CN111712932B - Led阵列的波长转换层图案化 - Google Patents

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Abstract

公开了一种波长转换层，该波长转换层包括大小为50‑500nm并封装在无铈的YAG壳中的多个磷光体粒，以及粘合多个磷光体粒的粘合剂材料，该波长转换层具有附接到发光表面的5‑20微米的厚度。

Description

LED阵列的波长转换层图案化
背景技术
精密控制照明应用可能需要生产和制造发光二极管（LED）像素系统。制造这样的LED像素系统会需要精确地沉积材料，这是因为像素的大小是小的和系统之间的小的巷道空间。用于这样的LED像素系统的部件的小型化可能导致较大的LED像素系统中不存在的非预期效果。
包括LED、谐振腔发光二极管（RCLED）、垂直腔激光二极管（VCSEL）和边缘发射激光器的半导体发光器件跻身于当前可用的最有效的光源。在能够跨可见光谱操作的高亮度发光器件的制造中，当前感兴趣的材料系统包括III-V族半导体，特别是镓、铝、铟和氮的二元、三元和四元合金，也被称为III族氮化物材料。典型地，通过由金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）或其他外延技术在蓝宝石、碳化硅、III族氮化物、复合物或其他合适的衬底上外延生长具有不同成分和掺杂剂浓度的半导体层的堆叠来制造III族氮化物发光器件。该堆叠常常包括在衬底之上形成的用例如Si掺杂的一个或多个n型层、在该一个或多个n型层之上形成的有源区中的一个或多个发光层、以及在该有源区之上形成的用例如Mg掺杂的一个或多个p型层。在n型区和p型区上形成电接触部。
III族氮化物器件通常被形成为倒装或倒装芯片器件，其中n接触部和p接触部两者都形成在半导体结构的同一侧上，并且大部分光从半导体结构的与接触部相反的一侧提取。
发明内容
公开了一种波长转换层，该波长转换层包括大小为50-500nm并封装在无铈的YAG壳中的多个磷光体粒，以及粘合多个磷光体粒的粘合剂材料，该波长转换层具有附接到发光表面的5-20微米的厚度。
附图说明
从下面的描述中可以得到更详细的理解，下面的描述是结合附图作为示例给出的，在附图中：
图1A是3×3像素矩阵的俯视图示图；
图1B是10×10像素矩阵的俯视图示图；
图1C是蓝宝石衬底上的3×3像素矩阵的示图；
图1D是LED阵列的截面图示图；
图1E是发光器件的截面图示图；
图1F是生成波长转换层段的方法；
图1G是硅氧烷化合物的示图；
图1H是在转换器材料上的纳米压印光刻模具的示图；
图1I是图1H的转换器材料上的纳米压印光刻模具的中间步骤的示图；
图1J是网状的俯视图示图；
图1K是图1J的网状的截面图；
图2A是在一个实施例中在LED器件附接区处具有附接到衬底的LED阵列的电子板的俯视图；
图2B是两通道集成LED照明系统的一个实施例的示图，其中电子部件安装在电路板的两个表面上；
图2C是示例性车辆前灯系统；以及
图3示出了示例性光照系统。
具体实施方式
在下文中将参照附图更全面地描述不同的光照系统和/或发光二极管（“LED”）实现方式的示例。这些示例不是互相排斥的，并且可以将在一个示例中找到的特征与在一个或多个其他示例中找到的特征组合，以实现附加的实现方式。因此，将理解到，附图中所示的示例仅出于说明性目的提供，并且它们不意图以任何方式限制本公开。相似的数字始终指代相似的元件。
应该理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应该被这些术语所限制。这些术语可以用于区分一个元件和另一个元件。例如，在不脱离本发明的范围的情况下，第一元件可以被称为第二元件，并且第二元件可以被称为第一元件。如本文所使用的，术语“和/或”可以包括相关联的列出项中的一个或多个的任何及所有组合。
应当理解，当诸如层、区或衬底的元件被称为“在另一元件上”或“延伸到另一元件上”时，它可以直接在另外元件上或直接延伸到另外元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一元件被称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时，可以不存在中间元件。还将理解，当一元件被称为“连接”或“耦合”到另一元件时，它可以直接连接或耦合到另外元件，和/或经由一个或多个中间元件连接或耦合到另外元件。相反，当一元件被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一元件时，在该元件和另外元件之间不存在中间元件。将理解，附加于图中所描绘的任何取向，这些术语旨在涵盖元件的不同取向。
诸如“下面”、“上面”、“上”、“下”、“水平”或“竖直”的相对术语在本文中可以用来描述如图所示的一个元件、层或区与另一个元件、层或区的关系。应当理解，附加于图中所描绘的取向，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。
半导体发光器件（LED）或光功率发射器件（诸如发射紫外（UV）或红外（IR）光功率的器件）跻身于当前可用的最高效的光源。这些器件（在下文中称为“LED”）可以包括发光二极管、谐振腔发光二极管、垂直腔激光二极管、边缘发射激光器等等。例如，由于其紧凑的大小和较低的功率要求，LED可能是许多不同应用的有吸引力的候选者。例如，它们可以被用作手持式电池供电设备（诸如相机和手机）的光源（例如，闪光灯和相机闪光灯）。例如，它们还可以被用于汽车照明、平视显示器（HUD）照明、园艺照明、街道照明、视频火炬、普通光照（例如，家庭、商店、办公室和工作室照明、剧院/舞台照明和建筑照明）、增强现实（AR）照明、虚拟现实（VR）照明（作为显示器的背光）和IR光谱。单个LED可以提供没有白炽灯光源亮的光，并且因此，多结器件或LED阵列（诸如单片LED阵列、微型LED阵列等）可以被用于期望或需要更高亮度的应用。
根据所公开的主题的实施例，LED阵列（例如，微型LED阵列）可以包括如图1A、1B和/或1C所示的像素阵列。LED阵列可以被用于任何应用，诸如需要精确控制LED阵列区段的那些应用。LED阵列中的像素可以是单独可寻址的，可以是以组/子集可寻址的，或者可以不是可寻址的。在图1A中，示出了具有像素111的LED阵列110的俯视图。图1A中还示出了LED阵列110的3×3部分的分解图。如3x3部分的分解图所示，LED阵列110可以包括具有近似100μm或更小（例如，40μm）的宽度w1的像素111。像素之间的巷道113可以以近似20μm或更小（例如，5μm）的宽度w2分开。巷道113可以在像素之间提供气隙，或者可以包含其他材料，如图1B和1C所示并在本文中进一步公开的。从一个像素111的中心到相邻像素111的中心的距离d1可以是近似120μm或更小（例如，45μm）。将理解到，本文中提供的宽度和距离仅是示例，并且实际的宽度和/或尺寸可以变化。
将理解到，尽管在图1A、B和C中示出了以对称矩阵布置的矩形像素，但可以将任何形状和布置的像素应用于本文中公开的实施例。例如，图1A的LED阵列110可以包括以任何适用的布置的超过10,000个像素，该布置诸如是100×100矩阵、1200×50矩阵、对称矩阵、非对称矩阵等等。还将理解到，可以以任何适用的格式布置多组像素、矩阵和/或板，以实现本文中公开的实施例。
图1B示出了示例性LED阵列1000的截面图。如所示的，像素1010、1020和1030对应于LED阵列内的三个不同像素，使得分离部分1041和/或n型接触部1040将像素彼此分离。根据实施例，像素之间的空间可以被气隙占据。如所示的，像素1010包括外延层1011，该外延层1011可以生长在可以从外延层1011去除的任何适用的衬底上，该衬底诸如例如是蓝宝石衬底。远离接触部1015的生长层的表面可以是基本上平坦的或可以被图案化。p型区1012可以位于p接触部1017附近。有源区1021可以邻近于n型区和p型区1012设置。替换地，有源区1021可以在半导体层或n型区与p型区1012之间，并且可以接收电流，以使得有源区1021发射光束。p接触部1017可以与SiO2层1013和1014以及镀金属层1016（例如，镀铜）接触。n型接触部1040可以包括诸如Cu之类的适用金属。金属层1016可以与接触部1015接触，该接触部1015可以是反射性的。
值得注意的是，如图1B所示，n型接触部1040可以沉积到在像素1010、1020和1030之间创建的沟槽1130中，并且可以延伸超过外延层。分离部分1041可以分离全部（如所示的）或部分波长转换层1050。将理解到，可以在没有这样的分离部分1041的情况下实现LED阵列，或者分离部分1041可以对应于气隙。分离部分1041可以是n型接触部1040的延伸，使得分离部分1041由与n型接触部1040相同的材料（例如，铜）形成。替换地，分离部分1041可以由与n型接触部1040不同的材料形成。根据实施例，分离部分1041可以包括反射材料。分离部分1041和/或n型接触部1040中的材料可以以任何适用的方式沉积，诸如例如，但是施加包括或允许n型接触部1040和/或分离部分1041的沉积的网状结构。波长转换层1050可以具有类似于图1D的波长转换层205的特征/属性。如本文中提出的，一个或多个附加层可以涂覆分离部分1041。这样的层可以是反射层、散射层、吸收层或任何其他适用的层。一个或多个钝化层1019可以将n-接触部1040与外延层1011完全或部分分开。
外延层1011可以由包括蓝宝石、SiC、GaN、硅树脂的任何适用的材料形成以在被激发时发射光子，并且可以更具体地由以下各项形成：III-V族半导体，其包括但不限于AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、GaP、GaAs、GaSb、InN、InP、InAs、InSb；II-VI族半导体，其包括但不限于ZnS、ZnSe、CdSe、CdTe；IV组半导体，其包括但不限于Ge、Si、SiC；及其混合物或合金。这些示例性半导体在它们存在的LED的典型发射波长处可以具有范围为从大约2.4到大约4.1的折射率。例如，III族氮化物半导体（诸如GaN）可以在500 nm处具有大约2.4的折射率，并且III族磷化物半导体（诸如InGaP）可以在600 nm处具有大约3.7的折射率。耦合到LED器件1200的接触部可以由诸如AuSn、AuGa、AuSi或SAC焊料之类的焊料形成。
该n型区可以在生长衬底上生长，并且可以包括一层或多层半导体材料，其包括不同的成分和掺杂剂浓度，包括例如制备层（诸如缓冲层或成核层），和/或被设计成便于去除生长衬底的层。这些层可以是n型的，或者不是故意掺杂的，或者甚至可以是p型器件层。可以针对发光区期望的特定光学、材料或电属性来设计这些层，以高效发射光。类似地，p型区1012可以包括具有不同成分、厚度和掺杂剂浓度的多个层，包括非有意掺杂的层或n型层。可以使电流（例如，经由接触部）流过pn结，并且像素可以生成第一波长的光，该第一波长至少部分地由材料的带隙能量确定。像素可以直接发射光（例如，常规LED或直接发射LED），或者可以将光发射到波长转换层1050（例如，磷光体转换的LED、“PCLED”等）中，该波长转换层1050的作用是进一步将发射的光的波长修改为输出第二波长的光。
尽管图1B示出了具有以示例性布置的像素1010、1020和1030的示例性LED阵列1000，但将理解到，LED阵列中的像素可以以多种布置中的任一种来提供。例如，像素可以是倒装芯片结构、垂直注入薄膜（VTF）结构、多结结构、薄膜倒装芯片（TFFC）、横向器件等。例如，横向LED像素可以类似于倒装芯片的LED像素，但是可以不上下颠倒以将电极直接连接到衬底或封装。TFFC也可以类似于倒装芯片LED像素，但是可以去除生长衬底（留下无支撑的薄膜半导体层）。相反地，生长衬底或其他衬底可以被包括为倒装芯片LED的一部分。
波长转换层1050可以处于由有源区1021发射的光的路径中，使得由有源区1021发射的光可以穿越一个或多个中间层（例如，光子层）。根据实施例，波长转换层1050或可以不存在于LED阵列1000中。波长转换层1050可以包括任何发光材料，诸如例如，透明或半透明粘合剂或基质中的磷光体颗粒，或吸收一种波长的光并发射不同波长的光的陶瓷磷光体元件。波长转换层1050的厚度可以基于所使用的材料或布置LED阵列1000或个体像素1010、1020和1030的应用/波长来确定。例如，波长转换层1050可以是近似20μm、50μm或1200μm。如所示的，波长转换层1050可以设置在每个个体像素上，或者可以放置在整个LED阵列1000上方。
主光学器件1022可以在一个或多个像素1010、1020和/或1030上或上方，并且可以允许光从有源区101和/或波长转换层1050传过主光学器件。通常可以基于朗伯分布图案来发射经由主光学器件的光，以使得当从理想的漫射辐射体观察时，经由主光学器件1022发射的光的发光强度与入射光的方向和表面法线之间的角度的余弦成正比。将理解到，可以修改主光学器件1022的一个或多个属性来产生与朗伯分布图案不同的光分布图案。
包括透镜1065和波导1062之一或两者的次级光学器件可以设置有像素1010、1020和/或1030。将理解到，尽管利用多个像素、根据图1B所示的示例讨论了次级光学器件，也可以为单个像素提供次级光学器件。次级光学器件可以被用来散布传入光（发散光学器件），或将传入光聚集到准直射束中（准直光学器件）。波导1062可以涂覆有介电材料、金属化层等等，并且可以被设置为反射或重定向入射光。在替换的实施例中，照明系统可以不包括以下各项中的一个或多个：波长转换层1050、主光学器件1022、波导1062和透镜1065。
透镜1065可以由任何适用的透明材料形成，该透明材料诸如是但不限于SiC、氧化铝、金刚石等等或它们的组合。透镜1065可以被用来修改要输入到透镜1065中的光束，使得来自透镜1065的输出射束将有效地满足期望的光度规格。附加地，透镜1065可以诸如通过确定多个LED器件1200B的点亮和/或熄灭外观来达到一个或多个美学目的。
图1C示出了LED阵列1100的三维视图的截面。如所示的，LED阵列1100中的像素可以被沟槽分开，该沟槽被填充以形成n接触部1140。像素可以在衬底1114上生长，并且可以包括p接触部1113、p-GaN半导体层1112、有源区1111和n-Gan半导体层1110。将理解到，仅作为示例提供此结构，并且可以添加、去除或部分地添加或去除一个或多个半导体或其他适用的层，以实现本文中提供的公开内容。可以将波长转换层1117沉积在半导体层1110（或其他适用的层）上。
如所示的，可以在沟槽1130内形成钝化层1115，并且可以在沟槽1130内沉积n接触部1140（例如，铜接触部）。钝化层1115可以将n接触部1140的至少一部分与半导体的一个或多个层分开。根据一实现方式，沟槽内的n接触部1140或其他适用的材料可以延伸到波长转换层1117中，使得n接触部1140或其他适用的材料在像素之间提供完全或部分光学隔离。
图1D示出了根据本文公开的技术制造的示例性像素阵列1200，其可以包括发光器件1270，该发光器件1270包括GaN层1250，有源区1290，焊料1280和图案蓝宝石衬底（PSS）图案1260。波长转换层1220可以根据本文公开的技术设置在发光器件1270上以创建像素1275。
光学隔离材料1230可以被施加到波长转换层1220。波长转换层可以经由图案蓝宝石衬底（PSS）图案1260安装到GaN层1250上。GaN层1250可以结合到有源区1290或在有源区1290上方生长，并且发光器件1270可以包括焊料1280。光学隔离器材料1240也可以施加到GaN层1250的侧壁上。
作为示例，图1D的像素1275可以对应于图1b的像素111。当像素111或1275被激活时，像素的各个有源区1290可以生成光。光可以穿过波长转换层1220，并且可以基本上从波长转换层1220的表面发射。
图1E示出了在将波长转换层1220放置在发光器件1270上之前图1D的像素阵列的部件。
图1F示出了用于生成具有溶胶-凝胶或硅氧烷粘合剂的波长转换层的方法1400。如步骤1410处所示，可以将波长转换层沉积在一表面上。该表面可以是任何适用的表面，诸如支撑表面（诸如玻璃支撑表面）、胶带（诸如可拉伸胶带、蓝色胶带、白色胶带、UV胶带），或被配置为保持波长转换层的任何其他表面。该表面可以包含壁以保持波长转换层材料。
波长转换层可以包括多个光学隔离颗粒，诸如但不限于：具有或不具有来自稀土离子的活化的磷光体粒，硼酸锌钡，氮化铝，氧氮化铝（AlON），硫酸钡，钛酸钡，钙钛酸盐，立方氧化锆，金刚石，钆镓石榴石（GGG），锆钛酸镧铅（PLZT），锆钛酸铅（PZT），蓝宝石，氧氮化硅铝（SiAlON），碳化硅，氧氮化硅（SiON），钛酸锶，氧化钛，钇铝石榴石（YAG），硒化锌，硫化锌和碲化锌，金刚石，碳化硅（SiC），单晶氮化铝（AlN），氮化镓（GaN）或氮化铝镓（AlGaN）或任何透明、半透明或散射的陶瓷，光学玻璃，高折射率玻璃，蓝宝石，氧化铝，诸如磷化镓之类的III-V族半导体，诸如硫化锌、硒化锌和碲化锌之类的II-VI族半导体，IV族半导体和化合物，金属氧化物，金属氟化物，以下任何一种的氧化物：铝、锑、砷、铋、钙、铜、镓、锗、镧、铅、铌、磷、碲、铊、钛、钨、锌或锆，多晶氧化铝（透明氧化铝），氧氮化铝（AlON），立方氧化锆（CZ），钆镓石榴石（GGG），磷化镓（GaP），锆钛酸铅（PZT），氧氮化硅铝（SiAlON），碳化硅（SiC），氧氮化硅（SiON），钛酸锶，钇铝石榴石（YAG），硫化锌（ZnS），尖晶石，Schott玻璃LaFN21、LaSFN35、LaF2、LaF3、LaF10, NZK7, NLAF21, LaSFN18, SF59, 或 LaSF3，Ohara玻璃SLAM60或SLAH51，并且可以包括氮化物发光材料，石榴石发光材料，原硅酸盐发光材料，SiAlON发光材料，铝酸盐发光材料，氧氮化物发光材料，卤化物发光材料，氧卤化物发光材料，硫化物发光材料和/或氧硫化物发光材料，包括选自硫化镉，硒化镉，硫化锌，硒化锌，并且可以选自SrLiAl3N4：Eu（II）（锶-锂-氮化铝：铕（II）））类，掺有Eu（II）的氮化物磷光体，例如(Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxOxN8:Eu, (Sr,Ca)SiAlN3:Eu或SrLiAl3N4:Eu或其任何组合的核心材料的发光量子点。
波长转换层可以包括粘合剂材料，使得粘合剂材料是硅氧烷材料或溶胶-凝胶材料或溶胶-凝胶和硅氧烷的混合组合，以及与硅氧烷组合的聚硅氮烷前体聚合物。硅氧烷材料和/或溶胶-凝胶材料可以作为粘合剂，因为这样的材料可以被配置为在LED像素和像素阵列的高通量和温度要求下保持功能。
如图1G 中经由化合物1500所示，硅氧烷材料可以是硅氧烷聚合物，其中硅氧烷是有机硅化学中具有Si-O-Si键合的官能团。母体硅氧烷可以包括分子式为H(OSiH2) n OH 和(OSiH2)n的低聚和聚合氢化物。硅氧烷还可以包括支链化合物，其定义特征可以是每对硅中心被一个氧原子隔开。硅氧烷材料可以采用预期用于连接的四面体（“sp 3-样”）中心的结构。Si–O键可以为1.64Å（相对于Si–C距离为1.92Å），并且Si–O–Si角可以打开为142.5°。由于低位阻，硅氧烷可以具有绕Si–O键旋转的低势垒。
可以经由缩合反应形成硅氧烷粘合剂，使得分子通过损失作为诸如水或甲醇的副产物的小分子而结合在一起。替换地或此外，可以经由开环聚合反应形成硅氧烷粘合剂，使得聚合物链的末端充当反应中心，其中其他环状单体可以通过打开其环系而反应并形成更长的聚合物链。缩合反应和/或开环聚合可以被认为是链增长聚合的形式。
可以使用湿化学技术经由溶胶-凝胶工艺来创建溶胶-凝胶粘合剂。在这样的工艺中，溶液可以朝向形成既包含液相又包含固相的凝胶状网络逐渐演变。在溶胶-凝胶工艺期间可以使用发生水解和缩聚反应的前体，诸如金属醇盐和金属氯化物。溶液（溶胶）可以包含胶体，并且胶体分散体可以是固-液和/或液/液混合物，其包含以不同程度分散在液体介质中的固体颗粒。可以经由缩合反应形成溶胶-凝胶粘合剂，使得分子通过损失作为诸如水或甲醇的副产物的小分子而结合在一起。诸如聚硅氮烷和聚硅氮烷-硅氧烷杂化材料的前体聚合物也可以用作粘合剂。聚硅氮烷是含有-HN-Si母体的前体聚合物，该母体与硅醇（Si-OH）和醇（C-OH）高度反应以形成硅氧烷键（Si-O-），同时消除氨（NH3）。基于聚硅氮烷的前体液体作为“玻璃旋涂”材料市售。它们通常用于浇铸（cast）SiO2介电膜。
粘合波长转换层的粘合剂可以需要经历快速固化和低挥发性，以便促进如本文公开的纳米压印光刻（NIL）工艺。因此，波长转换层可以包含光引发剂，并且该光引发剂可以用于催化粘合剂的固化过程。可以将NIL工艺应用于波长转换层以将波长转换层分段成可以应用于发光器件的波长转换层段。如图1F中所示，在步骤1420处，可以将NIL模具施加到波长转换层。图1H图示了被施加到波长转换层1620的NIL模具1610的截面图。如所示，可以沉积NIL模具1610，使得波长转换层1620将其形式改变为模具1610的形式。应当注意，模具1610的齿之间的空间可以对应于将波长转换层段放置在间隔开的发光器件上所需的间隔。
在图1F的步骤1430处，可以固化波长转换层。可以使用UV辐射或UV辐射与热固化的组合进行固化。波长转换层的全部或部分可以暴露于UV辐射，使得那些部分可以被固化。UV光可以从任何适用的方向被发射到波长转换层上，并且如果模具是完全或部分透明的，UV光可以通过NIL模具被施加。
UV光可以经由使用催化剂加快完成固化所需的反应，来产生快速固化过程。UV光可以发射到包含在波长转换层中的光引发剂上，并且光引发剂可以与UV光反应。光引发剂可以是例如通过碱与能够进行光脱羧的酸的相互作用创建的盐。光引发剂可以是当酸和碱配对以形成中性物质时创建的盐化合物。
当将UV光发射到光引发剂上时，光引发剂可以被配置为进行光脱羧过程。光引发剂中包含的化合物（诸如有机酸）可以与光发生反应，使得它通过损失二氧化碳（CO2）而分解。这种脱羧可以有效地从光引发剂中去除酸，并且脱羧的副产物可以是例如超碱以及其他非酸残留。超碱可以是例如1,5-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-5-烯（DBU），1,5,7-三氮杂双环[4.4.0]癸-5-烯（TBD）。超碱可以具有这样的性质，使得其寻找其他分子以停泊过量的电子，这可以导致对溶胶-凝胶或硅氧烷粘合剂的反应性链端或可交联基质上的催化作用。
可以通过在热固化或后烘烤期间蒸发或进一步分解而从波长转换层去除超碱或其他非酸残留。
如图1F的步骤1440处所示，由于波长转换层可以包含在固化过程中成形的波长转换层段，因此可以从波长转换层去除纳米压印模具。在图1F的步骤1450处，波长转换层段被设计大小和被放置使得它们可以附接到诸如图1E的发光器件阵列1201的发光器件阵列，以产生图1D的像素阵列1200。应当注意，可能需要分离步骤以分离波长转换层以形成波长转换层段，并且可以包括任何适用的方法，诸如锯切、蚀刻、激光蚀刻等。还应注意，可以经由任何适用的转移方法（诸如通过使用转移带、转移衬底等），将波长转换层段附接到发光器件。
图1I示出了将NIL模具1610施加到图1I的波长转换层1620上的截面图的中间步骤。如所示，波长转换层1620可以被部分地形成，使得波长转换层1620对应于例如经由UV光而被固化使得光引发剂经历脱羧的部分。第二波长转换层1630可以被部分地形成，使得它可以经历脱羧。如所示，超碱1631的副产物可以保留在该中间步骤处。
根据所公开的主题的一实施方式，使用了喷墨的直接印刷或类似的印刷机可以被用来将波长转换层沉积到发光器件上。可以在可释放的衬底上生成图案，诸如光刻或压印光刻。原子层沉积（ALD）可以用于例如使用剥离（liftoff）去除不希望的区域来使层图案化。可以使用Kateeva或类似的印刷机在磷光体层下方处用例如TiOx层印刷每一层。值得注意的是，这样的直接印刷可能需要磷光体颗粒显著小于经由喷嘴使得可用的空间。因此，可以将1um或更小的磷光体颗粒大小用于这样的沉积。
根据所公开的主题的一实施方式，图1J示出了网状壁1715的俯视图并且图1K示出了网状壁1715的截面图，网状壁1715可以被生成以在制造图1D的像素阵列时提供图1D的波长转换层1220的结构。网状壁1715可以包含腔1714，该腔1714具有与图1E的发光器件1270之间的空间相对应的空间，使得在附接图1D的波长转换层1220之前，使网状壁间隔开以使腔1714与图1E的发光器件1270对准。可以使用纳米压印（NIL）光刻工艺或接触印刷工艺来形成网状壁。通过将网状壁材料沉积到表面上并将纳米压印模具施加到材料上，可以使用NIL工艺生成网状壁。可以使用热固化或使用UV光来固化网状壁材料，并且可以从网状壁材料上去除纳米压印模具。可以将所得的网状壁沉积在像素阵列上以创建用于沉积图1D的波长转换层1220的支撑。替换地，可以用例如牺牲性PMMA或用UV可固化材料来生成接触印刷光子柱的网膜。
在一个实施例中，图2A是具有LED阵列410的电子板的俯视图，该LED阵列410在LED器件附接区318处附接到衬底。电子板与LED阵列410一起表示LED系统400A。附加地，功率模块312通过迹线418B接收在Vin 497处输入的电压和来自连接性和控制模块316的控制信号，并且通过迹线418A向LED阵列410提供驱动信号。LED阵列410经由来自功率模块312的驱动信号来接通和断开。在图2A所示的实施例中，连接性和控制模块316通过迹线418C从传感器模块314接收传感器信号。LED阵列410中的像素可以根据图1F中概述的步骤来产生，并且可以基于本文公开的与图1G-I相关的技术。
图2B图示了两通道集成LED照明系统的一个实施例，其中电子部件安装在电路板499的两个表面上。如图2B所示，LED照明系统400B包括：第一表面445A和安装在其上的AC/DC转换器电路412，该第一表面445A具有用于接收调光器信号和AC功率信号的输入。LED系统400B包括具有调光器接口电路415的第二表面445B、DC-DC转换器电路440A和440B、具有微控制器472的连接性和控制模块416（在该示例中为无线模块）以及安装在其上的LED阵列410。LED阵列410由诸如第一通道411A和第二通道411B的两个独立的通道驱动。在替换的实施例中，单个通道可以被用来将驱动信号提供给LED阵列，或者任何数量的多个通道可以被用来将驱动信号提供给LED阵列。
LED阵列410可以包括两组LED器件。在示例实施例中，组A的LED器件电耦合至第一通道411A，并且组B的LED器件电耦合至第二通道411B。两个DC-DC转换器440A和440B中的每一个可以分别经由单个通道411A和411B提供相应的驱动电流，以用于驱动LED阵列410中的相应的LED组A和B。LED组之一中的LED可以被配置成发射具有与第二组LED中的LED不同的色点的光。通过控制由单个DC/DC转换器电路440A和440B分别经由单个通道411A和411B施加的电流和/或占空比，可以在一范围内调谐由LED阵列410发射的光的复合色点的控制。尽管图2B所示的实施例不包括传感器模块（如图2A中所述），但是替换的实施例可以包括传感器模块。
所图示的LED照明系统400B是集成系统，其中LED阵列410和用于操作LED阵列410的电路被设置在单个电子板上。电路板499的同一表面上的模块之间的连接可以电耦合，以用于通过表面或子表面互连（诸如迹线431、432、433、434和435或金属化（未示出））来交换例如模块之间的电压、电流和控制信号。电路板499的相对表面上的模块之间的连接可以由通过诸如通孔和金属化（未示出）之类的板互连来电耦合。如本文所公开的，LED阵列410中的像素可以根据图1F中概述的步骤来产生，并且可以基于本文公开的与图1G-I相关的技术。
根据实施例，可以提供LED系统，其中LED阵列在与驱动器和控制电路分开的电子板上。根据其他实施例，LED系统可以具有LED阵列连同与驱动器电路分开的电子板上的一些电子器件。例如，LED系统可以包括功率转换模块和位于与LED阵列分开的电子板上的LED模块。
根据实施例，LED系统可以包括多通道LED驱动器电路。例如，LED模块可以包括嵌入式LED校准和设置数据以及例如三组LED。本领域普通技术人员将意识到，任何数量的LED组可以与一个或多个应用一致地使用。每个组内的个体LED可以串联或并联布置，并且可以提供具有不同色点的光。例如，可以由第一组LED提供暖白光，可以由第二组LED提供冷白光，并且可以由第三组提供中性白光。
图2C示出了示例性车辆前灯系统300，其包括车辆功率302，该车辆功率302包括数据总线304。传感器模块307可以连接到数据总线304，以提供与环境条件（例如，环境光条件、温度、时间、雨、雾等）、车辆条件（停放的、运动中、速度、方向）、其他车辆、行人、对象等等的存在/方位有关的数据。传感器模块307可以与图2A的传感器模块314相似或相同。AC/DC转换器305可以连接到车辆功率302。
图2C的功率模块312（AC/DC转换器）可以与图2B的AC/DC转换器412相同或相似，并且可以从车辆功率302接收AC功率。它可以将AC功率转换成DC功率，如对于AC-DC转换器412在图2B中描述的。车辆前灯系统300可以包括：有源前灯331，其接收由AC/DC转换器305、连接性和控制模块306和/或传感器模块307或基于它们所提供的一个或多个输入。作为示例，传感器模块307可以检测到行人的存在，使得行人没有被很好地照亮，这可能减小驾驶员看见行人的可能性。基于这样的传感器输入，连接性和控制模块306可以使用从AC/DC转换器305提供的功率将数据输出到有源前灯331，使得输出数据激活有源前灯331内包含的LED阵列中的LED的子集。当被激活时，LED阵列中的LED的子集可以在传感器模块307感测到行人的存在的方向上发射光。在传感器模块207提供确认行人不再在包括车辆前灯系统的车辆的路径中的更新数据之后，可以去激活这些LED的子集或可以以其他方式修改它们的光束方向。有源前灯331中LED阵列中的像素可以根据图1F中概述的步骤来产生，并且可以基于本文公开的与图1G-I相关的技术。
图3示出了示例系统550，其包括应用平台560、LED系统552和556以及光学器件554和558。LED系统552和556中的像素可以根据图1F中概述的步骤来产生，并且可以基于本文公开的与图1G-I相关的技术。LED系统552产生在箭头561a与561b之间示出的光束561。LED系统556可以产生在箭头562a与562b之间的光束562。在图3所示的实施例中，从LED系统552发射的光传过次级光学器件554，并且从LED系统556发射的光传过次级光学器件558。在替换的实施例中，光束561和562不传过任何次级光学器件。次级光学器件可以是或可以包括一个或多个光导。一个或多个光导可以是边缘照亮的，或者可以具有限定了光导的内部边缘的内部开口。LED系统552和/或556可以插入一个或多个光导的内部开口中，使得它们将光注入到一个或多个光导的内部边缘（内部开口的光导）或外部边缘（边缘照亮的光导）中。LED系统552和/或556中的LED可以围绕作为光导的一部分的基部的圆周布置。根据实现方式，基部可以是导热的。根据实现方式，基部可以耦合到布置在光导上方的散热元件。散热元件可以被布置成经由导热基部接收由LED生成的热并且耗散接收到的热。一个或多个光导可以允许LED系统552和556发射的光以期望的方式成形，该期望的方式诸如例如具有梯度、倒角分布、窄分布、宽分布、角度分布等等。
在示例实施例中，系统550可以是具有相机闪光灯系统的移动电话、室内住宅或商业照明、诸如路灯之类的室外灯、汽车、医疗设备、AR/VR设备和机器人设备。在示例实施例中，图2A所示的LED系统400A和图2C所示的车辆前灯系统300图示了LED系统552和556。
如本文中讨论的，应用平台560可以经由功率总线、经由线565或其他适用的输入向LED系统552和/或556提供功率。另外，应用平台560可以经由线565提供用于操作LED系统552和LED系统556的输入信号，该输入可以基于用户输入/偏好、感测到的读数、预编程或自主确定的输出等等。一个或多个传感器可以在应用平台560的壳体内部或外部。替换地或此外，如图2A的LED系统400所示，每个LED系统552和556可以包括其自己的传感器模块、连接性和控制模块、功率模块和/或LED器件。
在实施例中，应用平台560传感器和/或LED系统552和/或556传感器可以收集诸如视觉数据（例如，LIDAR数据、IR数据、经由相机收集的数据等）、音频数据、基于距离的数据、移动数据、环境数据等等的数据或其组合。该数据可以与诸如对象、个人、车辆等的物理项目或实体相关。例如，感测装备可以为基于ADAS/AV的应用收集对象接近性数据，这可以基于检测到物理项目或实体来优先处理检测和随后的动作。可以基于例如由LED系统552和/或556发射光学信号（诸如IR信号）并且基于所发射的光学信号收集数据来收集数据。可以通过与发射用于数据收集的光学信号的部件不同的部件来收集数据。继续该示例，感测装备可以位于汽车上，并且可以使用垂直腔表面发射激光器（VCSEL）发射射束。一个或多个传感器可以感测对发射的射束或任何其他适用输入的响应。
在示例性实施例中，应用平台560可以表示汽车，并且LED系统552和LED系统556可以表示汽车前灯。在各种实施例中，系统550可以表示具有可转向光束的汽车，其中可以选择性地激活LED来提供可转向光。例如，LED阵列可以被用来定义或投影形状或图案或仅照亮道路的所选部分。在示例性实施例中，LED系统552和/或556内的红外相机或检测器像素可以是识别场景的需要光照的一部分（道路、人行横道等）的传感器（例如，类似于图2A的传感器模块314和图2C的307）。
尽管以上以特定组合的形式描述了特征和元件，但是本领域普通技术人员将领会到，每个特征或元件可以单独使用或与其他特征和元件以任何组合的形式使用。此外，本文中描述的方法可以以结合到计算机可读介质中以用于由计算机或处理器执行的计算机程序、软件或固件来实现。计算机可读介质的示例包括电子信号（通过有线或无线连接传输的）和计算机可读存储介质。计算机可读存储介质的示例包括但不限于只读存储器（ROM）、随机存取存储器（RAM）、寄存器、高速缓冲存储器、半导体存储器设备、磁介质（诸如内部硬盘和可移动盘）、磁光介质和光学介质（诸如CD-ROM盘和数字多功能盘（DVD））。

Claims (36)

1.一种方法，包括：
将波长转换层沉积到表面上，所述波长转换层包括光引发剂和粘合剂材料；和
通过将纳米压印光刻工艺施加于所述波长转换层来图案化所述波长转换层，所述纳米压印光刻工艺包括：
在所述波长转换层上施加纳米压印模具；
固化所述波长转换层，使得所述光引发剂经历脱羧；和
在所述固化后从所述波长转换层上去除所述纳米压印模具。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述波长转换层的图案化限定波长转换像素的阵列。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述阵列中的像素具有100微米或更小的宽度；或者20微米或更小的相邻像素之间的间距；或者100微米或更小的宽度和20微米或更小的相邻像素之间的间距。
4.根据权利要求3所述的方法，包括：将发光半导体二极管的阵列与所述波长转换像素的阵列对准，并且将每个波长转换像素附接到对应的发光半导体二极管。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述粘合剂材料包括硅氧烷材料、聚硅氮烷或溶胶-凝胶材料中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光引发剂是盐。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，固化所述波长转换层包括：用由所述光引发剂吸收的紫外光照射所述波长层，以引起所述脱羧。
8.根据权利要求7所述的方法，包括用透射通过所述纳米压印模具的紫外光照射所述波长转换层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，脱羧的光引发剂催化所述粘合剂材料的反应性链端或可交联衬底的反应。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，脱羧的光引发剂催化所述粘合剂材料的缩聚或开环聚合。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脱羧产生超碱。
12.根据权利要求11所述的方法，包括：在所述粘合剂固化之后通过所述超碱的热分解或蒸发去除所述超碱。
13.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述粘合剂材料包括硅氧烷材料、聚硅氮烷或溶胶-凝胶材料中的一个或多个；所述光引发剂是盐；
固化所述波长转换层包括：用由所述光引发剂吸收的紫外光照射所述波长转换层，以引起所述光引发剂的所述脱羧；以及
所述光引发剂的脱羧产生超碱。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述超碱催化所述粘合剂材料的链端或可交联衬底的反应。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述超碱催化所述粘合剂材料的缩聚或开环聚合。
16.根据权利要求13所述的方法，包括：在所述粘合剂固化之后通过所述超碱的热分解或蒸发去除所述超碱。
17.根据权利要求13-16中任一项所述的方法，其中，所述波长转换层的图案化限定波长转换像素的阵列。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述阵列中的像素具有100微米或更小的宽度；或者20微米或更小的相邻像素之间的间距；或者100微米或更小的宽度和20微米或更小的相邻像素之间的间距。
19.根据权利要求17所述的方法，包括将发光半导体二极管的阵列与所述波长转换像素的阵列对准，并且将每个波长转换像素附接到对应的发光半导体二极管。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述阵列中的像素具有100微米或更小的宽度；或者20微米或更小的相邻像素之间的间距；或者100微米或更小的宽度和20微米或更小的相邻像素之间的间距。
21.一种方法，包括：
将包括光引发剂和可固化材料的层沉积到表面上；
在可固化材料层上施加纳米压印模具以形成包括限定腔的相交壁的网；
在施加所述纳米压印模具后，用光照射所述网，引起所述光引发剂脱羧，以发起所述可固化材料的固化；
在固化所述可固化材料后，去除所述纳米压印模具；和
在去除纳米压印模具后，在所述腔中沉积波长转换材料以形成波长转换像素的阵列。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述阵列中的像素具有100微米或更小的宽度；或者20微米或更小的相邻像素之间的间距；或者100微米或更小的宽度和20微米或更小的相邻像素之间的间距。
23.根据权利要求22所述的方法，包括：将发光半导体二极管的阵列与所述波长转换像素的阵列对准，并且将每个波长转换像素附接到对应的发光半导体二极管。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，所述可固化材料包括硅氧烷材料、聚硅氮烷或溶胶-凝胶材料中的一个或多个。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，所述光引发剂是盐。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，脱羧的光引发剂催化所述可固化材料的链端或可交联衬底的反应。
27.根据权利要求21所述的方法，其中，脱羧的光引发剂催化所述可固化材料的缩聚或开环聚合。
28.根据权利要求21所述的方法，其中，所述脱羧产生超碱。
29.根据权利要求28所述的方法，包括：在所述可固化材料的固化之后通过所述超碱的热分解或蒸发去除所述超碱。
30.根据权利要求21所述的方法，其中：
所述可固化材料包括硅氧烷材料、聚硅氮烷或溶胶-凝胶材料中的一个或多个；
所述光引发剂是盐；
固化所述可固化材料包括：用由所述光引发剂吸收的紫外光照射所述波长层，以引起所述光引发剂的所述脱羧；以及
所述光引发剂的脱羧产生超碱。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述超碱催化所述可固化材料的链端或可交联衬底的反应。
32.根据权利要求30所述的方法，其中，所述超碱催化所述可固化材料的缩聚或开环聚合。
33.根据权利要求30所述的方法，包括：在所述可固化材料固化之后通过所述超碱的热分解或蒸发去除所述超碱。
34.根据权利要求30-33中任一项所述的方法，其中，所述阵列中的像素具有100微米或更小的宽度；或者20微米或更小的相邻像素之间的间距；或者100微米或更小的宽度和20微米或更小的相邻像素之间的间距。
35.根据权利要求30-33中任一项所述的方法，包括将发光半导体二极管的阵列与所述波长转换像素的阵列对准，并且将每个波长转换像素附接到对应的发光半导体二极管。
36.根据权利要求35所述的方法，其中，所述阵列中的像素具有100微米或更小的宽度；
或者20微米或更小的相邻像素之间的间距；或者100微米或更小的宽度和20微米或更小的相邻像素之间的间距。
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