发光二极管组件制造技术

本发明专利技术涉及发光二极管组件（101），其包括具有上表面的发光半导体结构（104），和被布置成引导光从所述发光半导体结构（104）中离开的微光学多层结构（102），所述微光学多层结构（102）包括多个层，其中从所述半导体结构（104）的角度观察，第i+1层被顺序地布置在第i层上，其中第i层的折射率ni大于第i+1层的折射率ni+1，并且其中第i+1层的厚度大于第i层的厚度。本发明专利技术还涉及包括这样的发光二极管组件的发光二极管。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般涉及发光二极管组件，并且特别涉及包括用来改进发光二极管组件性 能的微光学多层结构的发光二极管组件。
技术介绍
基于半导体的发光二极管（LED)属于如今可得的最高效光源。LED提供较长的寿 命、较高的光子通量效力、较低的操作电压、窄带光发射和与传统光源相比在装配方面的灵 活性。 氮化镓（GaN)基的LED例如被成功地用作是固态发光应用中的高功率光源，所述 固态发光应用诸如光照、交通照明、室内/室外显示和背光电子显示。 然而，受到挑战的是，高效地耦合来自LED的光。与空气nall=l或者玻璃nglass=l. 5 相比，外延层正常情况下具有高折射率。氮化镓的折射率如在可见波长是位于 2. 3-2. 5的范围。在外延层和周围介质之间的大折射率的失配使得在外延层内生成的光的 大部分在外延层和其周围介质之间的界面处散射或者反射。只有以在与界面相关联的相对 窄的逃逸锥内的角度行进的光可以折射到周围介质中，并且逃离外延层。换言之，LED的外 量子效率是低的，这导致了LED的减低的亮度。 当提到使用LED的白光生成时，情况甚至更加复杂。白光一般不是通过定制外延 层的发射能量来生成的。替代地，来自蓝色外延层(通常氮化镓基）的光在外延层周围的黄 色磷光材料的帮助下被转换成白光。周围的磷光材料向下转换（down-convert)外延层的 蓝光的大部分，将其颜色改变成黄色。因此，LED发射蓝光和黄光两者，其组合在一起提供 白光。在另一方法中，来自紫色或者紫外线发光外延层的光通过采用多色磷光体包围外延 层而被转换成白光。 磷光体材料(其通常沉积于生长外延层的衬底上）因为在衬底和磷光体材料之间 的界面处的散射以及在例如空气/磷光体材料界面处的光的背散射而会导致附着的光损 耗。 为了改进LED的性能，因此存在一种对于在引导从外延层发射的光从LED离开方 面具有更佳高效性的需要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决或者至少减少上文讨论的问题。 特别地，按照本专利技术的第一方面，提供了发光二极管组件，所述发光二极管组件包 括具有上表面的发光二极管结构，和被布置成引导光从所述发光半导体结构离开的微光学 多层结构，所述微光学多层结构包括多个层，其中从所述半导体结构的角度观察，第i+Ι层 被顺序地布置在第i层上面，其中第i层的折射率&大于第i+Ι层的折射率η1+1。i的值选 自一组正整数，因此i可以是1、2、3、4等等。因此，本专利技术利用了局部折射率匹配技术来减 少在发光二极管组件内的陷光（lighttrapping)，从而提供改进的光引导和光输出。另一 个优点在于，例如通过使用圆顶透镜，减小了对于发光二极管组件的大体积封装的需要。这 进而又减小了发射器的体积大小以及其相关成本。 按照本专利技术的实施例，第i+Ι层的厚度大于第i层的厚度。这减小了全内反射，其 增大了光提取效率并且由此改进了光输出性能。在实施例中，第i+ι层的厚度比第i层的 厚度大10%。在实施例中，第i+Ι层的厚度相对于第i层的增大取决于第i+Ι层的折射率相 对于第i层的相对增大。 按照本专利技术的实施例，第i层的厚度^由如下给出： 其中A是多层结构的上表__枳。 足够厚的微光学层的使用减少了全内反射，并且增强了光的输出耦合。 按照本专利技术的实施例，从所述半导体结构的角度观察的、所述多层结构的第一层 具有基本上等于所述半导体结构的顶部区域的折射率的折射率。由此，因为在第一层和半 导体结构之间折射率减小的不连续性减少了后向反射，所以实现了改进的、与多层结构的 光耦合。由此减小了发光二极管组件内的陷光。在实施例中，多层结构的折射率与所述半 导体结构的顶部区域的折射率偏差了小于10%。在另一实施例中，多层结构的折射率与所述 半导体结构的顶部区域的折射率偏差了小于5%。在又一实施例中，多层结构的折射率与所 述半导体结构的顶部区域的折射率偏差了小于1%。 按照本专利技术的实施例，发光二极管组件进一步包括波长转换层。该实施例提供了 用于调整由发光二极管组件生成的光的光谱范围的装置。换言之，由半导体结构生成的第 一波长范围的直射光由波长转换层转换成第二波长范围的光。半导体结构和作为单个单元 的波长转换层进一步简化了阵列中的发光二极管的装配或者用于提供高效光照源的其他 配置。 波长转换层意味着包括能够将第一波长范围的光转换成第二波长范围的光的材 料的层。 单词直射光应该被解读为直接由半导体结构生成、而没有任何二级光学处理的 光。 按照实施例，波长转换层包括磷光体材料、量子点和/或荧光染料。在本专利技术的上 下文中，磷光体材料被定义为在发光、荧光或者磷光处理激发后表现出光发射的材料或者 物质。 按照另一实施例，磷光体材料包括多晶板，其优选地包括Ce(III)掺杂的钆铝石 榴石（Y，GdAG:Ce)。一个优点在于，YAG:Ce的多晶陶瓷板具有高度可控的光学和几何性 质，其允许发光二极管组件的改进的性能。陶瓷板具有如下这样的材料结构，即：其使得在 该材料内的散射是低的，这允许了发光二极管组件的改进的制造，并且进一步允许了高的 封装效率。 按照本专利技术的实施例，多层结构被布置在所述波长转换层上。由此，可能的是，提 供高效的装置来耦合从波长转换层离开的光。 按照本专利技术的实施例，多层结构被布置在所述波长转换层下。由此，可能的是，减 少从所述波长转换层反射回到所述发光二极管结构的光量。 按照本专利技术的另一实施例，发光二极管组件进一步包括附着的微光学多层结构， 其中所述波长转换层被布置在所述微光学多层结构和所述附着微光学多层结构的中间。由 此，可能的是，提供高效的装置来耦合从波长转换层离开的光，并且减少从所述波长转换层 反射回到所述发光半导体结构的光量。 按照另一实施例，发光二极管组件进一步包括衬底，其优选为蓝宝石衬底。优点在 于，在其上制造了发光半导体结构的衬底不必被移除。这简化了发光二极管组件的制造，其 允许进行成本高效的生产。蓝宝石衬底是低损耗透明材料，例如，在其上适合外延生长氮化 镓基的半导体结构。 按照本专利技术的实施例，发光二极管组件进一步包括侧面层，其被布置与所述半导 体结构的侧表面相邻。在设计发光二极管组件的光输出时，侧面层提供了较好的设计灵活 性。 按照另一个实施例，侧面层包括波长转换材料，其优选为磷光体材料、量子点和/ 或荧光染料。这允许了增强的侧面发射，并且由此，允许了发光二极管组件的较好的光均匀 性，其在诸如背光照明之类的光照应用中是有利的。 按照本专利技术的另一实施例，侧面层包括光反射涂层材料，其优选地包括高反射率 金属或者高漫反射率的含氟聚合物。借此，可以获取发光二极管组件的改进的光引导。 按照本专利技术的第二方面，提供了一种发光二极管（LED)，所述LED包括上文提及 的、布置在基台上的发光二极管组件。 按照本专利技术的第三方面，提供了一种多层结构，其中，所述多层结构被布置成引导 光从具有上表面的发光半导体结构中离开，所述多层结构包括多个层，其中从所述半导体 二极管的角度观察，第i+Ι层顺序地布置在第i层上面，其中第i层的折射率&大于第i+1 层的折射率n1+1。 要指出的是，本专利技术涉及在权利要求书中所记载的所有可能的特征组合。【附图说明】 现在将参考附图更详细地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管组件（101），包括：发光半导体结构（104），和微光学多层结构（102），其被布置成引导光从所述发光半导体结构（104）中离开，所述微光学多层结构（102）包括多个层，其中从所述半导体结构（104）的角度观察，第i+1层被顺序地布置在第i层上，其中第i层的折射率ni大于第i+1层的折射率ni+1，其中i的值选自一组正整数，并且其中第i+1层的厚度大于第i层的厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T洛佩斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL