CN112513519B

CN112513519B - 彩色微型led显示装置

Info

Publication number: CN112513519B
Application number: CN201980043293.2A
Authority: CN
Inventors: G·J·伍德盖特; J·哈罗德; M·G·鲁宾逊
Original assignee: Optovate Ltd
Current assignee: Optovate Ltd
Priority date: 2018-05-13
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2024-03-01
Anticipated expiration: 2039-05-09
Also published as: US20190348585A1; GB201819618D0; WO2019222022A1; US11063193B2; US20240014360A1; EP3814676A1; GB201807747D0; KR20210040832A; EP3814676A4; CN112513519A; US11742466B2; US20210376205A1

Abstract

一种彩色微型LED显示装置，其包括反射光学元件的阵列和微型LED像素的阵列，该微型LED像素在整个阵列上发射均匀的颜色，该微型LED像素的阵列被布置在反射光学元件的阵列与输出基板之间。来自微型LED的光被引导到反射光学元件中，并且入射在装置中的散射区域上。经颜色转换的散射光由输出基板透射。可以提供薄且有效的显示装置，该显示装置具有高空间和角度颜色均匀性以及长的寿命。

Description

彩色微型LED显示装置

技术领域

本公开涉及彩色微型LED显示装置，其包括与反射光学元件的阵列和波长转换元件的阵列对准的多个可寻址微型LED。这样的装置可以被用作高分辨率彩色显示装置。

背景技术

在本说明书中，(除非通过术语“封装”限定，否则)“LED”或微型LED是指直接从单片晶圆(即半导体元件)中提取的未封装LED裸片。微型LED可以通过阵列提取方法来形成，在阵列提取方法中，多个LED并行地从单片外延晶片移除，并且可以以小于5微米的位置公差来进行布置。

这与封装的LED不同。封装的LED具有引线框架和塑料或陶瓷封装，其焊料端子适用于标准的表面安装PCB(印刷电路板)组装。封装的LED的尺寸和PCB组装技术的局限性意味着由封装的LED形成的显示器很难以小于1mm的像素间距组装。通过此类组装机器放置的部件的精度通常约为正或负30微米。这样的尺寸和公差防止应用于非常高分辨率的显示器。

一种类型的封装LED显示器可以借助于封装LED阵列提供以不同波段(波长带，wavelength band)发射的彩色像素。例如，封装的红色LED阵列、发射绿色的封装LED阵列、和发射蓝色的封装LED阵列被焊接到PCB。这样的显示器不使用波长转换层或滤色器来实现颜色。对于这种显示器，不同颜色封装的LED的工作电压彼此不同，从而增加成本和驱动电子器件的复杂性。此外，绿色直接发射的发射效率显著低于红色和蓝色发射的发射效率，从而降低显示效率和亮度。

液晶显示器(LCD)通常借助于白光背光和布置在透射LCD的每个像素处的滤色器阵列来提供彩色图像。有机LED(OLED)显示器可以通过从每个像素发射的白光和对齐的滤色器，或者通过从每个像素处的不同OLED材料发射的红色、绿色和蓝色直接发光来提供颜色输出。

诸如磷光体或量子点材料之类的波长转换材料可以吸收一个波段(例如，蓝色)中的光并且发射不同波段(例如，黄色)中的光。存在一些蓝色透过磷光体，产生黄色加蓝色，看起来像白色。

折反射光学元件结合折射面(折射)和反射面(反射)，它们可以提供全内反射或金属化表面的反射。在WO 2010038025中描述采用具有小输出发光强度立体角的折反射光学元件的背光，该专利申请的全文以引用方式并入本文。

发明内容

期望提供具有高亮度和高效率的薄的、柔性的和自由形状的彩色显示器。

根据本公开的第一方面，提供一种彩色显示装置，包括：以LED阵列布置的多个LED，其中，所述多个LED是未封装的微型LED；以反射光学元件阵列布置的多个反射光学元件；和以波长转换阵列布置的多个波长转换元件，其中，所述多个波长转换元件中的每一个被布置成接收由所述多个LED中的一个或多个LED发射的光，将接收到的光转换为不同颜色波段的光，并且输出所述不同颜色波段的光以用于显示，其中，所述多个反射光学元件中的每一个被布置成将由所述多个LED中的一个或多个LED发射的光的至少一部分朝向所述多个波长转换元件中的一个或多个重定向。有利地，可以为发射显示器提供高分辨率、高对比度、高效率和低功耗。显示器可以是薄的、柔性的、弯曲的、可折叠的并且具有低边框宽度。可以降低波长转换材料的工作温度，从而提高效率和寿命。可以为彩色像素提供高色域。可以实现像素间的低串扰，以提供高图像对比度。显示器的颜色输出可以基本上与视角无关。可以以高输出效率使用具有与LED尺寸相似的颗粒尺寸的波长转换材料，使得例如可以将接地的磷光体材料与微型LED一起使用，同时实现高图像分辨率。

多个波长转换元件中的每一个可以与一个或多个LED间隔开，波长转换元件被布置为接收来自一个或多个LED的光。

LED可以被布置成在与波长转换元件输出用于显示的光的方向相反的方向上发射光。

LED可以被布置成在与波长转换元件输出用于显示的光的方向相同的方向上发光。

每个反射光学元件可以包括反射后表面和从反射后表面延伸的反射壁，该反射后表面和反射壁在它们之间限定空间。

透射性材料可以被布置在由每个反射光学元件的反射后表面和反射壁限定的空间中。有利地，可以增加尺寸稳定性，并且降低对压力和水分变化的敏感性。有利地，改善系统的可靠性和寿命。

每个反射光学元件的反射后表面可以包括反射光输入结构。多个LED中的每一个可以与相应的反射光输入结构对准。有利地，可以从微型LED有效地引导光，以提高效率。

多个LED中的每一个发射的光可以具有相同的颜色波段。有利地，可以减小微型LED阵列制造的复杂性，从而降低成本。此外，相同的驱动电压可以用于微型LED阵列，从而降低控制系统的复杂性。

由多个LED中的每一个发射的光的颜色波段可以是蓝光。

由多个LED中的每一个发射的光的颜色波段可以是紫外光。

由多个LED中的至少一个LED发射的光的颜色波段可以是红光，并且由多个LED中的至少一个LED发射的光的颜色波段可以是蓝光或紫外光。有利地，可以提高红光输出的效率并且可以提供更少的波长转换元件，从而降低波长转换阵列的复杂性并降低成本。

波长转换元件可以包括磷光体或量子点材料。有利地，诸如氮化镓的已知LED材料系统可以用于提供高效率的光学输出。可以提供其他已知的波长转换材料，从而降低成本和复杂性。

波长转换元件可以被形成在反射光学元件中的至少一些的反射后表面上。有利地，波长转换元件远离微型LED，从而降低工作温度并且提高效率。波长转换元件的面积可以大于微型LED，使得可以放宽区域的位置公差，从而降低成本。

反射光学元件中的一些可能未与波长转换元件对准。有利地，提高输出效率。此外，降低波长转换元件阵列的复杂性，从而降低成本。

反射光学元件中的一些可以与漫射区域(diffuser region)对准。有利地，颜色输出在视角上可以是均匀的。

漫射区域和/或波长转换元件可以被形成在透射性材料的表面上。

每个微型LED可以是具有至多150微米、优选地至多100微米并且更优选地至多50微米的宽度的LED。有利地，可以提供具有高输出效率的高分辨率显示器。

多个LED可以被形成在透射性材料的表面上。有利地，可以通过印刷或其他已知的沉积方法将波长转换材料施加到可以是平坦的表面上。

彩色显示装置可以进一步包括输出基板。有利地，可以进一步控制从反射光学元件输出的光。

波长转换元件可以形成在输出基板的第一侧上，并且输出基板的第一侧可以面对反射光学元件。有利地，波长转换元件可以方便地与微型LED阵列和反射光学元件阵列对准，从而降低成本。此外，可以以降低的成本提供波长转换元件。

彩色显示装置可以进一步包括滤色器阵列，该滤色器阵列包括多个吸收性滤色器区域。多个滤色器区域可以布置成阵列。每个滤色器区域可以与反射光学元件阵列中的仅一个反射光学元件对准。滤色器阵列可以被形成在输出基板上。有利地，可以增加色域。

多个LED中的每一个可以形成在相应的光学反射元件和输出基板之间。

多个LED可以被形成在输出基板上。有利地，可以提供对微型LED阵列组件的处理条件有抵抗力的输出基板材料。可以为微型LED组件提供更高的温度，从而有利地提高可靠性和效率。微型LED的整个阵列可以在单个对准步骤中对准反射光学元件的整个阵列，从而有利地降低成本。

彩色显示装置可以进一步包括控制系统，该控制系统布置成用显示像素数据寻址多个LED，以根据显示像素数据控制多个LED发光。

控制系统可以包括多个寻址电极，该多个寻址电极被布置为向多个LED中的每个LED提供彩色像素数据。有利地，可以提供彩色图像。

彩色显示装置可以进一步包括以阵列布置的多个光阻挡元件。每个阻光元件可以与多个LED中的相应LED对准。各个对准的LED可以布置在光阻挡元件和反射光学元件之间。有利地，可以通过防止不期望的光直接从对准的微型LED传播来增加色域。

每个阻光元件可以是反射性的。有利地，来自微型LED的光可以被有效地引导到反射光学元件中。每个阻光元件可以是寻址电极。有利地，可以降低成本和复杂性。

输出基板可以包括光学隔离器，该光学隔离器包括线性偏振器和至少一个延迟器。至少一个延迟器可以是四分之一波片。有利地，可以减少来自反射性内表面的环境光的不期望的反射，从而增加显示对比度。

每个LED可以与相应的反射光学元件对准。

多个LED中的至少一个LED可以不与反射光学元件对准。有利地，可以降低反射光学元件的阵列的复杂性。

每个反射光学元件的反射后表面可以包括白色反射器。有利地，可以提供广角输出。可以减少制造步骤的数量，从而有利地降低成本和复杂性。

每个反射光学元件的反射后表面可以包括金属层。有利地，可以提高入射光的输出效率。

每个反射光学元件的反射后表面可以包括平面区域。有利地，光可以在反射光学元件内被重定向，从而增加穿过反射光学元件的照明的均匀性。

每个反射光学元件的反射后表面可以包括微结构。有利地，输出光可以被散射以提供广角照度分布。

每个反射光学元件的反射后表面可以限定孔。波长转换元件可以位于由每个反射光学元件的反射后表面限定的凹部内。有利地，波长转换材料可以方便地形成在后反射表面上。相反，当将磷光体直接施加到LED上时，磷光体的颗粒应小于LED。可以以高输出颜色均匀性在凹部中提供与微型LED相比较大的波长转换颗粒。有利地，较大的波长转换颗粒可以比较小的波长转换颗粒便宜。

透射性材料的表面可以包括折射输入微结构。折射输入微结构可以与反射光输入结构对准。有利地，光可以被有效地从微型LED引导到反射性后表面。

在至少一个横截面中，反射光输入结构可以包括至少一个光偏转表面。对于反射光学元件阵列中的每个反射光学元件，至少一个光偏转表面可以被布置成将来自至少一个LED的至少一些光导向波长转换元件。反射光输入结构可以包括至少一个弯曲表面。反射光输入结构可以包括至少一个凹表面。有利地，可以将光从微型LED有效地耦合到反射光学元件的输出，从而提高效率并降低功耗。

对于反射光学元件阵列的每个反射光学元件，反射光输入结构可以被布置为引导来自至少一个LED的至少一些光在透射性材料的表面和反射后表面之间被引导。有利地，光可以在反射光学元件内重新分布，从而增加输出的均匀性。

折反射光学元件可以与每个反射光学元件对准。折反射光学元件可在通过其光轴的至少一个折反射横截面中包括：第一外表面和面对第一外表面的第二外表面。第一外表面和第二外表面可包括弯曲表面。第一外表面和第二外表面可从折反射光学元件的第一端延伸到折反射光学元件的第二端，折反射光学元件的第二端面对折反射光学元件的第一端。折反射光学元件的第一端的第一和第二外表面之间的距离可以小于折反射光学元件的第二端的第一和第二外表面之间的距离。可以在第一端和第二端之间以及在第一外表面和第二外表面之间布置至少一个透明内表面。有利地，可以提供定向显示器。可以实现隐私显示操作，这样可以在窄角与广角操作模式之间切换。对于观察者而言，可以在正面方向上降低进一步的功耗。对于离轴线观察位置，可以减少其他杂散光，从而为夜间操作提供低的显示泄漏。

根据本公开的第二方面，提供一种彩色显示装置，包括：多个LED，所述多个LED被布置成LED阵列，其中，所述多个LED中的LED是微型LED；以及控制系统，该控制系统被布置成利用显示像素数据寻址多个LED以提供输入光；反射光学元件阵列，该反射光学元件阵列包括多个反射光学元件，该多个反射光学元件被布置成阵列；其中，反射光学元件阵列的每个反射光学元件包括：(i)反射后表面；(ii)远离反射后表面延伸的反射壁；(iii)被布置在反射壁之间并面向反射后表面的光透射开口，其中每个反射光学元件与多个LED中的相应一个或多个LED相对应地对准，与反射光学元件对准的多个LED中的LED仅与反射光学元件中的相应一个对准；波长转换阵列，该波长转换阵列包括多个波长转换元件，该多个波长转换元件被布置成阵列，其中波长转换元件中的每一个仅与反射光学元件中的相应一个对准；其中，来自相应对准的至少一个LED的输入光通过光透射开口的至少一个光输入区域输入，并且在入射到反射后表面和相应的对准的波长转换元件中的至少一个后，通过与光透射开口的光输入区域不同的至少一个光输出区域输出。有利地，可以为发射显示器提供高分辨率、高对比度、高效率和低功耗。显示器可以是薄的、柔性的、弯曲的、可折叠的并且具有低边框宽度。可以降低波长转换材料的工作温度，从而提高效率和寿命。可以为彩色像素提供高色域。可以实现像素间的低串扰，以提供高图像对比度。显示器的颜色输出可以基本上与视角无关。可以以高输出效率使用具有与LED尺寸相似的颗粒尺寸的波长转换材料，使得例如可以将接地的磷光体材料与微型LED一起使用，同时实现高图像分辨率。

透射性材料可以布置在反射后表面，反射壁和光透射开口之间，并且光透射开口包括透射前表面。有利地，可以增加尺寸稳定性，并且降低对压力和水分变化的敏感性。有利地，改善系统的可靠性和寿命。

反射后表面可以包括反射光输入结构；反射表面可以包括反射光。其中，与反射光学元件对准的多个LED中的LED可以与反射光输入结构对准。有利地，可以从微型LED有效地引导光，以提高效率。

来自多个LED中的每个LED的输入光可以是相同的色波段。有利地，可以减小微型LED阵列制造的复杂性，从而降低成本。此外，相同的驱动电压可以用于微型LED阵列，从而降低控制系统的复杂性。

输入光色波段可以是蓝光或可以是紫外光。每个波长转换元件可以被布置为将输入光颜色波段转换为不同颜色波段的可见光。波长转换元件可以包括磷光体或量子点材料。有利地，诸如氮化镓的已知LED材料系统可以用于提供高效率的光学输出。可以提供其他已知的波长转换材料，从而降低成本和复杂性。

来自多个LED中的一些LED的输入光颜色波段可以是红光，并且来自多个LED中的一些LED的输入光颜色波段可以是蓝光或紫外光。有利地，可以提高红光输出的效率并且可以提供更少的波长转换元件，从而降低波长转换阵列的复杂性并降低成本。

波长转换元件可以被形成在反射光学元件中的至少一些的反射后表面上。有利地，波长转换元件远离微型LED，从而降低工作温度并提高效率。波长转换元件的面积可以大于微型LED，使得可以放宽区域的位置公差，从而降低成本。

一些反射光学元件可能未与波长转换元件对准。有利地，提高输出效率。此外，降低波长转换元件阵列的复杂性，从而降低成本。

漫射区域和/或波长转换元件可以被形成在透射前表面的输出区域上。有利地，可以通过印刷或其他已知的沉积方法将波长转换材料施加到可以是平坦的表面上。

波长转换元件可以被形成在输出基板的第一侧上，并且输出基板的第一侧可以面向反射光学元件的光透射开口。有利地，波长转换元件可以方便地与微型LED阵列和反射光学元件阵列对准，从而降低成本。此外，可以以降低的成本提供波长转换元件。

彩色显示装置可以进一步包括滤色器阵列，该滤色器阵列包括多个吸收性滤色器区域，该多个滤色器区域以阵列进行布置。滤色器区域中的每一个可以与反射光学元件阵列的相应反射光学元件中的仅一个反射光学元件的光透射开口的光输出区域相对应地对准。滤色器阵列可以被形成在输出基板上。有利地，可以增加色域。

多个LED可以被形成在透射前表面与输出基板之间。多个LED被形成在透射前表面上。有利地，可以降低输出基板的复杂性，从而降低成本。多个LED可以被形成在输出基板上。可以提供对微型LED阵列组件的处理条件有抵抗力的输出基板材料。可以为微型LED组件提供更高的温度，从而有利地提高可靠性和效率。微型LED的整个阵列可以在单个对准步骤中对准反射光学元件的整个阵列，从而有利地降低成本。

彩色显示装置可以进一步包括多个阻光元件，该多个阻光元件以阵列进行布置；其中，阻光元件中的每一个与多个LED中的LED相对应地对准，并且相应对准的LED被布置在阻光元件与每个阻光元件的反射光学元件之间。有利地，可以通过防止不期望的光直接从对准的微型LED传播来增加色域。

每个阻光元件可以是反射性的。有利地，来自微型LED的光可以被有效地引导到反射光学元件中。每个阻光元件可以包括寻址电极。有利地，可以降低成本和复杂性。

多个LED中的一些LED可以不与反射光学元件对准。有利地，可以降低反射光学元件的阵列的复杂性。

反射后表面可以包括白色反射器。有利地，可以提供广角输出。可以减少制造步骤的数量，从而有利地降低成本和复杂性。

反射后表面可以包括金属层。有利地，可以提高入射光的输出效率。

反射后表面可以包括平面区域。有利地，光可以在反射光学元件内被重定向，从而增加穿过反射光学元件的照明的均匀性。反射后表面可以包括微结构。有利地，输出光可以被散射以提供广角照度分布。

反射后表面可以包括凹处(recess)或凹部(well)。凹部可以包括波长转换元件。有利地，波长转换材料可以方便地形成在后反射表面上。相反，当将磷光体直接施加到LED上时，磷光体的颗粒应小于LED。可以以高输出颜色均匀性在凹部中提供与微型LED相比较大的波长转换颗粒。有利地，较大的波长转换颗粒可以比较小的波长转换颗粒便宜。

透射前表面的光输入区域可以包括折射输入微结构。折射输入微结构可以与反射光输入结构对准。有利地，光可以被有效地从微型LED引导到反射性后表面。

反射光输入结构在通过其光轴的至少一个截面平面中可以包括至少一个光偏转表面；其中，对于反射光学元件阵列中的每个反射光学元件，至少一个光偏转表面可以被布置成将来自相应对准的至少一个LED的至少一些光朝向至少一个光透射开口输出区域引导。反射光输入结构可以包括至少一个弯曲表面。反射光输入结构可以包括至少一个凹表面。有利地，可以将光从微型LED有效地耦合到反射光学元件的输出，从而提高效率并降低功耗。

对于反射光学元件阵列的每个反射光学元件，反射光输入结构可以被布置为引导来自相应对准的至少一个LED的至少一些光以在透射前表面与反射后表面之间引导。有利地，光可以在反射光学元件内重新分布，从而增加输出的均匀性。

折反射光学元件可以与每个反射光学元件的输出区域对准。折反射光学元件可以在通过其光轴的至少一个折反射截面平面中包括：第一外表面和面向第一外表面的第二外表面；其中，第一外表面和第二外表面包括弯曲表面；其中，第一外表面和第二外表面从折反射光学元件的第一端延伸到折反射光学元件的第二端，折反射光学元件的第二端面向折反射光学元件的第一端；其中，在折反射光学元件的第一端处的第一外表面与第二外表面之间的距离小于在折反射光学元件的第二端处的第一外表面与第二外表面之间的距离；并且至少一个透明的内表面被布置在第一端与第二端之间以及第一外表面与第二外表面之间。有利地，可以提供定向显示器。可以实现隐私显示操作，这样可以在窄角与广角操作模式之间切换。对于观察者而言，可以在正面方向上降低进一步的功耗。对于离轴线观察位置，可以减少其他杂散光，从而为夜间操作提供低的显示泄漏。

这样的装置可以被用于彩色显示和定向显示。

通过阅读本公开的全部内容，本公开的这些和其他特征以及优点对于本领域普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

在附图中通过示例的方式示出实施例，其中相似的附图标记指示相似的部分。

图1是在侧视透视图中示出彩色显示装置的示意图，该彩色显示装置包括微型LED阵列、波长转换元件阵列和反射光学元件阵列，其中微型LED被布置在反射光学元件上；

图2A是在侧视透视图中示出反射光学元件和被布置为提供像素照明的对准的微型LED的示意图，其中反射光学元件包括漫反射表面；

图2B是在侧视图中示出反射光学元件、微型LED和阻光元件的示意图；

图2C是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和阻光元件的示意图；

图3A是在侧视图中示出反射光学元件、微型LED和对准的波长转换元件的操作的示意图，其中输出基板与反射光学元件分离；

图3B是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和输出波长转换元件的对准的示意图，其中反射光学元件与微型LED阵列中的每个微型LED对准；

图3C-图3D是在主视图中示出波长转换元件和漫射区域的布置的示意图；

图4是在侧视图中示出反射光学元件、微型LED和对准的波长转换元件的操作的示意图，其中透射性材料被提供在输出基板与反射光学元件之间；

图5A是在侧视透射图中示出彩色显示装置的示意图，该彩色显示装置包括微型LED阵列、波长转换元件阵列和反射光学元件阵列，其中微型LED被布置在输出基板上；

图5B是在侧视透射图中示出反射光学元件和被布置成提供像素照明的对准的微型LED的示意图，其中反射光学元件包括被布置在反射表面上的波长转换元件；

图6A是在侧视图中示出反射光学元件、微型LED和对准的波长转换元件的示意图，其中反射光学元件包括被布置在反射表面上的波长转换元件；

图6B是在侧视图中示出反射光学元件、微型LED和对准的波长转换元件的示意图，其中微型LED被提供在设置在反射性后表面与透射性前表面之间的透射性材料上；

图6C-图6D是在主视图中示出用于彩色显示装置的滤色器的布置的示意图；

图6E是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和被布置在反射光学元件中的一些反射光学元件的反射表面上的波长转换元件的对准的示意图，其中反射光学元件与微型LED阵列中的每个微型LED对准，并且微型LED被布置成在微型LED阵列上输出相同颜色的光；

图7A是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和被布置在反射光学元件中的至少一些反射光学元件的反射表面上的波长转换元件的对准的示意图，其中反射光学元件与微型LED阵列中的每个微型LED对准，并且微型LED被布置成在微型LED阵列上输出相同颜色的光，其中微型LED的面积根据发光元件和对准的波长转换元件的输出波长而变化；

图7B是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和被布置在反射光学元件的反射表面上的波长转换元件的对准的示意图，其中反射光学元件与微型LED阵列中的一些微型LED对准，并且微型LED被布置成在微型LED阵列上输出相同颜色的光；

图7C是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和被布置在反射光学元件中的一些反射光学元件的反射表面上的波长转换元件的对准的示意图，其中反射光学元件与微型LED阵列中的每个微型LED对准，并且微型LED被布置成在微型LED阵列上输出不同颜色的光。

图7D是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和被布置在反射光学元件的反射表面上的波长转换元件的对准的示意图，其中反射光学元件与微型LED阵列中的一些微型LED对准，并且微型LED被布置成在微型LED阵列上输出不同颜色的光；

图7E是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和被布置在反射光学元件中的一些反射光学元件的反射表面上的波长转换元件的对准的示意图，其中第一多个反射光学元件中的每一个均与发射红色的微型LED和发射蓝色的微型LED对准，并且还包括光漫射区域；以及第二多个反射光学元件中的每一个均与发射蓝光的微型LED对准，并且还包括绿色波长转换元件；

图7F是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和被布置在反射光学元件中的一些反射光学元件的反射表面上的波长转换元件的对准的示意图，其中反射光学元件与微型LED阵列中的每个微型LED对准，并且微型LED被布置为输出紫外光；

图8A是在侧视图中示出反射光学元件、对准的微型LED和对准的波长转换元件的另一结构的示意图，其中对准的微型LED被布置在不透明的支撑基板上；

图8B是在侧视图中示出反射光学元件、对准的微型LED和对准的波长转换元件的另一结构的示意图，其中对准的微型LED和反射光学元件的一部分被布置在不透明的支撑基板上；

图9A是在侧视图中示出反射光学元件、对准的微型LED和对准的波长转换元件的另一结构的示意图；

图9B是在主视图中示出反射光学元件、微型LED和被布置以提供增量像素图案的对准的示意图；

图10A是在侧视图中示出反射光学元件、微型LED和对准的波长转换元件的示意图，其中波长转换材料包括大颗粒尺寸材料；

图10B是在俯视图中示出反射光学元件、微型LED和对准的波长转换元件的操作的示意图，其中波长转换材料包括大颗粒尺寸材料；

图10C是在侧视图中示出反射光学元件、微型LED和对准的波长转换元件的示意图，其中波长转换材料包括大颗粒尺寸材料，并且其中微型LED被设置在透射性材料上，该透射性材料被设置在反射性后表面与透射性前表面之间；

图11A是在主视图中示出反射光学元件的阵列和对准的微型LED阵列的示意图，其中反射光学元件透明输出区域的输出的宽度被减小；

图11B是在俯视图中示出反射光学元件的阵列和对准的微型LED阵列的示意图，其中反射光学元件透明输出区域的输出的宽度被减小并且被布置为与准直折反射光学元件的阵列对准；

图11C是在俯视图中示出主要用户和离轴窥探器的定向显示器的示意图；

图11D是在俯视图中示出反射光学元件的阵列和对准的微型LED阵列的示意图，该微型LED阵列对准准直折反射光学元件的阵列以及线性波导的阵列以提供可切换的隐私显示；

图11E是在俯视图中示出折反射光学元件和对准的反射光学元件的结构和操作的示意图；

图12A-图12C是示出用于多个LED的寻址系统的示意图；

图13A是在侧视图中示出来自宏观LED的发光强度发射分布的示意图；

图13B是在侧视图中示出来自微型LED的发光强度发射分布的示意图。

图14是在侧视图中示出通过用于来自微型LED的光的波长转换涂层的光程长度变化的示意图；

图15A是在侧视图中示出来自包括具有大颗粒尺寸的波长转换涂层的微型LED的输出的示意图；

图15B是在主视图中示出来自包括具有大颗粒尺寸的波长转换涂层的微型LED的输出的示意图；

图16A-图16G是在侧视图中示出形成反射光学元件阵列和对准的微型LED阵列的方法的示意图；以及

图17A-图17F是在侧视图中示出根据本公开的形成反射光学元件阵列和对准的微型LED阵列的方法的示意图。

具体实施方式

期望提供一种作为空间光调制器的微型LED彩色显示装置，该空间光调制器以彩色像素信息寻址，并且在宽视角范围内实现高发光效率、色彩保真度和色彩均匀性。此外，期望以最小化性能随时间变化并保护此类材料免受环境劣化的方式提供波长转换材料的照明。

现在将描述各种可切换显示设备的结构和操作。在本说明书中，共同的元件具有共同的附图标记。注意，与任何元件有关的公开适用于其中提供相同或相应元件的每个设备。因此，为了简洁起见，不再重复这种公开。

现在将描述包括微型LED 3的阵列和波长转换元件的阵列120的彩色显示装置。

图1是在侧视透视图中示出彩色显示装置100的示意图，该彩色显示装置包括微型LED 3的阵列、波长转换元件20R、20G的阵列120和反射光学元件102的阵列103，其中微型LED 3被布置在反射光学元件102上；图2A是在侧视透视图中示出反射光学元件102和被布置为提供像素照明的图1的对准的微型LED 3的示意图，其中反射光学元件102包括漫反射表面23a、23b；图2B是在侧视图中示出反射光学元件、微型LED 3和阻光元件5的示意图；以及图2C是在主视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和阻光元件5的示意图。

图1示出彩色显示装置100，其包括多个LED，所述多个LED以LED阵列进行布置，其中多个LED中的LED是微型LED 3。

微型LED 3是未封装的微型LED，也就是说，它们是半导体裸片，这些半导体裸片直接从单片晶圆(即，半导体元件)中提取。未封装的微型LED可以通过阵列提取方法形成，在阵列提取方法中，多个LED并行地从单片外延晶片移除，并且可以以小于5微米的位置公差来布置。这与封装的LED不同。封装的LED具有引线框架和塑料或陶瓷封装，其焊料端子适用于标准的表面安装PCB(印刷电路板)组装。封装的LED的尺寸和PCB组装技术的局限性意味着由封装的LED形成的显示器很难以小于1mm的像素间距组装。通过此类组装机器放置的部件的精度通常约为正或负30微米。这样的尺寸和公差防止应用于非常高分辨率的显示器。

反射光学元件阵列103可以被形成为一体，使得反射光学元件102的阵列103提供基板，微型LED 3被形成在基板上。在图1-图2C的实施例中，微型LED 3处于微型LED阵列中，该微型LED阵列与反射器阵列形成在集成体上。在下面描述的其他实施例中，微型LED可以被形成在与反射光学元件102的阵列103对准的单独的基板上。可以通过如下所述的并行转移方法将微型LED 3转移到反射光学元件阵列103。因此，与将每个单独的反射器与每个单独的微型LED对准相反，可以在单个步骤或少量步骤中实现微型LED 3与反射光学元件阵列103之间的对准。可以以光刻精度限定或形成微型LED 3和反射光学元件102的位置，使得可以以高精度实现阵列对准。有利地，增加均匀性并且减少对准时间和成本。与为微型LED和反射光学元件提供的波长转换材料相比，可以以更低的精度提供波长转换材料。有利地，可以提供成本更低的方法来形成波长转换元件20的阵列120。

彩色显示装置因此包括：多个LED，该多个LED是未封装的LED、以LED阵列进行布置，其中多个LED是微型LED 3；多个反射光学元件102，该多个反射光学元件以反射光学元件阵列103进行布置；和以波长转换阵列120进行布置的多个波长转换元件20，其中多个波长转换元件20中的每一个被布置为接收由多个LED中的一个或多个LED 3发射的光，将接收到的光转换为不同颜色波段的光，并且输出不同颜色波段的光，其中多个反射光学元件102中的每一个被布置为将由多个LED中的一个或多个LED 3发射的光的至少一部分朝向多个波长转换元件20中的一个或多个重定向。多个波长转换元件20中的每一个与一个或多个LED 3间隔开，波长转换元件20被布置成接收来自该一个或多个LED的光。

在大型电视应用中，彩色子像素间距通常约为200x 600微米，对于RGB条纹像素排列，彩色像素间距为600x 600微米。通常可以为每个彩色子像素提供大约100微米或更小的微型LED 3尺寸。在诸如用于蜂窝电话应用的移动显示器中，彩色子像素间距通常可以为20×60微米量级。对于此类像素，可以提供10微米或更小的微型LED 3尺寸。在本公开中，微型LED 3是具有至多150微米、优选地至多100微米并且更优选地至多50微米的宽度或直径的LED。微型LED阵列中的微型LED 3可以是正方形、矩形或其他形状，诸如圆形。

控制系统被布置为利用显示像素数据来对多个微型LED 3进行寻址以提供输入光，并且包括被布置为向多个微型LED 3中的每个微型LED 3提供彩色像素数据的多个寻址电极210、212。控制系统进一步包括行和列电极驱动器202、204以及控制器200，该控制器被布置成向驱动器202、204提供图像数据。控制系统还可以包括附加电路，包括但不限于位于微型LED 3阵列内并且与微型LED 3相邻的薄膜晶体管、电容器、IC或晶体管。

在本实施例中，微型LED 3的面积可以基本上小于由像素间距限定的总像素面积。可以在微型LED 3之间设置例如用于触摸感测的其他电子器件。控制器200也可以被布置为处理和感测来自触摸传感器(未示出)的测量数据。

反射光学元件阵列103包括多个反射光学元件102，该多个反射光学元件102被布置成阵列。反射光学元件可以被形成在光学主体47中或上。透射性材料40可以被设置在反射后表面43与透射前表面33之间。

彩色显示装置100进一步包括输出基板52，该输出基板是透射性的并且被布置为接收来自反射光学元件阵列103的光。多个微型LED 3被形成在透射前表面33与输出基板52之间。

如图2A-图2C中进一步所示，反射光学元件阵列103中的每个反射光学元件102包括：(i)反射后表面43；(ii)背离反射后表面43延伸的反射壁49；以及(iii)光透射开口133，该光透射开口被设置在反射壁49之间并且面向反射后表面43。

透射性材料40被布置在反射后表面43、反射壁49和光透射开口133之间，并且光透射开口包括透射前表面33。

反射后表面43进一步包括反射光输入结构44；其中与反射光学元件102对准的多个LED中的微型LED 3例如通过光轴111与反射光输入结构44对准，该光轴被居中于反射光学元件102和微型LED 3。

换句话说，反射光学元件阵列103的每个反射光学元件102包括：(i)透射前表面33，该透射前表面包括光输入区域35和至少一个光输出区域37a、37b；(ii)面向透射前表面33的反射后表面43，该反射后表面包括反射光输入结构44，其中反射光输入结构44与光输入区域35对准；(iii)在反射后表面43与透射前表面33之间延伸的反射壁49。相邻光学元件102的壁49被主体47的上表面45间隔开。

如图2C中所示，相邻的反射光学元件102a、102b、102c可以被设置有独立寻址的微型LED 3a、b、3c。因此，反射光学元件102a、102b、102c可以分别用红色、绿色和蓝色像素数据寻址。可以进一步提供用其他颜色的数据寻址的其他反射光学元件102(未示出)，诸如黄色和白色。

每个反射光学元件102与多个微型LED中的相应一个或多个微型LED 3对应地对准，与反射光学元件102对准的多个微型LED中的微型LED 3仅与反射光学元件102中的相应一个对准。

每个反射光学元件102的光输入区域35与多个微型LED 3中的相应一个或多个微型LED 3a、3b、3c相对应地对准，与反射光学元件102a、102b、102c对准的多个微型LED 3中的每个微型LED 3仅与反射光学元件102a、102b、102c中的相应一个对准。

彩色显示装置100进一步包括多个阻光元件5，多个阻光元件5以阵列进行布置。阻光元件5中的每一个与多个微型LED 3中的微型LED 3相对应地对准，并且对于每个阻光元件5，相应的对准的微型LED 3被布置在阻光元件5与反射光学元件102之间。阻光元件还可以在微型LED 3的寻址中用作诸如电极或电容器板的部件。

在操作中，微型LED 3被布置为通过透射前表面33的光输入区域35输入输入光线110。阻光元件5可以是反射性的，并且可以被布置为阻挡或反射来自微型LED 3的光线，否则这些光线被引导背离光输入区域35。换句话说，从微型LED 3输出的光被引导背离显示器100的输出方向。

每个阻光元件5也可以是寻址电极，例如连接到电极210。阻光元件5可以为微型LED提供大面积的附接电极，有利地实现对微型LED 3的安装以及与寻址电极210或212的连接的方便公差。

反射后表面43和反射壁49可以包括可以是金属涂层或白色反射涂层的反射涂层41。替代地，光学主体47的材料可以是白色材料，诸如日立化学公司(Hitachi Chemical)出售的CEL-W环氧树脂材料，使得可以省略反射涂层41，从而有利地降低成本和制造复杂性。

如图2B中所示，反射后表面43可以进一步包括在光漫射区域23中的微结构，包括表面浮雕结构46，并且该反射后表面可以进一步包括平面区域48。

在至少一个截面平面中，反射光输入结构44包括第一光偏转表面64a和第二光偏转表面64b，其中第一和第二光偏转表面64a、64b被布置成指向反射光学元件102的第一和第二区域。

在操作中，来自微型LED 3的一些输入光线110入射在反射光输入结构44上并且被偏转，以便入射到光漫射区域23a、23b上，如下面将进一步描述的。

没有入射在输入结构44上的输入光线110直接入射在反射后表面43的光漫射区域23a、23b上。

入射在反射后表面43的光漫射区域23a、23b的微结构46上的光线110被漫射作为输出光，使得光线112透射穿过透射前表面33的光输出区域37a、37b。如以下将描述的，一些光线113可以在反射光学元件113内被引导。进一步地，一些光线114可以被漫射或平面的反射壁49反射。

阻光层5防止从透射前表面的输入区域35输出的光，并且输入结构44有效地将输入光引导到光漫射区域23a、23b上。有利地，透射前表面33的输出区域37a、37b被来自微型LED的光有效地填充。

来自微型LED 3b的光在输出到透射前表面33输出区域35之前被约束在单个反射光学元件102b内。从每个反射光学元件102b输出的光与相邻元件102a、102c光学分离。有利地，减少相邻光学输出之间的串扰，并且可以实现高对比度。

现在将进一步描述显示装置100中的光线传播。

图3A是在侧视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和对准的波长转换阵列120的示意图，其中输出基板52与反射光学元件102分离。

间隙50设置在反射光学元件102与输出基板52之间。

从微型LED 3输出的光通常是朗伯型(Lambertian)，也就是说，输出的最高发光强度是在法线方向(平行于z方向)上。

反射光输入结构44包括作为凹表面的弯曲表面。在操作中，从微型LED沿法线方向发射的光线被导向到光漫射区域23而不朝向微型LED 3和阻光元件5。通过比较，当反射光输入结构44为平面时，则光将朝微型LED 3和阻光元件5被反射回去。有利地，反射光输入结构44增加显示光输出效率。

对于反射光学元件阵列103的每个反射光学元件102，反射光输入结构44被布置成将来自相应对准的至少一个微型LED 3的至少一些光线110引导为在透射光之间引导作为透射性材料40中的透射前表面33与反射后表面43之间的光线116。在微结构48元件之间的反射后表面43上的平面区域48提供来自反射后表面43的光的引导。光线110分布在光漫射区域23a、23b上。有利地，在反射光学元件102中的这种光分布降低波长转换元件处的光的峰值能量密度，并且实现更高的效率和更长的寿命，这将在下面进一步描述。

图3A进一步示出光线在输出基板52中的传播。波长转换阵列120被布置在透明支撑基板53的输入侧上。来自反射光学元件102的透射前表面33的输出区域37的光线112入射在阵列120a的波长转换元件上并且在波长转换位置24处进行波长转换。包括延迟器54和偏振器56的光学隔离器被布置在透明支撑基板53的输出侧上，其操作将在下面进一步描述。

输出基板52包括光学隔离器，该光学隔离器包括线性偏振器和至少一个延迟器。至少一个延迟器是四分之一波片。

主体47的上表面45可以进一步设置有涂层145。可以在与提供反射涂层41相同的步骤中提供涂层，从而有利地降低成本。光学隔离器消除从表面45反射的可见性。替代地，可以在主体47的上表面45上设置吸收涂层145。波长转换元件20的阵列120可以进一步设置有吸收掩模25。有利地，可以防止来自反射光学元件的杂散光在相邻的反射光学元件之间传播，从而改善串扰。

可以假定未进一步详细讨论的图3A的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

图3B是在主视图中示出反射光学元件102、微型LED 3以及图1的输出波长转换元件20R、20G和漫射器元件21的对准的示意图，其中反射光学元件102与微型LED 3阵列中的每个微型LED 3对准。

波长转换阵列120包括多个波长转换元件20R、20G，多个波长转换元件2R、20G被布置成阵列，其中波长转换元件20R、20G中的每一个仅与反射光学元件102中的相应一个对准。波长转换元件20R、20G中的每一个与相应反射光学元件102的透射前表面33的光输出区域37相对应地对准。

在本公开中，波长转换元件20是包括波长转换材料的区域。如将在下面进一步描述的，波长转换元件20可以被布置在反射光学元件102上或中，或者可以被布置在输出基板52上，如图3A中所示。

电极211、213被布置为经由诸如TFT(未示出)的寻址电路将微型LED 3和阻光元件5连接，或者分别直接与行和列寻址电极210、212连接。

在说明性实施例中，来自多个微型LED 3中的每个微型LED 3的输入光110具有与蓝光相同的颜色波段。有利地，可以在整个微型LED阵列上由氮化镓晶片提供微型LED。对于所有的微型LED 3，阵列的正向电压特性可以相同，从而降低控制系统的成本和复杂性。

波长转换元件20R、20G被形成在输出基板52的第一侧上，并且输出基板52的第一侧面向反射光学元件102的透明前表面。

波长转换元件20R、20G中的每一个被布置成将输入光110转换成与输入光110的波段不同的波段的可见光。波长转换元件20R、20G可以包括磷光体或量子点材料。可以使用已被调整用于氮化镓发射波长的高效颜色转换材料，从而有利地降低成本和功耗。

来自相应对准的至少一个微型LED 3的输入光线110通过透射前表面33的光输入区域35输入，并且在入射到反射后表面43中的至少一个上之后，通过透射前表面33的至少一个光输出区域37输出。输出光112入射在波长转换阵列120和相应的波长转换元件20R、20G上。在波长转换位置24处，光线112经历波长转换，并且输出光线118被散射。一些光线119向后散射并且从对准的反射光学元件102的反射后表面43经历反射，并且作为输出光线输出。

有利地，每个反射光学元件102可以提供可寻址颜色子像素。此外，如果将波长转换材料直接设置在微型LED 3上，则波长转换材料处的能量密度显著低于能量密度。此外，降低波长转换材料的工作温度，有利地增加转换效率和材料寿命。此外，提供波长转换元件20的均匀角度照明，从而有利地使随角度的颜色变化最小化。

在输入光是蓝光的情况下，可能不希望提供波长转换。一些反射光学元件102与漫射区域21对准。与反射光学元件102的反射后表面43的漫射区域23结合，漫射区域21提供与由波长转换元件20R、20G散射的光相似的散射特性。有利地，可以从宽范围的视角提供均匀的颜色。

可以假定未进一步详细讨论的图3B的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

图3C-图3D是在主视图中示出波长转换元件20R、20G和漫射区域21的布置的示意图。

如图3C中所示，波长转换元件20R、20G和漫射区域23可以被布置成连续的条带，并且用于相邻的反射光学元件的波长转换元件可以在一个方向上是连续的。连续的波长转换元件20R、20G的每个条带被布置有一列反射光学元件102。

有利地，可以通过在支撑基板53上印刷或其他已知的沉积方法来方便地提供这种布置。可以提供区域21的角漫射特性以匹配由波长转换元件20A、20B产生的漫射。

图3D示出波长转换元件20R、20G和漫射区域21可以设置有光吸收掩模25，该光吸收掩模可以被设置在区域20A、20G、21之间。有利地，可以提供相邻的彩色子像素之间的串扰，因为杂散光可以被吸收在光吸收掩模25中。

