KR100890724B1 - 향상된 광 추출 효율을 가지는 발광 장치 및 그 장치의제조 방법 - Google Patents
향상된 광 추출 효율을 가지는 발광 장치 및 그 장치의제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
다층 적층체 및 다층 적층체의 적층체 발광 표면으로 광학적인 근접된 패터닝밀봉영역을 가지는 다층 적층체 및 밀봉층을 포함하는 발광 장치가 개시된다. 상기 밀봉층을 제조하고 상기 밀봉층을 적층체 발광 표면에 고정하는 방법도 또한 개시된다.
발광다이오드, 밀봉, 패턴
Description
도 1은 측면도로서, 도 1a-1b 각각은 인접패터닝밀봉영역(117)을 가지는 밀봉층(109)을 포함하는 발광 장치를 도시한다.
도 2는 LED 측면도로서, 도 2a-2f 각각은 n도핑층(107) 및 인접패터닝밀봉영역(117)을 가지는 밀봉층(109)을 포함하는 발광 장치의 일부를 도시한다.
도 3은 발광 장치로서, 도 3a-3d 각각은 제1오목부개구들(119-1) 및 내부오목부체적요소(118)를 포함하는 인접패터닝밀봉표면(113)을 도시한다.
도 4a, 4c, 4e 및 4h 각각은 인접패터닝밀봉표면(113)에서 제1오목부개구(119-1)를 가지는 제1오목부(112-1) 및 내부오목부체적요소(118)를 도시한다. 도 4b, 4d, 4f 및 4g 각각은 인접패터닝밀봉표면(113)에서 제1오목부개구(119-1)를 도시한다.
도 5는 발광 장치로서, 5a-5e 각각은 제1오목부개구(119-1) 및 내부오목부체적요소(118)를 포함하는 인접패터닝밀봉표면(113)을 도시한다.
도 6a-6d 각각은 밀봉블럭(120) 및 패터닝몰드의 측면도를 도시하였는데, 이것은 밀봉블럭(120)의 표면에서 제1오목부(112-1)를 형성하고, 이것은 밀봉층(109) 의 인접패터닝밀봉표면(113)으로 변형된다.
도 7a-7e 각각은 밀봉블럭(120)의 변형동안의 측면도를 도시하였는데, 밀봉블럭(120)은 인접패터닝밀봉영역(117)을 가지는 밀봉층(109) 내로 제1오목부필러(125)로 코팅되고, 이것은 제1오목부벽들(111-1)을 가지는 제1오목부들(112-1)을 포함한다. 제1오목부(112-1)는 제1오목부필러층으로부터 획득된 제1오목부필러로 완전히 또는 부분적으로 채워진다. 도 7a-7c 각각은 밀봉블럭(120) 내에서 양각패턴(relief pattern)을 형성하기 위하여 사용된 패터닝몰드의 측면도를 추가적으로 포함한다. 도 7d는 인접패터닝밀봉영역(117), 제1오목부필러층(125)으로부터 획득된 제1오목부를 내포하는 인접패터닝밀봉영역(117)의 제1오목부(112-1) 및 제2오목부필러를 내포하는 제2오목부(112-2)를 도시한다. 도 7d는 제1오목부필러표면초과분(126)이 제거되지 않았거나 또는 부분적으로 제거된 경우를 도시한다. 도 7e는 평탄화동안에 제1오목부필러표면초과분(126)의 제거로 인하여 형성된 인접패터닝밀봉영역(117)을 도시한다.
도 8a-8d 각각은 인접패터닝밀봉영역(117)의 측면도를 도시한다. 도 8a는 하나 이상의 크기를 가지는 제1오목부(112-1) 및 내부오목부체적요소(118)을 도시한다. 도 8b 및 8c는 제1오목부(112-1) 및 제2오목부(112-2)를 포함한다. 도 8b 및 8c에서, 제2오목부들(112-2)은 동일한 모양 및 크기를 가진다. 도 8d에서, 제2오목부들(112-2)은 모양 및 크기가 다르다. 도 8a는 주어진 제1오목부(112-1)를 위해서 제1오목부깊이(129-1) 및 최대 제1오목부깊이(130-1)를 지시한다. 도 8c 및 8d는 제2오목부벽(111-2) 및 제2오목부개구(119-2)를 도시하고, 또한 도 8d는 주어진 제 2오목부(112-2)를 위해서 제2오목부깊이(129-2) 및 최대 제2오목부깊이(130-2)를 지시한다.
도 9는 도 1b에서와 같이 다층 적층체(115)의 측면도를 도시하였는데, 그것은 다층 적층체(115)가 선택적인 보조광전달층(131) 및 선택적인 커버슬립(127)을 추가적으로 포함하는 것을 제외한다. 도 1b에 도시된 적층체 발광 표면(114)에 추가적으로, 보조광전달층(131)의 두 개의 적층체 발광 표면들(114)이 도시되는데, 각각은 그 위에 배치되는 인접패터닝밀봉영역(117)을 가진다. 보조광전달층(131)은 p도핑층(105)의 반대편에 적층체 발광 표면(114)을 가지는데, 이것은 반사층(103) 상에 배치되며, 그 위에 배치되는 인접패터닝밀봉영역(117)을 가지지 않는다.
도 10a-10e는 오목부 패턴들을 도시하는데, 패턴 구조체들은 측면 치수(x치수 및 y치수)로 반복하는 측면 구조체 크기들 및 주기들을 지시한다. 도 10a 및 10c-10e는 인접패터닝밀봉영역(117)의 측면도들이다. 도 10b는 영역(117)의 원심 표면(distal surface) 상의 이득 지점(vantage point)으로부터 인접패터닝밀봉영역(117)의 도이다.
본 발명은 향상된 광 추출 효율을 가지는 발광 장치에 기초한 다층 적층체(multi-layer stack) 및 그 발광 장치를 제조하는 방법에 관한 것이다.
발광 장치들, 예를 들어 발광 다이오드들(LEDs)은 공기의 굴절률(refractive index)(n=1.0)보다 훨씬 더 높은 굴절률(일반적으로 n~2.5)을 가지는 하나 이상의 물질들을 사용하여 빛을 발생시킨다. 일반적으로, 빛은 다층 적층체(multi-layer stack)에서 발생되고, 적어도 하나의 외부 표면, 적층체 발광 표면은 다층 적층체 내부에서 발생된 빛을 방출하도록 의도된다. 이러한 적층체 발광 표면은, 예를 들어 밀봉 물질(encapsulant material)과 접촉할 수 있다. 이러한 밀봉 물질은 일반적으로 n=1.4에서 1.8의 굴절률을 가진다. 따라서, 적층체 발광 표면과 밀봉층(encapsulant layer) 사이의 접촉면에 충돌하는 빛에 의해 마주치게 되는 굴절률의 하락은, 다층 적층체 내부에서 발생된 빛의 많은 부분이 상기 접촉면에 의해 다층 적층체 내로 다시 반사되는 결과와 함께 중요하다. 이것은, 밀봉층 내부로의 진입을 수반하면서 다층 적층체를 벗어나는 대신에, 빛의 많은 부분이 다층 적층체의 내부로 되보내지고, 그곳에서 유사한 많은 부분은 흡수되고, 이에 따라, 조명을 위해 유용한 빛의 외부 산출량을 현저하게 감소시킨다.
미국 특허 제6,831,302호는 다층 적층체의 외부 층인 n도핑된 GaN층의 외부 표면의 패터닝을 개시한다. 상기 n도핑층의 일부는 개구를 형성하기 위해서 제거되는데, 이것은 밀봉 물질로 덮혀지되, 채워지지는 않고, n도핑된 GaN층의 표면 내에서 개구들에서 오목부들(depressions)까지에 대하여 밀봉표면의 매끄러운 층(smooth layer)을 형성한다. 가장 바깥쪽의 반도체층 내에서의 이러한 패터닝은, 밀봉면에 수직하도록, 복수개의 분열적인 높고 낮은 굴절률 영역을 형성한다. 이들 분열적인 영역들은 갇혀진 빛이 다층 적층체를 벗어나지조차 못하고 흡수될 때까지, n도핑된 반도체층의 내에서 적층체 발광 표면에 평행하고, 그 근방에서 전후로 안내되기 위하여 작은 각도에 반사된 빛의 성향뿐만 아니라, 접촉면에서 빛의 작은 각도의 반사를 방해한다.
다층 적층체의 외부 표면의 오목부들의 형성은 반도체에 기초한 발광 장치들에 대하여 산출량을 향상시킬 수 있는 반면에, 패터닝 공정은, 예를 들어 일반적으로 고가 장비를 요구하는 에피택셜표면(epitaxial surfaces)의 에칭을 필요로 하면서 시간이 소요될 수 있다. 패터닝 공정은 또한 발광층(light emitting layer)의 전자구조를 파열시킬 수도 있는데, 그 상품에서 이것은 발광효율을 감소시킬 수도 있다.
우리는 밀봉층의 영역, 다층 적층체의 적층체 발광 표면으로 광학적으로 근접(optical proximity)한 영역을 패터닝함에 의해, 그 영역 내에서 굴절률의 변화가 존재하고, 또한 0.6g/cc보다 작은 밀도를 가지는 밀봉층의 일부분을 추가적으로 형성함에 의해, 복수 개의 광산란추출중심(light scattering extractive center)이 형성되고, 빛이 대기중으로 효과적으로 전달되어, 조명을 위해 유용한 빛의 외부 산출량이 증가된다는 것을 발견하였다.
본 발명의 첫 번째 양상(aspect)은 다음을 포함하는 발광 장치에 관한 것이다:
a) n도핑층;
광발생층; 및
p도핑층을 포함하되,
적층체 발광 표면을 가지는 다층 적층체,
b) 제1오목부필러를 포함하는 적어도 하나의 제1오목부를 포함하는 제1오목부세트;
제2오목부필러를 포함하는 적어도 하나의 제2오목부를 포함하는 선택적인 제2오목부세트; 및
상기 적층체 발광 표면 상에 위치되는 인접패터닝밀봉표면을 포함하되,
상기 제1오목부세트 및 상기 제2오목부세트 중 적어도 하나는 패턴을 가지되;
상기 패턴은 랜덤 패턴, 주기적 패턴, 또는 이들의 조합으로부터 선택되며;
상기 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 5나노미터 내지 5,000마이크론의 구조체 크기를 가지며;
상기 주기적 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 10나노미터 내지 5,000마이크론의 주기를 가지며;
상기 제1오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며;
상기 제2오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며;
상기 제1오목부 및 상기 제2오목부 중 적어도 하나는 상기 인접패터닝밀봉표면에 위치되는 오목부개구를 가지는 인접패터닝밀봉영역; 및
밀봉물질을 포함하는 선택적인 비패터닝밀봉영역을 포함하되,
상기 제1오목부필러는 상기 제2오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나와 굴절률에서 0.001 내지 3.0만큼 상이하며;
상기 제1오목부필러, 상기 제2오목부필러, 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 0.03g/cm3 내지 0.60g/cm3의 평균 밀도를 가지는 인접패터닝밀봉영역을 포함하는 밀봉층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 두 번째 양상은 다음 단계들을 포함하는 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법에 관한 것이다:
A) 밀봉물질을 포함하는 밀봉블럭을 제공하는 단계; 및
B) 상기 밀봉블럭의 표면에 인접패터닝밀봉표면을 가지는 패터닝밀봉영역을 가지는 광추출밀봉시트를 형성하는 단계를 포함하되,
상기 패터닝밀봉영역을 형성하는 상기 단계는,
a) 적어도 하나의 제1오목부를 포함하는 제1오목부세트를 형성하는 단계;
b) 제1오목부필러로 상기 제1오목부를 채우는 단계;
c) 적어도 하나의 제2오목부를 포함하는 제2오목부세트를 형성하는 선택적인 단계; 및
제2오목부필러로 상기 제2오목부를 채우는 단계를 포함하며,
상기 제1오목부세트 및 상기 제2오목부세트 중 적어도 하나는 패턴을 가지되,
상기 패턴은 랜덤 패턴, 주기적 패턴, 또는 이들의 조합으로부터 선택되며,
상기 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 5나노미터 내지 5,000마이크론의 구조체 크기를 가지며;
상기 주기적 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에서 10나노미터 내지 5,000마이크론의 주기를 가지며;
상기 제1오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며;
상기 제2오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며;
상기 제1오목부 및 상기 제2오목부 중 적어도 하나는 상기 인접패터닝밀봉표면에 위치되는 오목부개구를 가지며;
상기 제1오목부필러는 상기 제2오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나와 굴절률에서 0.001 내지 3.0만큼 상이하며;
상기 제1오목부필러, 상기 제2오목부필러, 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 0.03g/cm3 내지 0.60g/cm3의 평균 밀도를 가지는 단계;
C) 상기 광추출밀봉시트를 다층 적층체에 부착시키되,
상기 다층 적층체는
n도핑층;
광발생층; 및
p도핑층을 포함하되,
상기 다층 적층체는 적층체 발광 표면을 가지며;
상기 외부의 패터닝밀봉표면은 상기 적층체 발광 표면 상에 위치되며;
상기 적층체 발광 표면은 매끈한 표면 및 패터닝된 복수개로 층진 표면으로부터 선택된 토포그래피(topography)를 가지며;
상기 패터닝된 복수개로 층진 표면은 랜덤 패턴, 주기적 패턴, 및 이들의 조합으로부터 선택된 패턴을 가지는 단계;
D) 어떤 것 또는 상기 제1오목부세트 및 상기 제2오목부세트 중 어느 하나와의 접촉으로부터 상기 밀봉물질의 전부 또는 일부를 제거하는 선택적인 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
[표 1] 구성요소의 도면부호
| 번호 | 설명 |
| 100 | 발광 다이오드(light emitting diode(LED)) |
| 101 | 서브마운트(submount) |
| 102 | 본딩층(bonding layer) |
| 103 | 반사층(reflective layer) |
| 104 | 서포트(support) |
| 105 | p도핑층(p-doped layer) |
| 106 | 광발생층(light generating layer) |
| 107 | n도핑층(n-doped layer) |
| 108 | n방향접촉패드(n-side contact pad) |
| 109 | 밀봉층(encapsulant layer) |
| 110 | 비패터닝밀봉영역(unpatterned encapsulant region) |
| 111-1 | 제1오목부벽(first recess wall) |
| 111-2 | 제2오목부벽(second recess wall) |
| 112-1 | 제1오목부(first recess) |
| 112-2 | 제2오목부(second recess) |
| 113 | 인접패터닝밀봉표면(proximal patterned encapsulant surface) |
| 114 | 적층체 발광 표면(luminous stack surface) |
| 115 | 다층 적층체(multi-layer stack) |
| 116 | p방향접촉패드(p-side contact pad) |
| 117 | 인접패터닝밀봉영역(proximal patterned encapsulant region) |
| 118 | 내부오목부체적요소(inter-recess volume element) |
| 119-1 | 제1오목부개구(first recess opening) |
| 119-2 | 제2오목부개구(second recess opening) |
| 120 | 밀봉블럭(encapsulant block) |
| 121 | 밀봉블럭비패터닝인접표면(encapsulant block unpatterned proximal surface) |
| 122 | 패터닝몰드(patterned mold) |
| 123 | 몰드패터닝표면(mold patterned surface) |
| 124 | 몰드돌출부(mold protrusions) |
| 125 | 제1오목부필러층(first recess filler layer) |
| 126 | 제1오목부필러표면초과분(first recess filler surface excess) |
| 127 | 커버슬립(cover slip) |
| 128 | 인접패터닝밀봉영역두께(proximal patterned encapsulant region thickness) |
| 129-1 | 제1오목부깊이(first recess depth) |
| 129-2 | 제2오목부깊이(second recess depth) |
| 130-1 | 최대 제1오목부깊이(maximum first recess depth) |
| 130-2 | 최대 제2오목부깊이(maximum second recess depth) |
| 131 | 보조 광전달층(auxiliary light transmitting layer) |
| 132 | x치수에서의 구조체 크기(x-dimension feature size) |
| 133 | x치수에서의 주기(x-dimension period) |
| 134 | y치수에서의 구조체 크기(y-dimension feature size) |
| 135 | y치수에서의 주기(y-dimension period) |
도 1은 측면도로서, 도 1a-1b는 패키지 다이(packaged die)의 형상으로 발광 장치(100)의 일 실시예의 측면도들을 도시한다. 도 1a는 풀 패키지 다이(full packaged die)를 도시한다. 도 1b는 상기 패키지 다이의 일부분을 도시하는데, 밀봉층(109)의 배치를 강조한다. 발광 장치(100)는 다층 적층체(115)를 포함한다. 다층 적층체(115)는 p도핑층(105), 광발생층(106) 및 n도핑층(107)을 포함한다. 다층 적층체(115)의 p도핑층(105)은 반사층(103) 상에 위치되고, 반사층(130)은 다음 본딩층(102) 상에 위치되고, 본딩층(102)은 다음 서브마운트(101) 상에 위치된다. n방향접촉패드(108)는 n도핑층(107)에 전자적인 접촉을 제공한다. p방향접촉패드(116)는 p도핑층(105)에 전자적인 접촉을 제공한다. 비패터닝밀봉영역(110)을 포함하는 밀봉층(109)은 적층체 발광 표면(114)에서 다층 적층체(115) 상에 위치되는데, 적층체 발광 표면(114)은, 이런 경우, n도핑층 표면의 외부표면이다. 밀봉층(109)은 반사층(103)에서 p방향접촉패드(116)로 추가적으로 연장된다. 인접패터닝밀봉표면(113)을 포함하는 인접패터닝밀봉영역(117)은, 제1함몰부벽(111-1)에 의해 제한되는 제1오목부(112-1)에 의해 패턴화(patterned)된다. 여기서, 발광 장치(100)는 서포트(104)를 추가적으로 포함한다.
도 2는 측면도로서 도 2a-2f 각각은 n도핑층(107), 적층체 발광 표면(114)(이것은, 이경우, n도핑층 표면의 외부표면이다), 인접패턴밀봉표면(113), 제1오목부들(112-1), 제1오목부벽들(111-1), 비패터닝밀봉영역(110) 및 밀봉층(109)을 포함하는 발광 장치(100)를 도시한다. 도 2a, 2b, 2c, 2e 및 2f는 각각 원뿔, 수직 원통형, 굽은 밑면을 가진 수직 원통형, 절단된 원뿔 및 반구형을 가지는 제1오목부(112-1)의 주기적인 배열들의 단면도들을 포함한다. 도 2d는 임의의 형상을 한 제1오목부(112-1)의 랜덤 배열을 도시한다.
도 3a-3d 각각은 인접패터닝밀봉표면(113)에 포함된 제1오목부개구(119-1)를 포함하는 밀봉층(109)의 인접패터닝밀봉표면(113)을 도시한다. 도 3a는 원형의 제1오목부개구(119-1)의 정사각 배열을 도시한다. 도 3a의 제1오목부개구를 가지는 각각의 제1오목부(112-1)의 형상은 도 4a 및 4b에서 도시된다. 도 3b는 임의의 형상을 한 제1오목부개구(119-1)의 랜덤 배치를 도시한다. 도 3c는 원형의 제1오목부개구(119-1)의 대각선 배열을 도시한다. 도 3c의 제1오목부개구(119-1)를 가지는 각각의 제1오목부의 형상은 도 4a 및 도 4b에서 도시된다. 도 3d는 원형의 쉘 형상을 가지는 제1오목부개구(119-1)의 대각선 배열을 도시한다. 도 3d의 제1오목부개구(119-1)를 가지는 각각의 제1오목부의 형상은 도 4c 및 4d에서 도시된다.
