(dǎo)效應(yīng)也被用來提高輸出耦合效
率(例如，參見美國專利4376946和5907160，以及美國專利申請公開 2003/0015770)。
邊發(fā)射LEDs是使用波導(dǎo)效應(yīng)來提高輸出耦合效率的方法的另一個例 子。美國專利4590501和6160273描述了邊發(fā)射LED結(jié)構(gòu)，其中，電極堆 和活性區(qū)域作為波導(dǎo)有效地將光引導(dǎo)至發(fā)射光的電極堆的側(cè)面。但是，這 種邊發(fā)射LEDs的制造方法自身在器件操作、大量生產(chǎn)以及封裝方面存在難 題。例如，由于光沿與基底平行的方向出現(xiàn)，LEDs必須切割成方塊并且使 用特殊的方法封裝。
需要的是通過簡單的制備方法就可以制備的邊發(fā)射LED。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種邊發(fā)射LED，該邊發(fā)射LED以與基底不平行的角度 發(fā)射光。因此，本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs可以使用常規(guī)的方法封裝，并且光輸 出耦合比常規(guī)的LEDs的光輸出耦合更有效。而且，本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs 的結(jié)構(gòu)特征可以制造高密度像素的顯示裝置，也可以制作在發(fā)光器件內(nèi)空 間上精密地分布有發(fā)射紅色、綠色和藍(lán)色的LEDs的發(fā)光器件，因此提供了 高效的明亮的白光光源。
本發(fā)明涉及一種邊發(fā)射LED，該邊發(fā)射LED包括基底(substrate), 該基底與一個平面平行定位；以及活性區(qū)域，該活性區(qū)域包括相互之間具有 界面邊界的p型部分(p-type portion)和n型部分(n-type portion),所述界 面邊界與所述基底的平面不平行。根據(jù)這種布局，當(dāng)空穴與電子在所述活性 區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射光，并且不相干光以與所述基底不平行的 方向而從該LED中發(fā)射出來。在一些實(shí)施方式中，從該邊發(fā)射LEDs中發(fā) 射出來的光與所述界面邊界基本平行。本發(fā)明涉及一種邊發(fā)射LED，該邊發(fā)射LED包括
(a) 基底，該基底上面具有至少一個突起(protrusion);
(b) 第一導(dǎo)電層，該第一導(dǎo)電層與所述突起的至少一個表面共形地 (conformally)接角蟲；
(c) 活性區(qū)域，該活性區(qū)域與所述第一導(dǎo)電層共形地接觸，其中，該 活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及
(d) 第二導(dǎo)電層，該第二導(dǎo)電層與所述活性區(qū)域共形地接觸，
其中，當(dāng)空穴與電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射不相 干光，并且其中，所述不相干光以與所述基底的平面不平行的方向而從該 LED中發(fā)射出來。
本發(fā)明還涉及一種邊發(fā)射LED陣列，該邊發(fā)射LED陣列包括
(a) 基底，該基底上面包含至少一個突起；以及
(b) 多個邊發(fā)射LED元件，該邊發(fā)射LED元件包括
(i) 第一導(dǎo)電層，該第一導(dǎo)電層與所述突起的至少一個表面接觸；
(ii) 活性區(qū)域，該活性區(qū)域與所述第一導(dǎo)電層接觸，其中，該活 性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及
(iii) 第二導(dǎo)電層，該第二導(dǎo)電層與所述活性區(qū)域接觸，
其中，當(dāng)空穴與電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射不相 干光，其中，所述不相干光以與所述基底的平面不平行的方向而從該發(fā)光二 極管中發(fā)射出來，其中，所述至少一個突起的至少一個表面上不存在所述邊 發(fā)射LEDs的至少一部分，從而形成不連續(xù)的邊發(fā)射LED元件的陣列。
本發(fā)明還涉及一種用于制備邊發(fā)射LED的方法，該方法包括-
(a) 提供上面具有至少一個突起的基底；
(b) 形成共形地覆蓋所述突起的至少一個表面的第一導(dǎo)電層；
(c) 在所述第一導(dǎo)電層上形成活性區(qū)域，該活性區(qū)域包括相互之間具
9有界面邊界的p型部分和n型部分，其中，所述活性區(qū)域共形地覆蓋所述第 一導(dǎo)電層；
(d)形成共形地覆蓋所述活性區(qū)域的至少一部分的第二導(dǎo)電層，以及 其中，當(dāng)空穴與電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射不相
干光，并且其中，所述不相干光由所述活性區(qū)域以與所述基底不平行的方向
而從該發(fā)光二極管中發(fā)射出來。
在一些實(shí)施方式中，由該邊發(fā)射LED發(fā)射出來的不相干光與所述界面
邊界基本平行。
在一些實(shí)施方式中，所述基底含有電絕緣材料。
突起可以包括立體形狀，所述立體形狀例如，但不限于直線多邊形、 圓柱形、三角錐、四角錐、圓錐體、以及它們的組合。突起也可以包括具有
一定輪廓的脊型(ridged feature),所述輪廓例如，但不限于正弦曲線輪廓、 拋物線輪廓、直線輪廓、鋸齒狀輪廓、以及它們的組合。在一些實(shí)施方式中， 上面具有至少一個突起的基底包括光柵。
在一些實(shí)施方式中，所述至少一個突起的至少一個橫向尺寸(lateral dimension)為約500納米至約1厘米。
在一些實(shí)施方式中，所述界面邊界與所述基底的平面以相互之間的相對 角度為約10。至90。來定位。在一些實(shí)施方式中，相對于所述基底的平面，不 相干光以約10。至90。的角度而從該LED中發(fā)射出來。
在一些實(shí)施方式中，所述邊發(fā)射LED還包括第一電極和第二電極， 其中，該第一電極與所述活性區(qū)域的p型部分接觸，并且該第二電極與所述 活性區(qū)域的n型部分接觸。
在一些實(shí)施方式中，所述活性區(qū)域還包括發(fā)射層(emissive layer),其中， 該發(fā)射層位于所述p型部分與所述n型部分之間的界面邊界處。
在一些實(shí)施方式中，所述邊發(fā)射LED陣列還包括波導(dǎo)層。
10本發(fā)明還涉及包括本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs的顯示裝置和照明裝置。 在一些實(shí)施方式中， 一個或多個導(dǎo)電層含有可以反射由所述活性區(qū)域 發(fā)射出的某一波長的光的材料。在一些實(shí)施方式中， 一個或多個導(dǎo)電層含 有可以透過由所述活性區(qū)域發(fā)射出的某一波長的光的導(dǎo)體。
在一些實(shí)施方式中，所述邊發(fā)射LED還包括第二活性區(qū)域和第三導(dǎo)電 層；該第二活性區(qū)域與所述第二導(dǎo)電層接觸，其中，該第二活性區(qū)域包括相 互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；該第三導(dǎo)電層與所述第二活性 區(qū)域接觸，其中，當(dāng)空穴與電子在所述第二活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述第二活 性區(qū)域發(fā)射不相干光，并且其中，所述不相干光由所述第二活性區(qū)域以與所 述基底的平面不平行的方向而從該LED中發(fā)射出來。
在一些實(shí)施方式中，由所述第一和第二活性區(qū)域發(fā)射的不相干光的波長 基本相同。在一些實(shí)施方式中，由所述第一和第二活性區(qū)域發(fā)射的不相干光 的波長基本不同。
在一些實(shí)施方式中，所述邊發(fā)射LED還包括第三活性區(qū)域和第四導(dǎo)電 層；該第三活性區(qū)域與所述第三導(dǎo)電層接觸，其中，該第三活性區(qū)域包括相 互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；該第四導(dǎo)電層與所述第三活性 區(qū)域接觸，其中，當(dāng)空穴與電子在所述第三活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述第三活 性區(qū)域發(fā)射不相干光，并且其中，所述不相干光以與所述基底的平面不平行 的方向而從所述第三活性區(qū)域中發(fā)射出來。
