CN111293110A - 带led阵列的led器件中的apex角度减小 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种发光二极管(LED)器件，特别是微型LED(μLED)器件，其适用于μLED显示器。该LED器件包括带多个LED 12的LED阵列。该LED器件还包括被电连接到该LED阵列的至少一个顶部触点和底部触点。此外，该LED器件包括分别被安排在该LED阵列和该顶部触点上方并被电连接到该顶部触点的导电结构。关于该LED阵列的每个LED，该导电结构被配置成吸收由该LED发射的光的第一部分并使得由该LED发射的光的第二部分穿过。所穿过的光的发射角(光束角)由此小于由该LED发射的光的发射角。

Description

带LED阵列的LED器件中的APEX角度减小
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)器件、特别是微型LED(μLED)器件的技术领域。本发明提出了带LED阵列，特别是带具有在μm范围内的LED像素节距的μLED阵列的LED器件。由LED器件提供的光的发射角相比于从LED阵列输出的光的发射角有所减小。由此，本发明的LED器件很好地适用于如，举例而言，用在增强现实(AR)眼镜中的μLED显示器。
发明背景
由光源(例如，LED器件或阵列)发射的光的发射角(也被称为“光束角”或“APEX角”)——是所发射的“光束”或“光锥”的张开角。具体地，发射角被定义为两个发射方向之间的角度，该发射角的发光强度被减小到沿着光源的主发射轴/方向的发光强度的50％。对于旋转对称光束，发射角由此是相对于主发射轴(也被称为“光轴”)的某一角度的两倍，该发射角处的发光强度被减小为沿主发射轴的发光强度的50％。主发射轴是光源向其中发射最高相对发光强度的方向。
LED器件中的常规μLED阵列发射的光的发射角通常在110-160°之间。在这个相当宽的发射角之外，光强度例如由于内部反射而被显著减小或丢失。
然而，为了在例如μLED显示器中使用带μLED阵列的LED器件，它发射的光的发射角应当比以上所提及的常规μLED阵列的发射角窄得多。具体而言，此类LED器件的光发射角理想地应当为大约50°或更小，以允许所发射的光瞄准到例如波导内。
为了朝向该窄目标规格减小常规μLED阵列的发射角度，原则上可使用光阑或光学透镜来瞄准光。然而，由于带μLED阵列的LED器件的严格大小限制，例如，LED像素节距在μm范围内，并且考虑到正在进行的进一步缩小该像素节距的努力，用于此类LED器件的光阑或透镜是非常具有挑战性的。到目前为止，没有关于带LED阵列的LED器件的令人满意的解决方案可用。
包括常规μLED阵列的LED器件的另一挑战在于：LED像素节距越小或变得越小，在器件中提供有效电流和热量分布就越难。
发明概述
鉴于上述挑战，本发明的各实施例的目的在于改进带LED阵列，特别是带μLED阵列的常规LED器件及其制造工艺。由此，本发明目的在于提供一种LED器件，其以窄发射角发射光。发射角应当足够窄，以允许将光有效地瞄准和耦合到例如波导中。LED器件的发射角尤其应当远低于常规μLED阵列的发射角。
此外，以上目的应当甚至针对非常小的LED像素节距(即在低μm范围内)实现。另外，还应该在LED器件中，特别地在其LED阵列中提供有效热量和电流分布。另一目标在于非常紧凑地制造LED器件，并采用允许达到高产量的有效制造工艺。
通过在所附独立权利要求中提供的本发明的各实施例来实现本发明目的。在从属权利要求中定义了这些实施例的有利实现。
本发明的第一方面涉及一种LED器件，其包括：包括多个LED的LED阵列、被电连接到该LED阵列的至少一个顶部触点和底部触点、以及分别被安排在该LED阵列和该顶部触点上方并被电连接到该顶部触点的导电结构，其中关于每个LED，该导电结构被配置成吸收由该LED发射的光的第一部分并使得由该LED发射的光的第二部分穿过，其中所穿过的光的发射角小于由该LED发射的光的发射角。
导电结构可相对于LED阵列中的每个单个LED像这样来配置。所穿过的光的发射角小于由该LED发射的光的发射角与导电结构被配置成使得由该LED发射的光作为瞄准光束穿过意思相同。
具体而言，导电结构可被配置成通过具有被安排在光路中的吸收性表面或至少吸收性表面区域来吸收LED光的第一部分。导电结构可被进一步配置成通过具有被安排在LED上方并且至少对于由该LED发射的光而言是透明的开口来使得LED光的第二部分穿过。特别地，导电结构可相对于其下方的LED被安排成使得穿通过开口的光的光束角比LED光的光束角窄。也就是说，导电结构用作光阑。这可通过恰适地设计导电结构的宽度和高度以及导电结构中的开口的宽度或直径来达成。
LED阵列的每个LED被配置成沿特定主发射轴并以(围绕主发射轴对称的)特定发射角来发射光。也就是说，每个LED被配置成以发射角作为其(APEX)张开角来输出光束或光锥。例如，每个LED的发射角以及由此整个LED阵列的发射角可在110-160°之间(即在导电结构之前且没有任何光学元件作用于光)。
导电结构可吸收撞击在其上的LED光(第一部分)，同时让其余LED光(第二部分)穿通过。因为LED光在穿过导电结构之后具有比穿过导电结构之前小的光束角，所以在LED器件中实现了所发射的光的APEX减小。值得注意的是，如果所穿过的光不再受LED器件的任何其他光学元件的影响，则所穿过的光的发射角可以是由整个LED器件输出的光的发射角。
有利地，该导电结构在LED器件中具有双重目的。一方面，导电结构用作被安排在LED阵列上方的光阑，如上所述。另一方面，由于导电结构被电连接到至少一个顶部触点，所以它能够被用来向LED阵列提供电流或电压。具体而言，这由此实现了有效电流分布。此外，还提供了LED器件操作期间的有效热量分布。
作为结果，特别地，第一方面的LED器件适用于在顶部发射μLED显示器中使用。
值得注意的是，如已经在上文一般地描述的，LED器件的每个LED的主发射轴(光轴)是该LED在其内发射最高相对发光强度的轴。该光轴可垂直于LED表面、LED层、和/或特别地垂直于LED的有源区域，例如，量子阱层。然而，LED也将光发射到偏离主发射轴的方向中，然而，这是以较低相对发光强度发射的。在与主发射轴成两个特定角度(与主发射轴相对的角度方向)处，所发射的光的发光强度下降到50％。这两个特定角度确定了由LED发射的光的发射角(光束角)，即由LED发射的光的发射角是这些特定角度之和(对于旋转对称光束而言，是相同的特定角度的两倍)。
所穿过的光的发射角(光束角)可被同样地确定。也就是说，特定LED的光穿过具有特定主发射轴的导电结构，其中所穿过的光具有最高相对发光强度。所穿过的光的该主发射轴通常，但不必要，与LED的主发射轴重合。所穿过的光的发射角由从所穿过的光的主发射轴到其相对侧的角度之和来限定，在该角度处所穿过的光的发光强度下降到50％。如果所穿过的光是旋转对称的，则发射角是从主发射轴到每一侧的相同角度的两倍，在该角度处所穿过的光下降到50％。
至少一个顶部触点从上方电接触LED阵列的LED。例如，每个LED可通过设置在其顶表面上的单个顶部触点来接触。然而，优选地，共有的顶部触点覆盖多个LED或所有LED的顶表面。至少一个底部触点从下方接触每个LED。例如，每个LED可从下方通过一个单个底部触点来接触。
值得注意的是，导电结构和至少一个顶部触点是分开的结构。然而，可将它们一起考虑，以在LED器件中形成顶部触点结构以用于接触LED阵列。
术语“上方”和“下方”涉及LED的定向，特别是LED阵列的光发射轴/方向。“上方”或“顶部”是LED阵列发射光的一侧。“下方”或“底部”是相对侧。被称为在LED或LED阵列“下方”的任何元件由此都不会干扰LED光的发射。
在LED器件的一实现中，所穿过的光的发射角是60°或更小的角度，特别是40-50°的角度。
由此，LED器件的发射角(即使在没有任何其他光学元件的情况下)变得足够窄，以很好地耦合到波导等中。相应地，LED器件很好地适用于μLED显示器。
在一实现中，LED器件进一步包括被安排在导电结构上方的多个透镜，其中每个透镜被配置成聚焦由多个LED之一发射并穿过导电结构的光。
在这一实现中，所穿过的光(即在导电结构之后)的发射角可大于上述发射角。例如，所穿过的光的发射角可以是60°以上的角度，或者甚至100°以上的角度，由于在导电结构上方为每个LED提供的透镜进一步缩窄了所穿过的光束。也就是说，经聚焦的光的发射角小于所穿过的光的发射角。如果来自透镜的光不再受LED器件的任何其他光学元件的影响，则在这一情形中，经聚焦的光的发射角可以是由LED器件作为整体输出的光的发射角。透镜可以是微型透镜、回流透镜、和/或折射透镜。
如果所穿过的光的发射角是60-100°之间的角度，如在以上示例性地描述的，则经聚焦的光的发射角可以是60°以下的角度，例如，40-50°之间的角度。以此方式，导致关于LED中的每一者的发射角减小的导电结构的尺寸可被设计得较大，从而使对其的处理变得较简单。
如果所穿过的光的发射角已经是60°以下的角度，如也在上文示例性地描述的，则经聚焦的光的发射角可以是40°以下的角度，例如，25-40°之间的角度。以此方式，作为整体的LED器件的甚至更窄的发射角变成可能。
在一实现中，LED器件进一步包括被安排在LED阵列与导电结构之间的多个透镜，其中每个透镜被配置成聚焦由多个LED之一发射的光中的至少一些光，以使得经聚焦的光穿过该导电结构。
具体而言，这些透镜中的每一者可聚焦LED的至少一些光，否则导电结构将被安排和配置成进行吸收这些光，即在透镜不存在的情况下。虽然所穿过的光的发射角(即在导电结构之后)仍然可以主要由尺寸以及导电结构相对于LED的安排(而非由关于该LED被安排在LED阵列与导电结构之间的透镜)来限定，但是所穿过的光的总强度可能被增大。透镜可以是微型透镜、回流透镜、和/或折射透镜。透镜可被安排在导电结构下方，但是分别在LED阵列和顶部触点上方。然而，透镜也可被安排在导电结构的下端上方、但在导电结构的上端下方，即在导电结构的高度内。
替换地，透镜可以是衍射透镜，在这一情形中，透镜不聚焦、而是加宽来自LED的光。在这一情形中，导电结构可被配置成反射经加宽的光中的至少一些光，以使得其穿过导电结构。为此，导电结构可至少在所确定的表面区域中设置有反射表面。
在LED器件的一实现中，导电结构包括用以吸收由多个LED发射的光的光吸收层，特别是碳层或高折射率材料层。
光吸收层可被布置在导电结构的导电芯的外表面上，至少在被安排在要被移除的LED光路中的所确定的表面区域上。然而，导电结构的芯的完整表面也可被涂覆有此类吸收层。以此方式，导电结构可被配置成吸收由每个LED发射的光的第一部分以减小发射角。例如，在考虑LED有源区域中的光发射的中心点，即LED的光轴延伸通过的LED有源区域中的点时，从该点以所确定的角度以下的角度发射的光可穿过导电结构，而从该点以所确定的角度以上的角度发射的光可能被导电结构吸收。对于从该点发射的光而言，发射角由此被缩窄。
碳层只是非常黑，并且由此是吸收性的。高折射率材料(例如ALD Al2O3)将让来自LED的光穿过(由于折射率变化)，但是光将在导电结构的芯处反射，并且不能再在相对的方向上穿过高折射率材料。由此，光进入高折射率材料层，并在那里被捕获。
在一实现中，LED器件进一步包括透明的顶部触点，该顶部触点被连接到多个LED中的若干个LED或每一个LED并被安排在LED阵列与导电结构之间。
也就是说，透明的顶部触点是对于至少一些LED而言共有的公共顶部触点。特别地，顶部触点对于LED光而言是透明的。共有的顶部触点简化了对LED器件的处理，并允许将较小LED阵列设计成具有由LED表面(孔径)占据的最优整体面积。
在LED器件的一实现中，导电结构被连接到顶部触点的顶表面的所确定的区域，所确定的区域被置于毗邻LED之间的空隙上方。
具体而言，所确定的区域可仅被置于各LED之间的空隙上方，而非LED自身上方。相应地，当在俯视图中(即，从上方)观察LED器件时，所确定的区域可与空隙对准。换言之，将导电结构作为整体放置在顶部触点上，以使得其遵循顶部触点下面的多个LED之间的空隙。以此方式，导电结构能够接触顶部触点以用作每个LED的光阑，并将来自不同LED的光分开。
在LED器件的一实现中，导电结构包括多个透明开口，每个透明开口与多个LED之一相关。
具体而言，每个透明开口可被安排在与其相关的LED上方。“透明”开口意味着该开口被配置成至少使得由与其相关的LED发射的感兴趣的光穿过。透明开口可使用被嵌入导电结构的腔中并位于LED上方的透明材料来实现。透明开口可滤掉除LED的感兴趣的光之外的电磁辐射。
在LED器件的一实现中，导电结构包括多个垂直柱，这些垂直柱被置于多个LED之间的空隙上方并被配置成将毗邻LED彼此分开。
