CN101960621A - 发光二极管器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管器件，其包括发光层(103)和布置在发光层(103)的表面上的滤光层(105)，滤光层(105)用于接收来自发光层的光，以让预定角度范围内的光成分通过，而不让预定角度范围外的光成分通过。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管。
背景技术
发光二极管(LED)包括发光层，其布置在例如由LED芯片所形成的衬底上。发光层，如单色光荧光层，发出如与特定波长相关联的特定颜色的光，从而产生如红光或绿光。不过，发光层也可以反射照射在其表面的光，其结果是扩大了所述发射光的角度范围。
发光器件在US5813753、US5813752、EP170320及EP275601中有所描述。进一步的方案在US2005/0243570A1，EP0922305B1，WO2006/031352A2及US2003/0169385A1，US4882617，US5813752及US5813753中有所描述。
发明内容
本发明目的在于提供一种改善了发光特性的发光二极管器件。
所述目的通过独立权利要求的特征予以实现。
本发明是基于在发光层的表面上布置滤光层时发光二极管的发光特性可以改善的发现。为了改善角度辐射特性，滤光层仅让在相对滤光层法线的预定角度范围内的光成分通过。滤光层不让预定角度范围外的光成分通过。这些光成分可被滤光层向发光层反射。
本发明涉及一种发光二极管器件，包括发光层及在发光层表面布置的滤光层。滤光层用于接收来自发光层的光，以让预定角度范围内的光成分通过，而不让预定角度范围外的光成分通过。
根据一个实施例，预定角度范围为相对滤光层法线的±5°的范围，或相对滤光层法线的±10°的范围，或相对滤光层法线的±15°的范围，或相对滤光层法线的±20°的范围，或相对滤光层法线的±25°的范围。优选地，角度范围在5°～15°之间。
减少的角度范围可例如用于具有一个或多个发光二极管和闪光灯的投影系统，路灯，车灯或汽车内部灯，以调整所期望角度的光分布。一般来说，小角度范围，最好是5°至15°，有益于投影系统；照明系统则最大得益于大一些的角度范围，最好是大于15°。对于变焦闪光灯，则可受益于采用多个不同的干涉滤光体而得到的可变的角度范围。
根据一个实施例，滤光层布置为抑制预定角度范围外的光成分，或将预定角度范围外的光成分向发光层反射。
根据一个实施例，滤光层为干涉滤光体。
根据一个实施例，发光层包括荧光剂，尤其是发射单色绿光的Ln2O3:Er或Ln2O3:Ho(Ln＝钪，钇，钆，镥)或发射单色红光的K2M(IV)F6:Mn，M为四价金属离子。
根据一个实施例，滤光层设置为抑制，或反射，或吸收特定的光谱成分以调整发光二极管可发射光的光谱特性，尤其是调整色点的光谱特性。
根据一个实施例，滤光层包括多个子层，其中相邻子层的反射系数不同。
根据一个实施例，滤光层包括多个子层，子层厚度介于0.2λ和0.3λ之间，其中λ表示期望的发射波长。
根据一个实施例，滤光层被进一步整形以构成透镜。
本发明还涉及一种显示装置，该显示装置包括本发明的发光二极管器件。
本发明还涉及一种发光二极管闪光装置，该装置包括本发明的发光二极管器件。
本发明还涉及一种发光二极管器件的制作方法，该方法制作发光层并布置在发光层表面上的滤光层，滤光层用于接收来自发光层的光，让预定角度范围内的光成分通过，而不让预定角度范围外的光成分通过。
附图说明
本发明的进一步的实施例将参照下面的附图予以说明，其中：
图1显示了一个发光二极管；
图2显示了一个发光二极管；及
图3显示了Y2O3:Er的激励，发射和反射光谱。
具体实施方式
图1显示了发光二极管器件，其包括衬底层101、布置在衬底层101表面上的发光层103、及布置在发光层103表面上的滤光层105。
衬底层101，例如发光二极管芯片，可以包括更多层，如提供用于激发发光层103的接触层，带隙限制层等。发光层103可以是荧光层或可以包括LUMIRAMIC片。
如图1所描述，例如形成干涉滤光体(IF)的滤光层可与发光器件结合使用或用于基于发光二极管的系统中。干涉层105还可贡献于增加基于发光二极管的显示系统的亮度及对比度，可提高如荧光转换发光二极管的色纯度，可以减轻与发白光的荧光转换发光二极管相关的发光二极管分档问题(binning issue)，或可提供如发光二极管闪光灯的变焦功能。
根据一个实施例，发光层103可包括荧光粉层和/或LUMIRAMIC片。此外，干涉滤光体也可以呈弧形，例如凸形或凹形，来处理图2所示的透镜功能。
如图2所示的发光二极管器件，有具有如衬底101的特性的衬底201，如发光二极管芯片；具有如发光层103的特性的发光层203；和具有如图1所示的滤光层105的特性的滤光层205。
此外，发光层的表面可以例如呈凸形或凹形，其中滤光层205的一个表面可以遵循发光层203表面的所述形状。干涉层205顶面也可以呈弧形，例如凸形或凹形，以构成透镜。
