TWI664752B - 用於增強性能之發光二極體架構 - Google Patents

用於增強性能之發光二極體架構 Download PDF

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Abstract

本發明關於發光二極體(LED)及相關部件、製程、系統與方法。在某些實施例中，描述當LED使用於具有非矩形光圈(例如，圓形光圈)的光學系統中，該LED提供改善的光學與熱效率。在一些實施例中，可形成LED之發光表面形狀，使得達到增強的光學與熱效率。此外，在一些實施例中，描述為了產生所述該等裝置而可採用的晶片設計及製程。

Description

用於增強性能之發光二極體架構 相關申請案
本申請案主張申請於2011年6月28日之美國臨時專利申請案序號第61/502,130號之優先權(代理人案號L0655.70117US00)，且名稱為「Light-Emitting Diode Architectures for Enhanced Performance」，為了所有目的將該臨時專利申請案以全文引用之方式併入本文。
大致上描述發光二極體及相關部件、製程、系統與方法。
相較於白熾光源及/或螢光光源，發光二極體(LED)通常能以更有效率的方式提供光。與LED有關的相當高功率效率已產生使用LED取代於各種照明應用中的習知光源之利益。舉例而言，在某些情況下，使用LED作為交通號誌燈及照明行動電話按鍵及顯示器。
典型上，LED由多層所形成，該等層中之至少一些層由不同的材料所形成。一般而言，該等層所選用的材料及厚度決定由LED所發射的光之一或更多波長。此外，可選擇該等層之化學組成以試圖隔離注入電荷載體進入區域(通常稱為量子井)，該等區域用以相當有效率的轉換成光功率。一般而言，量子井所生長處的接面之其中一側上的層摻雜有施體原子，該等施體原子造成高電子 濃度(該等層通常稱為n型層)，且相反側上的層摻雜有受體原子，該等受體原子造成相當高電洞濃度(該等層通常稱為p型層)。
準備LED的常用方式如下：以晶圓的形式準備材料層。典型上，使用磊晶沉積技術來形成該等層，例如有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)，初始沉積層形成於生長基板上。然後該等層曝露於各種蝕刻及金屬化技術，以形成用於電流注入之接觸點，且晶圓隨後切片成為個別LED晶片。通常，封裝該等LED晶片。
在使用期間，電能通常注入LED且然後轉換成為電磁輻射(光)，電磁輻射中之一些電磁輻射自LED萃取出，舉例而言，經由發光表面萃取出。
大致上描述發光二極體及相關部件、製程、系統與方法。
在一種態樣中，提供發光裝置。在某些實施例中，發光裝置包括發光晶粒，該發光晶粒包括光產生區域及頂表面，其中該裝置係經配置以選擇性地啟動該光產生區域之一部份，以於使用期間產生非矩形主動發光區域。
在一些實施例中，發光裝置包括發光晶粒，該發光晶粒包括光產生區域及頂表面及至少一個電性接觸點，該至少一個電性接觸點係放置於該發光晶粒之該頂表面的上方，以界定具有非矩形形狀的周長之發光區域。
在某些實施例中，發光裝置包括複數個高台，各高台具有發光表面；及由該等高台之該等發光表面所界定的發光區域，其中該發光區域包括非矩形周長。
在一種態樣中，提供光學系統。在某些實施例中，該光學系統包括發光裝置，該發光裝置包括發光晶粒，該發光晶粒包括光產生區域及頂表面；實質上非矩形發射器輸出光圈設置於該發光裝置之該頂表面上方，該發射器輸出光圈係經配置使得由該發光裝置所發射的光傳輸通過該發射器輸出光圈；及輸入光圈係經配置以接收由該光產生區域所產生的光，其中該發射器輸出光圈之形狀實質上對應至該輸入光圈之形狀。
在一些實施例中，光學系統包括複數個發光晶粒，該等發光晶粒包括光產生區域及頂表面，該等發光晶粒共同界定蓄積的發光區域；實質上非矩形發射器輸出光圈設置於該等發光晶粒之該等頂表面上方，該發射器輸出光圈係經配置使得由該等發光晶粒所發射的光傳輸通過該發射器輸出光圈；及輸入光圈係經配置以接收由該等光產生區域所產生的光，其中該發射器輸出光圈之形狀實質上對應至該輸入光圈之形狀。
自本發明之以下詳細描述，當與附圖結合來考慮時，本發明之優點、新穎特徵及目標將變得顯見的，附圖為示意的且並非預期按比例繪製。在本說明書與藉由引用所併入的文件含有衝突及/或不一致的揭示之情況下，應以本說明書為準。在圖式中，圖解於各種圖式中的各相 同或幾乎相同的部件藉由單一符號來代表。為了清楚起見，並非每一個部件都標示在每一張圖中，當不需要圖解以允許本領域具有通常技藝者了解本發明時，亦不標示本發明之各實施例之每一個部件。
本發明關於發光二極體(LED)及相關部件、製程、系統與方法。在某些實施例中，描述當LED使用於具有非矩形輸入光圈(例如，圓形光圈)的光學系統中，該LED提供改善的光學及熱效率。在一些實施例中，可形成LED之發光表面及/或發射器輸出光圈的形狀使得達到增強的光學與熱效率。此外，在一些實施例中，描述為了產生該等裝置而可採用的晶片設計及製程。
本領域具有通常技藝者熟知光展量(etendue)之概念。光展量大致上為光學系統(例如，投影機、聚光燈等等)特徵在於自該系統所發射的光於面積及角度中「散開」的程度之性質。光源之光展量或光學系統之光展量可計算為光圈面積(A)與由光發光所對應的立體角(Ω)之乘積。光學系統(或於光學系統內的元件)無法減小光源之光展量。而是，光學系統可最佳地保持光展量(在此情況下，所產生的成像之光展量與光源之光展量匹配)。
許多光學照明系統實質上為具有圓形輸入光圈的投影機。舉例而言，照明系統可包含光源，於光抵達待照射目標之前，該光源投射光通過圓形光圈。此等光學照明 系統中之一些光學照明系統，例如劇院聚光燈及建築或娛樂圖案投影機，可基本地受限於光學系統光展量。也就是說，光學系統光展量可限制由光學裝置可投射的狹窄光束的程度。即使狹窄光束投影機例如探照燈、戰術手電筒及訊號標燈並不將該等投影機的光線通過實體的「閘」，狹窄光束投影機仍可受限於系統光展量。當光源之光展量與光學系統之光展量匹配時且當每光展量的光源流明(亦即，流明/A‧Ω)經最大化時，該等系統通常提供最中心點光照度。