도 4a, 4c, 4e 및 4g는 도 1 및 도 2와 동일한 측면사시도로부터 도시된 각각의 제1오목부들(112-1)의 측면도이다. 도 4b, 4d, 4f 및 4h는 제1오목부개구들(119-1)을 포함하는 인접패터닝밀봉영역(117)의 인접패터닝밀봉표면(113)의 도면이다. 도 4a는 수직 원통형의 제1오목부(112-1)를 도시하고, 또한 도 4b는 통상의 원통형 제1오목부(112-1)의 제1오목부개구(119-1)를 도시한다. 도 4c는 수직 원통형 쉘의 제1오목부(112-1)을 도시하되, 상기 오목부는 내부오목부체적요소(118)에 의해 외측 및 내측 모두로 제한되며, 또한 도 4d는 상기 수직 원통형 쉘의 제1오목부개구(119-1)를 도시한다. 도 4e는 수직 평행파이프형 제1오목부(112-1)를 도시하고, 도 4f는 상기 수직 평행파이프형 제1오목부(112-1)의 직사각형 제1오목부개구(119-1)를 도시한다. 도 4g는 수직 평행파이프형 쉘인 제1오목부(112-1)를 도시하되, 상기 제1오목부는 내부오목부체적요소(118)에 의해 외측 및 내측 모두로 제한되며, 도 4h는 상기 수직 평행파이프형 쉘(112-1)의 제1오목부개구(119-1)를 도 시한다.
도 5a-5e 각각은 제1오목부개구(119-1) 및 내부오목부체적요소(118)를 포함하는 인접패터닝밀봉표면(113)을 도시한다. 이들 모두는 도 3a-3d와 동일한 방향, 즉 적층체 발광 표면(114)을 향하는 방향(도 1 및 도 2 참조)에서부터 보여진다.
도 6a-6d 각각은 인접패터닝밀봉영역(117)이 될 예정인 것을 형성하는 동안 제1오목부들(112-1)을 형성하는 밀봉블럭 및 패터닝몰드의 측면도를 도시한다. 도 6a(상부)는 밀봉블럭비패터닝인접표면(121)을 가지는 밀봉블럭(120)을 도시하고, 도 6a(하부)는 몰드돌출부(124)를 가지는 몰드패터닝표면(123)을 가지는 패터닝몰드(122)를 도시한다. 도 6b는 밀봉블럭(120) 내부로 몰드돌출부(124)의 관통을 도시하는데, 도 6a 밀봉블럭비패턴인접면(121)을 인접패터닝밀봉영역(117)이 될 예정인 것으로 변환시키고, 제1오목부벽들(111-1)을 형성하는 것이다. 도 6c는 제1오목부벽들(111-1)을 가지는 새롭게 형성된 제1오목부들(112-1)로부터 몰드돌출부(124)의 부분적인 후퇴(withdrawal)를 도시한다. 도 6d는 완전히 후퇴된 패터닝몰드(122) 및 인접패터닝밀봉영역(117)이 될 예정인 것을 포함하는 밀봉블럭(120)을 도시한다.
도 7a-7e 각각은 밀봉블럭(120)의 변형동안의 측면도를 도시하는데, 인접패터닝밀봉영역(117)을 가지는 인접패턴밀봉층(109) 내부에 제1오목부필러층(125)으로 코팅되고, 그 자체는 제1오목부필러층(125)으로부터 얻어진 제1오목부필러로 채워진 인접패터닝밀봉표면(113), 제1오목부벽(111-1) 및 제1오목부를 가진다. 도 7a-7c는 발광 장치로의 층(109)의 결합(incorporation) 전에 인접패터닝밀봉층(109)의 인접패터닝밀봉영역(117)의 형성 동안에 릴리프 패턴(relief pattern)을 형성하는 패터닝몰드(122)의 측면도를 더 포함한다. 도 7a(상부)는 제1오목부필러층(125)으로 코팅된 밀봉블럭(120)을 도시한다. 도 7a(하부)는 몰드돌출부(124)를 가지는 몰드표면(123)을 가지는 패터닝몰드(122)를 도시한다. 도 7b는 제1오목부필러층(125) 상에서 패터닝몰드(122)의 작용에 의한 릴리프 패터닝된 제1오목부필러층(125)의 형성을 도시하고, 제1오목부필러층(125)은 그 다음, 밀봉블럭(120)의 밀봉물질 안에서 릴리프 패턴을 형성하기 위해 밀봉블럭(120)에 침투한다. 도 7c(상부)는 패터닝된 제1오목부필러층(125)를 가지는 밀봉블럭(120)을 도시한다. 제1오목부필러는 밀봉블럭(120)의 표면을 패턴화하고 밀봉물질(도 7d 및 7e 참조)을 함유하는 내부오목부체적요소(118)을 형성하는 동안 밀봉블럭(120)에 침투하고, 남은 제1오목부필러표면초과분(126)을 연장시킨다. 도 7c(하부)는 후퇴한 패터닝몰드(122)를 도시한다. 도 7d는 인접패터닝밀봉영역(117), 제1오목부(112-1) 및 제2오목부(112-2)를 가지는 밀봉층(109)을 도시한다. 제1오목부필러표면초과분은 더이상 초과분이 아니라, 연장된 제1오목부(112-1)를 위한 제1오목부필러가 되었다. 제2오목부들(112-2)은 인접패터닝밀봉표면(113)을 형성하기 위해 제2오목부필러로 채워진다. 도 7e는 제1오목부(112-1) 및 제2오목부(112-2)를 가지는, 비패터닝밀봉영역(110) 및 인접패터닝밀봉영역(117)을 포함하는 밀봉층(109)을 도시한다. 제1오목부들(112-1)은 제1오목부필러층(125)으로부터 획득된 제1오목부필러로 채워지고, 제1오목부필러 물질 초과분은 인접패터닝밀봉표면(113)을 형성하기 위해서 평탄화에 의해 제거되었다. 용어 "인접(proximal)"이 도 7, 또는 어떤 다른 도면들에서 사용되고, 밀봉층(109)이 다층 적층체(115)와 관련되지 않을 때, "인접"의 사용은 적층체 발광 표면(114) 상에 위치되기에 적합한 상기 밀봉층(109)의 영역 또는 표면을 지시한다.
도 8a-8d 각각은 인접패터닝밀봉영역(117)의 측면도를 도시한다. 도 8a는 n도핑층(107)의 적층체 발광 표면(114) 상에 위치된 패터닝영역두께(128)를 가지는 인접패터닝밀봉영역(117)을 도시하고, 하나 이상의 크기를 가지는 제1오목부들(112-1)을 포함한다. 제1오목부깊이(129-1)는 제1오목부(112-1)에 대해 묘사되는데, 이는 상기 제1오목부(112-1)에 대한 최대 제1오목부깊이(130-1)인 것과 같다. 도 8b 및 8c는 제1오목부개구들(119-1)을 가지는 제1오목부(112-1) 및 제2오목부개구(119-2)를 가지는 제2오목부(112-2)를 도시한다. 도 8c는 제2오목부(112-2)를 지시하는데, 인접패터닝밀봉영역(117) 내에 포함되고, 제2오목부벽(111-2) 및 인접패터닝밀봉표면(113)에 위치되는 제2오목부개구들(119-2)을 가진다. 도 8b 및 8c에서, 제2오목부들(112-2)은 동일한 형상과 크기를 가진다. 도 8d에서, 제2오목부들(112-2)은 형상과 크기가 상이하다. 주어진 제2오목부(112-2)에 대하여, 제2오목부벽(111-2) 상에 주어진 지점과 관련된 제2오목부깊이(129-2)는 제2오목부(112-2)(도 8d 참조)에 대한 최대 제2오목부깊이(130-2)보다 같거나 작을 수도 있다. 최대 제2오목부깊이(130-2)는 도 8d의 제2오목부(112-2)의 각각에 표시된다.
도 9는 도 1b에서와 같이, 다층 적층체(115)의 측면도를 도시하는데, 이것은 다층 적층체(115)가 선택적인 보조광전달층(131) 및 커버슬립(127)을 더 포함하는 것을 제외한다. p도핑층(105)은 보조광전달층(131) 상에 위치되고, 보조광전달층(131)은 반사층(103) 상에 위치된다. 인접패터닝밀봉영역(117)을 가지는 밀봉층들(109)은, n도핑층(107)의 적층체 발광 표면(114) 상에 위치되는 것과 함께 보조광전달층(131)의 적층체 발광 표면(114) 위에 위치된다.
도 10a-10e는 오목부의 패턴을 도시하는데, 측면 구조체 크기들 및 주기들을 표시한다. 도 10a 및 10c-10e는 인접패터닝밀봉영역(117)의 측면도들이다. 도 10b는 인접패터닝밀봉영역(117)의 말단 표면 위쪽의 시점에서부터의 인접패터닝밀봉영역(117)의 도면이다. 도 10a 및 도 10b는 제1오목부들(112-1)의 동일한 패턴을 가지는 동일한 인접패터닝밀봉영역(117)을 도시한다. 도 10a에서, x치수에서의 구조체 크기(132) 및 x치수에서의 주기(133)는 제1오목부들(111-1)의 패턴에 대하여 도시된다. 도 10b는 제1오목부들(112-1)의 오목부 패턴에 대한 y치수에서의 구조체 크기(134) 및 y치수에서의 주기(135)를 추가적으로 도시한다. 도 10c는 제1오목부(112-1)를 도시하는데, 이것은 인접패터닝밀봉영역(117)의 말단 표면에서 패터닝되지 않았지만, 인접패터닝밀봉표면(113)에서 제1오목부개구들(119-1)을 가지는 인접 오목부 패턴을 가지는 단일 오목부이다. 제2오목부들(112-2)은 보충패턴(complementary pattern)을 형성한다. x치수에서의 구조체 크기(132) 및 x치수에서의 주기(133)는 각 패턴에 대하여 도시된다. 도 10d의 인접패터닝밀봉영역은 도 10c의 인접패터닝밀봉영역과 동일하며, 제1오목부(112-1)가 인접패터닝밀봉영역(117)의 말단 표면에서 추가적으로 패터닝되는 것을 제외된다. 이 경우, 내부오목부체적요소(118)는 보충패턴을 형성하여 존재한다. 제1오목부(112-1)의 두 개의 패턴들의 각각은 x치수에서의 구조체 크기(132) 및 x치수에서의 주기(133)를 가진다. 도 10e는 도 10d와 동일하며, x치수에서의 구조체 크기(132) 및 x치수에서의 주기(133)가 제2오목부들(112-2)의 패턴에 대하여 도시되는 것은 제외된다.
도면들의 형상들은 본 발명의 실시예들을 도시하도록 의도되고, 본문에서 정의된 발광 장치의 번호가 부여된 부분을 시각적으로 더 명확하게 하도록 의도된다. 어떤식으로든, 이들 형상들은 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 당업계의 기술자는 본 발명의 다른 특유의 실시예들이 있다는 것을 인식할 것이며, 이들은 상기 형상들에 의해 포함되는 실시예들과는 세부적으로 상이하다.
본 명세서의 용어는 여기에서 특별히 언급된 단어들, 그들의 파생어 및 유사한 의미의 단어들을 포함한다.
여기에서 사용된 다음 용어들은 다음의 정의들을 가진다.
명세서에서 사용된 "a" 및 "an"는 "적어도 하나(at least one)"를 의미한다.
"범위". 여기에서 범위들의 개시는 하한 및 상한의 형태를 취한다. 이것은 하나 이상의 하한 및 독립적으로 하나 이상의 상한이 있을 수 있다. 주어진 범위는 하나의 하한 및 하나의 상한을 선택함으로써 정의된다. 선택된 하한 및 상한은 그 다음, 특정한 범위의 경계들을 정의한다. 이러한 방법으로 정의될 수 있는 모든 범위들은 포괄적이고 결합가능하며, 어떤 하한이 범위를 기술하기 위해 어떤 상한과 조합될 수도 있다는 것을 의미한다.
"서브마운트(submount)"(101)는 지지층(support substrate)이며, 그 위에 다층 적층체가 직접 고정되거나, 또는 간섭층들(intervening layers)을 통해 간접적으로 고정될 수 있다.
"다층 적층체(multi-layer stack)"(115)는 층들(layers)의 적층체(stack)인데, p도핑층(105), 광발생층(106) 및 n도핑층(107)을 포함하고, 광은 그 내부에서 발생된다. 다층 적층체(115)는 무기물, 작은 분자의 유기물 또는 중합체/작은 분자 유기물일 수 있다. 여기서, 용어 "다층 적층체" 및 "적층체(stack)"는 교환가능하게 사용된다. 다층 적층체(115)은, 예를 들어 보조광전달층(131)과 같은 추가적인 층들을 선택적으로 포함할 수 있다.
"p도핑층(p-doped layer)"(105)은 p도핑된 물질을 포함한다. p도핑된 물질은 유기물질, 무기물질, 또는 유기-무기의 혼성물질일 수 있다.
"n도핑층(n-doped layer)"(107)은 n도핑된 물질을 포함한다.
"p방향접촉패드(p-side contact pad)"(116)는 전기적 전도 물질을 포함하며, p도핑층(105)에 전기적인 연결을 제공한다.
"n방향접촉패드(n-side contact pad)"(108)는 전기적 전도 물질을 포함하며, n도핑층(107)에 전기적인 연결을 제공한다.
"광발생층(light generating layer)(106)"은 광발생 물질을 포함하며, p도핑층(105) 및 n도핑층(107) 사이에 위치된다. 광발생층은 전위차 및 p도핑층 및 n도핑층 사이의 전류흐름에 응답하여 광을 발생시킨다.
"반사층(reflective layer)"(103)은 광발생층에 의해 발생되고 반사층에 충돌되는 빛의 적어도 50%를 반사시킬 수 있는 반사 물질을 포함한다. 반사층이 적층체 발광 표면 상에 위치될 때, 효과는 다층 적층체(115) 내에서 발생되고, 상기 표면에 충돌되는 빛의 방향을 다른 발광표면(114), 즉 광출력을 위해 설계된 표면을 향해 변경시키는 것이다.
"본딩층(bonding layer)"(102)은 다층 적층체(115)의 외부에 인접한 층들(예를 들어, 반사층(103) 및 서브마운트(101))을 접착하기에 적합한 접착 물질을 포함한다. 본딩층(102)은 일반적으로 접착성 물질이다. 광학적 명확도(optical clarity)가 요구되는 경우에, 요구되는 파장 범위를 초과하는 광에 대하여 투명도(transparency)를 가지는 접착 물질이 사용된다. 가시광에 대한 투명도를 가지는 접착물의 일 예는 Optical Adhesive Norland 74이다.
다층 적층체(115)의 "적층체 외부 표면(exterior stack surface)"은 상기 적층체의 일부 표면이고, 상기 적층체는 이 표면을 넘어서 연장되지 않는다.
"적층체 발광 표면(luminous stack surface)"(114)은 다층 적층체(115) 내부에서 발생된 빛이 충돌하는, 다층 적층체(115)의 적층체 외부 표면이다. 도 1 및 2에서, n도핑층(107)의 표면은 외부 n도핑층 표면이다. 따라서, 도 1 및 도 2에서, 외부 n도핑층 표면은 적층체 발광 표면(114)이다. 당업자는 비록 외부 n도핑층 표면이 주어진 발광 장치의 적층체 발광 표면(114)이 될 경우가 종종 있을지라도, 다층 적층체(115)의, 다른 층의 표면 역시 적층체 발광 표면(114)인 적층체 외부 표면을 가질 수도 있는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 만약 p도핑층(105)의 표면도 또한 다층 적층체(115)의 외부라면(도 1 참조), 그 외부 표면도 또한 적층체 발광 표면(114)일 수도 있다. 다층 적층체 내에서 층들의 다른 배열들이 가능하다는 것 역시 인식될 것이다. 다층 적층체(115)는 적층체 발광 표면(114)인 "외부 보조전달표면"을 가지는 선택적인 "보조광전달층"(131)(도 9 참조)을 더 포함할 수 있다. 다층 적층체는 하나의 적층체 발광 표면(114) 또는 복수의 적층체 발광 표면들(114)을 가질 수 있다.
밀봉층(109)의 "말단 표면(distal surface)"은 적층체 발광 표면(114)으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 층의 표면이고, 그 위에 밀봉층(109)이 위치된다. 적층체 발광 표면(114)은, 밀봉층(109)의 표면의 상대적인 위치를 지시하기 위하여 편리한 공간의 참조(reference)로서 선택된다. 밀봉층(109)의 말단 표면의 일 예는 도 1a에 도시된 것과 같이, 밀봉층(109)의 최상위 표면이다.
밀봉층(109)의 "인접 표면(proximal surface)"은 발광층(114)에 가장 근접한 층의 표면이며, 그 위에 밀봉층(109)이 위치된다. 예를 들어(도 1 참조), 다층 적층체(115)의 외부표면인 n도핑층(107)의 표면은 적층체 발광 표면(114)이다. 패터닝표면(113)은 적층체 발광 표면(114) 상에 위치되고, 적층체 발광 표면(114)에 가장 근접한 밀봉층(109)의 표면이다. 따라서, 패터닝표면(113)은 "인접패터닝밀봉표면"(113)이다. 그러면, 밀봉층(109)의 반대면(즉, 도 1a에서 최상위 밀봉층(109)의 표면)은 적층체 발광 표면(114)에 대하여 "말단(distal)"이고, 도 1a의 밀봉층(109)의 말단 표면이다. 도 1a의 예에서 도시된 것과 같이, 밀봉층(109)의 일부는 p방향접촉패드(116) 및 반사층(103)까지 연장되고, 그러한 것으로서, 반사층(103)과의 접촉면에서 추가적인 인접밀봉표면을 포함한다.
당업자는 본 발명의 발광 장치가 도시된 도 1a의 발광 장치로부터 세부적으로 변화할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 도 1a는 다층 적층체(115)의 측면 엣지를 포함하는 장치의 영역들까지의 밀봉층(109)의 연장을 포함한다. 비록, 그 측면 엣지가 또한 다층 적층체(115)의 적층체 발광 표면(114)이 되는 것이 고려될 수 있더라도, 상기 측면 엣지를 따른 인접밀봉표면은 패터닝되지 않는다. 당업자는 인접밀봉표면들의 패터닝에 관한 설계 결정이, 예를 들어 적층체 발광 표면(114) 상에서 인접패터닝밀봉표면(113)을 가지고 결과로서 주어진 적층체 발광 표면으로부터 캡쳐될 빛의 추가적인 양과, 인접패터닝밀봉영역(117)을 배치하는 것의 어려움의 정도 및 비용 사이의 트레이드오프(tradeoff)를 포함하는 많은 고려사항에 의존할 것을 추가적으로 알 것이다.
