專利名稱：：具有再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造和光學(xué)元件的led裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光源。更具體地講，本發(fā)明涉及包括發(fā)光二極管(LED)、再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造、和光學(xué)元件(例如在此所描述的提取器)的光源。
背景技術(shù)：
：發(fā)光二極管(LED)為當(dāng)電流在陽極和陰極之間通過時進(jìn)行發(fā)光的固態(tài)半導(dǎo)體裝置。常規(guī)的LED包含一個單一pn結(jié)。pn結(jié)可以包括中間無摻雜區(qū)域；此類pn結(jié)另外也可以被稱為pin結(jié)。像非發(fā)光半導(dǎo)體二極管一樣，常規(guī)的LED更容易按一個方向通過電流，即按電子從負(fù)區(qū)移動到正區(qū)的方向。當(dāng)電流以"向前"的方向通過LED時，來自負(fù)區(qū)的電子與來自正區(qū)的空穴重組，生成光子。由常規(guī)LED發(fā)射的光外觀為單色；也就是說，它以單一的窄帶波長生成而產(chǎn)生。所發(fā)射光的波長對應(yīng)于與電子空穴對重組相關(guān)的能量。在最簡單的情況中，該能量約為半導(dǎo)體的能帶隙能量，其中重組在半導(dǎo)體中進(jìn)行。常規(guī)的LED可以在pn結(jié)處另外包含一個或多個捕獲高濃度電子和空穴的量子阱，從而增強(qiáng)產(chǎn)生光的重組。若干調(diào)查者已經(jīng)試圖生產(chǎn)一種發(fā)射白光或?qū)τ谌搜?色覺來說呈現(xiàn)白色光的LED裝置。一些調(diào)查者報道了所聲稱的在pn結(jié)內(nèi)擁有多個量子阱的LED的設(shè)計或制造，其中多個量子阱旨在以不同的波長發(fā)射光。以下參考文5獻(xiàn)可能與這樣的技術(shù)有關(guān)美國專利No.5,851，905;美國專利No.6,303,404;美國專利No.6,504,171;美國專利No.6,734,467;Damilano等人，MonolithicWhiteLightEmittingDiodesBasedonInGaN/GaNMultiple-QuantumWells(基于InGaN/GaN多量子阱的單色白光發(fā)光二極管)，Jpn.J.Appl.Phys.(《日本應(yīng)用物理雜志》)巻40(2001)第L918-L920頁；Yamada等人，Re-emittingsemiconductorconstructionFreeHigh-Luminous-EfficiencyWhiteLight-EmittingDiodesComposedofInGaNQuantumWell(InGaN量子阱組成的高發(fā)光效率白色游離發(fā)光二極管的再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造)，Jpn.J.Appl.Phys.(《日本應(yīng)用物理雜志》)巻41(2002)第L246-L248頁；Dalmasso等人，InjectionDependenceoftheElectroluminescenceSpectraofRe-emittingsemiconductorconstructionFreeGaN-BasedWhiteLightEmittingDiodes,phys.(再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造游離GaN基白色發(fā)光二極管的電致發(fā)光光譜的注射依賴),phys.stat.sol.(《固態(tài)物理》)(a)192'No.l，139-143(2003)。一些調(diào)査者報道了所聲稱的結(jié)合兩個常規(guī)LEDLED裝置的設(shè)計或制造，旨在以不同的波長在一個單一的裝置內(nèi)獨立發(fā)射光。以下參考文獻(xiàn)可能與這樣的技術(shù)有關(guān)美國專利No.5,851，905;美國專利No.6,734,467;美國專利出版No.2002/0041148Al;美國專利出版No.2002/0134989Al;以及Luo等人，Patternedthree-colorZnCdSe/ZnCdMgSequantum-wellstructuresforintegratedfull-colorandwhitelightemitters(用于集成的全彩色和白光發(fā)射器的圖案化三色ZnCdSe/ZnCdMgSe量子阱結(jié)構(gòu))，App.Phys.Letters(《應(yīng)用物理快報》)，vol.77,no.26，pp4259-4261(2000)。一些調(diào)查者報道了所聲稱的LED裝置的設(shè)計或制造，這些LED裝置將常規(guī)LED元件與諸如釔鋁石榴石(YAG)的化學(xué)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造結(jié)合起來，旨在吸收由LED元件發(fā)射的光的一部分以及較長波長的再發(fā)射光。美國專利No.5，998,925和美國專利No.6,734，467可能與這樣的技術(shù)相關(guān)。一些調(diào)査者報道了所聲稱的LED的設(shè)計和制造，這些LED在帶有I、Al、Cl、Br、Ga或In的ZnSe基板n摻雜上發(fā)展，以便在所述該基板上產(chǎn)生熒光中心，旨在吸收由LED元件發(fā)射的光的一部分以及較長波長的再發(fā)射光。美國專利6,337,536和日本專利申請出版編號2004-072047可能與這樣的技術(shù)相關(guān)。美國專利公布No.2005/0023545(Camras等人)內(nèi)容以引用方式并入本文。
發(fā)明內(nèi)容除其他內(nèi)容外，本專利申請公開了包括具有發(fā)射表面的LED元組件的一種光源，該光源的LED元組件可以是或可以包括i)能夠以第一波長發(fā)射光的LED;以及ii)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，它包括不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱。LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造可以是單個晶?；虮∑牟糠?，其中LED與位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱相連，而再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造與不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱相連?？蛇x擇地，LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造可以是分開的兩個部分，二者之間通過一個或多個其他透光性元組件提供光路。所公開的光源還優(yōu)選地包括具有輸入表面和輸出表面的光學(xué)元件，該輸入表面與LED組件的發(fā)射表面進(jìn)行光學(xué)接觸。這樣的發(fā)射表面可以是LED表面或再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造表面，但在很多情況下，是相對高的折射率材料的表面，例如半導(dǎo)體材料或其他基板材料例如Si、Ge、GaAs、InP、藍(lán)寶石、SiC、ZnSe，等。為增強(qiáng)來自LED組件的光的耦合，光學(xué)元件優(yōu)選地還具有相對高的折射率，如在由LED發(fā)射的光的波長上，折射率至少為1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3或2.4或更高。光學(xué)元件可以是通過放置在LED組件之上以及基本上圍繞LED組件(或其部分)形成的封殼，或可以是"提取器"，該提取器單獨制成，然后接觸或緊鄰LED元件表面以從那里進(jìn)行耦合或提取光，并減少陷入到該組件內(nèi)的光量。提取器或其他光學(xué)元件可以具有發(fā)散在輸入表面收集的光引導(dǎo)進(jìn)入側(cè)發(fā)光圖案。在一些實施例中，光源另外包括與發(fā)射表面的第一部分光學(xué)接觸的圖案化的低折射率層，該圖案化層具有第一折射率；而光學(xué)元件的輸入表面與發(fā)射表面的第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸，光學(xué)元件具有高于第一折射率的第二折射率。在一些實施例中，光源另外包括將由LED元件產(chǎn)生的光的至少一些完全地內(nèi)反射回進(jìn)入LED組件的裝置，該反射裝置與發(fā)射表面的第一部分進(jìn)行光學(xué)地接觸；光學(xué)元件的輸入表面與不同于第一部分的發(fā)射表面的第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些實施例中，光學(xué)元件包括具有輸入表面并由第一材料制構(gòu)成的第一部分，光學(xué)元件還包括具有輸出表面并由第二材料構(gòu)成的第二部分；并且其中第一材料的折射率大于第二材料的折射率。在一些實施例中，光學(xué)元件為多個光學(xué)元件中的一個，每個這樣的光學(xué)元件具有輸入表面；其中光學(xué)元件的尺寸為，使得輸入表面相互間隔開并與發(fā)射表面的不同部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些實施例中，光學(xué)元件具有一個基部、兩個會聚側(cè)面和兩個發(fā)散側(cè)面，其中該基部為光學(xué)地連接到發(fā)射表面的輸入表面。在一些實施例中，光學(xué)元件光學(xué)連接到LED組件并成形以引導(dǎo)由LED元件發(fā)射的光，以便生成具有兩個瓣的側(cè)發(fā)光圖案。在一些實施例中，光學(xué)元件具有基部、小于基部的頂端以及在基部和頂端之間延伸的會聚側(cè)面，其中基部光學(xué)地連接到發(fā)射表面且尺寸不大于發(fā)射表面，并且其中光學(xué)元件引導(dǎo)由LED組件發(fā)射的光以生成側(cè)面發(fā)射圖案。在一些實施例中，光學(xué)元件具有基部、頂端以及連接基部和頂端的會聚側(cè)面，而基部光學(xué)地連接到發(fā)射表面，并且光學(xué)元件具有包括基部的第一部分并且該第一部分由第一材料構(gòu)成，以及具有包括頂端的第二部分并且該第二部分由第二材料構(gòu)成。在一些實施例中，光學(xué)元件具有第一折射率并具有包括基部、頂端和連接基部和頂端的會聚側(cè)面，基部光學(xué)地連接到發(fā)射表面且尺寸不大于發(fā)射表面，光源還包括包封LED組件的第二光學(xué)元件和第一命名光學(xué)元件,第二光學(xué)元件具有低于第一折射率的第二折射率。在一些實施例中，光學(xué)元件具有第一折射率并具有基部、位于發(fā)射表面上方的頂端和連接基部和頂端的會聚側(cè)面；基部光學(xué)地連接到發(fā)射表面，光源還包括包封LED組件的第二光學(xué)元件和第一命名光學(xué)元件，第二光學(xué)元件具有低于第一折射率的第二折射率。在一些實施例中，相比于由第一光學(xué)元件單獨提取的功率，包封LED組件的第二光學(xué)元件和第一光學(xué)元件提供了在由LED組件提取的功率上的增長。在一些實施例中，光學(xué)元件具有基部、頂端和連接基部和頂端的側(cè)面，基部光學(xué)地連接到發(fā)射表面且與發(fā)射表面機(jī)械地相分離。還描述了包括所公開的LED裝置的圖形顯示器裝置和照明裝置。在下面的詳細(xì)描述中將明白本專利申請的這些方面及其他方面。然而，在任何情況下，以上概述都不應(yīng)理解為是對要求保護(hù)的主題的限制，該主題僅受所附權(quán)利要求書的限定，并且在審查期間可以進(jìn)行修改。在本申請中參照半導(dǎo)體裝置中的層疊堆，"緊鄰"是指在序列中沒有中間層的下一個，"近鄰"是指在序列中具有一個或幾個中間層的下一個，而"圍繞"是指序列中的之前和之后兩者；"勢阱"是指半導(dǎo)體裝置中的半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層具有比圍繞層低的導(dǎo)帶能或比圍繞層高的價帶能，或二者均有；"量子阱"是指勢阱，它足夠薄，通常厚度為100nm或更小，以使得量子化效應(yīng)提升井中的電子空穴對躍遷能量；"躍遷能量"是指電子空穴重組能源；"晶格匹配"是指，參照兩種諸如基板上的外延膜的晶體材料，隔離放置的每種材料均具有晶格常數(shù)，并且這些晶格常數(shù)基本上相等，典型地相互間的差異不超過0.2%,更典型地相互間的差異不超0.1%，而最典型地相互間的差異不超0.01%;以及9"假晶"是指，參照給定厚度的第一晶體層和第二晶體層，例如外延膜和基板，隔離放置的每個層均具有晶格常數(shù)，并且這些晶格常數(shù)十分近似，以便給定厚度的第一層可在該層的平面中采用第二層的晶格間距，而基本上不產(chǎn)生失配缺陷。應(yīng)該理解，對于所公開的包括正摻雜和負(fù)摻雜半導(dǎo)體區(qū)的任何實施例，還應(yīng)考慮公開一個進(jìn)一步的實施例，其中正摻雜可用負(fù)摻雜交換，反之亦然。應(yīng)該理解，在此陳述"勢阱"、"第一勢阱"、"第二勢阱"和"第三勢阱"中的每一個的情況下，可以提供一個單一勢阱，或可提供通常具有類似特性的多個勢阱。同樣，應(yīng)該理解，在此陳述"量子阱"、"第一量子阱"、"第二量子阱"和"第三量子阱"中的每一個均在此重述的情況下，可以提供一個單一量子阱，或可提供通常具有類似特性的多重量子阱。附圖簡述圖1是在構(gòu)造中的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶的平帶圖。層厚度未按比例繪制；圖2示出了用于多種II-VI二元化合物以及它們的合金的晶格常數(shù)和能帶隙的曲線圖。圖3示出了從裝置發(fā)射出的光的光譜的曲線圖4是在構(gòu)造中的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶的平帶圖；層厚度未按比例繪制；圖5和6是具有亮度增強(qiáng)層的LED包裝的示意性剖視圖；圖7和8是具有亮度增強(qiáng)層和錐形光學(xué)元件的更多LED包裝的示意性剖視圖9示出了隨著在LED組件的前發(fā)射表面上錐形元件的占有面積大小的變化，LED組件的模型化的亮度和光輸出的曲線圖10-12示出利用化合物錐形元件的LED包裝的示意性剖視圖，圖12進(jìn)一步示出連接到LED組件的多重錐形元件；圖13是具有亮度增強(qiáng)層和多重光學(xué)元件的另一個LED包裝的示意性剖視圖14示出了光學(xué)元件和LED元件構(gòu)造的示意性側(cè)視圖。圖15a-c是附加的光學(xué)元件的透視圖16是具有另一個光學(xué)元件的光源的透視圖17a-i是附加的光學(xué)元件的俯視圖18a-c示出了可選光學(xué)元件的示意性前視圖19a-e是整合光學(xué)元件和LED組件的附加光源的示意性側(cè)視圖20a-d是光學(xué)元件/LED組件組合的底視圖21是光學(xué)元件和LED組件陣列的透視圖；以及圖22是另一個光學(xué)元件/LED組件組合的局部側(cè)視圖。