TW202228111A - 用於具有水平光發射的多色ｌｅｄ像素單元的系統及方法 - Google Patents

用於具有水平光發射的多色ｌｅｄ像素單元的系統及方法 Download PDF

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徐群超
徐慧文
李起鳴
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中國大陸商上海顯耀顯示科技有限公司
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Abstract

本發明揭示一種微型多色LED裝置，其包含用於發射一系列色彩之兩個或更多個LED結構。該兩個或更多個LED結構經垂直堆疊以組合來自該兩個或更多個LED結構之光。來自該微型多色LED裝置之光自該等LED結構之各者水平發射且經由一些反射結構向上反射。在一些實施例中，各LED結構連接至一像素驅動器及/或一共同電極。該等LED結構係透過接合層接合在一起。在一些實施例中，平坦化層圍封該等LED結構之各者或該微型多色LED裝置。在一些實施例中，在該裝置中實施反射層、折射層、微透鏡、間隔件及反射杯結構之一或多者以改良LED發射效率。包括微型三色LED裝置之一陣列之一顯示面板具有一高解析度及一高照明亮度。

Description

用於具有水平光發射的多色LED像素單元的系統及方法
本發明大體上係關於發光二極體(LED)顯示裝置，且更特定言之係關於用於發射不同色彩之具有不同亮度及微米級像素大小之LED半導體裝置的系統及製造方法。
近年來隨著迷你LED及微型LED技術的發展，消費性裝置及應用(諸如擴增實境(AR)、虛擬實境(VR)、投影、抬頭顯示器(HUD)、行動裝置顯示器、可穿戴裝置顯示器及汽車顯示器)需要具有改良之解析度及亮度的LED面板。例如，整合於一護目鏡內且靠近一穿戴者之眼睛定位之一AR顯示器可具有一指甲之一尺寸，同時仍需要一HD清晰度(1280x720個像素)或更高。許多電子裝置需要特定像素大小、相鄰像素之間的距離、亮度及LED面板之視角。通常，當試圖在一小顯示器上達成最大解析度及亮度時，維持解析度及亮度要求兩者係具有挑戰性的。相比而言，在一些情況中，像素大小及亮度在其等可具有一近似相反關係的同時難以平衡。例如，針對各像素獲得一高亮度可導致一低解析度。替代性地，獲得一高解析度可降低亮度。
通常，至少紅色、綠色及藍色經疊加以重現一廣泛色彩陣列。在一些例項中，為在一像素區域內至少包含紅色、綠色及藍色，在該像素區域內之不同非重疊區帶處製造單獨單色LED。當判定相鄰LED之間的距離時，現有技術面臨改良各像素內之有效照明區域的挑戰。另一方面，當判定一單個LED照明區域時，進一步改良LED面板之整體解析度可為一困難任務，因為具有不同色彩之LED必須在單個像素內佔據其等經指定區帶。
結合薄膜電晶體(TFT)技術之主動矩陣液晶顯示器(LCD)及有機發光二極體(OLED)顯示器在當今的商業電子裝置中變得愈來愈風行。此等顯示器廣泛用於膝上型個人電腦、智慧型電話及個人數位助理中。數百萬個像素一起在一顯示器上產生一影像。TFT充當個別地開啟及關閉各像素以使該像素變亮或變暗之開關，此容許方便及高效地控制各像素及整個顯示器。
然而，習知LCD顯示器遭受低光效率，從而引起高電力消耗及有限電池操作時間。雖然主動矩陣有機發光二極體(AMOLED)顯示面板通常消耗少於LCD面板之電力，但一AMOLED顯示面板仍可為電池操作之裝置中之主要電力消耗者。為延長電池壽命，需要降低顯示面板之電力消耗。
習知無機半導體發光二極體(LED)已證實優越光效率，此使主動矩陣LED顯示器更適用於電池操作之電子器件。驅動器電路系統及發光二極體(LED)之陣列係用於控制數百萬個像素，以在顯示器上呈現影像。單色顯示面板及全色顯示面板皆可根據各種製造方法來製造。
然而，將數千或甚至數百萬個微型LED與像素驅動器電路陣列整合係相當具有挑戰性的。已提出各種製造方法。在一種方法中，在一個基板上製造控制電路系統且在一單獨基板上製造LED。將LED轉移至一中間基板且移除原始基板。接著，藉由控制電路系統拾取該中間基板上之LED並一次一個或幾個地放置於基板上。然而，此製程效率低、成本高且不可靠。另外，不存在用於大規模轉移微型LED之現有製造工具。因此，必須開發新的工具。
在另一方法中，使用金屬接合將整個LED陣列與其原始基板對準並接合至控制電路系統。其上製造LED之基板保留於最終產品中，此可引起光串擾。此外，兩個不同基板之間的熱失配在接合介面處產生應力，此可引起可靠性問題。此外，相較於單色顯示面板，多色顯示面板通常需要更多LED及不同色彩的LED生長於不同基板材料上，從而使傳統製程甚至更複雜及低效。
顯示技術在當今的商業電子裝置中變得愈來愈風行。此等顯示面板廣泛用於固定大螢幕(諸如液晶顯示電視機(LCD TV)及有機發光二極體電視機(OLED TV))以及可攜式電子裝置(諸如膝上型個人電腦、智慧型電話、平板電腦及可穿戴電子裝置)中。固定大螢幕之大部分發展旨在達成一高視角以便適應多個觀眾及使多個觀眾能夠自各個角度觀看螢幕。例如，已開發各種液晶材料(諸如超扭轉向列(STN)及膜補償超扭轉向列(FSTN))以達成一顯示面板中之每一個像素光源之一大視角。
然而，大多數可攜式電子裝置係主要針對單使用者設計，且此等可攜式裝置之螢幕定向應調整為對應使用者之最佳視角而非用以適應多個觀眾之一大視角。例如，一使用者之一合適視角可垂直於螢幕表面。在此情況中，相較於固定大螢幕，以一大視角發射之光大多數被浪費。此外，大視角引起公共區域中使用之可攜式電子裝置之隱私顧慮。
另外，在基於一被動成像器裝置之一習知投影系統(諸如液晶顯示器(LCD)、數位鏡裝置(DMD)及矽上液晶(LCOS))中，該被動成像器裝置本身不發射光。明確言之，習知投影系統藉由光學調變自一光源發射之經準直光(即，例如藉由一LCD面板透射或例如藉由一DMD面板反射像素層級之部分光)來投射影像。然而，未經透射或反射之部分光被損耗，此降低投影系統之效率。此外，為提供經準直光，使用複雜照明光學器件來收集自光源發射之發散光。照明光學器件不僅引起系統體積龐大，而且將額外光學損耗引入至系統中，此進一步影響系統之效能。在一習知投影系統中，通常藉由光源產生之照明光的少於10%係用於形成投影影像。
由半導體材料製成之發光二極體(LED)可用於單色或全色顯示器中。當前顯示器採用LED，LED通常用作光源以提供待藉由(例如) LCD或DMD面板光學調變之光。即，藉由LED發射之光本身不形成影像。亦已研究使用包含複數個LED晶粒之LED面板作為成像器裝置之LED顯示器。在此一LED顯示器中，LED面板係一自發射成像器裝置，其中各像素可包含一個LED晶粒(單色顯示器)或各表示原色之一者之複數個LED晶粒(全色顯示器)。
然而，藉由LED晶粒發射之光係由自發發射產生且因此非方向性的，從而導致一大發散角。該大發散角可引起一微型LED顯示器中之各種問題。一方面，歸因於大發散角，僅可利用藉由微型LED發射之光之一小部分。此可顯著降低一微型LED顯示系統之效率及亮度。另一方面，歸因於大發散角，藉由一個微型LED像素發射之光可照明其相鄰像素，從而導致像素之間的光串擾、清晰度損失及對比度損失。減小大發散角之習知解決方案總體上可未有效地處置自微型LED發射之光，且僅可利用自微型LED發射之光之中心部分，而使以更傾斜角度發射之其餘光保持未被利用。
因而，可期望提供尤其解決上述缺點之用於顯示面板之一LED結構。
需要改良之多色LED設計，其等改良且有助於解決習知顯示系統(諸如上文所描述之彼等)之缺點。特定言之，需要一種LED裝置結構，其可改良亮度及解析度同時高效地維持低電力消耗。且亦需要具有用於更佳保護使用者之隱私之減小之視角或/及用於減少電力消耗之減少之光浪費及像素之間的減少之光干涉以及較佳影像的顯示面板。
本文中所描述之多色LED裝置藉由將至少三個微型LED結構放置於裝置結構之不同層處且利用單獨電極以接收控制電流來整合垂直堆疊之該至少三個微型LED結構。藉由如本文中所揭示將至少三個LED結構沿著一個軸對準放置，系統有效地增強一單個像素區域內之光照明效率，且同時改良LED面板之解析度。
節距係指一顯示面板上之相鄰像素之中心的距離。在一些實施例中，節距可自約40微米改變至約20微米、至約10微米、及/或較佳至約5微米或以下。已做出許多努力來減小節距。當判定節距規格時，固定一單個像素區域。
本文中所描述之多色同軸LED系統可自一單個像素區域發射具有不同色彩之一組合之光，而無需使用額外區域來容納具有不同色彩之LED結構。因此，一單個像素之佔用面積顯著減少且可改良微型LED面板之解析度。而來自一個微型LED裝置邊界之不同色彩的光之集中大大增強一單個像素區域內之亮度。
相較於依靠低效取置程序或不可靠的多基板方法之用於微型LED顯示晶片之習知製程，本文中所揭示之多色微型LED製程有效地提高微型LED裝置製造之效率及可靠性。例如，LED結構可與像素驅動器直接接合於基板上，而無需引入一中間基板，此可簡化製造步驟且因此增強LED晶片之可靠性及效能。另外，在最終多色裝置中未保留用於微型LED結構之基板使得可減少串擾及失配。另外，將平坦化應用於多色微型LED內之LED結構之一者或應用於整個多色微型LED，從而容許不同LED結構及/或其他層之直接接合或形成且對平坦化層內之現有結構之破壞較小。
本文中所描述之多色微型LED裝置可包含垂直光發射(例如，來自經堆疊LED結構之各者之光相對於一基板之表面實質上垂直發射)、水平光發射(例如，來自經堆疊LED結構之各者之光相對於一基板之表面實質上或僅水平地發射接著藉由一些反射結構實質上垂直地反射)，或其等之任何組合。由於垂直發射之光需要穿過多色微型LED裝置內之所有不同層，故實施改良光透射及光反射之各種層。相較於垂直光發射，自經堆疊LED結構之各者水平發射之光不需要穿過一特定結構上方之所有層。因此，水平光發射可具有較佳光透射效率且導致較佳光獨特性。
各項實施例包含具有整合式微透鏡陣列之一顯示面板。該顯示面板通常包含電耦合至對應像素驅動器電路(例如，FET)之像素光源(例如，LED、OLED)之一陣列。微透鏡陣列對準至像素光源且經定位以減少藉由像素光源產生之光之發散。顯示面板亦可包含一整合式光學間隔件以維持微透鏡與像素驅動器電路之間的定位。
微透鏡陣列減小藉由像素光源產生之光之發散角及顯示面板之可用視角。此繼而減少電力浪費，增加亮度及/或更佳保護公共區域中之使用者隱私。
具有整合式微透鏡陣列之一顯示面板可使用各種製造方法來製造，從而導致各種裝置設計。在一個態樣中，將微透鏡陣列直接製造為具有像素光源之基板之台面或突出部。在一些態樣中，自組裝、高溫回流、灰階遮罩光微影、模製/壓印/沖壓及乾式蝕刻圖案轉印係可用於製造微透鏡陣列之技術。
其他態樣包含組件、裝置、系統、改良、方法及包含與上述任一者有關之製造方法、應用及其他技術之程序。
一些例示性實施例包含安置於半導體基板上且圍繞發光區(例如，其中發射來自多色微型LED裝置之光之一區)之一反射杯。該反射杯可減少自發光區發射之光之發散，且抑制相鄰像素單元之間的光串擾。例如，反射杯可利用傾斜角度之光，此比習知解決方案更高效地收集及會聚此光以用於高亮度及電力高效顯示。另外，反射杯可阻擋自相鄰像素單元中之微型LED發射之光，此可有效地抑制像素間光串擾且增強色彩對比度及清晰度。本發明之例示性實施例可改良投影亮度及對比度，且因此降低投影應用中之電力消耗。本發明之例示性實施例亦可改良顯示器之光發射方向性，且因此在直視應用中對使用者提供較佳影像品質且保護使用者之隱私。本發明之例示性實施例可提供多個優點。一個優點在於，本發明之例示性實施例可抑制像素間光串擾且增強亮度。本發明之例示性實施例可以一較小節距抑制像素間光串擾同時以一電力高效方式增強一單個像素內之亮度。
在一些例示性實施例中，單像素多色LED裝置可包含與反射杯整合之一或多個頂部電極。該等頂部電極可與頂部電極層電連接。頂部電極與反射杯之整合可使單像素多色LED裝置結構更緊湊且簡化製程。藉由採用頂部電極，反射杯可作為單像素多色LED裝置之一共同P電極或N電極執行，且因此可提供單像素多色LED裝置之一緊湊結構。
在一些例示性實施例中，除了反射杯之外，微型LED像素單元亦可包含一微透鏡。該微透鏡可對準至發光區且經定位以減少自光源發射之光之發散且減小來自單像素多色LED裝置之可用視角。例如，微透鏡可同軸對準至發光區，且定位於發光區以及反射杯之頂部上。自發光區發射之光之部分可直接到達並穿過微透鏡；且自發光中心發射之光之另一部分可到達反射杯且由反射杯反射且接著到達並穿過微透鏡。因此，可減少發散且可減小可用視角至使用單像素多色LED裝置之顯示器及面板可被垂直於顯示器及面板之表面之一個使用者看到的程度。此繼而可減少電力浪費且增加亮度及/或更佳保護公共區域中之使用者隱私。在另一實例中，微透鏡可同軸對準至發光區，定位於發光區上且由反射杯圍繞。自發光區發射之光之部分可直接到達並穿過微透鏡；自發光中心發射之光之另一部分可到達反射杯且由反射杯反射且接著到達並穿過微透鏡；且自發光中心發射之光之其餘部分可到達反射杯且由反射杯反射而未穿過微透鏡。因此，可減少發散且可減小可用視角至使用單像素多色LED裝置之顯示器及面板可被幾個使用者看到的程度。此亦可減少電力浪費，增加亮度及/或適當保護公共區域中之使用者隱私。
在一些例示性實施例中，單像素多色LED裝置可進一步包含一間隔件。該間隔件可為經形成以在微透鏡與發光區之間提供一適當間距之一光學透明層。例如，當微透鏡安置於反射杯上方時，間隔件可安置於微透鏡與反射杯之頂部之間。因此，自發光區發射之光可穿過間隔件且接著穿過微透鏡。間隔件亦可填滿由反射杯圍繞之區域以增加圍繞發光區之介質之折射率。因此，間隔件可改變自發光區發射之光之光學路徑。藉由採用微透鏡，可增加單像素多色LED裝置之光提取效率以進一步增強(例如)微型LED顯示面板之亮度。
在一些例示性實施例中，單像素多色LED裝置可包含一階梯狀反射杯。該階梯狀反射杯可包含圍繞發光區之一腔。該腔可由圍繞發光區之複數個傾斜表面形成。子腔可由複數個傾斜表面形成且可在水平方向上具有不同尺寸。階梯狀反射杯可安置於半導體基板上。階梯狀反射杯可減少自發光區發射之光之發散，且抑制相鄰像素單元之間的光串擾。例如，階梯狀反射杯可藉由在不同反射方向上反射傾斜角度之光來利用該光。另外，階梯狀反射杯可阻擋自相鄰像素單元中之微型LED發射之光，此可有效地抑制像素間光串擾且增強色彩對比度及清晰度。本發明之例示性實施例可改良投影亮度及對比度，且因此降低投影應用中之電力消耗。本發明之例示性實施例亦可改良顯示器之光發射方向性，且因此在直視應用中對使用者提供較佳影像品質且保護使用者之隱私。
本文中所描述之多色微型LED裝置可同時改良亮度及解析度且適用於現代顯示面板，尤其適用於高清晰度AR裝置及虛擬實境(VR)眼鏡。
一些例示性實施例提供一種用於一顯示面板之多色微型發光二極體(LED)像素單元，其包含：一第一彩色LED結構，其形成於一IC基板上，其中該第一彩色LED結構包含一第一發光層，且一第一反射結構經形成於該第一發光層之一底部上；一第一介電質接合層，其具有一平坦頂表面而覆蓋該第一彩色LED結構；一第二彩色LED結構，其形成於該第一介電質接合層之該平坦頂表面上，其中該第二彩色LED結構包含一第二發光層，且一第二反射結構經形成於該第二發光層之一底部上；一第二介電質接合層，其具有一平坦頂表面而覆蓋該第二彩色LED結構；一頂部電極層，其覆蓋該微型LED像素單元且與該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構電接觸；及該IC基板，其與該第一彩色LED結構及該第二LED結構電連接。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一第一彩色LED結構，其形成於一IC基板上，其中該第一彩色LED結構包含一第一發光層，且一第一反射結構經形成於該第一發光層之底部上；一第一介電質接合層，其具有一平坦頂表面而覆蓋該第一彩色LED結構；一第二彩色LED結構，其形成於該第一介電質接合層之該平坦頂表面上，其中該第二彩色LED結構包含一第二發光層，且一第二反射結構經形成於該第二發光層之一底部上；一第二介電質接合層，其具有一平坦頂表面而覆蓋該第二彩色LED結構；一第三彩色LED結構，其形成於該第二介電質接合層之該平坦頂表面上，其中該第三彩色LED結構包含一第三發光層，且一第三反射結構經形成於該第三發光層之底部上；一第三介電質接合層，其具有一平坦頂表面而覆蓋該第三彩色LED結構；一頂部電極層，其覆蓋該微型LED像素單元且與該第一彩色LED結構、該第二彩色LED結構及該第三彩色LED結構電接觸；及該IC基板，其與該第一彩色LED結構、該第二LED結構及該第三LED結構電連接。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一介電質接合層係透明的且該第二介電質接合層係透明的。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一反射結構包含至少一個第一高反射率層，第二反射結構包含至少一個第二高反射率層，且第三反射結構包含至少一個第三高反射率層；且該第一高反射率層、該第二高反射率層或該第三高反射率層之反射率係高於60%。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一高反射率層、第二高反射率層或第三高反射率層之材料係選自Rh、Al、Ag及Au之一或多者之金屬。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一反射結構包含具有不同折射率之至少兩個第一高反射率層；第二反射結構包含具有不同折射率之至少兩個第二高反射率層；且第三反射結構包含具有不同折射率之至少兩個第三高反射率層。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一反射結構進一步包含在第一高反射率層上之一第一透明層；第二反射結構進一步包含在第二高反射率層上之一第二透明層；且第三反射結構進一步包含在第三高反射率層上之一第二透明層。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一透明層係選自ITO及SiO 2之一或多者；第二透明層係選自ITO及SiO 2之一或多者；且第三透明層係選自ITO及SiO 2之一或多者。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一彩色LED結構進一步包含一第一底部電極導電接觸層，第二彩色LED結構進一步包含一第二底部電極導電接觸層，且第三彩色LED結構進一步包含一第三底部電極導電接觸層；該第一底部電極導電接觸層藉由第一底部電極導電接觸層之一底部處之一第一接觸通孔與IC基板電連接；該第二底部電極導電接觸層藉由穿過第一介電質接合層之一第二接觸通孔與IC基板電連接；且該第三底部電極導電接觸層藉由穿過第二介電質層及第一介電質接合層之一第三接觸通孔與IC基板電連接。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一底部電極導電接觸層係透明的，第二底部電極導電接觸層係透明的且第三底部電極導電接觸層係透明的。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一第一延伸部分係自第一發光層之一側延伸；一第二延伸部分係自第二發光層之一側延伸；一第三延伸部分係自第二發光層之一側延伸；且一頂部接觸通孔透過第二介電質接合層及第三介電質接合層將該第一延伸部分、該第二延伸部分及該第三延伸部分連接至頂部電極層。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其至少包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上；及一反射光學隔離結構，其圍繞該發光區形成，其中該反射光學隔離結構之頂部高於該發光區之頂部。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一微透鏡係在發光區之頂部上方。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射光學隔離結構之頂部高於微透鏡之頂部。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射光學隔離結構具有一頂部開口，微透鏡之側面積小於該頂部開口之側面積。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，微透鏡之橫向尺寸大於第一彩色LED結構之一主動發射區域；微透鏡之橫向尺寸大於第二彩色LED結構之一主動發射區域；且微透鏡之橫向尺寸大於第三彩色LED結構之一主動發射區域。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一彩色LED結構、第二彩色LED結構及第三彩色LED結構之橫向尺寸係相同的。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一LED結構、第二LED結構及第三LED結構具有一相同中心軸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一介電質接合層係透明的，第二介電質接合層係透明的，且第三介電質接合層係透明的。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一反射結構之一厚度係5 nm至10 nm；第二反射結構之一厚度係5 nm至10 nm；第三反射結構之一厚度係5 nm至10 nm；第一LED結構之一厚度不大於300 nm；第二LED結構之一厚度不大於300 nm；且第三LED結構之一厚度不大於300 nm。
