JP2002176200A - 改良された光抽出効率を有する発光ダイオード - Google Patents
改良された光抽出効率を有する発光ダイオードInfo
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 改善された光抽出効率を有する発光デバイス
を提供する。 【解決手段】 発光デバイス４は、活性領域１２を有す
る半導体層の積層体８，１０，１６を備える。積層体
は、活性領域により射出された光に対して好ましくは約
1.5倍、より好ましくは約1.8倍より大きい屈折率を有す
る透明レンズに接着される。活性領域を有する半導体層
の積層体を備える発光デバイスに透明レンズを接着する
ための方法は、レンズと積層体の温度を上げ、圧力を加
えてレンズと積層体を一緒に押しつけることからなる。
発光デバイスに高屈折率のレンズを接着することによ
り、全内部反射による損失が減少して、発光デバイスの
光抽出効率が改善される。この改善は、不乳剤を使用せ
ずに達成できるという利点がある。
を提供する。 【解決手段】 発光デバイス４は、活性領域１２を有す
る半導体層の積層体８，１０，１６を備える。積層体
は、活性領域により射出された光に対して好ましくは約
1.5倍、より好ましくは約1.8倍より大きい屈折率を有す
る透明レンズに接着される。活性領域を有する半導体層
の積層体を備える発光デバイスに透明レンズを接着する
ための方法は、レンズと積層体の温度を上げ、圧力を加
えてレンズと積層体を一緒に押しつけることからなる。
発光デバイスに高屈折率のレンズを接着することによ
り、全内部反射による損失が減少して、発光デバイスの
光抽出効率が改善される。この改善は、不乳剤を使用せ
ずに達成できるという利点がある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に発光ダイ
オードに関し、より詳細には高められた光抽出効率を有
する発光ダイオードに関する。
オードに関し、より詳細には高められた光抽出効率を有
する発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】発光ダイオード（ＬＥＤ）の光抽出効率
は、ＬＥＤの内部量子効率に対するＬＥＤの外部量子効
率の比率として定義される。典型的には、実装されたＬ
ＥＤの光抽出効率は大幅に１より小さく、即ちＬＥＤの
活性領域で発生された光の多くは外部環境に到達しな
い。
は、ＬＥＤの内部量子効率に対するＬＥＤの外部量子効
率の比率として定義される。典型的には、実装されたＬ
ＥＤの光抽出効率は大幅に１より小さく、即ちＬＥＤの
活性領域で発生された光の多くは外部環境に到達しな
い。
【０００３】光抽出効率は、ＬＥＤと周囲の材料との間
の界面における全内部反射とこれに引続くその全内部反
射した光のＬＥＤでの再吸収により低下する。例えば、
エポキシ中に包み込まれた透明基層上の立方体の幾何形
態であるＬＥＤについては、放射波長での屈折率（ｎ）
は、例えば、ＬＥＤの半導体におけるnsemiの〜３．５
から、エポキシにおけるnepoxyの〜１．５まで変化す
る。この例における、ＬＥＤ半導体からエポキシ封入材
に入射する光の全内部反射についての対応する臨界角θ
ｃは、θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（nepoxy／nsemi）〜２５゜
である。散乱及び多重反射を無視すれば、立方体のＬＥ
Ｄの活性領域中の一点から４πステラジアンで放射され
た光は、半導体／エポキシ封入材の界面を、この光が、
各界面に１つあり各光円錐の有する角度の半分が臨界角
に等しい、６つの狭い光円錐の１つに放射されたときの
み通過する。全内部反射に基づく付加的な損失は、エポ
キシ／空気の界面でも起こり得る。従って、エポキシに
包み込まれた、有効通常幾何形態（例えば、直方体）の
透明基板のＡｌＩｎＧａＰのＬＥＤは、１００％近い内
部量子効率を有するにも拘らず、例えば、〜４０％の外
部量子効率を有し得るのみである。
の界面における全内部反射とこれに引続くその全内部反
射した光のＬＥＤでの再吸収により低下する。例えば、
エポキシ中に包み込まれた透明基層上の立方体の幾何形
態であるＬＥＤについては、放射波長での屈折率（ｎ）
は、例えば、ＬＥＤの半導体におけるnsemiの〜３．５
から、エポキシにおけるnepoxyの〜１．５まで変化す
る。この例における、ＬＥＤ半導体からエポキシ封入材
に入射する光の全内部反射についての対応する臨界角θ
ｃは、θｃ＝ａｒｃｓｉｎ（nepoxy／nsemi）〜２５゜
である。散乱及び多重反射を無視すれば、立方体のＬＥ
Ｄの活性領域中の一点から４πステラジアンで放射され
た光は、半導体／エポキシ封入材の界面を、この光が、
各界面に１つあり各光円錐の有する角度の半分が臨界角
に等しい、６つの狭い光円錐の１つに放射されたときの
み通過する。全内部反射に基づく付加的な損失は、エポ
キシ／空気の界面でも起こり得る。従って、エポキシに
包み込まれた、有効通常幾何形態（例えば、直方体）の
透明基板のＡｌＩｎＧａＰのＬＥＤは、１００％近い内
部量子効率を有するにも拘らず、例えば、〜４０％の外
部量子効率を有し得るのみである。
【０００４】ＬＥＤの光抽出効率への全内部反射の影響
は、本明細書に引用により組み込まれた米国特許第５，
７７９，９２４号、第５，７９３，０６２号、及び、第
６，０１５，７１９号中で更に論じられている。光抽出
効率を改良するための１つの手法においては、ＬＥＤは
半球の形状に削り落とされる。半球形状とされたＬＥＤ
の活性領域中の点から放射された光は、ほぼ垂直入射で
半球表面を横断する。従って、全内部反射が低減され
る。しかし、この技術は面倒であり、材料を無駄にす
る。加えて、この削り落としの間に発生する欠陥が、Ｌ
ＥＤの信頼性や性能を劣化させる可能性がある。
は、本明細書に引用により組み込まれた米国特許第５，
７７９，９２４号、第５，７９３，０６２号、及び、第
６，０１５，７１９号中で更に論じられている。光抽出
効率を改良するための１つの手法においては、ＬＥＤは
半球の形状に削り落とされる。半球形状とされたＬＥＤ
の活性領域中の点から放射された光は、ほぼ垂直入射で
半球表面を横断する。従って、全内部反射が低減され
る。しかし、この技術は面倒であり、材料を無駄にす
る。加えて、この削り落としの間に発生する欠陥が、Ｌ
ＥＤの信頼性や性能を劣化させる可能性がある。
【０００５】他の手法においては、ＬＥＤはドーム又は
半球形状の表面を有する材料で包み込まれる（収納され
る）。例えば、上述の例のエポキシ封入材をドームに形
作ることができ、エポキシ封入材／空気の界面の全内部
反射に基づく損失が低減される。しかし、エポキシのよ
うな低い屈折率の封入材の表面を形作ることは、半導体
／低屈折率封入材の界面の全内部反射に基づく損失を低
減しない。さらに、エポキシ封入材は、ＬＥＤ中の半導
体の熱膨張係数との整合性に乏しい熱膨張係数を有す
る。従って、エポキシ封入材は加熱或いは冷却でＬＥＤ
に機械的応力を加え、ＬＥＤを損傷することがある。Ｌ
ＥＤはまた、ドームに形作られた高屈折率のガラスに封
入され、半導体／封入材の界面の臨界角が増大される。
不運にも、高屈折率ガラス中での光の吸収と、機械的応
力とは、そのようなガラス中へ封入されたＬＥＤの性能
を典型的に低下させる。
半球形状の表面を有する材料で包み込まれる（収納され
る）。例えば、上述の例のエポキシ封入材をドームに形
作ることができ、エポキシ封入材／空気の界面の全内部
反射に基づく損失が低減される。しかし、エポキシのよ
うな低い屈折率の封入材の表面を形作ることは、半導体
／低屈折率封入材の界面の全内部反射に基づく損失を低
減しない。さらに、エポキシ封入材は、ＬＥＤ中の半導
体の熱膨張係数との整合性に乏しい熱膨張係数を有す
る。従って、エポキシ封入材は加熱或いは冷却でＬＥＤ
に機械的応力を加え、ＬＥＤを損傷することがある。Ｌ
ＥＤはまた、ドームに形作られた高屈折率のガラスに封
入され、半導体／封入材の界面の臨界角が増大される。
不運にも、高屈折率ガラス中での光の吸収と、機械的応
力とは、そのようなガラス中へ封入されたＬＥＤの性能
を典型的に低下させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】要求されていること
は、先行方法の短所をもたない、発光ダイオードの光抽
出率を高めるための方法である。
は、先行方法の短所をもたない、発光ダイオードの光抽
出率を高めるための方法である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】改良された光抽出効率を
有する発光デバイスが提供される。発光デバイスは、活
性領域を備える半導体層を含む積層体を有する。積層体
は透明なレンズに結合される。レンズの形状は、例え
ば、ワイエルストラス球面、半球面、半球面より小さい
球面の一部、楕円面、或いは楕円面の一部である。１つ
の実行の形態においては、レンズはフレネルレンズであ
る。レンズは、例えば、光学ガラス、III−Ｖ族半導
体、II−VI族半導体、IV族半導体及び化合物、金属酸化
物、金属フッ化物、ダイアモンド、サファイア、酸化ジ
ルコニウム、イットリウムアルミニウムガーネット、或
いはそれらの組合せから形成される。活性領域から放射
された光についてのレンズの屈折率は、好ましくは約
１．５より大きく、より好ましくは約１．８より大き
い。
有する発光デバイスが提供される。発光デバイスは、活
性領域を備える半導体層を含む積層体を有する。積層体
は透明なレンズに結合される。レンズの形状は、例え
ば、ワイエルストラス球面、半球面、半球面より小さい
球面の一部、楕円面、或いは楕円面の一部である。１つ
の実行の形態においては、レンズはフレネルレンズであ
る。レンズは、例えば、光学ガラス、III−Ｖ族半導
体、II−VI族半導体、IV族半導体及び化合物、金属酸化
物、金属フッ化物、ダイアモンド、サファイア、酸化ジ
ルコニウム、イットリウムアルミニウムガーネット、或
いはそれらの組合せから形成される。活性領域から放射
された光についてのレンズの屈折率は、好ましくは約
１．５より大きく、より好ましくは約１．８より大き
い。
【０００８】１つの実施形態においては、透明レンズ
は、積層体の半導体層の少なくとも１つに直接結合され
る。他の実施形態においては、透明レンズは、半導体層
の上に配置された透明上層に直接結合される。透明上層
は、活性領域から放射された光について、好ましくは約
１．８より大きい屈折率を有する。
は、積層体の半導体層の少なくとも１つに直接結合され
る。他の実施形態においては、透明レンズは、半導体層
の上に配置された透明上層に直接結合される。透明上層
は、活性領域から放射された光について、好ましくは約
１．８より大きい屈折率を有する。
【０００９】他の実施形態においては、発光デバイス
は、レンズと積層体の表面との間に配置された透明結合
層を含む。この透明結合層は、積層体の表面にレンズを
結合させる。１つの実施形態においては、その表面は半
導体層の１つの表面を含む。他の実施形態においては、
その表面は半導体層の上に配置された透明上層の表面を
含む。この透明結合層は、例えば、金属、リン化物系化
合物、ヒ化物系化合物、アンチモン化物系化合物、窒化
物系化合物、或いは透明レンズについて上記で列挙した
材料のいずれかから形成される。１つの実施形態におい
ては、透明結合層は、活性領域から放射された光につい
て約１．５より大きい屈折率を有し、好ましくは約１．
８より大きい屈折率を有する。
は、レンズと積層体の表面との間に配置された透明結合
層を含む。この透明結合層は、積層体の表面にレンズを
結合させる。１つの実施形態においては、その表面は半
導体層の１つの表面を含む。他の実施形態においては、
その表面は半導体層の上に配置された透明上層の表面を
含む。この透明結合層は、例えば、金属、リン化物系化
合物、ヒ化物系化合物、アンチモン化物系化合物、窒化
物系化合物、或いは透明レンズについて上記で列挙した
材料のいずれかから形成される。１つの実施形態におい
ては、透明結合層は、活性領域から放射された光につい
て約１．５より大きい屈折率を有し、好ましくは約１．
８より大きい屈折率を有する。
【００１０】活性領域を備える半導体層を含む積層体を
有する発光デバイスへ透明レンズを結合させる方法が提
供される。この方法は、レンズ及び積層体の温度を上昇
させ、レンズと積層体を一緒に押付けるため圧力を加え
ることを含む。１つの実施形態においては、この方法
は、積層体とレンズとの間に透明結合材料の層を配置す
る段階もまた含む。発光デバイスへの高屈折率のレンズ
の結合は、全内部反射に基づく損失を低減させることに
より、発光デバイスの光抽出効率を改良する。この改良
は、封入材を使用せずに達成できるという利点がある。
有する発光デバイスへ透明レンズを結合させる方法が提
供される。この方法は、レンズ及び積層体の温度を上昇
させ、レンズと積層体を一緒に押付けるため圧力を加え
ることを含む。１つの実施形態においては、この方法
は、積層体とレンズとの間に透明結合材料の層を配置す
る段階もまた含む。発光デバイスへの高屈折率のレンズ
の結合は、全内部反射に基づく損失を低減させることに
より、発光デバイスの光抽出効率を改良する。この改良
は、封入材を使用せずに達成できるという利点がある。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１Ａには、本発明の実施形態に
従った、互いに結合される、透明レンズ２及び発光ダイ
オード（ＬＥＤ）ダイ４が示される。図１Ｂでは、本発
明の１つの実施形態に従って、透明レンズ２が、透明結
合層６を用いてＬＥＤダイ４に結合される。本明細書に
おいては、「透明」の用語は、「透明レンズ」、「透明
結合層」、「透明基層」、或いは「透明上層」のように
記述される光学素子が、ＬＥＤの放射波長で、吸収や散
乱に基づく単一経路損失が約５０％未満、好ましくは１
０％未満で、光を透過させることを示すために用いられ
る。ＬＥＤの放射波長は、電磁スペクトルの、赤外、可
視、或いは紫外領域にあってよい。伝達経路長や吸収定
数の種々の組合せによって、「５０％未満の単一経路損
失」及び「１０％未満の単一経路損失」である条件が適
合できることは、当業者は理解するであろう
従った、互いに結合される、透明レンズ２及び発光ダイ
オード（ＬＥＤ）ダイ４が示される。図１Ｂでは、本発
明の１つの実施形態に従って、透明レンズ２が、透明結
合層６を用いてＬＥＤダイ４に結合される。本明細書に
おいては、「透明」の用語は、「透明レンズ」、「透明
結合層」、「透明基層」、或いは「透明上層」のように
記述される光学素子が、ＬＥＤの放射波長で、吸収や散
乱に基づく単一経路損失が約５０％未満、好ましくは１
０％未満で、光を透過させることを示すために用いられ
る。ＬＥＤの放射波長は、電磁スペクトルの、赤外、可
視、或いは紫外領域にあってよい。伝達経路長や吸収定
数の種々の組合せによって、「５０％未満の単一経路損
失」及び「１０％未満の単一経路損失」である条件が適
合できることは、当業者は理解するであろう
【００１２】図１Ａ及び図１Ｂに示されるＬＥＤダイ４
は、ｎ−型伝導性（ｎ−層）の第１の半導体層８及びｐ
−型伝導性（ｐ-層）の第２の半導体層１０を含む。半
導体層８及び１０は、活性領域１２に電気的に連結され
る。活性領域１２は、例えば、層８と層１０との界面に
おけるｐ−ｎダイオード接合である。或いはまた、活性
領域１２は、ドーピングされたｎ−型又はｐ−型の、或
いはドーピングされない、１つ或いはそれ以上の半導体
層を含む。ｎ−接点１４及びｐ−接点１６は、それぞれ
半導体層８及び１０に電気的に連結される。接点１４及
び１６にわたって、適切な電圧を印加することにより活
性領域１２は光を放射する。別の実行の形態において
は、層８、１０及び接点１４及び１６の導電性の型が逆
になる。即ち、層８はｐ−型層であり、接点１４はｐ−
接点であり、層１０はｎ−型層であり、そして接点１６
はｎ−接点である。
は、ｎ−型伝導性（ｎ−層）の第１の半導体層８及びｐ
−型伝導性（ｐ-層）の第２の半導体層１０を含む。半
導体層８及び１０は、活性領域１２に電気的に連結され
る。活性領域１２は、例えば、層８と層１０との界面に
おけるｐ−ｎダイオード接合である。或いはまた、活性
領域１２は、ドーピングされたｎ−型又はｐ−型の、或
いはドーピングされない、１つ或いはそれ以上の半導体
層を含む。ｎ−接点１４及びｐ−接点１６は、それぞれ
半導体層８及び１０に電気的に連結される。接点１４及
び１６にわたって、適切な電圧を印加することにより活
性領域１２は光を放射する。別の実行の形態において
は、層８、１０及び接点１４及び１６の導電性の型が逆
になる。即ち、層８はｐ−型層であり、接点１４はｐ−
接点であり、層１０はｎ−型層であり、そして接点１６
はｎ−接点である。
【００１３】半導体層８と１０、及び活性領域１２は、
ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、
ＩｎＳｂをこれらに限定されずに含むIII−Ｖ族半導
体、ＺｕＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅをこれらに
限定されずに含むII−VI族半導体、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣ
をこれらに限定されずに含むIV族半導体、及びこれらの
混合物又はアロイから形成される。これらの半導体は、
それら半導体が提供するＬＥＤの典型的な放射波長にお
いて、約２．４ないし約４．１の範囲の屈折率を有す
る。例えば、ＧａＮのようなIII族窒化物半導体は、５
００ｎｍで約２．４の屈折率を有し、そして、ＩｎＧａ
ＰのようなIII族リン化物は、６００ｎｍで約３．７の
屈折率を有している。
ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、Ｇａ
Ｐ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、
ＩｎＳｂをこれらに限定されずに含むIII−Ｖ族半導
体、ＺｕＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅをこれらに
限定されずに含むII−VI族半導体、Ｇｅ、Ｓｉ、ＳｉＣ
をこれらに限定されずに含むIV族半導体、及びこれらの
混合物又はアロイから形成される。これらの半導体は、
それら半導体が提供するＬＥＤの典型的な放射波長にお
いて、約２．４ないし約４．１の範囲の屈折率を有す
る。例えば、ＧａＮのようなIII族窒化物半導体は、５
００ｎｍで約２．４の屈折率を有し、そして、ＩｎＧａ
ＰのようなIII族リン化物は、６００ｎｍで約３．７の
屈折率を有している。
【００１４】接点１４及び１６は、１つの実行の形態に
おいては、金、銀、ニッケル、アルミニウム、チタン、
クロム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、ルテ
ニウム、タングステン、及びこれらの混合物又は合金
を、これらに限定されずに含む金属から形成される。他
の実行の形態においては、接点１４及び１６の１つ或い
は両方が、インジウム錫酸化物のような透明な導電体か
ら形成される。
おいては、金、銀、ニッケル、アルミニウム、チタン、
クロム、白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、ルテ
ニウム、タングステン、及びこれらの混合物又は合金
を、これらに限定されずに含む金属から形成される。他
の実行の形態においては、接点１４及び１６の１つ或い
は両方が、インジウム錫酸化物のような透明な導電体か
ら形成される。
【００１５】図１Ａ及び図１Ｂは個別のＬＥＤ構造を示
しているが、本発明はＬＥＤダイ４中の半導体層の数と
は無関係であり、そして活性領域１２の細部の構造と無
関係である。また、ＬＥＤダイ４は、例えば、図１Ａ及
び図１Ｂで示されない透明基層及び透明上層を含むこと
ができる。種々の数字で示された、ＬＥＤダイ４の種々
の構成要素の大きさが一定の縮尺ではないことは、留意
されるべきである。
しているが、本発明はＬＥＤダイ４中の半導体層の数と
は無関係であり、そして活性領域１２の細部の構造と無
関係である。また、ＬＥＤダイ４は、例えば、図１Ａ及
び図１Ｂで示されない透明基層及び透明上層を含むこと
ができる。種々の数字で示された、ＬＥＤダイ４の種々
の構成要素の大きさが一定の縮尺ではないことは、留意
されるべきである。
【００１６】１つの実施形態においては、結合材料の層
が、ＬＥＤダイ４の上の表面１８に付加されて透明結合
層６（図１Ｂ）が形成され、この結合層でレンズ２とＬ
ＥＤダイ４が結合される。透明結合層６は、例えば、約
１０オングストローム（Å）ないし約１００ミクロン
（μｍ）の厚みである。結合層は、従来の堆積技術、例
えば、これらに限定するものではないが、スピニング、
スパッタリング、蒸発法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、
或いは、材料成長法の一部として、例えば、有機金属気
相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、気相エピタキシー（ＶＰ
Ｅ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）又は分子線エピタキ
シー（ＭＢＥ）による方法などを含む技術により付着さ
れる。透明結合層６は、例えば、従来のホトリソグラフ
ィー及びエッチング技術により随意選択的にパターン付
けられ、接点１４を結合材で覆われないようにして、接
点１４が、レンズ上の随意選択的な金属化層２０に電気
的に接触できるようにする。金属化層２０は、１つの実
施形態においては網状であり、他の実施形態においては
連続又はパターン付けされた層であって、例えば、約２
Åないし約５０００Åの厚みであり、入射光を約１０％
より多く、好ましくは約５０％より多く透過させ、接点
１４と連結する、物理的に到達できる電気的接触を提供
する。金属化層２０は、例えば、金属或いはインジウム
錫酸化物のような透明な伝導体から形成される。
が、ＬＥＤダイ４の上の表面１８に付加されて透明結合
層６（図１Ｂ）が形成され、この結合層でレンズ２とＬ
ＥＤダイ４が結合される。透明結合層６は、例えば、約