具体而言，在LED器件的俯视图中，垂直柱与LED的轮廓对准。在俯视图中，每个LED可被一个或多个垂直柱环绕。垂直柱可具有面向LED的吸收性表面，或者可至少在该表面上的吸收性区域。垂直柱相对于由分开的每个LED发射的光而言将毗邻LED彼此分开。
在LED器件的一实现中，导电结构的上表面限定透明开口并位于LED阵列上方的确定的距离处。
每个开口的所述确定的距离和尺寸(例如，宽度或直径)相对于LED确定所穿过的光相对于由该LED发射的光的发射角的减小的强度。
在LED器件的一实现中，LED阵列具有在1-10μm之间，特别是等于或小于3μm的LED像素节距，和/或导电结构的高度在LED阵列的LED像素节距的0.1-1倍之间、特别是0.5-0.8倍之间。
由此，特别地，LED阵列是μLED阵列。该阵列中的LED可被紧密地放置在一起，从而允许非常紧凑的LED器件，但具有最大化的LED孔径。导电结构的高度在LED像素节距的范围内，并且由此很好地作为光阑工作。
在LED器件的一实现中，导电结构包括金属芯，特别是铜芯，并被嵌入在介电材料中。
相应地，导电结构可以是镶嵌工艺的结构，即可通过使用镶嵌工艺产生。具体而言，这可以是镶嵌铜(Cu)工艺和/或双镶嵌工艺。替换地，它也可以是钨(W)镶嵌工艺或钌(Ru)镶嵌工艺。优选地，电介质对于LED光而言是透明的。通过使用镶嵌工艺，导电结构可在一个工艺步骤中被制成，并且可被制成使得其用作高导电金属化网格以用于LED器件中的有效电流和热量分布，并用作减少LED光的发射角的光阑。
在一实现中，LED器件进一步包括多个底部触点和CMOS IC，其中每个底部触点被电连接到多个LED之一，该CMOS IC通过底部触点连接到这些LED并被配置成驱动LED阵列。
CMOS IC也可被配置成读出LED阵列。CMOS IC可包括逻辑元件的有源矩阵，其与LED阵列的每个LED相关联。在LED阵列下方提供每LED一个底部触点。CMOS IC可被直接设置在底部触点下面，即靠近LED阵列。
在LED器件的一实现中，LED器件是集成的LED芯片或晶片，其中特别地，集成了LED阵列、至少一个顶部触点和底部触点、以及导电结构。
具体而言，甚至LED器件，特别是所提及的元件的单片集成也是可能的。LED器件由此可以非常紧凑的方式并采用有效工艺来制造。
本发明的第二方面涉及一种用于制造LED器件的方法，该方法包括：处理包括多个LED的LED阵列，处理被电连接到该LED阵列的至少一个顶部触点和底部触点，以及特别地使用镶嵌工艺来处理分别被安排在该LED阵列和该顶部触点上方并被电连接到该顶部触点的导电结构，其中关于每个LED，该导电结构被配置成吸收由该LED发射的光的第一部分并使得由该LED发射的光的第二部分穿过，其中所穿过的光的发射角小于由该LED发射的光的发射角。
导电结构可以是单层结构或(在以双镶嵌工艺制造时)双层结构，其中这些层中的至少一者，例如，通过设置有抗反射涂层被配置成吸收光的第一部分。
第二方面的方法可以根据针对第一方面的LED器件描述的实现的实现形式来开发。
附图简述
在关于附图的实施例的以下描述中解释了上述各方面和各实现：
图1示出了根据本发明的一实施例的LED器件。具体而言，LED器件具有安排在LED阵列上方的导电结构。
图2示出了根据本发明的一实施例的LED器件。具体而言，LED器件的导电结构是通过镶嵌工艺来制造的。
图3示出了根据本发明的一实施例的LED器件。具体而言，LED器件包括导电结构与布置在导电结构上方的多个透镜的结合。
图4示出了根据本发明的一实施例的LED器件。具体而言，LED器件包括导电结构与布置在导电结构与LED阵列之间的多个透镜的结合。
图5示出了根据本发明的一实施例的用于产生LED器件的方法。
发明的实施例的详细描述
图1示出了根据本发明的一实施例的LED器件10。特别地，LED器件10可以为μLED器件，其适用于在μLED显示器中使用。LED器件10可以为集成芯片或晶片，例如，单片集成。
LED器件包括LED阵列11，特别是μLED阵列，其包括多个LED 12。LED阵列11的LED12可例如以行和/或列、或任何其他二维图案来安排。LED像素节距，即毗邻的LED 12之间的中心到中心距离(即LED宽度/直径和毗邻LED 12之间的空隙的和)可在μm范围内，特别地可等于或低于3μm。LED阵列11的每个LED 12被配置成发射光，其中所发射的LED光的发射角17可在110°-160°之间。这意味着，每个LED 12可以特定光束角17发射光。优选地，每个LED 12的发射角17是相似或相等的。由于LED 12的紧密安排，LED阵列11作为整体发射的光的发射角与发射角17相同。
