KR20120082898A - 윈도우 소자를 통합한 몰딩된 렌즈 - Google Patents
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Abstract
발광기는 발광 디바이스(LED) 다이 및 LED 다이 위의 광학 소자를 포함한다. 광학 소자는 렌즈, 윈도우 소자, 및 렌즈와 윈도우 소자 사이에 배치된 계면에서의 본드를 포함한다. 윈도우 소자는 파장 변환 소자 또는 광학적으로 평평한 플레이트일 수 있다. 윈도우 소자는 렌즈에 직접 본딩 또는 융착될 수 있거나, 또는 윈도우 소자는 하나 이상의 중간 본딩층들에 의해 렌즈에 본딩될 수 있다. 윈도우 소자와 렌즈 사이의 본드는 윈도우 소자, 렌즈, 또는 이들 모두의 굴절률과 유사한 굴절률을 가질 수 있다.
Description
정부 후원 연구의 선언
본 발명의 하나 이상의 실시예들은 미국 에너지국에 의해 수여된 계약 제DE-FC26-08NT01583호 하에서 정부 지원으로 이루어졌다. 정부는 본 발명의 특정 권한들을 가진다.
발명 분야
본 개시내용은 발광 디바이스(LED)들을 가지는 발광기들에 관한 것이다.
도 1은 발광기(100)의 횡단면도를 예시한다. 발광기(100)는 발광 디바이스(LED) 다이(102) 및 LED 다이 상의 인광층(104)을 포함한다. LED 다이(102)는 지지대(106) 상에 장착된다. 지지대(106)는 LED 다이(102)를 외부 컴포넌트들에 커플링시키는 도전성 트레이스들 및 리드(lead)들을 포함할 수 있다. 지지대(106)는 또한 발광기(100)로부터 열을 소멸시키기 위한 히트 싱크를 포함할 수 있다.
렌즈(108)는 LED 다이(102) 및 인광층(104) 위에서 지지대(106)에 장착되고, 렌즈 내의 봉합재(110)는 LED 다이와 인광층을 밀봉한다. 광, 열, 및/또는 습도에 노출되면, 렌즈(108) 및/또는 봉합재(110)는 고전력의 단파장 청색(blue) 또는 자외선(UV) LED 동작 하에서 황색 또는 갈색이 될 수 있다.
<요약>
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 발광기는 발광 디바이스(LED) 다이 및 LED 다이 위에 있는 또는 LED 다이에 근접한 광학 소자를 포함한다. 광학 소자는 렌즈, 윈도우 소자, 및 렌즈와 윈도우 소자 사이에 배치된 계면에서의 본드(bond)를 포함할 수 있다. 윈도우 소자는 파장 변환 소자 또는 광학적으로 평평한 플레이트(plate)일 수 있다. 윈도우 소자는 렌즈에 직접 본딩 또는 융착될 수 있거나, 또는 윈도우 소자는 하나 이상의 중간 본딩층들에 의해 렌즈에 본딩될 수 있다. 윈도우 소자와 렌즈 사이의 본드는 윈도우 소자, 렌즈, 또는 이들 모두의 굴절률과 유사한 굴절률을 가질 수 있다.
도 1은 종래 기술의 발광기의 횡단면도를 예시하는 도면이다.
도 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 및 4b는 본 개시내용의 실시예들의 발광기의 횡단면도를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 윈도우 소자와 렌즈 사이의 본드를 형성하기 위한 공정에서 사용될 수 있는 장치를 예시하는 도면이다.
도 6 내지 13은 본 개시내용의 실시예들에서 윈도우 소자들을 가지는 다양한 타입들의 렌즈들의 횡단면도를 예시하는 도면이다.
도 14 및 15는 본 개시내용의 실시예들에서의 발광기들의 횡단면도를 예시하는 도면이다.
도 16은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 윈도우 소자 상에 본딩층들을 형성하기 위한 공정에서 사용될 수 있는 장치를 예시하는 도면이다.
도 17은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 도 16의 장치에서 형성될 수 있는 본딩층들을 가지는 윈도우 소자를 예시하는 도면이다.
도 18은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 렌즈 상에 본딩층을 형성하기 위한 공정에서 사용될 수 있는 장치를 예시하는 도면이다.
도 19는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 도 18의 장치에서 형성될 수 있는 본딩층을 가지는 렌즈를 예시하는 도면이다.
도 20은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 프레넬 렌즈의 형상인 그루브(groove)들을 포함하는 렌즈의 횡단면도이다.
도 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 및 4b는 본 개시내용의 실시예들의 발광기의 횡단면도를 예시하는 도면이다.
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 윈도우 소자와 렌즈 사이의 본드를 형성하기 위한 공정에서 사용될 수 있는 장치를 예시하는 도면이다.
도 6 내지 13은 본 개시내용의 실시예들에서 윈도우 소자들을 가지는 다양한 타입들의 렌즈들의 횡단면도를 예시하는 도면이다.
도 14 및 15는 본 개시내용의 실시예들에서의 발광기들의 횡단면도를 예시하는 도면이다.
도 16은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 윈도우 소자 상에 본딩층들을 형성하기 위한 공정에서 사용될 수 있는 장치를 예시하는 도면이다.
도 17은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 도 16의 장치에서 형성될 수 있는 본딩층들을 가지는 윈도우 소자를 예시하는 도면이다.
도 18은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 렌즈 상에 본딩층을 형성하기 위한 공정에서 사용될 수 있는 장치를 예시하는 도면이다.
도 19는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 도 18의 장치에서 형성될 수 있는 본딩층을 가지는 렌즈를 예시하는 도면이다.
도 20은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 프레넬 렌즈의 형상인 그루브(groove)들을 포함하는 렌즈의 횡단면도이다.
상이한 도면들에서 동일한 참조 번호들을 사용하는 것은 유사하거나 동일한 엘리먼트들을 표시한다.
도 2a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에 따른 발광기(200)의 횡단면도를 예시한다. 발광기(200)는 지지대(204) 상에 장착된 LED 다이(202)를 포함한다.
LED 다이(202)는 n-타입 층, n-타입 층에 근접한 발광층(일반적으로 "활성 영역"으로서 참조됨), 발광층에 근접한 p-타입 층, 및 p-타입 층에 근접한 도전성 반사층을 포함한다. 하나 이상의 실시예들에서, 예를 들어, ITO(indium tin oxide), 알루미늄 도핑된 아연 산화물, 및 아연 도핑된 인듐 산화물과 같은 도전성 투명 접촉층이 사용될 수 있다. 실시예에 따라, n- 및 p-타입 층들에 대한 n- 및 p-타입 금속 접촉부들은 "플립 칩" 배열에서 LED 다이(202)의 동일 측 상에 배치될 수 있다. 반도체 층들은 기판 또는 수퍼스트레이트 상에서 에피텍셜 방식으로(epitaxially) 성장하며, 이는 오직 에피텍셜층들만 남아있도록 제거될 수 있다.
지지대(204)는 전기적 리드들을 가지는 하우징(206), 하우징 내의 히트 싱크(208), 및 히트 싱크 상에 장착된 서브마운트(210)를 포함할 수 있다. LED 다이(202)는 접촉 소자들(212), 예를 들어, 땜납, 금, 또는 금-주석 상호접속들을 통해 서브마운트(210) 상에 장착된다. 서브마운트(210)는 스루-비아들을 가지는 기판을 포함할 수 있거나, 또는 LED 다이(202)의 금속 패턴의 온-서브마운트 재분배를 포함할 수 있다. 본드 와이어들은 서브마운트(210) 상의 본드 와이어 패드들을 하우징(206)의 전기적 리드들에 커플링시킬 수 있으며, 전기적 리드들는 발광기(200)와 외부 컴포넌트들 사이에 전기적 신호들을 전달한다.
LED 다이(202)와 서브마운트(210) 사이에 언더필(underfill)이 도포될 수 있다. 언더필이 기계적 지지대를 제공할 수 있고, 오염원들로부터 LED 다이(202)와 서브마운트(210) 사이의 공간들을 밀봉할 수 있다. 언더필은 LED 다이(202)의 측면으로부터의 임의의 에지 방출을 차단할 수 있다. 언더필 물질은 양호한 열 전도성을 가질 수 있고, LED 다이(202), 서브마운트(210), 및 접촉 소자들(212) 중 적어도 하나에 대략적으로 매치하는 열팽창 계수(CTE)를 가질 수 있다. 추가로, 언더필 물질은 추후 기술될 바와 같은 렌즈(214), 윈도우 소자(222), 제1 실리콘(230), 및 제2 실리콘(232) 중 적어도 하나, 또는 추후 기술될 바와 같은 렌즈(314), 본딩층(330), 및 보호성 측면 코팅(332) 중 적어도 하나에 대략적으로 매치하는 CTE를 가질 수 있다. CTE들은 하나 이상의 실시예들에서 500% 이하로, 하나 이상의 실시예들에서 100% 이하로, 하나 이상의 실시예들에서 50% 이하로, 그리고 하나 이상의 실시예들에서 서로 30% 이하로 매치될 수 있다. 언더필 물질은 에폭시 또는 실리콘일 수 있으며, 충진 물질을 가질 수 있다.
더 많은 정보가 미국 특허 제7,462,502호, 제7,419,839호, 제7,279,345호, 제7,064,355호, 제7,053,419호, 및 제6,946,309호, 및 미국 특허 출원 공보 제20050247944호에서 발견될 수 있으며, 이들은 공동으로 양도되며 그 전체내용이 참조로 통합된다.
광학 소자가 LED 다이(202) 위에 또는 LED 다이(202)에 근접하게 위치된다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 LED 다이(202)로부터 광을 추출하는 높은 인덱스 렌즈(214)를 포함한다. 렌즈(214)는 천장(218)을 가지는 공동(cavity)(216)을 포함한다. 렌즈(214)는 종래의 실리콘 렌즈보다 더 큰 굴절률(RI)을 가진다. 렌즈(214)는 LED 다이(202)에 의해 방출되는 파장에서 1.5 이상(예를 들어, 1.7 이상)의 RI를 가질 수 있다. 렌즈(214)는, LED 다이(202)로부터 렌즈에 진입하는 광이 거의 정상적인 입사에서 렌즈 출구 표면(220)과 교차하여, 이에 의해 렌즈 출구 표면과 주변 매질(예를 들어, 공기) 사이의 계면에서 내부 전반사를 감소시킴으로써 광 출력을 증가시키게 할 사이즈 및 형상을 가질 수 있다.
렌즈(214)는 반구형 렌즈 또는 프레넬 렌즈일 수 있다. 렌즈(214)는 또한 광학적 집광기일 수 있으며, 이는 반사성 물질, 유전 물질, 또는 입사광을 반사 또는 리디렉트하기 위한 반사성 코팅으로 코팅된 벽을 가지는 광학 소자 및 내부 전반사기들을 포함한다. 반사성 코팅의 예는 뉴욕의 Munsell Color Services로부터의 Munsell White Reflectance Coating이다.
