JP2009535854A

JP2009535854A - 高屈折率ガラスからなるｌｅｄエクストラクタ

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Publication number: JP2009535854A
Application number: JP2009509918A
Authority: JP
Inventors: キャサリン・エイ・レザーデイル; アナトリー・ゼット・ローゼンフランツ; ケントン・ディ・バッド; エイミー・エス・バーンズ; アンドリュー・ジェイ・アウダーカーク
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2009-10-01
Also published as: WO2007130779A1; EP2018590A1; CN101438201A; US20070257267A1; KR20080114831A; CN101438201B; US7423297B2; TW200811473A; EP2018590A4

Abstract

ＬＥＤエクストラクタは、ＬＥＤダイの放射面と光学結合するように適合した入力面を有し、屈折率が少なくとも２、又は少なくとも２．２のガラス（ガラスセラミックスを含む）材料からなる。

Description

本発明は、概して発光ダイオード（ＬＥＤ）、特に、ＬＥＤダイ内で生成される光を抽出するために使用される光学部品又は素子に関する。

ＬＥＤは光源の選択としては望ましく、その理由は一部には、それらのサイズが比較的小さく、低電力／低電流要求であり、応答時間が速く、長寿命であり、パッケージングが堅固であり、種々の出力波長が利用可能であり、また最新の回路構成と適合するからである。これらの特徴があるために、それらが過去数十年にわたって、多数の異なる最終用途の応用例において広範囲に用いられてきたことを説明することは容易であろう。ＬＥＤに対する相次ぐ改良が、効率、明るさ、及び出力波長の領域においてなされ、潜在的な最終用途の応用例の範囲が更に拡がっている。

発光体は通常金属ヘッダに搭載されるＬＥＤダイ又はチップを含むパッケージ形態で販売される。ヘッダには、ＬＥＤダイが搭載される反射カップ及びＬＥＤダイに接続される電気導線を設けることができる。また、パッケージによっては、ＬＥＤダイをカプセル化する成形透明樹脂が含むものもある。カプセル化樹脂には、ダイから放射された光を部分的に平行にする名目上の半球状前部表面又は名目上の平坦な面を含むことができる。樹脂以外に、その他の材料が、本明細書ではカプセル材料（encapsulant）と称される、カプセル本体に提案されてきた。例えば、米国特許第３,５９６,１３６号（フィッシャー（Fischer））では、特定のガラス類から作られるドームを有するＬＥＤを記載しており、ガラス類は、重量で１９〜４１％のヒ素、１０〜２５％の臭素、及び、２８〜５０％のイオウ又は６５〜７０％のセレンのどちらかを含む。フィッシャー（Fischer）は、屈折率が約２．４で黄色の少なくとも１つのガラスと、屈折率が２．５〜２．７で赤色の別のガラスと、屈折率が約２．９で黒色の更に別のガラスと、を報告している。

又、個別に作製され、ＬＥＤダイの表面に接触するか、又は近位に置かれ、そこからの光を結合するか、若しくは「抽出」し、ダイに閉じ込められる光の量を減少させる、光学素子を利用することも知られている。そのような素子は、本明細書では、エクストラクタと称される。エクストラクタは、通常ＬＥＤダイの主要放射面とほぼ一致するようにサイズ及び形状をしている入力面を有する。

ＬＥＤは、ＬＥＤのダイを構成する高屈折率の半導体材料内で光を生成する。ダイが空気に暴露される場合、半導体と空気との間の屈折率の大きな不一致は、ダイ中を伝播する光の多くが、ダイ／空気の境界面で内部に全反射する原因となる。境界面に関連する比較的狭いエスケープコーン内の角度で移動する光のみが空気中に屈折し、ダイから逃げることができる。エスケープコーンの半角は、境界面に対する周知の臨界角である。結果として、ダイによって生成される光の多くは無駄になり、達成可能なＬＥＤの輝度が劣る。

カプセル材料及びエクストラクタの両方は、無駄になる光の量を減少し、かつ輝度を改善するために使用することができる。それらは、屈折率（ｎ）が空気よりもダイにより近い光透過材料をＬＥＤダイの表面に提供し、境界面での屈折率の不一致を減少させ、そして、エスケープコーンの範囲を増大することによって、これを行う。ｎが、ダイの屈折率により近いと、ダイの内側で無駄になる光がより少なくなり、ＬＥＤは、より明るく光ることができる。

実用的な見地から見ると、従来のカプセル材料は、これに関して限られた範囲においてのみ成功している。カプセル材料は、実質的にダイを囲み、このこと及びダイにおい発生する熱からの大幅な温度移動により、カプセル材料は、その屈折率特性だけではなく、多数の温度サイクルにわたりＬＥＤダイを損傷させるることを回避するための、その熱的及び機械的特性、並びにダイにより放射される高フラックスに暴露される際の黄色化又はその他の劣化に耐える能力により選択される。結果として、ほとんどのカプセル化されたＬＥＤは、わずか約１．４〜１．６の屈折率ｎを有する、特殊なエポキシ樹脂を利用する。これらの値は、空気の屈折率（ｎ＝１）を大きく上回るが、ほとんどのＬＥＤダイ（ｎ≒２．３以上）のそれを大きく下回る。

従って、依然として十分な改善の余地がある。

エクストラクタは、おそらく、最初にエクストラクタを組み立て、次にそれをＬＥＤダイの位置に保持するために必要となる追加の製造工程、並びに関連費用及び複雑性により現在カプセル材料ほど幅広くＬＥＤに使用されていない。エクストラクタをＬＥＤの表面に固着するための固着層を使用することを提案している研究者もいる。例えば、米国特許出願公報第２００５／００２３５４５号（カムラス（Camras）ら）を参照のこと。これらの研究者は、以下の材料、ＳｉＣ（報告される屈折率は、５００ナノメートルで〜２．７）、酸化アルミニウム（サファイア、報告される屈折率は、５００ナノメートルで〜１．８）、ダイヤモンド（報告される屈折率は、５００ナノメートルで〜２．４）、キュービックジルコニア（ＺｒＯ_２）、シエナ・テクノロジーズ社（Sienna Technologies Inc.）のアルミニウム酸窒化物（ＡｌＯＮ）、多結晶酸化アルミニウム（透明アルミナ）、スピネル、ニューヨーク州オンタリオ（Ontario）所在のオプティマックス・システムズ社（Optimax Systems Inc.）から入手可能なスコット（Schott）ガラスＬａＦＮ２１、スコット（Schott）ガラスＬａＳＦＮ３５、ＬａＦ２、ＬａＦ３、及びＬａＦ１０からエクストラクタを形成することを提案している。また、幾つかのその他の材料も暗示される。これらの材料は、概して中程度の屈折率（１．５＜ｎ＜２）であるガラス材料と、例えば、屈折率が２を大幅に上回るダイヤモンド並びに炭化ケイ素などのより高い屈折率である結晶性材料の２つの部類に分けれられると考えられる。

本願は、とりわけ、ＬＥＤのためのエクストラクタの製造において、重要な間隙を充填することが発見された材料の部類を開示する。これらの材料は、既知の結晶性材料と同様に、高屈折率（ＬＥＤの放射波長で、ｎ≧２又は２．１、又は２．２、又は２．３）を有する。しかし、結晶性材料とは異なり、開示されている材料は、少なくとも最初は、非晶質ガラス類である。従って、これらの材料は異なるガラス転移温度Ｔ_ｇ及び結晶化温度Ｔ_ｘを呈し、そして、それらは容易にエクストラクタ又はエクストラクタのアレイの形状に変形することができ、その後ＬＥＤダイ又はＬＥＤダイのアレイと噛み合うようになっている。好ましくは、このような変形は、１０００℃以下で行うことができる。所望により、これらの材料は、好ましくはそれらを１つ以上のエクストラクタの形状に変形した後に、熱処理することができるので、ガラス材料がガラスセラミックス材料と称される、部分的に又は完全に結晶性である材料に変換されるようになっている。

開示されている材料は、好ましくは、少なくとも２つの金属酸化物と、従来のガラス形成材料の少量、例えば、２０（又は１５、１０、５、３、２、若しくは１）重量％未満のＳｉＯ_２、２０（又は１５、１０、５、３、２、若しくは１）重量％未満のＢ_２Ｏ_３、及び４０（又は３０、２０、１０、５、３、２、若しくは１）重量％未満のＰ_２Ｏ_５とを含む。場合によっては、これらの材料は、１つの形体当たり、ガラス体の総重量に基づき、化合物Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、ＮａＯ、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、及びＰ_２Ｏ_５の群全体の２０（又は１０、８、５、３、２、又は１）重量％未満を含む。好ましくは、Ｔ_ｇ及びＴ_ｘは、少なくとも５℃離れている、即ち、Ｔ_ｘ≧Ｔ_ｇ＋５℃である。

これらの材料から作製されるエクストラクタは、多様な形状及びサイズを有することができるが、それらは好ましくは、少なくともＬＥＤダイの表面と噛み合うように適合した入力面を含む。例えば、ＬＥＤダイが、長方形状の出力面を有する場合、エクストラクタの入力面もまた、長方形状を有することができ、その長さ及び幅は、ＬＥＤダイ表面の長さ及び幅と同じにすることができ、例えば、ほぼ同じであるか、又はその±１０％又は±２０％未満異なってもよい。ダイが平坦な主要放射面を有する場合、エクストラクタの入力面も、平坦である。所望により、抽出された光の方向を変えるように、エクストラクタのその他の表面が提供されてもよい。例えば、エクストラクタは、出力面並びに入力及び出力面に接続する側面を含むことができる。出力面は、入力面より大きくてもよく、側面は少なくとも部分的にＬＥＤ光をＬＥＤの対称軸などの軸線に沿って平衡にするために、傾斜しているか、又は先細にしてもよい。その他の場合では、出力面、又は存在する場合には側面は、光を横方向に向けるために、傾斜させることができる。

本願のこれらの態様及び他の態様は、以下の詳細な説明から明らかとなろう。しかし、上記要約は、請求された主題に関する限定として決して解釈されるべきでなく、主題は、添付の特許請求の範囲によってのみ規定され、実行中に補正されてもよい。

以下の説明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源を記載する。この点に関して、「発光ダイオード」又は「ＬＥＤ」は、光（可視、紫外線、又は赤外線に関わらず）を放射するダイオードを指す。これには、容器に入れられる（encased）か又は封入される、「ＬＥＤ」として販売されるインコヒーレントな半導体装置が含まれ、これは、従来型又はスーパーラジエントの種類であるか、前方発光型又は側方発光型の種類であるかによらない（なお後者は、ディスプレイ応用例において優位であることが多い）。ＬＥＤが、紫外線などの非可視光線を発する場合、及びＬＥＤが可視光線を発する特定の場合、ＬＥＤは有機又は無機燐光体を含むようにパッケージ化され（又は遠隔配置された燐光体を照射することができ）て、短波長の光を長波長の可視光線に変え、特定の場合には白色光を発する装置を実現する。「ＬＥＤダイ」は、最も基本的な形態、即ち半導体加工手順によって製造される個々の構成要素又はチップの形態のＬＥＤである。例えば、ＬＥＤダイは通常、１以上のＩＩＩ族元素の組み合わせと１以上のＶ族元素の組み合わせとから形成される（ＩＩＩ−Ｖ半導体）。好適なＩＩＩ−Ｖ半導体材料の例には、窒化物（ガリウム窒化物など）、及びリン化物（インジウムガリウムリンなど）が含まれる。他のタイプのＩＩＩ−Ｖ族材料も使用可能であり、また同様に、周期表の他の族の無機物質も使用可能である。構成要素又はチップは、デバイスを作動させるための電力の印加に適した電気接点を含むことができる。例には、ハンダリフロー、ワイヤーボンディング、テープ利用自動ボンディング（ＴＡＢ）、又はフリップチップボンディングが挙げられる。構成要素又はチップの個々の層及びその他の機能的要素は、通常、ウェハスケールで形成された後、仕上げウェハは個々の小片部に切られて、多数のＬＥＤダイとなることができる。ＬＥＤダイは、表面実装、チップオンボード、又は他の既知の実装構成用に構成してもよい。

更に、本願の目的のために、明確な指示がない限り、以下の用語は示される意味を有する。

「非晶質材料」とは、Ｘ線回折により測定される、いかなる長い結晶構造を欠如し、及び／又は示差熱分析（ＤＴＡ）により測定されるような非晶質材料の結晶化に対応する発熱ピークを有する、溶融相及び／又は気相から得られる材料を指す。

「示差熱分析」又は「ＤＴＡ」とは、温度を上昇させながら、試料とＡｌ_２Ｏ_３などの熱不活性参基準との間の温度差を測定する工程を含む手順を指す。不活性基準温度に応じて、温度差のグラフは、試料で発生する発熱及び吸熱反応に関する情報を提供する。この手順を実行するための例示的な器具は、独国セルブ（Selb）のネッチインストルメンツ（Netzsch Instruments）から商品名「ネッチＳＴＡ４０９ＤＴＡ／ＴＧＡ（NETZSCH STA 409 DTA/TGA）」で入手可能である。適した量、例えば、４００ｍｇの試料を適した不活性ホルダー（例えば、１００ｍＬのＡｌ_２Ｏ_３サンプルホルダー）に置き、静止空気中で、初期温度（例えば室温、又は約２５℃）から１２００℃などの最終温度まで、適した速度、例えば１０℃／分で加熱してもよい。

「ガラス」とは、ガラス転移温度を呈する非晶質無機材料を指す。

「ガラスセラミックス」とは、ガラスを加熱処理することによって形成された材料であって、該材料は、部分的又は完全に結晶性である、材料を指す。

「Ｔ_ｇ」とは、適したＤＴＡ試験によって測定されるガラス転移温度を指す。

「Ｔ_ｘ」とは、適したＤＴＡ試験によって測定される結晶化温度を指す。

例示的なＬＥＤエクストラクタ、エクストラクタ／ダイの組み合わせ、及びそのアレイを最初に示し、説明する図に戻る。以降は、好ましい高屈折率ガラス材料について説明する。

エクストラクタ
図１は、入力面１２、出力面１４、及び側面１６を有するＬＥＤエクストラクタ１０を図示する。入力面１２の近位に位置するＬＥＤダイ１８は、主要放射面２０を含む多数の表面から光を放射する。間隙２２は、放射面２０から入力面１２を分離するように示される。空気又は透明な結合材料、若しくはその他の材料で充填されるを問わず、間隙２２が十分に小さいので、エクストラクタ１０の存在が、ともすればＬＥＤダイ１８内で全反射される光の少なくともいくらかを、屈折又はうまく行かなかった全反射によってエクストラクタ内に結合させる。典型的に、間隙２２は、約１００、５０、又は２５ナノメートル以下である。その他の実施形態では、間隙２２は、実質的に削除することが可能である。どちらの場合でも、ＬＥＤダイからエクストラクタに効率的に光を移動するために、入力面１２が放射面２０と光学結合するように構成される。

簡単にするために、ＬＥＤダイ１８は総括的に示されるが、当該技術分野において既知であるような従来の設計上の特徴を含むことができる。例えば、ＬＥＤダイ１８は、異なるｐ−及びｎ−ドープ半導体層、緩衝層、基材層、並びにスーパーストレート層を含むことができる。長方形状のＬＥＤダイ配置が示されるが、切頭された逆ピラミッドを形成する角度を付けた側面を有するＬＥＤダイなど、その他の既知の形状が企図される。ＬＥＤダイ１８への電気接点は、簡略化のために示されていないが、既知のように、ＬＥＤダイ１８のいずれかの表面上に設けられ得る。好ましくは、ダイ１８は、「フリップチップ」構造を有し、そこでは電気接点が、底部主要面上に設けられているので、エクストラクタの入力面１２と格好に噛み合うように障害物なく反対面２０を平坦にすることができるようになっている。

エクストラクタ１０は、切頭された逆円錐形状を有するが、その他の形状も可能である。図１の概略図では、側面１６は、単一の先細になった回転表面、又は入力面１２を出力面１４に接続する、切子面のある複数の表面を示すことができる。入力面１２は、ＬＥＤダイの放射面２０上に存在することがある電気接点のための空間を残すように形成されてもよい。多くの場合、幾つか又はほぼすべての放射面２０は、平坦であり、かつ研磨されている。これらの場合では、エクストラクタの入力面１２の対応する部分（すべてを含む）も平坦であり、かつ研磨され、例えば５０ナノメートル未満の表面粗さ、又は規定の許容度を呈することも望ましい。入力面１２の横方向寸法及び形状が、ＬＥＤ放射面と噛み合うようにサイズを決めることも好ましいが、正確に一致する必要はない。製造上の許容度を考慮し、エクストラクタの入力面を、ＬＥＤ放射面と比較して小さく、又は大きくしてもよい。例えば、エクストラクタの入力面の横方向寸法は、ＬＥＤ放射面の対応する寸法の１１０％又は１２０％と大きい、若しくは９０％又は８０％と小さくてもよい。また、エクストラクタの最小横方向寸法（入力面、出力面、又は中間位置に存在するかに関わらず）がＬＥＤダイの対応する横方向寸法と名目上等しくなるようにエクストラクタの寸法を選択することも有益である。２００５年１１月２２日に出願された同一出願人による米国出願第１１／２８８，０７１号（レザーデール（Leatherdale）ら）（代理人整理番号第６０９１４ＵＳ００２号）により完全に記載されている、本アプローチでは、通常のエクストラクタのアレイを含むディスク又は本体をウェハスケールのＬＥＤアレイに固着後、個々のＬＥＤ／エクストラクタ対を、同一切断線に沿って切断する、若しくはさいの目に切ることができる。

エクストラクタは、ＬＥＤダイとの使用に適し、ＬＥＤダイは、数ミリメートル以下の幅である傾向があるため、エクストラクタも比較的小さい傾向がある。制限されることを望むものではないが、エクストラクタは、一般に１〜４又は５ミリメートルの全長、及び同一範囲にありかつ多くの場合長さより短い全幅を有する。

動作では、ＬＥＤダイ１８内で生成される光は、放射面２０から放射され、間隙２２を通過してエクストラクタ１０内に入る。エクストラクタ１０は、ＬＥＤに固着されてもよく、又は２００４年１０月２９日に出願された同一出願人による米国出願第１０／９７７，２４９号（コナー（Connor）ら）（代理人整理番号第６０２１６ＵＳ００２号）に記載されるように、非固着形状であってもよい。ＬＥＤダイ１８に使用される材料は、高屈折率を有し、これはＬＥＤダイ１８内で生成される光の多くがダイ表面で全反射される原因となり得る。この光のより多くが脱出できるようにするために、放射面２０は、エクストラクタ１０の入力面１２と光学結合される。エクストラクタ１０を組み立てる材料の高屈折率は、全反射によって損失するＬＥＤダイからの光を抽出する。エクストラクタ１０の形状は、ＬＥＤダイの中心軸に沿って配置される入力及び出力面を有し、出力面は入力面より広く、かつ図示されるように側面は先細になっており、少なくとも部分的に回収された光を平行にする。図１は、全反射ないしは別の方法で側面１６で反射し、ＬＥＤの中心軸のより近くに一直線になる反射光線２４ｂを生成する、代表的な斜め方向光線２４ａを示す。

光抽出効率を最大化するために、エクストラクタ１０の屈折率は、ＬＥＤダイ１８の放射面２０の屈折率とほぼ一致するべきである。しかし、通常ＬＥＤダイ自体が、例えば、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３の固体状態基材、又は別の適した材料上に配置されるエピタキシャル半導体層など、異なる屈折率の異なる個々の層からなる。このような場合、ＬＥＤダイ１８がヒートシンク（図示せず）上にあお向け形状で搭載される場合、放射面２０は、半導体層の１つの外側表面と一致し、エクストラクタの屈折率は、好ましくは半導体の屈折率と一致する。一方、ＬＥＤがうつ伏せ形状でヒートシンク上に搭載される（即ち、表面下向き又はフリップチップ）場合、放射面２０は基材と一致し、エクストラクタの屈折率は、好ましくは基材の屈折率と一致する。ＧａＮ／Ａｌ_２Ｏ_３系の高輝度ＬＥＤでは、屈折率要求は、約１．７５〜２．４である。ＩＩＩ−リン化物系半導体の場合、半導体層の屈折率は、４．０と高い場合がある。上記に記載されるように、ＬＥＤのエクストラクタとして使用するために提案されてきた高屈折率材料（ｎ≧２）は、一般的に、機械加工する、又は小さな所望の形状に形成することが困難であり、費用もかかる、結晶性材料である。

図２は、別のＬＥＤエクストラクタ３０の概略的斜視図である。エクストラクタ１０と同様に、エクストラクタ３０は、入力面３２（入力面１２と同様な特徴を有する）、出力面３４、及び少なくとも１つの側面を有する。エクストラクタ３０では、側面は、入力及び出力面の多角形の形状のそれぞれの側に１つずつの４つの異なる面（表面３６ａ、３６ｂ参照）からなる。出力面３４は、入力面３２より大きな横方向寸法を有し、従って側面は、幾つかの集光特性を提供するために、先細になっている。

図３は、入力面４２（入力面１２と同様な特徴を有する）、出力面４４、及び側面４６を含む、ＬＥＤエクストラクタ４０の概略的斜視図を示す。エクストラクタ４０は、エクストラクタ１０と類似しているが、入力及び出力面４２、４４が多角形というよりは湾曲した境界線を有すること、及び側面４６が連続的な回転面であることが明確に示される。例示的な実施形態では、側面４６は、放物線又は放物面形状である。この場合もやはり、出力面４４は、入力面４２より大きく、側面４６は、少なくとも部分的に集光をもたらすために、先細になっている。

