CN114766065A - 用于多色led像素单元的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种微型多色LED器件，包括用于发射一系列颜色光的两个或更多个LED结构。所述两个或更多个LED结构被竖向地层叠以将所述两个或更多个LED结构发出的光竖向和/或水平地混合以及经由一些反射结构向上反射。在一些实施例中，每个LED结构与像素驱动器和/或公共电极连接。LED结构通过键合层键合在一起。在一些实施例中，平面化层围封每个LED结构或微型多色LED器件。在一些实施例中，在器件中实现有反射层、折射层、微透镜、间隔物和反光杯结构中的一个或多个以提高LED发光效率。包括微型三色LED器件阵列的显示面板具有高分辨率和高照明亮度。

Description

用于多色LED像素单元的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年6月19日提交的申请号为62/863,559、标题为“Systems andMethods for Coaxial Multi-Color LED(用于同轴多色LED的系统和方法)”的美国临时专利申请；于2020年4月21日提交的申请号为63/013,358、标题为“Light-Emitting DiodeChip Structures with Reflective Elements(具有反射元件的发光二极管芯片结构)”的美国临时专利申请；于2020年4月21日提交的申请号为63/013,370、标题为“Light-Emitting Diode Chip Structures with Reflective Elements(具有反射元件的发光二极管芯片结构)”的美国临时专利申请；于2020年6月3日提交的申请号为63/034,391、标题为“Systems and Methods for Multi-Color LED Pixel Unit with Vertical LightEmission(用于具有竖向发光的多色LED像素单元的系统和方法)”的美国临时专利申请；以及于2020年6月3日提交的申请号为63/034,394、标题为“Systems and Methods forMulti-Color LED Pixel Unit with Horizontal Light Emission(用于具有水平发光的多色LED像素单元的系统和方法)”的美国临时专利申请的优先权，其中每个临时专利申请通过参引结合于本文中。
技术领域
本公开一般涉及发光二极管(LED)显示装置，更具体地，涉及用于发射具有高亮度和微米级像素大小的不同颜色光的LED半导体器件的系统和制造方法。
背景技术
随着近年来迷你LED和微型LED技术的开发，诸如增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、投影、平视显示器(HUD)、移动设备显示器、可穿戴设备显示器和车载显示器之类的消费者设备和应用需要具有改进的分辨率和亮度的LED面板。例如，集成在护目镜内并定位靠近佩戴者眼睛的AR显示器可以具有如指甲大小的尺寸，同时仍然要求HD(1280x720像素)或更高的清晰度。许多电子设备要求一定的像素大小、相邻像素之间的一定距离、一定亮度和LED面板的一定视角。通常，在尝试在小型显示器上实现最大分辨率和亮度时，同时保持分辨率和亮度要求是具有挑战性的。相反，在某些情况下，像素大小和亮度难以同时得到平衡是因为它们具有大致相反的关系。例如，每个像素获得高亮度会导致其分辨率低下。或者，获得高分辨率会使亮度下降。
通常，至少红色、绿色和蓝色被叠加以再现广泛的颜色。在一些情况下，为了在像素区域内包括至少红色、绿色和蓝色，独立的单色LED被制备在像素区域内的不同的非重叠区域上。现有技术面临当相邻LED之间的距离确定时提升每个像素内的有效照明面积的挑战。另一方面，当单个LED照明面积确定时，进一步提高LED面板的整体分辨率会是困难的任务，因为不同颜色的LED必须占据其在单个像素内的指定区域。
有源矩阵液晶显示器(LCD)和有机发光二极管(OLED)显示器与薄膜晶体管(TFT)技术的结合在当今的商业电子设备中变得越来越受欢迎。这些显示器广泛用于个人笔记本电脑、智能手机和个人数字助理。数百万像素一起在显示器上创建图像。TFT充当开关以单独打开和关闭每个像素，使像素或明或暗，允许方便有效地控制每个像素和整个显示器。
然而，传统的LCD显示器具有光效率低的缺点，导致高功耗和有限的电池运行时间。虽然有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示面板通常比LCD面板消耗更低的功率，而AMOLED显示面板仍然是电池供电设备中的主要功率消耗器件。为了延长电池寿命，需要减小显示面板的功耗。
传统的无机半导体发光二极管(LED)已经表现出优异的光效率，这使得有源矩阵LED显示器对于电池供电设备而言更可取。驱动电路和发光二极管(LED)阵列被用来控制数以百万计的像素，在显示器上呈现图像。单色显示面板和全彩色显示面板均可以根据各种制造方法来生产。
然而，数千甚至数百万个微型LED与像素驱动电路阵列的集成很有挑战性。各种制造方法被提出。在一种方法中，控制电路被制备在一块基板上并且LED被制备在单独的基板上。LED被转移到中间基板，原始基板被移除。然后，中间基板上的LED被拾取并依次将一个或几个安置在具有控制电路的基板上。然而，这种制造工艺是低效、昂贵且不可靠的。此外，不存在现成的用于大规模转移微型LED的生产工具。因此，必须开发新的工具。
在另一种方法中，带原有基板的整个LED阵列与控制电路对齐并利用金属键合方式键合到该控制电路。制备有LED的基板保留在最终产品中，这可能会导致光串扰。另外，两个不同的基板之间的热失配在键合界面处产生应力，这可能导致可靠性问题。此外，与单色显示面板相比，多色显示面板通常需要更多的LED、以及在不同基板材料上生长不同颜色的LED，从而使传统的生产过程变得更加复杂和低效。
显示技术在当今商业电子设备中变得越来越流行。这些显示面板被广泛用于诸如液晶显示电视(LCD TV)和有机发光二极管电视(OLED TV)之类的固定大屏幕中以及诸如个人笔记本电脑、智能电话、平板电脑和可穿戴电子设备之类的便携式电子设备中。固定式大屏幕技术的发展方向是实现大视角以便适应且能够使多个观众从各种角度看到屏幕。例如，诸如超扭曲向列(STN)和薄膜补偿超扭曲向列(FSTN)之类的各种液晶材料已经被开发，以实现在显示面板中所有像素光源的大视角。
然而，大多数便携式电子设备被设计主要用于单个用户，且这些便携式设备的屏幕取向应调整为用于相应用户的最佳视角而不是适应多个观众的大视角。例如，对于用户的合适的视角可以垂直于屏幕表面。在这种情况下，与固定的大屏幕相比，以大视角发出的光大部分被浪费。另外，大视角会引发在公共区域中使用便携式电子设备的隐私问题。
另外，在基于诸如液晶显示器(LCD)、数字镜像设备(DMD)、和硅基液晶(LCOS)之类的被动成像设备的常规投影系统中，被动成像设备本身不发光。具体地，通过光学调制从光源发出的平行光，例如，由LCD面板以像素级发射或由DMD面板以像素级反射光的一部分，传统的投影系统得以投影图像。然而，没有被发射或反射的那部分光就丢失了，这降低了投影系统的效率。此外，为了提供平行光，需要复杂的照明光学部件来收集所述光源发射的发散的光。照明光学部件，不仅使系统体积庞大，而且引入额外的光损失到系统中，这进一步影响了系统的性能。在传统的投影系统中，由光源产生的照明光通常只有小于10％用于形成投影图像。
由半导体材料制成的发光二极管(LED)可以用在单色或全彩色显示器中。在采用LED的电流显示器中，LED通常用作光源，以提供由例如LCD或DMD面板进行光学调制的光。即，由LED发射的光自身不形成图像。也对包括多个LED管芯作为成像器件的LED面板的LED显示器进行了研究。在这样的LED显示器中，LED面板是自发射的成像设备，其中每个像素可以包括一个LED管芯(单色显示器)或多个LED管芯，每个管芯表示一种原色(全彩色显示)。
然而，由LED管芯发射的光产生自自发发射，因此是不定向的，导致大的发散角。大发散角可引起微型LED显示器的各种问题。一方面，由于大的发散角，由微型LED发射的光的仅一小部分可以被利用。这会大幅降低微型LED显示系统的效率和亮度。另一方面，由于大的发散角，由一个微型LED像素发射的光可以照亮其相邻像素，从而引起像素之间的光串扰、清晰度损失以及对比度损失。减小大发散角的传统解决方案可能不能有效地处理微型LED发射的整体的光，会仅利用微型LED发射的光的中央部分，使得光的以更倾斜角度射出的其余部分未被利用。
综上所述，需要提供一种用于显示面板的LED结构，以解决尤其是上述提到的缺点以及其它缺陷。
发明内容
需要改进多色LED的设计，其改进并有助于解决常规的显示系统的诸如上述的缺点。特别地，需要能够同时提高亮度和分辨率，又有效地保持低功耗的LED器件结构。而且也需要一种显示面板，减小视角以更好地保护用户隐私，和/或减少光浪费以降低功耗，以及减少像素之间的光干扰以提供更好的图像。
本文中所描述的多色LED器件集成至少三个微型LED结构，所述三个微型LED结构被布置在不同层形成竖向层叠的器件结构，并利用单独的电极接收控制电流。通过如本文所公开的将至少三个LED结构布置成沿同一轴线对齐，该系统有效地提高了单个像素区域内的光照明效率，并同时提高了LED面板的分辨率。
间距是指显示面板上相邻像素的中心之间的距离。在一些实施例中，间距可从约40微米变化至约20微米、至约10微米、和/或优选地至约5微米或更低。已作出许多努力来减小间距。当间距大小确定，单个像素面积便固定了。
本文中所描述的多色同轴LED系统使得可以在不使用额外区域以容纳具有不同色彩的LED结构的情况下，从单个像素区域发射由不同颜色混合的光。因此，单个像素的占用面积显著减小并且能够提高微型LED面板的分辨率。同时一个微型LED器件边界处不同颜色光的集中大大提高了单个像素区域内的亮度。
相比于用于微型LED显示芯片的依赖低效率的拾取和放置工艺或不可靠的多基板方法的常规制造工艺，本文所公开的多色微型LED制造工艺有效地提高了微型LED器件制造的效率和可靠性。例如，所述LED结构可以直接地键合在具有像素驱动器的基板上而无需引入中间基板，这简化了制造步骤，因此提高了LED芯片的可靠性和性能。另外，无用于微型LED结构的基板保留在最终的多色器件中，因此可以减小串扰和失配。另外，平面化被应用于多色微型LED内的每个LED结构或应用于整个多色微型LED，从而允许在平面化层内、对现有结构较少破坏的情况下，将不同LED结构和/或其它层直接键合或形成在一起。
本文中所描述的多色微型LED器件可包括竖向发光和水平发光或其任何组合，竖向发光为例如来自层叠的各个LED结构的光被相对于基板的表面大致竖向地发射，水平发光为例如来自层叠的各个LED结构的光被相对于基板的表面水平地发射，然后被一些反射结构大致竖向地反射。由于竖向发射的光需要穿过多色微型LED器件内的所有不同的层，因此实现了对各个层的提高光传播和光反射。与竖向发光相比，从层叠的各个LED结构中水平发射的光无需穿过特定结构上方的所有层。因此，水平发光可以具有更好的光传播效率并产生更好的光显著性。
各种实施例包括集成了微透镜阵列的显示面板。显示面板通常包括电耦合到对应的像素驱动电路(例如，FET)的像素光源(例如，LED、OLED)阵列。微透镜阵列与像素光源对齐，并减少由像素光源产生的光的发散。显示面板还可以包括集成的光学间隔物，以保持微透镜与像素驱动电路之间的间隙。
微透镜阵列减小了由像素光源产生的光的发散角和显示面板的可用视角。这转而降低了功率浪费、增加了亮度和/或在公共区域中更好地保护了用户隐私。
集成了微透镜阵列的显示面板，可以使用各种生产方法来制造，从而产生各种各样的器件设计。在一方面，该微透镜阵列被直接制造为带有像素光源的基板的突起或台面。在一些方面，自组装、高温回流、灰度掩膜光刻、模制/压印/冲压和干法蚀刻图案转移等技术可以用于制造微透镜阵列。
其它方面包括部件、器件、系统、改进、包括生产方法的方法和工艺、应用、以及与上述中的任何方面相关的其它技术。
一些示例性实施例包括设置在半导体基板上并围绕发光区域的反光杯，该发光区域为例如光从多色微型LED器件发出的区域。反光杯可减少发光区域所发射光的发散，并抑制相邻像素单元之间的光串扰。例如，反光杯可以利用处于倾斜角度的光，这在收集和汇聚该光方面更高效，以实现比常规解决方案更高亮度和更高功率效率的显示。另外，反光杯可以阻挡相邻像素单元中微型LED发出的光，这可以有效地抑制像素间的光串扰并提高颜色对比度和清晰度。本公开的示例性实施例可以提高投影亮度和对比度，因此减小在投影应用中的功耗。本公开的示例性实施例还改善了显示器的光发射的方向性，因此为用户提供了更好的图像质量并在直视应用中保护用户的隐私。本公开的示例性实施例可以提供多个优点。一个优点是，本公开的示例性实施例可以抑制像素间的光串扰，提高亮度。本公开的示例性实施例可以抑制处于更小的间距下的像素间的光串扰同时以功率高效的方式提高了单个像素内的亮度。
在一些示例性实施例中，单个像素多色LED器件可以包括与反光杯集成的一个或多个顶部电极。顶部电极可以与顶部电极层电连接。与反光杯集成的顶部电极可以使单个像素多色LED器件结构更加紧凑且使制造工艺简化。通过采用顶部电极，所述反光杯可以用作单个像素多色LED器件的公共P电极或N电极，并且因此可以提供单个像素多色LED器件的紧凑结构。
在一些示例性实施例中，除反光杯之外，微型LED像素单元还可以包括微透镜。微透镜可以与发光区域对齐并降低光源发射的光的发散，降低单个像素多色LED器件的可用视角。例如，微透镜可以同轴地对齐发光区域，并且被定位在发光区域上以及反光杯的顶部上。发光区域所发射光的一部分可以直接到达微透镜并穿过微透镜；另一部分可以到达反光杯并通过反光杯反射，然后到达微透镜并穿过微透镜。因此，可以减少光的发散，并且可用的视角能被减小到使得使用该单个像素多色LED器件的显示器和面板可以由垂直于显示器和面板的表面的一个用户看到的程度。反过来，可以减少功率浪费并提高亮度和/或在公共区域中更好的保护用户隐私。在另一例子中，微透镜可以同轴地对齐发光区域，位于发光区域上并被反光杯围绕。发光区域所发射光的一部分能够直接到达微透镜并穿过微透镜；另一部分光可以到达反光杯并通过反光杯反射，然后到达微透镜并穿过微透镜；其余的光可以在不经过微透镜的情况下到达反光杯并通过反光杯反射。因此，发散可以被减少，并且可用视角可以被减小到使用该单个像素多色LED器件的显示器和面板可被几个用户看到的程度。这也可以减少功率浪费，增加亮度和/在公共区域中妥善保护用户隐私。
在一些示例性实施例中，单个像素多色LED器件还可以包括间隔物。间隔物可以是形成以提供微透镜与发光区域之间的适当间隔的光学透明层。例如，在微透镜被设置在反光杯上方的情况下，间隔物可以设置在微透镜与反光杯的顶部之间。因此，发光区域发射的光可以穿过间隔物，然后穿过微透镜。间隔物还可以填充由反光杯围绕的区域，以增大围绕发光区域的介质的折射率。因此，间隔物可以改变发光区域所发射光的光学路径。通过采用微透镜，单个像素多色LED器件的光提取效率可提高，以进一步提高例如微型LED显示面板的亮度。
在一些示例性实施例中，单个像素多色LED器件可以包括阶梯状反光杯。阶梯状反光杯可以包括围绕发光区域的腔体。该腔体可以由围绕发光区域的多个倾斜表面形成。子腔体可以由多个倾斜表面形成，并且可以具有在水平方向上的不同的尺寸。阶梯状反光杯可以布置在半导体基板上。阶梯状反光杯可以减少发光区域所发射光的发散，并抑制相邻像素单元之间的光串扰。例如，阶梯状反光杯可通过将光沿不同的反射方向反射来利用处于倾斜角度的光。此外，阶梯状反光杯可以阻挡从相邻像素单元中的微型LED发射的光，这可有效地抑制像素间的光串扰，并提高色彩对比度和清晰度。本公开内容的示例性实施例可以提高投影亮度和对比度，并因此减少在投影应用中的功耗。本公开的示例性实施例也可以改善显示器的光发射的方向性，并因此提供用户更好的图像质量并在直视应用中保护用户隐私。
本文中所描述的多色微型LED器件可同时提高亮度和分辨率并适合于当下的显示面板，特别是对于高清晰度AR设备和虚拟现实(VR)的眼镜。
一些示例性实施例提供了一种用于显示面板的多色微型发光二极管(LED)像素单元，包括：形成在IC基板上的第一色LED结构，其中第一色LED结构包括第一发光层，第一发光层的底部形成第一反射结构；具有平面顶表面并覆盖第一色LED结构的第一介电键合层；形成在第一介电键合层的平面顶表面上的第二色LED结构，其中第二色LED结构包括第二发光层，并且在第二发光层的底部上形成有第二反射结构；具有平面顶表面并覆盖第二色LED结构的第二介电键合层；覆盖微型LED像素单元并与第一色LED结构和第色LED结构电接触的顶部电极层；以及与第一色LED结构和第二LED结构电连接的IC基板。
一些示例性实施例提供了一种微型LED像素单元，包括：形成在IC基板上的第一色LED结构，其中第一色LED结构包括第一发光层，第一发光层的底部上形成有第一反射结构；具有平面顶表面并覆盖第一色LED结构的第一介电键合层；形成在第一介电键合层的平面顶表面上的第二色LED结构，其中第二色LED结构包括第二发光层，并且在第二发光层的底部上形成有第二反射结构；具有平面顶表面并覆盖第二色LED结构的第二介电键合层；形成在第二介电键合层的顶表面上的第三色LED结构，其中第三色LED结构包括第三发光层，第三发光层的底部上形成有第三反射结构；具有平面顶表面并覆盖第三色LED结构的第三介电键合层；覆盖微型LED像素单元并与第一色LED结构、第二色LED结构和第三色LED结构电接触的顶部电极层；以及与第一色LED结构、第二色LED结构和第三色LED结构电连接的IC基板。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一介电键合层是透明的，第二介电键合层是透明的。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一反射结构包括至少一个第一高反射率层，第二反射结构包括至少一个第二高反射率层，以及第三反射结构包括至少一个第三高反射率层；第一高反射率层、第二高反射率层或第三高反射率层的反射率高于60％。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一高反射率层，第二高反射层或第三高反射率层的材料是选自Rh、Al、Ag和Au中的一种或多种金属。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一反射结构包括至少两个具有不同折射率的第一高反射率层；第二反射结构包括至少两个具有不同折射率的第二高反射率层；并且，第三反射结构包括至少两个具有不同折射率的第三高反射率层。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一反射结构还包括在第一高反射率层上的第一透明层；第二反射结构还包括在第二高反射率层上的第二透明层；并且，第三反射结构还包括在第三高反射率层上的第二透明层。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一透明层选自ITO和SiO2中的一种或多种；第二透明层选自ITO和SiO2中的一种或多种；以及，第三透明层选自ITO和SiO2中的一种或多种。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一色LED结构还包括第一底部电极导电接触层，第二色LED结构还包括第二底部电极导电接触层，以及第三色LED结构还包括第三底部电极导电接触层；第一底部电极导电接触层与IC基板通过第一底部电极导电接触层底部的第一接触过孔电连接；第二底部电极导电接触层与IC基板通过穿过第一介电键合层的第二接触过孔电连接；以及，第三底部电极导电接触层与IC基板通过穿过第二介电层和第一介电键合层的第三接触过孔电连接。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一底部电极导电接触层是透明的，第二底部电极导电接触层是透明的，且第三底部电极导电接触层是透明的。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，从第一发光层的一侧延伸有第一延伸部分；从第二发光层的一侧延伸有第二延伸部分；从第二发光层的一侧延伸有第三延伸部分；并且，顶部接触过孔穿过第二介电键合层和第三介电键合层将第一延伸部分、第二延伸部分和第三延伸部分连接到顶部电极层。
一些示例性实施例提供了一种微型LED像素单元，至少包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域；以及，围绕发光区域形成的反射光学隔离结构，其中，反射光学隔离结构的顶部高于发光区域的顶部。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，微透镜位于发光区域的顶部之上。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反射光学隔离结构的顶部高于微透镜的顶部。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反射光学隔离结构具有顶部开口，微透镜的横向面积小于该顶部开口的横向面积。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，微透镜的横向尺寸大于第一彩色LED结构的有效发光区域；微透镜的横向尺寸大于第二彩色LED结构的有效发光区域；并且，微透镜的横向尺寸大于第三彩色LED结构的有效发光区域。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一色LED结构的横向尺寸、第二色LED结构的横向尺寸和第三色LED结构的横向尺寸是相同的。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构具有相同的中心轴线。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一介电键合层是透明的、第二介电键合层是透明的、并且第三介电键合层是透明的。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一反射结构的厚度为5nm至10nm；第二反射结构的厚度为5nm至10nm；第三反射结构的厚度为5nm至10nm；第一LED结构的厚度不超过300nm；第二LED结构的厚度不超过300nm；并且，第三LED结构的厚度不超过300nm。
一些示例性实施例提供了一种用于显示面板的多色微型LED像素单元，包括：形成在IC基板上发出第一色光的第一LED结构；具有第一平面顶表面、覆盖第一LED结构的第一透明介电键合层；形成在第一透明介电键合层的第一平面顶表面上发出第二色光的第二LED结构；具有第二平面顶表面并覆盖第二LED结构的第二透明介电键合层；以及覆盖多色微型LED像素单元并与第一LED结构和第二LED结构电接触的顶部电极层；其中，IC基板与第一LED结构和第二LED结构电连接。
一些示例性实施例提供一种微型LED像素单元，包括：形成在IC基板上的第一色LED结构；具有平面顶表面且覆盖第一色LED结构的第一透明介电键合层；形成在第一透明介电键合层的平面顶表面上的第二色LED结构；具有平面顶表面且覆盖第二色LED结构的第二透明介电键合层；形成在第二透明介电键合层的平面顶表面上的第三色LED结构；具有平面顶表面且覆盖第三色LED结构的第三介电键合层；覆盖微型LED像素单元且与第一色LED结构、第二色LED结构和第三色LED结构电接触的顶部电极层；以及与第一色LED结构、第二LED结构和第三LED结构电连接的IC基板。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在第一色LED结构的底部形成有第一反射结构；在第二色LED结构的底部形成有第二反射结构；并且，在第三色LED结构的底部形成有第三反射结构。
一些示例性实施例提供一种微型LED像素单元，包括：IC基板；形成在IC基板上并包括至少一种LED结构和至少一个介电键合层的发光区域，其中，每个介电键合层具有覆盖每个LED结构表面的平面顶表面；覆盖微型LED像素单元并与每个彩色LED结构电连接的顶部电极层，其中IC基板与每个彩色LED结构电连接；以及，具有腔体并围绕发光区域的阶梯状反光杯结构。
一些示例性实施例提供一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域；围绕发光区域形成的反射光学隔离结构；以及，形成在反射光学隔离结构与发光区域之间的折射结构。
一些示例性实施例提供一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域，该发光区域包括至少一种LED结构和至少一个透明介电键合层，其中每个透明介电键合层具有覆盖每个LED结构表面的平面顶表面；覆盖微型LED像素单元并与每个彩色LED结构电接触的顶部电极层，其中，IC基板与每个彩色LED结构电连接；围绕发光区域形成的阶梯状反光杯结构；以及，形成在阶梯状反光杯结构与发光区域之间的折射结构。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反光杯结构具有顶部开口，微透镜的横向面积小于顶部开口的横向面积。
一些示例性实施例提供一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域；围绕发光区域的浮置反射光学隔离结构，其中浮置反射光学隔离结构被定位在半导体基板上方一定距离处。
一些示例性实施例提供了一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域；围绕发光区域的反射光学隔离结构；覆盖发光区域并与反射光学隔离结构电连接的顶部电极层，其中顶部电极层电接触反射光学隔离结构。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，顶部电极层的边缘触碰反射光学隔离结构。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，发光区域包括：至少一种LED结构和至少一个介电键合层；覆盖微型LED像素单元并与每个彩色LED结构电接触的顶部电极层，其中半导体基板与每个彩色LED结构电连接。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反射光学隔离结构是浮置反射结构。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反射光学隔离结构是阶梯状反光杯结构。
一些示例性实施例提供了一种微型LED像素单元，至少包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域；围绕发光区域的浮置反射光学隔离结构，其中浮置反射光学隔离结构位于半导体基板上方一定距离处；形成在发光区域顶部的顶部电极层，其中顶部电极层与浮置反射光学隔离结构接触。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，发光区域包括至少一种LED结构和位于每个LED结构底部的键合层。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一色LED结构还包括第一底部电极导电接触层，第二色LED结构还包括第二底部电极导电接触层；第一底部电极导电接触层通过位于第一底部电极导电接触层底部的第一接触过孔与IC基板电连接；第二底部电极导电接触层通过穿过第一介电键合层的第二接触过孔与IC基板电连接。
一些示例性实施例提供了一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域；覆盖发光区域并与发光区域电接触的顶部电极层；围绕发光区域形成的反光杯结构，其中，顶部电极层与反光杯结构电连接，半导体基板与反光杯结构电连接；以及形成在反光杯结构与发光区域之间的折射结构。
一些示例性实施例提供一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域，该发光区域包括至少一种LED结构和位于每个LED结构底部的键合层，其中每个LED结构包括发光层和位于发光层底部的底部反射结构；覆盖微型LED像素单元并与每个彩色LED结构电接触的顶部电极层，其中，半导体基板与每个彩色LED结构电连接；围绕发光区域形成的反光杯结构；以及，形成在反光杯结构与发光区域之间的折射结构。
一些示例性实施例提供一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域，该发光区域包括至少一种LED结构和位于每个LED结构底部的键合层，其中LED结构包括发光层和位于发光层底部的反射结构；覆盖LED结构像素单元并与每个彩色LED结构电接触的顶部电极层，其中，半导体基板与每个彩色LED结构电连接；以及围绕发光区域的阶梯状反光杯结构，从第一发光层和第二发光层的侧壁沿着水平面发出的光到达阶梯状反光杯结构并被阶梯状反光杯结构向上反射，其中，阶梯状反光杯结构的顶部高于发光区域的顶部。
一些示例性实施例提供一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；形成在半导体基板上的发光区域，该发光区域包括至少一种LED结构和位于每个LED结构底部的金属键合层，其中LED结构包括发光层和位于发光层底部的反射结构；覆盖微型LED像素单元并与每个彩色LED结构电接触的顶部电极层，其中，半导体基板与每个彩色LED结构电连接；以及围绕发光区域的浮置反光杯结构，其中浮置反光杯结构定位于距半导体基板一定距离处，从第一发光层和第二发光层的侧壁沿着水平面发出的光到达浮置反光杯结构并通过浮置反光杯结构向上反射。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，浮置反光杯结构的底部高于半导体基板的顶表面。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，浮置反光杯结构是阶梯状的反光杯结构。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一LED结构嵌入第一平面化透明介电层内。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一平面化透明介电层由固体无机材料或塑料材料构成。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第二LED结构嵌入第二平面化透明介电层内。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第二平面化透明介电层由固体无机材料或塑料材料构成。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一透明介电键合层由固体无机材料或塑料材料构成。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一LED结构包括形成在第一LED结构底部的第一底部电极导电接触层；第二LED结构包括形成在第二LED结构底部的第二底部电极导电接触层；第一底部电极导电接触层与IC基板通过位于第一底部电极导电接触层底部的第一过孔中的第一接触电连接；并且第二底部电极导电接触层与IC基板通过穿过第一透明介电键合层的第二过孔中的第二接触电连接。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一底部电极导电接触层是透明的，并且第二底部电极导电接触层是透明的。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一LED结构包括第一发光层；从第一发光层的一侧延伸有第一侧部；第二LED结构包括第二发光层；从第二发光层的一侧延伸有第二侧部；以及穿过第二透明介电键合层的第三过孔中的第三接触将第一侧部和和第二侧部连接至顶部电极层。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，光学隔离结构是围绕微型LED像素单元形成。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，光学隔离结构是反光杯。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一LED结构的横向尺寸与第二LED结构的横向尺寸相同。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一LED结构和第二LED结构具有相同的中心轴线。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在第一LED结构的底部形成有第一反射层；在第二LED结构的底部形成有第二反射层。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一反射层的厚度是5至10nm；的第二反射层的厚度是5至10nm；第一LED结构的厚度不大于300nm；并且，第二LED结构的厚度不大于300nm。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在所述第一LED结构的底部形成有键合金属层。
一些示例性实施例提供一种微型光LED像素单元，包括：第一色LED结构，形成在IC基板上，其中第一色LED结构包括第一发光层，第一发光层的底部上形成有第一反射结构；第一键合金属层形成在第一色LED结构的底部，配置为键合IC基板和第一色LED结构；第二键合金属层形成在第一彩色LED结构的顶部；第二色LED结构，形成在第二键合金属层上，其中第二色LED结构包括第二发光层，并且在第二发光层的底部上形成有第二反射结构；顶部电极层，覆盖第一色LED结构和第二色LED结构并与第一色LED结构和第二色LED结构电接触，其中，IC基板与第一色LED结构和第二色LED结构电连接；以及反光杯，围绕第一色LED结构和第二色LED结构，从第一发光层和第二发光层沿水平方向发出的光到达反光杯并通过反光杯向上反射。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一反射结构包括至少一个第一反射层，第二反射结构包括至少一个第二反射层，第一反射层或第二反射层的反射率高于60％。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一反射层或第二反射层的材料包括Rh、Al、Ag或Au中的一个或多个。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一反射结构包括两个第一反射层，两个第一反射层的折射率不同，并且其中，第二反射结构包括两个第二反射层，两个第二反射层的折射率不同。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，两个第一反射层分别包括SiO2和Ti3O5，并且两个第二反射层分别包括SiO2和Ti3O5。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一反射结构还包括第一反射层上的第一透明层，第二反射结构还包括第二反射层上的第二透明层。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一透明层包括氧化铟锡(ITO)或SiO2中的一种或多种，并且第二透明层包括ITO或SiO2中的一种或多种。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一色LED结构还包括第一底部导电接触层和第一顶部导电接触层，并且第二色LED结构还包括第二底部导电接触层和第二顶部导电接触层；第一发光层位于第一底部导电接触层与第一顶部导电接触层之间，第二发光层位于第二底部导电接触层与第二顶部导电接触层之间；第一底部导电接触层通过第一接触过孔穿过第一反射结构和第一键合金属层与IC基板电连接，并且第二底部导电接触层通过第二接触过孔与IC基板电连接；以及第一顶部导电接触层的边缘与顶部电极层接触，并且第二顶部导电接触层的顶表面与顶部电极层接触。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反光杯的材料包括金属。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在顶部电极层上方形成有微透镜。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在微透镜与顶部电极层之间形成有间隔物。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，间隔物的材料包括氧化硅。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，微透镜的横向尺寸大于第一LED结构的有效发光区域的横向尺寸；微透镜的横向尺寸大于第二LED结构的有效发光区域的横向尺寸。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一色LED结构和第二色LED结构具有相同的横向尺寸。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，第一色LED结构和第二色LED结构具有相同的中心轴线。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，至少一个第一反射层的厚度在5nm至10nm的范围，并且至少一个第二反射层的厚度在5nm至10nm的范围，并且其中，第一色LED结构的厚度不大于300nm，并且第二色LED结构的厚度不大于300nm。
一些示例性实施例提供了一种微型LED像素单元，包括：IC基板；发光区域，形成在IC基板上，包括多个彩色LED结构，多个彩色LED结构中每个的底部连接到发光区域中对应的键合金属层，其中，多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于发光层底部的反射结构；顶部电极层，覆盖多个彩色LED结构中的每个并与多个彩色LED结构中的每个电接触，其中IC基板与多个彩色LED结构中的每个电连接；以及，形成了腔体的阶梯状反光杯，围绕发光区域，各多个彩色LED结构中每个的发光层的侧壁沿水平方向发射的光到达反光杯并通过反光杯向上反射。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，腔体的内侧壁包括多个倾斜表面。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，多个倾斜表面相对于IC基板表面的角度从腔体的底部到腔体的顶部越来越小。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，由多个倾斜表面形成的子腔体在水平方向上具有不同的尺寸。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，子腔体的内侧壁未布置在同一平面中。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，各子腔体的高度是不同的。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，位于腔体中间的子腔体的高度小于其他子腔体的高度。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，位于腔体顶部的子腔体的高度大于位于腔体底部的子腔体的高度。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，多个彩色LED结构还包括顶部彩色LED结构。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，腔体的顶部高于顶部彩色LED结构的顶部。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，腔体包括多个子腔体，并且多个彩色LED结构中的每个分别位于多个子腔体中不同的子腔体内。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，透明介电键合层覆盖多个彩色LED结构中的至少一个，其中透明介电键合层包括固体无机材料或塑料材料。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，固体无机材料包括SiO2、Al2O3、Si3N4、磷酸硅酸盐玻璃(PSG)和硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)的一种或多种材料。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，塑料材料包括SU-8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)和旋涂玻璃(SOG)的一种或多种聚合物。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，多个彩色LED结构中的每个均包括底部导电接触层和顶部导电接触层，并且发光层形成在底部导电接触层与顶部导电接触层之间；并且其中，底部导电接触层通过接触过孔穿过反射结构和对应的键合金属层与IC基板电连接，以及，顶部彩色LED结构的顶部导电接触层的顶表面与顶部电极层接触，顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的顶部导电接触层的边缘与顶部电极层接触。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，从顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的发光层的一侧延伸有延伸部分，接触过孔将延伸部分连接至顶部电极层。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，微透镜的横向尺寸大于所述多个彩色LED结构中每个的发光尺寸。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，所述多个彩色LED结构具有相同的中心轴线。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反射结构包括反射层，反射层的厚度在5nm至10nm的范围，多个彩色LED结构中每个的厚度不超过300nm。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，顶部电极层的材料选自下列材料：石墨烯、氧化铟锡(ITO)，铝掺杂氧化锌(AZO)和氟掺杂氧化锡(FTO)。
一些示例性实施例提供了一种微型LED像素单元，该微型LED像素单元包括：半导体基板；发光区域，形成在半导体基板上，包括多个彩色LED结构，多个彩色LED结构中每个的底部连接到发光区域中对应的键合金属层，其中，多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于发光层底部的反射结构；顶部电极层，覆盖多个彩色LED结构中的每个并与多个彩色LED结构中的每个电接触，其中半导体基板与多个彩色LED结构中的每个电连接；反光杯，围绕发光区域；以及折射结构，形成在反光杯与发光区域之间。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在折射结构的顶表面上形成有微透镜。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，微透镜的横向尺寸不小于发光区域的横向尺寸。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反光杯具有顶部开口区域，微透镜的横向尺寸小于顶部开口区域的横向尺寸。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在反光杯的底部与半导体基板之间形成有底部介电层。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，发光区域的顶部上形成有顶部导电层，顶部导电层与反光杯电连接。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，顶部导电层与反光杯的顶部或反光杯的底部直接接触。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，折射结构的顶部高于反光杯的顶部。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，半导体基板是IC基板。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反光杯是形成了环绕发光区域的腔体的阶梯状反光杯。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，由多个倾斜表面形成的子腔体在水平方向上具有不同的尺寸。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，多个彩色LED结构中的每个均包括从相应的彩色LED结构一侧延伸的相应的延伸部分，并且相应的延伸部分与顶部电极层经由相应的第一接触过孔电连接，并且多个彩色LED结构中每个的底部经由相应的第二接触过孔与半导体基板电连接。
一些示例性实施例提供一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；发光区域，形成在半导体基板上，包括多个彩色LED结构，多个彩色LED结构中每个的底部连接到发光区域中的对应的键合金属层，其中，多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于发光层底部的反射结构；顶部电极层，覆盖多个彩色LED结构中的每个并与多个彩色LED结构中的每个电接触，其中半导体基板与多个彩色LED结构中的每个电连接；以及反光杯，围绕发光区域，从多个彩色LED结构中每个的发光层的侧壁沿水平方向发射的光到达反光杯并通过反光杯向上反射，反光杯的顶部高于发光区域的顶部。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在发光区域上方形成有微透镜。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反光杯的顶部高于微透镜的顶部。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在微透镜底部、在反光杯与发光区域之间形成有折射结构。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，发光区域的底部与半导体基板电连接。
一些示例性实施例提供了一种微型LED像素单元，包括：半导体基板；发光区域，形成在半导体基板上，包括多个彩色LED结构，多个彩色LED结构中每个的底部连接到发光区域中的对应的键合金属层，其中，多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于发光层底部的反射结构；顶部电极层，覆盖多个彩色LED结构中的每个并与多个彩色LED结构中的每个电接触，其中半导体基板与多个彩色LED结构中的每个电连接；以及浮置反光杯，围绕发光区域，其中，浮置反光杯的底部位于半导体基板的上方，从多个彩色LED结构中每个的发光层的侧壁沿水平方向发射的光到达悬置的浮置反光杯并被悬置的浮置反光杯向上反射。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，浮置反光杯的底部高于多个彩色LED结构中的一个彩色LED结构的底部的对应的键合金属层的顶表面。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，浮置反光杯是阶梯状的。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，浮置反光杯的顶部高于微透镜的顶部。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在微透镜的底部、在浮置反光杯与发光区域之间形成有折射结构。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，浮置反光杯具有顶部开口区域，微透镜的横向尺寸小于顶部开口区域的横向尺寸。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，在浮置反光杯与半导体基板之间形成有底部介电层。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，顶部电极层直接接触浮置反光杯的顶部或浮置反光杯的底部。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，阶梯状浮置反光杯形成环绕发光区域的腔体。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，浮置反光杯的材料包括金属。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反射结构包括反射层，反射层分别形成在多个彩色LED结构中每个的底部。
在微型LED像素单元的一些示例性实施例或前述示例性实施例的任何组合中，反射层的厚度在5nm至10nm的范围，多个彩色LED结构中每个的厚度不超过300nm。
本文中所公开的多色LED器件和系统的紧凑设计利用发光LED结构的横向重叠，从而提高了LED显示系统的发光效率、分辨率和总体性能。此外，多色LED显示系统的制造能可靠地和有效地形成LED结构模式而无需使用或保留附加的基板。在一些情况下，本文所公开的显示器件和系统的设计通过利用微透镜材料的形状与多色LED器件的形状的一致性，在基板上的多色LED器件的顶部直接形成微透镜，从而大大减少了微透镜制造的步骤并提高了显示面板结构形成的效率。减小视角和降低光干扰改善了显示系统的发光效率、分辨率和总体性能。因此，该多色LED显示系统的实现与使用常规的LED相比能够满足用于AR和VR、平视显示器、移动设备的显示器、可穿戴设备的显示器、高清晰度小型投影仪和汽车显示器的严格的显示要求。
需要注意的是上面描述的各种实施例可与本文中所描述的任何其它实施例结合。说明书中所描述的特征和优点并非全部包括的，特别地，许多附加特征和优点将对本领域普通技术人员而言在附图、说明书和权利要求方面是显而易见的。此外，应该注意的是，在说明书中使用的语言的选择主要是出于可读性和指导的目的，并且不会被选择用来划定或限定发明主题。
附图说明
为使本公开可以被更详细地理解，可通过参照各种实施例的特征对本公开进行更具体的描述，所述特征中的一些特征在附图中示出。但是，这些附图仅示出了本公开内容的有关特征，因此不应被认为是限制性的，因为该描述可以允许有其他有效的特征。
图1A是根据一些实施例的单个像素三色LED器件100的俯视图。
图1B是根据一些实施例的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线102的截面图。
图1C是根据一些实施例的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线150的截面图。
图2A是根据一些实施例的具有平面化特征的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线102的截面图。
图2B是根据一些实施例的具有平面化特征的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线150的截面图。
图3A是根据一些实施例的具有平面化特征的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线102的截面图。
图3B是根据一些实施例的具有平面化特征的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线150的截面图。
图4A是根据一些实施例的经分层平面化的单个像素三色LED器件400的俯视图。
图4B是根据一些实施例的经分层平面化的单个像素三色LED器件400的沿图4A中对角线402的截面图。
图5是根据一些实施例的具有折射结构的单个像素三色LED器件500的沿图1A中对角线102的截面图。
图6A是根据一些实施例的具有在反射结构上的微透镜的单个像素三色LED器件600的沿图1A中对角线102的截面图。
图6B是根据一些实施例的具有在由反射结构形成的区域内的微透镜的单个像素三色LED器件600的沿图1A中对角线102的截面图。
图6C是根据一些实施例的使用自顶向下图案转移形成集成微透镜阵列的显示面板的制造方法。
图6D是根据一些实施例的使用自顶向下图案转移形成集成微透镜阵列的显示面板的制造方法。
图7是根据一些实施例的位于基板104上的三个单个像素三色LED器件710、720和730的沿图1A中诸如102的对角线的截面图700。
图8是根据一些实施例的具有阶梯状反光杯的单个像素三色LED器件800的沿着图4A中诸如402的对角线的截面图。
图9是根据一些实施例的具有浮置反光杯的单个像素三色LED器件900的沿图4A中诸如402的对角线的截面图。
图10A是根据一些实施例的单个像素三色LED器件1000矩阵的电路图。
图10B是根据一些实施例的单个像素三色LED器件1000矩阵的电路图。
图11是根据一些实施例的微型LED显示面板1100的俯视图。
根据常见的做法，附图中所图示的各种特征可能并非按比例绘制。因此，为了清楚起见，各种特征的尺寸可以是任意扩展或减小的。另外，一些附图可能并未描绘给定系统、方法或设备的所有部件。最后，相同的附图标记可以用于表示整个说明书和附图中的类似特征。
具体实施方式
本文描述了许多细节，以便提供对附图中所示的示例实施例的透彻理解。然而，可以在没有许多具体细节的情况下实践一些实施例，并且权利要求的范围仅受到权利要求中专门详述的那些特征和方面的限制。此外，未详尽地描述众所周知的方法、部件和材料，以免不必要地模糊本文所述实施例的相关方面。
在一些实施例中，单个像素多色LED器件包括两个或更多个LED结构。在一些实施例中，每个LED结构包括至少一个发射不同颜色光的LED发光层。当单个像素多色LED器件内存在两个LED结构时，可以从该单个像素多色LED器件发射两种颜色和所述两种颜色的混合色的光。当单个像素多色LED器件内存在三个LED结构时，可以从该单个像素多色LED器件发射三种颜色和所述三种颜色的混合色的光。
