[发明专利]平板固态光源

说明书

发明背景

整个世界都要求用可见光源(通常为白色或者接近白色的光源)来进行照明。荧光灯、白炽灯以及其它的灯和灯泡普遍存在于各种照明中。此外发光二极管，或者称作LED，越来越普遍地用于单一波长或限定波长的照明中，如激光指示器、指示灯等。

由于LED的功耗在总体上要低于荧光灯或灯泡，因此近年来人们将更多的注意力都集中在用LED作为白色光源的潜能研究中。然而，由于无法获得高效的蓝光LED，因此一直以来很难将这种LED用作白色光源。最近，人们在第III族元素的氮化物半导体系统上取得的进步使得InGaN/GaN DH(双异质结)结构得以开发出来，这就使得能以很高的量子效率来发出蓝光。因此，现在已经能够在商业上获得蓝光LED。

从蓝光LED获得白光一直以来都存在问题。一种获得白光的有效方法是将蓝光和黄光进行混合。首先请参见图1和图2，这里最先展示的是采用现有技术的蓝光LED并结合黄磷而发出白光的示意形式(S.Nakamura，SPIE，卷3002，第26-35页，1997年)，在图2所示现有技术的装置中，YAG(钇铝石榴石)磷1在蓝光LED2的顶上形成，该LED2具有InGaN/GaN DH结构。在这种结构中，电流从带有反射杯4的引线框3通过导体5注入到LED芯片2中，然后电流再从LED芯片2流到引线框6。该LED芯片2经注入电流激励发出蓝光。来自LED芯片2的蓝光激励YAG磷1而发出黄色荧光。LED芯片2发出的蓝光与磷1发出的黄光混合形成白光。为了提高白光的向外发射率，可采用一个环氧树脂透镜7。这样该结构就可获得白光。

然而，为了得到大面积的白光平光源，必须使用大量的LED。对于图1和图2所示的现有设计，驱动电路非常复杂，其制造成本也很高。此外，如图3所示，如果将大量传统的LED组合在一个面板内，面板的发光图案将成为点式的，这是由传统的LED“点光源”本质决定的。因此采用大量现有技术的LED很难提供发射功率均匀分布的白光平面。此外，当优选很薄的发光板时，在图1-3所示的现有技术中，由于面板的厚度必须大于LED的高度，因此面板的厚度将会很大。现在只有解决这些问题才能获得面积大、并且发出均匀白光的薄型平面白光源。

发明概述

本发明通过提供一种全新的、前所未有的LED结构来克服现有技术中的许多限制条件，该LED结构能够构造出厚度薄、面积大并且发射功率基本均匀一致的平板式多色光源。后面的内容将会论述到各种实施方案，这其中包括将本发明的LED结构与磷组合产生多色光的一些实施方案。尽管本发明一些方面是用来提供多色光发射，但在后面的论述中将以白光发射为例来说明本发明所获得的多色光发射。

总的来说，本发明的LED结构涉及一种由多个包复层和一层沉积在导电基板或绝缘基板上的活性层构成的PN结LED。每一个PN结LED都以隆脊或条片的形式形成，该隆脊或条片基本沿着与基板正交的方向向外延伸。一个基板上平行布置有多条这样的隆脊，并且将磷沉积在两条隆脊之间所形成的中间通道中。通过适当布置一对电极，LED沿着整个隆脊/通道边缘发出连续的光，而不是像现有技术那样的点光源。

在一些实施方案中，也可以将蓝光LED和黄磷组合来发光。在这样的实施方案中，该LED配置通常包括多个隆脊，隆脊处用InGaN材料作为活性层，同时将YAG磷沉积在InGaN材料之间的中间通道中。在其它的实施方案中，多色光可借助于多个紫外光LED来生成，这些LED包括那些例如由AlGaN材料制成的，其形成隆脊，再加上那些适当的分别发出红光、绿光和蓝光并交替形成于LED隆脊之间中间通道的磷。红光、绿光和蓝光成分的比例可改变从而能发出多色光。此外，通过有选择地驱动电极，某些特定的LED隆脊可开或关，从而使平板整体变暗或者产生多色光变化。从前述可知，尽管并非必须，但活性层通常都形成量子阱。

使每一个通道的全程通道都连续地发光，即可提供连续并且均匀发射的多色光。通过调节活性层的厚度，LED的发射率可达到最优。此外，通过改变活性层窗口区域相对于磷的比例，即可调整光线的颜色以适应特定的应用场合。在这种情况下，“窗口区域”指的是开口，通过该开口，来自第一电极的电子可进入活性层。

各种实施方案中的结构可采用许多方法来构成，这取决于优选的是导电基板还是绝缘基板，还取决于绝缘结构的形成是否是用来控制窗口区域的尺寸。可采用各种基板：比如导电基板可用氮化镓(GaN)、硅(Si)以及碳化硅(SiC)，而绝缘基板可采用蓝宝石。本发明并不限于任何特定的基板。