렌즈(214)는 광학 유리, 높은 인덱스의 유리, 사파이어, 다이아몬드, 실리콘, 탄화물, 알루미나, 인화 갈륨과 같은 III-V 반도체, 아연 황화물, 아연 셀렌화물 및 아연 텔루르화물과 같은 II-VI 반도체, IV족 반도체 및 화합물의 임의의 조합, 금속 산화물, 금속 불화물, 알루미늄, 안티몬, 비소, 비스무트, 칼슘, 구리, 갈륨, 게르마늄, 란타늄, 납, 니오븀, 인, 텔루륨, 탈륨, 티타늄, 텅스텐, 아연, 또는 지르코늄, 다결정 알루미나 산화물(투명 알루미나), 알루미늄 산화질화물(AlON), 큐빅 지르코니아(CZ), GGG(gadolinium gallium garnet), 인화 갈륨(GaP), PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 실리콘 알루미늄 산화질화물(SiAlON), 실리콘 탄화물(SiC), 실리콘 산화질화물(SiON), 티탄산 스트론튬, YAG(yttrium aluminum garnet), 아연 황화물(ZnS), 스피넬, Schott 유리 LaFN21, LaSFN35, LaF2, LaF3, LaF1O, NZK7, NLAF21, LaSFN18, SF59, 또는 LaSF3, Ohara 유리 SLAM60 또는 SLAH51의 임의의 산화물, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 형성될 수 있다. Schott 유리들은 펜실베니아주, 듀리에의 Schott Glass Technologies Incorporated로부터 이용가능하고, Ohara 유리는 뉴저지주, 소머빌의 Ohara Corporation으로부터 이용가능하다.
렌즈(214)는 LED 다이(202)에 의해 방출되는 파장들의 광을 다른 파장들로 변환하는 발광 물질을 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 렌즈(214)의 렌즈 출구 표면(220) 상의 코팅은 발광 물질을 포함한다. 발광 물질은 종래의 인광 입자들, 유기 반도체, II-VI 또는 III-V 반도체들, II-VI 또는 III-V 반도체 양자점 또는 나노-결정, 염료, 폴리머, 또는 광을 발하는(luminesce) 갈륨 질화물(GaN)과 같은 물질들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 렌즈 출구 표면(220) 근처의 렌즈(214)의 영역은 발광 물질로 도핑될 수 있다. 대안적으로, 렌즈(214)는 파장 변환 영역을 포함할 수 있다. 렌즈(214)는 출구 표면에서의 반사를 더욱 억제하기 위해 렌즈 출구 표면(220) 상에 단일 또는 멀티 층의 반사방지 코팅(AR)을 포함할 수 있다.
렌즈(214)는 또한 윈도우 소자(222), 본딩층(219), 본딩층(330), 본딩층(1402) 및 본딩층(1410)에 대해 추후 열거되는 물질들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
더 많은 정보가 미국 특허 제7,279,345호, 제7,064,355호, 제7,053,419호, 제7,009,213호, 제7,462,502호, 및 제7,419,839호에서 발견될 수 있으며, 이들은 공동으로 양도되고, 그 전체 내용이 참조로 통합된다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 LED 다이(202)의 방출 스펙트럼을 수정하고, 평평한 광학 표면을 제공하거나, 또는 이 둘 모두를 수행하는 윈도우 소자(222)를 포함한다. 윈도우 소자(222)는 렌즈(214)의 천장(218)에 직접 본딩되거나 융착되어 통합 엘리먼트를 형성할 수 있다. 윈도우 소자(222)는, 예를 들어, 몰딩 공정 동안, 렌즈(214)의 천장(218)에 직접 본딩되거나 융착될 수 있다. 윈도우 소자(222)는 예를 들어, 몰드에서의 예를 들어 냉각 또는 큐어링에 의해, 렌즈(214)가 고체화되거나 딱딱해지기 전에, 또는 그동안, 천장(218)에 배치될 수 있다. 윈도우 소자(222)는 또한 예를 들어, 몰드에서 윈도우 소자 아래에 또는 윈도우 소자 위에 렌즈를 몰딩함으로써 천장(218)에서 렌즈(214) 내로 내장될 수 있다.
대안적으로, 도 2b는 윈도우 소자(222)가 예를 들어 도 16 내지 19를 참조하여 추후 기술되는 공정들에서 본딩층(219)을 이용하여 렌즈(214)에 본딩될 수 있음을 도시한다. 본딩층(219)은 본딩층(330)에 대해 추후 열거되는 물질들, 예를 들어, 납 염화물, 납 브롬화물, 칼륨 불화물, 아연 불화물, 알루미늄, 안티몬, 비소, 비스무트, 붕소, 납, 리튬, 인, 칼륨, 실리콘, 소듐, 텔루륨, 탈륨, 텅스텐, 또는 아연의 산화물, 또는 이들의 임의의 혼합물들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
윈도우 소자(222)는 LED 다이(202)에 의해 방출되는 파장들에서 1.5 이상(예를 들어, 1.7 이상)의 RI를 가질 수 있다. 윈도우 소자(222)와 렌즈(214) 사이에 배치된 계면에서의 본드는 윈도우 소자와 렌즈 중 어느 하나 또는 둘 모두의 RI에 실질적으로 매치하는 RI, 윈도우 소자와 렌즈의 RI들에 대해 중간인 RI, 또는 윈도우 소자와 렌즈의 RI보다 더 큰 RI를 가질 수 있다. RI들은 이들이 하나 이상의 실시예들에서 100% 이하 내에 있는 경우, 하나 이상의 실시예들에서 50% 이하 내에 있는 경우, 하나 이상의 실시예들에서 25% 이하 내에 있는 경우, 그리고 하나 이상의 실시예들에서 서로의 10% 이내에 있는 경우 실질적으로 매치한다. 예를 들어, 본드의 RI와 윈도우 소자(222) 또는 렌즈(214)의 RI는 서로 ±0.05 내에 있을 수 있다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 윈도우 소자(222)를 가지는 렌즈(214)는 LED 다이(202)를 둘러싸기 위해 지지대(204) 상에 장착된다.
윈도우 소자(222)는 렌즈(214)와 본딩층들(219, 330, 1402, 및 1410)에 대해 설명된 물질들 및 물질 조합들, 예를 들어, 알루미늄 산화질화물(AlON), 다결정 알루미나 산화물(투명 알루미나), 알루미늄 질화물, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, 갈륨 질화물, 인화 갈륨, 사파이어, 실리콘 탄화물, 실리콘 알루미늄 산화질화물(SiAlON), 실리콘 산화질화물(SiON), 스피넬, 아연 황화물, 또는 텔루륨, 납, 텅스텐 또는 아연의 산화물 중 임의의 것으로 형성될 수 있다.
윈도우 소자(222)는 윈도우 소자에서의 스트레스를 감소시키고, 가열 또는 냉각 시에 윈도우 소자가 렌즈로부터 분리되는 것을 방지하기 위해 렌즈(214)의 CTE와 대략 매치하는 CTE를 가질 수 있다. CTE는 하나 이상의 실시예들에서 100% 이하 내로, 하나 이상의 실시예들에서 50% 이하 내로, 그리고 하나 이상의 실시예들에서 서로 30% 이하 내로 매치될 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 윈도우 소자(222)는 광의 하나 이상의 원하는 컬러들을 제공하기 위해 LED 다이(202)의 방출 스펙트럼을 수정하는 파장 변환 소자가다. 파장 변환 소자의 두께는 LED 다이(202)에 의해 생성되는 광의 파장에 응답하여 제어될 수 있고, 이는 재현성이 높은 상관된 색온도를 초래한다.
파장 변환 소자는 하나의 광 컬러를 생성하기 위한 세라믹 인광체 플레이트 또는 상이한 광 컬러들을 생성하기 위한 세라믹 인광체 플레이트들의 스택일 수 있다. "발광 세라믹들"로서 지칭되는 세라믹 인광체 플레이트는 인광체의 세라믹 슬래브(slab)일 수 있다. 세라믹 인광체 플레이트는 LED 다이(202)에 의해 방출되는 파장들에서 1.4 이상(예를 들어, 1.7 이상)의 RI를 가질 수 있다. 세라믹 인광체 플레이트는 
일 수 있다.
세라믹 인광체 플레이트는 일반식 
(여기서, 
및 
)의 엠버색 내지 적색 방출 희토류 금속-활성화된 산화질화알루미노실리케이트일 수 있고, RE는 유로퓸(II) 및 세륨(III) 중에서 선택된다. 세라믹 인광체 플레이트 내의 인광체는 또한 일반식 
(여기서, 
및 
)의 산화-질화-실리케이트일 수 있고, Mg, Ca, Sr, Ba 및 Zn으로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 엘리먼트 EA 및 Al, Ga 및 In으로 구성되는 그룹에서 선택된 적어도 하나의 엘리먼트 B를 포함하며, 세륨, 유로퓸, 테르븀, 프라세오디뮴 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된 란타나이드에 의해 활성화된다.
세라믹 인광체 플레이트는 또한 일반식 
(여기서, 
및 
)을 가지는 알루미늄 가넷 인광체들, 예를 들어, 황색-녹색 범위에서 광을 방출하는 
및 
; 및 적색 범위에서 광을 방출하는 
(여기서, 
및 
), 예를 들어, 
일 수 있다. 예를 들어, 
를 포함하는 
; 예를 들어, 
를 포함하는 
; 
; 및 예를 들어 
및 
를 포함하는 
(여기서, 
)를 포함하는, 다른 녹색, 황색 및 적색 방출 인광체들 역시 적합할 수 있다. 다른 적합한 인광체들은 예를 들어, 
및 
를 포함한다.
세라믹 인광체 플레이트는 또한 일반식 
을 가질 수 있으며, 여기서, 
및 
이다. 세라믹 인광체 플레이트는 또한 
의 일반식을 가질 수 있고, 여기서, 엘리먼트 M은 하나 이상의 2가 엘리먼트들이고, 엘리먼트 A는 하나 이상의 3가 엘리먼트들이고, 엘리먼트 B는 하나 이상의 4가 엘리먼트들이고, O는 선택적이며 인광체 플레이트에 존재하지 않을 수 있는 산소이고, N은 질소이고, 엘리먼트 Z는 활성체이며, 
이고, m, a, b는 모두 1일 수 있고, o는 0일 수 있고, n은 3일 수 있다. M은 Mg(마그네슘), Ca(칼슘), Sr(스트론튬), Ba(바륨) 및 Zn(아연) 중에서 선택되는 하나 이상의 엘리먼트들이고, 엘리먼트 A는 B(붕소), Al(알루미늄), In(인듐) 및 Ga(갈륨) 중에서 선택되는 하나 이상의 엘리먼트들이고, 엘리먼트 B는 Si(실리콘) 및/또는 Ge(게르마늄)이고, 엘리먼트 Z는 희토류 또는 전이 금속들 중에서 선택되는 하나 이상의 엘리먼트들이다. 엘리먼트 Z는 Eu(유로퓸), Mn(망간), Sm(사마륨) 및 Ce(세륨) 중에서 선택되는 적어도 하나 이상의 엘리먼트들이다. 엘리먼트 A는 Al(알루미늄)일 수 있고, 엘리먼트 B는 Si(실리콘)일 수 있고, 엘리먼트 Z는 Eu(유로퓸)일 수 있다.