１０オングストローム（Å）ないし約１００ミクロン
（μｍ）の厚みである。結合層は、従来の堆積技術、例
えば、これらに限定するものではないが、スピニング、
スパッタリング、蒸発法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、
或いは、材料成長法の一部として、例えば、有機金属気
相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）、気相エピタキシー（ＶＰ
Ｅ）、液相エピタキシー（ＬＰＥ）又は分子線エピタキ
シー（ＭＢＥ）による方法などを含む技術により付着さ
れる。透明結合層６は、例えば、従来のホトリソグラフ
ィー及びエッチング技術により随意選択的にパターン付
けられ、接点１４を結合材で覆われないようにして、接
点１４が、レンズ上の随意選択的な金属化層２０に電気
的に接触できるようにする。金属化層２０は、１つの実
施形態においては網状であり、他の実施形態においては
連続又はパターン付けされた層であって、例えば、約２
Åないし約５０００Åの厚みであり、入射光を約１０％
より多く、好ましくは約５０％より多く透過させ、接点
１４と連結する、物理的に到達できる電気的接触を提供
する。金属化層２０は、例えば、金属或いはインジウム
錫酸化物のような透明な伝導体から形成される。
【００１７】別の実施形態においては、透明結合層６
は、レンズ２の実質的に平坦な表面２２上或いは金属化
層２０上に形成され、そして、例えば、従来のホトリソ
グラフィー及びエッチング技術を用いて随意選択的にパ
ターン付けされ、接点１４と金属化層２０との電気的接
触が可能とされる。他の実施形態においては、結合層６
のような透明結合層は、ＬＥＤダイ４の表面１８とレン
ズ２の表面２２の両方の上に形成される。他の実施形態
においては、接点１４は分離して提供されず、そして結
合層６がパターン付けされて、金属化層２０及びｎ−層
８との間の電気的接触が可能とされる。図１Ｃに示され
る実施形態においては、接点１４も結合層１２も、分離
して提供されず、そして、金属化層２０が付加的に結合
層として機能する。他の実施形態においては、接点１４
が表面１８上に設けられず、そして金属化層２０が使用
されない。
は、レンズ２の実質的に平坦な表面２２上或いは金属化
層２０上に形成され、そして、例えば、従来のホトリソ
グラフィー及びエッチング技術を用いて随意選択的にパ
ターン付けされ、接点１４と金属化層２０との電気的接
触が可能とされる。他の実施形態においては、結合層６
のような透明結合層は、ＬＥＤダイ４の表面１８とレン
ズ２の表面２２の両方の上に形成される。他の実施形態
においては、接点１４は分離して提供されず、そして結
合層６がパターン付けされて、金属化層２０及びｎ−層
８との間の電気的接触が可能とされる。図１Ｃに示され
る実施形態においては、接点１４も結合層１２も、分離
して提供されず、そして、金属化層２０が付加的に結合
層として機能する。他の実施形態においては、接点１４
が表面１８上に設けられず、そして金属化層２０が使用
されない。
【００１８】以下の説明では、結合層６が、ＬＥＤダイ
４上に形成されていて、レンズ２の表面２２上或いはＬ
ＥＤダイ４と表面２２の両方の上に形成されている形態
ではないとみなすが、以下に記載される工程は、後者の
実施形態を実現するために簡単に修正することができ
る。
４上に形成されていて、レンズ２の表面２２上或いはＬ
ＥＤダイ４と表面２２の両方の上に形成されている形態
ではないとみなすが、以下に記載される工程は、後者の
実施形態を実現するために簡単に修正することができ
る。
【００１９】１つの実行の形態においては、透明結合層
６がそれから形成されている結合材料は、高屈折率の光
学ガラス、即ち活性領域１２により放射された波長範囲
において、約１．５より大きい屈折率を有する光学ガラ
スである。好ましくは、その屈折率は約１．８より大き
い。透明結合層６は、例えば、ショットガラスＳＦ５９
から形成され、これは波長〜６００ナノメートル（ｎ
ｍ）で〜１．９５の屈折率（ｎ）を有し、そしてガラス
転移温度（ＴＧ）は〜３６２℃である。或いはまた、透
明結合層６は、〜６００ｎｍでのｎが〜１．８１でＴＧ
が６３０℃であるショットガラスＬａＳＦ３；〜６００
ｎｍでのｎが〜１．９１でＴＧが６６０℃であるショッ
トガラスＬａＳＦ Ｎ１８；及びこれらの混合物を、こ
れらに限定されずに含む、高屈折率光学ガラスで形成さ
れる。これらのガラスは、ペンシルバニア州・ジュリア
のショット・グラス・テクノロジーズ・インコーポレー
テッドから入手できる。結合層６は、例えば、（Ｇｅ，
Ｓｂ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）カルゴゲナイドガラスのよう
な高屈折率カルゴゲナイドガラスからも形成できる。
６がそれから形成されている結合材料は、高屈折率の光
学ガラス、即ち活性領域１２により放射された波長範囲
において、約１．５より大きい屈折率を有する光学ガラ
スである。好ましくは、その屈折率は約１．８より大き
い。透明結合層６は、例えば、ショットガラスＳＦ５９
から形成され、これは波長〜６００ナノメートル（ｎ
ｍ）で〜１．９５の屈折率（ｎ）を有し、そしてガラス
転移温度（ＴＧ）は〜３６２℃である。或いはまた、透
明結合層６は、〜６００ｎｍでのｎが〜１．８１でＴＧ
が６３０℃であるショットガラスＬａＳＦ３；〜６００
ｎｍでのｎが〜１．９１でＴＧが６６０℃であるショッ
トガラスＬａＳＦ Ｎ１８；及びこれらの混合物を、こ
れらに限定されずに含む、高屈折率光学ガラスで形成さ
れる。これらのガラスは、ペンシルバニア州・ジュリア
のショット・グラス・テクノロジーズ・インコーポレー
テッドから入手できる。結合層６は、例えば、（Ｇｅ，
Ｓｂ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）カルゴゲナイドガラスのよう
な高屈折率カルゴゲナイドガラスからも形成できる。
【００２０】さらに他の実行の形態においては、結合層
６は、ＧａＰ（５００ｎｍでのｎ〜３．３）、ＩｎＧａ
Ｐ（６００ｎｍでのｎ〜３．７）、ＧａＡｓ（５００ｎ
ｍでのｎ〜３．４）、及びＧａＮ（５００ｎｍでのｎ〜
２．４）を、これらに限定されずに含むIII−Ｖ族半導
体；ＺｎＳ（５００ｎｍでのｎ〜２．４）、ＺｎＳｅ
（５００ｎｍでのｎ〜２．６）、ＺｎＴｅ（５００ｎｍ
でのｎ〜３．１）、ＣｄＳ（５００ｎｍでのｎ〜２．
６）、ＣｄＳｅ（５００ｎｍでのｎ〜２．６）、及びＣ
ｄＴｅ（５００ｎｍでのｎ〜２．７）をこれらに限定さ
れずに含むII−VI族半導体；Ｓｉ（５００ｎｍでのｎ〜
３．５）、及びＧｅ（５００ｎｍでのｎ〜４．１）をこ
れらに限定されずに含むIV族半導体及び化合物；有機半
導体、酸化タングステン、酸化チタン（５００ｎｍでの
ｎ〜２．９）、酸化ニッケル（５００ｎｍでのｎ〜２．
２）、酸化ジルコニウム（５００ｎｍでのｎ〜２．
２）、インジウム錫酸化物、及び酸化クロムを、これら
に限定されずに含む金属酸化物；フッ化マグネシウム
（５００ｎｍでのｎ〜１．４）、及びフッ化カルシウム
（５００ｎｍでのｎ〜１．４）を、これらに限定されず
に含む金属フッ化物；Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇ、及びＳｎを、
これらに限定されずに含む金属；イットリウムアルミニ
ウムガーネット（ＹＡＧ）、リン化物系化合物、ヒ化物
系化合物、アンチモン化物系化合物、窒化物系化合物、
高屈折率有機化合物；及びそれらの混合物及びアロイ、
から形成される。
６は、ＧａＰ（５００ｎｍでのｎ〜３．３）、ＩｎＧａ
Ｐ（６００ｎｍでのｎ〜３．７）、ＧａＡｓ（５００ｎ
ｍでのｎ〜３．４）、及びＧａＮ（５００ｎｍでのｎ〜
２．４）を、これらに限定されずに含むIII−Ｖ族半導
体；ＺｎＳ（５００ｎｍでのｎ〜２．４）、ＺｎＳｅ
（５００ｎｍでのｎ〜２．６）、ＺｎＴｅ（５００ｎｍ
でのｎ〜３．１）、ＣｄＳ（５００ｎｍでのｎ〜２．
６）、ＣｄＳｅ（５００ｎｍでのｎ〜２．６）、及びＣ
ｄＴｅ（５００ｎｍでのｎ〜２．７）をこれらに限定さ
れずに含むII−VI族半導体；Ｓｉ（５００ｎｍでのｎ〜
３．５）、及びＧｅ（５００ｎｍでのｎ〜４．１）をこ
れらに限定されずに含むIV族半導体及び化合物；有機半
導体、酸化タングステン、酸化チタン（５００ｎｍでの
ｎ〜２．９）、酸化ニッケル（５００ｎｍでのｎ〜２．
２）、酸化ジルコニウム（５００ｎｍでのｎ〜２．
２）、インジウム錫酸化物、及び酸化クロムを、これら
に限定されずに含む金属酸化物；フッ化マグネシウム
（５００ｎｍでのｎ〜１．４）、及びフッ化カルシウム
（５００ｎｍでのｎ〜１．４）を、これらに限定されず
に含む金属フッ化物；Ｚｎ、Ｉｎ、Ｍｇ、及びＳｎを、
これらに限定されずに含む金属；イットリウムアルミニ
ウムガーネット（ＹＡＧ）、リン化物系化合物、ヒ化物
系化合物、アンチモン化物系化合物、窒化物系化合物、
高屈折率有機化合物；及びそれらの混合物及びアロイ、
から形成される。
【００２１】１つの実行の形態においては、結合層６
は、活性領域１２から放射された光の波長を他の波長に
変換するルミネセンス材料を含む。ルミネセンス材料
は、例えば、従来の蛍光体粒子、有機半導体、II−VI又
はIII−Ｖ族半導体、II−VI又はIII−Ｖ族半導体量子ド
ット或いはナノクリスタル、染料、ポリマー、及び欠陥
中心からルミネセンスを発するＧａＮのような材料を含
む。もし、結合層６が従来の蛍光体粒子を含むならば、
結合層６は、典型的には約５ミクロンないし約５０ミク
ロンの寸法を有する蛍光体粒子を収容するのに十分な厚
みを有しなければならない。
は、活性領域１２から放射された光の波長を他の波長に
変換するルミネセンス材料を含む。ルミネセンス材料
は、例えば、従来の蛍光体粒子、有機半導体、II−VI又
はIII−Ｖ族半導体、II−VI又はIII−Ｖ族半導体量子ド
ット或いはナノクリスタル、染料、ポリマー、及び欠陥
中心からルミネセンスを発するＧａＮのような材料を含
む。もし、結合層６が従来の蛍光体粒子を含むならば、
結合層６は、典型的には約５ミクロンないし約５０ミク
ロンの寸法を有する蛍光体粒子を収容するのに十分な厚
みを有しなければならない。
【００２２】１つの実行の形態において、結合層６は、
ＬＥＤダイ４の上部層、例えば、半導体層８の屈折率よ
り小さい屈折率を有する、高屈折率材料（ＬＥＤの放射
波長で、約１．５より大きく、好ましくは１．８より大
きい屈折率の）から形成される。従って、ＬＥＤダイ４
内から半導体層８／結合層６の界面への入射光の全内部
反射の臨界角が存在する。しかし、この臨界角は、ＬＥ
Ｄダイ４とエポキシ又は空気との間の界面についての臨
界角に比べれば増大され、エポキシ封入材又は空気中に
抽出されるよりも多くの光が表面１８を通過して結合層
６中に抽出される。他の実行の形態においては、結合層
６（例えば、ＺｎＳ又はＺｎＳｅ）の屈折率は、半導体
層８（例えばＧａＮ）より大きいか或いは等しく、そし
て、ＬＥＤダイ４内側から結合層６への入射光は、全内
部反射されない。フレネル反射損失は、結合層６とＬＥ
Ｄダイ４との屈折率をほぼマッチさせることにより最少
にすることができるものではあるが、フレネル反射損失
を無視すれば、後者の場合にもまた、エポキシ封入材又
は空気中に抽出されるよりも多くの光が表面１８を通過
して結合層６中に抽出される。
ＬＥＤダイ４の上部層、例えば、半導体層８の屈折率よ
り小さい屈折率を有する、高屈折率材料（ＬＥＤの放射
波長で、約１．５より大きく、好ましくは１．８より大
きい屈折率の）から形成される。従って、ＬＥＤダイ４
内から半導体層８／結合層６の界面への入射光の全内部
反射の臨界角が存在する。しかし、この臨界角は、ＬＥ
Ｄダイ４とエポキシ又は空気との間の界面についての臨
界角に比べれば増大され、エポキシ封入材又は空気中に
抽出されるよりも多くの光が表面１８を通過して結合層
６中に抽出される。他の実行の形態においては、結合層
６（例えば、ＺｎＳ又はＺｎＳｅ）の屈折率は、半導体
層８（例えばＧａＮ）より大きいか或いは等しく、そし
て、ＬＥＤダイ４内側から結合層６への入射光は、全内
部反射されない。フレネル反射損失は、結合層６とＬＥ
Ｄダイ４との屈折率をほぼマッチさせることにより最少
にすることができるものではあるが、フレネル反射損失
を無視すれば、後者の場合にもまた、エポキシ封入材又
は空気中に抽出されるよりも多くの光が表面１８を通過
して結合層６中に抽出される。
【００２３】他の実行の形態においては、透明結合層６
は、低屈折率の結合材料、即ち、ＬＥＤダイ４の放射波
長で、約１．５未満の屈折率を有する結合材料から形成
される。例えば、フッ化マグネシウムが、このような結
合材料の１つである。低屈折率光学ガラス、エポキシ、
及びシリコーンも、好適な低屈折率結合材料であること
ができる。当業者は、低屈折率の材料から形成された透
明結合層を渡る、ＬＥＤダイ４からレンズ２への十分な
光の透過が、結合層の厚みが十分薄いときは達成できる
ことを理解するであろう。従って、この実行の形態にお
いては、ＬＥＤダイ４／結合層６の界面での全内部反射
に基づく損失が、結合層６の厚みを約５００Å未満、好
ましくは約１００Å未満とすることにより低減される。
もし表面１８又は表面２２の粗さ、或いは表面１８又は
表面２２上の不規則性の代表的な高さが、結合層６の厚
みを超えるならば、レンズ２はＬＥＤダイ４によく結合
しないであろう。この実施形態においては、表面１８及
び２２は、随意選択的に研磨され、結合層６の厚みより
小さいか、又はこれと等しい程度の表面の粗さが得られ
る。
は、低屈折率の結合材料、即ち、ＬＥＤダイ４の放射波
長で、約１．５未満の屈折率を有する結合材料から形成
される。例えば、フッ化マグネシウムが、このような結
合材料の１つである。低屈折率光学ガラス、エポキシ、
及びシリコーンも、好適な低屈折率結合材料であること
ができる。当業者は、低屈折率の材料から形成された透
明結合層を渡る、ＬＥＤダイ４からレンズ２への十分な
光の透過が、結合層の厚みが十分薄いときは達成できる
ことを理解するであろう。従って、この実行の形態にお
いては、ＬＥＤダイ４／結合層６の界面での全内部反射
に基づく損失が、結合層６の厚みを約５００Å未満、好
ましくは約１００Å未満とすることにより低減される。
もし表面１８又は表面２２の粗さ、或いは表面１８又は
表面２２上の不規則性の代表的な高さが、結合層６の厚
みを超えるならば、レンズ２はＬＥＤダイ４によく結合
しないであろう。この実施形態においては、表面１８及
び２２は、随意選択的に研磨され、結合層６の厚みより
小さいか、又はこれと等しい程度の表面の粗さが得られ
る。
【００２４】もし、ＬＥＤダイ４が、活性領域１２によ
り放射された光を吸収する材料を含み、そしてもし結合
層６が低屈折率の材料から形成され、なお上記のように
薄くされてはいないときは、活性領域から放射された光
の大きな部分がＬＥＤダイ４内に典型的に閉じ込めら
れ、結合層自身に吸収がなくても、その光は吸収されて
失われるであろう。対照的に、高屈折率の材料から形成
された結合層６は、その高屈折率の結合材料が、例え
ば、放射光の一部を吸収するカルコゲナイドガラスのよ
うな材料であっても、典型的には、活性領域１２により
ＬＥＤダイから放射された光のうちの、より大きい部分
をレンズ２に結合することになる。
り放射された光を吸収する材料を含み、そしてもし結合
層６が低屈折率の材料から形成され、なお上記のように
薄くされてはいないときは、活性領域から放射された光
の大きな部分がＬＥＤダイ４内に典型的に閉じ込めら
れ、結合層自身に吸収がなくても、その光は吸収されて
失われるであろう。対照的に、高屈折率の材料から形成
された結合層６は、その高屈折率の結合材料が、例え
ば、放射光の一部を吸収するカルコゲナイドガラスのよ
うな材料であっても、典型的には、活性領域１２により
ＬＥＤダイから放射された光のうちの、より大きい部分
をレンズ２に結合することになる。
【００２５】透明結合層６がＬＥＤダイ４に付着された
後、レンズ２の実質的に平坦な表面２２は結合層６へ向
けて置かれる。次いで、結合層６の温度が、ほぼ室温と
約１０００℃との間の温度に上昇され、そしてレンズ２
とＬＥＤダイ４は、約１秒ないし約６時間の間、約１ポ
ンド／平方インチ（ｐｓｉ）ないし約６０００ｐｓｉの
圧力で、一緒に押付けられる。本発明者らは、この工程
において、剪断応力、蒸発−凝縮、液化（或いは溶融又
は軟化）、及びそれに続く固体化、拡散、或いは合金化
を経た物質移動により、例えば、レンズ２と結合層６
（ＬＥＤダイ４上に形成された）との間にもたらされた
接合によって、レンズ２がＬＥＤダイ４に結合されると
信じている。本発明者らは、他の実行の形態において、
例えば物質移動により、レンズ２とＬＥＤダイ４の各々
の上に同様に形成された結合層の間或いは結合層６（レ
ンズ上に形成された）とＬＥＤダイ４との間の接合によ
って、レンズ２がＬＥＤダイ４に結合されると信じてい
る。従って、物質移動により特徴付けられた結合界面
を、レンズ２及びＬＥＤダイ４の間に配置できる。１つ
の実行の形態においては、例えば、ｎ−層８と結合層６
の界面での表面１８がそのような結合された界面であ
る。他の実行の形態においては、レンズ２及びＬＥＤダ
イ４それぞれの上に形成された結合層の界面が結合され
た界面である。他の実行の形態においては、レンズ２と
結合層６との界面が、結合された界面である。
後、レンズ２の実質的に平坦な表面２２は結合層６へ向
けて置かれる。次いで、結合層６の温度が、ほぼ室温と
約１０００℃との間の温度に上昇され、そしてレンズ２
とＬＥＤダイ４は、約１秒ないし約６時間の間、約１ポ
ンド／平方インチ（ｐｓｉ）ないし約６０００ｐｓｉの
圧力で、一緒に押付けられる。本発明者らは、この工程
において、剪断応力、蒸発−凝縮、液化（或いは溶融又
は軟化）、及びそれに続く固体化、拡散、或いは合金化
を経た物質移動により、例えば、レンズ２と結合層６
（ＬＥＤダイ４上に形成された）との間にもたらされた
接合によって、レンズ２がＬＥＤダイ４に結合されると
信じている。本発明者らは、他の実行の形態において、
例えば物質移動により、レンズ２とＬＥＤダイ４の各々
の上に同様に形成された結合層の間或いは結合層６（レ
ンズ上に形成された）とＬＥＤダイ４との間の接合によ
って、レンズ２がＬＥＤダイ４に結合されると信じてい
る。従って、物質移動により特徴付けられた結合界面
を、レンズ２及びＬＥＤダイ４の間に配置できる。１つ
の実行の形態においては、例えば、ｎ−層８と結合層６
の界面での表面１８がそのような結合された界面であ
る。他の実行の形態においては、レンズ２及びＬＥＤダ
イ４それぞれの上に形成された結合層の界面が結合され
た界面である。他の実行の形態においては、レンズ２と
結合層６との界面が、結合された界面である。
【００２６】もし透明結合層６が、ＬＥＤダイ４上に、
例えば、光学ガラスから形成されると、次いで１つの実
行の形態においては、結合層６の温度が光学ガラスの歪
み点温度付近まで上昇される。歪み点温度は、ガラス転
移温度に近いがそれより低く、光学ガラスの粘度が約１
０14.5ポアズとなる温度である。歪み点温度は、また、
光学ガラスについての温度対膨張のプロットにおける最
初の非線形に対応し、従って、アニーリング範囲の下限
を表すものである。歪み点温度の近く又はその上の温度
で得られた、層６の光学ガラスの柔軟性及び低下した表
面張力が、光学ガラスを表面２２に顕微鏡的に整合さ
せ、そしてレンズ２と結合層６との間の結合をもたら
す。
例えば、光学ガラスから形成されると、次いで１つの実
行の形態においては、結合層６の温度が光学ガラスの歪
み点温度付近まで上昇される。歪み点温度は、ガラス転
移温度に近いがそれより低く、光学ガラスの粘度が約１
０14.5ポアズとなる温度である。歪み点温度は、また、
光学ガラスについての温度対膨張のプロットにおける最
初の非線形に対応し、従って、アニーリング範囲の下限
を表すものである。歪み点温度の近く又はその上の温度
で得られた、層６の光学ガラスの柔軟性及び低下した表
面張力が、光学ガラスを表面２２に顕微鏡的に整合さ
せ、そしてレンズ２と結合層６との間の結合をもたら
す。
【００２７】レンズ２をＬＥＤダイ４に結合させる上記
の工程は、本明細書に引用により組み込まれた米国特許
第５，５０２，３１６号及び第５，３７６，５８０号に
開示され、従来、半導体ウェハーを高温高圧のもとで互
いに結合するために用いられた装置を用いて実行するこ
とができる。これら特許に開示された装置は、必要に応
じＬＥＤダイ及びレンズに適合させるために改修でき
る。或いはまた、上記の結合工程は、通常の垂直加圧機
を用いて行うことができる。
の工程は、本明細書に引用により組み込まれた米国特許
第５，５０２，３１６号及び第５，３７６，５８０号に
開示され、従来、半導体ウェハーを高温高圧のもとで互
いに結合するために用いられた装置を用いて実行するこ
とができる。これら特許に開示された装置は、必要に応
じＬＥＤダイ及びレンズに適合させるために改修でき
る。或いはまた、上記の結合工程は、通常の垂直加圧機
を用いて行うことができる。
【００２８】透明レンズ２は、例えば、ＳｉＣ（５００
ｎｍでのｎ〜２．７）、酸化アルミニウム（サファイ
ア、５００ｎｍでのｎ〜１．８）、ダイアモンド（５０
０ｎｍでのｎ〜２．４）、或いは、透明結合層６におけ
る結合材料としての使用のために上記で列挙されたもの
のうち、金属を除く何れかの材料から形成される。レン
ズ２と、レンズ２に結合されるＬＥＤダイ４の熱膨張係
数の間の不適合が大きいと、加熱或いは冷却に際してＬ
ＥＤダイ４からのレンズ２の分離が起こり得る。また、
熱膨張係数を概略同等とすることにより、結合層６及び
レンズ２によりＬＥＤダイ４に引起される応力が低減さ
れる。従って、１つの実行の形態においては、レンズ２
は、レンズ２が結合されるＬＥＤダイ４の熱膨張係数と
概略同等の熱膨張係数を有する材料から形成される。
ｎｍでのｎ〜２．７）、酸化アルミニウム（サファイ
ア、５００ｎｍでのｎ〜１．８）、ダイアモンド（５０
０ｎｍでのｎ〜２．４）、或いは、透明結合層６におけ
る結合材料としての使用のために上記で列挙されたもの
のうち、金属を除く何れかの材料から形成される。レン
ズ２と、レンズ２に結合されるＬＥＤダイ４の熱膨張係
数の間の不適合が大きいと、加熱或いは冷却に際してＬ
ＥＤダイ４からのレンズ２の分離が起こり得る。また、
熱膨張係数を概略同等とすることにより、結合層６及び
レンズ２によりＬＥＤダイ４に引起される応力が低減さ
れる。従って、１つの実行の形態においては、レンズ２
は、レンズ２が結合されるＬＥＤダイ４の熱膨張係数と
概略同等の熱膨張係数を有する材料から形成される。
【００２９】１つの実施形態においては、透明レンズ２
は、ＬＥＤダイ４からレンズ２に入る光が、垂直入射に
近い入射角で表面２４を横断するような形状と寸法を有
する。表面２４と周囲の媒体、典型的には空気との界面
での全内部反射は、これにより低減される。加えて、入
射角の範囲が狭いので、表面２４でのフレネル反射が、
通常の反射防止コーティングを表面２４に施工すること
により低減できる。レンズ２の形状は、例えば、半球、
ワイエルストラス球（上部を切り取られた球）、或いは
半球より小さい球の一部のような、球体の一部分であ
る。或いはまた、レンズ２の形状は、上部を切り取られ
た楕円面のような楕円面の一部である。ＬＥＤダイ４か
らレンズ２への光の入射角は、レンズ２の寸法が大きく
なるにつれて、より垂直入射に近くなる。従って、ＬＥ
Ｄダイ４の表面１８の長さに対する透明レンズ２の基部
の長さの最少比率は、約１より大きいことが好ましく、
約２より大きいことがより好ましい。
は、ＬＥＤダイ４からレンズ２に入る光が、垂直入射に
近い入射角で表面２４を横断するような形状と寸法を有
する。表面２４と周囲の媒体、典型的には空気との界面
での全内部反射は、これにより低減される。加えて、入
射角の範囲が狭いので、表面２４でのフレネル反射が、
通常の反射防止コーティングを表面２４に施工すること
により低減できる。レンズ２の形状は、例えば、半球、
ワイエルストラス球（上部を切り取られた球）、或いは
半球より小さい球の一部のような、球体の一部分であ
る。或いはまた、レンズ２の形状は、上部を切り取られ
た楕円面のような楕円面の一部である。ＬＥＤダイ４か
らレンズ２への光の入射角は、レンズ２の寸法が大きく
なるにつれて、より垂直入射に近くなる。従って、ＬＥ
Ｄダイ４の表面１８の長さに対する透明レンズ２の基部
の長さの最少比率は、約１より大きいことが好ましく、
約２より大きいことがより好ましい。
【００３０】ＬＥＤの放射波長でのレンズ材料の吸収係
数により、特定の材料のレンズ２が、上記で定義される
ような透明であり続ける最大の寸法が定められること
は、当業者に理解されるであろう。１つの実行の形態に
おいては、レンズ２はフレネルレンズである。フレネル
レンズは、例えば、比較できる焦点距離の球面レンズよ
りも典型的に薄く、従って吸収が少ない。他の実行の形
態においては、レンズ２は、例えば、表面２２に直交す
る方向において減少する、或いは表面２２の中心近くで
最大で放射状に減少する屈折率を有する、屈折率勾配レ
ンズである。
数により、特定の材料のレンズ２が、上記で定義される
ような透明であり続ける最大の寸法が定められること
は、当業者に理解されるであろう。１つの実行の形態に
おいては、レンズ２はフレネルレンズである。フレネル
レンズは、例えば、比較できる焦点距離の球面レンズよ
りも典型的に薄く、従って吸収が少ない。他の実行の形
態においては、レンズ２は、例えば、表面２２に直交す
る方向において減少する、或いは表面２２の中心近くで
最大で放射状に減少する屈折率を有する、屈折率勾配レ
ンズである。
【００３１】１つの実行の形態においては、レンズは活
性領域１２により放射された光の波長を他の波長に変換
するルミネセンス材料を含む。他の実行の形態において
は、表面２２上のコーティングは、例えば、ルミネセン
ス材料を含む。ルミネセンス材料は、例えば、通常の蛍
光体粒子、有機半導体、II−VI又はIII−Ｖ族半導体、I
I−VI又はIII−Ｖ族半導体量子ドット或いはナノクリス
タル、染料、ポリマー、及び欠陥中心からルミネセンス
発光するＧａＮのような材料、を含む。或いはまた、レ
ンズ２の表面２２に近い領域が、例えば、ルミネセンス
材料でドーピングされる。
性領域１２により放射された光の波長を他の波長に変換
するルミネセンス材料を含む。他の実行の形態において
は、表面２２上のコーティングは、例えば、ルミネセン
ス材料を含む。ルミネセンス材料は、例えば、通常の蛍
光体粒子、有機半導体、II−VI又はIII−Ｖ族半導体、I
I−VI又はIII−Ｖ族半導体量子ドット或いはナノクリス
タル、染料、ポリマー、及び欠陥中心からルミネセンス
発光するＧａＮのような材料、を含む。或いはまた、レ
ンズ２の表面２２に近い領域が、例えば、ルミネセンス
材料でドーピングされる。
【００３２】レンズ２、結合層６、及びＬＥＤダイ４の
上部層の屈折率の大きさ（それぞれｎlens、ｎbond、及
びｎLED）は、６つの順列に並べることができる。も
し、ｎL ED≦ｎbond≦ｎlens或いはｎLED≦ｎlens≦ｎ
bondであれば、全内部反射に基づく損失は除かれるが、
フレネル損失が発生し得る。特に、もし、ｎLED＝ｎ
bond＝ｎlensであれば、フレネル或いは全内部反射に基
づく損失なしに、ＬＥＤダイ４からの光がレンズ２に入
る。或いはまた、ｎbond≦ｎLED≦ｎlensではあるが、
ｎbond＞ｎepoxyであるか或いは結合層６が上述のよう
に薄ければ、フレネル損失が無視され、エポキシ封入材
或いは空気中に抽出されるであろうよりも多くの光がレ
ンズ２中に抽出される。同様に、ｎbond≦ｎlens≦ｎ
LEDではあるが、ｎbond＞ｎepoxyであるか、或いは結合
層６が上述のように薄くそしてｎlens＞ｎepoxyであれ
ば、フレネル損失が無視され、エポキシ封入材或いは空
気中に抽出されるであろうよりも多くの光がレンズ２中
に抽出される。もしｎlens≦ｎbo nd≦ｎLED或いはｎ
lens≦ｎLED≦ｎbondではあるが、ｎlens＞ｎepoxyであ
れば、フレネル損失が無視され、エポキシ封入材或いは
空気中に抽出されるよりも多くの光がレンズ２中に抽出
される。従って、透明レンズ２は、ＬＥＤダイ４の放射
波長で、好もしくは、約１．５より大きい屈折率を有
し、より好ましくは、約１．８より大きい屈折率を有す
るものとする。周囲の媒体がエポキシ封入材でなく空気
（ｎair〜１）であれば、ｎepoxyにｎairを代入して、
同様な解析が適用される。
上部層の屈折率の大きさ（それぞれｎlens、ｎbond、及
びｎLED）は、６つの順列に並べることができる。も
し、ｎL ED≦ｎbond≦ｎlens或いはｎLED≦ｎlens≦ｎ
bondであれば、全内部反射に基づく損失は除かれるが、
フレネル損失が発生し得る。特に、もし、ｎLED＝ｎ
bond＝ｎlensであれば、フレネル或いは全内部反射に基
づく損失なしに、ＬＥＤダイ４からの光がレンズ２に入
る。或いはまた、ｎbond≦ｎLED≦ｎlensではあるが、
ｎbond＞ｎepoxyであるか或いは結合層６が上述のよう
に薄ければ、フレネル損失が無視され、エポキシ封入材
或いは空気中に抽出されるであろうよりも多くの光がレ
ンズ２中に抽出される。同様に、ｎbond≦ｎlens≦ｎ
LEDではあるが、ｎbond＞ｎepoxyであるか、或いは結合
層６が上述のように薄くそしてｎlens＞ｎepoxyであれ
ば、フレネル損失が無視され、エポキシ封入材或いは空
気中に抽出されるであろうよりも多くの光がレンズ２中
に抽出される。もしｎlens≦ｎbo nd≦ｎLED或いはｎ
lens≦ｎLED≦ｎbondではあるが、ｎlens＞ｎepoxyであ
れば、フレネル損失が無視され、エポキシ封入材或いは
空気中に抽出されるよりも多くの光がレンズ２中に抽出
される。従って、透明レンズ２は、ＬＥＤダイ４の放射
波長で、好もしくは、約１．５より大きい屈折率を有
し、より好ましくは、約１．８より大きい屈折率を有す
るものとする。周囲の媒体がエポキシ封入材でなく空気
（ｎair〜１）であれば、ｎepoxyにｎairを代入して、
同様な解析が適用される。
【００３３】結合層６が蛍光体粒子を含み、そして好ま
しくは高屈折率のカルコゲナイズドガラスである結合材
料の屈折率が、蛍光体の屈折率と概略一致すれば、活性
領域によるか又は蛍光体粒子により放射された光の、蛍
光体粒子による散乱は無視できるであろう。蛍光体粒
子、結合材材料、ＬＥＤダイ４の上部層（例えばｎ−層
８）、及びレンズの屈折率が、全てほぼ同等であること
が好ましい。これは、ＬＥＤダイ４の上部層がＩｎＧａ
Ｎである場合において、蛍光体粒子がＳｒＳ：Ｅｕ及び
／或いはＳｒＧａＳ：Ｅｕであり、レンズがＺｎＳであ
る場合に相当する。
しくは高屈折率のカルコゲナイズドガラスである結合材
料の屈折率が、蛍光体の屈折率と概略一致すれば、活性
領域によるか又は蛍光体粒子により放射された光の、蛍
光体粒子による散乱は無視できるであろう。蛍光体粒
子、結合材材料、ＬＥＤダイ４の上部層（例えばｎ−層
８）、及びレンズの屈折率が、全てほぼ同等であること
が好ましい。これは、ＬＥＤダイ４の上部層がＩｎＧａ
Ｎである場合において、蛍光体粒子がＳｒＳ：Ｅｕ及び
／或いはＳｒＧａＳ：Ｅｕであり、レンズがＺｎＳであ
る場合に相当する。
【００３４】図２を参照すれば、別の実施形態におい
て、透明レンズ２が、ＬＥＤダイ４の上部表面１８に、
分離された結合層なしに直接結合されている。本発明者
らは、剪断応力、蒸発−凝縮、液化（或いは溶融又は軟
化）、及びそれに続く固体化、拡散、或いは合金化を経
た物質移動により、レンズ２とＬＥＤダイ４との間に結
合がもたらされたものと信じている。金属化層２０を設
ける場合には、この金属化層は、パターン付けされ、レ
ンズ２の表面２２が直接表面１８に接触できるようにさ
れる。表面２２もまた、随意選択的に、例えばパターン
付けされる。この実施形態の１つの実行の形態において
は、透明レンズ２は、分離された結合層を形成するため
に用いられる、上記で列挙されたような材料から形成さ
れる。他の実行の形態においては、その材料からＬＥＤ
ダイ４の上部層（例えば、図２におけるｎ−層８）が形
成されている材料が、結合材料として好適である。従っ
て、レンズ２或いはＬＥＤダイ４の上部層は、付加的に
結合層として機能し、分離された結合層は要しない。１
つの実行の形態においては、表面１８でのレンズ２とＬ
ＥＤダイ４の界面は、例えば、レンズ２とＬＥＤダイ４
との間の物質移動により特徴付けられた結合された界面
である。
て、透明レンズ２が、ＬＥＤダイ４の上部表面１８に、
分離された結合層なしに直接結合されている。本発明者
らは、剪断応力、蒸発−凝縮、液化（或いは溶融又は軟
化）、及びそれに続く固体化、拡散、或いは合金化を経
た物質移動により、レンズ２とＬＥＤダイ４との間に結
合がもたらされたものと信じている。金属化層２０を設
ける場合には、この金属化層は、パターン付けされ、レ
ンズ２の表面２２が直接表面１８に接触できるようにさ
れる。表面２２もまた、随意選択的に、例えばパターン
付けされる。この実施形態の１つの実行の形態において
は、透明レンズ２は、分離された結合層を形成するため
に用いられる、上記で列挙されたような材料から形成さ
れる。他の実行の形態においては、その材料からＬＥＤ
ダイ４の上部層（例えば、図２におけるｎ−層８）が形
成されている材料が、結合材料として好適である。従っ
て、レンズ２或いはＬＥＤダイ４の上部層は、付加的に
結合層として機能し、分離された結合層は要しない。１
つの実行の形態においては、表面１８でのレンズ２とＬ
ＥＤダイ４の界面は、例えば、レンズ２とＬＥＤダイ４
との間の物質移動により特徴付けられた結合された界面
である。
【００３５】ＬＥＤダイ４に直接結合されたレンズ２に
ついては、もしｎLED≦ｎlensであるか、或いはｎlens
＜ｎLEDではあるがｎlens＞ｎepoxyであれば、フレネル
反射損失が無視され、エポキシ封入材中に抽出されるで
あろうよりもより多くの光がレンズ２中に抽出される。
もし、周囲の媒体が、エポキシ封入材でなく空気（ｎ
air〜１）であれば、ｎepoxyにｎairを代入して同様な
解析が適用される。
ついては、もしｎLED≦ｎlensであるか、或いはｎlens
＜ｎLEDではあるがｎlens＞ｎepoxyであれば、フレネル
反射損失が無視され、エポキシ封入材中に抽出されるで
あろうよりもより多くの光がレンズ２中に抽出される。
もし、周囲の媒体が、エポキシ封入材でなく空気（ｎ
air〜１）であれば、ｎepoxyにｎairを代入して同様な
解析が適用される。
【００３６】透明レンズ２は、結合層を用いる結合工程
について上述されたような温度と圧力で、ＬＥＤダイ４
に直接結合される。１つの実行の形態においては、ＬＥ
Ｄダイ４の表面１８或いはレンズ２の表面２２は、例え
ばＺｎ或いはＳｉのような高い拡散率を示す材料でドー
ピングされる。このようなドーピングは、例えば、ＭＯ
ＣＶＤ、ＶＰＥ、ＬＰＥ或いはＭＢＥにより材料成長の
間に、或いは注入により材料成長の後で行われる。他の
実行の形態においては、高拡散率の材料の薄層が、表面
１８或いは２２の少なくとも１つの上への堆積により、
レンズ２とＬＥＤダイ４との間に配置される。堆積は、
例えば、蒸発法或いはスパッタリング法のような通常の
方法で行われる。発明者は、結合工程の間に、高拡散率
の材料がレンズ２とＬＥＤダイ４との界面を越えて拡散
し、そしてレンズ２とＬＥＤダイ４との間の物質移動を
促進させると考えている。ここで用いられる高拡散率材
料の量は、例えば、レンズ２とＬＥＤダイ４の上部層の
透明度を維持できるために十分少なくなければならな
い。
について上述されたような温度と圧力で、ＬＥＤダイ４
に直接結合される。１つの実行の形態においては、ＬＥ
Ｄダイ４の表面１８或いはレンズ２の表面２２は、例え
ばＺｎ或いはＳｉのような高い拡散率を示す材料でドー
ピングされる。このようなドーピングは、例えば、ＭＯ
ＣＶＤ、ＶＰＥ、ＬＰＥ或いはＭＢＥにより材料成長の
間に、或いは注入により材料成長の後で行われる。他の
実行の形態においては、高拡散率の材料の薄層が、表面
１８或いは２２の少なくとも１つの上への堆積により、
レンズ２とＬＥＤダイ４との間に配置される。堆積は、
例えば、蒸発法或いはスパッタリング法のような通常の
方法で行われる。発明者は、結合工程の間に、高拡散率
の材料がレンズ２とＬＥＤダイ４との界面を越えて拡散
し、そしてレンズ２とＬＥＤダイ４との間の物質移動を
促進させると考えている。ここで用いられる高拡散率材
料の量は、例えば、レンズ２とＬＥＤダイ４の上部層の
透明度を維持できるために十分少なくなければならな
い。
【００３７】ＬＥＤダイ４をレンズ２に結合すること
は、従来の、ＬＥＤダイ４を封入材に収納することに比
べて好都合である。例えば、結合層を用い或いは用いず
に、上述のようにレンズ２に結合されたＬＥＤダイ４の
表面１８を通過する光の抽出効率は、通常のエポキシ封
入されたＬＥＤに比較して改良されている。加えて、Ｌ
ＥＤダイ４は、エポキシ封入（収納）されたＬＥＤによ
り経験される有害な応力を受けることを要しない。さら
に、比較的低い温度で劣化するエポキシ封入材がないと
きは、ＬＥＤダイ４がより高い温度で作動できる。従っ
て、ＬＥＤダイ４の光出力が、高い電流密度でのＬＥＤ
の作動によって増大される。
は、従来の、ＬＥＤダイ４を封入材に収納することに比
べて好都合である。例えば、結合層を用い或いは用いず
に、上述のようにレンズ２に結合されたＬＥＤダイ４の
表面１８を通過する光の抽出効率は、通常のエポキシ封
入されたＬＥＤに比較して改良されている。加えて、Ｌ
ＥＤダイ４は、エポキシ封入（収納）されたＬＥＤによ
り経験される有害な応力を受けることを要しない。さら
に、比較的低い温度で劣化するエポキシ封入材がないと
きは、ＬＥＤダイ４がより高い温度で作動できる。従っ
て、ＬＥＤダイ４の光出力が、高い電流密度でのＬＥＤ
の作動によって増大される。
【００３８】しかし、もし望ましければ、レンズ２に結
合されたＬＥＤダイ４は、付加的に例えばエポキシ或い
はシリコーンにより封入することができる。レンズに結
合されたＬＥＤダイ４のこのような封入は、レンズ２へ
のＬＥＤダイ４の表面１８を通過する光の抽出効率に影
響しない。表面２４と封入材との界面での全内部反射
は、先に述べたようなレンズ２の形状及び寸法を用いて
最少とされる。
合されたＬＥＤダイ４は、付加的に例えばエポキシ或い
はシリコーンにより封入することができる。レンズに結
合されたＬＥＤダイ４のこのような封入は、レンズ２へ
のＬＥＤダイ４の表面１８を通過する光の抽出効率に影
響しない。表面２４と封入材との界面での全内部反射
は、先に述べたようなレンズ２の形状及び寸法を用いて
最少とされる。
【００３９】ある実行の形態においては、ＬＥＤダイ４
は、例えば、電気的接点のための金属化部位を含み、こ
れは高められた温度で劣化する。他の実行の形態におい
ては、ＬＥＤダイ４は、はんだ又は銀をもったダイ接着
エポキシを用いて、図示しないサブマウントに結合され
るが、このエポキシは高温で劣化する。（ダイ接着エポ
キシは、エポキシ封入材と区別されることに留意せ
よ）。従って、１つの実行の形態においては、ＬＥＤダ
イ４にレンズ２を、結合層６を用いて又は用いずに結合
させる工程は、例えば、金属化部位或いはダイ接着エポ
キシの劣化を避けるために、約５００℃未満の温度で行
われる。他の実行の形態においては、レンズ２は、未完
成のＬＥＤダイ、例えば、金属化の一部又は全部が行わ
れていないＬＥＤダイに結合される。後者の実行の形態
においては、ＬＥＤダイ４の製作はレンズ結合工程の後
に完結される。
は、例えば、電気的接点のための金属化部位を含み、こ
れは高められた温度で劣化する。他の実行の形態におい
ては、ＬＥＤダイ４は、はんだ又は銀をもったダイ接着
エポキシを用いて、図示しないサブマウントに結合され
るが、このエポキシは高温で劣化する。（ダイ接着エポ
キシは、エポキシ封入材と区別されることに留意せ
よ）。従って、１つの実行の形態においては、ＬＥＤダ
イ４にレンズ２を、結合層６を用いて又は用いずに結合
させる工程は、例えば、金属化部位或いはダイ接着エポ
キシの劣化を避けるために、約５００℃未満の温度で行
われる。他の実行の形態においては、レンズ２は、未完
成のＬＥＤダイ、例えば、金属化の一部又は全部が行わ
れていないＬＥＤダイに結合される。後者の実行の形態
においては、ＬＥＤダイ４の製作はレンズ結合工程の後
に完結される。
【００４０】図３、図４、図５、図６、図７、図８、図
９、図１０及び図１１に示されるように、ＬＥＤダイ４
の構造は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図２に表された
構造と異なるものでもよい。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、
図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図
１０及び図１１における同じ参照番号は、種々の実施形
態において同じ各部品を示す。
９、図１０及び図１１に示されるように、ＬＥＤダイ４
の構造は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図２に表された
構造と異なるものでもよい。図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ、
図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９、図
１０及び図１１における同じ参照番号は、種々の実施形
態において同じ各部品を示す。
【００４１】図３の実施形態において、ＬＥＤダイの側
部２６及び２８は斜面であり、それらは結合層６に、９
０℃未満の角α及び角βでそれぞれ交差し、また活性領
域１２に、９０℃を超える角γ及び角δでそれぞれ交差
する。図３には２つの斜めの側部が示されるが、他の実
施形態においては、ＬＥＤダイ４は２つより多いか、又
は少ない斜めの側部を有し、そして、例えば、実質的に
円錐形或いは角錐形である。
部２６及び２８は斜面であり、それらは結合層６に、９
０℃未満の角α及び角βでそれぞれ交差し、また活性領
域１２に、９０℃を超える角γ及び角δでそれぞれ交差
する。図３には２つの斜めの側部が示されるが、他の実
施形態においては、ＬＥＤダイ４は２つより多いか、又
は少ない斜めの側部を有し、そして、例えば、実質的に
円錐形或いは角錐形である。
【００４２】斜めの側部２６及び２８は、活性領域から
放射された光を結合層６に反射する。斜めの側部２６及
び２８がない場合にはＬＥＤダイ４内に閉じ込められ或
いはダイの側部から外へ失われることになる光が、これ
により、都合よく結合層６及びレンズ２を通じて抽出さ
れる。１つの実施形態においては、ＬＥＤダイ４は空気
のような低屈折率の媒体により取り囲まれており、そし
て、活性領域１２から斜めの側部２６及び２８に入射し
た光の一部は全内反射して結合層６へ向かう。他の実施
形態においては、斜めの側部２６及び２８は、１つの実
行の形態では金属層であり、他の実行の形態では絶縁層
である、反射性のコーティングでコートされ、結合層６
へ向けて光を反射する。
放射された光を結合層６に反射する。斜めの側部２６及
び２８がない場合にはＬＥＤダイ４内に閉じ込められ或
いはダイの側部から外へ失われることになる光が、これ
により、都合よく結合層６及びレンズ２を通じて抽出さ
れる。１つの実施形態においては、ＬＥＤダイ４は空気
のような低屈折率の媒体により取り囲まれており、そし
て、活性領域１２から斜めの側部２６及び２８に入射し
た光の一部は全内反射して結合層６へ向かう。他の実施
形態においては、斜めの側部２６及び２８は、１つの実
行の形態では金属層であり、他の実行の形態では絶縁層
である、反射性のコーティングでコートされ、結合層６
へ向けて光を反射する。
【００４３】１つの実施形態において、接点１６は高度
に反射性である。従って、この実施形態においては、接
点１６に入射した光は、直接或いは側部２６又は２８か
らの付加的な反射の後、結合層６へ向けて反射される。
ＬＥＤダイ４の光抽出効率は、従って増大する。
に反射性である。従って、この実施形態においては、接
点１６に入射した光は、直接或いは側部２６又は２８か
らの付加的な反射の後、結合層６へ向けて反射される。
ＬＥＤダイ４の光抽出効率は、従って増大する。
【００４４】図４及び図５に示された実施形態において
は、ＬＥＤダイ４は、金属化層２０に電気的に連結さ
れ、そしてｎ−層８に電気的に連結された伝導性の透明
な上層３０及びｐ−層１０と接点１６に電気的に連結さ
れた、伝導性で、随意選択的に透明な基層３２を含む。
上層３０及び（随意選択的に）基層３２は、例えば、Ｌ
ＥＤダイ４により放射される光子のエネルギーより大き
いバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成さ
れる。上層３０は、好ましくは約１．５より大きく、よ
り好ましくは約１．８より大きい、活性領域１２の放射
波長での屈折率を有する材料から形成される。他の実行
の形態においては、上述のように、ＬＥＤダイ４の側部
２６及び２８は斜面でそして高度に反射性であり、そし
て接点１６は高度に反射性である。図４に示された実施
形態においては、透明レンズ２は結合層６で上層３０に
結合され、そしてｎ-層８はｎ−接点１４により金属化
層２０に電気的に連結される。図５に示された実施形態
においては、透明レンズ２は上層３０に直接に結合さ
れ、そしてｎ−接点１４は分離して設けられない。
は、ＬＥＤダイ４は、金属化層２０に電気的に連結さ
れ、そしてｎ−層８に電気的に連結された伝導性の透明
な上層３０及びｐ−層１０と接点１６に電気的に連結さ
れた、伝導性で、随意選択的に透明な基層３２を含む。
上層３０及び（随意選択的に）基層３２は、例えば、Ｌ
ＥＤダイ４により放射される光子のエネルギーより大き
いバンドギャップエネルギーを有する半導体から形成さ
れる。上層３０は、好ましくは約１．５より大きく、よ
り好ましくは約１．８より大きい、活性領域１２の放射
波長での屈折率を有する材料から形成される。他の実行
の形態においては、上述のように、ＬＥＤダイ４の側部
２６及び２８は斜面でそして高度に反射性であり、そし
て接点１６は高度に反射性である。図４に示された実施
形態においては、透明レンズ２は結合層６で上層３０に
結合され、そしてｎ-層８はｎ−接点１４により金属化
層２０に電気的に連結される。図５に示された実施形態
においては、透明レンズ２は上層３０に直接に結合さ
れ、そしてｎ−接点１４は分離して設けられない。
【００４５】図６及び図７に示された「フリップチッ
プ」実施形態においては、接点１４及び接点１６はＬＥ
Ｄダイ４の同じ側に配置される。レンズ２は接点１４及
び１６の反対側に結合されるので、この実施形態におい
てはレンズ２上の金属化層は要しない。金属化層がない
ことにより、レンズ２への光抽出効率が向上する。他の
実行の形態においては、上述のように、側部２６及び２
８は斜面でそして高度に反射性であり、接点１６は高度
に反射性である。透明上層３４は、例えば、サファイ
ア、ＳｉＣ、ＧａＮ、或いはＧａＰのような、活性領域
１２の放射波長で、好ましくは約１．５より大きく、よ
り好ましくは約１．８より大きい屈折率を有する材料か
ら形成される。図６に示された実施形態においては、レ
ンズ２は結合層６を用いて透明上層３４に結合される。
図７に示された実施形態においては、レンズ２は透明上
層３４に直接に結合される。
プ」実施形態においては、接点１４及び接点１６はＬＥ
Ｄダイ４の同じ側に配置される。レンズ２は接点１４及
び１６の反対側に結合されるので、この実施形態におい
てはレンズ２上の金属化層は要しない。金属化層がない
ことにより、レンズ２への光抽出効率が向上する。他の
実行の形態においては、上述のように、側部２６及び２
８は斜面でそして高度に反射性であり、接点１６は高度
に反射性である。透明上層３４は、例えば、サファイ
ア、ＳｉＣ、ＧａＮ、或いはＧａＰのような、活性領域
１２の放射波長で、好ましくは約１．５より大きく、よ
り好ましくは約１．８より大きい屈折率を有する材料か
ら形成される。図６に示された実施形態においては、レ
ンズ２は結合層６を用いて透明上層３４に結合される。
図７に示された実施形態においては、レンズ２は透明上
層３４に直接に結合される。
【００４６】図６及び図７に示された実施形態の１つの
実行の形態においては、レンズ２はＺｎＳから形成さ
れ、上層３４はＳｉＣ又はＧａＮから形成され、そして
ｎ-層８はＧａＮのようなIII族窒化物半導体から形成さ
れる。他の実行の形態においては、レンズ２ははＧａＰ
から形成され、上層３４はＧａＰから形成され、そして
ｎ-層８はＡｌＩｎＧａＰアロイのようなIII族リン化物
半導体から形成される。結合層６を設ける場合には、こ
の結合層は、例えばＺｎＳから形成される。
実行の形態においては、レンズ２はＺｎＳから形成さ
れ、上層３４はＳｉＣ又はＧａＮから形成され、そして
ｎ-層８はＧａＮのようなIII族窒化物半導体から形成さ
れる。他の実行の形態においては、レンズ２ははＧａＰ
から形成され、上層３４はＧａＰから形成され、そして
ｎ-層８はＡｌＩｎＧａＰアロイのようなIII族リン化物
半導体から形成される。結合層６を設ける場合には、こ
の結合層は、例えばＺｎＳから形成される。
【００４７】図８及び図９に示された実施形態において
は、ｎ-層８、ｐ−層１０、及び活性領域１２の方向は
実質的にレンズ２と直交する。図６及び図７に示された
実施形態と同様に、レンズ２上には、金属化層は要求さ
れない。図８に示された実施形態においては、レンズ２
は結合層６を用いてＬＥＤダイ４に結合される。図９に
示された実施形態においては、レンズ２はＬＥＤダイ４
に直接に結合される。１つの実行の形態においては、Ｌ
ＥＤダイ４は、層８と層１０に、そして活性領域１２に
実質的に直交する方向につくられた切片を用いて、ウェ
ハーから切り出される（「ダイスされる」）。この実行
の形態においては、レンズ２に結合されるＬＥＤダイ４
の表面は、随意選択的に研磨され、その粗さが低減され
る。他の実行の形態においては、ＬＥＤダイ４の側部２
６及び２８は斜面であり、接点１４及び接点１６は高度
に反射性であり、そして光をレンズ２へ反射するために
反射層３６が設けられる。
は、ｎ-層８、ｐ−層１０、及び活性領域１２の方向は
実質的にレンズ２と直交する。図６及び図７に示された
実施形態と同様に、レンズ２上には、金属化層は要求さ
れない。図８に示された実施形態においては、レンズ２
は結合層６を用いてＬＥＤダイ４に結合される。図９に
示された実施形態においては、レンズ２はＬＥＤダイ４
に直接に結合される。１つの実行の形態においては、Ｌ
ＥＤダイ４は、層８と層１０に、そして活性領域１２に
実質的に直交する方向につくられた切片を用いて、ウェ
ハーから切り出される（「ダイスされる」）。この実行
の形態においては、レンズ２に結合されるＬＥＤダイ４
の表面は、随意選択的に研磨され、その粗さが低減され
る。他の実行の形態においては、ＬＥＤダイ４の側部２
６及び２８は斜面であり、接点１４及び接点１６は高度
に反射性であり、そして光をレンズ２へ反射するために
反射層３６が設けられる。
【００４８】図１０及び図１１の実施形態においては、
ＬＥＤダイ４は、ＬＥＤダイ４が結合されるレンズ２の
表面２２中の凹部３８に設けられる。図１０に示された
実施形態においては、レンズ２はＬＥＤダイ４に直接に
結合される。図１１の実施形態においては、レンズ２は
結合層６を用いてＬＥＤダイ４に結合される。本発明を
詳細な実施形態を用いて説明しているが、本発明には、
添付した請求項の範囲に適合する全ての変形及び修正が
含まれることが意図されている。
ＬＥＤダイ４は、ＬＥＤダイ４が結合されるレンズ２の
表面２２中の凹部３８に設けられる。図１０に示された
実施形態においては、レンズ２はＬＥＤダイ４に直接に
結合される。図１１の実施形態においては、レンズ２は
結合層６を用いてＬＥＤダイ４に結合される。本発明を
詳細な実施形態を用いて説明しているが、本発明には、
添付した請求項の範囲に適合する全ての変形及び修正が
含まれることが意図されている。
【図１Ａ】本発明の実施形態に従った、互いに結合され
る、レンズ及び発光ダイオードの概要図である。
る、レンズ及び発光ダイオードの概要図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態に従った、結合層を用いて
発光ダイオードに結合されたレンズの概要図である。
発光ダイオードに結合されたレンズの概要図である。
【図１Ｃ】本発明の他の実施形態に従った、発光ダイオ
ードに結合されたレンズの概要図である。
ードに結合されたレンズの概要図である。
【図２】本発明の他の実施形態に従った、発光ダイオー
ドに直接に結合されたレンズの概要図である。
ドに直接に結合されたレンズの概要図である。
【図３】本発明の実施形態に従った、結合層を用いて、
斜の側部を有する発光ダイオードに結合されたレンズの
概要図である。
斜の側部を有する発光ダイオードに結合されたレンズの
概要図である。
【図４】本発明の実施形態に従った、結合層を用いて、
基層と上層を有する発光ダイオードに結合されたレンズ
の概要図である。
基層と上層を有する発光ダイオードに結合されたレンズ
の概要図である。
【図５】本発明の実施形態に従った、基層と上層を有す
る発光ダイオードに直接に結合されたレンズの概要図で
ある。
る発光ダイオードに直接に結合されたレンズの概要図で
ある。
【図６】本発明の実施形態に従った、結合層を用いて、
「フリップチップ」幾何形態を有する発光ダイオードに
結合されたレンズの概要図である。
「フリップチップ」幾何形態を有する発光ダイオードに
結合されたレンズの概要図である。
【図７】本発明の実施形態に従った、「フリップチッ
プ」幾何形態を有する発光ダイオードに直接に結合され
たレンズの概要図である。
プ」幾何形態を有する発光ダイオードに直接に結合され
たレンズの概要図である。
【図８】レンズに実質的に垂直な活性領域を有する発光
ダイオードに、結合層を用いて結合されたレンズの概要
図である。
ダイオードに、結合層を用いて結合されたレンズの概要
図である。
【図９】レンズに実質的に垂直な活性領域を有する発光
ダイオードに、直接に結合されたレンズの概要図であ
る。
ダイオードに、直接に結合されたレンズの概要図であ
る。
【図１０】レンズ表面の凹部内に設けられ、レンズに直
接に結合された発光ダイオードの概要図である。
接に結合された発光ダイオードの概要図である。
【図１１】レンズ表面の凹部内に設けられ、結合層を用
いて、レンズに結合された発光ダイオードの概要図であ
る。
いて、レンズに結合された発光ダイオードの概要図であ
る。
