CN103828071A - 用于增强性能的发光二极管结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光二极管（LED），以及相关的部件、工艺、系统和方法。在某些实施方案中，描述了当用于光学系统中时提供改进的光效率和热效率的具有非矩形的输入孔（例如圆形的孔）的LED。在一些实施方案中，可对LED的发射表面和/或发射体输出孔成形（例如，成形为非矩形的形状），以使得实现增强的光效率和热效率。另外，在一些实施方案中，描述了为生产这种器件可使用的芯片设计和工艺。

Description

用于增强性能的发光二极管结构
相关申请
本申请根据35U.S.C.§119（e）要求于2011年6月28日提交的美国临时专利申请序列第61/502130号，代理人案号L0655.70117US00，发明名称为“Light-Emitting Diode Architectures for Enhanced Performance”的优先权益，为了各种目的将其全部内容通过引用并入本申请中。
技术领域
一般性地描述了发光二极管以及相关的部件、工艺、系统和方法。
背景技术
与白炽光源和/或荧光源相比，发光二极管（LED）通常可以以更高效的方式来提供光。与LED关联的相对高的功率效率导致在各种照明应用中愿意使用LED来代替常规的光源。例如，在某些情况下，使用LED作为交通灯，以及使用LED来照亮手机的键盘和显示器。
通常，LED由多层形成，并且这些层中的至少一些层是由不同的材料形成的。一般而言，选择用于层的材料和厚度确定了由LED所发射的光的波长。另外，可以对这些层的化学组成进行选择以尝试将注入电荷载流子隔离到某些区域（通常称为量子阱）中用于相对有效地转换成光能。一般地，在生长量子阱的结的一侧上的层掺杂有导致高的电子浓度的施主原子（这种层通常称为n型层），而在相对侧上的层掺杂有导致相对高的空穴浓度的受主原子（这种层通常称为p型层）。
制备LED的常用方法如下。以晶片的形式制备材料的层。通常，使用例如金属有机化学气相沉积（MOCVD）的外延沉积技术来形成层，其中将初始沉积的层形成在生长衬底上。然后，将所述层暴露于各种蚀刻和金属化技术以形成用于电流注入的接触部，随后将晶片切割成单独的LED芯片。通常，LED芯片是封装的。
在使用期间，一般将电能注入到LED中，然后将电能转换成电磁辐射（光），一些电磁辐射例如经由发射表面从LED中提取出来。
发明内容
一般性地描述了发光二极管以及相关的部件、工艺、系统和方法。
在一方面，提供了一种发光器件。在某些实施方案中，发光器件包括包含光生成区域和顶表面的发光管芯（light-emitting die），其中将该器件配置为在使用期间选择性地活化光生成区域的一部分以产生非矩形的有源发射区。
在一些实施方案中，发光器件包括包含光生成区域和顶表面的发光管芯，以及位于发光管芯的顶表面之上以限定具有非矩形形状的周界的发射区的至少一个电接触部。
在某些实施方案中，发光器件包括多个台面，每个台面均具有发射表面；以及由台面的发射表面限定的发射区，其中发射区包括非矩形的周界。
在一方面，提供了一种光学系统。在某些实施方案中，光学系统包括：包含有发光管芯的发光器件，该发光管芯包含光生成区域和顶表面；位于发光器件的顶表面之上的基本上为非矩形的发射体输出孔（emitteroutput aperture），该发射体输出孔配置为使得由发光器件发射的光通过发射体输出孔传输；和布置为接收由光生成区域生成的光的输入孔，其中发射体输出孔的形状基本上对应于输入孔的形状。
在一些实施方案中，光学系统包括：包含光生成区域和顶表面的多个发光管芯，发光管芯一起限定总发射区；位于发光管芯的顶表面之上的基本上为非矩形的发射体输出孔，该发射体输出孔配置为使得由发光管芯发射的光通过发射体输出孔传输；和布置为接收由光生成区域生成的光的输入孔。在某些这种实施方案中，发射体输出孔的形状基本上对应于输入孔的形状。
本发明的优点、新颖特征和目的，将通过结合附图考虑时的本发明的以下详细描述变得明显，附图是示意性的并且无意于按比例绘制。当本说明书和通过引用并入的文献包含冲突和/或不一致的内容时，以本说明书为准。在附图中，在各个图中示出的每一相同或近乎相同的部件是用单一的数字表示。为清楚起见，并非每个部件都在每个附图中标出，本发明的每个实施方案的每个部件在不必示出之处也不是都显示，以使得本领域的普通技术人员能够理解本发明。
附图说明
图1A至图1D是发射表面和输入孔的几何形状的示例性示意图。
图1E至图1H是根据一组实施方案的光学系统的透视示意图。
图1I是示出了根据一些实施方案的发射表面形状和输入孔形状交叠的示意图。
图2是LED的示例性截面示意图。
图3A至图3C是根据一些实施方案的用于LED的电极布局的示意图。
图4A至图4B是根据一组实施方案的台面的示意图。
图5A至图5C是示出了根据一些实施方案的发光台面的各种配置的示意图。
图5D至图5E是根据某些实施方案的包含有多个LED管芯的布置的示意图。
图6A至图6C是根据一组实施方案的概述了各个电极配置的示意图。
图7A至图7B是根据某些实施方案的临界照明系统的示例性示意图。
图7C至图7D是根据一些实施方案的模拟临界照明系统的示意图。
图7E至图7P是示出了根据某些实施方案的在模拟临界照明系统中的各个点处的光的强度和形状的示例性模拟图像。
图8A至图8B是根据某些实施方案的科勒（kohler）照明系统的示例性示意图。
图8C是根据一些实施方案的模拟科勒照明系统的示意图。
图8D至图8I是示出了根据某些实施方案的在模拟科勒照明系统中的各个点处的光的强度和形状的示例性的模拟图像。
具体实施方式
本发明涉及一种发光二极管（LED），以及相关的部件、工艺、系统和方法。在某些实施方案中，描述了当用于光学系统中时提供改善的光效率和热效率的具有非矩形的输入孔（例如圆形的孔）的LED。在一些实施方案中，可使LED的发射表面和/或发射体输出孔成形（例如，非矩形的形状），以实现增强的光效率和热效率。另外，在一些实施方案中，描述了为生产这种器件可使用的芯片设计和工艺。
本领域的普通技术人员熟知集光率的概念。集光率一般是光学系统（例如，投影仪、聚光灯等）的性能，其表征从系统发射的光在面积和角度上是如何“扩散”的。光源或光学系统集光率可以以孔面积（A）和光发射所对的立体角（Ω）的乘积来计算。光学系统（或光学系统内的元件）不能减小光源的集光率。相反，在最好的情况下（在所生成的图像的集光率与光源的集光率匹配的情况下）光学系统可以保持集光率。
许多光学照明系统基本上是具有圆形的输入孔的投影仪。例如，照明系统可以包括在光到达待照明的物体之前先通过圆形的孔将光投射的源。例如剧院聚光灯和建筑或娱乐遮光片投影仪（gobo projector）的这些光学照明系统中的一些可以从根本上受到光学系统集光率的限制。也就是说，光学系统集光率可以限制可由光学器件投影的光的窄光束的程度。如使其光不穿过物理“栅极”的探照灯，战术手电筒以及信号灯塔的均匀窄光束投影仪可受到系统集光率的限制。当光源的集光率与光学系统集光率匹配以及当每集光率的源流明（即，流明/A·Ω）最大时，这种系统一般提供最中心点的光学照度。
一般地，包括功率LED的矩形光源未被优化为每集光率的流明以用于具有圆形的输入孔或其他非矩形的输入孔的系统中。当考虑耦合到具有圆形的输入孔的光学系统中的矩形光源（例如，功率LED）的集光率时，可以将发射体区映射到需要有效地收集光的输入孔。图1A至图1D包括比较矩形的光源的发射表面的几何形状和圆形的孔的输入孔的几何形状的两个实施例的示意图。图1A和图1C是其中正方形的LED101被配置为生成发射到圆形输入孔103（例如，在不透明材料中的开口）的电磁辐射102的透视示意图。图1B和图1D是示出了LED101的发射表面106的形状与圆形孔103的形状之间的交叠的系统的侧视示意图。在图1B和图1D中，正方形104表示正方形的LED101的发射区，圆105表示光学系统的输入孔103的形状。在图1A至图1D中，两个LED管芯101的尺寸相同，并且假设光学系统生成相同的输出光束角。
在图1A至图1B所示的情况中，圆形的输入光学孔103的形状（对应于圆105）在正方形的发射区106（对应于正方形104）的形状内内切。这种结构导致较小的光学输出孔，以及因此导致较小的、较便宜的光学系统。当应用需要多个光源以实现所需的输出时，光学模块可以被紧密地封装在一起。然而，在图1A至图1B所示的系统中，从LED101的正方形的发射表面106发射的光的27%没有通过孔103传播并且从系统中损失。图1A至图1B中的光学系统保持了源的集光率（因为集光率不能减小）。
在图1C至图1D所示的情况中，圆形的输入光学孔103（对应于圆105）的形状围绕LED101的正方形的发射区106的形状，并且因此能够传播从发射表面106发射的所有光（假设数值孔径是合适的）。然而，为了实现与图1A的系统的发射光束角相同的发射光束角，将需要基本上更大的光学部件（其成本更高并且不能被紧固地封装在阵列中）。相对于源的集光率，图1C至图1D中所示的光学系统产生增大的集光率。
已经发现，在本发明某些实施方案的内容中，能够生成其中由LED发射的相对大量的光通过输入孔传播同时通过控制LED（或其他光源）的发射区的形状保持源的集光率的系统。在一些实施方案中，例如，通过使用具有非正方形或非矩形（例如，非四边形）的发射表面的光源，由源生成的进入到输入孔（例如，如圆形的输入孔等非矩形的输入孔）的光的量增大。
如文中所使用的，输入孔（也称作孔径光阑）是一般地物理限制穿过系统的光线的立体角，并且可以限制图像亮度的孔。在某些实施方案中，输入孔是在不透明材料内的透明的孔。在一些实施方案中，输入孔是由微型显示器限定的反射表面区域。在其他实施方案中，输入孔可以是透镜、波导管、轮廓栅极、取景光栅或布置为接收由LED发射的光的其他光学部件的表面。在一些实施方案中，例如，当LED用于临界照明系统和/或科勒照明系统中时，输入孔可以是待成像的物体（例如，显微镜标本），这将在下面更详细地描述。在一些实施方案中，输入孔对应于光学元件的输入。
图1E是其中使用包括非矩形的发射表面106的LED101的系统透视示意图。在图1E中，LED101包括顶表面110。单独或相互组合地使用各种技术中的任意一种可配置顶表面110的部分111以使得不从LED通过部分111发出光，这将在下面进行更详细地描述。在图1E所示的一组实施方案中，配置LED101以使得光不从部分111中发出以产生基本上为圆形的发射表面106。在图1E中，发射表面106的形状基本上对应于输入孔103的形状，其可以确保由LED101发射的相对大量的光通过输入孔传播，同时保持LED101的集光率。在其他实施方案中，虽然图1E中示出了圆形的发射表面106，但是也可以使用具有其他非矩形的形状的发射表面，这将在下面更详细地描述。
LED的发射表面通常是指由其从LED发出由LED的光生成区域生成的光的LED的区域。作为一个实施例，LED的发射表面可以与LED的管芯具有相同的形状。例如，如图1A和图1C中所示，发射表面可以是由LED的光生成区域生成的光通过其发射的LED管芯的顶表面。在其他情况下，发射表面的形状可以不同于LED管芯的形状。
在一些实施方案中，LED的发射表面的形状可以是非矩形的，并且可以由位于管芯的顶表面之上的一个或更多个特征来限定。这种实施方案是有用的，例如，在LED管芯是正方形或另外的矩形的情况下，希望创建非矩形（例如，曲线、5边或更多边的多边形（正多边形或不规则的多边形）等）的LED的发射表面。
相对于将从LED发射的缺乏特征的光的形状来说，当特征改变了从LED表面发射的光的形状时，LED的发射表面被视为由特征限定。例如，不允许光通过其传播或围绕其衍射的不透明电接触部将被视为限定发射表面。另一方面，以仅仅对从LED发射的光进行衍射以使得从LED发射的光的形状不改变的相对薄的导线的形式的不透明电接触部将不被视为限定发射表面。
多种技术可以用于生产具有与LED管芯的形状基本不类似的所需形状（例如，非矩形的形状）的发射表面。在一些实施方案中，基本上不传播光的不透明材料（例如，电接触部）位于（例如直接在）LED管芯的顶表面之上。在这样的情况下，LED的发射表面将不包括由不透明的材料覆盖的LED的顶表面的部分。在这样的一些情况下，假设不以其他方式阻止通过未掺杂区域的发射，那么发射区可以对应于未被不透明材料覆盖的区域。作为一个具体的实施例，返回参考图1E，区域111可以包括位于表面110之上的不透明材料（例如，一个或更多个电接触部）以使得发射表面106保持不被覆盖。
作为另一实施例，LED可以包括顶表面，其中顶表面的一个或更多个区域被掺杂以降低其导电性，使得电流仅通过未掺杂区域注入到LED中（以及光从LED中发出）。在这样的情况下，发射表面将不包括LED的顶表面的掺杂区域。在这样的一些情况下，假设不以其他方式（例如，通过用不透明材料覆盖未掺杂区域）阻止通过未掺杂区域的发射，那么发射区可以对应于由未掺杂区域所占据的区域。作为一个具体的实施例，返回参考图1E，顶表面110的区域111可以被掺杂以使得在区域111内的材料基本上不能导电，同时发射表面106内的区域保持未掺杂。
作为又一实施例，LED可以包括位于LED的顶表面与电接触部之间的非欧姆材料，该非欧姆材料可以防止电流从电接触部通过LED传输。在这样的情况下，发射表面将不包括由非欧姆材料覆盖的顶表面的区域。在一些这样的情况下，假设不以其他方式（例如通过掺杂或通过覆盖有不透明材料）阻止通过未覆盖区域的发射，那么发射区可以对应于未被非欧姆材料覆盖的区域。作为一个具体的实施例，返回参考图1E，非欧姆材料可以位于顶表面110的区域111之上以使得电流不能通过区域111传输，该材料基本上不能导电，同时发射表面106内的区域保持不被覆盖。在这种实施方案中，当电势施加到LED101两侧时，电流将仅通过区域106传输，并且因此光仅通过区域106发射。
还发现，在本发明某些实施方案的内容中，可以通过将包括孔（文中称为发射体输出孔）的封装层定位在LED的发射表面之上来控制由源发射的光的形状。采用这种方式，可以改变由LED发射的光的形状以使其基本上对应于发射体输出孔下游的输入孔的形状。