세라믹 인광체 플레이트는 또한 식 
를 가지는 Eu2+활성화된 
일 수 있으며, 여기서, a=0.002-0.2, b=0.0-0.25, c=0.0-0.25, x=1.5-2.5, y=1.5-2.5, z=1.5-2.5이다.
세라믹 인광체 플레이트는 또한 프라세오디뮴(Pr)의 3가 이온을 가지고 Ce:YAG 인광체를 도핑함으로써 생성되는 화학적으로 변경된 Ce:YAG 인광체일 수 있다. 세라믹 인광체 플레이트는 메인 형광 물질 및 보조 형광 물질을 포함할 수 있다. 메인 형광 물질은 Ce:YAG 인광체일 수 있고, 보조 형광 물질은 유로퓸(Eu) 활성화된 스트론튬 황화(SrS) 인광체("Eu:SrS")일 수 있다. 메인 형광 물질은 또한 Ce:YAG 인광체 또는 임의의 다른 적절한 황색-방출 인광체일 수 있고, 보조 형광 물질은 또한 칼슘 황화물(CaS) 및 유로퓸으로 활성화된 스트론튬 황화물(SrS)의 혼합된 3원 결정 물질 
일 수 있다. 메인 형광 물질은 또한 Ce:YAG 인광체 또는 임의의 다른 적절한 황색-방출 인광체일 수 있고, 보조 형광 물질은 또한 유로퓸으로 도핑된 질화-실리케이트일 수 있다. 질화-실리케이트 보조 형광 물질은 화학식 
을 가질 수 있고, 여기서 
및 
이다.
세라믹 인광체 플레이트는 또한 전술된 인광체들 중 임의의 것의 혼합물(blend)을 가질 수 있다.
더 많은 정보는 미국 특허 제7,462,502호, 제7,419,839호, 제7,544,309호, 제7,361,938호, 제7,061,024호, 제7,038,370호, 제6,717,353호 및 제6,680,569호, 및 미국 특허 출원 공보 제20060255710호에서 발견될 수 있고, 이들은 공동으로 양도되고 그 전체 내용이 참조로 통합된다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 윈도우 소자(222)는 LED 다이(202)에 대면하는 광학적으로 평평한 표면을 가지는 광학적으로 평평한 플레이트이다. 광학적으로 평평한 플레이트는 사파이어, 유리, 다이아몬드, 실리콘 탄화물(SiC), 알루미늄 질화물(AlN), 임의의 투명한, 반투명한, 또는 산란성 세라믹일 수 있다. 하나 이상의 실시예들에서, 윈도우 소자(222)는 렌즈(214) 및 본딩층들(219, 330, 1402, 및 1410)에 대해 위에서 열거된 물질들 중 임의의 물질일 수 있다. 광학적으로 평평한 플레이트는 LED 다이(202)에 의해 방출되는 파장들에서 1.5 이상의(예를 들어, 1.7 이상의) RI를 가질 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 발광기(200)로부터 열을 추출하기 위한 선택적 히트 싱크(224)를 포함할 수 있다. 히트 싱크(224)는 선택적인 핀들(226)(오직 2개만 라벨링됨)을 가질 수 있다. 히트 싱크(224)는 예를 들어, 렌즈(214) 내에 또는 렌즈 위에 몰딩함으로써 통합될 수 있다. 히트 싱크(224)는 층들, 플레이트들, 슬래브들, 또는 링들일 수 있다. 히트 싱크(224)가 투명하거나, 반투명하거나, 산란성인 경우, 이는 광학 경로 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 히트 싱크(224)는 직접 윈도우 소자(222) 상에 위치될 수 있다. 히트 싱크(224)는 다이아몬드, 실리콘 탄화물(SiC), 단일 결정 알루미늄 질화물(AlN), 갈륨 질화물(GaN), 또는 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN)일 수 있고, 이는 렌즈(214), 윈도우 소자(222)의 일부분이거나, 또는 광학 소자의 임의의 부분일 수 있다. 히트 싱크(224)가 불투명한 경우, 이는 광학 경로에 있지 않을 수 있다. 예를 들어, 히트 싱크는 윈도우 소자(222)의 에지에 접촉할 수 있다. 히트 싱크(224)는 실리콘, (다결정인, 소결된(sintered), 고온 고압인) 알루미늄 질화물, 은, 알루미늄, 금, 니켈, 바나듐, 구리, 텅스텐과 같은 금속들, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 불화물, 서멀 그리스(thermal greases) 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 히트 싱크(224)는 생성된 광에 대해 반사성일 수 있고, 측면 코팅으로서 작용할 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 제1 실리콘(230)이 LED 다이(202) 및 윈도우 소자(222) 중 하나 또는 이들 모두에 도포되어, 렌즈(214)가 지지대(204) 상에 장착된 이후 제1 실리콘이 LED 다이(202)와 윈도우 소자(222) 사이에 배치된다. 제1 실리콘(230)은 LED 다이(202)로부터 윈도우 소자(222)로 광을 추출하는 것을 보조한다. 제1 실리콘(230)은 또한 렌즈(214)에 대한 임의의 외부 충격으로부터 LED 다이(202)를 보호(insulate)하기 위한 기계적 버퍼로서 작용할 수 있으며, 발광기(200)를 더욱 강건하게 만들 수 있다. 제1 실리콘(230)은 LED 다이(202)에 의해 방출되는 파장들에서 1.4 이상의 RI를 가지는 폴리디메틸실록산(PDMS) 실리콘일 수 있다.
제2 실리콘(232)은 렌즈(214)가 지지대(204) 상에 장착된 후 공동(216) 내의 나머지 공간으로 유입된다. 제2 실리콘(232)은 반사성 또는 산란성 입자들로 채워질 수 있다. 제2 실리콘(232)은 에지 방출을 감소시기기 위해 윈도우 소자(222)의 에지를 커버할 수 있는데, 이는 윈도우 소자가 파장 변환 소자인 경우 중요할 수 있다. 제2 실리콘(232)은 또한 에지 방출을 감소시키고, LED 다이로부터 윈도우 소자(222)로 광을 채널링(channel)하는 것을 보조하기 위해 제1 실리콘(230) 및 LED 다이(202)의 에지를 커버할 수 있다. 제2 실리콘(232)은 또한 별도의 언더필 대신 LED(202)와 지지대(204) 사이의 언더필로서의 역할을 할 수 있다. 제2 실리콘(232)은 LED 다이(202)에 의해 방출되는 파장들에서 1.5 이상의 RI를 가지는 페닐 대체 실리콘일 수 있고, 예를 들어, 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화질화물(AlON), 황산 바륨, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 사파이어, 실리콘 알루미늄 산화질화물(SiAlON), 실리콘 탄화물, 실리콘 산화질화물(SiON), 티탄산 스트론튬, 티타늄 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 아연 셀렌화물, 아연 황화물 및 아연 텔루르화물 중 하나 이상과 같은 반사성 입자들로 채워질 수 있다. 실리콘들(230 및 232) 간의 계면 경계는, 오염원이 제1 실리콘 내로 지나가서 광학 경로에 또는 윈도우 소자(222) 상에 누적하는 것을 방지하는 장벽으로서의 역할을 할 수 있다.
하나 이상의 대안적인 실시예들에서, 발광기(200)는 제2 실리콘(232)을 포함하지 않는다. 대신, 전체 공동(216)은 제1 실리콘(230)으로 채워진다.
하나 이상의 대안적인 실시예들에서, 발광기(200)는 제1 실리콘(230) 및 제2 실리콘(232)을 포함하지 않는다. 대신, LED 다이(202)와 윈도우 소자(222) 사이에 에어 갭이 형성된다. 제1 실리콘(230) 없이, LED 다이(202)로부터 가능한 많은 방출을 포착하기 위해 오버사이즈 윈도우 소자(222)가 사용될 수 있다. 오버사이즈 윈도우 소자(222)는 공동 천장(218)에 걸쳐 있을 수 있고, 심지어 공동 측벽들을 커버할 수도 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 LED 다이(202)에 본딩된 렌즈(214)이다. 본딩층(219)은 LED 다이(202)에 렌즈(214)를 본딩시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 앞에서, 그리고 향후에 통합되는 참조문헌들에서 추가로 기술된다.
도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서의 발광기(300)의 횡단면 뷰를 예시한다. 발광기(300)는 지지대(204) 상에 장착된 LED 다이(202)를 포함한다. 광학 소자는 LED 다이(202) 상에 또는 LED 다이(202)에 근접하게 위치된다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 LED 다이(202)로부터 광을 추출하는 높은 인덱스 렌즈(314)를 포함한다. 렌즈(314)는 바닥 표면(318)을 가지는 돔-유사 형상을 가질 수 있다. 렌즈(314)는 1.5 이상(예를 들어, 1.7 이상)의 RI를 가질 수 있다. 렌즈(314)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(214)에 대해 유사하게 전술된 바와 같이, 렌즈(314)는 LED 다이(202)에 의해 방출된 파장들의 광을 다른 파장들로 변환시키는 발광 물질을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 통합 엘리먼트를 형성하기 위해 렌즈(314)의 바닥 표면(318)에 직접 본딩되거나 융착되는 윈도우 소자(222)를 포함한다. 윈도우 소자(222)는, 예를 들어, 몰딩 공정 동안, 렌즈(314)의 바닥 표면(318)에 직접 본딩 또는 융착될 수 있다. 윈도우 소자(222)는 렌즈(314)가 예를 들어, 몰드 시에 냉각 또는 큐어링에 의해 고체화되거나 딱딱해지기 전에, 또는 그동안, 바닥 표면(318) 상에 위치될 수 있다. 윈도우 소자(222)는 또한 예를 들어 몰드 시에 윈도우 소자 위에 또는 아래에 렌즈를 몰딩함으로써 바닥 표면(318)에서 렌즈(314) 내에 내장될 수 있다.
