横向异质波长转换层的制作方法

横向异质波长转换层
1.优先权要求
2.本技术要求(i)以bohmer等人的名义于2020年12月1日提交的题为“laterally heterogeneous conversion layers”的美国临时申请第63/119976号和(ii)以bohmer等人的名义于2021年11月30日提交的题为“laterally heterogenous wavelength-converting layer”的美国非临时申请第17/537919号的优先权；所述申请中的每一个通过引用以其全部内容并入本文。
技术领域
3.本发明总体上涉及发光二极管和磷光体转换发光二极管。


背景技术：

4.半导体发光二极管和激光二极管(在本文中统称为“led”)是当前可用的最有效的光源之一。led的发射光谱通常在由该器件的结构和由其构成的半导体材料的组分所确定的波长处表现出单一的窄峰。通过合适地选择器件结构和材料体系，led可以被设计为在紫外、可见、或红外波长处来操作。
5.led可以与吸收由led发射的光并作为响应发射更长波长的光的一种或多种波长转换材料(在本文中一般称为“磷光体”)组合。对于这种磷光体转换led(“pcled”)，由led发射的被磷光体吸收的光的份额取决于由led发射的光的光路上的磷光体材料的量，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该层的厚度。
6.可以将磷光体转换led设计为使得led发射的所有光都被一种或多种磷光体吸收，在该情况下，来自pcled的发射完全来自磷光体。在这种情况下，例如，可以选择磷光体以在狭窄的光谱区域内发射光，该光不由led直接有效地生成。
7.替代地，可以将pcled设计为使得由led发射的光的仅一部分被磷光体吸收，在该情况下，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。通过合适地选择led、磷光体、和磷光体组分，可以将这样的pcled设计成发射例如具有期望的色温和期望的显色特性的白光。
8.可以在单个衬底上一起形成多个led或pcled，以形成阵列。这种阵列可以用于形成有源照明显示器，诸如在例如智能手机和智能手表、计算机或视频显示器、增强或虚拟现实显示器、或者标牌中采用的那些；或者用于形成自适应照明源，诸如在例如机动车前灯、街灯、相机闪光源、或闪光灯(即手电筒)中采用的那些。每毫米具有一个或几个或许多单独器件的阵列(例如，大约一毫米、几百微米、或小于100微米的器件间距或间隔，以及相邻器件之间小于100微米或者仅几十微米或更小的分隔)通常被称为miniled阵列或microled阵列(替代地，μled阵列)。这种miniled阵列或microled阵列在许多实例中还可以包括如上所述的磷光体转换器；这种阵列可以被称为pc-miniled阵列或pc-microled阵列。


技术实现要素：

9.一种波长转换光学元件，包括固体材料层，该固体材料层具有相对的第一表面和第二表面并且包括多个离散的像素区域和介于中间的(intervening)边界区域。边界区域至少部分地围绕每一个像素区域，并且至少部分地将每个像素区域与相邻像素区域分隔。
10.对于每个像素区域，光学元件包括对应的多个像素磷光体颗粒和透明像素粘合剂。像素粘合剂可以包括：或者(i)透明像素涂层，其至少部分地涂覆每个像素磷光体颗粒，并在每个像素区域内将它们粘合在一起，同时在粘合的像素磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体像素介质，其基本上填充像素磷光体颗粒嵌入其中的每个像素区域。在边界区域中，光学元件包括多个边界磷光体颗粒和透明边界粘合剂。边界粘合剂可以包括：或者(i)透明边界涂层，其至少部分地涂覆每个边界磷光体颗粒并将它们粘合在一起，同时在粘合的边界磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体边界介质，其基本上填充边界磷光体颗粒嵌入其中的边界区域。
11.像素区域在以下中的一个或多个方面不同于边界区域：(i)表征像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒的不同尺寸、组分或折射率，(ii)表征像素涂层和边界涂层的不同厚度、组分或折射率，(iii)表征像素磷光体颗粒之间的空隙和边界磷光体颗粒之间的空隙的不同尺寸或数量密度，或(iv)表征固体像素介质和固体边界介质的不同组分或折射率。这样，边界区域可以表现出的由像素磷光体颗粒或边界磷光体颗粒发射的光的光学散射大于由像素区域表现出的光学散射。
12.发光器件可以将波长转换光学元件与发射第一波长的光的半导体发光像素阵列相组合。发光像素的间隔可以匹配波长转换光学元件的像素区域的间隔。由发光像素发射的光进入波长转换光学元件的第一表面，并且至少部分被像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒吸收，从而导致从那些磷光体颗粒发射比第一波长更长的一个或多个下转换波长的下转换光。波长转换光学元件可以被定位成使得像素区域基本上与阵列的发光像素对准。由边界区域表现出的增加的光学散射可以提高由相邻像素发射的下转换光之间的对比度。
13.在参考附图中所图示及以下书面描述或所附权利要求中公开的示例时，与led、pcled、miniled阵列、pc-miniled阵列、microled阵列、和pc-microled阵列相关的目的和优点可以变得清楚。
14.提供本发明内容是为了以简化形式介绍构思的选择，这些构思将在下文的具体实施方式中进一步描述。本发明内容既不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
15.图1示出了示例pcled的示意性截面视图。
16.图2a和图2b分别示出了pcled示例阵列的示意性的截面视图和俯视图。
17.图3a示出了相对于波导和投影透镜布置的pcled示例阵列的示意性截面视图。图3b示出了与图3a的布置类似的布置，但是没有波导。
18.图4a示出了示例miniled或microled阵列的示意性俯视图以及该阵列的3
×
3led的放大部分。图4b示出了单片形成在衬底上的示例pc-miniled或pc-microled阵列的几个led的透视图。图4c是单片管芯和衬底上的多色磷光体转换led的密排(closepacked)阵列
的示例的侧截面示意图。
19.图5a为示例led显示器的一部分的示意性俯视图，其中每个显示像素为红色、绿色或蓝色磷光体转换led像素。图5b是示例led显示器的一部分的示意性俯视图，其中每个显示像素包括集成到单个管芯上的多个磷光体转换led像素(红色、绿色和蓝色)，该单个管芯结合到控制电路背板。
20.图6a示出了可以安装pcled阵列的示例电子板的示意性俯视图，并且图6b类似地示出了安装在图6a的电子板上的示例pcled阵列。
21.图7是本发明的波长转换光学元件的平面示意图。
22.图8a和图8b是本发明的波长转换光学元件的示例的示意性侧面截面视图。
23.图9a和图9b是本发明的波长转换光学元件的示例的示意性侧面截面视图。
24.图10a-图10f示意性图示了制造本发明波长转换光学元件的示例方法。
25.图11a-图11f示意性图示了制造本发明波长转换光学元件的示例方法。
26.图12为位于发光像素阵列上的示例发明波长转换光学元件的示意性侧面截面视图。
27.图13为横向异质波长转换光学元件和横向同质波长转换层的亮度对对比度的模拟数据曲线图。
28.所描绘的示例仅为示意性地示出；所有的特征可能没有完全详细或以适当的比例示出；为了清晰起见，某些特征或结构可能相对于其他特征或结构被夸大或缩小，或者被完全省略；除非明确指示是按比例的，否则不应认为附图是按比例的。例如，相对于它们的横向范围或者相对于衬底或磷光体厚度，各个led的垂直尺寸或层厚度可能被夸大。所示的示例不应被解释为限制本公开或所附权利要求的范围。
具体实施方式
29.应该参照附图来阅读以下具体实施方式，其中遍及不同的图，相同的附图标记指代类似的元件。不一定成比例的附图描绘了选择性示例并且不旨在限制本发明的范围。具体实施方式通过示例的方式、不通过限制的方式说明了本发明的原理。
30.图1示出了单独的pcled 100的示例，其包括设置在衬底104上的半导体二极管结构102(在本文中一起被认为是“led”或“半导体led”)，以及设置在半导体led上的波长转换结构(例如，磷光体层)106。半导体二极管结构102通常包括设置在n型层和p型层之间的有源区。跨二极管结构102施加合适的正向偏压导致来自有源区的光发射。所发射的光的波长由有源区的组分和结构确定。
