CN102386200A - 发光单元阵列与投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种发光单元阵列与投影系统，该发光单元阵列包括多个微型发光二极管。这些微型发光二极管于基板上排列成阵列，且各微型发光二极管包括反射层、发光结构以及光线准直结构。发光结构配置于反射层上，发光结构包括依序堆叠的第一型掺杂半导体层、有源层以及第二型掺杂半导体层。至少部分第一型掺杂半导体层、有源层以及至少部分第二型掺杂半导体层夹于反射层与光线准直结构之间。

Description

发光单元阵列与投影系统
技术领域
本发明涉及一种发光单元阵列及显示装置，且特别是涉及一种微型发光二极管阵列(micro-light-emitting diode，μ-LED)及使用此微型发光二极管阵列作为投影成像源的投影装置。
背景技术
发光二极管具有高效率、长寿命...等等的特性，使目前LED光源使用相当广泛。其中，LED微型投影系统让投影与显示产品产生革命性的变化。目前微型投影系统分为独立型(Stand alone)及嵌入型(Embedded)两大类。嵌入型是指将微型投影系统内建于原本即存在的装置中，例如：手机、数字相机、掌上型游戏机...等等。
然而，要将投影机嵌入移动式的电子产品内，必须先克服的问题就是小型化的问题。目前的微型投影技术不论是数字光学处理(Digital LightProcessing，DLP)投影机、液晶投影机(Liquid Crystal Projector，LCP)与反射式液晶(Liquid Crystal On Silicon，LCOS)投影显示装置均须设置有光机引擎。因此，这样的产品要同时兼顾投影亮度与缩小体积的考量，例如形成超微小(＜3cc)的投影系统，有其设计的极限与困难。
有鉴于此，μ-LED阵列显示型光源所发展的微型投影系统因应而生。μ-LED阵列显示型光源即是投影成像源，所以此类型设计的微型投影系统无须光机引擎。一般来说，只需将μ-LED阵列显示型光源搭配一投影镜头，即可构成一高效率、超小型的投影系统，且总体积有潜力小于3cc。整体而言，此类型的投影系统可以达成嵌入式微型投影的目的，是目前所有微型投影技术无法达到的门槛。
图1绘示为一种已知的使用微型发光二极管阵列显示型光源的投影系统。由图1可知，投影系统100包括有配置于基板10上的微型发光二极管阵列110、微透镜阵列120以及投影镜头130。微型发光二极管阵列110是由多个微型发光二极管所构成的阵列结构，且每一微型发光二极管可视为一个像素而作为显示之用。微透镜阵列120配置于微型发光二极管阵列110上，且包括有多个微型透镜。每个微型透镜可以对应一个像素(也就是一个微型发光二极管)而设置。投影镜头130则设置于微型发光二极管阵列110所发出的光线的光径上。
图2绘示为图1的投影系统中，微型发光二极管阵列的光线追迹图，而图3绘示为图1的投影系统中，微型发光二极管阵列的远场(far field)光线强度分布。请同时参照图2与图3，微透镜阵列120设置于微型发光二极管阵列110上会使微型发光二极管阵列110所发出的光线大致上分成三个族群A、B、C。
当微型发光二极管阵列110显示影像时，相邻的两个微型发光二极管可显示不同的亮度及/或颜色以构成所需的显示影像。然而，由图2与图3可知，每个微型发光二极管所发出的光线中属于族群B以及族群C的部分是倾斜地射出，而与邻近的微型发光二极管所发出的光线彼此干扰，此一现象通常称为光学串音(cross talk)现象。此时，投影系统100将因为这样的光学串音现象而导致成像品质不佳，如：影像对比度下降及投影亮度减弱等。所以，如何使微型发光二极管阵列110的光线更加准直地射出是微型发光二极管阵列显示型光源影用于投影系统时必须克服的一项问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种发光单元阵列，包括多个微型发光二极管。这些微型发光二极管于基板上排列成阵列，且各微型发光二极管包括反射层、发光结构以及光线准直结构。发光结构配置于反射层上，发光结构包括依序堆叠的第一型掺杂半导体层、有源层以及第二型掺杂半导体层。至少部分第一型掺杂半导体层、有源层以及至少部分第二型掺杂半导体层夹于反射层与光线准直结构之间。
本发明又提出一种发光单元阵列，包括多个微型发光二极管，其于基板上排列成阵列。各微型发光二极管包括反射层、发光结构以及第一光子晶体结构层。发光结构配置于反射层上，且发光结构包括依序堆叠的第一型掺杂半导体层、有源层以及第二型掺杂半导体层。第一型掺杂半导体层、有源层以及第二型掺杂半导体层夹于反射层与第一光子晶体结构层之间。
本发明另提出一种投影系统，包括显示单元阵列以及投影镜头。显示单元阵列包括多个微型发光二极管，其于基板上排列成阵列。各微型发光二极管包括反射层、发光结构以及光线准直结构。发光结构配置于反射层上，发光结构包括依序堆叠的第一型掺杂半导体层、有源层以及第二型掺杂半导体层。第一型掺杂半导体层、有源层以及至少部分第二型掺杂半导体层夹于反射层与光线准直结构之间。投影透镜组位于显示单元阵列的显示光线的光径上。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1为一种已知的使用微型发光二极管阵列显示型光源的投影系统；
图2为图1的投影系统中，微型发光二极管阵列的光线追迹图；
图3为图1的投影系统中，微型发光二极管阵列的远场(far field)光线强度分布；
图4a至图4i为本发明第一实施例的发光单元阵列的制作方法；
图5a与图5b分别为现有微型发光二极管的远场分布图以及本实施例的微型发光二极管的远场分布图；
图6为本发明第一实施例的发光单元阵列中微型发光二极管搭配了微型透镜所呈现的远场光线强度在不同视角下的分布；
图7为本发明第一实施例的发光单元阵列应用于投影系统的示意图；
图8a至图8e为本发明第二实施例的发光单元阵列的制作流程示意图；
图9a至图9g为本发明第三实施例的发光单元阵列的制作流程示意图；
图10为本发明第四实施例的发光单元阵列与微透镜阵列的示意图；
图11为微型发光二极管的射散关系图，其表示为微型发光二极管所发出光线的出光光向量与光子晶体结构的节距对应出光波长的比值的关系；
图12为本发明第五实施例的发光单元阵列搭配微透镜阵列的示意图。
主要元件符号说明
10、220、242、410、470、510、570、590、610：基板
100、300：投影系统
110：微型发光二极管阵列
120、302、700：微透镜阵列
130、304：投影镜头
200、400、600、800：发光单元阵列
222、422、522、626A：第一型掺杂半导体层
222a、222b：掺杂半导体材料薄层
224、492、550、628：光线准直结构
226、424、524、626B：有源层
228、426、526、626C：第二型掺杂半导体层
230：发光结构层
232、428、624：接触层
234、430、622：反射层
236、494、620、820、M：微型发光二极管
238、460、580：保护层
240、582、640：电极
242：基板
244、584：金属接点
246、490、530、650：透明导电层
302A、702：微型透镜
420、520、626：发光结构
440：第一电极
450：第二电极
472、592、612：电路元件
480、560、586：填充层
540：金属网格
542：开口
628A、810A：凹穴
660：接点
810：光子晶体结构层
A、B、C：族群
G：间隙
L：厚度
SM：半导体材料
具体实施方式
为了使投影系统的总体积缩小又要具有理想的成像品质，用以显示画面的微型发光二极管阵列中，各个微型发光二极管必须提供准直的出光效果。也就是说，以显示面的法线方向为零度角方向而言，微型发光二极管所发出的光线理想上都要沿着零度角或是小出光角度(例如±30度)射出。然而，已知的设计中，如图2与图3所示，即使搭配微透镜阵列，微型发光二极管所发出的光线中仍有斜向射出的族群B与族群C的光线。因此，要达到准直的出光效果，微型发光二极管所构成的发光单元阵列仍有改良的必要。以下将举例说明数种发光单元阵列的设计，使发光单元阵列中的微型发光二极管具有准直的出光效果及理想的发光效率。将这些发光单元阵列应用于投影系统有助于提高投影系统的成像品质。当然，以下实施例所描述的发光单元阵列虽以应用于投影系统进行影像的显示为例来说明，但本发明不特别地以此为限。亦即，凡是需要具有准直出光效果的产品或设计都可以应用本发明的发光单元阵列。