一般而言，用於具有圓形或其他非矩形輸入光圈的系統中的矩形光源，包含功率LED，並未對於每光展量的流明作最佳化。當考慮矩形光源(例如，功率LED)之光展量耦合進入具有圓形輸入光圈的光學系統時，可針對有效率地收集光所需的輸入光圈來映射發射器區域。第1A圖至第1D圖包含比較矩形光源之發光表面幾何形狀與圓形光圈之輸入光圈幾何形狀之兩個範例之示意圖解。第1A圖與第1C圖為透視示意圖解，其中正方形LED 101係經配置以產生電磁輻射102，電磁輻射102發射進入圓形輸入光圈103(例如，於不透光材料中的開口)。第1B圖與第1D圖為系統之側視示意圖解，圖示LED 101之發光表面106之形狀與圓形光圈103之形狀之間的重疊。在第1B圖與第1D圖中，正方形104代表正方形LED 101之發射區域，且圓圈105代表光學系統之輸入光圈103之形狀。在第1A圖至第1D圖中，LED 晶粒101兩者為相同尺寸，且假設該等光學系統產生相同的輸出光束角度。
在第1A圖至第1B圖所圖解的情況下，圓形輸入光學光圈103之形狀(對應至圓圈105)為內接於正方形發射區域106之形狀(對應至正方形104)中。此架構造成較小的光輸出光圈且因此較小、較便宜的光學系統。當應用需要多個光源時，可將光學模組緊密地封裝在一起，以達到所要求的輸出。然而，在第1A圖至第1B圖所圖解的系統中，自LED 101之正方形發光表面106所發射的光之27%並不藉由光圈103透射且從該系統損失。第1A圖至第1B圖之光學系統保持光源之光展量(因為光展量無法減小)。
在第1C圖至第1D圖所圖解的情況下，圓形輸入光學光圈103之形狀(對應至圓圈105)圍繞LED 101之正方形發射區域106之形狀，且因此能夠透射自發光表面106所發射的光之全部光(假設適當的數值孔徑)。然而，為了達到與第1A圖之系統相同的發射光束角度，將需要實質上較大光學元件(成本較高且無法如於陣列中緊密地封裝)。相較於光源之光展量，第1C圖至第1D圖所圖解的光學系統產生增加的光展量。
在本發明之某些實施例之情境中已發現可產生系統，該系統中相當大量的由LED所發射的光透射通過輸入光圈，同時藉由控制LED(或其他光源)之發光區域之形狀來保持光源之光展量。在一些實施例中，舉例而言， 藉由採用具有非正方形或非矩形(例如，非四邊形)發光表面之光源，可增加由光源所產生的、進入輸入光圈(舉例而言，非矩形輸入光圈，例如圓形輸入光圈)的光量。
如本文所使用的，輸入光圈(亦稱為孔徑光闌)為一種孔徑，該孔徑一般實體上限制通過系統的光束之立體角，且可限制成像之亮度。在某些實施例中，輸入光圈為不透光材料內的透光孔。在一些實施例中，輸入光圈為由微顯示器所界定的反射式表面區域。在其他實施例中，輸入光圈可為透鏡之表面、波導、輪廓閘(profile gate)、取景光柵(framing shutter)或配置用以接收由LED所發射的光之其他光學部件。在一些實施例中，舉例而言，當LED用於臨界照明系統及/或科勒(Kohler)照明系統中，如以下更詳細的描述，輸入光圈可為待成像目標(例如，顯微鏡試樣)。在一些實施例中，輸入光圈對應至光學元件之輸入。
第1E圖為系統之透視示意圖解，其中採用之LED 101包括非矩形發光表面106。在第1E圖中，LED 101包括頂表面110。使用各種技術中之任何技術，單獨使用或彼此組合使用，如以下更詳細的描述，可配置頂表面110之部份111，使得光不通過部份111而從LED發射出。在第1E圖所圖解的實施例組中，配置LED 101使得光不從部份111發射出，而產生實質上圓形發光表面106。在第1E圖中，發光表面106之形狀實質上對應至輸入光圈103之形狀，此可確保由LED 101所發射的相當大 量的光透射通過該輸入光圈，同時保持LED 101之光展量。儘管在第1E圖中圖解圓形發光表面106，但在其他實施例中，亦可使用具有其他非矩形形狀的發光表面，如以下更詳細的描述。
LED之發光表面一般指由LED之光產生區域所產生的光從LED發射出來的LED區域。作為一個範例，LED之發光表面可與LED晶粒具有相同的形狀。舉例而言，如第1A圖與第1C圖所圖解，發光表面可為LED晶粒之頂表面，由LED之發光區域所產生的光發射通過LED晶粒之頂表面。在其他情況下，發光表面之形狀可不同於LED晶粒之形狀。
在一些實施例中，LED之發光表面之形狀可為非矩形且可藉由放置於晶粒之頂表面上方的一或更多特徵所界定。舉例而言，在LED晶粒為正方形或不然為矩形的情況下，該等實施例可為有用的，且希望產生非矩形的(例如，彎曲的、五邊或更多邊的多邊形(正多邊形或非正多邊形)等等)LED之發光表面。
相對於當特徵不存在時自LED將發射的光之形狀，當該特徵改變自LED表面發射的光之形狀時，可稱LED之發光表面由該特徵所界定。舉例而言，不透光電性接觸點不允許光透射通過該不透光電性接觸點或圍繞該不透光電性接觸點繞射，將稱該不透光電性接觸點界定發光表面。另一方面，以相當薄導線形式的不透光電性接觸點，僅繞射自LED發射的光使得自LED發射的光之 形狀不被改變，則將不會稱之界定發光表面。
可使用各種技術以產生具有所需形狀(例如，非矩形形狀)的發光表面，該所需形狀並不實質上相似於LED晶粒之形狀。在一些實施例中，並不實質上透射光的不透光材料(例如，電性接觸點)係經放置於LED晶粒之頂表面上方(例如，直接位於LED晶粒之頂表面上)。在該等情況下，LED之發光表面將不包含藉由不透光材料所覆蓋的LED之頂表面之部份。在該等情況下，發光區域可對應至並未由不透光材料所覆蓋的區域，假設否則不會防止發光通過未摻雜區域。作為具體的範例，回頭參照第1E圖，區域111可包括不透光材料(例如，一或更多電性接觸點)，該不透光材料經設置於表面110上方，使得發光表面106維持未被覆蓋。
作為另一範例，LED可能包含頂表面，其中該頂表面之一或更多區域經摻雜，以減小該等區域的導電率，使得電流僅通過未摻雜區域注入LED(且光自此發射出)。在該等情況下，發光表面將不會包含LED之頂表面之摻雜區域。在某些該等情況下，發光區域可對應至由未摻雜區域所佔據的區域，假設否則不會防止發光通過未摻雜區域(例如，藉由不透光材料覆蓋未摻雜區域)。作為一個具體的範例，回頭參照第1E圖，可摻雜頂表面110之區域111，使得在區域111內的材料無法實質上導電，而在發光表面106內的區域維持未摻雜。
作為又另一範例，LED可包含非歐姆材料，該等非歐 姆材料設置於LED之電性接觸點與頂表面之間，此可防止電流從電性接觸點傳送通過該LED。在該等情況下，發光表面將不包含藉由非歐姆材料所覆蓋的頂表面之區域。在某些該等情況下，發光區域可對應至並未被非歐姆材料所覆蓋的區域，假設否則不會防止發光通過未被覆蓋的區域(例如，藉由摻雜或藉由不透光材料覆蓋)。作為具體的範例，回頭參照第1E圖，非歐姆材料可放置於頂表面110之區域111上方，使得電無法傳送通過區域111，無法實質上導電，而在發光表面106內的區域維持未被覆蓋。在該實施例中，當電位施加至LED 101各處，電流將僅通過區域106傳輸，且因此，光僅通過區域106發射。
在本發明之某些實施例之情境當中已發現，藉由放置封裝層於LED之發光表面上方，可控制由光源所發射的光之形狀，該封裝層包括光圈(本文稱為發射器輸出光圈)。如此一來，可改變由LED所發射的光之形狀，使得該形狀實質上對應至位於發射器輸出光圈之下游處的輸入光圈之形狀。
第1F圖為系統之透視圖解，其中採用發射器輸出光圈。在第1F圖中，LED 101包括實質上矩形發光表面106。LED封裝層120放置於發光表面106上方，LED封裝層120包含發射器輸出光圈122，發射器輸出光圈122的形狀為圓形。於操作中，由LED 101所發射的電磁輻射之部份102透射通過光圈103。在某些實施例中， 部份112可藉由材料113反射返回朝向發光表面106。當材料113為反射材料例如金屬時，可達成該反射。藉由配置發射器輸出光圈122鄰近LED 101，可自實質上矩形發光表面106產生圓形發光輪廓。
在某些實施例中，發射器輸出光圈及LED之頂部表面可彼此相當緊密地放置。發射器輸出光圈與發光晶粒之間的最短距離小於約1公分，小於約1毫米，小於約500微米，或小於約100微米。在某些實施例中，靠近LED放置發射器輸出光圈可減小從系統所損失的光量。
LED之發光表面及/或與LED相關的發射器輸出光圈可經配置成具有任何所需的形狀。作為一個特定範例，可使用具有圓形發光表面的發光二極體(例如，於具有圓形輸入光圈的系統中)，例如第1E圖所圖解的發光表面106。在一些實施例中，實質上圓形發射器輸出光圈可與LED相關，例如第1F圖所圖解的發射器輸出光圈122。
應瞭解到，本發明並不限於使用圓形發光表面及圓形發射器輸出光圈，且使用其他非正方形發光表面形狀及/或其他非正方形發射器輸出光圈形狀(包含非矩形發光表面形狀及/或非矩形發射器輸出光圈形狀)，亦可達到改善的性能。在一些實施例中，發光二極體可包含形狀儘管非完美圓形但實質上圓形的發光表面及/或發射器輸出光圈。在一些實施例中，發光二極體可包含具有橢圓形狀、橢球形狀或不同地包含彎曲邊緣的形狀之發光表面及/或發射器輸出光圈。
在一些實施例中，發光二極體之發光表面及/或與發光二極體有關的發射器輸出光圈之形狀可為具有至少五邊的多邊形(例如，具有至少六邊、至少七邊、至少八邊、至少九邊、至少十邊、至少十五邊、至少二十邊、至少五十邊或至少一百邊的多邊形)。在一些實施例中，發光二極體之發光表面及/或發射器輸出光圈可包含少於1000邊或少於100邊。並不希望由任何特定理論所約束，相信使用包含有五邊或更多邊的多邊形發光表面及/或發射器輸出光圈之發射器可近似在採用圓形發光表面幾何結構的系統中所觀察到的效果，而較多的多邊形邊數更緊密地近似圓形發光表面之性能。在一些實施例其中發光表面及/或發射器輸出光圈之形狀為多邊形，該多邊形可為實質上正多邊形。
作為一個範例，第1G圖為系統之透視示意圖解，其中LED 101包含形狀為五邊多邊形之發光表面。明確地說，第1G圖中的發光表面106為實質上正五邊形。第1H圖為系統之透視示意圖解，其中發射器輸出光圈122之形狀為實質上正五邊形。並不希望由任何特定理論所約束，相信使用具有實質上正多邊形形狀的發光表面及/或發射器輸出光圈，更緊密地近似使用具有圓形發光表面之裝置。當然，應瞭解到，本發明並非限於使用實質上正多邊形形狀的發光表面及/或發射器輸出光圈，且在其他的實施例中，發光表面之形狀可為非正多邊形。
在一些實施例中，LED之發光表面之形狀及/或與LED 有關的發射器輸出光圈之形狀可實質上對應至(亦即，具有實質上相同的形狀)使用LED於其中的光學系統之輸入光圈之形狀。舉例而言，在第1E圖與第1G圖所圖解的實施例之每一個實施例中，發光表面106之形狀實質上對應至輸入光圈103之形狀。此外，在第1F圖與第1H圖所圖解的實施例之每一個實施例中，發射器輸出光圈122之形狀實質上對應至輸入光圈103之形狀。
決定兩個物件之形狀是否實質上彼此互相對應(例如，決定輸入光圈之形狀與發光表面之形狀是否實質上彼此互相對應，或決定輸入光圈之形狀與輸出發射器光圈之形狀是否實質上彼此互相對應)係大致上如下來執行。首先，配置待彼此互相比較的形狀，使得重疊經最大化。使重疊最大化可引入相對於較大形狀之尺寸增加較小形狀之尺寸，同時維持該較小形狀之長寬比及一般性形狀(例如，在輸入光圈大於發光表面或輸出發射器光圈的情況下)。再者，決定重疊部份之全部表面積與非重疊部份之全部表面積。然後重疊百分比大致上計算如下：
其中A 重疊對應至比較的物件之重疊的表面積，且A 不重疊對應至比較的物件之不重疊的表面積。若重疊百分比為至少約90%，則視該等形狀為實質上彼此互相對應。在某些實施例中，實質上為形狀相同的兩個物件具有至少約95%、至少約99%或實質上100%的重疊百分比(例 如，兩個實質上圓形物件的情況下)。
決定兩個形狀是否實質上彼此互相對應的方法有關於第1I圖作進一步圖解。在第1I圖中，發光表面形狀104配置於輸入光圈形狀105的上方，使得形狀104與105之間的重疊130之面積已經最大化。為了計算形狀104與105之間的重疊之百分比，區域130之面積將除以區域130、131、132、133、134、135、136、137、138、139及140之面積總和。數學表示式為：
在第1I圖中，重疊百分比大於90%。因此，在第1I圖中的形狀104與105實質上彼此互相對應。
LED之發光表面、與LED有關的發射器輸出光圈及/或使用LED於其中的光學系統之輸入光圈可各假設各種形狀。在某些實施例中，具有實質上圓形發光表面及/或實質上圓形發射器輸出光圈的發光二極體可使用於具有實質上圓形輸入光圈的系統中。以與輸入光圈匹配的圓形發光表面取代正方形發光表面，增加耦合發射面積達4/π(或1.27)倍，假設發射器之表面各處有定值的通量密度。此圓形幾何結構可增加系統之流明/光展量。藉由使用如第1A圖中的過大的晶粒，可達到相似的流明/光展量，但用以產生未收集的光之功率將被浪費，造成較低的流明/(光展量‧瓦特)值。此外，減小的功率逸散允 許較小的熱系統及/或較低的LED之操作溫度，此可進一步增加光源功效。已知LED系統之輸出與壽命通常受熱限制，流明/(光展量‧瓦特)最佳化可賦予實質的系統益處。
在一些實施例中，系統之輸入光圈可為多邊形(例如，實質上正多邊形)，具有n個邊，且LED之主動發光表面及/或與LED有關的發射器輸出光圈可為多邊形(例如，實質上正多邊形)，具有n個邊(例如，n為至少5)。
