JP6360173B2 - フリップチップ型側面発光ｌｅｄ - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置（ＬＥＤ）の分野に関し、具体的には、波長変換素子を有する側面発光装置に関する。
半導体発光装置の拡大し続ける使用によって、これらの発光装置について非常に競争の激しい市場が形成された。この市場では多くの場合、複数のベンダーの中から製品の区別を与えるために、性能と価格が重要となる。
側面発光ＬＥＤは、一般的に、バックライト表示パネル等の低プロファイル装置や分散光パターンを必要とする用途、及び一般的な照明のための薄い反射板(troffers)に使用される。図１Ａ〜図１Ｃには、Serge Bierhuizenに２０１２年２月７日に付与された特許文献１に開示されるような側面発光素子を提供するための従来技術が示されており、この文献は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
側面発光ＬＥＤは、一般的に、バックライト表示パネル等の低プロファイル装置や分散光パターンを必要とする用途、及び一般的な照明のための薄い反射板(troffers)に使用される。図１Ａ〜図１Ｃには、Serge Bierhuizenに２０１２年２月７日に付与された特許文献１に開示されるような側面発光素子を提供するための従来技術が示されており、この文献は、参照することにより本明細書に組み込まれる。
図１Ａは、基板１１０を示しており、この基板の上に、複数の発光素子１２０を形成するように半導体層が成長／形成される。基板１１０は、一般的に、サファイア、ＳｉＣ又はＧａＮであり、発光素子１２０は、一般的に、ｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に挟まれた活性領域である。パッド１３０によって、ｎ型層及びｐ型層への接点が提供され、それによって電流がこれらｎ型層及びｐ型層の間に流された場合に、光が活性領域から出射される。ｎ型及びｐ型半導体を提供するためにドープされた窒化ガリウム（ＧａＮ）は、一般的に、発光素子１２０を形成する半導体として使用されている。
基板１１０をスライス／ダイシングして、シンギュレーション発光チップを提供し、その後、図１Ｂに示されるように、このチップは、一般的にサブマウントと呼ばれる、「フリップチップ」の向合せで別の基板１４０上に配置される（パッド１３０は、チップの「底部」となる）。パッド１３０は、発光素子１２０への外部電気接続を可能にするために、サブマウント１４０上の接点１４５に結合される。サブマウントにより構造的支持を発光素子１２０に提供すると、基板１１０を除去してもよい。
所望のカラーポイント（色相及び色温度）を提供するために、波長変換素子１５０が、図１Ｃに示されるような発光装置１００を提供するために、発光素子１２０の発光面１２５上に配置される。波長変換素子は、蛍光体等の１つ又は複数の波長変換材料を含んでもよい。側面発光を提供するために、反射体１６０が、波長変換素子１５０の上方に配置され、それによって、波長変換素子１５０の側壁１５５を通って光が放射される。反射体１６０は、鏡面反射体又は拡散反射体とすることができる。
いくつかの実施形態では、光は、波長変換素子１５０の全ての側壁から出射され、他の実施形態では、波長変換素子１５０の側壁のうちの１つ又は複数は、反射性の側壁であり、それによって、残りの非反射性側壁（複数可）１５５から光を出射させる。必要に応じて、コリメータ等の１つ又は複数の光学素子を使用して、側面発光された光を所望の方向にさらに導くことができる。
一般に、基板１１０を取り外した直後に、波長変換素子１５０が、発光面１１５を保護するために発光素子１２０に取り付けられる。従って、特定の特性を有する波長変換素子１５０の選択は、一般的に、装置１００の製造に先立って行われる。
一般に、基板１１０を取り外した直後に、波長変換素子１５０が、発光面１１５を保護するために発光素子１２０に取り付けられる。従って、特定の特性を有する波長変換素子１５０の選択は、一般的に、装置１００の製造に先立って行われる。
潜在的に簡略化した製造プロセスを用いた発光装置を提供することが有利となる。また、潜在的により高い光出力及び潜在的により一貫した色を有する発光装置を提供することが有利となる。