图4是在侧视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和对准的波长转换元件的操作的示意图，其中透射性材料51被设置在输出基板52与反射光学元件102之间。

此外，对于反射光学元件阵列103的每个反射光学元件102，反射光输入结构44被布置成将来自相应对准的至少一个微型LED 3的至少一些光导向至少一个透射前表面33输出区域37。

漫射区域21和/或波长转换元件20R、20G被形成在透射前表面33的输出区域37上。输出基板52可以借助于可以是透明结合材料的材料51被附接到反射光学元件102的阵列103。

另外的微型LED 3和寻址电极210、212可以被布置在反射光学元件102的前表面33上。有利地，可以实现微型LED 3和反射光学元件102的稳健对准。

有利地，可以提供没有气隙的集成光学结构。可以减少内部反射和杂散光。此外，可以降低对环境压力变化的敏感性，并且可以针对温度和压力变化在显示器的部件之间保持对准。与图3A相比，可以减小波长转换阵列120与反射光学元件102之间的视差，从而实现改善的串扰。

可以假定未进一步详细讨论的图4的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

现在将描述微型LED 3的阵列和反射光学元件102的阵列103的另一种布置。

图5A是在侧视透视图中示出彩色显示装置100的示意图，该彩色显示装置包括布置在输出基板52上的微型LED 3的阵列、波长转换元件20R、20G的阵列、光漫射区域21的阵列、以及反射光学元件102的阵列。多个微型LED 3被形成在输出基板52上。

有利地，基板52可以包括适合于形成寻址电极210、212以及适合于附接微型LED 3和其他寻址电子器件的材料。例如，基板52可以包括玻璃支撑基板，与可以用于形成反射光学元件102的主体47的聚合材料相比，该玻璃支撑基板可以在高温下进行处理。例如，可以通过高温焊料将微型LED 3附接到基板52。可替代地，输出基板52可以包括支撑基板53，该支撑基板包括柔性材料，例如可以与针对柔性膜OLED显示器开发的电极沉积技术一起使用的诸如聚酰亚胺的聚合物。

可以假定未进一步详细讨论的图5A的布置的特征与具有如上所述的等效附图标记的特征相对应，包括特征中的任何潜在变化。

现在将描述反射光学元件102的另一种布置。

图5B是在侧视透视图中示出反射光学元件102和被布置成提供像素照明的对准的微型LED 3的示意图，其中反射光学元件102包括被布置在反射后表面43上的波长转换元件20R。

图5B与图2A的不同之处在于透射前表面33的光输入区域35包括折射输入微结构72。输入微结构72重新分配来自微型LED 3的输出光锥，以使来自微型LED 3的输入光线110朝向反射后表面43的漫射区域23的方向定向。有利地，可以提高输出效率。

图5B进一步示出反射后表面43包括凹部70a、70b。波长转换元件20R、20G被形成在至少一些反射光学元件102的反射后表面43上，并且被形成在凹部70a、70b中。凹部70a、70b包括波长转换元件20R。换句话说，波长转换元件20R的材料被布置在凹部70a、70b中。替代地，凹部70a和70b可以包含不同的波长转换材料，例如两种不同的红色磷光体，以便产生更宽的色域用于显示。

图6A是在侧视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和对准的波长转换元件20的示意图，其中反射光学元件102包括被布置在反射后表面43上的波长转换元件。除了或替代图2B的光漫射区域23a、23b，可以设置凹部70a、70b。因此，凹部70a、70b可以被设置有波长转换材料，诸如量子点或磷光体材料。

被布置在区域20R中的波长转换材料和透明前表面33之间的透射性材料40可以另外为波长转换材料的材料提供保护涂层。有利地，材料40、反射涂层41、被布置成形成主体47的材料和输出基板52可以为水和氧气向波长转换材料的迁移提供屏障。可以包括诸如氧化硅或氧化铝的无机涂层的其他屏障层75可以被设置在基板52和主体47上。有利地，可以提高输出效率并且延长材料的寿命。

反射光学元件102阵列103可以包括集成主体，该集成主体与基板52对准，微型LED3被形成在基板上。阵列103和包括微型LED 3的基板52的集成主体可以在单个步骤中对准，而不用多个单独的对准。有利地，减少对准时间和成本。

在操作中，来自相应对准的至少一个微型LED 3的输入光线110通过透射前表面33的光输入区域35输入，并且在入射到至少一个反射后表面43和相应的波长转换元件20R、20G上之后，输出作为光线118通过透射前表面33的至少一个光输出区域37。

对于蓝色像素，可以设置漫射区域23来代替波长转换元件20R、20G。漫射区域可以由例如图2B所示的表面浮雕结构提供，或者可以由体漫射器提供，例如悬浮的白光散射粒子(诸如，二氧化钛)。例如，体漫射器可以被布置在可固化材料中并且被布置在反射光学元件102的凹部70中。可以提供包括被布置在反射表面43上的微结构46的体漫射和表面浮雕漫射两者。

对于颜色转换的像素，红色和绿色像素可能会散射一些蓝光，这会不期望地降低色域。

可期望增加色域。

彩色显示装置100进一步包括：滤色器阵列122，其包括多个吸收性滤色器区域，多个滤色器区域22被布置成阵列；其中，滤色器区域中的每一个与反射光学元件阵列103的相应反射光学元件102中的仅一个的透射前表面33的光输出区域37相对应地对准。

滤色器阵列122可以被设置在输出基板52的输入表面上，或者可以被形成在透射前表面33的输出区域37上。滤色器阵列122可以透射光线112，该光线通过与相应凹部70中的波长转换元件20的材料的相互作用而被颜色转换。

可以假定未进一步详细讨论的图6A的布置的特征与具有如上所述的等效附图标记的特征相对应，包括特征中的任何潜在变化。

图6B是在侧视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和对准的波长转换元件20的操作的示意图，其中微型LED 3被设置在透射性材料40上，该透射性材料被设置在反射后表面43与透射前表面33之间。与图6A的布置相比，微型LED可以在制造期间在反射光学元件102上对准，并且减少进一步的对准步骤，从而有利地降低成本和复杂性。可以假定未进一步详细讨论的图6B的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

图6C-图6D是在主视图中示出用于图6A的彩色显示装置100的滤色器22A、22B的布置的示意图。

如图6C所示，滤色器阵列122可以包括用于蓝色像素的透明区域，用于绿色像素的绿色透射过滤器22A和用于红色像素的红色透射过滤器22B。减少颜色泄漏，并且有利地，可以增加色域。

图6D示出可以提供进一步的吸收蓝色的滤色器22B。有利地，减少由于蓝色子像素中的杂散光导致的红色和绿色光泄漏。

现在将进一步描述波长转换元件的布置。

图6E是在主视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和布置在一些反射光学元件102的反射后表面43上的波长转换元件20R、20G的对准的示意图，其中反射光学元件102与微型LED 3的阵列中的每个微型LED 3对准，并且微型LED 3被布置为在微型LED 3的阵列上输出相同颜色的光。

反射光学元件102中的一些不与波长转换元件20R、20G对准，并且例如相对于图6A所描述的，提供诸如体或表面浮雕漫射器的漫射器23。漫射区域23可以由滤色器23B代替，使得可以改变例如发射蓝色光的微型LED 3的蓝色。

有利地，可以提供具有长寿命材料和高色域的高效彩色显示器。

可以假定未进一步详细讨论的图6E的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

现在将描述微型LED 3阵列和反射光学元件102的各种其他布置。

图7A是在主视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和被布置在一些反射光学元件102的反射后表面43上的波长转换元件20R、20G的对准的示意图，其中反射光学元件102与微型LED 3的阵列中的每个微型LED 3对准，并且微型LED 3被布置成在微型LED 3的阵列上输出相同颜色的光，其中微型LED 3的面积根据发光元件和对准的波长转换元件的输出波长而变化。

与图6E相比，用于红色、绿色和蓝色子像素的微型LED的尺寸是不同的。发光输出的效率可以在红色、绿色和蓝色子像素之间变化。不同尺寸的微型LED3a、3b、3c可以为红色、绿色和蓝色子像素的发光效率的差异提供补偿。对于相同的驱动电压，较大的微型LED3可以提供比较小的微型LED更高的光通量。有利地，控制系统可以以较低的复杂度和成本而更简单。

图7B是在主视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和被布置在反射光学元件102的反射后表面43上的波长转换元件20R、20G的对准的示意图，其中反射光学元件102与微型LED 3的阵列中的一些微型LED 3对准，并且微型LED 3被布置为在微型LED 3的阵列上输出相同颜色的光。

多个微型LED中的一些微型LED 3B不与反射光学元件102对准，并且进一步不具有阻光元件5。可以通过布置在微型LED 3B与主体47之间的反射器，将光直接通过输出基板52输出，而不入射到主体47的表面45上。替代地，主体47的表面45可以包括反射涂层41，使得来自微型LED 3的光被反射并引导通过输出基板52。

例如，可以由微型LED 3C直接提供蓝色子像素，并且反射光学元件和波长转换元件20R、20G可以从来自微型LED 3R、3G、3B的蓝色输入光提供红色和绿色光。使用相同颜色的微型LED(例如，蓝色)意味着每个显示颜色通道(例如R、G、B)可以通过相同的电压寻址。有利地，可以减少反射光学元件的阵列103的成本和复杂性。

图7C是在主视图中示出反射光学元件102、发射红色的微型LED 3R、具有绿色波长转换元件20G的发射蓝色的微型LED 3G和发射蓝色的微型LED 3B的示意图。绿色波长转换元件20G被布置在一些反射光学元件102的反射后表面43上，其中反射光学元件102与微型LED阵列中的每个微型LED 3R、3G、3B对准，并且微型LED 3R、3G、3B被布置为在微型LED的阵列上输出不同颜色的光。

来自多个微型LED 3的一些微型LED 3R的输入光110是红光，并且来自多个微型LED的一些微型LED 3G、3B的输入光110是蓝光。

有利地，对于每个彩色像素，光学输出分布可以基本相同，并且与将光从蓝色转换为红色的波长相比，可以为红色子像素提供提高的发光效率。可以对驱动红色微型LED 3R和蓝色微型LED 3B之间的正向电压差进行补偿，以控制微型LED 3的电流和/或针对微型LED 3的不同颜色列调整驱动电压。

图7D是在主视图中示出反射光学元件102、发射红色的微型LED 3R、具有绿色波长转换元件20G的发射蓝色的微型LED 3G和发射蓝色的微型LED 3B的示意图。绿色波长转换元件20G被配置在与微型LED阵列中的微型LED 3G对准的反射光学元件102的反射后表面43上，并且微型LED 3R被布置成将不同颜色的光输出到微型LED的阵列中的微型3G、3B。

