發光二極管器件的制作方法

專利名稱：發光二極管器件的制作方法
技術領域：
本發明 涉及發光二極管。
背景技術：
發光二極管(LED)包括發光層，其布置在例如由LED芯片所形成的襯底上。發光 層，如單色光熒光層，發出如與特定波長相關聯的特定顏色的光，從而產生如紅光或綠光。 不過，發光層也可以反射照射在其表面的光，其結果是擴大了所述發射光的角度范圍。發光器件在US5813753、US5813752、EP170320 及 EP275601 中有所描述。進一 步的方案在 US2005/0243570A1, EP0922305B1, W02006/031352A2 及 US2003/0169385A1, US4882617, US5813752 及 US5813753 中有所描述。

發明內容
本發明目的在于提供一種改善了發光特性的發光二極管器件。所述目的通過獨立權利要求的特征予以實現。本發明是基于在發光層的表面上布置濾光層時發光二極管的發光特性可以改善 的發現。為了改善角度輻射特性，濾光層僅讓在相對濾光層法線的預定角度范圍內的光成 分通過。濾光層不讓預定角度范圍外的光成分通過。這些光成分可被濾光層向發光層反射。本發明涉及一種發光二極管器件，包括發光層及在發光層表面布置的濾光層。濾 光層用于接收來自發光層的光，以讓預定角度范圍內的光成分通過，而不讓預定角度范圍 外的光成分通過。根據一個實施例，預定角度范圍為相對濾光層法線的士5°的范圍，或相對濾光層 法線的士 10°的范圍，或相對濾光層法線的士 15°的范圍，或相對濾光層法線的士20°的 范圍，或相對濾光層法線的士25°的范圍。優選地，角度范圍在5° 15°之間。減少的角度范圍可例如用于具有一個或多個發光二極管和閃光燈的投影系統，路 燈，車燈或汽車內部燈，以調整所期望角度的光分布。一般來說，小角度范圍，最好是5°至 15°，有益于投影系統；照明系統則最大得益于大一些的角度范圍，最好是大于15°。對于 變焦閃光燈，則可受益于采用多個不同的干涉濾光體而得到的可變的角度范圍。根據一個實施例，濾光層布置為抑制預定角度范圍外的光成分，或將預定角度范 圍外的光成分向發光層反射。根據一個實施例，濾光層為干涉濾光體。根據一個實施例，發光層包括熒光劑，尤其是發射單色綠光的Ln2O3 = Er或 Ln2O3 = Ho (Ln =鈧，釔，釓，镥)或發射單色紅光的K2M(IV)F6:Mn，M為四價金屬離子。根據一個實施例，濾光層設置為抑制，或反射，或吸收特定的光譜成分以調整發光 二極管可發射光的光譜特性，尤其是調整色點的光譜特性。根據一個實施例，濾光層包括多個子層，其中相鄰子層的反射系數不同。根據一個實施例，濾光層包括多個子層，子層厚度介于0.2 λ和0.3 λ之間，其中λ表示期望的發射波長。根據一個實施例，濾光層被進一步整形以構成透鏡。 本發明還涉及一種顯示裝置，該顯示裝置包括本發明的發光二極管器件。本發明還涉及一種發光二極管閃光裝置，該裝置包括本發明的發光二極管器件。本發明還涉及一種發光二極管器件的制作方法，該方法制作發光層并布置在發光 層表面上的濾光層，濾光層用于接收來自發光層的光，讓預定角度范圍內的光成分通過，而 不讓預定角度范圍外的光成分通過。


本發明的進一步的實施例將參照下面的附圖予以說明，其中
圖1顯示了 一個發光二極管；圖2顯示了一個發光二極管；及圖3顯示了 Y2O3 = Er的激勵，發射和反射光譜。
具體實施例方式圖1顯示了發光二極管器件，其包括襯底層101、布置在襯底層101表面上的發光 層103、及布置在發光層103表面上的濾光層105。襯底層101，例如發光二極管芯片，可以包括更多層，如提供用于激發發光層103 的接觸層，帶隙限制層等。發光層103可以是熒光層或可以包括LUMIRAMIC片。如圖1所描述，例如形成干涉濾光體(IF)的濾光層可與發光器件結合使用或用于 基于發光二極管的系統中。干涉層105還可貢獻于增加基于發光二極管的顯示系統的亮度 及對比度，可提高如熒光轉換發光二極管的色純度，可以減輕與發白光的熒光轉換發光二 極管相關的發光二極管分檔問題(binning issue)，或可提供如發光二極管閃光燈的變焦 功能。根據一個實施例，發光層103可包括熒光粉層和/或LUMIRAMIC片。此外，干涉濾 光體也可以呈弧形，例如凸形或凹形，來處理圖2所示的透鏡功能。如圖2所示的發光二極管器件，有具有如襯底101的特性的襯底201，如發光二極 管芯片；具有如發光層103的特性的發光層203 ；和具有如圖1所示的濾光層105的特性的 濾光層205。此外，發光層的表面可以例如呈凸形或凹形，其中濾光層205的一個表面可以遵 循發光層203表面的所述形狀。干涉層205頂面也可以呈弧形，例如凸形或凹形，以構成透
^Ml O例如，發光層103和203可包括發射綠光的和/或發射紅光的發單色光的熒光劑， 其中例如在使用單色光發射劑時，光輸出增益有所增加。此外，使用發射單色光的熒光劑降 低了可能由光學系統中的光學部件引起的色差。例如在熒光轉換發光二極管的應用中，為 了提供發射單色綠光的熒光劑，例如可使用Ln2O3 = Er或Ln2O3 = Ho (Ln =鈧，釔，釓，镥)。為 了提供發射單色紅光的熒光劑，例如可使用K2M(IV)F6:Mn，M表示四價金屬離子。然而，還可 用藍原色來獲得更多的如向前方的光產出。對于寬帶發射劑而言，可能減少光增益，但光增 益可能仍然很可觀。在這種情況下，例如形成干涉濾光體的濾光層105或205可有助于獲得更飽和的色彩，如擴大色域。還可能的情況是本發明的干涉濾光體在用于顯示系統中時可以提高對比度。再參照圖1和圖2所示的濾光層105和205，反射回來照射在反光的發光層103或 203或襯底101，201上的光可被散射，從而該光的一部分可通過相應的濾光層105或205。 這樣，光離開發光二極管器件的角度可被減小，這使得能夠使用更小的光學器件和在所期 望方向的更高的光輸出。例如形成干涉濾光體的濾光層可引起在一定角度范圍之內或之外到達干涉濾光 體的光成分的多次反射，而該干涉濾光體對于由例如形成發光二極管的襯底和/或在襯底 101頂部的發光層所產生的并在不同于上述范圍的角度范圍內到達干涉濾光體的一部分光 則可以是透明的。此外，濾光層可以用來糾正例如在發射白光的發光二極管報警器中例如藍色發光 二極管的例如中心波長的小的偏差。通過抑制發光層產生的發射的一部分，從而矯正發光 二極管光的色點也是可行的。此外，本發明的方法也可以用來實現變焦閃光燈，其中干涉濾 光層可插入光路中。此外，濾光層可與LUMIRAMIC片組合使用，該LUMIRAMIC片也可包括熒光粉層。圖1或圖2所示的濾光層可以由多層組成，其中相鄰層可具有不同的反射系數。 例如，第一層可有第一反射系數，第一層之后的第二層可有更高或更低的第二反射系數，等 等，其結果是反射系數交替地減少或增加。此外，這些層可形成為不吸收光線。此外，這些 濾光層可包括SiO2和/或TiO2或可由SiO2和/或TiO2組成。不過其他材料也可使用。層 的數量可以有所不同，例如在單色光發射劑的情況下可達到20，或在寬帶發射劑的情況下 可達到一個增大的數，如40。層數也可取決于波長的不同，即取決于發光二極管芯片101或 201產生的光的激勵波長和/或由發光層103或203產生的光的發射波長的不同。這些濾 光層的光學厚度nd可以介于0.2 λ到0.3λ之間，η表示折射系數，d表示物理量度，λ表 示期望的發射光中心波長。濾光層還可單獨制作，例如通過濺射或氣相過程形成于如玻璃片或塑料片或硅片 上，該玻璃片或塑料片或硅片可施加到粉層或LUMIRAMIC片上。不過，濾光層也可直接施加 到LUMIRAMIC片。優選濾光層105或205直接接觸例如發光層103和203所形成的發光結 構。圖3顯示在波長峰值(Xpeak)為564納米及Y203:0. 8 % Er的情況下將例如 Y2O3 = Er用于濾光層時的光譜結果。尤其是，圖3顯示了關于相對強度對于以納米為單位的 波長的反射譜曲線301，發射譜303和激勵譜305。
權利要求
一種發光二極管器件，包括發光層(103)；和布置在所述發光層(103)的表面上的濾光層(105)，所述濾光層(105)用于接收來自所述發光層的光，以讓在一預定角度范圍內的光成分通過，而不讓所述預定角度范圍外的光成分通過。
2.如權利要求1所述的發光二極管器件，所述預定角度范圍為相對于所述濾光層法 線的士5°的范圍，或相對于所述濾光層法線的士 10°的范圍，或相對于所述濾光層法線 的士 15°的范圍，或相對于所述濾光層法線的士 20°的范圍，或相對于所述濾光層法線的 士25°的范圍。
3.如之前權利要求中任一項所述的發光二極管器件，所述濾光層(105)布置為如果光 成分在所述預定角度范圍之外，則抑制或吸收所述光成分，或向所述發光層(103)反射所 述光成分。
4.如之前權利要求中任一項所述的發光二極管器件，所述濾光層(105)為干涉濾光層。
5.如之前權利要求中任一項所述的發光二極管器件，所述發光層(103)包括熒光 劑，特別是發射單色綠光的Ln2O3 = Er或Ln203:HO(Ln =鈧，釔，釓，镥)或發射單色紅光的 K2M (IV) F6:Mn，M表示四價金屬離子。
6.如之前權利要求中任一項所述的發光二極管器件，其中所述濾光層(105)用于抑 制某些光譜成分以調整所述發光二極管可發射的光的光譜特性，尤其是調整色點的光譜特 性。
7.如之前權利要求中任一項所述的發光二極管器件，所述濾光層(105)包括多個子 層，其中相鄰子層的反射系數不同。
8.如之前權利要求中任一項所述的發光二極管器件，所述濾光層(105)包括多個子 層，各子層厚度介于0.2 λ和0.3 λ之間，其中λ表示期望的發射波長。
9.如之前權利要求中任一項所述的發光二極管器件，所述濾光層(105)被進一步整形 以構成透鏡。
10.一種顯示裝置，包括如權利要求1到10中任一項所述的發光二極管器件。
11.一種發光二極管閃光裝置，包括如權利要求1到10中任一項所述的發光二極管器件。
12.一種制造發光二極管器件的方法，包括 制造發光層；以及在所述發光層的表面上布置濾光層，所述濾光層用于接收來自所述發光層的光，以讓 一預定角度范圍內的光成分通過，而不讓所述預定角度范圍外的光成分通
全文摘要
本發明涉及一種發光二極管器件，其包括發光層(103)和布置在發光層(103)的表面上的濾光層(105)，濾光層(105)用于接收來自發光層的光，以讓預定角度范圍內的光成分通過，而不讓預定角度范圍外的光成分通過。
文檔編號H01L33/44GK101960621SQ200980106774
公開日2011年1月26日 申請日期2009年2月24日 優先權日2008年2月28日
發明者C·R·榮達 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司