CN102171503B - 照明设备及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种照明设备和制造该照明设备的方法，其中发光元件的阵列与光学元件的阵列对准，以获得薄且高效的光源，该光源也可以被设置为提供定向照明和/或可编程的照明。

Description

照明设备及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种包括与多个光学元件对准的多个发光元件的照明设备；还涉及一种用于制造该照明设备的方法。这种设备可用于家庭或专业照明、液晶显示器背后照明以及一般性的照明目的。

背景技术

白炽灯光源产生近黑体光谱，价格低廉，可靠性高。但这种光源具有很低的效率，并且比较大，需要较大的灯具。高强度放电灯能够通过小电弧光源产生高光通量，并且适合于投影应用和定向照明，但体积庞大。荧光灯中的气体放电产生泵浦荧光材料以产生可见波长的紫外波长，与白炽灯光源相比，荧光灯的效率得到提高，不过也类似地存在光源尺寸大的问题。

使用单片晶片上的半导体生长形成的发光二极管(LED)可具有高得多的效率水平。光源尺寸由LED管芯(die)的面积限定，因此原则上可被制成直至晶片尺寸的任意尺寸。由于LED能够提供高水平的效率且具有适宜的CIE显色指数

(CRI)，因此是特别有吸引力的。有机发光二极管(OLED)具有与晶片型LED类似的优点，并且能够形成在任意大的衬底上。在本说明书中，LED指的是从单片晶片上直接提取的未封装的LED管芯(芯片)，即半导体元件。其与封装的LED不同，封装的LED被组装到封装中以便于后续组装，并且进一步结合有诸如半球形结构之类的增加其尺寸但也提高光提取效率的光学元件。

在照明应用中，使用灯具结构来引导从发射体发出的光，以提供输出方向轮廓。强度的角变化被称为方向分布，方向分布相应地在光照环境中的表面上产生光辐射图样，并且被特殊应用所限制。朗伯发射体(Lambertian emitter)能够发光使得光充满房间。由于光会分布到房间可能不需要照明的部分，因此光的这种使用可能是低效率的，并且还会被认为提供了不经济的以及在视觉上不合意的照明源。朗伯发射体可被认为提供了缺乏闪烁的单调照明环境，这对设计者而言是缺乏吸引力的。

非朗伯定向光源使用光源尺寸相对较小的灯，例如卤钨型的反射器和/或反射式管状灯具，以便提供方向性更强的光源。这种灯通过将光引向重要区域而有效地利用光。这些灯还会产生更高水平的视觉闪烁，其中小光源提供光谱反射产物，给出更具吸引力的照明环境。此外，这种光具有低眩光，其中的轴外强度基本低于轴上强度，从而从大多数的位置观察时，灯的亮度看起来不会不舒服。不过，与灯具组合起来的这种灯可能具有大约5到10cm深的尺寸，并且还需要庞大的低压电源。这种灯可能不利地需要选择需要相对较深的凹进的结构设计。此外，这种庞大灯***的材料成本会很高。此外，这种光源与LED光源相比具有较低的效率。

为了进一步提高使用效率，理想的是能够调节定向光源的指向。对于常规的定向灯而言，这通常需要手动移动灯。这可能常因灯的位置和表面温度而变得困难。因此，通常是在安装时一次性地设定灯的对准。为了应对房间中变化的使用模式，安装多个定向灯，为房间提供低效率的过度照明。

灯的色温和CRI是灯的使用当中非常重要的因素。颜色输出通常在制造时就已经通过灯的诸如峰值运行温度和使用寿命之类的工作条件固定下来。这意味着在白天为了满足活动的需要，这种调节房间白点的方式通常是不可能的。例如，据报道，可以使用高色温来刺激上班族的效率，而较低的色温则非常适合于更加放松的室内用途，例如晚间的家庭照明。此外，眼睛对照明区域中的小的白点变化非常敏感，因此照明***在任何特定的环境中通常需要被选择成固定的色温。

自然采光可以产生时变照明，例如透过树荫的阳光提供较高分辨率的时变图样。如果通过单一时变光源来对房间进行照明，则这仅被当做强度起伏。如果强度的时变分量相对于全局在结构上变化则是理想的。这种方法提供有斑纹的照明。

液晶显示器背后照明典型地使用封装LED阵列或荧光灯，其通过与光循环膜(light recirculating film)联用的光波导元件连接到面板。此外，可以通过诸如棱镜层之类的增亮膜来增强显示器的方向性。这种***的厚度可以是5mm或更低。不过，结构被设计为将光从小光源不均匀地分配到大面积上，就本身而言不如定向照明源效果好。理想的是，提供例如用作隐私过滤器的高效定向照明，或者提供高亮度室外显示功能。

定向LED元件可以使用反射光学器件(包括全内反射光学器件)或更典型地折反射(或郁金香)光学类型的反射器，例如，如US6547423所述。折反射元件既运用折射又运用反射，其中反射可以是全内反射或来自镀金属表面的反射。已知的折反射光学***能够从1×1mm的正方形光源产生6度锥半角(到50％峰值强度)，光学元件具有13mm的最终输出直径。光源尺寸的增加是由于保持亮度(étendue，光学扩展量)的原因造成的。此外，这种光学元件具有大约11mm的厚度，提供了庞大的照明设备。增加锥角将减少最终的器件面积和厚度，也产生更小的定向光源。

US2008/0157114描述了在单个复制步骤中轧出多个半球形结构的复制***。

白色LED照明光源可以具有分开的光谱带，如红、绿、蓝和黄，每个光谱带是通过分立的LED元件产生的。这种光源通过灯内能够产生彩色照射块的分开的光源，使用户能够实现分开的颜色。理想的是光源是均匀的，从而其间隔小于视觉分辨率极限。

或者，白色LED可以是与黄色荧光粉组合使用以产生所需的白色输出的蓝色发射体。为了获得所需的总的光输出，公知的是可以使用LED阵列。例如，间隔0.3mm的1mm器件的4×4阵列具有4.9×4.9mm的总的阵列尺寸，并具有朗伯输出。这种光源必须具有复杂的热沉和冷却设置，导致很高的设备成本和厚度。如果其用于6度锥角折反射光学器件当中，则输出孔径和厚度可望接近75mm，与白炽灯类似。如果其与热沉组合使用，那么很明显，定向LED阵列将不利地具有很大的体积。为了减小厚度，进而降低材料成本，在这种阵列中，可以令每个LED使用一个折反射光学器件，而不是在一组LED上使用一个折反射光学器件。诸如“取放”机器的现有技术***将每个LED与每个折反射光学器件对准，然后封装折反射光学器件照明装置。

相比之下，现有技术光源使用少量的高通量照明源。如果这些光源之一出现故障，则会使输出通量明显下降。在定向光源中，这会导致照明缺失的区域。理想的是降低故障光源的明显性，因此提高***的良品率(yield)和使用寿命。高效率的现有技术LED光源具有来自于小面积光源的很高的亮度水平。这样的高亮度直视起来可能会不舒服。

相比之下，为了使定向照明***产生可接受的照明度，已知的LED是宏观尺度的；也就是说它们使用的LED典型为1×1mm或更大尺寸的。每个LED设置有折反射光学元件以降低照明的输出立体角。对于6度锥半角，已知的光学元件的输出孔径大小为13mm或更高，厚度为11mm或更高。在本说明书中，对于正方形或矩形发光元件的发光区域而言，发光元件宽度是沿一个边缘的最大宽度。对于圆形或椭圆形发光元件而言，发光元件直径是发光区域的最大直径。

发明人意识到，具有微观尺度元件阵列的定向照明***有可能达到更好的性能；也就是说，使用宽度或直径小于300微米、优选地小于200微米、更优选地小于100微米的个体光发射体将提供许多优点，这在下文将会描述。特别地，可以实现1mm或更小数量级的输出孔径尺寸和厚度。发明人意识到，需要适合于发光元件阵列和对准的光学元件阵列的高精度阵列制造工艺方法，以实现这种微观的定向发光和照明设备。相反，在常规的“宏观”定向照明***中，宽度或直径低于大约600微米的LED不提供足够的亮度，不需要数量不切实际的对准步骤。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种制造照明设备的方法，该方法包括：形成发光元件的单片阵列；以保持被选择性地取下的发光元件的相对空间位置的方式从所述单片阵列选择性地取下多个发光元件；以保持被选择性地取下的发光元件的相对空间位置的方式用被选择性地取下的发光元件形成发光元件的非单片阵列；以及将所述发光元件的非单片阵列与光学元件的阵列对准；其中从所述单片阵列选择性地取下的多个发光元件被选择为在至少一个方向中，对于所述至少一个方向中的至少一对被选择性地取下的发光元件而言，每一对具有至少一个各自的未被选择的发光元件，其在单片阵列中处于所述至少一个方向中的该对被选择性地取下的发光元件之间。

所述光学元件的阵列中的光学元件的相对空间位置可在形成所述光学元件时被设置。所述光学元件的阵列可以是光学元件的单片阵列。所述光学元件的阵列的光学元件和衬底可以形成整体，所述整体的形成包括以保持所述光学元件的相对空间位置的方式将至少所述光学元件贴附到所述衬底上。所述光学元件的阵列的光学元件和衬底可以形成整体，所述整体的形成包括在所述衬底上形成至少所述光学元件。在通过以关于各自的发光元件对准的方式形成各自的光学元件来形成所述光学元件的同时，可以执行将所述发光元件的非单片阵列与所述光学元件的阵列对准的步骤。

以保持被选择性地取下的发光元件的相对空间位置的方式从所述单片阵列选择性地取下多个发光元件的步骤，可以进一步包括以保持被选择性地取下的发光元件的相对朝向的方式从所述单片阵列取下所述多个发光元件。所述光学元件可以使得所述光学元件阵列的与所述发光元件的非单片阵列的发光元件对准的光学元件将所述发光元件所发出的光引导到比所述发光元件所发出的光的立体角小的立体角中。至少一个光学元件的输出孔径的面积可以是与所述光学元件对准的各自的发光元件的发光孔径的面积的至少四倍，优选地，可以是各自的发光孔径的面积的至少十倍。至少一些光学元件可以是反射的。至少一些光学元件可以是折反射光学元件。

每个光学元件可以具有最大宽度或直径小于或等于4mm、优选地小于或等于3mm、更优选地小于或等于2mm的输出孔径。每个发光元件可以具有小于或等于300微米、优选地小于或等于200微米、更优选地小于或等于100微米的最大宽度或直径。每个光学元件可以具有小于或等于5mm、优选地小于或等于3mm、更优选地小于或等于1.5mm的最大高度。

所述光学元件的阵列可以是柔性的。所述光学元件的阵列的柔性可以至少部分地通过以下方式实现：形成至少一些光学元件，使其间具有连接各自的光学元件的牺牲元件，同时设置相对位置，并在形成之后破坏至少一些牺牲元件。所述发光元件的非单片阵列可以是柔性的。制造方法可以进一步包括在将所述发光元件的非单片阵列与所述光学元件的阵列对准的步骤之后，弯曲所述光学元件的阵列和/或所述发光元件的阵列，从而所述发光元件的非单片阵列保持与所述光学元件的阵列对准，即使各自的发光元件之间和/或各自的光学元件之间的相对位置由于弯曲步骤而改变。

一些发光元件可以具有与其他发光元件不同形状的发光孔径，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。

所述照明设备可以提供高眩光区域和低眩光区域，所述发光元件被驱动，以便在低眩光区域中提供可视的显示功能。棱镜元件可以与所述光学元件的输出孔径对准，以使从所述发光元件发出并被所述光学元件改变方向的光偏转。

制造方法可以进一步包括形成电极连接的阵列以及将所述电极连接的阵列与所述发光元件的非单片阵列对准。可以通过发光元件阵列的多个非单片阵列的组合来形成发光元件的组合非单片阵列。可以使用第一单片阵列和第二单片阵列来形成所述发光元件的非单片阵列，其中所述发光元件的非单片阵列中所使用的一些发光元件是从发光元件的第一单片阵列选择性地取下的，所述发光元件的非单片阵列中所使用的一些发光元件是从发光元件的第二单片阵列选择性地取下的。

根据本发明的第二方面，提供一种照明设备，包括：排列成阵列的来自于单片晶片的多个发光元件，相对于彼此保持其原来的单片晶片位置和朝向；以及排列成阵列的多个光学元件；其中发光元件阵列与光学元件阵列对准，从而所述发光元件与所述光学元件对准；其中在至少一个方向中，对于所述至少一个方向中的多个发光元件的至少一对而言，每一对在所述单片晶片中存在至少一个各自的发光元件，其在所述单片晶片中位于所述至少一个方向中的该对发光元件之间，并且在发光元件的阵列中不位于它们之间。所述光学元件的阵列中的光学元件的相对空间位置可以在形成所述光学元件时被设置。

至少所述光学元件的阵列的光学元件和衬底可以形成整体，所述整体的形成包括以保持所述光学元件的相对空间位置的方式将至少所述光学元件贴附到所述衬底上。至少所述光学元件的阵列的光学元件和衬底可以形成整体，所述整体的形成包括在所述衬底上形成至少所述光学元件。在通过以关于各自的发光元件对准的方式形成各自的光学元件来形成所述光学元件的同时，可以将发光元件的阵列与所述光学元件的阵列对准。

所述光学元件可以使得所述光学元件阵列的与所述发光元件的阵列的发光元件对准的光学元件将所述发光元件所发出的光引导到比所述发光元件所发出的光的立体角小的立体角中。至少一个光学元件的输出孔径的面积可以是与所述光学元件对准的各自的发光元件的发光孔径的面积的至少四倍，优选地可以是各自的发光孔径的面积的至少十倍。至少一些光学元件可以是反射的。至少一些光学元件可以是折反射光学元件。

每个光学元件可以具有最大宽度或直径小于或等于4mm、优选地小于或等于3mm、更优选地小于或等于2mm的输出孔径。每个发光元件可以具有小于或等于300微米、优选地小于或等于200微米、更优选地小于或等于100微米的最大宽度或直径。每个光学元件可以具有小于或等于5mm、优选地小于或等于3mm、更优选地小于或等于1.5mm的最大高度。

所述光学元件的阵列的柔性可以至少部分地通过以下方式实现：形成至少一些光学元件，使其间具有连接各自的光学元件的牺牲元件，同时设置相对位置，并在形成之后去除至少一些牺牲元件。所述发光元件的阵列可以是柔性的。在所述发光元件的阵列可与所述光学元件的阵列对准之后，可以弯曲所述光学元件的阵列和/或所述发光元件的阵列，从而所述发光元件的阵列保持与所述光学元件的阵列对准，即使各自的发光元件之间和/或各自的光学元件之间的相对位置由于弯曲而改变。

一些发光元件可以具有与其他发光元件不同形状的发光孔径，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。

所述照明设备可以提供高眩光区域和低眩光区域，所述发光元件可被设置为被驱动以便在低眩光区域中提供可视的显示功能。棱镜元件可以与所述光学元件的输出孔径对准，以使从所述发光元件发出并被所述光学元件改变方向的光偏转。

该设备可以进一步包括与所述发光元件的阵列对准的电极连接的阵列。该设备可以进一步包括其中通过组合发光元件阵列的多个阵列来形成的发光元件的组合阵列。可以使用第一单片晶片和第二单片晶片来形成所述发光元件的阵列，其中所述发光元件的阵列中所使用的一些发光元件来自于所述第一单片晶片，所述发光元件的阵列中所使用的一些发光元件来自于所述第二单片晶片。

