专利名称：氮化镓基发光二极管指示笔的制作方法
技术领域：
本发明涉及指示笔，具体是指一种利用氮化镓基发光二极管作为发光源的指示笔。
背景技术：
随着科技的进步和社会的发展，许多高新技术产品逐渐走入人们的日常生活，电脑和投影仪的普及，使得激光笔这种小巧、便携、时尚的指示工具越来越多地取代传统的教鞭，在多媒体展示等方面具有相当广泛的应用前景。
但是，由于激光笔的结构复杂，需要泵浦激光二极管驱动器和激光二极管模块，在激光二极管模块中还需要KTP倍频晶体等材料，成本较高。另外受到器件工艺和原理的限制，激光笔的颜色单一，目前市场上一般只有红色和绿色两种，而且绿色的激光笔价格比较昂贵，不能满足多元化和个性化的市场需求。另外，由于激光笔所发出的光是相干光，在指示时激光斑点周围会有很多闪光点，对人眼造成很大不适。
而GaN基半导体材料具有在高频、高温条件下发射蓝光的独特性能，是继Si和GaAs之后的新一代半导体材料。由GaN、InN和AlN所组成的合金InGaN、AlGaN等GaN基半导体材料，通过调整组分可以获得从1.9eV到6.2eV连续可调的带隙，覆盖从紫外光到可见光很宽范围的波段。这些GaN基半导体材料的内、外量子效率高，具备高发光效率、高热导率、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等优点，可制成高效的蓝、绿、紫、白色等各种颜色的发光二极管，已经成为目前世界上最先进的发光半导体材料之一。但GaN基发光二极管的最大缺点是发散性大，传输距离短，如果通过简单方法，附加一些光学元件，能克服其存在的缺点，将是有极大的市场前景。
发明内容
本发明的目的就是要提出一种在GaN基发光二极管的基础上，通过附加一些光学元件，克服其所存在的缺点的发光二极管指示笔。
本发明的GaN基发光二极管指示笔包括GaN基发光二极管，在GaN基发光二极管的发光面上置有方向选择性很高、带通很窄的窄带滤光膜层，在滤光膜层的前面置有聚焦透镜。
所说的窄带滤光膜层的结构为α[(LH)m1.6L(HL)m]β[(HL)n2.1H(LH)n]，其中L为低折射率膜层，H为高折射率膜层，L和H膜层的光学厚度为λ0/4，λ0为滤光片的带通峰位，m和n为L与H的交替叠层次数，m、n≥5，α和β为峰位因子，α＝λ0/λa、β＝λ0/λb，λa为第一膜层(LH)m1.6L(HL)m的带通峰位，λb为第二膜层(HL)n2.1H(LH)n的带通峰位。
由于GaN基发光二极管发出的光源宽度为几十个纳米，上述的窄带滤光膜层是一种角度选择性很高的窄带滤光片，这种滤光片不仅在正入射情况下具有足够窄的带通宽度，而且还可以使很小入射角范围内的光透过，使得只有近乎正入射的光才能透射出来，这样可以大大提高发光二极管所发出光的准直性，同时，窄带滤光片本身只能透过很窄波长范围的光，从而使得最终发出的光单色性很好，与激光非常接近。然后再加上一个透镜，使光束在使用的范围内光斑都很小，而光束本身并非是相干的激光，亮度均匀，不会象激光笔那样出现很多让人眼感觉不适的闪光点，因此可以替代激光笔作为很好的指示笔用。
本发明的优点是1.结构简单、紧凑、成本低；光束准直性和单色性高；亮度均匀，各种颜色可选。
2.由于发光二极管发出的光为非相干光，无闪斑点，消除了激光笔中闪光点对人眼的不适。
图1为本发明的GaN基发光二极管指示笔的结构示意图。
图2本实施例所采用的窄带滤光膜层正入射时的透射谱。
图3本实施例所采用的窄带滤光膜层带通透过率随入射角的变化曲线。
具体实施例方式
下面结合附图，以中心波长λ0为550nm的绿光发光二极管为例，对本发明的具体实施方式
作详细说明。本发明的GaN基发光二极管1是由通过分子束外延或金属有机物化学气相沉积方法在宝石或碳化硅衬底101上依次生长n-GaN下电极层102、InxGa1-xN/GaN量子阱结构的发光层103和p-GaN上电极层104构成的，通过调节In的组分x值可获得不同波段的发光二极管，本实施例的x数值为0.2。
然后在上电极层104上通过真空镀膜的方法生成窄带滤光膜层2，滤光膜层的结构为α[(LH)121.6L(HL)12]β[(HL)122.1H(LH)12]，其中L为低折射率SiO2膜层，H为高折射率Ta2O5膜层，L和H膜层的光学厚度为λ0/4，λ0为滤光片的带通峰位550nm，L与H的交替叠层次数为12次，α和β为峰位因子，α＝λ0/λa、β＝λ0/λb，λa为第一膜层(LH)121.6L(HL)12的带通峰位，λb为第二膜层(HL)122.1H(LH)12的带通峰位。λa和λb的数值由其各自的膜层(LH)m1.6L(HL)m和(HL)n2.1H(LH)n计算得出，具体是将这些参数输入到Filmstar等商业软件中，计算出该膜层的光谱曲线，曲线上的峰位就是λa和λb数值。该滤光膜层的透射谱如图2所示，550nm处的带通半峰宽非常窄，只有0.003nm，因此透射出来的光单色性很好，与激光非常接近。而该窄带滤光片的方向选择性也很高，其带通透过率随入射角的变化曲线如图3所示，从图上可以看出，只要入射角稍微偏离正入射方向，透过率就急剧下降，当入射角为2°时，透过率就已经下降到了14％；入射角增大到3°时，透过率就只有2.8％，更大入射角的光都不能穿过滤光片透射出来，因此加上上述的窄带滤光片后透射出来的光方向性也很好。
然后在制备好的发光二极管上，安装上透镜3，一般透镜的焦距为2.5米已可满足使用要求了。最后，在二极管的上、下电极层上分别引出电极，加上电源(干电池或钮扣电池)和开关，即完成整个GaN基发光二极管指示笔的制备。
权利要求
1.一种氮化镓基发光二极管指示笔，包括GaN基发光二极管(1)，其特征在于在GaN基发光二极管的发光面上置有通过真空镀膜的窄带滤光膜层(2)，在滤光膜层的前面置有聚焦透镜(3)。
2.根据权利要求1的一种氮化镓基发光二极管指示笔，其特征在于所说的窄带滤光膜层的结构为α[(LH)m1.6L(HL)m]β[(HL)n2.1H(LH)n]，其中L为低折射率膜层，H为高折射率膜层，L和H膜层的光学厚度为λ0/4，λ0为滤光片的带通峰位，m和n为L与H的交替叠层次数，m、n≥5，α和β为峰位因子，α＝λ0/λa、β＝λ0/λb，λa为第一膜层(LH)m1.6L(HL)m的带通峰位，λb为第二膜层(HL)n2.1H(LH)n的带通峰位。
全文摘要
本发明公开了一种氮化镓基发光二极管指示笔，该指示笔包括GaN基发光二极管，在GaN基发光二极管的发光面上置有方向选择性很高、带通很窄的窄带滤光膜层，在滤光膜层的前面置有透镜。本发明的优点是发光二极管发出的光，经过窄带滤光膜层使得只有近乎正入射的光才能透射出来，同时，窄带滤光片本身只能透过很窄波长范围的光，从而使得最终发出的光单色性很好，与激光非常接近，然后再加上一个透镜，使光束在使用的范围内光斑都很小，而光束本身并非是相干的激光，亮度均匀，不会象激光笔那样出现很多让人眼感觉不适的闪光点，因此可以替代激光笔作为很好的指示笔用。
文档编号G09B17/00GK1786770SQ200510110
公开日2006年6月14日 申请日期2005年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者陆卫, 王少伟, 夏长生, 李宁, 李志锋, 张波, 陈平平, 陈效双, 陈明法 申请人:中国科学院上海技术物理研究所, 上海蓝宝光电材料有限公司