因此，颜色转换的子像素可以由被波长转换元件20G转换为绿光的蓝色微型LED3B照亮，而蓝色和红色像素由没有反射光学元件102的蓝色和红色微型LED 3B、3R提供。有利地，提供不太复杂的布置，从而降低成本。

图7E是在主视图中示出反射光学元件102、微型LED 3R、3G、3B和在一些反射光学元件102的反射后表面43上的波长转换元件20G的对准的示意图，其中第一多个反射光学元件102中的每一个与发射红色的微型LED 3R和发射蓝色的微型LED 3B对准，并且还包括光漫射区21；并且第二多个反射光学元件102中的每一个与发射蓝光的微型LED 3G对准，并且还包括绿色波长转换元件20G。

与图7A的布置相比，由于一些彩色反射光学元件102可以提供两种不同的可寻址颜色，因此有利地提高显示器的分辨率。此外，对于给定的像素间距，可以提供增加的特征尺寸，从而有利地降低成本以及加工和复制的复杂性。

图7F是在主视图中示出反射光学元件102和对准的发射紫外线的微型LED3R、3G、3B的示意图，这些微型LED不是发射红色、绿色和蓝色光的微型LED，而是利用红色、绿色和蓝色像素数据寻址的紫外线微型LED。波长转换元件20R、20G、20B被布置在相应反射光学元件102的反射后表面43上，其中反射光学元件102与微型LED阵列中的每个微型LED 3R、3G、3B对准，并且微型LED3R、3G、3B被布置为使得输入光110是紫外光。

与图7A的布置相比，提供蓝色波长转换元件20B以将紫外光转换为蓝光。有利地，提供均匀的微型LED阵列，从而降低成本以及组装和寻址的复杂性。通过在输出基板52上或中提供紫外线滤波器，可以使输入光110的像素之间的进一步泄漏最小化。。由此可以减少串扰。没有光的输入波段与输出光的波长转换带的可见混合，并且改善显示器的色域。

可以假定未进一步详细讨论的图7A-图7F的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

图7F进一步示出用于寻址微型LED 3R、3G、3B的电极212、213、210和驱动电路820的布置，如将在下面进一步描述的。

可能期望在不透明的支撑基板上提供微型LED。

图8A是在侧视图中示出反射光学元件102、对准的微型LED 3和对准的波长转换元件20的另一结构的示意图，其中对准的微型LED 3被布置在不透明的支撑基板155上。透明基板153设置有延迟器54、偏振器56和可选的滤色器，如本文其他地方所述。可以假定未进一步详细讨论的图8A的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

与具有透明支撑基板53的布置相比，从微型LED发射的光在与输出基板52相同的方向上提供。反射光输入结构44为来自微型LED 3的光线110提供全内反射，使得光线被引导到波长转换元件20和输出表面33上。

基板155可以设置有不降低输出效率的不透明电极材料和其他控制电子部件。有利地，可以提高效率。此外，基板155可以设置有导热区域和/或层，这些导热区域和/或层被布置为在微型LED的操作期间实现降低的半导体结温度。有利地，可以提高微型LED的效率。

图8B是在侧视图中示出反射光学元件、对准的微型LED和对准的波长转换元件的另一结构的示意图，其中对准的微型LED和反射光学元件的一部分被布置在不透明支撑基板155上。与图8A相比，反射后表面43可以被形成在基板155上。透射性材料40和壁49可以被形成在基板155的表面上。有利地，可以减小厚度。可以减小基板155与反射光学元件阵列103之间的进一步的热膨胀差异，从而实现增加的均匀性。

图9A是在侧视图中示出反射光学元件102、对准的微型LED 3和对准的波长转换元件的又一示例结构的示意图。与图6A相比，反射光输入结构44包括单个倾斜表面。反射光学元件102的这种结构可以比图6A的结构更方便地加工和/或可靠地复制。此外，可以仅提供一个凹部70，从而降低在凹部中形成波长转换元件20的成本和复杂性。图9A进一步示出反射光输入结构44可以形成反射光学元件102的壁49。

可以假定未进一步详细讨论的图9A的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

图9B是在主视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和波长转换元件20R、20G的布置的示意图，该反射光学元件布置成提供增量像素图案并且使用图9A的反射光学元件102。有利地，可以改善使图像运动的图像外观。可以假定未进一步详细讨论的图9B的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

可以期望提供用于高分辨率显示器中的波长转换材料的磷光体。

图10A是在侧视图中示出的示意图，以及图10B是在俯视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和对准的波长转换元件的示意图，并且其中波长转换材料包括具有以下特征的材料400：与微型LED 3的尺寸相比具有相对较大的颗粒尺寸。材料400可以包括一种或多种磷光体。

在蜂窝电话应用中，典型的子像素尺寸为15x 45微米。磷光体材料可提供有效的波长转换，但通常通过研磨成通常尺寸为5微米或更大的小颗粒400来生产。被布置在反射光学元件102的反射侧43上的凹部70可以将这样的颗粒限制在诸如硅树脂的结合材料80中，并且以较小的像素间距(即在偏轴角处)提供这种颗粒大小的磷光体的照明，因此即使对于大颗粒400尺寸导致的低堆积密度，也可以增加磷光体对入射照明的有效面积。

有利地，可以为高分辨率彩色显示器100提供高转换效率和色域。与量子点材料相比，另外的磷光体通常对氧气和水不敏感，并且这种设备可以实现长寿命。此外，磷光体颗粒400远离微型LED 3，且因此可以降低磷光体的工作温度并且提高磷光体效率。

反射光学元件102可以包括在壁49之间的气隙50，从而降低成本和组装的复杂性。来自相应的对准的至少一个微型LED 3的输入光线110通过光透射开口133的至少一个光输入区域35输入，并且在入射在至少一个反射后表面43和相应的对准的波长转换元件400上之后，通过与光透射开口133的光输入区域35不同的光输出区域37a、37b输出。

图10C是在侧视图中示出反射光学元件102、微型LED 3和对准的波长转换元件的示意图，其中波长转换材料包括大颗粒尺寸材料400，并且其中，微型LED 3被设置在光透射性材料40上，该光透射性材料被设置在反射后表面43与光透射前表面33之间。与图10A的布置相比，微型LED 3可以在制造期间在反射光学元件102上对准，并且减少分离基板的对准，有利地降低成本和复杂性。

可以假定未进一步详细讨论的图10A-图10C的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

可以期望提供来自显示器100的定向输出。

图11A是在主视图中示出反射光学元件102的阵列和对准的微型LED 3阵列的示意图，其中减小反射光学元件102的透明输出区域的输出的宽度。输入光110被限制在反射光学元件102的输出区域的宽度192内，而在阻光元件5的区域中没有光被发射。因此，由每个反射光学元件102提供窄宽度的像素化光源。

图11B是在俯视图中示出反射光学元件102的阵列的示意图，其中反射光学元件102的透明输出区域的输出的宽度192减小并且被布置成与具有输入宽度712的准直折反射光学元件38的阵列对准。

折反射光学元件38与具有宽度192的每个反射光学元件102的输出对准，该宽度等于或小于折反射光学元件38的输入的宽度712。

从反射光学元件102以相对于显示器100的法线方向的高输出角度输出说明性光线190。这种光线通过全内反射和/或折射被引导通过折反射光学元件38，使得以接近法线方向的角度输出。可以假定未进一步详细讨论的图11A-图11B的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

图11C是在俯视图中示出主要用户和图11B的显示器100的偏轴窥探器的定向显示器的示意图。

折反射光学元件38减小来自反射光学元件102的光锥的角尺寸304。有利地，增加正面发光强度并且增强正面用户300的显示效率。

此外，可以提供如图11C所示的隐私显示器，使得窥探者302无法看到所显示的图像。这样的隐私显示器还可以为离轴操作提供低杂散光，例如在夜间使用和汽车显示器中。

定向输出包括非朗伯光学输出光强度分布，以实现面向正面用户的更高效率。这样的方向分布通常具有立体角分布，该立体角分布在至少一个轴线上具有半个最大亮度的全宽，对于广角操作模式小于50度，对于隐私或杂散光操作模式小于30度。

可以期望提供一种可切换的隐私显示器。

图11D是在俯视图中示出反射光学元件的阵列和对准的微型LED阵列的示意图，该对准的微型LED被对准至准直折反射光学元件38的阵列和线性波导39的阵列，以提供可切换隐私彩色显示器100。

在PCT/GB2018/050893中描述包括微型LED的可切换私密显示器，并且通过引用将该专利公开的整体并入本文。

在操作中，来自反射光学元件102a的光与折反射光学元件38对准，以提供如图11C所示的窄角度尺寸304的光锥。

来自反射光学元件102b的光与布置在折反射光学元件38之间的线性波导39对准。提供具有与反射光学元件102b中的光线基本相同的方向分布的光线191。返回图11C的描述，可以通过照射对准反射光学元件102b的微型LED 3来提供光锥306。有利地，显示器可以在用于功率节省和隐私操作的窄角度模式与用于多个用户和较高图像均匀性的宽角度模式之间切换。

可以假定未进一步详细讨论的图11D的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

现在将进一步描述折反射光学元件38的结构和操作。

图11E是在俯视图中示出折反射光学元件和对准的反射光学元件的结构和操作的示意图。

折反射光学元件38在通过其光轴711的至少一个折反射截面中包括第一外表面746a和面向第一外表面746a的第二外表面746b。第一和第二外表面746a、746b包括弯曲表面。

第一外表面746a和第二外表面746b从折反射光学元件38的第一端707延伸到折反射光学元件38的第二端708，折反射光学元件38的第二端708面向折反射光学元件38的第一端707；

在折反射光学元件38的第一端707处的第一和第二外表面746a、746b之间的距离712小于在折反射光学元件38的第二端708处的第一和第二外表面746a、746b之间的距离714。

至少一个透明内表面742、744被布置在第一端707与第二端708之间以及在第一外表面746a与第二外表面746b之间。

反射光学元件102可以被定位在折反射光学元件38的第一端707与折反射光学元件38的至少一个透明内表面742、744之间，并且与折反射光学元件对准。例如，在截面平面中，反射光学元件102的中心可以与折反射光学元件的光轴711对准。在本公开中，术语折反射光学元件的“第一端处”包括，例如，微型LED在第一端707下方、在与折反射光学元件38的端707相同的平面中、或在端707的附近、或在端707的附近或与该端相邻的位置处少量。在每种情况下，这可以包括与折反射光学元件的光轴对准。以上描述可以应用于所有实施例。

折反射光学系统使用光的反射和折射。此外，折反射光学系统是通常在光学系统中通过透镜(折光)和曲面镜(折反射镜)将折射和反射结合在一起的系统。折反射光学元件可以包括RXI光学元件，该光学元件通过折射(R)、金属反射(X)和全内反射(I)实现射线偏转。