此外，LED器件10包括从上方电连接到LED阵列11的至少一个顶部触点13，以及从下方电连接到LED阵列的至少一个底部触点14。“上方”和“下方”是沿着每个LED 12的主发射轴18(平行于图1中的垂直方向)来定义的，其中假定LED 12的主发射轴18是平行的。每个LED 12被至少一个顶部触点13和底部触点14接触，并且在这两个触点13与14之间施加足够的电压时，LED 12发射光。每个LED 12可具有其自己的顶部触点13和/或其自己的底部触点14，但是也可将共有触点应用于LED阵列11中的若干个LED 12或甚至所有LED 12。特别地，至少一个顶部触点13可由透明导电材料制成，例如：氧化铟锡(ITO)、高掺杂n型GaN、或高掺杂p型GaN。
值得注意的是，不存在穿过LED阵列11并且在LED 12之间的垂直互连通路(通孔)或任何其他电连接元件。以此方式，能够实现等于或小于3μm的LED像素节距，而LED 12的光学孔径可被最大化，即LED表面尽可能多地占据LED阵列11的面积。
LED器件10进一步包括导电结构15，该导电结构15分别被安排在LED阵列11上方以及至少一个顶部触点13上方。导电结构15被电连接到顶部触点13。由此，导电结构15可被用来向LED阵列11提供电流，并且还在LED 12的操作期间用作热量分配器。具体而言，导电结构15被设置在顶部触点13上，至少在其顶表面的专用区域上，特别地在顶部触点13的顶表面的区域上，这些导电结构15被置于顶部触点13下方的LED阵列11中的毗邻LED 12之间的空隙上方。
导电结构15被进一步配置成充当LED阵列11的光阑，特别地充当每个LED 12的光阑，以使关于每个LED 12以及由此整个LED阵列11的发射角缩窄。为此，关于LED 12中的每一者，导电结构15被调整尺寸、安排并配置成在LED器件10的操作中使得导电结构15吸收由LED 12发射的光的第一部分并使得由LED 12发射的光的第二部分穿过。被吸收的第一部分是由LED 12发射的撞击导电结构15的吸收性表面或表面区域的光，而所穿过的第二部分是由LED 12发射的不撞击导电结构15的光(因为其通过导电结构15的专用开口)。由此，所穿过的光(即在导电结构15之后)的发射角16小于由LED12发射的光(即在该导电结构之前)的发射角17。相应地，实现了每LED 12的APEX减小。
图1示意性地解说了如何关于LED 12中的每一者将导电结构15配置成以缩窄的发射角16输出光/使光穿过。LED 12主要沿主发射轴18但以发射角17发射光，发射角17对称地以主发射轴18为中心。LED 12，特别是其有源区域(如量子阱)具有一定的有限宽度/直径，如图1中所看到的。LED 12的宽度可在导电结构15的尺寸的数量级上。例如，导电结构15的高度可在LED阵列11的LED像素节距的0.5-0.8倍之间，并且由此可等于LED 12的宽度/直径。LED 12的有源区域的每个点由于载流子复合而发射光，并且假定每个发射具有相同的发射角17。
现在相对于每个LED 12放置导电结构15，以使得其在LED 12上方形成开口。例如，LED 12的光轴18可在导电结构15的对应开口中居中。相应地，沿光轴18发射的光可穿过导电结构15。然而，未沿光轴18发射的光也可以能够穿过导电结构15，如由源自LED 12的两个相对边缘的虚线所指示的。穿过导电结构15的光的发射角16通过基本几何考虑来限定。
与每个LED 12相关的开口应当具有一定的直径/宽度，并且应当被安排在LED 12上方的一定距离处。这些参数取决于LED 12的发射角17、LED 12的宽度、所穿过的光的期望发射角度16、以及彼此关系。后者意味着导电结构15的较宽开口可被用于较高导电结构15，即开口与LED 12之间的较大距离。
在一示例中，LED 12的发射角17在110-160°之间，而所穿过的光的发射角16在60°以下，特别地在40-50°之间。然而，所穿过的光的发射角16的值可通过调节导电结构15的尺寸(例如，高度、开口宽度/直径、LED开口距离)和/或其相对于LED阵列11的安排来调节。
