TW201503411A - 發光二極體組件 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於一種發光二極體組件(101)，其包括：一發光半導體結構(104)，其具有一頂部表面；及一微光學多層結構(102)，其經配置以自該發光半導體結構(104)向外導引光，該微光學多層結構(102)包括複數個層，其中一第i+1層以如自該半導體結構(104)所見之一序列配置於一第i層之頂部上，其中該第i層之一折射率ni大於該第i+1層之一折射率ni+1，且其中該第i+1層之一厚度大於該第i層之一厚度。本發明亦係關於一種包括此一發光二極體組件之發光二極體。
Description
本發明大體而言係關於一種發光二極體組件，且特定而言係關於一種包括用於改良發光二極體組件之效能之一微光學多層結構之發光二極體組件。
基於半導體之發光二極體(LED)係當今可用之最有效光源之一。與習用光源相比，LED提供較長壽命、較高光子通量功效、較低操作電壓、窄帶光發射，以及組裝方面之靈活性。
例如，在固態照明應用(諸如，燈飾、交通照明、室內/室外顯示器及後向照明電子顯示器)中，基於GaN之LED被成功地採用作為高功率光源。
然而，自LED有效地耦合輸出光具有挑戰性。與空氣n空氣=1或玻璃n玻璃=1.5相比，一磊晶層通常具有一高折射率。舉例而言，GaN之折射率nGaN在可見波長下在2.3至2.5之範圍中。磊晶層與一周圍媒介之間之大折射率失配致使在磊晶層內產生之光之一大部分在磊晶層與其周圍媒介之間之介面處散射或反射。僅在與該介面相關聯之一相對窄逃逸錐面內之角度處行進之光可折射至周圍媒介中且逃逸出磊晶層。換言之，LED之外部量子效率係低的，結果係LED之一降低亮度。
此情況在涉及使用LED產生白色光時甚至更加複雜。通常不藉由
修整磊晶層之發射能量來產生白色光。反而，在圍繞一藍色磊晶層(通常係基於GaN的)之一黃色磷光體材料協助下，將來自該磊晶層之光轉換成白色光。該周圍磷光體材料降頻轉換磊晶層之藍色光之一實質部分，將其顏色改變成黃色。因此，LED發射藍色及黃色光兩者，其組合提供白色光。以另一方式，已藉由用多色磷光體圍繞一發紫色光或紫外光磊晶層來將來自該磊晶層之光轉換成白色光。
通常沈積於一基板(磊晶層在該基板上生長)上之磷光體材料由於該基板與磷光體材料之間之介面處之散射以及在(例如)一空氣/磷光體材料介面處之光之後向散射而致使額外光損耗。
為改良LED之效能，因而需要自LED向外導引自磊晶層發射之光之更佳效率。
本發明之一目標係解決或至少減少上文論述之問題。
特定而言，根據本發明之一第一態樣，提供一種發光二極體組件，該發光二極體組件包括：一發光半導體結構，其具有一頂部表面；及一微光學多層結構，其經配置以自該發光半導體結構向外導引光，該微光學多層結構包括複數個層，其中一第i+1層以如自該半導體結構所見之一序列配置於一第i層之頂部上，其中該第i層之一折射率n i 大於該第i+1層之一折射率n i+1 。i之值選自正整數集，因此i可係1、2、3、4等。因此，本發明利用局部折射率匹配技術來減少截留於該發光二極體組件內之光，提供經改良光導引及光輸出。另一優點係降低對使用(例如)一圓頂透鏡對該發光二極體組件之一大型囊封之需要。此又減小發射器之體積大小以及其相關成本。
根據本發明之一實施例，該第i+1層之一厚度大於該第i層之一厚度。此減小全內反射，其增加光提取效率並因此改良光輸出效能。在一實施例，該第i+1層之該厚度比該第i層之該厚度大10%。在一實施
例中，該第i+1層相對於該第i層之厚度增加取決於該第i+1層相對於該第i層之折射率之相對增加。
根據本發明之一實施例，藉由以下給出該第i層之一厚度t i ：
其中A係該多層結構之頂部表面積。
使用足夠厚微光學層減小全內反射並促進光輸出耦合。
