[发明专利]多颜色发光二极管

说明书

本发明涉及一种基本电气元件，特别是涉及一种可同时发出多种颜色光的发光二极管

目前市面上的多颜色发光二极管，如日本专利公告第07015044A号所述，系将红、绿、兰三种颜色的三色晶体共同包装在一起而构成，不能在同一晶片上制作出R、G、B三色的LED。其主要原因在于各色晶片的基材与制作均不相，例如，高亮度红色以三元AlGaAs、四元AlGaInP为材料，而兰色与绿色是以GaN为主，但因兰色与绿色磊晶的制作不一，使得磊晶要同时制作在一起十分困难，而且各色的驱动电压也不一致，无法控制电流的亮度。因此，目前市面上还没有看到同一晶片上拥有R、G、B三色的LED，更无法看到手提电脑用的显示器。

本发明之目的旨在提供一种将红、绿、兰三色直接制作在同一晶片上的多颜色发光二极管，使之切割成单一晶粒并同时具有三种颜色的功能，无需三颗不同颜色的晶粒才能实现多颜色发光二极管，还可制成高清晰度的显示器，并应用于手提电脑上。

本发明的技术解决方案是：这种多颜色发光二极管包括有紫外光发光晶体、波长变换层、P型电极、N极电极、反射层、绝缘层或绝缘反射层，将三五族氮化物成长于兰宝石基板上，成为紫外光发光晶体，紫外光发光晶体具有正面、背面、侧面，在紫外光发光晶体的侧面镀上绝缘层、反射层或绝缘反射层，波长变换层内含可变换波长的萤光粉，波长变换层涂布于紫外光发光晶体的正面或背面，波长变换层涂布于晶体正面时，晶体背面就镀上反射层，波长变换层涂布于晶体背面时，晶体正面电极则为反射金属层，P型电极、N型电极连接于紫外光发光晶体上，并加上电压，利用上述结构可将所激发的光集中地从正面或背面发射出来，经波长变换层的转变，发出各种颜色的可见光。

本发明的多颜色发光二极管，参照日光灯的原理，以紫外线激发涂在其表面的R、G、B三色萤光粉，实现产生各色光或白色光的目的，这种方法产生的白色光具有R、G、B三色三波长，因而可制成彩色显示屏幕或小型显示器，甚至当作背光源来使用，同时，以紫外光制作要比兰光制作来得容易，而且成本价格低。

近年来，短波发光二极管及雷射二极管的研究方兴未艾，尤其以三五族氮化物半导体为基础的氮化铝镓铟系列最为引人瞩目。这是由于氮化物在三五族半导体中具有很高的直接能隙，变化组成可得到发光波长介于黄光至紫外光范围的高效率发光元件。有的研究机构已研制出兰色、绿色及其它高亮度的发光二极管，其波长分别为450及525nm。其中所采用的发光二极管结构及单量子阱，可以达到高量子效率。因此，制作紫外光发光二极管，可采用类似结构，其中活性层的量子阱结构为氮化镓(GaN)，改变量子阱厚度约20-100，使之成为波长接近紫外光的高效率发光二极管。由于氮化镓活性层5与氮化铝镓限制层的晶格常数接近匹配，因此可得高品质的氮化镓活性层5，相对于现有兰色发光二极管其活性层为氮化镓铟(GaInN)，铟的组成为0.2，量子效率约为7％，紫外光发光二极管的量子效率理论值可达10％以上，更因紫外光的制作过程在活性层不添加的情况下进行，制作上比作成兰光或绿光容易得多，且优良率会更高。

本发明的发光二极管结构可利用有机金属气相磊金法将三五族氮化物成长于兰宝石基板之上。由于兰宝石基板为一绝缘体，晶粒的制作必须先从氮化镓磊晶层部分腐蚀至暴露P型氮化镓为止，之后再进行P型电极及N型电极蒸镀，最后再切割成约350×350um的晶粒，即成为紫外光LED晶粒。

本发明所使用的波长变换层，主要为可改变波长的萤光粉材料并添加透明树脂混合之后所涂布形成的膜层。该萤光粉须为近紫外光(350-180nm)所激发，本发明则采用较稳定的氧化物萤光粉，如红色则为YVO4、Eu系或Y₂O₂S，波长约为620nm，兰色则为BaMgA₁₄O₂₃、Eu系列，波长约为454nm，绿色则为ZnO、Zn系列，波长约为505nm。其他可选的萤光粉还很多，如ZnS系列，但以氧化物萤光粉较稳定，耐温可达200，长时间不衰减，可使LED连续发光50000小时以上，故氧化物萤光粉适合本发明所采用。

只要将红、绿、兰三色的萤光粉分别涂在紫外光晶粒的表面之上，即可得红、绿、兰三种不同波长光谱的LED。本发明所采用的紫外光晶粒其波长约为350-385nm左右，为近紫外光，不伤害人体及物品，而一般日光的紫外光，长时间照射对人体有害。