CN115428171A - 用于微型led的微光导 - Google Patents

用于微型led的微光导 Download PDF

Info

Publication number
CN115428171A
CN115428171A CN202180026871.9A CN202180026871A CN115428171A CN 115428171 A CN115428171 A CN 115428171A CN 202180026871 A CN202180026871 A CN 202180026871A CN 115428171 A CN115428171 A CN 115428171A
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
frustoconical
light
planar surface
light guide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180026871.9A
Other languages
English (en)
Inventor
S·梅佐阿里
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Plessey Semiconductors Ltd
Original Assignee
Plessey Semiconductors Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Plessey Semiconductors Ltd filed Critical Plessey Semiconductors Ltd
Publication of CN115428171A publication Critical patent/CN115428171A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
    • F21V13/10—Combinations of only two kinds of elements the elements being reflectors and screens
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0065—Manufacturing aspects; Material aspects
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/04—Optical design
    • F21V7/041—Optical design with conical or pyramidal surface
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/002—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0066—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form characterised by the light source being coupled to the light guide
    • G02B6/0073—Light emitting diode [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0091—Reflectors for light sources using total internal reflection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/075—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00
    • H01L25/0753—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L33/00 the devices being arranged next to each other
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
    • H01L2933/0008—Processes
    • H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
    • H01L2933/0058—Processes relating to semiconductor body packages relating to optical field-shaping elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • H01L33/60—Reflective elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