これらの問題の１つ又は複数により良く対処するために、本発明の実施の形態では、波長変換素子の適用は、側面発光ＬＥＤの製造とは実質的に無関係である。例示的な実施形態では、波長変換素子は、発光面の上方に配置された非波長変換導光体の周囲に配置される。１つ又は複数の鏡面反射体及び／又は拡散反射体を使用して、導光体内の光を波長変換素子に向けて導光体の周囲に向ける。別の実施形態では、干渉フィルタを使用して、ＬＥＤの素子同士間の界面で主に側面発光を提供することができる。
例示的な実施形態では、側面発光素子は、発光面を有しており、光を上方向に放射する発光素子と；発光面の上方に位置しており、発光素子から出射された光を受光し、且つ導光体素子の１つ又は複数の側面から光を放射する非波長変換導光体素子と；導光体素子と並んで配置され、導光体素子から出射された光を受光し、この光の一部又は全部を異なる波長の光に変換する１つ又は複数の波長変換素子と；導光体素子の上方に位置する１つ又は複数の鏡面反射体又は拡散反射体と；を含む。
いくつかの実施形態では、鏡面反射体は、導光体素子の上方に配置され、拡散反射体は、鏡面反射体の上方に配置され、上から見たときに、拡散反射体は、「ダークスポット」の出現を低減するように機能する。
いくつかの実施形態では、導光体素子は、発光素子を形成した際の成長基板を含む。導光体素子は、サファイア、ガラス、透明なセラミック、及び他の透明な非波長変換材料を含んでもよい。
いくつかの実施形態では、鏡面反射体は、導光体素子の上方に配置され、拡散反射体は、鏡面反射体の上方に配置され、上から見たときに、拡散反射体は、「ダークスポット」の出現を低減するように機能する。
いくつかの実施形態では、導光体素子は、発光素子を形成した際の成長基板を含む。導光体素子は、サファイア、ガラス、透明なセラミック、及び他の透明な非波長変換材料を含んでもよい。
側面放射を向上させるために、発光素子は、例えばフォトニック結晶、干渉フィルタ等を使用して、発光面から、この発光面に対する法線方向の輝度よりも大きい輝度の光出力パターンを少なくとも１つの方向に提供するように構成することができる。
追加の光学素子を、発光素子と導光体素子との間に配置してもよく、この追加の光学素子は、好ましくは導光体素子の屈折率よりも大きい屈折率を有する。この光学素子は、発光素子を形成した際の成長基板を含むでもよく、且つサファイア、ガラス、又は透明なセラミックを含む他の透明な材料を含んでもよい。
反射壁を、光学素子の周辺に配置してもよく、又は光学素子の周辺部を含むように波長変換材料を下方に延ばしてもよい。また反射壁を使用して、発光を選択した側面に向けて、つまり側面発光装置の両側に向けてもよい。
追加の光学素子を、発光素子と導光体素子との間に配置してもよく、この追加の光学素子は、好ましくは導光体素子の屈折率よりも大きい屈折率を有する。この光学素子は、発光素子を形成した際の成長基板を含むでもよく、且つサファイア、ガラス、又は透明なセラミックを含む他の透明な材料を含んでもよい。
反射壁を、光学素子の周辺に配置してもよく、又は光学素子の周辺部を含むように波長変換材料を下方に延ばしてもよい。また反射壁を使用して、発光を選択した側面に向けて、つまり側面発光装置の両側に向けてもよい。
本発明について、添付図面を参照しながら、例としてさらに詳細に説明する。
図面全体を通じて、同一の参照符号は、同様の又は対応する特徴又は機能を示す。図面は、説明目的のために含まれ、本発明の範囲を限定するものではない。
以下の説明では、限定目的ではなく説明目的で、本発明の概念の完全な理解を提供するために、特定のアーキテクチャ、インターフェイス、技術等の具体的な詳細について説明する。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細から逸脱するような他の実施形態でも実施できることは、当業者には明らかであろう。同様に、この詳細な説明のテキストは、図面に示されるような例示的な実施形態を対象としており、特許請求の範囲に明らかに含まれる制限を超えて請求項に記載された発明を限定するものではない。簡潔且つ明瞭にするために、周知の装置、回路及び方法の詳細な説明は、不必要な詳細な説明によって本発明の説明を不明瞭にしないように、省略する。
図面全体を通じて、同一の参照符号は、同様の又は対応する特徴又は機能を示す。図面は、説明目的のために含まれ、本発明の範囲を限定するものではない。
