本发明专利技术涉及一种发光装置，其具有一衬底和一包括一电激发光材料的发光层，其中所述发光层（Ｐ－Ｎ接面）被一Ｐ型包覆层（具有光可穿透的一Ｐ型电极层）和一Ｎ型包覆层（具有光可穿透的一Ｎ型电极层）所包夹。所述发光装置的特征为一光控制部分配置于所述发光装置的一光射出表面上，所述光控制部分至少包括一光隧穿层，所述光隧穿层对于来自发光层的主要发光波长具有与所述衬底、所述包覆层和所述电极层的折射率相比较小的折射率。当由所述发光层所发出的光以一大于临界角的角度入射外延层与周围介质之间的界面时，通过光隧穿效应造成光提取效率增加。来自光控制部分的隧穿光可以是偏极的，藉此，实际上可实现一偏极发光装置。
【技术实现步骤摘要】
高提取效率发光装置扶水领域本专利技术涉及一种发光装置，例如发光二极管(LED)、共振腔LED以及平面型LED (例如有机发光二极管(OLED))。特别是，本专利技术涉及一种半导体发光装置，其光控 制层至少由一光隧穿层所构成。背景抹水一个电激发光(EL)发光装置(LED)基本上包括一发光部分，其实质上包含一发 光层以及包覆层，所述发光部分具有可自靠近紫外光至红外光频谱操作的材料。所述材料包含第ni-v族，第n-vi族半导体，半导体聚合物和特别的二元、三元和四元合金材料(例如第III族氮化物，第III族磷化物和第III族砷化物)，例如GaN， AlGaN, AlInGaN， AlGalnP， GaAlP， GaAsP, GaAs和AlGaAs。半导体外延层部分，包括由至少一n型层以 及一p型层形成的一发光层，形成于一半导体或玻璃衬底上。当其上施加一电场时，由 阳极注入的空穴以及由阴极注入的电子在所述发光层重新结合并产生光子。被广泛采用 的一示范性配置为所述发光层由包覆层所包夹，衬底包括一部分的外延缓冲层、 一衬底 以及一底部反射层。 一电流扩散/分布层形成于所述外延层的表面上，因此电流可以有效 率地注入所述发光层。 一保护层形成于整个装置表面上。 一接触电极部分形成于所述表 面上。 一底部反射层提供一高热能耗散和高反射功能并设计为具有一低热阻以允许高电 流密度操作。基本上，对于上述的发光装置，可知电激发光(EL)装置发出光子，其由一发光层 所产生并自所述发光装置脱离进入周围介质。考虑所述装置和周围介质的折射率的差 异，所述装置/周边(周围)介质存在相当小的全内反射临界角造成发光层所发出的大部 分光子被反射回所述装置内，加上所述发光层中的反射光再吸收现象造成外部量子效率 实质小于其内部量子效率，也就是所谓的临界角损失。因此，提取效率或外部量子效率 定义为光逃逸出所述装置或逃逸出所述装置进入周围的效率。因为形成装置的半传导发光材料的折射率大于周围介质材料(典型地为用于包装或 封装所述装置的环氧树脂或空气)的折射率，所以在发光装置与周围介质之间的界面的全反射临界角的大小由下列公式决定全反射临界角视折射率不匹配的比例而定。'和2分别为入射和折射介质的折射 率。只有以小于所述临界角的入射光可被传播穿透所述界面。换句话说，存在一发射光 束的逃逸锥体，其具有等于临界角的顶角，如附图说明图1所示。假设发光装置的非偏极发光具有等向角分布和包括菲涅耳(Fresnel)反射损失，穿透过界面传播光能量相对于到达所 述界面的光的比例由下列公式决定-因此，由于全内反射(TIR)所造成的损失随着所述装置内的折射率与所述装置外 的介质折射率的差异快速地增加。特别是，对于一立方体型发光装置，其具有六个此种 界面或逃逸锥体，其损失应为六倍。因此发生总光提取效率受全反射影响严重恶化。例如，如果GaAs、 GaN、蓝宝石、氧化铟锡(ITO)和玻璃为用于装置光射出表面 的典型材料，其折射率分别为3.4、 2.4、 1.8、 2.25和1.5,逃逸至外部空气的效率将是2.2%, 4.3%， 8.7%， 5.2%和11%。所以使得大部分由发光层所产生的光被困在所述装置内。界 面折射率差异太大为电激发光发光装置所遭遇的主要问题。由于由所述发光层所产生的 光其光学特征为具有等向角分布光源的非偏极发光，光子可经由所有暴露表面逃逸出所 述装置。因此，电激发光装置的一般封装设计概念是重新导向逃逸光线进入所要输出方 向并进入所述逃逸锥体以达到增加提取效率的目的。常规技术已揭示许多方法以增加提取效率，所述方法可分为四方面(I)增加发光率；(II)降低所述装置中的吸收损失；(III)增加逃逸锥体数目和锥体角度；和(IV)增加进入逃逸锥体的机率。由于发光装置内的接触电极、发光层或衬底的光吸收特性， 因此装置的发光和光吸收特性受到外延层堆叠结构影响。美国专利公告号第US 20040211969号申请案揭示使用具有一结构的一光提取层，其 中折射率在厚度变化方向朝向所述光射出表面逐渐减少，结果，所述逃逸锥体顶角沿着 所发出光的传输的方向单向延伸扩大，使得内反射渐渐地消除。另一方面，美国专利公 告号第US 2005062399号申请案揭示在所述电极层之上， 一光控制层具有一结构位于所 述衬底与电极之间，其中折射率朝向发光装置的发光层渐渐增加，所述衬底具有低于所述光控制层的折射率的折射率，其中自所述发光层的一点光源发出的一球面波可被转换 成平面波形，藉此在所述衬底和周围介质之间界面的全内反射被减少。