DE112007000750T5

DE112007000750T5 - Lichtemittierende Vorrichtung

Info

Publication number: DE112007000750T5
Application number: DE112007000750T
Authority: DE
Inventors: Sadanori Tsukuba-shi Yamanaka; Yoshinobu Tsukubamirai-shi Ono; Kazumasa Tsuchiura-shi Ueda
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-03-30
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2009-01-29
Also published as: KR101348470B1; JP2007273506A; CN101449398B; KR20080112312A; GB0818659D0; CN101449398A; US20100059772A1; GB2451365A; TW200746470A; WO2007119633A1; US8097887B2; TWI424586B

Abstract

Lichtemittierende Vorrichtung mit einer Lichtverteilung, wobei die Lichtverteilung I (θ, ϕ), die erhalten wird, wenn Licht von einem Chip der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert wird, nicht von der Richtung ϕ abhängig ist und im wesentlichen durch I (θ, ϕ) = I (θ) dargestellt wird, wobei
I (θ, ϕ) für die Lichtintensitätsverteilung in der Richtung (θ, ϕ) steht,
θ für den Winkel zur Normalenrichtung zur Lichtextraktionsoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtung (0 ≤ θ ≤ 90°) steht,
ϕ für den Rotationswinkel um die Normale (0 ≤ ϕ ≤ 360°) steht und
I (θ) für eine monoton abnehmende Funktion, die sich an 0 annähert, wenn θ = 90° erfüllt ist, steht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine lichtemittierende Vorrichtung und insbesondere eine Verbindungshalbleiter-Lichtemissionsvorrichtung für eine Licht weißer Farbe emittierende Diode, die insbesondere zur Beleuchtung oder dergleichen verwendet wird.
In den letzten Jahren wurden Verbindungshalbleiter-Lichtemissionsvorrichtungen, insbesondere lichtemittierende Dioden (LEDs) hinsichtlich Lichtemissionseffizienz und Lichtausbeute verbessert und für Bildschirme hoher Größe, Hintergrundbeleuchtung oder dergleichen verwendet. Da sie mit weiteren Verbesserungen hinsichtlich Lichtausbeute und -effizienz auch zur Allgemeinbeleuchtung verwendet werden können, wurden Entwicklungen mit dem Ziel der Verbesserungen durchgeführt.
Eine LED ist eine kleine Punktlichtquelle, die viel kleiner als eine herkömmliche Lichtquelle wie eine Leuchtstofflampe, eine Glühlampe oder dergleichen ist, und sie zeigt eine spezielle Lichtverteilung, die eine stärkere Gerichtetheit als die einer herkömmlichen Lichtquelle aufweist.
Ein Strukturkörper zur Steuerung der Lichtverteilung wird herkömmlicherweise auf der Außenseite eines LED-Chips ausgebildet, um eine Lichtquelle, ein Display, eine Lichtemissionsvorrichtung mit jeweils einer gewünschten Lichtverteilungseigenschaft erhalten zu können. Beispielsweise werden ein Strukturkörper wie eine Harzlinse, ein reflektierender Spiegel, eine Lichtdiffusionsplatte oder der gleichen an der Außenseite zur Fokussierung oder Streuung von Licht angebracht, um verschiedene Lichtquellen, Displays und lichtemittierende Vorrichtungen, die jeweils die gewünschte Lichtverteilungseigenschaft aufweisen, bereitzustellen. In diesem Fall ist eine genaue axiale und Positionsausrichtung des LED-Chips mit der Linse oder dem reflektierenden Spiegel erforderlich, um die gewünschte Lichtverteilungseigenschaft zu erhalten, und daher stellte sich das Problem, dass Variationen der Lichtverteilungseigenschaft im Hinblick auf die Herstellung groß werden.
Ferner ist auch für den Fall, dass die axiale und Positionsausrichtung des Strukturkörpers zur Steuerung der Lichtverteilungseigenschaft genau durchgeführt wird, da von einem Lichtemissionsdiodenchip emittiertes Licht eine unregelmäßige und ungleichförmige Lichtverteilung, die die Chipkonfiguration, die Elektrodenkonfiguration, die Oberflächenbehandlungsqualität eines Endteils oder dergleichen widerspiegelt, ergibt, das Problem der großen Variationen der Lichtverteilungseigenschaft noch ungelöst geblieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Lichtemissionsvorrichtungschips, wodurch das Problem einer unregelmäßigen und ungleichförmigen Lichtverteilungseigenschaft in einem Stadium vor dem Anbringen eines externen Strukturkörpers zur Steuerung der Lichtverteilungseigenschaft, d. h. einem Stadium von direktem Licht von dem Lichtemissionsvorrichtungschip, und der Verringerung von Variationen der Lichtverteilungseigenschaft gelöst werden kann.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung, bei der der gleiche Helligkeitsgrad wahrgenommen werden kann, wenn die Lichtquelle aus einer beliebigen Richtung be trachtet wird, ohne besondere Helligkeit in einer speziellen Richtung, die in unnatürlicher Weise geliefert wird, insbesondere einer lichtemittierenden Vorrichtung zur Verwendung bei einer Beleuchtung.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung erreichten die vorliegende Erfindung infolge ihrer entsprechenden Untersuchungen.