대안적으로, 도 3b는 윈도우 소자(222)가 예를 들어 도 16 내지 19를 참조하여 추후 기술되는 공정들에서 본딩층(319)을 가지고 렌즈(314)에 본딩될 수 있는 것을 도시한다. 본딩층(319)은 또한 본딩층(330)에 대해 추후에 열거되는 물질들, 예를 들어, 납 염화물, 납 브롬화물, 칼륨 불화물, 아연 불화물, 알루미늄, 안티몬, 비스무트, 붕소, 납, 리튬, 인, 칼륨, 실리콘, 소듐, 텔루륨, 탈륨, 텅스텐 또는 아연의 산화물, 또는 이들의 임의의 혼합물 중 임의의 것일 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 윈도우 소자(222)는 LED 다이(202)에 의해 방출되는 파장들에서 1.5 이상(예를 들어, 1.7 이상)의 RI를 가질 수 있다. 윈도우 소자(222)와 렌즈(314) 사이에 배치된 계면에서의 본드는 윈도우 소자와 렌즈 중 어느 하나 또는 둘 모두의 RI에 실질적으로 매치하는 RI, 윈도우 소자와 렌즈의 RI들에 대해 중간인 RI, 또는 윈도우 소자 또는 렌즈보다 더 큰 RI를 가진다. RI들은 이들이 하나 이상의 실시예들에서 100% 이하 내에 있는 경우, 하나 이상의 실시예들에서 50% 이하 내에 있는 경우, 하나 이상의 실시예들에서 25% 이하 내에 있는 경우, 그리고 하나 이상의 실시예들에서 서로 10% 이하 내에 있는 경우 실질적으로 매치한다. 예를 들어, 본드의 RI 및 윈도우 소자(222) 또는 렌즈(314)의 RI는 서로의 ±0.05 이내에 있을 수 있다.
이후, 렌즈(314)와 함께 윈도우 소자(222)는 윈도우 소자와 LED 다이 사이의 본딩층(330)을 사용하여 LED 다이(202)에 본딩된다. 본딩층(330)은 윈도우 소자(222)와 LED 다이(202) 사이에 강성 본딩을 형성할 수 있다.
본딩층(330)은 렌즈(214), 본딩층(219), 윈도우 소자(222), 본딩층(1402) 및 본딩층(1410)에 대해 위에서 열거된 물질 중 임의의 것으로 형성될 수 있다.
본딩층(330)은 또한 갈륨 비화물, 갈륨 질화물, 인화 갈륨 및 인듐 인화 갈륨을 포함하지만 이에 제한되지 않는 III-V 반도체; 카드뮴 셀렌화물, 카드뮴 황화물, 카드뮴 텔루르화물, 아연 황화물, 아연 셀렌화물 및 아연 텔루르화물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 II-VI 반도체; 게르마늄, 실리콘 및 실리콘 탄화물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 IV족 반도체들 및 화합물; 유기 반도체, 산화물, 금속 산화물, 및 알루미늄, 안티몬, 비소, 비스무트, 붕소, 카드뮴, 세륨, 크롬, 코발트, 구리, 갈륨, 게르마늄, 인듐, 인듐 주석, 납, 리튬, 몰리브덴, 네오디뮴, 니켈, 니오븀, 인, 칼륨, 실리콘, 소듐, 텔루륨, 탈륨, 티타늄, 텅스텐, 아연 또는 지르코늄을 포함하지만 이에 제한되지 않는 희토류 산화물; 비스무트 산염화물과 같은 옥시할라이드(oxyhalide); 칼슘, 납, 마그네슘, 칼륨, 소듐 및 아연의 불화물, 염화물 및 브롬화물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 불화물, 염화물 및 브롬화물; 인듐, 마그네슘, 주석 및 아연을 포함하지만 이에 제한되지 않는 금속들; YAG(yttrium aluminum garnet), 인화물 화합물, 비화물 화합물, 안티몬화물 화합물, 질화물 화합물, 높은 인덱스 유기 화합물; 및 이들의 혼합물 또는 합금을 포함할 수 있다.
본딩층(330)은 LED 다이(202)의 활성 영역에 의해 방출되는 파장들의 광을 다른 파장들로 변환하는 발광 물질을 포함할 수 있다. 발광 물질은 종래의 인광체 입자들, 유기 반도체들, II-VI 또는 III-V 반도체들, II-VI 또는 III-V 반도체 양자점 또는 나노결정, 염료, 폴리머, 및 발광하는 GaN와 같은 물질을 포함한다. 본딩층(330)이 종래의 인광체 입자들을 포함하는 경우, 본딩층은 통상적으로 약 5 마이크론 내지 약 50 마이크론의 사이즈를 가지는 입자들을 수용할만큼 충분히 두꺼워야 한다.
본딩층(330)에는 에폭시와 같은 통상적인 유기-기반 접착제들이 실질적으로 없을 수 있는데, 왜냐하면 이러한 접착제들이 낮은 굴절률을 가지는 경향이 있기 때문이다.
본딩층(330)은 또한 낮은 RI 본딩 물질, 즉, LED 다이(202)의 방출 파장들에서 약 1.5 미만의 RI를 가지는 본딩 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 마그네슘 불화물이 한가지 이러한 본딩 물질이다. 낮은 인덱스의 광학 유리, 에폭시 및 실리콘이 또한 적절한 낮은 인덱스 본딩 물질들일 수 있다.
본딩층(330)은 또한 예를 들어, Schott 유리 LaSFN35, LaF1O, NZK7, NLAF21, LaSFN18, SF59, 또는 LaSF3, 또는 Ohara 유리 SLAH51 또는 SLAM60, 또는 이들의 혼합물과 같은 유리 본딩 물질로 형성될 수 있다. 본딩층(330)은 또한 예를 들어, (Ge, As, Sb, Ga)(S, Se, Te, F, Cl, I, Br) 칼코겐화물 또는 칼코겐-할로겐화물 유리와 같은 높은 인덱스 유리로 형성될 수 있다. 원하는 경우, 유리 및 폴리머와 같은 더 낮은 인덱스 물질들이 사용될 수 있다. 실리콘 또는 실록산과 같은 높은 인덱스 수지 및 낮은 인덱스 수지 모두는 일본, 도쿄의 Shin-Etsu Chemical Co.와 같은 제조사들로부터 이용가능하다. 실록산 백본의 사이드 체인들이 실리콘의 굴절률을 변경시키도록 수정될 수 있다.
윈도우 소자(222)는 LED 다이가 서브마운트(210)에 장착된 후 LED 다이(202)에 열적으로 본딩될 수 있다. 예를 들어, 윈도우 소자(222)를 LED 다이(202)에 본딩시키기 위해, 본딩층(330)의 온도는 실온과 접촉 소자(212)의 용융점 사이의 온도, 예컨대, 대략 150℃ 내지 450℃ 사이, 더 구체적으로는 약 200℃ 내지 400℃ 사이의 온도로 상승한다. 윈도우 소자(222)와 LED 다이(202)는 약 1 제곱 인치당 파운드(psi) 내지 약 6000 psi의 압력에서, 약 1초 내지 약 6시간의 시간 기간 동안, 예를 들어, 약 30초 내지 약 30분 동안 본딩 온도에서 함께 압축된다. 예를 들어, 약 700 psi 내지 약 3000 psi의 압력이 약 3 내지 15분 동안 가해질 수 있다. 압력은 냉각 동안 인가될 수 있다. 원하는 경우, 다른 본딩 공정이 사용될 수 있다.
열 본딩 공정로 인해 윈도우 소자(222)와 LED 다이(202)의 CTE 간의 미스매치는 가열 또는 냉각 시에 윈도우 소자가 LED 다이로부터 박리(delaminate) 또는 분리되도록 할 수 있다. 따라서, 윈도우 소자(222) 및 LED(202)는 대략 매칭하는 CTE들을 가져야 한다.
보호성 측면 코팅(332)이 에지 방출을 감소시키기 위해 윈도우 소자(222), 본딩층(330) 및 LED 다이(202)의 에지에 도포될 수 있다. 측면 코팅(332)은 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화질화물(AlON), 황산 바륨, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 사파이어, 실리콘 알루미늄 산화질화물(SiAlON), 실리콘 탄화물, 실리콘 산화질화물(SiON), 티탄산 스트론튬, 티타늄 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 아연 셀렌화물, 아연 황화물 또는 아연 텔루르화물과 같은 산란성 입자를 가지는 실리콘, 서멀 그리스, 또는 알루미늄, 크롬, 금, 니켈, 팔라듐, 플래티늄, 은, 바나듐 또는 이들의 조합과 같은 금속 박막일 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 선택적 핀들(226)을 가지는 선택적 히트 싱크(224)를 포함할 수 있다. 히트 싱크(224)는 윈도우 소자로부터 열을 추출하기 위해 윈도우 소자(222)에 열적으로 커플링될 수 있다. 광학 소자의 물질에 따라, 이는 히트 싱크로서 기능할 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 LED 다이(202)에 본딩된 렌즈(314)이다. 본딩층(319 또는 330)은 LED 다이(202)에 렌즈(314)를 본딩시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 실시예들에서, 광학 소자는 LED 다이(222)에 본딩되는 윈도우 소자(222)이다. 본딩층(330)은 LED 다이(202)에 윈도우 소자(222)를 본딩시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 이전 및 이후의 통합되는 참조문헌들에서 추가로 기술된다.
더 많은 정보가 미국 특허 제7,279,345호, 제7,064,355호, 제7,053,419호, 제7,009,213호, 제7,462,502호, 제7,419,839호, 제6,987,613호, 제5,502,316호, 및 제5,376,580호에서 발견될 수 있으며, 이들은 공동으로 양도되며, 그 전체 내용이 참조로 통합된다.
도 4a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서의 발광기(400)의 횡단면 뷰를 예시한다. 발광기(400)는 지지대(204) 상에 장착되는 LED 다이(202)를 포함한다. 광학 소자는 LED 다이(202) 위에 또는 LED 다이(202)에 근접하게 위치된다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 LED 다이(202)로부터 광을 추출하는 높은 인덱스 렌즈(414)를 포함할 수 있다. 렌즈(414)는 바닥 표면(418)을 가지는 고체 돔-유사 형상을 가질 수 있다. 렌즈(414)는 1.5 이상의 RI를 가질 수 있다. 렌즈(414)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(214)에 대해 유사하게 기술된 바와 같이, 렌즈(414)는 LED 다이(202)에 의해 방출된 광 파장들을 다른 파장들로 변환시키는 발광 물질을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 렌즈(414)에 직접 본딩 또는 융착되는 윈도우 소자(222)를 포함한다. 윈도우 소자(222)는 또한 렌즈(414) 내로 매입(recessed)되고, 따라서 윈도우 소자는 렌즈의 바닥 표면(418)과 동일 평면 상에 있게 된다. 윈도우 소자(222)는 예를 들어, 몰딩 공정 동안 렌즈(414)에 직접 본딩 또는 융착될 수 있다. 윈도우 소자(222)는 예를 들어, 몰드 시에 냉각 또는 큐어링에 의해 렌즈(414)가 고체화되거나 딱딱해지기 전에 또는 그동안 바닥 표면(418) 내로 매입될 수 있다. 윈도우 소자(222)는 또한 예를 들어 몰드 시에 윈도우 소자 위에 또는 윈도우 소자 아래에 렌즈(418)를 몰딩시킴으로써 바닥 표면(418) 내로 매입될 수 있다. 매입은 또한 윈도우 소자(222)에 대한 렌즈(414)에서 사전수행될 수 있고, 렌즈는 윈도우 소자와 직접 본딩 또는 융착하기 위해 가열될 수 있다.
