KR20090016694A - Led device with re-emitting semiconductor construction and optical element - Google Patents

Led device with re-emitting semiconductor construction and optical element Download PDF

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캐서린 에이. 리더데일
앤드류 제이. 오더커크
마이클 에이. 하세
토마스 제이. 밀러
동 루
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

A light source includes an LED component having an emitting surface, and an optical element having an input surface in optical contact with the emitting surface. The LED component may be or include an LED such as an LED die capable of emitting light at a first wavelength, in combination with a re-emitting semiconductor construction which includes a second potential well not located within a pn junction. The optical element can be an extractor whose shape is converging, diverging, or a combination thereof.

Description

재발광 반도체 구성 및 광학 요소를 갖는 LED 소자{LED DEVICE WITH RE-EMITTING SEMICONDUCTOR CONSTRUCTION AND OPTICAL ELEMENT}LED DEVICE WITH RE-EMITTING SEMICONDUCTOR CONSTRUCTION AND OPTICAL ELEMENT

관련 출원과의 상호 참조Cross Reference with Related Application

본 출원은 2006년 6월 12일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/804541호 및 2006년 6월 14일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/804824호의 이득을 청구하고, 상기 가특허 출원의 개시 내용은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다.This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 60/804541, filed June 12, 2006 and US Provisional Patent Application No. 60/804824, filed June 14, 2006, The disclosure is incorporated herein by reference in its entirety.

본 발명은 광원에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 발광 다이오드(LED), 재발광 반도체 구성, 및 본 명세서에 설명되어 있는 바와 같은 추출기와 같은 광학 요소를 포함하는 광원에 관한 것이다.The present invention relates to a light source. More specifically, the present invention relates to a light source comprising an optical element such as a light emitting diode (LED), a re-emitting semiconductor construction, and an extractor as described herein.

발광 다이오드(LED)는 전류가 애노드(anode)와 캐소드(cathode) 사이로 통과할 때 광을 발광하는 고체 반도체 소자이다. 종래의 LED는 하나의 pn 접합부(junction)를 포함한다. pn 접합부는 중간의 도핑되지 않은 영역을 포함할 수 있는데, 이러한 유형의 pn 접합부는 또한 pin 접합부라 부를 수 있다. 비발광 반도체 다이오드와 마찬가지로, 종래의 LED는 일 방향으로, 즉 전자가 n-영역에서 p-영역으로 이동하는 방향으로 훨씬 더 용이하게 전류를 통과시킨다. 전류가 LED를 통해 "순"방향(forward direction)으로 통과할 때, n-영역으로부터의 전자는 p-영 역으로부터의 정공(hole)과 재결합되어 광의 광자(photon)를 생성한다. 종래의 LED에 의해 발광된 광은 보기에는 단색성(monochromatic)인데, 즉 이 광은 하나의 좁은 대역의 파장으로 발생한다. 발광된 광의 파장은 전자-정공 쌍 재결합과 관련된 에너지에 대응한다. 가장 간단한 경우에, 이 에너지는 대략적으로 재결합이 발생하는 반도체의 밴드 갭 에너지(band gap energy)이다.Light emitting diodes (LEDs) are solid-state semiconductor devices that emit light when a current passes between an anode and a cathode. Conventional LEDs include one pn junction. The pn junction may comprise an intermediate undoped region, and this type of pn junction may also be called a pin junction. Like non-light-emitting semiconductor diodes, conventional LEDs pass current much more easily in one direction, i.e., the direction in which electrons move from the n-region to the p-region. When current passes through the LED in the "forward" direction, electrons from the n-region recombine with holes from the p-region to produce photons of light. The light emitted by conventional LEDs is monochromatic in appearance, ie this light occurs in one narrow band of wavelengths. The wavelength of the emitted light corresponds to the energy associated with electron-hole pair recombination. In the simplest case, this energy is approximately the band gap energy of the semiconductor where recombination occurs.

종래의 LED는 높은 농도의 전자 및 정공의 둘 모두를 포착(capture)하여 광 생성 재결합을 향상시키는 하나 이상의 양자 우물을 pn 접합부에 추가적으로 포함할 수 있다. 몇몇 연구자들이 백색광 또는 3색 지각의 인간의 눈에 백색으로 보이는 광을 발광하는 LED 소자를 제조하려고 시도해 왔다.Conventional LEDs may additionally include one or more quantum wells at the pn junction that capture both high concentrations of electrons and holes to enhance light generation recombination. Several researchers have attempted to manufacture LED devices that emit white or three-color perceptual light that appears white to the human eye.

일부 연구자들은 서로 다른 파장의 광을 발광하도록 의도된 다수의 양자 우물을 pn 접합부 내에 갖는 LED의 의도된 설계 또는 제조를 보고하고 있다. 이하의 참고 문헌은 그러한 기술에 관련될 수 있다: 미국 특허 제5,851,905호; 미국 특허 제6,303,404호; 미국 특허 제6,504,171호; 미국 특허 제6,734,467호; 문헌[Damilano et al., Monolithic White Light Emitting Diodes Based on InGaN/GaN Multiple-Quantum Wells, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 40 (2001) pp. L918-L920]; 문헌[Yamada et al., Re-emitting semiconductor construction Free High-Luminous-Efficiency White Light-Emitting Diodes Composed of InGaN Multi-Quantum Well, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. L246-L248]; 문헌[Dalmasso et al., Injection Dependence of the Electroluminescence Spectra of Re-emitting semiconductor construction Free GaN-Based White Light Emitting Diodes, phys. stat. sol. (a) 192, No. 1, 139-143 (2003)].Some researchers have reported the intended design or manufacture of LEDs with multiple quantum wells in pn junctions intended to emit light of different wavelengths. The following references may relate to such techniques: US Pat. No. 5,851,905; US Patent No. 6,303,404; US Patent No. 6,504,171; US Patent No. 6,734,467; Damilano et al., Monolithic White Light Emitting Diodes Based on InGaN / GaN Multiple-Quantum Wells, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 40 (2001) pp. L918-L920; Yamada et al., Re-emitting semiconductor construction Free High-Luminous-Efficiency White Light-Emitting Diodes Composed of InGaN Multi-Quantum Well, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 41 (2002) pp. L246-L248]; Dalmasso et al., Injection Dependence of the Electroluminescence Spectra of Re-emitting semiconductor construction Free GaN-Based White Light Emitting Diodes, phys. stat. sol. (a) 192, no. 1, 139-143 (2003).

일부 연구자들은 서로 다른 파장의 광을 독립적으로 발광하도록 의도된 2개의 종래의 LED를 하나의 소자로 조합하는 LED 소자의 의도된 설계 또는 제조를 보고하고 있다. 이하의 참고 문헌은 그러한 기술에 관련될 수 있다: 미국 특허 제5,851,905호; 미국 특허 제6,734,467호; 미국 특허 출원 공개 제2002/0041148 A1호; 미국 특허 출원 공개 제2002/0134989 A1호; 및 문헌[Luo et al., Patterned three-color ZnCdSe/ZnCdMgSe quantum-well structures for integrated full-color and white light emitters, App. Phys. Letters, vol. 77, no. 26, pp. 4259-4261 (2000)].Some researchers have reported the intended design or manufacture of LED devices that combine two conventional LEDs, intended to emit light of different wavelengths independently, into one device. The following references may relate to such techniques: US Pat. No. 5,851,905; US Patent No. 6,734,467; US Patent Application Publication No. 2002/0041148 A1; US Patent Application Publication No. 2002/0134989 A1; And Luo et al., Patterned three-color ZnCdSe / ZnCdMgSe quantum-well structures for integrated full-color and white light emitters, App. Phys. Letters, vol. 77, no. 26, pp. 4259-4261 (2000).

일부 연구자들은 LED 요소에 의해 발광된 광의 일부분을 흡수하고 더 긴 파장의 광을 재발광하도록 의도된 이트륨 알루미늄 가닛(YAG)과 같은 화학적 재발광 반도체 구성을 종래의 LED 요소에 조합하는 LED 소자의 의도된 설계 또는 제조를 보고하고 있다. 미국 특허 제5,998,925호 및 미국 특허 제6,734,467호는 그러한 기술에 관련될 수 있다.Some researchers intend to combine a chemical re-emitting semiconductor construction, such as yttrium aluminum garnet (YAG), to a conventional LED element, which is intended to absorb a portion of the light emitted by the LED element and to re-emit a longer wavelength of light. Reported designs or manufacturing. U.S. Patent 5,998,925 and U.S. Patent 6,734,467 may be related to such technology.

일부 연구자들은 LED 요소에 의해 발광된 광의 일부분을 흡수하고 더 긴 파장의 광을 재발광하도록 의도된 발광 중심체(fluorescing center)를 기판에 생성하기 위해 I, Al, Cl, Br, Ga 또는 In으로 n-도핑된 ZnSe 기판 상에 성장된 LED의 의도된 설계 또는 제조를 보고하고 있다. 미국 특허 제6,337,536호 및 일본 특허 출원 공개 제2004-072047호가 그러한 기술에 관련될 수 있다.Some researchers suggest that I, Al, Cl, Br, Ga or In be used to create a fluorescing center on the substrate that is intended to absorb a portion of the light emitted by the LED element and to re-emitting light of longer wavelengths. Report the intended design or manufacture of LEDs grown on doped ZnSe substrates. US Patent No. 6,337,536 and Japanese Patent Application Publication No. 2004-072047 may be related to such a technique.

미국 특허 출원 공개 제2005/0023545호 (캠라스(Camras) 등)가 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.US Patent Application Publication No. 2005/0023545 (Camras et al.) Is incorporated herein by reference.

본 발명은 특히 발광면을 갖는 LED 구성요소를 포함하는 광원을 개시하고 있으며, 이 LED 구성요소는 i) 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED; 및 ii) pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함하는 재발광 반도체 구성일 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. LED 및 재발광 반도체 구성은 LED가 pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물과 관련되고 재발광 반도체 구성이 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물과 관련되는 하나의 다이 또는 칩의 요소(part)일 수 있다. 대안적으로, LED 및 재발광 반도체 구성은 개별 요소들일 수 있고, 이 개별 요소들 사이에는 광 경로가 하나 이상의 다른 투광성 구성요소를 통해 제공된다. 개시된 광원은 또한 바람직하게는 입력면 및 출력면을 갖는 광학 요소를 포함하고, 입력면은 LED 구성요소의 발광면과 광학 접촉한다. 그러한 발광면은 LED의 표면 또는 재발광 반도체 구성의 표면일 수 있지만, 많은 경우에 이는 상대적으로 높은 굴절률의 재료, 예를 들어 반도체 재료 또는 Si, Ge, GaAs, InP, 사파이어, SiC, ZnSe 등과 같은 다른 기판 재료의 표면이다. LED 구성요소로부터의 광의 결합을 향상시키기 위해, 광학 요소는 또한 바람직하게는 LED에 의해 발광되는 광의 파장에서 예컨대 적어도 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3 또는 2.4 이상의 상대적으로 높은 굴절률을 갖는다. 광학 요소는 LED 구성요소 위의 제위치에 형성되어 LED 구성요소(또는 그 일부분)를 실질적으로 둘러싸는 인캡슐런트(encapsulant)일 수 있고, 또는 따로 제조되고 이어서 LED 구성요소의 표면과 접촉하거나 근접하게 되어 상기 표면으로부터의 광을 결합하거나 추출하고 구성요소 내에 포집된 광의 양을 감소시키는 "추출기"일 수 있다. 추출기 또는 다른 광학 요소는 입력면에 집광된 광을 부분적으로 시준하는 발산 형상, 또는 입력면에 집광된 광을 측면 발광 패턴으로 유도하는 수렴 형상을 가질 수 있다.The present invention particularly discloses a light source comprising an LED component having a light emitting surface, the LED component comprising: i) an LED capable of emitting light of a first wavelength; And ii) a second potential well that is not located within the pn junction. The LED and re-emitting semiconductor configuration may be part of one die or chip where the LED is associated with a first potential well located within the pn junction and the re-emitting semiconductor configuration is associated with a second potential well where it is not located within the pn junction. Can be. Alternatively, the LED and re-emitting semiconductor construction may be separate elements, with an optical path provided between one or more other translucent components. The disclosed light source also preferably comprises an optical element having an input surface and an output surface, the input surface being in optical contact with the light emitting surface of the LED component. Such emitting surface may be the surface of an LED or the surface of a re-emitting semiconductor construction, but in many cases it is a relatively high refractive index material, such as a semiconductor material or Si, Ge, GaAs, InP, Sapphire, SiC, ZnSe, etc. Surface of another substrate material. In order to enhance the coupling of light from the LED components, the optical elements also preferably have a relatively high refractive index of at least 1.7, 1.8, 1.9, 2.0, 2.1, 2.2, 2.3 or 2.4 at the wavelength of the light emitted by the LED. Have The optical element may be an encapsulant formed in place on the LED component and substantially surrounding the LED component (or portion thereof), or separately manufactured and then in contact with or in proximity to the surface of the LED component. And an “extractor” to combine or extract light from the surface and to reduce the amount of light collected within the component. The extractor or other optical element may have a diverging shape that partially collimates the light focused on the input surface, or a converging shape that directs the light focused on the input surface to the side emission pattern.

일부 실시예에서, 광원은 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하고 제1 굴절률을 갖는 패터닝된 저굴절률 층을 추가적으로 포함하고, 광학 요소의 입력면은 발광면의 제2 부분과 광학 접촉하고, 광학 요소는 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 갖는다. 일부 실시예에서, 광원은 LED 구성요소에 의해 발생된 광의 적어도 일부를 LED 구성요소로 다시 내부 전반사하고 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하는 반사 수단을 추가적으로 포함하고, 광학 요소의 입력면은 제1 부분과는 상이한 발광면의 제2 부분과 광학 접촉한다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 입력면을 포함하고 제1 재료로 구성된 제1 부분을 포함하고, 광학 요소는 출력면을 포함하고 제2 재료로 구성된 제2 부분을 또한 포함하고, 제1 재료는 제2 재료의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 각각 입력면을 갖는 복수의 광학 요소들 중 하나이고, 광학 요소는 입력면들이 서로로부터 이격되고 발광면의 서로 다른 부분들과 광학 접촉하도록 하는 크기를 갖는다.In some embodiments, the light source further comprises a patterned low refractive index layer in optical contact with the first portion of the emitting surface and having a first refractive index, the input surface of the optical element being in optical contact with the second portion of the emitting surface, The element has a second index of refraction higher than the first index of refraction. In some embodiments, the light source further comprises reflecting means for totally internally reflecting at least a portion of the light generated by the LED component back to the LED component and in optical contact with the first portion of the emitting surface, wherein the input surface of the optical element comprises It is in optical contact with the second part of the light emitting surface different from the one part. In some embodiments, the optical element comprises a first portion comprising an input surface and composed of a first material, the optical element also comprising a second portion comprising an output surface and composed of a second material, the first material being It has a refractive index larger than that of the second material. In some embodiments, the optical element is one of a plurality of optical elements each having an input surface, the optical element being sized such that the input surfaces are spaced from each other and in optical contact with different portions of the emitting surface.

일부 실시예에서, 광학 요소는 밑면, 2개의 수렴 측면 및 2개의 발산 측면을 갖고, 밑면은 발광면에 광학적으로 결합된 입력면이다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 LED 구성요소에 광학적으로 결합되고 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 유도하도록 형상화되어 2개의 로브(lobe)를 갖는 측면 발광 패턴을 생성한다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 밑면, 밑면보다 작은 정점부(apex), 및 밑면과 정점부 사이로 연장하는 수렴 측면을 갖고, 밑면은 발광면에 광학적으로 결합되고 발광면보다 크기가 크지 않고, 광학 요소는 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 유도하여 측면 발광 패턴을 생성한다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 결합하는 수렴 측면을 갖고, 밑면은 발광면에 광학적으로 결합되고, 광학 요소는 밑면을 포함하고 제1 재료로 구성된 제1 섹션과, 정점부를 포함하고 제2 재료로 구성된 제2 섹션을 포함한다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 제1 굴절률을 갖고, 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 결합하는 수렴 측면을 갖고, 밑면은 발광면에 광학적으로 결합되고 발광면보다 크기가 크지 않고, 광원은 LED 구성요소 및 제1 광학 요소를 캡슐화하는 제2 광학 요소를 또한 포함하고, 제2 광학 요소는 제1 굴절률보다 낮은 제2 굴절률을 갖는다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 제1 굴절률을 갖고, 밑면, 발광면 상에 존재하는 정점부, 및 밑면과 정점부를 결합하는 수렴 측면을 갖고, 밑면은 발광면에 광학적으로 결합되고, 광원은 LED 구성요소 및 제1 광학 요소를 캡슐화하는 제2 광학 요소를 또한 포함하고, 제2 광학 요소는 제1 굴절률보다 낮은 제2 굴절률을 갖는다. 일부 실시예에서, LED 구성요소 및 제1 광학 요소를 캡슐화하는 제2 광학 요소는 제1 광학 요소만에 의해 추출된 출력에 비하여 LED 구성요소로부터 추출된 출력의 증가를 제공한다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 결합하는 측면을 갖고, 밑면은 발광면에 광학적으로 결합되고 발광면으로부터 기계적으로 분리된다.In some embodiments, the optical element has a bottom, two converging sides and two diverging sides, the bottom being an input surface optically coupled to the light emitting surface. In some embodiments, the optical element is optically coupled to the LED component and is shaped to direct light emitted by the LED component to produce a side emission pattern having two lobes. In some embodiments, the optical element has a bottom, an apex smaller than the bottom, and a converging side extending between the bottom and the vertex, the bottom being optically coupled to the light emitting surface and not larger than the light emitting surface, Induces light emitted by the LED component to produce a side-emitting pattern. In some embodiments, the optical element has a bottom, a vertex, and a converging side that joins the bottom and the vertex, the bottom is optically coupled to the emitting surface, and the optical element comprises a bottom and is comprised of a first material And a second section comprising a vertex and composed of a second material. In some embodiments, the optical element has a first refractive index and has a bottom, a vertex, and a converging side that joins the bottom and the vertex, the bottom is optically coupled to the light emitting surface and is not larger than the light emitting surface, and the light source is an LED Also comprising a second optical element encapsulating the component and the first optical element, the second optical element having a second refractive index lower than the first refractive index. In some embodiments, the optical element has a first index of refraction and has a bottom surface, a vertex portion present on the light emitting surface, and a converging side joining the bottom and the vertex portion, the bottom is optically coupled to the light emitting surface, and the light source is an LED Also comprising a second optical element encapsulating the component and the first optical element, the second optical element having a second refractive index lower than the first refractive index. In some embodiments, the LED component and the second optical element encapsulating the first optical element provide an increase in output extracted from the LED component relative to the output extracted by only the first optical element. In some embodiments, the optical element has a bottom, a vertex, and a side joining the bottom and the vertex, the bottom being optically coupled to the light emitting surface and mechanically separated from the light emitting surface.

개시된 LED 소자를 포함하는 그래픽 디스플레이 장치 및 조명 장치가 또한 설명된다.Graphic display devices and lighting devices including the disclosed LED elements are also described.

본 출원의 이들 및 다른 태양은 하기의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 어떠한 경우에도 상기의 개요는 청구된 기술적 요지를 한정하는 것으로 해석되어서는 안되며, 그 기술적 요지는 절차를 수행하는 동안 보정될 수도 있는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 규정된다.These and other aspects of the present application will be apparent from the detailed description below. In no event, however, should the above summary be construed as limiting the claimed technical subject matter, which technical subject matter is defined solely by the appended claims, which may be amended during the procedure.

본 출원에서,In this application,

반도체 소자의 층의 스택과 관련하여, "바로 인접한"은 개재층이 없이 순서상 다음을 의미하고, "근접한"은 하나 또는 몇 개의 개재층이 있는 상태에서 순서상 다음을 의미하고, "주위"(surrounding)는 순서상 앞과 뒤 둘 모두를 의미하고,With respect to the stack of layers of a semiconductor device, "immediately adjacent" means next in sequence without intervening layers, and "close" means next in sequence with one or several intervening layers and "around" (surrounding) means both front and back in order,

"포텐셜 우물"(potential well)은 주위 층보다 낮은 전도대 에너지 또는 주위 층보다 높은 가전자대 에너지, 또는 둘 모두를 갖는 반도체 소자 내의 반도체의 층을 의미하고,"Potential well" means a layer of a semiconductor in a semiconductor device having a conduction band energy lower than the surrounding layer or a valence band energy higher than the surrounding layer, or both,

"양자 우물"(quantum well)은 전형적으로 두께가 100 ㎚ 이하로 충분히 얇아서 양자화 효과가 우물 내의 전자-정공 쌍 전이 에너지를 상승시키는 포텐셜 우물을 의미하고,"Quantum well" typically means a potential well that is sufficiently thin, below 100 nm in thickness, so that the quantization effect raises the electron-hole pair transition energy in the well,

"전이 에너지"(transition energy)는 전자-정공 재결합 에너지를 의미하고,"Transition energy" means electron-hole recombination energy,

"격자-정합"(lattice match)은, 기판 상의 에피택셜 필름과 같이 두 가지의 결정질 재료와 관련하여, 분리되어 있는 각각의 재료가 소정의 격자 상수를 가지는데, 이들 격자 상수가 사실상 동일하며, 전형적으로 서로 0.2% 이하로 차이가 나고, 더욱 전형적으로는 서로 0.1% 이하로 차이가 나고, 가장 전형적으로는 서로 0.01% 이하로 차이가 나는 것을 의미하고,A “lattice match” refers to two crystalline materials, such as epitaxial films on a substrate, wherein each material that is separated has a predetermined lattice constant, which is substantially the same, Typically less than 0.2% from each other, more typically less than 0.1% from each other, most typically less than 0.01% from each other,

"유이격자정합"(pseudomorphic)은, 에피택셜 필름 및 기판과 같이 주어진 두께의 제1 결정질 층 및 제2 결정질 층과 관련하여, 분리되어 있는 각각의 층이 소정의 격자 상수를 가지는데, 이들 격자 상수가 충분히 유사하여 부정합 결함(misfit defect)이 사실상 없이 소정 두께의 제1 층이 당해 층의 평면에서 제2 층의 격자 간격(lattice spacing)을 채용할 수 있음을 의미한다."Pseudomorphic" refers to a first crystalline layer and a second crystalline layer of a given thickness, such as an epitaxial film and a substrate, wherein each layer that is separated has a predetermined lattice constant, the lattice constant The constants are sufficiently similar, meaning that the first layer of a predetermined thickness can employ the lattice spacing of the second layer in the plane of the layer with virtually no misfit defects.

n-도핑 및 p-도핑 반도체 영역을 포함하는 임의의 개시된 실시예에서, n 도핑이 p 도핑과 바뀌고 역으로도 성립하는 추가의 실시예가 본 명세서에 개시된 바와 같이 고려되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.In any disclosed embodiment that includes n-doped and p-doped semiconductor regions, it should be understood that additional embodiments in which n doping is reversed and vice versa are considered as disclosed herein.

"포텐셜 우물", "제1 포텐셜 우물", "제2 포텐셜 우물", 및 "제3 포텐셜 우물"의 각각이 본 명세서에 언급되는 경우, 하나의 포텐셜 우물이 제공될 수 있거나, 또는 전형적으로 유사한 특성을 공유하는 다수의 포텐셜 우물이 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 마찬가지로, "양자 우물", "제1 양자 우물", "제2 양자 우물" 및 "제3 양자 우물"의 각각이 본 명세서에 언급되는 경우, 하나의 양자 우물이 제공될 수 있거나, 또는 전형적으로 유사한 특성을 공유하는 다수의 양자 우물이 제공될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.Where each of "potential well", "first potential well", "second potential well", and "third potential well" is mentioned herein, one potential well may be provided, or is typically similar It should be understood that multiple potential wells may be provided that share the characteristics. Likewise, when each of "quantum well", "first quantum well", "second quantum well" and "third quantum well" is referred to herein, one quantum well may be provided, or typically It should be understood that multiple quantum wells can be provided that share similar characteristics.

도 1은 구성 내의 반도체의 전도대 및 가전자대의 평탄 대역 다이어그램 (층 두께는 척도에 따라 표현되어 있지 않음).1 is a planar band diagram of conduction and valence bands of a semiconductor in a configuration (layer thickness not shown to scale).

도 2는 다양한 II-VI족 2원 화합물 및 그 합금에 대한 격자 상수 및 밴드 갭 에너지를 나타내는 그래프.2 is a graph showing lattice constants and band gap energies for various Group II-VI binary compounds and alloys thereof.

도 3은 소자로부터 발광된 광의 스펙트럼을 도시하는 그래프.3 is a graph showing a spectrum of light emitted from an element.

도 4는 구성 내의 반도체의 전도대 및 가전자대의 평탄 대역 다이어그램 (층 두께는 척도에 따라 표현되어 있지 않음).4 is a planar band diagram of the conduction and valence bands of a semiconductor in a configuration (layer thickness not shown to scale).

도 5 및 도 6은 휘도 향상층을 갖는 LED 패키지의 개략적인 단면도.5 and 6 are schematic cross-sectional views of LED packages having a brightness enhancement layer.

도 7 및 도 8은 휘도 향상층 및 테이퍼진 광학 요소를 갖는 추가 LED 패키지의 개략적인 단면도.7 and 8 are schematic cross-sectional views of additional LED packages having a brightness enhancing layer and a tapered optical element.

도 9는 LED 구성요소의 전방 발광면 상의 테이퍼 요소의 풋프린트 크기의 함수로 LED 구성요소의 모델링된 휘도 및 발광 출력을 도시하는 그래프.9 is a graph showing modeled luminance and luminous output of an LED component as a function of the footprint size of the tapered element on the front emitting surface of the LED component.

도 10 내지 도 12는 복합 테이퍼 요소를 이용하는 LED 패키지를 도시하는 개략적인 단면도이고, 도 12는 LED 구성요소에 결합된 다수의 테이퍼 요소를 추가로 도시하는 도면.10-12 are schematic cross-sectional views illustrating LED packages utilizing composite tapered elements, and FIG. 12 further showing a number of tapered elements coupled to the LED components.

도 13은 휘도 향상층 및 다수의 광학 요소를 갖는 다른 LED 패키지의 개략적인 단면도.13 is a schematic cross-sectional view of another LED package having a brightness enhancement layer and a plurality of optical elements.

도 14는 광학 요소 및 LED 구성요소 구성을 예시하는 개략적인 측면도.14 is a schematic side view illustrating an optical element and LED component configuration.

도 15a 내지 도 15c는 부가의 광학 요소의 사시도.15A-15C are perspective views of additional optical elements.

도 16은 다른 광학 요소를 갖는 광원의 사시도.16 is a perspective view of a light source with other optical elements.

도 17a 내지 도 17i는 부가의 광학 요소의 평면도.17A-17I are plan views of additional optical elements.

도 18a 내지 도 18c는 대안적인 광학 요소를 예시하는 개략적인 정면도.18A-18C are schematic front views illustrating alternative optical elements.

도 19a 내지 도 19e는 광학 요소 및 LED 구성요소를 포함하는 부가의 광원의 개략적인 측면도.19A-19E are schematic side views of additional light sources comprising optical elements and LED components.

도 20a 내지 도 20d는 광학 요소/LED 구성 요소 조합의 저면도.20A-20D are bottom views of optical element / LED component combinations.

도 21은 광학 요소 및 LED 구성요소 어레이의 사시도.21 is a perspective view of an optical element and an LED component array.

도 22는 다른 광학 요소/LED 구성요소 조합의 부분 사시도.22 is a partial perspective view of another optical element / LED component combination.

본 출원은 재발광 반도체 구성과 조합된 LED를 포함하는 LED 구성요소와, LED 구성요소의 발광면과 광학 접촉하거나 그에 광학적으로 결합된 광학 요소를 포함하는 조명 장치를 개시한다. 광학 요소는 바람직하게는 LED 구성요소로부터의 광 결합을 향상시키기 위해 상대적으로 높은 굴절률을 갖고, 바람직하게는 추출기이거나 추출기를 포함하지만, 또한 인캡슐런트이거나 인캡슐런트를 포함할 수도 있다. 전형적으로, LED는 제1 파장의 광을 발광할 수 있고, 재발광 반도체 구성은 제1 파장의 광을 흡수하고 제2 파장의 광을 재발광할 수 있다. 재발광 반도체 구성은 pn 접합부 내에 위치되지 않은 포텐셜 우물을 포함한다. 재발광 반도체 구성의 포텐셜 우물은 전형적으로는 양자 우물이지만 반드시 그럴 필요는 없다.The present application discloses an LED component comprising an LED in combination with a re-emitting semiconductor construction, and an illumination device comprising an optical element in optical contact with or optically coupled to the emitting surface of the LED component. The optical element preferably has a relatively high index of refraction to enhance light coupling from the LED component and is preferably an extractor or extractor, but may also be encapsulant or encapsulant. Typically, the LED may emit light of a first wavelength, and the re-emitting semiconductor construction may absorb light of the first wavelength and re-light light of the second wavelength. The re-emitting semiconductor construction includes a potential well that is not located within the pn junction. The potential wells of the re-emitting semiconductor construction are typically quantum wells but need not be.