在某些實施例中，系統之輸入光圈可為實質上圓形且LED之發光表面及/或發射器輸出光圈可為多邊形(例如，實質上正多邊形)，具有n個邊，其中n為至少5。舉例而言，在第1G圖中，輸入光圈103為實質上圓形而LED 101之發光表面106為多邊形(具有五個邊)。在第1H圖中，輸入光圈103為實質上圓形而發射器輸出光圈122為多邊形(具有五個邊)。
儘管已描述數個實施例，其中各種材料(例如，不透光材料如電性接觸點、摻雜材料等等)用以界定本文所述的LED之發光表面，但應瞭解到，藉由處理發光晶粒使得晶粒本身具有所需的發光表面形狀，亦可產生非矩形發光表面。在一些該等實施例中，LED晶粒之形狀可實質上對應至發光表面之形狀。舉例而言，在一些實施例中，LED晶粒可為非矩形(例如，形狀對應至本文別處所述的發光表面之任何形狀)。在一些實施例中，LED晶粒可為彎曲的(例如，圓形、實質上圓形、橢圓、橢球或以其他 方式彎曲)、具有至少五個邊的多邊形或本文所述的任何其他形狀。儘管該等晶粒可用於本文所述的系統與方法中，但在許多情況下，因為製造非矩形晶粒可能過於昂貴且複雜，該等晶粒的使用往往不是較佳。
第2圖包含LED 200之示例性橫截面示意圖解，LED 200係以封裝晶粒的形式，此可使用於根據本文所述的實施例中。LED 200包含多層堆疊222，多層堆疊222設置於副載具220上。多層堆疊222包含320 nm厚的矽摻雜(n摻雜)GaN層234，層234於該層上表面210中具有開口250之圖案。多層堆疊222亦包含接合層224、100 nm厚的銀層226、40 nm厚的鎂摻雜(p摻雜)GaN層228、由多個InGaN/GaN量子井所形成之120 nm厚的光產生區域230及AlGaN層232。n側接觸墊236設置於層234上，且p側接觸墊238設置於層226上。封裝材料(例如，具有折射率為1.5的環氧樹脂)244存在於層234與蓋玻片240與支架242之間。層244並不延伸進入開口250。
藉由LED 200如下產生光。相對於n側接觸墊236，p側接觸墊238保持於正電位，導致電流注入LED 200。當電流通過光產生區域230時，於區域230中，來自n摻雜層234的電子與來自p摻雜層228的電洞結合，導致區域230產生光。光產生區域230含有許多點偶極輻射源，該等點偶極輻射源於區域230內發射光(例如，等向性地)，具有來自形成光產生區域230之材料之波長頻 譜特徵。對於InGaN/GaN量子井，由區域230所產生的光之波長頻譜可具有約445奈米(nm)的峰值波長與約30 nm的半峰全幅值(FWHM)。
將注意到，相較於n摻雜半導體層234中的電荷載體，p摻雜層228中的電荷載體具有相當低的遷移率。因此，沿著p摻雜層228之表面放置銀層226(為導電的)可增強自接觸墊238進入p摻雜層228與光產生區域230之電荷注入之均勻度。此亦可減小裝置200之電阻及/或增加裝置200之注入效率。因為n摻雜層234之相當高的電荷載體遷移率，電子可自n側接觸墊236相當快速地散佈遍及層232及234，使得光產生區域230內的電流密度於區域230各處為實質上均勻。亦可注意到，銀層226具有相當高的熱傳導係數，允許層226作為LED 200之散熱片(自多層堆疊222垂直地轉移熱至副載具220)。
由區域230所產生的光之至少一些光導引朝向銀層226。此光可藉由層226反射且經由表面210從LED 200發出，或此光可藉由層226反射且然後於LED 200中的半導體材料內被吸收，以產生電子電洞對，該電子電洞對可於區域230中結合，導致區域230產生光。相似地，由區域230所產生的光之至少一些光導引朝向墊236。墊236之下側由可反射藉由光產生區域230所產生的光之至少一些光的材料(例如，Ti/Al/Ni/Au合金)所形成。因此，導引至墊236的光可藉由墊236反射且隨後經由表面210從LED 200發出(例如，藉由自銀層226反射)， 或導引至墊236的光可藉由墊236反射且然後於LED 200中的半導體材料內被吸收，以產生電子電洞對，該電子電洞對可於區域230中結合，導致區域230產生光(例如，藉由銀層226反射或並不藉由銀層226反射)。
在一些實施例中，LED之發光表面210具有介電質功能，該介電質功能空間上變化，可改善由LED所產生的光之萃取效率且可促使以下進一步描述的高功率準位。舉例而言，介電質功能可根據圖案而空間上變化。圖案可為週期性的(例如，具有簡單重複單元或具有複雜重複超級單元)、具有失諧的週期性或非週期性的。非週期性圖案之範例包含準晶體圖案，舉例而言，具有8重對稱性的準晶體圖案。在某些實施例中，以開口來圖案化發射表面，該等開口可形成光子晶格。具有空間上變化(例如，光子晶格)的介電質功能的適當LED已描述於，舉例而言，於2003年11月26日申請之美國專利案第6,831,302 B2號，名稱為「Light Emitting Devices with Improved Extraction Efficiency」，將該專利案以全文引用之方式併入本文。
在一些實施例中，藉由靠近LED之頂表面放置蓋玻片240或藉由自LED封裝消除蓋玻片240，可增強性能。在一些實施例中，藉由空氣取代封裝材料244使得LED直接發射進入空氣，可增強性能。
儘管第2圖中圖示的LED圖解為於LED之頂部具有n側接觸墊236，且p側接觸墊238位於LED之底部，但 應瞭解到，在其他實施例中(例如，在根據覆晶製程製造的LED的實施例中)，p側接觸墊可位於頂部。
現在描述產生具有所需形狀的發光區域之具體方法。
如上所注意到，在一些實施例中，藉由以不透光材料覆蓋LED之頂表面之一部份，該不透光材料不允許實質光透射通過該材料，藉此界定光所發射通過的非矩形區域，可建構發光表面以具有不同於發光晶粒之形狀的形狀。在一些實施例中，覆蓋材料可為反射式，使得由LED所產生的、入射於該覆蓋材料上的光之至少一部份光反射返回LED。
在一些實施例中，用以覆蓋LED之頂表面之一部份的材料可為頂側電性接觸點。舉例而言，在一些實施例中，頂側電性接觸點(例如，在第2圖之LED中的n側接觸墊236及/或根據覆晶方法所製造的LED中的p側接觸墊)可覆蓋LED之頂表面之一部份，以界定非矩形發光區域(例如，具有本文所述非矩形發光表面形狀中之任一者)，由LED所產生的光可發射通過該非矩形發光區域。在第2圖所圖解的實施例組中，舉例而言，可建構n側歐姆接觸點使得覆蓋率百分比維持或自裝置之邊緣朝向裝置之中心而減小。在一些實施例中，用以覆蓋LED之頂表面之一部份的材料可作為用於封裝製程之銲墊(例如，用於打線接合或覆晶連接)。