在一些實(shí)施方式中，由所述第一、第二和第三活性區(qū)域發(fā)射的不相干光 的波長基本相同。在一些實(shí)施方式中，由所述第一、第二和第三活性區(qū)域發(fā) 射的不相干光的波長基本不同。在一些實(shí)施方式中，由所述第一、第二和第 三活性區(qū)域發(fā)射的不相干光的波長包括可見光譜中的紅色、綠色和藍(lán)色的波 長。
在本發(fā)明的方法的一些實(shí)施方式中，形成所述第一導(dǎo)電層包括在所述突
ii起的至少一個側(cè)面上選擇性地沉積導(dǎo)電材料。
在本發(fā)明的方法的一些實(shí)施方式中，形成所述第二導(dǎo)電層包括在所述 活性區(qū)域上選擇性地沉積導(dǎo)電材料；以及除去所述突起的頂面上的任何導(dǎo)電 材料、以及沉積在該頂面之上的任何層。
在本發(fā)明的方法的一些實(shí)施方式中，通過選自如下的方法而除去所述突 起的頂面上的任何導(dǎo)電材料以及沉積在該頂面之上的任何層將所述導(dǎo)電材 料與粘性基底共形地接觸，將所述導(dǎo)電材料干刻蝕，將所述導(dǎo)電材料濕刻蝕， 以及它們的組合。
在本發(fā)明的方法的一些實(shí)施方式中，該方法還包括形成發(fā)射層，該發(fā)射 層位于所述活性區(qū)域的所述p型部分和所述n型部分之間的界面邊界處。
在本發(fā)明的方法的一些實(shí)施方式中，通過選自如下的方法沉積所述活性
區(qū)域真空沉積、化學(xué)氣相沉積、熱沉積、旋涂(spin-coating)、溶液澆鑄、
濺射、原子層沉積，以及它們的組合。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法還包括在所述第二導(dǎo)電層上形成第二 活性區(qū)域，其中，該第二活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和
n型部分；以及形成覆蓋所述第二活性區(qū)域的至少一部分的第三導(dǎo)電層；其
中，當(dāng)空穴與電子在所述第二活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述第二活性區(qū)域發(fā)射不 相干光，并且其中，所述不相干光由所述第二活性區(qū)域以與所述基底的平面
不平行的方向而從該LED中發(fā)射出來。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法還包括在所述第三導(dǎo)電層上形成第三 活性區(qū)域，其中，該第三活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和
n型部分；以及形成覆蓋所述第三活性區(qū)域的至少一部分的第四導(dǎo)電層；其
中，當(dāng)空穴與電子在所述第三活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述第三活性區(qū)域發(fā)射不 相干光，并且其中，所述不相干光由所述第三活性區(qū)域以與所述基底的平面
不平行的方向而從該LED中發(fā)射出來。
12本發(fā)明還涉及一種由本發(fā)明的方法制備的產(chǎn)品。在一些實(shí)施方式中，所 述產(chǎn)品選自半導(dǎo)體器件、顯示裝置、照明裝置、以及它們的組合。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的其它實(shí)施方式、特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的各種 實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)和操作進(jìn)行詳細(xì)描述。
此處并入的附圖是本說明書的一部分，說明了本發(fā)明的一種或多種實(shí)施 方式，并與描述一起進(jìn)一步解釋本發(fā)明的原理，使相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠 實(shí)現(xiàn)并應(yīng)用本發(fā)明。
圖1A、圖1B、圖1C和圖1D為適用于本發(fā)明的上面具有突起的基底
的橫截面示意圖2為適用于本發(fā)明的上面具有突起的彎曲的基底的橫截面示意圖3A和圖3B為適用于本發(fā)明的上面具有突起的基底的橫截面示意圖； 圖4A、圖4B和圖4C為本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs的橫截面示意圖； 圖5A和圖5B為本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs的另一種實(shí)施方式的橫截面示 意圖6至圖8為適用于制備根據(jù)本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs的方法的示意圖。 將結(jié)合附圖對本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方式進(jìn)行描述。在附圖中，相
同的附圖標(biāo)記表示同一個元件或功能相近的元件。此外，附圖標(biāo)記的最左
邊的數(shù)字可以確定第一次出現(xiàn)該附圖標(biāo)記的附圖。
具體實(shí)施例方式
本說明書公開了一種或多種結(jié)合了本發(fā)明的特征的實(shí)施方式。這些公開 的實(shí)施方式僅用來舉例說明本發(fā)明。本發(fā)明的范圍并不限于這些公開的實(shí)施 方式。本發(fā)明由隨附的權(quán)利要求書限定。在說明書中描述的并稱為"一種實(shí)施方式"、"一個實(shí)施方式"、"一個示 例性的實(shí)施方式"等的實(shí)施方式指的是所描述的實(shí)施方式可以包括特定的牛寺 征、結(jié)構(gòu)或特性，但是每種實(shí)施方式不是必然包括該特定的特征、結(jié)構(gòu)或特 性。而且，這樣的短語不必然表示相同的實(shí)施方式。此外，當(dāng)結(jié)合一種實(shí)施 方式對特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性進(jìn)行描述時，應(yīng)該理解的是，不管有沒有明 確的描述，在其它的實(shí)施方式中實(shí)現(xiàn)這樣的特征、結(jié)構(gòu)或特性是在本領(lǐng)域技 術(shù)人員的能力之內(nèi)的。
用于所述邊發(fā)射LEDs的基底
本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs是在基底上形成的。對所述基底的形狀或尺寸沒
有特別的限定，適用的基底包括平面的、彎曲的、圓形的、波浪形的、以
及形貌上圖案化了的(topographicallypatterned)基底。雖然不限于平面基底， 但是本發(fā)明的基底可以以一個平面為參照來定位。對于柔性基底、或具有彎 曲形貌的基底而言，可以以一個平面為參照來確定所述基底曲線的切線的方 向而將所述基底定位。
對本發(fā)明所使用的基底的組成沒有特別的限定。適用于本發(fā)明的基底包
括，但不限于金屬、合金、復(fù)合材料、晶體材料、非晶材料、導(dǎo)體、半導(dǎo)
體、絕緣體(即，電絕緣材料)、光學(xué)材料、玻璃、陶瓷、沸石、塑料、膜、 薄膜、層壓體、箔、塑料、聚合物、礦物質(zhì)、以及它們的組合。另外，合適 的基底既包括剛性材料，也包括柔性材料。
在一些實(shí)施方式中，所述基底包括半導(dǎo)體，例如，但不限于晶體硅、 多晶硅、非晶硅、p摻雜硅(p-doped silicon)、 n摻雜硅(n-doped silicon)、 氧化硅、硅鍺、鍺、砷化鎵、磷砷化鎵、氧化銦錫、以及它們的組合。
在一些實(shí)施方式中，所述基底包括玻璃，例如，但不限于未摻雜的二 氧化硅玻璃(Si02)、氟化二氧化硅玻璃、硼硅酸鹽玻璃、硼磷硅酸鹽玻璃、
14有機(jī)硅酸鹽玻璃、多孔有機(jī)硅酸鹽玻璃、以及它們的組合。
在一些實(shí)施方式中，所述基底包括陶瓷，例如，但不限于碳化硅、氫
化的碳化硅(hydrogenated silicon carbide)、氮化硅、碳氮化硅、氧氮化硅、 碳氧化硅、以及它們的組合。
在一些實(shí)施方式中，所述基底包括柔性材料，例如，但不限于塑料、
復(fù)合材料、層壓體、薄膜、金屬箔、以及它們的組合。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明所使用的基底包括上面具有至少一個突起的 基底。如此處所使用的，"突起"是指與該突起周圍的基底區(qū)域相毗鄰但形 貌上又可以區(qū)別開的基底區(qū)域。另外，在一些實(shí)施方式中，可以根據(jù)該突起 的組成而將該突起與該突起周圍的基底區(qū)域區(qū)別開來，或根據(jù)不同于該突起 周圍的基底區(qū)域的該突起的其它性質(zhì)而將該突起與該突起周圍的基底區(qū)域
區(qū)別開來。在一些實(shí)施方式中，突起可以具有立體形狀，例如，但不限于 直線多邊形、圓柱形、錐形(例如三角錐、四角錐、五角錐、六角錐等)、 梯形、圓錐體、以及它們的組合。在一些實(shí)施方式中，突起包括具有一定的 輪廓的脊型，所述輪廓例如，但不限于正弦曲線輪廓、拋物線輪廓、直線 輪廓、鋸齒狀輪廓、以及它們的組合。在所述基底包含多個突起的實(shí)施方式 中，本發(fā)明包括所述突起在所述基底上的所有可能的空間排布，包括對稱 的、不對稱的、有序的和隨機(jī)的空間分布。
所有突起具有至少一個橫向尺寸。如此處所使用的，"橫向尺寸"是指 位于基底的平面上的突起的尺寸。突起的一個或多個橫向尺寸限定了或可以 用于限定該突起所占據(jù)的基底的面積。典型的突起的橫向尺寸包括，但不限 于長度、寬度、半徑、直徑、以及它們的組合。 一個突起具有至少一個橫
向尺寸和至少一個縱向尺寸(vertical dimension),該橫向尺寸和縱向尺寸一 般用長度單位定義，例如納米(nm)、微米(pm)、毫米〔mm)等。
當(dāng)周圍的基底為平面時，突起的橫向尺寸為位于該突起的相對的側(cè)面上
15的兩點(diǎn)之間的向量的大小，其中，該兩點(diǎn)位于所述基底的平面之內(nèi)，并且其 中該向量與基底的平面平行。在一些實(shí)施方式中，用于確定對稱的突起的橫
向尺寸的兩點(diǎn)也位于該對稱的突起的鏡平面(mirrorplane)上。在一些實(shí)施 方式中，可以通過將該向量與該突起的至少一個邊正交對準(zhǔn)來確定不對稱的 突起的橫向尺寸。例如，在圖1A-圖1D中，位于基底的平面之內(nèi)的點(diǎn)以及 位于突起101、 111、 121和131的相對的側(cè)面上的點(diǎn)分別由虛線箭頭102和 103、 112和113、 122和123、以及132和133表示。這些突起的橫向尺寸 分別由向量104、 114、 124和134的大小表示。
突起的縱向尺寸為基底的平面內(nèi)的一個點(diǎn)與該突起的最高點(diǎn)之間的垂 直于該基底的向量的大小。例如，在圖1A-圖1D中，突起的縱向尺寸分別 由向量105、 115、 125和135的大小表示。如此處所使用的，突起的表面是
指該突起的任意一個表面，包括，但不限于側(cè)面、頂面、以及它們的組合。
例如，在圖1A-圖1D中示出的突起101、 111、 121和131分別具有側(cè)面106、 116、 126和136。在突起的側(cè)面垂直于與基底平行定位的平面的實(shí)施方式中， 該側(cè)面的高度等于該突起的縱向尺寸。
盡管圖1A-圖1D示例性的示出的突起101、 111、 121和131的組成與 周圍的基底不同，但是本發(fā)明包括化學(xué)組成與基底相同或不同的突起。例如， 可以通過增加的方法(例如，沉積)、減少的方法(例如，刻蝕)、以及它們 的組合形成突起。
在一些實(shí)施方式中，突起具有"傾斜的"(angled)側(cè)面。如此處所使用 的，"傾斜的側(cè)面"是指側(cè)面不垂直于與基底平行定位的平面。該側(cè)面角等 于垂直于與突起的一邊相交的表面的向量和與該突起的該邊相交于同一點(diǎn) 的并與該側(cè)面的表面相平行的向量之間所形成的角。垂直的側(cè)面的側(cè)面角為 0°。例如，圖1C和圖1D中的突起121和131的側(cè)面角表示為 。在一些實(shí) 施方式中，基底上的突起的側(cè)面角為約80°至約-50°、約80°至約-30°、約80°
16至約-10°、或約80°至約0°。
不受任何特定的理論的限制，突起的側(cè)面角可以確定由該邊發(fā)射LED 發(fā)射出的光的角度。例如，側(cè)面角為20。的本發(fā)明的一種邊發(fā)射LED能夠以 相對于與基底的平面平行定位的平面成約70。的角度發(fā)射光。在一些實(shí)施方 式中，由該邊發(fā)射LED發(fā)射出的光相對于與基底的平面平行定位的平面成 約10°至90。的角度。
當(dāng)基底的曲率半徑不為零時，基底是"彎曲"的，高出基底的距離為1 毫米或更多，或者高出基底的距離為IO毫米或更多。對于彎曲的基底而言， 橫向尺寸定義為連接突起的相對的側(cè)面上的兩個點(diǎn)的圓周的周長線段的長 度，其中，該圓周的半徑等于基底的曲率半徑。具有多個或波動的曲率的彎 曲基底、或波浪形的彎曲基底的橫向尺寸可以通過將多個圓周片段的長度相 加而得到。
圖2顯示了彎曲基底200的截面示意圖，該基底200上具有突起211。 該突起211的橫向尺寸等于連接點(diǎn)212和213的線段214的長度。該突起211 的縱向尺寸由向量215的大小表示。
在一些實(shí)施方式中，上面具有至少一個突起的基底包括光柵。適于用作 本發(fā)明的基底的光柵包括光學(xué)領(lǐng)域公知的光柵，包括由接觸印刷(contact printing)、壓印平版印刷(imprint lithograph)以及微接觸成型(microcontacting molding)(例如，參見美國專利5512131、 5900160、 6180239、 6719868、 6747285和6776094，以及美國專利申請公開2004/0225954和2005/0133741， 此處將這些專利整體引入作為參考)的方法制成的光柵。
圖3A和圖3B分別提供了適用于本發(fā)明的光柵300和350的截面示意 圖。參照圖3A，用于本發(fā)明的光柵包括具有可選擇的頂層302的基底301 (該頂層302與該基底301的組成可以相同也可以不同)，以及包含有高度 為305、寬度為307、以及周期(即，重復(fù)距離)為307的一系列突起303
17的光柵。在一些實(shí)施方式中，在所述光柵的區(qū)域內(nèi)，光柵的重復(fù)距離和/或?qū)?度可以不同。在一些實(shí)施方式中，所述光柵的側(cè)面是傾斜的，并且"側(cè)面角" 或"發(fā)射角"0為0°至約80°。本發(fā)明使用的光柵不是必須具有如圖3A所 示的直線型輪廓，而是可以具有正弦曲線輪廓、拋物線輪廓、直線輪廓、鋸
齒型輪廓、以及它們的組合。例如，圖3B提供了具有正弦曲線輪廓的光柵 的截面示意圖。該光柵350包括具有可選擇的頂層352的基底351 (該上 層352與該基底351的組成可以相同也可以不同)，以及由高度為355、寬度 為356、以及重復(fù)距離為357的正弦曲線形狀的一系列突起353構(gòu)成的光柵。 在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明所使用的基底包含橫向尺寸為約50納米至 約1厘米的至少一個突起。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明所使用的基底包含至 少一個突起，該突起的最小的橫向尺寸為約50納米、約100納米、約200 納米、約500納米、約1微米、約2微米、約5微米、約10微米、約20微 米、約50微米、約100微米、約500微米、約1毫米、約2毫米、約5毫 米、或約1厘米。
在一些實(shí)施方式中，突起的高度為超出表面的平面或曲率約100納米至 約1厘米。在一些實(shí)施方式中，突起的最小高度為超出表面的平面或曲率約 100納米、約200納米、約300納米、約500納米、約1微米、約2微米、 約5微米、約10微米、約20微米、約50微米、約100微米、或約200微 米。在一些實(shí)施方式中，突起的最大高度為超出表面的平面約1厘米、約5 毫米、約2毫米、約1毫米、約500微米、約200微米、約100微米、約50 微米、約20微米、約10微米、約5微米、約2微米、約1微米、或約500 納米。
可以使用半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的分析方法來表征適 用于本發(fā)明的基底，以及在該基底上制成的邊發(fā)射LEDs的結(jié)構(gòu)和組成。邊發(fā)射LEDs
本發(fā)明涉及一種邊發(fā)射LED，該邊發(fā)射LED包括基底，該基底上具 有至少一個突起；第一導(dǎo)電層，該第一導(dǎo)電層與所述突起的至少一個表面接
