[发明专利]LED系统和方法

说明书

相关申请

该申请根据35U.S.C 119(e)要求于2006年10月2日由Dung T.Duong等人申请的，名称为“SHAPED LIGHT EMITTING DIODES(成形的发光二极管)”的美国专利申请No.60/827818，和于2007年1月22日由Dung T.Duong等人申请的，名称为“SYSTEM ANDMETHOD FOR A SHAPED SUBSTRATE LED(用于成形的基板LED的系统和方法)”的美国专利申请No.60/881785的优先权，这两件专利申请全部以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及发光二极管(“LED”)。更具体地讲，此处描述的系统和方法的实施例涉及增加或控制LED的光输出。更具体地讲，实施例涉及通过使LED基板的部分成形来增加或控制LED的光输出。

背景技术

发光二极管(“LED”)在电子装置中普遍存在。它们用于数字显示器、照明系统、计算机和电视、蜂窝电话和各种其它装置。LED技术的发展导致了用于使用一个或多个LED产生白光的方法和系统。LED技术的发展导致了产生比从前更多的光子，从而产生更多光的LED。这两个技术发展的顶点是LED正在被用于补充或替代许多传统光源，例如白炽灯、荧光灯或卤素灯，就像晶体管代替计算机中的真空管一样。

LED可被生产为包括红、绿和蓝色的多种颜色。一种产生白光的方法包括相互组合地使用红、绿和蓝色的LED。由红、绿和蓝色(RGB)的LED的组合制成的光源将产生被人眼感知为白光的光。这是因为人眼具有三种类型的颜色感受器(receptor)，其中每一个类型对蓝色、绿色或红色敏感。

第二种从LED光源产生白光的方法是利用单色(例如蓝色)、短波长LED产生光，并使得一部分光撞击在荧光粉或类似的光子转换材料上。荧光粉吸收较高能量的、短波长的光波，并重新发射较低能量的、较长波长的光。如果选择发射例如在黄色区域(在绿色和红色之间)中的光的荧光粉，则人眼将这种光感知为白光。这是因为黄光刺激眼睛中的红色和绿色感受器。诸如纳米微粒或其它相似的光致发光材料的其它材料可以用于以非常相同的方式产生白光。

也可以使用紫外(UV)LED和三个不同的RGB荧光粉来产生白光。也可以从蓝色LED和黄色LED产生白光，也可以使用蓝色、绿色、黄色和红色LED的组合产生白光。

构建LED的当前工业实践是使用其上沉积有诸如GaN或InGaN的材料层的基板(典型地为单晶蓝宝石或碳化硅)。一个或多个层(例如GaN或InGaN)可以允许光子产生和电流传导。典型地，向基板表面涂敷第一层氮化镓(GaN)，以形成从基板的晶体结构到允许光子产生或电流传导的掺杂层的晶体结构的过渡区域。其后典型地是GaN的N掺杂层，下一层可以是InGaN、AlGaN、AlInGaN或产生光子并掺杂有产生所需波长的光所需要的材料的其它复合半导体材料层。下一层典型地为GaN的P掺杂层。该结构通过蚀刻和沉积被进一步修改，以产生用于电连接至装置的金属位点(site)。

在LED的操作期间，如传统二极管中一样，多余的电子从N型半导体移动至P型半导体中的电子空穴。在LED中，光子在复合半导体层中被释放以在该过程中产生光。

在典型的制造过程中，基板被制造为晶片的形式，并且层被涂敷于晶片的表面。一旦层被掺杂或蚀刻，并且已使用上述各种处理限定了所有的特征，各个LED就从晶片分离。LED典型地为具有直边的正方形或矩形。这可以导致显著的效率损失，并且可以导致所发射的光具有差的发射图形。单独的诸如塑料圆顶(dome)的光学装置通常被放置在LED上方，以达到更满意的输出。

在差不多所有的LED应用中，期望对于给定的功率输入最大化光输出，对于白光和更长波长的光，通常以流明每瓦(lm/W)来表示量；或对于诸如蓝色的较短波长的光，以毫瓦每瓦(mW/W)来表示量。现有的LED技术可试图增加该比率，该比率典型地称为“总效率”或“电光转换效率(wall-plug efficiency)”。然而，现有LED技术仍遭受差的总效率和低的提取效率。

发明内容

本发明涉及具有被成形为达到比从前的LED更高的效率的基板的LED。该LED的实施例的侧壁可以被成形为使用全内反射使LED的光输出最大化，并且可以被成形为达到所需的强度分布。此外，可以选择LED的出射面来使辐射度守恒。