TW202209665A - 具有定向發射之奈米線發光二極體及包含其之顯示器 - Google Patents

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Abstract

一種全彩顯示器包含多個像素，且具有一白點、一發射方向及圍繞該發射方向之特徵為一半錐角θ 的一立體發射角。各像素包含：包含一紅色LED之一子像素，該紅色LED具有將紅光發射至一發射角範圍中之一第一幾何結構，使得在該立體發射角內發射之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )；包含一綠色LED之一子像素，該綠色LED具有將綠光發射至一發射角範圍中之一第二幾何結構，使得在該立體發射角內發射之該功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )；及包含一藍色LED之一子像素，該藍色LED將藍光發射至一發射角範圍中，使得在該立體發射角內發射之該功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )。該等LED經組態使得在該立體發射角內之任何方向上，由該顯示器發射之白光與該顯示器之該白點具有小於0.01之一色度差Du’v’。

Description

具有定向發射之奈米線發光二極體及包含其之顯示器
本發明係關於發光二極體(LED)，且更特定言之係關於具有定向發射之奈米線(NW) LED。
奈米線(NW)係具有數量級為數奈米至數百奈米(例如，1,000 nm或更小)之一短尺寸及沿著一軸線延伸之顯著更長之一長尺寸(例如，5或更大之一縱橫比)的長形奈米結構。奈米線發光二極體(NW LED)通常包含通常具有約10 nm至1,000 nm之一直徑及約100 nm至10,000 nm之一長度的許多線形LED。
一LED之遠場圖案(far-field pattern) (FFP)係以各種角度發射之光強度，且在本文中被表示為I(θ)。在習知LED中，FFP係近似朗伯的(Lambertian) (即，I(θ) ~cos(θ))，其中光以廣範圍的角度發射。然而，一些應用(包含顯示器)可獲益於定向發射，其中FFP以特定角度(例如，在接近法線方向之一窄角範圍內)引導更多光。可期望在LED層級影響FFP (不使用額外光學器件)。此外，若達成定向性，則可能會以跨角度(over angle)之色彩均勻性為代價(因為紅色、綠色及藍色像素可具有不同定向性)，且期望避免此。
本申請案揭示具有促進一定向FFP之一光學結構之LED，及具有良好色彩均勻性之定向LED。
如下概述本發明之各種態樣。
一般而言，在一第一態樣中，本發明以一種包含多個像素之全彩顯示器為特徵，該顯示器具有一白點、一發射方向及圍繞該發射方向之特徵為一半錐角θ 的一立體發射角。各像素包含：一紅色子像素，其包含一紅色LED (例如，一或多個紅色LED)，該紅色LED具有經組態以將紅光發射至一發射角範圍中之一第一幾何結構，使得在該立體發射角內發射之該紅色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )；一綠色子像素，其包含一綠色LED (例如，一或多個綠色LED)，該綠色LED具有經組態以將綠光發射至一發射角範圍中之一第二幾何結構，使得在該立體發射角內發射之該綠色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )；及一藍色子像素，其包含一藍色LED (例如，一或多個藍色LED)，該藍色LED經組態以將藍光發射至一發射角範圍中，使得在該立體發射角內發射之該藍色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )。該等紅色、綠色及藍色LED經組態使得在該立體發射角內之任何方向上，由該顯示器發射之白光與該顯示器之該白點具有小於0.01之一色度差Du’v’。
全彩顯示器之實施例可包含以下特徵及/或其他態樣之特徵之一或多者。例如，該等藍色、綠色及紅色LED之各者可分別包含一發光區及定位成與作用區相距小於1μ m之一光學距離之一反射區，使得各LED內之光學干涉引起光朝一遠場中一優先方向上發射，其中該等紅色、綠色及藍色LED之該發光區與該反射區之間的該等各自光學距離經組態使得來自該等紅色、綠色及藍色LED之發射光的該等各自優先方向在彼此之+/-10°內(例如，在彼此之+/-5°內、在彼此之+/-3°內)。
各藍色LED可包含發射在一藍色波長下之光之一藍光發射區，及與該藍光發射區分離達一第一光學距離之一藍色反射區。綠色LED可包含發射在一綠色波長下之光之一綠光發射區，及與該綠光發射區分離達一第二光學距離之一綠色反射區。紅色LED可包含發射在一紅色波長下之光之一紅光發射區，及與該紅光發射區分離達一第三光學距離之一紅色反射區。該第一光學距離與該藍色波長之間之一比率、該第二光學距離與該綠色波長之間之一比率及該第三光學距離與該紅色波長之間之一比率全部在彼此之10%以內(例如，在5%以內、在3%以內)。
各LED可具有50μ m或更小之一特性橫向尺寸。在一些實施例中，該等紅色、綠色及藍色LED之至少一者係包括一頂部刻面(facet)及數個側壁刻面之一多刻面LED，其中在該多刻面LED之操作期間自各刻面發射光，且該等側壁刻面之一累積表面積係頂部刻面之一表面積之至少20%。由該多刻面LED發射之該光之至少20%可透過該等側壁刻面發射。自該頂部刻面發射之光可優先以相對於該頂部刻面之第一角度發射，自側壁之一者發射之光優先以相對於該頂部刻面之一第二角度發射，且該等第一及第二角度在彼此之+/- 10°內。
在一些實施例中，θ 在自5°至45°之一範圍內。
該等紅色、綠色及藍色LED可各自特徵為各自之形狀，使得在該立體發射角內之任何方向上，由該顯示器發射之白光與該顯示器之該白點具有小於0.01之該色度差Du’v’。
該等紅色、綠色及藍色LED可分別特徵為一實體尺寸及一發射波長，且各LED之該實體尺寸與該發射波長之間的一比率在彼此之+/- 10%以內。各LED之該比率可近似相等。該實體尺寸可選自以下之群組：該LED之半徑、高度、特性垂直尺寸、特性水平尺寸及一發光區與一反射體之間之光學距離。
在某些實施例中，該白點具有實質上等於D65之一色度。
各LED可包含一金屬基鏡面，且可實質上根據一方程式φ + 4 pid cos(θ) / λ = m*2*pi來組態，其中φ係特性化該LED之該金屬基鏡面與一相鄰層之間之一界面(interface)的一相移，d 係該LED之該界面與一發光區之間的一光學厚度，θ係在自0°至30°之一範圍內之一角度，且m 係在自1至3之一範圍內之一整數。該界面與該發光區之間之該光學厚度d 可在滿足等式之10 nm內。
一般而言，在另一態樣中，本發明以一種沿著一軸線延伸之一發光元件為特徵，該發光元件包含：一n側部分，其具有一或多個n摻雜材料層；一p側部分，其具有一或多個p摻雜材料層；一或多個發光層，其等配置於該n側部分與該p側部分之間，該一或多個發光層經組態以在該發光元件之操作期間發射在一波長λ下之光；及一導電層，其與該p側部分接觸，該導電層在λ下具有80%或更大之一反射比。該發光元件具有使得發光元件支援在λ下之光沿著該軸線傳播之至少兩個導引模式的實體尺寸，且該p側部分具有沿著該軸線之一光學厚度，該光學厚度經選擇以與在λ下之該光在第二模式中之發射相比，優先增強在λ下之該光在第一模式中之發射。
該發光元件之實施例可包含以下特徵及/或其他態樣之特徵之一或多者。例如，該發光元件可實質上根據方程式φ + 4 pi d cos(θ) / λ = m*2*pi來組態，其中φ係特性化該導電層與該p側部分之間之一界面的一相移，d 係該p側部分之該光學厚度，θ係在自0°至30°之一範圍內之一角度，且m 係在自1至3之一範圍內之一整數。
該導電層可包含銀，且該發光裝置可進一步經組態使得d /λ在0.55至0.70之一範圍內，其中d 係該p側部分之一光學厚度。
該p側部分之沿著該軸線之該光學厚度可經選擇以在該第一模式中，針對在λ下之光導致自該一或多個發光層發射之傳播朝向該n側部分的光與自該一或多個發光層發射之傳播朝向該p側部分之自該導電層反射的光之間之建設性干涉。
該發光元件係一奈米線發光二極體(NW LED)。
該一或多個n摻雜材料層可包含n-GaN層。
該一或多個p摻雜材料層可包含p-GaN層。
該一或多個n摻雜材料層可包含n-TCO層。
該一或多個p摻雜材料層可包含p-TCO層。
該一或多個發光層可包含一或多個量子阱(QW)層。例如，該一或多個發光層可包含三個至八個QW層。
該發光元件可自該發光元件之與該導電層相對之一端發射光。
該導電層可包含一金屬。該金屬可選自金、銀及鋁之群組。
該發光元件可包含與該n摻雜部分接觸之一第二導電層。
λ可為一可見波長。
該發光元件可具有在自0.5 μm至5 μm之一範圍內之一軸向尺寸及正交於該軸線之在自0.05 μm至0.5 μm之一範圍內之一最大橫向尺寸。
該發光元件可支援少於5個導引模式。
在又一態樣中，本發明以一種發光裝置為特徵，該發光裝置包含：多個發光元件，其等各自經組態以在一共同方向上及一共同角範圍內發射在一共同峰值波長λ1 下之光，該等發光元件彼此間隔開達在自0.05 μm至1 μm之一範圍內的一距離。
