TWI546933B - 發光系統 - Google Patents

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TWI546933B
TWI546933B TW100119692A TW100119692A TWI546933B TW I546933 B TWI546933 B TW I546933B TW 100119692 A TW100119692 A TW 100119692A TW 100119692 A TW100119692 A TW 100119692A TW I546933 B TWI546933 B TW I546933B
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湯瑪士 詹姆士 米勒
謝俊清
孫曉光
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Description

發光系統
本發明係關於發光系統。特定言之,本發明係關於採用波長轉換半導體疊層之發光系統。
本申請案基本上係關於以下共同申請及共同讓與之美國專利申請案「利用最小邊緣再組合之光轉換及發射裝置(Light Converting and Emitting Device with Minimal Edge Recombination)」,檔案號66311US002。
發光系統可用於許多應用中,包括投影顯示系統、用於液晶顯示器之背光燈及類似者。常見地,投影系統使用一或多個白光源,如高壓汞燈。然而,發光二極體(LED)逐漸被視為其他白光源之替代品。LED具有提供與習知光源媲美之亮度及操作壽命之潛力。然而,現有的LED,尤其發綠光LED相對低效。
由於此低效率,波長轉換發光二極體(LED)對於需求一般不為LED所產生之顏色之光,或可將單一LED用於產生具有一般由許多不同LED一起產生之頻譜之光的照明應用變得越來越重要。
藉由單一LED產生白光之一方法係首先藉由LED產生藍光及隨後將一些或全部光轉換為不同顏色。例如,可將一部份藍光轉換為紅光,及將一部份藍光轉換為綠光,以使當混合時所得之輸出光係白色。然而,當採用光轉換層系統之一共同問題係,於起始光轉換之後,大量光會被光轉換層再吸收。特定言之,自藍光轉換而成之綠光有被紅色勢阱吸收之風險。此等吸收對發光系統之所需光色平衡及該發光系統之效率具有負面作用。需要提供一種可儘可能減小綠光吸收之光轉換LED。
於一態樣中,本發明係關於一種發光系統。該發光系統包含自LED之發光表面發射第一波長泵浦光之LED,及佈置於該LED之發光表面上之半導體疊層。該半導體疊層包含吸收泵浦光並發射較第一波長長之第二波長光之m個第一類型勢阱。m值係大於或等於1之整數。該半導體疊層亦包含吸收泵浦光並發射較第一波長長且較第二波長短之第三波長光之n個第二類型勢阱。n值係大於m之整數。該半導體疊層進一步包含於該疊層中容許一部份第一波長泵浦光離開該發光系統而不通過光學耦合至電致發光裝置之第一或第二類型勢阱之至少一區域。
本申請案揭示將半導體疊層用於轉換照射於該疊層上之至少一部份泵浦光之發光系統。更特定言之,本申請案於可用於儘可能減小已轉換成不同波長之光之吸收,及儘可能增加效率及光色平衡之此等疊層或系統中提供第一類型勢阱對第二類型勢阱之量或比。此外,本申請案提供容許高效發射多色或白色光之發光系統之結構。
許多先前之色彩轉換發光系統採用由諸如II-VI半導體之材料或磷光體製成之色彩轉換半導體疊層。所有的光係由基本上覆蓋泵浦LED整個表面之一共用疊層發射。於許多系統中,所需之光發射係藉由部份轉換來自藍色LED之光發射產生之白色或近白色光。可藉由層將一些藍光轉換為(例如)紅光,及藉由層將一些藍泵浦光轉換為(例如)綠光。藍、綠及紅光之混光可產生適宜的白發射光。然而,為了在此等系統中提供正確混光,需令一些藍光經由疊層「洩漏」而不被轉換。不幸的是,於此等系統中,難以控制色彩平衡,即,藍光對綠及紅光發射之比。一些藍光不可避免地自轉換疊層之發光表面反射。此作用因在發光表面上將擷取特徵部用於改良自轉換疊層之轉換波長擷取而加重。此等藉由轉換疊層背向散射及隨後吸收難以控制所傳遞之藍光之相對量。本發明探討以藉由在波長轉換疊層中併入孔以使藍光不被轉換地通過疊層中之孔,同時該疊層轉換通過該疊層之所有或幾乎所有藍光來部份地解決此問題。此獲得較高效率及色彩平衡之較大控制。應理解,非轉換區域有時可稱為「孔」。就本發明之目的而言,「孔」趨於具有如非轉換區域之相同含義。不意欲限制可位於該區域內之不同材料或功能光學元件。於下文中,關於波長λ下之光之描述意欲說明該光之頻譜之質心係於波長λ處。
可藉由參照圖1更佳地理解此等非轉換區域。圖1係根據本發明之一發光系統之橫截面視圖。於發光系統100中,自LED 102發射第一波長泵浦光130。僅一些泵浦光行經半導體疊層140以用於光色轉換。泵浦光130之餘下部分藉區域120行經疊層140而不經波長轉換。當適當地設計半導體疊層140時,可將幾乎所有離開半導體疊層140之光光轉換為第二波長光132或第三波長光134。可藉由區域120之寬度部份地管理第一波長光130對第二及第三波長光之平衡。
雖然可更佳地管理容許通過發光表面180之泵浦光之量,但於半導體疊層140中仍存在關於效率及光132與134之平衡之問題。本發明之首要目的係進一步解決與發光結構100有關之問題,特定言之,半導體疊層140中所涉及之彼等問題,及更特定言之,涉及第三波長光134之吸收之問題。需要發光系統100之功能之更詳盡論述以理解對於相關問題之解決方案。
就於上述系統中而言,通常可將現有的發光系統視為採用一單色LED而非多個不同色彩之LED。因此該系統之目的係將一些第一色彩光轉換為第二色彩,及亦可轉換為第三、第四、第五色彩等,直至獲得所需平衡下之所需色彩之量。參照圖1,一些第一波長光130係自LED 102發射並進入半導體疊層140。該LED可係一適宜電致發光半導體裝置。雖然本發明不限制可使用之LED半導體材料之類型,及因此不限制LED中所產生之光之波長,然而期望本發明可用於轉換藍光。例如,可使用可產生藍光之III-V半導體材料LED,如GaInN或AlGaInN LED。亦涵蓋其他半導體材料,包括其他III-V半導體材料。一般而言,LED可係由任何適宜材料(如有機半導體或無機半導體)組成,包括諸如Si或Ge之IV族元素;諸如InAs、AlAs、GaAs、InP、AlP、GaP、InSb、AlSb、GaSb、GaN、AlN、InN之III-V化合物及諸如AlGaInP與AlGaInN之III-V化合物之合金;諸如ZnSe、CdSe、BeSe、MgSe、ZnTe、CdTe、BeTe、MgTe、ZnS、CdS、BeS、MgS之II-VI化合物及II-VI化合物之合金,或上述任意化合物之合金。
光離開LED 102時所遇到之第一層可係用於將轉換疊層黏結至該LED之一光學黏著層103。隨後,光經由表面114進入轉換疊層及進入窗層104。該窗層之功能將描述於下文。
隨後光可先進入一吸收層110,或直接進入一勢阱。最靠近LED之發光表面114之勢阱可描述為一第一勢阱106。第一類型勢阱106吸收至少一部份第一波長泵浦光130及發射較第一波長長之第二波長光132。例如,當泵浦光係藍光時,第二波長光可係紅光。第一類型勢阱之數量可由一符號表示,如m。於圖1中,例如,m等於1。一般而言,m可係大於或等於1之整數,且小於第二類型勢阱108之數量。
於大部份行經下文所述之一吸收層之後,光隨後可進入一第二類型勢阱108。實際上,半導體疊層140可含有複數個第二類型勢阱108。第二類型勢阱可較第一類型勢阱離LED之發光表面114更遠。第二類型勢阱108很大程度上如第一類型勢阱般吸收第一波長光130。然而,第二類型勢阱發射第三波長光134。第三波長光134可視為具有較第一波長(泵浦光130)長且較第二波長短之波長。例如,於一些情況中,當第一波長光係藍色,及第二波長光係紅色時,第三波長光係綠光。第二類型勢阱之數量可由一符號表示,如n。n值係大於整數m之一整數。例如,於圖1中,n等於3。本文之一具體目的係於提供正確之第一類型勢阱106對第二勢阱108(或m對n)之量或比時所發現時性能值。此將於下文進一步論述。
第一及第二波長光可均離開第一類型勢阱。第一、第二及第三波長光可均離開第二類型勢阱。然而,期望在離開疊層前吸收並轉換大部份第一波長光。由於吸收層110可位於第一類型勢阱106與第二類型勢阱108之間,故可完成吸收。吸收層110係用於吸收至少一部份第一波長泵浦光。此吸收之結果係,在吸收層110中建立光生電子-電洞對。此等載子自光吸收層110擴散至勢阱層106及108中。於勢阱層106及108中,自由載子再組合並各別發射第二波長λ2及第三波長λ3下之光。為了提供最高效之光轉換,因此,吸收層110需靠近勢阱層106及108,如圖1中所示。此容許將自由載子高效地收集至勢阱中而使於吸收層110中之非所需再組合最小化。吸收層可係由半導體材料,特定言之,II-VI半導體材料製成。於一實施例中,吸收層係由Cd、Mg、Zn及Se之組合物組成。
於本文中由於在半導體疊層140中存在非轉換區域120,故尤其期望吸收或轉換所有或基本上所有第一波長光。於一連續半導體疊層覆蓋整個LED發光表面之結構中,為了在光發射中包含一部份第一波長光,來自LED之一部份光需經由疊層洩漏(且未經吸收或轉換)。如上所述,此導致難以控制光色平衡。如圖1中所示之現有結構容許第一波長光130以不經波長轉換之方式進入由對泵浦光透明之材料製成之封裝區150中。區域120可設計為具有容許指定量或比之第一波長光130行經區域120到達發光系統之發光表面180而不經轉換之尺寸。藉由適當設計,可將進入半導體疊層140之幾乎所有第一波長光130吸收及/或轉換為第二波長光132及第三波長光134,然後自疊層於表面160發射。於光離開疊層140之後,光可經混合,然後經由發光表面180離開發光系統。例如,可將藍光、紅光及綠光混合成白色,或近白色光,然後發射。
於半導體疊層160之發光區上且亦填滿非轉換區域120之區可係對第一波長光130透明之材料。此等材料亦可對第二波長光132及第三波長光134透明。填滿區域120及於發射表面160上之材料可視為一封裝150,且可貫穿整個發光系統。封裝150可增強自發光系統100之光擷取。封裝150可係由任意數量之適宜材料組成。一些適宜材料可為(例如)玻璃、氮化矽或光學黏著劑。適宜材料之另一實例可係聚合物封裝劑,如聚矽氧。因此,發光系統100之發光表面180可係位於上述材料與外部物質(例如,空氣)之間之一介面。
亦可涵蓋用於封裝150之其他適宜材料。例如,封裝150可包括諸如Al2O3、TiO2、ZrO2、La2O3、Ta2O5、HfO2之金屬氧化物、矽酸鹽、氮氧化矽或氧化銦錫。於一些情況中,封裝150可係一半導體外層,如含有ZnS、ZnSe、ZnO或諸如ZnSxSe1-x之半導體合金之外覆層。於一些情況中,該封裝可係溶膠-凝膠,如增密溶膠-凝膠。於一些情況中,該封裝之折射率係大於光轉換結構140之最外層之折射率(或表面160處之折射率)。於一些情況中,封裝可包含Si3N4、氮氧化矽、矽酸鹽、ZnS、ZnSe、ZnTe、ZnSSe、ZnSeTe、ZnSTe、CdS、CdSe、CdSSe、ITO、TiO2、ZrO2、Ta2O5及HfO2中之至少一者。
窗層104之主要目的係提供一阻障層以使吸收層110及/或勢阱106或108中經光生之自由載子,如電子-電洞對,不會或以極少的機率移動至疊層之一自由或外部表面。當此等自由載子到達一外部表面時,存在以非輻射方式組合之風險,於一些情況中導致半導體劣化。於一些實施例中,窗層104可視為具有較LED 102所發射之光子之能量大之帶隙能量。於此等情況中,窗104對來自LED之光(第一波長光)為實質上透明,且亦對第二波長光132經第一類型勢阱106再發射或轉換之光透明。窗104亦可對第三波長光134經第二類型勢阱108再發射或轉換之光為實質上透明。該窗層可係由適宜半導體材料製成。於至少一實施例中,該材料係部份地由II-VI半導體材料(如CdMgZnSe四元合金半導體)製成。
表面再組合不僅係靠近LED之轉換表面114處之一問題,且對靠近半導體疊層140之發光表面160亦有問題。因此,一第二窗層可位於最靠近發光表面160之第二類型勢阱108或吸收層110與發光表面160之間。此窗層可用於如上述窗層104之相同目的。
如本文所使用,勢阱意指依多層半導體結構方式設計以將載子約束於僅一維度中之半導體層,其中該(等)半導體層具有較周圍層低之導帶能量及/或較周圍層高之價帶能量。勢阱亦可視為一量子阱。量子阱一般係意指充分薄以致量子化作用增加用於阱中電子-電洞對再組合之能量之一勢阱。一量子阱一般具有約100 nm或更小,或約10 nm或更小之厚度。
於一些情況中,一勢阱或量子阱106(或108)包含一II-VI半導體勢阱或量子阱,其具有較LED 104所發射之光子之能量hv1小之躍遷能量Epw。一般而言,勢阱或量子阱106之躍遷能量係實質上等於藉由勢阱或量子阱再發射之光子之能量hv2。第二類型勢阱或量子阱108之躍遷能量係實質上等於藉由該勢阱或量子阱再發射之光子之能量hv3。於一些情況中,勢阱106可包含來自II-VI半導體族材料之材料。例如,勢阱106可包含以化合物ZnSe、CdSe及MgSe作為合金之三成份之CdMgZnSe合金。於一些情況中,合金中可不存在Cd、Mg及Zn中之一或多者,尤其Mg。例如,勢阱140可包括可再發射紅光之Cd0.70Zn0.30Se量子阱,或可再發射綠光之Cd0.33Zn0.67Se量子阱。就另一實例而言,一勢阱可包含Cd、Zn、Se及視需要之Mg之合金,於此情況中,該合金系統可由Cd(Mg)ZnSe表示。就另一實例而言,一勢阱可包含Cd、Mg、Se及視需要之Zn之合金。於一些情況中,勢阱可包含ZnSeTe。於一些情況中,量子阱具有約1 nm至約100 nm,或約2 nm至約35 nm範圍內之厚度。
一般而言,勢阱可具有任意導帶及/或價帶特性。示例性特性係描述於(例如)美國專利申請案60/893804號中。
於一些情況中,勢阱可為n-摻雜或p-摻雜,其中該摻雜可藉由任何適宜方法或藉由併入任何適宜摻雜劑來進行。於一些情況中,電致發光裝置及一勢阱可來自兩不同半導體組群。例如,於此等情況中,電致發光裝置102可係一III-V半導體裝置及勢阱可係一II-VI勢阱。於一些情況中,電致發光裝置102可包含AlGaInN半導體合金及勢阱可包含Cd(Mg)ZnSe半導體合金,其中於圓括弧內之材料係視需要材料。
於一些情況中,半導體疊層140可包含其他層。雖然於圖1中未顯示,然而,疊層可包含(例如)一或多個「阻障層」。此等阻障層可用於阻止光吸收層中之自由載子擴散至另一層。換而言之,該層可用於沿一選定方向引導自由載子,正如窗層般。
半導體疊層中之所有層可藉由將層接續地磊晶生長於另一者上來形成或堆疊於另一者上。可使用任何適宜的磊晶生長方法,如分子束磊晶法(MBE)。該等層可係由類似材料或不同材料製成。於至少一實施例中,半導體疊層中之所有層係由II-VI半導體材料製成。於至少一實施例中,所有層可包含Cd、Mg、Zn及Se。該等層可生長於具有一緩衝層之一基板上。該基板可係任何適宜材料,如InP。於至少一實施例中,該緩衝層可係由GaInAs製成。此處未具體註明之其他材料亦可用作用於磊晶生長之基板及緩衝層。
雖然於半導體波長轉換疊層140中之孔120容許極輕易量化及高效地發射第一波長光(例如,藍光),然而,效率問題仍存在於疊層140中。例如,於一些情況中,存在第二類型勢阱108中所產生之第三波長光134被第一類型勢阱106吸收之風險。於第二類型勢阱中經轉換之光具有較第一類型勢阱中經轉換之光短之波長。因此,此第三波長光134可由產生電子-電洞對之第一類型勢阱106吸收。一部份此等載子可以放射方式再組合,產生更多的第二波長光132。因此,此吸收將影響系統之效率,及半導體疊層140之光色輸出及(進而)整個系統100之色混光。此問題可藉由儘可能減小第一類型勢阱106之數量解決,及藉此儘可能減小第三波長光之吸收。根據所需輸出頻譜而定,尤其若第一類型勢阱位於靠近泵浦光(第一波長)之強度最高之窗,則一單一第一類型勢阱即足夠。相對地,一般需使用大量第二類型勢阱。此係因需求相對大之吸收層厚度來吸收餘下之泵浦光。為了保證光生載子之高效收集,一般需求數個第二類型量子阱。一般而言,當存在n個第二類型勢阱及m個第一類型勢阱時,n大於m(其中n及m均為整數)。就一特定實施例而言,存在複數個第二類型勢阱108,及僅一個第一類型勢阱106。
使經轉換之第三波長光134之吸收最小化之另一態樣係將所有第一類型勢阱106置於較第二類型勢阱108更靠近LED 102,及因此更遠離疊層發光表面160。此做法容許一些第三波長光經由發光表面160逸出而無需通過第一類型勢阱。於此組態中,第三波長光134中僅發射或背向散射至LED 102之部分可遇到一第一類型勢阱106。然而,由於第一類型勢阱106之數量可於此組態中經最小化,故極小量之此光會被再吸收。
雖然於本文之圖中未說明,然而本文中所述之發光系統亦可包含電極。此等電極可置於靠近LED 114之表面及用於驅動電流通過該LED 102,以提供表面114處之光發射。電極可係由本技藝中已知之任何適宜材料製成,包括(但不限於)金屬,或包含:金、銀、鋁、鎳、鈦、鉻、鉑、鈀、銠、錸、銣、鎢、銦之金屬合金及此等物之混合物及合金。電極一般係藉由以線連接之一外部控制器驅動。電極亦可視為與LED電接觸。例如,電極可係於具有LED之閉合電路中。電極於本文揭示內容相關之發光系統中之最佳放置可參見共同擁有及同時申請之美國專利申請案「具有最小邊緣再組合之光轉換及發射裝置(Light Converting and Emitting Device with Minimal Edge Recombination)」,檔案號66311US002。
實例 實例1:
建造並測試根據本文之一物件之性能。圖2顯示該疊層。雖然未顯示,但整個疊層生長於一InP基板上。一GaInAs緩衝層228係直接位於該基板之頂面上。層係藉由分子束磊晶法生長。第一層係一吸收層210a。該吸收層係經建造以吸收較475 nm短波長之光。因此,該吸收層係用於吸收藍光。層210a具有600 nm之厚度。一阻障層224a生長於該吸收層之頂面上。該阻障層為20 nm厚,且具有較吸收層大之帶隙能量。一吸收層210b生長於該阻障層上,其亦吸收較475 nm短之波長,具有129 nm之厚度。一發射540 nm光之「綠色」量子阱208係位於該吸收層210b之頂面上。
依序生長於此第一綠色量子阱上之層係吸收層210c、綠色量子阱208、吸收層210d、綠色量子阱208、吸收層210e、綠色量子阱208及吸收層210f,接著一第二阻障層224b。各綠色量子阱(n=4)具有2.6 nm之厚度且各發射540 nm波長之光。於半導體疊層之此區段中之吸收層之厚度係如下:210b=129 nm;210c=183 nm;210d=87 nm;210e=55 nm;及210f=23 nm。此等吸收層厚度係經選擇以提供電子-電洞對之約相同通量至各綠色量子阱。第二阻障層224b具有如第一阻障層224a之相同特性。另一吸收層210g生長於該第二阻障層上。該吸收層亦係吸收藍光(475 nm)及為55 nm厚。一單獨「紅色」量子阱206(m=1)生長於該吸收層210g上。該紅色量子阱發射624 nm波長之光。55 nm厚之另一吸收層210h生長於此紅色阱206上,接著生長一窗層204。該窗層為500 nm厚且係經拉伸及分級。
於生長之後,利用光學黏著層(Norland 83H)將色彩轉換疊層之窗層表面接合至一藍色LED。隨後藉由選擇性濕式化學蝕刻移除InP基板及GaInAs緩衝層。
隨後將孔(或非轉換區域)蝕刻至疊層中。建立該等區域以使餘下之轉換疊層覆蓋LED表面之73%。更特定言之,將半導體疊層蝕刻成其他半導體條帶之寬度為約182 μm及孔條帶寬度為68 μm之條帶。藉由100 mA dc電流激發該LED及測定發光系統之頻譜。該頻譜顯示於圖3中。自圖可見,集中於446 nm之藍色峰佔來自轉換LED之光功率之55%。集中於540 nm之綠色峰佔17%,及集中於624 nm之紅色峰佔發射光功率之28%。假定所揭示之孔覆蓋率,則可計得發光系統之量子轉換效率為40%。對於眼睛,所發射之光呈冷白色光。
100...發光系統
102...LED
103...光學黏著層
104...窗層
106...第一類型勢阱
108...第二類型勢阱
110...吸收層
114...發光表面
120...非轉換區域
130...第一波長光
132...第二波長光
134...第三波長光
140...半導體疊層
150...封裝區
160...發光表面
180...發光表面
204...窗層
206...紅色量子阱
208...綠色量子阱
210a...吸收層
210b...吸收層
210c...吸收層
210d...吸收層
210e...吸收層
210f...吸收層
210g...吸收層
210h...吸收層
224a...阻障層
224b...阻障層
228...緩衝層
圖1係一發光系統之橫截面視圖。
圖2係一半導體疊層之橫截面視圖。
圖3係根據本發明之發光系統之發光頻譜圖。
100...發光系統
102...LED
103...光學黏著層
104...窗層
106...第一類型勢阱
108...第二類型勢阱
110...吸收層
114...發光表面
120...非轉換區域
130...第一波長光
132...第二波長光
134...第三波長光
140...半導體疊層
150...封裝區
160...發光表面
180...發光表面

Claims (22)

  1. 一種發光系統,其包含:自LED之發光表面發射第一波長之泵浦光之一LED;及佈置於該LED之發光表面上之一半導體疊層,該半導體疊層包含:吸收該泵浦光並發射較該第一波長長之第二波長光之m個第一類型勢阱,m係大於或等於1之整數;及吸收該泵浦光並發射較該第一波長長且較該第二波長短之第三波長光之n個第二類型勢阱,n係大於m之整數;及於該半導體疊層中容許一部份第一波長泵浦光離開該發光系統而不通過該第一類型勢阱或該第二類型勢阱之至少一區域。
  2. 如請求項1之發光系統,其中m等於1。
  3. 如請求項1之發光系統,其中n大於或等於3。
  4. 如請求項1之發光系統,其進一步包含複數個容許該第一波長泵浦光通過該半導體疊層而不經由波長轉換之區域。
  5. 如請求項1之發光系統,其中該半導體疊層進一步包含複數個用於吸收該泵浦光之吸收層,該等吸收層係鄰接該第一類型勢阱及該第二類型勢阱堆疊。
  6. 如請求項4之發光系統,其中較靠近該LED之發光表面之一吸收層係比較遠離該LED之表面之一吸收層薄。
  7. 如請求項1之發光系統,其中該半導體疊層進一步包含 一位於該LED與該第一類型勢阱及該第二類型勢阱之間之窗層。
  8. 如請求項7之發光系統,其中該窗層包含一組成分級層。
  9. 如請求項1之發光系統,其中該等第一類型勢阱較該等第二類型勢阱更靠近該LED之發光表面。
  10. 如請求項1之發光系統,其中該第一波長泵浦光係藍光。
  11. 如請求項1之發光系統,其中該第二波長光係紅光。
  12. 如請求項1之發光系統,其中該第三波長光係綠光。
  13. 如請求項1之發光系統,其中該等第一類型勢阱及第二類型勢阱各係由II-VI半導體材料組成。
  14. 如請求項13之發光系統,其中該等II-VI半導體材料包含Cd、Zn、Se及視需要之Mg。
  15. 如請求項1之發光系統,其中該LED包含III-V半導體材料。
  16. 如請求項14之發光系統,其中該LED包含GaInN。
