发光二极管的亮度增强方法和装置制造方法及图纸

一种具有增强的亮度的光源（图１）包括角度选择光学滤光片（１０６）和具有高反射层（１０４）的发光二极管（１００）（ＬＥＤ）。角度选择滤光片（１０６）位于发光二极管的顶表面上，从而使特定角度的光通过。根据一种实施方式，角度选择滤光片（１０６）包括指数交变的层。用反射偏振器，光源能产生具有增强的亮度的偏振光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发光二极管的亮度增强方法和装置本申请要求自2006年9月23日提交的美国临时专利申请第60/846516 号的优先权，该美国临时专利申请在这里通过引用全文并入。
技术介绍
本申请通常涉及半导体光源，包括发光二极管。在各种应用中都想要高亮度的光源。目前，在许多设备和系统中使用 的高亮度光源是传统光源，例如HID灯、激光和其它点光源。这种传统光 源中的一些光源具有各种技术限制，包括相对短的寿命、难以控制并维持 光的颜色以及相对高昂的制造成本。固态光源，尤其是发光二极管(LED)与灯和其它光源相比，能被设 计为具有较长寿命、较低能耗、更易处理的发射波长以及其它益处，并且 在广泛应用中日益取代灯和其它光源。然而，LED有许多性能需要改进， 以便LED能进一步拓宽它的应用以取代灯和其它光源。LED的最新进展 增强了在要求高亮度的照明应用中使用LED的关注。
技术实现思路
本专利技术涉及发光二极管设备，其实质上避免了由于相关技术的限制和 缺点而引起的一个或更多问题。本专利技术另外的特征和优点将在以下的描述中提出，并且根据描述部分 将变得明显，或可通过本专利技术的实践学到。本专利技术的目的和其它优点将通 过在书面描述和它的权利要求以及附图中特别指出的结构来实现和获得。为了达到这些和其它优点，且依照本专利技术的目的，如具体和广泛描述的，本专利技术提供一种发光二极管设备，包括a)具有高反射层的发光二极 管(LED)芯片；以及b)角度选择滤光片，其传播入射角小于选择角度 的光，并反射入射角大于所述选择角度的光。可在LED芯片和角度选择滤 光片之间提供空气间隙。靠近角度选择滤光片在光离开的方向上还可提供 偏振器。在另一方面，本专利技术提供一种设备，其包括发射光的发光层；传播发 射的光的衬底，发光层在村底的第一侧面上形成；反射层，其在衬底的第 一侧面上形成，以反射发射的光，发光层位于反射层和衬底之间；以及角 度选择滤光片，其在衬底的第二侧面上形成，角度选择滤光片反射入射角 大于预定义的入射角的发射的光的光射线，并传播入射角小于预定义的入 射角的发射的光的光射线。在又一方面，本专利技术提供一种设备，其包括发射光的LED芯片；反射 层，其在LED芯片的第一侧面上形成以反射发射的光；以及角度选择滤光 片，其在LED芯片的第二侧面上形成，角度选择滤光片反射入射角大于预 定义的入射角的发射的光的光射线，并传播入射角小于预定义的入射角的 发射的光的光射线。附图简述图。； 又 ；、，、、,、图2是从LED的活性发光层发射的光以及它在LED反射层和角度选 择光学滤光片的作用下的进一步传播的示意图。图3是角度选择滤光片的光谙和角度特性。图4是带有角度选择滤光片的本专利技术的替换实施方式的横截面示意图。度选择光学滤光片的作用下的进一步传播的示意图。图6是带有光学滤光片的本专利技术的替换实施方式的横截面示意图。 图7是带有光反射偏振器的本专利技术的替换实施方式的横截面示意图。图8是带有光反射偏振器和光学相位延迟器的本专利技术的替换实施方式的横截面示意图。 附图-参考数字100. 102. 104. 106. 108. 110. 112.优选实施方式详述一种用于改进LED性能的技术是使用高驱动电流来改进单个LED芯 片的性能。这种技术被LED芯片的热耗散所限制。其它用于改进LED性 能的技术包括将反射次黏着基台(submount )或布拉格光栅(Bragg-grating ) 并入LED芯片，如在例如US6,849,878 B2和US6,784,462 B2中描述的。 这些手段能限制发射光的角度范围并增加光亮度。对于某些应用，优选来自LED的偏振光。需要偏振转换机构来增强输 出亮度。 一种偏振LED光的方法是将反射偏振器放在LED上。因为LED 光在所有角度都辐射，因此在一些设计中使用反射偏振器来偏振在所有角 度的光。反射偏振器的这种使用能显著地折衷在这种LED设备的输出中的 偏振度。这种应用还描述了通过使用角度选择光学滤光片来提供发光二极管LED芯片 LED的发光层 LED的反射层 角度选择滤光片 光纤反射偏振器 四分之一波片的增强的高亮度的设备设计和技术。在一些实现中，高亮度的光源能包括带有反射层和角度选择光学滤光片的LED芯片。角度选择滤光片传播入射角小于预定义的选4奪角度(比如，对垂直于或接近地垂直于滤光片)的发 射的光，并反射入射角大于预定义的选择角度(比如，不与滤光片垂直)的光。这个选4奪角度能由滤光片的设计来确定，并能根据应用的特定要求而在比如5。到75°之间变4匕。角度选择滤光片能够位于光离开路径处，以大的入射角将发射的光反 射回到LED设备中。在LED里面的高反射层(通常接近发光活性层，有 50%或更高的反射率)将大多数的光以各种角度反射回到角度选择滤光片。 具有小入射角的光射线能通过角度选择光学滤光片并增加角度选择滤光 片的角度允许范围内的总的通量。结果，增加了亮度。这样的一个LED设 备能配置为使用发光二极管来提供低成本、高亮度的光源。当需要偏振光时，反射偏振器能靠近角度选择滤光片放置来偏振输出 光。此外，在一些应用中四分之一波片能插入在偏振器和角度选择滤光片 之间。附图说明图1显示了基于本专利技术的一个实施方式的示例性LED设备的简化示意 图。这个示例LED设备包括LED芯片衬底100 、由活性半导体介质构成 的发光层102、高反射层104和角度选择滤光片106。发光层102在LED 芯片衬底100的第一侧面上形成并夹在LED芯片衬底100和高反射层104 之间。发光层102可发射朗伯模式(Lambertian pattern)的光。在这种结 构下，在发光层102中产生的发射的光被指引传播通过LED芯片衬底100 朝向LED芯片衬底100的第二侧面。角度选择滤光片106在LED芯片衬 底100的第二侧面上形成，并设计为传播入射角小于预定义的选择角度(比 如，垂直于或接近地垂直于滤光片)的光射线，以及反射入射角大于角度 选择滤光片106的选择角度的光射线，例如不垂直于滤光片的光射线。高 反射层104可吸收一些进入的光并朝向角度选择滤光片106反射大多数以 各种角度进入的光。角度选择滤光片位于光离开路径处并应接近104。滤 光片106的选择角度由滤光片的特性决定。这个选择角度能够坤皮设计和制 造成5°到75°之间以满足不同的应用要求。图2示出图1中的LED设备的操作。从102发射的光射线是或者接近 朗伯模式，这意味着光以所有角度辐射。 一些光向前传播，其它向后朝向 104传播。入射角小于滤光片的选择角度的向前的光将传播通过106。入 射角大于选择角度的向前的光将被106反射。反射的光将到达104。大部 分的光(>50% )将被104以朗伯模式反射，并从LED发射出去。由于104 的吸收， 一些反射的光可能被吸收。再次，入射角小于选择角度的光将传 播通过106。所有其它的光将被106再次反射回104。类似地，入射角大 于选择角度的部分光被104和106转换为入射角小于选择角度的光。这个 过程不断地进行下去。因此，与没有106的情形相比，在选择角度范围内 的总的光通量将增加。结果，增强了LED的亮度。图3示出了在一个实施例中具有特定反射角度的106的光谱特性。这 里使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管设备，其包括：　ａ）发光二极管芯片，其具有高反射层；以及　ｂ）角度选择滤光片，其传播入射角小于选择角度的光，以及反射入射角大于所述选择角度的光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-9-23 60/846,5161.一种发光二极管设备，其包括a)发光二极管芯片，其具有高反射层；以及b)角度选择滤光片，其传播入射角小于选择角度的光，以及反射入射角大于所述选择角度的光。2. 如权利要求1所述的发光二极管设备，其中所述选择角度在5。到 75°之间。3. 如权利要求1所述的发光二极管设备，其中所述角度选择滤光片 位于光离开路径处并位于所述LED芯片附近。4. 如权利要求3所述的发光二极管设备，其中所述角度选择滤光片 与所述LED芯片直接接触。5. 如权利要求3所述的发光二极管设备，其进一步包括布置在所述 角度选择滤光片和所述LED芯片之间的指数匹配的材料。6. 如权利要求1所述的发光二极管设备，其中所述角度选择滤光片 由指数交变的膜的叠层制成。7. 如权利要求1所述的发光二极管设备，其进一步包括光纤，其中 所述光纤的受光角匹配所述角度选择滤光片的所述选择角度，以及其中所 述光纤连接到所述角度选择滤光片。8. 如权利要求1所述的发光二极管设备，其进一步包括光纤，其中 所述光纤的受光角等于或大于所述角度选择滤光片的所述选择角度，以及 其中所述光纤连接到所述角度选择滤光片。9. 一种发光二极管设备，其包括a) 发光二极管芯片，其具有高反射层；b) 角度选择滤光片，其传播入射角小于选择角度的光，以及反射入 射角大于选择角度的光；以及C)空气间隙，其位于所述LED芯片和所述角度选择滤光片之间。10. 如权利要求9所述的发光二极管设备，其中所述角度选择滤光片 位于光发射路径处，以及所述空气间隙厚度小于lmm。11. 如权利要求9所述的发光二极管设备，其进一步包括光纤，其中所述光纤的受光角匹配所述滤光片的所述选择角度，以及所述光纤连接到 所述角度选择滤光片。12. —种发光二极管设备，其包括a) 发光二极管芯片，其具有高反射层；b) 角度选择滤光片，其传播入射角小于选择角度的光，以及反射入 射角大于所述选择角度的光；以及c) 偏振器，其位于光离开方向上靠近所述角度选择滤光片。...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐丽，李屹，
申请(专利权)人：绎立锐光科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]