觸；活性區(qū)域，該活性區(qū)域與所述第一導(dǎo)電層接觸，其中，該活性區(qū)域包括 相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及第二導(dǎo)電層，該第二導(dǎo) 電層與所述活性區(qū)域接觸，其中，當(dāng)空穴和電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時， 所述活性區(qū)域發(fā)射不相干光，其中，光以與所述基底的平面平行的方向而從 該LED中發(fā)射出來。
本發(fā)明還涉及一種邊發(fā)射LED，該邊發(fā)射LED包括基底，該基底與 一個平面平行定位；活性區(qū)域，該活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p 型部分和n型部分，該界面邊界與所述基底的平面不平行，其中，當(dāng)空穴和 電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射不相干光，并且其中，所 述不相干光以與所述界面邊界基本平行的方向而從該LED中發(fā)射出來。
如此處所使用的，"發(fā)光二極管"是指由p-n結(jié)發(fā)光的固態(tài)器件。如此 處所使用的，"邊發(fā)射"LED是指由p-n結(jié)發(fā)光并且從該p-n結(jié)中發(fā)射的光 的方向基本平行于(即，不垂直于)將該p-n結(jié)的p型部分和n型部分隔開 的界面邊界的固態(tài)器件。
本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs適用于發(fā)射不相干光。如此處所使用的，"不相 干"是指光的光子的光學(xué)特性(例如，波長、相位和/或方向)不相同的光。 本發(fā)明不包括能夠發(fā)射相干光(即，激光等)的LEDs。如此處所使用的， "光"是指處于電磁波譜的紫外(即，波長為約200納米至約400納米)、 可見(即，波長為約400納米至約750納米)和紅外(即波長為約750納 米至約2000納米)區(qū)間內(nèi)的光線。不受任何特定的理論的限制，可以通過 在所述活性區(qū)域和/或發(fā)射區(qū)域內(nèi)使用發(fā)射的光處于所需要的光譜區(qū)間內(nèi)的 材料而對由本發(fā)明的LEDs發(fā)射的光的波長進(jìn)行選擇。在一些實(shí)施方式中，
19本發(fā)明的LEDS發(fā)射混合波長的光，該混合波長的光適用于發(fā)射白光的裝
置。例如，本發(fā)明的LED陣列可以包括分別發(fā)射可見光譜的藍(lán)光波長(約 400納米至約475納米)、綠光波長(約500納米至約540納米)和紅光波 長(約630納米至約750納米)的LEDs。
本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs可以由該器件的前平面或背部平面發(fā)光。例如， 如果使用透明基底，可以在該器件上沉積反射平面層(reflective planarization layer)或共形層(conformal layer)(即，在基底的表面上和上面形成有器 件的至少一個突起的表面上進(jìn)行沉積)，從而將由該LEDs發(fā)射的光引導(dǎo)為 通過該基底進(jìn)行反射(即，光從該器件的"背部"出來)。在一些實(shí)施方式 中，所述基底為不透光的，在該基底上形成的本發(fā)明的邊發(fā)射LED器件從 該基底的"前"面發(fā)光。在一些實(shí)施方式中，可以在邊發(fā)射LEDs上形成一 個或多個透光的或半透光的層，例如保護(hù)涂層、濾光器等。
本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs包括活性區(qū)域。如此處所使用的，"活性區(qū)域" 是指LED中發(fā)生電荷傳遞、電荷復(fù)合和發(fā)光的區(qū)域。所述活性區(qū)域包括適 于傳輸空穴(即，傳導(dǎo)正電荷)的p型部分以及適于傳輸電荷(即，傳導(dǎo) 電子)的n型部分?？昭ㄅc電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合從而形成發(fā)光的活性 種。活性區(qū)域的每個p型部分和n型部分可以包括一個或多個層以增強(qiáng)和/ 或優(yōu)化電荷傳導(dǎo)、電荷轉(zhuǎn)移、電荷復(fù)合等。因此，由單層構(gòu)成的p型和n 型部分以及由包含多個堆疊層的層狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的p型和n型部分都在本發(fā) 明的范圍之內(nèi)。適用作本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs的活性區(qū)域(例如，p型部分、 n型部分和發(fā)射層)材料的材料包括在例如但不限于美國專利6048630、 6329085和6358631以及丄妙n纏/"g (《發(fā)光二極管》)第二版
(Schubert, E.F.，劍橋大學(xué)出版社，紐約(2006))中公開的材料，此處將 這些文獻(xiàn)整體引入作為參考。
在一些實(shí)施方式中，所述p型部分、n型部分、發(fā)射層以及它們的組合含有無機(jī)材料，所述無機(jī)材料例如，但不限于合金、晶體或元素。適用
于本發(fā)明的無機(jī)材料包括，但不限于在/Z/g/2 Sn'g^"e^ ZigAf ￡mz'm> g D/ocfes (《高亮度發(fā)光二極管》)(Stringfellow, GB.和Craford, M.G.， Academic Press, San Diego, CA (1997))中所描述的材料，此處將其整體引入作為參考。在 一些實(shí)施方式中，所述p型部分、n型部分、發(fā)射層以及它們的組合含有有 機(jī)材料(例如，有機(jī)聚合物、聚芳香烴、以及它們的組合物和衍生物)。適 用于本發(fā)朋的有機(jī)材料包括，但不限于在Orgaw'c L/g/^-^w'"/"g (^; "ca/五"g/"em'"g;(有機(jī)發(fā)光二極管(光學(xué)工程))(Kalinowski， J., Marcel Dekker, New York, NY (2005))中所描述的材料，此處將其整體引入作為參 考。
所述邊發(fā)射LEDs的活性區(qū)域包括相互之間具有至少一個界面的p型部 分和n型部分。對所述界面的形狀和形態(tài)沒有特別限定，可以為平面的或 彎曲的(例如，凹的或凸的)，可以為平滑的、粗糙的、或者具有不同的粗 糙度。所述界面的至少一部分與所述基底的表面是非共平面的(non-planar) (即，非共形的)，或者對于彎曲的基底而言，所述界面的至少一部分與位 于該表面之上的等距離的線(例如，與該表面同中心的線)不平行。
在一些實(shí)施方式中，所述活性層在所述至少一個突起的至少一部分上形 成共形層。在一些實(shí)施方式中，所述活性層也可以在所述基底的表面的至少 一部分上形成共形層。如此處所使用的，"共形層"和"共形地接觸"是指 以某種方式沉積在基底的表面和/或突起的表面上的層，該層的厚度在厚度方 向上的變化不超過約50%、不超過約40%、不超過約30%、不超過約25%、 不超過約20%、不超過約15%、不超過約10%、或不超過約5%，這使得該 層的表面的形貌與其下表面或沉積有該層的表面的立體形狀"一致"。共形 活性層的厚度可以為約10納米至約10微米。在一些實(shí)施方式中，共形活性 層的最小厚度為約10納米、約20納米、約50納米、約100納米、約150
21納米、約200納米、約250納米、約300納米、約400納米、約500納米、 約600納米、約800納米、約1微米、約2微米、約5微米、或約10微米。
不受任何特定的理論的限制，所述活性層內(nèi)的界面的非平行定位有利于 來自本發(fā)明的邊發(fā)射LED器件中的光的輸出耦合。在一些實(shí)施方式中，所 述界面被定位為與上面形成有所述p型部分和n型部分的突起的側(cè)面基本平 行(例如，當(dāng)所述活性層的層與所述至少一個突起和/或所述基底的表面共形 時)。在一些實(shí)施方式中，相對于與所述基底平行定位的平面，所述界面的 定位角度為約10°至卯°、約20°至90°、約45°至90。、約60°至90°、或約 75°至90°。包含多個界面，并且相對于與所述基底平行定位的平面，每個界 面以相同或不同的角度進(jìn)行定位的LED結(jié)構(gòu)也屬于本發(fā)明的范圍。
