TWI754988B - 具有改良色純度之發光二極體 - Google Patents

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Abstract

提供一種發光二極體，其具有一LED層，該LED層經組態以從一光發射表面發射具有一泵浦光波長之泵浦光，該LED層包括複數個III族氮化物層。一容器層設置於該LED層之該光發射表面上，容器表面包括一開口，該開口界定穿過該容器層到達該LED層之該光發射表面的一容器體積。一色彩轉換層設置於該容器體積中，該色彩轉換層經組態以吸收泵浦光且發射具有一轉換光波長之轉換光，該轉換光波長比該泵浦光波長長。一透鏡在該開口之上設置於該容器表面上，該透鏡在該透鏡之與該色彩轉換層相反的一側上具有一凸表面。一泵浦光反射器層疊物設置於該透鏡之該凸表面之上，該泵浦光反射器層疊物具有經組態以反射該泵浦光之一阻帶，該阻帶以一第一波長為中心。

Description

具有改良色純度之發光二極體
本揭露係關於發光二極體(Light Emitting Diode；LED)及LED陣列。特別地，本揭露係關於包括III族氮化物之LED。
微型LED陣列常常被定義為大小為100 x 100 µm2或更小之LED之陣列。微型LED陣列係適合在多種裝置中使用之自發射型微型顯示器/投影儀，該等裝置諸如智慧型手錶、頭戴式顯示器、抬頭顯示器、攝錄影機、取景器、多位點激發源及微型投影儀。
一種已知形式的微型LED陣列包括由III族氮化物形成之複數個LED。III族氮化物LED係在作用發光區中含有GaN及其與InN及AlN之合金的無機半導體LED。與習知的大面積LED (例如有機發光二極體(organic light emitting diode, OLED)，其中發光層係有機化合物)相比，III族氮化物LED可在顯著更高的電流密度下被驅動且發射更高的光功率密度。因此，更高的光度(亮度)(定義為每單位面積光源在給定方向上發射之光的量)使微型LED適合於需要或受益於高亮度之應用。例如，受益於高亮度之應用可包括高亮度環境或投影儀中的顯示器。另外，已知III族氮化物微型LED與其他習知的大面積LED相比具有相對高的發光效力(以每瓦特流明(lm/W)表示)。與其他光源相比，III族氮化物微型LED陣列之相對高的發光效力減少了功率使用且使微型LED特別適合於可攜式裝置。
在許多應用中，希望提供能夠輸出具有一系列波長之光之微型LED陣列(即，彩色顯示器/投影儀)。例如，在許多彩色顯示器中，希望提供具有在共同基板上的複數個圖元之微型LED陣列，其中每一圖元可輸出例如紅光、綠光及藍光之組合。
一般而言，有兩種主要的方法來提供包括複數個圖元之LED彩色顯示器，每一圖元能夠輸出一系列不同色彩。一種方法試圖為陣列之每一圖元提供複數個LED，其中每一LED經配置來發射具有不同波長的光。
替代性方法係為陣列之每一圖元提供一或多種色彩轉換材料，諸如磷光體或量子點。此類色彩轉換材料可將更高能量的光(泵浦光)轉換成更低能量的光(轉換光)以便提供子圖元之所要色彩。
使用色彩轉換材料的一個問題在於，有效地將光從泵浦光波長轉換成轉換光波長、然後從裝置僅提取轉換光具有挑戰性。降低提取轉換光之效率的一種因素在於，色彩轉換材料(例如量子點)亦可能吸收轉換光。
此外，當使用色彩轉換材料時，希望LED僅輸出轉換光而不輸出泵浦光。若泵浦光從LED洩漏，則LED之色純度降低。LED之色純度在許多應用(例如顯示器)係LED之重要參數。
減少泵浦光洩漏之一種選項係使用分散式布拉格反射體來反射泵浦光。在「Optical cross-talk reduction in a quantum dot-based full-colour micro-light-emitting-diode display by a lithographic-fabricated photoresist mold」 (Photonics Research, Vol. 5, No. 5, October 2017)中，使用UV微型LED陣列作為量子點(QD)之有效激發源。為了減少子圖元之間的光串擾，使用簡單的微影方法及光阻劑來製造模具，該模具由用於添加QD之開口及用於減少串擾之阻擋壁組成。將分散式布拉格反射體(Distributed Bragg Reflector, DBR)設置於QD之上以反射穿過QD之UV光，從而增加QD之光發射。DBR亦用於藉由阻止泵浦光穿過LED來增加LED之色純度。
為了進一步減少泵浦光洩漏，LED中設置有色彩轉換材料之部分可襯有經組態來吸收泵浦光之材料。在「Monolithic Red/Green/Blue Micro-LEDs with HBR and DBR structures」 (Chen, et. al, IEEE Photonics Technology Letters, Vol. 30, No. 3, 1 February 2018)中，將具有光阻擋能力之黑色矩陣光阻劑旋塗至微型LED上。黑色矩陣光阻劑可阻擋從包括紅色或綠色量子點的藍色微型LED之側面發射之藍光。因此，相鄰LED之間的藍光串擾由黑色矩陣光阻劑減少。然而，轉換效率明顯降低，因為入射於每一子圖元之內壁上的所有可見光均被吸收。
因此，需要進一步改良包括色彩轉換材料之LED之色純度以及效率。
本發明之目標係提供處理與先前技術LED相關聯的問題中之至少一者之改良LED，或至少提供其商業上有用的替代方案。
本發明人已意識到，希望改良色效率並阻擋每一圖元之間的串擾，同時亦提高包括色彩轉換材料之LED之純度。影響此類LED之色純度及效率的因素包括從LED之泵浦光洩漏、色彩轉換材料轉換泵浦光之效率，及LED提取轉換光之效率。
本發明人已意識到，習知的DBR (諸如「Optical cross-talk reduction in a quantum dot-based full-colour micro-light-emitting-diode display by a lithographic-fabricated photoresist mold」中所揭露之DBR)在應用於具有色彩轉換材料之LED時具有數個明顯的缺點。第1a圖展示習知的DBR在一系列不同入射角下的反射率之示意圖。應瞭解，儘管DBR在通帶區(即，阻帶之任一側)中之反射率小於在阻帶中之反射率，但是反射率仍然很高。
如第1a圖所示，改變DBR之入射角使通帶中的反射率之諧波峰值之峰值波長偏移。如第1a圖所示，在0°與30°之間改變(相對於法線的)入射角使諧波峰值跨相當大比例的可見光波帶偏移。
色彩轉換材料(例如量子點)輸出之轉換光係在所有方向上從色彩轉換材料輸出。因此，對於包含DBR之LED，相當大比例的入射於DBR上之轉換光將具有非零入射角。這對設計出在轉換光波長(例如綠光或紅光)下具有低反射率但在泵浦光波長(例如藍光)下具有高反射率的反射器提出了挑戰。