在一些实施例中，从单个像素多色LED器件发射的光是从该单个像素多色LED器件内的每个LED结构的侧壁射出。在一些实施例中，围绕该单个像素多色LED器件设有反射结构，将从每个LED结构的侧壁射出的光向上反射。在一些实施例中，单个像素多色LED器件发射的光是从该单个像素多色LED器件内的每个LED结构的顶表面射出。在一些实施例中，从单个像素多色LED器件发射的光是该单个像素多色LED器件内的每个LED结构的侧壁和顶表面所射出光的组合，例如，以一定比例，从侧壁射出的光占单个像素多色LED器件发射的光的约20％至100％。
图1A是根据一些实施例的单个像素三色LED器件100的俯视图。
图1B是根据一些实施例的单个像素三色LED器件100的沿图1A中对角线102的截面图。
图1C是根据一些实施例的单个像素三色LED器件100的沿图1A中对角线150的截面图。
对角线102和150各自通过单个像素三色LED器件100的中心。对角线102和150彼此正交。在一些实施例中，三色LED器件100包括基板104。为方便起见，“向上”用于表示远离基板104，“向下”表示朝向基板104，以及诸如顶部、底部、上方、下方、正下方、下面等的其他方向性术语也相应地解释。支撑基板104是其上制备有各个驱动电路106的阵列的基板。在一些实施例中，驱动电路也可以位于基板104上方的各层中的一层，或者位于微型三色LED结构100的上方。每个驱动电路是像素驱动器106。在某些情况下，驱动电路106是薄膜晶体管像素驱动器或硅CMOS像素驱动器。在一个实施例中，基板104是Si基板。在另一个实施例中，支撑基板104是透明基板，例如玻璃基板。其他基板的示例包括GaAs、GaP、InP、SiC、ZnO和蓝宝石基板。驱动电路106形成各个像素驱动器以控制各个单个像素三色LED器件100的工作。基板104上的电路包括对于每个单个驱动电路106的接触以及接地接触。如图1A、1B和1C所示，每个微型三色LED结构100还具有两种类型的接触：连接到像素驱动器106的P电极或阳极，诸如108、126、152；以及连接到地(即，公共电极)的N电极或阴极，诸如116、120和140。
在一些实施例中，N电极(或N电极接触垫)及其连接部件，诸如116、120和140，由诸如石墨烯、ITO、铝掺杂氧化锌(AZO)或氟掺杂氧化锡(FTO)之类的材料或上述材料的任何组合制成。在一些实施例中，N电极(或N电极接触垫)及其连接部件，诸如116、120和140，由非透明或透明导电材料制成，在优选的实施例中，由透明导电材料制成。在一些实施例中，P电极(或P电极接触垫)及其连接部件，诸如126、152，由诸如石墨烯、ITO、AZO或FTO之类的材料或上述材料的任何组合制成。在一些实施例中，P电极(或P电极接触垫)及其连接部件，诸如126、152，由非透明或透明导电材料制成，在优选的实施例中，由透明导电材料制成。在一些实施例中，P电极(或P电极接触垫)及其连接部件和N电极(或N电极接触垫)及其连接部件的位置可以切换。
尽管本文用术语“层”描述了一些特征，但是应该理解，这些特征不限于单个层，而是可以包括多个子层。在某些情况下，“结构”可以采用“层”的形式。
在一些实施例中，分别包括LED发光层112、130和136的三个LED结构形成层叠的结构，例如，在红色LED发光层112的顶部上形成有绿色LED发光层130，在绿色LED发光层130的顶部上形成有蓝色LED发光层136。
通常，LED发光层包括具有p型区域/层和n型区域/层的PN结，以及在p型区域/层与n型区域/层之间的有源层。
在一些实施例中，如图1A和1B所示，底部红色LED发光层112的面积大于中间绿色LED发光层130的面积。在一些实施例中，中间绿色LED发光层130的面积大于顶部蓝色LED发光层136的面积。
在一些实施例中，红色LED发光层112发射的光能够朝向红色LED发光层112的侧壁水平传播，然后通过如下所述的诸如146和/或148的反射元件向上反射，并在单个像素三色LED器件100的顶表面处发射出。如下所述，红色LED发光层112下方设有反射层109，并且红色LED发光层112的上方设有反射层115。红色LED发光层112发射的光在两个反射层109与115之间朝向红色LED发光层112的侧壁反射。
在一些实施例中，绿色LED发光层130发射的光能够朝向绿色LED发光层130的侧壁水平传播，然后通过如下所述的诸如146和/或148的反射元件向上反射，并在单个像素三色LED器件100的顶表面处发射出。如下所述，绿色LED发光层130下方设有反射层127，绿色LED发光层130上方设有反射层133。从绿色LED发光层130发射的光在两个反射层127与133之间朝向绿色LED发光层130的侧壁反射。
在一些实施例中，蓝色LED发光层136发射的光能够朝向蓝色LED发光层136的侧壁水平传播，然后通过如下所述的诸如146和/或148之类的反射元件向上反射，并在单个像素三色LED器件100的顶表面处发射出。如下所述，蓝色LED发光层136下方设有反射层135。从蓝色LED发光层136发射的光在反射层135与蓝色LED发光层136的上表面之间朝向蓝色LED发光层136的侧壁反射。
在一些实施例中，红色LED发光层112发射的光能够穿过绿色LED发光层130竖向地传播，然后穿过蓝色LED发光层136从三色LED器件100发射出。在一些实施例中，绿色LED发光层130发射的光能够穿过蓝色LED发光层136传播以从三色LED器件100发射出。在竖向光传输的情况下，在一些优选的实施例中，在每个发光层上方的顶部反射层，诸如115和133，不包括在三色LED器件100中。
在一些实施例中，诸如112、130和136的LED发光层包括许多具有不同组分的子外延层。LED外延层的示例包括III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物和III-V族锑化物外延结构。微型LED的示例包括GaN基UV/蓝/绿色微型LED，AlInGaP基红色/橙色微型LED，以及GaAs或InP基红外(IR)微型LED。
在一些实施例中，层叠的LED结构中的每个LED结构可被分别控制以产生其单独的光。在一些实施例中，顶部LED外延层射出的混合光可以因三色LED器件100中的所有LED外延层同时工作而改变显示面板上的小覆盖面积内单个像素的颜色。
在一些实施例中，根据LED器件100的设计，包括在同一器件中的各LED结构所发射光的颜色不限于红色、绿色和蓝色。例如，可以在可见光范围内从380nm至700nm波长的不同颜色光的范围中选择适合的颜色。在一些实施例中，LED结构也可以发射不可见范围诸如紫外线和红外线之类的其他颜色光。
在一些实施例中，当竖向发光与水平发光结合时，例如，三种颜色的选择从底部到顶部可以是红色、绿色和蓝色。在另一个实施例中，三种颜色的选择从底部到顶部可以是红外线、橙色和紫外线。在一些实施例中，器件100某一层上LED结构发出的光的波长比当前层上面一层LED结构发出的光的波长更长。例如，底部LED发光层112发出的光的波长比中间LED发光层130发出的光的波长更长，中间LED发光层130发出的光的波长比顶部LED发光层136发出的光的波长更长。
在一些实施例中，当在水平发光的情况下或者当水平发光的部分多于从LED器件100的顶表面的竖向发光的部分时，LED发光层112、130和136中的每个发光层可以是任何合适的可见或不可见光的颜色。水平发光的优点在于由于发射的光不需要经过LED器件100的其他上层而是直接从当前发光层的边缘或侧壁射出，因而可以减少光传播损耗，提高发光效率。例如，与竖向发光LED器件相比，水平发光LED器件可以将光传播效率提高15％、50％、100％、150％、或200％播。在某些情况下，水平发光LED器件的光传播效率可以等于或大于20％、40％或60％。
在一些实施例中，底部红色LED发光层112通过金属键合层108键合到基板104。金属键合层108可以设置在基板104上。在一种方法中，金属键合层108在基板104上生长。在一些实施例中，金属键合层108与基板104上的驱动电路106和金属键合层108上方的红色LED发光层112电连接，用作P电极。在一些实施例中，金属键合层108的厚度约为0.1微米至3微米。在优选的实施例中，金属键合层108的厚度约为0.3μm。金属键合层108可包括欧姆接触层和金属键合层。在一些情况下，金属键合层108包括两个金属层。所述金属层中的一个金属层沉积在LED器件100内的金属键合层上方的层上。对应的键合金属层也沉积在基板104上。在一些实施例中，金属键合层108的组成成分包括Au-Au键合、Au-Sn键合、Au-In键合、Ti-Ti键合、Cu-Cu键合或上述的组合。例如，如果选择Au-Au键合，则两层Au分别需要Cr涂层作为粘合层以及Pt涂层作为反扩散层。Pt涂层位于Au层与Cr层之间。Cr层和Pt层位于两个键合在一起的Au层的顶部和底部。在一些实施例中，当两个Au层的厚度大致相同，在高压和高温下，两个层上的Au相互扩散将所述两个层键合在一起。共晶键合、热压键合和瞬间液相(TLP)键合是可以使用的示例性技术。
在一些实施例中，金属键合层108也可以用作反射器以反射从上方的LED结构发射的光。
在一些实施例中，红色LED发光层112的底部形成有用于电极连接的导电层110。在一些实施例中，导电层110可以是对LED器件100发射的光不透明的不透明金属层。在一些实施例中，导电层110是对LED器件100发射的光透明的诸如氧化铟锡(ITO)层的导电透明层，形成在红色LED发光层112与金属键合层108之间以改善导电性和透光度。
在图1A至图1C中未示出的一些实施例中，红色LED结构具有与红色LED发光层112电连接的P电极接触垫168。在一些实施例中，P电极接触垫168与导电层110连接。在一些实施例中，在红色LED发光层112的顶部形成用于电极连接的导电层114。在一些实施例中，导电层114可以是如图1C所示的用于改善导电性和透光度的金属层或导电透明层，诸如ITO层，形成在红色LED发光层112与N电极接触垫116之间。在一些实施例中，诸如116的N电极接触垫由石墨烯、ITO、AZO或FTO或上述的任何组合材料制成。
在一些实施例中，在红色LED发光层112下方，导电层110与金属键合层108之间设有反射层109，在红色LED发光层112上方，导电层114与键合层156之间设有反射层115。
在一些实施例中，相对于上方其他层，红色LED发光层112在其一侧具有延伸部分164，如图1C所示。在一些实施例中，延伸部分164与导电层110和114一起延伸。在一些实施例中，延伸部分164与红色LED发光层112底部的反射层109和金属键合层108一起延伸。在一些实施例中，红色LED发光层112通过延伸部分164上方的导电层114的延伸部分连接到N电极接触垫116。
在一种方法中，红色LED发光层112生长在另一块单独的基板(称为外延基板)上。键合后通过例如激光剥离工艺或湿法化学蚀刻除去外延基板，留下图1B和图1C中所示的结构。
在一些实施例中，红色LED发光层112用于形成红色微型LED。红色LED发光层的示例包括III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物和III-V族锑化物外延结构。在一些情况下，红色LED发光层112内的膜可以包括P型GaP/P型AlGaInP发光层/AlGaInP/N型AlGaInP/N型GaAs的层。在一些实施例中，P型层通常是Mg掺杂的，而N型层通常是Si掺杂的。在一些示例中，红色LED发光层的厚度约为0.1微米至5微米。在一个优选的实施例中，红色LED发光层的厚度约为0.3微米。
在一些实施例中，红色LED结构包括金属键合层108、反射层109、导电层110、红色LED发光层112、导电层114、反射层115和N电极接触垫116。
在一些实施例中，键合层156用于将红色LED结构和绿色LED结构键合在一起。在一些实施例中，键合层156对从LED器件100发射的光不透明。在一些实施例中，键合层156的材料和厚度与上文中对于金属键合层108的描述相同。在一些实施例中，键合层156也可以用作反射器以反射上方的LED结构发射的光。
在一些实施例中，当使用竖向传播时，键合层156对于微型LED100发射的光是透明的。在一些实施例中，键合层156由诸如固体无机材料或塑料材料之类的介电材料制成。在一些实施例中，固体无机材料包括SiO2、Al2O3、Si3N4、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)或它们的任何组合。在一些实施例中，塑料材料包括诸如SU-8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)的聚合物、或包括旋涂玻璃(SOG)的透明塑料(树脂)、或Micro Resist公司的键合粘合剂BCL-1200，或上述的任何组合。在一些实施例中，透明键合层可以促进键合层下方的层发射的光穿过。
在一些实施例中，如图1A和图1B所示，绿色LED结构具有与绿色LED发光层130电连接的P电极接触垫126。在一些实施例中，P电极接触垫126与导电层128连接。在一些实施例中，用于电极连接的导电层128形成在绿色LED发光层130的底部。在一些实施例中，如图1A和1B所示，导电层128可以是用于改善导电性和透光度的诸如ITO层的导电透明层或金属层，形成在绿色LED发光层130与P电极接触垫126之间。
在一些实施例中，相对于上方其他层，导电层128在其一侧具有延伸部分128-1，如图1B所示。在一些实施例中，延伸部分128-1与LED器件100内导电层128下方的所有层一起延伸。在一些实施例中，绿色LED发光层130通过导电层128的延伸部分128-1与P电极接触垫126电连接。在一些实施例中，P电极接触垫126也与基板104中的驱动电路106电连接。
在一些实施例中，在LED器件100的表面上沉积由介电材料制成的绝缘层174，诸如SiO2层。P电极接触垫126通过绝缘层174内的过孔或通道，从其与驱动电路106的接触延伸至其与导电层128的接触。P电极接触垫126不与LED器件100内的其他层接触。
在一些实施例中，用于电极连接的导电层132形成在绿色LED发光层130的顶部。在一些实施例中，导电层132可以是诸如ITO层的导电透明层或金属层，形成在绿色LED发光层130与N电极接触垫120之间以改善导电性和透光度。在一些实施例中，N电极接触垫120由诸如ITO的透明导电材料制成。在一些实施例中，N电极接触垫120由诸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或其任何组合的材料制成。
在一些实施例中，如图1C中所示的，绿色LED结构具有电连接到绿色LED发光层130的N电极接触垫120。在一些实施例中，N电极接触垫120与导电层132连接。在一些实施例中，绿色LED结构的N电极接触垫120也与红色LED结构的N电极接触垫116电连接。
如图1C所示，在一些实施例中，绿色LED发光层130在其一侧具有延伸部分166。在一些实施例中，延伸部分166与导电层128和132以及导电层128下方的所有其他层一起延伸。在一些实施例中，延伸部分166通过延伸部分166上方导电层132的延伸部分电连接到N电极接触垫120。
在一些实施例中，绿色LED发光层130的横向尺寸小于红色LED发光层112的横向尺寸。
在一些实施例中，在绿色LED发光层130下方，导电层128与键合层156之间设有反射层127，在绿色LED发光层130上方，导电层132与键合层160之间设有反射层133。
在一种方法中，绿色LED发光层130生长在另一块单独的基板(被称为外延基板)上。键合后通过例如激光剥离工艺或湿法化学蚀刻除去外延基板，留下图1B和图1C中所示的结构。
在一些实施例中，绿色LED发光层130用于形成绿色微型LED。绿色LED发光层的示例包括III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物和III-V族锑化物外延结构。在一些情况下，绿色LED发光层130内的膜可以包括P型GaN/InGaN发光层/N型GaN的层。在一些实施例中，P型通常是Mg掺杂的，而N型通常是Si掺杂的。在一些示例中，绿色LED发光层的厚度约为0.1微米至5微米。在一个优选的实施例中，绿色LED发光层的厚度约为0.3微米。
在一些实施例中，绿色LED结构包括反射层127、导电层128、绿色LED发光层130、导电层132、反射层133、P电极接触垫126和N电极接触垫120。
在一些实施例中，在不包括诸如164、166和导电层128的128-1下面的部分的延伸部分的情况下，第一LED结构，例如，红色LED结构和第二LED结构，例如绿色LED的结构，具有相同的中心轴线。在一些实施例中，在不包括诸如164、166和导电层128的128-1下面的部分的延伸部分的情况下，第一LED结构和第二LED结构沿着相同的中心轴线对齐。
在一些实施例中，键合层160用于将绿色LED结构和蓝色LED结构键合在一起。在一些实施例中，键合层156对LED器件100发射的光不透明。在一些实施例中，键合层160的材料和厚度与上文中对于金属键合层108的描述相同。在一些实施例中，键合层160也可以用作反射器以反射上方的LED结构发射的光。
在一些实施例中，当使用竖向传播时，键合层160对于LED器件100发射的光是透明的。在一些实施例中，键合层160由诸如固体无机材料或塑料材料之类的介电材料制成，与上文中对于键合层156的描述相同。在一些实施例中，透明键合层可以促进键合层下方的层发射的光穿过。
在一些实施例中，如图1A和图1B所示，蓝色LED结构具有与蓝色LED发光层136电连接的P电极接触垫152。在一些实施例中，P电极接触垫152与导电层134连接。在一些实施例中，在蓝色LED发光层136的底部形成用于电极连接的导电层134。在一些实施例中，如图1A和1B所示，导电层134可以是诸如ITO层的导电透明层或金属层，形成在蓝色LED发光层136与P电极接触垫152之间以改善导电性和透光度。
在一些实施例中，相对于上方的其他层，导电层134在其一侧具有延伸部分134-1，如图1B所示。在一些实施例中，延伸部分134-1与LED器件100内的导电层134下方的所有层一起延伸。在一些实施例中，蓝色LED发光层136通过导电层134的延伸部分134-1与P电极接触垫152电连接。在一些实施例中，P电极接触垫152也与基板104中的驱动电路106电连接。
在一些实施例中，在LED器件100的表面上沉积由介电材料制成的绝缘层174，诸如SiO2层。P电极接触垫152通过绝缘层174内的过孔或通道，从其与驱动电路106的接触延伸至其与导电层134的接触。P电极接触垫152不与LED器件100内的其他层接触。
在一些实施例中，在蓝色LED发光层136的顶部形成用于电极连接的导电层138。在一些实施例中，导电层138可以是诸如ITO层的导电透明层或金属层，形成在蓝色LED发光层136与N电极接触垫140之间以改善导电性和透光度。在一些实施例中，N电极接触垫140由诸如ITO的透明导电材料制成。在一些实施例中，N电极接触垫140由诸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或上述的任何组合材料制成。在一些实施例中，N电极接触垫116、120和140均电连接在一起，作为公共N电极。在一些实施例中，N电极接触垫116、120和140形成为一个整体元件，作为公共N电极。
在一些实施例中，如图1B中所示的，蓝色LED结构具有与蓝色LED发光层136电连接的N电极接触垫140。在一些实施例中，N电极接触垫140与导电层138连接。
在一些实施例中，蓝色LED发光层136的横向尺寸小于绿色LED发光层130的横向尺寸。
在一些实施例中，诸如N电极垫140的顶部电极元件通过诸如146、148、170和172的光学隔离结构下方的电连接元件进行连接。在一些实施例中，顶部电极通过嵌入在基板104中的电连接元件进行连接。在一个示例中，顶部电极140通过位于绝缘层174上方，位于诸如146、148、170和172的光学隔离结构下方的电连接元件进行连接。
在一些实施例中，在蓝色LED发光层136下方，导电层134与键合层160之间设有反射层135。在一些实施例中，在蓝色LED发光层136上方，导电层138的顶部设有可选的反射层139(图1A-1C中未示出)。
在一种方法中，蓝色LED发光层136生长在另一块单独的基板(被称为外延基板)上。键合后通过例如激光剥离工艺或湿法化学蚀刻除去外延基板，留下图1B和图1C中所示的结构。
在一些实施例中，蓝色LED发光层136用于形成蓝色微型LED。蓝色LED发光层的示例包括III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物和III-V族锑化物外延结构。在一些情况下，蓝色LED发光层136内的膜可以包括P型GaN/InGaN发光层/N型GaN的层。在一些实施例中，P型通常是Mg掺杂的，而N型通常是Si掺杂的。在一些示例中，蓝色LED发光层的厚度约为0.1微米至5微米。在一个优选的实施例中，蓝色LED发光层的厚度约为0.3微米。
在一些实施例中，蓝色LED结构包括反射层135、导电层134、蓝色LED发光层136、导电层138、可选的反射层139、P电极接触垫152和N电极接触垫140。
在一些实施例中，在不包括诸如166和导电层134的134-1下面部分的延伸部分的情况下，第二LED结构，例如，绿色LED结构和第三LED结构，例如蓝色LED结构，具有相同的中心轴线。在一些实施例中，在不包括诸如166和导电层134的134-1下面部分的延伸部分的情况下，第一LED结构和第二LED结构沿着相同的中心轴线对齐。
在一些实施例中，N电极140覆盖三色LED器件100的顶部。在一些实施例中，N电极140经由一些电连接元件连接至相邻的三色LED器件中的N电极(在图1A-1C中未示出)，作为公共电极。
在一些实施例中，每个导电层110、114、128、132、134和138的厚度约为0.01微米至1微米。在一些情况下，在进行与下一外延层键合的任何键合工艺之前，每个导电层110、114、128、132、134和138通常由汽相沉积工艺沉积在各自对应的外延层上，例如电子束蒸发或溅射沉积。在一些示例中，导电层用来保持电极连接的良好的导电性，而在某些情况下，同时用于提高LED器件的光学特性，诸如反射率或透光度。
在一些实施例中，在底部发光层112上方(和导电层114上方)，优选地在反射层115上方、键合层156下方形成诸如SiO2层的附加的介电层(在图1A-1C中未示出)，将发光层112的N型层从键合层156电分离。在一些实施例中，附加的介电层的厚度为20纳米至2微米。在一个优选的实施例中，附加的介电层的厚度约为100纳米。在一些实施例中，在中间发光层130上方(和导电层132上方)，优选地在反射层133上方、键合层160下方形成诸如SiO2层的附加的介电层(在图1A-1C中未示出)，将发光层130的N型层从键合层160电分离。在一些实施例中，附加的介电层的厚度为20纳米至2微米。在一个优选的实施例中，附加的介电层的厚度约为100纳米。
在一些实施例中，为了提高从三色LED器件100的发光效率，沿三色LED器件100的侧壁形成如下文中进一步描述的诸如146、148、170和172的光学隔离结构。在一些实施例中，诸如146、148、170和172的该光学隔离结构由诸如SiO2的介电材料制成。
如在图1A中从俯视图所示的，在一些实施例中，三色LED器件100具有圆形形状。在一些实施例中，诸如146、148、170和172的光学隔离结构连接成一体并形成围绕三色LED器件100的圆形侧壁。在一些实施例中，所述光学隔离结构形成在下文中进一步详细描述的反光杯。在一些实施例中，三色LED器件100内的三个层叠的LED结构也呈圆形形状。在一些实施例中，三色LED器件100可以呈其它形状，如矩形、正方形、三角形、梯形、多边形。在一些实施例中，诸如146、148、170和172的光学隔离结构连接成一体并形成围绕三色LED器件100的呈长方形、正方形、三角形、梯形、多边形的其他形状的侧壁。
如图1B和图1C所示，在一些实施例中，红色LED发光层112、绿色LED发光层130和蓝色LED发光层136具有倾斜的侧表面。如这里所使用的，倾斜的侧表面可以是指不垂直于相应的LED发光层的顶表面或底表面的表面。在一些实施例中，倾斜的侧壁和相应的LED发光层的底表面之间的角度小于90度。在一些实施例中，键合层108、156和160也具有倾斜的侧表面。倾斜的侧表面可利于不同的连接元件与各LED发光层的连接，防止连接元件因突变的角导致连接断开，增强器件的整体稳定性。
在一些实施例中，多色LED器件的光传播效率随着LED发光层的倾斜侧表面相对于基板104的表面法线的角度的变化而改变。在一些实施例中，多色LED器件的光传播效率随着LED发光层的倾斜侧表面相对于基板104表面的法线的角度的增大而增大。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板104表面的法线的角度为±5度并且当诸如146、148、170和/或172的光学隔离结构不是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率为0.32％。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板104表面的法线的角度为±15度并且当诸如146、148、170和/或172的光学隔离结构不是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率为2.7％。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板104表面的法线的角度处于(例如，当发光层倾斜时)或非常接近±90度并且当诸如146、148、170和/或172的光学隔离结构不是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率等于或非常接近56.4％。
相比之下，如下面进一步详细描述的反光杯结构的实现改善了多色LED器件的光传播效率。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板104表面的法线的角度为±5度并且当诸如146、148、170和/或172的光学隔离结构是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率为0.65％，即，与不具有反光杯的LED器件相比增大了104.6％。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板104表面的法线的角度为±15度并且当诸如146、148、170和/或172的光学隔离结构是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率为6.65％，即，与不具有反光杯的LED器件相比增大了144.4％。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板104表面的法线的角度处于(例如，当发光层倾斜时)或非常接近±90度并且当诸如146、148、170和/或172的光学隔离结构是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率等于或非常接近66.65％，即，与不具有反光杯的LED器件相比增大了18.4％。
在一些实施例中，在每个LED发光层的上方和下方形成反射层以提高光传播效率。如图1B和1C所示，在一些实施例中，在键合层108与红色LED发光层112之间形成反射层109。在一些实施例中，在存在导电层110的情况下反射层109形成在键合层108与导电层110之间。在一些实施例中，在键合层156与红色LED发光层112之间形成反射层115。在一些实施例中，在存在导电层114的情况下反射层115形成在键合层156与导电层114之间。
