(57)【要約】  発光素子（４００；５００）の形状が、発光素子（４００；５００）の表面から出て行くことができる光の量を増加させるように設計される。発光素子（４００；５００）及び周囲環境の屈折率が、発光素子（４００；５００）の表面を通して光が出て行き得るエスケープゾーンを規定する。エスケープゾーンの外を進行する光は表面で全反射（ＴＩＲ）される。発光素子（４００；５００）の表面の数を増加させることにより、光が表面を出て行く尤度における対応する増大を伴って、エスケープゾーン（４１０ａ−ｆ，４１１ａ−ｆ；５１０ａ−ｈ，５１１ａ−ｈ）の数が増加され得る。４より多い辺（４０２ａ−ｆ；５０２ａ−ｈ）を持つ多角形表面領域を有する発光素子（４００；５００）は、矩形表面領域を有するものと比較して、より高い光取り出し効率を示し、また、より均一な電流注入を可能にし、そして、低減された機械的応力を被る。
2016506083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子であり、
Ｎ型層と、
Ｐ型層と、
前記Ｎ型層と前記Ｐ型層との間に置かれた活性層と
を有し、
当該発光素子は断面形状及び平面形状を含み、これらの形状のうちの少なくとも一方が、４より多い辺を有する多角形を含む、
発光素子。
【請求項２】
上面形状が、４より多い辺を有する前記多角形を含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記断面形状が、４より多い辺を有する前記多角形を含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記Ｎ型層、Ｐ型層及び活性層が上に位置する矩形表面を含んだ基板、を含む請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記多角形は正多角形である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
当該発光素子は、少なくとも７つの面を含む多面体である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
当該発光素子は、１つ以上の反射面を含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
当該発光素子は、複数の多角形又は多面体の組み合わせに相当する形状を有する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
断面形状及び上面形状を各発光素子が有する複数の発光素子を有し、
これらの形状のうちの少なくとも一方が、４より多い辺を有する多角形を含む、
基板。
【請求項１０】
前記上面形状が、４より多い辺を有する前記多角形を含む、請求項９に記載の基板。
【請求項１１】
当該基板は、前記少なくとも一方の形状を、４より多い辺を有する前記多角形にさせる造形部を含む、請求項９に記載の基板。
【請求項１２】
断面形状及び平面形状を各発光素子が有する複数の発光素子を基板の上に形成することを有し、
これらの形状のうちの少なくとも一方が、４より多い辺を有する多角形を含む、
方法。
【請求項１３】
前記少なくとも一方の形状は、少なくとも７面の多面体を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
各発光素子の少なくとも１つの表面が反射性である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板をスライスして前記発光素子を個片化すること、を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記スライスを行うことは、矩形である前記基板の部分の上に前記個片化された発光素子を設けるように、２つの直交する方向で実行される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記スライスを行うことは、４より多い辺を有する前記多角形を含む前記基板の部分の上に前記個片化された発光素子を設けるように、少なくとも２つの直交しない方向で実行される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
４より多い辺を有する多角形を含んだ１つ以上の形状を有する発光デバイスへと前記発光素子を個片化するよう、複数の直線切断を用いて前記基板をスライスすること、を含む請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光デバイスの分野に関し、特に、デバイスの表面からの光の取り出しの効率を高めるように成形される発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
照明用途向けのソリッドステート発光デバイス（ＬＥＤ）の利用増加が、コストと照明効率が支配的ファクタである高度に競争的な市場を作り出している。デバイス及び／又は照明アセンブリの光出力効率を向上させる技術は、それらのデバイスを競争相手から区別して市場シェアを高めるために望ましいものである。
【０００３】