以下の説明では、限定目的ではなく説明目的で、本発明の概念の完全な理解を提供するために、特定のアーキテクチャ、インターフェイス、技術等の具体的な詳細について説明する。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細から逸脱するような他の実施形態でも実施できることは、当業者には明らかであろう。同様に、この詳細な説明のテキストは、図面に示されるような例示的な実施形態を対象としており、特許請求の範囲に明らかに含まれる制限を超えて請求項に記載された発明を限定するものではない。簡潔且つ明瞭にするために、周知の装置、回路及び方法の詳細な説明は、不必要な詳細な説明によって本発明の説明を不明瞭にしないように、省略する。
図２Ａは、例示的な側面発光ＬＥＤ２００を示しており、図２Ｂは、側面発光ＬＥＤ２０１として、波長変換側壁２５０を有するこの側面発光ＬＥＤ２００を示している。図１Ｃの側面発光装置１００と対照的に、この実施形態では、成長基板１１０が除去され、むしろ、反射層２６０，２７０を含んでおり、成長基板は、発光素子１２０から出射された光を基板１１０の側壁１１５に導くような導光体として機能する。側壁１１５の光取出し効率を高めるために、側壁１１５は粗面化され、光が側壁１１５に衝突したときに、全内部反射（TIR）の可能性を低減させる。
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃの例示的な実施形態では、反射層２６０は、鏡面反射体であってもよく、反射層２７０は、拡散反射体であってもよい。鏡面反射体は、有機層又は無機層から形成された分布ブラッグ反射器（DBR）とすることができる。鏡面反射体は、アルミニウム、銀又は他の反射性金属の層、又はＤＢＲ及び金属の組合せ、又はゾルゲル溶液中のチタン酸化物粒子であってもよい。拡散反射体は、粗化表面上に堆積された金属又は適当な白色塗料等の拡散材料から形成してもよく、またこれらの材料は、鏡面反射体の保護層として機能してもよい。
複数の反射体は、いずれの順序であってもよいが、鏡面反射体を基板１１０に隣接して配置することによって、特に発光素子１２０が発光面に対して法線方向に殆ど光を放射しないように構成される場合には、以下でさらに詳述するように、非直交角度で出射された光に比べて、発光素子１２０内に再び反射される光の可能性を減少させる。
複数の反射体は、いずれの順序であってもよいが、鏡面反射体を基板１１０に隣接して配置することによって、特に発光素子１２０が発光面に対して法線方向に殆ど光を放射しないように構成される場合には、以下でさらに詳述するように、非直交角度で出射された光に比べて、発光素子１２０内に再び反射される光の可能性を減少させる。
拡散反射体２７０は、鏡面反射体２６０から抜け出る光を拡散するように反射させるために設けられる。さらに、拡散反射体２７０の上面２７５も光を拡散するように反射させ、バックライト又は反射板等の用途において、反射体２７０の上面２７５上のこの拡散反射は、装置２００を表面２７５の上から見たときに、「ダークスポット」の出現を防止又は低減することができる。
上述したように、側面発光効率をさらに高めるために、発光面に対して直交していない放射「ローベ(lobes)」の放射パターン（例えば、「コウモリの翼形状(bat-wing)」放射を形成するパターン、ここで、法線方向の放射は、発光素子１２０の表面１２５に対して非直交角度において殆ど放射されない）を生成するように発光素子１２０を構成してもよい。例えば、大部分の光が法線に対して４５度より大きい角度で発光面から出射される場合に、側壁１１５の「エスケープコーン」内にある、ある角度で側壁１１５に衝突するこの光の可能性は、実質的に増加する。
上述したように、側面発光効率をさらに高めるために、発光面に対して直交していない放射「ローベ(lobes)」の放射パターン（例えば、「コウモリの翼形状(bat-wing)」放射を形成するパターン、ここで、法線方向の放射は、発光素子１２０の表面１２５に対して非直交角度において殆ど放射されない）を生成するように発光素子１２０を構成してもよい。例えば、大部分の光が法線に対して４５度より大きい角度で発光面から出射される場合に、側壁１１５の「エスケープコーン」内にある、ある角度で側壁１１５に衝突するこの光の可能性は、実質的に増加する。
Toni Lopezの”LED WITH PATTERNED SURFACE FEATURES BASED ON EMISSION FIELD PATTERNS”という標題で、２０１３年６月１９日出願された同時係属中の米国特許仮出願第６１／８３６，７７５号（代理人整理番号2012PF01502）に開示されるように（なお、この文献は参照することにより本明細書に組み込まれる）、発光素子１２０内の量子井戸と（光取出し面の反対側の）反射面との間の距離を制御して、所望の光出力パターンを提供することができる。J. J. Wiererらの”InGaN-GaN quantum-well heterostructure light-emitting diodes employing photonic crystal structures”という標題で、APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 84, NUMBER 19, 2004年5月10日により開示され、そして以下でさらに議論するように、光を発光面に対する法線から離れる方向に屈折させるようなフォトニック結晶層を、発光面に形成し、「コウモリの翼形状」光出力パターンを生成する。
図２Ｂの実施形態では、波長変換素子２５０が、基板１１０の１つ又は複数の発光側壁１１５に配置される。例えば装置１００のように、基板１１０の一部の側壁は、反射性側壁であり、それに応じて波長変換素子２５０が取り付けられていない。波長変換素子２５０は、例えば、基板１１０上に堆積又は接着された蛍光体であってもよい。
例えば従来技術の側面発光１００ＬＥＤでは、波長変換粒子が、波長変換素子１５０全体に亘って分散される。発光素子からの光が波長変換粒子に衝突すると、その光が吸収され、異なる波長の光をランダムな方向に放射する。この吸収及び再放射プロセスは、波長変換素子１５０の「導光体」特性を阻害する。特に注目すべきは、波長変換素子１５０内の波長変換粒子の密度／濃度は、波長変換素子１５０が導光体又は拡散体として主に動作するかによって決定される。
例えば従来技術の側面発光１００ＬＥＤでは、波長変換粒子が、波長変換素子１５０全体に亘って分散される。発光素子からの光が波長変換粒子に衝突すると、その光が吸収され、異なる波長の光をランダムな方向に放射する。この吸収及び再放射プロセスは、波長変換素子１５０の「導光体」特性を阻害する。特に注目すべきは、波長変換素子１５０内の波長変換粒子の密度／濃度は、波長変換素子１５０が導光体又は拡散体として主に動作するかによって決定される。
例えば、側面発光ＬＥＤ２００／２０１では、基板１１０は、サファイア等の透明媒体であり、この媒体は、導光体内の光の干渉又は吸収を最小限に抑える。従って、基板１１０の側壁１１５から出射された光は、十分に制御され、予測可能である。
特に注目すべきは、図２ＡのＬＥＤ２００の基板１１０の側壁１１５から出射された光は、基板１１０中の蛍光体含有量に依存しておらず、且つこの基板は、既知の特性を有する「コア」側面発光素子２００として販売されており、波長変換素子を追加して、特定の光出力色特性の側面発光素子２０１を形成することができる。発光素子１２０の発光面が基板１１０によって保護されるので、側面発光ＬＥＤ２００は、ＬＥＤ２００を形成するために使用するプロセスとは無関係（独立）であるプロセスで処理及び操作することができる。
特に注目すべきは、図２ＡのＬＥＤ２００の基板１１０の側壁１１５から出射された光は、基板１１０中の蛍光体含有量に依存しておらず、且つこの基板は、既知の特性を有する「コア」側面発光素子２００として販売されており、波長変換素子を追加して、特定の光出力色特性の側面発光素子２０１を形成することができる。発光素子１２０の発光面が基板１１０によって保護されるので、側面発光ＬＥＤ２００は、ＬＥＤ２００を形成するために使用するプロセスとは無関係（独立）であるプロセスで処理及び操作することができる。
また、波長変換素子２５０を取り付けるプロセスに供給される前にＬＥＤ２００をテストすることができるので、ＬＥＤが２００を適切に動作させるために、波長変換素子２５０のみが適用される。
側面発光ＬＥＤ２０１の波長変換素子２５０を取り付けるプロセスは、側面発光ＬＥＤ２００を提供するプロセスとは無関係であり、且つＬＥＤ２００の側面発光基板１１０の光出力特性が制御可能で且つ予測可能であるため、ＬＥＤ２０１の特定の波長変換素子２５０は、所望のカラーポイントを含む所望の光出力特性を提供するように設計することができる。同様に、波長変換素子２５０の選択は、側面発光ＬＥＤ２００を操作した試行錯誤の試験に基づいてもよい。
側面発光ＬＥＤ２０１の波長変換素子２５０を取り付けるプロセスは、側面発光ＬＥＤ２００を提供するプロセスとは無関係であり、且つＬＥＤ２００の側面発光基板１１０の光出力特性が制御可能で且つ予測可能であるため、ＬＥＤ２０１の特定の波長変換素子２５０は、所望のカラーポイントを含む所望の光出力特性を提供するように設計することができる。同様に、波長変換素子２５０の選択は、側面発光ＬＥＤ２００を操作した試行錯誤の試験に基づいてもよい。
Haryanto Chandraに２００８年７月３日に付与された、”LAMINATING ENCAPSULANT FILM CONTAINING PHOSPHOR OVER LEDS”という標題の米国特許第７，３４４，９５２号に開示されているように（なお、この文献は参照することにより本明細書に組み込まれる）、この文献は、波長変換特性を変更する様々な蛍光体を提供するステップと、特定の発光素子及び選択された蛍光体によって生成された光の組合せに基づいて特定の光出力を提供するように特定の素子を選択するステップとを開示する。例示的な実施形態では、発光装置２００の光出力を特徴付けることができ、及び同様の光出力特性を有する装置２００のサブセットを一緒に「ビニング(binned)」することができる。その後、特定の蛍光体は、特定のビンからのＬＥＤ２００の光出力特性と選択された蛍光体の光変換特性との組合せによって、所望の色及び／又は色温度を有する合成光出力を提供するように選択される。同様に実行する発光装置２００のグループを、このグループの特定の特性に基づいて選択された蛍光体組成物２５０と組み合わせることで、このようにして形成された装置の中での合成光出力の分散（ばらつき）を実質的に低減する。
さらに、様々な適用要件を満たすために、同じ側面発光ＬＥＤ２００を異なる波長変換素子２５０と一緒に使用することによって、図１Ｃの従来技術の側面発光ＬＥＤ１００等の一体型波長変換素子を用いるカスタム設計ＬＥＤでは実現可能できないような、スケールメリットを可能にする。
側面発光ＬＥＤ２００において導光体として成長基板１１０を使用することは、実質的に製造プロセスを簡略化するが、図２Ｃに示されるように、当業者は、成長基板１１０を取り外し、この成長基板を、潜在的に優れた導光特性又は潜在的に優れた界面特性を有する素子２１０と置き換えてもよいことを認識するだろう。透明性、屈折率、熱伝導率、熱膨張係数、耐久性等の特性及び他の特性は、ガラス又は透明セラミックがサファイア成長基板１１０の一般的な代替案であるような、素子２１０の材料の選択に影響を与え得る。透明なセラミックの中で、素子２１０は、アルミナ（Al2O3）、スピネル（MgAl2O4）、アリオン（Al23O27N5）、及びMgF2等の透明なセラミックを含み得る。光散乱が一部生じ得るが、多結晶アルミニウム酸化物等のセラミックを使用して、高い熱伝導率を提供してもよい。
側面発光ＬＥＤ２００において導光体として成長基板１１０を使用することは、実質的に製造プロセスを簡略化するが、図２Ｃに示されるように、当業者は、成長基板１１０を取り外し、この成長基板を、潜在的に優れた導光特性又は潜在的に優れた界面特性を有する素子２１０と置き換えてもよいことを認識するだろう。透明性、屈折率、熱伝導率、熱膨張係数、耐久性等の特性及び他の特性は、ガラス又は透明セラミックがサファイア成長基板１１０の一般的な代替案であるような、素子２１０の材料の選択に影響を与え得る。透明なセラミックの中で、素子２１０は、アルミナ（Al2O3）、スピネル（MgAl2O4）、アリオン（Al23O27N5）、及びMgF2等の透明なセラミックを含み得る。光散乱が一部生じ得るが、多結晶アルミニウム酸化物等のセラミックを使用して、高い熱伝導率を提供してもよい。
分離素子２１０を使用して、この素子２１０と発光素子１２０との間の界面２１８を粗面化するオプションを提供し、この界面２１８での発光素子１２０からの光取出し効率を向上させる。界面２１８は、例えば所望の光出力パターンを提供するために放射された光を屈折させるように機能する干渉フィルタを使用して、発光面２１５から特定の放射パターン提供するように形成してもよい。
同様に、Serge J. Bierhuizenの”LIGHTNING DEVICE WITH LIGHT SOURCES POSITIONED NEAR THE BOTTOM SURFACE OF A WAVEGUIDE”という標題で２０１１年１月２０日に公開された米国特許出願公開第２０１１／００１２１４８号明細書に開示されているように（この文献は、参照することにより本明細書に組み込まれる）、発光素子の発光面は、発光面の法線に対して大きな角度で放射量を最大化するために、フォトニック結晶を用いてパターニングすることができ、それによって、例えば、５０％以上の光が、発光面の法線に対して４５°よりも大きな角度で放射される。
同様に、Serge J. Bierhuizenの”LIGHTNING DEVICE WITH LIGHT SOURCES POSITIONED NEAR THE BOTTOM SURFACE OF A WAVEGUIDE”という標題で２０１１年１月２０日に公開された米国特許出願公開第２０１１／００１２１４８号明細書に開示されているように（この文献は、参照することにより本明細書に組み込まれる）、発光素子の発光面は、発光面の法線に対して大きな角度で放射量を最大化するために、フォトニック結晶を用いてパターニングすることができ、それによって、例えば、５０％以上の光が、発光面の法線に対して４５°よりも大きな角度で放射される。
図３は、徐々に低い屈折率となる積層された光学素子を有する例示的な側面発光ＬＥＤ３００を示す。この例示的な実施形態では、光学素子３５０が、光学素子３１０よりも低い屈折率を有し、波長変換素子２５０は、光学素子３５０と同じか又は低い屈折率を有する。この実施形態では、光学素子３５０は、反射体２６０〜２７０の下の透明な導光体に対応する。
必要に応じて、光学素子３５０と波長変換素子２５０との間の界面３５５、又は光学素子３５０と光学素子３１０との間の界面３５８を粗面化して、これらの界面に亘って光取出し効率を高める、又は他の方法で所望の光出力パターンを提供するように処理することができる。例えば、界面３５５には、光学素子３１０からの光を界面３５５の表面に対して非直交角度（「コウモリの翼形状」放射パターン）で導くように機能する干渉フィルタ、フォトニック結晶等を含めてもよい。同様に、界面３５８には、装置３００の側面発光特性を向上させるために、界面３５８に対して法線方向に（すなわち、ＬＥＤ３００の側面に対して垂直に）放射される光の量を増加させるように機能する素子を含めてもよい。
必要に応じて、光学素子３５０と波長変換素子２５０との間の界面３５５、又は光学素子３５０と光学素子３１０との間の界面３５８を粗面化して、これらの界面に亘って光取出し効率を高める、又は他の方法で所望の光出力パターンを提供するように処理することができる。例えば、界面３５５には、光学素子３１０からの光を界面３５５の表面に対して非直交角度（「コウモリの翼形状」放射パターン）で導くように機能する干渉フィルタ、フォトニック結晶等を含めてもよい。同様に、界面３５８には、装置３００の側面発光特性を向上させるために、界面３５８に対して法線方向に（すなわち、ＬＥＤ３００の側面に対して垂直に）放射される光の量を増加させるように機能する素子を含めてもよい。
図２Ａ〜図２Ｃの例のように、波長変換素子２５０の無いＬＥＤ３００に対応する「コア」側面発光装置を、提供してもよい。ＬＥＤ２００の場合のように、第２の光学素子３５０が波長変換粒子を含有しないので、光学素子３５０は、最適な導光体／導波路の特性を選択することができ、コアＬＥＤの光出力特性は、例えば光学素子に埋め込まれた蛍光体と比較して、より良好に制御可能であり及び／又は予測可能である。
この例示的な実施形態では、反射性側壁３２０は、発光素子１２０と第１の光学素子３１０とを取り囲む。必要に応じて、この側壁３２０は、波長変換素子、又は波長変換素子２５０の延長部であってもよい。反射性側壁３２０を設けることにより、第２の光学素子３５０と波長変換素子２５０とが、サブマウント１４０より上方に持ち上げられる。この持上げによって、下向き又は上向きに進む光を水平方向に向けてリダイレクトするコリメータレンズ等の、ＬＥＤ３００の側面に対する更なる光学素子の配置により大きな柔軟性を与えることが可能になる。
この例示的な実施形態では、反射性側壁３２０は、発光素子１２０と第１の光学素子３１０とを取り囲む。必要に応じて、この側壁３２０は、波長変換素子、又は波長変換素子２５０の延長部であってもよい。反射性側壁３２０を設けることにより、第２の光学素子３５０と波長変換素子２５０とが、サブマウント１４０より上方に持ち上げられる。この持上げによって、下向き又は上向きに進む光を水平方向に向けてリダイレクトするコリメータレンズ等の、ＬＥＤ３００の側面に対する更なる光学素子の配置により大きな柔軟性を与えることが可能になる。
図３の３００のＬＥＤでは、光学素子３１０、３５０について様々な材料を使用してもよい。光学素子３１０は、図２Ｂで使用されるような、元（オリジナル）の成長基板１１０であってもよく、又はその光学素子は、図２Ｃで使用されるような、元の成長基板を置き換えるガラス又は透明セラミック素子等の別の素子であってもよい。図２Ｃの実施例のように、光学素子３１０が基板１１０の交換部品である場合に、光学素子３１０と発光素子１２０との間の界面は、発光素子１２０からの光の取出しを高めるために粗面化してもよく、又は他の方法で、所望の光出力パターンを提供するように処理してもよい。
同様に、第２の光学素子３５０は、サファイア、ガラス、又は透明セラミック等の、導波路として使用するのに適した任意の透明材料であってもよく、且つ光学素子３１０について選択された材料及び／又は波長変換素子２５０について選択された材料に依存し得る。上述したように、光学素子３５０の屈折率は、好ましくは、光学素子３１０の屈折率未満であり、且つ波長変換素子３５０の屈折率と等しい又はこの屈折率よりも大きい。
同様に、第２の光学素子３５０は、サファイア、ガラス、又は透明セラミック等の、導波路として使用するのに適した任意の透明材料であってもよく、且つ光学素子３１０について選択された材料及び／又は波長変換素子２５０について選択された材料に依存し得る。上述したように、光学素子３５０の屈折率は、好ましくは、光学素子３１０の屈折率未満であり、且つ波長変換素子３５０の屈折率と等しい又はこの屈折率よりも大きい。
図４は、第１の光学素子４１０と、反射器２６０、２７０の下で導光体として機能する第２の光学素子４５０との間に、干渉フィルタ４４０を有する例示的な側面発光ＬＥＤを示す。必要に応じて、発光素子１２０と第１の光学素子４１０との間に干渉フィルタ４４０を配置してもよい。
干渉フィルタ４４０は、従来の発光面のランバート(Lambertian)パターンとは異なる光出力強度パターン４４５（前述した「コウモリの翼形状」パターン）を形成するように、フィルタ４４０を通過した光をフィルタ４４０の表面４４８に対する法線から離れる方向に屈折させるべく構成される。より多くの光が法線から離れる方向にある角度で放射されるので、光が波長変換素子２５０を通って出て来る可能性が高くなり、反射体２６０から発光素子１２０内に再び反射される光の量は、実質的に減少する。
干渉フィルタ４４０は、従来の発光面のランバート(Lambertian)パターンとは異なる光出力強度パターン４４５（前述した「コウモリの翼形状」パターン）を形成するように、フィルタ４４０を通過した光をフィルタ４４０の表面４４８に対する法線から離れる方向に屈折させるべく構成される。より多くの光が法線から離れる方向にある角度で放射されるので、光が波長変換素子２５０を通って出て来る可能性が高くなり、反射体２６０から発光素子１２０内に再び反射される光の量は、実質的に減少する。
本発明について、図面及び前述した詳細な説明において詳細に図示及び説明してきたが、このような図示及び説明は、例示又は例とみなすべきであり、限定的なものではない。本発明は、開示された実施形態に限定されるものではない。
例えば、上述したように、光が光学素子の全ての側壁から放射されないような実施形態で本発明を動作させることができる。図５Ａ〜図５Ｃは、光を選択方向に放射する側面発光装置の例示的な実施形態を説明する。光を選択方向に放射する側面発光体は、ライン状照明装置に適しており、同様にエッジ照明又はコーナー照明バックライトにも適している。
例えば、上述したように、光が光学素子の全ての側壁から放射されないような実施形態で本発明を動作させることができる。図５Ａ〜図５Ｃは、光を選択方向に放射する側面発光装置の例示的な実施形態を説明する。光を選択方向に放射する側面発光体は、ライン状照明装置に適しており、同様にエッジ照明又はコーナー照明バックライトにも適している。
上述した実施例では、鏡面反射層及び拡散反射層を含み得る反射素子５６０は、元の成長基板である光学素子５１０の上面を通って光が抜け出るのを阻止する。図５Ａでは、光学素子５１０の側面のうち３つが反射性材料５２０でコーティングされており、それによって、放射された光５０１が波長変換素子２５０を通って非反射性側壁からのみ抜け出る。同様に、図５Ｂ及び図５Ｃでは、側壁のうち２つが反射性材料５２０でコーティングされており、それによって放射光５０１〜５０２（図５Ｂ）及び５０１〜５０３（図５Ｃ）が、波長変換素子２５０を通って非反射性側壁からのみ抜け出る。
開示された実施形態に対する他の変形形態は、図面、明細書の開示、及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求の範囲に記載された発明を実施する際に当業者によって理解され且つ行うことができる。特許請求の範囲において、「備える、有する、含む(comprising)」という用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「１つの(a, an)」は、複数を除外するものではない。特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組合せが有利に使用できないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するものとして解釈すべきではない。
Claims (18)
- 側面発光装置であって、当該装置は、
発光面を有しており、光を上方向に放射する発光素子と、
前記発光面の上方に位置しており、且つ前記発光素子から出射された光を受光する非波長変換導光体素子と、
該導光体素子の上方に位置しており、前記導光体素子内の光を前記導光体素子の１つ又は複数の側面から抜け出るように導くように機能する、１つ又は複数の拡散反射体と組み合わされた１つ又は複数の鏡面反射体であって、前記拡散反射体は前記鏡面反射体の上方に位置する、１つ又は複数の鏡面反射体と、
前記導光体素子の１つ又は複数の側面のうちの少なくとも１つに隣接して位置しており、前記導光体素子から出射された光を受光するとともに、前記光の一部又は全部を異なる波長の光に変換する１つ又は複数の波長変換素子と、を備える、
装置。 - 前記導光体素子は、前記発光素子を形成した際の成長基板を含む、
請求項１に記載の装置。 - 前記導光体素子は、サファイア、ガラス、及び透明なセラミックのうちの１つを含む、
請求項１に記載の装置。 - 前記発光素子は、前記発光面から、該発光面に対する法線方向の輝度よりも大きい輝度の光出力パターンを少なくとも１つの方向に提供するように構成される、
請求項１に記載の装置。 - 前記発光素子と前記導光体素子との間に位置しており、前記発光素子からの光を前記導光体素子に伝達する光学素子を含み、前記導光体素子の屈折率が、前記光学素子の屈折率未満である、
請求項１に記載の装置。 - 前記光学素子は、前記発光素子を形成した際の成長基板を含む、
請求項５に記載の装置。 - 前記光学素子は、サファイア、ガラス、及び透明なセラミックのうちの１つを含む、
請求項５に記載の装置。 - 前記導光体素子は、サファイア、ガラス、及び透明なセラミックのうちの１つを含む、
請求項５に記載の装置。 - 前記光学素子の側壁に隣接して位置する１つ又は複数の反射素子を含む、
請求項５に記載の装置。 - 前記１つ又は複数の波長変換素子は、前記光学素子の側面に沿って延びる、
請求項５に記載の装置。 - 前記発光素子は、前記発光面に対する法線方向の輝度よりも大きい輝度の光出力パターンを少なくとも１つの方向に提供するように構成される、
請求項５に記載の装置。 - 干渉フィルタを含み、該干渉フィルタの表面から、前記発光面に対する法線方向の輝度よりも大きい輝度の光出力パターンを少なくとも１つの方向に提供する、
請求項５に記載の装置。 - 側面発光素子を形成する方法であって、当該方法は、
発光面を有しており、光を上方向に放射する発光素子を設けるステップと、
前記発光面の上方に位置する非波長変換導光体素子、及び該導光体素子の上方に位置しており、前記導光体素子の１つ又は複数の側面から抜け出るように光を導くように機能する、１つ又は複数の拡散反射体と組み合わされた１つ又は複数の鏡面反射体を設けるステップであって、前記拡散反射体は前記鏡面反射体の上方に位置する、設けるステップと、
前記導光体素子の側面に隣接して位置しており、前記導光体素子によって出射された光を受光するとともに、前記光の一部又は全部を異なる波長の光に変換するような１つ又は複数の波長変換素子を設けるステップと、を含む、
方法。 - 前記導光体素子及び前記発光素子を設けるステップは、前記発光素子を形成する際に成長基板を設けるステップを含む、
請求項１３に記載の方法。 - 前記発光素子と前記導光体素子との間に位置する光学素子を設けるステップを含み、前記導光体素子の屈折率が、前記光学素子の屈折率未満である、
請求項１３に記載の方法。 - 前記光学素子の側壁に隣接して位置する１つ又は複数の反射素子を設けるステップを含む、
請求項１５に記載の方法。 - 前記導光体素子と前記光学素子との両方の側面に沿って延びるように、前記１つ又は複数の波長変換素子が設けられる、
請求項１５に記載の方法。 - 干渉フィルタを設けるステップを含み、該干渉フィルタの表面から、前記発光面に対する法線方向の輝度よりも大きい輝度の光出力パターンを少なくとも１つの方向に提供する、
請求項１５に記載の方法。
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