第3A圖至第3C圖包含LED頂表面配置之示例性示意圖解，其中非透射材料用以覆蓋LED之頂表面之一部 份。在第3A圖所圖解的實施例組中，非透射材料覆蓋部份310。另一方面，留下曝露的部份312，使得光可發射通過部份312。在第3A圖中，部份310界定實質上圓形發光表面，該實質上圓形發光表面之邊界由虛線314指出。儘管於發光表面之邊界314內存在非透射材料，但因為光可圍繞第3A圖之虛線內的非透射材料之部份而繞射，故發光表面將維持實質上圓形。
可建構LED之發光表面以具有不同於LED晶粒之形狀的形狀的另一方式為，製造LED使得僅所需的發射區域(例如，圓形、多邊形等等)為主動的。此可由以下方式達到，舉例而言，藉由配置發光裝置以選擇性地啟動光產生區域之一部份，以於使用期間產生非矩形主動發光區域。舉例而言，藉由配置電極及/或下方的非歐姆材料使得電流主要供應至所需的發光區域內的磊晶層之部份，可完成選擇性地啟動光產生區域之一部份。舉例而言，藉由摻雜LED之頂層之一部份使得電力無法實質上傳導通過摻雜部份，藉此迫使電力傳導通過未摻雜部份，亦可完成選擇性地啟動光產生區域之一部份。在該等方法中之每一個方法中，可控制通過LED的電流，使得光產生區域僅於LED之頂層(例如，在第2圖中的層234)之一部份下方啟動。當僅有光產生區域之一部份啟動時，光將大致上從LED發出而具有與已啟動之光產生區域之部份實質上相同的形狀。因此，藉由控制啟動之光產生區域之形狀，可控制LED之發光表面之形狀，且 因此控制由LED所輸出的光之形狀。
在該等實施例中，電力並未傳輸通過的LED之頂層之部份稱作「未泵激」。儘管未泵激區域可能視為「浪費的磊晶」，但經由精心的設計，未泵激區域之一些區域可用作接合區域，否則將在任何情況下沿著標準矩形晶粒之邊緣佔據。此外，對於某些應用(例如，一些臨界高性能應用)，包含未泵激區域之缺點藉由設計之熱與光學性能增強使該缺點合理化。
在一些實施例中，可控制LED中的電流注入，使得相當大量的(例如，大部份的或實質上全部的)電流注入通過LED之頂表面之非矩形部份。舉例而言，在需要圓形發光表面的實施例中，可控制進入LED的電流注入，使得注入LED的電流之大部份電流於圓形發光區域之外側邊界內(例如，在第3A圖中包含且於虛線314內的區域)注入。當電流以此方式注入時，僅啟動下方光產生區域之一部份，且因此，光僅發射通過LED之頂表面之一部份，藉此界定非矩形發光區域。
在一些實施例中，藉由併入非歐姆材料層(亦稱作電流阻擋層)，可控制進入LED的電流之注入，該等非歐姆材料層阻擋電流從電極流動至鄰近該等電極的LED之頂表面之部份。對於此目的，可使用各種非歐姆材料。在某些實施例中，比起形成於非歐姆材料上方的導電電極之導電率，非歐姆材料具有較低的導電率(亦即，較高電阻率)。在某些情況下，非歐姆材料可包含絕緣體，例 如氧化物及氮化物(例如，氧化矽及氮化矽)。在其他情況下，非歐姆材料可包含蕭特基金屬(亦即，蕭特基接觸材料)。適當的蕭特基金屬可取決於用以形成導電電極的材料及/或用以形成LED之頂表面之特定材料(例如，第2圖中的n摻雜層234)。舉例而言，由GaN所形成的頂表面可包含接觸構件，該等接觸構件具有非歐姆部份，該等非歐姆部份包括銦錫氧化物(ITO)。在一些實施例中，可使用介電質材料形成電流阻擋層。
在某些實施例中，非歐姆材料可放置於區域(不需要電流傳導至LED之頂表面)當中頂側歐姆接觸點之部份(例如，第2圖中的n型接觸點236)的下方(例如，直接位於下方)，例如接近LED之外側邊緣之區域。以此方式配置介電質材料可迫使電流至LED之中心。在第3A圖所圖解的實施例組中，舉例而言，介電質材料可形成於角落316下的區域中頂側歐姆接觸點的下方，此可迫使電流僅於區域314內注入LED。
在一些實施例中，藉由包含形成於底側歐姆接觸點(例如，第2圖中的p型接觸點238)的下方的區域，電流阻擋層可形成於底側歐姆接觸點的下方(例如，直接位於下方)。舉例而言，p歐姆分裂(p-ohmic disruption；POD)可形成於底側p型接觸點的下方，此可迫使電流更有效率地散佈。
作為另一範例，藉由選擇性地佈植離子進入n型層、光產生層及/或p型層，以自LED之其他部份側向地隔 離至少一個光產生區域，可達到光產生區域之部份啟動。舉例而言，回頭參照第3A至第3C圖，在某些實施例中，離子可植入在部份310下方的n型層、光產生層及/或p型層，使得電流無法注入通過在部份310下方的n型層、光產生區域及/或p型層之部份。此可迫使電流通過LED之部份312，藉此界定非矩形主動發光表面。
在某些實施例中，藉由控制相反於LED之發光表面的電極(例如，第2圖中的電極238)之形狀，可控制流過LED的電流。舉例而言，在某些實施例中，相反於LED之發光表面的電極可為非矩形(例如，實質上圓形、橢圓、具有五個邊或更多邊的多邊形，或任何其他本文所述的非矩形形狀)。當使用非矩形底部電極時，可成形電流使得根據相同的非矩形形狀，電流傳輸通過頂層。舉例而言，若底電極為實質上圓形，則電流大致上以圓柱形狀傳輸通過LED，此可造成實質上圓形主動發光區域。
啟動之發光區域(例如，藉由侷限電流注入LED的上方的區域來形成)可具有本文所述的非矩形形狀之任一者(例如，圓形、實質上圓形、橢圓、橢球、以其他方式彎曲、具有五個邊或更多邊的多邊形等等)。
在一些實施例中，可實體上移除n型層(例如，第2圖中的層234)、光產生區域(例如，第2圖中的區域230)及/或p型層(例如，第2圖中的層228)之一部份，使得形成一或更多側向地隔離的光產生區域，而不是藉由啟動光產生區域之僅一部份來控制電流。舉例而言，此可 引入蝕刻n型層、光產生層及/或p型層，以形成一或更多側向地分隔的、個別光產生高台(mesa)。該等高台可具有本文所述的非矩形形狀中之任一者(例如，圓形、實質上圓形、橢圓、橢球、以其他方式彎曲、具有五個邊或更多邊的多邊形等等)。
第4A圖為描繪可包含於高台中的部件之示意圖解。在第4A圖中，藉由自區域412移除n型層、光產生區域及/或p型層，可形成高台410。N型電極414可用於與高台410之發光表面的電性接觸。此外，p型電極可坐落於高台410之底座。
第4B圖為在另一高台上的部件之佈局之示意圖解。在第4B圖中，藉由移除n型層之窄帶420、光產生區域及/或p型層來形成高台410，而不是移除圍繞該高台的全部材料。
在一些實施例中，可配置發光裝置使得該發光裝置包含複數個高台及由該等高台之發光表面所界定的發光區域。在某些實施例中，各高台包括獨立的光產生區域(例如，藉由在圍繞高台的區域中蝕刻通過光產生區域)。
在某些實施例中，該等高台中之至少一者包括具有實質上圓扇形形狀的發光表面。如本文所使用的，「圓扇形」用語為通常數學定義，且指由兩個半徑及圓弧所封閉的圓之一部份。在某些實施例中，該圓弧跨越由兩個半徑所界定的角度，該角度等於或小於約90°。舉例而言，第5A圖包含根據一組實施例之發光裝置之頂視示意圖 解，其中複數個高台502以四個圓扇形來配置，各圓扇形包括圓弧，該圓弧在兩個半徑之間跨越約90°的角度。舉例而言，藉由蝕刻高台502之間的隔離區域504(例如，藉由蝕刻n型層、光產生區域及/或p型層)可形成高台502。在某些實施例中，獨立可定址電極放置於高台502中之每一者的上方。
在某些實施例中，發光裝置可包括複數個高台，其中第一高台具有實質上圓形周長的發光表面，且第二高台具有實質上圓形周長的發光表面且藉由第一高台之發光表面劃界。舉例而言，第5B圖包含根據一組實施例之發光裝置之頂視示意圖解，其中高台已劃分為該等圓形區段。在第5B圖中，第一高台510及第二高台512各具有實質上圓形周長的發光表面。此外，第二高台512之發光表面藉由高台510之發光表面劃界。第5B圖中的發光裝置亦包含具有圓形發光表面的第三高台514。第三高台514之發光表面藉由高台510及512之發光表面劃界。舉例而言，藉由蝕刻高台之間的隔離區域504(例如，藉由蝕刻n型層、光產生區域及/或p型層)，可形成高台510、512及514。在某些實施例中，獨立可定址電極放置於高台510及512中之每一者的上方(且在某實施例，在高台514的上方)。
第5C圖包含一組實施例之示意圖解，其中高台已畫分為餅形狀和圓形形狀之組合。在第5C圖中，獨立可定址電極可放置於高台502中之每一者上方。
在一些該等實施例其中發光裝置包含複數個高台，可調整電流分佈以便允許發光幾何結構與不同光學系統之光展量匹配。舉例而言，藉由高台之發光表面可界定發射區域。在某些實施例中，藉由高台之發光表面所界定的發射區域可具有非矩形周長。舉例而言，在第5A圖至第5C圖中，高台之發光表面界定具有周長對應圓540的發光區域。在其他實施例中，藉由高台之發光表面所界定的發光區域之周長可具有本文關於發光表面及/或發射器輸出光圈所述的形狀中之任一者(例如，橢圓、多邊形等等)。在一些該等實施例中，由發光表面所界定的發光區域之周長之形狀可實質上對應至採用LED的系統中的輸出光圈之形狀。在一些實施例中，可修改頂接觸電極(例如，第2圖中的n側電極)之設計使得該設計提供所需的電流分佈。第6A圖至第6C圖為示例性的電極佈局之頂視示意圖解，該等電極佈局可結合本文所述的實施例使用。在一些實施例中，配置電極610使得該等電極僅延伸朝向晶粒之中心的路途之部份，舉例而言，如圖解於第6A圖中。在一些實施例中，電極610之寬度沿著延伸朝向晶粒之中心的方向而減小，如第6B圖所圖解。
在一些實施例中，電極610自接觸電極之電性隔離導電材料612(例如，金屬)饋入，如第6C圖所圖解。舉例而言，藉由在導電材料與LED之頂表面之間放置非歐姆材料(例如，第2圖中的n型層234)，導電材料612可被 電性隔離。在一些該等實施例中，相較於電極，隔離的金屬可為實質上較厚(例如，至少5倍或至少10倍厚)，以便減小電壓下降與改善電流散佈。舉例而言，在一些實施例中，可電鍍分佈金屬。
在一些實施例中，發光二極體可被轉移至第二基板(例如，副載具)。在某些實施例中，第二基板可自頂側磊晶層(例如，第2圖中的頂側n型層)電性隔離。在一些實施例其中採用多個分段高台，此配置可允許以串聯打線來打線高台，允許裝置於較高電壓下操作。
可修改頂側電極之設計，取決於高台設計。舉例而言，在一些實施例中，可定址個別電極分段而不定址其他電極分段。在一些實施例中，可調整流入電極分段的電流以達到所需的光輸出。
在一些實施例中，發光表面可包含在該發光表面當中介電質功能變異(例如，可使發光表面粗糙化及/或發光表面可包含規則的圖案，例如微結構、光子晶格或組合)，且介電質功能變異可選擇性地放置於發光表面內。藉由採用此配置，可增加發射通過非矩形(例如，圓形)發光表面的光量。
在一些實施例中，本文所述的發光二極體可經配置使得發光表面具有相當大的發光表面面積。舉例而言，在一些實施例中，發光表面具有至少約1 mm2、至少約5 mm2、至少約10 mm2或至少約100 mm2的發光表面面積。在某些實施例中，發射器輸出光圈內的開口之表面 面積可為相當大，舉例而言，具有至少約1 mm2、至少約5 mm2、至少約10 mm2或至少約100 mm2的表面面積。
在某些實施例中，發光二極體可經配置以發射由光產生區域230所產生的光之大部份光或全部光通過上表面210之至少一部份。該等發光二極體通常稱為「頂發射」(相對於「側發射」)發光二極體。在某些實施例中，由本文所述的發光二極體之任何一者所發射的光之至少約75%、至少約90%、至少約95%、至少約99%或實質上全部的光發射通過頂表面(例如，第2圖中的頂發光表面例如發光表面210)。
雖然本文描述主要涉及相關於LED的發光表面之配置，但應瞭解到，本發明之配置可用於其他發光裝置中。舉例而言，本文呈現的各種實施例亦可應用至其他發光晶粒(例如，雷射二極體晶粒)及具有不同結構的LED晶粒(例如有機LED，亦稱為OLED)。
本文所述的實施例可提供數個優點。舉例而言，可增加光展量限制之光學系統之光學效率。此外，舉例而言，藉由改善來自圍繞發光表面的未泵激區域之熱傳輸，可達到改善的熱性能。此外，本文所述的系統可展現相當高的光學均勻度，舉例而言，由於圓形對稱性。此外，本文所述的系統可包含獨立可定址環形接觸點，此於電子變焦應用中為有用的。
本文所述的物品、系統與方法可用於各種應用中。舉例而言，可於圖案聚光燈(一種系統，具有硬圓形孔徑光 闌(「閘」)而該孔徑光闌之前有聚光器元件及LED)中採用本文所述的LED。
本文所述的LED可用於輪廓聚光燈中-可包括多個LED光源(相同的或不同的色彩及/或色度)的系統，各LED光源具有各自的聚光器元件及各輸出導引通過相同圓形孔徑光闌或「閘」。於該等裝置中，本文所述的此裝置可特別有用，此係由於若使光學元件的尺寸過大以收集自正方形發射器的全部光，則對於給定所需光束角度之聚光器尺寸變得較大。此較大尺寸限制個別LED/聚光器模組之封裝密度，其中該等個別LED/聚光器模組增加通過閘的個別LED/聚光器模組之光束之交錯角度，增加光展量。
本文所述的LED亦可用於光纖束照明系統中，其中藉由LED經由直接對頭耦合或經過中繼光學元件來照射光纖束(典型上為圓光纖束)。
在DMD投影顯示器中，本文所述的LED亦可為有用的，其中孔徑光闌為矩形DMD晶片，該矩形DMD晶片係經設計成所需的顯示器長寬比，例如4×3或16×9。落在此光闌外側的光代表光學損耗，且若任何的遺失光散射返回輸出光學系統則可能對比度減小。