光出力効率を向上させる一般的な一技術は、図１Ａに例示するように、放射光を所望の方向に向ける典型的には放物面である反射構造１２０内に発光デバイス１１０を封入するものである。このようなリフレクタ１２０は、例えば、カメラ又は例えば携帯電話などのその他の可搬式装置内のフラッシュ素子からの光を案内するために使用され得る。このようなリフレクタ１２０によってもたらされる利点を最大化するためには、光線１４０によって例示するように、放射光の殆どを反射表面の方に向けて、それが所望の方向１３０に向け直されるようにすべきである。反射表面１２０に突き当たらない光は、光線１５０によって例示するように、不所望の方向に進行し得る。従って、放物面リフレクタを用いる従来の発光デバイス１１０は、一般的に、反射表面１２０に向けて、発光素子１１２の“上部”発光表面１１４に対して横方向に光を放射するように構成されている。発光素子１１２の上面１１４から放射された光の向け直しを実現するため、例えば図１Ｂに例示するような、同心の側方反射レンズ１１８が一般に使用されている。
【０００４】
同様にして、ディスプレイスクリーンを照らすバックライトとして、半導体発光素子が一般に使用されている。一般に、側方放射構造は、ディスプレイパネルの下方に位置するライトガイドに隣接して又はその中に位置付けられる。側方放射光がライトガイドを照らし、次いで、ライトガイドがディスプレイパネルを照らす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発光デバイスの光出力効率を高めることが有利である。また、発光デバイスの光出力の均一性を向上させること、及び／又は発光デバイスの信頼性を向上させることが有利である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これらの関心事のうちの１つ以上を、より良く解決するため、本発明の一実施形態において、発光素子の形状が、発光素子の表面から出て行く光の量を増加させるように設計される。発光素子及び周囲環境の屈折率が、発光素子の表面を通して光が出て行き得るエスケープゾーンを規定する。エスケープゾーンの外を進行する光は表面で全反射（ＴＩＲ）される。発光素子の表面の数を増加させることにより、光が表面を出て行く尤度における対応する増大を伴って、エスケープゾーンの数が増加され得る。４より多い辺を持つ多角形表面はまた、矩形表面と比較して、より均一な電流注入及び低減された機械的応力をもたらす。
【０００７】
発光素子は断面図プロファイル及び上面図プロファイルを含み、本発明の実施形態において、これらのプロファイルのうちの少なくとも一方が、矩形とは実質的に異なる。実施形態例において、プロファイルは、少なくとも５辺の多角形又は少なくとも７面の多面体を有する。プロファイルにて描かれる表面のうちの１つ以上が、光を所望の方向に向け直すことになる反射性にされてもよい。プロファイルにて描かれる表面（面）のうちの１つ以上が、電気コンタクト又は電流注入の目的で使用されてもよい。発光素子は基板上に置かれることができ、基板の上面図プロファイルは、発光素子の上面図プロファイルに一致していてもよいし異なっていてもよい。基板は、矩形でないプロファイルを有する発光素子を作り出すことを容易にするフィーチャ（造形部）を含んでいてもよい。ＬＥＤは、上面図が多角形の特性を有するように見えるよう、その辺によって横方向（２Ｄ）に成形されることができ、あるいは、多面体の形状にて３方向（３Ｄ）に成形されることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
以下の図を含む添付図面を参照して、例として、本発明を更に詳細に説明する。
【図１Ａ】放物面リフレクタを有する従来技術に係る発光デバイスの例を示す図である。
【図１Ｂ】そのようなリフレクタとともに使用される従来技術に係る側方放射デバイスの例を示す図である。
【図２Ａ】矩形発光素子を例示する側面図である。
【図２Ｂ】矩形発光素子を例示する上面図である。
【図３Ａ】矩形発光素子のエスケープゾーンの例を示す図である。
【図３Ｂ】矩形発光素子のエスケープゾーンの例を示す図である。
【図４Ａ】六角形発光素子のエスケープゾーンの例を示す図である。
【図４Ｂ】六角形発光素子のエスケープゾーンの例を示す図である。
【図５Ａ】八角形発光素子のエスケープゾーンの例を示す図である。
【図５Ｂ】八角形発光素子のエスケープゾーンの例を示す図である。
【図６Ａ】矩形でない発光素子に関する他の形状の例を示す図である。
【図６Ｂ】矩形でない発光素子に関する他の形状の例を示す図である。
【図６Ｃ】矩形でない発光素子に関する他の形状の例を示す図である。
【図６Ｄ】矩形でない発光素子に関する他の形状の例を示す図である。
【図７Ａ】矩形でない発光素子を有するウエハの例を示す図である。
【図７Ｂ】矩形でない発光素子を有するウエハの例を示す図である。
【図７Ｃ】矩形でない発光素子を有するウエハの例を示す図である。
【図７Ｄ】矩形でない発光素子を有するウエハの例を示す図である。
【図７Ｅ】矩形でない発光素子を有するウエハの例を示す図である。
【図８Ａ】矩形でない断面形状を有する発光素子の例を示す図である。
