用于从LED和pcLED有效光提取的高折射率结构化涂层的制作方法

本发明一般涉及半导体led和pcled、led和pcled阵列、包括led和pcled阵列的光源、以及包括led和pcled阵列的显示器。

背景技术：

1、半导体发光二极管和激光二极管(本文共同称为“led”)是目前可用的最有效的光源之一。led的发射光谱通常在由器件的结构和构成器件的半导体材料的成分所确定的波长处出现单个窄峰。通过器件结构和材料系统的合适选择，led可以被设计为在紫外、可见或红外波长下工作。

2、led可以与一个或多个波长转换材料(本文通常称为“磷光体”)组合，该波长转换材料吸收由led发射的光并且作为响应发射更长波长的光。对于这种磷光体转换led(“pcled”)，由磷光体吸收的由led发射的光的部分取决于由led发射的光的光学路径中的磷光体材料的数量，例如取决于设置在led上或led周围的磷光体层中磷光体材料的浓度以及层的厚度。磷光体转换led可以被设计成使得由led发射的全部的光由一个或多个磷光体吸收，在这种情况下来自pcled的发射完全来自于磷光体。在这种情况下，例如可以选择磷光体来发射在窄光谱区域中的光，该窄光谱区域不是由led直接有效地生成的。替代地，pcled可以被设计成使得仅由led发射的光的一部分由磷光体吸收，在这种情况下来自pcled的发射是由led发射的光和由磷光体发射的光的混合物。通过led、磷光体和磷光体成分的合适选择，这种pcled可以被设计为发射例如具有期望的色温和期望的显色属性的白光。

3、led和pcled已经被广泛用于创建不同类型的显示器、矩阵和光引擎，包括汽车自适应前灯、增强现实(ar)显示器、虚拟现实(vr)显示器、混合现实(mr)显示器、智能眼镜和用于手机、智能手表、监视器和tv的显示器，以及用于手机中相机的闪光照明。取决于矩阵或显示器尺寸及其每英寸像素的要求，这些架构中的单个led像素可以具有几平方毫米到几平方微米的面积。led矩阵/显示器可以例如通过将单个像素从施主衬底转移和附接到控制器背板或电子板来实现或通过单片方法来创建，其中led像素的单片集成阵列被处理成施主外延晶片上的led模块，并且然后转移和附接到控制器背板。

4、需要改善led和pcled中的光提取和光输出分布的控制。这适用于例如其中波长转换结构是陶瓷磷光体小板(platelet)的pcled。这种小板通常是由高折射率陶瓷(例如ri～1.47)制成的光滑矩形厚板(slab)。由器件输出的光所通过的空气-陶瓷界面表现出大的ri不连续性，导致很大一部分光在小板内部被波导、吸收并转化为热量，而不是从该器件输出。这类似地适用于直接发射led(不包括波长转换器)，其中光输出表面由高折射率材料形成，例如其中光输出面由蓝宝石(ri～1.77)、sic(ri～2.65)、gan(ri～2.38)或gap(ri～3.31)形成。

5、通过蚀刻、使用研磨剂或其他从表面去除材料以使其粗糙化的减法技术通过粗糙化表面，可以增强通过高折射率表面到空气中的光提取。这种粗糙化工艺可能成本高昂，难以控制或调整，不期望地影响光发射图案和效率，产生机械缺陷或导致机械稳定性问题(例如，局部薄区域、裂纹起始点)，并导致污染。

技术实现思路

1、本说明书公开了波长转换结构、led、pcled以及led或pcled的阵列，其中波长转换结构、led或pcled包括在光输出表面上的结构化的高折射率涂层，其改善来自通过光输出表面的光提取。涂层是附加形成的，而不是通过从表面去除材料的减法工艺，并且因此可以避免与如上所述的减法工艺相关联的缺点。结构化的高折射率涂层包括分散在高折射率粘合剂中的颗粒。粘合剂和颗粒对器件通过光输出表面发射的波长的光是透明的(不吸收)。

2、本文公开的单个波长转换结构、pcled和直接发射led可以具有光输出表面，光输出表面具有范围从几平方微米(微型led)到平方毫米(传统led)的面积。本文公开的阵列可以包括以任何合适的方式布置的任何合适数量的这种pcled或直接发射led。本文公开的波长转换结构、pcled、直接发射led和阵列可以有利地用于以上背景技术部分中列出的各种器件和应用中。

技术特征：

1.一种波长转换结构，包括：

2.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述波长转换材料层是陶瓷磷光体小板或包括陶瓷磷光体小板。

3.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述颗粒是固体，对第二波长的光是透明的，并且在第二波长处具有的折射率匹配或近似匹配所述粘合剂在第二波长处的折射率。

4.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述颗粒是空心的并且散射所述第二波长的光。

5.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述粘合剂在所述第二波长处的折射率大于或等于约1.65。

6.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述涂层包括在所述第二波长处具有的折射率小于所述粘合剂在所述第二波长处的折射率的材料层，所述材料层设置在与所述波长转换材料层相对的第一层上。

7.根据权利要求6所述的波长转换结构，其中设置在所述第一层上的所述材料层具有所述第二波长的约1/4的光学厚度。

8.根据权利要求1所述的波长转换结构，其中所述涂层包括位于邻近颗粒之间的空间中的强光散射腔。

9.一种发光器件，包括：

10.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述颗粒是固体，对第二波长的光是透明的，并且在第二波长处具有的折射率匹配或近似匹配所述粘合剂在第二波长处的折射率。

11.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述颗粒是空心的并且散射所述第二波长的光。

12.根据权利要求9所述的发光器件，其中所述涂层包括在第二波长处具有的折射率小于所述粘合剂在第二波长处的折射率的材料层，所述材料层设置在与所述波长转换材料层相对的所述第一层上。

13.根据权利要求12所述的发光器件，其中设置在所述第一层上的所述材料层具有所述第二波长的约1/4的光学厚度。

14.根据权利要求9所述的波长转换结构，其中所述涂层包括位于邻近颗粒之间的空间中的强光散射腔。

15.一种发光器件，包括：

16.根据权利要求15所述的发光器件，其中所述波长转换材料层是陶瓷磷光体小板或包括陶瓷磷光体小板。

17.根据权利要求15所述的发光器件，其中所述颗粒是固体，对第二波长的光是透明的，并且在第二波长处具有的折射率匹配或近似匹配所述粘合剂在第二波长处的折射率。

18.根据权利要求15所述的发光器件，其中所述颗粒是空心的并且散射所述第二波长的光。

19.根据权利要求15所述的发光器件，其中所述粘合剂在所述第二波长处具有的折射率大于或等于约1.65。

20.根据权利要求15所述的发光器件，其中所述涂层包括在第二波长处具有的折射率小于所述粘合剂在第二波长处的折射率的材料层，所述材料层设置在与所述波长转换材料层相对的所述第一层上。

21.根据权利要求20所述的发光器件，其中设置在所述第一层上的所述材料层具有所述第二波长的约1/4的光学厚度。

22.根据权利要求16所述的波长转换结构，其中所述涂层包括位于邻近颗粒之间的空间中的强光散射腔。

23.一种照明系统，包括：

24.根据权利要求23所述的照明系统，其中一些或全部发光器件是单独可控的。

25.一种移动设备，包括：

26.一种显示系统，包括：

技术总结本说明书公开了LED、pcLED和LED或pcLED的阵列，其中LED或pcLED包括在光输出表面上的结构化的高折射率涂层，其改善了来自器件通过光输出表面的光提取。涂层是附加地形成的，而不是通过从表面移除材料的减法工艺，并且因此可以避免与减法工艺相关联的缺点。技术研发人员：D·B·罗特曼,F·江,黄伟能受保护的技术使用者：亮锐有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/8/1