JP6600521B2 - レンズ及びそれを含む発光素子モジュール - Google Patents

Description

実施例は、レンズ及びそれを含む発光素子モジュールに関する。

ＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの３−５族化合物半導体は、広くて調整が容易なバンドギャップエネルギーを有するなどの多くの利点により、光電子工学分野（ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）と電子素子などのために広範囲に使用される。

特に、半導体の３−５族又は２−６族化合物半導体物質を用いた発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオードのような発光素子は、薄膜成長技術及び素子材料の開発によって赤色、緑色、青色及び紫外線などの様々な色を具現することができ、蛍光物質を用いたり、色を組み合わせたりすることによって効率の良い白色光線も具現可能であり、蛍光灯、白熱灯などの既存の光源に比べて低消費電力、半永久的な寿命、速い応答速度、安全性、環境親和性などの利点を有する。

したがって、光通信手段の送信モジュール、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）表示装置のバックライトを構成する冷陰極管（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌａｍｐ）を代替する発光ダイオードバックライト、蛍光灯や白熱電球を代替し得る白色発光ダイオード照明装置、自動車のヘッドライト及び信号灯にまでその応用が拡大されている。

発光素子の周りには、発光構造物やワイヤなどを保護するモールディング部が配置され得、シリコンなどの材質からなるモールディング部を通過するときに光が屈折して、モールディング部が１次レンズとして作用することができる。

しかし、照明装置の光源として発光素子が使用されるとき、光の放出経路を調節するために２次レンズを使用することができ、上述した２次レンズが、通常‘レンズ’と呼ばれる。

レンズの材質、又は、特に形状に応じて光経路が大きく変わり得、特に、光源から放出される光を前方や後方などの特定の方向にのみ進行させなければならないアプリケーションの場合、レンズの形状はさらに重要である。

実施例は、発光素子などの光源が備えられる照明装置などにおいて、外部に放出される光量を一側方向に集中させようとする。

実施例は、第１キャビティを有する第１ボディー、前記第１ボディーと面接触しながら配置される第２ボディー、及び前記第１ボディーと垂直方向に少なくとも一部が重なり、前記第２ボディーの表面に配置された複数個の突出部を含み、前記突出部のうち前記第１ボディーと最も隣接する第１突出部は、表面に複数個のパターンが配置され、前記複数個のパターンのうちの少なくとも１つは、第１方向の第１傾斜部、及び前記第１方向と対向する第２方向の第２傾斜部を有するレンズを提供する。

それぞれの第２傾斜部は、前記第１ボディーの底面に対して８０度（°）〜１００度（°）に配置されてもよい。

それぞれの第１傾斜部は互いに平行であってもよい。

第１キャビティは、第１方向の曲面及び第２方向の傾斜面を含むことができる。

曲面は、少なくとも１つの不連続線を含むことができる。

突出部のうちの少なくとも１つは、前記第１キャビティの傾斜面と対応して配置されてもよい。

第１突出部はｎ個のパターンからなり、第ｎパターンの高さは第ｎ−１パターンの高さよりも高く、第２突出部の高さは、前記第ｎパターンの高さよりも低く、前記第ｎ−１パターンの高さよりも高く、ここで、前記ｎは、２以上の整数であり得る。

第ｎ＋１パターンと前記第ｎパターンとの接点の高さは、前記第ｎパターンと前記第ｎ−１パターンとの接点の高さよりも高く、前記ｎは、２以上の整数であり得る。

第２突出部と前記第１突出部との接点の高さは、前記第１パターンと前記第２パターンとの接点の高さよりも低くてもよい。

第１傾斜部上に凹凸が配置されてもよい。

第３方向において第ｎパターンの幅は、第ｎ−１パターンの幅よりも大きく、ここで、前記第３方向は、前記第１方向と垂直であり、前記ｎは、２以上の整数であり得る。

第２突出部は、前記第１方向の第３傾斜部及び第２方向の第４傾斜部を含むことができる。

第４傾斜部は前記第２傾斜部と平行であってもよい。

第２ボディーに形成された第２キャビティをさらに含むことができる。

第２キャビティは、前記第１方向の傾斜面及び前記第２方向の傾斜面を含むことができる。

前記第２方向の傾斜面は、前記第１ボディーの底面に対して８０度（°）〜１００度（°）に配置されてもよい。

他の実施例は、上述したレンズ、及び前記レンズの第１キャビティに少なくとも一部が挿入されて配置される発光素子パッケージを含み、前記発光素子パッケージはＣＯＢ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）型である発光素子モジュールを提供する。

