专利名称：发光二极管设备及其制造和使用的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及发光二极管(LEDs)，特别涉及具有增强侧面发光的LEDs。
背景技术：
当有电力供应时，LEDs是发光的半导体设备。如图la和图lb所示， 通常LED 100是由多层材料制成，其具有一个p掺杂材料层或p型半导体 层("p-层")101、 一个n掺杂材料层或n-型半导体层("n-层")103、以 及一个光产生区或p-n结105。当有电力供应时，p-n结在主方向107上发 射光，沿着平行于方向107的纵轴粗略形成一个光场109。
在某些LEDs的应用方面，例如在一个背光照明系统里，人们期望将 LED光场109转变成一个如图2所示的"状似蝙蝠翼状"的光场201。传 统上，人们已经采用复杂的光设计应用到LED封装内，但是有可能使LED 封装体积增大。
本发明的目的是提供一种发光设备，其至少能够克服现有技术所具有 的一些缺陷。
发明概述
依照本发明的第一方面，提供一种发光二极管设备。发光二极管设备 包括一个多层材料叠层，其包括一个p-层、 一个n-层、以及一个光产生区 用来在主发光方向上发射光，主发光方向朝向p-层和n-层中的任何一个层; 一个完全透明层，位于或靠近所述p-层和n-层中的任何一个层，其具有一 个第一表面朝向所述p-层和n-层中的一个层和一个相反的第二表面；以及 一个反射表面，其在或靠近透明层的第二表面上形成，用来引导至少一部 分发射光偏离主发光方向，从而增强发光二极管设备侧面发出的光。
依照本发明的第二方面，提供一种照明系统。此照明系统包括 一个伸长基板；多个发光二极管设备，位于基板的上面，每个发光二极管设备包 括
一个多层材料叠层，其包括一个p-层、 一个n-层、以及一 个光产生区，用来在主发光方向上发射光，主发光方向朝向
p-层和n-层中的一个层；
一个完全透明层，位于或靠近所述p-层和n-层中的一个层 上，有一个第一表面朝向p-层和n-层中的一个层和一个相反 的第二表面；和
一个反射表面，在或靠近透明层的第二表面上形成，用来引 导至少一部分发射光偏离主发光方向，从而增强发光二极管设 备侧面发出的光。
依照本发明的另一方面，提供一个制作发光二极管设备的过程。此过 程包括
形成一个多层材料叠层，其包括一个p-层、 一个n-层、以及一个
光产生区，用来在主发光方向上发射光，主发光方向朝向p-层和n-层中的一个层；
安置一个完全透明层在或靠近所述p-层和n-层中的一个层，透明 层有一个第一表面朝向所述p-层和n-层中的一个层和一个相反的第
二表面；和
形成一个反射表面在或靠近透明层的顶表面上，用来反射至少一 部分发射光偏离主发光方向，从而增强发光二极管设备侧面发出的 光。
通过以下的详细描述，并结合通过范例描述本发明原理的附图，本发 明的其它方面和优点将越发明显。
现通过范例并参考附图描述本发明，其中
图la和图lb描述一种现有技术的发光二极管设备及其光场;
图2描述一种期望的LED设备光场；
图3a是依照本发明的LED设备的第一实施例的截面图3b是图3a的LED设备的反射层的透视图3c是图3a的LED设备的角度强度分布的示意图3d描述图3a的LED设备的光场；
图4是依照本发明的LED设备的第二实施例的截面图5是依照本发明的LED设备的第三实施例的截面图6a是依照本发明的LED设备的第四实施例的截面图6b是依照本发明的LED设备的第五实施例的截面图7是本发明的一种反射表面的截面图8a和图8b是制作本发明典型实施例里的反射表面的第一过程；和 图9a、图9b和图9c是制作本发明典型实施例里的反射表面的第二过
程'
发明详述
以下描述本发明半导体发光设备的典型实施例。在描述典型实施例的 发光二极管时，参考了附图。附图之间的类似元件用相同的参考编号标识。
在图3a和图3b里，显示了一个依照本发明的倒装发光二极管(LED) 设备300的典型实施例。如本领域的技术人员所通常理解的那样，倒装LED
设备300有一个多叠层301 ，其包括一个p掺杂材料层或p型半导体层303 、 一个n掺杂材料层或n型半导体层305、以及一个光产生区或p-n结307。 当有电力供应时，p-n结307朝所有方向发光，但是，大部分发射光将沿 着由箭头311所示的主发光方向，穿过一个完全透明的基板309，该基板 粘在n-层305的顶表面上。本领域技术人员将会理解，倒装LED设备300 有p电极313和n电极315，用来分别供电给p-层和n-层303、 307，且也 可能有一个导电的透明层，如ITO薄膜316，夹在电极313、 315和各个半 导体层303、 307之间，用来改善彼此的电连接。本领域技术人员将会理解， 倒装LED设备300还可以有一个金属镜层317，位于ITO膜316和各个电 极313、 315之间，用来反射光到主发光方向311。
倒装LED设备300还包括一个图案化的反射层319,其形成倒装LED 设备300的顶表面，以及还有一个完全透明层321，夹在反射层319和基 板309之间。在典型实施例里，反射层319是由反射材料如铝、金、银、 鉻、l维光学晶体结构等制成，并有多个穿透反射层的孔323，从而形成多 个间隔分离的反射镜325。
如图3a所示，p-n结307在所有方向上发光。 一些光329可能直接从 基板309的侧表面328出来； 一些光可能穿过基板309，并从透明层321 的侧表面330出来。 一些光333可能穿过基板309、透明层321、以及反射 层319上的孔323，使得这些光穿过由反射层319定义的顶表面从倒装LED 设备300出来。 一些光335可能穿过基板309以及透明层321，然后可能 在一个方向被反射镜325反射，使得这些光穿过透明层321的侧表面330 从倒装LED设备300出来。 一些光337可能穿过基板309和透明层321， 由反射镜325反射，并进一步在一个方向上由基板309的顶表面338反射， 使得这些光穿过透明层321的侧表面330从倒装LED设备300出来。
所以，本领域技术人员将会理解，这种具有一个远离p-n结的图案化 反射层的LED设备可以增强从其侧面发出的光，其可能包括多层叠层、基 板和透明层的侧面，然后可以产生一个期望的"状似蝙蝠翼的"光场。图 3c和图3d分别描述这种LED设备的角度强度分布和光场。
本领域技术人员还将会理解，可以在晶片级别(waferlevel)上获得这 种具有增强侧面发光的LED设备，所以在封装级别(package level )上不 需要多余的复杂光设计。由此，可以获得一个相当紧凑小型的侧面发光 LED设备。
在典型LED设备300里，透明层321的厚度大约等于基板的厚度。本 领域技术人员将会理解，较厚的透明层可能导致更多的侧面发光。所以， 透明层的厚度将取决于期望的光场型和LED设备上的尺寸要求，尽管优选 地讲，至少是1/3的基板厚度。本领域普通技术人员也将理解，在一个倒 装LED设备里，透明层可能不是必需的，反射层可以形成在透明基板的顶 表面上，使得由反射层反射的光穿过透明基板的侧面从倒装LED设备出 来。
另外，透明层321可以由诸如氧化硅(Si02)、环氧、聚合材料、玻璃 等透明材料制成，且优选地，其折射率大于基板的折射率，在典型LED设 备里基板通常是由蓝宝石制成。选择这种折射率可以增强侧面发光，当光 从基板到透明层里时降低光折射，以及当光从透明层到基板时增强反射。
在图4里，第二倒装LED设备实施例400还包括一个2维光学晶体结 构401，其在基板403和透明层405之间形成，用来吸取从基板403来的 光到透明层405，并且2维光学晶体结构401的光学带隙(photonic band gap)，覆盖至少由p-n结407发出光的一段波长范围。在待决的美国专利 申请(标题为"Semiconductor Light Emitting Device (半导体发光设备)"、 由Yan Hung等申请)里，详细描述了这种2维光学晶体结构的制造和应 用，在此其内容通过引用结合到本文。
在如图5所述的第三倒装LED设备实施例500里，在反射层501上的 反射镜503是U型或凸型。形成凸型反射镜时，可以首先在透明层509的 顶表面506上形成多个凹形凹处504，然后沉积一层反射材料在每个凹处 504。
与如图3a和图4所示的平面反射镜相比，凸型反射镜设计可以降低光反射到p-n结，从而可以提高从LED设备出来的光。而且，这种LED设 备通过调整凸型反射镜503的大小和尺寸、反射镜503之间孔径507的大 小、以及透明层509的厚度可以实现更复杂和/或更好控制的光场图形。
图6a描述一个顶端发光LED设备600的典型实施例，其包括 一个在 基板603上形成的多层材料叠层601。正如本领域技术人员通常理解的那 样，多层叠层601包括一个p掺杂材料层或p型半导体层("p-层")605、 一个n掺杂材料层或n型半导体层("n-层")607、以及一个光产生区或 p-n结609。本领域的技术人员将会理解，当有电力供应时，p-n结609朝 所有方向发光，但是大部分发射光将按照箭头611所示的主发光方向，从 顶端发光半导体发光设备600出来。顶端发光半导体发光二极管600也可 以有p电极613和n电极615，用来供电给p-层和n-层605、 607。有选择 地，反射层可以粘在基板603的底表面，用来反射光到主发光方向611。 顶端发光LED设备还包括一个厚透明层619在或靠近p-层605，还包括一 个图案化的反射层621粘在透明层619的顶表面，有间隔分离的多个凸型 反射镜625的多个孔径623。
图6b描述顶端发光LED设备的另一个实施例，其类似于图6a的那种， 除反射镜是完全平坦之外。另外， 一个具有合适光学带隙的2维光学晶体 结构可以位于p-层和透明层之间，用来增强进入透明层的发射光。
图7描述依照本发明形成反射镜的另一种方法。通过例子来描述凸型 反射镜的形成，但是本领域技术人员将会理解，这种工艺也可以适用于形 成平坦的反射镜。如图7所示，首先，透明层703的顶表面701被蚀刻或 通过其它方法以形成多个凹处705。其后，第二透明层707，其折射率不同 于并且小于透明层703的折射率，被涂敷在透明层703的顶表面701上， 充满凹处705。在此两个透明层703、 707之间的界面709使用作为反射镜。
有多种工艺可以被用来形成透明层上的凹处。例如，如图8a和图8b 所示，首先， 一个具有孔径802的防蚀刻层801被粘在透明层803上，然 后通过一个化学蚀刻工艺以形成凹处804。或者，如图9a-9c所示， 一个具 有多个突起903的物理印字机901可以被用来施加一个物理作用力在透明
层905上以在透明层上形成凹处907。
具有增强侧面发光的LED设备可以有各种应用。例如，可以用于一个 背光照明系统，其通常有一个伸长基板，其上装有多个这种LEDs。由于 现在每个LED设备都有增强的侧面发光，而且其光场型可以控制，所以可 以实现降低封装复杂性和控制这种照明系统的光强度。
应该理解，在此披露和定义的本发明可以扩展到以上文字或附图的两 个或多个特征的所有替代组合。所有这些不同组合构成本发明的各个方面。 本领域技术人员将会明白，前面描述了本发明的一个实施例及对其所作改 进，而没有偏移本发明的范围。
尽管在此描述了本发明，然而不是意在受制于所述细节，因为可以对 其作出各种改进和结构改变，而没有偏移本发明的精神，并属于本发明和 权利要求的范围。
而且，应该理解，在说明书里用来描述本发明及其各种实施例的单词 不仅可以理解为通常涵义，而且可以包括超出通常涵义范围之外的说明书 结构、材料或行为上作出的特别定义。因此，如果一个元素在说明书的上 下文里可以被理解为包括多于一个涵义，其在权利要求里的使用必须被理 解为由说明书及其单词本身支持的所有可能涵义。所以，以下权利要求的 单词和元素定义在说明书里设定，不仅包括字面上阐述的元素组合，且包 括所有等同的结构、材料或动行为以实质相同的方式执行实质相同的功能 以获得实质相同的结果，而没有偏移本发明的范围。
权利要求
1. 一种发光二极管设备，包括一个多层材料叠层，其包括一个p-层、一个n-层、以及一个光产生区，用来在主发光方向上发射光，主发光方向朝向p-层和n-层中的任何一个层；一个完全透明层，其位于或靠近p-层和n-层中的任何一个层上，具有第一表面，其朝向所述p-层和n-层中的任何一个层，和一个相反的第二表面；和一个反射表面，在或靠近透明层的第二表面上形成，用来引导至少一部分发射光偏离主发光方向，从而增强发光二极管设备侧面发出的光。
2. 根据权利要求1所述的发光二极管设备，其中发光设备是一种倒装 发光设备，其中该发光二极管设备还包括一个完全透明的基板，其上形成 有多层叠层，且基板被夹在所述p-层和n-层中的一个层和透明层之间。
3. 根据权利要求2所述的发光二极管设备，其中透明层的厚度至少是 1/3的基板厚度。
