Led系統(tǒng)和方法

文檔序號：6889558閱讀：446來源：國知局

專利名稱：Led系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管("LED")。更具體地講，此處描述的系統(tǒng)和方法的實施例涉及增加或控制LED的光輸出。更具體地講，實施例涉及通過使LED基板的部分成形來增加或控制LED的光輸出。
背景技術：
發(fā)光二極管("LED")在電子裝置中普遍存在。它們用于數(shù)字顯示器、照明系統(tǒng)、計算機和電視、蜂窩電話和各種其它裝置。LED 技術的發(fā)展導致了用于使用一個或多個LED產(chǎn)生白光的方法和系統(tǒng)。LED技術的發(fā)展導致了產(chǎn)生比從前更多的光子，從而產(chǎn)生更多光的LED。這兩個技術發(fā)展的頂點是LED正在被用于補充或替代許多傳統(tǒng)光源，例如白熾燈、熒光燈或卣素燈，就像晶體管代替計算機中的真空管一樣。
LED可被生產(chǎn)為包括紅、綠和藍色的多種顏色。一種產(chǎn)生白光的方法包括相互組合地〗吏用紅、綠和藍色的LED。由紅、綠和藍色(RGB)的LED的組合制成的光源將產(chǎn)生被人眼感知為白光的光。這是因為人眼具有三種類型的顏色感受器(receptor)，其中每一個類型對藍色、綠色或紅色敏感。
第二種從LED光源產(chǎn)生白光的方法是利用單色(例如藍色)、短波長LED產(chǎn)生光，并使得一部分光撞擊在熒光粉或類似的光子轉換材料上。熒光粉吸收較高能量的、短波長的光波，并重新發(fā)射較低能量的、較長波長的光。如果選擇發(fā)射例如在黃色區(qū)域(在綠色和紅色之間)中的光的焚光粉，則人眼將這種光感知為白光。這是因為黃光刺激眼睛中的紅色和綠色感受器。諸如納米微?；蚱渌嗨频墓庵?發(fā)光材料的其它材料可以用于以非常相同的方式產(chǎn)生白光。
也可以使用紫外(UV) LED和三個不同的RGB熒光粉來產(chǎn)生白光。也可以從藍色LED和黃色LED產(chǎn)生白光，也可以^使用藍色、綠色、黃色和紅色LED的組合產(chǎn)生白光。
構建LED的當前工業(yè)實踐是使用其上沉積有諸如GaN或 InGaN的材料層的基板(典型地為單晶藍寶石或碳化硅)。一個或多個層(例如GaN或InGaN)可以允許光子產(chǎn)生和電流傳導。典型地，向基板表面涂^L第一層氮化鎵(GaN)，以形成從基板的晶體結構到允許光子產(chǎn)生或電流傳導的摻雜層的晶體結構的過渡區(qū)域。其后典型地是GaN的N摻雜層，下一層可以是InGaN、 AlGaN、 AlInGaN或產(chǎn)生光子并摻雜有產(chǎn)生所需波長的光所需要的材料的其它復合半導體材料層。下一層典型地為GaN的P摻雜層。該結構通過蝕刻和沉積被進一步修改，以產(chǎn)生用于電連接至裝置的金屬位點 (site)。
在LED的操作期間，如傳統(tǒng)二極管中一樣，多余的電子從N型半導體移動至P型半導體中的電子空穴。在LED中，光子在復合半導體層中被釋放以在該過程中產(chǎn)生光。
在典型的制造過程中，基板被制造為晶片的形式，并且層被涂敷于晶片的表面。一旦層被摻雜或蝕刻，并且已使用上述各種處理限定了所有的特征，各個LED就從晶片分離。LED典型地為具有直邊的
10正方形或矩形。這可以導致顯著的效率損失，并且可以導致所發(fā)射的
光具有差的發(fā)射圖形。單獨的諸如塑料圓頂(dome)的光學裝置通常被放置在LED上方，以達到更滿意的輸出。
在差不多所有的LED應用中，期望對于給定的功率輸入最大化光輸出，對于白光和更長波長的光，通常以流明每瓦(1m/W)來表示量；或對于諸如藍色的較短波長的光，以毫瓦每瓦(mW/W)來表示量?，F(xiàn)有的LED技術可試圖增加該比率，該比率典型地稱為 "總效率"或"電光轉換效率(wall-plug efficiency)"。然而，現(xiàn) 有LED技術仍遭受差的總效率和低的提取效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及具有被成形為達到比從前的LED更高的效率的基板的LED。該LED的實施例的側壁可以:帔成形為<吏用全內(nèi)反射4吏 LED的光輸出最大化，并且可以被成形為達到所需的強度分布。此外，可以選擇LED的出射面來使輻射度守恒。
LED的一個實施例包括用于產(chǎn)生光的量子阱區(qū)域、和與量子阱區(qū)域具有界面的成形的基板。由量子阱區(qū)域產(chǎn)生的光穿過量子阱區(qū)域和成形的基板之間的界面進入成形的基板。成形的基板具有與界面相對并距離該界面一距離的出射面。通過界面進入成形的基板的光中的一部分通過出射面從成形的基板射出。根據(jù)一個實施例，出射面是使
積的至少70%。此外，LED可具有一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少大多數(shù)被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。LED的另一個實施例包括包含量子阱區(qū)域和成形的基板的LED，所述量子阱區(qū)域用于產(chǎn)生光，而成形的基板與量子阱區(qū)域具有界面。成形的基板可包括與界面相對并距離該界面一距離的出射面?；蹇梢员怀尚螢槭沟猛ㄟ^界面進入成形的基板的光中的一部分通過出射面從成形的基板射出。出射面可具有使對于從成形的基板投射的光的所需立體角的輻射度守恒所必需的最小面積的至少70 %。成形的襯底還可以包括一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少一部分被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。出射面的面積、距離和側壁形狀可以被選擇為以IO到60度的半角來投射光。
而另一個實施例可包括包含量子阱區(qū)域和成形的基板的LED, 所述量子阱區(qū)域用于產(chǎn)生光，而成形的基板與量子阱區(qū)域具有界面。成形的基板可包括與界面相對并距離該界面一距離的出射面?；蹇?以被成形為使得通過界面進入成形的基板的光中的一部分通過出射面從成形的基板射出。
出射面可具有在由M^i定義的最小面積的30%之內(nèi)的面積，
其中4^是穿過界面的光通量；4)2是從出射面射出的光通量，并且等于4)r，是光穿過界面的有效立體角，而02是光離開出射面的有效立體角；Ai是界面的面積；w是成形的基板的折射率，而112是成形基板外部的介質(zhì)的折射率。此外，距離至少為使得所有具有從界面到出射面的、直的傳輸路徑的光線具有小于或等于出射面處的臨界角的入射角的最小距離?；逡部梢园ㄒ唤M側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少一部分被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
而另一個實施例可包括包含量子阱區(qū)域和成形的基板的LED，所述量子阱區(qū)域用于產(chǎn)生光，而成形的基板與量子阱區(qū)域具有界面，其中由量子阱區(qū)域產(chǎn)生的光穿過界面。基板可包括至少兩個出射面，其中基板可被成形為使得通過界面進入成形的基板的光中的一部分通過至少兩個出射面從成形的基板射出。該至少兩個出射面具有使輻射度守恒所必需的最小面積的至少70%。成形的襯底還可以包括一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少大多數(shù)被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
系統(tǒng)和方法的實施例提供了一種LED,其提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術的技術優(yōu)點，其在使亮度守恒的同時投射具有所需的半角和光輸出分布的光。實施例可以提供例如具有高效率的10到60度的半角(或其它半角)的光。
實施例通過提供具有均勻的或近似均勻的強度分布的光輸出，提供了另一個優(yōu)點。
實施例提供的另一個優(yōu)點是可以所需形狀和光輸出分布投射光。

結合附圖，可以通過參照下述說明部分來獲得對實施例及其優(yōu)點的更完整的理解，其中相同的附圖標記表示相同的特征，其中圖1A- 1B為LED的實施例的示意圖2是從一個點傳播到離該點不同距離的表面的一組光線的示意
圖3提供了 LED的實施例的俯視圖的示意圖；圖4A是用于確定側壁形狀的LED的模型的截面圖的示意圖；圖4B是LED的側壁的一部分的實施例的示意圖；圖4C是示出了可使用計算機程序定義側壁的面的示意圖；圖4D是具有被成形為引起TIR，使得光線從側壁反射至出射表面的側壁的LED的一個實施例的示意圖5是用于估算有效立體角的一個實施例的示意圖6A-6E是描述用于估算有效立體角的另一個實施例的示意
圖7是LED的一個實施例的示意圖8A-8B是LED陣列的實施例的示意圖9A-9C是保持裝置的實施例的示意圖IO是蝕刻的實施例的功能圖ll是激光燒蝕的實施例的功能圖；圖12A-12B是鋸切(sawing)的實施例的功能圖；圖13A- 13B是已經(jīng)具有通過鋸切成形的基板的晶片的實施例的示意圖14是LED的一個實施例的示意圖；以及圖15A和15B是晶片的另一個實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖中示出了實施例，相同的附圖標記被用于指示各個附圖的相同和相應的部分。
成形的基板LED的實施例可以被成形為增加或定形從LED發(fā) 射的光。根據(jù)一個實施例，基板被成形為使得所有或絕大多數(shù)由 LED的量子阱區(qū)域產(chǎn)生的光從LED的基才反的出射面透射出。為了達到該目的，出射面的大小可以被確定為考慮輻射度守恒 (conservation of radiance)的原理。在一個實施例中，出射面可以是允許通過量子阱區(qū)域和基板之間的界面進入基板的所有或絕大多數(shù) 光從出射面射出的最小尺寸，從而將使輻射度守恒的愿望與減小尺寸，特別是出射面的尺寸的愿望相結合。此外，基板的側壁可以被成形為使得反射或全內(nèi)反射("TIR")導致入射在基板側壁上的光束向出射面反射，并且以小于或等于臨界角的角度入射在出射面上。因此，由于出射面處的TIR導致的光損失被減少或消除。在又一實施例中，為了確保照在側壁上的光在基板內(nèi)被反射而不穿過側壁，基板的側壁或多個側壁也可以涂敷有反射光的反射材料，以防止光通過側壁射出。
盡管理論上由LED的量子阱產(chǎn)生的光的100%都從出射面射出，但各個實施例可使更少量的光從出射面射出，同時仍提供優(yōu)于現(xiàn) 有LED光發(fā)射的顯著的改進。例如，從LED的出射表面發(fā)射的光可以10-60度的圓錐半角、約為79%的效率(存在由折射率為2.73 的碳化硅基板材料的菲涅耳損失導致的約為21%的效率損失)、所需的強度分布、出射分布或其它光輸出分布從出射表面發(fā)射。
14當光從高折射率的介質(zhì)到低折射率的介質(zhì)時，發(fā)生菲涅耳損失
(例如在諸如LED的出射面和空氣或其它介質(zhì)的兩種介質(zhì)之間的界面處的損失)。正常的入射菲涅耳損失由下述公式描述
(N廣NJ 2/ (W + NJ 2，其中W和N2是兩個介質(zhì)的折射率。例如，對于具有碳化硅基板的LED ， =2.73 (約為碳化硅的IOR ) ， N2 - 1 (約為空氣的IOR)，產(chǎn)生約為21.5%的菲涅耳損失。如果LED在量子阱區(qū)域中使用GaN，則量子阱區(qū)域(N!-2.49)和碳化硅基板(N2 = 2.73 )之間的界面處的菲涅耳損失將為0%。出射面與空氣界面處的菲涅耳損失可以使用抗反射涂層減小或克服。
如上所述，LED基板的出射面可被成形為使輻射度守恒。在單一介質(zhì)中的、或從一個介質(zhì)到另一個介質(zhì)的沿光學路徑的光的通過由輻射度守恒定律，也稱為亮度定理控制，其被表示為Etendue公式
Etendue公式_^_ = _^_ [公式1]
《4A 《4A
4^=區(qū)域l的光通量(流明)；Ni -區(qū)域1的介質(zhì)的IOR;A,區(qū)域1的入射面積；
Q,-完全包含區(qū)域l的光的立體角(球面度)；02 =區(qū)域2的光通量(流明)；N2=區(qū)域2的介質(zhì)的IOR;A2-區(qū)域2的入射面積；
Q2=完全包含區(qū)域2的光的立體角(球面度)。成形的基板的出射面的面積可以被選擇為使從量子阱進入基板的光的輻射度守恒，以便獲得所需半角。因此，可以具有高效率的所需半角發(fā)射光。這與傳統(tǒng)LED不同，其也以許多應用所需的半角發(fā)射光，因此需要另外的光學裝置來成形光；并且通過側壁發(fā)射很大比例
的光，因為出射面對于使輻射度守恒而言不夠大；盡管由于光從不逃
逸出基板，也遭受吸收損失。
此外，從一個折射率的介質(zhì)到不同的IOR的介質(zhì)的光的通過由斯涅耳定律(Snell，sLaw)控制。斯涅耳定律將從法線到界面表面測量的光線的接近角度和該光線離開界面的角度之間的關系，定義為兩個介質(zhì)的折射率的函數(shù)。
斯涅耳定律N!sin ( 0J = N2sin ( 02) [公式2]
0,接近界面表面的光線的入射角
N！=介質(zhì)1的IOR
02=離開界面表面的光線的折射角
N2 =介質(zhì)2的IOR
在光從較高IOR的介質(zhì)到較低IOR的介質(zhì)的情況下，使光線可以照在介質(zhì)之間的界面表面上，并仍然穿過界面的最大角度稱為臨界角。從根本上，如果從較高IOR的介質(zhì)起源的光要穿過界面并進入較低IOR的介質(zhì)，則該光必須以不超過臨界角的角度接近介質(zhì)界面。例如，在由基板和量子阱區(qū)域構成的LED中，基板介質(zhì)和量子阱介質(zhì)可以形成一個由量子阱區(qū)域產(chǎn)生的光穿過的界面。以大于臨界角的角度靠近的光線將在介質(zhì)之間的界面處被反射回較高IOR的介質(zhì)中，并且將不進入較低IOR的介質(zhì)。這也被稱為全內(nèi)反射("TIR")。
在典型的LED中，量子阱區(qū)域具有約2.49的IOR。當在IOR為1.77的藍寶石基板上構建這些層時，可透射進入藍寶石的光固有地被斯涅耳定律和亮度定理的應用限制。對于具有碳化硅的基板的LED,碳化硅可具有約2.73的IOR，量子阱區(qū)域具有低于碳化硅的IOR(例如，約2.49)，因此斯涅耳定律不阻止任何產(chǎn)生的光穿過進入碳化硅。
在傳統(tǒng)的LED中，由于TIR，遇到基板與空氣界面的很大一部分光將被陷獲在基板內(nèi)。在一些情況下，使用單獨的光學裝置(例如，固體塑料圓頂或透鏡)增加光從基板穿過進入的介質(zhì)的IOR，從而減少基板中的TIR。這些單獨的光學裝置可能仍然遭受由TIR導致的損失，并且圓頂?shù)奶崛⌒嗜匀幌鄬Φ?。此外，圓頂?shù)氖褂眯枰谛纬闪?LED之后的、制造中的另外的步驟。另一方面，成形的
16基板的LED的實施例可被成形為最小化或消除在基板的出射面處、由TIR引起的光損失。根據(jù)一個實施例，基板的出射面可以與和量子阱區(qū)域的界面間隔一定距離，從而沒有具有到出射面的直接傳輸路徑的光線在出射面處經(jīng)歷TIR。此外，側壁可被成形為在出射面處的入射角小于臨界角，將遇到側壁的光線反射至出射面，從而允許所有的內(nèi)反射光線也從LED基板的出射面射出。
圖1A是LED 20的一個實施例的示意圖，所述LED 20包括基板10和量子阱區(qū)域15 (其可包括一個或多個層或摻雜區(qū)域)。量子阱區(qū)域15包括光發(fā)射區(qū)域25，典型地為諸如InGaN或AlInGaP或AlGaN的復合半導體。來自量子阱區(qū)域15的光子可以通過界面50進入基板IO。 LED 20可以是線接合(wire bond)、倒裝芯片(flipchip)或其它本領域中已知或發(fā)展的其它LED?；?0和量子阱區(qū)域15 二者形成側壁60、側壁65或其它側壁。換句話說，量子阱區(qū)域15凈皮成形為與基》反IO相適應。LED 20還包括出射面55，在制造工藝的容差之內(nèi)，其基本上與界面50形狀相同，基本上平行于界面50，并且基本上與界面50旋轉對準?？蛇x擇出射面55的面積，以根據(jù)輻射度守恒(有時稱為亮度守恒)公式使所需半角的亮度守恒
一2，1=4 [公式l
4)產(chǎn)穿過界面50的光通量；
*2=從出射面55射出的光通量，由于亮度守恒4^= 4)2;
Q產(chǎn)光穿過界面50的有效立體角；
Q產(chǎn)光離開出射面55的有效立體角；
A！=界面50的面積；
A2=出射面55的面積；
ni -基板10的材料的折射率；
112-基板10外部的物質(zhì)(例如空氣或其它介質(zhì))的折射率。A2表示使得光為每個上述公式守恒的出射面55的最小表面面積。假設，例如量子阱區(qū)域15形成了 lmm正方形，從而界面50具有約lmm正方形的面積，1^ = 1.77， n2=l, i^-3， Q2 = l，則A2必須至少為9.3987mm2以使輻射度守恒(即，使得穿過界面50的所有的光可從出射面55發(fā)射，以便獲得所需半角的出射面55的最小面積)。盡管在該例子中給出了有效立體角，但是在下面結合圖6A-6E討論用于確定所需半角的Q！和02的方法。應注意，正方形分布是邊長相等的矩形分布。
根據(jù)公式1的A2是用于使輻射度守恒的給定輸出圓錐角或發(fā)射
半角的最小可能的大小。因此，為了使輻射度守恒，A2應至少為從公式1確定的大小，但可以更大。例如，可以使A2稍微更大，以補償制造工藝中的容差、量子阱區(qū)域15的大小或形狀的誤差、或其它因素。
在使八2大于公式1確定的值的情況下，將使光通量守恒，但出射度(定義為每單位面積的光通量)可從最大可獲得值減小。
