发光装置及显示设备的制作方法

1.本发明涉及半导体显示领域，具体涉及一种发光装置及显示设备。


背景技术：

2.发光二极管(light emitting diode)简称为led，由含镓(ga)、砷(as)、磷(p)、氮(n)等化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。因化学性质又分有机发光二极管oled和无机发光二极管led。led最初用于仪器仪表的指示性照明，随后扩展到交通信号灯，再到景观照明、车用照明和手机键盘及背光源。后来发展出微型发光二极管(mini/micro light emitting diode，mini-led/micro-led)的新技术，其将原本发光二极管的尺寸大幅缩小，用可独立发光的红、蓝、绿微型发光二极管成阵列排列形成显示阵列用于显示技术领域。
3.微型发光二极管显示技术是指以自发光的微米量级的led为发光像素单元，将其组装到驱动面板上形成高密度led阵列的显示技术。微型发光二极管芯片尺寸小，用于显示具有集成度高、自发光和稳定性高等特点，与液晶显示器(liquid crystal display，lcd)相比，在亮度、分辨率、对比度、能耗、使用寿命、响应速度和热稳定性等方面具有更大的优势。但是在通过堆叠微型发光二极管形成像素单元时，发光均匀性以及显示效果不够理想，有待进一步提高。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于提供一种发光装置及具有该发光装置的显示设备，能够有效的改善微型发光二极管在作为发光装置时的显示效果。本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
5.一种发光装置，包括：
6.依次堆叠的第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元，所述第二发光单元位于所述第一发光单元和第三发光单元之间，所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元具有相同的形状和不同的面积；
7.所述第一发光单元的面积小于所述第二发光单元的面积，所述第二发光单元的面积小于所述第三发光单元的面积；
8.所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元的发光中心分别为第一发光中心，第二发光中心和第三发光中心，所述第一发光中心，第二发光中心和第三发光中心位于同一轴线上；
9.所述第一发光单元包括第一发光底面，与所述第一发光底面相向的第一发光顶面，位于所述第一发光底面与第一发光顶面之间的第一发光侧面，所述第一发光侧面与所述第一发光底面形成第一底边边沿；
10.所述第二发光单元包括第二发光底面，与所述第二发光底面相向的第二发光顶
面，位于所述第二发光底面与第二发光顶面之间的第二发光侧面，所述第二发光侧面与所述第二发光底面形成第二底边边沿；
11.所述第三发光单元包括第三发光底面，与所述第三发光底面相向的第三发光顶面，位于所述第三发光底面与第三发光顶面之间的第三发光侧面，所述第三发光侧面与所述第三发光底面形成第三底边边沿；
12.相邻第一底边边沿和第二底边边沿形成一轮廓面，相邻轮廓面形成一锥形轮廓体，所述锥形轮廓体中心位于所述轴线上；
13.所述第三发光单元位于所述锥形轮廓体内。
14.可选的，所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元的侧边设置填充层，所述填充层包覆所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元。
15.可选的，所述填充层朝向所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元的一面为反射面，相邻反射面形成锥形反射体，所述锥形反射体与所述锥形轮廓体平行。
16.可选的，所述锥形反射体与所述锥形轮廓体重合或者所述锥形反射体与所述锥形轮廓体具有一间隙。
17.可选的，所述锥形反射体朝向所述第一发光底面具有一平面反射层。
18.可选的，所述锥形反射体具有一顶点，所述顶点位于所述轴线上。
19.可选的，所述第一发光侧面，第二发光侧面，第三发光侧面至少其中之一与水平面具有小于90度的夹角。
20.可选的，所述第一发光顶面和或所述第二发光顶面的面积小于或等于相邻发光底面的面积。
21.可选的，所述第一发光顶面的面积等于所述第二发光底面的面积，所述第二发光顶面的面积等于所述第三发光底面的面积。
22.可选的，其特征在于，所述述第一发光侧面，第二发光侧面，第三发光侧面至少其中之一与水平面的夹角等于所述锥形反射体的侧面与水平面夹角。
23.本发明还提供一种显示设备，该显示设备具有上述任一所述的发光装置。
24.本发明提供的发光装置将三个发光单元沿中心轴线对称设置且面积逐渐增大，第一发光单元和第二发光单元的底边边沿连线形成锥形轮廓体，每一个发光单元单独发光时，发光面沿轴线对称分布，三个发光单元中的任意二个或三个同时发光时，不同颜色的光在混合时能够达到更为均匀的混合效果且发光面沿轴线对称分布，发光装置在作为显示设备使用时具有较佳的颜色一致性以及更好的显示效果。
附图说明
25.图1是本发明一实施例提供的发光装置示意图；
26.图2是图1立体图；
27.图3a至图3c是本发明提供的发光单元示意图；
28.图4是本发明一实施例提供的包括填充层的发光装置示意图；
29.图5a、图5b是本发明一实施例提供的包括锥形反射体的发光装置示意图；
30.图6是本发明另一实施例提供的锥形反射体具有一顶点的发光装置示意图；
31.图7至图9分别是本发明不同实施例中第一发光侧面与水平面具有一倾角的发光
装置示意图。
具体实施方式
32.下面将结合附图对本发明提供的发光装置及显示设备进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有益效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。另外，在附图中，也可能为了便于说明而夸大示出各部件的宽度、长度、厚度等。并且，当记载为一个部件位于另一部件的“上部”或“上”时，不仅包括各部分“直接”位于其他部分的“上部”或“上”的情形，还包括各部件与另一部件之间夹设有又一部件的情形。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的部件。
33.如图1、图2所示，一种发光装置，包括依次堆叠的第一发光单元10，第二发光单元20和第三发光单元30，第二发光单元20位于第一发光单元10和第三发光单元30之间，第一发光单元10，第二发光单元20和第三发光单元30具有相同的形状和不同的面积；第一发光单元10的面积小于第二发光单元20的面积，第二发光单元20的面积小于第三发光单元30的面积；第一发光单元10，第二发光单元20和第三发光单元30的发光中心分别为第一发光中心，第二发光中心和第三发光中心，第一发光中心，第二发光中心和第三发光中心位于同一轴线40上；第一发光单元10包括第一发光底面，与所述第一发光底面相向的第一发光顶面，位于第一发光底面与第一发光顶面之间的第一发光侧面，第一发光侧面与所述第一发光底面形成第一底边边沿101；第二发光单元20包括第二发光底面，与第二发光底面相向的第二发光顶面，位于第二发光底面与第二发光顶面之间的第二发光侧面，第二发光侧面与第二发光底面形成第二底边边沿201；第三发光单元30包括第三发光底面，与所述第三发光底面相向的第三发光顶面，位于第三发光底面与第三发光顶面之间的第三发光侧面，第三发光侧面与第三发光底面形成第三底边边沿301；相邻第一底边边沿和第二底边边沿形成一轮廓面，相邻轮廓面形成一锥形轮廓体50，锥形轮廓体中心位于前述轴线40上；第三发光单元30位于该锥形轮廓体50内。
34.将三个发光单元沿中心轴线对称设置且面积逐渐增大，第一发光单元10和第二发光单元20的底边边沿连线形成锥形轮廓体，每一个发光单元单独发光时，发光面沿轴线对称分布，三个发光单元中的任意二个或三个同时发光时，不同颜色的光在混合时能够达到更为均匀的混合效果且发光面沿轴线对称分布，发光装置在作为显示设备使用时具有较佳的颜色一致性以及更好的显示效果。
35.无论是单独发光还是同时发光，发光亮度、颜色、波长等参数更为均匀，具有更好的显示效果，作为背光光源使用时能够满足d65光源对不同颜色发光单元发光强度的要求。
36.本实施例中，第一发光单元10、第二发光单元20、第三发光单元30可以是微型发光二极管，例如具有面积约500微米
×
500微米、300微米
×
300微米、200微米
×
200微米、150微米
×
150微米、120微米
×
120微米、100微米
×
100微米、80微米
×
80微米、50微米
×
50微米、20微米
×
20微米、10微米
×
10微米、5微米
×
5微米、5微米
×
5微米至500微米
×
500微米之间任一值或大于500微米
×
500微米或小于5微米
×
5微米任一期望面积。
37.在其他实施例中，微型发光二极管也可以为具有上述类似面积的矩形、六边形、八边形、圆形、椭圆形等形状结构。
38.本实施例中，第一发光单元10、第二发光单元20、第三发光单元30分别具有一厚度，例如第一发光单元10厚度为3-10um，第二发光单元20厚度为3-8um，第三发光单元30厚度为3-8um。
39.本实施例中，第一发光单元10发出的光依次穿过第二发光单元20、第三发光单元30，第二发光单元20发出的光穿过第三发光单元30。
40.本实施例中，第一发光单元10、第二发光单元20、第三发光单元30可以分别发红光、蓝光、绿光，或红光、绿光、蓝光。
41.在其他实施例中，第一发光单元10、第二发光单元20、第三发光单元30分别发蓝光、红光、绿光，或蓝光、绿光、红光，或绿光、红光、蓝光，或绿光、蓝光、红光。
42.本实施例中，红光、蓝光、绿光波长范围分别为600-660nm、440-480nm、490-570nm。
43.本实施例中，红光发光材料可以为gaas、gap、algaas、gaasp、algainp中的一种或多种，但是不限于此。
44.本实施例中，蓝光发光材料可以为gan、ingan、alingan中的一种或多种，但是不限于此。
45.本实施例中，绿光发光材料可以为gan、ingan、alingan、gaas、gap、algainp、algap中的一种或多种，但是不限于此。
46.如图3a至3c所示，第一发光单元10、第二发光单元20、第三发光单元30分别包括依次堆叠的第一半导体层11、21、31，发光层13、23、33，第二半导体层15、25、35，发光层13、23、33分别位于第一半导体层11、21、31和第二半导体层15、25、35之间，第一半导体层11、21、31可以为n型半导体层，具有一n型掺杂浓度，发光层13、23、33为有源量子阱层，第二半导体层15、25、35可以为p型半导体层，具有一p型掺杂浓度，n型半导体层、p型半导体层分别与电极连接，电极与电源接通后n型半导体层产生的电子与p型半导体层产生的空穴在有源量子阱层中复合发光，发光波长在一设定或选择范围内，如波长范围在440-480nm的蓝光，波长范围在490-570nm的绿光，波长范围在600-660nm的红光。
47.在其他实施例中，第一半导体层11、21、31为p型半导体层，发光层13、23、33为有源量子阱层，第二半导体层15、25、35为n型半导体层。
48.本实施例中，第一半导体层11、21、31，发光层13、23、33，第二半导体层15、25、35通过金属有机化学气相沉积(mocvd)方法或者分子束外延(mbe等)等方法形成。
49.本实施例中，第一发光顶面为第二半导体层15表面，第一发光底面为第一半导体层11表面，第二发光顶面为第二半导体层25表面，第二发光底面为第一半导体层21表面，第三发光顶面为第一半导体层31表面，第三发光底面为第二半导体层35表面。
50.在其他实施例中，第一发光顶面为第一半导体层11表面，第二发光顶面为第一半导体层21表面或第二半导体层25表面，第三发光顶面为第一半导体层31表面或第二半导体层35表面。
51.本实施例中，第二发光单元可以直接或间接设置在第一发光单元表面，当为间接设置时，第一发光单元和第二发光单元之间还包括一粘接层，该粘接层为透明的粘合剂(oca)，可以为环氧树脂、聚酰亚胺、su8、旋转涂布玻璃(sog)、苯并环丁烯(bcb)等。
52.第三发光单元可以直接或间接设置在第二发光单元表面，当为间接设置时，第二发光单元和第三发光单元之间还包括一粘接层，该粘接层为透明的粘合剂(oca)，可以为环
氧树脂、聚酰亚胺、su8、旋转涂布玻璃(sog)、苯并环丁烯(bcb)等。
53.如图4所示，第一发光单元10，第二发光单元20和第三发光单元30的侧边设置填充层60，填充层60包覆第一发光单元10，第二发光单元20和第三发光单元30。
54.本实施例中，填充层60为有机或者无机聚合物。
55.在其他实施例中，填充层60可以进一步包括诸如二氧化硅或者氧化铝或二氧化钛等填充剂。
56.填充层60可以通过诸如层压、金属镀覆和/或印刷方法之类的在本领域中公知的多样的方法来形成。例如，填充层60通过有机高分子片布置在发光装置中并在真空中施加高温以及高压的真空层压工艺来形成，在发光装置上形成平坦的上表面来提高发光均匀性。填充层60可以通过研磨工艺或者全面蚀刻工艺被局部地去除，以形成有规则的形状或者要求的形状。
57.本实施例中，填充层60形状与第一发光单元10、第二发光单元20和第三发光单元30形状相同。
58.在其他实施例中，填充层60形状与第一发光单元10、第二发光单元20和第三发光单元30形状不相同。
59.本实施例中，填充层60上表面与第三发光单元30上表面(即第三发光顶面)位于同一平面或者略高于或略低于第三发光单元30上表面。
60.在其他实施例中，填充层60上表面低于或高于第三发光单元30上表面(即第三发光顶面)。
61.如图5a、5b所示，填充层60朝向第一发光单元10，第二发光单元20和第三发光单元30的一面为反射面，相邻反射面形成锥形反射体70，锥形反射体70与锥形轮廓体50平行。
62.将填充层60朝向第一发光单元10，第二发光单元20和第三发光单元30的一面设置为反射面，相邻反射面形成锥形反射体70，一方面可以对发光单元发出的光进行反射，避免侧边发光使得相邻发光装置之间产生干扰，同时锥形结构可以对光产生聚焦效应，将侧边发出的光沿轴线40反射，提高显示效果，锥形反射体70与发光单元侧面具有空隙，有利于发光单元散热。
63.当锥形反射体70与锥形轮廓体50重合时，可以通过第一底边边沿101和或第二底边边沿201与锥形反射体70之间的接触形成一稳固结构，此时第一发光底面可以直接或间接与锥形反射体70产生接触或第一发光底面与锥形反射体70具有一间隙。
64.当锥形反射体70与锥形轮廓体50具有一间隙时，可以通过第一发光底面与锥形反射体70之间的接触形成一稳固结构。
65.本实施例中，锥形反射体70具一与第一发光底面平行的底表面。
66.作为本实施例优选，锥形反射体70的底表面为反射面，此时锥形反射体70侧面和底表面均具有反射功能，可以对发光单元形成全方位反射，且发光方向沿锥形反射体70开口方向(即从第一发光单元10朝向第三发光单元30方向)。
67.如图6所示，锥形反射体70具有一顶点，该顶点位于轴线40上，此时通过第一底边边沿101、第二底边边沿201与锥形反射体70之间的接触形成一稳固结构，第一发光单元10与锥形反射体70顶点之间具有空隙，第一发光底面产生的光射向该空隙再反射，空隙的存在有利于第一发光底面的散热以及进一步的光聚焦。
68.如图7所示，第一发光侧面与水平面具有一夹角16，夹角16小于90度。
69.将第一发光侧面与水平面设置为小于90度的夹角，第一发光单元10发射光先通过第一发光侧面反射并朝向第二发光单元20，这与第一发光侧面与水平面成90度夹角或者大于90度夹角相比，可以显著提高出光效率。
70.本实施例中，夹角16可以为5度，10度，15度，20度，25度，30度，35度，40度，45度，50度，55度，60度，65度，70度，75度，80度，85度，5度至10度，10度至20度，20度至50度或50度至85度区间内任一角度。
71.作为本实施例优选，夹角16为30度至70度区间内任一角度。
72.作为本实施例优选，可以通过在第一发光侧面涂敷或设置反射层提高反射效果。
73.作为本实施例优选，第一发光顶面的面积小于第二发光底面的面积。
74.将第一发光顶面的面积设置为小于第二发光底面的面积，此时在第二发光底面与第一发光单元10的侧面形成一台阶17，可以利用台阶17形成电极或者作为其他工艺处理平台，如在台阶上形成绝缘层或者反射层等，同时台阶17的设置有利于形成更为稳固的发光结构。
75.如图8所示，作为本实施例进一步优选，第一发光顶面的面积等于第二发光底面的面积。
76.当第一发光顶面的面积等于第二发光底面的面积时，第一发光顶面与第二发光底面重合，在保证第一发光侧面与水平面具有一小于90度夹角的同时，提高了第一发光单元10的发光面积，同时第一发光单元发出的光在与第二发光单元混合时，由于第一发光顶面的面积等于第二发光底面的面积，发光区域重叠，避免了因第一发光顶面的面积小于第二发光底面的面积时第一发光单元发光面积不足的问题。此时如果需要在第一发光顶面或第二发光底面上形成电极，可以通过在第一发光侧面、第二发光侧面或第一发光侧面与第二发光侧面之间形成，也可以穿过第一发光单元10、第二发光单元20或第一发光单元10与第二发光单元20形成。
77.如图9所示，作为本实施例更进一步优选，第一发光侧面与水平面夹角16等于锥形反射体70侧面与水平面夹角71。
78.第一发光侧面与水平面夹角16等于锥形反射体70侧面与水平面夹角71，此时第一发光侧面与锥形反射体70侧面平行，第一发光单元10发出的光射向第一发光侧面时，先通过第一发光侧面进行反射，再通过锥形反射体70侧面进行二次反射，光线经过二次反射一方面保证了不会有多余的光线进行填充层60继而引起相邻发光装置产生的干扰，同时使得经过二次反射的光在同一光路上，发光均匀性更好。
79.本实施例中，第一发光顶面的面积小于或等于第二发光底面的面积。
80.以上实施例中示出了第一发光侧面与水平面具有一小于90度夹角的各种情形，在其他实施例中，也可以是第二发光侧面与水平面具有一小于90度夹角，或第三发光侧面与水平面具有一小于90度夹角，或第一发光侧面、第二发光侧面、第三发光侧面其中之二或全部与水平面具有一小于90度夹角，并且可以对夹角或发光顶面面积进行优选，如每个发光侧面与水平面夹角等于锥形反射体70侧面与水平面夹角71，每个发光顶面面积等于或小于相邻底面发光面积。
81.以上各实施例中描述的发光装置可以用于任何具有显示需求的显示设备上，例如
可以是掌上计算机、包含嵌入式计算机的计算机监视器、不包含嵌入式计算机的计算机监视器、平板电脑、移动电话、媒体播放器或其他手持式或便携式电子设备、腕表设备、挂式设备、耳机或听筒设备、被嵌入在眼镜中的设备或者佩戴在用户的头部上的其他设备，或其他可穿戴式或微型设备、显示器、包含嵌入式计算机的计算机显示器、不包含嵌入式计算机的计算机显示器、游戏设备、导航设备、音频设备、视频设备等其他显示设备。显示设备可具有一副眼镜的形状，可形成具有头盔形状的外壳，或者可具有用于帮助将一个或多个显示器的部件安装和固定在用户的头部上或眼睛附近的其他构型。
82.以上对本发明的相关实施例进行了说明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种发光装置，其特征在于，包括：依次堆叠的第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元，所述第二发光单元位于所述第一发光单元和第三发光单元之间，所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元具有相同的形状和不同的面积；所述第一发光单元的面积小于所述第二发光单元的面积，所述第二发光单元的面积小于所述第三发光单元的面积；所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元的发光中心分别为第一发光中心，第二发光中心和第三发光中心，所述第一发光中心，第二发光中心和第三发光中心位于同一轴线上；所述第一发光单元包括第一发光底面，与所述第一发光底面相向的第一发光顶面，位于所述第一发光底面与第一发光顶面之间的第一发光侧面，所述第一发光侧面与所述第一发光底面形成第一底边边沿；所述第二发光单元包括第二发光底面，与所述第二发光底面相向的第二发光顶面，位于所述第二发光底面与第二发光顶面之间的第二发光侧面，所述第二发光侧面与所述第二发光底面形成第二底边边沿；所述第三发光单元包括第三发光底面，与所述第三发光底面相向的第三发光顶面，位于所述第三发光底面与第三发光顶面之间的第三发光侧面，所述第三发光侧面与所述第三发光底面形成第三底边边沿；相邻第一底边边沿和第二底边边沿形成一轮廓面，相邻轮廓面形成一锥形轮廓体，所述锥形轮廓体中心位于所述轴线上；所述第三发光单元位于所述锥形轮廓体内。2.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元的侧边设置填充层，所述填充层包覆所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元。3.如权利要求2所述的发光装置，其特征在于，所述填充层朝向所述第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元的一面为反射面，相邻反射面形成锥形反射体，所述锥形反射体与所述锥形轮廓体平行。4.如权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述锥形反射体与所述锥形轮廓体重合或者所述锥形反射体与所述锥形轮廓体具有一间隙。5.如权利要求3或4所述的发光装置，其特征在于，所述锥形反射体朝向所述第一发光底面具有一平面反射层。6.如权利要求3或4所述的发光装置，其特征在于，所述锥形反射体具有一顶点，所述顶点位于所述轴线上。7.如权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第一发光侧面，第二发光侧面，第三发光侧面至少其中之一与水平面具有小于90度的夹角。8.如权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述第一发光顶面和或所述第二发光顶面的面积小于或等于相邻发光底面的面积。9.如权利要求7所述的发光装置，其特征在于，所述第一发光顶面的面积等于所述第二发光底面的面积，所述第二发光顶面的面积等于所述第三发光底面的面积。
10.如权利要求7至9任一所述的发光装置，其特征在于，所述述第一发光侧面，第二发光侧面，第三发光侧面至少其中之一与水平面的夹角等于所述锥形反射体的侧面与水平面夹角。11.一种显示设备，该显示设备具有如权利要求1至10任一所述的发光装置。

技术总结
一种发光装置及显示设备，发光装置包括依次堆叠的第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元，第一发光单元，第二发光单元和第三发光单元具有相同的形状和不同的面积且分别具有位于同一轴线上的第一发光中心、第二发光中心和第三发光中心。第一发光单元的底边边沿与相邻的第二发光单元的底边边沿形成一轮廓面，相邻轮廓面形成一锥形轮廓体，锥形轮廓体中心位于前述轴线上，第三发光单元位于该锥形轮廓体内。本发明提供的发光装置具有更好的显示均匀性以及显示效果。匀性以及显示效果。匀性以及显示效果。


技术研发人员：刘仁锁 吴海妹 楼巧珍 孔玮
受保护的技术使用者：西湖烟山科技（杭州）有限公司
技术研发日：2023.08.18
技术公布日：2023/10/7