當(dāng)空穴與電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域以與所述界面邊 界基本平行的方向發(fā)射不相干光。如此處所使用的，"基本平行"是指相對 于與界面邊界角平行定位的平面，由該LEDs發(fā)射的光的向量所形成的角度 為約-45°至約45°、約-30。至約30°、約-20°至約20°、或約-15°至約15°。
在一些實(shí)施方式中，當(dāng)空穴和電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性 區(qū)域以與所述基底的平面不平行的方向發(fā)射光。如此處所使用的，"與所述 基底不平行的方向"是指在一定的角度上形成的矢量，在該角度下從本發(fā)明 的LED發(fā)射出來的光與平行于所述基底的平面定位的平面不平行。因此， 光從構(gòu)成該LEDs的導(dǎo)電層、活性區(qū)域或波導(dǎo)層的邊緣發(fā)出，并且其中，光 發(fā)出的方向在所述基底的平面之外。在一些實(shí)施方式中，與所述基底不平行 的方向是指相對于所述基底的表面而確定的方向處于所述基底區(qū)域的平面 之外至少約10°、至少約15°、至少約20°、至少約25°、至少約30°、至少約 40°、至少約50°、至少約60°、或至少約70°。
在一些實(shí)施方式中，所述活性區(qū)域以與所述界面邊界的方向基本平行的 方向發(fā)光(例如相對于所述界面邊界的表面而確定的方向?yàn)榧s-30。至約
22+30°;或在一些實(shí)施方式中，相對于所述界面邊界的表面而確定的方向?yàn)榧s -20°至約+20°;或在一些實(shí)施方式中，相對于所述界面邊界的表面而確定的
方向?yàn)榧s-10°至約+10°)。
本發(fā)明還涉及一種邊發(fā)射LED陣列，該邊發(fā)射LED陣列包括
(a) 基底，該基底上包含至少一個突起；以及
(b) 多個邊發(fā)射LED元件，該邊發(fā)射LED元件包括
(i) 第一導(dǎo)電層，該第一導(dǎo)電層與所述突起的至少一個表面接觸;
(ii) 活性區(qū)域，該活性區(qū)域與所述第一導(dǎo)電層接觸，其中，該活 性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及
(iii) 第二導(dǎo)電層，該第二導(dǎo)電層與所述活性區(qū)域接觸，
其中，當(dāng)空穴與電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射不相 干光，其中，所述不相干光以與所述基底的平面不平行的方向而從該LED 發(fā)射出來，并且其中，所述至少一個突起的至少一個表面上不存在所述邊發(fā) 射LEDs的至少一部分，從而形成不連續(xù)的邊發(fā)射LED元件的陣列。
如此處所使用的，"所述至少一個突起的至少一個表面上不存在所述邊 發(fā)射發(fā)光二極管的至少一部分"是指在所述至少一個突起的至少一個表面上 不存在所述第一導(dǎo)電層、所述活性層的p型部分、所述活性層的n型部分、 所述第二導(dǎo)電層中的至少一者，或它們的組合。所述至少一個突起的至少一 個表面可以為所述至少一個突起的任何一個表面(例如，所述至少一個突起 的側(cè)面、所述至少一個突起的上表面、或它們的任何組合)。
在一些實(shí)施方式中，所述活性區(qū)域還包括光發(fā)射層，其中，該光發(fā)射層 位于所述活性區(qū)域的p型部分和n型部分之間的界面邊界處。 一般地，適用 于本發(fā)明的發(fā)射層的材料經(jīng)受快速熒光、或經(jīng)受具有高的量子效率的磷光。 適用于本發(fā)明的發(fā)射層的材料包括，但不限于在美國專利5962971、6313261、 6967437和7094362中所描述的材料，此處將這些文獻(xiàn)整體引入作為參考。
23將電極(陽極和陰極)電連接，或者分別與所述活性區(qū)域的所述P型部 分和n型部分連接。適用于本發(fā)明的電極材料包括金屬性的或摻雜的多晶硅、 納米晶硅、導(dǎo)電低聚物和聚合物以及本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它導(dǎo)體。適用 于本發(fā)明的導(dǎo)電聚合物和低聚物包括，但不限于聚乙炔、聚噻吩(例如， 聚(3，4-亞乙二氧基噻吩))、聚苯乙烯(例如，聚(苯乙烯磺酸鹽))、聚吡咯、
聚芴、聚萘、聚苯硫、聚苯胺、聚對苯撐亞乙烯(polyphenylenevinylene)、 以及它們的組合和共聚物。在一些實(shí)施方式中，所述電極材料包括能夠透過 由所述活性區(qū)域發(fā)射出的某一波長的光的導(dǎo)電材料。適用于本發(fā)明的透光性 導(dǎo)電材料包括，但不限于銦錫氧化物("ITO")、金屬摻雜的ITO、碳納米 管、氟氧化鋅(zinc oxyfluoride)、以及它們的組合。在一些實(shí)施方式中，適 用于本發(fā)明的電極(即，陽極或陰極)包含選自如下的金屬IA族金屬、IIA 族金屬、IIIB族金屬、IVB族金屬、VB族金屬、VIB族金屬、VIIB族金屬、 VIIIB族金屬、IB族金屬、IIB族金屬、IIIA族金屬、IVA族金屬、VA族金 屬、VIA族金屬中的金屬，以及它們的組合。在一些實(shí)施方式中，電極包含 但不限于選自如下組中的金屬Al、 Ni、 Au、 Ag、 Pd、 Pt、 Cr、 LiF、以及 它們的組合。適用于本發(fā)明的電極材料還包括在o/￡/ec/roc/^m/Wo;, ￡/e"rac/^m/Wry A^ve/ Ma/en'a&,(電化學(xué)前沿貴金屬的電化學(xué))
(Lipowski, J.禾口 Ross, P.N.編輯,Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim，德國(1994))中描述的材料，此處將其整體引入作為參考。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的LEDs還包括波導(dǎo)層。如此處所使用的，
"波導(dǎo)層"是指與LED的至少一個電極或活性區(qū)域相鄰的材料，其中，所 述波導(dǎo)層可以透過由所述活性區(qū)域發(fā)射出的某一波長的光，并且其中，所 述波導(dǎo)層的折光指數(shù)大于與其相鄰的層的折光指數(shù)。不受任何特定的理論 的限制，由所述活性區(qū)域發(fā)出的不相干光可以較高效地傳輸至所述波導(dǎo)層， 其中，根據(jù)斯涅爾定律(Snell's Law)，當(dāng)入射光與波導(dǎo)層的側(cè)面的角度大
24于臨界角時，波導(dǎo)材料與相鄰的材料之間的界面上的入射光在該波導(dǎo)材料 內(nèi)會發(fā)生全內(nèi)反射。然后，所述波導(dǎo)體內(nèi)的內(nèi)反射的光可以從所述波導(dǎo)材 料的邊緣發(fā)出。對本發(fā)明中的波導(dǎo)層的材料和位置沒有特別限定。適于用 作波導(dǎo)層的材料包括折光指數(shù)為約1.6或更大、約1.8或更大、約2.0或更
大、約2.1或更大、或約2.2或更大的透光性的金屬氧化物、聚合物、單體、
溶膠-凝膠、以及它們的組合。適用于波導(dǎo)層的材料包括，但不限于ITO、
氮化硅，以及折光指數(shù)為約1.6或更大的其它材料。在一些實(shí)施方式中，所 述電極、所述活性區(qū)域的p型部分、所述活性區(qū)域的n型部分、或可選擇 的填料中的任何一個均可用作波導(dǎo)層。
圖4A、圖4B和圖4C顯示了本發(fā)明的示例性的邊發(fā)射LEDs的橫截面 示意圖。邊發(fā)射LEDs400、 420和450的每個突起403、 423和453分別具 有一個、兩個和三個活性區(qū)域。例如，圖4A包括LED結(jié)構(gòu)400，該LED 結(jié)構(gòu)400具有基底401和402，該基底401和402上面具有突起403。在一 些實(shí)施方式中，層401和402的組成是相同的。在一些實(shí)施方式中，基底 層401和402以及突起403的組成是相同的。在一些實(shí)施方式中，基底層 401是任選的。在一些實(shí)施方式中，層401包括剛性的襯背層(rigidbacking layer),而層402包括沉積于其上的共形層。突起403包括表面(即，側(cè)面) 404，在該表面404上形成有第一導(dǎo)電材料405 (例如，陽極)。在陽極405 和陰極406之間形成包括p型部分407和n型部分408的活性區(qū)域。該p 型部分和n型部分還包括位于它們之間的界面阻擋層409。在一些實(shí)施方式 中，本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs還包括可以通過沉積而形成的以提高該LED器 件的結(jié)構(gòu)剛性的填料410。光hv由活性區(qū)域413和416中發(fā)出。在電極411 和412由能夠反射由所述活性區(qū)域發(fā)出的光的波長的材料構(gòu)成的實(shí)施方式 中，由該邊發(fā)射LEDs發(fā)出的光的方向414與界面表面409的方向基本平行。 在至少一個電極415由可以透過由所述活性區(qū)域發(fā)出的光的波長的導(dǎo)電材料構(gòu)成的實(shí)施方式中，該透光性電極可以用作波導(dǎo)，并且由該活性區(qū)域發(fā) 出的光在該波導(dǎo)內(nèi)可以發(fā)生內(nèi)反射，直到所述光從該電極的邊緣以與界面