Durch die vorliegende Erfindung erfolgt daher die Bereitstellung von [1] einer lichtemittierenden Vorrichtung mit einer Lichtverteilung, wobei die Lichtverteilung I (θ, ϕ), die erhalten wird, wenn von einem Chip der lichtemittierenden Vorrichtung emittiertes Licht direkt gemessen wird, nicht von der Richtung ϕ abhängig ist und im wesentlichen durch I (θ, ϕ) = I (θ) dargestellt wird, wobei
I (θ, ϕ) für die Lichtintensitätsverteilung in der Richtung (θ, ϕ) steht,
θ für den Winkel zur Normalenrichtung zur Lichtextraktionsoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtung (0 ≤ θ ≤ 90°) steht,
ϕ für den Rotationswinkel um die Normale (0 ≤ ϕ ≤ 360°) steht und
I (θ) für eine monoton abnehmende Funktion, die sich an 0 annähert, wenn θ = 90° erfüllt ist, steht.
Ferner erfolgt durch die vorliegende Erfindung die Bereitstellung von [2] einer lichtemittierenden Vorrichtung, bei der für einen einen Lichtemissionsvorrichtungschip bildenden Strukturkörper im Hinblick auf die Größe eines Bereichs des Strukturkörpers, der für von einer lichtemittierenden Schicht emittiertes Licht transparent ist, das Verhältnis (Seitenverhältnis) zwischen der Größe in seitlicher Richtung und der Größe in Dickenrichtung nicht we niger als 5 beträgt und eine Struktur mit einer Lichtstreufunktion auf einer Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips oder im Inneren des transparenten Bereichs des Strukturkörpers vorgesehen ist.
1 ist eine Darstellung zur Erläuterung der Lichtverteilung;
2 ist eine schematische Schnittdarstellung der Struktur einer Vorrichtung in Beispiel 1;
3 ist eine schematische Schnittdarstellung der Struktur einer Vorrichtung in Beispiel 2;
4 zeigt die Lichtverteilung in Beispiel 1;
5 zeigt die Lichtverteilung in Vergleichsbeispiel 1;
6 zeigt die Lichtverteilung in Vergleichsbeispiel 2;
7 zeigt die Lichtverteilung in Beispiel 2; und
8 zeigt die Lichtverteilung in Beispiel 3.
Eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Lichtverteilung auf, bei der die Lichtverteilung I (θ, ϕ), die erhalten wird, wenn von einem Lichtemissionsvorrichtungschip emittiertes Licht direkt gemessen wird, (im folgenden als "Lichtverteilung von direktem Licht" bezeichnet) nicht von der Richtung ϕ abhängig ist und im wesentlichen durch I (θ, ϕ) = I (θ) dargestellt wird. I (θ, ϕ) steht für die Verteilung der Lichtintensität in der Richtung (θ, ϕ). θ steht für den Winkel zur Normalen einer Lichtextraktionsoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtung (0 ≤ θ ≤ 90°), ϕ steht für den Rotationswinkel um die Normale (0 ≤ ϕ ≤ 360°) und I (θ) steht für eine monoton abnehmende Funktion, die sich an 0 annähert, wenn θ = 90° erfüllt ist.
Die Lichtverteilung ist eine Verteilung auf der Basis der Richtung der Intensität von Licht, das von der Lichtextraktionsoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert wird, und sie wird durch die Lichtintensität I (θ, ϕ) in einer Richtung, die nur durch die zwei Winkel θ und ϕ, die in 1 angegeben sind, bestimmt wird, dargestellt.
Die durch die vorliegende Erfindung erhaltene lichtemittierende Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das direkte Licht von dem Lichtemissionsvorrichtungschip einen im wesentlichen identischen Helligkeitsgrad ergibt, wenn eine Lichtquellenoberfläche aus einer beliebigen Richtung betrachtet wird, ohne einen Strukturkörper zur Steuerung der Lichtverteilungseigenschaft auf der Außenseite des Lichtemissionsvorrichtungschips zu platzieren. Die durch die vorliegende Erfindung erhaltene Lichtverteilung weist extrem geringe Variationen in Richtung ϕ auf und die Abhängigkeit von der Richtung θ wird durch eine Funktion dargestellt, die eine monotone Abnahme in Bezug auf θ ergibt.
Die Lichtverteilung des direkten Lichts des Lichtemissionsvorrichtungschips wird durch I (θ, ϕ) = I (θ) dargestellt. I (θ) ist eine monoton abnehmende Funktion, die sich an 0 annähert, wenn θ = 90° erfüllt ist. Die Lichtverteilungseigenschaft in Richtung θ kann generell durch die im folgenden angegebene Formel dargestellt werden. I (θ, ϕ) = A cosnαθ + B sinmβθwobei A und B Konstanten sind, n und m positive Zahlen sind und α und β positive Zahlen sind, der Ausdruck cosⁿαθ für eine Komponente mit dem Maximalwert in Richtung der Normalen zur Lichtextraktionsoberfläche steht und der Ausdruck sin^mβθ für eine Komponente mit dem Maximalwert in seitlicher Richtung, d. h. eine innere Richtung der Lichtextraktionsoberfläche, steht. n und m stehen jeweils für die Gerichtetheit der einzelnen Komponenten. Eine in Polarkoordinaten dargestellte ringförmige Lichtverteilung ist gegeben, wenn der Wert hierfür 1 ist, eine Lichtverteilung mit hoher Gerichtetheit ist gegeben, wenn der Wert hierfür höher als 1 ist, und eine Lichtverteilung mit niedriger Gerichtetheit ist gegeben, wenn der Wert hierfür niedriger als 1 ist. α und β erfüllen α = β = 1, wenn sich ein Peak nur an der Position von θ = 0° oder 90° befindet, und α und β sind von 1 verschiedene Werte, wenn sich der Peak an anderen als diesen Positionen befindet.
In der Lichtverteilung des direkten Lichts des Lichtemissionsvorrichtungschips existiert der Term sinθ in der oben angegebenen Formel nicht, so dass die Lichtverteilung nur durch den Term cosθ dargestellt wird. Da die Lichtverteilung im Bereich von θ von 0° bis 90° monoton abnimmt und in Richtung von 90° sich 0 nähert, ist α = 1 erfüllt.
