KR102222860B1 - 방출 필드 패턴들에 기초하여 패터닝된 표면 특징부들을 가지는 ｌｅｄ - Google Patents

방출 필드 패턴들에 기초하여 패터닝된 표면 특징부들을 가지는 ｌｅｄ Download PDF

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Abstract

발광 엘리먼트의 방출면은 발광 엘리먼트로부터 출력된 피크 광의 방향에 기초한 경사각들을 가지는 경사면들(312, 314)을 포함하는 특징부들(310)을 포함한다. 광출력이 상이한 방향들에서 다수의 로브들을 나타내는 경우, 경사면들(312, 314)은 대응하는 개수의 상이한 경사각들을 가질 수 있다(도 3b 및 3c에서와 같이). 인접한 특징부들로의 광의 재-주입을 최소화하기 위해, 인접한 특징부들은 서로 직접 대향하는 표면들을 가지는 것을 회피하도록 위치될 수 있다. 특징부들은 출구 표면에 걸쳐 경사면들의 의사-랜덤 분포를 제공하도록 성형되거나 위치될 수 있고, 다수의 거칠게 하는(roughening) 프로세스들이 사용될 수 있다.

Description

방출 필드 패턴들에 기초하여 패터닝된 표면 특징부들을 가지는 ＬＥＤ{LED WITH PATTERNED SURFACE FEATURES BASED ON EMISSION FIELD PATTERNS}
이 발명은 광학 분야에 관한 것이며, 특히, 발광 디바이스의 표면과 같은, 광-추출 표면(light-extraction surface) 상에서의 패턴들의 생성에 관한 것이다.
종래의 반도체 발광 엘리먼트는 N-타입 클래드층(clad layer)과 P-타입 클래드층 사이에 끼인 발광('활성')층을 포함하는 이중 이종구조(double heterostructure)를 포함한다. 전하-캐리어들(전자 및 정공)이 활성층 내로 흘러들어갈 때, 이러한 전하-캐리어들이 만날 수 있다. 전자가 정공을 만날 때, 그것은 더 낮은 에너지 레벨로 떨어지고, 광자의 형태로 에너지를 방출한다. 생성된 광자는 임의의 방향으로 진행할 수 있고, 상업적으로 가용적인 발광 엘리먼트들은 통상적으로, 발광 엘리먼트의 의도된 출구 표면을 빠져나가도록 광을 재지향시키는 반사성 표면들을 포함한다. 그러나, 광은 거의 임의의 각도로 출구 표면에 부딪칠 수 있고, 광의 상당 부분은 표면의 어느 한 측 상의 물질들 사이의 계면(interface)의 임계각을 초과하는 각도로 표면에 부딪칠 수 있으며, 내부 전반사(TIR)될 수 있다.
임계각은 물질들 사이의 계면에서 물질의 굴절률들(n1 및 n2)에 의해 결정되며, 굴절률(n1)을 가지는 매질로부터 더 낮은 굴절률(n2)을 가지는 매질로 진행하는 광에 대해 다음과 같다:
Figure 112016005029085-pct00001
임계각보다 더 큰 각도로 표면에 부딪치는 광은 내부 전반사 될 것이며, 표면을 통해 빠져나가지 않을 것이다. 용어 "출구 존" 또는 "출구 원뿔"은 광이 표면을 통해 나갈 각들의 범위를 정의하기 위해 사용된다. 표면 상의 임의의 점에서의 출구 원뿔은, 그것의 단면이 표면의 법선(normal)에 대한 임계각의 2배의 각도에 대향하는, 표면에 정점을 갖는 원뿔이다. 출구 존은 표면 상의 모든 점들의 출구 원뿔들의 합성(composite)이다.
출구 존들이 입체각들에 의해 정의되지만, 이 개시내용은 표현 및 이해의 용이함을 위해 2차원 모델을 사용하여 제시된다. 통상의 기술자는 후속하는 2차원 광학 모델들의 분석으로부터 도출된 결론들이 3차원 모델을 사용하는 더 복잡한 분석에 적용가능함을 인지할 것이다.
출구 표면을 거칠게 하는 것이 매끄러운 표면에 비해, 더 많은 광이 표면을 통해 나오게 한다고 결정되었다. 광이 매끄러운 출구 표면으로부터 내부 전반사 될 때, 그것은 발광 엘리먼트의 내부쪽으로 다시 진행하고, 반사성 표면들에 의해 반사되며, 출구 표면 쪽으로 다시 재지향될 것이다. 대부분의 경우들에서, 이 프로세스는 반사광이 LED 내에서 완전히 흡수될 때까지 반복된다. 반대로, 거칠어진 표면이 활성 영역의 표면에 대해 가변적인 각도로 그 표면의 일부분들을 가질 것이기 때문에, 매끄러운 출구 표면의 출구 존 밖에 있었을 수 있는 광의 일부는 거칠어진 표면의 경사면의 출구 존 내에 있을 것이고, 거칠어진 출구 표면을 빠져 나올 것이며; 추가로, 거칠어진 출구 표면들로부터 반사될 수 있는 광의 일부는 원하는 방향으로 (예를 들어, 활성층에 직교하는) 재지향될 수 있고, 따라서, 다음 반동 시에, 출구 표면을 빠져나갈 확률이 증가한다.
발광 엘리먼트의 출구 표면은 다양한 기법들 중 임의의 것을 사용하여 거칠어질 수 있고, 이들 중 일부는 무작위로 거칠어진 표면을 생성하고, 이들 중 일부는 홈(groove), 틈, 구조 등의 특정 패턴을 가지는 표면을 생성한다. "Recent Progress of GaN Based High Power LED" (14th Optoelectronics and Communication Conference, 2009)에서, Hao-chung Kuo는 거칠기 기법들의 조합을 개시하는데, 여기서 출구 표면은 먼저 패터닝되고, 이후 무작위로 거칠게 하는 프로세스를 거쳐서, 거칠어진 패턴을 가지는 출구 표면을 생성한다.
출구 표면을 거칠게 하는 것이 광 추출 효율을 개선시키지만, 이러한 효율성 중 일부는 거칠어진 출구 표면 상의 특징부를 빠져나온 광이 인접한 특징부에 부딪치고 발광 엘리먼트 내로 '재-주입(re-injected)'될 때 유실된다. 추가로, 무작위로 거칠게 하는 프로세스에서, 생성된 특징부들의 형상 및 밀도의 제어는 다소 제한되며, 따라서, 광이 표면을 빠져나올 확률, 및 광이 표면 내로 재-주입될 확률이 제어하거나 예측하기 어렵다.
