(57)【要約】  非対称な光出力を達成するための発光ダイオード（ＬＥＤ）が、ｐ−ｎ接合部を含む多層構造を備え、この多層構造の少なくとも１つの層は、ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるように構成された、層の頂面又は底面である表面を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非対称な光出力を達成するための発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、ｐ−ｎ接合部を含む多層構造を備え、該多層構造の少なくとも１つの層は、ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるように構成された、前記層の頂面又は底面である表面を含む、
ことを特徴とするＬＥＤ。
【請求項２】
前記表面は曲面である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記表面は、前記取り付け面と非平行に配向された平面である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
前記表面は、複数のファセット部を含むファセット面である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
前記表面は、突出部及び窪みから選択される複数の表面特徴部を含む平面である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項６】
前記層は、不均一な厚みを有する、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項７】
前記表面は、前記層の前記頂面であり、前記層の前記底面は、前記取り付け面とほぼ平行に配向された平面である、
ことを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ。
【請求項８】
前記表面は、前記ＬＥＤの外面を定める、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項９】
前記表面は、前記多層構造の隣接する層間の界面を定める、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１０】
前記層は、実質的に透明な材料を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１１】
前記多層構造は、前記ｐ−ｎ接合部を含む発光層と、光学的反射材料を含むミラー層とを含み、前記発光層と前記ミラー層は互いに非平行である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１２】
前記多層構造は、前記ｐ−ｎ接合部を含む発光層と、光学的反射材料を含むミラー層とを含み、前記発光層と前記ミラー層は互いにほぼ平行である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１３】
前記表面は、前記層の前記頂面であり、前記層の前記底面は、前記取り付け面と非平行である、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１４】
前記層の前記頂面及び前記底面は、互いにほぼ平行であり、前記層は、前記取り付け面と非平行である、
ことを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤ。
【請求項１５】
前記ファセット面は、３又はそれ以上のファセット部を含む、
ことを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項１６】
前記ファセット部は、前記取り付け面の前記法線に対して非対称的に配置される、
ことを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項１７】
前記表面特徴部は、角張った表面特徴部を含む、
ことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ。
【請求項１８】
前記表面特徴部は、湾曲した表面特徴部を含む、
ことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ。
【請求項１９】
前記表面特徴部の少なくとも１つは、前記取り付け面の前記法線に対して非対称的な形状を有する、
ことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ。
【請求項２０】
前記表面特徴部は、前記平面上で互いに不均一に離間する、
ことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ。
【請求項２１】
前記表面特徴部は、サイズがマイクロスケールであり、各表面特徴部は、約５００ミクロン又はそれ以下の垂直寸法を有する、
ことを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ。
【請求項２２】
前記ＬＥＤは４つの側面を有し、各側面は、隣接する側面に対して直角に配向され、前記側面は、前記ＬＥＤの正方形又は長方形の外周を定める、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項２３】
前記ＬＥＤは４つの側面を有し、各側面は、隣接する側面に対して９０°よりも大きい又は小さい角度に配向され、前記側面は、前記ＬＥＤのダイヤモンド形の外周を定める、
ことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項２４】
非対称な光出力を達成するための発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、ｐ−ｎ接合部を含む多層構造を備え、該多層構造の少なくとも１つの層は、ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるように構成された、前記層の頂面又は底面である表面を含むとともに不均一な厚みを有する、
ことを特徴とするＬＥＤ。
【請求項２５】
前記表面は曲面である、
ことを特徴とする請求項２４に記載のＬＥＤ。
【請求項２６】
前記表面は、前記取り付け面と非平行に配向された平面である、
ことを特徴とする請求項２４に記載のＬＥＤ。
【請求項２７】
前記表面は、複数のファセット部を含むファセット面である、
ことを特徴とする請求項２４に記載のＬＥＤ。
【請求項２８】
前記表面は、突出部及び窪みから選択される複数の表面特徴部を含む、
ことを特徴とする請求項２４に記載のＬＥＤ。
【請求項２９】
非対称な光出力を達成するための発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、ｐ−ｎ接合部を含む発光層と、光学的反射材料を含むミラー層とを含む多層構造を備え、前記ミラー層は、前記発光層と取り付け面の間に配置され、前記活性発光層及び前記ミラー層の少なくとも一方は、前記取り付け面と非平行である、
ことを特徴とするＬＥＤ。
【請求項３０】
前記活性発光層及び前記ミラー層は、いずれも前記取り付け面と非平行である、
ことを特徴とする請求項２９に記載のＬＥＤ。
【請求項３１】
前記活性発光層及び前記ミラー層は、互いにほぼ平行である、
ことを特徴とする請求項２９に記載のＬＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、具体的には、所望の発光プロファイルを生成できるＬＥＤチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換する固体素子であり、一般に反対型にドープされた層間に挟まれた半導体材料の１又はそれ以上の活性層を含む。ドープされた層間にバイアスを印加すると、活性層に正孔及び電子が注入され、これらが再結合して光を生成する。光は、この活性層から、そしてＬＥＤの全ての表面から放出される。