根據本發明之一實施例，該多層結構之如自該半導體結構所見之一第一層具有實質上等於該半導體結構之一頂部區域之折射率之一折射率。從而，由於該第一層與該半導體結構之間之該折射率之經降低不連續性減少後向反射，因此達成耦合至該多層結構中之一經改良光。從而減少截留於該發光二極體組件內之光。在一實施例中，該多層結構之該折射率與該半導體結構之一頂部區域之該折射率偏離小於10%。在另一實施例中，該多層結構之該折射率與該半導體結構之一頂部區域之該折射率偏離小於5%。在再一實施例中，該多層結構之該折射率與該半導體結構之一頂部區域之該折射率偏離小於1%。
根據本發明之一實施例，該發光二極體組件進一步包括一波長轉換層。此實施例提供調整由該發光二極體組件產生之光之光譜範圍之構件。換言之，由該波長轉換層將由該半導體結構產生之一第一波長範圍之直接光轉換成一第二波長範圍之光。該半導體結構及該波長轉換層(係一單個單元)進一步簡化以陣列形式對發光二極體之組裝或其他組態，以提供有效照射源。
波長轉換層意指包括能夠將一第一波長範圍之光轉換成一第二波長範圍之光之材料之一層。
措辭「直接」光應被理解為在無任何次級光學程序之情況下「直接」由該半導體結構產生之光。
根據一實施例，該波長轉換層包括一磷光體材料、一量子點，及/或一螢光染料。在本發明之內容脈絡中，一磷光體材料被定義為在用發冷光、發螢光或發磷光程序激發之後展現光發射之一材料或物質。
根據另一實施例，該磷光體材料包括一多晶板，較佳地包括Ce(III)摻雜之釓鋁石榴石(Y，GdAG：Ce)。一優點係YAG：Ce之多晶陶瓷板具有高度可控光學及幾何學性質，此允許該發光二極體組件之經改良效能。該陶瓷板具有一材料結構使得該材料內之散射係低的，此允許該發光二極體之經改良製造並進一步允許一高封裝效率。
根據本發明之一實施例，該多層結構配置於該波長轉換層之頂部上。從而，有可能提供自該波長轉換層耦合輸出光之有效構件。
根據一本發明之實施例，該多層結構配置於該波長轉換層下方。從而，有可能減少自該波長轉換層往回朝該發光半導體結構反射之光之量。
根據本發明之另一實施例，該發光二極體組件進一步包括一額外微光學多層結構，其中該波長轉換層配置於該微光學多層結構與該額外微光學多層結構中間。從而，有可能提供自該波長轉換層耦合輸出光並減少自該波長轉換層往回朝該發光半導體結構反射之光之量之有效構件。
根據另一實施例，該發光二極體組件進一步包括一基板，較佳地係一藍寶石基板。一優點係不必移除該基板，該發光半導體結構係製作於該基板之頂部上。此簡化對該發光二極體組件之製造，其允許有成本效率之生產。一藍寶石基板係一低損耗透明材料，例如，在其上適於磊晶生長基於GaN之半導體結構。
根據本發明之一實施例，該發光二極體組件進一步包括毗鄰於該半導體結構之一側表面配置之一側層。當設計該發光二極體組件之
該光輸出時，該側層提供更佳設計靈活性。
根據另一實施例，該側層包括一波長轉換材料，較佳地係一磷光體材料、一量子點，及/或一螢光染料。此允許經增強側發射且從而允許該發光二極體組件之更佳光均勻性，此可在照射應用(諸如，後向照明)中具有優點。
根據本發明之另一實施例，該側層包括一光反射塗佈材料，較佳地包括高反射金屬或高漫反射氟聚合物。藉此可獲得該發光二極體組件之一經改良光導引。
根據本發明之一第二態樣，提供一種發光二極體(LED)，該LED包括上文述及之發光二極體組件，該發光二極體組件配置於一基臺上。
根據本發明之一第三態樣，提供一種多層結構，其中該多層結構經配置以自具有一頂部表面之一發光半導體結構向外導引光，該多層結構包括複數個層，其中一第i+1層以如自該半導體結構所見之一序列配置於一第i層之頂部上，其中該第i層之一折射率n i 大於該第i+1層之一折射率n i+1 。
應注意，本發明系關於申請專利範圍中所述之特徵之所有可能組合。