图1F示出了一种使用发射体输出孔的系统的透视图。在图1F中，LED101包括基本上为矩形的发射表面106。位于发射表面106之上的LED封装层120包括形状为圆形的发射体输出孔122。在操作期间，由LED101发射的电磁辐射的部分102通过孔103传播。在某些实施方案中，部分112可以由材料113反射回发射表面106。当材料113是如金属等反射材料时，可以实现这种反射。通过将发射体输出孔122布置在邻近LED101处，可以从基本上为矩形的发射表面106创建圆形的发射轮廓。
在某些实施方案中，发射体输出孔和LED的顶表面可以定位为彼此相对靠近。在一些实施方案中，发射体输出孔与发光管芯之间的最短距离小于约1厘米，小于约1毫米，小于约500微米，或小于约100微米。在某些实施方案中，将发射体输出孔定位在靠近LED处可以减少从系统中损失的光的量。
LED的发射表面和/或与LED关联的发射体输出孔可以被配置为具有任意期望的形状。作为一个具体的实施例，（例如，在具有圆形的输入孔的系统中）可以使用具有圆形的发射表面的发光二极管，例如图1E中所示的发射表面106。在一些实施方案中，基本上为圆形的发射体输出孔可以与LED关联，例如在图1F中所示的发射体输出孔122。
应当理解，本发明并不限于圆形发射表面和圆形发射体输出孔的使用，并且使用其他非正方形的发射表面形状和/或其他非正方形的发射体输出孔形状（包括非矩形的发射表面形状和/或非矩形的发射体输出孔形状）也能实现改进的性能。在一些实施方案中，发光二极管可以包括具有基本上为圆形的但不完全是圆形的形状的发射表面和/或发射体输出孔。在一些实施方案中，发光二极管可以包括具有椭圆形状、椭球形状、或另外的包括弯曲边缘的形状的发射表面和/或发射体输出孔。
在一些实施方案中，发光二极管的发射表面和/或与发光二极管关联的发射体输出孔可以是具有至少五条边的多边形（例如，具有至少6条边、至少7条边、至少8条边、至少9条边、至少10条边、至少15条边、至少20条边、至少50条边或至少100条边的多边形）的形状。在一些实施方案中，发光二极管的发射表面和/或发射体输出孔可以包括小于1000条的边或小于100条的边。不希望受到任何特定理论的限制，可以确信，包括具有5条边或更多条边的多边形发射表面的发射体和/或发射体输出孔的使用可以与使用圆形的发射表面几何形状的系统中所观察到的效果近似，其中多边形的边的数量越多，越接近圆形的发射表面的性能。在发射表面和/或发射体输出孔的形状是多边形的一些实施方案中，多边形可基本上是正多边形。
作为一个实施例，图1G是其中LED101包括五边形的形状的发射表面的系统的透视示意图。特别地，在图1G中的发射表面106基本上是正正五边形。图1H是其中发射体输出孔122基本上为正五边形的形状的系统的透视示意图。不希望受到任何特定理论的限制，可以确信，具有基本上为正多边形的形状的发射表面和/或发射体输出孔的使用更近似于具有圆形的发射表面的器件的使用。当然，应该理解，本发明不限于基本上为正多边形的形状的发射表面和发射体输出孔的使用，以及在其他实施方案中，发射表面可以是不规则多边形的形状。
在一些实施方案中，LED的发射表面的形状和/或与LED关联的发射体输出孔的形状基本上可以对应于其中使用LED的光学系统的输入孔的形状（即，具有与该输入孔的形状基本上相同的形状）。例如，在图1E和图1G所示的每个实施方案中，发射表面106的形状基本上对应于输入孔103的形状。另外，在图1F和图1H所示的每个实施方案中，发射体输出孔122的形状基本上对应于输入孔103的形状。
一般地，确定两个物体的形状是否基本上彼此对应（例如，确定输入孔的形状与发射表面的形状是否基本上彼此对应，或者确定输入孔的形状和发射体输出孔的形状是否基本上彼此对应）如下进行。第一，布置彼此待比较的形状以使得交叠最大。使两种形状的交叠最大化可以包括相对于较大形状的尺寸增大较小形状的尺寸同时保持较小形状的长宽比和大致形状（例如，在输入孔的尺寸不同于（例如，大于）发射表面或发射体输出孔的情况下）。例如，具有1mm直径的完整的圆将会与具有10mm直径的完美的圆完全交叠，这是因为可以增大1mm直径的圆的尺寸（同时保持1mm直径的圆的长宽比和大致形状）以使其与10mm直径的圆完全交叠。如下所述，1mm直径的圆和10mm直径的圆将被视为具有100%的交叠百分比。
接下来，确定交叠部分的总的表面积和非交叠部分的总表面积。然后交叠百分比通常计算如下:
Figure BDA0000470596610000091
其中A交叠对应于交叠的比较物体的表面积以及A非交叠对应于非交叠的比较物体的表面积。在某些实施方案中，如果交叠百分比至少为约90%，那么认为形状基本上彼此对应。在一些实施方案中，其形状基本上彼此对应的两个物体的交叠百分比为至少约95%、至少约99%，或者基本上100%（例如，在两个基本上为圆形的物体的情况下）。
关于图1I，还示出了确定两个形状是否基本上彼此对应的方法。在图1I中，发射表面形状104已经被布置在输入孔形状105之上以使得在形状104与形状105之间的交叠130的面积最大。为了计算形状104与形状105之间的交叠百分比，将用区域130的面积除以区域130、区域131、区域132、区域133、区域134、区域135、区域136、区域137、区域138、区域139和区域140的面积的总和。在数学术语中:
Figure BDA0000470596610000092
在图1I中，交叠百分比大于90%。因此，图1I中的形状104和形状105基本上彼此对应。
LED的发射表面、与LED关联的发射体输出孔和/或其中使用LED的光学系统的输入孔中的每个都可以假设有各种形状。在某些实施方案中，具有基本上为圆形的发射表面和/或基本上为圆形的发射体输出孔的发光二极管可以用于具有基本上为圆形的输入孔的系统中。假设恒定的通量密度穿过发射体的表面，那么用匹配到输入孔的圆形发射表面替代正方形发射表面增大了4/π（或1.27）倍的耦合发射区域。这种圆形的几何形状可以增大系统的流明/集光率。类似的流明/集光率可以通过使用图1A所示的超大管芯来实现，但是用于生成未收集的光的功率将被浪费，导致较低的流明/（集光率·瓦特）值。此外，减少的功率消耗使得可以进一步提高源功效的LED的较低的运行温度和/或较小的热系统。考虑到LED系统通常对于输出和寿命的热限制，对流明/（集光率·瓦特）进行优化可以带来可观的系统效益。
在一些实施方案中，系统的输入孔可以是具有n条边的多边形（例如，基本上为正多边形），以及LED的有源发射表面和/或与LED关联的发射体输出孔可以是具有n（例如，其中n至少为5）条边的多边形（例如，基本上为正多边形）。
在某些实施方案中，系统的输入孔基本上是圆形的，LED的发射表面和/或发射体输出孔可以是具有n条边的多边形（例如，基本上为正多边形），其中n至少为5。例如，在图1G中，输入孔103基本上是圆形的，同时LED101的发射表面106是多边形（具有五条边）的。在图1H中，输入孔103基本上是圆形的，同时发射体输出孔122是多边形（具有5条边）的。
虽然已经描述了其中使用各种材料（例如，如电接触部的不透明材料、掺杂材料等）以限定文中所描述的LED的发射表面的几个实施方案，但是应理解，也可以通过处理发光管芯以使得管芯本身具有所需的发射表面的形状来创建非矩形的发射表面。在一些这样的实施方案中，LED管芯的形状基本上可以对应于发射表面的形状。例如，在一些实施方案中，LED管芯可以是非矩形的（例如，具有对应于文中别处所描述的发射表面的任何一种形状的形状）。在一些实施方案中，LED管芯可以是曲线（例如圆形、基本上为圆形、椭圆形、椭球形或其他曲线）、具有至少5条边多边形或文中所描述的任何其他形状。虽然这种管芯可以用于文中所描述的系统和方法中，但是因为在许多情况下制造非矩形的管芯是相当昂贵和复杂的，所以它们的使用通常不是优选的。
图2包括可以用于根据文中所描述的某些实施方案中的以封装管芯形式的LED200的示例性截面示意图。在图2中，LED200包括设置在基座220上的多层堆叠体222。如所示，多层堆叠体222包括320nm厚的在其上表面210上具有开口250图案的硅掺杂（n型掺杂）GaN层234。在图2中，多层堆叠体222还包括接合层224、100nm厚的银层226、40nm厚的镁掺杂（p型掺杂）GaN层228、由多个InGaN/GaN量子阱形成的120nm厚的光生成区域230、以及AlGaN层232。在图2中，n侧接触垫236设置在层234上，p侧接触垫238设置在层226上。如所示，封装材料（例如，折射率为1.5的环氧树脂）244存在于层234与盖片240和支承件242之间。在图2中，层244没有延伸到开口250中。
可如下通过LED200生成光。p侧接触垫238可以相对于n侧接触垫236保持在正电势，这可导致电流注入到LED200中。随着电流通过光生成区域230，来自n型掺杂层234的电子可与来自p型掺杂层228的空穴在区域230中复合，这可以导致区域230生成光。光生成区域230可以包含在区域230内发射光（例如，各向同性地）的大量的点偶极子辐射源，所述光具有由形成光生成区域230的材料的波长特征的光谱。对于InGaN/GaN量子阱，由区域230生成的光的波长的光谱可具有约445纳米（nm）的峰值波长，约30nm的半高全宽（FWHM）。
应注意，与n型掺杂半导体层234中的电荷载流子相比，在p型掺杂层228中的电荷载流子通常具有相对低的迁移率。因此，沿着p型掺杂层228的表面布置银层226（其是导电的）能增强从接触垫238注入到p型掺杂层228和光生成区域230中的电荷的均匀性。这也会降低器件200的电阻和/或增大器件200的注入效率。因为n型掺杂层234的相对高的电荷载流子的迁移率，所以电子可以相对快地从n侧接触垫236在整个层232和234扩散，使得光生成区域230内的电流密度在整个区域230基本上是均匀的。还应注意，银层226具有相对高的热导率，使得层226能够作为LED200的散热器（将热量垂直地从多层堆叠体222传递到基座220）。
可将由区域230生成的光中的至少一些光导向银层226。所述光可由层226反射并且经由表面210从LED200射出，或者可由层226反射，然后在LED200中的半导体材料内吸收以生成能够在区域230中复合的电子-空穴对，使得区域230生成光。类似地，可将由区域230生成的光中的至少一些光导向垫236。垫236的下侧可由能够反射由光生成区域230生成的光中的至少一些光的材料（例如Ti/Al/Ni/Au合金）构成。因此，被引导至垫236的光可以通过垫236反射，并且随后经由表面210从LED200射出（例如，通过从银层226反射），或者被引导至垫236的光可以通过垫236反射，然后在LED200中的半导体材料内被吸收以生成能够在区域230中复合的电子-空穴对，这可导致区域230生成光（例如，通过或没有通过银层226反射）。
在一些实施方案中，LED的发射表面210具有在空间上变化的介电函数，其可以提高由LED生成的光的提取效率并且可以使得下面进一步描述的高功率水平成为可能。例如，介电函数可以根据图案在空间上变化。该图案可以是周期性的（例如具有简单的重复单元，或者具有复杂的重复的超级单元）、具有去调谐的周期性的或非周期性的。非周期性图案的实施例包括准晶体图案，例如，具有8重对称性的准晶体图案。在某些实施方案中，将发射面图案化为具有能够形成光子晶格的开口。例如，具有在空间上变化的介电函数（例如光子晶格）的合适的LED已经在2003年11月26日提交的发明名称为“Light Emitting Device with ImprovedExtraction Efficiency”的美国专利6831302B2中有所描述，其全部内容通过引用合并于本申请中。
在一些实施方案中，可以通过将盖片240放置在靠近LED的顶表面处或通过从LED封装件中去除盖片240来提高性能。在一些实施方案中，可以通过用空气替代封装材料244以使得LED直接发射到空气中来增强性能。
虽然图2中所示的LED示出了在LED的顶部具有n侧接触垫236以及在LED的底部具有p侧接触垫238，但是应理解，图2中的LED仅为示例性的，并且在其他实施方案中（例如，在其中LED是根据倒装芯片工艺来制造的实施方案中），p侧接触垫可以在顶部上。
现在描述制造具有所需形状的发射区的具体方法。
如上所述，在一些实施方案中，通过使用基本不允许光透射通过该材料的不透明材料覆盖LED的顶表面的一部分，可将发射表面构建成具有与发光管芯的形状不同的形状，从而限定通过其发射光的非矩形的区域。在一些实施方案中，覆盖材料可以是反射性的，使得由LED生成的入射到覆盖材料上的光的至少一部分被反射回LED。
在某些实施方案中，用于覆盖LED的顶表面的一部分的材料可以是顶侧电接触部。例如，在一些实施方案中，顶侧电接触部（例如，在图2的LED中的n侧接触垫236和/或在根据倒装芯片方法制造的LED中的p侧接触垫）可以覆盖LED的顶表面的一部分以限定通过其发射由LED生成的光的非矩形的发射区域（例如，具有文中所描述的任意非矩形的发射表面的形状）。例如，在图2所示的一组实施方案中，可以构建n侧欧姆接触部以使得从器件的边缘朝向器件的中心保持或减小覆盖百分比。在某些实施方案中，用于覆盖LED的顶表面的一部分的材料可用作用于封装工艺的接合垫（例如，用于引线接合或倒装芯片连接）。
图3A至图3C包括LED顶表面配置的示例性示意图，其中非透射材料用于覆盖LED的顶表面的一部分。在图3A所示的一组实施方案中，非透射材料覆盖部分310。另一方面，在图3A中，部分312被暴露出来以使得光可以通过所述部分312发射。在图3A中，部分310限定基本为圆形的发射表面，部分310的边界由虚线314表示。尽管在发射表面314的边界内存在非透射材料，但是因为光可以围绕在图3A的虚线内的非透射材料的部分衍射，所以发射表面将保持基本为圆形。
