KR20090018623A - 재발광 반도체 구성 및 수렴 광학 요소를 갖는 ｌｅｄ 소자 - Google Patents

재발광 반도체 구성 및 수렴 광학 요소를 갖는 ｌｅｄ 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR20090018623A
KR20090018623A KR1020087029938A KR20087029938A KR20090018623A KR 20090018623 A KR20090018623 A KR 20090018623A KR 1020087029938 A KR1020087029938 A KR 1020087029938A KR 20087029938 A KR20087029938 A KR 20087029938A KR 20090018623 A KR20090018623 A KR 20090018623A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical element
light
led
emitting surface
emitting
Prior art date
Application number
KR1020087029938A
Other languages
English (en)
Inventor
마이클 에이. 하세
Original Assignee
쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 filed Critical 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
Publication of KR20090018623A publication Critical patent/KR20090018623A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/58—Optical field-shaping elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0028—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed refractive and reflective surfaces, e.g. non-imaging catadioptric systems
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0061—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source the light source comprising a LED
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
    • G02B19/0071—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source adapted to illuminate a complete hemisphere or a plane extending 360 degrees around the source
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B19/00—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics
    • G02B19/0033—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use
    • G02B19/0095—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with ultraviolet radiation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/08—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a plurality of light emitting regions, e.g. laterally discontinuous light emitting layer or photoluminescent region integrated within the semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50—Wavelength conversion elements
    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

발광면을 갖는 LED 구성요소를 포함하는 광원이 제공되며, 이 LED 구성요소는 i) 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED, 및 ii) pn 접합부 내에 위치되지 않는 제2 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖거나 또는 대안적으로 pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물 및 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함할 수 있고, 수렴 광학 요소를 추가적으로 포함하는 재발광 반도체 구성을 포함할 수 있다.
광원, LED, 재발광 반도체, 발광면, 광학 요소

