KR20140114037A - 큰 각도로 광을 방출하는 반도체 발광 디바이스 램프 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은 마운트에 부착되는 복수의 반도체 발광 다이오드를 포함한다. 복수의 렌즈는 복수의 반도체 발광 다이오드 위에 배치된다. 마운트의 에지 부근의 반도체 발광 다이오드 위에 배치되는 렌즈는 렌즈의 일부에 대해 최대 세기의 절반인 세기로 방출되는 광이 반도체 발광 다이오드의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 적어도 70°의 각도로 방출되도록 성형되며 회전 비대칭이다.

Description

큰 각도로 광을 방출하는 반도체 발광 디바이스 램프{SEMICONDUCTOR LIGHT EMITTING DEVICE LAMP THAT EMITS LIGHT AT LARGE ANGLES}
본 발명은 큰 각도로 광을 방출하도록 구성된 적어도 하나의 렌즈를 갖는 복수의 반도체 발광 디바이스에 관한 것이다.
현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들 중에는 LED들(light emitting diodes), RCLED들(resonant cavity light emitting diodes), 표면 방출 레이저들(surface emitting lasers)과 같은 수직 공동 레이저 다이오드들(vertical cavity laser diodes)(VCSELs), 및 에지 방출 레이저들(edge emitting lasers)을 포함하는 반도체 발광 디바이스들이 있다. 가시 스펙트럼에 걸쳐서 동작 가능한 고-휘도(high-brightness) 발광 디바이스의 제조에 있어 현재 관심 있는 재료계들(materials systems)은 III-V족 반도체들, 특히 III족-질화물 재료들이라고도 불리는 갈륨, 알루미늄, 인듐 및 질소의 2원, 3원 및 4원 합금들을 포함한다. 전형적으로, III족-질화물 발광 디바이스들은 MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), 또는 다른 에피택셜 기술들에 의해 사파이어, 실리콘 카바이드, III족-질화물, 또는 다른 적절한 기판 상에 상이한 조성들 및 도펀트 농도들의 반도체 층들의 스택을 에피택셜 성장(epitaxially growing)시켜 제조된다. 스택은 종종, 예컨대 기판 위에 형성되고 Si로 도핑된 하나 이상의 n-형 층, n-형 층 또는 층들 위에 형성된 활성 영역 내의 하나 이상의 발광 층, 및 활성 영역 위에 형성되고 예컨대 Mg로 도핑된 하나 이상의 p-형 층을 포함한다. n-형 및 p-형 영역들 상에 전기적 접촉부들이 형성된다.
도 1은 본 명세서에서 참조문헌으로서 포함되는 US 7,461,948에서 보다 상세하게 설명되는 디바이스를 도시한다. 디바이스는 각각이 상이한 타입의 2차 광학계(secondary optic)를 갖는 복수의 발광 다이오드(light emitting diode; LED) 다이(die)(102, 104, 및 106)를 포함한다. 따라서, 제1 타입의 렌즈(103)는 LED 다이(LED die; 102)에 마운팅되고(mounted), 제2 타입의 렌즈(105)는 LED 다이(LED die; 104)에 마운팅되며, 제3 타입의 렌즈(107)는 LED(106)에 마운팅된다. 렌즈들(103, 105, 및 107)은 그들의 각각의 LED들(102, 104, 및 106)로부터 상이한 광 분포 패턴들을 생성하도록 구성된다. LED들(102, 104, 및 106)은 서브마운트(submount; 101) 위에서 서로의 근처에 마운팅되지만, 각각의 LED 다이의 광학 중심들을 구별하기에 충분한 거리로 분리된다. 3개의 LED(102, 104, 및 106)가 도 1에서 도시되는 반면, 예컨대 2개와 같이 더 적은 LED, 또는 예컨대 4개 이상과 같이 추가적인 LED가 사용될 수 있다고 이해되어야 한다. 필요하다면, 복수의 서브마운트가 사용될 수 있다.