表面409的方向基本平行的方向415發(fā)射出去。
圖4B與圖4A描述的邊發(fā)射LED器件基本相似，包括LED結(jié)構(gòu)420， 該LED結(jié)構(gòu)420具有基底421和422，該基底421和422上面具有突起423， 該突起423包括上面形成有第一導(dǎo)電材料425 (例如，陽極)的表面(即， 側(cè)面)424。在陽極425和陰極426之間形成包括p型部分428和n型部分 429的活性區(qū)域。該p型部分和n型部分還包括位于它們之間的界面阻擋層 430。與n型部分429相鄰的陰極426的另一面為第二活性區(qū)域，該第二活 性區(qū)域包括第二 n型部分431和第二 p型部分432。在該第二 p型部分的另 一側(cè)為第二陽極427。光hv同樣以與所述界面430的角度基本平行的方向 而從該結(jié)構(gòu)中發(fā)射出來。在所示的器件420中，光hv和lw'的波長可以相 同也可以不同。
圖4C與圖4B描述的邊發(fā)射LED器件基本相似，包括LED結(jié)構(gòu)450， 該LED結(jié)構(gòu)450具有基底451和452,該基底451和452上面具有突起453， 該突起453具有上面形成有第一導(dǎo)電材料460 (例如，陽極)的表面(即， 側(cè)面)454。在陽極460和陰極461之間形成包括p型部分464和n型部分 465的活性區(qū)域。該p型部分和n型部分還包括位于它們之間的界面阻擋層 466。與n型部分465相鄰的陰極461的另一面為第二活性區(qū)域，該第二活 性區(qū)域包括第二 n型部分467和第二 p型部分468。在該第二 p型部分468 的另一側(cè)為第二陽極462，緊鄰該第二陽極462的是第三活性區(qū)域，該第三 活性區(qū)域包括第三p型部分469和第三n型部分470。在該第三n型部分的 另一側(cè)為第二陰極463。光hv、 hv、和hv"分別由第一、第二和第三活性區(qū) 域以分別與所述p型部分和所述n型部分(即，464和465、 466和467、 以及468和469)之間的界面阻擋層基本平行的方向發(fā)射出來。分別發(fā)出的光hv、 hv、和hv"的波長可以相同也可以不同。在一些實(shí)施方式中，光hv、 hV和hv"的波長基本不同，例如，在可見光譜的紅色、綠色和藍(lán)色區(qū)域內(nèi) 的波長。因此，在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明適用于需要使用白光的發(fā)光裝
置。另外，適當(dāng)?shù)剡x擇用于本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs的發(fā)射材料可以由該LEDs 發(fā)射出需要的波長的任意組合，包括電磁波譜的紫外、可見和紅外區(qū)域內(nèi) 的光的波長。
圖5A為本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs器件的另一種實(shí)施方式的橫截面示意圖。 圖5A包括邊發(fā)射LED 500，該邊發(fā)射LED 500具有基底501和502，該基 底501和502上面具有突起503，該突起503包括表面(即，側(cè)面)504。在 一些實(shí)施方式中，層501和502的組成相同。在一些實(shí)施方式中，基底層501 和502以及突起503的組成相同。在一些實(shí)施方式中，基底層501是任選的。 在側(cè)面504的一部分上形成第一導(dǎo)電材料505 (例如，陽極)。在陽極505 和陰極506之間形成包括p型部分507和n型部分508的活性區(qū)域。該p 型部分和n型部分還包括位于它們之間的界面阻擋層511。在這種實(shí)施方式 中，在p型部分和n型部分之間的界面阻擋層中存在光發(fā)射層509。光hv 由該發(fā)射層以與該界面阻擋層的方向基本平行的方向發(fā)射出來。在一些實(shí) 施方式中，該邊發(fā)射LED器件還包括能夠?yàn)樵揕ED結(jié)構(gòu)增加剛性并提供支 撐的結(jié)構(gòu)元件510。
圖5B為本發(fā)明的另一種邊發(fā)射LEDs器件的橫截面示意圖。圖5B包 括邊發(fā)射LED 520，該邊發(fā)射LED 520包括基底521和522，該基底521和 522上面具有突起523，該突起523包括表面(即，側(cè)面)524。在一些實(shí)施 方式中，層521和522的組成相同。在一些實(shí)施方式中，基底層521和522 以及突起523的組成相同。在一些實(shí)施方式中，基底層521是任選的。在側(cè) 面524的一部分上形成第一導(dǎo)電材料525 (例如，陽極)。在陽極525和陰 極526 (該陰極526由透光性的導(dǎo)電材料構(gòu)成)之間形成包括p型部分527
27和n型部分528的活性區(qū)域。該p型部分和n型部分還包括位于它們之間 的界面阻擋層529。在這種實(shí)施方式中，在p型部分和n型部分之間的界面 阻擋層中存在光發(fā)射層530，并且緊鄰該陰極存在波導(dǎo)層531。在一些實(shí)施 方式中，該邊發(fā)射LED器件還包括能夠?yàn)樵揕ED結(jié)構(gòu)增加剛性并提供支撐 的結(jié)構(gòu)元件532。光lw從發(fā)射層533中發(fā)出，并且能夠通過發(fā)射層530、 活性區(qū)域的n型部分528以及透光性陰極526而傳播，以進(jìn)入波導(dǎo)材料531 。 然后該發(fā)射出的光在該波導(dǎo)材料內(nèi)發(fā)生內(nèi)反射，直到所述光以與該界面阻 擋層的方向基本平行的方向發(fā)射出去。
制備邊發(fā)射LEDs的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明還涉及一種用于制備邊發(fā)射LED的方法，該方法包括
(a) 提供上面具有至少一個突起的基底；
(b) 形成覆蓋所述突起的至少一個表面的第一導(dǎo)電層；
(c) 在所述第一導(dǎo)電層上形成活性區(qū)域，該活性區(qū)域包括相互之間具 有界面邊界的p型部分和n型部分；
(d) 形成覆蓋所述活性區(qū)域的至少一部分的第二導(dǎo)電層，并且 其中，當(dāng)空穴和電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射出不
相干光，其中，光以與所述基底的平面不平行的方向而從該LED中發(fā)射出 來。
本發(fā)明的方法包括形成覆蓋突起的至少一個表面的第一導(dǎo)電層。在一 些實(shí)施方式中，該形成方法是選擇性的，從而只在突起的一個表面(例如， 側(cè)面)上形成導(dǎo)電層。形成方法包括，但不限于氣相沉積、等離子體增 強(qiáng)氣相沉積、熱沉積、氧化、還原、噴涂、旋涂、原子化、外延生長、朗 繆爾沉積(Langmuir deposition),以及它們的組合，以及薄膜沉積領(lǐng)域的 技術(shù)人員公知的其它薄膜沉積方法和薄膜形成方法。
28在一些實(shí)施方式中，可以以某個角度將基底放置在真空或蒸氣反應(yīng)器 中，并在突起的一個表面(例如，側(cè)面)上氣相沉積活性物質(zhì)。例如，圖6