발광 엘리먼트의 출구 표면의 광 추출 효율성을 추가로 개선하는 것이 유리할 것이다. 또한, 발광 엘리먼트의 광원의 특정 특성들에 기초하여 광 추출 효율성을 증가시키도록 특징을 이루는(feature) 패터닝된 표면을 사용하는 것이 유리할 것이다.
이러한 우려들 중 하나 이상을 더욱 양호하게 다루기 위해, 이 발명의 실시예에서, 발광 엘리먼트의 출구 표면은 복수의 특징부들을 포함하고, 각각의 특징부는 광원으로부터 출력된 피크 광의 방향(들)에 기초한 경사각들을 가지는 복수의 표면들을 가진다. 광출력이 상이한 방향들로의 다수의 로브들을 나타내는 경우, 복수의 표면들은 대응하는 개수의 상이한 경사각들을 가질 수 있다. 인접한 특징부들로의 광의 재-주입을 최소화하기 위해, 인접한 특징부들은 서로 직접 대향하는 표면들을 가지는 것을 회피하도록 위치될 수 있다.
특히, 발광 엘리먼트는 특정 방출 필드 패턴을 가지고 광을 방출하며, 광이 방출되는 출구 표면을 포함한다. 광 추출 효율성을 개선시키기 위해, 출구 표면은 발광 엘리먼트의 특정 각 방출 필드 패턴에 의존하는 기울기들을 가지는 경사면들을 포함하는 표면 특징부들을 포함한다. 표면 특징부들은, 출구 표면을 나갈 수 있는 광의 양을 최대화하는 기울기들을 가지는 예를 들어, 원뿔형 또는 피라미드형 특징부들을 포함할 수 있다. 표면 특징부들은 에칭, 밀링(milling), 또는 레이저 슬라이싱에 의해 형성될 수 있다.
경사면들과 외부 매질 사이의 계면은 그 외부에서 광이 완전히 또는 대부분 내부적으로 반사되는 출구 존을 정의하는 임계각을 나타내고, 기울기들은 출구 존 내의 경사면들에 부딪치는 광의 양을 최대화하도록 결정된다.
파 필드 각 방출 필드 패턴(far field angular emission field pattern)은 복수의 로브들을 포함할 수 있고, 출구 표면 상의 특징부들의 기울기들은 이들 로브들의 극성 배향에 기초하여 결정된다. 일부 실시예들에서, 상이한 표면 특징부들은 상이한 기울기들을 가지는 경사면들을 제공하도록 생성될 수 있고, 상이한 기울기들은 특정 방출 필드 패턴으로 존재할 수 있는 상이한 로브들에 의존한다.
방출된 광이 발광 엘리먼트에 재-진입할 확률을 최소화하기 위해, 표면 특징부들은, 표면 특징부의 경사면들 중 어느 것도 이웃하는 표면 특징부의 임의의 경사면들에 직접 대향하지 않도록 표면 상에 배열된다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 표면 특징부의 각각의 경사면은 이웃하는 표면 특징부의 에지에 대향한다.
유사한 방식으로, 특정 프로세스가 특정 표면 특징부들의 효율적 생성을 제공하는 경우, 또는 특정 표면 특징부들이 높은 추출 효율성 및 낮은 재-삽입 확률을 제공하도록 알려져 있는 경우, 발광 디바이스의 엘리먼트들은 이들 특정 표면 특징부들을 통해 최선의 또는 차선의(near-optimal) 광 추출 효율성을 구현하는 각 방출 필드 패턴을 생성하도록 배열될 수 있다.
일부 실시예들에서, 거칠어진 표면의 표면 특징부들 및 발광 엘리먼트의 각 방출 필드 패턴은 높은 광 추출 효율성을 가진 발광 엘리먼트를 제공하기 위해 같은 높이로(in unison) 설계된다.
발명은 첨부 도면들과 관련하여 더 상세히, 그리고 예시에 의해 설명된다.
도 1은 발광층과 반사기 사이의 다양한 거리들에 대한 광 방출 필드 패턴들의 예시적인 세트를 예시한다.
도 2a-2b는 광 방출 필드들의 예시적인 극성도(polar plot)들을 예시한다.
도 3a-3c는 광 방출 필드들에서의 피크들에 기초한 예시적인 표면 패턴 프로파일들을 예시한다.
도 4a-4b는 원뿔형 특징부들로서 형성된 예시적인 표면 특징부들을 예시한다.
도 5a-5b는 피라미드형 특징부들로서 형성된 예시적인 표면 특징부들을 예시한다.
도 6a-6c는 발광 엘리먼트에 재진입하는 광 경로들을 포함한 예시적인 광 경로들을 예시한다.
도 7-10은 광이 발광 엘리먼트에 재진입할 확률을 감소시키는 표면 특징부들의 예시적인 배열들을 예시한다.
도 11은 표면들의 의사-랜덤 배열들을 포함하는 예시적인 출구 표면을 예시한다.
도 12는 특징부들의 원형 배열을 포함하는 예시적인 출구 표면을 예시한다.
도 13은 예시적인 발광 표면 및 기울어진 특징부를 예시한다.
도면들 전반에 걸쳐, 동일한 참조 번호들은 유사한 또는 대응하는 특징들 또는 기능들을 나타낸다. 도면들은 예시의 목적으로 포함되며, 발명의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
후속하는 설명에서, 제한보다는 설명의 목적으로, 발명의 개념들의 철저한 이해를 제공하기 위해, 특정 아키텍처, 인터페이스들, 기법들 등과 같은 특정 상세항목들이 설명된다. 그러나, 본 발명이 이러한 특정 상세항목들과는 별개인(depart from) 다른 실시예들에서 구현될 수 있다는 점이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 마찬가지로, 이 기재의 글(text)은 도면들에 예시된 것과 같은 예시적인 실시예들에 관한 것이며, 청구된 발명을, 청구항들에 명시적으로 포함된 제한들을 초과하게 제한하도록 의도되지 않는다. 간략함 및 명료함의 목적으로, 공지된 디바이스들, 회로들 및 방법들의 상세한 설명들은, 불필요하게 상세하여 본 발명의 기재를 모호하게 하지 않도록 생략된다.
위에서 주지된 바와 같이, 종래의 발광 엘리먼트는 활성층으로부터 출구 표면 쪽으로 광을 반사시키는 반사성 표면을 포함할 수 있다. 은 거울 근처의 활성층으로부터의 광자 복사는 금속면 근처의 전기 쌍극자의 특성들을 나타낸다. 결과적인 파 필드 복사 패턴은 방출된 광의 파장에 대한 활성층과 거울 사이의 거리, 뿐만 아니라, 광이 진행하는 물질의 굴절률에 의존할 것이다. 활성층과 거울 사이의 거리(D)가 주어지면, 상대 거리(d)는 다음과 같이 정의될 수 있다.