２ レンズ ４ ＬＥＤダイ ８ ｎ−層 １０ ｐ−層 １２ 活性領域 １４ ｎ−接点 １６ ｐ−接点 １８ ＬＥＤダイ４の表面 ２０ 金属化層 ２２ レンズの表面 ２４ 表面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 3/08 Ｇ０２Ｂ 3/08 (72)発明者 マイケル アール クレイムス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94041 マウンテン ビュー フロント レーン 550 (72)発明者 ウェイン エル スナイダー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 パロ アルト クーパ ストリー ト 3365 (72)発明者 フランク エム ステランカ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95120−3203 サン ホセ オウグレイデ ィ ドライヴ 7086 (72)発明者 ロバート シー テイバー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94301 パロ アルト キプリング スト リート 328 (72)発明者 ジョン ジェイ ユビング アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 パロ アルト タウル ウェイ 665 (72)発明者 ダグラス ダブリュ ポシアス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94087−1243 サニーヴェイル ピア ア ベニュー 804 (72)発明者 トロイ エイ トロティアー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95126 サン ホセ マッキンリー アベ ニュー 1546 (72)発明者 クリストファー エイチ ロウェリー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94539 フリーモント ラ ピューリシマ ウェイ 40570 (72)発明者 ガード オー ミューラー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95132 サン ホセ スウェイガート ロ ード 3491 (72)発明者 レジーナ ビー ミューラー マック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95132 サン ホセ スウェイガート ロ ード 3491 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA04 AA06 AA11 CA13 CA33 CA37 CA40 CA46 CB15 EE17
Claims (42)
- 【請求項１】 活性領域を備える半導体層を含む積層体
を有する発光デバイスであって、前記デバイスが、前記
積層体に結合するレンズを備えることを特徴とする発光
デバイス。 - 【請求項２】 前記レンズの形状が、ワイエルストラス
球面、半球、半球より小さい球面の一部、楕円面、及び
楕円面の一部からなる群から選択されることを特徴とす
る、請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項３】 前記レンズが、フレネルレンズであるこ
とを特徴とする、請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項４】 前記レンズが、屈折率勾配型レンズであ
ることを特徴とする、請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項５】 前記レンズが、光学ガラス、III−Ｖ族
半導体、II−VI族半導体、IV族半導体及び化合物、金属
酸化物、金属フッ化物、ダイアモンド、イットリウムア
ルミニウムガーネット、及びそれらの組合せからなる群
から選択された材料から形成されることを特徴とする、
請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項６】 前記レンズが、酸化ジルコニウム、サフ
ァイア、ＧａＰ、ＺｎＳ、及びＳｉＣからなる群から選
択された材料から形成されることを特徴とする、請求項
１に記載の発光デバイス。 - 【請求項７】 前記レンズが、前記活性領域から放射さ
れた光の波長を、少なくとも１つの他の波長に変換す
る、１つ或いはそれ以上のルミネセンス材料を含むこと
を特徴とする、請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項８】 前記レンズが、前記活性領域から放射さ
れた光の波長を、少なくとも１つの他の波長に変換す
る、１つ或いはそれ以上のルミネセンス材料でコートさ
れることを特徴とする、請求項１に記載の発光デバイ
ス。 - 【請求項９】 前記レンズが、前記積層体の表面に結合
され、前記レンズの基部の長さと前記表面の長さとの最
少比が約１より大きいことを特徴とする、請求項１に記
載の発光デバイス。 - 【請求項１０】 前記比が、約２より大きいことを特徴
とする、請求項９に記載の発光デバイス。 - 【請求項１１】 前記積層体が、前記レンズの表面の凹
部中に設けられることを特徴とする、請求項１に記載の
発光デバイス。 - 【請求項１２】 前記レンズの屈折率が、前記活性領域
により放射された光について、約１．５より大きいこと
を特徴とする、請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項１３】 前記屈折率が、約１．８より大きいこ
とを特徴とする、請求項１２に記載の発光デバイス。 - 【請求項１４】 前記レンズの屈折率が、前記活性領域
により放射された光について、前記半導体層の屈折率よ
り大きいか又は等しいことを特徴とする、請求項１に記
載の発光デバイス。 - 【請求項１５】 前記活性領域にわたって電圧を印加す
るため、前記半導体層に電気的に連結する接点を、さら
に備えることを特徴とする、請求項１に記載の発光デバ
イス。 - 【請求項１６】 前記接点の少なくとも１つが、前記活
性領域により放射された光について高度に反射性であ
り、そして前記レンズに向けて前記光を反射させるよう
に設けられることを特徴とする、請求項１５に記載の発
光デバイス。 - 【請求項１７】 前記活性領域により放射された光を前
記レンズに向けて反射するように設けられた、少なくと
も１つの、斜面とされた側部をさらに備えることを特徴
とする、請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項１８】 前記活性領域により放射された光につ
いて高度に反射性の、少なくとも１つの層をさらに備
え、前記層は前記光を前記レンズに向けて反射するよう
に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の
発光デバイス。 - 【請求項１９】 前記透明レンズが、少なくとも１つの
前記半導体層に直接結合されることを特徴とする、請求
項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項２０】 前記積層体が、前記半導体層の上に配
置されそしてレンズに直接結合された透明上層を備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項２１】 前記上層が、前記活性領域により放射
された光について、約１．８より大きい屈折率を有する
ことを特徴とする、請求項２０に記載の発光デバイス。 - 【請求項２２】 前記上層が、サファイア、ＳｉＣ、Ｇ
ａＮ、及びＧａＰからなる群から選択された材料から形
成されることを特徴とする、請求項２０に記載の発光デ
バイス。 - 【請求項２３】 前記レンズがＺｎＳから形成され、前
記上層がＳｉＣ、ＧａＰ、及びサファイアからなる群か
ら選択された材料から形成され、そして前記半導体層が
III族窒化物半導体を備えることを特徴とする、請求項
２０に記載の発光デバイス。 - 【請求項２４】 前記レンズがＧａＰから形成され、前
記上層がIII族リン化物材料から形成され、そして前記
半導体層がIII族リン化物半導体を備えることを特徴と
する、請求項２０に記載の発光デバイス。 - 【請求項２５】 前記レンズと前記積層体の表面との間
に配置された透明結合層をさらに備え、前記透明結合層
は前記レンズを前記積層体に結合することを特徴とす
る、請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項２６】 前記透明結合層が、光学ガラス、カル
コゲナイドガラス、III−Ｖ族半導体、II−VI族半導
体、IV族半導体、有機半導体、金属、金属酸化物、金属
フッ化物、イットリウムアルミニウムガーネット、リン
化物、ヒ化物、アンチモン化物、窒化物、及びそれらの
組合せからなる群から選択された材料から形成されるこ
とを特徴とする、請求項２５に記載の発光デバイス。 - 【請求項２７】 前記透明結合層が、前記活性領域から
放射された光の波長を少なくとも１つの他の波長に変換
する、１つ或いはそれ以上のルミネセンス材料を含むこ
とを特徴とする、請求項２５に記載の発光デバイス。 - 【請求項２８】 前記透明結合層が、前記活性領域によ
り放射された光について、約１．５より大きい屈折率を
有することを特徴とする、請求項２５に記載の発光デバ
イス。 - 【請求項２９】 前記屈折率が、約１．８より大きいこ
とを特徴とする、請求項２８に記載の発光デバイス。 - 【請求項３０】 前記結合層が、約５００オングストロ
ーム未満の厚みを有することを特徴とする、請求項２５
に記載の発光デバイス。 - 【請求項３１】 前記表面が、前記半導体層の１つの表
面を含むことを特徴とする、請求項２５に記載の発光デ
バイス。 - 【請求項３２】 前記表面が、前記半導体層の上に配置
された透明上層の表面を含むことを特徴とする、請求項
２５に記載の発光デバイス。 - 【請求項３３】 前記上層が、前記活性領域により放射
される光について、約１．８より大きい屈折率を有する
ことを特徴とする、請求項３２に記載の発光デバイス。 - 【請求項３４】 前記上層が、サファイア、ＳｉＣ、Ｇ
ａＮ、及びＧａＰからなる群から選択された材料から形
成されることを特徴とする、請求項３２に記載の発光デ
バイス。 - 【請求項３５】 前記レンズがＺｎＳから形成され、前
記上層がＳｉＣ、ＧａＮ、及びサファイアからなる群か
ら選択された材料から形成され、そして前記半導体層が
III族窒化物半導体を備えることを特徴とする、請求項
３２に記載の発光デバイス。 - 【請求項３６】 前記レンズがＧａＰから形成され、前
記上層がIII族リン化物材料から形成され、そして前記
半導体層がIII族リン化物半導体を備えることを特徴と
する、請求項３２に記載の発光デバイス。 - 【請求項３７】 活性領域を備える半導体層を含む積層
体を有する発光デバイスに、透明レンズを結合する方法
であって、 前記レンズ及び前記積層体の温度を上昇させる段階と、 前記レンズ及び前記積層体を一緒に押付けるため圧力を
加える段階とを含み、これにより前記レンズを前記積層
体に結合させることを特徴とする方法。 - 【請求項３８】 前記温度が、約５００℃未満の温度ま
で上昇されることを特徴とする、請求項３７に記載の方
法。 - 【請求項３９】 前記レンズと前記積層体の間に、１つ
或いはそれ以上の高拡散率の材料を配置する段階をさら
に備えることを特徴とする、請求項３７に記載の方法。 - 【請求項４０】 前記レンズと前記積層体の少なくとも
１つに、高拡散率の材料をドーピングする段階をさらに
備えることを特徴とする、請求項３７に記載の方法。 - 【請求項４１】 前記レンズと前記積層体の表面との間
に透明結合材料の層を配置する段階をさらに備えること
を特徴とする、請求項３７に記載の方法。 - 【請求項４２】 前記結合材料が光学ガラスを含み、前
記温度が前記光学ガラスの歪み点温度付近にまで上昇さ
れることを特徴とする、請求項４１に記載の方法。
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