100‧‧‧發光二極體
101‧‧‧發光二極體組件/發光二極體
102‧‧‧微光學多層結構/多層結構
102’‧‧‧額外微光學多層結構
102a‧‧‧層/透明層/第一層
102’a‧‧‧第一層/層
102b‧‧‧層/透明層
102’b‧‧‧層
102c‧‧‧層/透明層
102d‧‧‧層/透明層/最終層/頂部層
104‧‧‧發光半導體結構/半導體結構
104a‧‧‧磊晶層/GaN磊晶層/基於GaN之磊晶層
104b‧‧‧基板
104d‧‧‧側層
105‧‧‧波長轉換層
106‧‧‧基台
108‧‧‧圓頂形透鏡結構/透鏡結構
110‧‧‧發光二極體
120‧‧‧發光二極體
200‧‧‧發光二極體
300‧‧‧發光二極體
310‧‧‧發光二極體
現在將參考展示本發明之實施例之附圖更詳細地闡述本發明之此等及其他態樣。
如該等圖中所圖解說明，出於圖解說明性目的，可放大層及區域之大小且因此該等層及區域經提供以圖解說明本發明之實施例之一般結構。在所有圖式中，相同參考編號指代相同元件。
圖1a係根據本發明之一LED之一實施例之一示意性剖視圖。
圖1b係根據本發明之一LED之一替代實施例之一示意性剖視圖。
圖1c係根據本發明之一LED之再一替代實施例之一示意性剖視圖。
圖1d係根據本發明之一LED之又一替代實施例之一示意性剖視圖。
圖2係根據本發明之一LED之再一替代實施例之一示意性剖視圖。
圖3a係根據本發明之一LED之又一實施例之一示意性剖視圖。
圖3b係根據本發明之一LED之一替代實施例。
現在，下文中將參考其中展示本發明之當前較佳實施例之附圖更全面地闡述本發明。然而，本發明可以諸多不同形式體現且不應被視為限於本文中所陳述之實施例；而是，此等實施例係為透徹及完整起見而提供且將本發明之範疇完全傳達給熟習此項技術者。
圖1a展示根據本發明之一LED 100之一示意性剖視圖。該LED包括一發光二極體組件101，其中一半導體結構104經配置以發射光且一微光學多層結構102經配置以自半導體結構104向外導引光。該發光二極體組件進一步附接至一基台106。微光學多層結構102包括複數個層102a至102d。該複數個層102a至102d之第i+1層以如自該半導體結構104所見之序列配置於第i層之頂部上。i之值選自正整數集，因此i可係1、2、3、4等。舉例而言，在此實施例中，第二層提供於第一層上，第三層提供於第二層上且第四層提供於第三層上。第i層之一折射率n i 進一步大於第i+1層之一折射率n i+1 。此外，第i+1層之一厚度大於第i層之一厚度。此減小全內反射，其增加光提取效率並因此改良光輸出效能。在實施例中，第i+1層之厚度相對於第i層之厚度之增加取決於第i+1層相對於第i層之折射率之相對增加。舉例而言，第i+1層相對於第i層之折射率之一較大增加結果係第i+1層之厚度相對於第i層
之厚度之一較大增加。在一實務實例中，第i+1層具有1.65之一折射率，第i層具有1.55之一折射率，且然後第i+1層之厚度係約440μm且第i層之厚度係約360μm。根據折射率經最佳化之一經增加厚度可改變角度場發射，該角度場發射可變得較寬廣，此在需要側發射之諸多應用中係有益的。
在又一實施例中，藉由以下給出第i層之一厚度t i ：
其中A係微光學多層結構102之頂部表面積。多層結構102之表面積實質上等於發光半導體結構104之頂部表面之表面積。
在圖1a中，半導體結構104以一覆晶(FC)組態展示。半導體結構104包括一磊晶層104a及一基板104b。磊晶層104a進一步包括一pn接面，具有至少一個n型GaN層，一個基於GaN之作用區域，以及一個p型GaN層。施偏壓於n型層及p型層之後在作用區域中產生光。自GaN層之側(通常係n型層及基板104b)提取所產生光。基板104b因而具有係一低損耗透明材料之藍寶石。另外，藍寶石具有類似於GaN之晶格常數之一晶格常數，達成GaN之GaN磊晶層104a之良好生長品質。