【図８Ｂ】矩形でない断面形状を有する発光素子の例を示す図である。  図面全体を通して、同様あるいは対応する機構又は機能は、同じ参照符号で指し示す。図面は、例示目的で含められたものであり、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明においては、限定ではなく説明の目的で、本発明の概念の完全なる理解を提供するために、例えば特定のアーキテクチャ、インタフェース、技術などの具体的詳細事項を説明する。しかしながら、当業者に明らかなように、本発明は、これらの具体的詳細事項からは逸脱した他の実施形態でも実施され得るものである。同様に、本明細書の文章は、図面に示される実施形態例に向けられたものであり、請求項に係る発明に、請求項に明示的に含められた限定以外の限定を加えるものではない。単純化及び明瞭化の目的のため、不要な詳細事項で本発明の説明を不明瞭にしないよう、周知のデバイス、回路及び方法についての詳細な説明は省略することとする。
【００１０】
本発明の実施形態例においては、デバイス内の点から放射される光が、表面に対する法線に対して臨界角より大きい角度で表面に突き当たることになる尤度を低減するよう、発光素子の形状が制御される。臨界角は、表面のそれぞれの側の材料の屈折率ｎ１及びｎ２によって決定され、屈折率ｎ１を有する媒体から屈折率ｎ２を有する媒体へと進行する光に関して：
ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）                （式１）
に等しい。臨界角より大きい角度で表面に突き当たる光は、全反射されることになり、その表面を通して出て行かない（エスケープしない）ことになる。用語“エスケープゾーン”は、その範囲内で光が表面を通して出て行くことになる角度範囲を規定するために使用される。
【００１１】
理想的な場合において、球体の中心の点源からの、球体の表面に突き当たる光は全て、表面を通して出て行くことになる。何故なら、素子の中心から放射される光は、球体の表面に、その表面に垂直な角度で突き当たることになるからである。しかしながら、点源は現段階において実現可能でなく、光源が球体内の幾らかの場所を消費することを考えると、光の全てが球体の厳密な中心から放射されるわけではない。
【００１２】
中心を外れた点から生成される光は、表面に垂直ではない角度で球面に突き当たり得るが、臨界角より大きい角度で光が球面に突き当たる尤度は、臨界角より大きい角度で光が平面に突き当たる尤度より実質的に低い。これは、球面上の各点がその表面の接線に対してエスケープゾーンを有し、そして、球体内の各点に対して、これらのエスケープゾーンが重なり合うことになる、ということに因るものである。
【００１３】
同様に、円筒面の側面からのエスケープゾーンも重なり合って、湾曲した外表面の方向に放射される光に対して高い光取り出し効率をもたらすことになる。
【００１４】
光源を取り囲む球面又は円筒面の使用によって増大され得る効率をよそに、球又は円筒の形状の中に発光素子を形成することに付随するコストが、発光素子の量産に関して、それらの使用を妨げている。多数の発光素子のウエハからのこのような形状の形成は一般に、各発光素子の、ミリング、レーザ切断、又は機械的ソーイングを必要とし、このようなプロセスによって製造される各発光素子間の材料の有意な無駄を伴う。
【００１５】
球形又は円筒形の発光デバイスは現段階では実現可能でないかもしれないが、この枠組みの原理を、発光領域内の点から光が直ちに出て行く尤度を高めるその他の形状を使用することに適用することができる。本発明の実施形態例においては、例えば、多面化形状を用いてエスケープゾーンの数を増やし、それにより、発光素子内の点から生成される光がエスケープゾーン内にあることになる尤度が増大される。好ましくは、それらの形状は、多数の平面を用いて形成され、それにより、湾曲面を成形する必要性が回避される。そして、隣接する発光素子の上記平面がアライメントされてウエハ上に配置される場合、これらのアライメントされた表面を単一のスライス処理を用いて提供し得る。さらに、これらの平面が互いに隣接する場合、個々の（‘個片化された’）発光素子の形成において、より少ない材料のみが無駄になる。例えば、正六角形のテッセレーション（切りばめ模様）は、六角形同士の間にスペースを有しない六角形パターンを提供する。このような設計は、単純な切断／スライスパターンを供しないが、例えばレーザスライスなどの技術の進展により、六角形スライスを達成することのコストは、見越しておいて捨てられる必要がある無駄の排除によって相殺され得る。
【００１６】
図２Ａ及び２Ｂは、矩形の発光素子２００の側面図及び上面図を例示している。図２Ａに例示するように、発光素子２００からの光の大部分は発光素子２００の上面２０４から放出される。光２１０は、発光素子２００の内部で生成され、表面２０４に突き当たる。光２１０が、表面２０４に対して発光素子２００のエスケープゾーン内である場合、それは、放射光２１０’のように表面を通して出て行くことができ、光２１１がエスケープゾーン内でない場合、光２１１は、光２１１’のように全反射（ＴＩＲ）されることになる。
【００１７】
上面２０４に突き当たる光２１０、２１１に加えて、図２Ｂに更に例示するように、幾らかの光２２０、２２１は、発光素子２００の側面２０２すなわち端面に突き当たることになる。光２２０が、側面２０２に対してエスケープゾーン内である場合、それは、光２２０’のように放出されることになり、光２２１がエスケープゾーン内でない場合、それは、光２２１’のように全反射されることになる。