根据本发明的第三方面，提供一种照明设备，包括：排列成阵列的多个发光元件；以及排列成阵列的多个光学元件；其中发光元件阵列与光学元件阵列对准，从而所述发光元件与所述光学元件对准；其中每个发光元件具有小于或等于300微米的最大宽度或直径。

每个发光元件可以具有小于或等于200微米的最大宽度或直径。每个发光元件可以具有小于或等于100微米的最大宽度或直径。所述发光元件阵列内的至少两对相邻的发光元件的间隔可以是相同的。所述发光元件阵列内的至少两个发光元件的朝向可以是相同的。所述发光元件关于所述发光元件的阵列的朝向可以存在至少两个不同的朝向。在至少一个方向中，所述发光元件的中心的间隔可以大于所述发光元件的尺寸的两倍。所述发光元件进一步包括光波长转换层。从一些发光元件发射的颜色不同于从另一些发光元件发射的颜色。不同的发射颜色可以使用白色发射的不同光谱分布。所述发光元件可以是无机发光二极管。所述发光元件可以是有机小分子发光二极管或有机高分子发光二极管。该设备进一步包括至少一个驱动电路，其中所述驱动电路包括被设置为个别控制每个发光元件的发射的行驱动电路和列驱动电路。该设备可以进一步包括控制器，其被设置为提供不同于一些其他的发光元件的至少一些发光元件的光输出的时间变化，以便提供时变定向照明输出。该设备可以进一步包括投影透镜，其被设置为从所述光学元件阵列的至少一些输出孔径接收光并且提供各个输出孔径的图像。

所附权利要求书中要求了本发明的其他方面。

已知当LED的面积减小时，其外部量子效率增大。在LED器件中，所用材料的高折射率使很大比例的光子困于结构内。诸如GaN之类的晶片材料具有相对较高的吸收系数，从而有源光学层中所产生的光在被重吸收之前只能在晶片内传播很短的距离。如果LED器件很小(微观尺度)，则与宏观尺度器件相比，减小了到达器件的边缘所需要的内反射的光子的平均光程，从而较高的比例可以从器件的边缘出射，这提高了器件的效率。可以使用诸如薄膜倒装芯片之类的技术，通过增加从器件顶面的耦合来提高LED器件的输出耦合效率，从而降低内部光子光程。这种技术的实现成本很高。发明人意识到，对于定向照明***而言，微观LED的阵列比相等总面积的单一宏观LED具有更高的效率，并且具有更低的成本。

为了增加高效而微小的器件的光输出，需要元件的阵列。LED的阵列是公知的。与本实施例相比之下，例如通过印刷电路板工业中公知的取放机器将预切割的LED元件(可选地与安装的半球形折射结构)安装到衬底上，可以大体上形成LED阵列。这种机器可以在器件的整个面积上实现30微米的位置精度，但需要大量的个别安装步骤，增加了器件成本。例如，可以使用100微米正方形LED的10×10阵列的效率，代替单个1mm LED来实现更高的外部量子效率。这种器件使用的晶片面积基本相同，但需要多出99个安装操作。这种器件具有数量高得惊人的过程步骤以及相应的成本。有利地，形成了小LED的阵列，其安装成本与单一器件基本相同。

小LED的阵列来自于单片晶片，保持了单片晶片中的位置和朝向，其结果是可以以高空间精度安装小LED的阵列。当与光学元件阵列组合以获得非朗伯定向输出时，这种小LED的高精度阵列具有许多意想不到的优点。小LED的阵列可以与反射棱镜的阵列组合，以提高边缘发射光的向前耦合效率。如果LED未被精确定位，则向前耦合光将不具有均匀的强度轮廓，这会产生不良的照明特性。此外，在装配过程中，可能无法将每个LED准确地定位到各自的反射器中。有利地，可将高空间精度的LED阵列与高精度光学元件阵列组合，以提高照明的均匀性和封装良品率。此外，由于发光元件具有与单片晶片相同的朝向，可以可靠地控制来自于光源的方向分布。

与发光元件之间的间隙所覆盖的面积相比，LED有效面积的总和比较小。例如，LED面积与热沉面积之比是1mm器件的阵列的1％。这种设置意味着可以使用更薄和更便宜的热沉。此外，在较小的器件中，电流拥挤效应降低，因此器件能够均匀地在其整个有效面积上更高效地产生光。此外，可以增加每个发光元件内的电流密度，从而可以进一步提高发射体的每单位面积的总输出。有利地，可以降低器件成本。通过电极连接体的精度阵列到发光元件的阵列的对准，有利地实现到大量个别小元件的电极连接，从而降低了连接元件的成本。

在许多照明器件中，需要一定程度的方向性。光学扩展量考虑(étendueconsideration)意味着光学元件的输出的面积与立体角的降低成正比。作为对比，宏观的1×1mm面积LED通过13mm输出孔径直径折反射光学元件被导向到6度锥角。这种元件还具有大于11mm的厚度。在与大热沉组合使用时，预期会有10-50mm的总封装厚度，因此为***增加了显著的体积和材料成本。

微观发光元件阵列和对准的光学元件阵列可以远小于等效的宏观光学元件，因此可以制造得更薄和更加便宜，同时获得类似或更好的光学性能。100×100微米面积发光器件的10×10阵列可以均被直径小于1.5mm、厚度为1.5mm的光学器件导向，同时获得更高的效率。在这种情况下，输出孔径的阵列的总面积与宏观LED基本相同。因此，对于给定的方向性，总的器件面积不受个别发光元件尺寸变化的影响。此外，对于相等的总光通量，可以增加光源的尺寸，同时获得高器件效率。如果用户刚好直接看向高亮度小光源，则由于眩光，这样的光源可能不利地导致视觉不舒适。光源分布在大面积上，从而降低了观察者从发光元件阵列看到的亮度。如果用户刚好直接看向光源，则亮度被降低，从而看起来更舒服。在现有技术***中，可以通过使用散射体来克服这一问题，但这样会由于例如反向散射而遭受光损失，因此降低器件效率。

如果100微米元件的间距由于机器布置公差而具有30微米的误差，则在器件的整个宽度上每个透镜阵列会产生指向误差，无法在聚光元件(collecting opticalelement)的输入孔径内正确地定位LED。阵列的非均匀性增加，从而在开启和关闭时均增强了光源的装饰性外观。这种阵列可以有利地结合到灯具结构当中，从而可以装配到现有的灯罩中。

可以将支撑衬底制成可变形的，从而可以调节光源以将光导向到受照环境的所需区域中。可以有利地将发光元件阵列实现为可编程的，从而可以通过寻址电路的控制来获得照明效果。还可以调节器件的颜色输出以适应环境。光学输出可以是随时间变化的，以获得有斑纹的照明。光源的眩光可以是空间复合的，例如以用于标示用途，如紧急标示或广告。这种元件可以有利地用于增强用于显示设备的包括侧光式波导、局部调光背光源、投影显示器和隐私背光源在内的背后照明设备的性能。

与已知的照明设备相比，本实施例的照明设备有利地提供：

-低廉的灯具成本；

-低轮廓，实现过去不可能的位置处的安装，例如墙壁向上照明器；

-降低的冷却成本和复杂性；

-更低的LED效率；

-更高的亮度；

-降低的电流拥挤效应；

-更宽的白点分选公差(white point bin tolerance)；

-可变的方向性；

-可操控的方向性；

-颜色可调性；

-降低的***功耗；

-增强的照明闪烁；

-降低的安装成本；

-时间和方向照明调制(例如斑纹化)；

-时变照明结构；

-改善的混色；

-增加的冗余和良品率；

-降低的光源亮度，以提高光源直接观察的舒适性。

附图说明

现在参考附图仅以示例方式描述本发明的实施例，其中：

图1显示了形成照明设备的方法；

图2显示了现有技术的LED器件；

图3显示了装有荧光体层和半球形结构的LED器件；

图4a显示了折反射光学器件；

图4b显示了反射光学器件；

图5a显示了定向LED器件；

图5b显示了偏置的定向LED器件；

图6显示了用于制造单片LED阵列的掩模步骤；

图7显示了单片LED阵列的剖面图；

图8显示了单片LED阵列的切割步骤；

图9以剖面图显示了一个分离设备；

图10a以剖面图显示了第一分离的LED阵列；

图10b以剖面图显示了第二分离的LED阵列；

图10c以剖面图显示了另一分离设备；

图10d以剖面图显示了另一分离设备；

图10e以剖面图显示了另一分离设备；

图10f以剖面图显示了另一分离设备；

图11a以平面图显示了一个单片发光阵列结构；

图11b以平面图显示了另一单片发光阵列结构；

图11c以平面图显示了另一单片发光阵列结构；

图11d以平面图显示了晶片和分离设备的设置；

图11e以平面图显示了另一晶片和分离设备的设置；

图12a以剖面图显示了光学元件的单片光学元件阵列；

图12b以剖面图显示了照明阵列设备的装配；

图12c以剖面图显示了照明阵列设备；

图12d以平面图显示了照明阵列设备；

图12e以平面图显示了照明阵列设备的一个发光元件和光学元件阵列；

图12f以平面图显示了照明阵列设备的一个发光元件和光学元件阵列；

图12g以剖面图显示了另一照明阵列设备；

图12h以剖面图显示了另一照明阵列设备；

图12i显示了用于形成单片光学元件阵列的一个步骤；

图12j显示了用于形成单片光学元件阵列的另一步骤；

图12k显示了用于形成单片光学元件阵列的另一步骤；

图12l显示了形成本实施例的微观照明阵列的方法；

图13a显示了照明阵列设备中的位置对准误差的影响；

图13b显示了照明阵列设备中的位置和朝向对准误差的影响；

图14a以剖面图显示了在非单片发光元件阵列中加入荧光体层；

图14b以平面图显示了可切换的色温照明阵列设备；

图15a显示了照明阵列中的彩色发光元件的一种设置；

图15b显示了照明阵列中的彩色发光元件的另一设置；

图15c显示了照明阵列中的彩色发光元件的另一设置；

图15d显示了单片发光元件阵列和选自于单片发光阵列的一个非单片发光阵列；

图15e显示了具有交错的非单片发光元件阵列的非单片发光阵列的设置；

图15f显示了具有交错的阵列的非单片发光元件阵列的另一设置；

图15g显示了非单片发光元件阵列的另一设置，其中发光元件的阵列相对于阵列朝向具有不同的朝向；

图15h显示了发光元件的毗连阵列；

图15i显示了非单片发光元件阵列的切割，以提供多个非单片发光元件阵列；

图15j显示了包括多种尺寸和形状的发光元件的非单片发光元件阵列；

图15k显示了可切换的发散照明阵列设备；

图16a以平面图显示了宏观LED和光学元件；

图16b以剖面图显示了用于图16a的LED的热沉设置；

图16c以平面图显示了用于图16a的发射体的替代的热沉设置；

图16d以剖面图显示了用于图16c的发射体的热沉设置；

图16e以平面图显示了用于微观非单片发光元件阵列和光学元件阵列的热沉设置；

图16f以剖面图显示了用于图16e的阵列的热沉设置；

图17显示了用于非单片发光元件阵列的贴附设备；

图18显示了引线键合的非单片发光元件阵列；

图19显示了倒装芯片操作设备；

图20a显示了用于非单片发光元件照明阵列的第一寻址方案；

图20b显示了用于非单片发光元件照明阵列的另一寻址矩阵；

图21显示了用于照明阵列的每个元件的寻址电路；

图22显示了用于照明阵列的每个元件的寻址电路；

图23显示了从非单片发光元件的阵列高效地提取光的方法；

图24显示了包括微观非单片发光元件阵列和对准的微观折反射光学元件阵列的照明设备；

图25a显示了用于照明阵列设备的对准设备；

图25b显示了对准的照明阵列设备；

图26a显示了用于光学元件阵列的复制设备；

图26b显示了复制的折反射光学阵列；

图26c显示了用于折反射光学阵列的支撑元件；

图26d显示了另一折反射光学阵列；

图26e显示了另一折反射光学阵列；

图27a显示了用于倒装芯片照明显示设备的贴附设备；

图27b显示了倒装芯片照明显示设备；

图27c显示了照明阵列设备，其中阵列中的光学元件的数目不同于阵列中的发光元件的数目；

图27d显示了照明阵列设备，其中输出孔径的大小在光学元件阵列上是不同的；

图28显示了用于照明设备的场光学元件；

图29显示了照明阵列设备，其中在低眩光区域中结合了显示功能；

图30a显示了包括照明结构的照射光斑阵列的形成；

图30b显示了照明结构；

图30c显示了照明结构的阵列的剖面图；

图30d显示了位置寻址照明结构；

图30e显示了强度寻址照明结构；

图30f显示了用于通过照明设备形成的可寻址的照明结构的控制***；

图31显示了点照明结构；

图32显示了从在整个单片发光元件阵列上具有变化的发光元件特性的单片发光元件阵列中选择非单片发光元件阵列；

图33a显示了与阵列照明设备协同工作的棱镜光导向设备；

图33b显示了棱镜光导向设备可能出现的照明误差；

图34显示了弯曲照明阵列设备；

图35显示了圆形照明阵列设备；

图36显示了灯具；

图37显示了可变形的照明阵列设备；

图38显示了隐私显示设备；

图39显示了照相机闪光灯设备；

图40显示了投影照明设备；

图41显示了侧光式波导背光设备；以及

图42显示了环形输出型照明阵列设备。

具体实施方式

图1中的第一实施例中显示了形成微观照明设备的方法。在第一个步骤中，使用装在衬底63上的至少一个掩模62来照射单片发光元件晶片2。为了本说明书起见，术语单片指的是由一个固态的或完整的部件构成。

在第二个处理步骤中，在单片晶片2上形成发光元件的阵列76。每个元件具有通过掩模62限定的位置和朝向。掩模包括区域的阵列，每个区域限定了LED芯片的至少一层的结构。区域65和67代表第一LED芯片和第二LED芯片，并且具有间隔s1，如图所示。在通过掩模向晶片2曝光的过程中，从掩模的区域65和67形成元件72和74。元件72、74的间隔s1基本上与掩模区域65、67的间隔相同，元件72、74的朝向分别与掩模区域65、67的朝向相同。通过后续的处理步骤保持间隔s1的完整以及元件72、74的朝向。

可以以上文描述的方式使用多个掩模通过光刻形成全部的LED结构，每个掩模包括具有间隔s1的区域。或者，可以通过纳米压印光刻技术或其他已知的光刻方法来形成LED芯片。这样的过程保持元件72和74的间隔和朝向。

在第三个步骤中，通过切割装置82来切割发光元件的阵列76，切割装置82例如可以是划线器、切割轮、激光器或锯。用于元件72和元件74的各自边缘的切割线的间隔s2理论上与间隔s1相同。但是，在实际当中这种精确间隔是很难实现的。有利地，该实施例不要求间隔s2与间隔s1完全一致。

在第四个步骤中，将设置有具有间隔s3的指94、96的工具90与阵列76对准。指的间隔s3、朝向和布置理论上与阵列的发光元件的间隔s1、朝向和布置相同。但是，在实际当中这样的间隔、朝向和布置可能难以实现。有利地，该实施例不要求间隔s3与间隔s1完全一致或者指的朝向和布置与发光元件72、74的朝向和布置完全一致。

在第五个步骤中，指94、96分别连到元件72、74，用于从阵列76提取元件。可以看出，当指94、96的间隔s3和朝向与元件72、74的间隔s1和朝向不完全相同时，在该提取步骤中仍然保持元件72和74的间隔s1和朝向的完整性。