Insbesondere wird in der Lichtverteilung des direkten Lichts von dem Lichtemissionsvorrichtungschip I (θ) im wesentlichen durch I (θ) = I₀cosⁿθ dargestellt. I₀ steht für die Lichtintensität in der Richtung θ = 0 und n steht für eine positive Zahl. Der Wert von n beträgt vorzugsweise 0,5 ≤ n ≤ 2.
In der lichtemittierenden Vorrichtung ergibt das direkte Licht von dem Lichtemissionsvorrichtungschip einen im wesentlichen identischen Helligkeitsgrad, wenn die Lichtquellenoberfläche aus einer beliebigen Richtung betrachtet wird, ohne einen an der Außenseite des Lichtemissionsvorrichtungschips platzierten Strukturkörper zur Steuerung der Lichtverteilungseigenschaft, und der hier genannte "an der Außenseite platzierte Strukturkörper zur Steuerung der Lichtverteilungseigenschaft" bedeutet einen Strukturkörper, der an der Außenseite des Lichtemissionsvorrichtungschips platziert ist, der ausreichend größer als der Lichtemissionsvorrichtungschip ist und der mit dem Lichtemissionsvorrichtungschip nicht einstückig verbunden ist, wie eine Harzlinse, ein reflektierender Spiegel, eine Lichtdiffusionsplatte oder dergleichen.
Im Hinblick darauf, ob ein in einem Harz dispergierter Leuchtstoff als externer Strukturkörper zu betrachten ist oder nicht, wird ein Strukturkörper, der durch Fertigen des Lichtemissionsvorrichtungschips und dann Einbetten des Chips in ein Leuchtstoffdispersionsharz erhalten wird, als externer Strukturkörper betrachtet, da das Volumen des Harzteils ausreichend größer als das der lichtemittierenden Vorrichtung ist und der Lichtemissionsvorrichtungschip in das Leuchtstoffdispersionsharz nach der Fertigung des Lichtemissionsvorrichtungschips in der Herstellungsstufe eingebettet wird und daher nicht angegeben werden kann, dass die Lichtemissionsvorrichtung einstückig mit dem Leuchtstoffdispersionsharz verbunden ist.
Jedoch kann für den Fall, dass eine Dünnschicht des Harzes mit dem darin dispergierten Leuchtstoff auf der Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips ausgebildet ist, nicht angegeben werden, dass das Volumen einer Leuchtstoffschicht ausreichend größer als das des Lichtemissionsvorrichtungschips ist. Ferner kann für den Fall, dass die Leuchtstoffschicht in einem Waferstadium, in dem der Wafer noch nicht in Chips geteilt ist, ausgebildet wird und der Wafer dann danach in Chips geteilt wird, angegeben werden, dass der Lichtemissionsvorrichtungschip einstückig mit der Leuchtstoffschicht verbunden ist. Daher werden die Strukturkörper in diesem Fällen nicht als externe Strukturkörper betrachtet.
Um das direkte Licht von dem Lichtemissionsvorrichtungschip, das einen im wesentlichen identischen Helligkeitsgrad liefert, wenn die Lichtquellenfläche aus einer beliebigen Richtung betrachtet wird, zu erhalten, ist die Konfiguration des Bereichs des Strukturkörpers, der gegenüber dem zu emittierenden Licht transparent ist, von Bedeutung. In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Bereich des Strukturkörpers, der gegenüber dem zu emittierenden Licht transparent ist, den gesamten transparenten Bereich der den Lichtemissionsvorrichtungschip aufbauenden Komponenten, wie einem Substrat, einem Halbleiterkristall, einem Schutzfilm und dergleichen. Beispielsweise entspricht in einer auf einem Saphir gezüchteten, Licht blauer Farbe emittierenden InGaN-Diode der transparente Bereich des Strukturkörpers dem integralen Strukturkörper von einem Nitridhalbleiter und Saphir und als weiteres Beispiel entspricht für den Fall der Licht blauer Farbe emittierenden InGaN-Diode, die auf einem Metallsubstrat unter Verwendung einer Wafer-Bondingtechnik ausgebildet ist, der transparente Bereich des Strukturkörpers nur dem Bereich des Nitridhalbleiters.
Für das Verhältnis zwischen der seitlichen Richtung (d. h. einer inneren Richtung der Oberfläche) und der Richtung der Schichtdicke ist die jeweilige Konfiguration des Bereichs des Strukturkörpers, der gegenüber dem zu emittierenden Licht transparent ist, von Bedeutung. Die Größe der seitlichen Richtung (d. h. der inneren Richtung der Oberfläche) bedeutet die Größe, die durch einen typischen Indikator zur Darstellung der Größe einer zweidimensionalen Konfiguration angegeben wird. Es gibt generell zwei Indikatoren und die Größe in der vorliegenden Erfindung wird durch den kleineren Indikator angegeben.
Beispielsweise wird die Größe durch den Durchmesser im Falle eines Kreises angegeben, die Größe durch die Länge einer Seite im Falle eines Quadrats angegeben, die Größe durch die Länge der kurzen Seite im Falle eines Rechtecks angegeben und die Größe durch den kurzen Durchmesser im Falle einer Ellipse angegeben. Ein bevorzugter Bereich für das Verhältnis (Seitenverhältnis) zwischen der Größe der seitlichen Richtung und der Größe der Richtung der Schichtdicke liegt bei nicht weniger als 5, noch günstiger nicht weniger als 10 und noch besser nicht weniger als 15. Wenn das Seitenverhältnis weniger als 5 beträgt, kann, da der Anteil von Licht, das von einer anderen Seitenoberfläche als der Lichtextraktionsoberfläche abgestrahlt wird, zunimmt, keine Lambert-Lichtverteilung erreicht werden.