【００１８】
表面２０４、２０２から反射される光２１１、２２１は、最終的に、別の表面にその表面のエスケープゾーン内で突き当たって、図２Ｂに２２１”として例示されるようにその表面から放射されることがある。しかしながら、反射光の一部は、出て行くことができる前に発光素子２００内で吸収されることがあり、また、図２Ｂに終端された反射光２２２によって例示するように、内部反射され続けて、この反射光が発光素子２００内で吸収されて熱エネルギーに変換されることになる尤度を更に高め得る。
【００１９】
上述のように、光が表面を通して放射される尤度は、その表面に関するエスケープゾーンに依存する。このエスケープゾーンは、表面のそれぞれの側の屈折率によって決定される。光が‘臨界角’以内で表面に突き当たる場合、その光は表面を通して進行することになり、そうでない場合には、それは全反射されることになる。表面に対しての、構造内の点から表面への法線の周りの臨界角の範囲の投影が、その点から生成された光が表面を通して出て行くゾーンを規定する。
【００２０】
ＡｌＩｎＧａＰ活性領域の屈折率は約３．５であり、シリコーン封止材の屈折率は約１．４である。従って、上述の式１を用いると、このような活性領域の中で生成された光が表面を通してシリコーン封止材へと脱出するための臨界角は、約２３．６°である。故に、活性領域内の点から生成される光に対するエスケープゾーンは、その断面が２×２３．６°（表面への法線に対して±２３．６°）の角度を包む円錐であり、この角度は立体角で０．５３ステラジアンに相当する。ＡｌＩｎＧａＰから空気への光に対するエスケープゾーンは、約±１７．５°であり、これは約０．３ステラジアンに相当する。
【００２１】
エスケープゾーンは立体角によって規定されるが、提示及び理解を容易にするため、本開示は２次元モデルを用いて提示される。当業者が認識することになるように、２次元光学モデルについての以下の分析から引き出される結論は、３次元モデルを用いた、より複雑な分析から引き出される結論と同じである。
【００２２】
以下に続く提示においては、理解を容易にするため、臨界角の例を、このＡｌＩｎＧａＰ活性領域とシリコーン封止材との組み合わせ例に対応する約２４°とする。当業者が認識することになるように、本発明の原理は、材料の任意の特定の組み合わせ及び／又は臨界角の任意の特定の値に適用可能である。
【００２３】
図３Ａは、上述の約２４°の臨界角の例を用いて、側面２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ（まとめて、側面２０２）の各々に対して、それぞれ、発光素子２００の中心にある点３２０からのエスケープゾーン３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、３１０ｄ（まとめて、円錐３１０）の例の上面図を示している。エスケープゾーン３１０の範囲内の角度で中心点３２０から放射される如何なる光も、表面を通して出て行くことになり、エスケープゾーン３１０の外の角度で中心点３２０から放射される光は全反射されることになる。図示したエスケープゾーン３１０の外の領域３３０は、図３Ａにおいて陰影を付けられている。
【００２４】
中心点３２０から生成され得る光は、如何なる角度にも放射され得る。２次元モデルを用いて、放射光は側面２０２に向けて０−３６０°の範囲にわたって放射され得る。この３６０°範囲の全体の中で、光はエスケープゾーン３１０内又はＴＩＲ領域３３０内の何れかとなる。２４°の臨界角を仮定すると、エスケープゾーンは１９２°（４×４８°）、すなわち、放射光の範囲の半分余り（１９２／３６０）に相当する。故に、活性領域の中心３２０から側面２０２に向けて放射される光のうちの殆ど半分（１６８／３６０）が、発光素子２００の側面２０２に突き当たるときに内部反射されることになる。上述のように、内部反射された光は、脱出し得る前に活性領域中を更に進行し、それにより、それが出て行くことができる前に吸収されることになる尤度が高まる。
【００２５】
活性領域内の任意の特定の点に関するエスケープゾーンは、その特定の点と発光素子２００の側面２０２の各々との間の関係に依存することになる。中心３２０から離れた点から出て行くことができる光の量は一般に、図３Ｂに例示するように、発光素子２００の中心点３２０からのこの推定された５３％（１９２／３６０）より更に少ない。
【００２６】
図３Ｂは、側面２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄに対しての、発光素子２００内の点３２１の例についての、エスケープゾーン３１１ａ、３１１ｂ、３１１ｃ、３１１ｄの例を示している。この２次元モデル例に示されるように、エスケープゾーン３１１ａ、３１１ｂは、各々４８°の全範囲内の光が表面２０２ａ及び２０２ｂを通して出て行くことを可能にする。しかしながら、点３２１が中心から有意にオフセットされているために、点線３１２、３１３によって例示する全体で４８°のスパン（広がり）が表面２０２ｃ及び２０２ｄの外まで延在するので、エスケープゾーン３１１ｃ及び３１１ｄのスパンが切り捨てられる。故に、エスケープゾーン３１１ｃ及び３１１ｄは、４８°の完全なるエスケープ範囲に満たないものを提供する。従って、側面２０２ｃ及び２０２ｄを通して出て行くことになる点３２１での生成光の量が低減され、これらの側面２０２ｃ及び２０２ｄで全反射されることになる光の量が増大される。この例において、エスケープゾーン３１１は約１５０°に相当しており、点３２１から表面２０２ａ−２０２ｄに向かう光のうち直ちに放出される割合は、約４２％（１５０／３６０）に低下される。