具體實施例方式本專利申請公開包括LED組件的照明裝置，LED組件包括與再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造結(jié)合的LED以及與LED組件的發(fā)射表面進(jìn)行光學(xué)接觸或光學(xué)地連接的光學(xué)元件。光學(xué)元件優(yōu)選地有相對高的折射率以增強(qiáng)出自LED組件的光的耦合，并且優(yōu)選地是或包括提取器，但也可以是或包括封殼。典型地，LED能夠以第一波長發(fā)射光，而再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造能夠以該第一波長吸收光并且以第二波長再發(fā)射光。再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱。再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造的勢阱通常(但不一定)是量子阱。在典型操作中，LED發(fā)射光子以對電流做出響應(yīng)，而再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造發(fā)射光子以對從LED發(fā)射的部分光子的吸收做出響應(yīng)。如果需要，再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造另外可以包括與勢阱近鄰或緊鄰的吸收層。吸收層通常具有能帶隙能量，該能帶隙能量一般小于或等于由LED發(fā)射的光子的能量，并且大于再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造的勢阱躍遷能量。在典型操作中，吸收層促進(jìn)由LED發(fā)射的光子的吸收。再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造另外可以包括至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，該第二勢阱具有與第11一勢阱的躍遷能量不相等的第二躍遷能量。在一些實施例中，LED為紫外發(fā)射LED。在一個這樣的實施例中，再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造包括至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱，該第一勢阱具有對應(yīng)于藍(lán)色波長光的第一躍遷能量，至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，該第二勢阱具有對應(yīng)于綠色波長光的第二躍遷能量，至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第三勢阱，該第三勢阱具有對應(yīng)于紅色波長光的第三躍遷能量。在一些實施例中，LED是可見發(fā)光LED，典型地為綠色、藍(lán)色或紫色LED，更典型地為綠色或藍(lán)色LED，而最典型地為藍(lán)光LED。在一個這樣的實施例中，再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造包括至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱，該第一勢阱具有對應(yīng)于黃色或綠色波長光的、更典型地為綠色波長光的第一躍遷能量，以及具有至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，該第二勢阱具有對應(yīng)于橙色或紅色波長光的、更典型地為紅色波長光的第二躍遷能量。再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造可以包括附加的勢阱和附加的吸收層。在一些實施例中，LED只具有一個pn結(jié)，而再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造只具有一個不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，該勢阱具有與例如綠色波長光相對應(yīng)的躍遷能量。在這樣的情況下，LED以短于綠色的波長發(fā)射光，例如藍(lán)色、紫色或紫外。利用已知半導(dǎo)體加工技術(shù)在一個單一制造步驟或過程形成LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，在這種情況下，LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造優(yōu)選地利用相同的材料組合，如ZnSe?？蛇x擇地，可以以分離的過程形成或加工LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，然后用鍵合劑或其他方式接合在一起，然后切割成單個晶粒(在應(yīng)用光學(xué)元件或應(yīng)用對應(yīng)于形成在LED晶片中的LED陣列的光學(xué)元件陣列之前或之后)。在另一些情況下，可以將LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造分離，例如，粘合或以其他方式接合或連接到提取器或其他光學(xué)元件的不同表面。12可以使用任何適合的LED。所公開裝置的元件，包括LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，可由任何適合的半導(dǎo)體構(gòu)成，包括例如Si或Ge的群組IV元件(除在發(fā)光層之外)、例如InAs、AlAs、GaAs、InP、A1P、GaP、InSb、AlSb、GaSb以及它們的合金的III-V化合物、例如ZnSe、CdSe、BeSe、MgSe、ZnTe、CdTe、BeTe、MgTe、ZnS、CdS、BeS、Mgs以及它們的合金的n-vi化合物、或以上任何化合物的合金。在適當(dāng)?shù)那闆r下，半導(dǎo)體可以是以任何適合方式或包含任何適合的摻雜物而進(jìn)行正摻雜或負(fù)摻雜。在一個典型的實施例中，LED是III-V半導(dǎo)體裝置，而再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造是II-VI半導(dǎo)體裝置。在一些實施例中，像LED或再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造這種裝置的一個組件的多個層的組合物是根據(jù)以下考慮來選擇的。典型地，每層對于該層或與基板匹配的晶格而給定厚度的基板來說，是假晶?？商娲?，每層可以是假晶或與緊鄰層匹配的晶格。典型地，選擇勢阱層材料和厚度以便提供所需的躍遷能量,該躍遷能量對應(yīng)于從量子阱發(fā)射的光的波長。例如，圖2中標(biāo)有460nm、540nm和630nm的點表示Cd(Mg)ZnSe合金，該合金具有接近于用于InP基板(5.8687?；?.58687nm)晶格常數(shù)的晶格常數(shù)以及對應(yīng)于460nm(藍(lán)色)、540nm(綠色)和630nm(紅色)波長的能帶隙能量。在勢阱層足夠薄以致量子化將躍遷能量提升到井中的本體能帶隙能量以上的情況下，該勢阱可以被視為量子阱。每個量子阱層的厚度確定量子阱中量子化能量的量，該能量被加到本體能帶隙能量上以產(chǎn)生量子阱中的躍遷能量。因此，通過調(diào)整量子阱層厚度可調(diào)整與每個量子阱相關(guān)的波長。典型地，量子阱層厚度介于lnm和100nm之間，更典型地介于2nm和35nm之間。通常，相對于在只有能帶隙能量的情況下所期望看到的波長，量子化能量在波長上減少20nm至50nm。發(fā)射層中的應(yīng)變也可以改變勢阱和量子阱的躍遷能量，包括因假晶層之間晶格常數(shù)不完全的匹配而導(dǎo)致的應(yīng)變。計算應(yīng)變的或未應(yīng)變的勢阱或量子阱的躍遷能量技術(shù)在本領(lǐng)域中是以已知的，如在HerbertKroemer，QuantumMechanicsforEngineering,MaterialsScienceandAppliedPhysics(PrenticeHall,EnglewoodCliffs,NewJersey,1994)(赫伯特克勒默的《工程、材料科學(xué)與應(yīng)用物理量子力學(xué)》，1994年，新澤西州英格伍德克里夫，普倫蒂斯，霍爾出版公司)，第54-63頁；以及Zory，ed.，QuantumWellLasers(AcademicPress,SanDiego，California,1993)(Zory編輯《量子阱激光器》，1993年，加利福尼亞圣地亞哥學(xué)術(shù)出版社)，第72-79頁；二者均以引用方式并入本文?？蛇x擇任何適合的發(fā)光波長，包括紅外光、可見光和紫外光波段中的波長。在一些實施例中，選擇發(fā)光波長以便由裝置發(fā)射的光的組合輸出產(chǎn)生可由兩種、三種或更多種單色光源的組合生成的任意顏色的呈現(xiàn)，包括白色或近白色、粉彩色、洋紅、青色、以及類似的顏色。在一些實施例中，裝置以不可見的紅外光或紫外光波長以及以可見的波長發(fā)射光，以作為裝置處于工作狀態(tài)的指示。通常，LED發(fā)射最短波長的光子，以使得由LED發(fā)射的光子具有足夠的能量以驅(qū)動再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造中的勢阱。在一個典型實施例中，LED為III-V半導(dǎo)體裝置，例如發(fā)射藍(lán)光的基于GaN的LED,而再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造為II-VI半導(dǎo)體裝置。圖1表示再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造中的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶的帶圖。層厚度未按比例繪制。表I指出了本實施例中層1-9的組合物以及這種組合物的能帶隙能量(Eg)。該構(gòu)造可以在InP基板上形成。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>層3表示一個單一個勢阱，它是具有約10nm厚度的紅色發(fā)光量子阱。層7表示一個單一勢阱,它是具有約10nm厚度的綠色發(fā)光量子阱。層2、4、6和8表示吸收層，每個吸收層具有約1000nm的厚度。層1、5和9表示支承層。典型地，支承層被選擇以便對從量子阱3和7以及從短波長LED發(fā)射的光基本透明。可替代地，裝置可以包括由吸收層和/或支承層分開的多重紅色或綠色發(fā)光勢阱或量子阱。不希望受理論所束縛，據(jù)信由圖1示出的實施例根據(jù)以下原理工作由LED發(fā)射且碰撞到再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造上的藍(lán)色波長光子可以被吸收，并且作為綠色波長光子從綠光發(fā)射量子阱7或作為紅色波長光子從紅光發(fā)射量子阱3被重新發(fā)射。短波長光子的吸收產(chǎn)生了電子空穴對，該電子空穴對隨著光子的發(fā)射在量子阱中重組。從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色和紅色波長光的多色組合可以呈現(xiàn)出白色或近白色?？梢砸匀魏芜m合的方式對從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色和紅色波長的光的強(qiáng)度進(jìn)行平衡，該方式包括每種類型量子阱數(shù)量的操縱、濾波器或反射層的利用、以及吸收層厚度和組合物的操縱。圖3示出了從裝置的一個實施例發(fā)射的光的光譜。再次參考圖1示出的實施例，通過選擇用于吸收層的能帶隙能量，吸收層2、4、5和8可被調(diào)配用于吸收由LED發(fā)射的光子，這些吸收層是在從LED發(fā)射的光子能量與量子阱3和7的躍遷能量之間的中間物。在與光子的伴隨發(fā)射重組前，量子阱3和7通常捕獲在吸收層2、4、6和8中的通過光子吸收而產(chǎn)生的電子空穴對。吸收層在組合物中選擇地可具有高于它們厚度全部或一部分的梯度，以便向勢阱集中或引導(dǎo)電子和/或空穴。在一些實施例中，在一個單一半導(dǎo)體單元中提供LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，S卩，可以在同一個晶片上通過一系列制造步驟形成LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造。這種半導(dǎo)體單元通常包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱。勢阱通常為量子阱。該單元能夠以兩個波長發(fā)射光，一個對應(yīng)于第一勢阱的躍遷能量(即，由LED發(fā)射的光)，而第二個對應(yīng)于第二勢阱的躍遷能量(即，由再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造發(fā)射的光)。在典型的操作中，第一勢阱發(fā)射光子響應(yīng)于經(jīng)過pn結(jié)的電流，而第二勢阱發(fā)射光子響應(yīng)于從第一勢阱發(fā)射的光子的一部分的吸收。半導(dǎo)體單元可以另外包括一個或多個圍繞或近鄰或緊鄰第二勢阱的吸收層。吸收層通常具有小于或等于第一勢阱的躍遷能量而大于第二勢阱的躍遷能量的能帶隙能量。在典型的操作中，吸收層有助于從第一勢阱發(fā)射的光子的吸收。半導(dǎo)體單元可以包括位于pn結(jié)內(nèi)或不位于pn結(jié)內(nèi)的另外的勢阱以及另外的吸收層。圖4是表示在這樣的半導(dǎo)體單元中半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶的帶圖。層厚度未按比例繪制。表II示出該實施例中的層l-14的組合物以及該組合物的能帶隙能量(Eg)。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>不希望受理論所束縛，據(jù)信該實施例根據(jù)以下原理工作當(dāng)電流從層14流向?qū)?0時，pn結(jié)中的量子阱(12)發(fā)射藍(lán)色波長光子。在層14方向上流動的光子可離開裝置。在相反方向流動的光子可被吸收，并且作為綠色波長光子從第二量子阱(8)重新發(fā)射或作為紅色波長光子從第三量子阱(4)重新發(fā)射。藍(lán)色波長光子的吸收產(chǎn)生電子空穴對，然后該電子空穴對隨著光子的發(fā)射可以在第二或第三量子阱中重組。在層14方向上流動的綠色或紅色波長光子可離開裝置。從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色和紅色波長的光的多色組合可以呈現(xiàn)出白色或近白色?？梢砸匀魏魏线m的方式對從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色或紅色波長的光的強(qiáng)度進(jìn)行平衡，該方式包括每種類型量子阱數(shù)量的操作、濾波器或反射層的利用。圖3表示從裝置一個實施例發(fā)射的光的光譜。再次參考圖4，吸收層3、5、7和9可以專門適用于吸收從第一量子阱(12)發(fā)射的光子，因為它們具有位于第一量子阱(12)的躍遷能量與第二和第三量子阱(8和4)的躍遷能量之間的中間的能帶隙能量。在與光子的伴隨發(fā)射進(jìn)行重組前，通常通過第二或第三量子阱8和4捕獲由吸收層3、5、7和9中的光子的吸收而生成的電子空穴對。吸收層可選地可以是摻雜質(zhì)的，通常如圍繞層一樣，在該實施例中的吸收層為正摻雜的。吸收層在組合物中可以選擇地具有高于它們的厚度的全部或一部分的梯度，以便向勢阱集中或引導(dǎo)電子和/或空穴。在LED為可見波長LED的情況中，再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造層對于從LED發(fā)射的光可以是部分透明的?？蛇x擇地，例如在LED為紫外波長LED的情況中，再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造的層中的一個或多個可以阻止從LED發(fā)射的光的較大部分或者基本上地或完全地阻止其所有，以便從裝置發(fā)射的光的較大部分或者基本上地或完全地全部是從再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造發(fā)射的光。在LED為紫外波長LED的情況中，再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造可以包括紅色、綠色和藍(lán)光發(fā)射量子阱。裝置可以包括另外的導(dǎo)電、半導(dǎo)電或不導(dǎo)電材料層?？梢栽黾与娊佑|層以提供到LED的電流供應(yīng)的路徑?？梢栽O(shè)置電接觸層以便給LED供電的電流還經(jīng)過再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造?？蛇x擇地，可以蝕刻掉再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造的一部分以定義洞或孔隙，通過洞或孔隙產(chǎn)生到LED正層或負(fù)層的電接觸?？梢栽黾庸膺^濾層以改變或校正由適配的LED發(fā)射的光中的光波長平衡。在一些實施例中，所公開的光源通過在藍(lán)色、綠色、黃色和紅色帶中以四個主要波長發(fā)射光來提供白色或近于白色的光。在可選擇的實施例，中，光源通過在藍(lán)色和黃色帶中以兩個主要波長發(fā)射光的方式生成白色或近于白色的光。在另外的其他實施例中，光源以基本上單一可見顏色的光進(jìn)行發(fā)射，如例綠色。裝置可以包括另外的包含有源或無源組件的半導(dǎo)體元件，例如電阻器、二極管、齊納二極管、電容器、晶體管、雙極晶體管、場效應(yīng)晶體管、MOSFET晶體管、絕緣柵雙極晶體管、光電晶體管、光電探測器、SCR、半導(dǎo)體閘流管、三端雙向晶閘管、穩(wěn)壓器和其他電路元件。裝置可以包括集成電路。裝置可以包括顯示面板或照明面板。包括在所公開的光源中的LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造可以由任意適合的方法制成，該方法可以包括分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相沉積、液相外延和蒸汽相外延。裝置的元件可以包括任意適合的基板。典型的基板材料包含Si、Ge、GaAs、InP、藍(lán)寶石、SiC、以及ZnSe?；蹇梢允钦龘诫s、負(fù)摻雜或半絕緣，它可以通過任意適合的方式或通過包括任意適合的摻雜物而實現(xiàn)?？蛇x擇地，裝置的元件可以沒有基板。在一個實施例中，裝置的元件可以在基板形成，然后從基板上分開。裝置的元件可以通過任何合適的方式接合在一起，包括使用粘合劑或焊接材料、加壓、加熱或它們的組合。這樣的方法可以用于將例如LED(例如LED晶粒)粘合到再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，或?qū)ED粘合到光學(xué)元件(例如提取器)，或?qū)⒃侔l(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造粘合到光學(xué)元件上。有效的半導(dǎo)體晶片粘合技術(shù)包括由Q,Y.Tong和U.G6sele(JohnWiley和Sons,紐約，1999年)所著SemiconductorWaferBonding(半導(dǎo)晶片體粘合)的正文中第4和第10章中描述的那些技術(shù).。還可以使用美國專利5，915，193(Tong等人)和6,563,133(Tong)中介紹的晶片粘合方法。在JapaneseJournalofAppliedPhysics(日本應(yīng)用物理學(xué)雜志)43No.IOA，第L1275頁(2004)中Murai等人所描述一種晶片粘合GaN至ZnSe的方法。在一些實施例中，粘合層出現(xiàn)在LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造之間。粘合層可以包括例如透明粘結(jié)劑層、無機(jī)薄膜、可熔玻璃粉、或其他適合的鍵合劑。另外的粘合層例子在美國專利出版No.2005/0023545(Camras等人)中有所描述。典型地，生成的粘結(jié)是透明的。粘結(jié)方法可以包括界面粘結(jié)，或僅在邊緣連接元件(例如，LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造)的技術(shù)，即邊緣粘結(jié)。可選地，可以包括折射率匹配層或孔隙空間。LED通常以包裝的形式銷售，該包裝包括安裝在金屬接頭上的LED晶?；虮∑ED晶粒是LED的最基本形式，即由半導(dǎo)體晶片加工工序制成的獨立組件或薄片的形式。組件或薄片可以包括適用于功率應(yīng)用的電觸點以給裝置提供能量。獨立的層以及組件或薄片的其他功能元件通常在晶片級別上形成，成品晶片最終被切割成單個部件以產(chǎn)生多個LED晶粒。金屬接頭具有其中安裝有LED晶粒的反射杯和連接到LED晶粒的電引線。包裝進(jìn)一步包括包封LED晶粒的模制透明樹脂。包封樹脂通常具有名義上的半球形前表面,以局部準(zhǔn)直由LED晶粒發(fā)射的光。LED組件可以是或包括LED晶粒或者結(jié)合再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造或其他元件的LED晶粒。以上討論的光學(xué)元件可分別制成，然后進(jìn)行接觸，或者與LED組件表面的緊密鄰近可以用來耦合或從其中"提取"光并減少在組件內(nèi)捕獲的光量。這樣的元件被稱之為提取器。提取器一般具有的輸入表面，該表明被調(diào)整尺寸并且被成形為與LED組件的主發(fā)射表面基本上配合。提取器可用于提供高亮度LED包裝或光源。這樣包裝的LED組件可以是LED/再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造的組合，或者作為分離的元件或者作為半導(dǎo)體單元，如上所述或如當(dāng)前未決美國專利申請USSN11/009217或USSN11/009241中所述，其內(nèi)容以引用方式并入本文。在圖5中，LED包裝IO包括安裝在接頭或其他安裝座14上的LED組件12。為簡化起見，對LED組件和安裝座進(jìn)行一般性地描述，但讀者應(yīng)理解，它們可以包括為本領(lǐng)域所孰知的常規(guī)的設(shè)計特征以及如上所述的再發(fā)射層。LED組件的主要發(fā)射表面12a、底表面12b和側(cè)面12c以簡單的矩形安排方式示出，但還可以設(shè)想其他已知的構(gòu)造，例如形成倒立截棱錐形狀的傾斜側(cè)面。為簡化起見，也未顯示LED組件的電觸點，但可在已知的LED組件表面的任意一個上來提供。在示例性實施例中，LED組件具有設(shè)置在LED組件的底表面12b上的兩個觸點，例如具有"倒裝晶片"LED組件設(shè)計的殼體。而且，安裝座14還可以用作支承基板、電接觸、散熱器和/或反射器杯。LED包裝10也包括包封或圍繞LED組件12的透明光學(xué)元件16。光學(xué)元件16具有LED組件的折射率中間物(更精確地，臨近發(fā)射表面12a的LED組件外側(cè)部分)和通常為空氣的圍繞介質(zhì)。在很多實施例中，希望為元件16選擇折射率盡可能高的、基本上不超過LED組件的折射率的材料，因為LED組件和元件16之間折射率的差距越小，在LED組件內(nèi)捕集和損失的光就越少。所示的光學(xué)元件16具有彎曲輸出表面，該彎曲輸出表面可以幫助確保將出自LED包裝的光線傳輸?shù)絿@介質(zhì)，并且還可以用于至少部分地聚焦或準(zhǔn)直由LED組件發(fā)射的光。具有其他形狀的光學(xué)元件還可以用于對光進(jìn)行準(zhǔn)直，包括以下進(jìn)一步介紹的錐形形狀。光學(xué)元件16可以是在LED組件上的適當(dāng)位置上形成的封殼，在這中情況中通常地封殼是或包括透光性環(huán)氧樹脂或硅氧垸。LED包裝IO進(jìn)一步提供有在光學(xué)元件16和LED組件之間的圖案化低折射率層18，該圖案化低折射率層具有在LED組件中選擇性保存某些光捕獲的效果，以增強(qiáng)在發(fā)射表面12a上的局部孔隙或區(qū)域20中的亮度。圖案化低折射率層18與側(cè)面12c和除了孔隙20的發(fā)射表面12a的部分進(jìn)行充分地光學(xué)接觸，而光學(xué)元件16與發(fā)射表面12a的部分在孔隙20上方進(jìn)行光學(xué)接觸。(就這一點而言，"光學(xué)接觸"指的是間距足夠接近的表面或介質(zhì)，包括但不限于直接物理接觸，直接物理接觸時，低折射率層或透明元件的折射率特性例如約束或基本上影響至少在LED組件內(nèi)傳播的光的全內(nèi)反射。典型地，表面或介質(zhì)位于相互的消散波內(nèi)，例如通過IOO、50或25nm或更小的間隙分隔，完全不包括間隙。)圖案化低折射率層18具有的折射率基本上小于LED組件的折射率和透明元件16的折射率。層18在這些位置也是光學(xué)上厚的，旨在促進(jìn)光捕集。"光學(xué)上厚的"指的是其厚度足夠大從而避免全內(nèi)反射受阻，或?qū)右粋?cè)(例如光學(xué)元件16)的介質(zhì)的折射率特性不約束或基本上不影響至少某些在層另一側(cè)(例如LED12)的介質(zhì)中傳播的光的全內(nèi)反射。優(yōu)選地，圖案化低折射率層的厚度大于約十分之一，更優(yōu)選地二分之一，更優(yōu)選地所關(guān)注的真空中光的能量的約一個波長。使層18"圖案化"還指的是涵蓋這樣的實施例層18在LED發(fā)射表面上為連續(xù)的，但使其在孔隙20內(nèi)極薄(從而不能有效保持全內(nèi)反射)而在其他位置為光學(xué)上厚的。有利的是，層18為透明的電介質(zhì)材料，或者至少在LED組件的表面包括這樣的材料層。這些材料與(例如)通過簡單地給LED施加一層金屬而制成的反射涂層相比具有優(yōu)勢，因為電介質(zhì)材料對大量在LED組件內(nèi)的光可提供100%反射(通過TIR)，而簡單的金屬涂層具有顯著小于100%的反射率，尤其是在高入射角度。在降低LED某些部分(如遠(yuǎn)離孔隙20的發(fā)射表面12a部分)亮度的情況下，圖案化低折射率層18增強(qiáng)LED另一部分(如在孔隙20中)的亮度。這種影響依賴于在工作中具有足夠低內(nèi)部損耗以支持LED組件內(nèi)發(fā)射的光的多種反射的LED組件。隨著LED組件設(shè)計和制造中所做的改進(jìn)，表面損耗或大量吸收可以有望降低，內(nèi)部量子效率可以有望提高，而本文所述的亮度增強(qiáng)效應(yīng)可以有望提供穩(wěn)定提高的有益效果。通過改善基板和外延沉積過程可以減少大量吸收。通過具有改善的返回反射器可降低表面吸收，例如通過將外延層粘結(jié)到高反射率金屬反射鏡或通過在LED結(jié)構(gòu)中集成全方位反射鏡。結(jié)合成形LED組件的背側(cè)以增加通過頂部表面的輸出光時，這樣的設(shè)計可以更有效。在示例性實施例中，底部表面12b的大多數(shù)為高反射材料例如金屬或介電層疊件。優(yōu)選地在LED發(fā)光波長時反射器的反射率大于卯。/。，更優(yōu)選地大于95%，最優(yōu)選地大于99%。再次參見圖5，隨意發(fā)射點源(例如)22發(fā)射光線24。LED組件12和透明元件16的反射率使得光線在LED/光學(xué)元件界面首次照射到發(fā)射表面12a時，光線被傳輸?shù)皆?6并被元件16折射。然而，圖案化層18將該位置的界面改變?yōu)閷饩€24全內(nèi)反射。光線穿過LED組件厚度，被底部表面12b反射，并再次遭遇發(fā)射表面12a，此時由于不存在層18，該光線漏入透明元件16，如圖5所示。在犧牲發(fā)射表面12a被低折射率層18覆蓋的那部分的情況下，發(fā)射表面12a在孔隙20的部分因而被制成更亮(每單位面積和每單位立體角度更多的光通量)。在圖5的實施例中，如果LED內(nèi)照射到低折射率層18的一些光相對于發(fā)射表面12a垂直矢量的入射角足夠小，從而使得這些光只是通過低折射率層18，這些光可仍然漏入元件16。這樣，與未涂布部分相比，照射到LED組件的低折射率涂布部分的光將具有不為零但較小范圍的逸出角度。在可供選擇的實施例中，可以給低折射率層18涂布優(yōu)良的垂直入射角度反射器，例如反射性金屬或干涉作用反射器，以增加光在LED組件中的循環(huán)利用并進(jìn)一步增強(qiáng)孔隙20處的亮度，而不損失由低折射率層18提供的TIR的有益效果?？蛇x地，可以將干涉作用反射器布置在LED組件外表面和低折射率層18之間。適合的低折射率層18包括氟化鎂、氟化鈣、硅石、溶膠凝膠、氟烴以及硅氧垸的涂層。氣凝膠材料也適合，因為它們可以獲得約1.2或更小、或甚至約1.1或更小的極低有效折射率。氣凝膠通過高溫和凝膠的壓力臨界點干燥制成，而凝膠由填充有溶劑的膠態(tài)二氧化硅結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。產(chǎn)生的材料為欠密、微孔介質(zhì)。低折射率層18的示例性厚度從約50至100,000nm，優(yōu)選地從約200至2000nm，視材料折射率而定。層18的折射率低于光學(xué)元件16的折射率，該光學(xué)元件可以是模制樹脂或其他密封劑材料，并且低于LED組件的折射率，或者靠近發(fā)射表面的LED組件的部分。優(yōu)選地，層18的折射率小于約1.5，更優(yōu)選地小于1.4。低折射率層18可以是電介質(zhì)材料的實心層，或LED組件和透明元件16之間的真空或氣體填充的間隙。LED組件的外表面可以是光學(xué)平滑的，即具有小于約20nm的表面光潔度Ra。外側(cè)LED表面的一些、所有或部分也可以是光學(xué)粗糙的，即具有大于約20nm的表面光潔度RA。邊緣或頂表面的部分相對于LED組件的基部也可以是非直角。這些角度可以在0-45度至垂直范圍內(nèi)。進(jìn)一步地，LED組件的主要或微小表面不需要是平的。例如，LED組件發(fā)射表面的凸起部分或部分可以與光學(xué)元件的基本平坦的底部表面接觸，以定義圖5-7中的至少孔隙20、孔隙20a和孔隙34。