用于增強(qiáng)的光提取效率的成形led的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光設(shè)備的領(lǐng)域，并且具體地涉及被成形以增加來自設(shè)備的表面的光提取效率的發(fā)光設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]用于照明應(yīng)用的固態(tài)發(fā)光設(shè)備(LED)的增加的使用已經(jīng)創(chuàng)建了高度競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)，其中成本和照明效率是主導(dǎo)因素。改進(jìn)設(shè)備和/或照明組件的光輸出效率的技術(shù)對(duì)于從競(jìng)爭(zhēng)中區(qū)分出設(shè)備并且增加市場(chǎng)份額是合期望的。
[0003]用于改進(jìn)光輸出效率的常用技術(shù)是將發(fā)光設(shè)備110圍封在反射結(jié)構(gòu)120 (典型地為拋物面)中，其將所發(fā)射的光引導(dǎo)在期望的方向上，如圖1A中所示。這樣的反射體120可以例如用于引導(dǎo)來自相機(jī)或諸如手機(jī)之類的其它便攜式設(shè)備中的閃光元件的光。為了最大化由這樣的反射體120提供的優(yōu)點(diǎn)，大多數(shù)所發(fā)射的光應(yīng)當(dāng)被引導(dǎo)朝向反射表面，使得其被重定向成朝向期望的方向130，如由光線140所示。沒有撞擊反射表面120的光可能在不想要的方向上行進(jìn)，如由光線150所示。因此，使用拋物面反射體的常規(guī)發(fā)光設(shè)備110通常被配置成在相對(duì)于發(fā)光元件112的“上”發(fā)光表面114的側(cè)向方向上朝向反射表面120發(fā)射光。諸如圖1B中所示的同心側(cè)反射透鏡118通常被用于提供從發(fā)光元件112的上表面114發(fā)射的光的重定向。
[0004]以類似方式，半導(dǎo)體發(fā)光元件通常被用作用于光照顯示屏的背光。通常，側(cè)發(fā)射結(jié)構(gòu)鄰近位于顯示面板下方的光導(dǎo)安置或安置在所述光導(dǎo)內(nèi)。側(cè)發(fā)射光光照光導(dǎo)，其隨后光照顯示面板。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]將有利的是增加發(fā)光設(shè)備的光輸出效率。還將有利的是改進(jìn)光輸出的均勻性和/或改進(jìn)發(fā)光設(shè)備的可靠性。
[0006]為了更好地解決這些關(guān)注點(diǎn)中的一個(gè)或多個(gè)，在本發(fā)明的實(shí)施例中，發(fā)光元件的形狀被設(shè)計(jì)成增加從發(fā)光元件的表面逸出的光的量。發(fā)光元件和周圍環(huán)境的折射率限定逸出區(qū)段，光可以通過該逸出區(qū)段通過發(fā)光元件的表面逸出。在逸出區(qū)段外部行進(jìn)的光在表面處被全內(nèi)反射(TIR)。通過增加發(fā)光元件上的表面的數(shù)目，逸出區(qū)段的數(shù)目可以增加，光從表面逸出的可能性隨之對(duì)應(yīng)增加。相比于矩形表面，具有多于四個(gè)邊的多邊形表面還提供更均勻的電流注入和減小的機(jī)械應(yīng)力。
[0007]發(fā)光元件包括橫截面視圖輪廓和頂視圖輪廓，并且在本發(fā)明的實(shí)施例中，這些輪廓中的至少一個(gè)大大不同于矩形。在示例實(shí)施例中，輪廓包括至少五個(gè)邊的多邊形或至少7個(gè)平面的多面體。輪廓中所勾勒的一個(gè)或多個(gè)表面可以是反射的，其將朝向期望的方向重定向光。輪廓中所勾勒的一個(gè)或多個(gè)表面(平面)可以用于電氣接觸或電流注入的目的。發(fā)光元件可以位于襯底上，并且襯底的頂視圖輪廓可以對(duì)應(yīng)于發(fā)光元件的頂視圖輪廓，或者其可以不同。襯底可以包括促進(jìn)具有非矩形輪廓的發(fā)光元件的創(chuàng)建的特征。LED可以通過其側(cè)面?zhèn)认虺尚?2D)，其中頂視圖將看起來具有多邊形性質(zhì)，或者可以在三個(gè)方向上(3D)以多面體形狀成形。
【附圖說明】
[0008]更詳細(xì)地并且通過示例的方式參照附圖來解釋本發(fā)明，其中:
圖1A圖示了具有拋物面反射體的示例現(xiàn)有技術(shù)發(fā)光設(shè)備，以及
圖1B圖示了用于與這樣的反射體一起使用的示例現(xiàn)有技術(shù)側(cè)發(fā)射設(shè)備。
[0009]圖2A和2B圖示了矩形發(fā)光元件的側(cè)視圖和頂視圖。
[0010]圖3A和3B圖示了矩形發(fā)光元件的示例逸出區(qū)段。
[0011]圖4A和4B圖示了六邊形發(fā)光元件的示例逸出區(qū)段。
[0012]圖5A和5B圖示了來自八邊形發(fā)光元件的示例逸出區(qū)段。
[0013]圖6A-6D圖示了用于非矩形發(fā)光元件的示例可替換形狀。
[0014]圖7A-7E圖示了包括非矩形發(fā)光元件的示例晶片。
[0015]圖8A-8B圖示了具有非矩形橫截面輪廓的示例發(fā)光元件。
[0016]貫穿各圖，相同參考標(biāo)記指示類似或?qū)?yīng)的特征或功能。出于說明性目的而包括附圖并且附圖不意圖限制本發(fā)明的范圍。
【具體實(shí)施方式】
[0017]在以下描述中，出于解釋而非限制的目的，闡述具體細(xì)節(jié)，諸如特定架構(gòu)、界面、技術(shù)等，以便提供對(duì)本發(fā)明的概念的透徹理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可以在脫離這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)施例中實(shí)踐本發(fā)明。以類似方式，該描述的文本針對(duì)如圖中所示的示例實(shí)施例，并且不意圖超出權(quán)利要求中明確包括的限制之外地限制所要求保護(hù)的發(fā)明。出于簡(jiǎn)化和清楚的目的，省略眾所周知的設(shè)備、電路和方法的詳細(xì)描述以免以非必要的細(xì)節(jié)混淆本發(fā)明的描述。
[0018]在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，控制發(fā)光元件的形狀以減小從設(shè)備內(nèi)的點(diǎn)發(fā)射的光將以大于相對(duì)于表面法向的臨界角撞擊表面的可能性。臨界角由表面的任一側(cè)上的材料的折射率η I和η2確定，并且對(duì)于從具有折射率η I的介質(zhì)彳丁進(jìn)到具有折射率η2的介質(zhì)的光而目，等于:
arcsin(n2/nl)(等式 I)
以大于臨界角撞擊表面的光將被全內(nèi)反射，并且將不通過表面逸出。術(shù)語“逸出區(qū)段”被用于限定其內(nèi)的光將通過表面逸出的角度范圍。
[0019]在理想情形中，來自球體中心處的點(diǎn)源的撞擊球體表面的所有光將通過表面逸出，因?yàn)閺脑行陌l(fā)射的光將以表面法向的角度撞擊球體表面。然而，點(diǎn)源當(dāng)前是不可行的，并且考慮到光源將消耗球體內(nèi)的一些空間，并非所有光將從球體的精確中心發(fā)射。
[0020]從偏離中心的點(diǎn)生成的光可能以并非表面法向的角度撞擊球體表面，但是光以大于臨界角的角度撞擊球體表面的可能性大大小于光以大于臨界角的角度撞擊平面表面的可能性。這是由于以下事實(shí):球體表面上的每一個(gè)點(diǎn)具有相對(duì)于表面切向的逸出區(qū)段；并且相對(duì)于球體內(nèi)的每一個(gè)點(diǎn)，這些逸出區(qū)段將重疊。
[0021]類似地，來自柱體表面的側(cè)面的逸出區(qū)段也將重疊，從而為彎曲外表面的方向上所發(fā)射的光提供高光提取效率。
[0022]盡管可以通過使用圍繞光源的球體或柱體表面來獲得效率，但是與形成球體或柱體形狀中的發(fā)光元件相關(guān)聯(lián)的成本排除了其用于發(fā)光元件的商業(yè)生產(chǎn)的用途。從多個(gè)發(fā)光元件的晶片形成這樣的形狀一般將要求每一個(gè)發(fā)光元件的銑削、激光切割或機(jī)械鋸切，這帶有由這樣的過程產(chǎn)生的每一個(gè)發(fā)光元件之間的材料的明顯浪費(fèi)。
[0023]盡管球體或柱體發(fā)光設(shè)備當(dāng)前可能不是可行的，但是該范例的原理可以應(yīng)用于使用改進(jìn)光直接從發(fā)光區(qū)內(nèi)的點(diǎn)逸出的可能性的其它形狀。在本發(fā)明的示例實(shí)施例中，例如，多邊形狀被用于增加逸出區(qū)段的數(shù)目，從而增加從發(fā)光元件內(nèi)的點(diǎn)生成的光將處于逸出區(qū)段內(nèi)的可能性。優(yōu)選地，使用多個(gè)平面表面形成形狀，從而避免對(duì)彎曲表面成形的需要；并且如果相鄰發(fā)光元件的平面表面對(duì)準(zhǔn)布置在晶片上，則可以使用單個(gè)切分操作來提供這些對(duì)準(zhǔn)的表面。此外，如果平面表面彼此鄰接，則在形成個(gè)體化(“單個(gè)化”)的發(fā)光元件中浪費(fèi)較少材料。例如，規(guī)則六邊形棋盤布置提供沒有六邊形之間的空間的六邊形圖案。盡管這樣的設(shè)計(jì)不提供簡(jiǎn)單的切割/切分圖案，但是隨著諸如激光切分之類的技術(shù)中的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)六邊形切分的成本可以通過消除需要被允許和部署的廢料來抵消。
[0024]圖2A和2B圖示了矩形發(fā)光元件200的側(cè)視圖和頂視圖。如圖2A中所示，來自發(fā)光元件200的光的大部分從發(fā)光元件的上表面204發(fā)射。光210在發(fā)光元件200的內(nèi)部生成，并且撞擊表面204。如果光210相對(duì)于表面204處于發(fā)光元件200的逸出區(qū)段內(nèi)，則其能夠作為所發(fā)射的光210’通過表面逸出；如果光211不在逸出區(qū)段內(nèi)，則光211將被全內(nèi)反射(TIR)為光211’ ?
[0025]除撞擊上表面204的光210，211之外，一些光220，221將撞擊發(fā)光元件200的側(cè)面202或邊緣，如圖2B中進(jìn)一步圖示的。如果光220相對(duì)于側(cè)面202處于逸出區(qū)段內(nèi)，則其將作為光220’發(fā)射；如果光221不在逸出區(qū)段內(nèi)，則其將被全內(nèi)反射為光221’。
[0026]從表面204，202反射的光211，221最終可以在另一表面的逸出區(qū)段內(nèi)撞擊該表面并且將從該表面發(fā)射，如圖2B中的221’’所示。然而，一些反射光可能在其能夠逸出之前在發(fā)光元件200內(nèi)被吸收；其還可能繼續(xù)被內(nèi)反射，從而進(jìn)一步增加該反射光將在發(fā)光元件200內(nèi)被吸收并被轉(zhuǎn)換成熱能的可能性，如圖2B中222處的終止的反射光所示。
[0027]如上文所指出的，光通過表面發(fā)射的可能性取決于與表面相關(guān)聯(lián)的逸出區(qū)段。該逸出區(qū)段由表面的任一側(cè)上的折射率確定。如果光在“臨界角”內(nèi)撞擊表面，則光將行進(jìn)通過該表面；如果不是，則其將被全內(nèi)反射。