【０００３】
過去１０年以上にわたる技術的進歩により、ＬＥＤの設置面積は小さくなり、発光効率は高くなり、コストは削減された。ＬＥＤは、他の発光体と比べて動作寿命も長い。例えば、ＬＥＤの動作寿命は５０，０００時間を超えることもあるが、白熱電球の動作寿命は約２，０００時間である。また、ＬＥＤは、他の光源よりも強固であり、消費電力も少ない。これらの及びその他の理由により、ＬＥＤの人気は高まってきており、これまで白熱灯、蛍光灯、ハロゲン及びその他の発光体の領域であった用途でも使用されている。
【０００４】
また、ＬＥＤは、大型及び小型のいずれのディスプレイでも使用されている。スポーツイベント、競技場、コンサートなどの多くの屋内及び屋外ロケーション、並びにニューヨーク市のタイムズスクエアなどの広大な公共区域では、（巨大スクリーンと呼ばれることが多い）大画面ＬＥＤディスプレイが多く見られるようになっている。これらのディスプレイ又はスクリーンの多くは、縦６０フィート、横６０フィートもの大きさを有することができる。これらのスクリーンは、何千もの「画素」又は「画素モジュール」を含むことができ、これらの各々は複数のＬＥＤを含むことができる。画素モジュールは、昼間の太陽光の下でも比較的遠くからディスプレイが見える高効率かつ高輝度のＬＥＤを使用することができる。画素モジュールが有することができるＬＥＤはわずかに３つ（１つは赤色、１つは緑色、そして１つは青色）であり、これにより画素は、赤色、緑色及び／又は青色光の組み合わせから多くの異なる色の光を放出することができる。最も大型のジャンボスクリーンでは、各画素モジュールが何十個ものＬＥＤを有することができる。画素モジュールは、矩形グリッド内に配置される。例えば、１つのグリッドの幅及び高さは、６４０×４８０モジュールになることもあり、スクリーンの端から端までのサイズは画素モジュールの実際のサイズに依存する。
【０００５】
従来のＬＥＤベースのディスプレイは、（テレビ信号などの）入力信号を受け入れるコンピュータシステムにより制御され、このコンピュータシステムは、全体的なディスプレイ画像を形成するために画素モジュールが必要とする特定の色に基づいて、各画素モジュール内のどのＬＥＤをどれほどの輝度で発光させるべきかを決定する。画素モジュールの各々に電力を供給する電源システムが含まれることもあり、各ＬＥＤが所望の輝度で発光するように各ＬＥＤへの電力を調整することができる。画素モジュール内の各ＬＥＤに適当な電力信号を付与するために導体が備わる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６，９５８，４９７号明細書
【特許文献２】米国特許第７，６９２，１８２号明細書
【特許文献３】米国特許第０，０３４，８６１号明細書
【特許文献４】米国特許第４，９４６，５４７号明細書
【特許文献５】米国特許第５，２００，０２２号明細書
【特許文献６】米国特許第第７，２１３，９４０号明細書
【特許文献７】米国特許出願第１１／６５６，７５９号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００８／０１７３８８４号明細書
【特許文献９】米国特許出願第１１／８９９，７９０号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００８／０１７９６１１号明細書
【特許文献１１】米国特許出願第１１／４７３，０８９号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００７／０１５８６６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本技術は、ＬＥＤからの光抽出を最大化する光学系及び幾何形状を利用して均一な発光プロファイルを得るものである。この技術は、通常、発光素子に結合された半球レンズを伴い、このレンズの光学中心と出射面が完全に位置合わせされて、ピーク発光が光軸に沿うようになる。しかしながら、このような構成は、ＬＥＤディスプレイが視聴者の目線よりも上方に取り付けられた場合のように、すべての状況にとって有利ではないこともある。この場合、視聴者には、ディスプレイが発する光の大部分が見えず、従って無駄になってしまう。
【０００８】
無駄になる光の量を減少させる１つの方法には、視聴者の視線とより良く一致する角度でディスプレイを取り付けることによる方法があるが、この方法では、非常に大型のディスプレイを高所に取り付ける場合には、特に使用が困難で複雑かつ高価な取り付け金具が必要になり得る。封入材料又はレンズの形状を変更することによりＬＥＤパッケージからの発光を制御する努力も行われてきたが、これには特別な値段の高いレンズ用工具、及びレンズ製造工程の変更が必要になり得る。システムによっては、ビームプロファイルを変更し、又は光パターンを異なる角度に向け直すための二次光学系を利用できるものもあるが、この二次光学系は、約１０〜１２％の有意な損失を招き、ディスプレイシステムのコストが増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書では、本質的に非対称な発光プロファイルを有する発光ダイオードについて説明する。
【００１０】
第１の実施形態によれば、ＬＥＤが、ｐ−ｎ接合部を含む多層構造を有し、多層構造の少なくとも１つの層は、ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるように構成された、層の頂面又は底面である表面を含む。
【００１１】
第２の実施形態によれば、ＬＥＤが、ｐ−ｎ接合部を含む多層構造を有し、多層構造の少なくとも１つの層は、ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるように構成された、層の頂面又は底面である表面を含むとともに不均一な厚みを有する。
【００１２】
第３の実施形態によれば、ＬＥＤが、ｐ−ｎ接合部を含む発光層と、光学的反射材料を含むミラー層とを含む多層構造を有し、ミラー層は、発光層と取り付け面の間に配置され、活性発光層及びミラー層の少なくとも一方は、取り付け面と非平行である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】基板側を下にして取り付けられた従来のＬＥＤチップの概略断面図である。
【図１Ｂ】基板側を下にして取り付けられた従来のＬＥＤチップの概略断面図である。
【図２】基板側を上にしてフリップチップ構成で取り付けられた従来のＬＥＤチップの概略断面図である。
【図３Ａ】成長基板上のドープしたエピタキシャル層間に挟まれたＬＥＤ活性層の概略断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａのデバイスをひっくり返してキャリアに接合したものを示す図である。
【図３Ｃ】図３ＢのフリップチップＬＥＤを取り付け面上に取り付け、基板を除去して電気接点を追加したものを示す図である。
【図４】取り付け面と非平行な表面を有する層を含むＬＥＤチップの概略断面図である。
【図５】曲面を有する層を含むＬＥＤチップの概略断面図である。
【図６】ファセット層を含むＬＥＤチップの概略断面図である。
【図７Ａ】ファセット状の頂面を有するＬＥＤチップの一部の概略平面図である。
【図７Ｂ】ファセット状の頂面を有するＬＥＤチップの一部の概略側面図である。
【図８】ファセット面を有する例示的なＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【図９Ａ】２つの非対称曲面を含む例示的なＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【図９Ｂ】２つの非対称曲面を含む例示的なＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【図９Ｃ】２つの非対称曲面を含む例示的なＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【図１０Ａ】頂面上に角張った突出部を含む例示的なＬＥＤチップの概略断面図である。
