光取り出し効率の高い球形ＬＥＤ
本発明は、光電子応用分野におけるＬＥＤの光取り出しに関するものである。より具体的には、本発明は、高効率（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎに基づいた発光ダイオードの応用のための最適化された光学系と組み合わせた（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎとその作製方法に関する。更なる延長として、成形された屈折率の高い光取り出し材料と球形状成形物との一般的な組み合わせに関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の、スティーブン・Ｐ．デンバース（Ｓｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ）らによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２５号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「光取り出し効率の高い球形ＬＥＤ（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＳＰＨＥＲＥ ＬＥＤ）」の優先権を主張し、該出願を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本出願は、本発明の譲受人に譲渡された以下の同時係属中の出願に関する。
【０００３】
テツオ・フジイ（Ｔｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ）、ヤン・ガオ（Ｙａｎ Ｇａｏ）、イーブリン・Ｌ．フー（Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ）、およびシュウジ・ナカムラ（Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ)による、米国特許出願第１０／５８１，９４０号、出願日２００６年６月７日、発明の名称「表面粗化による高効率窒化ガリウムベース発光ダイオード（ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ）」、代理人整理番号３０７９４．１０８−ＵＳ−ＷＯ（２００４−０６３）。該出願は米国特許法第３６５条（ｃ）項に基づいて次の出願の優先権を主張する。
【０００４】
テツオ・フジイ、ヤン・ガオ、イーブリン・Ｌ．フー、およびシュウジ・ナカムラによる、ＰＣＴ特許出願第ＵＳ２００３／０３９２１号、出願日２００３年１２月９日、発明の名称「表面粗化による高効率窒化ガリウムベース発光ダイオード（ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ）」、代理人整理番号３０７９４．１０８−ＷＯ−０１（２００４−０６３）。
【０００５】
ラジャット・シャーマ（Ｒａｊａｔ Ｓｈａｒｍａ）、Ｐ．モルガン・パチソン（Ｐ．Ｍｏｒｇａｎ Ｐａｔｔｉｓｏｎ）、ジョン・Ｆ．ケディング（Ｊｏｈｎ Ｆ．Ｋａｅｄｉｎｇ）、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許出願第１１／０５４，２７１号、 出願日２００５年２月９日、発明の名称「半導体発光デバイス（ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ）」、 代理人整理番号３０７９４．１１２−ＵＳ−０１（２００４−２０８）。
【０００６】
村井 章彦（Ａｋｉｈｉｋｏ Ｍｕｒａｉ）、リー・マッカーシー（Ｌｅｅ ＭｃＣａｒｔｈｙ）、ウメシュ・Ｋ．ミシュラ（Ｕｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ）、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第１１／１７５，７６１号、出願日２００５年７月６日、発明の名称「オプトエレクトロニクス応用のための（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）ＮおよびＺｎの（Ｓ，Ｓｅ）のウェハボンディング方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ ａｎｄ Ｚｎ（Ｓ，Ｓｅ） ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１１６−ＵＳ−Ｕｌ（２００４−４５５）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【０００７】
村井 章彦、リー・マッカーシー、ウメシュ・Ｋ．ミシュラ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／５８５，６７３号、出願日２００４年７月６日、発明の名称「オプトエレクトロニクス応用のための（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）ＮおよびＺｎ（Ｓ，Ｓｅ）のウェハボンディングの方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ ａｎｄ Ｚｎ（Ｓ，Ｓｅ） ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１１６−ＵＳ−Ｐ１（２００４−４５５−１）。
【０００８】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ（Ｃｌａｕｄｅ Ｃ．Ａ．Ｗｅｉｓｂｕｃｈ）、オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド（Ａｕｒｅｌｉｅｎ Ｊ．Ｆ．Ｄａｖｉｄ）、ジェームス・Ｓ．スペック（Ｊａｍｅｓ Ｓ．Ｓｐｅｃｋ）、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第１１／０６７，９５７号、出願日２００５年２月２８日、発明の名称「パターン化された基板上の成長による、水平放出、垂直放出、ビーム成形、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ（ＨＯＲＩＺＯＮＴＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＶＥＲＩＴＣＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＢＥＡＭ ＳＨＡＰＥＤ，ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＦＥＥＤＢＡＣＫ（ＤＦＢ） ＬＡＳＥＲＳ ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ）」、代理人整理番号３０７９４．１２１−ＵＳ−０１（２００５−１４４−１）。
【０００９】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、ジェームス・Ｓ．スペック、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第１１／９２３，４１４号、出願日２００７年１０月２４日、発明の名称「パターン化された基板上の成長による、単一および多色高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＳＩＮＧＬＥ ＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＲ ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ）」、代理人整理番号３０７９４．１２２−ＵＳ−Ｃ１（２００５−１４５−２）。該出願は次の出願の継続出願である。
【００１０】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、ジェームス・Ｓ．スペック、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許第７，２９１，８６４号、発行日２００７年１１月６日、発明の名称「パターン化された基板上の成長による、単一および多色高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＳＩＮＧＬＥ ＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＲ ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ）」、代理人整理番号３０７９４．１２２−ＵＳ−０１（２００５−１４５−１）。
【００１１】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第１１／０６７，９５６号、出願日２００５年２月２８日、発明の名称「最適化されたフォトニック結晶引き出し器を有する高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ （ＬＥＤ） ＷＩＴＨ ＯＰＴＩＭＩＺＥＤ ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＣＲＹＳＴＡＬ ＥＸＴＲＡＣＴＯＲ）」、代理人整理番号３０７９４．１２６−ＵＳ−０１（２００５−１９８−１）。
【００１２】
ジェームス・Ｓ．スペック、トロイ・Ｊ．ベーカー（Ｔｒｏｙ Ｊ．Ｂａｋｅｒ）、およびベンジャミン・Ａ．ハスケル（Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ）による、米国特許出願第１１／４０３，６２４号、出願日２００６年４月１３日、発明の名称「自立（ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎウェーハ製作のためのウェーハ分離技術（ＷＡＦＥＲ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＦＲＥＥ−ＳＴＡＮＤＩＮＧ （ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ ＷＡＦＥＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１３１−ＵＳ−Ｕ１（２００５−４８２−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００１３】
ジェームス・Ｓ．スペック、トロイ・Ｊ．ベーカー、およびベンジャミン・Ａ．ハスケルによる、米国特許仮出願第６０／６７０，８１０号、出願日２００５年４月１３日、発明の名称「自立（ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎウェーハ製作のためのウェーハ分離技術（ＷＡＦＥＲ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＦＲＥＥ−ＳＴＡＮＤＩＮＧ （ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ ＷＡＦＥＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１３１−ＵＳ−Ｐ１（２００５−４８２−１）。
【００１４】
ジェームス・Ｓ．スペック、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、Ｐ．モルガン・パチソン、およびトロイ・Ｊ．ベーカーによる、米国特許出願第１１／４０３，２８８号、出願日２００６年４月１３日、発明の名称「（ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ薄層を作製するためのエッチング技術（ＥＴＣＨＩＮＧ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＴＨＩＮ （ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ ＬＡＹＥＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１３２−ＵＳ−Ｕ１（２００５−５０９−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００１５】
ジェームス・Ｓ．スペック、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、Ｐ．モルガン・パチソン、およびトロイ・Ｊ．ベーカーによる、米国特許仮出願第６０／６７０、７９０号、出願日２００５年４月１３日、発明の名称「（ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ薄層を作製するためのエッチング技術（ＥＴＣＨＩＮＧ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＴＨＩＮ （ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ ＬＡＹＥＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１３２−ＵＳ−Ｐ１（２００５−５０９−１）。
【００１６】
村井 章彦、クリスティーナ・イェ・チェン（Ｃｈｒｉｓｔｉｎａ Ｙｅ Ｃｈｅｎ）、ダニエル・Ｂ．トンプソン（Ｄａｎｉｅｌ Ｂ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる、米国特許出願第１１／４５４，６９１号、出願日２００６年６月１６日、発明の名称「光電子応用のための（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮおよびＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ ＡＮＤ ＺｎＯ ＤＩＲＥＣＴ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＩＴＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｕ１（２００５−５３６−４）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００１７】
村井 章彦、クリスティーナ・イェ・チェン、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる、米国特許仮出願第６０／６９１，７１０号、出願日２００５年６月１７日、発明の名称「光電子応用のための（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮおよびＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ ＡＮＤ ＺｎＯ ＤＩＲＥＣＴ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＩＴＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｐ１（２００５−５３６−１）。
【００１８】
村井 章彦、クリスティーナ・イェ・チェン、ダニエル・Ｂ．トンプソン、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる、米国特許仮出願第６０／７３２，３１９号、出願日２００５年１１月１日、発明の名称「光電子応用のための（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮおよびＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ ＡＮＤ ＺｎＯ ＤＩＲＥＣＴ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＩＴＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｐ２（２００５−５３６−２）、および、
村井 章彦、クリスティーナ・イェ・チェン、ダニエル・Ｂ．トンプソン、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる、米国特許仮出願第６０／７６４，８８１号、出願日２００６年２月３日、発明の名称「光電子応用のための（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮおよびＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ ＡＮＤ ＺｎＯ ＤＩＲＥＣＴ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＩＴＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｐ３（２００５−５３６−３）。
【００１９】
フレデリック・Ｓ．ダイアナ（Ｆｒｅｄｅｒｉｃ Ｓ．Ｄｉａｎａ）、オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、ピエール・Ｍ．ペトロフ（Ｐｉｅｒｒｅ Ｍ．Ｐｅｔｒｏｆｆ）、およびクロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュによる、米国特許出願第１１／２５１，３６５号、出願日２００５年１０月１４日、発明の名称「多色発光デバイスの効率的な光取り出しと変換のためのフォトニック構造（ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ ＦＯＲ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＩＮ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１４２−ＵＳ−０１（２００５−５３４−１）。
【００２０】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュおよびシュウジ・ナカムラによる、米国特許出願第１１／６３３，１４８号、出願日２００６年１２月４日、発明の名称「多数回のオーバーグロース法でパターン化された基板上への成長により作製された改良型の水平放出、垂直放出、ビーム成型形、分布帰還（ＤＦＢ）レーザ（ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＨＯＲＩＺＯＮＴＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＶＥＲＴＩＣＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＢＥＡＭ ＳＨＡＰＥＤ，ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＦＥＥＤＢＡＣＫ（ＤＦＢ） ＬＡＳＥＲＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥＤ ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＯＶＥＲＧＲＯＷＴＨ）」、代理人整理番号３０７９４．１４３−ＵＳ−Ｕ１（２００５−７２１−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２１】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュおよびシュウジ・ナカムラによる、米国特許仮出願第６０／７４１，９３５号、出願日２００５年１２月２日、発明の名称「多数回のオーバーグロース法でパターン化された基板上への成長により作製された改良型の水平放出、垂直放出、ビーム成型形、分布帰還（ＤＦＢ）レーザ（ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＨＯＲＩＺＯＮＴＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＶＥＲＴＩＣＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＢＥＡＭ ＳＨＡＰＥＤ，ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＦＥＥＤＢＡＣＫ（ＤＦＢ） ＬＡＳＥＲＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥＤ ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＯＶＥＲＧＲＯＷＴＨ）」、代理人整理番号３０７９４．１４３−ＵＳ−Ｐ１（２００５−７２１−１）。
【００２２】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、増井 久志（Ｈｉｓａｓｈｉ Ｍａｓｕｉ）、ナタリー・Ｎ．フェローズ（Ｎａｔａｌｉｅ Ｎ．Ｆｅｌｌｏｗｓ）、および村井 章彦による、米国特許出願第１１／５９３，２６８号、出願日２００６年１１月６日、発明の名称「光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６１−ＵＳ−Ｕ１（２００６−２７１−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２３】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、増井 久志、ナタリー・Ｎ．フェローズ、および村井 章彦による、米国特許仮出願第６０／７３４，０４０号、出願日２００５年１１月４日、発明の名称 「光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６１−ＵＳ−Ｐ１（２００６−２７１−１）。
【００２４】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許出願第１１／６０８，４３９号、出願日２００６年１２月８日、発明の名称「高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６４−ＵＳ−Ｕ１（２００６−３１８−３）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２５】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許仮出願第６０／７４８，４８０号、出願日２００５年１２月８日、発明の名称「高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６４−ＵＳ−Ｐ１（２００６−３１８−１）、および、
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許仮出願第６０／７６４，９７５号、出願日２００６年２月３日、発明の名称「高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６４−ＵＳ−Ｐ２（２００６−３１８−２）。
【００２６】
ホン・ゾーン（Ｈｏｎｇ Ｚｈｏｎｇ）、ジョン・Ｆ．ケディング（Ｊｏｈｎ Ｆ．Ｋａｅｄｉｎｇ）、ラジャット・シャーマ（Ｒａｊａｔ Ｓｈａｒｍａ）、ジェームス・Ｓ．スペック、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許出願第１１／６７６，９９９号、出願日２００７年２月２０日、発明の名称 「半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ光電子デバイスの成長方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＤＥＶＩＣＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１７３−ＵＳ−Ｕ１（２００６−４２２−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２７】
ホン・ゾーン、ジョン・Ｆ．ケディング、ラジャット・シャーマ、ジェームス・Ｓ．スペック、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許仮出願第 ６０／７７４，４６７号、出願日２００６年２月１７日、発明の名称「半極性（Ａｌ，ｌｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ光電子デバイスの成長方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＤＥＶＩＣＥＳ）」、代理人整理番号 ３０７９４．１７３−ＵＳ−Ｐ１（２００６−４２２−１）。
【００２８】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称 「複数の取り出し器を通した光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＴＨＲＯＵＧＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＥＸＴＲＡＣＴＯＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９１−ＵＳ−Ｕ１（２００７−０４７−３）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２９】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０１４号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称 「複数の取り出し器を通した光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＴＨＲＯＵＧＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＥＸＴＲＡＣＴＯＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９１−ＵＳ−Ｐ１（２００７−０４７−１）、および
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／８８３，９７７号、出願日２００７年１月８日、発明の名称「複数の取り出し器を通した光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＴＨＲＯＵＧＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＥＸＴＲＡＣＴＯＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９１−ＵＳ−Ｐ２（２００７−０４７−２）。
【００３０】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、ジェームス・Ｓ．スペック、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「屈折率整合構造による高効率、白色、単一または多色ＬＥＤ（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＷＨＩＴＥ，ＳＩＮＧＬＥ ＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＵＲ ＬＥＤ ＢＹ ＩＮＤＥＸ ＭＡＴＣＨＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９６−ＵＳ−Ｕ１（２００７−１１４−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３１】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、ジェームス・Ｓ．スペック、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２６号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「屈折率整合構造による高効率、白色、単一または多色ＬＥＤ（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＷＨＩＴＥ，ＳＩＮＧＬＥ ＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＵＲ ＬＥＤ ＢＹ ＩＮＤＥＸ ＭＡＴＣＨＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１１４−１）。
【００３２】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびステーシア・ケラー（Ｓｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒ）による、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日は本出願と同日、発明の名称「構造化材料中に発光体を有する光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＷＩＴＨ ＥＭＩＴＴＥＲＳ ＷＩＴＨＩＮ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９７−ＵＳ−Ｕ１（２００７−１１３−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３３】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびステーシア・ケラーによる、米国特許仮出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日は本出願と同日、発明の名称「構造化材料中に発光体を有する光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＷＩＴＨ ＥＭＩＴＴＥＲＳ ＷＩＴＨＩＮ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１１３−１）。
【００３４】
イーブリン・Ｌ．フー、シュウジ・ナカムラ、ヨン・ショク・チョイ（Ｙｏｎｇ Ｓｅｏｋ Ｃｈｏｉ）、ラジャット・シャーマ、およびチョーフー・ワン（Ｃｈｉｏｕ−Ｆｕ Ｗａｎｇ）による、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「光電気化学的（ＰＥＣ）エッチングにより製作された空気ギャップ付きＩＩＩ族窒化物デバイスの構造的完全性のためのイオンビーム処理（ＩＯＮ ＢＥＡＭ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＦＯＲ ＴＨＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＩＮＴＥＧＲＩＴＹ ＯＦ ＡＩＲ−ＧＡＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＰＲＯＤＵＣＥＤ ＢＹ ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ（ＰＥＣ） ＥＴＣＨＩＮＧ）」、代理人整理番号３０７９４．２０１−ＵＳ−Ｕｌ（２００７−１６１−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３５】
イーブリン・Ｌ．フー、シュウジ・ナカムラ、ヨン・ショク・チョイ、ラジャット・シャーマ、およびチョーフー・ワンによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２７号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「光電気化学的（ＰＥＣ）エッチングにより製作された空気ギャップ付きＩＩＩ族窒化物デバイスの構造的完全性のためのイオンビーム処理（ＩＯＮ ＢＥＡＭ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＦＯＲ ＴＨＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＩＮＴＥＧＲＩＴＹ ＯＦ ＡＩＲ−ＧＡＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＰＲＯＤＵＣＥＤ ＢＹ ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ（ＰＥＣ） ＥＴＣＨＩＮＧ）」、代理人整理番号３０７９４．２０１−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１６１−１）。
【００３６】
ナタリー・Ｎ．フェローズ、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「繊維模様のついた蛍光剤変換層をもつ発光ダイオード（ＴＥＸＴＵＲＥＤ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＬＡＹＥＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ）」、代理人整理番号３０７９４．２０３−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２７０−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３７】
ナタリー・Ｎ．フェローズ、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２４号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「繊維模様のついた蛍光剤変換層をもつ発光ダイオード（ＴＥＸＴＵＲＥＤ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＬＡＹＥＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ）」、代理人整理番号３０７９４．２０３−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２７０−１）。
【００３８】
シュウジ・ナカムラおよびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「自立した透明な鏡なし（ＳＴＭＬ）の発光ダイオード(ＳＴＡＮＤＩＮＧ ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＭＩＲＲＯＲ−ＬＥＳＳ（ＳＴＭＬ） ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ)」、代理人整理番号３０７９４．２０５−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２７２−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３９】
シュウジ・ナカムラおよびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０１７号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「自立した透明な鏡なし（ＳＴＭＬ）の発光ダイオード(ＳＴＡＮＤＩＮＧ ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＭＩＲＲＯＲ−ＬＥＳＳ（ＳＴＭＬ） ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ)」、代理人整理番号３０７９４．２０５−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２７２−１）。
【００４０】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「透明な鏡なし（ＴＭＬ）の発光ダイオード(ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＭＩＲＲＯＲ−ＬＥＳＳ（ＴＭＬ） ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ)」、代理人整理番号３０７９４．２０６−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２７３−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００４１】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２３号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「透明な鏡なし（ＴＭＬ）の発光ダイオード(ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＭＩＲＲＯＲ−ＬＥＳＳ（ＴＭＬ） ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ)」、 代理人整理番号３０７９４．２０６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２７３−１）。
これらの出願は全て参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【００４２】
１．本発明の技術分野
本発明は、光電子応用のためのＬＥＤの光取り出し及び高視感度効率を有する白色ＬＥＤに関する。より具体的には、本発明は、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮのＬＥＤ、および放出される光を全方向で取り出すための球形のパッケージと結合した光取り出し構造に関する。全体的な効果は、卓越した視感度効率および高出力を持つデバイスを実現することである。
２．関連技術の説明
（注：本出願は、本明細書全体を通して示される多数の様々な刊行物を参照する。これらの様々な刊行物の一覧は、以下の「参考文献」の項に見出すことが出来る。これらの刊行物はそれぞれ、参照により本明細書に組み込まれる。）
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）では、ＬＥＤの前側について光出力を増加させるために、発光を、サファイヤ基板の裏側上の鏡によって反射させるか、または、ボンディング材料がその発光波長で透明な場合には、鏡被覆膜をリード・フレーム上に置いて反射させる。光子エネルギーはＡｌＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）の量子井戸のバンドギャップ・エネルギーとほとんど同じであるので、この反射光は発光層（活性層）によって再吸収される場合が多い。このように、ＬＥＤの効率または出力は、発光層によるＬＥＤ光の再吸収によって低減する。図２および３を参照のこと。ｐ型層の上側から、半透明な薄い金属、即ちＩＴＯまたはＺｎＯの透明電極が、光取り出し効率の改善のために用いられた。（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）、３４巻、ページＬ７９７〜９９（１９９５年）)、（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）、４３巻、ページＬ１８０〜８２（２００４年）)。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００４３】
本発明は、ＬＥＤパッケージ内部のＬＥＤ光の内部反射を最小にし、ＬＥＤの発光層（即ち、活性層）によるＬＥＤ光の再吸収を最小にする。本発明は、さらに、光取り出し効率の高いＬＥＤチップと形状付の（繊維模様のついた）蛍光剤層とを組み合わせてデバイスの全視感度効率を増大させる。その結果、この結合構造は、ＬＥＤからより多くの光を取り出すことが出来る。
【００４４】
本発明は、通常はプラスチックで作られている球形に成型したパッケージを持つ成形物内部反射を最小化することによる高効率のＬＥＤを記述する。ＬＥＤは点光源であり、球形成形物のサイズは大きく、ＬＥＤ光ビームの全ての方向は、図１に示すように球形成形物の表面に垂直であるものと仮定する。このようにして、全ての光を球形のＬＥＤパッケージから取り出すことが出来る。
【００４５】
また、本発明は、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎと、多方向の光が球形のプラスチック光学素子に入り、引き続いて空気中に取り出される前に、それをチップの表面から取り出すことが出来る発光ダイオード（ＬＥＤ）を記述する。特に、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎおよび透明電極層（ＩＴＯまたはＺｎＯ）は、レンズに入る光の大部分が臨界角以内にあり、それ故に外に取り出される球形のレンズと組み合わされる。本発明は、ＬＥＤチップに鏡を意図的に取り付けることなく、ＬＥＤの発光層（即ち、活性層）によるＬＥＤ光の再吸収を最小にするために、鏡によるＬＥＤ光の内部反射を最小にすることを含む。ＬＥＤ光の内部反射を最小にするために、ＩＴＯまたはＺｎＯなどの透明電極、または、パターン化または非等方的エッチングによるＡｌＩｎＧａＮの表面粗面化を用いて、ＬＥＤからより多くの光を取り出す。本発明は、更に、光取り出し効率の高いＬＥＤチップと、成形された（繊維模様のついた）蛍光剤層とを結合して、デバイスの全視感度効率を増加させる。その結果、この結合構造は、ＬＥＤからより多くの光を取り出すことが出来る。
【００４６】
本発明によるＬＥＤは、少なくとも第１の発光波長で発光することを特徴とするＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを取り囲むほぼ球形のパッケージとを備える。
【００４７】
そのようなＬＥＤは更に、任意で、パッケージのほぼ中心に位置するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップの発光波長で透明な材料で作られている該パッケージと、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むグループから選択された材料からなり、該ＬＥＤのｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層上に置かれた透明な導電体層と、表面が粗面化された透明な導電体層と、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、および他の絶縁性材料を含むグループから選択された材料からなり、該透明な導電体層よりも前に成膜される電流拡散層と、その少なくとも１つの表面が粗面化されており、該ＬＥＤチップの複数の側面から光を放出する該ＬＥＤチップであって、裏側が粗面化されているサファイヤ基板上に作製されている該ＬＥＤチップと、該パッケージに結合した蛍光剤層であって、該ＬＥＤチップから離れて置かれた蛍光剤層と、該ＬＥＤチップが取り付けられた、該ＬＥＤチップの反対方向からの光の放出を可能にするリード・フレームと、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ 材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ａｓ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＡｓＰＮＳｂ材料系、ＺｎＧｅＮ２材料系、およびＺｎＳｎＧｅＮ２材料系を含むグループから選択された材料からなる該ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップに光学的に結合する鏡であって、該ＬＥＤチップの１つの側面から放出された光が該ＬＥＤチップの別の側面から放出された光とほぼ方向が合うように反射されることを特徴とする鏡を備える。
【００４８】
本発明による別のＬＥＤは、活性層と、第１の方向での発光のための繊維模様のついた表面層と、第１の方向での発光とはほぼ反対側の第２の方向での発光のための、該繊維模様のついた表面層とは反対側の第２の表面層と、III族窒化物系の発光源を取り囲む封止材料とを備えたIII族窒化物系の発光源であって、該封止材料はほぼ球形であり、封止材料の直径は、III族窒化物系の発光源の幅よりも十分に大きい。
【００４９】
このようなＬＥＤは、任意に、繊維模様のついた第２の表面層と、封止材料に結合した蛍光剤層であって、ＬＥＤから放出された光が該蛍光剤を励起する蛍光剤層と、活性層に結合する透明な導電性の層であって、活性層が該透明な導電性の層を通して光を放出し、酸化インジウム錫および酸化亜鉛を含むグループから選択された材料で作られている透明な導電性の層とを更に備える。
【００５０】
次に、図面を参照し、対応する部分には一貫して同じ参照番号を付与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
好ましい実施形態の以下の記述では、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例示形式で示す添付図面を参照する。他の実施形態を用いてもよく、また、本発明の範囲から逸脱することなしに構造的な変化がなされてもよいことを理解されたい。
【００５２】
概要
本発明は、球形成形物により成形物内の内部反射を最小化する高効率のＬＥＤを記述する。ＬＥＤを点光源と見なし、球形成形物のサイズがＬＥＤチップに比べて大きい場合、ＬＥＤ光ビームの方向は、球形成形物の表面にほぼ垂直である。このとき、ＬＥＤから放出される光は全て、球形成形物から空気中へ取り出される。従来のＬＥＤでは、図２〜４に示すように、成形物の形状が球形ではないので、ＬＥＤ光の一部は、エポキシの成形物と空気との界面で屈折率の差によって反射される。成形物の形状不良のために光取り出し効率が悪くなるため、この反射によってＬＥＤの効率または出力が低減する。
【００５３】
本発明は、複数方向の光が球形のプラスチックの光学要素に入り、続いて空気中に取り出される前に、それらをチップの表面から取り出すことが出来る（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ発光ダイオード（ＬＥＤ）についても記述する。特に、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎおよび透明電極層（ＩＴＯまたはＺｎＯ）は、球形のレンズと組み合わされ、該球形のレンズはレンズに入る光の大部分が臨界角以内にあるために取り出されることを特徴とする。
【００５４】
本発明は、ＬＥＤチップに意図的に鏡を取り付けることなく、ＬＥＤからの発光の再吸収を最小化する高効率のＬＥＤを含む。従来のＬＥＤは、ＬＥＤ光を前方へ反射させることにより前方からの光放出を増加させるために高反射の鏡を用いている。図２〜４を参照のこと。しかしながら、この反射された光は、通常は、一部がＬＥＤの光放出層すなわち活性層によって再吸収されるため、ＬＥＤの効率または出力を低下させる。本発明は、プラスチックの封止体表面からの反射を低減し、ＩＴＯまたはＺｎＯの表面からの反射を低減し、表面をパターン化または非等方的にエッチングすることによって（微小円錐をつくり）ＧａＮからの反射を低減し、および、ＬＥＤチップに意図的に鏡を設けないことにより発光層（活性層）による光再吸収を最小化し、これによって前面と裏側の両側への活性層からの一様な光放出を可能にする。本発明は、さらに、光取り出し効率の高いＬＥＤチップと、成形された（繊維模様のついた)蛍光剤層とを結合し、デバイスの全視感度効率を増大させる。その結果、この結合構造は、ＬＥＤからより多くの光を取り出すことが出来る。
【００５５】
技術に関する説明
図１〜１６では、ＬＥＤ構造の詳細は必ずしも示されていない。発光層（通常はＡｌＩｎＧａＮのＭＱＷ）、ｐ型ＧａＮ、ｎ型ＧａＮ、および基板のみが示されている。通常のＬＥＤ構造では、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロッキング層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子などの他の層が存在する。光取り出し効率は、主にエピタキシャル・ウェーハの表面層または表面状態によって決まるので、ここで、最も大事な部分は、ＬＥＤチップの表面である。それゆえに、ＬＥＤチップのこれら動作部分のみを図に示す。
【００５６】
図１は、本発明による球形ＬＥＤを示す。
【００５７】
チップ１０２と成形物１０４とを有するＬＥＤ１００が示されている。ＬＥＤチップ１０２が、球形の成形物１０４の中心、または中心の近くに位置するときは、光１０６の方向が成形物１０４の表面１０８にほぼ垂直となるので、チップ１０２によって発生したＬＥＤ光１０６が全て成形物１０４から取り出される。この場合、ＬＥＤチップ１０２は、点光源のようになる。成形物１０４は、通常は、プラスチックまたはエポキシ製のレンズであるが、所望の場合はガラスまたは他の透明な材料で作ることができる。更に、図ではＤ＞＞Ｗと示されているように、成形物１０４の直径は、チップ１０２の幅よりもはるかに大きいのが通常である。ＬＥＤチップ１０２は点状であるか、または図１に示されるようにＤ＞＞Ｗである限りはどんなサイズのものでもよい。更に、ＬＥＤ光１０６は、ＬＥＤチップ１０２の活性層のドーピングに応じて、例えば、青色、黄色、赤色、白色、オレンジ色など、どの色のものでもよい。
【００５８】
図２は、従来のＬＥＤパッケージを示し、図３は、フリップチップＬＥＤを有する従来のＬＥＤパッケージを示す。
【００５９】
図２に示した従来のＬＥＤパッケージ２００では、エポキシ成形物２０２の形状は、一般に球形ではなくドーム型である。これゆえ、チップ２０６によって発生したＬＥＤ光２０４の一部は、エポキシ成形物２０２の内部の反射により、ドーム状のエポキシ成形物２０２から取り出されることはない。このようなドーム型の成型パッケージ２００では、光２０４の入射角は、エポキシと空気との間の界面での臨界角よりも大きい角度である場合が多く、このような光は、反射して成形物２０２内へ戻り、ＬＥＤ２０６の活性層によって再吸収されることがある。
【００６０】
また、従来のＬＥＤ２００では、ＬＥＤ２０６の前側に対する光２０４の出力を増大させるために、発光は、サファイヤ基板２１０の裏側の鏡２０８で反射される。前側に光を反射させるための他の技術としては、ボンディング材料が発光波長で透明な場合に、リード・フレーム上へ鏡のような被覆膜を設けることが挙げられる。光子エネルギーが、ＡｌＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）の量子井戸のバンドギャップ・エネルギーとほぼ等しいので、この反射される光もまた、発光層２０６（活性層）によって再吸収される。このように、ＬＥＤ２００の効率または出力は、発光層による再吸収によって低下する。
【００６１】
図２において、ＬＥＤチップ２１２は、サファイヤ基板２１０の裏側上に鏡を設けることなく、透明なエポキシでリード・フレーム２１４上にダイ・ボンディングされる。この場合、リード・フレーム２１４上の被覆膜２０８材料が鏡になる。基板の裏側上に鏡がある場合、ＬＥＤチップは、通常Ａｇペーストでダイ・ボンディングされる。
【００６２】
図３は、通常のフリップチップパッケージングの形式を示す。
【００６３】
ＬＥＤパッケージ２００と同様のＬＥＤパッケージ３００が示されている。しかしながら、ＬＥＤパッケージ３００では、チップ２１２は、通常はインジウムであるが、ＬＥＤ２１２と整合性のよい任意の電導性材料であってもよい電導性のバンプ３０２を用いてフリップチップ方式でリード・フレーム２１４に搭載されている。ここで、光３０４は鏡の表面２０８から反射され、光３０６になり、そこで、反射される光３００の角度が、パッケージ３００と空気またはパッケージ３００の外側と接触している他の材料との界面で臨界角よりも小さい場合には、光はパッケージ３００を出ることが出来る。
【００６４】
図４は、本発明で従来のＬＥＤチップを用いる場合を示す。
【００６５】
図４では、本発明によるエポキシの成形物１０４は示されていない。球形の成形物１０４は、通常は、光取り出し効率を増大させるために従来のＬＥＤチップ１０２を用いて図１に示すように取り付けられる。ＬＥＤチップによって放出される光が、エポキシ成形物と空気との界面を直角または法線方向の角度で入り、光がプラスチックを離れて確実に空気中に入ることが出来るように、球形成形物の直径は、ＬＥＤチップ１０２のサイズよりもはるかに大きくするべきである。レンズと空気との界面を臨界角未満の角度で入る光は全て空気中に逃げ出すが、ＬＥＤデバイス全体に亘ってこの角度を一様にするために、球形が選ばれる。しかしながら、レンズと空気との間の表面形状が臨界角以下である任意の形状により、光を逃がすことが出来るため、本発明に従うものである。
【００６６】
基板４０２、活性層４０４、および表面層４０６を持つＬＥＤチップ４００が示されている。チップ４００の全体構造を示すために、更なる層４０８、４１０、および４１２も示されている。本発明の表面層４０６は、平坦な表面ではない。表面層４０６は、表面４１４に入射した光４１６が取り囲む媒質中へ逃げ出すことが出来るように、繊維模様の付いた、またはパターン化された、または他の方法で粗面化された上表面４１４を有する。取り囲む媒質は、多くの場合成形物１００であるが、本発明の技術範囲から逸脱することなしに他の材料であってもよい。成形物１００の臨界角は、任意の垂直、またはほぼ垂直の光がパッケージ１００から逃げ出すことが出来るようになっているので、光４１６の方向は、それぞれ図２および３に示したパッケージ２００および３００におけるほどにはそれほど重要ではない。
【００６７】
更に、光４１８は、基板４０２、または層４１０〜４１２から反射することができるので、光４１８は、チップ４００から逃げ出す条件を持つ光４２０になる。
【００６８】
図５Ａおよび５Ｂは、本発明のＬＥＤの一実施形態を示す。
【００６９】
放出される光５０２と活性層５０４とを持つＬＥＤ５００が示されている。リード・フレーム５０６と電極５０８はガラス板５１０を支えるように示されている。
【００７０】
図５では、サファイヤ基板上に成長したＬＥＤ構造５００を示す。次に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層５１２が、ｐ型ＧａＮ層５１４上に成膜される。次に、ＩＴＯ層５１６がガラス板５１０上に被覆され、接着剤としてのエポキシを用いて、成膜されたＩＴＯ層５１２に取り付けられる。ガラス板５１０の他方の側５１８は、サンド・ブラストまたはエッチングのような他の粗面化技術によって粗面化、パターン化または非平坦な形状にされる。次に、サファイヤ基板が、レーザ剥離技術によって取り除かれる。次に、ＫＯＨまたはＨＣＬのようなエッチング溶液を用いて窒素面（Ｎ面）ＧａＮ５２０がエッチングされる。次に、円錐形の表面５２２が、窒素面ＧａＮ５２０上に形成される。次に、ＬＥＤチップ５００が、リード・フレーム５０６上に置かれる。リード・フレームは、ＬＥＤチップ５００によって発生した熱を取り除く働きをする。ワイヤ・ボンディング５２４および５２６が、ＬＥＤチップのボンディング・パッド５２８および５３０とリード・フレーム５０６と電極５０８の間に施され、電流がリード・フレーム５０６を通って流れることが出来るようになる。ＬＥＤチップ５００の前側と裏側には意図的に設けた鏡はない。リード・フレーム５０６はＬＥＤチップ５００の端部の周りで支持体として働き、チップ５００の下面全体を支えるわけではないので、リード・フレーム５０６は、図に示すように、ＬＥＤチップの裏側から光を効率よく取り出すように設計される。このように、ＬＥＤ光５３２は、放出される光５０２として両側へ効率よく取り出される。ｎ−ＧａＮのボンディング・パッドの下のオーミック電極は、簡単化のために示されていない。次に、ＬＥＤチップ５００は、プラスチック、エポキシ、またはガラスで出来た球形成形物１００で成型される。この成形物は、レンズとして働き、放出される光５３２がＬＥＤから逃げて空気中に入るのを助ける役目をする。
【００７１】
図６は、本発明の一実施形態の更なる詳細を示す。図７は、本発明の別の実施形態の詳細を示す。
【００７２】
図６および７では、図５に示すようなガラス層５１０に代わって、厚いエポキシ６００ が用いられる。電気的な接触を取るために、エポキシ６００は部分的に除去され、ＩＴＯまたは細いストライプのＡｕ層６０２が、エポキシ６００および穴６０４上に成膜される。ＬＥＤの動作は、図５に関して記述されたＬＥＤと同様であるが、更なる光が活性層５０２の裏側から放出できるように、活性層５０４の反対側にある層５１４がここでは粗面であることが異なる。
【００７３】
図５〜７では、サファイヤ基板の代わりにＧａＮ基板が用いられた場合、レーザ剥離ステップが不要になるため、ガラスおよび厚いエポキシのサブ・マウントも不要になる。ＧａＮ基板上へのＬＥＤ構造の成長後は、ＩＴＯがｐ型ＧａＮ上に成膜され、ＧａＮ基板の裏側（通常は窒素面ＧａＮ）がＫＯＨおよびＨＣＬのようなエッチング溶液でエッチングされる。次に、円錐形の表面が窒素面ＧａＮ上に形成される。製造および動作ステップの残りの部分は、図５に関して記述したＬＥＤと同様である。
【００７４】
また、ＩＴＯ層、例えば層５１２、５１６などの表面が粗面のときは、ＩＴＯ層５１２、５１６を通しての光取り出しが増加する。ｐ型ＧａＮ層５１４上に成膜されたＩＴＯ層５１２がなくても、表面７００のようなｐ型ＧａＮ５１４の表面の粗面化は、ｐ型ＧａＮ ５１４を通しての光取り出しを増加させるために有効である。ｎ型ＧａＮ層５２０のためのオーミック電極を作るために、窒素面ＧａＮ層５２０の表面粗面化の後に、ＩＴＯまたはＺｎＯが用いられるのが通常である。ＩＴＯおよびＺｎＯは、ＧａＮと同様の屈折率を持つので、ＩＴＯ（ＺｎＯ）とＧａＮとの間の界面での光反射は最小になる。
【００７５】
図８〜１５は、本発明による球形のＬＥＤの実施形態を示す。
【００７６】
図８Ａでは、図５のＬＥＤチップは、エポキシまたはガラス８００で球形に成形されている。この場合、球形のレンズ８００の直径に比べてＬＥＤチップ５００は小さな点光源であるので、光５３２は球形の成形物８００を通して空気へ有効に取り出される。更に、蛍光剤層８０２が、レンズ成形物８００の外側表面近くに配置または成膜される。この場合、ＬＥＤ光５３２の蛍光剤層８０２による後方散乱が小さいために、ＬＥＤ光５３２の再吸収が少ないので、青色光の白色光への変換効率は増大する。また、成形物８００または蛍光剤層８０２の表面が粗面の場合は、成形物８００および／または蛍光剤８０２から空気への光取り出しは増加する。図８Ｂは、チップ５００がフレーム５０６上に搭載され、光５３２は、また、ＬＥＤ５００からチップ５００の裏側の表面５１８を経て放出されることを示す。
【００７７】
図９では、ＩＴＯまたはＺｎＯを通しての光取り出しを改良するために、図６〜７のＬＥＤチップ内のＩＴＯまたはＺｎＯは、表面７００のように粗面化される。このとき、エポキシ９００はサブ・マウントになる。
【００７８】
図１０では、ＩＴＯまたはＺｎＯを成膜する前に、一様な電流がｐ型ＧａＮ層５１２を通して流れることが出来るように電流拡散層（ＳｉＯ２、ＳｉＮ、透明な絶縁性材料）１０００が成膜される。電極１００２が接続フレーム５０６に備えられる。
【００７９】
図１１では、ＬＥＤパッケージ５００の特定の側により多くの光を向けるために、鏡１１００が、球形の成形物８００の外部に置かれる。ＬＥＤチップ５００の活性層５０２による光の再吸収を回避し、または最小にするために、鏡１１００の形状は、通常は、任意の反射光がＬＥＤチップ５００から離れる方向に向くように設計される。
【００８０】
図１２では、ＧａＮとサファイヤ基板１２０２との界面を通しての光取り出し効率を改善するために、平坦なサファイヤ基板またはパターン化されたサファイヤ基板（ＰＳＳ）１２０２上に成長したＬＥＤ構造１２００が示されている。サファイヤ基板１２０２から空気またはエポキシまたはガラスへの光取り出しを増大させるために、サファイヤ基板１２０２の裏側も粗面化されている。通常は、粗面の好ましい形状は円錐形の表面であるが、本発明によれば、他の表面形状を用いてもよい。次に、ＩＴＯまたはＺｎＯ層１２０４が、ｐ型ＧａＮ１２０６上に成膜される。次に、ＩＴＯまたはＺｎＯ上にボンディング・パッドが形成され、また、ｎ型ＧａＮ１２０８が選択的にエッチングされた後で、ｎ型ＧａＮ１２０８上にオーミック電極／ボンディング・パッドが形成される。次に、ＬＥＤチップ１２００は、成型されてほぼ球形のレンズ１２１０が作られる。
【００８１】
図１３では、エポキシ成形物１２１０を通しての光取り出し効率を増大させるために、エポキシ成形物１２１０の表面１３００は粗面になっている。本発明の範囲を逸脱することなしに、同様な粗面化技術が、成形物１２１０として用いられるガラスまたは他の透明な材料に対しても適用できる。
【００８２】
図１４では、蛍光剤層１４００が、レンズのエポキシ成形物１２１０の上表面の近くに成膜または配置される。これは、蛍光剤層１４００がＬＥＤチップ５００から比較的遠距離に置かれるようにして、蛍光剤１４００によるＬＥＤチップ５００への後方散乱を少なくしてＬＥＤ光５３２の再吸収を少なくすることによって、青色光から白色光への変換効率の増加を可能にする。蛍光剤層１４００を通しての光取り出し効率を改善するために、蛍光剤層１４００の表面１４０２は粗面でもよい。
【００８３】
図１５では、リード・フレーム５０６が用いられ、ＬＥＤチップは、ダイ・ボンディング材料として透明なエポキシ１５０２を用いて、ガラス、石英、サファイヤ、ダイヤモンド、または他の透明な材料のような透明な板１５００上に置かれる。透明なガラス板１５００は、ＬＥＤ光をエポキシ成形物１２１０へより効率的に取り出すために用いられる。
【００８４】
図１６は、本発明を含む色々な光源の相対効率を示す。
【００８５】
図１６では、表１６００は、本発明の球形のＬＥＤを他のＬＥＤパッケージおよびＬＥＤタイプと比較していて、異なる形状の成形物を持つ他のＬＥＤのタイプと比べて、最高の出力と効率が、本発明の球形のＬＥＤ５００によって達成されていることがわかる。ＬＥＤ５００が図１６に示されているが、図５〜１５に記した本発明の任意の球形のＬＥＤを用いて同様のパッケージが示される。
【００８６】
利点および改良点
本発明は、球形であることを特徴とする成形物の内部反射を最小化することによる高効率のＬＥＤを記述している。ＬＥＤが点光源であると近似できるようにエポキシとＬＥＤとをパッケージングすることによって、ＬＥＤからの光ビームの全ての方向が、結局は、球形のレンズ成形物の表面に垂直になるように向く。
【００８７】
また、ＬＥＤ構造をＬＥＤチップに取り付けるために意図的に作製する鏡（リード・フレーム上に被覆された鏡も意図的に作製する鏡に含まれる) を持たない構造とすることによって、ＬＥＤ光の再吸収が最小化され、光取り出し効率は劇的に増大する。これにより、ＬＥＤの光出力もまた劇的に増大する。
【００８８】
透明な酸化物電極と、表面が粗面である窒化物ＬＥＤと、成形されたレンズとを結合することにより光取り出し効率はさらに増加する。
【００８９】
参考文献
次の参考文献は参照により本明細書に組み込まれる。
【００９０】
１． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６，７３７−３９ （１９９０）
２． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６４，２８３９−４１（１９９４）
３． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８１，３１５２−５４（２００２）
４． Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４３，Ｌ１２７５−７７（２００４）
５． Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓｉｃｓ，４５，Ｎｏ．４１，Ｌ１０８４−Ｌ１０８６（２００６）
６． Ｆｕｊｉｉ Ｔ，Ｇａｏ Ｙ，Ｓｈａｒｍａ Ｒ，Ｈｕ ＥＬ， ＤｅｎＢａａｒｓ ＳＰ，Ｎａｋａｍｕｒａ Ｓ．Ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＧａＮ−ｂａｓｅｄ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｖｉａ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｅｎｉｎｇ．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．８４，ｎｏ．６，９ Ｆｅｂ．２００４，ｐｐ．８５５−７．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ：ＡＩＰ，ＵＳＡ
結論
本発明は、発光ダイオードを記述している。本発明によるＬＥＤは、少なくとも第１の発光波長で光を放出するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを取り囲むパッケージを備え、該パッケージはほぼ球形であることを特徴とする。
【００９１】
このようなＬＥＤは、更に任意で、パッケージのほぼ中心に位置するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの発光波長で透明な材料から作られているパッケージと、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含むグループの中から選ばれた材料から作られている該ＬＥＤのｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層上に置かれた透明な導電体層と、該透明な導電体層の粗面化された表面と、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、および他の絶縁性材料を含むグループの中から選択された材料で作られ、透明な導電体層の前に成膜される電流拡散層と、複数の側面から光を放出するＬＥＤチップであって、裏側が粗面であるサファイヤ基板上に作製されるＬＥＤチップの、少なくとも１つの粗面化された表面と、該ＬＥＤチップは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ａｓ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＡｓＰＮＳｂ材料系、ＺｎＧｅＮ２材料系、およびＺｎＳｎＧｅＮ２材料系を含むグループの中から選択された材料で作られていて、ＬＥＤチップの反対方向から光の放出を可能にするリード・フレームに取り付けられていることを特徴とするＬＥＤチップから遠くに位置し、パッケージと結合する蛍光剤層と、および該ＬＥＤチップに光学的に結合した鏡であって、該ＬＥＤチップの一側面から放出された光が反射されて該ＬＥＤチップの他の側面から放出された光とほぼ方向が合うになることを特徴とする鏡とを備える。
【００９２】
本発明による他のＬＥＤは、活性層と、第１の方向へ光を放出するための繊維模様のついた表面層と、および繊維模様のついた表面層の反対側であって、第１の方向とはほぼ反対の第２の方向へ光を放出するための第２の表面層とを含むIII族窒化物ベースの発光源と、該III族窒化物ベースの発光源を取り囲む封止材料を備え、封止材料はほぼ球形であり、封止材料の直径は該III族窒化物ベースの発光源の幅よりもはるかに大きいことを特徴とする。
【００９３】
このようなＬＥＤは、更に任意で、繊維模様のついた第２の表面層と、封止材料に結合した蛍光剤層であって、該ＬＥＤから放出された光が蛍光剤を励起することを特徴とする蛍光剤層と、活性層に結合した透明な導電性層であって、活性層は、該透明な導電性層を通して光を放出し、該透明な導電性層は、酸化インジウム錫と酸化亜鉛を含むグループの中から選ばれた材料で作られている透明な導電性層とを備える。
【００９４】
これで本発明の好ましい実施形態の記述を終了する。本発明の一つ以上の実施形態に関するこれまでの記述は、例示と記載のために示された。開示の形態そのものによって本発明を包括または限定することを意図するものでもない。上記の教示に照らして、多くの変更と変形が可能である。本発明の範囲はこの詳細な説明によってではなくて、本明細書に添付の請求項と請求項の全ての範囲の等価物によって制限されるものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明による球形ＬＥＤを示す図である。
【図２】従来のＬＥＤパッケージを示す図である。
【図３】フリップチップＬＥＤを有する従来のＬＥＤパッケージを示す図である。
【図４】本発明と一緒に従来のＬＥＤチップを用いる様子を示す図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、本発明のＬＥＤの一実施形態を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の更なる詳細を示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態の詳細を示す図である。
【図８】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図９】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１０】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１１】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１２】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１３】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１４】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１５】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１６】本発明を含む色々な光源の相対的な効率を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて、本発明の譲受人に譲渡された同時係属中の、スティーブン・Ｐ．デンバース（Ｓｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ）らによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２５号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「光取り出し効率の高い球形ＬＥＤ（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＳＰＨＥＲＥ ＬＥＤ）」の優先権を主張し、該出願を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本出願は、本発明の譲受人に譲渡された以下の同時係属中の出願に関する。
【０００３】
テツオ・フジイ（Ｔｅｔｓｕｏ Ｆｕｊｉｉ）、ヤン・ガオ（Ｙａｎ Ｇａｏ）、イーブリン・Ｌ．フー（Ｅｖｅｌｙｎ Ｌ．Ｈｕ）、およびシュウジ・ナカムラ（Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ)による、米国特許出願第１０／５８１，９４０号、出願日２００６年６月７日、発明の名称「表面粗化による高効率窒化ガリウムベース発光ダイオード（ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ）」、代理人整理番号３０７９４．１０８−ＵＳ−ＷＯ（２００４−０６３）。該出願は米国特許法第３６５条（ｃ）項に基づいて次の出願の優先権を主張する。
【０００４】
テツオ・フジイ、ヤン・ガオ、イーブリン・Ｌ．フー、およびシュウジ・ナカムラによる、ＰＣＴ特許出願第ＵＳ２００３／０３９２１号、出願日２００３年１２月９日、発明の名称「表面粗化による高効率窒化ガリウムベース発光ダイオード（ＨＩＧＨＬＹ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＧＡＬＬＩＵＭ ＮＩＴＲＩＤＥ ＢＡＳＥＤ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥＳ ＶＩＡ ＳＵＲＦＡＣＥ ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ）」、代理人整理番号３０７９４．１０８−ＷＯ−０１（２００４−０６３）。
【０００５】
ラジャット・シャーマ（Ｒａｊａｔ Ｓｈａｒｍａ）、Ｐ．モルガン・パチソン（Ｐ．Ｍｏｒｇａｎ Ｐａｔｔｉｓｏｎ）、ジョン・Ｆ．ケディング（Ｊｏｈｎ Ｆ．Ｋａｅｄｉｎｇ）、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許出願第１１／０５４，２７１号、 出願日２００５年２月９日、発明の名称「半導体発光デバイス（ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥ）」、 代理人整理番号３０７９４．１１２−ＵＳ−０１（２００４−２０８）。
【０００６】
村井 章彦（Ａｋｉｈｉｋｏ Ｍｕｒａｉ）、リー・マッカーシー（Ｌｅｅ ＭｃＣａｒｔｈｙ）、ウメシュ・Ｋ．ミシュラ（Ｕｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ）、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第１１／１７５，７６１号、出願日２００５年７月６日、発明の名称「オプトエレクトロニクス応用のための（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）ＮおよびＺｎの（Ｓ，Ｓｅ）のウェハボンディング方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ ａｎｄ Ｚｎ（Ｓ，Ｓｅ） ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１１６−ＵＳ−Ｕｌ（２００４−４５５）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【０００７】
村井 章彦、リー・マッカーシー、ウメシュ・Ｋ．ミシュラ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／５８５，６７３号、出願日２００４年７月６日、発明の名称「オプトエレクトロニクス応用のための（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）ＮおよびＺｎ（Ｓ，Ｓｅ）のウェハボンディングの方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ ａｎｄ Ｚｎ（Ｓ，Ｓｅ） ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１１６−ＵＳ−Ｐ１（２００４−４５５−１）。
【０００８】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ（Ｃｌａｕｄｅ Ｃ．Ａ．Ｗｅｉｓｂｕｃｈ）、オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド（Ａｕｒｅｌｉｅｎ Ｊ．Ｆ．Ｄａｖｉｄ）、ジェームス・Ｓ．スペック（Ｊａｍｅｓ Ｓ．Ｓｐｅｃｋ）、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第１１／０６７，９５７号、出願日２００５年２月２８日、発明の名称「パターン化された基板上の成長による、水平放出、垂直放出、ビーム成形、分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ（ＨＯＲＩＺＯＮＴＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＶＥＲＩＴＣＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＢＥＡＭ ＳＨＡＰＥＤ，ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＦＥＥＤＢＡＣＫ（ＤＦＢ） ＬＡＳＥＲＳ ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ）」、代理人整理番号３０７９４．１２１−ＵＳ−０１（２００５−１４４−１）。
【０００９】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、ジェームス・Ｓ．スペック、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第１１／９２３，４１４号、出願日２００７年１０月２４日、発明の名称「パターン化された基板上の成長による、単一および多色高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＳＩＮＧＬＥ ＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＲ ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ）」、代理人整理番号３０７９４．１２２−ＵＳ−Ｃ１（２００５−１４５−２）。該出願は次の出願の継続出願である。
【００１０】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、ジェームス・Ｓ．スペック、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許第７，２９１，８６４号、発行日２００７年１１月６日、発明の名称「パターン化された基板上の成長による、単一および多色高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＳＩＮＧＬＥ ＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＲ ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ）」、代理人整理番号３０７９４．１２２−ＵＳ−０１（２００５−１４５−１）。
【００１１】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第１１／０６７，９５６号、出願日２００５年２月２８日、発明の名称「最適化されたフォトニック結晶引き出し器を有する高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ （ＬＥＤ） ＷＩＴＨ ＯＰＴＩＭＩＺＥＤ ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＣＲＹＳＴＡＬ ＥＸＴＲＡＣＴＯＲ）」、代理人整理番号３０７９４．１２６−ＵＳ−０１（２００５−１９８−１）。
【００１２】
ジェームス・Ｓ．スペック、トロイ・Ｊ．ベーカー（Ｔｒｏｙ Ｊ．Ｂａｋｅｒ）、およびベンジャミン・Ａ．ハスケル（Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ）による、米国特許出願第１１／４０３，６２４号、出願日２００６年４月１３日、発明の名称「自立（ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎウェーハ製作のためのウェーハ分離技術（ＷＡＦＥＲ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＦＲＥＥ−ＳＴＡＮＤＩＮＧ （ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ ＷＡＦＥＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１３１−ＵＳ−Ｕ１（２００５−４８２−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００１３】
ジェームス・Ｓ．スペック、トロイ・Ｊ．ベーカー、およびベンジャミン・Ａ．ハスケルによる、米国特許仮出願第６０／６７０，８１０号、出願日２００５年４月１３日、発明の名称「自立（ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎウェーハ製作のためのウェーハ分離技術（ＷＡＦＥＲ ＳＥＰＡＲＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＦＲＥＥ−ＳＴＡＮＤＩＮＧ （ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ ＷＡＦＥＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１３１−ＵＳ−Ｐ１（２００５−４８２−１）。
【００１４】
ジェームス・Ｓ．スペック、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、Ｐ．モルガン・パチソン、およびトロイ・Ｊ．ベーカーによる、米国特許出願第１１／４０３，２８８号、出願日２００６年４月１３日、発明の名称「（ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ薄層を作製するためのエッチング技術（ＥＴＣＨＩＮＧ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＴＨＩＮ （ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ ＬＡＹＥＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１３２−ＵＳ−Ｕ１（２００５−５０９−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００１５】
ジェームス・Ｓ．スペック、ベンジャミン・Ａ．ハスケル、Ｐ．モルガン・パチソン、およびトロイ・Ｊ．ベーカーによる、米国特許仮出願第６０／６７０、７９０号、出願日２００５年４月１３日、発明の名称「（ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ薄層を作製するためのエッチング技術（ＥＴＣＨＩＮＧ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲ ＴＨＥ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＯＦ ＴＨＩＮ （ＡＬ，ＩＮ，ＧＡ）Ｎ ＬＡＹＥＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１３２−ＵＳ−Ｐ１（２００５−５０９−１）。
【００１６】
村井 章彦、クリスティーナ・イェ・チェン（Ｃｈｒｉｓｔｉｎａ Ｙｅ Ｃｈｅｎ）、ダニエル・Ｂ．トンプソン（Ｄａｎｉｅｌ Ｂ．Ｔｈｏｍｐｓｏｎ）、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる、米国特許出願第１１／４５４，６９１号、出願日２００６年６月１６日、発明の名称「光電子応用のための（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮおよびＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ ＡＮＤ ＺｎＯ ＤＩＲＥＣＴ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＩＴＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｕ１（２００５−５３６−４）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００１７】
村井 章彦、クリスティーナ・イェ・チェン、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる、米国特許仮出願第６０／６９１，７１０号、出願日２００５年６月１７日、発明の名称「光電子応用のための（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮおよびＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ ＡＮＤ ＺｎＯ ＤＩＲＥＣＴ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＩＴＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｐ１（２００５−５３６−１）。
【００１８】
村井 章彦、クリスティーナ・イェ・チェン、ダニエル・Ｂ．トンプソン、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる、米国特許仮出願第６０／７３２，３１９号、出願日２００５年１１月１日、発明の名称「光電子応用のための（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮおよびＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ ＡＮＤ ＺｎＯ ＤＩＲＥＣＴ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＩＴＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｐ２（２００５−５３６−２）、および、
村井 章彦、クリスティーナ・イェ・チェン、ダニエル・Ｂ．トンプソン、リー・Ｓ．マッカーシー、スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびウメシュ・Ｋ．ミシュラによる、米国特許仮出願第６０／７６４，８８１号、出願日２００６年２月３日、発明の名称「光電子応用のための（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮおよびＺｎＯの直接ウェーハ・ボンディング構造とその作製方法（（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ ＡＮＤ ＺｎＯ ＤＩＲＥＣＴ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＦＯＲ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ ＡＮＤ ＩＴＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ ＭＥＴＨＯＤ）」、代理人整理番号３０７９４．１３４−ＵＳ−Ｐ３（２００５−５３６−３）。
【００１９】
フレデリック・Ｓ．ダイアナ（Ｆｒｅｄｅｒｉｃ Ｓ．Ｄｉａｎａ）、オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、ピエール・Ｍ．ペトロフ（Ｐｉｅｒｒｅ Ｍ．Ｐｅｔｒｏｆｆ）、およびクロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュによる、米国特許出願第１１／２５１，３６５号、出願日２００５年１０月１４日、発明の名称「多色発光デバイスの効率的な光取り出しと変換のためのフォトニック構造（ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ ＦＯＲ ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＡＮＤ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＩＮ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＥＶＩＣＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１４２−ＵＳ−０１（２００５−５３４−１）。
【００２０】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュおよびシュウジ・ナカムラによる、米国特許出願第１１／６３３，１４８号、出願日２００６年１２月４日、発明の名称「多数回のオーバーグロース法でパターン化された基板上への成長により作製された改良型の水平放出、垂直放出、ビーム成型形、分布帰還（ＤＦＢ）レーザ（ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＨＯＲＩＺＯＮＴＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＶＥＲＴＩＣＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＢＥＡＭ ＳＨＡＰＥＤ，ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＦＥＥＤＢＡＣＫ（ＤＦＢ） ＬＡＳＥＲＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥＤ ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＯＶＥＲＧＲＯＷＴＨ）」、代理人整理番号３０７９４．１４３−ＵＳ−Ｕ１（２００５−７２１−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２１】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュおよびシュウジ・ナカムラによる、米国特許仮出願第６０／７４１，９３５号、出願日２００５年１２月２日、発明の名称「多数回のオーバーグロース法でパターン化された基板上への成長により作製された改良型の水平放出、垂直放出、ビーム成型形、分布帰還（ＤＦＢ）レーザ（ＩＭＰＲＯＶＥＤ ＨＯＲＩＺＯＮＴＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＶＥＲＴＩＣＡＬ ＥＭＩＴＴＩＮＧ，ＢＥＡＭ ＳＨＡＰＥＤ，ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＥＤ ＦＥＥＤＢＡＣＫ（ＤＦＢ） ＬＡＳＥＲＳ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥＤ ＢＹ ＧＲＯＷＴＨ ＯＶＥＲ Ａ ＰＡＴＴＥＲＮＥＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＯＶＥＲＧＲＯＷＴＨ）」、代理人整理番号３０７９４．１４３−ＵＳ−Ｐ１（２００５−７２１−１）。
【００２２】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、増井 久志（Ｈｉｓａｓｈｉ Ｍａｓｕｉ）、ナタリー・Ｎ．フェローズ（Ｎａｔａｌｉｅ Ｎ．Ｆｅｌｌｏｗｓ）、および村井 章彦による、米国特許出願第１１／５９３，２６８号、出願日２００６年１１月６日、発明の名称「光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６１−ＵＳ−Ｕ１（２００６−２７１−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２３】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、増井 久志、ナタリー・Ｎ．フェローズ、および村井 章彦による、米国特許仮出願第６０／７３４，０４０号、出願日２００５年１１月４日、発明の名称 「光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６１−ＵＳ−Ｐ１（２００６−２７１−１）。
【００２４】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許出願第１１／６０８，４３９号、出願日２００６年１２月８日、発明の名称「高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６４−ＵＳ−Ｕ１（２００６−３１８−３）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２５】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許仮出願第６０／７４８，４８０号、出願日２００５年１２月８日、発明の名称「高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６４−ＵＳ−Ｐ１（２００６−３１８−１）、および、
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許仮出願第６０／７６４，９７５号、出願日２００６年２月３日、発明の名称「高効率発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ））」、代理人整理番号３０７９４．１６４−ＵＳ−Ｐ２（２００６−３１８−２）。
【００２６】
ホン・ゾーン（Ｈｏｎｇ Ｚｈｏｎｇ）、ジョン・Ｆ．ケディング（Ｊｏｈｎ Ｆ．Ｋａｅｄｉｎｇ）、ラジャット・シャーマ（Ｒａｊａｔ Ｓｈａｒｍａ）、ジェームス・Ｓ．スペック、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許出願第１１／６７６，９９９号、出願日２００７年２月２０日、発明の名称 「半極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ光電子デバイスの成長方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＤＥＶＩＣＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１７３−ＵＳ−Ｕ１（２００６−４２２−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２７】
ホン・ゾーン、ジョン・Ｆ．ケディング、ラジャット・シャーマ、ジェームス・Ｓ．スペック、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許仮出願第 ６０／７７４，４６７号、出願日２００６年２月１７日、発明の名称「半極性（Ａｌ，ｌｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ光電子デバイスの成長方法（ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＤＥＶＩＣＥＳ）」、代理人整理番号 ３０７９４．１７３−ＵＳ−Ｐ１（２００６−４２２−１）。
【００２８】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称 「複数の取り出し器を通した光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＴＨＲＯＵＧＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＥＸＴＲＡＣＴＯＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９１−ＵＳ−Ｕ１（２００７−０４７−３）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００２９】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０１４号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称 「複数の取り出し器を通した光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＴＨＲＯＵＧＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＥＸＴＲＡＣＴＯＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９１−ＵＳ−Ｐ１（２００７−０４７−１）、および
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／８８３，９７７号、出願日２００７年１月８日、発明の名称「複数の取り出し器を通した光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＴＨＲＯＵＧＨ ＭＵＬＴＩＰＬＥ ＥＸＴＲＡＣＴＯＲＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９１−ＵＳ−Ｐ２（２００７−０４７−２）。
【００３０】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、ジェームス・Ｓ．スペック、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「屈折率整合構造による高効率、白色、単一または多色ＬＥＤ（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＷＨＩＴＥ，ＳＩＮＧＬＥ ＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＵＲ ＬＥＤ ＢＹ ＩＮＤＥＸ ＭＡＴＣＨＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９６−ＵＳ−Ｕ１（２００７−１１４−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３１】
クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、ジェームス・Ｓ．スペック、およびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２６号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「屈折率整合構造による高効率、白色、単一または多色ＬＥＤ（ＨＩＧＨ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＷＨＩＴＥ，ＳＩＮＧＬＥ ＯＲ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＵＲ ＬＥＤ ＢＹ ＩＮＤＥＸ ＭＡＴＣＨＩＮＧ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１１４−１）。
【００３２】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびステーシア・ケラー（Ｓｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒ）による、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日は本出願と同日、発明の名称「構造化材料中に発光体を有する光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＷＩＴＨ ＥＭＩＴＴＥＲＳ ＷＩＴＨＩＮ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９７−ＵＳ−Ｕ１（２００７−１１３−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３３】
オーレリアン・Ｊ．Ｆ．デーヴィッド、クロード・Ｃ．Ａ．ワイズバッシュ、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびステーシア・ケラーによる、米国特許仮出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日は本出願と同日、発明の名称「構造化材料中に発光体を有する光取り出し効率の高い発光ダイオード（ＬＥＤ）（ＨＩＧＨ ＬＩＧＨＴ ＥＸＴＲＡＣＴＩＯＮ ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ（ＬＥＤ） ＷＩＴＨ ＥＭＩＴＴＥＲＳ ＷＩＴＨＩＮ ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ）」、代理人整理番号３０７９４．１９７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１１３−１）。
【００３４】
イーブリン・Ｌ．フー、シュウジ・ナカムラ、ヨン・ショク・チョイ（Ｙｏｎｇ Ｓｅｏｋ Ｃｈｏｉ）、ラジャット・シャーマ、およびチョーフー・ワン（Ｃｈｉｏｕ−Ｆｕ Ｗａｎｇ）による、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「光電気化学的（ＰＥＣ）エッチングにより製作された空気ギャップ付きＩＩＩ族窒化物デバイスの構造的完全性のためのイオンビーム処理（ＩＯＮ ＢＥＡＭ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＦＯＲ ＴＨＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＩＮＴＥＧＲＩＴＹ ＯＦ ＡＩＲ−ＧＡＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＰＲＯＤＵＣＥＤ ＢＹ ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ（ＰＥＣ） ＥＴＣＨＩＮＧ）」、代理人整理番号３０７９４．２０１−ＵＳ−Ｕｌ（２００７−１６１−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３５】
イーブリン・Ｌ．フー、シュウジ・ナカムラ、ヨン・ショク・チョイ、ラジャット・シャーマ、およびチョーフー・ワンによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２７号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「光電気化学的（ＰＥＣ）エッチングにより製作された空気ギャップ付きＩＩＩ族窒化物デバイスの構造的完全性のためのイオンビーム処理（ＩＯＮ ＢＥＡＭ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ ＦＯＲ ＴＨＥ ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬ ＩＮＴＥＧＲＩＴＹ ＯＦ ＡＩＲ−ＧＡＰ ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ ＤＥＶＩＣＥＳ ＰＲＯＤＵＣＥＤ ＢＹ ＰＨＯＴＯＥＬＥＣＴＲＯＣＨＥＭＩＣＡＬ（ＰＥＣ） ＥＴＣＨＩＮＧ）」、代理人整理番号３０７９４．２０１−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１６１−１）。
【００３６】
ナタリー・Ｎ．フェローズ、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「繊維模様のついた蛍光剤変換層をもつ発光ダイオード（ＴＥＸＴＵＲＥＤ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＬＡＹＥＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ）」、代理人整理番号３０７９４．２０３−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２７０−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３７】
ナタリー・Ｎ．フェローズ、スティーブン・Ｐ．デンバース、およびシュウジ・ナカムラによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２４号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「繊維模様のついた蛍光剤変換層をもつ発光ダイオード（ＴＥＸＴＵＲＥＤ ＰＨＯＳＰＨＯＲ ＣＯＮＶＥＲＳＩＯＮ ＬＡＹＥＲ ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ）」、代理人整理番号３０７９４．２０３−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２７０−１）。
【００３８】
シュウジ・ナカムラおよびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「自立した透明な鏡なし（ＳＴＭＬ）の発光ダイオード(ＳＴＡＮＤＩＮＧ ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＭＩＲＲＯＲ−ＬＥＳＳ（ＳＴＭＬ） ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ)」、代理人整理番号３０７９４．２０５−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２７２−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００３９】
シュウジ・ナカムラおよびスティーブン・Ｐ．デンバースによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０１７号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「自立した透明な鏡なし（ＳＴＭＬ）の発光ダイオード(ＳＴＡＮＤＩＮＧ ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＭＩＲＲＯＲ−ＬＥＳＳ（ＳＴＭＬ） ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ)」、代理人整理番号３０７９４．２０５−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２７２−１）。
【００４０】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号、出願日２００７年１１月１５日、発明の名称「透明な鏡なし（ＴＭＬ）の発光ダイオード(ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＭＩＲＲＯＲ−ＬＥＳＳ（ＴＭＬ） ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ)」、代理人整理番号３０７９４．２０６−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２７３−２）。該出願は米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて次の出願の利益を主張する。
【００４１】
スティーブン・Ｐ．デンバース、シュウジ・ナカムラ、およびジェームス・Ｓ．スペックによる、米国特許仮出願第６０／８６６，０２３号、出願日２００６年１１月１５日、発明の名称「透明な鏡なし（ＴＭＬ）の発光ダイオード(ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＴ ＭＩＲＲＯＲ−ＬＥＳＳ（ＴＭＬ） ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ)」、 代理人整理番号３０７９４．２０６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２７３−１）。
これらの出願は全て参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【００４２】
１．本発明の技術分野
本発明は、光電子応用のためのＬＥＤの光取り出し及び高視感度効率を有する白色ＬＥＤに関する。より具体的には、本発明は、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＮのＬＥＤ、および放出される光を全方向で取り出すための球形のパッケージと結合した光取り出し構造に関する。全体的な効果は、卓越した視感度効率および高出力を持つデバイスを実現することである。
２．関連技術の説明
（注：本出願は、本明細書全体を通して示される多数の様々な刊行物を参照する。これらの様々な刊行物の一覧は、以下の「参考文献」の項に見出すことが出来る。これらの刊行物はそれぞれ、参照により本明細書に組み込まれる。）
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）では、ＬＥＤの前側について光出力を増加させるために、発光を、サファイヤ基板の裏側上の鏡によって反射させるか、または、ボンディング材料がその発光波長で透明な場合には、鏡被覆膜をリード・フレーム上に置いて反射させる。光子エネルギーはＡｌＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）の量子井戸のバンドギャップ・エネルギーとほとんど同じであるので、この反射光は発光層（活性層）によって再吸収される場合が多い。このように、ＬＥＤの効率または出力は、発光層によるＬＥＤ光の再吸収によって低減する。図２および３を参照のこと。ｐ型層の上側から、半透明な薄い金属、即ちＩＴＯまたはＺｎＯの透明電極が、光取り出し効率の改善のために用いられた。（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）、３４巻、ページＬ７９７〜９９（１９９５年）)、（ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（Ｊ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．）、４３巻、ページＬ１８０〜８２（２００４年）)。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００４３】
本発明は、ＬＥＤパッケージ内部のＬＥＤ光の内部反射を最小にし、ＬＥＤの発光層（即ち、活性層）によるＬＥＤ光の再吸収を最小にする。本発明は、さらに、光取り出し効率の高いＬＥＤチップと形状付の（繊維模様のついた）蛍光剤層とを組み合わせてデバイスの全視感度効率を増大させる。その結果、この結合構造は、ＬＥＤからより多くの光を取り出すことが出来る。
【００４４】
本発明は、通常はプラスチックで作られている球形に成型したパッケージを持つ成形物内部反射を最小化することによる高効率のＬＥＤを記述する。ＬＥＤは点光源であり、球形成形物のサイズは大きく、ＬＥＤ光ビームの全ての方向は、図１に示すように球形成形物の表面に垂直であるものと仮定する。このようにして、全ての光を球形のＬＥＤパッケージから取り出すことが出来る。
【００４５】
また、本発明は、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎと、多方向の光が球形のプラスチック光学素子に入り、引き続いて空気中に取り出される前に、それをチップの表面から取り出すことが出来る発光ダイオード（ＬＥＤ）を記述する。特に、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎおよび透明電極層（ＩＴＯまたはＺｎＯ）は、レンズに入る光の大部分が臨界角以内にあり、それ故に外に取り出される球形のレンズと組み合わされる。本発明は、ＬＥＤチップに鏡を意図的に取り付けることなく、ＬＥＤの発光層（即ち、活性層）によるＬＥＤ光の再吸収を最小にするために、鏡によるＬＥＤ光の内部反射を最小にすることを含む。ＬＥＤ光の内部反射を最小にするために、ＩＴＯまたはＺｎＯなどの透明電極、または、パターン化または非等方的エッチングによるＡｌＩｎＧａＮの表面粗面化を用いて、ＬＥＤからより多くの光を取り出す。本発明は、更に、光取り出し効率の高いＬＥＤチップと、成形された（繊維模様のついた）蛍光剤層とを結合して、デバイスの全視感度効率を増加させる。その結果、この結合構造は、ＬＥＤからより多くの光を取り出すことが出来る。
【００４６】
本発明によるＬＥＤは、少なくとも第１の発光波長で発光することを特徴とするＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを取り囲むほぼ球形のパッケージとを備える。
【００４７】
そのようなＬＥＤは更に、任意で、パッケージのほぼ中心に位置するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップの発光波長で透明な材料で作られている該パッケージと、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含むグループから選択された材料からなり、該ＬＥＤのｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層上に置かれた透明な導電体層と、表面が粗面化された透明な導電体層と、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、および他の絶縁性材料を含むグループから選択された材料からなり、該透明な導電体層よりも前に成膜される電流拡散層と、その少なくとも１つの表面が粗面化されており、該ＬＥＤチップの複数の側面から光を放出する該ＬＥＤチップであって、裏側が粗面化されているサファイヤ基板上に作製されている該ＬＥＤチップと、該パッケージに結合した蛍光剤層であって、該ＬＥＤチップから離れて置かれた蛍光剤層と、該ＬＥＤチップが取り付けられた、該ＬＥＤチップの反対方向からの光の放出を可能にするリード・フレームと、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ 材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ａｓ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＡｓＰＮＳｂ材料系、ＺｎＧｅＮ２材料系、およびＺｎＳｎＧｅＮ２材料系を含むグループから選択された材料からなる該ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップに光学的に結合する鏡であって、該ＬＥＤチップの１つの側面から放出された光が該ＬＥＤチップの別の側面から放出された光とほぼ方向が合うように反射されることを特徴とする鏡を備える。
【００４８】
本発明による別のＬＥＤは、活性層と、第１の方向での発光のための繊維模様のついた表面層と、第１の方向での発光とはほぼ反対側の第２の方向での発光のための、該繊維模様のついた表面層とは反対側の第２の表面層と、III族窒化物系の発光源を取り囲む封止材料とを備えたIII族窒化物系の発光源であって、該封止材料はほぼ球形であり、封止材料の直径は、III族窒化物系の発光源の幅よりも十分に大きい。
【００４９】
このようなＬＥＤは、任意に、繊維模様のついた第２の表面層と、封止材料に結合した蛍光剤層であって、ＬＥＤから放出された光が該蛍光剤を励起する蛍光剤層と、活性層に結合する透明な導電性の層であって、活性層が該透明な導電性の層を通して光を放出し、酸化インジウム錫および酸化亜鉛を含むグループから選択された材料で作られている透明な導電性の層とを更に備える。
【００５０】
次に、図面を参照し、対応する部分には一貫して同じ参照番号を付与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
好ましい実施形態の以下の記述では、本明細書の一部を形成し、本発明を実施することができる特定の実施形態を例示形式で示す添付図面を参照する。他の実施形態を用いてもよく、また、本発明の範囲から逸脱することなしに構造的な変化がなされてもよいことを理解されたい。
【００５２】
概要
本発明は、球形成形物により成形物内の内部反射を最小化する高効率のＬＥＤを記述する。ＬＥＤを点光源と見なし、球形成形物のサイズがＬＥＤチップに比べて大きい場合、ＬＥＤ光ビームの方向は、球形成形物の表面にほぼ垂直である。このとき、ＬＥＤから放出される光は全て、球形成形物から空気中へ取り出される。従来のＬＥＤでは、図２〜４に示すように、成形物の形状が球形ではないので、ＬＥＤ光の一部は、エポキシの成形物と空気との界面で屈折率の差によって反射される。成形物の形状不良のために光取り出し効率が悪くなるため、この反射によってＬＥＤの効率または出力が低減する。
【００５３】
本発明は、複数方向の光が球形のプラスチックの光学要素に入り、続いて空気中に取り出される前に、それらをチップの表面から取り出すことが出来る（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ発光ダイオード（ＬＥＤ）についても記述する。特に、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎおよび透明電極層（ＩＴＯまたはＺｎＯ）は、球形のレンズと組み合わされ、該球形のレンズはレンズに入る光の大部分が臨界角以内にあるために取り出されることを特徴とする。
【００５４】
本発明は、ＬＥＤチップに意図的に鏡を取り付けることなく、ＬＥＤからの発光の再吸収を最小化する高効率のＬＥＤを含む。従来のＬＥＤは、ＬＥＤ光を前方へ反射させることにより前方からの光放出を増加させるために高反射の鏡を用いている。図２〜４を参照のこと。しかしながら、この反射された光は、通常は、一部がＬＥＤの光放出層すなわち活性層によって再吸収されるため、ＬＥＤの効率または出力を低下させる。本発明は、プラスチックの封止体表面からの反射を低減し、ＩＴＯまたはＺｎＯの表面からの反射を低減し、表面をパターン化または非等方的にエッチングすることによって（微小円錐をつくり）ＧａＮからの反射を低減し、および、ＬＥＤチップに意図的に鏡を設けないことにより発光層（活性層）による光再吸収を最小化し、これによって前面と裏側の両側への活性層からの一様な光放出を可能にする。本発明は、さらに、光取り出し効率の高いＬＥＤチップと、成形された（繊維模様のついた)蛍光剤層とを結合し、デバイスの全視感度効率を増大させる。その結果、この結合構造は、ＬＥＤからより多くの光を取り出すことが出来る。
【００５５】
技術に関する説明
図１〜１６では、ＬＥＤ構造の詳細は必ずしも示されていない。発光層（通常はＡｌＩｎＧａＮのＭＱＷ）、ｐ型ＧａＮ、ｎ型ＧａＮ、および基板のみが示されている。通常のＬＥＤ構造では、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロッキング層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子などの他の層が存在する。光取り出し効率は、主にエピタキシャル・ウェーハの表面層または表面状態によって決まるので、ここで、最も大事な部分は、ＬＥＤチップの表面である。それゆえに、ＬＥＤチップのこれら動作部分のみを図に示す。
【００５６】
図１は、本発明による球形ＬＥＤを示す。
【００５７】
チップ１０２と成形物１０４とを有するＬＥＤ１００が示されている。ＬＥＤチップ１０２が、球形の成形物１０４の中心、または中心の近くに位置するときは、光１０６の方向が成形物１０４の表面１０８にほぼ垂直となるので、チップ１０２によって発生したＬＥＤ光１０６が全て成形物１０４から取り出される。この場合、ＬＥＤチップ１０２は、点光源のようになる。成形物１０４は、通常は、プラスチックまたはエポキシ製のレンズであるが、所望の場合はガラスまたは他の透明な材料で作ることができる。更に、図ではＤ＞＞Ｗと示されているように、成形物１０４の直径は、チップ１０２の幅よりもはるかに大きいのが通常である。ＬＥＤチップ１０２は点状であるか、または図１に示されるようにＤ＞＞Ｗである限りはどんなサイズのものでもよい。更に、ＬＥＤ光１０６は、ＬＥＤチップ１０２の活性層のドーピングに応じて、例えば、青色、黄色、赤色、白色、オレンジ色など、どの色のものでもよい。
【００５８】
図２は、従来のＬＥＤパッケージを示し、図３は、フリップチップＬＥＤを有する従来のＬＥＤパッケージを示す。
【００５９】
図２に示した従来のＬＥＤパッケージ２００では、エポキシ成形物２０２の形状は、一般に球形ではなくドーム型である。これゆえ、チップ２０６によって発生したＬＥＤ光２０４の一部は、エポキシ成形物２０２の内部の反射により、ドーム状のエポキシ成形物２０２から取り出されることはない。このようなドーム型の成型パッケージ２００では、光２０４の入射角は、エポキシと空気との間の界面での臨界角よりも大きい角度である場合が多く、このような光は、反射して成形物２０２内へ戻り、ＬＥＤ２０６の活性層によって再吸収されることがある。
【００６０】
また、従来のＬＥＤ２００では、ＬＥＤ２０６の前側に対する光２０４の出力を増大させるために、発光は、サファイヤ基板２１０の裏側の鏡２０８で反射される。前側に光を反射させるための他の技術としては、ボンディング材料が発光波長で透明な場合に、リード・フレーム上へ鏡のような被覆膜を設けることが挙げられる。光子エネルギーが、ＡｌＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）の量子井戸のバンドギャップ・エネルギーとほぼ等しいので、この反射される光もまた、発光層２０６（活性層）によって再吸収される。このように、ＬＥＤ２００の効率または出力は、発光層による再吸収によって低下する。
【００６１】
図２において、ＬＥＤチップ２１２は、サファイヤ基板２１０の裏側上に鏡を設けることなく、透明なエポキシでリード・フレーム２１４上にダイ・ボンディングされる。この場合、リード・フレーム２１４上の被覆膜２０８材料が鏡になる。基板の裏側上に鏡がある場合、ＬＥＤチップは、通常Ａｇペーストでダイ・ボンディングされる。
【００６２】
図３は、通常のフリップチップパッケージングの形式を示す。
【００６３】
ＬＥＤパッケージ２００と同様のＬＥＤパッケージ３００が示されている。しかしながら、ＬＥＤパッケージ３００では、チップ２１２は、通常はインジウムであるが、ＬＥＤ２１２と整合性のよい任意の電導性材料であってもよい電導性のバンプ３０２を用いてフリップチップ方式でリード・フレーム２１４に搭載されている。ここで、光３０４は鏡の表面２０８から反射され、光３０６になり、そこで、反射される光３００の角度が、パッケージ３００と空気またはパッケージ３００の外側と接触している他の材料との界面で臨界角よりも小さい場合には、光はパッケージ３００を出ることが出来る。
【００６４】
図４は、本発明で従来のＬＥＤチップを用いる場合を示す。
【００６５】
図４では、本発明によるエポキシの成形物１０４は示されていない。球形の成形物１０４は、通常は、光取り出し効率を増大させるために従来のＬＥＤチップ１０２を用いて図１に示すように取り付けられる。ＬＥＤチップによって放出される光が、エポキシ成形物と空気との界面を直角または法線方向の角度で入り、光がプラスチックを離れて確実に空気中に入ることが出来るように、球形成形物の直径は、ＬＥＤチップ１０２のサイズよりもはるかに大きくするべきである。レンズと空気との界面を臨界角未満の角度で入る光は全て空気中に逃げ出すが、ＬＥＤデバイス全体に亘ってこの角度を一様にするために、球形が選ばれる。しかしながら、レンズと空気との間の表面形状が臨界角以下である任意の形状により、光を逃がすことが出来るため、本発明に従うものである。
【００６６】
基板４０２、活性層４０４、および表面層４０６を持つＬＥＤチップ４００が示されている。チップ４００の全体構造を示すために、更なる層４０８、４１０、および４１２も示されている。本発明の表面層４０６は、平坦な表面ではない。表面層４０６は、表面４１４に入射した光４１６が取り囲む媒質中へ逃げ出すことが出来るように、繊維模様の付いた、またはパターン化された、または他の方法で粗面化された上表面４１４を有する。取り囲む媒質は、多くの場合成形物１００であるが、本発明の技術範囲から逸脱することなしに他の材料であってもよい。成形物１００の臨界角は、任意の垂直、またはほぼ垂直の光がパッケージ１００から逃げ出すことが出来るようになっているので、光４１６の方向は、それぞれ図２および３に示したパッケージ２００および３００におけるほどにはそれほど重要ではない。
【００６７】
更に、光４１８は、基板４０２、または層４１０〜４１２から反射することができるので、光４１８は、チップ４００から逃げ出す条件を持つ光４２０になる。
【００６８】
図５Ａおよび５Ｂは、本発明のＬＥＤの一実施形態を示す。
【００６９】
放出される光５０２と活性層５０４とを持つＬＥＤ５００が示されている。リード・フレーム５０６と電極５０８はガラス板５１０を支えるように示されている。
【００７０】
図５では、サファイヤ基板上に成長したＬＥＤ構造５００を示す。次に、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）層５１２が、ｐ型ＧａＮ層５１４上に成膜される。次に、ＩＴＯ層５１６がガラス板５１０上に被覆され、接着剤としてのエポキシを用いて、成膜されたＩＴＯ層５１２に取り付けられる。ガラス板５１０の他方の側５１８は、サンド・ブラストまたはエッチングのような他の粗面化技術によって粗面化、パターン化または非平坦な形状にされる。次に、サファイヤ基板が、レーザ剥離技術によって取り除かれる。次に、ＫＯＨまたはＨＣＬのようなエッチング溶液を用いて窒素面（Ｎ面）ＧａＮ５２０がエッチングされる。次に、円錐形の表面５２２が、窒素面ＧａＮ５２０上に形成される。次に、ＬＥＤチップ５００が、リード・フレーム５０６上に置かれる。リード・フレームは、ＬＥＤチップ５００によって発生した熱を取り除く働きをする。ワイヤ・ボンディング５２４および５２６が、ＬＥＤチップのボンディング・パッド５２８および５３０とリード・フレーム５０６と電極５０８の間に施され、電流がリード・フレーム５０６を通って流れることが出来るようになる。ＬＥＤチップ５００の前側と裏側には意図的に設けた鏡はない。リード・フレーム５０６はＬＥＤチップ５００の端部の周りで支持体として働き、チップ５００の下面全体を支えるわけではないので、リード・フレーム５０６は、図に示すように、ＬＥＤチップの裏側から光を効率よく取り出すように設計される。このように、ＬＥＤ光５３２は、放出される光５０２として両側へ効率よく取り出される。ｎ−ＧａＮのボンディング・パッドの下のオーミック電極は、簡単化のために示されていない。次に、ＬＥＤチップ５００は、プラスチック、エポキシ、またはガラスで出来た球形成形物１００で成型される。この成形物は、レンズとして働き、放出される光５３２がＬＥＤから逃げて空気中に入るのを助ける役目をする。
【００７１】
図６は、本発明の一実施形態の更なる詳細を示す。図７は、本発明の別の実施形態の詳細を示す。
【００７２】
図６および７では、図５に示すようなガラス層５１０に代わって、厚いエポキシ６００ が用いられる。電気的な接触を取るために、エポキシ６００は部分的に除去され、ＩＴＯまたは細いストライプのＡｕ層６０２が、エポキシ６００および穴６０４上に成膜される。ＬＥＤの動作は、図５に関して記述されたＬＥＤと同様であるが、更なる光が活性層５０２の裏側から放出できるように、活性層５０４の反対側にある層５１４がここでは粗面であることが異なる。
【００７３】
図５〜７では、サファイヤ基板の代わりにＧａＮ基板が用いられた場合、レーザ剥離ステップが不要になるため、ガラスおよび厚いエポキシのサブ・マウントも不要になる。ＧａＮ基板上へのＬＥＤ構造の成長後は、ＩＴＯがｐ型ＧａＮ上に成膜され、ＧａＮ基板の裏側（通常は窒素面ＧａＮ）がＫＯＨおよびＨＣＬのようなエッチング溶液でエッチングされる。次に、円錐形の表面が窒素面ＧａＮ上に形成される。製造および動作ステップの残りの部分は、図５に関して記述したＬＥＤと同様である。
【００７４】
また、ＩＴＯ層、例えば層５１２、５１６などの表面が粗面のときは、ＩＴＯ層５１２、５１６を通しての光取り出しが増加する。ｐ型ＧａＮ層５１４上に成膜されたＩＴＯ層５１２がなくても、表面７００のようなｐ型ＧａＮ５１４の表面の粗面化は、ｐ型ＧａＮ ５１４を通しての光取り出しを増加させるために有効である。ｎ型ＧａＮ層５２０のためのオーミック電極を作るために、窒素面ＧａＮ層５２０の表面粗面化の後に、ＩＴＯまたはＺｎＯが用いられるのが通常である。ＩＴＯおよびＺｎＯは、ＧａＮと同様の屈折率を持つので、ＩＴＯ（ＺｎＯ）とＧａＮとの間の界面での光反射は最小になる。
【００７５】
図８〜１５は、本発明による球形のＬＥＤの実施形態を示す。
【００７６】
図８Ａでは、図５のＬＥＤチップは、エポキシまたはガラス８００で球形に成形されている。この場合、球形のレンズ８００の直径に比べてＬＥＤチップ５００は小さな点光源であるので、光５３２は球形の成形物８００を通して空気へ有効に取り出される。更に、蛍光剤層８０２が、レンズ成形物８００の外側表面近くに配置または成膜される。この場合、ＬＥＤ光５３２の蛍光剤層８０２による後方散乱が小さいために、ＬＥＤ光５３２の再吸収が少ないので、青色光の白色光への変換効率は増大する。また、成形物８００または蛍光剤層８０２の表面が粗面の場合は、成形物８００および／または蛍光剤８０２から空気への光取り出しは増加する。図８Ｂは、チップ５００がフレーム５０６上に搭載され、光５３２は、また、ＬＥＤ５００からチップ５００の裏側の表面５１８を経て放出されることを示す。
【００７７】
図９では、ＩＴＯまたはＺｎＯを通しての光取り出しを改良するために、図６〜７のＬＥＤチップ内のＩＴＯまたはＺｎＯは、表面７００のように粗面化される。このとき、エポキシ９００はサブ・マウントになる。
【００７８】
図１０では、ＩＴＯまたはＺｎＯを成膜する前に、一様な電流がｐ型ＧａＮ層５１２を通して流れることが出来るように電流拡散層（ＳｉＯ２、ＳｉＮ、透明な絶縁性材料）１０００が成膜される。電極１００２が接続フレーム５０６に備えられる。
【００７９】
図１１では、ＬＥＤパッケージ５００の特定の側により多くの光を向けるために、鏡１１００が、球形の成形物８００の外部に置かれる。ＬＥＤチップ５００の活性層５０２による光の再吸収を回避し、または最小にするために、鏡１１００の形状は、通常は、任意の反射光がＬＥＤチップ５００から離れる方向に向くように設計される。
【００８０】
図１２では、ＧａＮとサファイヤ基板１２０２との界面を通しての光取り出し効率を改善するために、平坦なサファイヤ基板またはパターン化されたサファイヤ基板（ＰＳＳ）１２０２上に成長したＬＥＤ構造１２００が示されている。サファイヤ基板１２０２から空気またはエポキシまたはガラスへの光取り出しを増大させるために、サファイヤ基板１２０２の裏側も粗面化されている。通常は、粗面の好ましい形状は円錐形の表面であるが、本発明によれば、他の表面形状を用いてもよい。次に、ＩＴＯまたはＺｎＯ層１２０４が、ｐ型ＧａＮ１２０６上に成膜される。次に、ＩＴＯまたはＺｎＯ上にボンディング・パッドが形成され、また、ｎ型ＧａＮ１２０８が選択的にエッチングされた後で、ｎ型ＧａＮ１２０８上にオーミック電極／ボンディング・パッドが形成される。次に、ＬＥＤチップ１２００は、成型されてほぼ球形のレンズ１２１０が作られる。
【００８１】
図１３では、エポキシ成形物１２１０を通しての光取り出し効率を増大させるために、エポキシ成形物１２１０の表面１３００は粗面になっている。本発明の範囲を逸脱することなしに、同様な粗面化技術が、成形物１２１０として用いられるガラスまたは他の透明な材料に対しても適用できる。
【００８２】
図１４では、蛍光剤層１４００が、レンズのエポキシ成形物１２１０の上表面の近くに成膜または配置される。これは、蛍光剤層１４００がＬＥＤチップ５００から比較的遠距離に置かれるようにして、蛍光剤１４００によるＬＥＤチップ５００への後方散乱を少なくしてＬＥＤ光５３２の再吸収を少なくすることによって、青色光から白色光への変換効率の増加を可能にする。蛍光剤層１４００を通しての光取り出し効率を改善するために、蛍光剤層１４００の表面１４０２は粗面でもよい。
【００８３】
図１５では、リード・フレーム５０６が用いられ、ＬＥＤチップは、ダイ・ボンディング材料として透明なエポキシ１５０２を用いて、ガラス、石英、サファイヤ、ダイヤモンド、または他の透明な材料のような透明な板１５００上に置かれる。透明なガラス板１５００は、ＬＥＤ光をエポキシ成形物１２１０へより効率的に取り出すために用いられる。
【００８４】
図１６は、本発明を含む色々な光源の相対効率を示す。
【００８５】
図１６では、表１６００は、本発明の球形のＬＥＤを他のＬＥＤパッケージおよびＬＥＤタイプと比較していて、異なる形状の成形物を持つ他のＬＥＤのタイプと比べて、最高の出力と効率が、本発明の球形のＬＥＤ５００によって達成されていることがわかる。ＬＥＤ５００が図１６に示されているが、図５〜１５に記した本発明の任意の球形のＬＥＤを用いて同様のパッケージが示される。
【００８６】
利点および改良点
本発明は、球形であることを特徴とする成形物の内部反射を最小化することによる高効率のＬＥＤを記述している。ＬＥＤが点光源であると近似できるようにエポキシとＬＥＤとをパッケージングすることによって、ＬＥＤからの光ビームの全ての方向が、結局は、球形のレンズ成形物の表面に垂直になるように向く。
【００８７】
また、ＬＥＤ構造をＬＥＤチップに取り付けるために意図的に作製する鏡（リード・フレーム上に被覆された鏡も意図的に作製する鏡に含まれる) を持たない構造とすることによって、ＬＥＤ光の再吸収が最小化され、光取り出し効率は劇的に増大する。これにより、ＬＥＤの光出力もまた劇的に増大する。
【００８８】
透明な酸化物電極と、表面が粗面である窒化物ＬＥＤと、成形されたレンズとを結合することにより光取り出し効率はさらに増加する。
【００８９】
参考文献
次の参考文献は参照により本明細書に組み込まれる。
【００９０】
１． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．５６，７３７−３９ （１９９０）
２． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６４，２８３９−４１（１９９４）
３． Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８１，３１５２−５４（２００２）
４． Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．４３，Ｌ１２７５−７７（２００４）
５． Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓｉｃｓ，４５，Ｎｏ．４１，Ｌ１０８４−Ｌ１０８６（２００６）
６． Ｆｕｊｉｉ Ｔ，Ｇａｏ Ｙ，Ｓｈａｒｍａ Ｒ，Ｈｕ ＥＬ， ＤｅｎＢａａｒｓ ＳＰ，Ｎａｋａｍｕｒａ Ｓ．Ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ＧａＮ−ｂａｓｅｄ ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ ｖｉａ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｅｎｉｎｇ．Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．８４，ｎｏ．６，９ Ｆｅｂ．２００４，ｐｐ．８５５−７．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ：ＡＩＰ，ＵＳＡ
結論
本発明は、発光ダイオードを記述している。本発明によるＬＥＤは、少なくとも第１の発光波長で光を放出するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを取り囲むパッケージを備え、該パッケージはほぼ球形であることを特徴とする。
【００９１】
このようなＬＥＤは、更に任意で、パッケージのほぼ中心に位置するＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの発光波長で透明な材料から作られているパッケージと、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）とを含むグループの中から選ばれた材料から作られている該ＬＥＤのｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層上に置かれた透明な導電体層と、該透明な導電体層の粗面化された表面と、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、および他の絶縁性材料を含むグループの中から選択された材料で作られ、透明な導電体層の前に成膜される電流拡散層と、複数の側面から光を放出するＬＥＤチップであって、裏側が粗面であるサファイヤ基板上に作製されるＬＥＤチップの、少なくとも１つの粗面化された表面と、該ＬＥＤチップは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ａｓ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＡｓＰＮＳｂ材料系、ＺｎＧｅＮ２材料系、およびＺｎＳｎＧｅＮ２材料系を含むグループの中から選択された材料で作られていて、ＬＥＤチップの反対方向から光の放出を可能にするリード・フレームに取り付けられていることを特徴とするＬＥＤチップから遠くに位置し、パッケージと結合する蛍光剤層と、および該ＬＥＤチップに光学的に結合した鏡であって、該ＬＥＤチップの一側面から放出された光が反射されて該ＬＥＤチップの他の側面から放出された光とほぼ方向が合うになることを特徴とする鏡とを備える。
【００９２】
本発明による他のＬＥＤは、活性層と、第１の方向へ光を放出するための繊維模様のついた表面層と、および繊維模様のついた表面層の反対側であって、第１の方向とはほぼ反対の第２の方向へ光を放出するための第２の表面層とを含むIII族窒化物ベースの発光源と、該III族窒化物ベースの発光源を取り囲む封止材料を備え、封止材料はほぼ球形であり、封止材料の直径は該III族窒化物ベースの発光源の幅よりもはるかに大きいことを特徴とする。
【００９３】
このようなＬＥＤは、更に任意で、繊維模様のついた第２の表面層と、封止材料に結合した蛍光剤層であって、該ＬＥＤから放出された光が蛍光剤を励起することを特徴とする蛍光剤層と、活性層に結合した透明な導電性層であって、活性層は、該透明な導電性層を通して光を放出し、該透明な導電性層は、酸化インジウム錫と酸化亜鉛を含むグループの中から選ばれた材料で作られている透明な導電性層とを備える。
【００９４】
これで本発明の好ましい実施形態の記述を終了する。本発明の一つ以上の実施形態に関するこれまでの記述は、例示と記載のために示された。開示の形態そのものによって本発明を包括または限定することを意図するものでもない。上記の教示に照らして、多くの変更と変形が可能である。本発明の範囲はこの詳細な説明によってではなくて、本明細書に添付の請求項と請求項の全ての範囲の等価物によって制限されるものと意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明による球形ＬＥＤを示す図である。
【図２】従来のＬＥＤパッケージを示す図である。
【図３】フリップチップＬＥＤを有する従来のＬＥＤパッケージを示す図である。
【図４】本発明と一緒に従来のＬＥＤチップを用いる様子を示す図である。
【図５】図５Ａおよび図５Ｂは、本発明のＬＥＤの一実施形態を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の更なる詳細を示す図である。
【図７】本発明の別の実施形態の詳細を示す図である。
【図８】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図９】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１０】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１１】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１２】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１３】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１４】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１５】本発明による球形ＬＥＤの実施形態を示す図である。
【図１６】本発明を含む色々な光源の相対的な効率を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも第１の発光波長で光を放出するＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップを取り囲むほぼ球形のパッケージとを備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項２】
前記ＬＥＤチップは、前記パッケージのほぼ中心に位置づけられることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記パッケージは、前記ＬＥＤチップの前記発光波長で透明な材料から作られていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
透明な導電体層が、前記ＬＥＤのｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
前記透明な導電体層は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）および酸化亜鉛(ＺｎＯ)を含むグループの中から選択された材料から出来ていることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項６】
前記透明な導電体層の表面は粗面であることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項７】
前記透明な導電体層の前に、前記電流拡散層が成膜されることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項８】
前記電流拡散層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、または他の絶縁性材料を含むグループの中から選択された材料から作られていることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ。
【請求項９】
前記ＬＥＤチップの少なくとも一つの表面は粗面であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１０】
前記ＬＥＤチップは、前記ＬＥＤチップの複数の側面から光を放出することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１１】
前記ＬＥＤチップは、サファイヤ基板の裏側が粗面であることを特徴とする前記サファイヤ基板上に作製されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１２】
前記パッケージに結合した蛍光剤層を更に含み、前記蛍光剤層は、前記ＬＥＤチップから遠くに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１３】
前記ＬＥＤチップはリード・フレームに取り付けられ、前記リード・フレームは前記ＬＥＤチップの反対方向からの光の放出が出来るようになっていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１４】
前記ＬＥＤチップは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ａｓ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＡｓＰＮＳｂ材料系、ＺｎＧｅＮ２材料系、およびＺｎＳｎＧｅＮ２材料系を含むグループの中から選択された材料から作られていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１５】
前記ＬＥＤチップと光学的に結合した鏡を更に備え、前記ＬＥＤチップの片側から放出される光が、前記ＬＥＤチップの他の側から放出される光とほぼ方向が合うように反射されることを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤ。
【請求項１６】
活性層と、第１の方向への光の放出のために繊維模様のついた表面層とを備えたIII族窒化物ベースの発光源と、
前記繊維模様のついた表面層とは反対側にあって、前記第１の方向とはほぼ反対の第２の方向への光の放出のための第２の表面層と、
前記III族窒化物ベースの発光源を取り囲む封止材料であって、前記封止材料は、ほぼ球形であり、前記封止材料の直径は、前記III族窒化物ベースの発光源の幅よりもかなり大きいことを特徴とする封止材料とを備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項１７】
前記第２の表面層には繊維模様がついていることを特徴とする請求項１６に記載のＬＥＤ。
【請求項１８】
前記封止材料と結合した蛍光剤層を更に備え、前記ＬＥＤから放出された光が、前記蛍光剤を励起することを特徴とする請求項１７に記載のＬＥＤ。
【請求項１９】
前記活性層と結合した透明な導電性の層を更に備え、前記活性層は、前記透明な導電性の層を通して光を放出することを特徴とする請求項１６に記載のＬＥＤ。
【請求項２０】
前記透明な導電性の層は、酸化インジウム錫と酸化亜鉛を含むグループの中から選択された材料から作られていることを特徴とする請求項１９に記載のＬＥＤ。
【請求項１】
少なくとも第１の発光波長で光を放出するＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップを取り囲むほぼ球形のパッケージとを備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項２】
前記ＬＥＤチップは、前記パッケージのほぼ中心に位置づけられることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記パッケージは、前記ＬＥＤチップの前記発光波長で透明な材料から作られていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
透明な導電体層が、前記ＬＥＤのｐ型ＡｌＧａＩｎＮ層上に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
前記透明な導電体層は、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）および酸化亜鉛(ＺｎＯ)を含むグループの中から選択された材料から出来ていることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項６】
前記透明な導電体層の表面は粗面であることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項７】
前記透明な導電体層の前に、前記電流拡散層が成膜されることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ。
【請求項８】
前記電流拡散層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、または他の絶縁性材料を含むグループの中から選択された材料から作られていることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ。
【請求項９】
前記ＬＥＤチップの少なくとも一つの表面は粗面であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１０】
前記ＬＥＤチップは、前記ＬＥＤチップの複数の側面から光を放出することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１１】
前記ＬＥＤチップは、サファイヤ基板の裏側が粗面であることを特徴とする前記サファイヤ基板上に作製されることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１２】
前記パッケージに結合した蛍光剤層を更に含み、前記蛍光剤層は、前記ＬＥＤチップから遠くに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１３】
前記ＬＥＤチップはリード・フレームに取り付けられ、前記リード・フレームは前記ＬＥＤチップの反対方向からの光の放出が出来るようになっていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１４】
前記ＬＥＤチップは、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ａｓ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｐ材料系、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）ＡｓＰＮＳｂ材料系、ＺｎＧｅＮ２材料系、およびＺｎＳｎＧｅＮ２材料系を含むグループの中から選択された材料から作られていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１５】
前記ＬＥＤチップと光学的に結合した鏡を更に備え、前記ＬＥＤチップの片側から放出される光が、前記ＬＥＤチップの他の側から放出される光とほぼ方向が合うように反射されることを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤ。
【請求項１６】
活性層と、第１の方向への光の放出のために繊維模様のついた表面層とを備えたIII族窒化物ベースの発光源と、
前記繊維模様のついた表面層とは反対側にあって、前記第１の方向とはほぼ反対の第２の方向への光の放出のための第２の表面層と、
前記III族窒化物ベースの発光源を取り囲む封止材料であって、前記封止材料は、ほぼ球形であり、前記封止材料の直径は、前記III族窒化物ベースの発光源の幅よりもかなり大きいことを特徴とする封止材料とを備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項１７】
前記第２の表面層には繊維模様がついていることを特徴とする請求項１６に記載のＬＥＤ。
【請求項１８】
前記封止材料と結合した蛍光剤層を更に備え、前記ＬＥＤから放出された光が、前記蛍光剤を励起することを特徴とする請求項１７に記載のＬＥＤ。
【請求項１９】
前記活性層と結合した透明な導電性の層を更に備え、前記活性層は、前記透明な導電性の層を通して光を放出することを特徴とする請求項１６に記載のＬＥＤ。
【請求項２０】
前記透明な導電性の層は、酸化インジウム錫と酸化亜鉛を含むグループの中から選択された材料から作られていることを特徴とする請求項１９に記載のＬＥＤ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２０１０−５１０６５８（Ｐ２０１０−５１０６５８Ａ）
【公表日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３７２０２（Ｐ２００９−５３７２０２）
【出願日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２３９６８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０６０５８４
【国際公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（５９２１３０６９９）ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア (364)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１５日（２００７．１１．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２３９６８
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０６０５８４
【国際公開日】平成２０年５月２２日（２００８．５．２２）
【出願人】（５９２１３０６９９）ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア (364)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｒｅｇｅｎｔｓ ｏｆ Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【Ｆターム（参考）】
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