TW202320361A - 可變波長led及方法 - Google Patents

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Abstract

本案提供一種可變波長發光二極體(LED)，該可變波長LED包含一n摻雜部分、一p摻雜部分及位於該n摻雜部分與一p摻雜部分之間的一發光區。該發光區包含一發光層，該發光層在跨越其之電氣偏壓下以一峰值發射波長發射光。該LED經組配以接收一電力供應，其中藉由改變該電力供應，可在至少40 nm之一發射波長範圍內連續地控制該LED之該峰值發射波長。本案亦提供一種控制一可變波長LED之方法及一種製造一可變波長LED之方法。

Description

可變波長LED及方法
發明領域
本發明係關於一種可變波長發光二極體(LED)、一種控制可變波長LED之方法及一種製造可變波長LED之方法。
發明背景
半導體裝置設計對III-V族半導體材料特別感興趣，尤其係III族氮化物半導體材料。
「III-V族」半導體包括諸如Ga、Al及In之第III族元素與諸如N、P、As及Sb之第V族元素的二元、三元及四元合金，且包括光電子學之許多應用對該等半導體極感興趣。
特別感興趣的係被稱為「III族氮化物」材料之半導體材料類別，其包括氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)及氮化鋁(AlN)，以及其三元及四元合金。(Al,In)GaN為涵蓋AlGaN、InGaN及GaN之術語。III族氮化物材料不僅在固態照明及電力電子方面取得了商業上的成功，而且在量子光源及光物質相互作用方面展現出特別的優勢。
光電子半導體裝置對將In摻雜至GaN半導體材料中感興趣，此係因為改變半導體之In含量會更改材料之電子帶隙，且因此更改半導體發射光之波長。然而，改變材料之In含量亦影響半導體之平面內晶格常數。舉例而言，InN之平面內晶格常數大約比GaN之平面內晶格常數大11%，其中中間組合物之晶格尺寸取決於銦含量而變化。此在需要將作用半導體層沈積於具有不同晶格尺寸之基體層之頂部上的裝置設計中產生問題。此問題之原因在於：層邊界處之晶格失配會將應變引入至晶格中，此導致在材料中形成缺陷，該等缺陷充當非輻射重組中心。此會顯著地損害裝置效能。
對於以所有可見波長發射，特別係以朝向綠色、黃色及紅色之較長波長發射的LED有巨大的需求，但歷史上，製造商在製造以較長波長發射的LED時遇到了更多問題。
舉例而言，在以GaN為主的平台上生長諸如綠色、黃色及紅色LED之較長波長LED所面臨的一個巨大挑戰為需要使用高銦(In)含量，以將作用區中之帶隙減小至適用於長波長發射的位準。所需InGaN作用區之晶格參數大於底層GaN，且所得應變導致在材料中形成缺陷，該等缺陷充當非輻射重組中心，從而使裝置效能劣化。
由於InN與GaN之間存在較大晶格失配，因此難以實現高品質InGaN (具有＞20%之高銦含量)。錯配應變亦經由組成拉動效應(composition pulling effect)導致銦組成減少。
較短波長LED更易於製造，此係因為其可使用含有比較長波長光發射所需更低比例之銦的InGaN發光區製成。
發明概要
本申請案係關於一種可變波長發光二極體(LED)、一種控制LED之方法及一種製造LED之方法。
本發明定義於現應參考之獨立技術方案中。本發明之較佳或有利形貌體定義於所附的附屬技術方案中。
本申請案中所描述之發光二極體或LED較佳由III-V族半導體材料，尤其較佳由III族氮化物半導體材料形成。
「III-V族」半導體包括諸如Ga、Al及In之第III族元素與諸如N、P、As及Sb)之第V族元素的二元、三元及四元合金，且包括光電子學之許多應用對該等半導體極感興趣。
特別感興趣的係被稱為「III族氮化物」材料之半導體材料類別，其包括氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)及氮化鋁(AlN)，以及其三元及四元合金(Al,In)GaN。在本發明中可使用不同晶體取向，諸如極性c平面、非極性及半極性取向。存在二個主要的非極性取向：a平面(11-20)及m平面(1-100)。對於半極性，存在(11-22), {2021}，其為晶面族。III族氮化物材料不僅在固態照明及電力電子方面取得了商業上的成功，而且在量子光源及光物質相互作用方面展現出特別的優勢。
雖然在商業上對多種III族氮化物材料感興趣，但氮化鎵(GaN)被廣泛視為最重要的新半導體材料中之一者，且許多應用對其特別感興趣。
已知將孔隙引入至諸如GaN之塊狀III族氮化物中可極大地影響其材料性質(光學、機械、電氣及熱等)。因此，藉由更改孔隙率來調諧GaN及III族氮化物半導體之多種材料性質的可能性使得光電應用對多孔GaN極感興趣。
本發明將主要參考GaN及InGaN進行描述，但可有利地適用於替代的III族氮化物材料組合。
在以下描述中，用於過度生長之基體或模板為半導體結構，在其上生長其他半導體層以便產生LED半導體裝置。本發明中用於過度生長之例示性基體模板可為GaN半導體結構，其包含多個摻雜及未摻雜GaN層。
半導體結構之區或層可藉由在國際專利申請案PCT/GB2017/052895 (公開為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213 (公開為WO2019/145728)中所闡述之電化學蝕刻進行孔隙化。 欲解決之問題
在傳統的多色(RGB) LED顯示器中，各子像素皆源自分開的LED晶圓，且因此必須經由質量轉移進行組合。
紅色及藍綠色LED通常必須由不同半導體材料製成。為了提供RGB LED顯示器，以三種色彩發射之LED需要分開地生長，轉移至共同基體且個別地重新調距以形成多色顯示裝置。
當前質量轉移製程具有以下項目要克服： ●        複雜的COT製程：印模取放； ●        不穩定產率：流體總成； ●        較高成本：雷射轉移
此在個別子像素之大小變小時變得尤其困難，此係因為質量轉移系統之解析度要求提高了。
此對於高解析度顯示器亦成問題，此係因為質量轉移系統之可靠性需要極高，需要置放數百萬個個別裝置，以便產生單個工作顯示器。
當組合使用多個材料系統產生之子像素時，質量轉移製程之複雜度亦為顯著複雜的。
大多數LED顯示器技術需要使用多個材料系統，以便產生紅色、綠色及藍色發光子像素，諸如用於藍色及綠色發光子像素之InGaN及用於紅色發光子像素之InAlGaP。
為了實現多波長LED微顯示器之大規模生產及商業化，本發明使用具有基於InGaN材料之晶圓上晶片(COW)設計的可變波長LED。其使用可變波長LED以自一個二極體結構實現多個發射波長，此可簡化製造多色顯示裝置之製程，從而改善生產效率且降低成本。 可變波長LED
在本發明之第一態樣中，提供一種發光二極體(LED)，其包含： 一n摻雜部分； 一p摻雜部分； 一發光區，其位於該n摻雜部分與一p摻雜部分之間，該發光區包含一發光層，該發光層在跨越其之電氣偏壓下以一峰值發射波長發射光； 其中該LED經組配以接收一電力供應，其中藉由改變或控制該電力供應，可在一發射波長範圍內連續地控制該LED之該峰值發射波長。藉由改變或控制電力供應，較佳在至少40 nm之發射波長範圍內可連續地控制或可連續地改變可變波長LED之峰值發射波長。
由於較佳在發射波長範圍內可連續地控制或可連續地改變可變波長LED之峰值發射波長，因此LED可描述為可變波長LED。
可變波長LED經組配以自電力供應器或LED驅動器接收電力供應或驅動電流。「電力供應」一詞在本文中用於指在使用期間供應以驅動LED的電力或電流。
藉由改變或控制提供至可變波長LED之驅動電流的量值，較佳在發射波長範圍內可連續地控制或可連續地改變LED之峰值發射波長。
在傳統的LED裝置中，提供至LED之驅動電流的變化會產生發射波長之極小移位，但本發明人已發現，相比傳統的LED材料，可更大程度地擴寬及控制波長移位。替代先前技術裝置之幾nm發射範圍，本發明之LED可控制為在更寬的發射範圍內，例如在至少40 nm之範圍內發射。由於本發明LED可調諧以在寬波長範圍內發射，因此其可被稱作可變波長LED。
LED可為動態色彩可調諧LED，其中LED之峰值發射波長可藉由改變由電力供應提供至LED之驅動條件來調諧。
LED較佳可驅動以回應於穩定的電力供應而以單個峰值發射波長發射，但回應於電力供應之變化而以不同峰值發射波長發射。因此，LED可用於長時間發射特定色彩，或替代地可驅動LED以藉由提供變化的驅動條件來發射多種不同波長。
較佳地，n摻雜部分、p摻雜部分及發光區皆包含III族氮化物材料或由III族氮化物材料組成，該III族氮化物材料較佳為GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN
可變波長LED較佳含有單個磊晶生長的二極體結構，其含有n摻雜部分、p摻雜部分及發光區。因此，LED之可變峰值發射波長皆由同一LED二極體結構及組合物發射。
LED較佳包含III族氮化物材料之多孔區。LED之發光區較佳形成於III族氮化物材料之多孔區上方。在一些實施例中，n摻雜部分或p摻雜部分中之一者可含有III族氮化物材料之多孔區。在其他實施例中，n摻雜部分；p摻雜部分；以及發光區設置於包含III族氮化物材料之多孔區的基體上。在LED之磊晶生長期間，發光區較佳在多孔區已形成之後過度生長。
本發明人已發現，III族氮化物材料之多孔區使得同一LED能夠以峰值發射波長範圍而非以一個特定波長發射。藉由改變提供至LED之電力供應，LED之峰值發射波長可在發射波長範圍內變化。因此，本發明提供一種可變波長LED，其可控制為以連續發射波長範圍內之任何波長發射。藉由改變由電力供應提供至LED之驅動條件，LED能夠以該LED之發射波長範圍內的任何波長而非僅以離散峰值發射波長發射。
本發明人已發現，藉由將III族氮化物半導體材料之多孔區併入至LED結構中或在III族氮化物半導體材料之多孔區上方形成LED二極體結構，可賦予LED以寬發射範圍內之可調諧波長發射的能力。由多孔區提供至LED之益處包括在發光區在高溫下生長期間的應變鬆弛、晶格參數增大、晶圓彎曲減少以及有益的機械及熱影響。
在製造期間，LED之發光區較佳形成於III族氮化物材料之多孔區上方，使得多孔區影響磊晶沈積於多孔區上方之半導體的層之結構及機械性質。在生長期間沈積於多孔區上方之半導體材料層帶來諸如應變減少、晶格參數增大及晶圓彎曲減少的益處，該等益處被賦予LED發光區且影響其結構及其發光行為。
一旦LED發光(作用)區已磊晶生長於多孔區上方且作用區之品質已藉由影響多孔區而增強，多孔區對發射性質之有益效應便被永久地賦予LED作用區。因此，LED二極體結構可保留在多孔區上，在此狀況下，可變波長LED包含III族氮化物材料之多孔區，或替代地，在磊晶生長之後，在將LED處理成裝置期間，可自LED結構移除多孔區。
發射波長範圍之寬度可取決於LED結構(n摻雜部分、發光區及p摻雜部分)之結構及組成以及多孔區之結構及孔隙率而變化。發射波長範圍之寬度亦可取決於LED之大小及形狀(像素大小及形狀)而變化。
本發明不限於特定LED結構，此係因為可使用較佳設置於多孔模板上方之多種習知LED結構實現LED之可變波長行為。多種LED結構為此項技術中已知的，且藉由在包含多孔區之模板上方設置不同的習知LED結構，可獲得具有不同發射波長範圍之LED。
在較佳實施例中，藉由改變電力供應，可在至少40 nm或至少50 nm或至少60 nm或至少70 nm或至少80 nm之發射波長範圍內控制峰值發射波長。較佳地，可在最高至100 nm或110 nm或120 nm或130 nm或140 nm或150 nm或160 nm或170 nm或180 nm或190 nm或200 nm或400 nm或450 nm之發射波長範圍內控制峰值發射波長。因此，可藉由本發明LED獲得之發射波長範圍之大小遠大於可藉由先前技術之LED實現的發射範圍。
LED可有利地控制為以其發射波長範圍內之任何峰值發射波長發射。藉由改變電力供應之特性以及LED像素大小及形狀，LED可因此控制為以此範圍內之任何選定峰值發射波長發射光。
可變波長LED之發射波長可較佳回應於由電源提供之驅動條件在驅動條件範圍內連續地改變而在其發射波長範圍內連續地改變。
發射波長範圍在電磁光譜中之位置亦可取決於LED結構(n摻雜部分、發光區及p摻雜部分)之設計而變化。舉例而言，含於發射波長範圍中之波長可取決於LED中之發光層的數目及組成。在此項技術中已知用於以可見光譜中之不同波長發射的多種LED作用區，因此藉由發光區形成具有不同發光區之本發明之LED，可獲得覆蓋光譜之不同部分的發射波長範圍。
LED發射波長範圍可介於400 nm與850 nm之間，或介於400 nm與800 nm之間，或介於400 nm與690 nm之間，或介於400 nm與675 nm之間。發射波長範圍可為在400 nm至750 nm之範圍內的子範圍。發射波長範圍可藉由選擇不同LED作用區及控制LED像素之大小及形狀來調諧以覆蓋此範圍之任何部分。
較佳地，LED之發射波長範圍自低於410 nm或430 nm或450 nm或470 nm或500 nm或520 nm或540 nm或560 nm之下端延伸至高於570 nm或580 nm或600 nm或610 nm或630 nm或650 nm或675 nm之上端。如上文所描述，發射波長範圍之第一及第二端可取決於LED結構以及LED形狀及大小之選擇而調諧。
舉例而言，在較佳實施例中，發射波長之下端可介於400 nm與450 nm之間(紫色)或介於450 nm與500 nm之間(藍色)或介於500 nm與570 nm之間(綠色)，且發射波長之上端可介於570 nm與590 nm之間(黃色)或介於590 nm與610 nm之間(橙色)或介於610 nm與700 nm之間(紅色)。
在較佳實施例中，LED發射波長範圍可自低於500 nm之下端延伸至高於610 nm之上端，使得LED之峰值發射波長可藉由改變電力供應來改變，從而以自藍色(低於500 nm)至紅色(高於610 nm)之任何波長發射。提供可控制為以藍色波長(450至500 nm)、綠色(500至570 nm)以及以黃色(570至590 nm)、橙色(590至610 nm)及紅色(610至760 nm)發射之單個LED設計為高度有利的，且可為LED顯示器提供顯著的優勢。
在其他較佳實施例中，藉由改變至LED之電力供應，LED發射波長範圍可在520 nm與660 nm之間或550 nm與650 nm之間延伸。
在尤其較佳的實施例中，藉由改變電力供應，可在540 nm與680 nm之間或560 nm與675 nm之間控制峰值發射波長。因此，同一LED可控制為以在綠色的540 nm與紅色的680 nm之間的任何峰值發射波長發射。由於諸如難以將所需銦含量併入至發光區中之問題，綠色及紅色LED在歷史上比較短波長藍色LED更難製造。因此，提供可控制為以綠色波長(500至570 nm)以及以黃色(570至590 nm)、橙色(590至610 nm)及紅色(610至760 nm)發射之單個LED設計為高度有利的，且可為LED顯示器提供顯著的優勢。
在另一較佳實施例中，藉由改變電力供應，可在520 nm與675 nm之間或550 nm與650 nm之間控制峰值發射波長。
儘管可變波長LED可在連續發射波長範圍內發射，但在一些實施例中，可能需要控制LED以多個離散發射模式起作用，例如回應於具有多個驅動模式之電力供應器。舉例而言，藉由以對應於離散發射色彩之多個不同模式驅動LED，可提供簡化的彩色顯示器，其中離散發射色彩以已知方法混合以得到所要視覺效應。
藉由在二個離散驅動條件(諸如，驅動電流之二個離散量值)之間改變由電力供應提供之驅動條件，LED可較佳控制為發射至少二個離散峰值發射波長。LED可控制為回應於由電力供應提供之第一驅動條件(其可為具有第一量值之驅動電流)而以第一峰值發射波長發射，回應於由電力供應提供之第二驅動條件(其可為具有不同於第一量值之第二量值的驅動電流)而以第二峰值發射波長發射。
藉由改變由電力供應提供之驅動條件，LED可較佳控制為發射至少三個離散峰值發射波長。因此，可變波長LED之峰值發射波長可在EM光譜中之至少三種「色彩」上可變。
LED可控制為回應於由電力供應提供之第一驅動條件而以第一峰值發射波長發射，回應於由電力供應提供之第二驅動條件而以第二峰值發射波長發射且回應於由電力供應提供之第三驅動條件而以第三峰值發射波長發射。
LED可較佳控制為回應於由電力供應提供之第一驅動條件而發射藍色峰值發射波長，回應於由電力供應提供之第二驅動條件而發射綠色峰值發射波長且回應於由電力供應提供之第三驅動條件而發射紅色峰值發射波長。
LED可控制為回應於由電力供應提供之第一驅動條件而發射在400至500 nm之範圍內的第一峰值發射波長，回應於由電力供應提供之第二驅動條件而發射在500至550 nm之範圍內的第二峰值發射波長，且回應於由電力供應提供之第三驅動條件而發射大於600 nm之第三峰值發射波長。
較佳地，LED可控制為回應於由電力供應提供之第一驅動條件而發射在430至460 nm之範圍內的第一峰值發射波長，回應於由電力供應提供之第二驅動條件而發射在510至560 nm之範圍內的第二峰值發射波長，且回應於由電力供應提供之第三驅動條件而發射在600至660 nm之範圍內的第三峰值發射波長。
第一、第二及第三驅動條件可為第一、第二及第三電流密度，或第一、第二及第三驅動條件可為第一、第二及第三功率密度。
在本發明之較佳實施例中，LED結構(n摻雜部分、發光區及p摻雜部分)生長於含有多孔區之模板上方的事實使得LED結構之可變波長發射行為成為可能。本發明人已發現，在LED結構過度生長之前模板結構中存在III族氮化物材料之多孔區導致較高品質的晶體生長且因此導致顯著益處，包括改變LED發光區之發射波長的可能性。多孔區使得能夠進行LED之可變波長發射的機制為正在進行的研究之主題。由多孔區提供至LED之益處包括在發光區在高溫下生長期間的應變鬆弛、晶格參數增大、晶圓彎曲減少以及機械及熱影響。
本發明人已意識到，III族氮化物材料之電化學孔隙化有利地導致III族氮化物晶格中之應變及整個晶圓彎曲或曲率的降低。在不希望受理論束縛的情況下，認為對III族氮化物材料之多孔區進行孔隙化的製程亦蝕刻掉結構缺陷，諸如在彼層在基體之頂部上生長期間形成的穿透位錯。
在孔隙化期間自多孔區之半導體材料移除位錯極大地減少了多孔區中之應變，此情況尤其在多孔區之晶格尺寸不匹配底層基體材料之晶格尺寸的情況下發生。因此，當III族氮化物材料層沈積於多孔區上方時，在LED結構之磊晶生長期間，多孔材料更相容以匹配覆疊無孔層之晶格。此導致多孔區上方之層經歷的應變顯著低於無多孔區之狀況將經歷的應變。在發光區形成於多孔區上方時，LED之發光區形成為在半導體晶格中具有減少的應變，且多孔區向發光區之結構及發光特性賦予不常見的性質。
由於形成於多孔區上方之無孔半導體材料層經歷較低應變，因此在此等層中亦存在充當非輻射重組中心以損害裝置效能之較少結構缺陷。
組成拉動效應：Kawaguchi等人報導所謂的InGaN組成拉動效應，其中銦分率在生長初始階段期間較小，但隨著生長厚度增加而增加。此觀測結果在第一種程度上獨立於底層GaN或AlGaN。作者表明，此效應係由界面處之晶格失配所引起的應變引起。其發現InGaN與底部磊晶層之間的較大晶格失配伴隨著In含量之較大變化。
Inatomi等人在 Theoretical study of the composition pulling effect in InGaN metalorganic vapor-phase epitaxy growth(日本應用物理學雜誌(Japanese Journal of Applied Physics)，第56卷，第7期)中發現壓縮應變抑制InN之併入。另一方面，相較於鬆弛塊體生長狀況，拉伸應變促進InN之併入。
本發明人已發現，在磊晶生長期間，在半導體結構中存在多孔區會導致減少半導體結構層中之應變的「應變鬆弛」，且此可導致關於組成拉動效應之改善。孔隙化減少了III族氮化物層中之應變且使半導體結構較少應變，且因此可獲得用於併入較多In的條件。本發明可因此有助於將較多銦併入至在多孔區之頂部上生長的LED之層中，此對於以較長波長發射係高度合乎需要的。
在LED之製造期間，n摻雜區、發光區及p摻雜區較佳形成於多孔區上方。可接著將多孔區永久地保留在LED中且併入至裝置中，或替代地，可在已形成LED二極體結構之後移除多孔區。即使藉由切割生長態結構來移除多孔區，多孔區對發光區之生長的機械及結構益處仍保留在發光區中。
n摻雜區、發光區及p摻雜區較佳設置於多孔區上方。換言之，多孔區可定位於LED結構中之n摻雜區、發光區及p摻雜區下方。
發光層可較佳為氮化銦鎵(InGaN)層。
藉由提供III族氮化物材料之多孔區，n摻雜區、發光區及p摻雜區可因此生長於多孔區上方(可能在多孔區與LED結構之間具有III族氮化物材料之介入層)，其中應變低於在無多孔區之情況下將可能的應變。分層半導體結構中應變之此減小位準可因此有助於將較多銦併入至LED之發光層中，使得可以高銦含量生長高品質的InGaN發光層。
如在以上背景部分中所提及，儘管對於發射400 nm與750 nm之間，尤其500與750 nm之間的光之LED存在巨大需求，但將足夠銦併入至發光層中之技術困難意謂已難以實現較長波長LED。
本發明人已發現，相較於在無孔基體上生長之相同LED結構，在III族氮化物材料之多孔區上方生長LED結構會引起發射波長朝向較長波長顯著移位。
本發明人已藉由在無孔GaN晶圓上生長習知綠色/黃色(在500至570 nm或570 nm至590 nm之間的發射) InGaN LED結構來證明此情況，且證明LED按預期發射綠光/黃光。接著在含有多孔區之模板上生長相同的「綠色/黃色」 InGaN LED結構，且當跨越LED施加電氣偏壓時，LED發射範圍在600與750 nm之間的紅光。
本發明有利地允許習知的可易於製造的LED結構向較長波長發射移位，且藉由控制至LED之電力供應而以不同峰值發射波長範圍發射。雖然可實現多種不同的發射範圍，但在尤其較佳的實施例中，可將先前稱為黃色或綠色LED之已知LED結構製成可變波長綠色-紅色LED。
LED發光區可為用於以500至600 nm或500 nm至550 nm或550 nm至600 nm或510至570 nm或530 nm至560 nm或540 nm至600 nm之峰值波長發射的LED發光區。LED發光區可為當未在多孔III族氮化物層上過度生長時，以500至600 nm或510至570 nm或530 nm至560 nm或540 nm至600 nm或590 nm至640 nm之峰值波長發射的LED發光區。然而，在III族氮化物材料之多孔區上方生長LED發光區可使發光區之發射波長朝向較長波長(例如，介於600與750 nm之間) 移位且亦使得LED能夠在不同發射波長之連續範圍內發射。
習知地，為了生長較長波長發射所需的併有較高量銦之InGaN量子井，在InGaN材料之磊晶沈積期間需要較低生長溫度。亦嘗試改變生長壓力及生長速率作為增加銦併入之方式。較低生長溫度之缺點包括在晶體結構中存在更多缺陷且NH3裂解效率較低。
然而，在本發明中，相比先前在給定生長溫度下可能的情況，在生長期間多孔區在LED模板中之存在會減少晶體結構中之應變，增大晶格參數且使得能夠將更多In併入至作用區中。藉由將多孔區併入至結構中，因此不再需要降低InGaN之生長溫度以增加In併入，此係因為在較高溫度下併入較大量的In。此允許較高InGaN生長溫度用於LED，從而導致比先前技術中之LED更高的晶體品質、更少的缺陷以及改善的效能及LED特性。
過度生長於多孔區上方之LED結構的改善之晶體品質亦使得LED能夠在遠寬於先前技術中可能的發射波長範圍內發射光。
在將多孔材料引入至LED中之一些先前嘗試中，發現多孔材料會導致高度的光譜擴寬，使得光譜發射峰值之半高全寬(FWHM)變得不合需要地寬。此對於大多數LED應用為不合需要的，在該等應用中，窄發射峰值為較佳的，使得由LED發射之光處於或接近所要波長。
有利地，在本發明中，LED較佳發射具有50 nm或更小或40 nm或更小或30 nm或更小之FWHM的光，較佳地其中LED具有＜20 nm之FWHM。因此，儘管可變波長LED之峰值發射波長可藉由改變供應至LED之驅動條件來改變，但在任何給定驅動條件下，LED較佳發射具有50 nm或更小或40 nm或更小或30 nm或更小或20 nm或更小之FWHM的光。
在較佳實施例中，發光層為發光氮化銦鎵層。LED較佳亦包含GaN材料區。由於GaN與InGaN之間的晶格失配，由多孔區產生之應力鬆弛效應特別有利。
發光二極體可包含選自以下各者之至少一個形貌體： (a)發光區包含一個或二個或三個或四個或五個或六個或七個或八個量子井(或至少一個量子井)；或 (b)III族氮化物層包含具有組成Al yGa (1-y)N之氮化鋁鎵層，其中y在0.1至1.0之範圍內；或 (c)UV或藍光發射InGaN/GaN或InGaN/InGaN超晶格或InGaN層位於n摻雜部分與發光區之間。
較佳根據此項技術中已知的習知LED設計而設計n摻雜部分、p摻雜部分及發光區。舉例而言，可根據LED設計之習知原理而選擇此類層之厚度、組成及數目。LED可含有在LED設計技術中習知且熟習此項技術者充分理解的其他層。舉例而言，LED可包含位於發光層上之III族氮化物層及位於III族氮化物層上之III族氮化物障壁層。此類結構形貌體為熟知的且可用於本發明之LED中。 電力供應之控制
藉由控制至LED之電力供應，控制可變波長LED之峰值發射波長。
可以多種方式控制電力供應以便實現本發明之可變波長性質。舉例而言，可在連續波(CW)或脈衝模式下使用電壓或電流驅動方案。
在較佳實施例中，電力供應可為脈衝式電力供應。替代地，電力供應可為連續波(CW)或準連續波電力供應。
電力供應可為恆壓電力供應，或替代地，為恆流電力供應。
為了控制電力供應而改變的參數可取決於正用於驅動LED之驅動方案而變化。舉例而言，可藉由改變至LED之電力供應的功率、功率密度、電流、電流密度或電壓來控制LED。由於功率、電流及電壓根據P=IV相關，因此熟習此項技術者充分理解對此等參數之控制。
可變波長LED在使用期間發射的峰值發射波長由在使用期間通過LED二極體結構之電流密度(其可替代地依據功率密度來描述)判定。可變波長LED所經歷的電流密度(以A/cm 2為單位)由電力供應所供應之電流(以安培為單位)的量值及電流通過之LED二極體結構的橫截面積(以cm 2為單位)判定。一旦已製造可變波長LED，電流通過之LED二極體結構的橫截面積(以cm 2為單位)便固定，因此藉由改變在使用中提供至LED之電流的量值來改變通過LED之電流密度。
對於固定大小之給定LED，可依據驅動電流量值來論述驅動條件。然而，由於LED可以多種形狀及大小製造，因此依據電流密度或功率密度定義一般驅動條件可為更合適的。
發射波長範圍為連續波長範圍，因此LED可藉由改變電力供應來有利地以彼範圍內之任何波長發射。
電力供應可在對應於LED之發射波長範圍的電力供應範圍內變化。舉例而言，電力供應範圍可為功率(以瓦特為單位)或功率密度(以W/cm 2為單位)之範圍，該範圍係由LED以發射波長範圍之較長波長限值發射的較低功率及LED以發射波長範圍之較短波長限值發射的較高功率定義。替代地，電力供應範圍可由電流(以安培為單位)上限及下限或電流密度(以A/cm 2為單位)上限或下限或電壓上限及下限定義。
較佳藉由LED驅動器調節或控制至LED之電力供應。發光二極體可經組配以連接至或可連接至LED驅動器，該驅動器經組配以將電力供應提供至LED。LED驅動器較佳經組配以將可變電力供應供應至LED。舉例而言，LED驅動器較佳能夠改變供應至LED之驅動電流的量值，藉由在一範圍內連續地改變驅動電流之量值或藉由提供具有不同固定量值之多個離散的驅動電流模式。
多種習知LED驅動器可用於調節至LED之電力供應。LED驅動器可為積體電路(IC)，例如LED驅動器可為CMOS驅動器或TFT驅動器。驅動器可為離散組件，諸如背板IC驅動器或由相同GaN磊晶晶圓製成的晶片上IC驅動器。
各驅動條件之占空比可為至少0.001%、0.01%、0.1%、1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或100%。 功率控制