Description

재발광 반도체 구성 및 수렴 광학 요소를 갖는 ＬＥＤ 소자{LED DEVICE WITH RE-EMITTING SEMICONDUCTOR CONSTRUCTION AND CONVERGING OPTICAL ELEMENT}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2006년 6월 12일자로 출원된 미국 가특허 출원 제60/804544호의 이득을 청구하며, 상기 가특허 출원의 개시 내용은 본 명세서에 전체적으로 참고로 포함된다.
본 발명은 광원에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 발광 다이오드(LED), 재발광 반도체 구성 및 본 명세서에 설명되어 있는 바와 같은 수렴 광학 요소를 포함하는 광원에 관한 것이다.
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.
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.
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)].
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)].
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.
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.
미국 특허 출원 공개 제2005/0023545호가 본 명서세에 참고로 포함된다.
요약하면, 본 발명은 발광면을 갖는 LED 구성요소를 포함하는 광원을 제공하고, 이 LED 구성요소는 i) 제1 파장의 광을 발광할 수 있는 LED; 및 ii) pn 접합부 내에 위치되지 않는 제2 포텐셜 우물을 포함하고 발광면을 갖거나, 또는 대안적으로 pn 접합부 내에 위치된 제1 포텐셜 우물 및 pn 접합부 내에 위치되지 않은 제2 포텐셜 우물을 포함할 수 있는 재발광 반도체 구성을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광원은 발광면에 광학적으로 결합되는 밑면, 2개의 수렴 측면 및 2개의 발산 측면을 갖는 광학 요소를 추가적으로 포함한다. 다른 실시예에서, 광원은 LED 구성요소에 광학적으로 결합되고 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 유도하도록 형상화되어 2개의 로브(lobe)를 갖는 측면 발광 패턴을 생성하는 고굴절률 광학 요소를 추가적으로 포함한다. 다른 실시예에서, 광원은 발광면에 광학적으로 결합되고 발광면보다 크기가 크지 않은 밑면, 밑면보다 작은 정점부(apex), 및 밑면과 정점부 사이에서 연장하는 수렴 측면을 갖는 광학 요소를 추가적으로 포함하고, 광학 요소는 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 유도하여 측면 발광 패턴을 생성한다. 다른 실시예에서, 광원은 발광면에 광학적으로 결합되는 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 수렴 측면을 포함하는 광학 요소를 추가적으로 포함하고, 광학 요소는 밑면을 포함하고 제1 재료로 구성된 제1 섹션을 포함하고, 광학 요소는 정점부를 포함하고 제2 재료로 구성된 제2 섹션을 포함한다. 다른 실시예에서, 광원은 제1 굴절률을 갖는 제1 광학 요소, 및 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 광학 요소를 추가적으로 포함하고, 제1 광학 요소는 발광면에 광학적으로 결합되고 발광면보다 크기가 크지 않은 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 수렴 측면을 포함하고, 제2 광학 요소는 LED 구성요소 및 제1 광학 요소를 캡슐화한다. 다른 실시예에서, 광원은 제1 굴절률을 갖는 제1 광학 요소, 및 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖는 제2 광학 요소를 추가적으로 포함하고, 제1 광학 요소는 발광면에 광학적으로 결합되는 밑면, 발광면 위에 있는 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 수렴 측면을 포함하고, 제2 광학 요소는 LED 구성요소 및 제1 광학 요소를 캡슐화한다. 다른 실시예에서, 광원은 발광면에 광학적으로 결합되는 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 수렴 측면을 포함하는 제1 광학 요소; 및 LED 구성요소 및 제1 광학 요소를 캡슐화하는 제2 광학 요소를 추가적으로 포함하고, 제2 광학 요소는 제1 광학 요소만에 의해 추출된 출력에 비하여 LED 구성요소로부터 추출된 출력의 증가를 제공한다. 다른 실시예에서, 광원은 발광면에 광학적으로 결합되고 발광면으로부터 기계적으로 분리되는 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 측면을 갖는 광학 요소를 추가적으로 포함한다.
다른 태양에서, 본 발명은 본 발명에 따른 LED 소자를 포함하는 그래픽 디스플레이 장치를 제공한다.
다른 태양에서, 본 발명은 본 발명에 따른 LED 소자를 포함하는 조명 장치를 제공한다.
본 출원에서,
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,
"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,
"양자 우물"(quantum well)은 양자화 효과가 우물 내의 전자-정공 쌍 전이 에너지를 상승시키기에 충분히 얇은, 전형적으로 두께가 100 ㎚ 이하인 포텐셜 우물을 의미하고,
"전이 에너지"(transition energy)는 전자-정공 재결합 에너지를 의미하고,
"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,
"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.
n-도핑 및 p-도핑 반도체 영역을 포함하는 본 명세서에 설명된 본 발명의 임의의 실시예에서, n 도핑이 p 도핑과 바뀌고 역으로도 성립하는 추가의 실시예가 본 명세서에 개시된 바와 같이 고려되어야 한다는 것이 이해되어야 한다.
"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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 내의 반도체의 전도대 및 가전자대의 평탄 대역 다이어그램 층 두께는 척도에 따라 표현되어 있지는 않다.
도 2는 다양한 II-VI족 2원 화합물 및 그 합금에 대한 격자 상수 및 밴드 갭 에너지를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소자로부터 발광하는 광의 스펙트럼을 나타내는 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 내의 반도체의 전도대 및 가전자대의 평탄 대역 다이어그램 층 두께는 척도에 따라 표현되어 있지는 않다.
도 5는 일 실시예의 광학 요소 및 LED 구성요소 구성을 예시하는 개략적인 측면도.
도 6a 내지 도 6c는 추가 실시예에 따른 광학 요소의 사시도.
도 7은 다른 실시예에 따른 광학 요소의 사시도.
도 8a 내지 도 8i는 몇몇 대안적인 실시예에 따른 광학 요소의 평면도.
도 9a 내지 도 9c는 대안적인 실시예의 광학 요소를 예시하는 개략적인 정면도.
도 10a 내지 도 10e는 몇몇 대안적인 실시예에 따른 광학 요소 및 LED 구성요소의 개략적인 측면도.
도 11a 내지 도 11d는 여러 실시예에 따른 광학 요소 및 LED 구성요소의 저면도.
도 12는 다른 실시예에 따른 광학 요소 및 LED 구성요소 어레이의 사시도.
도 13은 다른 실시예에 따른 광학 요소 및 LED 구성요소의 부분도.
본 발명은 LED, 재발광 반도체 구성 및 추출기를 포함하는 소자를 제공한다. 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.
전형적인 작동시, LED는 전류에 응답하여 광자를 방출하고, 재발광 반도체 구성은 LED로부터 방출된 광자의 일부분의 흡수에 응답하여 광자를 방출한다. 일 실시예에서, 재발광 반도체 구성은 포텐셜 우물에 근접한 또는 바로 인접한 흡수층을 추가적으로 포함한다. 흡수층은 전형적으로 LED에 의해 방출된 광자의 에너지 보다 작거나 같고 재발광 반도체 구성의 포텐셜 우물의 전이 에너지보다 큰 밴드 갭 에너지를 갖는다. 전형적인 작동시, 흡수층은 LED로부터 방출된 광자의 흡수를 돕는다. 일 실시예에서, 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 포함한다. 일 실시예에서, LED는 UV 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. 일 실시예에서, LED는 가시광 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.
임의의 적합한 LED가 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. LED 및 재발광 반도체 구성을 포함하는 본 발명에 따른 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.
본 발명의 일 실시예에서, LED와 또는 재발광 반도체 구성과 같은 소자의 구성요소의 다양한 층의 조성은 하기의 고려 사항의 관점에서 선택된다. 각각의 층은 전형적으로 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 결정할 것인데, 이 양자화 에너지의 양은 벌크 밴드 갭 에너지에 추가되어 양자 우물 내의 전이 에너지를 결정한다. 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.
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.
적외선, 가시광선 및 자외선 대역 내의 발광 파장을 비롯하여 임의의 적합한 발광 파장이 선택될 수 있다. 본 발명의 일 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. 다른 실시예에서, 본 발명에 따른 소자는 보이지 않는 적외선 또는 자외선 파장의 광 및 이 소자가 작동 중이라는 표시(indication)로서 가시광선 파장의 광을 발광한다. 전형적으로, LED 는 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 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.
Figure 112008084383761-PCT00001
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 LED(20)로부터 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.
이론에 구애되지 않기를 바라면서, 도 1에 도시된 본 발명의 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 본 발명에 따른 소자의 일 실시예로부터 발광된 광의 스펙트럼을 도시한다.
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. 본 발명의 일부 실시예에서, LED 및 재발광 반도체 구성은 하나의 반도체 유닛에 제공된다. 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 에너지에 대응하고 다른 파장은 제2 포텐셜 우물의 전이 에너지에 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.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 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.
Figure 112008084383761-PCT00002
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.
이론에 구애되기를 바라지 않으면서, 본 발명의 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 본 발명에 따른 소자의 일 실시예로부터 발광된 광의 스펙트럼을 도시한다.
도 4에 도시된 실시예를 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.
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 구성(10)은 적색, 녹색 및 청색 발광 양자 우물을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 소자는 도체, 반도체 또는 부도체 재료의 추가적인 층을 포함할 수 있다. 전기 접점층이 추가되어 LED로의 전류의 공급을 위한 경로를 제공할 수 있다. 광 필터링 층이 추가되어, 구성된 LED에 의해 발광된 광의 광 파장의 평형(balance)을 변경하거나 보정할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명에 따른 소자는 청색, 녹색, 황색 및 적색 대역 내의 4개의 주요 파장(principal wavelength)의 광을 발광함으로써 백색 또는 거의 백색 광을 생성한다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 소자는 청색 및 황색 대역 내의 2개의 주요 파장의 광을 발광함으로써 백색 또는 거의 백색 광을 생성한다.
본 발명에 따른 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. 본 발명에 따른 소자는 집적 회로를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 소자는 디스플레이 패널 또는 조명 패널을 포함할 수도 있다.
본 발명에 따른 소자를 구성하는 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. 본 발명에 따른 소자의 요소는 기판을 포함할 수 있다. 임의의 적합한 기판이 본 발명의 실시에 사용될 수 있다. 전형적인 기판 재료는 Si, Ge, GaAs, InP, 사파이어, SiC 및 ZnSe를 포함한다. 기판은 n도핑, 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, 본 발명에 따른 소자의 요소는 기판이 없을 수도 있다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 소자의 요소는 기판 상에 형성되고 이어서 기판으로부터 분리될 수 있다. 본 발명에 따른 소자의 요소는 접착제 또는 용접 재료, 압력, 열 또는 그 조합의 사용을 포함하는 임의의 적합한 방법에 의해 함께 결합될 수 있다. 전형적으로, 생성된 결합부(bond)는 투명하다. 결합 방법은 계면 결합 또는 에지 결합을 포함할 수 있다. 선택적으로, 굴절률 정합층 또는 층간 공간(interstitial space)이 포함될 수 있다.
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.
본 발명의 실시에 유용한 수렴 광학 요소는 LED 구성요소로부터 광을 효율적으로 추출하고 발광된 광의 각도 분포를 변경하는 데 유용하다. 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.
본 출원은 LED 구성요소로부터 광을 효율적으로 추출하고 발광된 광의 각도 분포를 변경하는 광학 요소를 갖는 광원을 개시한다. 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.
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.
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™를 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.
도 5는 일 실시예에 따른 광원을 예시하는 개략적인 측면도이다. 광원은 광학 요소(20) 및 LED 구성요소(10)를 포함한다. 광학 요소(20)는 밑면(120) 및 밑면(120)과 대향하여 연결되어 정점부(130)를 형성하는 2개의 수렴 측면(140)을 갖는 삼각형 단면을 갖는다. 정점부는 도 5에 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 5에서, 정점부(130)는 밑면(120) 위에 중심을 둔다. 그러나, 정점부가 중심을 두지 않거나 밑면의 중심으로부터 멀리 빗나가는 실시예도 또한 고려된다.
광학 요소(20)는 LED 구성요소(10)에 광학적으로 결합되어 LED 구성요소(10)에 의해 발광된 광을 추출한다. LED 구성요소(10)의 주 발광면(100)은 광학 요소(20)의 밑면(120)에 실질적으로 평행하고 근접한다. LED 구성요소(10) 및 광학 요소(20)는 하기에 더 상세히 설명되는 접합 및 비접합 구성을 포함하는 다수의 방식으로 광학적으로 결합될 수 있다.
광학 요소(20)의 수렴 측면(140a, 140b)은 도 5에 화살표(160a, 160b)로 도시된 바와 같이 LED 구성요소(10)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 5에 도시된 광학 요소(20)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 5는 밑면에서 광학 요소(20)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 5에서 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.
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 7 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.
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 이에 중심을 둔 것을 비롯한 다른 강도 분포가 또한 현재 개시된 광학 요소와 함께 가능하다.
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.
도 6a는 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 6a는 또한 광학 요소(200)의 밑면(220)에 인접하고 평행한 발광면(100)을 갖는 LED 구성요소(10)를 도시한다. LED 구성요소(10) 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 6a에서 LED 구성요소의 밑면 및 발광면은 크기 면에서 사실상 일치하는 것으로 도시된다. 다른 실시예에서, 밑면은 LED 구성요소 발광면보다 크거나 작을 수 있다.
도 6b는 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.
도 6c는 2개의 수렴 측면(244), 밑면(224), 및 정점부(234)를 갖는 광학 요소(204)의 다른 실시예를 도시한다. 도 6c에서, 광학 요소는 웨지로서 형상화되고 정점부(234)는 선을 형성한다. 나머지 2개의 측면은 평행한 측면으로서 도시된다. 위에서 봤을 때의 광학 요소(204)가 도 8d에 도시된다.
웨지형 광학 요소의 대안적인 실시예는 또한 도 7에 도시된 광학 요소(22)와 같이 수렴 및 발산 측면의 조합을 갖는 형상을 포함한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 웨지형 광학 요소(22)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 5 참조), 도 7(또는 도 8e)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(10)에 의해 발광된 광이 도 5에 도시된 바와 같이 측면으로 방향 전환될 수 있게 한다. 다른 실시예는 예를 들어 도 8f에 도시된 바와 같이 모든 측면이 수렴하는 웨지 형상을 포함한다.
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.
도 8a 내지 도 8i는 광학 요소의 몇몇 대안적인 실시예의 평면도를 도시한다. 도 8a 내지 도 8f는 정점부가 밑면 위에 중심을 두는 실시예를 도시한다. 도 8g 내지 도 8i는 정점부가 밑면에 대해 빗나가거나 기울어지고 밑면 위에 중심을 두지 않는 비대칭 광학 요소의 실시예를 도시한다.
도 8a는 정사각형 밑면, 4개의 측면, 및 밑면 위에 중심을 둔 뭉툭한 정점부(230a)를 갖는 피라미드형 광학 요소를 도시한다. 도 8h는 정사각형 밑면, 4개의 측면 및 중심을 벗어난 뭉툭한 정점부(230h)를 갖는 피라미드형 광학 요소를 도시한다. 도 8b는 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 8c는 정사각형 밑면, 점에서 수렴하여 밑면 위에 중심을 둔 정점부(230c)를 형성하는 4개의 삼각형 측면을 갖는 피라미드형 광학 요소를 도시한다. 도 8i는 정사각형 밑면, 점에서 수렴하여 밑면 위에서 벗어난 (중심을 두지 않은) 정점부(230i)를 형성하는 4개의 삼각형 측면을 갖는 피라미드형 광학 요소를 도시한다.
도 8d 내지 도 8g는 웨지형 광학 요소를 도시한다. 도 8d에서, 정점부(230d)는 밑면 위에 있고 그 위에 중심을 둔 선을 형성한다. 도 8e에서, 정점부(230e)는 밑면 위에 중심을 두고 밑면 위에 부분적으로 있는 선을 형성한다. 정점부(230e)는 또한 밑면을 지나 연장하는 부분들을 갖는다. 도 8e에 도시된 평면도는 도 7에 사시도로 도시되고 위에서 기술된 광학 요소의 평면도일 수 있다. 도 8f 및 도 8g는 선을 형성하는 정점부와 4개의 수렴 측면을 갖는 웨지형 광학 요소의 2개의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 8f에서 정점부(230f)는 밑면 위에 중심을 두는 반면, 도 8g에서 정점부(230g)는 빗나가 있다.
도 9a 내지 도 9c는 대안적인 실시예에 따른 광학 요소의 측면도를 도시한다. 도 9a는 밑면(50) 및 밑면(50)에서 시작하여 밑면(50) 위에 있는 정점부(30)를 향해 수렴하는 측면(40, 41)을 갖는 광학 요소의 일 실시예를 도시한다. 선택적으로, 측면은 뭉툭한 정점부(31)를 향해 수렴할 수 있다. 도 9b는 밑면(52), 수렴 측면(44) 및 밑면에 수직한 측면(42)을 갖는 광학 요소의 다른 실시예를 도시한다. 2개의 측면(42, 44)은 밑면의 에지(edge) 위에 있는 정점부(32)를 형성한다. 선택적으로, 정점부는 뭉툭한 정점부(33)일 수 있다. 도 9c는 대체로 삼각형 단면을 갖는 대안적인 광학 요소의 측면도를 도시한다. 여기서, 밑면(125) 및 측면(145, 147)은 대체로 삼각형을 형성하지만, 측면(145, 147)은 평면이 아닌 표면이다. 도 9c에서, 광학 요소는 만곡된 좌측면(145)과 면처리된(faceted) 우측면(즉, 3개의 보다 작은 평탄부(147a - 147c)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.
도 10a 내지 도 10e는 각각의 밑면(622a 내지 622e)과 정점부(630a 내지 630e) 사이를 각각 연장하는 비평면 측면(640a 내지 640e)을 갖는 광학 요소(620a 내지 620e)의 대안적인 실시예를 도시한다. 도 10a에서, 광학 요소(620a)는 2개의 면처리된 부분(641a, 642a)을 포함하는 측면(640a)을 갖는다. 밑면(622a) 근처의 부분(642a)은 밑면(622a)에 수직한 반면, 부분(641a)은 정점부(630a)를 향해 수렴한다. 유사하게는, 도 10b 및 도 10c에서, 광학 요소(620b, 620c)는 2개의 부분(641b 및 641c, 642b 및 642c)을 각각 연결함으로써 형성된 측면(640b, 640c)을 갖는다. 도 10b에서, 수렴 부분(641b)는 오목형이다. 도 10c에서, 수렴 부분(641c)은 볼록형이다. 도 10d는 부분(641d, 642d)을 연결함으로써 형성된 2개의 측면(640d)을 갖는 광학 요소(620d)를 도시한다. 여기서, 밑면(622d) 근처의 부분(642d)은 뭉툭한 정점부(630d)를 향해 수렴하고 최상단 부분(641d)은 뭉툭한 정점부(630d)의 표면에 수직하다. 도 10e는 만곡된 측면(640e)을 갖는 광학 요소(620e)의 대안적인 실시예를 도시한다. 여기서, 측면(640e)은 s-형상이지만, 일반적으로 뭉툭한 정점부(630e)를 향해 수렴한다. 측면이 도 10a 내지 도 10e에 도시된 바와 같이 2개 이상의 부분으로 형성될 때, 바람직하게는 이 부분은 수렴하지 않는 부분을 가질 수 있을지라도 측면이 여전히 대체로 수렴하도록 배열된다.
바람직하게, 밑면의 크기는 발광면에서 LED 구성요소의 크기와 일치한다. 도 11a 내지 도 11d는 그러한 배열의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 11a에서, 원형 밑면(50a)을 갖는 광학 요소는 정사각형 발광면(70a)을 갖는 LED 구성요소에 광학적으로 결합된다. 여기서, 밑면 및 발광면은 원형 밑면(50a)의 직경 "d"가 정사각형 발광면(70a)의 대각선 치수(또한 "d")와 동일하게 함으로써 정합된다. 도 11b에서, 육각형 밑면(50b)을 갖는 광학 요소는 정사각형 발광면(70b)을 갖는 LED 구성요소에 광학적으로 결합된다. 여기서, 육각형 밑면(50b)의 높이 "h"는 정사각형 발광면(70b)의 높이"h"와 일치한다. 도 11c에서, 직사각형 밑면(50c)을 갖는 광학 요소는 정사각형 발광면(70c)을 갖는 LED 구성요소에 광학적으로 결합된다. 여기서, 밑면과 발광면 둘 모두의 폭 "w"는 일치한다. 도 11d에서, 정사각형 밑면(50d)을 갖는 광학 요소는 육각형 발광면(70d)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.
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.
대안적으로, 발광면에서의 LED 구성요소의 크기 또는 LED 구성요소 어레이의 조합된 크기는 밑면의 크기보다 작거나 클 수 있다. 도 10a 및 도 10c는 LED 구성요소(각각 610a, 610c)의 발광면(각각 612a, 612c)이 밑면(각각 622a, 622c)의 크기와 일치하는 실시예를 도시한다. 도 10b는 밑면(622b)보다 큰 발광면(612b)을 갖는 LED 구성요소(610b)를 도시한다. 도 10d는 발광면(612d)에서의 조합된 크기가 밑면(622d)의 크기보다 큰 LED 구성요소의 어레이(612d)를 도시한다. 도 10e는 밑면(622e)보다 작은 발광면(612e)을 갖는 LED 구성요소(610e)를 도시한다.
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(대리인 관리 번호: 60217US002)에 기술된 바와 같이 목적들 중 하나가 광원의 외관상 크기를 최소화하는 것인 경우 이점을 가질 수 있다.
도 12는 어레이(12) 내에 배열된 복수의 LED 구성요소(14a 내지 14c)에 광학적으로 결합된 수렴 광학 요소(24)를 포함하는 광원의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 배열은 적색, 녹색 및 청색 LED가 어레이 내에서 조합되어 광이 혼합될 때 백색광을 생성하는 경우에 특히 유용할 수 있다. 도 12에서, 광학 요소(24)는 광을 측면으로 방향 전환시키는 수렴 측면(146)을 갖는다. 광학 요소(24)는 LED 구성요소(12)의 어레이에 광학적으로 결합된 정사각형으로서 형상화된 밑면(124)을 갖는다. LED 구성요소(12)의 어레이는 (측면(16)을 갖는) 정사각형 형상을 또한 형성한다.
본 명세서에 개시된 광학 요소는 종래의 수단에 의해 또는 본 출원인에게 공히 양도된 발명의 명칭이 "광학 요소 및 반도체 요소를 제조하는 공정"인 미국 특허 출원 제10/977239호(대리인 관리 번호: 60203US002), 발명의 명칭이 "발광 어레이를 제조하는 공정"인 미국 특허 출원 제10/977240호(대리인 관리 번호: 60204US002), 및 발명의 명칭이 "광학 요소의 어레이 및 그 제조 방법"인 미국 특허 출원 제11/288071호(대리인 관리 번호: 60914US002)에 개시된 정밀 연마 기술을 이용하여 제조될 수 있다.
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 내지 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.
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 요소의 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.
본 명세서 전체에 걸쳐, LED 구성요소(10)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.
광학 요소와 LED 구성요소의 발광면 사이의 최소 갭(gap)이 소멸파(evanescent wave) 이하일 때, 광학 요소는 LED 구성요소에 광학적으로 결합되는 것으로 고려된다. 광학적 결합은 LED 구성요소와 광학 요소를 물리적으로 서로 가까이 배치함으로써 달성될 수 있다. 도 5는 LED 구성요소(10)의 발광면(100)과 광학 요소(20)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 5에서, 만일 갭(150)이 공기 내 광의 파장과 거의 유사하다면, 광학 요소(20)의 밑면(120)은 LED 구성요소(10)의 발광면(100)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.
추가적으로, 갭(150)이 발광면(100)과 밑면(120) 사이의 접촉 면적에 걸쳐 사실상 균일하고 발광면(100) 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(10)로부터 발광된 광선은 대신 광학 요소(20) 내로 투과될 것이다. 광학적 결합을 촉진하기 위해 밑면(120)의 표면은 발광면(100)과 정합하도록 형상화될 수 있다. 예를 들어, 만약 LED 구성요소(10)의 발광면(100)이 도 5에 도시된 바와 같이 평평하면, 광학 요소(20)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(100)보다 작거나, 동일하거나 또는 클 수 있다. 밑면(120)은 단면 형상이 LED 구성요소(10)와 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어, LED 구성요소는 정사각형 발광면을 가질 수 있는 반면, 광학 요소는 원형 밑면을 갖는다. 다른 변형이 당업자에게 명백할 것이다.
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 요소를 제조하는 공정"인 미국 특허 출원 제10/977239호(대리인 관리 번호: 60203US002)에 기술된다.
제한된 갭의 경우에, 광학적 결합은 LED 구성요소의 발광면과 광학 요소의 밑면 사이에 얇은 광학 전도층을 추가함으로써 달성되거나 증대될 수 있다. 도 13은 도 5에 도시된 것과 같은, 그러나 얇은 광학 전도층(60)이 갭(150) 내에 배치된 LED 구성요소 및 광학 요소의 개략적인 부분 측면도를 도시한다. 갭(150)과 마찬가지로, 광학 전도층(60)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.
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.
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.
대안적으로, 도 13에 도시된 바와 같이, 얇은 광학 전도층이 광학 요소와 LED 구성요소가 독립적으로 움직이게 할 수 있다면, 이 얇은 광학 전도층(60)(예를 들어, 굴절률 정합 유체)이 광학 요소(20)와 LED 구성요소(10) 사이의 갭(150)에 추가될 수 있다. 광학 전도층(60)에 적합한 재료의 예는 굴절률 정합 오일 및 유사한 광학적 특성을 갖는 다른 액체 또는 젤을 포함한다. 선택적으로, 광학 전도층(60)은 또한 열전도성일 수 있다.
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.
추가의 비접합 구성은 발명의 명칭이 "비접합 광학 요소를 갖는 LED 패키지"이고 본 출원인의 공동 소유인 미국 특허 출원 제10/977249호(대리인 관리 번호: 60216US002)에 기술된다.
광학 요소는 하나의 구조로부터 제조, 예를 들어 재료의 하나의 블록으로부터 절단될 수 있거나, 또는 2개 이상의 섹션을 함께 결합함으로써 복합 구성으로 제조될 수 있다.
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).
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.
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.
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.
본 발명에 따른 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.
본 발명에 따른 광원은 액정 디스플레이(LCD) 또는 이와 유사한 디스플레이의 구성요소 또는 필수 구성요소, 즉 이러한 디스플레이에 대한 백라이트와 같은 것일 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명에 따른 반도체 소자는 특히 본 발명에 따른 반도체 소자에 의해 발광된 색상을 LCD 디스플레이의 컬러 필터에 정합시킴으로써 액정 디스플레이용 백라이트로서 사용하도록 구성된다.
본 발명에 따른 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.
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.