"인접패터닝밀봉영역(proximal patterned encapsulant region)"(117)은 "인접패터닝밀봉표면(113)"으로부터 밀봉층(109) 안쪽으로 인접패터닝밀봉표면(113)에 평행하고, 오목부(112)를 여전히 통과하는 인접패터닝밀봉표면(113)으로부터 가장 먼 평면까지 연장되는 밀봉층(109) 영역이다. 밀봉층(109)의 말단 표면이 앞서 정의된 것과 동일한 방법으로, 상기 평면은 인접패터닝밀봉영역(117)의 "말단 표면"이고, 주어진 인접패터닝밀봉영역(117)의 인접패터닝밀봉표면과 말단패터닝밀봉영역 사이의 인접패터닝밀봉표면(113) 에 수직인 직선을 따라가는 거리는, "인접패터닝밀봉영역두께(proximal patterned encapsulant region thickness)(128)"이다. 인접패터닝밀봉영역(117)은 패턴에 따라 공간적으로 변화하는 유전체의 기능(dielectric function)을 가진다. 인접패터닝밀봉영역(117)의 전부, 일부 또는 전혀 없는 것은 적층체 발광 표면(114)에 광학적으로 인접한다. 만약 인접패터닝밀봉영역(117)이 적층체 발광 표면(114)에 직접 접착된다면, 일반적으로 인접패터닝밀봉영역(117)의 전부, 또는 일부는 적층체 발광 표면(114)과 광학적인 접촉을 할 것이다. 만약 높은 굴절률의 간섭층이 있다면, 인접패터닝밀봉영역(117)은 일반적으로 적층체 발광 표면(114)과 광학적인 접촉을 하지 않을 것이다. 적층체 발광 표면(114)과 인접패터닝밀봉영역(117) 사이에 위치되는 "높은 굴절률의 간섭층(intervening high refractive index layer)"(미도시)은 빛의 파장이 추출되기 위한 굴절률이, 빛의 파장이 추출되기 위한 적층체 발광 표면(114)의 굴절률에서 0.5만큼 작은 값보다 작지 않은 굴절률을 가지고, 바람직하게는 빛의 파장이 추출되기 위한 적층체 발광 표면(114)의 굴절률과 같거나 크다. 일 실시예에서, 광추출밀봉시트를 고정시키기 전에 적층체 발광 표면(114)을 가지는 LED가 그 위에 위치되는 높은 RI 상부층을 추가적으로 가질 때, 높은 굴절률의 간섭층이 형성된다.
"오목부세트(recess set)"는 필러층(125)(도 7 참조)을 도포하는 단계, 패터닝 단계(도 6 및 7 참조), 또는 필러층을 도포하고 패터닝하는 단계들의 조합 동안에 일반적으로 형성된 "오목부들(recesses)"(112)들의 세트(set)이다. 오목부세트는 단일 오목부 또는 복수의 오목부들을 함유할 수 있다. 주어진 오목부세트의 복수의 오목부들은 랜덤 또는 주기적 또는 랜덤과 주기적인 것의 조합일 수 있는 패턴을 형성하도록 상호 관련된다. 오목부세트가 단일 오목부를 함유할 때, 그 오목부는 일반적으로 하나 이상의 패터닝된 오목부벽들(111)을 가지는 연속적인 층이다. 그러나 몇몇 경우에, 단일 오목부(112)를 함유하는 오목부세트의 오목부(112)는 패터닝되지 않을 수도 있다(즉, 이것의 주요 표면들 모두에서 매끄러운 층).
"토포그래피(Topography)"는 표면의 거친 상태를 가리킨다. 예를 들어, 표면이 매끈할 수 있거나, 또는 복수개로 층진 패턴(multi-level pattern)을 가질 수 있다.
"내부오목부체적요소(inter-recess volume element)(118)"는 밀봉블럭(120)으로부터 획득된 인접패터닝밀봉영역(117)의 체적 요소이다. 내부오목부체적요소(118)는 "내부오목부필러(inter-recess filler)"를 포함한다. "내부오목부필러"는 "밀봉 물질(encapsulant material)"을 포함한다. 패터닝에 의한 오목부들(112)의 형성동안, 밀봉블럭의 매끈한 표면은 매끈한 채로 남을 수 있는데(즉, 변형되지 않을 수도 있다.), 이런 경우에, 내부오목부체적요소(118)는 존재하지 않을 것이다. 대안적으로, 밀봉블럭(120)의 표면은 변형될 수도 있는데, 이런 경우에, 밀봉물질의 일부분은 인접패터닝밀봉영역(117)의 일부가 된다. 상기 밀봉 물질에 의해 채워지는 체적은 내부오목부체적요소(118)이다.
주어진 인접패터닝밀봉영역이 하나의 오목부세트 또는 복수의 오목부세트를 함유할 수도 있다는 것을 도시하기 위해서, "제1오목부세트" 및 "제2오목부세트"가 도면들에 도시된다. 두 개의 도시된 세트들은 도면 부호들을 사용하여 구별된다(표1 참조). 제1오목부세트에 포함된 오목부 또는 오목부들(112)과 관련되는 도면 부호들은 하이픈을 넣은 숫자 접미사 "-1"을 포함하고(도 1-9 참조), 반면에 제2오목부세트에 포함된 오목부 또는 오목부들(112)과 관련되는 확인 번호들은 접미사 "-2"를 포함한다(도 7 및 8 참조). 제1오목부 및 제2오목부의 지정은 도시 목적들을 위해 만들어진다. 따라서, 주어진 인접패터닝밀봉영역은 오목부세트들의 수에 특별히 제한되지 않고 단일 오목부세트, 두 개의 오목부세트들, 세 개의 오목부세트들 또는 세 개보다 많은 오목부세트들을 포함할 수 있다는 것이 이해된다.
"오목부벽(recess wall)"(111)은 인접패터닝밀봉영역(117) 내에서 오목부(112)의 경계를 형성하는 오목부(112)의 표면이다. 오목부(112)가 인접패터닝밀봉표면(113)까지 연장되지 않을 때, 이것의 오목부벽은 상기 오목부를 둘러싸는 연속적인 경계이다. 오목부(112)가 인접패터닝밀봉표면에 위치되는 오목부개구(119)를 형성하기 위하여 인접패터닝밀봉표면(113)으로 연장될 때, 이것의 오목부벽은 상기 오목부개구에 인접한다. "제1오목부벽들(111-1)"(도 1, 2 및 6-9 참조) 및 "제2오목부벽들(111-2)"(도 8 참조)은 오목부들(112-1)의 제1세트 및 오목부들(112-2)의 제2세트에 대한 오목부벽들을 각각 도시한다. 인접패터닝밀봉영역(117)과 적층체 발광 표면(114) 사이에 위치된 "높은 굴절률의 간섭층"이 존재할 수 있다는 것은 추가로 인식될 것이다.
"오목부개구(recess opening)"(119)는 인접패터닝밀봉표면(113)에 위치되는 오목부(112)의 표면이다. 그러한 것으로서, 주어진 오목부에 대해 그 오목부의 오목부개구는 인접패터닝밀봉표면(113)에서 상기 오목부의 경계이다. "제1오목부개구들"(119-1)(도 3, 4, 5 및 8 참조) 및 "제2오목부개구들"(119-2)(도 8 참조)은 오목부의 제1세트 및 오목부의 제2세트에 대한 개구부들을 각각 도시한다.
주어진 오목부(112)에 대한 "오목부깊이(recess depth)"(129)는 인접패터닝밀봉표면(113)으로부터 연장된 수직한 직선을 따르는, 오목부벽(111-1)과의 첫번째와 마지막 마주침 사이의, 오목부 내에서의 거리이다. 주어진 오목부(112)에 대한 "최대 오목부깊이"(130)는 그것의 가장 큰 오목부깊이이다.
"측면 치수(lateral dimension)"는 인접패터닝밀봉표면(113)의 평면에 평행하게 연장되는 치수이다. 도 10에서, x치수 및 y치수는 상호 수직한 측면 치수들이다.
"패턴구조체 크기(pattern feature size)"는 복수의 오목부들이 패턴을 형성할 때, 측면 치수로 측정된 오목부의 크기이다(도 10a, 10b 및 10e 참조, x치수에서의 구조체 크기(132)). 대안적으로, "패턴구조체 크기"는 측면 치수로 측정된 단일 오목부 상의 패턴의 구조체의 크기이다(도 10c 및 10d 참조, x치수에서의 구조체 크기(132)).
"패턴주기(pattern period)"는 복수의 오목부들이 패턴을 형성할 때, 측면 치수로 측정된, 오목부들의 패턴의 반복 주기이다(도 10a, 10b 및 10e 참조, x치수에서의 주기(133)). 대안적으로, "패턴주기"는 측면 치수로 측정된, 단일 오목부 상의 패턴의 반복 주기이다(도 10c 및 10d 참조, x치수에서의 구조체 크기(132)).
"오목부필러(recess filler)"는 오목부(112) 내에 포함되는 물질이다. 오목부(112)는 단일 오목부필러로 완전히 채워질 수도 있고, 또는 둘 그 이상의 오목부필러들의 각각으로 부분적으로 채워질 수도 있다.
"커버슬립(cover slip)(127)"은, 밀봉층(109)의 말단 표면 상에 위치된 표면 및 일반적으로 공기 또는 발광 장치(100) 외부의 환경과 접촉하는 표면을 포함하는 투명한 물질의 층이다. 당업자는 발광 장치에서 커버슬립(127)의 존재는 선택적이라을 인식할 것이다.
다층 적층체(115)의 "적층체 외부 표면(exterior stack surface)"은 상기 적층체의 일부분인 표면이고, 상기 적층체는 이 표면을 넘어서 연장하지 않는다. 적층체 발광 표면(114)은 적층체 외부 표면의 일 예이다.
"광추출밀봉시트(light extraction encapsulation sheet)"는 인접패터닝밀봉영역을 가지는 밀봉층과 동일한 프리 스탠딩 시트(free standing sheet)이다. "시트(sheet)"는 발광 장치를 밀봉하기에 적당한 두께의 어떠한 필름을 의미한다. 시트의 측면(평면내에서) 치수에 특정한 제한은 없다. 일반적으로, 시트의 두께는 적어도 1마이크론, 적어도 10마이크론 또는 적어도 100마이크론 및 10,000마이크론 이하 또는 1,000마이크론 이하일 것이다. 비록 광추출밀봉시트가 다층 적층체의 적층체 발광 표면에 고정되기에 적절할지라도, 그것은 아직 상기 다층 적층체에 고정되지 않았다. 용어 "인접패터닝밀봉영역"은 나중에 다층 적층체의 적층체 발광 표면에 고정될 수도 있는 영역을 지시하기 위해 광추출밀봉시트의 패터닝된 영역에 관하여 사용된다.
"보조광전달층(auxiliary light transmitting layer)"(131)은 발광 장치(100)에 의해 방출되는 빛에 포함되기를 요구되는 다층 적층체(115) 내에서 형성된 빛의 파장과 관련하여 비흡수 또는 실질적인 비흡수를 하는 다층 적층체(115)의 선택적인 층이다. 보조광전달층(131)의 "외부 보조전달표면(exterior auxiliary transmitting surface)"은 적층체 발광 표면(114)인 상기 층의 표면이다. 도 9에 도시된 발광 장치는 하나 이상의 외부 보조전달면을 가지는 보조광전달층(131)을 포함하는 다층 적층체(115)를 가진다. 도 9에서, 이들 2개의 외부 보조광전달표면들(131)은 적층체 발광 표면(114)이고, 각각은 그 위에 위치된 인접패터닝밀봉영역(117)을 가진다. 제3외부 보조전달면도 또한 적층체 발광 표면(114)이지만, 상기 표면은 그 위에 위치된 반사표면(103)이다. 따라서, 적층체 발광 표면(114)은 그 위에 위치된 인접패터닝밀봉영역(117)을 가질 수도 있고, 또는 가지지 않을 수도 있다. 비록 밀봉된 것으로서 도 9에 도시된 두 개의 외부 보조전달표면이 두 개의 상이한 표면들처럼 보이지만, 명백히 상이한 이들 표면들은 분리될 수 있거나, 원형의 발광 장치에 대한 표면의 일부분이 될 수도 있다.
형광체를 포함하는 "형광체층(phosphor layer)"은, 광발생층(106) 내에서 발생된 빛의 주파수를 변경하기 위해 사용될 수도 있다. "형광체 호스트(phosphor host)"의 일 예는 YAG(yttrium aluminum garnet, Y3Al5O12)이다. 일반적인 형광체 에미터들(emitters)은, 예를 들어 세슘(Ce), 네오디뮴(Nd) 및 에르븀(Er)이다. YAG:Ce은 460nm의 파장을 가진 청색광에 의해 여기되고(excited), 520nm 내지 550nm의 파장을 가진 황색의 여기된 광을 발산한다. 황색의 여기된 광은 청색광과 섞이고, 그에 의해 백색광을 발생시킨다. 형광체층은 적층체 발광 표면(114)에 의해 방출되는 빛이 발광 장치를 빠져나가기 전에 상기 형광체층과 만나도록 하기 위해서 위치된다. 형광체층은 일반적으로 대략 마이크론 이상 치수의 크기를 가지는 입자를 함유한다. 만약 마이크론 크기의 형광체층이 본 발명의 적층체 발광 표면(114)을 빠져나가는 빛의 주파수를 변경하기 위해 사용된다면, 상기 마이크론 크기의 형광체층은 인접패터닝밀봉영역(117)의 말단 표면까지의 거리보다 큰 적층체 발광 표면(114)으로부터의 거리에 위치될 것이다. 형광체들은 일반적으로 희토류 원소들의 혼합물들을 포함하며, 이들의 조성 및 비율은 광발생층(106)에서 발생된 빛의 파장 및 요구되는 출력 파장에 기초하여 조정된다. 형광체의 일부 목록은 YAG:Ce; 질소화규산염:Eu; Sr-Aluminate:Eu; thiogallates; ZnS:Cu, YBO3; 및 LaBO3를 포함한다. 특정한 형광체들의 일부 목록 및 그들의 출력 파장은 (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce; SrB4O7:Eu (368nm); Sr2P2O7:Eu (420nm); BaMgAl10O17:Eu (453nm); Sr4Al14O25:Eu (490nm); Ba2SiO4:Eu(505nm); SrGa2S4:Eu(535nm); Sr2SiO4:Eu (575nm); SrS:Eu (615nm) 및 그들의 조합을 포함한다.
대안적으로, 오목부는 복수의 나노형광체들(nanophosphors)을 포함하는 오목부필러를 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 나노형광체들은 인접패터닝밀봉영역(117) 내부에 위치된다. 나노형광체들은 평균 입자 직경이 적어도 1nm; 적어도 2nm 또는 적어도 5nm; 및 50nm 이하, 30nm 이하, 20nm 이하, 10nm이하인 형광체 입자들이다.
"평탄화(planarization)"는 매끈한 표면이 인접패터닝밀봉표면의 위 또는 내부에 형성되도록 하는 어떤 방법을 가르킨다. 스핀 코팅(spin coating) 및 스퍼터링(sputtering) 기술은 평탄화를 달성하는데 유용한 방법이다. 평탄화는 또한 유체 오목부필러로 표면의 오목부들 내에 채우고 그 다음, 예를 들어 닥터 블레이드(doctor blade)로 초과분을 제거하고, 일반적으로 경화공정이 이어짐으로써 달성될 수 있다. 평탄화는 또한 연마용 패드로 달성될 수 있다.
다층 적층체(115)가 공지된 것은 당업자에 의해 인식될 것이다. 빛의 방향을 바꾸기 위한 반사층(103); 위치 및 치수상 안정성을 제공하기 위한 서브마운트(101); 서로 인접한 층들을 붙이기 위한 본딩층(102); 및 커버슬립(127)의 사용 및 배치는 장치마다 변할 것이고, 이들 중 어떤 것은 주어진 발광 장치(100)의 설계 요구에 기초를 둔 선택적이 된다는 것은 더 인식될 것이다. 더 나아가, 추가적인 층들은 다층 적층체(115) 내에 포함될 수 있다. 이들의 추가적인 층들은, 금속성의 전극들, 인듐주석산화물("ITO")로부터 만들어진 투명한 전극들, 및 형광체층들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.
발광 장치(100)가 본 발명의 발광 장치의 도시이고, 그와 같은 장치가 실질적으로 설계의 세부사항에서 변화할 수 있다는 것은 당업자에게 더 인식될 것이다.
밀봉층(109)의 인접패터닝밀봉표면(113)은 패턴내에 배열된 제1오목부 또는 제1오목부들(112-1)로 톱니모양이 된다. 패턴은 주기적인 패턴, 랜덤 패턴, 또는 주기적 및 랜덤 패턴의 조합이 될 수 있다. 패턴이 주기적일 때, 패턴은 인접패터닝밀봉표면(113)을 따라 제1치수; 인접패터닝밀봉표면(113)을 따라 제1치수에 수직한 제2치수; 인접패터닝밀봉표면(113)에 수직한 제3치수; 또는 어떤 조합으로 주기적일 수 있다. 즉, 패턴이 하나, 둘, 또는 세 개의 치수로 주기적일 수 있다. 제1오목부(112-1)는 규칙적인 형상 또는 불규칙적인 형상을 가질 수 있다. 인접패터닝밀봉영역(117)이 복수의 제1오목부(112-1)를 포함할 때, 이들 제1오목부들 모두는 크기 및 형상에서 동일할 수 있거나, 또는 각각의 제1오목부들은 크기, 형상, 또는 둘 모두에 있어서 변화할 수 있다. 제1오목부 형상이 둘 이상의 규칙적인 형상으로부터 선택되고, 상기 패턴이 주기적인 패턴일 때, 특정한 규칙적인 형상을 가지는 제1오목부는 다른 형상을 가지는 제1오목부들에 대해 주기적인 관계를 가지거나 가지지 않을 수도 있는 주기적인 "서브패턴(subpattern)" 내에 분포될 수 있다. 대안적으로, 제1오목부 형상이 둘 이상의 규칙적인 형상들로부터 선택되고, 상기 패턴이 주기적인 패턴일 때, 특정한 규칙적인 형상을 가지는 제1오목부들은 랜덤 "서브패턴(subpattern)" 내에 분포될 수 있다. 본 발명의 제1오목부의 제1오목부 형상은 또한 주기적 또는 랜덤 패턴에 따라 불규칙적이고 순환적일 수 있다. 제1오목부 형상이 둘 이상의 불규칙적인 형상으로부터 선택될 때, 이들의 제1오목부들에 의해 형성된 패턴은 주기적 패턴이고, 특정한 불규칙한 모양을 가지는 제1오목부들은 주기적 또는 랜덤 서브패턴 내에 분포될 수 있다. 추가적으로, 규칙적인 형상을 가지는 제1오목부들은 랜덤 또는 주기적인 패턴을 형성하기 위해 불규칙적인 모양을 가지는 제1오목부로 흩뜨려 질 수 있고, 이것은 그 자체가 특정한 모양을 가지는 제1오목부들에 의해 형성된 서브패턴들을 포함한다. 더 나아가, 동일한 제1오목부 모양을 가지지만 크기는 다른 제1오목부들은, 인접패터닝밀봉표면에서 존제할 수 있다.
도 3a, 3c, 3d 및 도 5a-5e에 의해 도시된 패턴들은 인접패터닝밀봉표면(113)에 대하여 도시하는 주기적 패턴의 일부 그룹이다. 도 3b에 의해 도시된 패턴은 랜덤 패턴을 도시한다. 제1오목부들 및 제1오목부 형상과 크기들의 어떠한 패턴 타입도 결과적인 광추출의 효율 및 패턴을 형성하는 것의 용이성과 같은 고려에 기초하여 선택될 수 있다.
유사하게, 어떠한 제1오목부 형상도 결과적인 광추출의 효율 및 제1오목부를 형성하는 것의 용이성과 같은 고려에 기초하여 선택될 수 있다. 도 2a-2c, 2e, 및 2f에 의해 도시된 제1오목부들은 규칙적인 형상들을 갖는데, 반면 도 2d에 의해 도시된 제1오목부들은 랜덤 형상들을 갖는다. 도 2a-2f의 제1오목부 형상들은 대표적인 제1오목부 형상들의 일부 그룹이다. 도 4a, 4c, 4e. 및 4g(측면도)는 규칙적인 제1오목부 형상들을 예시한다. 도 4b, 4d, 4f, 및 4h는 각각, 인접패터닝밀봉표면에서 도 4a, 4c, 4e, 및 4g의 제1오목부들(112-1)의 제1오목부개구들(119-1)을 각각 도시한다.
본 발명의 발광 장치의 적층체 발광 표면(114)은 패터닝되지 않은 표면 또는 패터닝된 표면일 수 있다. 적층체 발광 표면(114)이 패터닝될 때, 패턴은 인접패턴밀봉층(109)을 위해 여기에 개시된 패턴들 중 어떤 것으로부터도 편리하게 선택될 수 있다. 적층체 발광 표면(114)은, 예를 들어, 레이저 절제(laser ablation)를 이용하여 패터닝될 수 있다. 본 발명의 적층체 발광 표면이 패턴닝될 때, 인접패터닝밀봉영역(117)의 패턴을 적층체 발광 표면(114) 패턴과 함께 정렬시키는 것이 바람직하거나 바람직하지 않을 수도 있다. 높은 굴절률의 간섭층(미도시)은 적층체 발광 표면(114) 상에 추가적으로 위치될 수 있다. 높은 굴절률의 간섭층은 그것의 측면 표면들 중 어느 한쪽 상에서 매끈하게 되거나 패터닝될 수 있다. 높은 굴절률의 간섭층은, 예를 들어 다층 적층체(115), 서브마운트(101), 또는 높은 RI 오목부필러의 준비를 위해 여기에 개시된 높은 RI 물질의 타입 중 어떤 것을 사용하여 적층체 발광 표면(114) 상에서, 예를 들어 에피택시하게(epitaxially) 성장할 수 있다. 높은 굴절률의 간섭층은 대안적으로 또는 추가적으로 높은 RI 본딩물질을 포함할 수 있다(하기 참조).
"미세 테일(evanescent tail)"은 광발생층(106)에 의해 일반적으로 발생되는 광파의 광학적 필드의 일부분이고, 이것은 광학적인 접촉거리 내에 있는 적층체 발광 표면(114)으로부터 일정 거리에서 다층 적층체(115)의 외부에만 존재한다. 본 발명의 인접패터닝밀봉영역(117)의 일부분이 적층체 발광 표면(114)과 광학적인 접촉을 할 때(일반적으로 50nm 이내), 인접패터닝밀봉영역(117)은 미세 테일로부터 광을 캡쳐하기 위해 설계된다.
빛의 주어진 파장에 대하여, "광학적인 접촉 거리(optical contact distance)"는 적층체 발광 표면(114)에 수직한 직선을 따라 적층체 발광 표면(114)에서 시작하여 적층체 발광 표면(114)과 더 이상 광학적인 접촉을 하지 않는 상기 직선을 따라 제1지점까지 인접패터닝밀봉영역(117) 내로 연장되는 거리아다. 상기 직선은 "광학적인 접촉 측정선(optical contact measurement line)"이다. 광학적인 접촉 거리는 방정식 1에 의해 주어진다.
여기서, λ는 적층체 발광 표면(114)으로부터 방출된 빛의 파장; n2는 적층체 발광 표면(114)을 가지는 층(예를 들어, n도핑층(107))의 굴절률; 및 n1은 오목부필러 및 내부오목부필러의 평균 굴절률이다. 광학적인 접촉 거리는 파장 λ에 종속적이기 때문에, 인접패터닝밀봉영역(117)과 광학적인 접촉을 하며, 파장 λ의 폭에 따르는, 광학적인 접촉 거리의 범위 d의 범위의 폭과 함께, 주어진 광학적인 접촉 측정선을 따라가는 복합의 접촉 거리 d가 존재할 것이다. 광학적인 접촉 거리 d는 파장 λ의 증가와 함께 증가한다. 오목부필러 또는 내부오목부필러의 굴절률이 주어진 광학적인 접촉 측정선을 따라 마주치게 될 때, 굴절률 n1은 그 직선을 따라 마주치는 물질들의 굴절률들의 가중되는 평균거리이다. 주어진 파장 λ에 대하여, 광학적인 접촉 거리 d는 n2-n1의 차이가 증가함에 따라 감소한다. 표 2는 방정식 1에 따라 광학적인 접촉 거리 d에 대하여 계산된 값을 목록으로 만든 것이다. 표 2의 계산값에서 사용하기 위해 선택된 파장들은 자외선 근처(200nm-400nm), 가시광(400nm-800nm), 및 적외선 근처(800nm-2000nm)와 관련되는 파장을 분류하였다. 굴절률 값 n1 및 n2는 본 발명의 발광 장치의 구성 물질에서 일반적으로 마주치는 값들의 범위를 표현한다.
[표 2] 방정식 1에 따라 계산된 광학적인 접촉 거리
| λ,nm | 200 | 400 | 800 | 2000 | ||||||||
| n1 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
| n2 | 3.5 | 2.5 | 2.5 | 3.5 | 2.5 | 2.5 | 3.5 | 2.5 | 2.5 | 3.5 | 2.5 | 2.5 |
| d,nm | 9 | 16 | 21 | 19 | 32 | 42 | 38 | 64 | 85 | 95 | 159 | 212 |
"굴절률(refractive index)" "n"은 매질에서의 빛의 속도와 진공 매질에서의 빛의 속도의 비율이다. 물질에서 빛의 속도는 c/n으로 주어지되, c는 진공에서 빛의 속도이다.
주어진 빛의 파장 λ에 대하여, 만일 광학적인 접촉 측정선을 따라 적층체 발광 표면(114)으로부터 한 지점까지의 거리가 광학적인 접촉 거리보다 크지 않다면, 다층 적층체(115) 외부의 상기 지점은 적층체 발광 표면(114)에 "광학적인 근접(optical proximity)"한다.
오목부세트는 오목부필러를 포함하는 하나 이상의 오목부들의 세트이다. 제1오목부세트는 하나 이상의 제1오목부들을 포함하되, 제1오목부들은 제1오목부필러를 포함한다. 제2오목부세트는 하나 이상의 제2오목부들을 포함하되, 제2오목부는 제2오목부필러를 포함한다. 본 발명의 인접패터닝밀봉영역은 굴절률이 적어도 0.001, 적어도 0.01, 적어도 0.1, 또는 적어도 0.5 및 3.0 이하, 2.5 이하, 1.5 이하, 1.0 이하, 또는 0.8 이하만큼 적어도 하나의 제2오목부필러 및 내부오목부필러와 다른 적어도 하나의 제1오목부필러를 포함한다.
"임프린팅(imprinting)"은 복수개로 층진 패턴 내에 배열된 표면 상에 구조체들을 가짐으로써 필름상에 릴리프 패턴을 형성하는 몰드(mold)를 사용하여 필름을 톱니형상을 내는 공정이다.
"나노임프린팅(nano-imprinting)"은 적어도 하나의 구조체 크기가 일반적으로 200nm 이하로 임프린팅하는 것이다.
"위치인덱스(positioning index)"는 발광 장치, 발광 장치의 층, 발광 장치의 층의 표면, 또는 조립하는 동안 발광 장치의 위치에 대하여 사용된 "조립 스테이지(assembly stage)"의 위 또는 내의 참조 지점(reference point)이다. 실제로, 위치인덱스는 어디에라도 위치될 수 있는데, 발광 장치를 조립하는 동안에 요구되는 위치상의 관계를 확인하기 위한 참조 위치로써 공급할 것이다. 하나 이상의 위치인덱스는, 예를 들어 요구되는 위치상의 관계가 적층체 발광 표면(114)과 인접패터닝밀봉영역(117) 사이 및 인접패터닝밀봉영역(117) 내부의 패턴들 중에서 달성되는 것을 확실히 하는 것에 대해 신뢰될 수 있다.
"밀봉블럭(encapsulant block)"(120)은 인접패터닝밀봉영역(117)을 가지는 밀봉층의 형성동안 패터닝되는 밀봉 물질의 한 블록이다. 밀봉블럭(120)의 치수들에 대한 특정한 제한은 없다. 밀봉블럭(120)은, 예를 들어 단일 발광 장치(100)의 밀봉막 형성을 위한 또는 그와 같은 장치의 배열의 밀봉막 형성을 위한 적절한 길이, 폭 및 두께를 가질 수 있다. 밀봉블럭(120)은, 추가적으로 프리 스탠딩 필름의 형상이 될 수도 있다. 그와 같은 프리 스탠딩 필름은, 예를 들어 발광 장치를 밀봉에 대하여 마지막 도포를 위해, 또는 프리 스탠딩 밀봉블럭 필름의 길이와 유사한 길이를 가지는 발광 장치의 배열에 공급되기 위해, 롤(roll) 내부로 롤링하기에 적합한 것과 같은 길이를 가질 수 있다. 밀봉블럭(120)은, 밀봉 물질의 초과분 이동, 제1오목부필러, 및/또는 제2오목부필러를 제거하기 위하여, 예를 들어 평탄화되거나 그렇지 않으면, 치수적으로 수정될 수 있고, 밀봉층(109)으로 변환 전, 중 또는 후에 더 작은 밀봉블럭들로 쪼개지거나 그렇지 않으면, 분리될 수 있다. 용어 "인접밀봉블럭표면(proximal encapsulant block surface)"이 사용될 때, 비록 밀봉블럭면이 일반적으로 밀봉블럭면의 변경동안 특정한 적층체 발광 표면(114)에 붙여지지 않더라도, 명확하게 지향되지도 않는다는 것은 이해될 것이다. 따라서, 밀봉블럭(120)의 표면을 고려한 "인접(proximal)"의 사용은 인접패터닝밀봉표면(113)으로 변환될 표면이거나 변환되고 있는 표면으로서 그 표면을 간단히 확인한다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 밀봉블럭의 밀봉 물질 중 일부 또는 전부는 패터닝된 후에 제거된다. 밀봉 물질의 전부가 제거될 때(예를 들어, 밀봉 물질이 "배출제(release agent)"로서 활동할 때), 하나 이상의 오목부들의 말단 표면은 밀봉층의 말단 표면이 된다.
"패터닝몰드(patterned mold)(122)"는 "몰드피크(mold peak)"("피크(peak)")를 가지는 몰드돌출부(124)를 가지는 "몰드패터닝표면(123)"을 가진다. 몰드돌출부(124)가 "몰드밸리(mold valley)"("밸리(valley)")를 가지는 "몰드 오목부(mold depression)"를 동반한다는 것은 이해될 것이다. 패터닝몰드(122)가 밀봉블럭(120), 또는 제1오목부, 제2오목부, 또는 둘 모두로 코팅된 블록(밀봉블럭(120))과 접촉할 때, 몰드표면(123) 상에서 돌출부 및 오목부의 결합은 "몰드 패턴(mold pattern)"을 정의한다.
인접패터닝밀봉영역(117)은 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전체의 기능을 가지고, 부재의 어떤 높은 굴절률의 간섭층은 다층 적층체(115)의 적층체 발광 표면(114)(이것은 도 1에서 n도핑층(114)이다)에 광학적으로 근접해 있다. 어떤 특정한 이론에 의해 범위를 정하는 바램없이, 적층체 발광 표면(114)에 광학적으로 근접하는 인접패터닝밀봉영역(117)의 존재가 다층 적층체(115) 내에 존재하는 빛이 밀봉층(109) 내부로 향하는 효과를 가진다는 것은 믿어진다. 패턴에 따라 공간적으로 다양하게 변하는 유전체 기능의 영역(117) 내에서의 존재는, 예를 들어 n도핑층(107)(높은 굴절률)에 포함되는 빛이 사라지는 꼬리로부터 빛의 캡쳐 및 밀봉층(낮은 굴절률)으로 그 빛의 안내를 촉진한다는 것이 믿어진다. 인접패터닝밀봉영역(117)이 패턴에 따라 공간적으로 다양하게 변하는 유전체의 기능을 가진다는 것은 필연적이고, 빛이 밀봉층(109) 내부로 흩뜨려지고 밀봉층(109)의 말단 표면을 향해 가이드되며, 이에 의해 발광 장치(100)의 효율을 증가시킨다.
다층 적층체(115)가 무기물일 때, 요구되는 방출 파장에 따라 다양한 물질들로부터 만들어질 수 있다. 그러한 물질들의 일부 리스트는 GaN, AlGaInN, GaAsP, GaP, AlGaAs/GaAs, AlGaInP/GaAs, AlGaN, GaInN, 및 ZnO를 포함한다. 광방출(light emission)은 광발생층 내에서 일어나고, 이곳에서 정공들과 전자들의 재결합이 광방출로 귀결된다. 다층 적층체가 위에서 성장하는 기판들(substrates)은, GaAs, GaN, SiC, 및 사파이어(sapphire)를 포함한다. 층들의 성장은 일반적으로 상승된 온도에서 금속 유기 화학적 증착물(MOCVD)에 의해 달성된다. 미국 특허 명세서 2005/0141240 A1은 무기물의 다층 적층체의 준비를 개시한다.
도 1 및 도 2에 도시된 다층 적층체(115)는 무기물이다. 그러나, 다층 적층체(115)는 유기물이거나 중합체 유기물일 수도 있다. 유기물의 발광 장치들(OLEDs) 및 중합체 유기물의 발광 장치(POLEDs)는 일반적으로 애노드(예를 들어, 인듐주석산화물(ITO)); 전도 중합체 층 또는 작은 분자 전도 층; 방사성의 중합체 또는 방사성의 작은 분자 층; 및 캐소드(예를 들어, Ba/Ca/Al)를 포함한다. 캐소드는 광방사중합체(light emissive polymer) 내부로 전자들을 주입하며, 애노드는 전도 중합체 층 내부에 정공들을 주입한다. 정공들 및 전자들이 결합할 때, 빛이 방출된다. 전도중합체들의 일부 리스트는 폴리아닐린 및 폴리에틸렌디옥시티오펜을 포함한다. 방사성의 중합체들의 예는 폴리페닐렌비닐렌 및 폴리플루오렌을 포함한다. 정공 수송에 적합한 작은 분자들의 예는 금속 프탈로시아닌 및 아릴아민을 포함한다. 방사성층에 적합한 작은 분자들의 예는 금속 킬레이트, 디스티릴벤젠, 및 형광성의 염료들을 포함한다. 추가적으로, 이것은 풀러린들과 같은 전하 전송 분자를 더하는데 유리하다.
반사층(103)은, 예를 들어 Ag, Al, 및 Au를 포함하는 금속성의 층일 수 있다. 대안적으로, 반사층(103)은 주기적인 유전체의 거울 상에서 먼저 부딪치는 방향으로부터 그 방향의 산란광이 뒤쪽으로 작용하는 높고 낮은 굴절률층들인 절연성의 반사층들의 주기적인 배열일 수 있다. 블래그 미러(Bragg mirror)는 주기적인 절연성의 거울의 한 예이다.
파장의 범위가 200-400nm의 빛의 추출은, 패턴의 구조체가 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 구조체 크기를 적어도 5nm, 적어도 10nm, 적어도 20nm, 또는 적어도 30nm 및 5,000마이크론 이하, 100마이크론 이하, 10마이크론 이하, 500nm 이하, 200nm 이하, 100nm 이하, 또는 50nm 이하 중에서 가질 때, 유리하게 달성될 수 있다. 파장의 범위가 400-800nm의 빛의 추출은, 패턴의 구조체가 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 구조체 크기를 적어도 10nm, 적어도 20nm, 적어도 40nm, 또는 적어도 60nm; 및 5,000마이크론 이하, 100마이크론 이하, 10마이크론 이하, 1000nm 이하, 300nm 이하, 150nm 이하, 또는 80nm 이하 중에서 가질 때, 유리하게 달성될 수 있다. 파장의 범위가 800-1000nm의 빛의 추출은, 패턴의 구조체가 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 구조체 크기를 적어도 25nm, 적어도 50nm, 적어도 100nm, 또는 적어도 200nm; 및 5,000마이크론 이하, 100마이크론 이하, 10마이크론 이하, 500nm 이하, 2000nm 이하, 1000nm 이하, 500nm 이하, 또는 300nm 이하 중에서 가질 때, 유리하게 달성될 수 있다.
최대 오목부깊이(130)는 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 구조체 크기들에 대해 주어진 상기의 범위 이내에서 분류될 수 있다. 그러나, 최대 오목부깊이가 최대 오목부깊이의 가장 두꺼운 지점에서 밀봉층(109)의 두께보다 클 수 없고 다른 최대 오목부깊이(130)로 특정한 제한이 있는 것은 아니다. 따라서, 최대 오목부깊이(130)는 일반적으로 적어도 25, 적어도 50, 또는 적어도 100nm; 및 10,000마이크론 이하, 1,000마이크론 이하, 100마이크론 이하, 10마이크론 이하, 또는 2마이크론 이하일 것이다.
본 발명의 패턴은 랜덤 또는 주기적일 수 있다. 패턴이 주기적일 때, 패턴은 x치수, y치수, 및 z치수 중에서 적어도 하나에서 주기적일 수 있다. 파장의 범위가 200-400nm의 빛의 추출은, 주기적인 패턴이 적어도 하나의 측면 치수(예를 들어, 도 10에서 x치수에서의 주기(133) 및 y치수에서의 주기(135))에서 적어도 10nm, 적어도 50nm, 적어도 70nm, 또는 적어도 100nm; 및 5,000마이크론 이하, 100마이크론 이하, 10마이크론 이하, 500nm 이하, 375nm 이하, 300nm 이하, 또는 200nm 이하의 주기를 가질 때, 유리하게 달성될 수 있다. 파장의 범위가 400-800nm의 빛의 추출은, 주기적인 패턴이 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 적어도 20nm, 적어도 100nm, 적어도 140nm, 또는 적어도 200nm; 및 5,000마이크론 이하, 100마이크론 이하, 10마이크론 이하, 1000nm 이하, 750nm 이하, 600nm 이하, 또는 400nm 이하의 주기를 가질 때, 유리하게 달성될 수 있다. 파장의 범위가 800-2000nm의 빛의 추출은, 주기적인 패턴이 적어도 하나의 측면 치수(예를 들어, 도 10에서 x치수에서의 주기(133) 및 y치수에서의 주기(135))에서 적어도 50nm, 적어도 2000nm, 적어도 280nm, 또는 적어도 400nm; 및 5,000마이크론 이하, 100마이크론 이하, 10마이크론 이하, 2000nm 이하, 1875nm 이하, 1500nm 이하, 또는 1000nm 이하의 주기를 가질 때, 유리하게 달성될 수 있다.
"밀봉 물질(encapsulant material)"은 빛의 파장이 통과할 수 있는 어떠한 물질일 수 있다. 밀봉 물질의 일부 리스트는 폴리페니실록산과 같은 폴리실록산, 다른 폴리아릴실록산, 폴리(아릴옥시아릴)실록산, 및 폴리(아릴티오아릴)실록산, 폴리실릴 벤젠, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 및 다른 폴리(알킬(메트)아크릴레이트), 폴리카보네이트, 실크릭 올레핀 공중합체, 비결정의 PET, 폴리이미드, 폴리포스파젠, 폴리아미드, 폴리설폰, 폴리페닐 설폰, 폴리에테르 설폰, 폴리카보란, 폴리 아담만탄, 및 그들의 공중합체를 포함한다. 적합한 밀봉 물질은 아래에 개시된 경화된 B-스테이징 광학물질(B-stage optical material)들을 포함한다. 이들의 경화된 B-스테이징 물질들은 밀봉 물질 또는 오목부, 또는 그 둘 모두일 수 있다. 경화된 B-스테이징 광학물질 내의 "세공(pore)"("나노-정공(nano-hole)")의 분포는 균일할 수 있다(예를 들어, 공극률("세공 크기(pore volume)")은, 경화된 B-스테이징 광학물질의 전체에 걸쳐서, 같거나, 또는 사실상 같다). 대안적으로 세공들의 분포는 인접하는 오목부들의 시리즈에서 불연속적으로 다양하게 변할 수 있거나(예를 들어, 추출된 빛의 파장에 기초한, 굴절률이 적어도 0.01단위로 다양함) 또는 연속적일 수 있다(예를 들어, RI가 평탄하게 다양한 곳에서 굴절률의 변화의 영역들을 가짐). 적합한 연속적인 굴절률 변화의 일 예는 10nm당 1체적백분율(volume percent)보다 크지 않은 비율에서, 인접패터닝밀봉표면(113)으로부터 물러나는 1체적백분율에서부터 90체적백분율까지 연속적으로 감소된 세공들의 밀도 중에서 하나 일 수 있다. 이 예에 대하여, 공극률(세공 크기) 변화의 그 비율은 10nm당 0.004 이하의 굴절률로 다시 표현할 수 있다. 밀봉 물질의 밀도는 적어도 0.03, 적어도 0.05, 적어도 0.1, 적어도 0.2, 또는 적어도 0.5 g/cc; 및 3.0 이하, 2.0 이하, 1.5 이하, 또는 1.2g/cc 이하이다.
본 발명의 "오목부필러(recess filler)"는 다층 적층체(115) 내에서 발생된 빛의 파장이 통과할 수 있는 어떤 물질일 수 있다. 상기 다층 적층체는 추출되고, 요구되는 발광 장치를 위한 설계 명세서가 충족되는 방법과 같이, 물질이 오목부들을 채우기 위해 제조될 수 있도록 공급하기를 요구된다. 오목부필러와 같은 적합한 중합체들의 일부 목록은 n이 1.4 이하이고 포로겐들을 포함하는 실세스퀘옥산중합체; n이 1.05 내지 1.4를 가지는 B-스테이징 실세스퀘옥산중합체; 폴리페니실옥산과 같은 폴리실옥산, 다른 폴리아릴실옥산, 폴리(아릴옥시아릴)실옥산, 및 폴리(아릴티오아릴)실옥산, 폴리실릴벤젠, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴르카보네이트, 실크릭 올레핀 공중합체, 비결정의 PET, 폴리이미드, 폴리포스파젠, 폴리아미드, 폴리설폰, 폴리페닐 설폰, 폴리에테르설폰, 폴리카보란, 폴리아다마탄, 및 그들의 공중합체를 포함한다. 오목부필러가 폴리실옥산일 때, 상기 폴리실옥산은 페닐 또는 다른 아로마틱 그룹들의 높은 함유량을 가질 수 있다. 상기 폴리실옥산은 추가적으로 메탈 옥사이드와 같은 무기물질을 포함할 수 있고, 이 메탈 옥사이드는 혼성중합되거나 또는 입자들을 포함하는 메탈로서 존재할 수 있다. 적합한 오목부필러는 추가적으로 ZnS, ZnSe, TiO2, GaP, GaAs, InGaP, GaN, CdS, CdTe, ZnTe, Si, 및 Ge를 포함하는 일부 실례의 목록의 무기물질일 수 있다. 적합한 오목부필러는 또한 칼코겐나이드글라스, 포스페이트글라스, 및 플린트글라스와 같은 높은 굴절률 글라스일 수도 있다. 이들 높은 굴절률 글라스들은, 예를 들어, Pb, La, Nb, 및 Ba를 포함한다. 이들 무기물의 오목부필러들은, 메탈 유기물의 증착물(MOCVD), 물리적 증착물(PVD), 수소화물 증기 위상 에픽택시(HVPE), 원자층침착물(ALD), 낮은 용융점 글라스들의 사용, 및 졸겔(sol-gel) 기술과 같은, 당업계에 알려진 다양한 기술들에 의해 밀봉표면들 및 오목부벽들 위에 퇴적될 수 있다. 오목부필러의 밀도는 적어도 0.03, 적어도 0.05, 적어도 0.1, 적어도 0.2, 또는 적어도 0.5 g/cc; 및 7.0 이하, 5.0 이하, 3.0 이하, 2.0 이하, 1.5 이하, 또는 1.2g/cc 이하이다.
본 발명의 오목부필러로써 유용한 "광접착제(optical adhesive)"는, 매우 낮은 인접패터닝밀봉영역의 준비 및/또는 적층체 발광 표면에 상기 영역의 접착하는 동안 표면에 공급될 수 있는 점성도(viscosity)(전형적으로 최대 100센티푸아즈(centipoises))를 가지는 어떤 유체 물질이다. 광접착제는 10nm 이하의 두께를 가지는 필름을 형성할 수 있어야 한다. 광접착제는 몇몇 수단들에 의해, 예를 들어 열, 또는 자외선의 공급을 통해 중합 및 교차결합을 포함하여 경화될 수 있어야 한다. 열이 공급될 때, 열개시제(thermal initiator)(예를 들어, 과산화물(peroxide), 또는 아조 개시제(azo initiator))는 광접착제 내에 존재할 수 있다. 자외선이 공급될 때, 벤조페논과 같은 감광제가 존재할 수 있다. 광접착제의 일부 목록은 Norland(뉴저지주 클랜버리(Cranbury, New Jersey))로부터 입수할 수 있는 것들과 같은 알킬 (메트)아크릴레이트 모노머를 포함한다. 일 실시예로서, 광접착제는 인접패터닝밀봉영역(117)의 연속적인 오목부인 오목부필러층으로서 공급될 수 있고, 적층체 발광 표면(114) 상에 직접 퇴적된다. 다른 일 실시예로서, 광접착제는, 인접패터닝밀봉영역의 형성 동안, 인접패터닝밀봉영역(117)의 패턴면에 상기 광접착제가 상기 표면 내에 오목부들을 채울 정도로 공급된다. 여분의 광접착제는, 광접착제인 오목부필러를 포함하는 오목부들을 가지는 오목부세트를 남기는 상기 표면으로부터 그 다음 제거된다. 이 경우, 광접착제는 인접패터닝밀봉표면(113) 내의 오목부개구(119)에 존재하며, 그에 의해 적층체 발광 표면(114)에 인접패터닝밀봉영역(117)을 접착할 수 있다.
광학적인 접촉(또한, 그 결과, 두 개의 미디어 사이에 손실된 낮은 빛)에 대하여 필요한 접착의 필수 단계의 자세한 사항들은 J. Haisma, G.A.C.M. Spiering, Mat. Sci. Eng. R(2002), Vol 37, pp. 1-60이 있다.
당업자는 접착물질의 굴절률이 광방출층(light emitting layer)의 굴절률, 또는 광방출층과 접착면 사이에 어떤 간섭층의 굴절률이 본딩 물질의 굴절률에 근접하는 것처럼, 높은 굴절률 LED 적층체로부터 본딩층을 통한 광전송의 상당한 손실없이, 본딩층의 두께가 10nm, 30nm, 또는 50nm조차도 넘어서 증가할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 더 높은 RI 접착물의 종류들은 알려져 있다. 접착물에 기초한 졸겔(sol-gel)은 미국 특허 제5516388호에 개시된 것과 같이 접착을 위해 사용되어 왔다. 미국 특허 제5516388호에서, SiO2, TiO2, HfO2, YO2, 또는 Al2O3의 다양한 졸겔 전구제(precursor)들은 글라스, 메탈, 또는 반도체와 같이 표면의 접착을 실행하기 위해 사용될 수 있다는 것이 개시된다. 이들 접착물은 유기물에 기초한 접착물보다 굴절률에서 더 높은 이점을 가지고 있다. 더구나 유체에 기초한 물질들의 매우 얇은 층들은 뛰어난 광학적인 결합을 생산하기 위해 사용(<50nm)될 수 있다.
미국 특허 제7053419B1호는 접촉을 통해 두 표면을 함께 접착하는 많은 방법을 개시하는데: 그것은 열압착(thermocompression), 냉간용접(cold-welding), 보조산화물(oxide assisted), 또는 다른 접착 기술들이다. 명세서는 또한 빛이 층들 사이에 결합할 수 있기 위해서 두께가 50nm 이하일 때의 중합 접착물들(polymeric adhesives)을 상술한다. 미국 특허 제6709883호는 LED 표면에 렌즈(lens)를 접착하 기 위해 BCB(B-staged bisbenzocyclobutene) 또는 에폭시 수지의 사용을 언급한다. 미국 특허 제662950호는 접착물층으로써, 스핀-온-글라시스(spin-on-glasses)(일반적으로 SiO2 졸 전구제), 실리콘, 또는 폴리이미드를 언급한다. 이들의 낮은 RI 접착물들은, 만약 접착물 두께가 50nm 이하라면, 뛰어난 광학적인 결합의 결과를 가져올 것이다.
높은 굴절률 본딩층을 생산하는 졸겔 전구제의 실례가 되는 일부 목록은, Si(OCH3)4, Si(OC2H5)4, Si(i-OC3H7)4, 및 Si(t-OC4H9)4와 같은 실리콘 테트라알콕사이드; ZrSi(OCH3)4, Zr(OC2H5), Hf(OC2H5)4, VO(OC2H5)3, Nb(OC2H5)5, Ta(OC2H5)5, Si(OC4H9)4, Al(OCH3)3, Ti(OCH3)4와 같은 단일 알콕사이드; La[Al(iso-OC3H7)4]3, Mg[(Al(iso-OC3H7)4)2, Ni[Al(iso-OC3H7)4]2, Ba[Zr2(C2H5)9]2, (OC3H7)2Zr[Al(OC3H7)4]2와 같은 이중 메탈 알콕사이드; 및 메탈의 셋 또는 그 이상의 종류들을 포함하는 폴리메탈 알콕사이드를 포함한다.
접착을 위해 사용되는 메탈 알콕사이드 용액은 적합한 용매로서, 다음의 전구제들을 포함한다: 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라이소프로폭시실란, 테트라(t-부톡시)실란, Zr(OMe)4, Zr(OEt)4, Zr(OBu)4, Hg(OEt)4, Hf(OBu)4, 듀퐁(Dupont)으로부터 TyzorTM(티타늄의 다양한 알콕사이드). Ti, Zr, Si, Hf, V, Nb, Ta, Al, Mg, La, 및 다른 적합한 투명하거나 또는 대부분 투명한 메탈옥사이드의 일반적인 알콕사이드 전구제들로서 사용될 수 있다. La[Al(i-PrO)4]3, 또는 폴리메탈알콕사이드 화합물과 같은 이중 메탈알콕사이드도 또한 사용된다. 낮은 분자 중량의 아민, 카복시레이트, 베타-디케톤(아세틸아세토네이트, acac), 등과 같이 그룹을 남기는 다른 휘발성 물질(volatile)은 가수분해될 수 있는 메탈 옥사이드 전구제를 공급하기 위해 적합한 메탈원자와 함께 사용될 수 있다. 실례로, Ti(acac)2가 사용될 수 있다.
본 발명의 오목부필러는 추가적으로 미국 특허 제6,967,222호에 개시된 낮은 굴절률 "B-스테이징 광학물질"일 수도 있다. 경화된 광학물질은, a) 복수 개의 포로겐 분자들 및 B-스테이징 광학물질의 결합; b) 최소한 부분적으로 경화된 B-스테이징 광학물질; c) 최소한 부분적으로 제거되는 복수 개의 포로겐 분자들; 및 d) 광학물질을 통해 빛을 전송하기 위한 경로의 규정에 의해 준비된다. 포로겐 분자들은 전형적으로 교차결합되지만, 만약 그들이 B-스테이징 광학물질에 의해 팽창되면 그들이 교차결합되지 않을 수도 있다. 포로겐 분자들의 평균 분자 직경은 적어도 1nm, 적어도 2nm, 또한 적어도 5nm; 및 50nm 이하, 30nm 이하, 20nm 이하, 또는 10nm 이하이다. 용어 "포로겐"은 중합체 물질 또는 광학물질 내에서 분산되는 분자인 세공을 형성하는 물질을 가르키며, 그 후에 절연성 물질 내에서 세공들(pores), 공간들(voids), 또는 자유 체적(free volume)을 생성하기 위해 제거된다. 따라서, 용어 "제거할 수 있는 프로겐", "제거할 수 있는 중합체" 및 "제거할 수 있는 분자(removable particle)"는 여기서 교환하여 사용된다. "세공"은 고체 물질 내에서 진공 또는 가스충전체적요소(gas-filled volume element)를 가르킨다. 그러한 세공들은 다양한 모양들을 가질 수 있다. 용어 "세공", "공간", 및 "자유 체적"은 여기서 교환하여 사용된다. 용어 "B-스테이징(B-staged)"은 경화되지 않은 물질들을 가르킨다. "경화되지 않은(uncured)"은 코팅, 또는 필름과 같은 높은 분자의 중량 물질, 또는 오목부필러를 형성하기 위하여 액화에 의해서와 같이 중합되거나 또는 경화될 수 있는 물질인 어떤 물질을 의미한다. 그러한 B-스테이징 물질은 모노머릭, 마크로모노머릭, 올리고머릭 또는 그들의 혼합물일 수 있다. B-스테이징 물질은 추가적으로 모노머, 마크로모노머, 올리고머, 또는 모노머와 올리고머의 혼합물과 함께 중합체 물질의 혼합을 포함하기 위해 의도된다. "광학 매트릭스 물질" 또는 "광학물질(optical material)"은 사용되는 파장이 광학적으로 통과할 수 있는 물질을 가르킨다. "경화성 B-스테이징 광학물질(curable B-staged optical material)"은 아직 경화되지 않은 B-스테이징 광학물질이다. "경화된(cured) B-스테이징 광학물질"은 B-스테이징 광학물질의 경화로부터 귀결된 물질이다.
오목부필러는 오르가노 폴리실리카 레진(organo polysilica resin)인 B-스테이징 광학물질이 될 수 있다. 이것은 식 (I) 또는 (II)의 하나 이상의 실란의 가수분해물(hydrolyzate) 또는 부분적인 축합물(condensate)이다.
RaSiY4 -a (I)
R1 b(R2O)3- bSi(R3)cSi(OR4)3- dR5 d (II)
여기서, R은 수소, (C1-C24)알킬, 아릴, 및 치환되는 아릴; Y는 어떤 가수분 해될 수 있는 그룹(hydrolysable group); a는 0에서 2의 정수; R1, R2, R4 및 R5는 수소, (C1-C24)알킬, 아릴, 및 치환되는 아릴로부터 독립적으로 선택된 것; R3는 (C1-C18)알킬, -(CH2)h-, -(CH2)h1-Ek-(CH2)h2-, -(CH2)h-Z, 아릴린, 치환되는 아릴린, 및 아릴린 에테르로부터 선택된 것; E는 산소, NR6 및 Z로 부터 선택된 것; Z는 아릴 및 치환되는 아릴로부터 선택된 것; R6는 수소, (C1-C8)알킬, 아릴 및 치환되는 아릴로부터 선택된 것; b 및 d는 각각 0에서 2의 정수; c는 0에서 6의 정수; 및 h, h1, h2, 및 k는 독립적으로 1에서 6의 정수; R, R1, R3, 및 R5 중에서 적어도 하나는 수소가 아닌 것이 제공된다. "치환되는 아릴" 및 "치환되는 아릴렌"은, 시아노, 하이드록시, 메르캅토, 할로, 또는 (C1-C6)알킬, (C1-C6)알콕시와 같이, 다른 치환되는 그룹에 의해 교체되는 그것의 수소들의 하나 또는 그 이상을 가지는 아릴 또는 아릴렌군을 가르킨다.
식 (I)의 화합물들의 추가적인 가수분해물들 또는 부분적인 축합물들은 식 (III)을 가지는 B-스테이징 오르가노 폴리실리카 레진이다.
((R7R8SiO)e(R9SiO1 .5)f(R10SiO1 .5)g(SiO2)r)n (III)
여기서, R7, R8, R9, 및 R10은 수소, (C1-C24)알킬, 아릴, 및 치환되는 아릴로 부터 독립적으로 선택된 것; e, g 및 r은 독립적으로 0에서 1까지의 수; f는 0.2에서 1까지의 수; n은 3에서 10,000까지의 정수; e+f+g+r=1이고; R7, R8 및 R9 중 최소 하나는 수소가 아니다. R7, R8, R9, 및 R10 중 어느 것을 위해 선호되는 알킬들은 (C1-C6)알킬이다. 상기 식 (III)에서, e, f, g 및 r은 각 구성성분의 몰비를 기술한다. 그러한 몰비는 0과 1 사이에서 다양하게 변화될 수 있다. e는 0에서 0.8까지인 것이 선호된다. 또한 g는 0에서 0.8까지인 것이 선호된다. 추가적으로, r은 0에서 0.8까지인 것이 선호된다. 위의 식에서, n은 B-스테이징 물질에서 반복 단위들의 수를 가르킨다. 바람직하게는, n은 3에서 1000까지 정수이다.
포로겐들의 폭넓은 종류는 본 발명의 B-스테이징 광학물질을 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 용제(solvents)는 포로겐으로써 작용할 수 있는 반면에, 그들을 사용하여 결과로서 발생하는 세공크기 및 세공크기분포를 제어하기에 어렵다. 따라서, 중합체들은 포로겐들을 선호한다. 포로겐들로써 유용한 중합체는 제거할 수 있다. "제거할 수 있는(removable)"은 중합체 분자들이 해중합되거나(depolymerize), 분해되거나, 그렇지 않으면 휘발성 호스트 광학물질을 통해 발상할 수 있는 성분들로 파괴되는 것을 의미한다. 적합한 중합체들은, 가교 중합체 분자들, 하이퍼블랜치 중합체(hyper-branched polymer), 블럭 공중합체, 및 리니어 중합체(linear polymer)를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 가교 중합체 분자들은 선호된다. 선호되는 가교 중합체 분자들은 유럽 특허 명세서 1 088 848 (Allen, et al.) 및 미국 특허 제6,271,273(You, et al.)호에서 개시된 것들이다. 적합한 중합체 포로겐들은 폴리(올레핀 설폰), 니트로셀룰로스 중합체, 및 폴리실린을 포함한다.
포로겐으로써 유용한 가교 중합체 분자들은, 중합된 유닛들로써 하나 이상의 에틸렌(ethylenically) 또는 아세틸렌 불포화된 모노머들(acetylenically unsaturated monomers) 및 하나 이상의 가교제들(crosslinking agents)을 포함한다. 적합한 불포화된 모노머는 (메스)아크릴릭 액시드, (메스)아크릴아미드, 알킬 (메스)아크릴레이트, 알케닐(메스)아크릴레이트, 아로마틱 (메스)아크릴레이트, 비닐 아로마틱 모노머, 질소 함유 합성체(nitrogen-containing compounds) 및 그들의 티오-유사체(thio-analogs), 시크릭 올레핀 중합체 및 치환된 에틸렌 모노머를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 그와 같은 모노머들은 추가적으로 치환될 수 있다.