然而，為了減小出射面的面積，可以優(yōu)選地使A2盡可能地小。例如，A2可以在使輻射度守恒所需要的最小面積的5%之內(nèi)。如果可犧牲一些光功率(光通量)，則A2可以小于輻射度守恒所指示的大小。例如，對于具有l(wèi)mmxlmm的正方形界面50的實施例，出射面55可以是2.5mm2到5mm2 (例如，4.62mm2)。再例如，對于具有.3mmx.3mm的界面50的實施例，出射面55可以為.2mm2到.5mn^(例如，.42mm2)。然而，應注意，在之前的例子中提供的大小范圍僅以舉例的方式提供，而各種實施例可具有小于或大于示例范圍的各種大小。然而，優(yōu)選地，A2至少為由公式1確定的值的70%。此外，出射面55的形狀可不同于界面50的形狀。
界面50和基板10的出射面55之間的距離(此處稱為"高度"，盡管該距離可沿不垂直的其它方向延伸)可被選擇為減少或最小化從界面50直接傳播至出射表面55的光線的TIR。當光以大于臨界角的入射角入射在表面上時發(fā)生TIR，其被定義為
<formula>formula see original document page 18</formula> [公式2
其中ih-基板10的IOR;
112 =基板10的出射面外部的介質(zhì)(例如空氣或其它物質(zhì))的IOR;以及
6c-臨界角。
例:i口，長口果1^ = 1.77， n2-l，貝'J6c-34.4度。因此，基板10的高度可以被選擇為，將入射在出射表面55上的光線的臨界角限制為法線到出射表面55之間的范圍，并且小于或等于臨界角。
參照圖2和圖3，圖2是從點57入射在表面55 (表示為離點57不同距離的表面55a、 55b和55c)上的一組光線的示意圖。在表面55a的例子中，一些光線(例如光線56)以大于臨界角的角度入射在表面55a上，造成由TIR導致的光的損失。在表面55b的例子中，相反，以臨界角或稍小于臨界角的角度入射在表面55b上的一些光線(例如，光線57)將入射在側壁上。防止這些光線的損失，如果需要的話，可以導致側壁設計的復雜性的增加。此外，增加的高度需要更大的空間來容納LED (即，因為LED更高了 )。最終，在表面55c的情況下，光線以臨界角或小于臨界角的角度入射在表面55c上，而與表面55c的角度大于臨界角的光線將入射在側壁上。如下所述，可使用TIR或反射將入射在側壁上的光線引導至出射表面55c上。
根據(jù)一個實施例，用于選擇高度的限制光線是從界面50到出射面55傳播了最長的直線距離，并以臨界角入射在出射面55上的光線。可選擇多于一個光線作為限制光線。在正方形或矩形配置中，其是從界面50的一個角進入基板10，并沿直線傳播到出射面55的對角線相反的角的光線，從而光線以臨界角入射在出射面55上。
圖3提供了正方形配置的基板10和限制光線59的俯視圖的示意圖。盡管在優(yōu)選的實施例中，基板10的高度被選擇為將入射在出射面55上的光線的臨界角限制為法線到出射面55之間的范圍，并限制為小于或等于臨界角，可選擇其它高度，盡管其它高度的使用可能降低LED 20的效率。在一個實施例中，量子阱區(qū)域和基板之間的界面和基板的出射面之間的距離可以為最小高度的5%之內(nèi)，所述最小高有小于或等于臨界角的入射角。
返回圖1A，其中，界面50的大小和形狀、出射面55的大小和形狀、界面50和出射面55之間的距離、基板10的側壁(例如，側壁60、側壁65和其它側壁)的選擇邊界條件可以被成形為將入射在側壁的內(nèi)表面上的光線引導至出射面55，以產(chǎn)生所需光輸出分布
(例如，強度分布、出射度分布或其它光輸出分布)。盡管對于大多數(shù)應用而言，所需的強度分布是均勻或接近均勻的，但可通過改變側壁的高度和形狀來實現(xiàn)其它分布。
一般來說，側壁形狀被確定為，使得入射在側壁上的任何光線都被反射至出射面55，并以臨界角或更小的角度入射在出射面55上
(即，使得不存在由出射面55處的內(nèi)部反射引起的損失)。這是通過光線70在圖1A中示出的，光線70相對于側壁65的入射角75大于6e,從而光線70被反射至出射面55，并具有小于或等于6e的入射角80。盡管在一個實施例中，側壁被成形為，使得遇到側壁的內(nèi)表面的所有光線都經(jīng)歷到出射面55的全內(nèi)反射，并以臨界角或更小的角度入射在出射面55上，也可使用允許一些損失的其它側壁形狀。
返回圖1B，圖1B是LED 20的另一個實施例的示意圖。LED20包括基板10和量子阱區(qū)域15。量子阱區(qū)域15包括發(fā)光區(qū)域25，典型地諸如InGaN或AlInGaP或AlGaN的復合半導體。來自量子阱區(qū)域15的光子可通過界面50進入基板10。在圖IB中，可存在由量子阱區(qū)域中的TIR導致的更多損失，因為量子阱區(qū)域沒有被成形為適當?shù)貙⒐庖龑е两缑?0和/或出射面55。盡管在圖1A和IB的實施例中，一些側壁形狀可不將LED 20產(chǎn)生的所有光引導出出射面55，沒有從出射面55射出的部分光將從側壁65發(fā)射，并且可能在出射面55附近發(fā)射，從而允許LED20產(chǎn)生的光被有用地捕捉。
圖4A是用于確定側壁形狀的LED或LED的基板的才莫型的截面圖的示意圖?？墒褂糜嬎銠C輔助設計確定側壁形狀。側壁的模型可被產(chǎn)生為計算機輔助設計包和模擬運行，以確定適合的側壁形狀。
20根據(jù)一個實施例，每一個側壁都可被分為n個小面，其中每一個小面都是平面部分。例如，側壁100由十五個小平面102a-102o 而不是一個連續(xù)曲面組成。每一個小面的變量都可被迭代地調(diào)整，并且得到的分布可被分析，直到達到如下所述的滿意的分布。盡管使用了十五個小面的例子，每一個側壁可被分為任何數(shù)量的小面，包括二十或更多個小面。
可關于在基板內(nèi)反射光線的某子集來分析每一個小面。所關注的該區(qū)可被定義為"角對邊，，。小面的角對邊可以從預定點發(fā)散的光線的角度來定義。優(yōu)選地，所選擇的點是將給出在小面上具有最高入射角的光線的點，因為這種光線在小面上經(jīng)歷TIR的可能性最小。例如在具有正方形界面面積的基板上，其將是在界面的相對邊緣上的一個點。
根據(jù)一個實施例，對于選擇的A" A2和高度，可確定入射在給定側壁(例如，側壁100)上，而沒有先被另一個側壁反射的任何光線的角95的最大值。在該例子中，從點115發(fā)出的光線110建立了側壁100的最大角95。如果角95的最大值是48度，并且側壁100 有15個小面，則每一個小面(假設角對邊的均勻分布)將對應于角 95的3.2度段(例如，第一小面是從點115發(fā)出的光線以0-3.2度的角95入射在其上的區(qū)，第二小面是從點115發(fā)出的光線以3.2-6.4度的角95入射在其上的區(qū)，等)。
對于每一個小面，都可以設定小面的出射角、小面大小、傾斜角、或其它參數(shù)，從而入射在小面上的所有光線都經(jīng)歷TIR并且被反射至出射表面55，使得它們以小于或等于臨界角的入射角入射在出射表面55上。優(yōu)選地，側壁也被成形為使得在橫截面視圖中看到的光線僅撞擊側壁一次。然而，可能有來自該截面的平面以外的側壁的其它反射。對于全3D分析，照射角附近的第一側壁的光線可能接著被反彈至與第一側壁相鄰的第二側壁，并且從那里再到出射面?？?執(zhí)行曲線擬合或其它數(shù)值分析來產(chǎn)生最符合所需小面的曲線側壁形狀。例如在圖4A中，側壁105是曲線的，而不是一組小平面。為了最優(yōu)化每一個小面的變量，可建立模擬的檢測器平面120。檢測器平面120可包括x個獨立地記錄入射功率的檢測器?？蓤?zhí)行對穿過基板的光的模擬，并分析由檢測器平面120接收的強度和輻照度分布。如果強度和輻照度分布對于具體應用不滿意，則可調(diào)整小面的角度和角對邊，產(chǎn)生新的曲線表面并重新執(zhí)行模擬，直到達到滿意的強度、出射度分布或其它光輸出分布?？煞治隽硗獾臋z測器平面來確保近場和遠場圖形都滿意?？晒┨鎿Q地，可使用不是曲線表面的小面來執(zhí)行模擬，并在達到所需光輸出分布之后確定表面曲線。在另一個實施例中，側壁可保持有小面的，并且不產(chǎn)生曲線。
根據(jù)另一個實施例，可基于多個拋物線選擇側壁形狀，其中每一個小平面都表示拋物線的一部分的線性近似例如，圖4B是LED 的部分400的示意圖。在圖4B中，4艮想光線410被描繪為從拋物線 415的焦點412發(fā)出并與側壁420相交，從而由于TIR在側壁420上被反射，并穿過基板以小于臨界角的出射角440與出射面430相交，并從基板射出進入空氣或其它介質(zhì)。由圖4B可知，在從基板到空氣的過渡中，光線410如斯涅耳定律所描述的那樣彎曲。因為側壁的切點是從拋物線確定的，并且因為入射在側壁并在側壁上被反射的光線是在相同的介質(zhì)中，光線將與拋物線的光軸平行。因此，光以半角 450被投射?？烧{(diào)整定義側壁420的形狀的角對邊，使得假想的光線 410以所需的出射角440穿過出射面430，或以所需半角450投射光。
在一個實施例中，當制造側壁或計算側壁的角對邊時，可向側壁的底部(即接近量子阱區(qū)域)使用更細分的對邊，因為對邊在反射時在底部附近效果更明顯或更敏銳，因此更細分的對邊允許側壁具有更好的TIR特性，而離底部越遠，對邊的效果越小，對邊可以越粗分。因此，側壁的小面在數(shù)值上越向成形的基板LED的底部越大。在一個實施例中，側壁可具有20個或更多小面，而在側壁的底部小面越細分，其中小面接近一個或更多對邊。