Claims (9)

  1. 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; 및
    b) 발광면에 광학적으로 결합되는 밑면, 2개의 수렴 측면, 및 2개의 발산 측면을 갖는 광학 요소를 포함하는 광원.
  2. 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; 및
    b) LED 구성요소에 광학적으로 결합되고 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 유도하도록 형상화되어 2개의 로브를 갖는 측면 발광 패턴을 생성하는 고굴절률 광학 요소를 포함하는 광원.
  3. 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; 및
    b) 발광면에 광학적으로 결합되고 발광면보다 크기가 크지 않은 밑면, 밑면보다 작은 정점부, 및 밑면과 정점부 사이로 연장하는 수렴 측면을 포함하는 광학 요소를 포함하고,
    광학 요소는 LED 구성요소에 의해 발광된 광을 유도하여 측면 발광 패턴을 생성하는 광원.
  4. 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; 및
    b) 발광면에 광학적으로 결합되는 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 수렴 측면을 갖는 광학 요소를 포함하고,
    광학 요소는 밑면을 포함하고 제1 재료로 구성된 제1 섹션을 포함하고, 광학 요소는 정점부를 포함하고 제2 재료로 구성된 제2 섹션을 포함하는 광원.
  5. 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; 및
    b) 제1 굴절률을 갖고, 발광면에 광학적으로 결합되고 발광면보다 크기가 크지 않은 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 수렴 측면을 포함하는 제1 광학 요소; 및
    c) 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖고, LED 구성요소 및 제1 광학 요소를 캡슐화하는 제2 광학 요소를 포함하는 광원.
  6. 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; 및
    b) 제1 굴절률을 갖고, 발광면에 광학적으로 결합되는 밑면, 발광면 위에 있는 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 수렴 측면을 포함하는 제1 광학 요소; 및
    c) 제1 굴절률보다 작은 제2 굴절률을 갖고, LED 구성요소 및 제1 광학 요소를 캡슐화하는 제2 광학 요소를 포함하는 광원.
  7. 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; 및
    b) 발광면에 광학적으로 결합되는 밑면, 정점부, 및 밑면과 정점부를 연결하는 수렴 측면을 포함하는 제1 광학 요소; 및
    c) LED 구성요소 및 제1 광학 요소를 캡슐화하고, 제1 광학 요소만에 의해 추출된 출력에 비하여 LED 구성요소로부터 추출된 출력의 증가를 제공하는 제2 광학 요소를 포함하는 광원.
  8. 제1항에 따른 광원을 포함하는 그래픽 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 따른 광원을 포함하는 조명 장치.
KR1020087029938A 2006-06-12 2007-06-11 재발광 반도체 구성 및 수렴 광학 요소를 갖는 ｌｅｄ 소자 KR20090018623A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US80454406P 2006-06-12 2006-06-12
US60/804,544 2006-06-12