通過低折射率層18完全缺失而定義的孔隙20的形狀可以是圓形、矩形、方形或更復(fù)雜的形狀，或者是多邊形或非多邊形、規(guī)則或不規(guī)則。還可以構(gòu)想多重孔隙，如以下的詳細(xì)討論。典型地，孔隙形狀是根據(jù)預(yù)期應(yīng)用而選擇的，并且可以定制以優(yōu)化整個系統(tǒng)性能。也可以構(gòu)想利用低折射率涂布區(qū)域的連續(xù)或不連續(xù)的圖案或網(wǎng)狀物對孔隙表面進(jìn)行圖形化，或提供在厚度或折射率或二者上具有梯度的低折射率層以修改在孔隙表面上的光輸出的分布。孔隙也可以覆蓋整個頂部發(fā)射表面12a，其中至少部分側(cè)面12c被低折射率層覆蓋。轉(zhuǎn)到圖6，示出了類似于LED包裝10的LED包裝10a，但此處，已經(jīng)通過將低折射率涂布區(qū)域的網(wǎng)狀物包括在中央孔隙內(nèi)修改了低折射率層18。這樣，修改的低折射率層標(biāo)記為18a，而修改的中央孔隙標(biāo)記為20a。其他元件保留圖5中使用的參考標(biāo)號。如圖所示，可以以靠近孔隙邊緣相對較密的圖案布置低折射率區(qū)域的網(wǎng)狀物，以使得在該區(qū)域的透射相對較低。在高亮度LED中定制穿過孔隙的透射的能力是很有用，在該高亮LED中系統(tǒng)設(shè)計要求特定的空間均勻度或輸出分布?？紫秲?nèi)低折射率介質(zhì)的這種布置同樣可以用于所公開的其他實施例，包括但不限于圖7、8和10-12的實施例。相對于限定孔隙的低折射率材料(為方便稱為"圍繞低折射率材料")，可以給孔隙涂布具有不同厚度或不同折射率或二者兼有的低折射率材料。這種設(shè)計的靈活性可用于修改由已包裝LED發(fā)射的光的角分布。例如，利用在光學(xué)元件16和圍繞低折射率材料之間具有折射率的材料給孔隙20或20a添加涂層，將限制由孔隙發(fā)射的光的角度范圍。通常地，這將使得光會以高角度發(fā)射被發(fā)射以在LED組件內(nèi)循環(huán)，并增加在可以被相關(guān)光學(xué)系統(tǒng)更有效利用的角度范圍內(nèi)的光輸出。例如，電子投影系統(tǒng)中使用的集光元件未有效地利用常用的F/2至F/2.5接受設(shè)計角度外側(cè)的光。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，LED包裝30包括與LED組件12部分地進(jìn)行光學(xué)接觸、且與LED組件間隔開以定義其間的基本空氣間隙34的透明光學(xué)元件32。透明元件32具有輸入表面32a和輸出表面32b，輸入表面32a是小于輸出表面32b;小于LED組件的發(fā)射表面12a;且與發(fā)射表面的一部分進(jìn)行光學(xué)接觸以定義孔隙34。就這一點而言，輸入表面"小于"輸出表面，因為它具有較小的表面積，而輸出表面因此大于輸入表面，因為輸出表面具有較大表面積。光學(xué)元件32和發(fā)射表面12a之間形狀的差異形成空氣間隙36，空氣間隙36形成圍繞接觸面積(孔隙34)的圖案化低折射率層。這樣，由LED組件生成的光可以在孔隙34處被具有高亮度的透明元件32有效提取?？梢酝ㄟ^任何適用的方式在接觸點在此所公開的光學(xué)元件32和其他光學(xué)元件粘結(jié)到LED組件，或不用粘結(jié)到LED組件發(fā)射表面就可以保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。LED包裝中有關(guān)非粘合光學(xué)元件的進(jìn)一步討論可見于共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請公開US2006/0091784(Connor等人)，"LEDPackageWithNon-BondedOpticalElement"(具有非粘合光學(xué)元件的LED包裝)，該申請全文以引用方式并入本文。如上述的討論，由LED發(fā)射表面12a發(fā)射進(jìn)入孔隙34上方的光學(xué)元件32的光角度范圍，可通過插入其折射率在LED組件12和透明元件32之間的材料層來縮小?？s小收集光角度范圍-或準(zhǔn)直(至少部分地)收集光-的另一個方法是使用具有一個或多個錐形側(cè)壁的透射元件，如圖8所示。此處，LED包裝40類似于LED包裝30，但光學(xué)元件42被光學(xué)元件32所取代。元件42具有輸入表面42a和輸出表面42b，輸入表面42a:小于輸出表面42b;小于LED組件的發(fā)射表面12a;且與發(fā)射表面的一部分進(jìn)行光學(xué)接觸以定義孔隙44。光學(xué)元件42和發(fā)射表面12a之間形狀的差異形成空氣間隙46，空氣間隙46形成圍繞接觸面積(孔隙44)的圖案化低折射率層。而且，光學(xué)元件42包括錐形側(cè)面42c、42d，二者是反射性的以準(zhǔn)直一些從LED組件進(jìn)入輸入表面42a的高傾斜度光。通過支承TIR低折射率介質(zhì)或通過應(yīng)用反射材料例如金屬層或干涉作用反射器、或其組合，可提供側(cè)面42c、側(cè)面42d的反射性。光學(xué)元件42可以通過流體、熱粘合無機(jī)玻璃、塑性無機(jī)玻璃，或通過提供具有光學(xué)平滑涂飾劑(表面光潔度Ra小于約50nm，優(yōu)選地小于約20nm)的表面并然后將表面保持互相接近，與LED組件的發(fā)射表面進(jìn)行光學(xué)接觸。而且，光學(xué)元件42在結(jié)構(gòu)上可以是化合物，此處，包括表面42a、42c、42d的較低錐形部分與包括表面42b的較高的透鏡成形部分相獨立地制成，并且兩個部分通過常規(guī)方法粘附在一起或以其他方式接合在一起。虛線更清楚地示出了兩個部分?；衔锕鈱W(xué)元件、設(shè)計注意事項和相關(guān)益處的更多討論在下文給出。利用模型確定已包裝LED在亮度上的潛在增加，該已包裝LED使用圖案化低折射率層和連接到輸出孔的錐形光學(xué)元件。利用碳化硅(折射率1.55)材料特性造型的LED晶粒具有發(fā)射區(qū)、吸收區(qū)、和有角邊緣小平面，例如以表示典型LED晶粒的光學(xué)性能。將倒立截棱錐形狀的錐形光學(xué)元件光學(xué)連接到LED晶粒的前小平面或發(fā)射表面。光26學(xué)元件的材料特性即為碳化硅的特性。LED晶粒具有從前面觀察的方形，如同光學(xué)元件的輸入和輸出表面。模型進(jìn)一步將光學(xué)元件的輸出表面連接到具有BK7玻璃材料特性的半球形透鏡，其中透鏡直徑是方形LED晶粒發(fā)射表面寬度的十倍，而透鏡的曲率半徑是LED晶粒發(fā)射表面寬度的五倍。將光學(xué)元件輸入表面的尺寸從LED晶粒發(fā)射面的100%至4%遞增式改變，同時保持光學(xué)元件高度與光學(xué)元件輸出表面寬度的縱橫比為2.2倍，并保持輸出表面為輸入表面寬度的2倍。當(dāng)光學(xué)元件的尺寸小于LED晶粒發(fā)射表面的尺寸時，采取折射率為1的介質(zhì)覆蓋光學(xué)元件輸入表面外側(cè)的LED晶粒發(fā)射表面的部分，這樣形成了以互補(bǔ)方式將LED晶粒發(fā)射表面覆蓋到光學(xué)元件輸入表面的低折射率圖案化層。計算由光學(xué)元件發(fā)射的分?jǐn)?shù)冪(代表LED包裝相對光輸出)和由光學(xué)元件輸出表面發(fā)射(代表LED包裝的相對亮度)的相對光照(lUmen/(Cm2Sr)。圖9以一般方式描繪觀察到的趨勢。曲線50是發(fā)射的相對分?jǐn)?shù)冪；曲線52是相對光照。結(jié)果證實，隨著孔隙尺寸的降低，從包裝獲得的總的光輸出更少，但亮度(較小孔隙中)顯著增加。對于光源構(gòu)造而言，有望得到類似于該模型的結(jié)果，該光源構(gòu)造利用了LED組件，即與再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造相結(jié)合的LED晶粒，例如，再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造設(shè)置在LED晶粒的頂上，且光學(xué)元件(例如提取器)設(shè)置在再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造的頂上，光學(xué)連接到LED組件的發(fā)射表面。所公開的實施例的圖案化低折射率層可以包括間隙或應(yīng)用到LED組件的低折射率材料涂層。利用低折射率材料-或利用會形成干涉作用反射器的單個層-從液體給LED組件增加涂層的適合方法包括旋涂、噴涂、浸涂，并分配涂層到LED組件上。液體涂層可以由隨后固化的單體、溶劑和聚合物、無機(jī)玻璃形成材料、溶膠凝膠和氣凝膠構(gòu)成。由氣態(tài)給低折射率材料添加涂層的適用的方法包括化學(xué)氣相沉積或?qū)⒄羝Y(jié)到LED組件上。也可以利用低折射率材料通過濺射、汽相沉積或其他常規(guī)物理氣相沉積方法給LED組件添加涂層?？梢栽诰?切片前)或晶片切割后但在安裝前，將LED組件安裝到接頭或其他支承件后且電氣連接LED組件后，將涂層涂敷到多個LED上。也可以在將再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造晶片粘合到包含單個LED陣列的LED晶片之后涂敷涂層?？梢栽趹?yīng)用低折射率涂層之前或之后形成孔隙?？梢愿鶕?jù)選擇的特定低折射率材料及其與半導(dǎo)體加工的相容性選擇后涂層圖案方法。例如，可以利用光致抗蝕劑覆蓋晶片并將其圖案化以生成所需的孔隙開口、適用的低折射率沉淀涂層，然后利用適用的溶劑執(zhí)行卸下?？蛇x擇地，可首先將低折射率材料沉淀到整個晶片或LED組件上，然后可將圖案化的光致抗蝕劑層作為蝕刻掩模使用，并利用適用的技術(shù)例如活性的離子蝕刻移除低折射率材料。利用適用的溶劑可選地除去光致抗蝕劑層。圖案化低折射率材料的其他技術(shù)包括激光器刻蝕和蔭罩，當(dāng)具有可溶于典型光刻法剝除劑或顯影劑的材料時這兩種方法特別有用。除去低粘合力區(qū)域不需要的涂層的適用方法包括先涂布粘合材料，然后移除粘合材料，其中粘合材料能夠從孔隙區(qū)除去涂層，但允許圍繞涂層以保持不受損傷。也可以將低折射率涂層圖案化，以形成可以對LED組件進(jìn)行電氣連接的區(qū)域。請參見例如美國專利公布US2003/0111667Al(Schubert),該內(nèi)容以引用方式并入本文?？梢酝ㄟ^常規(guī)方法涂布金屬反射層，并按照需要進(jìn)行圖案化以提供孔隙和適用的電絕緣?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖10，看到利用錐形光學(xué)元件62連接來自LED組件12的光的LED包裝60。如結(jié)合圖8光學(xué)元件42所介紹，光學(xué)元件62也具有化合物構(gòu)造，即，光學(xué)元件62具有至少接合在一起的兩個部分64、66。這兩個部分具有示出的輸入表面64a、66a，輸出表面64b、66b和反射側(cè)面64c、64d、66c、66d。元件62的錐形側(cè)面重新導(dǎo)向或準(zhǔn)直(至少部分地)以非成像方式密集布置在LED發(fā)射表面12a的光。利用本文所公開的錐形元件62和其他錐形元件，側(cè)面不必平整。側(cè)面可以是錐形、彎曲(包括拋物線)或任何適用的組合，視預(yù)期應(yīng)用和設(shè)計約束而定。所公開的錐形元件可以具有在本領(lǐng)域中所孰知的元件形狀CPC("化合物"拋物線集中器)?？赏诙鄠€位置用高折射率材料形成光學(xué)錐形元件，以降低在由輸入表面64a定義的孔隙上方的LED發(fā)射表面12a的反射，以使得光更有效地從LED組件12耦合或提取。也有望在多個位置利用具有高熱導(dǎo)率和高熱穩(wěn)定性的材料制造光學(xué)元件。以此方式，光學(xué)元件不僅可以執(zhí)行光學(xué)功能，而且也可以執(zhí)行熱管理功能。通過將這樣的光學(xué)元件熱耦合至散熱器可以獲得進(jìn)一步的熱管理有益效果，如共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請公開2006/0091414(Ouderkirk等人)，"LEDPackageWithFrontSurfaceHeatExtractor"(具有前表面熱提取器的LED包裝)中的詳細(xì)描述，該內(nèi)容以引用方式并入本文。遺憾的是，對LED發(fā)光波長具有足夠高折射率的透明材料，如折射率大于約1.8、2.0或甚至2.5，和/或具有熱導(dǎo)率大于約0.2W/cm/K的透明材料趨于昂貴和/或難以制造。具有高折射率和高熱導(dǎo)率二者的材料包括金剛石、碳化硅(SiC)和藍(lán)寶石(A1203)。這些無機(jī)材料昂貴、物質(zhì)上很堅硬、難以成形且難以拋光成光學(xué)級面層。特別地，碳化硅也呈現(xiàn)出一類被稱作微管的缺陷，該缺陷可導(dǎo)致光散射。碳化硅也導(dǎo)電，因為這樣也可以提供電接觸或電路官能。如果散射僅限于靠近元件輸入端的位置，錐形光學(xué)元件內(nèi)的光散射是可以接受的。然而，使具有足夠長度的錐形元件有效耦合來自LED組件的光成本高且耗時。制備一體式錐形元件的另外的挑戰(zhàn)是材料產(chǎn)量可以相對較低，且形狀因子可以迫使LED組件單獨與錐形元件組裝。由于這些原因，將錐形元件分成至少兩個部分可以是有利的，由不同光學(xué)材料制成的部分可降低制造成本。第一部分有利地與LED組件進(jìn)行光學(xué)接觸，且由具有高折射率(優(yōu)選地約等于LED組件發(fā)射表面處的折射率)、高熱導(dǎo)率和/或高熱穩(wěn)定性的第一光學(xué)材料制成。就這一點而言，高熱穩(wěn)定性指的是具有約60029°C或更高分解溫度的材料。第二部分與第一部分接合且由第二光學(xué)材料制成，第二光學(xué)材料與第一光學(xué)材料相比可以具有較低的材料成本且更容易加工。與第一光學(xué)材料相比，第二光學(xué)材料可以具有較低的折射率、較低的熱導(dǎo)率或二者均具有。例如，第二光學(xué)材料可以包括玻璃、聚合物、陶瓷粉、填充陶瓷納米顆粒的聚合物以及其他視覺上澄清的材料。適用的玻璃包括包含鉛、鋯、鈦和鋇氧化物的玻璃。玻璃可以由包含鈦酸鹽、鉛酸鹽和錫酸鹽的化合物制成。適用的陶瓷納米級微粒包含氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋅和硫化鋅。可以將由第三光學(xué)材料構(gòu)成的第三部分接合到第二部分，以進(jìn)一步幫助將LED光與外部環(huán)境耦合。在一個實施例中，布置三個部分的折射率使得m〉n2>113以最小化與光學(xué)元件相關(guān)的整體菲涅耳表面反射?？梢栽谒_的簡單或復(fù)合錐形元件的輸出端將超大型透鏡元件，例如圖8中所示的光學(xué)元件42的上部，有利地放置或形成。也可以在這樣的透鏡元件表面上和/或在所公開的光學(xué)元件輸入和輸出表面上，包括錐形或其他準(zhǔn)直元件，提供減反射涂層。在一個示例性布置方式中，LED晶粒在0.4mm厚的SiC塊上可以具有1mmX1mmGaN結(jié)。錐形元件62的第一部分64可以由SiC構(gòu)成。第二部分66可以由LASF35、非吸收性、具有n=2.0的非散射高折射率玻璃構(gòu)成。可以按照需要選擇第一部分和第二部分之間的結(jié)的寬度尺寸和第二部分的輸出尺寸，以優(yōu)化進(jìn)入折射率為1.0的周圍環(huán)境的總的輸出光。0.4mm厚的SiC塊的邊緣可以以12度的負(fù)比降漸縮，以完全阻止在LED組件側(cè)面的光反射TIR圖案?？梢园凑招枰ㄖ圃撠?fù)比降，因為與標(biāo)準(zhǔn)封裝的LED相比，LED結(jié)內(nèi)的吸收和散射和SiC塊將改變一體化圖案結(jié)構(gòu)。例如，可取方法是利用正比降(其中LED結(jié)200780022022.6寬度小于SiC塊寬度)以導(dǎo)向光學(xué)圖案遠(yuǎn)離吸收結(jié)。這樣，可以將SiC塊視為錐形元件的一部分。可以將第一部分64連接到如前所述的散熱器?？梢岳贸Ｒ?guī)的粘合技術(shù)將第二部分66粘合到第一部分64。如果使用粘合材料，被接合的兩個光學(xué)材料之間具有折射率以降低菲涅耳反射。其他可用的粘合技術(shù)包括被半導(dǎo)體晶片