一种制造用于使从微型LED发出的光准直的截头圆锥形微光导的方法。所述方法包括将UV可固化材料的层沉积到基板上。使用具有圆锥形照射轮廓的UV光选择性固化所述层的第一部分，以限定所述截头圆锥形微光导的形状。将所述UV可固化材料显影以移除所述层的第一部分和所述层的第二部分中的一者，其中所述层的第二部分是未固化的。

Description

用于微型LED的微光导
技术领域
本公开涉及发光二极管(light emitting diode,LED)领域。更具体地，本公开涉及提高LED发光效率的方法。
背景技术
LED将电能转化为光能。在半导体LED中，这通常经由，当来自n型掺杂半导体层的电子和来自p型掺杂半导体层的空穴发生再结合时的电子-空穴跃迁(electron-holetransition)而发生。进行主光发射的区域可称为主动区(active region)。LED中量子阱处产生的光可以沿所有方向发射，但在LED材料边界处的折射率的变化意味着只有入射角在临界角范围(逃逸范围)内的发射光线可被发射。甚至在逃逸范围内的一些光也可能因角度变化造成的小的菲涅耳(Fresnel)损失而损失。如果入射角超出逃逸范围，则可能发生全内反射。LED生产中的一个主要挑战是提高提取效率，并尽可能多地捕获发射的光。
一些LED直接向空气发射。发射效率可以说是，相对于产生的光子总数，从LED逃逸到空气中的光子数。基板材料的折射率通常远高于空气的折射率，因此只有以接近出射表面法线的角度入射的光才能逸出。LED通常耦合至光收集装置，例如投影透镜，而不是直接至空气。在这种情况下，由于LED发出的一些光以一定角度发散导致LED与光收集装置之间的界面处可能有进一步的损失，使得光无法到达与光收集装置的界面。然后，发射效率取决于从LED中逃逸的光子的比例以及由光收集装置捕获的那些逃逸光子的比例。
捕获逃逸光子的效率可取决于相对于光收集角度(立体角，通过该立体角至少一半可用光子被光收集装置捕获)，发散光角度(由发射光的半功率光束宽度形成的立体角)的大小。LED以接近具有120°的半高全宽(full-width half maximum,FWHM)的朗伯发射(Lambertian emission)的角度分布来发射光。透镜的接收角可以由其F值决定，对于典型投影透镜，F值可以是F/2.5或F/3，分别给出11.3°和9.5°的接收角。通过朗伯LED发射的光只有2.7％在±9.5°内，因此97.3％的光由于未进入透镜而损失。因此，需要提高从LED的发射效率并使发射的光准直。
现有解决方案可能依赖于LED半导体材料的精确蚀刻或LED器件的芯片台面(chipmesa)的成形。台面的形状可设计为从主动区发射的光以下述方式反射朝向发射表面：更多的光子具有允许其被透射的入射角，并且也可被选择以聚焦光束。例如，集成的透明导电层可以在制造过程中与LED结构一体成型，并被蚀刻以形成增强光提取的帽(US2015008392A1)。也可以通过激光烧蚀在基板的与发光区相反的一侧上形成凸面光学结构，其使光反射朝向发光表面，从而使光被透射和准直(US2018083170 A1)。不是对LED材料本身成形，而是芯片台面可以成形为抛物线结构，主动层位于其中，因此入射到侧壁上的光被反射朝向与台面相反的发光表面(US2015236201 A1和US2017271557 A1)。蚀刻台面有损坏主动层的风险，并且可能难以实现用于高度准直的足够平滑的修整(finish)。
微型LED用于高分辨率显示器，随着尺寸的不断减小，可能越来越难以足够的精度蚀刻特征以有效使光准直。用于准直发射光的半导体材料的固有小尺寸也可能导致亮度均匀性较差。本发明的目的是提供一种可扩展的设计，该设计提供精确的发射角以及高水平的角度和亮度均匀性。
发明内容
针对背景技术，提供了：
一种制造用于使从微型LED发出的光准直的截头圆锥形微光导的方法，包括：
将UV可固化材料的层沉积到基板上；
使用具有圆锥形照射轮廓的UV光选择性固化该层的第一部分，以限定截头圆锥形微光导的形状；
将UV可固化材料显影以移除该层的第一部分和该层的第二部分中的一者，其中该层的第二部分是未固化的。
以这种方式，可以在小尺度上制造精确的微光导，以便将从微型LED发出的光准直，从而增加提取光的比例。
该层的第二部分可被移除，并且该层的第一部分可以包括截头圆锥形微光导。
有利地，使用UV可固化材料的第一部分作为截头圆锥形微光导需要相对较少的处理步骤，并且是可扩展的工艺。
该层的第一部分可被移除，并且该层的第二部分可以包括限定截头圆锥形微光导的形状的截头圆锥形凹槽。
有利地，可以使用负光阻(negative resist)代替正光阻(positive resist)，因此该工艺是灵活的。