  17. 如請求項1之發光系統,其中該等第一類型勢阱係經佈置以限制該第三波長光由該等第一類型勢阱吸收。
  18. 如請求項1之發光系統,其中該m個第一類型勢阱係位於該n個第二類型勢阱與該LED之間。
  19. 如請求項1之發光系統,其中自該系統發射之大部份泵浦光經由該區域離開該系統,及大部份該第二波長及該第三波長之光經由該半導體疊層離開該系統。
  20. 如請求項1之發光系統,其中該發光系統發射白光。
  21. 如請求項1之發光系統,其中該至少一該區域係由對該泵浦光透明之材料組成。
  22. 如請求項20之發光系統,其中該至少一區域係由玻璃、氮化矽、光學黏著劑或聚矽氧封裝劑組成。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011153141A2 (en) 2010-06-03 2011-12-08 3M Innovative Properties Company Light converting and emitting device with suppressed dark-line defects
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DE102018101582B4 (de) 2018-01-24 2022-10-13 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlung emittierende Vorrichtung
CN109037405B (zh) * 2018-07-16 2020-11-13 厦门三安光电有限公司 微发光装置及其显示器
US11637219B2 (en) 2019-04-12 2023-04-25 Google Llc Monolithic integration of different light emitting structures on a same substrate

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7462502B2 (en) 2004-11-12 2008-12-09 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Color control by alteration of wavelength converting element
US7402831B2 (en) 2004-12-09 2008-07-22 3M Innovative Properties Company Adapting short-wavelength LED's for polychromatic, broadband, or “white” emission
US7902560B2 (en) * 2006-12-15 2011-03-08 Koninklijke Philips Electronics N.V. Tunable white point light source using a wavelength converting element
KR20110019390A (ko) * 2008-06-05 2011-02-25 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 접합형 반도체 파장 변환기를 갖는 발광 다이오드
WO2011153141A2 (en) 2010-06-03 2011-12-08 3M Innovative Properties Company Light converting and emitting device with suppressed dark-line defects
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