專利名稱：邊發射led光源的制作方法
技術領域：
本發明涉及邊發射LED光源。
背景技術：
傳統的發光二極管(LED)亮度不足(即單位面積單位角度上不能產生足夠的光)，并且光通量(能流與時間之比)不足以用在許多應用中。另一方面，邊發射LED可以提供較亮的光源。例如，GaN(氮化鎵)基的邊發射LED，例如AlGaInN基或InGaN基的邊發射LED，可以提供非常明亮的藍色或綠色光束。
但是，邊發射LED本質上是線光源，因為它們發射的光束具有非常窄的細長截面形狀，因此不適用于許多應用場合。例如，投射到空間光調制器上或耦合到光纖中，這些應用要求光源發射的光束具有二維截面形狀，這不是邊發射LED能夠提供的。
發明內容
根據本發明，提供了一種邊發射LED光源和一種用于制造邊發射LED光源的方法。邊發射LED光源具有彼此緊密接近布置的多個邊發射LED，限定了邊發射LED陣列。陣列中多個邊發射LED各自單獨發射的光束一起形成一個光束，這個光束具有基本上二維的截面形狀，例如正方形或其他矩形形狀，以及更高的總光通量。邊發射LED光源可以有效地用于投射到光調制器上，耦合到光纖中以及需要光源的其他應用中。
除了上述之外，本發明還提供了多種實施例以及其他特征和優點。根據下面的說明書，參考附圖，這些特征和優點將更加明顯。
圖1是本領域已知的邊發射LED的示意圖，用于幫助對根據本發明的圖2是根據本發明一種示例性實施例的邊發射LED光源的示意性側視圖。
圖3是根據本發明又一種示例性實施例的邊發射LED光源的示意性側視圖。
圖4是根據本發明又一種示例性實施例的邊發射LED光源的示意性側視圖。
圖5是根據本發明又一種示例性實施例的邊發射LED光源的示意性側視圖。
圖6是圖示了根據本發明的一種示例性實施例的邊發射LED光源的制造方法的流程圖。
具體實施例方式
根據本發明的示例性實施例提供了一種邊發射發光二極管(LED)光源和制造邊發射LED光源的方法。
圖1是本領域已知的邊發射LED的示意圖，用于幫助對根據本發明的實施例進行說明。邊發射LED由標號100一般地指示，包括GaN(氮化鎵)基的邊發射LED，具體而言，是AlGaInN基的邊發射LED。在許多應用中，GaN基的邊發射LED比傳統的面發射LED更優越，因為它們可以提供非常明亮的藍色或綠色光束。
邊發射LED 100包括藍寶石(Al2O3)襯底102和GaN基的外延層104。如本領域技術人員所知，LED 100產生的許多光(約70％的光)被俘獲在襯底102與外延層104之間，并被導向LED的邊緣。反射器(圖1中未示出)通常設在LED 100非光發射的邊緣，將導向邊緣110的光重定向到光發射邊緣106，以使明亮的藍色或綠色光束108從光發射邊緣106發射。
兩個觸點示意性地圖示為112，它們通常設在外延層104的頂面114上，為LED提供電連接。
GaN基的邊發射LED 100發射的光束具有非常窄的細長截面形狀，例如，光束寬約500微米，厚約4微米。因此，邊發射LED 100本質上是線光源，不適合用于希望光束具有二維截面形狀如正方形或其他矩形形狀的應用場合。因此，雖然GaN基邊發射LED是明亮的光源，但是其用處由其發射的光束的形狀所限制。
圖2是根據本發明一種示例性實施例的邊發射LED光源的示意性側視圖。光源由標號200一般地指示，包括彼此緊密接近設置的多個邊發射LED，限定了邊發射LED陣列。在圖2所示根據本發明的示例性實施例中，光源200包括三個布置成上下關系的邊發射LED 202、204和206，限定了包括垂直堆疊邊發射LED的陣列210，堆疊中各LED之間彼此隔開較窄的間隙212。但是，如下面將要說明的，圖2所示陣列210僅僅意在作為示例，根據本發明的邊發射LED光源可以包括期望的任意多個邊發射LED，布置成任何期望的陣列結構。
根據本發明的一種示例性實施例，邊發射LED 202、204和206包括GaN基的邊發射LED，例如圖1所示AlGaInN基的邊發射LED。GaN基的邊發射LED在許多應用中是理想的光源，因為它們發射明亮的藍色或綠色光束。但是，應當明白，本發明不限于任何特定類型的邊發射LED或發射任何特定色彩的邊發射LED。
邊發射LED 202、204和206優選為彼此隔開約1到約50微米的距離。間隔應當足以使每個LED可以由其上的觸點(例如圖1所示的觸點112)電連接到外部電源，但是應當足夠小，以使光源200發射的光束象期望的一樣明亮(通常LED 202、204和206彼此約接近，光源200發射的光束就越明亮)。
如圖2所示，邊發射LED 202、204和206從光源200的光發射邊緣230分別發射獨立的光束232、234和236，每個光束具有邊發射LED典型的細長狹窄的截面形狀。各個光束基本上彼此平行，并隨著它們離開LED而發散。由于LED 202、204和206彼此緊密接近，各個光束將在離開LED適當的距離處混合在一起，限定單一的均勻光束240，所述光束240具有通常是二維的截面形狀例如正方形或其他矩形形狀，并且總的光通量更高。結果，邊發射LED光源200包括明亮的、基本上矩形的二維邊發射LED光源，它可以在需要或希望二維光源的應用中有效地使用。
多個間隔接近的邊發射LED可以以各種方式封裝在一起以提供光源200。例如，可以將如圖2所示的LED堆疊或者如下文將要說明的LED維陣列固定到熱沉。LED陣列也可以置于反射腔或反射罩中，以便對LED可能發射到期望方向之外的方向上的任何光進行重定向。
圖3是根據本發明的另一種示例性實施例的邊發射LED光源的示意圖。光源由標號300一般地指示，類似于圖2所示的邊發射LED光源200，它包括三個布置成上下關系的邊發射LED 302、304和306，限定了包括垂直堆疊邊發射LED的陣列310。邊發射LED光源300與邊發射LED光源200不同之處在于，與光源200中那樣在各個邊發射LED之間提供窄間隙212不同，光源300在各個邊發射LED 302、304和306之間包括觸點元件312，用于對多個LED進行電耦合。在圖3所示根據本發明的示例性實施例中，觸點312包括銀的薄層，但是如果需要，也可以使用由其他材料形成的觸點元件，例如一側具有鋁而相反側具有金的觸點元件。
觸點元件312設在各個邊發射LED 302、304和306之間，用于有效、緊湊地通過LED上的觸點將多個LED串聯地電耦合。(在圖3所示根據本發明的示例性實施例中，在LED的每一側上設置一個觸點來與銀層電接觸)。另外，在底部LED202的底面上和頂部LED 206的頂面上設置銀觸點元件312以提供到外部電源的電連接。與邊發射LED光源200的方式類似，邊發射LED光源300中的各個邊發射LED 302、304和306從光源300的光發射邊緣330發射單獨的、緊密相間的光束，這些光束具有狹窄細長的截面形狀，但是混合在一起形成單一的光束340，光束340具有通常二維的截面形狀，例如正方形或其他矩形形狀，并具有更高的總光通量。
如圖3所示，用銀形成觸點元件312具有下述好處，即觸點元件可以作為某些LED的p觸點，并作為其他LED的n觸點。另外，銀觸點元件還具有能夠有效地從LED光源300散熱、以及作為良好的反射器使之不吸收來自光源的雜散光的好處。根據本發明的示例性實施例，銀觸點元件312的厚度從約1微米到幾十微米，例如約10-20微米。通常，銀觸點元件越薄，LED 302、304和306就彼此越接近，光源300發射的光束越亮。另一方面，較厚的銀觸點元件能夠從光源除去更多的熱量。因此，當期望提高散熱能力時，采用較厚的觸點元件，當期望更亮的光源時采用較薄的觸點元件。
可以通過簡單地將LED 302、304和306設置為一個在另一個之上，并在LED之間和LED堆疊的上下方設置銀觸點元件來制造光源300。LED堆疊可以例如通過將銀觸點元件熔化到LED表面上而結合在一起。
圖4是根據本發明的另一種示例性實施例的邊發射LED光源的示意圖。光源由標號400一般地指示，類似于圖3所示的邊發射LED光源300，它包括布置成LED垂直堆疊的邊發射LED 402、404和406的陣列410。同樣與邊發射LED光源300類似，各個邊發射LED 402、404和406從光源400的光發射邊緣430發射單獨的、緊密相間的光束，這些光束具有狹窄細長的截面形狀，但是混合在一起形成單一的光束440，光束440具有通常二維的截面形狀，例如正方形或其他矩形形狀，并具有更高的總光通量。
邊發射LED光源400與邊發射LED光源300的不同之處在于光源300中的多個銀觸點312由多個隧道結412取代。具體而言，多個邊發射LED用LED的外延層中形成的隧道結412堆疊成串聯陣列。
在根據本發明的、邊發射LED402、404和406包括GaN基的邊發射LED的示例性實施例中，每個隧道結412包括p++AlGaInN層442和n++alGaInN層444。層442是p重摻雜的，例如摻有鎂，濃度在約6×1019/cm3到約1×1020/cm3之間。層444是n重摻雜的。例如摻有硅，濃度遠遠大于1×1020/cm3，例如在約2×1020/cm3到約3×1020/cm3之間。
在圖2-4所示的示例性實施例中，每個邊發射LED光源200-400包括單獨的邊發射LED的垂直堆疊形式的陣列。這樣的堆疊將提供通常是矩形截面的光束，寬度等于每個LED的寬度，高度是堆疊中LED數目的函數。例如，由三個緊密相間的邊發射LED組成的光源發射的光束具有約200-500微米寬、約0.1微米高的截面形狀，并且看上去象一個連續的光源。但是，根據本發明，邊發射LED光源可以制造為具有布置成陣列的多個邊發射LED，所達陣列具有不同的結構以便提供具有期望的二維截面形狀的光束。
圖5是根據本發明的另一種邊發射LED光源的示意圖。光源由標號500一般地指示，并包括布置成一個在另一個上方的兩個邊發射LED堆疊510和512，例如圖2-4中所示的堆疊210、310或410之一。堆疊510和520彼此緊密接近地并排設置，以提供從光源500的光發射邊緣530發射的光束540，光束540的高度相應于堆疊中的邊發射LED數目，寬度相應于兩個邊發射LED堆疊組合的寬度。
邊發射LED光源500可以用于期望光束的截面形狀與顯示器(例如CRT屏幕等)基本相同的應用中。根據本發明的邊發射LED光源通常可以構成為包括任意期望數目的獨立邊發射LED堆疊，這些堆疊并排設置或設置為其他任何結構。例如，如果需要，邊發射LED也可以設置為一個或多個水平的行。
圖6是圖示了根據本發明的一種示例性實施例的邊發射LED光源的制造方法的流程圖。該方法由標號600一般地指示，并開始于提供多個邊發射LED(步驟602)。然后將多個邊發射LED彼此緊密接近地布置以限定邊發射LED陣列，其中，陣列中的多個邊發射LED各自單獨發射的光束一起形成單一光束，這個光束具有基本上二維的截面形狀(步驟604)。
盡管所述內容組成了根據本發明的示例性實施例，但是應當明白，本發明可以在不脫離其范圍的情況下進行各種方式的改變。由于根據本發明的示例性實施例可以以多種方式改變，所以應當明白，本發明應當僅由所附權利要求所要求的范圍來限定。
權利要求
1.一種光源，包括多個邊發射LED，所述多個邊發射LED彼此緊密接近地布置以限定邊發射LED陣列，其中，所述陣列中多個邊發射LED各自單獨發射的光束一起形成單一光束，所述單一光束具有基本上二維的截面形狀。
2.根據權利要求1所述的光源，其中，所述多個邊發射LED布置成限定了至少一個邊發射LED堆疊。
3.根據權利要求2所述的光源，其中，所述至少一個邊發射LED堆疊包括并排布置的多個邊發射LED堆疊。
4.根據權利要求2所述的光源，還在所述至少一個邊發射LED堆疊中每個邊發射LED之間包括間隙。
5.根據權利要求4所述的光源，其中，所述間隙的寬度從約1微米到約50微米。
6.根據權利要求2所述的光源，還在所述至少一個邊發射LED堆疊中每個邊發射LED之間包括觸點元件，用于將所述至少一個邊發射LED堆疊中的多個LED串聯地電連接。
7.根據權利要求6所述的光源，其中，所述觸點元件包括銀觸點元件。
8.根據權利要求7所述的光源，其中，所述銀觸點元件的厚度從約1微米到約20微米。
9.根據權利要求6所述的光源，還在所述至少一個邊發射LED堆疊的相反側中每一個包括觸點元件，用于將所述光源電連接到電源。
10.根據權利要求2所述的光源，還在所述至少一個邊發射LED堆疊中每個邊發射LED之間包括隧道結。
11.根據權利要求1所述的光源，其中，所述多個邊發射LED包括多個GaN基的邊發射LED。
12.根據權利要求11所述的光源，其中，所述多個GaN基的邊發射LED包括AlGaInN和InGaN邊發射LED中至少一種的多個邊發射LED。
13.一種用于制造邊發射LED光源的方法，包括將多個邊發射LED布置成彼此緊密接近以限定邊發射LED陣列，其中，所述邊發射LED陣列中多個邊發射LED各自單獨發射的光束一起形成單一光束，所述單一光束具有基本上二維的截面形狀。
14.根據權利要求13所述的方法，其中，將多個邊發射LED布置成緊密接近以限定邊發射LED陣列包括布置所述多個邊發射LED以限定至少一個邊發射LED堆疊。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，布置所述多個邊發射LED以限定至少一個邊發射LED堆疊包括布置所述多個邊發射LED以限定并排布置的多個邊發射LED堆疊。
16.根據權利要求14所述的方法，還包括在所述至少一個邊發射LED堆疊中的各個邊發射LED之間提供間隙。
17.根據權利要求14所述的方法，還包括在所述至少一個邊發射LED堆疊中的各個邊發射LED之間提供觸點元件，用于將所述至少一個邊發射LED堆疊中的各個邊發射LED串聯地電連接。
18.根據權利要求17所述的方法，其中，在所述至少一個邊發射LED堆疊中的各個邊發射LED之間提供觸點元件用于將所述至少一個邊發射LED堆疊中的各個邊發射LED串聯地電連接包括在所述至少一個邊發射LED堆疊中的各個邊發射LED之間提供銀觸點元件，用于將所述至少一個邊發射LED堆疊中的各個邊發射LED串聯地電連接。
19.根據權利要求17所述的方法，還包括在所述至少一個邊發射LED堆疊的相反側面中每一個提供觸點元件，用于將所述光源電連接到電源。
20.根據權利要求14所述的方法，還包括在所述至少一個邊發射LED堆疊中的各個邊發射LED之間提供隧道結。
全文摘要
本發明公開了一種邊發射LED光源，以及制造邊發射LED光源的方法。邊發射LED光源具有彼此緊密接近布置的多個邊發射LED，限定了邊發射LED陣列。陣列中多個邊發射LED各自單獨發射的光束一起形成一個光束，這個光束具有基本上二維的截面形狀，例如正方形或其他矩形形狀，以及更高的總光通量。
文檔編號H05B33/12GK1909229SQ20061009959
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月1日 優先權日2005年8月4日
發明者史蒂文·D·萊斯特爾, 維金奈·M·羅賓斯, 杰弗里·N·米勒, 斯科特·W·科爾扎因 申請人:安華高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司