所望により、入力面が出力面より大きくなる又は広くなるように、先細になったエクストラクタの配向を逆にすることができる。そのような場合では、エクストラクタは、図１に図示されるように、ＬＥＤダイに連結する逆ピラミッドというよりは、ピラミッド形状を取ることができる（切頭されているか、切頭されていないかに関わらず、かつ円形であるか、楕円形であるか、又は多角形系であるかに関わらず）。光は、前述で出力面１４、３４、４４と称された表面を通ってエクストラクタに入射し、前述で入力面（１２、３２、４２）と称された表面、及び側面１６、３２ａ〜ｂ、４６を通ってエクストラクタを出射してもよい。或いは、ピラミッドを点で終わる（即ち、切頭されていない）ようにして、表面１２、３２、４２を排除することができる。そのようなエクストラクタの形状の更なる記載は、２００６年５月２日に出願された、「収束光学素子を有するＬＥＤパッケージ（LED Package With Converging Optical Element）」（代理人整理番号第６２０７６ＵＳ００２号）と題する、同一出願人による米国特許出願シリアル番号第１１／３８１，３２４号に供される。

図４は、別のエクストラクタ５０の概略的側面図を示す。エクストラクタ５０は、入力面５２（入力面１２と同様な特徴を有する）、出力面５４、及び側面５６を含む。エクストラクタ５０は、この場合もやはり、エクストラクタ１０と類似しているが、出力面５４は、放射された光の発散を制御するために、湾曲している。前述の実施形態と同様に、エクストラクタ５６を単一光学本体としてモールドすることができる。

図５は、図４及びその他の図のものと似ているが、２つの異なる光透過体又は構造体を接合することに由来する複合体形状を有する、別のエクストラクタ６０の概略的側面図を示す。エクストラクタ６０は、入力面６２、出力面６４、及び先細になった側面６５を有する。エクストラクタは、噛み合う表面６６ａ、６８ａに沿って、共に固着ないしは別の方法で接合された、異なる光学本体６６、６８を含み、該光学本体は、必ずしも必要ではないが、好ましくは平坦である。光学接着剤、低Ｔ_ｇ封止ガラス類、又は反応結合などの従来の方法を接合するために使用することができる。体６６、６８は、類似する又は異なる特性を有する、同一若しくは異なる光透過材料から作製することができる。例えば、体６８は、市販される光学ガラス、又は更にはポリマーであってもよい。好ましくは、ＬＥＤダイに最も近い（及び入力面を含む）エクストラクタの一部分は、エクストラクタのその他の部分より高い屈折率を有する。従って、図５の場合、光学本体６６は、好ましくは、以下に記載される高屈折率ガラス類からなり、体６８は、以下に記載される別のガラス類、又は市販される低屈折率のガラス類から作製することができる。以下に記載の高屈折率ガラス類の１つなどの高屈折率光学材料が、エクストラクタ全体に使用するには実用的ではないほどの相当な散乱又は吸収を呈する場合、複合体構造もまた、有益であり得る。散乱又は吸収を許容できるレベルに維持するために十分薄い厚さを有するこのような材料を、エクストラクタの入力末端部で使用し、そしてより低散乱又はより低吸収材料と組み合わせてエクストラクタを完成することができる。ＬＥＤの複合体エクストラクタの更なる記載は、２００４年１０月２９日に出願された同一出願人による米国特許出願第１０／９７７，２２５号（アウダーキルク（Ouderkirk）ら）（代理人整理番号第６０２１８ＵＳ００２号）に提供される。

図６は、エクストラクタ６０と似ているが、光学本体６８がより幅の広いレンズ又は体７８と交換され、その外側表面７４がエクストラクタの出力面となり、その他の表面７８ａが体６６の表面６６ａに接合する、エクストラクタ７０の概略的側面図を示す。表面６６ａの縁部は、表面７８ａの縁部から凹んでいる。

図７は、別のエクストラクタ８０の側面概略図を示す。エクストラクタ６０及び７０と同様に、エクストラクタ８０は、複合体構造を有する。エクストラクタ８０は、接合面に沿って共に接合される光学本体８６、８８を含む。エクストラクタ８０は、入力面８２、出力面８４、及び側面８５を含むが、上記に記載されるように、ＬＥＤダイの放射面と光学結合するか、又は噛み合うようにどの表面が選択される（及び適合される）かによって、これらの表面の役割を変更することができる。好ましくは、以下に記載される高屈折率ガラス類の１つが光学本体にエクストラクタの入力末端部で使用され、ケイ酸塩などの低屈折率（従来の）のガラス形成材料が光学本体にエクストラクタの出力末端部で使用される。光学本体８６、８８の相対的サイズ又は厚さは、許容できる光学的、機械的、及び熱的特性を有するエクストラクタを作出するために、それぞれの光学材料の光学的、機械的、及び熱的特性によって選択することができる。

或いは、複合体エクストラクタの光学本体の１つ（例えば、その入力末端部のもの）は、ダイヤモンド、サファイア、又は炭化ケイ素など、高熱伝導率を有する透明な高屈折率材料を含むことができる。複合体エクストラクタの別の光学本体（例えばその出力末端部のもの）は、以下に記載される高屈折率ガラス材料の１つを含むことができる。そのような実施形態を、ＬＥＤダイからの熱及び光の両方を効率的に結合するために使用してもよい。

図８及び９は、ＬＥＤからの光をＬＥＤダイの中心軸に沿って、前方向というよりは、主に横方向に変えるように表面が配置される、エクストラクタを示す。側面放射ＬＥＤは、光が横方向にわたり短距離で拡散するように生成され、ディスプレイの表示画面にわたり、明るい及び暗い領域、又はホットスポットを回避することから、液晶ディスプレイパネルの薄型ダイレクト点灯バックライトでの使用に特に適している。

図８は、Ｖ字型エクストラクタ９０の概略的側面図である。エクストラクタ９０は、入力面９２、出力面９４、及び側面９６ａ、９６ｂを有する。上記に示されるエクストラクタの入力及び出力面は、必ず正確に平行である必要はないが、そうであってもよい一方、エクストラクタ９０では、入力及び出力面９２、９４は、互いに対して相当の角度、通常約９０度で配置される。

この配置により、入力面９２を通って入射する光線９８ａは、側面９６ｂ、９６ａの一方又は両方で反射し（全反射によって、若しくは反射性材料又はコーティングの助力により、図示せず）、光線９８ｂで示されるように、ほぼ横方向に方向を変える。続いて光線９８ｂは、出力面９４を通って出射する。上面図からのエクストラクタ９０の形状又は外周は、長方形、台形、パイ形状、半円、又はそのいずれの組み合わせを含む、多様な形状を取ってもよい。

図９は、別のＶ字型エクストラクタ１００の概略的側面図である。エクストラクタ１００は、入力面１０２、出力面１０４、及び側面１０６を有する。エクストラクタ１００は、側面９６ａと一致する縦軸の周囲で回転したエクストラクタ９０の形状を有する。場合によっては、エクストラクタは、２つのエクストラクタ９０をそれらの個々の側面９６ａで接合して複合体構造にすることによって作製することができる。異なる複合体構造では、極細線１０８は、エクストラクタ１００を構成する、異なる光学本体間の考えられる接合面又は境界線を示す。

エクストラクタ９０と同様に、エクストラクタ１００の入力及び出力面１０２、１０４は、互いに相当な角度、通常約９０度で配置される。ＬＥＤから入力面１０２に入射する光は、側面１０６で反射し（全反射、若しくは反射性材料又はコーティングの助力によるかどうかに関わらず、図示せず）、ほぼ横向きに方向を変え、続いて出力面１０４を通って出射する。平面図（図示せず）から、エクストラクタ１００は、例えば、多角形（例えば四角形又は長方形）、円形、楕円形を含む、多数の形状のいずれかを有することができる。円形及び楕円形の形状又は外周により、入力面１０２に入射する光は、出力光の輪を形成するように方向を変える。

上記の実施形態は、多様な考えられるエクストラクタの形状及び構造の幾つかのみを示す。どの形状又は構造が選択されるかに関わらず、製造の観点から見て、アレイの形状でエクストラクタを組み立てることが望ましい。例えば、ＬＥＤダイとよりよく結合するために、エクストラクタの表面を研磨することを望む場合、アレイは、多数の小さなエクストラクタを同時に取り扱い、加工することを簡便化することを可能にする。また、アレイ内のエクストラクタは、エクストラクタアレイが一直線になり、ＬＥＤアレイに接合して多数、好ましくは数十又は数百のＬＥＤ／エクストラクタ対を同時に作出できるように、ＬＥＤのアレイの配置及び空隙部とほぼ一致するように選択される、配置及び空隙部で設計されてもよい。

図１０は、代表的なエクストラクタアレイ１１０及び一致するＬＥＤアレイ１２０を図式的に示す。エクストラクタアレイ１１０は、連続的なランド層１１４などによって、固定空間関係で共に保持された複数のエクストラクタ１１２を含む。固定空間配置は、以下に記載される、ＬＥＤアレイ１２０上のＬＥＤの空間配置と一致するように選択される。エクストラクタアレイ１１０は、エクストラクタ１１２及びランド層１１４が同一の光透過材料からなる単一体であってもよく、又はランド層１１４がエクストラクタ１１２とは異なる材料（光透過であるか否かに関わらず）からなる非単一であってもよい。更に、エクストラクタ１１２自体は、上記に記載される複合体構造であってよい。エクストラクタ１１２は、図１のエクストラクタ１０と同様に先細になった形状で示されるが、上記に記載されるその他のエクストラクタの形状及び構造のいずれを示すことができる。特筆すべきは、それぞれのエクストラクタは、対応するＬＥＤダイの出力面と光学結合するように適合される、出力面１１２ａを有することである。これは、好ましくは、エクストラクタの入力面の外側寸法がＬＥＤ放射面のそれらと確実にほぼ一致するようにする、及び／又はエクストラクタの入力面の輪郭がＬＥＤ放射面の輪郭と確実にほぼ一致するようにすることによって達成される。通常、ＬＥＤ放射面は、規定の許容度内で平坦かつ滑らかであり、その場合、エクストラクタの入力面もまた、同一の規定の許容度内で平坦かつ滑らかである。

同一出願人により、２００４年１０月２９日に出願された米国特許出願第１０／９７７，２３９号（アウダーキルク（Ouderkirk）ら）（代理人整理番号第６０２０３ＵＳ００２号）及び２００５年１１月２２日に出願された第１１／２８８，０７１号（レザーデ−ル（Leatherdale）ら）（代理人整理番号６０９１４ＵＳ００２）で、ＬＥＤのためのエクストラクタアレイを作製する方法の幾つかが開示される。或いは、アレイが以下に記載される高屈折率ガラス材料を含む場合、アレイは、好ましくは、適したモールド内で熱及び圧力を印加し、少なくとも部分的にガラスの粒子を変形し、任意で個々のガラス粒子を合体し、大きな粒子又は体を形成することによって作製される。そのようなモールディング技術は、本明細書と同日付で出願された、名称が「ＬＥＤエクストラクタアレイを作製する方法」の同一出願人による米国特許出願（代理人整理番号第６２１１４ＵＳ００２）に開示される。

ＬＥＤアレイ１２０は、好ましくは、単一化（例えば、切断又はさいの目に切ることによる）によって放射面１２２ａを有する個々のＬＥＤダイ１２２を形成できるように、光を生成できるｐ−ｎ接合などの形成に従来の半導体加工手順を使用して組み立てられた、固体形状ウェハである。従って、上記に記載されるように、ＬＥＤアレイは、セラミック又は半導体基材、スーパーストレート、エピタキシャル層、及び／又はドープ層など、ＬＥＤのバッチ組み立てに選択される、異なる層の積み重ねを含むことができる。また個々のＬＥＤに加圧するために使用される、パターン形成された電気接点も、アレイ１２０上に含まれてもよい。又ＬＥＤアレイ１２０は、典型的に薄く、比較的硬く、通常円形であることから、「ウェハ」と称されることもある。ダイ１２２は、いずれの所望の方法、例えば、横列及び縦列の配置でウェハの表面上に配置することができる。数十又は数百の個々のダイ１２２をウェハ領域内に挿入してもよい。従って、好ましくは、同一数のエクストラクタ１１２がエクストラクタアレイ１１０上に提供される。

図１０に図示される方法では、最初に、別々のアレイ１１０、１２０は互いに整列し、好ましくはエクストラクタとＬＥＤダイの１対１対応を提供する。そして、別々に整列したアレイは、所望により、光学接着剤又は低Ｔ_ｇ封止ガラスなどの適した光透過結合材料を使用して、若しくは反応結合により、或いはいずれのその他の適した技術によって、接合される。その後所望により、個々のＬＥＤダイ１２２を露呈するために、ウェハ又はアレイ１２０を切断又はさいの目に切ることによって、単一化することができる。対象とする用途により、エクストラクタアレイ１２０もまた、必要に応じて、個々のＬＥＤダイ／エクストラクタ対を個々にヒートシンク又はその他の基材に搭載できるように、単一化することができる。エクストラクタ１１２の出力面になる場合がある上側表面である、ランド層１１４を切断する、又は破断することによって、単一化することができる。切断により単一化される場合、エクストラクタが適切なサイズであれば、ＬＥＤアレイ１２０を切断する切断作業と同一の切断作業により、同時にエクストラクタアレイ１１０を切断することができる。別のアプローチでは、それぞれに異なる材料が使用される場合、例えば、ランド層からエクストラクタを脱離することによって、ランド層を単純に取り外してもよい。ランド層の取り外しは、設計次第では、それぞれのエクストラクタの出力面になる場合がある、エクストラクタ１１２の上側表面を露呈する。更に別のアプローチでは、エクストラクタアレイが以下のランド層１１４で、即ち、エクストラクタ１１２と一直線になる一方、ＬＥＤ放射面をランド層１１４に接触するようにエクストラクタアレイ及びＬＥＤアレイを再配置することによって、ＬＥＤアレイに固着されてもよい。この場合、表面１１２が出力面となり、ランド層の露呈された主要表面がエクストラクタの入力面となってもよい。

高屈折率ガラス類
上記に記載されるように、ＬＥＤ光源の効率を向上するために、開示されるエクストラクタは、望ましくは、屈折率が少なくとも２、好ましくは少なくとも２．１、２．２、又は２．３以上であるガラス又はガラスセラミックス材料の選択される部類からなる。ＬＥＤエクストラクタとして使用するために、高屈折率結晶性材料（炭化ケイ素又はダイヤモンドなど）が提案されてきたが、そのような材料は、モールディング技術と不適合であり、そのような材料をエクストラクタなどの小さな部品に加工するための手順は、単調であり、時間がかかり、かつ高価である傾向がある。また、光学ガラス製造業者から入手可能な従来のガラス材料の幾つかも提案されているが、そのような材料の屈折率は、典型的なＬＥＤカプセル化樹脂より高いが、一般に２未満である。

例えば、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、及びＴａ_２Ｏ_５に基づく、幾つかの高屈折率ガラス類（例えばｎ≧２）は、既知である。例えば、米国特許第３，９４６，１３０号（タン（Tung））、及びトポルＬ・Ｅ（Topol L.E.）らの非結晶固体ジャーナル（J. Non-Crystal. Solids）、１２（１９７３）、３７７〜３９０、「レーザー回転溶融及び自由落下冷却による新規酸化物ガラスの形成（Formation of new oxide glasses by laser spin melting and free fall cooling）」を参照。これらのガラス類は、２０重量％未満のＳｉＯ_２と、２０重量％未満のＢ_２Ｏ_３と、４０重量％のＰ_２Ｏ_５とを含んでもよい。しかしながら、最近まで、そのようなガラス類は、マイクロビーズ、フレーク、及びその他の微小粒子、即ち、厳しく制限されたサイズを有する形体のみが既知であった。そのような寸法的制限により、小さいが、典型的に微小ではなく、典型的に少なくとも１つの寸法が約数ミリメートル（例えば、１〜１０、又は１〜５、又は１〜３、又は１〜２ミリメートル）であるこれらのガラス類は、ＬＥＤエクストラクタとして使用するためには不適切となる。意外にも、例えばＴｉＯ_２に基づくバルクガラスを製造することが可能であり、大きなミリメートル及び上記サイズのガラス粒子を形成することを可能にすることが発見された。これは、ガラス転移温度を上回る温度で粒子圧密工程を実施することにより、達成された。著しい結晶化が生じる（Ｔ_ｘ）前に、これらのガラス類をガラス転移（Ｔ_ｇ）できることが発見された。これは、比較的小さなガラスの破片からいずれの寸法の物品をバルク製造することを可能にする。例えば、物品は、ガラス又はガラスコーティング粒子などが合体して所望の形状を形成し、合体した形状を冷却して物品を提供するために、Ｔ_ｇまでガラス又はガラスコーティング粒子（例えば、破砕によって取得されるビーズ、微小球、繊維、及び粉末を含む）を加熱することによって製造された。場合によっては、加熱は、約５００℃〜約１０００℃の温度の少なくとも１つで実施される。

ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、及びＴａ_２Ｏ_５系ガラス類に加え、多くのＡｌ_２Ｏ_３系バルクガラス類が上記の圧密方法により得られている。Ａｌ_２Ｏ_３は、金属切断ツール、歯科の修復材などの多くの非光学的使用に適した、高い機械的化学的耐性を付与することができる。同時に、Ａｌ_２Ｏ_３の比較的低い屈折率（約１．７）は、屈折率が２以上のガラス類を形成することを不可能にする。

本願は、少なくとも２の屈折率を呈することができる、ＬＥＤエクストラクタへの使用に適したガラス（ガラスセラミックスを含む）材料の部類を特定する。材料は、少なくとも最初はガラス類であることから、それらを比較的単純で高速な手順でモールドする、ないしは別の方法で変形又は合体し、正確な形状のエクストラクタ及びエクストラクタのアレイを形成することができる。これらの材料の結晶化温度Ｔ_ｘは、材料の粒子をモールド、変形、又は合体するための適切な加工窓を提供するために、好ましくは、それらのガラス転移温度Ｔ_ｇを少なくとも５℃上回る。

その他の用途に使用するために、これらの好ましいガラス類の幾つかが出版物又はその他の文書で開示されるが、そのような文書は、ガラス類が２以上と高い屈折率を呈することができることも、それらがＬＥＤのエクストラクタを作製するために使用することができることも開示していない。該文書は、実際には、従来のガラス形成材料を少量含む、ガラス類のより大きな部類（本明細書では、「斬新なガラス類」と称される）を開示し、これらのガラス類の幾つかは、通常高屈折率を呈し、ＬＥＤエクストラクタとしての使用に適していることを発見した。斬新なガラス類は、例えば、２０（又は１５、１０、５、３、２、若しくは１）重量％未満のＳｉＯ_２、２０（又は１５、１０、５、３、２、若しくは１）重量％未満のＢ_２Ｏ_３、及び４０（又は３０、２０、１０、５、３、２、若しくは１）重量％未満のＰ_２Ｏ_５を含む。場合によっては、斬新なガラス類は、ガラス体の総重量に基づき、１つの形体当たり、２０（又は１０、８、５、３、２、若しくは１）重量％未満の化合物Ａｓ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、ＮａＯ、ＴｅＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、及びＰ_２Ｏ_５の群全体を含む。多量なこれら従来のガラス形成材料の代わりに、斬新なガラス類は、更に以下で説明されるような、少なくとも２つの異なる金属酸化物を含む。好ましくは、Ｔ_ｇ及びＴ_ｘは、少なくとも５℃離れている、即ち、Ｔ_ｘ≧Ｔ_ｇ＋５℃である。

斬新なガラス類で使用される（及び、従って好ましい高屈折率ガラス類でも使用される可能性がある）、少なくとも２つの金属酸化物は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｄｙ_２Ｏ_３、Ｅｒ_２Ｏ_３、Ｅｕ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｈｏ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｌｕ_２Ｏ_３、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｐｒ_６Ｏ_１１、Ｓｍ_２Ｏ_３、Ｔｂ_２Ｏ_３、Ｔｈ_４Ｏ_７、Ｔｍ_２Ｏ_３、及びＹｂ_２Ｏ_３などの希土類酸化物類（ＲＥＯｓ）、ＺｒＯ_２、ＨｆＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＷＯ_３、Ｖ_２Ｏ_５、Ｇａ_２Ｏ_３、並びにＣａＯ及びＢａＯなどのアルカリ土類金属酸化物類を含んでもよい。有用な金属酸化物類の例示的な組み合わせには、ＲＥＯ−ＴｉＯ_２、ＲＥＯ−ＺｒＯ_２−ＴｉＯ_２、ＲＥＯ−Ｎｂ_２Ｏ_５、ＲＥＯ−Ｔａ_２Ｏ_５、ＲＥＯ−Ｎｂ_２Ｏ_５−ＺｒＯ_２、ＲＥＯ−Ｔａ_２Ｏ_５−ＺｒＯ_２、ＣａＯ−Ｎｂ_２Ｏ_５、ＣａＯ−Ｔａ_２Ｏ_５、ＢａＯ−ＴｉＯ_２、ＲＥＯ−Ａｌ_２Ｏ_３、ＲＥＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２、ＲＥＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２−ＳｉＯ_２及びＳｒＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｒＯ_２が挙げられる。有用なガラス形成には、共晶組成物又はそれに近いものが挙げられる。

このような斬新なガラス類に関する更なる記載及び教示については、米国特許公開第ＵＳ２００３／０１２６８０３号（ローゼンフランツ（Rosenflanz））（代理人整理番号第５６４００ＵＳ００４号）、ＰＣＴ公開第ＷＯ０３／０１１７７６号（ローゼンフランツ（Rosenflanz））（代理人整理番号第５６９３８ＷＯ００３号）、米国特許公開第ＵＳ２００５／００６５０１３号（代理人整理番号第５８８０７ＵＳ００２号）、２００５年１１月１４日に出願された米国出願シリアル番号第１１／２７３，５１３号（代理人整理番号第６１３５１ＵＳ００２号）を参照のこと。また、米国特許第２，１５０，６９４号（モーリー（Morey））、トポル（Topol）らの非結晶固体ジャーナル（J. Non-Crystal. Solids）、１２（１９７３）、３７７〜３９０、「レーザー回転溶融及び自由落下冷却による新規酸化物ガラスの形成（Formation of new oxide glasses by laser spin melting and free fall cooling）」、トポル（Topol）の非結晶固体ジャーナル、１５（１９７４）、１１６〜１２４、「レーザー回転溶融及び自由落下冷却による新規ランタニド酸化物ガラス類の形成（Formation of new lanthanide oxide glasses by laser spin melting and free-fall cooling）」、宍戸（Shishido）らの材料化学（J. Mater. Sci.）、１３（１９７８）、１００６〜１０１４、「レーザー光線を使用する急速冷却により取得されるＬｎ−Ｍ−Ｏガラス類（Ln-M-O glasses obtained by rapid quenching using laser beam）」、辰巳砂（Tatsumisago）、「Ｌｉ２Ｏ−ＲＯ−Ｎｂ２Ｏ５（Ｒ＝Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ）系の急速冷却ガラス類の赤外線スペクトル（Infrared Spectra of Rapidly Quenched Glasses in the Systems, Li2O-RO-Nb2O5 (R=Ba, Ca, Mg)）」、アメリカン・セラミック・ジャーナル（J.American Ceram. Soc.）６６第２巻、（１９８３）、１１７〜１１９も参照のこと。

好ましいガラス組成物は、従来のガラスより比較的低量のＳｉＯ_２及びＢ_２Ｏ_３などの典型的なガラス形成材料を含む。Ｔ_ｇとＴ_ｘとの間の加工窓の組成制御（少なくとも５℃）は、斬新なガラス形成酸化物系において、屈折率が約２．０以上のガラス類及びガラスセラミックスをバルク生成することを可能にする。

一般的に、好ましいガラス類（ガラスセラミックスを含む）は、適切な金属酸化物源を、溶融物、望ましくは均質溶融物を形成するために加熱し、そしてガラスを提供するために溶融物を冷却することによって、作製される。ガラス材料の幾つかの実施形態は、例えば、適した炉（例えば、誘導加温熱炉、ガス燃焼炉、又は電気炉）、又は、例えば火炎若しくはプラズマ中で金属酸化物源を溶融することによって作製することができる。結果として生じる溶融物は、高速エアジェット、液体、グラファイト、又は金属プレート（冷却したプレートを含む）、金属ロール（冷却した金属ロールを含む）、金属ボール（冷却した金属ボールを含む）などの多様な種類の冷却媒体のいずれかに放出することによって、冷却される。

一方法では、好ましいガラス類は、例えば、米国特許第６，２５４，９８１号（キャッスル（Castle））で開示されるような、火炎溶融を利用して作製することができる。つまり、金属酸化物源材料は、「供給粒子」と称される場合もある、粒子に形成される。供給粒子は、典型的に、細砕、合体（例えば、スプレー乾燥）、溶融、又は焼結することによって形成することができる。一般的に、火炎に供給される供給粒子のサイズは、結果として生じる非晶質粒子のサイズを決定する。供給粒子は、メタン−空気バーナー、アセチレン−酸素バーナー、水素−酸素バーナーなどのバーナーに直接供給される。続いて材料は、例えば、水中、冷却油中、空気中で急冷却される。

溶融物を形成する、溶融物を冷却する／急冷却する、及び／又は別の方法でガラスを形成するためのその他の技術には、蒸気相急冷、プラズマスプレー、メルト抽出、ガス又は遠心力噴霧、適した前駆体の熱、（火炎又はレーザー又はプラズマ支援型を含む）分解、金属前駆体の物理的気相合成（ＰＶＳ）、プラズマ法、及びメカノケミカル加工などが挙げられる。

冷却速度は、急冷非晶質材料の特性に影響を及ぼすと考えられる。例えば、ガラスのガラス転移温度、密度及び他の性質は典型的には、冷却速度と共に変化する。また、急速な冷却を還元性、中性、又は酸化性環境などの制御雰囲気下で実施して、冷却中に、望ましい酸化状態などを維持及び／又は操作してもよい。その雰囲気はまた、過冷却液体からの結晶加速度を操作することによって、ガラス形成を操作することができる。

好ましい高屈折率ガラス類は、いずれの適した方法によって、エクストラクタに形成することができる。例えば、エクストラクタは、底面、底面開口部より大きな上面開口部、及び少なくとも１つの側面を有するモールドを提供することによって、作製することができる。溶融物は、上記に記載されるように、例えば、少なくとも２つの金属酸化物、及び２０重量％未満のＢ_２Ｏ_３、２０重量％未満のＳｉＯ_２及び４０重量％未満のＰ_２Ｏ_５で作製することができる。溶融物は、冷却され、ガラス体（例えば、球体、微小球、繊維、不規則な形状の粒子など）を形成する。ガラス体は、Ｔ_ｇ及びＴ_ｘ有し、Ｔ_ｘは、Ｔ_ｇより少なくとも５℃高い。

ガラス体をモールドに設置し、約０．１Ｍｐａ〜約１００ＭＰａの圧力を約５００℃〜約１０００℃で約１秒間〜１００分間印加し、モールドをガラスで完全に充填する。一度エクストラクタが形成されると、モールドから取り外される。また、そのようなエクストラクタのアレイは、エクストラクタを接続するキャビティ及びランド層のアレイを提供することによって、モールドに形成することができる。

或いは、溶融物は、上記に記載されるように、エクストラクタ形状のモールド内で直接エクストラクタに冷却し、続いてモールドから取り外すことができる。この方法は、米国出願公報第ＵＳ２００４／０１４８９６７号（セリッカヤ（Celikkaya）ら）（代理人整理番第５８２５７ＵＳ００２号）に記載されるように実施されてもよい。また、溶融物を直接透明な結晶性エクストラクタに冷却してガラスを生成する際、バルクガラス体内への圧密が得られることができるように、Ｔ_ｇとＴ_ｘとの間の差が少なくとも５℃であるＴ_ｇ及びＴ_ｘを呈する同一材料を提供することができる。

その他の場合では、上記のように作製された溶融物をガラス体（例えばプレート、ロッド、バーなど）に冷却し、続いてガラス体をエクストラクタに切断することができる。

又好ましい高屈折率ガラス類は、少なくとも部分的にガラスが結晶化し、ガラスセラミックスを提供するために、熱処理することもできる。ガラスセラミックスを形成するためのガラス類の熱処理は、当該技術分野において既知であり、核を発生し、ガラスセラミックスを成長する様々なガラス類の加熱条件は、既知である。熱処理は、例えば、抵抗性、誘導性、又はガス加熱炉を含む、多数の方法のいずれかによって実施することができる。或いは、回転窯、流動床、炉、又は振子窯を使用して、継続的に熱処理することができる。典型的に、ガラスセラミックスは、それらが形成されるガラス類より高い屈折率を有し、従って、開示されるエクストラクタ用途において有利である場合がある。更に、材料の屈折率は、例えば、結晶性ガラスセラミックス相に変換される程度で調節してもよい。或いは、又は更に、材料の強度もそのような結晶化処理によって影響を受ける。

エクストラクタとしての組み立てに適した高屈折率ガラス類を例示する表

エクストラクタなどの本体を形成する又は成形することができる、様々な斬新なガラス類の例を作製ないしは別の方法で入手し、屈折率を測定した。ＬＥＤエクストラクタとしての適性に関するその他の特性にも注目した。

