專利名稱：：具有再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造和會聚光學(xué)元件的led裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光源。更具體地講，本發(fā)明涉及包括發(fā)光二極管(LED)、再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造和會聚光學(xué)元件的光源，如本文所述。
背景技術(shù)：
：發(fā)光二極管(LED)為當(dāng)電流在陽極和陰極之間通過時發(fā)出光的固態(tài)半導(dǎo)體裝置。常規(guī)的LED包括單個pn結(jié)。pn結(jié)可以包括一個中間無摻雜區(qū)域；此類pn結(jié)另外可以被稱為pin結(jié)。與非發(fā)光半導(dǎo)體二極管類似，常規(guī)的LED更容易按一個方向通過電流，即按電子從負(fù)區(qū)移動到正區(qū)的方向。當(dāng)電流以"向前"的方向通過LED時，來自負(fù)區(qū)的電子與來自正區(qū)的空穴重組，生成光子。由常規(guī)LED發(fā)射的光外觀為單色；也就是說，它以單一的窄帶波長生成。所發(fā)射光的波長對應(yīng)于與電子空穴對重組相關(guān)的能量。在最簡單的情況中，該能量約為半導(dǎo)體的能帶隙能量，其中重組在該半導(dǎo)體中進(jìn)行。常規(guī)的LED可以在pn結(jié)處另外包含一個或多個捕獲高濃度電子和空穴的量子阱，從而增強(qiáng)產(chǎn)生光的重組。若干調(diào)查者已經(jīng)試圖生產(chǎn)一種發(fā)射白光或?qū)τ谌搜?色覺來說呈現(xiàn)白色的光的LED裝置。一些調(diào)查者報道了傳說的pn結(jié)內(nèi)擁有多個量子阱的LED的設(shè)計或制造，其中量子阱旨在發(fā)射不同波長的光。以下參考文獻(xiàn)可能與這樣的技術(shù)有關(guān)美國專利No.5,851,卯5;美國專利No.6，303,404;美國專利No.6，504，171;美國專利No.6,734，467;Damilano等人，MonolithicWhiteLightEmittingDiodesBasedonInGaN/GaNMultiple-QuantumWells(基于InGaN/GaN多量子阱單色白光發(fā)光二極管)，Jpn.J.Appl,Phys.(《日本應(yīng)用物理雜志》)巻40(2001)第L918-L920頁；山田等人賃Re-emittingsemiconductorconstructionFreeHigh-Luminous-EfficiencvWhiteLight-EmittingDiodesComposedofInGaNQuantumWell(InGaN量子阱組成的高發(fā)光效率白色游離發(fā)光二極管的再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造)，Jpn.J.Appl.Phys.(《日本應(yīng)用物理雜志》)巻41(2002)第L246-L248頁；Dalmasso等人，IniectionDependenceoftheElectroluminescenceSpectraofRe-emittingsemiconductorconstructionFreeGaN-BasedWhiteLightEmittingDiodes(不含磷的GaN基白色發(fā)光二極管的電致發(fā)光光譜的注射依賴)，stat.Sol.(《固態(tài)物理》)(a)192，編號l,139-143(2003)。一些調(diào)查者報道了傳說的將兩個常規(guī)LED結(jié)合起來的設(shè)計或制造，旨在獨立地在單個裝置內(nèi)發(fā)射不同波長光的LED裝置。以下參考文獻(xiàn)可能與這樣的技術(shù)有關(guān)美國專利No.5,851，905;美國專利No.6，734,467;美國專利出版No.2002/0041148Al;美國專利出版No.2002/0134989Al;以及Luo等人，Patternedthree-colorZnCdSe/ZnCdMgSequantum-wellstructuresforintegratedfull-colorandwhitelightemitters(集成有全彩色和白光發(fā)射器的圖案化的三色ZnCdSe/ZnCdMgSe量子阱結(jié)構(gòu))，App.Phys.Letters(《應(yīng)用物理通訊》)，巻77，編號26，第4259-4261頁(2000)。一些調(diào)査者報道了傳說的LED裝置的設(shè)計或制造，所述LED裝置將常規(guī)LED部件與諸如釔鋁石榴石(YAG)的化學(xué)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造結(jié)合起來，旨在吸收部分由LED部件發(fā)射的光以及較長波長的再發(fā)射光。美國專利No.5，998,925和美國專利No.6,734,467可能與這樣的技術(shù)相關(guān)。一些調(diào)査者報道了傳說的LED的設(shè)計和制造，所述LED在正摻雜有I、Al、Cl、Br、Ga或In的ZnSe基板上發(fā)展，以便在所述基板上產(chǎn)生熒光中心，旨在吸收部分由LED部件發(fā)射的光以及較長波長的再發(fā)射光。美國專利申請6,337,536和日本專利申請出版編號2004-072047可能與這樣的技術(shù)相關(guān)。美國專利出版No.2005/0023545以引用的方式并入本文。
發(fā)明內(nèi)容簡而言之，本發(fā)明提供一種光源，該光源包含具有發(fā)射表面的LED部件，該光源可以包括i)能夠以第一波長發(fā)光的LED;以及ii)包括不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱并具有發(fā)射表面的再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造；或可以交替包含位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱的再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造。在一個實施例中，光源另外包括具有基部、兩個會聚側(cè)面和兩個發(fā)散側(cè)面的光學(xué)元件，其中，基部光學(xué)耦合到發(fā)射表面。在另一個實施例中，光源另外具有高折射率光學(xué)元件，所述高折射率光學(xué)元件光學(xué)耦合到LED部件并且被成形用于引導(dǎo)由LED部件發(fā)射的光，以形成具有兩個瓣的側(cè)發(fā)光圖形。在另一個實施例中，光源另外具有光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括基部、小于基部的頂端以及在基部和頂端之間延伸的會聚側(cè)面，其中，基部光學(xué)耦合到發(fā)射表面并且尺寸不大于發(fā)射表面；其中，光學(xué)元件引導(dǎo)由LED部件發(fā)射的光，以形成側(cè)發(fā)光圖形。在另一個實施例中，光源另外具有光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括基部、頂端和連接基部與頂端的會聚側(cè)面，其中基部光學(xué)耦合到發(fā)射表面；其中，光學(xué)元件具有第一部分，該第一部分包括基部并且由第一材料構(gòu)成；并且其中，光學(xué)元件具有第二部分，該第二部分包括頂端由第二材料構(gòu)成。在另一個實施例中，光源另外具有第一光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件包括基部、頂端、和連接基部與頂端的會聚側(cè)面，其中基部光學(xué)耦合到發(fā)射表面并且尺寸不大于發(fā)射表面，第一光學(xué)元件具有第一折射率；而第二光學(xué)元件包封LED部件和第一光學(xué)元件，第二光學(xué)元件具有的小于第一折射率的第二折射率。在另一個實施例中，光源另外具有第一光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件包括基部、位于發(fā)射表面的頂端和連接基部與頂端的會聚側(cè)面，其中基部光學(xué)耦合到發(fā)射表面，第一光學(xué)元件具有第一折射率；而第二光學(xué)元件包封LED部件和第一光學(xué)元件，第二光學(xué)元件具有小于第一射率的第二折射率。在另一個實施例中，光源另外具有第一光學(xué)元件，該第一光學(xué)元件包括基部、頂端、和連接基部與頂端的會聚側(cè)面，其中基部光學(xué)耦合到發(fā)射表面；而第二光學(xué)元件包封LED部件和第一光學(xué)元件，與由第一光學(xué)元件單獨提取的功率相比，第二光學(xué)元件提供的從LED部件提取的功率更大。在另一個實施例中，光源另外具有光學(xué)元件，該光學(xué)元件包括基部、頂端以及連接基部與頂端的側(cè)，其中基部光學(xué)耦合到發(fā)射表面并且與發(fā)射表面機(jī)械分離。在另一方面，本發(fā)明提供一種圖形顯示裝置，所述圖形顯示裝置包括根據(jù)本發(fā)明的LED裝置。在另一方面，本發(fā)明提供一種照明裝置，所述照明裝置包括根據(jù)本發(fā)明的LED裝置。在本申請中參照半導(dǎo)體裝置中的層疊堆，"緊鄰"是指沒有居間層的序列中的下一個，"近鄰"是指具有一個或幾個居間層的序列中的下一個，而"圍繞"是指序列中的之前和之后；"勢阱"是指半導(dǎo)體裝置中的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層具有比圍繞層低的導(dǎo)帶能或比圍繞層高的價帶能，或二者均有；"量子阱"是指足夠薄、量子化效應(yīng)提升阱中電子空穴對躍遷能量的勢阱，通常厚度為100nm或更小；"躍遷能量"是指電子空穴重組能源；"晶格匹配"是指，結(jié)合兩種諸如基板上的外延膜的晶體材料，處于隔絕中的每種材料均具有晶格常數(shù)，并且這些晶格常數(shù)基本上等同，典型地相互間的差異不超過0.2%，更典型地相互間的差異不超0.1%,而最典型地相互間的差異不超0.01%;"假晶"是指，結(jié)合具有給定厚度的諸如外延膜和基板的第一晶體層和第二晶體層，處于隔絕中的每個層均具有晶格常數(shù)，并且這些晶格常數(shù)非常類似，以使得呈給定厚度的第一層可在該層的平面內(nèi)采用第二層的晶格間距而基本上不產(chǎn)生失配缺陷。應(yīng)該理解，對于本文所述的本發(fā)明的任何實施例，均包括有正摻雜和負(fù)摻雜半導(dǎo)體區(qū)；還應(yīng)設(shè)想本文還公開的另一個實施例，其中正摻雜可用負(fù)摻雜交換，反之亦然。應(yīng)該理解，可提供本文所述的每個"勢阱"、"第一勢阱"、"第二勢阱"和"第三勢阱"以及單個勢阱，或可提供通常具有類似特性的多個勢阱。同樣，應(yīng)該理解，可提供本文所述的"量子阱"、"第一量子阱"、"第二量子阱"和"第三量子阱"以及單個量子阱，或可提供通常具有類似特性的多個量子阱。圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的構(gòu)造中的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶的平帶圖。層厚度未按比例繪制。圖2示出了多種II-VI二元化合物以及它們的合金的晶格常數(shù)和能帶隙的坐標(biāo)圖。圖3示出了從根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的裝置發(fā)射出的光的光譜的坐標(biāo)圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的構(gòu)造中的半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶的平帶圖。層厚度未按比例繪制。圖5示出了一個實施例中的光學(xué)元件和LED部件構(gòu)造的示意性側(cè)視圖。圖6a-c是根據(jù)另外實施例的光學(xué)元件透視圖。圖7是根據(jù)另外實施例的光學(xué)元件透視圖。圖8a-i是根據(jù)多個可供選擇的實施例的光學(xué)元件的俯視圖。圖9a-c示出了可供選擇的實施例中的光學(xué)元件的示意性前視圖。圖10a-e是根據(jù)多個可供選擇的實施例的光學(xué)元件和LED部件的示意性側(cè)視圖。圖lla-d是根據(jù)多個實施例的光學(xué)元件和LED部件的仰視圖。圖12是根據(jù)另一個實施例的光學(xué)元件和LED部件陣列的透視圖。圖13是根據(jù)另一個實施例的光學(xué)元件和LED部件的局部視圖。具體實施例方式本發(fā)明提供一種裝置，所述裝置包括LED;再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造和提取器。通常，LED能夠以第一波長發(fā)射光，而再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造能夠以該第一波長吸收光并且以第二波長再發(fā)射光。再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造包括不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱。再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的勢阱通常(但不一定)是量子阱。在典型操作過程中，LED發(fā)射光子以對電流做出響應(yīng)，而再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造發(fā)射光子以對吸收從LED發(fā)射的部分光子做出響應(yīng)。在一個實施例中，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造另外包括與勢阱近鄰或緊鄰的吸收層。吸收層通常具有能帶隙能量，該能帶隙能量一般小于或等于由LED發(fā)射的光子的能量，而大于再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的勢阱躍遷能。在典型操作過程中，吸收層有助于吸收由LED發(fā)射的光子。在一個實施例中，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造另外包括至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，其中該pn結(jié)具有與第一勢阱的躍遷能不相等的第二躍遷能。在一個實施例中，LED為紫外線LED。在一個這樣的實施例中，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造包括至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱，該pn結(jié)具有對應(yīng)于藍(lán)色波長光的第一躍遷能；至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，該pn結(jié)具有對應(yīng)于綠色波長光的第二躍遷能；至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第三勢阱，該pn結(jié)具有對應(yīng)于紅色波長光的第三躍遷能。在一個實施例中，LED是可見光LED，典型地為綠色、藍(lán)色或紫色LED，更典型地為綠色或藍(lán)色LED，而最典型地為藍(lán)光LED。在一個這樣的實施例中，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造包括至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱，該pn結(jié)具有對應(yīng)于黃色或綠色波長光的、更典型地為綠色波長光的第一躍遷能；以及具有至少一個不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，該pn結(jié)具有對應(yīng)于橙色或紅色波長光的、更典型地為紅色波長光的第二躍遷能。再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造可以包括另外的勢阱和另外的吸收層。任何適用的LED均可用于本發(fā)明實踐中。根據(jù)本發(fā)明的裝置元件，包括LED和再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，可由任何適用的半導(dǎo)體組成，包括諸如Si或Ge的群組IV元件(除發(fā)光層之外)、諸如InAs、AlAs、GaAs、InP、A1P、GaP、InSb、AlSb、GaSb以及它們的合金的III-V化合物、諸如ZnSe、CdSe、BeSe、MgSe、ZnTe、CdTe、BeTe、MgTe、ZnS、CdS、BeS、MgS以及它們的合金的II-VI化合物或以上任何化合物的合金。在適當(dāng)?shù)那闆r下，半導(dǎo)體可以是以任何適合方式或包含任何適合的摻雜物的正摻雜或負(fù)摻雜。在一個典型的實施例中，LED是III-V半導(dǎo)體裝置，而再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造是n-vi半導(dǎo)體裝置。在本發(fā)明的一個實施例中，所述裝置部件多層組合物，如LED或再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，根據(jù)以下考慮選擇。通常，每層對于該層或與基板匹配的晶格的給定厚度的基板來說，是假晶?；蛘?，每層可以是假晶或與緊鄰層匹配的晶格。通常，選擇勢阱層材料和厚度以便提供所需的躍遷能,所述躍遷能對應(yīng)于從量子阱發(fā)射的光的波長。例如，圖2中標(biāo)有460nm、540nm和630nm的點示出Cd(Mg)ZnSe合金的晶格常數(shù)接近于InP基板(5.8687?；?.58687nm)以及對應(yīng)于460nm(藍(lán)色)、540nm(綠色)和630nm(紅色)波長的能帶隙的晶格常數(shù)。如果勢阱層足夠薄，以致量子化過程將躍遷能提升到阱中的整體能帶隙能量以上，則所述勢阱可以被視為量子阱。每個量子阱層的厚度將確定量子阱中量子化能量的數(shù)量，量子化能量加上整體能帶隙能量以確定量子阱中的躍遷能。因此，通過調(diào)整量子阱層厚度可調(diào)整與每個量子阱相關(guān)的波長。典型地，量子阱層厚度介于lnm和100nm之間，更典型地介于2nm和35nm之間。一般來說，與僅以能帶隙能量為基礎(chǔ)的能量相比，量子化能量轉(zhuǎn)化為減少了20nm至50nm波長。發(fā)射層中的應(yīng)變也可以改變勢阱和量子阱的躍遷能，包括因假晶層之間晶格常數(shù)不完全的匹配而導(dǎo)致的應(yīng)變。計算應(yīng)變或未應(yīng)變勢阱或量子阱的躍遷能技術(shù)在本領(lǐng)域中是以已矢口的，如在HerbertKroemer，QuantumMechanicsforEngineering,MaterialsScienceandAppliedPhysics(PrenticeHall,EnglewoodCliffs,NewJersey,1994)(赫伯特克勒默的《工程、材料科學(xué)與應(yīng)用物理量子力學(xué)》，1994年新澤西州英格伍德克里夫普倫蒂斯*霍爾出版公司)，第54—63頁；和Zory，ed.,QuantumWellLasers(AcademicPress,SanDiego,California,1993)(Zory編輯《量子阱激光器》，1993年，加利福尼亞圣地亞哥學(xué)術(shù)出版社)，第72-79頁；二者均以引用的方式并入本文。可選擇任何適合的發(fā)射波長，包括紅外光、可見光和紫外光波段中的波長。在本發(fā)明的一個實施例中，選擇發(fā)射波長以使得由裝置發(fā)射的光的組合輸出形成可由兩種、三種或更多種單色光源的組合產(chǎn)生的任何顏色的表現(xiàn)，包括白色或近白色、粉彩色、洋紅、青色等。在另一個實施例中，當(dāng)顯示所述裝置處于工作狀態(tài)時，根據(jù)本發(fā)明的裝置以不可見的紅外光或紫外光波長以及以可見的波長發(fā)射光。通常，LED發(fā)射最短波長的光子，以使得由LED發(fā)射的光子具有足夠的能量驅(qū)動再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造中的勢阱。在一個典型實施例中，LED為III-V半導(dǎo)體裝置，諸如發(fā)射藍(lán)光的GaN基LED,而再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造為II-VI半導(dǎo)體裝置。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造中半導(dǎo)體的導(dǎo)帶和價帶的帶圖。層厚度未按比例繪制。表I示出本實施例中層1-9的組合物以及所述組合物的能帶隙能量(Eg)。該構(gòu)造可以在InP基板上形成。12表1<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>層3表示具有約lOnm厚度的紅色發(fā)光量子阱單個勢阱。層7表示具有約lOnm厚度的綠色發(fā)光量子阱單個勢阱。層2、4、6和8表示吸收層，每個吸收層具有約1000nm的厚度。層l、5和9表示支承層。通常選擇支承層，以便對從量子阱3和量子阱7以及從短波長LED20發(fā)射的光基本透明?；蛘?，所述裝置可以包括多個由吸收層和/或支承層分開的紅色或綠色發(fā)光勢阱或量子阱。不希望受理論所束縛，據(jù)信由圖1示出的本發(fā)明的實施例根據(jù)以下原理工作由LED發(fā)射并且在再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造反射的藍(lán)色波長光子可以被吸收，并且從綠色發(fā)光量子阱7作為綠色波長光子或從紅色發(fā)光量子阱3作為紅色波長光子重新發(fā)射。吸收短波長光子生成電子空穴對，然后通過光子發(fā)射，電子空穴對可以在量子阱中重組。從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色和紅色波長的光的多色組合可以呈現(xiàn)出白色或近白色?？梢砸匀魏魏线m的方式平衡從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色和紅色波長的光的強(qiáng)度，所述方式包括每種類型量子阱數(shù)量的處理、濾波器或反射層的利用以及吸收層厚度和組合物的處理。圖3示出從根據(jù)本發(fā)明裝置的一個實施例發(fā)射的光的光譜。再次結(jié)合圖l示出的實施例，通過選擇從LED發(fā)射的光子能量與量子阱3和量子阱7的躍遷能之間的吸收層能帶隙能量，吸收層2、4、5和8可適于吸收由LED發(fā)射的光子。在與光子的伴隨發(fā)射重組前，量子阱3和7通常捕集在吸收層2、4、6和8中的光子吸收生成的電子空穴對。吸收層在組成全部或部分厚度時可選地具有一個梯度，以便向勢阱集中或引導(dǎo)電子和/或空穴。在本發(fā)明的一些實施例中，在單個半導(dǎo)體單元中提供有LED和再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造。該半導(dǎo)體單元通常包括位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱。勢阱通常為量子阱。所述單元能夠以兩個波長發(fā)射光，一個對應(yīng)于第一勢阱躍遷能，而第二個對應(yīng)于第二勢阱的躍遷能。在典型的操作中，第一勢阱發(fā)射光子以響應(yīng)通過pn結(jié)的電流，而第二勢阱發(fā)射光子以響應(yīng)從第一勢阱發(fā)射的光子的部分吸收。所述半導(dǎo)體單元可以另外包括一個或多個圍繞或近鄰或緊鄰第二勢阱的吸收層。吸收層的能帶隙能量通常小于或等于第一勢阱的躍遷能而大于第二勢阱的躍遷能。在典型的操作中，吸收層有助于從第一勢阱發(fā)射的光子的吸收。所述半導(dǎo)體單元可以包括另外位于pn結(jié)內(nèi)或不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱以及另外的吸收層。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例在這樣一個半導(dǎo)體單元中的導(dǎo)帶和價帶的帶圖。層厚度未按比例繪制。表11示出了該實施例中層1-14的組合物以及該組合物的能帶隙能量(Eg)。表II組合物能帶隙能量(E"lInP基板1.35eV2正摻雜Cdo.24Mgo.43Zno.33Se2.9eVCd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6eV4Cdo.7oZn。.3oSe1.9eVCd035Mg0.27Zn0.38Se2.6eV6正摻雜Cd。.24Mgo.43Zn。.33Se2.9eV7Cd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6eV8Cdo.33Zno.67Se2,3eV9Cd0.35Mg0.27Zn0.38Se2.6eV10正摻雜Cdo.24Mgo.43Zno.33Se2.9eV11無摻雜的Cd。.24MgQ.43Zno.33Se2.9eV12Cd031Mg0.32Zn0.37Se2.7eV13無摻雜的Cdo.24Mgo.43Zno.33Se2.9eV14負(fù)摻雜Cdo.24Mgo.43Zno.33Se2.9eV層10、11、12、13和14表示pn結(jié)，或更具體地講，表示pin結(jié)，因為中間無摻雜("固有"摻雜)層11、12和13被插入到正摻雜層IO和負(fù)摻雜層14之間。層12表示pn結(jié)內(nèi)的單個勢阱，所述勢阱為具有約10nm厚度的量子阱。作為選擇，所述裝置在pn結(jié)內(nèi)可以包括多個勢阱或量子阱。層4和層8表示不在pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱和第三勢阱，每個都是具有約lOnm厚度的量子阱。作為選擇，所述裝置可以包括另外的不在pn結(jié)內(nèi)的勢阱或量子阱。在進(jìn)一步選擇中，所述裝置可以包括不在pn結(jié)內(nèi)的單個勢阱或量子阱。層3、5、7和9表示吸收層，每個具有約1000nm的厚度。電觸點(未顯示)提供向pn結(jié)提供電流的路徑。電觸點導(dǎo)電而并且通常由導(dǎo)電金屬組成。正電觸點通過中間結(jié)構(gòu)直接或間接地電氣連接到層14。負(fù)電觸點通過中間結(jié)構(gòu)直接或間接地電氣連接到一個或多個層1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。不希望受理論所束縛，據(jù)信本發(fā)明的這個實施例根據(jù)以下原理工作當(dāng)電流從層14流向?qū)?0時，pn結(jié)中的量子阱(12)發(fā)射藍(lán)色波長光子。在層14方向流動的光子可離開所述裝置。在相反方向流動的光子可被吸收，并且作為綠色波長光子從第二量子阱(8)重新發(fā)射或作為紅色波長光子從第三量子阱(4)重新發(fā)射。吸收藍(lán)色波長光子生成電子空穴對，然后通過發(fā)射光子，電子空穴對可以在第二或第三量子阱中重組。在層14方向流動的綠色或紅色波長光子可離開所述裝置。從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色和紅色波長的光的多色組合可以呈現(xiàn)出白色或近白色?？梢砸匀魏魏线m的方式平衡從裝置發(fā)射的藍(lán)色、綠色或紅色波長的光的強(qiáng)度，所述方式包括每種類型量子阱數(shù)量的處理、濾波器或反射層的利用。圖3示出了從根據(jù)本發(fā)明裝置的一個實施例發(fā)射的光的光譜。再次結(jié)合圖4示出的實施例，吸收層3、5、7和9可以特別適用于吸收從第一量子阱(12)發(fā)射的光子，因為所述光子的能帶隙能量在第一量子阱(12)的躍遷能與第二和第三量子阱(8和4)的躍遷能之間的中間。在伴隨發(fā)射光子的同時進(jìn)行重組前，通常通過第二或第三量子阱8和4捕集通過吸收吸收層3、5、7和9中的光子生成的電子空穴對。吸收層可以可選地為摻雜質(zhì)的，通常象對于圍繞層，此實施例中的吸收層為正摻雜。吸收層在組成全部或部分厚度時可選地具有一個梯度，以便向勢阱集中或引導(dǎo)電子和/或空穴。在LED為可見波長LED的地方，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造層對于從LED發(fā)射的光可以部分透明。另外，諸如在LED為紫外波長LED的地方，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的一個或多個層可以較大部分或基本上或完全阻止所有從LED發(fā)射的光，以使得較大部分或基本上或完全所有從裝置發(fā)射的光為從再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造發(fā)射的光。在LED為紫外波長LED的地方，再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造10可以包括紅色、綠色和藍(lán)色發(fā)射量子阱。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括另外的導(dǎo)電、半導(dǎo)電或不導(dǎo)電材料層。可以增加電接觸層以形成向LED提供電流的路徑。可以增加光過濾層以改變或校正由經(jīng)調(diào)整的LED發(fā)射的光的波長平衡。在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置通過在藍(lán)色、綠色、黃色和紅色帶中以四個主要波長發(fā)射光的方式生成白色或近于白色的光。在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置通過在藍(lán)色和黃色帶中以兩個主要波長發(fā)射光的方式生成白色或近于白色的光。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括另外的半導(dǎo)體元件，包括有源或無源部件諸如電阻器、二極管、齊納二極管、電容器、晶體管、雙極晶體管、場效應(yīng)晶體管、MOSFET晶體管、絕緣柵雙極晶體管、光電晶體管、光電探測器、SCR、半導(dǎo)體閘流管、三端雙向可控硅開關(guān)元件、穩(wěn)壓器和其他電路元件。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括集成電路。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括顯示面板或照明面板。構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的裝置的LED和再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造可以任何適用的方法制造而成，所述方法可以包括分子束外延(MBE)、化學(xué)氣相沉積、液相外延和蒸汽相外延。根據(jù)本發(fā)明所述裝置的所述元件可以包括基板。在本發(fā)明的實踐中可以使用任何適用的基板。典型基板材料包含Si、Ge、GaAs、InP、蘭寶石、SiC和ZnSe。所述基板可以是正摻雜、負(fù)摻雜或半絕緣，可以通過任何合適的方式或通過包括任何適用摻雜物獲得。另外，根據(jù)本發(fā)明的裝置的元件可以沒有基板。在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的裝置的元件可以在基板形成、然后從基板上分開?？梢酝ㄟ^任何合適的方式將根據(jù)本發(fā)明的裝置的元件接合在一起，所述方式包括使用粘合劑或焊接材料、壓力、加熱或它們的組合。通常，生成的鍵合是透明的。鍵合方法可以包含界面或邊緣鍵合?？蛇x地，可以包括匹配層的折射率或孔隙空間。LED通常以打包形式銷售，包裝中包括安裝在金屬接頭上的LED晶?；虮∑?。LED晶粒是LED的最基本形式，即由半導(dǎo)體晶片加工工序制成的單獨元件或薄片的形式。元件或薄片可以包含適用于應(yīng)用能量的電觸點以給裝置提供能量。單個層和元件或薄片的其他功能元件通常以晶片級形成，成品晶片最終被切割成單個元件以產(chǎn)生多個LED晶粒。金屬接頭具有反射杯和連接到LED晶粒的電引線，反射杯中安裝有LED晶粒。包裝還包括包封LED晶粒的模制透明樹脂。包封樹脂通常具有名義上的半球形前表面以局部準(zhǔn)直由LED晶粒發(fā)射的光。LED部件可以是或具有LED晶粒或與再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造或其他元件組合成的LED晶粒。在本公開的有益實踐中，會聚光學(xué)元件用于從LED部件有效提取光并修改所發(fā)射光的角分布。這樣包裝的LED部件可以是LED/再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造的組合，作為單獨的元件或作為半導(dǎo)體單元，如上所示或如當(dāng)前未決美國專利申請USSN11/009217或USSN11/009241中所述，以引用的方式并入本文。本專利申請公開具有這樣光學(xué)元件的光源，該光學(xué)元件以用于有效提取來自LED部件的光并修改所發(fā)射光的角分布。每個光學(xué)元件光學(xué)耦合到LED部件(或LED部件陣列)上的發(fā)射表面，以有效提取光并修改所發(fā)射光的圖形。包括光學(xué)元件的LED光源可用于多種應(yīng)用，包括例如液晶顯示器或背光標(biāo)牌中的背光源。包含本文所述會聚光學(xué)元件的光源可用于邊緣照明式和直接照明式兩種構(gòu)造的背光源。楔形光學(xué)元件尤其適用于邊緣照明式背光源，其中，光源沿著背光源的外側(cè)部分設(shè)置。棱錐形或錐形會聚光學(xué)元件可以尤其適用于直接照明式背光源。這樣的光源可以作為單個光源元件來使用，或可以布置成陣列，視具體背光源設(shè)計而定。對于直接照明式背光源，光源一般設(shè)置在漫射反射器或鏡面反射器與上薄膜疊堆之間，上薄膜疊堆可以包括棱柱薄膜、擴(kuò)散片和反射式偏振器。這些元件可用于以最有用的視角范圍和以均勻的亮度將光源發(fā)射的光導(dǎo)向觀察者。示例的棱柱薄膜包括增亮薄膜諸如可得自美國明尼蘇達(dá)州圣保羅市3M公司的BEFTm。示例的反射式偏振器包括可得自美國明尼蘇達(dá)州圣保羅市3M公司的DBEF。對于邊緣照明式背光源，可以將光源布置為將光射入中空或?qū)嵭墓鈱?dǎo)。光導(dǎo)一般具有位于其下的反射器和上薄膜疊堆，如上所述。圖5是根據(jù)一個實施例示出光源的示意性側(cè)視圖。光源包括光學(xué)元件20和LED部件10。光學(xué)元件20具有一個由一個基部120和兩個會聚側(cè)面140形成的三角形橫截面，兩個會聚側(cè)面140接合相對的基部120以形成頂端130。頂端可以是一個點，如圖5中的130所示，或可以是稍鈍一些，如例如截平的三角形(通過虛線135示出)。鈍化的頂端可以是平的、圓形的或它們的組合。頂端小于基部并且優(yōu)選的是位于基部的上方。在一些實施例中，頂端不超過基部尺寸的20%。優(yōu)選的是，頂端不超過基部尺寸的10%。在圖5中，頂端130位于基部120上方正中。然而，頂端不居中或偏離基部中心的實施例還可以想到。光學(xué)元件20光學(xué)耦合到LED部件10以提取由LED部件10發(fā)射的光。LED部件10的主要發(fā)射表面100基本上平行于并且接近于光學(xué)元件20的基部120?？梢砸远喾N方式光學(xué)耦合LED部件10和光學(xué)元件20，包括鍵合和非鍵合構(gòu)造，將在下面詳細(xì)描述。光學(xué)元件20的會聚側(cè)面140a-b的作用是修改LED部件10所發(fā)射的光的發(fā)射圖形，如圖5中的箭頭160a-b所示。典型的裸式LED部件以第一發(fā)射圖形發(fā)射光。通常，第一發(fā)射圖形一般向前發(fā)射或具有基本的向前發(fā)射元件。圖5中示出的會聚光學(xué)元件諸如光學(xué)元件20將第一發(fā)射圖形修改為第二、不同的發(fā)射圖形。例如，楔形光學(xué)元件引導(dǎo)由LED部件發(fā)射的光生成具有兩個瓣的側(cè)發(fā)光圖形。圖5示出由LED部件發(fā)射、從基部進(jìn)入光學(xué)元件20的示例性光線160a-b。當(dāng)光線離開光學(xué)元件20的高折射率材料進(jìn)入圍繞介質(zhì)(如空氣)時，以用會聚側(cè)面140a形成相對較低入射角的方向發(fā)射的光線會發(fā)射折射。示例性光線160a示出一個這樣的光線，以相對于垂直來說的小角度入射。以大于或等于臨界角的高入射角發(fā)射的不同光線在該光線照射到的第一會聚側(cè)面處完全內(nèi)部反射(140a)。然而，在會聚光學(xué)元件諸如圖5所示的一個中，反射光線隨后將以低入射角遇到第二個會聚側(cè)面(140b)，在此，反射光線發(fā)生折射并允許離開光學(xué)元件。示例性光線160b示出一個這樣的光路徑。具有至少一個會聚側(cè)面的光學(xué)元件可以將第一光線發(fā)射圖形修改為第二、不同的光線發(fā)射圖形。例如，用這樣的會聚光學(xué)元件可將一般向前發(fā)射光圖形修改為第二、一般側(cè)發(fā)光圖形。換句話講，可以將高折射率光學(xué)元件成形為以引導(dǎo)由LED部件發(fā)射的光，以生成側(cè)發(fā)光圖形。如果光學(xué)元件為旋轉(zhuǎn)對稱(如成形為圓錐體)，所得的光發(fā)射圖形呈現(xiàn)環(huán)形分布-所發(fā)射光的強(qiáng)度將集中于光學(xué)元件四周的圓形圖案。例如，如果光學(xué)元件被成形為楔形(如，見圖7)，側(cè)發(fā)光圖形將具有兩個瓣—光強(qiáng)度將集中于兩個區(qū)域。如果楔對稱，兩個瓣將布置在光學(xué)元件(兩個相對區(qū)域)的相對側(cè)。對于具有多個會聚側(cè)面的光學(xué)元件，側(cè)發(fā)光圖形將具有相應(yīng)的多個瓣。例如，對于成形為四邊形棱錐的光學(xué)元件，所得的側(cè)發(fā)光圖形將具有四個瓣。側(cè)發(fā)光圖形可以時對稱或不對稱的。當(dāng)光學(xué)元件的頂端相對于基部或發(fā)射面不對稱放置時，將形成不對稱圖形。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將會知道這樣的布置方式和形狀的多種排列可按希望生成多種不同的發(fā)射圖形。在一些實施例中，側(cè)發(fā)光圖形的強(qiáng)度分布在至少30。的極角處最大，如強(qiáng)度線圖中的測量。在其他實施例中，側(cè)發(fā)光圖形的強(qiáng)度分布集中在至少30°的極角處。當(dāng)前本發(fā)明所公開的光學(xué)元件另外可能呈現(xiàn)其他強(qiáng)度分布，包括例如具有最大值和/或集中在45。和60°極角的強(qiáng)度分布。會聚光學(xué)元件可具有多種形式。每個光學(xué)元件具有基部、頂端和20至少一個會聚側(cè)面。基部可以具有任何形狀(如方形、圓形、對稱或非對稱、規(guī)則或不規(guī)則)。頂端可以是一個點、一條線或一個表面(如果為鈍化的頂端)。不管什么樣的特定會聚形狀，頂端的表面積比基部小，以使得側(cè)變從基部向頂端會聚?？梢詫酃鈱W(xué)元件成形為棱錐、圓錐、楔形或以及它們的組合。每個這樣的形狀靠近頂端還可以是截平的，形成鈍化的頂端。會聚光學(xué)元件可以是多面形狀，具有多邊形基部和至少兩個會聚側(cè)面。例如，棱錐形或楔形光學(xué)元件可以具有矩形的或方形基部和四個邊，其中至少兩個邊為會聚側(cè)面。其他邊可以是平行邊或作為另外一種選擇可以是發(fā)散的或會聚的?；康男螤畈恍枰獙ΨQ，并且可以成形為例如梯形、平行四邊形、四邊形或其他多邊形。在其他實施例中，會聚光學(xué)元件可以具有圓形、橢圓形或不規(guī)則形狀但連續(xù)的基部。在這些實施例中，光學(xué)元件可以說具有單會聚側(cè)面。例如，具有圓形基部的光學(xué)元件可以成形為圓錐形。一般來講，會聚光學(xué)元件具有基部、位于(至少部分地)基部上的頂端以及連接頂端和基部以完成立體形狀的一個或多個會聚側(cè)面。圖6a示出成形為四邊形棱錐的會聚光學(xué)元件200的一個實施例，該四邊形棱錐具有基部220、頂端230和四個邊240。在該具體實施例中，基部220可以是矩形或方形，并且頂端230在基部(垂直于基部平面的頂端的投影線210在基部220上居中)上居中位置處。圖6a另外示出具有發(fā)射表面100的LED部件10，發(fā)射表面100臨近并且平行于光學(xué)元件200的基部220。LED部件10和光學(xué)元件200在發(fā)射表面-基部接口光學(xué)耦合?？梢酝ㄟ^多種方式獲得光學(xué)耦合，詳情如下所示。例如，可以將LED部件和光學(xué)元件鍵合在一起。在圖6a中，LED部件的基部和發(fā)射表面被示出為尺寸基本匹配。在其他實施例中，基部可以大于或小于LED部件發(fā)射表面。圖6b示出會聚光學(xué)元件202的另一個實施例。此處，光學(xué)元件202具有六邊形基部222、鈍化的頂端232和六個邊242。側(cè)面在基部和頂端之間延伸并且每個側(cè)面向頂端232會聚。頂端232為鈍化的并且形成表面另外成形為六邊形，但小于六邊形基部。圖6c示出光學(xué)元件204的另一個實施例，該光學(xué)元件204具有兩個會聚側(cè)面244、一個基部224和一個頂端234。在圖6c中，光學(xué)元件被成形為楔形并且頂端234形成一條線。其他兩條側(cè)面被示出為平行側(cè)面。從頂部看，光學(xué)元件204在圖8d中示出。楔形光學(xué)元件可供選擇的實施例也包括具有會聚和發(fā)散側(cè)面組合的形狀，諸如如圖7所示的光學(xué)元件22。在圖7所示的實施例中，楔形光學(xué)元件22類似于軸端。兩個發(fā)散側(cè)面142作用是使由LED部件發(fā)射的光平行。兩個會聚側(cè)面144會聚于形成頂端132的頂部，當(dāng)從側(cè)面(參見圖5)觀察時，頂端132成形為位于基部上的一條線；當(dāng)如圖7(或圖8e)所示觀察時，頂端132具有延伸出基部的部分。會聚側(cè)面144允許由LED部件IO發(fā)射的光重新定向至側(cè)面，如圖5所示。其他實施例包括楔形，所有側(cè)面在此會聚，例如如圖8f所示。光學(xué)元件也可以被成形為具有圓形或橢圓形基部的圓錐形，頂端(至少部分地)位于基部之上，并且單個會聚側(cè)面連接基部與頂端。如上所述的棱錐形和楔形，頂端可以是一個點、一條線(直的或彎曲的)或可以將其鈍化成為一個表面。圖8a-8i示出了光學(xué)元件多個可供選擇的實施例的俯視圖。圖8a-8f示出實施例，其中頂端居中于基部之上。圖8g-8i示出非對稱光學(xué)元件的實施例，其中，頂端偏離或傾斜并且不居中于基部之上。圖8a示出具有方形基部、四個側(cè)面和居中于基部上的鈍化的頂端230a的棱錐形光學(xué)元件。圖8h示出具有方形基部、四個惻面和一個為偏心的鈍化的頂端230h的棱錐形光學(xué)元件。圖8b示出具有方形基部和成形為圓形的鈍化的頂端230b的一個光學(xué)元件的實施例。在這種情況下，會聚側(cè)面為彎曲的，使得方形基部與圓形頂端具有方形基部、四個三角形側(cè)面的棱錐形光學(xué)元件。該四個三角形側(cè)面會聚成一個點以形成居中于基部上的頂端230C。圖8i示出具有方形基部、四個三角形側(cè)面的棱錐形光學(xué)元件，該四個三角形側(cè)面會聚成一個點以形成偏離(不居中)于基部之上的頂端230i。圖8d-8g示出楔形光學(xué)元件。在圖8d中，頂端230d形成位于基部之上并且居中的一條線。在圖8e中，頂端230e形成在基部上居中并且部分位于基部之上的一條線。頂端230e另外具有部分延伸基部以外。圖8e中示出的俯視圖可以是如上所述的圖7中示出的光學(xué)元件的透視俯視圖。圖8f和圖8g示出具有形成一條線的頂端和四個會聚側(cè)面的楔形光學(xué)元件的兩個可供選擇的實施例。在圖8f中，頂端230f居中于基部之上，而在圖8g中，頂端230g偏離。圖9a-9c示出根據(jù)可供選擇的實施例的光學(xué)元件的側(cè)視圖。圖9a示出具有基部50以及側(cè)面40和側(cè)面41的光學(xué)元件的一個實施例，該側(cè)面40和側(cè)面41起始于基部50并且向位于基部50之上的頂端30會聚?？蛇x地，側(cè)面可以向鈍化的頂端31會聚。圖9b示出具有基部52、會聚側(cè)面44和垂直于基部的側(cè)面42的光學(xué)元件的另一個實施例。兩個側(cè)面42和44形成位于基部邊緣之上的頂端32?？蛇x地，頂端可以是鈍化的頂端33。圖9c示出具有一般三角形橫截面的替代形式光學(xué)元件的側(cè)視圖。此處，基部125以及側(cè)面145和側(cè)面147—般形成一個三角形，但側(cè)面145和側(cè)面147為非平面表面。在圖9c中，光學(xué)元件具有彎曲的左側(cè)面145和有小平面(即三個較小平坦部分147a-c的組合)的右側(cè)面。側(cè)面可以是彎曲的、片段的、有小平面的、凸?fàn)畹?、凹面的或它們的組合。這樣形狀的側(cè)面仍發(fā)揮作用以將所提取光的發(fā)射角度修改為類似于上述平面或扁平側(cè)面，只提供最后光發(fā)射模式的定制增加程度。圖10a-10e分別示出具有在每個基部622a-e和頂端630a-e之間延伸的非平面?zhèn)让?40a-e的光學(xué)元件620a-e的可供選擇的實施例。在圖10a中，光學(xué)元件620a具有包含兩個有小平面的部分641a和642a的側(cè)面640a?？拷?22a的部分642a垂直于基部622a，而部分641a向頂端630a會聚。類似地，在圖10b-c中，光學(xué)元件620b-c具有通過連接兩個部分641b-c和642b-c分別形成的側(cè)面640b-c。在圖10b中，會聚的部分641b為凹面。在圖10c中，會聚的部分641c為凸面。圖10d示出具有通過連接部分641d和642d形成的兩個側(cè)面640d的光學(xué)元件620d。此處，靠近基部622d的部分642d向鈍化的頂端630d會聚，并且最頂端的部分641d垂直于鈍化的頂端630d的表面。圖10e示出具有彎曲側(cè)面640e的光學(xué)元件620e的可供選擇的實施例。此處，側(cè)面640e為S形，但是一般地向鈍化的頂端630e會聚。當(dāng)側(cè)面由兩個或更多個部分形成時，如圖10a-e所示，優(yōu)選地布置部分以使得側(cè)面仍然大致會聚，即使側(cè)面可以具有非會聚的部分。優(yōu)選的是，基部尺寸與發(fā)射表面的LED部件尺寸想匹配。圖lla-lld示出這樣的布置方式的示例性實施例。在圖lla中，具有圓形基部50a的光學(xué)元件光學(xué)耦合到具有方形發(fā)射表面70a的LED部件。此處，通過使圓形基部50a的直徑"d"等于方形發(fā)射表面70a的對角尺寸(也是"d")來匹配基部和發(fā)射表面。在圖lib中，具有六邊形基部50b的光學(xué)元件光學(xué)耦合到具有方形發(fā)射表面70b的LED部件。此處，六邊形基部50b的高度"h"與方形發(fā)射表面70b的高度"h"相匹配。在圖11c中，具有矩形基部50c的光學(xué)元件光學(xué)耦合到具有方形發(fā)射表面70c的LED部件。此處，基部和發(fā)射表面這二者的寬度"w"相匹配。在圖lid中，具有方形基部50d的光學(xué)元件光學(xué)耦合到具有六邊形發(fā)射表面70d的LED部件。此處，基部和發(fā)射表面這二者的高度"h"相匹配。當(dāng)然，其中基部和發(fā)射表面這二者相同成形并且具有相同表面積的簡單的布置也符合此項標(biāo)準(zhǔn)。此處，基部的表面積與LED部件發(fā)射表面的表面積相匹配。類似的，當(dāng)光學(xué)元件連接到LED部件陣列時，發(fā)射表面?zhèn)让嫣幍年嚵谐叽鐑?yōu)選地可以與光學(xué)元件基部的尺寸相匹配。此而，陣列的形狀無需與基部的形狀匹配，只要二者之間至少一項尺寸(如直徑、寬度、高度或表面積)相匹配。作為另外一種選擇，發(fā)射表面的LED部件尺寸或LED部件陣列的組合尺寸可以小于或大于基部的尺寸。圖10a和10c示出實施例，其中，LED部件(分別為610a和610c)的發(fā)射表面(分別為612a和612c)與基部(分別為622a和622c)的尺寸相匹配。圖10b示出具有大于基部622b的發(fā)射表面612b的LED部件610b。圖10d示出LED部件的陣列612d，該陣列在發(fā)射表面612d具有大于基部622d尺寸的組合尺寸。圖10e示出具有發(fā)射表面612e小于基部622e的LED部件610e。例如，如果LED部件發(fā)射表面為具有l(wèi)mm側(cè)面的方形，可以將光學(xué)元件基部制成具有l(wèi)mm側(cè)面的匹配方形。作為另外一種選擇，可以將方形發(fā)射表面光學(xué)耦合到矩形基部，矩形其中一個側(cè)面的尺寸與發(fā)射表面?zhèn)让娴某叽缦嗥ヅ洹＞匦蔚姆瞧ヅ鋫?cè)面可以大于或小于方形的側(cè)面。可選地，可以將光學(xué)元件制成圓形基部的直徑等于發(fā)射表面的對角尺寸。例如，對于1mmX1mm的方形發(fā)射表面，直徑為1.41mm的圓形基部被認(rèn)為尺寸與該申請的目的相匹配。也可以將基部尺寸制成為略小于發(fā)射表面的尺寸。如果其中一個目的是最小化光源的外觀尺寸，這可以具有優(yōu)點，如題目為"HighBrightnessLEDPackage"(高亮度LED包裝)的共同擁有的美國專利申請(代理人案巻號60217US002)中所述。圖12示出包括光學(xué)耦合到按陣列12布置的多個LED部件14a-c的會聚光學(xué)元件24的光源的另一個實施例。當(dāng)紅色、綠色和藍(lán)色LED組合成陣列以生成混合成的白色光時，這種布置方式可以尤其有用。在圖12中，光學(xué)元件24具有會聚側(cè)面146以將光重定向到側(cè)面。光學(xué)元件24具有成形為方形的基部124，方形基部光學(xué)耦合到LED部件12的陣列。LED部件12的陣列另外形成方形(具有側(cè)面16)。本文所公開的光學(xué)元件可以通過常規(guī)方式或通過利用在題目為"PROCESSFORMANUFACTURINGOPTICALANDSEMICONDUCTORELEMENTS"(光學(xué)和半導(dǎo)體元件制造方法)的美國專利申請No.10/977239(代理人案巻號60203US002)、題目為"PROCESSFORMANUFACTURINGALIGHTEMITTINGARRAY"(光發(fā)射陣列制造方法)的美國專利申請10/977240(代理人案巻號60204US002)以及題目為"ARRAYSOFOPTICALELEMENTSANDMETHODOFMANUFACTURINGSAME"(光學(xué)元件陣列與制造相同元件的方法)的美國專利申請No.11/288071(代理人案巻號60914US002)中所公開共同轉(zhuǎn)讓的精密研磨技術(shù)而制成。光學(xué)元件為透明的并且優(yōu)選地具有相對的高折射率。光學(xué)元件的適用材料包括但不限于無機(jī)材料諸如高折射率玻璃(如可得自美國紐約艾姆斯佛德市肖特北美公司(SchottNorthAmerica,Inc.)商品名為LASF35的LASF35型肖特玻璃)和陶瓷粉(如藍(lán)寶石、氧化鋅、氧化鋯、金剛石和碳化硅)。藍(lán)寶石、氧化鋅、金剛石和碳化硅尤其是有用，因為這些材料另外具有相當(dāng)高的熱導(dǎo)率(0.2-5.0W/cmK)。高折射率聚合物或納米顆粒填充聚合物還可以想到。適用的聚合物可以是熱塑性和熱固性兩種聚合物。熱塑性聚合物可以包括聚碳酸酯和環(huán)狀烯烴共聚物。熱固性聚合物可以是例如丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、硅樹脂以及在本領(lǐng)域中所孰知的其他樹脂。適用的陶瓷納米級微粒包括氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋅和硫化鋅。光學(xué)元件的折射率(n。)優(yōu)選的是類似于LED部件發(fā)射表面的指數(shù)(ne).優(yōu)選的是，二者之間的差值不大于0.2(ln。-nel《0.2)?？蛇x地，差值可以大于0.2，視所使用的材料而定。例如，發(fā)射表面可以具有1.75的折射率。適用的光學(xué)元件可以具有等于或大于1.75(n?！?.75)的折射率，包括例如n?！?.9、n?！?.1和n?！?.3?？蛇x地，n。可以小于ne(如n?！?.7)。優(yōu)選的是，光學(xué)元件的折射率與主要發(fā)射表面的折射率相匹配。在一些實施例中，光學(xué)元件和發(fā)射表面這二者的折射率可以是相同值(n。=ne)。例如，具有&=1.76的藍(lán)寶石發(fā)射表面可以與藍(lán)寶石光學(xué)元件或SF4(可得自美國紐約艾姆斯佛德市肖特北美公司(SchottNorthAmerica,Inc.)商品名為SF4)n。=1.76的玻璃光學(xué)元件相匹配。在其他實施例中，光學(xué)元件的折射率可以高于或低于發(fā)射表面的折射率。當(dāng)由高折射率材料制成時，由于其高折射率光學(xué)元件增加從LED部件的光提取并修改由于其形狀的光發(fā)射分布，因此提供定制的光發(fā)射圖案。在整個本公開中，一般將LED部件IO簡化描述，但LED部件IO可以包括除了上述再發(fā)光結(jié)構(gòu)外為本領(lǐng)域所孰知的常規(guī)的設(shè)計結(jié)構(gòu)。例如，LED部件可以包括截然不同的正摻雜和負(fù)摻雜半導(dǎo)體層、緩沖層、基底層和復(fù)蓋層。所示的為簡單的矩形LED部件布置，但還可以想到其他的己知構(gòu)造，如形成截平的倒立棱錐LED部件形狀的傾斜側(cè)面。為簡化起見，也未顯示LED部件的電觸點，但眾所周知，可在模具的任何表面上提供該電觸點。在示例性實施例中，LED部件具有均以"倒裝晶片"設(shè)計設(shè)置在底部表面的兩個觸點。本公開并非意圖限制光學(xué)元件的形狀或LED部件的形狀，只是提供示例性的實例。當(dāng)光學(xué)元件和LED部件發(fā)射表面之間的最小間隙不大于消散波時，光學(xué)元件被認(rèn)為光學(xué)耦合到LED部件。通過將LED部件和光學(xué)元件物理上靠近放置，可獲得光學(xué)耦合。圖5示出LED部件10的發(fā)射表面100和光學(xué)元件20的基部120之間的間隙150。通常，間隙150為空氣間隙并且通常很小以促進(jìn)受抑全內(nèi)反射。例如在圖5中，如果間隙150接近空氣中的光波長，光學(xué)元件20的基部120為光學(xué)靠近LED部件10的發(fā)射表面100。優(yōu)選地，間隙150的厚度小于氣中的光波長。在使用多個光波長的LED中，間隙150優(yōu)選地至多是最長波長值。適用的間隙尺寸包括25nm、50nm和100nm。優(yōu)選的是間隙最小化，諸如將LED部件和光學(xué)元件的輸入孔隙或基部拋光為鍵合在一起的平晶和晶片時。另外，優(yōu)選的是發(fā)射表面100和基部120之間接觸面上的間隙150基本上均勻，并且發(fā)射表面100和基部120具有小于20nm的粗糙度，優(yōu)選的是小于5nm。在這樣的構(gòu)造中，在逃逸錐面外側(cè)或成一角度從LED部件10發(fā)射的光線在LED部件-空氣界面通常完全內(nèi)部反射，而不是被傳輸?shù)焦鈱W(xué)元件20。為促進(jìn)光學(xué)耦合，可將基部120的表面成形用于匹配發(fā)射表面100。例如，如果LED部件IO的發(fā)射表面IOO為平的，如圖5所示，光學(xué)元件20的基部120也可以為平的。作為另外一種選擇,如果LED部件的發(fā)射表面為彎曲(如略微凹陷)，可將光學(xué)元件的基部成形為與發(fā)射表面(如略微凸起)相配合?；?20的尺寸可以小于、等于或大于LED部件發(fā)射表面100。基部120的橫截面形狀可以與LED部件10相同或不同。例如，LED部件可以具有方形發(fā)射表面，而光學(xué)元件具有圓形基部。其他變型將對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員顯而易見。適用的間隙尺寸包括100nm、50nm和25nm。優(yōu)選的是間隙最小化，諸如將LED部件和光學(xué)元件的輸入孔隙或基部拋光為鍵合在一起的平晶和晶片時?？赏ㄟ^施加高溫和高壓以提供光耦合布置將光學(xué)元件和LED部件鍵合在一起?？墒褂萌魏我阎木I合技術(shù)D示例的晶片鍵合技術(shù)在題目為"ProcessforManufacturingOpticalandSemiconductorElements"(光學(xué)半導(dǎo)體元件制造方法)的美國專利申請No.10/977239(代理人案巻號.60203US002)中有所描述。如果為限制性間隙，通過在LED部件的發(fā)射表面和光學(xué)元件的基部之間增加薄的光學(xué)傳導(dǎo)層可獲得或增強(qiáng)光學(xué)耦合。圖13示出光學(xué)元件和LED部件的局部示意性側(cè)視圖，諸如圖5中所示出的，但在間隙150內(nèi)設(shè)置有薄的光學(xué)傳導(dǎo)層60。類似于間隙150，光學(xué)傳導(dǎo)層60的厚度可以是100nm、50nm、25nm或更小。優(yōu)選的是，光學(xué)傳導(dǎo)層的折射率接近匹配于發(fā)射表面或光學(xué)元件的折射率。光學(xué)傳導(dǎo)層可用于鍵合和非鍵合(機(jī)械分離)兩種構(gòu)造。在鍵合實施例中，光學(xué)傳導(dǎo)層可以是傳輸光的任何適用的鍵合劑，包括例如透明粘結(jié)劑層、無機(jī)薄膜、可熔玻璃粉或其他類似鍵合劑。鍵合構(gòu)造的其他實例在例如2002年3月14日公布的題目為"LightEmittingDiodeswithImprovedLightExtractionEfficiency"(具有經(jīng)過改善光提取效率的發(fā)光二極管)(Camras等人)的美國專利公布No.U.S.2002/0030194中有所描述。在非鍵合實施例中，LED部件可被光學(xué)耦合到光學(xué)元件而在LED部件和光學(xué)元件之間不使用任何粘接劑或其他鍵合劑。非鍵合實施例允許將LED部件和光學(xué)元件二者機(jī)械分離，并且允許相互間獨立地移動。例如，光學(xué)元件可相對于LED部件橫向移動。又如當(dāng)每個元件在工作期間發(fā)熱時，光學(xué)元件和LED部件均可自由伸展。在這樣的機(jī)械分離的系統(tǒng)中，由伸展產(chǎn)生的多數(shù)應(yīng)力不管是否垂直，都不會從一個元件傳遞到另一個元件。換句話講，一個元件的移動不會機(jī)械影響另一個元件。這種構(gòu)造在發(fā)光材料為易碎的情況下、LED部件和光學(xué)元件之間存在伸展失配系數(shù)的情況下以及LED反復(fù)打開和關(guān)閉的情況下特別理想。經(jīng)過機(jī)械分離的構(gòu)造可通過將光學(xué)元件置于光學(xué)靠近LED部件(二者之間只有很小的空氣間隙)制成。空氣間隙應(yīng)足夠小以促進(jìn)受抑全內(nèi)反射，如上所述。作為另外一種選擇，如圖13所示，可在光學(xué)元件20和LED部件IO之間的間隙150添加薄的光學(xué)傳導(dǎo)層60(如折射率匹配液)，前提條件是光學(xué)傳導(dǎo)層允許光學(xué)元件和LED部件獨立地移動。適用于光學(xué)傳導(dǎo)層60的材料實例包括折射率匹配油和其他具有類似光學(xué)特性的液體或凝膠?？蛇x地，光學(xué)傳導(dǎo)層60也可以熱傳導(dǎo)?？衫萌魏我阎拿芊鈩┎牧蠈⒐鈱W(xué)元件和LED部件封裝在一起，制成最終的LED包裝或光源。封裝光學(xué)元件和LED部件提供一種在非鍵合實施例中將二者保持在一起的方式。29另外的非鍵合構(gòu)造如題目為"LEDPackagewkhNon-bondedOpticalElement"(具有非鍵合光學(xué)元件的LED包裝)代理人案巻號為60216US002的共同擁有的美國專利申請No.10/977249中所述。光學(xué)元件可以由單一結(jié)構(gòu)制成，例如從單個材料嵌段切削，或可以通過以化合物構(gòu)造將兩個或更多個片段連接在一起而制成。第一部分有利地與LED部件進(jìn)行光學(xué)接觸，并且由具有高折射率(優(yōu)選的是約等于LED部件發(fā)射表面處的折射率)、可選地高熱導(dǎo)率和/或高熱穩(wěn)定性的第一光學(xué)材料制成。就這一點而言，高熱穩(wěn)定性指的是具有約600'C或更高分解溫度的材料。第一片段的厚度優(yōu)選的是光學(xué)厚度(如有效地至少5微米，或10倍的光波長)。碳化硅也是導(dǎo)電的，因此，可以另外提供電接觸或電路功能。如果散射僅限于靠近輸入端或光學(xué)元件的基部的位置，在光學(xué)元件內(nèi)的散射是可以接受的。然而，使具有足夠長度的光學(xué)元件有效耦合來自LED部件的光昂貴并且耗時。制備一體式光學(xué)元件的另外的挑戰(zhàn)是材料產(chǎn)量可以相對較低，并且形狀因子可以迫使LED部件單獨與光學(xué)元件組裝。由于這些原因，將光學(xué)元件分成兩個(或更多個)部分可以是有利的，由不同光學(xué)材料制成的部分可降低制造成本。第二部分與第一部分接合并且由第二光學(xué)材料制成，第二光學(xué)材料與第一光學(xué)材料相比可以具有較低的材料成本并且更容易加工。與第一光學(xué)材料相比，第二光學(xué)材料可以具有較低的折射率、較低的熱導(dǎo)率或二者均具有。例如，第二光學(xué)材料可以包括玻璃、聚合物、陶瓷粉、填充陶瓷納米顆粒的聚合物以及其他視覺上澄清的材料。適用的玻璃包括包含鉛、鋯、鈦和鋇氧化物的玻璃。玻璃可以由包含鈦酸鹽、鉛酸鹽和錫酸鹽的化合物制成。適用的陶瓷納米級微粒包含氧化鋯、二氧化鈦、氧化鋅和硫化鋅。可選地，可以將由第三光學(xué)材料構(gòu)成的第三部分接合到第二部分，以進(jìn)一步幫助將LED光與外部環(huán)境耦合。在一個實施例中，布置三個部分的折射率使得n,>n2>n3，以最小化與光學(xué)元件相關(guān)的整體菲涅耳表面反射。根據(jù)本發(fā)明光源可以是圖形顯示裝置的元件或關(guān)鍵元件，諸如大型或小型屏幕視頻監(jiān)視器、計算機(jī)監(jiān)視器或顯示器、電視、電話裝置或電話裝置顯示器、個人數(shù)字助理或個人數(shù)字助理顯示器、尋呼機(jī)或?qū)ず魴C(jī)顯示器、計算器或計算器顯示器、游戲機(jī)或游戲機(jī)顯示器、玩具或玩具顯示器、小型或大型家電或小型或大型家電顯示器、汽車儀表板或汽車儀表板顯示器、汽車內(nèi)飾或汽車內(nèi)飾顯示器、船舶儀表板或船舶儀表板顯示器、船舶內(nèi)飾或船舶內(nèi)飾顯示器、航空器儀表板或航空器儀表板顯示器、航空器內(nèi)飾或航空器內(nèi)飾顯示器、交通控制設(shè)備或交通控制設(shè)備顯示器、廣告顯示器、廣告牌等。根據(jù)本發(fā)明所述的光源可以是液晶顯示器(LCD)的部件或關(guān)鍵部件、或類似顯示器，作為那個顯示器的背光源。在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的所述半導(dǎo)體裝置通過將由根據(jù)本發(fā)明的所述半導(dǎo)體裝置發(fā)射的彩色與LCD顯示器的彩色濾波器匹配，特別適于用作液晶顯示器的背光源。根據(jù)本發(fā)明的所述光源可以是照明裝置的部件或關(guān)鍵部件，諸如諸如自立式或內(nèi)置照明器材或照明燈具、景觀或建筑照明器材、手持或車載燈、汽車前大燈或尾燈、汽車內(nèi)飾照明燈具、汽車或非汽車信號裝置、道路照明裝置、交通控制信號裝置、船舶用燈或信號裝置或內(nèi)飾照明燈具、航空用燈或信號裝置或內(nèi)飾照明燈具、小型或大型家電或小型或大型家電用燈等；或用作紅外光源、可見光源或紫外線輻射光源的任何裝置或任何部件。在不背離本發(fā)明的范圍和原則的前提下，本發(fā)明的各種修改和更31改對本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，并且應(yīng)該理解，本發(fā)明不應(yīng)不當(dāng)?shù)叵抻谏衔乃鍪纠詫嵤├?。?quán)利要求1.一種光源，包括a)LED部件，包括i)LED，其能夠以第一波長發(fā)射光；和ii)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，其具有不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，并具有發(fā)射表面；以及b)光學(xué)元件，其具有基部、兩個會聚側(cè)面和兩個發(fā)散側(cè)面，其中所述基部被光學(xué)耦合到所述發(fā)射表面。2.—種光源，包括a)LED部件，包括i)LED，其能夠以第一波長發(fā)射光；和ii)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，其具有不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，并具有發(fā)射表面；以及b)高折射率光學(xué)元件，其光學(xué)耦合到所述LED部件，并且被成形用于引導(dǎo)由所述LED部件發(fā)射的光，以生成具有兩個瓣的側(cè)發(fā)光圖案。3.—種光源，包括a)LED部件，包括i)LED，其能夠以第一波長發(fā)射光；和ii)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，其具有不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，并具有發(fā)射表面；以及b)光學(xué)元件，其包括基部、小于所述基部的頂端、和在所述基部與所述頂端之間延伸的會聚側(cè)面，其中所述基部光學(xué)耦合到所述發(fā)射表面并且尺寸不大于所述發(fā)射表面；其中所述光學(xué)元件引導(dǎo)由所述LED部件發(fā)射的光以生成側(cè)發(fā)光圖案。4.一種光源，包括a)LED部件，包括i)LED，其能夠以第一波長發(fā)射光；和ii)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，其具有不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，并具有發(fā)射表面；以及b)光學(xué)元件，其包括基部、頂端、和連接所述基部與所述頂端的會聚側(cè)面，其中所述基部光學(xué)耦合到所述發(fā)射表面；其中所述光學(xué)元件具有包括所述基部并且由第一材料構(gòu)成的第一部分；并且其中所述光學(xué)元件具有包括所述頂端并且由第二材料構(gòu)成的第二部分。5.—種光源，包括a)LED部件，包括i)LED，其能夠以第一波長發(fā)射光；和ii)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，其具有不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，并具有發(fā)射表面；以及b)第一光學(xué)元件，其包括基部、頂端、和連接所述基部與所述頂端的會聚側(cè)面，其中所述基部光學(xué)耦合到所述發(fā)射表面并且尺寸不大于所述發(fā)射表面，所述第一光學(xué)元件具有第一折射率；以及c)第二光學(xué)元件，其包封所述LED部件和所述第一光學(xué)元件,所述第二光學(xué)元件具有低于所述第一折射率的第二折射率。6.—種光源，包括a)LED部件，包括i)LED，其能夠以第一波長發(fā)射光；和ii)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，其具有不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，并具有發(fā)射表面；以及b)第一光學(xué)元件，其包括基部、位于所述發(fā)射表面上方的頂端、和連接所述基部與所述頂端的會聚側(cè)面，其中所述基部光學(xué)耦合到所述發(fā)射表面，所述第一光學(xué)元件具有第一折射率；以及c)第二光學(xué)元件，其包封所述LED部件和所述第一光學(xué)元件,所述第二光學(xué)元件具有低于所述第一折射率的第二折射率。7.—種光源，包括a)LED部件，包括i)LED，其能夠以第一波長發(fā)射光；和ii)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，其具有不位于pn結(jié)內(nèi)的勢阱，并具有發(fā)射表面；以及b)第一光學(xué)元件，其包括基部、頂端、和連接所述基部與所述頂端的會聚側(cè)面，其中所述基部光學(xué)耦合到所述發(fā)射表面；以及c)第二光學(xué)元件，其包封所述LED部件和所述第一光學(xué)元件，與由第一光學(xué)元件單獨提取的功率相比，所述第二光學(xué)元件提供增加的由LED部件提取的功率。8.—種圖形顯示裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源。9.一種照明裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求l所述的光源。全文摘要本發(fā)明提供一種包括具有發(fā)射表面的LED部件的光源，所述光源可以包括i)能夠以第一波長發(fā)射光的LED；和ii)再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造，所述再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造具有不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱，并具有發(fā)射表面；或所述再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造可以交替具有位于pn結(jié)內(nèi)的第一勢阱和不位于pn結(jié)內(nèi)的第二勢阱；以及所述再發(fā)光半導(dǎo)體構(gòu)造另外具有會聚光學(xué)元件。文檔編號H01L33/58GK101467275SQ200780022122公開日2009年6月24日申請日期2007年6月11日優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日發(fā)明者邁克爾·A·哈斯申請人:3M創(chuàng)新有限公司