대안적으로, 도 4b는 예를 들어, 윈도우 소자(222)가 도 16 내지 19를 참조하여 차후에 기술되는 공정들에서 본딩층(419)을 이용하여 렌즈(414)에 본딩될 수 있는 것을 도시한다. 본딩층(419)은 본딩층(330)에 대해 위에서 열거된 물질들, 예를 들어, 납 염화물, 납 브롬화물, 칼륨 불화물, 아연 불화물, 알루미늄, 안티몬, 비소, 비스무트, 붕소, 납, 리튬, 인, 칼륨, 실리콘, 소듐, 텔루륨, 탈륨, 텅스텐 또는 아연의 산화물, 또는 이들의 임의의 혼합물 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 윈도우 소자(222)와 렌즈(414) 사이의 본드는 윈도우 소자와 렌즈 중 어느 하나 또는 둘 모두의 RI와 실질적으로 매치하는 RI, 윈도우 소자와 렌즈의 RI들에 대해 중간인 RI, 또는 윈도우 소자 또는 렌즈에 대한 RI보다 더 큰 RI를 가진다.
렌즈(414)와 함께 윈도우 소자(222)는 윈도우 소자와 LED 다이 사이의 본딩층(330)을 사용하여 LED 다이(202)에 본딩된다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 광학 핀들(226)을 가지는 선택적 히트 싱크(224)를 포함할 수 있다. 히트 싱크(224)는 윈도우 소자로부터 열을 추출하기 위해 윈도우 소자(222)에 열적으로 커플링될 수 있다. 히트 싱크(224)는 윈도우 소자(222)가 본딩됨과 동시에, 그 전에 또는 그 후에 렌즈(414)에 몰딩될 수 있다. 광학 소자의 물질에 따라, 이는 히트 싱크로서 기능할 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 렌즈(414)에 윈도우 소자(222)를 직접 본딩 또는 융착시키기 위한 몰딩 공정에서 사용될 수 있는 몰딩 장치(500)를 예시한다. 장치(500)는 하부 몰드 하프(lower mold half)(502) 및 상부 몰드 하프(upper mold half)(504)를 가지는 열적 압축 몰드일 수 있다. 몰드 하프들(502 및 504)은 원하는 형상의 렌즈(414) 내의 몰드 공동을 정의한다. 몰드 하프들(502 및 504)은 몰드 하프들을 정렬하는 가이드 핀들 및 홀들을 가질 수 있다. 가열/냉각 소자들(506)(오직 2개만 라벨링됨)은 몰딩 공정 동안 몰드 하프들(502 및 504)에 적절한 가열 및 냉각을 제공한다. 가열/냉각 소자들(506)은 몰드 하프들(502 및 504)에 통합되거나 이로부터 분리될 수 있다. 대안적으로, 몰드 하프들(502 및 504)은 몰드 내로 직접 전류를 흐르게 함으로써 가열될 수 있으며, 여기서 몰드 하프들은 또한 가열 소자들이다.
윈도우 소자(222)는 하부 몰드 하프(502) 상에 배치되며, 유리 청크 또는 파우더(508)가 윈도우 소자 상에 배치된다. 가열/냉각 소자들(506)은 윈도우 소자(222)를 손상시키지 않고 유리 청크 또는 파우더(508)를 성형하기에 충분한 온도로 몰드 하프들(502 및 504)을 가열한다. 상부 몰드 하프(504)는 유리 청크 또는 파우더(508)에 열과 압력을 가하기 위해 하부 몰드 하프(502) 위에 위치되며, 부드러워진 유리가 흘러서 몰드 공동의 형상을 취하여 렌즈(414)를 형성한다. 렌즈(414)가 냉각되어 딱딱해짐에 따라, 렌즈(414)는 윈도우 소자(222)와 직접 본딩 또는 융착된다. 윈도우 소자(222)에 추가하여, 광학 히트 싱크(224)가 또한 렌즈(414)에 직접 본딩 또는 융착될 수 있다. 히트 싱크(224)는 윈도우 소자(222) 이전에, 이후에 또는 이와 동시에 렌즈(414)와 함께 몰딩될 수 있다. 히트 싱크(224)는 또한 렌즈(414)에 부착 또는 글루잉될 수 있다.
가열/냉각 소자(506)는 몰드 하프들(502 및 504)을 점진적으로 냉각시킬 수 있다. CTE는 하나 이상의 실시예들에서 100% 이하 내로, 하나 이상의 실시예들에서 50% 이하 내로, 그리고 하나 이상의 실시예들에서 서로 30% 이하 내로 매치될 수 있다. 윈도우 소자(222)를 가지는 렌즈(414)를 몰드로부터 당겨내기 위해 이젝터 핀이 사용될 수 있다.
몰딩 공정이 렌즈(414)에 대해 기술되었지만, 몰딩 하프들(502 및 504)은 전술된 렌즈들(214 및 314), 및 추후 기술되는 렌즈들(614, 714, 814, 914, 1014, 1114, 1314, 및 2014)을 형성하기 위해 상이한 형상들을 취할 수 있다. 기술된 몰딩 공정 대신, 주입 몰딩 및 삽입 몰딩을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 렌즈 몰딩 공정이 전술된 윈도우 소자를 갖는 렌즈들 중 임의의 렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 삽입 몰딩은 선택적 핀들(226)을 가지는 임의의 선택적 히트 싱크(224)를 렌즈 내로 통합하기 위해 사용될 수 있다.
도 6 내지 11, 13 및 20은 모듈(200)의 렌즈(214), 모듈(300)의 렌즈(314), 또는 모듈(400)의 렌즈(414)를 대체할 수 있는 윈도우 소자들을 가지는 다양한 렌즈들을 예시한다. 윈도우 소자들을 가지는 이들 다양한 렌즈들은 또한 추후 기술되는 발광기들(1400 및 1500) 내의 렌즈(1414)를 대체할 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 렌즈(614)의 횡단면 뷰를 예시한다. 렌즈(614)는 천장(618)을 가지는 공동(616)이 있는 돔-유사 형상을 가진다. 윈도우 소자(222)는 렌즈(614)에 직접 본딩 또는 융착된다. 대안적으로, 윈도우 소자(222)는 예를 들어 도 16 내지 19를 참조하여 추후 기술되는 공정들에서 본딩층을 이용하여 렌즈(614)에 본딩된다. 렌즈(614)는 윈도우 소자(222)가 천장(618) 내로 매입되는 것을 제외하고는 전술된 렌즈(214)와 유사하며, 따라서, 윈도우 소자의 바닥이 실질적으로 천장과 동일 평면 상에 있게 될 수 있다. 렌즈(614)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(214)에 대해 전술된 바와 유사하게, 렌즈(614)는 발광 물질 및/또는 윈도우 소자(222)를 포함할 수 있다. LED 다이(202)로부터의 광은 윈도우 소자(222) 및/또는 렌즈(614)에 의해 또다른 파장으로 변환될 수 있다. 결합된 생성된 그리고 변환된 광은 원하는 컬러를 생성할 수 있다.
도 7은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 렌즈(714)의 횡단면 뷰를 예시한다. 렌즈(714)는 바닥 표면(718)을 가지는 돔-유사 형상을 가진다. 윈도우 소자(222)는 렌즈(714)의 바닥 표면(718)에 직접 본딩 또는 융착된다. 또한 윈도우 소자(222)는 전체 바닥 표면(718)에 걸쳐 있다. 대안적으로, 윈도우 소자(222)는 예를 들어, 도 16 내지 19를 참조하여 추후 기술되는 공정들에서 본딩층을 이용하여 렌즈(714)에 본딩된다. 렌즈(714)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(214)에 대해 전술된 바와 유사하게, 렌즈(714)는 발광 물질 및/또는 윈도우 소자(222)를 포함할 수 있다. LED 다이(202)로부터의 광은 윈도우 소자(222) 및/또는 렌즈(714)에 의해 또다른 파장으로 변환될 수 있다. 결합된 생성된 그리고 변환된 광은 원하는 컬러를 생성할 수 있다.
도 8은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서의 렌즈(814)의 횡단면 뷰를 예시한다. 렌즈(814)는 방출 표면(820)을 향해 광을 지향시키는 반사 표면(819)을 가지는 CPC(compound parabolic concentrator) 렌즈이다. 윈도우 소자(222)는 렌즈(814)의 바닥 표면(818)에 직접 본딩 또는 융착된다. 대안적으로, 윈도우 소자(222)는 예를 들어, 도 16 내지 19를 참조하여 추후 기술되는 공정들에서의 본딩층을 이용하여 렌즈(814)에 본딩된다. 렌즈(814)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(214)에 대해 전술된 바와 유사하게, 렌즈(814)는 발광 물질 및/또는 윈도우 소자(222)를 포함할 수 있다. LED 다이(202)로부터의 광은 윈도우 소자(222) 및/또는 렌즈(814)에 의해 또다른 파장으로 변환될 수 있다. 결합된 생성된 그리고 변환된 광은 원하는 컬러를 생성할 수 있다.
도 9는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서의 렌즈(914)의 횡단면 뷰를 예시한다. 렌즈(914)는 한 타입의 측명-방출 렌즈이다. 윈도우 소자(222)는 렌즈(914)에 직접 본딩 또는 융착된다. 대안적으로, 윈도우 소자(222)는 예를 들어, 도 16 내지 19를 참조하여 추후에 기술되는 공정들에서 본딩층을 이용하여 렌즈(914)에 본딩된다. 윈도우 소자(222)가 렌즈(914)에 매입되며, 따라서, 윈도우 소자의 바닥은 도시된 바와 같이 렌즈의 바닥 표면(918)과 동일 평면 상에 있게 될 수 있다. 대안적으로, 윈도우 소자(222)는 바닥 표면(918)에 본딩되며 바닥 표면(918)으로부터 돌출된다. 렌즈(914)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(214)에 대해 전술된 바와 유사하게, 렌즈(914)는 발광 물질 및/또는 윈도우 소자(222)를 포함할 수 있다. LED 다이(202)로부터의 광은 윈도우 소자(222) 및/또는 렌즈(914)에 의해 또다른 파장으로 변환될 수 있다. 결합된 생성된 그리고 변환된 광은 원하는 컬러를 생성할 수 있다.