該發光裝置可包含多個第二發光元件，該多個第二發光元件各自經組態以在該共同方向上及該共同角範圍內發射在一共同峰值波長λ2 下之光，其中λ2 不同於λ1 。該發光裝置可包含多個第三發光元件，該多個第三發光元件各自經組態以在該共同方向上及該共同角範圍內發射在一共同峰值波長λ3 下之光，其中λ3 不同於λ1 及λ2 。該發光裝置可包含多個像素，各像素具有至少三個子像素，該等子像素之一第一者具有第一複數個發光元件，該等子像素之一第二者具有第二複數個發光元件，且第三子像素具有第三複數個發光元件。
一般而言，在另一態樣中，本發明以一種包含多個像素之全彩顯示器為特徵，該顯示器具有一白點，各像素包含：一紅色子像素，其具有經組態以將紅光發射至一發射角範圍中之複數個奈米線發光二極體(NW LED)，該紅光之一強度之45%或更多沿著一第一方向發射至一角範圍中且對向30°之一立體角；一綠色子像素，其具有經組態以將綠光發射至一發射角範圍中之複數個NW LED，該綠光之一強度之45%或更多發射至該角範圍中；及一藍色子像素，其具有經組態以將藍光發射至一發射角範圍中之複數個NW LED，該藍光之一強度之45%或更多發射至該角範圍中。在該角範圍內，由該顯示器發射之白光與該顯示器之一白點具有小於0.01之一色度差Du’v’。該全彩顯示器之實施例可包含其他態樣之特徵之一或多者。
一般而言，在又一態樣中，本發明以一種包含多個像素之全彩顯示器為特徵，該顯示器具有一白點、一發射方向及圍繞該發射方向之特徵為一半錐角θ 的一立體發射角，各像素包含：一紅色子像素，其具有複數個紅色奈米線發光二極體(NW LED)，該複數個紅色奈米線發光二極體(NW LED)經組態以將紅光發射至一發射角範圍中，使得在該立體發射角內發射之該紅色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )；一綠色子像素，其具有複數個綠色NW LED，該複數個綠色NW LED經組態以將綠光發射至一發射角範圍中，使得在該立體發射角內發射之該綠色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )；及一藍色子像素，其具有複數個藍色NW LED，該複數個藍色NW LED經組態以將藍光發射至一發射角範圍中，使得在該立體發射角內發射之該藍色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )。該等NW LED經組態使得在該立體發射角內之任何方向上，由該顯示器發射之白光與該顯示器之一白點具有小於0.01之一色度差Du’v’。
該全彩顯示器之實施例可包含以下特徵及/或其他態樣之特徵之一或多者。例如，θ 在自5°至45°之一範圍內。
該等紅色、綠色及藍色LED可各自特徵為各自之形狀，使得在該立體發射角內之任何方向上，由該顯示器發射之白光與該顯示器之該白點具有小於0.01之該色度差Du’v’。
該等紅色、綠色及藍色LED可分別特徵為一實體尺寸及一發射波長，且各LED之該實體尺寸與該發射波長之間的一比率在彼此之+/- 10%以內。在一些實施例中，各LED之該比率係近似相等的。該實體尺寸可選自以下之群組：該LED之半徑、高度、特性垂直尺寸、特性水平尺寸及一發光區與一反射體之間之光學距離。
該白點可具有實質上等於D65之一色度。
各LED可包含一金屬基鏡面，且可實質上根據一方程式φ + 4 pid cos(θ) / λ = m*2*pi來組態，其中φ係特性化該LED之該金屬基鏡面與一相鄰層之間之一界面的一相移，d 係該LED之該界面與一發光區之間的一光學厚度，θ係在自0°至30°之一範圍內之一角度，且m 係在自1至3之一範圍內之一整數。該界面與該發光區之間之該光學厚度d 可在滿足等式之10 nm內。
將自描述、圖式及發明申請專利範圍明白其他態樣及優點。
奈米線(NW) LED提供定向發射之機會。來自一NW LED之光發射之遠場圖案(FFP)可受多種不同效應(包含個體(individual)及集體效應)影響。個體效應包含一單一NW之光學設計對其發射性質之影響。集體效應包含自一NW發射之光與其他周圍NW之相互作用，包含藉由複數個NW之繞射效應。此處所揭示之實施例可利用個體及/或集體效應以達成一定向FFP。
一定向FFP可藉由在一特定角範圍中引導之總發射之分率來量化。圖1A示意性地展示配置於一平面中之一NW LED 110陣列100及一給定NW LED之量測為法向於該平面之一函數θ的一發射I(θ)。
圖1B係比較來自FFP之兩個實例之發射之一繪圖。垂直軸係FFP之強度，其在θ = 0°處正規化為峰值發射。一朗伯FFP I(θ) ~ cos(θ)對於習知LED而言係常見的。一例示性定向NW LED可達成FFP I(θ) ~cos(θ)2 ，從而達成比朗伯FFP更佳之接近法線入射之定向性。
圖1C係展示圖1B之例示性定向及朗伯FFP之在法線入射與一給定角度之間之總發射之分率的一繪圖。對於朗伯FFP，發射之25%在30°內，而對於定向FFP，發射之35%在30°內。
一定向FFP亦可藉由一特定角範圍中之絕對提取效率來量化(其中提取效率係在LED外部發射之光對在LED內部發射之光之比率)。圖1D係展示兩個先前FFP之提取效率對比角範圍之一繪圖，其假定在兩個情況中，LED具有60%之一總提取效率。對於朗伯FFP，在30°內之提取係15%。對於定向FFP，在30°內之提取係22%。
因此，在圖1A至圖1D之實例中，定向FFP對比一朗伯發射器在0至30°之範圍內達成40%之一相對定向性改良。一些實施例之特徵為相對於一朗伯發射器之此一定向性增強。表1針對某些實施例展示針對各種角範圍之增強之值及在一角錐內之發射分率。一些實施例達成至少此等增強及在一角錐內之此等發射分率。
角度範圍 對比朗伯之增強 在錐中之發射分率
0°至20° 20% 14.5%
0°至20° 50% 18%
0°至20° 100% 24%
0°至30° 20% 30%
0°至30° 40% 35%
0°至30° 60% 40%
0°至45° 10% 55%
0°至45° 20% 60%
0°至45° 30% 65%
對定向性之個體效應
在一些實施例中，一NW發射器之光學設計經組態以影響其定向性。光學設計指代NW LED之幾何結構，包含其高度、橫向尺寸/直徑、漸縮、橫截面之形狀(例如，圓形、六邊形…)等。其進一步包含NW LED中之各種層組成之厚度及折射率。
一例示性NW LED包含具有一或多個發光層(例如，量子阱或雙異質結構)之一作用區。此後，將論述III族氮化物LED，但可考量其他材料系統。一例示性III族氮化物NW磊晶堆疊可如下(起始於一生長基板)：n-GaN層；InGaN底層(例如，塊體或超晶格，可能n摻雜)；GaN下間隔層(例如，無摻雜及/或n摻雜)；作用區，諸如一QW/障壁堆疊(例如，無摻雜)；GaN下間隔層(例如，無摻雜及/或p摻雜)；AlGaN電子阻擋層(例如，p摻雜)；及p-GaN層。
一般而言，生長基板可為藍寶石、矽、SiC、獨立GaN、生長於另一材料上之GaN或InGaN緩衝物(buffer)。生長基板可用一遮罩圖案化以促進NW在遮罩開口中之生長。在生長之後，可將NW轉移至一基台(submount)部件(例如，其中NW之n側抑或p側朝向基台)，且可移除基板。N型及p型接觸件形成至NW。通常，數個NW並聯地接觸在一起以形成一LED。該LED可形成一顯示系統之一子像素。
一些實施例依靠由p接觸件引起之光學干涉來影響FFP。在一些實施例中，由作用區發射之光由p接觸件反射而引起干涉。各種層之厚度及折射率可經組態以控制此干涉，如下文將論述。
在一些實施例中，p接觸件可包含一高度反射金屬層，包含Ag及/或Al。p接觸件可進一步包含例如在p-GaN與金屬之間之一透明導電層(例如，一透明導電氧化物(TCO))。
圖2A展示一NW LED 200之一例示性結構。明確言之，NW LED 200係一NW LED之一單一線。NW 200具有數個磊晶層，包含一p-GaN層220、一作用區210、及一n-GaN層250、由一金屬層240及一TCO層230組成之一p接觸件、及由另一TCO層255組成之一n接觸件。諸接觸件可進一步橫向延伸且接觸一NW LED之一NW陣列中之其他NW。
圖2B及圖2C中展示NW之其他例示性部分結構，其等相較於NW 200具有p接觸件結構之不同層。例如，在一些情況中，p接觸件包含至少50 nm (例如，100 nm或更多、200 nm或更多)厚以提供足夠反射率之至少一個Ag層280。層280可包含除Ag之外之金屬，例如，與Ag合金化。額外金屬可以微量形式存在(例如，藉由摻雜或擴散)，作為薄層存在於Ag層中(在此層之主體(bulk)中抑或在其表面處)。圖2B中所展示之結構亦包含存在於Ag/半導體界面處之一界面層270。界面層270可為另一金屬(例如，Ti、Al、Ni、Pt)之一薄層且可促成一低接觸電阻。界面層270可具有10 nm或更小(例如，3 nm或更小、10 Å或更小、3 Å或更小，諸如1 Å)之一厚度。其可為Ag及另一層之合金層。界面層270可沈積或擴散至Ag/半導體界面。
在此等不同實施例中，期望由NW發射之光之一足夠反射率。在一些實施例中，接觸堆疊對於由作用區發射之光在法線入射下之單反彈(single-bounce)反射率係80%或更高(例如，85%或更高、90%或更高、93%或更高、95%或更高、97%或更高，諸如99%或更高)。界面層270可經組態以確保此反射率(例如，藉由確保界面層足夠薄以限制其吸收)。圖2B中所展示之堆疊亦包含在Ag層280與基台260之間之一金屬堆疊285。此堆疊可提供各種功能(例如，囊封、擴散障壁、黏著、熱傳導、機械順應性)，且可包含Ag、Al、Au、Ni、Ti、Pt、Sn、Cu及其他金屬。
圖2C展示一替代金屬堆疊，其中一TCO層258 (諸如ITO、ZNO、IZO、CuO或其他TCO)進一步存在於界面層270與半導體層220之間。
在具有一金屬層之實施例中，p接觸件充當一鏡面，此引起由該鏡面反射之光與由作用區210發射之光之間的干涉。圖2A繪示此干涉：自作用區210向下(在p方向上)發射之光藉由金屬層240反射向上，且干涉自作用區210向上(在n方向上)發射之光。此一幾何結構可被稱作半腔(half-cavity)幾何結構，因為干涉僅藉由一個鏡面引起(相較於一習知腔中之兩個鏡面)。
不希望受理論束縛，在下文中，在論述NW LED中之實施例之前，吾人首先在一平面幾何結構之情況中(即，針對具有無限橫向範圍之一LED)論述半腔干涉。
干涉之一重要參數係作用區與鏡面之間之光學厚度。在本發明中，d1指定作用區之頂部與p鏡面之間之光學厚度，且dc指定作用區之中心與p鏡面之間之光學厚度。圖2A繪示NW 200之d1及dc。為清楚起見，光學厚度係實體厚度與在一所關注波長(例如，作用區之峰值發射波長)下之折射率之乘積。例如，對於具有在下表中給出之層(與在所關注波長下之折射率)之一磊晶堆疊：
層名稱 材料 厚度(nm) 折射率
p金屬 Ag 100 0.05+2.5*i
ITO間隔件 ITO 50 1.8
p-GaN GaN 100 2.5
作用區 GaN/InGaN 40 2.6
光學厚度d1及dc如下： d1 = 100 x 2.5 + 50 x 1.8 = 340 nm dc = 20 x 2.6 + 100 x 2.5 + 50 x 1.8 = 392 nm。
d1可為用於特性化由作用區之頂部(p側)發射之光之光學干涉的一有用量；dc可為用於特性化由作用區之中間發射之光之光學干涉的一有用量。在一些實施例中，大部分之光係在作用區之頂部附近發射(例如，藉由p側QW)；在一些實施例中，光係跨作用區發射且dc近似特性化發射之中心。在一些實施例中，作用區係薄的(例如，小於10 nm)，且d1與dc實際上相等。自作用區210傳播且藉由鏡面(金屬層240)反射之光經歷與d1/dc成比例之一相移。鏡面之金屬進一步誘發一相移(例如，若鏡面係Ag基的，則其可誘發大約-π /2之一相移)。接著，發射光之總相移係歸因於在透明層中之傳播與鏡面處之反射之相移的總和。取決於此總相移之值，可在一給定方向上發生建設性或破壞性干涉。
圖3A繪示歸因於自一鏡面340之反射之來自一NW 300之層330內之傳播的累積相移。在此實例中，NW層320及330具有一恆定折射率n 且一發光層310定位於距鏡面340之一距離t處(在此情況中，光學厚度係d1=n *t)。
歸因於兩個波之間之干涉，在方向θ上發射之電場係E = E0(1 + |r| exp i [ φ + 2n k t cos(θ)])，其中E0係一塊體介質中之發射場之強度，r = |r| exp iφ係鏡面反射率，k=2π /λ，其中λ係發射波長，t係發光層310與鏡面340之間之厚度，且θ係發射角。當總相移係：φ + 2n k t cos(θ) =m *2*π (其中m 為一整數)時，在一給定方向上發生建設性干涉。在此情況中，材料係均勻的且光學距離d1簡單等於n *t。
發射強度I(θ)係電場E之平方。若鏡面係完美的(即，|r|=1)，則其可達到4之最大增強(建設性干涉)及0之最小值(破壞性干涉)。
圖3B係繪示針對具有Ag鏡面之GaN LED (n=2.5)，由此干涉引起之I(θ)之一繪圖。I(θ)藉由I0 (一塊體材料中之值)正規化。因此，一值I(θ)=2意謂發射強度因干涉效應增強兩倍。
針對此繪圖考量兩個例示性值。案例1：當t = 112 nm時，在垂直方向上發生建設性干涉而具有將近4之一值。案例2：當t = 120 nm時，在θ=20°下發生建設性干涉。
圖3C展示由此干涉效應引起之淨提取效率。圖3C係與圖3A至圖3B中相同之LED之依據厚度t而變化之至空氣中之總提取之一繪圖。提取隨著t振盪，具有一週期λ/2n (其係約90 nm)。在此實例中，可在t之完美調諧之情況下達成高於20%之至空氣中之一提取效率。若尋求一特定定向性，則t之最佳值可變化；提取效率可高於10% (例如，15%或更高、20%或更高)。其他設計可促進甚至更高之提取效率(例如，30%或更高、40%或更高、50%或更高)。
在其中折射率不均勻之一更複雜結構中，項t*n 應由光學厚度d1 (或分別地dc)取代，且法線入射下之建設性干涉之條件係：φ + 2 d1 k = m*2*π 。
總而言之，藉由組態半腔之光學設計，干涉可增強或抑制在一些方向上之發射。光學設計之組態可包含：選擇層之厚度及折射率；選擇具有所要反射率及/或相移之一金屬鏡面；組態一光學厚度以引起一方向上之干涉；組態具有一金屬反射體及一TCO層之一接觸件；選擇一NW之半徑或形狀；及此項技術中已知之其他手段。在一些實施例中，組態光學設計包含：選擇一角度，及組態由一鏡面反射之光之一光學長度(optical length)以獲得所述角度下之建設性或破壞性干涉。
本發明之一些實施例在NW LED中利用此半腔干涉。與簡單平面幾何結構相比，在此情況中之光發射更複雜，且現將進行論述。
圖4A展示一NW LED 400中之光發射之兩個軌跡。在此實例中，NW 400包含一基台440、一p接觸層432、一半導體層430、一發光區410、另一半導體層420及一n接觸層422。在其他軌跡中，發光區410沿著兩個不同路徑將光發射至半導體層420中。在水平方向附近發射之光可自側壁逸出，且將被稱為側壁光。在藉由圖4A中之虛線繪示之一側壁光錐內之光發生此。光錐之角度(從水平方向計)係asin(n_ext/n_in)，其中n_ext及n_in係外部介質及LED介質之折射率(此表述對自作用區之中心發射之光適用，但可針對其他發射位置給出一正確數量級)。因此，若NW 400係GaN基的(折射率~ 2.5)且外部介質具有一折射率1 (分別地1.5)，則光錐之角度係約24° (分別地37°)。
另一方面，在光錐外部發射之光歸因於全內反射而藉由NW側壁反射，且形成導引光。
圖4B展示導引光在層420內反彈數次且形成沿著NW 400之軸線傳播之一導引模式。具有不同對稱性(例如，在一圓形NW之情況中，TE、TM、HE及HM對稱性)之多種模式係可行的。此等模式之各者之特徵可為沿著NW軸線之其傳播角θ。此等導引模式類似於一光纖之模式。一般而言，模式之數目隨著NW半徑(或更一般而言，其橫向尺寸)之增加而增加。
圖5A展示一所得發射圖之一實例(即，由作用區發射之光之強度對比角度)。在側壁光錐中，光可作為一寬連續體發射。在光錐外部，光在對應於導引模式(此處展示模式1及模式2，具有約20°及45°之各自傳播角度)之一系列離散方向上發射。
歸因於干涉效應，一些實施例可藉由選擇性地激發一些導引模式及/或側壁光而達成定向性。選擇性地激發意謂引起在一方向上發射之功率量之一變動(一增加抑或一減小)。
在一些實施例中，側壁光係非所要的，因為其係在水平方向附近發射。NW之光學設計可經組態以引起水平方向附近之破壞性干涉以抑制此發射。在一些實施例中，光學設計經組態以在90°或85°或80°或75°或70°之一角度θ下及/或在範圍在70°至85°之一或多個角度下產生破壞性干涉。
圖5B展示其中抑制側壁光發射之一實施例中之一發射圖之另一實例。在一些實施例中，自一NW LED之側壁發射之光量係30%或更少(例如，25%或更少、20%或更少、15%或更少、10%或更少、5%或更少)。
在一些實施例中，尋求一些導引模式相對於其他導引模式之選擇性激發。例如，一NW可具有支援以角度θ1及θ2傳播之兩個導引模式的一半徑。NW之光學設計經組態以引起角度θ1下之建設性干涉及/或角度θ2下之破壞性干涉，使得優先激發模式1。圖5C展示此一實施例之一例示性發射圖，其中抑制模式2中之發射。
圖5D展示其中抑制模式2及側壁光之一實施例之一例示性發射圖。
藉由圖3B繪示之干涉圖案可適於達成此一效應，因為其等增強小角度下之發射且抑制接近50°之中間角度下之發射。導引模式之此選擇性激發可導致一定向FFP，因為一些模式係在NW外部在FFP中之特定方向上發射。
在一些實施例中，選擇一發射方向；且NW之光學設計經組態以獲得發射方向上之建設性或破壞性干涉。實施例包含如本文中教示般組態LED之方法。
在某些實施例中，一NW支援至少兩個導引模式。NW包含一鏡面，且發射光與鏡面之光學干涉抑制至在一預定角範圍中傳播之導引模式中的發射。在一些實施例中，實質上抑制在自40°至50° (及/或30°至40°、50°至60°、60°至70°)之一範圍內之發射。在一些實施例中，在經抑制角範圍內發射總發射之10%或更少(例如，5%或更少、2%或更少)。
在一些實施例中，一NW支援至少兩個導引模式。NW包含一鏡面，且發射光與鏡面之光學干涉引起將總發射之30%或更多(例如，40%或更多、50%或更多、60%或更多、70%或更多)引導至一個模式中；及/或將發射之20%或更少(例如，10%或更少、5%或更少、2%或更少)發射至其他模式中。
在一些實施例中，一NW支援至少兩個導引模式。NW包含一鏡面，且發射光與鏡面之光學干涉引起模式之一分率之選擇性激發。此導致一定向FFP，其之定向性可藉由表1之值來描述。
可以絕對項來量化至模式中之發射之一變化。在一些實施例中，尋求發射增強，且一模式或一模式子集被選擇性地激發且接收由作用區發射之總光之30%或更多(例如，40%或更多、50%或更多、60%或更多、70%或更多)。在一些實施例中，尋求發射抑制，且一模式或一模式子集被選擇性地激發且接收由作用區發射之總光之20%或更少(例如，10%或更少、5%或更少、2%或更少)。至模式中之發射之一變化可藉由其歸因於干涉之相對變化來量化。在一些實施例中，一模式在不存在干涉之情況下(即，在不具有鏡面之一無限NW中)接收一第一發射，且其在存在干涉之情況下(即，在存在鏡面之情況下)接收一第二發射，且將發射之變化量化為第二發射對第一發射之比率。在一些實施例中，尋求發射增強，且該比率可為1.5或更大(例如，2或更大、2.5或更大、3或更大、3.5或更大、4或更大)。高於2之比率可為不平凡的，因為其等可能由波干涉引起(與僅非同調反射相反)。在一些實施例中，尋求發射抑制，且該比率可為1或更小(例如，0.8或更小、0.5或更小、0.3或更小、0.2或更小、0.1或更小、0.05或更小、0.01或更小)。
在此等實施例中，干涉條件可能並未藉由上文所描述之相位匹配方程式嚴格給出：此等係關於一平面系統，且引起一NW中之一模式之干涉的特定光學設計將稍微不同。然而，鑑於本文中之教示，可針對特定幾何結構判定此光學設計(例如，藉由包含此項技術中已知之數值模型化之電腦模擬)。
在一些實施例中，具有接近於NW軸線之一傳播角之模式係較佳的，因為此等模式可具有一更定向FFP。特定言之，一些模式之FFP在對應於其等傳播角之一角度下近似最大(在藉由史奈爾定律將角度變換至外部介質之後)。若模式之傳播角將其置於NW之頂表面之逸出錐內部，則情況可尤其如此。
此繪示於圖6A及圖6B中，圖6A及圖6B繪示來自一奈米線600之兩個導引模式之發射。在圖6A中，一導引模式以一低內部角θin沿著NW 600之軸線傳播。此角度小於用於提取至外部介質(例如，自GaN至空氣)之臨界角。在撞擊於NW頂表面上時，該模式因此以一良好效率逸出刻面，此係因為其主波向量(main wavevector)可在外部介質中傳播，且該模式之FFP主要在藉由史奈爾定律給出之外部方向θout上引導(n_in sin θin = n_out sin θout)。因此，可利用此一模式來獲得良好定向性。
圖7A繪示在自GaN至空氣之提取之情況中之史奈爾定律。例如，在一GaN NW中具有10° (分別地，5°、7°)之一傳播角之一模式可具有具在空氣中大約25° (分別地，12°、20°)之最大發射的一FFP，此可適合於一些應用。
相比之下，圖6B展示NW 600中以大於臨界角之一高角度θin傳播之一導引模式。主波向量之直接提取係不可能的，且該模式代替性地在各個方向上繞射。因此，此一模式可不利於定向發射。
因此，一些實施例可有利於至低角度模式中之發射。在一些實施例中，具有20°或更小(例如，15°或更小、10°或更小、5°或更小)之一傳播角之模式接收經增強發射。具有25°或更大(例如，30°或更大、在40°至50°、50°至60°或40°至60°之一範圍內)之一傳播角之模式接收經抑制發射。圖7B繪示各種角範圍。在一些實施例中，至頂部光錐內之導引模式中之發射係較佳的，且至超出此錐且進入側壁光錐之連續體中之導引模式中的發射並非較佳的。
在一些實施例中，NW之頂表面具有修改一或數個模式之發射方向之一非平面形狀。頂表面可為凹的、凸的或經紋理化。
除干涉效應之外，NW本身之形狀可能為光學設計之一重要參數。可選擇NW之半徑/橫向尺寸以在作用區之峰值發射波長下實現具有所要對稱性之所要數目個導引模式(例如，1個、2個、3個、4個、5個、少於10個)。一些模式對稱性具有至一些電偶極定向之較佳光學耦合。例如，在c平面III族氮化物發射器(及一些其他半導體)之情況下，發射偶極在平面內。此等偶極可優先耦合至具有HE及TE對稱性之模式(與具有TM對稱性之模式相比)。因此，可選擇NW半徑以產生具有一所要傳播角或一所要遠場輻射圖案之所要對稱性之一模式。接著，干涉效應經組態以優先發射至此模式中，且抑制至以其他角度傳播之模式中之發射。
圖8展示達成此之一方法800之一實例。在一初始步驟810中，選擇NW半徑/橫向形狀，且在步驟820中，判定NW之支援模式(例如，藉由模型化，此可假定無限長度之一NW)。在步驟830中，將一些模式選擇為所要的或非所要的；此選擇可藉由定義FFP之一優值(例如，在30°錐中之定向發射)來達成，且判定哪些模式促成此優值(例如，藉由運算其等遠場圖案)。基於此，在步驟840中組態NW之光學設計之其餘部分(層之厚度、鏡面材料及位置)以產生一干涉而選擇性地激發模式，如所規定。
在一些實施例中，選擇橫向尺寸使得NW實現三個模式。第一模式(例如，HE模式)具有一低傳播角且接收一實質光發射；此模式具有一定向FFP。第二模式(例如，TE模式)具有一較大傳播角；至此模式中之發射藉由干涉效應抑制。第三模式具有一對稱性(例如，TM模式)，該對稱性引起至此模式中之低光發射，因為其未良好地耦合至來自作用區之光發射。在第一模式中引導總發射之一足夠分率而導致一定向FFP。
在一些實施例中，一NW具有一作用區與僅一個(或兩個、三個)發射QW。在一些實施例中，實質上所有光係自其厚度為20 nm或更小(例如，15 nm或更小、10 nm或更小、5 nm或更小)之一區發射。此等薄作用區可促進干涉效應。應理解，可存在其他層(例如，實質上不發射光之「虛設」InGaN量子阱層)以例如改良材料品質。
一些實施例包含以依不同波長發射之NW為特徵且NW光學設計針對各發射波長不同使得在相同方向處或附近發生干涉而無關於發射波長的裝置。例如，一顯示器可包含分別發射紅色、藍色及綠色輻射之三個NW群組。尋求法線入射下之建設性干涉。各組NW包含一作用區、p-GaN及Ag基鏡面(對於其，φ = -π /2)。針對各發射波長選擇p-GaN之厚度t以確保滿足干涉條件：φ + 2 n k t = 2*π 。此導致所有NW之法線入射建設性干涉。下表展示可如何達成此之一實例：
   p-GaN折射率 p-GaN厚度(nm) d1 (nm) 發射波長λ (nm) d1 / λ
藍色NW 2.5 112 281 450 0.62
綠色NW 2.4 135 325 520 0.62
紅色NW 2.3 168 386 620 0.62
在一些實施例中，可能無法針對各NW群組獨立地控制p-GaN層之厚度。在此等情況中，可藉由在p-GaN與p金屬之間形成一透明導電層來達成相同效應，針對各NW群組選擇該透明導電層之厚度以達成所要干涉。下表展示在其中p-GaN厚度針對所有NW群組相同之一情況中可如何達成此之一實例：
   p-GaN折射率 p-GaN厚度 ITO 折射率 ITO厚度(nm) d1 (nm) 發射波長λ (nm) d1 / λ
藍色NW 2.5 112 1.8 0 281 450 0.62
綠色NW 2.4 112 1.75 32 325 520 0.62
紅色NW 2.3 112 1.7 75 386 620 0.62
雖然此處給出之折射率、厚度及波長僅為實例，但更一般而言，熟習此項技術者將理解如何組態不同波長之NW之光學設計以達成在相同方向上或接近相同方向之同時干涉。
儘管上文論述集中於LED之p側上之半腔效應，但可利用其他腔效應來操縱提取且影響FFP。例如，在其中自p側發射光之一裝置中(例如，若p側接觸件係透明的或半透明的)，可在裝置之n側上使用一半腔效應。此可藉由具有一金屬基鏡面n接觸件來達成，如上文已在p接觸件之情況中論述。替代地，一磊晶反射體(亦稱為分佈式布拉格(Bragg)反射體(DBR))可整合於磊晶堆疊中。可將此DBR放置於距發光區之一適當距離處以引起干涉。更一般而言，可將一或數個反射體(包含金屬鏡面、DBR、金屬/DBR混合體)放置於作用區之一個或兩個側上以引起干涉且影響FFP。對於III族氮化物LED，DBR可由GaN、AlGaN、AlInGaN、AlInN之層製成。
在一些實施例中，包圍發光區之橫向區具有一相對較低折射率。此減少側壁光發射。例如，NW之間之橫向區包含空氣或具有一低折射率(例如，1.4或更小、1.3或更小、1.2或更小)之一透明材料。低折射率材料可藉由各種方法獲得，包含使用一多孔介質(例如，包含氧化物或氮化物介電質之奈米多孔介電質)；或使用其中已分散奈米級(nanoscopic)低折射率夾雜物(例如，分散於一介電質或溶膠-凝膠或其他透明介質中之具有一空心的中空介電球)之一材料。
在一些實施例中，金屬與NW側壁重疊，例如，此係因為一金屬(n接觸件或p接觸件)沈積於具有NW及稍微過度蝕刻(而使NW之頂表面自平坦化劑略微突出)之一填料/平坦化劑材料的一樣本上。若發射光耦合至吸收電漿子，則此可引起光學損耗。因此，在實施例中，LED經組態以最小化吸收，包含歸因於電漿子耦合之吸收。例如，可選擇金屬及幾何結構以減少表面電漿子耦合。此可用具有合適折射率之一金屬來達成。取決於發射波長，一給定金屬(例如，Ag、Al、Ti、Ni、Au、其他金屬)可具有較低電漿子吸收，因為電漿子頻率遠離發射頻率。此可進一步藉由用成角度的或彎曲的或經修圓表面(包含半極性平面)取代尖銳隅角(例如，在一NW之頂部處)來達成。在一些實施例中，金屬與NW側壁重疊且經組態以引起表面電漿子之提取。
在一些實施例中，避免金屬與NW側壁重疊。此可例如藉由具有與NW頂表面精確或實質上齊平(例如，在+/-1 nm或3 nm或5 nm或10 nm或20 nm內)之一平坦化劑層來達成。此可藉由在NW頂表面與金屬之間插入一TCO層來實現。TCO之表面(與金屬接觸)可比NW頂表面更平滑，從而減少或移除導致金屬吸收之表面形貌。在一些實施例中，一平坦化劑形成在NW周圍，且平坦化劑稍微過度蝕刻而導致特徵為一高度之具有突出NW之一表面。一TCO經形成以與NW接觸，TCO具有特徵為第一高度之80%或更小(例如，50%或更小、20%或更小、10%或更小、5%或更小、1%或更小)之一第二高度的一頂表面。一金屬部分形成於TCO上方。對定向性之集體效應
在一些實施例中，多個NW以一預定空間組態(諸如二維NW陣列)來組態。陣列可為週期性的，其具有方形、矩形或三角形晶格。在一些實施例中，陣列可為準週期性的。例如，其可具有較長尺度變動之一短尺度週期性(例如，其可形成其中陣列間距在空間上變化之一超穎表面)。
此等NW陣列中之集體光學效應係此項技術中已知的。例如，陣列可充當一繞射光柵(或光子晶體)以將平面內傳播光繞射至一平面外方向。實施例可組合此等集體效應與個體效應以達成經改良定向性。因此，上文所揭示之技術用於組態個別NW之光學設計以優先在一些方向上發射光。陣列之光學設計可進一步經組態以將橫向光繞射於平面外。因此，實施例包含組態個別NW之設計及一NW陣列之設計兩者以達成一所要FFP之方法。
參考圖9，一擴展NW 910、920及930陣列900支援多種光學模式。各NW 910、920、930支援垂直方向上(即，沿著NW之軸線)之導引模式911。此外，由各NW發射之側壁光可在平面內導引(因為NW陣列在橫向方向上形成一有效波導)，從而導致形成橫向導引模式912。此等導引模式可降低總體光提取效率，且應被提取。
實施例可利用干涉效應以選擇性地激發一些垂直模式，如本文中所教示。此外，NW陣列900之光學設計可經組態以在一所要方向上繞射橫向導引模式。例如，可選擇NW之間距以滿足布拉格條件，以在期望發射之處以一角度繞射。色彩 / 色度效應
一些實施例以作為一顯示器之發射器之NW為特徵。該顯示器包含多個像素，各像素具有分別發射實質上藍色、綠色及紅色輻射之至少三個子像素。在此等實施例中，可期望避免子圖案之間之FFP之實質差異，因為此等可引起跨角度色彩(color-over-angle) (COA)之一變動。例如，若顯示器發射器可經設定以發射白光(例如，在D65色點處)，則因為不同子像素具有不同FFP，其之感知色彩可取決於光發射角而變化。
因此，在一些實施例中，各子像素經組態以提供一所要FFP，且三個子像素經組態使得其等FFP係類似的。此對於減少COA之變動可為有用的。可藉由一色彩空間(諸如(xy)或(uv)或(u’v’)色圖(color diagram))中之色度變動來量化COA之變動。特定言之，可由於(u’v’)色圖之經改良色彩均勻性而考量(u’v’)色圖，且對應色度差Du’v’可用於量化色差。給定顯示器之一所要白色色度(諸如D65)，各個發射方向全部具有與D65之一色度差，該色度差係5E-3或更小(例如，3E-3或更小、1E-3或更小)。
圖10A至圖10E係繪示COA效應之一系列繪圖。圖10A係展示經組態以在經適當混合時發射具有D65色度之白光之一組RGB LED之依據波長而變化的強度之一繪圖。LED之峰值波長/FWHM (以nm為單位)分別為460/25、530/30及650/45。此原色選擇實現DCI-P3色域之覆蓋。圖10B展示一繪圖，其展示其中B、G及R原色具有相當不同的FFP之一第一定向系統之依據角度而變化之FFP。圖10C係展示其中B、G及R原色具有相當類似之FFP之一第二定向系統之依據角度而變化的FFP之一繪圖。圖10D係展示圖10B之例示性系統之在(u’v’)圖中色度隨角度之變動的一繪圖。此處，各點對應於θ之5°步長。在法線入射時，系統如所設計般在D65 (藉由圓圈符號標記)處發射。然而，隨著角度增加，色度自D65顯著偏移。圖10E係展示依據發射角而變化之距D65之色度距離Du’v’之一繪圖。對於第一系統，Du’v’取得較大值：在θ=30°下，Du’v’ = 5e-3。相比之下，對於第二系統(圖10C)，Du’v’值保持較低：在θ=30°下，Du’v’ = 1.5e-3。
在一些實施例中，各子像素之光學設計經組態以獲得一近恆定COA。例如，藍色、綠色及紅色子像素中之導引模式之數目係實質上相等的。由各子像素中之鏡面引起之干涉效應引起相同角度下之增強或抑制。在一些實施例中，子像素之一或數個尺寸與其等發射波長成比例(即，對於各子像素，一厚度或距離除以波長係相等的)。例如，對於各NW類型，半徑除以發射波長係實質上相等的。一個實例如下(半徑/發射波長)：225/450 nm、260/520 nm、310/620 nm。因為馬克士威方程式(Maxwell’s equation)隨波長按比例縮放，所以此按比例縮放實現來自子像素之一類似光學行為且促進相同FFP。在一些實施例中，縮放將折射率之分散考慮在內，使得在子像素中，一光學路徑係相等的。光學路徑可與NW半徑或與發射光藉由一鏡面之干涉相關聯。
在一些實施例中，COA變動在一第一角範圍中較小，但在一第二角範圍中較大。若顯示系統主要依靠第一角範圍中之發射，則此可為可接受的。例如，一光學系統收集在0° (法線入射)與一截止角之間發射之光，且實質上不收集在截止角與90° (水平入射)之間發射之光。在此等實施例中，在第一角範圍中，COA可低於一所要值。例如，在與法線入射成+/- 20° (或+/- 10°、+/- 30°、+/- 45°、+/- 90°)之一發射錐內，發射之色度小於5E-3 (例如，3E-3或更小、1E-3或更小)之Du’v’。
因此，在一些實施例中，一顯示器經組態以發射一白色色度。顯示器具有在一角範圍內之一發射，該發射之角度平均色度實質上為白色色度。角範圍內之各方向具有具一局部色度之一局部發射，且各局部色度與平均色度之間之絕對Du’v’差小於1E-3。
在一些實施例中，代替一簡單色度圖，可採用一更複雜色彩空間(諸如CIELAB或CIECAM或CAM02-UCS)。在此等情況中，選擇一色差度量且選擇COA之一準則。例如，色彩空間可為CIELAB且色差可為此空間中之歐幾里德距離(Euclidean distance)。白點係顯示器之目標色彩(例如，D65)。
一些實施例組合實質定向性與小COA變動。其他 (Miscellaneous)
儘管各項實施例參考GaN基LED，但教示適用於其他材料。NW LED可包括由其他III族氮化物化合物(包含AlGaN、InGaN、AlInGaN)或其他半導體(包含AlGaAs、AlInGaP、AlInGaAsP、ZnO)製成之材料。
本文中所揭示之厚度值可接受一些公差。例如，值可理解為具有+/- 5 nm (例如，+/- 10 nm、+/- 15 nm、+/- 20 nm)之一公差。
儘管本發明之論述集中於NW LED，但教示可進一步適用於其他類型之LED。例如，一微型LED可具有一明確定義之模式結構，儘管不具有一NW形狀。如本文中所教示，LED之光學設計可經組態以引起與一反射鏡面之光學干涉以引起一些光學模式之選擇性激發(增強或抑制)。另外，一組RGB微型LED可顯示優先定向性，儘管不具有一NW幾何結構。如本文中所教示，各種色彩之LED之光學設計可經組態使得各色彩之FFP實質上類似，從而避免COA效應。
作為一實例，LED可具有一平面幾何結構，例如，其等可為具有在1 µm至20 µm之一範圍內之橫向尺寸及在1 µm至10 µm之一範圍內之垂直尺寸的微型LED。在一特定實例中，LED係具有約4x4x1 µm之尺寸之平行六面體。在此等LED中，橫向尺寸可足夠大使得存在由發光介質激發許多模式而無關於LED之波長，使得將R/G/B LED之橫向尺寸針對其等波長按比例縮放可為多餘的。無論如何，可應用上文所揭示之教示以確保R/G/B LED具有一類似FFP以減少COA假影。例如，LED仍可獲益於一發光層與一鏡面之間之干涉效應；在此情況中，按比例縮放發光層與鏡面之間之光學厚度(d1)可針對各色彩產生一類似COA。即，對於R/G/B LED，光學厚度與波長之比率可為實質上相等的。
圖11A至圖11C繪示此一實施例。圖11A至圖11C分別展示各自具有一平面形狀之紅色、綠色及藍色LED (1100、1110及1120)。LED 1100、1110及1120各自具有一鏡面1130 (例如，一p鏡面)。LED 1100具有藉由一半導體層1102與鏡面1130分離之一發射層1101 (例如，一紅色QW層)。LED 1110具有藉由一半導體層1112與鏡面1130分離之一發射層1111 (例如，一綠色QW層)。LED 1120具有藉由一半導體層1122與鏡面1130分離之一發射層1121 (例如，一藍色QW層)。發射器與鏡面之間之各自光學厚度d1R、d1G及d1B (即，分別地層1102、1112及1122之光學厚度)經組態以與各自發射波長λ R、λ G、λ B實質上成比例，使得各LED具有一類似FFP。例如，各FFP具有一優先發射角θ R、θ G、θ B (其中FFP在對應角度下具有一峰值)且該等角度係實質上相等的。在一些實施例中，此等角度在+/- 5° (或+/- 1°、+/- 3°、+/- 7°、+/- 10°)內相等。
圖12A至圖12D藉由模型化具有半腔效應之平面LED之FFP及色度來進一步繪示此方法。LED具有各自發射波長450 nm、520 nm、620 nm。其等包含放置於一GaN介質(n=2.5)中且發射至空氣中之與銀鏡面相距一距離t的一量子阱。在一簡單情況中，所有三個LED共用相同值t=115 nm (此值針對藍色LED之提取進行最佳化)。此導致圖12A之繪圖中所展示之FFP：綠色及紅色LED已抑制大角度下之發射，因為其等失諧(detuned) (對於此等較長波長下之提取，t之值太低)。相比之下，某些實施例藉由具有t/λ (t/lambda)之近恆定值來校正此。藉由t_b=115 nm、t_g=133 nm、t_r=158 nm將達成完全恆定值。代替性地，吾人採用t_b=110 nm、t_g=133 nm、t_r=163 nm，即，藍色及紅色LED分別自目標值失諧-5 nm及+5 nm，以繪示與標稱值之小偏差係可接受的。所得FFP展示於圖12B中之繪圖中。三個FFP之間之差異遠不如圖12A中明顯。
接下來，調諧LED以在法線入射時發射一D65色度，且在圖12C之繪圖中展示所得COA度量Du’v’。對於圖12A之系統，COA係實質的，而對於圖12B之實施例，其顯著減小。圖12D展示圖12C之一縮放版本。圖12D展示實施例在一30度錐中將Du’v’維持在3E-3以下，且在一45度錐中維持在6E-3以下。此繪示LED之尺寸之適當按比例縮放可如何實現一低COA。在此實例中，折射率隨波長之分散被忽略，但其當然可被考量(吾人將使光學距離d1隨波長按比例縮放，而非使實體距離t隨波長按比例縮放)。
教示可一般化至LED之其他幾何性質。例如，在一些實施例中，LED可具有傾斜或非垂直側壁，且側壁之斜率/形狀/角度經組態使得FFP對於R/G/B LED係實質上相等的。圖13繪示具有具非垂直側壁之R/G/B LED之一陣列1300。明確言之，一藍色LED 1310、一綠色LED 1320及一紅色LED 1330全部藉由一共同基台1301支撐。各LED包含一鏡面(鏡面1312、1322及1332)及一光發射區(分別為區1311、1321及1331)。鏡面及作用區係藉由一對應半導體堆疊(分別為堆疊1313、1323及1333)分離。d1 (堆疊1313、1323及1333之光學厚度)之值及LED之幾何結構經組態以確保LED之間之一類似FFP以減少COA。例如，可首先根據針對各波長之一諧振條件來選擇d1之值，且幾何結構之其餘部分(諸如側壁角、LED高度、各種表面之表面狀態)可進一步經組態以使FFP實質上類似。在一些實施例中，一些表面經粗糙化。例如，LED之頂表面經粗糙化(例如，藉由一化學或光化學或光電化學或乾式蝕刻)。此粗糙度可與腔效應相互作用以提供高提取以及更不容易出現COA假影之一更擴散的FFP。
光學厚度(其係實體厚度與折射率之乘積)係以長度單位進行表達。實施例可包含具有一發光區及一反射區(例如，一鏡面)之一LED。為了使反射區引起僅具有幾個波瓣之發射光之干涉，光學距離應足夠小。例如，其應為光之波長之20倍或更小(例如，10倍或更小、5倍或更小、3倍或更小、2倍或更小)。替代地，對於可見波長，其可為10 µm或更小(例如，5 µm或更小、2 µm或更小、0.5 µm或更小)。
在具有一相對較厚作用區之LED之情況中，為了確定性，除非另有定義，否則光學距離係從作用區之實體中心量測。在其中已知實際發射中心之情況中(即，若已知發射來自作用區之p側)，熟習此項技術者將知道使用此值來代替作用區之實體中心。
教示適用於各種微型LED。微型LED可藉由其等尺寸(通常，50 µm或更小之橫向尺寸)而區別於習知LED。在一些實施例中，一微型LED晶片具有50 µm或更小(例如，25 µm或更小、20 µm或更小、15 µm或更小、10 µm或更小、7 µm或更小、5 µm或更小、3 µm或更小)之一特性橫向尺寸。
此外，一微型LED晶片可藉由其發光性質(包含自頂部發射之光對自側刻面發射之光之比率)而區別於一習知LED晶片。在一些實施例中，LED具有實質上為平面且平行於發光區之平面的一頂部刻面，及與頂表面相交之側壁刻面(此等可為平面的或彎曲的、垂直的或傾斜的)。所有刻面可在一半導體(包含III-V族半導體、III族氮化物化合物、AlInGaAsP化合物)與一外部介質(包含空氣，或諸如聚矽氧或環氧樹脂或一囊封劑之一透明介質)之間。一些微型LED之特徵為具有來自側壁刻面之光發射對所發射之總光之一相對較大比率(為清楚起見，該比率可定義為(自側壁發射之光)/(自側壁+頂部發射之光))。此比率可為20%或更多(例如，30%或更多、40%或更多、50%或更多，例如，55%)。此與其中比率可小於10% (且有時小於5%)之薄膜習知LED形成對比。此亦與其他大尺寸LED (例如，其中保留藍寶石基板之LED)形成對比，因為在此等習知LED中，光係自基板而非半導體側壁本身發射。在一些實施例中，移除LED之生長基板。
更廣泛而言，一些實施例之特徵為具有小橫向尺寸之一組合且具有至少四個刻面，該等刻面之各者發射總發射光之至少5% (或10%)。此等可稱作多刻面微型LED，且一般化具有側壁發射之微型LED。此等LED之特徵亦可為其等實體尺寸，因為一刻面之表面積通常與來自該刻面之光發射大致成比例。在一些實施例中，刻面之各者具有一表面積，該表面積係光發射總表面積之至少5% (或10%)。在一些實施例中，LED具有一頂部刻面及複數個側壁，且側壁之累積表面積係頂部刻面之表面積之至少20% (或50%、100%)。
在多刻面微型LED中，自各刻面發射之光具有一刻面FFP。刻面FFP組合以形成微型LED之一總體FFP。此繪示於圖14A中，圖14A展示具有傾斜側壁之一LED 1400。展示來自一頂部刻面1410及一傾斜側壁1420之FFP。在實施例中，刻面FFP共同經組態以獲得一所要FFP。
在一些實施例中，LED具有藉由一光學厚度分離之一發光區及一反射區，且選擇光學厚度與發射波長之比率以促成在一給定方向上(即，依FFP中之一選定角度)之發射。來自各刻面之FFP可協作以聯合產生定向發射。例如，一第一刻面具有一第一優先發射角且一第二刻面具有一第二優先發射角，且該等角度實質上相等(例如，在小於+/- 20度、小於+/- 10度、小於+/- 5內)。此可藉由組態光學厚度(使得腔效應在生LED內部產生角峰值)及組態側壁之幾何結構之一組合來達成。
圖14B中繪示一實例，其展示一多刻面LED 1450。光學距離經組態以產生在LED晶片內部在第一及第二內方向上之優先發射，如本文中所教示。刻面之幾何結構(此處，傾斜側壁之傾斜角)經組態使得以第一及第二內方向傳播之光藉由兩個刻面以第一及第二外方向發射至LED外部，該等外方向實質上類似。
在一些實施例中，一或數個刻面(包含頂部刻面、側壁)在光學上不平滑，而是經紋理化或粗糙化。RMS粗糙度可為100 nm或更大(例如，500 nm或更大、1 µm或更大)。
此等教示可進一步適用於經組態以具有實質上類似FFP或一相同優先發射方向之多個LED (例如，以不同波長發射，諸如R/G/B LED)。
在一些實施例中，FFP之特徵為具有數個角波瓣(例如，在不同發射角下之數個局部最大值)。可存在至少2個波瓣(例如，3個或更多個波瓣、5個或更多個波瓣)。FFP波瓣之對比度(其定義為波瓣處之最大強度除以兩個波瓣之間之最小強度的比率)可為1.1或更高(例如，1.2或更高、1.5或更高、2或更高、5或更高)。此等高對比度特性化具有優先發射方向之LED。為簡單起見，可在計算對比度之前在方位角上平均化FFP。可在一所要角發射錐內計算對比度。圖15繪示一角發射錐內之兩個波瓣之間的對比度定義。
如先前所提及，包含NW LED及微型LED之所揭示LED可併入至一顯示器中以提供有利COA性質。參考圖16，一例示性顯示器1600包含由一邊框1620包圍之一作用區域1610。作用區域係由一像素1630陣列組成，各像素1630由三個子像素(例如，R、G、B子像素) 1640組成。各子像素1640係由各自經設計以發射相同波長下之光之一或多個LED (例如，多個NW LED)組成。顯示器1600亦包含一電子控制器1650及一電源1660，電子控制器1650及電源1660經組態以將驅動信號供應至像素。顯示器1600之大小及解析度可視需要變化。較小顯示器(諸如用於可穿戴裝置(例如，智慧型手錶)之顯示器)、中等大小顯示器(例如，用於智慧型電話)及較大顯示器(例如，桌上型監視器、TV)。
實施例可進一步包含一種組態一顯示器之方法，該方法包含： - 選擇特徵為一方向及一半角之一發射錐，顯示器之發射性質與發射錐有關 - 選擇具有一白色色度之一顯示器白點，及一色度公差(例如，1E-3) - 組態具有非朗伯發射圖案FFPr、FFPg、FFPb之R/G/B LED，使得當顯示器發射白點時，發射錐內之所有方向具有一色度，該色度至白色色度之Du’v’距離低於色度公差。
實施例進一步包含藉由此方法獲得之裝置。在本文中，一非朗伯FFP係在發射錐內之一方向上明顯偏離(例如，達至少10%)一朗伯FFP之FFP。
實施例可包含操作如本文中所教示之LED之方法，及包含如本文中所教示之LED之顯示系統(包含AR及VR顯示器)。
實施例可包含紫色LED、藍色LED、綠色LED、黃色LED、紅色LED。為確定性起見，峰值波長之對應範圍係：400 nm至430nm、430 nm至480 nm、500 nm至550 nm、550 nm至600 nm、600 nm至680 nm。
除了對定向性之影響之外，實施例亦可經組態以達成珀塞爾(Purcell)因數FP之一所要值(相較於一無限均勻半導體中之發射，其特性化因光子環境引起之自發發射率之相對變動)。如此項技術中已知，FP之值可藉由d1之值及腔干涉效應控制。在一些實施例中，FP係0.8或更高(例如，0.9或更高、1或更高、1.1或更高，諸如1.2)。
其他實施例在發明申請專利範圍中。
100:陣列 110:奈米線發光二極體(NW LED) 200:奈米線發光二極體(NW LED)/奈米線(NW) 210:作用區 220:p-GaN層/半導體層 230:透明導電氧化物(TCO)層 240:金屬層 250:n-GaN層 255:透明導電氧化物(TCO)層 258:透明導電氧化物(TCO)層 260:基台 270:界面層 280:Ag層/層 285:金屬堆疊 300:奈米線(NW) 310:發光層 320:奈米線(NW)層 330:層/奈米線(NW)層 340:鏡面 400:奈米線發光二極體(NW LED)/奈米線(NW) 410:發光區 420:半導體層/層 422:no接觸層 430:半導體層 432:p接觸層 440:基台 600:奈米線(NW) 800:方法 810:初始步驟 820:步驟 830:步驟 840:步驟 900:奈米線(NW)陣列 910:奈米線(NW) 911:導引模式 912:橫向導引模式 920:奈米線(NW) 930:奈米線(NW) 1100:紅色發光二極體(LED) 1101:發射層 1102:半導體層 1110:綠色發光二極體(LED) 1111:發射層 1112:半導體層 1120:藍色發光二極體(LED) 1121:發射層 1122:半導體層 1130:鏡面 1300:陣列 1301:共同基台 1310:藍色發光二極體(LED) 1311:區 1312:鏡面 1313:堆疊 1320:綠色發光二極體(LED) 1321:區 1322:鏡面 1323:堆疊 1330:紅色發光二極體(LED) 1331:區 1332:鏡面 1333:堆疊 1400:發光二極體(LED) 1410:頂部刻面 1420:傾斜側壁 1450:多刻面發光二極體(LED) 1600:顯示器 1610:作用區域 1620:邊框 1630:像素 1640:子像素 1650:電子控制器 1660:電源 d:光學厚度 d1:光學厚度/光學距離 d1B:光學厚度 d1G:光學厚度 d1R:光學厚度 dc:光學厚度 t:距離/厚度
圖1A係繪示來自一奈米線(NW) LED陣列中之一NW LED之發射之一示意圖。
圖1B係比較在自0°至90°之發射角下來自一例示性定向發射器及一朗伯發射器之相對發射強度之一繪圖(plot)。
圖1C係比較在自0°至90°之發射角下來自一例示性定向發射器及一朗伯發射器之發射分率之一繪圖。
圖1D係比較在自0°至90°之發射角下來自一例示性定向發射器及一朗伯發射器之具有一發射角範圍之光提取的一繪圖。
圖2A係一例示性NW LED之一示意性橫截面圖。
圖2B係另一例示性NW LED之一示意性橫截面圖。
圖2C係又一例示性NW LED之一示意性橫截面圖。
圖3A係展示由LED發射之光之射線路徑之一例示性NW LED之一示意性橫截面圖。
圖3B係展示兩個例示性NW結構之依據角度而變化之發射強度之一繪圖，其中發生干涉效應。
圖3C係展示依據分離一作用區與一鏡面之一厚度而變化之至空氣中之總提取效率的一繪圖。
圖4A係繪示導引光及側壁光軌跡之一例示性NW LED之一示意性橫截面圖。
圖4B係繪示圖4A中所展示之例示性NW LED內之導引模式之一示意性橫截面圖。
圖5A係展示來自一NW LED之一例示性發射輪廓之一繪圖。
圖5B係展示來自一NW LED之另一例示性發射輪廓之一繪圖。
圖5C係展示來自一NW LED之又一例示性發射輪廓之一繪圖。
圖5D係展示來自一NW LED之又一例示性發射輪廓之一繪圖。
圖6A係展示一例示性NW LED中之一第一導引模式之發射之一示意性橫截面圖。
圖6B係展示圖6A中所展示之例示性NW LED中之一第二導引模式之發射之一示意性橫截面圖。
圖7A係繪示在自GaN至空氣之提取之情況中之史奈爾定律(Snells’ law)之一繪圖。
圖7B係展示在各種角範圍下之發射強度之一繪圖。
圖8係展示用於設計一NW LED之一例示性方法之一流程圖。
圖9係一例示性NW LED陣列中之NW之一示意性橫截面視圖。
圖10A係展示在經適當混合時提供一D65白點之紅色、綠色及藍色LED之例示性光譜輸出的一繪圖。
圖10B係展示例示性紅色、綠色及藍色NW LED之依據角度而變化之遠場發射之一繪圖。
圖10C係展示另一例示性紅色、綠色及藍色NW LED之依據角度而變化之遠場發射之一繪圖。
圖10D係展示圖10B中所展示之NW LED之依據角度而變化之白點軌跡之一繪圖。
圖10E係針對對應於圖10B及圖10C之系統比較依據角度而變化之Du’v’之一繪圖。
圖11A係一例示性紅色LED之一示意性橫截面視圖。
圖11B係一例示性綠色LED之一示意性橫截面視圖。
圖11C係一例示性藍色LED之一示意性橫截面視圖。
圖12A係比較依據角度而變化之一例示性紅色、綠色及藍色LED之正規化遠場發射之一繪圖。
圖12B係針對兩個不同系統比較依據角度而變化之Du’v’之一繪圖。
圖12C係比較依據角度而變化之另一例示性紅色、綠色及藍色LED之正規化遠場發射之一繪圖。
圖12D係針對兩個不同系統在小於圖12B之一角範圍內比較依據角度而變化之Du’v’之一繪圖。
圖13係包含三個不同LED之一例示性裝置之一示意性橫截面視圖。
圖14A係一例示性多刻面LED之一示意性橫截面視圖。
圖14B係另一例示性多刻面LED之一示意性橫截面視圖。
圖15係展示依據極角而變化之FFP之一繪圖，其繪示一例示性LED之一角發射錐內之兩個波瓣(lobe)之間的對比度定義。
圖16係由LED組成之一顯示器之一示意圖。
200:奈米線發光二極體(NW LED)/奈米線(NW)
210:作用區
220:p-GaN層/半導體層
230:透明導電氧化物(TCO)層
240:金屬層
250:n-GaN層
255:透明導電氧化物(TCO)層
260:基台
d1:光學厚度/光學距離
dc:光學厚度

Claims (49)

  1. 一種包括複數個像素之全彩顯示器，該顯示器具有一白點、一發射方向及圍繞該發射方向之特徵為一半錐角θ 的一立體發射角，各像素包括： 一紅色子像素，其包括一紅色LED，該紅色LED具有經組態以將紅光發射至一發射角範圍中之一第一幾何結構，使得在該立體發射角內發射之該紅色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )； 一綠色子像素，其包括一綠色LED，該綠色LED具有經組態以將綠光發射至一發射角範圍中之一第二幾何結構，使得在該立體發射角內發射之該綠色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )；及 一藍色子像素，其包括一藍色LED，該藍色LED經組態以將藍光發射至一發射角範圍中，使得在該立體發射角內發射之該藍色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )， 其中該等紅色、綠色及藍色LED經組態使得在該立體發射角內之任何方向上，由該顯示器發射之白光與該顯示器之該白點具有小於0.01之一色度差Du’v’。
  2. 如請求項1之顯示器，其中該等藍色、綠色及紅色LED之各者分別包括一發光區及定位成與作用區相距小於1μ m之一光學距離之一反射區，使得各LED內之光學干涉引起光朝一遠場中一優先方向上發射，其中該等紅色、綠色及藍色LED之該發光區與該反射區之間的該等各自光學距離經組態使得來自該等紅色、綠色及藍色LED之發射光之該等各自優先方向在彼此之+/-10°內。
  3. 如請求項2之顯示器，其中來自該等紅色、綠色及藍色LED之發射光之該等各自優先方向在彼此之+/-5°內。
  4. 如請求項2之顯示器，其中來自該等紅色、綠色及藍色LED之發射光之該等各自優先方向在彼此之+/-3°內。
  5. 如請求項1之顯示器，其中： 該藍色LED包括發射在一藍色波長下之光之一藍光發射區，及與該藍光發射區分離達一第一光學距離之一藍色反射區； 該綠色LED包括發射在一綠色波長下之光之一綠光發射區，及與該綠光發射區分離達一第二光學距離之一綠色反射區；及 該紅色LED包括發射在一紅色波長下之光之一紅光發射區，及與該紅光發射區分離達一第三光學距離之一紅色反射區， 其中該第一光學距離與該藍色波長之間之一比率、該第二光學距離與該綠色波長之間之一比率及該第三光學距離與該紅色波長之間之一比率全部在彼此之10% (5%、3%)以內。
  6. 如請求項1之顯示器，其中各LED具有50μ m或更小之一特性橫向尺寸。
  7. 如請求項6之顯示器，其中該等紅色、綠色及藍色LED之至少一者係包括一頂部刻面及數個側壁刻面之一多刻面LED，其中在該多刻面LED之操作期間自各刻面發射光，且該等側壁刻面之一累積表面積係該頂部刻面之一表面積之至少20%。
  8. 如請求項7之顯示器，其中由該多刻面LED發射之該光之至少20%係透過該等側壁刻面發射。
  9. 如請求項6之顯示器，其中自該頂部刻面發射之光優先以相對於該頂部刻面之第一角度發射，自該等側壁之一者發射之光優先以相對於該頂部刻面之一第二角度發射，且該等第一及第二角度在彼此之+/- 10°內。
  10. 如請求項1之顯示器，其中θ 在自5°至45°之一範圍內。
  11. 如請求項1之顯示器，其中該等紅色、綠色及藍色LED各自特徵為各自之形狀，使得在該立體發射角內之任何方向上，由該顯示器發射之白光與該顯示器之該白點具有小於0.01之該色度差Du’v’。
  12. 如請求項1之顯示器，其中該等紅色、綠色及藍色LED分別特徵為一實體尺寸及一發射波長，且各LED之該實體尺寸與該發射波長之間的一比率在彼此之+/- 10%以內。
  13. 如請求項12之顯示器，其中各LED之該比率係近似相等的。
  14. 如請求項13之顯示器，其中該實體尺寸係選自由以下組成之群組：該LED之半徑、高度、特性垂直尺寸、特性水平尺寸及一發光區與一反射體之間之光學距離。
  15. 如請求項1之顯示器，其中該白點具有實質上等於D65之一色度。
  16. 如請求項1之顯示器，其中各LED包括一金屬基鏡面，且其實質上根據一方程式φ + 4 pid cos(θ) / λ = m*2*pi來組態，其中φ係特性化該LED之該金屬基鏡面與一相鄰層之間之一界面的一相移，d 係該LED之該界面與一發光區之間之一光學厚度，θ係在自0°至30°之一範圍內之一角度，且m 係在自1至3之一範圍內之一整數。
  17. 如請求項16之顯示器，其中該界面與該發光區之間之該光學厚度d 在滿足等式之10 nm內。
  18. 一種沿著一軸線延伸之一發光元件，其包括： 一n側部分，其包括一或多個n摻雜材料層； 一p側部分，其包括一或多個p摻雜材料層； 一或多個發光層，其等配置於該n側部分與該p側部分之間，該一或多個發光層經組態以在該發光元件之操作期間發射在一波長λ 下之光；及 一導電層，其與該p側部分接觸，該導電層在λ 下具有80%或更大之一反射比； 其中該發光元件具有使得發光元件支援在λ 下之光沿著該軸線傳播之至少兩個導引模式的實體尺寸，及 該p側部分具有沿著該軸線之一光學厚度，該光學厚度經選擇以與在λ 之該光在第二模式中之發射相比，優先增強在λ 之該光在第一模式中之發射。
  19. 如請求項18之發光元件，其實質上根據方程式φ + 4 pi d cos(θ) / λ = m*2*pi來組態，其中φ係特性化該導電層與該p側部分之間之一界面的一相移，d 係該p側部分之該光學厚度，θ係在自0°至30°之一範圍內之一角度，且m 係在自1至3之一範圍內之一整數。
  20. 如請求項18之發光元件，其中該導電層包括銀，且該發光裝置進一步經組態使得d /λ在0.55至0.70之一範圍內，其中d 係該p側部分之一光學厚度。
  21. 如請求項18之發光元件，其中該p側部分之沿著該軸線之該光學厚度經選擇以在該第一模式中，針對在λ 下之光導致自該一或多個發光層發射之傳播朝向該n側部分之該光與自該一或多個發光層發射之傳播朝向該p側部分之自該導電層反射之該光之間的建設性干涉。
  22. 如請求項18之發光元件，其中該發光元件係一奈米線發光二極體(NW LED)。
  23. 如請求項18之發光元件，其中該一或多個n摻雜材料層包括一n-GaN層。
  24. 如請求項18之發光元件，其中該一或多個p摻雜材料層包括一p-GaN層。
  25. 如請求項18之發光元件，其中該一或多個n摻雜材料層包括一n-TCO層。
  26. 如請求項18之發光元件，其中該一或多個p摻雜材料層包括一p-TCO層。
  27. 如請求項18之發光元件，其中該一或多個發光層包括一或多個量子阱(QW)層。
  28. 如請求項27之發光元件，其中該一或多個發光層包括三個至八個QW層。
  29. 如請求項18之發光元件，其中該發光元件自該發光元件之與該導電層相對之一端發射該光。
  30. 如請求項18之發光元件，其中該導電層包括一金屬。
  31. 如請求項30之發光元件，其中該金屬係選自由金、銀及鋁組成之群組。
  32. 如請求項18之發光元件，其進一步包括與該n摻雜部分接觸之一第二導電層。
  33. 如請求項18之發光元件，其中 λ 係一可見波長。
  34. 如請求項18之發光元件，其中該發光元件具有在自0.5 μm至5 μm之一範圍內之一軸向尺寸，及正交於該軸線之在自0.05 μm至0.5 μm之一範圍內之一最大橫向尺寸。
  35. 一種發光裝置，其包括： 如請求項18之複數個發光元件，其等各自經組態以在一共同方向上及一共同角範圍內發射在一共同峰值波長λ1 下之光，該等發光元件彼此間隔開達在自0.05 μm至1 μm之一範圍內的一距離。
  36. 如請求項35之發光裝置，其進一步包括第二複數個該等發光元件，該等發光元件各自經組態以在該共同方向上及該共同角範圍內發射在一共同峰值波長λ2 下之光，其中λ2 不同於λ1 。
  37. 如請求項36之發光裝置，其進一步包括第三複數個該等發光元件，該等發光元件各自經組態以在該共同方向上及該共同角範圍內發射在一共同峰值波長λ3 下之光，其中λ3 不同於λ1 及λ2 。
  38. 如請求項37之發光裝置，其包括多個像素，各像素包括三個子像素，該等子像素之一第一者包括該第一複數個發光元件，該等子像素之一第二者包括該第二複數個發光元件，且該第三子像素包括該第三複數個發光元件。
  39. 如請求項18之發光裝置，其中該發光元件支援少於5個導引模式。
  40. 一種包括複數個像素之全彩顯示器，該顯示器具有一白點，各像素包括： 一紅色子像素，其包括經組態以將紅光發射至一發射角範圍中之複數個奈米線發光二極體(NW LED)，該紅光之一強度之45%或更多沿著一第一方向發射至一角範圍中且對向30°之一立體角； 一綠色子像素，其包括經組態以將綠光發射至一發射角範圍中之複數個NW LED，該綠光之一強度之45%或更多發射至該角範圍中；及 一藍色子像素，其包括經組態以將藍光發射至一發射角範圍中之複數個NW LED，該藍光之一強度之45%或更多發射至該角範圍中， 其中在該角範圍內，由該顯示器發射之白光與該顯示器之一白點具有小於0.01之一色度差Du’v’。
  41. 一種包含複數個像素之全彩顯示器，該顯示器具有一白點、一發射方向及圍繞該發射方向之特徵為一半錐角θ 的一立體發射角，各像素包括： 一紅色子像素，其包括複數個紅色奈米線發光二極體(NW LED)，該複數個紅色奈米線發光二極體(NW LED)經組態以將紅光發射至一發射角範圍中，使得在該立體發射角內發射之該紅色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )； 一綠色子像素，其包括複數個綠色NW LED，該複數個綠色NW LED經組態以將綠光發射至一發射角範圍中，使得在該立體發射角內發射之該綠色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )；及 一藍色子像素，其包括複數個藍色NW LED，該複數個藍色NW LED經組態以將藍光發射至一發射角範圍中，使得在該立體發射角內發射之該藍色子像素之功率之一分率係至少1.2 * (1-cos(θ )2 )， 其中該等NW LED經組態使得在該立體發射角內之任何方向上，由該顯示器發射之白光與該顯示器之一白點具有小於0.01之一色度差Du’v’。
  42. 如請求項41之顯示器，其中θ 在自5°至45°之一範圍內。
  43. 如請求項41之顯示器，其中該等紅色、綠色及藍色LED各自特徵為各自之形狀，使得在該立體發射角內之任何方向上，由該顯示器發射之白光與該顯示器之該白點具有小於0.01之該色度差Du’v’。
  44. 如請求項41之顯示器，其中該等紅色、綠色及藍色LED分別特徵為一實體尺寸及一發射波長，且各LED之該實體尺寸與該發射波長之間的一比率在彼此之+/- 10%以內。
  45. 如請求項44之顯示器，其中各LED之該比率係近似相等的。
  46. 如請求項44之顯示器，其中該實體尺寸係選自由以下組成之群組：該LED之半徑、高度、特性垂直尺寸、特性水平尺寸及一發光區與一反射體之間之光學距離。
  47. 如請求項41之顯示器，其中該白點具有實質上等於D65之一色度。
  48. 如請求項41之顯示器，其中各LED包括一金屬基鏡面，且其實質上根據一方程式φ + 4 pid cos(θ) / λ = m*2*pi來組態，其中φ係特性化該LED之該金屬基鏡面與一相鄰層之間之一界面的一相移，d 係該LED之該界面與一發光區之間之一光學厚度，θ係在自0°至30°之一範圍內之一角度，且m 係在自1至3之一範圍內之一整數。
  49. 如請求項48之顯示器，其中該界面與該發光區之間之該光學厚度d 在滿足等式之10 nm內。
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