根據本發明之第一態樣，提供一種LED。LED包括LED層、容器層、色彩轉換層、透鏡及泵浦光反射器層疊物。LED層經組態以從光發射表面發射具有泵浦光波長之泵浦光，LED層包括複數個III族氮化物層。容器層設置於LED層之光發射表面上。容器層在容器層之與光發射表面相反的一側上具有容器表面，該容器表面包括開口，該開口界定穿過容器層到達LED層之光發射表面的容器體積。色彩轉換層設置於容器體積中，色彩轉換層經組態以吸收泵浦光且發射具有轉換光波長之轉換光，轉換光波長比泵浦光波長長。透鏡在開口之上設置於容器表面上。透鏡在透鏡之與色彩轉換層相反的一側上具有凸表面。泵浦光反射器層疊物設置於透鏡之凸表面之上。泵浦光反射器層疊物具有經組態以反射泵浦光之阻帶。阻帶以第一波長為中心。泵浦光反射器層疊物包括： (i)  第一介面層，其設置於透鏡之凸表面上；第一介面層具有第一厚度及第一折射率，其中第一折射率及第一厚度的乘積係第一波長的八分之一； (ii) 複數個層，其在以下層之間交替：具有第二折射率及第二厚度的低反射率層，其中第二折射率低於第一折射率；及具有第三厚度及第三折射率的高反射率層，第三折射率高於第二折射率，其中低反射率層中之每一者之第二折射率及第二厚度的乘積係第一波長的四分之一，且高反射率層中之每一者之第三折射率及第三厚度的乘積係第一波長的四分之一；及 (iii) 第二介面層，其設置於複數個層中之低反射率層上，第二介面層具有第四折射率及第四厚度，其中第四折射率及第四厚度的乘積係第一波長的八分之一。
根據第一態樣之泵浦光反射器層疊物經組態成對於由LED層產生之具有泵浦光波長之光具有高反射率。反射器層疊物亦經組態成對於由色彩轉換材料輸出之具有轉換光波長之光具有低反射率。因而，泵浦光反射器層疊物實際上係用於具有約為泵浦光波長之波長之光的帶阻濾光片，且將透射轉換光。與此項技術中已知的DBR相對照，泵浦光反射器層疊物之反射率在其上通帶中具有受到抑制的諧波峰值。因此，與DBR相比較，泵浦光反射器層疊物將反射更低比例的由色彩轉換材料輸出之轉換光。
此外，泵浦光反射器層疊物在上通帶中之反射率對光之入射角之變化的敏感度顯著更低。例如，根據第一態樣之泵浦光反射器層疊物可具有對於以從0°直至30°及超過30°之入射角入射於泵浦光反射器層疊物上之轉換光保持相對低(例如，小於10%)的反射率。因此，與習知的DBR相比較，泵浦光反射器層疊物將反射更低比例的具有一系列不同入射角之轉換光。
本發明人亦已意識到，與提供具有反射器之LED相關聯的另一個問題在於，以超過45°之入射角入射於反射器上之光將在反射器與LED之間的介面處被全內反射。如上所述，色彩轉換材料通常吸收一定比例的轉換光。因此，轉換光之內反射不僅降低離開LED之轉換光的比例，而且增加由色彩轉換材料吸收之轉換光的比例。此等機制兩者均降低LED輸出轉換光之效率。
根據第一態樣之LED目的在於藉由在透鏡之凸表面上設置泵浦光反射器層疊物來進一步增加LED輸出轉換光之效率。相對於在平面表面上設置泵浦光反射器層疊物，當泵浦光反射器層疊物設置於凸表面上時，以超過45°之入射角入射於泵浦光反射器層疊物上的轉換光的比例有所降低。因此，更大比例的轉換光將透射穿過泵浦光反射器層疊物而不是被內反射。
泵浦光反射器層疊物實際上係帶阻濾光片。因而，泵浦光反射器層疊物具有在從下阻帶波長至上阻帶波長之波長範圍內的阻帶，其中大體上所有光被泵浦光反射器層疊物反射。阻帶以中心波長(例如，第一波長)為中心，使得上阻帶波長及下阻帶波長與中心波長等距。泵浦光反射器層疊物之阻帶經組態以使得泵浦光波長落在阻帶內，從而確保泵浦光被泵浦光反射器層疊物反射。技術人員應瞭解，阻帶之中心波長(例如，第一波長)可不同於泵浦光波長。亦即，阻帶可不以泵浦光波長為中心，儘管在一些實施例中可為此種情況。
在一些實施例中，容器層包括界定容器體積之內側壁，其中界定容器體積之內側壁相對於LED層的光發射表面以銳角傾斜且包括反射材料。藉由提供具有反射性側壁之容器層，更大比例的入射於側壁上之光將被反射回容器體積中(相對於吸光側壁)。因此，可從LED提取更大比例的可在所有方向上從色彩轉換材料產生之轉換光。此外，側壁係傾斜的，使得更大比例的光朝向泵浦光反射器層疊物反射。藉由提供傾斜的反射性側壁，入射於泵浦光反射器層疊物上之轉換之比例將增加，其中轉換光以多種入射角入射。如上文所論述，泵浦光反射器層疊物在上通帶中之反射率對光之入射角之變化的敏感度顯著更低。因此，傾斜的反射性側壁與泵浦光反射器層疊物之間的增效作用可存在，其增加了從LED提取轉換光之效率。
在一些實施例中，LED進一步包括設置於容器層之內側壁上之反射增強層，反射增強層包括介電質。例如，反射增強層可包括SiO2 。
在一些實施例中，LED進一步包括設置於泵浦光反射器層疊物之上的抗反射層，抗反射層經組態以減少具有轉換光波長之光之反射。在一些實施例中，抗反射層包括折射率小於泵浦光反射器層疊物之第二介面層之折射率的材料。在一些實施例中，抗反射層具有為第一波長的四分之一的厚度。設置抗反射層以便增加LED之轉換光提取效率。
在一些實施例中，轉換光反射器層疊物可設置於LED層與色彩轉換層之間。轉換光反射器層疊物具有經組態以反射轉換光之阻帶，阻帶以第二波長為中心，轉換光反射器層疊物包括： (a)  第三介面層，其設置於LED層之光發射表面上；第三介面層具有第五厚度及第五折射率，其中第五厚度及第五折射率的乘積係第二波長的八分之一； (b)  複數個層，其在以下層之間交替： 具有第六厚度及第六折射率之轉換光高反射率層，第六折射率高於第五折射率， 具有第七折射率及第七厚度之轉換光低反射率層，其中第七折射率低於第六折射率；且 其中轉換光高反射率層中之每一者之第六折射率及第六厚度的乘積係第二波長的四分之一，且轉換光低反射率層中之每一者之第七折射率及第七厚度的乘積係第二波長的四分之一；及 (c)  第四介面層，其設置於複數個層中之轉換光高反射率層上，第四介面層具有第八折射率及第八厚度，其中第八折射率及第八厚度的乘積係第二波長的八分之一，且第八折射率低於第六折射率。
參考上文所論述之泵浦光反射器層疊物，轉換光反射器層疊物實際上係經組態以反射轉換光但透射泵浦光的帶阻濾光片。設置轉換光反射器層疊物以增加引導至容器層之開口(即，至泵浦光反射器層疊物)之轉換光的比例，以便增加LED之轉換光提取效率。
在一些實施例中，透鏡介面層在與透鏡相反的一側上設置於泵浦光反射器層疊物上。透鏡介面層可在與泵浦光反射器層相反的一側上具有另一凸表面，即，透鏡介面層可在透鏡及泵浦光反射器之頂部上界定另一透鏡形狀。透鏡介面層結合透鏡可被認為係透鏡超結構。因而，泵浦光反射器層疊物可被認為係設置於透鏡超結構內。在一些實施例中，抗反射層可在透鏡介面層之另一凸表面上設置於泵浦光反射器層之上。
在一些實施例中，色彩轉換層包括量子點及/或磷光體。在一些實施例中，容器體積之至少50體積%、60體積%、70體積%、80%體積%或90體積%可由色彩轉換層填充。在一些實施例中，色彩轉換層大體上設置於容器體積之中心區中。
在一些實施例中，內側壁相對於LED層之光發射表面形成至少30°的角。因此，可提供內側壁之傾斜以增加反射至容器體積之開口的轉換光的比例。在一些實施例中，內側壁相對於LED層之光發射表面形成不大於85°的角。因此，可提供內側壁之傾斜，使得容器層之相當大比例的開口與LED層之光發射表面對準。
在一些實施例中，泵浦光波長可為至少440 nm且/或不大於480 nm；且/或轉換光波長可為至少500 nm且/或不大於650 nm。因此，根據第一態樣之LED可經組態以將藍色泵浦光轉換成不同色彩的光。例如，LED可輸出紅色或綠色轉換光。