在第六个步骤中，将连接了元件72和74的工具90与包括折反射光学元件239、241的微观光学元件的阵列220对准。阵列220可以是单片的，当形成光学元件时可以设置光学元件的相对空间位置。元件72、74还连接到包括半球形结构的折射光学元件211、212的阵列。因此，非单片发光元件阵列和光学元件阵列被对准，从而特定的光学元件与各自的发光元件对准。发光元件基本位于各自的光学元件的输入孔径(入瞳)中。

在第七个步骤中，将元件72、74连接到光学元件239、241的阵列220以及光学元件211、212的阵列。

光学元件阵列220的元件239、241每个具有输出孔径(出曈)，输出孔径的面积大于输入孔径中的各自的发光元件的面积，从而与非单片发光元件阵列的发光元件对准的光学元件的阵列的各个光学元件将发光元件所发射的光引导成比发光元件所发射的光的立体角小的立体角。

光学元件239、241具有具有间隔s5的输入孔径。发光元件72、74的间隔s1和光学元件239、241的输入孔径的间隔s5典型地基本相同。此外，元件241、239的输出孔径的间隔s8基本上与间隔s1和间隔s5相同，从而元件72、239的输出光锥基本上平行于元件74、241的输出光锥。此外，以保持被选择性地取下的发光元件的相对空间位置的方式从单片阵列选择性地取下多个发光元件的步骤，还可以包括以保持被选择性地取下的发光元件的相对朝向的方式从单片阵列取下多个发光元件。有利地，这获得高度均匀的定向光束，原因是对于发光元件具有相同朝向的各个元件而言，输出光束的照度分布可以基本一致。

可以在光学器件的宽度上有利地保持阵列220中的个体光学元件239、241的间隔。因此所有发光元件保持与微观光学元件阵列的所有光学元件对准，同时提供所需的阵列的方向性，使大量的发光元件具有高度均匀的定向输出光束。此外，元件72、74可以与折射光学元件211、212(例如具有典型地与间隔s5相类似的间隔s4的半球形结构)的阵列对准，从而提供从发光元件72、74向空气的高效的光提取。

这提供了包括微观发光元件72和74的非单片发光元件阵列，微观发光元件72和74已被从单片发光元件阵列选择性地取下，并以保持元件72和74的相对空间位置的方式设置在非单片发光元件阵列中。在元件72和74之间的方向上，单片发光元件阵列中的元件72和74之间存在未被选择性取下的多个其他发光元件(在其他实施例中，这可能仅为一个其他发光元件)。这提供了所谓的稀疏阵列。这种阵列的一个优点在于宽度明显大于发光元件的光学元件可以与发光元件对准，同时在单片发光元件阵列阶段，仍然为发光元件的制造获得高密度(未被选择的元件例如可以后来被选择)。尽管图1未显示，对阵列中与元件72和74之间的方向垂直的方向采取了相同的方法，但在其他实施例中则未必如此。微观发光元件阵列还可以是有机LED，例如(例如在玻璃衬底上)形成为单片阵列的小分子或高分子LED，从而它们可以如同对图1的有机发光元件所描述的那样被形成为非单片发光元件阵列。

半球形结构211、212通过在发光有源层1和空气之间设置有中间折射率材料来减小菲涅耳反射而工作，与直接设置在空气当中的有源层1相比具有减少的总内反射损失。因此它们提高了向空气中提取光的效率，但不能有益地减小从发光元件出射的光的立体角，单独来讲不适合于定向照明设备。

可以使用诸如下文描述的制造方法在阵列中形成适合于具有大量(例如10×10或更多)微观发光元件(宽度或直径典型地小于300微米)的薄定向照明设备的微观光学元件阵列220。在这种情况下，可以以高精度实现输入和输出孔径的间隔s5和s8，与通过光刻方法获得的相类似。以相等的精度和分辨率来形成微观非单片发光元件的阵列和单片微观光学元件的阵列。有利地，工艺的精度类似，可以参考共同的校准标准。相比之下，应注意的是，现有技术的宏观元件未表现出同样的间距保持特性。

因此，照明设备实施例包括排列成陈列的多个发光元件；以及排列成阵列的多个光学元件；其中发光元件阵列与光学元件阵列对准，从而发光元件与光学元件对准；其中每个发光元件的最大宽度或直径小于或等于300微米，优选地小于或等于200微米，更优选地小于或等于100微米。

非单片发光元件阵列和光学元件阵列被对准，从而特定的光学元件的输入孔径与各自的发光孔径对准。当发光元件被三维对准时，得到最大的透光量(lightthroughput)。特别地，发光元件理论上应位于输入孔径的平面内，该平面是在限定的输出立体角中提供最大通过效率(throughput efficiency)的平面。

优选地，发光元件的发光区域完全位于输入孔径的区域以内。具体而言，对于阵列中的至少第一组元件，对于每个发光元件中的指定点，在各自的光学元件阵列的输入孔径中存在相对应的点与之对准。发光元件中的点例如可以是发光区域的质心，或者可以是电极的位置，并且由光刻限定。光学元件的输入孔径中的点可以是输入孔径的光心，光从光心出射的方向与光学元件阵列的输出表面基本垂直。

发光元件在光学元件阵列的光学元件的输入孔径内的位置误差会增大器件的输出锥角。为了对此进行补偿，必须增加光学元件的厚度和输出孔径尺寸，进而增加成本。因此，理想的是使每个发光元件在孔径中的位置误差最小化。本实施例有利地获得非常紧密的相对对准公差。非单片发光元件阵列的每个发光元件关于光学元件阵列的各自的输入孔径的相对位置应在发光元件的发光区域的宽度或直径的正或负50％的公差以内，优选地在正或负25％的公差以内，更优选地在正或负10％的公差以内，以便使光学元件阵列的输出的立体角的增加最小化。有利地，本发明对大量的元件提供这样的对准公差。

光学元件阵列中的光学元件的间隔s4、s5和s8可以与发光元件的阵列的元件72、74的间隔s1相同。或者，光学元件的间隔s4、s5和s8与元件72、74的间隔s1相比可以是不同但却是已知的量。这种配置具有很多显著的优点，这在下文当中将会描述。

因此，形成发光元件的阵列，其中单片发光元件晶片中存在的中间发光元件不在与光学元件的阵列精确对准的发光元件的阵列当中。光学元件的阵列可包括光学功能，包括透镜元件、棱镜元件、反射镜元件(其可包括平面反射镜、棱镜式反射镜或曲面镜)、折反射元件、衍射元件(其可以是体积全息照相)、色彩改变元件(其可包括荧光体)、光吸收元件、发射孔径、或可切换的光学元件(例如液晶光学元件)。在下文中将描述这种光学元件的实施例。

当基本朗伯输出发光元件与光学元件阵列组合以便使输出光束的输出立体角与从发光元件自身出射的光的立体角相比得以降低时，这是特别重要的。为了充分降低立体角，光学元件阵列(例如折反射阵列)的输出孔径必须具有与输入孔径面积相比足够大的输出孔径面积。可以通过发光元件处于各自的光学元件的输入孔径平面内时的发光孔径的尺寸来限定输入孔径尺寸。光提取光学元件(例如半球形结构211、212)、发光元件之间的对准公差和输入孔径以及安装考虑可能进一步增加输入孔径的尺寸。因此，输入孔径尺寸可以大大小于发光元件在输入孔径平面上位于其中的物理孔径。

发光元件阵列可在单一方向上留出间隔，从该方向上的每个发光元件之间取下单片发光元件晶片中存在的4个发光元件。这种元件能够使立体角减小高达5的倍数，同时基本保持光通量通过量(light flux throughout)。或者，发光元件可被取走9个或14个中间发光元件，从而使立体角在单轴上减小高达10或15。如果需要在两个轴上都减小立体角，则需要在两个方向上留出间隔，例如只使用单片发光元件晶片中存在的发光元件的4％。这种阵列能够使立体角减小高达25的倍数。

在实际当中，诸如像差以及发光元件尺寸与光学元件输入孔径尺寸之间的不匹配之类的光学劣化意味着立体角的减小不如光源面积的减小来得明显，因此为了获得所需的立体角，必须进一步增大输出孔径的尺寸以及发光元件之间的距离。

相比之下，在现有技术设置的一个示例中，到所有极角中的峰值强度的50％具有6度束锥角的光源使用七个1×1mm发光元件的阵列，每个发光元件分别对准具有13mm直径输出孔径的光学元件。假设LED位于光学元件的输入孔径处，用于该立体角的输入孔径尺寸大致由LED芯片尺寸限定。这种光学元件的厚度大于11mm。

本实施例的一个目的在于通过减小发光元件尺寸和光学元件尺寸来实现定向照明装置的厚度的显著减小，同时得到各个元件的小的对准公差。在一个实施例中，与上述***等效的阵列输出功率和输出立体角使用100微米宽的发光元件，使用光学元件阵列的每个光学元件具有1.3mm直径的输出孔径。该实施例有利地提供大约1.1mm厚的光学元件阵列，其单一对准步骤和晶片利用率以及进而的成本与1×1mm器件所提供的相类似。输出孔径的数量增加到700，而光学元件阵列的总面积与现有技术***的七个13mm直径输出孔径光学元件的总面积基本相同。

相比之下，如果使用单个单片发光元件阵列，这种输出立体角需要浪费大约99.6％的单片发光元件晶片面积，因此会非常的昂贵。此外，如果每个单独的发光元件像现有技术所要求的那样需要单独的对准步骤，则会需要高达700个分别的对准步骤，这又是惊人的昂贵。有利地，1mm厚微观光学元件阵列使用比现有技术10mm厚器件更少的材料，并且具有相同的面积，因此有利地具有更低的材料成本。

因此，光学元件阵列(忽略器件的光学功能外部的任何稳定衬底)的元件的厚度(或者输入和输出孔径的间隔)小于或等于5mm，优选地小于或等于3mm，更优选地小于或等于1.5mm。

每个光学元件的输出孔径的最大宽度或直径小于或等于4mm，优选地小于或等于3mm，更优选地小于或等于2mm。实际的输出孔径面积由所需的输出光束的立体角确定；立体角越大，输出孔径的面积越小。此外，可以使用这种小输出孔径尺寸来提供下文将会描述的显示功能(display functionality)。可将光学元件的高度定义为输入孔径和输出孔径之间的间隔。因此通常不包括诸如衬底426的支撑衬底以及诸如衬底118的安装衬底的高度，尽管透明支撑衬底可以被整合到光学元件结构中，将光学元件阵列置于在衬底的任一侧。高度取决于所需的输出立体角以及发光元件的尺寸。但是，本实施例实现了比宏观元件低得多的高度。每个光学元件可具有的最大高度小于或等于5mm，优选地小于或等于3mm，更优选地小于或等于1.5mm。

为了减小光学元件的厚度以及增大输出孔径的分辨率，每个发光元件的最大宽度或直径小于或等于300微米，优选地小于或等于200微米，更优选地小于或等于100微米。

在至少一个方向中，发光元件的中心的间隔可以大于发光元件的尺寸的两倍。输出孔径的面积可以是输入孔径的面积的至少四倍，优选地至少十倍。输入孔径尺寸可被定义为至少是实现输出锥角的立体角的理想减小所需的发光元件的发光面积，但可进一步包括光提取光学器件以及发光元件的对准公差。对于例如6度的小锥角，输入孔径和输出孔径的面积比可以大得多。

图2显示了已知的发光二极管(LED)器件3。诸如蓝宝石的衬底4具有在其表面上形成的n型氮化镓(GaN)层6，典型地包括诸如晶格匹配层或释放层(releaselayer)之类的中间功能层5。在衬底6上方形成多个量子阱层8和p型GaN层10。因此有源层1包括层6、8、10以及可能的层5的一部分，还可以包括电极接头和其他功能元件，例如部分LED结构。

本说明书中所使用的术语LED包括半导体LED，其包括无机LED、有机LED以及高分子LED。

当通过电极7、9在器件两端施加电压时，在层8内发生发射12。在外表面14法向附近传播的光线16、18被透射。但由于器件3内相对较高的折射率，光线20、22、24被内反射。光线20、22可以通过器件的边缘26出射。这种器件对通过层6、8、10的光具有相对较高的内吸收系数，导致效率损失以及器件升温加大。当器件的尺寸增加时，许多内反射的光线20、22、24的光程增加，因此能够从器件出射的光线的比例降低，较大的器件因尺寸增加而导致外部效率下降。为了提高外部效率，在顶面14上增加表面粗糙度或光子带隙结构。在薄膜倒装芯片器件中，还去除衬底4，以便改善外部光耦合。在这种情况下，表面28被改变。此外，可以在切割之前通过蚀刻工艺形成器件的边缘，以提高刻面质量。

图3显示了器件3安装在衬底32上以形成实质上的朗伯输出器件30。制作了电连接(未显示)，在白光发射体件的情况下，增加了荧光体层34。此外，增加半球形折射结构36以提高器件的向前光耦合效率。或者，在薄膜倒装芯片结构中，可以使用已去除了衬底4的器件1。通过提供折射率匹配功能，结构36特别用于将来自于发光元件的光输出耦合到空气中，减小发光元件表面处以及结构表面处的菲涅耳损失和全内反射损失。结构36不用于提供任何实质的光导向功能，因此如果发光元件具有朗伯输出，则半球形结构的输出也基本上是朗伯输出。

作为与本实施例的实施例的对比，图4a显示了已知的宏观折反射光导向光学单元件38，包括物理输入孔径40、输出孔径39、输入壁42、透镜表面44、反射表面46以及前表面48。表面48可包括几个特征。例如，可以结合透镜表面50、散射体、透镜阵列或其他光学功能。这种元件通过反射和折射光学结构(折反射)来工作。此外，一些表面可以被镀金属，从而反射是全内反射和/或金属反射方式的。典型的结构可以是复合抛物面聚光器(CPC)或折射-反射-内反射(RXI)元件。图4b显示了反射宏观光导向光学元件的实施例，包括通过反射壁41隔开的物理输入孔径43和输出孔径45。元件可以是中空的(充气的)，这种情况下壁可以是镀金属的，或者元件可以以类似于图4a的方式通过全内反射工作，这种情况下元件例如可由模压塑料光学元件形成。

可以例如通过边缘光线方法来改变反射和折射表面的形状，以优化到特定立体角的耦合效率。因此，图4b的表面在小尺寸下可以比图4a的表面更易于制造，但不典型地将光限制到同样窄的光束立体角。为了对此进行补偿，可以增大输出孔径尺寸和器件厚度。

元件38的输入孔径39具有宽度或直径115，输出孔径40具有宽度或直径117。特别地，输出孔径40的面积大于输入孔径39的面积，从而宽度或直径117大于宽度或直径115。因此，光学元件38使从输出孔径40的输出光束的立体角与输入孔径39处的输入光束的立体角相比得以减小。在操作当中，光学输入孔径由各自对准的发光元件的尺寸限定，因此(有效)光学输入孔径小于物理输入孔径115。

作为与本实施例的对比，图4a和图4b中显示的宏观元件当使用诸如1mm×1mm LED的发光元件时是较大型的，典型的具有大于10mm的输出孔径尺寸和厚度。可以通过金刚石切削单个元件的形状来制作这种宏观光学元件，之后单个元件可以被复制以制造个体宏观光学元件。然后典型地使用取放过程将这些当中的每一个对准一个LED。这种技术不使用阵列中的光学元件或发光元件的输入和输出孔径的干涉型放置精度。这种技术不适合于微观阵列定向照明***。

图5a显示了宏观光导向元件38与安装的器件30的操作。器件30与输入孔径40和光轴52成中心对准。光线54通过表面44、50并且平行于光轴52定向。光线56通过表面42并且在表面46处经历全内反射。或者，表面46可以涂覆反射材料。图5b示意性地显示了器件30偏离元件38的光轴的效果。在这种情况下，光线58、60不再平行于光轴52，包括光线58、60的最终输出光束的中心关于输出方向54、56角位移。此外，可以改变最终的角输出的照明结构。在这种宏观光学元件的阵列中，理想的是，发光元件与光学元件的光学中心对准，从而所有的输出光束是平行的。如果不是这种情况，则阵列的最终的输出立体角与单一器件的立体角相比会变大。

图6更详细地显示了图1的微观发光元件的阵列的形成的第一步骤。通过在衬底4上生长包括有源层1的外延结构来形成单片发光元件晶片2。单片发光元件晶片是用来形成单独的LED元件的单片。掩模62包括用于限定单独的LED元件的特征。掩模62例如可以是通过准直光源64照射的物理接触掩模。或者，掩模62可以是投影掩模。在这种情况下，掩模在层1的平面上或其附近成像。可选地，可以通过下列方式形成掩模62：通过例如丝网印刷或喷墨印刷沉积活性物质；激光扫描，其中掩模是激光束强度和位置的时间变化；或者纳米压印光刻或以上方式的任意组合。

典型地，使用高精度扫描技术来制作掩模，使用干涉台以便提供掩模内特征的位置的紧密公差。

图7显示了通过有源层中的发光元件的阵列76形成的单片发光元件晶片。通过单独元件72、74的阵列(例如发光元件的阵列)在如图7所示的层1的单片发光元件阵列中复制掩模62的任意两个单独的区域65、67的间隔s1。它们具有与通过掩模62形成的单片发光元件阵列76相同的间隔和朝向。当处于单片发光元件晶片中时，发光元件不发光，但当从晶片分离且具有适当的电连接和驱动电路时，发光元件发光。不过，为了方便起见，在本说明书中将其称作发光元件。在图中，为了便于说明，显示了两个发光元件72、74，但阵列在x方向和y方向上都可以延伸，从而阵列中可以存在许多个发光元件。

典型地，每个发光元件还具有相同的间距(pitch)，其中发光元件具有相同的尺寸和间隔。不过，单独的发光元件间隔可在晶片的宽度方向上变化。但是，两个发光元件72、74的间隔s1与单片发光元件阵列76上的间隔以及掩模图像间隔s1上的特征68、70之间的间隔保持相同。此外，可以使用多个掩模来形成元件72、74。一般而言，除了小的制造公差之外，间隔s1以及每个单独的掩模62的对准是一致的。

图8显示了在形成阵列76之后，将衬底4附着到可以是柔性的衬底78上。可以可选地在阵列76的顶面上附着或形成另一保护层80。切割装置82在阵列76和/或衬底4的至少一部分中提供切口84。切割方式可以是通过金刚石划片、锯、激光或其他切割方法进行。优选地，切割方法提供最小的切面以使切割微观发光元件过程中的晶片损耗最小化。切割过程可以通过穿透晶片的切口实现；通过划痕或浅的切口和裂口实现；或者可以通过穿透单片晶片的有源层的切口或划痕实现，而衬底没有破损。

在切割之后，衬底78上的暂时变形使衬底断裂，以提供如图9所示的断裂线86。断裂86的位置与LED特征的边缘对准，从而所切割的元件72、74具有与掩模62基本相同的间隔s1。

图9显示了一个设备，其用于从单片发光元件晶片76选择和转移元件72、74，同时保持间隔s1。膜80可以被去除，叠层4、76、80被转移到支撑衬底88上，支撑衬底88可包括孔89的阵列以提供真空安装。具有真空提供孔径(vacuumsupply aperture)92的工具90设置有指94、96，其中指94、96具有名义上与间隔s1的整数倍相同的间隔s3。

工具90首先与元件72、74对准，并且用于将其从单片发光元件阵列76选择性地取下，如图10a所示。在剥离过程中，与元件72、74相对应的孔100、102分别使真空被释放，而其余的孔89使真空被保持。此外，例如可以通过在孔径100、102附近施加压力点的方式使衬底和层88、4、76、80略微弯曲，以便使释放过程容易进行。此外，例如可以通过硬橡胶曲面103、105在元件的区域中施加压力。

因此，来自于单片发光元件晶片的多个发光元件排列成阵列，其原本的单片发光元件晶片位置和朝向得以保持；从而发光阵列内的至少两个发光元件72、74的朝向可以是相同的。此外，发光阵列内的至少两对相邻的发光元件的间隔可以是相同的。有利地，在单个步骤中取下发光元件72、74。这减少了显示设备的装配当中的处理步骤的数量，从而降低了发光元件的阵列的装配的复杂度、成本和时间。为了提供具有本实施例的优点的薄结构，微观发光元件72、74具有小于500微米的宽度或直径，并且可望具有小于300微米、优选地小于200微米、更优选地小于100微米的宽度或直径。

因此，本实施例提供了一种照明设备，包括：排列成阵列的多个发光元件；以及排列成阵列的多个光学元件；其中发光元件阵列与光学元件阵列对准，从而发光元件与光学元件对准；其中每个发光元件的最大宽度或直径小于或等于300微米，优选地小于或等于200微米，更优选地小于或等于100微米。

有利地，这种设备提供了非单片发光元件的阵列，其中的单独的元件小于具有精确位置和朝向的已知的发光元件的阵列，从而阵列可方便地与具有高精度和低成本的光学和电学阵列元件对准。

发光元件72、74的阵列与发光元件阵列76的密集单片发光元件阵列相比是稀疏阵列。发光元件72、74是非单片发光元件，因为它们不再是单片的一部分。以这种方式，发光元件72、74的阵列来自于单片发光元件阵列，保持元件之间的间隔s1。此外，发光元件72、74的朝向被保持。针对两个指显示了该过程，但可以使用更多的指，这在下文将会阐明。对于发光元件阵列与光学元件阵列以及电连接阵列的对准而言，这具有许多优点。特别是降低了厚度和成本并且改善了光学均匀性。

在为第一非单片发光元件阵列选择性地取下第一元件72、74之后，对单片发光元件晶片上的未使用的元件重复该过程，如图10b所示。在这种情况下，从单片发光元件晶片76上选择性地取下发光元件118和120。可以重复该过程，从而来自于单片发光元件晶片76的所有元件被结合到一个或多个非单片照明阵列器件当中。有利地，这种过程获得将要从单片发光元件阵列选择性地取下的许多间隔很宽的微观发光元件的阵列。晶片的材料成本对元件的成本具有显著贡献，因此单片发光元件晶片的面积利用与宏观器件相类似，从而阵列器件成本是类似的。

或者，移除工具可以包括粘合分离装置，例如如图10c所示。在这种情况下，例如通过高精度印刷方法使粘合点71、91分布在衬底93上，从而点71、91的间隔s6与间隔s1基本相同。另一牺牲层95位于层80的顶面上，或者层80可用作牺牲层。当衬底93接触阵列元件72、74时，例如通过紫外光固化来固化点91，器件被选择性地取下。在这种方式中，元件74、72的间隔保持与掩模相同。有利地，这种设置可以通过单一对准步骤使粘合71、91高精度地对准发光元件72、74，从而以很低的成本从单片发光元件阵列76选择性地取下正确的元件。

或者，如图10d所示，衬底68可以是非单片发光元件阵列支撑衬底，粘合剂可以是包括焊料和/或热胶的触点121、123，从而提供非单片阵列元件72、74和衬底68之间的电极连接和热接触。因此，还可以包括形成电极连接121、123的阵列以及将电极连接的阵列与非单片发光元件72、74的阵列对准的步骤。因此，衬底68可以是LED阵列的电子背板。发光元件可包括顶面上具有电极连接的薄膜倒装芯片器件。在衬底68上形成用于连接到n型和p型层的焊料元件121、123。焊料例如可以是焊料球。或者，焊料可包括其他的紫外光固化粘合剂。当通过衬底4或衬底68照射时，元件可以被固化到衬底68上。或者，可以通过掩模或通过扫描选择性地熔化焊料球，以使元件72、74选择性地附着到衬底68上。衬底68还可以包括具有功能元件的半导体晶片，例如硅晶片，以实现阵列器件的集成控制。有利地，硅晶片可包括寻址电路，以对发光元件寻址。有利地，图10d的设备免除了对中间工具90的需要，从而减少了处理步骤的数量，元件72、74自动地直接对准到电极阵列上。有利地，衬底68还可以包括安装表面的阵列，例如安装在支撑衬底上的陶瓷载体阵列或单一陶瓷载体。来自于图10d的单片发光元件晶片76的发光元件72、74有利地保持了相对于彼此的间距和朝向。这意味着对单一对准步骤而言，粘合元件121、123的对准公差可以在整个非单片发光元件阵列上匹配元件72、74的对准。如果间距或朝向其中之一未被保持，则在关于器件中的接触区域放置电极时会出现误差。此外，可以在电极阵列上精确地设置到每个器件中的电极的电极连接，从而用单一对准步骤在阵列上获得精确对准，因此增加了良品率并且降低了成本。

图10e显示了另一实施例，其中激光移除步骤限定进一步限定了发光元件从晶片的分离。可选的掩膜125位于透明衬底4的后方。释放层(release layer)129位于衬底4和阵列76之间，从而当被例如来自于激光器的光127照射时，元件可以脱离衬底4。激光可以被遮蔽，如图所示，或者可以在层上扫描，以提供从衬底4选择的分离。在这种方式中，通过选择性的照射层129，可以将元件72、74通过粘合元件121、123选择性地移到到衬底68上。这种方法可以有利地提高非单片发光元件72、74的分离的可靠性。

在例如如图10e所示的非单片发光元件72的移除之后，可以使用非单片发光元件阵列的表面粗糙化的另一步骤来提高从每个发光元件72、74的顶面的耦合效率。由于元件安装在衬底68上，这可以与降低成本并行进行。

图10f以剖面图显示了另一分离设置，其中工具90被设置成推动切割元件72、74通过晶片平面到达具有粘合元件121、123的接收衬底68上。设置另一支撑层59以在分离步骤中为其余结构提供机械刚性。可以例如通过别处所描述的切割轮或激光将元件72、74与晶片的其余元件一同切割。或者可以通过例如扫描或掩蔽的脉冲激光***将该元件和晶片的其他元件分别切割。在这种情况下，可以独立于单片发光元件晶片中余留的元件，更方便地分离元件。

在其他实施例中，可以用蜡来代替真空指(vacuum finger)94、96，这种蜡在热的时候可以粘合元件，但例如通过局部激光加热，可以被局部软化以能够去除单独的元件。

图11a以平面图显示了分离非单片发光元件阵列之前的发光元件的单片发光元件晶片131的一个设置，其中每个元件包括至少一个发光孔径133和至少一个非发射区域135以及典型地至少另一非发射区域101。两个分别的发光元件的间隔s1被标出。间隔s1是LED元件中的分别的特征之间的间隔，而不是元件的切割边缘之间的间隔，元件的切割边缘可以具有稍稍不同的间隔s2，如图1所示。发光区域的边缘刻面(如图2中的剖面图所示)可以通过蚀刻而不是通过切割来形成，因此是通过掩模62形成的。在这种方式中，发光区域可以具有相同的间隔s1，从而发光区域的间隔在发光区域的阵列上是恒定的。发光区域的质心是特定的点401，其为器件区域上的照度分布的加权中心。这例如可以是提供峰值输出强度的点。优选地，非单片发光元件阵列和光学元件阵列是对准的，从而光学元件的输入孔径内的区域特定点403与各自的发光元件区域内的特定点401对准。

发光元件例如在如图11b所示在单一区域内可包括多个子区域，包括发光子元件137和非发光元件139。非发光区域例如可以是图2的电极7、9。有利地，区域135、101、139的朝向被保持，从而可以使用对电极阵列的单一对准步骤，降低了阵列装配的成本和复杂度。

图11c显示了发光元件的发光区域的形状可在单片发光元件晶片上变化，从而元件161具有和元件163不同的形状。例如，可以在发光元件的孔径内的位于不同位置设置电极。此外，元件例如可以是三角形的、圆形的或椭圆形的。可在单片晶片上设置形状，从而被选择性地取下的非单片发光元件的阵列可包括不同的形状。有利地，当应用到本实施例的非单片晶片上时，与全部元件具有相同形状的发光阵列相比，这种实施例在远场中的最终输出照明的对称性得到提高。因此，一些发光元件的发光孔径可以具有与其他的发光元件的发光孔径不同的形状，用来提供更均匀的输出光束形状。

元件72、74形成非单片发光元件阵列的一部分，并且可以包括例如通过指94、96、104、106、108、110、112、114、116从单一晶片衬底4提取的其他元件，如图11d中的平面图所示。元件被选择性地取下，从而每个照明阵列采用每个处理步骤的其中之一。

晶片有可能不够大，不能从阵列提供足够的光输出，必须扩大阵列尺寸。在这种情况下，可以通过将数个晶片安装到一起有利地形成较大的阵列，如图11e所示。在这种情况下，四个分离的晶片105、107、109、111一起对准，从而工具90可以横跨单独晶片之间的边界放置。因此，可以使用第一和第二单片阵列来形成发光元件的非单片阵列，其中在发光元件的非单片阵列中使用的有些发光元件是从发光元件的第一单片阵列选择性地取下的，发光元件的非单片阵列中使用的有些发光元件是从发光元件的第二单片阵列选择性地取下的。

图12a以剖面图显示了一实施例，其中在衬底118上形成单片光学元件阵列122。有利地，衬底118可以提高尺寸稳定性，并且可以是单片光学元件阵列的一部分。阵列122包括具有宽度115和间隔s5的物理输出孔径40的阵列；以及具有宽度117的输出孔径阵列，在各自的输入孔径115和输出孔径117之间的锥面上涂布有反光材料119。

显示了两个光学元件，但典型地使用更大的元件阵列来获得高水平的光输出。元件可被设置成一维或二维阵列。一维阵列可具有有利于安装到灯具结构，这在下文将会描述，而二维阵列将获得较高水平的光输出。衬底118可包括电极阵列。

相比之下，现有技术中用于宏观发光元件的制造技术不使用能够以便于与用于制造单片晶片的公差相匹配(相称)的位置精度。在这种情况下，取放设置是优选的，因此理想的是增大发光器件的尺寸以及器件厚度，以使取放操作的次数尽可能的少。但是，与本实施例相比，这种宏观制造技术增加了成本并且降低了性能和功能性两者。

有利地，来自于单片发光元件晶片的微观非单片发光元件获得相对较薄和较小的发光元件，从而可以使用非常适合于提供类似于光刻分离公差的制作和复制技术。特别地，可以使用具有干涉台(interferometric stage)的设备来以高精度提供表面浮凸结构的阵列。因此，本发明的微观光学元件阵列的制造过程具有与用于提供来自于单片晶片的非单片发光元件的(例如图1中的掩模62的)制造过程相称的精度。

图12l示意性地显示了微观光学元件阵列制造方法。表面670在其表面上具有形成材料671(例如金属、光刻胶或其他聚合物)，并且被通过致动器673、675连接到干涉受控台672、674的工具676寻址。工具例如可以是一个或多个金刚石，以在元件的阵列中的每个位置上雕刻形成材料671的表面。或者，工具676可以是用于直接雕刻进形成材料671的结构光束，例如通过激光烧蚀的方式。或者，可以通过掩模照射形成材料，例如使用干涉受控台，通过光学方式或通过电子束记录的掩模。可以使用另一加热步骤来部分熔化结构以改变表面形状。有利地，光学元件阵列的制作过程与用于形成发光元件的过程具有相似的公差。

器件的输出是形成材料671中的表面结构678。在第一复制步骤中，表面结构678被复制以在诸如镍的材料中形成工具680，其可以包括电镀步骤。在第二复制步骤中，则可以通过诸如紫外铸造、模压或其他已知的复制技术将工具680复制到材料中来形成具有输入孔径间隔s5的微观光学元件阵列682。还可以提供可选的支撑衬底681，以提供刚性并提高光学元件阵列的尺寸稳定性。有利地，可以通过发光元件制造过程来校准写入图样，以使通过光学元件制造过程制造的间隔s5与例如如图12h所示的通过发光元件制造过程制造的间隔s1基本相同。

有利地，多个表面结构可以在阵列上以高精度的间隔组合。例如，如图26a至26c所示，可以形成用于第一和第二表面的高精度工具，并为光学元件的制造将其对准。或者，可以形成包括第一和第二光学表面的第一和第二光学元件阵列，并随后将其对准。这种表面要求高精度的间隔，以便在各个表面的阵列上获得准确对准。

有利地，本实施例的微观本质获得低厚度的光学表面，其非常适合于这种微观阵列制造过程。相比之下，尺寸适合于宏观LED的光学元件因为高厚度而难以使用这种技术。

因此，形成发光元件的单片阵列优选包括使用干涉台或者使用与通过干涉台产生的准确度相称的定位***(例如产生掩模62)，形成光学元件的阵列包括使用干涉台，从而过程是相称的。

在复制之后，阵列682的表面可以涂覆反光材料，以使结构122提供光偏转功能。使用对准步骤使来自于单片阵列的非单片发光元件的阵列684与发光元件阵列682对准，并且可以贴附元件。

在图12b中，安装有元件72、74的工具90关于光学元件122对准。在对准步骤之后，元件正确定位，真空被释放。元件72、74通过焊盘、焊料凸点、导热胶或其他结合方法附着到衬底118上。或者，可以颠倒图12a和图12b的步骤，从而在施加元件122之前将LED元件对准衬底118。

反射元件提供如图12c所示的功能。与表面垂直的光线126没有变化，而光线128被偏转到平面外。光线126、128的分布是方向分布的一个示例。

图12d以平面图显示了单片光学元件阵列122，其包括构成单片光学元件阵列的光学元件的具有输入孔径39和输出孔径40的金字塔形反射结构。输入孔径与发光元件72、74对准。特别地，可以看出，非单片发光元件阵列72、74和单片光学元件阵列的光学元件的阵列是对准的，从而指定的光学元件的输入孔径与各自的发光元件对准。

可以小心地控制LED间隔s1和棱镜间隔s5的公差，LED元件的发光区域可以有利地配合到棱镜元件内的相同的标称位置，从而整个阵列的光输出方向是均匀的。

此外，发光元件的阵列上的元件72、74的切割边缘的间隔s2与间隔s1近似，因此发光元件可以与棱镜阵列的输入孔径143紧密地机械配合，这提高了器件的效率。

图12e显示，优选地，每个非单片发光元件的质心401优选地与输入孔径的光心403对准，从而对于每个各自的输入孔径而言，特定点401(例如发光元件74的发光孔径的质心)与特定点403(例如输入孔径143的光心)对准。有利地，每个光学元件的光学输出锥因此平行，这优化了确定的锥角内的光耦合输出。

图12f显示了对于正方形LED管芯72，孔径141、143可以具有用于圆锥形结构的圆形轮廓。可以使用旋转的金刚石通过金刚石加工来制作这种结构。阵列上的发光元件的间隔s1的紧密光差以及光学元件阵列中的间隔s5的保持意味着在元件的整个阵列上保持了LED和光偏转光学器件之间的一致对准，这提高了特定方向上的耦合效率。用于阵列122的输入孔径的朝向可以与元件72、74的朝向相匹配，以便有利地优化来自于阵列的耦合效率。有利地，从单片发光元件阵列晶片中的朝向保持元件72、74的朝向，从而输出在整个阵列上是均匀的。

图12g示意性地显示了另一实施例，其中单片光学元件阵列220的元件的反光材料119的表面轮廓被改变，以提供比图12a中所显示的更小的输出立体角。可以在阵列中的每个位置使用成形金刚石压印或者通过上文所述的聚合物雕刻来制造这种元件。为了增加器件的光输出，另一材料430可以被涂布到腔上并且被整平。这种材料例如可以是硅树脂。还可以通过将填充材料的顶面上的诸如散射体、透镜、反射元件或衍射元件之类的结构图样化来改变顶面，从而有利地改变输出方向性。

图12h显示了替代的单片光学元件阵列220，其包括衬底426和元件422、424。在该实施例中，光学元件422、424是折反射型的。通过复制到衬底426上来形成这些光学元件。通过腔428内的粘合剂，发光元件72、74可以与光学元件的折射率匹配。在该实施例中，光学元件包括分别的材料，例如，元件422、426可以用低收缩的紫外光固化光敏聚合物浇铸而成，而衬底426可以是玻璃衬底。可以在个别元件的输出孔径之间的表面上发现残余材料432，或者也可以将残余材料432除去。光学元件的间隔在各自的光学元件的形成步骤中被固定。因此当使用具有与用于形成非单片发光元件阵列的过程等效且可校准的精度的过程来形成它们时，输出和输入孔径的间隔s5和s8是固定的。有利地，这种设置可以提供比单一材料层更高的尺寸稳定性。因此，在该实施例中，当形成光学元件时，设置了光学元件在光学元件阵列中的相对空间位置。有利地，元件具有与非单片发光元件的间隔s1相匹配的间隔s5和s8。光学元件可以是分开制造的光学元件阵列(例如如图26b所示)，其被贴附在衬底上以提供例如间距的稳定。因此，光学元件阵列的光学元件422、424和至少一个衬底426可以形成一个整体，整体的形成包括以保持光学元件的相对空间位置的方式将至少光学元件贴附到衬底上。或者，可以通过固化与衬底和成型工具相接触的材料来形成集成的元件。因此，至少光学元件阵列的光学元件和衬底可以形成整体，整体的形成包括在衬底上形成至少光学元件。诸如散射体和场透镜之类的其他元件也可以贴附到衬底426上。

图12i显示了形成单片光学元件阵列220的另一种方法。将成型微观工具432与安装在衬底118上的元件72、74对准，用可以固化的材料238(例如硅树脂材料)来填充其间的空隙，如图12j所示。结构具有半球形结构区域438和涂覆有反光材料119的区域436，如图12k所示。因此，光从发光元件72、74高效地耦合到元件的反射腔中的空气当中。有利地，在与反射表面区域相同的步骤中形成光耦合区域。

有利地，用于本发明的微观元件的材料薄层具有比厚层更高的尺寸稳定性。当形成光学元件时，设置了光学元件在光学元件阵列中的相对空间位置。有利地，元件具有与非单片发光元件的间隔s1相匹配的间隔s5和s8。在通过以与各自的发光元件对准的方式形成各自的光学元件来形成光学元件的同时，执行将发光元件的非单片阵列与光学元件阵列对准的步骤。有利地减少了过程步骤的数量和厚度。

作为对比，图13a以剖面图显示了在光学元件187(诸如被设置成捕捉从LED元件的边缘发出的光的光偏转元件)的阵列和元件472、474之间使用已知的对准方法(例如取放)可能存在的误差的效应。元件472和424具有控制不良的间隔，每个不同对元件的间隔有所变化。中心位置130处的元件474可以与元件187其中之一良好对准，而偏移位置132处的元件472没有与结构正确对准。小尺寸元件472和187特别会出现这种对准误差。此外，这种已知的“取放”对准方法承受跳动误差，从而当阵列中心处的相邻元件可以被充分对准时，阵列边缘处的未对准变得难以接受。例如，1mm中的10微米的间距误差在10mm器件上可以变成100微米，从而阵列的一个边缘处的元件根本无法与各自的光学元件配合。本发明的目的在于与现有技术器件相比，降低个体LED器件尺寸，以便提高整个***的效率，并且提供别处所列的许多其他的优点。

进一步作为对比，如图13b所示，与电极阵列和光学元件阵列相比，已知的取放对准方法将受到LED器件朝向误差的不良影响。因此元件474可能正好配合到第一元件的输入孔径143内，而元件472由于它的不同朝向和位置可能不能配合到相邻元件输入孔径的孔径143内。这会导致光学耦合非均匀性和电极未对准，从而可能无法正确校正一些器件，并且降低良品率。器件输出的立体角可能增大，从而输出的控制不如本发明的实施例良好。因此有利地，本实施例控制发光元件的间隔和朝向，以优化器件效率和良品率，并且减小输出立体角。

为了实现这种尺寸减小，需要使用许多器件来提供器件的总光通量。例如，1×1mm的总发光LED区域可以包括100个大小均为100×100微米的器件，每个发射体在水平和竖直方向上例如间隔1mm。作为对比，使用现有技术装配方法，这种元件将需要100个分别的对准步骤，每个步骤的准确度为5微米或更低数量级，整个二维阵列区域上的总的跳动公差为5微米，以便提供足够的总体器件光输出均匀性。如果没有这样的准确度，会如图13a所示在器件的整个宽度上产生未对准，其中关于一个结构的中心的相对对准轴130不同于另一个器件对第二个结构的相对对准轴132。这种未对准将导致机械安装的困难以及整个阵列上的光学输出的差异。光学输出可提供在很多应用当中可能无法接受的非均匀照明输出。或者对于定向光学器件，总的输出光束形状或者照明轮廓可能具有不合意的光学轮廓和增大的立体角。

发明人认识到这种意想不到的结果，即通过降低LED尺寸而不是增大LED尺寸，可以显著地改善器件性能、功能性和成本。只有通过在阵列的每个元件之间实现位置和朝向的高精度对准，才能获得这种性能的提高。通过保持来自于单片发光元件阵列的LED元件(即发光元件)的间隔和朝向并且与制造到相似的公差且间隔与间隔s1基本相同的高精度光学元件阵列对准，可以以很低的成本实现这种精度对准。

可以在阵列之间而不是在个体元件之间执行对准步骤，从而可以减小过程所使用的步骤数量，因此能够降低成本。以这种方式，可以对每个阵列使用单一对准步骤。由于内吸收损失减小，微观发光器件阵列的总发射可以高于单个等效的宏观器件，从而设置这种阵列来提供更高的效率。

此外，阵列包括来自于晶片整个宽度上的多个个体元件。元件的阵列可能受到这种器件中普遍存在的良品率损失的不良影响。有利地，当每个个体LED元件产生总光通量的1％时，个体元件的失灵或误差不如宏观器件那样显著。

LED分选(LED binning)是公知的，其中每个LED的输出均被测量，并用来限定LED应被放到哪一档(bin)中。例如为每个光源设计选择亮度和颜色档。通过使用来自不同档的元件，可以提高器件的色彩均匀性，因此可以降低成本。例如，通过例如印制，蓝色发光LED可以与高精度荧光体阵列联用。在图14a中，阵列元件72、74和棱镜元件187分别涂覆有荧光体层134和136，从而发光元件进一步包括光波长转换层。例如由于单片晶片生长过程中外延层厚度的变化，每个LED元件的输出波长和强度可能会在整个晶片上变化，因此例如元件72的颜色与原件74的颜色可能会略微不同，如下面的图32所示。通过个体LED和光学元件的对准，可以对准地印制荧光体。可以在整个阵列区域上调整荧光体的成分，从而可以适当地改变颜色输出。可将器件的总的颜色输出设定为许多不同设置的平均，从而有利地，可以以低于常规分选技术的成本统计地控制颜色。有利地，不同颜色光束的输出将在远场重叠，从而用户是看不出颜色差异的。

在图14b中，可以通过对阵列的不同元件沉积不同数量的荧光体来控制照明阵列的输出。因此，对于照明阵列的行171，可以加入荧光体177以覆盖棱镜元件187中的特定深度。在行173中，可以引入较少数量的荧光体179，在行175中，可以引入更少的荧光体181。通过这种方式，行171将具有比行173、175更黄的色温，而行175具有比行171、173更蓝的色温。通过选择驱动哪一行，可以改变阵列最终输出的色温。例如，可以使用这种设置来提供气氛照明，从而光的色温可在一整天中变化以适合使用。可选地，可以在不同的发射体上使用不同的荧光体或者不同数量的相同荧光体。

一些发光元件发出的颜色可以与一些其他发光元件发出的颜色不同。在使用诸如红色LED、绿色LED和蓝色LED的分别阵列的器件中，可以减小光输出的空间和角度间隔，从而可以降低色彩非均匀性。LED可被设置成使在分开的元件之间观察到的亮度差异最小化，如图15所示。在图15a中，光源138、140、142、144位于具有光学元件阵列输出孔径145的光导向光学器件内。标出了绿色146、红色148或蓝色150发光元件中的每一个的颜色，红色元件和蓝色元件在绿色元件周围围成六边形152的颜色设置，提供六边形单位单元。在这种情况下，阵列通过来自于三个分开的晶片(用于红色、绿色和蓝色峰值发射波长)的LED元件形成，并且组合在单一衬底上。理想的是，所使用的每个颜色的元件的总数不同，以优化白平衡和器件效率。在这种情况下，来自单一晶片的LED元件可以是非均匀分布，尽管元件的相对位置和朝向从单片发光元件晶片上得以保持。图15b显示了绿色146、红色148和蓝色150元件的不同设置。在这种情况下，对于较小输出立体角，输出孔径比较宽。在图15c中，输出孔径是六边形的，以在低眩光区域中降低个体光源的可见性。

图15d显示了发光元件645的单片发光元件阵列76。如别处所描述的选择例如来自于红色发射LED晶片的阴影发光元件147来在衬底149上形成非单片发光元件阵列，如图15e所示。此外，非单片发光元件阵列151、153例如是从不同颜色的晶片上选取的，并与阵列147等间隔地或如图15f所示基本毗连地(但不是必须精确的)交错。因此，通过发光元件阵列的多个非单片阵列的组合形成发光元件的组合非单片阵列。因此，图15e和图15f显示了发光元件的交错阵列的示例。通过这种方式，多色非单片发光元件阵列可被配置为位于光学元件阵列的分开的光学元件之内或者单一光导向光学元件之内。在每种情况中，选择过程的精确本质意味著可以在整个照明阵列上实现元件之间的准确对准，同时获得轻薄和低成本的设置。单片发光元件阵列中的间隔小于非单片发光元件阵列中的间隔。两个维度中的间隔可以相同也可以不同。

当被光学元件引导时，宏观(1mm×1mm)正方形LED芯片可以产生部分正方形的照明轮廓，不提供所需的照明几何形状或方向分布。通过使用散射体可以减小该效应，但会造成效率损失。图15g显示了一个实施例，其中发光元件在整个阵列上具有不同的朝向，从而光学元件阵列可以获得被控制的方向分布，例如对称的方向分布，而不需要散射体元件，因此可以提高器件效率。为了照明，发光元件326的阵列与元件328、330的阵列交错。显示了三个不同的朝向，但可以使用更多的朝向，从而相对于发光元件阵列的朝向可以存在至少两个不同的光学元件朝向。最终的照明方向分布是来自于每个发光元件和各自的光学元件的方向分布的叠加。发光元件的不同朝向有利地获得旋转对称的方向分布。有利地，该设置可以使正方形发光元件无需散射体即可用于提供均匀照明。正方形器件在制造阶段可以有利地实现更高的材料良品率。该实施例具有更高的效率，并且提供改善的照明均匀性和方向分布。因此，一些发光元件具有与其他发光元件不同的发光孔径朝向，被设置为提供更均匀的输出光束形状。

从发光元件的朝向在整个晶片上不同的单个单片发光元件阵列可以形成图15g的设置。在非单片发光元件阵列中保持原来的朝向。这种设置可以降低来自于晶片的良品率，原因在于被旋转的元件所覆盖的区域变大，特别是如果以直线切割晶片的话更是如此。或者也可以通过交错多个阵列来形成该设置，以增加晶片良品率。发光元件在阵列中的间距可以与元件在最终的阵列中的朝向相匹配，以便能够在网格上切割正方形元件以使器件的良品率最大化。

图15h显示了包括发光元件327的阵列329、331、333、335的实施例，其中阵列是毗连的。通过多个阵列的对准(例如通过照相机和基准对准***)来装配这种阵列。有利地，这种毗连的阵列可以用相对较少的对准步骤实现在小晶片上制造的元件的大阵列的装配，因此降低了成本。这种阵列对准到很高的精度，并且可以与单一光学元件阵列组合，从而可以只使用一个对准到光学元件阵列的步骤，因此进一步降低了成本。

图15i显示了一个实施例，其中发光元件337的阵列在制造之后沿切割线339被切割。切割可以在每个贴附电子和光学元件阵列的步骤之前或之后进行。可以使用这种设置从单个大的阵列方便地形成许多阵列，从而降低了阵列成本。图15j显示了结合了不同尺寸发光元件的实施例。发光元件341的阵列与更大面积元件343的阵列以及延长的元件345的阵列组合。当与在整个阵列上具有共同的光功率的光学元件(或集中阵列)组合使用时，如图15k所示，可以方便地使用这种阵列来调节输出的方向分布。照明设备351包括类似于图15j所示的阵列。来自于元件341的方向分布引起具有立体角353(例如到峰值强度的50％强度所在处)的聚光型输出方向分布，而元件343的方向分布获得具有立体角355的更宽角大小的方向分布。元件345的方向分布获得非对称分布(未显示)。元件347和349提供了另外的方向分布。元件343、345、347、349中的每一个均来自于单片发光元件晶片上的多个发光元件，其中它们在单片发光元件晶片中的位置和朝向被保持。可以调节元件的相对输出，从而相应地改变最终的定向分布轮廓。可以使用这种阵列来获得变化范围很大的方向分布，其还可以是如下文所述的可切换的。因此在该实施例中，一些发光元件具有与其他发光元件不同形状的发光孔径，被设置为可以协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。该切换与各自的发光元件的切换工作协同。

十乘十的0.1mm×0.1mm发光元件的阵列的总发热量预期与1×1mm器件基本相同，但所产生的热量分布在现有技术器件的100倍的面积上，因此对器件的热沉的限制没那么严格。特别地，其可以用于减小器件的厚度，以使热沉具有更低的物理尺寸，并且可以以更低的成本来实现。此外，可以降低器件的外部温度以避免在意外接触之后灼伤用户的风险。

作为对比，图16a以平面图显示了尺寸为1×1mm的宏观LED 154与折反射光学元件165。LED 154和光学元件165贴附在衬底156和冷却结构158上，如图16b中的侧视图所示。或者，宏观元件154和元件165可以贴附在更大的衬底160和更小深度的冷却结构162上，如图16c和图16d所示，这不利地增加了器件面积，进而增加了尺寸和成本，同时仍然需要冷却结构。

图16e和图16f示意性地显示了对于本实施例的在阵列衬底118上与微观光学结构166组合的元件164，可以基本上减少或者如图所示消除对冷却结构162的需要，以便为了最优效率维持发光元件的低结温。有利地，微观光学元件阵列比现有技术的宏观元件薄，因此可以有利地在向前方向上实现更高的散热，这可以进一步降低热沉需求。该结构与宏观***相比有利地具有更低的成本和厚度。此外，可以降低器件的工作温度，从而如果不小心碰触到器件，也不大可能灼伤用户。可以提高从较小的二极管到衬底的传热效率。此外，在元件和热沉层之间可以承受比单个器件所能承受的更高的热阻。

图17显示了另一实施例。LED元件72、74和之前一样贴附到衬底118，在元件和衬底之间具有另外的次粘着基台(sub-mount)172、174。该实施例中的LED元件是上电极型的，其中用于电极7、9的接触垫被设置为提供到n型和p型元件层的接触。接线安装工具178设置有指176，从而施加从次粘着基台174到用于器件74的电极的接触垫的连接线180。同时，在次粘着基台172到器件72的电极9之间施加接线180。如图18所示，对从各个次粘着基台到器件72、74的电极7的接线186重复该过程。应注意，为了机械便利性，接线可以分成多组来连接。通过这种方式，LED元件72、74的位置和朝向的高精度还可以用于确定电极的结合位置，从而减少对准步骤的数量。

该实施例的另一个优点是可以降低电流拥挤的效应。在电极的边缘，必须要小心确保电流密度不超过临界值，否则器件效率会降低并且产生光热斑。当元件小于已知器件中的电极的典型间隔时，每个电极处的电流密度会减小，而整个阵列的总通量是恒定的。特别地，电流密度可以基本与电极的边长成正比。由于元件72、74非常小，每个元件需要较小的电流，可以降低电极的每单位面积的相对边长，从而可以降低作为器件面积的函数的总的电极尺寸，增加晶片的每单位面积的总输出。特别地，宏观芯片不可能采用的电极设计对于该实施例的阵列元件而言可能是可以接受的。有利地，如果元件具有间隔s1的精度，则可以降低电极和接合垫尺寸，增大发光区域的比例。

图19显示了薄膜倒装芯片选择方法的示例。在这种情况下，LED元件在安装到衬底118或次粘着基台172上之前需要被倒转，从而图2的电极7、9被向下放置到电极阵列上。发光元件188、190是以与元件72、74类似的方式制成的。在处理晶片之后，可以通过已知的激光处理和后表面粗糙化来去除蓝宝石衬底。理想的是在处理过程中倒转元件188、190。在这种情况下，可以使具有真空指的第二工具192(包括机加工管的阵列)抵靠到元件188、190，如前文所述将真空施加到指上。之后可从工具90上将真空去除，元件则被保持在翻转的朝向上。然后例如通过焊料凸点将元件安装到包括电极连接的衬底118上。然后当元件已经安装到衬底118上时，可以执行粗糙化步骤，以便提高向前光耦合效率。这种元件进一步提高器件的输出耦合，同时减小有源层与热沉层的间隔，提高热耦合效率。有利地，这种元件具有与本实施例的非单片发光元件阵列的特性组合的薄膜倒装芯片特性。

图20a显示了阵列寻址设置。例如LED的发光元件200的阵列成行设置，包括其他电极202和驱动电子器件206、207。出于例示性目的，每一行显示了四个发光元件，但其可以是任意数量。这种设置允许LED被串联驱动，并且可以作为产生光225的个别行来寻址。相邻的行中的LED的极性可以是交替的，从而可以串联连接多行；有利地这可以用于使串联LED的压降与电源相匹配。

图20b显示了另一阵列寻址设置，出于例示性目的显示了4×4阵列。该实施例的成行和成列设置的LED元件200的阵列包括其他电极202、204以及驱动电子器件206、208。个体元件的电压输入的光输出的尖锐的临界值特性意味着他们可以被复用。通过对行和列施加适当的时变控制电压，可以有利地在一段时间中对每个LED单独寻址，以便为阵列中的不同元件提供变化的光功率。因此，照明设备可以因而包括至少一个驱动电路，驱动电路被设置为控制不同于其他发光元件的至少一些发光元件的发射。至少一个驱动电路可包括被设置为独立控制每个发光元件的发射的行驱动电路和列驱动电路。这可以有利地用于提供显示型功能。

该设置可以用于优化个体元件的输出的均匀性，以便克服整个阵列中的器件特性的差异。阵列可以用于校正阵列中的不同元件的老化特性的差异。如下文所述，这种元件可以与光导向光学器件组合使用，以提供输出的斑纹化，或者用于LCD背后照明中的高分辨率动态对比效果。此外，这种元件可以用于向用户提供可调节的聚光照明功能，例如结构化照明效果。

或者，可以通过像素处的寻址电极和另外的电路来控制LED阵列，例如如图21所示。连接到晶体管213的源极信号线209和栅极线211将LED控制电压传送到电容215。然后驱动晶体管217在连接到电压221和共极223时操作LED 219发光225。图22显示了在每个像素处可以使用的另一个电路。通过锁存器231和时钟信号229来锁存控制数据227(其可以是模拟的或是数字的)。锁存器231的输出237被提供给具有电源233的放大器235，放大器235响应于数据227来驱动LED 219。有利地，图21和图22使LED 219能够在与图20a和图20b的设置相比更长的寻址周期中发射。图21有利地适合于在薄膜晶体管电极阵列中实施，而图22有利地适合于在可以提供更复杂的电路功能的晶体电极阵列中实施，例如多晶硅或晶体硅。

图23显示了安装的照明元件218的阵列，照明元件218包括安装在载体172上的非单片发光元件72、74，具有荧光体层136和半球形结构212。结构212不为LED的输出提供任何实质的光导向特性，而是用于提高从发光元件到空气中的光耦合效率。这种结构可以协同本实施例的微观光学元件阵列来使用。折射结构可以与光学阵列的光学元件以及发光元件的非单片阵列的发光元件中的至少一些对准。

图24显示了向安装的照明元件218的阵列加入折反射单片光学元件阵列220。阵列220包括光导向元件的阵列，以便与发光元件的立体角相比减小输出立体角，光导向元件固定到顶面，使输入孔径间隔s5和输出孔径间隔s8与照明元件218的LED阵列元件的间隔s1基本相同。作为对比，“管”型灯具实现光源中的闪烁，但不利地在建筑结构中使用了照明腔。本实施例从能够贴附到没有凹陷的平坦表面上的平面结构获得高闪烁和低眩光光源，因此降低了安装成本。

由于相邻元件之间的间隔大于它们的尺寸，本发明的非单片发光元件阵列和微观光学元件阵列非常适合于产生器件的定向阵列。由于在光导向阶段中需要保持光学扩展量，当立体角减小或者方向性增加时，光源的面积将会增大。对于阵列的单个光源，方向性例如可以由半亮度锥的反角宽度限定。高方向性(小输出立体角)得到具有低眩光的增大的“闪烁”照明效果，而低方向性(高输出立体角)从高角度得到具有较少的闪烁和增加的光源眩光的朗伯型照明。

因此可以由特定轴上所需要的定向输出确定发光元件72、74的最小间隔s1。有利地，与宏观光学元件相比降低了光学元件220的厚度，从而降低了材料成本。此外，这种元件具有与已知的光导向光学器件相同的总输出面积，从而对于给定方向特性获得具有总面积基本相同的阵列。

理想的是为定向光源提供均匀的外观，例如开启时的眩光或关闭时的灯结构的装饰性外观。对于诸如折反射光学阵列之类的光学元件而言，通过孔径221的照明均匀性可能很低。特别地，输出孔径可能是圆形的，而阵列可能是正方形的，从而在输出孔径之间存在间隙。但是，与已知元件相比，输出孔径221的尺寸很小，非均匀性的视觉效果得以降低。作为对比，现有技术光源在输出孔径处可能需要掩盖照明非均匀性的视觉外观的散射体。散射体会降低定向性并且造成光损失，因此是不理想的。非单片发光元件阵列和单片光学元件阵列220有利地在阵列的输出孔径处具有高定向性并且具有高度视觉均匀性，并且与已知阵列相比具有很高的输出效率，同时具有低廉的成本。

图25a显示了光导向元件的替代设置，其中在单一单片衬底内形成具有至少一个额外的机械标准特征228的光学元件阵列220。阵列220包括通过反射层119与支撑材料224隔开的透明材料222。对准特征226、228分别设置在衬底118和阵列220上，以实现两个元件的机械对准，如图25b所示。通过这种方式，可以在制造工具元件时确定两个元件的对准，而不需要分别的高精度对准元件，有利地降低了光学元件阵列对准到发光阵列的成本和复杂性。

例如如图26所示，可以方便地形成图25a的阵列220。以与非单片发光元件阵列的制造和提取过程中所使用的精度等效的高精度制作的诸如镍工具234和236之类的成型工具被对准并被填充了可固化材料238。如图26b所示，在松开工具之后，可选地在光学元件的反射部分的表面涂覆反光材料240，如必要，还可以如图26c所示增加另一支撑层242以增加结构的刚度。通过在需要处校准来控制输入孔径的间隔s5，使之与各自的非单片发光元件阵列的间隔s1基本相同。这样可以形成光学元件阵列，其中在形成光学元件的时候设置了光学元件在光学元件阵列中的相对空间位置。此外，光学元件阵列可以是光学元件的单片阵列。

图26d显示了另一单片光学元件阵列220，其中在相邻的光学元件201、203之间设置有柔性和/或透明部分168。因此该光学元件阵列是柔性的。有利地，在将光学元件直接安装到阵列220之后，这种结构可以提供器件柔性。或者，可以使用该器件来提供可切换的光束立体角，如图27中所示。

图26e显示了另一实施例，其中在可移除部分169和折反射元件201、203之间引入牺牲元件243。在每种情况下，将光学元件阵列200与非单片发光元件阵列以高精度对准，并且例如使用粘合剂将它们粘附起来。然后破坏牺牲元件243，可选地去除部分169。通过这种方式，可以获得完全柔性的光学元件阵列。因此通过形成至少一些光学元件，使其间的牺牲元件连接各自的光学元件，同时设置相对位置，并且在形成之后破坏(以及可选地去除)至少一些牺牲元件，可以至少部分地获得光学元件的阵列的柔性。此外，发光元件的非单片阵列可以是柔性的，例如使用柔性衬底118。如图37所述，有利地，可以获得柔性照明结构，其中在整个光学元件阵列中，发光元件和各自的光学元件之间以高精度对准。在发光元件的非单片阵列与光学元件阵列的对准步骤之后，光学元件阵列和/或发光元件阵列可以被弯曲，由此发光元件的非单片阵列保持与光学元件阵列对准，即使各个发光元件之间和/或各个光学元件之间的相对位置已经由于弯曲步骤而改变。有利地，通过弯曲光源，同时保持从发光元件到各自的光学元件的高效率光耦合，可以控制输出的方向性。这样获得可以适应不同结构的输出方向性轮廓。弯曲可在制造时出现，或者是用户可以例如通过手动操作来控制的。或者，可以通过机械致动器和控制***来调节照明方向性的控制，以提供动态方向性效果。

此外，可以成卷制造这种包括发光元件的阵列和光学元件的阵列的定向照明设备。此外，定向照明设备可以被切割成应用所需要的尺寸；通过这种方式，可以制造任意形状的元件，以便有利地加强美感。

在上文所述的实施例中，可以在对准到光学元件阵列之前，将LED安装在分开的衬底上。在这种情况下，LED衬底(例如118)的热膨胀应该与光学元件阵列的热膨胀相匹配。有利地，可以使用单片阵列的衬底(例如图12h的426)来提供与衬底118的热匹配。有利地，用于形成阵列220的光学表面的微观光学元件阵列的材料典型地是很薄的，因此可以通过衬底426来控制热膨胀。有利地，阵列220贴附在衬底118上提供最佳热膨胀匹配。作为对比，在宏观***中，光学元件的高厚度意味着在大量元件的阵列中，光学元件中的热膨胀作用可能支配对准特性，从而当元件收缩时，阵列变得未对准。

