CN105283969A - 具有基于发射场图案的图案化表面特征的led - Google Patents

Abstract

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。

Description

具有基于发射场图案的图案化表面特征的LED

技术领域

本发明涉及光学器件领域，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。

背景技术

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n1和n2确定，并且对于从具有折射率n1的介质行进到具有较低折射率n2的介质中的光，等于：

arcsin(n2/n1)（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“RecentProgressofGaNBasedHighPowerLED”（第14届光电子学和通信会议，2009年）中，Hao-chungKuo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。

发明内容

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，在本发明的实施例中，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发明，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发明的范围。

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发明的概念的透彻理解。然而，对本领域技术人员而言将显而易见的是，本发明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发明。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发明的描述晦涩难懂。

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，发射图案与朗伯图案没有明显不同，其中峰值发射水平在处于或靠近表面的法线的角度处，并且当角度远离法线增加时逐步降低发射水平。当相对距离增加时，通过增加的距离D的行进允许创建愈加复杂的图案的相互作用。

当相对距离从0.1增加到0.4时，较少的光发射在法线方向上。如可以看到的，在相对距离为0.4（D=0.4*λ/η）时所产生的图案140中，存在处于或靠近法线的方向上的非常少的发射，以及处于或靠近离开法线60度的方向上的大量发射146。当相对距离朝向相对距离0.6（D=0.6*λ/η）进一步增加时，当法线方向上所发射的光的量增加时产生多个峰值（152,156），（162,166）。当相对距离进一步增加时，多个峰值进一步从法线偏移，并且形成附加峰值。

要指出的是，不同图案可以在不同环境下产生。例如，图1中所图示的图案是可以在假定从反射镜的近乎完美的反射的情况下产生的图案；实际上，反射镜表面很少是完美的反射体。此外，各种其它参数可能影响发射场图案。图2A和2B图示了针对发光设备的两个模型的两个不同的发射场图案，其中考虑到不同参数。图2A图示了使用对应于例如图1的图案160的“简单”模型的预测发射场图案，而图2B图示了相同发光设备的更为复杂的模型。

图2A和2B提供远场发射场图案的“极坐标”表示，其中半圆形上的点的轨迹表示相对于发光层的表面的角度，并且距原点的距离表示特定角度处的发射振幅。在这样的表示中，大约峰值发射振幅的发射看起来为“波瓣”。在图2A中，指示三个波瓣210,220,221，尽管在三维空间中，波瓣220和221是具有大约70度的角度取向的相同“立体角波瓣”的横截面。在图2B中，指示四个波瓣230,240,231,241，其对应于大约30度和70度的峰值发射角度处的两个立体角波瓣。为了易于引用，术语“波瓣”在此之后用于指示“大约峰值发射角度的发射”。

图1和2A-2B的示例仅仅意图说明，取决于制造技术和参数，常规发光设备可能展现出非朗伯发射图案。如将在下文明显的，本发明不限于使用偶极子-反射镜效应来引入任何特定的发射图案；而是，对本领域技术人员而言将显而易见的是，本发明不取决于用来创建特定发射场图案的任何特定技术。

尽管图1的示例图示了远场发射场图案可以通过控制反射体与有源层之间的距离来控制，使得如果期望的话可以避免离开法线的峰值，但是在许多实例中，制造过程受到不允许控制发射场图案本身的因素的约束。然而，任何特定制造技术将一般产生对应的特定发射场图案，并且可以执行测试以确定由给定技术产生的设备的特定发射场图案（或波瓣集合）。

在本发明的实施例中，确定给定发光设备或发射设备分类的发射场图案，并且基于所确定的发射场图案对发光设备的逸出表面图案化，以减少由光以大于离开逸出表面的法线的临界角度的角度撞击表面所引起的表面处的全内反射（TIR）。

在本发明的其它实施例中，确定逸出表面特征的给定集合的角度光提取效率，并且基于所确定的角度光提取效率来设计发光元件的发射场图案。在一些实施例中，逸出表面特征和发射场图案一致地设计以实现高光提取效率。为了易于引用和呈现，使用设计逸出表面特征以优化针对给定发射场图案的光提取效率的范例来呈现以下公开内容。本领域技术人员将认识到，使用该范例所呈现的原理适用于上文提到的其它设计序列。

同样为了易于引用和呈现，使用发射场图案的前述二维模型并且使用全内反射的理想化模型来呈现以下示例，其中逸出区段内的所有光从表面出射，并且逸出区段外部的所有光被全内反射。

图3A图示了具有特征310的示例表面轮廓，每一个特征310包括斜坡表面312,314。在该轮廓中，发光区302夹在n型和p型区301,303之间。斜坡表面312,314形成在区303中。本领域技术人员将认识到，这些区301,302,303中的每一个可以包括多个材料层，包括接触件等（未图示）。

在该示例中，斜坡表面312,314处于相对于发光区302的表面320的45度角处。从表面320以45度发射的光将以垂直于斜坡表面的角度撞击斜坡表面312,314中的一个，并且将从表面出射。特别要指出的是，斜坡表面312,314处的临界角将是相对于这些表面312,314的法线，所述法线处于从发光表面320的法线的45度角处。

以离开法线30度从发光表面320发射的光将以15度的角度撞击斜坡表面312,314中的一个，如以60度发射的光将出现的情况那样。如果临界角是至少15度，则撞击表面312,314的以30和60度之间的角度发射的光将从这些表面出射。相反地，以0度发射（垂直于发光层）的光将以45度的角度撞击表面312,314，并且如果临界角小于45度则可能被全内反射。在本发明的实施例中，可以基于在发光设备内发射的光的发射图案确定斜坡表面312,314的斜坡以便最小化被全内反射的光的量。

如果发光设备确定为展现出类似于例如图1中的图案140的发射图案，则大量的光将以处于或靠近离开法线60度的角度发射（即，在三维发射图案的二维“横截面”中，波瓣存在于大约60度和-60度处；在三维中，该波瓣关于与发光表面正交的轴旋转）。如果逸出表面平行于发光层的表面，并且逸出表面的临界角例如为40度，则大部分发射光将处于逸出表面的逸出区段外部，并且将在其撞击逸出表面时被全内反射。

为了增加将从逸出表面出射的光的量，表面可以图案化以创建提供涵盖大部分发射光的逸出区段的表面特征。例如，如果如以上示例中那样，波瓣存在于离开发光表面的法线60度处，则可以在表面上创建特征，该特征呈现相对于发光表面的平面成60度斜坡的表面区域。利用这样的斜坡表面，逸出区段的中心将取向在与60度处的波瓣的峰值相同的方向上，并且在60度+/-临界角内撞击该斜坡表面的光将能够通过斜坡表面逸出。由于大量发射光将处于60度+/-波瓣宽度的角度处，所以撞击斜坡表面的波瓣内的大量发射光将通过斜坡表面逸出。

如果如以上示例中那样，临界角为40度，则在20度以上发射并且撞击以60度成斜坡的表面特征的光将从逸出表面出射。如图1中所图示的，如果设备展现出类似于图案140的图案，则几乎所有发射光以20度以上的角度发射。相应地，撞击表面特征的几乎所有发射光能够从逸出表面出射。

本领域技术人员将认识到，发射光在相对于三维的方向上发射，并且发射方向可以通过关于该三维系统中的两个正交轴的角度来引用，如图13中所图示的。在该示例中，发射光30处于相对于轴10的角度31处，轴10垂直于发光表面50，与图1和2中所引用的角度一致。其它角度32是相对于发光表面50上的参考线（轴）20的角度。以相似的方式，斜坡表面60的取向可以关于这两个相同轴来引用。也就是说，除关于发光表面50的法线10成斜坡之外，表面60还将从相对于发光表面上的轴20的给定方向“面向”发光表面。

关于斜坡表面60的逸出区段，斜坡表面60上的发射光30的交叉角度将是相对于与斜坡表面60正交的法线轴65并且将是发射角度和斜坡角度关于发光表面的轴的合成。此外，如果斜坡表面是弯曲的，则法线65将跨弯曲表面而变化。撞击斜坡表面60上的点的光将仅在该点处的关于法线65的该合成交叉角度处于斜坡表面60的逸出区段内的情况下逸出。

模拟和分析系统通常可用于基于相对于表面的法线的临界角而确定来自给定3D方向的光是否将从以另一方向取向的表面出射。然而，如上文指出的，为了易于解释和理解，使用相对于发射表面的平面的表面特征的前述二维取向来呈现本发明的原理。本领域技术人员将认识到，三维分析将遵循相同原理；除了交叉角度将基于（诸如图13中所图示的）三维模型之外。

返回到二维分析，应当指出的是，斜坡表面不需要严格垂直于波瓣角度。在以上示例中，在40度临界角和60度峰值发射角的情况下，以50度成斜坡的表面将允许以10度以上的角度发射且撞击表面的全部光从逸出表面出射；以45度成斜坡的表面将允许在5和85度（45+/-临界角）之间发射的光出射。基于包括在来自发光设备的发射场图案的斜坡表面的逸出区段内的光的量，表面的特定斜坡优选地选择成优化将从该表面出射的发射光的量。

如果例如发光设备展现出类似于图1的图案130的图案，其中峰值/波瓣出现在大约55度处，则要指出的是，相比于以大于55度的角度，明显更多的光以小于55度的角度发射。相应地，表面的逸出区段可以朝向更大发射角度偏置，诸如向45度，即便峰值/波瓣出现在大约55度处。以此方式，尽管波瓣的较大角度处的一些光可能不包括在该较小斜坡表面的逸出区段中，但是以波瓣的较低角度发射的潜在更大量的光可以被预计包括在逸出区段中并且将因此从逸出表面出射。

再次使用图案130和40度临界角作为示例，在70和80度之间发射的光的量看起来少于在0和10度之间发射的光的量。相应地，如果特征表面以30度成斜坡，则逸出区段可以被预计允许以-10度和+70度之间的角度发射的撞击表面的光从逸出表面出射，而在70度以上发射的光将不处于逸出区段内，并且将被内反射。因为在该二维示例中，在0和-10度之间发射的光的量大于在70和80度之间发射的光的量，所以更多发射光将在临界角内撞击特征表面并且能够从逸出表面出射。

相反地，在10和20度之间发射的光的量看起来并不大于在60和70度之间发射的光的量。相应地，设定20度处的特征斜坡，使得逸出区段包括在10和20度之间发射的光，并且排除在60和70度之间发射的光，将不增加将处于斜坡表面的逸出区段内的总光量，并且在该二维示例中，相比于30度处的特征斜坡而言，将减少从表面出射的光的量。如上文指出的，将包括在逸出区段内的发射光的实际量将取决于相对于给定发射图案的特征斜坡的三维取向。以上二维示例仅仅用于说明最大量的光可以包括在没有与最大发射的特定角度对准的逸出区段内，特别是如果发射图案不关于该最大发射角度对称的话。

本领域技术人员将认识到，可以提供不同斜坡表面的组合以优化将包括在这些表面的逸出区段内的光的量。例如，在示例发射图案120和40度示例临界角的情况下，以小于40度的角度发射大部分发射光。相应地，平行于发射表面的表面的逸出圆锥将包括以小于40度的该全部发射光，并且因而一些出射表面可以被留作“未被特征化”（平坦）的以使得该光能够逸出。为了允许以大于40度的光从表面出射，特征可以提供有例如以50度的斜坡，使得这些斜坡表面处的逸出区段将涵盖在10和90度内发射的光。

以相似的方式，如果发射图案展现出多个峰值/波瓣，则可以提供对应于这些波瓣的斜坡表面的组合以大幅增加能够从逸出表面出射的光的量，如在图3B和3C的示例轮廓中所图示的。如以上单个特征表面示例中那样，多个表面的斜坡可以选择成优化可以预计在其临界角内撞击表面特征的总光量。然而在该确定中，应当指出的是，针对一个波瓣成斜坡的表面区域可能不利地影响其它波瓣内所发射的光。

在一些实施例中，具有给定波瓣的表面区域的比例可以和与对应于该斜坡的波瓣相关联的功率成比例。例如，如果主波瓣提供总功率的80%，并且另一波瓣提供总功率的20%，则逸出表面区域的80%可以包括具有设计成最大化光从主波瓣的提取的斜坡的特征，并且逸出表面的20%可以包括具有设计成最大化光从另一波瓣的提取的斜坡的特征。

可以使用启发式技术来一般地基于针对较少且较轻微的斜坡的偏好而确定可能对于给定发射场图案高效的斜坡的集合。可替换地，基于预计的、预测的或已知的与发光设备相关联的发射场图案，可以应用常规建模技术来确定这些表面特征的最佳数目和斜坡。

图3A-3C的特征可以使用任何各种技术来提供。图3A-3C的轮廓可以例如表示沿着对角横截面所观看到的多个同轴凹槽的轮廓。以相似的方式，图3A-3C的轮廓可以表示形成在逸出表面上的圆锥阵列的轮廓。本领域技术人员将认识到，图3A-3C的轮廓也可以表示其它形状。

特征的大小可以在宽度和高度方面变化。在一些实施例中，特征的宽度在1um与10um之间并且高度在1um与10um之间。

图4A,4B分别图示了包括特征140的示例逸出表面400的部分的顶视图和轮廓视图。在该示例中，特征410是布置在周期性或伪周期性图案中的圆锥凹陷（pit）的阵列。基于发光设备的发射场图案来创建特征410的壁412的主导斜坡，如上文详述的。凹陷可以通过表面400的图案化蚀刻形成，并且壁412的主导斜坡可以通过所使用的蚀刻剂的特定蚀刻特性来控制。例如，快速作用的蚀刻剂可以创建比较慢作用的蚀刻剂更陡的斜坡。以相似的方式，斜坡可以基于特征410的直径以及蚀刻过程期间的环境条件而变化。

特征410的图案可以变化。在一些实施例中，平均心到心间距（“节距”）小于特征410的直径的两倍，然而，表面的未被特征化（平坦）区域与特征化区域的期望的比可能引起较大的节距。

本领域技术人员将认识到，特征410也可以是圆锥结构而不是圆锥凹陷。

图5A,5B分别图示了包括特征510的示例逸出表面500的部分的顶视图和轮廓视图。在该示例中，特征510是具有斜坡表面A,B,C的角锥的阵列。如上文详述的，表面A,B,C的斜坡可以基于发光设备的发射场图案来确定，优选地以减少将在这些表面处全内反射的光的量。如图4A-4B的示例中那样，可以使用图案化蚀刻来创建这些特征510。

取决于特征510的大小，还可以使用碾磨过程或激光蚀刻过程来创建这些特征510。例如，沿着表面A,B,C中的一个的平面成角度的受控深度激光切分系列将创建所图示的角锥特征510。以相似的方式，可以使用V形钻头来碾磨特征510的表面A-A,B-B,C-C的对，V形钻头的斜坡基于发光设备的发射场图案。

尽管所图示的示例特征510是等边角锥，但是本领域技术人员将认识到，也可以形成无规则形状的角锥。这样的无规则形状可以例如用于提供多个斜坡以适应多波瓣发射场图案。

在一些实施例中，特别是具有相对陡的斜坡的那些，从斜坡表面出射的一些光可能撞击邻近的斜坡表面，并且重新进入发光设备，如图6A-6C中所图示的。

在图6A中，例如，离开斜坡表面的大部分光将继续远离发光设备行进，如通过光路610,611,612,613所图示的。然而，从斜坡表面出射的一些光可能撞击邻近表面，并且重新进入发光设备，如通过光路620,621所图示的。取决于光如何撞击邻近表面，其可能以临界角内的角度撞击下一斜坡表面，并且从该斜坡表面出射，如通过光路620所图示的。然而，光可能再次重新进入发光设备，并且一些光可能朝向发光层定向回来，并且最终可能被吸收，如通过光路621所图示的。

光重新进入发光设备的可能性将取决于特征的特定布置。在图6B和6C中图示的特征例如将展现出光重新进入发光设备的较低可能性，这是因为较陡的斜坡之间的较大分离，尽管一些重新进入可能发生。

在本发明的一些实施例中，形成表面特征以减少全内反射和从表面出射的光的重新进入二者。如图4A中所图示的，如果特征的斜坡表面在近距离内面向彼此，则光重新进入邻近特征的可能性可能是大的。尽管一些重新进入的光可能从邻近特征出射，但是至少一些这种重新进入的光很可能在发光设备内被吸收。

图7图示了图5A的特征510的示例可替换布置。在该示例中，图5A的一些特征510没有形成，从而提供图7的所形成的特征710之间的空间715。该附加间距减少光重新进入相邻特征710的可能性，因为仅成非常浅的角度的光将在行进该较长距离之后处于相邻特征710的高度以下。

此外，在图7的示例中，两个类似的表面并不直接面向彼此。在图5A的示例中，每一个表面A面向类似的表面A；每一个表面B面向类似的表面B；并且每一个表面C面向类似的表面C。出于本公开内容的目的，如果来自每一个表面的法线位于共同平面中或者位于共同平面的百分之十的角度内，则将两个表面说成是直接面向彼此。

在图7的示例中，处于从表面A所发射的光路中的表面区域仅包括两个相邻特征710的斜坡表面B和C。来自表面A的法线将不位于表面B或C的法线的任一平面的百分之十内。来自表面A的撞击表面B或C的光将重新进入相邻特征，但是来自表面A的较少光可能撞击表面B或C，因为这些斜坡表面B和C形成“谷部”（或空隙），从表面A发射的光可能通过其不受阻碍地行进。关于表面B和C中的每一个的类似分析将示出用于来自这些表面的不受阻碍的光传播的类似谷部。

然而，表面700上的特征710的布置的潜在缺点可能是保持平坦的表面700的区域715。如果发射场图案包括处于或靠近发光表面的法线的波瓣，则这些平坦空间715将促进该波瓣的光的出射，但是如果发射场图案指示非常少的光垂直于发光表面而发射，诸如图1的图案140，则这些平坦空间将增加来自发光设备的光被全内反射的可能性。该全内反射可以通过粗糙化这些平坦空间715而减少，尽管这样的粗糙化可能引入如上文提及的光的一些重注入。

用于减少非斜坡表面的量的一个技术是包括主特征710之间的空间715内的附加特征810，如在图8的示例中所图示的。在该示例中，特征710的每一个表面A,B,C分别面向特征810的表面对B-C,C-A和A-B的边缘。尽管附加特征810干扰用于从表面A发射的光的斜坡表面B和C所产生的前述“谷部”，但是这些较小特征810的减小的高度使得从特征710的表面A发射的光将撞击特征810的表面的可能性减小。

在一些实施例中，主特征710和次特征810可以是彼此的反转。也就是说，主特征710可以是从表面向上延伸的角锥，而次特征810可以是在表面以下向下延伸的凹陷，或者反之亦然，如图3B中所图示的。以相似的方式，任何图中的任何特定特征可以是代替于角锥的凹陷；例如，每隔一行的特征可以是邻近行的反转。鉴于本公开内容，这些和其它变型将对于本领域技术人员是显然的。

图9图示了特征910的示例可替换布置，其针对可能不具有处于或靠近发光表面的法线的明显波瓣的发射场图案而减少非斜坡表面区域的量。如特征710的示例布置中那样，特征910布置成使得没有两个表面直接面向彼此。

图10图示了具有斜坡表面D,E,F的其它特征950的添加，其可以与表面A,B和C的斜坡相同或不同。这些附加特征还增加逸出表面上的非斜坡区域。在该示例实施例中，如果特征950被设计用于适应发射场图案中的第二波瓣，并且表面D,E,F的斜坡相对轻微，诸如在30度之下，则光通过特征910,950重新进入发光设备的可能性也可能相对微小，即便是表面A直接面向（较小的）表面D，表面B面向表面F，并且表面C面向表面E。即使表面D,E,F处于与表面A,B,C相同的斜坡处，相比于图5A-5B中所图示的示例布置，由斜坡表面产生的“谷部”和特征950的减小的高度也大幅减小发射光重新进入特征910,950的可能性。

虽然已经在附图和前述描述中详细图示和描述了本发明，但是这样的图示和描述要被视为图示性或示例性而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。

例如，尽管在这些示例中使用角锥形状，但是也可以使用其它形状。图11图示了包括适用于例如具有多波瓣发射场图案的发光设备的不同角度处的各种表面的伪随机布置的示例表面。

以相似的方式，图12图示了包括布置在圆状图案中的多个特征的示例表面。该示例还图示了不同大小的特征的使用。

本领域技术人员在实践所要求保护的主题时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的其它变型。例如，用于改进光提取效率的斜坡表面的使用可以与用于改进光提取效率的其它技术组合，包括例如粗糙化一些或全部的表面特征。

如上文指出的，逸出表面上的特征的优选斜坡可以基于给定角度发射场图案而确定，并且优选的角度发射场图案可以基于逸出表面上的特征的斜坡而确定，或者角度发射场图案和特征的斜坡可以与彼此一致地确定以基于选择逸出表面上的特征的斜坡和选择角度发射场图案的组合来优化光提取效率。为了易于引用，短语“对应于发射场图案的斜坡”意图独立于确定斜坡或发射场图案的任何特定次序。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。权利要求中的任何参考标记不应解释为限制范围。

Claims (25)

1.一种发光设备，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。

2.权利要求1的发光设备，其中斜坡表面与外部介质之间的界面展现出其外部的光被全内反射的逸出区段，并且斜坡布置成最大化撞击逸出区段内的斜坡表面的光的量。

3.权利要求1的发光设备，其中发射场图案包括多个波瓣，至少一个波瓣对应于峰值发射角度，并且基于峰值发射角度来布置斜坡。

4.权利要求3的发光设备，包括其它表面特征，所述其它表面特征包括具有对应于发光元件的发射场图案的其它波瓣的其它斜坡的其它斜坡表面。

5.权利要求1的发光设备，包括反射体，所述反射体朝向逸出表面反射来自发光层的光，并且布置成使得发射场图案取决于反射体与发光层之间的距离。

6.权利要求1的发光设备，其中表面特征包括圆锥特征。

7.权利要求1的发光设备，其中表面特征包括角锥特征。

8.权利要求1的发光设备，其中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。

9.权利要求1的发光设备，其中表面特征的每一个斜坡表面面向相邻表面特征的边缘。

10.权利要求1的发光设备，其中逸出表面的部分被粗糙化。

11.权利要求1的发光设备，其中表面特征包括在逸出表面的平面以上延伸的结构，以及在表面的平面以下延伸的凹陷。

12.权利要求1的发光设备，其中表面特征在逸出表面上随机分布。

13.一种发光设备，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；

其中逸出表面包括包含斜坡表面的表面特征，并且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。

14.权利要求13的发光设备，其中斜坡表面中的一个或多个包括对应于发光元件的发射场图案的斜坡。

15.权利要求13的发光设备，其中多个表面特征包括角锥特征。

16.权利要求13的发光设备，其中表面特征的每一个斜坡表面面向相邻表面特征的边缘。

17.权利要求13的发光设备，其中表面特征包括在表面的平面以上延伸的结构以及在表面的平面以下延伸的凹陷。

18.一种制造发光设备的方法，包括：

确定与发光元件相关联的发射场图案，发光元件包括光从其从发光元件发射的逸出表面，

确定一个或多个表面特征，每一个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至少一个斜坡表面，以及

在发光元件的逸出表面上创建一个或多个表面特征中的多个。

19.权利要求18的方法，其中创建多个表面特征包括蚀刻、碾磨和激光切分中的至少一个。

20.权利要求18的方法，其中多个表面特征包括圆锥结构。

21.权利要求18的方法，其中多个表面特征包括角锥结构。

22.权利要求18的方法，其中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。

23.权利要求18的方法，其中斜坡表面与外部介质之间的界面展现出其外部的光被全内反射的逸出区段，并且斜坡布置成最大化撞击逸出区段内的斜坡表面的光的量。

24.权利要求18的方法，其中发射场图案包括多个波瓣，至少一个波瓣对应于峰值发射角度，并且基于峰值发射角度来确定斜坡。

25.权利要求18的方法，包括粗糙化逸出表面的至少部分。