상이한 타입들의 2차 광학계로 생성된 상이한 광 분포 패턴들은 원하는 조사 패턴(desired illumination pattern)을 갖는 효율적인 광원을 생성하기 위해 결합한다. 예를 들어, 제1 LED는 중심에서 최대 세기를 갖는 광 분포 패턴을 생성하는 렌즈를 포함할 수 있는 반면, 제2 LED는 제1 LED에 의해 생성된 패턴들의 최대 세기를 둘러싸는 최대 세기를 갖는 렌즈를 사용할 수 있다.
본 발명의 목적은 큰 각도로 광을 방출하는 반도체 발광 다이오드들을 포함하는 램프를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예들은 마운트에 부착된 복수의 반도체 발광 다이오드를 포함한다. 복수의 렌즈는 복수의 반도체 발광 다이오드 위에 배치된다. 마운트의 에지(edge) 부근의 반도체 발광 다이오드 위에 배치되는 렌즈는 렌즈의 일부에 대해 최대 세기의 절반인 세기로 방출되는 광이 반도체 발광 다이오드의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 적어도 70°의 각도로 방출되도록 성형되며(shaped) 회전 비대칭(rotationally asymmetrical)이다.
본 발명의 실시예들에 따른 방법은 마운트에 부착된 복수의 반도체 발광 다이오드 위에 복수의 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다. 제1 반도체 발광 다이오드 위에 형성되는 제1 렌즈는 제2 반도체 발광 다이오드 위에 형성되는 제2 렌즈와 상이한 형상을 갖는다. 제1 반도체 발광 다이오드는 제2 반도체 발광 다이오드보다 마운트의 에지에 더 가깝게 위치된다. 제1 렌즈는 제1 렌즈의 일부에 대해 최대 세기의 절반인 세기로 방출되는 광이 제1 반도체 발광 다이오드의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 적어도 70°의 각도로 방출되도록 성형되며(shaped) 회전 비대칭(rotationally asymmetrical)이다.
도 1은 상이한 광 분포 패턴들을 생성하는 2차 광학계를 갖는 복수의 발광 다이오드를 도시하는 도면.
도 2는 LED들을 포함하는 램프로부터의 큰 각도의 광 방출을 도시하는 도면.
도 3은 지지체(support)에 부착된 반도체 구조체를 포함하는 발광 디바이스의 단순화된 단면도.
도 4는 마운트에 부착된 도 3의 디바이스들의 어레이(array)의 평면도.
도 5a는 도 4의 어레이의 중앙에서 디바이스 위에 형성된 렌즈의 단면도. 도 5b 및 도 5c는 도 4의 어레이의 에지에서 디바이스들 위에 형성될 수 있는 렌즈들의 두 개의 예의 단면도들.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 램프의 단면도.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 대안적인 램프의 단면도.
LED들은 종래의 백열 전구들(incandescent light bulbs)에 대해 매력적이며, 고효율의 대안들이다. 종래의 백열 전구들의 방사 프로파일(radiation profile)을 모방하기 위해, LED 램프는 큰 각도로 광을 방출해야 한다. 예를 들어, 도 2에서 도시된 바와 같이, 에너지 스타(Energy Star) 지정에 대한 요건들을 충족시키기 위해, LED 램프(10)는 램프(10)의 주축(major axis; 14)에 대하여 135°까지의 각도(12)로 광을 방출해야 한다. 상업적으로 이용가능한 디바이스들에서, 원하는 큰 각도 방출을 생성하기 위해, 2차 렌즈(secondary lens; 16)가 (도 2에서 도시되지 않은) LED들의 어레이 위에 위치된다. 그러한 2차 렌즈들(16)은 램프(10)에 대한 가격 및 복잡성을 추가하며, 효율을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 큰 각도 광을 생성하는 렌즈들은 LED 램프에서 사용되는 어레이의 에지에서 LED들 위에 형성된다. 이하에서의 예들이 청색 또는 UV 광을 방출하는 III족-질화물 LED들을 참조하지만, 레이저 다이오드들(laser diodes)과 같은 LED들 외의 반도체 발광 디바이스, 및 다른 III-V 재료들, III-인화물, III-비화물, II-VI 재료들, ZnO, 또는 Si계 재료들과 같은 다른 재료계들로 만든 반도체 발광 디바이스들이 본 발명의 실시예들에서 사용될 수 있다.
도 3은 지지체에 부착된 LED와 같은 반도체 발광 디바이스의 일부의 단면도이다. 도 3의 발광 디바이스(15)를 형성하기 위해, 반도체 구조체(20)는 당해 기술분야에서 알려진 바와 같이 (도 3에서 도시되지 않은) 성장 기판(growth substrate) 상에 먼저 성장된다. 성장 기판은 예컨대 사파이어, SiC, Si, GaN, 또는 다른 복합 기판들과 같은 임의의 적절한 기판일 수 있다. 반도체 구조체(20)는 n-형 영역과 p-형 영역 사이에 개재된(sandwiched) 발광 또는 활성 영역을 포함한다. n-형 영역은 먼저 성장될 수 있으며, 예컨대 버퍼 층들(buffer layers) 또는 핵 층들(nucleation layer)과 같은 준비 층들(preparation layers), 및/또는 n-형 또는 의도적으로 도핑되지 않을 수 있는, 성장 기판의 제거를 용이하게 하도록 설계된 층들, 및 발광 영역이 효율적으로 광을 방출하기에 바람직한 특정한 광학적, 재료적, 또는 전기적 특성들에 대해 설계된 n-형 또는 심지어 p-형 디바이스 층들을 포함하는, 상이한 조성들(compositions) 및 도펀트 농도(dopant concentration)의 다수의 층을 포함할 수 있다. 발광 또는 활성 영역은 n-형 영역 위에(over) 성장된다. 적절한 발광 영역들의 예들은 단일의 두껍거나 얇은 발광 층, 또는 장벽 층들(barrier layers)에 의해 분리된 다수의 얇거나 두꺼운 발광 층을 포함하는 다수의 양자 우물 발광 영역(quantum well light emitting region)을 포함한다. p-형 영역은 발광 영역 위에 성장될 수 있다. n-형 영역과 같이, p-형 영역은 의도적으로 도핑되지 않은 층들 또는 n-형 층들을 포함하는 상이한 조성, 두께, 및 도핑 농도의 다수의 층을 포함할 수 있다. 디바이스 내의 모든 반도체 재료의 전체 두께는 일부 실시예들에서 10μm보다 작으며, 일부 실시예들에서 6μm보다 작다.
금속 p-콘택트는 p-형 영역 상에 형성된다. 광의 대부분이 플립 칩 디바이스(flip chip device)에서와 같이, p-콘택트에 대향하는(opposite) 표면을 통해 반도체 구조체의 밖으로 향해 있다면, p-콘택트는 반사성일 수 있다. 그 위에 금속 n-콘택트가 형성되는 n-형 영역의 표면을 드러내 보이는 메사(mesa)를 형성하기 위해, 플립 칩 디바이스는 표준 포토리소그래픽 동작들(standard photolithographic operations)에 의해 반도체 구조체를 패터닝하고, p-형 영역의 전체 두께의 일부 및 발광 영역의 전체 두께의 일부를 제거하기 위해 반도체 구조체를 에칭함으로써 형성될 수 있다. 메사, 및 p-콘택트 및 n-콘택트는 임의의 적절한 방식으로 형성될 수 있다. 메사, 및 p-콘택트 및 n-콘택트를 형성하는 것은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으며, 도 3에서 도시되지 않는다.
