KR20070117689A - 백라이팅에 유용한 ｌｅｄ용 와이드 방출 렌즈 - Google Patents

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윌렘 에이치. 스미츠
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필립스 루미리즈 라이팅 캄파니 엘엘씨
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Abstract

렌즈 및 소정의 제조 기술이 설명된다. 와이드-방출 렌즈는 LED 다이에 의해 방출된 광을 굴절시켜, 피크 강도가 중심축에서 벗어나 50-80도 내에서 발생하게 하고, 중심축을 따른 강도가 피크 강도의 5%와 33% 사이에 있게 한다. 렌즈는 LCD 백라이팅 애플리케이션에서 특히 유용하다. 한 실시예에서, 렌즈는 LED 다이가 장착되고 LED 다이를 둘러싸는 뒷면판 상에 부착된다. 렌즈는 LED 다이와 렌즈 사이에 공기 갭을 형성하는 공동 부분을 갖는데, 광은 공기 갭 계면 및 외부 렌즈 표면 계면 둘다에서 측면쪽으로 휘어진다. 렌즈는 LED 다이의 바로 위에 몰딩된 내부 렌즈를 둘러싸는 제2 렌즈일 수 있다.
LED 다이, 제1 렌즈, 제2 렌즈, 서브마운트, 백라이트, 굴절률, 피크 강도

Description

백라이팅에 유용한 ＬＥＤ용 와이드 방출 렌즈{WIDE EMITTING LENS FOR LED USEFUL FOR BACKLIGHTING}
<관련 출원에 대한 상호참조>
본 출원은 Grigority Basin 등에 의해 "Molded Lens Over LED Die"라는 발명의 명칭으로 2004년 11월 15일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제10/990,208호의 CIP(continuation-in-part)인, Grigority Basin 등에 의해 "Overmolded Lens Over LED Die"라는 발명의 명칭으로 2005년 2월 28일자로 출원된 미합중국 특허 출원 제11/069,418호의 CIP이다.
본 발명은 발광 다이오드(LED)에 관한 것으로, 특히 소정의 렌즈 설계, 및 LED 다이 위에서 렌즈를 형성하는 기술에 관한 것이다.
LED 다이는 전형적으로 램버시안(lambertian) 패턴으로 광을 방출한다. 빔을 좁게 하기 위해 또는 측면-방출(side-emission) 패턴을 만들기 위해 LED 다이 위에서 렌즈를 사용하는 것이 일반적이다. 표면 장착 LED를 위한 렌즈의 일반적인 유형은 LED 다이가 장착되는 패키지에 본딩되는 미리 형성된 몰딩된 플라스틱이다. 한가지 그러한 렌즈는 Lumileds Lighting에 양도되고 여기에서 참조로 사용되는 미합중국 특허 제6,274,924호에 나타나 있다.
표면 장착 LED를 위한 렌즈를 형성하는 기술은 렌즈의 다양한 설계와 함께 여기에서 설명된다. 한가지 특히 유용한 렌즈는 백라이트 내의 다수의 LED로부터의 광이 액정 표시장치(LCD) 백라이트에서 균질한 광원을 생성하기 위해 완전히 혼합되도록, 와이드(wide) 방출 패턴을 생성한다.
렌즈를 형성하는 한가지 방법에서, 하나의 LED 다이 또는 다수의 LED 다이는 지지 구조물 상에 장착된다. 지지 구조물은 세라믹 기판, 실리콘 기판, 또는 지지 구조물 상의 금속 패드에 전기적으로 접속된 LED 다이들이 있는 다른 유형의 지지 구조물일 수 있다. 지지 구조물은 패키지 내의 히트 싱크 또는 회로 기판 상에 장착되는 서브마운트(submount)일 수 있다.
몰드는 지지 구조물 상의 LED 다이의 위치에 대응하여 그 안에 인덴테이션(indentations)을 갖는다. 인덴테이션은 경화시켰을 때에 경화된 렌즈 물질을 형성하는 실리콘과 같은 액체인 광학적으로 투명한 물질로 채워진다. 인덴테이션의 모양은 렌즈의 모양이 될 것이다. 몰드 및 LED 다이/지지 구조물은 각각의 LED 다이가 관련된 인덴테이션 내의 액체 렌즈 물질 내에 존재하도록 결합된다.
그 다음, 몰드는 렌즈 물질을 경화시키기 위해 가열된다. 그 다음, 몰드 및 지지 구조물은 분리되어, 각각의 LED 다이 위에 완전한 렌즈를 남긴다. 이 일반적인 프로세스는 오버 몰딩(over molding)이라 칭해질 것이다.
오버 몰딩 프로세스는 렌즈의 동심의 또는 겹치는 셸(shell)을 생성하기 위해 상이한 몰드로 반복될 수 있다. 각각의 렌즈는, 인광물질을 함유하거나, 상이한 물질로 되거나, 상이한 방사선 패턴을 제공하거나, 상이한 경도 값을 갖거나, 상이한 굴절률을 갖거나, 상이한 기술(예를 들어, UV 대 열)에 의해 경화가능한 등과 같은 상이한 특성을 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 제2 렌즈는 오버 몰딩된 렌즈 위에 고착된다. 오버 몰딩된 렌즈는 제2 렌즈의 설계 및 제조를 단순하게 한다. 다른 실시예에서, 오버 몰딩된 렌즈를 필요로 하지 않는 와이드 방출 렌즈가 설명된다.
도 1은 서브마운트와 같은 지지 구조물 상에 장착된 4개의 LED 다이, 및 각각의 LED 다이 주위에 렌즈를 형성하는 몰드의 측면도.
도 2는 액체 렌즈 물질로 채워진 몰드 내의 인덴테이션 내로 삽입되는 LED 다이의 측면도.
도 3은 액체가 경화된 후에 몰드로부터 제거된 LED 다이의 측면도로서, 렌즈는 각 LED 다이를 캡슐화하게 됨.
도 4는 각각의 LED 다이 위에 형성된 몰딩된 렌즈가 있는 서브마운트 또는 회로 기판 상의 LED 다이 어레이의 사시도.
도 5는 회로 기판 상에 장착되는 서브마운트 상에 장착된 플립 칩(flip-chip) LED 다이의 클로즈업 측면도로서, 여기에서 몰딩된 렌즈는 LED 다이 위에 형성됨.
도 6는 회로 기판 상에 장착되는 서브마운트 상에 장착된 비 플립 칩(non-flip-chip) LED 다이의 클로즈업 측면도로서, 여기에서 와이어(wire)들은 LED 다이 상의 n 및 p 금속을 회로 기판 상의 리드(lead)들에 전기적으로 접속시키며, 몰딩된 렌즈는 LED 다이 위에 형성됨.
도 7, 8, 9, 10 및 11은 상이한 렌즈들이 그 위에 형성되어 있는 LED 다이의 횡단면도.
도 12는 본 발명의 기술을 사용하여 LED 다이 상에 몰딩된 측면-방출 렌즈의 횡단면도.
도 13은 본 발명의 기술을 사용하여 LED 다이 상에 몰딩된 조준(collimating) 렌즈의 횡단면도.
도 14는 본 발명의 기술을 사용하여 LED 다이 상에 몰딩되어 있는 램버시안 렌즈 위에 부착된 미리 형성된 측면-방출 렌즈의 횡단면도.
도 15는 액정 표시 장치, 또는 도 14의 LED 및 측면-방출 렌즈를 사용하는 다른 유형의 표시장치를 위한 백라이트의 횡단면도.
도 16은 몰딩된 렌즈를 갖는 플래시 LED로서 사용하는 카메라가 있는 셀 폰의 사시도.
도 17 및 18은 2가지 유형의 몰딩된 렌즈의 횡단면도로서, 도시된 모든 렌즈는 중심 축에 대해 대칭이지만, 본 발명은 또한 비대칭 렌즈에도 적용할 수 있음.
도 19-22는 원하는 방출 패턴을 얻기 위한 내부 렌즈 또는 외부 셸(shell) 렌즈 상의 표면 형태를 도시한 도면.
도 23은 조준된 방출 패턴을 위한 높은 돔형(domed) 렌즈의 사용을 도시한 도면.
도 24 및 25는 와이어 본드(wire bond) 상의 응력을 제한하기 위한 하드(hard) 외부 렌즈 및 소프트(soft) 내부 렌즈의 사용을 도시한 도면.
도 26-28은 측면-방출 패턴을 위한 다양한 유형의 내부 또는 중간 렌즈 상에 형성된 외부 렌즈의 사용을 도시한 도면.
도 29는 다른 측면-방출 몰딩된 렌즈를 도시한 도면.
도 30은 각각이 상이한 인광물질을 함유하는 몰딩된 셸들의 사용을 도시한 도면.
도 31은 몰딩된 렌즈를 형성하기 위한 지지 기판 상의 몰드 부분의 형성을 도시한 도면.
도 32는 원하는 방출 패턴을 달성하기 위한 렌즈의 일부분 위의 금속 반사기의 증착을 도시한 도면.
도 33은 백라이트 내에 측면-방출 렌즈를 갖는 LED를 사용하는 액정 표시장치의 측면도.
도 34는 RGB 광원으로서 조준 렌즈를 갖는 LED를 사용하는 리어 프로젝션(rear projection) TV의 측면도.
도 35는 종래의 LED 방출 패턴(램버시안), 및 화면 상에서의 그들의 겹치는 휘도 프로파일을 도시한 도면.
도 36은 본 발명의 렌즈를 사용한 LED의 광각(wide angle) 방출 패턴, 및 화면 상에서의 그들의 겹치는 휘도 프로파일을 도시한 도면.
도 37은 도 36의 LED의 방출 패턴을 더욱 상세하게 도시한 도면.
도 38은 본 발명의 한 실시예에 따른 LED 및 와이드 방출 렌즈의 횡단면도.
도 39는 도 38의 렌즈에 대한 광도(light intensity) 대 각도의 그래프.
도 40은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 및 와이드 방출 렌즈의 횡단면도.
서문으로서, 종래의 LED는 성장 기판 상에 형성된다. 사용된 예에서, LED는 청색 또는 UV 광을 생성하는, AlInGaN LED와 같은 GaN-기초 LED이다. 전형적으로, 비교적 두꺼운 n형 GaN 층은 종래의 기술을 사용하여 사파이어 성장 기판 상에 성장된다. 비교적 두꺼운 GaN 층은 낮은 결함의 격자 구조를 n형 클래딩(cladding) 층 및 활성층에 제공하기 위해 저온 핵생성 층 및 하나 이상의 추가 층을 포함한다. 그 다음, 하나 이상의 n형 클래딩 층은 두꺼운 n형 층 위에 형성되고, 그 다음에 활성층, 하나 이상의 p형 클래딩 층 및 p형 접촉층(금속화용)이 형성된다.
n형 층으로의 전기적 접속을 얻기 위한 다양한 기술이 사용된다. 플립 칩 예에서, p층 및 활성층의 부분들은 금속화를 위한 n층을 노출시키기 위해 에칭되어 버려진다. 이러한 방식으로, p 접촉부 및 n 접촉부는 칩의 동일한 측상에 있고, 패키지(또는 서브마운트) 접촉 패드에 직접 전기적으로 부착될 수 있다. n-금속 접촉부로부터의 전류는 초기에 n층을 통해 옆으로 흐른다. 이에 반해, 수직 주입(비 플립 칩) LED에서, n 접촉부는 칩의 한 측상에 형성되고, p 접촉부는 칩의 다른 측상에 형성된다. p 또는 n 접촉부 중의 한 접촉부로의 전기적 접촉은 전형적으로 와이어 또는 금속 브리지로 이루어지고, 다른 접촉부는 패키지(또는 서브마운 트) 접촉 패드에 직접 본딩된다. 플립 칩 LED는 단순화를 위해 도 1-3의 예에서 사용된다.
LED를 형성하는 예는 Lumileds Lighting에 양도되고 여기에서 참조로 사용되는 미합중국 특허 제6,649,440호 및 제6,274,399호에서 설명된다.
선택적으로, 도전성 기판은 LED 층(전형적으로 p층)에 본딩되고, 사파이어 기판은 제거된다. 하나 이상의 LED 다이는 서브마운트에 본딩될 수 있고, 이 서브마운트에 도전성 기판이 직접 본딩되는데, 이것은 도 5 및 6과 관련하여 더욱 상세하게 설명될 것이다. 하나 이상의 서브마운트는 다른 LED 또는 전원 공급장치로의 접속을 위한 금속 리드를 포함하는 인쇄 회로 기판에 본딩될 수 있다. 회로 기판은 다양한 LED를 직렬 및/또는 병렬로 상호접속시킬 수 있다.
형성된 특정 LED 및 이들이 서브마운트 상에 장착되는 지의 여부는 본 발명을 이해하는데 중요하지 않다. 도 1은 지지 구조물(12) 상에 장착된 4개의 LED 다이(10)의 측면도이다. 지지 구조물은 서브마운트(예를 들어, 금속 리드를 갖는 세라믹 또는 실리콘), 금속 히트 싱크, 인쇄 회로 기판, 또는 임의의 다른 구조물일 수 있다. 본 예에서, 지지 구조물(12)은 금속 패드/리드를 갖는 세라믹 서브마운트이다.
몰드(14)는 각각의 LED 다이(10) 위의 렌즈의 원하는 모양에 대응하는 인덴테이션(16)을 갖는다. 몰드(14)는 양호하게 금속으로 형성된다. 일반적인 모양의 몰드(14)를 갖는 매우 얇은 비 점착(non-stick) 막(18)은 몰드(14) 위에 배치된다. 막(18)은 실리콘이 금속에 점착하지 않게 하는 잘 알려진 통상적인 물질로 이루어 진다.