Wenn das Seitenverhältnis wie oben beschrieben erhöht ist, kann der Einfluss des von der Seitenoberfläche extrahierten Lichts verringert werden, so dass ein im wesentlichen identischer Helligkeitsgrad wahrgenommen werden kann, wenn die Lichtquellenoberfläche aus einer beliebigen Richtung betrachtet wird. Es ist ferner günstig, eine Struktur mit der Funktion des Streuens von Licht, das emittiert werden soll, auf der Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips oder im Inneren des transparenten Strukturkörpers auszubilden, während das Seitenverhältnis erhöht ist.
Die Struktur mit der Funktion von Lichtstreuung umfasst eine Struktur, bei der feine Teilchen auf der Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips angeordnet sind, oder eine Struktur, bei der feine Teilchen im Inneren des transparenten Strukturkörpers dispergiert sind. Ferner kann eine große Zahl von Rauigkeitsstrukturen eingearbeitet werden, die auf der Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips oder an einer Grenzfläche zwischen verschiedene Brechungsindizes aufweisenden Materialien und im wesentlichen parallel zur Lichtextraktionsoberfläche im Inneren des transparenten Strukturkörpers ausgebildet werden und in Bezug auf die Oberfläche oder die Grenzfläche geneigte Seitenoberflächen aufweisen.
Die Bildung der Struktur mit der Funktion von Lichtstreuung ist wirksam zur Bereitstellung der im wesentlichen identischen Helligkeit, wenn die Lichtquellenoberfläche aus einer beliebigen Richtung wie oben beschrieben betrachtet wird, und sie hat außerdem die Wirkung einer Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz unter Erhöhen der Lichtausbeute und der Lichtemissionseffizienz der lichtemittierenden Vorrichtung.
Danach wird, wenn die Struktur mit der Funktion von Lichtstreuung auf dem Lichtemissionsvorrichtungschip nicht ausgebildet wird, Licht, das hauptsächlich in seitlicher Richtung läuft, durch die Wiederholung von Totalreflexion (Mehrfachreflexion) auf der Kristalloberfläche eines Verbindungshalbleiters geschwächt und nicht effektiv extrahiert. Umgekehrt wird, wenn die Struktur mit der Funktion von Lichtstreuung ausgebildet wird, die Wirkung der Totalreflexion verringert und Licht wirksam aus der Lichtextraktionsoberfläche extrahiert, so dass die Lichtextrak tionseffizienz erhöht ist.
Um eine Lichtemission weißer Farbe zu erhalten, wird ein Dispergieren von Leuchtstoffteilchen durchgeführt, die durch Licht von einer LED angeregt werden und Licht mit einer anderen Wellenlänge infolge der Wellenlängenumwandlung rings um die LED emittieren. Durch die Verwendung einer derartigen Leuchtstoffteilchendispersionsschicht wird wie bei der Bildung der Struktur mit der Lichtstreufunktion die Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips nicht mehr eben und es wird die Wirkung der Bereitstellung einer im wesentlichen identischen Helligkeit, wenn die Lichtquellenoberfläche aus einer beliebigen Richtung betrachtet wird, hervorgerufen. Ferner ist es günstig, die Bildung der Leuchtstoffteilchendispersionsschicht und das Erhöhen des Seitenverhältnisses des transparenten Bereichs des Strukturkörpers des Lichtemissionsvorrichtungschips zu kombinieren.
Wenn die Leuchtstoffschicht nicht-teilchenförmig ist, ist die Wirkung der Bereitstellung eines im wesentlichen identischen Helligkeitsgrads, wenn die Lichtquellenoberfläche aus einer beliebigen Richtung betrachtet wird, niedrig, da die Schicht üblicherweise keine Funktion von Lichtstreuung aufweist. Wenn eine derartige nicht-teilchenförmige Leuchtstoffschicht verwendet wird, ist es günstig, eine Struktur mit der Funktion von Lichtstreuung auf der Oberfläche derselben oder an der Grenzfläche mit der lichtemittierenden Vorrichtung auszubilden. Auch in diesem Fall ist es günstig, die Bildung der Struktur und das Erhöhen des Seitenverhältnisses des transparenten Bereichs des Strukturkörpers des Lichtemissionsvorrichtungschips zu kombinieren.
Beispiele für die nicht-teilchenförmige Leuchtstoffschicht umfassen eine Dünnschicht mit der gleichen Zusammensetzung wie die eines teilchenförmigen Leuchtstoffs, die durch ein Dünnschichtherstellungsverfahren, wie ein Sputterverfahren, ein Laserablationsverfahren oder dergleichen gebildet wurde, eine Mehrschichtenstruktur eines Verbindungshalbleiter-Dünnfilms, der für die lichtemittierende Schicht der LED zu verwenden ist, eine Dünnfilmschicht, die einen ultrafeinteiligen Leuchtstoff enthält, dessen Teilchendurchmesser im Vergleich zur Wellenlänge des zu emittierenden Lichts ausreichend klein ist und der fast keine Funktion der Lichtstreuung aufweist, und dergleichen.
Im Hinblick auf die feinen Teilchen zur Lichtstreuung ist die Steuerung der Größe, des Materials und der Dichte derselben wichtig, um einen im wesentlichen identischen Helligkeitsgrad bereitzustellen, wenn die Lichtquellenoberfläche aus einer beliebigen Richtung betrachtet wird. Im Hinblick auf die Konfiguration der feinen Teilchen zur Lichtstreuung kann, obwohl verschiedene Konfigurationen wie eine kugelförmige Konfiguration, plättchenähnliche Konfiguration, nadelähnliche Konfiguration, undefinierte Konfiguration und dergleichen verfügbar sind, die kugelförmige Konfiguration vorzugsweise verwendet werden.
Im Hinblick auf die Größe der feinen Teilchen zur Lichtstreuung ist eine nicht geringere Größe als die Wellenlänge des zu emittierenden Lichts erforderlich und der mittlere Teilchendurchmesser fällt vorzugsweise in den Bereich von nicht weniger als etwa 10 nm und nicht mehr als 10000 nm. Vorzugsweise beträgt der Teilchendurchmesser nicht weniger als 10 nm, da die Streuwirkung verbessert ist, und es ist auch ein Teilchendurchmesser von nicht mehr als 10000 nm günstig, da die Zahl der in dem Lichtemissionsvorrichtungschip enthaltenen Teilchen erhöht ist, so dass die Gesamtstreuwirkung verstärkt ist und es leich ter wird, eine gleichförmige Lichtverteilung zu erhalten.
Als Material der feinen Teilchen zur Lichtstreuung ist ein Material mit Lichtdurchlässigkeitseigenschaft oder Lichtreflexionseigenschaft in Bezug auf das von der lichtemittierenden Vorrichtung emittierte Licht bevorzugt und es kann ein Oxid, Nitrid, Carbid, Borid, Chalcogenid und dergleichen verwendet werden.
Von diesen sind aus Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid oder Yttriumaluminiumgranat bestehende Teilchen bevorzugt. Siliciumdioxid ist stärker bevorzugt, da es leicht ist, kugelförmige feine Teilchen mit hoher Lichtdurchlässigkeitseigenschaft aus Siliciumdioxid zu erhalten.
Im Hinblick auf den Dispersionsgrad der feinen Teilchen zur Lichtstreuung können die feinen Teilchen zwar in dem dreidimensionalen Raum im Inneren des transparenten Strukturkörpers des Lichtemissionsvorrichtungschips dispergiert sein, doch kann auch eine zweidimensionale Platzierung nur in einer speziellen Ebene im Inneren der transparenten Struktur erfolgen. Wenn die feinen Teilchen zweidimensional platziert sind, beträgt eine bevorzugte Oberflächendichte näherungsweise nicht weniger als 2 × 10⁶/cm² und nicht mehr als 2 × 10¹⁰/cm², obwohl diese vom mittleren Teilchendurchmesser abhängt. Bei einer Oberflächendichte von nicht mehr als 2 × 10⁶/cm² ist die Funktion der Lichtstreuung verringert.
Verfahren zur Einführung der feinen Teilchen zur Lichtstreuung in das Innere der lichtemittierenden Vorrichtung umfassen ein Verfahren, wobei die Kristallzüchtung nach dem Platzieren der feinen Teilchen auf einem Substrat zur Kristallzüchtung gemäß einem Schleuderbeschichtungs- oder Tauchbeschichtungsverfahren unter Einbettung der Lichtstreuungsteilchen durchgeführt wird, ein Verfahren, wobei die laufende Kristallzüchtung gestoppt wird, die feinen Teilchen auf einer Kristalloberfläche gemäß einem Schleuderbeschichtungs- oder Tauchbeschichtungsverfahren platziert werden und dann die Kristallzüchtung unter Einbettung der Lichtstreuungsteilchen wieder aufgenommen wird, und dergleichen.
Ein Verfahren zur Platzierung der Lichtstreuungsteilchen auf der Oberfläche der lichtemittierenden Vorrichtung umfasst ein Verfahren, wobei die Teilchen auf die oberste Oberfläche oder eine rückwärtige Oberfläche hiervon nach Durchführen von Kristallzüchtung appliziert werden, oder dergleichen.
Zusätzlich zu den Verfahren zur Einführung der feinen Lichtstreuungsteilchen, die oben beschrieben sind, ist ein Verfahren zur Ausbildung einer großen Zahl von Rauigkeitsstrukturen, die auf der Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips oder an einer Grenzfläche zwischen verschiedene Brechungsindizes aufweisenden Materialien und im wesentlichen parallel zur Lichtextraktionsoberfläche im Inneren des transparenten Strukturkörpers ausgebildet werden und die in Bezug auf die Oberfläche oder die Grenzfläche geneigte Seitenoberflächen aufweisen, wirksam zur Bereitstellung eines im wesentlichen identischen Helligkeitsgrades, wenn die Lichtquellenoberfläche aus einer beliebigen Richtung betrachtet wird. Als Konfiguration der einzelnen Rauigkeitsstrukturen ist eine vorstehende Konfiguration mit einer geneigten Seitenoberfläche, wie eine konische Konfiguration oder eine konische Trapezoidkonfiguration, besonders bevorzugt.
Die Höhe der Rauigkeit beträgt vorzugsweise nicht weniger als 50 nm und nicht mehr als 2000 nm. Dieser Bereich ist bevorzugt, da die Wirkung der vorliegenden Erfindung ohne weiteres erhalten werden kann.
Der Neigungswinkel der Seitenoberfläche der Rauigkeit beträgt vorzugsweise nicht weniger als 15° und nicht mehr als 75°. Obwohl der Neigungswinkel der Seitenoberfläche fixiert sein kann, kann der Winkel in Abhängigkeit von der Position in Richtung der Höhe des vorstehenden Bereichs geändert werden.
Die Dichte der vorstehenden Rauigkeit mit den Seitenoberflächen liegt vorzugsweise im Bereich von nährungsweise nicht weniger als 2 × 10⁶/cm² und nicht mehr als 2 × 10¹⁰/cm² Bei einer Dichte von nicht mehr als 2 × 10⁶/cm² ist die Funktion der Lichtstreuung verringert.