一個小面可以是拋物線415的部分417的線性近似?？烧{(diào)整拋物線415的參數(shù)直到部分417達到所需目標，即入射在部分417上的所有光線都被反射至出射面430，使得光線具有小于臨界角的出射角 440。可由具有不同參數(shù)的拋物線形成每一個小面。因此，一個角對邊的小面可基于拋物線而不是相鄰接的小面。20個小面的側壁可例如基于20個不同的拋物線。
圖4C是示出了可使用諸如Microsoft Excel ( Microsoft和Excel 是Redmond, Washington-based Microsoft Corporation的商標)的計算機程序來定義側壁的小面的示意圖?？墒褂肕icrosoft Excel中的圖表功能來產(chǎn)生125所示的側壁形狀的圖形?？蔀槊恳粋€側壁使用相同的普通形狀，或者不同的側壁使用不同的形狀。可在例如 Zemax光學設計程序(Zemax是Zemax Development Corporation of Bellevue， Washington的商標)中分析具有指定的側壁形狀(或具有基于指定的小面的曲線側壁形狀)的成形基板?？稍赯emax中執(zhí)行計算機模擬，以產(chǎn)生光線軌跡以及強度和輻照度分布。如果得到的強
度和輻照度分布具有不滿意的分布或成形基板的傳輸效率太低，則可調(diào)整各個小面的變量并再次執(zhí)行模擬。該處理可通過使用計算機程序被自動化，以便自動地調(diào)整小面變量。
更具體地講，圖4C描繪了電子數(shù)據(jù)表500，其可用于通過角對邊的規(guī)格，設計如圖形510所示的側壁形狀。投影的半角列550包含對應于圖4B的投射半角450的多個角度。出射角歹'J 540a (弧度)和 540b (度)包含對應于圖4B的出射角440的多個出射角。更具體地講，列540a中的所有角度或角度的子集可以是小于臨界角的角度，從而以那些角度與出射面相交的光線穿過出射面，從基板射出?？墒?用列540a和540b來推導拋物線焦點列560,其包含定義不同拋物線的多個焦點。角對邊列565包含多個角(弧度)，其定義角對邊的極限值，所述極限值可與拋物線焦點列560相結合地使用來定義側壁的形狀，從而來自量子阱區(qū)域的光線在側壁上反射，以小于臨界角的角度從出射面射出。使用在拋物線焦點列560和角對邊列565中包含的值，可推導theta列570和半徑列575,其中列570和575中的對應
23值對應于角對邊的所需拋物線上的點。依次，theta列570和半徑列 575可用于推導近似為角對邊的拋物線的側壁上的點的笛卡爾坐標
(例如坐標變換列577)。
例如，用戶可以指定LED大小(即基板和量子阱區(qū)域之間的界面的面積)和材料折射率。使用具有大小為1，折射率為1.77的 LED的例子，可如下完成屏幕500中的一行。用戶可在列550中指定空氣中的出射角(假設空氣是其中操作LED的介質(zhì))。在第一行的例子中，用戶已經(jīng)選擇了 55.3792度?；逯械某錾浣强杀挥嬎銥?sin ( 55.3792/180*71 ) /1.77或.4649323弧度，歹'j 540a。歹'j 540b可#皮計算為asin (.4649323 ) /tt *180=27.2058407。拋物線的焦點可被計算為1 (大小)/2*(l+cos(71/2-27.2058407/180*71 ))=.732466?？苫?下一列(表示具體小面的相對大小)中的數(shù)字將角對邊列565計算為
(90-27.7058047 ) /20=3.114708?？墒褂眠x擇數(shù)量的小面(在該例子中是20)計算theta列570。例如，在第一行中，theta被計算為
(90-27.7058047 ) +3.114708*20=124.5883。第一小面的拋物線的半徑(列575)可被計算為2*.732466/(1+cos(124.5883/180*tt))。對于第一行，如下計算坐標變換列577的內(nèi)容
x=-3.3885*cos(124.5883/180*7t)=1.923573; y=-3.3885*sin(124.5883/180* tt )=2.789594,
X=1.923573*cos(27.7058407/180*丌)+ 2.789594*sin(27.7058407/180* tt );
Y = 2.789594* cos(27.7058407/180* tt )—1.923573*sin(27.7058407/180* tt )誦l(大小)/2=1.075452，并且Y， =-Y。 X， Y坐標可用作Excel中的形狀擬合圖表(shape fitting chart)中的數(shù)據(jù)點輸入。例如，圖形510基于X 和Y列中的數(shù)據(jù)點(在圖形510中，Y列值用作x軸坐標，而X列值用作y軸坐標)。除了 X和Y值，可設定起始值(例如，.5和 0)。可將根據(jù)圖形510的形狀輸入光學設計包和模擬運行。如果模擬不滿意，則用戶可調(diào)整電子數(shù)據(jù)表500中的值，直到達到滿意的分布。
在一個實施例中，當達到滿意的光傳輸效率、以及輻照度和強度分布時，可產(chǎn)生具有指定參數(shù)的基板的LED。圖4D中示出了這種 LED的例子，圖4D提供了 LED的一個實施例的示意圖，該LED具有其側壁被成形為引起TIR的基板，從而光線從側壁反射至出射表面。在該實施例中，每一個側壁的形狀都是由各個小面定義的多個輪廓曲面(contoured surface)的疊加。盡管為了方便制造可執(zhí)行曲線擬合，但是其它實施例可保持有小面的側壁。盡管在圖4D中，量子阱區(qū)域的面積被示為正方形或矩形，這是為了示例而不是限制。例如，量子阱區(qū)域的面積的形狀可以是任何各種形狀，例如，圓形、矩形、三角形。同樣地，LED的出射面的形狀可以是任何各種形狀，例如圓形、矩形、三角形。
返回圖1A和1B，如上面關于圖1A和1B所描述的，為基才反IO 確定各種邊界條件，特別是基板10的出射面55的面積，從而使光守恒。可從上面的公式1確定出射面55的最小面積，其依賴于各種有效的立體角。典型地，基于從理想光源推導的公式來確定光的有效立體角，該理想光源如朗伯(Lambertian )發(fā)射器一樣輻射，但被視為點，因為關注的距離比光源的大小大得多。朗伯發(fā)射器的觀察到的輻射強度(光通量/球面度)隨到光源的法線的角度變化，是該角度的余弦。這是因為盡管輻射度(光通量/球面度/m2)在所有方向上保持相同，但發(fā)射器的有效面積隨觀察角度從法線增加到90度減少為 0。該效應在整個半球上的積分得到了等于tt球面度的投射立體角值。
轉到圖5，假設給定半徑(R)的球體130包圍點光源132 (在該例子中，點光源132近似為在很大距離處的朗伯光源)。該球體的半球的投射面積為ttR2，并且整個球體的投射面積為2ttR2。該模型可用于設計LED,因為量子阱區(qū)域和基板之間的界面可以被模擬成朗伯發(fā)射器，從而離以界面為中心的假想的半球上的任何點，界面上的給定點將具有相同的半徑。可使用圓形的半徑134 (Rc)將面積 A3作為關注的光束立體角所對的平的、圓形表面(例如，表面136) 來計算，所述圓形的半徑134是法線光線到球面的相交處的距離。對于光束的e的給定半角137， Rc是r (球體的半徑)和角度e的正弦的乘積，從而
Rc=R*Sin(e) [公式3
面積等于
A3=7rRc2=7r(R*Sin(9))2 [公式4A
面積A3是立體角與球體相交的投射面積。面積A3除以半球的投
射面積(Ah=丌R2)，商乘以全半球的投影立體角(等于7T )，以
獲得投射的立體角Q，從而
Q = tt *(所需立體角的投射面積)/(半球的投射面積)[公式4B
CI =(tt)* [{7r(R*Sin(e))2} /( ttR2)
[公式4C
=7r*Sin2(0) P〉式5
對于圖1中的界面50，例如，6為90度，導致7T *Sin2(90) = tt
的投影立體角；對于30度的所需半角，投射立體角為7T*Siii2(30)=
71/4。使用公式1的Qi和Q2的這些值，可為任何半角確定A2。
在上面的例子中，使用從被模擬為點光源的朗伯光源推導的公式確定立體角。這些公式不考慮光可能通過界面從量子阱區(qū)域進入基板的事實，所述界面可以是正方形、矩形、圓形、橢圓形或其它形狀。盡管上述方法可給出對立體角的好的估算，如有必要，其稍后可基于經(jīng)驗或計算機模擬測試被調(diào)整，可使用確定有效立體角的其它方法。
圖6A-6E描述了用于確定LED的基板的有效立體角的另一個方法。圖6A是成形的基板160 (如圖6B所示)的界面150和出射面155、以及其上投射了光的假想目標平面156的一個實施例的示意圖。圖6A示出了有效光源原點152、中央法線153和有效輸出原點 154的位置的例子。為了進一步討論的目的，假設界面150的中心在笛卡兒坐標系中的0， 0， 0。目標平面156表示得到的圖形的參數(shù) (例如由其它光學裝置使用的大小和半角)。根據(jù)一個實施例，對角線處的半角(如圖6B中的oti所示)為起始點。例如，如果目標平面156處的所需光具有30度的最大半角，則正方形或矩形表面的基板的c^為30度。然后可根據(jù)下式確定成形的基板160之內(nèi)的半角
