[发明专利]发光二极管的亮度增强方法和装置

说明书

本申请要求自2006年9月23日提交的美国临时专利申请第60/846516号的优先权，该美国临时专利申请在这里通过引用全文并入。 

发明背景 

本申请通常涉及半导体光源，包括发光二极管。 

在各种应用中都想要高亮度的光源。目前，在许多设备和系统中使用的高亮度光源是传统光源，例如HID灯、激光和其它点光源。这种传统光源中的一些光源具有各种技术限制，包括相对短的寿命、难以控制并维持光的颜色以及相对高昂的制造成本。 

固态光源，尤其是发光二极管(LED)与灯和其它光源相比，能被设计为具有较长寿命、较低能耗、更易处理的发射波长以及其它益处，并且在广泛应用中日益取代灯和其它光源。然而，LED有许多性能需要改进，以便LED能进一步拓宽它的应用以取代灯和其它光源。LED的最新进展增强了在要求高亮度的照明应用中使用LED的关注。 

发明内容

本发明涉及发光二极管设备，其实质上避免了由于相关技术的限制和缺点而引起的一个或更多问题。 

本发明另外的特征和优点将在以下的描述中提出，并且根据描述部分将变得明显，或可通过本发明的实践学到。本发明的目的和其它优点将通过在书面描述和它的权利要求以及附图中特别指出的结构来实现和获得。 

为了达到这些和其它优点，且依照本发明的目的，如具体和广泛描述的，本发明提供一种发光二极管设备，包括a)具有高反射层与发光层的发光二极管(LED)芯片；以及b)角度选择滤光片，其传播入射角小于选择角度的光，并反射入射角大于所述选择角度的光；所述发光层位于所述高反射层与所述角度选择滤光片之间。可在LED芯片和角度选择滤光片之间提供空气间隙。靠近角度选择滤光片在光离开的方向上还可提供偏振器。 

在另一方面，本发明提供一种设备，其包括发射光的发光层；传播发射的光的衬底，发光层在衬底的第一侧面上形成；反射层，其在衬底的第一侧面上形成，以反射发射的光，发光层位于反射层和衬底之间；以及角度选择滤光片，其在衬底的第二侧面上形成，角度选择滤光片反射入射角大于预定义的入射角的发射的光的光射线，并传播入射角小于预定义的入射角的发射的光的光射线。 

在又一方面，本发明提供一种设备，其包括发射光的LED芯片；反射层，其在LED芯片的第一侧面上形成以反射发射的光；以及角度选择滤光片，其在LED芯片的第二侧面上形成，角度选择滤光片反射入射角大于预定义的入射角的发射的光的光射线，并传播入射角小于预定义的入射角的发射的光的光射线。 

附图简述 

图1是带有角度选择光学滤光片的本发明的实施方式的横截面示意图。 

图2是从LED的活性发光层发射的光以及它在LED反射层和角度选择光学滤光片的作用下的进一步传播的示意图。 

图3是角度选择滤光片的光谱和角度特性。 

图4是带有角度选择滤光片的本发明的替换实施方式的横截面示意图。 

图5是从发光二极管的活性发光层发射的光以及它在LED反射层和角度选择光学滤光片的作用下的进一步传播的示意图。 

图6是带有光学滤光片的本发明的替换实施方式的横截面示意图。 

图7是带有光反射偏振器的本发明的替换实施方式的横截面示意图。 

图8是带有光反射偏振器和光学相位延迟器的本发明的替换实施方式的横截面示意图。 

附图-参考数字 

100.    LED芯片 

102.    LED的发光层 

104.    LED的反射层 

106.    角度选择滤光片 

108.    光纤 

110.    反射偏振器 

112.    四分之一波片 

优选实施方式详述 

一种用于改进LED性能的技术是使用高驱动电流来改进单个LED芯片的性能。这种技术被LED芯片的热耗散所限制。其它用于改进LED性能的技术包括将反射次黏着基台(submount)或布拉格光栅(Bragg-grating)并入LED芯片，如在例如US6,849,878 B2和US6,784,462 B2中描述的。这些手段能限制发射光的角度范围并增加光亮度。