【００２７】
発光素子２００から表面２０２を直ちに退出することが期待され得る光の全割合は、発光素子２００内の各点から表面２０２を退出することが期待され得る光の割合の積分となる。しかしながら、図３Ｂの例が示すように、この積分は一般に、発光素子の中心の点から表面２０２を退出することが期待され得る光の割合より小さくなる。故に、発光素子の中心から放射される光に基づいて決定される割合は、一般に、全反射されることなく表面２０２を直ちに退出することが期待され得る光の最大割合と考えることができる。
【００２８】
光取り出し効率（生成される光の量に対する放出される光の量）は一般に、典型的には屈折率の差を低減することにより、エスケープゾーンの大きさを増大させることによって高められる。しかしながら、屈折率マッチングのコスト及び複雑さが、実現可能且つ／或いは実用的な改善量を制限する。
【００２９】
図４Ａ及び４Ｂは、六角形の発光素子４００におけるエスケープゾーンの例を示している。ＡｌＩｎＧａＰ活性領域をシリコーン封止材によって取り囲んだ従来例に係る矩形発光素子においてのように、各エスケープゾーン例の幅は約４８°である。
【００３０】
図４Ａのエスケープゾーン４１０ａ−ｆは、発光素子４００の中心４２０で生成される光に関して示されている。６個のエスケープゾーンが存在するので、六角形発光素子４００の側壁４０２ａ−ｆを通して直ちに出て行くことになる中心４２０から側壁４０２ａ−ｆに向けての光の割合は、図３Ａの矩形発光素子２００においては５３％（４×４８／３６０）であるのに対して、約８０％（６×４８／３６０）である。
【００３１】
図４Ｂのエスケープゾーン４１１ａ−ｆは、中心４２０から実質的に離れた点４２１で生成される光に関して示されている。側面４０２ａ−ｆから全反射されることになる生成光（陰影を付けられたＴＩＲ領域）の割合は、図４Ａの例より大きいものの、明らかになり得るように、これらのＴＩＲ領域によって包含される角度は、図３ＢのＴＩＲ領域によって包含される角度より小さいものに相当する。この例において、これらのエスケープゾーンは、図３Ｂにおいては約１６０°であるのに対して（直接的にではない。図３Ｂの例において、エスケープコーン（円錐）３１１ａ及び３１１ｂは端面のうちの非常に小さい部分に相当している。しかしながら、光がランダムな方向に放たれていると仮定すると、これらのコーンは発光素子２００を直ちに出ていることができる光の半分以上に相当することになる）、約１８０°に相当している。
【００３２】
形状が円周をいっそう近く近似するにつれ、光取り出し効率は更に高まることになる。図５Ａ及び５Ｂは、八角形の発光素子５００におけるエスケープゾーンの例を示している。
【００３３】
図５Ａは、シリコーン封止材によって取り囲まれたＡｌＩｎＧａＰ活性領域の同じ例を用いて、各表面５０２ａ−ｈに対する発光素子５００の中心５２０からのエスケープゾーン５１０ａ−ｈを示している。各エスケープゾーンが４８°を包含し、且つ各側面５０２ａ−ｈが中心５２０に対して４５°に広がるので、エスケープゾーン５１０ａ−ｈ内にない中心５２０から側壁５０２ａ−ｈに向かう方向は存在しない。従って、図３Ａの矩形発光素子２００においては５３％（４×４８／３６０）であり、図４Ａの六角形発光素子４００においては８０％（６×４８／３６０）であるのに対して、側壁５０２ａ−ｈに向けて八角形発光素子５００の中心で生成される光の全て（８×４５／３６０＝１００％）が発光素子５００を退出することになる。
【００３４】
図５Ｂは、側壁５０２ａ−ｈに対する中心を外れた点５１１からのエスケープゾーン５１１ａ−ｈを例示している。見て取れるように、八角形発光素子５００のエスケープゾーン５１１ａ−ｈは、図４Ｂの六角形発光素子４００のエスケープゾーン４１１ａ−ｆ及び図２Ｂの矩形発光素子２００のエスケープゾーン３１１ａ−ｄより、大きいエリアを包含している。
【００３５】
発光素子の側面の数を、そして対応して、エスケープゾーンの数を更に増加させることによって、光取り出し効率の更なる向上が達成され得る。
【００３６】
発光素子の形状が円形に近付くにつれて、矩形と比較して、他の利点も実現されることになる。
【００３７】
半導体発光素子は、半導体層を介してそれらの層の間の発光領域への電流注入に頼っている。半導体層及び発光領域の領域全体にわたる電流注入を提供するため、半導体層に電流を供給するコンタクトは、半導体層の表面領域のうちの可能な限り多くを覆うように成形される。
【００３８】