半導體結構104附接至基台106。磊晶層104a之n型區域及p型區域可經由金屬層(未展示)電接觸基台106中之金屬觸點(未展示)。半導體結構104至基台之附接可(例如)藉助於柱形凸塊而形成。但亦可適合使用熟習此項技術者所知之其他附接方法。
基台106高度反射以便反射由半導體結構產生並在朝基台106之一方向上發射之光。此改良透過半導體結構104之頂部表面之光發射。基台可(例如)係具有(例如)一SMD狀幾何形狀之一高度反射性印刷電路板(PCB)。
應注意，半導體結構之其他組態係可能的，如將在下文所闡述。
發光二極體組件101進一步包括一波長轉換層105。使用一波長轉換層105提供調整由發光二極體組件101產生之光之光譜範圍之構件。
根據此實施例，發光二極體組件101經配置以發射白色光。藍色光譜範圍中之光係由發射直接藍色光之一基於GaN之磊晶層104a產生且波長轉換層105包括一磷光體(此處係包括產生在黃色光譜區域中之光之Ce(III)摻雜之釓鋁石榴石(Y，GdAG：Ce)之一多晶板)。因此，發光二極體組件101發射藍色光及黃色光兩者，其組合提供白色光。此設置之一優點係YAG：Ce之多晶陶瓷板具有高度可控光學及幾何學性質，此允許發光二極體101之經改良效能。陶瓷板具有(例如)密切匹配藍寶石之折射率之在波長光譜之可見範圍中之約1.8之一折射率。從而，可獲得基板104b與波長轉換層105之間之介面處之散射之一減少。波長轉換層105進一步具有一材料結構使得材料內之散射係低的，此允許經改良發光效率。
微光學多層結構102包括如上文所闡述地配置之透明層102a至102d。隨後藉由對如自半導體結構104所見之層之折射率進行分級，在半導體結構104內產生之光之一大部分可自發光二極體組件101發射。換言之，減少該等層之介面處之光散射且實現自發光二極體101輸出之光之一總體增加。藉由額外地應用對該等層之厚度之一對應分級，進一步改良發光二極體101之發光效率。
微光學多層結構102配置於該波長轉換層105之頂部(係半導體結構104之一頂部部分)上。可藉由修整微光學多層結構102之如自半導體結構104所見之第一層102a與半導體結構104之頂部部分之折射率達成耦合至微光學多層結構102中之一經改良光，結果係減少此兩者
之介面處之光散射。從而減少截留於半導體結構104內之光。
為減少微光學多層結構102之如自半導體結構104所見之第一層102a與半導體結構104之頂部部分之介面處光散射，微光學多層結構102之第一層102a具有實質上等於半導體結構104之一頂部區域之折射率之一折射率。在一實施例中，微光學多層結構102之第一層102a之折射率與該半導體結構104之一頂部區域之折射率偏離小於10%。在另一實施例中，微光學多層結構102之第一層102a之折射率與該半導體結構104之一頂部區域之折射率偏離小於5%。在再一實施例中，微光學多層結構102之第一層102a之折射率與該半導體結構104之一頂部區域之折射率偏離小於1%。在再一實施例中，微光學多層結構102之第一層102a之折射率等於該半導體結構104之一頂部區域之折射率。
圖1b展示根據本發明之一替代實施例之一LED 110之一示意性剖視圖。該LED包括一發光二極體組件101，其中一半導體結構104經配置以發射光，如上文關於圖1a所闡述之一微光學多層結構102經配置以自半導體結構104向外導引光。一波長轉換層105進一步配置於微光學多層結構102之頂部上。此實施例之一優點係微光學多層結構102可減少自波長轉換層發射之光往回朝該發光半導體結構反射之量。由此獲得一經改良LED效能。