적어도 두 개의 큰 전기적 패드(pad)를 형성하기 위해 당해 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이, 절연 층들 및 금속들의 스택에 의해 p-콘택트 및 n-콘택트는 재분배될(redistributed) 수 있다. 전기적 패드들 중 하나는 반도체 구조체(20)의 p-형 영역에 전기적으로 연결되며, 전기적 패드들 중 다른 하나는 반도체 구조체(20)의 n-형 영역에 전기적으로 연결된다. 전기적 패드들은 예컨대 구리, 금, 및 합금들을 포함하는, 임의의 적절한 도전성 재료(conductive material)일 수 있다. 전기적 패드들은 유전체(dielectric), 공기(air), 또는 다른 주위 가스(ambient gas)와 같은 절연 재료로 채워질 수 있는 갭(gap)에 의해 서로 전기적으로 절연된다(isolated). p-콘택트 및 n-콘택트, 콘택트들을 재분배하기 위한 금속/유전체 스택, 및 전기적 패드들은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있으며, 도 3에서 전기적 연결 구조체(22)로서 도시된다.
반도체 구조체(20)는 전기적 연결 구조체(22)를 통해 지지체(support; 24)에 연결된다. 지지체(24)는 반도체 구조체(20)를 기계적으로 지지하는 구조체이다. 일부 실시예들에서, 지지체(24)는 도 3에서 도시된 바와 같이 지지체(24)가 반도체 구조체(20)와 동시에 다이싱되고(diced), 그에 따라 반도체 구조체(20)와 동일한 폭(width)이 되도록 웨이퍼 레벨에서 반도체 구조체(20)에 연결된다. 일부 실시예들에서, 반도체 디바이스들의 웨이퍼는 먼저 다이싱되고, 반도체 웨이퍼를 다이싱한(dicing) 이후에, 그 다음으로 개별적인 디바이스들 또는 디바이스들의 그룹들이 개별적인 지지체(24) 또는 지지체들의 웨이퍼에 연결된다. 이러한 실시예들에서, 지지체(24)는 반도체 구조체(20)보다 넓을 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지체(24)는 반도체 발광 디바이스를 PC 보드(PC board)와 같은 기판에 부착하기에 적절한 자립형 구조체(self-supporting structure)이다. 예를 들어, 반도체 구조체(20)에 대향하는 지지체(24)의 표면[도 3에서 지지체(24)의 하부 표면(bottom surface)]은 리플로우-솔더링이 가능(reflow-solderable)할 수 있다. 임의의 적절한 지지체가 사용될 수 있다. 적절한 지지체들(24)의 예들은, 실리콘 웨이퍼와 같은, 전기적 연결 구조체(22)에 전기적 연결들을 형성하기 위한 도전성 비아들(conductive vias)을 갖는 절연 또는 반-절연(semi-insulating) 웨이퍼, 예컨대 도금(plating)에 의해 전기적 연결 구조체(22) 상에 형성되는 두꺼운 금속 본딩 패드들, 또는 세라믹, 금속, 또는 임의의 다른 적절한 마운트를 포함한다.
LED 램프에서 도 3에서 도시된 발광 디바이스들(15)을 사용하기 위해, 도 4의 평면도에서 도시된 바와 같이, 하나 이상의 디바이스(15)는 마운트(30) 위에 마운팅된다. 마운트(30)는 PC 보드 또는 실리콘 웨이퍼 또는 웨이퍼의 일부와 같은 임의의 적절한 구조체일 수 있다. 16개의 디바이스(15)의 어레이가 도 4에서 도시되지만, 더 많거나 더 적은 디바이스들(15)이 사용될 수 있으며, 디바이스들이 동일한 간격으로 된 어레이로 배열될 필요는 없다.
