发光元件的逸出表面包括特征（310），其包括具有基于来自发光元件的峰值光输出的方向的倾斜角度的斜坡表面（312,314）。如果光输出展现出不同方向处的数个波瓣，则斜坡表面（312,314）可以具有对应数目的不同倾斜角度（如在图3b和3c中那样）。为了最小化光到邻近特征中的重注入，邻近特征可以定位成避免具有直接面向彼此的表面。特征可以成形或定位成提供跨逸出表面的倾斜表面的伪随机分布，并且可以使用多个粗糙化过程。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学器件领域，并且特别地涉及诸如发光设备的表面之类的光提取表面上的图案的创建。
技术介绍
常规半导体发光元件包括双异质结构，其包括夹在N型包覆层与P型包覆层之间的发光(“有源”)层。当电荷载流子(电子和空穴)流入有源层中时，这些电荷载流子可能相遇。当电子遇到空穴时，其落至较低能级上，并且以光子的形式释放能量。所创建的光子可以在任何方向上行进，并且商业上可获得的发光元件典型地包括重定向光以便从发光元件的意图逸出表面出射的反射表面。然而，光可能以实际上任何角度撞击逸出表面，并且大部分光可能以超出表面的任一侧上的材料之间的界面的临界角的角度撞击表面并且被全内反射(TIR)。临界角通过材料之间的界面处的材料的折射率nl和n2确定，并且对于从具有折射率nl的介质行进到具有较低折射率n2的介质中的光，等于: arcsin (n2/nl) (等式 1) 以大于临界角撞击表面的光将被全内反射，并且将不通过表面逸出。术语“逸出区段”或“逸出圆锥”用于限定光将在其内通过表面逸出的角度范围。表面上的任何点处的逸出圆锥是具有其横截面对向关于表面的法线的临界角的两倍的角度的表面处的顶点的圆锥。逸出区段是表面上的所有点的逸出圆锥的合成。尽管通过立体角限定逸出区段，但是使用二维模型来呈现本公开内容，以易于呈现和理解。本领域技术人员将认识到，从二维光学模型的以下分析所得出的结论适用于使用三维模型的更复杂的分析。已经确定的是，相比于光滑表面，对逸出表面粗糙化允许更多光通过表面逸出。当光从光滑逸出表面全内发射时，其将朝向发光元件的内部行进回来，被反射表面反射，并且朝向逸出表面重定向回来。在大多数情况下，该过程重复直到反射光在LED内部被完全吸收。相反，因为粗糙化表面将使其表面的部分处于相对于有源区域的表面的变化角度处，所以原本将在光滑逸出表面的逸出区段外部的一些光将在粗糙化表面的斜坡表面的逸出区段内并且将从粗糙化逸出表面出射；此外，可能从粗糙化逸出表面反射的一些光可以重定向在期望的方向上(例如与有源层正交)，使得在下一次弹起时，从逸出表面出射的可能性增加。发光元件的逸出表面可以使用任何各种技术来粗糙化，其中的一些创建随机粗糙化的表面，并且其中的一些创建具有凹槽、裂缝、结构等的特定图案的表面。在“RecentProgress of GaN Based High Power LED”(第 14 届光电子学和通信会议，2009 年)中，Hao-chung Kuo公开了一种粗糙化技术的组合，其中首先图案化逸出表面，然后使其经受随机粗糙化过程，从而创建具有粗糙化图案的逸出表面。尽管对逸出表面粗糙化改进光提取效率，但是当从粗糙化逸出表面上的特征出射的光撞击邻近特征并且“重注入”到发光元件中时，将损失该效率中的一些。此外，在随机粗糙化过程中，对所创建的特征的形状和密度的控制某种程度上是受限的，并且因而光从表面出射的可能性，以及光重注入到表面中的可能性，是难以控制或预测的。
技术实现思路
将有利的是进一步改进发光元件的逸出表面的光提取效率。还将有利的是使用图案化表面，其被特征化为基于发光元件的光源的特定特性而增加光提取效率。为了更好地解决这些关注点中的一个或多个，在本专利技术的实施例中，发光元件的逸出表面包括多个特征，每一个特征具有多个表面，所述多个表面具有基于从光源输出的(多个)峰值光方向的倾斜角度。如果光输出展现出不同方向处的数个波瓣，则多个表面可以具有对应数目的不同倾斜角度。为了最小化光到邻近特征中的重注入，邻近特征可以定位成避免具有直接面向彼此的表面。特别地，发光元件发射具有特定发射场图案的光，并且包括从其发射光的逸出表面。为了改进光提取效率，逸出表面包括表面特征，其包括具有取决于发光元件的特定角度发射场图案的斜坡的斜坡表面。表面特征可以包括例如具有最大化能够从逸出表面逸出的光的量的斜坡的圆锥或角锥特征。表面特征可以通过蚀刻、碾磨或激光切分来形成。斜坡表面和外部介质之间的界面展现出临界角，其限定在其外部的光全部或大部分被内反射的逸出区段，并且斜坡被确定成最大化撞击逸出区段内的斜坡表面的光的量。远场角度发射场图案可以包括多个波瓣，并且基于这些波瓣的极坐标取向确定逸出表面上的特征的斜坡。在一些实施例中，不同表面特征可以创建成提供具有不同斜坡的斜坡表面，不同斜坡取决于可能存在于特定发射场图案中的不同波瓣。为了最小化发射光重新进入发光元件的可能性，表面特征布置在表面上使得没有表面特征的斜坡表面直接面向相邻表面特征的任何斜坡表面。例如，在一些实施例中，表面特征的每一个斜坡表面面向相邻表面特征的边缘。以相似的方式，如果特定过程提供特定表面特征的高效创建，或者如果已知特定表面特征提供高提取效率和低重注入可能性，则发光设备的元件可以布置成产生通过这些特定表面特征实现最佳或接近最佳光提取效率的角度发射场图案。在一些实施例中，发光元件的角度发射场图案和粗糙化表面的表面特征一致地设计以提供具有高光提取效率的发光元件。【附图说明】更详细地并且通过示例的方式参照附图解释本专利技术，其中:图1图示了针对发光层与反射体之间的各种距离的光发射场图案的示例集合。图2A-2B图示了光发射场的示例极坐标图。图3A-3C图示了基于光发射场中的峰值的示例表面图案轮廓。图4A-4B图示了形成为圆锥特征的示例表面特征。图5A-5B图示了形成为角锥特征的示例表面特征。图6A-6C图示了包括重新进入发光元件的光路的示例光路。图7-10图示了降低光重新进入发光元件的可能性的表面特征的示例布置。图11图示了包括表面的伪随机布置的示例逸出表面。图12图示了包括特征的圆形布置的示例逸出表面。图13图示了示例发光表面和斜坡特征。贯穿各图，相同参考标号指示相似或对应的特征或功能。出于说明性目的而包括各图并且其不意图限制本专利技术的范围。【具体实施方式】在以下描述中，出于解释而非限制的目的，阐述诸如特定架构、界面、技术等之类的具体细节以便提供对本专利技术的概念的透彻理解。然而，对本领域技术人员而言将显而易见的是，本专利技术可以在脱离这些具体细节的其它实施例中实践。以相似的方式，本说明书的文本针对如图中所图示的示例实施例，并且不意图在权利要求中明确包括的限制之外限制所要求保护的专利技术。出于简单和清楚的目的，省略公知的设备、电路和方法的详细描述以免以非必要的细节使本专利技术的描述晦涩难懂。如上文指出的，常规发光元件可以包括从有源层朝向逸出表面反射光的反射表面。来自靠近银镜的有源层的光子辐射展现出金属平面附近的电偶极子的特性。结果得到的远场辐射图案将取决于相对于发射光的波长的反射镜与有源层之间的距离，以及光通过其行进的材料的折射率。在给定有源层与反射镜之间的距离D的情况下，相对距离d可以限定为: d = η * D/λ(等式 2) 其中: η是有源层与反射镜之间的材料的折射率；并且λ是发射光的波长。图1图示了针对有源层与反射镜之间的相对距离d的不同值的归一化远场发射图案110-200的示例集合。在该示例中，有源层与反射镜之间的材料为GaN，并且反射镜是银反射体。竖直轴表示归一化发射幅度，并且水平轴表示相对于发光表面的法线的角度。如可以看到的，当反射镜非常接近有源层(d=0.1)时，发射图案与朗伯本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种发光设备，包括：发光元件，包括： Ｎ型区， Ｐ型区， 夹在Ｎ型区与Ｐ型区之间的发光层，以及 在平行于发光层的平面中并且从发光层发射的光从其出射的逸出表面；其中：在具有角度发射场图案的发光元件内发射光，并且逸出表面包括表面特征，所述表面特征包括具有对应于发光元件的发射场图案的斜坡的斜坡表面。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：T洛佩斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL
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