在一些实施例中，在键合层156与绿色LED发光层130之间形成有反射层127。在一些实施例中，在存在导电层128的情况下，反射层127形成在键合层156与导电层128之间。在一些实施例中，在键合层160与绿色LED发光层130之间形成反射层133。在一些实施例中，在存在导电层132的情况下，反射层133形成在键合层160与导电层132之间。
在一些实施例中，在键合层160与蓝色LED发光层136之间形成反射层135。在一些实施例中，在存在导电层134的情况下，反射层135形成在键合层160与导电层134之间。在一些实施例中，在N电极垫140与蓝色LED发光层136之间形成可选的反射层139(图1B-1C中未示出)，同时仍然允许蓝色LED发光层136例如通过导电路径与N电极垫140电连接。在一些实施例中，在存在导电层138的情况下，可选的反射层139形成在N电极垫140与导电层138之间，同时仍然允许导电层138例如通过导电路径电连接到N电极垫140。
在一些实施例中，反射层109、115、127、133、135和139的材料反射率高，尤其是对由单个像素三色LED器件200发射的光。例如，反射层109、115、127、133、135和139的反射率高于60％。在另一示例中，反射层109、115、127、133、135和139的反射率高于70％。在又一示例中，反射层109、115、127、133、135和139的反射率高于80％。
在一些实施例中，反射层109、115、127、133、135和139的材料是选自下列金属中的一个或多个：Rh、Al、Ag和Au。在某些实施例中，反射层109、115、127、133、135和139中的任何一层可包括具有不同折射率的至少两个子层。每个子层还具有诸如高于60％、70％或80％的高反射率。
在一些实施例中，每个反射层，诸如109、115、127、135和139，涂覆在诸如112、130和136的发光层中的每个发光层的两侧上，或在包括导电层的情况下，在键合之前涂覆在导电层110、114、128、132、134和138的两侧上。在一些情况下，诸如109、115、127、133、135和139的反射层中的每个反射层的厚度约为2纳米(nm)至5微米。在一些实施例中，诸如109、115、127、133、135和139的反射层中的每个反射层的厚度等于或低于1微米。在一些优选的实施例中，诸如109、115、127、133、135和139的反射层中每层的厚度约为5纳米(nm)至10nm。
在一些实施例中，诸如109、115、127、133、135和139的反射层中任何一层包括分布式布拉格反射器(DBR)结构。例如，诸如109、115、127、133、135和139的反射层中的任何一层由交替的多个层或具有不同折射率的不同材料的多个层形成。在一些情况下，DBR结构的每个层边界导致光波的部分反射。可以使用诸如109、115、127、133、135和139的反射层来反射一些选定的波长，例如，用于红光的反射层109和115、用于绿光的反射层127和133和用于蓝光的反射层135和139。在一些实施例中，诸如109、115、127、133、135和139的反射层中的任何一层由多个层制成，例如分别为SiO2和Ti3O5的至少两个层。通过分别改变SiO2和Ti3O5的层的厚度和数目，可以形成对不同波长的光的选择性反射或选择性传播。
在一些实施例中，诸如109、115、127、133、135和139的反射层中的任何一层还包括其中一个高反射率子层上的透明层。例如，优选地在诸如109、115、127、133、135和139的反射层的任一侧或两侧上形成的透明层选自ITO和SiO2中的一个或多个。
在一些实施例中，用于红光LED的反射层109和115中的每层包括多层Au或/和氧化铟锡(ITO)。
在一些实施例中，用于红光LED结构的反射层109和115中的每层对由三色LED器件100不同层产生的光的吸光度低(例如，等于或小于25％)。在一些实施例中，用于红光LED结构的反射层109和115中的每层对于在当前两个反射层109与115之间产生的光的反射率高(例如，等于或大于75％)，例如红光。
在一个示例中，表1中所示的以下DBR结构用于从绿光LED反射绿光：
表1：用于绿光LED反射层的DBR层结构。
Figure BDA0003418065550000421
在一些实施例中，用于绿光LED结构的反射层127和133中的每层对由三色LED器件100不同层产生的光的吸光度低(例如，等于或小于25％)。在一些实施例中，用于绿光LED结构的反射层127和133中的每层对于在当前两个反射层127与133之间产生的光的反射率高(例如，等于或大于75％)，例如绿光。
在一个示例中，表2中所示的以下DBR结构用于从蓝光LED反射蓝光：
表2：用于蓝光LED反射层的DBR层结构。
Figure BDA0003418065550000431
在一些实施例中，用于蓝光LED结构的反射层135和可选的139中的每层对由三色LED器件100不同层产生的光的吸光度低(例如，等于或小于25％)。在一些实施例中，用于蓝光LED结构的反射层135对在当前反射层135上方产生的或当前反射层135与139之间产生的光的反射率高(例如，等于或大于75％)，例如蓝光。
图2A是根据一些实施例的具有平面化特征的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线102的截面图。在一些实施例中，单个像素三色LED器件100具有与图1A、1B和1C中所示的单个像素三色LED器件100相似的结构，其增加了覆盖单个像素三色LED器件100的平面化层176。
图2B是根据一些实施例的具有平面化特征的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线150的截面图。在一些实施例中，单个像素三色LED器件100具有与图1A、1B和1C中所示的单个像素三色LED器件100相似的结构，其增加了覆盖单个像素三色LED器件100的平面化层176。
在一些实施例中，诸如176的平面化层对于微型LED100发射的光是透明的。在一些实施例中，平面化层由诸如固体无机材料或塑料材料之类的介电材料制成。在一些实施例中，固体无机材料包括SiO2、Al2O3、Si3N4、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)或上述的任何组合。在一些实施例中，塑料材料包括诸如SU-8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)的聚合物、或包括旋涂玻璃(SOG)的透明塑料(树脂)、或Micro Resist公司的键合粘合剂BCL-1200，或上述的任何组合。在一些实施例中，平面化层可以利于微型LED100发射的光穿过。
在一些实施例中，相对于基板104的表面，平面化层176与例如146、148、170和172的光学隔离结构具有相同的高度。例如，平面化层176覆盖整体单个像素三色LED器件100和光学隔离结构的侧壁。平面化层176在与光学隔离结构的顶表面相同的平面上。
图3A是根据一些实施例的具有平面化特征的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线102的截面图。在一些实施例中，单个像素三色LED器件100具有与图1A、1B和1C中所示的单个像素三色LED器件100相似的结构，其增加了覆盖单个像素三色LED器件100的平面化层178。
图3B是根据一些实施例的具有平面化特征的单个像素三色LED器件100沿图1A中对角线150的截面图。在一些实施例中，单个像素三色LED器件100具有与图1A、1B和1C中所示的单个像素三色LED器件100相似的结构，其增加了覆盖单个像素三色LED器件100的平面化层178。
在一些实施例中，平面化层178具有与例如140的顶部电极元件相同的高度。平面化层178在与诸如N电极垫140的顶部电极元件的顶表面相同的平面上。在一些实施例中，诸如140的顶部电极元件正好在平面化层178的顶部上。平面化层178在与诸如N电极垫140的顶部电极元件的底表面相同的平面上。例如，平面化层178覆盖整个单个像素三色LED器件100和诸如146、148、170和172的光学隔离结构侧壁的一部分。
与如图1A-1C所示的诸如N电极垫140的顶部电极元件通过诸如146、148、170和172的光学隔离结构下方的电连接元件连接不同，在图2A-2B、3A-3B中，诸如N电极垫140的顶部电极元件通过至少在诸如146、148、170和172的光学隔离结构侧壁上的电连接元件连接。在一些实施例中，N电极垫140通过诸如146、148、170和172的光学隔离结构的表面固定或固定在诸如146、148、170和172的光学隔离结构的表面上。顶部电极结构可以简化制造工艺，特别是具有经平面化的层，使单个像素三色LED器件100紧凑。
在一些实施例中，绝缘层可以通过沉积在各LED发光层和诸如导电层和反射层的其他层上，实现在单个像素多色LED器件上的沉积。然后进行平面化工艺以使嵌入单个像素多色LED器件的绝缘层的表面平坦。在各平面化层内也形成用于电连接的过孔。与使用其他工艺没有平面化的绝缘层相比，平面化的LED结构内的特征和层被更好地保护并且不易于受到外部破坏力影响。此外，平面化表面可以通过减小因不平整的表面而引起的偏转来提供光传播效率。
在一些实施例中，通过干法蚀刻和湿法蚀刻，形成三色LED结构，不同颜色的LED结构的轴线竖向地彼此对齐。在一些实施例中，不同颜色的LED结构共享相同的轴线。
在一些实施例中，不同颜色的LED结构中的每个LED结构形成金字塔形状或截面为梯形的形状。每个层具有与其下面的层相比更窄的宽度或更小的面积。在这种情况下，宽度或面积由与基板104的表面平行的平面的尺寸测量。
在一些实施例中，多个不同颜色的LED结构中的每个是由仅覆盖LED结构的区域而无超出LED结构的区域的延伸部分的键合层键合在一起的，整个多色LED器件形成金字塔(或倒锥)形状或截面为梯形的形状(如图1-3所示)。在一些实施例中，例如红色LED结构的底部LED结构的横向尺寸可以是最长的，并且例如蓝色LED结构的顶部LED结构的横向尺寸可以是最短的。金字塔形状可以在LED器件内的各个层被蚀刻和图案化时从底部向上自然地形成。金字塔形结构可以改善单独的LED结构之间以及与电极之间的电连接，并简化制造工艺。例如，每个层中的电极连接元件在每个层中露出，以便于连接。
在一些实施例中，诸如金属键合层108的底层具有约1微米至500微米的横向尺寸。在一个优选的实施例中，在多色LED器件底部的金属键合层108的横向尺寸约为1.75微米。在一些实施方式中，多色LED器件的竖向高度约为1微米至500微米。在一个优选的实施例中，多色LED器件的竖向高度约为1.9微米。在一个优选的实施例中，在多色LED器件顶部的导电层138的横向尺寸约为1.0微米。
在一些实施例中，三色LED器件的层的截面长宽比在相同的层的横向尺寸变化的情况下基本上保持相同。例如，在图案化的外延层的横向尺寸为5微米的情况下，所述图案化的外延层的厚度小于一微米。在另一示例中，在相同的图案化的外延层的横向尺寸增加的情况下，该图案化外延层的厚度相应地增加，以保持相同的长宽比。在一些实施例中，外延层和其它层截面的长宽比小于厚度/宽度的1/5。
LED器件的形状不受限制，在一些其他实施例中，三色LED器件的截面形状可以采用其他形状，例如，倒梯形、半椭圆形、矩形、平行四边形、三角形或六边形等。
在一些实施例中，第三LED发光层136上方的顶部导电层138使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是例如，电感耦合等离子体(ICP)蚀刻之类的干法蚀刻或用ITO蚀刻溶液的湿法蚀刻。在一些实施例中，相同的图案化方法可以应用于在三色LED器件100内的所有其他导电层，包括导电层110、114、128、132、134和138。
在一些实施例中，蓝色LED发光层136和绿色LED发光层130使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用C12和BC13蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻。
在一些实施例中，包括160和156的键合层利用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用CF4和O2蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻。
在一些实施例中，包括109、115、127、133、135和139的反射层使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于为反射层，特别是DBR层，形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用CF4和O2蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻或利用Ar气体的离子束蚀刻(IBE)。
在一些实施例中，红色LED发光层112使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用C12和HBr蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻。
在一些实施例中，金属键合层108使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用C12/BC13/Ar蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻，或利用Ar气体的离子束蚀刻(IBE)。
在一些实施例中，在各LED器件结构中的每个LED器件结构被图案化之后，在包括所有经图案化的层、侧壁和暴露的基板的经图案化的各LED结构的表面上沉积诸如174、176、178的绝缘层。在一些实施例中，绝缘层由SiO2和/或Si3N4制成。在一些实施例中，绝缘层由TiO2制成。在一些实施例中，于高温下固化诸如SOG的层之后形成具有与SiO2类似组分的绝缘层。在一些实施例中，绝缘层由具有与绝缘层下方各层的热系数类似的热系数的材料制成。然后，诸如176和178的绝缘层的表面通过被本领域普通技术人员所理解的诸如化学机械抛光的相关方法平滑化或平面化。
在一些实施例中，平面化之后的诸如176和178的绝缘层使用光刻和蚀刻进行图案化以露出电极接触区域。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用CF4和O2的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻。
在一些实施例中，P电极或阳极金属垫利用蒸汽沉积或通过其他沉积方法沉积在经图案化的LED结构的合适位置，诸如在经平面化的绝缘层内的一侧和/或过孔中，以电连接红色LED结构、绿色LED结构和蓝色LED结构。
在一些实施例中，单独的N电极或阴极金属垫利用蒸汽沉积或通过其他沉积方法沉积在经图案化的LED结构的合适位置，诸如在经平面化的绝缘层内的一侧/顶部和/或过孔中，以电连接红色LED结构、绿色LED结构和蓝色LED结构。
图4A是根据一些实施例的经分层平面化的单个像素三色LED器件400的俯视图。
图4B是根据一些实施例的经分层平面化的单个像素三色LED器件400的沿图4A中对角线402的截面图。该对角线穿过单个像素三色LED器件400的中心。
与图1-3中所描绘的实施例相比，图4A-4B中实施例的主要差异在于不同颜色的LED结构中的每个LED结构嵌入相应的经平面化的绝缘层中，并且内部具有LED结构的经平面化的绝缘层经由一些键合层键合在一起。
在一些实施例中，三色LED器件400包括基板404。为方便起见，“向上”用于表示远离基板404，“向下”表示朝向基板404，诸如顶部、底部、上方、下方，正下方、下面等的其他方向性术语也做相应地解释。支撑基板404是其上制备有各个驱动电路406的阵列的基板。在一些实施例中，驱动电路也可以位于基板404上方的各层中的一个层中，或者位于微型三色LED结构400的上方。每个驱动电路是像素驱动器406。在某些情况下，驱动电路406是薄膜晶体管像素驱动器或硅CMOS像素驱动器。在一个实施例中，基板404是Si基板。在另一实施例中，支撑基板404是透明基板，例如，玻璃基板。其他基板的示例包括GaAs、GaP、InP、SiC、ZnO和蓝宝石基板。在一些实施例中，基板404厚约700微米。驱动电路406形成各个像素驱动器，以控制各个单个像素三色LED器件400的工作。基板404上的电路包括对于每个单个的驱动电路406的接触以及接地接触。如图4A和图4B所示，每个微型三色LED结构400还具有两种类型的接触：连接到像素驱动器的诸如450(或408)、452的P电极或阳极和合并的部分422、424和426；以及连接到地(即，公共电极)的诸如440、442、444的N电极或阴极和合并的部分416、418和420。
在一些实施例中，N电极(或N电极接触垫)及其连接部件，诸如440、442、444和合并的部分416、418和420由诸如石墨烯、ITO、铝掺杂氧化锌(AZO)或氟掺杂氧化锡(FTO)或上述的任何组合材料制成。在一些实施例中，N电极(或N电极接触垫)及其连接部件，诸如440、442、444，和合并的部分416、418和420由非透明或透明导电材料制成，在一个优选的实施例中，由透明导电材料制成。在一些实施例中，P电极(或P电极接触垫)及其连接部件，诸如450、452，和合并的部分422、424和426，由诸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或上述的任何组合材料制成。在一些实施例中，P电极(或P电极接触垫)及其连接部件，诸如450、452和合并的部分422、424和426，由非透明或透明导电材料制成，在优选的实施例中由透明导电材料制成。在一些实施例中，P电极(或P电极接触垫)及其连接部件和N电极(或N电极接触垫)及其连接部件的位置可以切换。
通常，LED发光层包括具有p型区域/层和n型区域/层的PN结，以及在p型区域/层与n型区域/层之间的有源层。
在一些实施例中，红色LED发光层412发射的光能够朝向红色LED发光层412的侧壁水平传播，然后通过如下所述的诸如446和/或448的反射元件向上反射，并在单个像素三色LED器件400的顶表面处发射出。如下所述，红色LED发光层412下方设有反射层409，并且红色LED发光层412上方设有反射层415。红色LED发光层412发射的光在两个反射层409与415之间朝向红色LED发光层412的侧壁反射。
在一些实施例中，绿色LED发光层430发射的光能够朝向绿色LED发光层430的侧壁水平传播，然后通过如下所述的诸如446和/或448的反射元件向上反射，并在单个像素三色LED器件400的顶表面处发射出。如下所述，绿色LED发光层430下方设有反射层427，绿色LED发光层430上方设有反射层433。从绿色LED发光层430发射的光在两个反射层427与433之间朝向绿色LED发光层430的侧壁反射。
在一些实施例中，蓝色LED发光层436发射的光能够朝向蓝色LED发光层436的侧壁水平传播，然后通过如下所述的诸如446和/或448的反射元件向上反射，并在单个像素三色LED器件400的顶表面处发射出。如下所述，蓝色LED发光层436下方设有反射层435。从蓝色LED发光层436发射的光在反射层435与蓝色LED发光层436的上表面之间朝向蓝色LED发光层436的侧壁反射。
在一些实施例中，红色LED发光层412发射的光能够竖向传播穿过绿色LED发光层430，然后穿过蓝色LED发光层436以从三色LED器件400中发射出。在一些实施例中，绿色LED发光层430发射的光能够传播穿过蓝色LED发光层436以从三色LED器件400中发射出。在竖向光传播的情况下，在一些优选的实施例中，在每个发光层上方的诸如415和433的顶部反射层不包括在三色LED器件400中。
在一些实施例中，诸如412、430和436的LED发光层包括许多具有不同组分的子外延层。LED外延层的示例包括III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物和III-V族锑化物外延结构。微型LED的示例包括GaN基UV/蓝/绿色微型LED，AlInGaP基红色/橙色微型LED，以及GaAs或InP基红外(IR)微型LED。
在一些实施例中，层叠的LED结构中的每个LED结构可被分别控制以产生其单独的光。在一些实施例中，顶部LED外延层射出的混合光可以因三色LED器件400中的所有的LED外延层的同时工作而可以改变显示面板上的小覆盖面积内单个像素的颜色。
在一些实施例中，根据LED器件400的设计，包括在同一器件中的各LED结构所发射光的颜色不限于红色、绿色和蓝色。例如，可以在可见光范围内从380nm至700nm波长的不同颜色光的范围中选择适合的颜色。在一些实施例中，LED结构也可以实现发射自不可见范围诸如紫外线和红外线之类的其他颜色光。
在一些实施例中，当竖向发光与水平发光结合时，例如，三种颜色的选择从底部到顶部可以是红色、绿色和蓝色。在另一个实施例中，三种颜色的选择从底部到顶部可以是红外光、橙色和紫外光。在一些实施例中，器件400一层上的LED结构发出的光的波长比当前层上面的层上的LED结构发出的光的波长更长。例如，底部LED发光层412发出的光的波长比中间LED发光层430发出的光的波长更长，中间LED发光层430发出的光的波长比顶部LED发光层436发出的光的波长更长。
在一些实施例中，当在水平发光的情况下或者当水平发光的部分多于从LED器件400的顶表面的竖向发光的部分时，LED发光层412、430和436中的每个发光层可以是任何合适的可见或不可见光的颜色。水平发光的优点在于由于发射的光并不需要经过LED器件400的其他上层而是直接由当前发光层的边缘或侧壁发射出，因而可以减少光传播损耗，提高发光效率。例如，与竖向发光LED器件相比，水平发光LED器件可以将光传播效率提高15％、50％、100％、150％、或200％。在某些情况下，水平发光LED器件的光传播效率可以等于或大于20％、40％或60％。
在一些实施例中，底部红色LED发光层412通过金属键合层408键合到基板404。金属键合层408可以设置在基板404上。在一种方法中，金属键合层408在基板404上生长。在一些实施例中，金属键合层408与基板404上的驱动电路406和金属键合层408上方的红色LED发光层412电连接，用作P电极。在一些实施例中，金属键合层408的厚度约为0.1微米至3微米。在优选的实施例中，金属键合层408的厚度约为0.3μm。金属键合层408可包括欧姆接触层和金属键合层。在一些情况下，金属键合层408包括两个金属层。所述金属层中的一个金属层沉积在LED器件400内的金属键合层上方的层。对应的键合金属层也沉积在基板404上。在一些实施例中，金属键合层408的组成成分包括Au-Au键合、Au-Sn键合、Au-In键合、Ti-Ti键合、Cu-Cu键合或上述的混合物。例如，如果选择Au-Au键合，则两个Au层分别需要Cr涂层作为粘合剂层以及Pt涂层作为反扩散层。Pt涂层位于Au层与Cr层之间。Cr层和Pt层位于两个键合在一起的Au层的顶部和底部。在一些实施例中，当两个Au层的厚度大致相同，在高压和高温下，两个层上的Au相互扩散将所述两个层键合在一起。共晶键合、热压键合和瞬间液相(TLP)键合是可以使用的示例性技术。
在一些实施例中，金属键合层408也可以用作反射器以反射从上方的LED结构发射的光。
在一些实施例中，红色LED发光层412的底部形成用于电极连接的导电层410。在一些实施例中，导电层410是对LED器件400发射的光透明的诸如氧化铟锡(ITO)层之类的导电透明层，形成在红色LED发光层412与金属键合层408之间以改善导电性和透光度。如在图4A中示出而在图4B中未示出的一些实施例中，红色LED结构具有与红色LED发光层412电连接的P电极接触垫450。在一些实施例中，P电极接触垫450与导电层410连接。在一些实施例中，用于电极连接的导电层414形成在红色LED发光层412的顶部。在一些实施例中，导电层414可以是诸如ITO层之类的导电透明层，形成在红色LED发光层412与N电极接触垫416之间以改善导电性和透光度。
在一些实施例中，相对于上方的其他层，红色LED发光层412在其一侧具有延伸部分464。在一些实施例中，延伸部分464与导电层410和414一起延伸。在一些实施例中，延伸部分464通过延伸部分464上方的导电层414的延伸部分连接到N电极接触垫416。
在一些实施例中，反射层409在红色LED发光层412下方位于导电层410与金属键合层408之间，反射层415在红色LED发光层412上方位于导电层414与键合层456之间，并且在一个示例中，位于平面化的绝缘层454内。
在一种方法中，红色LED发光层412生长在单独的基板(称为外延基板)上。键合后通过例如激光剥离工艺或湿法化学蚀刻除去外延基板，留下图4B中所示的结构。
在一些实施例中，红色LED发光层412用于形成红色微型LED。红色LED发光层的示例包括III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物和III-V族锑化物外延结构。在一些情况下，红色LED发光层412内的膜可以包括P型GaP/P型AlGaInP发光层/AlGaInP/N型AlGaInP/N型GaAs的层。在一些实施例中，P型层通常是Mg掺杂的，而N型层通常是Si掺杂的。在一些示例中，红色LED发光层的厚度约为0.1微米至5微米。在一个优选的实施例中，红色LED发光层的厚度约为0.3微米。
在一些实施例中，红色LED结构包括金属键合层408、反射层409、导电层410、红色LED发光层412、导电层414、反射层115和N电极接触垫416。在一些实施例中，红色LED结构形成在平面化的绝缘层454内，例如，二氧化硅(SiO2)层内。在一些实施例中，平面化的绝缘层454覆盖整个红色LED结构。在一些实施例中，整个红色LED结构嵌入在平面化的绝缘层454内。在一些实施例中，平面化的绝缘层454的表面通过化学机械抛光的方法被平滑或平面化。
在一些实施例中，诸如454的平面化层对LED器件400发射的光是透明的。在一些实施例中，平面化层由诸如固体无机材料或塑料材料之类的介电材料制成。在一些实施例中，固体无机材料包括SiO2、Al2O3、Si3N4、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)或上述的任何组合。在一些实施例中，塑料材料包括诸如SU-8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)的聚合物、或包括旋涂玻璃(SOG)的透明塑料(树脂)、或Micro Resist公司的键合粘合剂BCL-1200，或上述的任何组合。在一些实施例中，平面化层可以促进微型LED400发射的光穿过。在一些实施例中，诸如454、468和462的平面化层具有与诸如456和460的键合层相同的成分。在一些实施例中，诸如454、468和462的平面化层具有与诸如456和460的键合层不同的成分。
在一些实施例中，在平面化的绝缘层454内形成有过孔或通孔以容纳用于绿色LED结构的P电极接触元件422和424。P电极接触元件422和424连接到驱动电路406。
在一些实施例中，键合层456用于将红色LED结构和绿色LED结构键合在一起。在一些实施例中，键合层456对LED器件400发射的光不透明。在一些实施例中，键合层456的材料和厚度与上文中对于金属键合层408的描述相同。在一些实施例中，键合层456也可以用作反射器以反射上方的LED结构发射的光。