一些例示性實施例提供一種用於一顯示面板之多色微型LED像素單元，其包含：一第一LED結構，其發射一第一色彩而形成於一IC基板上；一第一透明介電質接合層，其具有一第一平坦頂表面而覆蓋該第一LED結構；一第二LED結構，其發射一第二色彩而成於該第一透明介電質接合層之該第一平坦頂表面上；一第二透明介電質接合層，其具有一第二平坦頂表面而覆蓋該第二LED結構；及一頂部電極層，其覆蓋該多色微型LED像素單元且與該第一LED結構及該第二LED結構電接觸；其中該IC基板與該第一LED結構及該第二LED結構電連接。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一第一彩色LED結構，其形成於一IC基板上；一第一透明介電質接合層，其具有一平坦頂表面而覆蓋該第一彩色LED結構；一第二彩色LED結構，其形成於該第一透明介電質接合層之該平坦頂表面上；一第二透明介電質接合層，其具有一平坦頂表面而覆蓋該第二彩色LED結構；一第三彩色LED結構，其形成於該第二透明介電質接合層之該平坦頂表面上；一第三介電質接合層，其具有一平坦頂表面，覆蓋該第三彩色LED結構；一頂部電極層，其覆蓋該微型LED像素單元且與該第一彩色LED結構、該第二彩色LED結構及該第三彩色LED結構電接觸；及該IC基板，其與該第一彩色LED結構、該第二LED結構及該第三LED結構電連接。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一第一反射結構經形成於第一彩色LED結構之底部處；一第二反射結構經形成於第二彩色LED結構之底部處；且一第三反射結構經形成於第三彩色LED結構之底部處。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一IC基板；一發光區，其形成於該IC基板上而包含至少一種LED結構及至少一介電質接合層，其中介電質接合層之各者具有覆蓋每個LED結構之一表面之一平坦頂表面；一頂部電極層，其覆蓋該微型LED像素單元且與每個彩色LED結構電接觸，其中該IC基板與每個彩色LED結構電連接；及一階梯狀反射杯結構，其具有圍繞該發光區之一腔。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上；一反射光學隔離結構，其圍繞該發光區形成；及一折射結構，其形成於該反射光學隔離結構與該發光區之間。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上，包含至少一種LED結構及至少一透明介電質接合層，其中透明介電質接合層之各者具有覆蓋每個LED結構之一表面之一平坦頂表面；一頂部電極層，其覆蓋該微型LED像素單元且與每個彩色LED結構電接觸，其中該IC基板與每個彩色LED結構電連接；一階梯狀反射杯結構，其圍繞該發光區形成；及一折射結構，其形成於該階梯狀反射杯結構與該發光區之間。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射杯結構具有一頂部開口，微透鏡之側面積小於該頂部開口之側面積。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上；一浮動反射光學隔離結構，其圍繞該發光區，其中該浮動反射光學隔離結構定位於該半導體基板上方一距離處。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上；一反射光學隔離結構，其圍繞該發光區；一頂部電極，其覆蓋該發光區且與該反射光學隔離結構電連接，其中該頂部電極層電接觸該反射光學隔離結構。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，頂部電極層之一邊緣碰觸反射光學隔離結構。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，發光區包含：至少一種LED結構及至少一介電質接合層；一頂部電極層，其覆蓋微型LED像素單元且與每個彩色LED結構電接觸，其中半導體基板與每個彩色LED結構電連接。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射光學隔離結構係一浮動反射結構。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射光學隔離結構係一階梯狀反射杯結構。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其至少包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上；一浮動反射光學隔離結構，其圍繞該發光區，其中該浮動反射光學隔離結構定位於該半導體基板上方一距離處；及一頂部電極層，其形成於該發光區之頂部上，其中該頂部電極層與該浮動反射光學隔離結構接觸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，發光區包含至少一種LED結構及在各LED結構之底部處之一接合層。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一彩色LED結構進一步包含一第一底部電極導電接觸層，第二彩色LED結構進一步包含一第二底部電極導電接觸層；該第一底部電極導電接觸層藉由第一底部電極導電接觸層之底部處之一第一接觸通孔與IC基板電連接；該第二底部電極導電接觸層藉由穿過第一介電質接合層之一第二接觸通孔與IC基板電連接。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上；一頂部電極層，其覆蓋該發光區且與該發光區電接觸；一反射杯結構，其圍繞該發光區形成，其中該頂部電極層與該反射杯結構電連接；該半導體基板與該反射杯結構電連接；及一折射結構，其形成於該反射杯結構與該發光區之間。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上，包含至少一種LED結構及在每個LED結構之一底部處之一接合層，其中各LED結構包含一發光層及在該發光層之一底部處之一底部反射結構；一頂部電極層，其覆蓋該微型LED像素單元且與每個彩色LED結構電接觸，其中該半導體基板與每個彩色LED結構電連接；一反射杯結構，其圍繞該發光區形成；及一折射結構，其形成於該反射杯結構與該發光區之間。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上而包含至少一種LED結構及在每個LED結構之底部處之一接合層，其中LED結構包含一發光層及在該發光層之底部處之一反射結構；一頂部電極層，其覆蓋LED結構像素單元且與每個彩色LED結構電接觸，其中該半導體基板與每個彩色LED結構電連接；及一階梯狀反射杯結構，其圍繞該發光區，自第一發光層及第二發光層之側壁沿著水平層級發射之光到達該階梯狀反射杯結構且藉由該階梯狀反射杯結構向上反射，其中該階梯狀反射杯結構之頂部高於該發光區之頂部。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上而包含至少一種LED結構及在每個LED結構之一底部處之一金屬接合層，其中LED結構包含一發光層及在該發光層之一底部處之一反射結構；一頂部電極層，其覆蓋該微型LED像素單元且與每個彩色LED結構電接觸，其中該半導體基板與每個彩色LED結構電連接；及一浮動反射杯結構，其圍繞該發光區，其中該浮動反射杯結構經定位距該半導體基板一距離，自第一發光層及第二發光層之側壁沿著水平層級發射之光到達該浮動反射杯且藉由該浮動反射杯向上反射。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，浮動反射杯結構之底部高於半導體基板之頂表面。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，浮動反射杯結構係一階梯狀反射杯結構。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一LED結構經嵌入於一第一平坦化之透明介電質層內。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一平坦化之透明介電質層係由固體無機材料或塑膠材料組成。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第二LED結構經嵌入於一第二平坦化之透明介電質層內。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第二平坦化之透明介電質層係由固體無機材料或塑膠材料組成。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一透明介電質接合層係由固體無機材料或塑膠材料組成。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一LED結構包含形成於第一LED結構之底部上之一第一底部電極導電接觸層；第二LED結構包含形成於第二LED結構之底部上之一第二底部電極導電接觸層；該第一底部電極導電接觸層係藉由第一底部電極導電接觸層之底部處之一第一通孔中之一第一接觸件與IC基板電連接；且該第二底部電極導電接觸層係藉由穿過第一透明介電質接合層之一第二通孔中之一第二接觸件與IC基板電連接。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一底部電極導電接觸層係透明的，且第二底部電極導電接觸層係透明的。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一LED結構包含一第一發光層；一第一側部分係自該第一發光層之一側延伸；第二LED結構包含一第二發光層；一第二側部分係自該第二發光層之一側延伸；且一第三通孔中之一第三接觸件透過第二透明介電質接合層將該第一側部分及該第二側部分連接至頂部電極層。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一光學隔離結構係圍繞微型LED像素單元形成。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，光學隔離結構係一反射杯。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一LED結構之橫向尺寸係與第二LED結構之橫向尺寸相同。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一LED結構及第二LED結構具有一相同中心軸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一第一反射層經形成於第一LED結構之底部處；一第二反射層經形成於第二LED結構之底部處。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一反射層之一厚度係5 nm至10 nm；第二反射層之一厚度係5 nm至10 nm；第一LED結構之一厚度不大於300 nm；且第二LED結構之一厚度不大於300 nm。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一接合金屬層經形成於第一LED結構之底部處。
一些例示性實施例提供一種微型光LED像素單元，其包含：一第一彩色LED結構，其形成於一IC基板上，其中該第一彩色LED結構包含一第一發光層，且一第一反射結構經形成於該第一發光層之一底部上；一第一接合金屬層，其形成於該第一彩色LED結構之一底部處，且經組態以將該IC基板與該第一彩色LED結構接合；一第二接合金屬層，其形成於該第一彩色LED結構之一頂部上；一第二彩色LED結構，其形成於該第二接合金屬層上，其中該第二彩色LED結構包含一第二發光層，且一第二反射結構經形成於該第二發光層之一底部上；一頂部電極層，其覆蓋該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構且與該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構電接觸，其中該IC基板與該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構電連接；及一反射杯，其圍繞該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構，自該第一發光層及該第二發光層沿著一水平方向發射之光到達該反射杯且藉由該反射杯向上反射。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一反射結構包含至少一個第一反射層且第二反射結構包含至少一個第二反射層，該第一反射層或該第二反射層之反射率高於60%。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一反射層或第二反射層之材料包括Rh、Al、Ag或Au之一或多者。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一反射結構包含兩個第一反射層且該兩個第一反射層之折射率係不同的，且其中第二反射結構包含兩個第二反射層且該兩個第二反射層之折射率係不同的。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，兩個第一反射層分別包括SiO 2及Ti 3O 5，且兩個第二反射率層分別包括SiO 2及Ti 3O 5。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一反射結構進一步包含在第一反射層上之一第一透明層，且第二反射結構進一步包含在第二反射層上之一第二透明層。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一透明層包括氧化銦錫(ITO)或SiO 2之一或多者，且第二透明層包括ITO或SiO 2之一或多者。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一彩色LED結構進一步包含一第一底部導電接觸層及一第一頂部導電接觸層，且第二彩色LED結構進一步包含一第二底部導電接觸層及一第二頂部導電接觸層；第一發光層係在該第一底部導電接觸層與該第一頂部導電接觸層之間，且第二發光層係在該第二底部導電接觸層與該第二頂部導電接觸層之間；第一底部導電接觸層透過一第一接觸通孔經由第一反射結構及第一接合金屬層與IC基板電連接，且第二底部導電接觸層透過一第二接觸通孔與IC基板電連接；且第一頂部導電接觸層之一邊緣與該頂部電極層接觸，且第二頂部導電接觸層之一頂表面與該頂部電極層接觸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射杯之材料包括金屬。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一微透鏡經形成於頂部電極層上方。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一間隔件經形成於微透鏡與頂部電極層之間。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，間隔件之材料包括氧化矽。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，微透鏡之橫向尺寸大於第一LED結構之一主動發射區域之橫向尺寸；且微透鏡之橫向尺寸大於第二LED結構之一主動發射區域之橫向尺寸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一彩色LED結構與第二彩色LED結構具有一相同橫向尺寸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，第一彩色LED結構與第二彩色LED結構具有一相同中心軸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，至少一個第一反射層之一厚度係在5 nm至10 nm之一範圍內，且至少一個第二反射層之一厚度係在5 nm至10 nm之一範圍內，且其中第一彩色LED結構之一厚度不大於300 nm，且第二彩色LED結構之一厚度不大於300 nm。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一IC基板；一發光區，其形成於該IC基板上而包含複數個彩色LED結構，該複數個彩色LED結構之各者之一底部連接至該發光區中之一對應接合金屬層，其中該複數個彩色LED結構之各者包含一發光層及在該發光層之一底部處之一反射結構；一頂部電極層，其覆蓋該複數個彩色LED結構之各者且電接觸至該複數個彩色LED結構之各者，其中該IC基板與該複數個彩色LED結構之各者電連接；及一階梯狀反射杯，其形成圍繞該發光區之一腔，自該複數個彩色LED結構之各者之發光層之側壁沿著一水平方向發射之光到達該反射杯且藉由該反射杯向上反射。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，腔之一內側壁包含複數個傾斜表面。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，複數個傾斜表面相對於IC基板之表面之角度自腔之底部至頂部變小。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，由複數個傾斜表面形成之子腔在水平方向上具有不同尺寸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，子腔之內側壁未配置於一相同平面中。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，子腔之高度係不同的。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，在腔中間之一子腔之高度小於其他子腔之高度。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，在腔之頂部處之一子腔之高度大於在腔之底部處之一子腔之高度。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，複數個彩色LED結構進一步包含一頂部彩色LED結構。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，腔之頂部高於頂部彩色LED結構之頂部。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，腔包含複數個子腔，且複數個彩色LED結構之各者係在該等子腔之一各自不同者中。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一透明介電質接合層覆蓋複數個彩色LED結構之至少一者，其中該透明介電質接合層包括固體無機材料或塑膠材料。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，固體無機材料包括選自由SiO 2、Al 2O 3、Si 3N 4、磷矽酸鹽玻璃(PSG)及硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)組成之群組之一或多種材料。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，塑膠材料包括選自由SU-8、PermiNex、苯並環丁烯(BCB)及旋塗玻璃(SOG)組成之群組之一或多種聚合物。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，複數個彩色LED結構之各者包含一底部導電接觸層及一頂部導電接觸層，且發光層經形成於該底部導電接觸層與該頂部導電接觸層之間；且其中底部導電接觸層係透過一接觸通孔經由反射結構及對應接合金屬層與IC基板電連接，且頂部彩色LED結構之頂部導電接觸層之一頂表面與頂部電極層接觸，且頂部彩色LED結構下方之一彩色LED結構之頂部導電接觸層之一邊緣與頂部電極層接觸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一延伸部分係自頂部彩色LED結構下方之一彩色LED結構之發光層之一側延伸，一接觸通孔將該延伸部分連接至頂部電極層。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，微透鏡之橫向尺寸大於複數個彩色LED結構之各者之一發光尺寸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，複數個彩色LED結構具有一相同中心軸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射結構包含一反射層且該反射層之一厚度係在5 nm至10 nm之一範圍內，且複數個彩色LED結構之各者之一厚度不大於300 nm。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，頂部電極層之材料係選自由石墨烯、氧化銦錫(ITO)、摻雜鋁之氧化鋅(AZO)及摻雜氟之氧化錫(FTO)組成之群組。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上而包含複數個彩色LED結構，該複數個彩色LED結構之各者之一底部連接至該發光區中之一對應接合金屬層，其中該複數個彩色LED結構之各者包含一發光層及在該發光層之一底部處之一反射結構；一頂部電極層，其覆蓋該複數個彩色LED結構之各者且與該複數個彩色LED結構之各者電接觸，其中該半導體基板與該複數個彩色LED結構之各者電連接；一反射杯，其圍繞該發光區；及一折射結構，其形成於該反射杯與該發光區之間。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一微透鏡經形成於折射結構之一頂表面上。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，微透鏡之橫向尺寸不小於發光區之橫向尺寸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射杯具有一頂部開口區域，且微透鏡之橫向尺寸小於該頂部開口區域之橫向尺寸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一底部介電質層經形成於反射杯之底部與半導體基板之間。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一頂部導電層形成於發光區之頂部上，且該頂部導電層與反射杯電連接。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，頂部導電層與反射杯之頂部或反射杯之底部直接接觸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，折射結構之頂部高於反射杯之頂部。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，半導體基板係一IC基板。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射杯係形成包圍發光區之一腔之一階梯狀反射杯。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，由複數個傾斜表面形成之子腔在水平方向上具有不同尺寸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，複數個彩色LED結構之各者包含自各自彩色LED結構之一側延伸之一各自延伸部分，且該各自延伸部分經由一各自第一接觸通孔與頂部電極層電連接，且複數個彩色LED結構之各者之底部經由一各自第二接觸通孔與半導體基板電連接。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上而包含複數個彩色LED結構，該複數個彩色LED結構之各者之一底部連接至該發光區中之一對應接合金屬層，其中該複數個彩色LED結構之各者包含一發光層及在該發光層之一底部處之一反射結構；一頂部電極層，其覆蓋該複數個彩色LED結構之各者且與該複數個彩色LED結構之各者電接觸，其中該半導體基板與該複數個彩色LED結構之各者電連接；及一反射杯，其圍繞該發光區，自該複數個彩色LED結構之各者之發光層之側壁沿著一水平方向發射之光到達該反射杯且藉由該反射杯向上反射，該反射杯之一頂部高於該發光區之一頂部。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一微透鏡經形成於發光區上方。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射杯之頂部高於微透鏡之一頂部。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一折射結構係在微透鏡之底部處且形成於反射杯與發光區之間。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，發光區之底部與半導體基板電連接。
一些例示性實施例提供一種微型LED像素單元，其包含：一半導體基板；一發光區，其形成於該半導體基板上而包含複數個彩色LED結構，該複數個彩色LED結構之各者之一底部連接至該發光區中之一對應接合金屬層，其中該複數個彩色LED結構之各者包含一發光層及在該發光層之一底部處之一反射結構；一頂部電極層，其覆蓋該複數個彩色LED結構之各者且與該複數個彩色LED結構之各者電接觸，其中該半導體基板與該複數個彩色LED結構之各者電連接；及一浮動反射杯，其圍繞該發光區，其中該浮動反射杯之一底部在該半導體基板上方，自該複數個彩色LED結構之各者之發光層之側壁沿著一水平方向發射之光到達該懸置浮動反射杯且藉由該懸置浮動反射杯向上反射。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，該浮動反射杯之底部高於複數個彩色LED結構之一者之底部處之對應接合金屬層的一頂表面。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，浮動反射杯呈階梯狀。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，浮動反射杯之頂部高於微透鏡之頂部。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一折射結構係在微透鏡之底部處且形成於浮動反射杯與發光區之間。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，浮動反射杯具有一頂部開口區域，且微透鏡之橫向尺寸小於該頂部開口區域之橫向尺寸。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，一底部介電質層經形成於浮動反射杯與半導體基板之間。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，頂部電極層直接接觸浮動反射杯之頂部或浮動反射杯之底部。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，階梯狀浮動反射杯形成包圍發光區之一腔。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，浮動反射杯之材料包括金屬。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射結構包含分別形成於複數個彩色LED結構之各者之底部處之一反射層。
在微型LED像素單元之一些例示性實施例或前述例示性實施例之任何組合中，反射層之一厚度係在5 nm至10 nm之一範圍內，且複數個彩色LED結構之各者之一厚度不大於300 nm。
本文中揭示之多色LED裝置及系統之緊湊設計利用光發射LED結構之橫向重疊，從而改良LED顯示系統之光發射效率、解析度及整體效能。此外，多色LED顯示系統之製造可可靠且高效地形成LED結構圖案，而無需使用或保持額外基板。在一些例項中，本文中所揭示之顯示裝置及系統之設計利用藉由利用微透鏡材料之形狀與基板上之多色LED裝置之形狀的一致性而在多色LED裝置之頂部上直接形成微透鏡，從而大大減少微透鏡製造之步驟且改良顯示面板結構形成之效率。減小之視角及減少之光干涉改良顯示系統之光發射效率、解析度及整體效能。因此，相較於使用習知LED，多色LED顯示系統之實施方案可滿足AR及VR、HUD、行動裝置顯示器、可穿戴裝置顯示器、高清晰度小投影儀及汽車顯示器之嚴格顯示要求。
應注意，上文所描述之各項實施例可與本文中所描述之任何其他實施例組合。說明書中所描述之特徵及優點並非全部包含性，且特定言之，一般技術人員鑑於圖式、說明書及發明申請專利範圍將明白許多額外特徵及優點。此外，應注意，說明書中所使用之語言已主要出於可讀性及指導目的而選擇，且可並非經選擇以描繪或限制本發明標的物。
相關申請案之交叉參考本申請案主張於2020年6月3日申請之標題為「SYSTEMS AND METHODS FOR MULTI-COLOR LED PIXEL UNIT WITH HORIZONTAL LIGHT EMISSION」之美國臨時專利申請案第63/034,394號之優先權，該案以引用的方式併入本文。
本文中描述諸多細節以提供對附圖中所繪示之實例性實施例之一透徹理解。然而，可在不具有許多特定細節之情況下實踐一些實施例且發明申請專利範圍之範疇僅由發明申請專利範圍中所明確敘述之彼等特徵及態樣限制。此外，未詳盡描述熟知程序、組件及材料以免不必要地模糊本文中所描述之實施例之相關態樣。
在一些實施例中，一單像素多色LED裝置包含兩個或更多個LED結構。在一些實施例中，LED結構之各者至少包含發射一相異色彩之一LED發光層。當兩個LED結構在一單像素多色LED裝置內時，可自該單像素多色LED裝置發射兩種色彩及該兩種色彩之組合。當三個LED結構在一單像素多色LED裝置內時，可自該單像素多色LED裝置發射三種色彩及該三種色彩之組合。
在一些實施例中，自單像素多色LED裝置發射之光係來自單像素多色LED裝置內之LED結構之各者之側壁。在一些實施例中，反射結構係圍繞單像素多色LED裝置定位以將來自LED結構之各者之側壁之光向上引導。在一些實施例中，自單像素多色LED裝置發射之光係來自單像素多色LED裝置內之LED結構之各者之頂表面。在一些實施例中，自單像素多色LED裝置發射之光係來自單像素多色LED裝置內之LED結構之各者之側壁及頂表面之(例如)依一特定比率的一組合，來自側壁之光佔來自單像素多色LED裝置之光之大約20%至100%。
圖1A係根據一些實施例之一單像素三色LED裝置100的一俯視圖。
圖1B係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。
圖1C係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線150之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。
對角線102及150各通過單像素三色LED裝置100之中心。對角線102與150彼此正交。在一些實施例中，三色LED裝置100包含一基板104。為方便起見，「向上」係用於意謂遠離基板104，「向下」意謂朝向基板104，且其他方向性術語(諸如頂部、底部、上方、下方、下、下面等)被相應地解釋。支撐基板104係其上製造個別驅動器電路106之陣列之基板。在一些實施例中，驅動器電路亦可定位於基板104上方之層之一者中，或微型三色LED結構100上方。各驅動器電路係一像素驅動器106。在一些例項中，驅動器電路106係薄膜電晶體像素驅動器或矽CMOS像素驅動器。在一項實施例中，基板104係一Si基板。在另一實施例中，支撐基板104係一透明基板，例如，一玻璃基板。其他實例性基板包含GaAs、GaP、InP、SiC、ZnO及藍寶石基板。驅動器電路106形成用以控制個別單像素三色LED裝置100之操作之個別像素驅動器。基板104上之電路系統包含至各個別驅動器電路106之接觸件及亦包含一接地接觸件。如圖1A、圖1B及圖1C中展示，各微型三色LED結構100亦具有兩種類型之接觸件：P電極或陽極，諸如108、126、152，其等連接至像素驅動器106；及N電極或陰極，諸如116、120及140，其等連接至接地(即，共同電極)。
在一些實施例中，N電極(或N電極接觸墊)及其連接件(諸如116、120及140)係由諸如石墨烯、ITO、摻雜鋁之氧化鋅(AZO)或摻雜氟之氧化錫(FTO)或其等之任何組合之材料製成。在一些實施例中，N電極(或N電極接觸墊)及其連接件(諸如116、120及140)係由不透明或透明導電材料製成，且在一較佳實施例中，由透明導電材料製成。在一些實施例中，P電極(或P電極接觸墊)及其連接件(諸如126、152)係由諸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或其等之任何組合之材料製成。在一些實施例中，P電極(或P電極接觸墊)及其連接件(諸如126、152)係由不透明或透明導電材料製成，且在一較佳實施例中，由透明導電材料製成。在一些實施例中，可切換P電極(或P電極接觸墊)及其連接件與N電極(或N電極接觸墊)及其連接件之位置。
儘管一些特徵在本文中用術語「層」描述，但應理解，此等特徵並不限於一單個層而是可包含複數個子層。在一些例項中，一「結構」可採用一「層」之形式。
在一些實施例中，分別包含LED發光層112、130及136之三個LED結構係以一堆疊結構形成，例如，一綠色LED發光層130經形成於一紅色LED發光層112之頂部上，且一藍色LED發光層136經形成於綠色LED發光層130之頂部上。
一般而言，一LED發光層包含具有一p型區/層及一n型區/層之一PN接面，及介於該p型區/層與該n型區/層之間的一作用層。
在一些實施例中，如圖1A及圖1B中所展示，底部紅色LED發光層112之面積大於中間綠色LED發光層130之面積。在一些實施例中，中間綠色LED發光層130之面積大於頂部藍色LED發光層136之面積。
在一些實施例中，自紅色LED發光層112發射之光能夠朝向紅色LED發光層112之側壁水平傳播，接著藉由如下文所描述之一反射元件(諸如146及/或148)向上反射且在單像素三色LED裝置100之頂表面處發射出去。如下文所描述，一反射層109定位於紅色LED發光層112下方且一反射層115定位於紅色LED發光層112上方。自紅色LED發光層112發射之光係在兩個反射層109及115之間反射朝向紅色LED發光層112之側壁。
在一些實施例中，自綠色LED發光層130發射之光能夠朝向綠色LED發光層130之側壁水平傳播，接著藉由如下文所描述之一反射元件(諸如146及/或148)向上反射且在單像素三色LED裝置100之頂表面處發射出去。如下文所描述，一反射層127定位於綠色LED發光層130下方且一反射層133定位於綠色LED發光層130上方。自綠色LED發光層130發射之光係在兩個反射層127及133之間反射朝向綠色LED發光層130之側壁。
在一些實施例中，自藍色LED發光層136發射之光能夠朝向藍色LED發光層136之側壁水平傳播，接著藉由如下文所描述之一反射元件(諸如146及/或148)向上反射且在單像素三色LED裝置100之頂表面處發射出去。如下文所描述，一反射層135定位於藍色LED發光層136下方。自藍色LED發光層136發射之光係在反射層135與藍色LED發光層136之上表面之間反射朝向藍色LED發光層136之側壁。
在一些實施例中，自紅色LED發光層112發射之光能夠垂直傳播通過綠色LED發光層130且接著通過藍色LED發光層136以自三色LED裝置100發射出。在一些實施例中，自綠色LED發光層130發射之光能夠傳播通過藍色LED發光層136以自三色LED裝置100發射出。在垂直光透射之情況下，在一些實施例中，在發光層之各者上方之頂部反射層(諸如115及133)較佳不包含於三色LED裝置100中。在一些實施例中，光可在不同LED發光層內水平地且垂直地發射。
在一些實施例中，一LED發光層(諸如112、130及136)包含具有不同組合物之許多磊晶子層。LED磊晶層之實例包含III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物及III-V族銻化物磊晶結構。微型LED之實例包含基於GaN之UV/藍色/綠色微型LED、基於AlInGaP之紅色/橙色微型LED及基於GaAs或InP之紅外光(IR)微型LED。
在一些實施例中，可個別地控制經堆疊LED結構之各者以產生其個別光。在一些實施例中，由於三色LED裝置100中之所有LED磊晶層之操作而引起之來自頂部LED磊晶層之經組合光可改變一顯示面板上之一小佔用面積內之單個像素的色彩。
在一些實施例中，取決於LED裝置100之設計，包含於相同裝置中之LED結構之經發射色彩並不限於紅色、綠色及藍色。例如，可自可見色彩範圍內之自380 nm至700 nm之一波長之一系列不同色彩選擇合適色彩。在一些實施例中，可實施自不可見範圍(諸如紫外光及紅外光)發射其他色彩之LED結構。
在一些實施例中，當垂直光發射與水平光發射組合時，例如，三色選項自下而上可為紅色、綠色及藍色。在另一實施例中，三色選項自下而上可為紅外光、橙色及紫外光。在一些實施例中，來自裝置100之一個層上之LED結構之光之波長長於來自當前層之頂部上之一層上之LED結構之波長。例如，來自底部LED發光層112之光之波長長於中間LED發光層130之光波長，且來自中間LED發光層130之光之波長長於頂部LED發光層136之光波長。
在一些實施例中，當在一水平光發射情況中時或當水平光發射之部分大於來自LED裝置100之頂表面之垂直光發射之部分時，LED發光層112、130及136之各者可為任何合適可見或不可見色彩。水平光發射之優點在於，由於所發射之光無需穿過LED裝置100之其他頂層而是直接自當前發光層之邊緣或側壁穿過，故可達成較少光透射損耗及較高光發射效率。例如，相較於垂直光發射LED裝置，水平光發射LED裝置可獲得15%以上、50%以上、100%以上、150%以上或200%以上的光透射效率。在一些例項中，來自一水平光發射LED裝置之光透射效率可等於或大於20%、40%或60%。
在一些實施例中，底部紅色LED發光層112係透過一金屬接合層108接合至基板104。金屬接合層108可安置於基板104上。在一種方法中，一金屬接合層108經生長於基板104上。在一些實施例中，金屬接合層108電連接至基板104上之驅動器電路106及金屬接合層108上方之紅色LED發光層112兩者，如同P電極般。在一些實施例中，金屬接合層108之厚度係約0.1微米至約3微米。在一較佳實施例中，一金屬接合層108之厚度係約0.3 µm。金屬接合層108可包含歐姆接觸層及金屬接合層。在一些例項中，兩個金屬層係包含於金屬接合層108中。該等金屬層之一者經沈積於LED裝置100內之金屬接合層上方之層上。一對應接合金屬層亦經沈積於於基板104上。在一些實施例中，用於金屬接合層108之組合物包含Au-Au接合、Au-Sn接合、Au-In接合、Ti-Ti接合、Cu-Cu接合或其等之一混合物。例如，若選擇Au-Au接合，則Au之兩個層分別需要作為一黏著層之一Cr塗層，及作為一防擴散層之Pt塗層。且該Pt塗層係在Au層與該Cr層之間。Cr層及Pt層定位於兩個經接合Au層之頂部及底部上。在一些實施例中，當兩個Au層之厚度大致相同時，在一高壓及一高溫下，兩個層上之Au之相互擴散將該兩個層接合在一起。共晶接合、熱壓縮接合及暫態液相(TLP)接合係可使用之實例性技術。
在一些實施例中，金屬接合層108亦可用作在上方反射自LED結構發射之光之一反射體。
在一些實施例中，用於電極連接之一導電層110經形成於紅色LED發光層112之底部處。在一些實施例中，導電層110可為對自LED裝置100發射之光不透明之一非透明金屬層。在一些實施例中，導電層110係對自LED裝置100發射之光透明之一導電透明層(諸如氧化銦錫(ITO)層)，其經形成於紅色LED發光層112與金屬接合層108之間以改良導電率及透明度。
在一些實施例中(圖1A中至圖1C中未展示)，紅色LED結構具有電連接至紅色LED發光層112之一P電極接觸墊168。在一些實施例中，P電極接觸墊168連接至導電層110。在一些實施例中，用於電極連接之一導電層114經形成於紅色LED發光層112之頂部處。在一些實施例中，導電層114可為一金屬層或一導電透明層(諸如一ITO層)，其如圖1C中所展示形成於紅色LED發光層112與一N電極接觸墊116之間以改良導電率及透明度。在一些實施例中，N電極接觸墊(諸如116)係由諸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或其等之任何組合之材料製成。
在一些實施例中，一反射層109定位於紅色LED發光層112下方導電層110與金屬接合層108之間，且一反射層115定位於紅色LED發光層112上方導電層114與一接合層156之間。
在一些實施例中，紅色LED發光層112具有在紅色LED發光層112之一側處之相對於其上方之層之一延伸部分164，如圖1C中所展示。在一些實施例中，延伸部分164係連同導電層110及114一起延伸。在一些實施例中，延伸部分164係連同反射層109一起在紅色LED發光層112之底部及金屬接合層108處延伸。在一些實施例中，紅色LED發光層112係透過延伸部分164上方之導電層114之延伸部分連接至N電極接觸墊116。
在一種方法中，紅色LED發光層112經生長於一單獨基板(被稱為磊晶基板)上。接著在接合之後(例如)藉由一雷射剝離程序或濕式化學蝕刻移除磊晶基板，從而留下圖1B及圖1C中所展示之結構。
在一些實施例中，紅色LED發光層112係用於形成紅色微型LED。一紅色LED發光層之實例包含III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物及III-V族銻化物磊晶結構。在一些例項中，紅色LED發光層112內之膜可包含P型GaP/P型AlGaInP發光層/AlGaInP/N型AlGaInP/N型GaAs之層。在一些實施例中，P型層通常經Mg摻雜，且N型層通常經Si摻雜。在一些實例中，紅色LED發光層之厚度係約0.1微米至約5微米。在一較佳實施例中，紅色LED發光層之厚度係約0.3微米。
在一些實施例中，紅色LED結構包含金屬接合層108、反射層109、導電層110、紅色LED發光層112、導電層114、反射層115及N電極接觸墊116。
在一些實施例中，接合層156係用於將紅色LED結構與綠色LED結構接合在一起。在一些實施例中，接合層156係對自LED裝置100發射之光不透明。在一些實施例中，接合層156之材料及厚度係與上文針對金屬接合層108所描述相同。在一些實施例中，接合層156亦可用作在上方反射自LED結構發射之光之一反射體。
在一些實施例中，當使用垂直透射時，接合層156係對自微型LED 100發射之光透明。在一些實施例中，接合層156係由介電質材料(諸如固體無機材料或塑膠材料)製成。在一些實施例中，固體無機材料包含SiO 2、Al 2O 3、Si 3N 4、磷矽酸鹽玻璃(PSG)或硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)或其等之任何組合。在一些實施例中，塑膠材料包含諸如SU-8、PermiNex、苯並環丁烯(BCB)、或包含旋塗玻璃(SOG)之透明塑膠(樹脂)、或接合黏著劑Micro Resist BCL-1200或其等之任何組合的聚合物。在一些實施例中，透明接合層可促進自接合層下方之層發射之光穿過。
在一些實施例中，如圖1A及圖1B兩者中所展示，綠色LED結構具有電連接至綠色LED發光層130之一P電極接觸墊126。在一些實施例中，P電極接觸墊126連接至一導電層128。在一些實施例中，用於電極連接之導電層128經形成於綠色LED發光層130之底部處。在一些實施例中，導電層128可為一金屬層或一導電透明層(諸如一ITO層)，其如圖1A及圖1B中所展示形成於綠色LED發光層130與一P電極接觸墊126之間以改良導電率及透明度。
在一些實施例中，導電層128具有在導電層128之一側處之相對於其上方之層之一延伸部分128-1，如圖1B中所展示。在一些實施例中，延伸部分128-1係連同LED裝置100內之導電層128下方之所有層一起延伸。在一些實施例中，綠色LED發光層130係透過導電層128之延伸部分128-1電連接至P電極接觸墊126。在一些實施例中，P電極接觸墊126亦電連接至基板104中之驅動器電路106。
在一些實施例中，由介電質材料(諸如SiO 2層)製成之一絕緣層174經沈積於LED裝置100之表面上。P電極接觸墊126係透過絕緣層174內之一通孔或通路自其與驅動器電路106之接觸件延伸至其與導電層128之接觸件。P電極接觸墊126並未與LED裝置100內之其他層接觸。
在一些實施例中，用於電極連接之一導電層132經形成於綠色LED發光層130之頂部處。在一些實施例中，導電層132可為一金屬層或一導電透明層(諸如一ITO層)，其經形成於綠色LED發光層130與一N電極接觸墊120之間以改良導電率及透明度。在一些實施例中，N電極接觸墊120係由透明導電材料(諸如ITO)製成。在一些實施例中，N電極接觸墊120係由諸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或其等之任何組合之材料製成。
在一些實施例中(圖1C中所展示)，綠色LED結構具有電連接至綠色LED發光層130之N電極接觸墊120。在一些實施例中，N電極接觸墊120連接至導電層132。在一些實施例中，綠色LED結構之N電極接觸墊120亦電連接至紅色LED結構之N電極接觸墊116。
如圖1C中所展示，在一些實施例中，綠色LED發光層130具有在綠色LED發光層130之一側處之一延伸部分166。在一些實施例中，延伸部分166係連同導電層128及132以及導電層128下方之所有其他層一起延伸。在一些實施例中，延伸部分166係透過延伸部分166上方之導電層132之延伸部分電連接至N電極接觸墊120。
在一些實施例中，綠色LED發光層130之橫向尺寸小於紅色LED發光層112之橫向尺寸。
在一些實施例中，一反射層127定位於綠色LED發光層130下方導電層128與接合層156之間，且一反射層133定位於綠色LED發光層130上方導電層132與一接合層160之間。
在一種方法中，綠色LED發光層130經生長於一單獨基板(被稱為磊晶基板)上。接著在接合之後(例如)藉由一雷射剝離程序或濕式化學蝕刻移除磊晶基板，從而留下圖1B及圖1C中所展示之結構。
在一些實施例中，綠色LED發光層130係用於形成綠色微型LED。一綠色LED發光層之實例包含III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物及III-V族銻化物磊晶結構。在一些例項中，綠色LED發光層130內之膜可包含P型GaN/InGaN發光層/N型GaN之層。在一些實施例中，P型通常經Mg摻雜，且N型通常經Si摻雜。在一些實例中，綠色LED發光層之厚度係約0.1微米至約5微米。在一較佳實施例中，綠色LED發光層之厚度係約0.3微米。
在一些實施例中，綠色LED結構包含反射層127、導電層128、綠色LED發光層130、導電層132、反射層133、P電極接觸墊126及N電極接觸墊120。
在一些實施例中，當排除延伸部分(諸如164、166)及在導電層128之128-1下方之部分時，第一LED結構(例如，紅色LED結構)及第二LED結構(例如，綠色LED結構)具有相同中心軸。在一些實施例中，當排除延伸部分(諸如164、166)及在導電層128之128-1下方之部分時，第一LED結構及第二LED結構係沿著相同中心軸對準。
在一些實施例中，接合層160係用於將綠色LED結構與藍色LED結構接合在一起。在一些實施例中，接合層156係對自LED裝置100發射之光不透明。在一些實施例中，接合層160之材料及厚度係與上文針對金屬接合層108所描述相同。在一些實施例中，接合層160亦可用作在上方反射自LED結構發射之光之一反射體。
在一些實施例中，當使用垂直透射時，接合層160係對自LED裝置100發射之光透明。在一些實施例中，接合層160係由與上文針對接合層156所描述相同之介電質材料(諸如固體無機材料或塑膠材料)製成。在一些實施例中，透明接合層可促進自接合層下方之層發射之光穿過。
在一些實施例中，如圖1A及圖1B兩者中所展示，藍色LED結構具有電連接至藍色LED發光層136之一P電極接觸墊152。在一些實施例中，P電極接觸墊152連接至一導電層134。在一些實施例中，用於電極連接之導電層134經形成於藍色LED發光層136之底部處。在一些實施例中，導電層134可為一金屬層或一導電透明層(諸如一ITO層)，其如圖1A及圖1B中所展示形成於藍色LED發光層136與一P電極接觸墊152之間以改良導電率及透明度。
在一些實施例中，導電層134具有在導電層134之一側處之相對於其上方之層之一延伸部分134-1，如圖1B中所展示。在一些實施例中，延伸部分134-1係連同LED裝置100內之導電層134下方之所有層一起延伸。在一些實施例中，藍色LED發光層136係透過導電層134之延伸部分134-1電連接至P電極接觸墊152。在一些實施例中，P電極接觸墊152亦電連接至基板104中之驅動器電路106。
在一些實施例中，由介電質材料(諸如一SiO 2層)製成之一絕緣層174經沈積於LED裝置100之表面上。P電極接觸墊152係透過絕緣層174內之一通孔或通路自其與驅動器電路106之接觸件延伸至其與導電層134之接觸件。P電極接觸墊152並未與LED裝置100內之其他層接觸。
在一些實施例中，用於電極連接之一導電層138經形成於藍色LED發光層136之頂部處。在一些實施例中，導電層138可為一金屬層或一導電透明層(諸如一ITO層)，其經形成於藍色LED發光層136與一N電極接觸墊140之間以改良導電率及透明度。在一些實施例中，N電極接觸墊140係由透明導電材料(諸如ITO)製成。在一些實施例中，N電極接觸墊140係由諸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或其等之任何組合之材料製成。在一些實施例中，N電極接觸墊116、120及140全部電連接在一起作為一共同N電極。在一些實施例中，N電極接觸墊116、120及140經形成為一個整合件作為一共同N電極。
在一些實施例中(圖1B中所展示)，藍色LED結構具有電連接至藍色LED發光層136之N電極接觸墊140。在一些實施例中，N電極接觸墊140連接至導電層138。
在一些實施例中，藍色LED發光層136之橫向尺寸小於綠色LED發光層130之橫向尺寸。
在一些實施例中，頂部電極元件(諸如N電極墊140)係透過光學隔離結構(諸如146、148、170及172)下方之電連接件連接。在一些實施例中，頂部電極係透過嵌入於基板104中之電連接件連接。在一實例中，頂部電極140係透過在絕緣層174上方且在光學隔離結構(諸如146、148、170及172)下方之電連接元件連接。
在一些實施例中，一反射層135定位於藍色LED發光層136下方導電層134與接合層160之間。在一些實施例中，一選用反射層139 (圖1A至圖1C中未展示)定位於藍色LED發光層136上方導電層138之頂部上。
在一種方法中，藍色LED發光層136經生長於一單獨基板(被稱為磊晶基板)上。接著在接合之後(例如)藉由一雷射剝離程序或濕式化學蝕刻移除磊晶基板，從而留下圖1B及圖1C中所展示之結構。
在一些實施例中，藍色LED發光層136係用於形成藍色微型LED。一藍色LED發光層之實例包含III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物及III-V族銻化物磊晶結構。在一些例項中，藍色LED發光層136內之膜可包含P型GaN/InGaN發光層/N型GaN之層。在一些實施例中，P型通常經Mg摻雜，且N型通常經Si摻雜。在一些實例中，藍色LED發光層之厚度係約0.1微米至約5微米。在一較佳實施例中，藍色LED發光層之厚度係約0.3微米。
在一些實施例中，藍色LED結構包含反射層135、導電層134、藍色LED發光層136、導電層138、選用反射層139、P電極接觸墊152及N電極接觸墊140。
在一些實施例中，當排除延伸部分(諸如166)及在導電層134之134-1下方之部分時，第二LED結構(例如，綠色LED結構)及第三LED結構(例如，藍色LED結構)具有相同中心軸。在一些實施例中，當排除延伸部分(諸如166)及在導電層134之134-1下方之部分時，第一LED結構及第二LED結構係沿著相同中心軸對準。
在一些實施例中，N電極140覆蓋三色LED裝置100之頂部。在一些實施例中，N電極140經由一些電連接組件連接至一相鄰三色LED裝置(圖1A至圖1C中未展示)中之一N電極，且因此用作一共同電極。
在一些實施例中，導電層110、114、128、132、134及138之各者之厚度係約0.01微米至約1微米。在一些例項中，在與下一磊晶層之任何接合程序之前，導電層110、114、128、132、134及138之各者通常藉由氣相沈積(例如，電子束蒸鍍或濺鍍沈積)沈積於各自對應磊晶層上。在一些實例中，導電層係用於維持電極連接之一良好導電率，同時在一些例項中，改良LED裝置之光學性質(諸如反射率或透明度)。
在一些實施例中，諸如SiO 2層之一額外介電質層(圖1A至圖1C中未展示)經形成於底部發光層112上方(及導電層114上方)，較佳反射層115上方及接合層156下方以使發光層112之N型層與接合層156電分離。在一些實施例中，額外介電質層之厚度係自20奈米至2微米。在一較佳實施例中，額外介電質層之厚度係約100奈米。在一些實施例中，諸如SiO 2層之一額外介電質層(圖1A至圖1C中未展示)經形成於中間發光層130上方(及導電層132上方)，較佳反射層133上方及接合層160下方以使發光層130之N型層與接合層160電分離。在一些實施例中，額外介電質層之厚度係自20奈米至2微米。在一較佳實施例中，額外介電質層之厚度係約100奈米。
在一些實施例中，為改良來自三色LED裝置100之光發射效率，如下文進一步描述之光學隔離結構(諸如146、148、170及172)係沿著三色LED裝置100之側壁形成。在一些實施例中，光學隔離結構(諸如146、148、170及172)係由介電質材料(諸如SiO 2)製成。
如圖1A中自俯視圖所展示，在一些實施例中，三色LED裝置100具有一圓形形狀。在一些實施例中，光學隔離結構(諸如146、148、170及172)經連接為單件且形成為圍繞三色LED裝置100之一圓形側壁。在一些實施例中，光學隔離結構經形成為如下文進一步詳細描述之一反射杯。在一些實施例中，三色LED裝置100內之三個經堆疊LED結構亦呈圓形形狀。在一些實施例中，三色LED裝置100可呈其他形狀，諸如矩形、正方形、三角形、梯形、多邊形。在一些實施例中，光學隔離結構(諸如146、148、170及172)經連接為單件且形成為圍繞具有其他形狀(諸如矩形、正方形、三角形、梯形、多邊形)之三色LED裝置100之一側壁。
如圖1B及圖1C中所展示，在一些實施例中，紅色LED發光層112、綠色LED發光層130及藍色LED發光層136具有傾斜側表面。如本文所使用，傾斜側表面可係指不垂直於各自LED發光層之頂表面或底表面之一表面。在一些實施例中，各自LED發光層之傾斜側壁與底表面之間的角度係小於90度。在一些實施例中，接合層108、156及160亦具有一傾斜側表面。傾斜側表面可增強不同連接器至LED發光層之容易連接，防止彼等連接器由於銳角而斷開連接，且增強裝置之整體穩定性。
在一些實施例中，多色LED裝置之光透射效率隨著LED發光層之傾斜側表面相對於基板104之表面之一法線之角度改變而改變。在一些實施例中，多色LED裝置之光透射效率隨著LED發光層之傾斜側表面相對於基板104之表面之一法線之角度增加而增加。例如，當LED發光層之側表面相對於基板104之表面之法線之角度係±5度時且當光學隔離結構(諸如146、148、170及/或172)並非如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率係0.32%。例如，當LED發光層之側表面相對於基板104之表面之法線之角度係±15度時且當光學隔離結構(諸如146、148、170及/或172)並非如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率係2.7%。例如，當LED發光層之側表面相對於基板104之表面之法線之角度係±90度(例如，在發光層傾斜時)或非常接近±90度時且當光學隔離結構(諸如146、148、170及/或172)並非如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率等於或非常接近56.4%。
相比而言，如下文進一步詳細描述之反射杯結構之實施方案改良多色LED裝置之光透射效率。例如，當LED發光層之側表面相對於基板104之表面之法線之角度係±5度時且當光學隔離結構(諸如146、148、170及/或172)係如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率係0.65%，此相較於不具有一反射杯之LED裝置增加104.6%。例如，當LED發光層之側表面相對於基板104之表面之法線之角度係±15度時且當光學隔離結構(諸如146、148、170及/或172)係如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率係6.65%，此相較於不具有一反射杯之LED裝置增加144.4%。例如，當LED發光層之側表面相對於基板104之表面之法線之角度係±90度(例如，在發光層傾斜時)或非常接近±90度時且當光學隔離結構(諸如146、148、170及/或172)係如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率等於或非常接近66.65%，此相較於不具有一反射杯之LED裝置增加18.4%。
在一些實施例中，反射層經形成於LED發光層之各者上方及下方以改良光透射效率。如圖1B及圖1C兩者中所展示，在一些實施例中，一反射層109經形成於接合層108與紅色LED發光層112之間。在一些實施例中，當存在導電層110時，反射層109經形成於接合層108與導電層110之間。在一些實施例中，一反射層115經形成於接合層156與紅色LED發光層112之間。在一些實施例中，當存在導電層114時，反射層115經形成於接合層156與導電層114之間。
在一些實施例中，一反射層127經形成於接合層156與綠色LED發光層130之間。在一些實施例中，當存在導電層128時，反射層127經形成於接合層156與導電層128之間。在一些實施例中，一反射層133經形成於接合層160與綠色LED發光層130之間。在一些實施例中，當存在導電層132時，反射層133經形成於接合層160與導電層132之間。
在一些實施例中，一反射層135經形成於接合層160與藍色LED發光層136之間。在一些實施例中，當存在導電層134時，反射層135經形成於接合層160與導電層134之間。在一些實施例中，一選用反射層139 (圖1B至圖1C中未展示)經形成於N電極墊140與藍色LED發光層136之間，同時仍容許藍色LED發光層136 (例如)透過一導電路徑電連接至N電極墊140。在一些實施例中，當存在導電層138時，選用反射層139經形成於N電極墊140與導電層138之間，同時仍容許導電層138 (例如)透過一導電路徑電連接至N電極墊140。
在一些實施例中，反射層109、115、127、133、135及139之材料具有一高反射率，尤其針對藉由單像素三色LED裝置200發射之光。例如，反射層109、115、127、133、135及139之反射率高於60%。在另一實例中，反射層109、115、127、133、135及139反射率高於70%。在又另一實例中，反射層109、115、127、133、135及139之反射率高於80%。
在一些實施例中，反射層109、115、127、133、135及139之材料係選自Rh、Al、Ag及Au之一或多者之金屬。在一些實施例中，反射層109、115、127、133、135及139之任一者可至少包含具有不同折射率之兩個子層。該等子層之各者亦具有諸如高於60%、70%或80%之一高反射率。
在一些實施例中，反射層(諸如109、115、127、133、135及139)之各者經塗佈於發光層(諸如112、130及136)或導電層110、114、128、132、134及138 (當在接合之前包含導電層時)之各者之兩側上。在一些例項中，反射層(諸如109、115、127、133、135及139)之各者之厚度係約2奈米(nm)至約5微米。在一些實施例中，反射層(諸如109、115、127、133、135及139)之各者之厚度等於或低於1微米。在一些較佳實施例中，反射層(諸如109、115、127、133、135及139)之各者之厚度係約5奈米(nm)至10 nm。
在一些實施例中，反射層(諸如109、115、127、133、135及139)之任一者包含一分佈式布拉格(Bragg)反射體(DBR)結構。例如，反射層(諸如109、115、127、133、135及139)之任一者係由具有變化折射率之交替或不同材料之多個層形成。在一些例項中，DBR結構之各層邊界引起一光波之一部分反射。反射層(諸如109、115、127、133、135及139)可用於反射一些選定波長，例如，反射層109及115針對紅光，反射層127及133針對綠光且反射層135及139針對藍光。在一些實施例中，反射層(諸如109、115、127、133、135及139)之任一者係由分別為SiO 2及Ti 3O 5之多個層(例如，至少兩個層)製成。藉由分別改變SiO 2及Ti 3O 5之層之厚度及數目，可形成不同波長之光之選擇性反射或透射。
在一些實施例中，反射層(諸如109、115、127、133、135及139)之任一者進一步包含在高反射率子層之一者上之一透明層。例如，較佳形成於反射層(諸如109、115、127、133、135及139)之任一側上之透明層係選自ITO及SiO 2之一或多者。
在一些實施例中，用於一紅光LED之反射層109及115之各者包含Au或/及氧化銦錫(ITO)之多個層。
在一些實施例中，用於一紅光LED結構之反射層109及115之各者具有藉由三色LED裝置100之不同層產生之光之一低吸收率(例如，等於或小於25%)。在一些實施例中，用於一紅光LED結構之反射層109及115之各者具有在當前兩個反射層109及115之間產生之光(例如，紅光)之一高反射比(例如，等於或大於75%)。
在一個實例中，表1中所展示之以下DBR結構係用於反射來自一綠光LED之綠光：
表1：用於一綠光LED反射層之DBR層結構。
層組合物 層厚度 (以奈米為單位)
SiO 2 1000
TiO 2 109.54
SiO 2 318.48
TiO 2 64.95
SiO 2 106.07
TiO 2 245.76
SiO 2 137.08
TiO 2 65.14
SiO 2 106.77
TiO 2 338.95
SiO 2 37.27
TiO 2 12.41
SiO 2 352.18
TiO 2 70.83
SiO 2 229.25
ITO 20
在一些實施例中，用於一綠光LED結構之反射層127及133之各者具有藉由三色LED裝置100之不同層產生之光之一低吸收率(例如，等於或小於25%)。在一些實施例中，用於一綠光LED結構之反射層127及133之各者具有在當前兩個反射層127及133之間產生之光(例如，綠光)之一高反射比(例如，等於或大於75%)。
在一個實例中，表2中所展示之以下DBR結構係用於反射來自一藍光LED之藍光：
表2：用於一藍光LED反射層之DBR層結構。
層組合物 層厚度 (以奈米為單位)
SiO 2 1000
SiO 2 183.36
TiO 2 96
SiO 2 84.65
TiO 2 51.37
SiO 2 332.37
TiO 2 79.95
SiO 2 423.13
TiO 2 52.99
SiO 2 35.87
TiO 2 235.03
SiO 2 253.67
TiO 2 64.38
SiO 2 336.08
ITO 20
在一些實施例中，用於一藍光LED結構之反射層135及視需要139之各者具有藉由三色LED裝置100之不同層產生之光之一低吸收率(例如，等於或小於25%)。在一些實施例中，用於一藍光LED結構之反射層135具有在當前反射層135上方或在當前反射層135及139之間產生之光(例如，藍光)之一高反射比(例如，等於或大於75%)。
圖2A係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之具有平坦化之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。在一些實施例中，單像素三色LED裝置100具有與圖1A、圖1B及圖1C中所展示之單像素三色LED裝置100類似之結構，其中添加覆蓋單像素三色LED裝置100之一經平坦化層176。
圖2B係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線150之具有平坦化之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。在一些實施例中，單像素三色LED裝置100具有與圖1A、圖1B及圖1C中所展示之單像素三色LED裝置100類似之結構，其中添加覆蓋單像素三色LED裝置100之一經平坦化層176。
在一些實施例中，經平坦化層(諸如176)係對自微型LED 100發射之光透明。在一些實施例中，經平坦化層係由介電質材料(諸如固體無機材料或塑膠材料)製成。在一些實施例中，固體無機材料包含SiO 2、Al 2O 3、Si 3N 4、磷矽酸鹽玻璃(PSG)或硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)或其等之任何組合。在一些實施例中，塑膠材料包含諸如SU-8、PermiNex、苯並環丁烯(BCB)、或包含旋塗玻璃(SOG)之透明塑膠(樹脂)、或接合黏著劑Micro Resist BCL-1200或其等之任何組合的聚合物。在一些實施例中，經平坦化層可促進自微型LED 100發射之光穿過。
在一些實施例中，經平坦化層176具有相對於基板104之表面之與光學隔離結構(例如，146、148、170及172)相同之高度。例如，經平坦化層176覆蓋整個單像素三色LED裝置100及光學隔離結構之側壁。經平坦化層176係在與光學隔離結構之頂表面相同之平面上。
圖3A係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之具有平坦化之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。在一些實施例中，單像素三色LED裝置100具有與圖1A、圖1B及圖1C中所展示之單像素三色LED裝置100類似之結構，其中添加覆蓋單像素三色LED裝置100之一經平坦化層178。
圖3B係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線150之具有平坦化之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。在一些實施例中，單像素三色LED裝置100具有與圖1A、圖1B及圖1C中所展示之單像素三色LED裝置100類似之結構，其中添加覆蓋單像素三色LED裝置100之一經平坦化層178。
在一些實施例中，經平坦化層178具有與頂部電極元件(例如，140)相同之高度。經平坦化層178係在與頂部電極元件(諸如N電極墊140)之頂表面相同之平面上。在一些實施例中，頂部電極元件(例如，140)恰好在經平坦化層178之頂部上。經平坦化層178係在與頂部電極元件(諸如N電極墊140)之底表面相同之平面上。例如，經平坦化層178覆蓋整個單像素三色LED裝置100及光學隔離結構(例如，146、148、170及172)之側壁之一部分。
不同於圖1A至圖1C中所展示之電極連接(其中頂部電極元件(諸如N電極墊140)係透過光學隔離結構(諸如146、148、170及172)下方之電連接件連接)，在圖2A至圖2B、圖3A至圖3B中，頂部電極元件(諸如N電極墊140)係透過至少在光學隔離結構(諸如146、148、170及172)之側壁處之電連接件連接。在一些實施例中，N電極墊140係透過光學隔離結構(諸如146、148、170及172)固定或固定於光學隔離結構(諸如146、148、170及172)之一表面上。頂部電極結構可簡化尤其在具有經平坦化層之情況下之製程且使單像素三色LED裝置100緊湊。
在一些實施例中，一絕緣層可沈積於單像素多色LED裝置上在LED發光層及其他層(諸如導電層及反射層)上。接著進行一平坦化程序以使嵌入單像素多色LED裝置之絕緣層之表面平整化。用於電連接之通孔亦形成於經平坦化層內。相較於不具有平坦化之絕緣層之一些其他程序，平坦化之LED結構內之特徵及層受到較佳保護且不容易受外部破壞力影響。此外，經平坦化表面可藉由減少自一不均勻表面之偏轉來改良光透射效率。
在一些實施例中，透過乾式蝕刻及濕式蝕刻，形成一三色LED結構且不同色彩之LED結構之軸係彼此垂直對準。在一些實施例中，不同色彩之LED結構共用相同軸。
在一些實施例中，不同色彩之LED結構之各者形成一錐體狀形狀或一梯形截面形狀。各層相較於其下面之一層具有一較窄寬度或較小面積。在此例項中，寬度或面積係藉由平行於基板104之表面之一平面之尺寸來量測。
在一些實施例中，藉由接合僅覆蓋LED結構之區域而未延伸超出LED結構之區域之層來將不同色彩之LED結構之各者接合在一起，整個多色LED裝置形成一錐體(或倒錐形)狀形狀或一梯形截面形狀(如圖1至圖3中所展示)。在一些實施例中，底部LED結構(例如，紅色LED結構)之橫向尺寸可為最長，且頂部LED結構(例如，藍色LED結構)之橫向尺寸可為最短。當自下而上蝕刻及圖案化LED裝置內之層之各者時，可自然地形成一錐體狀形狀。一錐體狀結構可改良個別LED結構之間的電子連接及至電極之電子連接且簡化製程。例如，電極連接件在各層中暴露以便於連接。
在一些實施例中，底層(諸如金屬接合層108)具有約1微米至約500微米之一橫向尺寸。在一較佳實施例中，多色LED裝置之底部處之金屬接合層108之橫向尺寸係約1.75微米。在一些實施例中，多色LED裝置之垂直高度係約1微米至約500微米。在一較佳實施例中，多色LED裝置之垂直高度係約1.9微米。在一較佳實施例中，多色LED裝置之頂部處之導電層138之橫向尺寸係約1.0微米。
在一些實施例中，當相同層之橫向尺寸改變時，三色LED裝置之一層之一截面的縱橫比保持實質上相同。例如，當一經圖案化磊晶層之橫向尺寸係5微米時，該經圖案化磊晶層之厚度小於1微米。在另一實例中，當相同經圖案化磊晶層之橫向尺寸增加時，相同經圖案化磊晶層之厚度相應地增加以維持相同縱橫比。在一些實施例中，磊晶層及其他層之截面之縱橫比在厚度/寬度上小於1/5。
LED裝置之形狀並不受限且在一些其他實施例中，三色LED裝置之截面形狀可採用其他形狀之形式，例如，倒梯形、半橢圓形、矩形、平行四邊形、三角形或六邊形等。
在一些實施例中，第三LED發光層136上方之頂部導電層138係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻(例如，電感耦合電漿(ICP)蝕刻)，或使用一ITO蝕刻溶液之濕式蝕刻。在一些實施例中，相同圖案化方法可應用於三色LED裝置100內之全部其他導電層(包含導電層110、114、128、132、134及138)。
在一些實施例中，藍色LED發光層136及綠色LED發光層130係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用Cl 2及BCl 3蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻。
在一些實施例中，包含160及156之接合層係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用CF 4及O 2蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻。
在一些實施例中，包含109、115、127、133、135及139之反射層係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成反射層(尤其DBR層)之圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用CF 4及O 2蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻或使用Ar氣體之離子束蝕刻(IBE)。
在一些實施例中，紅色LED發光層112係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用Cl 2及HBr蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻。
在一些實施例中，金屬接合層108係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用Cl 2/BCl 3/Ar蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻或使用Ar氣體之離子束蝕刻(IBE)。
在一些實施例中，在圖案化LED裝置結構之各者之後，一絕緣層(諸如174、176、178)經沈積於包含所有經圖案化層、側壁及經暴露基板之經圖案化LED結構之表面上。在一些實施例中，絕緣層係由SiO 2及/或Si 3N 4製成。在一些實施例中，絕緣層係由TiO 2製成。在一些實施例中，在一高溫下固化諸如SOG之一層之後，用類似於SiO 2之組合物形成絕緣層。在一些實施例中，絕緣層係由具有絕緣層下面之層之一類似熱係數之一材料製成。接著藉由一般技術者所瞭解之一相關方法(諸如化學機械拋光)平滑化或平坦化絕緣層(諸如176及178)之表面。
在一些實施例中，使用光微影及蝕刻來圖案化在平坦化之後的絕緣層(諸如176及178)以暴露電極接觸區域。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用CF 4及O 2之電感耦合電漿(ICP)蝕刻。
在一些實施例中，P電極或陽極金屬墊係經氣相沈積或藉由其他沈積方法沈積於經圖案化LED結構之一合適位置上(諸如在一側上及/或在平坦化之絕緣層內之通孔中)，以將紅色LED結構、綠色LED結構及藍色LED結構電連接。
在一些實施例中，單獨N電極或陰極金屬墊係經氣相沈積或藉由其他沈積方法沈積於經圖案化LED結構之一合適位置上(諸如在一側/頂部上及/或在平坦化之絕緣層內之通孔中)，以將紅色LED結構、綠色LED結構及藍色LED結構電連接。
圖4A係根據一些實施例之具有分層平坦化之一單像素三色LED裝置400的一俯視圖。
圖4B係根據一些實施例之沿著圖4A中之對角線402之具有分層平坦化之一單像素三色LED裝置400的一截面視圖。對角線通過單像素三色LED裝置400之中心。
相較於圖1至圖3中所描繪之實施例，圖4A至圖4B中之實施例之主要差異在於，不同色彩之LED結構之各者經嵌入於一各自平坦化之絕緣層中且接著經由一些接合層將內部具有LED結構之平坦化之絕緣層接合在一起。
在一些實施例中，三色LED裝置400包含一基板404。為方便起見，「向上」係用於意謂遠離基板404，「向下」意謂朝向基板404，且其他方向性術語(諸如頂部、底部、上方、下方、之下、下面等)被相應地解釋。支撐基板404係其上製造個別驅動器電路406之陣列之基板。在一些實施例中，驅動器電路亦可定位於基板404上方之層之一者中，或微型三色LED結構400上方。各驅動器電路係一像素驅動器406。在一些例項中，驅動器電路406係薄膜電晶體像素驅動器或矽CMOS像素驅動器。在一項實施例中，基板404係一Si基板。在另一實施例中，支撐基板404係一透明基板，例如，一玻璃基板。其他實例性基板包含GaAs、GaP、InP、SiC、ZnO及藍寶石基板。在一些實施例中，基板404係大約700微米厚。驅動器電路406形成用以控制個別單像素三色LED裝置400之操作之個別像素驅動器。基板404上之電路系統包含至各個別驅動器電路406之接觸件及亦包含一接地接觸件。如圖4A及圖4B兩者中所展示，各微型三色LED結構400亦具有兩種類型之接觸件：P電極或陽極，諸如450 (或408)、452，及經組合區段422、424及426，其等連接至像素驅動器；及N電極或陰極，諸如440、442、444，及經組合區段416、418及420，其等連接至接地(即，共同電極)。
在一些實施例中，N電極(或N電極接觸墊)及其連接件(諸如440、442、444)及經組合區段416、418及420係由諸如石墨烯、ITO、摻雜鋁之氧化鋅(AZO)或摻雜氟之氧化錫(FTO)或其等之任何組合之材料製成。在一些實施例中，N電極(或N電極接觸墊)及其連接件(諸如440、442、444)及經組合區段416、418及420係由不透明或透明導電材料製成，且在一較佳實施例中，由透明導電材料製成。在一些實施例中，P電極(或P電極接觸墊)及其連接件(諸如450、452)及經組合區段422、424及426係由諸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或其等之任何組合之材料製成。在一些實施例中，P電極(或P電極接觸墊)及其連接件(諸如450、452)及經組合區段422、424及426係由不透明或透明導電材料製成，且在一較佳實施例中，由透明導電材料製成。在一些實施例中，可切換P電極(或P電極接觸墊)及其連接件與N電極(或N電極接觸墊)及其連接件之位置。
一般而言，一LED發光層包含具有一p型區/層及一n型區/層之一PN接面，及介於該p型區/層與該n型區/層之間的一作用層。
在一些實施例中，自紅色LED發光層412發射之光能夠朝向紅色LED發光層412之側壁水平傳播，接著藉由如下文所描述之一反射元件(諸如446及/或448)向上反射且在單像素三色LED裝置400之頂表面處被發射出。如下文所描述，一反射層409定位於紅色LED發光層412下方且一反射層415定位於紅色LED發光層412上方。自紅色LED發光層412發射之光係在兩個反射層409及415之間反射朝向紅色LED發光層412之側壁。
在一些實施例中，自綠色LED發光層430發射之光能夠朝向綠色LED發光層430之側壁水平傳播，接著藉由如下文所描述之一反射元件(諸如446及/或448)向上反射且在單像素三色LED裝置400之頂表面處發射出。如下文所描述，一反射層427定位於綠色LED發光層430下方且一反射層433定位於綠色LED發光層430上方。自綠色LED發光層430發射之光係在兩個反射層427及433之間反射朝向綠色LED發光層430之側壁。
在一些實施例中，自藍色LED發光層436發射之光能夠朝向藍色LED發光層436之側壁水平傳播，接著藉由如下文所描述之一反射元件(諸如446及/或448)向上反射且在單像素三色LED裝置400之頂表面處發射出。如下文所描述，一反射層435定位於藍色LED發光層436下方。自藍色LED發光層436發射之光係在反射層435與藍色LED發光層436之上表面之間反射朝向藍色LED發光層436之側壁。
在一些實施例中，自紅色LED發光層412發射之光能夠垂直傳播通過綠色LED發光層430且接著通過藍色LED發光層436以自三色LED裝置400發射出。在一些實施例中，自綠色LED發光層430發射之光能夠傳播通過藍色LED發光層436以自三色LED裝置400發射出。在垂直光透射之情況下，在一些實施例中，在發光層之各者上方之頂部反射層(諸如415及433)較佳不包含於三色LED裝置400中。