26(標為P i并且也在圖6C被示出)
n2Sin ( ct i) = i^Sin ( P i) [公式6
其中n,是成形的基板160的IOR;
n2是光從成形的基板160投影進入的材料(典型地為空氣)的 IOR;
oci是基板外部的介質(zhì)(典型地為空氣)中的出射面處的半角； Pi是基板中的所需半角。
例如，如果所需半角c^是30度，并且具有1.77的IOR的成形基板突出到IOR為1的空氣中，則P!-16.41度。可為從入射面150 的長和短邊上的點投射的光線執(zhí)行相似的計算。例如，如圖6B和 6C所示，可為從界面150上的一個邊緣的中心傳播到出射面155的相對邊緣的中心的光線確定ot2和P2。(臨界角一樣為16.41度，但 P,與02不同。02是由成形的基板的邊和高度的幾何確定的)。
使用計算的角度，可確定有效點光源的位置。對于長度為l,的正方形界面150，有效的點光源將被定位在X-0， Y = 0，并且
z —— [公式7]
其中，Zeps是有效點光源從成形的基板160的入射面150移位的距離。
可根據(jù)下式計算X、 Y和Z從有效點光源到點Fi和F2的距離，假i殳Fi與歸一化半徑(unity radius )的J求體相交
XF1 = cos ( cJj i) sin (卩i) [公式8]
YF1 = sin ( ^ i) sin ( P i) [公式9
ZF1 = cos ( P !) [公式10]
XF2 = 0 [公式ll
YF2 = cos ( 4) 2) *sin (Pi) [公式12
ZF2 = cos ( P i) [公式13
其中，是X-Y平面中的對角線光線的角度(對于正方形是 45度)；并且其中對于從平行于圖6C所示的X軸的邊的中間投射的光線，42 = 90度。如圖6A所示，因為156與球面在四個點處相交，并且角P2的大小小于臨界角^的大小，基于角^的對角線到側邊光線的平面上的投射計算點F2的值?？墒褂没谥坝嬎愕膸?br> 何關系的相似的方法確定其它點(例如，可基于點Ft和F2的位置和目標平面156處的光的所需半角來確定點L和T2的位置)。
圖6D示出了對角線光線、和從短邊投射到出射面155的球體 159和目標平面156的球體161上的一個光線。對于出射面155,邊緣光線在球體159處的交界到出射面155的平面上的投射形成了橢圓形段。同樣，在目標面的邊緣處的折射出射光線的投射與球體161相交。例如，圖6E指出了位于由目標面156的邊緣163形成的平面中的光線與球體161相交的圓形交界(被示為162),和該交界到目標平面156上的投影(被示為164)。通過計算圍繞目標面的正方形的每一個橢圓形段的面積，并將其與目標面的面積相加，我們得到了目標面的總投影面積?？墒褂霉?B確定目標平面的有效立體角。相似地，通過使用由光線在其上形成的球體159和橢圓形段，可確定 LED的有效立體角。例如，如上所述確定總投影面積，并將其作為 "所需立體角的投影面積"插入公式4B。
作為一個示例性的例子，使用上述方法產(chǎn)生對于空氣中的目標的 0.552球面度的有效立體角，所述方法使用具有正方形的成形的界面和出射面的基板的LED以30度的半角投射光。相反，使用具有30 度半角投影規(guī)格的傳統(tǒng)圓形投影面積將產(chǎn)生0.785球面度的有效立體角。當然后公式1中使用這些值時，對于給定的IOR和光通量，傳統(tǒng)(圓形)計算產(chǎn)生小了約30%的所需出射面積。如果使用該方法設計系統(tǒng)，則可應用的物理學(即輻射度守恒)將比最優(yōu)化的設計減少30%的光輸出。相反，使用上述校正的有效立體角計算的出射面面積將產(chǎn)生比圓形計算可達到的多42%的光輸出。
盡管在上面描述了確定LED的有效立體角的具體方法，可使用本領域中已知或開發(fā)的任何方法。
可供替換地，可經(jīng)驗地確定使光守恒的最小表面面積。此外，盡管上述最小表面面積的計算假設光正在通過量子阱區(qū)域和基板之間的界面的整個表面進入基板，但在物理裝置中，光可以不以界面的整個表面上的均勻分布進入基板。可調(diào)整出射面的最小面積的計算，以解決穿過界面的光的實際分布，而不是完全基于界面的面積的大小。在
一個實施例中，光通過其進入基板的界面的實際面積可被用作A"
LED的實施例可基于基板材料和菲涅耳損失以高達89%的理論效率(是指進入基板的光的89%是以所需半角發(fā)射的，具有11%的菲涅耳損失)將光投射到10-60度的所需圓錐角中。在沒有菲涅耳損失的情況下，效率可為100%。即使僅有70%的效率，LED的實施例提供了高于其它LED技術的效率，同時還允許在近場和遠場處的均勻或接近均勻的強度分布。
村底與空氣(或其它介質(zhì))界面處的菲涅耳損失可通過向襯底的出射面施加抗反射涂層被克服?？墒褂玫目狗瓷渫繉邮潜绢I域普通技術人員熟知的并且包括單層MgO或MgF、多層涂層或其它抗反射涂層的任何抗反射涂層。通過使用抗反射涂層，可減少或消除菲涅耳損失，增加LED的光輸出效率。
LED的實施例可具有多于一個的出射面。例如，成形的襯底可允許LED產(chǎn)生的基本所有光都從LED射出，但通過多于一個出射面。圖7是具有多于一個出射面的LED 700的例子的示意圖。在圖7 中，示出了LED 700的出射面710a和710b。具有多于一個出射面的LED可將光發(fā)射到大于半球的立體角中。為了使從出射面射出的光最大化，具有多于一個出射面的襯底的側壁可具有多個彎曲的或多小面的表面。
對于具有兩個或更多出射面的LED, LED的發(fā)射的立體角可能大于半球(并且投影的立體角大于pi)。其例子是如果代替一個平面出射面，LED具有四邊錐體的一組出射面。如果LED的襯底的
側壁被成形為將通過界面進入襯底的光引導至四個出射面中的一個，使其以不大于臨界角的角度照在出射面上，則進入村底的所有光都可
通過四個出射面中的一個從LED射出。
因為錐體的各個面不在一個平面，而是彼此成一定角度，以與出
29射面成臨界角照射在出射面上的任何光線將折射為90度的出射角。以該方式定義的總立體角空間將是四個出射面的角關系的函數(shù)。為了滿足etendue公式，該例子中的四個出射面必須具有至少等于使用該構造的有效立體角計算的值的總表面面積。
該多出射面構造可仍被構造為使輻射度守恒。也就是說，通過使總的投影出射面面積等于計算值，并且通過將側壁設計為向出射面的每一個部分提供光的均勻分布，可使輻射度守恒。如果使得出射面大于所需值，則進入襯底的光可通過出射面射出，并相應地減少發(fā)光強度。
具有多個出射面的成形的村底的又一實施例是成形的襯底的側壁本身就是出射面?；诮o定光線的入射點，其可以不大于臨界角的角度照在給定的側壁上，并穿過該側壁；或其可以大于臨界角的角度照射，并被內(nèi)部地反射到另一個面或側壁上。
如果設計側壁出射面和側壁，使得從界面上的任何點進入襯底的任何光線穿過側壁出射面，則所有進入村底的光將從襯底射出。
具有多個出射面的成形的襯底LED適合用于其中需要寬面積發(fā) 射(broad area emission)的普通照明應用。這種LED可與將LED 產(chǎn)生的光引導到較小的立體角中的另外的透鏡或反射器元件結合使用。
具有多個出射面的成形的襯底、或其中側壁用作出射面的成形的襯底的潛在的益處是LED可具有較小的體積或具有更容易制造的形狀-諸如代替曲面的平面。
LED可被排列為LED陣列。LED陣列可用于產(chǎn)生所需量的光和所需光圖形。例如，LED可排列為正方形或其它形狀。使用LED 陣列來產(chǎn)生所需量的光比使用一個LED更有效，或占據(jù)更小的空間。可在制造期間形成LED陣列。例如可從相同的晶片形成LED 陣列。在圖8A中，LED陣列800包括從相同的晶片形成的LED 810a-810c。晶片材料820 ,皮去除，以形成LED 810a - 810c。 LED 810a在點830a處保持與LED 810b相連。同樣地，LED 810b在點830b處保持與LED 810c相連。因此，通過選擇性地去除基板材料，可形成LED陣列。圖8表示形成LED陣列的一種方法，并且是示意性的而不是限制性的；本領域技術人員熟知的其它形成LED陣列的方法也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
使用LED陣列的一個優(yōu)點是陣列中的多個LED的成形的基板可比具有相同的光輸出量的一個LED的成形的基板更薄。此外，較小的LED的陣列比一個LED更有效；也就是說，消耗一定量的輸入功率的較小的LED的陣列可以比出射面大小和輸入功率相同的一個較大LED產(chǎn)生更多的光。
因為LED的一些實施例可卩吏用比傳統(tǒng)LED更厚的基板，可使用保持裝置將LED固定在LED封裝內(nèi)。(例如，澆鑄塑料、金屬或其它材料的)機械連接裝置可將LED或多個LED固定在LED封裝或其它結構內(nèi)，并接觸LED,以產(chǎn)生將LED保持在合適的位置的垂直的力。可通過連接裝置和LED之間的摩擦力防止橫向運動。裝置可具有與基板相同的roR，從而從基板射出的光線在它們穿過連