막(18)은 렌즈 물질이 몰드에 점착하지 않으면 필요없다. 이것은 비 점착 몰드 코팅을 사용하거나, 비 점착 몰드 물질을 사용하거나, 또는 비 점착 계면을 만들어내는 몰드 프로세스를 사용함으로써 달성될 수 있다. 그러한 프로세스는 최소한의 점착을 얻기 위한 소정의 처리 온도를 선택하는 것을 포함할 수 있다. 막(18)을 사용하지 않음으로써, 더욱 복잡한 렌즈가 형성될 수 있다.
도 2에서, 몰드 인덴테이션(16)은 열-경화성 액체 렌즈 물질(20)로 채워져 있다. 렌즈 물질(20)은 실리콘, 에폭시, 또는 혼성 실리콘/에폭시와 같이 임의의 적합한 광학적으로 투명한 물질일 수 있다. 혼성체는 부합하는 열팽창 계수(CTE)를 달성하기 위해 사용할 수 있다. 실리콘 및 에폭시는 렌즈로서 작용할 뿐만 아니라 AlInGaN 또는 AlInGaP LED로부터 광 추출을 상당히 개선시키기 위해 충분히 높은 굴절률(1.4보다 큼)을 갖는다. 한가지 유형의 실리콘은 1.76의 굴절률을 갖는다.
진공 밀봉은 지지 구조물(12)의 주위와 몰드(14) 사이에 만들어지고, 각각의 LED 다이(10)가 액체 렌즈 물질(20) 내로 삽입되고, 렌즈 물질(20)이 압축 하에 있도록, 두 부분은 서로에 대해 압착된다.
그 다음, 몰드는 렌즈 물질(20)을 경화시키기 위해 한 시간동안 약 150 ℃(또는 다른 적합한 온도)로 가열된다.
그 다음, 지지 구조물(12)은 몰드(14)에서 분리된다. 막(18)은 이렇게 얻어진 경화된 렌즈가 몰드(14)에서 쉽게 떨어지게 한다. 그 다음, 막(18)은 제거된 다.
다른 실시예에서, 도 1의 LED 다이(10)는 먼저 결합제 내의 실리콘 또는 인광물질 입자와 같은 물질로 피복될 수 있다. 몰드 인덴테이션(16)은 다른 물질로 채워진다. 그 다음, 다이가 몰드 내에 배치되면, 몰드 물질은 피복 물질 위에서 성형된다.
도 3은 각각의 LED 다이(10) 위에 몰딩된 렌즈(22)가 있는 최종적인 구조를 도시한 것이다. 한 실시예에서, 몰딩된 렌즈는 직경이 1mm와 5mm 사이이다. 렌즈(22)는 임의의 크기 또는 모양으로 될 수 있다.
도 4는 각각이 몰딩된 렌즈(22)를 갖고 있는 LED 다이 어레이를 지지 구조물(12)이 지지하는 최종적인 구조물의 사시도이다. 사용된 몰드는 대응하는 인덴테이션 어레이를 가질 수 있다. 지지 구조물(12)이 세라믹 또는 실리콘 서브마운트인 경우에, (그것의 하위 서브마운트 부분이 있는) 각각의 LED는 개별 LED 다이를 형성하기 위해 서브마운트(12)를 톱질하거나 절단함으로써 분리될 수 있다. 대안적으로, 지지 구조물(12)은 LED 서브그룹을 지지하기 위해 분리/다이싱될 수 있고, 또는 분리/다이싱되지 않고 사용될 수 있다.
렌즈(22)는 LED 다이로부터의 광 추출을 개선하고 광을 굴절시켜 원하는 방출 패턴을 만들어낼 뿐만 아니라, 렌즈는 또한 LED 다이를 캡슐화하여, 오염으로부터 다이를 보호하고, 기계적 강도를 부가하며, 임의의 와이어 본드를 보호한다.
도 5는 세라믹 또는 실리콘과 같은 임의의 적합한 물질로 형성된 서브마운트(24) 상의 단일 플리 칩 LED 다이(10)의 한 실시예의 단순화된 클로즈업 도면이 다. 한 실시예에서, 서브마운트(24)는 도 1-4에서의 지지 구조물(12)로서 작용했고, 도 5의 다이/서브마운트는 톱질에 의해 도 4의 구조물에서 분리되었다. 도 5의 LED 다이(10)는 하부 p 접촉층(26), p 금속 접촉부(27), p형 층(28), 광 방출 활성층(30), n형 층(32), 및 n형 층(32)에 접촉하는 n 금속 접촉부(31)를 갖는다. 서브마운트(24) 상의 금속 패드는 접촉부(27 및 31)에 직접 금속-본딩된다. 서브마운트(24)를 관통하는 비아는 회로 기판(45) 상의 금속 리드(40 및 44)에 본딩되는 서브마운트(24)의 하부 표면 상의 금속 패드에서 종단된다. 금속 리드(40 및 44)는 다른 LED 또는 전원 공급장치에 접속된다. 회로 기판(45)은 금속 리드(40 및 44)가 절연층 위에 놓여있는 금속 판(예를 들어, 알루미늄)일 수 있다. 도 1-3의 기술을 사용하여 형성된 몰딩된 렌즈(22)는 LED 다이(10)를 캡슐화한다.
도 5의 LED 다이(10)는 또한 상부 n층(32)을 서브마운트(24) 상의 금속 패드에 접속시키는 와이어가 있는 비 플립 칩일 수 있다. 렌즈(22)는 와이어를 캡슐화할 수 있다.
한 실시예에서, 회로 기판(45) 자체는 도 1-3의 지지 구조물(12)일 수 있다. 그러한 실시예는 도 6에 도시된다. 도 6은 와이어(38)에 의해 회로 기판(45) 상의 금속 리드(40)에 접속된 상부 n 금속 접촉부(34)를 갖는 비 플립 칩 LED 다이(10)의 단순화된 클로즈업 도면이다. LED 다이(10)는 도 6의 예에서 금속 슬랩(slab)인 서브마운트(36) 상에 장착된다. 와이어(42)는 p층(26/28)을 회로 기판(45) 상의 금속 리드(44)에 전기적으로 접속시킨다. 렌즈(22)는 와이어 및 서브마운트(36)를 완전히 캡슐화하는 것으로 도시되지만; 다른 실시예에서, 전체 서브마운 트 또는 전체 와이어가 캡슐화될 필요는 없다.