為沉積方法的示意圖，其中，在材料600上沉積適用于本發(fā)明的LED的層 605，該材料600包括基底601和602，該基底601和602上面具有突起603。 相對于標(biāo)準(zhǔn)平面606，以角度O對該包括基底和突起的材料進(jìn)行定位。使用 氣相沉積法在該突起603的頂面和側(cè)面上沉積活性物質(zhì)604。依賴于所述突 起的立體形狀，定位角O確保只在所述突起的側(cè)面的一個面上發(fā)生沉積，并 且可能在所述突起的頂面上發(fā)生沉積?？梢栽趯?05上沉積另外的層以形成 本發(fā)明的LED。不受任何特定的理論的限制，所述基底的定位角$可以決 定層沉積在突起和/或基底的哪個表面上。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法還包括從所述突起的頂面上除去任何 導(dǎo)電材料?？梢允褂媒佑|法(例如，將突起的頂面與粘性膜接觸)、干刻蝕 法、濕刻蝕法以及它們的組合而從突起的頂面上除去導(dǎo)電層。不受任何特定 的理論的限制，通過允許不透光的導(dǎo)電材料應(yīng)用于該器件，從突起的頂面上 除去導(dǎo)電層可以提高本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs的輸出效率。
圖7為使用共形沉積方法形成本發(fā)明的邊發(fā)射LEDs的方法的示意圖。 材料700包括基底701和702，該基底701和702上面具有突起703，進(jìn)行 連續(xù)的共形沉積過程751、 752、 753和754，分別共形地沉積第一導(dǎo)電層 705、 p型部分707、 n型部分708、以及第二導(dǎo)電層706。可選擇地，可以 使用適當(dāng)?shù)?間隙-填充"沉積法(gap-fill deposition process)(例如，等離 子體增強(qiáng)CVD或旋涂)而在該共形沉積層上沉積填料材料或結(jié)構(gòu)材料710。 然后對得到的共形層狀結(jié)構(gòu)720進(jìn)行平面化步驟755，除去位于突起的頂面 的平面704上的部分共形層705、 706、 707和708。得到的LED器件以基 本平行于活性區(qū)域711內(nèi)的界面的方向發(fā)射出光hv。
在沉積過程中可以使用掩膜(shadow-mask)以選擇性地在所述基底的不同區(qū)域上沉積陽極、陰極或活性區(qū)域的任何一部分。例如，選擇性地沉積 不同的層可以很容易地實(shí)現(xiàn)所述陽極和陰極之間的電接觸，因此，在給電極 施加偏壓(bias)時，可以限定發(fā)射光的基底的發(fā)射區(qū)域。
對基底的表面積沒有特別限定，可以通過適用于沉積電極和活性區(qū)域的
設(shè)備的固有設(shè)計而自如地進(jìn)行調(diào)整，可以為約10crr^至約10m2。
在一些實(shí)施方式中，在沉積該邊發(fā)射LED的一個或多個導(dǎo)電和/或活性 區(qū)域前，可以將所述基底和/或突起功能化、衍生化、織構(gòu)化、或者進(jìn)行其它 預(yù)處理。如處理所使用的"預(yù)處理"是指在應(yīng)用或沉積前對基底進(jìn)行化學(xué)或 物理修飾。預(yù)處理包括，但不限于清洗，氧化，還原，衍生化，功能化， 將表面暴露于反應(yīng)性氣體、等離子體、熱能、紫外線，以及它們的組合。不 受任何特定的理論的限制，對基底進(jìn)行預(yù)處理可以增強(qiáng)或降低兩層之間的粘 附作用，或者增強(qiáng)層之間的導(dǎo)電性。
在一些實(shí)施方式中，沉積了一個或多個層之后，可以對基底進(jìn)行后處理。 后處理可以對該LED進(jìn)行燒結(jié)、交聯(lián)或固化，以及增強(qiáng)導(dǎo)電性、層間粘附 力、密度、以及它們的組合。
在一些實(shí)施方式中，以共形的方式沉積一個或多個所述層。如此處所使 用的，"共形的"是指無論下層結(jié)構(gòu)的形貌如何，層或涂層的厚度基本一致。 因此，在不同大小和形狀的突起上進(jìn)行共形涂覆可以得到大小和形狀基本相 近的邊發(fā)射LEDs;并且可以通過選擇基底上的突起的尺寸(例如，光柵的 間距和尺寸)來控制得到的邊發(fā)射LED器件的大小。共形沉積方法包括， 但不限于化學(xué)氣相沉積、旋涂、溶液澆鑄、浸漬涂布、原子層沉積、自組 裝、以及它們的組合。
在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法還包括在該邊發(fā)射LEDs的外表面沉 積透明的保護(hù)層。
本發(fā)明的LEDs適用于照明顯示裝置，以及任何需要光源的電子裝置。
30例如，在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明的LEDS可以用作科學(xué)儀器(例如，分析
裝置、微流體裝置等)中的發(fā)光元件。本發(fā)明的LEDs可以結(jié)合集成電路器
件元件(例如，與集成電路器件元件相鄰、位于集成電路器件元件的上面或 下面)而進(jìn)行沉積。在一些實(shí)施方式中，可以將集成電路器件(例如，晶體
管)用作本發(fā)明的LED的控制元件。 實(shí)施例1
使用圖8中的示意圖所描述的方法來制備本發(fā)明的邊發(fā)射LED。將上面 具有光柵803的基底801和802置于真空反應(yīng)器中。通過在沉積過程中將該 基底傾斜，而在光柵803的一個側(cè)面上選擇性地沉積陽極(例如，鋁)，然 后沉積鎳薄層(約100納米)，并通過使用掩膜而在基底的選定的部分上進(jìn) 行選擇性地沉積。通過將該光柵的頂面與粘性表面接觸而除去沉積在該光柵 的頂面上的任何金屬，從而制得只有一個側(cè)面上沉積有金屬電極的光柵820。 然后在整個光柵上氣相沉積活性區(qū)域804。然后，通過再次將該光柵傾斜而 沉積陰極(例如，LiF然后是Al)，并使用掩膜以在基底和光柵的區(qū)域805 內(nèi)沉積陰極，該區(qū)域805偏離將用于沉積陽極的區(qū)域。例如，可以通過將光 柵的頂面與粘性表面接觸而再次除去沉積在該光柵的頂面上的任何金屬。將 該陽極和陰極與接地電源807相連，則制成邊發(fā)射LED器件。最終的邊發(fā) 射LED器件具有由相互交疊沉積有陽極和陰極的基底上的區(qū)域限定的發(fā)射 表面806。
這些實(shí)施例說明了本發(fā)明的可能的實(shí)施方式。盡管上面已經(jīng)描述了本發(fā) 明的各種實(shí)施方式，但應(yīng)該理解的是，這些實(shí)施方式是僅作為實(shí)施例而提供 的，不是限定性的。對于相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，很顯然的是可以對形式 和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此，本發(fā)明的外延和
31范圍不應(yīng)該由上述示例性的實(shí)施方式限定，而應(yīng)該僅由隨附的權(quán)利要求書及 其對等物來限定。
應(yīng)該理解的是，具體實(shí)施方式
部分(而不是發(fā)明內(nèi)容和摘要部分)是用 于解釋權(quán)利要求書的。發(fā)明內(nèi)容和摘要部分提出了一種或幾種示例性的實(shí)施 方式，但不是如發(fā)明人所預(yù)計的所有的示例性的實(shí)施方式，因此，無論如何 發(fā)明內(nèi)容和摘要部分并不意味著對本發(fā)明和隨附的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
此處引用的所有文獻(xiàn)包括期刊論文或摘要、公開的或相應(yīng)的美國或外國 專利申請、授權(quán)的或外國專利、或其它文獻(xiàn)，這些文獻(xiàn)(包括引用的文獻(xiàn)中 的所有的數(shù)據(jù)、表格、附圖和正文)此處整體引入作為參考。
權(quán)利要求
1、一種邊發(fā)射發(fā)光二極管，該邊發(fā)射發(fā)光二極管包括(a)基底，該基底上面包含至少一個突起；(b)第一導(dǎo)電層，該第一導(dǎo)電層與所述突起的至少一個表面共形地接觸；(c)活性區(qū)域，該活性區(qū)域與所述第一導(dǎo)電層共形地接觸，其中，該活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及(d)第二導(dǎo)電層，該第二導(dǎo)電層與所述活性區(qū)域共形地接觸，其中，當(dāng)空穴與電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射不相干光，并且其中，該不相干光以與所述基底的平面不平行的方向而從該發(fā)光二極管中發(fā)射出來。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，其中，所述至少一個突起為選自直線多邊形、圓柱形、三角錐、四角錐、圓錐體、具有正弦曲線輪廓的脊型、具有拋物線輪廓的脊型、具有直線輪廓的脊型、具有鋸齒狀輪廓的脊型、以及它們的組合的立體形狀。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，其中，上面具有所述至少一個突起的所述基底包括光柵。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，其中，所述至少一個突起的至少一個橫向尺寸為約500納米至約1毫米。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，該邊發(fā)射發(fā)光二極管還包括(e) 第二活性區(qū)域，該第二活性區(qū)域與所述第二導(dǎo)電層接觸，其中，該第二活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及(f) 第三導(dǎo)電層，該第三導(dǎo)電層與所述第二活性區(qū)域接觸，其中，當(dāng)空穴與電子在所述第二活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述第二活性區(qū)域發(fā)射不相干光，并且其中，該不相干光由所述第二活性區(qū)域以與所述基底的平面不平行的方向而從該發(fā)光二極管中發(fā)射出來。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，其中，由所述第一活性區(qū)域和第二活性區(qū)域發(fā)射的所述不相干光的波長基本相同。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，其中，由所述第一活性區(qū)域和第二活性區(qū)域發(fā)射的所述不相干光的波長基本不同。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，該邊發(fā)射發(fā)光二極管還包括(g) 第三活性區(qū)域，該第三活性區(qū)域與所述第三導(dǎo)電層接觸，其中，該第三活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及(h) 第四導(dǎo)電層，該第四導(dǎo)電層與所述第三活性區(qū)域接觸，其中，當(dāng)空穴與電子在所述第三活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述第三活性區(qū)域發(fā)射不相干光，并且其中，該不相干光以與所述基底的平面不平行的方向而從所述第三活性區(qū)域中發(fā)射出來。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，其中，由所述第一活性區(qū)域、第二活性區(qū)域和第三活性區(qū)域發(fā)射的所述不相干光的波長基本相同。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，其中，由所述第一活性區(qū)域、第二活性區(qū)域和第三活性區(qū)域發(fā)射的所述不相干光的波長基本不同。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管，其中，由所述第一活性區(qū)域、第二活性區(qū)域和第三活性區(qū)域發(fā)射的所述不相干光的波長包括光譜中的紅色、綠色和藍(lán)色的波長。
12、 一種包括權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管的顯示裝置。
13、 一種包括權(quán)利要求1所述的邊發(fā)射發(fā)光二極管的照明裝置。
14、 一種邊發(fā)射發(fā)光二極管陣列，該邊發(fā)射發(fā)光二極管陣列包括(a) 基底，該基底上面包含至少一個突起；以及(b) 多個邊發(fā)射發(fā)光二極管元件，該邊發(fā)射發(fā)光二極管元件包括(i) 第一導(dǎo)電層，該第一導(dǎo)電層與所述突起的至少一個表面接觸；(ii) 活性區(qū)域，該活性區(qū)域與所述第一導(dǎo)電層接觸，其中，該活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及(iii) 第二導(dǎo)電層，該第二導(dǎo)電層與所述活性區(qū)域接觸，其中，當(dāng)空穴與電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射不相干光，其中，所述不相干光以與所述基底的平面不平行的方向而從發(fā)光二極管中發(fā)射出來，并且其中，所述至少一個突起的至少一個表面上不存在所述邊發(fā)射發(fā)光二極管的至少一部分，從而形成不連續(xù)的邊發(fā)射發(fā)光二極管元件的陣列。
15、 一種用于制備邊發(fā)射發(fā)光二極管的方法，該方法包括(a) 提供上面具有至少一個突起的基底；(b) 形成共形地覆蓋所述突起的至少一個表面的第一導(dǎo)電層；(C)在所述第一導(dǎo)電層上形成活性區(qū)域，該活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分，其中，所述活性區(qū)域共形地覆蓋所述第 一導(dǎo)電層；(d) 形成共形地覆蓋所述活性區(qū)域的至少一部分的第二導(dǎo)電層，并且 其中，當(dāng)空穴與電子在所述活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述活性區(qū)域發(fā)射不相干光，并且其中，該不相干光由所述活性區(qū)域以與所述基底的平面不平行的 方向而從該發(fā)光二極管中發(fā)射出來。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，形成所述第一導(dǎo)電層包括(i) 在所述突起的至少一個表面上選擇性地沉積導(dǎo)電材料。
17、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，形成所述第二導(dǎo)電層包括-(0在所述活性區(qū)域上選擇性地沉積導(dǎo)電材料；以及(ii) 除去所述突起的頂面上的任何導(dǎo)電材料、以及沉積在該頂面之上 的任何層。 .
18、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該方法還包括形成發(fā)射層，該發(fā) 射層位于所述活性區(qū)域的所述p型部分與所述n型部分之間的界面邊界處。
19、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該方法還包括(e) 在所述第二導(dǎo)電層上形成第二活性區(qū)域，其中，該第二活性區(qū)域 包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及(f) 形成覆蓋所述第二活性區(qū)域的至少一部分的第三導(dǎo)電層；其中，當(dāng)空穴與電子在所述第二活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述第二活性區(qū)域 發(fā)射不相干光，并且其中，該不相干光由所述第二活性區(qū)域以與所述基底的 平面不平行的方向而從該發(fā)光二極管中發(fā)射出來。
20、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，該方法還包括(g) 在所述第三導(dǎo)電層上形成第三活性區(qū)域，其中，該第三活性區(qū)域包括相互之間具有界面邊界的p型部分和n型部分；以及(h) 形成覆蓋所述第三活性區(qū)域的至少一部分的第四導(dǎo)電層；其中，當(dāng)空穴與電子在所述第三活性區(qū)域內(nèi)復(fù)合時，所述第三活性區(qū)域 發(fā)射不相干光，并且其中，該不相干光由所述第三活性區(qū)域以與所述基底的 平面不平行的方向而從該發(fā)光二極管中發(fā)射出來。
21、 一種由權(quán)利要求15所述的方法制備的產(chǎn)品。
22、 根據(jù)權(quán)利要求21所述的產(chǎn)品，其中，該產(chǎn)品選自半導(dǎo)體器件、顯 示裝置、照明裝置、以及它們的組合。
全文摘要
本發(fā)明涉及邊發(fā)射發(fā)光二極管陣列，制備該邊發(fā)射發(fā)光二極管陣列的方法，以及由該方法制得的加工產(chǎn)品。
文檔編號H01L33/00GK101689583SQ200780050783
公開日2010年3月31日 申請日期2007年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者B·T·邁耶斯, G·M·懷特塞德斯, J·卡貝克, W·薩阿迪 申請人:納諾泰拉公司