전형적인 작동시, LED는 전류에 응답하여 광자를 방출하고, 재발광 반도체 구성은 LED로부터 방출된 광자의 일부분의 흡수에 응답하여 광자를 방출한다. 원한다면, 재발광 반도체 구성은 포텐셜 우물에 근접한 또는 바로 인접한 흡수층을 추가적으로 포함할 수 있다. 흡수층은 전형적으로 LED에 의해 방출된 광자의 에너지보다 작거나 같고 재발광 반도체 구성의 포텐셜 우물(들)의 전이 에너지보다 큰 밴드 갭 에너지를 갖는다. 전형적인 작동시, 흡수층은 LED로부터 방출된 광자의 흡수를 돕는다. 재발광 반도체 구성은, pn 접합부 내에 위치되지 않고 제1 포텐셜 우물의 전이 에너지와 같지 않은 제2 전이 에너지를 갖는 하나 이상의 제2 포텐셜 우물을 추가적으로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, LED는 UV 발광 LED이다. 그러한 일 실시예에서, 재발광 반도체 구성은, pn 접합부 내에 위치되지 않고 청색 파장 광에 대응하는 제1 전이 에너지를 갖는 하나 이상의 제1 포텐셜 우물과, pn 접합부 내에 위치되지 않고 녹색 파장 광에 대응하는 제2 전이 에너지를 갖는 하나 이상의 제2 포텐셜 우물과, pn 접합부 내에 위치되지 않고 적색 파장 광에 대응하는 제3 전이 에너지를 갖는 하나 이상의 제3 포텐셜 우물을 포함한다.In typical operation, the LED emits photons in response to an electric current, and the re-emitting semiconductor construction emits photons in response to absorption of a portion of the photons emitted from the LED. If desired, the re-emitting semiconductor construction can further include an absorbing layer adjacent or immediately adjacent to the potential well. The absorbing layer typically has a band gap energy less than or equal to the energy of the photons emitted by the LED and greater than the transition energy of the potential well (s) of the re-emitting semiconductor construction. In typical operation, the absorber layer aids in the absorption of photons emitted from the LED. The re-emitting semiconductor construction can further include one or more second potential wells that are not located within the pn junction and have a second transition energy that is not equal to the transition energy of the first potential well. In some embodiments, the LED is a UV light emitting LED. In one such embodiment, the re-emitting semiconductor construction comprises one or more first potential wells not located within the pn junction and having a first transition energy corresponding to blue wavelength light and corresponding to green wavelength light not located within the pn junction. One or more second potential wells with a second transition energy and one or more third potential wells with a third transition energy not located within the pn junction and corresponding to red wavelength light.

일부 실시예에서, LED는 가시광 발광 LED, 전형적으로 녹색, 청색 또는 자색 LED, 더 전형적으로는 녹색 또는 청색 LED, 가장 전형적으로는 청색 LED이다. 그러한 일 실시예에서, 재발광 반도체 구성은, pn 접합부 내에 위치되지 않고 황색 또는 녹색 파장 광, 더 전형적으로는 녹색 파장 광에 대응하는 제1 전이 에너지를 갖는 하나 이상의 제1 포텐셜 우물과, pn 접합부 내에 위치되지 않고 주황색 또는 적색 파장 광, 더 전형적으로는 적색 파장 광에 대응하는 제2 전이 에너지를 갖는 하나 이상의 제2 포텐셜 우물을 포함한다. 재발광 반도체 구성은 추가적인 포텐셜 우물 및 추가적인 흡수층을 포함할 수 있다.In some embodiments, the LEDs are visible light emitting LEDs, typically green, blue or purple LEDs, more typically green or blue LEDs, most typically blue LEDs. In one such embodiment, the re-emitting semiconductor construction comprises a pn junction with one or more first potential wells not located within the pn junction and having a first transition energy corresponding to yellow or green wavelength light, more typically green wavelength light. One or more second potential wells not located within and having a second transition energy corresponding to orange or red wavelength light, more typically red wavelength light. The re-emitting semiconductor construction can include additional potential wells and additional absorbing layers.

일부 실시예에서, LED는 단지 하나의 pn 접합부만을 갖고, 재발광 반도체 구성은 pn 접합부 내에 위치되지 않고 예를 들어 녹색 파장 광에 대응하는 전이 에너지를 갖는 단지 하나의 포텐셜 우물만을 갖는다. 그러한 경우에, LED는 녹색보다 짧은 파장, 예를 들어 예를 들어 청색, 자색 또는 UV 파장의 광을 발광한다.In some embodiments, the LED has only one pn junction, and the re-emitting semiconductor construction has only one potential well that is not located within the pn junction and has, for example, transition energy corresponding to green wavelength light. In such a case, the LED emits light of a wavelength shorter than green, for example blue, purple or UV wavelengths.

LED 및 재발광 반도체 구성은 하나의 웨이퍼 상에서 하나의 제조 단계 또는 공정으로 공지의 반도체 처리 기술을 사용하여 성장될 수 있는데, 이 경우 LED 및 재발광 반도체 구성은 바람직하게는 동일한 재료 조합, 예를 들어 ZnSe를 이용한다. 대안적으로, LED 및 재발광 반도체 구성은 개별 공정으로 성장되거나 제조되고, 이어서 접합제로 또는 다른 방법으로 함께 결합되고, 이어서 (광학 요소 또는 LED 웨이퍼 내에 형성된 LED의 어레이에 대응하는 광학 요소의 어레이의 적용 전 또는 후에) 개별 다이로 다이싱될 수 있다. 또 다른 경우, LED 및 재발광 반도체 구성은 분리되어 유지될 수 있는데, 예를 들어 추출기 또는 다른 광학 요소의 상이한 표면에 접합되거나 다른 방식으로 결합될 수 있다.LED and re-emitting semiconductor constructions can be grown using known semiconductor processing techniques in one manufacturing step or process on one wafer, in which case the LED and re-emitting semiconductor constructions are preferably the same material combination, for example Use ZnSe. Alternatively, the LED and re-emitting semiconductor constructions are grown or fabricated in separate processes, and then bonded together with a binder or otherwise, followed by an array of optical elements corresponding to an array of LEDs formed within the optical element or LED wafer. May be diced into individual dies before or after application. In other cases, the LED and re-emitting semiconductor construction may be kept separate, for example, bonded or otherwise coupled to different surfaces of the extractor or other optical element.

임의의 적합한 LED가 사용될 수 있다. LED 및 재발광 반도체 구성을 포함하는 개시된 소자의 요소는 (발광층 외에) Si 또는 Ge와 같은 IV족 원소, InAs, AlAs, GaAs, InP, AlP, GaP, InSb, AlSb, GaSb 및 그 합금과 같은 III-V족 화합물, ZnSe, CdSe, BeSe, MgSe, ZnTe, CdTe, BeTe, MgTe, ZnS, CdS, BeS, MgS 및 그 합금과 같은 II-VI족 화합물, 또는 상기의 임의의 것들의 합금을 포함하는 임의의 적합한 반도체로 구성될 수 있다. 적절한 경우에, 반도체는 임의의 적합한 방법에 의해 또는 임의의 적합한 도펀트의 함유에 의해 n-도핑되거나 p-도핑될 수 있다. 전형적인 일 실시예에서, LED는 III-V족 반도체 소자이고, 재발광 반도체 구성은 II-VI족 반도체 소자이다.Any suitable LED can be used. Elements of the disclosed devices, including LED and re-emitting semiconductor constructions, include Group IV elements such as Si or Ge (in addition to the light emitting layer), III such as InAs, AlAs, GaAs, InP, AlP, GaP, InSb, AlSb, GaSb and their alloys. Group II-VI compounds such as Group V compounds, ZnSe, CdSe, BeSe, MgSe, ZnTe, CdTe, BeTe, MgTe, ZnS, CdS, BeS, MgS and alloys thereof, or alloys of any of the above It may consist of any suitable semiconductor. If appropriate, the semiconductor may be n-doped or p-doped by any suitable method or by the inclusion of any suitable dopant. In a typical embodiment, the LED is a group III-V semiconductor device and the re-emitting semiconductor construction is a group II-VI semiconductor device.

일부 실시예에서, LED 또는 재발광 반도체 구성과 같은 소자의 구성요소의 다양한 층의 조성은 하기의 고려 사항의 관점에서 선택된다. 각각의 층은 전형적 으로 이 층에 대해 주어진 두께에서 기판에 유이격자정합이거나 기판에 격자 정합될 수 있다. 대안적으로, 각각의 층은 바로 인접한 층에 유이격자정합 또는 격자 정합될 수 있다. 포텐셜 우물층 재료 및 두께는 전형적으로 원하는 전이 에너지를 제공하도록 선택되고, 이는 양자 우물로부터 발광될 광의 파장에 대응할 것이다. 예를 들어, 도 2에 460 ㎚, 540 ㎚ 및 630 ㎚로 표기된 점은 InP 기판에 대한 격자 상수(5.8687 옹스트롬 또는 0.58687 ㎚)에 근접한 격자 상수, 및 460 ㎚ (청색), 540 ㎚ (녹색) 및 630 ㎚ (적색)의 파장에 대응하는 밴드 갭 에너지를 갖는 Cd(Mg)ZnSe 합금을 나타낸다. 양자화에 의해 전이 에너지가 우물 내의 벌크 밴드 갭 에너지를 초과하여 상승할 만큼 포텐셜 우물층이 충분히 얇은 경우, 이 포텐셜 우물은 양자 우물로서 간주될 수 있다. 각각의 양자 우물층의 두께는 양자 우물 내의 양자화 에너지의 양을 결정하는데, 이 양자화 에너지는 벌크 밴드 갭 에너지에 추가되어 양자 우물 내의 전이 에너지를 산출한다. 따라서, 각각의 양자 우물과 관련된 파장은 양자 우물층 두께의 조정에 의해 조절될 수 있다. 전형적으로 양자 우물층의 두께는 1 ㎚ 내지 100 ㎚, 더 전형적으로는 2 ㎚ 내지 35 ㎚이다. 전형적으로, 양자화 에너지는 밴드 갭 에너지만에 기초하여 예측되는 것에 대해 20 내지 50 ㎚의 파장 감소로 이어진다. 유이격자정합 층들 사이의 격자 상수의 불완전한 정합으로부터 기인하는 변형(strain)을 비롯한 발광층 내의 변형이 또한 포텐셜 우물 및 양자 우물에 대한 전이 에너지를 변경시킬 수 있다.In some embodiments, the composition of the various layers of components of the device, such as LED or re-emitting semiconductor constructions, is selected in view of the following considerations. Each layer can typically be spaced-matched to the substrate or lattice matched to the substrate at a thickness given for this layer. Alternatively, each layer may be free spaced or lattice matched to the immediately adjacent layer. The potential well layer material and thickness are typically selected to provide the desired transition energy, which will correspond to the wavelength of light to be emitted from the quantum well. For example, the points marked 460 nm, 540 nm and 630 nm in FIG. 2 are the lattice constants close to the lattice constants (5.8687 angstroms or 0.58687 nm) for InP substrates, and 460 nm (blue), 540 nm (green) and A Cd (Mg) ZnSe alloy having a band gap energy corresponding to a wavelength of 630 nm (red) is shown. If the potential well layer is thin enough that the transition energy rises above the bulk band gap energy in the well by quantization, this potential well can be considered as a quantum well. The thickness of each quantum well layer determines the amount of quantization energy in the quantum well, which is added to the bulk band gap energy to yield the transition energy in the quantum well. Thus, the wavelength associated with each quantum well can be adjusted by adjusting the quantum well layer thickness. Typically the thickness of the quantum well layer is between 1 nm and 100 nm, more typically between 2 nm and 35 nm. Typically, the quantization energy leads to a wavelength reduction of 20-50 nm for what is predicted based only on band gap energy. Strains in the light emitting layer, including strains resulting from incomplete matching of lattice constants between free space matching layers, can also alter the transition energy for potential wells and quantum wells.

변형된 또는 변형되지 않은 포텐셜 우물 또는 양자 우물의 전이 에너지를 계산하기 위한 기술은 당업계에, 예를 들어 문헌[Herbert Kroemer, Quantum Mechanics for Engineering, Materials Science and Applied Physics (Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey, 1994) at pp. 54 -63]; 및 문헌[Zory, ed., Quantum Well Lasers (Academic Press, San Diego, California, 1993) at pp. 72-79]에 공지되어 있고, 이들 둘 모두는 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.Techniques for calculating the transition energy of modified or unmodified potential wells or quantum wells are known in the art, for example in Herbert Kroemer, Quantum Mechanics for Engineering, Materials Science and Applied Physics (Prentice Hall, Englewood Cliffs, New). Jersey, 1994) at pp. 54 -63; And Zory, ed., Quantum Well Lasers (Academic Press, San Diego, California, 1993) at pp. 72-79, both of which are incorporated herein by reference.

적외선, 가시광선 및 자외선 대역 내의 발광 파장을 비롯하여 임의의 적합한 발광 파장이 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 발광 파장은 소자에 의해 발광된 광의 조합된 출력이 임의의 색상의 외관을 생성하도록 선택되는데, 이 임의의 색상은 백색 또는 거의 백색, 파스텔색, 마젠타, 시안 등을 포함하는 2개, 3개 또는 그 이상의 단색 광원의 조합에 의해 발생될 수 있다. 일부 실시예에서, 소자는 보이지 않는 적외선 또는 자외선 파장의 광 및 이 소자가 작동 중이라는 표시(indication)로서 가시광선 파장의 광을 발광한다. 전형적으로, LED는 최단 파장의 광자를 방출하여, LED로부터 방출된 광자가 재발광 반도체 구성 내의 포텐셜 우물을 구동하기에 충분한 에너지를 갖는다. 전형적인 일 실시예에서, LED는 III-V족 반도체 소자, 예를 들어 청색 발광 GaN계 LED이고, 재발광 반도체 구성은 II-VI족 반도체 소자이다.Any suitable emission wavelength can be selected, including emission wavelengths in the infrared, visible and ultraviolet bands. In some embodiments, the emission wavelength is chosen such that the combined output of the light emitted by the device produces an appearance of any color, which color includes white or nearly white, pastel, magenta, cyan, or the like. It can be generated by a combination of three, three or more monochrome light sources. In some embodiments, the device emits light of invisible infrared or ultraviolet wavelengths and light of visible wavelengths as an indication that the device is in operation. Typically, the LED emits photons of the shortest wavelengths so that the photons emitted from the LED have sufficient energy to drive the potential wells in the re-emitting semiconductor construction. In a typical embodiment, the LED is a III-V semiconductor device, such as a blue light emitting GaN-based LED, and the re-emitting semiconductor construction is a II-VI semiconductor device.

도 1은 재발광 반도체 구성 내의 반도체의 전도대 및 가전자대를 도시하는 대역 다이어그램이다. 층 두께는 척도에 따라 표현되어 있지는 않다. 표 I은 본 실시예의 층(1 내지 9)의 조성 및 그 조성에 대한 밴드 갭 에너지(Eg)를 나타낸다. 이러한 구성은 InP 기판 상에서 성장할 수 있다.1 is a band diagram showing the conduction band and valence band of a semiconductor in a re-emitting semiconductor construction. Layer thickness is not expressed according to scale. Table I shows the composition of the layers 1-9 of this embodiment and the band gap energy (E g ) for that composition. This configuration can be grown on InP substrates.

Figure 112008083689725-PCT00001
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층(3)은 약 10 ㎚의 두께를 갖는 적색 발광 양자 우물인 하나의 포텐셜 우물을 나타낸다. 층(7)은 약 10 ㎚의 두께를 갖는 녹색 발광 양자 우물인 하나의 포텐셜 우물을 나타낸다. 층(2, 4, 6, 8)은 각각 약 1000 ㎚의 두께를 갖는 흡수층을 나타낸다. 층(1, 5, 9)은 지지층을 나타낸다. 지지층은 양자 우물(3, 7) 및 단파장 LED로부터 발광된 광에 실질적으로 투과성이 되도록 전형적으로 선택된다. 대안적으로, 소자는 흡수층 및/또는 지지층에 의해 분리된 다수의 적색 또는 녹색 발광 포텐셜 우물 또는 양자 우물을 포함할 수 있다.Layer 3 represents one potential well that is a red light emitting quantum well having a thickness of about 10 nm. Layer 7 represents one potential well, which is a green light emitting quantum well having a thickness of about 10 nm. Layers 2, 4, 6 and 8 each represent an absorbing layer having a thickness of about 1000 nm. Layers 1, 5 and 9 represent support layers. The support layer is typically selected to be substantially transparent to light emitted from the quantum wells 3 and 7 and short wavelength LEDs. Alternatively, the device may comprise a plurality of red or green light emitting potential wells or quantum wells separated by an absorber layer and / or a support layer.

이론에 구애되기를 바라지 않으면서, 도 1에 도시된 실시예는 하기의 원리에 따라 동작하는 것으로 믿어진다: LED에 의해 방출되어 재발광 반도체 구성 상에 충돌하는 청색 파장 광자가 흡수되고, 녹색 발광 양자 우물(7)로부터 녹색 파장 광자로서 재발광되거나 적색 발광 양자 우물(3)로부터 적색 파장 광자로서 재발광될 수 있다. 단파장 광자의 흡수는 전자-정공 쌍을 생성하고, 이 전자-정공 쌍은 이어서 양자 우물 내에서 재결합되어 광자가 방출될 수 있다. 소자로부터 발광된 청색, 녹색 및 적색 파장 광의 다색 조합은 백색 또는 거의 백색을 나타낼 수 있다. 소자로부터 발광된 청색, 녹색 및 적색 파장 광의 강도는 각 유형의 양자 우물의 개수의 조작, 필터 또는 반사층의 사용, 및 흡수층의 두께 및 조성의 조작을 포함하는 임의의 적합한 방식으로 평형을 이룰 수 있다. 도 3은 소자의 일 실시예로부터 발광된 광의 스펙트럼을 도시한다.Without wishing to be bound by theory, it is believed that the embodiment shown in FIG. 1 operates in accordance with the following principles: blue wavelength photons emitted by the LED and impinging on the re-emitting semiconductor construction are absorbed and green light emitting quantum It can be re-emitting as a green wavelength photon from the well 7 or as a red wavelength photon from the red-emitting quantum well 3. Absorption of short wavelength photons produces electron-hole pairs, which can then be recombined within the quantum well to release photons. The multicolor combination of blue, green and red wavelength light emitted from the device may represent white or nearly white. The intensity of the blue, green and red wavelength light emitted from the device can be balanced in any suitable manner including the manipulation of the number of each type of quantum wells, the use of filters or reflective layers, and the manipulation of the thickness and composition of the absorbing layer. . 3 shows the spectrum of light emitted from one embodiment of the device.

도 1에 도시된 실시예를 다시 참조하면, 흡수층(2, 4, 5, 8)은 LED로부터 방출된 광자의 에너지와 양자 우물(3, 7)의 전이 에너지 사이의 중간에 있는 흡수층에 대한 밴드 갭 에너지를 선택함으로써 LED로부터 방출된 광자를 흡수하도록 구성될 수 있다. 흡수층(2, 4, 6, 8) 내의 광자의 흡수에 의해 발생된 전자-정공 쌍은 전형적으로 양자 우물(3, 7)에 의해 포착되고, 그 후 재결합되고 동시에 광자의 방출이 일어난다. 흡수층은 선택적으로 이들의 두께의 전체 또는 일부에 걸쳐 조성의 구배를 가져 전자 및/또는 정공을 포텐셜 우물을 향해 흐르게 하거나 향하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, LED 및 재발광 반도체 구성은 하나의 반도체 유닛으로 제공되는데, 즉 LED 및 재발광 반도체 구성은 동일한 웨이퍼 상에서 일련의 제조 단계로 성장될 수 있다. 이러한 반도체 유닛은 전형적으로 pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물과 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함한다. 이 포텐셜 우물들은 전형적으로 양자 우물이다. 이 유닛은 2개 파장의 광을 발광할 수 있는데, 그 중 한 파장은 제1 포텐셜 우물의 전이 에너지(즉, LED에 의해 발광된 광)에 대응하고 다른 파장은 제2 포텐셜 우물의 전이 에너지(즉, 재발광 반도체 구성에 의해 발광된 광)에 대응한다. 전형적인 동작시, 제1 포텐셜 우물은 pn 접합부를 통과하는 전류에 응답하여 광자를 방출하고, 제2 포텐셜 우물은 제1 포텐셜 우물로부터 방출된 광자의 일부분의 흡수에 응답하여 광자를 방출한다. 반도체 유닛은 제2 포텐셜 우물 주위의 또는 제2 포텐셜 우물에 근접한 또는 바로 인접한 하나 이상의 흡수층을 추가적으로 포함할 수 있다. 흡수층은 전형적으로 제1 포텐셜 우물의 전이 에너지보다 작거나 같고 제2 포텐셜 우물의 전이 에너지보다 큰 밴드 갭 에너지를 갖는다. 전형적인 동작시, 흡수층은 제1 포텐셜 우물로부터 방출된 광자의 흡수를 돕는다. 반도체 유닛은 pn 접합부 내에 위치되거나 pn 접합부 내에 위치되지 않는 추가적인 포텐셜 우물과, 추가적인 흡수층을 포함할 수 있다.Referring back to the embodiment shown in FIG. 1, the absorbing layers 2, 4, 5, 8 are bands for the absorbing layer which are halfway between the energy of photons emitted from the LED and the transition energy of the quantum wells 3, 7. It can be configured to absorb photons emitted from the LED by selecting the gap energy. Electron-hole pairs generated by absorption of photons in absorbing layers 2, 4, 6, 8 are typically captured by quantum wells 3, 7 and then recombined and at the same time emission of photons takes place. The absorbing layer may optionally have a gradient of composition over all or part of their thickness to direct or direct electrons and / or holes towards the potential well. In some embodiments, the LED and re-emitting semiconductor configurations are provided in one semiconductor unit, that is, the LED and re-emitting semiconductor configurations can be grown in a series of manufacturing steps on the same wafer. Such semiconductor units typically comprise a first potential well located in a pn junction and a second potential well not located in a pn junction. These potential wells are typically quantum wells. The unit can emit light of two wavelengths, one of which corresponds to the transition energy of the first potential well (ie, the light emitted by the LED) and the other wavelength of the second potential well ( That is, light emitted by the re-emitting semiconductor construction). In typical operation, the first potential well emits photons in response to a current passing through the pn junction, and the second potential well emits photons in response to absorption of a portion of the photons emitted from the first potential well. The semiconductor unit may further include one or more absorbing layers around or immediately adjacent to or near the second potential well. The absorbing layer typically has a band gap energy less than or equal to the transition energy of the first potential well and greater than the transition energy of the second potential well. In typical operation, the absorbing layer assists in the absorption of photons emitted from the first potential well. The semiconductor unit may include additional potential wells that are located within or not within the pn junction and additional absorber layers.

도 4는 그러한 반도체 유닛 내의 반도체의 전도대 및 가전자대를 도시하는 대역 다이어그램이다. 층 두께는 척도에 따라 표현되어 있지는 않다. 표 II는 본 실시예에서의 층(1 내지 14)의 조성 및 그 조성에 대한 밴드 갭 에너지(Eg)를 나타낸다.4 is a band diagram showing the conduction and valence bands of a semiconductor in such a semiconductor unit. Layer thickness is not expressed according to scale. Table II shows the composition of layers 1 to 14 in this example and the band gap energy (E g ) for that composition.

Figure 112008083689725-PCT00002
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층(10, 11, 12, 13, 14)은 pn 접합부 또는 보다 구체적으로는 pin 접합부를 나타내는데, 이는 중간의 도핑되지 않은("고유" 도핑) 층(11, 12, 13)이 n-도핑된 층(10)과 p-도핑된 층(14) 사이에 개재되기 때문이다. 층(12)은 약 10 ㎚의 두께를 갖는 양자 우물인 pn 접합부 내의 하나의 포텐셜 우물을 나타낸다. 대안적으로, 소자는 pn 접합부 내에 다수의 포텐셜 또는 양자 우물을 포함할 수 있다. 층(4, 8)은 pn 접합부 내에 있지 않은 제2 및 제3 포텐셜 우물을 나타내고, 이들 각각은 약 10 ㎚의 두께를 갖는 양자 우물이다. 대안적으로, 소자는 pn 접합부 내에 있지 않은 추가적인 포텐셜 또는 양자 우물을 포함할 수 있다. 추가의 대안적인 예에서, 소자는 pn 접합부 내에 있지 않은 하나의 포텐셜 또는 양자 우물을 포함할 수 있다. 층(3, 5, 7, 9)은 약 1000 ㎚의 두께를 각각 갖는 흡수층을 나타낸다. 도시되지 않은 전기 접점이 pn 접합부로의 전류의 공급을 위한 경로를 제공한다. 전기 접점은 전기를 통하게 하고 전형적으로 전도성 금속으로 구성된다. 양의 전기 접점이 층(14)에 직접적으로 또는 중간 구조를 통해 간접적으로 전기 접속된다. 음의 전기 접점이 층(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10)들 중 하나 이상에 직접적으로 또는 중간 구조를 통해 간접적으로 전기 접속된다.Layers 10, 11, 12, 13, 14 represent pn junctions or more specifically pin junctions, which are n-doped with intermediate undoped (“native” doped) layers 11, 12, 13. This is because it is interposed between layer 10 and p-doped layer 14. Layer 12 represents one potential well in the pn junction, which is a quantum well with a thickness of about 10 nm. Alternatively, the device can include multiple potential or quantum wells within the pn junction. Layers 4 and 8 represent second and third potential wells that are not within the pn junction, each of which is a quantum well having a thickness of about 10 nm. Alternatively, the device may include additional potential or quantum wells that are not in the pn junction. In a further alternative example, the device may include one potential or quantum well that is not within the pn junction. Layers 3, 5, 7, 9 represent absorbing layers each having a thickness of about 1000 nm. Electrical contacts, not shown, provide a path for supply of current to the pn junction. Electrical contacts are electrically conductive and typically consist of a conductive metal. A positive electrical contact is electrically connected directly to layer 14 or indirectly through an intermediate structure. A negative electrical contact is electrically connected directly to one or more of the layers 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 or indirectly through an intermediate structure.

이론에 구애되기를 바라지 않으면서, 이 실시예는 하기의 원리에 따라 동작하는 것으로 믿어진다: 전류가 층(14)으로부터 층(10)으로 통과할 때, 청색 파장 광자는 pn 접합부 내의 양자 우물(12)로부터 방출된다. 층(14)의 방향으로 이동하는 광자는 소자를 떠날 수 있다. 반대 방향으로 이동하는 광자는 흡수되어 제2 양자 우물(8)로부터 녹색 파장 광자로서 또는 제3 양자 우물(4)로부터 적색 파장 광자로서 재발광될 수 있다. 청색 파장 광자의 흡수는 전자-정공 쌍을 생성하고, 이 전자-정공 쌍은 이어서 제2 또는 제3 양자 우물 내에서 재결합하여 광자를 방출할 수 있다. 층(14)의 방향으로 이동하는 녹색 또는 적색 파장 광자는 소자를 떠날 수 있다. 소자로부터 발광된 청색, 녹색 및 적색 파장 광의 다색 조합은 백색 또는 거의 백색을 나타낼 수 있다. 소자로부터 발광된 청색, 녹색 및 적색 파장 광의 강도는 각 유형의 포텐셜 우물의 개수의 조작 및 필터 또는 반사층의 사용을 포함하는 임의의 적합한 방식으로 평형을 이룰 수 있다. 도 3은 소자의 일 실시예로부터 발광된 광의 스펙트럼을 도시한다.Without wishing to be bound by theory, it is believed that this embodiment operates in accordance with the following principle: When a current passes from layer 14 to layer 10, the blue wavelength photon is introduced into the quantum well 12 in the pn junction. ) Is released. Photons traveling in the direction of layer 14 may leave the device. Photons traveling in the opposite direction can be absorbed and re-emitted as green wavelength photons from the second quantum well 8 or as red wavelength photons from the third quantum well 4. Absorption of the blue wavelength photons produces electron-hole pairs, which can then recombine within the second or third quantum well to emit photons. Green or red wavelength photons traveling in the direction of layer 14 may leave the device. The multicolor combination of blue, green and red wavelength light emitted from the device may represent white or nearly white. The intensity of the blue, green and red wavelength light emitted from the device can be balanced in any suitable manner including the manipulation of the number of potential wells of each type and the use of filters or reflective layers. 3 shows the spectrum of light emitted from one embodiment of the device.

도 4를 다시 참조하면, 흡수층(3, 5, 7, 9)은 제1 양자 우물(12)로부터 방출된 광자를 흡수하는 데 특히 적합할 수 있는데, 이는 흡수층들이 제1 양자 우물(12)의 전이 에너지와 제2 및 제3 양자 우물(8, 4)의 전이 에너지 사이의 중간에 있는 밴드 갭 에너지를 갖기 때문이다. 흡수층(3, 5, 7, 9) 내의 광자의 흡수에 의해 발생된 전자-정공 쌍은 전형적으로 제2 또는 제3 양자 우물(8, 4)에 의해 포착되고, 그 후 재결합되고 동시에 광자의 방출이 일어난다. 흡수층은 전형적으로 주위 층과 같이 선택적으로 도핑될 수 있는데, 이는 이 실시예에서 n-도핑일 수 있다. 흡수층은 선택적으로 이들의 두께의 전체 또는 일부에 걸쳐 조성의 구배를 가져 전자 및/또는 정공을 포텐셜 우물을 향해 흐르게 하거나 향하게 할 수 있다.Referring again to FIG. 4, the absorbing layers 3, 5, 7, 9 may be particularly suitable for absorbing photons emitted from the first quantum well 12, in which the absorbing layers of the first quantum well 12 This is because it has a band gap energy intermediate between the transition energy and the transition energies of the second and third quantum wells 8, 4. Electron-hole pairs generated by absorption of photons in absorbing layers 3, 5, 7, 9 are typically captured by second or third quantum wells 8, 4, then recombined and simultaneously emit photons This happens. The absorber layer can typically be selectively doped like the surrounding layer, which can be n-doped in this embodiment. The absorbing layer may optionally have a gradient of composition over all or part of their thickness to direct or direct electrons and / or holes towards the potential well.

LED가 가시광선 파장 LED인 경우, 재발광 반도체 구성의 층은 LED로부터 발광된 광에 대해 부분적으로 투과성일 수 있다. 대안적으로, 예를 들어 LED가 UV 파장 LED인 경우, 재발광 반도체 구성의 층들 중 하나 이상은 LED로부터 발광된 광의 많은 부분 또는 실질적으로 또는 완전히 모든 광을 차단할 수 있어, 소자로부터 발광된 광의 많은 부분 또는 실질적으로 또는 완전히 모든 광이 재발광 반도체 구성으로부터 재발광된 광이다. LED가 UV 파장 LED인 경우, 재발광 반도체 구성은 적색, 녹색 및 청색 발광 양자 우물을 포함할 수 있다.If the LED is a visible wavelength LED, the layer of re-emitting semiconductor construction can be partially transmissive to the light emitted from the LED. Alternatively, if the LED is a UV wavelength LED, for example, one or more of the layers of the re-emitting semiconductor construction may block a large portion or substantially or completely all of the light emitted from the LED, thereby providing a large amount of light emitted from the device. Partially or substantially or completely all of the light is re-emitting light from the re-emitting semiconductor construction. If the LED is a UV wavelength LED, the re-emitting semiconductor construction can include red, green and blue light emitting quantum wells.