在一些實施例中，容器層界定具有不大於10-8 m2 之表面積的開口。在一些實施例中，容器層可界定具有小於100 µm x 100 µm之面積尺寸的開口。因而，根據第一態樣之LED可為微型LED。
在一些實施例中，泵浦光反射器及/或轉換光反射器可包括TiO2 及SiO2 層。因此，泵浦光反射器及/或轉換光反射器可使用常常用來製造諸如顯示器、微型LED顯示器等薄膜電子裝置之薄膜沉積方法製造而成。特別地，泵浦光反射器之層經組態以在510 nm至550 nm的範圍內(對於綠色LED)且在600 nm至630 nm的範圍內(對於紅色LED)抑制通帶中的諧波反射。
在一些實施例中，第一折射率、第三折射率及/或第四折射率至少為2。在一些實施例中，第二折射率不大於1.8。
在一些實施例中，第一介面層之第一折射率、高反射率層之第三折射率及第二介面層之第四折射率係相同的。在一些實施例中，第三介面層之第五折射率、轉換光低反射率層之第七折射率及第四介面層之第八折射率係相同的。因而，泵浦光反射器層疊物及轉換光反射器層疊物中之每一者可由兩種不同的組合物之交替層提供。
在一些實施例中，泵浦光反射器層疊物之第一波長(λ0 )、第二折射率(nL )及第三折射率(nH )提供泵浦光反射器層疊物之上阻帶波長(λe )，該上阻帶波長比泵浦光波長長，其中：
Figure 02_image001
根據本揭露之第二態樣，提供一種發光二極體(light emitting diode, LED)陣列。LED陣列包括LED層、容器層、色彩轉換層、透鏡及泵浦光反射器。LED層包括複數個LED，每一LED經組態以從光發射表面發射具有泵浦光波長之泵浦光，且每一LED包括複數個III族氮化物層。容器層設置於LED層之光發射表面上。容器層在容器層之與光發射表面相反的一側上具有容器表面。容器表面包括複數個開口，每一開口界定穿過容器層到達LED層之光發射表面的容器體積，每一開口及容器體積與LED層之相應LED對準。色彩轉換層選擇性地設置於容器體積中，色彩轉換層經組態以吸收泵浦光且發射具有轉換光波長之轉換光，轉換光波長比泵浦光波長長。透鏡在通往含有色彩轉換材料之容器體積的開口之上設置於容器表面上，透鏡在透鏡之與色彩轉換層相反的一側上具有凸表面。泵浦光反射器層疊物設置於透鏡之凸表面之上。泵浦光反射器層疊物具有經組態以反射泵浦光之阻帶，阻帶以第一波長為中心。泵浦光反射器層疊物包括： (1) 第一介面層，其設置於透鏡之凸表面上；第一介面層具有第一厚度及第一折射率，其中第一折射率及第一厚度的乘積係第一波長的八分之一； (2) 複數個層，其在以下層之間交替： 具有第二折射率及第二厚度的低反射率層，其中第二折射率低於第一折射率；及 具有第三厚度及第三折射率的高反射率層，第三折射率高於第二折射率， 其中低反射率層中之每一者之第二折射率及第二厚度的乘積係第一波長的四分之一，且高反射率層中之每一者之第三折射率及第三厚度的乘積係第一波長的四分之一； (3) 第二介面層，其設置於複數個層中之低反射率層上，第二介面層具有第四折射率及第四厚度，其中第四折射率及第四厚度的乘積係第一波長的八分之一且第四折射率比第二折射率長。
因此，可提供包括複數個LED之LED陣列。陣列中的LED中之至少一者包括色彩轉換層，色彩轉換層由具有泵浦光反射器之透鏡覆蓋，如本發明之第一態樣中所描述。因此，經由選擇性使用具有色彩轉換層之LED及/或不包括色彩轉換層之LED，根據第一態樣之LED陣列可輸出具有一系列不同波長(色彩)的光。因而，LED陣列可輸出具有泵浦光波長及/或第一轉換光波長的光。重要的是，至少由於上文對於第一態樣所描述的原因，LED陣列可以改良之效率及色純度輸出具有第一轉換光波長的光。
在一些實施例中，另一色彩轉換層設置於複數個容器體積中之另一容器體積中，另一色彩轉換層經組態以吸收具有泵浦光波長之泵浦光且發射具有第二轉換光波長之轉換光，第二轉換光波長比第一轉換光波長長。在一些實施例中，透鏡設置於另一容器體積之上，且泵浦光反射器層疊物設置於透鏡上。
因此，LED陣列可包括複數個LED，其具有設置於相應容器體積中之不同的色彩轉換層。例如，第一色彩轉換層可設置於第一容器體積中，且第二色彩轉換層可設置於第二容器體積中。第一色彩轉換層及第二色彩轉換層可經組態以將泵浦光轉換成不同波長的轉換光，例如分別為綠光及紅光。因此，根據第二態樣之LED陣列可提供LED顯示器之一或多個圖元，其中每一圖元包括輸出紅光、綠光及藍光(藍光係泵浦光)的LED。
第1b圖展示DCI-P3色空間標準之實例。對於LED陣列之顯示器應用，希望在LED陣列中提供符合DCI-P3色空間標準之複數個LED。為了符合DCI-P3，色彩轉換層例如可包括量子點。因而，第一色彩轉換層可經組態以產生具有532 nm波長之轉換光且第二色彩轉換層可經組態以產生具有625 nm波長之轉換光。第一色彩轉換材料及第二色彩轉換材料可具有對於第一色彩轉換材料及第二色彩轉換材料分別為40 nm及50 nm之光譜寬度(全寬半高值)。泵浦光(提供藍色子圖元)在20 nm之光譜寬度下可具有455 nm之峰值波長。
在一些實施例中，至少一個轉換光反射器層疊物設置於色彩轉換層與LED層之對應LED的光發射表面之間。轉換光反射器層疊物具有經組態以反射第一轉換光及/或第二轉換光之阻帶，阻帶以第二波長為中心。轉換光反射器層疊物包括： (x)  第三介面層，其設置於LED層之光發射表面上；第三介面層具有第五厚度及第五折射率，其中第五厚度及第五折射率的乘積係第二波長的八分之一； (y)  複數個層，其在以下層之間交替： 具有第六厚度及第六折射率之轉換光高反射率層，第六折射率高於第五折射率， 具有第七折射率及第七厚度之轉換光低反射率層，其中第七折射率低於第六折射率；且 其中轉換光高反射率層中之每一者之第六折射率及第六厚度的乘積係第二波長的四分之一，且轉換光低反射率層中之每一者之第七折射率及第七厚度的乘積係第二波長的四分之一； (z)  第四介面層，其設置於複數個層中之轉換光高反射率層上，第四介面層具有第八折射率及第八厚度，其中第八折射率及第八厚度的乘積係第二波長的八分之一，且第八折射率低於第六折射率。
在一些實施例中，容器層包括界定容器體積之複數個內側壁，其中界定容器體積之內側壁相對於LED層的光發射表面以銳角傾斜且包括反射材料。因此，LED陣列之每一LED的容器體積可經組態以增加從每一LED提取之光的量。
應瞭解，本發明之第一態樣之可選特徵亦可適用於本發明之第二態樣，特別地，適用於LED陣列中包含色彩轉換層的LED。
根據本揭露之實施例，提供LED陣列10。LED陣列包括三個LED，每一LED經組態以輸出不同波長的光。LED中之至少一者包括色彩轉換材料。因而，LED陣列10亦包括根據本揭露之實施例之LED。
第2圖係根據本揭露之實施例之LED陣列10的圖。第2圖所示的LED陣列包括綠色LED 100、紅色LED 200及藍色LED 300。
LED陣列10包括光產生層20。光產生層20包括半導體接面之陣列，其中每一半導體接面經組態以輸出泵浦光。因而，光產生層20可被認為係泵浦光LED 21、22、23之陣列。在第2圖之實施例中，泵浦光LED 21、22、23之陣列各自包括III族氮化物。泵浦光LED 21、22、23中之每一者包括：n型半導層(未圖示)、包括複數個量子井之作用層(未圖示)，及p型半導層(未圖示)。例如，光產生層20可藉由以下方式提供：在基板上單片式地形成泵浦光LED之陣列，然後移除基板以曝露光產生層20之光發射表面24。泵浦光LED 21、22、23之單片式陣列的製造至少在GB 181109.6中進一步描述。
當然，在其他實施例中，可為泵浦光LED之陣列提供透明觸點，使得光產生層20之光發射表面24可設置於光發射表面24之與基板相反的一側上。亦即，光產生層20之光發射表面24可為光產生層20之任何主要表面。
第2圖所示之光產生層20包括三個泵浦光LED。泵浦光LED 21、22、23中之每一者經組態以輸出具有泵浦光波長之光。例如，在第2圖之實施例中，泵浦光之波長可對應於藍色可見光。在一些實施例中，泵浦光之波長可為至少440nm且/或不大於470nm。特別地，泵浦光之波長可為至少450nm且/或不大於460nm。在本揭露中，在LED被描述為輸出具有一定波長之光的情況下，該波長被認為係由具有最高強度(峰值強度)之LED輸出之光的波長。如此項技術中已知的，泵浦光之波長可由存在於泵浦光LED 21、22、23之作用層中的多個量子井確定。
如第2圖所示，LED陣列10包括容器層。容器層設置於光產生層20之光發射表面上。容器層包括複數個內側壁34，該等內側壁在光產生層20之光發射表面24上界定複數個容器體積31、32、33。每一容器體積被提供成穿過容器層(即，穿過容器層之厚度)。因而，每一容器體積31、32、33從容器層之容器表面35中的開口延伸穿過光發射表面24。
每一容器體積31、32、33與光產生層20之泵浦光LED 21、22、23對準。容器層之內側壁34可圍繞泵浦光LED中之每一者，使得容器體積31、32、33大致與泵浦光LED對準。在一些實施例中，容器層之內側壁34可經組態以使每一容器體積31、32、33之中心與每一泵浦光LED 21、22、23之中心對準。
容器層包括容器表面35。容器表面35係容器層之表面，該表面在與光產生層20相反的一側上設置於容器層之一側上。容器表面35界定複數個開口，容器體積31、32、33中之每一者一個開口。因而，容器表面35之開口由容器層之內側壁34界定。
可以多種不同形狀提供容器層之開口。例如，開口可為橢圓形、矩形、六邊形，或實際上任何形式的不規則或規則多邊形。在一些實施例中，開口之形狀對應於泵浦光LED之形狀，儘管在其他實施例中開口之形狀可不同於泵浦光LED 21、22、23之形狀(在平面圖中)。根據開口之形狀，每一容器體積31、32、33可由一或多個內側壁34界定。例如，對於橢圓形開口，單個連續內側壁可界定容器體積。第5圖展示根據本揭露之實施例之LED陣列的透視圖的圖。在第5圖之實施例中，每一LED包括具有矩形輪廓之容器體積。容器表面35界定複數個(九個)開口，其中每一者具有矩形(正方形)形狀。對於矩形開口，四個內側壁34可界定容器體積，以此類推。
第3圖係根據本揭露之另一實施例之LED陣列的圖。第3圖所示的LED陣列包括綠色LED 100、紅色LED 200及藍色LED 300。在一些實施例中，每一LED在容器表面35上的開口具有特性尺寸D0。特性尺寸D0係開口之最大直徑。例如，對於圓形開口，D0係開口之直徑。對於正方形開口，D0係對角線的角點至角點距離。在一些實施例中，每一透鏡具有基於透鏡之直徑的特性尺寸D1。例如，在第3圖中，透鏡具有半球形形狀。半球形透鏡之直徑係特性尺寸D1。在一些實施例中，0.1 D1
Figure 109123170-A0305-02-0023-5
D0
Figure 109123170-A0305-02-0023-6
0.8 D1。特別地，開口之特性尺寸D0可為透鏡之特性尺寸D1的約50%，以便從LED有效提取光。
第4a圖及第4b圖展示第3圖之具有半球形透鏡之LED陣列之LED的射線追蹤圖。如第4a圖中所說明，來自容器表面之開口之中心的發射光之射線追蹤圖展示所有出射射線垂直入射於透鏡之介面。第4b圖進一步說明從容器表面之開口之邊緣發射的射線，其中所有射線與透鏡介面之入射角小於30°。
第5圖展示包括紅色、綠色及藍色LED之LED陣列(即，RGB陣列)之透視圖。LED陣列包括9個LED，其中三個LED係藍色LED，三個LED係紅色LED，且三個LED係綠色LED。LED被配置為正方形緊縮陣列。在其他實施例中，可提供其他配置，例如六角形緊縮陣列。
第6圖展示根據本揭露之實施例之LED的容器層之一部分的圖。如第6圖所示，容器層之內側壁34相對於 光產生層20傾斜(即，內側壁34不垂直於表面)。如第6圖所示，內側壁34以光發射表面24與內側壁34之間的銳角傾斜。因而，內側壁34可傾斜，使得容器體積31、32、33在容器表面35中的開口之表面積大於容器體積31、32、33在與光發射表面24之介面處的表面積。
在一些實施例中，每一容器體積31、32、33之側壁可以至少35°之角α傾斜。藉由提供至少35°之角，每一容器體積可具有一定表面積，使得LED之圖元間距不會變得過大。在一些實施例中，每一容器體積31、32、33之側壁可以不大於85°之角α傾斜。在第6圖所示之實施例中，內側壁34以80°之角α傾斜。在一些實施例中，提供具有不大於85°或不大於60°之角的內側壁可增加LED之光效率，因為更大比例的轉換光可朝向容器體積31、32、33之開口引導。
容器層可包括反射材料。可提供反射材料以便形成具有反射性內側壁34之容器層。因而，反射材料可提供為容器層之外層。藉由提供具有反射性內側壁34之容器層，更大比例的入射於側壁上之光將被反射回容器體積中(相對於吸光側壁)。因此，可從LED提取更大比例的可在所有方向上從色彩轉換材料產生之轉換光。反射材料可為薄膜金屬，例如Al或Ag。
在一些實施例中，例如，如第6圖所示，LED進一步包括設置於容器層之內側壁上之反射增強層36，反射增強層36包括介電質。例如，反射增強層36可包括SiO2。 反射增強層36可至少設置於容器層之內側壁34上。反射增強層36可具有垂直於內側壁34之厚度，該厚度約為轉換光波長之四分之一(25%)。
如第2圖所示，容器體積31、32中之至少一者可選擇性地包括色彩轉換層41。在第2圖之實施例中，第一(綠色)容器體積31包括第一(綠色)色彩轉換層41。第二(紅色)容器體積32包括第二(紅色)色彩轉換層42。每一色彩轉換層經組態以將泵浦光轉換成不同波長的轉換光。例如，第一色彩轉換層41可經組態以將泵浦光轉換成綠色可見光，而第二色彩轉換層42可經組態以將泵浦光轉換成紅色可見光。因而，色彩轉換層可經組態以轉換具有至少440nm且/或不大於480nm之波長的泵浦光，第一色彩轉換層41可將泵浦光轉換成具有至少500nm且/或不大於550nm之波長的轉換光。第二色彩轉換層42可將泵浦光轉換成具有至少600nm且/或不大於650nm之波長的轉換光。
在一些實施例中，色彩轉換層41、42可包括量子點。在一些實施例中，色彩轉換層41、42可包括磷光體。在一些實施例中，色彩轉換層41、42可包括磷光體及量子點之組合。對於具有表面積超過1mm2的容器體積之LED及LED陣列，磷光體之更大粒徑可為有利的。對於具有表面積小於1mm2的容器體積之LED及LED陣列，使用包括量子點之色彩轉換層可為有利的(由於粒徑更小)。包括量子點之色彩轉換材料係技術人員已知的。適合用作色彩轉換層之量子點之另外的細節可至少在Guan-Syun Chen 等人的「Monolithic Red/Green/Blue Micro-LEDs with HBR and DBR structures」中找到。