图27a显示了一种设置，其中发光元件的阵列直接安装在光学元件的阵列上。典型地在控制得比较好的温度和湿度条件下实现上文所述的发光元件阵列、光学元件阵列以及电极阵列的对准，以确保衬底的衬底稳定性。理想的是使用具有不同热膨胀系数的衬底118和阵列220，以减小器件成本并增加柔性和可变性能力。有利地，通过在贴附到电极阵列衬底之前将照明阵列元件72、74直接键合到光学元件阵列上，可以减少使用过程中的尺寸变化。有利地，在贴附步骤，发光元件位置相对于光学元件阵列的输入孔径固定。将发光元件72、74贴附到安装在光学元件阵列220前面的半球形结构212、213上。此外，通过照射通过折反射光学器件的准直紫外光239，可将发光元件72、74贴附到后表面上。以这种方式，紫外光只照射到所需的位置。

在键合之后，可以增加次粘着基台172以提供电接触和热接触，如图27b所示。如必要可以增加另一衬底118。或者，可以直接贴附电极阵列。电极阵列和光学元件阵列可以有利地具有一些柔性。

通过这种方式，在支撑、电极和光学元件阵列衬底的热膨胀基本不同的状况下，可以获得器件对准和光输出特性的高度均匀性。在这种情况下，在键合时可以保持来自于单片发光元件阵列的发光元件的间隔和朝向，尽管由于操作过程中的热漂移，间隔和朝向可能存在一些变化。此外，元件可以是可变形的，从而它们不在位于平面内。但是，通过该实施例获得的阵列的对准的优点仍然得以保留，提供低廉的对准成本、低廉的材料成本、高度均匀性以及低厚度。

在图27c中，用没有光功率的窗口区域205来代替折反射元件；在这种情况下，输出孔径由阵列中的其他元件的孔径来限定。可以使用这种元件来获得具有第一和第二方向分布的照明阵列。通过切换与各自的光学结构(折反射元件193或窗口区域205)对准的光源来控制两个方向分布之间的切换。在复制阶段控制折反射元件的间隔，从而光学元件的阵列保持与发光元件的阵列对准。或者，可以在阵列中使用几个不同光功率的折反射元件(其中对于给定的发光元件尺寸，输出孔径形状(在给定的方向上)是不同尺寸)，以进一步控制所得到的方向分布的范围。因此，在该实施例中，发光元件的非单片阵列的一些发光元件不与光学元件对准，被设置为可以协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。图27c显示了窗口区域形成单片光学元件220结构的一部分，因此可以结合一些折射功能来提高光提取效率(例如输出表面上的图样化衍射结构)。区域205还可以在LED和输出表面之间具有空气间隙，或者在相邻的折反射光学元件之间具有空气间隙，在这种情况下，可以结合额外的半球形结构，其被设置为高效地耦合来自于LED的光。

在图27d中，折反射光学元件195的输出孔径的尺寸以及光学结构的形状不同于元件193。结构193由于较大的输出孔径尺寸，典型地产生比结构195小的方向分布立体角。通过切换各自对准的发光元件，可以因此调节光束形状。因此在该实施例中，一些光学元件具有与其他光学元件尺寸不同的输出孔径，被设置为可以协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。

如果光学元件阵列220的输入孔径的间隔s5与发光元件218的间隔s1相同，则每个器件的输出锥的方向，即方向分布光轴方向是基本平行的。或者，孔径221的间隔s5可以略小于发光元件218的间隔s1，从而阵列的方向分布光轴方向朝向共同的受照区域或远场中的“光斑”，如图31所示。或者，如图28所示，间隔s1和间隔s5是相同的，输出可以是平行的，光学元件阵列的输出中可以结合有诸如菲涅耳透镜230之类的额外的光学功能。此外，可以可选地使用散射体元件232来柔化个别的照明轮廓的边缘。

如果通过相对于阵列220平移衬底118来相对于光学元件阵列横向平移发光元件的阵列，则会改变输出光束的指向。在这种方式中，可以通过发光元件阵列和光学元件阵列的相对位置的机械控制来控制光束的指向。

在另一实施例中，由于本发明的微观元件与现有技术宏观光学元件相比的有利的小输出孔径尺寸，可将显示设备结合到照明设备中，如图29所示。如果照明设备是朗伯的，则观察者可以直接看向可能会在视觉上不舒适的光源。如果光源400具有具有立体角444的光锥以产生代表高眩光区域的照射光斑442，则代表低眩光区域的杂散光448可以被设置到对于观察者446而言在视觉上舒适的强度。低眩光区域典型地是这样的观察角度范围：其中的光源亮度是可见的但小于最大舒适水平，例如大于每平方米10堪，优选地大于每平方米100堪；并且小于每平方米5000堪，优选地小于每平方米1000堪。

因此，如果使用强度结构450(该示例中被显示为紧急逃生方向箭头)来调节光源440的输出强度分布，则光可以提供分辨率比现有技术更高的残余显示功能。这种照明设备可以用于例如应急照明、产品安插或其他的信息目的。如果光源是彩色的而不是白光源，则输出可以是彩色图像。有利地，如果为了提供该功能而被关闭的元件的数量比较少，则输出光斑442的总强度和颜色只在照明功率方面略微降低，并且应该在名义上具有其在照明阵列的输出的远场中所具有的无图样的强度轮廓。因此，照明设备提供高眩光区域和低眩光区域，发光元件被驱动以便在低眩光区域中提供可视的显示功能。

在另一实施例中，从包括至少一个非单片发光元件阵列和光学元件阵列的定向光源阵列244形成包括照射光斑的阵列的结构化照明区域，如图30a所示。每个发光元件与各自对准的光学元件协同工作，以产生具有各自的立体角和光轴方向(其可以是峰值亮度的方向)的元件方向分布。发光元件和光学元件的对准的阵列协同工作，以产生阵列方向分布。如下文所述，元件方向分布和阵列方向分布根据应用可以是相同的或不同的。方向分布与特定距离处的表面相交而形成照射光斑，包括照射光斑246、248、250。光线245、247和249代表各个方向分布的光轴。方向分布的锥角251可以是不同的，这可以例如通过在阵列的宽度上改变发光元件的尺寸或光学元件的光功率来实现，但典型地是相同的。

通过整个阵列中的发光元件和输出孔径的相对对准或者通过如图28所示的场光学元件来控制各个方向分布的光轴方向。光学元件阵列的折反射元件可以使用非成像光学技术，以使光斑的形状与发光元件的形状具有一些相似之处，或者可以通过例如散射来改变。如果阵列的元件被设置为例如如图15g所示，则个别光斑的形状相对于彼此旋转。或者，发光元件可以是圆形的，以从照明器件提供更圆形的输出结构。在图30b中，显示了总的照射光斑252以及一些单独的光斑254、256、258、260和272。区域254-560中每一个的强度均包括来自于个体发光元件的光斑的叠加。

图30c显示了如果沿光斑平面264上的线257以相同的强度262驱动全部发光元件，输出的曲线图。在上述实施例的微观照明***中，如果单个发光元件出现故障或者具有不同的颜色输出或不同的强度输出，则对总的照明图样的改变会很小，因此有利地，分布中的整体误差是很低的。作为对比，使用少量的宏观元件的阵列很容易受到个别LED误差的影响。有利地，在本实施例中，非均匀性可以最小化。此外，可以通过例如输出强度的校准以及整个阵列中的发光元件输出的电子控制来调节个体发光元件的输出，以提供均匀的强度。有利地，放松器件的冗余公差，从而提高装配成功率并且降低成本。

图30d显示了另一实施例，其中照射光斑252被改变。例如，图30b中的复合光斑256是通过光斑266、268和270的叠加形成的，与相邻的复合光斑258相隔间隙274。通过关闭光斑270和开启光斑271，复合光斑256的位置移动到新的复合光斑272位置上。以这种方式，可以响应于施加到发光元件阵列上的电子信号来调节照明区域的输出强度轮廓。例如，在白天的某些时间当中或者对于某些操作，可能希望提供较宽范围的照明轮廓252，而在其他的时间可能希望只将光导向需要的区域，因此节约了将光导向房间的不必要的区域的能耗。此外，可以改变输出的位置以跟踪人在房间各处的运动，因此光只处于它们正在工作的地方。这种智能照明***可以在节能的同时改善照明环境的功能或氛围。

图30e显示了通过本实施例的微观照明设备实现的另一个功能。在这种情况下，可以改变光斑强度，以使例如光斑276、278和280具有随时间变化的强度。照明设备可以因此包括控制器，该控制器被设置为提供与一些其他的发光元件不同的至少一些发光元件的光输出的时间变化，从而提供时变定向照明输出。该设置可以有利地用于模拟有斑纹的照明。该设置可以有利地在照明环境中提供加强的愉悦水平。

图30f显示了一个控制***以设定光源阵列的输出。遥控单元362例如可以是手持式红外控制器，或者可以是诸如照相机之类的遥感器和相关联的图像处理设备以确定房间内的运动物体的位置。可以具体化成微处理器***的信号处理***364包括信号接收器366、照明图样计算***368和LED寻址***370。这种设置用于如上文所述引导照明阵列的光输出372。有利地，这种***可以用于节能或增加照明环境的视觉舒适度或氛围。

此外，基本上每个来自于照明设备244的光斑可以如图31所示改变光斑的色温。分立的发光元件可以从光源中的两个不同的位置或以对于无穷远处的光斑相同的角度分别向光斑284、288输出中心光线282、286。在一个实施例中，发光元件被分成三组，每一组具有不同的色温，例如从发光元件的三个不同的交错阵列分成三组。每一组的光斑轮廓基本一致，尽管在组内元件可以具有不同的光斑功能，如图30b所示。在白天可以使色温(白光光谱分布)变成更蓝的颜色，而在夜晚色温可以降低，代表更暖的颜色。照明设备可以因此产生不同的发射颜色，使用白色发射的不同的光谱分布。已知的***难以再现这种设置，因为眼睛对使用少量发光元件的光斑平面上的色温变化是非常敏感的。在该实施例中使用许多单独的光源，从而每个颜色的强度轮廓在光斑284、288上可以有利地更容易匹配，因为来自于单独的发光元件的小误差不是直接可见的。

还可以通过从非均匀的单片发光元件晶片4上选择发光元件来实现这种设置，如图32所示。这种晶片的色温例如随着径向位置296而改变。因此，发光元件290的色温会与发光元件292和294不同。可以通过用校准的输出色度调节输出来选择光斑的最终色温。当光斑重叠时，有利地，颜色随位置的变化最小化。或者，在发光元件阵列的孔径上，荧光体成分可以不同，从而整个阵列上以类似于图14b所示的方式设置有例如具有不同发射波长或厚度的三个不同的荧光体涂层。

图33a显示了另一实施例，其中通过将包括发光元件72、74、衬底118和光学元件阵列220的定向光源与光偏转棱镜298的阵列组合来形成向上的照明器(或向下的照明器)。因此棱镜元件298与光学元件的输出孔径对准以使由发光元件发射并被光学元件阵列220改变方向的光偏转。棱镜元件298在第一方向上具有间距s9，光学元件阵列220的输出孔径在第一方向上具有间距s8，在第一方向上，棱镜元件的间距s9与光学元件阵列的输出孔径的间距s9基本相同。有利地，可以使用与棱镜阵列基本相同的技术来制造本发明的微观光学元件阵列220，从而两个元件的间距可以严格匹配。

来自于光源72的光线入射到内棱镜表面300，在内棱镜表面300经历全内反射或从金属层反射，并在表面301处输出。然后将光线在射线束302中近似于平行地引向灯具的表面。有利地，这种设置可以被平装在墙壁上，并用于照射不与光学元件阵列220的输出垂直的表面，例如天花板和地板。因此，棱镜元件用于偏转光，以便提供向上的照明器(或者反过来，向下的照明器)。用户不会看到明显的来自于射线束302的光，因此使光源在向前方向上的眩光最小化。这种光源可以以低轮廓实现，具有高效率，并且只需要很小的凹进或者不需要凹进就可以方便地安装在墙壁上。

作为对比，图33b显示了不具有本实施例的微观阵列的精度的发光元件阵列和光学元件阵列可能遇到的困难。如果没有很好地控制光源间隔以及与棱镜元件的对准，则输出照明方向在光源的整个宽度上将是不同的，并且与棱镜阵列的输入孔径不匹配。当光线302和304正确输出时，光线306可以在棱镜阵列的输出刻面处发生内反射。这种光线会在结构中被吸收，或者可能会以不理想的角度出射。此外，照明轮廓的亮度会在其整个区域上变化，这会提供不理想的照明轮廓。

图34显示了如果使用弯曲衬底118，则可以构造具有改变的定向输出的更复杂的照明器件。此外，可以形成器件，例如如图35所示的支撑衬底309上的圆形发光元件308，或者如图36所示的包括电气配件、带状元件310、支撑衬底311以及区域元件312和电气配件314的灯泡型设置。这种灯泡必要时可以结合有另外的散射体，尽管这种散射体会降低效率。如上文所述，对于不能直视灯泡的情况，可以将发光元件的间隔调节到低于眼睛的分辨率临界值。在如图37所示的另一实施例中，可以由可变形材料形成衬底118，从而在制造之后可以改变器件的输出方向。以这种方式，有利地，可以通过光的阵列的机械设置来控制环境中的最佳光分布，以便实现最灵活的照明设置。可以通过薄器件实施例有利地形成这种设置。这种元件可以有利地用于提供灯具功能，但具有低轮廓。这种元件可以与其他的灯具设计组合，例如灯管或其他的反射器。有利地，通过低轮廓，这种元件可以装配到不可能装配凹进灯具或者装配凹进灯具将非常昂贵的房间。

图38显示了另一实施例的显示器背后照明。照明设备包括安装了发光元件的衬底118，设置微观光学元件阵列220以沿光线(例如318、320)引导光通过透射式显示设备316到达共同的观察区域322，以便提供光瞳隐私功能。如果观察者的眼睛处于区域322内，则可以看见显示器，而如果观察者的眼睛处于区域322之外，则无法在显示器上看到图像。这种设置有利地实现具有高度均匀性和低背后照明厚度的高效隐私显示器。有利地，这种元件还可以与诸如增亮膜、反射膜和散射体之类的层324组合使用，以提供高亮度和均匀性的背后照明，其与常规的背后照明相比，具有更高的增益水平(方向性)并且在向前方向上具有高效光耦合。可以设置多个阵列，以便按比例确定背后照明的面积。

该照明阵列可以广泛应用于多种需要高效轻薄的定向光源的器件，例如图39所示的用于照相机和手机的闪光灯。手机374具有被构成闪光灯的照明阵列378围绕的照相机镜头376。有利地，照明阵列的输出可以与捕捉镜头的捕捉角度相匹配，以便高效地引导光。元件的低厚度特别有利于移动应用，阵列可以形成到器件的表面当中，同时获得高度均匀性和方向性。

图40显示了投影照明设备的实施例，使用包括安装了发光元件和本实施例的光学元件阵列220的衬底118的照明设备。每个发光元件和光学元件向投影透镜400的入瞳引导光，以优化通过***的耦合效率。相应地，投影透镜400将光从阵列中的每个位置引导到远场中的相应位置，例如壁402。因此，投影透镜400被设置为从光学元件阵列200的至少一些输出孔径接收光，并且提供各自的输出孔径的图像402。有利地，本实施例的照明阵列与已知的光源阵列相比具有相对较高的分辨率，从而***的输出当中可以结合一些显示功能，例如用于有斑纹的照明、紧急标示、定向照明或产品***的用途。可以在光源和投影透镜之间***可选的透射式空间光调制器(未显示)，以提供增加的照射光斑分辨率，但具有更低的效率。