圖1c展示根據本發明之另一實施例之一LED 120之一示意性剖視圖。該發光二極體組件包括如關於圖1a及圖1b闡述之相同組件以及另外一額外微光學多層結構102’。微光學多層結構102及額外微光學多層結構102’配置於波長轉換層105之對置側上。從而，有可能提供自該波長轉換層耦合輸出光並減少自該波長轉換層往回朝該發光半導體結構反射之光之量之有效構件。
應注意，根據此實施例，微光學多層結構102之第一層102a及額外微光學多層結構102’之第一層102’a之折射率分別等於或稍低於半
導體結構104之折射率及波長轉換層105之折射率。根據上文之闡述，層102b、102’b之折射率低於第一層102a、102’a之折射率。
此外，根據本發明之一實施例，配置於如自發光二極體組件101之頂部所見之波長轉換層105下方之微光學多層結構102之最終層102d之折射率低於波長轉換層105之折射率，波長轉換層105可具有類似於磊晶層104a或基板104b之折射率之一折射率。
亦應注意，微光學多層結構102及額外微光學多層結構102’可係相同的，由此包括類似層結構並具有實質上相同之實體性質。
微光學多層結構102可包括(例如)SF 11類型之標準玻璃。另一選擇係，多層結構102可包括環氧樹脂或矽材料。可容易獲得具有在至少1.48與2之間之折射率之此類型之高度透明材料。亦需要形成多層堆疊之折射率匹配膠且其在市場中通常係可得的(參見(例如)US7423297B2)。另一選擇係，可藉助於如在US7452737B2中提出之一包覆模製(over moulding)程序接合基於矽之層。
根據一項實施例，微光學多層結構之一頂部層具有高於或等於位於微光學多層結構之頂部上之一媒介之折射率之一折射率。對微光學多層結構之頂部層與周圍媒介(可係(例如)空氣或矽)之間之折射率差異之修整提供經改良光導引及光輸出。
根據本發明之另一實施例，發光二極體組件101包封在一圓頂形透鏡結構108中，如在圖1d中所展示。該透鏡結構經配置以增加光輸出並引導來自該半導體結構之光。圓頂形透鏡結構108可(例如)由矽製成。
微光學多層結構102之一頂部層102d具有高於或等於位於頂部層102d之頂部上之一媒介之折射率之一折射率。對多層結構102之頂部層102d與周圍媒介(亦即，空氣或透鏡結構108)之間之折射率差異之修整提供經改良光導引及光輸出。
在當前技術水平FC組態中，諸如在基於經圖案化藍寶石基板(PSS)之發光二極體中，由磊晶層產生之光經由一藍寶石基板耦合輸出至空氣中或經由圓頂囊封材料且然後耦合輸出至空氣中。由此，藉由發光二極體組件中之全內反射截留所產生光之一大部分。此外，藍寶石基板通常係100微米至800微米厚，此導致光之一大部分在朝基板之側之一方向上發射。由於基板與其周圍媒介之介面處之大折射率失配，此光在很大程度上在該介面處反射。為確保此經往回反射之光之至少一部分可離開發光二極體組件，高度反射性基台常見地用於基於FC之發光二極體組件中。
根據本發明之一實施例，其一目標係緩解此問題。
因此，圖2展示根據本發明之一LED 200之一示意性剖視圖。LED 200包括一發光二極體組件101，發光二極體組件101包括一半導體結構104及一微光學多層結構102，如關於圖1a至圖1d所揭示。發光二極體組件101進一步包括毗鄰於該半導體結構104之一側表面配置之一側層104d。側層104d覆蓋半導體結構104之側中之一或多者。當設計發光二極體組件101之光輸出時，該側層提供更佳設計靈活性。側層104d包括波長轉換材料，較佳地係一磷光體材料。側層104d及波長轉換層105可形成一共同層。側層104d及波長轉換層105可經配置以提供具有相同顏色點之光發射。
