CN102265401A - 包括可独立电寻址区段的发光器件 - Google Patents

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Abstract

本文描述发光器件。一些实施方式涉及具有可独立电寻址的发光区段的发光二极管。该器件可被用于包括照明和普通照明的多种应用。

Description

包括可独立电寻址区段的发光器件
相关申请
本申请要求2008年9月24日提交的美国临时申请号61/099755的优先权，其整体内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明的实施方式总体上涉及发光器件，更具体地涉及具有可独立电寻址的发光区段的发光二极管。
背景技术
发光二极管(LED)可以以比白炽和/或荧光光源更高效的方式提供光。与LED关联的相对较高的功率效率产生了在多种照明应用中用LED替代常规光源的兴趣。例如，在一些示例中LED被用作交通灯和用于照亮手机键盘和显示器。
一般而言，LED由多个层形成，其中至少一些层由不同的材料形成。通常而言，为各个层选择的材料和厚度影响LED发出的光的波长。另外，可以对层的化学组成进行选择以促进将注入的电荷载流子隔离到区域(例如量子阱)中用于相对高效的光转换。一般而言，位于生长出量子阱的结一侧的层被掺杂施主原子，导致高电子浓度(这样的层通常称为n型层)，而位于相对一侧的层被掺杂受主原子，导致相对较高的空穴浓度(这样的层通常称为p型层)。
为了产生期望的光，在LED的发光表面上方布置比如荧光体的波长转换材料。该技术已被用于从单个二极管产生白光。发黄白光的LED通过用发黄光的荧光体涂覆发出波长为470nm的光(蓝光)的LED来生产。然而，得到的白光不具有大多数普通照明应用中要用到的必要色温。
当白光发光器件被用于普通照明应用时，可能期望获得高显色性白光。一般而言，显色性是指在给定照明下物体的颜色看起来自然的程度，且可以作为用于普通照明的光源的重要特性。显色性由一般显色指数(CRI)来度量。如本文中使用的一般显色指数是指描述白光光源对物体颜色呈现的效果的方法。具体地，Ra是对八个标准化颜色的平均呈现的度量，这八个标准化颜色被选择为具有中等色饱和度并分布在整个色调范围上。发光效率是光源发出的光通量(流明)与输入电功率(瓦特)的比率。色温(CT)是从白光光源发出的光的呈现。其定义某一白光可呈现出的冷暖程度。除了高显色性，还可能期望获得良好的发光效率以及表现期望的照明应用的色温。包含这些属性的白光被看作色彩平衡的白光。针对比如室内或者室外照明、办公室或者家庭照明的不同发光应用可能需要每个属性的量值不同。
发明内容
本文描述发光器件。
在一组实施方式中，提供一种发光器件。所述发光器件包括被设计为发光的发光二极管。所述发光二极管至少包括第一发光区段和第二发光区段。所述第一发光区段和所述第二发光区段被配置为可独立电寻址。所述发光区段中的至少一个包括光从中通过的波长转换材料层。
在另一组实施方式中，提供一种发光器件。所述发光器件包括被设计为发光的发光二极管。所述发光二极管至少包括第一发光区段和第二发光区段。所述第一发光区段和所述第二发光区段中的每个发光区段均具有与其关联的两个电接触部，其中，与所述第一发光区段关联的电接触部中的至少一个不同于与所述第二发光区域关联的电接触部。所述发光区段中的至少一个包括光从中通过的波长转换材料层。
在又一组实施方式中，提供一种方法。所述方法包括提供发光器件，所述发光器件包括被设计为发光的发光二极管。所述发光二极管至少包括第一发光区段和第二发光区段。所述发光区段中的至少一个包括光从中通过的波长转换材料层。所述方法还包括相对于向所述第二发光区段提供电流，单独地向所述第一发光区段提供电流。
在一些实施方式中，从所述第一发光区段发出的光的波长不同于从所述第二发光区段发出的光的波长。在一些实施方式中，从所述第一发光区段发出的光的色温不同于从所述第二发光区段发出的光的色温。
在一些实施方式中，所述发光器件包括发光二极管的阵列。所述阵列中的发光二极管可至少包括第一发光区段和第二发光区段，所述第一发光区段和所述第二发光区段被配置为可独立电寻址。
在一些实施方式中，所述发光二极管包括至少5个被配置为可独立电寻址的发光区段。在一些实施方式中，所述发光区段中的至少两个包括光从中通过的波长转换材料层。
在一些实施方式中，所述发光二极管被配置为发白光。例如，可以把从每个发光区段发出的光组合起来形成所述白光。在一些实施方式中，所述发光区段中的至少一个被配置为发光，以对所述发光二极管的发光进行色彩平衡。在一些情况下，把从每个发光区段发出的光混合起来产生单色可见光。
在一些实施方式中，发光裸片具有大于1平方毫米的发光表面。在一些实施方式中，所述第一发光区段和所述第二发光区段的区域大于约200微米。
在一些实施方式中，所述波长转换材料包括荧光材料。
在一些实施方式中，所述发光器件还包括辅助安装座(submount)，其中所述发光二极管被安装在所述辅助安装座上。
在一些实施方式中，所述发光区段中的一个或者多个不具有波长转换材料。
在一些实施方式中，所述发光二极管包括：包括红色波长转换材料层的第一发光区段；包括琥珀色或者黄绿色波长转换材料的第二发光区段；以及位置与其它发光区段中的至少一个相邻的不具有波长转换材料的第三发光区段。
在一些实施方式中，所述发光器件还包括被布置在发出的光的光路中的在至少一部分发光区域上方的极为接近的光学部件。
在一些实施方式中，所述发光器件是照明组件中的部件。
在一些实施方式中，所述发光器件是普通照明组件中的部件。
在一些实施方式中，与所述第二发光区段相比，提供不同水平的电流给所述第一发光区段。
在一些实施方式中，所述方法还包括控制提供给所述第一发光区段和所述第二发光区段的电流水平，以控制所述发光二极管发出的光的波长。
根据随后接合附图讨论的本发明的详细描述，本发明的其它方面、实施方式和特征将变得显而易见。附图是示意性的而不意在按比例绘制。在附图中，在不同附图中示出的每个相同或大致上相似的部件由单个数字或者标记来表示。
为清楚起见，不是每幅附图中的每个部件均被标记。也不是本发明的每种实施方式中的每个部件在其图示对允许本领域普通技术人员理解本发明而言并非必要之处也被示出。所有在此通过引用并入的专利申请和专利均是以其整体内容通过引用并入。在冲突的情况下，将以包括限定的本说明书为准。
附图说明
图1A至图1C是根据一种实施方式的发光二极管的视图；
图2A是根据一种实施方式的发光二极管的俯视图；
图2B是根据一种实施方式的通常的红光发光器件的响应曲线的图形表示；
图3A是根据一种实施方式的具有布置在发光器件上的不同波长转换材料的发光器件的立体图；
图3B是根据一种实施方式的具有布置在发光器件上的不同波长转换材料的发光器件的立体图；
图4是根据一种实施方式的发光器件的俯视图；
图5A是根据一种实施方式的发光器件的俯视图；
图5B是根据一种实施方式的图5A的图案中的一个具有断开的导电指的区段的俯视图；
图6是根据一种实施方式的发光器件的俯视图；
图7A至图7C是根据不同实施方式的具有极为接近的光学部件的发光器件的截面图；
图8是根据一种实施方式的发光二极管的立体图；以及
图9是示出根据一种实施方式的发光二极管的阵列的视图。
具体实施方式
图1A至图1C示出包括发光裸片120的发光器件。发光裸片120可以是发光二极管(LED)裸片或者激光二极管裸片。发光裸片120可包括半导体层33、34和35。层34可以是可包括一个或者多个量子阱的光产生区域(也被称为有源区域)。半导体层33可以是第一导电类型(例如n型或者p型)的半导体，而半导体层32可以是第二导电类型(例如p型或者n型)的半导体，从而形成p-n结，在该p-n结中光产生区域可被布置在n型区域和p型区域之间。半导体层33可被附接到可以是电接触部的层32。层32还可以被用作反射层(例如金属层堆叠、电介质或者半导体多层反射镜)和/或支撑辅助安装座层(例如一个或者多个金属层，比如铜或铜钨辅助安装座)。层32可以与半导体层33接触。被布置在半导体层33下方的辅助安装座和/或任何反射层可以是导电的，从而为与半导体层33的电接触做准备。
发光裸片120包括第一发光区段37a和第二电子区段37b。每个发光区段具有在每个区段的各自表面上形成的电接触部40a、40b。接触部40a和40b互相发光。接触部40a、40b和接触部32用于如下文所述地向发光区段提供电力以产生光。这种接触部排布使得能够独立地向发光区段37a、37b提供电流。即，能够相对于向发光区段37b提供电流，单独地向发光区段37a提供电流。由此，发光区段被称为可独立电寻址。在这些实施方式中，可为不同的发光区段提供不同水平的电流。这使得从每个区段能够发出不同的光(例如具有不同波长的光)。光通过发光表面38发出。
在图示实施方式中，接触部32用作第一区段37a和第二区段37b共同的背部接触部，不过应理解可以为第一区段和第二区段提供单独的背部接触部。
应理解，裸片可以包括额外发光区段，该区段可以通过具有至少一个独有的电接触部而可独立电寻址。
在该图示实施方式中，发光器件包括单个发光裸片(例如发光二极管)。然而，应理解其它实施方式可以包括例如被布置成阵列的多于一个的发光二极管。
区段37a、37b可以具有任何合适的尺度。在一些情况下，区段的区域大于200微米(例如介于200微米到1000微米之间)；在一些情况下，区段的区域大于500微米(例如介于200微米到1000微米之间)。在一些情况下，区段的区域可以大致相等，不过在其它情况下，区段的区域可以不同。
可以通过例如使用研磨、蚀刻和/或激光剥离处理将半导体层转印到支撑辅助安装座上来形成发光裸片120。激光剥离处理在例如美国专利号6420242和6071795中公开，其整体内容通过引用合并于此。应理解，由于本文的实施方式不受这方面的限制，因此其它形成发光裸片120的方法也是可行的。
在一些实施方式中，发光裸片可以是发光面积大于或者等于约1mm2的大面积裸片。在一些实施方式中，发光裸片的发光面积可以大于3mm2。在一些实施方式中，发光裸片的发光面积可以大于或者等于5mm2。在一些实施方式中，发光裸片的发光面积可以大于10mm2。大面积的发光裸片可以方便将这种裸片封装为被芯片尺寸封装的发光器件(比如本文中描述的封装发光器件)。可以通过存在一个或者多个光提取部件而方便对来自大面积发光裸片的光的提取。在一些实施方式中，这一个或者多个光提取部件包括粗糙表面(例如粗糙的发光表面)。在一些实施方式中，这一个或者多个光提取部件包括如下文更详细描述的有图案的表面(例如有图案的发光表面)。
在图示实施方式中，波长转换材料层43a被形成在区段37a的表面上，而波长转换材料层43b被形成在区段37b的表面上。在每个区段37a、37b内产生的光通过各自的波长转换材料层43a、43b。尽管在该实施方式中，发光区段被示出为包括波长转换材料层，但应理解在其它实施方式中，发光区段中的一个或者多个可以不具有波长转换材料层。即，发光区段中的一个或者多个可以不包括波长转换材料层，从而可以发出未进行波长转换的光。
波长转换材料层可以包括一个或者多个荧光体和/或量子点。在一些实施方式中，荧光体较为优选。合适的波长转换材料和荧光体已在共同所有的美国专利号7196354中描述，其整体内容通过引用合并于此。波长转换材料层可以吸收LED的光产生区域发出的光，并发出波长与所吸收的光的波长不同的光。以此方式，LED可以发出具有从不包括波长转换材料层的LED可能无法轻易获得的波长(从而颜色)的光。在一些实施方式中，可在发光器件的发光表面(例如表面38)上方(或者直接在其上)布置一个或者多个波长转换材料层。
在一些优选实施方式中，波长转换材料可以将紫外或者近紫外光转换为可见光谱中的光。波长转换材料可以将光从较短波长(较高能量)降频转换为较长波长(较弱能量)。荧光体是通常的波长转换材料的示例，其可以采取荧光粒子的形式。量子点也可用作波长转换材料。在一些优选实施方式中，波长转换材料是荧光材料。在其它优选实施方式中，可使用荧光体的组合以建立具有期望波长的可见光发射。
在一些实施方式中，荧光材料可以以粒子形式存在。波长转换材料层可以通过多种方法来形成。可以采用比如印制、模制(例如注塑)、旋涂、喷镀、丝网印刷(stenciling)、旋涂玻璃、电铸、注塑和薄膜沉积和/或压花的方法。例如，印制处理(例如喷射印制处理)可被用来产生密度在空间上不同的波长转换材料。印制机剂盒(cartridge)可以包括含有波长转换材料(例如荧光体和/或量子点)的溶液。这样，可通过在不同位置把印刷步骤执行得比较久来产生不同厚度的波长转换材料层。替选地或额外地，可以以在空间上不同的最近相邻距离印制小尺寸(例如小于500微米、小于200微米、小于100微米)的小部件(例如点、条纹)。在其它实施方式中，波长转换材料可被包括在模制材料(例如比如PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)或者亚克力的聚合物)中，以便在模制部件(比如模制光导)的不同位置具有不同密度。可在第二材料(例如密封剂或者胶粘剂，比如环氧树脂)中分布粒子，以形成复合结构或者板。
在一种实施方式中，波长转换材料可以是多晶或者单晶的荧光材料。晶体波长转换材料层可通过比如晶片接合、烧结和胶合的各种技术来附接到发光器件的表面。在一种实施方式中，晶体层可通过接合层(未示出)来附接到发光表面38。在另一实施方式中，晶体波长转换材料层可以通过如下方式来形成：在室温下使用高压的同时把荧光材料与另一较软的材料(比如盐)压制在一起以形成层。热量和压力可被用来形成陶瓷形式的晶体波长转换材料层。
在一些实施方式中，不同厚度的波长转换材料可以被施加于晶片的顶表面上以实现发出的光的期望色点(color point)。在其它实施方式中，波长转换材料可被根据图案沉积在晶片的顶表面上，其中图案以环形、同心褶皱、正方形、矩形或者可想象到的任意形状的形式。图案可被预先确定。
在另一实施方式中，发光器件可以包括与波长转换区域接触的导热区域。导热区域可以包括单个材料层、多个材料层或者层的一部分。导热区域能够帮助从波长转换区域提取热量，这能够允许所产生的光在更高功率和/或更高亮度下的操作。因为温度影响主波长和发光器件强度，所以热量管理也是相当有益的。高温度可以改变主波长，从而改变发光器件输出的颜色。另外，随着时间的推移，高温度可能导致发光器件劣化，从而降低器件的总寿命。
在一些实施方式中，不同的发光区段可以产生不同波长的光。不同波长混合起来以产生单色可见光。发光区段被以不同水平的电流供电。通过控制单独的发光区段的不同水平的电流，发光器件可以被调整至大色域上的多种颜色。光产生区域具有有图案的表面，该表面行使帮助由发光器件产生的光离开光产生区域的介电功能。
通过对发光区域的隔离区段进行独立寻址，在单个封装中单个二极管可以起到多个二极管的作用。每个区段可以被配置为发出不同颜色的光，这些光被混合起来以产生从发光二极管发出的单色光。在一种实施方式中，单独的区段可被以不同水平的电流单独地供电。通过对不同区段独立供电从而控制这些区段产生的光的波长和强度，发光器件可以被调整至大色域上的多种颜色。
发光器件的主波长随正向电流而变化。图2B示出通常的红光发光器件的响应曲线。如图中可见，在正向电流和主波长之间存在正相关。通过逐渐增大到单独区段的正向电流，能够达到针对每个区段的理想主波长，其导致针对发光器件的理想色点。随着时间的推移，主波长还由于温度和热量而导致变化，从而改变发光器件输出的光。可通过将发光器件调整至其首次安装时所包含的主波长来取消这些效果。
在一种实施方式中，上述“单独”可以通过建立到同一辅助安装座层上的多个隔离区段中的每一个的单独电连接来实现。在一种实施方式中，区段可以通过在二极管被形成为期望数量的区段之后对二极管材料的多堆叠进行分割(splitting)来隔离开。
图2A示出包括被形成于发光表面38上的3个发光区段210、206和208的发光器件的俯视图。每个区段由电连接204的单独组合独立地寻址。每个区段可以被以不同水平的正向电流来驱动。例如，正向电流水平可以介于0安培(A或者amp)到35A之间。在一种实施方式中，发光器件发出在介于约400nm到约450nm之间的范围内的电磁光谱中的蓝、近紫外区域中的光。
图2A还示出被布置在三个区段210、206和208上方的三个不同的波长转换材料层。例如，区段210可以包括红色波长转换材料；区段206可以包括选自蓝色和青色荧光体当中的波长转换材料；以及区段208可以包括选自琥珀色和黄绿色荧光体当中的波长转换材料。或者，区段206可以不具有波长转换材料，从而直接从发光表面38发光。
图3A是根据一种实施方式的在3个区段上布置不同的波长转换材料的发光器件的立体图。从发光区段210、206和208发出的光被布置在隔离的区段210、206和208上的波长转换材料转换。每个区段分别产生波长不同的光300a、300b和300c。新的经转换后的光300a、300b和300c可以混合在一起以产生单色可见光。于是，给每个区段的正向电流可被相应地增大或者减小，以产生期望的色点。
或者，如图3B中所示，一个或者多个发光区段可以不具有波长转换材料。具体而言，分别从区段210和208发出的经转换后的光300a和300c可以与来自区段206的未经转换的光300b混合起来以产生单色可见光302。
上述波长转换发光区段的两种配置中任意一种均可被用来产生白光。在一种实施方式中，可以通过略微增大或者减小给发光器件的正向电流的量来对白光进行调整。在另一实施方式中，可以通过改变沉积在发光区段上的波长转换材料的选择和厚度来对白光进行调整。
图4图示根据一种实施方式的具有7个可独立寻址的发光区段的发光器件的俯视图。这7个可独立寻址的发光区段被制造发光二极管上。在一种实施方式中，区段208、206和210中的每个包含3种波长转换材料之一。或者，一个或者多个区段不具有波长转换材料。这样，这3种波长转换材料以交替形式重复。在另一实施方式中，7个区段中的每个均用不同的波长转换材料来沉积。7个区段中的每个均发出经波长转换后的光，其与来自其它区段的经波长转换后的光混合在一起产生单色可见光。大量的可独立寻址的隔离区段可产生具有显色指数较高和发光功效良好的较平衡的白光。
在一种实施方式中，取代通过电连接204对隔离区段进行寻址，可以在发光表面38上形成隔离的结合垫(bond pad)。这些结合垫可以通过包括直接在发光表面上镀覆铜结合垫的多种方法来形成。
图5A图示根据一种实施方式的把可独立寻址的发光区段排布成图案的图2A的表面发光区域的俯视图。24个可独立寻址的发光区段被制造在发光二极管的发光表面上。在一种实施方式中，中24个区段中的每个包含3种波长转换材料之一。这样，这3个波长转换材料以交替形式重复。24个区段中的每个均发出经波长转换材料转换后的光。经转换后的光可以与来自其它区段的经转换后的光混合在一起产生单色可见光。分配给每个区段的区域可以大于约200微米(例如大于约300微米、大于约400微米或者大于约500微米)。应注意，本发明不限于所具有的波长转换材料的图案或者数量。能产生具有期望色点的单色光的任何图案的波长转换材料和区段均可被使用。在另一实施方式中，24个可独立寻址的发光区段中的每个区段可以属于由多个隔离区段组成的分区218。这些分区中的每个均可以是可独立寻址的。