技術(shù)領(lǐng)域：
所孰知的晶片粘合技術(shù)。可用的半導(dǎo)體晶片粘合技術(shù)包括上述技術(shù)。圖11中示出的LED包裝70利用化合物錐形元件72，其中，具有通過錐形反射側(cè)壁連接到較大輸出表面74b的輸入表面74a的第一部分74被封裝在第二部分76內(nèi)，第二部分76另外具有輸入表面76a(與輸出表面74b共延)和甚至更大的輸出表面76b。輸出表面76a為彎曲的，以提供具有光學(xué)功率的用于進(jìn)一步準(zhǔn)直或聚焦的化合物元件72。部分74的錐形側(cè)面被示出具有低折射率材料的涂層78以促進(jìn)在這樣的表面的TIR。材料優(yōu)選地具有小于第一部分74、第二部分76和LED組件12折射率的折射率。也可以將這樣的涂層78涂敷到不與部分74接觸的發(fā)射表面12a的部分，和/或涂敷到LED組件12的側(cè)面12c(參見圖5)。在構(gòu)造LED包裝70時，可以將第一部分74粘合到(或只是放置到)發(fā)射表面12a的所需孔隙區(qū)，并可以足夠數(shù)量的前體液體膠囊包封材料以封裝LED組件和第一部分，其次是固化前體材料以形成成品第二部分76。實現(xiàn)此目的的適用材料包括常規(guī)的封裝制劑例如硅氧烷或環(huán)氧樹脂材料。包裝也可以包括通過涂層78連接到第一部分76側(cè)面的散熱器。即使沒有這樣的散熱器，使用錐形元件的高熱導(dǎo)率第一部分可以給LED組件增加大量熱質(zhì)量，利用調(diào)節(jié)驅(qū)動電流至少對脈沖操作提供一些有益效果。在此所公開的簡單錐形元件和化合物錐形元件二者均可以通過常規(guī)方式制成，例如通過單獨制造錐形元件將第一片段粘合到LED組件，然后添加后續(xù)片段?？蛇x擇地，可以利用共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請公31開2006/0094340(Ouderkirk等人)"ProcessForManufacturingOpticalAndSemiconductorElements"(光學(xué)和半導(dǎo)體元件制造工藝)和美國專利申請公開2006/0094322(Ouderkirk等人)"ProcessForManufacturingALightEmittingArray"(光發(fā)射陣列制造工藝)中所公開的精密研磨技術(shù)制造簡單錐形元件和化合物錐形元件，二者均以引用方式并入本文。簡而言之，制備包含一層或多層所需光學(xué)材料的工件。工件可以是大幅面的，例如晶片或纖維片段。然后，將精確圖案化的研磨劑與工件接觸，以便研磨工件中的通道。當(dāng)研磨完成時，通道限定多個凸起，凸起可以是簡單錐形元件或化合物錐形元件的形式?？梢詥为殞㈠F形元件從工件移除并一次一個地粘合到分開的LED組件，或可以將錐形元件陣列方便地粘合到LED組件陣列。此外，可以利用2006年5月3日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請11/381,512(代理人案巻號62U4US002)中所述的技術(shù)，并且可以利用2006年5月3日提交的共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請No.ll/381，518(代理人案巻號61216US002)中所公開的高折射率材料制造光學(xué)元件例如提取器，兩個未決申請均以引用方式并入本文。當(dāng)使用輸入表面小于LED組件發(fā)射表面的光學(xué)耦合元件時，可以考慮將多個這樣的元件耦合到同一個發(fā)射表面的不同的部分。有利的是，通過只是將單個光學(xué)錐形元件更換為多個較小的光學(xué)錐形元件，可以利用這樣的方法減少耦合到給定光輸出量的LED組件的所需光學(xué)材料的數(shù)量。當(dāng)處理昂貴且難以共同工作的材料例如金剛石、SiC和藍(lán)寶石時，材料用法的差異尤其重要。例如，將單個光學(xué)錐形元件更換為2X2陣列的較小光學(xué)錐形元件可以減少高折射率(第一)光學(xué)材料的所需厚度為大于2的系數(shù)，而3X3陣列可以減少所需厚度為大于3的系數(shù)。令人驚訝的是，即使光學(xué)元件輸入表面之間放置的LED未有效發(fā)射光，建模表示該方法仍然具有非常高的凈提取效率。使用多個光學(xué)耦合元件例如錐形元件的另一個優(yōu)點是在可用于多種目的元件之間形成間隙或空間。例如，可以用高折射率流體、金屬熱導(dǎo)體、電導(dǎo)體、熱傳送流體以及它們的組合填充間隙或空間。在LED包裝上進(jìn)行建模，其中LED晶粒由SiC和經(jīng)過調(diào)整的吸收層構(gòu)成，使得當(dāng)浸入1.52折射率的介質(zhì)中時LED晶粒內(nèi)生成的光的30Q/。由LED發(fā)射。這代表了典型的LED裝置。使用連接到LED發(fā)射表面的光學(xué)錐形元件的3X3陣列的模型如圖12LED包裝80所示。圖中所示的LED晶粒12'具有傾斜側(cè)面12c'和前發(fā)射表面12a，，三個錐形元件82、84、86被示出分別在自的輸入表面82a、84a、86a與前發(fā)射表面12a'連接。注意較小光學(xué)元件之間形成的空間或間隙83、85。輸出表面82b、84b、86b連接到較大光學(xué)錐形元件88的輸入表面88a，較大光學(xué)錐形元件88具有輸出表面88b。模型另外使用相對于錐形元件88為超大型的半球形透鏡(未示出)，其平坦表面連接到輸出表面88b，該透鏡由BK7玻璃(n=1.52)制成。將錐形元件88模制為由LAS35(n=約2)構(gòu)成。然后利用模型評價較小的錐形元件的不同的光學(xué)材料以及圍繞LED組件的周圍空間，包括間隙83、間隙85的不同的材料。計算出的模制LED包裝的輸出功率(例如，以瓦特)如下取決于小錐形元件光學(xué)材料(表中指定為"A")和周圍材料(表III中指定為"B"):表III用于"B"的光學(xué)材料SiCLASF35BK7真空用于"A"的光學(xué)材料SiC0.8210.8140.7750.754LASF350.8260.7710.7010.665BK70.6250.6130.5370.466當(dāng)這些值被規(guī)一化以利用單個SiC錐形元件代替3X3陣列的較/」元件的系統(tǒng)的功率輸出時，可獲得以下結(jié)果(表IV):表IV<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table>表III和IV示出不必將光學(xué)錐形元件光學(xué)耦合到LED發(fā)射表面整個面積的上方以有效提取光。表還示出小型錐形元件之間的周圍體積可以具有低折射率而不引起提取效率的基本降低。類似的結(jié)果可望用于利用具有LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造的LED組件的光源。可以給周圍體積填充材料以增加提高提取效率。填料材料可以是流體、有機(jī)或無機(jī)聚合物、無機(jī)顆粒填充聚合物、鹽類或玻璃。適用的無機(jī)顆粒包括氧化鋯、二氧化鈦和硫化鋅。適用的有機(jī)流體包括在LED工作溫度時穩(wěn)定的任何物質(zhì)和由LED生成的光。在一些情況下，流體應(yīng)該另外具有低導(dǎo)電率和離子濃度。適用的流體包括水、鹵代烴以及芳族和雜環(huán)碳?xì)浠衔?。填充材料也可用作將光學(xué)錐形元件粘合到LED組件。光學(xué)元件之間的空間的至少一部分可以具有金屬，以用于將電流分布給LED組件，或從LED組件移除熱，或二者具有。由于金屬具有可測量光吸收，因此，金屬有望最小化吸收損耗。通過最小化金屬與LED組件的接觸區(qū)域，并通過在金屬和LED組件表面、光學(xué)元件之間引入低折射率材料以減少與金屬的光學(xué)耦合，可以實現(xiàn)此目的。例如，利用低折射率材料圍繞的金屬觸點陣列可以將接觸區(qū)域圖案化，低折射率材料與上部金屬層導(dǎo)電。參見如上述引用的<667Schubert專利公開。適用的低折射率材料包括氣體或真空、例如可得自美國明尼蘇達(dá)州圣保羅市3M公司的氟油的碳氟化合物、水和碳?xì)浠衔铩＝饘倏梢匝由靽@光學(xué)元件的可以除去熱量的介質(zhì)內(nèi)。也可以在錐形元件之間提供流體以除去多余的熱量。光學(xué)錐形元件陣列可以是方形陣列(如2X2、3X3等)、矩形陣列(如2X3、2X4等)或六邊形陣列。單獨的光學(xué)錐形元件在其輸入或輸出表面的交叉部分可以是方形、矩形、三角形、圓形或其他所需的形狀。陣列可以延伸到LED的整個發(fā)射表面上、或?qū)?cè)、或僅部分發(fā)射表面上?？梢岳玫蛙浕瘻囟群附硬ＡА⑷彳洘o機(jī)涂層例如硫化鋅、高折射率流體、聚合物、陶瓷填充聚合物，或通過提供具有非常光滑且平坦表面的光學(xué)元件和LED，并將LED組件機(jī)械保持緊靠光學(xué)元件輸入表面，將錐形元件附接到LED發(fā)射表面。圖B示出具有多個光學(xué)元件92、94和圖案化低折射率層96的另一個LED包裝90。圖案化低折射率層96包括如圖所示的兩個孔隙，在兩個孔隙的上方，設(shè)置有與LED組件的發(fā)射表面12a光學(xué)接觸的光學(xué)元件92、光學(xué)元件94。層96也與LED組件發(fā)射表面12a以及與LED組件側(cè)面12c光學(xué)接觸。LED包裝90還包括示出在低折射率層96的一部分的上方的金屬觸點98。盡管圖13中未示出，但圖案化層96也靠近金屬觸點98進(jìn)行圖案化，而金屬觸點98有利地通過層96中的孔延伸，以提供與LED組件12電接觸。在LED組件上的另一個位置也可以提供第二電接觸，視薄片設(shè)計而定。用于本發(fā)明所公開的光源的提取器和其他光學(xué)元件可以具有多種形狀、尺寸和構(gòu)造。例如，也發(fā)現(xiàn)會聚光學(xué)元件在有效提取來自LED組件的光并修改已發(fā)射光的角分布是很有用的。這樣包裝的LED組件可以是LED/再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造的組合，作為分開的元件或作為半導(dǎo)體單元，如上所述或如當(dāng)前未決美國專利申請USSN11/009217或USSN11/009241中所述，其內(nèi)容以引用方式并入本文。光學(xué)元件可以有效提取來自LED組件的光，并修改已發(fā)射光的角分布。每個光學(xué)元件光學(xué)連接到LED組件(或LED組件陣列)上的發(fā)射表面，以有效提取光并修改所發(fā)射光的圖形。包括光學(xué)元件的LED光源可用于多種應(yīng)用，包括例如液晶顯示器或背光標(biāo)牌中的背光源。包括在此所述會聚光學(xué)元件的光源可用于邊緣照明式和直接照明式兩種構(gòu)造的背光源。楔形光學(xué)元件尤其適用于邊緣照明式背光源，其中光源沿著背光源的外側(cè)部分設(shè)置。棱錐形或錐形會聚光學(xué)元件可以尤其適用于直接照明式背光源。這樣的光源可以作為單個光源元件來使用，或可以布置成陣列，視具體背光源設(shè)計而定。對于直接照明式背光源，光源一般設(shè)置在漫射反射器或鏡面反射器與上薄膜疊堆之間，上薄膜疊堆可以包括棱柱薄膜、擴(kuò)散片和反射式偏振器。這些元件可用于以最有用的視角范圍和以均勻的亮度將光源發(fā)射的光導(dǎo)向觀察者。示例的棱柱薄膜包括增亮薄膜例如可得自美國明尼蘇達(dá)州圣保羅市3M公司的BEF。示例的反射式偏振器包括可得自美國明尼蘇達(dá)州圣保羅市3M公司的DBEF。對于邊緣照明式背光源，可以將光源布置為將光射入中空或?qū)嵭墓鈱?dǎo)。光導(dǎo)一般具有位于其下的反射器和上薄膜疊堆，如上所述。圖14是根據(jù)一個實施例示出光源的示意性側(cè)視圖。光源包括光學(xué)元件99和LED組件12。光學(xué)元件99具有由基部120和兩個會聚側(cè)面140形成的三角形橫截面，兩個會聚側(cè)面140接合相對的基部120以形成頂端130。頂端可以是點，如圖14中的130所示，或可以是稍鈍一些，如例如截平的三角形(通過虛線135示出)。鈍性頂端可以是平的、圓形的或它們的結(jié)合。頂端小于基部且優(yōu)選地位于基部的上面。在一些實施例中，頂端不超過基部尺寸的20%。優(yōu)選地，頂端不超過基部尺寸的10%。在圖14中，頂端130位于基部120上面正中。然而，頂端不居中或偏離基部中心的實施例還可以想到。36光學(xué)元件99光學(xué)地連接到(或光學(xué)接觸)LED組件12以提取由LED組件12發(fā)射的光。LED組件12的主要發(fā)射表面12a基本上平行于且接近于光學(xué)元件99的基部120。可以以多種方式光學(xué)連接LED組件12和光學(xué)元件99，包括將在下面詳細(xì)描述的鍵合和非鍵合構(gòu)造。光學(xué)元件99的會聚側(cè)面140a-b的作用是修改LED組件12所發(fā)射的光的發(fā)射圖形，如圖14中的箭頭160a-b所示。典型的裸式LED組件以第一發(fā)射圖形發(fā)射光。通常地，第一發(fā)射圖形一般向前發(fā)射或具有基本的向前發(fā)射元件。圖14中示出的會聚光學(xué)元件例如光學(xué)元件99將第一發(fā)射圖形修改為第二、不同的發(fā)射圖形。例如，楔形光學(xué)元件導(dǎo)向由LED組件發(fā)射的光，以生成具有兩個瓣的側(cè)發(fā)光圖形。圖14示出由LED組件發(fā)射、從基部進(jìn)入光學(xué)元件99的示例性光線160a-b。當(dāng)光線離開光學(xué)元件20的高折射率材料進(jìn)入圍繞介質(zhì)(如空氣)時，以用會聚側(cè)面140a形成相對較低入射角的方向發(fā)射的光線會發(fā)生折射。示例性光線160a示出一個這樣的光線，以相對于垂直來說的小角度入射。以大于或等于臨界角的高入射角發(fā)射的不同光線在該光線照射到的第一會聚側(cè)面處完全內(nèi)部反射(140a)。然而，在會聚光學(xué)元件例如圖14所示的一個中，反射光線隨后將以低入射角照射到第二個會聚側(cè)面(140b)，在此，反射光線發(fā)生折射并允許離開光學(xué)元件。示例性光線160b示出一個這樣的光路徑。具有至少一個會聚側(cè)面的光學(xué)元件可以將第一光線發(fā)射圖形修改為第二、不同的光線發(fā)射圖形。例如，用這樣的會聚光學(xué)元件可將一般向前發(fā)射光圖形修改為第二、一般側(cè)發(fā)光圖形。換句話講，可以將高折射率光學(xué)元件成形為以導(dǎo)向由LED組件發(fā)射的光，以生成側(cè)發(fā)光圖形。如果光學(xué)元件為旋轉(zhuǎn)對稱(如成形為圓錐體)，所得的光發(fā)射圖形呈現(xiàn)環(huán)形分布-所發(fā)射光的強(qiáng)度將集中于光學(xué)元件四周的圓形圖案。例如，如果光學(xué)元件被成形為楔形(如，參見圖16)，側(cè)發(fā)光圖形將具有兩個瓣-光強(qiáng)度將集中于兩個區(qū)域。如果楔對稱，兩個瓣將37布置在光學(xué)元件(兩個相對區(qū)域)的相對側(cè)。對于具有多個會聚側(cè)面的光學(xué)元件，側(cè)發(fā)光圖形將具有相應(yīng)的多個瓣。例如，對于成形為四邊形棱錐的光學(xué)元件，所得的側(cè)發(fā)光圖形將具有四個瓣。側(cè)發(fā)光圖形可以是對稱或不對稱的。當(dāng)光學(xué)元件的頂端相對于基部或發(fā)射面不對稱放置時，將形成不對稱圖形。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會知道這樣的布置方式和形狀的多種排列可按需要生成多種不同的發(fā)射圖形。在一些實施例中，側(cè)發(fā)光圖形在至少30。的極角處具有最大的亮度分布，如強(qiáng)度線圖中的測量。在其他實施例中，側(cè)發(fā)光圖形的強(qiáng)度分布集中在至少30°的極角處。當(dāng)前本發(fā)明所公開的光學(xué)元件另外可能呈現(xiàn)其他強(qiáng)度分布，包括例如具有最大值和/或集中在45和60極角處。會聚光學(xué)元件可具有多種形式。每個光學(xué)元件具有基部、頂端和至少一個會聚側(cè)面?；靠梢跃哂腥魏涡螤?如方形、圓形、對稱或非對稱、規(guī)則或不規(guī)則)。頂端可以是點、線或表面(如果為鈍性頂端)。不管什么樣的特定會聚形狀，頂端的表面積比基部小，以使得側(cè)面從基部向頂端會聚。可以將會聚光學(xué)元件成形為棱錐、圓錐、楔形或以及它們的組合。每個這樣的形狀另外都可以靠近頂端截平的，形成鈍性頂端。會聚光學(xué)元件可以是多面形狀，具有多邊形基部和至少兩個會聚側(cè)面。例如，棱錐形或楔形光學(xué)元件可以具有矩形的或方形基部和四個邊，其中，至少兩個邊為會聚側(cè)面。其他邊可以是平行邊或可選擇地可以是發(fā)散的或會聚的?；康男螤畈恍枰獙ΨQ，且可以成形為例如梯形、平行四邊形、四邊形或其他多邊形。在其他實施例中，會聚光學(xué)元件可以具有圓形、橢圓形或不規(guī)則形狀但連續(xù)的基部。在這些實施例中，光學(xué)元件可以說具有單會聚側(cè)面。例如，具有圓形基部的光學(xué)元件可以成形為圓錐形。一般來講，會聚光學(xué)元件具有基部、位于(至少部分地)基部上的頂端以及連接頂端和基部以完成立體形狀的一個或多個會聚側(cè)面。圖15a示出成形為四邊形棱錐的會聚光學(xué)元件200的一個實施例，該四邊形棱錐具有基部220、頂端230和四個邊240。在該具體實施例中，基部220可以是矩形或方形，且頂端230在基部(垂直于基部平面的頂端的投影線210在基部220上居中)上居中位置處。圖15a還示出具有發(fā)射表面12a的LED組件12，發(fā)射表面12a臨近且平行于光學(xué)元件200的基部220。LED組件12和光學(xué)元件200在發(fā)射表面-基部接口光學(xué)耦合?？梢酝ㄟ^多種方式獲得光學(xué)耦合，以下進(jìn)行更詳細(xì)的描述。例如，可以將LED組件和光學(xué)元件鍵合在一起。在圖15a中，LED組件的基部和發(fā)射表面被示出為尺寸基本匹配。在其他實施例中，基部可以比LED組件發(fā)射表面較大或較小。圖15b示出會聚光學(xué)元件202的另一個實施例。此處，光學(xué)元件202具有六邊形基部222、鈍性頂端232和六個邊242。側(cè)面在基部和頂端之間延伸且每個側(cè)面向頂端232會聚。頂端232為鈍性并形成另外成形為六邊形的表面，但小于六邊形基部。圖15c示出具有兩個會聚側(cè)面244、基部224和頂端234的光學(xué)元件204的另一個實施例。在圖15c中，光學(xué)元件被成形為楔形且頂端234形成線條。其他兩條側(cè)面被示出為平行側(cè)面。從頂部査看，光學(xué)元件204在圖17d中示出。楔形光學(xué)元件可供選擇的實施例也包括具有會聚和發(fā)散側(cè)面組合的形狀，例如如圖16所示的光學(xué)元件206。在圖16所示的實施例中，楔形光學(xué)元件206類似于軸端。兩個發(fā)散側(cè)面142作用是準(zhǔn)直由LED組件發(fā)射的光平行。兩個會聚側(cè)面144會聚于形成頂端132的頂部，當(dāng)從側(cè)面(參見圖14)觀察時，頂端132成形為位于基部上的線；但如圖16(或圖17e)所示觀察時，頂端132具有部分延伸出基部。會聚側(cè)面144允許由LED組件12發(fā)射的光重新定向至側(cè)面，如圖14所示。其他實施例包括楔形，所有側(cè)面在此會聚，例如如圖17f所示。光學(xué)元件也可以被成形為具有圓形或橢圓形基部的圓錐形，頂端位于(至少部分地)基部之上，且單個會聚側(cè)面連接基部和頂端。如上所述的棱錐形和楔形，頂端可以是點、線(直的或彎曲的)或可以將其弄鈍成為表面。圖17a-i示出光學(xué)元件多個可供選擇的實施例的示出俯視圖。圖17a-f示出實施例，其中頂端在基部上面居中。圖17g-i示出非對稱光學(xué)元件的實施例，其中頂端偏離或傾斜且不居中于基部之上。圖17a示出具有方形基部、四個側(cè)面和居中于基部上的鈍性頂端230a的棱錐形光學(xué)元件。圖17h示出具有方形基部、四個側(cè)面和為偏心的鈍性頂端230h的棱錐形光學(xué)元件。圖17b示出具有方形基部和成形為圓形的鈍性頂端230b的一個光學(xué)元件的實施例。在這種情況下，會聚側(cè)面為彎曲的，使得方形基部與圓形頂端接合。圖17c示出具有方形基部、四個三角形側(cè)面的棱錐形光學(xué)元件。四個三角形側(cè)面在一點處匯聚以形成居中于基部上的頂端230c。圖17i示出具有方形基部、四個三角形側(cè)面的棱錐形光學(xué)元件，該四個三角形側(cè)面在一點處匯聚以形成偏離(不居中)于基部之上的頂端230i。圖17d-g示出楔形光學(xué)元件。在圖17d中，頂端230d形成位于基部之上且居中的線。在圖17e中，頂端230e形成在基部上居中且部分位于基部之上的線。頂端230e另外具有延伸到基部以外的部分。圖17e中示出的俯視圖可以是如上所述的圖16中示出的光學(xué)元件的透視俯視圖。圖17f和圖17g示出具有形成線的頂端和四個會聚側(cè)面的頂端的楔形光學(xué)元件的兩個可供選擇的實施例。在圖17f中，頂端230f居中于基部之上，而在圖17g中，頂端230g偏離。圖18a-c示出根據(jù)可供選擇的實施例的光學(xué)元件側(cè)視圖。圖18a示出具有基部350以及側(cè)面340和側(cè)面341的光學(xué)元件的一個實施例，側(cè)面340和側(cè)面341起始于基部350并向位于基部350之上的頂端330會聚?？蛇x地，側(cè)可以向鈍性頂端331會聚。圖18b示出具有基部352、會聚側(cè)面344和垂直于基部的側(cè)面342的光學(xué)元件的另一個實施例。兩個側(cè)面342和344形成位于基部邊緣之上的頂端332?？蛇x地，頂端可以是鈍性頂端333。圖18c示出具有一般三角形橫截面的替代形式光學(xué)元件的側(cè)視圖。此處，基部325以及側(cè)面345和側(cè)面347—般形成三角形，但側(cè)面345和側(cè)面347為非平面表面。在圖18c中，光學(xué)元件具有彎曲的左側(cè)面345和為小平面(即三個較小平坦部分347a-c的組合)的右側(cè)面。側(cè)面可以是彎曲的、片段的、有小平面的、凸?fàn)畹?、凹面的或它們的組合。這樣形狀的側(cè)面仍發(fā)揮作用以將所提取光的發(fā)射角度修改為類似于上述平面或扁平側(cè)面，只提供最后光發(fā)射圖案的定制增加程度。圖19a-e分別示出具有在每個基部422a-e和頂端430a-e之間延伸的非平面?zhèn)让?40a-e的光學(xué)元件420a-e的可供選擇的實施例。在圖19a中，光學(xué)元件420a具有包括兩個有小平面的部分441a和442a的側(cè)面440a?？拷?22a的部分442a垂直于基部422a，而部分441a向頂端430a會聚。類似地，在圖19b-c中，光學(xué)元件420b-c具有通過連接兩個部分441b-c和442b-c分別形成側(cè)面440b-c。在圖19b中，會聚的部分441b為凹面。在圖19c中，會聚的部分441c為凸面。圖19d示出具有通過連接部分441d和442d形成的兩個側(cè)面440d的光學(xué)元件420d。此處，靠近基部422d的部分442d向鈍性頂端430d會聚，且最頂端的部分441d垂直于鈍性頂端630d的表面。圖19e示出具有彎曲側(cè)面440e的光學(xué)元件420e的可供選擇的實施例。此處，側(cè)面440e為S形，但是一般地向鈍性頂端430e會聚。當(dāng)側(cè)面由兩個或更多個部分形成時，如圖19a-e所示，優(yōu)選地布置部分以使得側(cè)面仍然大致會聚，即使側(cè)面可以具有非會聚的部分。優(yōu)選地，基部尺寸與發(fā)射表面的LED組件尺寸想匹配。圖20a-d示出這樣的布置方式的示例性實施例。在圖20a中，具有圓形基部550a的光學(xué)元件光學(xué)連接到具有方形發(fā)射表面570a的LED組件。此處，通41過使圓形基部550a的直徑"d"等于方形發(fā)射表面570a的對角尺寸(也是"d")來匹配基部和發(fā)射表面。在圖20b中，具有六邊形基部550b的光學(xué)元件光學(xué)連接到具有方形發(fā)射表面570b的LED組件。此處，六邊形基部550b的高度"h"與方形發(fā)射表面570b的高度"h"相匹配。在圖20c中，具有矩形基部550c的光學(xué)元件光學(xué)連接到具有方形發(fā)射表面570c的LED組件。此處，基部和發(fā)射表面二者的寬度"w"相匹配。在圖20d中，具有方形基部550d的光學(xué)元件光學(xué)連接到具有六邊形發(fā)射表面570d的LED組件。此處，基部和發(fā)射表面二者的高度"h"相匹配。當(dāng)然，其中基部和發(fā)射表面二者相同成形且具有相同表面積的簡單的布置也符合此項標(biāo)準(zhǔn)。此處，基部的表面積與LED組件發(fā)射表面的表面積相匹配。類似的，當(dāng)光學(xué)元件連接到LED組件陣列時，發(fā)射表面?zhèn)让嫣幍年嚵谐叽鐑?yōu)選地可以與光學(xué)元件基部的尺寸相匹配。此外，陣列的形狀無需與基部的形狀匹配，只要二者之間至少一項尺寸(如直徑、寬度、高度或表面積)相匹配?？蛇x擇地，發(fā)射表面的LED組件尺寸或LED組件陣列的組合尺寸可以小于或大于基部的尺寸。圖19a和19c示出實施例，其中，LED組件(分別為410a和410c)的發(fā)射表面(分別為412a和412c)與基部(分別為422a和422c)的尺寸相匹配。圖19b示出具有大于基部422b的發(fā)射表面412b的LED組件410b。圖19d示出LED組件的陣列412d，該陣列在發(fā)射表面412d具有大于基部422d尺寸的組合尺寸。圖19e示出具有發(fā)射表面412e小于基部422e的LED組件410e。例如，如果LED組件發(fā)射表面為具有l(wèi)mm側(cè)面的方形，可以將光學(xué)元件基部制成具有l(wèi)mm側(cè)面的匹配方形?？蛇x擇地，可以將方形發(fā)射表面光學(xué)連接到矩形基部，矩形其中一個側(cè)面的尺寸與發(fā)射表面?zhèn)让娴某叽缦嗥ヅ?。矩形的非匹配?cè)面可以大于或小于方形的側(cè)面?？蛇x地，可以將光學(xué)元件制成直徑等于發(fā)射表面對角尺寸的圓形基部。例如，對于lmmXlmm的方形發(fā)射表面，直徑為1.41mm的圓形基部被認(rèn)為尺寸與該申請的目的相匹配。也可以將基部尺寸制成為略小于發(fā)射表面的尺寸。如果其中一個目的是最小化光源的外觀尺寸，這可以具有優(yōu)點，如題目為"HighBrightnessLEDPackage"(高亮度LED包裝)的共同擁有的美國專利申請2006/0091411(Ouderkirk等人)中所述。圖21示出包括光學(xué)連接到按陣列612布置的多個LED組件614a-c的會聚光學(xué)元件624的光源的另一個實施例。當(dāng)紅色、綠色和藍(lán)色LED組合成陣列以生成混合成的白色光時，這種布置方式可以尤其有用。在圖21中，光學(xué)元件624具有會聚側(cè)面646以將光重定向到側(cè)面。光學(xué)元件624具有成形為方形的基部624,方形基部光學(xué)連接到LED組件612的陣列。LED組件612的陣列另外形成方形(具有側(cè)面616)。在此所公開的光學(xué)元件可以通過常規(guī)方式或通過利用在題目為"PROCESSFORMANUFACTURINGOPTICALANDSEMICONDUCTORELEMENTS"(光學(xué)和半導(dǎo)體元件制造工藝)的美國專利申請公開2006/0094340(Ouderkirk等人)、題目為"PROCESSFORMANUFACTURINGALIGHTEMITTINGARRAY"(光發(fā)射陣列制造工藝)的美國專利申請公開2006/0094322(Ouderkirk等人)以及2005年11月22日提交的題目為"ARRAYSOFOPTICALELEMENTSANDMETHODOFMANUFACTURINGSAME"(光學(xué)元件陣列與制造同一個元件的方法)的美國專利申請No.11/288071(代理人案巻號60914US002)中所公開共同轉(zhuǎn)讓的精密研磨技術(shù)而制成。本發(fā)明所公開的光學(xué)元件(特別是包括提取器)是透明的且優(yōu)選地具有相對的高折射率。光學(xué)元件的適用材料包括但不限于無機(jī)材料例如高折射率玻璃(如可得自美國紐約艾姆斯佛德市肖特北美公司(SchottNorthAmerica,Inc.)商品名為LASF35的LASF35型肖特玻璃)和陶瓷粉(如藍(lán)寶石、氧化鋅、氧化鋯、金剛石和碳化硅)。藍(lán)43寶石、氧化鋅、金剛石和碳化硅尤其是有用，因為這些材料另外具有相當(dāng)高的熱導(dǎo)率(0.2-5.0W/cmK)。還可以想到高折射率聚合物或納米顆粒填充聚合物。適用的聚合物可以是熱塑性和熱固性兩種聚合物。熱塑性聚合物可以包括聚碳酸酯和環(huán)狀烯烴共聚物。熱固性聚合物可以是例如丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂以及在本領(lǐng)域中所孰知的其他樹脂。適用的陶瓷納米級微粒包括氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋅和硫化鋅。光學(xué)元件的折射率(n。)優(yōu)選地，類似于LED組件發(fā)射表面的折射率(ne)。優(yōu)選地，二者之間的差值不大于0.2(|n。-ne|《0.2)?？蛇x地，差值可以大于0.2，視所使用的材料而定。例如，發(fā)射表面可以具有1.75的折射率。適用的光學(xué)元件可以具有等于或大于1.75(n?！?.75)的折射率，包括例如n。>1.9、n?！?.1和n。》2.3。可選地，n?？