在一些實施例中，一LED發光層(諸如412、430及436)包含具有不同組合物之許多磊晶子層。LED磊晶層之實例包含III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物及III-V族銻化物磊晶結構。微型LED之實例包含基於GaN之UV/藍色/綠色微型LED、基於AlInGaP之紅色/橙色微型LED及基於GaAs或InP之紅外光(IR)微型LED。
在一些實施例中，可個別地控制經堆疊LED結構之各者以產生其個別光。在一些實施例中，由於三色LED裝置400中之所有LED磊晶層之操作而引起之來自頂部LED磊晶層之經組合光可改變一顯示面板上之在一小佔用面積內之單個像素的色彩。
在一些實施例中，取決於LED裝置400之設計，包含於相同裝置中之LED結構之經發射色彩並不限於紅色、綠色及藍色。例如，可自可見色彩範圍內之自380 nm至700 nm之一波長之一系列不同色彩選擇合適色彩。在一些實施例中，可實施自不可見範圍(諸如紫外光及紅外光)發射其他色彩之LED結構。
在一些實施例中，當垂直光發射與水平光發射組合時，例如，三色選項自下而上可為紅色、綠色及藍色。在另一實施例中，三色選項自下而上可為紅外光、橙色及紫外光。在一些實施例中，來自裝置400之一個層上之LED結構之光的波長長於來自當前層之頂部上之一層上之LED結構的波長。例如，來自底部LED發光層412之光之波長長於中間LED發光層430之光波長，且來自中間LED發光層430之光之波長長於頂部LED發光層436之光波長。
在一些實施例中，當在一水平光發射情況中時或當水平光發射之部分大於來自LED裝置400之頂表面之垂直光發射之部分時，LED發光層412、430及436之各者可為任何合適可見或不可見色彩。水平光發射之優點在於，由於所發射之光無需穿過LED裝置400之其他頂層而是直接自當前發光層之邊緣或側壁穿過，故可達成較少光透射損耗及較高光發射效率。例如，相較於垂直光發射LED裝置，水平光發射LED裝置可獲得15%以上、50%以上、100%以上、150%以上或200%以上的光透射效率。在一些例項中，來自一水平光發射LED裝置之光透射效率可等於或大於20%、40%或60%。
在一些實施例中，底部紅色LED發光層412係透過一金屬接合層408接合至基板404。金屬接合層408可安置於基板404上。在一種方法中，一金屬接合層408經生長於基板404上。在一些實施例中，金屬接合層408電連接至基板404上之驅動器電路406及金屬接合層408上方之紅色LED發光層412兩者，如同P電極般。在一些實施例中，金屬接合層408之厚度係約0.1微米至約3微米。在一較佳實施例中，一金屬接合層408之厚度係約0.3 µm。金屬接合層408可包含歐姆接觸層及金屬接合層。在一些例項中，兩個金屬層係包含於金屬接合層408中。該等金屬層之一者經沈積於LED裝置400內之金屬接合層上方之層上。一對應接合金屬層亦經沈積於於基板404上。在一些實施例中，用於金屬接合層408之組合物包含Au-Au接合、Au-Sn接合、Au-In接合、Ti-Ti接合、Cu-Cu接合或其等之一混合物。例如，若選擇Au-Au接合，則Au之兩個層分別需要作為一黏著層之一Cr塗層，及作為一防擴散層之Pt塗層。且該Pt塗層係在Au層與Cr層之間。Cr層及Pt層定位於兩個經接合Au層之頂部及底部上。在一些實施例中，當兩個Au層之厚度大致相同時，在一高壓及一高溫下，兩個層上之Au之相互擴散將該兩個層接合在一起。共晶接合、熱壓縮接合及暫態液相(TLP)接合係可使用之實例性技術。
在一些實施例中，金屬接合層408亦可用作在上方反射自LED結構發射之光之一反射體。
在一些實施例中，用於電極連接之一導電層410經形成於紅色LED發光層412之底部處。在一些實施例中，導電層410係對自LED裝置400發射之光透明之一導電透明層410 (諸如氧化銦錫(ITO)層)，其經形成於紅色LED發光層412與金屬接合層408之間以改良導電率及透明度。在一些實施例中，如圖4A中所展示且圖4B中未展示，紅色LED結構具有電連接至紅色LED發光層412之一P電極接觸墊450。在一些實施例中，P電極接觸墊450連接至導電層410。在一些實施例中，用於電極連接之一導電層414經形成於紅色LED發光層412之頂部處。在一些實施例中，導電層414係一導電透明層414 (諸如一ITO層)，其經形成於紅色LED發光層412與一N電極接觸墊416之間以改良導電率及透明度。
在一些實施例中，紅色LED發光層412具有在紅色LED發光層412之一側處之相對於其上方之層之一延伸部分464。在一些實施例中，延伸部分464係與導電層410及414一起延伸。在一些實施例中，延伸部分464係透過延伸部分464上方之導電層414之延伸部分連接至N電極接觸墊416。
在一些實施例中，一反射層409定位於紅色LED發光層412下方導電層410與金屬接合層408之間，且一反射層415定位於紅色LED發光層412上方導電層414與一接合層456之間，且在一個實例中，在一平坦化之絕緣層454內。
在一種方法中，紅色LED發光層412經生長於一單獨基板(被稱為磊晶基板)上。接著在接合之後(例如)藉由一雷射剝離程序或濕式化學蝕刻移除磊晶基板，從而留下圖4B中所展示之結構。
在一些實施例中，紅色LED發光層412係用於形成紅色微型LED。一紅色LED發光層之實例包含III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物及III-V族銻化物磊晶結構。在一些例項中，紅色LED發光層412內之膜可包含P型GaP/P型AlGaInP發光層/AlGaInP/N型AlGaInP/N型GaAs之層。在一些實施例中，P型層通常經Mg摻雜，且N型層通常經Si摻雜。在一些實例中，紅色LED發光層之厚度係約0.1微米至約5微米。在一較佳實施例中，紅色LED發光層之厚度係約0.3微米。
在一些實施例中，紅色LED結構包含金屬接合層408、反射層409、導電層410、紅色LED發光層412、導電層414、反射層415及N電極接觸墊416。在一些實施例中，紅色LED結構經形成於一平坦化之絕緣層454 (例如，二氧化矽(SiO 2)層)內。在一些實施例中，平坦化之絕緣層454覆蓋整個紅色LED結構。在一些實施例中，整個紅色LED結構經嵌入於平坦化之絕緣層454內。在一些實施例中，平坦化之絕緣層454之表面係藉由化學機械拋光之方法平滑化或平坦化。
在一些實施例中，經平坦化層(諸如454)係對自微型LED 400發射之光透明。在一些實施例中，經平坦化層係由介電質材料(諸如固體無機材料或塑膠材料)製成。在一些實施例中，固體無機材料包含SiO 2、Al 2O 3、Si 3N 4、磷矽酸鹽玻璃(PSG)或硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)或其等之任何組合。在一些實施例中，塑膠材料包含諸如SU-8、PermiNex、苯並環丁烯(BCB)、或包含旋塗玻璃(SOG)之透明塑膠(樹脂)、或接合黏著劑Micro Resist BCL-1200或其等之任何組合的聚合物。在一些實施例中，經平坦化層可促進自微型LED 400發射之光穿過。在一些實施例中，經平坦化層(諸如454、468及462)具有與接合層(諸如456及460)相同之組合物。在一些實施例中，經平坦化層(諸如454、468及462)具有與接合層(諸如456及460)不同之組合物。
在一些實施例中，一通孔或貫穿孔經形成於平坦化之絕緣層454內以容納用於綠色LED結構之P電極接觸組件422及424。P電極接觸組件422及424連接至一驅動器電路406。
在一些實施例中，接合層456係用於將紅色LED結構與綠色LED結構接合在一起。在一些實施例中，接合層456係對自LED裝置400發射之光不透明。在一些實施例中，接合層456之材料及厚度係與上文針對金屬接合層408所描述相同。在一些實施例中，接合層456亦可用作在上方反射自LED結構發射之光之一反射體。
在一些實施例中，當使用垂直透射時，接合層456係對自微型LED 400發射之光透明。在一些實施例中，接合層456係由介電質材料(諸如固體無機材料或塑膠材料)製成。在一些實施例中，固體無機材料包含SiO 2、Al 2O 3、Si 3N 4、磷矽酸鹽玻璃(PSG)或硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)或其等之任何組合。在一些實施例中，塑膠材料包含諸如SU-8、PermiNex、苯並環丁烯(BCB)、或包含旋塗玻璃(SOG)之透明塑膠(樹脂)、或接合黏著劑Micro Resist BCL-1200或其等之任何組合的聚合物。在一些實施例中，透明接合層可促進自接合層下方之層發射之光穿過。
在一些實施例中，用於電極連接之一導電層428經形成於綠色LED發光層430之底部處。在一些實施例中，導電層428係一導電透明層428 (諸如一ITO層)，其經形成於綠色LED發光層430與接合層456之間以改良導電率及透明度。
在一些實施例中，如圖4A及圖4B兩者中所展示，綠色LED結構具有電連接至綠色LED發光層430之一P電極接觸墊426。在一些實施例中，P電極接觸墊426連接至導電層428。在一些實施例中，P電極接觸墊426亦透過接合層456內之P電極接觸墊426之一部分連接至平坦化之絕緣層454內之P電極接觸組件422及424。在一些實施例中，P電極接觸組件422具有一圓柱形形狀。在一些實施例中，P電極接觸組件424具有一漏斗狀形狀，其中頂側窄以匹配組件422之寬度且底側寬，且此形狀係用以支撐其上方之組件422。在一些實施例中，用於電極連接之一導電層432經形成於綠色LED發光層430之頂部處。在一些實施例中，導電層432係一導電透明層432 (諸如一ITO層)，其經形成於綠色LED發光層430與一N電極接觸墊420之間以改良導電率及透明度。在一些實施例中，如圖4A及圖4B兩者中所展示，綠色LED結構具有電連接至綠色LED發光層430之N電極接觸墊420。在一些實施例中，N電極接觸墊420連接至導電層432。在一些實施例中，綠色LED結構之N電極接觸墊420亦透過透明接合層456內之一N電極接觸組件418電連接至紅色LED結構之N電極接觸墊416。在一些實施例中，通孔或貫穿孔經形成於接合層456內以容納P電極接觸墊426及N電極接觸組件418之一部分。
在一些實施例中，綠色LED發光層430具有在綠色LED發光層430之一側處之相對於其上方之層之一延伸部分466。在一些實施例中，延伸部分466係與導電層428及432一起延伸。在一些實施例中，延伸部分466係透過延伸部分466上方之導電層432之延伸部分連接至N電極接觸墊420。
在一些實施例中，綠色LED發光層430之橫向尺寸係與紅色LED發光層412之橫向尺寸實質上相同，尤其對於有效發光面積。
在一些實施例中，一反射層427定位於綠色LED發光層430下方導電層428與接合層456之間，且一反射層433定位於綠色LED發光層430上方導電層432與一接合層460之間，在一個實例中，在一平坦化之絕緣層458內。
在一種方法中，綠色LED發光層430經生長於一單獨基板(被稱為磊晶基板)上。接著在接合之後(例如)藉由一雷射剝離程序或濕式化學蝕刻移除磊晶基板，從而留下圖4B中所展示之結構。
在一些實施例中，綠色LED發光層430係用於形成綠色微型LED。一綠色LED發光層之實例包含III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物及III-V族銻化物磊晶結構。在一些例項中，綠色LED發光層430內之膜可包含P型GaN/InGaN發光層/N型GaN之層。在一些實施例中，P型通常經Mg摻雜，且N型通常經Si摻雜。在一些實例中，綠色LED發光層之厚度係約0.1微米至約5微米。在一較佳實施例中，綠色LED發光層之厚度係約0.3微米。
在一些實施例中，綠色LED結構包含反射層427、導電層428、綠色LED發光層430、導電層432、反射層433及N電極接觸墊420。在一些實施例中，綠色LED結構經形成於一平坦化之絕緣層458內。在一些實施例中，平坦化之絕緣層458覆蓋整個綠色LED結構及P電極接觸墊426之一部分。在一些實施例中，整個綠色LED結構經嵌入於平坦化之絕緣層458內。在一些實施例中，平坦化之絕緣層458之兩個表面係藉由化學機械拋光之方法平滑化或平坦化。
在一些實施例中，綠色LED結構之橫向尺寸係與紅色LED結構之橫向尺寸實質上相同。在一些實施例中，當排除延伸部分(諸如464及466)時，第一LED結構(例如，紅色LED結構)及第二LED結構(例如，綠色LED結構)具有相同中心軸。在一些實施例中，當排除延伸部分(諸如464及466)時，第一LED結構及第二LED結構係沿著相同中心軸對準。
在一些實施例中，接合層460係用於將綠色LED結構與藍色LED結構接合在一起。在一些實施例中，接合層456係對自LED裝置400發射之光不透明。在一些實施例中，接合層460之材料及厚度係與上文針對金屬接合層408所描述相同。在一些實施例中，接合層460亦可用作在上方反射自LED結構發射之光之一反射體。
在一些實施例中，當使用垂直透射時，接合層460係對自LED裝置400發射之光透明。在一些實施例中，接合層460係由與上文針對接合層456所描述相同之介電質材料(諸如固體無機材料或塑膠材料)製成。在一些實施例中，透明接合層可促進自接合層下方之層發射之光穿過。
在一些實施例中，用於電極連接之一導電層434經形成於藍色LED發光層436之底部處。在一些實施例中，導電層434係一導電透明層434 (諸如一ITO層)，其經形成於藍色LED發光層436與接合層460之間以改良導電率及透明度。在一些實施例中，如圖4A中所展示且圖4B中未展示，藍色LED結構具有電連接至藍色LED發光層436之一P電極接觸墊452。在一些實施例中，P電極接觸墊452連接至導電層434。在一些實施例中，P電極接觸墊452亦連接至平坦化之絕緣層454及458內及透明接合層456及460內類似於422及424之一些P電極接觸組件(圖4A及圖4B中未展示)。彼等P電極接觸組件連接至一驅動器電路406。
在一些實施例中，用於電極連接之一導電層438經形成於藍色LED發光層436之頂部處。在一些實施例中，導電層438係一導電透明層438 (諸如一ITO層)，其經形成於藍色LED發光層436與一N電極440之間以改良導電率及透明度。在一些實施例中，如圖4B中所展示，N電極440具有透過N電極440及導電層438電連接至藍色LED發光層436之N電極接觸墊442及444。在一些實施例中，N電極440亦電連接至綠色LED結構之N電極接觸墊420。在一些實施例中，N電極440係由諸如石墨烯、ITO、AZO或FTO或其等之任何組合之材料製成。
在一些實施例中，藍色LED發光層436之橫向尺寸係與綠色LED發光層430之橫向尺寸實質上相同，尤其對於有效發光面積。
在一些實施例中，一反射層435定位於藍色LED發光層436下方導電層434與接合層460之間。在一些實施例中，一選用反射層439 (圖4B中未展示)定位於藍色LED發光層436上方導電層438之頂部上。
在一種方法中，藍色LED發光層436經生長於一單獨基板(被稱為磊晶基板)上。接著在接合之後(例如)藉由一雷射剝離程序或濕式化學蝕刻移除磊晶基板，從而留下圖4B中所展示之結構。
在一些實施例中，藍色LED發光層436係用於形成藍色微型LED。一藍色LED發光層之實例包含III-V族氮化物、III-V族砷化物、III-V族磷化物及III-V族銻化物磊晶結構。在一些例項中，藍色LED發光層436內之膜可包含P型GaN/InGaN發光層/N型GaN之層。在一些實施例中，P型通常經Mg摻雜，且N型通常經Si摻雜。在一些實例中，藍色LED發光層之厚度係約0.1微米至約5微米。在一較佳實施例中，藍色LED發光層之厚度係約0.3微米。
在一些實施例中，藍色LED結構包含反射層435、導電層434、藍色LED發光層436、導電層438及選用反射層439。在一些實施例中，藍色LED結構經形成於一平坦化之絕緣層462內。在一些實施例中，平坦化之絕緣層462覆蓋整個藍色LED結構。在一些實施例中，整個藍色LED結構經嵌入於平坦化之絕緣層462內。在一些實施例中，平坦化之絕緣層462之底表面係藉由化學機械拋光之方法平滑化或平坦化。
在一些實施例中，通孔或貫穿孔經形成於平坦化之絕緣層462及透明接合層460內以容納N電極440之一部分以連接至綠色LED結構之N電極接觸墊420。
在一些實施例中，N電極440覆蓋平坦化之絕緣層462之頂部。在一些實施例中，N電極440覆蓋三色LED裝置400之頂部。在一些實施例中，N電極440經由N電極接觸墊442及444連接至一相鄰三色LED裝置(圖4A或圖4B中未展示)中之一N電極，且因此用作一共同電極。
在一些實施例中，藍色LED結構之橫向尺寸係與綠色LED結構之橫向尺寸實質上相同。在一些實施例中，當排除延伸部分(諸如466)時，第二LED結構(例如，綠色LED結構)及第三LED結構(例如，藍色LED結構)具有相同中心軸。在一些實施例中，當排除延伸部分(諸如466)時，第二LED結構及第三LED結構係沿著相同中心軸對準。
在一些實施例中，導電層410、414、428、432、434及438之各者之厚度係約0.01微米至約1微米。在一些例項中，在與下一磊晶層之任何接合程序之前，導電層410、414、428、432、434及438之各者通常藉由氣相沈積(例如，電子束蒸鍍或濺鍍沈積)沈積於各自對應磊晶層上。在一些實例中，導電層係用於維持電極連接之一良好導電率，同時在一些例項中，改良LED裝置之光學性質(諸如反射率或透明度)。
在一些實施例中，為改良來自三色LED裝置400之光發射效率，沿著三色LED裝置400之側壁形成如下文進一步描述之光學隔離結構(諸如446及448)。在一些實施例中，光學隔離結構446及448係由介電質材料(諸如SiO 2)製成。
如圖4A中自俯視圖所展示，在一些實施例中，三色LED裝置400具有一圓形形狀。在一些實施例中，光學隔離結構(諸如446及448)經連接為單件且形成為圍繞三色LED裝置400之一圓形側壁。在一些實施例中，光學隔離結構經形成為如下文進一步詳細描述之一反射杯。在一些實施例中，三色LED裝置400內之三個經堆疊LED結構亦呈圓形形狀。在一些實施例中，三色LED裝置400可呈其他形狀，諸如矩形、正方形、三角形、梯形、多邊形。在一些實施例中，光學隔離結構(諸如446及448)經連接為單件且形成為圍繞具有其他形狀(諸如矩形、正方形、三角形、梯形、多邊形)之三色LED裝置400之一側壁。
如圖4B中所展示，在一些實施例中，紅色LED發光層412、綠色LED發光層430及藍色LED發光層436具有傾斜側表面。如本文所使用，傾斜側表面可係指不垂直於各自LED發光層之頂表面或底表面之一表面。在一些實施例中，各自LED發光層之傾斜側壁與底表面之間的角度係小於90度。在一些實施例中，金屬接合層408亦具有一傾斜側表面。傾斜側表面可增強不同連接器至LED發光層之容易連接，防止彼等連接器由於銳角而斷開連接，且增強裝置之整體穩定性。
在一些實施例中，多色LED裝置之光透射效率隨著LED發光層之傾斜側表面相對於基板404之表面之一法線之角度改變而改變。在一些實施例中，多色LED裝置之光透射效率隨著LED發光層之傾斜側表面相對於基板404之表面之一法線之角度增加而增加。例如，當LED發光層之側表面相對於基板404之表面之法線之角度係±5度時且當光學隔離結構(諸如446及/或448)並非如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率係0.32%。例如，當LED發光層之側表面相對於基板404之表面之法線之角度係±15度時且當光學隔離結構(諸如446及/或448)並非如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率係2.7%。例如，當LED發光層之側表面相對於基板404之表面之法線之角度係±90度(例如，在發光層傾斜時)或非常接近±90度時且當光學隔離結構(諸如446及/或448)並非如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率等於或非常接近56.4%。
相比而言，如下文進一步詳細描述之反射杯結構之實施方案改良多色LED裝置之光透射效率。例如，當LED發光層之側表面相對於基板404之表面之法線之角度係±5度時且當光學隔離結構(諸如446及/或448)係如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率係0.65%，此相較於不具有一反射杯之LED裝置增加104.6%。例如，當LED發光層之側表面相對於基板404之表面之法線之角度係±15度時且當光學隔離結構(諸如446及/或448)係如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率係6.65%，此相較於不具有一反射杯之LED裝置增加144.4%。例如，當LED發光層之側表面相對於基板404之表面之法線之角度係±90度(例如，在發光層傾斜時)或非常接近±90度時且當光學隔離結構(諸如446及/或448)係如下所述之反射杯時，一多色LED裝置之光發射效率等於或非常接近66.65%，此相較於不具有一反射杯之LED裝置增加18.4%。
在一些實施例中，紅色LED發光層412、綠色LED發光層430及藍色LED發光層436之大小係相似的。例如，紅色LED發光層412、綠色LED發光層430及藍色LED發光層436之表面積係實質上相同的，尤其對於有效發光面積。
在一些實施例中，反射層經形成於LED發光層之各者上方及下方以改良光透射效率。如圖4B中所展示，在一些實施例中，一反射層409經形成於接合層408與紅色LED發光層412之間。在一些實施例中，當存在導電層410時，反射層409經形成於接合層408與導電層410之間。在一些實施例中，一反射層415經形成於接合層456(或/及在平坦化之絕緣層454內)與紅色LED發光層412之間。在一些實施例中，當存在導電層414時，一反射層415經形成於接合層456(或/及在平坦化之絕緣層454內)與導電層414之間。
在一些實施例中，一反射層427經形成於接合層456(或/及在平坦化之絕緣層458內)與綠色LED發光層430之間。在一些實施例中，當存在導電層428時，反射層427經形成於接合層456(或/及在平坦化之絕緣層458內)與導電層428之間。在一些實施例中，一反射層433經形成於接合層460(或/及在平坦化之絕緣層458內)與綠色LED發光層430之間。在一些實施例中，當存在導電層432時，反射層433經形成於接合層460(或/及在平坦化之絕緣層458內)與導電層432之間。
在一些實施例中，一反射層435經形成於接合層460(或/及在平坦化之絕緣層462內)與藍色LED發光層436之間。在一些實施例中，當存在導電層434時，反射層435經形成於接合層460(或/及在平坦化之絕緣層462內)與導電層434之間。在一些實施例中，一選用反射層439 (圖4B中未展示)經形成於N電極墊440與藍色LED發光層436之間，同時仍容許藍色LED發光層436 (例如)透過一導電路徑電連接至N電極墊440。在一些實施例中，當存在導電層438時，選用反射層439經形成於N電極墊440與導電層438之間，同時仍容許導電層438 (例如)透過一導電路徑電連接至N電極墊440。
在一些實施例中，反射層之材料、組合物、性質及製造係與上文關於圖1至圖3所描述相同。
在一些實施例中，透過乾式蝕刻及濕式蝕刻，形成一三色LED結構且不同色彩之LED結構之軸係彼此垂直對準。在一些實施例中，不同色彩之LED結構共用相同軸。
在一些實施例中，不同色彩之LED結構之各者在其各自平坦化之絕緣結構內形成一錐體狀形狀或一梯形截面形狀。各層相較於其下面之一層具有一較窄寬度或較小面積。在此例項中，寬度或面積係藉由平行於基板404之表面之一平面之尺寸來量測。在一些實施例中，尤其在使用平坦化之分層結構時，不同色彩之LED結構之各者相較於其他LED結構具有實質上相同橫向尺寸。當LED結構之各者具有實質上相同面積時，改良來自整個LED裝置之發光效率。
在一些實施例中，尤其在不使用平坦化之分層結構且藉由接合僅覆蓋LED結構之區域而未延伸超出LED結構之區域之層來將不同色彩之LED結構之各者接合在一起時，整個多色LED裝置形成一錐體(或倒錐形)狀形狀或一梯形截面形狀(圖4B中未展示)。在一些實施例中，底部LED結構(例如，紅色LED結構)之橫向尺寸可為最長，且頂部LED結構(例如，藍色LED結構)之橫向尺寸可為最短。當自下而上蝕刻及圖案化LED裝置內之層之各者時，可自然地形成一錐體狀形狀。一錐體狀結構可改良個別LED結構之間的電子連接及至電極之電子連接且簡化製程。例如，電極連接件在各層中暴露以便於連接。
在一些實施例中，底層(諸如金屬接合層408)具有約1微米至約500微米之一橫向尺寸。在一較佳實施例中，多色LED裝置之底部處之金屬接合層408之橫向尺寸係約2.0微米。在一些實施例中，多色LED裝置之垂直高度係約1微米至約500微米。在一較佳實施例中，多色LED裝置之垂直高度係約1.9微米。在一較佳實施例中，多色LED裝置之頂部處之導電層438之橫向尺寸係約1.0微米。
在一些實施例中，當相同層之橫向尺寸改變時，三色LED裝置之一層之一截面的縱橫比保持實質上相同。例如，當一經圖案化磊晶層之橫向尺寸係5微米時，該經圖案化磊晶層之厚度小於1微米。在另一實例中，當相同經圖案化磊晶層之橫向尺寸增加時，相同經圖案化磊晶層之厚度相應地增加以維持相同縱橫比。在一些實施例中，磊晶層及其他層之截面之縱橫比在厚度/寬度上小於1/5。
LED裝置之形狀並不受限且在一些其他實施例中，三色LED裝置之截面形狀可採用其他形狀之形式，例如，倒梯形、半橢圓形、矩形、平行四邊形、三角形或六邊形等。
在一些實施例中，藉由覆蓋不同色彩之LED結構之各者之平坦化之絕緣層(諸如454、458及462)，簡化單像素三色LED裝置之製程且改良單像素三色LED裝置之光發射效率。例如，不同色彩之LED結構之各者自身可首先在各自平坦化之絕緣層內形成包含導電層、反射層及電極接觸墊以及其等相關連接件，接著使用各自接合層將LED結構接合在一起。
相比而言，在不具有平坦化之情況下製造一直接堆疊之三色LED裝置之一程序(其中不同色彩之LED結構係使用一些接合層直接接合在一起)中，單像素三色LED裝置由於逐層圖案化(及/或蝕刻)而可為一錐體(或倒錐形)狀形狀或一梯形截面形狀。因此，單像素三色LED裝置之堆疊之底部處之一LED結構的有效發光面積最大，而堆疊之頂部處之一LED結構之有效發光面積最小。LED裝置內之多個LED結構中之發光區的不均勻性可使其光發射效率降級。雖然使用平坦化之分層結構，但由於LED結構之各者係在其自身平坦化之絕緣層內製造，故單像素三色LED裝置並不限於如上所述之一錐體結構。代替性地，可根據設計調整單像素三色LED裝置內之不同LED結構之有效發光面積。在一些例項中，單像素三色LED裝置內之不同LED結構之水平有效發光面積係實質上相同的，以改良光發射效率及電連接之容易性。在一些情況中，相較於不具有平坦化之一類似三色LED結構，平坦化之三色LED結構可改良光發射效率達至少5%、至少10%或有時至少20%。
在一些實施例中，當一各自磊晶基板係用於生長如上所述之LED發光層之各者時，一絕緣層可首先沈積於磊晶基板之各者上以覆蓋對應LED發光層及其他層(諸如導電層及反射層)。接著進行一平坦化程序以使嵌入各自LED結構之絕緣層之表面平整化。用於電連接之通孔亦在接合之前形成於經平坦化層內。
在另一實施例中，包含接合層之一LED結構之層可直接形成於已嵌入一經形成LED結構之一平坦化之絕緣層上，接著形成該平坦化之絕緣層以覆蓋當前LED結構。在當前LED結構上方形成下一LED結構之前，用於電連接之通孔亦形成於經平坦化層內。
相較於不具有平坦化之絕緣層之一些其他程序(其中接合層直接接觸LED結構之頂部或底部以便形成一裝置)，接合層可在不觸碰LED結構之情況下與平坦化之絕緣層接觸。因此，平坦化之LED結構之各者內之特徵及層受到較佳保護且較不容易受外部破壞力影響。此外，經平坦化表面可藉由減少自一不均勻表面之偏轉來改良光透射效率。
在一些實施例中，第三LED發光層436上方之頂部導電層438係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻(例如，電感耦合電漿(ICP)蝕刻)，或使用一ITO蝕刻溶液之濕式蝕刻。在一些實施例中，相同圖案化方法可應用於三色LED裝置400內之全部其他導電層(包含層410、414、428、432、434及438)。
在一些實施例中，藍色LED發光層436及綠色LED發光430係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用Cl 2及BCl 3蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻。
在一些實施例中，包含460及456之接合層係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用CF 4及O 2蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻。
在一些實施例中，包含409、415、427、433、435及439之反射層係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成反射層(尤其DBR層)之圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用CF 4及O 2蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻或使用Ar氣體之離子束蝕刻(IBE)。
在一些實施例中，紅色LED發光層412係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用Cl 2及HBr蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻。
在一些實施例中，金屬接合層408係使用光微影及蝕刻來圖案化。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用Cl 2/BCl 3/Ar蝕刻氣體之電感耦合電漿(ICP)蝕刻或使用Ar氣體之離子束蝕刻(IBE)。
在一些實施例中，在圖案化LED裝置結構之各者之後，一絕緣層(諸如454、458、462)經沈積於包含所有經圖案化層、側壁及經暴露基板之經圖案化LED結構之表面上。在一些實施例中，絕緣層係由SiO 2及/或Si 3N 4製成。在一些實施例中，絕緣層係由TiO 2製成。在一些實施例中，在一高溫下固化諸如SOG之一層之後，用類似於SiO 2之組合物形成絕緣層。在一些實施例中，絕緣層係由具有絕緣層下面之層之一類似熱係數之一材料製成。接著藉由此項技術之一般技術者所瞭解之一相關方法(諸如化學機械拋光)平滑化或平坦化絕緣層之表面。
在一些實施例中，使用光微影及蝕刻來圖案化在平坦化之後的絕緣層以暴露電極接觸區域。在一些例項中，用於形成圖案之蝕刻方法係乾式蝕刻，例如，使用CF 4及O 2之電感耦合電漿(ICP)蝕刻。
在一些實施例中，P電極或陽極金屬墊係經氣相沈積或藉由其他沈積方法沈積於經圖案化LED結構之一合適位置上(諸如在一側上及/或在平坦化之絕緣層內之通孔中)，以將紅色LED結構、綠色LED結構及藍色LED結構電連接。
在一些實施例中，單獨N電極或陰極金屬墊係經氣相沈積或藉由其他沈積方法沈積於經圖案化LED結構之一合適位置上(諸如在一側/頂部上及/或在平坦化之絕緣層內之通孔中)，以將紅色LED結構、綠色LED結構及藍色LED結構電連接。
圖5係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之具有一折射結構之一單像素三色LED裝置500的一截面視圖。在一些實施例中，儘管並未全部在圖5中展示，但單像素三色LED裝置500具有與圖1至圖4中所展示之單像素三色LED裝置之任一者類似的結構，其中添加形成於單像素三色LED裝置之頂表面上方以改良光發射效率之一折射結構502。自單像素三色LED裝置發射之光係透過不具有折射結構之單像素三色LED裝置之一頂表面(光發射出區域)發射出。在一些實施例中，折射結構502之頂表面經平坦化。在一些實施例中，折射結構502覆蓋頂部電極(諸如N電極140)之經暴露表面且與該經暴露表面接觸。在一些實施例中，折射結構502直接形成於平坦化之絕緣層176之表面上。在一些實施例中，折射結構502係與平坦化之絕緣層176相同且與平坦化之絕緣層176整合。
在一些實施例中，折射結構502經形成於光學隔離結構(例如，一反射杯，諸如146及148)與不具有折射結構之單像素三色LED裝置之頂表面(即，光發射出區域)之間。在一些實施例中，折射結構502之頂表面係在光學隔離結構之頂部上方。在一些實施例中，折射結構502之頂表面係與光學隔離結構之頂部相同或在光學隔離結構之頂部下方。在一些實施例中，折射結構之頂表面係在頂部電極(諸如N電極140)上方。在一些實施例中，折射結構之頂表面係與頂部電極(諸如N電極140)相同或在頂部電極(諸如N電極140)下方。
在一些實施例中，折射結構502藉由根據設計需求使自LED裝置發射之光更聚焦或更發散來改變自單像素三色LED裝置發射之光路徑。
在一些實施例中，折射層502係由介電質材料製成。在一些實施例中，介電質材料係對藉由單像素三色LED裝置發射之光透明，諸如氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁等。在一些實施例中，介電質材料係選自諸如SU-8、光敏聚醯亞胺(PSPI)、BCB等之一或多種聚合物。
在一些實施例中，折射層502直接形成於平坦化之絕緣層上方。在一些實施例中，折射層502係藉由沈積、濺鍍或其他方法形成。
圖6A係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之具有在一反射結構上方之一微透鏡之一單像素三色LED裝置600的一截面視圖。
圖6B係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之具有在由一反射結構形成之區域內之一微透鏡之一單像素三色LED裝置600的一截面視圖。
在一些實施例中，儘管並未全部在圖6A至圖6B中展示，但單像素三色LED裝置600具有與圖1至圖5中所展示之單像素三色LED裝置之任一者類似的結構，其中增加形成於單像素三色LED裝置之頂表面上方以改良光發射效率之一微透鏡602。自單像素三色LED裝置發射之光係透過不具有微透鏡結構之單像素三色LED裝置之頂表面(光發射出區域)發射出。在一些實施例中，微透鏡602直接形成於平坦化之絕緣層176之表面上。在一些實施例中，微透鏡602直接形成於如圖5中所展示之折射結構502之表面上。在一些實施例中，微透鏡602覆蓋頂部電極(諸如N電極140)之經暴露表面且與該經暴露表面接觸。
在一些實施例中，一選用間隔件604經形成於光發射出區域之頂部上在微透鏡602之底部處。在一些實施例中，間隔件604之頂表面經平坦化。在一些實施例中，間隔件604直接形成於平坦化之絕緣層176之表面上。在一些實施例中，間隔件604直接形成於如圖5中所展示之折射結構502之表面上。在一些實施例中，間隔件604係與如圖5中所展示之折射結構502相同且與折射結構502整合。在一些實施例中，間隔件604覆蓋頂部電極(諸如N電極140)之經暴露表面且與該經暴露表面接觸。在一些實施例中，間隔件604係與微透鏡602整合。在一些實施例中，間隔件604係與平坦化之絕緣層176相同且與平坦化之絕緣層176整合。
在一些實施例中，微透鏡602經形成於光學隔離結構(例如，一反射結構或一反射杯，諸如146及148)與不具有微透鏡之在光學隔離結構之間的單像素三色LED裝置之頂表面(即，光發射出區域)之間。在一些實施例中，微透鏡602之頂表面係在光學隔離結構之頂部上方，如圖6A中所展示。當微透鏡602之頂表面係在反射結構(諸如146及148)之頂部上方時，可藉由微透鏡602捕獲及聚焦自包含反射杯之單像素三色LED裝置發射之實質上所有光。在一些實施例中，微透鏡602之頂表面係與光學隔離結構之頂部相同或在光學隔離結構之頂部下方，如圖6B中所展示。當微透鏡602之頂表面係在反射結構(諸如146及148)之頂部下方或處於與反射結構(諸如146及148)之頂部相同之層級時，藉由被限制於一特定區域中之反射結構或反射杯進一步反射自微透鏡602發射之光之至少一部分。
在一些實施例中，微透鏡602之底部之橫向尺寸小於光發射出區域之橫向尺寸。在一些實施例中，微透鏡602之底部之橫向尺寸係相同於或大於光發射出區域之橫向尺寸。在一些實施例中，微透鏡602之底部之橫向尺寸小於頂部發光層136之頂表面區域之橫向尺寸。在一些實施例中，微透鏡602之底部之橫向尺寸係相同於或大於頂部發光層136之頂表面區域之橫向尺寸。
在一些實施例中，選用間隔件604經形成於光學隔離結構(例如，一反射杯，諸如146及148)與不具有微透鏡及間隔件之單像素三色LED裝置之頂表面(即，光發射出區域)之間。在一些實施例中，間隔件604之頂表面係在光學隔離結構之頂部上方。在一些實施例中，間隔件604之頂表面係與光學隔離結構之頂部相同或在光學隔離結構之頂部下方。在一些實施例中，間隔件604之頂表面係在頂部電極(諸如N電極140)上方。在一些實施例中，間隔件604之頂表面係與頂部電極(諸如N電極140)相同或在頂部電極(諸如N電極140)下方。在一些實施例中，微透鏡602之底部之橫向尺寸小於間隔件604之頂表面之橫向尺寸。在一些實施例中，微透鏡602之底部之橫向尺寸係相同於或大於間隔件604之頂表面之橫向尺寸。
在一些實施例中，微透鏡602藉由根據設計需求使自LED裝置發射之光更聚焦或更發散來改變自單像素三色LED裝置發射之光路徑。
在一些實施例中，間隔件604延伸自單像素三色LED裝置發射之光路徑。在一些實施例中，間隔件604藉由根據設計需求使自LED裝置發射之光更聚焦或更發散來改變自單像素三色LED裝置發射之光路徑。
在一些實施例中，微透鏡602可由在自單像素三色LED裝置發射之波長下透明之各種材料製成。用於微透鏡602之實例性透明材料包含聚合物、介電質及半導體。在一些實施例中，介電質材料包含一或多種材料，諸如氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁等。在一些實施例中，微透鏡602係由光阻劑製成。
間隔件604係經形成以維持微透鏡602相對於其下面之像素光源(諸如單像素三色LED裝置)之位置。間隔件604可由在自像素光源發射之波長下透明之各種材料製成。用於間隔件604之實例性透明材料包含聚合物、介電質及半導體。在一些實施例中，介電質材料包含一或多種材料，諸如氧化矽、氮化矽、碳化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化鋁等。在一些實施例中，間隔件604係由光阻劑製成。在一些實施例中，間隔件604與微透鏡602具有相同材料。在一些實施例中，間隔件604與微透鏡602具有不同材料。
在一些實施例中，微透鏡602之高度不大於2微米。在一些實施例中，微透鏡602之高度不大於1微米。在一些實施例中，微透鏡602之高度不大於0.5微米。在一些實施例中，微透鏡602之寬度不大於4微米。在一些實施例中，微透鏡602之寬度不大於3微米。在一些實施例中，微透鏡602之寬度不大於2微米。在一些實施例中，微透鏡602之寬度不大於1微米。在一些實施例中，微透鏡602之寬度與高度之比率大於2。
在一些實施例中，微透鏡602之形狀通常為半球形。在一些實施例中，微透鏡602之中心軸係與無透鏡之單像素三色LED裝置之中心軸對準或相同。
為清楚起見，在一些實施例中，圖6A至圖6B展示在一顯示面板中，單像素光源(諸如三色LED裝置)之各者對應於一個單微透鏡602。應理解，一完整顯示面板包含許多個別像素及許多微透鏡之一陣列。另外，微透鏡與像素光源之間可不必一一對應，像素驅動器電路(未展示)與像素光源之間亦可不必一一對應。像素光源亦可由多個個別光元件(例如，並聯連接之單像素LED)製成。在一些實施例中，一個微透鏡602可覆蓋若干無透鏡之單像素三色LED裝置。
個別微透鏡602具有一正光學功率且經定位以減小自對應像素光源發射之光之發散角或視角。在一個實例中，自像素光源發射之光束具有相當寬之一原始發散角。在一個實施例中，光束之邊緣光射線相對於正交於基板104之一垂直軸的原始角度大於60度。光藉由微透鏡602彎折，使得新的邊緣光射線現具有一減小之發散角。在一項實施例中，減小之角度小於30度。微透鏡陣列中之微透鏡通常係相同的。微透鏡之實例包含球面微透鏡、非球面微透鏡、菲涅爾(Fresnal)微透鏡及柱面微透鏡。
微透鏡602通常具有一平坦側及一彎曲側。在圖6中，微透鏡602之底部係平坦側，且微透鏡602之頂部係彎曲側。各微透鏡602之基底之典型形狀包含圓形、正方形、矩形及六邊形。一顯示面板之一微透鏡陣列中之個別微透鏡可為相同或不同的：在形狀、曲率、光學功率、大小、基底、間距等方面。在一些實施例中，微透鏡602符合單像素三色LED裝置之形狀。在一個實例中，微透鏡602之基底之形狀係與(例如)圖6A至圖6B中之皆呈圓形之單像素三色LED裝置之基底形狀相同。在另一實例中，微透鏡602之基底之形狀並不與單像素三色LED裝置之基底形狀相同，例如，微透鏡之圓形基底具有與單像素三色LED相同之一寬度，但具有一更小面積，此係因為微透鏡基底係一圓形且單像素三色LED之基底係一正方形。在一些實施例中，微透鏡基底面積小於像素光源之面積。在一些實施例中，微透鏡基底面積相同於或大於像素光源之面積。
在一些實施例中，在形成微透鏡602之情況下，間隔層604可與微透鏡602在相同程序中使用相同材料形成。在一些實施例中，像素光源之高度大於、相同於或小於間隔件604之自基板104之底部量測之厚度。
間隔件604之厚度經設計以維持微透鏡604與像素光源之間的適當間距。作為一個實例，對於維持像素光源與微透鏡之間的大於微透鏡之一焦距之一光學間距的一間隔件，在一特定距離處形成一單個像素之一影像。作為另一實例，對於維持像素光源與微透鏡之間的小於微透鏡之一焦距之一光學間距的一光學間隔件，達成一減小之發散角/視角。發散角/視角之減小量亦部分取決於間隔件604之自像素光源之頂表面量測之厚度。在一些實施例中，間隔件604之自像素光源之頂表面量測之厚度不大於1微米。在一些實施例中，間隔件604之自像素光源之頂表面量測之厚度不大於0.5微米。在一些實施例中，間隔件604之自像素光源之頂表面量測之厚度不大於0.2微米。在一些實施例中，間隔件604之自像素光源之頂表面量測之厚度係約1微米。
在一些實施例中，經由將一微透鏡陣列整合至顯示面板上來達成一亮度增強效應。在一些實例中，歸因於微透鏡之光集中效應，在垂直於顯示表面之方向上，具有微透鏡陣列之情況下之亮度係不具有微透鏡陣列之情況下之亮度的4倍。在替代實施例中，亮度增強係數可根據微透鏡陣列及光學間隔件之不同設計而改變。例如，可達成大於8之係數。
在一些實施例中，用於製造一微透鏡之一第一方法包含將一微透鏡材料層直接沈積於像素光源之至少頂部上且與像素光源直接實體接觸之一步驟。在一些實施例中，該微透鏡材料層之形狀符合像素光源之形狀且在像素光源上形成一半球。在一些實施例中，像素光源之頂部大致係平坦的且所形成之微透鏡602之形狀大致呈半球形。在一些實施例中，藉由化學氣相沈積(CVD)技術將微透鏡材料層直接沈積於像素光源之表面(諸如單像素三色LED裝置之經平坦化表面)上。在一些實施例中，CVD程序之沈積參數係：功率係約0 W至約1000 W；壓力係約100毫托至約2000毫托；溫度係大約23°C至大約500°C；氣體流量係約0 sccm至約3000 sccm (標準立方釐米/分鐘)；且時間係約1小時至約3小時。在一些實施例中，微透鏡材料層之材料係一介電質材料(諸如二氧化矽)。
在一些實施例中，用於製造一微透鏡之第一方法進一步包含圖案化微透鏡材料層以暴露基板之電極區域之一步驟。在一些實施例中，圖案化微透鏡材料層之該步驟包含一蝕刻步驟。在一些實施例中，該蝕刻步驟包含在微透鏡材料之表面上形成一遮罩之一步驟。蝕刻步驟亦包含經由一光微影程序圖案化該遮罩從而在遮罩中形成開口且使微透鏡材料層在像素光源之電極區域上方暴露之一步驟。蝕刻步驟進一步包含在遮罩保護到位之情況下蝕刻微透鏡材料層之藉由開口暴露之部分的一步驟。在一些實施例中，經暴露之微透鏡材料層係藉由一濕式蝕刻方法蝕刻。
在一些實施例中，用於製造一微透鏡之一第二方法亦包含形成具有標記之一標記層以用於對準至在稍後步驟中沈積之微透鏡材料層的一選用步驟。例如，該標記層經形成以將發光像素之單元對準至微透鏡材料層以便在像素光源之中心處形成微透鏡。在一些實施例中，標記層經形成以將像素光源對準至其上方之層(尤其微透鏡材料層)以便在像素光源之頂部上形成微透鏡。
用於製造一微透鏡之第二方法進一步包含將一微透鏡材料層直接沈積於一個像素光源之至少頂部上之一步驟。圖6C至圖6D進一步展示根據一些實施例之使用自上而下圖案轉印形成與一微透鏡陣列整合之一顯示面板的一製造方法。在一些實施例中，微透鏡材料層645覆蓋像素光源606M之頂部(如圖6C中所展示)且微透鏡材料層645之頂表面係平坦的。在一些實施例中，微透鏡材料層645係藉由旋塗沈積於像素光源陣列606之頂部上。在一些實施例中，微透鏡材料層645之材料係光阻劑。在一些實施例中，微透鏡材料層645之材料係介電質材料(諸如氧化矽)。
用於製造一微透鏡之第二方法進一步包含自上而下圖案化微透鏡材料層從而在微透鏡材料層中形成至少一半球(如圖6C至圖6D中所展示)的一步驟。在一些實施例中，圖案化係在無需穿過或蝕刻至微透鏡材料層645之底部之情況下實行。在一些實施例中，微透鏡620之半球係放置於至少一個像素光源606M上方。
在一些實施例中，自上而下圖案化微透鏡材料層之步驟進一步包含如圖6C中所展示在微透鏡材料層645之表面上沈積一遮罩層630之一第一步驟。
自上而下圖案化微透鏡材料層之步驟亦包含圖案化遮罩層630以在遮罩層630中形成一半球圖案之一第二步驟。在一些實例中，遮罩層630係首先藉由一光微影程序且接著一回流程序圖案化。在一些實施例中，將光敏聚合物遮罩層630圖案化成如圖6C中用虛線矩形胞元展示之經隔離胞元640以準備形成半球圖案。作為一個實例，經隔離胞元640係經由一光微影程序圖案化及形成。接著使用高溫回流程序將具有經隔離胞元640之經圖案化光敏聚合物遮罩層650塑形成半球圖案660。在一種方法中，經隔離胞元640係經由高溫回流形成為經隔離半球圖案660。在一些實施例中，一個像素之經隔離半球圖案660並未與一相鄰像素之一半球圖案直接實體接觸。在一些實施例中，一個像素之半球圖案660僅在半球圖案660之底部處與一相鄰像素之一半球圖案接觸。在一特定時間內將圖案化光敏聚合物遮罩層650加熱至高於聚合物材料之熔點之一溫度。在聚合物材料熔化成一液化狀態時，液化材料之表面張力將使其成為具有一平滑曲率表面之一形狀。對於具有一半徑R之一圓形基底之一胞元，當該胞元之高度係2R/3時，將在回流程序之後形成一半球形形狀/圖案。圖6C展示在完成高溫回流程序之後與半球圖案660之陣列整合之一顯示面板。在一些實施例中，遮罩層中之半球圖案可藉由其他製造方法(包含用於製造一微透鏡之第一方法中所描述之微透鏡之製造方法)形成。在一些其他實施例中，遮罩層中之半球圖案可使用灰階遮罩光微影曝光來形成。在一些其他實施例中，遮罩層中之半球圖案可經由一模製/壓印程序來形成。
自上而下圖案化微透鏡材料層之步驟進一步包含使用半球圖案660作為一蝕刻，蝕刻微透鏡材料層645以在微透鏡材料層645中形成半球的一第三步驟。在一些實例中，蝕刻微透鏡材料層645係藉由一光微影程序。在一些實例中，蝕刻微透鏡材料層645係藉由一乾式蝕刻，諸如如圖6C中所展示之電漿蝕刻程序635。在一些實施例中，在蝕刻微透鏡材料層645之後，並未蝕刻穿過微透鏡材料層645以暴露像素光源606M之頂表面(如圖6C至圖6D中所展示)，藉此一間隔件670經形成於像素光源606M之頂部上或覆蓋像素光源606M之頂部(如圖6D中所展示)。
用於製造一微透鏡之第二方法進一步包含圖案化微透鏡材料層以暴露基板之電極區域(圖6D中未展示)之一步驟。在一些實施例中，圖案化微透鏡材料層之該步驟包含一蝕刻步驟。在一些實施例中，該蝕刻步驟包含在微透鏡材料之表面上形成一遮罩之一步驟。蝕刻步驟亦包含經由一光微影程序圖案化該遮罩從而在遮罩中形成開口且使微透鏡材料層在像素光源之電極區域上方暴露之一步驟。蝕刻步驟進一步包含在具有遮罩保護之情況下蝕刻經暴露之微透鏡材料層之一步驟。在一些實施例中，經暴露之微透鏡材料層係藉由一濕式蝕刻方法蝕刻。在一些實施例中，用於一電極之開口定位於顯示陣列區域外部。
如上文所描述，圖6A至圖6D展示形成與一微透鏡陣列整合之一顯示面板之各種製造方法。應理解，此等僅為實例，且亦可使用其他製造技術。
儘管詳細描述含有許多細節，但此等不應被解釋為限制本發明之範疇，而僅為繪示本發明之不同實例及態樣。應瞭解，本發明之範疇包含上文未詳細論述之其他實施例。例如，亦可使用具有不同形狀基底(諸如正方形基底或其他多邊形基底)之微透鏡。
圖7係根據一些實施例之沿著圖1A中之諸如102之對角線之在一基板104上之三個單像素三色LED裝置710、720及730的一截面視圖700。在一些實施例中，儘管並未全部在圖7中展示，但單像素三色LED裝置710、720及730之各者具有與圖1至圖6中所展示之單像素三色LED裝置之任一者類似的結構。矩形750內之一單像素三色LED裝置710之截面視圖等效於如上文所描述之如在圖1至圖6之任一者中所展示的截面視圖。
在一些實施例中，如圖1至圖7中之實施例之任一者中所展示，單像素三色LED裝置進一步包括一或多個反射杯結構(諸如702、704及706)。反射結構(諸如702、704及706)圍繞單像素三色LED裝置710、720及730之各者。反射杯可形成於半導體基板104上且圍繞其中發射來自單像素三色LED裝置之光之發光區定位。例如，如圖1A至圖1C中自沿著圖1B中之102方向之截面視圖及自沿著圖1C中之150方向之截面視圖所展示，反射杯可包含四個反射杯部分146、148、170及172。在一些實施例中，反射杯部分146、148、170及172可形成於半導體基板104上且圍繞發光區定位。在一些實施例中，反射杯可隔離自發光區發射之至少一些光或實質上所有光。例如，如圖1B至圖1C中所展示，當反射杯之一高度高於發光區之一高度時，反射杯部分146、148、170及172可隔離自發光區發射之至少一些光或實質上所有光。因此，反射杯可抑制LED顯示器之像素間光串擾及改良整體對比度。來自反射杯之反射亦可藉由將光發射聚焦至一特定方向上來增加發光效率及亮度。
在一些實施例中，反射杯之高度可大於底部LED結構(諸如紅色LED結構)之一高度，大於中間LED結構(諸如綠色LED結構)之一高度，或大於頂部LED結構(諸如藍色LED結構)之一高度。在一些實施例中，反射杯之總高度可大於底部LED結構(諸如紅色LED結構)、中間LED結構(諸如綠色LED結構)及頂部LED結構(諸如藍色LED結構)之經組合高度之一高度。在一些實施例中，反射杯之總高度可大於不具有經平坦化層之單像素三色LED裝置之高度。在一些實施例中，反射杯之高度係在0.5微米至50微米之間。在一些實施例中，反射杯之高度係在1微米至20微米之間。在一些實施例中，反射杯之高度係在2微米至10微米之間。在一較佳實施例中，反射杯之高度係約2.5微米，而不具有經平坦化層之單像素三色LED裝置之高度係約1.9微米。又在一些實施例中，反射杯部分146、148、170及172可具有不同高度。在一些實施例中，一反射杯部分(諸如146或148)之截面係三角形。在一些實施例中，一反射杯部分(諸如146或148)之截面係其中底部邊緣比頂部邊緣長之一梯形。在一些實施例中，反射杯部分(諸如146或148)之底部寬度係在0.3微米至50微米之間。在一些實施例中，反射杯部分(諸如146或148)之底部寬度係在0.5微米至25微米之間。在一較佳實施例中，反射杯部分(諸如146或148)之底部寬度係約1微米。在一些實施例中，反射杯部分(諸如146或148)之底部之最近邊緣至單像素三色LED裝置之底部之最近邊緣的距離係在0.2微米至30微米之間。在一些實施例中，反射杯部分(諸如146或148)之底部之最近邊緣至單像素三色LED裝置之底部之最近邊緣的距離係在0.4微米至10微米之間。在一較佳實施例中，反射杯部分(諸如146/446或148/448)之底部之最近邊緣至單像素三色LED裝置之底部之最近邊緣(諸如，如圖4B中所展示之p電極連接結構422)的距離係約0.6微米。
在一些實施例中，單像素三色LED裝置之相鄰反射杯部分(諸如146/446及148/448)之中心之間的距離係在1微米至50微米之間。在一較佳實施例中，單像素三色LED裝置之相鄰反射杯部分(諸如146及148)之中心之間的距離係約5微米。
在一些實施例中，0°之一發散角可對應於垂直於發光區之一頂表面傳播之光，且90°之一發散角可對應於平行於發光區之頂表面傳播之光。改變反射杯之幾何形狀可控制自發光區發射之光之發散角。因此，反射杯可減少自發光區發射之光之發散，且增強單像素多色LED裝置之亮度。在一些實施例中，如圖1B至圖1C中所展示之反射杯146-1、148-1、170-1及172-1之側壁可為筆直的、彎曲的、波狀的、多線的或其等之組合。在一些實施例中，反射杯部分146、148、170及172之側壁之陡度可經設計以減少自發光區發射之光之發散。例如，反射杯部分146、148、170及172之側壁相對於垂直於基板104之一垂直軸之角度可自至少15度至至多75度。反射杯部分146、148、170及172之側壁相對於垂直於基板104之一垂直軸之角度可自至少5度至至多60度。在一些較佳實施例中，反射杯部分146、148、170及172之側壁相對於垂直於基板104之一垂直軸之角度可自至少10度至至多50度。反射杯亦可向上反射自發光區發射之一些光。例如，自發光區發射之一些光可到達反射杯部分146、148、170及172且藉由反射杯部分146、148、170及172向上反射。
在一些實施例中，反射杯可包括金屬。在一些實施例中，反射杯可包括介電質材料(諸如氧化矽)。在一些實施例中，反射杯可包括光敏介電質材料。在一些實施例中，光敏介電質材料可包括SU-8、光敏聚醯亞胺(PSPI)或BCB。在其他實施例中，反射杯可包括光阻劑。
在一些實施例中，反射杯可藉由沈積、光微影及蝕刻程序之一組合來製造。在一些實施例中，反射杯可藉由其他合適方法製造。在一種方法中，PSPI係藉由一光微影程序形成為反射杯形狀。接著，藉由氣相沈積在包含作為一反射層之反射杯之多色LED裝置的整個表面上沈積具有一高反射率之包含一或多種金屬(諸如Pt、Rh、Al、Au及Ag)之一金屬層、包含TiO 2/SiO 2層之一經堆疊DBR層，或包含一多層全向反射體(ODR)之具有一全反射性質之任何其他層，或其等之一組合。接下來，在蝕刻其他區上之反射層時，藉由反射杯區域中之一光阻劑遮蔽反射層，藉此暴露發光區。
在另一方法中，在經堆疊LED結構上沈積或旋塗比經堆疊LED結構厚之包含SiO 2、氮化矽或SU-8之一或多者的一隔離層。接著，使用一光阻劑作為一遮罩，將隔離層蝕刻及形成為一反射杯形狀。接下來，藉由氣相沈積在包含作為一反射層之反射杯之多色LED裝置的整個表面上沈積具有一高反射率之包含一或多種金屬(諸如Pt、Rh、Al、Au及Ag)之一金屬層、包含TiO 2/SiO 2層之一經堆疊DBR層，或包含一多層全向反射體(ODR)之具有一全反射性質之任何其他層，或其等之一組合。最後，在蝕刻其他區上之反射層時，藉由反射杯區域中之一光阻劑遮蔽反射層，藉此暴露發光區。
在一些實施例中，如圖2至圖6中所展示，單像素三色LED裝置進一步包括與反射杯整合之一或多個頂部電極(例如，頂部電極140/440、442及444)。該一或多個頂部電極可與頂部電極(層) 140/440電連接。例如，如圖4B中所展示，電極442及444可分別與反射杯(例如，反射杯部分446及448)整合。頂部電極442及444之兩者可延伸朝向發光區且與頂部電極(層) 140/440電連接。反射杯可作為其中採用一或多個頂部電極之單像素三色LED裝置之一共同P電極或N電極來執行。例如，當頂部電極(層) 140/440與LED結構(例如，包含發光層112/412、130/430及136/436之LED結構)及視需要頂部電極442及444之各者電連接時，反射杯可作為單像素三色LED裝置之一共同P電極或N電極來執行。
在一些實施例中，反射杯進一步包含一或多個反射塗層。該一或多個反射塗層可安置於反射杯之一或多個側壁(例如，反射杯146-1、148-1、170-1及172-1之側壁)上。一或多個反射塗層之各者之一底部並不接觸LED結構(例如，紅色、綠色及藍色LED結構)之各者。一或多個反射塗層可反射自發光區發射之光且因此增強微型LED面板或顯示器之亮度及發光效能。例如，自發光區發射之光可到達一或多個反射塗層且可藉由一或多個反射塗層向上反射。
一或多個反射塗層連同反射杯一起可利用自發光區發射之光之反射方向及/或反射強度。例如，反射杯146-1、148-1、170-1及172-1之側壁以一特定角度傾斜，且因此安置於反射杯146-1、148-1、170-1及172-1之側壁上之一或多個反射塗層以與反射杯146-1、148-1、170-1及172-1之側壁相同之角度傾斜。當自發光區發射之光到達一或多個反射塗層時，自發光區發射之光將藉由一或多個反射塗層根據反射杯146-1、148-1、170-1及172-1之側壁之角度來反射。
一或多個反射塗層之材料可為高度反射的，具有大於60%、70%或80%之一反射率，且因此可反射自發光區發射之大部分光。在一些實施例中，一或多個反射塗層可包括具有高反射率之一或多個金屬導電材料。在此等實施例中，該一或多個金屬導電材料可包括鋁、金或銀之一或多者。在其他一些實施例中，一或多個反射塗層可為多層的。更具體而言，一或多個反射塗層可包括一或多個反射材料層及一或多個介電質材料層之一堆疊。例如，一或多個反射塗層可包括一個反射材料層及一個介電質材料層。在其他實施例中，一或多個反射塗層可包括兩個反射材料層及定位於該兩個反射材料層之間的一個介電質材料層。又在一些其他實施例中，一或多個反射塗層可包括兩個介電質材料層及定位於該兩個介電質材料層之間的一個反射材料層。在一些實施例中，多層結構可包括可包含TiAu、CrAl或TiWAg之一或多者之兩個或更多個金屬層。
在一些實施例中，一或多個反射塗層可為包括一金屬層及一透明及導電氧化物(TCO)層之多層全向反射體(ODR)。例如，多層結構可包括一介電質材料層、一金屬層及一TCO層。在一些實施例中，一或多個反射塗層可包括交替安置以形成一分佈式布拉格反射體(DBR)之兩個或更多個介電質材料層。例如，一或多個反射塗層可包括一介電質材料層、一金屬層及一透明介電質層。該透明介電質層可包括SiO 2、Si 3N 4、Al 2O 3或TiO 2之一或多者。一或多個反射塗層可進一步包括一介電質材料層、一TCO及一DBR。在其他實施例中，一或多個反射塗層可包括具有高反射之一或多個金屬導電材料。在此等實施例中，該一或多個金屬導電材料可包括鋁、金或銀之一或多者。在一些實施例中，反射塗層可具有與如上所述之在發光層上方及下方之反射層(諸如109、115、127、133及135)相同之組合物、結構及製程。
在一些實施例中，一或多個反射塗層可為導電的，且接著一或多個反射塗層亦可作為至單像素多色LED裝置之電接觸件執行功能。例如，頂部電極(層) 140可與一或多個反射塗層電連接。對於另一實例，一或多個反射塗層可與一或多個透明電極接觸層114、132及138電連接。一或多個反射塗層可經圖案化以不阻擋自發光區發射之光。一或多個反射塗層接著亦可用作一顯示面板上之一單像素多色LED裝置及/或LED內之LED結構之共同電極。
在一些實施例中，用於連接至電極之一頂部導電層經形成於多色LED裝置之頂部上，且該頂部導電層與反射杯電連接。在一些實施例中，頂部導電層直接與反射杯之一頂部或反射杯之一底部接觸。
在一些實施例中，一底部介電質層經形成於反射杯之一底部與半導體基板之間。
在一些實施例中，反射塗層之一或多者可藉由電子束沈積或濺鍍程序之一或多者來產生。
在一些實施例中，反射杯可具有一階梯狀結構之形狀。圖8係根據一些實施例之沿著圖4A中之諸如402之對角線之具有一階梯狀反射杯之一單像素三色LED裝置800的一截面視圖。在一些實施例中，儘管並未全部在圖8中展示，但單像素三色LED裝置800具有與圖1至圖7中所展示之具有反射杯部分(諸如146、148、170及172)之單像素三色LED裝置之任一者類似的結構，具有一階梯狀反射杯。階梯狀反射杯可形成於半導體基板104/404上且圍繞發光區定位。例如，如圖8中自沿著圖4A中之諸如402之對角線之截面視圖所展示，階梯狀反射杯可包含兩個階梯狀反射杯部分846及848。階梯狀反射杯部分846及848可形成於半導體基板104/404上，且圍繞發光區定位。在一些實施例中，階梯狀反射杯可隔離自發光區發射之至少一些或實質上所有光。例如，如圖8中所展示，當階梯狀反射杯之一高度高於發光區之一高度時，階梯狀反射杯部分846及848可隔離自發光區發射之至少一些或實質上所有光。因此，階梯狀反射杯可抑制LED顯示器之像素間光串擾及改良整體對比度。
在一些實施例中，階梯狀反射杯包含一或多個階梯結構，諸如846-1、846-2、846-3、848-1、848-2及848-3。在一些實施例中，反射杯之階梯之各者之高度可與相同垂直層級之LED結構之一高度相同。例如，階梯結構846-1及848-1各具有與底部LED結構相同之高度。階梯結構846-2及848-2各具有與中間LED結構相同之高度。階梯結構846-3及848-3各具有與頂部LED結構相同之高度。又在一些實施例中，階梯狀反射杯部分846及848可具有相同或不同高度。階梯狀反射杯亦可向上反射自發光區發射之一些光。例如，針對單像素多色LED裝置內之各LED結構，自發光區發射之一些光可根據設計以一不同圖案到達階梯狀反射杯部分846及848且藉由階梯狀反射杯部分846及848向上反射。例如，階梯之各者可調整以一不同圖案發射(尤其水平地)之光之焦點。例如，在來自LED裝置之光束之中心處更多地聚焦紅光且在邊緣處更多地聚焦藍光。因此，可減少自發光區發射之光之發散且增強單像素多色LED裝置之亮度。
在一些實施例中，階梯狀反射杯結構可包含或形成圍繞發光區之一腔。該腔可包含由階梯狀反射杯圍繞且在半導體基板404上方之區域。腔可包含一內側壁，且該內側壁可包含複數個傾斜表面。例如，如圖8中所展示，階梯狀反射杯可包含或圍繞腔，腔可包含介於階梯狀反射部分846及848之間且在半導體基板404上方的區域。發光區可定位於腔中，且由階梯狀反射杯部分846及848圍繞。
在一些實施例中，腔之一頂部高於發光區之一頂部。例如，包含於階梯狀反射杯(例如，階梯狀反射杯部分846及848)中之腔之頂部高於發光區之頂部。在一些實施例中，腔可包含一內側壁，且該內側壁可包含複數個傾斜表面(例如，傾斜表面846-1S、846-2S、846-3S、848-1S、848-2S及848-3S)。在一些實施例中，該複數個傾斜表面之自腔之底部至頂部之傾斜角(相對於基板404之表面)變得更大。例如，如圖8中所展示，傾斜表面846-1S、846-2S、846-3S之角度分別指示為傾斜角α、β及γ。傾斜表面846-1S、846-2S及846-3S之傾斜角可分別與傾斜表面848-1S、848-2S及848-3S之傾斜角相同。在一些實施例中，傾斜角α、β及γ自腔之底部至頂部保持相同或變得更大。在一些較佳實施例中，傾斜角α、β及γ可自腔之底部至頂部變得更小，因此自LED裝置發射之光可更加朝向LED裝置之上部分發散。又在一些實施例中，傾斜角α、β及γ可為根據設計之任何角度。在一些實施例中，腔可填充有含矽材料(例如，氧化矽)且填充可改良光學折射、增加透明度及/或增強抗紫外光老化性及抗熱老化性。在一些實施例中，腔可為空的或經抽真空。在一些實施例中，傾斜表面(例如，傾斜表面846-1S、846-2S、846-3S、848-1S、848-2S及848-3S)可為筆直的、彎曲的、波狀的、多線的或其等之組合。
在一些實施例中，腔可包含複數個子腔。子腔可由各自傾斜表面形成或圍繞且可在水平方向上具有不同尺寸。例如，如圖8中所展示，可存在三個子腔。腔之底部處之子腔可包含由半導體基板104/404、傾斜表面846-1S及848-1S以及接合層156/456之底部圍繞或限制的區域。腔之中間之子腔可包含由接合層156/456之底部、傾斜表面846-2S及848-2S及接合層160/460之底部圍繞或限制的區域。腔之頂部上之子腔可包含由接合層160/460之底部、傾斜表面846-3S及848-3S及頂部電極層140/440 (或階梯結構846-3及848-3之頂部之開口頂部)圍繞或限制的區域。在一些實施例中，子腔之傾斜表面並未配置於一相同平面中。例如，如圖8中所展示，子腔可由複數個傾斜表面846-1S、846-2S、846-3S、848-1S、848-2S及848-3S形成或圍繞且可在水平方向上具有不同尺寸。在一些實施例中，傾斜表面846-1S、846-2S及846-3S可不配置於相同平面中，且傾斜表面848-1S、848-2S及848-3S可不配置於一相同平面中。例如，傾斜表面846-1S、846-2S及846-3S係在垂直方向上交錯配置於不同平面中。
在一些實施例中，子腔之高度可為不同的。例如，腔之中間之子腔之一高度可小於其他子腔之高度。腔之頂部處之子腔之一高度可大於腔之底部處之子腔之一高度。又在一些實施例中，彩色LED結構之各者係在子腔之一各自不同者中。例如，底部紅色LED結構係在腔之底部處之子腔中且頂部藍色LED結構係在腔之頂部處之子腔中。中間綠色LED結構係在腔之中間之子腔中。在一些實施例中，子腔可填充有含矽材料(例如，氧化矽)且填充可改良光學折射、增加透明度及/或增強抗紫外光老化性及抗熱老化性。在一些實施例中，子腔之材料可為不同的。例如，腔之頂部處之子腔之材料可填充有氧化矽且腔之底部處之子腔之材料可填充有環氧甲基矽。在一些實施例中，子腔可為空的或經抽真空。
在一些實施例中，階梯狀反射杯可包括金屬。在一些實施例中，階梯狀反射杯可包括介電質材料(諸如二氧化矽)。在一些實施例中，階梯狀反射杯可包括光敏介電質材料。在一些實施例中，光敏介電質材料可包括SU-8或光敏聚醯亞胺(PSPI)。在其他實施例中，階梯狀反射杯可包括光阻劑。在一些實施例中，階梯狀反射杯之製程係類似於上文關於反射杯所描述。
在一些實施例中，單像素多色LED裝置800進一步包括一或多個反射塗層。該一或多個反射塗層可安置於階梯狀反射杯之一或多個傾斜表面(例如，傾斜表面846-1S、846-2S、846-3S、848-1S、848-2S及848-3S)上。一或多個反射塗層之各者之一底部並未接觸LED結構(例如，紅色、綠色及藍色LED結構)之各者。一或多個反射塗層可反射自發光區發射之光且因此增強微型LED面板或顯示器之亮度及發光效能。例如，自發光區發射之光可到達一或多個反射塗層且可藉由一或多個反射塗層向上反射。
一或多個反射塗層連同階梯狀反射杯可一起利用自發光區發射之光之反射方向及/或反射強度。例如，其等各自傾斜表面846-1S、846-2S及846-3S之傾斜角α、β及γ可自腔之底部至頂部變得更小，且因此安置於傾斜表面846-1S、846-2S及846-3S上之一或多個反射塗層以與傾斜表面846-1S、846-2S及846-3S相同之角度傾斜。當自發光區發射之光到達一或多個反射塗層時，自發光區發射之光將藉由一或多個反射塗層根據傾斜角α、β及γ反射。根據一特定設計，傾斜角α、β及γ可變得更大、相同或更小，或以其他方式選擇傾斜角α、β及γ。
一或多個反射塗層之材料可為高度反射性，具有大於60%、70%或80%之一反射率，且因此可反射自發光區發射之大部分光。在一些實施例中，一或多個反射塗層之材料係類似於上文關於反射杯所描述。在一些實施例中，安置於傾斜表面之各者上之一或多個反射塗層之材料可為不同的。例如，安置於傾斜表面846-1S上之反射塗層之材料可不同於分別安置於傾斜表面846-2S及846-3S上之反射塗層之材料。
在一些實施例中，反射塗層之一或多者可藉由電子束沈積或濺鍍程序之一或多者來產生。在一些實施例中，一或多個階梯結構(諸如846-1、846-2、846-3、848-1、848-2及848-3)之各者係在一多步驟程序中逐層形成。例如，階梯結構(諸如846-1及848-1)係在形成經平坦化層454之前或之後在相同步驟中形成。階梯結構(諸如846-2及848-2)係在形成經平坦化層458之前或之後在相同步驟中形成。階梯結構(諸如846-3及848-3)係在形成經平坦化層462之前或之後在相同步驟中形成。在一些實施例中，尤其在用於形成單像素三色LED裝置之程序中涉及逐層平坦化時，階梯結構係由於逐層程序及包含LED結構之不同經平坦化層之接合之位錯而形成。在一些實施例中，由於逐層程序及包含LED結構之不同經平坦化層之接合之位錯，在不同階梯結構(諸如846-1、846-2及846-3)之間可存在間隙(圖8中未展示)。
在一些實施例中，反射杯可具有一浮動結構。圖9係根據一些實施例之沿著圖4A中之諸如402之對角線之具有一浮動反射杯之一單像素三色LED裝置900的一截面視圖。在一些實施例中，儘管並未全部在圖9中展示，但單像素三色LED裝置900具有與圖1至圖8中所展示之單像素三色LED裝置之任一者類似之具有浮動反射杯部分(諸如946及948) 之結構。
在一些實施例中，浮動反射杯可圍繞發光區且反射杯之底部並未直接接觸半導體基板104/404。例如，如圖9中所展示，反射杯部分946及948圍繞發光區，且反射杯部分946及948之底部並未直接接觸半導體基板104，例如，在反射杯之底部與基板104/404之間存在一間隙。在一些實施例中，該間隙係由平坦化之絕緣層454填充。在一些實施例中，自發光區發射之光可到達反射杯且藉由反射杯向上反射。例如，如圖9中所展示，自發光區發射之光(包含自LED結構之側壁及/或頂部發射之光)可到達反射杯部分946及948，且藉由反射杯部分946及948向上反射。因此，可減少自發光區發射之光之發散，且增強單像素多色LED裝置之亮度。
在一些實施例中，可根據設計需求來調整反射杯之底部與半導體基板104/404之頂表面之間的距離。在一些實施例中，可在單像素多色LED裝置及顯示面板之製程期間調整反射杯之底部與半導體基板104/404之頂表面之間的距離。當單像素多色LED裝置900之製造完成時，距離固定且不可調整。在其他實施例中，反射杯之底部與半導體基板104/404之頂表面之間的距離可在設計程序期間特定選擇，且將在製造單像素多色LED裝置900及顯示面板之後固定。在一些實施例中，反射杯(諸如部分946及948)之底部至基板404之頂表面之間的距離可為相同的或小於發光層412之底部處之接合層408之頂表面至基板404之頂表面之間的距離。在一些實施例中，反射杯(諸如部分946及948)之底部至基板404之頂表面之間的距離可大於發光層412之底部處之接合層408之頂表面至基板404之頂表面之間的距離。藉由調整浮動反射杯之間隙，來自單像素多色LED裝置900之一特定部分之特定光可不被反射或隔離，此可使光更多聚焦於裝置900之選定部分處。
在一些實施例中，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離可小於0.5微米。在一些實施例中，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離可小於1微米。在一些實施例中，反射杯之底部與半導體基板140之頂表面之間的距離可小於2微米。在一些實施例中，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離可小於5微米。在一些實施例中，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離可小於10微米。在一些實施例中，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離可小於20微米。在一些實施例中，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離可小於50微米。在一些實施例中，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離可小於75微米。在一些實施例中，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離可小於100微米。通常，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離係由發光層之底部之高度(諸如金屬接合層之厚度)決定。在一較佳實施例中，反射杯之底部與半導體基板404之頂表面之間的距離不大於20微米。
在一些實施例中，反射杯可隔離自發光區發射之至少一些光。例如，如圖9中所展示，當反射杯之一高度高於發光區之一高度時，反射杯部分946及948可隔離自發光區發射之至少一些光。因此，反射杯可抑制像素間光串擾且改良LED顯示器之整體對比度。浮動反射杯具有與如上所述之反射杯相同或類似之組合物、形狀及製程(惟定位及位置除外)。
圖1至圖9僅繪示根據一些實施例之單像素多色LED裝置。在其他實施例中，當自一俯視圖或側視圖觀看時，反射杯可為不同形狀。即，圍繞發光區之反射杯之側壁可為圓形、三角形、正方形、矩形、五邊形、六邊形及八邊形。反射杯之側壁可圍繞一個發光區或一個單像素多色LED裝置，或一群組發光區或一群組單像素多色LED裝置。例如，反射杯之側壁可圍繞配置於相同平面中之兩個或更多個發光區或單像素多色LED裝置。
可利用各可包括一反射杯之單像素多色LED裝置之一陣列。當自一俯視圖或平面視圖觀看時，反射杯之各者可具有不同形狀。例如，一第一單像素多色LED裝置之一反射杯可為圓形的，或一相鄰單像素多色LED裝置之一反射杯可為正方形的。另外，反射杯可彼此電隔離。若在相鄰反射杯之間提供緩衝空間或若反射杯之材料可不一直延伸至相鄰反射杯之邊界，則反射杯亦可經隔離。替代性地，反射杯之側壁上之一反射塗層形式可僅延伸以覆蓋相鄰反射杯之間的間隙區域。在另一實施例中，反射杯可藉由一共同電極(諸如一頂部電極)彼此電連接。
可在不脫離如隨附發明申請專利範圍中所定義之本發明之精神及範疇的情況下在本文中所揭示之本發明之方法及設備之配置、操作及細節方面進行熟習此項技術者將明白之各種其他修改、改變及變動。因此，本發明之範疇應由隨附發明申請專利範圍及其等合法等效物判定。
進一步實施例亦包含包括圖1至圖9中所展示之經組合或以其他方式重新配置於各項其他實施例中之實施例之上述實施例的各種子集。
選擇(例如，使用一成本或效能函數最佳化)單像素多色LED裝置之各種設計態樣(諸如層之尺寸(例如，各層之寬度、長度、高度及截面積)、電極之尺寸、兩個或更多個LED結構層、接合層、反射層及導電層之大小、形狀、間距及配置，以及集成電路、像素驅動器及電連接件之間的組態)以用於獲得所要LED特性。例如，基於上文設計態樣改變之LED特性包含大小、材料、成本、製造效率、光發射效率、電力消耗、方向性、發光強度、光通量、色彩、光譜及空間輻射場型。
圖10A係繪示根據一些實施例之單像素三色LED裝置1000之一矩陣的一電路圖。圖10A中之電路包含三個像素驅動器1002、1004及1006以及三個三色LED裝置1008、1010及1012。
在一些實施例中，一顯示面板包含複數個像素(諸如數百萬個像素)，且各像素包含一三色LED裝置結構。在一些實施例中，LED裝置結構可為微型LED。微型LED通常具有50微米(um)或更小之一橫向尺寸，且可具有小於10 um且甚至僅幾um之橫向尺寸。
在一些實施例中，像素驅動器(例如，1002)包含數個電晶體及電容器(圖10A中未展示)。電晶體包含連接至一電壓供應器之一驅動電晶體，及經組態使其閘極連接至一掃描信號匯流排線之一控制電晶體。電容器包含用於在掃描信號設定其他像素之時間期間維持驅動電晶體之閘極電壓的一儲存電容器。
在此實例中，三個三色LED裝置之各者(例如，1008)具有其自身集成電路(IC)像素驅動器1002。用於一單個像素之三色LED裝置1008可被視為並聯連接之具有不同色彩之三個個別LED。例如，相同三色LED裝置1008內之紅色LED 1018、綠色LED 1016及藍色LED 1014係經由一共用P電極墊或陽極連接至相同IC像素驅動器1002。
在一些實施例中，相同三色LED裝置1008內之紅色、綠色及藍色LED之各者連接至單獨N電極墊或陰極。
在一些實施例中，來自不同三色LED裝置之所有紅色LED (例如，1018、1024及1030)連接至相同共同N電極1036。來自不同三色LED裝置之所有綠色LED (例如，1016、1022及1028)連接至相同共同N電極1034。來自不同三色LED裝置之所有藍色LED (例如，1014、1020及1026)連接至相同共同N電極1032。使用共同電極簡化製程且減少LED裝置之面積(尤其電極之佔用面積)。
在一些實施例中，用於P電極及N電極之連接件可切換及互換(圖10A中未展示)。例如，相同三色LED裝置1008內之紅色LED 1018、綠色LED 1016及藍色LED 1014連接至一共用N電極墊或陰極。相同三色LED裝置1008內之紅色、綠色及藍色LED之各者連接至單獨P電極或陽極。來自不同三色LED裝置之所有紅色LED (例如，1018、1024及1030)連接至相同共同N電極1036。
圖10B係繪示根據一些實施例之單像素三色LED裝置1000之一矩陣的一電路圖。圖10B係類似於圖10A，惟在此實例中三個三色LED裝置之各者(例如，1008)中之LED結構之各者具有其自身集成電路(IC)像素驅動器1002除外。例如，相同三色LED裝置1008內之紅色LED 1018、綠色LED 1016及藍色LED 1014係經由一單獨P電極墊或陽極分別連接至不同IC像素驅動器1002-1、1002-2及1002-3。如自圖1至圖9可見，在一些實施例中繪示此類型之P電極連接件。
另外，在如圖10B中所展示之一些實施例中，來自不同三色LED裝置之不同色彩之所有LED連接至相同共同N電極1032。
在一些實施例中，用於P電極及N電極之連接件可切換及互換(圖10B中未展示)。例如，相同三色LED裝置1008內之紅色LED 1018、綠色LED 1016及藍色LED 1014分別連接至不同N電極墊或陰極。來自不同三色LED裝置之不同色彩之所有LED連接至相同共同P電極1032。
圖11係根據一些實施例之一微型LED顯示面板1100之一俯視圖。顯示面板1100包含一資料介面1110、一控制模組1120及一像素區1150。資料介面1110接收定義待顯示之影像之資料。此資料之(若干)來源及格式將取決於應用而改變。控制模組1120接收傳入資料且將其轉換至適於驅動顯示面板中之像素之一形式。控制模組1120可包含用以自經接收格式轉換至適於像素區1150之一個格式之數位邏輯及/或狀態機、用以儲存及傳送資料之移位暫存器或其他類型之緩衝器及記憶體、數位轉類比轉換器及位準移位器，以及包含計時電路系統之掃描控制器。
像素區1150包含一像素陣列。像素包含與(例如)如上所述之像素驅動器整合之微型LED (諸如一多色LED 1134)。在一些實施例中，一微透鏡陣列(未與圖11中之LED 1134分開展示)覆蓋多色LED陣列之頂部。在一些實施例中，光學隔離結構(諸如反射結構或反射杯)之一陣列(未與圖11中之LED 1134分開展示)係圍繞多色LED陣列形成。在此實例中，顯示面板1100係一彩色RGB顯示面板。其包含紅色、綠色及藍色像素。在各像素內，三色LED 1134係由一像素驅動器控制。根據先前所展示之實施例，像素經由一接地墊1136接觸一供應電壓(未展示)及接地，且亦接觸一控制信號。儘管圖11中未展示，但三色LED 1134之p電極及驅動電晶體之輸出定位於LED 1134內。根據各項實施例，製成LED電流驅動信號連接(在LED之p電極與像素驅動器之輸出之間)、接地連接(在n電極與系統接地之間)、供應電壓Vdd連接(在像素驅動器之源極與系統Vdd之間)及至像素驅動器之閘極之控制信號連接。
圖11僅為一代表性圖。其他設計將為顯而易見的。例如，色彩不必為紅色、綠色及藍色。其等亦不必以行或條紋配置。作為一個實例，除了圖11中所展示之一正方形像素矩陣之配置以外，六邊形像素矩陣之一配置亦可用於形成顯示面板1100。
在一些應用中，一完全可程式化矩形像素陣列並非必需的。亦可使用本文中所描述之裝置結構來形成具有各種形狀及顯示器之顯示面板之其他設計。一類實例係專業應用，包含標牌及汽車。例如，多個像素可配置成星形或螺旋形形狀以形成一顯示面板，且可藉由開啟及關閉LED來產生顯示面板上之不同圖案。另一專業實例係汽車前燈及智慧型照明，其中特定像素組合在一起以形成各種照明形狀且各LED像素群組可被開啟或關閉或以其他方式藉由個別像素驅動器來調整。
甚至各像素內之裝置之橫向配置可改變。在圖1至圖9中，LED及像素驅動器經垂直配置，即，各LED定位於對應像素驅動器電路之頂部上。其他配置係可行的。例如，像素驅動器亦可定位於LED之「後面」、「前面」或「旁邊」。
可製造不同類型之顯示面板。例如，一顯示面板之解析度通常可在8x8至3840x2160之範圍內。常見顯示解析度包含具有320x240解析度及4:3之一縱橫比之QVGA、具有1024x768解析度及4:3之一縱橫比之XGA、具有1280x720解析度及16:9之一縱橫比之D、具有1920x1080解析度及16:9之一縱橫比之FHD、具有3840x2160解析度及16:9之一縱橫比之UHD，及具有4096x2160解析度之4K。亦可存在在亞微米及以下至10 mm及以上之範圍內之廣泛多種像素大小。整個顯示區之大小亦可廣泛改變，在小至幾十微米或更小之對角線至幾百英寸或更大之對角線的範圍內。
不同應用針對光學亮度及視角亦將具有不同要求。實例性應用包含直視顯示螢幕、家庭/辦公室投影儀之光引擎，及可攜式電子器件(諸如智慧型電話、膝上型電腦、可穿戴電子器件、AR及VR眼鏡以及視網膜投影)。電力消耗可自低至視網膜投影儀之幾毫瓦改變至高達大螢幕戶外顯示器、投影儀及智慧型汽車前燈之幾千瓦。就圖框率而言，歸因於無機LED之快速回應(納秒)，針對小解析度，圖框率可高達KHz或甚至MHz。
進一步實施例亦包含包括圖1至圖11中之經組合或以其他方式重新配置於各項實施例中之實施例之上述實施例的各種子集，例如，具有及不具有反射層、具有及不具有經平坦化層、具有及不具有反射杯結構(包含各種形狀及類型之定位)、具有及不具有折射層、具有及不具有微透鏡、具有及不具有間隔件及具有不同電極連接結構之一多色LED像素裝置/單元。
儘管詳細描述含有許多細節，但此等不應被解釋為限制本發明之範疇，而僅被解釋為繪示本發明之不同實例及態樣。應瞭解，本發明之範疇包含上文未詳細論述之其他實施例。例如，上文所描述之方法可應用於除LED及OLED以外之功能裝置與除像素驅動器以外之控制電路系統的整合。非LED裝置之實例包含垂直腔表面發射雷射(VCSEL)、光電偵測器、微機電系統(MEMS)、矽光子裝置、電力電子裝置及分佈式回饋雷射(DFB)。其他控制電路系統之實例包含電流驅動器、電壓驅動器、轉阻放大器及邏輯電路。
提供所揭示實施例之先前描述以使熟習此項技術者能夠製成或使用本文中所描述之實施例及其變動。熟習此項技術者將容易明白此等實施例之各種修改，且本文中所定義之通用原理可應用於其他實施例而不脫離本文中所揭示之標的物之精神或範疇。因此，本發明並不意欲限於本文中所展示之實施例，而應符合與以下發明申請專利範圍及本文中所揭示之原理及新穎特徵一致之最廣範疇。
本發明之特徵可在一電腦程式產品中、使用一電腦程式產品或在一電腦程式產品的協助下實施，該電腦程式產品諸如具有儲存於其上之指令/其中可用於程式化一處理系統以執行本文中所呈現之特徵之任一者的一或多個儲存媒體或電腦可讀儲存媒體。儲存媒體可包含(但不限於)高速隨機存取記憶體(諸如DRAM、SRAM、DDR RAM或其他隨機存取固態記憶體裝置)，且可包含非揮發性記憶體(諸如一或多個磁碟儲存裝置、光碟儲存裝置、快閃記憶體裝置或其他非揮發性固態儲存裝置)。記憶體視需要包含自(若干) CPU遠端定位之一或多個儲存裝置。記憶體或替代性地記憶體內之(若干)非揮發性記憶體裝置包括一非暫時性電腦可讀儲存媒體。
儲存於(若干)任何機器可讀媒體上，本發明之特徵可併入於軟體及/或韌體中以用於控制一處理系統之硬體及用於使一處理系統能夠利用本發明之結果與其他機構互動。此軟體或韌體可包含(但不限於)應用程式碼、裝置驅動程式、作業系統及執行環境/容器。
將理解，儘管術語「第一」、「第二」等可在本文中用於描述各種元件，然此等元件不應受此等術語限制。此等術語僅用於區分一個元件與另一元件。
本文中所使用之術語係僅出於描述特定實施例之目的且並不意欲限制發明申請專利範圍。如在實施例及隨附發明申請專利範圍之描述中所使用，除非上下文另有明確指示，否則單數形式「一」、「一個」及「該」亦意欲包含複數形式。亦將理解，如本文中所使用之術語「及/或」指代及涵蓋相關聯所列品項之一或多者之任何及全部可能組合。將進一步理解，術語「包括(comprise)」及/或「包括(comprising)」在本說明書中使用時指定存在所陳述特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件但並不排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、元件、組件及/或其等之群組。
如本文中所使用，術語「若」可取決於上下文理解為意謂「當所陳述之先決條件為真時」或「在所陳述之先決條件為真之後」或「回應於判定所陳述之先決條件為真」或「根據所陳述之先決條件為真的判定」或「回應於偵測到所陳述之先決條件為真」。類似地，取決於上下文，片語「若判定[所陳述之先決條件為真]」或「若[所陳述之先決條件為真]」或「當[所陳述之先決條件為真]時」可理解為意謂「在判定所陳述之先決條件為真之後」或「回應於判定所陳述之先決條件為真」或「根據所陳述之先決條件為真的判定」或「在偵測到所陳述之先決條件為真後即」或「回應於偵測到所陳述之先決條件為真」。
出於闡釋目的，已參考特定實施例描述前面描述。然而，上文的闡釋性論述並不意欲為詳盡的或將發明申請專利範圍限制於所揭示之精確形式。鑑於以上教示許多修改及變動係可行的。選擇及描述實施例以最佳闡釋操作及實際應用之原理，以藉此使其他熟習此項技術者能夠最佳利用本發明及各項實施例。
100:單像素三色發光二極體(LED)裝置/三色發光二極體(LED)裝置/微型三色發光二極體(LED)結構/發光二極體(LED)裝置/裝置/微型發光二極體(LED) 102:對角線 104:基板/支撐基板/半導體基板 106:驅動器電路/像素驅動器 108:金屬接合層/接合層 109:反射層 110:導電層 112:發光二極體(LED)發光層/紅色發光二極體(LED)發光層/底部發光二極體(LED)發光層/底部紅色發光二極體(LED)發光層/發光層 114:導電層 115:反射層 116:N電極接觸墊 120:N電極接觸墊 126:P電極接觸墊 127:反射層 128:導電層 128-1:延伸部分 130:發光二極體(LED)發光層/綠色發光二極體(LED)發光層/中間綠色發光二極體(LED)發光層/中間發光二極體(LED)發光層/發光層 132:導電層 133:反射層 134:導電層 134-1:延伸部分 135:反射層 136:發光二極體(LED)發光層/藍色發光二極體(LED)發光層/頂部發光二極體(LED)發光層/第三發光二極體(LED)發光層/頂部發光層 138:導電層/頂部導電層 139:選用反射層 140:N電極接觸墊/N電極墊/頂部電極/N電極 146:光學隔離結構/反射杯部分 146-1:反射杯 148:光學隔離結構/反射杯部分 148-1:反射杯 150:對角線 152:P電極接觸墊 156:接合層 160:接合層 164:延伸部分 166:延伸部分 168:P電極接觸墊 170:光學隔離結構/反射杯部分 170-1:反射杯 172:光學隔離結構/反射杯部分 172-1:反射杯 174:絕緣層 176:經平坦化層/絕緣層/平坦化之絕緣層 178:經平坦化層/絕緣層 400:單像素三色發光二極體(LED)裝置/三色發光二極體(LED)裝置/微型三色發光二極體(LED)裝置/裝置/發光二極體(LED)裝置/微型發光二極體(LED) 402:對角線 404:基板/支撐基板/半導體基板 406:驅動器電路/像素驅動器 408:金屬接合層/接合層 409:反射層 410:導電層/導電透明層/層 412:發光二極體(LED)發光層/紅色發光二極體(LED)發光層/底部發光二極體(LED)發光層/底部紅色發光二極體(LED)發光層/發光層 414:導電層/導電透明層/層 415:反射層 416:經組合區段/N電極接觸墊 418:經組合區段/N電極接觸組件 420:經組合區段/N電極接觸墊 422:經組合區段/P電極接觸組件/p電極連接結構 424:經組合區段/P電極接觸組件 426:經組合區段/P電極接觸墊 427:反射層 428:導電層/導電透明層/層 430:發光二極體(LED)發光層/綠色發光二極體(LED)發光層/中間發光二極體(LED)發光層/發光層 432:導電層/導電透明層/層 433:反射層 434:導電層/導電透明層/層 435:反射層 436:發光二極體(LED)發光層/藍色發光二極體(LED)發光層/頂部發光二極體(LED)發光層/第三發光二極體(LED)發光層/發光層 438:導電層/頂部導電層/層 439:選用反射層 440:N電極/N電極墊 442:N電極接觸墊/頂部電極/電極 444:N電極接觸墊/頂部電極/電極 446:光學隔離結構/反射杯部分/反射元件 448:光學隔離結構/反射杯部分/反射元件 450:P電極接觸墊 452:P電極接觸墊 454:平坦化之絕緣層/經平坦化層 456:接合層/透明接合層 458:平坦化之絕緣層/經平坦化層 460:接合層/透明接合層 462:平坦化之絕緣層/經平坦化層 464:延伸部分 466:延伸部分 500:單像素三色發光二極體(LED)裝置 502:折射結構/折射層 600:單像素三色發光二極體(LED)裝置 602:微透鏡 604:間隔件/間隔層 606:像素光源陣列 606M:像素光源 620:微透鏡 630:遮罩層/光敏聚合物遮罩層 635:電漿蝕刻程序 640:經隔離胞元 645:微透鏡材料層 650:經圖案化光敏聚合物遮罩層 660:半球圖案/經隔離半球圖案 670:間隔件 700:截面視圖 702:反射杯結構/反射結構 704:反射杯結構/反射結構 706:反射杯結構/反射結構 710:單像素三色發光二極體(LED)裝置 720:單像素三色發光二極體(LED)裝置 730:單像素三色發光二極體(LED)裝置 750:矩形 800:單像素三色發光二極體(LED)裝置/單像素多色發光二極體(LED)裝置 846:階梯狀反射杯部分/階梯狀反射部分 846-1:階梯結構 846-1S:傾斜表面 846-2:階梯結構 846-2S:傾斜表面 846-3:階梯結構 846-3S:傾斜表面 848:階梯狀反射杯部分/階梯狀反射部分 848-1:階梯結構 848-1S:傾斜表面 848-2:階梯結構 848-2S:傾斜表面 848-3:階梯結構 848-3S:傾斜表面 900:單像素三色發光二極體(LED)裝置/單像素多色發光二極體(LED)裝置/裝置 946:反射杯部分/部分 948:反射杯部分/部分 1000:單像素三色發光二極體(LED)裝置 1002:像素驅動器/集成電路(IC)像素驅動器 1002-1:集成電路(IC)像素驅動器 1002-2:集成電路(IC)像素驅動器 1002-3:集成電路(IC)像素驅動器 1004:像素驅動器 1006:像素驅動器 1008:三色發光二極體(LED)裝置 1010:三色發光二極體(LED)裝置 1012:三色發光二極體(LED)裝置 1014:藍色發光二極體(LED) 1016:綠色發光二極體(LED) 1018:紅色發光二極體(LED) 1020:藍色發光二極體(LED) 1022:綠色發光二極體(LED) 1024:紅色發光二極體(LED) 1026:藍色發光二極體(LED) 1028:綠色發光二極體(LED) 1030:紅色發光二極體(LED) 1032:共同N電極 1034:共同N電極 1036:共同N電極 1100:微型發光二極體(LED)顯示面板/顯示面板 1110:資料介面 1120:控制模組 1134:多色發光二極體(LED)/發光二極體(LED)/三色發光二極體(LED) 1136:接地墊 1150:像素區 α:傾斜角 β:傾斜角 γ:傾斜角
可藉由參考各項實施例之特徵進行更具體描述使得可更詳細理解本發明，在附圖中繪示一些特徵。然而，附圖僅繪示本發明之相關特徵且因此不應被視為限制性，因為該描述可容許其他有效特徵。
圖1A係根據一些實施例之一單像素三色LED裝置100的一俯視圖。
圖1B係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。
圖1C係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線150之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。
圖2A係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之具有平坦化之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。
圖2B係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線150之具有平坦化之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。
圖3A係根據一些實施例之沿著具有平坦化之圖1A中之對角線102之具有平坦化之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。
圖3B係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線150之具有平坦化之一單像素三色LED裝置100的一截面視圖。
圖4A係根據一些實施例之具有分層平坦化之一單像素三色LED裝置400的一俯視圖。
圖4B係根據一些實施例之沿著圖4A中之對角線402之具有分層平坦化之一單像素三色LED裝置400的一截面視圖。
圖5係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之具有一折射結構之一單像素三色LED裝置500的一截面視圖。
圖6A係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之具有在一反射結構上方之一微透鏡之一單像素三色LED裝置600的一截面視圖。
圖6B係根據一些實施例之沿著圖1A中之對角線102之具有在由一反射結構形成之區域內之一微透鏡之一單像素三色LED裝置600的一截面視圖。
圖6C繪示根據一些實施例之使用自上而下圖案轉印形成與一微透鏡陣列整合之一顯示面板的一製造方法。
圖6D繪示根據一些實施例之使用自上而下圖案轉印形成與一微透鏡陣列整合之一顯示面板的一製造方法。
圖7係根據一些實施例之沿著圖1A中之諸如102之對角線之在一基板104上之三個單像素三色LED裝置710、720及730的一截面視圖700。
圖8係根據一些實施例之沿著圖4A中之諸如402之對角線之具有一階梯狀反射杯之一單像素三色LED裝置800的一截面視圖。
圖9係根據一些實施例之沿著圖4A中之諸如402之對角線之具有一浮動反射杯之一單像素三色LED裝置900的一截面視圖。
圖10A係繪示根據一些實施例之單像素三色LED裝置100之一矩陣的一電路圖。
圖10B係繪示根據一些實施例之單像素三色LED裝置100之一矩陣的一電路圖。
圖11係根據一些實施例之一微型LED顯示面板1100的一俯視圖。
根據慣例，圖式中所繪示之各種特徵可不按比例繪製。因此，為清楚起見可任意擴大或縮小各種特徵之尺寸。此外，一些圖式可能並不描繪一給定系統、方法或裝置之所有組件。最後，相同元件符號貫穿說明書及圖可用於表示相同特徵。
100:單像素三色發光二極體(LED)裝置/三色發光二極體(LED)裝置/微型三色發光二極體(LED)結構/發光二極體(LED)裝置/裝置/微型發光二極體(LED)
104:基板/支撐基板/半導體基板
106:驅動器電路/像素驅動器
108:金屬接合層/接合層
109:反射層
110:導電層
112:發光二極體(LED)發光層/紅色發光二極體(LED)發光層/底部發光二極體(LED)發光層/底部紅色發光二極體(LED)發光層/發光層
114:導電層
115:反射層
126:P電極接觸墊
127:反射層
128:導電層
128-1:延伸部分
130:發光二極體(LED)發光層/綠色發光二極體(LED)發光層/中間綠色發光二極體(LED)發光層/中間發光二極體(LED)發光層/發光層
132:導電層
133:反射層
134:導電層
134-1:延伸部分
135:反射層
136:發光二極體(LED)發光層/藍色發光二極體(LED)發光層/頂部發光二極體(LED)發光層/第三發光二極體(LED)發光層/頂部發光層
138:導電層/頂部導電層
140:N電極接觸墊/N電極墊/頂部電極/N電極
146:光學隔離結構/反射杯部分
146-1:反射杯
148:光學隔離結構/反射杯部分
148-1:反射杯
152:P電極接觸墊
156:接合層
160:接合層
174:絕緣層

Claims (16)

  1. 一種微型發光二極體(LED)像素單元，其包括： 一第一彩色LED結構，其形成於一IC基板上，其中該第一彩色LED結構包含一第一發光層，且一第一反射結構經形成於該第一發光層之一底部上； 一第一接合金屬層，其形成於該第一彩色LED結構之一底部處，且經組態以將該IC基板與該第一彩色LED結構接合； 一第二接合金屬層，其形成於該第一彩色LED結構之一頂部上； 一第二彩色LED結構，其形成於該第二接合金屬層上，其中該第二彩色LED結構包含一第二發光層，且一第二反射結構經形成於該第二發光層之一底部上； 一頂部電極層，其覆蓋該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構且與該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構電接觸，其中該IC基板與該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構電連接；及 一反射杯，其圍繞該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構； 其中自該第一發光層及該第二發光層發射之到達該反射杯且藉由該反射杯向上反射之光係實質上在一水平方向上。
  2. 如請求項1之微型LED像素單元，其中該第一反射結構包含至少一個第一反射層且該第二反射結構包含至少一個第二反射層，該第一反射層或該第二反射層之反射率高於60%。
  3. 如請求項2之微型LED像素單元，其中該第一反射層或該第二反射層之一材料包括Rh、Al、Ag或Au之一或多者。
  4. 如請求項2之微型LED像素單元，其中該第一反射結構包含兩個第一反射層且該兩個第一反射層之折射率係不同的，且其中該第二反射結構包含兩個第二反射層且該兩個第二反射層之折射率係不同的。
  5. 如請求項4之微型LED像素單元，其中該兩個第一反射層分別包括SiO 2及Ti 3O 5，且該兩個第二反射率層分別包括SiO 2及Ti 3O 5。
  6. 如請求項2之微型LED像素單元，其中該第一反射結構進一步包含在該第一反射層上之一第一透明層，且該第二反射結構進一步包含在該第二反射層上之一第二透明層。
  7. 如請求項6之微型LED像素單元，其中該第一透明層包括氧化銦錫(ITO)或SiO 2之一或多者，且該第二透明層包括ITO或SiO 2之一或多者。
  8. 如請求項1之微型LED像素單元，其中該第一彩色LED結構進一步包含一第一底部導電接觸層及一第一頂部導電接觸層，且該第二彩色LED結構進一步包含一第二底部導電接觸層及一第二頂部導電接觸層； 其中該第一發光層係在該第一底部導電接觸層與該第一頂部導電接觸層之間，且該第二發光層係在該第二底部導電接觸層與該第二頂部導電接觸層之間； 其中該第一底部導電接觸層係透過一第一接觸通孔經由第一反射結構及第一接合金屬層與IC基板電連接，且該第二底部導電接觸層係透過一第二接觸通孔與該IC基板電連接；且 其中該第一頂部導電接觸層之一邊緣與該頂部電極層接觸，且該第二頂部導電接觸層之一頂表面與該頂部電極層接觸。
  9. 如請求項1之微型LED像素單元，其進一步包括形成於該第一發光層之一頂部上之一第三反射結構，及形成於該第二發光層之一頂部上之一第四反射結構。
  10. 如請求項1之微型LED像素單元，其進一步包括形成於該頂部電極層上方之一微透鏡。
  11. 如請求項10之微型LED像素單元，其進一步包括形成於該微透鏡與該頂部電極層之間的一間隔件。
  12. 如請求項11之微型LED像素單元，其中該間隔件之一材料包括氧化矽。
  13. 如請求項10之微型LED像素單元，其中該微透鏡之一橫向尺寸大於該第一LED結構之一主動發射區域之橫向尺寸；且該微透鏡之該橫向尺寸大於該第二LED結構之一主動發射區域之橫向尺寸。
  14. 如請求項1之微型LED像素單元，其中該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構具有一相同橫向尺寸。
  15. 如請求項1之微型LED像素單元，其中該第一彩色LED結構及該第二彩色LED結構具有一相同中心軸。
  16. 如請求項2之微型LED像素單元，其中該至少一個第一反射層之一厚度係在5 nm至10 nm之一範圍內，且該至少一個第二反射層之一厚度係在5 nm至10 nm之一範圍內，且其中該第一彩色LED結構之一厚度不大於300 nm，且該第二彩色LED結構之一厚度不大於300 nm。
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