图2示出了根据本发明的一实施例的LED器件10，其建立在图1中所示的LED器件10上。具体地，LED器件10以侧视图/横截面(左侧)和俯视图(右侧)示出。图1和图2中的相同元件共享相同的参考标记，并且同样地起作用。同样，图2的LED器件10分别包括LED阵列11、顶部触点13和底部触点14、以及导电结构15。
特别地，图2示出了LED器件10，其中使用镶嵌工艺来制造导电结构15。该镶嵌工艺可以类似于在高级逻辑工艺中的M10-M14中所使用的工艺。相应地，如果使用铜镶嵌工艺，则导电结构15可包括金属芯，特别是铜芯，并且可被嵌入在介电材料24中(在此选择为SiO2)。特别地，介电材料24对于LED阵列11的光而言是透明的。使用镶嵌工艺允许创建高纵横比的导电结构15，这有利于薄层电阻，但同时有利于光阑的功能。
如图2的放大部分中所示的，导电结构15可进一步包括光吸收层26(即抗反射层)，其被配置成吸收由多个LED 12发射并撞击在导电结构15的表面上的光，即吸收光的第一部分。此类抗反射层的一示例是(黑色)碳层，特别是PECVD C层(厚度例如为5-50nm)，或用以捕获光的高折射率材料(例如，ALD Al2O3)。吸收层26可被设置(例如，生长、溅射、或分配等)在导电结构15的导电芯27的外表面上、或至少在该芯的表面区域上。由此，导电结构15的吸收性表面或吸收性表面区域被形成。
导电结构15可被置于透明的公共顶部触点13(被示为ITO，但也可以是高掺杂n型GaN或p型GaN)上。如图2的俯视图中所示的，导电结构15可以是网格状成形的——例如，如形成蜂巢图案的网格，并且可遵循被安排在其下面的多个LED 12的轮廓(在俯视图中观察时)。导电结构15还可限定位于LED 12上方一定距离处的多个透明开口21，每个开口21与多个LED 12之一相关。特别地，导电结构15可由多个垂直柱20形成，垂直柱20被置于多个LED12之间的空隙上方，以将每个LED 12与其在LED阵列11中的毗邻LED 12分开。在垂直柱20上方，可限定透明开口21，一个开口21与每个LED 12相关并被安排在每个LED 12上方。在俯视图中，一个或多个垂直柱21可一起被安排在LED 12之一周围，也就是说，可遵循LED 12的外部轮廓。由此，导电结构15有助于确保均匀的电流分布，并且还避免了不同LED像素之间(即毗邻LED 12之间)的串光。例如，垂直柱20可阻止由一个LED 12发射的光到达相邻LED 12和/或穿通过与相邻LED 12相关的开口21。
图2还示出了LED器件10的一些示例性尺寸。例如，在横截面中，导电结构15的垂直柱20之间的距离可在2-4μm之间，特别地为大约3μm(参见左侧)。这一直径可等于LED像素节距。导电结构15中的开口21的大小(宽度或直径d)可在2μm以下，或在1μm以下，或甚至在500nm以下。导电结构15的高度可在1-3μm之间，特别地为大约2μm。这一高度可相当于LED像素节距。一般而言，导电结构15的高度可在LED阵列11的LED像素节距的0.5-0.8倍之间。此外，LED 12的垂直厚度可在100-300nm之间，特别地可以为大约200nm，如图2中所示。LED 12可以是基于GaN的LED。顶部触点13的垂直厚度可在50-150nm之间，特别地为大约100nm，如图2中所示。
图2还示出了每个底部触点14可包括触点层25(例如，高掺杂p型半导体材料)，其被施加到LED 12之一的底表面。触点层25还可以用作镜子(如图2中所指示的)以支持沿主发射轴18引导LED 12的光。此外，每个底部触点14可包括电连接元件(例如，通孔28)，其被电连接到被安排在LED阵列11下方的CMOS IC 22。也就是说，LED器件10可包括CMOS IC 22，CMOS IC22通过底部触点14连接到LED 12，并被配置成驱动和/或读出LED阵列11。由此，每个LED 12能够藉由底部触点14和一个或多个顶部触点13中的一者被单独地驱动/读出。为此，至少一个顶部触点13可通过至少一个电连接元件，特别是通孔来连接到CMOS IC 22。由此，至少一个电连接元件从旁边经过或绕过LED阵列11，即电连接元件不通过LED阵列11。换言之，在LED阵列11的俯视图中，电连接元件将被安排在LED阵列11的外部/旁边。