该方法还可以包括在截头圆锥形凹槽中沉积光导材料，并移除该层的第二部分，使得光导材料包括截头圆锥形微光导。
以这种方式，由于光导材料不一定是UV可固化的，因此更广范围的材料可用于截头圆锥形微光导。
截头圆锥形微光导可以包括第一平坦表面和第二平坦表面，其中第一平坦表面的面积小于第二平坦表面的面积。
以这种方式，透射穿过第一平坦表面的光可以入射到截头圆锥形微光导的侧壁上，并且可以被反射，从而反射光线到截头圆锥形微光导的中心轴线的角度可以小于入射光线到截头圆锥形微光导的中心轴线的角度。因此，透射穿过第一平坦表面的光束被准直，并且从第二平坦表面发出较窄的光束。
该方法还可以包括制造微光导的阵列。
以这种方式，可以使来自微型LED的阵列中的每个微型LED的光准直。
圆锥形照射轮廓可以采取基本上倒置的圆锥形的形式，并且可以通过将UV光透射穿过沿圆形轨迹移动的掩模来实现，使得截头圆锥形微光导的第一平坦表面接近基板。
以这种方式，UV可固化材料中的是截头圆锥形形状的部分可以被固化。
基板可以是包括多个微型LED的经处理的晶片。
有利地，截头圆锥形微光导直接制造在微型LED上，因此截头圆锥形微光导在制造后不需要与微型LED对齐。
掩模可以包括一个或多个圆孔。
以这种方式，当掩模按照圆形轨迹移动时，透射穿过掩模的光的照射轮廓可以具有圆锥形轮廓。
圆锥形照射轮廓可以通过UV光的准直来实现，使得截头圆锥形微光导的第二平坦表面接近基板。
以这种方式，可以将截头圆锥形微光导与微型LED分开制造。
可使用一个或多个微透镜实现准直。
以这种方式，透射穿过微透镜的UV光具有圆锥形轮廓。
基板可以是透明材料，例如玻璃或蓝宝石。
有利地，截头圆锥形微光导随后可以耦合至微型LED，并且无需移除基板。
微光导可耦合至微型LED的阵列。
以这种方式，来自微型LED的阵列中的每个微型LED的光可以被准直。
截头圆锥形微光导的侧壁与截头圆锥形微光导的中心轴线的角度优选在10°-18°之间，其中截头圆锥形微光导的中心轴线穿过第一平坦表面的中心点和第二平坦表面的中心点。
以这种方式，透射穿过截头圆锥形微光导的光可以被准直。
截头圆锥形微光导的中心轴线可以与微型LED的中心轴线对齐。
以这种方式，通过截头圆锥形微光导提高了光收集效率。
微光导还可以包括反射涂层。
以这种方式，减少了相邻截头圆锥形微光导之间的光串扰。
UV可固化光阻(resist)材料可以通过旋涂而沉积。
有利地，这个工艺是可扩展的，并实现均匀的层。
第一平坦表面的特征尺寸可以是第二平坦表面的特征尺寸的50％。
以这种方式，可以实现截头圆锥形微光导的侧壁的适当角度。
第二平坦表面的特征尺寸可以与平行于截头圆锥形微光导的中心轴线的截头圆锥形微光导的特征尺寸相等。
以这种方式，可以实现适当水平的光束准直。
第一平坦表面的特征尺寸可以比微型LED的特征尺寸大60％。
第一平坦表面的特征尺寸优选比微型LED的特征尺寸大70％。
以这种方式，通过截头圆锥形微光导提高了光收集的效率。
附图说明
现在将仅以示例的方式，参考附图描述本公开的具体实施例，其中：
图1示出了根据本公开的一个实施例的带有示例性光线的截头圆锥形微光导的示意图。
图2示出了根据本公开的一个实施例的与具有示例性光线的光源阵列耦合的截头圆锥形微光导阵列的示意截面。
图3示出了根据本公开的一个实施例的耦合到光源阵列的截头圆锥形微光导阵列的透视图。
图4示出了根据本公开的一个实施例的与带有示例性光线的微型LED耦合的截头圆锥形微光导的截面。
图5示出了根据本公开的一个实施例的耦合到微型LED阵列的截头圆锥形微光导阵列的截面。
图6示出了根据本公开的一个实施例的耦合到微型LED阵列的截头圆锥形微光导阵列的平面。
图7示出了根据本公开的一个实施例的模拟从微光导发出的光的角度分布得出的数据。图7A示出了强度随角度变化作为极坐标，图7B示出了线性标度上强度随角度变化。
图8示出了根据本公开的一个实施例的涂有反射材料并耦合至微型LED阵列的截头圆锥形微光导阵列的截面。
图9示出了根据本公开的一个实施例在截头圆锥形微光导的制造过程中指示UV可固化材料的固化部分和未固化部分的简单示意图。图9A显示了基板上的一层UV可固化材料。图9B和9D示出了UV可固化材料的固化部分和未固化部分。图9C和9E示出了在使UV可固化材料显影以移除UV可固化材料的未固化部分后，在基板上的UV可固化材料的截头圆锥形固化部分。
图10示出了根据本公开的一个实施例，使用移动掩模制造截头圆锥形微光导阵列的步骤。图10A示出了微型LED阵列上的一层UV可固化材料。图10B示出了UV可固化材料上的移动掩模和入射UV光。图10C显示了在UV可固化材料显影以移除UV可固化材料的未固化部分后留在微型LED上的截头圆锥形微光导。
图11示出了根据本公开的一个实施例，使用经由微透镜准直的UV光制造截头圆锥形微光导的步骤。图11A示出了使用微透镜而准直成圆锥形照射轮廓的UV光，其中UV光入射到基板上的UV可固化材料上。图11B示出了在UV可固化材料显影以移除UV可固化材料的未固化部分后留在微型LED上的截头圆锥形微光导。