图41以平面图显示了一实施例，其包括用于照射例如液晶显示器的波导背后照明。用包括光源和对准的光导向元件的照明元件沿一侧照射波导408。可以调节光源的方向性，以使一些光源具有窄的发散416以将光引导到波导的远侧，而其他光源具有宽的发散414以照射光源附近的区域。通过这种方式，可以增加光源的面积和均匀性。图42显示了使用微观“蝙蝠翼式”折反射光学元件阵列490的实施例，其输出光线492所成的立体角是处于环状圈中而不是单一的向前方向。这种元件与现有技术器件相比有利地获得非常薄的结构以及更高的均匀性，因此非常适合于大面积面板的高均匀性的照明。这种结构还可以用于可寻址的背后照明，例如为了增加显示器对比度。

在上述实施例中，发光元件阵列的发光元件是LED。但不一定要如此，在其他实施例中也可以使用其他类型的发光元件，例如场致发光元件。

Claims (100)

1.一种制造照明设备的方法，该方法包括：

形成发光元件的单片阵列，每个发光元件具有小于或等于300微米的最大宽度或直径；

以保持被选择性地取下的发光元件的相对空间位置的方式从所述单片阵列选择性地取下多个发光元件；

通过以保持被选择性地取下的发光元件的相对空间位置的方式将被选择性地取下的发光元件安装在衬底上来用被选择性地取下的发光元件形成发光元件的非单片阵列；

形成整体光学体，整体光学体包括折反射光学元件的阵列，以及

将包括所述发光元件的非单片阵列的衬底与包括所述折反射光学元件的阵列的整体对准；

其中从所述单片阵列选择性地取下的多个发光元件被选择为在至少一个方向中，对于所述至少一个方向中的至少一对被选择性地取下的发光元件而言，每一对具有至少一个各自的未被选择的发光元件在单片阵列中处于所述至少一个方向中的该对被选择性地取下的发光元件之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述整体光学体的形成包括以保持所述光学元件的相对空间位置的方式将至少所述折反射光学元件贴附到光学衬底上。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述整体光学体的形成包括在光学衬底上形成至少所述折反射光学元件。

4.根据权利要求1所述的方法，其中以保持被选择性地取下的发光元件的相对空间位置的方式从所述单片阵列选择性地取下多个发光元件的步骤进一步包括以保持被选择性地取下的发光元件的相对朝向的方式地从所述单片阵列取下所述多个发光元件。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述发光元件的非单片阵列和所述光学元件的阵列被对准，使得指定的光学元件与各自的发光元件对准。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学元件使得所述光学元件阵列的与所述发光元件的非单片阵列的发光元件对准的光学元件，将所述发光元件所发出的光引导到比所述发光元件所发出的光的立体角小的立体角中。

7.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个光学元件的输出孔径的面积是与所述光学元件对准的各自的发光元件的发光孔径的面积的至少四倍。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述输出孔径的面积是各自的发光孔径的面积的至少十倍。

9.根据权利要求1所述的方法，其中至少一些光学元件是反射的。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将折射结构与光学阵列的光学元件及所述发光元件的非单片阵列的发光元件的至少一些对准。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述发光元件的非单片阵列和所述光学元件的阵列被对准，从而指定的光学元件的输入孔径与各自的发光元件对准。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述发光元件的非单片阵列和所述光学元件的阵列被对准，从而光学元件的输入孔径的区域内的特定点与各自的发光元件的区域内的特定点对准。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述输入孔径的区域内的特定点是所述输入孔径的光心。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中所述发光元件的区域内的特定点是所述发光元件的发光区域的质心。

15.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中特定点的对准是在所述发光元件的最大宽度或直径的正或负50％的公差内。

16.根据权利要求15所述的方法，其中特定点的对准是在所述发光元件的最大宽度或直径的正或负25％的公差内。

17.根据权利要求16所述的方法，其中特定点的对准是在所述发光元件的最大宽度或直径的正或负10％的公差内。

18.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述发光元件的单片阵列包括使用干涉台。

19.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述光学元件的阵列包括使用干涉台。

20.根据权利要求1所述的方法，其中每个光学元件具有最大宽度或直径小于或等于4mm的输出孔径。

21.根据权利要求20所述的方法，其中每个光学元件具有最大宽度或直径小于或等于3mm的输出孔径。

22.根据权利要求21所述的方法，其中每个光学元件具有最大宽度或直径小于或等于2mm的输出孔径。

23.根据权利要求1所述的方法，其中每个发光元件具有小于或等于200微米的最大宽度或直径。

24.根据权利要求23所述的方法，其中每个发光元件具有小于或等于100微米的最大宽度或直径。

25.根据权利要求1所述的方法，其中每个光学元件具有小于或等于5mm的最大高度。

26.根据权利要求25所述的方法，其中每个光学元件具有小于或等于3mm的最大高度。

27.根据权利要求26所述的方法，其中每个光学元件具有小于或等于1.5mm的最大高度。

28.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学元件的阵列是柔性的。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述光学元件的阵列的柔性至少部分地通过以下方式实现：形成至少一些光学元件，使其间具有连接各自的光学元件的牺牲元件，同时设置相对位置，并在形成之后破坏至少一些牺牲元件。

30.根据权利要求1所述的方法，其中所述发光元件的非单片阵列是柔性的。

31.根据权利要求28所述的方法，进一步包括在将所述发光元件的非单片阵列与所述光学元件的阵列对准的步骤之后，弯曲所述光学元件的阵列和/或所述发光元件的阵列，从而所述发光元件的非单片阵列保持与所述光学元件的阵列对准，即使各自的发光元件之间和/或各自的光学元件之间的相对位置由于弯曲步骤而改变。

32.根据权利要求1所述的方法，其中一些发光元件具有与其他发光元件不同形状的发光孔径，被设置为提供更均匀的输出光束形状。

33.根据权利要求1所述的方法，其中一些发光元件具有与其他发光元件不同朝向的发光孔径，被设置为提供更均匀的输出光束形状。

34.根据权利要求1所述的方法，其中一些发光元件具有与其他发光元件不同形状的发光孔径，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。

35.根据权利要求1所述的方法，其中一些发光元件具有与其他发光元件不同尺寸的发光孔径，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束尺寸。

36.根据权利要求1所述的方法，其中一些光学元件具有与其他光学元件不同尺寸的输出孔径，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。

37.根据权利要求1所述的方法，其中所述发光元件的非单片阵列的一些发光元件不与所述光学元件的阵列的任何光学元件对准，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。

38.根据权利要求1所述的方法，其中所述照明设备提供高眩光区域和低眩光区域，所述发光元件被驱动，以便在低眩光区域中提供可视的显示功能。

39.根据权利要求1所述的方法，其中棱镜元件与所述光学元件的输出孔径对准，以使从所述发光元件发出并被所述光学元件改变方向的光偏转。

40.根据权利要求39所述的方法，其中所述棱镜元件和所述光学元件阵列的输出孔径在第一方向上具有间距，在所述第一方向上，所述棱镜元件的间距与所述光学元件阵列的输出孔径的间距相同。

41.根据权利要求39所述的方法，其中所述棱镜元件被设置用于偏转光，从而提供向上的照明器或向下的照明器。

42.根据权利要求1所述的方法，进一步包括形成电极连接的阵列以及将所述电极连接的阵列与所述发光元件的非单片阵列对准。

43.根据权利要求1所述的方法，其中通过组合发光元件阵列的多个非单片阵列来形成发光元件的组合非单片阵列。

44.根据权利要求1所述的方法，其中使用第一单片阵列和第二单片阵列来形成所述发光元件的非单片阵列，其中所述发光元件的非单片阵列中所使用的一些发光元件是从发光元件的第一单片阵列选择性地取下的，所述发光元件的非单片阵列中所使用的一些发光元件是从发光元件的第二单片阵列选择性地取下的。

45.一种照明设备，包括：

安装在衬底上并且排列成阵列的来自于单片晶片的多个发光元件，在衬底上的多个发光元件相对于彼此的位置和朝向与该多个发光元件在被从单片晶片取下之前形成在单片晶片上时的相对于彼此的位置和朝向相同，每个发光元件具有小于或等于300微米的最大宽度或直径；以及

整体光学体，整体光学体包括排列成阵列的多个折反射光学元件；

其中包括发光元件阵列的衬底与包括折反射光学元件阵列的整体光学体对准，从而所述发光元件与所述折反射光学元件对准；

其中在至少一个方向中，对于所述至少一个方向中的多个发光元件的至少一对而言，每一对在所述单片晶片中存在至少一个各自的发光元件，其在所述单片晶片中位于所述至少一个方向中的该对发光元件之间，并且在发光元件的阵列中不位于它们之间。

46.根据权利要求45所述的设备，其中所述整体光学体的形成包括以保持所述光学元件的相对空间位置的方式将至少所述折反射光学元件贴附到光学衬底上。

47.根据权利要求45所述的设备，其中所述整体光学体的形成包括在光学衬底上形成至少所述折反射光学元件。

48.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件的阵列和所述光学元件的阵列被对准，使得指定的光学元件与各自的发光元件对准。

49.根据权利要求45所述的设备，其中所述光学元件使得所述光学元件阵列的与所述发光元件的阵列的发光元件对准的光学元件将所述发光元件所发出的光引导到比所述发光元件所发出的光的立体角小的立体角中。

50.根据权利要求45所述的设备，其中至少一个光学元件的输出孔径的面积是与所述光学元件对准的各自的发光元件的发光孔径的面积的至少四倍。

51.根据权利要求50所述的设备，其中所述输出孔径的面积是各自的发光孔径的面积的至少十倍。

52.根据权利要求45所述的设备，其中至少一些光学元件是反射的。

53.根据权利要求45所述的设备，进一步包括与光学阵列的光学元件以及所述发光元件的阵列的发光元件的至少一些对准的折射结构。

54.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件的阵列和所述光学元件的阵列被对准，从而指定的光学元件的输入孔径与各自的发光元件对准。

55.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件的阵列和所述光学元件的阵列被对准，从而光学元件的输入孔径的区域内的特定点与各自的发光元件的区域内的特定点对准。

56.根据权利要求55所述的设备，其中所述输入孔径的区域内的特定点是所述输入孔径的光心。

57.根据权利要求55所述的设备，其中所述发光元件的区域内的特定点是所述发光元件的发光区域的质心。

58.根据权利要求55所述的设备，其中特定点的对准是在所述发光元件的最大宽度或直径的正或负50％的公差内。

59.根据权利要求58所述的设备，其中特定点的对准是在所述发光元件的最大宽度或直径的正或负25％的公差内。

60.根据权利要求59所述的设备，其中特定点的对准是在所述发光元件的最大宽度或直径的正或负10％的公差内。

61.根据权利要求45所述的设备，其中形成所述单片晶片包括使用干涉台。

62.根据权利要求45所述的设备，其中形成所述光学元件的阵列包括使用干涉台。

63.根据权利要求45所述的设备，其中每个光学元件具有最大宽度或直径小于或等于4mm的输出孔径。

64.根据权利要求63所述的设备，其中每个光学元件具有最大宽度或直径小于或等于3mm的输出孔径。

65.根据权利要求64所述的设备，其中每个光学元件具有最大宽度或直径小于或等于2mm的输出孔径。

66.根据权利要求45所述的设备，其中每个发光元件具有小于或等于200微米的最大宽度或直径。

67.根据权利要求66所述的设备，其中每个发光元件具有小于或等于100微米的最大宽度或直径。

68.根据权利要求45所述的设备，其中每个光学元件具有小于或等于5mm的最大高度。

69.根据权利要求68所述的设备，其中每个光学元件具有小于或等于3mm的最大高度。

70.根据权利要求69所述的设备，其中每个光学元件具有小于或等于1.5mm的最大高度。

71.根据权利要求45所述的设备，其中所述光学元件的阵列是柔性的。

72.根据权利要求71所述的设备，其中所述光学元件的阵列的柔性至少部分地通过以下方式实现：形成至少一些光学元件，使其间具有连接分别的光学元件的牺牲元件，同时设置相对位置，并在形成之后破坏至少一些牺牲元件。

73.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件的阵列是柔性的。

74.根据权利要求71所述的设备，其中，在所述发光元件的阵列与所述光学元件的阵列对准之后，弯曲所述光学元件的阵列和/或所述发光元件的阵列，从而所述发光元件的阵列保持与所述光学元件的阵列对准，即使各自的发光元件之间和/或各自的光学元件之间的相对位置由于弯曲而改变。

75.根据权利要求45所述的设备，其中一些发光元件具有与其他发光元件不同形状的发光孔径，被设置为提供更均匀的输出光束形状。

76.根据权利要求45所述的设备，其中一些发光元件具有与其他发光元件不同朝向的发光孔径，被设置为提供更均匀的输出光束形状。

77.根据权利要求45所述的设备，其中一些发光元件具有与其他发光元件不同形状的发光孔径，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。

78.根据权利要求45所述的设备，其中一些发光元件具有与其他发光元件不同尺寸的发光孔径，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束尺寸。

79.根据权利要求45所述的设备，其中一些光学元件具有与其他光学元件不同尺寸的输出孔径，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。

80.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件的阵列的一些发光元件不与所述光学元件的阵列的任何光学元件对准，被设置为能够协同各自的发光元件的切换来提供可切换的输出光束形状。

81.根据权利要求45所述的设备，其中所述照明设备提供高眩光区域和低眩光区域，所述发光元件被设置为被驱动以便在低眩光区域中提供可视的显示功能。

82.根据权利要求45所述的设备，其中棱镜元件与所述光学元件的输出孔径对准，以使从所述发光元件发出并被所述光学元件改变方向的光偏转。

83.根据权利要求82所述的设备，其中所述棱镜元件和所述光学元件阵列的输出孔径在第一方向上具有间距，在所述第一方向上，所述棱镜元件的间距与所述光学元件阵列的输出孔径的间距相同。

84.根据权利要求82所述的设备，其中所述棱镜元件被设置为用于偏转光，从而提供向上的照明器或向下的照明器。

85.根据权利要求45所述的设备，进一步包括与所述发光元件的阵列对准的电极连接的阵列。

86.根据权利要求45所述的设备，包括其中通过组合发光元件阵列的多个阵列来形成的发光元件的组合阵列。

87.根据权利要求45所述的设备，其中使用第一单片晶片和第二单片晶片来形成所述发光元件的阵列，其中所述发光元件的阵列中所使用的一些发光元件来自于所述第一单片晶片，所述发光元件的阵列中所使用的一些发光元件来自于所述第二单片晶片。

88.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件阵列内的至少两对相邻的发光元件的间隔是相同的。

89.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件阵列内的至少两个发光元件的朝向是相同的。

90.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件关于所述发光元件的阵列的朝向存在至少两个不同的朝向。

91.根据权利要求45所述的设备，其中在至少一个方向中，所述发光元件的中心的间隔大于所述发光元件的尺寸的两倍。

92.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件进一步包括光波长转换层。

93.根据权利要求45所述的设备，其中从一些发光元件发射的颜色不同于从另一些发光元件发射的颜色。

94.根据权利要求45所述的设备，其中不同的发射颜色使用白色发射的不同光谱分布。

95.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件是无机发光二极管。

96.根据权利要求45所述的设备，其中所述发光元件是有机小分子发光二极管或有机高分子发光二极管。

97.根据权利要求45所述的设备，进一步包括至少一个驱动电路，其被设置为控制不同于其他发光元件的至少一些发光元件的发射。

98.根据权利要求97所述的设备，其中所述至少一个驱动电路包括被设置为个别控制每个发光元件的发射的行驱动电路和列驱动电路。

99.根据权利要求45所述的设备，进一步包括控制器，其被设置为提供不同于一些其他的发光元件的至少一些发光元件的光输出的时间变化，以便提供时变定向照明输出。

100.根据权利要求45所述的设备，进一步包括投影透镜，其被设置为从所述光学元件阵列的至少一些输出孔径接收光并且提供各个输出孔径的图像。