본 발명의 구비하는 세공성의 광학적인 장치에서, 위에서 설명된 포로겐들은 예를 들어, B-스테이징 광학물질 내로 흩어지거나 또는 분해됨으로서 가장 먼저 결합된다. 사용되는 포로겐의 양은, 요구되는 공극률 또는 자유 체적을 공급하기에 필수적인 상기 양이 될 것이고, 이 사실에 의해 굴절률이 유해한다. 공극률은 경화된 B-스테이징 광학물질 내의 세공들의 체적비(volume fraction)의 치수이다. 공극률의 레벨이 더 높을수록, 굴절률은 더 낮다. 체적백분율로 표현되는 공극률은 적어도 0.1, 적어도 1, 적어도 5, 적어도 10, 적어도 20, 또한 적어도 30 체적백분율; 및 95 이하, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하 체적백분율이고, 경화된 B-스테이징 광학물질의 체적에 기초한다. 경화된 B-스테이징 광학물질인 오목부필러의 밀도는, 적어도 0.03, 적어도 0.5, 적어도 0.10, 적어도 0.20, 또는 적어도 0.30; 및 1.0 이하, 0.9 이하, 0.8 이하, 0.70 이하, 또는 0.60 이하이다. 경화된 B-스테이징 광학물질인 오목부필러의 굴절률은, 적어도 1.01, 적어도 1.04, 적어도 1.08, 적어도 1.12, 및 1.6 이하, 1.8 이하, 1.4 이하, 1.34 이하, 1.30 이하이다. 이들 및 다른 굴절률들은 여기서, 추출이 요구되는 다층 적층체의 발광 표면에 의해 방출되는 빛의 파장에 기초한다.
다음에 바로 뒤따르는 패러그래프들은 본 발명의 발광 장치, 및 그 장치를 제조하는 방법의 실례가 되는 실시예들을 상술한다. 이들의 실시예들이 본 발명의 실례인 반면, 그들은 수단들에 의해, 발명의 장치 또는 그 장치를 제조하는 방법도 또한 모든 가능한 실시예들을 기술하지는 않는다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 발광 장치의 제1실시예(도 1 참조)에서, 밀봉영역(117)은 적층체 발광 표면(114) 상에 배치되고, 그러한 인접패터닝밀봉표면(113)은 적층체 발광 표면(114)과 직접 접촉한다. 인접패터닝밀봉영역(117)은 제1오목부필러를 함유하는 복수의 제1오목부들(112-1)을 가지는 제1오목부세트를 포함한다. 제1오목부들(112-1)은 내부오목부필러를 포함하는 내부오목부체적요소(118)와 직접 접촉하는 제1오목부벽들(111-1)을 가진다. 제1오목부들(112-1)은 제1오목부개구들(119-1)에서 인접패터닝밀봉표면(113)으로 연장된다(도 4 참조). 본 실시예에서, 제2오목부들(112-2)은 존재하지 않는다.
본 발명의 발광 장치의 제2실시예는 인접패터닝밀봉영역(117)이 단일 제1오목부개구(119-1)를 가지는 단일 제1오목부(112-1)를 가지는 제1오목부세트를 포함하는 것을 제외하고 제1실시예와 동일하다. 일반적으로, 제1오목부개구(119-1)는 모든 또는 실질상 모든 인접패터닝밀봉표면(113)에 위치된다. 단일 제1오목부(112-1)가 적층체 발광 표면(114)과 접촉하는 연속적인 층을 형성하며, 제1오목부깊이(129-1)에서의 변화들 때문에 패터닝되는 것이다. 제1오목부(112-1)가 아닌 인접패터닝밀봉영역(117)의 그들의 체적요소들은 내부오목부체적요소(110)이다.
본 발명의 발광 장치의 제3실시예에서, 인접패터닝밀봉영역(117)은 적어도 하나의 제1오목부(112-1)를 포함하는 제1오목부세트 및 적어도 하나의 제2오목부(112-2)를 포함하는 제2오목부세트 둘 모두를 포함한다.
본 발명의 인접패터닝밀봉영역(117)은 적어도 하나의 오목부세트를 가지며, 만약 하나만의 오목부세트가 있다면, 하나 또는 그 이상의 내부오목부체적요소(118)를 포함하는 "내부오목부체적요소"을 가질 것이다. 인접패터닝밀봉영역(117)이 하나보다 많은 오목부세트를 포함할 때, 내부오목부체적요소 세트는 인접패터닝밀봉영역(117)의 말단 표면이 편평하든지 또는 패턴화되든지에 따라, 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 만약 상기 말단 표면이 편평하다면, 내부오목부체적요소 세트는 존재하지 않을 것이다. 만약 상기 말단 표면이 패턴화된다면, 내부오목부체적요소 세트는 존재할 것이다. 밀봉 물질이 하나 이상의 오목부세트들의 형성 후 완벽히 제거된 경우, 어떤 내부오목부체적은 공기(또는 다른 주위의 기체)에 의해 채워질 것이다.
본 발명의 발광 장치를 제조하는 방법의 제1실시예에서, 밀봉블럭(120)은 패터닝몰드(122)를 사용함으로써 임프린팅된다. 밀봉블럭(120)의 표면은 이것의 표면상에 개시되는 간섭층이 없어도 임프린팅될 수 있거나(도 6a-6d 참조), 상기 표면은 제1오목부필러층(125)으로 가장 먼저 코팅될 수 있다. 도 7a-7c는 본 실시예를 도시하는데, 그 내에 제1오목부필러층(125)은 블럭(120)의 코팅된 표면을 임프린팅하기(도 7b-7c) 전에 밀봉블럭(120)에 공급된다. 도 7b-7d는 몰드패터닝표면(123)이 제1오목부필러층(125) 내에서뿐만 아니라 밀봉블럭(120) 내에서도 릴리프 패턴(relief pattern)을 형성하기에 충분히 제1오목부필러(125)에 영향을 주는 경우를 도시한다. 그러한 경우에, 예를 들어, 복수 개의 제1오목부들(112-1)을 형성하는 평탄화에 의해 제1오목부필러표면초과분(126)의 전부를 제거(도 7e 참조); 제1오목부필러표면초과분(126)을 부분적으로 제거; 또는 초과분(126)의 아무것도 제거하지 않는 것(도 7d 참조)이 바람직할 수 있다. 제1오목부필러층의 표면에서 톱니형상들(indentations)은 제1오목부필러층(125) 상에 몰드패터닝표면(123)에 의해 직접 형성되고, 상기 톱니형상들은 제2오목부들(112-2)이다. 대안적으로, 몰드패터닝표면(123)은 제1오목부층(125) 내에 릴리프 패턴을 형성하기 위해 밀봉블럭(120)의 표면을 변형하지 않고 제1오목부필러층(125)에 영향을 줄 수 있다. 제1오목부필러층(125)의 부재에서, 몰드표면(123)은 밀봉블럭(120)에 직접 영향을 주는데, 그 밀봉블럭(120) 표면에서 릴리프 패턴을 형성한다(도 6a-6d). 그 표면에서 톱니형상들은 밀봉블럭(120) 상에 몰드패터닝표면(123)에 의해 직접 형성되는데, 이 톱니형상들은 제1오목부들(112-1)이다. 본 실시예의 그 변형들에서, 톱니형상들을 가지는 릴리프 패턴은 몰드패터닝표면(123)에 직접 접촉하는 층의 표면상에 형성된다. 제1오목부들(112-1) 또는 제2오목부들(112-2)인 상기 톱니형상들은 일반적으로 초기에, 각각 제1오목부필러 또는 제2오목부필러로써 공기 또는 다른 기체에 의해 채워진다. 대안적으로, 기체가 아닌 제1오목부필러 또는 제2오목부필러는, 몰드패터닝표면(123)이 이탈되는 것과 마찬가지로, 각각 제1오목부(112-1) 또는 제2오목부(112-2)의 내부로 흐르기 위해 공급될 수 있다.
본 발명의 발광 장치를 제조하는 방법의 제2실시예에서, 제1오목부필러층(115)은 밀봉블럭(120)으로 적용될 수 있으며, 제2오목부층은 필러층(125)으로 적용될 수 있다. 몰드패터닝표면(123)은, 제1오목부필러층(125)의 적용 전에 밀봉블럭(120)의 표면에 접촉될 수 있다. 몰드패터닝표면(123)은 밀봉블럭, 제1오목부필러층(125) 및 제2오목부필러층 또는 층들의 일부 또는 전부에 접촉될 수 있다. 추가적으로, 동일한 패터닝표면(123)은 각 접촉된 표면을 임프린팅하기 위해 사용될 수 있거나, 다른 패터닝표면(123)은 다른 표면들을 임프린팅하기 위해 사용될 수 있다.
당업자는, 인접패터닝밀봉영역(117) 내에서 일 회 이상의 임프린팅 단계들에 의해 제1오목부들(112-1) 및 제2오목부들(112-2)을 형성하도록 요구될 때, 조립하는 동안 발광 장치(100) 상에 하나 이상의 위치들에서, 조립하는 동안 장치가 유지되는 조립 단계상의 하나 이상의 위치들에서, 또는 장치 및 조립 단계 둘 모두의 위치들에서, 위치인덱스를 제공하는데 유리하다는 것을 인식할 것이다. 이 방법에서, 패턴들의 정렬이 달성된다.
추가적으로, 동일한 표면(밀봉블럭의, 또는 오목부필러층의)은 하나 이상의 몰드패터닝표면(123)에 의해 임프린팅될 수 있다. 예를 들어, 제1오목부필러층의 표면은 제2오목부들(112-2)의 패턴을 형성하기 위해 하나의 몰드패터닝표면(123)에 의해 임프린팅될 수 있고, 뒤이어 제2오목부필러와 함께 그들의 제2오목부들의 채움, 제2오목부필러 초과분을 제거 및 경화시킬 수 있으며, 필요하다면 제2오목부필러의 표면도 그러하다. 다른 몰드패터닝표면(123)과 함께 제1오목부필러의 다음의 패터닝은 제2오목부들(112-2)의 다른 패턴을 형성하고, 뒤이어 제2오목부필러와 함께 그들의 제2오목부들(112-2)의 채움, 제2오목부필러 초과분을 제거 및 경화시킬 수 있으며, 필요하다면 그 제2오목부필러의 다음의 패터닝도 그러하다.
몰드가 패턴과 함께 인접패터닝밀봉영역(117)을 임프린팅하기 위해 사용될 때, 만약 물질이 임프린팅되기 위함이라면, 패터닝이 실행될 온도가 일반적으로 중합체 물질의 유리 변이 온도(transition temperature)(Tg)에서 또는 그보다 높게 되는 것은 인식될 것이다. 일반적으로, 중합체 물질, 몰드, 또는 그 둘 모두는, 요구된 패턴이 형성될 때까지 상기 온도에서 유지될 것이며, 그 다음에 중합체 물질, 몰드, 또는 그 둘 모두는 몰드를 취소하기 전에 중합체 물질의 유리 변이 온도 아래의 온도로 냉각될 것이다. 추가적으로, 중합체 물질 및 몰드가 조립되는 물질은 선택되어야 하며, 그러한 몰드 물질은, 그것이 취소되는 것처럼 중합체 물질을 방출할 수 있다.
패턴이 경화성 필러 내로 형성되고, 또한 경화시키는 공정이 자외선을 요구할 때, 몰드는 일반적으로 경화단계에서 이용되는 자외선의 파장이 통과할 수 있는 물질로 만들어진다. 일단 패턴이 경화성 필러 내에 형성되면, 자외선은 경화시키기 위해 몰드를 통해 공급된다. 대안적으로, 만약 몰드의 반대쪽 측면이 자외선을 통 과시킨다면, 상기 자외선은 몰드의 반대쪽 측면에서 공급될 수 있으며, 몰드는 자외선을 통과시킬 필요가 없다.
본 발명의 다른 실시예에서, 몰드는 예를 들어 레이저절제(laser ablation)를 사용하는 GaN 또는 SiC와 같이 높은 굴절률 칩으로부터 제조될 수 있다. 몰드는 패턴을 형성하기 위해 공급되지만, 제거되지는 않는다. 그 대신에 몰드 자신은 몰드 물질(예를 들어, GaN 또는 SiC)로 채워지는 단일 오목부를 가지는 오목부세트가 된다. 새겨진(imbedded) 몰드의 외부 표면은 편평하게 되거나, 그것이 새겨지기 전 또는 후의 둘 중 하나에서 패터닝될 수 있다. 광접착제는 그 다음, 일반적으로 10nm 이하인 두께의 오목부필러층으로써 몰드 물질의 외부 표면에 공급되며, 하나의 연속적인 오목부로 남든지 또는 오목부개구들(119)을 가지는 복수의 오목부들로 남든지 둘 중 하나이다. 프리 스탠딩 밀봉 시트는 그 다음 적층체 발광 표면(117)에 접착되는데, 그러한 광접착제는 그 적층체 발광 표면(117)에 접촉한다.
더 다른 실시예에서, 인접패터닝된 층은 기판으로써 적층체 발광 표면을 사용하여 형성된다. 오목부필러층은 인접패터닝밀봉영역(117)을 형성하기 위해 그 표면 위에 설치된다.
밀봉층이 적층체 발광 표면에 다음의 공급을 위해 적합한 프리 스탠딩 광추출밀봉시트로써 형성될 때, 상기 층은 인접패터닝밀봉영역을 가지고, 프리 스탠딩 형식에서조차 인접패터닝밀봉영역으로써 여기에서 참조될 것이다. 시트가 다층 적층체에 부착될 때, 프리 스탠딩 시트의 인접패터닝밀봉영역이 적층체 발광 표면 상에 배치될 것이 이해되기 때문에 용어 "인접한"이 사용된다. 일단 시트가 적층체 발광 표면(114)에 부착되면, 프리 스탠딩 "광추출밀봉시트"는 인접패터닝밀봉영역(117) 및 선택적으로 비패터닝밀봉영역(110)을 가지는 밀봉층(109)이 된다.
"레이저 절제(laser ablation)"는 물질이 강렬한 레이저빔에 의해 제거되는 공정이다. 정공들은 이 기술에 의해 중합체 필름들 내에 들어갈 수 있다. 레이저 절제는 패턴들을 형성하기 위한 몰드의 사용에 추가적인 대안 기술이다.
패턴들이 패터닝된 몰드(122)를 사용하여 생성될 때, 상기 몰드는 어떠한 형태도 가질 수 있으며, 당업계에 알려진 어떤 물질로부터도 제조될 수 있다. 예를 들어, 몰드는 카렌더링 오퍼레이션(calendaring operation)에서 일반적인 편평한 판, 하나의 롤러, 또는 다수의 롤러일 수 있다. 몰드는 누르는 오퍼레이션동안 가열하기 위해, 냉각하기 위해, 또는 그 둘 모두를 위해 형성될 수 있다. 만약 제1오목부필러, 제2오목부필러, 또는 그 둘 모두가 임프린팅하는 공정동안 경화되기 위한 것이라면, 몰드는 일반적으로 경화되는 물질을 조사(irradiate)하기 위해 사용되는 빛(예를 들어, 자외선)의 파장을 통과시킬 수 있는 물질로부터 제조될 것이다.
발명의 몇몇 실시예들은 지금 다음의 실시예들에서 자세히 상술될 것이다. 실시예들에서 사용된 화학제품들은 표 A에서 실려진다.
결각 깊이의 측정. 측면측정기(profileometer) Dektak-30(Veeco, Woodbury, NY)은 패턴면을 구비하는 동안 표면들에서 만들어진 결각의 깊이를 측정하기 위해 사용된다.
[표 A] 약어들 및 어구들
| 약어 또는 다른 어구 | 이름 및 설명 |
| GaN LED | 발광 칩 XB900을 기초로 한 갈륨 니트라이드(Gallium nitride)(Cree; Durham, NC) |
| ITO | ITO 코팅 처리에 사용되는 인듐 틴 옥사이드(Indium tin oxide) |
| PET coated with ITO | ITO로 코팅된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate(PET)) 필름(CPFilms; Matinsville, VA) |
| ITO/glass | ITO로 코팅된 글라스(Applied Films Corp.) |
| Si detector | 실리콘 디텍터(Thorlabs, Newton NJ) |
| Power meter | Thorlabs(Newton, NJ) |
| Copper coated Si wafer | 구리로 코팅된 실리콘 웨이퍼(Silicon Valley Microelectronics) |
| Power source | laser diode controller(LDC 500, Thorlabs, Newton NJ) |
| Surface profileometer | Dektak-30에 의해 결각 깊이의 측정 |
| Spin coater | P6700(Speciality Coating Systems, Indianapolis) |
| PET | 폴리에틸렌 테레프탈레이트 |
| RI | 메트리콘(Metricon)으로 측정된 필름의 굴절률(Pennington, NJ) |
| Optical adhesive | 열 또는 빛에 의해 투명한 경화성 광접착제. 광접착제는 북부지방(Cranbury, NJ)으로부터 얻어질 수 있다. Nye Optical(MA), Dymax(MA) |
| LEF | 광추출필름-이것을 교차하여 변화할 수 있는 광학적인 유전체 상수와 함께 중합체필름. 이것은 프리 스탠딩 필름으로써 GaN 웨이퍼로 공급되거나, 또는 GaN 웨이퍼 상의 층에 의해 제조되거나 둘 중 하나가 될 수 있다. |
실험의 섹션에서 장치 번호들(이것은 문자들을 포함할 수 있다)에 의해 지시된 실시예 장치들은 도면들 내에서 도면부호들과 혼란되지 않도록 하라.
비교예 A. 비패터닝인접밀봉표면과 접촉하는 적층체 발광 표면을 가지는 다층 적층체. 구리(Cu) 금속으로 코팅된 실리콘 웨이퍼(Silicon Valley Microelectronics)는 바닥 전극으로써 활동하였다. LED 칩 XB900(Cree)는 웨이퍼 상에 위치되었다. 실리콘 액체(Aldrich)의 한방울이 지수 비교를 돕고, GaN-ITO/glass 접촉면에서의 반사를 최소화하기 위해 LED의 상부 위에 공급되었다. 글라스 코팅된 ITO(Applied Films)는 LED 칩의 상부 위에 배치되었다. ITO 글라스는 측면측정기(Dektac-30, Veeco)로 측정된 것으로서, 1-2nm의 표면거침(surface roughness)을 가졌다. 전극들은 Cu 웨이퍼 및 ITO 글라스 둘 모두에 붙여졌다. 전극들은, laser Diode power source(LDC 500, Thorlabs)로부터 밀리암페어(mA)로 측정된 전류를 공급받았다. 실리콘 디텍터(Thorlabs)는 LED 칩 위치의 상부 위에 위치되었고, 볼트로 측정되는 볼트미터에 붙여졌다. 공급되는 전류는 10mA에서부터 80mA까지 변화되고, 또한 LED로부터 청색광(460nm)은 실리콘 디텍터 및 볼트미터로 측정되었다. 가동 전류에 의해 분배되는 출력 전압의 기울기는 1.019V/mA였다.