图12示出了根据本公开的一个实施例，基板上的截头圆锥形微光导阵列的透视图。
图13示出了根据本公开的一个实施例，在与微型LED阵列耦合的基板上的截头圆锥形微光导阵列的截面。
具体实施方式
根据本公开的实施例，提供了用于使由微发光二极管(micro-LED)发出的光准直的微光导100。还提供了一种用于制造微光导100的方法。
参考图1，微光导100包括第一平坦表面110和与第一平坦表面110相对的第二平坦表面120，其中第一平坦表面110的面积小于第二平坦表面120。第一平坦表面110与第二平坦表面表面120都可以是圆形的。微光导100可以包括在第一平坦表面110和第二平坦表面120之间延伸的侧壁130。侧壁130可以弯曲。因此，微光导100可以具有截头圆锥形。微光导100可以由在可见光谱中对光透明的材料制成。入射到第一平坦表面110上的入射光线可以透射穿过第一平坦表面110。根据入射光线在第一平坦表面110上的入射角，透射光线可以透射穿过微光导，以便入射到第二平坦表面120上。通过微光导100的透射可以是直接的，而不从侧壁130的任何部分反射，或者可以包括通过全内反射从侧壁130的一次或多次反射。
第一、第二和第三示例性透射光线141、151和161如图1所示。第一透射光线141入射到第二平坦表面120上，而没有被侧壁130反射，并且透射穿过第二平坦表面120，从而离开微光导100。第二和第三透射光线151和161通过全内反射从侧壁130反射。第二透射光线151可以从侧壁130反射作为第一反射光线152。第一反射光线152可入射到第二平坦表面120上，并且可以透射，离开微光导100。第一反射光线152与微光导100的中心轴线之间的角度可以小于第二入射光线151与微光导100的中心轴线之间的角度，其中，微光导100的中心轴线穿过第一平坦表面110的中心并穿过第二平坦表面120的中心。第三透射光线161可以入射到侧壁130上，并从侧壁130反射作为第二反射光线162。然后，第二反射光线162可以入射到侧壁130并作为第三反射光线163再次反射。然后，第三反射光线163可以入射到第二平坦表面120上，并透射穿过第二平坦表面120以离开微光导100。第三反射光线163与微光导100的中心轴线的角度可以小于第三入射光线161与微光导100的中心轴线的角度。
参考图2，微光导100可以耦合至光源210。光源210可以靠近第一平坦表面110，从而使光源发出的光入射到第一平坦表面110上。光源可以在任何方向上发射光，并且可以从光源上的任何点发射光，但是在图2中，为了解释清楚，示出了仅从单点发射的仅两条示例性光线221。光线221透射穿过第一平坦表面110并入射到侧壁130上。光线221经由全内反射从侧壁130反射并入射到第二平坦表面120上，并且透射穿过第二平坦表面20以离开微光导100。反射光线222与微光导100的中心轴线的角度可以小于入射光线221与微光导100的中心轴线的角度。可以在阵列200中排列的多个微光导100，使得每个微光导100耦合至单独的光源210。光源210可以是微型LED。
参考图3，微光导100的阵列200可以耦合至包含光源210的阵列的基板310。每个微光导100的中心轴线可以与每个光源210的中心轴线对齐。微光导100可以以恒定的间距布置。
参考图4，光源210可以包括含有微型LED的像素400。微型LED可以包括：基板410、基板410上提供的半导体材料420和半导体材料420上提供的封盖材料430。半导体420被配置为响应电流而发射光，电流可以使用电极440和450施加。在某一实施例中，基板410可以包括互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)，半导体材料420可以包括单片InGaN LED。单片InGaN LED可以发射蓝光，在这种情况下，封盖材料430可以是用于蓝色像素的清晰透明材料，以及用于红色像素和绿色像素的颜色转换材料，例如量子点或荧光粉。也参考图5，可以提供多个像素400并将其排列成阵列，并且多个像素400中的每个像素400可以耦合至微光导100。每个封盖材料430之间可以有遮光材料460，以防止像素之间的光串扰。遮光材料460可以吸收可见光并且是光可定义的。这种阵列的示例的简化代表以平面图显示在图6中。
在某一实施例中，微光导100沿其中心轴线的特征尺寸可以是5μm，第一平坦表面110的特征尺寸可以是2.5μm并且第二平坦表面120的特征尺寸可以是5μm。然后，侧壁130与微光导的中心轴线的角度为14°。第一平坦表面110和第二平坦表面120可以是圆形的，因此第一平坦表面和第二平坦表面的特征尺寸可以是直径。第一平坦表面110的特征尺寸优选比光源210的特征尺寸大60％。更优选地，第一平坦表面110的特征尺寸可以比光源210的特征尺寸大70％。微光导100的阵列200的间距可以是8μm，光源210的阵列的间距可以是8μm。