藉由改變提供至LED之功率或功率密度，可有利地控制LED之峰值發射波長。
峰值發射波長可回應於由電力供應提供至LED之功率的增加而減小，且峰值發射波長可回應於由電力供應提供之功率的減小而增加。
舉例而言，當電力供應將第一功率供應至LED時，LED可以第一峰值發射波長發射，且當電力供應供應低於第一功率之第二功率時，LED可以長於第一發射波長之第二峰值發射波長發射。
在尤其較佳的實施例中，第一峰值發射波長低於570 nm且第二峰值發射波長高於610 nm，使得LED回應於第一功率而發射綠光且回應於第二功率而發射紅光。因此，藉由控制供應至LED之功率，LED可控制為以在綠色與紅色之間的任何波長發射。
當電力供應提供不同於第一及第二功率之第三功率密度時，LED較佳以第三峰值發射波長發射。
本發明之LED的峰值發射波長有利地隨電力供應之功率或功率密度以可校準至含有LED之顯示裝置中的一致方式變化。在較佳實施例中，本發明之LED的峰值發射波長可與電力供應之功率或功率密度的對數以可校準關係變化。此對於裝置設計為高度有利的，此係因為電力供應與峰值發射波長之間的可預測關係使得能夠精確地控制LED發射。可易於校準電力供應使得當需要特定發射波長時，直接計算及供應產生彼發射波長所需的精確功率。 電流控制
藉由改變提供至LED之電力供應的電流或電流密度，可有利地控制LED之峰值發射波長。
可變波長LED之峰值發射波長的驅動電流密度相依移位可較佳大於10奈米/十倍頻程(nm/decade)或大於20奈米/十倍頻程。
峰值發射波長可回應於由電力供應提供至LED之電流密度的增加而減小，且峰值發射波長可回應於由電力供應提供之電流密度的減小而增加。
舉例而言，當電力供應將第一電流密度供應至LED時，LED可以第一峰值發射波長發射，且當電力供應供應低於第一電流密度之第二電流密度時，LED可以長於第一發射波長之第二峰值發射波長發射。
當電力供應具有不同於第一及第二電流密度之第三電流密度時，LED較佳以第三峰值發射波長發射。
在尤其較佳的實施例中，第一峰值發射波長低於570 nm且第二峰值發射波長高於610 nm，使得LED回應於第一電流密度而發射綠光且回應於第二電流密度而發射紅光。因此，藉由控制供應至LED之電流密度，LED可控制為以在綠色與紅色之間的任何波長發射。
有利地，本發明之LED的峰值發射波長隨電力供應之電流或電流密度以可校準至顯示裝置中之一致方式變化。在較佳實施例中，本發明之LED的峰值發射波長可與電力供應之電流或電流密度的對數具有可校準關係。此對於裝置設計為高度有利的，此係因為電力供應特性與峰值發射波長之間的可預測關係使得能夠精確地控制LED發射。可易於校準電力供應使得當需要特定發射波長時，直接計算及供應產生彼發射波長所需的精確電流密度。
LED可藉由0.001 A/cm 2至1000 A/cm 2或0.01 A/cm 2至500 A/cm 2或0.1 A/cm 2至250 A/cm 2的電流密度驅動。
在本發明之較佳實施例中，LED回應於大於5 A/cm 2或大於7 A/cm 2或大於9 A/cm 2或大於10 A/cm 2或大於11 A/cm 2之電流密度而以570 nm或更低的波長發射綠光。同一LED回應於小於4 A/cm 2或小於3 A/cm 2或小於2 A/cm 2之電流密度而以大於610 nm之波長發射紅光。
在較佳實施例中，LED回應於大於19 A/cm 2或大於20 A/cm 2或大於21 A/cm 2之電流密度而以430 nm與500 nm之間的波長發射光。 多孔模板
n型區、發光區及p型區(其可被稱為LED結構或LED二極體結構)較佳生長於含有多孔區之半導體模板上方。半導體模板亦可含有經配置以提供適合用於LED結構之過度生長之基體的數個半導體材料層。然而，一旦n型區、發光區及p型區已生長於模板上，LED結構及模板二者便形成LED之部分。
可在後續晶片處理期間任擇地自LED結構移除多孔區及模板。
多孔區可具有至少1 nm、較佳至少10 nm、尤其較佳至少50 nm之厚度。舉例而言，多孔區可具有介於1 nm與10000 nm之間的厚度。
多孔區可具有介於1%與99%孔隙率之間或介於10%與80%孔隙率之間或介於20%與70%孔隙率之間或介於30%與60%孔隙率之間的孔隙率。多孔區之孔隙率可量測為所有孔隙之體積相對於整個多孔區之體積。
已發現孔隙度對由多孔區引起之波長移位的量值具有影響。一般而言，相較於無孔模板上之相同LED結構，孔隙率%愈高，則LED之波長移位愈大。
多孔區較佳由GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN或AlN中之一者形成。
多孔區可在LED之n型區、發光區及p型區下或下方。較佳地，n型區、發光區及p型區(LED結構)定位於多孔區上或上方，如由LED中之層的生長次序所界定。LED結構較佳在多孔區上方過度生長，使得LED結構受益於多孔III族氮化物層中之應變鬆弛。 LED層
LED可包含定位於n摻雜部分與多孔區之間的III族氮化物材料之連接層。較佳地，連接層之厚度為至少100 nm，但亦可使用較小或較大厚度。連接層可較佳為GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN或AlN中之一者。
LED較佳包含在多孔區與發光區之間的III族氮化物材料多孔區之無孔中間層。由於多孔區較佳藉由使用PCT/GB2017/052895 (公開為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213 (公開為WO2019/145728)之方法穿過III族氮化物材料之無孔層的電化學孔隙化而形成，因此III族氮化物材料之無孔層通常形成保留在多孔區之頂部上的無孔中間層。無孔中間層有利地提供光滑表面以供其他層在製造期間的過度生長。
較佳地，LED包含定位於多孔區與連接層之間的III族氮化物材料之無孔中間層。此層可較佳為無孔層，穿過無孔層對多孔區進行電化學蝕刻。
無孔中間層可較佳為GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN或AlN中之一者。
多孔區可為多孔層，使得發光二極體包含III族氮化物材料之多孔層。較佳地，多孔區可為連續多孔的多孔層，例如由多孔III族氮化物材料之連續層形成。
多孔區可包含多個多孔層，且任擇地多個無孔層。在本發明之較佳實施例中，多孔區為交替的多孔層及無孔層之堆疊，其中堆疊之頂表面界定多孔區之頂部，且堆疊之底表面界定多孔區之底部。發光區可形成於包含III族氮化物材料之多孔層之堆疊的多孔區上方。
在一些實施例中，發光區定位於III族氮化物材料之多個多孔層的堆疊上方。因此，替代為III族氮化物材料之單個多孔層，多孔區可為III族氮化物材料層之堆疊，其中至少一些層為多孔的。多孔層之堆疊可較佳為交替的多孔層及無孔層之堆疊。
替代地，多孔區可為含有一或多個多孔區之III族氮化物材料層，例如在III族氮化物材料之其他無孔層中的一或多個多孔區。換言之，多孔區無需為連續的多孔材料層。
在較佳實施例中，多孔區或多孔層可具有等效於在上面生長有多孔層或區之基體之側向尺寸的側向尺寸(寬度或長度)。舉例而言，習知基體晶圓大小可具有多種大小，諸如1 cm 2或2吋、4吋、6吋、8吋、12吋或16吋直徑。然而，藉由圖案化一或多個層及/或在同一層中沈積具有不同電荷載流子濃度之區，可形成不橫跨整個基體之較小多孔區。多孔層或區之側向尺寸可因此自像素之約1/10 (例如，0.1 μm)變化至基體自身之側向尺寸。
n摻雜部分較佳包含n摻雜III族氮化物層。
較佳地，n摻雜部分及/或n摻雜層包含n-GaN或n-InGaN，或n-GaN/n-InGaN之交替層的堆疊，或含有不同濃度之銦的n-InGaN/n-InGaN之交替層的堆疊。
n摻雜部分可包含單晶n摻雜III族氮化物部分，較佳地其中該n摻雜部分包含具有平坦頂表面之單晶n摻雜III族氮化物層。
多孔區以及多孔區與單晶n摻雜III族氮化物層之間的各層可為平坦層，該等平坦層具有與單晶n摻雜III族氮化物層之平坦頂表面平行的各別頂表面及各別底表面。
發光層較佳包含一或多個InGaN量子井，較佳1至10個量子井。
發光層可為包含諸如量子點、碎片量子井或不連續量子井之量子結構的InGaN之奈米結構層。
發光層及/或量子井較佳具有組成In xGa 1-xN，其中0.07≤x≤0.40，較佳地0.12≤x≤0.30或0.22≤x≤0.30或0.30≤x≤0.40，尤其較佳地0.22≤x≤0.27且0.27≤x≤0.40。
LED較佳包含位於發光層上之III族氮化物層及位於III族氮化物層上之III族氮化物障壁層。
發光層上之III族氮化物層可被稱為「封蓋層」。此封蓋層用於1)增加能帶彎曲之量子受限斯塔克效應(stark effect)，因此產生紅移且實現較長波長發射，及2)保護InGaN中之高In%以確保併入足夠In%以實現長波長以及提供較大障壁。
LED較佳包含在量子井與p摻雜區之間的III族氮化物材料之封蓋層。封蓋層可為GaN、InGaN、AlGaN或AlN。
LED較佳包含在量子井與p摻雜區之間的III族氮化物材料之障壁層。障壁層可為GaN、InGaN、AlGaN或AlN。
p摻雜區可包含p摻雜III族氮化物層及定位於p摻雜III族氮化物層與發光區之間的p摻雜氮化鋁鎵層。p摻雜氮化鋁層較佳為定位於封蓋層與p型層之間的電子阻擋層(EBL)，其中電子阻擋層含有5至25 at%的鋁，較佳地其中電子阻擋層具有介於10至50 nm之間的厚度。
在較佳實施例中，多孔區並非分佈式布拉格反射器(DBR)之部分。然而，在其他實施例中，多孔區可形成且充當在波長範圍內具有不同反射率/透射帶的光學反射器或鏡或濾光片。
作用發光區中之量子井(QW)的形態可變化。舉例而言，發光區可含有具有明確界定之界面的均勻QW，或具有不太明確界定之界面、碎片或QW井寬/組成波動的碎片QW，或如定位中心之量子點。QW形態之此控制可判定欲控制及操縱之可變發射波長的範圍。
發光區較佳包含多個量子井(QW)。該等量子井可為連續的。該等量子井可為碎片化的或不連續的。 電流約束層
LED可包含電流約束層或電流限制層，其為經組配以限定電流傳導通過之LED之側向區域的介電層。電流約束層之使用可有利地允許進一步控制電流密度，以便更好地控制LED之峰值發射波長。
有利地，電流約束層可使得能夠操縱提供至可變波長LED之功率密度，以便控制峰值發射波長。
電流約束層較佳為介電材料層。舉例而言，電流約束層可為任何介電質，例如SiO 2、SiN或SiNx。
電流約束層可鄰近於LED之n摻雜部分或p摻雜部分定位。舉例而言，電流約束層可定位於n摻雜部分與發光區之間。替代地，電流約束層可定位於發光區與p摻雜部分之間。
電流約束層較佳包含延伸穿過電流約束層之一孔口或延伸穿過電流約束層之一或多個孔口。該孔口可較佳定位於電流約束層之中心。舉例而言，電流約束層可包含在LED結構之中心的圓形開口。
該或各孔口之側向尺寸較佳比LED之側向尺寸小得多。藉由提供穿過介電電流約束層之孔口，可實現高的局部電流密度，此可有利地使得能夠對通過LED之功率進行改善控制。
舉例而言，孔口之側向寬度(或直徑)可等於或小於LED結構(LED凸台)之側向寬度的50%。孔口之寬度可等於或小於LED結構之寬度的45%或40%或35%或30%或25%或20%。
可改變相較於電流約束層(阻擋區)之總面積的孔口之相對面積以修改局部電流密度。 像素大小
發光區及/或LED可具有大於50 nm、100 nm、200 nm、300 nm、500 nm、600 nm、700 nm、800 nm、900 nm、1 µm、2 µm、3 µm、4 µm、5 µm或10 µm、20 µm、30 µm、40 µm、50 µm、60 µm、70 µm、80 µm、90 µm或大於100 µm或200 µm、300 µm且小於1000 µm之側向尺寸(在自上方查看時的寬度及長度)。
發光區及/或LED可具有大於100 µm且小於300 µm之側向尺寸(寬度及長度)。在此狀況下，LED可被稱為「迷你LED」。在較佳實施例中，迷你LED可為正方形或圓形，或具有圓形拐角之正方形，且具有諸如300 µm×300 µm、200 µm×200 µm、100 µm×100 µm之尺寸。
發光區及/或LED可替代地具有小於100 µm之側向尺寸(寬度及長度)。在此狀況下，LED可被稱為「微型LED」。微型LED可較佳具有小於80 µm或70 µm或60 µm或50 µm或30 µm或25 µm或20 µm或15 µm或10 µm或5 µm或3 µm或1 µm或500 nm或200 nm或100 nm或50 nm之側向尺寸。
在較佳實施例中，微型LED可為正方形或圓形或具有圓形拐角之正方形，且具有諸如75 µm×75 µm、50 µm×50 µm、40 µm×40 µm、30 µm×30 µm、25 µm×25 µm、20 µm×20 µm或10 µm×10 µm或5 µm×5 µm或2 µm×2 µm或1 µm×1 µm或500 nm×500 nm或更小的尺寸。
LED可為圓形、三角形、矩形、正方形、橢圓形、菱形、六邊形、五邊形及此等形狀之任何組合。在像素設計之不規則形狀的狀況下，至少一個尺寸應處於上文所定義的尺寸內以便將LED分類為迷你或微型LED。舉例而言，LED之寬度或直徑較佳小於100 µm，使得LED分類為微型LED。 發光區
發光區較佳包含含有多個量子井(QW)或量子點、量子線或其他量子奈米結構之多量子井(MQW)。
在一些實施例中，發光區包含多個量子井(QW)且該等量子井為連續的。
本發明人已發現，發光區中之不均勻性在擴寬發射波長範圍方面具有顯著效應，發光區可回應於供應至LED之功率的變化而在該發射波長範圍內發射光。在先前技術中，發光區中之不均勻性通常被視為有問題的瑕疵，該等瑕疵為不想要的且應以任何可能方式避免，此係因為目標通常為高品質、低瑕疵的半導體晶圓。本發明人已在此項技術中避開了此偏見，且發現在發光區中有意地產生不均勻性可有利地擴寬發射波長範圍，且導致可變波長LED可在遠寬於先前技術中可能的波長範圍內發射。
在本發明之替代實施例中，發光區為不均勻的、碎片化的或不連續的。可有意地引入發光區以實現InGaN量子井中之載流子定位中心之效應，諸如具有不同銦組成及井寬以及量子障壁的多種類型之QW區；將導致井寬之波動的不均勻的或碎片化的或斷裂的或有間隙的或不連續的量子井；InGaN量子點或奈米結構；形成於極性、半極性或非極性面上的量子井。
在較佳實施例中，發光區包含多個量子井(QW)，且該等量子井為不均勻的、碎片化的或不連續的。
多個QW可包含井寬之波動。舉例而言，QW之井寬可波動至少2%、5%、10%、20%、25%或50%或75%。井寬波動可為量子井之間(豎直方向)以及一個量子井內(側向方向)的變化。
多個QW可包含合金組成的波動。舉例而言，QW之銦組成在發光區上可變化至少2%、5%、10%、20%、25%或50%或75%。
本發明人已發現，井寬及/或合金組成之波動可能會在QW之上部界面或下部界面中誘發載流子定位中心。任何載流子定位中心將在本發明之可變波長LED中誘發可變波長。彼等載流子定位中心之密度愈大，則可實現的可變波長範圍愈大。
LED可包含延伸或傳播穿過發光作用區之v形凹坑。較佳地，LED包含延伸穿過發光區之多個v形凹坑。
較佳地，LED可包含至少1×10 7/cm 2、例如至少5×10 7/cm 2或至少1×10 8/cm 2之v形凹坑密度(自上方俯視LED結構時所量測)，例如1×10 7/cm 2至5×10 9/cm 2之v形凹坑密度。
LED可包含小於5×10 9/cm 2之v形凹坑密度，例如小於1×10 9/cm 2或小於5×10 8/cm 2之v形凹坑密度。
v形凹坑為此項技術中已知的磊晶半導體生長現象，且在半導體結構中生長v形凹坑的方法為此項技術中已知的。舉例而言，v形凹坑及其生長在先前技術中描述於「 The effect of nanometre-scale V-pits on electronic and optical properties and efficiency droop of GaN-based green light-emitting Diodes」中(Zhou等人；科學報告|(2018年) 8:11053|DOI:10.1038/s41598-018-29440-4)。
此等v形凹坑在橫截面上查看時為v形，但實際上，形成為半導體結構中之圓錐形或漏斗形空隙，該等空隙係使用習知磊晶生長方法由下而上生長。雖然凹坑之橫截面為v形，但當自上方查看時，凹坑通常為六邊形。v形凹坑之點始終向下指向半導體結構之早期沈積層，此係因為隨著後續磊晶生長層沈積於結構之頂部上，凹坑會變寬。
儘管v形凹坑在此項技術中為已知的，但其通常被視為半導體結構中之有問題的瑕疵，該等瑕疵為不想要的，此係因為目標通常為高品質、低瑕疵的半導體晶圓。
在過去已將v形凹坑併入至半導體結構中之不尋常情形中，v形凹坑已用作產生較高帶隙區之屏蔽機構，該等區防止電流載流子沿著作為洩漏路之穿透位錯向下行進。
然而，在本發明之較佳實施例中，有意將v形凹坑併入至LED結構中。v形凹坑向下延伸至半導體結構中足夠遠使得其終止於在作用發光區下方的層中。此意謂v形凹坑必須延伸穿過作用發光區之厚度。
本發明人已發現，延伸穿過LED結構之發光區的v形凹坑可有利地擴寬發射波長範圍，可變波長LED可在該發射波長範圍內發射。
當v形凹坑延伸穿過LED之作用區時，在由下而上的磊晶生長期間，在結構之其餘部分上平坦的量子井(QW)層生長於v形凹坑之傾斜側壁上。沈積於凹坑側壁上之QW在凹坑之側面周圍變形及拉伸，因此相較於跨越結構體之平面QW，最終具有不同的厚度及組成。
在v形凹坑周圍，半導體材料之QW層生長為平坦的平面層。因此，作用發光區在v形凹坑周圍為平坦的。然而，在v形凹坑之位置中，作用層沿著側壁向下變形及拉伸至v形凹坑中。此拉伸效應改變了凹坑之側壁上的QW之厚度，使得相較於形成於LED結構之其餘部分上方的平坦QW層，其厚度不同。
本發明人已發現，v形凹坑可產生局部應變鬆弛，且相較於MQW之其餘部分，沈積於此等v形凹坑之側壁上的MQW將具有不同的厚度及組成，因此v形凹坑區中之MQW將產生不同發射波長。
生長於v形凹坑之側壁上的量子井比結構中別處的體平面QW薄，此可影響QW帶隙且允許此區中之QW以不同於由結構中別處之平面QW發射之彼等波長的波長發射。除此之外，凹坑側壁上之QW最終可具有比周圍平面QW高的銦(In)含量，此係因為側壁曝露QW之半極性面，此面在磊晶生長期間併有較多銦，因此v形凹坑區中之QW的銦可高於凹坑周圍之平面QW。較高銦併入通常導致較長峰值發射波長。QW厚度及銦含量二者均會影響由發光區產生之發射波長。因此，在LED結構中存在v形凹坑可有利地以擴展發射波長範圍之方式修改發光區中之QW的組成及厚度，LED可經驅動以在該發射波長範圍內發射光。
v形凹坑通常係自半導體結構中之穿透位錯生長。當額外層生長於含有穿透位錯之層上方時，穿透位錯穿過結構向上延續，且在某一點處，位錯擴寬成v形凹坑。通常，熟習此項技術者旨在保持低穿透位錯濃度，以便產生「高品質」的低瑕疵晶圓。
v形凹坑可替代地使用3維磊晶生長模式來生長。3D磊晶沈積技術為此項技術中已知的且通常用於在模板上生長半導體材料之「島狀物」或「角錐形物」。藉由使用3D磊晶沈積技術控制LED結構之沈積，v形凹坑可人工地生長於所要位置中，其中不需要存在穿透位錯作為v形凹坑形成之「種子」。藉由使用此沈積控制，在結構中之所要位置處—在結構中之所要側向位置及所要高度二者處，例如在半導體結構之處於作用發光區下方的特定層中，可產生凹坑之底部(最低點)。
v形凹坑之底部可位於半導體結構之連接層中。連接層可定位於多孔區與n摻雜部分之間。
v形凹坑之底部可位於半導體結構之預應變層中。預應變層可定位於n摻雜部分上方及發光區下方。
較佳地，LED包含延伸穿過作用發光區之多個v形凹坑。
較佳地，LED包含至少1×10 7/cm 2，例如至少5×10 7/cm 2或至少1×10 8/cm 2之v形凹坑密度(自上方俯視LED結構所量測)。LED可包含小於5×10 9/cm 2之v形凹坑密度，例如小於1×10 9/cm 2或小於5×10 8/cm 2之v形凹坑密度。
舉例而言，1×10 7/cm 2至5×10 9/cm 2或5×10 7/cm 2至5×10 9/cm 2或1×10 8/cm 2至5×10 8/cm 2之v形凹坑密度。
LED可包含多於0.1個v形凹坑/平方微米，或多於1個v形凹坑/平方微米，或多於2個v形凹坑/平方微米。
較佳控制LED中之v形凹坑濃度，此係因為過多v形凹坑可能會破壞輻射重組，從而不利地影響LED之光發射。舉例而言，LED可包含少於10個v形凹坑/平方微米，或少於8個v形凹坑/平方微米，或少於6個v形凹坑/平方微米。
在較佳實施例中，LED結構可包含不超過10^9個穿透位錯/平方公分。較佳地，作用發光區下方之半導體結構(通常為基體、多孔區及連接層)包含不超過10^9個穿透位錯/平方公分。穿透位錯密度較佳限於此位準，使得進一步磊晶生長不會在發光區中產生過多v形凹坑。
可控制v形凹坑之密度及大小(深度)二者。V形凹坑之大小可藉由凹坑開始之預應變層及低溫nGaN層的位置及生長條件來控制。
作用發光區中之量子井(QW)的形態可變化。舉例而言，發光區可含有具有明確界定之界面的均勻QW，或具有不太明確界定之界面、碎片或QW井寬/組成波動的碎片QW，或如定位中心之量子點。QW形態之此控制可判定欲控制及操縱之可變發射波長的範圍。
發光區較佳包含多個量子井(QW)。該等量子井可為連續的。該等量子井可為碎片化的或不連續的。
若QW為連續的且在厚度及組成上非常均勻，則電荷載流子之重組可僅以規則的明確定義之方式發生。另一方面，若QW為碎片化的或不連續的，則此會產生許多奈米結構，其又產生導致發射不同色彩之不同帶隙。 控制可變波長LED之方法
在本發明之另一態樣中，提供一種控制可變波長LED之方法，該方法包含以下步驟： 將電力供應提供至根據本發明之第一態樣的可變波長LED；以及 控制電力供應以在發射波長範圍內改變可變波長LED之峰值發射波長。該方法可包含改變電力供應以在發射波長範圍內改變可變波長LED之峰值發射波長的步驟。
該方法可包含在單個顯示訊框期間動態地調諧至LED之電力供應。
可任擇地經由LED驅動器自電源將電力供應或供應電力提供至可變波長LED。
該方法可包含以下步驟：將驅動電流提供至可變波長LED；以及改變驅動電流之量值變化以在發射波長範圍內改變可變波長LED之峰值發射波長。
較佳地，藉由在操作期間改變提供至可變波長LED之驅動電流來改變彼LED之峰值發射波長。
藉由在多個離散非零值之間改變提供至彼子像素之驅動電流，LED可控制為以多個離散峰值發射波長發射光。此可有利地提供可調諧的單色顯示器。
藉由在一個顯示訊框期間在多個離散非零值之間改變提供至彼子像素之驅動電流，LED可控制為以多個離散峰值發射波長發射光。此可有利地使得能夠進行動態像素調諧，其中由個別LED發射之色彩可在顯示訊框期間調諧。
可控制電力供應以在至少40 nm或至少50 nm或至少60 nm或至少70 nm或至少80 nm之發射波長範圍內，較佳在最高至100 nm或110 nm或120 nm或140 nm或160 nm或180 nm或200 nm之範圍內改變峰值發射波長。
在尤其較佳的實施例中，可控制電力供應以在400 nm與680 nm之間、430 nm與670 nm之間、450 nm與650 nm之間、500 nm與680 nm之間或520 nm與675 nm之間改變峰值發射波長。
電力供應可為脈衝式電力供應，或電力供應可為連續波(CW)或準連續波電力供應。
電力供應之控制可為電流控制或電壓控制。
電力供應可為恆壓電力供應，或恆流電力供應。亦可使用AC或DC電力供應。
電力供應可在脈衝寬度調變(PWM)模式或脈衝振幅調變(PAM)模式或其二者下操作。
在一個顯示訊框期間，電力供應之量值或振幅可在至少二個非零值之間改變。
電力供應之量值或振幅在一個顯示訊框期間可在多個離散非零值之間改變，例如在一個顯示訊框期間在三個非零值之間改變。
可控制電力供應以將0.001 A/cm 2與1000 A/cm 2之間或0.01 A/cm 2與500 A/cm 2之間或0.1 A/cm 2與250 A/cm 2之間的電流密度提供至LED。
可控制電力供應以針對至少0.001%、0.01%、0.1%、1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或100%之占空比將驅動電流提供至LED。
該方法可包含以下步驟：提供第一驅動電流使得LED以第一峰值發射波長發射；以及提供具有不同於第一驅動電流之量值或振幅的第二驅動電流使得LED以第二峰值發射波長發射。
可針對第一占空比將第一驅動電流提供至LED，且可針對第二占空比將第二驅動電流提供至LED。該方法可包含以下步驟：控制第一占空比及/或第二占空比之持續時間以便控制由顯示裝置產生之觀測亮度及/或色度。
該方法可包含以下步驟：提供具有不同於第一驅動電流及第二驅動電流之量值或振幅的第三驅動電流，使得LED以第三峰值發射波長發射。
該方法可包含以下步驟：針對第三占空比將第三驅動電流提供至LED，且較佳地，控制第三占空比之持續時間以便控制由顯示裝置產生之觀測亮度及/或色度。
提供至LED之驅動電流可在第一驅動電流、第二驅動電流及/或第三驅動電流之間改變，以便控制由顯示裝置產生之觀測色度。
該或各LED可回應於多個不同的驅動電流量值或振幅而在多個模式下操作，LED經組配以在多個模式中之各者中以離散峰值發射波長發射。在各模式下，以不同振幅之電流密度驅動子像素，從而使子像素在不同振幅模式下以不同峰值波長發射。提供至可變波長LED之驅動電流的振幅可在顯示裝置之操作期間，較佳在單個顯示訊框內變化。 功率控制
可控制電力供應以藉由改變提供至LED之功率(以瓦特為單位)或功率密度(以瓦特/平方公分為單位)而改變LED之峰值發射波長。
由電力供應提供之功率可增加以便減小峰值發射波長，或由電力供應提供之功率可減小以便增加峰值發射波長。
可控制電力供應以供應LED以第一峰值發射波長發射的第一功率，且可控制電力供應以供應低於第一功率之第二功率，使得LED以長於第一發射波長之第二峰值發射波長發射。
在綠色-紅色LED之尤其較佳的實施例中，第一峰值發射波長可低於570 nm且第二峰值發射波長可高於610 nm，使得LED回應於第一功率而發射綠光且回應於第二功率而發射紅光。LED亦可藉由在第一功率與第二功率之間改變功率而以第一峰值發射波長與第二峰值發射波長之間的連續波長光譜發射。 電流控制
可控制電力供應以藉由改變提供至LED之電流(以安培為單位)或電流密度(以A/cm 2為單位)來改變LED之峰值發射波長。
類似於功率，由電力供應提供之電流密度可增加以便減小峰值發射波長，或減小以便增加峰值發射波長。
可控制電力供應以供應LED以第一峰值發射波長發射的第一電流密度，且供應低於第一電流密度之第二電流密度，在該第二電流密度下，LED以長於第一發射波長之第二峰值發射波長發射。
在綠色-紅色LED之尤其較佳的實施例中，第一峰值發射波長可低於570 nm且第二峰值發射波長可高於610 nm，使得LED回應於第一電流密度而發射綠光且回應於第二電流密度而發射紅光。 電壓控制
可控制電力供應以藉由改變提供至LED之電壓來改變LED之峰值發射波長。
由電力供應提供之電壓可增加以便減小峰值發射波長，或由電力供應提供之電壓可減小以便增加峰值發射波長。
可控制電力供應以供應LED以第一峰值發射波長發射的第一電壓，且可控制電力供應以供應低於第一電壓之第二電壓，使得LED以長於第一發射波長之第二峰值發射波長發射。
在綠色-紅色LED之尤其較佳的實施例中，第一峰值發射波長可低於570 nm且第二峰值發射波長可高於610 nm，使得LED回應於第一電壓而發射綠光且回應於第二電壓而發射紅光。LED亦可藉由在第一電壓與第二電壓之間改變電壓而以第一峰值發射波長與第二峰值發射波長之間的連續波長光譜發射。 可變波長LED之製造方法
在另一態樣中，提供一種製造可變波長LED之方法，其包含生長以下各者之步驟： 一n摻雜部分； 一p摻雜部分；以及 一發光區，其位於該n摻雜部分與一p摻雜部分之間，該發光區包含一發光層，該發光層在跨越其之電氣偏壓下以一峰值發射波長發射光。
該方法可包含在III族氮化物材料之多孔區上方過度生長n摻雜部分、p摻雜部分及發光區的步驟。