應注意，側層104d自半導體結構104之磊晶層104a至少延伸至波長轉換層105。由此，在朝基板之側之一方向上發射之光之一大部分可從而進入側層104d，其中可藉由側層104d之波長轉換材料改變光之至少一部分之光譜範圍。從而獲得一經總體改良光發射。此外，由發光二極體組件101發射之光可具有一經增加角度分佈，該經增加角度分佈可(舉例而言)在後向照明應用中具有優點，其中將減少發光二極體之所感知之光斑點。
另一選擇係，側層104d可包括一光反射材料，其經配置以反射自半導體結構104(亦即，自磊晶層104a及波長轉換層105)發射之光，使得自發光二極體組件101之頂部層102d耦合輸出所發射光之一較大部分。
根據本發明之另一實施例，至少部分地移除基板。例如，可藉由雷射輔助剝離、研磨、化學機械研磨或濕法蝕刻或任何其他適用處理技術來完成對基板之至少一部分之移除。可進行對基板之至少一部分之移除使得至少部分地曝露半導體結構。所得之裝置結構通常被稱作具有一薄膜覆晶(TFFC)幾何形狀之一發光二極體。藉助於TFFC幾何形狀，可避免透明基板中之吸收損耗，提供發光二極體組件之經改良亮度。可藉由粗糙化或圖案化半導體結構之經曝露表面達成發光二極體之光輸出之又一增加，藉以改良自半導體結構耦合輸出之光之分率。結果，可改良發光二極體組件之外部量子效率。又一優點係可在磊晶生長期間使用其他基板(包括矽或SiC)。
圖3a揭示一發光二極體(LED)300，包括具有一TFFC幾何形狀之一發光二極體組件101。發光二極體組件101包括一半導體結構104，半導體結構104包括一磊晶層104a及一波長轉換層105，如上文所闡述。磊晶層104a安裝於一基台106上且波長轉換層105沈積於磊晶層104a上。一微光學多層結構102包括配置於波長轉換層105之頂部上之複數個層102a至102d。
發光二極體組件101進一步包括毗鄰於該半導體結構104之一側表面配置之一側層104d。側層104d覆蓋半導體結構104之側中之一或多者。側層104d包括光反射材料，其經配置以反射自半導體結構104(亦即，自磊晶層104a及波長轉換層105)發射之光，使得自發光二極體組件101之頂部層102d耦合輸出所反射光之一較大部分。
另外，側層104d可包括波長轉換材料，較佳地係一磷光體材
料。上文闡述了使用轉換材料之功能及好處。
圖3b揭示一LED 310之一替代實施例，包括具有一TFFC幾何形狀之一發光二極體組件310。發光二極體組件101包括一半導體結構104，半導體結構104包括一磊晶層104a、一側層104d及一波長轉換層105，如上文所闡述。該發光二極體進一步包括配置在波長轉換層105之對置側上之一微光學多層結構102及一額外微光學多層結構102’。
本發明實施例之優點與關於圖1c闡述之優點相同。側層104d自磊晶層104a至少延伸至波長轉換層105以防止自磊晶層104a發射之光離開微光學多層結構102之側。
在側層104d包括一反射材料之情形中，此導致可朝波長轉換部件105反射在朝多層結構102之側之一方向上發射之光之一大部分。
在側層104d包括一波長轉換部件之情形中，在朝多層結構之側之一方向上發射之光之大部分可進入側層104d，其中可藉由側層104d之波長轉換材料改變光之至少一部分之光譜範圍。由此獲得一經總體改良光發射。此外，由發光二極體組件101發射之光可具有一經增加角度分佈，該經增加角度分佈可(舉例而言)在後向照明應用中具有優點，其中將減少發光二極體之所感知之光斑點。
電腦模擬顯示使用根據本發明之一微光學多層結構結果係來自發光二極體組件之經改良光輸出。將來自兩個不同發光二極體組件之光輸出與一當前技術水平PSS晶片級封裝(CPS)LED進行比較。該PSS-CPS LED包括一半導體結構，該半導體結構具有具1.8之一折射率之一基板層以及各自具1.5之一折射率之頂部層及側層。
