[发明专利]用于使用荧光物质对发光二极管进行波长转换的装置

说明书

本申请享有1998年10月21日提交的美国在先申请60/105,056的权益。

本发明总地来说涉及发光二极管。具体而言，本发明涉及用于使用荧光物质来对发光二极管进行波长转换的方法和装置。

直到最近，发射波长在紫外线和蓝光之间的光的发光二极管(LED)的外部效率相对于其它诸如发射红光的AlGaAs LED等装置而言是非常低的，例如，在几千分之一的范围内。但是，InGaN/AlGaN量子井装置的成功使得发射波长在紫外线和蓝光之间的LED结构具有与最好的发射红光或黄光的LED相当的效率。例如，据报道InGaN/AlGaN LED在室温下的发射波长为400至450nm时的外部效率达到了10％。参见Nakamura等人的Appl.Phys.Lett.67(13),1995,p.1868；并参见此处引用的授予Nakamura等人的美国专利5,959,307。考虑到InGaN/AlGaN的高折射率，10％的外部效率意味着接近100％的内部效率。由此，这些发射波长在紫外线和蓝光之间的LED的内部效率高于众所周知的发射红光或黄光的LED的内部效率。

由于发射波长在紫外线和蓝光之间的LED的相当高的效率，所以这种装置能够构成一上好的基底用于设计发射具有从绿光到红光的波长的光的装置。然而，已知的系统未能有效地引入发射波长在紫外线和蓝光之间的LED。

本发明涉及一种包括一活性区，一荧光物质层和一反射层的装置。该活性区被构成为可发射具有第一组波长中的第一波段的波长的光。该荧光物质层设置于活性区和一外部介质之间并与该两者接触。该荧光物质层可将从活性区发射的光的第一波段波长转换为第二波段波长。该第二波段波长的中心波长大于所述第一波段波长的中心波长。该反射层光耦合于该活性区。该活性区设置于该反射层和该荧光物质层之间。该反射层被构成为至少可反射第一波段波长和第二波段波长的光。

图1表示根据本发明的一个实施例的发光装置；

图2表示根据本发明的另一个实施例的发光装置；

图3是表示根据一当前实施例的发光装置的外部效率上限和荧光物质层的折射率的关系曲线图；

图4表示根据本发明的一个实施例的具有三种颜色象素的发光装置的一部分；

图5表示根据当前层的另一实施例的具有至少一个反射层的发光装置；

图6表示根据本发明的又一实施例的具有一反射层的发光装置；

图7表示根据本发明的实施例的具有一台式结构的发光装置；

图8表示根据本发明的实施例的具有多个象素的发光装置，其中，每个象素都具有一台式的结构。

图1表示根据本发明的一个实施例的发光装置。发光装置100包括接触层110、活性区120、衬底130、荧光物质层140和触点150。活性区120进一步包括器件层121、活性层122和器件层123。

活性区120可以是任何类型的一个或多个层，其可通过受激发射过程来产生具有特定波段波长的光。该特定波段波长可以是由一特定的活性层产生的一大组波长的子集。例如，至少由Al_xGa_1-xN构成的活性层122可产生具有在约300纳米和约500纳米之间的波段波长的光，其中x的值在0和1之间。这一范围的波长(即300nm至500nm)可被表征为在紫外线和蓝光之间。或者可以说，由活性层122可能产生的波长的组可被描述为可由至少由Al_xGa_1-xN构成的一活性区产生的波长，其中x的值在0和1之间。

在一实施例中，活性层122可至少由InGaN/Al_xGa_1-xN构成，器件层121可以是与活性层122接触的一p型AlGaN层，而器件层123可以是设置于活性层122和衬底130之间并与该两者接触的一n型AlGaN层。该类型的活性区已在前面的公开文本中进行了描述。该活性区120可由触点110和触点150激活，这里，触点150具有围绕器件层123的环形形状。

注意术语“器件层”和“活性层”的每一个都可包括多个层，如具有多层的超晶格结构。例如，一个p型器件层可包括整体呈现p型特性的多个层。具体地参见图1，器件层121、活性层122、器件层123的每一个都包括例如具有，如超晶格结构的多个层。

衬底130可以是诸如蓝宝石衬底、碳化硅或其它任何可适合于邻近器件层123构建的材料的任何类型的衬底。