31.该led可以为(例如)发射蓝光、紫光或紫外光的iii族氮化物led。也可以使用由任何其他合适的材料体系形成并发射任何其他合适波长的光的led。其他合适的材料体系可以包括例如iii族磷化物材料，iii族砷化物材料，镓、铝、铟、氮、磷或砷的其他二元、三元或四元合金，或者ii-vi族材料。
32.取决于来自pcled的期望的光学输出，任何合适的磷光体材料均可以用于波长转换结构106或并入波长转换结构106。
33.图2a-图2b分别示出了设置在衬底204上的pcled 100的阵列200的截面视图和俯视图，每个pcled 100包括磷光体像素106。这种阵列可以包括以任何合适方式布置的任何
合适数量的pcled。在所说明的示例中，该阵列被描绘为单片地形成在共享衬底上，但是替代地，可以由分开的各个pcled形成pcled阵列。衬底204可以可选地包括电迹线或互连、或者cmos或用于驱动led的其他电路，并且可以由任何合适的材料形成。
34.可选地，各个pcled 100可以包含透镜或其他光学元件，或者布置成与透镜或其他光学元件组合，所述透镜或其他光学元件定位成与磷光体层相邻或者设置在磷光体层上。这种光学元件(图中未示出)可以称为“初级光学元件”。另外，如图3a-图3b中所示，pcled阵列200(例如，安装在电子板上)可以布置成与次级光学元件(诸如波导、透镜、或二者)组合，以在预期应用中使用。在图3a中，由阵列200的每个pcled 100发射的光被对应的波导192收集并被导向投影透镜294。例如，投影透镜294可以是菲涅尔透镜。例如，此布置可以适用于在机动车头灯或其他自适应照明源中使用。根据需要或期望，每个像素可以包括任何合适类型或布置的其他初级或次级光学元件。在图3b中，由阵列200的pcled发射的光直接被投影透镜294收集而没有使用介于中间的波导。当pcled可以间隔成足够靠近彼此时，此布置可以是特别合适的，并且也可以在机动车头灯以及相机闪光应用或其他照明源中使用。例如，miniled或microled显示应用可以使用与图3a-图3b中描绘的光学布置相似的光学布置。一般地，取决于期望的应用，可以将光学元件(初级、次级或两者)的任何合适的布置与本文描述的pcled组合使用。
35.尽管图2a和图2b示出了九个pcled的3
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3阵列，但此类阵列可以包括例如以101、102、103、104或更多个的量级的led，例如如图4a中示意性所示。各个led 100(即，像素)在阵列200的平面中可以具有例如小于或等于1毫米(mm)、小于或等于500微米、小于或等于100微米、或者小于或等于50微米的宽度w1(例如，边长)。阵列200中的led 100可以通过在阵列200的平面中具有例如数百微米、小于或等于100微米、小于或等于50微米、小于或等于20微米、小于或等于10微米、或者小于或等于5微米的宽度w2的隔道(street)、巷道(lane)或沟槽230彼此隔开。像素间距或间隔d1是w1和w2之和。虽然所图示的示例示出了以对称矩阵布置的矩形像素，但是这些像素和阵列可以具有任何合适的形状或布置，无论是对称的还是不对称的。多个分开的led阵列可以以任何可应用的格式组合在任何合适的布置中，以形成更大的组合阵列或显示器。
36.阵列平面中的尺寸w1(例如边长)小于或等于约0.10毫米的led通常被称为microled，并且这种microled的阵列可以被称为microled阵列。阵列平面中的尺寸w1(例如边长)在大约0.10毫米和大约1.0毫米之间的led通常被称为miniled，并且这种miniled的阵列可以被称为miniled阵列。
37.led、miniled或microled的阵列，或者此类阵列的各部分，可以形成为分段的单片结构，其中各个led像素通过沟槽和/或绝缘材料彼此电气隔离。图4b示出了这种分段单片led阵列200的示例的透视图。该阵列中的像素(即，各个半导体led器件102)被沟槽230分开，该沟槽230被填充以形成n型接触234。单片结构生长或设置在衬底204上。每个像素包括p型接触236、p-gan半导体层102b、有源区102a、和n-gan半导体层102c；层102a/102b/102c共同形成半导体led 102。波长转换材料106可以沉积在半导体层102c(或其他可应用的介于中间的层)上。钝化层232可以形成在沟槽230内，以将n型接触234的至少一部分与半导体的一个或多个层分开。n型接触234、沟槽230内的其他材料、或不同于沟槽230内的材料的材料可以延伸到转换器材料106中，以在像素之间形成完整的或部分的光学隔离屏障220。
38.图4c为单片管芯和衬底204上的多色磷光体转换led 100的密排阵列200的示意性截面视图。该侧视图示出了通过金属互连239(例如，金-金互连或附接到铜微柱的焊料)和金属互连238附接到衬底204的gan led 102。磷光体像素106位于对应的gan led像素102上或上方。半导体led像素102或磷光体像素106(通常是两者)可以在其侧面涂覆有反射镜或漫射散射层，以形成光学隔离屏障220。在这个示例中，每个磷光体像素106是三种不同颜色中的一种，例如，红色磷光体像素106r、绿色磷光体像素106g和蓝色磷光体像素106b(仍然一般或共同称为磷光体像素106)。这种布置可以使得能够将led阵列200用作彩色显示器。
39.led阵列中的各个led(像素)可以是单独可寻址的，可以作为阵列中像素的组或子集的一部分而可寻址，或者可以不是可寻址的。因此，对于要求或受益于光分布的细粒度的强度、空间和时间控制的任何应用，发光像素阵列都是有用的。这些应用可以包括但不限于来自像素块或各个像素的所发射光的精确的特殊图案化，在一些实例中包括作为显示器件而形成图像。取决于应用，发射的光可以是光谱上截然不同的、随时间自适应的、和/或环境响应的。发光像素阵列可以以各种强度、空间、或时间图案提供预编程的光分布。发射的光可以至少部分地基于接收的传感器数据并且可以用于光学无线通信。相关联的电子器件和光学器件可以在像素、像素块、或器件级别上截然不同。
40.图5a和图5b为显示应用中采用的led阵列200的示例，其中led显示器包括大量显示像素。在一些示例中(例如，如图5a中)，每个显示像素包括单个半导体led像素102和对应的单一颜色(红色、绿色或蓝色)的磷光体像素106r、106g或106b。每个显示像素仅提供三种颜色中的一种。在一些示例中(例如，如图5b中)，每个显示像素包括多个半导体led像素102和多个颜色的多个对应磷光体像素106。在所示的示例中，每个显示像素包括半导体像素102的3
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3阵列；那些led像素中的三个具有红色磷光体像素106r，三个具有绿色磷光体像素106g，并且三个具有蓝色磷光体像素106b。因此，每个显示像素可以产生任何期望的颜色组合。在所示的示例中，不同颜色的磷光体像素106的空间布置在显示像素之间不同；在一些示例(未示出)中，每个显示像素可以具有不同颜色磷光体像素106的相同布置。
41.如图6a和6b中所示，pcled阵列200可以安装在电子板300上，该电子板300包括电源和控制模块302、传感器模块304、和led附接区域306。电源和控制模块302可以接收来自外部源的电源和控制信号以及来自传感器模块304的信号，电源和控制模块302基于这些信号来控制led的操作。传感器模块304可以从任何合适的传感器(例如从温度或光传感器)接收信号。替代地，pcled阵列200可以安装在与电源和控制模块以及传感器模块分开的板(未示出)上。
42.在一些实例中，减小像素尺寸和增加像素密度可能导致问题。由led像素或其相关联的磷光体发射的光在所有方向上发射，在一些示例中以近似朗伯分布的角度分布发射。因此，随着像素间隔和分隔的减小，可能难以防止由一个led像素发射的光与由像素阵列的另一个led像素发射的光重叠(称为串扰)，从而降低led像素阵列的有效分辨率或导致已照明区域的不希望的像素照明重叠。这对于在像素阵列中具有分隔的led光发射器但仍使用单一磷光体层的设计来说可能尤其成问题。在图4b的示例中，在转换器材料106中形成的光学隔离屏障220旨在减少阵列的相邻像素之间的串扰。这种屏障可以采取许多不同的形式。在一些示例中，可以采用多个分隔的磷光体区域，每个磷光体区域与对应的led像素相关联。分隔可以通过使用光学反射侧壁、散射侧壁或吸收侧壁来实现。在许多示例中，这种侧
壁的晶片级应用和处理可能是困难和昂贵的，其随着像素间隔和/或分隔的减小变得更加困难和昂贵。
43.本发明的波长转换光学元件699包括具有横向异质光学属性的磷光体材料层700，其可以被布置为例如至少部分缓解上文所述的串扰问题。在图7、图8a/图8b和图9a/图9b中示意性地示出了示例。“横向”指示一般平行于层700的相对表面701和702并且一般垂直于采用波长转换光学元件699的led阵列的led像素的发射表面的方向。材料层700包括多个离散的像素区域710和介于中间的边界区域720；边界区域720至少部分地围绕每一个像素区域710，并且至少部分地将每个像素区域710与相邻像素区域710分隔。在一些示例中，第一表面和第二表面701和702可以是基本平坦的。
44.在每个像素区域710中，有对应的多个像素磷光体颗粒712和透明像素粘合剂。在一些示例中(例如，图8a和图8b)，像素粘合剂包括透明像素涂层714，该透明像素涂层714至少部分地涂覆每个像素磷光体颗粒712，并且在对应的像素区域710内将它们粘合在一起；像素涂层714在粘合的像素磷光体颗粒712之间留下空隙716。在一些其他示例中(例如，图9a和图9b)，像素粘合剂包括基本上填充对应像素区域710的透明固体像素介质718；像素磷光体颗粒712嵌入固体像素介质718内。
45.在一些示例中，像素磷光体颗粒712和边界磷光体颗粒722可以具有相同的材料组分。在一些其他示例中，像素磷光体颗粒712可以具有不同于边界磷光体颗粒722的材料组分的材料组分；在一些这样的示例中，像素磷光体颗粒712和边界磷光体颗粒722仍然可以表现出相似的光学发射光谱。在一些示例中，像素磷光体颗粒712和边界磷光体颗粒722可以具有相同的折射率。在一些其他示例中，像素磷光体颗粒712可以具有不同于边界磷光体颗粒722的折射率的折射率。
46.在边界区域720中有多个边界磷光体颗粒722和透明边界粘合剂。在一些示例中(例如，如图8a和图8b中)，边界粘合剂包括透明边界涂层724，其至少部分地涂覆每个边界磷光体颗粒722并将它们粘合在一起；边界涂层724在粘合的边界磷光体颗粒722之间留下空隙726。在一些其他示例中(例如，图9a和图9b)，边界粘合剂包括基本上填充边界区域720的透明固体边界介质728；边界磷光体颗粒722嵌入固体边界介质728内。
47.像素区域710在以下中的一个或多个方面不同于边界区域720：(i)表征像素磷光体颗粒712和边界磷光体颗粒722的不同尺寸、组分或折射率，(ii)表征像素涂层714和边界涂层724的不同厚度、组分或折射率，(iii)表征像素磷光体颗粒712之间的空隙和边界磷光体颗粒722之间的空隙716/726的不同尺寸、数量密度或体积分数，或(iv)表征固体像素介质718和固体边界介质728的不同组分或折射率。该一个或多个差异可以导致边界区域720表现出的(由像素磷光体颗粒或边界磷光体颗粒712/722发射的光的)光学散射大于由像素区域710表现出的光学散射。
48.在一些示例中(例如，图8a或图9a)，每个像素区域710和边界区域720从层700的第一表面701至层700的第二表面702完全延伸穿过层700。在该布置中，每个像素区域710通过介于中间的边界区域720与相邻像素区域710完全分隔。在其他示例中(例如，如图8b或图9b中)，每个像素区域710从层700的第一表面701到层700的第二表面702完全延伸穿过层700，但是每个边界区域720仅部分地从第一表面701朝向第二表面702延伸。在该布置中，每个像素区域710在第一表面701处与相邻像素区域710分隔，但是在第二表面702处与一个或多个
相邻像素区域710邻接。
49.在一些示例中，光学元件699可以包括抵靠材料层700的第一表面701定位的衬底698。在一些示例中，这种衬底698可以包括一个或多个透明电介质层697，或者一个或多个半导体led层或结构696，或者两者(通常其中电介质层697在光学元件699和半导体led层696之间)。在一些实例中，层700可以直接形成在衬底698上；在其他示例中，已经形成的层700可以附接到衬底698。
50.在如图8a或图8b中所布置的示例中，像素粘合剂为像素涂层714，并且边界粘合剂为边界涂层724。在这些示例中的一些中，边界磷光体颗粒722可以小于像素磷光体颗粒712。在一些示例中，边界磷光体颗粒722可以具有小于像素磷光体颗粒的特征尺寸的30％、50％、67％或75％的特征尺寸。在一些示例中，像素磷光体颗粒712可以具有小于20μm、小于10μm或小于5μm的非零特征尺寸；在一些示例中，边界磷光体颗粒722可以具有小于10μm、小于5μm或小于2.5μm的非零特征尺寸。在一些示例中，边界磷光体颗粒722可以具有小于相邻像素区域710之间分隔的50％的非零特征尺寸。“特征尺寸”可以以任何合适的方式定义，包括d50(即中值粒径)、平均粒径、最大粒径、粒径范围(以任何合适的方式定义)、等等。
51.在如图8a或图8b中所布置的示例中，像素磷光体颗粒712和边界磷光体颗粒722之间的任何一种或多种差异(例如特征颗粒尺寸、材料组分或折射率)可以导致边界区域720相对于像素区域710的光学散射增加，这进而可以降低相邻像素区域710之间的光学串扰。
52.在如图8a或图8b中所布置的一些示例中，边界涂层724可以薄于像素涂层714。在一些示例中，边界涂层724可以具有小于像素涂层724的特征厚度的30％、50％、67％或75％的特征厚度。“特征厚度”可以以任何合适的方式定义，包括平均厚度、中值厚度、最小或最大厚度、厚度范围(以任何合适的方式定义)、等等。在像素涂层714和边界涂层724之间的涂层厚度不同的示例中，磷光体颗粒712和边界磷光体颗粒722的特征尺寸也可以不同，或者它们可以大致相同。在磷光体颗粒712和边界磷光体颗粒722的特征尺寸彼此不同的示例中，像素涂层714和边界涂层724之间的涂层厚度也可以不同，或者它们可以大致相同。
53.在一些示例中，像素涂层714的厚度可大于0.10μm、大于0.20μm或大于0.30μm。在一些示例中，边界涂层724的非零厚度可小于0.15μm、小于0.10μm或小于0.05μm。
54.在如图8a或图8b中所布置的一些示例中，像素区域710和边界区域720可以在每个区域的粘合的磷光体颗粒712/722之间留下的空隙716/726(通常是、但不一定是填充空气或气体的空隙)的尺寸或数量密度方面有所不同。在一些示例中，像素磷光体颗粒712之间的空隙716的数量密度可以小于边界磷光体颗粒722之间的空隙726的数量密度的30％、50％、67％或75％。在一些示例中，像素磷光体颗粒712之间的空隙716的体积分数可以小于边界磷光体颗粒722之间的空隙726的体积分数的30％、50％、67％或75％。在一些示例中，像素磷光体颗粒712之间的空隙716的特征尺寸可以小于边界磷光体颗粒722之间的空隙726的特征尺寸的30％、50％、67％或75％。空隙716和726之间的这些不同的数量密度、尺寸或体积分数可以伴随磷光体颗粒712和722之间的不同尺寸、涂层714和724之间的不同厚度、或者两者。
55.在如图8a或图8b中所布置的一些示例中，像素涂层714和边界涂层724可以具有相同的材料组分；在这些示例中的一些中，像素涂层714和边界涂层724可以包括相同的单一涂层材料。在一些其他示例中，像素涂层714可以具有不同于边界涂层724的材料组分的材
料组分；在这些示例中的一些中，像素涂层712可以包括边界涂层724中不存在的一种或多种材料。在一些示例中，像素涂层714和边界涂层724可以具有相同的折射率；在其他示例中，像素涂层714可以具有不同于边界涂层724的折射率的折射率。在一些示例中，像素涂层714可以包括具有不同对应材料组分或折射率的内涂层和外涂层。
56.在一些示例中，像素涂层714或边界涂层724或两者可以包括一种或多种金属或半导体氧化物，包括但不限于al2o3、hfo2、sio2、ga2o3、geo2、sno2、cro2、tio2、ta2o5、nb2o5、v2o5、y2o3或zro2之中的任何一种或多种材料。在一些示例中，像素涂层或边界涂层或两者可以包括与使用原子层沉积(ald)工艺或使用保形化学气相沉积(cvd)工艺的形成兼容的一种或多种材料。
57.在如图8a或图8b中所布置的示例中，像素涂层714和边界涂层724之间的任何一个或多个差异(例如特征厚度、材料组分或折射率)可以导致边界区域720相对于像素区域710的光学散射增加，这进而可以降低相邻像素区域710之间的光学串扰。类似地，像素区域710中的空隙716和边界区域720中的空隙726之间的任何一个或多个差异(例如特征尺寸、数量密度或体积分数)可以导致边界区域720相对于像素区域710的光学散射增加，这进而可以降低相邻像素区域710之间的光学串扰。
58.在如图9a或图9b中所布置的示例中，像素粘合剂为像素介质718，并且边界粘合剂为边界介质728。像素磷光体颗粒712嵌入在像素介质718中，并且边界磷光体颗粒722嵌入在边界介质728中。在如图8a和图8b中所布置的示例中，边界磷光体722颗粒可以具有小于像素磷光体颗粒712的特征尺寸的30％、50％、67％或75％的特征尺寸。在一些示例中，像素磷光体颗粒712可以具有小于20μm、小于10μm或小于5μm的非零特征尺寸。在一些示例中，边界磷光体颗粒722可以具有小于10μm、小于5μm或小于2.5μm的非零特征尺寸。在一些示例中，边界磷光体颗粒722可以具有小于相邻像素区域710之间分隔的50％的非零特征尺寸。
59.在如图9a或图9b中所布置的一些示例中，边界区域720还可以包括嵌入边界介质728中的散射颗粒，例如，包括tio2或其他金属氧化物或半导体氧化物颗粒。
60.在如图9a或图9b中所布置的一些示例中，像素介质718可以包括一种或多种聚合物，例如一种或多种硅树脂。在一些示例中，边界介质728可以包括一种或多种聚合物，例如一种或多种硅树脂。在一些示例中，像素介质718和边界介质728可以具有相同的材料组分；在其他示例中，像素介质718可以具有不同于边界介质728的材料组分的材料组分。在一些示例中，像素介质718和边界介质728可以具有相同的折射率；在其他示例中，像素介质718可以具有不同于边界介质728的折射率的折射率。
61.在如图9a或图9b中所布置的示例中，像素磷光体颗粒712和边界磷光体颗粒722之间的任何一种或多种差异(例如特征颗粒尺寸、材料组分或折射率)可以导致边界区域720相对于像素区域710的光学散射增加，这进而可以降低相邻像素区域710之间的光学串扰。类似地，像素介质718和边界介质728之间的任何一个或多个差异(例如材料组分或折射率)可以导致边界区域720相对于像素区域710的光学散射增加，这进而可以降低相邻像素区域710之间的光学串扰。
62.本发明的波长转换光学元件可以与发射第一波长的光的半导体发光像素810(例如，发光二极管(led)810)的阵列800组合。图12中示意性地示出了一个示例。阵列800可以具有任何合适的类型或布置(包括上述类型或布置中的任何一个)，并且可以包括任何合适
或期望数量或布置的发光像素810。该阵列的像素可以单片形成于单个半导体晶片上，或者可以是组装到阵列衬底上的单切(singulated)器件。像素阵列800被定位成使得由发光像素810发射的光进入波长转换光学元件699的层700的第一表面701，在该第一表面701，光至少部分被像素磷光体颗粒712和边界磷光体颗粒722吸收。磷光体颗粒712和722进而发射比第一波长更长的一个或多个下转换波长的下转换光。发光像素810的间隔基本上匹配波长转换光学元件699的像素区域710的间隔，并且波长转换光学元件699被定位成使得其像素区域710基本上与阵列800的发光像素810对准；在一些实例中，某种程度的错位可以被容忍。在一些示例中，阵列800的每个发光像素810可以独立于阵列800的至少一个其他发光像素810可操作。在一些示例中，每个像素810可以独立于阵列800的所有其他像素810可操作。
63.在一些示例中，阵列800可以为miniled阵列或microled阵列。在一些示例中，阵列800的发光像素810的间隔可以小于约1.0mm、小于约0.50mm、小于约0.33mm、小于约0.20mm、小于约0.10mm、小于约0.08mm、小于约0.05mm、小于约0.033mm或小于约0.020mm。因此，光学元件699的像素区域710的间隔也可以小于约1.0mm、小于约0.50mm、小于约0.33mm、小于约0.20mm、小于约0.10mm、小于约0.08mm、小于约0.05mm、小于约0.033mm或小于约0.020mm。
64.在许多示例中，发光像素810由它们之间的暗(即，不发光)像素边界820(例如，沟槽、巷道或隔道；在一些实例中填充有一种或多种固体材料)分隔。像素边界820描绘并分隔阵列的像素810。在一些示例中，光学元件的边界区域720可以与像素边界820对准。在一些示例中，不发光像素边界820可以具有小于0.10mm、小于0.050mm、小于0.033mm、小于0.020mm、小于0.010mm或小于0.005mm的非零宽度。在一些示例中，边界区域720可以具有等于对应像素边界820的宽度的对应宽度。在一些示例中，边界区域720可以具有比对应像素边界820的宽度更大的对应宽度。在一些示例中，边界区域720的宽度可以小于0.10mm、小于0.050mm、小于0.033mm、小于0.020mm、小于0.010mm、小于0.008mm或小于0.005mm。
65.光学元件699的边界区域720可以减少在阵列800的相邻像素810之间关于发射的下转换光的串扰。减少的串扰可以由边界区域720(如上所述)相对于像素区域710增加的光学散射产生。在一些示例中，像素区域720可以表现出对于从相邻像素区域720离开层700的第二表面702的下转换光的对比度，该对比度大于5:1、大于10:1、大于20:1、大于50:1、大于100:1或大于300:1。较低的对比度(例如，5:1或10:1)可能代表在具有相对小的间隔(例如，小于100μm或小于50μm)的阵列中的可接受的改进；在具有较大间隔的阵列中，可以预期较大的对比度。
66.在一些示例中，与本发明的波长转换光学元件699结合使用的发光像素800的阵列可以表现出随观察到的对比度变化很小的整体亮度。这与具有横向同质波长转换层的器件形成对比，该横向同质波长转换层的器件可以随着对比度的增加而表现出亮度的降低。对于除了边界区域720的存在之外相同的层，在图13中绘制了模拟数据。
67.在一些示例中，光学元件699的层700的第一表面701可以抵靠发光像素阵列800的发光表面定位。在其他示例中，一个或多个透明电介质层可以位于光学元件699和发光像素阵列800的发光表面之间。在这样的示例中，光学元件699的材料层700的第一表面701可以抵靠电介质衬底层定位。
68.在一些示例中，阵列800可以包括半导体发光二极管(即led像素810)的阵列。在一些示例中，led像素810可以包括一种或多种掺杂或未掺杂的iii-v族、ii-vi族或iv族半导
体材料或合金或其混合物。在一些示例中，每个led像素可以包括一个或多个p-n结、一个或多个量子阱、一个或多个多量子阱或者一个或多个量子点。在一些示例中，由半导体发光像素发射的光可以具有大于0.20μm、大于0.4μm、大于0.8μm、小于10μm，小于2.5μm，或小于1.0μm的真空波长。
69.一般地，一种制造包括本发明光学元件699和发光阵列800的发光器件的方法包括定位光学元件699，其中其材料层700的第一表面701面向阵列800的发光像素810的发光表面，并且其中像素区域710与发光像素810基本上对准。在一些示例中，光学元件699可以直接抵靠阵列800的发光表面定位；在其他示例中，一个或多个透明电介质层可以位于光学元件699和阵列800之间。
70.材料层700可以以任何合适的方式制作。通常，这种方法包括：(i)用像素粘合剂将每个像素区域720中对应的多个像素磷光体颗粒712粘合在一起；以及(ii)用边界粘合剂将边界区域720中的多个边界磷光体颗粒722粘合在一起。像素区域710和边界区域720的磷光体颗粒也粘合在一起以形成材料层700。
71.在一些示例中(例如，在图10a-图10f或图11a-图11f的示例顺序中)，制作方法可以从掩蔽衬底900的选定区域开始(通过在那些选定区域上空间选择性地形成或沉积掩模材料902，同时使衬底900的剩余区域不被掩蔽(其导致图10a或图11a的布置)。可以采用任何合适的空间选择性技术；在一些示例中，可以采用光刻法，根据需要或期望使用负性或正性光刻胶。多个第一磷光体颗粒(或者是如图10b和图10c中所示的像素磷光体颗粒712，或者是如图11b和图11c中所示的边界磷光体颗粒722)可以以任何合适的方式(例如，沉淀、刮涂、电泳沉积等)沉积到衬底的未掩蔽区域上。在一些实例中，没有第一磷光体颗粒沉积在掩模材料902的顶部上(如图10c或图11c中)；在一些其他实例中，第一磷光体颗粒也可以沉积在掩蔽区域中的掩模材料902的顶部上(如图10b或图11b中)。在任一情况下，沉积的第一磷光体颗粒然后用第一粘合剂(或者图10b或图10c中的像素粘合剂，或者图11b或图11c中所示的边界粘合剂)粘合在一起。
72.如果第一磷光体颗粒沉积在掩模材料902的顶部上(如图10b或图11b中)，可以使用任何合适的平面化工艺(例如研磨、抛光或化学机械抛光(cmp))移除沉积的磷光体颗粒，从而分别导致图10c或图11c的布置。一旦处于这些布置中的一个中，然后就通过任何合适的工艺移除掩模材料902，从而分别导致图10d或图11d的布置。
73.接下来，将多个第二磷光体颗粒(或者如图10e和10f中所示的边界磷光体颗粒722，或者如图11e和图11f中所示的像素磷光体颗粒712)沉积到衬底900上，在所沉积的、粘合的多个第一磷光体颗粒之间。第二磷光体颗粒可以以任何合适的方式沉积(例如，沉淀、刮涂、电泳沉积等)。在一些实例中，没有第二磷光体颗粒沉积在粘合的第一磷光体颗粒的顶部上(如图10f或图11f中)；在一些其他实例中，第二磷光体颗粒也可以沉积在粘合的第一磷光体颗粒的顶部上(如图10e或图11e中)。在任一情况下，沉积的第二磷光体颗粒然后用第二粘合剂(或者是图10e或图10f中的边界粘合剂，或者是图11e或图11f中所示的像素粘合剂)粘合在一起。第二粘合剂还将粘合的第一和第二磷光体颗粒的区域粘合在一起，以形成材料层700。
74.如果没有第二磷光体颗粒沉积到粘合的第一磷光体颗粒上，则获得图10f或图11f的布置。如果一些第二磷光体颗粒沉积在粘合的第一磷光体颗粒的顶部上(如图10e或图
11e中)，则如果期望，可以使用任何合适的平面化工艺(例如研磨、抛光或化学机械抛光(cmp))移除那些沉积的第二磷光体颗粒，从而分别导致图10f或图11f的布置。然而，在一些实例中，可以期望留下覆盖第一磷光体颗粒的第二磷光体颗粒，从而分别导致图10e或图11e的布置。
75.在图10a-图10f中示意性示出的制作顺序中，衬底900的掩蔽区域对应于边界区域720，沉积的第一磷光体颗粒为像素磷光体颗粒712，并且第一粘合剂为像素涂层714(导致诸如图8a中布置的布置)或像素介质718(导致诸如图9a中布置的布置)。在移除掩模材料902之后，沉积的第二磷光体颗粒是边界磷光体颗粒722，并且第二粘合剂是边界涂层724(产生诸如图8a中布置的布置)或边界介质728(产生诸如图9a中布置的布置)。如果任何边界磷光体颗粒722被粘合在像素磷光体颗粒712的顶部上，则它们可以通过平面化被移除，从而产生图8a或图9a的布置。
76.在图11a-图11f中示意性示出的制作顺序中，衬底900的掩蔽区域对应于像素区域710，沉积的第一磷光体颗粒为边界磷光体颗粒722，并且第一粘合剂为边界涂层724(导致诸如图8a或图8b中布置的布置)或边界介质728(导致诸如图9a或图9b中布置的布置)。在移除掩模材料902之后，沉积的第二磷光体颗粒是像素磷光体颗粒712，并且第二粘合剂是像素涂层714(产生诸如图8a或图8b中布置的布置)或像素介质718(产生诸如图9a或图9b中布置的布置)。如果任何像素磷光体颗粒712被粘合在边界磷光体颗粒722的顶部上，则它们可以通过平面化被移除以产生图8a或图9a的布置，它们可以被留在原位以产生图8b或图9b的布置。
77.在一些示例中，可以使用一种或多种原子层沉积(ald)工艺或一种或多种化学气相沉积(cvd)工艺以在第一磷光体颗粒上形成第一粘合剂作为第一涂层，从而将第一磷光体颗粒粘合在一起(例如，像素涂层714以图10a-图10f的顺序将像素磷光体颗粒712粘合在一起，从而导致图8a或图8b的布置；或者边界涂层724以图11a-图11f的顺序将边界磷光体颗粒722粘合在一起，从而导致图8a或图8b的布置)。在一些示例中，可以选择掩模材料和/或第一涂层，使得可以用试剂或者在不导致掩模材料902过度降解或变形的条件下形成涂层介质。在一些示例中，在形成掩模之前，可以在衬底900上形成保护层，该保护层对ald或cvd试剂的反应性低于衬底900。
78.在一些示例中，可以使用一种或多种ald工艺或一种或多种cvd工艺以在第二磷光体颗粒上形成第二粘合剂作为第二涂层，从而将第二磷光体颗粒粘合在一起(例如，边界涂层724以图10a-图10f的顺序将边界磷光体颗粒722粘合在一起，从而导致图8a或图8b的布置；或者像素涂层714以图11a-图11f的顺序将像素磷光体颗粒712粘合在一起，从而导致图8a或图8b的布置)。在一些示例中，第二涂层可以形成在第一涂层上方的粘合的第一磷光体颗粒上，从而导致第一磷光体颗粒上的涂层材料的更大厚度。例如，在图10a-图10f的工艺中，使用ald或cvd工艺形成像素涂层714和边界涂层724两者导致像素磷光体颗粒712上的总涂层714更厚，并且与边界磷光体颗粒722上的涂层724和空隙726(仅由第二粘合沉积工艺产生)相比，空隙716(由第一和第二粘合沉积工艺两者产生)更小且数量更少。
79.在一些示例中，可以使用一种或多种前驱体(例如，单体、引发剂、交联剂、或其它聚合物前驱体)的沉积并固化一种或多种前驱体以形成作为嵌入第一磷光体颗粒的第一透明固体介质的第一粘合剂，从而将第一磷光体颗粒粘合在一起(例如，像素介质718以图
10a-图10f的顺序将像素磷光体颗粒712粘合在一起，从而导致图9a或图9b的布置；或者边界介质728以图11a-图11f的顺序将边界磷光体颗粒722粘合在一起，从而导致图9a或图9b的布置)。在一些示例中，可以选择掩模材料和/或第一固体透明介质，使得固体介质可以在不导致掩模材料902过度退化或变形的温度或其他条件下固化。在一些示例中，可以使用一种或多种前驱体(例如，单体、引发剂、交联剂、或其它聚合物前驱体)的沉积并固化一种或多种前驱体以形成作为嵌入第二磷光体颗粒的第二透明固体介质的第二粘合剂，从而将第二磷光体颗粒粘合在一起(例如，边界介质728以图10a-图10f的顺序将边界磷光体颗粒722粘合在一起，从而产生图9a或图9b的布置；或者像素介质718以图11a-图11f的顺序将像素磷光体颗粒712粘合在一起，从而产生图9a或图9b的布置)。
80.在一些示例中，可以将如上所述形成的材料层从衬底900移除，并转移至衬底698，该衬底698可以包括一个或多个电介质层697、一个或多个半导体led层696、或两者。在一些其他示例中，材料层700可以形成在充当衬底900的发光像素阵列800上。在这样的示例中，材料层可以直接形成在阵列800的发光表面上，或者一个或多个介于中间的透明电介质层上。
81.除前述内容外，以下示例实施例落在本公开或所附权利要求的范围内。
82.示例1。一种波长转换光学元件，包括：(a)固体材料层，其具有相对的第一表面和第二表面，并且包括多个离散的像素区域和介于中间的边界区域，所述介于中间的边界区域至少部分地围绕每一个像素区域并且至少部分地将每个像素区域与相邻像素区域分隔；(b)对于每个像素区域，对应的多个像素磷光体颗粒和透明像素粘合剂，该像素粘合剂包括：或者(i)透明像素涂层，其至少部分地涂覆每个像素磷光体颗粒并将对应像素区域的像素磷光体颗粒粘合在一起，同时在粘合的像素磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体像素介质，其基本上填充像素磷光体颗粒嵌入其中的对应像素区域；以及(c)在边界区域中，多个边界磷光体颗粒和透明边界粘合剂，该边界粘合剂包括：或者(i)透明边界涂层，其至少部分地涂覆每个边界磷光体颗粒并将边界磷光体颗粒粘合在一起，同时在粘合的边界磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体边界介质，其基本上填充边界磷光体颗粒嵌入其中的边界区域，(d)像素区域在以下中的一个或多个方面不同于边界区域：(i)表征像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒的不同尺寸、组分或折射率，(ii)表征像素涂层和边界涂层的不同厚度、组分或折射率，(iii)表征像素磷光体颗粒之间的空隙和边界磷光体颗粒之间的空隙的不同尺寸、数量密度或体积分数，或(iv)表征固体像素介质和固体边界介质的不同组分或折射率。
83.示例2。根据示例1所述的光学元件，该边界区域表现出的由像素磷光体颗粒或边界磷光体颗粒发射的光的光学散射大于由该像素区域表现出的光学散射。
84.示例3。根据示例1或2中任一项所述的光学元件，还包括抵靠固体材料层的第一表面定位的衬底。
85.示例4。根据示例3所述的光学元件，该衬底包括一个或多个透明电介质层。
86.示例5。根据示例3或4中任一项所述的光学元件，所述衬底包括一个或多个半导体led结构。
87.示例6。根据示例1至5中任一项所述的光学元件，所述边界磷光体颗粒的特征尺寸小于所述像素磷光体颗粒的特征尺寸的30％、50％、67％或75％。
88.示例7。根据示例1至6中任一项所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒具有小于20μm、小于10μm或小于5μm的非零特征尺寸。
89.示例8。根据示例1至7中任一项所述的光学元件，所述边界磷光体颗粒具有小于10μm、小于5μm或小于2.5μm的非零特征尺寸。
90.示例9。根据示例1至8中任一项所述的光学元件，所述边界磷光体颗粒具有小于相邻像素区域之间分隔的50％的非零特征尺寸。
91.示例10。根据示例1至9中任一项所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒的材料组分不同于所述边界磷光体颗粒的材料组分。
92.示例11。根据示例1至9中任一项所述的光学元件，像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒具有相同的材料组分。
93.示例12。根据示例1至11中任一项所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒的折射率不同于所述边界磷光体颗粒的折射率。
94.示例13。根据示例1至11中任一项所述的光学元件，像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒具有相同的折射率。
95.示例14。根据示例1至13中任一项所述的光学元件，所述边界涂层的特征厚度小于所述像素涂层的特征厚度的30％、50％、67％或75％。
96.示例15。根据示例1至14中任一项所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒之间的空隙的数量密度小于所述边界磷光体颗粒之间的空隙的数量密度的30％、50％、67％或75％。
97.示例16。根据示例1至15中任一项所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒之间的空隙的体积分数小于所述边界磷光体颗粒之间的空隙的体积分数的30％、50％、67％或75％。
98.示例17。根据示例1至16中任一项所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒之间的空隙的特征尺寸小于所述边界磷光体颗粒之间的空隙的特征尺寸的30％、50％、67％或75％。
99.示例18。根据示例1至17中任一项所述的光学元件，所述像素涂层的折射率不同于所述边界涂层的折射率。
100.示例19。根据示例1至17中任一项所述的光学元件，像素涂层和边界涂层具有相同的折射率。
101.示例20。根据示例1至19中任一项所述的光学元件，像素涂层和边界涂层具有相同的材料组分。
102.示例21。根据示例20所述的光学元件，像素涂层和边界涂层包含相同的单一涂层材料。
103.示例22。根据示例1至19中任一项所述的光学元件，所述像素涂层的材料组分不同于所述边界涂层的材料组分。
104.示例23。根据示例22所述的光学元件，所述像素涂层包括边界涂层中不存在的一种或多种材料。
105.示例24。根据示例23的光学元件，像素涂层包括具有不同对应材料组分或折射率的内涂层和外涂层。
106.示例25。根据示例1至24中任一项所述的光学元件，像素涂层或边界涂层包括一种或多种金属或半导体氧化物。
107.示例26。根据示例1至25中任一项所述的光学元件，像素涂层或边界涂层包括
al2o3、hfo2、sio2、ga2o3、geo2、sno2、cro2、tio2、ta2o5、nb2o5、v2o5、y2o3或zro2中的任何一种或多种材料。
108.示例27。根据示例1至26中任一项所述的光学元件，所述像素涂层或所述边界涂层包括与使用原子层沉积(ald)工艺或使用保形化学气相沉积(cvd)工艺的形成兼容的一种或多种材料。
109.示例28。根据示例1至27中任一项所述的光学元件，所述像素涂层具有大于0.10μm、大于0.20μm或大于0.30μm的厚度。
110.示例29。根据示例1至28中任一项所述的光学元件，所述边界涂层具有小于0.15μm、小于0.10μm或小于0.05μm的非零厚度。
111.示例30。根据示例6至13中任一项所述的光学元件，像素磷光体颗粒嵌入在像素介质中，并且边界磷光体颗粒嵌入在边界介质中。
112.示例31。根据示例30所述的光学元件，还包括嵌入边界介质中的散射颗粒。
113.示例32。根据示例31所述的光学元件，所述散射颗粒包括tio2颗粒。
114.示例33。根据示例30至32中任一项所述的光学元件，所述像素介质包括一种或多种聚合物，或者所述边界介质包括一种或多种聚合物。
115.示例34。根据示例33所述的光学元件，所述像素介质包括一种或多种硅树脂，或者所述边界介质包括一种或多种硅树脂。
116.示例35。根据示例30至34中任一项所述的光学元件，所述像素介质的材料组分不同于所述边界介质的材料组分。
117.示例36。根据示例30至35中任一项所述的光学元件，像素介质和边界介质具有相同的材料组分。
118.示例37。根据示例30至36中任一项所述的光学元件，所述像素介质的折射率不同于所述边界介质的折射率。
119.示例38。根据示例30至36中任一项所述的光学元件，像素介质和边界介质具有相同的折射率。
120.示例39。根据示例1至38中任一项所述的光学元件，每个像素区域和边界区域从第一表面延伸至第二表面，使得每个像素区域与相邻像素区域完全分隔。
121.示例40。根据示例1至38中任一项所述的光学元件，每个像素区域从第一表面延伸至第二表面，每个边界区域仅部分地从第一表面朝向第二表面延伸，每个像素区域在第一表面处与相邻像素区域分隔，并且每个像素区域在第二表面处与一个或多个相邻像素区域邻接。
122.示例41。根据示例1至40中任一项所述的光学元件，所述第一表面和第二表面是基本平坦的。
123.示例42。根据示例1至41中任一项所述的光学元件，光学元件的像素区域的间隔小于1.0mm、小于0.50mm、小于0.33mm、小于0.20mm、小于0.10mm、小于0.08mm、小于0.05mm、小于0.033mm或小于0.020mm。
124.示例43。根据示例1至42中任一项所述的光学元件，分隔光学元件的相邻像素区域的边界区域的宽度小于0.10mm、小于0.050mm、小于0.033mm、小于0.020mm、小于0.010mm、小于0.008mm或小于0.005mm。
125.示例44。一种包含示例1至43中任一项所述的波长转换光学元件的发光器件，该发光器件包括：(a)波长转换光学元件；以及(b)发射第一波长的光的半导体发光像素阵列，发光像素的间隔基本上匹配波长转换光学元件的像素区域的间隔，发光像素阵列被定位成使得由发光像素发射的光进入波长转换光学元件的材料层的第一表面，并且至少部分被像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒吸收，从而导致从那些磷光体颗粒发射比第一波长更长的一个或多个下转换波长的下转换光，波长转换光学元件被定位成使得其像素区域与阵列的发光像素基本上对准。
126.示例45。根据示例44所述的器件，该阵列的每个发光像素可独立于该阵列的至少一个其他发光像素操作。
127.示例46。根据示例44或45中任一项所述的器件，所述像素区域对从光学元件的相邻像素区域离开光学元件的第二表面的下转换光表现出大于5:1、大于10:1、大于20:1、大于50:1、大于100:1或大于300:1的对比度。
128.示例47。根据示例44至46中任一项所述的器件，所述光学元件的材料层的第一表面抵靠所述发光像素阵列的发光表面定位。
129.示例48。根据示例44至47中任一项所述的器件，还包括在所述材料层和所述发光像素阵列的发光表面之间的一个或多个透明电介质层，所述材料层的第一表面抵靠电介质衬底层定位。
130.示例49。根据示例44至48中任一项所述的器件，所述阵列的发光像素的间隔等于所述光学元件的像素区域的间隔。
131.示例50。根据示例49所述的器件，所述阵列的发光像素的间隔小于1.0mm、小于0.50mm、小于0.33mm、小于0.20mm、小于0.10mm、小于0.08mm、小于0.05mm、小于0.033mm或小于0.020mm。
132.示例51。根据示例44至50中任一项所述的器件，所述阵列的发光像素由不发光像素边界分隔，所述光学元件的边界区域与所述像素边界对准。
133.示例52。根据示例51所述的器件，不发光像素边界具有小于0.10mm、小于0.050mm、小于0.033mm、小于0.020mm、小于0.010mm或小于0.005mm的非零宽度。
134.示例53。根据示例51或52中任一项所述的器件，边界区域中的一个或多个具有与对应像素边界的宽度相等的对应宽度。
135.示例54。根据示例51至53中任一项所述的器件，边界区域中的一个或多个的对应宽度大于对应像素边界的宽度。
136.示例55。根据示例44至54中任一项所述的器件，所述半导体发光像素阵列包括半导体发光二极管(led)阵列。
137.示例56。根据示例44至55中任一项所述的器件，所述发光二极管包括一种或多种掺杂或未掺杂的iii-v族、ii-vi族或iv族半导体材料或合金或其混合物。
138.示例57。根据示例44至56中任一项所述的器件，每个发光二极管包括一个或多个p-n结、一个或多个量子阱、一个或多个多量子阱或一个或多个量子点。
139.示例58。根据示例44至57中任一项所述的器件，由半导体发光像素发射的光具有大于0.20μm、大于0.4μm、大于0.8μm、小于10μm，小于2.5μm，或小于1.0μm的真空波长。
140.示例59。一种制造根据示例44至58中任一项所述的器件的方法，包括定位光学元
件，使其第一表面面向阵列的发光像素的发光表面。
141.示例60。根据示例59所述的方法，光学元件的第一表面直接抵靠发光表面定位。
142.示例61。根据示例59的方法，一个或多个透明电介质层位于光学元件和发光像素阵列之间。
143.示例62。一种制造根据示例1至42中任一项所述的光学元件的方法，该方法包括：(a)用像素粘合剂将每个像素区域中对应的多个像素磷光体颗粒粘合在一起；和(b)用边界粘合剂将边界区域中的多个边界磷光体颗粒粘合在一起，(c)像素区域和边界区域的磷光体颗粒粘合在一起以形成光学元件的材料层。
144.示例63。一种制造根据示例1至42中任一项所述的光学元件的方法，包括：(a)在衬底的选定区域上形成掩模，留下衬底的剩余区域不被掩蔽；(b)将多个第一磷光体颗粒沉积到衬底的未掩蔽区域上，并用第一粘合剂将沉积的第一磷光体颗粒粘合在一起；(c)从选定区域移除掩模；和(d)在所沉积的、粘合的多个第一磷光体颗粒之间，将多个第二磷光体颗粒沉积到衬底上，并用第二粘合剂将所沉积的第二磷光体颗粒粘合在一起，并且用第二粘合剂将多个第二磷光体颗粒粘合到所粘合的多个第一磷光体颗粒，(e)其中或者(i)第一磷光体颗粒是像素磷光体颗粒，第一粘合剂是像素粘合剂，第二磷光体颗粒是边界磷光体颗粒，并且第二粘合剂是边界粘合剂，或者(ii)第一磷光体颗粒是边界磷光体颗粒，第一粘合剂是边界粘合剂，第二磷光体颗粒是像素磷光体颗粒，并且第二粘合剂是像素粘合剂。
145.示例64。根据示例62或63中任一项所述的方法，所述衬底包括一个或多个电介质层。
146.示例65。根据示例62至64中任一项所述的方法，所述衬底包括一个或多个半导体层。
147.示例66。根据示例65所述的方法，所述一个或多个半导体层被布置为一个或多个led结构。
148.示例67。根据示例62至66中任一项所述的方法，还包括从衬底移除光学元件。
149.示例68。根据示例62至67中任一项所述的方法：(i)使用一种或多种ald工艺或一种或多种cvd工艺以在第一磷光体颗粒上形成作为第一涂层的第一粘合剂，从而将第一磷光体颗粒粘合在一起，或者(ii)使用一种或多种ald工艺或一种或多种cvd工艺以在第二磷光体颗粒上形成作为第二涂层的第二粘合剂，从而将第二磷光体颗粒粘合在一起。
150.示例69。根据示例68所述的方法，所述第二涂层形成在所述第一涂层上方的粘合的第一磷光体颗粒上。
151.示例70。根据示例68或69中任一项所述的方法，还包括在形成掩模之前，在衬底上形成保护层，该保护层相对于用于一种或多种ald工艺或一种或多种cvd工艺的一种或多种试剂的反应性低于衬底。
152.示例71。根据示例62至67中任一项所述的方法：(i)使用一种或多种前驱体的沉积并固化该一种或多种前驱体以形成作为嵌入第一磷光体颗粒的第一透明固体介质的第一粘合剂，从而将第一磷光体颗粒粘合在一起，或者(ii)使用一种或多种前驱体的沉积并固化该一种或多种前驱体以形成作为嵌入第二磷光体颗粒的第二透明固体介质的第二粘合剂，从而将第二磷光体颗粒粘合在一起。
153.示例72。根据示例63至71中任一项所述的方法，还包括，在移除掩模之前，从掩蔽
区域移除沉积在掩模材料上的任何第一磷光体颗粒。
154.示例73。根据示例63至72中任一项所述的方法，还包括从沉积的、粘合的多个第一磷光体颗粒移除其上的任何第二磷光体颗粒。
155.示例74。根据示例63至72中任一项所述的方法，沉积并粘合在所沉积、粘合的多个第一磷光体颗粒上的任何第二磷光体颗粒被留在原位，使得粘合的多个第一磷光体颗粒被粘合的第二磷光体颗粒覆盖。
156.本公开为说明性的、并且不是限制性的。鉴于本公开，进一步的修改对于本领域技术人员来说将是清楚的，并且旨在落入本公开或所附权利要求的范围内。意图是所公开的示例实施例和方法的等同物或其修改应当落入本公开或所附权利要求的范围内。
157.在前述具体实施方式中，出于精简公开内容的目的，可以将若干示例实施例中的各种特征组合在一起。这种公开的方法不应被解释为反映以下意图：任何要求保护的实施例需要比对应权利要求中明确列举的更多的特征。反而，如所附权利要求所反映的，发明主题可以在于(lie in)少于单个公开的示例实施例的所有特征。因此，本公开应当被解释为隐含地公开了具有一个或多个特征的任何合适子集的任何实施例，这些特征在本技术中被示出、描述或要求保护，所述任何合适子集包括可能未在本文中明确公开的那些子集。特征的“合适”子集仅包括相对于该子集的任何其他特征既不不兼容也不互斥的特征。因此，所附权利要求由此以其整体并入具体实施方式中，其中每个权利要求本身作为单独公开的实施例。此外，所附从属权利要求中的每一个应当被解释为仅仅是为了通过所述将权利要求并入具体实施方式中进行公开的目的，就好像以多个从属形式写成并且从属于与其不矛盾的所有前述权利要求。还应注意，所附权利要求的累积范围可以但不一定涵盖本技术中公开的全部主题。
158.以下解释应当适用于本公开和所附权利要求的目的。除非另有明确陈述，否则词语“包括”、“包含”、“具有”及其变体无论在何处出现都应被理解为开放式术语，其含义如同在其每个实例之后附加了诸如“至少”之类的短语一样。冠词“一个”应被解释为“一个或多个”，除非“仅一个”、“单个”或其他类似的限制在特定上下文中被明确陈述或隐含；类似地，冠词“该”应被解释为
“……
中的一个或多个”，除非
“……
中仅一个”、
“……
中的单个”或其他类似的限制在特定的上下文中被明确地陈述或隐含。连词“或”应被解释为包含性的，除非：(i)它以其他方式明确陈述，例如，通过使用“或
…
或
…”
、
“……
中仅一个”或类似的语言；或者(ii)所列出的替代方案中的两个或更多个被理解或公开(隐含地或明确地)为在特定上下文中不兼容或互斥。在后一种情况下，“或”将被理解为仅涵盖涉及非互斥替代方案的那些组合。在一个示例中，“狗或猫”、“狗或猫中的一只或多只”以及“一只或多只狗或猫”中的每一个都将被解释为没有任何猫的一只或多只狗，或者没有任何狗的一只或多只猫，或者每一种中的一只或多只。在另一个示例中，“狗、猫或老鼠”、“狗、猫或老鼠中的一只或多只”和“一只或多只狗、猫或老鼠”中的每一个将被解释为(i)一只或多只狗，没有任何猫或老鼠，(ii)一只或多只猫，没有任何狗或老鼠，(iii)一只或多只老鼠，没有任何狗或猫，(iv)一只或多只狗以及一只或多只猫，没有任何老鼠，(v)一只或多只狗以及一只或多只老鼠，没有任何猫，(vi)一只或多只猫以及一只或多只老鼠，没有任何狗，或(vii)一只或多只狗、一只或多只猫、以及一只或多只老鼠。在另一个示例中，“狗、猫或老鼠中的两只或更多只”或“两只或更多只狗、猫或老鼠”中的每一个将被解释为(i)一只或多只狗以及一只或多
只猫，没有任何老鼠，(ii)一只或多只狗以及一只或多只老鼠，没有任何猫，(iii)一只或多只猫以及一只或多只老鼠，没有任何狗，或(iv)一只或多只狗、一只或多只猫、以及一只或多只老鼠；“三只或更多只”、“四只或更多只”等等将被类似地解释。
159.出于本公开或所附权利要求的目的，当列举数值时(具有或不具有诸如“约等于”、“基本上等于”、“大于约”、“小于约”等的术语)，应当适用与测量精度和有效数字相关的标准惯例，除非明确阐明了不同的解释。对于由诸如“基本上防止”、“基本上不存在”、“基本上消除”、“大约等于零”、“可忽略的”等等短语描述的零量，每个这样的短语应该表示以下情况：其中所讨论的量已经减少或缩小到这样的程度，使得在所公开或要求保护的设备或方法的预期操作或用途的上下文中，为了实践目的，该设备或方法的总体行为或性能与实际上已经完全移除零量、精确等于零、或以其他方式精确为零量时将已经发生的行为或性能没有区别。
160.出于本公开和所附权利要求的目的，实施例、实例或权利要求的元件、步骤、限制或其他部分的任何标注(例如，第一、第二、第三等，(a)、(b)、(c)等，或(i)、(ii)、(iii)等)仅仅是为了清晰的目的，并且不应当被解释为暗示如此标注的部分的任何种类的排序或优先顺序。如果任何这样的排序或优先顺序是有意的，则它将在实施例、示例或权利要求中明确列举，或者在一些实例中，基于实施例、示例或权利要求的具体内容，它将是隐含的或固有的。在所附权利要求中，如果期望在设备权利要求中援引35usc
§
112(f)的规定，那么词语“装置”将出现在该设备权利要求中。如果期望在方法权利要求中援引那些规定，则词语“用于
……
的步骤”将出现在该方法权利要求中。反之，如果词语“装置”或“用于
……
的步骤”没有出现在权利要求中，那么35usc
§
112(f)的规定不旨在被援引用于该权利要求。
161.如果任何一种或多种公开内容通过引用并入本文，且此类并入的公开内容与本公开部分或全部冲突、或者与本公开在范围上不同，那么对于冲突的程度、更广泛的公开内容、或更广泛的术语定义，以本公开为准。如果此类并入的公开内容部分或全部相互冲突，那么对于冲突的程度，以较晚日期的公开为准。
162.按照需要提供了摘要，以帮助在专利文献内搜索具体主题的那些人。然而，摘要不旨在暗示任何特定权利要求一定涵盖其中所列举的任何元件、特征或限制。由每个权利要求所涵盖的主题的范围应该仅由该权利要求的列举来确定。

技术特征：
1.一种波长转换光学元件，包括：固体材料层，其具有相对的第一表面和第二表面，并且包括多个离散的像素区域和介于中间的边界区域，所述介于中间的边界区域至少部分地围绕每一个像素区域并且至少部分地将每个像素区域与相邻像素区域分隔；对于每个像素区域，对应的多个像素磷光体颗粒和透明像素粘合剂，所述像素粘合剂包括：或者(i)透明像素涂层，其至少部分地涂覆每个像素磷光体颗粒并将对应像素区域的像素磷光体颗粒粘合在一起，同时在粘合的像素磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体像素介质，其基本上填充像素磷光体颗粒嵌入其中的对应像素区域；和在边界区域中，多个边界磷光体颗粒和透明边界粘合剂，所述边界粘合剂包括：或者(i)透明边界涂层，其至少部分地涂覆每个边界磷光体颗粒并将边界磷光体颗粒粘合在一起，同时在粘合的边界磷光体颗粒之间留下空隙，或者(ii)透明固体边界介质，其基本上填充边界磷光体颗粒嵌入其中的边界区域，所述像素区域在以下中的一个或多个方面不同于所述边界区域：(i)表征像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒的不同尺寸、组分或折射率，(ii)表征像素涂层和边界涂层的不同厚度、组分或折射率，(iii)表征像素磷光体颗粒之间的空隙和边界磷光体颗粒之间的空隙的不同尺寸、数量密度或体积分数，或(iv)表征固体像素介质和固体边界介质的不同组分或折射率。2.根据权利要求1所述的光学元件，所述边界区域表现出的由像素磷光体颗粒或边界磷光体颗粒发射的光的光学散射大于由所述像素区域表现出的光学散射。3.根据权利要求1所述的光学元件，所述边界磷光体颗粒的特征尺寸小于所述像素磷光体颗粒的特征尺寸的50％。4.根据权利要求1所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒具有小于10μm的非零特征尺寸，或者所述边界磷光体颗粒具有小于5μm的非零特征尺寸。5.根据权利要求1所述的光学元件：(i)所述边界涂层的特征厚度小于所述像素涂层的特征厚度的50％，(ii)所述像素磷光体颗粒之间的空隙的数量密度小于所述边界磷光体颗粒之间的空隙的数量密度的50％，(iii)所述像素磷光体颗粒之间的空隙的体积分数小于所述边界磷光体颗粒之间的空隙的体积分数的50％，或(iv)所述像素磷光体颗粒之间空隙的特征尺寸小于所述边界磷光体颗粒之间空隙的特征尺寸的50％。6.根据权利要求1所述的光学元件，所述像素涂层或所述边界涂层包括与使用原子层沉积(ald)工艺或使用保形化学气相沉积(cvd)工艺的形成兼容的一种或多种材料。7.根据权利要求1所述的光学元件：(i)所述像素涂层的厚度大于0.20μm，或者(ii)所述边界涂层的非零厚度小于0.10μm。8.根据权利要求1所述的光学元件，所述像素磷光体颗粒嵌入在所述像素介质中，并且所述边界磷光体颗粒嵌入在所述边界介质中，所述边界磷光体颗粒的特征尺寸小于所述像素磷光体颗粒的特征尺寸的50％。9.根据权利要求8所述的光学元件，还包括嵌入在所述边界介质中的散射颗粒。10.根据权利要求8所述的光学元件，所述像素介质包括一种或多种聚合物，或者所述边界介质包括一种或多种聚合物。11.根据权利要求1所述的光学元件：(i)所述光学元件的像素区域的间隔小于0.10mm，
或者(ii)分隔所述光学元件的相邻像素区域的边界区域的宽度小于0.010mm。12.一种结合了根据权利要求1至11中任一项所述的波长转换光学元件的发光器件，所述发光器件包括：所述波长转换光学元件；和发射第一波长的光的半导体发光像素阵列，发光像素的间隔基本上匹配波长转换光学元件的像素区域的间隔，所述发光像素阵列被定位成使得由所述发光像素发射的光进入所述波长转换光学元件的材料层的第一表面，并且至少部分被像素磷光体颗粒和边界磷光体颗粒吸收，从而导致从那些磷光体颗粒发射比所述第一波长更长的一个或多个下转换波长的下转换光，所述波长转换光学元件被定位成使得其像素区域与阵列的发光像素基本上对准。13.根据权利要求12所述的器件，所述像素区域对从所述光学元件的相邻像素区域离开所述光学元件的第二表面的下转换光表现出大于5:1的对比度。14.根据权利要求12所述的器件：(i)所述阵列的发光像素的间隔等于所述光学元件的像素区域的间隔，以及(ii)所述阵列的发光像素被不发光像素边界分隔，所述光学元件的边界区域与所述像素边界对准。15.一种制造根据权利要求1至11中任一项所述的光学元件的方法，包括：在衬底的选定区域上形成掩模，留下所述衬底的剩余区域不被掩蔽；将多个第一磷光体颗粒沉积到所述衬底的未掩蔽区域上，并用第一粘合剂将沉积的第一磷光体颗粒粘合在一起；从所述选定区域移除所述掩模；以及在所沉积的、粘合的多个第一磷光体颗粒之间，将多个第二磷光体颗粒沉积到衬底上，并用第二粘合剂将所沉积的第二磷光体颗粒粘合在一起，并且用第二粘合剂将多个第二磷光体颗粒粘合到所粘合的多个第一磷光体颗粒，其中或者(i)所述第一磷光体颗粒是像素磷光体颗粒，所述第一粘合剂是像素粘合剂，所述第二磷光体颗粒是边界磷光体颗粒，并且所述第二粘合剂是边界粘合剂，或者(ii)所述第一磷光体颗粒是边界磷光体颗粒，所述第一粘合剂是边界粘合剂，所述第二磷光体颗粒是像素磷光体颗粒，并且所述第二粘合剂是像素粘合剂。16.根据权利要求15所述的方法：(i)使用一种或多种ald工艺或一种或多种cvd工艺以在所述第一磷光体颗粒上形成作为第一涂层的第一粘合剂，从而将所述第一磷光体颗粒粘合在一起，或者(ii)使用一种或多种ald工艺或一种或多种cvd工艺以在所述第二磷光体颗粒上形成作为第二涂层的第二粘合剂，从而将所述第二磷光体颗粒粘合在一起。17.根据权利要求16所述的方法，所述第二涂层形成在所述第一涂层上方的粘合的第一磷光体颗粒上。18.根据权利要求15所述的方法：(i)使用一种或多种前驱体的沉积并固化所述一种或多种前驱体以形成作为嵌入所述第一磷光体颗粒的第一透明固体介质的第一粘合剂，从而将所述第一磷光体颗粒粘合在一起，或者(ii)使用一种或多种前驱体的沉积并固化所述一种或多种前驱体以形成作为嵌入所述第二磷光体颗粒的第二透明固体介质的第二粘合剂，从而将所述第二磷光体颗粒粘合在一起。19.根据权利要求1所述的方法，还包括以下中的一项或两项：(i)在移除所述掩模之
前，从掩蔽区域移除沉积在所述掩模材料上的任何第一磷光体颗粒，或者(ii)从沉积的、粘合的多个第一磷光体颗粒移除其上的任何第二磷光体颗粒。20.根据权利要求15所述的方法，沉积和粘合在所述沉积的、粘合的多个第一磷光体颗粒上的任何第二磷光体颗粒被留在原位，使得粘合的多个第一磷光体颗粒被粘合的第二磷光体颗粒覆盖。

技术总结
一种横向异质波长转换光学元件包括被边界区域围绕的像素区域；每个区域包括由涂层或固体介质粘合的下转换磷光体颗粒。像素区域与阵列中的LED对准。磷光体区域在组分、颗粒尺寸、涂层厚度、折射率或空隙(尺寸、数量密度或体积分数)中的一个或多个方面不同。该(一个或多个)差异可以导致边界区域表现出较大的光学散射，这可以改善由阵列的相邻像素发射的下转换光的对比度。换光的对比度。换光的对比度。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：亮锐有限责任公司
技术研发日：2021.12.01
技术公布日：2023/9/22