Verfahren zur Ausbildung der vorstehenden Rauigkeit mit den geneigten Seitenoberflächen, die oben beschrieben ist, umfassen ein Verfahren zur Ausbildung der Rauigkeit auf der Kristalloberfläche durch Einstellen der Kristallzuchtbedingung eines Halbleiters, ein Verfahren zur Ausbildung der Rauigkeit durch Ätzen nach dem Ausbilden einer Maske durch übliche Photolithographie, ein Verfahren zur Ausbildung von feiner Rauigkeit durch ein Nanoprägungsverfahren, ein Verfahren, wobei feine Teilchen auf die Kristalloberfläche durch Schleuderbeschichtung oder ein Tauchverfahren gegossen werden und ein Ätzen unter Verwendung dieser als Maske durchgeführt wird, und dergleichen.
Die vorstehende Rauigkeit mit den geneigten Seitenoberflächen kann auf (1) der Oberfläche des Substrats zur Kristallzüchtung, (2) der Oberfläche in dem Verfahren der Kristallzüchtung oder (3) der Kristalloberfläche nach der Kristallzüchtung oder der rückwärtigen Oberfläche des Substrats für die Züchtung ausgebildet werden.
In den Fällen von (1) und (2) wird die Rauigkeit an der Grenzfläche mit verschiedenen Brechungsindizes im Inneren des Lichtemissionsvorrichtungschips ausgebildet. Im Falle von (3) wird die Rauigkeit auf der Oberfläche der lichtemittierenden Vorrichtung ausgebildet.
Im folgenden wird ein Beispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung von 2 beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt.
Beispiel 1
Als Substrat wurde ein durch Spiegelglanzpolieren der C-Fläche eines 2-Zoll-Saphirs 1 erhaltenes Substrat mit einer Dicke von 430 μm verwendet. Siliciumdioxidteilchen, die in kolloidem Siliciumdioxid (PL-20^TM (Produktname), hergestellt von Fuso Chemical Co., Ltd., erster Teilchendurchmesser 370 nm, Teilchenkonzentration 24 Gew.-%) enthalten waren, wurden als anorganische Teilchen verwendet. Das Substrat wurde auf einen Spinner geladen und das kolloide Siliciumdioxid wurde auf 10 Gew.-% verdünnt und auf das Substrat appliziert und dann wurde ein Schleudertrocknen durchgeführt. Die Betrachtung mit einem REM ergab, dass die Bedeckung der Substratoberfläche durch die Siliciumdioxidteilchen etwa 39% betrug.
Eine Nitridhalbleiterschicht wurde epitaxial auf dem Substrat aufwachsen gelassen, wodurch die Siliciumdioxidteilchen in die Nitridhalbleiterschicht eingebettet wurden. Das epitaxiale Aufwachsen wurde durch ein Normaldruck-MOVPE-Verfahren durchgeführt. Durch Einstellen einer Suszeptortemperatur von 485°C und die Verwendung von Was serstoff als Trägergas mit atmosphärischem Druck wurden das Trägergas, Ammoniak und TMG zum Züchten einer GaN-Pufferschicht mit einer Dicke von 500 Å zugeführt. Nach Einstellen der Suszeptortemperatur auf 900°C wurden das Trägergas, Ammoniak und TMG zum Züchten einer undotierten GaN-Schicht zugeführt. Nach dem Einstellen der Suszeptortemperatur auf 1040°C und des Drucks in einem Ofen auf 1/4 von atmosphärischem Druck wurden Trägergas, Ammoniak und TMG zum Züchten einer undotierten GaN-Schicht mit einer Dicke von 5 μm zugeführt, wodurch ein Mehrschichtensubstrat, das eine aus Siliciumdioxidteilchen bestehende Schicht in einem GaN-Kristall enthielt, erhalten wurde.
Eine n-Halbleiterschicht, eine lichtemittierende InGaN-Schicht (MQS-Struktur) und eine p-Halbleiterschicht wurden anschließend auf dem Mehrschichtensubstrat gezüchtet, wodurch ein Nitridhalbleiter-Mehrschichtensubstrat für eine LED blauer Farbe mit einer Lichtemissionswellenlänge von 440 nm erhalten wurde.
Eine lichtemittierende Vorrichtung (LED-Wafer), die aus dem Nitridhalbleiter bestand, wurde durch Teilen des Nitridhalbleiter-Mehrschichtensubstrats für die LED blauer Farbe in acht Bereiche, Durchführen eines Ätzverfahrens in Bezug auf einen der acht Bereiche zum Freilegen einer n-Kontaktschicht und Ausbilden durchscheinender p- und n-Elektroden erhalten. Die Abmessungen des transparenten Bereichs des LED-Wafers betrugen 25 mm × 13 mm × 0,43 mm und das Seitenverhältnis desselben betrug 30 (= 13/0,43). Da die Dicke des Nitridhalbleiterkristalls nicht mehr als 10 μm betrug, was klein im Vergleich zur Dicke des Saphirsubstrats ist, betrug die Dicke des transparenten Bereichs des LED-Wafers etwa 0,43 μm.
In einem Zustand, in dem eine Durchlassspannung an den p- Elektrodenbereich mit einem Durchmesser von 200 μm und den n-Elektrodenbereich rings um diesen, die in einem im wesentlichen zentralen Bereich des LED-Wafers lokalisiert sind, zum Bewirken einer Lichtemission angelegt ist, wurde die Lichtverteilungseigenschaft dadurch ermittelt, dass eine Photodiode als Lichtempfangsvorrichtung eine Abtastung in den Richtungen θ und ϕ durchführte. In Richtung θ wurde der Bereich von 0 bis 90° mit Stufen von 1,5° gemessen, während in Richtung ϕ der Bereich von 0 bis 360° in Stufen von 10° gemessen wurde. Das Ergebnis ist in 4 gezeigt. 4 gibt die Lichtemissionsintensität in Richtung θ in Polarkoordinaten an und alle Datenpunkte in Richtung ϕ sind überlagernd angegeben. Wie in 1 gezeigt ist, wird die Form eines Kreises, der die Oberfläche am Original berührt, erhalten. Dies zeigt, dass die Lichtverteilung eine cosθ-Verteilung (Lambert-Lichtverteilung) ist.