結果を、図１１Ａ〜Ｂに示される表に提供する。表は、合計５６個のガラス試料を記載し、それぞれは、独自の組成物を有する。ガラス試料１〜５２、及びそれらを製造する方法は、表の第２及び第３の列に識別されるように、上記に参照される出版物又は特許出願の１つに、記載される。（ガラス試料５３〜５６は、同様なプロセスだが異なる組成物から作製された。）次の１０列は、示される金属酸化物の重量パーセントに関する、それぞれのガラス試料の組成物を示す。次の２列は、ガラス試料のガラス転移温度Ｔ_ｇ及び結晶化温度Ｔ_ｘを示す。幾つかのガラス試料には、記録されていない、又は正確に測定されていないパラメータに関する数値が記載されていない。しかしながら、記載される５６個のガラス試料のそれぞれの結晶化温度Ｔ_ｘは、ガラス転移温度Ｔ_gより少なくとも５℃高い。「ｎ１」と表示される次の列は、火炎形成後のガラス組成物の屈折率である。「ｎ２」と表示される最後（最も右側）の列は、熱処理後、即ち、ガラスセラミックに変換後のガラス組成物の屈折率である。この列の数値がゼロであることは、特定の試料に対して熱処理が実行されなかったことを示す。屈折率ｎ１及びｎ２は、［装置？］を使用して波長［？］で測定した。

表の再検討により、斬新なガラス類の幾つかのみが２以上の屈折率を達成できることが確認された。これらのガラス試料（番号１４、１６〜１７、１９〜２５、及び２７〜５６）の第１の列に影をつけた。これらの多く（ガラス試料１６〜１７、１９〜２５、及び２７〜５６）は、２．１以上の屈折率を達成することができる。少数（ガラス試料１６〜１７、２２、２４〜２５、２７〜２８、及び３１〜５３）は、２．２以上の屈折率を達成することができる。ガラス試料１６〜１７、２５、及び３１〜５２は、２．３以上の屈折率を達成することができる。ガラス試料３１〜３４、３６、４８、及び５０〜５２は、２．４以上の屈折率を達成することができる。

［アナトリー、観測結果に関するこの段落を完成させてくれませんか？？］・・・表の分析は、物質の部類として、典型的に、高いレベルのＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔ_２Ｏ_５、及びＲＥＯなどの構成成分を含む、より高い屈折率の組成物（ｎ≧２）を有する、Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス類が１．７５〜１．９５の屈折率を呈することを示す。

手短に述べると、適した組成物からどのようにガラス類を作製し、エクストラクタが少なくとも２、２．１、２．２、２．３、又は２．４の屈折率を有する、ＬＥＤへの使用に適したガラスエクストラクタ及びエクストラクタアレイを提供するかを示している。

指示がない限り、本明細書及び請求項で使用される特性となる大きさ、量、及び物理特性を示すすべての数字は、「約」と言う用語によって修飾されることを理解されたい。従って、別の指示がない限りは、本明細書及び添付の請求項に説明される数字のパラメータは近似値であり、本明細書に開示された教示を使用して当業者が獲得しようとする所望の特性に応じて変化し得る。

前述の説明は、例示的なものであり、本発明の範囲を限定することは意図されていない。本明細書で開示した実施形態の変形及び修正が可能であり、実施形態の種々の要素の現実的な代替物及び均等物が、当業者によって、この特許文献を検討することによって理解される。本明細書に開示した実施形態のこれらの変形及び他の変形並びに修正を、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく行なってもよい。本明細書で参照されるすべての特許及び特許出願は、前述の明細書と矛盾する範囲を除き、それらの全体が参照として組み込まれる。

本明細書では、添付図面を参照するが、同様の参照番号は、同様の要素を指す。

ＬＥＤエクストラクタ／ＬＥＤダイの組み合わせの概略的側面図を示す。他のエクストラクタの概略図を示す。他のエクストラクタの概略図を示す。他のエクストラクタの概略図を示す。他のエクストラクタの概略図を示す。他のエクストラクタの概略図を示す。他のエクストラクタの概略図を示す。他のエクストラクタの概略図を示す。他のエクストラクタの概略図を示す。ＬＥＤが形成されたエクストラクタアレイ及びウェハの概略図であり、また、図は、エクストラクタのアレイをＬＥＤのアレイに同時に結合して複数のＬＥＤ光源のアレイを形成するプロセスも示す。特定のガラス類に関連する特性を示す表を表し、幾つかが２、２．１、２．２、及び２．３、若しくはそれ以上の屈折率を呈することができることを証明。特定のガラス類に関連する特性を示す表を表し、幾つかが２、２．１、２．２、及び２．３、若しくはそれ以上の屈折率を呈することができることを証明。

Claims

ＬＥＤダイとの使用に適したエクストラクタであって、
ＬＥＤダイの放射面と光学結合するように適合した入力面と、
該入力面を通って光学素子に入射する光を放射するように配置された出力面と、を含み、
該光学素子が、屈折率が少なくとも２．０である光学ガラスを含む、エクストラクタ。
前記光学ガラスの屈折率が、前記ＬＥＤダイによって放射される光の波長で、少なくとも２．２である、請求項１に記載のエクストラクタ。
前記エクストラクタが、固定空間関係で共に保持されたエクストラクタのアレイの１つである、請求項１に記載のエクストラクタ。
前記エクストラクタのアレイが、前記エクストラクタを前記固定空間関係に保持するのに適したランド層を含む、請求項１に記載のエクストラクタ。
前記放射面を有する前記ＬＥＤダイと組み合わせた、請求項１に記載のエクストラクタ。
前記ＬＥＤダイが、固定空間関係で共に保持されたＬＥＤダイのアレイの１つであり、前記エクストラクタが、ほぼ同じ固定空間関係で共に保持されたエクストラクタのアレイの１つである、請求項５に記載のエクストラクタ。
前記エクストラクタのアレイが、前記ＬＥＤダイのアレイに固着されている、請求項６に記載のエクストラクタ。
前記光学ガラスが、少なくとも２つの金属酸化物と、２０重量％未満のＢ_２Ｏ_３と、２０重量％未満のＳｉＯ_２と、４０重量％未満のＰ_２Ｏ_５とを含む、請求項１に記載のエクストラクタ。
前記光学ガラスが、２０重量％未満の、Ｂ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２及びＰ_２Ｏ_５の群を含む、請求項８に記載のエクストラクタ。
前記金属酸化物の１つが、希土類酸化物又はアルカリ土類酸化物である、請求項８に記載のエクストラクタ。
前記金属酸化物の１つが、Ａｌ_２Ｏ_３又はＴｉＯ_２である、請求項８に記載のエクストラクタ。
前記光学ガラスが、ガラス転移温度Ｔ_ｇ及び結晶化温度Ｔ_ｘを有し、Ｔ_ｘがＴ_ｇより少なくとも５℃高い、請求項１に記載のエクストラクタ。
前記エクストラクタが、少なくとも２つの異なる光学本体を含み、
第１の光学本体が前記光学ガラスを含み、第２の光学本体が第２の光学材料を含む、請求項１に記載のエクストラクタ。
第２の光学材料が、最初に言及した光学ガラスより低い屈折率を有する第２の光学ガラスである、請求項１に記載のエクストラクタ。
前記光学ガラスが、前記エクストラクタの前記入力面に配置される、請求項１３に記載のエクストラクタ。
前記光学ガラスが、ガラスセラミックス材料である、請求項１に記載のエクストラクタ。
前記入力面は、５０ナノメートル（ｎｍ）未満の表面粗さを有する、請求項１に記載のエクストラクタ。