专利名称：边发射led光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及边发射LED光源。
背景技术：
传统的发光二极管(LED)亮度不足(即单位面积单位角度上不能产生足够的光)，并且光通量(能流与时间之比)不足以用在许多应用中。另一方面，边发射LED可以提供较亮的光源。例如，GaN(氮化镓)基的边发射LED，例如AlGaInN基或InGaN基的边发射LED，可以提供非常明亮的蓝色或绿色光束。
但是，边发射LED本质上是线光源，因为它们发射的光束具有非常窄的细长截面形状，因此不适用于许多应用场合。例如，投射到空间光调制器上或耦合到光纤中，这些应用要求光源发射的光束具有二维截面形状，这不是边发射LED能够提供的。
发明内容
根据本发明，提供了一种边发射LED光源和一种用于制造边发射LED光源的方法。边发射LED光源具有彼此紧密接近布置的多个边发射LED，限定了边发射LED阵列。阵列中多个边发射LED各自单独发射的光束一起形成一个光束，这个光束具有基本上二维的截面形状，例如正方形或其他矩形形状，以及更高的总光通量。边发射LED光源可以有效地用于投射到光调制器上，耦合到光纤中以及需要光源的其他应用中。
除了上述之外，本发明还提供了多种实施例以及其他特征和优点。根据下面的说明书，参考附图，这些特征和优点将更加明显。
图1是本领域已知的边发射LED的示意图，用于帮助对根据本发明的图2是根据本发明一种示例性实施例的边发射LED光源的示意性侧视图。
图3是根据本发明又一种示例性实施例的边发射LED光源的示意性侧视图。
图4是根据本发明又一种示例性实施例的边发射LED光源的示意性侧视图。
图5是根据本发明又一种示例性实施例的边发射LED光源的示意性侧视图。
图6是图示了根据本发明的一种示例性实施例的边发射LED光源的制造方法的流程图。
具体实施例方式
根据本发明的示例性实施例提供了一种边发射发光二极管(LED)光源和制造边发射LED光源的方法。
图1是本领域已知的边发射LED的示意图，用于帮助对根据本发明的实施例进行说明。边发射LED由标号100一般地指示，包括GaN(氮化镓)基的边发射LED，具体而言，是AlGaInN基的边发射LED。在许多应用中，GaN基的边发射LED比传统的面发射LED更优越，因为它们可以提供非常明亮的蓝色或绿色光束。
边发射LED 100包括蓝宝石(Al2O3)衬底102和GaN基的外延层104。如本领域技术人员所知，LED 100产生的许多光(约70％的光)被俘获在衬底102与外延层104之间，并被导向LED的边缘。反射器(图1中未示出)通常设在LED 100非光发射的边缘，将导向边缘110的光重定向到光发射边缘106，以使明亮的蓝色或绿色光束108从光发射边缘106发射。
两个触点示意性地图示为112，它们通常设在外延层104的顶面114上，为LED提供电连接。
GaN基的边发射LED 100发射的光束具有非常窄的细长截面形状，例如，光束宽约500微米，厚约4微米。因此，边发射LED 100本质上是线光源，不适合用于希望光束具有二维截面形状如正方形或其他矩形形状的应用场合。因此，虽然GaN基边发射LED是明亮的光源，但是其用处由其发射的光束的形状所限制。
图2是根据本发明一种示例性实施例的边发射LED光源的示意性侧视图。光源由标号200一般地指示，包括彼此紧密接近设置的多个边发射LED，限定了边发射LED阵列。在图2所示根据本发明的示例性实施例中，光源200包括三个布置成上下关系的边发射LED 202、204和206，限定了包括垂直堆叠边发射LED的阵列210，堆叠中各LED之间彼此隔开较窄的间隙212。但是，如下面将要说明的，图2所示阵列210仅仅意在作为示例，根据本发明的边发射LED光源可以包括期望的任意多个边发射LED，布置成任何期望的阵列结构。
根据本发明的一种示例性实施例，边发射LED 202、204和206包括GaN基的边发射LED，例如图1所示AlGaInN基的边发射LED。GaN基的边发射LED在许多应用中是理想的光源，因为它们发射明亮的蓝色或绿色光束。但是，应当明白，本发明不限于任何特定类型的边发射LED或发射任何特定色彩的边发射LED。
边发射LED 202、204和206优选为彼此隔开约1到约50微米的距离。间隔应当足以使每个LED可以由其上的触点(例如图1所示的触点112)电连接到外部电源，但是应当足够小，以使光源200发射的光束象期望的一样明亮(通常LED 202、204和206彼此约接近，光源200发射的光束就越明亮)。
如图2所示，边发射LED 202、204和206从光源200的光发射边缘230分别发射独立的光束232、234和236，每个光束具有边发射LED典型的细长狭窄的截面形状。各个光束基本上彼此平行，并随着它们离开LED而发散。由于LED 202、204和206彼此紧密接近，各个光束将在离开LED适当的距离处混合在一起，限定单一的均匀光束240，所述光束240具有通常是二维的截面形状例如正方形或其他矩形形状，并且总的光通量更高。结果，边发射LED光源200包括明亮的、基本上矩形的二维边发射LED光源，它可以在需要或希望二维光源的应用中有效地使用。
多个间隔接近的边发射LED可以以各种方式封装在一起以提供光源200。例如，可以将如图2所示的LED堆叠或者如下文将要说明的LED维阵列固定到热沉。LED阵列也可以置于反射腔或反射罩中，以便对LED可能发射到期望方向之外的方向上的任何光进行重定向。
图3是根据本发明的另一种示例性实施例的边发射LED光源的示意图。光源由标号300一般地指示，类似于图2所示的边发射LED光源200，它包括三个布置成上下关系的边发射LED 302、304和306，限定了包括垂直堆叠边发射LED的阵列310。边发射LED光源300与边发射LED光源200不同之处在于，与光源200中那样在各个边发射LED之间提供窄间隙212不同，光源300在各个边发射LED 302、304和306之间包括触点元件312，用于对多个LED进行电耦合。在图3所示根据本发明的示例性实施例中，触点312包括银的薄层，但是如果需要，也可以使用由其他材料形成的触点元件，例如一侧具有铝而相反侧具有金的触点元件。
触点元件312设在各个边发射LED 302、304和306之间，用于有效、紧凑地通过LED上的触点将多个LED串联地电耦合。(在图3所示根据本发明的示例性实施例中，在LED的每一侧上设置一个触点来与银层电接触)。另外，在底部LED202的底面上和顶部LED 206的顶面上设置银触点元件312以提供到外部电源的电连接。与边发射LED光源200的方式类似，边发射LED光源300中的各个边发射LED 302、304和306从光源300的光发射边缘330发射单独的、紧密相间的光束，这些光束具有狭窄细长的截面形状，但是混合在一起形成单一的光束340，光束340具有通常二维的截面形状，例如正方形或其他矩形形状，并具有更高的总光通量。
如图3所示，用银形成触点元件312具有下述好处，即触点元件可以作为某些LED的p触点，并作为其他LED的n触点。另外，银触点元件还具有能够有效地从LED光源300散热、以及作为良好的反射器使之不吸收来自光源的杂散光的好处。根据本发明的示例性实施例，银触点元件312的厚度从约1微米到几十微米，例如约10-20微米。通常，银触点元件越薄，LED 302、304和306就彼此越接近，光源300发射的光束越亮。另一方面，较厚的银触点元件能够从光源除去更多的热量。因此，当期望提高散热能力时，采用较厚的触点元件，当期望更亮的光源时采用较薄的触点元件。
可以通过简单地将LED 302、304和306设置为一个在另一个之上，并在LED之间和LED堆叠的上下方设置银触点元件来制造光源300。LED堆叠可以例如通过将银触点元件熔化到LED表面上而结合在一起。
图4是根据本发明的另一种示例性实施例的边发射LED光源的示意图。光源由标号400一般地指示，类似于图3所示的边发射LED光源300，它包括布置成LED垂直堆叠的边发射LED 402、404和406的阵列410。同样与边发射LED光源300类似，各个边发射LED 402、404和406从光源400的光发射边缘430发射单独的、紧密相间的光束，这些光束具有狭窄细长的截面形状，但是混合在一起形成单一的光束440，光束440具有通常二维的截面形状，例如正方形或其他矩形形状，并具有更高的总光通量。
边发射LED光源400与边发射LED光源300的不同之处在于光源300中的多个银触点312由多个隧道结412取代。具体而言，多个边发射LED用LED的外延层中形成的隧道结412堆叠成串联阵列。
在根据本发明的、边发射LED402、404和406包括GaN基的边发射LED的示例性实施例中，每个隧道结412包括p++AlGaInN层442和n++alGaInN层444。层442是p重掺杂的，例如掺有镁，浓度在约6×1019/cm3到约1×1020/cm3之间。层444是n重掺杂的。例如掺有硅，浓度远远大于1×1020/cm3，例如在约2×1020/cm3到约3×1020/cm3之间。
在图2-4所示的示例性实施例中，每个边发射LED光源200-400包括单独的边发射LED的垂直堆叠形式的阵列。这样的堆叠将提供通常是矩形截面的光束，宽度等于每个LED的宽度，高度是堆叠中LED数目的函数。例如，由三个紧密相间的边发射LED组成的光源发射的光束具有约200-500微米宽、约0.1微米高的截面形状，并且看上去象一个连续的光源。但是，根据本发明，边发射LED光源可以制造为具有布置成阵列的多个边发射LED，所达阵列具有不同的结构以便提供具有期望的二维截面形状的光束。
图5是根据本发明的另一种边发射LED光源的示意图。光源由标号500一般地指示，并包括布置成一个在另一个上方的两个边发射LED堆叠510和512，例如图2-4中所示的堆叠210、310或410之一。堆叠510和520彼此紧密接近地并排设置，以提供从光源500的光发射边缘530发射的光束540，光束540的高度相应于堆叠中的边发射LED数目，宽度相应于两个边发射LED堆叠组合的宽度。
边发射LED光源500可以用于期望光束的截面形状与显示器(例如CRT屏幕等)基本相同的应用中。根据本发明的边发射LED光源通常可以构成为包括任意期望数目的独立边发射LED堆叠，这些堆叠并排设置或设置为其他任何结构。例如，如果需要，边发射LED也可以设置为一个或多个水平的行。
图6是图示了根据本发明的一种示例性实施例的边发射LED光源的制造方法的流程图。该方法由标号600一般地指示，并开始于提供多个边发射LED(步骤602)。然后将多个边发射LED彼此紧密接近地布置以限定边发射LED阵列，其中，阵列中的多个边发射LED各自单独发射的光束一起形成单一光束，这个光束具有基本上二维的截面形状(步骤604)。
尽管所述内容组成了根据本发明的示例性实施例，但是应当明白，本发明可以在不脱离其范围的情况下进行各种方式的改变。由于根据本发明的示例性实施例可以以多种方式改变，所以应当明白，本发明应当仅由所附权利要求所要求的范围来限定。
权利要求
1.一种光源，包括多个边发射LED，所述多个边发射LED彼此紧密接近地布置以限定边发射LED阵列，其中，所述阵列中多个边发射LED各自单独发射的光束一起形成单一光束，所述单一光束具有基本上二维的截面形状。
2.根据权利要求1所述的光源，其中，所述多个边发射LED布置成限定了至少一个边发射LED堆叠。
3.根据权利要求2所述的光源，其中，所述至少一个边发射LED堆叠包括并排布置的多个边发射LED堆叠。
4.根据权利要求2所述的光源，还在所述至少一个边发射LED堆叠中每个边发射LED之间包括间隙。
5.根据权利要求4所述的光源，其中，所述间隙的宽度从约1微米到约50微米。
6.根据权利要求2所述的光源，还在所述至少一个边发射LED堆叠中每个边发射LED之间包括触点元件，用于将所述至少一个边发射LED堆叠中的多个LED串联地电连接。
7.根据权利要求6所述的光源，其中，所述触点元件包括银触点元件。
8.根据权利要求7所述的光源，其中，所述银触点元件的厚度从约1微米到约20微米。
9.根据权利要求6所述的光源，还在所述至少一个边发射LED堆叠的相反侧中每一个包括触点元件，用于将所述光源电连接到电源。
10.根据权利要求2所述的光源，还在所述至少一个边发射LED堆叠中每个边发射LED之间包括隧道结。
11.根据权利要求1所述的光源，其中，所述多个边发射LED包括多个GaN基的边发射LED。
12.根据权利要求11所述的光源，其中，所述多个GaN基的边发射LED包括AlGaInN和InGaN边发射LED中至少一种的多个边发射LED。
13.一种用于制造边发射LED光源的方法，包括将多个边发射LED布置成彼此紧密接近以限定边发射LED阵列，其中，所述边发射LED阵列中多个边发射LED各自单独发射的光束一起形成单一光束，所述单一光束具有基本上二维的截面形状。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将多个边发射LED布置成紧密接近以限定边发射LED阵列包括布置所述多个边发射LED以限定至少一个边发射LED堆叠。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，布置所述多个边发射LED以限定至少一个边发射LED堆叠包括布置所述多个边发射LED以限定并排布置的多个边发射LED堆叠。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述至少一个边发射LED堆叠中的各个边发射LED之间提供间隙。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述至少一个边发射LED堆叠中的各个边发射LED之间提供触点元件，用于将所述至少一个边发射LED堆叠中的各个边发射LED串联地电连接。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在所述至少一个边发射LED堆叠中的各个边发射LED之间提供触点元件用于将所述至少一个边发射LED堆叠中的各个边发射LED串联地电连接包括在所述至少一个边发射LED堆叠中的各个边发射LED之间提供银触点元件，用于将所述至少一个边发射LED堆叠中的各个边发射LED串联地电连接。
19.根据权利要求17所述的方法，还包括在所述至少一个边发射LED堆叠的相反侧面中每一个提供触点元件，用于将所述光源电连接到电源。
20.根据权利要求14所述的方法，还包括在所述至少一个边发射LED堆叠中的各个边发射LED之间提供隧道结。
全文摘要
本发明公开了一种边发射LED光源，以及制造边发射LED光源的方法。边发射LED光源具有彼此紧密接近布置的多个边发射LED，限定了边发射LED阵列。阵列中多个边发射LED各自单独发射的光束一起形成一个光束，这个光束具有基本上二维的截面形状，例如正方形或其他矩形形状，以及更高的总光通量。
文档编号H05B33/12GK1909229SQ20061009959
公开日2007年2月7日 申请日期2006年8月1日 优先权日2005年8月4日
发明者史蒂文·D·莱斯特尔, 维金奈·M·罗宾斯, 杰弗里·N·米勒, 斯科特·W·科尔扎因 申请人:安华高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司