소자는 전도체, 반도체 또는 비도체 재료의 추가적인 층을 포함할 수 있다. 전기 접점층이 추가되어 LED로의 전류의 공급을 위한 경로를 제공할 수 있다. 전기 접점층이 배치되어 LED를 여기하는 전류가 또한 재발광 반도체 구성을 통과할 수 있다. 대안적으로, 재발광된 반도체 구성의 일부분은 에칭되어 구멍 또는 개구를 형성할 수 있고, 이를 통해 전기 접점이 LED의 p층 또는 n 층에 형성될 수 있다. 광 필터링 층이 추가되어, 구성된 LED에 의해 발광된 광의 광 파장의 평형(balance)을 변경하거나 보정할 수 있다.The device may comprise additional layers of conductor, semiconductor or non-conductive material. Electrical contact layers can be added to provide a path for supply of current to the LEDs. An electrical contact layer may be disposed so that the current that excites the LED can also pass through the re-emitting semiconductor construction. Alternatively, a portion of the re-emitting semiconductor construction can be etched to form holes or openings through which electrical contacts can be formed in the p or n layers of the LED. A light filtering layer may be added to change or correct the balance of the light wavelengths of the light emitted by the constructed LEDs.

일부 실시예에서, 개시된 광원은 청색, 녹색, 황색 및 적색 대역 내의 4개의 주요 파장(principal wavelength)의 광을 발광함으로써 백색 또는 거의 백색 광을 제공한다. 대안적인 실시예에서, 광원은 청색 및 황색 대역의 2개의 주요 파장의 광을 발광함으로써 백색 또는 거의 백색 광을 생성한다. 또 다른 실시예에서, 광원은 실질적으로 하나의 가시광선 색상, 예를 들어 녹색을 발광한다.In some embodiments, the disclosed light sources provide white or nearly white light by emitting light at four principal wavelengths in the blue, green, yellow, and red bands. In an alternative embodiment, the light source produces white or nearly white light by emitting light of two major wavelengths in the blue and yellow bands. In another embodiment, the light source emits substantially one visible light color, for example green.

소자는 능동 또는 수동 구성요소, 예를 들어 저항기, 다이오드, 제너 다이오드, 캐패시터, 트랜지스터, 바이폴라 트랜지스터, FET 트랜지스터, MOSFET 트랜지스터, 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터, 포토트랜지스터, 광검출기, SCR, 사이리스터(thyristor), 트라이액(triac), 전압 조절기 및 다른 회로 요소를 포함하는 추가적인 반도체 요소를 포함할 수 있다. 소자는 집적 회로를 포함할 수 있다. 소자는 디스플레이 패널 또는 조명 패널을 포함할 수도 있다.Devices may be active or passive components, such as resistors, diodes, zener diodes, capacitors, transistors, bipolar transistors, FET transistors, MOSFET transistors, insulated gate bipolar transistors, phototransistors, photodetectors, SCRs, thyristors, tris It can include additional semiconductor elements including triacs, voltage regulators, and other circuit elements. The device may comprise an integrated circuit. The device may comprise a display panel or an illumination panel.

개시된 광원 내에 포함되는 LED 및 재발광 반도체 구성은 분자 빔 에피택시(MBE), 화학 기상 증착, 액상 에피택시 및 기상 에피택시를 포함할 수 있는 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 소자의 요소는 임의의 적합한 기판을 포함할 수 있다. 전형적인 기판 재료는 Si, Ge, GaAs, InP, 사파이어, SiC 및 ZnSe를 포함한다. 기판은 n-도핑, p-도핑되거나, 또는 반-절연(semi-insulating)될 수 있으며, 이는 임의의 적합한 방법에 의해 또는 임의의 적합한 도펀트의 함유에 의해 달성될 수 있다. 대안적으로, 소자의 요소는 기판이 없을 수도 있다. 일 실시예에서, 소자의 요소는 기판 상에 형성되고 이어서 기판으로부터 분리될 수 있다. 소자의 요소는 또한 접착제 또는 용접 재료, 압력, 열 또는 그 조합의 사용을 포함하는 임의의 적합한 방법에 의해 함께 결합될 수 있다. 그러한 방법은 예를 들어 LED(예를 들어, LED 다이)를 재발광 반도체 구성에 접합하거나, LED를 광학 요소(예를 들어, 추출기)에 접합하거나, 재발광 반도체 구성을 광학 요소에 접합하는 데 사용될 수 있다. 유용한 반도체 웨이퍼 접합 기술은 문헌[chapters 4 and 10 of the text Semiconductor Wafer Bonding by Q.-Y. Tong and U.

Figure 112008083689725-PCT00003
(John Wiley & Sons, New York, 1999)]에 설명된 것들을 포함한다. 미국 특허 제5,915,193호(통(Tong) 등) 및 제6,563,133호(통)에 설명된 웨이퍼 접합 방법이 또한 사용될 수 있다. ZnSe에 GaN을 웨이퍼 접합하는 방법은 문헌[Murai et al., Japanese Journal of Applied Physics 43 No. 10A, page L1275 (2004)]에 설명되어 있다. 일부 실시예에서, 접합층은 LED와 재발광 반도체 구성 사이에 존재한다. 접합층은 예를 들어 투명 접착층, 무기 박막, 가융 유리 프릿(frit) 또는 다른 적합한 접합제를 포함할 수 있다. 접합층의 추가 예가 미국 특허 출원 공개 제2005/0023545호(캠라스 등)에 설명되어 있다. 전형적으로, 생성된 결합부(bond)는 투명하다. 접합 방법은 계면 접합, 또는 단지 에지에만 요소(예를 들어, LED 및 재발광 반도체 구성)를 결합하는 기술, 즉 에지 접합을 포함할 수 있다. 선택적으로, 굴절률 정합층 또는 층간 공간(interstitial space)이 포함될 수 있다.LEDs and re-emitting semiconductor constructions included within the disclosed light sources may be prepared by any suitable method that may include molecular beam epitaxy (MBE), chemical vapor deposition, liquid phase epitaxy, and vapor phase epitaxy. Elements of the device can include any suitable substrate. Typical substrate materials include Si, Ge, GaAs, InP, Sapphire, SiC and ZnSe. The substrate may be n-doped, p-doped, or semi-insulating, which may be accomplished by any suitable method or by the inclusion of any suitable dopant. Alternatively, the elements of the device may be free of the substrate. In one embodiment, elements of the device may be formed on a substrate and then separated from the substrate. The elements of the device may also be joined together by any suitable method, including the use of adhesive or welding materials, pressure, heat or a combination thereof. Such a method may be used, for example, to bond an LED (eg, LED die) to a re-emitting semiconductor configuration, to bond the LED to an optical element (eg, an extractor), or to bond the re-emitting semiconductor configuration to an optical element. Can be used. Useful semiconductor wafer bonding techniques are described in chapters 4 and 10 of the text Semiconductor Wafer Bonding. by Q.-Y. Tong and U.
Figure 112008083689725-PCT00003
(John Wiley & Sons, New York, 1999). The wafer bonding method described in US Pat. Nos. 5,915,193 (Tong et al.) And 6,563,133 (Tong) can also be used. Methods of wafer bonding GaN to ZnSe are described in Murai et al., Japanese Journal of Applied Physics 43. No. 10A, page L1275 (2004). In some embodiments, the bonding layer is between the LED and the re-emitting semiconductor construction. The bonding layer may comprise, for example, a transparent adhesive layer, an inorganic thin film, a fusible glass frit or other suitable bonding agent. Further examples of bonding layers are described in US Patent Application Publication No. 2005/0023545 (Camras et al.). Typically, the resulting bond is transparent. Bonding methods may include interfacial bonding, or techniques that couple elements (eg, LED and re-emitting semiconductor constructions) only at the edges, ie, edge bonding. Optionally, a refractive index matching layer or interstitial space may be included.

LED는 금속 헤더 상에 실장된 LED 다이 또는 칩을 포함하는 패키지 형태로 전형적으로 판매된다. LED 다이는 가장 기본적인 형태의, 즉 반도체 웨이퍼 처리 절차에 의해 제조된 개별 구성요소 또는 칩 형태의 LED이다. 구성 요소 또는 칩은 소자에 전압을 가하기 위해 전력 인가에 적합한 전기 접점을 포함할 수 있다. 구성요소 또는 칩의 개별 층 및 다른 기능 요소는 전형적으로 웨이퍼 규모(wafer scale)로 형성되고, 완성된 웨이퍼는 최종적으로 개별 단편 부품으로 다이싱되어 다수의 LED 다이를 산출한다. 금속 헤더는 LED 다이가 실장되는 반사 컵과, LED 다이에 접속된 전기 리드를 갖는다. 패키지는 LED 다이를 캡슐화하는 성형된 투명 수지를 추가로 포함한다. 캡슐화 수지는 전형적으로 LED 다이로부터 발광된 광을 부분적으로 시준하는 명목상 반구형인 전방면을 갖는다. LED 구성요소는 LED 다이, 또는 재발광 반도체 구성 또는 다른 요소와 조합된 LED 다이이거나 이를 포함할 수 있다.LEDs are typically sold in the form of a package containing an LED die or chip mounted on a metal header. LED dies are LEDs in their most basic form, ie in the form of discrete components or chips manufactured by semiconductor wafer processing procedures. The component or chip may include electrical contacts suitable for applying power to energize the device. Individual layers of components or chips and other functional elements are typically formed on a wafer scale, and the finished wafer is finally diced into individual piece parts to yield multiple LED dies. The metal header has a reflecting cup on which the LED die is mounted and an electrical lead connected to the LED die. The package further includes a molded transparent resin encapsulating the LED die. Encapsulation resins typically have a nominal hemispherical front face that partially collimates light emitted from the LED die. The LED component may be or include an LED die, or an LED die in combination with a re-emitting semiconductor construction or other element.

전술한 광학 요소는 따로 제조되고, 이어서 그로부터 광을 결합하거나 "추출"하고 구성요소 내에 포집된 광의 양을 감소시키는 데 사용될 수 있는 LED 구성요소의 표면에 접촉하거나 근접할 수 있다. 그러한 요소는 추출기로 불릴 수 있다. 추출기는 보통 LED 구성요소의 주 발광면과 실질적으로 정합하는 크기 및 형상의 입력면을 갖는다.The aforementioned optical elements can be manufactured separately and then in contact with or in proximity to the surface of the LED component, which can be used to combine or "extract" light therefrom and reduce the amount of light collected within the component. Such elements may be called extractors. The extractor usually has an input face of size and shape that substantially matches the main light emitting face of the LED component.

추출기는 고휘도 LED 패키지 또는 광원을 제공하는 데 사용될 수 있다. 전술한 바와 같이 또는 본 명세서에 참고로 포함되어 있는 현재 계류 중인 미국 특허 출원 제11/009217호 또는 미국 특허 출원 제11/009241호에 설명된 바와 같이, 그러한 패키지의 LED 구성요소는 개별 요소로서 또는 반도체 유닛으로서 LED/재발광 반도체 구성 조합일 수 있다.The extractor can be used to provide a high brightness LED package or light source. As described above or as described in currently pending US patent application Ser. No. 11/009217 or US patent application Ser. No. 11/009241, which is incorporated herein by reference, the LED components of such a package may be used as individual elements or The semiconductor unit may be a combination LED / re-emitting semiconductor construction.

도 5에서, LED 패키지(10)는 헤더 또는 다른 마운트(14) 상에 실장된 LED 구성요소(12)를 포함한다. LED 구성요소 및 마운트는 간단하게 하기 위해 일반적으로 도시되었지만, 이들이 당업계에 공지된 바와 같은 종래의 설계 특징부 및 전술한 바와 같은 재발광 층을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. LED 구성요소의 주 발광면(12a), 바닥면(12b), 측면(12c)은 간단한 직사각형 배열로 도시되어 있지만, 다른 공지된 형태, 예를 들어 절두형 역 피라미드 형상을 형성하는 기울어진 측면이 또한 고려될 수 있다. LED 구성요소에 대한 전기 접점이 또한 간단하게 하기 위해 도시되지 않았지만, 알려진 바와 같이 LED 구성요소의 임의의 표면 상에 제공될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 구성요소는 "플립 칩" LED 구성요소 설계의 경우에서와 같이 LED 구성요소의 바닥면(12b)에 모두가 배치된 2개의 접점을 갖는다. 또한, 마운트(14)는 지지 기판, 전기 접점, 히트 싱크 및/또는 반사기 컵으로서 기능할 수 있다.In FIG. 5, the LED package 10 includes LED components 12 mounted on a header or other mount 14. Although LED components and mounts are generally shown for simplicity, it will be appreciated that they may include conventional design features as known in the art and a re-emitting layer as described above. The main light emitting surface 12a, the bottom surface 12b, and the side surface 12c of the LED component are shown in a simple rectangular arrangement, but inclined sides forming other known shapes, for example truncated inverted pyramid shapes. It can also be considered. Electrical contacts to the LED component are also not shown for simplicity, but may be provided on any surface of the LED component as is known. In an exemplary embodiment, the LED component has two contacts all disposed on the bottom surface 12b of the LED component, as in the case of a "flip chip" LED component design. Mount 14 may also function as a support substrate, electrical contacts, heat sinks and / or reflector cups.

LED 패키지(10)는 LED 구성요소(12)를 캡슐화하거나 둘러싸는 투명 광학 요소(16)를 또한 포함한다. 광학 요소(16)는 LED 구성요소(더 정확하게는, 발광면(12a)에 인접한 LED 구성요소의 외부 부분)와 보통 공기인 주위 매질의 굴절률의 중간에 있는 굴절률을 갖는다. 많은 실시예에서, 굴절률이 가능한 한 높지만 LED 구성요소의 굴절률을 실질적으로 초과하지 않는 요소(16)에 대한 재료를 선택하는 것이 바람직한데, 이는 LED 구성요소와 요소(16) 사이의 굴절률의 차이가 작을수록 더 적은 광이 LED 구성요소 내에 포집되고 손실되기 때문이다. 도시된 바와 같은 광학 요소(16)는 만곡된 출력면을 갖는데, 이는 광이 LED 패키지로부터 주위 매질로 투과되는 것을 보장하는 것을 도울 수 있고 또한 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 적어도 부분적으로 포커싱하거나 시준하는 데 사용될 수 있다. 이하에 더 설명되는 테이퍼진 형상을 비롯하여 다른 형상을 갖는 광학 요소가 광을 시준하는 데 또한 사용될 수 있다. 광학 요소(16)는 LED 구성요소 상에 제위치에 형성된 인캡슐런트일 수 있고, 이 경우 인캡슐런트가 투광성 에폭시 또는 실리콘이거나 이를 포함하는 것이 전형적이다.The LED package 10 also includes a transparent optical element 16 encapsulating or enclosing the LED component 12. The optical element 16 has a refractive index that is halfway between the LED component (more precisely, the outer portion of the LED component adjacent the light emitting surface 12a) and the refractive index of the ambient medium, which is usually air. In many embodiments, it is desirable to select a material for element 16 where the refractive index is as high as possible but does not substantially exceed the refractive index of the LED component, which means that the difference in refractive index between the LED component and element 16 The smaller it is, the less light is trapped and lost in the LED component. Optical element 16 as shown has a curved output surface, which can help ensure that light is transmitted from the LED package to the surrounding medium and can also at least partially focus the light emitted by the LED component or Can be used to aim. Optical elements having other shapes, including tapered shapes, described further below, may also be used to collimate light. Optical element 16 may be an encapsulant formed in situ on an LED component, in which case it is typically the encapsulant is or comprises a translucent epoxy or silicone.

LED 패키지(10)는 광학 요소(16)와 LED 구성요소 사이에 패터닝된 저굴절률 층(18)을 추가로 구비하고, 이는 LED 구성요소 내에 일부 광 포집을 선택적으로 보존하는 효과를 가져 발광면(12a)에서 국소화된 개구 또는 영역(20) 내의 휘도를 향상시킨다. 패터닝된 저굴절률 층(18)은 개구(20)를 제외한 발광면(12a)의 일부 및 측면(12c)과 실질적으로 광학 접촉하고, 광학 요소(16)는 개구(20)의 영역에 걸쳐 발광면(12a)의 일부와 광학 접촉한다. (이와 관련하여, "광학 접촉"은 저굴절률 층 또는 투명 요소의 굴절률 특성이 예를 들어 LED 구성요소 내에서 진행하는 적어도 일부의 광의 내부 전반사(total internal reflection, TIR)를 제어하거나 실질적으로 영향을 미치도록 직접적인 물리적 접촉을 포함하지만 이로 한정되지는 않는 함께 충분히 근접 이격된 표면 또는 매질을 말한다. 전형적으로, 표면 또는 매질은 예컨대 갭을 전혀 갖지 않는 것을 비롯하여 100, 50, 또는 25 ㎚ 이하의 갭만큼 분리된 서로의 소멸파(evanescent wave) 내에 있다. 패터닝된 저굴절률 층(18)은 LED 구성요소의 굴절률 및 투명 요소(16)의 굴절률 둘 모두보다 실질적으로 낮은 굴절률을 갖는다. 층(18)은 또한 광 포집을 촉진하도록 의도되는 위치에서 광학적으로 두껍게 된다. 광학적으로 두껍다는 것은 그 두께가 감쇠 내부 전반사(frustrated total internal reflection)를 피하기에 충분히 크거나, 층의 일 면 상의 매질(예를 들어, 광학 요소(16))의 굴절률 특성이 층의 다른 측면 상의 매질(예를 들어, LED(12)) 내에서 진행하는 적어도 일부의 광의 내부 전반사를 제어하지 못하거나 실질적으로 영향을 주지 않는 것을 의미한다. 바람직하게는, 패터닝된 저굴절률 층의 두께는 진공 내에서의 관심 광의 에너지에 대하여 파장의 약 1/10, 더 바람직하게는 1/2, 더 바람직하게는 약 1보다 크다. 층(18)의 "패터닝"이라는 것은 또한 층(18)이 LED 발광면에 걸쳐 연속적이지만 개구(20) 내에서 극도로 얇고(따라서 내부 전반사를 유지하기에 비효율적임) 다른 위치에서는 광학적으로 두껍게 제조되는 실시예를 포함하는 것을 의미한다. 층(18)이 투명한 유전체 재료이거나 LED 구성요소의 표면에서 그러한 재료의 층을 적어도 포함하는 것이 유리하다. 이들 재료는 LED에 금속 층을 간단히 적용함으로써 제조된 반사 코팅에 비해 이점을 갖는데, 이는 예를 들면 유전체 재료가 LED 구성요소 내의 광의 대부분에 대해 (TIR에 의한) 100% 반사를 제공할 수 있고, 반면에 간단한 금속 코팅은 특히 높은 입사각에서 실질적으로 100% 미만의 반사율을 갖기 때문이다.The LED package 10 further includes a patterned low refractive index layer 18 between the optical element 16 and the LED component, which has the effect of selectively preserving some light collection within the LED component. Enhance the luminance within the opening or region 20 localized at 12a). The patterned low refractive index layer 18 is substantially in optical contact with a portion of the light emitting surface 12a and the side surface 12c except for the opening 20, and the optical element 16 extends over the area of the opening 20. In optical contact with a part of (12a). (In this regard, "optical contact" means that the refractive index characteristic of the low refractive index layer or transparent element controls or substantially affects the total internal reflection (TIR) of at least some of the light propagating within the LED component, for example). Refers to surfaces or media that are sufficiently closely spaced apart, including but not limited to, direct physical contact, typically by a gap of 100, 50, or 25 nm or less, including, for example, having no gaps at all. Are in separate evanescent waves The patterned low refractive index layer 18 has a refractive index substantially lower than both the refractive index of the LED component and the refractive index of the transparent element 16. The layer 18 is It is also optically thick at locations intended to promote light capture, which is why the thickness of the optically thickened attenuated internal frustr large enough to avoid ated total internal reflection, or the refractive index characteristics of the medium on one side of the layer (e.g., optical element 16) in the medium (e.g., LED 12) on the other side of the layer. Means that it does not control or substantially affect the total internal reflection of at least some of the light traveling in. Preferably, the thickness of the patterned low refractive index layer is about 1 / of the wavelength relative to the energy of light of interest in the vacuum. 10, more preferably 1/2, more preferably greater than about 1. The " patterning " of layer 18 also means that layer 18 is continuous across the LED emitting surface but extremely within opening 20 It is meant to include embodiments that are thin (and therefore inefficient to maintain total internal reflection) and that are manufactured optically thick in other locations, where layer 18 is a transparent dielectric material or a layer of such material at the surface of the LED component. It is advantageous to include at least these materials have an advantage over reflective coatings made by simply applying a metal layer to the LED, for example, where the dielectric material is 100% (by TIR) to most of the light in the LED component. Reflections can be provided, while simple metal coatings have substantially less than 100% reflectivity, especially at high incidence angles.

패터닝된 저굴절률 층(18)은 LED의 다른 부분(예를 들어, 개구(20)를 넘는 발광면(12a)의 부분)의 휘도를 감소시키고서 (예를 들어, 개구(20) 내의) LED의 일부 부분의 휘도를 향상시킨다. 이 효과는 LED 구성요소가 작동 중에 LED 구성요소 내에서 발광된 광의 다수의 바운스 반사(bounce reflection)를 지원하기에 충분히 낮은 내부 손실을 갖는다는 것에 좌우된다. LED 구성요소 제조 및 설계의 발전이 이루어짐에 따라, 표면 또는 체적 흡수로부터의 손실이 감소될 것으로 예측될 수 있고, 내부 양자 효율이 증가될 것으로 예측될 수 있고, 본 명세서에 설명된 휘도 향상 효과가 안정되게 증가하는 이득을 제공할 것으로 예측될 수 있다. 벌크 흡수는 기판과 에피택셜 증착 공정을 향상시킴으로써 감소될 수 있다. 표면 흡수는 향상된 후방 반사기에 의해, 예를 들어 고반사율 금속 미러에 에피택셜 층을 접합함으로써 또는 LED 구조 내에 전방향 미러를 포함함으로써 감소될 수 있다. 그러한 설계는 상부면을 통한 광 출력을 증가시키기 위해 LED 구성 요소의 후방면을 형상화하는 것과 조합될 때 더 효율적일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 바닥면(12b)의 대부분은 금속 또는 유전체 스택과 같은 고반사 재료이다. 바람직하게는, 반사기는 LED 발광 파장에서 90% 초과의 반사율, 더 바람직하게는 95%, 가장 바람직하게는 99%의 반사율을 갖는다.The patterned low refractive index layer 18 reduces the brightness of another portion of the LED (eg, the portion of the light emitting surface 12a beyond the opening 20) and reduces the brightness of the LED (eg, within the opening 20). To improve the brightness of some parts. This effect depends on the LED component having an internal loss low enough to support a large number of bounce reflections of light emitted within the LED component during operation. As advances in LED component manufacturing and design are made, the loss from surface or volume absorption can be expected to be reduced, the internal quantum efficiency can be expected to be increased, and the brightness enhancement effects described herein It can be expected to provide a steadily increasing gain. Bulk absorption can be reduced by improving the substrate and epitaxial deposition process. Surface absorption can be reduced by an improved back reflector, for example by bonding an epitaxial layer to a high reflectivity metal mirror or by including an omnidirectional mirror in the LED structure. Such a design may be more efficient when combined with shaping the back side of the LED component to increase light output through the top side. In an exemplary embodiment, most of the bottom surface 12b is a high reflective material such as a metal or dielectric stack. Preferably, the reflector has a reflectance of greater than 90%, more preferably 95%, most preferably 99% at the LED emission wavelength.

도 5를 다시 참조하면, 임의의 점 발광원(22)이 예를 들어 광선(24)을 발광한다. LED 구성요소(12) 및 투명 요소(16)의 굴절률은 LED/광학 요소 계면에서 발광면(12a)과 처음으로 만날 때의 광선이 요소(16) 내로 투과되어 이에 의해 굴절될 수 있도록 하는 것이다. 그러나, 패터닝된 층(18)은 그 위치에서 계면을 변경시켜 광선(24)에 대해 내부 전반사되게 한다. 광선은 LED 구성요소의 두께를 통해 이동하고, 후방면(12b)에서 반사하여, 발광면(12a)과 다시 만나는데, 이 때 도 5에 도시된 바와 같이 층(18)이 없기 때문에 투명 요소(16) 내로 탈출한다. 따라서, 개구(20)에서의 발광면(12a) 부분은 저굴절률 층(18)에 의해 덮인 발광면(12a) 부분의 희생으로 더 밝게 된다(단위 면적당 및 단위 입체각당 더 높은 광속(luminous flux)).Referring again to FIG. 5, any point light emitting source 22 emits light rays 24, for example. The refractive indices of the LED component 12 and the transparent element 16 are such that the light rays upon the first encounter with the light emitting surface 12a at the LED / optical element interface can be transmitted into and refracted by the element 16. However, the patterned layer 18 changes its interface at that location, causing total internal reflection to the light beam 24. The light beam travels through the thickness of the LED component, reflects off the rear face 12b, and meets the light emitting face 12a again, since there is no layer 18 as shown in FIG. ) To escape into. Thus, the portion of the light emitting surface 12a in the opening 20 becomes brighter at the expense of the portion of the light emitting surface 12a covered by the low refractive index layer 18 (higher luminous flux per unit area and per unit solid angle). ).

도 5의 실시예에서, 저굴절률 층(18)을 타격하는 LED 내의 일부 광은 발광면(12a) 법선 벡터에 대한 입사각이 충분히 작아 간단히 저굴절률 층(18)을 통과하는 경우 요소(16) 내로 여전히 탈출할 수 있다. 따라서, LED 구성요소의 저굴절률 코팅부를 타격하는 광은 0은 아니지만 코팅되지 않은 부분보다 작은 범위의 탈출각을 가질 수 있다. 대안적인 실시예에서, 저굴절률 층(18)은 반사 금속 또는 간섭 반사기와 같은 양호한 수직 입사 반사기로 오버코팅되어, 저굴절률 층(18)에 의해 제공된 TIR의 이득을 상실하지 않고도 LED 구성 요소 내의 광의 재생(recycling)을 증가시키고 개구(20)에서의 휘도를 추가로 향상시킬 수 있다. 선택적으로, 간섭 반사기는 LED 구성요소 외부 표면과 저굴절률 층(18) 사이에 위치될 수 있다.In the embodiment of FIG. 5, some light in the LED striking the low refractive index layer 18 is small enough that the angle of incidence to the light emitting surface 12a normal vector is small enough to pass through the low refractive index layer 18 into the element 16. You can still escape. Thus, the light striking the low refractive index coating of the LED component may have an escape angle in the range that is less than zero but less than the uncoated portion. In an alternative embodiment, the low refractive index layer 18 is overcoated with a good vertical incidence reflector, such as a reflective metal or an interference reflector, so as to avoid the loss of the TIR provided by the low refractive index layer 18 without losing the light in the LED component. It is possible to increase recycling and to further improve the brightness at the opening 20. Optionally, an interference reflector may be located between the LED component outer surface and the low refractive index layer 18.

적합한 저굴절률 층(18)은 불화마그네슘, 불화칼슘, 실리카, 졸 젤, 불화탄소 및 실리콘의 코팅을 포함한다. 에어로젤 재료가 또한 적합한데, 이들이 약 1.2 이하, 또는 심지어 약 1.1 이하의 극도로 낮은 유효 굴절률을 달성할 수 있기 때문이다. 에어로젤은 용매로 충전된 콜로이드 실리카 구조 유닛으로 구성된 젤의 높은 온도 및 압력 임계점 건조에 의해 제조된다. 생성된 재료는 저밀도 미공성 매질이다. 저굴절률 층(18)에 대한 예시적인 두께는 재료의 굴절률에 따라 약 50 내지 100,000 ㎚, 바람직하게는 약 200 내지 2000 ㎚이다. 층(18)의 굴절률은 성형 수지 또는 다른 인캡슐런트 재료일 수 있는 광학 요소(16)의 굴절률보다 낮고, LED 구성요소 또는 발광면(들)에 인접한 LED 구성요소의 그 부분의 굴절률보다 낮다. 바람직하게는, 층(18)의 굴절률은 약 1.5 미만, 더 바람직하게는 1.4 미만이다. 저굴절률 층(18)은 유전체 재료의 고체 층, 또는 LED 구성요소와 투명 요소(16) 사이의 진공 또는 가스 충전 갭일 수 있다.Suitable low refractive index layer 18 includes a coating of magnesium fluoride, calcium fluoride, silica, sol gel, carbon fluoride and silicon. Aerogel materials are also suitable because they can achieve extremely low effective refractive indices of about 1.2 or less, or even about 1.1 or less. Aerogels are prepared by high temperature and pressure critical point drying of gels composed of colloidal silica structural units filled with solvent. The resulting material is a low density microporous medium. Exemplary thicknesses for the low refractive index layer 18 are about 50 to 100,000 nm, preferably about 200 to 2000 nm, depending on the refractive index of the material. The refractive index of layer 18 is lower than the refractive index of optical element 16, which may be a molding resin or other encapsulant material, and lower than the refractive index of that portion of the LED component or LED component adjacent to the emitting surface (s). Preferably, the refractive index of layer 18 is less than about 1.5, more preferably less than 1.4. The low refractive index layer 18 may be a solid layer of dielectric material or a vacuum or gas filled gap between the LED component and the transparent element 16.

LED 구성요소의 외부 표면은 광학적으로 평활한데, 즉 약 20 ㎚ 미만의 표면 거칠기(RA)를 가질 수 있다. 외부 LED 표면의 일부, 전체 또는 부분은 또한 광학적으로 거친데, 즉 약 20 ㎚ 초과의 표면 거칠기(RA)를 가질 수 있다. 에지 또는 상부면의 일부는 또한 LED 구성요소의 밑면에 대해 직교하지 않는 각도로 있을 수 있다. 이들 각도는 직교(orthogonality)로부터 0 내지 45도의 범위일 수 있다. 또한, LED 구성요소의 주 표면 또는 부 표면은 평평할 필요는 없다. 예를 들어, LED 구성요소의 발광면의 상승된 부분 또는 부분들은 광학 요소의 대체로 평평한 바닥면에 접촉하여, 적어도 도 5 내지 도 7의 개구(20, 20a, 34)를 형성할 수 있다.The outer surface of the LED component is optically smooth, ie may have a surface roughness R A of less than about 20 nm. Some, all or part of the exterior LED surface is also optically rough, ie may have a surface roughness R A greater than about 20 nm. A portion of the edge or top surface may also be at an angle that is not perpendicular to the bottom of the LED component. These angles can range from 0 to 45 degrees from orthogonality. In addition, the major or minor surface of the LED component need not be flat. For example, raised portions or portions of the light emitting surface of the LED component may contact the generally flat bottom surface of the optical element, forming the openings 20, 20a, 34 of at least FIGS. 5-7.

저굴절률 층(18)이 실질적으로 없음으로써 형성된 개구(20)의 형상은 원형, 직사각형, 정사각형, 또는 다각형이든 다각형이 아니든, 정형이든 비정형이든지 간에 더 복잡한 형상일 수 있다. 다수의 개구가 또한 이하에 더 상세히 설명되는 바와 같이 고려된다. 개구 형상(들)은 전형적으로 의도된 용도의 함수로서 선택될 수 있고, 적합하게 되어 전체 시스템 성능을 최적화할 수 있다. 코팅된 저굴절률 영역의 연속 또는 불연속적 패턴 또는 네트워크로 개구의 표면을 패터닝하거나, 또는 두께 또는 굴절률 또는 이들 둘 모두의 구배를 저굴절률 층에 제공하여 개구의 표면에 걸친 광 출력의 분포를 변경하는 것이 또한 고려된다. 개구는 또한 전체 상부 발광면(12a)을 커버할 수 있고, 여기서 측면(12c)의 적어도 일부분은 저굴절률 층으로 덮인다.The shape of the opening 20 formed by substantially no low refractive index layer 18 may be circular, rectangular, square, or more complex, whether polygonal or nonpolygonal, orthopedic or atypical. Multiple openings are also contemplated as described in more detail below. The aperture shape (s) can typically be selected as a function of the intended use and can be adapted to optimize overall system performance. Patterning the surface of the opening in a continuous or discontinuous pattern or network of coated low refractive index areas, or providing a low refractive index layer with a thickness or refractive index or both to alter the distribution of light output across the surface of the opening Is also contemplated. The opening may also cover the entire upper emitting surface 12a, where at least a portion of the side 12c is covered with a low refractive index layer.

도 6을 참조하면, LED 패키지(10a)는 LED 패키지(10)와 유사하게 도시되지만, 저굴절률 층(18)은 코팅된 저굴절률 영역의 네트워크를 중앙 개구 내에 포함함으로써 변경되어 있다. 변경된 저굴절률 층은 따라서 18a로 표기되고, 변경된 중앙 개구는 20a로 표기된다. 다른 요소는 도 5에서 사용된 도면부호를 유지한다. 도시된 바와 같이, 저굴절률 영역의 네트워크는 개구의 에지에 가까이에서 상대적으로 조밀한 패턴으로 배열되어 투과가 이 영역에서 비교적 낮게 된다. 개구를 통한 투과를 적합하게 하는 능력은 특정의 공간 균일성 또는 출력 분포가 시스템 설계에 필요하게 되는 고휘도 LED에서 유용하다. 마찬가지로, 개구 내의 저굴절률 매질의 그러한 배열은 도 7, 도 8 및 도 10 내지 도 12의 실시예를 비제한적으로 포함하는 다른 개시된 실시예에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 6, the LED package 10a is shown similar to the LED package 10, but the low refractive index layer 18 is modified by including a network of coated low refractive index regions within the central opening. The modified low refractive index layer is thus labeled 18a and the modified central opening is labeled 20a. Other elements retain the reference numbers used in FIG. 5. As shown, the network of low index regions is arranged in a relatively dense pattern near the edge of the opening so that transmission is relatively low in this region. The ability to adapt transmission through the aperture is useful in high brightness LEDs where specific spatial uniformity or power distribution is required for system design. Likewise, such an arrangement of low refractive index media in the openings can be applied to other disclosed embodiments, including but not limited to the embodiments of FIGS. 7, 8 and 10-12.

개구는 개구를 형성하는 저굴절률 재료(편의상 "주위 저굴절률 재료"라 부름)에 대해 상이한 두께 또는 상이한 굴절률 또는 둘 모두를 갖는 저굴절률 재료로 코팅될 수 있다. 그러한 설계 유연성(design flexibility)은 패키징된 LED에 의해 발광된 광의 각도 분포를 변경하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 광학 요소(16)와 주위 저굴절률 재료의 굴절률 사이의 굴절률을 갖는 재료로 개구(20 또는 20a)를 코팅하는 것은 개구에 의해 발광된 광의 각도의 범위를 제한할 것이다. 이는 보통 큰 각도로 발광되는 광이 LED 구성요소 내에서 재생되게 하고, 관련된 광학 시스템에 의해 더 효율적으로 사용될 수 있는 각도 범위의 광의 출력을 증가시킨다. 예를 들어, 전자 투사 시스템에 사용되는 집광 광학 장치는 통상 사용되는 F/2 내지 F/2.5 허용 설계각(acceptance design angle)의 바깥에 있는 광을 효율적으로 사용하지 않는다.The openings can be coated with low refractive index materials having different thicknesses or different refractive indices, or both, for the low refractive index materials (conveniencely referred to as "ambient low refractive index materials") that form the openings. Such design flexibility can be used to alter the angular distribution of light emitted by the packaged LED. For example, coating the opening 20 or 20a with a material having a refractive index between the optical element 16 and the refractive index of the surrounding low refractive index material will limit the range of angles of light emitted by the opening. This usually allows light to be emitted at large angles to be regenerated in the LED component and increases the output of light in an angular range that can be used more efficiently by the associated optical system. For example, the focusing optics used in the electronic projection system do not efficiently use light outside of the commonly used F / 2 to F / 2.5 acceptance design angle.

이제 도 7을 참조하면, LED 패키지(30)는 LED 구성요소(12)와 부분적으로 광학 접촉하고 LED 구성요소로부터 부분적으로 이격되어 그 사이에 실질적인 공기 갭(34)을 형성하는 투명 광학 요소(32)를 포함한다. 투명 요소(32)는 입력면(32a) 및 출력면(32b)을 갖고, 입력면(32a)은 출력면(32b)보다 작고, LED 구성요소의 발광면(12a)보다 작고, 발광면의 일부분과 광학 접촉하여 개구(34)를 형성한다. 이와 관련하여, 입력면은 더 작은 표면적을 갖기 때문에 출력면보다 "작고", 따라서 출력면은 더 큰 표면적을 갖기 때문에 입력면보다 크다. 광학 요소(32)와 발광면(12a) 사이의 형상의 차이는 공기 갭(36)을 생성하고, 이 공기 갭은 접촉 영역(개구(34)) 주위에 패터닝된 저굴절률 층을 형성한다. 따라서, LED 구성요소에 의해 발생된 광은 높은 휘도로 투명 요소(32)에 의해 개구(34)에서 효율적으로 추출될 수 있다. 광학 요소(32) 및 본 명세서에 개시된 다른 광학 요소는 임의의 적합한 수단에 의해 접촉점에서 LED 구성요소에 접합될 수 있거나, 또는 LED 구성요소 발광면에 접합되지 않고도 제위치에 유지될 수 있다. LED 패키지 내의 비접합 광학 요소에 관한 추가 설명은, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고 발명의 명칭이 "비접합 광학 요소를 갖는 LED 패키지"(LED Package With Non-Bonded Optical Element)이고 공히 양도된 미국 특허 출원 공개 제2006/0091784호(코너(Connor) 등)에서 발견될 수 있다. 전술한 바와 같이, 개구(34)에 걸쳐 광학 요소(32) 내로 LED 발광면(12a)에 의해 발광된 광의 각도 범위는 굴절률이 LED 구성요소(12)와 투명 요소(32)의 굴절률 사이인 재료층을 개재함으로써 감소될 수 있다.Referring now to FIG. 7, the LED package 30 is in optical contact with the LED component 12 partially and transparently spaced apart from the LED component to form a substantial air gap 34 therebetween. ). The transparent element 32 has an input face 32a and an output face 32b, the input face 32a being smaller than the output face 32b, smaller than the light emitting face 12a of the LED component, and part of the light emitting face. In optical contact with the opening 34. In this regard, the input face is "small" than the output face because it has a smaller surface area, and thus the output face is larger than the input face because it has a larger surface area. The difference in shape between the optical element 32 and the light emitting surface 12a creates an air gap 36, which forms a pattern of low refractive index around the contact area (opening 34). Thus, light generated by the LED component can be efficiently extracted from the opening 34 by the transparent element 32 at high brightness. Optical element 32 and other optical elements disclosed herein may be bonded to the LED component at the point of contact by any suitable means, or may be held in place without being bonded to the LED component emitting surface. Further description of non-junction optical elements in LED packages is hereby incorporated by reference in its entirety and is commonly referred to in the US as "LED Package With Non-Bonded Optical Element" and is commonly assigned. Patent Application Publication 2006/0091784 (Connor et al.). As noted above, the angular range of light emitted by the LED emitting surface 12a over the opening 34 into the optical element 32 is a material whose refractive index is between the refractive indices of the LED component 12 and the transparent element 32. It can be reduced by interposing the layer.

집광된 광의 각도 범위를 줄이기 위한-또는 (적어도 부분적으로) 집광된 광을 시준하기 위한 - 다른 접근법은 도 8에 도시된 바와 같이 하나 이상의 테이퍼진 측벽을 갖는 투명 요소를 사용하는 것이다. 여기서, LED 패키지(40)는 LED 패키지(30)와 유사하지만, 광학 요소(42)가 광학 요소(32)로 대체된다. 요소(42)는 입력면(42a) 및 출력면(42b)을 갖고, 입력면(42a)은 출력면(42b)보다 작고, LED 구성요소의 발광면(12a)보다 작고, 발광면의 일부분과 광학 접촉하여 개구(44)를 형성한다. 광학 요소(42)와 발광면(12a) 사이의 형상의 차이는 공기 갭(46)을 생성하고, 이 공기 갭은 접촉 영역(개구(44)) 주위에 패터닝된 저굴절률 층을 형성한다. 더욱이, 광학 요소(42)는 테이퍼진 측면(42c, 42d)을 포함하고, 이 측면들은 LED 구성요소로부터 입력면(42a)에 들어가는 매우 경사진 광의 일부를 시준하기 위해 반사성이다. 측면(42c, 42d)의 반사율은 TIR을 지원하는 저굴절률 매질에 의해, 또는 반사 재료, 예를 들어 금속층 또는 간섭 반사기의 적용에 의해, 또는 그 조합으로 제공될 수 있다.Another approach is to use a transparent element with one or more tapered sidewalls as shown in FIG. 8 to reduce the angular range of the collected light—or to collimate (at least partially) the collected light. Here, the LED package 40 is similar to the LED package 30, but the optical element 42 is replaced with the optical element 32. Element 42 has an input face 42a and an output face 42b, the input face 42a being smaller than the output face 42b, smaller than the light emitting face 12a of the LED component, and having a portion of the light emitting face. The optical contact is made to form the opening 44. The difference in shape between the optical element 42 and the light emitting surface 12a creates an air gap 46, which forms a pattern of low refractive index around the contact area (opening 44). Moreover, the optical element 42 includes tapered sides 42c and 42d, which are reflective to collimate some of the very inclined light entering the input face 42a from the LED component. The reflectances of the sides 42c and 42d may be provided by a low refractive index medium supporting the TIR, or by the application of a reflective material, for example a metal layer or an interference reflector, or a combination thereof.

광학 요소(42)는 유체, 열 결합된 무기 유리(thermally bound inorganic glass), 플라스틱 무기 유리를 통해, 또는 광학적으로 평활한 마무리(약 50 ㎚ 미만, 바람직하게는 약 20 ㎚ 미만의 표면 거칠기(RA))를 표면에 제공하고 이어서 이 표면들을 서로 인접하게 유지함으로써 LED 구성요소의 발광면과 광학 접촉할 수 있다. 더욱이, 광학 요소(42)는, 표면(42a, 42c, 42d)을 포함하는 테이퍼진 하부가 표면(42b)을 포함하는 렌즈형 상부와 따로 형성되고, 이들 2개의 부분이 통상의 수단에 의해 함께 부착되거나 또는 다른 방식으로 결합되는 구조의 복합체일 수 있다. 파선은 2개의 부분을 더 명백하게 나타내도록 제공된다. 복합 광학 요소, 설계 고려사항 및 관련 이점에 대한 추가 설명이 하기에 제공된다.Optical element 42 may be formed through a fluid, thermally bound inorganic glass, plastic inorganic glass, or an optically smooth finish (surface roughness R less than about 50 nm, preferably less than about 20 nm. A )) may be in optical contact with the emitting surface of the LED component by providing a surface and then keeping these surfaces adjacent to each other. Moreover, the optical element 42 is formed separately from the lenticular top comprising a surface 42b with a tapered bottom comprising surfaces 42a, 42c, 42d, these two parts being joined together by conventional means. It may be a complex of structures attached or otherwise bonded. Broken lines are provided to more clearly show the two parts. Further description of the composite optical element, design considerations and related advantages is provided below.

패터닝된 저굴절률 층 및 출력 개구에 결합된 테이퍼진 광학 요소를 이용하는 패키징된 LED에 대한 가능한 휘도 증가를 결정하기 위해 모델을 사용하였다. LED 다이는, 예를 들어 전형적인 LED 다이의 광학 거동을 나타내도록, 발광 영역, 흡수 영역 및 경사진 에지 면(facet)을 갖는 탄화규소(굴절률 1.55)의 재료 특성을 갖도록 모델링하였다. 절두형 역 피라미드형의 테이퍼진 광학 요소를 LED 다이의 전방면 또는 발광면에 광학적으로 결합하였다. 광학 요소의 재료 특성은 탄화규소의 재료 특성이다. LED 다이는 광학 요소의 입력면 및 출력면이 그러한 것과 같이 전방에서 볼 때 정사각형 형상을 가졌다. 모델은 BK7 유리의 재료 특성을 갖는 반구형 렌즈에 광학 요소의 출력면을 추가로 결합하였고, 여기서 렌즈의 직경은 정사각형 LED 다이 발광면의 폭의 10배였고, 렌즈의 곡률반경은 LED 다이 발광면의 폭의 5배였다. 종횡비(aspect ratio), 즉 광학 요소의 높이를 광학 요소의 출력면의 폭의 2.2배로 유지하고 출력면의 폭을 입력면의 폭의 2배로 유지하면서, 광학 요소의 입력면의 크기를 LED 다이 발광 면적의 100%로부터 4%로 증분적으로 변경하였다. 광학 요소의 크기가 LED 다이 발광면의 크기보다 작아짐에 따라, 굴절률이 1인 매질이 광학 요소 입력면 외부의 LED 다이 발광면의 일부분을 덮게 되어, 광학 요소 입력면에 대해 상보적인 방식으로 LED 다이 발광면을 덮는 패터닝된 저굴절률 층을 형성하는 것으로 가정된다. (LED 패키지의 상대 발광 출력을 나타내는) 광학 요소에 의해 발광된 분율 출력 및 (LED 패키지의 상대 휘도를 나타내는) 광학 요소의 출력면에 의해 발광된 상대 방사 조도(irradiance)(루멘/(㎠sr))를 계산하였다. 도 9는 관찰된 경향(trend)을 일반적인 방식으로 도시한다. 곡선(50)은 발광된 상대 분율 출력이고, 곡선(52)은 상대 방사 조도이다. 결과는 개구 크기가 감소함에 따라 더 적은 전체 발광 출력이 패키지로부터 얻어지지만, (더 작은 개구 내의) 휘도가 상당히 증가될 수 있다는 것을 뒷받침한다.The model was used to determine a possible brightness increase for a packaged LED using a tapered optical element coupled to the patterned low refractive index layer and the output aperture. The LED die was modeled to have the material properties of silicon carbide (refractive index 1.55), for example, with a light emitting area, an absorbing area, and a sloped edge facet, to represent the optical behavior of a typical LED die. A truncated inverted pyramid tapered optical element was optically coupled to the front or light emitting surface of the LED die. The material property of the optical element is the material property of silicon carbide. The LED die had a square shape when viewed from the front as the input and output surfaces of the optical element were such. The model further combined the output face of the optical element to a hemispherical lens with the material properties of BK7 glass, where the diameter of the lens was 10 times the width of the square LED die light emitting surface, and the radius of curvature of the lens was 5 times the width. The aspect ratio, i.e. the height of the optical element is maintained at 2.2 times the width of the output surface of the optical element and the width of the output surface is maintained at twice the width of the input surface, while the size of the input surface of the optical element is LED die emitting Incrementally changed from 100% of the area to 4%. As the size of the optical element becomes smaller than the size of the LED die emitting surface, a medium with a refractive index of 1 covers a portion of the LED die emitting surface outside the optical element input surface, thus complementing the LED die in a manner complementary to the optical element input surface. It is assumed to form a patterned low refractive index layer covering the light emitting surface. Fractional output emitted by the optical element (indicative of the relative luminous output of the LED package) and relative irradiance (lumen / (cm 2 sr)) emitted by the output surface of the optical element (indicative of the relative luminance of the LED package) ) Was calculated. 9 shows the observed trend in a general manner. Curve 50 is the emitted relative fractional output and curve 52 is the relative irradiance. The results support that as the aperture size decreases, less overall luminous output is obtained from the package, but the luminance (in the smaller aperture) can be significantly increased.

상기 모델에 대한 유사한 결과가 LED 구성요소, 즉 재발광 반도체 구성과 조합된 LED 다이를 이용하는 광원 구성, 예를 들어 재발광 반도체 구성이 LED 다이의 상부에 배치되고 광학 요소(예를 들어, 추출기)가 재발광 반도체 구성 상부에 배치되는, 즉 LED 구성요소의 발광면에 광학적으로 결합되는 광원 구성에 대해 예상된다.Similar results for the model indicate that a light source configuration using an LED die in combination with an LED component, ie a re-emitting semiconductor configuration, for example a re-emitting semiconductor configuration, is placed on top of the LED die and an optical element (e. Is expected for a light source arrangement disposed above the re-emitting semiconductor construction, ie optically coupled to the emitting surface of the LED component.

개시된 실시예의 패터닝된 저굴절률 층은 갭 또는 LED 구성요소에 도포된 저굴절률 재료의 코팅을 포함할 수 있다. 액체의 저굴절률 재료로 -또는 간접 반사기를 형성할 수 있는 개별 층으로- LED 구성요소를 코팅하는 적합한 방법은 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 및 코팅을 LED 구성요소 상에 분배하는 것을 포함한다. 액체 코팅은 이후에 경화되는 단량체, 용매, 중합체, 무기 유리 성형 재료, 졸 젤, 및 에어로젤로 구성될 수 있다. 가스 상태의 저굴절률 재료를 코팅하는 적합한 방법은 화학 기상 증착 또는 LED 구성요소 상에 증기를 응축하는 것을 포함한다. LED 구성요소는 또한 스퍼터링, 증착 또는 다른 종래의 물리적 기상 증착 방법에 의해 저굴절률 재료로 코팅될 수 있다.The patterned low refractive index layer of the disclosed embodiments can include a coating of low refractive index material applied to a gap or LED component. Suitable methods of coating the LED component with a low refractive index material of liquid—or with a separate layer capable of forming an indirect reflector— include spin coating, spray coating, dip coating, and dispensing the coating on the LED component. . The liquid coating may consist of monomers, solvents, polymers, inorganic glass molding materials, sol gels, and aerogels that are subsequently cured. Suitable methods of coating the low refractive index material in the gaseous state include chemical vapor deposition or condensing vapor on the LED component. LED components may also be coated with low refractive index materials by sputtering, vapor deposition, or other conventional physical vapor deposition methods.

코팅은 (다이싱 전에) 웨이퍼 수준에서, 또는 웨이퍼가 다이싱 된 후이지만 실장되기 전에, LED 구성요소가 헤더 또는 다른 지지체 상에 실장된 후에, 전기 접속이 LED 구성요소에 행해진 후에 다수의 LED에 도포될 수 있다. 코팅은 또한 재발광 반도체 구성 웨이퍼를 개별 LED의 어레이를 포함하는 LED 웨이퍼에 접합한 후에 도포될 수 있다. 개구는 저굴절률 코팅이 도포되기 전 또는 후에 형성될 수 있다. 코팅후 패터닝 방법(post-coating patterning method)의 선택은 선택된 특정 저굴절률 재료(들) 및 반도체 처리 과정과의 호환성에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼는 포토레지스트로 덮이고 패터닝되어 개구를 필요로 하는 구멍을 생성하고, 적합한 저굴절률 코팅이 증착되고, 이어서 적합한 용매를 사용하여 리프트오프(liftoff)가 수행될 수 있다. 대안적으로, 저굴절률 재료는 전체 웨이퍼 또는 LED 구성요소에 걸쳐 먼저 증착될 수 있고, 패터닝된 포토레지스트층이 에칭 마스크로서 도포되고 저굴절률 재료는 반응성 이온 에칭과 같은 적합한 기술을 사용하여 제거될 수 있다. 포토레지스트층은 적합한 용매를 사용하여 선택적으로 박리될 수 있다. 저굴절률 재료를 패터닝하기 위한 다른 기술은 레이저 어블레이션 및 섀도 마스킹(shadow masking)을 포함하고, 이들은 전형적인 포토리소그래피 박리 또는 현상 용매에서 용해될 수 있는 재료에 특히 유용할 수 있다. 저점착 영역으로부터 원하지 않는 코팅을 리프트오프하는 적합한 방법은 먼저 접합 재료를 적용하고 이어서 접합 재료를 제거하는 것을 포함하고, 여기서 접합 재료는 개구 영역으로부터 코팅을 제거할 수 있지만 주위 코팅이 그대로 잔류할 수 있게 한다. 저굴절률 코팅은 또한 패터닝되어, 전기 접속이 LED 구성요소에 행해질 수 있는 영역을 형성할 수 있다. 예를 들어 본 명세서에 참고로 포함되는 미국 특허 출원 공개 제2003/0111667 A1호(슈베르트(Schubert))를 참조하라.Coating is applied to multiple LEDs at the wafer level (before dicing) or after the wafer is diced but before being mounted, after the LED component is mounted on a header or other support, and after electrical connection is made to the LED component. Can be applied. The coating may also be applied after bonding the re-emitting semiconductor construction wafer to an LED wafer comprising an array of individual LEDs. The opening can be formed before or after the low refractive index coating is applied. The choice of post-coating patterning method may depend on the compatibility with the particular low refractive index material (s) and semiconductor processing selected. For example, the wafer may be covered with photoresist and patterned to create holes requiring openings, suitable low refractive index coatings may be deposited, and then liftoff may be performed using a suitable solvent. Alternatively, the low refractive index material may be deposited first over the entire wafer or LED component, the patterned photoresist layer may be applied as an etch mask and the low refractive index material may be removed using a suitable technique such as reactive ion etching. have. The photoresist layer may be selectively peeled off using a suitable solvent. Other techniques for patterning low refractive index materials include laser ablation and shadow masking, which can be particularly useful for materials that can be dissolved in typical photolithographic stripping or developing solvents. Suitable methods of lifting off the unwanted coating from the low adhesion area include first applying the bonding material and then removing the bonding material, where the bonding material may remove the coating from the opening area but the surrounding coating may remain intact. To be. Low refractive index coatings can also be patterned to form areas in which electrical connections can be made to the LED components. See, eg, US Patent Application Publication No. 2003/0111667 A1 (Schubert), which is incorporated herein by reference.

금속 반사층이 종래의 공정에 의해 적용되고, 필요에 따라 패터닝되어 개구 및 적절한 전기 절연을 제공할 수 있다.Metal reflective layers can be applied by conventional processes and patterned as needed to provide openings and proper electrical insulation.

이제 도 10을 참조하면, LED 구성요소(12)로부터의 광을 결합하기 위해 테이퍼진 광학 요소(62)를 이용하는 LED 패키지(60)가 도시된다. 도 8의 광학 요소(42)와 관련하여 논의된 바와 같이, 광학 요소(62)는 또한 복합 구성을 갖는데, 즉 함께 결합된 2개 이상의 섹션(64, 66)을 포함한다. 이 섹션들은 도시된 바와 같이 입력면(64a, 66a), 출력면(64b, 66b) 및 반사 측면(64c, 64d, 66c, 66d)을 갖는다. 요소(62)의 테이퍼진 측면은 비결상 방식으로 근접 위치된 LED 발광면(12a)으로부터 광을 (적어도 부분적으로) 방향 전환하거나 시준한다. 본 명세서에 개시된 테이퍼 요소(62) 및 다른 테이퍼 요소들의 경우, 측면이 평면일 필요는 없다. 이 측면들은 의도된 용도 및 설계 제약 조건에 따라 원뿔형, 곡선형(포물선을 포함) 또는 임의의 적합한 조합일 수 있다. 개시된 테이퍼 요소는 당업계에 CPC("복합" 포물면 집광기)로 알려진 요소의 형상을 가질 수 있다.Referring now to FIG. 10, an LED package 60 is shown that uses a tapered optical element 62 to combine light from LED component 12. As discussed in connection with the optical element 42 of FIG. 8, the optical element 62 also has a composite configuration, ie includes two or more sections 64, 66 joined together. These sections have input faces 64a, 66a, output faces 64b, 66b and reflective sides 64c, 64d, 66c, 66d as shown. The tapered side of the element 62 redirects or collimates (at least partially) the light from the LED emitting surface 12a located in a non-imaging manner. For tapered element 62 and other tapered elements disclosed herein, the sides need not be planar. These aspects may be conical, curved (including parabola) or any suitable combination depending on the intended use and design constraints. The tapered element disclosed may have the shape of an element known in the art as a CPC (“composite” parabolic concentrator).

많은 상황에서 고굴절률 재료로 테이퍼진 광학 요소를 형성하여 입력면(64a)에 의해 형성된 개구에 걸친 LED 발광면(12a)에서의 반사를 감소시켜, 광이 LED 구성요소(12)로부터 더 효율적으로 결합되거나 추출되게 하는 것이 바람직하다. 많은 상황에서 높은 열 전도도 및 높은 열 안정성을 갖는 재료를 사용하여 광학 요소를 제조하는 것이 또한 바람직하다. 이러한 방식으로, 광학 요소는 광학 기능뿐만 아니라 열 관리 기능도 수행할 수 있다. 또한, 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되고 발명의 명칭이 "전방면 열 추출기를 갖는 LED 패키지"(LED Package With Front Surface Heat Extractor)이고 공히 양도된 미국 특허 출원 공개 제2006/0091414호(오우더커크(Ouderkirk) 등)에 더 상세히 설명된 바와 같이, 히트 싱크에 그러한 광학 요소를 열적으로 결합함으로써 열 관리 이점이 얻어질 수 있다.In many situations, the tapered optical element is formed of a high refractive index material to reduce reflection at the LED emitting surface 12a across the opening formed by the input surface 64a so that light is more efficiently emitted from the LED component 12. It is desirable to combine or extract. In many situations it is also desirable to manufacture optical elements using materials having high thermal conductivity and high thermal stability. In this way, the optical element can perform not only an optical function but also a thermal management function. In addition, U.S. Patent Application Publication No. 2006/0091414 (Oderkirk), which is incorporated herein by reference in its entirety and is commonly assigned to " LED Package With Front Surface Heat Extractor " As described in more detail in (Ouderkirk et al.), Thermal management benefits can be obtained by thermally coupling such optical elements to a heat sink.

불행하게도, LED 발광 파장에서 굴절률이 충분히 높은, 예를 들어 약 1.8, 2.0 또는 심지어 2.5를 초과하고/하거나 열 전도도가 약 0.2 W/㎝/K를 초과하는 투명 재료는 비싸고/비싸거나 제조가 어려운 경향이 있다. 높은 굴절률 및 높은 열 전도도 둘 모두를 갖는 재료로는 다이아몬드, 탄화규소(SiC) 및 사파이어(Al2O3)가 포함된다. 이들 무기 재료는 비싸고, 물리적으로 매우 경질이고, 형상화하거나 광학 등급 마무리로 폴리싱하는 것이 어렵다. 탄화규소는 특히 광의 산란으로 이어질 수 있는 마이크로파이프(micropipe)로 불리는 유형의 결함을 또한 나타낸다. 탄화규소는 또한 전기 전도성이고, 그럼으로써 전기 접점 또는 회로 기능을 또한 제공할 수 있다. 테이퍼진 광학 요소 내의 산란은 그 산란이 요소의 입력 단부에 인접한 위치로 제한되는 경우 허용될 수 있다. 그러나, LED 구성요소로부터 광을 효율적으로 결합하기에 충분한 길이를 갖는 테이퍼 요소를 제조하는 것은 비용이 많이 들고 시간 소모적일 수 있다. 일 부품의 테이퍼 요소를 제조하는 데 있어서의 추가적인 과제는, 재료 수율이 상대적으로 낮을 수 있고 형상 인자(form factor)에 의해 LED 구성요소가 테이퍼 요소와 개별적으로 조립되게 할 수 있다는 것이다. 이러한 이유로, 테이퍼 요소를 서로 다른 광학 재료로 제조된 2개 이상의 섹션으로 분할하여 제조 비용을 감소시키는 것이 유리할 수 있다.Unfortunately, transparent materials with sufficiently high refractive indices at LED emission wavelengths, for example greater than about 1.8, 2.0 or even 2.5 and / or greater than about 0.2 W / cm / K thermal conductivity, are expensive and / or difficult to manufacture. There is a tendency. Materials with both high refractive index and high thermal conductivity include diamond, silicon carbide (SiC) and sapphire (Al 2 O 3 ). These inorganic materials are expensive, physically very hard, and difficult to shape or polish to an optical grade finish. Silicon carbide also exhibits a type of defect called a micropipe, which can lead in particular to scattering of light. Silicon carbide is also electrically conductive, thereby providing electrical contact or circuit functionality as well. Scattering in the tapered optical element may be allowed if the scattering is limited to a position adjacent the input end of the element. However, fabricating tapered elements with a length sufficient to efficiently combine light from the LED components can be costly and time consuming. An additional challenge in manufacturing a one-piece tapered element is that the material yield can be relatively low and that the form factor allows the LED component to be assembled separately with the tapered element. For this reason, it may be advantageous to divide the tapered element into two or more sections made of different optical materials to reduce manufacturing costs.

제1 섹션은 바람직하게는 LED 구성요소와 광학 접촉하고, 높은 굴절률(바람직하게는, 발광면에서 LED 구성요소 굴절률과 대략 동일함), 높은 열 전도도, 및/또는 높은 열 안정성을 갖는 제1 광학 재료로 제조된다. 이와 관련하여, 높은 열 안정성은 약 600℃ 이상의 분해 온도를 갖는 재료를 말한다.The first section is preferably in optical contact with the LED component and has a first optic having a high refractive index (preferably approximately equal to the LED component refractive index at the light emitting surface), high thermal conductivity, and / or high thermal stability. Are made of materials. In this regard, high thermal stability refers to materials having a decomposition temperature of about 600 ° C. or higher.

제2 섹션은 제1 섹션에 결합되고 제2 광학 재료로 제조되는데, 제2 광학 재료는 낮은 재료 비용을 갖고 제1 광학 재료보다 더 용이하게 제작될 수 있다. 제2 광학 재료는 제1 광학 재료에 비해 굴절률이 낮거나, 열 전도도가 낮거나, 또는 둘 모두일 수 있다. 예를 들어, 제2 광학 재료는 유리, 중합체, 세라믹, 세라믹 나노입자 충전 중합체, 및 다른 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 적합한 유리로는 납, 지르코늄, 티타늄 및 바륨의 산화물을 포함하는 것들이 포함된다. 유리는 티탄산염, 지르콘산염 및 주석산염을 포함하는 화합물로부터 제조될 수 있다. 적합한 세라믹 나노입자는 지르코니아, 티타니아, 산화아연 및 황화아연을 포함한다.The second section is coupled to the first section and is made of a second optical material, which can be made easier than the first optical material with a low material cost. The second optical material may have a lower refractive index, lower thermal conductivity, or both as compared to the first optical material. For example, the second optical material may include glass, polymers, ceramics, ceramic nanoparticle filled polymers, and other optically transparent materials. Suitable glasses include those comprising oxides of lead, zirconium, titanium and barium. The glass can be made from compounds comprising titanate, zirconate and tartarate. Suitable ceramic nanoparticles include zirconia, titania, zinc oxide and zinc sulfide.

제3 광학 재료로 구성된 제3 섹션은 제2 섹션에 결합되어 LED 광을 외부 환경에 결합하는 것을 추가로 도울 수 있다. 일 실시예에서, 3개의 섹션의 굴절률은 n1 > n2 > n3이 되도록 배열되어 테이퍼 요소와 관련된 전체 프레넬 표면 반사를 최소화한다.A third section comprised of a third optical material may be coupled to the second section to further assist in coupling the LED light to the external environment. In one embodiment, the refractive indices of the three sections are arranged such that n 1 > n 2 > n 3 to minimize the overall Fresnel surface reflection associated with the tapered element.

도 8에 도시된 광학 요소(42)의 상부와 같은 아주 큰 렌즈 요소는 유리하게는 개시된 단순 또는 복합 테이퍼 요소의 출력 단부에 위치되거나 형성될 수 있다. 반사방지 코팅은 또한 그러한 렌즈 요소의 표면(들) 및/또는 테이퍼 요소 또는 다른 시준 요소를 포함하는 개시된 광학 요소의 입력면 및 출력면에 제공될 수 있다.Very large lens elements such as the top of the optical element 42 shown in FIG. 8 may advantageously be located or formed at the output end of the disclosed simple or composite taper element. Antireflective coatings may also be provided on the input and output surfaces of the disclosed optical elements, including the surface (s) and / or taper elements or other collimating elements of such lens elements.

예시적인 배열에서, LED 다이는 SiC의 0.4 ㎜ 두께의 슬래브 상에 1 ㎜ x 1 ㎜ GaN 접합부를 포함할 수 있다. 테이퍼 요소(62)의 제1 섹션(64)은 SiC로 구성될 수 있다. 제2 섹션(66)은 n = 2.0인 비흡수 비산란성 고굴절률 LASF35 유리로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 섹션 사이의 접합부의 폭 치수 및 제2 섹션의 출력부 치수는 원하는 바와 같이 선택되어 굴절률이 1.0인 주위 환경 내로의 전체 광 출력을 최적화할 수 있다. 0.4 ㎜ 두께의 SiC 슬래브의 에지는 LED 구성요소의 측면에서의 광 반사의 TIR 모드를 완전히 감쇠시키기 위해 12도 음의 기울기로 테이퍼질 수 있다. 이 기울기는 원하는 바에 따라 적합하게 될 수 있는데, 이는 LED 접합부 및 SiC 슬래브 내의 흡수 및 산란이 표준의 캡슐화된 LED에 비하여 통합 모드 구조(integrated mode structure)를 변경시킬 수 있기 때문이다. 예를 들어, 흡수 접합부로부터 멀어지도록 광학 모드를 유도하기 위해 (LED 접합부의 폭이 SiC 슬래브의 폭보다 작은 경우에) 양의 기울기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. SiC 슬래브는 이러한 방식으로 테이퍼 요소의 일부로서 간주될 수 있다.In an exemplary arrangement, the LED die may include a 1 mm x 1 mm GaN junction on a 0.4 mm thick slab of SiC. The first section 64 of the tapered element 62 may be composed of SiC. The second section 66 may be composed of a nonabsorbing non-scattering high refractive index LASF35 glass with n = 2.0. The width dimension of the junction between the first and second sections and the output dimension of the second section can be selected as desired to optimize the overall light output into the ambient environment with a refractive index of 1.0. The edge of the 0.4 mm thick SiC slab can be tapered with a 12 degree negative slope to completely attenuate the TIR mode of light reflection on the side of the LED component. This slope can be adapted as desired because absorption and scattering in the LED junction and SiC slab can alter the integrated mode structure compared to standard encapsulated LEDs. For example, it may be desirable to use a positive slope (if the width of the LED junction is less than the width of the SiC slab) to induce the optical mode away from the absorbing junction. SiC slabs can be considered as part of the tapered element in this way.

제1 섹션(64)은 전술한 바와 같이 히트 싱크에 결합될 수 있다. 제2 섹션(66)은 통상의 접합 기술을 사용하여 제1 섹션(64)에 접합될 수 있다. 접합 재료가 사용되는 경우, 이는 프레넬 반사를 감소시키기 위해 결합되는 2개의 광학 재료들 사이에서 소정의 굴절률을 가질 수 있다. 다른 유용한 접합 기술은 반도체 웨이퍼 접합 분야에 알려진 웨이퍼 접합 기술을 포함한다. 유용한 반도체 웨이퍼 접합 기술은 전술한 것들을 포함한다.The first section 64 can be coupled to the heat sink as described above. The second section 66 may be bonded to the first section 64 using conventional bonding techniques. If a bonding material is used, it may have a predetermined refractive index between the two optical materials that are joined to reduce Fresnel reflections. Other useful bonding techniques include wafer bonding techniques known in the semiconductor wafer bonding art. Useful semiconductor wafer bonding techniques include those described above.

도 11에 도시된 LED 패키지(70)는, 테이퍼진 반사 측벽에 의해 입력면(74a)이 더 큰 출력면(74b)에 연결되는 제1 섹션(74)이 제2 섹션(76) 내에 캡슐화되고 상기 제2 섹션이 또한 (출력면(74b)과 동일 공간에 있는) 입력면(76a) 및 심지어 훨씬 더 큰 출력면(76b)을 갖는 복합 테이퍼 요소(72)를 이용한다. 출력면(76a)은 만곡되어 추가의 시준 또는 포커싱을 위해 유용한 광 출력을 복합 요소(72)에 제공한다. 섹션(74)의 테이퍼진 측면은 그러한 표면에서의 TIR을 촉진시키기 위해 저굴절률 재료의 코팅(78)을 갖는 것으로 도시된다. 재료는 바람직하게는 제1 섹션(74), 제2 섹션(76) 및 LED 구성요소(12)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다. 그러한 코팅(78)은 또한 섹션(74)과 접촉하지 않는 발광면(12a)의 일부분 및/또는 LED 구성요소(12)의 측면(12c)(도 5 참조)에 도포될 수 있다. LED 패키지(70)의 구성시, 제1 섹션(74)은 발광면(12a)의 원하는 개구 구역에 결합(또는 단순히 상기 개구 구역 위에 배치)될 수 있고, 전구체 액체 캡슐화 재료가 충분한 양으로 계량되어 LED 구성요소 및 제1 섹션을 캡슐화할 수 있고, 이어서 전구체 재료를 경화시켜 완성된 제2 섹션(76)을 형성한다. 이러한 목적에 적합한 재료로는 실리콘 또는 에폭시 재료와 같은 통상의 캡슐화 제형이 포함된다. 패키지는 또한 코팅(78)을 통해 제1 섹션(76)의 측면에 결합된 히트 싱크를 포함할 수 있다. 그러한 히트 싱크가 없더라도, 테이퍼 요소의 높은 열 전도도의 제1 섹션의 사용은 LED 구성요소에 상당한 열 질량(thermal mass)을 부가하여, 변조 구동 전류를 사용하여 적어도 펄스식 작동을 위한 약간의 이점을 제공할 수 있다.In the LED package 70 shown in FIG. 11, the first section 74 is encapsulated in the second section 76, with the tapered reflective sidewalls connecting the input face 74a to the larger output face 74b. The second section also utilizes a composite taper element 72 having an input face 76a (in the same space as the output face 74b) and even much larger output face 76b. The output face 76a is curved to provide the composite element 72 with light output useful for further collimation or focusing. The tapered side of the section 74 is shown having a coating 78 of low refractive index material to promote TIR at such a surface. The material preferably has a refractive index lower than the refractive indices of the first section 74, the second section 76, and the LED component 12. Such a coating 78 may also be applied to a portion of the light emitting surface 12a that is not in contact with the section 74 and / or to the side 12c (see FIG. 5) of the LED component 12. In the construction of the LED package 70, the first section 74 may be coupled to (or simply placed over) the desired opening area of the emitting surface 12a, and the precursor liquid encapsulating material is metered in a sufficient amount The LED component and the first section can be encapsulated, and then the precursor material is cured to form the finished second section 76. Suitable materials for this purpose include conventional encapsulation formulations such as silicone or epoxy materials. The package may also include a heat sink coupled to the side of the first section 76 through the coating 78. Even without such a heat sink, the use of the high thermal conductivity first section of the tapered element adds significant thermal mass to the LED component, providing a slight advantage for at least pulsed operation using modulated drive currents. Can provide.

본 명세서에 개시된 단순 및 복합 테이퍼 요소 둘 모두는 종래의 수단, 예를 들어 테이퍼진 구성요소를 개별적으로 제조하고, 제1 세그먼트를 LED 구성요소에 접합하고, 이어서 후속 세그먼트를 추가함으로써 제조될 수 있다. 대안적으로, 단순 및 복합 테이퍼 요소는, 발명의 명칭이 "광학 및 반도체 요소 제조 방법"(Process For Manufacturing Optical And Semiconductor Elements)이고 공히 양도된 미국 특허 출원 공개 제2006/0094340호(오우더커크 등) 및 발명의 명칭이 "발광 어레이 제조 방법"(Process For Manufacturing A Light Emitting Array)인 미국 특허 출원 공개 제2006/0094322호(오우더커크 등)에 개시된 정밀 연마 기술을 사용하여 제조될 수 있고, 이들 특허 출원 공개 둘 모두는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함되어 있다. 요약하면, 원하는 광학 재료의 하나 이상의 층을 포함하는 공작물이 준비된다. 공작물은 웨이퍼 또는 섬유 세그먼트와 같은 대형 포맷일 수 있다. 이어서, 정밀하게 패터닝된 연마제가 공작물과 접촉하게 되어 공작물 내에 채널을 연마한다. 연마가 완료될 때, 채널은 단순 또는 복합 테이퍼 요소 형태일 수 있는 다수의 돌출부를 형성한다. 테이퍼 요소는 공작물로부터 개별적으로 제거되어 하나씩 별개의 LED 구성요소에 접합될 수 있거나, 또는 테이퍼 요소의 어레이가 LED 구성요소의 어레이에 편리하게 접합될 수 있다.Both simple and complex tapered elements disclosed herein can be made by conventional means, for example by separately manufacturing tapered components, bonding the first segment to the LED component, and then adding subsequent segments. . Alternatively, simple and complex tapered elements are US Patent Application Publication No. 2006/0094340 (Oderkirk et al.), Entitled " Process For Manufacturing Optical And Semiconductor Elements " ) And U.S. Patent Application Publication No. 2006/0094322 (Oderkirk et al.) Entitled "Process For Manufacturing A Light Emitting Array", Both of these patent application publications are incorporated herein by reference in their entirety. In summary, a workpiece is prepared that includes one or more layers of the desired optical material. The workpiece can be in a large format such as a wafer or fiber segment. Subsequently, the finely patterned abrasive is brought into contact with the workpiece to polish the channel in the workpiece. When polishing is complete, the channel forms a number of protrusions that may be in the form of simple or complex tapered elements. The tapered elements can be individually removed from the workpiece and bonded to separate LED components one by one, or the array of tapered elements can be conveniently bonded to the array of LED components.

더욱이, 추출기와 같은 광학 요소는 2006년 5월 3일 출원되고 공히 양도된 미국 특허 출원 제11/381,512호(대리인 관리 번호: 62114US002)에 설명된 기술을 사용하여 제조될 수 있고, 2006년 5월 3일 출원되고 공히 양도된 미국 특허 제11/381,518호(대리인 관리 번호: 61216US002)에 개시된 고굴절률 재료를 사용하여 제조될 수 있는데, 이들 계류 중인 출원의 둘 모두는 본 명세서에 참고로 포함되어 있다.Furthermore, optical elements such as extractors may be manufactured using the techniques described in US Patent Application No. 11 / 381,512, filed May 3, 2006 (Agency Control Number: 62114US002), May 2006 It can be made using the high refractive index material disclosed in US Patent No. 11 / 381,518 (Representative Control No. 61216US002), filed on 3rd, and assigned in its entirety, both of which are hereby incorporated by reference. .

입력면이 LED 구성요소의 발광면보다 작은 광 결합 요소가 사용될 때, 동일한 발광면의 상이한 부분에 다수의 그러한 요소를 결합하는 것을 고려하는 것이 가능해진다.When a light coupling element whose input surface is smaller than the light emitting surface of the LED component is used, it becomes possible to consider combining a number of such elements in different parts of the same light emitting surface.

유리하게는, 그러한 접근법은 하나의 테이퍼진 광학 요소를 복수의 더 작은 광학 요소들로 단순히 교체함으로써, LED 구성요소로부터의 주어진 양의 광을 결합하는 데 필요한 광학 재료의 양을 감소시키는 데 사용될 수 있다. 재료 사용법의 차이는 다이아몬드, SiC 및 사파이어와 같은 비싸고 가공이 어려운 재료를 취급할 때 특히 중요할 수 있다. 예를 들어, 하나의 테이퍼진 광학 요소를 더 작은 테이퍼진 광학 요소의 2x2 어레이로 교체하는 것은 고굴절률의 (제1) 광학 재료에 대한 필요 두께를 2배보다 많이 감소시킬 수 있고, 3x3 어레이는 3배보다 많이 필요 두께를 감소시킬 수 있다. 놀랍게도, 광이 광학 요소의 입력면들 사이의 제위치에서 LED로부터 효율적으로 발광되지 않을 수 있을지라도, 모델링에 따르면 이러한 접근법이 여전히 매우 높은 전체 추출 효율을 갖는다는 것을 나타낸다.Advantageously, such an approach can be used to reduce the amount of optical material needed to combine a given amount of light from the LED component by simply replacing one tapered optical element with a plurality of smaller optical elements. have. Differences in material usage can be particularly important when dealing with expensive and difficult materials such as diamond, SiC and sapphire. For example, replacing one tapered optical element with a 2x2 array of smaller tapered optical elements can reduce the required thickness for high refractive index (first) optical material by more than twice, and a 3x3 array More than three times the required thickness can be reduced. Surprisingly, although light may not be efficiently emitted from the LED in place between the input faces of the optical element, modeling indicates that this approach still has a very high overall extraction efficiency.

테이퍼 요소와 같은 다수의 광 결합 요소를 사용하는 다른 이점은 다양한 용도로 이용될 수 있는 요소들 사이에 갭 또는 공간이 형성된다는 것이다. 예를 들어, 갭 또는 공간은 고굴절률 유체, 금속 열 전도체, 전기 전도체, 열 이송 유체 및 그 조합으로 충전될 수 있다.Another advantage of using multiple light coupling elements such as tapered elements is that gaps or spaces are formed between the elements that can be used for various purposes. For example, the gap or space can be filled with high refractive index fluids, metal thermal conductors, electrical conductors, heat transfer fluids, and combinations thereof.

굴절률이 1.52인 매질 내에 침지될 때 LED 다이 내에 발생된 광의 30%가 LED로부터 발광되도록 조절된 흡수층 및 SiC로 LED 다이가 구성된 LED 패키지에 대한 모델링을 수행하였다. 이는 전형적인 LED 소자를 나타낸다. 상기 모델은 도 12의 LED 패키지(80)에 도시된 바와 같이 LED 발광면에 결합된 테이퍼진 광학 요소의 3x3 어레이를 사용하였다. 여기에 도시된 LED 다이(12')는 경사진 측면(12c') 및 전방 발광면(12a')을 가지며, 3개의 테이퍼진 광학 요소(82, 84, 86)는 각각 입력면(82a, 84a, 86a)에서 상기 전방 발광면에 결합된 것으로 도시되어 있다. 공간 또는 갭(83, 85)이 작은 광학 요소들 사이에 형성되었다는 것을 유의해야 한다. 출력면(82b, 84b, 86b)이 테이퍼진 큰 광학 요소(88)의 입력면(88a)에 결합되며, 큰 광학 요소는 출력면(88b)을 갖는다. 상기 모델은 또한 테이퍼 요소(88)에 대해 아주 큰 크기를 갖는 (도시되지 않은) 반구형 렌즈를 사용하였고, 반구형 렌즈의 평면이 출력면(88b)에 부착되고 렌즈는 BK7 유리(n = 1.52)로 제조되었다. 테이퍼 요소(88)는 LAS35 (n = 약 2)로 구성된 것으로 모델링되었다. 이어서, 이 모델은 작은 테이퍼 요소용의 상이한 광학 재료와, 갭(83, 85)을 비롯하여 LED 구성요소를 둘러싸는 주위 공간용의 상이한 재료에 대해 평가하였다.Modeling was carried out for an LED package consisting of an absorbent layer and SiC with an adjusted layer such that 30% of the light generated in the LED die emitted from the LED when immersed in a medium having a refractive index of 1.52. This represents a typical LED device. The model used a 3x3 array of tapered optical elements coupled to the LED emitting surface as shown in LED package 80 of FIG. The LED die 12 ′ shown here has an inclined side 12c ′ and a front emitting surface 12a ′, with the three tapered optical elements 82, 84, 86 being respectively input faces 82a, 84a. 86a) is shown coupled to the front emitting surface. It should be noted that spaces or gaps 83 and 85 have been formed between the small optical elements. Output faces 82b, 84b, 86b are coupled to the input face 88a of the tapered large optical element 88, which has an output face 88b. The model also used a hemispherical lens (not shown) with a very large size for the tapered element 88, with the plane of the hemispherical lens attached to the output face 88b and the lens with BK7 glass (n = 1.52). Was prepared. Tapered element 88 was modeled as consisting of LAS35 (n = about 2). The model was then evaluated for different optical materials for small tapered elements and different materials for the surrounding space surrounding the LED components, including gaps 83 and 85.

모델링된 LED 패키지의 계산된 출력 파워(예를 들어, 와트 단위)는 아래와 같이 작은 테이퍼 요소의 광학 재료(표에 "A"로 나타냄) 및 주위 재료(표 III에 "B"로 나타냄)의 함수이다.The calculated output power (for example, in watts) of the modeled LED package is a function of the optical material of the tapered element (shown as "A" in the table) and the surrounding material (shown as "B" in Table III) as shown below: to be.

Figure 112008083689725-PCT00004
Figure 112008083689725-PCT00004

이들 값이 더 작은 요소의 3x3 어레이 대신에 하나의 SiC 테이퍼 요소를 사용하여 시스템의 전력 출력으로 정규화될 때, 이하의 결과가 얻어진다(표 IV):When these values are normalized to the power output of the system using one SiC taper element instead of a 3x3 array of smaller elements, the following results are obtained (Table IV):

Figure 112008083689725-PCT00005
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표 III 및 표 IV는 테이퍼진 광학 요소가 광을 효율적으로 추출하기 위해 LED 발광면의 전체 면적에 걸쳐 광학적으로 결합될 필요가 없다는 것을 나타낸다. 이 표들은 또한 소형 테이퍼 요소들 사이의 주위 체적이 추출 효율의 상당한 감소를 발생시키지 않고도 낮은 굴절률을 가질 수 있다는 것을 나타낸다. 유사한 결과가 LED 및 재발광 반도체 구성 둘 모두를 포함하는 LED 구성요소를 이용하는 광원에 대해 예측된다.Tables III and IV show that the tapered optical elements do not need to be optically coupled over the entire area of the LED emitting surface to extract light efficiently. These tables also show that the surrounding volume between the small tapered elements can have a low refractive index without causing a significant reduction in extraction efficiency. Similar results are expected for light sources that use LED components, including both LED and re-emitting semiconductor constructions.

주위 체적은 소정 재료로 충전되어 추출 효율을 증가시킬 수 있다. 충전제 재료는 유체, 유기 또는 무기 중합체, 무기 입자 충전된 중합체, 염 또는 유리일 수 있다. 적합한 무기 입자는 지르코니아, 티타니아 및 황화아연을 포함한다. 적합한 유기 유체는 LED 작동 온도에서 그리고 LED에 의해 발생된 광에 대해 안정한 임의의 것을 포함한다. 일부 경우에, 이 유체는 또한 낮은 전기 전도도 및 이온 농도를 가져야 한다. 적합한 유체는 물, 할로겐화 탄화수소, 및 방향족 및 헤테로사이클릭 탄화수소를 포함한다. 충전제 재료는 또한 테이퍼진 광학 요소를 LED 구성요소에 접합하는 기능을 할 수 있다.The ambient volume can be filled with a certain material to increase the extraction efficiency. The filler material may be a fluid, organic or inorganic polymer, inorganic particle filled polymer, salt or glass. Suitable inorganic particles include zirconia, titania and zinc sulfide. Suitable organic fluids include any that are stable at the LED operating temperature and against the light generated by the LED. In some cases, the fluid should also have low electrical conductivity and ion concentration. Suitable fluids include water, halogenated hydrocarbons, and aromatic and heterocyclic hydrocarbons. The filler material may also function to bond the tapered optical element to the LED component.

광학 요소들 사이의 공간의 적어도 일부분은 LED 구성요소에 전류를 분배하거나 LED 구성요소로부터 열을 제거하거나, 또는 이들 둘 모두를 위해 적용된 금속을 가질 수 있다. 금속은 측정 가능한 광 흡수율을 갖기 때문에, 흡수 손실을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 LED 구성요소와 금속의 접촉 면적을 최소화하고, LED 구성요소 표면, 광학 요소, 또는 이들 둘 모두와 금속과의 사이에 저굴절률 재료를 도입함으로써 금속으로의 광 결합을 감소시킴으로써 수행될 수 있다. 예를 들어, 접촉 면적은 상부 금속층과 전기 전도 상태인 저굴절률 재료에 의해 둘러싸인 금속 접점의 어레이로 패터닝될 수 있다. 예를 들어 위에서 언급된 '667 슈베르트 특허 공보를 참조하라. 적합한 저굴절률 재료로는 가스 또는 진공, 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니(3M Company)로부터 입수 가능한 플루오리너트(fluorinert)와 같은 불화탄소, 물, 및 탄화수소를 포함한다. 금속은 광학 요소를 둘러싸는 매질 내로 연장될 수 있고, 여기서 열이 제거될 수 있다.At least a portion of the space between the optical elements may have a metal applied for distributing current to the LED component, removing heat from the LED component, or both. Since the metal has a measurable light absorption, it may be desirable to minimize absorption losses. This can be done by minimizing the contact area of the LED component with the metal and reducing light coupling to the metal by introducing a low refractive index material between the LED component surface, the optical element, or both and the metal. For example, the contact area can be patterned into an array of metal contacts surrounded by a low refractive index material in electrical conduction with the top metal layer. See, for example, the '667 Schubert patent publication mentioned above. Suitable low refractive index materials include fluorocarbons, water, and hydrocarbons, such as fluorinert, available from 3M Company, St. Paul, Minn., USA, in gas or vacuum. The metal may extend into the medium surrounding the optical element, where heat may be removed.

유체는 또한 테이퍼 요소들 사이에 제공되어 추가적인 열을 제거할 수 있다. 테이퍼진 광학 요소의 어레이는 정사각형 어레이(예를 들어, 2x2, 3x3 등), 직사각형 어레이(예를 들어, 2x3, 2x4 등), 또는 육각형 어레이일 수 있다. 테이퍼진 개별 광학 요소는 이들의 입력면 또는 출력면에서 정사각형, 직사각형, 삼각형, 원형, 또는 다른 원하는 단면 형상일 수 있다. 어레이는 LED의 전체 발광면에 걸쳐, 또는 그 일부를 넘어, 또는 단지 그 일부분에 걸쳐 연장될 수 있다. 낮은 연화 온도의 땜납 유리, 연성 무기 코팅, 예컨대 황화아연, 고굴절률 유체, 중합체, 세라믹 충전 중합체를 이용하여, 또는 매우 매끄럽고 평평한 표면을 갖는 광학 요소 및 LED를 제공하고 광학 요소의 입력면에 대해 LED 구성요소를 기계적으로 유지함으로써, 테이퍼 요소는 LED 발광면에 부착될 수 있다.Fluid can also be provided between the tapered elements to remove additional heat. The array of tapered optical elements can be a square array (eg, 2x2, 3x3, etc.), a rectangular array (eg, 2x3, 2x4, etc.), or a hexagonal array. The tapered individual optical elements can be square, rectangular, triangular, circular, or other desired cross-sectional shape at their input or output surfaces. The array may extend over the entire light emitting surface of the LED, over or over a portion thereof, or only over a portion thereof. LEDs with low softening temperature solder glass, soft inorganic coatings such as zinc sulfide, high refractive index fluids, polymers, ceramic filled polymers, or to provide optical elements and LEDs with very smooth and flat surfaces and to the input surface of the optical element By mechanically holding the component, the tapered element can be attached to the LED emitting surface.

다수의 광학 요소(92, 94) 및 패터닝된 저굴절률 층(96)을 갖는 다른 LED 패키지(90)가 도 13에 도시된다. 패터닝된 저굴절률 층(96)은 도시된 바와 같이 2개의 개구를 포함하는데, 그 상부에서 광학 요소(92, 94)가 LED 구성요소의 발광면(12a)과 광학 접촉하여 배치된다. 층(96)은 또한 LED 구성요소 측면(12c) 뿐만 아니라 LED 구성요소 발광면(12a)과 광학 접촉한다. LED 패키지(90)는 저굴절률 층(96)의 일부분 위에 도시된 금속 접점(98)을 추가로 포함한다. 도 13에는 도시되지 않았지만, 패터닝된 층(96)이 또한 금속 접점(98)의 부근에 패터닝되고, 금속 접점(98)은 바람직하게는 층(96) 내의 구멍을 통해 연장하여 LED 구성요소(12)에 대한 전기 접촉을 제공한다. 제2 전기 접점이 칩 설계에 따라 LED 구성요소 상의 다른 위치에 제공될 수 있다.Another LED package 90 having a number of optical elements 92, 94 and a patterned low refractive index layer 96 is shown in FIG. 13. The patterned low refractive index layer 96 includes two openings, as shown, with optical elements 92 and 94 disposed thereon in optical contact with the light emitting surface 12a of the LED component. Layer 96 is also in optical contact with LED component emitting surface 12a as well as LED component side 12c. The LED package 90 further includes a metal contact 98 shown over a portion of the low refractive index layer 96. Although not shown in FIG. 13, the patterned layer 96 is also patterned in the vicinity of the metal contact 98, and the metal contact 98 preferably extends through the hole in the layer 96 to extend the LED component 12. Provides electrical contact to A second electrical contact can be provided at another location on the LED component, depending on the chip design.

개시된 광원에 유용한 추출기 및 다른 광학 요소는 광범위한 형상, 크기 및 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 수렴 광학 요소는 또한 LED 구성요소로부터 광을 효율적으로 추출하고 발광된 광의 각도 분포를 변경하는 데 유용하다는 것을 알았다. 전술한 바와 같이 또는 본 명세서에 참고로 포함되어 있는 현재 계류 중인 미국 특허 출원 제11/009217호 또는 미국 특허 출원 제11/009241호에 설명된 바와 같이, 그러한 패키지의 LED 구성요소는 개별 요소로서 또는 반도체 유닛으로서 LED/재발광 반도체 구성 조합일 수 있다.Extractors and other optical elements useful in the disclosed light sources can have a wide variety of shapes, sizes, and configurations. For example, converging optical elements have also been found to be useful for efficiently extracting light from LED components and to alter the angular distribution of emitted light. As described above or as described in currently pending US patent application Ser. No. 11/009217 or US patent application Ser. No. 11/009241, which is incorporated herein by reference, the LED components of such a package may be used as individual elements or The semiconductor unit may be a combination LED / re-emitting semiconductor construction.

광학 요소는 LED 구성요소로부터 광을 효율적으로 추출하고 발광된 광의 각도 분포를 변경할 수 있다. 각각의 광학 요소는 LED 구성요소(또는 LED 구성요소 어레이)의 발광면에 광학적으로 결합되어 광을 효율적으로 추출하고 발광된 광의 발광 패턴을 변경한다. 광학 요소를 포함하는 LED 광원은 예를 들어 액정 디스플레이 또는 후면 발광 사인(sign)의 백라이트를 비롯한 여러 가지 용도에서 유용할 수 있다.The optical element can efficiently extract light from the LED component and change the angular distribution of the emitted light. Each optical element is optically coupled to the light emitting surface of the LED component (or LED component array) to efficiently extract light and change the light emission pattern of the emitted light. LED light sources comprising optical elements may be useful in a variety of applications, including, for example, backlights of liquid crystal displays or backlit signs.

본 명세서에서 기술된 수렴 광학 요소를 포함하는 광원은 에지형 및 직하형의 양 구성의 백라이트에 사용하기에 적합할 수 있다. 광원이 백라이트의 외부를 따라 배치된 에지형 백라이트에 웨지형 광학 요소가 특히 적합하다. 피라미드형 또는 원뿔형 수렴 광학 요소가 직하형 백라이트에 사용하기에 특히 적합할 수 있다. 그러한 광원은 특정 백라이트 설계에 따라 단일 광원 요소로서 사용될 수 있거나 또는 어레이(array)로 배열될 수 있다.Light sources comprising the converging optical elements described herein may be suitable for use in backlights of both configurations, edge and direct. Wedge-shaped optical elements are particularly suitable for edge type backlights where the light source is disposed along the outside of the backlight. Pyramid or conical converging optical elements may be particularly suitable for use in direct backlights. Such light sources can be used as a single light source element or arranged in an array, depending on the particular backlight design.

직하형 백라이트의 경우, 광원은 확산 반사기 또는 경면 반사기와 프리즘 필름, 확산기 및 반사 편광기를 포함할 수 있는 상부 필름 스택 사이에 일반적으로 배치된다. 이것들은 가장 유용한 시야각 범위로 그리고 균일한 휘도로 광원으로부터 발광된 광을 관측자(viewer)를 향해 유도하는 데 사용될 수 있다. 예시적인 프리즘 필름은 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 입수 가능한 BEF™과 같은 휘도 향상 필름을 포함한다. 예시적인 반사 편광기는 미국 미네소타주 세인트 폴 소재의 쓰리엠 컴퍼니로부터 또한 입수 가능한 DBEF™을 포함한다. 에지형 백라이트의 경우, 광원은 중공 또는 중실 도광체 내로 광을 주입하도록 위치될 수 있다. 도광체는 일반적으로 그 아래에 반사기와 전술한 바와 같은 상부 필름 스택을 갖는다.In the case of a direct backlight, the light source is generally disposed between the diffuse reflector or mirror reflector and the top film stack, which may include a prism film, a diffuser and a reflective polarizer. These can be used to direct light emitted from the light source towards the viewer in the most useful viewing angle range and with uniform brightness. Exemplary prism films include brightness enhancing films such as BEF ™ available from 3M Company, St. Paul, Minnesota, USA. Exemplary reflective polarizers include DBEF ™, also available from 3M Company, St. Paul, Minn. For edge type backlights, the light source can be positioned to inject light into the hollow or solid light guide. The light guide generally has a reflector underneath and a top film stack as described above.

도 14는 일 실시예에 따른 광원을 예시하는 개략적인 측면도이다. 광원은 광학 요소(99) 및 LED 구성요소(12)를 포함한다. 광학 요소(99)는 밑면(120) 및 밑면(120)과 대향하여 결합되어 정점부(130)를 형성하는 2개의 수렴 측면(140)을 갖는 삼각형 단면을 갖는다. 정점부는 도 14에 도면 부호 130으로 도시된 바와 같이 점일 수 있고, 예를 들어 (점선 135로 도시된) 절두형 삼각형에서와 같이 뭉툭할 수 있다. 뭉툭한 정점부는 평평하거나, 라운드지거나 또는 그 조합일 수 있다. 정점부는 밑면보다 작고 바람직하게 밑면 위에 있다. 몇몇 실시예에서, 정점부는 밑면 크기의 20% 이하이다. 바람직하게는, 정점부는 밑면 크기의 10% 이하이다. 도 14에서, 정점부(130)는 밑면(120) 위에 중심을 둔다. 그러나, 정점부가 중심을 두지 않거나 밑면의 중심으로부터 멀리 빗나가는 실시예도 또한 고려된다.14 is a schematic side view illustrating a light source according to an embodiment. The light source includes an optical element 99 and an LED component 12. The optical element 99 has a triangular cross section with a bottom surface 120 and two converging sides 140 that are coupled opposite to the bottom surface 120 to form a vertex 130. The apex may be a point as shown at 130 in FIG. 14, and may be blunt, for example as in a truncated triangle (shown as dashed line 135). The blunt apex can be flat, rounded, or a combination thereof. The vertex is smaller than the base and preferably above the base. In some embodiments, the vertices are no more than 20% of the base size. Preferably, the vertex is 10% or less of the base size. In FIG. 14, the vertex 130 is centered over the bottom 120. However, embodiments are also contemplated where the vertices are not centered or deviate away from the center of the base.

광학 요소(99)는 LED 구성요소(12)에 광학적으로 결합되어(또는 광학 접촉하여) LED 구성요소(12)에 의해 발광된 광을 추출한다. LED 구성요소(12)의 주 발광면(12a)은 광학 요소(99)의 밑면(120)에 실질적으로 평행하고 근접한다. LED 구성요소(12) 및 광학 요소(99)는 하기에 더 상세히 설명되는 접합 및 비접합 구성을 포함하는 다수의 방식으로 광학적으로 결합될 수 있다.The optical element 99 is optically coupled to (or in optical contact with) the LED component 12 to extract light emitted by the LED component 12. The main emitting surface 12a of the LED component 12 is substantially parallel and proximate to the underside 120 of the optical element 99. LED component 12 and optical element 99 may be optically coupled in a number of ways, including bonded and non-bonded configurations, described in more detail below.

광학 요소(99)의 수렴 측면(140a, 140b)은 도 14에 화살표(160a, 160b)로 도시된 바와 같이 LED 구성요소(12)에 의해 발광된 광의 발광 패턴을 변경하도록 작동한다. 노출된 전형적인 LED 구성요소는 제1 발광 패턴으로 광을 발광한다. 전형적으로, 제1 발광 패턴은 일반적으로 전방 발광형이거나 또는 사실상 전방 발광형 구성요소를 갖는다. 도 14에 도시된 광학 요소(99)와 같은 수렴 광학 요소는 제1 발광 패턴을 상이한 제2 발광 패턴으로 변경한다. 예를 들어, 웨지형 광학 요소는 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 유도하여 2개의 로브를 갖는 측면 발광 패턴을 생성한다. 도 14는 밑면에서 광학 요소(99)로 들어가는, LED 구성요소에 의해 발광된 예시적인 광선(160a, 160b)을 도시한다. 수렴 측면(140a)과 상대적으로 작은 입사각을 형성하는 방향으로 발광된 광선은 광학 요소(20)의 높은 굴절률 재료를 빠져 나와 주위 매질(예를 들어, 공기)로 들어감에 따라 굴절될 것이다. 예시적인 광선(160a)은 법선에 대해 작은 각도로 입사하는 그러한 하나의 광선을 보여준다. 큰 입사각, 즉 임계각(critical angle) 이상의 각도로 발광된 다른 광선은 그 광선이 마주치는 제1 수렴 측면(140a)에서 내부 전반사될 것이다. 그러나, 도 14에서 예시된 것과 같은 수렴 광학 요소에 있어서, 반사된 광선은 그 후 작은 입사각으로 제2 수렴 측면(140b)과 마주칠 것이고, 여기서 굴절되어 광학 요소를 빠져 나오게 될 것이다. 예시적인 광선(160b)은 그러한 하나의 광로를 예시한다.Converging sides 140a and 140b of optical element 99 operate to change the light emission pattern of light emitted by LED component 12 as shown by arrows 160a and 160b in FIG. 14. Exposed typical LED components emit light in a first light emitting pattern. Typically, the first emissive pattern is generally forward emissive or has substantially front emissive components. Converging optical elements, such as optical element 99 shown in FIG. 14, change the first light emitting pattern to a different second light emitting pattern. For example, the wedge-shaped optical element induces light emitted by the LED component to produce a side emission pattern with two lobes. FIG. 14 shows exemplary light rays 160a and 160b emitted by the LED component, which enters the optical element 99 from the underside. Light rays emitted in a direction forming a relatively small angle of incidence with the converging side 140a will be refracted as they exit the high refractive index material of the optical element 20 and enter the surrounding medium (eg, air). Exemplary light ray 160a shows one such light ray incident at a small angle to the normal. Other light rays that are emitted at a large angle of incidence, ie at an angle above the critical angle, will be totally internally reflected at the first converging side 140a that they encounter. However, for a converging optical element such as illustrated in FIG. 14, the reflected light beam will then encounter the second converging side 140b at a small angle of incidence, where it will be refracted and exit the optical element. Exemplary ray 160b illustrates one such light path.

적어도 하나의 수렴 측면을 갖는 광학 요소는 제1 광 발광 패턴을 상이한 제2 광 발광 패턴으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 일반적인 전방 발광 광 패턴은 그러한 수렴 광학 요소를 이용하여 제2 일반적인 측면 발광 광 패턴으로 변경될 수 있다. 다시 말하면, 높은 굴절률의 광학 요소는 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 유도하도록 형상화되어 측면 발광 패턴을 생성할 수 있다. 만약 광학 요소가 회전 대칭이면 (예를 들어, 원뿔로서 형상화되면), 결과적인 발광 패턴은 토로이드 분포(torroidal distribution)를 가질 것이며, 발광된 광의 강도는 광학 요소 둘레에서 원형 패턴으로 집중될 것이다. 만약 예를 들어 광학 요소가 웨지로 형상화되면(예를 들어, 도 16 참조), 측면 발광 패턴은 2개의 로브를 가질 것이며, 광 강도는 2개의 구역에 집중될 것이다. 대칭 웨지의 경우에, 2개의 로브가 광학 요소의 대향 측(2개의 대향 구역) 상에 위치될 것이다. 복수의 수렴 측면을 갖는 광학 요소의 경우, 측면 발광 패턴은 대응하는 복수의 로브를 가질 것이다. 예를 들어, 4-측면 피라미드로서 형상화된 광학 요소의 경우, 결과적인 측면 발광 패턴은 4개의 로브를 가질 것이다. 측면 발광 패턴은 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 비대칭 패턴은 광학 요소의 정점부가 밑면 또는 발광면에 대해 비대칭적으로 배치될 때 생성될 것이다. 당업자는 원하는 바와 같이 여러 가지의 상이한 발광 패턴을 생성하는 그러한 배열 및 형상의 다양한 변경(permutation)을 이해할 것이다.An optical element having at least one converging side can change the first light emitting pattern to a different second light emitting pattern. For example, the general forward emitting light pattern may be changed to the second general side emitting light pattern using such a converging optical element. In other words, the high refractive index optical element can be shaped to induce light emitted by the LED component to produce a side emission pattern. If the optical element is rotationally symmetrical (eg, shaped as a cone), the resulting light emission pattern will have a toroidal distribution and the intensity of the emitted light will be concentrated in a circular pattern around the optical element. If, for example, the optical element is shaped into a wedge (see, eg, FIG. 16), the side emission pattern will have two lobes, and the light intensity will be concentrated in two zones. In the case of a symmetrical wedge, two lobes will be located on opposite sides (two opposed zones) of the optical element. For optical elements having a plurality of converging sides, the side emitting pattern will have a corresponding plurality of lobes. For example, for an optical element shaped as a four-sided pyramid, the resulting side emitting pattern will have four lobes. The side emitting pattern can be symmetrical or asymmetrical. An asymmetric pattern will be produced when the vertices of the optical element are arranged asymmetrically with respect to the base or emitting surface. Those skilled in the art will understand various permutations of such arrangements and shapes that produce a variety of different emission patterns as desired.

몇몇 실시예에서, 측면 발광 패턴은 강도 라인 선도에서 측정된 바와 같이 적어도 30°의 극각에서 최대값을 갖는 강도 분포를 갖는다. 다른 실시예에서, 측면 발광 패턴은 적어도 30°의 극각에 중심을 둔 강도 분포를 갖는다. 예를 들어, 45°및 60°극각에서 최대값을 갖고/갖거나 중심을 둔 것을 포함하는 다른 강도 분포가 또한 현재 개시된 광학 요소와 함께 가능하다.In some embodiments, the side emission pattern has an intensity distribution with a maximum at polar angle of at least 30 ° as measured in the intensity line diagram. In another embodiment, the side emission pattern has an intensity distribution centered at an angle of at least 30 °. Other intensity distributions are also possible with the optical elements currently disclosed, including, for example, having and / or centered at maximum at 45 ° and 60 ° polar angles.

수렴 광학 요소는 다양한 형태를 가질 수 있다. 각각의 광학 요소는 밑면, 정점부 및 적어도 하나의 수렴 측면을 갖는다. 밑면은 임의의 형상(예를 들어, 정사각형, 원형, 대칭형 또는 비대칭형, 규칙형 또는 불규칙형)을 가질 수 있다. 정점부는 점, 선 또는 표면(뭉툭한 정점부의 경우)일 수 있다. 특별한 수렴 형상에 관계없이, 정점부는 밑면보다 표면적이 작아서, 측면(들)이 밑면으로부터 정점부를 향해 수렴한다. 수렴 광학 요소는 피라미드, 원뿔, 웨지, 또는 그 조합으로서 형상화될 수 있다. 이들 형상의 각각은 또한 정점부 근처에서 절두되어 뭉툭한 정점부를 형성할 수 있다. 수렴 광학 요소는 다각형 밑면 및 적어도 2개의 수렴 측면을 갖는 다면체 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 피라미드형 또는 웨지형 광학 요소가 직사각형 또는 정사각형 밑면과, 적어도 2개가 수렴 측면인 4개의 측면을 가질 수 있다. 다른 측면은 평행한 측면일 수 있거나, 또는 대안적으로 발산 또는 수렴할 수 있다. 밑면의 형상은 대칭일 필요가 없고, 예를 들어 사다리꼴, 평행사변형, 사변형 또는 다른 다각형으로서 형상화될 수 있다. 다른 실시예에서, 수렴 광학 요소는 원형, 타원형 또는 불규칙적인 형상이지만 연속적인 밑면을 가질 수 있다. 이들 실시예에서, 광학 요소는 단일 수렴 측면을 갖는다고 할 수 있다. 예를 들어, 원형 밑면을 갖는 광학 요소는 원뿔로서 형상화될 수 있다. 일반적으로, 수렴 광학 요소는 밑면, (적어도 부분적으로) 밑면 위에 있는 정점부, 및 정점부와 밑면을 연결하여 입체를 완성하는 하나 이상의 수렴 측면을 포함한다.The converging optical element can take various forms. Each optical element has a bottom, a vertex and at least one converging side. The base can have any shape (eg, square, circular, symmetrical or asymmetrical, regular or irregular). Vertices may be points, lines or surfaces (for blunt vertices). Regardless of the particular converging shape, the vertex has a smaller surface area than the base, so that the side (s) converge from the bottom toward the vertex. Converging optical elements can be shaped as pyramids, cones, wedges, or a combination thereof. Each of these shapes can also be truncated near the vertex to form a blunt vertex. The converging optical element may have a polyhedron shape with a polygonal base and at least two converging sides. For example, a pyramidal or wedge shaped optical element may have a rectangular or square bottom and four sides with at least two converging sides. The other side may be a parallel side or alternatively may diverge or converge. The shape of the base need not be symmetrical and can be shaped, for example, as a trapezoid, parallelogram, quadrilateral or other polygon. In other embodiments, the converging optical element may be circular, oval or irregularly shaped but have a continuous base. In these embodiments, the optical element can be said to have a single converging side. For example, an optical element with a circular base can be shaped as a cone. In general, the converging optical element includes a bottom, (at least partially) a vertex on the bottom, and one or more converging sides that connect the vertex and the bottom to complete the solid.

도 15a는 밑면(220), 정점부(230), 및 4개의 측면(240)을 갖는 4-측면 피라미드로서 형상화된 수렴 광학 요소(200)의 일 실시예를 도시한다. 이 구체적인 실시예에서, 밑면(220)은 직사각형 또는 정사각형일 수 있고, 정점부(230)는 밑면 위에 중심을 둔다(밑면의 평면에 수직인 선(210)으로의 정점부의 투영이 밑면(220) 위에 중심을 둠). 도 15a는 또한 광학 요소(200)의 밑면(220)에 인접하고 평행한 발광면(12a)을 갖는 LED 구성요소(12)를 도시한다. LED 구성요소(12) 및 광학 요소(200)는 발광면- 밑면 계면에서 광학적으로 결합된다. 광학적 결합은 이하에 보다 상세하게 기술되는 몇몇 방법으로 달성될 수 있다. 예를 들어, LED 구성요소 및 광학 요소가 함께 접합될 수 있다. 도 15a에서 LED 구성요소의 밑면 및 발광면은 크기 면에서 사실상 일치하는 것으로 도시된다. 다른 실시예에서, 밑면은 LED 구성요소 발광면보다 크거나 작을 수 있다.FIG. 15A shows one embodiment of a converging optical element 200 shaped as a four-sided pyramid having a base 220, a vertex 230, and four sides 240. In this specific embodiment, the bottom surface 220 may be rectangular or square, and the vertex portion 230 is centered on the bottom surface (projection of the vertex portion to the line 210 perpendicular to the plane of the bottom surface is the bottom surface 220). Centered above). 15A also shows an LED component 12 having an emitting surface 12a adjacent and parallel to the underside 220 of the optical element 200. LED component 12 and optical element 200 are optically coupled at the emitting surface-base interface. Optical coupling can be achieved in several ways, described in more detail below. For example, LED components and optical elements can be bonded together. In FIG. 15A the bottom and the emitting surface of the LED component are shown to substantially match in size. In other embodiments, the bottom may be larger or smaller than the LED component emitting surface.

도 15b는 수렴 광학 요소(202)의 다른 실시예를 도시한다. 여기서, 광학 요소(202)는 육각형 밑면(222), 뭉툭한 정점부(232), 및 6개의 측면(242)을 갖는다. 측면은 밑면과 정점부 사이로 연장하고, 각각의 측면은 정점부(232)를 향해 수렴한다. 정점부(232)는 뭉툭하고, 육각형이지만 육각형 밑면보다 작은 육각형으로서 형상화된 표면을 또한 형성한다.15B illustrates another embodiment of the converging optical element 202. Here, the optical element 202 has a hexagonal bottom 222, a blunt apex 232, and six sides 242. The sides extend between the base and the vertex, and each side converges toward the vertex 232. The apex 232 is blunt and also forms a surface shaped as a hexagon that is hexagonal but smaller than the hexagonal base.

도 15c는 2개의 수렴 측면(244), 밑면(224), 및 정점부(234)를 갖는 광학 요소(204)의 다른 실시예를 도시한다. 도 15c에서, 광학 요소는 웨지로서 형상화되고 정점부(234)는 선을 형성한다. 나머지 2개의 측면은 평행한 측면으로서 도시된다. 위에서 봤을 때의 광학 요소(204)가 도 17d에 도시된다.FIG. 15C shows another embodiment of an optical element 204 having two converging sides 244, a bottom 224, and a vertex 234. In FIG. 15C, the optical element is shaped as a wedge and the vertex 234 forms a line. The other two sides are shown as parallel sides. The optical element 204 when viewed from above is shown in FIG. 17D.

웨지형 광학 요소의 대안적인 실시예는 또한 도 16에 도시된 광학 요소(206)와 같이 수렴 및 발산 측면의 조합을 갖는 형상을 포함한다. 도 16의 실시예에서, 웨지형 광학 요소(206)는 도끼 머리(axe-head)와 유사하다. 2개의 발산 측면(142)은 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 시준하도록 작동한다. 2개의 수렴 측면(144)은 측면에서 보았을 때 밑면 위에 있지만(도 14 참조), 도 16(또는 도 17e)에 도시된 바와 같이 보았을 때 밑면을 지나 연장하는 부분을 갖는 선으로서 형상화된 정점부(132)를 형성하는 최상부(top)로 수렴한다. 수렴 측면(144)은 LED 구성요소(12)에 의해 발광된 광이 도 14에 도시된 바와 같이 측면으로 방향 전환될 수 있게 한다. 다른 실시예는 예를 들어 도 17f에 도시된 바와 같이 모든 측면이 수렴하는 웨지 형상을 포함한다.An alternative embodiment of the wedge-shaped optical element also includes a shape having a combination of converging and diverging sides, such as the optical element 206 shown in FIG. 16. In the embodiment of FIG. 16, the wedge-shaped optical element 206 is similar to an axe-head. The two diverging sides 142 operate to collimate the light emitted by the LED components. The two converging sides 144 are above the bottom when viewed from the side (see FIG. 14), but the vertices shaped as lines having a portion extending beyond the bottom when viewed as shown in FIG. 16 (or FIG. 17E) ( Converge to the top forming 132. The converging side 144 allows the light emitted by the LED component 12 to be turned sideways as shown in FIG. 14. Another embodiment includes a wedge shape in which all sides converge, for example as shown in FIG. 17F.

광학 요소는 또한 원형 또는 타원형 밑면, (적어도 부분적으로는) 밑면 위에 있는 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 하나의 수렴 측면을 갖는 원뿔로서 형상화될 수 있다. 전술한 피라미드 및 웨지 형상에서와 같이, 정점부는 점, 선(직선 또는 곡선)일 수 있고, 또는 뭉툭하여 표면을 형성할 수 있다.The optical element may also be shaped as a cone with a circular or elliptical bottom, a vertex over (at least partially) the bottom, and one converging side connecting the bottom and the vertex. As in the pyramid and wedge shapes described above, the vertices may be points, lines (straight or curved), or they may be blunt to form a surface.

도 17a 내지 도 17i는 광학 요소의 몇몇 대안적인 실시예의 평면도를 도시한다. 도 17a 내지 도 17f는 정점부가 밑면 위에 중심을 두는 실시예를 도시한다. 도 17g 내지 도 17i는 정점부가 밑면에 대해 빗나가거나 기울어지고 밑면 위에 중심을 두지 않는 비대칭 광학 요소의 실시예를 도시한다.17A-17I show plan views of some alternative embodiments of optical elements. 17A-17F illustrate an embodiment where the vertex is centered on the underside. 17G-17I illustrate an embodiment of an asymmetric optical element in which the vertex is deviated or tilted relative to the base and not centered on the base.

도 17a는 정사각형 밑면, 4개의 측면, 및 밑면 위에 중심을 둔 뭉툭한 정점부(230a)를 갖는 피라미드형 광학 요소를 도시한다. 도 17h는 정사각형 밑면, 4개의 측면 및 중심을 벗어난 뭉툭한 정점부(230h)를 갖는 피라미드형 광학 요소를 도시한다. 도 17b는 정사각형 밑면 및 원으로서 형상화된 뭉툭한 정점부(230b)를 갖는 광학 요소의 실시예를 도시한다. 이 경우, 수렴 측면은 정사각형 밑면이 원형 정점부와 연결되도록 만곡된다. 도 17c는 정사각형 밑면, 점에서 수렴하여 밑면 위에 중심을 둔 정점부(230c)를 형성하는 4개의 삼각형 측면을 갖는 피라미드형 광학 요소를 도시한다. 도 17i는 정사각형 밑면, 점에서 수렴하여 밑면 위에서 벗어난 (중심을 두지 않은) 정점부(230i)를 형성하는 4개의 삼각형 측면을 갖는 피라미드형 광학 요소를 도시한다.FIG. 17A shows a pyramidal optical element with a square bottom, four sides, and a blunt vertex 230a centered over the bottom. FIG. 17H shows a pyramidal optical element with a square bottom, four sides and blunt vertices 230h off center. FIG. 17B shows an embodiment of an optical element with a square bottom and a blunt vertex 230b shaped as a circle. In this case, the converging side is curved such that the square base is connected with the circular vertex. FIG. 17C shows a pyramidal optical element having a square bottom, four triangular sides converging at points to form a vertex portion 230c centered over the bottom. FIG. 17I shows a pyramidal optical element having a square underside, four triangular sides that converge at a point to form a vertex portion 230i that is off-top (not centered).

도 17d 내지 도 17g는 웨지형 광학 요소를 도시한다. 도 17d에서, 정점부(230d)는 밑면 위에 있고 그 위에 중심을 둔 선을 형성한다. 도 17e에서, 정점부(230e)는 밑면 위에 중심을 두고 밑면 위에 부분적으로 있는 선을 형성한다. 정점부(230e)는 또한 밑면을 지나 연장하는 부분들을 갖는다. 도 17e에 도시된 평면도는 도 16에 사시도로 도시되고 위에서 기술된 광학 요소의 평면도일 수 있다. 도 17f 및 도 17g는 선을 형성하는 정점부와 4개의 수렴 측면을 갖는 웨지형 광학 요소의 2개의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 17f에서 정점부(230f)는 밑면 위에 중심을 두는 반면, 도 17g에서 정점부(230g)는 빗나가 있다.17D-17G illustrate wedge-shaped optical elements. In FIG. 17D, apex 230d forms a line above and centered on the bottom surface. In FIG. 17E, apex 230e forms a line centered over the bottom and partially above the bottom. The vertex portion 230e also has portions extending beyond the bottom surface. The top view shown in FIG. 17E may be the top view of the optical element shown in perspective view in FIG. 16 and described above. 17F and 17G show two alternative embodiments of a wedge-shaped optical element having four abutting sides and a vertex forming a line. In FIG. 17F, the vertex portion 230f is centered on the bottom surface, while in FIG. 17G, the vertex portion 230g is deflected.

도 18a 내지 도 18c는 대안적인 실시예에 따른 광학 요소의 측면도를 도시한다. 도 18a는 밑면(350) 및 밑면(350)에서 시작하여 밑면(350) 위에 있는 정점부(330)를 향해 수렴하는 측면(340, 341)을 갖는 광학 요소의 일 실시예를 도시한다. 선택적으로, 측면은 뭉툭한 정점부(331)를 향해 수렴할 수 있다. 도 18b는 밑면(352), 수렴 측면(344) 및 밑면에 수직한 측면(342)을 갖는 광학 요소의 다른 실시예를 도시한다. 2개의 측면(342, 344)은 밑면의 에지(edge) 위에 있는 정점부(332)를 형성한다. 선택적으로, 정점부는 뭉툭한 정점부(333)일 수 있다. 도 18c는 대체로 삼각형 단면을 갖는 대안적인 광학 요소의 측면도를 도시한다. 여기서, 밑면(325) 및 측면(345, 347)은 대체로 삼각형을 형성하지만, 측면(345, 347)은 평면이 아닌 표면이다. 도 18c에서, 광학 요소는 만곡된 좌측면(345)과 면처리된(faceted) 우측면(즉, 3개의 보다 작은 평탄부(347a 내지 347c)의 조합)을 갖는다. 측면은 만곡되거나, 분할되거나, 면처리되거나, 볼록하거나, 오목하거나 또는 그 조합일 수 있다. 그러한 형태의 측면은 여전히 전술한 평면 또는 평탄면과 유사하게 추출된 광의 각방향 발광을 변경하는 기능을 하지만, 최종 발광 패턴의 증가된 정도의 맞춤(customization)을 제공한다.18A-18C show side views of optical elements according to alternative embodiments. 18A illustrates one embodiment of an optical element having a bottom 350 and sides 340 and 341 starting at bottom 350 and converging toward a vertex 330 above the bottom 350. Optionally, the sides may converge towards the blunt apex 331. 18B shows another embodiment of an optical element having a bottom 352, a converging side 344 and a side 342 perpendicular to the bottom. Two sides 342 and 344 form a vertex 332 over the edge of the base. Optionally, the vertex can be a blunt vertex 333. 18C shows a side view of an alternative optical element having a generally triangular cross section. Here, the bottom surface 325 and the side surfaces 345 and 347 generally form a triangle, while the side surfaces 345 and 347 are non-planar surfaces. In FIG. 18C, the optical element has a curved left side 345 and a faceted right side (ie, a combination of three smaller flat portions 347a-347c). The sides may be curved, divided, faceted, convex, concave or a combination thereof. Aspects of that type still function to alter the angular emission of the extracted light, similar to the planar or flat surfaces described above, but provide an increased degree of customization of the final light emission pattern.

도 19a 내지 도 19e는 각각의 밑면(422a 내지 422e)과 정점부(430a 내지 430e) 사이를 각각 연장하는 비평면 측면(440a 내지 440e)을 갖는 광학 요소(420a 내지 420e)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 19a에서, 광학 요소(420a)는 2개의 면처리된 부분(441a, 442a)을 포함하는 측면(440a)을 갖는다. 밑면(422a) 근처의 부분(442a)은 밑면(422a)에 수직한 반면, 부분(441a)은 정점부(430a)를 향해 수렴한다. 유사하게는, 도 19b 및 도 19c에서, 광학 요소(420b, 420c)는 2개의 부분(441b 및 441c, 442b 및 442c)을 각각 연결함으로써 형성된 측면(440b, 440c)을 갖는다. 도 19b에서, 수렴 부분(441b)은 오목형이다. 도 19c에서, 수렴 부분(441c)은 볼록형이다. 도 19d는 부분(441d, 442d)을 연결함으로써 형성된 2개의 측면(440d)을 갖는 광학 요소(420d)를 도시한다. 여기서, 밑면(422d) 근처의 부분(442d)은 뭉툭한 정점부(430d)를 향해 수렴하고 최상단 부분(441d)은 뭉툭한 정점부(630d)의 표면에 수직하다. 도 19e는 만곡된 측면(440e)을 갖는 광학 요소(420e)의 대안적인 실시예를 도시한다. 여기서, 측면(440e)은 s-형상이지만, 일반적으로 뭉툭한 정점부(430e)를 향해 수렴한다. 측면이 도 19a 내지 도 19e에 도시된 바와 같이 2개 이상의 부분으로 형성될 때, 바람직하게는 이 부분은 수렴하지 않는 부분을 가질 수 있을지라도 측면이 여전히 대체로 수렴하도록 배열된다.19A-19E illustrate alternative embodiments of optical elements 420a-420e having non-planar sides 440a-440e extending between respective bottoms 422a-422e and vertices 430a-430e, respectively. Illustrated. In FIG. 19A, the optical element 420a has a side 440a that includes two faceted portions 441a and 442a. Portion 442a near base 422a is perpendicular to bottom 422a, while portion 441a converges toward apex 430a. Similarly, in FIGS. 19B and 19C, optical elements 420b and 420c have sides 440b and 440c formed by connecting two portions 441b and 441c, 442b and 442c, respectively. In Fig. 19B, the converging portion 441b is concave. In Fig. 19C, the converging portion 441c is convex. 19D shows an optical element 420d having two sides 440d formed by connecting portions 441d and 442d. Here, the portion 442d near the bottom surface 422d converges toward the blunt apex 430d and the top portion 441d is perpendicular to the surface of the blunt apex 630d. 19E illustrates an alternative embodiment of optical element 420e with curved side 440e. Here, side 440e is s-shaped, but generally converges towards blunt vertex 430e. When the sides are formed of two or more parts as shown in Figs. 19A-19E, the sides are preferably arranged so that the sides still converge mostly, although this part may have non-converging parts.

바람직하게, 밑면의 크기는 발광면에서 LED 구성요소의 크기와 일치한다. 도 20a 내지 도 20d는 그러한 배열의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 20a에서, 원형 밑면(550a)을 갖는 광학 요소는 정사각형 발광면(570a)을 갖는 LED 구성요소에 광학적으로 결합된다. 여기서, 밑면 및 발광면은 원형 밑면(550a)의 직경 "d"가 정사각형 발광면(570a)의 대각선 치수(또한 "d")와 동일하게 함으로써 정합된다. 도 20b에서, 육각형 밑면(550b)을 갖는 광학 요소는 정사각형 발광면(570b)을 갖는 LED 구성요소에 광학적으로 결합된다. 여기에서, 육각형 밑면(550b)의 높이 "h"는 정사각형 발광면(570b)의 높이"h"와 일치한다. 도 20c에서, 직사각형 밑면(550c)을 갖는 광학 요소는 정사각형 발광면(570c)을 갖는 LED 구성요소에 광학적으로 결합된다. 여기서, 밑면과 발광면 둘 모두의 폭 "w"는 일치한다. 도 20d에서, 정사각형 밑면(550d)을 갖는 광학 요소는 육각형 발광면(570d)을 갖는 LED 구성요소에 광학적으로 결합된다. 여기서, 밑면과 발광면 둘 모두의 높이 "h"는 일치한다. 물론, 밑면과 발광면 둘 모두가 동일하게 형상화되고 동일한 표면적을 갖는 간단한 배열도 또한 이러한 기준을 만족한다. 여기서, 밑면의 표면적은 LED 구성요소의 발광면의 표면적과 일치한다.Preferably, the size of the underside matches the size of the LED component at the light emitting surface. 20A-20D show exemplary embodiments of such an arrangement. In FIG. 20A, an optical element having a circular bottom 550a is optically coupled to an LED component having a square light emitting surface 570a. Here, the bottom surface and the light emitting surface are matched by making the diameter "d" of the circular bottom surface 550a equal to the diagonal dimension (also "d") of the square light emitting surface 570a. In FIG. 20B, the optical element with hexagonal bottom 550b is optically coupled to the LED component with square light emitting surface 570b. Here, the height "h" of the hexagonal bottom surface 550b coincides with the height "h" of the square light emitting surface 570b. In FIG. 20C, an optical element having a rectangular bottom 550c is optically coupled to an LED component having a square emitting surface 570c. Here, the width "w" of both the bottom surface and the light emitting surface coincide. In FIG. 20D, an optical element having a square bottom 550d is optically coupled to an LED component having a hexagonal light emitting surface 570d. Here, the height "h" of both the bottom surface and the light emitting surface coincide. Of course, a simple arrangement in which both the underside and the emitting surface are identically shaped and have the same surface area also meets this criterion. Here, the surface area of the bottom surface coincides with the surface area of the light emitting surface of the LED component.

유사하게는, 광학 요소가 LED 구성요소의 어레이에 결합될 때, 발광면 측에서의 어레이의 크기는 바람직하게는 광학 요소의 밑면의 크기와 일치할 수 있다. 게다가, 어레이의 형상은 적어도 하나의 치수(예를 들어, 직경, 폭, 높이 또는 표면적)에서 일치하는 한 밑면의 형상과 일치할 필요는 없다.Similarly, when the optical element is coupled to the array of LED components, the size of the array at the light emitting side may preferably match the size of the underside of the optical element. In addition, the shape of the array need not match the shape of the base as long as it matches in at least one dimension (eg, diameter, width, height or surface area).

대안적으로, 발광면에서의 LED 구성요소의 크기 또는 LED 구성요소 어레이의 조합된 크기는 밑면의 크기보다 작거나 클 수 있다. 도 19a 및 도 19c는 LED 구성요소(각각 410a, 410c)의 발광면(각각 412a, 412c)이 밑면(각각 422a, 422c)의 크기에 일치하는 실시예를 도시한다. 도 19b는 밑면(422b)보다 큰 발광면(412b)을 갖는 LED 구성요소(410b)를 도시한다. 도 19d는 발광면(412d)에서의 조합된 크기가 밑면(422d)의 크기보다 큰 LED 구성요소의 어레이(412d)를 도시한다. 도 19e는 밑면(422e)보다 작은 발광면(412e)을 갖는 LED 구성요소(410e)를 도시한다.Alternatively, the size of the LED components on the light emitting surface or the combined size of the LED component arrays may be smaller or larger than the size of the underside. 19A and 19C illustrate embodiments in which the light emitting surfaces 412a and 412c of the LED components 410a and 410c respectively match the size of the bottom surfaces 422a and 422c, respectively. 19B shows LED component 410b having a light emitting surface 412b that is larger than bottom 422b. 19D shows an array 412d of LED components in which the combined size at the light emitting surface 412d is greater than the size of the bottom surface 422d. 19E shows LED component 410e having a light emitting surface 412e smaller than the bottom 422e.

예를 들어, LED 구성요소 발광면이 1 ㎜의 변을 갖는 정사각형인 경우, 광학 요소 밑면은 1 ㎜의 변을 갖는 일치하는 정사각형을 갖도록 형성될 수 있다. 대안적으로, 정사각형 발광면은 직사각형 밑면에 광학적으로 결합될 수 있는데, 상기 직사각형은 그 변 중의 하나가 상기 발광면의 변의 크기와 그 크기가 일치하게 된다. 직사각형의 일치하지 않는 변은 정사각형의 변보다 크거나 작을 수 있다. 선택적으로, 광학 요소는 발광면의 대각선 치수와 동일한 직경을 갖는 원형 밑면을 갖도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 1 ㎜ × 1 ㎜ 정사각형 발광면의 경우, 1.41 ㎜의 직경을 갖는 원형 밑면이 본 출원의 목적상 그 크기가 일치하는 것으로 고려될 것이다. 밑면의 크기는 또한 발광면의 크기보다 약간 작게 제조될 수 있다. 이는 발명의 명칭이 "고휘도 LED 패키지"인 본 출원인의 공동 소유인 미국 특허 출원 공개 제2006/0091411호(오우더커크 등)에 기술된 바와 같이 목적들 중 하나가 광원의 외관상 크기를 최소화하는 것인 경우 이점을 가질 수 있다.For example, where the LED component emitting surface is a square having a side of 1 mm, the optical element underside can be formed to have a matching square having a side of 1 mm. Alternatively, the square emitting surface may be optically coupled to the bottom of the rectangle, wherein one of the sides of the rectangle coincides with the size of the side of the emitting surface. The mismatched sides of the rectangle can be larger or smaller than the sides of the square. Alternatively, the optical element may be manufactured to have a circular base with a diameter equal to the diagonal dimension of the light emitting surface. For example, for a 1 mm x 1 mm square light emitting surface, a circular base with a diameter of 1.41 mm will be considered to be consistent in size for the purposes of the present application. The size of the base can also be made slightly smaller than the size of the light emitting surface. This is one of the aims of minimizing the apparent size of the light source, as described in co-owned US Patent Application Publication No. 2006/0091411 (Oderkirk et al.), Entitled "High Brightness LED Package," entitled Invention. If you can have an advantage.

도 21은 어레이(612) 내에 배열된 복수의 LED 구성요소(614a 내지 614c)에 광학적으로 결합된 수렴 광학 요소(624)를 포함하는 광원의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 배열은 적색, 녹색 및 청색 LED가 어레이 내에서 조합되어 광이 혼합될 때 백색광을 생성하는 경우에 특히 유용하다. 도 21에서, 광학 요소(624)는 광을 측면으로 방향 전환시키는 수렴 측면(646)을 갖는다. 광학 요소(624)는 LED 구성요소(612)의 어레이에 광학적으로 결합된 정사각형으로서 형상화된 밑면(624)을 갖는다. LED 구성요소(612)의 어레이는 (측면(616)을 갖는) 정사각형 형상을 또한 형성한다.FIG. 21 illustrates another embodiment of a light source including a converging optical element 624 optically coupled to a plurality of LED components 614a-614c arranged in an array 612. This arrangement is particularly useful when the red, green and blue LEDs are combined within the array to produce white light when the light is mixed. In FIG. 21, the optical element 624 has a converging side 646 that redirects light laterally. Optical element 624 has a bottom 624 shaped as a square optically coupled to an array of LED components 612. The array of LED components 612 also forms a square shape (with side 616).

본 명세서에 개시된 광학 요소는 종래의 수단에 의해 또는 본 출원인에게 공히 양도된 발명의 명칭이 "광학 요소 및 반도체 소자를 제조하는 공정"인 미국 특허 출원 공개 제2006/0094340호(오우더커크 등), 발명의 명칭이 "발광 어레이를 제조하는 공정"인 미국 특허 출원 공개 제2006/0094322호(오우더커크 등), 및 발명의 명칭이 "광학 요소의 어레이 및 그 제조 방법"인 2005년 11월 22일 출원된 미국 특허 출원 제11/288071호(대리인 관리 번호: 60914US002)에 개시된 정밀 연마 기술을 이용하여 제조될 수 있다.The optical elements disclosed herein are disclosed in U.S. Patent Application Publication No. 2006/0094340 (Oderkirk et al.), Entitled "Process for Manufacturing Optical Element and Semiconductor Device," by conventional means or assigned to the applicant. US Patent Application Publication No. 2006/0094322 (Oderkirk et al.), Entitled "Process for Producing Light Emitting Array," and November 2005, entitled "Array of Optical Elements and Methods for Making the Same". It may be prepared using the precision polishing technique disclosed in US Patent Application No. 11/288071 (Agent Control Number: 60914US002), filed on May 22.

(특히 추출기를 포함하는) 개시된 광학 요소는 투명하고 바람직하게는 상대적으로 높은 굴절률을 갖는다. 광학 요소에 적합한 재료는 고굴절률 유리(예를 들어, 상표명 LASF35로 미국 뉴욕주 엘름스포드 소재의 스코트 노쓰 아메리카 인크.(Schott North America, Inc.)로부터 입수가능한 스코트 유리 타입 LASF35) 및 세라믹(예를 들어, 사파이어, 산화아연, 지르코니아, 다이아몬드 및 탄화규소)과 같은 무기 재료를 비제한적으로 포함한다. 사파이어, 산화아연, 다이아몬드 및 탄화규소는 이들 재료가 또한 상대적으로 높은 열 전도도(0.2 - 5.0 W/㎝ K)를 갖기 때문에 특히 유용하다. 고굴절률 중합체 또는 나노입자 충전 중합체가 또한 고려된다. 적합한 중합체는 열가소성 중합체와 열경화성 중합체 둘 모두일 수 있다. 열가소성 중합체는 폴리카르보네이트 및 사이클릭 올레핀 공중합체를 포함할 수 있다. 열경화성 중합체는 예를 들어 아크릴계 물질, 에폭시, 실리콘 및 당업계에 알려진 다른 것일 수 있다. 적합한 세라믹 나노입자는 지르코니아, 티타니아, 산화아연 및 황화아연을 포함한다.The disclosed optical elements (particularly including extractors) are transparent and preferably have a relatively high refractive index. Suitable materials for the optical element are high refractive index glass (e.g., Scott glass type LASF35 available from Scott North America, Inc., Elmford, NY, trade name LASF35) and ceramic (e.g. Inorganic materials such as, for example, sapphire, zinc oxide, zirconia, diamond, and silicon carbide). Sapphire, zinc oxide, diamond and silicon carbide are particularly useful because these materials also have relatively high thermal conductivity (0.2-5.0 W / cm K). High refractive index polymers or nanoparticle filled polymers are also contemplated. Suitable polymers can be both thermoplastic polymers and thermoset polymers. Thermoplastic polymers can include polycarbonates and cyclic olefin copolymers. Thermosetting polymers can be, for example, acrylic materials, epoxies, silicones and others known in the art. Suitable ceramic nanoparticles include zirconia, titania, zinc oxide and zinc sulfide.

광학 요소의 굴절률(no)은 바람직하게는 LED 구성요소 발광면의 굴절률(ne)과 유사하다. 바람직하게는, 이들 둘 사이의 차이는 0.2 이하이다(|no - ne| ≤ 0.2). 선택적으로, 그 차이는 사용된 재료에 따라 0.2보다 클 수 있다. 예를 들어, 발광면은 1.75의 굴절률을 가질 수 있다. 적합한 광학 요소는 예를 들어 no ≥ 1.9, no ≥ 2.1 및 no ≥ 2.3을 비롯하여 1.75 이상의 굴절률(no ≥ 1.75)을 가질 수 있다. 선택적으로, no는 ne보다 작을 수 있다(예를 들어. no ≥ 1.7). 바람직하게는, 광학 소자의 굴절률은 주 발광면의 굴절률과 정합된다. 몇몇 실시예에서, 광학 요소와 발광면 둘 모두의 굴절률은 동일한 값일 수 있다(no = ne). 예를 들어, ne=1.76인 사파이어 발광면이 사파이어 광학 요소, 또는 no = 1.76을 갖는 (상표명 SF4로 미국 뉴욕주 엘름스포드 소재의 스코트 노쓰 아메리카 인크.로부터 입수 가능한) SF4의 유리 광학 요소와 정합될 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 요소의 굴절률은 발광면의 굴절률보다 높거나 낮을 수 있다. 고굴절률 재료로 제조될 때, 광학 요소는 고굴절률로 인해 LED 구성요소로부터의 광 추출을 증가시키고 그 형상으로 인해 광의 발광 분포를 변경하여, 맞춤형 발광 패턴을 제공한다.The refractive index n o of the optical element is preferably similar to the refractive index n e of the LED component emitting surface. Preferably, the difference between the two is 0.2 or less (| n o -n e | <0.2). Optionally, the difference can be greater than 0.2 depending on the material used. For example, the light emitting surface can have a refractive index of 1.75. Suitable optical elements may have a refractive index (n o ≧ 1.75) of at least 1.75, including for example n o ≧ 1.9, n o ≧ 2.1 and n o ≧ 2.3. Optionally, n o may be less than n e (eg n o ≧ 1.7). Preferably, the refractive index of the optical element is matched with the refractive index of the main light emitting surface. In some embodiments, the refractive indices of both the optical element and the emitting surface can be the same value (n o = n e ). For example, the sapphire emitting element with n e = 1.76 is a sapphire optical element, or a glass optical element of SF4 (available from Scott North America Inc., Elmford, NY, trade name SF4) with n o = 1.76. Can be matched with. In another embodiment, the refractive index of the optical element may be higher or lower than the refractive index of the light emitting surface. When made from a high refractive index material, the optical element increases light extraction from the LED components due to the high refractive index and changes the light emission distribution of the light due to its shape, thereby providing a customized light emission pattern.

본 명세서 전체에 걸쳐, LED 구성요소(12)는 간단하게 하기 위해 일반적으로 도시되었지만, 전술한 재발광 구성에 부가하여 당업계에 알려진 바와 같은 통상의 설계 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, LED 구성요소는 별개의 p- 및 n-도핑 반도체 층, 버퍼 층, 기재 층 및 덮개 층(superstrate layer)을 포함할 수 있다. 간단한 직사각형 LED 구성요소 배열이 도시되어 있지만, 다른 공지된 구성, 예를 들어 절두형 역 피라미드 LED 구성요소 형상을 형성하는 경사진 측면이 또한 고려된다. LED 구성요소에 대한 전기 접점이 또한 간단하게 하기 위해 도시되지 않았지만, 알려진 바와 같이 다이의 임의의 표면 상에 제공될 수 있다. 예시적인 실시예에 있어서, LED 구성요소는 "플립 칩(flip chip)" 디자인에서 바닥면에 모두 배치된 2개의 접점을 갖는다. 본 발명은 광학 요소의 형상이나 LED 구성요소의 형상을 한정하고자 하는 것이 아니고, 단지 예시적인 예를 제공한다.Throughout this specification, LED component 12 is generally shown for simplicity, but may include conventional design features as known in the art in addition to the re-emitting configuration described above. For example, the LED components can include separate p- and n-doped semiconductor layers, buffer layers, substrate layers, and superstrate layers. While a simple rectangular LED component arrangement is shown, the inclined sides forming other known configurations, for example truncated inverted pyramid LED component shapes, are also contemplated. Electrical contacts to the LED components are also not shown for simplicity, but may be provided on any surface of the die as is known. In an exemplary embodiment, the LED component has two contacts all disposed on the bottom surface in a "flip chip" design. The present invention is not intended to limit the shape of the optical elements or the shape of the LED components, but merely provides illustrative examples.

광학 요소와 LED 구성요소의 발광면 사이의 최소 갭이 소멸파 이하일 때, 광학 요소는 LED 구성요소에 광학적으로 결합되거나 광학 접촉하는 것으로 고려된다. 광학적 결합은 LED 구성요소와 광학 요소를 물리적으로 서로 가까이 배치함으로써 달성될 수 있다. 도 14는 LED 구성요소(12)의 발광면(12a)과 광학 요소(99)의 밑면(120) 사이의 갭(150)을 도시한다. 전형적으로, 갭(150)은 공기 갭이고, 전형적으로 아주 작아서 감쇠 내부 전반사(frustrated total internal reflection)를 촉진한다. 예를 들어, 도 14에서, 만일 갭(150)이 공기 내 광의 파장과 거의 유사하다면, 광학 요소(99)의 밑면(120)은 LED 구성요소(12)의 발광면(12a)에 광학적으로 근접한다. 바람직하게는, 갭(150)의 두께는 공기 내 광의 파장보다 작다. 다수의 파장의 광이 사용되는 LED에 있어서, 갭(150)은 바람직하게는 많아야 가장 긴 파장의 값이다. 적합한 갭 크기는 25 ㎚, 50 ㎚ 및 100 ㎚를 포함한다. 바람직하게는, LED 구성요소 및 광학 요소의 입력 개구 또는 밑면이 광학적 평탄도로 폴리싱되고 함께 웨이퍼 접합될 때와 같이 갭은 최소화된다.When the minimum gap between the optical element and the emitting surface of the LED component is below the evanescent wave, the optical element is considered to be optically coupled or in optical contact with the LED component. Optical coupling can be achieved by placing the LED component and the optical element physically close to each other. 14 shows a gap 150 between the light emitting surface 12a of the LED component 12 and the bottom 120 of the optical element 99. Typically, the gap 150 is an air gap and is typically very small to promote a frustrated total internal reflection. For example, in FIG. 14, if the gap 150 is nearly similar to the wavelength of light in the air, the bottom 120 of the optical element 99 is optically close to the light emitting surface 12a of the LED component 12. do. Preferably, the thickness of the gap 150 is smaller than the wavelength of light in the air. In LEDs where multiple wavelengths of light are used, the gap 150 is preferably at most the value of the longest wavelength. Suitable gap sizes include 25 nm, 50 nm and 100 nm. Preferably, the gap is minimized, such as when the input openings or bottoms of the LED components and optical elements are polished to optical flatness and wafer bonded together.

추가적으로, 갭(150)이 발광면(12a)과 밑면(120) 사이의 접촉 면적에 걸쳐 사실상 균일하고 발광면(12a) 및 밑면(120)이 20 ㎚ 미만, 바람직하게 5 ㎚ 미만의 거칠기를 갖는 것이 바람직하다. 그러한 구성에서, LED 구성요소-공기 계면에서 통상 내부 전반사되는 각도로 또는 탈출 원뿔(escape cone) 외측에서 LED 구성요소(12)로부터 발광된 광선은 대신 광학 요소(20) 내로 투과될 것이다. 광학적 결합을 촉진하기 위해 밑면(120)의 표면은 발광면(12a)과 정합하도록 형상화될 수 있다. 예를 들어, 만약 LED 구성요소(12)의 발광면(12a)이 도 14에 도시된 바와 같이 평평하면 광학 요소(99)의 밑면(120)도 또한 평평할 수 있다. 대안적으로, 만약 LED 구성요소의 발광면이 만곡되면(예를 들어, 약간 오목하면), 광학 요소의 밑면이 발광면과 정합하도록 형상화될 수 있다(예를 들어, 약간 볼록함). 밑면(120)의 크기는 LED 구성요소 발광면(12a)보다 작거나, 동일하거나 또는 클 수 있다. 밑면(120)은 LED 구성요소(12)와 동일하거나 상이한 단면 형상일 수 있다. 예를 들어, LED 구성요소는 정사각형 발광면을 가질 수 있는 반면, 광학 요소는 원형 밑면을 갖는다. 다른 변형이 당업자에게 명백할 것이다.In addition, the gap 150 is substantially uniform over the contact area between the light emitting surface 12a and the bottom 120 and the light emitting surface 12a and the bottom 120 have a roughness of less than 20 nm, preferably less than 5 nm. It is preferable. In such a configuration, light rays emitted from the LED component 12 at an angle that is generally totally internally reflected at the LED component-air interface or outside the escape cone will instead be transmitted into the optical element 20. The surface of the bottom 120 may be shaped to mate with the light emitting surface 12a to facilitate optical coupling. For example, if the emitting surface 12a of the LED component 12 is flat as shown in FIG. 14, the underside 120 of the optical element 99 may also be flat. Alternatively, if the emitting surface of the LED component is curved (eg slightly concave), the underside of the optical element may be shaped to match the emitting surface (eg slightly convex). The size of the bottom 120 may be smaller than, equal to, or larger than the LED component emitting surface 12a. Base 120 may be the same or different cross-sectional shape than LED component 12. For example, an LED component may have a square emitting surface while an optical element has a circular base. Other variations will be apparent to those skilled in the art.

적합한 갭 크기는 100 ㎚, 50 ㎚ 및 25 ㎚를 포함한다. 바람직하게는, LED 구성요소 및 광학 요소의 입력 개구 또는 밑면이 광학적 평탄도로 폴리싱되고 함께 웨이퍼 접합될 때와 같이 갭은 최소화된다. 광학 요소 및 LED 구성요소는 고온 및 고압을 가하여 광학적으로 결합된 배열을 제공함으로써 함께 접합될 수 있다. 임의의 공지된 웨이퍼 접합 기술이 사용될 수 있다. 예시적인 웨이퍼 접합 기술은 발명의 명칭이 "광학 요소 및 반도체 소자를 제조하는 공정"인 미국 특허 출원 공개 제2006/0094340호(오우더커크 등)에 기술된다.Suitable gap sizes include 100 nm, 50 nm and 25 nm. Preferably, the gap is minimized, such as when the input openings or bottoms of the LED components and optical elements are polished to optical flatness and wafer bonded together. Optical elements and LED components can be bonded together by applying high temperature and high pressure to provide an optically coupled arrangement. Any known wafer bonding technique can be used. Exemplary wafer bonding techniques are described in US Patent Application Publication No. 2006/0094340 (Oderkirk et al.) Entitled "Process for Manufacturing Optical Elements and Semiconductor Devices."

제한된 갭의 경우에, 광학적 결합은 LED 구성요소의 발광면과 광학 요소의 밑면 사이에 얇은 광학 전도층을 추가함으로써 달성되거나 증대될 수 있다. 도 22는 도 14에 도시된 것과 같은, 그러나 얇은 광학 전도층(660)이 갭(150) 내에 배치된 LED 구성요소 및 광학 요소의 개략적인 부분 측면도를 도시한다. 갭(150)과 마찬가지로, 광학 전도층(660)은 두께가 100 ㎚, 50 ㎚, 25 ㎚ 이하일 수 있다. 바람직하게는, 광학 결합층의 굴절률은 발광면 또는 광학 요소의 굴절률과 꼭 정합한다. 광학 전도층은 접합 구성과 비접합(기계적 분리) 구성 둘 모두에 사용될 수 있다. 접합 실시예에서, 광학 전도층은 예를 들어 투명 접착층, 무기 박막, 용융 가능한 유리 프릿(glass frit) 또는 다른 유사한 접합제를 비롯하여 광을 투과시키는 임의의 적합한 접합제일 수 있다. 접합 구성의 추가 예가 예를 들어 2002년 3월 14일에 공개된 발명의 명칭이 "개선된 광 추출 효율을 갖는 발광 다이오드"인 미국 특허 출원 공개 제2002/0030194호(캠라스 등)에 기술된다.In the case of a limited gap, optical coupling can be achieved or augmented by adding a thin optical conductive layer between the light emitting surface of the LED component and the underside of the optical element. FIG. 22 shows a schematic partial side view of an LED component and an optical element, such as shown in FIG. 14, but with a thin optical conductive layer 660 disposed within the gap 150. Like the gap 150, the optical conductive layer 660 may have a thickness of 100 nm, 50 nm, or 25 nm or less. Preferably, the refractive index of the optical coupling layer matches exactly with the refractive index of the light emitting surface or the optical element. The optical conductive layer can be used in both bonded and non-bonded (mechanical separation) configurations. In bonding embodiments, the optically conductive layer can be any suitable bonding agent that transmits light, including, for example, a transparent adhesive layer, an inorganic thin film, a meltable glass frit, or other similar binder. Further examples of junction configurations are described, for example, in US Patent Application Publication No. 2002/0030194 (Camras et al.) Entitled "Light Emitting Diodes with Improved Light Extraction Efficiency" published March 14, 2002. .

비접합 실시예에서, LED 구성요소는, LED 구성요소와 광학 요소 사이에 임의의 접착제 또는 다른 접합제를 사용하지 않고도, 광학 요소에 광학적으로 결합될 수 있다. 비접합 실시예는 LED 구성요소와 광학 요소 둘 모두가 기계적으로 분리되게 하고 서로 독립적으로 움직일 수 있게 한다. 예를 들어, 광학 요소는 LED 구성요소에 대해 측방향으로 움직일 수 있다. 다른 예에 있어서, 광학 요소와 LED 구성요소 둘 모두는 각 구성요소가 동작 중에 가열됨에 따라 자유롭게 팽창한다. 그러한 기계적으로 분리된 시스템에서, 팽창에 의해 발생된 전단(shear) 또는 수직(normal) 응력 힘의 대부분은 일 구성요소로부터 다른 구성요소로 전달되지 않는다. 다시 말하면, 일 구성요소의 이동은 다른 구성요소에 기계적으로 영향을 미치지 않는다. 발광 재료가 파손되기 쉽고, LED 구성요소와 광학 요소 사이에 열팽창 계수의 부정합이 존재하며, LED가 반복적으로 켜지고 꺼지는 경우에, 이러한 구성이 특히 바람직할 수 있다.In non-bonded embodiments, the LED component may be optically coupled to the optical element without using any adhesive or other bonding agent between the LED component and the optical element. Non-bonded embodiments allow both the LED component and the optical element to be mechanically separated and to move independently of each other. For example, the optical element can move laterally relative to the LED component. In another example, both the optical and LED components expand freely as each component is heated during operation. In such mechanically isolated systems, most of the shear or normal stress forces generated by expansion are not transferred from one component to another. In other words, the movement of one component does not mechanically affect other components. This configuration may be particularly desirable if the luminescent material is susceptible to breakage, there is a mismatch in thermal expansion coefficient between the LED component and the optical element, and the LED is repeatedly turned on and off.

기계적으로 분리된 구성은 광학 요소를 LED 구성요소에 광학적으로 근접 배치(둘 사이에 아주 작은 공기 갭만 있음)함으로써 형성될 수 있다. 공기 갭은 위에서 기술된 바와 같이 감쇠 내부 전반사를 촉진할 만큼 충분히 작아야 한다.Mechanically separate configurations can be formed by optically placing the optical element close to the LED component (with only a very small air gap between the two). The air gap should be small enough to promote total internal damping as described above.

대안적으로, 도 22에 도시된 바와 같이, 얇은 광학 전도층이 광학 요소와 LED 구성요소가 독립적으로 움직이게 할 수 있다면, 이 얇은 광학 전도층(660)(예를 들어, 굴절률 정합 유체)이 광학 요소(99)와 LED 구성요소(12) 사이의 갭(150)에 추가될 수 있다. 광학 전도층(660)에 적합한 재료의 예는 굴절률 정합 오일 및 유사한 광학적 특성을 갖는 다른 액체 또는 젤을 포함한다. 선택적으로, 광학 전도층(660)은 또한 열전도성일 수 있다.Alternatively, as shown in FIG. 22, if a thin optical conductive layer can cause the optical element and the LED component to move independently, this thin optical conductive layer 660 (eg, refractive index matching fluid) It may be added to the gap 150 between the element 99 and the LED component 12. Examples of suitable materials for the optically conductive layer 660 include refractive index matching oils and other liquids or gels having similar optical properties. Optionally, the optically conductive layer 660 can also be thermally conductive.

광학 요소와 LED 구성요소는 최종 LED 패키지 또는 광원을 만들기 위해 임의의 공지된 인캡슐런트 재료를 사용하여 함께 캡슐화될 수 있다. 광학 요소와 LED 구성요소를 캡슐화하는 것은 비접합 실시예에서 그것들을 함께 유지하는 방법을 제공하는 것이다.The optical element and the LED component may be encapsulated together using any known encapsulant material to make a final LED package or light source. Encapsulating the optical element and the LED component provides a way to keep them together in a non-bonded embodiment.

추가의 비접합 구성은 발명의 명칭이 "비접합 광학 요소를 갖는 LED 패키지"이고 본 출원인의 공동 소유인 미국 특허 출원 공개 제2006/0091784호(코너 등)에 기술된다.Additional non-junction configurations are described in US Patent Application Publication No. 2006/0091784 (Corner et al.), Entitled “LED Packages with Non-junction Optical Elements,” and which are co-owned by the applicant.

광학 요소는 하나의 구조로부터 제조, 예를 들어 재료의 하나의 블록으로부터 절단될 수 있거나, 또는 2개 이상의 섹션을 함께 결합함으로써 복합 구성으로 제조될 수 있다.The optical element may be manufactured from one structure, for example cut from one block of material, or may be manufactured in a composite configuration by joining two or more sections together.

제1 섹션은 바람직하게는 LED 구성요소와 광학 접촉하고, 높은 굴절률(바람직하게는 발광면에서 LED 구성요소 굴절률과 대략 동일함), 및 선택적으로 높은 열 전도도, 및/또는 높은 열 안정성을 갖는 제1 광학 재료로 제조된다. 이와 관련하여, 높은 열 안정성은 약 600℃ 이상의 분해 온도를 갖는 재료를 말한다. 제1 섹션의 두께는 바람직하게는 광학적으로 두껍다(예를 들어, 효과적으로는 적어도 5 마이크로미터, 또는 광 파장의 10배).The first section is preferably in optical contact with the LED component, and has a high refractive index (preferably approximately equal to the LED component refractive index in terms of emission), and optionally high thermal conductivity, and / or high thermal stability. It is made of one optical material. In this regard, high thermal stability refers to materials having a decomposition temperature of about 600 ° C. or higher. The thickness of the first section is preferably optically thick (eg, at least 5 micrometers effectively, or 10 times the light wavelength).

탄화규소는 또한 전기 전도성이고, 그럼으로써 전기 접점 또는 회로 기능을 또한 제공할 수 있다. 광학 요소 내의 산란은 그 산란이 광학 요소의 입력 단부 또는 밑면에 인접한 위치로 제한되는 경우 허용될 수 있다. 그러나, LED 구성요소로부터 광을 효율적으로 결합하기에 충분한 길이를 갖는 광학 요소를 제조하는 것은 비싸고 시간 소모적일 수 있다. 일 부품의 광학 요소를 제조하는 데 있어서의 추가적인 과제는, 재료 수율이 상대적으로 낮을 수 있고 형상 인자(form factor)에 의해 LED 구성요소가 광학 요소와 개별적으로 조립되게 할 수 있다는 것이다. 이러한 이유로, 광학 요소를 서로 다른 광학 재료로 제조된 2개의 (또는 그보다 많은) 섹션으로 분할하여 제조 비용을 감소시키는 것이 유리할 수 있다.Silicon carbide is also electrically conductive, thereby providing electrical contact or circuit functionality as well. Scattering in the optical element may be allowed if the scattering is limited to a position adjacent the input end or bottom of the optical element. However, fabricating an optical element with a length sufficient to efficiently combine light from the LED component can be expensive and time consuming. A further challenge in manufacturing one part of the optical element is that the material yield can be relatively low and the form factor allows the LED component to be assembled separately from the optical element. For this reason, it may be advantageous to divide the optical element into two (or more) sections made of different optical materials to reduce the manufacturing cost.

제2 섹션은 제1 섹션에 결합되고 제2 광학 재료로 제조되는데, 제2 광학 재료는 낮은 재료 비용을 갖고 제1 재료보다 더 용이하게 제작될 수 있다. 제2 광학 재료는 제1 광학 재료에 비해 굴절률이 낮거나, 열 전도도가 낮거나, 또는 둘 모두일 수 있다. 예를 들어, 제2 광학 재료는 유리, 중합체, 세라믹, 세라믹 나노입자 충전 중합체, 및 다른 광학적으로 투명한 재료를 포함할 수 있다. 적합한 유리로는 납, 지르코늄, 티타늄 및 바륨의 산화물을 포함하는 것들이 포함된다. 유리는 티탄산염, 지르콘산염 및 주석산염을 포함하는 화합물로부터 제조될 수 있다. 적합한 세라믹 나노입자는 지르코니아, 티타니아, 산화아연 및 황화아연을 포함한다.The second section is coupled to the first section and is made of a second optical material, which can be made easier than the first material with a low material cost. The second optical material may have a lower refractive index, lower thermal conductivity, or both as compared to the first optical material. For example, the second optical material may include glass, polymers, ceramics, ceramic nanoparticle filled polymers, and other optically transparent materials. Suitable glasses include those comprising oxides of lead, zirconium, titanium and barium. The glass can be made from compounds comprising titanate, zirconate and tartarate. Suitable ceramic nanoparticles include zirconia, titania, zinc oxide and zinc sulfide.

선택적으로, 제3 광학 재료로 구성된 제3 섹션은 제2 섹션에 결합되어 LED 광을 외부 환경에 결합하는 것을 추가로 도울 수 있다. 일 실시예에서, 3개의 섹션의 굴절률은 n1 > n2 > n3이 되도록 배열되어 광학 요소와 관련된 전체 프레넬 표면 반사를 최소화한다.Optionally, a third section comprised of a third optical material may be coupled to the second section to further assist in coupling the LED light to the external environment. In one embodiment, the refractive indices of the three sections are arranged such that n 1 > n 2 > n 3 to minimize the overall Fresnel surface reflection associated with the optical element.

개시된 광원은 그래픽 디스플레이 장치, 예를 들어 대형 또는 소형 스크린 비디오 모니터, 컴퓨터 모니터 또는 디스플레이, 텔레비전, 전화기 또는 전화기 디스플레이, 개인 휴대 정보 단말기 또는 개인 휴대 정보 단말기 디스플레이, 호출기 또는 호출기 디스플레이, 계산기 또는 계산기 디스플레이, 게임기 또는 게임기 디스플레이, 장난감 또는 장난감 디스플레이, 대형 또는 소형 기기 또는 대형 또는 소형 기기 디스플레이, 자동차 대시보드 또는 자동차 대시보드 디스플레이, 자동차 인테리어 또는 자동차 인테리어 디스플레이, 선박 대시보드 또는 선박 대시보드 디스플레이, 선박 인테리어 또는 선박 인테리어 디스플레이, 항공기 대시보드 또는 항공기 대시보드 디스플레이, 항공기 인테리어 또는 항공기 인테리어 디스플레이, 교통 제어기 또는 교통 제어기 디스플레이, 광고 디스플레이, 또는 광고 표지 등의 구성요소 또는 필수 구성요소일 수 있다.The disclosed light sources are graphic display devices such as large or small screen video monitors, computer monitors or displays, televisions, telephones or telephone displays, personal digital assistants or personal digital assistant displays, pager or pager displays, calculators or calculator displays, Game console or game console display, toy or toy display, large or small appliance or large or small appliance display, car dashboard or car dashboard display, car interior or car interior display, ship dashboard or ship dashboard display, ship interior or ship Interior display, aircraft dashboard or aircraft dashboard display, aircraft interior or aircraft interior display, traffic controller or bridge The controller may be a display, advertisement display, or a component or an essential component of advertising signs and the like.

개시된 광원은 액정 디스플레이(LCD) 또는 유사한 디스플레이의 구성요소 또는 필수 구성요소, 즉 이러한 디스플레이에 대한 백라이트와 같은 것일 수 있다. 일부 실시예에서, 반도체 소자는 특히 반도체 소자에 의해 발광된 색을 LCD 디스플레이의 컬러 필터에 정합함으로써 액정 디스플레이용 백라이트로서 사용하도록 구성된다.The disclosed light source may be such as a component or essential component of a liquid crystal display (LCD) or similar display, ie a backlight for such a display. In some embodiments, the semiconductor device is configured for use as a backlight for liquid crystal displays, in particular by matching the color emitted by the semiconductor device to the color filter of the LCD display.

개시된 광원은 조명 장치, 예를 들어 자립식 또는 내장형 조명 설비 또는 램프, 조경 또는 건축 조명 설비, 핸드헬드 또는 차량 장착 램프, 자동차 헤드라이트 또는 미등, 자동차 내부 조명 설비, 자동차용 또는 자동차 이외 용도의 신호기, 도로 조명 장치, 교통 제어 신호기, 선박 램프 또는 신호기 또는 내부 조명 설비, 항공기 램프 또는 신호기 또는 내부 조명 설비, 대형 또는 소형 기기 또는 대형 또는 소형 기기 램프 등의 구성요소 또는 필수 구성 요소; 또는 적외선, 가시광선 또는 자외선 광원으로서 사용되는 임의의 소자 또는 구성요소일 수 있다.The disclosed light sources are lighting devices, for example self-contained or built-in lighting fixtures or lamps, landscape or architectural lighting fixtures, handheld or vehicle mounted lamps, automotive headlights or taillights, automotive interior lighting fixtures, signals for automotive or non-automotive use Components or essential components such as road lighting devices, traffic control signals, ship lamps or signals or interior lighting fixtures, aircraft lamps or signals or interior lighting fixtures, large or small appliances or large or small appliance lamps; Or any device or component used as an infrared, visible or ultraviolet light source.

일부 경우에, 광원은 (a) 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED, (b) pn 접합부 내에 위치되지 않은 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 재발광 반도체 구성, (c) 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하고 제1 굴절률을 갖는 패터닝된 저굴절률 층, 및 (d) 발광면의 제2 부분과 광학 접촉하는 입력면을 갖고 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 갖는 광학 요소를 포함한다. 일부 경우에, 패터닝된 저굴절률 층은 광원 내에 발생된 적어도 일부 광을 위해 발광면에서 내부 전반사를 제공한다.In some cases, the light source comprises (a) a LED capable of emitting light of a first wavelength, (b) a re-emitting semiconductor construction comprising a potential well not located within a pn junction and having a light emitting surface, (c) of the light emitting surface A patterned low refractive index layer in optical contact with the first portion and having a first refractive index, and (d) an optical element having an input surface in optical contact with the second portion of the light emitting surface and having a second refractive index higher than the first refractive index. do. In some cases, the patterned low refractive index layer provides total internal reflection at the light emitting surface for at least some of the light generated within the light source.

일부 경우에, 광원은 (a) (i) 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED, 및 (ii) pn 접합부 내에 위치되지 않은 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 재발광 반도체 구성을 포함하는 LED 구성요소; (b) LED 구성요소에 의해 발생된 광의 적어도 일부를 LED 구성요소 내로 다시 내부 전반사하고 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하는 수단; 및 (c) 제1 부분과 상이한 발광면의 제2 부분과 광학 접촉하는 입력면을 갖는 광학 요소를 포함한다.In some cases, the light source comprises (a) a re-emitting semiconductor construction comprising (i) an LED capable of emitting light of a first wavelength, and (ii) a potential well not located within the pn junction and having an emitting surface. LED component; (b) means for totally internal reflection of at least a portion of the light generated by the LED component back into the LED component and in optical contact with the first portion of the emitting surface; And (c) an optical element having an input surface in optical contact with a second portion of the emitting surface different from the first portion.

일부 경우에, 광원은 (a) (i) 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED, 및 (ii) pn 접합부 내에 위치되지 않는 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 재발광 반도체 구성을 갖는 LED 구성요소; 및 (b) 입력면 및 출력면을 갖는 시준 광학 요소를 포함한다. 일부 경우에, 입력면은 발광면의 적어도 일부와 광학 접촉한다. 일부 경우에, 광학 요소는 입력면을 포함하고 제1 재료로 구성된 제1 부분을 포함한다. 일부 경우에, 광학 요소는 출력 단부를 포함하고 제2 재료로 구성된 제2 부분을 포함한다. 일부 경우에, 제1 재료는 제2 재료의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 제1 부분은 제2 재료의 열 전도도보다 큰 열 전도도를 갖는다.In some cases, the light source has (a) an LED capable of emitting light of a first wavelength, and (ii) an LED having a re-emitting semiconductor construction having a light emitting surface comprising a potential well not located within the pn junction. Component; And (b) a collimating optical element having an input surface and an output surface. In some cases, the input surface is in optical contact with at least a portion of the light emitting surface. In some cases, the optical element comprises a first portion comprising an input surface and composed of a first material. In some cases, the optical element includes a second portion comprising an output end and composed of a second material. In some cases, the first material has a refractive index that is greater than the refractive index of the second material. In some cases, the first portion has a thermal conductivity greater than that of the second material.

일부 경우에, 광원은 (a) (i) 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED, 및 (ii) pn 접합부 내에 위치되지 않는 제2 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 재발광 반도체 구성을 갖는 LED 구성요소; 및 (b) 각각이 입력면을 갖는 복수의 광학 요소를 포함한다. 일부 경우에, 광학 요소는 입력면들이 서로 이격되고 발광면의 상이한 부분과 광학 접촉하도록 하는 크기를 갖는다.In some cases, the light source may comprise (a) a light emitting semiconductor configuration comprising (i) an LED capable of emitting light of a first wavelength, and (ii) a second potential well not located within the pn junction and having an emitting surface. An LED component; And (b) a plurality of optical elements each having an input surface. In some cases, the optical element is sized such that the input surfaces are spaced from each other and in optical contact with different portions of the light emitting surface.

일부 경우에, 광원은 (a) pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물 및 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함하고, 발광면을 갖는 LED 구성요소; (b) 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하고 제1 굴절률을 갖는 패터닝된 저굴절률 층; 및 (c) 발광면의 제2 부분과 광학 접촉하는 입력면을 갖는 광학 요소를 포함한다. 일부 경우에, 광학 요소는 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 패터닝된 저굴절률 층은 광원 내에 발생된 적어도 일부 광을 위해 발광면에서 내부 전반사를 제공한다.In some cases, the light source includes (a) an LED component having a first potential well located in the pn junction and a second potential well not located in the pn junction, the LED component having a light emitting surface; (b) a patterned low refractive index layer in optical contact with the first portion of the emitting surface and having a first refractive index; And (c) an optical element having an input surface in optical contact with the second portion of the light emitting surface. In some cases, the optical element has a second refractive index that is greater than the first refractive index. In some cases, the patterned low refractive index layer provides total internal reflection at the light emitting surface for at least some of the light generated within the light source.

일부 경우에, 광원은 (a) pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물 및 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 LED 구성요소; (b) LED 구성요소에 의해 발생된 광의 적어도 일부를 LED 구성요소 내로 다시 내부 전반사하고 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하는 수단; 및 (c) 제1 부분과 상이한 발광면의 제2 부분과 광학 접촉하는 입력면을 갖는 광학 요소를 포함한다. In some cases, the light source includes (a) an LED component comprising a first potential well located in the pn junction and a second potential well not located in the pn junction and having a light emitting surface; (b) means for totally internal reflection of at least a portion of the light generated by the LED component back into the LED component and in optical contact with the first portion of the emitting surface; And (c) an optical element having an input surface in optical contact with a second portion of the emitting surface different from the first portion.

일부 경우에, 광원은 (a) pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물 및 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 LED 구성요소; 및 (b) 입력면 및 출력면을 갖는 시준 광학 요소를 포함한다. 일부 경우에, 입력면은 발광면의 적어도 일부와 광학 접촉한다. 일부 경우에, 광학 요소는 입력면을 포함하고 제1 재료로 구성된 제1 부분을 포함한다. 일부 경우에, 광학 요소는 출력면을 포함하고 제2 재료로 구성된 제2 부분을 포함한다. 일부 경우에, 제1 재료는 제2 재료의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 제1 재료는 제2 재료의 열 전도도보다 큰 열 전도도를 갖는다.In some cases, the light source includes (a) an LED component comprising a first potential well located in the pn junction and a second potential well not located in the pn junction and having a light emitting surface; And (b) a collimating optical element having an input surface and an output surface. In some cases, the input surface is in optical contact with at least a portion of the light emitting surface. In some cases, the optical element comprises a first portion comprising an input surface and composed of a first material. In some cases, the optical element includes a second portion comprising an output surface and composed of a second material. In some cases, the first material has a refractive index that is greater than the refractive index of the second material. In some cases, the first material has a thermal conductivity greater than that of the second material.

일부 경우에, 광원은 (a) pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물 및 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 LED 구성요소; 및 (b) 각각이 입력면을 갖는 복수의 광학 요소를 포함한다. 일부 경우에, 광학 요소는 입력면들이 서로 이격되고 발광면의 상이한 부분과 광학 접촉하도록 하는 크기를 갖는다.In some cases, the light source includes (a) an LED component comprising a first potential well located in the pn junction and a second potential well not located in the pn junction and having a light emitting surface; And (b) a plurality of optical elements each having an input surface. In some cases, the optical element is sized such that the input surfaces are spaced from each other and in optical contact with different portions of the light emitting surface.

일부 경우에, 광원은 (a) 제1 파장의 광을 발광할 수 있고 발광면을 갖는 LED; (b) pn 접합부 내에 위치되지 않은 포텐셜 우물을 포함하는 재발광 반도체 구성; (c) 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하고 제1 굴절률을 갖는 패터닝된 저굴절률 층; 및 (d) 발광면의 제2 부분과 광학 접촉하는 입력면을 갖는 광학 요소를 포함한다. 일부 경우에, 광학 요소는 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 패터닝된 저굴절률 층은 광원 내에 발생된 적어도 일부 광을 위해 발광면에서 내부 전반사를 제공한다.In some cases, the light source may comprise (a) an LED capable of emitting light of a first wavelength and having a light emitting surface; (b) a re-emitting semiconductor construction comprising a potential well not located within a pn junction; (c) a patterned low refractive index layer in optical contact with the first portion of the emitting surface and having a first refractive index; And (d) an optical element having an input surface in optical contact with the second portion of the light emitting surface. In some cases, the optical element has a second refractive index that is greater than the first refractive index. In some cases, the patterned low refractive index layer provides total internal reflection at the light emitting surface for at least some of the light generated within the light source.

일부 경우에, 광원은 (a) (i) 제1 파장의 광을 발광할 수 있고 발광면을 갖는 LED, 및 (ii) pn 접합부 내에 위치되지 않은 포텐셜 우물을 포함하는 재발광 반도체 구성을 포함하는 LED 구성요소; (b) LED 구성요소에 의해 발생된 광의 적어도 일부를 LED 구성요소 내로 다시 내부 전반사하고 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하는 수단; 및 (c) 제1 부분과 상이한 발광면의 제2 부분과 광학 접촉하는 입력면을 갖는 광학 요소를 포함한다.In some cases, the light source comprises (a) a re-emitting semiconductor construction comprising (i) an LED capable of emitting light of a first wavelength and having an emitting surface, and (ii) a potential well not located within the pn junction. LED component; (b) means for totally internal reflection of at least a portion of the light generated by the LED component back into the LED component and in optical contact with the first portion of the emitting surface; And (c) an optical element having an input surface in optical contact with a second portion of the emitting surface different from the first portion.

일부 경우에, 광원은 (a) (i) 제1 파장의 광을 발광할 수 있고 발광면을 갖는 LED, 및 (ii) pn 접합부 내에 위치되지 않는 포텐셜 우물을 구비하는 재발광 반도체 구성을 포함하는 LED 구성요소; 및 (b) 입력면 및 출력면을 갖는 시준 광학 요소를 포함한다. 일부 경우에, 입력면은 발광면의 적어도 일부와 광학 접촉한다. 일부 경우에, 광학 요소는 입력면을 포함하고 제1 재료로 구성된 제1 부분을 포함한다. 일부 경우에, 광학 요소는 출력면을 포함하고 제2 재료로 구성된 제2 부분을 포함한다. 일부 경우에, 제1 재료는 제2 재료의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 제1 재료는 제2 재료의 열 전도도보다 큰 열 전도도를 갖는다.In some cases, the light source comprises (a) a re-emitting semiconductor construction comprising (i) an LED having a light emitting surface and having a light emitting surface, and (ii) a potential well not located within the pn junction. LED component; And (b) a collimating optical element having an input surface and an output surface. In some cases, the input surface is in optical contact with at least a portion of the light emitting surface. In some cases, the optical element comprises a first portion comprising an input surface and composed of a first material. In some cases, the optical element includes a second portion comprising an output surface and composed of a second material. In some cases, the first material has a refractive index that is greater than the refractive index of the second material. In some cases, the first material has a thermal conductivity greater than that of the second material.

일부 경우에, 광원은 (a) (i) 제1 파장의 광을 발광할 수 있고 발광면을 갖는 LED, 및 (ii) pn 접합부 내에 위치되지 않는 포텐셜 우물을 구비하는 재발광 반도체 구성을 포함하는 LED 구성요소; 및 (b) 각각이 입력면을 갖는 복수의 광학 요소를 포함한다. 일부 경우에, 광학 요소는 입력면들이 서로 이격되고 발광면의 상이한 부분과 광학 접촉하도록 하는 크기를 갖는다.In some cases, the light source comprises (a) a re-emitting semiconductor construction comprising (i) an LED having a light emitting surface and having a light emitting surface, and (ii) a potential well not located within the pn junction. LED component; And (b) a plurality of optical elements each having an input surface. In some cases, the optical element is sized such that the input surfaces are spaced from each other and in optical contact with different portions of the light emitting surface.

일부 경우에, 광원은 (a) 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED, (b) pn 접합부 내에 위치되지 않은 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 재발광 반도체 구성; 및 (c) 발광면과 광학 접촉하는 입력면을 갖는 광 추출기를 포함한다.In some cases, the light source comprises (a) a LED capable of emitting light of a first wavelength, (b) a re-emitting semiconductor construction having a potential well that is not located within a pn junction and having a light emitting surface; And (c) a light extractor having an input surface in optical contact with the light emitting surface.

일부 경우에, 광원은 (a) pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물 및 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 LED 구성요소; 및 (b) 발광면과 광학 접촉하는 입력면을 갖는 광 추출기를 포함한다.In some cases, the light source includes (a) an LED component comprising a first potential well located in the pn junction and a second potential well not located in the pn junction and having a light emitting surface; And (b) a light extractor having an input surface in optical contact with the light emitting surface.

일부 경우에, 광원은 (a) 제1 파장의 광을 발광할 수 있고 발광면을 갖는 LED; (b) pn 접합부 내에 위치되지 않은 포텐셜 우물을 포함하는 재발광 반도체 구성; 및 (c) 발광면과 광학 접촉하는 입력면을 갖는 광 추출기를 포함한다.In some cases, the light source may comprise (a) an LED capable of emitting light of a first wavelength and having a light emitting surface; (b) a re-emitting semiconductor construction comprising a potential well not located within a pn junction; And (c) a light extractor having an input surface in optical contact with the light emitting surface.

일부 경우에, 광원은 (a) 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED; (b) pn 접합부 내에 위치되지 않은 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 재발광 반도체 구성; 및 (c) 발광면의 전부보다 작은 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하는 패터닝된 저굴절률 층을 포함한다. 일부 경우에, 패터닝된 층은 발광면의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다.In some cases, the light source includes (a) an LED capable of emitting light of a first wavelength; (b) a re-emitting semiconductor construction comprising a potential well not located within a pn junction and having a light emitting surface; And (c) a patterned low refractive index layer in optical contact with the first portion of the light emitting surface that is less than all of the light emitting surface. In some cases, the patterned layer has a refractive index lower than the refractive index of the emitting surface.

일부 경우에, 광원은 (a) pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물 및 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖는 LED 구성요소; 및 (b) 발광면의 전부보다 작은 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하는 패터닝된 저굴절률 층을 포함한다. 일부 경우에, 패터닝된 층은 발광면의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다.In some cases, the light source includes (a) an LED component comprising a first potential well located in the pn junction and a second potential well not located in the pn junction and having a light emitting surface; And (b) a patterned low refractive index layer in optical contact with the first portion of the light emitting surface that is less than all of the light emitting surface. In some cases, the patterned layer has a refractive index lower than the refractive index of the emitting surface.

일부 경우에, 광원은 (a) 제1 파장의 광을 발광할 수 있고 발광면을 갖는 LED; (b) pn 접합부 내에 위치되지 않은 포텐셜 우물을 포함하는 재발광 반도체 구성; 및 (c) 발광면의 전부보다 작은 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하는 패터닝된 저굴절률 층을 포함한다. 일부 경우에, 패터닝된 층은 발광면의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다. 일부 경우에, 그래픽 디스플레이 장치 또는 조명 장치는 이러한 광원을 포함한다.In some cases, the light source may comprise (a) an LED capable of emitting light of a first wavelength and having a light emitting surface; (b) a re-emitting semiconductor construction comprising a potential well not located within a pn junction; And (c) a patterned low refractive index layer in optical contact with the first portion of the light emitting surface that is less than all of the light emitting surface. In some cases, the patterned layer has a refractive index lower than the refractive index of the emitting surface. In some cases, the graphic display device or lighting device includes such a light source.

본 발명의 다양한 변형 및 변경은 본 발명의 범주 및 원리로부터 벗어남이 없이 당업계의 숙련자에게 명백하게 될 것이며, 본 발명이 전술한 예시적인 실시예들로 부당하게 한정되지 않음을 이해하여야 한다.Various modifications and alterations of this invention will become apparent to those skilled in the art without departing from the scope and principles of this invention, and it should be understood that this invention is not unduly limited to the illustrative embodiments set forth above.

Claims (21)

발광면을 갖고, 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED 및 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함하는 재발광 반도체 구성을 포함하는 LED 구성요소; 및 An LED component having a light emitting surface and comprising a LED capable of emitting light of a first wavelength and a re-emitting semiconductor construction comprising a second potential well not located within a pn junction; And 발광면의 적어도 일부와 광학 접촉하는 입력면 및 출력면을 갖는 광학 요소를 포함하는 광원.A light source comprising an optical element having an input surface and an output surface in optical contact with at least a portion of the light emitting surface. 제1항에 있어서, 제2 포텐셜 우물은 양자 우물이거나 양자 우물을 포함하는 광원.The light source of claim 1, wherein the second potential well is a quantum well or comprises a quantum well. 제1항에 있어서, LED는 pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물을 포함하는 광원.The light source of claim 1, wherein the LED comprises a first potential well located within a pn junction. 제1항에 있어서, 발광면은 LED 다이의 표면이고, 광학 요소는 LED 다이와 재발광 반도체 구성 사이에 배치되는 광원.The light source of claim 1, wherein the light emitting surface is a surface of the LED die and the optical element is disposed between the LED die and the re-emitting semiconductor construction. 제4항에 있어서, 재발광 반도체 구성은 광학 요소의 출력면에 접합되는 광원.The light source of claim 4, wherein the re-emitting semiconductor construction is bonded to the output surface of the optical element. 제1항에 있어서, 발광면은 재발광 반도체 구성의 표면이고, 재발광 반도체 구성은 LED와 광학 요소 사이에 배치되는 광원.The light source of claim 1, wherein the light emitting surface is a surface of a re-emitting semiconductor construction, wherein the re-emitting semiconductor construction is disposed between the LED and the optical element. 제6항에 있어서, 재발광 반도체 구성은 접합층에 의해 LED에 부착되는 광원.The light source of claim 6, wherein the re-emitting semiconductor construction is attached to the LED by a bonding layer. 제6항에 있어서, 재발광 반도체 구성 및 LED는 동일한 반도체 웨이퍼 상에 형성된 단일 구성을 갖는 광원.The light source of claim 6, wherein the re-emitting semiconductor construction and the LED have a single configuration formed on the same semiconductor wafer. 제1항에 있어서, 광학 요소는 인캡슐런트를 포함하는 광원.The light source of claim 1, wherein the optical element comprises an encapsulant. 제1항에 있어서, 광학 요소는 추출기를 포함하는 광원.The light source of claim 1, wherein the optical element comprises an extractor. 제1항에 있어서, 광학 요소는 렌즈를 포함하는 광원.The light source of claim 1, wherein the optical element comprises a lens. 제1항에 있어서, 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하고 제1 굴절률을 갖는 패터닝된 저굴절률 층을 추가로 포함하고, 광학 요소의 입력면은 발광면의 제2 부분과 광학 접촉하고, 광학 요소는 제1 굴절률보다 높은 제2 굴절률을 갖는 광원.The light emitting device of claim 1, further comprising a patterned low refractive index layer in optical contact with the first portion of the emitting surface and having a first refractive index, wherein the input surface of the optical element is in optical contact with the second portion of the emitting surface, The element has a second refractive index higher than the first refractive index. 제1항에 있어서, LED 구성요소에 의해 발생된 광의 적어도 일부를 LED 구성요소 내로 다시 내부 전반사하고 발광면의 제1 부분과 광학 접촉하는 수단을 추가 로 포함하고, 광학 요소의 입력면은 상기 제1 부분과 상이한 발광면의 제2 부분과 광학 접촉하는 광원.The optical component of claim 1, further comprising means for totally internally reflecting at least a portion of the light generated by the LED component back into the LED component and in optical contact with the first portion of the light emitting surface, wherein the input surface of the optical element is formed of the first component. A light source in optical contact with a second portion of the emitting surface different from one portion. 제1항에 있어서, 광학 요소는 입력면을 포함하고 제1 재료로 구성된 제1 부분을 포함하고, 광학 요소는 출력 단부를 포함하고 제2 재료로 구성된 제2 부분을 포함하고, 제1 재료는 제2 재료보다 굴절률이 큰 광원.The optical element of claim 1, wherein the optical element comprises a first portion comprising an input surface and comprised of a first material, the optical element comprising a second portion comprising an output end and comprised of a second material, wherein the first material is A light source having a higher refractive index than the second material. 제1항에 있어서, 광학 요소는 각각이 입력면을 갖는 복수의 광학 요소들 중 하나이고, 광학 요소는 입력면들이 서로 이격되고 발광면의 상이한 부분과 광학 접촉하도록 하는 크기를 갖는 광원.The light source of claim 1, wherein the optical element is one of a plurality of optical elements each having an input surface, the optical element having a size such that the input surfaces are spaced from each other and in optical contact with a different portion of the light emitting surface. 제1항에 있어서, 광학 요소는 밑면, 2개의 수렴 측면, 및 2개의 발산 측면을 포함하는 광원.The light source of claim 1, wherein the optical element comprises a bottom, two converging sides, and two diverging sides. 제1항에 있어서, 광학 요소는 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 유도하도록 형상화되어 측면 발광 패턴을 생성하는 광원.The light source of claim 1, wherein the optical element is shaped to direct light emitted by the LED component to produce a side emission pattern. 제1항에 있어서, 광학 요소는 밑면, 밑면보다 작은 정점부, 및 밑면과 정점부 사이로 연장하는 수렴 측면을 포함하는 광원.The light source of claim 1, wherein the optical element comprises a bottom, a vertex smaller than the bottom, and a converging side extending between the bottom and the vertex. 제18항에 있어서, 밑면은 광학 요소의 입력면이고, 밑면은 LED 구성요소의 발광면보다 크기가 크지 않은 광원.19. The light source of claim 18, wherein the bottom is an input face of the optical element and the bottom is no larger than the light emitting face of the LED component. 제1항에 따른 광원을 포함하는 그래픽 디스플레이 장치.Graphic display device comprising a light source according to claim 1. 제1항에 따른 광원을 포함하는 조명 장치.Lighting device comprising a light source according to claim 1.
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