图5B图示根据一种实施方式的具有断开的导电指的图5A的图案的一个区段的俯视图。图5B示出24个区段中的每个如何能够独立寻址。在一种实施方式中，导电指216可以从隔离的接触垫212起沿着表面38延伸，从而允许电流注入到发光器件的每个区段。导电指可以被间隔开，从而在不同区段之间产生电短路的可能性更小。导电指可被间隔开大于100um(例如大于200um、大于300um)的距离。
图6图示根据一种实施方式的具有5个可独立寻址的发光区段的发光器件的俯视图。这5个可独立寻址的发光区段被形成于发光器件的发光表面上。区段210、206和208可以用波长转换材料来沉积并被配置为产生白光。区段216还可以包含波长转换材料并被分配对白光进行色彩平衡。在一种实施方式中，被分配产生白光的发光二极管的区段所覆盖的发光二极管的面积比被分配进行色彩平衡的区段的面积更大。在另一实施方式中，被分配产生白光或者进行色彩平衡的一个或者多个区段可以不具有荧光体。在另一实施方式中，被分配产生白光的区段可以形成分区218。不对分区中的区段独立寻址，而是分区218可以是可电寻址的。
应理解，发光器件可以具有多个其它配置。例如，可包括任意合适数量的可独立电寻址的发光区段。取决于期望的发光，任意数量的这些区段可以包括或者不包括波长转换材料层。
在一组实施方式中，发光裸片120可以被密封部封装。密封部可以填充发光表面和发光器件的封装层108的最顶部部件之间的区域。在一种实施方式中，密封部可以由透明材料组成，但是可以不包含任何光学部件并且可以仅仅用作保护层。在另一实施方式中，密封部可以包括极为接近的光学部件。该极为接近的光学部件可以形成光学技术领域技术人员已知的多种结构。光学部件可以是正方形或者矩形、圆形的，对称或者不对称的，规则或者不规则的。
图7A示出可调发光器件，其结合了作为极为接近的光学部件的扁平矩形窗口。在该实施方式中，密封部140可以用作极为接近的光学部件，其光耦合到发光表面。光学部件140可以包括密封二极管的透明壳。在一种实施方式中，透明壳在壳外部具有刚性材料并且可选地在内部具有光学透射材料。该光学透射材料可以是至少部分透明的并优选地具有相对高的折射率。适用于该光学部件的材料可以包括无机材料，比如高指数玻璃和陶瓷。图7A示出形成与封装层106的最顶部部件在同一水平的扁平矩形窗口的光学部件140。图7B示出形成完全地密封二极管的类似穹顶形状的光学部件的另一实施方式。
在一些实施方式中，指数匹配层(例如具有与光学部件类似的折射率)被布置在发光二极管的发光表面上。在一些实施方式中，光学部件的绝大部分的折射率小于约1.4。在一些实施方式中，指数匹配层可以被用来填充发光表面和光学部件之间的缝隙。图7B示出位于发光裸片120的发光表面和光学部件140之间的指数匹配层142。
在其它实施方式中，指数匹配层还可以是粘合材料以将光学部件附接到发光二极管。指数匹配层可被使用本领域已知的方法来注入、吸入或者插入部分闭合的腔，接着使用环氧树脂将其密封，或者在指数匹配材料自身来密封腔的情况下使其硬化。
各种粘合材料可以包括环氧树脂、胶水、基于硅的粘合剂和本领域技术人员已知的其它将材料附接到一起的常用胶合材料。这些材料可以由相同物质或者不同物质制成，其影响对合适的粘合材料的选择。这些粘合材料中的一些具有不同的硬化方法。例如，热硬化环氧树脂可能要求被加热到150摄氏度且保持一定时间段以完全硬化。其它粘合剂可以随时间硬化，而使用其它粘合剂的硬化处理可以通过施加紫外(UV)光来加速。
这些胶合材料可以具有针对光学界面之间的折射率匹配的理想属性。LED的发光表面的折射率将与空气或者玻璃的不同。通过添加折射率匹配材料，能够减小光学表面的入射角，从而在界面处被内反射的光更少而使得通过界面的光更多。
在一些实施方式中，极为接近的光学部件包括一个或者多个光提取部件。光提取部件可以透射、漫射、均匀化、散射和/或发射透过该光提取部件的光中的一些或者全部。在其它实施方式中，光学部件包括光均匀化区域，其使得发光器件输出的光基本上均匀地分布。图7C示出具有光均匀化区域144的光学部件。该均匀化区域被形成在指数匹配层142和光学部件140之间。指数匹配层142的指数可以与光均匀化区域和光学部件这两者均匹配。
以上描述的发光器件可被集成到遥控所产生的单色可见光的颜色的系统中。通过监视系统的整体输出颜色并且对单独区段相应地供电，颜色控制可以动态地或者以闭环来实现。或者，颜色控制可以通过用户或者机器控制手动地或者以开环来实现。
图8图示根据一种实施方式的可以是发光裸片的区段的一个示例的发光二极管(LED)的区段。应理解，本文给出的各个实施方式还可以应用于其它发光裸片，比如激光二极管裸片和具有不同结构的LED裸片(比如有机LED，也被称为OLED(有机发光二极管))。图8中所示的LED裸片120包括可被布置在支撑结构(未示出)上的多层堆叠31。多层堆叠31可以包括形成在n型掺杂层35和p型掺杂层33之间的有源区域34。堆叠还可以包括可以用作p型侧接触部的导电层32，其还可以用作光学反射层。n型侧的接触垫36可以被布置在层35上。导电指(未示出)可以从接触垫36起沿着表面38延伸，从而允许统一的电流注入到LED结构。应理解，LED的其它区段可以包括如上所述的单独接触部。
应理解，LED不限于图8中所示的配置，例如，n型掺杂侧和p型掺杂侧可以互换，以形成具有与接触垫36接触的p型掺杂区域和与层32接触的n型掺杂区域的LED。如下文所述，电势可以被施加到接触垫，其可以导致在有源区域34中产生光和所产生的光中的至少一些通过发光表面38发出(由箭头154表示)。如下文所述，可在发光表面中限定孔39，以形成影响发光特性(比如光提取和/或光准直)的图案。应理解，可以对给出的代表性LED结构进行其它修改，且实施方式不受这方面的限制。
LED的有源区域可以包括被势垒包围的一个或者多个量子阱。量子阱结构可由一个半导体材料层(例如在单个量子阱中)或者多个半导体材料层(例如在多个量子阱中)来限定，相比于势垒其电子能带隙较小。适用于量子阱的半导体材料可以包括InGaN、AlGaN、GaN和这些层的组合(例如交替的InGaN/GaN层，其中GaN层用作势垒)。一般而言，LED可以包括有源区域，该有源区域包括一种或者多种半导体材料，包括Ⅲ-Ⅴ族半导体(例如GaAs、AlGaAs、AlGaP、GaP、GaAsP、InGaAs、InAs、InP、GaN、InGaN、InGaAlP、AlGaN以及它们的组合和合金)、Ⅱ-Ⅵ族半导体(例如ZnSe、CdSe、ZnCdSe、ZnTe、ZnTeSe、ZnS、ZnSSe以及它们的组合和合金)和/或其它半导体。比如量子点或者有机发光层的其它发光材料也是可以的。
n型掺杂层35可以包括掺杂硅的GaN层(例如具有约4000nm厚的厚度)和/或p型掺杂层33包括掺杂镁的GaN层(例如具有约40nm厚的厚度)。导电层32可以是银层(例如具有约100nm的厚度)，其还可以用作反射层(例如向下或向上反射有源区域34产生的传播光)。此外，尽管未示出，其它层也可以被包括在LED中，例如，AlGaN层可以被布置在有源区域34和p型掺杂层33之间。应理解，不同于本文描述的组成也可能适用于LED的层。
作为孔39的结果，LED可以具有根据图案在空间上改变的介电功能。通常的孔尺寸可以小于约1微米(例如小于约750nm、小于约500nm、小于约250nm)并且孔之间的通常的最近相邻距离可以小于约1微米(例如小于约750nm、小于约500nm、小于约250nm)。此外，如图中所示，孔39可以不同心。
根据图案在空间上变化的介电功能可以影响LED发出的光的提取效率和/或准直。在一些实施方式中，LED的层可以具有根据图案在空间上变化的介电功能。在图8示出的LED裸片120中，图案由孔形成，但是应理解介电功能在界面处的变化并不必需是由孔导致的。可以使用产生介电功能根据图案的变化的任何适合方式。例如，图案可以通过改变层35和/或发光表面38的组成来形成。图案可以是周期性的(例如具有简单重复的单元，或者具有复杂重复的超级单元)，或者是非周期性的。如本文所指的复杂周期性图案是在以周期方式重复的每个单位单元中具有超过一个特征的图案。复杂周期性图案的示例包括蜂巢图案、蜂巢基础图案、(2×2)基础图案、环形图案以及阿基米德图案(Archimedean patterns)。在一些实施方式中，复杂周期性图案可以具有某些孔的直径一致而其它孔的直径较小。如本文所指的非周期性图案是在长度为光(由一个或者多个光产生部分产生)的峰值波长的至少50倍的整个单位单元上不具有平移对称性的图案。如本文所指的峰值波长是指具有最大光强度的波长，例如使用分光辐射仪测量得到。非周期性图案的示例包括不规则图案、准晶体图案(例如具有八重(8-fold)对称性的准晶体图案)、鲁滨逊图案(Robinsonpatterns)以及安曼图案(Amman patterns)。非周期图案还可以包括失调图案(如Erchak等人在美国专利号6831302中所描述的，其整体内容通过引用合并于此)。在一些实施方式中，器件可以包括粗糙表面。表面粗糙度可以具有例如约等于部件平均尺寸的均方根(rms)粗糙度，其可以与发出的光的波长相关。
在特定实施方式中，发光器件的界面用孔形成图案，这些孔可以形成光子晶格。具有在空间上变化的介电功能(例如光子晶格)的合适的LED已被例如在2003年11月26日提交的题为“Light-emitting devices withimproved extraction efficiency”的美国专利6831302B2中描述，其整体内容通过引用合并于此。LED的高提取效率意味着发出的光的功率高从而亮度高，这在各个光学系统中均可能是期望的。
还应理解其它图案也是可能的，包括遵循根据数学函数变换前驱图案的这样的变换(包括但不限于角位移变换)的图案。图案还可以包括变换后的图案的一部分，包括但是不限于遵循角位移变换的图案。图案还可以包括具有通过旋转彼此关联的区域。多个这样的图案在2006年3月7日提交的题为“Patterned devices and related methods”的美国专利公开号20070085098中描述，其整体在此通过引用并入。
光可以按照以下方式由LED产生。可以相对于n型侧接触垫将p型侧接触层保持在正电势，这导致电流被注入到LED。随着电流流经有源区域，来自n型掺杂层的电子可以在有源区域中与来自p型掺杂层的空穴结合，从而可使得有源区域产生光。有源区域可以包含众多点形偶极子辐射源，其产生具有形成有源区域的材料的波长谱特性的光。对于InGaN/GaN量子阱，光产生区域产生的光的波长谱可以具有约445纳米(nm)的峰值波长和约30nm的半最大值全宽度(FWHM)，其被人眼感知为蓝光。LED发出的光可受到光通过的任何有图案的表面的影响，由此可对图案进行排列以影响光提取和/或准直。
在其它实施方式中，有源区域可以产生具有对应于紫外光的峰值波长(例如具有约370至390nm的峰值波长)的光、紫光(例如具有约390至430nm的峰值波长)、蓝光(例如具有约430至480nm的峰值波长)、青光(例如具有约480至500nm的峰值波长)、绿光(例如具有约500至550nm的峰值波长)、黄绿光(例如具有约550至575nm的峰值波长)、黄光(例如具有约575至595nm的峰值波长)、琥珀色光(例如具有约595至605nm的峰值波长)、橙色光(例如具有约605至620nm的峰值波长)，红光(例如具有约620至700nm的峰值波长)和/或红外光(例如具有约700至1200nm的峰值波长)。
在特定实施方式中，LED可以发出具有高光输出功率的光。如前所述，发出的光的高功率可以是影响LED的光提取效率的图案的结果。例如，LED发出的光可以具有大于0.5瓦特(Watt)的总功率(例如大于1瓦特、大于5瓦特或者大于10瓦特)。在一些实施方式中，产生的光具有小于100瓦特的总功率，不过这不应被解读为对全部实施方式的限制。LED发出的光的总功率可以使用配备有分光计的累计球(例如来自Sphere Optics Lab Systems的SLM12)来测量。所期望的功率部分地取决于其中采用了LED的光学系统。例如，在显示系统(例如LCD系统)可能受益于集成了高亮度LED，这可以减少为照射该显示系统所使用的LED的总数量。
LED产生的光还可以具有高的总功率通量。如本文所用的术语“总功率通量”是指总的光功率除以发光面积。在一些实施方式中，总功率通量大于0.03Watts/mm2、大于0.05Watts/mm2、大于0.1Watts/mm2或者大于0.2Watts/mm2。然而，应理解用于本文所示的系统和方法的LED不限于上述功率和功率通量值。
图9图示发光裸片120的阵列。该裸片被以倒装芯片设计布置在基板262上。每个发光裸片可经过电连接线264来电寻址，电连接线264被连接到与每个裸片关联的各个电接触部(未示出)。裸片共用背部电接触部266。
在一些实施方式中，发光器件可以被封装。
本文描述的发光器件可被用于多种系统和应用。例如，该发光器件可被用于照明组件。合适的照明组件已被例如在共同所有的美国专利号7450311中描述，其整体内容通过引用合并于此。该发光器件还可以用于普通照明组件。合适的系统还已被在共同所有的美国专利号7166871中描述，其整体内容通过引用合并于此。
如本文中所使用的，当结构(例如层、区域)被指称为在另一结构“上”、“上方”、“叠置”或者“被支撑”时，其可以直接在另一结构上或者还可能存在中间结构(例如层、区域)。结构“直接”在另一结构“上”或者与另一结构“接触”则意味着不存在中间结构。
如此描述了本发明的至少一种实施方式的多个方面，应理解各种替换、修改和改进对本领域技术人员而言均为轻易可想到的。这些替换、修改和改进意在作为本公开的一部分，并且意在处于本发明的精神和范围内。因此，上述描述和附图仅仅作为示例。

Claims (23)

1.一种发光器件，包括：
被设计为发光的发光二极管，所述发光二极管至少包括第一发光区段和第二发光区段，
所述第一发光区段和所述第二发光区段被配置为可独立电寻址，
所述发光区段中的至少一个包括光从中通过的波长转换材料层。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，从所述第一发光区段发出的光的波长不同于从所述第二发光区段发出的光的波长。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中，从所述第一发光区段发出的光的色温不同于从所述第二发光区段发出的光的色温。
4.根据权利要求1所述的发光器件，还包括发光二极管阵列，其中所述阵列中的发光二极管至少包括第一发光区段和第二发光区段，所述第一发光区段和所述第二发光区段被配置为可独立电寻址。
5.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光二极管包括至少5个被配置为可独立电寻址的发光区段。
6.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光区段中的至少两个包括光从中通过的波长转换材料层。
7.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光二极管被配置为发白光。
8.根据权利要求7所述的发光器件，其中，从所述发光区段中的每个发出的光被组合起来形成所述白光。
9.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光区段中的至少一个被配置为发光，以对所述发光二极管的发光进行色彩平衡。
10.根据权利要求1所述的发光器件，其中，从所述发光区段中的每个发出的光被混合起来产生单色可见光。
11.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述单个发光裸片具有大于1平方毫米的发光表面。
12.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述波长转换材料包括荧光材料。
13.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述第一发光区段和所述第二发光区段的区域大于约200微米。
14.根据权利要求1所述的发光器件，还包括辅助安装座，其中所述发光二极管被安装在所述辅助安装座上。
15.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光区段中的至少一个不具有波长转换材料。
16.根据权利要求1所述的发光器件，其中，所述发光二极管包括：
包括红色波长转换材料层的第一发光区段；
包括琥珀色或黄绿色波长转换材料的第二发光区段；以及
位置与其它发光区段中的至少一个相邻的不具有波长转换材料的第三发光区段。
17.根据权利要求1所述的发光器件，还包括被布置在发出的光的光路中的在至少一部分所述发光区域的上方的极为接近的光学部件。
18.一种照明组件，包括根据权利要求1所述的发光器件。
19.一种发光器件，包括：
被设计为发光的发光二极管，所述发光二极管至少包括第一发光区段和第二发光区段，
所述第一发光区段和所述第二发光区段中的每个均具有与其关联的两个电接触部，其中与所述第一发光区段关联的电接触部中的至少一个不同于与所述第二发光区域关联的电接触部，
所述发光区段中的至少一个包括波长转换材料层，
其中从所述第一发光区段发出的光的波长不同于从所述第二发光区段发出的光的波长。
20.一种方法，包括：
提供发光器件，所述发光器件包括被设计为发光的发光二极管，所述发光二极管至少包括第一发光区段和第二发光区段，所述发光区段中的至少一个包括光从中通过的波长转换材料层；以及
相对于向所述第二发光区段提供电流，单独地向所述第一发光区段提供电流。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，从所述第一发光区段发出的光的波长不同于从所述第二发光区段发出的光的波长。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，与所述第二发光区段相比，提供不同水平的电流水平给所述第一发光区段。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括控制提供给所述第一发光区段和所述第二发光区段的电流水平水平，以控制所述发光二极管发出的光的波长。
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