該方法可包含以下步驟：在n摻雜部分或p摻雜部分中之至少一者中形成III族氮化物材料之多孔區，且在III族氮化物材料之多孔區上方形成發光區。
該方法可任擇地包含以下步驟：在已形成n摻雜部分、p摻雜部分及發光區之後自LED結構(n摻雜部分、p摻雜部分及發光區)移除多孔區。
發光層可在跨越其之電氣偏壓下以400與800 nm之間或450至800nm之間或500與800 nm之間或550與800 nm之間或610與800 nm之間的峰值發射波長發射光。
該方法可包含將LED連接至可變電力供應之步驟。
該方法可包含將LED連接至經組配以將可變電力供應提供至LED之LED驅動器的步驟。LED驅動器可經組配以控制至LED之電力供應的功率或電流或電壓。LED驅動器可經組配以將脈衝式或CW或準CW電力供應提供至LED。
包括n摻雜部分、p摻雜部分及發光區之LED結構可為用於以低於LED之峰值發射波長之波長發射的LED結構，使得III族氮化物材料之多孔區將發光區之發射波長紅移至峰值發射波長。
n摻雜部分、p摻雜部分及發光區較佳由III族氮化物半導體材料形成。
在較佳實施例中，發光區可包含用於以500 nm至550 nm或550 nm至600 nm之峰值波長發射的發光氮化銦鎵層， 其中在電氣偏壓下，III族氮化物材料之多孔區上的過度生長使發光區之發射波長移位至600與750 nm之間的峰值波長。
發光區可包含用於以500至550 nm或500至580 nm或510至570 nm或530 nm至560 nm或550 nm至600 nm之峰值波長發射的發光氮化銦鎵層。當在習知LED中生長，例如在無孔GaN基體上生長時，發光氮化銦鎵層可為已知以此等波長發射之一或多個層。然而，本發明人已發現，在多孔III族氮化物層上方生長習知黃色或綠色LED結構會導致在電氣偏壓下以600與750 nm之間的峰值波長發射的LED。
該方法可包含在III族氮化物材料之多孔區上方生長黃色或綠色LED結構的步驟。
在較佳實施例中，發光層為發光氮化銦鎵層。LED較佳亦包含GaN材料區。由於GaN與InGaN之間的晶格失配，由多孔區產生之應力鬆弛效應特別有利。
該方法可包含形成在量子井(其較佳為InGaN QW)中具有載流子定位中心之發光作用區的步驟。諸如具有不同銦組成及井寬以及量子障壁的多種類型之QW區；將導致井寬之波動的不均勻的或碎片化的或斷裂的或有間隙的或不連續的量子井；InGaN量子點或奈米結構；形成於極性、半極性或非極性面上的量子井。
該方法可包含形成多個量子井(QW)之步驟，其中該等量子井為不均勻的、碎片化的或不連續的。
多個QW可包含銦組成波動及/或井寬波動。
該方法可包含以下步驟：在LED結構中形成一或多個v形凹坑使得v形凹坑延伸穿過發光區之厚度。較佳地，該方法包含以下步驟：形成至少0.1個v形凹坑/平方微米或至少1個v形凹坑/平方微米或至少2個v形凹坑/平方微米。較佳地，該方法包含以下步驟：在發光區中形成至少1×10 7/cm 2，例如至少5×10 7/cm 2或至少1×10 8/cm 2之v形凹坑密度，例如1×10 7/cm 2至5×10 9/cm 2之v形凹坑密度。較佳地，該方法包含以下步驟：在發光區中形成小於5×10 9/cm 2之v形凹坑密度，例如小於1×10 9/cm 2或小於5×10 8/cm 2之v形凹坑密度。
v形凹坑為此項技術中已知的磊晶半導體生長現象，且在半導體結構中生長v形凹坑的方法為此項技術中已知的。舉例而言，v形凹坑及其生長在先前技術中描述於「 The effect of nanometre-scale V-pits on electronic and optical properties and efficiency droop of GaN-based green light-emitting Diodes」中(Zhou等人；科學報告|(2018年) 8:11053|DOI:10.1038/s41598-018-29440-4)。
v形凹坑可生長於半導體結構中使得其終止於作用發光區下方的層中。此意謂v形凹坑必須延伸穿過作用發光區之厚度。
藉由層在含有穿透位錯之層上方的磊晶沈積期間控制生長條件，可自半導體結構中之穿透位錯生長v形凹坑。當額外層生長於含有穿透位錯之層上方時且藉由控制位錯擴寬成v形凹坑之生長條件，穿透位錯穿過結構向上延續。
v形凹坑可替代地使用3維磊晶生長模式來生長。3D磊晶沈積技術為此項技術中已知的且通常用於在模板上生長半導體材料之「島狀物」或「角錐形物」。藉由使用3D磊晶沈積技術控制LED結構之沈積，v形凹坑可人工地生長於所要位置中，其中不需要存在穿透位錯作為v形凹坑形成之「種子」。藉由使用此沈積控制，在結構中之所要位置處—在結構中之所要側向位置及所要高度二者處，例如在半導體結構之處於作用發光區下方的特定層中，可產生凹坑之底部(最低點)。
v形凹坑之底部可位於半導體結構之連接層中。連接層可定位於多孔區與n摻雜部分之間。
v形凹坑之底部可位於半導體結構之預應變層中。預應變層可定位於n摻雜部分上方及發光區下方。
較佳地，LED包含延伸穿過作用發光區之多個v形凹坑。
可控制v形凹坑之密度及大小(深度)二者。V形凹坑之大小可藉由凹坑開始之預應變層及低溫nGaN層的位置及生長條件來控制。
可沈積作用發光區中之量子井(QW)，使得量子井為連續的及/或具有均勻厚度。替代地，可沈積作用發光區中之量子井(QW)，使得量子井為碎片化的或不連續的。 製造步驟
n型區、發光區及p型區(其可被稱為LED結構)較佳生長於含有多孔區之半導體模板上方。半導體模板亦可含有經配置以提供適合用於LED結構之過度生長之基體的數個半導體材料層。
該方法可包含對III族氮化物材料層進行電化學孔隙化以形成III族氮化物材料之多孔區的第一步驟。此可使用在國際專利申請案PCT/GB2017/052895 (公開為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213 (公開為WO2019/145728)中所闡述之晶圓級孔隙化製程來實現。
該方法可較佳包含以下步驟：藉由穿過III族氮化物材料之無孔層的電化學孔隙化來形成III族氮化物材料之多孔區，使得III族氮化物材料之無孔層形成無孔中間層。無孔中間層可有利地提供用於其他層，諸如III族氮化物材料之一或多個連接層之過度生長的光滑表面。
多孔區可藉由對基體上之III族氮化物材料之一或多個層或區進行孔隙化來形成。基體可為矽、藍寶石、SiC、β-Ga2O3。基體之晶體取向可為極性、半極性或非極性取向。基體厚度通常可在100 µm與1500 µm之間變化。
多孔區可為多孔層，使得該方法包含在III族氮化物材料之多孔層上方過度生長以下各者的步驟：n摻雜部分；p摻雜部分；以及LED發光區。較佳地，多孔區可為連續多孔的多孔層，例如由多孔III族氮化物材料之連續層形成。
多孔區可包含多個多孔層，且任擇地多個無孔層。在本發明之較佳實施例中，多孔區為交替的多孔層及無孔層之堆疊，其中堆疊之頂表面界定多孔區之頂部，且堆疊之底表面界定多孔區之底部。
替代地，多孔區可為含有一或多個多孔區之III族氮化物材料層，例如在III族氮化物材料之其他無孔層中的一或多個多孔區。
在較佳實施例中，多孔區或多孔層可具有等效於在上面生長有多孔層或區之基體之側向尺寸的側向尺寸(寬度或長度)。舉例而言，習知基體晶圓大小可具有多種大小，諸如1 cm 2或2吋、4吋、6吋、8吋、12吋或16吋直徑。然而，藉由圖案化一或多個層及/或在同一層中沈積具有不同電荷載流子濃度之區，可形成不橫跨整個基體之較小多孔區。多孔層或區之側向尺寸可因此自像素之約1/10 (例如，0.1 μm)變化至基體自身之側向尺寸。
在孔隙化步驟之前，可將較佳含有層或層堆疊之n摻雜III族氮化物半導體材料之摻雜區沈積於基體上。III族氮化物層可含有此等元素中之一者或組合：Al、Ga、In (四元層之三元)。III族氮化物堆疊之厚度較佳在10至4000 nm之間。III族氮化物區可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3之間的摻雜濃度。
較佳地，未摻雜III族氮化物材料之中間層在其孔隙化之前沈積於摻雜材料上方。中間層較佳具有在1 nm與3000 nm之間，較佳在5 nm與2000 nm之間的厚度。由於中間層未經摻雜，因此其在孔隙化步驟之後保持無孔，此有利地為其他半導體層之磊晶過度生長提供良好表面。
在較佳實施例中，摻雜區由摻雜層及未摻雜層的交替堆疊組成。在較佳實施例中，堆疊含有5至50對層。各高度摻雜層之厚度可在10 nm至200 nm之間變化，且低摻雜或未摻雜層可具有在5至180 nm之間的厚度。
如此項技術中已知的，電化學孔隙化自III族氮化物材料之n型摻雜區移除材料，且在半導體材料中產生空孔。
在較佳實施例中，LED結構形成於III族氮化物材料之多個多孔層之堆疊上方。因此，替代為III族氮化物材料之單個多孔層，多孔區可為III族氮化物材料層之堆疊，其中至少一些層為多孔的。多孔層之堆疊可較佳為交替的多孔層及無孔層之堆疊。
該方法可較佳包含以下步驟：在將n摻雜區、LED發光區及p摻雜區過度生長於連接層上之前，在III族氮化物材料之中間層的表面上沈積III族氮化物材料之一或多個連接層。
替代地，在多孔區上方不存在無孔中間層之情況下，該方法可包含將III族氮化物材料之連接層沈積至III族氮化物材料之多孔區之表面上的步驟。
該方法可包含在連接層上過度生長n摻雜區、LED發光區及p摻雜區的另一步驟。
藉由製造方法產生之LED較佳為根據本發明之第一態樣的可變波長LED。 顯示裝置
本發明之第一態樣提供一種可變波長LED，其峰值發射波長取決於在使用期間供應至LED之驅動電流密度或驅動功率密度。
此可變波長LED可以多種方式併入至顯示裝置中以得到一系列需要的裝置特性。
根據本發明之第二態樣，可提供一種顯示裝置，其包含根據本發明之第一態樣的可變波長LED，該LED經組配以接收電力供應。
該顯示裝置可包含可變波長發光二極體(LED)，該可變波長LED包含： 一n摻雜部分； 一p摻雜部分； 一發光區，其位於該n摻雜部分與一p摻雜部分之間，該發光區包含一發光層，該發光層在跨越其之電氣偏壓下以一峰值發射波長發射光； 其中該LED經組配以接收一電力供應，其中藉由改變該電力供應，可在至少40 nm之一發射波長範圍內連續地控制該LED之該峰值發射波長。
該顯示裝置較佳包含多個根據本發明之第一態樣的可變波長LED，各可變波長LED經組配以接收其自身的電力供應，其中多個可變波長LED中之各者可控制以使得可藉由改變至各可變波長LED之電力供應來控制彼LED之峰值發射波長。
該顯示裝置較佳包含多個LED像素。各像素可包含單個可變波長LED或多個LED子像素。彼等子像素中之一些或全部可為如上文所描述的可變波長LED。
關於諸圖描述及說明顯示裝置之多種實施例。
在根據本發明之顯示裝置中，該顯示裝置較佳包含多個LED像素，且較佳地，各裝置像素包含至少一個根據本發明之第一態樣的可變波長LED。較佳地，各像素之至少一個子像素為根據本發明之第一態樣的可變波長LED。該顯示裝置可包含多個LED像素，且各裝置像素可包含一個、二個、三個或四個根據本發明之第一態樣的可變波長LED。
在本發明之較佳實施例中，可變波長LED中之一些或全部較佳經組配以自電源接收驅動電流之可變量值供應，使得至各可變波長LED之驅動電流的量值可變。藉由改變至可變波長LED之驅動電流的量值，彼LED之峰值發射波長可隨著顯示裝置之使用而變化。可個別地控制提供至各可變波長LED之驅動電流，使得可個別地控制及改變顯示器中之各可變波長LED的峰值發射波長。替代地，該裝置可經組配使得相同的驅動條件被同時提供至可變波長LED之群組，使得彼群組中之所有可變波長LED在驅動電流接通時以相同的峰值發射波長發射光，且整個群組之峰值發射波長可藉由改變驅動電流之量值而改變。
在替代實施例中，顯示裝置中之一些或所有可變波長LED可經組配以接收接通或斷開之固定量值(亦即，非可變)驅動電流。當固定驅動電流接通時，彼等可變波長LED將表現為習知LED，且以由提供至LED之驅動條件判定的單個峰值發射波長發射。因此，經組配以接收固定量值驅動電流之可變波長LED可用作顯示裝置中之固定發射波長LED。
較佳地，各像素之至少一個子像素為根據本發明之第一態樣的可變波長LED。其他子像素亦可併入至顯示裝置中。舉例而言，顯示裝置中之各像素可包含一或多個固定發射波長LED子像素。固定發射波長LED子像素較佳經組配以接收固定量值驅動電流。
該裝置可經組配以分開地控制提供至多個LED中之各者的驅動電流，使得可個別地驅動多個LED中之各者。該裝置可經組配以將多個不同的驅動電流提供至多個LED，使得分開的LED可驅動以回應於不同驅動電流而以不同峰值發射波長發射。
替代地，該裝置可經組配以分開地控制二個或更多LED之群組，使得群組中之各LED以相同峰值發射波長發射。該顯示裝置可經組配以將不同驅動電流提供至LED之不同群組，使得LED之分開的群組可驅動以回應於不同驅動電流而以不同峰值發射波長發射。
該顯示裝置較佳包含經組配以將驅動電流提供至多個LED之電力供應器。
該電力供應可為脈衝式電力供應。該電力供應可經組配以在脈衝寬度調變(PWM)模式或脈衝振幅調變(PAM)模式下操作。較佳地，電力供應可在脈衝振幅調變(PAM)模式或脈衝寬度調變(PWM)模式下操作。
該電力供應可為連續波(CW)或準連續波電力供應。該電力供應可為恆壓電力供應或恆流電力供應。
各發光二極體較佳連接至經組配以將電力供應提供至LED之LED驅動器。該LED驅動器可為積體電路驅動器，例如CMOS驅動器或TFT驅動器。該LED驅動器可連接至電源，例如外部電源(市電)或電池。
該顯示裝置可包含LED像素陣列，其中各像素包含二個或更多子像素，且其中各像素之至少一個子像素為可變波長LED。
該顯示裝置可包含LED陣列，其中各LED具有相同二極體結構且其中各LED可調諧為以在相同發射波長範圍內之峰值波長發射。
該顯示裝置可為擴增實境(AR)、混合實境(MR)或虛擬實境(VR)裝置，或該裝置可為智慧型可穿戴式裝置、智慧型顯示器或直視顯示器。
該LED或多個LED中之至少一者較佳為動態色彩可調諧LED。
該顯示裝置較佳包含半導體材料之多孔區，較佳為III族氮化物半導體材料之多孔區。第一及/或第二子像素較佳形成於多孔區上方，如上文關於第一態樣所描述。
貫穿本文件，「顯示裝置」一詞可替換為「LED裝置」。
在先前技術中，紅色、綠色及藍色(RGB) LED像素之陣列已緊密地提供在一起，使得單獨或組合地操作此等像素會產生向查看者發射次要色彩範圍的效應。然而，本發明藉由提供單個LED像素來提供優良的替代例，該像素可控制為以不同波長之連續範圍發射。因此，LED可控制為發射多種不同波長之「真實」色彩，而不需要覆疊離散LED (諸如，RGB像素)之不同發射波長以實現複合發射波長。
該顯示裝置可為單片全色顯示器。
可提供一種顯示裝置，其包含含有多個根據本發明之相同可變波長LED的陣列，其中陣列中之各LED可控制為以相同波長或以發射波長範圍內之不同波長發射。亦可控制陣列以接通或斷開個別像素，以便控制發射光之強度。
本發明之顯示裝置可包含如本文中所描述之可變波長LED及其他LED二者：具有不同發射波長範圍之其他可變波長LED；或其他習知的單波長LED。在較佳實施例中，本發明之可變波長LED可以陣列形式提供，該陣列具有經組配為以在可變波長LED之發射波長範圍之外的其他峰值發射波長發射的其他LED。若其他峰值發射波長在發射波長範圍之外，則使用可變波長LED無法獲得此等波長。類似於習知RGB陣列，可變波長LED及其他LED因此可組合使用以提供更寬範圍的可能發射波長。
本發明之顯示裝置可包含LED陣列，其包含根據本發明之任何先前態樣的多個LED子像素。取決於LED像素之大小，該陣列可為迷你LED或微型LED之陣列。
在另一態樣中，可提供一種LED顯示裝置，其包含充當如上文所描述之子像素的多個可變波長LED (或迷你LED或微型LED)。在LED顯示器中，較佳可分開地控制多個LED中之各者，使得可藉由個別地改變至各LED之電力供應來控制各LED之峰值發射波長。藉由分開地控制各LED之發射波長，可提供彩色顯示器。然而，由於各可變波長LED可在波長範圍內而非標準的單個波長下發射，因此相比先前技術中之習知RGB多色顯示器所需的LED，可使用較少LED提供大範圍的可能色彩。
在LED顯示器中，多個可變波長LED之群組可經組配以自電源接收相同驅動條件，使得群組中之所有可變波長LED的峰值發射波長可藉由改變至彼群組之電力供應來同時控制。
LED顯示器可包含：第一可變波長LED，其具有可在第一發射波長範圍內控制的峰值發射波長；以及第二可變波長LED，其具有可在第一發射波長範圍內或在第二發射波長範圍內控制的峰值發射波長。第二發射波長範圍可為分開的波長範圍，或其可部分地重疊第一發射波長範圍。因此，可將第一及第二可變波長LED控制為以分開的峰值發射波長發射。舉例而言，LED顯示裝置之像素可包含：第一可變波長LED子像素，其具有可在第一發射波長範圍內控制的峰值發射波長；以及第二可變波長LED子像素，其具有可在第一發射波長範圍內或在第二發射波長範圍內控制的峰值發射波長。
在另一較佳實施例中，LED顯示器可包含可在第一發射波長範圍內控制的多個可變波長LED，以及經組配為以在第一發射波長範圍之外的峰值發射波長發射的至少一個其他LED。舉例而言，其他LED可經組配為以可變波長LED之波長範圍之外的波長發射，以便增大可自顯示器獲得的色彩範圍。舉例而言，LED顯示裝置之像素可包含可在第一發射波長範圍內控制的多個可變波長LED子像素；以及經組配為以在第一發射波長範圍之外的峰值發射波長發射的至少一個其他LED子像素。
多個可變波長LED較佳可在第一發射波長範圍內之不同峰值發射波長下操作。舉例而言，多個可變波長LED中之一者可以範圍內之第一波長發射，而多個可變波長LED中之另一者以第一發射波長範圍內之第二波長發射。因此，可實現多種次要色彩及互補色彩。
在較佳實施例中，多個可變波長LED中之一些或全部可在相同峰值發射波長下操作，以便在彼波長下提供所要發射強度。由於藉由減小供應至LED之功率的量值來實現較長波長，因此LED發射在較長波長下之強度低於在較短波長下的發射強度。提供多個可變波長LED可有利地使得顯示器能夠藉由控制以所要波長發射之LED之數目來補償此強度差。舉例而言，可控制二個或更多LED以發射紅色波長，以便將發射紅光之亮度增加至適合於顯示器之位準。
在較佳實施例中，LED顯示器包含多個可變波長LED，該等可變波長LED可控制為以500 nm與680 nm之間或520 nm與675 nm之間的峰值發射波長發射，且LED包含經組配為以低於560 nm，較佳低於500 nm之峰值發射波長發射的至少一個其他LED。因此，可變波長LED可控制為發射在綠色至黃色及橙色至紅色之範圍內之色彩的光，而另一LED經組配以發射藍光。因此，此等LED使得顯示器能夠發射跨越藍色與紅色之間的光譜的多種波長。
在尤其較佳的實施例中，LED顯示器包含可控制為以560 nm與680 nm之間或570 nm與675 nm之間的峰值發射波長發射的多個可變波長LED，且LED包含經組配為以低於560 nm，較佳低於500 nm之峰值發射波長發射的至少一個其他LED。因此，可變波長LED可控制為發射在綠色至黃色及橙色至紅色之範圍內之色彩的光，而另一LED經組配以發射藍光。
在另一較佳實施例中，LED顯示器包含多個可變波長LED，該等可變波長LED可控制為以400 nm與680 nm之間或450 nm與630 nm之間或470與610 nm之間的峰值發射波長發射。因此，可變波長LED可控制為發射在紫色或藍色至綠色、黃色及橙色至紅色之範圍內之色彩的光。
在另一態樣中，可提供一種顯示裝置，其包含經組配以接收驅動電流且回應於驅動電流而發射光的可變波長LED，其中可變波長LED之峰值發射波長取決於供應至可變波長LED之驅動電流的振幅；且其中在一個顯示訊框期間，用於可變波長LED之驅動電流的振幅可在至少二個非零值之間改變。
可變波長LED較佳為根據上文所描述之本發明之第一態樣的可變波長LED，該LED經組配以接收電力供應。上文所描述之可變波長LED的任何形貌體因此適用於本發明顯示裝置。
可變波長LED較佳為顯示裝置之像素，且像素之峰值發射波長較佳藉由在操作期間改變提供至彼像素之驅動電流而可變。
可變波長LED較佳可控制以回應於類比驅動電流脈衝而發射所要光譜輸出，其中在單個顯示訊框內，類比驅動電流脈衝之振幅在非零值之間變化。
藉由在一個顯示訊框期間在多個離散非零值之間改變提供至可變波長LED之驅動電流，彼可變波長LED較佳可控制為以多個離散峰值發射波長發射光。舉例而言，藉由在一個顯示訊框期間在至少3個或至少4個或至少5個或至少6個或至少7個離散非零值之間改變提供至可變波長LED之驅動電流，可變波長LED可控制為以多個離散峰值發射波長發射光。施加至可變波長LED之各離散驅動電流使LED以對應的離散峰值發射波長發射光。藉由以離散電流量值施加三個驅動電流脈衝，可變波長LED將因此以三個離散峰值發射波長發射光，各發射波長對應於不同的輸入驅動電流。
在單個顯示訊框內，可變波長LED可控制以回應於包含離散電流脈衝序列之驅動電流而發射所要光譜輸出，該等離散電流脈衝具有多個不同振幅。離散電流脈衝序列較佳包含具有不同振幅之至少3個或至少5個或至少7個電流脈衝。
在一個顯示訊框期間，用於可變波長LED之驅動電流的振幅較佳可在至少三個或至少四個或至少五個或至少六個或至少七個非零值之間改變。
顯示訊框中之可變波長LED的感知光譜輸出為藉由可變波長LED回應於在顯示訊框期間提供至LED之二個或更多非零驅動電流而發射的二個或更多峰值發射波長之時間組合。
序列中之各驅動電流脈衝的持續時間將判定對應於彼驅動電流之峰值發射波長的亮度，且因此判定構成由偵測器，例如由查看顯示裝置之人眼所感知之發射光譜的發射波長之總和。
藉由選擇在顯示訊框期間將可用離散驅動電流中之哪一者提供至可變波長LED，由查看者感知到的時間平均發射光譜可在寬色域上變化。
顯示訊框之持續時間可為50 ms或更短，或45 ms或更短，或40 ms或更短。顯示訊框之持續時間較佳小於或等於偵測器之回應時間。顯示訊框之持續時間較佳小於或等於人眼作為偵測器之~50 ms的回應時間。
多LED顯示裝置中之各可變波長LED較佳可控制以再現對應於在顯示訊框期間發射之多個峰值發射波長之時間組合的預定光譜輸出。
該顯示裝置可包含可變波長LED之陣列，其中各可變波長LED可控制以再現對應於在顯示訊框期間發射之多個峰值發射波長之時間組合的預定光譜輸出。
較佳地，多個可變波長LED子像素可在顯示裝置之顯示區域上個別地調諧。
該顯示裝置可為用於再現經程式化照明光譜或照明光譜序列之大面積照明器具。
該顯示裝置可經組配以產生發射光譜，其中發射光譜之形狀可藉由施加多個固定驅動電流來控制。
該顯示裝置可經組配以產生發射光譜，其中發射光譜之形狀可藉由施加連續的驅動電流來控制。換言之，替代藉由施加多個可用的離散驅動電流位準中之一者來驅動可變波長LED，可以連續脈衝之形式提供驅動電流，例如量值在顯示訊框期間變化的驅動電流之類比樣式信號。
該顯示裝置可包含脈衝電流源，該脈衝電流源經組配以產生在一個顯示訊框期間在多個非零值之間變化的驅動電流脈衝。舉例而言，脈衝電流源可經組配以產生驅動電流脈衝，該驅動電流脈衝在一個顯示訊框期間在至少二個或至少三個或至少四個或至少五個或至少六個或至少七個非零值之間變化。
該顯示裝置可包含脈衝電流源，該脈衝電流源經組配以產生振幅在一個顯示訊框期間變化的類比驅動電流脈衝。
該顯示裝置可包含經組配以將分開的驅動電流提供至多個LED之多工器。
該裝置可為照明裝置，諸如高光譜光源。
可以陣列之形式提供多個可變波長LED (「可調諧」LED)以形成顯示裝置。各可變波長LED較佳經配置以形成顯示裝置之像素(或子像素)。顯示裝置之像素可各自經組配以自脈衝電流源接收其自身的驅動電流，該脈衝電流源經組配以產生電流脈衝(具有離散振幅之一系列數位脈衝，或振幅變化之類比脈衝)。提供至各像素之驅動電流較佳可獨立於施加至其他像素之驅動電流而控制。脈衝電流源可經組配以將驅動電流脈衝提供至多工器，該多工器連接至顯示裝置中之個別像素。
電流脈衝可經設計用於以下二個主要應用： ●        為了準確地表示由顯示裝置重新產生之影像的光譜；或 ●        為了校正由製造製程導致之LED效能的不均勻性，藉由針對各LED像素或子像素而調整電流脈衝，使得其在整個顯示器上皆發射相同的發射波長及強度。接著將用經調整電流脈衝驅動經調諧顯示器，其中對於各像素，將來自二個或更多子像素之發射組合以產生感知色彩。
本發明之態樣可提供一種顯示裝置，其由較佳包括多孔半導體材料之發光二極體形成，其中各像素包含數個子像素；其中各子像素之峰值發射波長取決於驅動電流密度；且其中至少一個子像素之峰值發射波長在操作期間有意不固定。
具有在操作期間不固定之峰值發射的至少一個子像素之峰值發射波長較佳可藉由改變在操作期間提供至彼子像素之驅動電流密度來控制。
可提供一種顯示裝置，其由包括多孔半導體材料之發光二極體形成，其中各像素包含數個子像素； 其中各子像素具有相同的二極體結構；且其中顯示裝置經組配以分開地將驅動電流密度提供至各子像素；且其中各子像素之峰值發射波長可藉由改變提供至子像素之驅動電流密度來獨立地控制。
各子像素可由形成於半導體材料之多孔區上方的LED組成。
各LED子像素經組配以接收電力供應，且至少一個子像素為可變波長子像素，該可變波長子像素之峰值發射波長可藉由改變電力供應而在發射波長範圍內控制。
可變波長子像素之峰值發射波長較佳可藉由改變電力供應之電流密度或藉由改變電力供應之功率密度在發射波長範圍內控制。
可變波長子像素之峰值發射波長較佳可藉由改變電力供應而在至少40 nm或至少50 nm或至少60 nm或至少70 nm或至少80 nm之發射波長範圍內控制，較佳在最高至100 nm或110 nm或120 nm或140 nm或160 nm或180 nm或200 nm之範圍內控制。
在較佳實施例中，各子像素較佳具有相同的二極體結構，且僅驅動電流密度用於控制來自各子像素之發射的峰值波長。
較佳地，子像素中之至少一者可在多個模式下操作，該等子像素經組配以在多個模式中之各者下以離散峰值發射波長發射。較佳地，在各模式下，以不同電流密度驅動子像素，從而使子像素在不同模式下以不同峰值波長發射。
子像素之模式在顯示裝置之操作期間較佳為動態可變的。
顯示裝置中之各子像素較佳為可變波長子像素。
該顯示裝置可經組配為以規則時間間隔更改該或各可變波長子像素之發射峰值波長。舉例而言，該顯示裝置可經組配為以規則時間間隔旋轉或交換子像素之發射波長，以便分佈由高電流密度發射波長所引起之子像素的加熱。該時間間隔可為顯示訊框或更短。
該顯示裝置可經組配為藉由以規則間隔更改施加至子像素之驅動電流來更改子像素之發射波長。
該顯示裝置可包含經組配為以相同色彩內之峰值波長發射的多個子像素，其中多個子像素經組配為以彼色彩內之不同峰值波長發射。在較佳實施例中，該裝置可包含四個子像素，其中之二者為經組配為以相同色彩內之峰值波長發射。經組配為以相同色彩內之峰值波長發射的多個子像素較佳具有相同的二極體結構，且該裝置經組配為以不同電流密度驅動該等子像素以產生不同峰值發射波長。
該顯示裝置可包含多個可變波長子像素，該等子像素經組配為回應於不同的施加電流密度而以不同峰值發射波長發射。
較佳地，至少一個子像素可控制為以在450 nm至530 nm之範圍內的峰值波長發射。較佳地，可在450 nm至630 nm或更寬的範圍內控制可變波長子像素之峰值發射波長。
任擇地，至少一個子像素經組配為以單個電流密度驅動，且因此以單個峰值波長發射。此子像素可較佳經組配為以單個峰值波長發射紅光。
該顯示裝置較佳包含多個可變波長子像素，該等子像素經組配為回應於不同的施加電流密度而以不同峰值發射波長發射，其中多個可變波長子像素中之各者可控制為以波長範圍內之峰值波長發射。
各可變波長子像素可較佳具有可在450 nm至630 nm或更寬的範圍內控制的峰值發射波長。該顯示裝置可經組配以改變提供至可變波長子像素中之各者的電流密度，使得在電流密度之連續範圍內改變電流密度會在450 nm至630 nm或更寬的連續波長範圍內改變峰值發射波長。
可變波長子像素中之各者可經組配以在高於或低於子像素之中心波長的波長範圍內，較佳在比中心波長低或高20 nm或更多的波長範圍內發射。顯示裝置之像素中的各可變波長子像素可任擇地具有不同的中心波長。
該顯示裝置可包含經組配為以自430 nm至480 nm之峰值發射波長發射的第一子像素；及/或經組配為以自500 nm至540 nm之峰值發射波長發射的第二子像素；及/或經組配為以自580 nm至620 nm之峰值發射波長發射的第三子像素。
藉由將可變波長LED併入至顯示裝置中，顯示器之有效色域可有利地大於可藉由以固定峰值發射波長操作各子像素而實現的色域。
顯示裝置之像素中的子像素之數目可小於三個，且較佳小於二個。一或多個子像素可具有固定峰值發射波長。
可變波長子像素之峰值發射波長中的驅動電流密度相依移位較佳大於20奈米/十倍頻程。
可選取用於顯示特定色度點之峰值發射波長作為得到顯示器之最高效總體操作的彼等波長。
較佳地，各子像素具有相同的二極體結構，且藉由將不同電流密度供應至不同子像素來控制子像素之峰值發射波長。 接觸襯墊比率
第一態樣之可變波長LED使得相同LED二極體結構能夠在不同電流密度下以不同峰值發射波長範圍發射。雖然此情形之關鍵優勢在於，單個可變波長LED可控制為以多種不同發射波長發射，但本發明人已意識到，亦可利用本發明來使用相同半導體材料及二極體結構提供多種固定發射波長LED。因此，替代藉由在使用期間改變驅動電流來改變提供至LED之電流密度，可替代地藉由固定至給定LED之驅動電流的量值及控制經歷驅動電流之彼LED的面積來設定彼LED所經歷的電流密度。
顯示裝置中之一些或所有可變波長LED可因此經組配以接收接通或斷開的固定量值(亦即，非可變)驅動電流。當固定驅動電流接通時，彼等可變波長LED將表現為習知LED，且以由固定驅動電流產生之電流密度及經歷驅動電流之LED之面積判定的單個峰值發射波長發射。因此，可變波長LED可用作顯示裝置中之固定發射波長LED。提供至一些或所有子像素之驅動電流可相同，其中僅LED面積及電氣接觸面積之差異會造成不同子像素所經歷的驅動電流密度之差異。藉由提供經歷不同電流密度之分開的LED，具有相同二極體結構之多個LED可用於以不同峰值發射波長發射。此可有利地消除組合分開的半導體材料系統以實現不同發射色彩的需要，從而顯著簡化顯示裝置製造製程。
該顯示裝置可包含經組配為以不同峰值發射波長發射的多個可變波長LED子像素。該裝置可包含：第一子像素，其包含具有第一發光面積A 1之第一發光層；以及第一電氣接點，其在第一接觸面積上方接觸第一子像素，該第一電氣接點經組配以將驅動電流施加至第一子像素。第一子像素可具有由第一接觸面積:第一發光面積A 1之比率定義的第一接觸比。該裝置可進一步包含：第二子像素，其包含具有第二發光面積A 2之第二發光層；以及第二電氣接點，其在第二接觸面積上方接觸第二子像素，該第二電氣接點經組配以將驅動電流施加至第二子像素。第二子像素可具有由第二接觸面積:第二發光面積A 2之比率定義的第二接觸比。第一接觸比較佳不同於第二接觸比，使得二個子像素經組配為回應於相同驅動電流而以不同峰值波長發射。
可變波長LED中之各者為如上文關於本發明之第一態樣所描述的可變波長LED。
該顯示裝置較佳包含半導體材料之多孔區，較佳為III族氮化物半導體材料之多孔區。第一及/或第二子像素較佳形成於多孔區上方。
該顯示裝置可包含多個像素，其中顯示裝置之各像素包含如上文所定義的第一子像素及第二子像素。
較佳實施例可提供一種顯示裝置，其包含至少二個LED子像素，各子像素具有：發光層，其具有發光面積；以及電氣接點，其在接觸面積上方與子像素接觸， 其中各子像素具有由彼子像素之接觸面積與發光面積之比率判定的接觸比，且其中至少二個子像素不具有相同接觸比。
具有不同接觸比之至少二個子像素較佳經組配為在相同驅動電流下以不同峰值發射波長發射。
若自上方查看，則子像素之發光面積A i為子像素之作用發光面積。此可被稱作子像素之凸台面積，此係因為LED子像素通常形成為具有豎直側壁之凸台，如此項技術中已知的。發光面積為在將驅動電流施加至子像素時電氣啟動的發光層之面積。
在傳統的LED裝置中，由LED裝置產生之發射波長隨驅動電流改變的移位為最小的，但藉由在多孔III族氮化物模板上方設置LED，本發明人已發現，相比傳統的LED材料，可更大程度地擴寬及控制波長移位。關於本發明之第一態樣更詳細地論述此情形。
此將允許多個子像素在同一晶圓上組合在一起，從而減少生產顯示器所需之質量轉移操作之數目。特定而言，可藉由將單個LED二極體結構蝕刻成離散子像素凸台來形成多個子像素。當此操作完成時，離散凸台各自具有相同二極體結構。然而，藉由使用本發明將LED子像素凸台處理成顯示裝置，儘管由相同半導體材料及相同二極體結構形成，但可使此等子像素凸台以不同峰值發射波長發射。
由於給定LED或LED子像素所經歷的驅動電流密度係由絕對驅動電流(驅動電流之量值)及電流通過之LED的面積判定，因此本發明人已發現，可藉由控制電氣接點將驅動電流提供至LED之二極體結構所經由的接觸面積來操縱LED所經歷的驅動電流密度。
特定而言，本發明人已發現，藉由控制「接觸比」—給定子像素之接觸面積與發光面積之比率，可變更回應於任何給定驅動電流之子像素的峰值發射波長。
藉由改變接觸比，具有不同面積但具有相同二極體結構(由相同材料形成之n型層、作用層及p型層的相同分層LED結構)之分開的LED子像素將因此回應於相同的絕對驅動電流而發射不同峰值發射波長。
各子像素之接觸比判定回應於驅動電流而發射的峰值發射波長。因此，當第一及第二子像素具有不同接觸比時，此意謂第一及第二子像素經組配為回應於相同驅動電流而以不同峰值發射波長發射。
第一子像素可經組配為回應於具有第一量值之驅動電流而以第一峰值發射波長發射，且第二子像素可經組配為回應於具有第一量值之驅動電流而以不同於第一峰值發射波長之第二峰值發射波長發射。發射波長之差異可完全取決於第一接觸比與第二接觸比之間的差異。
第一LED子像素具有二極體結構，且較佳地，第二LED子像素具有相同二極體結構。
當自上方查看時，發光面積A i為發光區之面積。發光面積較佳經配置以在整個子像素二極體結構上方或橫跨整個子像素二極體結構延伸，使得當自上方查看時，發光面積與子像素面積相同。
第一子像素及第二子像素較佳由相同半導體材料形成。尤其較佳地，第一及第二子像素由相同LED結構形成，例如藉由蝕刻LED結構以形成第一及第二子像素凸台。在此狀況下，不同子像素之層結構及材料相同，使得發射波長之任何差異僅藉由驅動電流及/或電氣接點與各別子像素之間的接觸比差異來管控。
二個子像素較佳包含發光區，該等發光區包含InGaN半導體材料。
第一及第二接觸面積為第一及第二接點分別與第一及第二子像素接觸的表面積。
在一些較佳實施例中，第一發光面積A 1與第二發光面積A 2相同。為了使第一及第二子像素具有不同接觸比，第一接觸面積不同於第二接觸面積。
在替代實施例中，第一發光面積A 1之大小不同於第二發光面積A 2。第一接觸面積之大小可與第二接觸面積相同，或替代地，接觸面積可不同。只要第一及第二接觸比不相同，二個子像素便將回應於相同驅動電流而以不同峰值波長發射。
不同的第一及第二接觸面積經組配以將具有相同量值之驅動電流轉換成第一及第二子像素處的不同電流密度。
第一子像素可回應於具有第一量值之驅動電流而經由第一接觸面積接收第一電流密度，而第二子像素回應於具有第一量值之驅動電流而經由第二接觸面積接收第二電流密度。若第一及第二接觸面積不同，則第二電流密度將不同於第一電流密度。
接觸比由接觸面積:發光面積(接觸面積/發光面積)之比率定義。
接觸比愈低(相對於發光面積之接觸面積愈小)，回應於給定驅動電流之彼子像素的峰值發射波長愈短。
接觸比愈高(相對於發光面積之接觸面積愈大)，回應於給定驅動電流之彼子像素的峰值發射波長愈長。
在一些實施例中，第一接觸面積小於第二接觸面積，使得相比經由第二電氣接點施加至第二子像素之相同驅動電流，經由更小接觸面積驅動經由第一電氣接點施加至第一子像素之具有第一量值的驅動電流，使得第一子像素接收第一電流密度，該第一電流密度高於由第二子像素接收之第二電流密度。
第一子像素可經組配為回應於具有第一量值之驅動電流而以第一峰值發射波長發射，該第一峰值發射波長短於由第二子像素發射之第二峰值發射波長。因此，可將相同的絕對驅動電流施加至二個子像素，但二個子像素之不同接觸比將導致二個子像素以不同峰值波長發射。
可藉由改變電氣接點之大小來控制子像素上之電氣接點的接觸面積。替代地，遮罩(鈍化)層可設置於子像素上方，該等遮罩層包含孔口，該等電氣接點經由該等孔口接觸子像素。遮罩層中之孔口的大小可因此判定電氣接點與其子像素之間的接觸面積。遮罩層有利地充當約束電流密度之電流約束層。
第一子像素可包含第一遮罩層，該第一遮罩層包含第一孔口，第一電氣接點經由該第一孔口與第一子像素接觸，使得第一孔口界定第一接觸面積。
第二子像素可包含第二遮罩層，該第二遮罩層包含第二孔口，第二電氣接點經由該第二孔口與第二子像素接觸，使得第二孔口界定第二接觸面積。
第一及/或第二電氣接點可為p型電氣接點或n型電氣接點。
在一些實施例中，第一電氣接點可與第一子像素二極體結構之p摻雜部分接觸，且第二電氣接點可與第二子像素二極體結構之p摻雜部分接觸。
在其他實施例中，第一電氣接點可與第一子像素二極體結構之n摻雜部分接觸，且第二電氣接點可與第二子像素二極體結構之n摻雜部分接觸。
本發明不限於僅二個子像素。該顯示裝置可包含各自具有不同接觸比之多個子像素。
該顯示裝置可包含具有第一接觸比之多個子像素、具有第二接觸比之多個子像素以及任擇地，具有第三接觸比之多個子像素。回應於具有設定量值之標準驅動電流，子像素之不同接觸比因此可使子像素以對應於其接觸比之不同波長發射。
該顯示裝置可包含第三子像素，該第三子像素包含具有第三發光面積A 1之第三發光層； 第三電氣接點，其在第三接觸面積上方接觸第三子像素，該第三電氣接點經組配以將驅動電流施加至第三子像素； 其中第三子像素具有由第三接觸面積:第三發光面積A 1之比率定義的第三接觸比。第三接觸比較佳不同於第一及第二接觸比。
回應於相同驅動電流，第三子像素可因此回應於具有第一量值之驅動電流而以不同於第一及第二峰值波長之第三峰值發射波長發射光。
在尤其較佳的實施例中，第一、第二及第三子像素經組配為回應於相同驅動電流而以紅色、綠色及藍色波長發射。該顯示裝置可因此為紅色-綠色-藍色(RGB)顯示裝置。
該顯示裝置可包含多個像素。各像素可包含二個或更多子像素，較佳三個或更多子像素。
第一子像素及第二子像素可定位於半導體材料之共用n型導電層上。
根據的該顯示裝置可包含經組配以控制提供至顯示裝置中之各子像素之驅動電流的驅動器電路系統。
第一發光面積及第二發光面積較佳為多孔區上方之第一及第二發光層的佔據面積。在較佳實施例中，第一及第二子像素可完全形成於顯示裝置之多孔區上方。
第一及/或第二及/或第三電氣接點可包含鈦、鉑、鉻、鋁、鎳、金或氧化銦錫(ITO)或此項技術中已知的任何其他材料，以在半導體裝置上設置合適的電氣接點。 不同子像素色彩之間的接觸比
取決於相較於接觸面積之子像素的大小(面積)，本發明人已發現，相比總的LED凸台面積，電流自電氣接點向外擴散的距離更依賴於接觸面積。對於接觸面積遠小於LED之面積的LED，例如電流擴散可限於電氣接點周圍相對較小的區域，而無關於LED凸台之總大小，因此進一步增加凸台面積將不會影響峰值發射波長。本發明人因此瞭解到，施加電流密度之差異可藉由參考不同LED或不同LED子像素之間的接觸面積之比率來更適當地定義。
在本發明之態樣中，可提供一種顯示裝置，其包含經組配為以不同峰值發射波長發射的多個LED子像素。該裝置可包含： 第一子像素及在第一接觸面積AC 1上方接觸第一子像素之第一電氣接點，該第一電氣接點經組配以將驅動電流施加至第一子像素； 第二子像素及在第二接觸面積AC 2上方接觸第二子像素之第二電氣接點，該第二電氣接點經組配以將驅動電流施加至第二子像素。
經組配為以不同峰值發射波長發射之LED子像素較佳為根據上文所描述之第一態樣的可變波長LED。
第一接觸面積AC 1之大小可不同於第二接觸面積AC 2。該裝置可具有由第一接觸面積AC 1與第二接觸面積AC 2之比率定義的色彩接觸比。
當將相同驅動電流I提供至二個子像素時，色彩接觸比判定二個子像素所經歷的不同電流密度J之間的關係。相比具有較大接觸面積之子像素，具有較小接觸面積之子像素在相同驅動電流I下將經歷較高電流密度J。
子像素所經歷的電流密度由下式定義：J=I/AC (接觸面積)
因此，若經由具有不同接觸面積AC 1及AC 2之二個電氣接點將固定驅動電流I提供至二個子像素，則接觸面積之差為ΔAC=AC 1-AC 2，且二個子像素所經歷的電流密度之差為ΔJ=I/ΔAC。
子像素以所要峰值發射波長發射所需的電流密度為已知的，或可藉由習知校準技術容易地得出。
為了提供以二個所要峰值發射波長發射的二個子像素，因此已知二個所需電流密度J且可計算ΔJ。自此，可得出第一接觸面積與第二接觸面積之間的ΔAC。
產生不同色彩所需的接觸面積之比率亦為固定的。
在較佳實施例中，該顯示裝置包含第一子像素及在第一接觸面積AC 1上方接觸第一子像素之第一電氣接點，該第一電氣接點經組配以將驅動電流施加至第一子像素；以及 第二子像素及在第二接觸面積AC 2上方接觸第二子像素之第二電氣接點，該第二電氣接點經組配以將驅動電流施加至第二子像素。第一接觸面積AC 1之大小不同於第二接觸面積AC 2。選擇第一接觸面積AC 1之大小使得當經由第一接點施加驅動電流I時，第一子像素發射紅光。選擇第二接觸面積AC 2之大小使得當經由第二接點施加驅動電流I時，第二子像素發射綠光。
二個接觸面積之比率可表示為R 紅色/ 綠色=AC 1(紅色)/AC 2(綠色)。
由於電流密度與接觸面積根據J=I/AC成反比，因此比率R 紅色/ 綠色=AC 1(紅色)/AC 2(綠色)=J 2(綠色)/J 1(紅色)。
當I固定時，峰值波長W peak~J~1/AC
因為J具有由子像素發射之所要可見波長所在的特定範圍，所以接觸面積AC之範圍亦受限制。
   R Y G
J 1~2 3~7 ＞20
然而，由於I不能被限制，因此所發射波長不僅僅由AC判定。
為了在特定範圍內控制J，AC將與驅動電流I成比例地改變。
為了減小I分率，在相同I下不同色彩之間的接觸面積之比率可用於固定分開的子像素之間的色彩關係。R=紅色。Y=黃色。G=綠色。
色彩接觸比-不同色彩子像素之間的接觸面積之比率
R R/R 1 (作為基線)
R R/Y 1.5~7
R R/G ＞10
在較佳實施例中，提供一種顯示裝置，其包含經組配為以不同峰值發射波長發射的多個LED子像素。該裝置可包含： 第一子像素及在第一接觸面積AC 1上方接觸第一子像素之第一電氣接點，該第一電氣接點經組配以將驅動電流施加至第一子像素； 第二子像素及在第二接觸面積AC 2上方接觸第二子像素之第二電氣接點，該第二電氣接點經組配以將驅動電流施加至第二子像素；以及 第三子像素及在第三接觸面積AC 3上方接觸第三子像素之第三電氣接點，該第三電氣接點經組配以將驅動電流施加至第三子像素。
第一接觸面積AC 1之大小可不同於第二接觸面積AC 2及第三接觸面積AC 3。第二接觸面積AC 2之大小可不同於第一接觸面積AC 1及第三接觸面積AC 3。該裝置可具有由第一接觸面積AC 1與第二接觸面積AC 2之比率及第一接觸面積AC 1與第三接觸面積AC 3之比率定義的色彩接觸比。
第一子像素較佳為紅色子像素。第二子像素較佳為綠色子像素。第三子像素較佳為藍色子像素。該裝置可具有由第一接觸面積AC 1與第二接觸面積AC 2之比率定義的紅色/綠色比率及由第一接觸面積AC 1與第三接觸面積AC 3之比率定義的紅色/藍色比率。
替代地，第一子像素可為紅色子像素，第二子像素可為黃色子像素，且第三子像素可為綠色子像素。該裝置可具有由第一接觸面積AC 1與第二接觸面積AC 2之比率定義的紅色/黃色比率及由第一接觸面積AC 1與第三接觸面積AC 3之比率定義的紅色/綠色比率。紅色/黃色比率較佳介於1.5:1與7:1之間。紅色/綠色比率較佳為至少10:1。 //J=I/AC →R 1/2=AC 1/AC 2=J2/J1 (在相同電流注入下)
在使用中，該顯示裝置較佳藉由將固定驅動電流I供應至顯示裝置中之所有子像素來控制。由於所有子像素接收相同量值的驅動電流，因此不同子像素所經歷的驅動電流密度將主要基於各別接觸面積而不同。當將相同驅動電流I提供至二個子像素時，色彩接觸比判定二個子像素所經歷的不同電流密度J之間的關係。
一種製造此顯示器之方法可包含以下步驟：在第一子像素上形成在第一接觸面積AC 1上方接觸第一子像素之第一電氣接點；以及在第二子像素上形成在第二接觸面積AC 2上方接觸第二子像素之第二電氣接點。第一接觸面積AC 1之大小較佳不同於第二接觸面積AC 2。
該方法可包含形成根據上文所描述之第一態樣的第一及第二可變波長LED子像素之步驟。
第一接觸面積AC 1與第二接觸面積AC 2之比率定義裝置之色彩接觸比。
子像素以所要峰值發射波長發射所需的電流密度為已知的，或可藉由習知校準技術容易地得出。
為了提供以二個所要峰值發射波長發射的二個子像素，因此已知二個所需電流密度J且可計算二個子像素之間的所需ΔJ。自此，可得出第一接觸面積與第二接觸面積之間的ΔAC。
亦固定產生不同色彩所需的接觸面積之比率，以固定分開的子像素之間的色彩關係。R=紅色。Y=黃色。G=綠色。
如上文所論述，用於紅色像素之接觸面積形成為比用於綠色像素之接觸面積大至少10倍。用於紅色像素之接觸面積形成為比用於黃色像素之接觸面積大大約1.5至7倍。
在較佳實施例中，第一接觸面積AC 1形成為大小不同於第二接觸面積AC 2。選擇第一接觸面積AC 1之大小使得當經由第一接點施加驅動電流I時，第一子像素發射紅光。選擇第二接觸面積AC 2之大小使得當經由第二接點施加驅動電流I時，第二子像素發射綠光。在此實施例中，AC 1形成為AC 2之面積的至少10倍。
二個接觸面積之比率可表示為R 紅色/ 綠色=AC 1(紅色)/AC 2(綠色)。
在較佳實施例中，製造顯示裝置之方法包含形成以下各者之步驟： 第一子像素及在第一接觸面積AC 1上方接觸第一子像素之第一電氣接點，該第一電氣接點經組配以將驅動電流施加至第一子像素； 第二子像素及在第二接觸面積AC 2上方接觸第二子像素之第二電氣接點，該第二電氣接點經組配以將驅動電流施加至第二子像素；以及 第三子像素及在第三接觸面積AC 3上方接觸第三子像素之第三電氣接點，該第三電氣接點經組配以將驅動電流施加至第三子像素。
裝置中之所有子像素較佳由相同LED二極體結構形成。
第一接觸面積AC 1之大小較佳不同於第二接觸面積AC 2及第三接觸面積AC 3。第二接觸面積AC 2之大小較佳不同於第一接觸面積AC 1及第三接觸面積AC 3。該裝置可具有由第一接觸面積AC 1與第二接觸面積AC 2之比率及第一接觸面積AC 1與第三接觸面積AC 3之比率定義的色彩接觸比。若三個接觸面積之大小不同且子像素具有相同的可變波長LED二極體結構，則三個子像素將回應於相同量值的驅動電流而發射不同峰值波長。
第一子像素較佳為紅色子像素。第二子像素較佳為綠色子像素。第三子像素較佳為藍色子像素。該裝置可具有由第一接觸面積AC 1與第二接觸面積AC 2之比率定義的紅色/綠色比率及由第一接觸面積AC 1與第三接觸面積AC 3之比率定義的紅色/藍色比率。
替代地，第一子像素可為紅色子像素，第二子像素可為黃色子像素，且第三子像素可為綠色子像素。該裝置可具有由第一接觸面積AC 1與第二接觸面積AC 2之比率定義的紅色/黃色比率及由第一接觸面積AC 1與第三接觸面積AC 3之比率定義的紅色/綠色比率。紅色/黃色比率較佳介於1.5:1與7:1之間。紅色/綠色比率較佳為至少10:1。 像素大小及幾何形狀
在本發明之態樣中，提供一種顯示裝置，其包含較佳包括多孔半導體材料之發光二極體(LED)。該裝置可包含像素，該像素包含各自具有發光層之多個子像素。
第一子像素具有第一發光層，該第一發光層具有第一面積A 1，且第二子像素具有第二發光層，該第二發光層具有不同於第一面積A 1之第二面積A 2。
第一子像素經組配為以第一峰值波長發射，且第二子像素經組配為以不同於第一峰值波長之第二峰值波長發射。
貫穿本文件，「顯示裝置」一詞可替換為「LED裝置」。
若自上方查看，則子像素之面積A為面積，為子像素之作用發光面積。此可被稱作子像素之凸台面積，此係因為LED子像素形成為具有豎直側壁之凸台，如此項技術中已知的。此面積為在將驅動電流施加至子像素時電氣啟動的發光層之面積。
在本發明中，顯示裝置可因此包含具有不同相對面積之多個LED子像素，該等子像素回應於相同驅動電流而以不同發射波長發射。
本發明可係關於一種顯示器，其中子像素之發射色彩由子像素之總面積控制。
在傳統的LED裝置中，由LED裝置產生之發射波長隨驅動電流改變的移位為最小的，但藉由在多孔III族氮化物模板上方設置LED，本發明人已發現，相比傳統的LED材料，可更大程度地擴寬及控制波長移位。
此將允許多個子像素組合在一起，從而減少生產顯示器所需之質量轉移操作之數目。
可選取LED之幾何形狀以實現多個不同結果，諸如多個LED在給定電流下的指定峰值波長、在給定波長下的指定發射強度、在給定波長下的指定光度。
藉由在III族氮化物材料之多孔模板上方設置LED，可提供在峰值發射波長與驅動電流之間具有連續相關性的可變波長LED，如上文所描述。
由於給定LED或LED子像素所經歷的驅動電流密度係由絕對驅動電流及電流通過之LED的面積判定，因此LED所經歷的驅動電流密度可藉由控制LED之面積或大小來操縱。
因此，具有不同面積但具有相同二極體結構(n型層、作用層及p型層之相同分層LED結構)的分開的LED將回應於相同量值的驅動電流而發射不同峰值發射波長。
在本發明顯示裝置中，至少一個子像素可為可變波長子像素，且該顯示裝置可經組配以將可變驅動電流提供至可變波長子像素，使得可變波長子像素回應於不同驅動電流而以不同峰值發射波長發射。
在較佳實施例中，第一子像素為可變波長子像素，該可變波長子像素經組配為回應於施加至第一子像素之第一驅動電流而以第一峰值發射波長發射，且回應於施加至第一子像素之第三驅動電流而以第三峰值發射波長發射。
同樣地，第二子像素可為可變波長子像素，該可變波長子像素經組配為回應於施加至第二子像素之第二驅動電流而以第二峰值發射波長發射，且回應於施加至第二子像素之第四驅動電流而以第四峰值發射波長發射。
本發明人已發現，在III族氮化物材料之多孔區上方生長LED之n摻雜部分、發光區及p摻雜部分有利地使得同一LED能夠以峰值發射波長範圍而非以一個特定波長發射。藉由改變提供至LED之電力供應，LED之峰值發射波長可在發射波長範圍內變化。本發明因此可包含一種可變波長LED，其可控制為以在連續發射波長範圍內之任何波長發射。
個別可變波長LED子像素可提供為含有多個子像素之像素的部分。LED子像素等效於獨立LED裝置，此係因為可分開地控制各子像素。
上文關於第一態樣描述了可變波長LED子像素之結構及性質。
顯示裝置可經組配以將相同的固定驅動電流I提供至第一子像素及第二子像素二者。
該顯示裝置可經組配以將第一驅動電流I 1提供至第一子像素且將第二驅動電流I 2提供至第二子像素，第二驅動電流具有與第一驅動電流不同的量值。
第一子像素可具有第一幾何形狀(geometry)或形狀(shape)，且第二子像素可具有第二幾何形狀或形狀。第一幾何形狀或形狀可不同於第二幾何形狀或形狀，或替代地，第一及第二幾何形狀或形狀可相同。
在一個較佳實施例中，第一子像素之形狀為圓形，且第二子像素形成為圍繞圓形第一子像素同心地配置的環。
較佳地，第一子像素及第二子像素具有相同二極體結構。因此，子像素之發射特性可能並非由於二極體層結構而是由於子像素形狀及大小之差異以及施加至子像素之驅動電流的差異而變化。
該顯示裝置可包含多個像素。各像素可包含二個或更多子像素，較佳三個或更多子像素。
第一子像素及第二子像素可定位於半導體材料之共用n型導電層上。
根據的該顯示裝置可包含經組配以控制提供至顯示裝置中之各子像素之驅動電流的驅動器電路系統。
第一子像素可經組配為回應於施加至第一子像素之第一驅動電流而在第一發射強度下以第一峰值波長發射，及/或第二子像素可經組配為回應於施加至第二子像素之第二驅動電流而在第二發射強度下以第二峰值波長發射。
第一子像素可經組配為回應於施加至第一子像素之第一驅動電流而在第一光度下以第一峰值波長發射，及/或第二子像素可經組配為回應於施加至第二子像素之第二驅動電流而在第二光度下以第二峰值波長發射。
第一發光層之第一面積A 1可大於第二發光區域之第二面積A 2，或第一發光層之第一面積A 1可小於第二發光區域之第二面積A 2。
第一發光層之第一面積A 1可具有與第二發光區域之第二面積A 2不同的形狀。
第一面積及第二面積較佳為多孔區上方的第一及第二發光層之佔據面積。在較佳實施例中，第一及第二子像素可完全形成於顯示裝置之多孔區上方。 控制LED顯示裝置之方法
在另一態樣中，提供一種控制LED顯示裝置之方法。
該方法可包含以下步驟：分開地控制至LED顯示器中之多個LED (其可為LED子像素)中之各者的電力供應，使得各LED之峰值發射波長被控制為以其發射波長範圍內之所要峰值發射波長發射。
顯示器中之各LED或LED子像素可較佳如上文關於先前態樣所描述進行控制。
該方法可包含以下步驟：將第一驅動條件提供至LED之第一群組，使得LED之第一群組皆以第一波長發射光，且將第二驅動條件提供至LED之第二群組，使得LED之第二群組皆以第二波長發射光。
該方法可包含以下步驟：控制至第一可變波長LED (例如，LED子像素)之電力供應使得第一可變波長LED以第一發射波長範圍內之第一峰值發射波長發射；以及控制至第二可變波長LED之電力供應使得第二可變波長LED以第二峰值發射波長發射。第二峰值發射波長可為在第一發射波長範圍內或第二發射波長範圍內的波長。
該方法可包含以下步驟：控制至LED顯示器中之第一多個可變波長LED的電力供應使得第一多個LED以第一發射波長範圍內之峰值發射波長發射；以及控制至至少一個其他LED之電力供應從而以在第一發射波長範圍之外的峰值發射波長發射。舉例而言，多個可變波長LED可為能夠以綠色與紅色之間的波長發射的綠色-紅色LED，而其他LED可為用於發射僅由可變波長LED無法實現之藍光的藍色LED。
該方法可包含以下步驟：將不同電力供應提供至多個可變波長LED，使得多個可變波長LED以在第一發射波長範圍內之不同峰值發射波長發射。
該方法可包含以下步驟：將功率提供至第一多個可變波長LED中之一些或全部從而以第一峰值發射波長發射，以便在第一峰值發射波長下提供所要發射強度。由於發射光之強度取決於供應至LED之功率，因此相比較短波長，較長波長將以較低強度發射。藉由以相同波長操作多個LED中之一些或全部，可控制發射光之總強度。
在尤其較佳的實施例中，該方法可包含以下步驟：將功率提供至多個可變波長LED，使得其以560 nm與680 nm之間或570 nm與675 nm之間的峰值發射波長發射，且將功率提供至至少一個其他LED使得其以低於560 nm，較佳低於500 nm之峰值發射波長發射。
該方法可包含藉由以規則間隔更改施加至LED之驅動電流來更改LED之發射波長。
該方法可包含以下步驟：以規則時間間隔旋轉或調換LED或LED子像素之發射波長，以便分佈由高電流密度發射波長所引起之子像素的加熱。
在本發明之另一態樣中，提供一種控制包含可變波長LED之顯示裝置的方法，該方法包含以下步驟： 將驅動電流提供至可變波長LED；以及在單個顯示訊框期間在多個非零值之間改變驅動電流之振幅，使得可變波長LED在單個顯示訊框內產生多個峰值發射波長。
在單個顯示訊框期間在多個非零值之間改變驅動電流之振幅會在顯示訊框之持續時間內自可變波長LED產生多個峰值發射波長，使得多個峰值發射波長之時間組合再現光譜。
此可有利地允許查看者感知到一LED或多個LED正發射特定光譜，其中彼光譜通常將不可由LED發射。舉例而言，多個峰值發射波長之時間組合可產生特定色彩之光，其不對應於已知半導體材料之發射帶隙。使用此方法，LED可被感知發射的色彩範圍因此大大擴展。
顯示訊框之持續時間可為50 ms或更短，或45 ms或更短，或40 ms或更短。顯示訊框之持續時間較佳小於或等於偵測器之回應時間。顯示訊框之持續時間較佳小於或等於人眼作為偵測器之~50 ms的回應時間。
該方法可包含：將第一驅動電流提供至可變波長LED；及在單個顯示訊框期間在多個非零值之間改變第一驅動電流之振幅，使得可變波長LED在單個顯示訊框內產生多個峰值發射波長；以及將第二驅動電流提供至第二可變波長LED；及在單個顯示訊框期間在多個非零值之間改變第二驅動電流之振幅，使得第二可變波長LED在單個顯示訊框內產生多個峰值發射波長。
顯示裝置可包含多個可變波長LED，且該方法可較佳包含將分開的驅動電流提供至各LED。提供至分別的LED之驅動電流的量值及持續時間可不同，使得分開的LED在同一顯示訊框期間發射分別的發射光譜。
多LED顯示裝置中之各可變波長LED較佳可控制以再現對應於在顯示訊框期間發射之多個峰值發射波長之時間組合的預定光譜輸出。
可變波長LED較佳為根據本發明之先前態樣的如上文所描述之可變波長LED。
該方法可包含以下步驟：藉由以離散振幅提供離散驅動電流脈衝之序列來在單個顯示訊框期間改變驅動電流之振幅。該方法可包含以下步驟：在顯示訊框期間，在至少二個或至少三個或至少四個或至少五個或至少六個或至少七個非零振幅之間改變驅動電流。該方法可包含以下步驟：藉由控制各驅動電流脈衝之持續時間來控制各發射峰值發射波長之亮度。該方法可包含在後續顯示訊框中重複驅動電流脈衝之序列的步驟。
該方法可包含以下步驟：產生具有離散量值及持續時間之驅動電流脈衝的序列，且將驅動電流脈衝之彼序列提供至顯示裝置中之可變波長LED。
替代地，該方法可包含在單個顯示訊框期間在連續振幅內改變驅動電流之振幅的步驟。
該方法可包含以下步驟：產生具有在顯示訊框之持續時間內變化之量值的類比驅動電流脈衝，且將彼驅動電流脈衝提供至顯示裝置中之可變波長LED。
該方法可包含控制顯示裝置中之多個可變波長LED以便再現光譜。
根據本發明之另一態樣，提供一種控制顯示裝置之方法，該顯示裝置包含經組配為以不同峰值發射波長發射的第一及第二可變波長LED子像素。如上文所描述，該裝置可包含：第一子像素，其包含具有第一發光面積A 1之第一發光層；以及第一電氣接點，其在第一接觸面積上方接觸第一子像素，該第一電氣接點經組配以將驅動電流施加至第一子像素。第一子像素可具有由第一接觸面積:第一發光面積A 1之比率定義的第一接觸比。該裝置可進一步包含第二子像素，該第二子像素包含具有第二發光面積A 2之第二發光層，以及 在第二接觸面積上方接觸第二子像素之第二電氣接點，該第二電氣接點經組配以將驅動電流施加至第二子像素。第二子像素可具有由第二接觸面積:第二發光面積A 2之比率定義的第二接觸比。第一接觸比較佳不同於第二接觸比，使得二個子像素經組配為回應於相同驅動電流而以不同峰值波長發射。
控制此顯示裝置之方法包含以下步驟： 將第一驅動電流I 1提供至第一子像素，以及 將第二驅動電流I 2提供至第二子像素。
第一驅動電流I 1之量值可與第二驅動電流I 2之量值相同。在此狀況下，不同的第一及第二接觸比可將不同電流密度提供至第一及第二子像素。J=I/ΔAC。
該方法可包含將第三驅動電流I 3提供至第三子像素之步驟，該第三子像素具有不同於第一及第二接觸比之第三接觸比。第三驅動電流I 3之量值可與第一及第二驅動電流之量值相同。因此，不同的第一、第二及第三接觸比可將不同電流密度提供至第一、第二及第三子像素。
可使用可變電流注入來控制裝置。可如下控制電流密度J： 1.       J=ΔI/A 2.       J=I/ΔA 3.       J=ΔI/ΔA
因此，不需要特定接觸面積。
根據本發明之另一態樣，提供一種控制顯示裝置之方法，該顯示裝置包含像素，該像素包含各自具有發光層之多個子像素，第一子像素具有第一發光層，該第一發光層具有第一面積A 1，且第二子像素具有第二發光層，該第二發光層具有不同於第一面積A 1之第二面積A 2。第一子像素經組配為以第一峰值波長發射，且第二子像素經組配為以不同於第一峰值波長之第二峰值波長發射。
該方法可包含以下步驟； 將第一驅動電流I 1提供至第一子像素，以及 將第二驅動電流I 2提供至第二子像素。
第一驅動電流I 1之量值可與第二驅動電流I 2之量值相同。替代地，第一驅動電流I 1之量值可不同於第二驅動電流I 2之量值。
較佳地，第一及第二驅動電流之量值在顯示裝置之使用期間固定(亦即，不變)。第一及第二子像素之峰值發射波長接著在使用期間亦將固定。藉由第一及第二子像素由於其各別驅動電流之量值及子像素凸台之大小及/或電流被供應至子像素所經由的電氣接點而經歷的電流密度，將判定由該等子像素發射之峰值發射波長。 製造顯示裝置之方法
在本揭露內容之另一態樣中，提供一種製造顯示裝置之方法，其包含以下步驟： 將LED二極體結構形成為多個離散LED凸台； 以及將LED凸台連接至電力供應器，該電力供應器經組配以將可變電力供應提供至多個離散LED凸台中之至少一些。
較佳地，LED二極體結構為根據上文所描述之先前態樣之方法製造的可變波長LED。
舉例而言，可在晶圓級製造可變波長LED二極體結構，且接著將其劃分成多個離散LED凸台。離散LED凸台可接著形成顯示裝置之個別LED子像素。
此允許多個子像素在同一晶圓上組合在一起，從而減少生產顯示器所需之質量轉移操作之數目。特定而言，可藉由將單個LED二極體結構蝕刻成離散子像素凸台來形成多個子像素。當此操作完成時，離散凸台各自具有相同二極體結構。然而，藉由使用本發明將LED子像素凸台處理成顯示裝置，儘管由相同半導體材料及相同二極體結構形成，但可使此等子像素凸台以不同峰值發射波長發射。
該方法可包含形成具有不同表面積之分開的LED凸台。
該方法可為製造顯示裝置之方法，該顯示裝置包含經組配為以不同峰值發射波長發射的多個LED子像素。該方法可包含以下步驟：在包含具有第一發光面積A 1之第一發光層的第一LED子像素上沈積第一電氣接點，該第一電氣接點在第一接觸面積上方與第一子像素接觸，使得第一子像素具有由第一接觸面積:第一發光面積A 1之比率定義的第一接觸比。該方法包含另一步驟：在包含具有第二發光面積A 2之第二發光層的第二LED子像素上沈積第二電氣接點，該第二電氣接點在第二接觸面積上方與第二子像素接觸，使得第二子像素具有由第二接觸面積:第二發光面積A 2之比率定義的第二接觸比。第一接觸比可不同於第二接觸比。
該方法可包含以下步驟：在沈積第一電氣接點之前在第一子像素上方沈積第一遮罩層；在第一遮罩層中形成第一孔口；以及沈積第一電氣接點使得其經由第一孔口接觸第一子像素；及/或在沈積第二電氣接點之前在第二子像素上方沈積第二遮罩層；在第二遮罩層中形成第二孔口；以及沈積第二電氣接點使得其經由第二孔口接觸第二子像素。在此實施例中，第一孔口之面積為第一接觸面積，及/或第二孔口之面積為第二接觸面積。
該方法可包含以下步驟：在沈積電氣接點之前，蝕刻具有包含發光層之二極體結構的LED結構，以形成具有第一發光層之第一子像素凸台及具有第二發光層之第二子像素凸台，該第一發光層具有第一面積A 1，該第二發光層具有第二面積A 2，該第一子像素及該第二子像素具有LED結構之二極體結構。第一及第二子像素可因此具備相同的二極體結構及組成，此係因為二者均由相同的起始LED結構形成。
LED結構可包含n型導電層及在二極體結構下方的多孔區，且蝕刻步驟較佳不蝕刻穿過n型導電層。
在一些實施例中，第一子像素凸台具有與第二子像素凸台相同的面積。在其他實施例中，第一子像素凸台不具有與第二子像素凸台相同的面積。
在另一態樣中，提供一種製造LED顯示裝置之方法，其包含： 蝕刻具有包含發光層之二極體結構的LED結構，以形成具有第一發光層之第一子像素凸台及具有第二發光層之第二子像素凸台，該第一發光層具有第一面積A 1，該第二發光層具有第二面積A 2，該第一子像素及該第二子像素具有LED結構之二極體結構。由於第一及第二子像素係自同一LED結構蝕刻，因此二個所得子像素將具有相同二極體結構及相同組成。
LED結構較佳包含n型導電層及在二極體結構下方的多孔區。蝕刻步驟較佳不蝕刻穿過n型導電層。
較佳選擇第一面積以在將第一驅動電流I 1施加至第一子像素時在第一發光層處產生第一電流密度，且較佳選擇第二面積以在將第二驅動電流I 2施加至第二子像素時在第二發光層處產生第二電流密度。
可選擇第一面積使得在將第一驅動電流I 1施加至第一子像素時，第一子像素以第一發射強度發射。可選擇第二面積使得在將第二驅動電流I 2施加至第二子像素時，第二子像素以第二發射強度發射。
可選擇第一面積使得在將第一驅動電流I 1施加至第一子像素時，第一子像素以第一光度發射。可選擇第二面積使得在將第二驅動電流I 2施加至第二子像素時，第二子像素以第二光度發射。
該方法可包含以下步驟：將第一及第二子像素接合至經組配以控制提供至顯示裝置中之各子像素之驅動電流的驅動器電路系統。
該方法可包含將第一電氣接點施加至第一子像素之額外步驟，該第一電氣接點在第一接觸面積上方與第一子像素接觸。該方法可包含將第二電氣接點施加至第二子像素之額外步驟，該第二電氣接點在第二接觸面積上方與第二子像素接觸。如上文所描述，遮罩層可用於控制第一及/或第二接觸面積之大小。 再現光譜之方法
在許多應用中，需要能夠再現光之特定光譜。
在先前技術中，此藉由以下操作實現： ●        調變具有固定寬頻發射光譜之一或多個照明源的強度。由於減法性質，此固有地為低效的。 ●        組合來自多個窄頻發射源之發射。由於固定數目個發射源，此提供了有限的可調諧性。 ●        使用濾光片來修改來自高功率廣譜源之光。此受到固有的低效率以及由於固定數目個調諧元件而導致之有限可調諧性的影響。
在本發明之另一態樣中，提供一種用可變波長LED再現光譜之方法，該方法包含以下步驟：將驅動電流提供至可變波長LED；以及在單個顯示訊框期間在多個非零值之間改變驅動電流之振幅，其中在單個顯示訊框期間在多個非零值之間改變驅動電流之振幅會產生多個峰值發射波長，使得多個峰值發射波長之時間組合再現光譜。
此可有利地允許查看者感知到一LED或多個LED正發射特定光譜，其中彼光譜通常將不可由LED發射。舉例而言，多個峰值發射波長之時間組合可產生特定色彩之光，其不對應於已知半導體材料之發射帶隙。使用此方法，LED可被感知發射的色彩範圍因此大大擴展。
顯示訊框之持續時間可為50 ms或更短，或45 ms或更短，或40 ms或更短。顯示訊框之持續時間較佳小於或等於偵測器之回應時間。顯示訊框之持續時間較佳小於或等於人眼作為偵測器之~50 ms的回應時間。
多LED顯示裝置中之各可變波長LED較佳可控制以再現對應於在顯示訊框期間發射之多個峰值發射波長之時間組合的預定光譜輸出。
可變波長LED較佳為根據本發明之先前態樣的如上文所描述之可變波長LED。
該方法可包含以下步驟：藉由以離散振幅提供離散驅動電流脈衝之序列來在單個顯示訊框期間改變驅動電流之振幅。該方法可包含以下步驟：在顯示訊框期間，在至少二個或至少三個或至少四個或至少五個或至少六個或至少七個非零振幅之間改變驅動電流。該方法可包含以下步驟：藉由控制各驅動電流脈衝之持續時間來控制各發射峰值發射波長之亮度。該方法可包含在後續顯示訊框中重複驅動電流脈衝之序列的步驟。
該方法可包含以下步驟：產生具有離散量值及持續時間之驅動電流脈衝的序列，且將驅動電流脈衝之彼序列提供至可變波長LED。
替代地，該方法可包含在單個顯示訊框期間在連續振幅內改變驅動電流之振幅的步驟。
該方法可包含以下步驟：產生具有在顯示訊框之持續時間內變化之量值的類比驅動電流脈衝，且將彼驅動電流脈衝提供至可變波長LED。
該方法可包含控制顯示裝置中之多個可變波長LED以便再現光譜。
本文中關於本發明之一個態樣所描述的形貌體同樣適用於本發明之所有其他態樣。
較佳實施例之詳細說明
圖1示出適合於根據本發明之LED的多孔模板。
多孔模板包含基體上之III族氮化物材料的多孔區，其中III族氮化物材料之無孔層配置於多孔區之頂表面上方。任擇地，在基體與多孔區之間可能存在III族氮化物材料之其他層。
如下文更詳細地描述，可藉由以下操作來提供多孔區：磊晶生長III族氮化物材料之n摻雜區且接著磊晶生長III族氮化物材料之未摻雜層；以及使用在國際專利申請案PCT/GB2017/052895 (公開為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213 (公開為WO2019/145728)中所闡述之孔隙化製程來對n摻雜區進行孔隙化。
如上文所描述，此孔隙化導致晶格中之應變鬆弛，此意謂其他半導體層之後續過度生長受益於其晶格中之壓縮應變的減少。
多孔區可包含一或多個層、一或多種III族氮化物材料，且可具有厚度範圍，全部同時仍提供使在多孔區上方過度生長之InGaN發光層之波長移位的應變鬆弛益處。在較佳實施例中，多孔區可例如包含GaN及/或InGaN。
多種LED結構可在圖1中所示出之模板上方過度生長。
特定而言，在此項技術中已知用於製造黃色或綠色LED之含有InGaN發光層的LED結構可使用標準的LED製造步驟在多孔模板上過度生長。然而，當生長於多孔模板上時，通常以第一波長發射之LED結構將以紅移的較長波長發射。
以此方式，使用III族氮化物材料之多孔區作為用於過度生長已知InGaN LED結構之模板或偽基體允許以簡單的方式製造較長波長LED。
在一較佳實施例中，根據本發明之LED包含以下層，且可使用下文所描述之逐步製程來製造。
對LED結構之以下描述係關於由下而上描述之頂部發射架構，但本發明同樣適用於底部發射架構。 圖2-用於孔隙化之基體及III族氮化物層
相容基體用作磊晶生長之起始表面。基體可為矽、藍寶石、SiC、β-Ga2O3、GaN、玻璃或金屬。基體之晶體取向可為極性、半極性或非極性取向。基體大小可在1 cm 2、2吋、4吋、6吋、8吋、12吋、16吋直徑及更大直徑之範圍內變化，且基體可具有大於1 µm，例如在1 µm與15000 µm之間的厚度。
III族氮化物材料之層或層堆疊在基體上磊晶生長。III族氮化物層可含有此等元素中之一者或組合：Al、Ga、In (二元、三元或四元層)。
III族氮化物堆疊之厚度T較佳為至少10 nm或至少50 nm或至少100 nm，例如在10至10000 nm之間。
III族氮化物層包含具有1×10 17cm -3至5×10 20cm -3之間的n型摻雜濃度的摻雜區。III族氮化物層亦可包含在摻雜區上方之III族氮化物材料的未摻雜「封蓋」層。
摻雜區可終止在III族氮化物層之曝露上表面處，在此狀況下，層之表面將在電化學蝕刻期間經孔隙化。
替代地，III族氮化物材料之摻雜區可由III族氮化物材料之未摻雜「封蓋」層覆蓋，使得摻雜區為半導體結構中之子表面。摻雜區之子表面起始深度(d)可例如在1至2000 nm之間。 圖3-多孔區之孔隙化
在沈積於基體上之後，藉由國際專利申請案PCT/GB2017/052895 (公開為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213 (公開為WO2019/145728)中所闡述之晶圓級孔隙化製程對III族氮化物層(或層堆疊)進行孔隙化。在此製程期間，III族氮化物材料之摻雜區變為多孔的，而III族氮化物材料之任何未摻雜區未變為多孔的。
在孔隙化步驟之後，結構因此含有多孔區，該多孔區保留在先前存在n摻雜III族氮化物材料之處，且該結構任擇地含有覆疊多孔區之無孔中間層。
多孔區之孔隙度藉由電化學蝕刻製程控制且可在1%至99%孔隙率之間，較佳在20%至90%孔隙率之間或在30%至80%之間，但亦可使用更小或更大孔隙率。
在孔隙化之後多孔區之厚度較佳大於1 nm，更佳大於10 nm，尤其較佳為至少40 nm或50 nm或100 nm。然而，獲得由多孔區提供之應變鬆弛益處所需的材料之厚度可取決於製成多孔區之III族氮化物材料的類型而變化。
藉由孔隙化製程產生之多孔區可為III族氮化物材料的塊體層，其在整個層中具有均勻組成及均勻孔隙率。替代地，多孔區可包含具有不同組成及/或孔隙率之多個多孔材料層，從而形成III族氮化物材料之多孔堆疊。舉例而言，多孔區可為多孔GaN之連續層，或多孔InGaN之連續層，或包含多孔GaN之一或多個層及/或多孔InGaN之一或多個層的堆疊。本發明人已發現，可在具有不同厚度、組成及分層堆疊之多種多孔區中獲得多孔區對過度生長之應變鬆弛益處。
在諸圖中所示出之實施例中，多孔區為單個多孔層。
在摻雜區上方存在III族氮化物材料之未摻雜封蓋層的情況下，未摻雜區在下方摻雜區之貫穿表面孔隙化之後保持無孔。此無孔孔封蓋層之厚度D可較佳為至少2 nm或至少5 nm或至少10 nm，較佳為5至3000 nm。在摻雜區上方設置未摻雜封蓋層有利地產生在孔隙化之後覆蓋多孔區的III族氮化物材料之無孔層。此無孔封蓋層可有利地允許其他材料在多孔區上方更好地過度生長。
由於PCT/GB2017/052895 (公開為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213 (公開為WO2019/145728)之孔隙化方法可在整個半導體晶圓上進行，因此不需要處理/圖案化/處置來製備模板以用於孔隙化。 圖4-連接層
在形成多孔層之後，III族氮化物LED磊晶結構可生長至多孔模板/偽基體上，該多孔模板/偽基體由多孔層及無孔封蓋層提供。
用於將LED結構生長至模板上之第一層可被稱為連接層1。
儘管LED磊晶結構有可能直接生長至無孔封蓋層上，但連接層1可較佳在LED結構過度生長之前設置於封蓋層上方。本發明人已發現，在多孔區與LED磊晶結構之間使用III族氮化物連接層1可有利地確保LED與多孔模板/基體之間的良好磊晶關係。此層之生長確保連接層之頂部上的後續過度生長為光滑並磊晶的，且具有適當的高品質。
連接層1由III族氮化物材料形成且可含有此等元素中之一者或組合：Al、Ga、In (二元、三元或四元層)。
連接層可為摻雜層或未摻雜層。連接層可任擇地摻雜有合適的n型摻雜劑材料，例如Si、Ge、C、O。III族氮化物層可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3之間的摻雜濃度。
此連接層之厚度較佳為至少100 nm，且可例如在100至10000 nm之間。 圖5-N摻雜區
在生長連接層之後，生長塊狀n摻雜III族氮化物區2。
n摻雜區2可包含以下各者或由以下各者組成：含有銦之III族氮化物層，或具有或不具有銦之薄III族氮化物層之堆疊，或生長III族氮化物層之塊狀層或堆疊，其中在整個層或堆疊上銦之原子百分比發生變化。舉例而言，n摻雜區可為n-GaN層或n-InGaN層，或替代地，n摻雜區可為n-GaN/n-InGaN交替層的堆疊，或在交替層中具有不同量之銦的n-InGaN/n-InGaN交替層的堆疊。
較佳地，n摻雜區2包含銦，使得n摻雜區之晶格具有與LED中之InGaN發光層之晶格類似的晶格參數。n摻雜區中之銦原子百分比可例如在0.1%至25%之間變化。
在較佳實施例中，n摻雜區之銦含量在InGaN發光層之銦含量的20 at%內或15 at%內或10 at%內或5 at%內。此可有利地確保n摻雜區之晶格參數足夠類似於InGaN發光層之晶格參數以避免此等層之間的過度應變。
n摻雜區之總厚度可為至少2 nm或至少5 nm或至少10 nm或至少20 nm。舉例而言，n摻雜區之厚度可在2 nm至5000 nm之間變化或甚至更厚。若n摻雜區包含層之堆疊，則堆疊中之各個別層的厚度較佳在1至40 nm之間。
n摻雜區較佳具有1×10 17cm -3至5×10 20cm -3之間，較佳1×10 18cm -3至5×10 20cm -3之間，尤其較佳大於1×10 18cm -3之n型摻雜濃度。 圖6-發光區
在生長n摻雜區2之後，可生長底層或預層或預井(圖6中未標記)，以便釋放發光層中之應變。底層可為GaN、InGaN或GaN/InGaN或InGaN/InGaN之單層或堆疊/多層。替代地，底層可具有類似於InGaN QW/GaN量子障壁但具有較低比例之銦的結構。舉例而言，在沈積具有相對較高比例之銦的發光層之前，可生長由具有比例比發光層低之銦的塊狀InGaN層組成之底層。替代地，底層可採用InGaN「虛設」QW之形式，其具有比發光層低比例之銦及一或多個GaN量子障壁。
在生長n摻雜區2及任擇的底層之後，生長含有InGaN發光層之發光區3。
發光區3可含有至少一個InGaN發光層。各InGaN發光層可為InGaN量子井(QW)。發光區較佳可包含1至7個量子井。鄰近量子井由具有與量子井不同之組成的III族氮化物材料之障壁層分開。
貫穿本文件，發光層可被稱作「量子井」，但可呈多種形式。舉例而言，發光層可為InGaN之連續層，或該等層可為連續層、碎片層、斷裂層，含有間隙或奈米結構，使得量子井有效地含有表現為量子點之多個3D奈米結構。
量子井及障壁在600℃至800℃之溫度範圍內生長。
各量子井由原子銦百分比在15%至40%之間的InGaN層組成。較佳地，發光氮化銦鎵層及/或量子井具有組成In xGa 1-xN，其中0.05≤x≤0.40，較佳地0.12≤x≤0.35或0.22≤x≤0.30，尤其較佳地0.22≤x≤0.27。
各量子井層之厚度可在1.5至8 nm之間，較佳在1.5 nm與6 nm之間，或在1.5 nm與4 nm之間。量子井可經薄(0.5至3 nm) III族氮化物QW封蓋層封蓋，該封蓋層可含有此等元素中之一者或組合：Al、Ga、In (四元層之三元)。
QW封蓋層，其為緊接在QW生長之後添加的層，可為AlN、具有0.01%至99.9%之任何Al%的AlGaN、GaN、具有0.01%至30%之任何In%的InGaN。
分開發光層(量子井)之III族氮化物QW障壁可含有此等元素中之一者或組合：Al、Ga、In (四元層之三元)。QW障壁可為AlN、具有0.01%至99.9%之任何Al%的AlGaN、GaN及具有0.01%至15%之任何In%的InGaN。較佳地，QW障壁層含有AlN及/或AlGaN。
QW封蓋層及QW障壁在諸圖中未用個別參考編號指示，此係因為此等層形成發光區3之部分。
QW封蓋層可在各QW之後但在障壁生長之前生長。舉例而言，若LED含有3個QW，則此等QW中之各者可過度生長有QW封蓋層及接著QW障壁層，使得發光區含有3個此類QW封蓋層及三個此類QW障壁層。
1. 可在與QW相同的條件下生長封蓋。
2. 吾人可在不生長之情況下升溫至更高溫度，且生長此封蓋(實際上此為退火步驟)且此處可在不同氣體混合物中進行升溫。
3. 吾人可在升溫期間進行升溫及生長。
發光區之設計可根據此項技術中熟知且在LED設計中習知的參數而變化。舉例而言，取決於LED之目標EL發射波長，發光層及障壁層之組成、厚度及數目可變化。如在本申請案中早先所描述，當需要較長波長發射時，可增加InGaN發光層之銦含量。
如上文所描述，可藉由在含有多孔區之模板上方生長已知LED結構來提供本發明，該結構已知在電氣偏壓下以第一波長發射。由LED結構之下的多孔區引起的應變鬆弛使得能夠在相同生長條件下將更多銦併入至發光層中，因此相較於在相同條件下生長於無孔基體上方的相同LED結構，所得LED之波長經紅移。因此，使用本發明可實現比先前技術中可能實現的更多種類的發射波長，且特定而言，可在較高InGaN生長溫度下實現較長波長。此導致LED中之優質晶體結構，且因此獲得較高效能的LED。
對於較長波長LED的製造，發光層中之大量銦使封蓋層更重要，此係因為製造較長波長黃色、橙色或紅色LED之先前嘗試由於未併入足夠的銦而失敗。因此，封蓋對於確保發光區內捕獲足夠的銦極其重要。 圖7-封蓋層
在生長發光層之後，生長未摻雜封蓋層4。未摻雜封蓋層4可被稱為發光區封蓋層，此係因為此層在生長整個發光區之後形成，例如在生長QW、QW封蓋層及QW障壁層之堆疊之後。
封蓋層(發光區封蓋層) 4為在III族氮化物LED之生長方案中眾所周知的標準層。
封蓋層之厚度可在5至30 nm之間，較佳在5至25 nm或5至20 nm之間。
發光區封蓋層4之目的為保護發光區(QW堆疊)中之銦且防止其在後續處理期間解吸/蒸發。因為InGaN QW通常在低溫下生長，此對GaN/AlGaN不利，所以在其他層可過度生長於發光區上方之前通常需要升溫步驟。封蓋層用於確保InGaN發光層受到適當地封蓋及保護，使得存在機會及時間窗來改變p摻雜層生長條件以獲得更好的材料品質。發光區封蓋層4亦確保在p型層生長期間無Mg摻雜劑進入QW區。 電子阻擋層(EBL)
在量子井、封蓋及障壁層生長之後，生長含有鋁之電子阻擋III族氮化物層(EBL) 5。Al%可在例如5%至25%之間，但較高Al含量為可能的。
EBL摻雜有合適的p型摻雜材料。EBL之p型摻雜濃度較佳在5×10 18cm -3至8×10 20cm -3之間。
EBL之厚度可在10至50 nm之間，較佳為20 nm。 圖8-P摻雜層
p摻雜層6生長於電子阻擋層(EBL) 5上方。
p型區較佳摻雜有Mg，且p型層之p型摻雜濃度較佳在5×10 18cm -3至8×10 20cm -3之間。
p摻雜III族氮化物層可含有In及Ga。
摻雜層之厚度較佳在20至200 nm之間，尤其較佳地，厚度在50至100 nm之間。摻雜濃度可在p型層上變化且在層朝向LED表面之最後10至30 nm可具有摻雜位準的尖峰，以便允許更好的p接觸。
為了激活p摻雜層中之Mg受體，可在MOCVD反應器內部或在退火爐中對結構進行退火。在N 2中或在N 2/O 2環境中，退火溫度可在700℃至850℃之範圍內。
由於EBL及p摻雜層二者經p型摻雜，因此此等層可被稱作p摻雜區。 圖9-透明導電層
作用半導體層之堆疊覆蓋有透明導電層7。透明導電層可由Ni/Au、氧化銦錫、氧化銦鋅、石墨烯、Pd、Rh、銀、ZnO等或此等材料之組合製成。
透明導電層之厚度可在10至250 nm之間。
透明導電層為此項技術中所熟知的，且可使用任何合適的材料及厚度。
可能需要退火步驟來使p接點為歐姆接點。 圖10
取決於所製造之LED結構，半導體結構可經處理成LED、迷你LED或微型LED裝置。
正常LED通常大於200 µm (係指LED結構之寬度及長度的側向尺寸)。迷你LED之側向大小通常為100至200 µm，而微型LED之大小通常小於100 µm。
自圖10起示出在將半導體結構之層2至7蝕刻成各自具有相同結構之多個離散LED堆疊或凸台的半導體結構。
LED製造步驟為習知的且為熟習此項技術者所熟知的。以下製造步驟之次序並非本發明所特定的，且熟習此項技術者應瞭解，可使用下文所說明步驟之替代製造步驟來製備在本發明之範圍內的LED裝置。然而，僅出於說明的目的，下文描述製備根據本發明之LED的一種較佳的製造途徑。
在下一步驟中，結構化透明導電層7，其方式為使得其僅覆蓋主動發射元件之頂表面。可使用包括抗蝕劑塗佈及光微影之標準半導體處理方法進行結構化。藉由使用濕化學法或使用氬氣之濺鍍蝕刻製程來蝕刻透明導電層。此步驟之後為III族氮化物結構之濕式或乾式蝕刻。感應耦合電漿反應性離子蝕刻、僅反應性離子蝕刻或中性束蝕刻用於在III族氮化物層中產生凸台。乾式蝕刻製程可包括Cl、Ar、BCl 3、SiCl 4氣體中之一或多者。
此步驟之目的為隔離個別發射元件且接取p-n接面之內埋n摻雜層。
在乾式蝕刻製程之後，進行濕式蝕刻製程以自凸台之側壁移除乾式蝕刻損害。濕化學法可涉及KOH (1至20%)、TMAH或其他鹼性化學物質。 圖11-鈍化
下一步驟為沈積鈍化層8或鈍化層之組合。起始鈍化層可為Al2O3 (10至100 nm) (藉由原子層沈積來沈積)，其後接著為濺鍍或電漿增強型化學氣相沈積的SiO2、SiN或SiON (50至300 nm)。
Al2O3可在50℃至150℃之間沈積。
SiO2、SiN及SiON可在250℃至350℃之間沈積。
濺鍍製程可在室溫下進行。 圖12至圖13
下一步驟為在氧化物鈍化層8中產生開口以曝露LED結構之頂部。此可經由濕式或乾式蝕刻或二者之組合來進行。
為了濕式蝕刻緩衝氧化物蝕刻，可使用經稀釋之氫氟酸磷酸或此等酸之混合物。
亦穿過LED結構之間的連接層1蝕刻通道，其後接著藉由將介電遮罩材料8沈積至通道中而使LED結構彼此電隔離，使得LED可彼此獨立地操作。
裝置製造中之下一步驟為用金屬層覆蓋p摻雜層6上之透明導電層7以充當電氣p接點9。該覆蓋可用單個步驟或多個步驟進行。金屬可完全或部分地覆蓋像素。在此實例中，使用單個步驟以簡化細節。
金屬接點9可含有Ti、Pt、Pd、Rh、Ni、Au。整個金屬堆疊之厚度可在200至2000 nm之間。 圖14-曝露連接層
標準的光微影技術可用於在第二遮罩層8中產生開口，以曝露連接層1之多個區。開口之大小可在200 nm至50000 nm之間變化。開口之間的此距離可在500 nm至30000 nm之間。僅在未由LED結構佔用之晶圓的區中產生開口。
乾式蝕刻較佳用於使用以氟為主的氣體蝕刻第二遮罩層8。 圖15-N接點
裝置製造中之下一步驟為用金屬接點10覆蓋氧化物8中之開口以接取連接層1，該連接層與LED結構之n摻雜層電氣接觸。該覆蓋可用單個步驟或多個步驟進行。金屬可完全或部分地覆蓋像素。在此實例中，使用單個步驟以簡化細節。
金屬可含有Ti、Pt、Pd、Rh、Ni、Au。整個金屬堆疊之厚度可在200至2000 nm之間。 圖16至圖18
在此處理之後，可使基體變薄，及/或可移除多孔區使得曝露連接層1。
可在基體上、多孔區或層1處進行表面結構化或紋理化以增強光輸出且控制發射角，以及其他光學工程及設計。
最終，晶圓/裝置可經翻轉，且接合至另一載體基體，該載體基體可為矽/藍寶石或任何類型之被動裝置，替代地，裝置可接合至用於主動矩陣微型LED顯示面板之CMOS矽背板。
如圖16中所展示，裝置之頂側可接合至另一載體晶圓/基體/背板11，或接合至微驅動器電路板以形成像素陣列。
如圖17中所展示，可接著自裝置移除基體，且可將裝置之底側接合至覆蓋玻璃或透明材料12。
如圖18中所展示，可自裝置移除基體以及多孔區及無孔區。裝置之頂側可接合至另一載體晶圓/基體/背板11，或接合至微驅動器電路板以形成像素陣列。裝置之底側可接合至覆蓋玻璃或透明材料12。
熟習此項技術者應理解，可藉由更改根據LED構造之已知原理的LED結構之組成及層結構來控制個別LED結構之發射波長。因此，可使用本發明提供在不同發射波長範圍內發射的多種可變波長LED裝置，且可提供除綠色至紅色以外的色彩組合。 圖19至圖23
圖19展示多孔層上方之InGaN LED的實例，其由於多孔區所引起之波長紅移而以大約625 nm之峰值波長發射。
圖20及圖21比較無孔基體上之InGaN LED (圖20)與生長於包含III族氮化物材料之多孔層之模板上的相同InGaN LED的發射特性。此等二個曲線圖之比較表明由多孔底層引起之朝向較長發射波長的移位，此係因為多孔模板上之LED的發射始終比無孔模板上之相同LED之發射要長21 nm至45 nm。
圖22及圖23比較無孔基體上之黃色InGaN微型LED (圖22)與生長於含有多孔層之模板上之相同InGaN微型LED的I-V特性。在多孔模板上，InGaN微型LED發射紅光，如插圖影像中所展示。
圖24為針對多孔基體上之不同像素大小(10 μm×10 μm；20 μm×20 μm；30 μm×30 μm；50 μm×50 μm)之InGaN微型LED所量測的I-V曲線。圖25展示相同像素之I-V特性，其中軸線變更為關注自1×10 -6μA至略高於100 μA之低電流。
圖26為在定波模式(CW)中以不同電流驅動同一可變波長微型LED InGaN像素的一系列五個EL影像，其展示五種不同的發射色彩。在左方影像中，可見在50 μA之驅動電流下微型LED發射色彩為紅色。在左起第二張影像中，可見在100 μA之驅動電流下微型LED發射色彩為橙紅色。在左起第三張影像中，可見在1 mA之驅動電流下微型LED發射色彩為橙色。在左起第四張影像中，可見在10 mA之驅動電流下微型LED發射色彩為黃綠色。在右方影像中，可見在20 mA之驅動電流下微型LED發射色彩為綠色。
藉由在50 μA至20 mA之間改變驅動電流，同一微型LED因此能夠以在紅色至綠色之範圍內的波長發射。此發射波長範圍之光譜寬度為約90 nm (自約570 nm至約660 nm)。此為遠大於在先前技術中可藉由單個LED實現之發射波長範圍的發射波長範圍。
圖27A為以脈衝為100 μs、占空比為1%之脈衝模式驅動的25 μm×25 μm InGaN LED像素陣列(100×100陣列，含有10,000個像素)之發射波長對比電流密度的曲線圖。圖27B為以脈衝為100 μs、占空比為1%之脈衝模式驅動的30 μm×30 μm InGaN LED像素陣列(100×100陣列，含有10,000個像素)之發射波長對比電流密度的曲線圖。
二個此等曲線圖展示脈衝驅動式電力供應對峰值發射波長之可控性。特定而言，波長與電流密度(以對數尺度繪製)線性相關。當用脈衝式電壓電力供應驅動時，可同樣地操縱此線性。因此，可在CW或脈衝模式下用電壓或電流驅動方案控制LED之可變發射波長，所有該等方案為顯示驅動器IC之標準方式。
驅動電流密度與所得發射波長之間的此線性關係對於LED顯示器設計之目的為高度有利的，此係因為其使得能夠藉由改變電力供應之電流密度來準確地控制發射波長。
圖28為以不同DC電流驅動之可變波長InGaN LED的強度對比波長之曲線圖。以脈衝為100 μs、占空比為1%之脈衝驅動模式操作電力供應。
圖28再次反映了LED之峰值發射波長隨著電力供應之電流變化的逐漸連續轉變。在200 mA之驅動電流下，峰值發射波長為約575 nm，其中強度為約10 μW/nm。然而，隨著驅動電流減小，峰值發射波長逐漸移動至較長波長及較低發射強度。當驅動電流達到7 mA時，峰值發射波長為約675 nm，其中強度為約0.1 μW/nm。
圖29A為包含III族氮化物材料之多孔區之多孔模板上方的LED結構之示意性繪圖。LED包含定位於LED之n摻雜部分(在此實例中標記為n-GaN)與發光區之間的電流約束層100。發光區被標記為LED之多量子井(MQW)區。儘管在諸圖中指示SiN電流約束層100，但電流約束層100 (其可替代地被稱為電流限制層)可由另一種介電材料形成。
穿過介電電流約束層100之中心設置圓孔110。孔口延伸穿過電流約束層之厚度，從而在LED之n摻雜區與發光區之間提供導電路徑。在所示出實施例中，孔口之直徑為LED結構之側向寬度的大約33%，但孔口之寬度可變化以修改通過孔口之局部電流密度。
圖29B為包含在替代位置中之電流約束層100的LED結構之示意性繪圖，該電流約束層定位於LED之p摻雜部分(在此實例中標記為p-GaN)與發光區(MQW區)之間。孔口110延伸穿過電流約束層100之厚度，從而在LED之p摻雜區與發光區之間提供導電路徑。 圖30至圖35
圖30至圖34為根據本發明之較佳實施例的形成於多孔模板上方之LED結構的示意性橫截面。
LED結構包含基體，如上文所描述，該基體可為矽、藍寶石、SiC、β-Ga2O3、GaN。基體大小可為小至1×1 cm-2、50 mm、100 mm、150 mm、200 mm、300 mm或更大之直徑。
多孔區形成於基體上方，且(Al,In)GaN之連接層(層1)形成於多孔區上方。n(Al,In)GaN之n型層(層2)定位於連接層上方且形成LED裝置之n型部分。預應變層(層3)形成於n型層上方，且含有多量子井(MQW)之作用區(層4)定位於預應變層上方及p-(Al,In)GaN之p型層(層5)下方。
此為形成於多孔半導體模板上方的典型LED結構。多孔區可為均勻的多孔層或區，且亦可為經部分圖案化的多孔區。
多孔區可為如上文所描述的任何多孔區，多種厚度、組成及組態在本發明之範圍內係可能的。
在圖31中示意性地示出之本發明的較佳實施例中，二個v形凹坑形成於LED結構中。此等凹坑之橫截面為v形，且產生穿過LED結構之上部層的v形空隙。
如所示出，第一v形凹坑311自連接層(層1)延伸至LED裝置之上表面，該上表面由p型層(層5)之外表面形成。v形凹坑之窄點位於連接層中，且凹坑之寬度隨著磊晶生長於連接層上方之各層增大，在p型層之表面處達到其最寬點。
第二v形凹坑312自預應變層(層3)延伸至LED裝置之上表面，該上表面由p型層(層5)之外表面形成。
如圖32中所展示，第一v形凹坑311及第二v形凹坑312延伸穿過LED結構之作用區MQW。v形凹坑因此在半導體結構中產生間隙或空隙。v形凹坑可產生於層1或層3中，但必須穿過層4，其為MQW區。
作用發光多量子井(MQW)及量子障壁(QB)可分別由(Al,In)GaN及(Al,In)GaN製成，且有效地由材料、組成及厚度之任何組合製成。MQW可具有任何週期：1×QW、2×QW、3×QW、4×QW、5×QW直至10×QW或更大。
在一些較佳實施例中，QW為連續的。在一些較佳實施例中，QW為碎片化的。
v形凹坑可源於或由穿透位錯之存在引起。可替代地在磊晶製程中藉由不同生長模式形成v形凹坑，亦即，3維生長。
舉例而言，v形凹坑之生長描述於「 The effect of nanometre-scale V-pits on electronic and optical properties and efficiency droop of GaN-based green light-emitting Diodes」中(Zhou等人；科學報告|(2018年) 8:11053|DOI:10.1038/s41598-018-29440-4)。
如圖33中所展示，第二v形凹坑312源自穿透位錯330。穿透位錯源於多孔區或連接層(層1)處，且向上延伸穿過半導體材料之依序沈積層(層1及2)。在預應變層(層3)處，穿透位錯330開始擴寬成v形凹坑312，且隨著其他半導體層磊晶生長於層3上方，v形凹坑312變得愈來愈寬。
當v形凹坑在磊晶生長期間穿過MQW作用區時，亦將存在生長於v形凹坑之側壁340上的MQW。相較於不存在此類凹坑的平面MQW，所沈積的MQW將具有不同的厚度及組成。
由於在沈積包括MQW之作用區之前已開始形成v形凹坑，因此磊晶沈積於下方層上方之半導體材料被沈積至v形凹坑中。在v形凹坑處，形成MQW之材料層因此隨著該等層沿v形凹坑之側壁340向下拉伸而變形。此係由圖35之透射電子顯微鏡(TEM)影像展示。
如圖35中所展示，在v形凹坑312之任一側上，半導體結構層生長為平坦的平面層。因此，作用MQW區在v形凹坑周圍為平坦的(在任一側上，如在橫截面中所展示)。然而，在v形凹坑之位置中，MQW層變形且沿著側壁340向下拉伸成v形凹坑。此拉伸效應改變了凹坑之側壁340上的QW之厚度，使得相較於形成於LED結構之其餘部分上方的平坦QW層，其厚度不同。
本發明人已發現，v形凹坑可產生局部應變鬆弛，且相較於MQW之其餘部分，沈積於此等v形凹坑之側壁上的MQW將具有不同的厚度及組成，因此v形凹坑區中之MQW將產生不同發射波長。 圖36及圖37
圖36為如關於圖31至圖35所展示之含有v形凹坑的可變波長LED之正規化強度對比峰值發射波長的曲線圖。由於施加至LED之驅動條件變化，因此LED以不同峰值發射波長發射光。如圖36中所展示，LED之峰值發射波長可在自約530 nm至約640 nm之連續波長範圍內變化。
圖37為根據本發明之可變波長LED的峰值發射波長對比驅動電流之曲線圖。圖37展示隨著施加至LED之驅動電流增加，峰值發射波長自約550 nm平滑地改變至約635 nm，較高驅動電流導致LED以較短波長發射，而較低驅動電流導致LED以較低波長發射。隨著驅動電流變化，峰值發射波長之變化為連續且一致的，從而導致LED裝置之簡單校準。 圖38
圖38為不同像素大小之可變波長LED的峰值發射波長之曲線圖。如圖38中所展示，改變LED像素之大小會影響該等像素發射的峰值發射波長。在相同驅動條件下，不同大小之像素(其在其他方面相同)將以不同峰值波長發射。 圖39及圖40
圖39及圖40為根據二個替代實施例之可變波長LED結構的示意性側向橫截面。
在以下實例中，LED及LED子像素較佳為如上文所描述的可變波長LED。
圖39及圖40中之LED結構係以簡化的二極體結構展示，其中含有多量子井(MQW)之發光區定位於第1半導體層與第2半導體層之間。LED結構設置於較佳含有半導體材料之多孔區的基體上。
圖39及圖40示出附接至LED之電氣接點的替代配置。在二個實施例中，第1電氣接點經展示為定位於第1半導體層上方。電氣絕緣遮罩層390 (其可被稱為鈍化層)部分地定位於第1半導體層與第1接觸層之間，使得第1接觸層僅經由遮罩層390中之孔口接觸第1半導體層。孔口之大小判定第1半導體層與第1接觸層彼此接觸的接觸面積。當經由電氣接點施加驅動電流時，此接觸面積限定了驅動電流可傳遞至LED結構中所經由的面積。接觸面積之大小及驅動電流之量值判定LED結構所經歷的電流密度。LED結構所經歷的電流密度又判定由MQW發射之光的峰值發射波長。
第2接觸層在圖39及圖40中不同地配置。
在圖39中，第2接觸層經配置以經由遮罩層390中之孔口接觸第2半導體層。如第1接觸層，孔口之大小判定由第2接觸層及第2半導體層共用的接觸面積。
在圖40中，第2接觸層定位於基體上而非第1半導體層上。
圖39及圖40之LED結構可如上文關於圖1至圖18所描述而形成，其中第1及第2半導體層充當p型層及n型層使得當驅動電流施加於二個電氣接點之間時，MQW以峰值波長發射。
第一半導體層可包括但不限於p-Gan及n-Gan。
第一接觸層可包括但不限於鈦、鉑、鉻、鋁、鎳、金及諸如氧化銦錫(ITO)之一些化合物。
因為發射波長將隨著注入電流密度增加而藍移，所以為了控制電流密度，將存在不同接觸面積，如圖41中所展示。
圖41示出LED二極體中之接觸層與半導體層之間的三個不同接觸面積。第1電氣接觸層經展示為定位於第1半導體層上方。電氣絕緣遮罩層390部分地定位於第1半導體層與第1接觸層之間，使得第1接觸層僅經由遮罩層390中之孔口接觸第1半導體層。孔口之大小判定第1半導體層與第1接觸層彼此接觸的接觸面積。當經由電氣接點施加驅動電流時，此接觸面積限定了驅動電流可傳遞至LED結構中所經由的面積。接觸面積之大小及驅動電流之量值判定LED結構所經歷的電流密度。LED結構所經歷的電流密度又判定由MQW發射之光的峰值發射波長。
圖42為定位於LED子像素凸台上方之電氣接點的平面圖。接觸面積A 接點必定小於子像素凸台之面積A 凸台，此係因為最大可能的接觸將為在其整個面積上方接觸LED子像素凸台，從而得到1:1的接觸比。
圖43A至圖43C示出使用具有相同二極體結構之三個子像素獲得RGB子像素的三種替代方式。
在圖43A中，三個子像素凸台具有相同的子像素凸台面積，但具有不同大小的電氣接觸襯墊。電氣接觸襯墊之不同大小意謂三個子像素中之各者具有不同接觸面積，且因此子像素中之各者具有不同接觸比(接觸面積:發光面積之比率，因為發光區橫跨整個子像素凸台，所以該比率與接觸面積:子像素凸台面積之比率相同)。左方的子像素具有最大接觸面積，且因此具有最大接觸比。右方的子像素具有最小接觸面積，且因此具有最小接觸比。且中心的子像素具有在另外二者之間的接觸面積及接觸比。
接觸比愈小，將驅動電流提供至子像素所經由的接觸面積愈小，且因此子像素所經歷的電流密度愈高。如圖27A及圖27B中所展示，較高電流密度導致較短峰值發射波長，因此在圖43A中之三個子像素中，左方的子像素以最長峰值波長發射且右方的子像素以最短峰值波長發射。
在尤其較佳的實施例中，選取三個子像素之接觸比以及驅動電流，使得三個子像素回應於單個驅動電流而以紅色(左方子像素)、綠色(中心子像素)及藍色(右方子像素)發射。
圖43B展示達成與圖43A相同的三個接觸比之替代方式。在圖43B中，三個子像素同樣具有相同凸台面積，且因此具有相同發光面積。在圖43B中，當自上方查看時，三個電氣接觸襯墊亦具有相同面積。然而，遮罩層390定位於子像素與電氣接觸層之間，其中三個子像素上之遮罩層含有不同大小之孔口。接觸層可僅經由孔口接觸子像素二極體結構，因此孔口之大小控制接觸面積。左方的子像素在遮罩層中具有最大孔口，且因此具有最大接觸面積，其導致最大接觸比。右方的子像素在遮罩層中具有最小孔口，且因此具有最小接觸面積及最小接觸比。中心的子像素具有大小介於另外二者之間的遮罩層孔口，其導致介於另外二個子像素之接觸面積及接觸比之間的接觸面積及接觸比。
選擇遮罩層中之孔口的大小以產生與圖43A中之子像素相同的接觸面積。因此，回應於相同驅動電流，圖43A及圖43B中之三個子像素將以三個對應峰值發射波長發射，較佳以RGB波長發射。
圖43C展示產生接觸比與圖43A及圖43B中所展示之彼等接觸比相同的三個子像素之第三種方式。
在圖43C中，三個子像素凸台各自具有不同的子像素凸台面積，且各自具有不同大小的電氣接點，從而在三個子像素上產生不同接觸面積。然而，在圖43C中，子像素及接觸面積之相對大小與圖43A及圖43B中所展示之彼等相對大小相同。因此，在圖43C中左方所展示之紅色子像素具有與圖43A及43B之左方紅色子像素相同的接觸比；在圖43C中右上方所展示之綠色子像素具有與圖43A及43B之中心綠色子像素相同的接觸比；且在圖43C中右下方所展示之藍色子像素具有與圖43A及43B之右方藍色子像素相同的接觸比。由於在給定驅動電流下之峰值發射波長係由接觸比(接觸面積:發光面積之比率，因為發光區橫跨整個子像素凸台，所以該比率與接觸面積:子像素凸台面積之比率相同)判定，因此所有圖43A至圖43C之子像素將回應於相同驅動電流而以相同的三個波長發射。
圖44及圖45展示由單個LED結構形成之三個LED子像素，類似於圖13中所展示之實施例。然而，在圖44及圖45中所展示之實施例中，替代各LED子像素具有均勻的金屬接觸層9，三個子像素各自具有不同大小的電氣接點9A、9B、9C，其在接點與三個子像素二極體結構之間產生不同接觸面積。
圖44之實施例對應於圖43A之實例，其中三個子像素皆具有相同凸台大小，且因此具有相同發光面積，但其中三個電氣接點形成於電氣絕緣遮罩層8中之不同大小孔口中。左方的子像素具有最大電氣接點9A，且因此具有最大接觸面積及最大接觸比。右方的子像素具有最小電氣接點9C，且因此具有最小接觸面積及最小接觸比。中心的子像素具有大小介於其他接點9A、9C之大小之間的電氣接點9B，且因此中心子像素具有介於另外二個子像素之彼等接觸面積及接觸比之間的接觸面積及接觸比。此等三個子像素將回應於相同驅動電流而以三個不同峰值波長發射。左方的子像素由於其接觸比最高而將以最長波長發射，且右方的子像素由於其接觸比最低而將以最短波長發射。
圖45與圖43B類似，其中當自上方查看時，電氣接點9A、9B、9C具有相同大小，但電氣接點與三個子像素之間的接觸面積由穿過遮罩層8之孔口之大小控制。電氣接點9A、9B、9C與三個子像素之間的接觸面積與圖44中之彼等接觸面積相同，因此三個子像素將回應於相同驅動電流而以對應波長發射。
圖46A至圖46G示出根據本發明之可變波長LED之發光區的替代實施例。
MQW之實例： 1.       連續MQW 2.       v形凹坑 3.       斷裂的QW、有間隙的QW、碎片化的QW 4.       QD 5.       井寬波動 6.       合金組成 7.       MQW與底層之不同組合
可藉由標準的材料特徵界定技術來識別及檢驗此等結構特性，諸如橫截面透射電子顯微術(TEM)、X射線繞射(XRD)、能量色散X射線光譜學(EDX或EDS)、3D原子探針(3DAP)。
圖46A展示LED之連續MQW發光區，其中三個相同的QW設置於四個相同的量子障壁(QB)之間。
圖46B展示圖46B之連續MQW，其中V形凹坑傳播穿過發光區。v形凹坑終止於穿透位錯中，且在其半極性面上具有QW。
圖46C展示MQW，其中QW層包含半導體材料中之不連續性或間隙。
圖46D展示MQW，其中量子點(QD)在MQW中產生不均勻性。QD可設置於QB或QW層上或中，例如QW結構中之間隙中。
圖46E展示具有井寬波動之MQW，其中QW層之厚度在發光區上不均勻。QW可具有彼此不同的寬度，且在單個QW內亦具有變化的寬度。
圖46F展示發光區中具有合金組成之波動的MQW。QB及QW之組成在層與層之間不同。特定而言，銦In%組成在相同QW內變化，亦即，在QW2中，In%在10%至12%或10%至15%或10%至25%或10%至35%之間變化。
圖46G展示含有MQW與底層之不同組合的MQW。在不同QW上，In%組成不同。舉例而言，QW1中之In%為15%，QW2中之In%為25%，且QW3中之In%為30%。在本發明之實施例中，較低In% QW由於其應變及熱效應而較佳定位於MQW之底部，而高In% QW較佳在頂部上。在較佳實施例中，例如，QW1為發射藍光的QW，QW2為發射綠光的QW，QW3為發射紅光的QW。
圖47A為習知非可變波長LED之橫截面的TEM影像。 非可變 LED-MQW在上部界面及下部界面中為均勻且光滑的(此處清楚地展示5個MQW)。
圖47B及圖47C為根據本發明之實施例的包含v形凹坑之可變波長LED的TEM影像。 可變波長 LED-MQW不均勻，其係由各種方法誘發的，一個實例為v形凹坑及將併有更多銦及更薄QW的半極性面。另一實例在圖47B中亦顯而易見：就斷裂的QW、不連續的QW、碎片化的QW、具有井寬或In組成波動之QW而言，MQW不均勻。
圖47C展示根據本發明之較佳實施例的圖47B之可變波長LED的橫截面，其展示多孔區及包含多個v形凹坑之發光區。
在此結構中，發光區含有有意引入的多個發射波長區，諸如具有延伸穿過發光區之v形凹坑的多種類型之QW區。
v形凹坑(v凹坑)自上方觀看實際上為六邊形凹坑，v形係在觀看橫截面時的形狀。在MQW下方的InGaN、GaN、InGaN/InGaN超晶格或InGaN/GaN超晶格結構之生長期間，在特殊磊晶生長條件下，諸如在低生長溫度(例如，＜1000℃或＜900℃或＜800℃或＜700℃)及氮氣環境下，可在各位錯位置處初始化v形凹坑。
圖48A為習知非可變波長LED之峰值發射波長對比驅動電流密度的曲線圖。藉由改變施加至LED之驅動電流密度，發射波長可在約15 nm之發射波長範圍內略微地變化。
圖48B為根據本發明之實施例的可變波長LED之峰值發射波長對比驅動電流密度的曲線圖。在可變波長LED中，改變驅動電力供應之電流密度會導致由LED發射之峰值發射波長(WLP)的更大變化。在此實施例中，在大約0.1 A/cm 2與100 A/cm 2之間改變驅動電流密度會使峰值發射波長自約635 nm改變至約550 nm—約85 nm之發射波長範圍。
圖48C為根據本發明之另一實施例的可變波長LED之峰值發射波長對比驅動電流密度的曲線圖。在此實施例中，改變驅動電流密度會使峰值發射波長自約720 nm改變至約580 nm—約140 nm之發射波長範圍。
圖49A為根據本發明之另一可變波長LED的峰值發射波長對比驅動電流密度之曲線圖。在此實施例中，在大約0.1 A/cm 2與200 A/cm 2之間改變驅動電流密度會使峰值發射波長自約615 nm改變至508 nm—約100 nm之發射波長範圍。由於測試能力之限制，此曲線圖之資料僅達到514.5 nm。因此，估計508 nm下的電流密度。然而，無論哪種方式皆可顯著推動可獲得的發射波長範圍。
圖49B至圖49E為圖49A之可變波長LED的相片，其展示同一可變波長LED以其發射波長範圍內之四個不同波長發射。插圖發射光譜展示不同驅動電流密度下之不同峰值發射波長。此展示同一可變波長LED回應於不同驅動電流密度而以橙色(615 nm)、黃色(556 nm)、綠色(534 nm)及藍色(508 nm)之峰值發射波長發射。 顯示裝置
習知地，彩色顯示像素係由多個單色子像素構成：藍色子像素、綠色子像素及紅色子像素。觀測像素色度為由三個子像素發射之光之空間組合，如圖50B中所展示。
使用本發明之可變波長LED，個別LED子像素可在寬光譜範圍內顯示色彩，例如藍色至紅色。此允許藉由使用單個LED晶片及不同驅動時間框來實現不同色彩。所產生之觀測像素色彩為由LED子像素發射之光的時間組合。
多種顯示裝置像素可經組配以併有根據本發明之一或多個可變波長LED。在所有以下像素實施例中，查看者感知到的整體發射色彩為由任何給定裝置像素中之子像素發射的光之空間及時間組合。
圖51B示出由單個可變波長LED組成之裝置像素。藉由改變供應至LED之驅動條件，來自此像素之峰值發射波長可在發射波長範圍內變化，該發射波長範圍之寬度及絕對波長由驅動條件以及LED二極體大小及結構判定。
圖50C示出包含二個子像素之裝置像素，該二個子像素均為根據本發明之可變波長LED。可藉由分開控制提供至各子像素之驅動電流來分開控制二個子像素，使得子像素可控制為以不同波長發射。
圖50D示出包含三個可變波長LED子像素之裝置像素。藉由控制提供至三個分開的子像素之驅動電流，各子像素之峰值發射波長可個別地變化。
圖50E示出包含一個可變波長子像素及一個固定發射波長子像素之裝置像素。
圖50F示出包含一個可變波長子像素及二個固定發射波長子像素之裝置像素。
圖50G示出包含二個固定發射波長藍色及紅色子像素以及二個固定發射波長綠色子像素之裝置像素，該等綠色子像素經組配為以綠色光譜範圍內之不同峰值波長發射。綠色子像素可為經組配以接收二個不同的固定驅動電流密度之可變波長子像素，該等驅動電流密度對應於綠色中之不同峰值發射波長。 具有擴展色域之顯示裝置
習知LED顯示器通常藉由組合來自具有不同原色之子像素的光來展示色彩，如圖50A中所展示。習知像素包括紅色、綠色及藍色子像素。
來自三個原色子像素之光的組合允許顯示圖51A中所展示之三角形(由原色界定)內的任何色彩。圖51A中所展示之三角形界定可藉由此顯示器獲得之色域。習知的三子像素像素無法接取三角形外部之色彩空間，且因此限制可由該像素實現之色域。
增大色域之解決方案： ○        包括具有不同色彩之額外子像素，該色域接著由如圖51B中所展示之四邊形界定。此需要額外成本及複雜度。 ○        進一步擴展至5個或更多子像素將進一步擴展色域，但增加了複雜度及成本。
藉由將本發明之可變波長LED併入至LED顯示裝置中，較佳提供一種具有可控色度之顯示裝置，其包含：LED結構，其發射光譜在很大程度上取決於驅動電流密度，其中峰值發射波長之移位大於20奈米/十倍頻程，其中峰值發射波長可控制為在 450 nm 至 630 nm 或更寬的範圍內。
顯示器包含由具有可控色度(可變發射波長)之LED裝置形成的子像素。
較佳地，子像素具有相同二極體結構，且來自任何給定子像素之峰值發射波長僅由在使用期間提供至彼子像素之電流密度控制。
子像素可具有恆定色度(例如回應於固定驅動電流)或可改變色度(回應於變化的驅動電流)，使得可實現較大色域。可實現的色域等於或大於由sRGB原色界定的色域。
在一些實施例中，所有子像素可逐訊框動態地改變色度。在其他實施例中，僅一些子像素可逐訊框動態地改變色度。
因此，可藉由併有根據本發明之一或多個可變波長LED的顯示裝置實現寬色域。
圖51C示出當峰值發射波長被控制在450 nm至620 nm時可藉由可變波長LED裝置實現的擴展色域。 實施例 1 ( 圖 52A 至圖 52D)
圖52A示出包含三個子像素之顯示像素。各子像素可為發射光之峰值波長可控的LED裝置。
當在遠處查看時，發射光之觀測色度為子像素光發射之空間及時間組合。
藍色(B)及紅色(R)子像素係以對應於固定觀測色度之固定發射操作。B及R子像素之峰值發射波長可藉由提供具有固定量值之驅動電流來固定，該等固定量值對應於以所要藍色及紅色波長發射所需的電流密度。
綠色(G)子像素可藉由提供具有不同量值之二個分開的驅動電流模式而以具有不同峰值波長之二個模式操作，該等量值對應於以二個所要綠色波長發射所需的電流密度。綠色子像素可藉由切換至所要驅動電流模式而在綠色模式中之任一者下操作。
結合B及R子像素，二個G子模式中之各者使得能夠顯示不同色域。
顯示器之有效色域為可在任一模式下藉由G子像素實現的色域
由此可推論，當可變波長LED用於R或B子像素時，彼等子像素亦可在二個或更多模式之間切換。所有像素可在二個或更多模式之間切換，從而允許在常規操作期間一次設定或動態地控制色域。
在替代實施例中，習知藍色及紅色LED可併入至像素中以充當藍色及紅色子像素，其中可變波長LED形成綠色子像素。 實施例 2 ( 圖 53)
由各自包含三個子像素之顯示像素形成的顯示器。各子像素較佳為發射光之峰值波長可控的可變波長LED裝置，如上文所描述。
在顯示裝置之操作期間，子像素在單位時間內自發射一個峰值波長切換至不同峰值波長，如圖53中所展示。藉由改變提供至任何給定子像素之驅動電流的量值來改變彼子像素之峰值發射波長。單位時間可為顯示訊框或更短，使得數個時間單元出現在單個顯示訊框中。
發射需要高電流密度之峰值波長可導致顯著的局部加熱，其可影響裝置及整個顯示器之效能及可靠性。
控制子像素之此方法的優勢為子像素之加熱被共用、更均勻地分佈在顯示像素上方，且避免了特定子像素上之熱點。
在圖53中所示出之時間的四個時間單元中，B及R子像素經展示為調換的，但若G子像素為可變波長LED，則G子像素亦可切換發射波長。簡單地藉由改變提供至分開的子像素之驅動電流，本發明之任何切換組合為可能的。 實施例 3 ( 圖 54A 及圖 54B) ：
圖54A示意性地示出由包含四個子像素之像素形成的顯示裝置之像素。各子像素較佳為發射光之峰值波長可控的可變波長LED裝置，如上文所描述，但在所示出實施例中，B及R子像素可替代地由習知的藍色及紅色LED提供。
顯示器包含同一色彩(例如，紅色、綠色或藍色，此係因為此等「色彩」中之各者通常被接受為在可見光譜中之波長範圍內延伸)內的多個子像素，其中多個子像素經組配為以彼色彩內之不同峰值波長發射。
舉例而言，在較佳實施例中，像素「色彩」可為：400 nm至450 nm (紫色)；450 nm至500 nm (藍色)；500 nm至570 nm (綠色)；570 nm至590 nm (黃色)；590 nm至610 nm (橙色)；或610至700 nm (紅色)。在給定「色彩」內存在多個子像素之情況下，彼等子像素可皆經組配為以此等範圍中之一者內的某些波長發射。
在圖54A中所示出之較佳實施例中，顯示像素包含具有不同峰值波長之二個綠色子像素。
此像素設計之優勢為擴展顯示器之色域而無需在G子像素操作模式之間切換單個LED子像素(如圖52A至圖52D中所需的)。
在圖54A及圖54B中之所示出實施例中，綠色(G)子像素G1之峰值發射波長不同於綠色子像素G2之峰值發射波長。
由此可推論，可(此外或替代地)存在具有不同峰值波長之二個R或二個B像素。舉例而言，像素可含有具有在紅色中之不同峰值發射波長的二個紅色子像素R1及R2。及/或像素可含有具有在藍色中之不同峰值發射波長的二個藍色子像素B1及B2。
在所有狀況下，LED裝置可較佳具有相同二極體結構(N、作用區、P)，且僅驅動電流密度用於控制峰值發射波長。此可適用於所有實施例。因此，二個綠色子像素G1及G2例如在結構上可彼此相同，但以不同驅動電流密度驅動。驅動電流密度差導致G1以不同於G2之峰值發射波長的峰值發射波長發射。 實施例 4 ( 圖 55A 至圖 55D) ：
圖55A示意性地示出包含二個子像素之顯示裝置的像素，其中各子像素為發射光之峰值波長可控的可變波長LED裝置。
當在遠處查看時，發射光之觀測色度為子像素光發射之空間及時間組合。
二個子像素均以對應於特定觀測色度之可控發射進行操作。
藉由改變提供至子像素之驅動電流，二個子像素可較佳可控制為以自450 nm至630 nm之峰值發射波長發射。圖55B示出當二個可變波長子像素之峰值發射波長自450 nm改變至620 nm時可由像素實現的色度。
對於可由二個子像素顯示的任何一組觀測到的色度點，可顯示存在於該等點之間的直線上的所有色度，如圖55C中所展示。
顯示器之有效色域展示於圖55D中，且由當峰值發射波長被控制為自450nm至630nm時對應於LED裝置之色度的線以及最高與最低峰值發射波長之間的直線界定。 實施例 5 ( 圖 56) ：
圖56示出由包含二個子像素之像素形成的顯示器之像素。各子像素較佳為具有可控峰值發射波長之可變波長LED裝置，如上文所描述，但在所示出實施例中，R子像素可替代地由習知紅色LED提供。
在圖56中，一個子像素具有在例如自450 nm至530 nm (B至G)之波長範圍內的可控發射。另一子像素以對應於固定觀測色度之固定發射波長進行操作，例如以630 nm ®。即使R子像素為可變波長LED，R子像素之峰值發射波長仍可藉由提供具有固定量值之驅動電流來固定，該固定量值對應於以所要紅色波長發射所需的電流密度。
此為特別有效的，此係因為需要較高驅動電流來實現藍色發射，此會導致輻射通量增加，然而，人眼對藍光不太敏感且因此當峰值波長在~530 nm與~450 nm之間移位時，來自藍綠色像素之光通量的改變將小於預期，從而使得能夠以降低的控制複雜度實現更高效的顯示。 實施例 6 ( 圖 57 ) ：
圖57示出由包含三個子像素之像素形成的顯示器之像素，其中各子像素為發射光之峰值波長可控的可變波長LED裝置。
當在遠處查看時，發射光之觀測色度為子像素光發射之空間及時間組合。
子像素SP1經組配以藉由改變在使用期間供應至SP1之驅動電流的量值而以440 nm與480 nm之間的波長發射光。子像素SP2經組配以藉由改變在使用期間供應至SP2之驅動電流的量值而以500 nm與540 nm之間的波長發射光。子像素SP3經組配以藉由改變在使用期間供應至SP3之驅動電流的量值而以580 nm與620 nm之間的波長發射光。因此，SP1、SP2及SP3分別作為藍色(B)、綠色(G)及紅色(R)子像素操作，且各子像素之峰值發射波長可藉由改變至各子像素之驅動電流的量值而在40 nm之發射波長範圍內變化。
R、G及B可各自在峰值波長可切換為比中心波長低及高20 nm的數個模式下操作。
結合各模式使得能夠顯示不同色域。
如圖57中所展示，顯示器之有效色域大於具有固定發射波長之R、G及B子像素可實現的色域。 實施例 6 之概括 ( 圖 58) ：
圖58示出由包含三個子像素之像素形成的顯示器之像素，其中各子像素為發射光之峰值波長可控的可變波長LED裝置。
當在遠處查看時，發射光之觀測色度為子像素光發射之空間及時間組合。
各可變波長子像素可控制為在寬發射波長範圍內發射，使得各子像素可取決於提供至子像素之驅動電流而作為紅色、綠色或藍色子像素操作。子像素可控制以在具有不同峰值波長之數個模式下操作。
結合各模式使得能夠顯示不同色域。
如圖58中所展示，顯示器之有效色域為可在任何模式下藉由R、G及B子像素實現的色域。
對於可實現色彩空間內的各色度，存在使得能夠顯示此色度之原色的組合之連續範圍。
當控制顯示裝置時，較佳藉由計算各組合之效率及選取最高效率來作出選取哪一組合的選擇。
效率之計算可有利地考慮： -   各子像素以特定峰值發射波長進行光發射之效率； -   各子像素實現所選色度及明度所需的光發射之量； -   自LED裝置之作用區至觀測者的光提取之效率； -   將電力自顯示裝置驅動器遞送至LED裝置之效率。 時間色彩控制
在典型的顯示器中，無法在同一位置處展示不同色彩。因此，各發光區域(像素)被劃分成可分開定址的單色區(子像素)。當在遠處查看時，所見色彩為子像素色彩之空間組合。子像素發射不同於其他子像素之固定色度。
藉由調整自各子像素發射之光的比例量，設定像素之觀測色度，如圖50A中所示出。
通常，需要三個或更多子像素以使得顯示器能夠展示多種色彩(大色域)。減小子像素之數目有利於降低成本及複雜度，然而，如此做將影響可實現的色域。
在一些先前技術的顯示技術中，並非所有彩色子像素皆可用相同材料產生，因此需要顯著的成本及複雜度來組合及配置由不同半導體材料形成之子像素且將像素形成為顯示器。
具有不同發射性質之子像素將具有不同效率，從而導致不均勻的局部加熱。
相比具有較低效率之子像素，具有較高效率之子像素將具有較短驅動時間(「接通時間」)，以便實現特定觀測色度。具有大量子像素在大部分時間內不發射光的系統為低效的。
藉由將本發明之可變波長LED併入至顯示裝置中，提供一種顯示器，其中各像素可發射多種色彩。
各像素包含數個子像素。然而，在一些實施例中，單個可變波長LED可用於形成僅具有一個子像素之像素，如圖59A中所展示。
自子像素發射之光的峰值波長且因此色度取決於驅動電流。藉由選取驅動信號，其中驅動電流在一個顯示訊框期間改變，像素之觀測色度由一或多個子像素依序發射之色彩的時間組合判定。
更改子像素之占空比用於實現各色度下的灰度控制。
本發明可有利地提供可顯示寬色域之具有少於三個子像素的顯示器，其具有優於先前技術顯示器之顯著益處。
本發明之益處及優於現有解決方案之所有優勢： ●        較少子像素降低複雜度及成本 ●        像素可一直發射光，從而提高系統效率且因此增加觀測亮度 ●        像素將在高電流操作期間發熱，以低驅動電流操作允許像素冷卻 實施例 7 ：
圖59A示出較佳實施例，其中顯示裝置之像素由單個可變波長LED組成。藉由改變提供至像素之驅動電流，LED之峰值發射波長可在寬發射波長範圍內變化，如上文所論述，使得裝置像素可發射自藍色至紅色之色彩。
在存在單個像素之情況下，使用占空比控制來存取不同灰度位準。可改變將電流脈衝施加至像素之持續時間以控制觀測像素亮度。
在圖59B及圖59C中所示出之較佳實施例中，顯示裝置經組配以向LED像素提供三個離散驅動電流模式。可操作電力供應以在任何時間將I 藍色、I 綠色或I 紅色中之任一者提供至LED。
由查看者觀測到的像素色彩為由像素在顯示訊框期間發射的光之時間組合。在圖59B中，供應三種驅動模式中之各者持續顯示訊框的三分之一，因此觀測到的像素色彩將為藍色、綠色及紅色波長之相等混合。
圖59C示出替代控制模式，其中供應三種驅動模式中之各者持續顯示訊框的六分之一。由於各驅動電流之占空比仍彼此相等，因此完全如圖59B，觀測到的像素色彩將為藍色、綠色及紅色波長之相等混合。然而，由於子像素在圖59C中具有較低的總接通時間，因此使用圖59B之控制模式，像素之亮度將較低。
圖60A至圖60D展示在相同的總占空比下但以不同次序將三個驅動電流模式I 藍色、I 綠色或I 紅色提供至LED。在存在單個像素之情況下，圖60A至圖60D中所示出之四個驅動方案變化給出等效結果，此係因為觀測者經歷了時間平均。 實施例 8 ：
在一些較佳實施例中，像素可包含多個可變波長子像素，該等子像素可組配為回應於不同驅動電流而以不同峰值發射波長發射。舉例而言，單個子像素可為可驅動的，以回應於提供至彼子像素之驅動電流的變化而以自藍色至紅色之波長發射。
圖61A示出含有二個子像素之顯示裝置像素，該等子像素中之各者為具有涵蓋藍色至紅色波長之發射波長範圍的可變波長LED。
圖61B中之驅動方案A示出用於上部子像素之驅動方案及用於下部子像素之不同驅動方案。上部子像素及下部子像素二者在四分之一顯示訊框內以藍色驅動模式驅動，在四分之一顯示訊框內以綠色驅動模式驅動，且在二分之一顯示訊框內以紅色驅動模式驅動。由於查看者觀測到的像素色彩為像素在顯示訊框期間發射之光的時間組合，因此上部子像素及下部子像素二者將呈現為發射相同色彩的光。
圖61C中之驅動方案B示出使用較短電流脈衝來實現與驅動方案A相同之結果的替代驅動方案。儘管電流脈衝較短，但上部子像素及下部子像素在相同的總占空比下仍以藍色、綠色及紅色模式驅動，因此觀測色彩將相同。
在所有此等驅動方案中，所產生的像素色彩為所發射色彩之空間及時間組合。 實施例 9 ：
在一些較佳實施例中，像素可包含多個子像素，該等子像素中之至少一者係可組配為回應於不同驅動電流而以不同峰值發射波長發射的可變波長子像素。舉例而言，單個子像素可為可驅動的，以回應於提供至彼子像素之驅動電流的變化而以自藍色至紅色之波長發射。
在一些尤其較佳的實施例中，各像素可包含二個子像素，其中： ○        一個子像素以固定色彩操作 ○        一個子像素改變色彩
此配置之優勢為，效率較低的子像素可具有較長「接通時間」。
圖62示出含有二個子像素之顯示裝置像素。上部子像素為具有涵蓋藍色至綠色波長之發射波長範圍的可變波長LED，而下部子像素為紅色子像素。紅色子像素可為併入至顯示裝置中之習知紅色LED子像素，但較佳地，紅色子像素為具有涵蓋紅色波長之發射波長範圍的可變波長LED。
圖62展示上部子像素可藉由在顯示訊框期間依序在藍色模式I 藍色及綠色模式I 綠色下施加驅動電流脈衝來驅動，而紅色的下部子像素可藉由在紅色驅動模式I 紅色下施加連續驅動電流來驅動。
此配置可有利地提供簡化的RGB像素。
所指示的發射色彩僅作為實例，此係因為可同樣提供具有在除紅色以外之色彩中之固定發射波長的子像素，且可提供具有在除藍色至綠色以外之範圍內可控之發射波長的子像素。 實施例 10 ：
在一些較佳實施例中，像素可包含多個子像素，該等子像素係可組配為回應於不同驅動電流而以不同峰值發射波長發射的可變波長子像素。
舉例而言，在圖63中所示出之實施例中，單個上部子像素可驅動以回應於提供至彼子像素之驅動電流的變化而以自藍色至紅色之波長發射。另一下部子像素可驅動以回應於提供至彼子像素之驅動電流的變化而以自綠色至紅色之波長發射。
在一些尤其較佳的實施例中，各像素可包含二個子像素，其中第一可變波長子像素可驅動以回應於提供至彼子像素之驅動電流的變化(例如，在第一驅動電流範圍內控制驅動電流)而以第一範圍內之波長發射；且第二可變波長子像素可驅動以回應於提供至彼子像素之驅動電流的變化(例如，在第二驅動電流範圍內控制驅動電流)而以第二範圍內之波長發射。較佳地，第一波長範圍覆蓋與第二波長範圍不同的波長範圍，但第一波長範圍可與第二波長範圍重疊。
在此實施例中，二個子像素改變色彩。
此配置之優勢為：產生顯著局部加熱之較高驅動電流之後接著為不產生顯著局部加熱之較低驅動電流，從而允許子像素維持更穩定的溫度。
圖64A為用於根據本發明之可變波長LED的驅動電流條件之示意性圖示。在單個顯示訊框內，以三種不同的非零模式啟動驅動電流。各模式之占空比(驅動電流脈衝相對於顯示訊框之持續時間)不同且可個別地控制。
驅動電流之電流增益判定由可變波長子像素產生之波長，而驅動電流之占空比判定由子像素產生之灰度位準。
顯示訊框之長度可變化以對應於任何預定訊框速率。可藉由控制由電力供應提供之LED驅動條件來控制顯示訊框之長度。
在存在形成像素之單個LED的情況下，使用占空比控制來存取不同灰度位準。
以下實施例說明可用於控制顯示裝置之多種可能驅動條件，該顯示裝置包含根據本發明之一或多個可變波長LED子像素。
此等控制方法有利地允許顯示裝置中之LED的動態像素調諧。 實施例 11 ( 圖 65) ：
單個像素可為一個子像素或更多子像素，且各子像素可藉由影像資訊來改變色彩(此子像素可顯示自藍色至紅色之色彩) 。
各像素可藉由調變信號來判定其自身的色彩，且產生影像資訊。
像素色彩及亮度為信號脈衝占空比與振幅之組合。 實施例 12 ( 圖 66) ：
單個像素可為三個或更多子像素(可顯示自藍色至紅色之色彩)。
子像素大小將相同。
各子像素可藉由調變信號來判定其自身的色彩，且各像素之影像資訊可藉由組合多個子像素來判定。
像素色彩及亮度為信號脈衝占空比與振幅之組合。
在存在單個像素之情況下，此等驅動方案變化為等效的，此係因為觀測者經歷了時間平均。 實施例 13 ( 圖 67) ：
單個像素可為三個或更多子像素(可顯示自藍色至紅色之色彩)。
改變晶片大小以調整電流量值及脈衝寬度。
各子像素可藉由調變信號來判定其自身的色彩，且各像素之影像資訊可藉由組合多個子像素來判定。
像素色彩及亮度為信號脈衝占空比與振幅之組合。 實施例 14 ( 圖 68 ) ：
單個像素可為三個或更多子像素(可顯示自藍色至紅色之色彩)。
晶片大小經最佳化以實現各子像素之相同驅動模式。
各子像素可藉由調變信號來判定其自身的色彩，且各像素之影像資訊可藉由組合多個子像素來判定。
像素色彩及亮度為信號脈衝占空比與振幅之組合。 實施例 15 ( 圖 69) ：
一些子像素可關注經由信號調變產生特定色彩，而其他子像素可視需要根據影像資訊來改變色彩(可顯示自藍色至紅色之色彩)。
子像素大小可相同或不同。
各子像素可藉由調變信號來判定其自身的色彩，且各像素之影像資訊可藉由組合多個子像素來判定。
像素色彩及亮度為信號脈衝占空比與振幅之組合。 光譜重建構
在許多應用中，需要能夠再現光之特定光譜。
在先前技術中，此藉由以下操作實現： ●        調變具有固定寬頻發射光譜之一或多個照明源的強度。由於減法性質，此固有地為低效的。 ●        組合來自多個窄頻發射源之發射。由於固定數目個發射源，此提供了有限的可調諧性。 ●        使用濾光片來修改來自高功率廣譜源之光。此受到固有的低效率以及由於固定數目個調諧元件而導致之有限可調諧性的影響。
如圖70至圖79中所示出，本發明之態樣係關於利用可變波長LED發射源，其中可經由控制所施加電流來連續地調諧發射波長。
可用數個不同電流脈衝依序驅動可變波長LED源。不同電流脈衝可具有不同量值或振幅。施加特定電流脈衝之時間可不同於將其他電流脈衝施加至可變波長LED之時間。
由於藉由可變波長LED發射之發射波長與在任何給定時間施加至LED之驅動條件相關，因此具有不同振幅之各施加電流將產生不同峰值發射波長。
在較佳實施例中，在不同電流振幅下施加之脈衝的總長度快於偵測器之回應時間(對於作為偵測器之人眼，~50 ms)。在彼狀況下，偵測器(較佳地，人眼)所感知的發射光譜將為由可變波長LED發射之光譜的時間平均值，亦即，由各電流脈衝產生之發射光譜的時間平均值。
可使用類比或數位脈衝形式進行電流控制。
圖70至圖72示出包含電流脈衝之離散序列的「數位脈衝」之實例。
圖70示出根據本發明之較佳態樣的可變波長LED之發射光譜，其覆疊有指示五個離散驅動電流I 1至I 5之線。驅動電流I 1至I 5中之各者的量值不同於其他驅動電流。覆疊線I 1至I 5與LED之發射光譜之間的相交點指示由可變波長LED回應於離散驅動電流I 1至I 5中之各者而發射的峰值發射波長。
圖71示出施加至可變波長LED之電流脈衝的例示性序列。I 1至I 5中之各者具有其自身的離散量值(振幅)，且因此在經施加至可變波長LED時產生其自身的離散峰值發射波長。脈衝經施加至LED之序列以及各電流脈衝之持續時間將因此判定由LED在給定顯示訊框之時間內產生的總發射光譜。可控制電流脈衝之次序及持續時間以實現多種不同的感知發射光譜。
圖72示出具有不同峰值發射波長之五個離散發射光譜之組合，該等波長對應於由圖70之五個電流脈衝產生之五個光譜。由查看者所感知之總輸出光譜為此等五個離散光譜之組合，如由圖71中之「輸出」線所展示。 實施例 A ：
圖73A至圖73D示出使用上文所描述之可變波長LED、使用多個電流設定點(數位脈衝)的光譜重建構。
在LED之調諧範圍(可變波長LED可發射之峰值發射波長之範圍)內選擇多( n)個電流設定點(在圖73A之所示出實例中，n=5)。
將目標光譜(展示於圖73B中)重建構為LED在所選電流設定點下之發射光譜的線性組合(展示於圖73C中)。各構成峰值波長之強度在n個設定電流中之各者下轉換成時間(脈衝持續時間)以考慮各設定電流下之LED發射亮度，從而獲得在顯示訊框之持續時間內完成的數位脈衝圖案(在圖73D中所示出)。在使用中，脈衝圖案重複之時間與顯示目標發射光譜之時間一樣長，直至需要輸出光譜之改變。彼時，可用不同脈衝圖案驅動LED以產生不同感知光譜。 實施例 B ( 圖 74 至圖 77) ：
在電流設定點之數目較大(→∞)的情況下，可考慮使用類比電流脈衝進行光譜重建構。
為了重新產生特定的所要發射光譜，可計算總電流脈衝，使得在可變波長LED之調諧範圍內之各波長下的總發射光匹配所要目標發射光譜。
例示性目標發射光譜展示於圖74中。
為了產生圖74之目標發射光譜，可使用類比電流脈衝驅動具有圖75中所示出之發射特性的可變波長LED，其中電流脈衝之振幅隨時間變化。圖76展示驅動電流之「類比脈衝」的說明性實例，該驅動電流具有在顯示訊框期間變化的振幅。當此類比脈衝用於驅動可變波長LED時，LED隨著驅動電流脈衝之振幅在顯示訊框內變化而產生不同峰值發射波長，從而產生諸如圖77中所展示之輸出光譜的輸出光譜。
類似於上文在實施例A中所描述之數位脈衝，圖74中所展示之目標光譜經重建構為LED之發射光譜的時間組合，其中類比驅動脈衝表現為如同大量(n→∞)構成驅動電流。 實施例 C ( 圖78) ：
一或多個可變波長LED可提供適用作高光譜光源或用於一般照明的大面積光譜可調諧照明源。此可使用上文所描述之實施例A及B的概念實現。
取決於施加至一或多個LED之驅動條件，所產生的光譜可為窄光譜或寬光譜。
照明光譜可在照明訊框之間固定(藉由保持驅動條件相同或在各顯示訊框期間重複相同驅動脈衝)或在訊框之間修改(藉由在訊框之間修改脈衝圖案/序列或脈衝形狀)，其中照明訊框為短於所使用偵測器之回應時間的時間。
此可尤其適用於需要特定控制光譜之應用，包括醫學成像、光療、專業照明、農業技術。 實施例 D ( 圖 79) ：
在本發明之態樣中，可提供用於光譜正確顯示器之一或多個光譜 可調諧像素，其中各個別像素(或各個別子像素)表現得如上文在實施例A或B中所描述。
如圖79中所展示，可以陣列之形式提供多個可變波長LED (「可調諧」LED)以形成顯示裝置。各可變波長LED較佳經配置以形成顯示裝置之像素(或子像素)。顯示裝置之像素可各自經組配以自脈衝電流源接收其自身的驅動電流，該脈衝電流源經組配以產生電流脈衝(如關於實施例A所描述之一系列數位脈衝或如關於實施例B所描述之類比脈衝)。提供至各像素之驅動電流較佳可獨立於施加至其他像素之驅動電流而控制。脈衝電流源可經組配以將驅動電流脈衝提供至多工器，該多工器連接至顯示裝置中之個別像素。
電流脈衝可經設計用於以下二個主要應用： ●        準確地表示重新產生之影像的光譜；或 ●        藉由調整用於各子像素之電流脈衝而校正在製造製程期間出現的不均勻性，使得其在整個顯示器上皆發射相同的發射波長及強度。接著將用經調整電流脈衝驅動經調諧顯示器，其中對於各像素，將來自二個或更多子像素之發射組合以產生感知色彩。 像素大小及幾何形狀
下文所闡述的實施例依據包含具有不同面積及不同發射波長之二個子像素來說明本發明之態樣。然而，熟習此項技術者應理解，可同樣地使用相同原理來提供具有其他數目個子像素的像素。
實施例E至H使用貫穿本申請案所描述的相同可變波長LED結構。藉由在製造期間控制LED凸台之發光面積，可控制凸台所經歷的電流密度。由於電流密度管控給定LED之發射波長，如上文所描述，藉由控制LED凸台之發光面積，因此可使具有相同二極體結構之不同子像素回應於相同驅動電流而以不同波長發射。
圖80A為具有二個可變波長子像素之顯示像素的平面圖，該等子像素具有相同二極體結構，但具有不同大小，回應於相同的固定量值驅動電流而以不同峰值發射波長發射。因此，具有不同面積但具有相同二極體結構(n型層、作用層及p型層之相同分層LED結構)之分開的可變波長LED將回應於相同的絕對驅動電流而發射不同峰值發射波長。在所說明實施例中，較大子像素以紅色峰值發射波長λ 1發射，而較小子像素經歷較高電流密度且以較短的綠色峰值發射波長λ 2發射。紅色子像素及綠色子像素一起形成組合的紅色-綠色(RG)像素封裝，其可整合至裝置背板驅動器上，如圖80B中所展示。
在圖80B中，將組合的紅色-綠色(RG)像素封裝之陣列與藍色LED子像素之陣列一起安裝於背板驅動器積體電路上。各紅色-綠色(RG)像素封裝與藍色子像素組合在一起以形成顯示裝置之RGB像素。 實施例 E ：
在指定電流密度下實現多個波長的LED幾何形狀設計。
對於施加至LED (或LED子像素)之給定絕對電流，LED所經歷的電流密度將取決於LED之面積。可變波長LED之峰值發射波長可藉由控制施加至LED之電流密度而變化。因此，LED之大小、面積及幾何形狀將影響由任何給定絕對電流產生之電流密度，且因此影響所發射之峰值發射波長。
對於經組配以施加固定驅動電流I之顯示裝置，例如，提供具有面積不同之發光層的多個LED將導致彼等LED以不同峰值發射波長發射。儘管施加至不同LED之絕對驅動電流可能相同，但LED之不同表面積將意謂不同LED會經歷不同的驅動電流密度，此將導致不同峰值發射波長下的發射。
因此，甚至在不同LED子像素具有相同二極體結構(半導體層之相同配置及組成)時，藉由改變不同子像素之發光面積，彼等子像素仍可經組配為以不同峰值發射波長發射，甚至在所有彼等子像素接收相同的絕對驅動電流時亦如此。
藉由提供經組配以將多於一個固定驅動電流施加至多個LED之顯示裝置，可增加可由LED發射之峰值發射波長的種類。舉例而言，驅動電流可在二個不同驅動電流模式之間切換，使得各LED子像素可驅動為以二個不同峰值發射波長發射。峰值發射波長之絕對值由個別子像素之發光面積及驅動電流模式下之驅動電流的量值判定。
使用圖81中所展示之驅動電流密度對比波長曲線(對於例示性可變波長LED)，可得出給定峰值發射波長λ所需之電流密度ρ。
自此，可使用下式計算各波長之像素表面積：
Figure 02_image001
可接著將具有所要峰值發射波長所需之對應面積的LED凸台蝕刻至LED晶圓中，從而使具有變化之發射波長的多個LED連接至共同基體。
圖82A及圖82B示出例示性裝置像素，該裝置像素包含具有相同二極體結構但具有不同面積之二個子像素，該等子像素回應於相同驅動電流而以不同峰值發射波長發射。
在圖82A及圖82B中所示出之實例中，第一子像素凸台(凸台1)形成具有第一面積A 1之第一子像素，且第二子像素凸台(凸台2)形成具有第二面積A 2之第二子像素。可將相同驅動電流施加至二個子像素，但子像素面積之差異意謂二個子像素將經歷不同電流密度。此等不同電流密度將驅動二個子像素以不同波長發射光，即使第一及第二子像素具有相同二極體結構亦如此。
圖82A及圖82B之像素較佳藉由在包含III族氮化物材料之多孔區的半導體模板上生長LED結構來製造。LED結構可生長為在整個半導體晶圓上均勻的二極體結構。
接著可將晶圓級LED結構處理成多色顯示裝置，或處理成欲分開且整合至顯示裝置中之多個多色LED像素，如下所述。
為了提供各自含有回應於固定驅動電流I 1而以彼此不同之峰值發射波長發射之二個LED子像素的LED像素，選取二個所要峰值發射波長λ 1、λ 2。基於所生長LED結構之峰值發射波長與驅動電流密度之間的特性關係，計算各子像素產生所要峰值發射波長所需的驅動電流密度ρ 1及ρ 2。基於將用於驅動顯示器之固定驅動電流I 1，使用上文所闡述的公式來計算LED面積A 1、A 2，其將導致二個子像素經歷驅動電流密度ρ 1及ρ 2。
習知半導體蝕刻技術用於將LED結構蝕刻成多個像素，其中各像素含有形成二個離散LED子像素之LED二極體結構之二個凸台：具有面積A 1之第一凸台，其在施加驅動電流I 1時將經歷驅動電流密度ρ 1，且將因此以所要峰值發射波長λ 1發射；以及具有面積A 2之第二凸台，其在施加驅動電流I 2時將經歷驅動電流密度ρ 2，且將因此以所要峰值發射波長λ 2發射。
提供至二個子像素之驅動電流I 1及I 2可為相同驅動電流，或其量值可不同。驅動電流I 1及I 2可為固定量值驅動電流，使得子像素在使用中充當固定波長LED。替代地，驅動電流I 1及I 2可為可變量值驅動電流，使得可變波長子像素可驅動為以不同波長之範圍發射。
由於二個LED子像素凸台生長於同一基體上，因此其二者均定位於共用n型基體上。根據習知方法施加n接點及p接點，使得可分開地驅動二個子像素。
儘管以上描述係關於包含二個子像素之像素，但本發明可適用於包含任何數目個子像素之像素，且相同製程可用於形成包含不同數目個子像素之LED像素。 實施例 F ：
用於在給定發射波長下產生給定發射強度的LED幾何形狀設計。
使用圖81中所展示之驅動電流密度對比波長曲線(對於例示性可變波長LED)，選擇所需驅動電流密度(ρ 1、ρ 2)以實現二個所要發射波長(λ 1、λ 2)。
對於給定LED二極體結構，發射效率與發射波長之間的關係為已知的或可易於界定特徵，如圖83中所展示。
給定波長下的發射效率由η i給出。
在此實施例中： 1.       選擇波長λ且將其用於判定驅動電流密度ρ； 2.       λ (或ρ)下的發射效率η用於按比例調整子像素之發射面積A以實現所要輸出密度(發射強度)； 3.       自ρ×面積得出所需的驅動電流。
因此，一旦選擇了發射波長，則電流密度固定，且接著根據彼波長下的效率按比例調整子像素面積，以便實現來自子像素之所需總通量(強度)。
使用此方法，可確保子像素不僅以預期波長而且以所要發射強度發射。
在雙子像素像素之所要發射波長(λ 1、λ 2)下，以所要發射波長(λ 1、λ 2)發射所需的驅動電流密度(ρ 1、ρ 2)為已知的。彼等波長下的發射效率由η i給出。藉由考慮發射效率，計算二個子像素以所要發射強度發射所需的發光面積(A i)。
自子像素面積(A)及驅動電流密度計算得到所要發射強度所需的總驅動電流(I i)。
如上文關於實施例E所描述，凸台可經蝕刻至LED結構中以得到具有正確發光面積(A 1、A 2)之凸台，其將以所要峰值發射波長(λ 1、λ 2)發射。由於二個子像素係自同一LED結構蝕刻，因此二個子像素具有相同二極體結構，但具有不同面積(佔據面積-當自上方查看時，子像素之面積為凸台之表面積)。
由於已針對各子像素分開地計算了得到所要發射強度所需的驅動電流(I i)，因此每當施加驅動電流時，子像素便將以所要發射強度發射。
任擇地，施加至各分開的子像素之驅動電流(I i)可為不同的。此可有利地補償不同發射波長下之發射效率的差異。因此，第一子像素(例如，圖82A及圖82B中之凸台1)可由第一驅動電流I 1驅動以產生第一子像素所要之發射強度，而第二子像素(例如，圖82A及圖82B中之凸台2)可由第二驅動電流I 2驅動以產生第二子像素所要之發射強度。 實施例 G ：
用於在給定發射波長下產生給定光度的LED幾何形狀設計