Figure 112016005029085-pct00002
여기서, η는 활성층과 거울 사이의 물질의 굴절률이고, λ는 방출된 광의 파장이다.
도 1은 활성층과 거울 사이의 상대적 거리(d)의 상이한 값들에 대한 정규화된 파 필드 방출 패턴들(110-200)의 예시적인 세트를 예시한다. 이 예에서, 활성층과 거울 사이의 물질은 GaN이고, 거울은 은 반사기이다. 수직축은 정규화된 방출 크기를 나타내고, 수평축은 발광 표면에 대한 법선에 대한 각을 나타낸다.
알 수 있는 바와 같이, 거울이 활성층에 매우 가까울 때(d=0.1), 방출 패턴은 Lambertian 패턴과는 크게 상이하지 않으며, 표면에 대해 법선인 또는 거의 법선인 각도에서 피크 방출 레벨들을 가지고, 각도가 법선으로부터 점점 증가함에 따라 점진적으로 더 낮아지는 방출 레벨들을 가진다. 상대 거리가 증가함에 따라, 증가한 거리(D)를 지나가는 진행은 점점 더 복잡한 패턴들을 생성하는 상호작용들을 허용한다.
상대 거리가 0.1에서 0.4로 증가함에 따라, 더 적은 광이 법선 방향을 방출된다. 알 수 있는 바와 같이, 상대적 거리가 0.4일 때 생성된 패턴(140)에서(D=0.4* λ/η), 법선 방향 또는 거의 법선 방향으로 매우 적은 방출이 존재하며, 법선에서 60도 또는 거의 60도인 방향으로 대량의 방출(146)이 존재한다. 상대 거리가 더, 0.6의 상대 거리쪽으로 증가함에 따라(D=0.6* λ/η), 다수의 피크들(152, 156), (162, 166)은 법선 방향으로 방출되는 광의 양이 증가함에 따라 생성된다. 상대 거리가 더 증가함에 따라, 다수의 피크들은 법선으로부터 더 멀리 오프셋(offset)되고, 추가적인 피크들이 형성된다.
상이한 패턴들이 상이한 환경들 하에서 생성될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 도 1에 예시된 패턴들은 거울로부터의 거의 완벽한 반사를 가정하여 생성될 수 있는 패턴들이며, 실제로, 거울 표면들은 거의 완벽하지 않은 반사기들이다. 추가로, 다양한 다른 파라미터들은 방출 필드 패턴들에 영향을 줄 수 있다. 도 2a 및 2b는 고려된 상이한 파라미터들을 가지는 발광 디바이스의 2개 모델들에 대한 2개의 상이한 방출 필드 패턴들을 예시한다. 도 2a는 예를 들어, 도 1의 패턴(160)에 대응하는 '단순한' 모델을 사용한 예측된 방출 필드 패턴을 예시하는 반면, 도 2b는 동일한 발광 디바이스의 더 복잡한 모델을 예시한다.
도 2a 및 2b는 파 필드 방출 필드 패턴의 '극성' 표현을 제공하며, 반-원(semi-circle) 상의 점들의 궤적들은 발광층의 표면에 대한 각들을 나타내고, 원점으로부터의 거리는 특정 각도의 방출들의 진폭을 나타낸다. 이러한 표현에서, 피크 방출 진폭에 대한 방출들은 "로브"들로서 나타난다. 도 2a에서, 3개의 로브들(210, 220, 221)이 표시되지만, 3차원 공간에서, 로브들(220 및 221)은 약 70도의 각 배향을 가지는 동일한 '입체각 로브'의 단면들이다. 도 2b에서, 약 30도 및 70도의 피크 방출 각들에서의 2개의 입체각 로브들에 대응하는 4개의 로브들(230, 240, 231, 241)이 표시된다. 참조의 용이함을 위해, 용어 '로브'는 이하에서 '피크 방출 각에 대한 방출들'을 나타내는 데 사용된다.
도 1 및 2a-2b의 예들은 단순히, 제조 기법들 및 파라미터들에 따라, 종래의 발광 디바이스들이 비-Lambertian 방출 패턴들을 나타낼 수 있음을 예시하도록 의도된다. 하기에서 명백할 바와 같이, 이 발명은 임의의 특정 방출 패턴을 도입하기 위한 쌍극자-거울 효과의 사용에 제한되지 않으며; 오히려, 이 발명이 특정 방출 필드 패턴을 생성하기 위해 사용되는 임의의 특정 기법들에 의존하지 않는다는 점이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
도 1의 예가 파 필드 방출 필드 패턴이 반사기와 활성층 사이의 거리를 제어함으로써 제어되고, 따라서 비정상(off-normal) 피크들은 원하는 경우 회피될 수 있지만, 많은 경우들에서, 제조 프로세스는 그 자체가 방출 필드 패턴의 제어를 허용하지 않는 인자들에 의해 제한된다. 그러나, 임의의 특정 제조 기법은 일반적으로 대응하는 특정 방출 필드 패턴을 생성할 것이며, 주어진 기법에 의해 생성된 디바이스들의 특정 방출 필드 패턴(또는 로브들의 세트)을 결정하기 위해 테스트가 수행될 수 있다.
이 발명의 실시예에서, 주어진 발광 디바이스의 방출 필드 패턴, 또는 발광 디바이스들의 클래스가 결정되고, 발광 디바이스의 출구 표면은, 결정된 방출 필드 패턴에 기초하여 패터닝되어, 출구 표면에 대해 비정상으로 임계각보다 더 큰 각도로 표면에 부딪치는 광에 의해 야기된 표면에서의 내부 전반사(TIR; total internal reflection)를 감소시킨다.
이 발명의 실시예에서, 출구 표면 특징부들의 주어진 세트의 각 광 추출 효율성이 결정되고, 발광 엘리먼트의 방출 필드 패턴은 결정된 각 광 추출 효율성에 기초하여 설계된다. 일부 실시예들에서, 출구 표면 특징부들 및 방출 필드 패턴은 높은 광 추출 효율성을 달성하기 위해 같은 높이로 설계된다. 참조 및 표현의 용이함을 위해, 후속하는 개시내용은 주어진 방출 필드 패턴에 대한 광 추출 효율성을 최적화하기 위해 출구 표면 특징부들을 설계하는 패러다임(paradigm)을 사용하여 제시된다. 통상의 기술자는 이 패러다임을 사용하여 제시된 원리들이 다른 위에 언급된 설계 순서들에 적용가능함을 인지할 것이다.
또한 참조 및 표현의 용이함을 위해, 후속하는 예들은 방출 필드 패턴들의 전술된 2차원 모델을 사용하여, 그리고 내부 전반사의 이상화된 모델을 사용하여 제시되며, 출구 존 내의 모든 광은 표면을 빠져나가고, 출구 존 밖의 모든 광은 내부 전반사된다.
도 3a는 그 각각이 경사면들(312, 314)을 포함하는 특징부들(310)을 가지는 예시적인 표면 프로파일을 예시한다. 이 프로파일에서, 발광 영역(302)은 n-타입 영역과 p-타입 영역(301, 303) 사이에 끼인다. 경사면들(312, 314)은 영역(303) 내에 형성된다. 통상의 기술자는 이러한 영역들(301, 302, 303) 각각이, 접촉면들 등(예시되지 않음)을 포함하는 물질들의 다수의 층들을 포함할 수 있음을 인지할 것이다.
이 예에서, 경사면들(312, 314)은 발광 영역(302)의 표면(320)에 대해 45도 기울어져 있다. 표면(320)으로부터 45도로 방출되는 광은 경사면에 대해 법선인 각도로 경사면들(312, 314) 중 하나에 부딪칠 것이며, 표면을 빠져나갈 것이다. 특히, 경사면들(312, 314)에서의 임계각은 법선으로부터 발광 표면(320)으로 45도 기울어져 있는, 이러한 표면들(312, 314)의 법선에 대한 것일 것이다.
발광 표면(320)으로부터 비정상으로 30도로 방출된 광은, 60도로 방출된 광이 그러할 것처럼, 15도 각도로 경사면들(312, 314) 중 하나에 부딪칠 것이다. 임계각이 적어도 15도인 경우, 표면들(312, 314)에 부딪치는 30도와 60도 사이의 각도로 방출된 광은 이러한 표면들을 빠져나갈 것이다. 반면, 0도로 방출된(발광층에 대해 법선인) 광은 45도 각도로 표면들(312, 314)에 부딪칠 것이며, 임계각이 45도 미만인 경우 내부 전반사될 것이다. 이 발명의 실시예들에서, 경사면들(312, 314)의 기울기는, 발광 디바이스 내에서 방출된 광의 방출 패턴에 기초하여, 내부 전반사된 광의 양을 최소화하도록 결정될 수 있다.
발광 디바이스가 도 1의 패턴(140)과 유사한 방출 패턴을 보이도록 결정된 경우, 예를 들어, 광의 상당량은 비정상으로 60도 또는 거의 60도인 각도로 방출될 것이다(즉, 3차원 방출 패턴의 2차원 '단면'에서, 로브는 약 60도 및 -60도로 존재하며; 3차원에서, 이 로브는 발광 표면에 대해 직교하는 축 주위로 회전한다). 출구 표면이 발광층의 표면에 대해 평행하고, 출구 표면의 임계각이 예를 들어, 40도인 경우, 방출된 광의 상당 부분은 출구 표면의 출구 존 밖에 있을 것이며, 그것이 출구 표면에 부딪칠 때 내부 전반사될 것이다.
출구 표면을 빠져나갈 광의 양을 증가시키기 위해, 표면은 방출된 광의 상당부분을 감싸는 출구 존들을 제공하는 표면 특징부들을 생성하도록 패터닝될 수 있다. 예를 들어, 위의 예에서와 같이, 로브가 발광 표면에 대해 비정상으로 60도로 존재하는 경우, 특징부들은 발광 표면의 평면에 대해 60도 기울어진 표면 영역들에 존재하는 표면 상에 생성될 수 있다. 이러한 경사면을 통해, 출구 존의 중심은 60도로 로브의 피크와 동일한 방향으로 배향될 것이며, +/- 60도의 임계각 내에서 이 경사면에 부딪치는 광은 경사면을 통해 빠져나갈 수 있을 것이다. 방출된 광의 상당량이 +/- 60도인 로브의 폭일 것이기 때문에, 경사면에 부딪치는 로브 내의 방출된 광의 상당량은 경사면을 통해 빠져나갈 것이다.
위의 예에서와 같이, 임계각이 40도인 경우, 20도 초과로 방출되며 60도로 기울어진 표면 특징부에 부딪치는 광은 출구 표면을 빠져나갈 것이다. 도 1에 예시된 바와 같이, 디바이스가 패턴(140)과 유사한 패턴을 보이는 경우, 방출된 광의 거의 모두는 20도 초과의 각도로 방출된다. 따라서, 표면 특징부에 부딪치는 방출된 광의 거의 모두는 출구 표면을 빠져나갈 수 있다.
통상의 기술자는 방출된 광이 3차원에 대해 한 방향으로 방출되며, 도 13에 예시된 바와 같이, 방출 방향이 이러한 3차원 시스템에서 2개의 직교 축들에 대한 각들에 의해 참조될 수 있음을 인지할 것이다. 이 예에서, 방출된 광(30)은 발광 표면(50)에 대해 법선이며, 도 1 및 2에 참조된 각들과 일치하는, 축(10)에 대해 각(31)으로 기울어져 있다. 다른 각(32)은 발광 표면(50) 상의 기준선(축)(20)에 대한 각이다. 유사한 방식으로, 경사면(60)의 배향은 이러한 동일한 2개 축들에 대해 참조될 수 있다. 즉, 발광 표면(50)에 대한 법선(10)에 대해 기울어진 것에 더하여, 표면(60)은 또한 발광 표면 상의 축(20)에 대해 주어진 방향으로부터 발광 표면에 '대향'할 것이다.
경사면(60)의 출구 존에 대해, 경사면(60) 상의 방출된 광(30)의 교차각은 경사면(60)에 대해 직교하는 법선축(65)에 대한 것일 것이며, 발광 표면의 축들에 대한 경사각들과 방출 각들의 합성일 것이다. 추가로, 경사면이 곡선인 경우, 법선(65)은 곡면에 걸쳐 달라질 것이다. 경사면(60) 상의 한 점에 부딪치는 광은, 그 점에서의 법선(65)에 대한 교차의 이러한 합성각이 경사면(60)의 출구 존 내에 있는 경우에만 빠져나갈 것이다.
시뮬레이션 및 분석 시스템들은 주어진 3D 방향으로부터의 광이 표면에 대한 법선에 대한 임계각에 기초하여 또다른 방향으로 배향된 표면을 빠져나갈지를 결정하기 위해 공통적으로 이용가능하다. 그러나, 위에서 주지된 바와 같이, 설명 및 이해의 용이함을 위해, 이 발명의 원리들은 방출 표면의 평면들에 대한 표면 특징부들의 전술된 2차원 배향을 사용하여 제시된다. 통상의 기술자는, 교차각들이 도 13에 예시된 것과 같은 3차원 모델에 기초할 것이라는 점을 제외하고는, 3차원 분석이 동일한 원리들을 따를 것임을 인지할 것이다.
2차원 분석으로 돌아가면, 경사면이 로브들의 각에 대해 엄격하게 직교할 필요는 없다는 점에 유의해야 한다. 위의 예에서, 40도의 임계각으로, 그리고 60도의 피크 방출 각으로, 50도로 기울어진 표면은 10도 초과의 각도로 방출되며 출구 표면을 빠져나가는 표면에 부딪치는 광의 모두를 허용할 것이며; 45도로 기울어진 표면은 5도와 85도 사이에서(+/- 45도의 임계각) 방출된 광이 빠져나가도록 할 것이다. 표면의 특정 기울기는 바람직하게는, 발광 디바이스의 방출 필드 패턴으로부터 경사면의 출구 존 내에 포함된 광의 양에 기초하여, 그 표면을 빠져나갈 방출된 광의 양을 최적화하도록 선택된다.
예를 들어, 발광 디바이스가 도 1의 패턴(130)과 유사한 패턴을 나타내는 경우 ― 피크/로브는 약 55도에서 발생함 ―, 실질적으로 더 많은 광이 55도 보다 더 큰 각도가 아닌 55도보다 더 작은 각도로 방출된다는 점에 유의한다. 따라서, 표면의 출구 존은 더 큰 방출 각들에 대해, 예컨대, 45도로 바이어스될 수 있지만, 피크/로브는 약 55도에서 발생한다. 이러한 방식으로, 로브의 더 높은 각도에 있는 광의 일부가 이러한 더 적게 경사진 표면의 출구 존에 포함되지 않을 수 있지만, 로브의 더 낮은 각도로 방출되는 잠재적으로 더 많은 양의 광이 출구 존에 포함되는 것으로 예상될 수 있으며, 결과적으로 출구 표면을 빠져나갈 것이다.
예로서 패턴(130) 및 40도의 임계각을 다시 사용하여, 70도와 80도 사이에서 방출된 광의 양은 0도와 10도 사이에서 방출된 광의 양보다 더 적은 것으로 보인다. 따라서, 특징부 표면이 30도로 기울어진 경우, 출구 존은 표면에 부딪치는 -10도와 +70도 사이의 각도로 방출된 광이 출구 표면을 빠져나가게 하도록 예상될 수 있는 반면, 70도 초과로 방출된 광은 출구 존 내에 존재하지 않을 것이며 내부적으로 반사될 것이다. 이러한 2차원 예에서, 0도와 -10도 사이에서 방출된 광의 양이 70도와 80도 사이에서 방출된 광의 양보다 더 크기 때문에, 더 많이 방출된 광이 임계각 내의 특징부 표면에 부딪칠 것이며, 출구 표면을 빠져나갈 수 있을 것이다.
반면, 10도와 20도 사이에서 방출된 광의 양은 60도와 70도 사이에서 방출된 광의 양보다 더 많은 것으로 보이지 않을 것이다. 따라서, 출구 존이 10도와 20도 사이에서 방출된 광을 포함하고 60도와 70도 사이에서 방출된 광을 배제시키도록 특징부 기울기를 20도로 설정하는 것은, 경사면의 출구 존 내에 존재할 광의 전체 양을 증가시킬 것이며, 이러한 2차원 예에서, 30도인 특징부 기울기에 비해, 표면을 빠져나가는 광의 양을 감소시킬 것이다. 위에서 주지된 바와 같이, 출구 존 내에 포함될 방출된 광의 실제 양은 주어진 방출 패턴에 대한 특징부 기울기의 3차원 기울기에 의존할 것이다. 위의 2차원 예는, 특히 방출 패턴이 이러한 최대 방출 각에 대해 대칭이 아닌 경우, 광의 최대 양이 최대 방출의 특정 각에 맞춰 정렬되지 않는 출구 존 내에 포함될 수 있을 것임을 단지 예시하기 위해 사용된다.
통상의 기술자는 상이하게 기울어진 표면들의 조합이 이러한 표면들의 출구 존들 내에 포함될 광의 양을 최적화하기 위해 제공될 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 예시적인 방출 패턴(120) 및 예시적인 40도의 임계각을 가지고, 방출된 광의 상당 부분은 40도 미만의 각도로 방출된다. 따라서, 방출 표면에 평행한 표면의 출구 원뿔은 40도 미만으로 이러한 방출된 광 모두를 포함할 것이고, 따라서, 출구 표면의 일부는 이러한 광이 빠져나갈 수 있게 하도록 '특징을 이루지 않은 채'(평평하게) 있을 수 있다. 40도보다 더 큰 광이 표면을 빠져나가게 하기 위해, 특징부들은 예를 들어 50도의 기울기를 가지고 제공될 수 있고, 따라서, 이러한 경사면들에 있는 출구 존은 10도 및 90도 내에서 방출되는 광을 포함할 것이다.
유사한 방식으로, 방출 패턴이 다수의 피크들/로브들을 보이는 경우, 도 3b 및 3c의 예시적인 프로파일에 예시된 바와 같이, 출구 표면을 빠져나갈 수 있는 광의 양을 실질적으로 증가시키기 위해 이러한 로브들에 대응하는 경사면들의 조합이 제공될 수 있다. 위의 단일 특징부 표면 예에서와 같이, 다수의 표면들의 기울기들은 이들의 임계각들 내에서 표면 특징부들을 치도록 예상될 수 있는 광의 전체 양을 최적화하도록 선택될 수 있다. 그러나, 이 결정에서, 하나의 로브에 대해 기울어진 표면의 영역들이 다른 로브 내에서 방출된 광에 악영향을 줄 수 있다는 점에 유의해야 한다.
일부 실시예들에서, 주어진 기울기를 가지는 표면 영역의 일부는 그 기울기에 대응하는 로브와 연관된 전력에 비례할 수 있다. 예를 들어, 주요 로브가 전체 전력의 80%를 제공하고 또다른 로브가 전체 전력의 20%를 제공하는 경우, 출구 표면 영역의 80%는 주요 로브로부터의 광의 추출을 최대화하도록 설계된 기울기를 가지는 특징부들을 포함할 수 있고, 출구 표면의 20%는 또다른 로브로부터의 광의 추출을 최대화하도록 설계된 기울기를 가지는 특징부들을 포함할 수 있다.
발견적 기법들(heuristic techniques)은 일반적으로, 더 적고 더 작은 기울기에 대한 선호도에 기초하여, 주어진 방출 필드 패턴에 대해 효율적일 수 있는 기울기들의 세트를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 종래의 모델링 기법들은, 발광 디바이스와 연관된 예상된, 예측된 또는 공지된 방출 필드 패턴에 기초하여, 이러한 표면 특징부들의 최적의 개수 및 기울기들을 결정하기 위해 적용될 수 있다.
도 3a-3c의 특징부들은 다양한 기법들 중 임의의 기법을 사용하여 제공될 수 있다. 도 3a-3c의 프로파일들은, 예를 들어, 대각 단면에 따라 보여지는 복수의 동심 홈들의 프로파일을 나타낼 수 있다. 유사한 방식으로, 도 3a-3c의 프로파일들은 출구 표면 상에 형성된 원뿔들의 어레이의 프로파일을 나타낼 수 있다. 통상의 기술자는 도 3a-3c의 프로파일들이 또한 다른 형상들을 나타낼 수 있음을 인지할 것이다.
특징부들의 크기는 폭과 높이에 있어 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 특징부들은 1um와 10um 사이의 폭 및 1um와 10um 사이의 높이일 수 있다.
도 4a, 4b는 각자, 특징부들(410)을 포함하는 예시적인 출구 표면(400)의 일부의 최상부 뷰 및 프로파일 뷰를 예시한다. 이 예에서, 특징부들(410)은 주기적인, 또는 의사-주기적 패턴으로 배열된 원뿔 피트(conic pit)들의 어레이이다. 위에서 상술된 바와 같이, 특징부(410)의 벽들(412)의 우세한 기울기는 발광 디바이스의 방출 필드 패턴에 기초하여 생성된다. 피트들은 표면(400)의 패터닝된 에칭에 의해 형성될 수 있고, 벽들(412)의 우세한 기울기는 사용된 에천트의 특정한 에칭 특성들에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 속효성의(fast-acting) 에천트는 더 지효성의(slower-acting) 에천트보다 더 급격한 기울기를 생성할 수 있다. 유사한 방식으로, 기울기는 특징부(410)의 직경뿐만 아니라, 에칭 프로세스 동안의 환경 조건들에 기초하여 달라질 수 있다.
특징부들(410)의 패턴은 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 평균적인 중심-대-중심 간격('피치(pitch)')이 특징부(410)의 직경의 2배보다 작지만, 표면의 특징화된 영역들에 대한 특징이 없는(평평한) 영역들의 바람직한 비는 더 큰 피치를 초래할 수 있다.
통상의 기술자는 특징부들(410)이 또한 원뿔형 피트들보다는 원뿔형 구조일 수 있다는 점을 인지할 것이다.
도 5a, 5b는 각자, 특징부들(510)을 포함하는 예시적인 출구 표면(500)의 일부의 최상부 뷰 및 프로파일 뷰를 예시한다. 이 예에서, 특징부들(510)은, 경사면들(A, B, C)을 가지는 피라미드들의 어레이이다. 위에서 상술된 바와 같이, 표면들(A, B, C)의 기울기는 발광 디바이스의 방출 필드 패턴에 기초하여 결정되어, 바람직하게는 이러한 표면들에서 내부 전반사될 광의 양을 감소시킬 수 있다. 도 4a-4b의 예에서와 같이, 패터닝된 에칭은 이러한 특징부들(510)을 생성하기 위해 사용될 수 있다.
특징부들(510)의 크기에 따라, 밀링 프로세스 또는 레이저 에칭 프로세스가 또한 이러한 특징부들(510)을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 표면들(A, B 및 C)의 각각의 평면들을 따라 기울어진 일련의 제어된-깊이의 레이저 슬라이스들은 예시된 피라미드 특징부들(510)을 생성할 것이다. 유사한 방식으로, V-형상의 비트는 특징부들(510)의 표면들의 쌍들(A-A, B-B, C-C)을 밀링(mill)하기 위해 사용될 수 있고, V-형상의 비트의 기울기는 발광 디바이스의 방출 필드 패턴에 기초한다.
예시된 예시적인 특징부들(510)이 등변인 피라미드들이지만, 통상의 기술자는 불규칙한 형상의 피라미드들 역시 형성될 수 있음을 인지할 것이다. 이러한 불규칙적 형상들은 예를 들어, 멀티-로브 방출 필드 패턴을 수용하기 위한 다수의 기울기들을 제공하도록 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 특히 상대적으로 급격한 기울기들을 가지는 실시예들에서, 도 6a-6c에 예시된 바와 같이, 경사면들을 빠져나가는 광의 일부는 인접한 경사면을 치고, 발광 디바이스에 재진입할 수 있다.
도 6a에서, 광 경로들(610, 611, 612, 613)에 의해 예시된 바와 같이, 예를 들어, 경사면들을 빠져나가는 광의 대부분은 발광 디바이스로부터 떨어져서 계속 진행할 수 있다. 그러나, 경사면들을 빠져나가는 광의 일부는, 광 경로들(620, 621)에 의해 예시된 바와 같이, 인접한 표면을 치고 발광 디바이스에 재진입할 수 있다. 광 경로(620)에 의해 예시된 바와 같이, 광이 인접한 표면에 어떻게 부딪치는지에 따라, 광은 임계각 내의 각도로 다음 경사면을 치고, 그 경사면을 빠져나갈 수 있다. 그러나, 광은 발광 디바이스에 다시 재진입할 수 있고, 광의 일부는 발광층 쪽으로 다시 지향될 수 있고, 광 경로(621)에 의해 예시된 바와 같이, 결국 흡수될 수 있다.
광이 발광 디바이스에 재진입할 확률은 특징부들의 특정 배열에 의존할 수 있다. 예를 들어, 도 6b 및 6c에 예시된 특징부들은, 더 급격한 기울기들 사이의 더 큰 간격(separation)으로 인해, 광이 발광 디바이스에 재진입할 더 낮은 확률을 보일 수 있지만, 일부 재-진입이 발생할 수 있다.
이 발명의 일부 실시예들에서, 표면 특징부들은 내부 전반사와 표면을 빠져나가는 광의 재진입 모두를 감소시키도록 형성된다. 도 4a에 예시된 바와 같이, 특징부들의 경사면들이 가까이에서 서로 대향하는 경우, 광이 인접한 특징부에 재진입할 확률이 클 수 있다. 재진입하는 광의 일부가 인접한 특징부를 빠져나가지만, 이러한 재진입 광의 적어도 일부는 발광 디바이스 내에서 흡수될 수 있다.