参考图7，其示出了从微光导100的第二平坦表面120发出的光的轮廓。图7中绘制的数据来自于微光导100的模拟结果，该微光导100沿其中心轴线的特征尺寸为5μm，圆形的第一平坦表面110的直径为2.5μm并且圆形的第二平坦表面120的直径为5μm。入射到第一平坦表面110上的来自光源210的光具有朗伯分布，其半高全宽(FWHM)为120°，并且从第二平坦表面120发出的光的半高全宽为57°。图7A显示了在极坐标图上随角度绘制的光的强度，并且图7B显示了在线性标度上随角度绘制的强度。
参考图8，微光导100可以涂有反射材料810，以防止微光导100之间的光串扰。在某一实施例中，反射材料810可以是铝或银。
参考图9，可以通过将一层UV可固化材料910沉积到基板920上来制造微光导100(图9A)。具有圆锥形照射轮廓的UV光930或940入射到UV可固化材料910的第一表面950上，使得UV光930、940选择性固化UV可固化材料910的第一部分912或914。然后将UV可固化材料910显影以移除该层的第一固化部分(912或914)和第二未固化部分(911或913)中的一者，使得剩余部分限定截头圆锥形微光导的形状。在图9所示的示例中，UV可固化材料910的第二未固化部分911或913被移除，使得UV可固化材料910的第一部分912或914留作截头圆锥形微光导100。截头圆锥形微光导的中心轴线可以垂直于基板920的平面，但其第一平坦表面110可以与基板920相邻(由类似于倒圆锥的圆锥形照射轮廓产生)或其第二平坦表面120可以与基板921相邻(由类似圆锥的圆锥形照射轮廓产生)。图9B和9C示出了这样的工序，即UV光930具有圆锥形照射轮廓，使得在基板920处的照射轮廓比在UV可固化材料910的第一表面950处的照射轮廓窄，因此在制造后，第一平坦表面110与基板920相邻。图9D和9E显示了这样的工序，即UV光940具有圆锥形照射轮廓，使得在基板920处的照射轮廓比在UV可固化材料910的第一表面950处的照射轮廓更宽，因此在制造后，第二平坦表面120与基板920相邻。在某一其他实施例中，UV可固化材料910的固化部分912或914可以被移除，使得剩余的未固化部分911或913包括限定截头圆锥形微光导的形状的凹槽。可以将光导材料沉积在凹槽中，并且可以移除UV可固化材料910的未固化部分911或913，使得所剩的光导材料包括截头圆锥形微光导100。
在第一实施例中，基板920可以包括光源210的阵列310。UV可固化材料910可以直接沉积在光源210的阵列上。参考图10A，光源210显示为包含微型LED的像素400，如图4所示。UV可固化材料910可以通过旋涂(spin coating)而沉积。参考图10B，UV光1011垂直于掩模1020的平面入射到掩模1020上，其中掩模1020的平面平行于基板920和平行于UV可固化材料910。掩模可以有多个孔1021，每个孔1021的中心轴线与像素400的中心轴线对齐。每个孔102l可以是圆形的。掩模1020以在掩模1020的平面中的圆形轨迹1030移动，使得透射穿过掩模的UV光1011具有倒圆锥形照射轮廓。UV光1011入射到UV可固化材料910的第一表面950上。倒圆锥形照射轮廓在轮廓中心处具有最高强度，在轮廓边缘处具有最低强度。最高强度在面积等于第一平坦表面的面积上是恒定的，并且圆锥形照射轮廓的中心轴线与像素400的中心轴线对齐。照射轮廓的最宽部分的面积与第二平坦表面120的面积相等。UV可固化材料910的固化穿透深度与照射轮廓的强度有关，因此UV可固化材料的固化部分912具有截头圆锥形。UV可固化材料的固化部分912的与基板920相邻的横截面面积等于第一平坦表面110的面积，和在第一表面950处的横截面面积等于第二平坦表面的面积。在某一实施例中，UV可固化材料910的未固化部分911可以被移除，并且UV可固化材料的固化部分912包括留在基板920上的截头圆锥形微光导，如图10C所示。在某一实施例中，UV可固化材料910的固化部分912可被移除，在未固化部分911中留下截头圆锥形凹槽，并且光导材料沉积在截头圆锥形凹槽中。然后移除UV可固化材料910的未固化部分911，所剩的光导材料包括截头圆锥形微光导。
在第二实施例中，基板920可以包括透明材料，该透明材料对具有在可见光谱中的波长的电磁辐射为透明的。在某一实施例中，透明材料可以是玻璃或蓝宝石。参考图11A，使用微透镜1110对UV光进行准直，以便入射到UV可固化材料910的第一表面950上的UV光1120在UV可固化材料910内具有圆锥形轮廓。圆锥形轮廓在UV可固化材料910的第一表面950处具有等于第一平坦表面110的面积，并且圆锥形轮廓在基板920处具有等于第二平坦表面的面积。位于圆锥形轮廓内的UV可固化材料910被固化，并且可以移除未固化部分913。固化部分914具有截头圆锥形，并且可以留在基板上。在一个实施例中，可以有微型透镜1110的阵列，从而有固化部分914的阵列。参考图12，其显示了基板920上的固化部分914的阵列的示意图，其中固化部分914是微光导100。参考图13，基板920可以放置在光源210的阵列上，使得每个微光导100耦合至光源210。微光导10的中心轴线与光源210的中心轴线对齐。第一平坦表面110靠近光源210。在一个实施例中，光源210可以是包括微型LED的像素400。在某一实施例中，第一平坦表面110和光源210之间的距离可以小于光源210的发光区域的面积的20％。
在某一实施例中，UV可固化材料910可以吸收具有在UV区域中的波长的电磁辐射，并且对具有在可见光谱中的波长的电磁辐射是透明的。在某一实施例中，微光导100的表面的粗糙度轮廓的算术平均值可以小于20nm。在某一实施例中，对于波长为589nm的光，UV可固化材料的折射率可以为1.555。UV可固化材料可以包括
Figure BDA0003876149010000101
FX或由
Figure BDA0003876149010000102
FX组成。
UV可固化材料910可以旋涂到基板920上。UV可固化材料910的厚度可以取决于旋涂的持续时间。
在某一实施例中，其中基板920可以包括光源201的阵列310，基板920可以旋涂UV可固化材料910，然后在80℃下烘烤2分钟，以提高与基板920的黏附力。UV可固化材料910可以暴露于透射穿过移动掩模的UV光，其中，掩模以圆形轨迹移动，使得照射轮廓类似于倒圆锥。为了达到适当的解析度，IV暴露的剂量可以低于1000mJ cm-2。UV可固化材料910显影以移除未固化部分911。基板920和固化部分912可以在120℃下烘烤10分钟，以增加微光导100与基板920的黏附力。
在某一实施例中，其中基板920可以是透明材料，基板920可以用丙酮/2-丙醇旋转清洗，然后在200℃下烘烤5分钟，并冷却至室温，然后用UV可固化材料910旋涂。或者，基板1920可以通过使用氧气或臭氧的等离子体清洗而清洁。在将UV可固化材料910旋涂到基板920之后，基板920可以在80℃下烘烤2分钟以提高黏附力。然后可将UV可固化材料910暴露于具有锥形照射轮廓的UV光下。在某一实施例中，使用微透镜1110的阵列来使UV光准直，使得入射到UV可固化材料上的UV光具有圆锥形照射轮廓。为了达到适当的解析度，IV暴露的剂量可以低于1000mJ cm-2。曝光后，UV可固化材料910显影以移除未固化部分913。基板920和固化部分914可在120℃下烘烤10分钟，以增加微光导100与基板920的黏附力。

Claims (21)

1.一种制造用于使从微型LED发出的光准直的截头圆锥形微光导的方法，包括：
将UV可固化材料的层沉积到基板上；
使用具有圆锥形照射轮廓的UV光选择性固化所述层的第一部分，以限定所述截头圆锥形微光导的形状；
将所述UV可固化材料显影以移除所述层的第一部分和所述层的第二部分中的一者，其中所述层的第二部分是未固化的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述层的第二部分被移除，并且所述层的第一部分包括所述截头圆锥形微光导。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述层的第一部分被移除，并且所述层的第二部分包括限定所述截头圆锥形微光导的形状的截头圆锥形凹槽。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括在所述截头圆锥形凹槽中沉积光导材料，并移除所述层的第二部分，使得所述光导材料包括所述截头圆锥形微光导。
5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述截头圆锥形微光导包括第一平坦表面和第二平坦表面，其中所述第一平坦表面的面积小于所述第二平坦表面的面积。
6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述方法还包括制造微光导的阵列。
7.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述圆锥形照射轮廓呈基本倒圆锥的形式，并且通过将UV光透射穿过沿圆形轨迹移动的掩模来实现，使得所述截头圆锥形微光导的第一平坦表面接近所述基板。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述基板是包含多个微型LED的经处理的晶片。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述掩模包括一个或多个圆孔。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述圆锥形照射轮廓是通过UV光的准直来实现的，使得所述截头圆锥形微光导的第二平坦表面接近所述基板。
11.根据权利要求10所述的方法，其中使用一个或多个微透镜实现准直。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中所述基板是透明材料，例如玻璃或蓝宝石。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中所述微光导耦合至微型LED的阵列。