在一些实施例中，当使用竖向传播时，键合层456对于微型LED400发射的光是透明的。在一些实施例中，键合层456由诸如固体无机材料或塑料材料之类的介电材料制成。在一些实施例中，固体无机材料包括SiO2、Al2O3、Si3N4、磷硅玻璃(PSG)或硼磷硅玻璃(BPSG)或上述的任何组合。在一些实施例中，塑料材料包括诸如SU-8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)的聚合物、或包括旋涂玻璃(SOG)的透明塑料(树脂)、或Micro Resist公司的键合粘合剂BCL-1200，或上述的任何组合。在一些实施例中，透明键合层可以利于键合层下方的层发射的光穿过。
在一些实施例中，在绿色LED发光层430的底部形成用于电极连接的导电层428。在一些实施例中，导电层428是诸如ITO层的导电透明层428，形成在绿色LED发光层430与键合层456之间以改善导电性和透光度。
在一些实施例中，如图4A和图4B所示，绿色LED结构具有与绿色LED发光层430电连接的P电极接触垫426。在一些实施例中，P电极接触垫与导电层428连接。在一些实施例中，P电极接触垫426还通过P电极接触垫426的在键合层456内的部分连接到平面化的绝缘层454内的P电极接触元件422和424。在一些实施例中，P电极接触元件422呈圆柱形形状。在一些实施例中，P电极接触元件424呈顶侧窄底侧宽的漏斗状形状，该窄的顶侧与部件422的宽度匹配，该漏斗状形状用于支撑其上方的元件422。在一些实施例中，绿色LED发光层430的顶部形成用于电极连接的导电层432。在一些实施例中，导电层432是诸如ITO层的导电透明层432，形成在绿色LED发光层430与N电极接触垫420之间以改善导电性和透光度。在一些实施例中，在图4A和图4B中均示出，绿色LED结构具有与绿色LED发光层430电连接的N电极接触垫420。在一些实施例中，N电极接触垫420与导电层432连接。在一些实施例中，绿色LED结构的N电极接触垫420还通过透明键合层456内的N电极接触元件418电连接到红色LED结构的N电极接触垫416。在一些实施例中，在键合层456内形成有过孔或通孔，以容纳N电极接触元件418和P电极接触垫426的一部分。
在一些实施例中，相对于上方的其他层，绿色LED发光层430在其一侧具有延伸部分466。在一些实施例中，延伸部分466与导电层428和432一起延伸。在一些实施例中，延伸部分466通过延伸部分466上方的导电层432的延伸部分与N电极接触垫420连接。
在一些实施例中，绿色LED发光层430的横向尺寸与红色LED发光层412的横向尺寸大致相同，尤其是对于有效发光面积。
在一些实施例中，反射层427在绿色LED发光层430下方，位于导电层428与键合层456之间，反射层433在绿色LED发光层430上方，位于导电层432与键合层460之间，在一个示例中，在平面化绝缘层458内。
在一种方法中，绿色LED发光层430生长在另一块单独的基板(被称为外延基板)上。键合后通过例如激光剥离工艺或湿法化学蚀刻除去外延基板，留下图4B中所示的结构。
在一些实施例中，绿色LED发光层430用于形成绿色微型LED。绿色LED发光层的示例包括III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物和III-V族锑化物外延结构。在一些情况下，绿色LED发光层430内的膜可以包括P型GaN/InGaN发光层/N型GaN的层。在一些实施例中，P型通常是Mg掺杂的，而N型通常是Si掺杂的。在一些示例中，绿色LED发光层的厚度约为0.1微米至5微米。在一个优选的实施例中，绿色LED发光层的厚度约为0.3微米。
在一些实施例中，绿色LED结构包括反射层427、导电层428、绿色LED发光层430、导电层432、反射层433和N电极接触垫420。在一些实施例中，绿色LED结构形成在平面化的绝缘层458内。在一些实施例中，平面化的绝缘层458覆盖整个绿色LED结构和P电极接触垫426的一部分。在一些实施例中，整个绿色LED结构嵌入平面化的绝缘层458内。在一些实施例中，平面化的绝缘层458的两个表面通过化学机械抛光方法平滑或平面化。
在一些实施例中，在不包括诸如464、466的延伸部分的情况下，第一LED结构，例如，红色LED结构和第二LED结构，例如绿色LED结构，具有相同的中心轴线。在一些实施例中，在不包括诸如464、466的延伸部分的情况下，第一LED结构和第二LED结构沿着相同的中心轴线对齐。
在一些实施例中，键合层460用于将绿色LED结构和蓝色LED结构键合在一起。在一些实施例中，键合层456对LED器件400发射的光不透明。在一些实施例中，键合层460的材料和厚度与上文中对于金属键合层408描述的相同。在一些实施例中，键合层460也可以用作反射器以反射上方的LED结构发射的光。
在一些实施例中，当使用竖向传播时，键合层460对于LED器件400发射的光是透明的。在一些实施例中，键合层460由诸如固体无机材料或塑料材料之类的介电材料制成，与上文中对于键合层456的描述相同。在一些实施例中，透明键合层可以利于键合层下方的层发射的光穿过。
在一些实施例中，在蓝色LED发光层436的底部形成用于电极连接的导电层434。在一些实施例中，导电层434是诸如ITO层的导电透明层434，形成在蓝色LED发光层436与键合层460之间以改善导电性和透光度。在一些实施例中，如图4A所示，但在图4B中未示出的，蓝色LED结构具有与蓝色LED发光层436电连接的P电极接触垫452。在一些实施例中，P电极接触垫452与导电层434连接。在一些实施例中，P电极接触垫452还连接到平面化的绝缘层454和458内和透明键合层456和460内的类似于422和424的一些P电极接触元件(图4A和4B中均未示出)。那些P电极接触元件与驱动电路406连接。
在一些实施例中，在蓝色LED发光层436的顶部形成用于电极连接的导电层438。在一些实施例中，导电层438是诸如ITO层的导电透明层438，形成在蓝色LED发光层436与N电极440之间以改善导电性和透光度。在一些实施例中，如图4B所示，N电极440具有通过N电极440和导电层438电连接到蓝色LED发光层436的N电极接触垫442和444。在一些实施例中，N电极440也电连接到绿色LED结构的N电极接触垫420。在一些实施例中，N电极440由诸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或上述的任何组合的材料制成。
在一些实施例中，蓝色LED发光层436的横向尺寸与绿色LED发光层430的横向尺寸基本相同，特别是对于有效发光面积。
在一些实施例中，在蓝色LED发光层436下方、导电层434与键合层460之间设有反射层435。在一些实施例中，在蓝色LED发光层436上方、导电层438顶部设有可选的反射层439(图4B中未示出)。
在一种方法中，蓝色LED发光层436生长在另一块单独的基板(被称为外延基板)上。键合后通过例如激光剥离工艺或湿法化学蚀刻除去外延基板，留下图4B中所示的结构。
在一些实施例中，蓝色LED发光层436用于形成蓝色微型LED。蓝色LED发光层的示例包括III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物和III-V族锑化物外延结构。在一些情况下，蓝色LED发光层436内的膜可以包括P型GaN/InGaN发光层/N型GaN的层。在一些实施例中，P型通常是Mg掺杂的，而N型通常是Si掺杂的。在一些示例中，蓝色LED发光层的厚度约为0.1微米至5微米。在一个优选的实施例中，蓝色LED发光层的厚度约为0.3微米。
在一些实施例中，蓝色LED结构包括反射层435、导电层434、蓝色LED发光层436、导电层438和可选的反射层439。在一些实施例中，蓝色LED结构形成在平面化的绝缘层462内。在一些实施例中，平面化的绝缘层462覆盖整个蓝色LED结构。在一些实施例中，整个蓝色LED结构嵌入平面化的绝缘层462内。在一些实施例中，平面化的绝缘层462的底表面通过化学机械抛光的方法被平滑或平面化。
在一些实施例中，在平面化的绝缘层462和透明键合层460内形成有过孔或通孔，以容纳N电极440连接到绿色LED结构N电极接触垫420的部分。
在一些实施例中，N电极440覆盖平面化的绝缘层462的顶部。在一些实施例中，N电极440覆盖三色LED器件400的顶部。在一些实施例中，N电极440经由N电极接触垫442和444连接到相邻的三色LED器件的N电极(在图4A或4B中未示出)，以此作为公共电极。
在一些实施例中，蓝色LED结构的横向尺寸与绿色LED结构的横向尺寸大致相同。在一些实施例中，在不包括诸如466的延伸部分的情况下，第二LED结构，例如，绿色LED结构和第三LED结构，例如蓝色LED结构，具有相同的中心轴线。在一些实施例中，在不包括诸如466的延伸部分的情况下，第二LED结构和第三LED结构沿着相同的中心轴线对齐。
在一些实施例中，导电层410、414、428、432、434和438中的每个导电层的厚度约为0.01微米至1微米。在一些情况下，在进行与下一外延层键合的任何键合工艺之前，导电层410、414、428、432、434和438中的每个导电层通常由汽相沉积工艺沉积在各自对应的外延层上，例如电子束蒸发或溅射沉积。在一些示例中，导电层被用来保持电极连接的良好的导电性，而在某些情况下，同时用于提高LED器件的光学特性，诸如反射率或透光度。
在一些实施例中，为了提高三色LED器件400的发光效率，沿三色LED器件400的侧壁形成诸如446、448的光学隔离结构。在一些实施例中，光学隔离结构446和448由诸如SiO2的介电材料制成。
如图4A中俯视图所示，在一些实施例中，三色LED器件400具有圆形形状。在一些实施例中，诸如446和448的光学隔离结构连接成一体并形成围绕三色LED器件400的圆形侧壁。在一些实施例中，所述光学隔离结构形成在下文中进一步详细描述的反光杯。在一些实施例中，三色LED器件400内的三个层叠的LED结构也呈圆形形状。在一些实施例中，三色LED器件400可以呈其它形状，如矩形、正方形、三角形、梯形、多边形。在一些实施例中，诸如446和448的光学隔离结构连接为一体并形成围绕三色LED器件400的呈长方形、正方形、三角形、梯形、多边形之类的其他形状的侧壁。
如图4B所示，在一些实施例中，红色LED发光层412、绿色LED发光层430和蓝色LED发光层436具有倾斜的侧表面。如这里所使用的，倾斜的侧表面可以是指不垂直于相应的LED发光层的顶表面或底表面的表面。在一些实施例中，倾斜的侧壁和相应的LED发光层的底表面之间的角度小于90度。在一些实施例中，金属键合层408也具有倾斜的侧表面。该倾斜的侧表面可利于不同的连接元件与各LED发光层的连接，防止连接元件因突变的角导致连接断开，增强器件的整体稳定性。
在一些实施例中，多色LED器件的光传播效率随着LED发光层的倾斜侧表面相对于基板404表面的法线的角度的变化而改变。在一些实施例中，多色LED器件的光传播效率随着LED发光层的倾斜侧表面相对于基板404表面的法线的角度的增大而增大。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板404表面的法线的角度为±5度，并且当诸如446和/或448的光学隔离结构不是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率是0.32％。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板404的表面法线的角度为±15度并且当诸如446和/或448的光学隔离结构不是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率为2.7％。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板404表面的法线的角度处于(例如，当发光层倾斜时)或非常接近±90度并且当诸如446和/或448的光学隔离结构不是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率等于或非常接近56.4％。
相比之下，如下面进一步详细描述的反光杯结构的实现改善了多色LED器件的光传播效率。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板404表面的法线的角度为±5度并且当诸如446和/或448的光学隔离结构是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率为0.65％，即，与不具有反光杯的LED器件相比增大了104.6％。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板404表面的法线的角度为±15度并且当诸如446和/或448的光学隔离结构是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率为6.65％，即，与不具有反光杯的LED器件相比增大了144.4％。例如，当LED发光层的侧表面相对于基板404表面的法线的角度处于(例如，当发光层倾斜时)或非常接近±90度并且当诸如446和/或448的光学隔离结构是如下所述的反光杯时，多色LED器件的发光效率等于或非常接近66.65％，即，与不具有反射杯的LED器件相比增大了18.4％。
在一些实施例中，红色LED发光层412、绿色LED发光层430和蓝色LED发光层436的大小是相似的。例如，红色LED发光层412、绿色LED发光层430和蓝色LED发光层436的表面面积是基本相同的，特别是对于有效发光面积。
在一些实施例中，在LED发光层中的每一层的上方和下方形成反射层以提高光传播效率。如图4B所示，在一些实施例中，在键合层408与红色LED发光层412之间形成反射层409。在一些实施例中，在存在导电层410的情况下，反射层409形成在键合层408与导电层410之间。在一些实施例中，在键合层456(或者/以及在平面化的绝缘层454内)与红色LED发光层412之间形成反射层415。在一些实施例中，在存在导电层414的情况下，反射层415形成在键合层456(或者/以及在平面化的绝缘层454内)与导电层414之间。
在一些实施例中，在键合层456(或者/以及在平面化的绝缘层458内)与绿色LED发光层430之间形成反射层427。在一些实施例中，在存在导电层428的情况下，反射层427形成在键合层456(或者/以及在平面化的绝缘层458内)与导电层428之间。在一些实施例中，在键合层460(或者/以及在平面化的绝缘层458内)与绿色LED发光层430之间形成反射层433。在一些实施例中，在存在导电层432的情况下，反射层433形成在键合层460(或者/以及在平面化的绝缘层458内)与导电层432之间。
在一些实施例中，在键合层460(或者/以及在平面化的绝缘层462内)与蓝色LED发光层436之间形成反射层435。在一些实施例中，在存在导电层434的情况下，反射层435形成在键合层460(或者/以及在平面化的绝缘层462内)与导电层434之间。在一些实施例中，在N电极垫440与蓝色LED发光层436之间形成可选的反射层439(图4B中未示出)，同时仍然允许蓝色LED发光层436例如通过导电路径与N电极垫440电连接。在一些实施例中，在存在导电层438的情况下，可选的反射层439形成在N电极垫440与导电层438之间，同时仍然允许导电层438例如通过导电路径电连接到N电极垫440。
在一些实施例中，反射层的材料、组分、性质和制造工艺与上文中关于图1-3所描述的相同。
在一些实施例中，通过干法蚀刻和湿法蚀刻，形成三色LED结构，不同颜色的LED结构的轴线竖向地彼此对齐。在一些实施例中，不同颜色的LED结构共享相同的轴线。
在一些实施例中，多个不同颜色的LED结构中的每个在其各自的平面化的绝缘结构内形成金字塔形状或截面为梯形的形状。每层具有与其下面的层相比更窄的宽度或更小的面积。在这种情况下，宽度或面积由与基板404表面平行的平面的尺寸测量。在一些实施例中，特别是当使用平面化的分层结构时，不同颜色的LED结构中的每个LED结构具有与其他LED结构相比基本相同的横向尺寸。当LED结构中的每个LED结构具有基本相同的面积时，整个LED器件的发光效率得到改善。
在一些实施例中，特别是在没有使用平面化的分层结构的情况下，不同颜色的LED结构中的每个LED结构是由仅覆盖LED结构区域而无超出LED结构区域的延伸部分的键合层键合在一起的，整个多色LED器件形成金字塔(或倒锥)形状或截面为梯形的形状(在图4B中未示出)。在一些实施例中，例如红色LED结构的底部LED结构的横向尺寸可以是最长的，并且例如蓝色LED结构的顶部LED结构的横向尺寸可以是最短的。金字塔形状可以在LED器件内的各个层蚀刻和图案化时被从底部向上自然地形成。金字塔结构可以改善单独的LED结构之间以及与电极之间的电子连接，并简化制造工艺。例如，每一层的电极连接元件在每个层中露出，以便于连接。
在一些实施例中，诸如金属键合层408的底层具有约1微米至500微米的横向尺寸。在一个优选的实施例中，在多色LED器件底部的金属键合层408的横向尺寸约为2.0微米。在一些实施例中，多色LED器件的竖向高度约为1微米至500微米。在一个优选的实施例中，多色LED器件的竖向高度约为1.9微米。在一个优选的实施例中，在多色LED器件顶部的导电层438的横向尺寸约为1.0微米。
在一些实施例中，三色LED器件中层的截面长宽比在相同的层的横向尺寸变化的情况下基本上保持相同。例如，在图案化的外延层的横向尺寸为5微米的情况下，所述图案化的外延层的厚度小于一微米。在另一示例中，在相同的图案化的外延层的横向尺寸增加的情况下，该同一图案化外延层的厚度相应地增加，以保持相同的长宽比。在一些实施例中，外延层和其它层的截面长宽比小于厚度/宽度的1/5。
LED器件的形状不受限制，并且在一些其他实施例中，三色LED器件的截面形状可以采用其他形状，例如，倒梯形、半椭圆形、矩形、平行四边形、三角形或六边形等。
在一些实施例中，利用平面化的绝缘层，诸如454、458和462，覆盖不同颜色的LED结构中的每个LED结构，简化了单个像素三色LED器件的制造过程，提高了单个像素三色LED器件的发光效率。例如，不同颜色的LED结构中的每个LED结构可以首先在相应的平面化的绝缘层内独立形成包括导电层、反射层和电极接触垫以及它们相关的连接件，然后各个LED结构通过相应的键合层键合在一起。
相比之下，在制造不具有平坦化特征的直接层叠的三色LED器件的过程中，不同颜色的LED结构利用一些键合层直接键合在一起，单个像素三色LED器件可以因逐层图案化(和/或蚀刻)形成金字塔(或倒锥)形状或截面为梯形的形状。因此，单个像素三色LED器件的层叠体底部用于LED结构的有效发光面积最大，而层叠体顶部用于LED结构的有效发光面积最小。LED器件内多个LED结构之间发光区域的不均匀性会降低其发光效率。虽然具有平面化的分层结构，但由于每个LED结构在其自身的平面化的绝缘层内制造，因此单个像素三色LED器件不限于如上所述的金字塔结构。相反，单个像素三色LED器件内的不同LED结构的有效发光面积可以根据设计调节。在某些情况下，单个像素三色LED器件内的不同LED结构的水平有效发光面积基本相同，以提高发光效率，更易于电连接。在某些情况下，与没有平面化的类似三色LED结构相比，平面化的三色LED结构可以将发光效率提高至少5％、至少10％或有时，至少20％。
在一些实施例中，当使用相应的外延基板来生长如上所述的LED发光层中的每一层时，可以在覆盖对应的LED发光层的外延基板和诸如导电层和反射层的其他层中的每一层上先沉积绝缘层。然后紧接着进行平面化处理以使嵌置有相应LED结构的绝缘层的表面平坦。在键合之前还在平面化的层内形成用于电连接的过孔。
在另一实施例中，LED结构包括键合层在内的各层可以直接形成在已经嵌置有形成的LED结构的经平面化的绝缘层上，接着形成平面化的绝缘层，以覆盖当前LED结构。在下一LED结构形成在当前LED结构上方之前，在平面化的层内形成用于电连接的过孔。
与没有平面化的绝缘层、键合层直接接触LED结构的顶部或底部以形成器件的一些其他过程相比，键合层可以与平面化的绝缘层接触而不触碰LED结构。因此，每个平面化的LED结构内的特征和各层被更好地保护并且不易于受到外部破坏力的影响。此外，平面化表面可以通过减小因不平整的表面而引起的偏转来提高光传播效率。
在一些实施例中，第三LED发光层436上方的顶部导电层438使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是例如，电感耦合等离子体(ICP)蚀刻之类的干法蚀刻或用ITO蚀刻溶液的湿法蚀刻。在一些实施例中，相同的图案化方法可以应用于三色LED器件400内的所有其他导电层，包括层410、414、428、432、434和438。
在一些实施例中，蓝色LED发光层436和绿色LED发光层430使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用C12和BC13蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻。
在一些实施例中，包括460和456的键合层利用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用CF4和O2蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻。
在一些实施例中，包括409、415、427、433、435和439的反射层使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于为反射层，特别是DBR层，形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用CF4和O2蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻或利用Ar气体的离子束蚀刻(IBE)。
在一些实施例中，红色LED发光层412使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用C12和HBr蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻。
在一些实施例中，金属键合层408使用光刻和蚀刻进行图案化。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用C12/BC13/Ar蚀刻气体的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻，或利用Ar气体的离子束蚀刻(IBE)。
在一些实施例中，在各LED器件结构中的每个LED器件结构被图案化之后，在包括所有经图案化的层、侧壁和暴露的基板的经图案化的各LED结构的表面上沉积诸如454、458、462的绝缘层。在一些实施例中，绝缘层由SiO2和/或Si3N4制成。在一些实施例中，绝缘层由TiO2制成。在一些实施例中，于高温下固化了诸如SOG的层之后形成具有与SiO2类似的组分的绝缘层。在一些实施例中，绝缘层由具有与绝缘层下方各层的热系数类似的热系数的材料制成。然后，绝缘层的表面通过被本领域普通技术人员所理解的诸如化学机械抛光的相关方法平滑化或平面化。
在一些实施例中，平面化之后的绝缘层使用光刻和蚀刻进行图案化以露出电极接触区域。在一些情况下，用于形成图案化的蚀刻方法是干法蚀刻，例如，利用CF4和O2的电感耦合等离子体(ICP)蚀刻。
在一些实施例中，P电极或阳极金属垫利用蒸汽沉积或通过其他沉积方法沉积在经图案化的LED结构的合适位置，诸如在经平面化的绝缘层内的一侧和/或过孔中，以电连接红色LED结构、绿色LED结构和蓝色LED结构。
在一些实施例中，单独的N电极或阴极金属垫利用蒸汽沉积或通过其他沉积方法沉积在经图案化的LED结构的合适位置，诸如在经平面化的绝缘层内的一侧/顶部和/或过孔中，以电连接红色LED结构、绿色LED结构和蓝色LED结构。
图5是根据一些实施例的具有折射结构的单个像素三色LED器件500的沿图1A中对角线102的截面图。在一些实施例中，尽管并未都在图5中示出，单个像素三色LED器件500具有与图1-4中所示单个像素三色LED器件中的任何一个类似的结构，但是增加了形成在单个像素三色LED器件的顶表面上方的折射结构502以提高发光效率。单个像素三色LED器件发射的光在没有折射结构(光发出区域)的情况下通过单个像素三色LED器件的顶表面发射出。在一些实施例中，折射结构502的顶表面被平面化。在一些实施例中，折射结构502覆盖诸如N电极140的顶部电极的暴露表面并与之接触。在一些实施例中，折射结构502直接形成在平面化的绝缘层176的表面上。在一些实施例中，折射结构502与平面化的绝缘层176相同并与平面化的绝缘层176集成在一起。
在一些实施例中，折射结构502形成在例如146和148的反光杯的光学隔离结构与不具有折射结构的单个像素三色LED器件的顶表面之间，即光发出区域。在一些实施例中，折射结构502的顶表面在光学隔离结构的顶部上方。在一些实施例中，折射结构502的顶表面与光学隔离结构的顶部处于相同高度或在光学隔离结构的顶部的下方。在一些实施例中，折射结构的顶表面位于诸如N电极140的顶部电极的上方。在一些实施例中，折射结构的顶表面与诸如N电极140的顶部电极处于相同高度或在顶部电极的下方。
在一些实施例中，折射结构502根据设计需要通过使LED器件发射的光更加聚焦或更加发散，来改变单个像素三色LED器件所发射光的光路。
在一些实施例中，折射层502由介电材料制成。在一些实施例中，该介电材料对单个像素三色LED器件发射的光透明，诸如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铝等。在一些实施例中，介电材料选自诸如SU-8、光敏聚酰亚胺(PSPI)、BCB等的一种或多种聚合物。
在一些实施例中，折射层502直接形成在平面化的绝缘层上方。在一些实施例中，折射层502通过沉积、溅射或其他方法形成。
图6A是根据一些实施例的具有在反射结构上的微透镜的单个像素三色LED器件600的沿图1A中对角线102的截面图。
图6B是根据一些实施例的具有在由反射结构形成的区域内的微透镜的单个像素三色LED器件600的沿图1A中对角线102的截面图。
在一些实施例中，尽管并未全部在图6A-6B中示出，但是单个像素三色LED器件600具有与图1-5所示单个像素三色LED器件中的任何一个器件类似的结构，并且增加了在单个像素三色LED器件的顶表面上方形成的微透镜602，以提高发光效率。在无该微透镜结构(光发出区域)的情况下，单个像素三色LED器件发射的光穿过单个像素三色LED器件的顶表面发射出。在一些实施例中，微透镜602直接形成在平面化的绝缘层176的表面上。在一些实施例中，微透镜602直接形成在如图5所示的折射结构502的表面上。在一些实施例中，微透镜602覆盖诸如N电极140的顶部电极的暴露表面并与之接触。
在一些实施例中，在微透镜602底部的光发出区域顶部形成可选的间隔物604。在一些实施例中，间隔物604的顶表面被平面化。在一些实施例中，间隔物604直接形成在平面化的绝缘层176的表面上。在一些实施例中，间隔物604直接形成在如图5所示的折射结构502的表面上。在一些实施例中，间隔物604与如图5所示的折射结构502相同，并且与折射结构502集成在一起。在一些实施例中，间隔物604覆盖诸如N电极140的顶部电极的暴露表面并且与其接触。在一些实施例中，间隔物604与微透镜602集成在一起。在一些实施例中，间隔物604与平面化的绝缘层176相同并与平面化的绝缘层176集成在一起。
在一些实施例中，微透镜602形成在例如146和148的反射结构或反光杯的各光学隔离结构与在光学隔离结构之间不具有微透镜，即光发出区域，的单个像素三色LED器件的顶表面之间。在一些实施例中，微透镜602的顶表面位于光学隔离结构顶部的上方，如图6A所示。当微透镜602的顶表面位于诸如146和148的反射结构顶部的上方时，通过该微透镜602基本上可以捕获和聚焦所有包括反光杯的单个像素三色LED器件发出的光。在一些实施例中，微透镜602的顶表面与如图6B所示的光学隔离结构的顶部处于相同高度或处于该光学隔离结构顶部的下方。当微透镜602的顶表面与诸如146和148的反射结构的顶部处于同一水平或处于反射结构顶部的下方时，微透镜602发射的光的至少一部分进一步被限定在某个区域内的反射结构或反光杯反射。
在一些实施例中，微透镜602的底部的横向尺寸小于光发出区域的横向尺寸。在一些实施例中，微透镜602的底部的横向尺寸与光发出区域的横向尺寸相比相同或更大。在一些实施例中，微透镜602的底部的横向尺寸小于顶部发光层136的顶表面区域的横向尺寸。在一些实施例中，微透镜602的底部的横向尺寸与顶部发光层136的顶表面区域的横向尺寸相比相同或更大。
在一些实施例中，可选的间隔物604形成在例如146和148的反光杯的光学隔离结构与不具有微透镜和间隔物，即光发出区域，的单个像素三色LED器件的顶表面之间。在一些实施例中，间隔物604的顶表面位于光学隔离结构顶部的上方。在一些实施例中，间隔物604的顶表面与光学隔离结构的顶部高度相同或低于光学隔离结构的顶部。在一些实施例中，间隔物604的顶表面位于诸如N电极140之类的顶部电极的上方。在一些实施例中，间隔物604的顶表面与诸如N电极140的顶部电极处于相同高度或低于顶部电极。在一些实施例中，微透镜602的底部的横向尺寸小于间隔物604的顶表面的横向尺寸。在一些实施例中，微透镜602的底部的横向尺寸与间隔物604顶表面的横向尺寸相比相同或更大。
在一些实施例中，微透镜602根据设计需要通过使单个像素三色LED器件发射的光更聚焦或更发散而改变单个像素三色LED器件所发射光的光路。
在一些实施例中，间隔物604延长了单个像素三色LED器件所发射光的光路。在一些实施例中，间隔物604根据设计需要通过使单个像素三色LED器件发射的光更聚焦或更发散而改变单个像素三色LED器件所发射光的光路。
在一些实施例中，微透镜602可以由对单个像素三色LED器件发射的各波长的光透明的各种材料制成。用于微透镜602的示例性透明材料包括聚合物、电介质和半导体。在一些实施例中，介电材料包括一种或多种材料，如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铝等。在一些实施例中，微透镜602由光刻胶制成。
间隔物604是形成的光学透明层，用于保持该微透镜602相对于微透镜602下方的诸如单个像素三色LED器件的像素光源的位置。间隔物604可以由对像素光源发射的各波长的光透明的各种材料制成。例如，用于间隔物604的示例性透明材料包括聚合物、电介质和半导体。在一些实施例中，介电材料包括一种或多种材料，诸如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧化钛、氧化锆、氧化铝等。在一些实施例中，间隔物604由光刻胶制成。在一些实施例中，间隔物604和微透镜602具有相同的材料。在一些实施例中，间隔物604和微透镜602具有不同的材料。
在一些实施例中，微透镜602的高度不大于2微米。在一些实施例中，微透镜602的高度不大于1微米。在一些实施例中，微透镜602的高度不大于0.5微米。在一些实施例中，微透镜602的宽度不大于4微米。在一些实施例中，微透镜602的宽度不大于3微米。在一些实施例中，微透镜602的宽度不大于2微米。在一些实施例中，微透镜602的宽度不大于1微米。在一些实施例中，微透镜602的宽度和高度比大于2。
在一些实施例中，微透镜602的形状大致为半球形。在一些实施例中，微透镜602的中心轴线与无透镜的单个像素三色LED器件的中心轴线对齐或相同。
为了清楚起见，图6A-6B示出了在一些实施例中，在显示面板中，诸如三色LED器件的单个像素光源中的每个像素光源对应于一个微透镜602。应当理解的是，一个完整的显示面板包括许多单独的像素和许多微透镜的阵列。另外，微透镜与像素光源之间也可以不必一一对应，像素驱动电路(未示出)与像素光源之间也可以不必一一对应。像素光源也可以由多个单独的光元件，例如，并联连接的多个单个像素LED制成。在一些实施例中，一个微透镜602可以覆盖多个无透镜的单个像素三色LED器件。
各个微透镜602具有正光功率，并且设为减小对应像素光源发射的光的发散度或视角。在一个示例中，像素光源发射的光束具有相当宽的原始发散角。在一个实施例中，光束的边缘光线相对于垂直于基板104的竖向轴线的原始角度大于60度。光被微透镜602弯曲，使得新的边缘光线现在具有减小的发散角。在一个实施例中，减小后的角度小于30度。微透镜阵列中的微透镜通常是相同的。微透镜的示例包括球面微透镜、非球面微透镜、FRESNAL(菲涅耳)微透镜和柱面微透镜。
微透镜602通常具有平面侧和弯曲侧。在图6中，微透镜602的底部是平面侧，微透镜602的顶部是弯曲侧。每个微透镜602的基部的典型形状包括圆形、方形、矩形和六边形。显示面板的微透镜阵列中的各个微透镜在形状、曲率、光功率、尺寸、基部、间隔等方面可以相同或不同。在一些实施例中，微透镜602符合单个像素三色LED器件的形状。在一个示例中，微透镜602基部的形状与单个像素三色LED器件的形状相同，例如在图6A-6B中，它们都是圆形的。在另一个示例中，微透镜602基部的形状与单个像素三色LED器件的形状不同，例如，微透镜的圆形基部具有与单个像素三色LED相同的宽度，但是更小的面积，因为微透镜基部是圆形的，而单个像素三色LED的基部是正方形的。在一些实施例中，微透镜基部面积小于像素光源的面积。在一些实施例中，微透镜基部的面积与像素光源的面积相比相同或更大。
在一些实施例中，在形成微透镜602的情况下，间隔层604可以与微透镜602以相同工艺相同材料形成。在一些实施例中，从基板104的底部测量，像素光源的高度大于、等于或小于间隔物604的厚度。
间隔物604的厚度被设计成在微透镜604与像素光源之间保持适当的间隔。作为一个示例，对于保持像素光源与微透镜之间的光学间隔大于微透镜焦距的间隔物，在一定距离处形成单个像素的图像。作为另一个例子，对于保持像素光源与微透镜之间的光学间隔小于微透镜焦距的光学间隔物，实现了减小的发散度/视角。发散度/视角的减小量也部分取决于从像素光源的顶表面测量的间隔物604的厚度。在一些实施例中，从像素光源的顶表面测量的间隔物604的厚度不大于1微米。在一些实施例中，从像素光源的顶表面测量的间隔物604的厚度不大于0.5微米。在一些实施例中，从像素光源的顶表面测量的间隔物604的厚度不大于0.2微米。在一些实施例中，从像素光源的顶表面测量的间隔物604的厚度约为1微米。
在一些实施例中，通过将微透镜阵列集成到显示面板上来实现亮度增强效果。在一些示例中，由于微透镜的聚光效果，在垂直于显示器表面的方向上，具有微透镜阵列的亮度是没有微透镜阵列的亮度的4倍。在替代性实施例中，亮度增强因子可以根据微透镜阵列和光学间隔物的不同设计而变化。例如，可以实现大于8的因子。
在一些实施例中，用于制造微透镜的第一方法包括至少在像素光源的顶部直接沉积微透镜材料层并使微透镜材料层与像素光源直接物理接触的步骤。在一些实施例中，微透镜材料层的形状符合像素光源的形状，并在像素光源上形成半球。在一些实施例中，像素光源的顶部是大致平坦的，并且形成的微透镜602的形状是大致半球形的。在一些实施例中，微透镜材料层通过化学气相沉积(CVD)技术直接沉积在像素光源的表面上，诸如单个像素三色LED器件的平面化的表面上。在一些实施例中，用于CVD工艺的沉积参数是：功率约为0W至1000W、压力约为100毫托至2000毫托、温度约为23℃至500℃、气流约为0至3000sccm(标准立方厘米/分钟)、时间约为1小时至3小时。在一些实施例中，微透镜材料层的材料是诸如二氧化硅的介电材料。
在一些实施例中，用于制造微透镜的第一方法还包括图案化微透镜材料层以暴露基板的电极区域的步骤。在一些实施例中，图案化微透镜材料层的步骤包括蚀刻步骤。在一些实施例中，蚀刻步骤包括在微透镜材料的表面上形成掩膜的步骤。蚀刻步骤还包括通过光刻工艺对掩膜进行图案化从而在掩膜中形成开口并使在像素光源的电极区域上方的微透镜材料层暴露。蚀刻步骤还包括蚀刻微透镜材料层由具有掩膜保护的开口暴露的部分的步骤。在一些实施例中，暴露的微透镜材料层通过湿法蚀刻方法蚀刻。
在一些实施例中，用于制造微透镜的第二种方法还包括可选的，形成带有用于与在后续步骤中沉积的微透镜材料层对齐标记的标记层的步骤。例如，形成的标记层将发光像素的单元与微透镜材料层对齐，以便在像素光源的中心形成微透镜。在一些实施例中，形成的标记层使像素光源与其上方的层特别是微透镜材料层对齐，以便在像素光源的顶部形成微透镜。
用于制造微透镜的第二种方法还包括直接至少在一个像素光源的顶部沉积微透镜材料层的步骤。图6C-6D进一步示出了根据一些实施例，利用自顶向下图案转移集成有微透镜阵列的显示面板的制造方法。在一些实施例中，如图6C所示，微透镜材料层645覆盖像素光源606M的顶部，微透镜材料层645的顶表面是平坦的。在一些实施例中，通过旋涂在像素光源阵列606的顶部上沉积微透镜材料层645。在一些实施例中，微透镜材料层645的材料是光刻胶。在一些实施例中，微透镜材料层645的材料是诸如氧化硅之类的介电材料。
用于制造微透镜的第二种方法还包括自顶向下图案化微透镜材料层从而如图6C-6D所示地在微透镜材料层中形成至少一个半球的步骤。在一些实施例中，图案化步骤无需穿过或蚀刻至微透镜材料层645的底部。在一些实施例中，微透镜620的半球被安置在至少一个像素光源606M的上方。
在一些实施例中，自顶向下图案化微透镜材料层的步骤还包括如图6C中所示的在微透镜材料层645的表面上沉积掩膜层630的第一步骤。
自顶向下图案化微透镜材料层的步骤还包括图案化掩膜层630，以在掩膜层630中形成半球形图案的第二步骤。在一些示例中，掩膜层630首先经光刻工艺然后再经回流工艺图案化。在一些实施例中，光敏聚合物掩膜层630被图案化成为分离的单元640，如在图6C中以虚线矩形单元所示，为半球图案的形成作好准备。作为一个示例，分离的单元640被图案化，并通过光刻工艺形成。具有分离的单元640的图案化的光敏聚合物掩膜层650，随后经高温回流工艺成形为半球图案660。在一种方法中，所述分离的单元640经高温回流形成为分离的半球图案660。在一些实施例中，一个像素分离的半球图案660不与相邻像素的半球图案直接物理接触。在一些实施例中，一个像素的半球图案660仅与相邻像素的半球图案在半球图案660的底部处接触。图案化的光敏聚合物掩膜层650被加热到聚合物材料熔点以上的温度达一定时间。在聚合物材料熔化到液化状态后，液化材料的表面张力会使它变成具有光滑曲率表面的形状。对于具有半径R的圆形基部的单元在单元的高度为2R/3时，半球形状/图案将在回流工艺之后形成。图6C示出了在高温回流工艺完成后集成有半球图案660的阵列的显示面板。在一些实施例中，在掩膜层中的半球图案可通过其它制造方法来形成，包括在用于制造微透镜的第一种方法中所描述的用于微透镜的制造方法。在一些其它实施例中，在掩膜层中的半球图案可以使用灰度掩膜光刻曝光来形成。在一些其它实施例中，在掩膜层中的半球图案可经由模制/压印工艺来形成。
自顶向下图案化微透镜材料层的步骤还包括使用半球图案660作为掩膜，蚀刻微透镜材料层645，以在微透镜材料层645中形成半球的第三步骤。在一些示例中，蚀刻微透镜材料层645是通过光刻工艺进行的。在一些示例中，蚀刻微透镜材料层645是通过如图6C所示的诸如等离子体蚀刻工艺635之类的干法蚀刻。在一些实施例中，在微透镜材料层645被蚀刻后，该微透镜材料层645未被蚀刻透以暴露像素光源606M的顶部表面，如图6C-6D所示，从而间隔物670形成在像素光源606M的顶部或覆盖像素光源606M的顶部，如图6D所示。
用于制造微透镜的第二方法还包括图案化微透镜材料层以暴露基板的电极区域(在图6D中未示出)的步骤。在一些实施例中，图案化微透镜材料层的步骤包括蚀刻步骤。在一些实施例中，蚀刻步骤包括在微透镜材料的表面上形成掩膜的步骤。蚀刻步骤还包括通过光刻工艺图案化掩膜从而在掩膜中形成开口，使像素光源的电极区域上方的微透镜材料层暴露的步骤。该蚀刻步骤进一步包括对具有掩膜保护的暴露的微透镜材料层进行蚀刻的步骤。在一些实施例中，通过湿法蚀刻方法蚀刻该暴露的微透镜材料层。在一些实施例中，用于电极的开口设在显示阵列区域之外。
如上所述，图6A至6D示出了各种制造方法，以形成集成有微透镜阵列的显示面板。应当理解，这些仅仅是示例，并且也可以使用其它制造技术。
虽然详细描述包含了许多细节，但是这些不应被解释为限制本发明的范围，而仅仅被解释为说明了本发明的不同的示例和方面。应当理解，本发明的范围包括在上文中未详细讨论的其它实施例。例如，也可以使用具有不同形状的基部的微透镜，诸如正方形基部或其它多边形基部。
图7是根据一些实施例的位于基板104上的三个单个像素三色LED器件710、720和730的沿图1A中诸如102的对角线的截面图700。在一些实施例中，尽管并非都在图7中示出，单个像素三色LED器件710、720和730中的每一个具有与图1-6中所示的单个像素三色LED器件中的任何一个类似的结构。矩形750内的单个像素三色LED器件710的截面图等同于如上所述的图1-6中的任何一个图中所示的截面图。
在一些实施例中，如图1-7中的任一实施例中所示，单个像素三色LED器件还包括一个或多个反光杯结构，诸如702、704和706。反射结构，诸如702、704和706，围绕各个单个像素三色LED器件710、720和730。反光杯可以形成在半导体基板104上，并设成围绕其中单个像素三色LED发出的光被发射的发光区域。例如，如图1A-1C所示，根据图1B中沿着102方向的截面图，以及根据图1C中沿着150方向的截面图，反光杯可包括四个反光杯部146、148、170和172。在一些实施例中，反光杯部146、148、170和172可以形成在半导体基板104上并且围绕发光区域定位。在一些实施例中，反光杯可以隔离发光区域发射的光中的至少一些光或基本上所有的光。例如，如图IB-1C所示，当反光杯的高度高于发光区域的高度时，反光杯部146、148、170和172可以隔离从发光区域发出的光中的至少一些光或者基本上所有光。因此，反光杯可以抑制像素间光串扰并改善LED显示器的整体对比度。反光杯中的反射还通过将发光聚焦到某一特定方向上来增大发光效率和亮度。
在一些实施例中，反光杯的高度可以大于诸如红色LED结构的底部LED结构的高度，大于诸如绿色LED结构的中间LED结构的高度，或大于诸如蓝色LED结构的顶部LED结构的高度。在一些实施例中，反光杯的总高度可以大于诸如红色LED结构的底部LED结构、诸如绿色LED结构的中间LED结构、诸如蓝色LED结构的顶部LED结构的组合高度。在一些实施例中，反光杯的总高度可以大于没有平面化各层的单个像素三色LED器件的高度。在一些实施例中，反光杯的高度在0.5微米至50微米之间。在一些实施例中，反光杯的高度在1微米至20微米之间。在一些实施例中，反光杯的高度在2微米至10微米之间。在优选的实施例中，反光杯的高度约为2.5微米，而无平面化各层的单个像素三色LED器件的高度约为1.9微米。然而在一些实施例中，反光杯部146、148、170和172可以具有不同的高度。在一些实施例中，诸如146或148的反光杯部的截面是三角形。在一些实施例中，诸如146或148的反光杯部的截面是底边长于顶边的梯形。在一些实施例中，诸如146或148的反光杯部底部宽度在0.3微米至50微米之间。在一些实施例中，诸如146或148的反光杯部底部宽度在0.5微米至25微米之间。在优选的实施例中，诸如146或148的反光杯部底部宽度约为1微米。在一些实施例中，诸如146或148的反光杯部底部的最近边缘到单个像素三色LED器件底部的最近边缘的距离为0.2微米至30微米之间。在一些实施例中，诸如146或148的反光杯部底部的最近边缘到单个像素三色LED器件底部的最近边缘的距离为0.4微米至10微米之间。在优选的实施例中，诸如146/446或148/448的反光杯部底部的最近边缘至单个像素三色LED器件底部的最近边缘，如图4B所示的P电极连接结构422的距离约为0.6微米。
在一些实施例中，单个像素三色LED器件中诸如146/446与148/448的相邻反光杯部的中心之间的距离在1微米至50微米之间。在优选的实施例中，单个像素三色LED器件中诸如146与148的相邻反光杯部的中心之间的距离约为5微米。
在一些实施例中，0°的发散角可以对应于与发光区域的顶表面垂直的光传播，90°的发散角可以对应于与发光区域的顶表面平行的光传播。改变反光杯的几何形状可以控制发光区域所发射光的发散角。因此，反光杯可以减小发光区域所发射光的发散度，并增强单个像素多色LED器件的亮度。在一些实施例中，如图1B-1C所示的反光杯的侧壁146-1、148-1、170-1和172-1可以是直的、弯曲的、波浪的、多线或其组合。在一些实施例中，反光杯部146、148、170和172的侧壁的陡度可以被设计成降低发光区域所发射光的发散度。例如，反光杯部146、148、170和172的侧壁相对于与基板104垂直的竖向轴线的角度可以从最小15度至最大75度。反光杯部146、148、170和172的侧壁相对于与基板104垂直的竖向轴线的角度可以从最小5度至最大60度。在一些优选的实施例中，反光杯部146、148、170和172的侧壁相对于与基板104垂直的竖向轴线的角度可以从最小10度至最大50度。反光杯还可以向上反射发光区域所发射光中的一些光。例如，发光区域所发射光中的一些光可以到达反光杯部146、148、170和172并通过它们向上反射。
在一些实施例中，反光杯可包括金属。在一些实施例中，反光杯可以包括诸如氧化硅的介电材料。在一些实施例中，反光杯可以包括光敏介电材料。在一些实施例中，光敏介电材料可包括SU-8、光敏聚酰亚胺(PSPI)或BCB。在其他实施例中，反光杯可包括光刻胶。
在一些实施例中，反光杯可以通过沉积、光刻和蚀刻工艺的组合来制造。在一些实施例中，反光杯可以通过其他合适的方法制造。在一种方法中，PSPI通过光刻工艺形成反射杯形状。然后，在包括作为反射层的反光杯的多色LED器件的整个表面上通过气相沉积来形成具有高反射率的包括诸如Pt、Rh、Al、Au和Ag的一种或多种金属的金属层、包括TiO2/SiO2层的层叠的DBR层、包括多层全向反射器(ODR)的具有总反射特性的任何其他层或上述的组合。接下来，反射层被反光杯区域中的光刻胶遮蔽，同时另一个区域上的反射层被蚀刻，使得发光区域暴露出来。
在另一种方法中，在层叠的LED结构上沉积或旋涂比层叠的LED结构更厚的包括SiO2、氮化硅或SU8中的一种或多种的隔离层。然后，使用光刻胶作为掩膜，蚀刻隔离层并将隔离层形成反光杯形状。接下来，在包括作为反射层的反光杯的多色LED器件的整个表面上通过气相沉积形成具有高反射率的包括诸如Pt、Rh、Al、Au和Ag的一种或多种金属的金属层、包括TiO2/SiO2层的层叠的DBR层、包括多层全向反射器(ODR)的具有总反射特性的任何其他层或上述的组合。最后，反射层被反光杯区域中的光刻胶遮蔽，同时另一个区域上的反射层被蚀刻，使得发光区域暴露出来。
在一些实施例中，如图2-6所示，单个像素三色LED器件还包括与反光杯集成的一个或多个顶部电极(例如，顶部电极140/440、442和444)。所述一个或多个顶部电极可以与顶部电极(层)140/440电连接。例如，如图4B所示，电极442和444可以分别与反光杯，例如反光杯部446和448集成。两个顶部电极442和444均可以朝向发光区域延伸并与顶部电极(层)140/440电连接。通过采用一个或多个顶部电极，反光杯可以用作单个像素三色LED器件的公共P电极或N电极。例如，当顶部电极(层)140/440与LED结构(例如包括发光层112/412、130/430和136/436的LED结构)和可选的，顶部电极442和444电连接时，反光杯可以用作单个像素三色LED器件的公共P电极或公共N电极。
在一些实施例中，反光杯还包括一个或多个反射涂层。所述一个或多个反射涂层可以设置在反光杯的一个或多个侧壁上，例如，设置在反光杯的侧壁146-1、148-1、170-1和172-1上。所述一个或多个反光涂层中每层的底部不接触例如红色LED结构、绿色LED结构和蓝色LED结构的各个LED结构。所述一个或多个反射涂层可以反射发光区域发射的光，因此提高了微型LED面板或显示器的亮度和发光功效。例如，发光区域发射的光可以到达所述一个或多个反射涂层，并可以通过它们向上反射。
所述一种或多种反射涂层与反光杯一起可以利用发光区域所发射光的反射方向和/或反射强度。例如，反光杯的侧壁146-1、148-1、170-1和172-1以一定的角度倾斜，因此设置在反光杯的侧壁146-1、148-1、170-1和172-1上的所述一个或多个反射涂层以与反光杯的侧壁146-1、148-1、170-1和172-1相同的角度倾斜。当发光区域发射的光到达所述一个或多个反射涂层时，发光区域发射的光被所述一个或多个反射涂层根据反光杯的侧壁1461-1、148-1、170-1和172-1的角度反射。
所述一个或多个反射涂层的材料可以是高反射性的，具有大于60％、70％或80％的反射率，因此可以反射发光区域发射的大部分光。在一些实施例中，所述一个或多个反射涂层可包括具有高反射率的一种或多种金属导电材料。在这些实施例中，所述一种或多种金属导电材料可包括铝、金或银中的一种或多种。在其他一些实施例中，所述一个或多个反射涂层可以是多层的。更具体地，所述一个或多个反射涂层可包括层叠的一个或多个反射材料层和一个或多个介电材料层。例如，所述一个或多个反射涂层可包括一个反射材料层和一个介电材料层。在其他实施例中，所述一个或多个反射涂层可包括两个反射材料层和位于所述两个反射材料层之间的一个介电材料层。然而，在一些其他实施例中，所述一个或多个反射涂层可以包括两个介电材料层和位于所述两个介电材料层之间的一个反射材料层。在一些实施例中，多层结构可包括两个或更多个金属层，所述金属层可包括TiAu,CrAl或TiWAg中的一种或多种。
在一些实施例中，所述一个或多个反射涂层可以是多层全向反射器(ODR)，包括金属层和透明导电氧化物(TCO)层。例如，该多层结构可包括介电材料层、金属层和TCO层。在一些实施例中，所述一个或多个反射涂层可包括两个或更多个介电材料层，交替设置以形成分布式布拉格反射器(DBR)。例如，所述一个或多个反射涂层可包括介电材料层、金属层和透明介电层。透明介电层可包括SiO2、Si3N4、AI2O3或TiO2中的一种或多种。所述一个或多个反射涂层可以进一步包括介电材料层、TCO和DBR。在其他实施例中，所述一个或多个反射涂层可包括一种或多种具有高反射率的金属导电材料。在这些实施例中，所述一种或多种金属导电材料可包括铝、金或银中的一种或多种。在一些实施例中，反射涂层可以具有与如上所述的发光层上方和下方的诸如109、115、127、133的反射层相同的组分、结构和制造工艺。
在一些实施例中，所述一个或多个反射涂层可以是导电的，然后，所述一个或多个反射涂层也可以执行与单个像素多色LED器件电接触的功能。例如，顶部电极(层)140可以与所述一个或多个反射涂层电连接。又例如，一个或多个反射涂层可以与所述一个或多个透明电极接触层114、132和138电连接。所述一个或多个反射涂层可以被图案化以不阻挡发光区域发射的光。然后，所述一个或多个反射涂层还可以用作在单个像素多色LED器件内的LED结构的公共电极和/或显示面板上LED的公共电极。
在一些实施例中，在多色LED器件的顶部形成用于与电极连接的顶部导电层，顶部导电层与反光杯电连接。在一些实施例中，顶部导电层与反光杯的顶部或反光杯的底部直接接触。
在一些实施例中，在反光杯的底部与半导体基板之间形成有底部介电层。
在一些实施例中，所述一个或多个反射涂层可以通过电子束沉积或溅射工艺中的一种或多种来制造。
在一些实施例中，反光杯可以具有阶梯状结构的形状。图8是根据一些实施例的具有阶梯状反光杯的单个像素三色LED器件800的沿图4A中诸如402的对角线的截面图。在一些实施例中，尽管并非都在图8中示出，单个像素三色LED器件800具有与图1-7中所示的具有诸如146、148、170和172的反光杯部的单个像素三色LED器件中任何一个类似的结构，并具有阶梯状反光杯。该阶梯状反光杯可以在半导体基板104/404上形成并围绕发光区域定位。例如，如图8所示，根据沿图4A中诸如402的对角线的截面图，阶梯状反光杯可包括两个阶梯状反光杯部846和848。阶梯状反光杯部846和848可以形成在半导体基板104/404上，并围绕发光区域定位。在一些实施例中，阶梯状反光杯可以隔离发光区域发射光中的至少一些光或基本上所有的光。例如，如图8所示，在阶梯状反光杯的高度高于发光区域的高度的情况下，阶梯状反光杯部846和848可以隔离发光区域发射的光中的至少一些光或基本上所有的光。因此，阶梯状反光杯可以抑制像素间光串扰并改善LED显示器的整体对比度。
在一些实施例中，阶梯状反光杯包括诸如846-1、846-2、846-3、848-1、848-2和848-3的一个或多个阶梯结构。在一些实施例中，反光杯的每个阶梯的高度可以与相同竖向水平上LED结构的高度相同。例如，阶梯结构846-1和848-1各自具有与底部LED结构相同的高度。阶梯结构846-2和848-2各自具有与中间LED结构相同的高度。阶梯结构846-3和848-3各自具有与顶部LED结构相同的高度。然而在一些实施例中，阶梯状反光杯部846和848可以具有相同或不同的高度。阶梯状反光杯还可以将发光区域发射的光向上反射。例如，根据设计，发光区域所发射光中的一些光可以到达阶梯状反光杯部846和848并通过它们针对单个像素多色LED器件内的每个LED结构以不同的图案向上反射。例如，每个阶梯可以针对所发出(特别是水平)的光以不同的图案调节焦点。例如，将来自LED器件的光束的红光聚焦在更中心以及蓝光聚焦在更边缘处。因此，它可以减少发光区域所发射光的发散，并增强单个像素多色LED器件的亮度。
在一些实施例中，阶梯状反光杯结构可包括或形成围绕发光区域的腔体。腔体可以包括由阶梯状反光杯围绕的并处于半导体基板404上方的区域。腔体可以包括内侧壁，该内侧壁可包括多个倾斜表面。例如，如图8所示，阶梯状反光杯可以包括腔体或围绕腔体，该腔体可以包括阶梯状反光杯部846与848之间的并且在半导体基板404上方的区域。发光区域可以定位在腔体中，并由阶梯状反光杯部846和848围绕。
在一些实施例中，腔体的顶部高于发光区域的顶部。例如，包括在阶梯状反光杯(例如，阶梯状反光杯部846和848)中的腔体的顶部高于发光区域的顶部。在一些实施例中，腔体可包括内侧壁，并且内侧壁可包括多个倾斜表面(例如，倾斜表面846-1S、846-2S、846-3S、848-1S、848-2S和848-3S)。在一些实施例中，所述多个倾斜表面的倾斜角度(相对于基板404的表面)从腔体的底部到顶部越来越大。例如，如图8所示，倾斜表面846-1S、846-2S、846-3S的角度分别表示为倾斜角α、β和γ。倾斜表面846-1S、846-2S和846-3S的倾斜角度可以分别与倾斜表面848-1S、848-2S和848-3S的倾斜角度相同。在一些实施例中，倾斜角α、β和γ从腔体的底部到顶部保持相同或越来越大。在一些优选的实施例中，倾斜角α、β和γ可以从腔体的底部到顶部越来越逐渐减小，因此，LED器件发射的光可以朝LED器件的上部更发散。然而在一些实施例中，倾斜角α、β和γ可以是根据设计的任何角度。在一些实施例中，腔体可以填充有含硅的材料，例如氧化硅，该填充可以改善光学折射、提高透光度和/或增强紫外抗老化和耐热老化性。在一些实施例中，腔体可以是空的或真空的。在一些实施例中，倾斜表面(例如，倾斜表面846-1S、846-2S、846-3S、848-1S、848-2S和848-3S)可以是直的、弯曲的、波浪的、多线的或其组合。
在一些实施例中，腔体可以包括多个子腔体。子腔体可以由各个倾斜表面形成或围绕，可以在水平方向上具有不同的尺寸。例如，可以存在如图8所示的三个子腔体。腔体底部的子腔体可以包括由半导体基板104/404、倾斜表面846-1S和848-1S、以及键合层156/456的底部围绕或限定的区域。腔体中间的子腔体可以包括由键合层156/456的底部、倾斜表面846-2S和848-2S、以及键合层160/460的底部围绕或限定的区域。腔体顶部的子腔体可以包括由键合层160/460的底部、倾斜表面846-3S和848-3S、以及顶部电极层140/440(或阶梯结构846-3和848-3顶部的开口顶部)围绕或限定的区域。在一些实施例中，子腔体的倾斜表面未布置在同一平面中。例如，如图8所示，各子腔体可以由多个倾斜表面846-1S、846-2S、846-3S、848-1S、848-2S和848-3S形成或围绕并在水平方向上具有不同的尺寸。在一些实施例中，倾斜表面846-1S、846-2S和846-3S可以不布置在同一平面中，倾斜表面848-1S、848-2S和848-3S可以不布置在相同的平面中。例如，倾斜表面846-1S、846-2S和846-3S在不同平面中沿竖向方向错开地布置。
在一些实施例中，子腔体的高度可以是不同的。例如，位于腔体中间的子腔体的高度可以小于其他子腔体的高度。位于腔体顶部的子腔体的高度可以大于位于腔体底部的子腔体的高度。又在一些实施例中，每个彩色LED结构分别位于子腔体中不同的一个子腔体中。例如，底部红色LED结构位于腔体底部的子腔体中，顶部蓝色LED结构位于腔体顶部的子腔体中。中间绿色LED结构位于腔体中间的子腔体中。在一些实施例中，子腔体可以填充有含硅的材料，例如氧化硅，可以改善光学折射、提高透光度和/或增强紫外线抗老化和耐热老化性。在一些实施例中，子腔体的材料可以是不同的。例如，腔体顶部的子腔体可以用氧化硅填充，腔体底部的子腔体可以用环氧甲基硅填充。在一些实施例中，子腔体可以是空的或真空的。
在一些实施例中，阶梯状反光杯可包括金属。在一些实施例中，阶梯状反光杯可以包括诸如二氧化硅的介电材料。在一些实施例中，阶梯状反光杯可包括光敏介电材料。在一些实施例中，光敏介电材料可包括SU-8或光敏聚酰亚胺(PSPI)。在其他实施例中，阶梯状反光杯可包括光刻胶。在一些实施例中，阶梯状反光杯的制造过程与上文中参照反光杯所描述的类似。
在一些实施例中，单个像素多色LED器件800还包括一个或多个反射涂层。所述一个或多个反射涂层可以设置在阶梯状反光杯的一个或多个倾斜表面上，例如，设置在倾斜表面846-1S、846-2S、846-3S、848-1S、848-2S和848-3S上。所述一个或多个反射涂层中的每层的底部不接触各个LED结构，例如红色LED结构、绿色LED结构和蓝色LED结构。所述一个或多个反射涂层可以反射发光区域发射的光，因此增强了微型LED面板或显示器的亮度和发光功效。例如，发光区域发射的光可以到达所述一个或多个反射涂层，并且可以通过它们向上反射。
所述一个或多个反射涂层与阶梯状反光杯一起可以利用发光区域所发射光的反射方向和/或反射强度。例如，与倾斜表面846-1S、846-2S和846-3S相对应的倾斜角α、β和γ可以从腔体的底部到顶部越来越小，因此设置在倾斜表面846-1S、846-2S和846-3S上的所述一个或多个反射涂层以与倾斜表面846-1S、846-2S和846-3S相同的倾斜角度倾斜。在发光区域发射的光到达所述一个或多个反射涂层时，发光区域发射的光会被所述一个或多个反射涂层以倾斜角α、β和γ反射。倾斜角α、β和γ可以变得更大、相同或更小，或者倾斜角α、β和γ可以另外根据特定设计选择。
所述一种或多种反射涂层的材料可以是高反射性的，具有大于60％、70％或80％的反射率，可以反射发光区域发射的大部分光。在一些实施例中，所述一个或多个反射涂层的材料与上文中参照反光杯描述的类似。在一些实施例中，设置在每个倾斜表面上的一个或多个反射涂层的材料可以是不同的。例如，设置在倾斜表面846-1S上的反射涂层的材料可以与分别设置在倾斜表面846-2S和846-3S上的反射涂层的材料不同。
在一些实施例中，所述反射涂层中的一个或多个反射涂层可以通过电子束沉积或溅射工艺中的一种或多种来制造。在一些实施例中，诸如846-1、846-2、846-3、848-1、848-2和848-3的所述一个或多个阶梯结构中的每个阶梯结构在多步骤过程中逐层形成。例如，诸如846-1和848-1的阶梯结构在平面化的层454形成之前或之后的相同步骤中形成。诸如846-2和848-2的阶梯结构在平面化的层458形成之前或之后的相同步骤中形成。诸如846-3和848-3的阶梯结构在平面化的层462形成之前或之后的相同步骤中形成。在一些实施例中，特别是当形成单个像素三色LED器件的过程中涉及逐层平面化时，阶梯结构是因逐层处理以及包括LED结构的不同平面化的层键合错位的结果而形成。在一些实施例中，因逐层处理以及包括LED结构的不同平面化的层键合错位的结果，在诸如846-1、846-2和846-3的不同阶梯结构之间可以存在间隙(在图8中未示出)。
在一些实施例中，反光杯可以具有浮置结构。图9是根据一些实施例的具有浮置反光杯的单个像素三色LED器件900的沿图4A中诸如402的对角线的截面图。在一些实施例中，尽管并非都在图9中示出，单个像素三色LED器件900具有与图1-8中所示的单个像素三色LED器件中的任何一个器件类似的结构，并具有诸如946和948的浮置反光杯部。
在一些实施例中，浮置反光杯可以围绕发光区域，并且反光杯的底部不直接接触半导体基板104/404。例如，如图9所示，反光杯部946和948围绕发光区域，并且反光杯部946和948的底部不直接接触半导体基板104，例如，在反光杯的底部与基板104/404之间存在间隙。在一些实施例中，该间隙由平面化的绝缘层454填充。在一些实施例中，发光区域发射的光可以到达反光杯并通过反光杯向上反射。例如，如图9所示，发光区域发射的光，包括LED结构的侧壁和/或顶部发射的光可以到达反光杯部946和948并通过它们向上反射。因此，它可以减少发光区域所发射光的发散，增强单个像素多色LED器件的亮度。
在一些实施例中，可以根据设计需要调节反光杯的底部与半导体基板104/404顶表面之间的距离。在一些实施例中，可以在单个像素多色LED器件和显示面板的生产过程中调节反光杯的底部与半导体基板104/404顶表面之间的距离。当单个像素多色LED器件900的生产完成时，该距离是固定的并且不可调节。在其他实施例中，反光杯的底部与半导体基板104/404顶表面之间的距离可以在设计过程中特别地选择，并且在生产单个像素多色LED器件900和显示面板后固定。在一些实施例中，诸如部件946和948的反光杯底部与基板404顶表面之间的距离可以与发光层412底部的键合层408顶表面到基板404顶表面之间的距离相比相同或更小。在一些实施例中，诸如部件946和948的反光杯底部与基板404顶表面之间的距离可以大于在发光层412底部的键合层408顶表面到基板404顶表面之间的距离。通过调节浮置反光杯的间隙，来自单个像素多色LED器件900的某些部分的特定光可以不被反射或隔离，这可以使光在器件900的所选部分处更加聚焦。
在一些实施例中，反光杯的底部与半导体基板404顶表面之间的距离可以小于0.5微米。在一些实施例中，反光杯的底部与半导体基板404顶表面之间的距离可以小于1微米。在一些实施例中，反光杯的底部与半导体基板140顶表面之间的距离可以小于2微米。在一些实施例中，反光杯的底部与半导体基板404顶表面之间的距离可以小于5微米。在一些实施例中，反光杯的底部与半导体基板404顶表面之间的距离可以小于10微米。在一些实施例中，反光杯底部与半导体基板404顶表面之间的距离可以小于20微米。在一些实施例中，反光杯底部与半导体基板404顶表面之间的距离可以小于50微米。在一些实施例中，反光杯底部与半导体基板404顶表面之间的距离可以小于75微米。在一些实施例中，反光杯底部与半导体基板404顶表面之间的距离可以小于100微米。总体上，反光杯底部与半导体基板404顶表面之间的距离由诸如金属键合层厚度的发光层底部高度决定。在优选的实施例中，反光杯底部与半导体基板404顶表面之间的距离不大于20微米。
在一些实施例中，反光杯可以隔离发光区域所发射光中的至少一些光。例如，如图9所示，在反光杯的高度高于发光区域的高度的情况下，反光杯部946和948可以隔离发光区域所发射光中的至少一些光。因此，反光杯可以抑制像素间光串扰并改善LED显示器的整体对比度。浮置反光杯具有与如上所述的反光杯相同或相似的组分、形状和制造工艺(除位置和方位外)。
图1-9仅示出了根据一些实施例的单个像素多色LED器件。在其他实施例中，当从俯视图或侧视图看时，反光杯可以是不同的形状。即，围绕发光区域的反光杯的侧壁可以是圆形、三角形、正方形、矩形、五边形、六边形和八边形。反光杯的侧壁可以围绕一个发光区域或一个单个像素多色LED器件，或者可以围绕一组发光区域或一组单个像素多色LED器件。例如，反光杯的侧壁可以围绕布置在同一平面中的两个或更多个发光区域或布置在同一平面中的两个或多个单个像素多色LED器件。
可以利用单个像素多色LED器件的阵列，每个单个像素多色LED器件可以包括反光杯。当从俯视图或平面图观察时，每个反光杯可以具有不同的形状。例如，第一单个像素多色LED器件的反光杯可以是圆的，并且相邻单个像素多色LED器件的反光杯可以是正方形的。另外，反光杯可以彼此电隔离。如果在相邻的反光杯之间提供缓冲空间或者如果反光杯的材料可能不会一直延伸到与相邻的反光杯的接界，则也可以隔离反光杯。替代性地，反光杯的侧壁上形成的反射涂层可以简单地延伸以覆盖与相邻的反光杯之间的间隙区域。在另一实施例中，反光杯可以通过诸如顶部电极的公共电极彼此电连接。
对于本领域技术人员来说，可以在本文公开的本发明的方法和装置的布置、操作和细节方面进行显而易见的各种其他修改、改变和变化，而不脱离如在所附权利要求中限定的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围应由所附权利要求及其法律等同物决定。
另外的实施例还包括了包括有图1-9中所示的上述实施例的在各种其他实施例中组合或以其他方式重新布置的各种子集。
单个像素多色LED器件的各种设计方面，诸如层的尺寸(例如，每个层的宽度、长度、高度和横截面积)，各电极的尺寸、所述两个或更多个LED结构层、键合层、反射层和导电层的大小、形状、间距，以及布置，以及集成电路、像素驱动器和电连接之间的配置被选择(例如，使用成本或性能函数进行优化)以获得所需的LED特性。基于上述设计方面而改变的LED特性包括例如大小、材料、成本、制造效率、发光效率、功耗、方向性、发光强度、光通量、颜色、光谱和空间辐射图案。
图10A是根据一些实施例的单个像素三色LED器件1000矩阵的电路图。图10A中的电路包括三个像素驱动器1002、1004和1006以及三个三色LED器件1008、1010和1012。
在一些实施例中，显示面板包括诸如数百万像素的多个像素，并且每个像素包括三色LED器件结构。在一些实施例中，LED器件结构可以是微型LED。微型LED通常具有50微米(μm)或更小的横向尺寸，并且可以具有小于10μm甚至只有几μm的横向尺寸。
在一些实施例中，例如1002的像素驱动器包括多个晶体管和电容器(图10A中未示出)。晶体管包括连接到电源的驱动晶体管和配置为栅极连接到扫描信号总线的控制晶体管。电容器包括存储电容器，该存储电容器用于在扫描信号设定其他像素期间，维持驱动晶体管的栅极电压。
在该示例中，三个三色LED器件中的每个器件，例如1008具有其自己的集成电路(IC)像素驱动器1002。用于单个像素的三色LED器件1008可以被视为具有不同颜色的并联连接的三个单独的LED。例如，在相同的三色LED器件1008内的红色LED1018、绿色LED1016和蓝色LED1014通过公共的P电极垫或阳极连接到相同的IC像素驱动器1002。
在一些实施例中，同一三色LED器件1008内的各个红色LED、绿色LED和蓝色LED连接到单独的N电极垫或阴极。
在一些实施例中，来自不同的三色LED器件的例如1018、1024和1030的所有红色LED连接到相同的公共N电极1036。来自不同的三色LED器件的例如1016、1022和1028的所有绿色LED连接到相同的公共N电极1034。来自不同的三色LED器件的例如1014、1020和1026的所有蓝色LED连接到相同的公共N电极1032。公共电极的使用简化了制造过程，并减小了LED器件的面积，尤其是电极的占用面积。
在一些实施例中，可以切换和互换P电极和N电极的连接(图10A中未示出)。例如，在相同的三色LED器件1008内的红色LED1018、绿色LED1016和蓝色LED1014被连接到共享的N电极垫或阴极。同一三色LED器件1008内的红色LED、绿色LED和蓝色LED被连接到单独的P电极垫或阳极。来自不同的三色LED器件的例如1018、1024和1030的所有红色LED被连接到相同的公共N电极1036。
图10B是根据一些实施例的单个像素三色LED器件1000矩阵的电路图。图10B类似于图10A，不同之处在于在该示例中，在所述三个三色LED器件中的每个器件中的各个LED结构，例如1008，具有其自己的集成电路(IC)像素驱动器1002。例如，在相同的三色LED器件1008内红色LED1018、绿色LED1016和蓝色LED1014经由单独的P电极垫或阳极分别连接到不同的IC像素驱动器1002-1、1002-2和1002-3。如从图1-9中可以观察到的，该类型的P电极连接在一些实施例中示出。
另外，在如图10B所示的一些实施例中，来自不同三色LED器件的不同颜色的所有LED连接到相同的公共N电极1032。
在一些实施例中，可以切换和互换P电极和N电极的连接(图10B中未示出)。例如，在同一三色LED器件1008内的红色LED1018、绿色LED1016和蓝色LED1014分别连接到不同的N电极垫或阴极。不同的三色LED器件的不同颜色的所有LED连接到相同的公共P电极1032。
图11是根据一些实施例的微型LED显示面板1100的俯视图。显示面板1100包括数据接口1110、控制模块1120和像素区域1150。数据接口1110接收定义要显示的图像的数据。此数据的源和格式将根据应用而变化。控制模块1120接收输入数据并将其转换为适合于驱动显示面板中的像素的形式。控制模块1120可以包括：数字逻辑和/或状态机以从所接收的格式转换为适合于像素区域1140的格式；移位寄存器或其他类型的缓冲器和存储器以存储和传输数据；数字-模拟转换器和电平转换器；以及包括时钟电路的扫描控制器。
像素区域1150包括像素阵列。像素包括与例如如上所述的像素驱动器集成的诸如多色LED1134的微型LED。在一些实施例中，多色LED阵列的顶部覆盖有微透镜的阵列(图11中未在LED1134中单独示出)。在一些实施例中，围绕多色LED的阵列形成有诸如反射结构或反光杯(图11中未在LED1134中单独示出)的光学隔离结构的阵列。在该示例中，显示面板1100是彩色RGB显示面板。它包括红色、绿色和蓝色像素。在每个像素内，三色LED1134由像素驱动器控制。根据先前所示的实施例，该像素与电源电压(未示出)接触、通过接地垫1136与地接触、也与控制信号接触。尽管在图11中未示出，三色LED1134的P电极和驱动晶体管的输出端位于LED1134内。LED电流驱动信号连接(在LED的P电极与像素驱动器的输出端之间)、接地连接(在n电极与系统地之间)、电源电压Vdd连接(在像素驱动器的源与系统Vdd之间)以及至像素驱动器栅极的控制信号连接根据各种实施例进行。
图11仅是代表性的附图。其他设计将是明显的。例如，颜色不必是红色、绿色和蓝色。它们也不必排列成行或条。作为一个示例，除了图11中所示的像素的正方形矩阵的布置之外，像素的六边形矩阵的布置也可用于形成显示面板1100。
在一些应用中，完全可编程的矩形像素阵列不是必须的。还可以使用本文所述的器件结构形成具有多种形状的显示面板和显示器的其他设计。一类例子是特殊应用，包括标牌和汽车。例如，可以以星形或螺旋形状布置多个像素以形成显示面板，并且可以通过打开和关闭LED生成显示面板上的不同图案。另一个专业示例是汽车前灯和智能照明，其中某些像素被分组在一起以形成各种照明形状，并且每组LED像素可以通过各个像素驱动器打开或关闭或以其他方式调整。
甚至每个像素内的器件的横向布置也可以变化。在图1-9中，LED和像素驱动器竖向布置，即，每个LED位于相应像素驱动电路的顶部。其他布置也是可能的。例如，像素驱动电路也可以位于LED的“后面”、“前面”或“旁边”。
不同类型的显示面板可以被制造出来。例如，显示面板的分辨率通常可以在8×8至3840x2160的范围内。常见的显示分辨率包括具有分辨率320x240且长宽比4：3的QVGA、分辨率1024x768且长宽比4:3的XGA、分辨率1280x720且长宽比16:9的D、分辨率1920×1080且长宽比16:9的FHD、分辨率3840x2160且长宽比16:9的UHD以及分辨率4096×2160的4K。还可以有各种各样的像素大小，范围从亚微米及以下到10mm及以上。整体显示区域的尺寸也可以广泛变化，范围从对角线小到几十微米或更小到数百英寸或更大。
不同的应用还将对光学亮度和视角具有不同的要求。示例应用包括直视显示屏，用于家庭/办公投影仪和便携式电子产品，诸如智能手机、笔记本电脑、可穿戴电子设备、AR和VR眼镜的光引擎，以及视网膜投影。功耗可在从用于视网膜投影仪的低至几毫瓦到用于大屏幕户外显示器、投影仪和智能汽车前灯的高达千瓦级的范围内变化。就帧速率而言，由于无机LED的快速响应(纳秒级)，帧速率可以高达KHz级别，或者对于小分辨率甚至是MHz级别。
另外的实施例还包括有包括了在图1-11中的实施方式的在各个其他实施方式中组合和以其他方式重新布置的各种子集，例如，具有和不具有反射层、具有和不具有平面化的层、具有和不具有包括各种形状和定位类型的反光杯结构、具有和不具有折射层、具有和不具有微透镜、具有和不具有间隔物以及具有和不具有不同电极连接结构的多色LED像素器件/单元。
尽管具体描述包含许多细节，但是这些不应被解释为限制本发明的范围，而仅仅是说明本发明的不同示例和方面。应当理解，本发明的范围包括上面未详细讨论的其他实施例。例如，上述方法可以应用于非LED和OLED的功能器件与非像素驱动器的控制电路的集成。非LED器件的示例包括垂直腔面发射激光器(VCSEL)、光电探测器、微机电系统(MEMS)、硅光子器件、电力电子器件和分布式反馈激光器(DFB)。其他控制电路的示例包括电流驱动器、电压驱动器、跨阻放大器和逻辑电路。
所公开的实施例的前述描述被提供以使能够作出或使用本文描述的实施例及其变型。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且本文定义的通用原理可以应用于其他实施例而不脱离本文公开的主题的精神或范围。因此，本公开不旨在限于本文所示的实施例，而是将符合与以下权利要求和本文公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
本发明的特征可以通过使用计算机程序产品或在计算机程序产品的帮助下实现，所述计算机程序产品为诸如存储介质(多种介质)或计算机可读存储介质(多种介质)，其中或其上存储有指令，这些指令可被用于对处理系统进行编程，以执行本文所呈现的任何特征。存储介质可以包括但不限于高速随机存取存储器，诸如DRAM、SRAM、DDRRAM或其他随机接入固态存储器设备，并且可以包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。存储器可选地包括远离CPU定位的一个或多个存储设备。存储器或可选地存储器内的非易失性存储器设备包括非暂时性计算机可读存储介质。
存储在任何机器可读介质(多种介质)上的本发明的特征可以包含在软件和/或固件中，用于控制处理系统的硬件，以及使处理系统能够利用本发明的结果与其他机构交互。这种软件或固件可以包括但不限于应用程序代码、设备驱动程序、操作系统和执行环境/容器。
应当理解，尽管本文可以使用术语“首先”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个要素与另一个要素区分开来。
本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并且不旨在限制权利要求。如在实施例和所附权利要求的描述中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“这个”旨在也包括多个形式，除非上下文另有清楚地表明。还应理解，如本文所用的术语“和/或”是指并且包括一个或多个相关的列出的项目的任何和所有可能的组合。还应理解，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时，指定所说的特征、整数、步骤、操作、要素和/或部件的存在，但不妨碍存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素、部件和/或组。
如本文所用，术语“如果”可以被解释为意味着根据上下文“在……情况下”“当……时”或“响应于检测到”，陈述的先决条件是真的。类似地，短语“如果确定了[那个陈述的先决条件是真的]”或“如果[陈述的先决条件是真的]”或“当[陈述的先决条件是真的]时”可以被解释为意味着根据上下文，“当确定”或“响应于确定”或“根据确定”或“当检测到”或“响应于检测到”，所陈述的先决条件是真的。
已经参考特定实施例描述了用于说明的前述描述。然而，上述说明性讨论并非旨在穷举，或者将权利要求限制在所公开的精确形式。考虑到上述教导，可以进行许多改型和变化。选择和描述实施例，以便最佳地解释实际应用和操作的原理，从而使本领域的其他技术人员能够实现。

Claims (145)

1.一种微型发光二极管(LED)像素单元，包括，
形成在IC基板上的第一色LED结构，其中所述第一色LED结构包括第一发光层，以及形成在所述第一发光层底部的第一反射结构；
形成在所述第一色LED结构底部的第一键合金属层，配置为键合所述IC基板和所述第一色LED结构；
形成在所述第一色LED结构顶部的第二键合金属层；
形成在所述第二键合金属层上的第二色LED结构，其中所述第二色LED结构包括第二发光层，以及形成在所述第二发光层底部的第二反射结构；
顶部电极层，覆盖所述第一色LED结构和所述第二色LED结构，与所述第一色LED结构和所述第二色LED结构电接触，其中，所述IC基板与所述第一色LED结构和所述第二色LED结构电连接；以及
反光杯，围绕所述第一色LED结构和所述第二色LED结构，所述第一发光层和所述第二发光层沿水平方向发出的光到达所述反光杯并通过所述反光杯向上反射。
2.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，其中，所述第一反射结构包括至少一个第一反射层，所述第二反射结构包括至少一个第二反射层，所述第一反射层或所述第二反射层的反射率高于60％。
3.根据权利要求2所述的微型LED像素单元，其中，所述第一反射层或所述第二反射层的材料包括Rh、Al、Ag或Au中的一个或多个。
4.根据权利要求2所述的微型LED像素单元，其中，所述第一反射结构包括两个第一反射层，所述两个第一反射层的折射率不同，并且其中，所述第二反射结构包括两个第二反射层，所述两个第二反射层的折射率不同。
5.根据权利要求4所述的微型LED像素单元，其中，所述两个第一反射层分别包括SiO2和Ti3O5，所述两个第二反射层分别包括SiO2和Ti3O5。
6.根据权利要求2所述的微型LED像素单元，其中，所述第一反射结构还包括所述第一反射层上的第一透明层，所述第二反射结构还包括所述第二反射层上的第二透明层。
7.根据权利要求6所述的微型LED像素单元，其中，所述第一透明层包括氧化铟锡(ITO)或SiO2中的一个或多个，并且所述第二透明层包括ITO或SiO2中的一个或多个。
8.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，其中，所述第一色LED结构还包括第一底部导电接触层和第一顶部导电接触层，并且所述第二色LED结构还包括第二底部导电接触层和第二顶部导电接触层；
其中，所述第一发光层位于所述第一底部导电接触层与所述第一顶部导电接触层之间，所述第二发光层位于所述第二底部导电接触层与所述第二顶部导电接触层之间；
其中，所述第一底部导电接触层利用第一接触过孔通过所述第一反射结构和所述第一键合金属层与所述IC基板电连接，所述第二底部导电接触层通过第二接触过孔与所述IC基板电连接；以及
其中，所述第一顶部导电接触层的边缘与所述顶部电极层接触，所述第二顶部导电接触层的顶表面与所述顶部电极层接触。
9.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯的材料包括金属。
10.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述顶部电极层上方的微透镜。
11.根据权利要求10所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述微透镜与所述顶部电极层之间的间隔物。
12.根据权利要求11所述的微型LED像素单元，其中，所述间隔物的材料包括氧化硅。
13.根据权利要求10所述的微型LED像素单元，其中，所述微透镜的横向尺寸大于所述第一LED结构的有效发光区域的横向尺寸；所述微透镜的横向尺寸大于所述第二LED结构的有效发光区域的横向尺寸。
14.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，其中，所述第一色LED结构和所述第二色LED结构具有相同的横向尺寸。
15.根据权利要求1所述的微型LED像素单元，其中，所述第一色LED结构和所述第二色LED结构具有相同的中心轴线。
16.根据权利要求2所述的微型LED像素单元，其中，所述至少一个第一反射层的厚度在5nm至10nm的范围，所述至少一个第二反射层的厚度在5nm至10nm的范围，其中，所述第一色LED结构的厚度不大于300nm，所述第二色LED结构的厚度不大于300nm。
17.一种微型LED像素单元，包括
IC基板；
形成在所述IC基板上的发光区域，包括多个彩色LED结构，所述多个彩色LED结构中每个的底部与所述发光区域中对应的键合金属层连接，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于所述发光层底部的反射结构；
顶部电极层，覆盖所述多个彩色LED结构中的每个，并与所述多个彩色LED结构中的每个电接触，其中所述IC基板与所述多个彩色LED结构中的每个电连接；以及，
阶梯状反光杯，形成腔体并围绕所述发光区域，所述多个彩色LED结构中每个的所述发光层的侧壁沿水平方向发射的光到达所述反光杯并通过所述反光杯向上反射。
18.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的内侧壁包括多个倾斜表面。
19.根据权利要求18所述的微型LED像素单元，其中，所述多个倾斜表面相对于所述IC基板表面的角度从所述腔体的底部到所述腔体的顶部越来越小。
20.根据权利要求18所述的微型LED像素单元，其中，由所述多个倾斜表面形成的子腔体在水平方向上具有不同的尺寸。
21.根据权利要求20所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的内侧壁未布置在同一平面中。
22.根据权利要求20所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的高度是不同的。
23.根据权利要求20所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体中间的子腔体的高度小于其他子腔体的高度。
24.根据权利要求20所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体顶部的子腔体的高度大于位于所述腔体底部的子腔体的高度。
25.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构还包括顶部彩色LED结构。
26.根据权利要求25所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的顶部高于所述顶部彩色LED结构的顶部。
27.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体包括多个子腔体，并且所述多个彩色LED结构中的每个分别位于所述多个子腔体中不同的子腔体内。
28.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，还包括覆盖所述多个彩色LED结构中至少一个的透明介电键合层，其中所述透明介电键合层包括固体无机材料或塑料材料。
29.根据权利要求28所述的微型LED像素单元，其中，所述固体无机材料包括选自SiO2、Al2O3、Si3N4、磷硅玻璃(PSG)和硼磷硅玻璃(BPSG)中的一种或多种材料。
30.根据权利要求28所述的微型LED像素单元，其中，所述塑料材料包括选自SU-8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)和旋涂玻璃(SOG)中的一种或多种聚合物。
31.根据权利要求25所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括底部导电接触层和顶部导电接触层，所述发光层形成在所述底部导电接触层与所述顶部导电接触层之间；其中
所述底部导电接触层利用接触过孔通过所述反射结构和所述对应的键合金属层与所述IC基板电连接，以及
所述顶部彩色LED结构的所述顶部导电接触层的顶表面与所述顶部电极层接触，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述顶部导电接触层的边缘与所述顶部电极层接触。
32.根据权利要求25所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述发光层的一侧延伸有延伸部分，接触过孔将所述延伸部分与所述顶部电极层连接。
33.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯的材料包括金属。
34.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，还包括在所述顶部电极层上方形成的微透镜。
35.根据权利要求18所述的微型LED像素单元，还包括在所述微透镜与所述顶部电极层之间形成的间隔物。
36.根据权利要求19所述的微型LED像素单元，其中，所述间隔物的材料包括氧化硅。
37.根据权利要求18所述的微型LED像素单元，其中，所述微透镜的横向尺寸大于所述多个彩色LED结构中每个的发光尺寸。
38.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构具有相同的中心轴线。
39.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述反射结构包括反射层，所述反射层的厚度在5nm至10nm的范围，所述多个彩色LED结构中每个的厚度不超过300nm。
40.根据权利要求17所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部电极层的材料选自石墨烯、氧化铟锡(ITO)，铝掺杂氧化锌(AZO)和氟掺杂氧化锡(FTO)中的一个或多个。
41.一种微型LED像素单元，包括，
半导体基板；
形成在所述半导体基板上的发光区域，包括多个彩色LED结构，所述多个彩色LED结构中每个的底部连接到所述发光区域中的对应的键合金属层，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于所述发光层底部的反射结构；
顶部电极层，覆盖所述多个彩色LED结构中的每个，与所述多个彩色LED结构中的每个电接触，其中所述半导体基板与所述多个彩色LED结构中的每个电连接；
围绕所述发光区域的反光杯；以及
形成在所述反光杯与所述发光区域之间的折射结构。
42.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述折射结构的顶表面上的微透镜。
43.根据权利要求42所述的微型LED像素单元，其中，所述微透镜的横向尺寸不小于所述发光区域的横向尺寸。
44.根据权利要求42所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯具有顶部开口区域，所述微透镜的横向尺寸小于所述顶部开口区域的横向尺寸。
45.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，还包括底部介电层，形成在所述反光杯的底部与所述半导体基板之间。
46.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述发光区域的顶部上的顶部导电层，所述顶部导电层与所述反光杯电连接。
47.根据权利要求46所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部导电层与所述反光杯的顶部或所述反光杯的底部直接接触。
48.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述折射结构的顶部高于所述反光杯的顶部。
49.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括底部导电接触层和顶部导电接触层，并且所述发光层形成在所述底部导电接触层与所述顶部导电接触层之间；其中，
所述底部导电接触层利用接触过孔通过所述反射结构和所述对应的键合金属层与所述半导体基板电连接，以及
顶部彩色LED结构的所述顶部导电接触层的顶表面与所述顶部电极层接触，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述顶部导电接触层的边缘与所述顶部电极层接触。
50.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述半导体基板是IC基板。
51.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯是形成了环绕所述发光区域的腔体的阶梯状反光杯。
52.根据权利要求51所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的内侧壁包括多个倾斜表面。
53.根据权利要求52所述的微型LED像素单元，其中，所述多个倾斜表面相对于所述半导体基板表面的角度从所述腔体的底部到所述腔体的顶部越来越小。
54.根据权利要求52所述的微型LED像素单元，其中，由所述多个倾斜表面形成的子腔体在水平方向上具有不同的尺寸。
55.根据权利要求54所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的内侧壁未布置在同一平面中。
56.根据权利要求54所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的高度是不同的。
57.根据权利要求54所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体中间的子腔体的高度小于其他子腔体的高度。
58.根据权利要求54所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体顶部的子腔体的高度大于位于所述腔体底部的子腔体的高度。
59.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构还包括顶部彩色LED结构。
60.根据权利要求59所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的顶部高于所述顶部彩色LED结构的顶部。
61.根据权利要求51所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体包括多个子腔体，所述多个彩色LED结构中的每个分别位于所述多个子腔体中不同的子腔体内。
62.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯的材料包括金属。
63.根据权利要求59所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述发光层的一侧延伸有延伸部分，接触过孔将所述延伸部分连接至所述顶部电极层。
64.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构具有相同的中心轴线。
65.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述反射结构包括反射层，所述反射层的厚度在5nm至10nm的范围，所述多个彩色LED结构中每个的厚度不超过300nm。
66.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部电极层的材料包括石墨烯、氧化铟锡(ITO)、铝掺杂氧化锌(AZO)或氟掺杂氧化锡(FTO)中的一个或多个。
67.根据权利要求41所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括从所述相应的彩色LED结构的一侧延伸的相应的延伸部分，所述相应的延伸部分与所述顶部电极层经由相应的第一接触过孔电连接，所述多个彩色LED结构中每个的底部通过相应的第二接触过孔与所述半导体基板电连接。
68.一种微型LED像素单元，包括
半导体基板；
形成在所述半导体基板上的发光区域，包括多个彩色LED结构，所述多个彩色LED结构中每个的底部连接到所述发光区域中的对应的键合金属层，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于所述发光层底部的反射结构；
顶部电极层，覆盖所述多个彩色LED结构中的每个，并与所述多个彩色LED结构中的每个电接触，其中所述半导体基板与所述多个彩色LED结构中的每个电连接；以及
反光杯，围绕所述发光区域，所述多个彩色LED结构中每个的所述发光层的侧壁沿水平方向发射的光到达所述反光杯并通过所述反光杯向上反射，所述反光杯的顶部高于所述发光区域的顶部。
69.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述发光区域上方的微透镜。
70.根据权利要求69所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯的顶部高于所述微透镜的顶部。
71.根据权利要求69所述的微型LED像素单元，还包括位于所述微透镜底部的折射结构，所述折射结构形成在所述反光杯与所述发光区域之间。
72.根据权利要求69所述的微型LED像素单元，其中，所述微透镜的横向尺寸不小于所述发光区域的横向尺寸。
73.根据权利要求69所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯具有顶部开口区域，所述微透镜的横向尺寸小于所述顶部开口区域的横向尺寸。
74.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，还包括底部介电层，形成在所述反光杯的底部与所述半导体基板之间。
75.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述发光区域顶部的顶部导电层，所述顶部导电层与所述反光杯电连接。
76.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括底部导电接触层和顶部导电接触层，并且所述发光层形成在所述底部导电接触层与所述顶部导电接触层之间；其中
所述底部导电接触层利用接触过孔通过所述反射结构和所述对应的键合金属层与所述半导体基板电连接，以及
顶部彩色LED结构的所述顶部导电接触层的顶表面与所述顶部电极层接触，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述顶部导电接触层的边缘与所述顶部电极层接触。
77.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，其中，所述发光区域的底部与所述半导体基板电连接。
78.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，其中，所述半导体基板是IC基板。
79.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯是形成了环绕所述发光区域的腔体的阶梯状反光杯。
80.根据权利要求79所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的内侧壁包括多个倾斜表面。
81.根据权利要求80所述的微型LED像素单元，其中，所述多个倾斜表面相对于所述半导体基板表面的角度从所述腔体的底部到所述腔体的顶部越来越小。
82.根据权利要求80所述的微型LED像素单元，其中，由所述多个倾斜表面形成的子腔体在水平方向上具有不同的尺寸。
83.根据权利要求82所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的内侧壁未布置在同一平面中。
84.根据权利要求82所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的高度是不同的。
85.根据权利要求82所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体中间的子腔体的高度小于其他子腔体的高度。
86.根据权利要求82所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体顶部的子腔体的高度大于位于所述腔体底部的子腔体的高度。
87.根据权利要求79所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构还包括顶部彩色LED结构。
88.根据权利要求87所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的顶部高于所述顶部彩色LED结构的顶部。
89.根据权利要求79所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体包括多个子腔体，所述多个彩色LED结构中的每个分别位于所述多个子腔体中不同的子腔体内。
90.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，其中，所述反光杯的材料包括金属。
91.根据权利要求87所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述发光层的一侧延伸有延伸部分，接触过孔将所述延伸部分连接至所述顶部电极层。
92.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构具有相同的中心轴线。
93.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，其中，所述反射结构包括反射层，所述反射层的厚度在5nm至10nm的范围，所述多个彩色LED结构中每个的厚度不超过300nm。
94.根据权利要求68所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部电极层的材料包括石墨烯、氧化铟锡(ITO)、铝掺杂氧化锌(AZO)或氟掺杂氧化锡(FTO)中的一个或多个。
95.一种微型LED像素单元，包括
半导体基板；
形成在所述半导体基板上的发光区域，包括多个彩色LED结构，所述多个彩色LED结构中每个的底部连接到所述发光区域中对应的键合金属层，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括发光层和位于所述发光层底部的反射结构；
顶部电极层，覆盖所述多个彩色LED结构中的每个，与所述多个彩色LED结构中的每个电接触，其中所述半导体基板与所述多个彩色LED结构中的每个电连接；以及
浮置反光杯，围绕所述发光区域，其中，所述浮置反光杯的底部位于所述半导体基板的上方，所述多个彩色LED结构中每个的所述发光层的侧壁沿水平方向发射的光到达所述悬置的浮置反光杯并被所述悬置的浮置反光杯向上反射。
96.根据权利要求95所述的微型LED像素单元，其中，所述浮置反光杯的底部高于所述多个彩色LED结构其中一个底部的所述对应的键合金属层的顶表面。
97.根据权利要求95所述的微型LED像素单元，其中，所述浮置反光杯是阶梯状的。
98.根据权利要求97所述的微型LED像素单元，还包括形成在所述发光区域上方的微透镜。
99.根据权利要求98所述的微型LED像素单元，其中，所述浮置反光杯的顶部高于所述微透镜的顶部。
100.根据权利要求98所述的微型LED像素单元，还包括位于所述微透镜底部的折射结构，所述折射结构形成在所述浮置反光杯与所述发光区域之间。
101.根据权利要求98所述的微型LED像素单元，其中，所述微透镜的横向尺寸不小于所述发光区域的横向尺寸。
102.根据权利要求98所述的微型LED像素单元，其中，所述浮置反光杯具有顶部开口区域，所述微透镜的横向尺寸小于所述顶部开口区域的横向尺寸。
103.根据权利要求97所述的微型LED像素单元，还包括底部介电层，所述底部介电层形成在所述浮置反光杯与所述半导体基板之间。
104.根据权利要求95所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部电极层直接接触所述浮置反光杯的顶部或所述浮置反光杯的底部。
105.根据权利要求104所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括底部导电接触层和顶部导电接触层，所述发光层形成在所述底部导电接触层与所述顶部导电接触层之间；其中
所述底部导电接触层利用接触过孔通过所述反射结构和所述对应的键合金属层与所述半导体基板电连接，以及
顶部彩色LED结构的所述顶部导电接触层的顶表面与所述顶部电极层接触，所述顶部彩色LED结构下方的彩色LED结构的所述顶部导电接触层的边缘与所述顶部电极层接触。
106.根据权利要求95所述的微型LED像素单元，其中，所述半导体基板是IC基板。
107.根据权利要求97所述的微型LED像素单元，其中，所述阶梯状浮置反光杯形成围绕所述发光区域的腔体。
108.根据权利要求107所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的内侧壁包括多个倾斜表面。
109.根据权利要求108所述的微型LED像素单元，其中，所述多个倾斜表面相对于所述半导体基板表面的角度从所述腔体的底部到所述腔体的顶部越来越小。
110.根据权利要求108所述的微型LED像素单元，其中，由所述多个倾斜表面形成的子腔体在水平方向上具有不同的尺寸。
111.根据权利要求110所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的内侧壁未定位在同一平面中。
112.根据权利要求110所述的微型LED像素单元，其中，所述子腔体的高度是不同的。
113.根据权利要求110所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体中间的子腔体的高度小于其他子腔体的高度。
114.根据权利要求110所述的微型LED像素单元，其中，位于所述腔体顶部的子腔体的高度大于位于所述腔体底部的子腔体的高度。
115.根据权利要求107所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构还包括顶部彩色LED结构。
116.根据权利要求115所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体的顶部高于所述顶部彩色LED结构的顶部。
117.根据权利要求107所述的微型LED像素单元，其中，所述腔体包括多个子腔体，所述多个彩色LED结构中的每个分别位于所述多个子腔体中不同的子腔体内。
118.根据权利要求95所述的微型LED像素单元，其中，所述浮置反光杯的材料包括金属。
119.根据权利要求95所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构中的每个均包括从所述相应的彩色LED结构的一侧延伸的相应的延伸部分，所述相应的延伸部分与所述顶部电极层经由相应的第一接触过孔电连接，所述多个彩色LED结构中每个的底部通过相应的第二接触过孔与所述半导体基板电连接。
120.根据权利要求95所述的微型LED像素单元，其中，所述多个彩色LED结构具有相同的中心轴线。
121.根据权利要求95所述的微型LED像素单元，其中，所述反射结构包括反射层，所述反射层分别形成在所述多个彩色LED结构中每个的底部。
122.根据权利要求121所述的微型LED像素单元，其中，所述反射层的厚度在5nm至10nm的范围，所述多个彩色LED结构中每个的厚度不超过300nm。
123.根据权利要求95所述的微型LED像素单元，其中，所述顶部电极层的材料包括石墨烯、氧化铟锡(ITO)、铝掺杂氧化锌(AZO)或氟掺杂氧化锡(FTO)中的一个或多个。
124.一种用于显示面板的多色微型发光二极管(LED)像素器件，包括：
形成在IC基板上的第一LED结构，发出第一色的光；
具有第一平面顶表面的第一透明介电键合层，覆盖所述第一LED结构；
形成在所述第一透明介电键合层的所述第一平面顶表面上的第二LED结构，发出第二色的光；
具有第二平面顶表面的第二透明介电键合层，覆盖所述第二LED结构；以及
顶部电极层，覆盖所述多色微型LED像素器件，并与所述第一LED结构和所述第二LED结构电接触；
其中，所述IC基板与所述第一LED结构和所述第二LED结构电连接。
125.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，所述第一LED结构嵌入第一平面化透明介电层内。
126.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，所述第二LED结构嵌入第二平面化透明介电层内。
127.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，所述第一透明介电键合层由固体无机材料或塑料材料构成。
128.根据权利要求127所述的多色微型LED像素器件，其中，所述固体无机材料由选自SiO2、Al2O3、Si3N4、磷硅玻璃(PSG)和硼磷硅玻璃(BPSG)中的一种或多种材料组成。
129.根据权利要求127所述的多色微型LED像素器件，其中，所述塑料材料为选自SU-8、PermiNex、苯并环丁烯(BCB)和旋涂玻璃(SOG)中的一种或多种聚合物。
130.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，
所述第一LED结构包括在所述第一LED结构底部形成的第一底部电极层，
所述第二LED结构包括在所述第二LED结构底部形成的第二底部电极层；
所述第一底部电极层通过位于所述第一底部电极层底部的第一过孔中的第一接触与所述IC基板电连接；以及
所述第二底部电极层通过穿过所述第一透明介电键合层的第二过孔中的第二接触与所述IC基板电连接。
131.根据权利要求130所述的多色微型LED像素器件，其中，所述第一底部电极层是透明的，所述第二底部电极层是透明的。
132.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，
所述第一LED结构包括第一发光层；
所述第一发光层的一侧延伸有第一侧部；
所述第二LED结构包括第二发光层；
所述第二发光层的一侧延伸有第二侧部；以及
第三过孔中的第三接触穿过所述第二透明介电键合层将所述第一侧部和所述第二侧部连接到所述顶部电极层。
133.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，围绕所述多色微型LED像素器件形成光学隔离结构。
134.根据权利要求133所述的多色微型LED像素器件，其中，所述光学隔离结构是反光杯。
135.根据权利要求133所述的多色微型LED像素器件，其中，所述反光杯的材料是金属。
136.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，在所述顶部电极层的上方形成微透镜。
137.根据权利要求136所述的多色微型LED像素器件，其中，在所述微透镜与所述顶部电极层之间形成间隔物。
138.根据权利要求137所述的多色微型LED像素器件，其中，所述间隔物由氧化硅组成。
139.根据权利要求136所述的多色微型LED像素器件，其中，所述微透镜的横向尺寸大于所述第一LED结构有效发光区域；所述微透镜的横向尺寸大于所述第二LED结构有效发光区域。
140.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，所述第一LED结构的横向尺寸与所述第二LED结构的横向尺寸相同。
141.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，所述第一LED结构和所述第二LED结构具有相同的中心轴线。
142.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，在所述第一LED结构的底部形成第一反射层；在所述第二LED结构的底部形成第二反射层。
143.根据权利要求142所述的多色微型LED像素器件，其中，
所述第一反射层的厚度为5至10nm；
所述第二反射层的厚度为5至10nm；
所述第一LED结构的厚度不超过300nm；以及，
所述第二LED结构的厚度不超过300nm。
144.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，在所述第一LED结构的底部形成键合金属层。
145.根据权利要求124所述的多色微型LED像素器件，其中，所述顶部电极层的材料选自下列材料：石墨烯、氧化铟锡(ITO)，铝掺杂氧化锌(AZO)和氟掺杂氧化锡(FTO)。
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