第一外表面746a和第二外表面746b各自包括从折反射光学元件的第一端707延伸到折反射光学元件38的第二端708的弯曲表面，折反射光学元件的第二端708面向折反射光学元件38的第一端707。进一步地，透明内表面742、744包括至少一个弯曲表面742。在第一端707与第一端707处的第一外表面746a之间的外角715可以小于在第一端707与第二端708处的第一外表面746a之间的外角717。进一步，在第一端707与第一端707处的第二外表面746b之间的外角小于在第一端707与第二端708处的第二外表面746b之间的外角。

有利地，准直的光可以被提供具有窄锥角的定向光输出分布。

折反射光学元件38可以被布置成基本上提供来自反射光学元件102的准直的输出光用于入射在弯曲外表面746a、746b和可以具有正光功率的透明内表面744中的至少一个上的光。进一步，透明内表面744中的至少一个可以具有零光功率。有利地，可以在制造的加工和模制步骤期间方便地设置表面744。进一步，这些表面可以协作以在高输出立体角上为来自反射光学元件102的所有光线提供准直光。

因此，由多个反射光学元件102中的反射光学元件102的射线718示出的一些光输出被至少一个透明内表面744透射，然后在第一或第二外表面746a、746b处反射并被引导到第一定向光输出分布120中；并且多个反射光学元件102中的反射光学元件102的射线716示出的一些光输出被至少一个透明内表面742透射并且被引导到第一定向光输出分布120中，而在第一或第二外表面746a、746b处没有反射。

在至少一个截面平面中，本实施例减小输出定向光输出分布的宽度，以提供具有定向光输出分布(如立体角Ωout所描述的)的方向性，该定向光输出分布小于折反射光学元件的输入定向光输出分布(如立体角Ωin所描述的)。

图12A是示出用于多个LED的寻址系统的示意图。用于多个微型LED 3中的每个微型LED 3的图3B的电极211、213分别连接到一列寻址电极212和一行寻址电极210以形成矩阵。在该实施例中，电流源816的阵列用于驱动寻址电极212。行电极210中的每一个上的电压被顺序地加脉冲以扫描或寻址微型LED 3的阵列。电流源816可以为每个列电极212提供，或者可以在一组列电极212之间被时间多路复用(共享)。微型LED 3具有相对尖锐的电压-电流曲线，并且可以用非常短的脉冲进行操作而在它们之间没有串扰。微型LED 3的阵列形成可寻址的显示器，而在每个像素处不需要诸如TFT或集成电路的额外的有源部件。但是，必须在寻址脉冲期间提供所有照明微型LED的能量。有利地，寻址矩阵是简单且低成本的。

可以期望在维持光输出水平的同时减小峰值LED电流。返回到图7F的描述，在实施例中示出驱动电路820和附加寻址电极213，其中像素处的电路820可以为每个像素实现延长的驱动时间。

图12B是示出用于多个LED的另一寻址实施例的示意图。多个微型LED 3中的微型LED 3由列寻址电极212和行寻址电极210寻址以形成二维矩阵。为了清楚起见，仅示出矩阵的一个微型LED 3和一个列电极212以及一个行电极210。图12B与图12A的不同之处在于，每个微型LED 3具有与其相关联的集成电路808，该集成电路包括储存器或存储器或锁存功能。集成电路808可以是模拟或数字电路，并且可以被实现为使用类似于微型LED 3定位方法的方法定位的单独芯片，或者可以被实现为TFT。集成电路808可以被设置有一个或多个附加电源电势V1、V3。驱动电路820包括集成电路808。当对行电极210加脉冲时，集成电路808的时钟输入810存储连接到数据输入812的列电极212的电压。集成电路808的输出814驱动微型LED 3。微型LED的另一端连接到电源电势V3。取决于集成电路808的设计，电势V1可以不同于V3。集成电路808可以包括电压-电流转换器。电极213上的电势V3以及微型LED 3的阳极和阴极连接可以被配置为使得微型LED被正向偏置并且发射光。集成电路808向微型LED 3提供驱动的时间长于行电极210上的寻址脉冲的持续时间，并且减小至微型LED 3峰值电流驱动。有利地，减小每个微型LED 3中的峰值电流。

图12C是示出用于多个LED的另一寻址实施例的示意图。多个微型LED 3中的微型LED 3由列寻址电极212和行寻址电极210寻址以形成二维矩阵或阵列。驱动电路820包括TFT 806、放大器804和电容器818。在该实施例中，行电极210连接到TFT 806的栅极，并且当行寻址电极210加脉冲时，来自列寻址电极212的数据被存储在电容器818上。与通常用于矩阵中以驱动LCD面板的电容器相比，电容器818可以较小，并且可以由放大器804的输入电容来提供。放大器804可以驱动一个或多个微型LED 3。可以向放大器804提供1个或多个电源电压(未示出)。放大器804可以包括电压至电流转换器电路。V1可以是地电势或参考电势。从放大器804输出的电压必须比电极213上的电压V3大微型LED 3的组合正向电压降(Vf)，以便微型LED 3发光。

驱动每个微型LED 3的时间被增加。有利地，可以减少电流拥挤并且改善设备效率。

现在将描述LED和微型LED 3的操作。

图13A是在侧视图中示出来自宏观LED 303的发光强度发射分布的示意图，该宏观LED的尺寸通常包括在封装的LED中，例如0.5×0.5mm或更大。

图13B是在侧视图中示出来自安装在背板基板447上并被布置为从背板基板447发射光的微型LED 3的发光强度发射分布的示意图。

在宏观LED 303和微型LED 3内的发射光440之后，氮化镓的高折射率引起光在芯片内引导。

对于宏观LED 303，表面粗糙化可以提供顶表面光提取，并且这样的LED330通常从其顶表面输出基本朗伯发光强度分布442，而从边缘发射具有较低水平的发光强度分布404。

然而，按比例缩放到微型LED尺寸，表面粗糙化对顶表面散射的输出影响较小，因此边缘发射输出的光的比例增加，因此与边缘发射发光强度分布448相比，顶表面发光强度分布446减小。对于已知的微型LED表面安装方法，对于期望的输出方向(例如法线方向)，来自微型LED的这种增加的边缘发射会降低光输出效率。

图14是在侧视图中示出通过小颗粒尺寸波长转换涂层450的光程长度变化的示意图。

与在横向方向上发射的光线454相比，这种涂层450的厚度与在表面法线方向上指向的光线452的厚度不同。这种不同的厚度可以在观察方向上提供不期望的输出颜色变化。进一步，在较厚的波长转换材料层中可能会损失光，从而降低效率。此外，可以使用具有非常少量材料的精确方法来提供对颜色输出的控制。

来自微型LED 3的进一步加热可能会使波长转换材料450的效率和寿命劣化。

有利地，本实施例实现对从微型LED 3到波长转换元件20的光线452、454的均匀照明，并且降低波长转换材料的工作温度。

现在将描述在已知的颜色输出微型LED 3中具有微型LED的磷光体颗粒400的布置。

图15A是侧视图中示出来自包括具有大颗粒尺寸的波长转换涂层的微型LED的输出的示意图；以及图15B是在主视图中示出来自包括具有大颗粒尺寸的波长转换涂层的微型LED的输出的示意图。如前所述，磷光体的颗粒400可以具有与用于高分辨率手机应用的微型LED 3的尺寸相似的尺寸。因此，在颗粒400之间可能会损失光，并且色域可能会减少，并且微型LED 3阵列上的颜色输出不一致。有利地，本实施例实现如图10A-图10B所示的磷光体材料的均匀照明。

可以假定未进一步详细讨论的图15A-图15B的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

现在将描述反射光学元件102的阵列103和彩色显示器100的制造方法。

图16A-图16G是在侧视图中示出形成反射光学元件102的阵列和对准的微型LED阵列的方法的示意图。为了说明清楚起见，示出阵列103的一对代表性的反射光学元件102，但是实际上，阵列103可以包括数百万个反射光学元件102，从而对显示器或许多显示器中的彩色子像素的总数进行编号。

在如图16A所示的第一步骤中，可以例如通过金属加工坯料的金刚石车削来提供工具150。

在如图16B所示的第二步骤中，可以通过压花、铸造、对工具150进行注射成型或其他已知的复制方法来形成主体47，并且移除工具150。

在如图16C所示的第三步骤中，可以将涂层41施加到主体47上。该涂层可以是蒸发的、喷涂的或溅射的金属涂层，或者可以包括例如通过浸涂或喷涂形成的涂覆的白色材料。可替代地，主体可以由反射性白色材料形成，诸如由Hitachi Chemical销售的CEL-W环氧树脂，并且省略第三步骤。

在如图16D所示的第四步骤中，可以将波长转换材料施加到表面上或反射表面的凹部70中以提供波长转换元件20。当例如通过喷墨印刷从液体溶液沉积时，凹部70为波长转换材料提供限定的位置。在沉积之后，液体载体被蒸发以留下波长转换材料。

在如图16E所示的第五步骤中，将填充材料40提供在反射表面与模具之间，并且固化以提供输出表面33。反射光学元件102在第一方向上具有间距s2。

在如图16F所示的第六步骤中，将微型LED 3和寻址电极(未示出)布置在表面33上，其中微型LED 3在相同的第一方向上的间隔s1与间隔s2相同。

在图16G所示的第七步骤中，在微型LED 3上形成阻光层5。阻光层可以是金属或黑色树脂。在阻光层5是金属的实施例中，它还可以用作用于寻址和控制微型LED 3的像素寻址电路的一部分。

可以假定未进一步详细讨论的图16A-图16G的布置的特征与具有如上所述的等效附图标记的特征相对应，包括特征中的任何潜在变化。

现在将描述用于彩色显示器100的高度并行的制造方法。

图17A至图17F是在侧视图中示出以并行方式形成包括反射光学元件102的阵列和对准的微型LED 3阵列的显示器100阵列的方法的示意图。

如图17A所示，例如可以在基板4上形成例如可以是氮化镓的单片LED晶片2，该基板可以是例如蓝宝石、硅或碳化硅。

如图17B所示，微型LED 3的非单片阵列可以从单片晶片2中提取，以提供具有间隔s1的微型LED 3a、3b。

如图17C所示，微型LED 3a、3b可以与寻址电极和其他光学、电和热管理元件(未示出)对准地布置在基板52上，使得保持间隔s1。

如图17D所示，基板52可以与间隔为s1的多个微型LED对准。

如图17E所示，基板52和阵列103对准，因此每个微型LED 3与相应的反射光学元件102对准。

可以期望从大面积的对准的光学元件提供多个照明设备。如图17F所示，可以在比单个显示器的区域大得多的区域处提供基板52和阵列103。因此，可以提取具有不同区域和形状600、602、604、606的各种不同颜色的显示器100。