藉由(例如)使用一高折射率材料(諸如，包括Ce(III)摻雜之釓鋁石榴石(Y，GdAG：Ce)之一波長轉換層)將波長轉換層之折射率增加至與基板層之折射率實質上相同(約1.8)，光輸出之相對增益模擬至3.4%。若額外地藉由將具有1.7之一折射率之一透明層配置於高折射
率材料之頂部上來形成一多層層結構，則可達成約7.6%之光輸出之一相對增益。此外，若使用在高折射率材料之頂部上包括一第一層及一第二層之一多層結構，則可達成12.1%之光輸出之一相對增益。該第一層及該第二層分別被設定為具有1.7及1.48之一折射率。
為簡單起見，該等層各自被假定為具有400微米之一厚度。可藉由對應於後續層之折射率之一分級之後續層之厚度之分級獲得進一步發光效率改良。因此，後續層之間之折射率之一增加對應於後續層之間之厚度之一增加。類似地，後續層之間之折射率之一減小對應於後續層之間之厚度之一減小。
該等模擬亦展示經囊封發光二極體在包括一多層結構之情況下可具有一經增加光輸出。在該等模擬中，使用具有1.5之一折射率之一3mm透鏡結構(例如，矽)。該第一層及該第二層分別被設定為具有1.75及1.6之一折射率。對於經囊封發光二極體，針對上文所揭示之不同組態所獲得之增益分別係7.0%、8.3%及8.5%。
由此應注意，根據該等模擬，包括一多層結構但無囊封之一發光二極體組件可勝過具有一透鏡結構之一參考PSS-CSP LED結構。此見識在製造高度有效之發光二極體時可係有利的且進一步允許發光二極體之經增加包裝效率。
熟習此項技術者應認識到，本發明決不限定於上文所闡述之較佳實施例。相反，在隨附申請專利範圍之範疇內之諸多修改及變化係可能的。
舉例而言，波長轉換層105可包括一量子點(QD)。QD係通常具有僅數十奈米之一寬度或直徑之半導體材料之小晶體。其具有以下優點：當被入射光激發時，其發射光，該光之波長由QD之大小及材料判定。此外，其展示非常窄之發射帶且因此提供標準顏色，其中可藉由修整所使用之QD之材料及大小來產生一特定顏色之光輸出。例
如，可藉由使用包括選自由(但不限於)II至VI及III至V QD(較佳地，InP、CdTe、CdTe/CdSe核殼型結構、三元混合物，諸如CdSexTey，或者黃銅礦QD，諸如CuxInySe2或CuxInyS2)組成之群組之一材料之QD來達成在紅色激發後其發射為遠紅外線之QD。可為增強之發射性質而用較高帶隙材料(諸如，CdS及ZnS)包覆式塗佈QD。
波長轉換層105可包括一無機磷光體，其中該無機磷光體包括摻雜有Cr3+之一材料，較佳地係選自由Y3Al5O12：Cr3+組成之群組之一材料。
波長轉換層105可包括一螢光染料。
波長轉換層105可包括LumiramicTM。
舉例而言，磊晶層104a之作用區域可進一步包含包括(例如)InxAlyG1-x-yN之異質結構層以修整帶隙且從而修整發光二極體組件之發射波長。使用(例如)GaIn/InxG1-xN之量子限制層獲得之量子井(QW)或多量子井(MQW)結構可進一步位於該作用區域中以局部地增加電洞及電子之濃度，此由於經增加之再組合率而導致經增加數目個自發光二極體組件發射之光子。
GaN層可具有約5微米之一總厚度。此厚度並非關鍵的且可變化，只要可避免推測可妨礙LED效能之高濃度缺陷即可。藍寶石基板通常係200微米厚但在其他實施例中，該厚度可在10微米至800微米之範圍中。
該發光二極體組件可進一步包括經配置以連接多層結構中之複數個層之接合層。該等接合層具有匹配周圍層之折射率以便減少介面處之光散射係較佳的。
該接合層可包括矽。
該透鏡結構可具有各種幾何形狀，諸如球形，或橢圓形。該透鏡結構之頂部可進一步被隨機地紋理化成一佛瑞奈(Fresnel)透鏡形
狀，或具有一光子晶體結構。
另外，根據對圖式、揭示內容及隨附申請專利範圍之研究，熟習此項技術者在實踐本發明時可理解及實現所揭示實施例之各種變化形式。在申請專利範圍中，詞語「包括」並不排除其他元件或步驟，且不定冠詞「一」或「一個」並不排除複數個。在互不相同之附屬請求項中陳述某些措施之此一事實本身並非表明不能有利地組合使用此等措施。