도 10은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서의 렌즈(1014)의 횡단면 뷰를 예시한다. 렌즈(1014)는 또다른 타입의 측면-방출 렌즈이다. 윈도우 소자(222)는 렌즈(1014)에 직접 본딩 또는 융착된다. 대안적으로, 윈도우 소자(222)는 예를 들어, 도 16 내지 19를 참조하여 추후에 기술되는 공정들에서 본딩층을 이용하여 렌즈(1014)에 본딩된다. 윈도우 소자(222)가 렌즈(1014)에 매입되며, 따라서, 윈도우 소자의 바닥은 도시된 바와 같이 렌즈의 바닥 표면(1018)과 동일 평면 상에 있게 될 수 있다. 대안적으로, 윈도우 소자(222)는 바닥 표면(1018)에 본딩되며 바닥 표면(1018)으로부터 돌출된다. 렌즈(1014)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(214)에 대해 전술된 바와 유사하게, 렌즈(1014)는 발광 물질 및/또는 윈도우 소자(222)를 포함할 수 있다. LED 다이(202)로부터의 광은 윈도우 소자(222) 및/또는 렌즈(1014)에 의해 또다른 파장으로 변환될 수 있다. 결합된 생성된 그리고 변환된 광은 원하는 컬러를 생성할 수 있다.
도 20은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서의 프레넬 렌즈의 형상인 그루브(groove)들을 포함하는 렌즈(2014)를 예시한다. 렌즈(2014)는 에칭되고, 몰딩되고, 양각되거나 스탬핑되는 프레넬 패턴을 가질 수 있다. 프레넬 패턴은 동심 패턴(concentric pattern)으로 종종 배열되는, 그루브들의 세트를 포함한다. 프레넬 패턴은 전체 표면(2020) 상에, 또는 오직 최상부 영역 상에만, 또는 오직 표면(2020)의 측면 영역 상에만 형성될 수 있다.
윈도우 소자(222)는 렌즈(2014)의 최하부 표면(2018)에 직접 본딩 또는 융착된다. 대안적으로, 윈도우 소자(222)는 예를 들어, 도 16 내지 19를 참조하여 추후에 기술되는 공정들에서 본딩층을 이용하여 렌즈(2014)에 본딩된다. 윈도우 소자(222)는 도시된 바와 같이 바닥 표면(2018)에 본딩되며 바닥 표면(2018)으로부터 돌출된다. 대안적으로, 윈도우 소자(222)가 렌즈(2014)에 매입되며, 따라서, 윈도우 소자의 바닥은 렌즈의 바닥 표면(2018)과 동일 평면 상에 있게 될 수 있다. 렌즈(2014)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(214)에 대해 전술된 바와 유사하게, 렌즈(2014)는 발광 물질 및/또는 윈도우 소자(222)를 포함할 수 있다. LED 다이(202)로부터의 광은 윈도우 소자(222) 및/또는 렌즈(2014)에 의해 또다른 파장으로 변환될 수 있다. 결합된 생성된 그리고 변환된 광은 원하는 컬러를 생성할 수 있다.
도 11은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서의 렌즈(1114)의 횡단면 뷰를 예시한다. 렌즈(1114)는 직각 렌즈(right angle lens) 또는 프리즘이다. 하나의 윈도우 소자(222)(222A로 라벨링됨)는 프리즘(1114)의 하나의 레그에 직접적으로 본딩 또는 융착될 수 있고, 제2 윈도우 소자(222)(222B로 라벨링됨)는 프리즘의 또다른 레그에 직접적으로 본딩 또는 융착될 수 있다. 대안적으로, 하나 또는 둘 모두의 윈도우 소자들(222A 및 222B)은 예를 들어, 도 16 내지 19를 참조하여 추후 기술되는 공정들에서 본딩층을 이용하여 렌즈(1114)에 본딩될 수 있다. 윈도우 소자(222A)가 프리즘(1114)에 매입되며, 따라서, 윈도우 소자의 바닥이 도시된 바와 같이 렌즈의 바닥(1118A)과 동일 평면 상에 있게 될 수 있고 또한 윈도우 소자(222B)가 프리즘에 매입되고 따라서 윈도우 소자의 바닥이 도시된 바와 같이 렌즈의 바닥(1118B)과 동일 평면 상에 있게 될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 또는 둘 모두의 윈도우 소자(222A) 및 윈도우 소자(222B)는 표면들(1118A 및 1118B)로부터 돌출된다. 렌즈(1114)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(214)에 대해 전술된 바와 유사하게, 렌즈(1114)는 발광 물질 및/또는 윈도우 소자(222)를 포함할 수 있다. LED 다이(202)로부터의 광은 윈도우 소자(222) 및/또는 렌즈(1114)에 의해 또다른 파장으로 변환될 수 있다. 결합된 생성된 그리고 변환된 광은 원하는 컬러를 생성할 수 있다.
도 12는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 프리즘(1114)을 가지는 발광기(1200)를 예시한다. LED 다이 구조들(1202 및 1204)이 각자의 윈도우 소자들(222A 및 222B)에 본딩된다. 각각의 LED 다이 구조는 LED 다이 및 지지대를 포함한다. 프리즘(1114)은 각자의 LED 다이 구조들(1202 및 1204)과 윈도우 소자들 (222A 및 222B)로부터의 광들(1206 및 1208)을 결합시켜 광(1210)을 방출한다. 광들(1206 및 1208)은 동일하거나 상이한 파장일 수 있다.
도 13은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 렌즈(1314)의 횡단면 뷰를 예시한다. 렌즈(1314)는 바닥 표면(1318)을 가지는 돔-유사 형상을 가진다. 제1 윈도우 소자(222)(222C로 라벨링됨)는 렌즈(1314) 내에 캡슐화되거나 내장되고, 제2 윈도우 소자(222)(222D로 라벨링됨)는 렌즈에 직접 본딩 또는 융착된다. 대안적으로, 윈도우 소자(222D)는 예를 들어, 도 16 내지 19를 참조하여 추후에 기술되는 공정들에서 본딩층을 이용하여 렌즈(1314)에 본딩된다. 윈도우 소자(222D)는 렌즈(1314)에 매입되며, 따라서, 윈도우 소자의 바닥이 도시된 바와 같이 바닥 표면(1318)과 동일 평면 상에 있게 될 수 있다. 대안적으로, 윈도우 소자(222D)는 바닥 표면(1318)으로부터 돌출된다. 윈도우 소자(222C)는 파장 변환 소자(예를 들어, 세라믹 인광체 플레이트)일 수 있고, 윈도우 소자(222D)는 광학적으로 평평한 플레이트 또는 또다른 파장 변환 소자(예를 들어, 세라믹 인광체 플레이트)일 수 있다. 렌즈(1314)는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. LED 다이(202)로부터의 광은 윈도우 소자들(222C, 222D) 및/또는 렌즈(1314)에 의해 또다른 파장으로 변환될 수 있다. 결합된 생성된 그리고 변환된 광은 원하는 컬러를 생성할 수 있다.
추가적인 렌즈들, 예를 들어, 최상부-방출기, 세장형(elongated) 광학 집광기, 반사기를 가지는 최상부-방출기, 측면-방출기, 반사기를 가지는 측면-방출기, 비대칭 세장형 측면-방출기, 및 광 가이드를 가지는 최상부-방출기가 본 개시내용에서 기술된 바와 같은 윈도우 소자(222)와 함께 채택될 수 있다. 이들 렌즈들은 미국 특허 제7,009,213호 및 제7,276,737호에 기술되며, 이들은 공동으로 소유되고 참조로 통합된다.
도 14는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서의 발광기(1400)의 횡단면 뷰를 예시한다. 발광기(1400)는 지지대(206) 상에 장착된 LED 다이(202)를 포함한다. 광학 소자가 LED 다이(202) 위에 또는 LED 다이(202)에 근접하게 위치된다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 본딩층(1402)에 의해 LED 다이(202)로 본딩되는 윈도우 소자(222)를 포함한다. 본딩층(1402)은 실리콘, 에폭시, 졸-겔 물질, 유리, 또는 추후에 기술되는 본딩층(1410)과 유사한 높은 인덱스 물질일 수 있다. 본딩층(1402)은 또한 본딩층(330)에 대해 전술된 물질일 수 있다. 에지 방출을 감소시키기 위해 선택적인 측면 코팅(1404)이 윈도우 소자(222), 본딩층(1402) 및 LED 다이(202)의 에지에 도포될 수 있다. 측면 코팅(1404)은 실리콘, 에폭시, 또는 예를 들어, 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화질화물(AlON), 황산 바륨, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), 하프늄 산화물, 인듐 산화물, PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 사파이어, 실리콘 알루미늄 산화질화물(SiAlON), 실리콘 탄화물, 실리콘 산화질화물(SiON), 티탄산 스트론튬, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 아연 셀렌화물, 아연 황화물 또는 아연 텔루르화물과 같은 반사성 또는 산란성 입자들로 채워진 졸-겔 유도형 물질, 서멀 그리스, 또는 알루미늄, 크롬, 금, 니켈, 팔라듐, 플래티늄, 은, 또는 바나듐과 같은 금속 필름, 또는 상기한 물질들 중 임의의 것의 조합일 수 있다.
본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 광학 소자는 LED 다이(202)로부터 광을 추출하는 높은 인덱스 렌즈(1414)를 포함한다. 렌즈(1414)는 바닥 표면(1408)을 가지는 돔-유사 형상을 가질 수 있다. 렌즈(1414)는 광 방출 디바이스의 방출 파장들에서 1.5 이상(예를 들어, 1.7 이상)의 RI를 가질 수 있다. 렌즈(1414)는 유리, 사파이어, 다이아몬드, 알루미나, 또는 렌즈(214)에 대해 전술된 임의의 물질로 만들어질 수 있다. 렌즈(1414)는 높은 인덱스 본딩층(1410)에 의해 윈도우 소자(222)에 본딩된다. 바닥 표면(1408)이 평평한 표면으로서 도시되지만, 윈도우 소자(222)를 적어도 부분적으로 수용하는 오목부(recess)가 바닥 표면에 제공될 수 있다. 이는 본딩 공정에서 윈도우 소자(222) 및 렌즈(1414)를 위치시키는 것을 보조할 수 있다.
높은 인덱스 본딩층(1410)은 윈도우 소자(222)와 렌즈(1414) 중 어느 하나 또는 둘 모두의 RI에 실질적으로 매치하는 RI, 윈도우 소자와 렌즈의 RI들에 대해 중간인 RI, 또는 윈도우 소자 또는 렌즈보다 더 큰 RI를 가진다. RI들은 이들이 하나 이상의 실시예들에서 100% 이하 내에 있는 경우, 하나 이상의 실시예들에서 50% 이하 내에 있는 경우, 하나 이상의 실시예들에서 25% 이하 내에 있는 경우, 그리고 하나 이상의 실시예들에서 서로의 10% 이내에 있는 경우 실질적으로 매치한다. 예를 들어, 본드의 RI 및 윈도우 소자(222) 또는 렌즈(1414)의 RI는 ±0.05 이내에 있을 수 있다.