梢孕∮趎e(如n?！?.7)。優(yōu)選地，光學(xué)元件的折射率與主要發(fā)射表面的折射率相匹配。在一些實施例中，光學(xué)元件和發(fā)射表面二者的折射率可以是相同值(11。=11》。例如，具有ne=1.76的藍(lán)寶石發(fā)射表面可以與藍(lán)寶石光學(xué)元件或SF4(可得自美國紐約艾姆斯佛德市肖特北美公司(SchottNorthAmerica,Inc.)商品名為SF4)n。=1.76的玻璃光學(xué)元件相匹配。在其他實施例中，光學(xué)元件的折射率可以高于或低于發(fā)射表面的折射率。當(dāng)由高折射率材料制成時，由于其高折射率光學(xué)元件增加從LED組件的光提取并修改由于其形狀的光發(fā)射分布，因此提供定制的光發(fā)射圖案。在整個本公開中，一般將LED組件12簡化描述，但LED組件12可以包括除了上述再發(fā)光結(jié)構(gòu)外為本領(lǐng)域所孰知的常規(guī)的設(shè)計結(jié)構(gòu)。例如，LED組件可以包括截然不同的正摻雜和負(fù)摻雜半導(dǎo)體層、緩沖層、基底層和復(fù)蓋層。所示的為簡單的矩形LED組件布置，但其他己知構(gòu)造還可以想到，如形成截平的倒立棱錐LED組件形狀的傾斜側(cè)面。為簡化起見，也未顯示LED組件的電觸點，但眾所周知，可在模具的任何表面上提供該電觸點。在示例性實施例中，LED組件具有均以"倒44裝晶片"設(shè)計設(shè)置在底部表面的兩個觸點。本公開并非意圖限制光學(xué)元件的形狀或LED組件的形狀，只是提供示例性的實例。當(dāng)光學(xué)元件和LED組件發(fā)射表面之間的最小間隙不大于消散波時，光學(xué)元件被認(rèn)為光學(xué)連接到LED組件或與LED組件光學(xué)接觸。通過將LED組件和光學(xué)元件物理上靠近放置，可獲得光學(xué)耦合。圖14示出LED組件12的發(fā)射表面12a和光學(xué)元件99的基部120之間的間隙150。通常，間隙150為空氣間隙且通常很小以促進(jìn)受抑全內(nèi)反射。例如在圖14中，如果間隙150接近空氣中的光波長，光學(xué)元件99的基部120為光學(xué)靠近LED組件12的發(fā)射表面12a。優(yōu)選地，間隙150的厚度小于空氣中的光波長。在使用多個光波長的LED中，間隙150優(yōu)選地至多是最長波長值。適用的間隙尺寸包括25nm、50nm和lOOnm。優(yōu)選地，將間隙最小化，例如將LED組件和光學(xué)元件的輸入孔隙或基部拋光為鍵合在一起的平晶和晶片時。另外，優(yōu)選地，發(fā)射表面12a和基部120之間接觸面上的間隙150基本上均勻，且發(fā)射表面12a和基部120具有小于20nm的粗糙度，優(yōu)選地小于5nm。在這樣的構(gòu)造中，在逃逸錐面外側(cè)或成一角度從LED組件12發(fā)射的光線將反過來被傳輸?shù)焦鈱W(xué)元件20。以此角度發(fā)射時，光線在LED組件-空氣界面通常完全內(nèi)部反射。為促進(jìn)光學(xué)耦合，可將基部120的表面成形以匹配發(fā)射表面12a。例如，如果LED組件12的發(fā)射表面12a為平的，如圖14所示，光學(xué)元件99的基部120也可以為平的?？蛇x擇地，如果LED組件的發(fā)射表面為彎曲(如略微凹陷)，可將光學(xué)元件的基部成形為與發(fā)射表面(如略微凸起)相配合?；?20的尺寸可以小于、等于或大于LED組件發(fā)射表面12a?；?20的橫截面形狀可以與LED組件12相同或不同。例如，LED組件可以具有方形發(fā)射表面，而光學(xué)元件具有圓形基部。其他變型將對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員顯而易見。適用的間隙尺寸包括100nm、50nm和25nm。優(yōu)選地，使間隙最小化，例如將LED組件和光學(xué)元件的輸入孔隙或基部拋光為鍵合在一起的平晶和晶片時?？赏ㄟ^施加高溫和高壓以提供光耦合布置將光學(xué)元件和LED組件鍵合在一起。可使用任何已知的晶片粘合技術(shù)。示例的晶片粘合技術(shù)在題目為"ProcessforManufacturingOpticalandSemiconductorElements"(光學(xué)和半導(dǎo)體元件制造工藝)的美國專利申請2006/0094340(Ouderkirk等人)中有所描述。如果為限制性間隙，通過在LED組件的發(fā)射表面和光學(xué)元件的基部之間增加薄的光學(xué)傳導(dǎo)層可獲得或增強(qiáng)光學(xué)耦合。圖22示出光學(xué)元件和LED組件的局部示意性側(cè)視圖，例如圖14中所示出的，但在間隙150內(nèi)設(shè)置有薄的光學(xué)傳導(dǎo)層660。類似于間隙150，光學(xué)傳導(dǎo)層660的厚度可以是100nm、50nm、25nm或更小。優(yōu)選地，光學(xué)耦合層的折射率接近匹配于發(fā)射表面或光學(xué)元件的折射率。光學(xué)傳導(dǎo)層可用于粘合和非粘合(機(jī)械分離)兩種構(gòu)造。在鍵合實施例中，光學(xué)傳導(dǎo)層可以是傳輸光的任何適用的鍵合劑，包括例如透明粘結(jié)劑層、無機(jī)薄膜、可熔玻璃粉或其他類似鍵合劑。粘合構(gòu)造的其他實例在例如2002年3月14日公布的題目為"LightEmittingDiodeswithImprovedLightExtractionEfficiency"(具有經(jīng)過改善光提取效率的發(fā)光二極管)(Camras等人)的美國專利公No.2002/0030194中有所描述。在非粘合實施例中，LED組件可被光學(xué)連接到光學(xué)元件而在LED組件和光學(xué)元件之間不使用任何粘接劑或其他粘合劑。非粘合實施例允許將LED組件和光學(xué)元件二者機(jī)械解耦，且允許相互間獨立地移動。例如，光學(xué)元件可相對于LED組件橫向移動。又如當(dāng)每個元件在工作期間發(fā)熱時，光學(xué)元件和LED組件可自由伸展。在這樣的機(jī)械分離系統(tǒng)中，由伸展產(chǎn)生的多數(shù)應(yīng)力不管是否垂直，都不會從一個元件傳遞到另一個元件。換句話講，一個元件的移動不會機(jī)械影響另一個元件。這種構(gòu)造在發(fā)光材料為易碎的情況下、LED組件和光學(xué)元件之間存在伸展失配系數(shù)的情況下以及LED反復(fù)打開和關(guān)閉的情況下特別理想。經(jīng)過機(jī)械分離的構(gòu)造可通過將光學(xué)元件置于光學(xué)靠近LED組件(二者之間只有很小的空氣間隙)制成?？諝忾g隙應(yīng)足夠小以促進(jìn)受抑全內(nèi)反射，如上所述?？蛇x擇地，如圖22所示，可在光學(xué)元件99和LED組件12之間的間隙150添加薄的光學(xué)傳導(dǎo)層660(如折射率匹配液)，前提條件是光學(xué)傳導(dǎo)層允許光學(xué)元件和LED組件獨立地移動。適用于光學(xué)傳導(dǎo)層660的材料實例包括折射率匹配油和其他具有類似光學(xué)特性的液體或凝膠?？蛇x地，光學(xué)傳導(dǎo)層660也可以熱傳導(dǎo)?？衫萌魏我阎拿芊鈩┎牧蠈⒐鈱W(xué)元件和LED組件封裝在一起，制成最終的LED包裝或光源。封裝光學(xué)元件和LED組件提供一種在非粘合實施例中將二者保持在一起的方式。另外的非粘合構(gòu)造在共同擁有的美國專利申請公開2006/0091784(Connor等人)"LEDPackagewithNon-bondedOpticalElement"(具有非粘合光學(xué)元件的LED包裝)中有所描述。光學(xué)元件可以由單一結(jié)構(gòu)制成，例如從單個材料嵌段切削，或可以通過以化合物構(gòu)造將兩個或更多個片段連接在一起而制成。第一部分有利地與LED組件進(jìn)行光學(xué)接觸，且由具有高折射率(優(yōu)選地約等于LED組件發(fā)射表面處的折射率)、可選地高熱導(dǎo)率和/或高熱穩(wěn)定性的第一光學(xué)材料制成。就這一點而言，高熱穩(wěn)定性指的是具有約600'C或更高分解溫度的材料。第一部分的厚度優(yōu)選地光學(xué)厚度(如有效地至少5微米，或10倍的光波長)。碳化硅也是導(dǎo)電的，因此，可以另外提供電接觸或電路功能。如果散射僅限于靠近輸入端或光學(xué)元件的基部的位置，在光學(xué)元件內(nèi)的散射是可以接受的。然而，使具有足夠長度的光學(xué)元件有效耦合來自LED組件的光成本高且耗時。制備一體式光學(xué)元件的另外的挑戰(zhàn)是材料產(chǎn)量相對較低，且形狀因子迫使LED組件單獨與光學(xué)元件組裝。由于這些原因，將光學(xué)元件分成兩個(或更多個)部分可以是有利的，由不同光學(xué)材料制成的部分可降低制造成本。第二部分與第一部分接合且由第二光學(xué)材料制成，第二光學(xué)材料與第一光學(xué)材料相比可以具有較低的材料成本且更容易加工。與第一光學(xué)材料相比，第二光學(xué)材料可以具有較低的折射率、較低的熱導(dǎo)率或二者均具有。例如，第二光學(xué)材料可以包括玻璃、聚合物、陶瓷粉、填充陶瓷納米顆粒的聚合物以及其他視覺上澄清的材料。適用的玻璃包括包含鉛、鋯、鈦和鋇氧化物的玻璃。玻璃可以由包含鈦酸鹽、鉛酸鹽和錫酸鹽的化合物制成。適用的陶瓷納米級微粒包含氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋅和硫化鋅。可選擇地，可以將由第三光學(xué)材料構(gòu)成的第三部分接合到第二部分，以進(jìn)一步幫助將LED光與外部環(huán)境耦合。在一個實施例中，布置三個部分的折射率使得m>n2>n3以最小化與光學(xué)元件關(guān)聯(lián)的整體菲涅耳表面反射。所公開的光源可以是圖形顯示裝置的元件或關(guān)鍵元件，例如大型或小型屏幕視頻監(jiān)視器、計算機(jī)監(jiān)視器或顯示器、電視、電話裝置或電話裝置顯示器、個人數(shù)字助理或個人數(shù)字助理顯示器、尋呼機(jī)或?qū)ず魴C(jī)顯示器、計算器或計算器顯示器、游戲機(jī)或游戲機(jī)顯示器、玩具或玩具顯示器、小型或大型家電或小型或大型家電顯示器、汽車儀表板或汽車儀表板顯示器、汽車內(nèi)飾或汽車內(nèi)飾顯示器、船舶儀表板或船舶儀表板顯示器、船舶內(nèi)飾或船舶內(nèi)飾顯示器、航空器儀表板或航空器儀表板顯示器、航空器內(nèi)飾或航空器內(nèi)飾顯示器、交通控制設(shè)備或交通控制設(shè)備顯示器、廣告顯示器、廣告牌等。所公開的光源可以是液晶顯示器(LCD)的部件或關(guān)鍵部件、或類似顯示器，作為那個顯示器的背光源。在一些實施例中，通過將由半導(dǎo)體裝置發(fā)射的彩色與LCD顯示器的彩色濾波器匹配，半導(dǎo)體裝置特別適于用作液晶顯示器的背光源。所公開的光源可以是照明裝置的部件或關(guān)鍵部件，例如自立式或內(nèi)置照明器材或照明燈具、景觀或建筑照明器材、手持或車載燈、汽車前大燈或尾燈、汽車內(nèi)飾照明燈具、汽車或非汽車信號裝置、道路照明裝置、交通控制信號裝置、船舶用燈或信號裝置或內(nèi)飾照明燈具、航空用燈或信號裝置或內(nèi)飾照明燈具、小型或大型家電或小型或大型家電用燈等；或用作紅外光源、可見光源或紫外線輻射光源的任何裝置或任何部件。在一些情況下，光源包括(a)能夠以第一波長發(fā)射光的LED;(b)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，其中再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造具有發(fā)射表面；(c)圖案化低折射率層，它與發(fā)射表面第一部分光學(xué)接觸，其中圖案化層具有第一折射率；以及(d)光學(xué)元件，具有與發(fā)射表面第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸的輸入表面，其中光學(xué)元件具有大于第一折射率的第二折射率。在一些情況下，圖案化低折射率層在發(fā)射表面對至少一些在光源內(nèi)生成的光提供完全地內(nèi)反射。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，LED組件包括(i)能夠以第一波長發(fā)射光的LED;以及(ii)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，其中再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造具有發(fā)射表面；(b)將由LED組件生成的光的至少一些完全地內(nèi)反射回進(jìn)入LED組件的裝置，其中反射裝置與發(fā)射表面的第一部分進(jìn)行光學(xué)接觸；以及(c)具有輸入表面的光學(xué)元件，該輸入表面與不同于發(fā)射表面第一部分的第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，LED組件包括(i)能夠以第一波長發(fā)射光的LED;以及(ii)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，包括不位于pn49結(jié)內(nèi)的勢阱，其中再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造具有發(fā)射表面；以及(b)準(zhǔn)直光學(xué)元件，具有輸入表面和輸出表面。在一些情況下，輸入表面與發(fā)射表面的至少一部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些情況下，光學(xué)元件具有包括輸入表面并由第一材料構(gòu)成的第一部分。在一些情況下，光學(xué)元件具有包括輸出端并由第二材料構(gòu)成的第二部分。在一些情況下，第一材料的折射率大于第二材料折射率。在一些情況下，第一部分的熱導(dǎo)率大于第二材料的熱導(dǎo)率。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，包括(i)能夠以第一波長發(fā)射光的LED;以及(ii)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，它包括不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，其中再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造具有發(fā)射表面；以及(b)多個光學(xué)元件，其中每個這樣的光學(xué)元件具有輸入表面。在一些情況下，光學(xué)元件的尺寸為，使得輸入表面相互間隔開并與發(fā)射表面的不同部分光學(xué)接觸。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，該LED組件包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，其中LED組件具有發(fā)射表面；(b)與發(fā)射表面第一部分進(jìn)行光學(xué)接觸的圖案化低折射率層，其中圖案化層具有第一折射率；以及(c)具有輸入表面光學(xué)元件，該具有輸入表面與發(fā)射表面所第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些情況下，光學(xué)元件的第二折射率大于第一折射率。在一些情況下，圖案化低折射率層在發(fā)射表面對至少一些在光源內(nèi)生成的光提供完全地內(nèi)反射。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，它包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，其中LED組件具有發(fā)射表面；(b)將由LED組件生成的光的至少一些完全地內(nèi)反射回進(jìn)入LED組件的裝置，其中反射裝置與發(fā)射表面的第一部分進(jìn)行光學(xué)接觸；以及(c)具有輸入表面的光學(xué)元件，該輸入表面與不同于發(fā)射表面第一部分的第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，它包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，其中LED組件具有發(fā)射表面；以及(b)具有輸入表面和輸出表面的準(zhǔn)直光學(xué)元件。在一些情況下，輸入表面與發(fā)射表面的至少一部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些情況下，光學(xué)元件具有包括輸入表面并由第一材料構(gòu)成的第一部分。在一些情況下，光學(xué)元件具有包括輸出表面并由第二材料構(gòu)成的第二部分。在一些情況下，第一材料的折射率大于第二材料折射率。在一些情況下，第一材料的熱導(dǎo)率大于第二材料熱導(dǎo)率。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，它包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，其中LED組件具有發(fā)射表面；以及(b)多個光學(xué)元件，其中每個這樣的光學(xué)元件具有輸入表面。在一些情況下，光學(xué)元件的尺寸為，使得輸入表面相互間隔開并與發(fā)射表面的不同部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些情況下，光源包括(a)能夠以第一波長發(fā)射光并具有發(fā)射表面的LED;(b)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱；(c)與發(fā)射表面第一部分進(jìn)行光學(xué)接觸的圖案化低折射率層，圖案化層具有第一折射率；(d)光學(xué)元件，它具有與發(fā)射表面第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸的輸入表面。在一些情況下，光學(xué)元件的第二折射率大于第一折射率。在一些情況下，圖案化低折射率層在發(fā)射表面對至少一些在光源內(nèi)生成的光提供完全地內(nèi)反射。在一些情況下，光源包括(a)和LED組件，LED組件包括(i)能夠以第一波長發(fā)射光并具有發(fā)射表面的LED;以及(ii)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱；(b)將由LED組件生成的光的至少一些完全地內(nèi)部反射回進(jìn)入LED組件的裝置，其中反射裝置與發(fā)射表面的第一部分進(jìn)行光學(xué)接觸；以及(c)具有輸入表面的光學(xué)元件，該輸入表面與不同于發(fā)射表面第一部分的第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸。51在一些情況下，光源包括(a)LED組件，LED組件包括(i)能夠以第一波長發(fā)射光并具有發(fā)射表面的LED;以及(ii)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱；以及(b)準(zhǔn)直光學(xué)元件，具有輸入表面和輸出表面。在一些情況下，輸入表面與發(fā)射表面的至少一部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些情況下，光學(xué)元件包括包括輸入表面并由第一材料構(gòu)成的第一部分。在一些情況下，光學(xué)元件包括包括輸出表面并由第二材料構(gòu)成的第二部分。在一些情況下，第一材料的折射率大于第二材料折射率。在一些情況下，第一材料的熱導(dǎo)率大于第二材料熱導(dǎo)率。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，包括(i)能夠以第一波長發(fā)射光并具有發(fā)射表面的LED;以及(ii)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱；以及(b)多個光學(xué)元件，其中每個光學(xué)元件具有輸入表面。在一些情況下，光學(xué)元件的尺寸為，使得輸入表面相互間隔開并與發(fā)射表面的不同部分進(jìn)行光學(xué)接觸。在一些情況下，光源包括(a)能夠以第一波長發(fā)射光的LED;(b)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，它包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱并具有發(fā)射表面；(C)光提取器，它具有與發(fā)射表面進(jìn)行光學(xué)接觸的輸入表面。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，其中LED組件具有發(fā)射表面；以及(b)光提取器，具有與發(fā)射表面光學(xué)接觸的輸入表面。在一些情況下，光源包括(a)能夠以第一波長發(fā)射光并具有發(fā)射表面的LED;(b)再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱；以及(c)光提取器，該光提取器具有與發(fā)射表面進(jìn)行光學(xué)接觸的輸入表面。在一些情況下，光源包括(a)能夠以第一波長發(fā)射光的LED;(b)52再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱并且具有發(fā)射表面；以及(C)與發(fā)射表面的第一部分進(jìn)行光學(xué)接觸的圖案化低折射率層，該表面小于所有發(fā)射表面。在一些情況下，圖案化層的折射率低于發(fā)射表面的折射率。在一些情況下，光源包括(a)LED組件，它包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，其中LED組件具有發(fā)射表面；以及(b)與發(fā)射表面的第一部分進(jìn)行光學(xué)接觸的圖案化低折射率層，該表面小于所有發(fā)射表面。在一些情況下，圖案化層的折射率小于發(fā)射表面的折射率。在一些情況下，光源包括(a)能夠以第一波長發(fā)射光并具有發(fā)射表面的LED;(b)包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱的再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造；以及(c)與發(fā)射表面的第一部分進(jìn)行光學(xué)接觸的圖案化低折射率層，該表面小于所有發(fā)射表面。在一些情況下，圖案化層的折射率小于發(fā)射表面的折射率。在一些情況下，圖形顯示裝置或照明裝置包括光源。在不背離本發(fā)明的范圍和原則的前提下，本發(fā)明的各種修改和更改對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，而且應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不應(yīng)不當(dāng)?shù)厥芟抻谏衔乃龅氖纠詫嵤├?。?quán)利要求1.一種光源，包括LED組件，其具有發(fā)射表面并包括LED和再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造，所述LED能夠以第一波長發(fā)射光，并且所述再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造包括不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱；以及光學(xué)元件，其具有輸入表面和輸出表面，所述輸入表面與所述發(fā)射表面的至少一部分進(jìn)行光學(xué)接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源，其中所述第二勢阱為量子阱或包括量子阱。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源，其中所述LED包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中所述發(fā)射表面為LED晶粒的表面，并且其中所述光學(xué)元件設(shè)置在所述LED晶粒和所述再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造之間。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光源，其中所述再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造粘結(jié)到所述光學(xué)元件的輸出表面。6.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源，其中所述發(fā)射表面為所述再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造的表面，并且其中所述再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造設(shè)置在所述LED和所述光學(xué)元件之間。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光源，其中所述再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造通過粘合層附接到所述LED。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光源，其中所述再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造和所述LED具有一體式構(gòu)造，形成于同一個半導(dǎo)體晶片上。9.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源，其中所述光學(xué)元件包括封殼。10.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源，其中所述光學(xué)元件包括提取器。11.根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源，其中所述光學(xué)元件包括透鏡。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，還包括與所述發(fā)射表面的第一部分光學(xué)接觸的圖案化低折射率層，所述圖案化層具有第一折射率，并且其中所述光學(xué)元件的輸入表面與所述發(fā)射表面的第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸，所述光學(xué)元件具有高于所述第一折射率的第二折射率。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，還包括用于將由所述LED組件生成的光的至少一些完全地內(nèi)反射回所述LED組件的裝置，所述反射裝置與所述發(fā)射表面的第一部分光學(xué)接觸，并且其中所述光學(xué)元件的輸入表面與不同于所述第一部分的發(fā)射表面的第二部分進(jìn)行光學(xué)接觸o14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中所述光學(xué)元件具有包括所述輸入表面并由第一材料構(gòu)成的第一部分，并且其中所述光學(xué)元件具有包括輸出端并由第二材料構(gòu)成的第二部分，并且其中所述第一材料的折射率大于所述第二材料的折射率。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中所述光學(xué)元件為多個光學(xué)元件的中的一個，每個這樣的光學(xué)元件具有輸入表面；其中所述光學(xué)元件的尺寸為，使得所述輸入表面相互間隔開，并與所述發(fā)射表面的不同部分進(jìn)行光學(xué)接觸。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中所述光學(xué)元件包括基部、兩個會聚側(cè)面和兩個發(fā)散側(cè)面。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中所述光學(xué)元件被成形用于引導(dǎo)由所述LED組件發(fā)射的光以產(chǎn)生側(cè)發(fā)光圖案。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源，其中所述光學(xué)元件包括基部、小于所述基部的頂端、和在所述基部與所述頂端之間延伸的會聚側(cè)面。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的光源，其中所述基部為所述光學(xué)元件的輸入表面，所述基部在尺寸上不大于所述LED組件的發(fā)射表面。20.—種圖形顯示裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源。21.—種照明裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源。全文摘要本發(fā)明提供一種光源，所述光源包括具有發(fā)射表面的LED組件以及具有與該發(fā)射表面進(jìn)行光學(xué)接觸的輸入表面的光學(xué)元件。與包括不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱的再發(fā)射半導(dǎo)體構(gòu)造相結(jié)合，該LED組件可以是或可以包括能夠以第一波長發(fā)射光的LED，例如LED晶粒。該光學(xué)元件可以是形狀為會聚的、發(fā)散的或它們的組合的提取器。文檔編號H01L33/58GK101467274SQ200780022022公開日2009年6月24日申請日期2007年6月11日優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日發(fā)明者凱瑟琳·A·萊瑟達(dá)勒,冬盧,安德魯·J·烏德科克,托馬斯·J·米勒,邁克爾·A·哈斯申請人:3M創(chuàng)新有限公司