101‧‧‧發光二極體組件/發光二極體
102‧‧‧微光學多層結構/多層結構
102a‧‧‧層/透明層/第一層
102b‧‧‧層/透明層
102c‧‧‧層/透明層
102d‧‧‧層/透明層/最終層/頂部層
104‧‧‧發光半導體結構/半導體結構
104a‧‧‧磊晶層/GaN磊晶層/基於GaN之磊晶層
104b‧‧‧基板
104d‧‧‧側層
105‧‧‧波長轉換層
106‧‧‧基台
200‧‧‧發光二極體
Claims (15)
- 一種發光二極體組件(101)，其包括：一發光半導體結構(104)，及一微光學多層結構(102)，其經配置以自該發光半導體結構(104)向外導引光，該微光學多層結構(102)包括複數個層，其中一第i+1層以如自該半導體結構(104)所見之一序列配置於一第i層之頂部上，其中該第i層之一折射率n i 大於該第i+1層之一折射率n i+1 ，其中i之值選自正整數集，且其中該第i+1層之一厚度大於該第i層之一厚度。
- 如請求項1之發光二極體組件(101)，其中藉由以下公式給出該第i層之如自該半導體結構(104)所見之一厚度t i ：
- 如請求項1之發光二極體組件(101)，其中該微光學多層結構(102)之如自該半導體結構(104)所見之一第一層(102a)具有等於該半導體結構(104)之一頂部區域之折射率之一折射率。
- 如請求項1至3中任一項之發光二極體組件(101)，其進一步包括一波長轉換層(105)。
- 如請求項4之發光二極體組件(101)，其中該微光學多層結構(102)配置於該波長轉換層(105)之頂部上。
- 如請求項4之發光二極體組件(101)，其中該微光學多層結構(102)配置於該波長轉換層(105)下方。
- 如請求項4之發光二極體組件(101)，其進一步包括一額外微光學多層結構(102’)，其中該波長轉換層(105)配置於該微光學多層結 構(102)與該額外微光學多層結構(102’)中間。
- 如請求項4之發光二極體組件(101)，其中該波長轉換層(105)包括一磷光體材料、一量子點，及/或一螢光染料。
- 如請求項8之發光二極體組件(101)，其中該磷光體材料包括一多晶板，較佳地包括Ce(III)摻雜之釓鋁石榴石(Y，GdAG：Ce)。
- 如請求項1至3中任一項之發光二極體組件(101)，其中該發光半導體結構(104)進一步包括一基板(104b)，較佳地係一藍寶石基板。
- 如請求項1至3中任一項之發光二極體組件(101)，其進一步包括毗鄰於該半導體結構(104)之一側表面配置之一側層(104d)。
- 如請求項11之發光二極體組件(101)，其中該側層(104d)包括一波長轉換材料，較佳地係一磷光體材料、一量子點，及/或一螢光染料。
- 如請求項11之發光二極體組件(101)，其中該側層(104d)包括一光反射塗佈材料，較佳地包括高反射金屬或高漫反射氟聚合物。
- 一種發光二極體LED(100；110；120；200；300；310)，其包括如請求項1至13中任一項之發光二極體組件(101)，其中該發光二極體組件(101)配置於一基台(106)上。
- 一種微光學多層結構(102)，其經配置以自一發光半導體結構(104)向外導引光，該微光學多層結構(102)包括複數個層，其中一第i+1層以如自該半導體結構(104)所見之一序列配置於一第i層之頂部上，其中該第i層之一折射率n i 大於或等於該第i+1層之一折射率n i+1 ，其中i之值選自正整數集，且其中該第i+1層之一厚度大於該第i層之一厚度。
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