렌즈들(18)은 각각의 디바이스(15) 위에 배치된다. 렌즈들(18)은 임의의 적절한 기술에 의해 디바이스들(15) 위에 형성 및 배치될 수 있다. 렌즈들(18)은 디바이스들을 마운트(30)에 부착하기 이전 또는 이후에 개별적인 디바이스들(15) 위에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈들(18)은 디바이스들(15) 및/또는 마운트(30)에 접착 또는 부착되거나 디바이스들(15) 위에 달리 배치되는 미리-형성된 렌즈들이다. 이와 달리, 렌즈들(18)은 다음과 같은 낮은 압력 오버몰딩 프로세스(low pressure overmolding process)에서 형성될 수 있다: 마운트(30) 상의 디바이스들(15)의 위치들에 대응하는 오목부들(indentations)을 갖는 몰드(mold)가 제공된다. 오목부들은 경화될 때 단단한(hardened) 렌즈 재료를 형성하는 실리콘(silicone)과 같은 광학적으로 투명한 액체 재료로 채워진다. 오목부들의 형상은 렌즈의 형상일 것이다. 몰드, 및 디바이스들(15)을 갖는 마운트는 각각의 디바이스가 관련된 오목부에서 액체 렌즈 재료 내에 존재하도록 접촉된다. 그 다음으로, 몰드는 렌즈 재료를 경화(단단하게)하기 위해 가열된다. 그 다음으로, 몰딩 및 마운트는 분리되고, 각각의 디바이스(15) 위에 렌즈(18)를 남긴다. 이와 달리, 빈 몰드(empty mold)가 캡슐화(encapsulated)될 개체(object) 주위에 감싸진(encased) 이후에 액상 재료가 높은 압력으로 사출되는 고압 사출 몰딩(high pressure injection molding)에 의해, 렌즈들(18)이 형성될 수 있다.
상이한 형상들의 렌즈들은 마운트(30) 위의 어레이 내에서 상이한 디바이스들(15) 위에 형성된다. 예를 들어, 어레이의 중심에서 디바이스들(15e) 위에 형성되는 렌즈들(18e)은 디바이스들(15e)의 상부 밖으로, 즉 도 4의 평면 밖으로 수직하게 광을 지향시키도록 성형된다. 일부 실시예들에서, 렌즈들(18e)은 광의 대부분이 디바이스의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 45° 또는 더 적은 각도로 렌즈를 탈출하도록 성형된다. 어레이의 가장자리(side)의 디바이스들(15b) (도 4에서 도시되는 바와 같이 상부 중심에서의 두 개의 디바이스) 위에 형성되는 렌즈들(18b)은 큰 각도로 어레이의 가장자리 밖으로 광(19b)을 지향시키도록 성형된다. 어레이의 가장자리의 디바이스들(15d) (도 4에서 도시되는 바와 같이 디바이스들의 왼쪽 열의 중심에서의 두 개의 디바이스) 위에 형성되는 렌즈들(18d)은 큰 각도로 어레이의 가장자리 밖으로 광(19d)을 지향시키도록 성형된다. 어레이의 가장자리의 디바이스들(15f) (도 4에서 도시되는 바와 같이 디바이스들의 오른쪽 열의 중심에서의 두 개의 디바이스) 위에 형성되는 렌즈들(18f)은 큰 각도로 어레이의 가장자리 밖으로 광(19f)을 지향시키도록 성형된다. 어레이의 가장자리의 디바이스들(15h) (도 4에서 도시되는 바와 같이 하부 중심에서의 두 개의 디바이스) 위에 형성되는 렌즈들(18h)은 큰 각도로 어레이의 가장자리 밖으로 광(19h)이 지향시키도록 성형된다. 어레이의 코너들(corners)에서의 디바이스들(15a, 15c, 15g, 및 15j) 위에 형성되는 렌즈들(18a, 18c, 18g, 및 18j)은 큰 각도로 어레이의 코너 밖으로 광(19a, 19c, 19g, 및 19j)을 지향시키도록 성형된다.
도 5a는 도 4에서 도시된 어레이의 중심에 위치될 수 있는 디바이스(15) 및 렌즈(18)의 일 예[즉, 디바이스들(15e) 및 렌즈들(18e)]의 단면도이다. 렌즈는 방출되는 광의 세기가 방출되는 광의 최대 세기의 절반인 디바이스(15)의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 각도로서 정의된, 절반-최대 각도(half-maximum angle)에 의해 특징화될 수 있다. 도 5a에서 선(50)은 디바이스(15)의 상부 표면에 대한 법선이다. 도 5a는 램버시안 패턴(Lambertian pattern)으로 광을 방출하는 디바이스를 도시한다. 램버시안 패턴에서, 광은 절반 최대(52)가 법선(50)에 대해 60°이도록 코사인 곡선(cosine curve)으로 균일하게 분포된다. 도 5a에서 도시된 렌즈는 [디바이스(15)의 형상 때문에 절반 최대 각도에서의 약간의 변화들이 있을 수 있지만] 절반 최대 각도가 어느 방향에서든 실질적으로 동일하도록 회전 대칭(rotationally symmetrical)이다. 예를 들어, 절반 최대 각도(52)는 도 5a에서 도시된 단면에서 렌즈의 오른쪽 및 왼쪽 상에서 동일하다.
도 5b 및 도 5c는 도 4에서 도시된 어레이의 에지들(edges)에 위치될 수 있는 디바이스들(15)[즉, 디바이스들(15a, 15b, 15c, 15d, 15f, 15g, 15h 및 15j)] 및 렌즈들(18)의 예들의 단면도들이다. 도 5b 및 도 5c의 렌즈들(18)은 회전 대칭이 아니다. 도 5b 및 도 5c에서의 렌즈들 둘 다의 왼쪽은 절반 최대(52)가 법선(50)에 대해 60°이도록 램버시안 패턴으로 광을 방출한다. 도 5b 및 도 5c에서의 렌즈들 둘 다의 오른쪽은 도 5b 및 도 5c에서의 렌즈들 둘 다의 왼쪽보다 더 큰 측면 범위(lateral extent)를 갖는다. 도 5b에서, 렌즈의 오른쪽은 렌즈의 오른쪽 에지에서의 실질적으로 수직인 측벽(substantially vertical sidewall)을 향해 위로 확장한다. 도 5c에서, 렌즈의 오른쪽은 하향으로 곡선을 이루는 렌즈의 오른쪽 에지를 향해 밖으로 확장한다. 도 5b 및 도 5c에서 렌즈들의 오른쪽은 절반 최대 각도가 광선(ray; 54)에 의해 도시되듯이 법선(50)에 대해 적어도 70°, 또는 광선(55)에 의해 도시되듯이 법선(50)에 대해 적어도 80°일 수 있도록 더 큰 각도로 광을 방출한다. 더 큰 절반 최대 각도로 광을 방출하는 렌즈의 부분의 위치는 도 4에서 렌즈들(18a, 18b, 18c, 18d, 18f, 18g, 18h, 및 18j)의 평평한 면으로서 나타난다. 따라서, 렌즈는 60°보다 큰 절반-최대 각도로 어레이의 가장자리들 밖으로 광을 지향시킨다.
도 6은 도 4에서 도시된 축(25)에서 취해진, 도 4에서 도시된 어레이를 포함하는 램프의 단면도이다. 마운트(30)는 방열체(heat sink; 32)에 부착된다. 외부 쉘(outer shell; 34)은 디바이스들(15)의 어레이 위에 배치된다. 외부 쉘(34)은 예컨대 몰딩된 플라스틱 또는 유리(molded plastic or glass)와 같은 임의의 적절한 투명 재료(transparent material)일 수 있다. 외부 쉘(34)은 산란을 야기하기 위해 TiO2의 입자들(particles)과 같은 재료를 포함할 수 있으며, 또는 산란을 야기하기 위해 조면화(roughened), 패터닝(patterned), 또는 텍스쳐화될(textured) 수 있다. 상술된 바와 같이, 어레이의 가장자리들에서 디바이스들의 위에 있는 렌즈들(18d 및 18f)은 일부 실시예들에서는 적어도 70° 및 일부 실시예들에서는 적어도 80°의 절반-최대 각도로 어레이의 가장자리들의 밖으로 광(19d 및 19f)을 지향시키도록 성형된다. 외부 쉘(34)에 의해 제공된 산란과 함께 결합된 렌즈들(18d 및 18f)은 광(35)이 큰 각도, 예컨대 방열체(32)의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 적어도 90°의 각도 및/또는 방열체(32)의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 90°와 135° 사이의 각도로 방출되게 한다. 일부 실시예들에서, 방열체(32)의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 135°로 방출되는 광의 양은 방출되는 광의 세기가 최대인 각도에서 방출되는 광의 양의 적어도 5%이다.
도 7은 도 4에서 도시된 축(25)에서 취해진, 도 4에서 도시된 어레이를 포함하는 대안적인 램프의 단면도이다. 마운트(30)는 방열체(36)에 부착된다. 방열체(36)는 외부 쉘(38)이 어레이의 가장자리들을 지나고, 방열체(36)의 가장자리들을 지나서 연장하도록 성형된다. 외부 쉘(38)은 예컨대 몰딩된 플라스틱 또는 유리와 같은 임의의 적절한 투명 재료일 수 있다. 외부 쉘(38)은 산란을 야기하기 위해 TiO2의 입자들과 같은 재료를 포함할 수 있으며, 또는 산란을 야기하기 위해 조면화, 패터닝, 또는 텍트쳐화될 수 있다. 상술된 바와 같이, 어레이의 가장자리들에서 디바이스들의 위에 있는 렌즈들(18d 및 18f)은 일부 실시예들에서는 적어도 70° 및 일부 실시예들에서는 적어도 80°의 절반-최대 각도로 어레이의 가장자리들의 밖으로 광(19d 및 19f)을 지향시키도록 성형된다. 외부 쉘(38)에 의해 제공된 산란과 함께 결합된 렌즈들(18d 및 18f)의 형상은 광(35)이 큰 각도, 예컨대 방열체(36)의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 적어도 90°의 각도 및/또는 방열체(36)의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 90°와 135° 사이의 각도로 방출되게 한다. 일부 실시예들에서, 방열체(36)의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 135°로 방출되는 광의 양은 방출되는 광의 세기가 최대인 각도에서 방출되는 광의 양의 적어도 5%이다.
일부 실시예들에서, 도 6 및 도 7의 램프들은, 에너지 스타 디바이스로 지정될 디바이스에 대해 요구되는 바와 같이, 임의의 각도에서 방출되는 광의 양이 0°와 135° 사이의 평균 세기의 ±20% 이내가 되도록 구성된다.
도 4, 도 6, 및 도 7에서 도시된 구조체들은 도 2에서 도시되는 패키지와 같이, 종래의 전구들에 대한 소켓들(sockets)과 호환되는 패키지 내로 포함될 수 있다. 도 6 및 도 7에서 도시되는 외부 쉘은 도 2에서 도시되는 렌즈를 대체할 수 있다.
본 발명을 상세하게 설명하여, 통상의 기술자는 본 개시를 고려하여, 본 명세서에서 설명된 발명의 개념의 정신으로부터 벗어남 없이 본 발명에 대해 수정들이 만들어질 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 상이한 실시예들의 상이한 엘리먼트들은 새로운 실시예들을 형성하기 위해 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명의 범위가 설명 및 도시되는 특정한 실시예들에 제한되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (17)

  1. 마운트(mount)에 부착되는 복수의 반도체 발광 다이오드; 및
    상기 복수의 반도체 발광 다이오드 위에(over) 배치되는 복수의 렌즈
    를 포함하고,
    상기 마운트의 에지(edge) 부근(proximate)의 반도체 발광 다이오드 위에 배치되는 렌즈는, 상기 렌즈의 일부에 대해 최대 세기의 절반인 세기로 방출되는 광이 상기 반도체 발광 다이오드의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 적어도 70°의 각도로 방출되도록 성형되며(shaped) 회전 비대칭(rotationally asymmetrical)인, 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 마운트의 중심의 부근의 반도체 발광 다이오드 위에 배치되는 렌즈는, 최대 세기의 절반인 세기로 방출되는 광이 상기 반도체 발광 다이오드의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 70°보다 작은 각도로 방출되도록 성형되며 회전 대칭(rotationally symmetrical)인, 구조체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마운트의 에지 부근의 반도체 발광 다이오드 위에 배치되는 상기 렌즈는, 상기 렌즈의 일부에 대해 최대 세기의 절반인 세기로 방출되는 광이 상기 반도체 발광 다이오드의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 적어도 80°의 각도로 방출되도록 성형되는, 구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 발광 다이오드 위에 배치되는 쉘(shell)
    을 더 포함하고,
    상기 구조체는 광이 상기 마운트의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 135°의 각도로 상기 쉘을 탈출하도록 구성되며,
    상기 마운트의 상기 상부 표면에 대한 법선에 대하여 135°의 각도로 방출되는 광의 양은 방출되는 광의 세기가 최대인 각도에서 방출되는 광의 양의 적어도 5%인, 구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈는 상기 복수의 반도체 발광 다이오드 위에 몰딩된(molded) 실리콘(silicone) 렌즈들을 포함하는, 구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광 다이오드 위에 배치되는 쉘
    을 더 포함하는, 구조체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 쉘은 광의 산란을 야기하는 재료를 포함하는, 구조체.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 쉘은 상기 마운트의 최하부 아래로 연장하는, 구조체.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 마운트의 에지 부근의 반도체 발광 다이오드 위에 배치되는 상기 렌즈 및 상기 쉘은 광이 상기 마운트의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 135°의 각도로 상기 쉘을 탈출하도록 구성되는, 구조체.
  10. 마운트에 부착되는 복수의 반도체 발광 다이오드 위에(over) 복수의 렌즈를 형성하는 단계
    를 포함하고,
    제1 반도체 발광 다이오드 위에 형성되는 제1 렌즈는 제2 반도체 발광 다이오드 위에 형성되는 제2 렌즈와 상이한 형상을 가지며;
    상기 제1 반도체 발광 다이오드는 상기 제2 반도체 발광 다이오드보다 상기 마운트의 에지에 더 가깝게 위치되고;
    상기 제1 렌즈는 상기 제1 렌즈의 일부에 대해 최대 세기의 절반인 세기로 방출되는 광이 상기 제1 반도체 발광 다이오드의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 적어도 70°의 각도로 방출되도록 성형되며 회전 비대칭인, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 렌즈는 최대 세기의 절반인 세기로 방출되는 광이 상기 제2 반도체 발광 다이오드의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 70°보다 작은 각도로 방출되도록 성형되는, 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈를 형성하는 단계는,
    상기 마운트 위에 몰드를 위치시키는 단계 - 상기 몰드는 상기 복수의 반도체 발광 다이오드에 대응하는 오목부들(indentations)을 가짐 - ;
    상기 몰드와 상기 마운트 사이의 공간을 실리콘으로 채우는 단계; 및
    상기 실리콘을 경화시키는(curing) 단계
    를 포함하는, 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 렌즈를 형성하는 단계는,
    상기 복수의 반도체 발광 다이오드를 상기 마운트에 부착시키기 이전에, 각각의 렌즈들을 각각의 반도체 발광 다이오드들 위에 형성하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 발광 다이오드 위에 쉘을 배치하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 쉘은 광의 산란을 야기하는 재료를 포함하는, 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 쉘은 상기 마운트의 최하부 아래로 연장하는, 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 마운트의 에지 부근의 반도체 발광 다이오드 위에 배치되는 상기 쉘 및 상기 렌즈는 광이 상기 마운트의 상부 표면에 대한 법선에 대하여 135°의 각도로 상기 쉘을 탈출하도록 구성되고,
    상기 마운트의 상기 상부 표면에 대한 법선에 대하여 135°의 각도로 방출되는 광의 양은 방출되는 광의 세기가 최대인 각도에서 방출되는 광의 양의 적어도 5%인, 방법.
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