【図１０Ｂ】頂面上に湾曲した突出部を含む例示的なＬＥＤチップの概略断面図である。
【図１０Ｃ】隣接する層間に界面特徴部を含む例示的なＬＥＤチップの概略断面図である。
【図１１Ａ】構成内面を含むＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【図１１Ｂ】構成内面を含むＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【図１１Ｃ】構成内面を含むＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【図１１Ｄ】構成内面を含むＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【図１２】楔形の成長基板を含む例示的なＬＥＤチップの概略断面図である。
【図１３】取り付け面の法線に対する傾斜を含む例示的なＬＥＤチップの概略断面図である。
【図１４】取り付け面の法線に対する傾斜を含む例示的なＬＥＤチップの概略断面図である。
【図１５】取り付け面の法線に対する傾斜を含む例示的なＬＥＤチップの概略断面図である。
【図１６】取り付け面と非平行な層を有する例示的なＬＥＤチップの概略断面図である。
【図１７】図４の実施形態に蛍光体層を追加したものを示す図である。
【図１８】図１５の実施形態に蛍光体層を追加したものを示す図である。
【図１９Ａ】図３のＬＥＤチップに二次素子を追加したものを示す図である。
【図１９Ｂ】図３のＬＥＤチップに蛍光体層及び二次素子を追加したものを示す図である。
【図２０】正方形の外周を有する複数のＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【図２１】ダイヤモンド形の外周を有する複数のＬＥＤチップの製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、ピーク発光が下層の取り付け面の法線から離れた方向に向かう非対称な発光プロファイルを示すように構成された発光ダイオード（「ＬＥＤ」又は「ＬＥＤチップ」）に関する。ＬＥＤチップの１又はそれ以上の層の配向及び／又は構造を制御することにより、二次光学系を必要とせずに所望の非対称なビームプロファイルを得ることができる。
【００１５】
例えば、以下でさらに詳細に説明するように、活性発光領域及び／又はミラー層を取り付け面に対して効果的に傾斜させることにより、及び／又は活性領域から放出された光をＬＥＤチップから出射される前に光学的に導くことにより、非対称なビーム出力プロファイルを得ることができる。本明細書で説明する修正の１つ又はそれ以上を行うことにより、本質的に非対称な発光プロファイルを有するＬＥＤチップを製造して、パッケージ設計を最低限しか又は全く修正せずに従来のパッケージ（平面サブマウント、基板又は反射カップなど）に取り付けることができる。このようなＬＥＤコンポーネントを単独で又は他のコンポーネントと組み合わせて使用して、所望の一連の発光特性を有するディスプレイを形成することができる。本質的に非対称な発光体の恩恵を受けることができる照明用途の例としては、屋外ディスプレイ、街路照明及び自動車照明（ヘッドライトなど）が挙げられる。
【００１６】
図４〜図１６に、非対称な光出力プロファイルを達成するための例示的なＬＥＤチップを示す。各実施形態では、ＬＥＤチップが、ｐ−ｎ接合部を含む多層構造を含み、この多層構造の少なくとも１つの層は、その頂面又は底面に、ピーク発光を取り付け基板の法線から離れた方向に向けるように構成された表面を含む。この層は、不均一な厚みを有することができる。様々な実施形態の説明に進む前に、いくつかの定義及び説明を行い、図１Ａ〜図３Ｃに典型的なＬＥＤの層構造を概略的に示して説明する。
【００１７】
本開示で使用する「取り付け面の法線」とは、取り付け面からその平面に対して垂直な方向に延びる線として定義される。取り付け面は、サブマウント、反射カップ、パッケージ基板、リードフレーム又はその他の基板の表面とすることができる。
【００１８】
ＬＥＤチップのピーク発光とは、チップから放出される光の最大強度のことである。ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるＬＥＤチップは、取り付け面の平面に対して垂直でないあらゆる方向に最大強度を有することができる。
【００１９】
層、領域又は基板などの要素が別の要素「上に」存在すると言う場合、この要素が別の要素上に直接存在することも、或いは介在要素が存在することもあると理解されたい。さらに、本明細書では、「内部の（ｉｎｎｅｒ）」、「外部の（ｏｕｔｅｒ）」、「上部の（ｕｐｐｅｒ）」、「上方の（ａｂｏｖｅ）」、「上の（ｏｖｅｒ）」、「下の（ｂｅｎｅａｔｈ）」、「下方の（ｂｅｌｏｗ）」、「頂部の（ｔｏｐ）」、「底部の（ｂｏｔｔｏｍ）」及び同様の用語などの相対語を使用して要素間の関係を記述する。これらの用語は、図に示すデバイスの配向とは異なる配向を含むことが意図されていると理解されたい。
【００２０】
本明細書では、様々な要素、コンポーネント、領域、層及び／又は部分を説明するために第１の、第２の、などの用語を使用することがあるが、これらの要素、コンポーネント、領域、層及び／又は部分をこれらの用語によって限定すべきではない。これらの用語は、１つの要素、コンポーネント、領域、層又は部分を、別の領域、層又は部分と区別するために使用するものにすぎない。従って、本開示の教示から逸脱することなく、後述する第１の要素、コンポーネント、領域、層又は部分を、第２の構成要素、コンポーネント、領域、層又は部分と呼ぶこともできる。
【００２１】
図は、概略図として意図したものである。従って、デバイス及びコンポーネントの実際の寸法及び形状（層の厚みなど）は異なることがあり、例えば、製造技術及び／又は製造公差の結果、説明図とはかけ離れている可能性がある。実施形態は、本明細書に示す領域の特定の形状に限定されると解釈すべきではなく、例えば製造によって生じる形状の逸脱を含むことがある。正方形又は長方形として図示又は説明する領域が、通常の製造公差に起因して丸みを帯びた又は湾曲した特徴部を有することもある。従って、図に示す領域は本質的に概略的なものであり、これらの形状は、デバイスの領域の正確な形状を示すことを意図したものではなく、本発明の範囲を限定することを意図したものでもない。
【００２２】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本発明を限定することを意図したものではない。本明細書で使用する単数形の「１つの（英文不定冠詞）」及び「その（英文定冠詞）」は、その文脈で別様に明確に示していない限り、複数形も含むことが意図される。「備える、含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、及び／又はｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」という用語は、記載する特徴、整数、ステップ、動作、要素及び／又はコンポーネントの存在を示すものではあるが、１又はそれ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント及び／又はこれらの群の存在又は追加を除外するものではない。
【００２３】
特に定めがない限り、本明細書で使用する（技術用語及び科学用語を含む）全ての用語は、本発明が属する技術の当業者が一般に理解している意味と同じ意味を有する。さらに、本明細書で使用する用語は、本明細書及び関連技術との関連におけるこれらの意味に従う意味を有すると解釈すべきであり、本明細書で明確に定義しない限り、理想的な又は過度に形式的な意味で解釈されるものではないと理解されたい。
【００２４】
ここで図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、典型的なＬＥＤ又はＬＥＤチップ１１０が、第１及び第２のＬＥＤ領域と呼ぶことができるｎ型及びｐ型エピタキシャル層１２０、１３０を上部で成長させたＡｌ2Ｏ3又はＳｉＣなどの絶縁性の半導体又は導体基板１１５を含む。エピタキシャル層１２０、１３０は、通電時に発光するｐ−ｎ接合部を有する活性領域１２５を含む。エピタキシャル層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、又はＡｌＮなどの窒化物層であってもよく、或いは別のＩＩＩ〜Ｖ族の材料系（ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＡｓなど）又はシリコン（ＳｉＣなど）に基づくものであってもよい。
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂでは、ＬＥＤチップ１１０が、基板側を下にして取り付け面１０５に取り付けられている。活性領域１２５内で生じた光は、上方に向けられてデバイス１１０から出射する。下向きに放出された光は、ＬＥＤチップ１１０の基部に近いミラー層１３５により反射されてＬＥＤチップ１１０の表面に戻り、ここでデバイスから出射する。図１Ａに示すように、ＬＥＤチップ１１０は、チップ１１０の対向する頂面１１０ａ及び底面１１０ｂ上のコンタクト領域１４０を介して第１及び第２のＬＥＤ領域１２０、１３０と接する電気接点１４５を含むことができる。或いは、図１Ｂに示すように、第２のＬＥＤ領域１３０の一部をエッチングして、チップの片面１１０ａから層１２０、１３０のいずれにもアクセスできるようにすることにより、頂面１１０ａ又は底面１１０ｂのいずれかにコンタクト領域１４０を配置することもできる。
【００２６】
ここで図２を参照すると、フリップチップ実装用に設計されたＬＥＤチップ２１０が、透明基板２１５上で成長させたエピタキシャル層（第１及び第２のＬＥＤ領域）２２０、２３０を含み、表面側を上にひっくり返されて取り付け面２０５上に取り付けられている。基板側を下にして取り付けられたＬＥＤチップと同様に、フリップチップＬＥＤ構造２１０は、ｐ型及びｎ型エピタキシャル層２２０、２３０間に挟まれた活性発光領域２２５、並びに取り付け面２０５の方向に放出された光の向きを変えるための、デバイス２１０の基部に近いミラー層２３５を含む。ｐ型及びｎ型エピタキシャル層２２０、２３０と電気的に接触するコンタクト領域２４０との電気接点２４５が形成される。場合によっては、例えば図３Ａ〜図３Ｃに示すように、活性発光領域３２５を挟んだ第１及び第２のＬＥＤ領域３２０、３３０を含むＬＥＤ３１０を、取り付け面３０５に取り付ける前にひっくり返してキャリア３５０に接合してもよく、透明基板３１５は、取り付け後にそのまま残しても、或いは部分的に又は完全に除去してもよい（図３Ｃ）。
【００２７】
図４〜図６には、ピーク発光を取り付け面４０５、５０５、６０５の法線から離れた方向に向けるように構成された表面４１５ａ、５１５ａ、６１５ａを有する層４１５、５１５、６１５を各々が含む３つの例示的なＬＥＤチップ４１０、５１０、６１０を示す。これらのＬＥＤチップは、上述したようなフリップチップ構造を有し、従って取り付け面４０５、５０５、６０５を提供するサブマウント又はその他の基板上に基板側を上にして取り付けられる。
【００２８】
図４のＬＥＤチップ４１０は、複数の層４１５、４２０、４２５、４３０、４３５及び４４０を含み、透明基板４１５は、ピーク発光を取り付け面４０５の法線から離れた方向に向けるように構成された表面４１５ａを有する。この表面４１５ａを構成面４１５ａと呼ぶことができ、ＬＥＤチップ４１０の最上層である層４１５を構成層４１５と呼ぶことができる。
【００２９】
この実施形態では、透明基板４１５の頂面４１５ａが取り付け面４０５と非平行にされており、この頂面４１５ａをファセットと呼ぶことができる。透明基板４１５の底面４１５ｂは、取り付け面４０５とほぼ平行であり、従って頂面４１５ａと底面４１５ｂは互いに非平行であり、この結果、透明基板４１５は不均一な厚みを有する。頂面４１５ａは、底面４１５ｂ（及び取り付け面４０５）に対して角度θに配向され、この角度θは、例えば約１°〜６０°、又は約１０°〜４０°とすることができる。ＬＥＤチップの４１０の他の層（ｎ型層又は第１のＬＥＤ領域４２０、活性領域４２５、ｐ型層又は第２のＬＥＤ領域４３０、ミラー層４３５、コンタクト層４４０）は、構成層４１５の底面４１５ｂ及び取り付け面４０５とほぼ平行である。
【００３０】
透明基板４１５の構成面４１５ａは、ＬＥＤチップ４１０の光が放出される外部頂面４１０ａを定め、従って透明基板４１５は、発光を制御するための光学素子として機能することができる。活性領域４１５により放出された光の少なくとも一部は、透明基板４１５の特性（表面モルホロジー及び配向、屈折率など）により、透明基板４１５を通じてＬＥＤチップから外へ、法線に対して角度を成して伝播する。具体的には、ピーク発光を取り付け面４０５の法線から離れた方向に向けることができる。
【００３１】
図４の実施形態では、ＬＥＤチップの層の表面が全て平面であり、この場合の「平面（ｐｌａｎａｒ）」とは、意図的な湾曲を含まずに実質的に平坦であることを意味する。（この実施形態及びその他の実施形態における）このような平面は滑らかであっても、又は測定可能な表面粗度を有する粗いものであってもよい。滑らかな表面では、放出される光の大部分の方向を屈折により変化させることができ、粗い表面では、光の大部分のランバーシアン再放出が可能になる。
【００３２】
また、いくつかの例では、平面層の配向を、その互いに非平行とすることができる頂面及び底面を参照して説明する。例えば上述した実施形態では、構成層４１５を、取り付け面４０５及び取り付け面４０５にほぼ平行な底面４１５ｂに対して非平行な頂面４１５ａを有するものとして説明した。しかしながら、所与の平面層について、この所与の層の頂面及び／又は底面を考慮せずに別の表面又は層に対して特定の配向を有するものとしてより一般的に説明している場合、この所与の平面層の頂面と底面は互いにほぼ平行であると理解されたい。
【００３３】
また、図に示すＬＥＤチップの層の１つ又はそれ以上は、２又はそれ以上の副層を含む副層構造を有することもあると理解されたい。例えば、２００５年１０月２５日に取得された米国特許第６，９５８，４９７号、又は２０１０年４月６日に取得された米国特許第７，６９２，１８２号に記載されるように、例えば、図に概略的に単一層として示す活性発光領域は、複数の窒化物副層を含む多重量子井戸の活性領域の場合もあり、これらの特許はいずれもその全体が引用により本明細書に組み入れられる。これに加えて、又はこれの代わりに、本明細書で説明するいずれかの層の副層が構成面を含むこともできると考えられる。
【００３４】
ここで図５を参照すると、ＬＥＤチップ５１０の別の実施形態を示している。ＬＥＤチップ５１０は、複数の層５１５、５２０、５２５、５３０、５３５及び５４０を含む多層構造を有し、これらの層の１つである５１５は、ピーク発光を取り付け面５０５の法線から離れた方向に向けるように構成された表面５１５ａを有する。この表面５１５ａは、構成面５１５ａと呼ぶことができ、層５１５は、構成層５１５と呼ぶことができる。
【００３５】
上述した実施形態と同様に、透明基板は、フリップチップ実装であることによりＬＥＤチップ５１０の最上層となる構成層５１５であり、透明基板の頂面は構成面５１５ａである。しかしながら、上述した実施形態とは対照的に、構成層５１５の頂面５１５ａは曲面であり、一方で構成層５１５の底面５１５ｂは図４と同様に平面であり、パッケージ基板５０５とほぼ平行に配置される。従って、透明基板５１５は不均一な厚みを有する。曲面５１５ａは、取り付け面の法線に対して非対称な曲率を有するように設計される。ＬＥＤチップ５１０の他の層（ｎ型層又は第１のＬＥＤ領域５２０、活性領域５２５、ｐ型層又は第２のＬＥＤ領域５３０、ミラー層５３５、コンタクト層５４０）も、構成層５１５の底面５１５ｂ及びパッケージ基板５０５とほぼ平行に配向される。
【００３６】
透明基板の湾曲した頂面５１５ａは、ＬＥＤチップ５１０の光が放出される外面５１０ａを定め、その曲率は、所望の非対称な光ビーム出力プロファイルを達成するように選択することができる。活性領域５２５から放出された光の少なくとも一部は、透明基板５１５の特性（表面モルホロジー及び配向、屈折率など）により、透明基板５１５を通じてＬＥＤチップ５１０から外へ、法線に対して角度を成して伝播する。具体的には、ピーク発光を取り付け面５０５の法線から離れた方向に向けることができる。
【００３７】
図６には、層６１５を含むＬＥＤチップ６１０を示しており、この層６１５は、この実施形態ではピーク発光を取り付け面６０５の法線から離れた方向に向けるように構成された２つのファセット部６１５ａ１、６１５ａ２を含むファセット状の頂面６１５ａを有する。ファセット面６１５ａは、構成面６１５ａと呼ぶことができ、層６１５は、構成層６１５と呼ぶことができる。上述した実施形態と同様に、透明基板は、構成層６１５の役割を果たし、平面でありかつ取り付け面６０５とほぼ平行に配置された単一の底面６１５ｂをさらに含む。ＬＥＤチップ６１０の他の層（ｎ型層又は第１のＬＥＤ領域６２０、活性領域６２５、ｐ型層又は第２のＬＥＤ領域６３０、ミラー層６３５、コンタクト層６４０）も平面であり、底面６１５ｂ及び取り付け面６０５とほぼ平行に配向される。
【００３８】
この実施形態の構成層６１５の２つの頂上ファセット部６１５ａ1、６１５ａ2は、互いに非平行に配向された平面であり、構成層６１５は不均一な厚みを有する。構成層６１５はＬＥＤチップの最上層であるため、ファセット部６１５ａ1、６１５ａ2は、ＬＥＤチップ６１０の光が放出される頂面６１０ａを定める。ファセット部６１５ａ1、６１５ａ2のサイズ及び配向は、取り付け面の法線に対して非対称性が定められる非対称なチップ表面６１０ａを形成するように選択することができる。例えば、これらのファセット部のサイズを不均一とすることができる。これに加えて、又はこれとは別に、これらのファセット部を取り付け面の法線に対して非対称に配置することもできる。ファセット部の一方又は両方が平面ではなく湾曲できることも想定される。
【００３９】
活性領域６２５から放出される光は、構成層６１５のファセット面の配置及びその他の特性（屈折率など）により、透明基板６１５を通じてＬＥＤチップ６１０の頂面６１０ａから外に所望の非対称な発光プロファイルで伝達することができる。具体的には、ピーク発光を取り付け面６０５の法線から離れた方向に向けることができる。
【００４０】
図６の概略断面図には、ＬＥＤチップの表面上に２つのファセット部６１５ａ1、６１５ａ2が存在することを示している。構成層は、３つ又はそれ以上、４つ又はそれ以上、５つ又はそれ以上、或いは６つ又はそれ以上などの、発光プロファイルを制御するために望ましいあらゆる数のファセット部を含むことができる。例えば、図７Ａ及び図７Ｂに、取り付け面（図示せず）の表面と平行に配向された底面７１５ｂを有するとともに、ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるように構成された５つのファセット部７１５ａ1、７１５ａ2、７１５ａ3、７１５ａ4、７１５ａ5を含む層７１５を有する例示的な矩形ＬＥＤチップ７１０の一部の頂面図及び側面図を示す。一般には、構成層の頂面及び／又は底面をファセット面とすることができる。
【００４１】
上述した非対称な表面構成は、当業で周知のフォトリソグラフィ処理又は切断法を使用して製造することができる。例えば、図８に概略的に示すように、特定の切断面形状を有する１又はそれ以上のダイシングソーブレード８００を使用して、デバイスを単一化する前にウェハ８８０から表面ファセット部を彫り出すことができる。別の例では、図９Ａ〜図９Ｃに概略的に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチングを使用して、ＬＥＤチップ９１０の非対称曲面９１０ａを形成することができる。
【００４２】
上述した実施形態のフリップチップＬＥＤは、各実施形態の構成層としての役割を果たす最上層として透明基板を含んでいた。しかしながら、他の実施形態では、第１のＬＥＤ領域（ｎ型層など）又は第２のＬＥＤ領域（ｐ型層など）などのＬＥＤチップの別の層が、ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるように構成された１又はそれ以上の表面を含む構成層の役割を果たすこともできる。
【００４３】
例えば、図１０ＡのＬＥＤチップ１０１０は、上述した実施形態のように第１及び第２のＬＥＤ領域（ｎ型及びｐ型層）１０２０、１０３０及び活性層１０２５の上に透明基板を有しておらず、デバイス１０１０をひっくり返して取り付けた後に基板が除去されている。この結果、ＬＥＤチップ１０１０の構成層でもある最上層が、ＬＥＤチップ１０１０の第１のＬＥＤ領域（ｎ型層など）になっている。
【００４４】
この実施形態では、第１のＬＥＤ領域１０２０が、ピーク発光を取り付け面１００５の法線から離れた方向に向けるように構成された頂面１０２０ａを含む。この頂面は、活性領域から放出された光を導くためのマイクロレンズとして機能する複数の表面特徴部１０２０ａ1、１０２０ａ2、．．．１０２０ａn（この実施形態では、角張った突出部）を含む平面１０２０ａであり、これらの表面特徴部のサイズ、形状及び配置は、非対称な発光プロファイルを生じるように設計される。第１のＬＥＤ領域１０２０は、取り付け面１００５とほぼ平行に配置された平面状の底面１０２０ｂをさらに含み、従って構成層１０２０は不均一な厚みを有する。ＬＥＤチップ１０１０の他の層（活性領域１０２５、第２のＬＥＤ領域又はｐ型層１０３０、ミラー層、コンタクト層１０４０）も平面であり、底面１０１５ｂ及び取り付け面１００５とほぼ平行に配向される。
【００４５】
図１０Ａに示す角張った突出部１０２０ａ1、１０２０ａ2、．．．１０２０ａnは、所望の発光に応じて、角張った窪み、湾曲した突出部及び／又は湾曲した窪みを含む、他の角張った又は湾曲した形態の表面特徴部に置き換えることができる。これらの表面特徴部の１又はそれ以上は、図１０Ａに示すように、取り付け面の法線に対して非対称な形状を有することが好都合である。一般に、これらの表面特徴部は、少なくとも１つの寸法がマイクロスケールである。例えば、これらの表面特徴部は、高さ又は深さ（垂直寸法）が約５００ミクロン以下であり、一方又は両方の横寸法（長さ及び／又は幅）が約１ｍｍ以下である。表面特徴部の高さ／深さは、約１００ミクロン以下又は約１０ミクロン以下であってもよい。横寸法は、ＬＥＤチップのサイズに依存することができ、ＬＥＤチップが大きければ、含まれる表面特徴部も大きくなる。例えば、２平方ｍｍのＬＥＤチップは、一方又は両方の横寸法が１ｍｍよりも大きな表面特徴部を有することができる。一方、表面特徴部は、約５００ミクロン以下又は約１００ミクロン以下の長さ及び／又は幅を有することもできる。これらの表面特徴部は、サイズが異なっても、又はほぼ同じサイズであってもよい。
【００４６】
所望の光出力によっては、図１０Ａに示すように、表面特徴部がランダムな又は不規則な配列で互いに不均一に離れていることが有益なこともある。或いは、図１０Ｂの１つの実施形態に示すように、１つ又は２つの寸法が周期性を有する規則的配列で配置された非対称形状を有する表面特徴部によって所望の発光プロファイルを達成することもできる。図１０Ｂの例示的なＬＥＤチップ１０１０’は、隣接する突出部間に隙間のない規則的配列で配置された非対称な湾曲した突出部１０１５ａ1、１０１５ａ2、１０１５ａ3、１０１５ａ4を含む。この例では、突出部１０１５ａ1、１０１５ａ2、１０１５ａ3、１０１５ａ4は、ＬＥＤチップ１０１０’を取り付けた後に除去されなかった透明基板１０１５の頂面１０１５ａの一部である。配列として、（角張った突出部及び湾曲した突出部などの）異なる形態を有する２又はそれ以上のタイプの表面特徴部の組み合わせを含むことができることも想定される。既知の光学特性を有する表面特徴部の配列の例には、フレネルレンズがある。上述した表面特徴部は、当業で周知のフォトリソグラフィ処理法により形成することができる。
【００４７】
上述した全ての実施形態では、所望のピーク発光を行うように構成された表面がＬＥＤチップの外面であった。上述した図４〜図１０Ｂの構成面のいずれかの幾何形状を有する１又はそれ以上の内面を使用して発光プロファイルを制御することも可能である。このような内面は、ＬＥＤチップの隣接する層間の界面を定める。例えば図１０Ｃを参照して分かるように、図１０Ｂに示す外面特徴部に代えて、第２のＬＥＤ領域１０３０とミラー層１０３５の間の界面を定めるＬＥＤチップ１０１０”の内部特徴部１０３０ａ1、１０３０ａ2、１０３０ａ3、１０３０ａ4とすることもできる。
【００４８】
図１１Ａ〜図１１Ｄを参照しながら、このような界面の製造方法について説明する。この例では、ＬＥＤチップ１１１０の第２のＬＥＤ領域（ｐ型層など）１１３０上に複数の角張った突出部１１３０ａ1、１１３０ａ2、．．．１１３０ａnを形成し、これらの表面特徴部を覆って光学的反射材料を堆積させてミラー層１１３５を形成する。次に、図１１Ｃに示すようにチップ１１１０をひっくり返してキャリア１１５０に取り付ける。その後、基板１１１５を除去し、チップ１１１０との電気接点１１４５を形成する。結果として得られるＬＥＤチップ１１１０は、デバイス１１１０の発光プロファイルを変化させることができる構成内面１１３０ａ（又は構成界面１１３０ａ）を含む。
【００４９】
この例では、複数の角張った表面特徴部を含む構成内面１１３０ａが、共に活性領域１１２５の下方に存在する第２のＬＥＤ領域１１３０とミラー層１１３５の間の界面を定める。この結果、活性層１１２５から下向きに放出された光は、ミラー面１１３５における界面特徴部１１３０ａ1、１１３０ａ2、．．．１１３０ａnと相互作用し、取り付け面１１０５の法線から離れた方向に上方へ向けられてチップ１１１０から出ることができ、活性層１１２５から直接上向きに放出された光は、構成内面１１３０ａによる影響を受けない。界面特徴部１１３０ａ1、１１３０ａ2、．．．１１３０ａnは、上述した図１０ＡのＬＥＤチップ１０１０の表面特徴部の特性のいずれかを有することができる。また、上述したように、構成内面１１３０ａは、図４〜図９に示す、及び／又は上述したいずれかの構成外面の幾何形状を有することができる。
【００５０】
例えば、図１２に、非対称な光出力プロファイルを生じるように構成された複数の内面を有するＬＥＤチップを含むＬＥＤコンポーネントを概略的に示す。この例では、取り付け面に対して非平行に配向された複数の表面が発光を制御する。この実施形態のＬＥＤチップ１２１０は、基板を下にして取り付け面１２０５に取り付けられ、複数の層１２１５、１２２０、１２２５、１２３０、１２３５及び１２４０を含む。これらの内層のうち、活性層１２２５及び透明な成長基板１２１５を含むいくつかは、取り付け面に対して非平行な配向を有する表面１２１５ａ、１２２５ａを含む。上述した実施形態と同様に、これらの内面１２１５ａ、１２２５ａを構成面と呼ぶことができ、層１２１５、１２２５を構成層と呼ぶことができる。
【００５１】
再び図１２を参照すると、活性層１２２５は、取り付け面１２０５と非平行に配向され、透明基板１２１５の頂面１２１５ａも、取り付け面１２０５と非平行である。対照的に、透明基板１２１５の底面１２１５ｂは、取り付け面１２０５とほぼ平行であり、透明基板を楔形にしている。ミラー層１２３５は、透明基板１２１５の下に存在し、やはり取り付け面１２０５とほぼ平行に配置される。従って、活性層１２２５とミラー層１２３５は、互いに非平行である。残りの層のうち、第１及び第２のＬＥＤ領域（ｎ型及びｐ型層）１２２０、１２３０は活性層１２２５と平行であり、コンタクト層１２４０はミラー層１２３５と平行である。
【００５２】
活性層１２２５、及び透明基板１２１５の頂面１２１５ａは、基板１２１５の底面１２１５ｂ及びミラー層１２３５に対して角度θで配向され、この角度θは、例えば約１°〜６０°又は約１０°〜４０°とすることができる。この結果、活性領域１２２５から上向きに放出された光は、ピーク発光が取り付け面１２０５の法線から離れた方向に向けられた状態でデバイス１２１０から出射され、下向きに放出された光は、楔形の透明基板１２１５内を伝播してミラー層１２３５により反射され、基板１２１５内を逆に伝わって、デバイス１２１０から透明基板１２１５の角度θ及び屈折率に依存する方向に出射する。また、角度θは、活性層１２２５とミラー層１２３５の間の距離に応じてアポダイゼーションにも影響を与え、出力ビームプロファイルのさらなる制御を可能にすることができる。
【００５３】
図１３〜図１５に、内部構成面を有するＬＥＤチップのさらなる例を示す。図１３には、基板側を下にして取り付けられたＬＥＤチップ１３１０を示しているのに対し、図１４及び図１５には、基板側を上にしてＬＥＤチップをキャリア上に取り付けた後に基板を除去したフリップチップ構成を有するＬＥＤチップ１４１０、１５１０を示している。これらの例の各々では、複数の層１３６０、１４６０、１５６０（第１のＬＥＤ層１３２０、１４２０、１５２０、第２のＬＥＤ層１３３０、１４３０、１５３０、活性層１３２５、１４２５、１５２５、透明基板又はキャリア１３１５、１４５０（図１３及び図１４のみ）、及びミラー層１３３５、１４３５、１５３５）が、取り付け面１３０５、１４０５、１５０５と非平行に配向され、これにより取り付け面１３０５、１４０５，１５０５の法線から離れた方向に光を放出するように構成される。また、層１３６０、１４６０、１５６０は、互いにほぼ平行でもある。特に重要な点は、活性層１３２５、１４２５、１５２５及び下にあるミラー層１３３５、１４３５、１５３５の、取り付け面１３０５、１４０５、１５０５に対する配向、及び互いの配向である。
【００５４】
図１３〜図１５のＬＥＤチップは、複数の層１３６０、１４６０、１５６０と取り付け面１３０５、１４０５、１５０５との間に不均一な厚みの底層１３５５、１４５５、１５５５をさらに含み、これらの底層１３５５、１４５５、１５５５は、複数の層に平行な頂面１３５５ａ、１４５５ａ、１５５５ａと、取り付け面１３０５、１４０５、１５０５に平行な底面１３５５ｂ、１４５５ｂ、１５５５ｂとを有する。複数の層１３６０、１４６０、１５６０、及び底層１３５５、１４５５、１５５５の頂面１３５５ａ、１４５５ａ、１５５５ａは、取り付け面１３０５、１４０５、１５０５に対して角度θで配向される。角度θは、例えば約１°〜６０°、又は約１０°〜４０°とすることができる。楔形の底層１３５５、１４５５は、コンタクト層としての役割を果たす導電材料からエッチング又は切断することができる（図１３及び図１４）。或いは、ＬＥＤチップ１５１０が接合されたキャリアから、楔形の底層１５５５をエッチング又は切断することもできる（図１５）。
【００５５】
上記の例では、ＬＥＤチップが、層１３６０の平面にほぼ垂直な側面１３１０ｓ1、１３１０ｓ2を含み、従って図１３で説明するように、ＬＥＤチップ１３１０自体が、取り付け面１３０５の法線に対して傾きτを有する。或いは、ＬＥＤチップ１６１０自体が傾かないように、例えば図１６に示すように、ＬＥＤチップ１６１０の側面１６１０ｓ1、１６１０ｓ2を取り付け面１６０５の法線と位置合わせする一方で、上述したように複数の層１６６０を取り付け面１６０５と非平行のままにして、ピーク発光を取り付け面１６０５の法線から離れた方向に向けることもできる。
【００５６】
上述の実施形態では、ＬＥＤチップの幾何形状を変更して非対称なビーム出力プロファイルを達成している。一般に、ＬＥＤチップは、（大部分が青色、緑色、赤色等の光などの）単一の狭い波長域で発光を行うので、上述した実施形態のＬＥＤチップは、特定の色の光が望ましい場合に、或いは異なる波長発光のＬＥＤと組み合わせて主に白色光を、又は異なるＬＥＤに印加される特定の電気バイアスに応じて様々な色を生成する場合に特に有用である。例えば、ディスプレイ又はモニター内で赤色、緑色及び青色のＬＥＤを使用して様々な出力色を提供することができる。
【００５７】
同じ出力波長域の１又はそれ以上のＬＥＤから白色光を生成する別の方法としては、チップの近傍に蛍光体などのダウンコンバージョン材料を塗布する方法がある。例えば、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体をコーティングした青色発光ＬＥＤチップは、青色光とダウンコンバートされた黄色光とを適当な割合で生成して、人間の目で見た時に白色に見える光を生じることができる。従って、上述したＬＥＤチップのいずれかに蛍光体層を施して、取り付け面の法線から離れた方向に向かうピーク発光を有する白色光を生じさせることができる。図１７及び図１８に、上部に蛍光体層１７６５、１８６５を含むように変更した図４及び図１５のＬＥＤチップ４１０、１５１０を示す。蛍光体層１７６５、１８６５は、シリコンなどの液体マトリックス中に分散した蛍光体粒子を用いて当業で周知の電気泳動法又は吹き付け法により塗布し、これを蛍光体層１７６５、１８６５が堆積した後に硬化させることができる。
【００５８】
別の実施形態では、図１〜図３Ｃに示す幾何形状の１つなどの標準的なＬＥＤチップの幾何形状を、ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるように構成された二次光学素子と共に使用して、所望の非対称な発光プロファイルを達成することができる。二次光学素子１９７０は、図１９Ａに示すようにＬＥＤチップ３１０の頂面に直接適用することも、或いは図１９Ｂに示すように、ＬＥＤチップ３１０の頂面に蛍光体層１９６５を堆積させてから二次素子１９７０を適用することもできる。薄いｎ型領域を直接修正するのは困難な場合があるので、この方法は、（基板が除去されていて、第１のＬＥＤ領域（ｎ型層など）がＬＥＤチップの最上層としての役割を果たす）チップオンキャリア形状に特に適していると考えられる。二次光学素子は、アルミナ、炭化ケイ素又はガラスなどの実質的に透明な材料で形成することができる。
【００５９】
ピーク発光を取り付け面の法線から離れた方向に向けるように構成された１又はそれ以上の表面を有する層をＬＥＤチップ自体が少なくとも１つ含む場合、上述の実施形態のいずれかに記載したようなＬＥＤチップに上述したような二次光学素子を適用できることも想定される。
【００６０】
通常、ＬＥＤチップは、上から見た時に正方形又は長方形の形状を有する。具体的には、所与のＬＥＤチップの４つの側面を隣接する側面に対して直角に配向することにより、チップの正方形又は長方形の周囲を定めることができる。いくつかの実施形態では、正方形のチップよりも、例えば上述した図７Ａに示すような長方形のチップを使用した方が、その低い対称性に起因してより望ましい結果を得ることができる。上方から見た形状及び外周は、正方形チップに関する図２０に概略的に示すように、ウェハを２つの垂直方向に鋸切断（ダイシング）することを伴い得る単一化手順によって決まる。この単一化手順では、使用可能なウェハ面積が失われることもあるが、既知のダイシング又はエッチング手順を使用して別のチップ形状を得られることも想定される。例えば、図２１を参照して分かるように、ウェハを２つの非垂直方向にダイシングすることにより、ダイヤモンド形チップを形成するようにウェハを切断することができる。換言すれば、４角ＬＥＤチップの各側面を隣接する側面に対して９０°よりも大きい又は小さい角度に配向して、チップの外周がダイヤモンド形を有するようにする。非対称なファセット設計と対称性の低いチップ形状とを組み合わせることにより、光出力を調整する上でさらなる柔軟性を得ることができる。
【００６１】
上記で別個に説明したＬＥＤチップの特徴部のいずれかを単一のチップ内で組み合わせて、所望の非対称な発光プロファイルを達成することもできる。例えば、取り付け面と非平行に配向された層の表面は、上述したようなマイクロレンズとして機能する表面特徴部をさらに含むことができ、或いは複数のファセット部を含むファセット面を取り付け面と非平行にさらに位置付けることもできる。本開示に示すような従来のＬＥＤチップの構造を、非対称な表面特徴部及び／又は配向を含むように変更することにより、このＬＥＤチップは、望む通りに取り付け面の法線から離れた方向に向けられたピーク発光を有することができるようになる。例えば、ピーク発光の法線からの変位に適した範囲は、対象とする用途に応じて約５°〜約３０°とすることができ、約１０°〜約２０°の間で変位させることもできる。或いは、他の範囲の変位角を使用することもできる。
【００６２】
ＬＥＤチップの製造は一般的に知られているので、ここではごく手短に説明する。ＬＥＤは、既知の工程を用いて製造することができ、好適な工程は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）である。一般に、ＬＥＤの層は、第１のエピタキシャル層と、第２の反対型にドープされたエピタキシャル層との間に挟まれた活性層／活性領域を含み、これらは全て成長基板上に連続的に形成される。ＬＥＤは、ウェハ上に形成した後で、パッケージ内に取り付けるために単一化することができる。成長基板は、最終的な単一化したＬＥＤの一部として残すことも、或いは完全に又は部分的に除去することもできると理解されたい。
【００６３】
ＬＥＤには、以下に限定されるわけではないが、バッファ層、核形成層、コンタクト層及び電流拡散層、並びに光抽出層及び要素を含むさらなる層及び要素を含めることもできる。活性領域は、単一量子井戸（ＳＱＷ）、多重量子井戸（ＭＱＷ）、ダブルヘテロ構造、又は超格子構造を含むことができる。活性領域及びドープ層（ｎ型及びｐ型層）は、異なる材料系から製造することができ、好ましい材料系は、ＩＩＩ族窒化物ベースの材料系である。ＩＩＩ族窒化物とは、窒素と、周期表のＩＩＩ族元素、通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）との間で形成される半導体化合物のことを意味する。この用語は、アルミニウム窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ）及びアルミニウムインジウム窒化ガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）などの３元化合物及び４元化合物も意味する。好ましい実施形態では、ドープ層が窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、活性領域がＩｎＧａＮである。別の実施形態では、ドープ層を、ＡｌＧａＮ、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）又はアルミニウムガリウムインジウムヒ素リン（ＡｌＧａＩｎＡｓＰ）とすることができる。
【００６４】
成長基板は、サファイヤ、炭化ケイ素、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）などの多くの材料で形成することができ、好適な基板は４Ｈポリタイプの炭化ケイ素であるが、３Ｃ、６Ｈ及び１５Ｒポリタイプを含むその他の炭化ケイ素ポリタイプを使用することもできる。炭化ケイ素には、緊密な結晶格子がサファイヤよりもＩＩＩ族窒化物と良く調和し、高品質のＩＩＩ族窒化物膜が得られるなどのいくつかの利点がある。炭化ケイ素は、熱伝導率も非常に高く、従って（サファイヤ上に形成されたいくつかのデバイスで見られるように）基板の熱放散によって炭化ケイ素上のＩＩＩ族窒化物デバイスの全出力が制限されることはない。ＳｉＣ基板は、ノースカロライナ州ダーラムのＣｒｅｅ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社から入手可能であり、このＳｉＣ基板の製造方法は、科学文献並びに米国特許第０，０３４，８６１号、第４，９４６，５４７号、及び第５，２００，０２２号に記載されている。
【００６５】
ＬＥＤは、その頂面上に導電性電流拡散構造及びワイヤボンドパッドを含むこともでき、これらはいずれも既知の方法を用いて堆積できる導電性材料で形成される。これらの要素に使用できる材料としては、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ａｇ又はこれらの組み合わせ、並びに導電性酸化物及び透明導電性酸化物が挙げられる。電流拡散構造は、ＬＥＤ上に格子状に配置された導電性フィンガーを含むことができ、これらのフィンガーは、パッドからＬＥＤの頂面内に電流がさらに拡散するように間隔を空けられる。動作時には、ワイヤボンドを介してパッドに電気信号が印加され、この電気信号が、電流拡散構造のフィンガー及び頂面を通じてＬＥＤ内に広がる。電流拡散構造は、頂面がｐ型のＬＥＤで使用されることが多いが、ｎ型材料に使用することもできる。
【００６６】
本明細書で説明したＬＥＤの一部又は全部には、１又はそれ以上の蛍光体をコーティングすることができ、これらの蛍光体は、ＬＥＤ光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を放出することにより、ＬＥＤが、ＬＥＤからの光と蛍光体からの光を組み合わせたものを放出するようになる。本発明による１つの実施形態では、白色ＬＥＤが、青色波長スペクトルの光を発光するＬＥＤを有し、蛍光体が、青色光の一部を吸収して黄色光を再発光する。このＬＥＤは、青色光と黄色光の組み合わせによる白色光を発光する。他の実施形態では、ＬＥＤチップが、米国特許第７，２１３，９４０号に記載されるような青色光と黄色光の組み合わせによる非白色光を発光する。いくつかの実施形態では、蛍光体が、市販のＹＡＧ：Ｃｅを含むが、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（ＹＡＧ）などの（Ｇｄ，Ｙ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ系ベースの蛍光体で形成されたコンバージョン粒子を用いた全範囲の幅広い黄色光スペクトル放射も可能である。白色発光ＬＥＤチップに使用できるその他の黄色蛍光体としては、Ｔｂ3-xＲＥxＯ12：Ｃｅ（ＴＡＧ）、ＲＥ＝Ｙ，Ｇｄ，Ｌａ，Ｌｕ、又はＳｒ2-x-yＢａxＣａyＳｉＯ4：Ｅｕが挙げられる。
【００６７】
赤色光を発光するＬＥＤは、活性領域からの直接的な赤色発光を可能にするＬＥＤ構造及び材料を含むことができる。或いは、赤色ＬＥＤは、ＬＥＤ光を吸収して赤色光を放出する蛍光体で覆われたＬＥＤを含むこともできる。これらの構造に適したいくつかの蛍光体として、Ｌｕ2Ｏ3：Ｅｕ3+、（Ｓｒ2-xＬａx）（Ｃｅ1-xＥｕx）Ｏ4、Ｓｒ2-xＥｕxＣｅＯ4、ＳｒＴｉＯ3：Ｐｒ3+、Ｇａ3+、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+、及びＳｒ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+を挙げることができる。
【００６８】
ＬＥＤには、多くの異なる方法を用いて蛍光体をコーティングすることができ、１つの好適な方法が、いずれも「ウェハレベルの蛍光体コーティング法及びこの方法を利用して製造されるデバイス（Ｗａｆｅｒ  Ｌｅｖｅｌ  Ｐｈｏｓｐｈｏｒ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｕｔｉｌｉｚｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ）」という名称の米国特許出願第１１／６５６，７５９号（米国特許出願公開第２００８／０１７３８８４号）及び米国特許出願第１１／８９９，７９０号（米国特許出願公開第２００８／０１７９６１１号）に記載されており、これらの特許出願はいずれも引用により本明細書に組み入れられる。或いは、電気泳動堆積（ＥＰＤ）などの他の方法を使用してＬＥＤをコーティングすることもでき、好適なＥＰＤ法が、「半導体デバイスのクローズループ電気泳動堆積（Ｃｌｏｓｅ  Ｌｏｏｐ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ）」という名称の米国特許出願第１１／４７３，０８９号（米国特許出願公開第２００７／０１５８６６８号）に記載されており、この特許出願も引用により本明細書に組み入れられる。本開示によるＬＥＤコンポーネントは、異なる色の複数のＬＥＤを有することもでき、これらの１つ又はそれ以上が白色発光ＬＥＤであってもよいと理解されたい。
【００６９】
取り付け面は、多くの異なる材料のいずれかで形成されたサブマウント又はその他のパッケージ基板の表面とすることができ、好ましい材料は、誘電体素子などの電気絶縁材料であり、サブマウントは、ＬＥＤアレイとコンポーネントの裏面との間に位置する。サブマウントは、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などのセラミック、又はポリイミド及びポリエステルなどの高分子材料を含むことができる。１つの実施形態では、誘電体材料が、窒化アルミニウム及び炭化ケイ素のように高い熱伝導率を有する。他の実施形態では、コンポーネントからの光抽出を高めるために、サブマウントが、反射性セラミック又は銀などの金属層のような高反射性材料を含むことができる。他の実施形態では、サブマウントが、プリント基板（ＰＣＢ）、アルミナ、サファイヤ又はシリコン、或いはミネソタ州チャンハッセンのＢｅｒｇｇｕｉｓｔ社から入手可能なＴ−Ｃｌａｄサーマルクラッド絶縁基板材料などのその他のいずれかの好適な材料を含むことができる。ＰＣＢの実施形態では、標準的なＦＲ−４  ＰＣＢ、メタルコアＰＣＢ、又はその他のいずれかのタイプのプリント基板などの異なるＰＣＢタイプを使用することができる。
【００７０】
要約すれば、非対称的な、不均一な、幅広の及び／又は分裂した強度プロファイルが好都合な用途のために、上述したＬＥＤチップのピーク発光を下にある取り付け面の法線から離して変位させることができる。例えば、このようなＬＥＤチップは、考えられる視聴者の目線よりも上方に取り付けられたディスプレイにとって有益である。この技術により、ＬＥＤディスプレイをスタジアムなどの高所に平らに取り付けて、ＬＥＤディスプレイに角度を付けて取り付けるコスト及び複雑性を排除しながら、視聴者の視線に沿ってより多くの放射光を向けることができるようになる。この技術は、街灯、自動車照明及び建築照明を含むその他のディスプレイ用途にも利点を有する。
【００７１】
いくつかの実施形態を参照しながら本発明をかなり詳細に説明したが、本発明から逸脱することなく他の実施形態も可能である。従って、添付の特許請求の範囲及びその思想を、本明細書に含まれる好ましい実施形態の説明に限定すべきではない。特許請求の範囲の意味に入る全ての実施形態は、文字通りに又は同等性により特許請求の範囲に含まれることが意図される。さらに、上述した利点は必ずしも本発明の唯一の利点ではなく、説明した利点の全てが必ずしも本発明の全ての実施形態により達成されるとは限らない。
【符号の説明】
【００７２】
４０５  取り付け面
４１０  ＬＥＤチップ
４１０ａ  ＬＥＤチップ４１０の外部頂面
４１５  透明基板
４１５ａ  透明基板の頂面
４１５ｂ  透明基板の底面
４２０  第１のＬＥＤ領域
４２５  活性領域
４３０  第２のＬＥＤ領域
４３５  ミラー層
４４０  コンタクト層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ−７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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