接裝置時不偏離。連接裝置可包括從基板射出的光從其穿過的次級光學元件，諸如透鏡、材料層或其它面。因此，連接裝置可另外地用于成形或進一步限定輸出光束。圖9A-9C是可用于固定LED 910的保持裝置900a-900c的各個例子的示意圖。圖9B的保持裝置卯Ob 包括可進一步聚焦來自LED 910的光的透鏡920b。圖9C的保持裝置卯Oc包括可進一步聚焦來自LED 910的光的反射聚焦裝置920c。在一個實施例中，反射聚焦裝置920c是復合拋物線集中器。
可使用一種或多種方法成形或形成LED或LED的基板。如下所述的成形基板的方法是示例性的，并且包括可用的多個方法的子集。LED或光學元件工業(yè)中使用的下述方法和其它方法可用于制造 LED。通過去除材料來成形LED或基板的、可單獨或組合使用的方法包括蝕刻、激光燒蝕、噴水切割、超聲波去除和機械去除。
蝕刻描述了以高度控制的方式去除基板材料，以產(chǎn)生合適的形狀的化學處理。存在典型的兩種蝕刻方法濕蝕刻和干蝕刻。濕蝕刻涉及使用液相蝕刻劑去除基板材料。在干蝕刻，即等離子蝕刻和反應離子蝕刻中，產(chǎn)生離子并將其施加到基板上。在那里，基于化學反應或粒子動力，材料從基板被去除。
以基板材料(其還可以包括包含量子阱區(qū)域的材料)的晶片開始，可將光致抗蝕劑的具體圖形沉積在晶片的一側。然后蝕刻晶片。覆蓋有光致抗蝕劑的晶片的位置不被蝕刻，而沒有光致抗蝕劑的地方的材料被去除。有許多調(diào)節(jié)該過程以在光致抗蝕劑的邊緣達到所需輪廓的方法。例如，可施加較厚的光致抗蝕劑層，然后在蝕刻過程期間被犧牲地去除，或可與光致抗蝕劑相結合地使用其它犧牲層。這些層
通過蝕刻劑隨時間以這樣的方式被去除，以產(chǎn)生LED基板的所需輪廓。這可以被開發(fā)為準確地蝕刻晶片，從而產(chǎn)生成形的基板。另一種方法是使用多種抗蝕劑和多個蝕刻步驟?？墒褂妹恳粋€光致抗蝕劑和蝕刻步驟來去除小層材料。可使用多個小步驟來得到所需3D形狀。
圖10是蝕刻的例子的示意圖。在圖10中，晶片1000 #^蝕刻為形成成形的基板1030a- 1030c。光致抗蝕劑1010以所需圖形被涂敷到晶片1000的表面，從而部分晶片1000的表面覆蓋有光致抗蝕劑 1010。在涂敷光致抗蝕劑1010之后，蝕刻劑被涂敷到涂敷有光致抗蝕劑的相同的晶片1000的表面。蝕刻劑去除基板材料1020,形成成形的基板1030a- 1030c。光致抗蝕劑和蝕刻劑可以連續(xù)的層和圖形被涂敷，以達到所需側壁形狀。
蝕刻參數(shù)可基于基板材料。蝕刻速率基于蝕刻劑和基板改變。對于LED應用中使用的基板材料，諸如藍寶石和碳化硅，使用反應離子蝕刻的蝕刻速率可在250nm到2.5 ja m每分鐘的范圍內(nèi)，這對于商業(yè)生產(chǎn)目的而言可能是低的。碳化硅在上述蝕刻速率的上端，而藍寶石在下端。
激光燒蝕是使用高功率激光通過去除或噴射量子阱區(qū)域或基板材料生產(chǎn)LED的處理。每一個激光脈沖僅去除微量的材料。激光可被轉換為用每一個隨后的脈沖去除材料。通過在X-Y和Z方向轉換，可去除3D形狀。激光燒蝕的實施例可用于比蝕刻更快地成形基
32板。使用已知技術，激光燒蝕可在碳化硅和藍寶石中每分鐘去除約
500lam到lmm的厚度。
圖11是激光燒蝕的示意圖。激光1110被施加于晶片1100，以燒蝕基;f反材料1120，形成成形的基板1130a-1130b。
可使用噴水燒蝕晶片，以形成所需形狀的基板。在噴水燒蝕的一個實施例中，可使用短脈沖的水來分階段燒蝕晶片。使用水的脈沖燒蝕晶片的處理可與關于激光燒蝕的上述處理相似。在噴水燒蝕的一個實施例中，可使用噴水以一定角度完全切割穿過晶片，然后微小地改變角度，并且以稍微高的角度使用噴水切割穿過晶片，最終產(chǎn)生所需形狀的基板。在又一實施例中，噴水可以充有燒蝕材料(例如，工業(yè) 金剛石微粒)，以增加燒蝕材料的速率。
另一個選擇是通過磨削、研磨、鋸切、超聲波磨削、拋光、鉆孔機械地去除材料，或機械去除的其它系統(tǒng)或方法。存在通過機械去除來去除材料，以成形一個或更多LED的多種方法。例如，可使用鋸片(典型地，金剛石砂輪)將晶片切為多個LED或基板。鋸片被制備為具有一個或多個側壁的相反的形狀，考慮到在去除過程期間鋸片將發(fā)生的微小的材料損失(即鋸片可能開始有點大)。然后，使用鋸片來鋸切晶片。鋸片的旋轉可在其切口拋光基板側壁。每一個切口形成相鄰基板的側壁。根據(jù)一個實施例，先在一個軸上鋸出多個切口，然后垂直于該軸切割，以形成成形的基板?？梢苑蛛A段地完成材料的才幾械去除。
圖12A-12B是使用鋸片形成LED的示意圖。在圖12A中，具有成形的基板的所需側壁的相反形狀的鋸片1210被施加到晶片 1200。圖12B示出了當完全插入晶片1200而形成了側壁1220a和 1220b時的鋸片1210。圖13A和13B是在對晶片1200施加了鋸片 1210后的晶片1200的俯視圖的示意圖。在機械地去除基板材料之后，可拋光成形的基板，以增強成形的基板之內(nèi)的TIR。
盡管分別描述了燒蝕晶片的材料以形成成形的基板的上述方法，但是上述方法可以組合。例如，可能使用機械去除和噴水燒蝕的組合
33來確保合適的曲線側壁形狀。相似地，基于基板材料，可適當?shù)厥褂?br> 從晶片去除基板材料以生產(chǎn)LED的方法和技術的各種其它組合。此外，可使用諸如超聲波加工的其它方法來形成成形的基板。也可使用超聲波磨削來形成基板。在超聲波磨削的實施例中，具有一個或多個 LED的相反的形狀的工具被制備為具有磨削劑，并在工具被超聲波振動的同時與基板材料接觸，以在基板材料上產(chǎn)生擦洗/摩擦動作，從而去除材料并產(chǎn)生成形的基板。
盡管上述實施例描述了從材料的晶片形成LED,可從基板材料條形成用于生產(chǎn)LED的成形的基板，或分別從基板材料成形用于生產(chǎn)LED的成形的基板。
在LED的一個實施例中，可分別生產(chǎn)LED。例如，分別成形的基板可安裝在接收工具中，以便被準確地定位。側壁可由保護物，諸如抗腐蝕材料、接收工具中的防護結構或其它保護物保護。所需外延層可沉積在成形的基玲反的底部上，從而制造LED。通過其它例子，分別成形的基板可由諸如高溫玻璃的可模壓材料制成。然后可通過使用低溫外延生長方法在基板上沉積所需外延層，將玻璃成形的基板發(fā) 展為LED。
在一些情況下，可需要使用LED產(chǎn)生白光。這可通過用來自單色(例如藍色)、短波LED的光撞擊熒光粉、或其它吸收光并重新發(fā)射被人眼感知為白光的波長的光的其它微粒來實現(xiàn)。熒光粉或其它」微?？捎糜贚ED的實施例，以產(chǎn)生白光。圖14示出了LED 20的一個實施例。可在量子阱區(qū)域15和基板10之間的界面50處放置熒光粉或其它微粒。在這種情況下，進入基板10的光是被人眼看到的白光。也可以在基板10的出射面55后放置熒光粉。根據(jù)一個實施例，可在出射面55上涂敷一層微粒。根據(jù)其它實施例，微?？稍诮佑|出射面、或從出射面偏置的另一塊材料上。例如，熒光粉可以在封裝但不接觸LED 20的出射面55的透鏡的內(nèi)表面上。
涂敷LED的出射面或多個出射面可具有允許簡化白光LED制造的制造優(yōu)點，這樣又降低了白光LED制造的成本。例如，將形成成形的基板LED的晶片的一側可涂敷有包含熒光粉或其它微粒的層 (即，微粒涂層)，該層可被激發(fā)以發(fā)射白光?？蔁g沒有涂敷有微粒涂層的晶片的一側。當晶片已被燒蝕以產(chǎn)生多個LED時，LED將具有出射面，該出射面具有產(chǎn)生白光所必需的微粒涂層。此外，因為成形的基板將絕大多數(shù)進入基板的光引導至已知出射面或多個出射面，涂敷特定的出射面或多個出射面在產(chǎn)生白光上是非常有效的。因此，成形的基板的使用可消除用微粒涂層涂敷LED的側壁或部分側壁的需要。因此，不需要分別向每一個LED涂敷微粒涂層。向晶片的一側涂敷微粒涂層比向各個LED涂敷微粒涂層便宜?；宓膫缺?可被設計為使得通過與微粒涂層的相互作用被散射回到基板中的光可以-陂部分或全部地重復利用。利用納米^t粒與LED相結合地產(chǎn)生白光允許光的最小偏轉，從而最小化背散射的光，并最大化從出射面射出的光。
在LED的量子阱區(qū)域中產(chǎn)生的熱導致熒光粉或納米微粒的劣化。在現(xiàn)有的LED中，熒光粉貼合地涂敷在LED芯片上。熱密度在芯片處是最高的，因此熒光粉可遭受極大的熱。在具有其出射面上涂敷有熒光粉的成形的基板的LED的實施例中，因為出射面與熱產(chǎn) 生量子阱區(qū)域相距基板的高度，熒光粉的劣化被減小。因此，具有厚基板并從而出射面與量子阱區(qū)域相距遠的LED比現(xiàn)有設計產(chǎn)生所需質(zhì)量的白光的時間更長。
LED的實施例的潛在應用包括蜂窩電話顯示照明。現(xiàn)有系統(tǒng)典型地使用具有填充有熒光粉的封裝材料的三側面發(fā)射藍光的LED來產(chǎn)生白光。LED的側面典型地為不透明的，并且所產(chǎn)生的足夠百分比的光都被側壁吸收。這導致了超過50%的光由于吸收而損失。此外，封裝劑與空氣的界面處的折射率變化為以大于臨界角的角度照射在界面上的出射光線創(chuàng)造了 TIR條件。這導致了界面處的約44%的損失。成形的LED的實施例可將產(chǎn)生的光的80%傳遞至光導，導致了非常大的系統(tǒng)亮度的提高。
LED的實施例的另一個潛在的應用被用作蜂窩電話的照相機閃光。現(xiàn)有的系統(tǒng)典型地使用具有高斯能量分布的LED,其在圖像的中央產(chǎn)生非常亮的區(qū)，而在邊緣產(chǎn)生暗的區(qū)，導致了對被攝體的不均勻的照明。此外，現(xiàn)有閃光單元的光束形狀是圓形的，而由CCD照相機捕捉的圖像是矩形的。此外，封裝劑與空氣的界面處的折射率的改變?yōu)橐源笥谂R界角的角度照射在界面上的出射光線創(chuàng)造了 TIR條件。這導致了界面處的損失，該損失是出射立體角的函數(shù)。另一方面，LED的實施例可傳遞矩形或正方形的閃光，其中進入LED的基板的光的80%以均勻分布被提供至圖像區(qū)。這導致了與現(xiàn)有技術 LED閃光系統(tǒng)相反的，更均勻的場景照明和更高水平的照明。
LED的實施例的另一個潛在的應用是用于液晶顯示器 ("LCD")的背光照明。傳統(tǒng)的LCD系統(tǒng)使用紅、綠和藍色LED 的線性陣列。來自LED的光被引導至混合光導，以提供均勻的顏色和強度。典型地，LED具有放置在LED上方的圓頂，并且光被橢圓形的反射器捕捉，以將光引導至光導。盡管橢圓形反射器對于點光源工作得很好，但LED不是點光源，一些光線將不到達光導內(nèi)部的焦點。此外，因為一些來自圓頂封裝劑的光以大于180度的角被發(fā)射，一些光被基板、PCB板和其它元件吸收。此外，因為圓頂相對于圓頂中的洞的大小是大的，一定百分比的光典型地被折射。因為這些損失是倍增的，所以只有從LED最初發(fā)射的一部分光實際到達光導。
另一方面，LED的實施例可將高至80。/o的進入LED的基板的光以所需圓錐角提供至光導(假設菲涅耳損失)。因此，可使用較低功率的LED來達到在現(xiàn)有系統(tǒng)中可能達到的相同結果，或者可以相同的功率消耗水平傳遞更多的光。的確，在一些實施例中，可能不需要光導，并且可使用LED的陣列來直接從背后照亮LCD。
LED的實施例的另一個潛在的用途是在汽車頭燈、閃光燈、數(shù) 字光處理("DLP")系統(tǒng)和其它裝置中?？蛇x擇LED的形狀，以便提供所需投影圓錐和光束分布。此外，LED和聚光透鏡或其它光學裝置的組合，諸如名稱為"SEPARATE OPTICAL DEVICE FOR DIRECTING LIGHT FROM AN LED (用于從LED引導光的單獨的光學裝置)"的美國專利申請No.ll/64卯18中描述的主光學裝置 ("POD"),允許窄的立體角的發(fā)射(在0.1球面度或更小的數(shù)量級)，同時使輻射度守恒，并且在非常小的體積內(nèi)這樣做。這樣的組合可應用于閃光燈、點光或任何其它的窄光束應用。
在名稱為"SEPARATE OPTICAL DEVICE FOR DIRECTING LIGHT FROM AN LED (用于從LED引導光的單獨的光學裝置)" 的美國專利申請No.11/649018中，描述了主光學裝置 ("POD")。此處描述的系統(tǒng)和方法的實施例與POD裝置不同并提供了優(yōu)于POD裝置的顯著優(yōu)點。POD裝置是與LED結合使用以聚焦從LED發(fā)射的光的有源光學元件。POD裝置本身不能產(chǎn)生光和引導由其它光源產(chǎn)生的光。POD典型地由IOR約為1.5的材料制成。因此，可從LED進入POD裝置的光的量被LED材料與POD 裝置材料的IOR的變化限制。相反，本發(fā)明涉及本身收集和引導在其自身的量子阱內(nèi)產(chǎn)生的光的LED。 LED的基板中的所有的光理論上可以被捕捉和引導。如果基板材料具有高于或等于量子阱區(qū)域材料的IOR,則由LED的量子阱產(chǎn)生的所有的光可被捕捉和引導。利用 POD裝置，這是不可能的。成形LED,使其捕捉并引導由LED本身的量子阱產(chǎn)生的光導致了可用于許多應用而無需另外的光學元件的一個LED。
圖15A和15B是在一個晶片1500中^L制成的多個晶元(die) 的布局的另一個實施例的示意圖。在該情況下，晶元被封裝得更加緊密，并且側壁形狀是由上述方法中任何一個形成的，只是側壁的切口的深度大大地減小了。例如，對于之前的實施例中的3mm厚的晶片，側壁形狀將被切割2.75mm深，留下.25mm將所有的晶元保持在一起。在圖15的例子中，切割的深度僅約lmm，留下了約2mm來將晶元保持在一起。這產(chǎn)生了對于制造中的處理結實得多的晶片，并允許晶元被封裝得更加緊密。這導致了每個晶片上的更多的晶元，約為每晶片上的晶元的1.5到2.4倍。在完成了晶片上的所有操作之后，通過例如用薄鋸片(約0.1mm寬)金剛石切割它們，將晶元分離。由鋸片產(chǎn)生的表面在該區(qū)域可更接近想要的側壁形狀，并且可提供足夠拋光的表面，從而不需要進一步的操作?？晒┨鎿Q地，可在單獨的晶元上執(zhí)行后續(xù)操作來完成成形和拋光側壁的該部分。
盡管本發(fā)明描述了具體實施例，但是應理解為實施例是示例性的，并且本發(fā)明的范圍不限于這些實施例。對上述實施例的許多變形、修改、增加和改進都是可能的。例如，所提供的各種范圍和維度
都是通過例子提供的，LED可使用其它維度在其它范圍內(nèi)操作。舉例來說，盡管已經(jīng)關于藍寶石和碳化硅描述了成形的基板，也可以使用允許光通過的其它基板。例如，基板可以由玻璃或金剛石制成。在一個實施例中，可以從可模制的玻璃模制基板，提供了成本有效并且容易成形的基板。可預料到的是，這些變形、修改、增加和改進落于下述權利要求中詳細描述的本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種LED，包括量子阱區(qū)域，用于產(chǎn)生光；以及成形的基板，與量子阱區(qū)域具有界面，其中由量子阱區(qū)域產(chǎn)生的光穿過該界面，成形的基板包括與界面相對并且距離該界面一距離的出射面，其中該基板被成形為使得通過界面進入成形的基板的光中的一部分通過出射面從成形的基板射出，并且其中，出射面具有使對于從成形的基板投射的光的所需半角的輻射度守恒所必需的最小面積的至少70％；以及一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少大多數(shù)被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
2. 如權利要求1所述的LED，其中量子阱區(qū)域與基板一致地成形。
3. 如權利要求1所述的LED，其中出射面至少具有使輻射度守恒所必需的最小的面積。
4. 如權利要求1所述的LED,其中界面的形狀是矩形，并且其中確定光離開出射表面的有效立體角，以得到界面的形狀。
5. 如權利要求1所述的LED,其中所述距離在使得具有從界面到出射面的直的傳輸路徑的所有光線具有小于或等于出射面處的臨界角的入射角的最小距離的50%之內(nèi)。
6. 如權利要求1所述的LED,其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少80 %被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
7. 如權利要求1所述的LED,其中側壁的形狀被選擇為產(chǎn)生所需的光輸出分布。
8. 如權利要求1所述的LED,其中出射面平行于界面，并與界面旋轉對準，并且其中出射面具有與界面的形狀相同的形狀和縱橫比。
9. 如權利要求1所述的LED，還包括能夠發(fā)射所需波長以產(chǎn)生白光的光致發(fā)光材料層。
10. —種LED,包括量子阱區(qū)域，用于產(chǎn)生光；成形的基板，與量子阱區(qū)域具有界面，該成形的基板包括與界面相對并且距離該界面一距離的出射面，其中基板被成形為使得通過界面進入成形的基板的光中的一部分通過出射面從成形的基板射出，并且其中出射面具有使對于從成形的基板投射的光的所需立體角的輻射度守恒所必需的最小面積的至少70%;一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少一部分被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角；其中出射面的面積、距離和側壁形狀被選擇為以10到60 度之間的半角投射光。
11. 如權利要求10所述的LED，其中界面具有矩形形狀，并且其中確定光離開出射面的有效立體角，以得到界面的形狀的面積。
12. 如權利要求10所述的LED，其中所述距離在使得具有從界面到出射面的直的傳輸路徑的所有光線具有小于或等于出射面處的臨界角的入射角的最小距離的50%之內(nèi)。
13. 如權利要求10所述的LED，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少80 % 被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