실시예 1. 인접패터닝밀봉영역으로 광학적인 근접하는 적층체 발광 표면을 가지는 다층 적층체의 밀봉. LED는, ITO 글라스 대신에 ITO로 코팅된 PET 필름(CP Films)이 LED 칩의 상부 위에 배치된 것을 제외하고, 비교예 A의 방법에 의해 준비되었다. PET/ITO 필름은 측면측정기(Dektak 30)로 측정된 것으로서, 17nm의 표면거침을 가졌다. 실리콘 액체(굴절률=1.47, Aldrich)의 한방울이 굴절률 비교를 돕고, GaN-ITO/PET 접촉면에서의 반사를 최소화하기 위해 LED의 상부 위에 공급되었다. 전극들은 구리 코팅된 웨이퍼 및 PET/ITO 필름에 공급되었으며, 전류는 LED 칩을 통해 통과하였다. 출력 빛은 실리콘 디텍터 및 파워미터로 측정되었다. LED의 가동전류에 의해 분배되는 실리콘 디텍터로부터 전압의 관찰되는 출력은 0.04V/mA였다. 글라스/ITO 및 PET/ITO 사이의 광전송에서 차이점을 구별하기 위해 조정하고 난 후, 실시예 1의 장치의 광출력은 비교예 A의 장치의 광출력보다 1.4의 계수만큼 더 컸다(예를 들어, 40% 높은 광출력).
| LED에 공급되는 전류, mA | 글라스/ITO를 위한 실리콘 티텍터 출력, V | PET/ITO를 위한 실리콘 디텍터 출력, V |
| 10 | 0.169 | 0.3 |
| 20 | 0.375 | 0.609 |
| 30 | 0.564 | 0.948 |
| 40 | 0.765 | 1.27 |
| 50 | 0.94 | 1.58 |
| 60 | 1.174 | 1.91 |
실시예
2
GaN LED 웨이퍼(Cree)는 n=1.38을 가지는 낮은 굴절률 물질(Rohm and Haas) ZIRKONTM과 함께 P6700 스핀코터(spin coater)를 사용하는 코팅된 스핀이다. 코팅은 90℃에서 1분 동안 부드럽게 구워지고, 또한 돌출끝단과 100nm의 골 사이의 최대 거리를 가지는 정사각뿔들의 주기적 패턴을 가지는 패터닝몰드를 사용하여 임프린팅된다. 각 정사각뿔의 밑면은 측면에서 200nm이다. 각 사각뿔 밑면의 직각하는 모서리와 평행하는 두 방향에서의 길이 주기는 250nm이다. 낮은 굴절률 물질 층 ZIRKONTM은 그 다음 250℃에서 2시간 동안 질소 기체 내에서 B-스테이징되고, 최종 임프린팅된 코팅 두께는 80nm가 될 것이다. B-스테이징된 코팅의 굴절률, n은 1.1이 될 것이다. 높은 굴절률 폴리(페닐 메틸 실록산)(n=1.54)은 패터닝된 B-스테이징 코팅의 표면상으로 100nm의 두께로 코팅된 스핀이다. 폴리(페닐 메틸 실록산)은 그 다음 초기에 100℃에서 가열하고 점차 3시간 동안 130℃까지 경화온도를 증가시킴으로써 경화된다. 정공들은 엑시머 레이저(Oxford Lasers)를 사용한 레이저 절제에 의해 필름 내에 생성된다. 정공들은 전기적 접착 패드들의 위치들에 대응한다. 웨이퍼들은 웨이퍼다이서(Kulicke and Soffa model 984)를 이용하여 1×1의 조각들로 쪼개진다. 골드와이어본드는 와이어본더(wire bonder)(Kulicke and Soffa, model 1488)와 함께 GaN에 부착된다. 전기 전력은 LED 칩에 공급된다. 광출력은 20 lumens/watt일 것이고, 포토미터 시스템(model 2000, Ocean Optics)을 사용하여 관찰된다.
비교예 B. 발광 장치는 실시예 2의 방법을 사용하여 만들어지고, 밀봉은 LED의 상부로 직접 공급되는 것을 제외하고 낮은 굴절률 물질 B-스테이징된 ZIRCONTM의 간섭층의 공급없이 만들어진다. 밀봉은 교차결합된 페닐 메틸 시록산 공중합체(n=1.54)이다. LED 칩은 실시예 2에서와 같이 거기에 부착된 와이어들을 가지며, 또한 전기 전력은 LED 칩에 공급된다. 관찰되는 출력은 10 lumens/watt일 것이다.
실시예 3. GaN 웨이퍼(실시에 2 참조)는 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM으로 코팅되며, 코팅은 실시예 2에서와 같이 B-스테이징되고 임프린팅된다. 실버의 투명한 층은 임프린팅된 필름상에 퇴적되고, 그러한 실버층의 두께는 50nm이다. 실버 금속은 스퍼터링(Denton Vacuum)에 의해 퇴적된다. 임프린팅된 필름으로 코팅된 실버는 그 다음 폴리(페닐 메틸 시록산)으로 코팅되고, 실시예 2에서와 같이 경화되며, 발광 장치는 완성되고 실시예 2에서와 같이 검사된다. 실버의 투명한 층을 가지는 발광 장치는 실시예 장치 3a이다. 장치 3b, 3c, 및 3d는 투명한 안내층이 각각 골드, 알루미늄, 또는 인듐 틴 옥사이드(ITO)인 것을 제외하고 동일한 절차에 의해 준비된다. 장치 3a에서 관찰되는 광출력은 25 lumens/watt, 장치 3b는 25 lumens/watt, 장치 3c는 25 lumens/watt, 및 장치 3d는 25 lumens/watt일 것이다.
비교예 C. 발광 장치는 밀봉제가 LED의 상부로 직접 공급되는 것을 제외하고 낮은 굴절률 물질 B-스테이징된 ZIRCONTM의 간섭층의 공급없이 실시예 3의 방법을 사용하여 만들어진다. 밀봉제는 교차결합된 페닐 메틸 시록산 공중합체(n=1.54)이다. LED 칩은 실시예 2에서와 같이 거기에 부착된 와이어들을 가지며, 전기 전력은 LED 칩에 공급된다. 관찰되는 출력은 10 lumens/watt일 것이다.
실시예 4. GaN LED 웨이퍼(Cree)는 교차결합할 수 있는 그룹들(Rohm and Haas, n=1.54)을 가지는 폴리(페닐 메틸 시록산)으로 100nm의 두께로 코팅된 스핀이다. 코팅은 그 다음 돌출끝단과 100nm의 골 사이의 최대 거리 및 250nm의 길이 주기를 가지는 정사각뿔의 패턴을 가지는 패터닝된 니켈 몰드를 사용하여 임프린팅되고, 또한 130℃에서 열경화된다. 그 다음, 몰드는 제거된다. 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM은 경화된 폴리(페닐 메틸 시록산)의 패터닝된 표면상으로 실시예 2에서 상술된 것과 같이 100nm의 두께로 코팅된다. 낮은 굴절률 필름 ZIRCONTM은 그 다음 0℃에서 1분 동안 부드럽게 구워지고, 250℃에서 2시간 동안 B-스테이징되는데, 최종 두께가 80nm 및 n=1.1이 되기 위해서이다. 정공들은 엑시머레이저(Oxford Laser)를 사용하여 레이저절제에 의해 필름 내에 만들어진다. 웨이퍼는 상기 실시예 2에서와 같이 쪼개진다. 전기 전력은 상기 실시예 2에서와 같이 LED 칩에 공급된다. 관찰된 광출력은 20 lumens/watt일 것이다.
비교예 D. 발광 장치는 폴리(페닐 메틸 시록산)이 LED의 상부로 직접 공급되는 것을 제외하고, 낮은 굴절률 물질 B-스테이징된 ZIRCONTM의 간섭층의 공급없이 실시예 4의 방법을 사용하여 만들어졌다. 밀봉은 교차결합된 폴리(페닐 메틸 시록산)(n=1.58)이다. LED 칩은 실시예 2에서와 같이 거기에 부착된 와이어들을 가지며, 또한 전기 전력은 LED 칩에 공급된다. 관찰되는 출력은 10 lumens/watt일 것이다.
실시예 5. GaN LED(실시예 4 참조)는 페닐 시록산 공중합체(n=1.58)로 먼저 코팅되고, 실시예 4에서와 같이 임프린팅된다. 실버 금속의 투명한 층은 경화된 페닐 시록산 공중합체의 표면상에 실버층의 두께가 30nm으로 퇴적된다. 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM(Rohm and Haas, n=1.38)은 그 다음 페닐 시록산 공중합체 코팅의 패터닝된 표면상에 코팅된다. 낮은 굴절률 층 ZIRCONTM은 그 다음 B-스테이징된 코팅을 주기 위해 B-스테이징되고, 80nm의 두께 및 n=1.1을 가질 것이다. 발광 장치는 완성되고 실시예 4에서와 같이 검사된다. 실버의 투명한 층을 가지는 발광 장치는 장치 5a이다. 장치 5b, 5c, 및 5d는 투명한 금속 층이 각각, 골드, 알루미늄, 또는 인듐 틴 옥사이드인 것을 제외하고 동일한 절차들에 의해 준비된다. 장치 5a에서 관찰되는 광출력은 25 lumens/watt, 장치 5b는 25 lumens/watt, 장치 5c는 25 lumens/watt, 및 장치 5d는 25 lumens/watt일 것이다.
실시예 6. GaN 웨이퍼는 실버의 안내층으로 10nm의 두께로 코팅된다. 실버층은 그 다음 인터퍼런스 리소그라픽 툴(interference lithographic tool)을 사용하여 패터닝된다. 패턴의 주기는 250nm이고, 선 폭은 100nm이다. 100nm의 두께를 가지는 폴리(페닐 메틸 시록산)(n=1.54)의 코팅은 그 다음 패터닝된 표면에 공급된다. 폴리(페닐 메틸 시록산)층은 그 다음 실시예 4에서와 같이 나노프린팅되는데, 그것은 몰드가 실버 금속 내에서 주기적인 패턴에 관하여 기록되는 것(위치상의 지수들과 일직선상에 의해)을 보장한다. 중합체는 100℃의 초기 온도에서 경화되고, 3시간 동안 130℃까지 온도를 점차 증가시킨다. 몰드는 그 다음 제거된다. 낮은 굴 절률 물질 ZIRCONTM(Rohm and Haas, n=1.38)은 경화된 B-스테이징된 코팅을 주기 위해 경화되고, 80nm의 두께 및 n=1.1을 가질 것이다. 발광 장치는 완성되고, 실시예 4에서와 같이 검사된다. 실버의 투명한 층을 가지는 발광 장치는 장치 6a이다. 디바이스 6b, 6c, 및 6d는 투명한 금속 층이 각각, 골드, 알루미늄, 또는 인듐 틴 옥사이드인 것을 제외하고 동일한 절차들에 의해 준비된다. 디바이스 6a에서 관찰되는 광출력은 25 lumens/watt, 디바이스 6b는 25 lumens/watt, 디바이스 6c는 25 lumens/watt, 및 디바이스 6d는 25 lumens/watt일 것이다.
실시예 7. 프리 스탠딩 광추출시트의 준비. 각각 10cm, 10cm, 및 50um의 폭, 길이, 및 두께를 가지는 투명한 높은 온도 폴리이미드 필름(Sixeff, Hoechst)은 페닐 메틸 시록산 공중합체(n=1.58)로 Dektak-30에 의해 측정된 100nm의 코팅 두께로 코팅된 스핀이다. 필름은 돌출끝단과 100nm의 골 사이의 최대 거리 및 200nm의 길이 주기를 가지는 정사각뿔로 구성되는 패턴을 가지는 패터닝된 니켈 몰드를 사용하여 프린팅된다. 뿔들의 밑면은 100nm이다. 주기성은 면에서 x 및 y 방향 둘 모두에서 같다. 코팅은 100℃의 초기 온도로 경화되고, 3시간 동안 130℃까지 점차 증가시킨다. 몰드는 그 다음 취소된다. 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM(Rohm and Haas, n=1.38)은 100nm의 두께로 스핀 코팅되고, 100℃에서 경화된다. 낮은 굴절률 층 ZIRCONTM(Rohm and Haas, n=1.38)은 80nm의 두께 및 n=1.1을 가지는 B-스테이징된 코팅을 주기 위해 실시예 4의 방법에 따라 B-스테이징된다. 정공들은 레이저 절제에 의해 필름 내에 만들어지는데, 정공들이 실시예 4에서와 같이 GaN 웨이퍼의 전 기적인 접착 패드들의 위치 선정과 함께 동시에 일어나기 위하여 만들어진다. 매우 낮은 점성도를 가지는 광접착제(Norland 74, 80센티푸아즈)는 GaN 웨이퍼 상에 5nm의 두께로 먼저 스핀코팅된다. 다음, 광추출필름은 웨이퍼에 부착되고, 거기에는 공기 틈 또는 기포가 없도록 확실하게 만든다. 광접착제는 그 다음, Spectronics Bench Mount(Norland, NJ)를 사용하여 자외선에 의해 경화된다. 웨이퍼는 그 다음, 실시예 2에 따라 거기에 부착되는 LEF와 함께 쪼개진다. 와이어본드들(wire bonds)은 실시예 2에 따라 LEF 내의 정공들을 통해 LED로 부착된다. 전기 전류는 LED 칩 및 측정되는 광출력을 통해 통과된다. 광출력은 25 lumens/watt일 것이다.
실시예 8. 오목부필러와 같은 금속을 가지는 인접패터닝밀봉영역의 형성. 각각 10cm, 10cm, 및 50um의 폭, 길이, 및 두께를 가지는 투명한 높은 온도 폴리이미드 필름(Hitachi Chemical)은 페닐 메틸 시록산 공중합체(n=1.54)로 Dektak-30에 의해 측정된 100nm의 코팅두께로 스핀코팅된다. 필름은 돌출끝단과 100nm의 골 사이의 최대 거리 및 250nm의 길이 주기를 가지는 정사각뿔들로 구성되는 패터닝된 니켈 몰드를 사용하여 임프린팅된다. 뿔들의 밑면은 100nm이다. 패턴 주기는 면에서 x 및 y 방향 둘 모두에서 같다. 임프린팅된 후, 코팅은 130℃에서 경화되고, 몰드는 후퇴된다. 얇은 투명한 금속 필름은 필름의 임프린팅된 쪽 상으로 50nm의 두께로 뿜어 진다. 금속은 실버이다. 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM(Rohm and Haas, n=1.38)은 100nm의 두께로 스핀코팅되고, 100℃에서 경화된다. 낮은 굴절률 층 ZIRCONTM은 80nm의 두께 및 n=1.1을 가지는 B-스테이징된 코팅을 주기 위해 실시예 4의 방법에 따라 B-스테이징된다. 정공들은 실시예 4에서와 같이 GaN 웨이퍼의 전기적인 접착 패드들의 위치 선정과 함께 동시에 일어나기 위하여 레이저 절제에 의해 필름 내에 만들어진다. 매우 낮은 점성도를 가지는 광접착제(Norland, 80센티푸아즈)는 GaN 웨이퍼 상에 5nm의 두께로 먼저 스핀코팅된다. 광추출필름(LEF)은 그 다음 웨이퍼에 부착되고, 거기에는 공기 틈 또는 기포가 없도록 확실하게 만든다. 광접착제는 그 다음, 자외선(Spectronics Bench Mount; Norland, NJ)에 의해 경화된다. 웨이퍼는 그 다음, 실시예 2에 따라 거기에 부착되는 LEF와 함께 쪼개진다. 와이어본드들은 실시예 2에 따라 LEF 내의 정공들을 통해 LED로 부착된다. 전기 전류는 LED 칩 및 측정되는 광출력을 통해 통과된다. 실버의 투명한 층을 가지는 발광 장치는 디바이스 8a이다. 디바이스 8b, 8c, 및 8d는 투명한 금속층이 각각 골드, 알루미늄, 또는 인듐 틴 옥사이드인 것을 제외하고 동일한 절차들에 의해 준비된다. 디바이스 8a에서 관찰되는 광출력은 25 lumens/watt, 디바이스 8b는 25 lumens/watt, 디바이스 8c는 25 lumens/watt, 및 디바이스 8d는 25 lumens/watt일 것이다.
실시예 9. 각각 10cm, 10cm, 및 50um의 폭, 길이, 및 두께를 가지는 투명한 높은 온도 폴리이미드 필름(Sixeff, Hoechst)은 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM(Rohm and Haas, n=1.38)으로 100nm의 두께로 스핀코팅되고, 100℃에서 부드럽게 구워진다. 필름은 돌출끝단과 100nm의 골 사이의 최대 거리 및 250nm의 길이 주기를 가지는 정사각뿔들로 구성된 패턴을 가지는 패터닝된 니켈 몰드를 사용하여 임프린팅된 다. 뿔들의 밑면은 100nm이다. 패턴 주기는 표면에서 x 및 y 방향 둘 모두에서 같다. 나노임프린팅한 후, 낮은 굴절률 층 ZIRCONTM은 250℃에서 2시간 동안 질소 기체내에서 B-스테이징된다. 결과로서 생기는 나노임프린팅된 코팅 두께는 80nm일 것이다. 높은 굴절률 폴리(페닐 메틸 시록산)(n=1.54)은 패터닝된 B-스테이징된 코팅의 표면상에서 Dektak-30에 의해 측정된 100nm의 두께로 스핀코팅된다. 폴리(페닐 메틸 시록산)은 그 다음, 3시간 동안 100℃의 초기 온도에서 가열에 의해 경화된다. 정공들은 엑시머 레이저(Oxford Laser)를 사용하여 레이저 절제에 의해 필름 내에 만들어진다. 정공들은 전기적 접착 패드들의 위치들에 대응한다. 필름들(LEFs)은 위의 실시예 8에서와 같이 자외선 경화성 접착물의 매우 얇은 층과 함께 부착되는데, 공간들 또는 기포들이 없도록 확실하게 한다. 웨이퍼들은 웨이퍼다이서(Kulicke and Soffa model 984)를 사용하여 1×1mm 조각들로 쪼개진다. 골드 와이어 본드들은 와이어 본더(Kulicke and Soffa, model 1488)와 함께 GaN에 부착된다. 전기 전력은 LED 칩에 공급된다. 관찰되는 광출력은 25 lumens/watt일 것이다.
실시예 10. 각각 10cm, 10cm, 및 50um의 폭, 길이, 및 두께를 가지는 투명한 높은 온도 폴리이미드 필름(Sixeff, Hoechst)은 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM(Rohm and Haas, n=1.38)으로 100nm의 두께로 스핀코팅되고, 100℃에서 부드럽게 구워진다. 필름은 돌출끝단과 100nm의 골 사이의 최대 길이 및 250nm의 길이 주기를 가지는 정사각뿔들로 구성된 패턴을 가지는 패터닝된 니켈 몰드를 사용하여 나노임프린 팅된다. 뿔들의 밑면은 100nm이다. 패턴 주기는 표면에서 x 및 y 방향 모두에서 동일하다. 임프린팅한 후, 물질은 n=1.1 및 80nm의 코팅 두께를 가지는 층을 주기 위하여, 250℃에서 2시간 동안 질소 기체 내에서 B-스테이징된다. 얇은 투명한 금속 필름은 80nm의 두께로 필름의 임프린팅된 쪽 상으로 흩뿌려진다. 금속은 실버이다. 높은 굴절률 폴리(페닐 메틸 시록산; n=1.54)은 Dektak-30에 의해 측정된 100nm의 두께로 패터닝된 B-스테이징된 코팅의 표면상으로 스핀코팅된다. 폴리(페닐 메틸 시록산)은 그 다음 초기에 100℃에서 가열에 의해 경화되고, 3시간 동안 130℃까지 온도를 점차 증가시킨다. 정공들은 엑시머레이저(Oxford Laser)를 사용하여 레이저 절제에 의해 필름 내에 만들어진다. 정공들은 전기적 접착 패드들의 위치들에 대응한다. 필름들은 실시예 8에서와 같이 자외선 경화성 광접착제의 매우 얇은 층과 함께 부착되는데, 공간들 또는 기포들이 없도록 확실하게 한다. 웨이퍼들은 웨이퍼다이서(Kulicke and Soffa model 984)를 사용하여 1×1mm 조각들로 쪼개진다. 골드와이어본드들은 와이어본더(Kulicke and Soffa, model 1488)와 함께 GaN에 부착된다. 전기 전력은 LED 칩에 공급된다. 실버의 투명한 층을 가지는 발광 장치는 디바이스 10a이다. 디바이스 10b, 10c, 및 10d는 투명한 금속층이 각각 골드, 알루미늄, 또는 인듐 틴 옥사이드인 것을 제외하고 동일한 절차들에 의해 준비된다. 디바이스 10a에서 관찰되는 광출력은 25 lumens/watt, 디바이스 10b는 25 lumens/watt, 디바이스 10c는 25 lumens/watt, 및 디바이스 10d는 25 lumens/watt일 것이다.
실시예 11. 각각 10cm, 10cm, 및 50um의 폭, 길이, 및 두께를 가지는 투명한 높은 온도 폴리이미드 필름(Sixeff, Hoechst)은 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM(Rohm and Haas, n=1.54)으로 100nm의 두께로 스핀코팅된다. 필름은 돌출끝단과 100nm의 골 사이의 최대 거리 및 250nm의 길이 주기를 가지는 정사각뿔들로 구성된 패턴을 가지는 패터닝된 니켈 몰드를 사용하여 나노임프린팅된다. 뿔들의 밑면은 100nm이다. 패턴 주기는 표면에서 x 및 y 방향 둘 모두에서 같다. 코팅은 초기에 100℃에서 경화되고, 3시간 동안 130℃까지 온도를 점차 상승시킨다. 몰드는 그 다음 취소된다. 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM(Rohm and Haas, n=1.38)은 100nm의 두께로 스핀코팅되고, 100℃에서 부드럽게 구워진다. 낮은 굴절률 층 ZIRCONTM은 그 다음, 80nm의 두께 및 n=1.1을 가지는 B-스테이징된 코팅을 주기 위하여 실시예 4의 방법에 따라 B-스테이징된다. 실버의 층은 낮은 굴절률 층 ZIRCONTM 상으로 스퍼터링툴(Denton Vacuum)을 사용하여 10nm의 두께로 흩뿌려진다. 실버 필름은 그 다음, 인터퍼런스 리소그래픽 툴을 사용하여 주기적으로 상이 그려진다. 상을 그리는 공정은 폴리(페닐 메틸 시록산) 층 내에서 그것의 아래에 주기적인 결각이 기록된다. 실버층은 그 다음, 폭이 100nm인 라인들의 주기적인 배열을 만들기 위해 250nm의 패턴 주기로 에칭된다. 정공들은 레이저 절제(Oxford Laser)에 의해 필름 내에 만들어지는데, 이것은 정공들이 실시예 4에서와 같이 GaN 웨이퍼의 전기적 접착 패드들의 위치 선정과 함께 동시에 일어나기 위해서이다. 매우 낮은 점성도(Norland 74, 80 센티푸아즈)를 가진 광접착제는 5nm의 두께로 GaN 웨이퍼 상으로 스핀 코팅된다. 다음, LEF 필름은 웨이퍼에 부착되는데, 공극들 또는 기포들이 없도록 확실하게 한다. 광접착제는 그 다음, 자외선(Spectronics Bench Mount; Norlan, NJ)을 이용하여 경화된다. 웨이퍼는 웨이퍼다이서(Kulicke and Soffa model 984)를 사용하여 1×1mm 조각들로 쪼개진다. 골드와이어본드들은 와이어본더(Kulicke and Soffa, model 1488)와 함께 GaN에 부착된다. 전기 전력은 LED 칩에 공급된다. 실버의 투명한 층을 가지는 발광 장치는 디바이스 11a이다. 디바이스 11b, 11c, 및 11d는 투명한 금속 층이 각각, 골드, 알루미늄, 또는 인듐 틴 옥사이드인 것은 제외하고 동일한 절차들에 의해 준비된다. 디바이스 11a에서 관찰되는 광출력은 25 lumens/watt, 디바이스 11b는 25 lumens/watt, 디바이스 11c는 25 lumens/watt, 및 디바이스 11d는 25 lumens/watt일 것이다.
실시예
12.
RI ~ 1.54인 교차결합 할 수 있는 그룹들을 가지는 폴리페닐 시록산은 나노형광체들(nanophosphors) CdSe과 혼합되는데, 이것의 거리는 크기 범위 1-10nm 이내이다. 나노형광체들은 Evident Technology(Troy, New York)으로부터 얻을 수 있다. 나노형광체들의 농도는 페닐 시록산 중합체 내에서 무게에 따라 약 5%이다. GaN LED 웨이퍼(Cree)는 100nm의 두께로 스핀코팅된다. 코팅은 그 다음, 돌출끝단들과 100nm의 골들 사이의 최대 거리 및 250nm의 거리 주기를 가지는 정사각뿔들의 패턴을 가지는 패터닝된 니켈 몰드를 사용하여 임프린팅된다. 몰드는 그 다음 제거된다. 낮은 굴절률 물질 ZIRCONTM은 경화된 폴리페닐시록산의 패터닝된 표면상으로 실시예 2에서 설명된 것과 같이 100nm의 두께로 코팅된다. Zircon 낮은 굴절률 층은 100℃에서 1분 동안 부드럽게 구워지고, 또한 250℃에서 2시간 동안 B-스테이징되는데, 최종 두께가 80nm 및 n=1.1이 되기 위해서이다. 정공들은 엑시머레이저(Oxford Laser)를 사용하여 레이저 절제에 의해 만들어진다. 웨이퍼들은 위의 실시예 2에서와 같이 쪼개진다. 골드와이어본드들은 GaN층에 부착된다. 전기 전력은 위의 실시예 2에서와 같이 LED 칩에 공급된다. 파장 범위 465nm - 640nm에서 백색광은 관찰될 것이며, 또한 20 lumens/watt의 광출력이 관찰될 것이다.
실시예 13. 중합체 필름과 함께 무기물 렌즈 배열. 높은 굴절률 무기물 물질 및 중합체를 포함하는 하이브리드 필름은 다음과 같이 제조된다. 석영 몰드는 순환하는 렌즈 배열과 함께 패터닝되고, 렌즈들이 28.7um의 곡률의 반지름 및 10um의 함몰(sag)("함몰"은 몰드 렌즈 돌추들의 최대 높이를 참조한다.)을 가지는 곳 내에서 패터닝된다. 석영 내의 렌즈 패턴을 포함하는 몰드는 MEMS Optical(Huntsville, Alabama)로부터 얻어진다. 폴리디메틸 시록산(PDMS, Sylgard 184, Dow Corning)은 렌즈 배열 위에서 부어지고, 그 다음 경화된다. PDMS 필름은 퍼뜨려 졌는데, 렌즈 배열 뒤에 남겨진다. 필름은 10um 깊이의 주기적인 반구체의 오목부들을 포함한다. 필름은 그 후, 증발 챔버(evaporation chamber)(Evaporated Coating (Willow Grove, PS) 내에 배치되고, ZnS는 Dynavac machine(Hingham, MA)과 함께 PVD 공정을 사용하여 오목부들이 ZnS로 채워지기 위해 퇴적된다. 최종적으로, ZnS 초과분은 필름으로부터 마모되고, 매끈한 ZnS 표면이 뒤에 남는다. 형성된 혼성필름(composite film)은 중합체 매트릭스 내에 반구체의 ZnS 렌즈들을 갖는다. 혼성 필름(hybrid film)은 뛰어난 광학적인 접촉이 ZnS 및 GaN 표면들 사이에 만들어지기 위해서 GaN LED 디바이스 상에 배치된다. 전류는 디바이스에 공급되고 또한 20 lumens/watt가 관찰될 것이다.
비교예 E. PDMS 필름은 LED의 GaN 표면에 직접 공급된다. 전류가 공급되고, 또한 광출력은 10 lumens/watt가 될 것이다.
밀봉층의 영역, 다층 적층체의 적층체 발광 표면으로 광학적으로 근접(optical proximity)한 영역을 패터닝함에 의해, 그 영역 내에서 굴절률의 변화가 존재하고, 또한 0.6g/cc보다 작은 밀도를 가지는 밀봉층의 일부분을 추가적으로 형성함에 의해, 복수 개의 광산란추출중심(light scattering extractive center)이 형성되고, 빛이 대기중으로 효과적으로 전달되어, 조명을 위해 유용한 빛의 외부 산출량이 증가된다.
Claims (20)
- 발광 장치에 있어서,a) 다층 적층체; 및b) 밀봉층을 포함하되,상기 다층 적층체는,n도핑층;광발생층; 및p도핑층을 포함하되,상기 다층 적층체는 적층체 발광 표면을 구비하며,상기 밀봉층은 인접패터닝밀봉영역을 포함하고,상기 인접패터닝밀봉영역은,제1오목부필러를 포함하는 적어도 하나의 제1오목부를 포함하는 제1오목부세트; 및상기 적층체 발광 표면 상에 위치되는 인접패터닝밀봉표면을 포함하고,상기 제1오목부세트는 패턴을 가지되,상기 패턴은 주기적 패턴이며,상기 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 5나노미터 내지 5,000마이크론의 구조체 크기를 가지며,상기 주기적 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 10나노미터 내지 5,000마이크론의 주기를 가지며,상기 제1오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며,상기 제1오목부는 상기 인접패터닝밀봉표면에 위치되는 오목부개구를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 밀봉층은 비패터닝밀봉영역을 포함하되,상기 비패터닝밀봉영역은 밀봉물질을 포함하며,상기 제1오목부필러는 상기 밀봉물질과 굴절률에 있어서 0.001 내지 3.0만큼 상이하며,상기 제1오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 0.03g/cm3 내지 0.60g/cm3의 평균 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제1오목부필러는 칼코겐나이드글라스, 포스페이트글라스 및 플린트글라스로부터 선택된 글라스, GaN, SiC, AlN, ZnS, TiO2, ZnO 및 GaP로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 제1오목부필러는 0.60g/cm3 내지 7.0g/cm3의 평균 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 2 항에 있어서,상기 제1오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 경화된 B-스테이징 광학물질(cured B-staged optical material)인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 발광 장치에 있어서,a) 다층 적층체; 및b) 밀봉층을 포함하되,상기 다층 적층체는,n도핑층;광발생층; 및p도핑층을 포함하되,상기 다층 적층체는 적층체 발광 표면을 구비하며,상기 밀봉층은 인접패터닝밀봉영역을 포함하고,상기 인접패터닝밀봉영역은,제1오목부필러를 포함하는 적어도 하나의 제1오목부를 포함하는 제1오목부세트;상기 적층체 발광 표면 상에 위치되는 인접패터닝밀봉표면; 및제2오목부필러를 포함하는 적어도 하나의 제2오목부를 포함하는 제2오목부세트를 포함하되,상기 제1오목부세트 및 상기 제2오목부세트 중 적어도 하나는 패턴을 가지되,상기 패턴은 주기적 패턴이며,상기 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 5나노미터 내지 5,000마이크론의 구조체 크기를 가지며,상기 주기적 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 10나노미터 내지 5,000마이크론의 주기를 가지며,상기 제1오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며,상기 제2오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며,상기 제1오목부 및 상기 제2오목부 중 적어도 하나는 상기 인접패터닝밀봉표면에 위치되는 오목부개구를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 밀봉층은 비패터닝밀봉영역을 포함하되,상기 비패터닝밀봉영역은 밀봉물질을 포함하며,상기 제1오목부필러는 상기 제2오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나와 굴절률에 있어서 0.001 내지 3.0만큼 상이하며,상기 제1오목부필러, 상기 제2오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 0.03g/cm3 내지 0.60g/cm3의 평균 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 제1오목부필러 및 상기 제2오목부필러 중 적어도 하나는, 칼코겐나이드글라스, 포스페이트글라스 및 플린트글라스로부터 선택된 글라스, GaN, SiC, AlN, ZnS, TiO2, ZnO 및 GaP로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,상기 제1오목부필러 및 상기 제2오목부필러 중 적어도 하나는 0.60g/cm3 내지 7.0g/cm3의 평균 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 7 항에 있어서,상기 제1오목부필러, 상기 제2오목부필러, 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 경화된 B-스테이징 광학물질(cured B-staged optical material)인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 5 항 또는 제 10 항에 있어서,상기 경화된 B-스테이징 광학물질은 세공들(pores)을 더 포함하되,상기 경화된 B-스테이징 광학물질은 상기 경화된 B-스테이징 광학물질의 체적에 기초하여, 0.1 체적백분율(volume percent) 내지 95 체적백분율의 공극률(porosity)을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 발광 장치는 반사층을 더 포함하되,상기 반사층은 상기 반사층에 충돌하는 상기 광발생층에 의해 발생된 빛의 적어도 50%를 반사시키며,상기 반사층은 상기 적층체 발광 표면으로부터 상기 다층 적층체의 반대편에 위치되는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 다층 적층체는 상기 적층체 발광 표면 및 상기 인접패터닝밀봉표면 사이에 위치되는 간섭층을 더 포함하며,상기 간섭층은, 빛의 파장이 추출되기 위한 상기 적층체 발광 표면의 굴절률에서 0.5만큼 작은 값보다 큰 굴절률을 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 다층 적층체는 상기 적층체 발광 표면 및 상기 인접패터닝밀봉표면 사이에 위치된 본딩층을 더 포함하되,상기 본딩층은 1nm 내지 50nm 사이의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
- 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법에 있어서,상기 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법은,A) 밀봉물질을 포함하는 밀봉블럭을 제공하는 단계;B) 상기 밀봉블럭의 표면에, 인접패터닝밀봉표면을 구비한 패터닝밀봉영역을 가지는 광추출밀봉시트를 형성하는 단계; 및C) 상기 광추출밀봉시트를 다층 적층체에 부착시키는 단계를 포함하되,상기 B)단계에서,상기 패터닝밀봉영역을 형성하는 단계는,a) 적어도 하나의 제1오목부를 포함하는 제1오목부세트를 형성하는 단계; 및b) 제1오목부필러로 상기 제1오목부를 채우는 단계를 포함하고,상기 제1오목부세트는 패턴을 가지되,상기 패턴은 주기적 패턴이며,상기 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 5나노미터 내지 5,000마이크론의 구조체 크기를 가지며,상기 주기적 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에서 10나노미터 내지 5,000마이크론의 주기를 가지며,상기 제1오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며,상기 제1오목부는 상기 인접패터닝밀봉표면에 위치되는 오목부개구를 가지며,상기 제1오목부필러는 상기 밀봉물질과 굴절률에 있어서 0.001 내지 3.0만큼 상이하며,상기 제1오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 0.03g/cm3 내지 0.60g/cm3의 평균 밀도를 가지고,상기 C) 단계에서,상기 다층 적층체는,n도핑층;광발생층; 및p도핑층을 포함하며,상기 다층 적층체는 적층체 발광 표면을 구비하되,상기 인접패터닝밀봉표면은 상기 적층체 발광 표면 상에 위치되며,상기 적층체 발광 표면은 매끈한 표면 및 패터닝된 복수개로 층진 표면으로부터 선택된 토포그래피(topography)를 가지며,상기 패터닝된 복수개로 층진 표면은 랜덤 패턴, 주기적 패턴, 및 이들의 조합으로부터 선택된 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는, 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법.
- 제 15 항에 있어서, 상기 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법은D) 상기 제1오목부세트와의 접촉으로부터 상기 밀봉물질의 전부 또는 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법.
- 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,상기 제1오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 세공들(pores)을 포함하는 경화된 B-스테이징 광학물질(cured B-staged optical material)이며,상기 경화된 B-스테이징 광학물질은,5nm 내지 50nm의 평균 입자 크기를 가지는 포로겐(porogen) 입자들을 포함하는 경화성 B-스테이징 광학물질을 제공하는 단계;경화된 B-스테이징 광학물질을 형성하기 위해 상기 경화성 B-스테이징 광학물질을 경화하는 단계; 및세공들을 더 포함하는 상기 경화된 B-스테이징 광학물질을 형성하기 위해 상기 포로겐 입자들을 제거하는 단계에 의해 형성되되,상기 세공들은 5nm 내지 50nm의 평균 세공 크기를 가지며,상기 경화된 B-스테이징 광학물질은 상기 경화된 B-스테이징 광학물질의 체적에 기초하여, 0.1 체적백분율(volume percent) 내지 95 체적백분율의 공극률(porosity)을 가지는 것을 특징으로 하는, 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법.
- 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법에 있어서,상기 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법은,A) 밀봉물질을 포함하는 밀봉블럭을 제공하는 단계;B) 상기 밀봉블럭의 표면에, 인접패터닝밀봉표면을 구비한 패터닝밀봉영역을 가지는 광추출밀봉시트를 형성하는 단계; 및C) 상기 광추출밀봉시트를 다층 적층체에 부착시키는 단계를 포함하되,상기 B)단계에서,상기 패터닝밀봉영역을 형성하는 단계는,a) 적어도 하나의 제1오목부를 포함하는 제1오목부세트를 형성하는 단계; 및b) 제1오목부필러로 상기 제1오목부를 채우는 단계;c) 적어도 하나의 제2오목부를 포함하는 제2오목부세트를 형성하는 단계;d) 제2오목부필러로 상기 제2오목부를 채우는 단계를 포함하며,상기 제1오목부세트 및 상기 제2오목부세트 중 적어도 하나는 패턴을 가지되,상기 패턴은 주기적 패턴이며,상기 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에 있어서 5나노미터 내지 5,000마이크론의 구조체 크기를 가지며,상기 주기적 패턴은 적어도 하나의 측면 치수에서 10나노미터 내지 5,000마이크론의 주기를 가지며,상기 제1오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며,상기 제2오목부는 25나노미터 내지 10,000마이크론의 최대 오목부깊이를 가지며,상기 제1오목부 및 상기 제2오목부 중 적어도 하나는 상기 인접패터닝밀봉표면에 위치되는 오목부개구를 가지며,상기 제1오목부필러는 상기 제2오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나와 굴절률에 있어서 0.001 내지 3.0만큼 상이하며,상기 제1오목부필러, 상기 제2오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 0.03g/cm3 내지 0.60g/cm3의 평균 밀도를 가지고,상기 C) 단계에서,상기 다층 적층체는,n도핑층;광발생층; 및p도핑층을 포함하며,상기 다층 적층체는 적층체 발광 표면을 구비하되,상기 인접패터닝밀봉표면은 상기 적층체 발광 표면 상에 위치되며,상기 적층체 발광 표면은 매끈한 표면 및 패터닝된 복수개로 층진 표면으로부터 선택된 토포그래피(topography)를 가지며,상기 패터닝된 복수개로 층진 표면은 랜덤 패턴, 주기적 패턴, 및 이들의 조합으로부터 선택된 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는, 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법.
- 제 18 항에 있어서, 상기 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법은,D) 상기 제1오목부세트, 상기 제2오목부세트, 또는 상기 제1오목부세트 및 제2오목부세트와의 접촉으로부터 상기 밀봉물질의 전부 또는 일부를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법.
- 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,상기 제1오목부필러, 상기 제2오목부필러 및 상기 밀봉물질 중 적어도 하나는 세공들(pores)을 포함하는 경화된 B-스테이징 광학물질(cured B-staged optical material)이며,상기 경화된 B-스테이징 광학물질은,5nm 내지 50nm의 평균 입자 크기를 가지는 포로겐(porogen) 입자들을 포함하는 경화성 B-스테이징 광학물질을 제공하는 단계;경화된 B-스테이징 광학물질을 형성하기 위해 상기 경화성 B-스테이징 광학물질을 경화하는 단계; 및세공들을 더 포함하는 상기 경화된 B-스테이징 광학물질을 형성하기 위해 상기 포로겐 입자들을 제거하는 단계에 의해 형성되되,상기 세공들은 5nm 내지 50nm의 평균 세공 크기를 가지며,상기 경화된 B-스테이징 광학물질은 상기 경화된 B-스테이징 광학물질의 체적에 기초하여, 0.1 체적백분율(volume percent) 내지 95 체적백분율의 공극률(porosity)을 가지는 것을 특징으로 하는, 밀봉된 발광 장치를 생산하는 방법.
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