5图示了依照本发明的一个实施例的预形成的透镜38。为了清楚而示出LED管 忍30在透镜38的腔体中的定位。
[0038] 透镜38包括透明矩形柱40 (矩形棱柱)，其具有与L邸管忍30大小近似相同的足 迹。柱40由具有与蓝宝石衬底34的折射率地似1. 8)近似相等的折射率（n)的材料(例如 娃树脂、环氧树脂等）形成，因此在衬底34与柱40之间的界面处由于匹配的折射率而实际 上不存在TIR。在一个实施例中，柱40的折射率与衬底34的折射率之间的差异小于10%。 典型地，柱40具有大于L邸管忍边长的高度(例如0.Smm-L5mm)，但是设想到其它配置并且 其包括在本发明的范围内。例如，柱40可W叠覆L邸管忍30或者可W仅覆盖发光表面的 一部分。在可替换方案中，柱40可W短于LED管忍30的长度W产生不同的光分布效果。
[0039] 围绕矩形柱40的是透明柱体42,其中柱体42的顶表面44与柱40的顶表面近似 相齐。柱体42的顶部与柱40的顶部对齐不是关键的。柱体42的直径优选地在L邸管忍 边长的1. 5-3倍之间。柱体材料的折射率为衬底34的折射率的大约0. 8倍，其在具有大约 I. 8的折射率的蓝宝石衬底34的情况下为大约I. 4-1. 5。柱体材料的折射率的合适范围为 衬底34的折射率的大约0. 6至0. 85倍。
[0040] 在柱体42顶部上的是由与柱体42相同的材料形成并且具有相同直径的透明圆顶 46。典型地，柱体42和圆顶46将形成为单片。
[0041] 透镜38中的腔体48与L邸管忍30的大小大约相同使得柱体42的底部可W与基 板22表面齐平。
[0042] 柱40、柱体42和圆顶46可W预形成为单片并且利用折射率匹配的娃树脂或环氧 树脂49的薄层(例如10微米）粘附到衬底34和基板22,如图6中所示。具有可选择的折 射率的运样的粘合剂在商业上可得到。
[0043] 在一个示例中，柱40模制为柱的阵列，并且柱体42和圆顶46模制在每一个柱40 周围。所得透镜38然后被分离并且在晶片级过程中粘附到基板晶片上的相应L邸管忍30。 在另一实施例中，柱体42和圆顶46由玻璃或其它材料(例如娃树脂）一体形成并且其腔体 用作针对柱材料的模具。在另一实施例中，柱40可W是高折射率玻璃(例如SFll类型）并 且可W利用高折射率透明环氧树脂附连到衬底34 (或憐光体)。接下来，基于娃树脂的透镜 部分(柱体42和圆顶46)可W借助于包覆成型过程形成在柱40和基板晶片之上，诸如在由 Basin等人转让给本受让人并且通过引用并入本文的美国专利no. 7, 452, 737中所描述的 那样。
[0044] 如果期望经憐光体转换的光，则在将透镜38粘附在LED管忍30之上之前，LED管 忍表面可W涂敷有憐光体层50,如图7中所示。憐光体层50的折射率优选地匹配柱40和 衬底34的折射率。
[0045] 图8是所得LED器件的透视图。
[0046] 柱体42和圆顶46提供到空气（n=l)的折射率过渡，W便改进光提取，并且使光发 射更为朗伯式。除半球形圆顶之外的透镜可W用于创建期望的发射图案。圆顶形状可W适 配于来自柱40的实际发射W进一步增加提取效率。
[0047] 由于柱40相对高，并且柱体42与柱40的界面具有显著的折射率失配，因此从LED 管忍30发射的光将直接穿过柱40的顶表面或者在内部反射离开柱的侧面并且穿过顶表 面，如图6中的光线51所示。因此，存在需要由基板22反射的减少的侧光。相应地，柱40 服务于缩窄发射场，因为其如L邸管忍30自身那样宽，W及改进效率，因为较少的光通过基 板表面畏减。
[0048] 柱40的高度可W设计成使得入射在柱40的顶表面上的光线的TIR基本上最小 化。运可W通过针对方形管忍应用W下设计规则来完成。
[0049] 其中"面积"是管忍面积。
[0050] 应用W上等式喻示着没有离开L邸管忍30的直射射线将在柱40的顶表面（即离 管忍30最远的侧面)处经历TIR。在此假定在衬底-环氧树脂-柱界面处不存在折射。针 对管忍面积的Imm2，针对透镜的n=l. 5,针对柱和衬底34的n=l. 8,针对衬底34的200微米 和针对环氧树脂粘合剂(或娃树脂）的10微米的典型值导致770微米的最小柱40高度。
[0051] 由于离开基板22的背反射减少，因此相比于作为大基板反射的结果的基于PSS的 倒装忍片器件中的相当宽的发射场而言，发射场缩窄。因此，根据运样的窄发射场进一步适 配透镜形状可W产生进一步的ExE增益。实现后者的一种方式是通过调节透镜38的柱体 42高度参数。图9示出通过增加柱体42高度(连同柱40的高度）获得显著增益。模拟结 果指示相对于图1和2例示的现有技术解决方案而言，ExE可W增加如6%那样多。
[0052] 图10示出使用800微米柱体42高度的所得远场比较。线54表示诸如图1和2 的那个之类的现有技术图案化蓝宝石衬底（PSS)倒装忍片L邸器件的场发射图案。线56表 示朗伯发射图案。线58表示依照本发明的L邸器件的典型发射图案，其中图案可W通过改 变柱体/柱的高度来定制。另外，发射图案的控制可W通过圆顶46的形状获得。
[0053] 虽然已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是对本领域技术人员将显而易见 的是，可W做出改变和修改而不脱离于W其较宽方面的本发明，并且因此，随附权利要求要 在其范围内涵盖如落在本发明的真实精神和范围内的所有运样的改变和修改。
【主权项】
1. 一种发光器件，包括： 发光二极管（LED)管芯，包括： 外延层；以及 叠覆外延层的具有第一衬底表面和第二衬底表面的衬底，其中第一衬底表面直接连接 到外延层，并且其中衬底具有第一折射率； 叠覆第二衬底表面的柱，柱具有第二折射率；以及 围绕柱的透镜部分，透镜部分具有第三折射率。2. 权利要求1的器件，其中第二折射率在第一折射率的10%内。3. 权利要求1的器件，其中第三折射率在第二折射率的0. 6-0. 85倍内。4. 权利要求1的器件，其中第三折射率为第二折射率的近似0. 8倍。5. 权利要求1的器件，其中柱配置成缩窄器件的光发射。6. 权利要求1的器件，其中柱的足迹近似等于第二衬底表面的区域。7. 权利要求1的器件，其中柱的高度大于LED管芯的边长。8. 权利要求1的器件，其中第一衬底表面是矩形，包括方形，并且柱的足迹也是矩形。9. 权利要求1的器件，其中柱的高度使得入射在柱的顶表面上的光线的全内反射 (TIR)基本上最小化。10. 权利要求1的器件，其中透镜部分包括： 围绕柱的柱体部分；以及 叠覆柱和柱体部分的顶部透镜部分。11. 权利要求10的器件，其中顶部透镜部分具有圆顶形状。12. 权利要求1的器件，其中柱和透镜部分使用粘合剂粘附在LED管芯之上。13. 权利要求1的器件，还包括在其上安装LED管芯的支撑衬底，透镜部分向下延伸到 支撑衬底的顶表面。14. 权利要求1的器件，其中透镜部分包括模制在柱周围的材料。15. 权利要求1的器件，其中衬底是用于外延层的生长衬底。
【专利摘要】粘附在LED管芯（30）的透明生长衬底（34）之上的是透明矩形柱（40），其具有与LED管芯大小近似相同的足迹。柱高度大于LED管芯的长度，并且柱具有与衬底的折射率（例如1.8）近似相等的折射率（n），因此由于匹配的折射率而在界面处实际上不存在TIR。围绕柱和LED管芯的是具有在LED管芯的长度的1.5-3倍之间的直径的透镜部分（42）。透镜部分的折射率为衬底的折射率的大约0.8倍。透镜部分可以具有圆顶形状（46）。离开衬底的大部分光在内部反射离开横向柱/柱体界面并且离开柱的顶表面。因此，发射缩窄并且光提取效率增加。
【IPC分类】H01L33/54, H01L33/00, H01L33/56, H01L33/58
【公开号】CN105393372
【申请号】CN201480042240
【发明人】T.洛佩兹, K.瓦姆波拉
【申请人】皇家飞利浦有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2014年7月2日
【公告号】EP3033775A1, US20160163936, WO2015011586A1