矩形発光素子は典型的に、Ｎ型及びＰ型の半導体層の各々に接続する矩形のコンタクトを有することになる。しかしながら、矩形コンタクトは、不均一な電流注入及び電流集中を呈し、それにより、不均一な光出力パターンを生じさせることになる。例えば電流集中などのこれらの悪影響の一部は、コンタクトのコーナー（角）でいっそう起こりやすく、コンタクトのコーナーに形成される角度が狭くなるにつれていっそう顕著になり得る。故に、矩形のダイのコーナーは、不均一な電流拡散及びその他の電気的エッジ効果の影響をいっそう受けやすくなる。
【００３９】
矩形において、コーナーは９０°の角度を有する。六角形において、この角度は１２０°まで増大し、八角形において、この角度は１３５°まで増大する。従って、例えば不均一な電流注入、電流集中、及びその他などの悪影響は、発光素子の側面の数が増加するにつれて実質的に抑制されることになる。
【００４０】
また、矩形構造は、直角のコーナーに集中された機械的応力を呈し、これらのコーナーで機械的な不具合がいっそう生じやすくなる。一方、矩形構造よりも多くの側面を有する構造のコーナーは、コーナーがあまり尖っていないので、より小さい機械的応力を呈することになる。発光素子の外周に沿う側面の数を増やすことにより、内角が増大されて、発光素子の頂点に発生する機械的応力が低減される。
【００４１】
期待され得る側方放射効率の有意な増大により、多辺化された多角形の使用は、側面を通してのみ放射する、あるいは主として側面を通して放射する発光素子を可能にし得る。そのような実施形態は、例えば、発光素子への頂部コンタクト及び底部コンタクトのための完全全面（フルブランケット）シート状のコンタクト堆積を可能にし、また、それらのコンタクトが不透明であることを可能にし、それにより、反射性の材料を含めて、コンタクトに使用され得る材料の範囲を広げ得る。
【００４２】
当業者が認識することになるように、発光素子の側面から所望の光出力パターンを達成するために、多様な形状のうちの何れが採用されてもよく、また、それらの形状は、正多角形である必要はなく、さらには対称である必要もない。図６Ａ−６Ｄは、その他の形状例６１０、６１２、６１４及び６１６を示している。図６Ｃ及び６Ｄにおいては、発光素子６１４及び６１６の側面から非対称の光分布を生じるよう、入射の角度にかかわらずに、表面に突き当たる光を向け直すように、非対称な発光素子６１４及び６１６の側面のうちの１つ上に反射面６５０が形成されている。このような非対称分布は、例えばディスプレイのバックライティングを提供するウェイブガイドのエッジに沿って、有利に使用され得る。
【００４３】
図７Ａは、複数の六角形発光素子４００を有するウエハの一例を示している。太目の直線７１０、７２０、７３０は、基板７７０上の個片化された発光素子４００の側面図を例示するものである図７Ｂに示すように、個々の六角形発光素子４００を個片化するためにウエハを貫通して為され得る切断を示している。図示のように、結果として得られる基板７７０と発光素子４００とを有するダイは六角形となり、残余の廃棄物は最小限である。図７Ａの例において、発光素子４００は、図７Ｃに例示するように、直線７２０及び７３０に沿ってスライスすることによって六角形になるように成形される矩形の発光素子として作製されてもよい。
【００４４】
代わりに、多角形の外周を有する個々の素子として発光素子がウエハ上に形成される場合、図７Ｄ及び７Ｅに例示するように、ウエハを直交的に切断して、矩形でない発光素子がその上に位置した基板の矩形部分を生じさせてもよい。
【００４５】
図７Ｄは、個々の八角形発光素子５００が形成されたウエハの上面図を例示している。このような形成は、除去可能な材料を素子５００間に置いて、従来からのフォトリソグラフィ又は半導体製造技術において一般的なその他の技術を用いて遂行され得る。例えばＤＲＩＥ（ディープ（深堀り）反応性イオンエッチング）、ＦＩＢ（集束イオンビーム）エッチング、及びＩＣＰ（誘導結合プラズマ）エッチングなどの、その他の形成技術も使用され得る。個々の素子を形成した後、個々の発光素子５００を個片化するように、ウエハが直線７４０、７５０に沿ってスライスされ得る。
【００４６】
図７Ｅは、そのようなスライスと、存在する場合の素子５００間の材料の除去との後の、個々の発光素子５００の断面を例示している。図示のように、八角形発光素子５００は、矩形成形されたとして成形されたウエハ基板７８０の上に位置している。発光素子を矩形ダイ上に置くことは、ダイの後続処理のために従来からのピックアンドプレース技術を使用することを容易にし得る。
【００４７】
従来型又は非従来型の基板の上に非矩形発光素子を形成してそれらを個片化するためのその他の技術が、本開示に鑑みて、当業者に明らかになる。例えば、図７Ａ又は７Ｃの何れかのウエハ（成長基板）上の発光素子を、別の基板にフリップチップ形態で取り付け、その後に成長基板を除去してもよい。この例において、ダイの形状は、成長基板上での発光素子の配置にかかわらずに、第２の基板がどのようにスライスされるかによって決定されることになる。
【００４８】
上述の理想的な球形エミッタの枠組みを用いて、当業者が認識することには、本発明の原理は、発光素子の外周を成形することに限定されるものではない。
【００４９】
発光デバイスは、矩形の断面（又は側面図プロファイル）と矩形の外周（又は上面図プロファイル）とを有し得る。従って、これらの矩形プロファイルのうちの何れかの形状を変更することが、これらのプロファイルによって描かれる外形を定められる表面からの光出力効率を増進させ得る。特に、発光層の‘上方’又は‘下方’の表面の数を増加させることによって発光素子の側面図プロファイルを変更することは、これらの表面から出て行く光の光出力効率を増進させ得る。
【００５０】
図８Ａ−８Ｂは、ノンプレーナ（非平面）発光素子８０１、８０２の断面例を示している。これらの例において、発光素子８０１、８０２はそれぞれ、基板８２０Ａ、８２０Ｂの上又は中に形成されたフィーチャ（造形部）８２１、８２２の上に形成されている。発光素子８０１、８０２はそれぞれ、Ｎ型及びＰ型の半導体層８１０Ａ、８１０Ｂ及び８１４Ａ、８１４Ｂの間に挟まれた活性層８１２Ａ、８１２Ｂを含んでいる。フィーチャ８２１、８２２に起因して、発光素子８０１、８０２の層８１０Ａ、８１０Ｂ、８１２Ａ、８１２Ｂ、及び８１４Ａ、８１４Ｂはノンプレーナである。
【００５１】
図８Ａにおいて、発光素子８０１は凸状であり、中心領域が周辺領域の上方まで延在している。発光素子のノンプレーナ形状は、層８１４Ａの周辺表面での全反射の可能性を低減することによって、上部層８１４Ａを退出する光に関する光取り出し効率を増進させることになる。
【００５２】
図８Ｂにおいて、発光素子８０２は凹状であり、中心領域が周辺領域の下方まで延在している。この構成は、基板８２０Ｂが除去された後に光が下部層８１０を通して放出されることが意図される‘フリップチップ’形態で使用され得る。発光素子８０２のノンプレーナ形状は、層８１０Ｂの周辺表面での全反射の可能性を低減することによって、下部層８１０Ｂを退出する光に関する光取り出し効率を増進させることになる。
【００５３】
当業者が認識することになるように、これらの図に示された層の特定の形状は、単に例示目的で提示されたものであり、技術が許すその他の形状が形成されてもよい。当業者がこれまた認識することになるように、８２０Ａ及び８２０Ｂと同様の基板の凹状又は凸状の表面上にファセットを作り出すことを含め、発光素子の表面を直ちに出て行く光の量を増大させるために、断面成形と外周成形との組み合わせを用いてもよい。
【００５４】
図面及び以上の記載にて本発明を詳細に図示して説明してきたが、これらの図示及び説明は、限定的なものではなく、例示的あるいは典型的なものとみなされるべきであり、本発明は、開示の実施形態に限定されるものではない。開示の実施形態へのその他の変形が、図面、本開示及び添付の請求項の検討から、請求項に係る発明を実施する当業者によって理解されて実現され得る。請求項において、用語“有する”はその他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞“ａ”又は“ａｎ”は複数であることを排除するものではない。複数の特定の手段が互いに異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、それらの手段の組み合わせが有利に使用され得ないということを指し示すものではない。請求項中の如何なる参照符号も、範囲を限定するものとして解されるべきでない。
【図１Ａ】
2016506083.tif 000003
【図１Ｂ】
2016506083.tif 000004
【図２Ａ】
2016506083.tif 000005
【図２Ｂ】
2016506083.tif 000006
【図３Ａ】
2016506083.tif 000007
【図３Ｂ】
2016506083.tif 000008
【図４Ａ】
2016506083.tif 000009
【図４Ｂ】
2016506083.tif 000010
【図５Ａ】
2016506083.tif 000011
【図５Ｂ】
2016506083.tif 000012
【図６Ａ】
2016506083.tif 000013
【図６Ｂ】
2016506083.tif 000014
【図６Ｃ】
2016506083.tif 000015
【図６Ｄ】
2016506083.tif 000016
【図７Ａ】
2016506083.tif 000017
【図７Ｂ】
2016506083.tif 000018
【図７Ｃ】
2016506083.tif 000019
【図７Ｄ】
2016506083.tif 000020
【図７Ｅ】
2016506083.tif 000021
【図８Ａ】
2016506083.tif 000022
【図８Ｂ】
2016506083.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月9日(2015.7.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子であり、
Ｎ型層と、
Ｐ型層と、
前記Ｎ型層と前記Ｐ型層との間に置かれた活性層と
を有し、
当該発光素子は、４より多い辺を有する多角形を含む断面形状を含んで、複数の平面状の光取り出し面を含む光取り出し領域を形成し、少なくとも１つの光取り出し面は、隣接する光取り出し面に対して、直交せず且つ平坦でない、
発光素子。
【請求項２】
当該発光素子の上面形状も、４より多い辺を有する別の多角形を含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記Ｎ型層、Ｐ型層及び活性層が上に位置する矩形表面を含んだ基板、を含む請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記多角形は正多角形である、請求項２に記載の発光素子。
【請求項５】
当該発光素子は、少なくとも７つの面を含む多面体である、請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
当該発光素子は、１つ以上の反射面を含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
当該発光素子は、複数の多角形又は多面体の組み合わせに相当する形状を有する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
複数の発光素子を有し、各発光素子が、４より多い辺を有する多角形を含む断面形状を有して、複数の平面状の光取り出し面を含む光取り出し領域を形成し、少なくとも１つの光取り出し面は、隣接する光取り出し面に対して、直交せず且つ平坦でない、
基板。
【請求項９】
前記発光素子の上面形状も、４より多い辺を有する別の多角形を含む、請求項８に記載の基板。
【請求項１０】
当該基板は、前記断面形状を、４より多い辺を有する前記多角形にさせる造形部を含む、請求項８に記載の基板。
【請求項１１】
複数の発光素子を基板の上に形成することを有し、各発光素子が、複数の平面状の光取り出し面を含む光取り出し領域を備えた、４より多い辺を有する多角形を含む断面形状を有し、少なくとも１つの光取り出し面は、隣接する光取り出し面に対して、直交せず且つ平坦でない、
方法。
【請求項１２】
各発光素子が、少なくとも７面の多面体を有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各発光素子の少なくとも１つの表面が反射性である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板をスライスして前記発光素子を個片化すること、を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記スライスを行うことは、矩形である前記基板の部分の上に前記個片化された発光素子を設けるように、２つの直交する方向で実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記スライスを行うことは、矩形でない前記基板の部分の上に前記個片化された発光素子を設けるように、少なくとも２つの直交しない方向で実行される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
複数の平面状の発光面を有する発光デバイスへと前記発光素子を個片化するよう、複数の直線切断を用いて前記基板をスライスすること、を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記発光素子を形成することは、活性層を挟んだＮ型層及びＰ型層を形成することを含み、前記Ｎ型層及びＰ型層の一方が前記光取り出し領域を提供する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
各発光素子が、活性層を挟んだＮ型層及びＰ型層を含み、前記Ｎ型層及びＰ型層の一方が前記光取り出し領域を提供する、請求項８に記載の基板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
図８Ａにおいて、発光素子８０１は凸状であり、半導体層８１４Ａが、３つの平面状の光取り出し面８１４Ａ’、８１４Ａ”、８１４Ａ’’’を有する光取り出し領域を形成し、中心の表面８１４Ａ”が周辺の表面８１４Ａ’、８１４Ａ’’’の上方まで延在している。発光素子の半導体層８１４Ａのノンプレーナ形状は、層８１４Ａの外表面８１４Ａ’、８１４Ａ”、８１４Ａ’’’での全反射の可能性を低減することによって、層８１４Ａを退出する光に関する光取り出し効率を増進させることになる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
図８Ｂにおいて、発光素子８０２は凹状であり、半導体層８１０Ｂが、３つの平面状の光取り出し面８１０Ｂ’、８１０Ｂ”、８１０Ｂ’’’を有する光取り出し領域を形成し、中心の表面８１０Ｂ”が周辺の表面８１０Ｂ’、８１０Ｂ’’’の下方まで延在している。この構成は、基板８２０Ｂが除去された後に光が下部層８１０Ｂを通して放出されることが意図される‘フリップチップ’形態で使用され得る。発光素子８０２の層８１０Ｂのノンプレーナ形状は、層８１０Ｂの外表面８１０Ｂ’、８１０Ｂ”、８１０Ｂ’’’での全反射の可能性を低減することによって、層８１０Ｂを退出する光に関する光取り出し効率を増進させることになる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８Ａ】
2016506083.tif 000024
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８Ｂ】
2016506083.tif 000025
【国際調査報告】
2016506083.tif 000026
2016506083.tif 000027
2016506083.tif 000028