图4a至图4i绘示为本发明第一实施例的发光单元阵列的制作方法。请参照图4a，于基板220上形成掺杂半导体材料薄层222a以及多个光线准直结构224。在本实施例中，基板220例如为蓝宝石基板或其他适合应用于外延制作工艺的基板。这些光线准直结构224阵列排列于掺杂半导体材料薄层222a上，并且相邻两个光线准直结构224之间相隔一间隙G。各个光线准直结构224例如是通过光学镀膜制作工艺制作于掺杂半导体材料薄层222a上。
以本实施例而言，光线准直结构224可以是分布式分布布拉格反射镜(distributed Bragg reflector，DBR)。也就是说，光线准直结构224是不同折射率的材料层构成的多层膜，例如Ta2O5/SiO2的多层膜、Nb2O5/SiO2的多层膜、TiO2/SiO2的多层膜、Al2O3/SiO2的多层膜、ITO/SiO2的多层膜。光线准直结构224所具有的反射率可以由多层膜的叠层数目以及各材料层的厚度来决定。此外，光线准直结构224也可以是全方位反射镜(omni-directionalreflector，ODR)，其例如是金属材料层与氧化物材料层所构成的多层膜，例如Al/SiO2的多层膜、Ag/SiO2的多层膜等。
接着，请参照图4b至图4d，利用横向外延技术，由掺杂半导体材料薄层222a被间隙G暴露出来的部分成长半导体材料SM，并持续增加半导体材料SM的厚度以构成图4d所示的掺杂半导体材料薄层222b。在此，掺杂半导体材料薄层222a与掺杂半导体材料薄层222b例如由相同掺杂型态的半导体材料SM所构成而定义出第一型掺杂半导体层222。由图4d可知，光线准直结构224系内嵌于第一型掺杂半导体层222中。
然后，请参照图4e，在第一型掺杂半导体层222上形成有源层226以及第二型掺杂半导体层228，其中有源层226位于第一型掺杂半导体层222与第二型掺杂半导体层228之间以构成发光结构层230。有源层226例如是多重量子阱(multiple quantum well，MQW)层，但不以此为限。另外，第一型掺杂半导体层222与第二型掺杂半导体层228的材质例如分别为n型掺杂半导体材料以及p型掺杂半导体材料，或是相反。在本实施例所采用的n型掺杂半导体材料以及p型掺杂半导体材料例如分别为n型氮化镓以及p型氮化镓。不过，在其他的实施例中，n型掺杂半导体材料以及p型掺杂半导体材料可以是不同掺杂型态的其他半导体材料，诸如氮化铝镓(GaAlN)、氮化铟镓(GaInN)等其他的III-V族氮化合物。
之后，请参照图4f，于发光结构层230上依序形成接触层232以及反射层234，并将发光结构层230、接触层232以及反射层234所构成的叠层图案化成阵列排列的多个微型发光二极管236。在此，反射层234的材质可以是铝、银、金或上述材质的组合，而接触层232的材质可以是镍/金、镍/铝/银、镍/银等。随之，形成保护层238覆盖住这些微型发光二极管236的侧表面，并且形成电极240于各个微型发光二极管236的反射层234上。在本实施例中，接触层232例如是欧姆接触层，而反射层234例如金属反射层。因此，反射层34除了可以提供反射的作用外，也可以提供导电的作用。另外，接触层232配置于反射层234与第二型掺杂半导体层228之间，所以接触层232的掺杂型态可以与第二型掺杂半导体层228的掺杂型态相同。
具体而言，这些微型发光二极管236的第一型掺杂半导体层222例如部分地连接在一起。也就是说，第一型掺杂半导体层222并未在图案化的过程中被完全断开而是连续的膜层。因此，保护层238仅覆盖第一型掺杂半导体层222的侧表面的一部分、有源层226的侧表面、第二型掺杂半导体层228的侧表面、接触层232的侧表面、反射层234的侧表面以及反射层234远离接触层232的上表面的一部分。
然后，请参照图4g，进行一接合制作工艺将各微型发光二极管236上的电极240接合至另一基板242，其中电极240例如通过金属接点244接合至基板242，金属接点244可以是金、铜、锡、铟等金属，或其堆叠组合或合金。在本实施例中，基板242例如是设置有电路元件(例如金氧半导体元件、晶体管等)的硅基板。
接着，请参照图4h，将基板220自微型发光二极管236上移除，其中移除基板220的方法可以是激光剥离法。基板220自微型发光二极管236上移除后，第一型掺杂半导体层222远离有源层226的表面例如被暴露出来。随后，请参照图4i，于暴露出来的第一型掺杂半导体层222上形成透明导电层246以构成发光单元阵列200。透明导电层246的材质包括铟锡氧化物(IndiumTin Oxide，ITO)、铟锌氧化物(Indium Zinc Oxide，IZO)、铝锌氧化物(AluminumZinc Oxide，AZO)、掺杂镓的氧化锌(Gallium-doped Zinc Oxide，GZO)、镍/金等。
发光单元阵列200是由配置于基板242上的多个微型发光二极管236所构成，也就是说每一个微型发光二极管236即为一个发光单元。在本实施例中，基板242上设置有电路元件，因此各微型发光二极管236可以独立地驱动而发出不同亮度及/或颜色的光线，用于使得发光单元阵列200可以直接地进行影像的显示。换言之，发光单元阵列200可以直接作为显示面板，而非仅提供光源。
以本实施例而言，各个微型发光二极管236的部分第一型掺杂半导体层222、有源层226以及第二型掺杂半导体层228夹于反射层234以及光线准直结构224之间。光线准直结构224具有反射光线的性质，且可发出光线的有源层226位于反射层234以及光线准直结构224之间。因此，微型发光二极管236的厚度设计在合适的条件下，反射层234以及光线准直结构224可以构成共振腔使得有源层226所发出的光线于反射层234以及光线准直结构224之间发生共振而准直地射出。在一实施例中，微型发光二极管236在反射层234以及光线准直结构224之间的厚度L与有源层226的发光波长λ符合：L＝n/2λ，n为正整数且3＜n＜20。此时，有源层226所发出的光线可以准直地射出微型发光二极管236。
具体而言，图5a与图5b分别为现有微型发光二极管的远场分布图以及本实施例的微型发光二极管的远场分布图。由图5a与图5b可知，现有微型发光二极管的远场分布近似为圆形(出光半角约在＜±60°范围内)，而本实施例的微型发光二极管236的远场分布相对狭窄(出光半角可以在＜±30°范围内)。可以见得，本实施例的微型发光二极管236的出光角度相对缩小许多，也就是达到较佳的准直度。
另外，图6绘示为本发明第一实施例的发光单元阵列中微型发光二极管搭配了微型透镜所呈现的远场光线强度在不同视角下的分布。由图6可知，在搭配有微型透镜的条件下，本实施例的微型发光二极管236所发出的光线皆集中在0度视角附近。相较于图3所绘示的现有设计而言，本实施例的设计大幅地降低了图3中族群B与族群C的光线的强度。也就是说，本实施例的微型发光二极管236明显地具有较为准直的出光效果，且大幅地降低了斜向射出的光线的强度。
进一步而言，表1表示本实施例的微型发光二极管与现有微型发光二极管构成的发光单元阵列的出光效率。
Figure BDA0000085929780000081
由表1可知，无论是否搭配微透镜阵列，本实施例的微型发光二极管236相比较于现有设计都具有更好的出光效率。
图7绘示为本发明第一实施例的发光单元阵列应用于投影系统的示意图。请参照图7，投影系统300包括有发光单元阵列200、微透镜阵列302以及投影镜头304。微透镜阵列302例如配置于发光单元阵列200上，其中微透镜阵列302由多个微型透镜302A所组成，且每一微型透镜302A对应一个微型发光二极管236。投影镜头304即配置于发光单元阵列200(显示单元阵列)的显示光线的光径上。
发光单元阵列200中的微型发光二极管236可以各自独立地发出不同颜色及/或强度的光线而作为显示画面用的像素，所以发光单元阵列200可以视为显示单元阵列。因此，在本实施例中，投影系统300不需包含额外的显示面板，而有助于缩减整体体积。另外，由图5a、5b、图6及表1可知，发光单元阵列200具有准直性佳且高效率的出光效果，所以投影系统300不容易有光学串音现象且具有理想的成像品质。换言之，将本实施例的发光单元阵列200应用于投影系统300中可以提供更理想的成像品质。当然，本发明并不限定将发光单元阵列200应用于投影系统300的设计，发光单元阵列200也可以应用于其他的产品或是其他需要准直出光效果的设计中。另外，本实施例的设计使得微型发光二极管236的光线准直结构224内埋于第一型掺杂半导体层222中，但在其他实施例中，光线准直结构224可以有其他的配置方式。
图8a至图8e绘示为本发明第二实施例的发光单元阵列的制作流程示意图。值得一提的是，本实施例的各元件所采用的材质及制作的方法可以参照第一实施例的内容，而不再赘述于此。请参照图8a，于基板410上形成多个发光结构420、多个接触层428、多个反射层430、多个第一电极440、多个第二电极450以及保护层460。各发光结构420包括由基板410向外依序堆叠的第一型掺杂半导体层422、有源层424以及第二型掺杂半导体层426，而接触层428配置于第二型掺杂半导体层426上，其中这些发光结构420的第一型掺杂半导体层422部分地连接在一起而构成连续的膜层。各反射层430配置于其中一个接触层428上。各个第一电极440配置于其中一反射层430上，而各第二电极450接触于其中一个发光结构420的第一型掺杂半导体层422。保护层460则覆盖住发光结构420的侧表面、接触层428的侧表面以及反射层430的侧表面。在本实施例中，基板410例如是蓝宝石基板或其他适当的外延基板。
接着，请参照图8b，进行接合制作工艺使得第一电极440与第二电极450接合至基板470上。此外，发光结构420之间的间隙可以填充有填充层480。基板470例如是硅基板，其上设置有电路元件472，且电路元件472电连接于第一电极440与第二电极450用于驱动发光结构420。在此，发光结构420各自独立地被驱动而可以发出不同亮度及/或颜色的光线，所以可以视为显示画面用的像素。也就是说，发光结构420所构成的阵列可以视为像素阵列或是显示单元阵列而显示画面。
然后，请参照图8c，剥除基板410以暴露出第一型掺杂半导体层422所构成的连续膜层，并且参照图8d与图8e，依序于此连续膜层的表面上形成透明导电层490以及光线准直结构492而构成发光单元阵列400，其中这些发光结构420、接触层428、反射层430、透明导电层490以及光线准直结构492共同构成多个微型发光二极管494。在本实施例中，光线准直结构492为连续地形成于这些发光结构420上的分布式分布布拉格反射层或是全方位反射层，且各发光结构420夹于光线准直结构492与反射层430之间。由于光线准直结构492具有反射作用，当发光结构420的厚度设置于合适条件时，发光结构420所发出的光线可以在光线准直结构492与反射层430之间发生共振，以达到近似或等同于第一实施例的准直的出光效果。也就是说，本实施例的发光单元阵列400与第一实施例的发光单元阵列200可以具有相同的优点(至少包括高准直的出光效果以及更佳的出光效率)，而当发光单元阵列400应用于图7的投影系统300时有利于提升投影系统300的成像品质也有助于缩减投影系统300的体积。
图9a至图9g绘示为本发明第三实施例的发光单元阵列的制作流程示意图。请参照图9a，于基板510上依序形成第一型掺杂半导体层522、有源层524以及第二型掺杂半导体层526。基板510例如是蓝宝石基板或是其他可以适用于外延制作工艺的基板。第一型掺杂半导体层522例如是n型掺杂的半导体层，而第二型掺杂半导体层526例如是p型掺杂半导体层。在本实施例所采用的n型掺杂半导体材料以及p型掺杂半导体材料例如分别为n型氮化镓以及p型氮化镓。不过，在其他的实施例中，n型掺杂半导体材料以及p型掺杂半导体材料可以是不同掺杂型态的其他半导体材料，诸如氮化铝镓(GaAlN)、氮化铟镓(GaInN)等其他的III-V族氮化合物。另外，有源层524可以是多重量子阱层。
随之，请参照图9b，于第二型掺杂半导体层526上依序地形成一透明导电层530以及金属网格540，其中金属网格540具有多个开口542。
然后，请参照图9c，于金属网格540的开口542中形成多个光线准直结构550，其中各个光线准直结构550可以是分布布拉格反射镜或是全方位反射镜。
接着，请参照图9d，通过一填充层560将金属网格540与光线准直结构550接合至另一基板570上，其中基板570为一透明基板。经过此一接合步骤后，可以如图9e所示地将基板510剥离第一型掺杂半导体层522。然后，如图9f所示，将第一型掺杂半导体层522、有源层524以及第二型掺杂半导体层526图案化成多个发光结构520，于发光结构520的侧表面形成保护层580并于发光结构的第一型掺杂半导体层522上形成电极582以构成多个微型发光二极管M。各个微型发光二极管M的电极582与透明基板570之间配置有发光结构520、透明导电层530、金属网格540以及光线准直结构550。在本实施例中，电极582的材质可以是金属，所以电极582可以同时地提供反射以及导电的功能而可视为反射层。另外，光线准直结构550由分布布拉格反射镜或是全方位反射镜所构成，因此在发光结构520的厚度处于适合的条件下，发光结构520所发出的光线将会在电极582与光线准直结构550之间发生共振。如此一来，如第一实施例所述，微型发光二极管M提供准直的出光效果并且具有理想的出光效率。
之后，请参照图9g，通过多个金属接点584将这些微型发光二极管M上的电极582接合至基板590上以构成发光单元阵列500，其中基板590具有多个诸如MOS的电路元件592。此外，微型发光二极管M之间的间隙可以填充有另一填充层586。在本实施例中，每个微型发光二极管M例如可以通过对应的电路元件592来驱动，所以不同的微型发光二极管M可以发出不同亮度及/或颜色的光以提供显示画面的功能。也就是说，本实施例的这些微型发光二极管M可以视为显示画面用的像素。所以，发光单元阵列500可以与图7所示的投影系统300中发光单元阵列200具有相同的功能。
另外，由于每个微型发光二极管M都包括具有反射特性的电极582以及光线准直结构550，微型发光二极管M所发出的光线可以在这两个元件之间发生共振而准直地射出，其出光特性可以参照第一实施例中图5a、5b及图6所述。因此，发光单元阵列500可以具有发光单元阵列200的优点。当发光单元阵列500应用于图7所示的投影系统300时，有助于缩减整体体积并改善成像品质。
以上实施例所描述的制作流程仅是举例说明之用，并非用以限定本发明。凡是可以在微型发光二极管中利用具有反射性质的构件或是其他类似特性的构件形成共振腔，使得光线经共振作用后准直地射出的设计都符合本发明的精神。然而，本发明也不限定利用共振的作用使得微型发光二极管具有准直出光效果的技术手段。因此，以下提出其他实施例进一步说明本发明的精神。
图10绘示为本发明第四实施例的发光单元阵列与微透镜阵列的示意图。请参照图10，在本实施例中，微透镜阵列700配置于发光单元阵列600上，并具有多个微型透镜702。发光单元阵列600包括多个阵列排列于基板610上的微型发光二极管620，并且各个微型发光二极管620的相对两侧设置有电极640以及透明导电层650以电连接至外部。各个电极640更例如通过对应的接点660接合至基板610的电路元件612上。
具体而言，各个微型发光二极管620包括反射层622、接触层624、发光结构626以及光线准直结构628。发光结构626包括依序堆叠的第一型掺杂半导体层626A、有源层626B以及第二型掺杂半导体层626C，其中第一型掺杂半导体层626A以及第二型掺杂半导体层626C分别为n型掺杂半导体材料以及p型掺杂半导体材料，或是相反。在本实施例所采用的n型掺杂半导体材料以及p型掺杂半导体材料例如分别为n型氮化镓以及p型氮化镓。不过，在其他的实施例中，n型掺杂半导体材料以及p型掺杂半导体材料可以是不同掺杂型态的其他半导体材料，诸如氮化铝镓(GaAlN)、氮化铟镓(GaInN)等其他的III-V族氮化合物。
另外，光线准直结构628具有多个凹穴628A。各凹穴628A的深度可以为50nm至250nm。在一实施例中，凹穴628A内可选择性地不填充其他材料、填充有介电材料或是填充有分布布拉格反射镜，且所填充的材料的折射率不同于第二型掺杂半导体层626C的折射率。此时，光线准直结构628可以改变发光结构626所发出光线的光路径，使得微型发光二极管620具有准直的出光效果。具体来说，发光单元阵列600可以具有第一实施例的发光单元阵列200所具有的功能与优点。
在本实施例中，光线准直结构628的凹穴628A呈现周期性排列时可以视为一光子晶体结构层。也就是说，本实施例可利用光子晶体结构的设计来调整微型发光二极管620的出光效果，以实现理想的出光准直性。一般来说，光子晶体结构的排列周期性与微型发光二极管620的发光波长以及所欲获得的出光角度有关。图11为微型发光二极管的色散关系图(dispersion diagram)，其表示为微型发光二极管所发出光线的出光光向量与光子晶体结构的节距对应出光波长的比值的关系。图11中，Γ表示为出光向量平行于出光面的法线方向，也就是准直的出光方向(零度角)。X与M分别表示平行出光面的两个方向。由图11的关系可知，微型发光二极管所发出的光线在色散关系图中对应于Γ处有许多个节点。光子晶体结构的节距对应出光波长的比值落在这些节点时，表示着微型发光二极管可以具有准直的出光效果。因此，利用图11所呈现的关系以及已知微型发光二极管所发出的波长来决定光子晶体结构的节距，可以使得微型发光二极管具有准直的出光效果。也就是说，可以依据图11中的这些节点决定图10中光线准直结构628的这些凹穴628A的节距就可以使微型发光二极管620具有理想的出光效果，以降低发光单元阵列600中相邻微型发光二极管620之间发生光学串音现象。
图12绘示为本发明第五实施例的发光单元阵列搭配微透镜阵列的示意图。请参照图12，本实施例的设计与四实施例大致相同，因此两实施例中相同的构件将使用相同的元件符号标示，在此不另赘述。具体而言，本实施例与第四实施例的主要差异在于本实施例的发光单元阵列800中，每个微型发光二极管820中的光线准直结构628为光子晶体结构层，并且每个微型发光二极管820除了具有微型发光二极管620的所有构件外，还具有另一光子晶体结构层810，其配置于各微型发光二极管820的发光结构626与反射层622之间。也就是说，本实施例的各微型发光二极管820具有两个光子晶体结构层(光子晶体结构层810与以光子晶体结构层为实施方式的光线准直结构628)，且发光结构626位于这两个光子晶体结构层之间。光子晶体结构层810同样地具有多个凹穴810A，凹穴810A的节距可以参照图11所呈现的关系来决定。另外，凹穴628A中可选择性地不填充其他材料或是填充有反射材料，其中凹穴810A内所填充的反射材料可以相同于反射层622的材质。也就是说，凹穴810A内所填充的反射材料可与反射层622为一体成型地形成，但本发明不限于此。光子晶体结构层810与光线准直结构628同样地可以改变微型发光二极管820所发出光线的光路径而有助于使微型发光二极管820具有准直的出光效果。因此，发光单元阵列800可以具有第一实施例的发光单元阵列200所达成的相同的功效及优点，而可以应用于投影系统中。
综上所述，本发明利用具有反射特性或是具有改变光路径特性的光线准直结构设置于发光单元阵列的微型发光二极管中。因此，发光单元阵列的每个微型发光二极管可以具有理想的出光准直性以及出光效率，当本发明的发光单元阵列应用于投影系统时，发光单元阵列可以直接显示影像，不需额外的显示面板而达到缩减整体体积的效果。同时，发光单元阵列不易发生光学串音现象而有助于改善投影系统的成像品质。进一步而言，发光单元阵列具有良好的出光效率也有助于使投影系统的成像品质更为优越。
虽然结合以上实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (22)

1.一种发光单元阵列，包括：
多个微型发光二极管，阵列排列于一基板上，且各该微型发光二极管包括：
反射层；
发光结构，配置于该反射层上，该发光结构包括依序堆叠的第一型掺杂半导体层、有源层以及第二型掺杂半导体层；以及
光线准直结构，其中至少部分该第一型掺杂半导体层、该有源层以及该第二型掺杂半导体层夹于该反射层与该光线准直结构之间。
2.如权利要求1所述的发光单元阵列，其中各该微型发光二极管的该光线准直结构包括分布布拉格反射镜或是全方位反射镜。
3.如权利要求2所述的发光单元阵列，其中各该微型发光二极管的该光线准直结构内埋于该第一型掺杂半导体层中。
4.如权利要求2所述的发光单元阵列，其中各该微型发光二极管的该发光结构在该光线准直结构与该反射层之间的厚度L与该有源层的发光波长λ符合：L＝n/2λ，n为正整数且3＜n＜20。
5.如权利要求1所述的发光单元阵列，其中该些微型发光二极管的该些光线准直结构连接成连续的一分布布拉格反射层。
6.如权利要求1所述的发光单元阵列，其中各该微型发光二极管的该光线准直结构具有多个凹穴。
7.如权利要求6所述的发光单元阵列，还包括多个分布布拉格反射镜，各该分布布拉格反射镜填充于其中一个凹穴中。
8.如权利要求6所述的发光单元阵列，其中该光线准直结构的该些凹穴呈现周期性排列以构成为一第一光子晶体结构层。
9.如权利要求8所述的发光单元阵列，其中该第一光子晶体结构层的该些凹穴中填有介电材料。
10.如权利要求8所述的发光单元阵列，其中各该微型发光二极管还包括第二光子晶体结构层，配置于该微型发光二极管的该发光结构与该反射层之间。
11.如权利要求10所述的发光单元阵列，其中该第二光子晶体结构层所具有的多个凹穴中填充有反射材料，且该反射材料与该反射层为相同材质。
12.一种投影系统，包括：
显示单元阵列，包括多个微型发光二极管，在一基板上排列成阵列，且各该微型发光二极管包括：
反射层；
发光结构，配置于该反射层上，该发光结构包括依序堆叠的第一型掺杂半导体层、有源层以及第二型掺杂半导体层；以及
光线准直结构，其中至少部分该第一型掺杂半导体层、该有源层以及该第二型掺杂半导体层夹于该反射层与该光线准直结构之间；以及
投影透镜组，位于该显示单元阵列的显示光线的光径上。
13.如权利要求12所述的投影系统，其中各该微型发光二极管的该光线准直结构包括分布布拉格反射镜或是全方位反射镜。
14.如权利要求13所述的投影系统，其中各该微型发光二极管的该光线准直结构内埋于该第一型掺杂半导体层中。
15.如权利要求13所述的投影系统，其中各该微型发光二极管的该发光结构在该光线准直结构与该反射层之间的厚度L与该有源层的发光波长λ符合：L＝n/2λ，n为正整数且3＜n＜20。
16.如权利要求12所述的投影系统，其中各该微型发光二极管的该光线准直结构具有多个凹穴。
17.如权利要求16所述的投影系统，还包括多个分布布拉格反射镜，各该分布布拉格反射镜填充于其中一个凹穴中。
18.如权利要求第16项所述的投影系统，其中该光线准直结构的该些凹穴呈现周期性排列以构成为一第一光子晶体结构层。
19.如权利要求18所述的投影系统，其中该第一光子晶体结构层的该些凹穴中填有介电材料。
20.如权利要求18所述的投影系统，其中各该微型发光二极管还包括第二光子晶体结构层，配置于该微型发光二极管的该发光结构与该反射层之间。
21.如权利要求20所述的投影系统，其中该第二光子晶体结构层所具有的多个凹穴中填充有反射材料，且该反射材料与该反射层为相同材质。
22.如权利要求12所述的投影系统，还包括多个微型透镜所构成的一微透镜阵列，各该透镜配置于其中一个微型发光二极管上。
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