높은 인덱스 본딩층(1410)은 입자 사이즈가 100 nm 미만(예를 들어, 50 nm 미만)인 적절히 분산된 높은 인덱스 나노-입자들로 채워진 실리콘 수지 또는 실리케이트 바인더일 수 있다. 나노-입자들의 분산가능성을 용이하게 하기 위해, 소량의 적절한 분산제가 나노-입자들과 분산 매체 사이에서 상용화제로서 사용될 수 있다. 분산된 나노-입자들과 바인더 매트릭스의 볼륨 비는 본딩층(1410)의 굴절률을 제어하도록 조정(tune)될 수 있다, 즉, 높은 굴절률의 나노입자의 볼륨 농도가 높아질수록 본딩층의 유효 굴절률이 증가한다. 실리콘 수지는 메틸 폴리실록산, 페닐 폴리실록산, 메틸 페닐 폴리실록산, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 실리케이트 바인더는 실리케이트, 메틸실리케이트, 또는 큐어링 시 페닐 실리케이트, 또는 이들의 혼합물을 형성하는 한가지 타입일 수 있고, 졸-겔 공정에서 전구체 모노머 및/또는 올리고머로부터 유도될 수 있다. 높은 인덱스 나노-입자는 높은 굴절률의 나노-입자, 예를 들어, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화질화물(AlON), 황산 바륨, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), 가돌리늄 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 산화물, PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 티탄산 스트론튬, 실리콘 알루미늄 산화질화물(SiAlON), 실리콘 탄화물, 실리콘 산화질화물(SiON), 탄탈륨 오산화물, 티타늄 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 이트륨 알루미늄 산화물, 이트륨 산화물, 지르코늄 산화물, 이트리아 안정화 지르코늄 산화물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
높은 인덱스 본드 물질의 박층이 윈도우 소자(222), 렌즈(1414) 또는 이들 모두에 도포될 수 있다. 높은 인덱스 본드 물질의 두께는 수 마이크론(예를 들어, 10 마이크론 미만)일 수 있다. 높은 인덱스 본드 물질이 다양한 방식들로, 예를 들어, 디스펜싱, 인쇄, 스프레이 코팅, 스핀 코팅 또는 블레이드 코팅에 의해 도포될 수 있다. 높은 인덱스 본드 물질은 통상적으로 유체 형태로 증착되며, 윈도우 소자(222)와 렌즈(1414)의 접속 순간까지 유체상태로 유지될 수 있거나, 또는 접속 순간에 부분적으로 고체화되거나 겔화될 수 있거나, 또는 용이한 접속을 가능하게 하기 위해 가열 시 점성화되는 고체일 수 있다. 일반적으로 높은 인덱스 본드 물질은 겔 상태에서 경수지까지를 범위로 할 수 있는 고체화된 본드를 형성하도록 반응한다.
예를 들어, 높은 인덱스 본드 물질 전구체는 윈도우 소자(222)상으로 용액으로부터 스핀 코팅되거나 블레이드 코팅되는 분산된 나노-TiO2 입자들을 가지는 메틸 대체 실리콘 수지로 구성될 수 있다. 스핀 코팅 또는 블레이드 코팅이 큰 스케일의, 예를 들어, 더 작은 부분들로 후속적으로 다이싱되어 개별 윈도우 소자들로서 사용되는 윈도우 소자들(222)의 기판에 도포될 수 있다. 실리콘 수지는 실온에서 고체이지만, 70 내지 150℃의 온도로 가열되는 경우 윈도우 소자(222)와 접촉되는 렌즈(1414) 사이의 본딩 접촉을 가능하게 하도록 점성화될 타입이다. 높은 인덱스 본드 물질은 이후 윈도우 소자(222) 및 렌즈(1414) 사이의 높은 인덱스 본드층(1410)을 형성하기 위해 더 높은 온도(예를 들어, 200℃에서 1시간)에서 큐어링된다. 대안적으로, 높은 인덱스 본드 물질이 윈도우 소자(222) 또는 렌즈(1414) 상에서 액체 형태로 디스펜싱되며, 상기 두 컴포넌트들 모두는 접속된다. 본드는 이후 상승한 온도, 예를 들어, 150℃에서 1시간 동안 높은 인덱스 고체로 큐어링된다.
높은 인덱스의 본딩 전구체 유체인 용매가 존재할 수 있다. 용매는 본딩 공정 동안 또는 본딩 이전에 제거될 수 있거나, 또는 광학 접촉을 용이하게 하기 위해 (부분적으로) 존재하도록 유지될 수 있고, 증발을 통해 본드로부터 추가로 제거될 수 있다. 렌즈(1414)와 지지대(204) 사이의 나머지 갭은 실리콘과 같은 언더필 물질(1412)로 채워질 수 있다. 언더필 물질은 열전도성 및/또는 반사성을 향상시키기 위한 입자성 충진재를 포함할 수 있다.
도 15는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 발광기(1500)의 횡단면 뷰를 예시한다. 발광기(1500)는 언더필 물질(1412)이 반사성 언더필 물질(1512)로 교체되었으므로 측면 코팅(1404)이 존재하지 않는 것을 제외하고는 발광기(1400)와 유사하다. 언더필 물질은 또한 LED 다이(202)와 지지대(204) 사이의 갭을 채울 수 있다. 반사성 언더필 물질은 반사성 서멀 그리스로 채워진 실리콘일 수 있고, 금속 필름, 반사성 또는 산란성 입자 또는 이들의 조합이 또한 사용될 수 있다. 반사성 또는 산란성 입자들은 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화질화물(AlON), 황산 바륨, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, 하프늄 산화물, 인듐 산화물, GGG(gadolinium gallium garnet), PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 사파이어, 실리콘 알루미늄 산화질화물(SiAlON), 실리콘 탄화물, 실리콘 산화질화물(SiON), 티탄산 스트론튬, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 아연 셀렌화물, 아연 황화물, 아연 텔루르화물, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
렌즈 본딩 이후 렌즈(1414)와 지지대(204) 사이의 갭을 채우는 것 대신, 언더필 물질(1412 또는 1512)은 렌즈 본딩 이전에 윈도우 소자(222)와 대등하게 되거나(level) 또는 윈도우 소자(222)와 평면화될 때까지, 지지대(204) 상에 증착될 수 있다. 만약 그러하다면, 높은 인덱스 본딩층(1410)의 물질이 윈도우 소자(222) 및 언더필 물질(1412 또는 1512)의 전체 최상부 표면 상에 도포될 수 있다.
실리콘 또는 졸-겔 물질인 것 대신, 높은 인덱스 본드 물질(1410)은 또한 전술된 본딩층(330)과 동일한 물질로 구성될 수 있다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서, 본딩층(1410)은 윈도우 소자(222)와 렌즈(1414)보다 더 낮은 용융점을 가지는 광학 유리로 구성된다. 유리는 윈도우 소자(222)의 최상부에, 렌즈(1414)의 바닥에, 또는 이들 모두에 형성될 수 있다. 유리는 부드러워질 때까지 가열되며, 본딩 공정 및 냉각 동안 압력이 가해질 수 있다. 유리는 윈도우 소자(222)와 렌즈(1414) 사이에 높은 인덱스 본딩층(1410)을 형성한다.
도 16은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 윈도우 소자(222) 상에 유리인 높은 인덱스 본딩층을 형성하는 공정을 위한 장치를 예시한다. 윈도우 소자(222)는 하부 몰드 하프(1602)에서 지지대들에 의해 고정되며, 상부 몰드 하프(1604)는 하부 몰드 위에 위치된다. 몰드 하프들(1602 및 1604)은 몰드 하프들의 적절한 정렬을 위해 가이드 핀들 및 홀들을 가질 수 있다. 가열/냉각 소자들(1606)(오직 2개만 라벨링됨)은 몰딩 공정 동안 몰드 하프들(1602 및 1604)에 적절한 가열 및 냉각을 제공한다. 가열/냉각 소자들(1606)은 몰드 하프들(1602 및 1604)에 통합되거나 이로부터 분리될 수 있다.
유리는 윈도우 소자(222)의 최상부 표면 및 바닥 표면 위의 몰드 인렛(inlet)(1608)을 통해 유입된다. 유리가 딱딱해짐에 따라, 유리는 윈도우 소자(222)와 본딩하여 도 17에 도시된 바와 같이 본딩층들(1402 및 1410)을 형성한다. 윈도우 소자(222)는 추후 가열되어 렌즈(1414)의 바닥 및 LED 다이(202)의 최상부에 본딩된다. 본딩층들(1402 및 1410)이 윈도우 소자(222)의 양 측면들 상에 형성되지만, 상기한 공정은 윈도우 소자의 한 측면 상에 하나의 본딩층을 형성하도록 수정될 수 있다.
도 18은 본 개시내용의 하나 이상의 실시예들에서 렌즈(1414)의 바닥 상에 유리인 높은 인덱스 본드 물질을 형성하는 공정을 위한 장치를 예시한다. 렌즈(1414)는 먼저 몰딩되어 하부 몰드 하프(1802) 내에 배치되며, 상부 몰드(1804)가 하부 몰드 위에 위치된다. 몰드 하프들(1802 및 1804)은 몰드 하프들의 적절한 정렬을 위한 가이드 핀들 및 홀들을 가질 수 있다. 가열/냉각 소자들(1808)(오직 2개만 라벨링됨)은 몰딩 공정 동안 몰드 하프들(1802 및 1804)에 적절한 가열 및 냉각을 제공한다. 가열/냉각 소자들(1808)은 몰드 하프들(1802 및 1804)에 통합되거나 이로부터 분리될 수 있다. 대안적으로, 적절한 형상을 가지는 도 5에 도시된 것과 유사한 장치가 본딩 유리 청크들 또는 파우더와 함께 사용되어 렌즈 또는 윈도우 소자 위에 본딩 유리층을 형성할 수 있다.
유리가 렌즈(1414)의 바닥 표면 위에 몰드 인렛(1806)을 통해 유입된다. 유리가 딱딱해짐에 따라, 유리는 렌즈(1414)와 본딩하여 도 19에 도시된 바와 같은 본딩층(1410)을 형성한다. 본딩층(1410)을 가지는 렌즈(1414)는 추후 가열되어 윈도우 소자(222) 또는 LED 다이(202)에 본딩된다.
개시된 실시예들의 특징들의 다양한 다른 적응예들 및 조합들이 본 발명의 범위 내에 존재한다. 다양한 실시예들은 후속하는 청구항에 포함된다.