两种方法均密切 地根据所使用的材料成分组成和复杂的光学多层膜制程，因此很难在大量生产中有效地 控制其成本与其光学特性。然而，根据现有技术，当入射光的全内反射在两种介质(其中第二介质，即光隧穿 层的折射率小于第一介质，即外延层的折射率)之间界面发生时，如果第二介质的厚度 接近或小于入射光的波长时，随着第二介质的厚度朝零减少时，部分入射光会被耦合进 入具有折射率与第二介质的折射率相比较大的第三介质，此一现象即为众所周知的光隧 穿(optical tunneling)现象。此一光隧穿现象称为如诸多研究论文中所描述的受抑全内 反射(FTIR， Frustrated Total Internal Reflection)。两种介质之间界面发生光隧穿现象的必要条件为如下(1)光隧穿层的折射率低于入射介质的折射率；(2)光隧穿层的厚度远小于入射光的波长。因此，在LED外延层和周围介质之间，除加一层光隧穿层外，并 可增加一光提取层，其折射率大于所述光隧穿层的折射率以形成受抑全内反射。此外，在受抑全内反射(FTIR)中，渐消波的强度可以通过如Nesnidal和Walker所 发表的Multilayer dielectric structure for enhancement of evanescent waves(巻35, 第13 号，第2226页，1996年，Applied Optics)中所描述的多层堆叠电介质材料结构而增加。 所述多层堆叠结构是通过镀上一层光学薄膜以增加渐消波的强度。另外，Li Li所公开的一篇The Design Of Optical Thin Film Coatings With Total And Frustrated Total Internal Reflection(第24至30页，2003年9月，Optics & Photonics News) 中显示在大于光全反射临界角时可制作出一宽频广角、高消光比、偏极化分光镜(high extinction ratio polarizing beam splitter)。换句话说，对于大于临界角的入射角的非偏极 光，TM偏极光(p偏光)将被反射，而非传播穿透全内反射界面，因此只有TE偏极光(s 偏光)透过所述全内反射界面传播。因此，存在通过装置和周围介质界面使用受抑全内 反射效应以产生制造一偏极发光装置的可能性。上述偏极发光装置的偏极光(s或p偏光) 至少在下列条件成立时才能够过所述全内反射界面传播(1)当入射角大于临界角(全 反射角)时；(2)外延层与周围介质之间依序具有一光隧穿层以及一光提取层，其中所 述光隧穿本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种发光装置，包括： 一发光部分，包括： 一衬底，其为光可穿透的； 一发光层，其由一Ｐ型包覆层和一Ｎ型包覆层所包夹，并为光可穿透的； 所述Ｐ型包覆层，其位于所述发光层的一侧，并为光可穿透的； 所述Ｎ型包覆层，其位于所述发光层的另一侧，并为光可穿透的； 一Ｐ型电极层，其位于所述Ｐ型包覆层上；以及 一Ｎ型电极层，其位于所述Ｎ型包覆层上， 其特征为所述发光装置进一步包括： 一光控制部分，包括： 一光隧穿层，其配置于所述发光装置的光射出表面上，并具有对于自所述发光层发出的主要发光波长与所述衬底、所述包覆层和所述电极层的折射率相比较小的折射率，且所述光隧穿层的厚度小于所述主要发光波长。
【技术特征摘要】
1.一种发光装置，包括一发光部分，包括一衬底，其为光可穿透的；一发光层，其由一P型包覆层和一N型包覆层所包夹，并为光可穿透的；所述P型包覆层，其位于所述发光层的一侧，并为光可穿透的；所述N型包覆层，其位于所述发光层的另一侧，并为光可穿透的；一P型电极层，其位于所述P型包覆层上；以及一N型电极层，其位于所述N型包覆层上，其特征为所述发光装置进一步包括一光控制部分，包括一光隧穿层，其配置于所述发光装置的光射出表面上，并具有对于自所述发光层发出的主要发光波长与所述衬底、所述包覆层和所述电极层的折射率相比较小的折射率，且所述光隧穿层的厚度小于所述主要发光波长。2. 如权利要求l所述的发光装置，其中所述光控制部分进一步包括一光提取层，其配 置于所述光隧穿层上，并具有对于所述主要发光波长与所述光隧穿层的折射率相比 较大的折射率。3. 如权利要求2所述的发光装置，其中所述发光部分进一步包括一光偏斜装置结构和 一光偏斜装置结构封装层以及所述光控制部分进一步包括一高折射率层，所述光偏 斜装置结构和光偏斜装置结构封装层依序配置于所述P型包覆层上且所述光偏斜装 置结构的折射率高于所述光偏斜装置结构封装层的折射率，所述高折射率层配置于 所述光隧穿层下并具有对于所述主要发光波长与所述光隧穿层的折射率相比较大 的折射率。4. 如权利要求3所述的发光装置，其中所述光偏斜装置结构为一棱镜阵列层或一金字塔形状阵列层。5. 如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏忠杰，
申请(专利权)人：苏忠杰，
类型：发明
国别省市：71[]
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