如第2圖所示，色彩轉換層41、42可跨容器體積31、32延伸。容器體積31、32至少部分地由色彩轉換層填充。
如第2圖所示，LED陣列10之容器體積33中之至少一者可不包括任何色彩轉換層。因此，LED陣列中之一些LED可穿過未填充之容器體積輸出泵浦光。例如，在泵浦光係藍色可見光的情況下，容器體積可不包括色彩轉換層，以便提供藍色LED 300。
如第2圖所示，透鏡51在開口之上設置於容器表面35上，覆蓋第一色彩轉換層41。透鏡51在透鏡之與第一色彩轉換層41相反之一側上具有凸表面。提供透鏡以便減少在LED與外部環境之間的介面處全內反射之轉換光的量。
透鏡可包括光學透明材料。例如，透鏡可包括矽、SiO2或其他介電材料。透鏡可使用壓印微影術例如用UV可固化混合聚合物材料(諸如來自「Micro Resist Technology GmbH」之Ormoclear(RTM))製造而成。透鏡亦可使用樹脂印刷而成。
如第2圖所示，透鏡51、52可設置於包括色彩轉換層41、42的容器體積31、32中之每一者之上。在一些實施例中，透鏡51、52、53可設置於每一容器體積31、32、33之上。
如第2圖所示，用於每一種類型之LED 100、200、300之透鏡可具有曲率半徑不同的凸表面。如第2圖所示，用於藍色LED 300之透鏡53具有比包括色彩轉換層41、42之紅色及綠色LED大的曲率半徑。可增加藍色LED 300之曲率半徑，因為藍光LED 300僅輸出來自光產生層20的泵浦光。因而，與輸出轉換光之LED相比較，藍色LED輸出之泵浦光可具有不同的相對於入射角之光強度分佈。例如，與色彩轉換層41、42之轉換光相比較，更大比例的由藍色LED 300輸出之泵浦光可在垂直於光發射表面24之方向上行進。因此，可增加不包括色彩轉換層之容器體積之透鏡53的曲率半徑，以便進一步減少彼等LED之全內反射。
在第3圖之實施例中，用於每一LED 100、200、300之透鏡51、52、53係相同的。如第3圖所示，透鏡51、52、53之曲率半徑可不大於2D0(即，兩倍)。特別地，透鏡之曲率半徑可不大於D0。
第一泵浦光反射器層疊物61設置於用於綠色LED 100之透鏡51的凸表面之上。第二泵浦光反射器層疊物62亦設置於用於紅色LED 200之透鏡52的凸表面之上。因此，第一泵浦光反射器層疊物及第二泵浦光反射器層疊物可適型於相應透鏡51、52之凸表面。因而，第一泵浦光反射器層疊物61及第二泵浦光反射器層疊物62亦具有凸表面。因為第一泵浦光反射器層疊物61及第二泵浦光反射器層疊物62具有凸表面，所以以大於45°之入射角入射於泵 浦光反射器層疊物上之轉換光的量相對於平坦表面有所減少。因此，可由泵浦光反射器層疊物61、62全內反射之轉換光之比例可降低。因而，更大比例的轉換光可透射穿過泵浦光反射器層疊物61、62，從而增加綠色LED 100及紅色LED 200之提取效率。
展示泵浦光反射器層疊物61、62之反射率的曲線圖展示於第7圖中。泵浦光反射器層疊物61、62實際上係帶阻濾光片。因而，泵浦光反射器層疊物61、62具有在從下阻帶波長至上阻帶波長(λe)之波長範圍內的阻帶，其中大體上所有光被泵浦光反射器層疊物反射。阻帶以中心波長(λ0)(例如，第一波長)為中心，使得上阻帶波長(λe)及下阻帶波長與中心波長等距。對於比下阻帶波長短的波長，泵浦光反射器層疊物61、62具有較低通帶，其中光大致透射穿過泵浦光反射器層疊物。類似地，對於比上阻帶波長(λe)長的波長，泵浦光反射器層疊物61、62具有較高通帶，其中光大致透射穿過泵浦光反射器層疊物61、62。
第7圖之泵浦光反射器層疊物的圖展示於第8圖中。泵浦光反射器層疊物61包括第一介面層、複數個交替的第一反射器層及第二反射器層以及第二介面層。
複數個交替的第一反射器層及第二反射器層形成泵浦光反射器層疊物61之中心部分。第一反射器層(H)具有第一折射率(nH)，且第二反射器層(L)具有第二折射率(nL)。第一折射率高於第二折射率。在一些實施例中，第一折射率至少為2，而第二折射率不大於1.8。在第2圖之 實施例中，第一反射器層包括TiO2(折射率約為2.6)，且第二反射器層包括SiO2(折射率約為1.5)。
第一反射器層(H)具有第一厚度(tH)，且第二反射器層(L)具有第二厚度(tL)。每一反射器層之厚度係在垂直於相應反射器層之主要表面的方向上量測之厚度。
為了按需求制定泵浦光反射器層疊物61之反射特性以反射泵浦光，第一反射器層及第二反射器層中之每一者具有為第一波長(即，阻帶之中心波長)的四分之一的在垂直於透鏡之凸表面之方向上的厚度折射率乘積。亦即，對於第一反射器層(H)，第一厚度(tH)及nH的乘積等於λ0/4。類似地，對於第二反射器層(L)，第二反射器層之第二厚度(tL)及nL的乘積等於λ0/4。
一般而言，H層具有介於5nm與50nm之間的厚度。L層具有介於10nm與100nm之間的厚度。
複數個第一反射器層(H)及複數個第二反射器層(L)以交替的方式堆疊於彼此之上，以便形成泵浦光反射器層疊物之中心部分。泵浦光反射器層疊物61之中心部分可由至少3個層形成，其中第二反射器層(L)形成中心部分的外層(即，LHL配置)。在一些實施例中，可提供至少5個交替的層(LHLHL)。在第7圖所示之實施例中，中心部分包括17個交替的層(LHL......LHL)。
在泵浦光反射器層疊物61、62之中心部分的相反側上，設置第一介面層及第二介面層。第一介面層及第二介面層中之每一者可包括與第一反射器層相同的材料 (即，第一介面層及第二介面層具有與第一折射率相同的折射率)。第一介面層及第二介面層可具有相應的第三折射率及第四折射率(n3、n4)以及相應的第三厚度及第四厚度(t3、t4)。第一介面層及第二介面層可具有等於泵浦光波長的八分之一的厚度折射率乘積(例如，n3t3=λ0/8)。
在泵浦光反射器層疊物61、62之層(即，第一反射器及第二反射器層以及第一介面層及第二介面層)具有依光波長而定的折射率之情況下，出於本揭露之目的，層之折射率被認為係層在泵浦光反射器層疊物61、62之中心波長(λ0)下的折射率。
根據實施例之泵浦光反射器層疊物61之反射率展示於第7圖中。泵浦光反射器層疊物根據以上描述包括17個交替的SiO2及TiO2層以及兩個TiO2介面層(總共19個層)。泵浦光反射器層疊物61之層具有經組態以反射具有455nm波長之泵浦光的厚度。泵浦光反射器層疊物之中心波長λ0係420nm。第7圖展示泵浦光反射器層疊物在三個不同入射角下的反射率。為了參考，第7圖亦展示具有455nm波長之泵浦光LED之光譜。
與第1a圖所示之DBR之反射率相對照，第7圖中可看出，在泵浦光反射器層疊物61之較高通帶中，反射率低於DBR之反射率。特別地，對於在0°與30°之間的入射角，泵浦光反射器層疊物61在綠色至紅色可見光譜中的反射率低於5%。因此，泵浦光反射器層疊物反射的轉換光將沒有第1a圖之DBR那麼多，無論入射角係多大。因此與第 1a圖所示之DBR相比較，包含泵浦光反射器層疊物61、62之綠色LED 100及紅色LED 200將更有效地提取轉換光。
泵浦光反射器層疊物61的圖展示於第8圖中。泵浦光反射器層疊物61之每一層之厚度用泵浦光反射器層疊物之相應層的中心波長及折射率來表示。對於第7圖之泵浦光反射器層疊物，表1展示每一層之厚度值。表及第7圖之泵浦光反射器層疊物包括19個層。如表1所示，泵浦光反射器層疊物包括交替的TiO2及SiO2層。
第一反射器層以及第一介面層及第二介面層各自包括TiO2，在420nm波長下具有約2.60之折射率(即，nH=n3=n4=2.60)。第二反射器層包括SiO2，在420nm波長下具有約1.48之折射率(即，nL=1.48)。
Figure 109123170-A0305-02-0031-3
Figure 109123170-A0305-02-0032-4
泵浦光反射器層疊物61經組態成具有約420nm之中心波長及約522nm之上阻帶波長。因此，如第7圖所示，第7圖之泵浦光反射器層疊物將反射具有455nm波長之泵浦光。在一些實施例中，泵浦光反射器層疊物之中心波長比泵浦光波長短。
泵浦光反射器層疊物可具有由泵浦光反射器層疊物之折射率確定的上阻帶波長λe。例如，對於第7圖之泵浦光反射器層疊物，其中n3=n4=nH，上阻帶波長可由以下方程式確定：
Figure 109123170-A0305-02-0032-1
第9圖展示第7圖之泵浦光反射器層疊物之反射率，其中指示了中心波長λ0及上阻帶波長λe。上阻帶波長被計算為反射率減小95%時的波長。例如，根據方程式1，在nH=2.60且nL=1.48且λ0=420nm的情況下，得出λe=510nm。
在一些實施例中，LED陣列10亦可包含轉換光反射器層疊物71、72。轉換光反射器層疊物71、72可設置於光產生層20之泵浦光LED與LED 100、200之色彩轉換層41、42之間。轉換光反射器層疊物71、72可被設置以藉由朝向泵浦光反射器層疊物反射轉換光來增加從容器 體積提取之轉換光的比例。轉換光反射器層疊物71、72亦可經組態以透射在光產生層中產生之泵浦光，以便不會因將泵浦光從容器體積反射開而降低LED之整體效率。因而，轉換光反射器層疊物71、72亦可為一種形式的阻帶濾光片，其經組態以透射泵浦光且反射轉換光。因而，轉換光反射器層疊物具有經組態以反射轉換光之阻帶，阻帶以第二波長為中心。在一些實施例中，第二波長可等於轉換光波長，但在其他實施例中，轉換光反射器層疊物可經組態以使得例如轉換光波長落在第二波長與下阻帶波長之間。
轉換光反射器層疊物71、72可包括第三介面層、複數個交替的第三反射器層及第四反射器層以及第四介面層。
第三介面層可具有第五折射率(n5)及第五厚度(t5)。複數個交替的第三反射器層及第四反射器層形成轉換光反射器層疊物之中心部分。第三反射器層(H)具有第六折射率n6，且第四反射器層(I)具有第七折射率n7。第三反射器層(H)具有第六厚度t6且第四反射器層(I)具有第七厚度t7。第五折射率及第七折射率低於第六折射率。在一些實施例中，第六折射率至少為2，而第五折射率及第七折射率不大於1.8。在第7圖之實施例中，第三反射器層(H)包括TiO2(在420nm下的折射率約為2.60)，且第四反射器層(I)包括SiO2(在420nm下的折射率約為1.48)。
為了按需求制定轉換光反射器層疊物之反射特性以反射轉換光，第三反射器層及第四反射器層中之每一者具有在垂直於光發射表面24之方向上的厚度折射率乘積，使得轉換光反射器層疊物之阻帶經組態以反射轉換光。例如，在一些實施例中，厚度折射率乘積可被選擇為等於相應色彩轉換層之轉換光波長的四分之一。例如，在色彩轉換層41經組態以將泵浦光轉換成具有610nm波長之轉換光的實施例中，第三反射器層中之每一者可具有約58nm之厚度且第四反射器層中之每一者可具有101nm之厚度。
在轉換光反射器層疊物71、72之層(即，第三反射器層及第四反射器層以及第三介面層及第四介面層)具有依光波長而定的折射率之情況下，出於本揭露之目的，層之折射率被認為係層在轉換光反射器層疊物71、72之第二波長(中心波長)下的折射率。
複數個第四反射器層(L)及複數個第三反射器層(H)以交替的方式堆疊於彼此之頂部上，以便形成轉換光反射器層疊物之中心部分。轉換光反射器層疊物之中心部分可由至少3個層形成，其中第三反射器層(H)形成中心部分的外層(即，HLH配置)。在一些實施例中，可提供至少5個交替的層(HLHLH)。在第7圖所示之實施例中，中心部分包括19個交替的層(HLH....HLH)。
在轉換光反射器層疊物之中心部分的相反側上，設置第三介面層及第四介面層。第三介面層及第四介面層中之每一者可包括與第四反射器層相同的材料(即，第三介面 層及第四介面層可具有與第七折射率相同的折射率)。第三介面層及第四介面層可具有等於中心波長的八分之一的厚度折射率乘積。
在一些實施例中，可僅為包含色彩轉換層41、42之LED設置轉換光反射器層疊物。或者，可跨大體上整個光發射表面24設置轉換光反射器層疊物以覆蓋光產生層之泵浦光LED 21、22、23中之每一者。藉由跨光發射表面提供轉換光反射器層疊物，有可能用減少的圖案化步驟形成轉換光反射器層疊物，從而使LED陣列的製造更高效。
在一些實施例中，抗反射層可設置於泵浦光反射器層疊物61、62之上。抗反射層經組態以減少轉換光在泵浦光反射器層疊物之第二介面層與LED陣列10之外部環境(通常為空氣)之間的介面處之反射。在一些實施例中，抗反射層包括折射率小於泵浦光反射器層疊物之第二介面層之折射率的材料。例如，抗反射層可包括具有小於1.6之折射率的材料。例如，抗反射層可包括SiO2。在一些實施例中，抗反射層具有為轉換光波長的四分之一的厚度。因而，抗反射層之厚度可經組態以減少由泵浦光反射器層疊物透射之轉換光之反射。因此，可設置抗反射層以便進一步增加LED之轉換光提取效率。
第10圖展示包含如上所述之抗反射層之泵浦光反射器層疊物之反射率的曲線圖。在第10圖之實例中，設計經最佳化以減少對於在525nm至730nm之間的波長之反射。
第11圖展示根據本揭露之LED陣列10之另一實施例。光產生層、容器層及色彩轉換層與第2圖之實施例中的相應層大體上相同。在第11圖之實施例中，泵浦光反射器層疊物61、62設置於透鏡51、52與透鏡介面層81、82之間。因此，類似於第2圖之實施例，泵浦光反射器層疊物61、62設置於透鏡51、52之凸表面上。透鏡介面層81、82可在與泵浦光反射器層疊物61、62相反的一側上具有另一凸表面，即，透鏡介面層可在透鏡51、52及泵浦光反射器層疊物61、62之上界定另一透鏡形狀。透鏡介面層81、82結合透鏡可被認為係透鏡超結構。因而，泵浦光反射器層疊物61、62可被認為係設置於透鏡超結構內。在一些實施例中，抗反射層91、92可在透鏡介面層81、82之另一凸表面上設置於泵浦光反射器層疊物61、62之上。
接下來，將描述用於形成LED陣列10之方法。
首先，可製造光產生層20。可使用任何已知的用於製造III族氮化物電子裝置之製程來製造光產生層20。例如，可使用金屬有機化學氣相沉積(Metal Organic Chemical Vapour Deposition,MOCVD)、分子束磊晶(Molecular Beam Epitaxy,MBE)中之一或多者來製造光產生層20。用於形成光產生層之合適的製程的進一步論述可至少在GB 181109.6中找到。
接下來，可在光產生層20之光發射表面24上形成轉換光反射器層疊物71、72、73。可跨大體上整個光發射表面設置轉換光反射器層疊物，使得光發射表面24覆蓋所 有泵浦光LED 21、22、23。轉換光反射器層疊物71、72、73可由交替的SiO2及TiO2層形成。可藉由化學氣相沉積製程(例如，電子束蒸鍍或低溫濺鍍)或任何其他此項技術中已知的方法來沉積轉換光反射器層疊物71、72、73之層。
隨後可藉由薄膜沉積容器層之連續層來形成容器層。隨後可使用合適的遮罩對連續層進行圖案化且蝕刻連續層以移除連續層之部分，以便界定容器體積31、32、33。或者，可藉由在光發射表面24(或轉換光反射器層疊物71、72、73(若存在))之上沉積遮罩層來形成容器層，遮罩層經組態以選擇性地遮蔽光產生層上對應於容器體積31、32、33的部分。隨後可在光產生層20(或轉換光反射器層疊物71、72、73)之曝露部分上沉積容器層。
可選擇性地用一或多個色彩轉換層41、42填充容器體積31、32。
隨後，可在容器體積31、32、33之上形成透鏡51、52、53。透鏡可包括使用CVD製程沉積之SiO2。透鏡51、52、53之凸表面可藉由如上所述之製程中之任一者形成。
接下來，可在覆蓋經填充的容器體積31、32之透鏡51、52之凸表面上形成泵浦光反射器層疊物61、62。。在一些實施例中，可跨大體上所有透鏡51、52、53形成泵浦光反射器層疊物，然後進行從不需要過濾泵浦光之LED(例如，具有未填充的容器體積33之LED)選擇性地移除(例如，藉由蝕刻)泵浦光反射器層疊物之製程。泵浦光反射器層疊物61、62可由交替的SiO2及TiO2層形成。可藉 由化學氣相沉積製程(例如，MOCVD)或任何其他此項技術中已知的方法來沉積泵浦光反射器層疊物61、62之層。
可在泵浦光反射器層疊物61、62之上形成抗反射層。抗反射層可包括介電質，諸如SiO2或MgF2或ZrO2。因此，可使用用於形成泵浦光反射器層疊物61、62之類似製程在泵浦光反射器層疊物之上形成抗反射層。
在一些實施例中，可在泵浦光反射器層疊物61、62之上形成透鏡介面層81、82。可使用用於形成透鏡51、52之類似製程來形成透鏡介面層81、82。
根據以上揭露內容，可提供LED陣列10。應瞭解，以上揭露內容亦提供包含色彩轉換層之LED。
因此，根據本揭露之實施例，提供具有增加的轉換光提取效率、同時亦減少泵浦光洩漏之LED或LED陣列。
10:LED陣列
20:光產生層
21,22,23:泵浦光LED
24:光發射表面
31,32,33:容器體積
34:內側壁
35:容器表面
36:反射增強層
41,42:色彩轉換層
51,52,53:透鏡
61,62:泵浦光反射器層疊物
71,72,73:轉換光反射器層疊物
81,82:透鏡介面層
91,92:抗反射層
100:綠色LED
200:紅色LED
300:藍色LED
現將結合以下非限制性圖來描述本揭露。藉由參考結合圖來考慮之詳細說明，本揭露之另外的優點顯而易見，在圖中： - 第1a圖係分散式布拉格反射器對於一系列不同入射角之反射率的曲線圖； - 第1b圖係DCI-P3標準RGB色空間圖； - 第2圖係根據本揭露之實施例之LED陣列的圖； - 第3圖係根據本揭露之另一實施例之LED陣列的圖； - 第4a圖係根據本揭露之實施例之色彩轉換區域的中心處之LED子圖元的射線追蹤圖； - 第4b圖係根據本揭露之實施例之色彩轉換區域的邊緣處之LED子圖元的射線追蹤圖； - 第5圖係包括紅色、綠色及藍色LED之LED陣列之透視圖的圖； - 第6圖係根據本揭露之實施例之LED的容器層的圖； - 第7圖係反射器層疊物之反射率的曲線圖； - 第8圖係根據本揭露之實施例之反射器層疊物的圖； - 第9圖係反射器層疊物之反射率的曲線圖，其展示了中心阻帶波長及上阻帶波長； - 第10圖係包括抗反射層之反射器層疊物之反射率的曲線圖； - 第11圖係根據本揭露之另一實施例之LED陣列的圖。
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10:LED陣列
20:光產生層
21,22,23:泵浦光LED
24:光發射表面
31,32,33:容器體積
34:內側壁
35:容器表面
41,42:色彩轉換層
51,52,53:透鏡
61,62:泵浦光反射器層疊物
71,72,73:轉換光反射器層疊物
100:綠色LED
200:紅色LED
300:藍色LED

Claims (24)

  1. 一種發光二極體，包括：一LED層，該LED層經組態以從一光發射表面發射具有一泵浦光波長之泵浦光，該LED層包括複數個III族氮化物層；一容器層，該容器層設置於該LED層之該光發射表面上，該容器層在該容器層之與該光發射表面相反的一側上具有一容器表面，該容器表面包括一開口，該開口界定穿過該容器層到達該LED層之該光發射表面的一容器體積；一色彩轉換層，該色彩轉換層設置於該容器體積中，該色彩轉換層經組態以吸收泵浦光且發射具有一轉換光波長之轉換光，該轉換光波長比該泵浦光波長長；及一透鏡，其在該開口之上設置於該容器表面上，該透鏡在該透鏡之與該色彩轉換層相反的一側上具有一凸表面；一泵浦光反射器層疊物，該泵浦光反射器層疊物設置於該透鏡之該凸表面之上，該泵浦光反射器層疊物具有經組態以反射該泵浦光之一阻帶，該阻帶以一第一波長為中心，該泵浦光反射器層疊物包括：一第一介面層，該第一介面層設置於該透鏡之該凸表面上；該第一介面層具有一第一厚度及一第一折射率，其中該第一折射率及該第一厚度的一乘積係該第一波長的八分之一； 複數個層，該複數個層在以下層之間交替：具有一第二折射率及一第二厚度的一低反射率層，其中該第二折射率低於該第一折射率；及具有一第三厚度及一第三折射率的一高反射率層，該第三折射率高於該第二折射率，其中該等低反射率層中之每一者之該第二折射率及該第二厚度的一乘積係該第一波長的四分之一，且該等高反射率層中之每一者之該第三折射率及該第三厚度的一乘積係該第一波長的四分之一；一第二介面層，該第二介面層設置於該複數個層中之一低反射率層上，該第二介面層具有一第四折射率及一第四厚度，其中該第四折射率及該第四厚度的一乘積係該第一波長的八分之一，且該第四折射率大於該第二折射率。
  2. 如請求項1所述之發光二極體，其中該容器層包括界定該容器體積之一內側壁，其中界定該容器體積之該內側壁相對於該LED層的該光發射表面以一銳角傾斜且包括一反射材料。
  3. 如請求項1所述之發光二極體，進一步包括設置於該LED層與該色彩轉換層之間的一轉換光反射器層疊物，該轉換光反射器層疊物具有經組態以反射該轉換光之一阻帶，該阻帶以一第二波長為中心，該轉換光反射器層疊物包括：一第三介面層，該第三介面層設置於該LED層之該 光發射表面上；該第三介面層具有一第五厚度及一第五折射率，其中該第五厚度及該第五折射率的一乘積係該第二波長的八分之一；複數個層，該複數個層在以下層之間交替：具有一第六厚度及一第六折射率之一轉換光高反射率層，該第六折射率高於該第五折射率，具有一第七折射率及一第七厚度之一轉換光低反射率層，其中該第七折射率低於該第六折射率；且其中該等轉換光高反射率層中之每一者之該第六折射率及該第六厚度的一乘積係該第二波長的四分之一，且該等轉換光低反射率層中之每一者之該第七折射率及該第七厚度的一乘積係該第二波長的四分之一；一第四介面層，該第四介面層設置於該複數個層中之一轉換光高反射率層上，該第四介面層具有一第八折射率及一第八厚度，其中該第八折射率及該第八厚度的一乘積係該第二波長的八分之一，且該第八折射率低於該第六折射率。