Claims (37)
- 발광기로서,
발광 디바이스(LED) 다이;
렌즈;
윈도우 소자; 및
상기 렌즈와 상기 윈도우 소자 사이에 배치된 계면에서의 본드(bond)
를 포함하고,
상기 윈도우 소자는 상기 렌즈에 본딩되는 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 렌즈는 1.5 이상의 제1 굴절률(RI)을 가지고;
상기 윈도우 소자는 1.4 이상의 제2 RI를 가지고;
상기 본드는 실질적으로 상기 제1 RI 또는 상기 제2 RI에 매치하거나, 상기 제1 RI와 상기 제2 RI의 중간이거나, 또는 상기 제1 RI 또는 상기 제2 RI보다 더 큰 제3 RI를 포함하는 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 윈도우 소자와 상기 LED 다이 사이에 배치된 계면에서의 본딩층
을 더 포함하고,
상기 윈도우 소자는 상기 LED 다이에 본딩되는 발광기. - 제3항에 있어서,
상기 LED 다이는 제1 굴절률(RI)을 가지고;
상기 윈도우 소자는 1.4 이상의 제2 RI를 가지고;
상기 본딩층은 실질적으로 상기 제1 RI 또는 상기 제2 RI에 매치하거나, 상기 제1 RI와 상기 제2 RI의 중간이거나, 또는 상기 제1 RI 또는 상기 제2 RI보다 더 큰 제3 RI를 포함하는 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 윈도우 소자는 상기 렌즈에 통합되는 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 윈도우 소자는 광학적으로 평평한 플레이트(plate)이거나 또는 파장 변환 소자인 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 렌즈는 천장을 가지는 공동을 정의하고, 상기 윈도우 소자는 상기 천장에 본딩되는 발광기. - 제7항에 있어서,
상기 발광기는:
상기 공동 내의 상기 LED 다이와 상기 윈도우 소자 사이의 제1 실리콘; 및
상기 LED 다이를 적어도 부분적으로 둘러싸는 제2 실리콘
을 더 포함하고,
상기 제2 실리콘은 반사성 입자 또는 산란성 입자를 포함하는 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 윈도우 소자의 바닥 표면 및 최상부 표면 중 하나는 상기 렌즈의 표면과 실질적으로 동일 평면 상에 있는 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 윈도우 소자, 상기 렌즈, 상기 LED 다이, 상기 LED 다이에 대한 지지대, 상기 LED 다이에 대한 서브마운트(submount), 및 상기 LED 다이에 대한 하우징 중 하나 이상에 열적으로 커플링되는 히트 싱크
를 더 포함하는 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 본드는 본딩층을 포함하고, 상기 본딩층은 높은 인덱스의 나노입자들로 채워진 실리콘 타입 또는 실리케이트 타입 바인더를 포함하고, 상기 실리콘 타입 바인더는 메틸 폴리실록산, 메틸 페닐 폴리실록산, 또는 페닐 폴리실록산 또는 이들의 혼합물이며, 상기 실리케이트 타입 바인더는 실리케이트, 메틸실리케이트, 페닐실리케이트, 또는 큐어링 시의 이들의 혼합물을 형성하는 타입인 발광기. - 제11항에 있어서,
높은 인덱스의 나노 입자들은 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 산화질화물, 황산 바륨, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), 가돌리늄 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 산화물, PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 티탄산 스트론튬, 실리콘 알루미늄 산화질화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 산화질화물, 탄탈륨 오산화물, 티타늄 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 이트륨 알루미늄 산화물, 이트륨 산화물, 지르코늄 산화물, 및 이트리아 안정화된 지르코늄 산화물 중 하나인 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 본드는 본딩층을 포함하고, 상기 본딩층은 칼코겐화물 유리, 칼코할로겐화물 유리, 산화물, 금속 산화물, 희토류 금속 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 금속, YAG(yttrium aluminum garnet), 인화물 화합물, 비화물 화합물, 안티몬화물 화합물, 및 유기 화합물 중 하나 이상을 포함하는 발광기. - 제1항에 있어서,
상기 본드는 본딩층을 포함하고, 상기 본딩층은 알루미늄 산화물, 안티몬 산화물, 비소 산화물, 비스무트 산화물, 붕소 산화물, 납 염화물, 납 브롬화물, 납 산화물, 리튬 산화물, 인 산화물, 칼륨 불화물, 칼륨 산화물, 실리콘 산화물, 소듐 산화물, 텔루륨 산화물, 탈륨 산화물, 텅스텐 산화물, 아연 불화물, 및 아연 산화물 중 하나 이상을 포함하는 발광기. - 제3항에 있어서,
상기 본딩층은 높은 인덱스의 나노 입자들로 채워진 실리콘 타입 또는 실리케이트 타입 바인더를 포함하고, 상기 실리콘 타입 바인더는 메틸 폴리실록산, 메틸 페닐 폴리실록산, 또는 페닐 폴리실록산 또는 이들의 혼합물이며, 상기 실리케이트 타입 바인더는 실리케이트, 메틸실리케이트, 페닐실리케이트, 또는 큐어링 시의 이들의 혼합물을 형성하는 타입인 발광기. - 제15항에 있어서,
상기 높은 인덱스의 나노 입자들은 알루미늄 질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 산화질화물, 황산 바륨, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), 가돌리늄 산화물, 하프늄 산화물, 인듐 산화물, PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 티탄산 스트론튬, 실리콘 알루미늄 산화질화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 산화질화물, 탄탈륨 오산화물, 티타늄 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 이트륨 알루미늄 산화물, 이트륨 산화물, 지르코늄 산화물, 및 이트리아 안정화된 지르코늄 산화물 중 하나인 발광기. - 제3항에 있어서,
상기 본딩층은 칼코겐화물 유리, 칼코할로겐화물 유리, 산화물, 금속 산화물, 희토류 금속 산화물, 불화물, 염화물, 브롬화물, 금속, YAG(yttrium aluminum garnet), 인화물 화합물, 비화물 화합물, 안티몬화물 화합물, 및 유기 화합물 중 하나 이상을 포함하는 발광기. - 제3항에 있어서,
상기 본딩층은 알루미늄 산화물, 안티몬 산화물, 비소 산화물, 비스무트 산화물, 붕소 산화물, 납 염화물, 납 브롬화물, 납 산화물, 리튬 산화물, 인 산화물, 칼륨 불화물, 칼륨 산화물, 실리콘 산화물, 소듐 산화물, 텔루륨 산화물, 탈륨 산화물, 텅스텐 산화물, 아연 불화물, 및 아연 산화물 중 하나 이상을 포함하는 발광기. - 발광기를 제조하기 위한 방법으로서,
윈도우 소자와 렌즈 사이에 배치된 계면에서 본드를 형성하는 단계; 및
발광 디바이스(LED) 다이에 근접하게 상기 윈도우 소자와 상기 렌즈를 위치시키는 단계
를 포함하는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 LED 다이와 상기 윈도우 소자 사이에 배치된 계면에 본딩층을 도포하는 단계
를 더 포함하고,
상기 윈도우 소자는 상기 LED 다이의 표면에 본딩되는 방법. - 제19항에 있어서,
상기 본드를 형성하는 단계는 상기 렌즈가 경화하는 동안 상기 렌즈의 표면 상에 상기 윈도우 소자를 배치하는 단계를 포함하고;
상기 윈도우 소자는 광학적으로 평평한 플레이트이거나 또는 파장 변환 소자인 방법. - 제19항에 있어서,
상기 본드를 형성하는 단계는 상기 윈도우 소자 상에 상기 렌즈를 몰딩하는 단계를 포함하고;
상기 윈도우 소자는 광학적으로 평평한 플레이트이거나 또는 파장 변환 소자인 방법. - 광학 소자로서,
렌즈;
윈도우 소자; 및
상기 윈도우 소자와 상기 렌즈 사이에 배치된 계면에서의 본딩층
을 포함하고,
상기 본딩층은 알루미늄 산화물, 안티몬 산화물, 비소 산화물, 붕소 산화물, 비스무트 산화물, 납 브롬화물, 납 염화물, 납 산화물, 리튬 산화물, 인 산화물, 칼륨 불화물, 칼륨 산화물, 실리콘 산화물, 소듐 산화물, 텔루륨 산화물, 탈륨 산화물, 텅스텐 산화물, 아연 불화물, 및 아연 산화물 중 하나 이상을 포함하는 광학 소자. - 발광기로서,
발광 디바이스(LED) 다이;
광학 소자; 및
상기 LED와 상기 광학 소자 사이에 배치된 계면에 배치되며, 상기 광학 소자를 상기 LED 다이에 본딩하는 본딩층
을 포함하고,
상기 본딩층은 칼륨 또는 납의 불화물, 염화물, 및 브롬화물 중 하나 이상을 포함하는 발광기. - 제24항에 있어서,
상기 광학 소자는 렌즈 및 윈도우 소자 중 적어도 하나를 포함하는 발광기. - 제24항에 있어서,
상기 광학 소자는 렌즈에 본딩된 윈도우 소자를 포함하는 발광기. - 제24항에 있어서,
상기 광학 소자는 통합된 윈도우 소자 및 렌즈를 포함하는 발광기. - 제24항에 있어서,
상기 광학 소자는 알루미늄 산화질화물, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), 인화 갈륨, 유리, PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 사파이어, 실리콘 탄화물, 및 비소, 비스무트, 게르마늄, 납, 텔루륨, 탈륨, 티타늄, 텅스텐 또는 아연의 산화물, 또는 실리콘 알루미늄 산화질화물, 실리콘 산화질화물, 티탄산 스트론튬, YAG(yttrium aluminum garnet), 또는 아연 황화물 중 적어도 하나를 포함하는 발광기. - 제24항에 있어서,
상기 LED 다이를 적어도 부분적으로 둘러싸는 반사성 측면 코팅
을 더 포함하는 발광기. - 제24항에 있어서,
상기 반사성 측면 코팅은
알루미늄 질화물, 알루미늄 산화질화물, 황산 바륨, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), 하프늄 산화물, 인듐 산화물, PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 사파이어, 실리콘 알루미늄 산화질화물, 실리콘 탄화물, 실리콘 산화질화물, 티탄산 스트론튬, 탄탈륨 산화물, 티타늄 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 아연 셀렌화물, 아연 황화물, 및 아연 텔루르화물 중 적어도 하나를 포함하는 발광기. - 광학 소자로서,
GGG(gadolinium gallium garnet), PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 실리콘 산화질화물, 실리콘 알루미늄 산화질화물, 티탄산 스트론튬, 및 티타늄 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 광학 소자. - 제31항에 있어서,
상기 광학 소자는 렌즈 및 윈도우 소자 중 적어도 하나를 포함하는 광학 소자. - 제31항에 있어서,
상기 광학 소자에 근접한 발광 디바이스(LED) 다이
를 더 포함하는 광학 소자. - 발광기로서,
광학 소자
를 포함하고,
상기 광학 소자는 GGG(gadolinium gallium garnet), PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 실리콘 산화질화물, 실리콘 알루미늄 산화질화물, 티탄산 스트론튬, 및 티타늄 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 발광기. - 발광 디바이스(LED) 다이에 대한 반사 코팅으로서,
알루미늄 산화질화물, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), 하프늄 산화물, PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 실리콘 알루미늄 산화질화물, 실리콘 산화질화물, 티탄산 스트론튬, 탄탈륨 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 아연 셀렌화물, 아연 황화물, 및 아연 텔루르화물 중 적어도 하나를 포함하는 반사 코팅. - 제35항에 있어서,
상기 반사 코팅은 상기 LED 다이를 적어도 부분적으로 커버하거나 둘러싸는 반사 코팅. - 발광기에 대한 본딩층으로서,
칼륨 또는 납의 불화물, 염화물 및 브롬화물 중 하나 이상을 포함하는 본딩층.
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