例如，发光层103和203可包括发射绿光的和/或发射红光的发单色光的荧光剂，其中例如在使用单色光发射剂时，光输出增益有所增加。此外，使用发射单色光的荧光剂降低了可能由光学系统中的光学部件引起的色差。例如在荧光转换发光二极管的应用中，为了提供发射单色绿光的荧光剂，例如可使用Ln2O3:Er或Ln2O3:Ho(Ln＝钪，钇，钆，镥)。为了提供发射单色红光的荧光剂，例如可使用K2M(IV)F6:Mn，M表示四价金属离子。然而，还可用蓝原色来获得更多的如向前方的光产出。对于宽带发射剂而言，可能减少光增益，但光增益可能仍然很可观。在这种情况下，例如形成干涉滤光体的滤光层105或205可有助于获得更饱和的色彩，如扩大色域。还可能的情况是本发明的干涉滤光体在用于显示系统中时可以提高对比度。
再参照图1和图2所示的滤光层105和205，反射回来照射在反光的发光层103或203或衬底101，201上的光可被散射，从而该光的一部分可通过相应的滤光层105或205。这样，光离开发光二极管器件的角度可被减小，这使得能够使用更小的光学器件和在所期望方向的更高的光输出。
例如形成干涉滤光体的滤光层可引起在一定角度范围之内或之外到达干涉滤光体的光成分的多次反射，而该干涉滤光体对于由例如形成发光二极管的衬底和/或在衬底101顶部的发光层所产生的并在不同于上述范围的角度范围内到达干涉滤光体的一部分光则可以是透明的。
此外，滤光层可以用来纠正例如在发射白光的发光二极管报警器中例如蓝色发光二极管的例如中心波长的小的偏差。通过抑制发光层产生的发射的一部分，从而矫正发光二极管光的色点也是可行的。此外，本发明的方法也可以用来实现变焦闪光灯，其中干涉滤光层可插入光路中。
此外，滤光层可与LUMIRAMIC片组合使用，该LUMIRAMIC片也可包括荧光粉层。
图1或图2所示的滤光层可以由多层组成，其中相邻层可具有不同的反射系数。例如，第一层可有第一反射系数，第一层之后的第二层可有更高或更低的第二反射系数，等等，其结果是反射系数交替地减少或增加。此外，这些层可形成为不吸收光线。此外，这些滤光层可包括SiO2和/或TiO2或可由SiO2和/或TiO2组成。不过其他材料也可使用。层的数量可以有所不同，例如在单色光发射剂的情况下可达到20，或在宽带发射剂的情况下可达到一个增大的数，如40。层数也可取决于波长的不同，即取决于发光二极管芯片101或201产生的光的激励波长和/或由发光层103或203产生的光的发射波长的不同。这些滤光层的光学厚度nd可以介于0.2λ到0.3λ之间，n表示折射系数，d表示物理量度，λ表示期望的发射光中心波长。
滤光层还可单独制作，例如通过溅射或气相过程形成于如玻璃片或塑料片或硅片上，该玻璃片或塑料片或硅片可施加到粉层或LUMIRAMIC片上。不过，滤光层也可直接施加到LUMIRAMIC片。优选滤光层105或205直接接触例如发光层103和203所形成的发光结构。
图3显示在波长峰值(λpeak)为564纳米及Y2O3:0.8％Er的情况下将例如Y2O3:Er用于滤光层时的光谱结果。尤其是，图3显示了关于相对强度对于以纳米为单位的波长的反射谱曲线301，发射谱303和激励谱305。
Claims (12)
1.一种发光二极管器件，包括：
发光层(103)；和
布置在所述发光层(103)的表面上的滤光层(105)，所述滤光层(105)用于接收来自所述发光层的光，以让在一预定角度范围内的光成分通过，而不让所述预定角度范围外的光成分通过。
2.如权利要求1所述的发光二极管器件，所述预定角度范围为相对于所述滤光层法线的±5°的范围，或相对于所述滤光层法线的±10°的范围，或相对于所述滤光层法线的±15°的范围，或相对于所述滤光层法线的±20°的范围，或相对于所述滤光层法线的±25°的范围。
3.如之前权利要求中任一项所述的发光二极管器件，所述滤光层(105)布置为如果光成分在所述预定角度范围之外，则抑制或吸收所述光成分，或向所述发光层(103)反射所述光成分。
4.如之前权利要求中任一项所述的发光二极管器件，所述滤光层(105)为干涉滤光层。
5.如之前权利要求中任一项所述的发光二极管器件，所述发光层(103)包括荧光剂，特别是发射单色绿光的Ln2O3:Er或Ln2O3:Ho(Ln＝钪，钇，钆，镥)或发射单色红光的K2M(IV)F6:Mn，M表示四价金属离子。
6.如之前权利要求中任一项所述的发光二极管器件，其中所述滤光层(105)用于抑制某些光谱成分以调整所述发光二极管可发射的光的光谱特性，尤其是调整色点的光谱特性。
7.如之前权利要求中任一项所述的发光二极管器件，所述滤光层(105)包括多个子层，其中相邻子层的反射系数不同。
8.如之前权利要求中任一项所述的发光二极管器件，所述滤光层(105)包括多个子层，各子层厚度介于0.2λ和0.3λ之间，其中λ表示期望的发射波长。
9.如之前权利要求中任一项所述的发光二极管器件，所述滤光层(105)被进一步整形以构成透镜。
10.一种显示装置，包括如权利要求1到10中任一项所述的发光二极管器件。
11.一种发光二极管闪光装置，包括如权利要求1到10中任一项所述的发光二极管器件。
12.一种制造发光二极管器件的方法，包括：
制造发光层；以及
在所述发光层的表面上布置滤光层，所述滤光层用于接收来自所述发光层的光，以让一预定角度范围内的光成分通过，而不让所述预定角度范围外的光成分通过。
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