14.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述截头圆锥形微光导的侧壁与所述截头圆锥形微光导的中心轴线的角度优选在10°-18°之间，其中所述截头圆锥形微光导的中心轴线穿过所述第一平坦表面的中心点和所述第二平坦表面的中心点。
15.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述截头圆锥形微光导的中心轴线与微型LED的中心轴线对齐。
16.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述微光导还包括反射涂层。
17.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中通过旋涂来沉积所述UV可固化光阻材料。
18.根据权利要求5至17中任一项所述的方法，其中所述第一平坦表面的特征尺寸是所述第二平坦表面的特征尺寸的50％。
19.根据权利要求5至18中任一项所述的方法，其中所述第二平坦表面的特征尺寸与平行于所述截头圆锥形微光导的中心轴线的所述截头圆锥形微光导的特征尺寸相等。
20.根据权利要求5至19中任一项所述的方法，其中所述第一平坦表面的特征尺寸比所述微型LED的特征尺寸大60％。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一平坦表面的特征尺寸优选比所述微型LED的特征尺寸大70％。
CN202180026871.9A 2020-04-08 2021-04-06 用于微型led的微光导 Pending CN115428171A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB2005224.7 2020-04-08
GB2005224.7A GB2593910B (en) 2020-04-08 2020-04-08 Micro-lightguide for micro-LED
PCT/EP2021/058953 WO2021204808A1 (en) 2020-04-08 2021-04-06 Micro-lightguide for micro-led

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115428171A true CN115428171A (zh) 2022-12-02

Family

ID=70768827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180026871.9A Pending CN115428171A (zh) 2020-04-08 2021-04-06 用于微型led的微光导

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20230151948A1 (zh)
EP (1) EP4133535A1 (zh)
JP (1) JP2023521776A (zh)
KR (1) KR20230002597A (zh)
CN (1) CN115428171A (zh)
GB (1) GB2593910B (zh)
TW (1) TW202142902A (zh)
WO (1) WO2021204808A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024108069A1 (en) * 2022-11-16 2024-05-23 Massachusetts Institute Of Technology A micro-optical structure and a method for forming a micro-optical structure
WO2024103351A1 (zh) * 2022-11-17 2024-05-23 京东方科技集团股份有限公司 显示面板及显示装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005116723A1 (en) * 2004-05-31 2005-12-08 Sekonix Co., Ltd. Display device uniforming light distribution throughout areas and method for manufacturing the same
EP2018263B1 (en) * 2006-05-18 2017-03-01 3M Innovative Properties Company Process for making light guides with extraction structures
JP2010085588A (ja) * 2008-09-30 2010-04-15 Sony Corp 光学部品の製造方法および光学部品、並びに表示装置の製造方法および表示装置
JP5740981B2 (ja) * 2011-01-05 2015-07-01 ソニー株式会社 発光装置、照明装置および表示装置
KR20120117354A (ko) * 2011-04-15 2012-10-24 (주) 굿피앤씨 발광 다이오드용 패턴화된 사파이어 기판의 제조방법
GB201202222D0 (en) 2012-02-09 2012-03-28 Mled Ltd Enhanced light extraction
GB201215632D0 (en) 2012-09-03 2012-10-17 Infiniled Ltd Optical device
TW201416033A (zh) * 2012-10-30 2014-05-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd 電子香及其製造方法
GB201420860D0 (en) 2014-11-24 2015-01-07 Infiniled Ltd Micro-LED device
EP3297044A1 (en) 2016-09-19 2018-03-21 Nick Shepherd Improved led emitter, led emitter array and method for manufacturing the same
KR20180108508A (ko) * 2017-03-23 2018-10-04 (주)아이에스엘 임프린팅 방법을 통하여 미세 굴절 홈이 형성된 투명 디스플레이용 도광판 및 이를 포함하는 투명 디스플레이 장치 및 이를 제조하는 방법
US11476217B2 (en) * 2020-03-10 2022-10-18 Lumileds Llc Method of manufacturing an augmented LED array assembly

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021204808A1 (en) 2021-10-14
JP2023521776A (ja) 2023-05-25
TW202142902A (zh) 2021-11-16
KR20230002597A (ko) 2023-01-05
GB202005224D0 (en) 2020-05-20
EP4133535A1 (en) 2023-02-15
GB2593910A (en) 2021-10-13
US20230151948A1 (en) 2023-05-18
GB2593910B (en) 2022-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9574743B2 (en) Separate optical device for directing light from an LED
US7737636B2 (en) LED assembly with an LED and adjacent lens and method of making same
US7789531B2 (en) LED system and method
EP2815436B1 (en) Micro-led array with filters
US20230151948A1 (en) Micro-lightguide for micro-led
JP2004524710A (ja) オプトエレクトロニクス用半導体チップ
US8823032B2 (en) Light-emitting diode element, method for manufacturing light guide structure thereof and equipment for forming the same
TWI762240B (zh) 微型led器件
JP2010146955A (ja) 有機ｅｌ発光装置
US10698158B1 (en) Optical waveguides in micro-LED devices
US20230086879A1 (en) Semiconductor Light Source, Cover Body and Method
US11275202B1 (en) GRIN lens structure in micro-LED devices
TW202205660A (zh) 用於高效微型發光二極體顯示器的發光二極體間隔物架構

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination