TWI764385B - 自對準光阻圖案化的像素化發光二極體 - Google Patents

自對準光阻圖案化的像素化發光二極體

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Abstract

本發明揭示一種光源，其包含：一光發射器陣列，其中至少一些光發射器具有一中心圖案化表面及一未圖案化邊界；一光阻擋金屬層，其定位於該光發射器陣列之各者之間；及降頻轉換器材料，其定位於該光發射器陣列之各者上。

Description

自對準光阻圖案化的像素化發光二極體
本發明大體上係關於微型發光二極體(LED)照明系統。在某些實施例中，使用自對準光阻圖案化來產生減少LED像素之間的光學串擾之特徵。
發光二極體(LED)已廣泛用於車輛前燈、道路照明、燈具及需要高發光效能、長使用壽命及光方向及強度的良好可控性之各種應用。在一些應用中，可藉由提供包含可經適應性地程式化以發射定義強度之光之多個像素之一LED光源而改良照明或實現新照明應用。此等LED像素陣列通常可受益於較小像素大小、較大像素數目及較大像素密度。
能夠跨可見光譜操作之高強度/亮度發光裝置包含III-V族半導體，特定言之鎵、鋁、銦及氮之二元、三元及四元合金(亦被稱為III族氮化物材料)。通常，藉由憑藉金屬-有機化學氣相沈積(MOCVD)、分子束磊晶(MBE)或其他磊晶技術在一生長基板(諸如一藍寶石、碳化矽、III族氮化物或其他適合基板)上磊晶地生長具有不同組合物及摻雜劑濃度之一半導體層堆疊而製造III族氮化物發光裝置。藍寶石歸因於其之廣泛商業可用性及相對易用性而通常被用作生長基板。生長於生長基板上之堆 疊通常包含形成於基板上方之摻雜有例如Si之一或多個n型層、形成於n型層或若干n型層上方之一發光或作用區及形成於作用區上方之摻雜有例如Mg之一或多個p型層。
不幸地，簡單地減小像素大小及增加像素密度可導致問題。由於來自一LED及一相關聯磷光體之光在全部方向上發射，所以可難以防止一個LED像素之光發射與一像素陣列之另一LED像素之光發射重疊，從而降低LED像素陣列之有效解析度或導致照明區域之非所要像素照明重疊。對於在一像素陣列中具有單獨LED光發射器但仍使用一單一磷光體層之設計尤其如此。
最小化一像素陣列中之LED像素之間的光學串擾之一個解決方案係具有多個分開的磷光體，各磷光體藉由使用習知光阻圖案化及磷光體沈積而與離散像素相關聯。不幸地，當考量LED像素陣列之晶圓規模處理及晶粒至晶圓附接之準確度限制時，各LED晶粒將具有一晶圓上之一稍微不同定向。針對小且高密度之微型LED陣列，此晶粒至晶粒變化可與光阻圖案之臨界尺寸相當。將一遮罩準確地對準至各晶粒係耗時的，增加成本，且降低並行晶圓級處理之優勢。
本文中提供光源及其等之製作方法。光發射器(例如，像素)包括中心圖案化表面及一未圖案化邊界以促進製作光源之自對準無遮罩方法。
在一第一態樣中，一種光源包括一陣列，該陣列包括：複數個光發射器。各光發射器包括具有第一表面及第二表面之一半導體層。該半導體層可包括一III族氮化物材料。在一或多項實施例中，該半導體 層包括GaN。在一或多項實施例中，該半導體層包括包含一n型層、一發光區及一p型層之一層堆疊。該等光發射器之至少一部分之該等第一表面包括：一中心圖案化表面及一未圖案化邊界。在一或多項實施例中，該未圖案化邊界具有1微米至50微米之一範圍內之一寬度。各光發射器進一步包括該半導體層上之一降頻轉換器材料，例如一磷光體材料。該陣列進一步包括定位於該等光發射器之各者之間的光阻擋金屬及定位於該光發射器陣列之各者上之降頻轉換器材料。該降頻轉換器材料(例如，磷光體層)可定位於自對準腔內，該等自對準腔部分地藉由自該光發射器陣列之至少一些至一正性光阻之光發射及經曝光光阻之移除來界定。在一實施例中，在該中心圖案化表面上存在該降頻轉換器材料，且在該未圖案化邊界之至少部分上不存在該降頻轉換器材料。
在一項實施例中，該等光發射器之各者包括5微米與500微米之一範圍內之一最小寬度。該等光發射器可由至少部分粗糙化或圖案化GaN形成，該至少部分粗糙化或圖案化GaN藉由在一先前圖案化且移除之藍寶石或其他基板上直接蝕刻或生長而形成。在一或多項實施例中，發光材料包括GaN。
在一項實施例中，該等光發射器之各者可支援具有小於5微米之一高度之一光阻擋金屬層。在一些實施例中，該光阻擋層可為電鍍鋁或其他反射性金屬。金屬沈積可在降頻轉換器材料(例如，磷光體材料)在該光發射器陣列之離散像素上之沈積之前或之後發生。