4. 根据权利要求2所述的发光二极管设备，其中透明层有一个折射率， 其大于基板的折射率。
5. 根据权利要求1所述的发光二极管设备，其中发光设备是一种倒装 发光设备，其中透明层是由透明基板形成，多层叠层在其上形成。
6. 根据权利要求1所述的发光二极管设备，还包括一个2维光学晶体 结构，其形成在多层叠层和透明层之间，用于吸取从多层叠层来的光到透 明层去，其中2维光学晶体结构有一个光学带隙(photonic band gap),覆盖至少光产生区发出光的一段波长范围。
7. 根据权利要求1所述的发光二极管设备，其中反射表面被图案化以 允许至少一部分的光穿透反射表面。
8. 根据权利要求6所述的发光二极管设备，其中反射表面包括在其中 形成的多个孔径。
9. 根据权利要求6所述的发光二极管设备，其中反射表面以这样的方式形成，使得有多个反射镜用来引导至少一部分发射光偏离主发光方向。
10. 根据权利要求8所述的发光二极管设备，其中至少有一些反射镜 是完全平的。
11. 根据权利要求8所述的发光二极管设备，其中至少一些反射镜是 凸型。
12. 根据权利要求10所述的发光二极管设备，其中透明层包括在其 第二表面上的多个凹处，用来形成凸型反射镜。
13. 根据权利要求12所述的发光二极管设备，还包括第二透明层， 其折射率低于透明层的折射率，并位于或靠近透明层的第二表面以形成反 射表面。
14. 根据权利要求1所述的发光二极管设备，其中反射表面是由沉积 在透明层顶表面上的反射材料制成。
15. 根据权利要求11所述的发光二极管设备，其中反射材料选自-铝、金、银、鉻、1维光学晶体等。
16. —个照明系统，包括一个伸长基板；多个发光二极管设备，位于基板上，每个发光二极管设备包括一个多层材料叠层，其包括一个p-层、 一个n-层、以及一个光产生区，用来在主发光方向上发射光，主发光方向朝向p-层和n-层中的一个层；一个完全透明层，位于或靠近所述p-层和n-层中的一个 层上，有一个第一表面，朝向p-层和n-层中的一个层，和 一个相反的第二表面；和一个反射表面，形成在或靠近透明层的第二表面上，用来 弓I导至少一部分发射光偏离主发光方向，从而增强发光二极 管设备侧面发出的光。
17. —种制作权利要求1的发光二极管设备的过程，包括形成一个多层材料叠层，其包括一个p-层、 一个n-层、以及 一个光产生区，用来在主发光方向上发射光，主发光方向朝向p-层和n-层中的一个层；安置一个完全透明层在或靠近所述p-层和n-层中的一个层上， 透明层有一个第一表面朝向所述p-层和n-层中的一个层，和一个 相反的第二表面；和形成一个反射表面在或靠近透明层的顶表面上，用来反射至少 一部分发射光偏离主发光方向，从而增强发光二极管设备侧面发 出的光。
18. 根据权利要求17所述的过程，其中形成反射表面的步骤包括形 成多个孔径延伸穿出反射表面，以允许至少一部分光穿过反射表面。
19. 根据权利要求17所述的过程，其中形成反射表面的步骤包括形 成多个相互间隔的反射镜，用来反射至少一部分发射光偏离主发光方向。
20. 根据权利要求19所述的过程，其中至少一些反射镜是凸型。
21. 根据权利要求20所述的过程，其中凸型反射镜是通过在透明层的顶表面上形成多个凹处而形成。
22. 根据权利要求21所述的过程，其中凹处是通过蚀刻透明层而形成。
23. 根据权利要求21所述的过程，其中凹处是通过施加一个外部作 用力在透明层上而形成。
全文摘要
一种发光二极管设备(300)包括一个多层材料叠层，其包括一个p-层(303)、一个n-层(328)、以及一个光产生区(307)，以便在主发光方向(331，337，335，333)上发射光，主发光方向朝向p-层和n-层中的一个层；一个完全透明层(321)，靠近位于所述p-层和n-层中的一个层，具有一个第一表面朝向所述p-层和n-层中的一个层和一个相反的第二表面；以及一个反射表面(319)，在或靠近透明层的第二表面上形成，用来引导至少一部分发射光偏离主发光方向，从而增强发光二极管设备侧面(330)发出的光。
文档编号H01L33/44GK101379625SQ200780004143
公开日2009年3月4日 申请日期2007年7月5日 优先权日2006年9月7日
发明者剑 冯, 彭华军, 褚宏深, 邱国安 申请人:香港应用科技研究院有限公司