[发明专利]发光单元阵列、其制造方法和投影设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(light emitting diode，LED)阵列及其制造方法，且涉及一种显示设备，且更特定来说涉及一种能够增强光提取(light extraction)效率和准直(collimation)的发光单元阵列及其制造方法，以及一种投影设备。

背景技术

近年来，发光二极管(LED)已逐渐改进发光效率，并在一些领域替代了荧光灯和白炽灯，包含用于扫描仪的高度响应速度灯、用于液晶显示器(liquid crystal display，LCD)的背光源(backlight source)或前光源(front light source)、用于汽车的仪器面板的光源、交通信号灯、用于投影装置的光源乃至普通的照明装置。LED的光发射通常为冷光发射(cold light emission)，而不是通过热或放电，因此LED常常具有高达100,000小时的相对长的操作寿命，且不需要待机时间(idling time)。LED还具有例如较快的响应速度(约10^-9秒)、较小大小、较低功率消耗、较低污染、较高可靠性、大规模生产的能力等优点。因此，LED广泛用于许多领域中。

典型的LED通常为使用例如GaP、GaAs等III-V化合物的半导体装置。由于LED的III-V化合物半导体材料具有将电转化为光的特性，所以当将电流施加到半导体材料时，其中的电子将与空穴(hole)组合并以光的形式释放过多能量，借此实现发光的效果。除此之外，LED装置的基本结构包含使用III-V半导体的化合物制造的P型和N型外延层以及夹在两个外延层之间的发光层。

前述发光二极管的发光效率主要取决于发光层的量子效率和整个发光二极管的光提取效率。发光层的量子效率主要取决于发光层的外延质量和结构，且光提取效率主要取决于由发光层(有源层)产生的光的有效利用。

因此，如何提供具有较高光提取和准直的LED以及如何简化LED的制造工艺以便减少生产成本成为当前LED技术中的重要问题。

发明内容

本文介绍一种适于将图像光束(image beam)投影到屏幕上的投影设备。所述投影设备包含发光单元阵列、电路衬底、光学传感器、控制单元和投影光学元件(projection optics)。发光单元阵列用于发射图像光束。发光单元阵列包含单片式集成的多个发光单元。电路衬底安置在发光单元阵列下方，其中电路衬底电连接到发光单元阵列且用于个别驱动发光单元。光学传感器用于检测来自屏幕和环境中的至少一者的电磁波以便产生信号。控制单元电耦合到发光单元阵列和光学传感器，用于根据来自光学传感器的信号控制发光单元阵列的发光。投影光学元件用于将图像光束投影到屏幕上，其中投影光学元件电耦合到控制单元，且控制单元根据来自光学传感器的信号控制投影光学元件。

本文介绍一种发光单元阵列。所述发光单元阵列包含布置成且单片式集成阵列的多个发光单元，且所述发光单元中的每一者包含第一掺杂类型层、第二掺杂类型层、发光层和光子晶体结构(photonic crystal structure)。发光层安置在第一掺杂类型层与第二掺杂类型层之间，其中第二掺杂类型层具有背朝发光层的表面。光子晶体结构安置在第二掺杂类型层的所述表面上。

本文介绍一种用于制造发光单元阵列的方法。所述方法包含以下步骤。提供衬底。在衬底上形成多个半导体层，且在半导体层中添加牺牲层(sacrificial layer)。对半导体层和牺牲层进行蚀刻以形成多个单元。分别在所述单元上形成多个第一导电图案(conductive pattern)。提供电路衬底，且所述电路衬底具有安置在其上的多个晶体管。分别在所述晶体管上形成多个第二导电图案。分别结合第一导电图案和第二导电图案。通过蚀刻牺牲层而移除衬底、半导体层的一部分和牺牲层。

下文详细描述附有图式的若干示范性实施例以进一步详细描述本发明。

附图说明

包含附图以提供进一步理解，且附图并入本说明书中并组成其一部分。图式说明示范性实施例且与描述内容一起用以阐释本发明的原理。

图1是根据本发明的第一实施例的微LED阵列的示意横截面图。

图2A是从微LED发射的光的光提取效率和光强度分布曲线图。

图2B是绘示从LED的顶部表面发射的光强度相对于点光源的整个能量的百分比以及从LED的侧表面发射的光强度相对于点光源的整个能量的百分比的图，其中LED具有不同的晶格常数。