発光素子パッケージは、回路基板上に複数個の発光素子が配置されてもよい。

複数個の発光素子のうちの少なくとも一部は、前記第１突出部と垂直方向に重なってもよい。

複数個の発光素子のうちの少なくとも一部は、前記キャビティ内の傾斜面と曲面とが接触する領域と垂直に重なってもよい。

実施例に係るレンズは、第２方向に進行する光量よりも第１方向に進行する光量が遥かに多く、実施例に係るレンズが配置された発光素子モジュールは、道路の照明装置などに用いる場合、第１方向を道路方向にし、第２方向を住宅方向にすると、住宅方向に向かう光量を減少させることができる。

レンズの一実施例の斜視図である。 図１のレンズの側断面図である。 図１のレンズの側断面図である。 図１のレンズの内部の第１キャビティ及び第２キャビティを示す図である。 図１のレンズにおいて第１突出部内のパターンと第２突出部及び第３突出部の幅を示す図である。 レンズを含む発光素子モジュールの一実施例を示す図である。 図５の発光素子を示す図である。 図５の発光素子を示す図である。 レンズに備えられた突出部とパターンの作用を示す図である。 レンズに備えられた突出部とパターンの作用を示す図である。 レンズに備えられた突出部とパターンの作用を示す図である。 第１突出部に配置されたパターンの作用を示す図である。 第１突出部に配置されたパターンの作用を示す図である。 従来のレンズの光分布を示す図である。 従来のレンズの光分布を示す図である。 実施例に係るレンズの光分布を示す図である。 実施例に係るレンズの光分布を示す図である。

以下、上記の目的を具体的に実現できる本発明の実施例を、添付の図面を参照して説明する。

本発明に係る実施例の説明において、各構成要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）の「上（上部）または下（下部）（ｏｎ ｏｒ ｕｎｄｅｒ）」に形成されると記載される場合において、上（上部）または下（下部）は、２つの構成要素が互いに直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）接触したり、一つ以上の他の構成要素が前記２つの構成要素の間に配置されて（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）形成されることを全て含む。また、「上（上部）または下（下部）」と表現される場合、一つの構成要素を基準として上側方向のみならず、下側方向の意味も含むことができる。

図１は、レンズの一実施例の斜視図である。

本実施例に係るレンズ１００は、互いに面接触する第１ボディー１００ａと第２ボディー１００ｂからなってもよい。第１ボディー１００ａと第２ボディー１００ｂは互いに同一の材質、例えば、シリコンからなり、互いに一体型であってもよい。

第１ボディー１００ａの表面は、互いに対向する２つの曲面Ａ１，Ａ２からなり、２つの曲面Ａ１，Ａ２は境界線ａによって分けられる。２つの曲面Ａ１，Ａ２の一側は、上述した境界線ａと接触し、他側は、他の境界線ｂ１，ｂ２と接触することができる。そして、上述した境界線ｂ１，ｂ２の間には他の曲面Ｂが配置され、曲面Ｂは第２ボディー１００ｂの一部をなすことができる。

そして、上述した３つの曲面Ａ１，Ａ２，Ｂは一つの接点ｃに収束し、接点ｃは、３つの曲面Ａ１，Ａ２，Ｂの最も高い領域に位置するが、後述する突出部１１０，１１５，１５０よりも低い領域に位置し得る。

第２ボディー１００ｂには、上述した曲面Ｂと隣接して第１突出部１１０が配置され、第１突出部１１０は複数個のパターンからなってもよく、例えば、本実施例では、４つのパターン１１１〜１１４からなり、第１突出部１１０と隣接して第２突出部１１５が配置されてもよい。

そして、上述した第２突出部１１５と隣接して第２ボディー１００ｂの表面には第３突出部１５０が配置されてもよく、第３突出部１５０は、第２突出部１１５と隣接し、後述するように、第６傾斜部１５０ｂ及び第５傾斜部１５０ａを含むことができる。

第１突出部１１０、第２突出部１１５及び第３突出部１５０の数はこれに限定されない。

図２Ａ及び図２Ｂは、図１のレンズの側断面図である。

図１及び図２Ａにおいて、第１ボディー１００ａ方向と第２ボディー１００ｂ方向を相対的にそれぞれ第１方向と第２方向とすることができる。図２Ａの断面図において、第１ボディー１００ａの１つの曲面Ａ２が示されており、曲面Ｂと隣接して４つのパターン１１１〜１１４が配置されている。

それぞれのパターン１１１〜１１４及び第２突出部１１５はそれぞれ２つの面からなり、第１方向の第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａ及び第３傾斜部１１５ａ、第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａと対向する第２方向の第２傾斜部１１１ｂ〜１１４ｂ、及び前記第３傾斜部１１５ａと対向する第２方向の第４傾斜部１１５ｂからなってもよい。

第１パターン１１１は、１つの第１傾斜部１１１ａと１つの第２傾斜部１１１ｂからなり、第２パターン１１２は、１つの第１傾斜部１１２ａと１つの第２傾斜部１１２ｂからなり、第３パターン１１３は、１つの第１傾斜部１１３ａと１つの第２傾斜部１１３ｂからなり、第４パターン１１４は、１つの第１傾斜部１１４ａと１つの第２傾斜部１１４ｂからなることができ、第１突出部１１０と隣接して配置された第２突出部１１５は、１つの第３傾斜部１１５ａと１つの第４傾斜部１１５ｂからなることができる。

上述した第２傾斜部１１１ｂ〜１１４ｂ及び第４傾斜部１１５ｂは、発光素子などの光源から進行された光を全反射して図１の第１方向に進行させることができる。第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａ及び第３傾斜部１１５ａは、上述した全反射された光を屈折させて進行させることができる。

そして、図示していないが、第１傾斜部１１１ａ，１１２ａ，１１３ａ，１１４ａ、及び第２突出部１１５内の第３傾斜部１１５ａに凹凸が形成されて光屈折効果を向上させることができる。また、レンズには、上述した傾斜部以外にも傾斜部がさらに形成されてもよく、これに限定されない。

上述した第２傾斜部及び第４傾斜部１１１ｂ〜１１５ｂは、後述する発光素子から入射する光を反射し、第１傾斜部及び第３傾斜部１１１ａ〜１１５ａは、上述した第２傾斜部及び第４傾斜部１１１ｂ〜１１５ｂで反射されたり、またはその他の進行した光を屈折させて、第１方向に進行させることができる。

それぞれの第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａ及び第３傾斜部１１５ａは、それぞれ第１ボディー１００ａの底面と既設定の角度θ１〜θ５をなすことができ、第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａ及び第３傾斜部１１５ａがなす角度θ１〜θ５は、４０度以上７０度以下であってもよい。例えば、第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａと第３傾斜部１１５ａがそれぞれ第１ボディー１００ａの底面を基準として設定された角度θ１〜θ５が互いに同一であり、第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａと第３傾斜部１１５ａが互いに平行であってもよいが、これに限定されず、第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａと第３傾斜部１１５ａが有する角度θ１〜θ５は、それぞれ異なっていてもよく、少なくとも２つ以上の角度が同一であってもよい。

第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａ及び第３傾斜部１１５ａがなす角度θは、４０度より小さい場合、後述する発光素子から放出される光がレンズの上部方向（図２Ａの左側上部）に偏って進行し得る。そして、第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａ及び第３傾斜部１１５ａがなす角度θが７０度より大きい場合、レンズの下部方向（図２Ａの左側下部）に偏って進行し得る。

それぞれの第１パターン１１１〜１１４に形成された第２傾斜部１１１ｂ〜１１４ｂ及び第２突出部１１５に形成された第４傾斜部１１５ｂは、それぞれ第１ボディー１００ａの底面と一定の角度をもって配置されてもよく、第２傾斜部１１１ｂ〜１１４ｂと第４傾斜部１１５ｂは互いに平行であってもよいが、これに限定されない。例えば、それぞれのパターン１１１〜１１４に形成された第２傾斜部１１１ｂ〜１１４ｂ及び第２突出部に形成された第４傾斜部１１５ｂは、それぞれ第１ボディー１００ａの底面と垂直に配置されるか、または、第２傾斜部１１１ｂ〜１１４ｂ及び第４傾斜部１１５ｂが、第１ボディー１００ａの底面と直角から±１０度（°）の範囲、すなわち、８０度（°）〜１００度（°）の範囲内で配置されてもよい。

第４傾斜部１１５ｂが第１ボディー１００ａの底面となす角度θ６が８０度より小さい場合、後述する発光素子から放出される光がレンズの上部方向（図２Ａの左側上部方向）に偏って進行し得る。そして、第４傾斜部１１５ｂが第１ボディー１００ａの底面となす角度θ６が１００度より大きい場合、レンズの下部方向（図２Ａの左側下部方向）に偏って進行し得る。

ここで、第４傾斜部１１５ｂが第１ボディー１００ａの底面となす角度θ６のみを図２Ｂで表示しているが、第２傾斜部１１１ｂ〜１１４ｂと第１ボディー１００ａの底面とがなす角度も、第４傾斜部１１５ｂが第１ボディー１００ａの底面となす角度と同一であってもよい。

第２傾斜部１１１ｂ〜１１４ｂ及び第４傾斜部１１５ｂがなす角度は互いに同一であってもよく、異なっていてもよく、少なくとも２つ以上の角度が同一に配置されてもよく、これに限定されない。

第１突出部がｎ個のパターンからなるとき、第ｎパターンの高さは第ｎ−１パターンの高さよりも高く、第２突出部の高さは、第ｎパターンの高さよりも低く、前記第ｎ−１パターンの高さよりも高く、ここで、前記ｎは、２以上の整数であり得る。

すなわち、本実施例において、４つのパターンの高さは、第１パターン１１１の高さｈ１から第４パターン１１４の高さｈ４まで次第に高くなる。そして、第２突出部１１５の高さｈ５は、第４パターン１１４の高さｈ４よりも低く、第３パターン１１３の高さｈ３よりも高くすることができる。このとき、上述した‘高さ’は、第１ボディー１００ａの底面からの高さであり得る。

そして、第ｎ＋１パターンと前記第ｎパターンとの接点の高さは、前記第ｎパターンと前記第ｎ−１パターンとの接点の高さよりも高く、前記ｎは、２以上の整数であり得る。また、第２突出部１１５と第１突出部１１０との接点の高さは、第１パターン１１１と第２パターン１１２との接点の高さよりも低くてもよい。

すなわち、本実施例において、第１パターン１１１と第２パターン１１２との間の接点をｃ１とし、第２パターン１１２と第３パターン１１３との間の接点をｃ２とし、第３パターン１１３と第４パターン１１４との間の接点をｃ３とし、第４パターン１１４と第２突出部１１５との間の接点をｃ４とするとき、第１パターン１１１と第２パターン１１２との間の接点ｃ１よりも、第２パターン１１２と第３パターン１１３との間の接点ｃ２がさらに高く配置され、第２パターン１１２と第３パターン１１３との間の接点ｃ２よりも、第３パターン１１３と第４パターン１１４との間の接点ｃ３がさらに高く配置され、第４パターン１１４と第２突出部１１５との間の接点ｃ４は、第１パターン１１１と第２パターン１１２との間の接点ｃ１よりも低く配置され得る。

上述した第１パターン〜第４パターン及び第２突出部１１１〜１１５の数は設計に応じて変わり得、パターンの高さや突出部の高さ、それぞれの接点の高さも設計に応じて変わり得るので、上述した内容に限定されない。例えば、第１パターン〜第４パターン１１１〜１１４の数は、さらに少なくなるか、または多くなり、第２突出部１１５は同じ形状に配置されてもよく、これに限定されない。

図２Ｂに示された実施例は図２Ａとほぼ同一であり、図２Ａにおいて第３突出部１５０をなす第６傾斜部１５０ｂが省略されている。

上述した第１突出部１１０及び第２突出部１１５における第２傾斜部１１１ｂ〜１１４ｂ及び第４傾斜部１１５ｂは、後述する発光素子などの光源から進行された光を全反射することができ、第１傾斜部１１１ａ〜１１４ａ及び第３傾斜部１１５ａは、上述した全反射された光を屈折させて第１方向に伝達することができる。図３は、図１のレンズの内部の第１キャビティ及び第２キャビティを示す図である。

図３において、レンズをなす第１ボディーと第２ボディーの輪郭が実線で示され、内部の第１キャビティ２１０と第２キャビティ２５０が点線で示されている。

第１キャビティ２１０の断面は、第２方向の傾斜面２１０ａ及び第１方向の曲面２１０ｂを含み、曲面は、少なくとも１つの不連続線ｖを有し、不連続線ｖは、垂直方向に上述した１つの接点ｃと重なってもよい。上述した曲面は曲率を有し、曲面の曲率は一定でなく変わり得、不連続線ｖは、曲面の曲率が不連続的に変わる区間であり、例えば、変曲点であってもよい。

第１キャビティ２１０と第２キャビティ２５０にはエアー（ａｉｒ）が充填されてもよく、第１キャビティ２１０は、後述する発光素子上に配置されるか、または発光素子の少なくとも一部が挿入される領域であり、第２キャビティ２５０は、シリコンからなるレンズ１００の射出工程のために形成され得るが、光抽出効率を向上させることができる。第１キャビティ２１０の一部は第１ボディー１００ａ及び第２ボディー１００ｂに配置され、第２キャビティ２５０は第２ボディー１００ｂ内に配置されてもよい。

第２キャビティ２５０は、第２方向の傾斜面２５０ａ及び第１方向の傾斜面２５０ｂを含むことができる。傾斜面２５０ｂは、後述する発光素子などから進行した光を反射させて上述した第３突出部１５０の方向に進行させることができる。

第１方向の傾斜面２５０ｂは、第１ボディー１００ａの底面と一定の傾きをもって配置されてもよい。後述するように、傾斜面２５０ｂで反射された光が第３突出部１５０、特に第７傾斜部１５０ｃの方向に向かうように傾斜面２５０ｂの傾きが形成されてもよい。

図３において、第３突出部１５０は、第５傾斜部１５０ａと第６傾斜部１５０ｂ以外に第７傾斜部１５０ｃを含むことができ、図８Ｂに示すように、第１方向の傾斜面２５０ｂで反射された光が第７傾斜部１５０ｃで屈折して進行し得る。第１方向の傾斜面２５０ｂで反射された光は、第７傾斜部１５０ｃで屈折して進行し、一部の光は第６傾斜部１５０ｂで再屈折して進行し得る。図２Ｂで詳述したように第６傾斜部１５０ｂは省略してもよいが、第６傾斜部１５０ｂで屈折した光の経路を第７傾斜部１５０ｃでさらに調節し得る。第２方向の傾斜面２５０ａは、第２ボディーの底面と一定の角度θ７で配置することができ、一定の角度θ７は、８０度（°）〜１００度（°）であってもよく、例えば、直角であってもよい。

図４は、図１のレンズにおいて、図１の第１突出部１１０内のパターン１１１〜１１４と第２突出部１１５及び第３突出部１５０の幅を示す図である。

第３方向において第１突出部１１０の第ｎパターンの幅は、第ｎ−１パターンの幅よりも大きく、ここで、前記第３方向は、前記第１方向と垂直であり、前記ｎは、２以上の整数であり得る。

すなわち、本実施例において、第１パターン１１１の幅ｗ１よりも第２パターン１１２の幅ｗ２が大きく、第２パターン１１２の幅ｗ２よりも第３パターン１１３の幅ｗ３が大きく、第３パターン１１３の幅ｗ３よりも第４パターン１１４の幅ｗ４が大きく、第４パターン１１４の幅ｗ４よりも第２突出部１１５の幅ｗ５がさらに大きくてもよい。

そして、第３突出部１５０の幅ｗ６は、第２突出部１１５の幅ｗ５よりも大きくてもよい。すなわち、４つのパターン１１１〜１１４と第２突出部１１５と第３突出部１５０の幅ｗ１〜ｗ６は、第１方向から第２方向にさらに大きくなり得る。すなわち、４つのパターン１１１〜１１４に比べて第３突出部１５０が、発光素子などの光源から距離が最も遠く配置され、第２突出部１１５も相対的に遠く配置されるので、発光素子などの光源から進行された光が相対的に幅が広く入射する第２突出部１１５と第３突出部１５０の幅が、４つのパターン１１１〜１１４の幅ｗ１〜ｗ４に比べて大きく形成され得る。

図５は、レンズを含む発光素子モジュールの一実施例を示す図である。

レンズ１００をなす第１ボディー１００ａ内の第１キャビティ２１０の下部に、基板３１０及び発光素子３５０を含む発光素子パッケージ３００が図示されているが、発光素子パッケージ３００における発光素子３５０は、少なくとも一部が第１キャビティ２１０の下に配置されるか、または第１キャビティ２１０内に挿入されてもよい。

そして、発光素子３５０は、第１キャビティ２１０の傾斜面２１０ａと曲面２１０ｂが接触する領域と垂直方向に重なっている。

第１突出部１１０は、第１キャビティ２１０の第１傾斜面２１０ａと対応して、すなわち、上下方向に重なって配置されてもよい。

そして、光源として使用される発光素子３５０の一部の領域は、第１突出部１１０と垂直方向に重なるように配置されてもよい。これによって、発光素子３５０から第１方向に放出される光は、第１ボディー１００ａと第２ボディー１００ｂを通じて第１方向に放出され、発光素子３５０から第２方向に放出される光は、第１突出部１１０、第２突出部１１５、第３突出部１５０、第１キャビティ２１０及び第２キャビティ２５０を通じて第１方向に反射及び屈折させることができる。

図６及び図７は、図５の発光素子を示す図である。

基板３１０には、複数個の発光素子３５０が配置され、それぞれの発光素子３５０は、例えば、ＣＯＢ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）タイプで配置されてもよい。

基板３１０は、印刷回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）、メタル（ｍｅｔａｌ）ＰＣＢ、ＦＰＣＢ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ ＰＣＢ）またはＦＲ−４などであってもよい。基板３００上の第１導電層３１１及び第２導電層３１２は、それぞれ発光素子３５０の第１電極３５８ａ及び第２電極３５８ｃと電気的に接続されてもよい。

発光素子３５０は、基板３５１にバッファ層３５２と発光構造物３５４が配置され、発光構造物３５４は、第１導電型半導体層３５４ａ、活性層３５４ｂ及び第２導電型半導体層３５４ｃを含んでなり、第１導電型半導体層３５４ａと第２導電型半導体層３５４ｃには、それぞれ第１電極３５８ａと第２電極３５８ｃが配置されてもよい。

基板３５１は、半導体物質の成長に適した物質又はキャリアウエハで形成することができ、熱伝導性に優れた物質で形成することができ、伝導性基板又は絶縁性基板を含むことができる。例えば、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）、ＳｉＯ_２、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＺｎＯ、ＧａＰ、ＩｎＰ、Ｇｅ、Ｇａ_２Ｏ_３のうちの少なくとも１つを使用することができる。

サファイアなどで基板３５１を形成し、基板３５１上にＧａＮ又はＡｌＧａＮなどを含む発光構造物３５４が配置されるとき、ＧａＮ又はＡｌＧａＮとサファイアとの間の格子不整合（ｌａｔｔｉｃｅ ｍｉｓｍａｔｃｈ）が非常に大きく、これらの間に熱膨張係数の差も非常に大きいので、結晶性を悪化させる転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）、メルトバック（ｍｅｌｔ−ｂａｃｋ）、クラック（ｃｒａｃｋ）、ピット（ｐｉｔ）、表面モルフォロジー（ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）不良などが発生し得るため、ＡｌＮなどでバッファ層３５２を形成することができる。

第１導電型半導体層３５４ａは、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現することができ、第１導電型ドーパントがドープされて第１導電型の半導体層であってもよい。第１導電型半導体層３５４ａは、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体物質からなることができ、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのいずれか１つ以上で形成されてもよい。

第１導電型半導体層３５４ａがｎ型半導体層である場合、第１導電型ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅなどのようなｎ型ドーパントを含むことができる。第１導電型半導体層３５４ａは、単層又は多層に形成されてもよく、これに限定されない。

活性層３５４ｂは、第１導電型半導体層３５４ａの上部面に配置され、単一井戸構造, 多重井戸構造、単一量子井戸構造、多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造、量子点構造または量子線構造のいずれか１つを含むことができる。

活性層３５４ｂは、ＩＩＩ−Ｖ族元素の化合物半導体材料を用いて、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の井戸層とＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の障壁層、例えば、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＧａＡｓ（ＩｎＧａＡｓ）／ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ（ＩｎＧａＰ）／ＡｌＧａＰのいずれか１つ以上のペア構造で形成されてもよいが、これに限定されない。井戸層は、障壁層のエネルギーバンドギャップよりも小さいエネルギーバンドギャップを有する物質で形成することができる。

第２導電型半導体層３５４ｃは、活性層３５４ｂの表面に半導体化合物で形成することができる。第２導電型半導体層３５４ｃは、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＩ−ＶＩ族などの化合物半導体で具現することができ、第２導電型ドーパントがドープされてもよい。第２導電型半導体層３５４ｃは、例えば、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式を有する半導体物質からなることができ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰのいずれか１つ以上で形成されてもよい。

第２導電型半導体層３５４ｃは、第２導電型ドーパントがドープされてもよく、第２導電型半導体層３５４ｃがｐ型半導体層である場合、第２導電型ドーパントは、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどのようなｐ型ドーパントであってもよい。第２導電型半導体層３５４ｃは、単層又は多層に形成してもよいが、これに限定されない。第２導電型半導体層３５４ｃ上には凹凸構造（図示せず）が形成されて光抽出効率を向上させることができる。

第２導電型半導体層３５４ｃ上には、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などで透光性導電層３５６が形成されて、第２電極３５８ｃから第２導電型半導体層３５４ｃに電流スプレッディング（ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｐｒｅａｄｉｎｇ）効果を向上させることができる。

第２導電型半導体層３５４ｃ、活性層３５４ｂ及び第１導電型半導体層３５４ａの一部までメサエッチングして第１導電型半導体層３５４ａを露出させることで、第１電極３５８ａが形成される領域を確保することができる。

第１導電型半導体層３５４ａと第２導電型半導体層３５４ｃ上には、それぞれ第１電極３５８ａと第２電極３５８ｃが配置され、第１電極３５８ａ及び第２電極３５８ｃは、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）のうちの少なくとも１つを含んで単層又は多層構造で形成されてもよい。

第１電極３５８ａ及び第２電極３５８ｃは、それぞれワイヤ３５７を介して基板３１０上の第１導電層３１１、第２導電層３１２と電気的に接続されてもよい。

図示していないが、発光構造物３５４の周りにはパッシベーション層を形成してもよく、パッシベーション層は絶縁性物質からなることができ、詳細には、酸化物又は窒化物からなることができ、より詳細には、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）層、酸化窒化物層、酸化アルミニウム層からなることができる。そして、パッシベーション層にも凹凸構造が形成されて光抽出効率を向上させることができる。

図８Ａ乃至図８Ｃは、レンズに備えられた突出部とパターンの作用を示す。

図８Ａにおいて、レンズに突出部が形成されていないとき、発光素子などの光源から放出された光が前後に均一に進行する。図８Ｂでは、突出部とパターンの作用で、光が主に左側、すなわち、上述した第１方向に進行している。図８Ｃでは、第１突出部に形成されたパターンの作用で、光が第１方向にさらに多く屈折し得、図８Ｃでは、上述した実施例よりも多い数のパターンが第１突出部上に配置されている。

図８Ｂにおいて、発光素子などの光源から放出された光のうち第１キャビティ２１０の第２方向の傾斜面２１０ａの方向に進行する光は、図示のように、第２方向の傾斜面２１０ａで屈折して、第１及び第２突出部１１０，１１５の第２傾斜面１１１ｂ〜１１４ｂと第４傾斜面１１５ｂで全反射された後、第１傾斜面１１１ａ〜１１４ａと第３傾斜面１１５ａで屈折して進行する。そして、一部の光は、第２キャビティ２５０の第１方向の傾斜面２５０ｂで全反射されて進行し得、このとき、全反射された光は、上述した第７傾斜面で屈折し得る。

第１キャビティは、上述した作用で光を突出部と第２キャビティの方向に進行させ、突出部は、第２傾斜面と第４傾斜面の全反射、及び第１傾斜面と第３傾斜面の屈折を通じて光を進行させ、第２キャビティは、レンズの射出工程のために形成されたが、光の進路を変更させる作用もする。

図９Ａ及び図９Ｂは、第１突出部に配置されたパターンの作用を示す図である。

図９Ａでは、第１突出部１１０上にパターンが配置されておらず、図９Ｂでは、第１突出部１１０上にパターンが配置されている。図９Ｂに示された実施例の場合、パターンによる光の散乱がなされるので、図９Ａに示された比較例よりも光が広い角度で進行し得る。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、従来のレンズの光分布を示し、図１１Ａ及び図１１Ｂは、実施例によるレンズの光分布を示す。

赤色は、上述した実施例において第１方向（Ｓｔｒｅｅｔ ｓｉｄｅ）に進行する光であり、青色は、第２方向（Ｈｏｕｓｅ ｓｉｄｅ）に進行する光量を示す。

従来のレンズに比べて、実施例によるレンズを使用した場合、レンズにおいて第２方向（Ｈｏｕｓｅ Ｓｉｄｅ）に進行する光量が遥かに少ないことがわかる。したがって、上述した実施例によるレンズが配置された発光素子モジュールは、図１などを基準として第１方向（Ｓｔｒｅｅｔ ｓｉｄｅ）に光を伝達することができ、道路の照明装置などに発光素子モジュールが使用されるとき、第１方向（Ｓｔｒｅｅｔ ｓｉｄｅ）を道路方向にし、第２方向を住宅方向にする場合、道路方向に光をさらに多く屈折させて、住宅方向に向かう光量を減少させることができる。

以上、実施例を中心に説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上で例示していない様々な変形及び応用が可能であるということが理解されるであろう。例えば、実施例に具体的に示した各構成要素は変形実施が可能である。そして、このような変形及び応用に係る差異点は、添付の特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

Claims (15)

1. 第１キャビティを有する第１ボディーと、
   前記第１ボディーと面接触しながら配置される第２ボディーと、
   前記第１ボディーと垂直方向に少なくとも一部が重なり、前記第２ボディーの表面に配置された複数個の突出部とを含み、
   前記複数個の突出部は、第１突出部及び第２突出部を含み、
   前記第１突出部は、前記第２突出部よりも前記第１ボディーに近接し、
   前記第１突出部の表面に複数個のパターンが配置され、
   前記複数個のパターンは、第１傾斜部及び第２傾斜部を含み、
   前記第１傾斜部は、前記第２傾斜部よりも前記第１ボディーに近接し、
   前記第２傾斜部は、入射する光を全反射し、
   前記第１突出部はＮ個のパターンからなり、第ｎパターンの前記第１ボディーの底面からの高さは第ｎ−１パターンの前記第１ボディーの底面からの高さよりも高く、前記第２突出部の前記第１ボディーの底面からの高さは、第Ｎパターンの前記第１ボディーの底面からの高さよりも低く、第Ｎ−１パターンの前記第１ボディーの底面からの高さよりも高く、ここで、前記ｎは、２以上Ｎ以下の整数である、レンズ。
2. 第ｍ＋１パターンと第ｍパターンとの接点の高さは、前記第ｍパターンと第ｍ−１パターンとの接点の高さよりも高く、前記ｍは、２以上Ｎ−１以下の整数である、請求項１に記載のレンズ。
3. 前記第２突出部と前記第１突出部との接点の高さは、前記第１パターンと前記第２パターンとの接点の高さよりも低い、請求項１又は２に記載のレンズ。
4. 第ｎパターンにおける前記第１傾斜部と前記第２傾斜部の境界線の距離は第ｎ−１パターンにおける前記第１傾斜部と前記第２傾斜部の境界線の距離よりも長く、ここで、前記ｎは、２以上Ｎ以下の整数である、請求項１乃至３のいずれかに記載のレンズ。
5. 第ｋパターンにおける前記第２傾斜部は、前記第１ボディーの底面に対して８０度（°）〜１００度（°）に配置され、ここで、前記ｋは、１以上Ｎ以下の整数である、請求項１乃至４のいずれかに記載のレンズ。
6. 第１パターンにおける前記第１傾斜部乃至第Ｎパターンにおける前記第１傾斜部は、互いに平行である、請求項１乃至５のいずれかに記載のレンズ。
7. 前記第１キャビティは、曲面及び第１傾斜面を含み、
   前記第１傾斜面は、前記曲面よりも前記複数個の突出部に近接する、請求項１乃至６のいずれかに記載のレンズ。
8. 前記曲面は、少なくとも１つの不連続線を含む、請求項７に記載のレンズ。
9. 前記複数個の突出部のうちの少なくとも１つは、前記第１キャビティの前記第１傾斜面と上下方向に重なって配置される、請求項７又は８に記載のレンズ。
10. 前記第２突出部は、第３傾斜部及び第４傾斜部を含み、
    前記第３傾斜部は、前記第４傾斜部よりも前記第１ボディーに近接し、
    前記第４傾斜部は、入射する光を全反射する、請求項１乃至９のいずれかに記載のレンズ。
11. 前記第１傾斜部及び前記第３傾斜部は、それぞれ前記第１ボディーの底面と既設定の角度をなし、前記既設定の角度は、４０度以上７０度以下である、請求項１０に記載のレンズ。
12. 前記第４傾斜部は前記第２傾斜部と平行である、請求項１０又は１１に記載のレンズ。
13. 前記第２ボディーに形成された第２キャビティをさらに含む、請求項１乃至１２のいずれかに記載のレンズ。
14. 前記第２キャビティは、第２傾斜面及び第３傾斜面を含み、
    前記第２傾斜面は、前記第３傾斜面よりも前記第１ボディーに近接する、請求項１３に記載のレンズ。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載のレンズと、
    前記レンズの前記第１キャビティに少なくとも一部が挿入されて配置される発光素子パッケージとを含み、
    前記発光素子パッケージはＣＯＢ（ｃｈｉｐ ｏｎ ｂｏａｒｄ）型である、発光素子モジュール。

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