통상적인 종래의 캡슐화 방법은 보호 코팅 상에서 회전(spin)하는 것이다. 그러나, 그 코팅 프로세스는 LED 다이 상의 피막재(encapsulant)의 두께가 불균일하기 때문에 LED 다이에 인광물질 코팅을 추가하는데 부적절하다. 또한, 그러한 캡슐화 방법은 렌즈를 형성하지 못한다. LED 다이 위에 인광물질을 제공하는 통상적인 기술은 LED 다이를 둘러싸는 반사 컵을 실리콘/인광물질 조성물로 채우는 것이다. 그러나, 그 기술은 두께가 변하는 인광물질을 형성하고, 적합한 렌즈를 형성하지 못한다. 렌즈가 요구되면, 추가 프로세스는 여전히 플라스틱 몰딩된 렌즈를 생성해서, 그것을 LED 다이 위에 부착해야 한다.
도 7-11은 상술된 기술을 사용하여 형성될 수 있는 다양한 렌즈를 도시한 것이다.
도 7은 임의의 적합한 방법을 사용하여 인광물질(60)로 코팅된 LED 다이(10)를 도시한 것이다. 한가지 그러한 방법은 Lumileds Lighting에 양도되고 여기에서 참조로 사용되는 미합중국 특허 제6,576, 488호에서 설명된 전기이동법에 의한 것이다. 적합한 인광물질은 잘 알려져 있다. 렌즈(22)는 상술된 기술을 사용하여 형성된다. 인광물질(60)은 LED 방출(예를 들어, 청색 또는 UV 광)에 의해 활성화되고, 녹색, 황색 또는 적색과 같은 상이한 파장의 광을 방출한다. 인광물질 방출은 단독으로 또는 LED 방출과 함께 백색 광을 생성할 수 있다.
인광물질로 LED를 코팅하는 프로세스는 시간 소모적이다. 인광물질로 LED 다이를 코팅하는 프로세스를 없애기 위해, 인광물질 분말은 도 8에 도시된 렌 즈(62) 내에 삽입되도록 액체 실리콘과 혼합될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, LED 다이 위의 인광물질 재료의 신중하게 제어된 두께를 제공하기 위해, 내부 렌즈(64)는 상술된 기술을 사용하여 형성되고, 분리된 몰딩 단계(더 깊고 더 넓은 인덴테이션을 갖는 몰드를 사용)는 내부 렌즈(64)의 바로 위에 임의의 두께의 외부 인광물질/실리콘 셸(66)을 형성하기 위해 사용된다.
도 10은 빔을 더욱 성형하기 위해 다른 몰드를 사용하여 인광물질/실리콘 셸(66) 위에 형성될 수 있는 외부 렌즈(68)를 도시한 것이다.
도 11은 각각 청정(clear) 실리콘 셸(76, 78 및 80) 위에 놓인 적색, 녹색 및 청색-방출 인광물질의 셸(70, 72 및 74)을 도시한 것이다. 이 경우에, LED 다이(10)는 UV 광을 방출하고, 적색, 녹색, 청색 방출의 조합은 백색 광을 생성한다. 모든 셸은 상술된 방법으로 생성된다.
많은 다른 모양의 렌즈는 상술된 몰딩 기술을 사용하여 형성될 수 있다. 도 12는 LED(10), 서브마운트(24) 및 몰딩된 측면-방출 렌즈(84)의 횡단면도이다. 한 실시예에서, 렌즈(84)는 몰드에서 제거될 때 구부러지는, 실리콘과 같은 매우 유연한 물질로 형성된다. 렌즈가 단순한 모양이 아닐 때, 해제 막(18)(도 1)은 전형적으로 사용되지 않을 것이다.
도 13은 LED(10), 서브마운트(24) 및 몰딩된 조준 렌즈(86)의 횡단면도이다. 렌즈(86)는 몰드로부터 당겨질 때 압축하고, 몰드로부터 해제된 후에 그 몰딩된 모양으로 확장하는 소프트 렌즈 물질을 사용하거나 또는 변형가능한 몰드를 사용하여 생성될 수 있다.
도 14는 미리 형성된 렌즈(88)가 몰딩된 램버시안 렌즈(22) 위에 부착될 수 있는 방법을 도시한 것이다. 도 14의 예에서, 렌즈(22)는 앞에서 설명된 방식으로 형성된다. 렌즈(22)는 LED(10)를 캡슐화하여 오염으로부터 보호하는 일을 한다. 그 다음, 미리 형성된 측면-방출 렌즈(88)는 UV 경화성 접착제 또는 기계적 클램프를 사용하여 렌즈(22) 위에 부착된다. 이 렌즈-형성 기술은 종래의 기술보다 이점을 갖는다. 종래의 기술에서, 미리 형성된 렌즈(예를 들어, 측면 방출 렌즈)는 LED 다이 위에 접착하여 부착되고, 임의의 갭은 실리콘을 주입하여 메워진다. 종래의 프로세스는 다른 이유 중에서 특히, 렌즈 배치 및 갭-충전 단계를 위한 분리된 다이/서브마운트의 신중한 위치설정으로 인해 실행하기 어렵다. 도 14의 본 발명의 기술을 사용하면, 대규모 LED 어레이(도 4)는 각각의 위에 몰딩된 렌즈를 형성함으로써 동시에 캡슐화될 수 있다. 그 다음, 미리 형성된 렌즈(88)는 LED가 여전히 어레이(도 4) 내에 있는 동안 또는 분리된 후에, 각각의 몰딩된 렌즈(22) 위에 부착될 수 있다.
부수적으로, 몰딩된 렌즈는 종래의 렌즈와 달리, 매우 작게(예를 들어, 1-2mm 직경) 만들어질 수 있다. 그러므로, 매우 작고 완전히 캡슐화된 LED가 형성될 수 있다. 그러한 LED는 소정의 애플리케이션에 유익한 매우 낮은 프로파일을 갖도록 만들어질 수 있다.
도 14는 또한 서브마운트(24)가 장착되는 회로 기판(45)을 도시한 것이다. 이 회로 기판(45)은 그 위에 LED/서브마운트(24)의 어레이를 장착했을 수 있다.
도 15는 액정 표시 장치(LCD), 또는 백라이트를 사용하는 다른 표시장치를 위한 백라이트의 횡단면도이다. 일반적인 용도는 텔레비전, 모니터, 셀룰러 폰 등을 위한 것이다. LED는 백색 광을 생성하기 위한 적색, 녹색 및 청색일 수 있다. LED는 2차원 어레이를 형성한다. 도시된 예에서, 각각의 LED 구조는 도 14에서 도시된 것이지만, 임의의 적합한 렌즈가 사용될 수 있다. 백라이트 박스의 하부 및 측벽(90)은 양호하게 백색의 반사적 확산 물질로 코팅된다. 각각의 LED 바로 위는 광 점들이 각각의 LED 바로 위의 백라이트에 의해 방출되지 않게 하기 위한 백색 확산기 도트(92)이다. 도트(92)는 투명 또는 확산 PMMA 시트(94)에 의해 지지된다. 측면-방출 렌즈(88)에 의해 방출된 광은 백라이트의 하부 부분에서 혼합된 다음에, 상부 확산기(96)를 빠져나가기 전에 백라이트의 상부 부분에서 더욱 혼합된다. LED의 선형 어레이는 좁은 회로 기판(45) 상에 장착될 수 있다.
도 16은 카메라 내의 플래시로서 사용되는 몰딩된 렌즈(22)가 있는 LED(10)를 도시한 것이다. 도 16의 카메라는 셀룰러 폰(98)의 일부분이다. 셀룰러 폰(98)은 (여기에서 설명된 LED를 사용한 백라이트를 가질 수 있는) 컬러 화면(100), 및 키패드(102)를 포함한다.
도 10과 관련하여 설명된 바와 같이, 외부 렌즈는 빔을 더욱 성형하기 위해 내부 셸 위에 형성될 수 있다. 상이한 셸 물질은 다양한 셸의 요구사항에 의존하여 사용될 수 있다. 도 17-30은 오버 몰딩 프로세스와 함께 사용될 수 있는 다양한 렌즈 및 물질의 예를 도시하고 있다.
도 17 및 18은 상술된 몰딩 기술을 사용하여 형성된 내부 셸을 위한 몰딩된 렌즈의 2가지 모양을 도시하고 있다. 다수의 LED(10)는 동일한 지지 구조물(12) 상에 장착될 수 있다. 지지 구조물(12)은 상술된 바와 같이, 금속 트레이스 및 접촉 패드가 있는 세라믹 또는 실리콘 서브마운트일 수 있다. 임의의 수의 LED는 동일한 지지 구조물(12) 상에 장착될 수 있고, 동일한 지지 구조물(12) 상의 모든 LED는 반드시 그렇지는 않지만, 전형적으로 동일한 방식으로 처리될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조물이 크고, 전체 LED 어레이의 광 패턴이 지정되었으면, 각각의 LED 렌즈는 지정된 전체 광 패턴을 제공하기 위해 서로 다를 수 있다.
하부 충전 물질은 LED 아래의 임의의 공기 갭을 방지하여 특히 열 전도를 개선하기 위해 LED 다이(10)의 하부와 지지 구조물(12) 사이의 임의의 갭을 채우도록 주입될 수 있다.
도 17은 도 3-6과 관련하여 앞에서 설명된 것으로, 내부 몰딩된 렌즈(22)는 일반적으로 램버시안 방사 패턴을 위한 반구형이다. 도 18의 내부 몰딩된 렌즈(106)는 일반적으로 둥글게 된 에지가 있는 직사각형이다. 외부 렌즈에 의해 제공될 방사 패턴에 의존하여, 내부 몰딩된 렌즈(22 또는 106) 중의 하나가 더욱 적합할 수 있다. 다른 모양의 내부 몰딩된 렌즈가 또한 적합할 수 있다. 각 렌즈를 위에서 아래로 내려다보면 일반적으로 원형이 될 것이다.
도 19는 원하는 방사 패턴을 달성하기 위해 광을 굴절시키는 패턴을 갖는 렌즈 외부 표면이 있는 도 18의 구조를 도시한 것이다. 외부 표면 패턴은 (몰드 자체에 의해) 내부 몰딩된 렌즈 내에 직접 형성될 수 있고, 또는 외부 표면 패턴은 내부 몰딩된 렌즈 상으로 오버 몰딩되거나 접착제(예를 들어, 실리콘, 에폭시 등)에 의해 그것에 부착되는 외부 렌즈 내에 형성될 수 있다. 패턴(108)은 회절 격자 인 반면, 패턴(110)은 광을 굴절시키기 위해 이진 스텝을 사용한다. 예들에서, 패턴은 일반적으로 도 20에 도시된 방사 패턴이 있는 측면-방출 렌즈를 형성한다. 도 20에서, 피크 강도는 50-80도 내에서 발생하고, 0도에서의 강도보다 상당히 크다.
내부 렌즈에 대한 요구사항은 일반적으로 외부 렌즈에 대한 요구사항과 다르다. 예를 들어, 내부 렌즈는 지지 구조물에 대해 양호한 접착력을 가져야 하고, 시간이 지남에 따라 노랗거나 불투명하게 되지 않아야 하며, (1.4보다 큰) 높은 굴절률을 가져야 하고, LED로의 임의의 와이어를 절단하거나 그 와이어에 응력을 가하지 않아야 하며, 높은 LED 온도를 잘 견뎌야 하고, 적합한 열 계수를 가져야 한다. 내부 렌즈는 LED 또는 임의의 와이어에 응력을 제공하지 않도록 단단하지 않아야 된다(예를 들어, 실리콘). 이에 반해, 외부 렌즈 물질은 일반적으로 원하는 패턴으로 패터닝될 수 있어야 하고, 내부 렌즈에 부착될 수 있으면 된다. 외부 렌즈는 오버 몰딩될 수 있고, 또는 미리 형성되어, 내부 렌즈에 접착력있게 부착될 수 있다. 외부 렌즈용 물질은 UV 경화될 수 있는 반면, 내부 렌즈용 물질은 열로 경화될 수 있다. 열 경화는 UV 경화보다 더 오래 걸린다. 일반적으로, 내부 렌즈 물질에 대한 경도의 범위는 쇼어(Shore) 00 5-90인 반면, 외부 셸(들)에 대한 경도의 범위는 쇼어(Shore) A 30 이상이다.
도 21은 도 20의 것과 유사한 일반적으로 측면-방출 광 패턴을 생성하기 위한 렌즈의 외부 표면 상에 형성된 프레넬(Fresnel) 렌즈 패턴(112)을 도시한 것이다. 외부 표면은 도 19와 관련하여 설명된 바와 같이, 내부 몰딩된 렌즈의 외부 표면, 또는 외부 셸의 외부 표면일 수 있다. 이것은 여기에서 설명된 모든 패턴에 적용된다.
도 22는 조준 광 패턴 또는 다른 광 패턴을 생성하기 위한 외부 렌즈 표면 상의 피라미드형(114) 또는 원뿔형(116) 패턴을 도시한 것이다.
도 23은 조준 패턴을 생성하는 높은 돔 외부 렌즈(118)를 도시한 것이다.
도 19 및 21-23의 표면 패턴은 임의의 광 패턴을 생성하도록 (예를 들어, 표면 각도를 변경함으로써) 구성될 수 있다. 홀로그래픽 구조, TIR 및 그외 다른 패턴이 형성될 수 있다. 조준 광 패턴은 전형적으로 리어 프로젝션 TV에 사용되는 반면, 측면-방출 광 패턴은 전형적으로 백라이팅 LCD 화면에 사용된다.
도 24는 LED(10)에 본딩된 와이어(126)에 응력을 가하지 않게 하기 위한 내부 몰딩된 렌즈(124)로서 실리콘 겔과 같은 소프트(예를 들어, Shore XX)의 사용을 도시한 것이다. 겔은 전형적으로 UV 경화된다. 외부 렌즈(128)는 몰딩되거나 미리 형성되어, 접착제로 부착될 수 있다. 외부 렌즈(128)는 전형적으로 내구성, 임자에 대한 저항 등을 위해 훨씬 더 견고해야 될 것이다. 외부 렌즈(128)는 실리콘, 에폭시-실리콘, 에폭시, 실리콘 탄성중합체, 경질 고무, 다른 폴리머, 또는 다른 물질일 수 있다. 외부 렌즈는 UV 또는 열로 경화될 수 있다.
도 25는 도 24와 유사하지만, 상이한 방출 패턴 또는 낮은 프로파일을 위한 (도 18과 같은) 상이한 모양의 내부 몰딩된 렌즈(129)를 갖는다. 렌즈(129)는 소프트 실리콘 겔일 수 있다. 외부 렌즈(130)는 방출 패턴을 더욱 성형하고, 소프트한 내부 렌즈(129)를 보호할 것이다.
모든 도면에서의 LED는 플립 칩 또는 와이어 본딩형일 수 있다.
도 26은 내부 렌즈에 필요한 특성을 갖는 소프트 내부 몰딩된 렌즈(132), 계면층으로서 작용하고 구조적 안전성을 위한 하드 중간 셸(134) 및 측면-방출 광 패턴을 생성하는 외부 렌즈(136)를 갖는 LED 구조를 도시한 것이다. 외부 렌즈(136)는 몰딩 프로세스를 용이하게 하기 위해 소프트하게 될 수 있다. 대안적으로, 외부 렌즈(136)는 미리 형성되어, 중간 셸(134)에 접착력있게 부착될 수 있다. 중간 셸(134)의 사용은 기본적으로 내부 렌즈 물질에 무관한 외부 렌즈 물질을 선택하게 한다.
도 27은 외부 렌즈(138)가 중간 셸(134) 또는 내부 렌즈(132)의 임의의 부분 상에 형성될 수 있는 방법을 도시한 것이다.
도 28은 내부 렌즈(144) 물질의 바로 위에 외부 렌즈(142)를 형성하는 것을 도시한 것이다.
도 29는 내부 렌즈(132) 위에 몰딩된 다른 모양의 측면-방출 렌즈(145)를 도시한 것이다. 렌즈(145)는 임의의 내부 렌즈 없이 LED 다이(10) 위에 직접 몰딩될 수 있다.
도 30은 각각의 셸(146, 147 및 148)이 적색-방출 인광물질, 녹색-방출 인광물질 및 청색-방출 인광물질과 같은 상이한 인광물질 재료를 함유하는 LED를 도시한 것이다. LED 다이(10)는 UV를 방출할 수 있다. 인광물질 입자들 사이의 갭은 외부 셸 내의 인광물질을 활성화시키기 위해 UV가 내부 셸을 통과할 수 있게 한다. 대안적으로, 적색 및 녹색 인광물질 셸만이 사용되고, LED 다이(10)가 청색 광을 방출한다. 적색, 녹색 및 청색 광의 조합은 백색 광을 만들어낸다. 그 중에서 특히, 셸의 두께, 인광물질 입자의 밀도 및 인광물질 컬러의 순서는 원하는 광을 얻기 위해 조정될 수 있다. 임의의 모양의 렌즈가 사용될 수 있다.
도 31은 지지 구조물(12) 자체 상의 몰드 패턴(149)의 사용을 도시한 것이다. 높은 굴절률 물질(예를 들어, 폴리머) 또는 반사 물질(예를 들어, 알루미늄 또는 은)은 도 1에 도시된 방법과 유사한 방법을 사용하거나, 금속화 프로세스를 사용하거나, 다른 적합한 프로세스를 사용하여, 지지 구조물(12) 상의 패턴을 몰딩함으로써 형성된다. 그 다음, 몰드 패턴(149)은 렌즈(150)를 형성하는 다른 물질의 몰드로서 사용된다. 한 실시예에서, 렌즈(150) 물질은 지지 구조물(12) 상에 형성된 몰드 내에 증착된 다음에 경화되는 액체(예를 들어, 실리콘)이다. 그 다음, 표면은 평탄화될 수 있다. 최종적인 렌즈는 반사기 컵과 같은 벽에 부딪히는 광을 반사/굴절시킴으로써 광을 조준한다.
도 32는 LED(10)에 의해 방출된 광을 반사시키기 위해 그 측면 주위로 스퍼터링된 금속(151)을 갖는 몰딩된 렌즈(32)를 도시한 것이다. 반사된 광은 LED(10)에 의해 산란될 것이고, 궁극적으로 상부 오프닝을 통해 방출될 것이다. 금속(151)은 알루미늄 또는 은과 같은 임의의 반사 물질일 수 있다. 금속은 대신에, 측면-방출 패턴을 생성하기 위해 렌즈(22)의 상부에 스퍼터링될 수 있다. 렌즈(22)는 원하는 광 방출 패턴을 생성하기 위해 임의의 모양으로 만들어질 수 있다.
도 33은 제어가능한 RGB 픽셀을 갖는 LCD 화면(154), 확산기(156), 및 백색 광을 생성하기 위해 적색, 녹색 및 청색 LED(160)로부터의 광을 혼합하는 백라이트(158)를 갖는 액정 표시장치(LCD)(152)의 측면도이다. 백라이트(158)는 확산성 반사 박스이다. LED(160)는 상술된 기술 중의 임의의 기술을 사용하여 만들어진 측면-방출 렌즈를 갖는다.
도 34는 지정된 시야각 내의 화상을 밝게 하는 프론트(front) 렌즈(164), 한 세트의 적색, 녹색 및 청색 LED(166), 컬러 TV 화상을 생성하기 위해 RGB 광을 변조하고 초점을 맞추는 변조기/광학계(170), 및 반사기(172)를 갖는 리어 프로젝션 TV(162)의 측면도이다. 변조기는 제어가능한 미러의 어레이, LCD 패널, 또는 임의의 다른 적합한 장치일 수 있다. LED(166)는 상술된 기술 중의 임의의 기술을 사용하여 만들어진 조준 렌즈를 갖는다.
상술된 바와 같이, 일차 렌즈 또는 이차 렌즈는 측면-방출 패턴을 생성하도록 설계될 수 있다. 그러한 측면 방출 패턴은 다수의 LED로부터의 광을 혼합하고자 할 때, 이를 테면 다수의 LED로부터의 광이 LCD 패널, 장식 조명 또는 다른 용도를 위한 균일한 백라이트를 생성하기 위한 것일 때 특히 유용하다.
도 35에 도시된 바와 같이, 렌즈가 없거나 반구형 렌즈만이 뒷면판(182) 상에 장착된 LED(180)는 전형적으로 램버시안 패턴(183)으로 광을 방출할 것이다. LED(180) 어레이는 확산성 화면(184)의 뒤를 비춘다. 화면(184)은 도 33의 LCD 백라이트 내의 확산기(156)일 수 있다. 각 LED의 확산된 휘도 프로파일(185) 및 그것의 FWHM(Full Width At Half Maximum)이 또한 도시된다. 화면(84) 앞에서의 전체 광 출력은 LED들이 함께 충분히 가깝게 배치되지 않으면 두드러지게 밝은 점들 을 가질 것이다. 그러므로, 그러한 백라이트는 비교적 큰 LED 밀도를 필요로 하여, 값이 비싼 백라이트를 초래한다.
출원인은 특히 백라이트에서 유용한 도 36-38에 도시된 와이드-방출 렌즈를 발명했다. 도 36에서, 와이드-방출 렌즈를 갖는 LED(188)는 뒷면판(190)에 장착된 것으로 도시된다. 각 LED 다이에 대한 피크 광 방출(Ipeak)은 도 37에 도시된 바와 같이 중심축(노멀)에서 벗어나 50-80도 내에서 발생한다. 70-80도 사이의 범위가 양호하다. 렌즈는 중심축을 따른 광 방출(I0)이 피크 방출의 5%-33%가 되도록 설계된다. 따라서, 각 LED에 대한 휘도 프로파일(192)은 도 35의 휘도 프로파일(185)에 비해 더욱 벌어진다. 그러므로, 도 36의 백라이트 내의 LED(188) 피치는 확산성 화면(184)으로부터 동일한 광 출력 균일성을 달성하면서 도 35의 LED(180) 피치보다 더 커질 수 있다. 이것은 덜 비싼 백라이트를 초래한다.
휘도 프로파일은 전형적으로 중앙 첨단에서 깔때기형 렌즈로 보이는 것들과 같은 예리한 변이가 없어야 한다.
중심축 강도 대 50-80도 피크 강도의 최적 비는 백라이트의 지정된 휘도를 달성하기 위해 필요한 LED의 피치와 같이, 애플리케이션에 따라 다를 것이다. 피크 강도는 중심축을 따른 강도의 최소한 3배이고, 도 37의 실시예에서, 그 비는 4-8 사이이다.
도 38은 상술된 특성을 갖는 와이드-방출 렌즈의 한 실시예의 횡단면도이다. LED 다이(194)는 도 1-6과 관련하여 설명된 바와 같이, 세라믹, 실리콘 또는 다른 물질로 이루어진 기판 또는 서브마운트(196) 상에 장착되고, 제1 렌즈(198)는 도 1-6과 관련하여 설명된 바와 같이 LED 다이(194) 위에 몰딩된다. 다수의 다이는 단일의 큰 서브마운트 상에 장착될 수 있다. 렌즈(198)는 실리콘과 같은 임의의 적합한 물질로 형성될 수 있다.
그 다음, 서브마운트(196)는 분리된 다음에, 땜납 리플로우 기술 또는 다른 적합한 기술에 의해 뒷면판(190)(PCB) 상에 장착된다.
제2 렌즈(202)는 원하는 와이드-방출 특성을 갖도록 미리 형성된다. 제2 렌즈는 주입-몰딩되거나 가공된 플라스틱 또는 다른 물질일 수 있다. 그러한 물질은 COC, COP, PMMA, 에폭시, 실리콘, 유리, 또는 임의의 다른 적합한 물질을 포함한다. 그 다음, 제2 렌즈(202)는 제1 렌즈(198) 위에 놓이고 지지용 뒷면판(190)에 접촉하도록 장착된다. 공기 갭(204)(또는 다른 낮은 굴절률 물질 갭)은 측면쪽으로 광을 휘게 하는 내부 굴절 계면을 만들어낸다. 공기가 있는 제2 렌즈(202)의 외부 표면의 계면은 50-80도 내의 피크 강도를 달성하기 위해 광을 더욱 휘게 한다. 제2 렌즈(202)는 제1 렌즈(198)와 직접 접촉하지만; 제2 렌즈(202)의 모양은 동일한 와이드-방출 패턴을 달성하도록 변경되어야 할 것이다.
다른 실시예에서, 제2 렌즈(202)는 뒷면판(190) 보다는 오히려 서브마운트(196)에 접촉하여 그 서브마운트(196)에 의해 지지된다.
제2 렌즈(202)는 에폭시와 같은 접착제로 뒷면판 또는 서브마운트에 고정되거나, 스냅-탭 접속으로 부착될 수 있다.
서브마운트에 관해 제2 렌즈(202)를 고정시킴으로써, 뒷면판에 관해 제2 렌 즈(202)를 고정시키는 것에 비해, 광 방출보다 조즘 더 양호한 제어가 달성될 수 있는데, 그것은 뒷면판 위의 LED 및 제1 렌즈(198)의 높이가 장착 파라미터로 약간 변할 수 있기 때문이다.
비구면 돔 내부 공기 갭이 있는 비구면 제2 렌즈(202)는 용이하게 몰딩되는 단순한 설계이다. 렌즈(202)는 광이 뒷면판(190)을 향해 아래쪽으로 방출되지 않도록 언더커트(undercut) 표면에서 위쪽으로 광을 반사하기 위해 뒷면판(190) 근처에서 언더커트된다. 이것은 광 링을 방지하고, 백라이트의 광 출력을 증가시킨다.
도 39는 도 38의 LED에 대한 광도 대 각도를 도시한 것이다. 피크 강도는 대략 72도이고, 중심축을 따른 강도는 대략 피크 강도의 10%이다.
다른 실시예에서, 제2 렌즈(202)의 표면은 원하는 방출 패턴을 달성하기 위해 광을 더욱 굴절시키는, 도 19, 21 및 22와 관련하여 설명된, 마이크로구조를 포함한다.
도 40은 총 내부 반사(TIR) 부분(208)을 갖는 렌즈(206)가 있는 LED(194)의 횡단면도이다. TIR 부분(208)은 깔때기형이다. TIR 부분(208)은 위쪽으로 방출된 대부분의 광이 내부로 반사되어 측면 부분(210)을 통해 방출되게 한다. 그러한 설계는 여전히 50-80도 내에서 피크 강도를 제공하면서 중심축을 따른 강도를 감소시키고, 피크 강도의 5-33% 사이에서 중심축을 따른 강도를 감소시키는데 유용하다. 임의의 렌즈 실시예는 도 33의 백라이트에서 이용될 수 있다.
도 38과 40 및 다른 도면에서의 제2 렌즈는 또한 몰딩된 제1 렌즈 없이 LED 다이 위에서 사용될 수 있다. 그러나, 몰딩된 제1 렌즈와 함께 사용하는 것이 LED 를 보호하기 위해 바람직하다. 제2 렌즈의 직경은 전형적으로 4-10 mm 사이의 범위가 될 것이다.