도 7은 도 5a의 특징부들(510)의 예시적인 대안적인 배열을 예시한다. 이 예에서, 도 5a의 특징부들(510) 중 일부는 형성되지 않으며, 이에 의해 도 7의 형성된 특징부들(710) 사이에 공간(715)을 제공한다. 이러한 더 먼 거리를 진행한 이후 단지 매우 얕게-기울어진 광이 이웃하는 특징부(710)의 높이 아래에 있을 것이기 때문에, 이러한 추가적인 이격은 광이 이웃하는 특징부들(710)에 재진입할 확률을 감소시킨다.
추가로, 도 7의 예에서, 2개의 유사한 표면들은 서로 직접 대향하지 않는다. 도 5a의 예에서, 각각의 표면(A)은 유사한 표면(A)에 대향하고; 각각의 표면(B)은 유사한 표면(B)에 대향하고; 각각의 표면(C)은 유사한 표면(C)에 대향한다. 이러한 개시내용의 목적을 위해, 표면들 각각으로부터의 법선이 공통면에 존재하거나, 또는 공통면의 10 퍼센트의 각 내에 존재하는 경우, 2개의 표면들은 서로 직접 대향한다고 한다.
도 7의 예에서, 표면(A)으로부터 방출된 광의 경로에 있는 표면 영역들은 2개의 이웃하는 특징부들(710)의 경사면들(B 및 C)만을 포함한다. 표면(A)으로부터의 법선은 표면(B 또는 C)에 대한 법선의 어느 한 평면의 10퍼센트 내에 존재하지 않을 것이다. 표면들(B 또는 C)에 부딪치는 표면(A)으로부터의 광이 이웃하는 특징부에 재진입할 것이지만, 이러한 경사면들(B 또는 C)이 표면(A)으로부터의 광이 방해받지 않고 진행할 수 있는 "골"(또는 공동)을 형성하기 때문에, 표면(A)으로부터의 더 적은 광이 표면(B 또는 C)에 부딪칠 수 있다. 표면들(B 및 C) 각각에 대한 유사한 분석은 이러한 표면들로부터의 방해받지 않는 광 전파를 위한 유사한 골들을 보여줄 것이다.
그러나, 표면(700) 상의 특징부들(710)의 배열의 잠재적인 결함은, 평평하게 남아 있는 표면(700)의 영역들(715)일 수 있다. 방출 필드 패턴이 발광 표면에 대해 법선에 있는 또는 거의 법선인 로브를 포함하는 경우, 이러한 평평한 공간들(715)은 그 로브의 광의 빠져나감을 용이하게 할 것이지만, 방출 필드 패턴이 도 1의 패턴(140)과 같이, 매우 적은 광이 발광 표면에 대해 법선으로 방출됨을 나타내는 경우, 이러한 평평한 공간들은 발광 디바이스로부터의 광이 내부 전반사될 확률을 증가시킬 것이다. 이러한 내부 전반사는 이러한 평평한 공간들(715)을 거칠게 함으로써 감소될 수 있지만, 이렇게 거칠게 하는 것은 위에서 언급된 바와 같이, 광의 일부 재-주입을 가져올 것이다.
기울어지지 않은 표면들의 양을 감소시키기 위한 하나의 기법은, 도 8의 예에 예시된 바와 같이, 주요 특징부들(710) 사이의 공간들(715) 내의 추가적인 특징부들(810)을 포함할 것이다. 이러한 예에서, 특징부들(710)의 각각의 표면(A, B, C)은 각자 특징부들(810)의 표면 쌍들(B-C, C-A, 및 A-B)의 에지에 대향한다. 추가적인 특징부들(810)이 표면(A)으로부터 방출된 광에 대한 경사면들(B 및 C)에 의해 생성된 전술된 "골"들을 방해하는 경우, 이러한 더 작은 특징부들(810)의 감소한 높이는 특징부(710)의 표면(A)으로부터 방출된 광이 특징부들(810)의 표면들에 부딪칠 확률을 감소시킨다.
일부 실시예들에서, 주요 특징부(major feature)(710) 및 작은 특징부(minor feature)(810)은 서로 역일 수 있다. 즉, 도 3b에 예시된 바와 같이, 주요 특징부들(710)은 표면으로부터 위로 확장하는 피라미드들일 수 있는 반면, 작은 특징부들(810)은 표면 아래로 확장하는 피트들일 수 있거나, 또는 그 역이 성립한다. 유사한 방식으로, 도면들 중 임의의 도면 내의 특정 특징부들 중 임의의 특징부는 피라미드들 대신 피트들일 수 있고; 예를 들어, 특징부들의 모든 다른 행들은 이웃하는 행의 역일 수 있다. 이들 및 다른 변형들은 이 개시내용의 견지에서 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
도 9는, 발광 표면에 법선인 또는 거의 법선인 큰 로브를 가지지 않을 수 있는 방출 필드 패턴들에 대해, 기울어지지 않은 표면 영역들의 양을 감소시키는 특징부들(910)의 예시적인 대안적인 배열을 예시한다. 특징부들(710)의 예시적인 배열에서와 같이, 특징부들(910)은 어떠한 2개의 표면도 서로 직접 대향하지 않도록 배열된다.
도 10은 표면들(A, B 및 C)의 기울기와 동일하거나 상이할 수 있는 경사면들(D, E, F)을 가지는 다른 특징부들(950)의 추가를 예시한다. 이러한 추가적인 특징부들은 출구 표면 상의 기울어지지 않은 영역들을 더 증가시킨다. 이러한 예시적인 실시예에서, 특징부들(950)이 방출 필드 패턴 내에 제2 로브를 수용하도록 설계되고, 표면들(D, E, F)의 기울기들이 상대적으로 작은 경우, 예컨대, 30도 미만인 경우, 광이 특징부들(910, 950)을 통해 발광 디바이스에 재진입할 확률이 또한 상대적으로 작을 수 있지만, 표면(A)은 (더 작은) 표면들(D)에 직접 대향하고, 표면(B)은 표면들(F)에 대향하고, 표면(C)은 표면들(E)에 대향한다. 표면들(D, E, F)이 표면들(A, B, C)와 동일한 기울기인 경우라도, 경사면들에 의해 생성된 '골들' 및 특징부들(950)의 감소한 높이는, 도 5a-5b에 예시된 예시적인 배열에 비해, 방출된 광이 특징부들(910, 950)에 재진입할 확률을 실질적으로 감소시킨다.
발명이 도면들 및 전술된 기재에서 예시되고 상세하게 기술되지만, 이러한 예시 및 기재는 제한적인 것이 아니라 예증적이거나 예시적인 것으로 간주될 것이며, 발명은 개시된 실시예들로 제한되지 않는다.
예를 들어, 피라미드 형상들이 이들 예들에서 사용되지만, 다른 형상들 역시 사용될 수 있다. 도 11은 예를 들어, 멀티-로브 방출 필드 패턴을 가지는 발광 디바이스에 대해 적절한, 상이한 각도들의 다양한 표면들의 의사 랜덤 배열을 포함하는 예시적인 표면을 예시한다.
유사한 방식으로, 도 12는 유사-원형 패턴으로 배열된 복수의 특징부들을 포함하는 예시적인 표면을 예시한다. 이 예는 또한 상이한 크기의 특징부들의 사용을 예시한다.
개시된 실시예들의 다른 변형들은 도면들, 개시내용, 및 첨부된 청구항들의 학습으로부터, 청구된 발명의 구현에 있어서 통상의 기술자에 의해 이해되고 실행될 수 있다. 예를 들어, 광 추출 효율성을 개선하기 위한 경사면들의 사용은, 예를 들어, 표면 특징부들의 일부 또는 모두를 거칠게 하는 것을 포함한, 광 추출 효율성을 개선시키기 위한 다른 기법들과 조합될 수 있다.
위에서 주지된 바와 같이, 출구 표면 상의 특징부들의 바람직한 기울기들이 주어진 각 방출 필드 패턴에 기초하여 결정될 수 있거나, 또는 바람직한 각 방출 필드 패턴이 출구 표면 상의 특징부들의 기울기들에 기초하여 결정될 수 있거나, 또는 특징부들의 기울기 및 각 방출 필드 패턴 모두가 각 방출 필드 패턴의 선택과 출구 표면 상의 특징부들의 기울기들의 선택의 조합에 기초하여 광 추출 효율성을 최적화하기 위해 서로 같은 높이로 결정될 수 있다. 참조의 용이함을 위해, 구문 "방출 필드 패턴에 대응하는 기울기들"은 기울기들 또는 방출 필드 패턴을 결정하는 임의의 특정 순서에 무관한 것으로 의도된다.
청구항들에서, 단어 "포함하는"은 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 단수(부정 관사 "a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 특정한 측정들이 상호 상이한 종속 청구항들에서 인용된다는 단순한 사실은 이러한 측정들의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지는 않는다. 청구항들에서의 임의의 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

Claims (25)

  1. 발광 디바이스로서,
    N-타입 영역,
    P-타입 영역,
    상기 N-타입 영역과 상기 P-타입 영역 사이에 끼인 발광층, 및
    상기 발광층에 평행한 평면에 있고, 상기 발광층으로부터 방출된 광이 나가는 출구 표면(escape surface)
    을 포함하는 발광 엘리먼트를 포함하고,
    광은 상기 발광층에 대해 직교하지 않는 피크 방출 각에서 적어도 하나의 로브를 가지는 각 방출 필드 패턴(angular emission field pattern)으로 상기 발광 엘리먼트 내에서 방출되고,
    상기 출구 표면은, 상기 로브의 각에 직교하는 경사면을 포함하는 표면 특징부들(surface features)을 포함하는 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사면과 외부 매질(exterior medium) 사이의 계면(interface)은 외부에서 광이 내부 전반사되는(totally internally reflected) 출구 존(escape zone)을 나타내며, 상기 경사면의 기울기는 상기 출구 존 내의 상기 경사면에 부딪치는 광의 양을 최대화하도록 배열되는 발광 디바이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방출 필드 패턴은 복수의 로브(lobe)를 포함하고, 적어도 하나의 로브는 피크 방출 각에 대응하고, 상기 경사면의 기울기는 상기 피크 방출 각에 기초하여 배열되는 발광 디바이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 발광 엘리먼트의 상기 방출 필드 패턴의 다른 로브들에 대응하는 다른 기울기들을 가지는 다른 경사면들을 포함하는 다른 표면 특징부들을 포함하는 발광 디바이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광층으로부터, 상기 출구 표면을 향해 광을 반사시키는 반사기를 포함하고, 상기 방출 필드 패턴이 상기 반사기와 상기 발광층 사이의 거리에 의존하도록 배열되는 발광 디바이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 표면 특징부들은 원뿔형 특징부들을 포함하는 발광 디바이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 표면 특징부들은 피라미드형 특징부들을 포함하는 발광 디바이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 표면 특징부들은, 표면 특징부의 경사면 중 어느 것도 이웃하는 표면 특징부의 임의의 경사면에 직접 대향(face)하지 않도록 상기 표면 상에 배열되는 발광 디바이스.
  9. 제1항에 있어서,
    표면 특징부의 각각의 경사면은 이웃하는 표면 특징부의 에지에 대향하는 발광 디바이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 출구 표면의 일부분은 거칠어진 발광 디바이스.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 표면 특징부들은 상기 출구 표면의 평면 위로 확장하는 구조들, 및 상기 표면의 평면 아래로 확장하는 피트(pit)들을 포함하는 발광 디바이스.
  12. 제1항에 있어서, 상기 표면 특징부들은 상기 출구 표면 상에 무작위로 분포되는 발광 디바이스.
  13. 발광 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    발광 엘리먼트와 연관된 방출 필드 패턴을 결정하는 단계 ― 상기 발광 엘리먼트는 광이 상기 발광 엘리먼트로부터 방출되는 출구 표면을 포함하고, 상기 방출 필드 패턴은 상기 출구 표면에 대해 직교하지 않는 피크 방출 각에서 적어도 하나의 로브를 가짐 ― ,
    하나 이상의 표면 특징부들을 결정하는 단계 ― 각각의 표면 특징부는 상기 로브의 각에 직교하는 경사면을 포함함 ―, 및
    상기 발광 엘리먼트의 상기 출구 표면 상에서 복수의 상기 하나 이상의 표면 특징부들을 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 표면 특징부들을 생성하는 것은 에칭, 밀링(milling) 및 레이저 슬라이싱(laser slicing) 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 표면 특징부들은 원뿔형 구조들을 포함하는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 표면 특징부들은 피라미드형 구조들을 포함하는 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 표면 특징부들은 표면 특징부의 경사면 중 어느 것도 이웃하는 표면 특징부의 임의의 경사면에 직접 대향하지 않도록 상기 표면 상에 배열되는 방법.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 경사면과 외부 매질 사이의 계면은, 외부에서 광이 내부 전반사되는 출구 존을 나타내며, 상기 경사면의 기울기는 상기 출구 존 내의 상기 경사면에 부딪치는 광의 양을 최대화하도록 배열되는 방법.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 방출 필드 패턴은 복수의 로브들을 포함하고, 적어도 하나의 로브는 피크 방출각에 대응하고, 상기 경사면의 기울기는 상기 피크 방출각에 기초하여 결정되는 방법.
  20. 제13항에 있어서,
    상기 출구 표면의 적어도 일부를 거칠게 하는 단계를 포함하는 방법.
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