14. 如權利要求10所述的LED，其中出射面具有與界面的形狀相同的形狀和縱橫比，并且其中出射面平行于界面并與界面旋轉對準。
15. 如權利要求10所述的LED,還包括能夠發(fā)射所需波長以產(chǎn)生白光的光致發(fā)光材料層。
16. 如權利要求10所述的LED,其中量子阱區(qū)域與基板一致地成形。
17. 如權利要求10所述的LED,其中側壁的形狀被選擇為產(chǎn)生所需的光輸出分布。
18. 如權利要求10所述的LED,其中出射面至少具有使輻射度守恒所必需的最小的面積。
19. 一種LED,包括量子阱區(qū)域，用于產(chǎn)生光；成形的基板，與量子阱區(qū)域具有界面，成形的基板包括與界面相對并且距離該界面一距離的出射面，其中基板被成形為使得通過界面進入成形的基板的光中的一部分通過出射面從成形的基板射出；出射面具有在由^^定義的最小面積的30%之內(nèi)的面積，其中4^是穿過界面的光通量；4)2是從出射面射出的光通量，并且等于4)1; Qi是光穿過界面的有效立體角，而02是光離開出射面的有效立體角；Ai是界面的面積；ni是成形的基板的折射率，而 n2是成形的基板外部的介質(zhì)的折射率；所述距離至少為使得具有從界面到出射面的直的傳輸路徑的所有光線具有小于或等于出射面處的臨界角的入射角的最小距離；以及一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少一部分被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
20. 如權利要求19所述的LED，其中出射面的面積、距離和側壁形狀被選擇為以10到60度之間的半角、以至少70%的效率和所需光的輸出分布投射光。
21. 如權利要求19所述的LED,其中量子阱區(qū)域與基板一致地成形。
22. 如權利要求19所述的LED,其中界面具有矩形形狀，并且確定光離開出射表面的有效立體角，以得到界面的正方形形狀。
23. 如權利要求19所述的LED,還包括能夠發(fā)射所需波長以產(chǎn) 生白光的光致發(fā)光材料層。
24. 如權利要求19所述的LED,其中側壁的形狀被選擇為產(chǎn)生所需的光輸出分布。
25. —種LED,包括量子阱區(qū)域，用于產(chǎn)生光；以及成形的基板，與量子阱區(qū)域具有界面，其中由量子阱區(qū)域產(chǎn)生的光穿過界面，成形的基板包括至少兩個出射面，其中基板被成形為使得通過界面進入成形的基板的光中的一部分通過該至少兩個出射面從成形的基板射出，并且其中該至少兩個出射面具有使輻射度守恒所必需的最小面積的至少70%的組合面積；以及一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少大多數(shù)被反射到兩個或更多出射面中的一個出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
26. —種制造LED的方法，包括確定LED的成形的基板部分的出射面的大小，該出射面具有使對于從LED投射的光的所需半角的輻射度守恒所必需的最小面積的至少70%;確定出射面和界面之間的距離，該界面在LED的成形的基板部分和量子阱區(qū)域之間；確定LED的成形的基板部分的一組側壁的形狀和位置，使得每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少大多數(shù)被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角；以及根據(jù)確定的出射面的大小、該組側壁的形狀和位置、以及出射面和界面之間的距離，形成LED的基板部分。
27. 如權利要求26所述的方法，在成形的基板部分上沉積一個或多個層，以在已形成成形的基板部分之后形成LED的量子阱區(qū) 域。
28. 如4又利要求26所述的方法，還包括設置基板和LED的量子阱區(qū)域的一個或多個層；從基板去除材料，以形成LED的成形的基板部分。
29. 如權利要求28所述的方法，其中從基板去除材料還包括使用超聲波去除處理、激光燒蝕或噴水切割中的一種去除材料。
30. 如權利要求28所述的方法，其中從基板去除材料還包括用具有相反形狀的刀片將基板切割或磨削成所需形狀的LED的成形的基板部分。
31. 如權利要求28所述的方法，其中從基板去除材料還包括蝕刻基板。
32. 如權利要求28所述的方法，還包括在從基板去除材料之前，用光致發(fā)光層涂敷基板。
33. 如權利要求26所述的方法，還包括與成形基板一起成形 LED的量子阱區(qū)域。
34. 如權利要求26所述的方法，其中LED被成形為達到所需的光輸出分布。
35. 如權利要求26所述的方法，其中出射面的大小被選擇為至少具有使輻射度守恒所必需的最小面積。
36. —種成形LED的方法，包括設置包括LED的基板和量子阱區(qū)域的一個或更多層的晶片；磨削基板，以形成LED的成形的基板部分；其中成形的基板部分被成形為包括與和LED的量子阱區(qū)域的界面相對并距離該界面一距離的出射面，該出射面具有使對于從成形的基板投射的光的所需半角的輻射度守恒所必需的最小面積的至少70%;以及一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少大多數(shù)被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
37. 如權利要求36所述的方法，其中磨削基板包括用成形的金剛石砂輪磨削基板。
38. 如權利要求36所述的方法，其中磨削基板包括在經(jīng)過基板的至少部分途中，沿第一軸在基板中作出多個切口；以及在經(jīng)過基板的至少部分途中，沿與第一軸成一角度的第二軸在基板中作出多個切口，以產(chǎn)生多個LED的成形的基板部分。
39. 如權利要求36所述的方法，還包括與成形基板一起成形 LED的量子阱區(qū)域。
40. 如權利要求36所述的方法，其中LED被成形為達到所需的光輸出分布。
41. 如權利要求36所述的方法，其中出射面具有使輻射度守恒所必需的最小面積。
42. —種成形LED的方法，包括設置包括LED的基板和量子阱區(qū)域的一個或更多層的晶片；蝕刻基板，以形成LED的成形的基板部分；其中成形的基板部分被成形為包括與和LED的量子阱區(qū)域的界面相對并距離該界面一距離的出射面，該出射面具有使對于從成形的基板投射的光的所需半角的輻射度守恒所必需的最小面積的至少70%;以及一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少大多數(shù)被反射到出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
43. 如權利要求42所述的方法，其中蝕刻基板還包括干蝕刻基板。
44. 如權利要求42所述的方法，其中蝕刻基板還包括濕蝕刻基板。
45. 如權利要求42所述的方法，其中蝕刻基板還包括使用多種蝕刻抗蝕劑蝕刻處理來蝕刻基板。
46. 如權利要求42所述的方法，還包括與成形基板一起成形 LED的量子阱區(qū)域。
47. 如權利要求42所述的方法，其中LED被成形為達到所需的光輸出分布。
48. 如權利要求42所述的方法，其中出射面被成形為至少具有使輻射度守恒所必需的最小面積。
49. 一種制造LED的方法，包括設置LED的基板和量子阱區(qū)域的一個或更多層；從基板去除材料，以形成LED的成形的基板部分，成形的基板部分包括兩個或更多出射面，具有使對于從LED投射的光的所需半角的輻射度守恒所必需的最小面積的至少70%;以及一組側壁，其中每一個側壁都被設置并成形為使得具有從界面到該側壁的直的傳輸路徑的光線中的至少大多數(shù)被反射到兩個或更多出射面中的一個出射面上，且在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
50. 如權利要求49所述的方法，其中該兩個或更多出射面的面積至少為使輻射度守恒所必需的至少最小面積。
全文摘要
實施例提供了一種LED，該LED包括量子阱區(qū)域，用于產(chǎn)生光；以及基板，與量子阱區(qū)域具有界面，其中由量子阱區(qū)域產(chǎn)生的光穿過該界面進入基板，并通過基板的出射面從LED射出。出射面可與界面相對并且距離該界面一距離，其中該LED的某一部分或所有被成形為最優(yōu)化該裝置的光提取效率。出射面可具有使對于光的所需半角的亮度守恒所必需的最小面積的至少70％。LED的側壁可以被設置并成形為使得入射在側壁上的光線被反射至出射面上，在出射面處的入射角小于或等于出射面處的臨界角。
文檔編號H01L33/10GK101553928SQ200780042888
公開日2009年10月7日申請日期2007年10月1日優(yōu)先權日2006年10月2日
發(fā)明者D·T·杜翁, E·M·皮克爾英格, M·R·托馬斯, P·N·溫博格申請人:伊魯米特克有限公司

完整全部詳細技術資料下載