在臨界照明系統中，本文所述的LED亦可為特別有用的。臨界照明系統對於本領域具有通常技藝者而言為習知。臨界照明系統通常使用中繼透鏡以將光源直接成像於待照射物體上。投射透鏡將物體成像至螢幕上。在臨 界照明設計中，輸入光圈(亦即，孔徑光闌)位於中繼透鏡處或是位於投射透鏡處兩者其中之一，且限制於螢幕處的亮度。第7A圖圖解臨界照明系統之示例性示意圖解其中待成像物體坐落於中繼透鏡與投射透鏡之間。第7B圖圖解位於物體與螢幕之間的臨界照明系統之示例性示意圖解。
在臨界照明系統設計中，光源成像至物體上。該物體可為正方形、矩形、多邊形、圓形或數種其他形狀，取決於光學系統。在大多數情況下，物體形成光可通過所界定的光圈。在某些實施例中，可配置本文所述的LED中之任一者以用於臨界照明系統中，使得LED之發光表面之形狀及/或發射器輸出光圈之形狀實質上對應至待成像物體之形狀。
在臨界照明設計其中光源均勻度不足以用於應用，常見的做法為於中繼透鏡與物體之間引入均質光學元件(例如積分柱或光管)，其中均質光學元件之最終表面成像至物體上。在某些實施例中，可配置本文所述的LED中之任一者以用於採用均質光學元件於其中的臨界照明系統中，使得LED之發光表面之形狀及/或發射器輸出光圈之形狀實質上對應至待成像物體之形狀與均質光學元件之形狀。
在科勒照明系統中，本文所述的LED亦可為特別有用的。科勒照明系統對於本領域具有通常技藝者而言為習知。科勒照明系統通常使用中繼透鏡以將光源成像於投 射透鏡之光瞳上，該光瞳將物體成像至螢幕上。待照射物體放置於中繼透鏡與投射透鏡之間。在科勒照明設計中，輸入光圈(亦即，孔徑光闌)坐落於物體處，且限制於螢幕處的亮度。第8A圖圖解科勒照明系統之示例性示意圖解。第8B圖為科勒照明系統自投射透鏡至螢幕之示意圖解。
在某些實施例中，可配置本文所述的LED中之任一者以用於科勒照明系統中，使得LED之發光表面之形狀及/或發射器輸出光圈之形狀實質上對應至待成像物體之形狀。
在科勒照明設計中，光源成像於投射透鏡之光瞳上。物體坐落於位於中繼透鏡與投射透鏡之間的平面中。由於物體之位置並不與中繼透鏡之第二焦點重合，因此於物體平面處的照射之形狀並不取決於光源之形狀，且於物體平面處的照射之形狀將不必然具有與光源之形狀相同的形狀。
在許多光學系統中，產生最小體積設計而達到給定亮度準位為有利的。為了以給定尺寸之光學元件來達到最高效率的光轉移通過科勒照明系統，光源之徑向尺度大致上應儘可能越小越好。
如本文所使用的，當指稱結構(例如，層、區域)在另一結構「之上」、結構在另一結構的「上方」、結構「躺在」另一結構「上」或結構由另一結構「所支撐」，該結構可能是直接在結構上，或亦可能存在介於其間的結構 (例如，層、區域)。結構「直接位於」另一結構「上」或「與」另一結構「接觸」意謂不存在介於其間的結構。
範例1
本範例描述臨界照明系統之光學模擬。在此範例中，光源界定為正方形(長寬比1：1)LED，具有1 mm2的發光面積。在模擬中，LED成像至物體上，該物體界定為具有1 mm2的面積的圓形光圈。在具有放大率為1之完美的光學系統中，光源透射通過物體的最大效率藉由光源坐落於由物體所界定的邊界內之面積之百分比來界定，如第7C圖所圖解。
對於第7C圖中所圖解的系統，藉由減小光源之尺寸或是增加物體之尺寸兩者其中之一，可增加透射效率。基於以下原因，選項皆不是希望的解決方式。若減小光源尺寸，則來自光源的光通量將減小，藉此降低投射成像之亮度。此外，若減小光源尺寸，則未被照射之物體之面積將增加，藉此增加投射成像之非均勻度。
若增加物體之尺寸，則未被照射之物體之面積將增加，藉此增加投射成像之非均勻度。此外，若增加物體之尺寸，則收集相同光量所要求之投射透鏡之尺寸將增加，藉此增加光學系統之尺寸。若光源與物體之形狀相同，則將發生自光源通過物體之最有效率的光轉移。
如第7D圖所圖解，使用ZEMAX光學軟體以建造非序列性光學系統，分析變化的光源形狀及物體尺寸之數個條件，以決定相對光轉移效率與投射成像之形狀兩者。 在以下案例中之全部案例中，光源尺寸維持定值。
案例1：在第一個案例中，光源為圓形且物體為圓形，光源面積等於物體面積。自光源通過物體的光之轉移效率為1.0。第7E圖為於光源處的光之模擬圖像，第7F圖為於物體處的光之模擬圖像，且第7G圖為於螢幕處的光之模擬圖像。
案例2：在第二個模擬案例中，光源為正方形且物體為圓形，光源面積等於物體面積。自光源通過物體的光之轉移效率為0.91。第7H圖為於光源處的光之模擬圖像，第7I圖為於物體處的光之模擬圖像，且第7J圖為於螢幕處的光之模擬圖像。
案例3：在第三個模擬案例中，光源為正方形且物體為圓形，且配置光源區域以完全填滿物體區域。造成的自光源通過物體的光之轉移效率為0.79。第7K圖為於光源處的光之模擬圖像，第7L圖為於物體處的光之模擬圖像，且第7M圖為於螢幕處的光之模擬圖像。
案例4：在第四個模擬案例中，光源為正方形且物體為圓形，且光源區域含在物體區域內。造成的自光源通過物體的光之轉移效率為1.0。第7N圖為於光源處的光之模擬圖像，第7O圖為於物體處的光之模擬圖像，且第7P圖為於螢幕處的光之模擬圖像。
範例2
本範例描述科勒照明系統之光學模擬。如第8C圖所圖解，使用ZEMAX光學軟體以建造非序列性光學系 統，變化光源形狀且與於物體平面處及於投射透鏡之光瞳處的照明作比較。在以下所述模擬案例中之全部案例中，光源尺寸維持定值。
案例1：在第一個模擬案例中，光源形狀為正方形。第8D圖為於光源處的光之模擬圖像，第8E圖為於物體處的光之模擬圖像，且第8F圖為於投射透鏡光瞳處的光之模擬圖像。
案例2：在第二個模擬案例中，光源形狀為圓形。第8G圖為於光源處的光之模擬圖像，第8H圖為於物體處的光之模擬圖像，且第8I圖為於投射透鏡光瞳處的光之模擬圖像。
於2011年6月28日申請之美國臨時專利申請案序號第61/502,130號(代理人案號L0655.70117US00)，且名稱為「Light-Emitting Diode Architectures for Enhanced Performance」，為了所有目的將該臨時專利申請案以全文引用之方式併入本文。