使用圖81中所展示之驅動電流密度對比波長曲線(對於例示性可變波長LED)，選擇所需驅動電流密度(ρ 1、ρ 2)以實現來自二個分開的LED子像素之二個所要發射波長(λ 1、λ 2)。
對於給定LED二極體結構，發射效率與發射波長之間的關係為已知的或可易於界定特徵，如圖83中所展示。
在以所要發射波長發射所需之設計驅動電流密度下，發射效率由η i給出。
此可接著與明視光度函數組合。對於給定LED二極體結構，用於不同波長下之發射的明視光度函數為已知的或可易於界定特徵，如圖84中針對例示性子像素所示出。
自此，可計算LED子像素得到所要發射光度所需之總電流(I i)。
最後，根據此所需電流(I i)及電流密度，可使用以上公式來計算LED子像素之凸台面積，使得要求被滿足且當施加驅動電流時，子像素將以所要峰值發射波長及所要光度發射光。
類似於上文所描述之實施例，具有不同面積(佔據面積)之多個LED子像素可藉由將半導體晶圓蝕刻成多個子像素凸台而形成具有對應於所要子像素面積之凸台面積。 實施例 H ：
針對二個或更多波長之同心發射而最佳化的LED幾何形狀。
圖85A及圖85B示出雙子像素裝置像素之例示性實施例，其中二個子像素係以圍繞圓形子像素2同心地定位之環形子像素1之形式提供。二個子像素設置於共用導電基體上且連接至共同n接點，但子像素1及2連接至分開的p接點，經由該等p接點，子像素接合至驅動器背板IC。
圖85A及圖85B展示二個同心子像素，然而，發射波長之數目可與所需一樣大，其中各後續子像素形成以最小子像素為中心的環。
在單層而非質量轉移中控制裝置之佈局的額外自由度允許： 1.       校正成像光學件之色像差；以及 2.       產生具有相同表觀中心之多色像素。
上文所闡述的原理可用於計算不同子像素以所要波長發射光所需的面積。一旦已知彼等子像素面積，該等子像素便可以具有多種子像素幾何形狀之多種形狀形成。舉例而言，在上文所說明之實例中，子像素可形成為一者圍繞另一者之同心環。此同心配置可藉由以下操作轉換成顯示裝置：將具有所要佔據面積之同心圓蝕刻成包含共用n型導電層之LED晶圓；以及接著在接合p接點以將各個別子像素連接至驅動器背板IC之前翻轉晶圓。驅動器背板IC經組配以將一驅動電流或多個不同驅動電流施加至各子像素，使得可彼此分開地控制離散子像素。
1:連接層 2:塊狀n摻雜III族氮化物區 3:發光區 4:非摻雜封蓋層/發光區封蓋層 5:電子阻擋III族氮化物層(EBL) 6:p摻雜層 7:透明導電層 8:氧化物鈍化層/第二遮罩層/電氣絕緣遮罩層/介電遮罩材料/氧化物 9:電氣p接點/金屬接點/金屬接觸層 9A:最大電氣接點 9B:電氣接點 9C:最小電氣接點 10:金屬接點 11:載體晶圓/基體/背板 12:覆蓋玻璃或透明材料 100:SiN電流約束層/介電電流約束層 110:圓孔 311:第一v形凹坑 312:第二v形凹坑 330:穿透位錯 340:側壁 390:電氣絕緣遮罩層 T:厚度 D:厚度
現將參看諸圖描述本發明之實施例，其中： 圖1示出適合於根據本發明之LED的多孔模板； 圖2至圖18示出製造根據本發明之較佳實施例之LED的步驟； 圖19為多孔區上方之InGaN LED的正規化電致發光(EL)強度對比波長的曲線圖； 圖20為無孔基體上之InGaN LED在不同電流注入下的正規化電致發光(EL)強度對比波長的曲線圖； 圖21為與圖20相同的生長於多孔區上方之InGaN LED在不同電流注入下的正規化電致發光(EL)強度對比波長的曲線圖； 圖22為針對無孔基體上之不同像素大小之InGaN微型LED所量測的I-V曲線，其中插圖影像展示黃色發射； 圖23為針對多孔基體上之不同像素大小之InGaN微型LED所量測的I-V曲線，其中插圖影像展示紅色發射； 圖24為針對具有子表面多孔區之模板上的不同像素大小之InGaN微型LED所量測的I-V曲線； 圖25為針對具有子表面多孔區之模板上的不同像素大小之InGaN微型LED所量測的低電流I-V曲線； 圖26為在定波模式(CW)中以不同電流驅動同一微型LED像素的一系列五個EL影像，其展示五種不同的發射色彩； 圖27A為在脈衝為100 μs、占空比為1%之脈衝模式中驅動的25 μm×25 μm 100×100可變波長LED像素陣列之發射波長對比電流密度的曲線圖； 圖27B為在脈衝為100 μs、占空比為1%之脈衝模式下驅動的30 μm×30 μm 100×100可變波長LED像素陣列之發射波長對比電流密度的曲線圖； 圖28為在脈衝為100 μs、占空比為1%之脈衝驅動模式下以不同電流驅動的單個可變波長LED之強度對比波長的曲線圖； 圖29A為根據本發明之較佳實施例的包含電流約束層之LED結構的示意性繪圖； 圖29B為根據本發明之另一較佳實施例的包含電流約束層之LED結構的示意性繪圖； 圖30為根據本發明之較佳實施例的LED之示意性橫截面； 圖31至圖34為包括二個v形凹坑之圖30的LED之示意性橫截面； 圖35為根據本發明之較佳實施例的具有v形凹坑之LED的橫截面之TEM影像； 圖36為根據本發明之可變波長LED的正規化強度對比峰值發射波長之曲線圖； 圖37為根據本發明之可變波長LED的峰值發射波長對比驅動電流之曲線圖；以及 圖38為不同像素大小之可變波長LED的峰值發射波長之曲線圖； 圖39為根據本發明之較佳實施例的可變波長LED結構之示意性側向橫截面； 圖40為根據本發明之另一較佳實施例的可變波長LED結構之示意性側向橫截面； 圖41為LED二極體中接觸層與半導體層之間的接觸面積之示意性圖示； 圖42為定位於LED子像素凸台上方之電氣接點的示意性平面圖； 圖43A為三個子像素凸台之示意性圖示，該等凸台具有相同的子像素凸台面積，但具有不同接觸面積且因此具有不同接觸比； 圖43B為三個子像素凸台之示意性圖示，該等凸台具有相同的子像素凸台面積及相同的接觸襯墊大小，但具有不同接觸面積且因此具有不同接觸比； 圖43C為三個子像素凸台之示意性圖示，該等凸台具有不同的子像素凸台面積、不同接觸面積及不同接觸比； 圖44為共用半導體模板上之三個子像素的示意性側向橫截面，該等子像素具有不同接觸面積且因此具有不同接觸比； 圖45為共用半導體模板上之三個子像素的示意性側向橫截面，該等子像素具有不同接觸面積且因此具有不同接觸比。 圖46A至圖46G示出根據本發明之可變波長LED的不均勻的、碎片化的或不連續的發光區之替代實施例； 圖47A為習知非可變波長LED之橫截面的TEM影像； 圖47B為根據本發明之實施例的包含v形凹坑之可變波長LED的發光區之TEM影像； 圖47C為根據本發明之較佳實施例的圖47B之可變波長LED的TEM影像，其展示多孔區及包含多個v形凹坑之發光區； 圖48A為習知非可變波長LED之峰值發射波長對比驅動電流密度的曲線圖； 圖48B為根據本發明之實施例的可變波長LED之峰值發射波長對比驅動電流密度的曲線圖； 圖48C為根據本發明之另一實施例的可變波長LED之峰值發射波長對比驅動電流密度的曲線圖； 圖49A為根據本發明之另一可變波長LED之峰值發射波長對比驅動電流密度的曲線圖； 圖49B至圖49E為圖49A之可變波長LED的相片，其中插圖發射光譜展示不同驅動電流密度下之不同峰值發射波長； 圖50A為習知顯示像素中之單色子像素之空間組合的示意性圖示； 圖50B至圖50G為含有根據本發明之至少一個可變波長LED的LED顯示裝置像素之示意性圖示； 圖51A至51C示出可用先前技術顯示器及本發明之裝置獲得的色域； 圖52A至圖52D示出根據本發明之實施例的顯示像素及可用彼像素獲得之色域； 圖53示出控制顯示像素之方法，該顯示像素含有根據本發明之可變波長LED； 圖54A及圖54B示出根據本發明之實施例的顯示像素及可用彼像素獲得之色域； 圖55A至圖55D示出根據本發明之另一實施例的顯示像素及可用彼像素獲得之色域； 圖56示出根據本發明之另一實施例的顯示像素及可用彼像素獲得之色域； 圖57示出根據本發明之另一實施例的顯示像素及可用彼像素獲得之色域； 圖58示出根據本發明之另一實施例的顯示像素及可用彼像素獲得之色域； 圖59A示出根據本發明之實施例的可變波長顯示像素，且圖59B至圖60D示出用於控制圖59A之像素的驅動方案； 圖61A示出根據本發明之實施例的顯示像素，且圖61B至圖61C示出用於控制圖61A之像素的驅動方案； 圖62示出根據本發明之實施例的顯示像素及用於控制像素之驅動方案； 圖63示出根據本發明之實施例的顯示像素及用於控制像素之驅動方案； 圖64A為用於根據本發明之可變波長LED的驅動電流條件之示意性圖示 圖64B示出根據本發明之可變波長LED回應於不同驅動電流而發射的峰值發射波長； 圖65為用於根據本發明之實施例1的可變波長LED的驅動電流條件之示意性圖示； 圖66為用於根據本發明之實施例2的可變波長LED的驅動電流條件之示意性圖示； 圖67為用於根據本發明之實施例3的可變波長LED的驅動電流條件之示意性圖示； 圖68為用於根據本發明之實施例4的可變波長LED的驅動電流條件之示意性圖示； 圖69為用於根據本發明之實施例5的可變波長LED的驅動電流條件之示意性圖示； 圖70示出由根據本發明之可變波長LED發射的峰值發射波長，其覆疊有五個不同驅動電流； 圖71示出五個不同驅動電流之數位脈衝的圖案； 圖72示出可變波長LED回應於圖71之脈衝圖案而發射的所得發射光譜； 圖73A至圖73D示出根據本發明之實施例A的使用驅動電流之多個數位脈衝的光譜重建構； 圖74示出例示性目標發射光譜； 圖75示出根據本發明之可變波長LED回應於不同驅動電流而發射的峰值發射波長； 圖76示出可用於本發明之實施例B中的例示性類比驅動電流脈衝； 圖77示出可變波長LED回應於圖63之類比電流脈衝而產生的感知輸出光譜； 圖78示出根據本發明之較佳實施例C的大面積光譜可調諧照明源； 圖79示出根據本發明之較佳實施例D的包含光譜可調諧像素之光譜校正顯示裝置； 圖80A為具有二個可變波長子像素之顯示像素的示意性平面圖，該等子像素具有相同二極體結構，但具有不同發光面積； 圖80B展示圖80A之紅色-綠色(RG)像素封裝的陣列，其安裝於具有藍色LED子像素之陣列的背板驅動器積體電路上； 圖81為根據本發明之態樣的可變波長LED子像素之驅動電流密度對比發射波長的曲線圖； 圖82A及圖82B示出包含二個子像素之例示性裝置像素，該等子像素具有相同二極體結構但具有不同面積； 圖83示出根據本發明之態樣的例示性可變波長LED子像素之發射效率與發射波長之間的關係； 圖84示出根據本發明之態樣的例示性可變波長LED子像素在不同波長下之發射的明視光度函數； 圖85A為根據本發明之較佳實施例的雙子像素裝置像素之示意性平面圖；以及 圖85B為沿著線A-A截取之圖85A的像素之示意性側向橫截面圖。

Claims (84)

  1. 一種可變波長發光二極體(LED)，其包含： 一n摻雜部分； 一p摻雜部分； 一發光區，其位於該n摻雜部分與一p摻雜部分之間，該發光區包含一發光層，該發光層在跨越其之電氣偏壓下以一峰值發射波長發射光； 其中該LED經組配以接收一電力供應，其中藉由改變該電力供應，可在至少40 nm之一發射波長範圍內連續地控制該LED之該峰值發射波長。
  2. 如請求項1之LED，其中該LED為一動態色彩可調諧LED，其中可藉由改變由該電力供應提供至該LED之驅動條件來調諧該LED之該峰值發射波長。
  3. 如請求項1或2之LED，其中該LED可驅動以回應於一穩定電力供應而以一單個峰值發射波長發射，且回應於該電力供應之變化而以不同峰值發射波長發射。
  4. 如請求項1至3中任一項之LED，其中該n摻雜部分、該p摻雜部分及該發光區皆包含III族氮化物材料或由III族氮化物材料組成，該III族氮化物材料較佳為GaN、InGaN、AlGaN或AlInGaN。
  5. 如請求項1至4中任一項之LED，其中該可變波長LED含有一單個磊晶生長的二極體結構，其含有該n摻雜部分、該p摻雜部分及該發光區。
  6. 如請求項1至5中任一項之LED，其中該發光二極體包含III族氮化物材料之一多孔區。
  7. 如請求項6之LED，其中該n摻雜部分或該p摻雜部分中之一者含有III族氮化物材料之該多孔區。
  8. 如請求項6之LED，其中該n摻雜部分；該p摻雜部分；以及該發光區設置於包含III族氮化物材料之該多孔區的一基體上。
  9. 如請求項1至8中任一項之LED，其中該發光區包含一多量子井(MQW)，該多量子井含有多個量子井(QW)或量子點、量子線及其他量子奈米結構。
  10. 如請求項1至9中任一項之LED，其中該發光區包含多個量子井(QW)，且其中該等量子井為連續的。
  11. 如請求項1至10中任一項之LED，其中該發光區經組配以在量子井中包含載流子定位中心，諸如具有不同銦組成之多個QW，及/或具有不同組成之量子障壁，及/或具有井寬之波動的QW，及/或在該發光區中包含InGaN量子點或奈米結構，及/或包含形成於極性、半極性或非極性面上之量子井。
  12. 如請求項1至11中任一項之LED，其中該發光區包含多個量子井(QW)，且其中該等量子井為不均勻的、碎片化的或不連續的。
  13. 如請求項11或12之LED，其中該等多個QW包含井寬或合金組成之波動。
  14. 如請求項13之LED，其中該等QW之該井寬波動至少2%、5%、10%、20%、25%或50%或75%，或其中該等QW之銦含量在該發光區上變化至少2%、5%、10%、20%、25%或50%或75%。
  15. 如請求項11至14中任一項之LED，其中該LED包含延伸或傳播穿過該發光區之一v形凹坑，較佳地其中該LED包含延伸穿過該發光區之多個v形凹坑。
  16. 如請求項15之LED，其中該LED包含至少1×10 7/cm 2，例如至少5×10 7/cm 2或至少1×10 8/cm 2之一v形凹坑密度，例如1×10 7/cm 2至5×10 9/cm 2之一v形凹坑密度。
  17. 如請求項15或16之LED，其中該LED包含小於5×10 9/cm 2之一v形凹坑密度，例如小於1×10 9/cm 2或小於5×10 8/cm 2之一v形凹坑密度。
  18. 如請求項1至17中任一項之LED，其中該LED之該發射波長回應於由電源提供之驅動條件在一驅動範圍內連續地變化而在該發射波長範圍內連續可變。
  19. 如請求項1至18中任一項之LED，其中藉由改變該電力供應，可在至少50 nm或至少60 nm或至少70 nm或至少80 nm之一發射波長範圍內，較佳在最高至100 nm或110 nm或120 nm或140 nm或160 nm或180 nm或200 nm或400 nm或450 nm之一範圍內控制該峰值發射波長。
  20. 如請求項1至19中任一項之LED，其中藉由改變該電力供應，可在400 nm與850 nm之間或400 nm與800 nm之間，較佳在430 nm與675 nm之間或520 nm與660 nm之間或550 nm與650 nm之間控制該峰值發射波長。
  21. 如請求項1至20中任一項之LED，其中藉由改變由該電力供應提供之該等驅動條件，該LED可控制以發射至少三個離散峰值發射波長。
  22. 如請求項1至21中任一項之LED，其中該LED可控制為回應於由該電力供應提供之一第一驅動條件而以一第一峰值發射波長發射，回應於由該電力供應提供之一第二驅動條件而以一第二峰值發射波長發射且回應於由該電力供應提供之一第三驅動條件而以一第三峰值發射波長發射。
  23. 如請求項1至22中任一項之LED，其中該LED可控制為回應於由該電力供應提供之一第一驅動條件而發射一藍色峰值發射波長，回應於由該電力供應提供之一第二驅動條件而發射一綠色峰值發射波長且回應於由該電力供應提供之一第三驅動條件而發射一紅色峰值發射波長。
  24. 如請求項1至23中任一項之LED，其中該LED可控制為回應於由該電力供應提供之一第一驅動條件而發射在400至500 nm之範圍內的一第一峰值發射波長，回應於由該電力供應提供之一第二驅動條件而發射在500至550 nm之範圍內的一第二峰值發射波長，且回應於由該電力供應提供之一第三驅動條件而發射大於600 nm之一第三峰值發射波長。
  25. 如請求項1至24中任一項之LED，其中該LED可控制為回應於由該電力供應提供之一第一驅動條件而發射在430至460 nm之範圍內的一第一峰值發射波長，回應於由該電力供應提供之一第二驅動條件而發射在510至560 nm之範圍內的一第二峰值發射波長，且回應於由該電力供應提供之一第三驅動條件而發射在600至660 nm之範圍內的一第三峰值發射波長。
  26. 如請求項1至25中任一項之LED，其中該LED經組配以接收一驅動電流，且其中藉由改變提供至該LED之該驅動電流的量值，可在至少40 nm之一發射波長範圍內連續地控制該LED之該峰值發射波長。
  27. 如請求項23至26中任一項之LED，其中該等第一、第二及第三驅動條件為第一、第二及第三電流密度。
  28. 如請求項1至27中任一項之LED，其中藉由改變提供至該LED之該電力供應之該電流密度，可控制該LED之該峰值發射波長。
  29. 如請求項28之LED，其中該峰值發射波長回應於該電力供應之該電流密度的一增加而減小。
  30. 如請求項28或29之LED，其中該LED在該電力供應具有一第一電流密度時以一第一峰值發射波長發射，且在該電力供應具有低於該第一電流密度之一第二電流密度時以長於該第一發射波長之一第二峰值發射波長發射。
  31. 如請求項28、29或30之LED，其中該第一峰值發射波長低於570 nm且該第二峰值發射波長高於610 nm，使得該LED回應於該第一電流密度而發射綠光且回應於該第二電流密度而發射紅光。
  32. 如請求項30或31之LED，其中該LED在該電力供應具有一第三電流密度時以一第三峰值發射波長發射。
  33. 如請求項1至32中任一項之LED，其中該LED可藉由0.001 A/cm 2至1000 A/cm 2之電流密度驅動。
  34. 如請求項1至33中任一項之LED，其中各驅動條件之占空比可為至少0.001%、0.01%、0.1%、1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%或100%。
  35. 如請求項29至34中任一項之LED，其中該LED回應於大於3 A/cm 2或大於5 A/cm 2或大於7 A/cm 2或大於9 A/cm 2或大於10 A/cm 2或大於11 A/cm 2之一電流密度而以570 nm或更低之一波長發射光。
  36. 如請求項29至35中任一項之LED，其中該LED回應於小於4 A/cm 2或小於3 A/cm 2或或小於2 A/cm 2之一電流密度而以大於610 nm之一波長發射光。
  37. 如請求項29至36中任一項之LED，其中該LED回應於大於19 A/cm 2或大於20 A/cm 2或大於21 A/cm 2之一電流密度而以430 nm與500 nm之間的一波長發射光。
  38. 如請求項1至37中任一項之LED，其中該發光層為一發光氮化銦鎵層。
  39. 如請求項1至38中任一項之LED，其中該多孔區具有至少1 nm，較佳至少10 nm，尤其較佳至少50 nm之一厚度。
  40. 如請求項1至39中任一項之LED，其中該LED包含定位於該n摻雜部分與該多孔區之間的III族氮化物材料之一連接層，較佳地其中該連接層之厚度為至少10 nm。
  41. 如請求項40之LED，其包含定位於該多孔區與該連接層之間的III族氮化物材料之一無孔中間層。
  42. 如請求項1至41中任一項之LED，其中該發光區形成於一多孔區上方，該多孔區包含III族氮化物材料之交替的多孔層及無孔層之一堆疊。
  43. 如請求項1至42中任一項之LED，其中該發光層包含一或多個量子井，較佳1至7個量子井。
  44. 如請求項1至43中任一項之LED，其中該發光層為一奈米結構層，該奈米結構層包含諸如量子點、碎片化或不連續之量子井的量子結構。
  45. 如請求項43或44之LED，其中該發光層為一發光氮化銦鎵層，且該發光氮化銦鎵層及/或該等量子井具有組成In xGa 1-xN，其中0.05≤x≤0.40，較佳0.12≤x≤0.35或0.20≤x≤0.30或0.22≤x≤0.30。
  46. 如請求項1至45中任一項之LED，其中該多孔區為一連續多孔區，或與無孔區交替之一多孔區，或一分佈式布拉格反射器之部分，或並非一分佈式布拉格反射器(DBR)之部分。
  47. 如請求項1至46中任一項之LED，其中該發光區具有大於50 nm、100 nm、200 nm、300 nm、500 nm、600 nm、700 nm、800 nm、900 nm、1 µm、2 µm、3 µm、4 µm、5 µm或10 µm、20 µm、30 µm、40 µm、50 µm、60 µm、70 µm、80 µm、90 µm或大於100 µm或200 µm、300 µm且小於1000 µm之側向尺寸。
  48. 如請求項1至47中任一項之LED，其中該發光區具有100 µm與200 µm之間的側向尺寸，或其中該發光區具有小於100 µm或小於75 µm或小於50 µm或小於30 µm或小於25 µm或小於10 µm或小於5 µm或小於2 µm之側向尺寸。
  49. 如請求項1至48中任一項之LED，其中該LED具有選自以下各者之一形狀：圓形、三角形、矩形、正方形、橢圓形、菱形、六邊形、五邊形及此等形狀之任何組合。
  50. 一種LED陣列，其包含多個如請求項1至49中任一項之LED。
  51. 一種顯示裝置，其包含如請求項1至49中任一項之可變波長LED，該可變波長LED經組配以自一電力供應器接收一驅動電流。
  52. 如請求項51之顯示裝置，其包含多個如請求項1至49之可變波長LED，各可變波長LED經組配以接收其自身的電力供應，其中該等多個LED中之各者可控制以使得可藉由改變至各LED之該電力供應來控制彼LED之該峰值發射波長。
  53. 如請求項51或52之顯示裝置，其包含經組配以將一驅動電流提供至該等多個可變波長LED之一電力供應器。
  54. 一種控制可變波長LED之方法，該方法包含以下步驟： 將一電力供應提供至如請求項1至49中任一項之可變波長LED；以及 控制該電力供應以在該發射波長範圍內改變該可變波長LED之該峰值發射波長。
  55. 如請求項54之方法，其中控制該電力供應以在至少40 nm或至少50 nm或至少60 nm或至少70 nm或至少80 nm之一發射波長範圍內，較佳在最高至100 nm或110 nm或120 nm或140 nm或160 nm或180 nm或200 nm之一範圍內改變該峰值發射波長。
  56. 如請求項54或55之方法，其中控制該電力供應以藉由改變該電力供應來在400 nm與800 nm之間，較佳520 nm與660 nm之間或550 nm與650 nm之間或560 nm與680 nm之間改變該峰值發射波長。
  57. 如請求項54至56中任一項之方法，其包含以下步驟：將一驅動電流提供至該可變波長LED；以及改變該驅動電流之該量值以在該發射波長範圍內改變該可變波長LED之該峰值發射波長。
  58. 如請求項54至57中任一項之方法，其中控制該電力供應以藉由改變提供至該LED之該電流密度來改變該LED之該峰值發射波長。
  59. 如請求項58之方法，其中由該電力供應提供之該電流密度增加以便減小該LED之該峰值發射波長，或其中由該電力供應提供之該電流密度減小以便增加該LED之該峰值發射波長。
  60. 如請求項58或59之方法，其中控制該電力供應以供應該LED以一第一峰值發射波長發射之一第一電流密度，且控制該電力供應以供應低於該第一電流密度之一第二電流密度，使得該LED以長於該第一發射波長之一第二峰值發射波長發射。
  61. 如請求項60之方法，其中該第一峰值發射波長低於570 nm且該第二峰值發射波長高於610 nm，使得該LED回應於該第一電流密度而發射綠光且回應於該第二電流密度而發射紅光。
  62. 如請求項54至61中任一項之方法，其中該電力供應係在一脈衝寬度調變(PWM)模式及/或一脈衝振幅調變(PAM)模式下操作。
  63. 如請求項54至62中任一項之方法，其中該電力供應為一脈衝式電力供應，或其中該電力供應為一連續波(CW)或準連續波電力供應。
  64. 如請求項54至63中任一項之方法，其中該電力供應為一恆壓電力供應，或其中該電力供應為一恆流電力供應。
  65. 如請求項54至64中任一項之方法，其中在一個顯示訊框期間，該電力供應之振幅在至少二個非零值之間改變。
  66. 如請求項54至65中任一項之方法，其中在一個顯示訊框期間，該電力供應之該振幅在多個離散非零值之間改變。
  67. 如請求項54至66中任一項之方法，其中控制該電力供應以將0.001 A/cm 2與1000 A/cm 2之間的一電流密度提供至該LED。
  68. 如請求項54至67中任一項之方法，其中控制該電力供應以針對至少0.001%、0.01%、0.1%、1%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、或100%之一占空比將一驅動電流提供至該LED。
  69. 如請求項54至68中任一項之方法，其包含以下步驟：提供一第一驅動電流使得該LED以一第一峰值發射波長發射；以及提供具有不同於該第一驅動電流之一振幅的一第二驅動電流使得該LED以一第二峰值發射波長發射。
  70. 如請求項69之方法，其中針對一第一占空比將該第一驅動電流提供至該LED，且針對一第二占空比將該第二驅動電流提供至該LED。
  71. 如請求項70之方法，其包含以下步驟：控制該第一占空比及/或該第二占空比之持續時間以便控制由顯示裝置產生之一觀測亮度及/或色度。
  72. 如請求項54至71中任一項之方法，其包含以下步驟：提供具有不同於該第一驅動電流及該第二驅動電流之一振幅的一第三驅動電流，使得該LED以一第三峰值發射波長發射。
  73. 如請求項72之方法，其包含針對一第三占空比將該第三驅動電流提供至該LED之步驟。
  74. 如請求項72或73之方法，其包含以下步驟：控制該第三占空比之持續時間以便控制由該顯示裝置產生之一觀測亮度及/或色度。
  75. 一種製造可變波長LED之方法，該方法包含生長以下各者之步驟： 一n摻雜部分； 一p摻雜部分；以及 一發光區，其位於該n摻雜部分與一p摻雜部分之間，該發光區包含一發光層，該發光層在跨越其之電氣偏壓下以一峰值發射波長發射光。
  76. 如請求項75之方法，其包含在III族氮化物材料之一多孔區上方過度生長該n摻雜部分、該p摻雜部分及該發光區的步驟。
  77. 如請求項75之方法，其包含以下步驟：在該n摻雜部分或該p摻雜部分中之至少一者中形成III族氮化物材料之一多孔區，且在III族氮化物材料之一多孔區上方形成該發光區。
  78. 如請求項75、76或77之方法，其包含以下步驟：形成在量子井中具有載流子定位中心之發光作用區，諸如具有不同銦組成及井寬以及量子障壁之多種類型之QW區，將導致該井寬之波動的不均勻的或碎片化的或斷裂的或有間隙的或不連續的量子井，量子點或奈米結構，形成於極性、半極性或非極性面上之量子井等。
  79. 如請求項178之方法，其中該發光區包含多個量子井(QW)，且其中該等量子井為不均勻的、碎片化的或不連續的。
  80. 如請求項78之方法，其中該等多個QW包含銦組成波動及/或井寬波動。
  81. 如請求項78之方法，其包含以下步驟：在LED結構中形成一或多個v形凹坑，使得該等v形凹坑延伸穿過該發光區，較佳形成延伸穿過該發光區之多個v形凹坑。
  82. 如請求項81之方法，其包含以下步驟：形成至少0.1個v形凹坑/平方微米或至少1個v形凹坑/平方微米或至少2個v形凹坑/平方微米。
  83. 如請求項81之方法，其包含以下步驟：在該發光區中形成至少1×10 7/cm 2，例如至少5×10 7/cm 2或至少1×10 8/cm 2之一v形凹坑密度，例如1×10 7/cm 2至5×10 9/cm 2之一v形凹坑密度。
  84. 如請求項81之方法，其包含以下步驟：在該發光區中形成小於5×10 9/cm 2之一v形凹坑密度，例如小於1×10 9/cm 2或小於5×10 8/cm 2之一v形凹坑密度。
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