[發(fā)明專利]半導(dǎo)體顏色可調(diào)諧寬帶光源和全色微顯示器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980139766.5
• 申請(qǐng)日: 2009-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN102171847A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡凱威;許冠南;王向華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 港大科橋有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L21/304
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 朱海煜;王忠忠

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2008年10月3日提交的序列號(hào)為61/102,760的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的權(quán)益，通過對(duì)其整體引用而被結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及發(fā)光二極管(LED)器件。

背景技術(shù)

LED是光電器件，其通過再結(jié)合注入的電子和空穴輻射發(fā)光。依賴于特定光電器件中活性物質(zhì)的帶隙，LED可發(fā)射從紫外到紅外的寬范圍波長(zhǎng)的光。然而，主要關(guān)注的光波長(zhǎng)在可見光區(qū)域。在可見光譜段(典型地從～400nm(紫色)到～700nm(紅色))發(fā)光的LED對(duì)于人眼是可見的，并因此對(duì)照明用途有用。為了發(fā)射可見波長(zhǎng)的光，經(jīng)常使用的III族和V族元素(即分別在周期表中第三列和第五列中的元素)是鎵(Ga)、銦(In)和氮(N)。經(jīng)常用來自周期表中其他列的雜質(zhì)對(duì)這樣的材料進(jìn)行摻雜以賦予電活性，再通過電子從導(dǎo)電態(tài)到價(jià)態(tài)的再結(jié)合而產(chǎn)生光。

上述器件被稱作(In，Ga)N材料族。已經(jīng)采用由這種材料體系制作的LED。LED典型地包括單色光源，該單色光源發(fā)射單光譜峰值和窄線寬(例如～30nm)的光。通過改變材料系中的銦成份可使得使用(In，Ga)N材料體系制作的LED發(fā)射范圍從～380nm(近UV)到～540nm(即綠色)的單色光。具有其單色特性的LED在其中僅要求單色的、例如光指示器的應(yīng)用中是有用的。

另一方面，白光是無法利用單個(gè)LED直接產(chǎn)生的寬帶多色光。然而，如果可使得LED在許多離散的或連續(xù)的波長(zhǎng)上產(chǎn)生光，則由此得到的光譜可為多色的并且來自這樣的LED的發(fā)射可顯示為白色。這可能是有用的，因?yàn)閷?duì)于照明用途來說，白光通常是理想的。就發(fā)光效率、壽命以及光譜純度而言，作為照明光源的LED要優(yōu)于例如白熾燈和熒光管等以前的照明技術(shù)。

有兩種主要的制作寬帶LED光源的常規(guī)方法。第一種方法使用磷光體以用于顏色向下轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)上使用暴露于某些波長(zhǎng)的輻射時(shí)發(fā)光的磷光材料以用于發(fā)光二極管(LED)中的顏色轉(zhuǎn)換。器件可發(fā)射高能光子，磷光體可吸收之，然后重發(fā)射較低能量且因此為不同顏色的光子。

這種磷光體吸收較短波長(zhǎng)的光子并且重發(fā)射更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光子。對(duì)于白光發(fā)射，可使用綠色和紅色發(fā)光磷光體。應(yīng)該注意的是任何形式的顏色轉(zhuǎn)換會(huì)帶來能量損失。雖然綠色磷光體可具有高達(dá)90％的量子效率，但是紅色磷光體的量子效率典型地被限制到40％左右。這又解釋了低墻裝插頭(wall-plug)效率。

在這種顏色向下轉(zhuǎn)換方案中，可將例如發(fā)射460nm(藍(lán)色)光的InGaN?LED的較短波長(zhǎng)單色LED用作激勵(lì)光源。這種光可用于激勵(lì)發(fā)射例如綠色和紅色的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的磷光體的發(fā)光。產(chǎn)生的光由可見光譜的不同部分的成分組成，并因此被認(rèn)為是寬帶光。因?yàn)榱坠?!-- SIPO -->體粒子小(例如在納米量級(jí))并且裸眼不能分辨，如果不同顏色的比例合適，發(fā)出的光顯示為白色。這種白光產(chǎn)生的形式類似于熒光燈管采用的形式。

但是，存在與磷光體關(guān)聯(lián)的許多缺點(diǎn)，包括有限的壽命、斯托克斯波(Stokes-wave)能量損失、低可靠性和低發(fā)光效率。

另一種制作寬帶LED光源的方法是將分立的LED芯片安裝在單個(gè)封裝之上。這經(jīng)常被稱作多芯片LED，其中將發(fā)射基色光(即藍(lán)、綠和紅)的LED安裝到單個(gè)封裝之上。然而，使用這種技術(shù)無法獲得白光發(fā)射。每個(gè)LED芯片的尺寸典型地在100微米以上，而LED芯片的間隔具有相同的量級(jí)。結(jié)果顏色不均勻并因此對(duì)于裸眼呈現(xiàn)分立的顏色，除非將其放置在很遠(yuǎn)的距離，但此時(shí)LED的強(qiáng)度已極大下降。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了半導(dǎo)體顏色可調(diào)諧寬帶光源和全色微顯示器，以及制造半導(dǎo)體顏色可調(diào)諧寬帶光源和全色微顯示器的方法。

按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種光源裝置，包括：第一發(fā)光二極管，用于發(fā)射具有第一波長(zhǎng)的光，所述第一發(fā)光二極管包括成角小平面以便在朝向所述第一發(fā)光二極管頂端的方向上反射入射光；第二發(fā)光二極管，用于發(fā)射具有第二波長(zhǎng)的光，所述第二發(fā)光二極管布置在所述第一發(fā)光二極管的頂端之上，并且所述第二發(fā)光二極管包括成角小平面以便在朝向所述第二發(fā)光二極管頂端的方向上反射入射光；以及第一分布式布拉格反射器，布置在所述第一發(fā)光二極管的頂端和所述第二發(fā)光二極管底端之間以便允許來自所述第一發(fā)光二極管的光通過并且反射來自所述第二發(fā)光二極管的光。