用于主光线走离补偿的微型LED制造技术

本文公开的技术涉及用于显示系统的微型发光二极管(微型LED)。显示系统包括：微型发光二极管(微型LED)的阵列；输出耦合器的阵列，该输出耦合器的阵列光学地耦合到微型LED的阵列并且被配置为提取由微型LED的阵列中的相应微型LED发出的光；波导显示器；以及显示光学器件，该显示光学器件被配置为将由微型LED的阵列发出并且由输出耦合器的阵列提取的光耦合到波导显示器中。输出耦合器的阵列中的每个输出耦合器被配置为将由微型LED的阵列中的相应微型LED发出的光的主光线引导到不同的相应方向。向。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于主光线走离补偿的微型LED
相关申请的交叉引用本专利申请要求于2019年10月14日提交的题为“微型LED Design For Chief Ray Walk
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Off Compensation”、序列号为62/914,892的美国临时专利申请的权益和优先权，其公开内容出于所有目的通过引用整体并入本文。

技术介绍

发光二极管(LED)将电能转变成光能，并且提供超过其他光源的许多益处，诸如减小的大小、改进的耐久性以及改进的效率。LED可以被用作许多显示系统中的光源，显示系统诸如为电视、计算机监视器、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、投影系统以及可穿戴电子设备。基于III
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V半导体(诸如AlN、GaN、InN、GaAs、四元磷化合物(例如，AlGaInP)等等的合金)的微型LED(“μLED”)已经由于它们的小大小(例如，具有小于100μm、小于50μm、小于10μm或小于5μm的线性尺寸)和高亮度而开始被开发用于各种显示应用。例如，发出不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)的光的微型LED可以被用于形成显示系统(诸如电视或近眼显示系统)的子像素。

技术实现思路

本公开一般涉及微型发光二极管(微型LED)。更具体地，本公开涉及具有用于主光线走离补偿和从微型LED阵列到显示系统中的高效率光耦合的微透镜的微型LED。根据某些实施例，设备可以包括：微型发光二极管(微型LED)；以及微透镜，该微透镜在微型LED的顶部上并且被配置为提取由微型LED发出的光。微型LED可以包括：台面结构，包括半导体材料和在发光方向上垂直或向内倾斜的侧壁；以及在台面结构的背表面上的背反射器。微透镜的横向大小可以等于或大于台面结构的横向大小的大约80％。微透镜的焦点与台面结构的顶表面之间的距离可以在台面结构中的半导体材料的厚度的大约0.8与大约1.25倍之间。在一些实施例中，微透镜可以偏离微型LED等于或大于零的水平位移。微透镜可以包括球面微透镜、非球面微透镜或环面微透镜，并且可以包括半导体材料、介电材料(诸如SiO2、TiO2、SiN、HfO或AlN)、或聚合物。在一些实施例中，设备还可以包括以下至少一项：第二微透镜、楔形物、棱镜、粗糙表面、抗反射涂层、衍射光学元件或光子晶体。在一些实施例中，微型LED还可以包括在台面结构的侧壁上的台面反射器。在一些实施例中，台面结构的横向大小可以小于大约5μm。设备的特征可以在于大于a
±
18
°
接受角范围的大约1％的光提取效率。在一些实施例中，微型LED可以被配置为发出红外光，并且垂直台面的横向大小可以小于大约50μm。在一些实施例中，设备可以包括：微型LED的阵列，包括微型LED的一维或二维阵列；以及微透镜的阵列，该微透镜的阵列光学地耦合到微型LED的阵列。微透镜的阵列中的每个微透镜可以被配置为将由微型LED的阵列中的对应微型LED发出的光的主光线引导到不同的相应方向。微透镜的阵列中的每个微透镜可以被配置为对由微型LED的阵列中的对应微型LED发出的光进行准直。在一些实施例中，微透镜的阵列中的每个微透镜的特征可以
在于距离对应微型LED的不同的相应水平位移。在一些实施例中，由微型LED的阵列发出并且由微透镜的阵列引导的光可以形成一维或二维照明模式。根据一些实施例，设备可以包括：微型发光二极管(微型LED)；以及微透镜，在微型LED的顶部上并且被配置为提取由微型LED发出的光。微型LED可以包括：台面结构，该台面结构具有半导体材料和在发光方向上向外倾斜的侧壁；以及在台面结构的背表面上的背反射器。微透镜的横向大小可以等于或大于台面结构的横向大小的大约80％。微透镜的焦点与台面结构的顶表面之间的距离可以在台面结构中的半导体材料的厚度的1.2与4倍之间。在一些实施例中，微型LED可以包括保形地形成在台面结构的侧壁上的台面反射器。在一些实施例中，台面结构的特征可以在于抛物线或锥形形状。在一些实施例中，台面结构的特征可以在于锥形形状和在大约30
°
与大约40
°
之间的台面刻面角。微型LED的特征可以在于小于大约60
°
的半宽半幅发光角。在一些实施例中，微型LED的特征可以在于在大约30
°
与大约50
°
之间的半宽半幅发光角。在一些实施例中，微型LED的特征可以在于在大约15
°
与大约30
°
之间的半宽半幅发光角。在一些实施例中，微型LED的特征可以在于小于大约15
°
的半宽半幅发光角。在一些实施例中，微型LED可以被配置为发出可见光，并且台面结构的横向大小可以在大约0.5μm与大约10μm之间。在一些实施例中，微型LED可以被配置为发出红外光，并且台面结构的横向大小可以小于大约50μm。在一些实施例中，微透镜可以偏离微型LED等于或大于零的水平位移。微透镜可以包括球面微透镜、非球面微透镜或环面微透镜。微透镜可以包括半导体材料、介电材料(诸如SiO2、TiO2、SiN、HfO或AlN)、或聚合物。在一些实施例中，设备还可以包括以下至少一项：第二微透镜、楔形物、棱镜、粗糙表面、抗反射涂层、衍射光学元件或光子晶体。在一些实施例中，设备可以包括：微型LED的阵列，该微LED的阵列包括微型LED的一维或二维阵列；以及微透镜的阵列，该微透镜的阵列光学地耦合到微型LED的阵列。微透镜的阵列中的每个微透镜可以被配置为将由微型LED的阵列中的对应微型LED发出的光的主光线引导到不同的相应方向。微透镜的阵列中的每个微透镜的特征可以在于距离对应微型LED的不同的相应水平位移。在一些实施例中，微型LED的阵列的特征可以在于小于大约10μm的间距。在一些实施例中，由微型LED的阵列发出并且由微透镜的阵列引导的光可以形成一维或二维照明模式。在一些实施例中，微透镜的阵列中的每个微透镜可以被配置为对由微型LED的阵列中的每个对应微型LED发出的光进行准直。在一些实施例中，设备可以包括结合到微型LED的阵列的电集成电路。根据某些实施例，显示系统可以包括：微型发光二极管(微型LED)的阵列；输出耦合器的阵列，该输出耦合器的阵列光学地耦合到微型LED的阵列并且被配置为提取由微型LED的阵列中的相应微型LED发出的光；显示光学器件；以及波导显示器。显示光学器件可以被配置为将由微型LED的阵列发出并且由输出耦合器的阵列提取的光耦合到波导显示器中。输出耦合器的阵列中的每个输出耦合器可以被配置为将由微型LED的阵列中的相应微型LED发出的光的主光线引导到不同的相应方向。微型LED的阵列中的每个微型LED可以包括具有向内倾斜的、垂直的或向外倾斜的形状的台面结构。台面结构可以包括：在台面结构的侧壁上的台面反射器；以及背反射器，包括半导体层和金属电极。在一些实施例中，微型LED的阵列中的每个微型LED的特征可以在于小于60
°
的半宽半幅发光角。在一些实施例中，微型LED的阵列可以被配置为发出可见
光，并且台面结构的特征可以在于在大约0.5μm与大约10μm之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种设备，包括：微型发光二极管(微型LED)，包括：台面结构，包括半导体材料和在发光方向上垂直或向内倾斜的侧壁；以及在所述台面结构的背表面上的背反射器；以及微透镜，所述微透镜在所述微型LED的顶部上并且被配置为提取由所述微型LED发出的光，其中：所述微透镜的横向大小等于或大于所述台面结构的横向大小的80％；并且所述微透镜的焦点与所述台面结构的顶表面之间的距离在所述台面结构中的所述半导体材料的厚度的0.8与1.25倍之间。2.根据权利要求1所述的设备，并且有以下任一项：a)其中所述微透镜偏离所述微型LED等于或大于零的水平位移；或者b)还包括以下至少一项：第二微透镜、楔形物、棱镜、粗糙表面、抗反射涂层、衍射光学元件或光子晶体；或者c)其中所述微透镜包括球面微透镜、非球面微透镜或环面微透镜；或者d)其中所述微透镜包括半导体材料、包括SiO2、TiO2、SiN、HfO或AlN的介电材料、或聚合物；或者e)其中所述微型LED还包括在所述台面结构的所述侧壁上的台面反射器。3.根据权利要求1所述的设备，还包括：微型LED的阵列，包括微型LED的一维或二维阵列；以及微透镜的阵列，所述微透镜的阵列光学地耦合到所述微型LED的阵列，其中所述微透镜的阵列中的每个微透镜被配置为将由所述微型LED的阵列中的对应微型LED发出的光的主光线引导到不同的相应方向。4.根据权利要求3所述的设备，其中所述微透镜的阵列中的每个微透镜的特征在于距离所述对应微型LED的不同的相应水平位移。5.一种设备，包括：微型发光二极管(微型LED)，包括：台面结构，包括半导体材料和在发光方向上向外倾斜的侧壁；以及在所述台面结构的背表面上的背反射器；以及微透镜，所述微透镜在所述微型LED的顶部上并且被配置为提取由所述微型LED发出的光，其中：所述微透镜的横向大小等于或大于所述台面结构的横向大小的80％；并且所述微透镜的焦点与所述台面结构的顶表面之间的距离在所述台面结构中的所述半导体材料的厚度的1.2与4倍之间。6.根据权利要求5所述的设备，并且有以下任一项：a)其中所述微型LED还包括保形地形成在所述台面结构的所述侧壁上的台面反射器；或者b)其中所述微型LED的特征在于小于60
°
、在30
°
与50
°
之间、在15
°
与30
°
之间或小于15
°
的半宽半幅光发射角。7.根据权利要求5所述的设备，其中所述微透镜偏离所述微型LED等于或大于零的水平
位移。8.根据权利要求5所述的设备，还包括以下至少一项：第二微透镜、楔形物、棱镜、粗...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：