  4. 如請求項2所述之發光二極體，進一步包括設置於該容器層之該內側壁上之一反射增強層，該反射增強層包括一介電質。
  5. 如請求項1所述之發光二極體，進一步包括設置於該泵浦光反射器層疊物之上的一抗反射層，該抗反射層經組態以減少具有該轉換光波長之光之反射。
  6. 如請求項1所述之發光二極體，其中一透鏡 介面層在與該透鏡相反的一側上設置於該泵浦光反射器層疊物上。
  7. 如請求項1所述之發光二極體，其中該色彩轉換層包括量子點或一磷光體。
  8. 如請求項2所述之發光二極體，其中該內側壁相對於該LED層之該光發射表面形成至少45°的一角；且/或該內側壁相對於該LED層之該光發射表面形成不大於85°的一角。
  9. 如請求項1所述之發光二極體，其中該泵浦光波長可為至少440nm且/或不大於480nm；且/或該轉換光波長可為至少500nm且/或不大於650nm。
  10. 如請求項1所述之發光二極體，其中該第一折射率、該第三折射率及/或該第四折射率至少為2；及/或其中該第二折射率不大於1.8。
  11. 如請求項1所述之發光二極體，其中該容器層界定具有不大於10-8m2之一表面積的一開口。
  12. 如請求項3所述之發光二極體，其中，該第一介面層之該第一折射率、該高反射率層之該第三折射率及該第二介面層之該第四折射率係相同的；且/或該第三介面層之該第五折射率、該轉換光低反射率層之該第七折射率及該第四介面層之該第八折射率係相同 的。
  13. 如請求項1所述之發光二極體，其中該泵浦光反射器層疊物之該第一波長(λ0)、該第二折射率(nL)及該第三折射率(nH)提供該泵浦光反射器層疊物之一上阻帶波長(λe)，該上阻帶波長比該泵浦光波長長，其中：
    Figure 109123170-A0305-02-0044-2
  14. 如請求項3所述之發光二極體，其中該泵浦光反射器層疊物及/或該轉換光反射器層疊物可包括TiO2及SiO2層。
  15. 一種發光二極體陣列，包括：一LED層，該LED層包括複數個LED，每一LED經組態以從一光發射表面發射具有一泵浦光波長之泵浦光，且每一LED包括複數個III族氮化物層；一容器層，該容器層設置於該LED層之該光發射表面上，該容器層在該容器層之與該光發射表面相反的一側上具有一容器表面，該容器表面包括複數個開口，每一開口界定穿過該容器層到達該LED層之該光發射表面的一容器體積，每一開口及容器體積與該LED層之一相應LED對準，一色彩轉換層，該色彩轉換層選擇性地設置於一容器體積中，該色彩轉換層經組態以吸收泵浦光且發射具有一第一轉換光波長之第一轉換光，該第一轉換光波長比 該泵浦光波長長；一透鏡，該透鏡在通往含有一色彩轉換材料之該容器體積的該開口之上設置於該容器表面上，該透鏡在該透鏡之與該色彩轉換層相反的一側上具有一凸表面；一泵浦光反射器層疊物，該泵浦光反射器層疊物設置於該透鏡之該凸表面之上，該泵浦光反射器層疊物具有經組態以反射該泵浦光之一阻帶，該阻帶以一第一波長為中心，該泵浦光反射器層疊物包括：一第一介面層，該第一介面層設置於該透鏡之該凸表面上；該第一介面層具有一第一厚度及一第一折射率，其中該第一折射率及該第一厚度的一乘積係該第一波長的八分之一；複數個層，該複數個層在以下層之間交替：具有一第二折射率及一第二厚度的一低反射率層，其中該第二折射率低於該第一折射率；及具有一第三厚度及一第三折射率的一高反射率層，該第三折射率高於該第二折射率，其中該等低反射率層中之每一者之該第二折射率及該第二厚度的一乘積係該第一波長的四分之一，且該等高反射率層中之每一者之該第三折射率及該第三厚度的一乘積係該第一波長的四分之一；一第二介面層，該第二介面層設置於該複數個層中之一低反射率層上，該第二介面層具有一第四折射率及一第四厚度，其中該第四折射率及該第四厚度的一乘積係 該第一波長的八分之一，且該第四折射率高於該第二折射率。
  16. 如請求項15所述之發光二極體陣列，其中另一色彩轉換層設置於該容器層之該等容器體積中之另一容器體積中，該另一色彩轉換層經組態以吸收泵浦光且發射具有一第二轉換光波長之轉換光，該第二轉換光波長比該第一轉換光波長長，一透鏡設置於該另一容器體積之上，且一泵浦光反射器層疊物設置於該透鏡上。
  17. 如請求項16所述之發光二極體陣列，進一步包括：一轉換光反射器層疊物，該轉換光反射器層疊物設置於該色彩轉換層與該LED層之至少一個LED的該光發射表面之間，該轉換光反射器層疊物具有經組態以反射該第一轉換光及/或該第二轉換光之一阻帶，該阻帶以一第二波長為中心，該轉換光反射器層疊物包括：一第三介面層，該第三介面層設置於該LED層之該光發射表面上；該第三介面層具有一第五厚度及一第五折射率，其中該第五厚度及該第五折射率的一乘積係該第二波長的八分之一；複數個層，該複數個層在以下層之間交替：具有一第六厚度及一第六折射率之一轉換光高反射率層，該第六折射率高於該第五折射率，具有一第七折射率及一第七厚度之一轉換光低反 射率層，其中該第七折射率低於該第六折射率；且其中該等轉換光高反射率層中之每一者之該第六折射率及該第六厚度的一乘積係該第二波長的四分之一，且該等轉換光低反射率層中之每一者之該第七折射率及該第七厚度的一乘積係該第二波長的四分之一；一第四介面層，該第四介面層設置於該複數個層中之一轉換光高反射率層上，該第四介面層具有一第八折射率及一第八厚度，其中該第八折射率及該第八厚度的一乘積係該第二波長的八分之一，且該第八折射率低於該第六折射率。
  18. 如請求項15所述之發光二極體陣列，其中該容器層包括界定該等容器體積之複數個內側壁，其中界定該等容器體積之該等內側壁相對於該LED層的該光發射表面以一銳角傾斜且包括一反射材料。
  19. 如請求項18所述之發光二極體陣列，進一步包括設置於該容器層之該等內側壁上之一反射增強層，該反射增強層包括一介電質。
  20. 如請求項17所述之發光二極體陣列，進一步包括設置於每一泵浦光反射器層疊物之上的一抗反射層，該抗反射層經組態以減少具有該第一轉換光波長及/或該第二轉換光波長之光之反射。
  21. 如請求項15所述之發光二極體陣列，其中每一色彩轉換層包括量子點或一磷光體。
  22. 如請求項18所述之發光二極體陣列，其中 該等內側壁相對於該LED層之該光發射表面形成至少30°的一角；且/或該等內側壁相對於該LED層之該光發射表面形成不大於85°的一角。
  23. 如請求項17所述之發光二極體陣列，其中該泵浦光波長可為至少440nm且/或不大於480nm；且/或該第一轉換光波長可為至少500nm且/或不大於650nm；且/或該第二轉換光波長可為至少600nm且/或不大於650nm。
  24. 如請求項15所述之發光二極體陣列，其中該泵浦光反射器層疊物包括SiO2及TiO2層。
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