在一項實施例中，該陣列包含在晶圓或晶粒級處於作用中之共同電接觸件。該光發射器陣列之選定者或全部可具備電流以產生及發射使一正性光阻層之部分顯影之光。
在一項實施例中，該陣列提供多色彩照明且可藉由選擇性啟動及/或提供至該陣列中之像素之電流位準而微調色彩。
在一項實施例中，磷光體係由藉由一冷凝固化聚矽氧系統黏結在一起之粒子形成。
在一項實施例中，光學元件與該光發射器陣列之至少一些對準。除諸如透鏡、光束擴散器、光束均勻器、偏光或彩色濾光器及光散射層之光學元件以外，亦可應用各種保護層。在一些實施例中，可應用包含ITO、石墨烯或其他導電層之作用光學或電層。
在一項實施例中，該光源可用於建築、相機閃光燈及汽車照明之至少一者。
在一進一步態樣中，一種藉由一自對準無遮罩方法製造一光源之方法包括：使用一正性光阻塗佈一光發射器陣列。該光發射器陣列可由一晶粒或晶圓級基板提供。可啟動該等光發射器之至少一些以曝光該正性光阻之部分且產生經顯影正性光阻。在洗除該經顯影正性光阻之後，腔室在正性(未顯影)光阻側壁內。一降頻轉換器材料(例如，一磷光體材料)或其他適合材料可用於至少部分填充該等腔室。
在一項實施例中，進一步處理可包含沈積及洗除一第二正性光阻層。有利地，此容許建立各種磷光體材料層堆疊。
在另一實施例中，處理可包含在沈積於GaN溝槽中之一接合金屬層上電鍍金屬。此容許增加反射側壁之高度，從而減少相鄰光發射器之間的潛在光學串擾。
在另一實施例中，一晶圓之一反面上之電接觸件經供應有電流以啟動該光發射器陣列。啟動可界定一所要圖案，該所要圖案可包含 (但不限於)棋盤或RGBY一致圖案。
100:像素陣列
110:半導體層
120:像素
122:像素
124:中心圖案化表面
126:未圖案化邊界
130:光阻擋金屬
132:第一表面
134:第二表面
200:自對準程序
202:晶粒或晶圓
210:個別像素
220:正性光阻
222:經顯影正性光阻
224:中心圖案化表面
226:未圖案化邊界
230:光阻擋金屬
240:腔室
242:薄邊緣壁
244:厚邊緣壁
250:金屬側壁
252:降頻轉換器材料
300:像素陣列
310:像素陣列
352:第一磷光體材料
354:第二磷光體材料
400:光學影像
410:掃描電子顯微鏡影像
420:掃描電子顯微鏡影像
500:接觸件佈局
502:像素子集
504:像素子集
506:像素子集
508:佈局共同接觸件
510:連接
512:第一色彩共同接觸件
514:第二色彩共同接觸件
516:第三色彩共同接觸件
600:自對準程序
602:晶粒或晶圓
610:半導體層
620:正性光阻
622:經顯影正性光阻
624:中心圖案化表面
626:未圖案化邊界
630:光阻擋金屬
640:腔室
642:薄邊緣壁
644:厚邊緣壁
646:孔隙度
648:磷光體像素
650:磷光體像素
C1:第一接觸件
C2:第二接觸件
為了可詳細理解本發明之上述特徵之方式，可藉由參考實施例(其等之一些在隨附圖式中繪示)進行上文簡單概述之本發明之一更特定描述。然而，應注意，隨附圖式僅繪示本發明之典型實施例且因此不應被視為限制其範疇，此係因為本發明可承認其他同樣有效之實施例。圖1至圖3及圖5至圖6之線圖不按比例。
圖1係以截面繪示至少部分由一基於GaN之晶粒或晶圓形成之一像素陣列之一部分之一示意圖；圖2A至圖2E繪示適於將光阻施覆及圖案化至一結構(諸如關於圖1繪示)之一自對準程序；圖3A繪示在處理之後使用一第一磷光體材料352覆蓋之一像素陣列之一實施例，其中像素陣列中之全部像素被照明；圖3B繪示使用一第一磷光體材料352及一第二磷光體材料354兩者覆蓋之一像素陣列310之另一實施例；圖4A、圖4B及圖4C分別展示根據一項實施例處理之一LED像素陣列之微觀影像；圖5繪示用於在晶圓級與像素子集電接觸以進行光阻曝光之一例示性接觸件佈局；及圖6A至圖6K繪示適於像素之表面處理之一自對準程序。
在描述本發明之若干例示性實施例之前，應理解，本發明不限於以下描述中闡述之構造或程序步驟之細節。本發明能夠實現其他實 施例且能夠以各種方式實踐或實行。
根據一或多項實施例，如本文中使用之術語「基板」係指具有一程序在其上起作用之一表面或一表面之部分之一中間或最終結構。另外，在一些實施例中，對一基板之參考亦係指基板之僅一部分，除非內容脈絡另外明確指示。此外，根據一些實施例，對沈積於一基板上之參考包含沈積於一裸基板上或具有沈積或形成於其上之一或多個膜或特徵或材料之一基板上。
在一或多項實施例中，「基板」意謂在一製程期間在其上執行膜處理之任何基板或形成於一基板上之材料表面。在例示性實施例中，取決於應用，在其上執行處理之一基板表面包含諸如矽、氧化矽、絕緣體上矽(SOI)、應變矽、非晶矽、摻雜矽、碳摻雜氧化矽、鍺、砷化鎵、玻璃、藍寶石之材料及任何其他適合材料，諸如金屬、金屬氮化物、III族氮化物(例如，GaN、AlN、InN及合金)、金屬合金及其他導電材料。基板包含(但不限於)發光二極體(LED)裝置，包含uLED裝置。在一些實施例中，基板經曝光至一預處理程序以拋光、蝕刻、還原、氧化、羥化、退火、UV固化、電子束固化及/或烘焙基板表面。除直接在基板本身之表面上之膜處理以外，在一些實施例中，亦在形成於基板上之一底層上執行所揭示之膜處理步驟之任一者，且術語「基板表面」旨在包含此底層，如內容脈絡指示。因此，例如，在一膜/層或部分膜/層已沈積至一基板表面上的情況下，新沈積之膜/層之經曝光表面變為基板表面。
對一微型LED(uLED)之參考意謂具有小於100微米之一或多個特性尺寸(例如，高度、寬度、深度、厚度等尺寸)之一發光二極體。在一或多項實施例中，高度、寬度、深度、厚度之一或多個尺寸具有2微 米至25微米之一範圍內之值。
一降頻轉換器材料吸收能量，從而將一進入波長轉換為一較低能較高波長。本文中，降頻轉換器材料可為一磷光體材料或半導體奈米粒子(量子點)或磷光體與量子點之一組合。
對未圖案化邊界之至少部分上不存在一材料(例如，降頻轉換器材料)之參考認知，在一沈積程序期間，某一材料可滲出至未圖案化邊界上。在一或多項實施例中，在大於或等於50%，或大於或等於60%，或大於或等於70%，或大於或等於80%，或大於或等於90%，或大於或等於95%，或大於或等於99%之未圖案化邊界上不存在降頻轉換器材料。
沈積薄膜之方法包含(但不限於)：濺鍍沈積、原子層沈積(ALD)、化學氣相沈積(CVD)、物理氣相沈積(PVD)、電漿增強原子層沈積(PEALD)、電漿增強化學氣相沈積(PECVD)及其等之組合。
圖1係以截面繪示包括複數個光發射器(例如，像素)之一像素陣列100之一部分之一示意圖。以截面部分地展示兩個像素(120及122)。在圖1中，針對像素120提供細節，且應理解，像素122具有對應特徵。各光發射器包括具有一第一表面132及一第二表面134之一半導體層110。在一或多項實施例中，半導體層包括GaN。在一或多項實施例中，半導體層包括包含一n型層、一發光區及一p型層之一層堆疊。陣列可至少部分地藉由圖案化一底層晶粒或晶圓而形成，該陣列可包含：複數個個別像素，該複數個個別像素至少包含：一半導體層及可經電定址以發射光之接觸件。各像素包括一中心圖案化表面124及一未圖案化邊界126。複數個像素120及122藉由填充有一光阻擋金屬130或能夠吸收或反射來自相鄰LED像素之重疊光發射之其他適合結構之一溝槽或一凹槽分開。未圖案化 邊界經設計以最小化來自各像素之橫向發射。
在一些實施例中，晶粒或晶圓之電鍍開始於一晶種層，此後接著光阻圖案以勾勒金屬襯墊生長區域。替代地，可在藍寶石層之雷射剝離之後電鍍現有金屬結構。金屬電鍍之高度可限於小於5微米以減少經電鍍材料至作用GaN像素區域中之擴散。晶粒或晶圓之金屬化及接觸件圖案可經設計，使得特定像素子集可在晶圓或微磚(tile)級被電接觸。隨後可切斷共同接觸件以容許全部像素之個別可定址性。
圖2A至圖2E繪示適於將光阻施覆及圖案化至一結構(諸如關於圖1繪示)之一自對準程序200。首先，圖2A展示包含複數個個別像素210之一晶粒或晶圓202，該複數個個別像素210各具有一中心圖案化表面224及一未圖案化邊界226且藉由一光阻擋金屬230分開。像素各包括一半導體層。圖2B中展示來自圖2A之三個像素(LED1、LED2及LED3)之一特寫放大圖，其中一正性光阻220層經沈積至晶粒或晶圓202之頂表面上，在「LED」之圖案化表面224及其未圖案化邊界226及光阻擋金屬230上方。
此時，關於照明像素提出兩種選項以容許產生用於所要應用之設計。在圖2C.1之一第一選項中，照明全部像素(例如，LED1、LED2及LED3)，此僅在各像素(LED1、LED2及LED3)之圖案化表面上方將正性光阻顯影為經顯影正性光阻222。正性(未顯影)光阻220駐留於未圖案化邊界及光阻擋金屬上。在圖2C.2之一第二選項中，僅照明一些像素(例如，LED1及LED3)，從而形成經顯影光阻222之一定義圖案。在一持續時間內照明像素。在一或多項實施例中，持續時間大於一秒且小於十秒。正性光阻係藉由適合方法顯影，包含使用顯影劑灌注及乾燥。視需要 重複照明、顯影劑添加及乾燥。
此後，在圖2D.1及圖2D.2，洗除經顯影正性光阻部分(即，曝光至來自經照亮像素之圖案化表面之光之正性光阻部分)。此留下藉由正性(未顯影)光阻之一薄邊緣壁242或厚邊緣壁244分開之一腔室240。可藉由填入或添加一降頻轉換器材料(例如，一磷光體材料)而進一步處理腔室240。在圖2E.1及圖2E.2，根據所要組態，使用一降頻轉換器材料252填充腔室240。此後，移除剩餘之正性光阻220且額外處理用於使用金屬側壁250或進一步降頻轉換器材料252填充敞開腔室。在中心圖案化表面上存在降頻轉換器材料，且在未圖案化邊界之至少部分上不存在降頻轉換器材料。
針對圖2E.2，進一步處理可能藉由照明像素LED2，移除經顯影光阻且將一所要降頻轉換器材料沈積於LED2上而使厚邊緣壁244之正性光阻顯影。
圖3A繪示在處理之後使用一第一磷光體材料352覆蓋之一像素陣列300，其中照明像素陣列中之全部像素。替代地，圖3B繪示在處理之後使用一第一磷光體材料352及一第二磷光體材料354兩者覆蓋之一像素陣列310，其中以一棋盤圖案照明像素陣列中之一半像素。在顯影及清洗光阻之後，使用第一磷光體材料填充任何腔室。照亮任何先前未照明之像素，顯影及清洗光阻，且使用填充有第二磷光體材料之任何腔室來界定棋盤或其他所要圖案。
圖4A、圖4B及圖4C分別展示根據一項實施例處理之一LED像素陣列之影像。使用助黏劑六甲基二矽氮烷(HMDS)塗佈一微磚上之發藍光LED之一6x3陣列。將正性光阻AZ4562之一15微米層旋塗至微 磚上，且隨後在100℃下乾燥達2分鐘。與陣列之一單一像素進行電接觸，此接著以800mA/cm2運行達5秒。接著使用基於TMAH之顯影劑RD6灌注光阻達50s，且接著旋轉乾燥。重複此程序，且接著在DI水中沖洗樣本。圖4A展示所得光阻圖案之一光學影像400(具有100μm之一規模)，其中自中心像素之一者移除光阻。圖4B展示圖案之一邊角之一掃描電子顯微鏡影像410，而圖4C展示沿兩個鄰近LED像素之間的一光阻圖案之一邊緣之相同樣本之一截面之一掃描電子顯微鏡影像420。在兩個位點處量測其餘光阻之厚度：14.18微米及15.44微米。底切角度係42.4°。
圖5繪示用於在晶圓級與像素子集電接觸以進行光阻曝光之一例示性接觸件佈局500。一第一色彩(例如，紅色)之一像素子集502電連接在各者502之一第一接觸件「C1」至一第一色彩共同接觸件512之間。各者502之一第二接觸件「C2」與至一佈局共同接觸件508之連接510電接觸。一第二色彩(例如，綠色)之一像素子集504電連接在各者504之一第一接觸件「C1」至一第二色彩共同接觸件514之間。各者504之一第二接觸件「E2」與至佈局共同接觸件508之連接510電接觸。一第三色彩(例如，藍色)之一像素子集506電連接在各者506之一第一接觸件「C1」至一第三色彩共同接觸件516之間。各者506之一第二接觸件「C2」與至佈局共同接觸件508之連接510電接觸。隨後可切斷共同接觸件以容許全部像素之個別可定址性。
有利地，含有一中心圖案化表面及一未圖案化邊界之LED像素將最小化來自各像素之橫向發射，使得晶粒或晶圓表面上之一光阻膜可以高解析度進行圖案化。在一或多項實施例中，未圖案化邊界之一寬度在1微米至50微米之一範圍內，包含其間之全部值及子範圍，包含5微米 至20微米。為增強光提取，半導體裝置中之GaN表面藉由自光阻圖案化蝕刻圖案化藍寶石或藉由一光電化學蝕刻而具有一粗糙化表面。在一項實施例中，圖案化藍寶石可經形成以使藍寶石在晶粒佈局之邊緣附近光滑。此需要將藍寶石對準至LED。在LED中之各像素之外部5微米至20微米邊緣處不存在表面粗糙度降低像素之邊緣處之光強度且改良藍光消光之品質以減少LED像素之間的串擾。
在一項實施例中，形成自對準光阻陣列可依賴於沈積或塗佈對LED之發射波長敏感之一均勻正性光阻層。當接著開啟一些或全部LED像素時，將僅曝光LED正上方之光阻。在顯影之後，光阻僅保持在陣列之黑暗區域(像素「外」，像素之間的空間)上以及陣列之邊界周圍。若所得圖案經填充有磷光體，則光阻可接著經剝除以產生與LED陣列對準之一像素化磷光體陣列。光阻厚度及LED光劑量可經微調以最小化所關注區域中之過度曝光。替代地，可應用一多步驟方法，其中一薄光阻膜之後接著LED曝光且接著可施覆光阻側壁上之一薄光阻擋層(諸如鋁金屬)以進一步減少來自LED光源之串擾。可藉由一定向乾燥蝕刻程序移除LED發射表面上之任何多餘鋁。接著，可藉助於像素之間的此阻擋層圖案化一第二光阻層。可重複此程序以產生所要光圖案化縱橫比及側壁輪廓。
對此所描述程序有用之正性光阻化合物可包含光敏材料，該等光敏材料可藉由光降解，使得一顯影劑將溶解掉曝露至光之沈積區。實際上，此留下其中放置一遮罩之一塗層(即，膜保持在一經照明光阻之先前黑暗部分上)。正性光阻通常需要在低溫下使用，此係因為其等在高溫下易受永久交聯(亦稱為「硬烘烤」)影響，從而使光阻無法在隨後藉由剝除浴(通常一溫和溶劑系統)移除。
諸如本文中揭示之發光像素陣列可包含(但不限於)由藍寶石或碳化矽形成之LED。LED可由一磊晶生長或沈積之半導體n層形成。接著一半導體p層可循序生長或沈積於n層上，從而在層之間的接面處形成一作用區。能夠形成高亮度發光裝置之半導體材料可包含(但不限於)III-V族半導體，特定言之鎵、鋁、銦及氮之二元、三元及四元合金(亦被稱為III族氮化物材料)。在某些實施例中，可使用雷射發光元件。
可使用一磷光體粒子修改來自LED之發射光之色彩，該等磷光體粒子包含能夠產生白光或其他色彩之單色光之一或多個波長轉換材料。在一些實施例中，可使用藉由黏合劑或黏結劑固持在一起之磷光體粒子。例如，與聚矽氧黏結在一起之磷光體可經模製、施配、網版印刷、噴塗或積層。
在一項實施例中，一冷凝固化聚矽氧系統可用於黏結磷光體粒子。為了機械穩定性、低溫固化性質(例如，低於攝氏150度至攝氏120度)及使用氣相觸媒催化之能力，可選擇聚矽氧材料或矽氧烷。在一項實施例中，可使用有機矽氧烷嵌段共聚物。可使用含有D及T單元之有機聚矽氧烷，其中D單元主要接合在一起以形成具有10至400個D單元之線性嵌段且T單元主要彼此接合以形成支鏈聚合物鏈(其等被稱為「非線性嵌段」)。在某些實施例中，冷凝固化聚矽氧系統可包含選用有機、無機或有機/無機黏結劑及填充劑材料。在一項實施例中，光活性磷光體、染料或奈米粒子可藉由聚矽氧黏結在一起。在其他實施例中，聚矽氧可另外形成光學結構，包含透鏡、光導或折射元件。
用於冷凝固化聚矽氧系統觸媒之觸媒可經選擇以最小化需要移除之物種之產生，及/或不應需要高溫活化以能夠在相對低溫下固化 及/或使用熱敏基板。組合物可採用相對無毒且在溶液中相對穩定但在乾燥時相對快速固化之觸媒。觸媒可在相對低濃度下有效及/或在相對低(或無)濕度狀況下有效。可使用可作為一氣相採用之觸媒。在一項實施例中，冷凝固化聚矽氧系統之氣相固化可使用鹼性(basic或alkaline)催化劑進行。在一實施例中，可使用諸如Swier等人之美國專利9,688,035中描述之超強鹼催化劑。在一些實施例中，使用一超強鹼觸媒製造之聚矽氧固體組合物展現優於不具有超強鹼觸媒之類似組合物之增強固化速率、改良機械強度及改良熱穩定性。
本文中使用之術語「超強鹼」係指具有一非常高鹼度之化合物，諸如二異丙胺鋰。術語「超強鹼」亦涵蓋由兩種(或更多)鹼之混合，從而產生擁有固有新性質之新鹼性物種所致之鹼。術語「超強鹼」不一定意謂在熱力學及/或動力學上比另一種鹼更強之鹼。代替地，在一些實施例中，其意謂藉由組合若干不同鹼之特性而產生一鹼性試劑。術語「超強鹼」亦涵蓋具有相對於1,8-雙-(二甲胺基)-萘之一較高絕對質子親和力(APA=245.3千卡/莫耳)及固有氣相鹼度(GB=239千卡/莫耳)之任何物種。
超強鹼之非限制性實例包含有機超強鹼、有機金屬超強鹼及無機超強鹼。有機超強鹼包含(但不限於)含氮化合物。在一些實施例中，含氮化合物亦具有低親核性及相對溫和使用狀況。含氮化合物之非限制性實例包含磷腈、脒、胍及多環多胺。有機超強鹼亦包含其中反應性金屬已被一雜原子上之氫交換之化合物，諸如氧(不穩定醇鹽)或氮(金屬醯胺，諸如二異丙胺鋰)。在一些實施例中，超強鹼觸媒係一脒化合物。在一些實施例中，術語「超強鹼」係指具有至少兩個氮原子及自約0.5至約 11之一pKb(如在水中量測)之有機超強鹼。在某些實施例中，超強鹼觸媒係一有機超強鹼，諸如上文描述或此項技術中已知之有機超強鹼之任一者。
可藉由磷光體之波長轉換材料轉換由LED發射之光之全部或僅一部分。未轉換光可為光之最終光譜之部分，但不一定如此。常見裝置之實例包含與一發黃光磷光體組合之一發藍光LED片段、與發綠光及發紅光磷光體組合之一發藍光LED片段、與發藍光及發黃光磷光體組合之一發UV光LED片段及與發藍光、發綠光及發紅光磷光體組合之一發UV光LED片段。在一些實施例中，個別可控之RGB(三個LED)或RGBY(四個LED)可定位於一單一微型光學器件下方。此容許發射光之精確色彩控制。通常，此等RGB LED隔開得足夠遠，使得色彩混合將發生在遠場中。
可藉由微型光學器件修改自各LED發射之光之方向、光束寬度及光束形狀。微型光學器件可為一單一光學元件或多個光學元件。例如，光學元件可包含會聚或發散透鏡、非球面透鏡、菲涅耳(Fresnel)透鏡或漸變折射率透鏡。亦包含其他光學元件，諸如鏡、光束擴散器、濾光器、遮罩、孔徑、準直器或光波導。微型光學器件可定位於與LED之一定距離處，此容許接收及重新引導來自多個LED之光。替代地，微型光學器件可設定於各LED頂上以個別地導引、聚焦或散焦所發射之LED光。微型光學器件可直接附接至LED、經由一透明中介層或板附接至LED或藉由周圍基板附件(未展示)固持在與LED之一固定距離處。
在一些實施例中，可分開控制光發射器陣列中之各LED像素，而在其他實施例中，可將像素群組作為一區塊進行控制。在仍其他實 施例中，可控制單一像素及像素群組兩者。為降低總體資料管理要求，控制可限於開/關功能性或相對少光強度位準之間的切換。在其他實施例中，支援照明強度之連續改變。光強度之個別及群組級控制兩者經考慮。在一項實施例中，重疊或動態選擇之控制區帶亦係可行的，例如，儘管具有取決於照明要求之共同像素，但可分開控制像素陣列中之重疊光發射器群組。在一項實施例中，可藉由使用一脈衝寬度調變針對各像素設定適當斜坡時間及脈衝寬度而分開控制及調整強度。此容許像素啟動分段以減少功率波動且提供優異發光強度控制。
諸如本文中揭示之可程式化發光陣列亦可支援受益於光分佈之細粒強度、空間及時間控制之廣泛範圍之應用。此可包含(但不限於)來自區塊或個別LED之所發射光之精確空間圖案化。取決於應用，所發射光可為在光譜上相異、隨時間自適應及/或環境回應的。在一些實施例中，發光陣列可以各種強度、空間或時間圖案提供預程式化光分佈。所發射光可至少部分基於所接收感測器資料且可用於光學無線通信。相關聯光學器件可在單一或多個LED級相異。一例示性發光陣列可包含具有高強度LED之一共同控制中心區塊之一裝置，該等高強度LED具有一相關聯共同光學器件，而邊緣定位LED可具有個別光學器件。由發光LED陣列支援之常見應用包含相機或視訊照明、建築及區域照明及街道照明。
可程式化發光陣列可用於選擇性且適應性地照明建築或區域以改良視覺顯示或降低照明成本。另外，發光陣列可用於投射媒體立面以產生裝飾性運動或視訊效果。結合追蹤感測器及/或攝影機，行人周圍之選擇性區域照明可為可行的。在光譜上相異之LED可用於調整照明之色溫以及支援波長特定園藝照明。
街道照明係可極大受益於可程式化發光陣列之使用之一重要應用。一單一類型之發光陣列可用於模擬各種街燈類型，例如容許藉由適當啟動或撤銷啟動選定LED而在一第I型線性街燈與一第IV型半圓形街燈之間切換。另外，可藉由根據環境狀況或使用時間調整光束強度或分佈而降低街道照明成本。例如，當不存在行人時，可減小光強度及分佈面積。若LED在光譜上相異，則可根據各自日光、暮光或夜晚狀況調整光之色溫。
可程式化發光LED亦非常適於支援需要直接或投影顯示器之應用。例如，需要校準或警告、緊急或資訊標誌之汽車前燈皆可使用發光陣列來顯示或投射。例如，此容許修改自一汽車前燈輸出之光之方向性。若一發光陣列由大量LED組成或包含一適合動態光罩，則文字或數字資訊可使用使用者引導之放置來呈現。亦可提供定向箭頭或類似指示符。
轉至圖6A至圖6K，根據一實施例之一自對準程序600適於像素之表面處理。圖6A展示包含劃分為複數個個別像素之半導體層610之一晶粒或晶圓602，該複數個個別像素各具有一中心圖案化表面624及一未圖案化邊界626且藉由光阻擋金屬630分開。一正性光阻620層經沈積至晶粒或晶圓602之頂表面上，在圖案化表面624、未圖案化邊界626及光阻擋金屬630上方。照明全部或一些像素(LED1、LED2及LED3)。此處為了繪示目的，圖6B展示照明LED1及LED3，此僅在各經照明像素之圖案化表面上方將正性光阻顯影為經顯影正性光阻622。正性(未顯影)光阻620駐留於未圖案化邊界、未照明之LED2及光阻擋金屬上。此後，在圖6C中，洗除經顯影正性光阻622部分(即，曝光至來自照亮像素之圖案化表面之光之正性光阻部分)。此留下藉由一薄邊緣壁642或厚邊緣壁644分開之一腔 室640。圖6D繪示發生經曝光LED之表面處理(例如，經曝光GaN表面之化學蝕刻)以形成孔隙度646。圖6E繪示將小的降頻轉換器粒子(諸如量子點(QD))輸注至經處理表面中。以此方式，產生嵌入GaN之表面中之一「磷光體像素」648(針對特定一組色彩/像素/設計)。此後，在圖6F，移除剩餘正性光阻之壁642及644。在一實施例中，針對特定一組色彩/像素/設計，在中心圖案化表面上之材料存在表面處理及降頻轉換器粒子，且在未圖案化邊界之至少部分上不存在表面處理及降頻轉換器粒子。
可視情況針對不同一組像素/色彩/設計重複程序。將另一正性光阻620層沈積至基板上。關於圖6G，照明相對於圖6B之不同一組像素。此處為了繪示目的，照明LED2，此僅在LED2(例如，各經照明像素)之圖案化表面624上方將正性光阻顯影為經顯影正性光阻622。正性(未顯影)光阻620駐留於未圖案化邊界626、光阻擋金屬630及未照明LED(LED1及LED3)上。此後，在圖6H，洗除經顯影正性光阻部分(即，曝光至來自照亮像素之圖案化表面之光之正性光阻部分)。此留下藉由厚邊緣壁644分開之一腔室640。在圖6I，發生經曝光LED之表面處理(例如，經曝光GaN表面之化學蝕刻)以形成孔隙度646。在圖6J，將小的降頻轉換器粒子(諸如量子點(QD))輸注至經處理表面中。以此方式，針對特定另一組色彩/像素/設計產生嵌入GaN之表面中之一「磷光體像素」650。此後，在圖6K中展示，移除剩餘正性光阻之壁644。在一實施例中，針對特定另一組色彩/像素/設計，在中心圖案化表面上之材料存在表面處理及降頻轉換器粒子，且在未圖案化邊界之至少部分上不存在表面處理及降頻轉換器粒子。
實施例
下文列出各種實施例。將理解，下文列出之實施例可與根據本發明之範疇之全部態樣及其他實施例組合。
實施例(a).一種光源，其包括：一陣列，其包括：複數個光發射器，各光發射器包括：一半導體層，其具有一第一表面及一第二表面，該等光發射器之至少一部分之該等第一表面包括：一中心圖案化表面及一未圖案化邊界；及一降頻轉換器材料，其在該半導體層上；及一光阻擋金屬層，其定位於該等光發射器之各者之間。
實施例(b).如實施例(a)之光源，其中該未圖案化邊界具有1微米至50微米之一範圍內之一寬度。
實施例(c).如實施例(a)至(b)中任一項之光源，其中在該中心圖案化表面上存在該降頻轉換器材料，且在該未圖案化邊界之至少部分上不存在該降頻轉換器材料。
實施例(d).如實施例(a)至(c)中任一項之光源，其中該等光發射器之各者包括5微米至500微米之一範圍內之一最小寬度。
實施例(e).如實施例(a)至(d)中任一項之光源，其中該半導體層包括GaN。
實施例(f).如實施例(a)至(e)中任一項之光源，其中該降頻轉換器材料包括一磷光體材料。
實施例(g).如實施例(a)至(f)中任一項之光源，其中該光阻擋金屬層具有小於5微米之一高度。
實施例(h).如實施例(a)至(g)中任一項之光源，其中該陣列提供具有磷光體之多色彩照明，該等磷光體由藉由一冷凝固化聚矽氧系統黏結在一起之粒子形成。
實施例(i).如實施例(a)至(h)中任一項之光源，其中該複數個光發射器係可微調色彩的。
實施例(j).如實施例(a)至(i)中任一項之光源，其進一步包括與該等光發射器之至少一些對準之光學元件。
實施例(k).如實施例(a)至(j)中任一項之光源，其中該光源用於建築、相機閃光燈及汽車照明之至少一者。
實施例(l).如實施例(a)至(k)中任一項之光源，其中該陣列包含在晶圓或晶粒級處於作用中之共同電接觸件。
實施例(m).一種藉由一自對準無遮罩方法製造一光源之方法包括：使用一正性光阻塗佈一光發射器陣列；啟動該等光發射器之至少一些以曝光該正性光阻之部分且產生經顯影正性光阻，各光發射器包括：一半導體層，其具有一第一表面及一第二表面，該等光發射器之至少一部分之該等第一表面包括：一中心圖案化表面及一未圖案化邊界；洗除該經顯影正性光阻以留下具有正性光阻側壁之腔室；及使用一降頻轉換器材料至少部分填充該等腔室。
實施例(n).如實施例(m)之方法，其中該未圖案化邊界具有1微米至50微米之一範圍內之一寬度。
實施例(o).如實施例(m)至(n)中任一項之方法，其中該等光發射器之各者包括5微米至500微米之一範圍內之一最小寬度。
實施例(p).如實施例(m)至(o)中任一項之方法，其中該等光發射器之各者之該半導體層包括GaN。
實施例(q).如實施例(m)至(p)中任一項之方法，其中該降頻轉換器材料包括一磷光體材料。
實施例(r).如實施例(m)至(q)中任一項之方法，其進一步包括將具有小於5微米之一高度之一光阻擋金屬層沈積於該等光發射器之各者之間。
實施例(s).如實施例(m)至(r)中任一項之方法，其進一步包括沈積及洗除一第二正性光阻層。
實施例(t).如實施例(m)至(s)中任一項之方法，其進一步包括在沈積於GaN溝槽中之一接合金屬層上電鍍金屬。
實施例(u).如實施例(m)至(t)中任一項之方法，其進一步包括在支撐該光發射器陣列之一晶圓之一反面上提供電接觸件。
實施例(v).如實施例(m)至(u)中任一項之方法，其進一步包括啟動該光發射器陣列之各者。
實施例(w).如實施例(m)至(v)中任一項之方法，其進一步包括啟動選定光發射器以界定一所要圖案。
實施例(x).如實施例(m)至(w)中任一項之方法，其進一步包括對準光學元件與該光發射器陣列之至少一些。
貫穿本說明書對「一項實施例」、「某些實施例」、「一或多個實施例」或「一實施例」之參考意謂結合該實施例描述之一特定特徵、結構、材料或特性包含於本發明之至少一項實施例中。因此，諸如「在一或多項實施例中」、「在某些實施例中」、「在一項實施例中」或「在一實施例中」之片語在貫穿本說明書之各種位置之出現不一定係指本發明之相同實施例。此外，特定特徵、結構、材料或特性可在一或多項實施例中以任何適合方式組合。
受益於前述描述及相關聯圖式中呈現之教示，熟習此項技 術者將想到本發明之許多修改及其他實施例。因此，應理解，本發明不限於所揭示之特定實施例且修改及實施例旨在包含於隨附發明申請專利範圍之範疇內。亦應理解，可在不存在本文中未特別揭示之一元件/步驟的情況下實踐本發明之其他實施例。
100:像素陣列
110:半導體層
120:像素
122:像素
124:中心圖案化表面
126:未圖案化邊界
130:光阻擋金屬
132:第一表面
134:第二表面

Claims (20)

  1. 一種光源，其包括： 一陣列，其包括： 複數個光發射器，各光發射器包括： 一半導體層，其具有一第一表面及一第二表面， 該等光發射器之至少一部分之該等第一表面包括： 一中心圖案化表面及一未圖案化邊界，及 一降頻轉換器材料，其在該半導體層上；及 一光阻擋金屬層，其定位於該等光發射器之各者之間。
  2. 如請求項1之光源，其中該未圖案化邊界具有1微米至50微米之一範圍內之一寬度。
  3. 如請求項1之光源，其中在該中心圖案化表面上存在該降頻轉換器材料，且在該未圖案化邊界之至少部分上不存在該降頻轉換器材料。
  4. 如請求項1之光源，其中該等光發射器之各者包括5微米至500微米之一範圍內之一最小寬度。
  5. 如請求項1之光源，其中該半導體層包括GaN且該降頻轉換器材料包括一磷光體材料。
  6. 如請求項1之光源，其中該光阻擋金屬層具有小於5微米之一高度。
  7. 如請求項1之光源，其中該陣列提供具有磷光體之多色彩照明，該等磷光體由藉由一冷凝固化聚矽氧系統黏結在一起之粒子形成。
  8. 如請求項1之光源，其中該複數個光發射器係可微調色彩的。
  9. 如請求項1之光源，其進一步包括與該等光發射器之至少一些對準之光學元件。
  10. 如請求項1之光源，其中該光源用於建築、相機閃光燈及汽車照明之至少一者。
  11. 一種藉由一自對準無遮罩方法製造一光源之方法，其包括： 使用一正性光阻塗佈一光發射器陣列； 啟動該等光發射器之至少一些以曝光該正性光阻之部分且產生經顯影正性光阻，各光發射器包括：一半導體層，其具有一第一表面及一第二表面，該等光發射器之至少一部分之該等第一表面包括：一中心圖案化表面及一未圖案化邊界； 洗除該經顯影正性光阻以留下具有正性光阻側壁之腔室；及 使用一降頻轉換器材料至少部分填充該等腔室。
  12. 如請求項11之方法，其中該未圖案化邊界具有1微米至50微米之一範圍內之一寬度。
  13. 如請求項11之方法，其中該等光發射器之各者包括5微米至500微米之一範圍內之一最小寬度。
  14. 如請求項11之方法，其中該等光發射器之各者之該半導體層包括GaN。
  15. 如請求項11之方法，其進一步包括將具有小於5微米之一高度之一光阻擋金屬層沈積於該等光發射器之各者之間。
  16. 如請求項11之方法，其進一步包括沈積及洗除一第二正性光阻層。
  17. 如請求項11之方法，其進一步包括在支撐該光發射器陣列之一晶圓之一反面上提供電接觸件。
  18. 如請求項11之方法，其進一步包括啟動該光發射器陣列之各者。
  19. 如請求項11之方法，其進一步包括啟動選定光發射器以界定一所要圖案。
  20. 如請求項11之方法，其進一步包括對準光學元件與該光發射器陣列之至少一些。
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