图3示出了根据本发明的一实施例的LED器件10，其建立在图1中且特别是图2中所示的LED器件10上。图3中以及图1或图2中的相同元件共享相同的参考标记，并且同样地起作用。同样，图2的LED器件10包括LED阵列11、顶部触点13和底部触点14、以及导电结构15。
在图3中所示的LED器件10中，导电结构15与多个透镜30，特别地与微型透镜(例如，聚合物回流透镜)相结合。透镜30中的每一者被安排在导电结构15上方，特别地在导电结构15的开口21上方。每个透镜30可覆盖开口21之一。透镜30中的每一者被进一步配置成聚焦由LED 12之一发射并穿过导电结构15的光，在这一情形中，通过相关联的开口21。图2中所示的LED器件10的优点在于：充当光阑的导电结构15相比于图1或2中实现的导电结构而言能够不太紧密地被构建，即具有较宽开口21，因此导致所穿过的光的较宽发射角16。然而，透镜30再次将光聚焦到较窄光束，即经聚焦的光的发射角31可小于所穿过的光的发射角16。经聚焦的光的发射角31可例如为在60°以下的角度，特别地为40-50°之间的角度，即其可与图1或图2的LED器件10的所穿过的光的发射角16相同。
图4示出了根据本发明的一实施例的LED器件，其建立在图1中且特别是图2中所示的LED器件上。图4的LED器件10主要是图3中所示的LED器件10的替代，但是这两个实施例也可被结合。图4中以及图1或图2中的相同元件共享相同的参考标记，并且同样地起作用。同样，图2的LED器件10包括LED阵列11、顶部触点13和底部触点14、以及导电结构15。
在图4的LED器件10中，多个透镜40被安排在LED阵列11与导电结构15之间。透镜40中的每一者例如被配置成聚焦由多个LED 12之一发射的光中在没有透镜40的情况下将会被导电结构15吸收的至少一些光。经聚焦的光可穿过导电结构15。多个透镜40可以是折射透镜或光栅。透镜40可被安排在导电结构15下方和/或在导电结构15内。透镜40可与图3中所示的透镜30相结合。
图2中所示的LED器件10的优点在于：提高了光学效率，这是由于所穿过的光的强度被增大。在图2的LED器件10中，由每个LED 12发射并撞击在导电结构15上——并且由此不传输通过导电结构15的光被简单地滤除(即吸收)。然而，在图4的LED器件10中，光中的一些光可被聚焦并传输通过导电结构15。由此，总共可以有更多的光穿过导电结构15。也就是说，在图4的LED器件10中，以发射角16穿过的光的强度可被增大。例如，由透镜40聚焦的光的发射角41可以小于所穿过的光的发射角16。
在根据本发明的各实施例的上述LED器件10中的每一者中(在图1-4中示出)，围绕导电结构15的电介质24，即可使用镶嵌工艺得到的电介质24例如可以是SiO2、SiN、aSi或TiO2之一。作为碳层的替代，被设置在导电结构15的芯27上以使导电结构15吸收LED光的高折射率层26例如可以是Al2O3或TiO。高折射率层26例如可通过原子层沉积(ALD)来沉积，以创建被配置成捕获导电结构15的导电芯27(例如，铜芯)与介电界面之间的光的反射器。
图5示出了根据本发明的一实施例的用于制造LED器件10的方法50。例如，图1-4中所示的LED器件10可通过使用这一方法50来制造。方法50包括处理包括多个LED 12的LED阵列11的步骤51。此外，方法50包括处理被电连接到LED阵列11的至少一个顶部触点13和至少一个底部触点14的步骤52。此外，方法500包括特别地通过使用镶嵌工艺(例如，使用双镶嵌铜工艺)处理分别被安排在LED阵列11和顶部触点13上方并被电连接到顶部触点13的导电结构15的步骤53。导电结构15被处理成使得关于每个LED 12将导电结构15配置成吸收由LED 12发射的光的第一部分并使得光的第二部分穿过。由此，导电结构15被处理成在制造LED器件100的操作中使得所穿过的光的发射角16小于由LED 12发射的光的发射角17。

Claims (15)

1.发光二极管LED器件(10)，包括：
包括多个LED(12)的LED阵列(11)，
被电连接到所述LED阵列(11)的至少一个顶部触点(13)和底部触点(14)，以及
导电结构(15)，所述导电结构(15)分别被安排在所述LED阵列(11)和所述顶部触点(13)上方并被电连接到所述顶部触点(13)，
其中关于每个LED(12)，所述导电结构(15)被配置成吸收由所述LED(12)发射的光的第一部分并使得由所述LED发射的光的第二部分穿过，
其中所穿过的光的发射角(16)小于由所述LED(12)发射的光的发射角(17)。
2.如权利要求1所述的LED器件(10)，其特征在于：
所穿过的光的发射角(16)为60°或以下的角度，特别是40-50°的角度。
3.如权利要求1或2所述的LED器件(10)，其特征在于，进一步包括：
被安排在所述导电结构(15)上方的多个透镜(30)，其中每个透镜(30)被配置成聚焦由所述多个LED(12)之一发射并穿过所述导电结构(15)的光。
4.如权利要求1至3中的一项所述的LED器件(10)，其特征在于，进一步包括：
被安排在所述LED阵列(11)与所述导电结构(15)之间的多个透镜(40)，其中每个透镜(40)被配置成聚焦由所述多个LED(12)之一发射的光中的至少一些光，以使得经聚焦的光穿过所述导电结构(15)。
5.如权利要求1至4中的一项所述的LED器件(10)，其特征在于：
所述导电结构(15)包括用以吸收由所述多个LED(12)发射的光的光吸收层(27)，特别是碳层或高折射率材料层。
6.如权利要求1至5中的一项所述的LED器件(10)，其特征在于，包括：
被连接到所述多个LED(12)中的若干个LED或每一个LED并被安排在所述LED阵列(11)与所述导电结构(15)之间的透明顶部触点(13)。
7.如权利要求6所述的LED器件(10)，其特征在于：
所述导电结构(15)被连接到所述顶部触点(13)的顶表面的所确定的区域，所确定的区域被置于毗邻LED(12)之间的空隙上方。
8.如权利要求1至7中的一项所述的LED器件(10)，其特征在于：
所述导电结构(15)包括多个透明开口(21)，每个透明开口(21)与所述多个LED(12)之一相关。
9.如权利要求8所述的LED器件(10)，其特征在于：
所述导电结构(15)包括多个垂直柱(20)，所述垂直柱(20)被置于所述多个LED(12)之间的空隙上方，并被配置成将毗邻LED(12)彼此分开。
10.如权利要求8或9所述的LED器件(10)，其特征在于：
所述导电结构(15)的上表面限定所述透明开口(21)，并且位于所述LED阵列(11)上方的确定的距离处。
11.如权利要求1至10中的一项所述的LED器件(10)，其特征在于：
所述LED阵列(11)的LED像素节距在1-10μm之间，特别地等于或小于3μm，和/或
所述导电结构(15)的高度在LED阵列(11)的LED像素节距的0.1-1倍之间，特别是在0.5-0.8倍之间。
12.如权利要求1至11中的一项所述的LED器件(10)，其特征在于：
所述导电结构(15)包括金属芯(26)，特别是铜芯，并被嵌入在介电材料(24)中。
13.如权利要求1至12中的一项所述的LED器件(10)，其特征在于，进一步包括：
多个底部触点(14)，其中每个底部触点(14)被电连接到所述多个LED(12)之一，并且
互补金属氧化物半导体CMOS集成电路IC(22)通过所述底部触点(14)连接到所述LED(12)并被配置成驱动所述LED阵列(11)。
14.如权利要求1至13中的一项所述的LED器件(10)，其特征在于：
所述LED器件(10)是集成LED芯片或晶片，
其中特别地，所述LED阵列(11)、所述至少一个顶部触点(13)和底部触点(14)、以及所述导电结构(15)被集成。
15.一种用于制造发光二极管LED器件(10)的方法，所述方法包括：
处理包括多个LED(12)的LED阵列(11)，
处理被电连接到所述LED阵列(11)的至少一个顶部触点(13)和底部触点(14)，以及
特别地使用镶嵌工艺来处理分别被安排在所述LED阵列(11)和所述顶部触点(13)上方并被电连接到所述顶部触点(13)的导电结构(15)，
其中关于每个LED(12)，所述导电结构(15)被配置成吸收由所述LED(12)发射的光的第一部分并使得由所述LED(12)发射的光的第二部分穿过，
其中所穿过的光的发射角(16)小于由所述LED(12)发射的光的发射角(17)。
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