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20090018623A true KR20090018623A (ko) 2009-02-20

Family

ID=38832112

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087030266A KR20090018631A (ko) 2006-06-12 2007-06-11 재발광 반도체 구성 및 수렴 광학 요소를 갖는 ｌｅｄ 소자
KR1020087029938A KR20090018623A (ko) 2006-06-12 2007-06-11 재발광 반도체 구성 및 수렴 광학 요소를 갖는 ｌｅｄ 소자

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087030266A KR20090018631A (ko) 2006-06-12 2007-06-11 재발광 반도체 구성 및 수렴 광학 요소를 갖는 ｌｅｄ 소자

Country Status (7)

Country Link
US (2) US7541610B2 (ko)
EP (2) EP2036135A4 (ko)
JP (2) JP2009540618A (ko)
KR (2) KR20090018631A (ko)
CN (3) CN102403439A (ko)
TW (2) TW200817804A (ko)
WO (2) WO2007146861A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130139382A (ko) 2009-04-30 2013-12-20 젤티크 애스세틱스, 인코포레이티드. 피하 지질 과다 세포로부터 열을 제거하는 디바이스, 시스템 및 방법

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009515344A (ja) * 2005-11-04 2009-04-09 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 高い光抽出効率の発光ダイオード（ｌｅｄ）
US20070284565A1 (en) * 2006-06-12 2007-12-13 3M Innovative Properties Company Led device with re-emitting semiconductor construction and optical element
US7952110B2 (en) * 2006-06-12 2011-05-31 3M Innovative Properties Company LED device with re-emitting semiconductor construction and converging optical element
US7902542B2 (en) * 2006-06-14 2011-03-08 3M Innovative Properties Company Adapted LED device with re-emitting semiconductor construction
JP2010512662A (ja) 2006-12-11 2010-04-22 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 透明発光ダイオード
CN101452982A (zh) * 2007-11-29 2009-06-10 富士迈半导体精密工业（上海）有限公司 固态发光器件
EP2313936A4 (en) * 2008-07-16 2017-06-28 3M Innovative Properties Company Stable light source
TW201044568A (en) 2009-04-20 2010-12-16 3M Innovative Properties Co Non-radiatively pumped wavelength converter
US8455903B2 (en) 2009-04-20 2013-06-04 3M Innovative Properties Company Non-radiatively pumped wavelength converter
CN101794839B (zh) * 2010-02-09 2011-08-10 中国科学院上海技术物理研究所 一种优化锑化铟光伏型探测器件吸收层厚度的方法
KR20130128420A (ko) 2010-11-18 2013-11-26 쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니 폴리실라잔 결합층을 포함하는 발광 다이오드 성분
JP5216113B2 (ja) * 2011-02-24 2013-06-19 フェニックス電機株式会社 発光装置
KR20130035658A (ko) 2011-09-30 2013-04-09 서울옵토디바이스주식회사 발광 다이오드 소자용 기판 제조 방법
KR101306245B1 (ko) * 2012-01-17 2013-09-09 한국과학기술연구원 시간 분할 방식의 무안경식 3차원 영상표시장치
DE102015105693B4 (de) 2015-04-14 2021-05-27 OSRAM Opto Semiconductors Gesellschaft mit beschränkter Haftung Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Erzeugung von Strahlung unter Verwendung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements
JP6294435B1 (ja) * 2016-11-07 2018-03-14 日機装株式会社 流体殺菌装置

Family Cites Families (90)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5087949A (en) 1989-06-27 1992-02-11 Hewlett-Packard Company Light-emitting diode with diagonal faces
US5625636A (en) * 1991-10-11 1997-04-29 Bryan; Robert P. Integration of photoactive and electroactive components with vertical cavity surface emitting lasers
US5252839A (en) 1992-06-10 1993-10-12 Hewlett-Packard Company Superluminescent light-emitting diode with reverse biased absorber
US5814839A (en) * 1995-02-16 1998-09-29 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor light-emitting device having a current adjusting layer and a uneven shape light emitting region, and method for producing same
JPH08288549A (ja) * 1995-04-11 1996-11-01 Omron Corp 多波長発光半導体素子
US6054719A (en) * 1995-04-20 2000-04-25 Damilerchrysler Ag Composite structure of an electronic component
US5915193A (en) 1995-05-18 1999-06-22 Tong; Qin-Yi Method for the cleaning and direct bonding of solids
US5684309A (en) 1996-07-11 1997-11-04 North Carolina State University Stacked quantum well aluminum indium gallium nitride light emitting diodes
JPH1033196A (ja) * 1996-07-23 1998-02-10 Unitika Ltd 試験片
TW383508B (en) 1996-07-29 2000-03-01 Nichia Kagaku Kogyo Kk Light emitting device and display
US5955749A (en) 1996-12-02 1999-09-21 Massachusetts Institute Of Technology Light emitting device utilizing a periodic dielectric structure
US6473554B1 (en) 1996-12-12 2002-10-29 Teledyne Lighting And Display Products, Inc. Lighting apparatus having low profile
JP3014339B2 (ja) 1997-04-25 2000-02-28 カナレ電気株式会社 量子波干渉層を有した半導体素子
US6091083A (en) * 1997-06-02 2000-07-18 Sharp Kabushiki Kaisha Gallium nitride type compound semiconductor light-emitting device having buffer layer with non-flat surface
JPH11224960A (ja) 1997-11-19 1999-08-17 Unisplay Sa Ｌｅｄランプ並びにｌｅｄチップ
TW406442B (en) 1998-07-09 2000-09-21 Sumitomo Electric Industries White colored LED and intermediate colored LED
DE19855637A1 (de) * 1998-12-02 2000-06-15 Aixtron Ag Verfahren und System zur Halbleiterkristallherstellung mit Temperaturverwaltung
KR20010089540A (ko) * 1998-12-03 2001-10-06 추후보정 광전자 장치를 위한 화합물 반도체 구조
RU2142661C1 (ru) * 1998-12-29 1999-12-10 Швейкин Василий Иванович Инжекционный некогерентный излучатель
US6303404B1 (en) 1999-05-28 2001-10-16 Yong Tae Moon Method for fabricating white light emitting diode using InGaN phase separation
JP2001007401A (ja) * 1999-06-23 2001-01-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 化合物半導体発光素子
JP3862894B2 (ja) * 1999-08-18 2006-12-27 株式会社東芝 半導体レーザ装置
DE19943406C2 (de) 1999-09-10 2001-07-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lichtemissionsdiode mit Oberflächenstrukturierung
DE19952932C1 (de) 1999-11-03 2001-05-03 Osram Opto Semiconductors Gmbh LED-Weißlichtquelle mit breitbandiger Anregung
DE19955747A1 (de) 1999-11-19 2001-05-23 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optische Halbleitervorrichtung mit Mehrfach-Quantentopf-Struktur
US6504171B1 (en) 2000-01-24 2003-01-07 Lumileds Lighting, U.S., Llc Chirped multi-well active region LED
JP2001244454A (ja) * 2000-02-29 2001-09-07 Horiba Ltd 分子認識型化学ｃｃｄデバイス
US6292576B1 (en) 2000-02-29 2001-09-18 Digital Persona, Inc. Method and apparatus for distinguishing a human finger from a reproduction of a fingerprint
US6328456B1 (en) 2000-03-24 2001-12-11 Ledcorp Illuminating apparatus and light emitting diode
US6555958B1 (en) * 2000-05-15 2003-04-29 General Electric Company Phosphor for down converting ultraviolet light of LEDs to blue-green light
JP2001339121A (ja) 2000-05-29 2001-12-07 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とそれを含む光学装置
KR100382481B1 (ko) 2000-06-09 2003-05-01 엘지전자 주식회사 백색 발광 다이오드 소자 및 그 제조 방법
US6563133B1 (en) 2000-08-09 2003-05-13 Ziptronix, Inc. Method of epitaxial-like wafer bonding at low temperature and bonded structure
US7064355B2 (en) 2000-09-12 2006-06-20 Lumileds Lighting U.S., Llc Light emitting diodes with improved light extraction efficiency
US7009210B2 (en) * 2000-10-06 2006-03-07 Alphion Corporation Method and apparatus for bit-rate and format insensitive performance monitoring of lightwave signals
JP2002217456A (ja) 2001-01-19 2002-08-02 Ngk Insulators Ltd 半導体発光素子
JP2002222989A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Toshiba Corp 半導体発光素子
JP3791765B2 (ja) * 2001-06-08 2006-06-28 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子
US6610598B2 (en) 2001-11-14 2003-08-26 Solidlite Corporation Surface-mounted devices of light-emitting diodes with small lens
FR2832811B1 (fr) * 2001-11-28 2004-01-30 Saint Gobain Plaque transparente texturee a forte transmission de lumiere
US6784462B2 (en) 2001-12-13 2004-08-31 Rensselaer Polytechnic Institute Light-emitting diode with planar omni-directional reflector
US7252898B2 (en) 2002-01-14 2007-08-07 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Fuel cells comprising laminar flow induced dynamic conducting interfaces, electronic devices comprising such cells, and methods employing same
JP3782357B2 (ja) * 2002-01-18 2006-06-07 株式会社東芝 半導体発光素子の製造方法
TWI236772B (en) * 2002-03-14 2005-07-21 Toshiba Corp Semiconductor light emitting element and semiconductor light emitting device
EP1536487A4 (en) * 2002-05-28 2008-02-06 Matsushita Electric Works Ltd LIGHT EMISSION ELEMENT, LIGHT EMITTING DEVICE AND THIS USE SURFACE EMISSION LIGHTING DEVICE
JP2004072047A (ja) 2002-08-09 2004-03-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 白色発光素子、白色発光素子用基板および白色発光素子用基板の製造方法
JP2004128057A (ja) * 2002-09-30 2004-04-22 Fuji Photo Film Co Ltd 発光装置およびその製造方法
US6784460B2 (en) * 2002-10-10 2004-08-31 Agilent Technologies, Inc. Chip shaping for flip-chip light emitting diode
MY149573A (en) * 2002-10-16 2013-09-13 Nichia Corp Oxynitride phosphor and production process thereof, and light-emitting device using oxynitride phosphor
CN101045860B (zh) * 2002-10-16 2010-06-09 日亚化学工业株式会社 氧氮化物荧光体及其制造方法以及使用该氧氮化物荧光体的发光装置
US6853012B2 (en) 2002-10-21 2005-02-08 Uni Light Technology Inc. AlGaInP light emitting diode
CN1256778C (zh) * 2002-10-22 2006-05-17 洲磊科技股份有限公司 AlGaInP发光二极管组件
JP2004158635A (ja) * 2002-11-06 2004-06-03 Stanley Electric Co Ltd 表面実装型チップｌｅｄ及びその製造方法
US6717362B1 (en) 2002-11-14 2004-04-06 Agilent Technologies, Inc. Light emitting diode with gradient index layering
US7268370B2 (en) * 2003-06-05 2007-09-11 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Phosphor, semiconductor light emitting device, and fabrication method thereof
JP2005055481A (ja) 2003-06-09 2005-03-03 Toyota Industries Corp 光学素子、面状照明装置及び表示装置
US7009213B2 (en) 2003-07-31 2006-03-07 Lumileds Lighting U.S., Llc Light emitting devices with improved light extraction efficiency
US7282272B2 (en) * 2003-09-12 2007-10-16 3M Innovative Properties Company Polymerizable compositions comprising nanoparticles
KR100641989B1 (ko) 2003-10-15 2006-11-02 엘지이노텍 주식회사 질화물 반도체 발광소자
US20050082562A1 (en) * 2003-10-15 2005-04-21 Epistar Corporation High efficiency nitride based light emitting device
US20050084980A1 (en) * 2003-10-17 2005-04-21 Intel Corporation Method and device for detecting a small number of molecules using surface-enhanced coherant anti-stokes raman spectroscopy
US7080932B2 (en) * 2004-01-26 2006-07-25 Philips Lumileds Lighting Company, Llc LED with an optical system to increase luminance by recycling emitted light
US7161188B2 (en) * 2004-06-28 2007-01-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor light emitting element, semiconductor light emitting device, and method for fabricating semiconductor light emitting element
KR101163091B1 (ko) * 2004-08-06 2012-07-20 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. Ｌｅｄ 램프 시스템
KR100649494B1 (ko) * 2004-08-17 2006-11-24 삼성전기주식회사 레이저를 이용하여 발광 다이오드 기판을 표면 처리하는발광 다이오드 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 발광다이오드
JP4618551B2 (ja) * 2004-08-24 2011-01-26 富士電機ホールディングス株式会社 色変換フィルター基板および該色変換フィルター基板を具備した多色発光デバイス
JP2006093295A (ja) * 2004-09-22 2006-04-06 Nichia Chem Ind Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP4922555B2 (ja) * 2004-09-24 2012-04-25 スタンレー電気株式会社 Ｌｅｄ装置
CN101032035A (zh) * 2004-09-28 2007-09-05 皇家飞利浦电子股份有限公司 具有改进转化层的发光器件
US7329982B2 (en) * 2004-10-29 2008-02-12 3M Innovative Properties Company LED package with non-bonded optical element
US20060091414A1 (en) 2004-10-29 2006-05-04 Ouderkirk Andrew J LED package with front surface heat extractor
US7404756B2 (en) 2004-10-29 2008-07-29 3M Innovative Properties Company Process for manufacturing optical and semiconductor elements
US7304425B2 (en) 2004-10-29 2007-12-04 3M Innovative Properties Company High brightness LED package with compound optical element(s)
US7330319B2 (en) 2004-10-29 2008-02-12 3M Innovative Properties Company High brightness LED package with multiple optical elements
US20060094322A1 (en) 2004-10-29 2006-05-04 Ouderkirk Andrew J Process for manufacturing a light emitting array
US20060091411A1 (en) 2004-10-29 2006-05-04 Ouderkirk Andrew J High brightness LED package
US7745814B2 (en) 2004-12-09 2010-06-29 3M Innovative Properties Company Polychromatic LED's and related semiconductor devices
US7402831B2 (en) * 2004-12-09 2008-07-22 3M Innovative Properties Company Adapting short-wavelength LED's for polychromatic, broadband, or “white” emission
JP4712372B2 (ja) * 2004-12-16 2011-06-29 株式会社半導体エネルギー研究所 発光装置
US7045375B1 (en) * 2005-01-14 2006-05-16 Au Optronics Corporation White light emitting device and method of making same
US7266279B1 (en) * 2005-03-25 2007-09-04 Hrl Laboratories, Llc Optically pumped stepped multi-well laser
JP2008538422A (ja) * 2005-04-18 2008-10-23 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 表示部用多機能厚膜反射偏光子
US8674375B2 (en) * 2005-07-21 2014-03-18 Cree, Inc. Roughened high refractive index layer/LED for high light extraction
US20070116423A1 (en) 2005-11-22 2007-05-24 3M Innovative Properties Company Arrays of optical elements and method of manufacturing same
US20070257271A1 (en) 2006-05-02 2007-11-08 3M Innovative Properties Company Led package with encapsulated converging optical element
US20070257270A1 (en) 2006-05-02 2007-11-08 3M Innovative Properties Company Led package with wedge-shaped optical element
US7525126B2 (en) 2006-05-02 2009-04-28 3M Innovative Properties Company LED package with converging optical element
US7390117B2 (en) 2006-05-02 2008-06-24 3M Innovative Properties Company LED package with compound converging optical element
US7423297B2 (en) 2006-05-03 2008-09-09 3M Innovative Properties Company LED extractor composed of high index glass
US8141384B2 (en) 2006-05-03 2012-03-27 3M Innovative Properties Company Methods of making LED extractor arrays

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130139382A (ko) 2009-04-30 2013-12-20 젤티크 애스세틱스, 인코포레이티드. 피하 지질 과다 세포로부터 열을 제거하는 디바이스, 시스템 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
TW200807768A (en) 2008-02-01
JP2009540616A (ja) 2009-11-19
WO2007146868A1 (en) 2007-12-21
WO2007146861A1 (en) 2007-12-21
EP2033234A4 (en) 2013-11-06
CN101467275A (zh) 2009-06-24
US7541610B2 (en) 2009-06-02
US20090207628A1 (en) 2009-08-20
EP2036135A1 (en) 2009-03-18
CN101467271A (zh) 2009-06-24
TW200817804A (en) 2008-04-16
EP2033234A1 (en) 2009-03-11
CN101467271B (zh) 2012-04-25
JP2009540618A (ja) 2009-11-19
EP2036135A4 (en) 2013-11-13
KR20090018631A (ko) 2009-02-20
US20080006832A1 (en) 2008-01-10
CN102403439A (zh) 2012-04-04
CN101467275B (zh) 2012-09-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20090018623A (ko) 재발광 반도체 구성 및 수렴 광학 요소를 갖는 ｌｅｄ 소자
US7952110B2 (en) LED device with re-emitting semiconductor construction and converging optical element
US20070284565A1 (en) Led device with re-emitting semiconductor construction and optical element
US7863634B2 (en) LED device with re-emitting semiconductor construction and reflector
US10461230B2 (en) Light emitting diode component
EP2445022B1 (en) Light emitting devices with improved light extraction efficiency
KR20090016694A (ko) 재발광 반도체 구성 및 광학 요소를 갖는 ｌｅｄ 소자
KR20090015966A (ko) 재발광 반도체 구성을 갖는 개조된 ｌｅｄ 소자
KR20080113089A (ko) 수렴 광학 소자를 갖는 ｌｅｄ 패키지
KR20090018627A (ko) 재발광 반도체 구성 및 반사기를 갖는 ｌｅｄ 소자
TW201417337A (zh) 照明裝置及高壓發光二極體裝置的製造方法
TWI443857B (zh) Solid state light emitting elements with photonic crystals

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid