使用金属纳米粒子的等离子体散射增强微型LED的光耦出制造技术

一种微型发光二极管(Micro

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用金属纳米粒子的等离子体散射增强微型LED的光耦出


[0001]本公开总体上涉及微型发光二极管(Micro
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Light Emitting Diode，Micro
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LED，微型LED)，具体涉及用于提高微型LED的光耦出效率(light out
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coupling efficiency)的技术。

技术介绍

[0002]发光二极管(LED)将电能转换成光能，并且提供优于其它光源的许多益处，诸如尺寸缩小、耐久性提高且效率增大。LED在许多显示系统中可以用作光源，这些显示系统诸如电视机、电脑监视器、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、投影系统和可穿戴电子装置。基于III
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V族半导体(诸如AlN、GaN、InN、GaAs的合金、四元磷化物组合物(quaternary phosphide composition)(例如，AlGaInP)等)的微型LED(μLED)由于其小尺寸(例如，线性尺寸小于100μm、小于50μm、少于10μm或小于5μm)、高封装密度，较高分辨率和高亮度，已经开始发展应用于各种显示应用。例如，发出不同颜色(例如，红色、绿色和蓝色)光的微型LED可以用于形成显示系统的子像素，该显示系统诸如电视机或近眼显示系统。

技术实现思路

[0003]本专利技术总体上涉及微型发光二极管(微型LED)。更具体地，本公开涉及提高光从微型LED进入例如显示系统并且最终进入用户眼睛的外耦合(out
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coupling)效率。本文描述了各种专利技术实施例，这些实施例包括装置、系统、方法、材料、工艺等。
[0004]根据本公开的第一方面，提供了一种微型发光二极管，该微型发光二极管包括：衬底；台面结构，该台面结构包括形成在该衬底上的多个半导体层，该台面结构包括被配置为发出第一波长的光的发光区；以及绝缘材料层，该绝缘材料层位于台面结构的侧壁上，该绝缘材料层包括：透明绝缘材料；以及金属纳米粒子，该金属纳米粒子浸入该透明绝缘材料中，其中，该透明绝缘材料和该金属纳米粒子被配置为，使得该第一波长的光与该金属纳米粒子相互作用，以引起该金属纳米粒子上的表面等离子体共振。
[0005]在该微型LED的一些实施例中，该金属纳米粒子可以包括贵金属纳米粒子或铜纳米粒子。在一些实施例中，该金属纳米粒子可以包括纳米球、纳米棒、纳米笼或纳米壳。在一些实施例中，该金属纳米粒子可以具有大于约50nm的线性尺寸。在一些实施例中，该金属纳米粒子可以具有大于约100nm的线性尺寸。在一些实施例中，该金属纳米粒子可以涂覆有非导电材料层，该非导电材料层形成该金属纳米粒子的壳。在一些实施例中，该透明绝缘材料可以包括氧化硅、氮化硅、氧化铝或硅树脂。在一些实施例中，该绝缘材料层的特性可以在于，对于该第一波长的光，散射与总消光的比率大于50％。
[0006]在一些实施例中，该微型LED还可以包括透明钝化层，该透明钝化层位于该台面结构的侧壁与该绝缘材料层之间。在一些实施例中，该透明钝化层可以包括氧化硅或氮化硅。在一些实施例中，该台面结构的侧壁可以包括竖直侧壁、向内倾斜的侧壁、向外倾斜的侧壁、圆锥形侧壁或抛物线侧壁。在一些实施例中，该台面结构可以具有小于50μm、小于20μm
或小于10μm的横向线性尺寸。在一些实施例中，该台面结构可以包括n型半导体层和p型半导体层；并且该发光区可以位于该n型半导体层和该p型半导体层之间。在一些实施例中，该微型LED还可以包括回归反射器，该回归反射器位于该台面结构上，其中，该回归反射器可以包括金属接触层。在一些实施例中，该微型LED还可以包括微透镜，该微透镜被配置为将第一波长的光自该微型发光二极管耦出。在一些实施例中，该微透镜可以位于该衬底上。在一些实施例中，第一波长的光可以包括红光、绿光或蓝光。
[0007]根据本公开的第二方面，提供了一种微型发光二极管阵列，该微型发光二极管阵列包括：衬底；多个台面结构，该多个台面结构位于该衬底上，该多个台面结构中的每个台面结构包括被配置为发出第一波长的光的发光区；以及绝缘材料，该绝缘材料位于该多个台面结构之间，该绝缘材料包括：透明绝缘材料；以及金属纳米粒子，该金属纳米粒子分散在该透明绝缘材料中；其中，该透明绝缘材料和该金属纳米粒子被配置为，使得第一波长的光与该金属纳米粒子相互作用，以引起该金属纳米粒子上的表面等离子体共振。
[0008]在该微型LED阵列的一些实施例中，该金属纳米粒子可以包括贵金属纳米粒子或铜纳米粒子。在一些实施例中，该金属纳米粒子可以包括纳米球、纳米棒、纳米笼或纳米壳等。在一些实施例中，该绝缘材料层的特性可以在于，对于第一波长的光，散射与总消光的比率大于50％。在一些实施例中，该透明绝缘材料可以包括氧化硅、氮化硅、氧化铝或硅树脂。在一些实施例中，该金属纳米粒子可以具有大于约50nm或大于约100nm的线性尺寸。在一些实施例中，该金属纳米粒子可以涂覆有非导电材料层，该非导电材料层形成该金属纳米粒子的壳。在一些实施例中，该绝缘材料层的特性可以在于，对于第一波长的光，散射与总消光的比率大于50％。
[0009]将理解的是，本文中描述的适合于并入本公开的一个或多个方面或实施例中的任何特征旨在通用于本公开的任意和所有方面和实施例中。本
技术实现思路
既不旨在确认所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或全部附图以及每条权利要求来理解该主题。在说明书、权利要求书和附图中，将对前述内容连同其它特征和示例进行更详细地描述。上述总体描述和以下详细描述仅是示例性和说明性的，而不是对权利要求的限制。
附图说明
[0010]下面参考以下附图详细描述说明性实施例。
[0011]图1是根据某些实施例的包括近眼显示器的人工现实系统环境的示例的简化框图。
[0012]图2是用于实施本文公开的多个示例中的一些示例的头戴式显示(Head
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mounted Display，HMD)装置形式的近眼显示器的示例的立体图。
[0013]图3是用于实施本文公开的多个示例中的一些示例的一副眼镜形式的近眼显示器的示例的立体图。
[0014]图4示出了根据某些实施例的包括波导显示器的光学透视增强现实系统的示例。
[0015]图5A示出了根据某些实施例的包括波导显示器的近眼显示装置的示例。
[0016]图5B示出了根据某些实施例的包括波导显示器的近眼显示装置的示例。
[0017]图6示出了根据某些实施例的增强现实系统中的图像源组件的示例。
[0018]图7A示出了根据某些实施例的具有竖直台面结构的发光二极管(LED)的示例。
[0019]图7B是根据某些实施例的具有抛物线台面结构的LED示例的截面图。
[0020]图8示出了包括微型LED阵列和用于从微型LED阵列提取光的微型透镜阵列的装置的示例。
[0021]图9A示出了具有台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种微型发光二极管，包括：衬底；台面结构，所述台面结构包括形成在所述衬底上的多个半导体层，所述台面结构包括被配置为发出第一波长的光的发光区；以及绝缘材料层，所述绝缘材料层位于所述台面结构的侧壁上，所述绝缘材料层包括：透明绝缘材料；以及金属纳米粒子，所述金属纳米粒子浸入所述透明绝缘材料中，其中，所述透明绝缘材料和所述金属纳米粒子被配置为，使得所述第一波长的光与所述金属纳米粒子相互作用，以引起所述金属纳米粒子上的表面等离子体共振。2.根据权利要求1所述的微型发光二极管，其中，所述金属纳米粒子包括贵金属纳米粒子或铜纳米粒子。3.根据权利要求1或2所述的微型发光二极管，其中，所述金属纳米粒子包括纳米球、纳米棒、纳米笼或纳米壳。4.根据前述权利要求中任一项所述的微型发光二极管，其中，所述金属纳米粒子具有大于50nm的线性尺寸。5.根据前述权利要求中任一项所述的微型发光二极管，其中，所述金属纳米粒子具有大于100nm的线性尺寸。6.根据前述权利要求中任一项所述的微型发光二极管，其中，所述金属纳米粒子涂覆有非导电材料层，所述非导电材料层形成所述金属纳米粒子的壳。7.根据前述权利要求中任一项所述的微型发光二极管，其中，所述透明绝缘材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝或硅树脂。8.根据前述权利要求中任一项所述的微型发光二极管，其中，所述绝缘材料层的特性在于，对于所述第一波长的光，散射与总消光的比率大于50％。9.根据前述权利要求中任一项所述的微型发光二极管，还包括透明钝化层，所述透明钝化层位于所述台面结构的所述侧壁与所述绝缘材料层之间。10.根据权利要求9所述的微型发光二极管，其中，所述透明钝化层包括氧化硅或氮化硅。11.根据前述权利要求中任一项所述的微型发光二极管，其中，所述台面结构的所述侧壁包括竖直侧壁、向内倾斜的侧壁、向外倾斜的侧壁、圆锥形...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝特侯德，
申请(专利权)人：元平台技术有限公司，
类型：发明
国别省市：