儘管本文已描述且圖解本發明之數個實施例，但本領域具有習知技藝者將輕易設想各種其他構件及/或結構，用以執行本文所述的功能及/或獲得本文所述的結果及/或一或更多優點，且該等變異及/或修改中之每一者被視為在本發明之範疇內。更一般而言，本領域具有習知技藝者將輕易察覺，本文所述的全部的參數、尺寸、材料及配置是為了示例性，且實際的參數、尺寸、材料及/或配置將取決於對於使用本發明之教示之特定應用 或多個特定應用。僅使用日常例行試驗，本領域具有習知技藝者將承認，或能夠確定，本文所述的發明之特定實施例之許多均等物。因此，應瞭解到，前述實施例係僅藉由舉例來呈現，且於所附申請專利範圍及申請專利範圍之均等物之範疇內，除了明確描述及主張外，可實踐本發明。本發明針對本文所述的各個別特徵、系統、物品、材料、套件及/或方法。此外，兩個或更多該等特徵、系統、物品、材料、套件及/或方法中之任意組合，若該等特徵、系統、物品、材料、套件及/或方法並未互相矛盾，則含於本發明之範疇內。
101‧‧‧LED/LED晶粒
102‧‧‧電磁輻射/電磁輻射之部份
103‧‧‧輸入光圈
104‧‧‧正方形/發光表面形狀
105‧‧‧圓圈/輸入光圈
106‧‧‧發光表面/發射區域形狀
110‧‧‧頂表面
111‧‧‧部份/區域
112‧‧‧部份
113‧‧‧材料
120‧‧‧LED封裝層
122‧‧‧發射器輸出光圈
130‧‧‧重疊/區域
131‧‧‧區域
132‧‧‧區域
133‧‧‧區域
134‧‧‧區域
135‧‧‧區域
136‧‧‧區域
137‧‧‧區域
138‧‧‧區域
139‧‧‧區域
140‧‧‧區域
200‧‧‧LED/裝置
210‧‧‧上表面/發光表面
220‧‧‧副載具
222‧‧‧多層堆疊
224‧‧‧接合層
226‧‧‧銀層
228‧‧‧鎂摻雜(p摻雜)GaN層
230‧‧‧光產生區域
232‧‧‧AlGaN層
234‧‧‧矽摻雜(n摻雜)GaN層
236‧‧‧n側接觸墊/n型接觸點
238‧‧‧p側接觸墊/p型接觸點/電極
240‧‧‧蓋玻片
242‧‧‧支架
244‧‧‧封裝材料/層
250‧‧‧開口
310‧‧‧部份
312‧‧‧曝露的部份
314‧‧‧虛線/發光表面之邊界/區域
316‧‧‧角落
410‧‧‧高台
412‧‧‧區域
414‧‧‧N型電極
420‧‧‧n型層之窄帶
502‧‧‧高台
504‧‧‧隔離區域
510‧‧‧第一高台
512‧‧‧第二高台
514‧‧‧第三高台
610‧‧‧電極
612‧‧‧導電材料
第1A圖至第1D圖為發光表面及輸入光圈之幾何形狀之示例性示意圖解。
第1E圖至第1H圖為根據一組實施例，光學系統之透視示意圖解。
第1I圖為根據一些實施例，圖示發光表面形狀與輸出光圈形狀之重疊之示意圖解。
第2圖為LED之示例性橫截面示意圖解。
第3A圖至第3C圖為根據一些實施例，LED之電極佈局之示意圖解。
第4A圖至第4B圖為根據一組實施例，高台之示意圖解。
第5A圖至第5C圖為根據一些實施例，圖解發光高台 之各種配置之示意圖。
第6A圖至第6C圖為根據一組實施例，描繪各種電極配置之示意圖。
第7A圖至第7B圖為根據某些實施例，臨界照明系統之示例性示意圖解。
第7C圖至第7D圖為根據一些實施例，模擬的臨界照明系統之示意圖解。
第7E圖至第7P圖為根據某些實施例，圖解在模擬的臨界照明系統中於各種點處的光之強度與形狀之示例性模擬圖像。
第8A圖至第8B圖為根據某些實施例，科勒照明系統之示例性示意圖解。
第8C圖為根據一些實施例，模擬的科勒照明系統之示意圖解。
第8D圖至第8I圖為根據某些實施例，圖解在模擬的科勒照明系統中於各種點處的光之強度與形狀之示例性模擬圖像。

Claims (18)

  1. 一種發光裝置，包括：一發光晶粒，該發光晶粒包括一光產生區域及一頂發光表面，該頂發光表面包括一非矩形主動發光區域，其中該裝置係經配置以選擇性地啟動該光產生區域之一部份，以於使用期間產生該非矩形主動發光區域，及其中該頂發光表面包括一摻雜區域，該摻雜區域係經配置以禁止電子傳輸通過該頂發光表面，且界定該非矩形主動發光區域之邊界之至少一部份。
  2. 如請求項1所述之發光裝置，其中該裝置包括一非歐姆材料，該非歐姆材料係放置於一電性接觸點下，該非歐姆材料係經配置以禁止電子傳輸通過該頂發光表面，且界定該非矩形主動發光區域之邊界之至少一部份。
  3. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光晶粒為實質上矩形。
  4. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光區域之周長之形狀為實質上圓形。
  5. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光區域之周長之形狀為具有至少五個邊的一多邊形。
  6. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光區域之周長之形狀為實質上一正多邊形。
  7. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光晶粒包括一發光二極體。
  8. 如請求項1所述之發光裝置，其中該發光區域具有至少約1mm2的一表面面積。
  9. 一種光學系統，包括：如請求項1所述的該發光裝置；一實質上非矩形發射器輸出光圈，該發射器輸出光圈設置於該發光裝置之包括一非矩形主動發光區域的該頂發光表面上方，該發射器輸出光圈係經配置使得由該發光裝置所發射的光傳輸通過該發射器輸出光圈；及一輸入光圈，該輸入光圈係經配置以接收由該光產生區域所產生的光，其中該發射器輸出光圈之形狀實質上對應至該輸入光圈之形狀。
  10. 如請求項9所述之光學系統，其中該發光晶粒為一矩形發光晶粒。
  11. 如請求項9所述之光學系統，其中該輸入光圈包括於一不透光材料內的一光學上透光孔。
  12. 如請求項9所述之光學系統，其中該輸入光圈包括一微顯示器。
  13. 如請求項9所述之光學系統，其中該發射器輸出光圈之形狀與該輸入光圈之形狀為實質上圓形。
  14. 如請求項9所述之光學系統，其中該發射器輸出光圈之形狀與該輸入光圈之形狀為具有至少五個邊的多邊形。
  15. 如請求項9所述之光學系統，其中該發射器輸出光圈包括於一不透光封裝層內的一光學上透光孔。
  16. 如請求項9所述之光學系統，其中該發射器輸出光圈包括一發光區域，該發光區域由設置於該發光晶粒之該頂發光表面上方的至少一個電性接觸點所界定。
  17. 如請求項9所述之光學系統，其中該發射器輸出光圈具有至少約1mm2的一表面面積。
  18. 如請求項9所述之光學系統，其中該發射器輸出光圈與該發光晶粒之間的最短距離為小於約1公分。
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