有利地，可以使用少量的提取步骤在较大的区域上形成大量的显示器100，同时保持对准相应的光学元件阵列。

可以在每个元件的边缘处提供另外的设备密封线601，以提供光学元件的气密密封，并减少在使用期间灰尘和其他材料进入光学元件。

有利地，可以降低制造成本和复杂性，并且可以增加使用期间的可靠性。

可以假定未进一步详细讨论的图17A-图17F的布置的特征对应于具有如上所述的等效附图标记的特征，包括特征中的任何潜在变化。

如可以在本公开中使用的，词语“基本”和“大约”提供公差，该公差针对其对应的词语和/或项目之间的相对性而在工业中被接受。这种工业接受的公差范围是从零到百分之十，并且对应于但不限于长度、位置、角度等。这些项目之间的相关性在大约百分之零到百分之十之间。

本公开的实施例可以在各种光学系统中使用。该实施例可以包括例如各种照明、背光、光学部件、显示器、平板电脑和智能电话或与它们一起工作。本公开的各方面实际上可以与涉及显示器、环境照明、光学设备、光学系统的任何装置一起使用，或者可以与包含任何类型的光学系统的任何装置一起使用。因此，本公开的实施例可以被用在显示器、环境照明、光学系统和/或许多消费者专业或工业环境中使用的设备中。

应当理解，由于本公开内容能够用于其他实施例，因此本公开内容在其应用或创建上不限于所图示的特定布置的细节。而且，可以以不同的组合和布置来阐述本公开的方面，以限定其自身独特的实施例。同样，在本公开中使用的术语是出于描述的目的而不是限制。

尽管已经描述根据本文公开的原理的实施例，但是应当理解，它们仅以示例而非限制的方式给出。因此，本公开的广度和范围不应受到所描述的任何示例性实施例的限制，而应仅根据从本公开中产生的任何权利要求及其等同物来限定。另外，上述优点和特征在所描述的实施例中提供，但是不应将这些已发布的权利要求的应用限于实现任何或所有上述优点的过程和结构。

包括本文的各节标题以提供组织提示。这些标题不应限制或表征本公开可能发布的任何权利要求中提出的实施例。举一个具体的示例，尽管标题涉及“技术领域”，但是权利要求不应当受到在该标题下选择的用于描述该领域的语言的限制。此外，“背景技术”中的技术描述不应当被解释为承认某些技术是本公开中的任何实施例的现有技术。“发明内容”也不被认为是所发布的权利要求中的实施例的表征。此外，在本公开中对单数形式的“发明”的任何引用均不应被用来主张本公开仅具有新颖性的一点。可以根据从本公开发布的多个权利要求的限制来阐述多个实施例，并且这些权利要求定义由它们保护的实施例及其等同物。在所有情况下，权利要求的范围应根据本公开内容而根据其自身的优点来考虑，并且不应受本公开内容中使用的标题的限制。

Claims

1.一种彩色显示装置，包括：

以微型LED阵列布置的多个微型LED，其中，所述多个微型LED是微型LED裸片，其中每个微型LED裸片具有至多150微米的宽度或直径；

以反射光学元件阵列布置的多个反射光学元件；

多个阻光元件，所述多个阻光元件以阵列进行布置；其中，每个阻光元件与所述多个微型LED中的相应微型LED对准，并且相应对准的微型LED被布置在所述阻光元件与所述反射光学元件之间；以及

以波长转换阵列布置的多个波长转换元件，

其中，所述多个波长转换元件中的每一个被布置成接收由所述多个微型LED中的一个或多个微型LED发射的光，将接收到的光转换为不同颜色波段的光，并且输出所述不同颜色波段的光以用于显示，

其中，所述多个反射光学元件中的每一个被布置成将由所述多个微型LED中的一个或多个微型LED发射的光的至少一部分朝向所述多个波长转换元件中的一个或多个重定向。

2.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，所述多个波长转换元件中的每一个与所述一个或多个微型LED间隔开，所述波长转换元件被布置为接收来自所述一个或多个微型LED的光。

3.根据权利要求1或2所述的彩色显示装置，其中，所述微型LED被布置成以与所述波长转换元件输出用于显示的光的方向相反的方向发射光。

4.根据权利要求1或2所述的彩色显示装置，其中，所述微型LED被布置成以与所述波长转换元件输出用于显示的光的方向相同的方向发射光。

5.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，每个反射光学元件包括反射后表面和从所述反射后表面延伸的反射壁，所述反射后表面和反射壁限定在所述反射后表面与所述反射壁之间的空间。

6.根据权利要求5所述的彩色显示装置，其中，透射性材料被布置在由每个所述反射光学元件的所述反射后表面和所述反射壁限定的空间中。

7.根据权利要求5或6所述的彩色显示装置，其中，每个反射光学元件的所述反射后表面包括反射光输入结构；并且

其中，所述多个微型LED中的每一个与相应的反射光输入结构对准。

8.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，由所述多个微型LED中的每一个发射的光是相同的颜色波段。

9.根据权利要求8所述的彩色显示装置，其中，由所述多个微型LED中的每一个发射的光的颜色波段是蓝光。

10.根据权利要求8所述的彩色显示装置，其中，由所述多个微型LED中的每一个发射的光的颜色波段是紫外光。

11.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，由所述多个微型LED中的至少一个微型LED发射的光的颜色波段是红光，并且由所述多个微型LED中的至少一个微型LED发射的光的颜色波段是蓝光或紫外光。

12.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，所述波长转换元件包括荧光体或量子点材料。

13.根据权利要求5所述的彩色显示装置，其中，所述波长转换元件被形成在所述反射光学元件中的至少一些的所述反射后表面上，并且其中所述多个反射光学元件中的每一个被布置成仅将由所述多个微型LED中的一个或多个微型LED发射的光的一部分朝向所述多个波长转换元件中的一个或多个重定向。

14.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，所述反射光学元件中的一些不与所述波长转换元件对准。

15.根据权利要求6所述的彩色显示装置，其中所述彩色显示装置包括漫射区域，并且其中所述反射光学元件中的一些与所述漫射区域对准。

16.根据权利要求15所述的彩色显示装置，其中，所述漫射区域和/或波长转换元件被形成在所述透射性材料的表面上。

17.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，每个微型LED是具有至多100微米的宽度的微型LED。

18.根据权利要求6所述的彩色显示装置，其中，所述多个微型LED被形成在所述透射性材料的表面上。

19.根据权利要求1所述的彩色显示装置，进一步包括输出基板。

20.根据权利要求19所述的彩色显示装置，其中，所述波长转换元件被形成在所述输出基板的第一侧上，并且所述输出基板的所述第一侧面向所述反射光学元件。

21.根据权利要求1所述的彩色显示装置，进一步包括滤色器阵列，所述滤色器阵列包括多个吸收性滤色器区域，所述多个滤色器区域以阵列进行布置。

22.根据权利要求21所述的彩色显示装置，其中，所述滤色器区域中的每一个仅与所述反射光学元件阵列中的一个相应反射光学元件对准。

23.根据权利要求21所述的彩色显示装置，其中，所述滤色器阵列被形成在所述输出基板上。

24.根据权利要求19所述的彩色显示装置，其中，所述多个微型LED中的每一个被形成在相应光学反射元件与所述输出基板之间。

25.根据权利要求19所述的彩色显示装置，其中，所述多个微型LED被形成在所述输出基板上。

26.根据权利要求1所述的彩色显示装置，进一步包括控制系统，所述控制系统被布置为利用显示像素数据来对所述多个微型LED进行寻址，以根据所述显示像素数据来控制所述多个微型LED发射光。

27.根据权利要求26所述的彩色显示装置，其中，所述控制系统包括多个寻址电极，所述多个寻址电极被布置为向所述多个微型LED中的每个微型LED提供彩色像素数据。

28.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，每个阻光元件是反射性的。

29.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，每个阻光元件是寻址电极。

30.根据权利要求19所述的彩色显示装置，其中，所述输出基板包括光学隔离器，所述光学隔离器包括线性偏振器和至少一个延迟器。

31.根据权利要求30所述的彩色显示装置，其中，所述至少一个延迟器是四分之一波片。

32.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，每个微型LED与所述光学元件中的所述反射光学元件的相应的反射光学元件对准。

33.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，所述多个微型LED中的至少一个微型LED不与所述反射光学元件中的任意反射光学元件对准。

34.根据权利要求5所述的彩色显示装置，其中，每个反射光学元件的所述反射后表面包括白色反射器。

35.根据权利要求5所述的彩色显示装置，其中，每个反射光学元件的所述反射后表面包括金属层。

36.根据权利要求5所述的彩色显示装置，其中，每个反射光学元件的所述反射后表面包括平坦区域。

37.根据权利要求5所述的彩色显示装置，其中，每个反射光学元件的所述反射后表面包括微结构。

38.根据权利要求5所述的彩色显示装置，其中，每个反射光学元件的所述反射后表面限定凹部。

39.根据权利要求38所述的彩色显示装置，其中，波长转换元件位于由每个反射光学元件的所述反射后表面限定的所述凹部内。

40.根据权利要求6所述的彩色显示装置，其中，所述透射性材料的表面具有折射输入微结构。

41.根据权利要求40所述的彩色显示装置，其中每个反射光学元件的所述反射后表面包括反射光输入结构，并且其中所述折射输入微结构与所述反射光输入结构对准。

42.根据权利要求7所述的彩色显示装置，其中，所述反射光输入结构在至少一个截面平面中包括至少一个光偏转表面；

其中，对于所述反射光学元件阵列中的每个反射光学元件，所述至少一个光偏转表面被布置成将来自至少一个微型LED的至少一些光朝向波长转换元件引导。

43.根据权利要求7所述的彩色显示装置，其中透射性材料被布置在由每个所述反射光学元件的所述反射后表面和所述反射壁限定的空间中，并且其中对于所述反射光学元件阵列的每个反射光学元件，所述反射光输入结构被布置为引导来自至少一个微型LED的至少一些光以在所述透射性材料的表面与所述反射后表面之间被引导。

44.根据权利要求7所述的彩色显示装置，其中，所述反射光输入结构具有至少一个弯曲表面。

45.根据权利要求7所述的彩色显示装置，其中，所述反射光输入结构具有至少一个凹表面。

46.根据权利要求1所述的彩色显示装置，其中，折反射光学元件与每个反射光学元件对准。

47.根据权利要求46所述的彩色显示装置，其中，所述折反射光学元件在通过其光轴的至少一个折反射截面平面中包括：

第一外表面和面向所述第一外表面的第二外表面；

其中，所述第一外表面和所述第二外表面包括弯曲表面；

其中，所述第一外表面和所述第二外表面从所述折反射光学元件的第一端延伸到所述折反射光学元件的第二端，所述折反射光学元件的第二端面向所述折反射光学元件的第一端；

其中，在所述折反射光学元件的第一端处的所述第一外表面与所述第二外表面之间的距离小于在所述折反射光学元件的第二端处的所述第一外表面与所述第二外表面之间的距离；并且

至少一个透明的内表面被布置在所述第一端与所述第二端之间以及在所述第一外表面与所述第二外表面之间。