본 발명의 특정 실시예가 도시되고 설명되었지만, 본 분야에 숙련된 기술자들에게는 본 발명을 벗어나지 않고 더 넓은 실시양상에서 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이므로, 첨부된 청구범위는 그 범위 내에서 본 발명의 진정한 정신 및 범위 내에 속하는 모든 그러한 변경 및 변형을 포함한다.

Claims (28)

  1. 발광 다이오드(LED) 구조물에 있어서,
    중심축을 갖는 LED 다이(die); 및
    상기 LED 다이에 관해 고정된 렌즈
    를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 LED 다이에 의해 방출된 광을 굴절시켜, 피크 강도(peak intensity)가 상기 중심축에서 벗어나 50-80도 내에서 발생하게 하고, 상기 중심축을 따른 강도가 상기 피크 강도의 5%와 33% 사이에 있게 하는 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 LED 구조물로부터 방출된 광은 휘도 프로파일(brighness profile)을 갖고, 상기 렌즈는 상기 중심축 주위에서 임의의 예리한 강도 변이들을 생성하지 않는 구조물,
  3. 제1항에 있어서, 상기 피크 강도는 상기 중심축에서 벗어나 70-80도 내에서 발생하는 구조물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피크 강도는 상기 중심축에서 벗어나 70-80도 내에서 발생하고, 상기 중심축을 따른 강도는 상기 피크 강도의 5-15%인 구조물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 비구면(aspherical) 외부 표면 및 비구면 돔형(dome shaped) 내부 표면을 포함하는 구조물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 상기 중심축 근처에서 광도(light intensity)를 감소시키는 총 내부 반사(total internal reflection: TIR) 부분을 갖는 비구면 외부 표면을 포함하는 구조물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 상기 LED 다이와 상기 렌즈 사이에 낮은 굴절률 물질 갭을 형성하는 공동(hollow) 부분을 갖고, 상기 갭은 상기 중심축으로부터 떨어져서 광을 휘게 하는 굴절 계면을 생성하는 구조물.
  8. 제7항에 있어서, 상기 갭은 낮은 굴절률 물질로서 공기를 함유하는 구조물.
  9. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 제2 렌즈이고, 상기 구조물은 상기 LED 다이와 상기 제2 렌즈 사이에 제1 렌즈를 더 포함하는 구조물.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 일반적으로 반구형인 구조물.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 상기 LED 다이의 바로 위에 몰딩된 렌즈이고, 상기 LED 다이를 캡슐화하는 구조물.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이에 갭이 있고, 상기 갭은 상기 중심축으로부터 떨어져서 광을 휘게 하는 굴절 계면을 생성하는 구조물.
  13. 제12항에 있어서, 상기 갭은 돔형 공기 갭인 구조물.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 실리콘이고, 상기 제2 렌즈는 플라스틱인 구조물.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 LED 다이가 장착되는 서브마운트(submount); 및
    상기 서브마운트가 장착되는 인쇄 회로 기판
    을 더 포함하고, 상기 렌즈는 상기 인쇄 회로 기판에 직접 접촉하고, 상기 서브마운트를 둘러싸는 구조물.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 LED 다이가 장착되는 서브마운트; 및
    상기 서브마운트가 장착되는 인쇄 회로 기판
    을 더 포함하고, 상기 렌즈는 상기 서브마운트에 직접 접촉하고, 상기 LED 다이를 둘러싸는 구조물.
  17. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는 방출된 광 패턴에 영향을 미치는 그 표면 내로 몰딩된 패턴을 갖는 구조물.
  18. 제17항에 있어서, 상기 패턴은 프레넬(Fresnel) 렌즈, 회절 격자, 이진(binary) 패턴, 피라미드형(pyramids) 또는 원뿔형(cones)을 포함하는 구조물.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 LED 다이 및 렌즈를 포함하는 백라이트(backlight); 및
    상기 백라이트에 의해 밝게 비추어지는 액정 표시 패널(liquid crystal display panel)
    을 더 포함하는 구조물.
  20. 발광 다이오드(LED) 구조물에 있어서,
    중심축을 갖는 LED 다이;
    상기 LED 다이를 캡슐화하는 제1 렌즈; 및
    상기 제1 렌즈 및 LED 다이를 둘러싸는 제2 렌즈
    를 포함하고, 상기 제2 렌즈는 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이에 공기 갭을 형성하는 공동 부분을 갖고 있고, 상기 갭은 상기 중심축으로부터 떨어져서 광을 휘게 하는 굴절 계면을 생성하는 구조물.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제2 렌즈 및 공기 갭은 상기 LED 다이에 의해 방출된 광을 굴절시켜, 상기 LED 구조물에 의해 방출된 광의 피크 강도가 상기 중심축에서 벗어나 50-80도 내에서 발생하게 하고, 상기 중심축을 따른 강도가 상기 피크 강도의 5%와 33% 사이에 있게 하는 구조물.
  22. 제20항에 있어서, 상기 갭은 돔형인 구조물.
  23. 제20항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 상기 LED 다이의 바로 위에 몰딩된 렌즈인 구조물.
  24. 발광 다이오드(LED) 구조물에 있어서,
    LED 다이;
    상기 LED 다이가 장착되는 서브마운트;
    상기 서브마운트가 장착되는 인쇄 회로 기판; 및
    상기 LED 다이에 관해 고정된 렌즈
    를 포함하고, 상기 렌즈는 상기 LED 다이에 의해 방출된 광을 굴절시키고, 상기 렌즈는 상기 인쇄 회로 기판에 직접 접촉하고, 상기 서브마운트를 둘러싸는 구조물.
  25. 제24항에 있어서, 상기 렌즈는 제2 렌즈이고, 상기 구조물은 상기 LED 다이와 상기 제2 렌즈 사이에 제1 렌즈를 더 포함하는 구조물.
  26. 제25항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 일반적으로 반구형인 구조물.
  27. 제25항에 있어서, 상기 제1 렌즈는 상기 LED 다이의 바로 위에 몰딩된 렌즈이고, 상기 LED 다이를 캡슐화하는 구조물.
  28. 발광 다이오드(LED) 구조물을 형성하는 방법에 있어서,
    중심축을 갖는 LED 다이를 제공하는 단계;
    상기 LED 다이를 캡슐화하도록 상기 LED 다이의 바로 위에 제1 렌즈를 몰딩하는 단계; 및
    상기 제1 렌즈 위에 제2 렌즈를 부착하는 단계
    를 포함하고, 상기 제2 렌즈는 상기 제1 렌즈와 상기 제2 렌즈 사이에 공기 갭을 형성하는 공동 부분을 갖고 있고, 상기 갭은 상기 중심축으로부터 떨어져서 광을 휘게 하는 굴절 계면을 생성하며,
    상기 제2 렌즈는 상기 LED 다이에 의해 방출된 광을 굴절시켜, 피크 강도가 상기 중심축에서 벗어나 50-80도 내에서 발생하게 하고, 상기 중심축을 따른 강도가 상기 피크 강도의 5%와 33% 사이에 있게 하는 구조물.
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