其中LED的发射表面可以被构建成具有与LED管芯形状不同的形状的另一方式为制造LED以使得仅期望的发射区域（例如，圆形的，多边形的等）被活化。例如，这可以通过在使用期间配置发光器件以选择性地活化光生成区域的一部分从而生成非矩形的有源发射区来实现。例如，可以通过布置电极和/或下面的非欧姆材料以使得电流主要地提供给至期望的发射区内的外延层的部分来完成选择性地活化光生成区域的一部分。例如，还可以通过对LED的顶层的一部分进行掺杂以使得电不能通过经掺杂的部分充分传导，由此迫使电通过未掺杂部分进行传导来完成选择性地活化光生成区域的一部分。在这些方法的每一种方法中，可以控制通过LED的电流使得仅活化在LED的顶层的一部分（例如，图2中的层234）之下的光生成区域。当仅活化光生成区域的一部分时，光将一般从具有与已被活化的那部分光生成区域基本上相同的形状的LED中射出。因此，通过控制被活化的光生成区域的形状，就可以控制LED的发射表面的形状，从而控制由LED输出的光的形状。在某些情况下，利用光生成层的选择性活化的系统和方法比其中阻断来自LED的光发射（例如通过不透明材料）的系统和方法更有效。
在这种实施方案中，电力没有通过其传输的LED的顶层的一部分被称为是“未充能的（unpumped）”。虽然未充能的区域可以看作是“被浪费的外延（wasted epi）”，但是通过仔细的设计，一些未充能的区域可以用作接合区域，否则该接合区域将在任意情况下沿标准矩形管芯的边缘被占据。此外，对于一些应用（例如，一些关键的高性能应用），通过设计的热性能和光学性能的增强证明了包括未充能的区域的该缺点是合理的。
在一些实施方案中，可以控制LED中的电流注入以使得相对较大量（例如，大部分或基本上所有）的电流通过LED的顶表面的非矩形的部分被注入。例如，在其中需要圆形的发射表面的实施方案中，可以控制注入到LED中的电流以使得被注入到LED中的大部分的电流被注入到圆形的发射区域的外边界内（例如，包括图3A中的虚线314以及在图3A中的虚线314内的区域）。当以这种方式注入电流时，仅活化在光生成区域下方的一部分，并且因此，光仅通过LED的顶表面的一部分发射，从而限定非矩形的发射区。
在一些实施方案中，可以通过结合非欧姆材料的层（也称为电流阻挡层）来控制电流注入到LED中，所述非欧姆材料层阻挡电流从电极流到与电极相邻的LED的顶部表面的部分。各种非欧姆材料可以用于该目的。在某些实施方案中，非欧姆材料的电导率低于在非欧姆材料之上形成的导电电极的电导率（即，非欧姆材料的电阻率高于在非欧姆材料之上形成的导电电极的电阻率）。在某些情况下，非欧姆材料可包括如氧化物和氮化物（例如，二氧化硅和氮化硅）的绝缘体。在其他情况下，非欧姆材料可包括肖特基（Schottky）金属（即，肖特基接触材料）。合适的肖特基金属可取决于用来形成导电电极的材料和/或用来形成LED的顶表面（例如，图2中n型掺杂层234）的特定材料。例如，由GaN形成的顶表面可以包括包含氧化铟锡（ITO）的非欧姆部分的接触构件。在一些实施方案中，可以用介电材料形成电流阻挡层。
在某些实施方案中，非欧姆材料可以位于不期望电流传输到LED的顶表面的区域中的顶侧欧姆接触部的一部分（例如，图2中n型接触部236）的下方（例如，正下方），如在LED的外边缘附近的区域。以这种方式布置介电材料可以迫使电流流到LED的中心。例如，在图3A所示的一组实施方案中，介电材料可以形成在角316下的区域中的顶侧欧姆接触部的下方，其可以迫使电流仅在区域314内被注入到LED中。
在一些实施方案中，可以通过包括形成在底侧欧姆接触部下方的区域将电流阻挡层形成在底侧欧姆接触部（例如，图2中p型接触部238）的下方（例如，正下方）。例如，p型欧姆中断部（p-ohmic disruption，POD）可以形成在底侧p型接触部的下方，其可以迫使电流更有效地扩散。
在某些实施方案中，可以通过控制在LED的发射表面对面的电极（例如，图2中的电极238）的形状来控制流经LED的电流。例如，在某些实施方案中，在LED的发射表面对面的电极可以是非矩形的（例如，基本为圆形、椭圆形、具有5条边或更多条边的多边形、或文中描述的任意其他非矩形的形状）。当使用非矩形的底部电极时，电流可以成形以使其根据相同的非矩形的形状通过顶层传输。例如，如果底部电极基本上是圆形的，那么电流通常以圆筒的形状通过LED传输，这可以导致基本上为圆形的有源发射区。
作为另一实施例，可以通过选择性地将离子注入到n型层、光生成层、和/或p型层以将至少一个光生成区域从LED的其他部分中横向隔离来实现光生成区域的局部活化。例如，返回参考图3A至图3C，在某些实施方案中，可以将离子注入到部分310下方的n型层、光生成层和/或p型层以使得电流不能通过位于部分310下方的n型层、光生成层和/或p型层的部分注入。这可以迫使电流通过LED的部分312，从而限定非矩形的有源发射表面。
被活化的发射区（例如，通过对电流注入到LED之上的区域进行限制而形成）可以具有文中所描述的任意非矩形的形状（例如，圆形、基本上为圆形、椭圆形、椭球形、其他曲线形、具有5条边或更多条边的多边形等）。
在一些实施方案中，可以物理地去除n型层（例如，图2中的层234）、光生成区（例如，图2中的区域230）和/或p型层（例如，图2中的层228）的一部分以使得形成一个或更多个横向隔离的光生成区域，而不是通过仅活化光生成区域的一部分来控制电流。例如，这可以包括对n型层、光生成层和/或p型层进行蚀刻以形成一个或更多个横向分离的、单个光生成台面。台面可以具有文中所描述的任意非矩形的形状（例如，圆形、基本上为圆形、椭圆形、椭球形、其他曲线形、具有5条边或更多条边的多边形等）。
图4A是列出了可包含在台面中的部件的示意图。在图4A中，可以通过从区域412中去除n型层、光生成区域和/或p型层来形成台面410。n型电极414可以用于使得与台面410的发射表面电接触。另外，p型电极可以位于台面410的底部。
图4B是在另一台面上的部件的布局的示意图。在图4B中，通过去除n型层、光生成区域和/或p型层的窄条420来形成台面410，而不是去除台面周围的所有材料。
在一些实施方案中，可以布置发光器件以使其包括多个台面和由台面的发射表面所限定的发射区。在某些实施方案中，每个台面包括独立的光生成区域（例如，通过蚀刻穿过包围台面的区域中的光生成区域）。
在某些实施方案中，台面中的至少之一包括基本上为扇形形状的发射表面。如文中所使用的，术语“扇形”被赋予其常规的数学定义，并且是指由两条半径和一段圆弧所包围的圆的一部分。在某些实施方案中，圆弧跨越由两个半径限定的等于或小于约90°的角度。例如，图5A包括根据一组实施方案的发光器件的俯视示意图，其中多个台面502布置成四个扇形，每个扇形部分包括在两个半径之间跨越约90°的角度的圆弧。例如，可以通过蚀刻台面502之间的隔离区域504（例如，通过蚀刻n型层、光生成区域和/或p型层）来形成台面502。在某些实施方案中，独立可寻址的电极位于每个台面502之上。
在某些实施方案中，发光器件可以包括多个台面，其中第一台面具有基本上为圆形的周界的发射表面，第二台面具有基本上为圆形的周界的发射表面并且被第一台面的发射表面所围绕。例如，图5B包括根据其中台面被划分成这样的圆形部分的一组实施方案的发光器件的俯视示意图。在图5B中，第一台面510和第二台面512均具有基本上为圆形的周界的发射表面。另外，第二台面512的发射表面被台面510的发射表面所围绕。图5B中的发光器件还包括具有圆形的发射表面的第三台面514。在图5B中，第三台面514的发射表面被台面510和台面512的发射表面所围绕。例如，可以通过蚀刻台面之间的隔离区域504（例如，通过蚀刻n型层、光生成区域、和/或p型层）来形成台面510、台面512和台面514。在某些实施方案中，独立可寻址的电极位于台面510和台面512的每个台面之上（以及，在某些实施方案中，位于台面514之上）。
图5C包括其中台面被划分成饼状和圆形的组合的一组实施方案的示意图。在图5C中，独立可寻址的电极可位于每个台面502之上。
在其中发光器件包括多个台面的某些这样的实施方案中，可以调节电流分布以允许发射几何形状与不同光学系统的集光率相匹配。例如，可以通过台面的发射表面限定发射区。在某些实施方案中，由台面的发射表面所限定的发射区可以具有非矩形的周界。例如，在图5A至图5C中，台面的发射表面限定了具有对应于圆540的周界的发射区。在其他实施方案中，关于发射表面和/或发射体输出孔，由台面的发射表面所限定的发射区的周界可以具有文中所描述的任何形状（例如，椭圆形、多边形等）。在一些这样的实施方案中，由发射表面所限定的发射区的周界的形状可基本上对应于使用LED的系统中的输入孔的形状。
在一些实施方案中，可以修改顶部接触电极（例如，图2中的n侧电极）的设计以使其提供期望的电流分布。图6A至图6C是可以与文中所描述的实施方案结合使用的示例性电极布局的俯视示意图。在一些实施方案中，例如，如图6A中所示，布置电极610使其仅在朝向管芯的中心的路径的一部分延伸。在一些实施方案中，如图6B中所示，电极610的宽度沿着朝向管芯的中心延伸的方向减小。
在一些实施方案中，如图6C所示，电极610由与电极接触的电隔离的导电材料612（例如，金属）供应。例如，可以通过将非欧姆材料置于导电材料与LED的顶表面（例如，图2中的n型层234）之间使导电材料612电隔离。在一些这样的实施方案中，被隔离的金属可明显比电极厚（例如，至少为5倍或至少10倍厚），以便减小电压降和提高电流扩散。例如，在某些实施方案中，可以将分布的金属电镀。
在一些实施方案中，发光二极管可以被转移到第二衬底（例如，基座）。在某些实施方案中，第二衬底可以与顶侧外延层（例如，图2中的顶侧n型层）电绝缘。在其中使用了多个分段台面的一些实施方案中，这种布置可使得能够串联地接线连接所述台面，使得器件在较高的电压下操作。
可以根据台面的设计修改顶侧电极的设计。例如，在一些实施方案中，可以在不对其他电极段进行寻址的前提下对单个电极段进行寻址。在一些实施方案中，可以调节流入电极段的电流以达到期望的光输出。
在一些实施方案中，发射表面可以包括在其介电函数的变化（例如，可使发射表面粗糙化的和/或发射表面可以包括如显微结构、光子晶格或其组合的规则图案），并且介电函数中的变化可以选择性地位于发射表面内。通过采用这种布置，可以增大通过非矩形（例如圆形）的发射表面的发光量。
在一些实施方案中，可以配置文中所描述的发光二极管使得发射表面具有相对大的发射表面积。例如，在一些实施方案中发射表面的发射表面积可以为至少约1mm2、至少约5mm2、至少约10mm2、或至少约100mm2。在某些实施方案中，在发射体输出孔内的开口的表面积可以相对大，例如，其表面积为至少约1mm2、至少约5mm2、至少约10mm2或至少约100mm2。
在某些实施方案中，发光二极管可以被配置为通过上表面210的至少一部分发射由光生成区域230生成的大部分或全部光。这种发光二极管通常称为“上部发光”（相对“侧面发光”）发光二极管。在某些实施方案中，由文中所描述的任何发光二极管发射的至少约75%，至少约90%、至少约95%、至少约99%或基本上全部的光通过顶表面（例如，如图2中的发射表面210的顶部发射表面）发射。
在某些实施方案中，多个发光管芯（相对于单个发光管芯）能用于限定总发射区。例如，返回参照图5C，在某些实施方案中，台面502的布置可以用单个的LED管芯替换。多个发光管芯均可以包括光生成区域和顶表面并且可以一起限定总发射区（例如，如图5C中的圆540所示）。例如，LED管芯的这种布置可以与文中所描述的任意实施方案结合使用以替代图1E至图1H中的任一项中所描述的LED106。在某些实施方案中，包含有多个LED管芯的系统可以包括位于发光管芯的顶表面之上的基本上为非矩形的发射体输出孔，其被配置为使得由发光管芯发射的光通过发射体输出孔传输。系统还可以包括布置为接收由光生成区域生成的光的输入孔。在一些这样的实施方案中，发射体输出孔的形状基本上对应于输入孔的形状。多个台面可以限定具有任何期望形状的总发射区，该期望形状包括基本上为圆形的形状、基本上为椭圆形的形状、具有5条边或更多条边的多边形的形状（正多边形或不规则的多边形），或文中其他地方（例如，关于发射区106或发射体输出孔122）描述的任意其他发射区的形状。
在用于建立总发射区的多个管芯中的单个管芯可以具有任何合适的形状（例如，包括基本上为矩形（例如，基本上为正方形）或非矩形（例如，圆形、椭圆形等））。在某些实施方案中，可以使用多个矩形的LED管芯。矩形的LED管芯可以用来限定非矩形的总发射区。例如，在图5D中，布置多个基本上为矩形的发光管芯106以限定基本上为环形的总发射区540。当然，在其他实施方案中，如图5E所示，可以布置多个LED以限定矩形的总发射区。在一些这样的实施方案中，例如，发射体输出孔（例如，具有如基本上为圆形的形状、具有至少5条边的多边形的形状等的非矩形的形状）可以放置在多个LED之上，以改变传输到输入孔的光的形状。
尽管文中的描述主要涉及关于LED的发射表面的配置，但是应理解，本发明的配置可以与其他发光器件一起使用。例如，文中所呈现的各种实施方案也可以应用于其他发光管芯（例如，激光二极管管芯）和具有不同结构的LED管芯（例如有机LED，也称为OLED）。
文中所描述的实施方案可以提供若干个优点。例如，可以增大集光率限制的光学系统的光学效率。另外，例如，可以通过提高来自发射表面周围的未充能区域的热量传输来实现改进的热性能。另外，例如，由于圆形对称性，文中所描述的系统可以显现出相对高的光学均匀性。另外，文中所描述的系统可以包括在电子变焦应用中可以有用的独立可寻址的环形接触部。
文中所描述的制品、系统和方法可以用于各种应用中。例如，文中所描述的LED可以用于遮光片聚光灯（通常接着冷凝器元件和LED的具有硬的圆形孔径光阑（“栅极”）的系统）。
文中所描述的LED可以用于轮廓聚光灯——可以包括多个（相同或不同的颜色和/或色度的）LED源，其每个都具有其自身的冷凝器元件以及各自通过相同的环形孔径光阑或“栅极”引导的输出端。由于如果光学器件过大以收集来自正方形发射体的所有的光，那么用于给定预期光束角度的冷凝器的尺寸变得较大，所以文中所描述的该器件在这样的器件中可特别有用。这种较大的尺寸限制了单个LED/冷凝器模块的封装密度，其增大了通过栅极的光束的交叉角度，增大了集光率。
文中所描述的LED也可以用于纤维束照明系统，其中由LED直接对接耦合或者通过中继光学器件来照亮纤维束（通常是圆的纤维束）。
文中所描述的LED也可以用于DMD投影显示器中，其中孔径光阑是设计为例如4×3或16×9的期望的显示器长宽比的矩形的DMD芯片。如果任何损耗的光被散射回输出光学系统，那么落在该光阑外部的光表示光学损耗并且可能降低的对比度。
文中所描述的LED在临界照明系统中也可特别有用。临界照明系统是本领域的普通技术人员已知的。临界照明系统一般使用中继透镜将光源直接成像到待照亮的物体上。投影透镜将物体成像到屏幕上。在临界照明设计中，输入孔（即，孔径光阑）或者位于中继透镜处或者位于投影透镜处，并且限制在屏幕处的亮度。其中待成像的物体位于中继透镜与投影透镜之间的临界照明系统的示例性示意图如图7A所示。在物体与屏幕之间的临界照明系统的一部分的示例性示意图如图7B所示。
在临界照明设计中，光源成像到物体上。根据光学系统，物体可以是正方形、矩形、多边形、圆形或一些其他形状。在大多数情况下，物体形成光可以穿过的限定孔。在某些实施方案中，文中所描述的任意LED可以被配置为用于临界照明系统，以使得LED的发射表面的形状和/或发射体输出孔的形状基本上对应于待成像的物体的形状。
在应用中光源的均一性不足的临界照明设计中，通常的做法是在中继透镜与物体之间引入均匀化光学元件（如集光棒或光管），其中均匀化光学元件的最终表面成像到物体上。在某些实施方案中，文中所描述的任意LED可以被配置为用于其中使用均匀化光学元件的临界照明系统中，以使得LED的发射表面的形状和/或发射体输出孔的形状基本上对应于待成像的物体的形状和均匀化光学元件的形状。
文中所描述的LED在科勒照明系统中也可特别有用。科勒照明系统是本领域的普通技术人员已知的。一般地，科勒照明使用中继透镜将光源成像到投影透镜的光瞳上，投影透镜将物体成像到屏幕上。待照明的物体位于中继透镜与投影透镜之间。在科勒照明设计中，输入孔（即，孔径光阑）位于物体处，并且限制在屏幕处的亮度。科勒照明系统的示例性示意图如图8A所示。图8B是科勒照明系统从投影透镜到屏幕的一部分的示意图。
在某些实施方案中，文中所描述的任意LED可以被配置为用于科勒照明系统中，以使得LED发射表面的形状和/或发射体输出孔的形状基本上对应于待成像的物体的形状。
在科勒照明设计中，光源成像到投影透镜的光瞳处。物体存在于位于中继透镜与投影透镜之间的平面中。由于物体的位置与中继透镜的第二焦点不重合，所以在物体平面处的照明的形状不取决于光源的形状，并且在物体平面处的照明的形状将不需要具有与光源的形状相同的形状。
在许多光学系统中，创建实现给定的亮度级的最小的体积设计是有利的。为了实现对于通过具有给定尺寸的光学元件的科勒照明系统的光传递的最大的效率，光源的半径尺寸通常应该尽可能小。
如文中所使用的，当结构（例如，层、区域）被称为是“在另一结构上”，“在另一结构之上”“与另一结构交叠”或“由另一结构支承”，其可以直接在结构上，或者也可以存在介于中间的结构（例如，层、区域）。结构“直接在另一结构上”或“与另一结构接触”意味着不存在介于中间的结构。
实施例1
该实施例描述了临界照明系统的光学模拟。在实施例中，光源被限定为发射面积为1mm2的正方形（长宽比为1:1）LED。在模拟中，将LED成像到被限定为圆形孔的面积为1mm2的物体上。如图7C所示，在放大倍数为1的理想的光学系统中，将光源通过物体传播所具有的最大效率由存在于物体所限定的边界内的光源的面积百分比来限定。
对于图7C所示的系统，可以通过减小光源的尺寸或增大物体的尺寸来增大传播效率。两种选择通常都不是期望的解决方案，原因如下。如果减小光源尺寸，那么来自光源的光通量会减少，从而降低投影图像的亮度。另外，如果减小光源尺寸，那么没有被照亮的物体的面积将会增大，从而增大投影图像的不均匀性。
在这个实施例中，如果物体的尺寸增大，那么未被照亮的物体的面积将增大，从而增大投影图像的不均匀性。另外，如果物体的尺寸增大，那么需要收集相同的光量的投影透镜的尺寸将增大，从而增大了光学系统的尺寸。如果光源的形状和物体的形状是相同的，那么将出现来自光源通过物体的光的最有效传递。
如图7D所示，使用ZEMAX光学软件来构建非连续的光学系统，分析了几种变化的光源形状和物体尺寸的情况，以确定相对光传递效率和投影图像的形状两者。在下述所有的情况下，光源的尺寸保持恒定。
情况1：在第一种情况下，光源是圆的以及物体是圆的，以及光源区域等于物体区域。来自光源的通过物体的光的传递效率为1.0。图7E是光源处的光的模拟图像，图7F是物体处的光的模拟图像，以及图7G是屏幕处的光的模拟图像。
情况2：在第二种模拟情况下，光源是正方形的，物体是圆的，以及光源区域等于物体区域。来自光源的通过物体的光的传递效率为0.91。图7H是光源处的光的模拟图像，图7I是物体处的光的模拟图像，以及图7J是屏幕处的光的模拟图像。
情况3：在第三种模拟的情况下，光源是正方形的以及物体是圆的，以及光源区域被配置为完全充满物体区域。来自光源通过物体的光产生的传递效率为0.79。图7K是光源处的光的模拟图像，图7L是物体处的光的模拟图像，图7M是屏幕处的光的模拟图像。
情况4：在第四种模拟情况下，光源是正方形的以及物体是圆的，以及光源区域包含在物体区域内。来自光源的通过物体的光产生的传递效率为1.0。图7N是光源处的光的模拟图像，图7O是物体处的光的模拟图像，以及图7P是屏幕处的光的模拟图像。
实施例2
这个实施例描述了科勒照明系统的光学模拟。如图8C所示，使用ZEMAX光学软件来构建非连续的光学系统，光源形状是变化的并且将其与物平面处以及投影透镜的光瞳处的照明进行比较。在下述的所有模拟情况下，光源的尺寸保持恒定。
情况1：在第一种模拟情况下，光源的形状是正方形。图8D是光源处的光的模拟图像，图8E是物体处的光的模拟图像，以及图8F是投影透镜光瞳处的光的模拟图像。
情况2：在第二种模拟情况下，光源的形状是圆。图8G是光源处的光的模拟图像，图8H是物体处的光的模拟图像，以及图8I是投影透镜光瞳处的光的模拟图像。
于2011年6月28日提交的美国临时专利申请序列号第61/502130号，代理人案号L0655.70117US00，发明名称为“Light-Emitting DiodeArchitectures for Enhanced Performance”的申请，为了各种目的将其全部内容通过引用合并于本申请中。
尽管文中描述并说明了本发明的几个实施方案，但是本领域的普通技术人员可以容易地设想到用于实施文中所述的功能和/或获得文中所述的结果和/或一个或更多个优点的各种其他的装置和/或结构，并且每种变化和/或修改都被视为落入本发明的范围内。更一般地，本领域技术人员将容易领会到，文中所描述的所有参数、尺寸、材料和配置都是示例性的，并且其实际的参数、尺寸、材料和/或配置将取决于特定的应用或用于本发明所教导的应用。本领域技术人员应认识到，或能够确定只是使用常规实验方法的文中所描述的本发明的具体实施方案的许多等同方案。因此，应了解，上述实施方案仅是通过实施例的方式给出，而且，在随附权利要求及其等同物的范围内，本发明可以以除了文中具体描述和要求保护的方式之外的其他方式实施。本发明涉及文中所描述的每个单个的特征、系统、制品、材料、套件、和/或方法。另外，如果这些特征、系统、制品、材料、套件、和/或方法不是互相矛盾的，那么这些特征、系统、制品、材料、套件、和/或方法的两个或更多个的任意组合包括在本发明的范围内。

Claims (35)

1.一种发光器件，包括：
包含光生成区域和顶表面的发光管芯，
其中所述器件被配置为在使用期间选择性地活化所述光生成区域的一部分以产生非矩形的有源发射区。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述顶表面包括被配置为抑制电子传输通过所述顶表面的限定所述非矩形的有源发射区的边界的至少一部分的掺杂区域。
3.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述器件包括位于电接触部之下的非欧姆材料，所述非欧姆材料被配置为抑制电子传输通过所述顶表面并且所述非欧姆材料限定所述非矩形的有源发射区的边界的至少一部分。
4.一种发光器件，包括：
包含光生成区域和顶表面的发光管芯；以及
位于所述发光管芯的所述顶表面之上以限定具有非矩形的形状的周界的发射区的至少一个电接触部。
5.根据权利要求4所述的发光器件，其中所述电接触部直接与所述发光管芯的所述顶表面接触。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的发光器件，其中所述发光管芯基本上是矩形的。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的发光器件，其中所述发射区的周界的形状基本上是圆形的。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的发光器件，其中所述发射区的周界的形状是具有至少5条边的多边形。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的发光器件，其中所述发射区的周界的形状基本上是正多边形。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的发光器件，其中所述发光管芯包括发光二极管。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的发光器件，其中所述发射区的表面积至少为约1mm2。
12.一种光学系统，包括：
包含发光管芯的发光器件，所述发光管芯包含光生成区域和顶表面；
位于所述发光器件的所述顶表面之上的基本上为非矩形的发射体输出孔，所述发射体输出孔被配置为使得由所述发光器件发射的光通过所述发射体输出孔传输；以及
布置为接收由所述光生成区域生成的光的输入孔，
其中所述发射体输出孔的形状基本上对应于所述输入孔的形状。
13.根据权利要求12所述的光学系统，其中所述发光管芯是矩形的发光管芯。
14.根据权利要求12至13中任一项所述的光学系统，其中所述输入孔包括在不透明材料内的光学透明的孔。
15.根据权利要求12至13中任一项所述的光学系统，其中所述输入孔包括微型显示器。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔的形状和所述输入孔的形状基本上是圆形的。
17.根据权利要求12至15中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔的形状和所述输入孔的形状是具有至少5条边的多边形。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔包括在不透明封装层内的光学透明的孔。
19.根据权利要求12至17中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔包括由位于所述发光管芯的所述顶表面之上的至少一个电接触部限定的发射区。
20.根据权利要求12至19中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔的表面积至少为约1mm2。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔与所述发光管芯之间的最短距离小于约1厘米。
22.一种发光器件，包括：
多个台面，每个台面均具有发射表面；以及
由所述台面的所述发射表面限定的发射区，
其中所述发射区包括非矩形的周界。
23.根据权利要求22所述的发光器件，包括：
第一台面，所述第一台面具有基本上为圆形的周界的发射表面，以及
第二台面，所述第二台面具有基本上为圆形的周界的发射表面，所述第二台面的所述发射表面被所述第一台面的所述发射表面围绕。
24.根据权利要求22至23中任一项所述的发光器件，其中所述台面中的至少一个台面包括具有基本上为扇形形状的发射表面。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的发光器件，其中所述台面包括独立的光生成区域。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的发光器件，其中所述发射区的表面积至少为约1mm2。
27.一种光学系统，包括：
多个发光管芯，所述发光管芯包含有光生成区域和顶表面，所述发光管芯一起限定总发射区；
位于所述发光管芯的所述顶表面之上的基本上为非矩形的发射体输出孔，所述发射体输出孔被配置为使得由所述发光管芯发射的光通过所述发射体输出孔传输；以及
布置为接收由所述光生成区域生成的光的输入孔，
其中所述发射体输出孔的形状基本上对应于所述输入孔的形状。
28.根据权利要求27所述的光学系统，其中所述发光管芯基本上是矩形的发光管芯。
29.根据权利要求27至28中任一项所述的光学系统，其中所述输入孔包括在不透明材料内的光学透明的孔。
30.根据权利要求27至28中任一项所述的光学系统，其中所述输入孔包括微型显示器。
31.根据权利要求27至30中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔的形状和所述输入孔的形状基本上是圆形的。
32.根据权利要求27至30中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔的形状和所述输入孔的形状是具有至少5条边的多边形。
33.根据权利要求27至32中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔包括在不透明封装层内的光学透明的孔。
34.根据权利要求27至33中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔的表面积至少为约1mm2。
35.根据权利要求27至34中任一项所述的光学系统，其中所述发射体输出孔与所述发光管芯之间的最短距离小于约1厘米。
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Patentee before: Luminus Devices, Inc.