Vergleichsbeispiel 1
Ohne das kolloide Siliciumdioxid auf den Saphir zu applizieren, wurden eine Pufferschicht, die n-Halbleiterschicht, die lichtemittierende InGaN-Schicht (MQW-Struktur), die p-Halbleiterschicht aufeinanderfolgend auf dem Saphirsubstrat gezüchtet, wodurch das Nitridhalbleiter-Mehrschichtensubstrat für die LED blauer Farbe mit einer Lichtemissionswellenlänge von 440 nm erhalten wurde. Gemäß Beispiel 1 wurde das Ätzverfahren in Bezug auf einen der acht Teilbereiche durchgeführt und die durchscheinenden p- und n-Elektroden ausgebildet, wodurch die aus dem Nitridhalbleiter bestehende lichtemittierende Vorrichtung (LED-Wafer). erhalten wurde. Die Lichtverteilungsmessung wurde unter Verwendung der p-Elektrode, die im zentralen Bereich des LED-Wafers lokalisiert war, durchgeführt. Das Ergebnis der Messung ist in 5 gezeigt. Die Verteilung in 5 weist eine flache Konfiguration im Vergleich zu dem Kreis in 4 auf und sie liegt außerhalb der cosθ-Verteilung. Ferner sind die Variationen in Richtung ϕ groß.
Vergleichsbeispiel 2
Nach der Fertigung der LED unter Verwendung eines anderen der acht Teilbereiche des Nitridhalbleiter-Mehrschichtensubstrats für die in Beispiel 1 erhaltene LED blauer Farbe wurde ein Chip mit den Abmessungen 2 × 2 mm unter Verwendung einer Reißvorrichtung ausgeschnitten.
Das Seitenverhältnis des transparenten Bereichs des Chips beträgt 4,7 (seitliche Richtung:Dicke = 2 mm:0,43 mm). Das Ergebnis der Messung der Lichtverteilungseigenschaft des Chips ist in 6 gezeigt. Die Verteilung in 6 weist eine relativ höhere Intensität in seitlicher Richtung (in der Umgebung von θ = 45°) gegenüber der in Richtung der Normalen auf und sie liegt außerhalb der cosθ-Verteilung. Ferner sind die Variationen in Richtung ϕ groß.
Daher kann auch die LED, die mit der Struktur zur Lichtstreuung ausgebildet ist, die durch Einführen der feinen Teilchen erhalten wurde, aufgrund der Wirkung von von einer Seitenoberfläche emittiertem Licht, wenn das Seitenverhältnis des transparenten Bereichs des Strukturkörpers niedrig ist, keine Lambert-Verteilung aufweisen.
Beispiel 2
Als weiteres Beispiel ist ein Beispiel für eine lichtemittierende Vorrichtung mit dem transparenten Strukturkörper, der im wesentlichen nur aus dem Halbleiterkristall infolge der Delamination des Saphirsubstrats besteht, (ein Beispiel für den Fall, dass das Seitenverhältnis extrem hoch ist) in 3 gezeigt.
Ohne die Applikation des kolloiden Siliciumdioxids auf das Saphirsubstrat wurde die Nitridhalbleiter-Mehrschichtenschicht für die LED blauer Farbe gemäß Vergleichsbeispiel 1 gezüchtet. Die gesamte Dicke der Schicht betrug 4,5 μm.
Nach dem Durchführen von Trockenätzen zur Ausbildung eines Isoliergrabens, der das Saphirsubstrat erreicht, um eine Vorrichtungsisolierung durchzuführen, wurde ein durchscheinendes p-Elektrodenmuster auf fast der gesamten Oberfläche der oberen Oberfläche eines Mesabereichs, der elektrisch isoliert ist, ausgebildet. Ein AuSn-Legierungsfilm (Au 80%, Sn 20%) von 5000 Å wurde als Klebeschicht auf der p-Elektrode durch ein Gasphasenabscheidungsverfahren ausgebildet. Eine Ti/Pt-Schicht (Ti 500 Å, Pt 500 Å) wurde zwischen der p-Elektrode und der AuSn-Legierungsschicht zur Verbesserung der Adhäsion zwischen diesen ausgebildet. Im folgenden wird das Substrat in diesem Zustand als Vorrichtungsisolationssubstrat bezeichnet.
Der AuSn-Legierungsfilm (Au 80%, Sn 20%) von 5000 Å wurde als Klebeschicht auf der Oberfläche eines Molybdän (Mo)-Substrats, das zu einer Dicke von 100 μm und einem Durchmesser von 2 Zoll geschliffen wurde, ausgebildet. Die Ti/Pt-Schicht (Ti 500 Å, Pt 500 Å) wurde zwischen dem Mo-Substrat und der AuSn-Legierungsschicht zur Verbesserung der Adhäsion zwischen diesen ausgebildet.
Das Vorrichtungsisolationssubstrat und das mit der AuSn-Klebeschicht ausgebildete Mo-Substrat wurden mit einer Wafer-Bondingvorrichtung derart gebondet, dass die AuSn-Schichten derselben miteinander in Kontakt kommen. Das Bonding wurde bei 250°C unter Vakuum mit einer Last von 5000 N über 30 min durchgeführt. Im folgenden wird das Substrat in diesem Zustand als gebondetes Substrat bezeichnet.
Durch Bestrahlen mit der dritten Harmonischen eines YAG-Lasers mit einer Wellenlänge von 305 nm von der Saphirseite des gebondeten Substrats aus wurde ein Laserabhebeverfahren zur Isolierung des Saphirs von dem gebondeten Substrat durchgeführt. Auf diese Weise wurde ein Substrat, bei dem die LED blauer Farbe, die der Vorrichtungsisolation über die AuSn-Klebeschicht unterworfen wurde, auf dem Mo-Substrat ausgebildet war, hergestellt. Im folgenden wird das Substrat in diesem Zustand als LED-Substrat blauer Farbe auf Mo bezeichnet.
Nach der Behandlung der Oberfläche des LED-Substrats blauer Farbe auf Mo, d. h. der Oberfläche von durch das Laserabhebeverfahren freigelegtem n-GaN, mit verdünnter Salzsäure und BHF wurde ein Schleuderbeschichtungsverfahren unter Verwendung der in Beispiel 1 verwendeten kolloiden Siliciumdioxidaufschlämmung zur Applikation des Siliciumdioxids auf die Oberfläche der LED durchgeführt. Als nächstes wurde ein maschenähnliches Muster (ein Muster mit Bereichen ohne Photoresist in einer maschenähnlichen Konfiguration) darauf durch Photolithographie ausgebildet. Danach wurde ein BHF(gepuffertes HF)-Verfahren zur Bildung von Bereichen ohne die Siliciumdioxidteilchen in der maschenähnlichen Konfiguration durchgeführt.
Nach der Abscheidung einer Al-Elektrode und einer Ni-Schutzschicht, während der Photoresist belassen wurde, und der Durchführung des Abhebeverfahrens durch Entfernen des Photoresists mit einem organischen Lösemittel wurde die Oberfläche mit einer Struktur, die eine Elektrode in der maschenähnlichen Konfiguration und das kolloide Siliciumdioxid innerhalb der Masche platziert aufwies, ausgebildet.
Durch Verwendung der auf diese Weise auf der Oberfläche ausgebildeten kolloiden Siliciumdioxidteilchen als Maske wurde ein Trockenätzen zur Ausbildung von Rauigkeit auf der Oberfläche innerhalb der Masche durchgeführt. Die Höhe der gebildeten Rauigkeit betrug 500 nm. Das Seitenverhältnis der auf diese Weise hergestellten LED blauer Farbe auf Mo war Seitliche Größe der Vorrichtung:Dicke = 500 μm:4,5 μm, ein Seitenverhältnis von 111 (500/4,5).
Nach dem Anbringen der LED blauer Farbe auf Mo auf einem mit einer Verdrahtung ausgebildeten Flachkeramikgehäuse unter Verwendung einer leitenden Paste wurde die Lichtverteilungseigenschaft der Vorrichtung auf einem Subgestell durch Verbindung von Leitungsdrähten mit dieser durch eine Drahtverbindung ermittelt. Infolgedessen wurde 7 erhalten. Aus 7 wurde ermittelt, dass die Lichtverteilung im wesentlichen die cosθ-Verteilung darstellte und die Variationen gering waren.
Beispiel 3
Das LED-Substrat blauer Farbe auf Mo wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt. Jedoch wurde, ohne den Mechanismus von Lichtstreuung unter Verwendung des in der anschließenden Stufe durchgeführten Ätzverfahrens der kolloiden Siliciumdioxidmaske auszubilden, eine teilchenförmige Leuchtstoffharzdispersionsschicht auf der Oberfläche ausgebildet.
Nach der Herstellung des LED-Substrats blauer Farbe auf Mo gemäß Beispiel 2 wurde die Al-Elektrode in der maschenähnlichen Konfiguration durch übliche Photolithographie und ein Abhebeverfahren ausgebildet. Nach dem Anbringen der LED blauer Farbe auf Mo auf dem mit der Verdrahtung ausgebildeten Flachkeramikgehäuse unter Verwendung der leitenden Paste wurde die Elektrode damit durch eine Drahtverbindung verbunden. Eine Aufschlämmung, in der ein TAG:Ce-Leuchtstoff in einem Siliconharz dispergiert ist, wurde auf das Subgestell, auf dem das oben beschriebene LED-Substrat blauer Farbe auf Mo angebracht war, durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren appliziert. Die Applikationsdicke betrug 20 μm. Da die Dicke der Leuchtstoffschicht von 20 μm klein im Vergleich zur Dicke des LED-Substrats blauer Farbe auf Mo von 100 μm war, wurde die Leuchtstoffschicht als einstückig mit dem Lichtemissionsvorrichtungschip verbunden betrachtet. Wenn die Lichtverteilungseigenschaft der erhaltenen lichtemittierenden Vorrichtung gemessen wurde, wurde die in 8 gezeigte Lichtverteilung erhalten. Aus 8 wurde ermittelt, dass die Lichtverteilung im wesentlichen die cosθ-Verteilung darstellte und die Variationen gering waren.
Da eine Verbindungshalbleiter-Lichtemissionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lichtverteilung aufweist, bei der die Lichtverteilung von von einer Lichtextraktionsoberfläche eines Lichtemissionsvorrichtungschips emittiertem direktem Licht im wesentlichen durch I (θ, ϕ) = I₀cosθ dargestellt wird, ohne einen Strukturkörper zur Veränderung der Lichtverteilungseigenschaft rings um den Chip auszubilden, kann die Verbindungshalbleiter-Lichtemissionsvorrichtung vorzugsweise für eine generelle Innenbeleuchtung ohne jede Änderung verwendet werden und Variationen der Lichtverteilung zwischen Chips können signifikant verringert werden. Auch für den Fall, dass die Verbindungshalbleiter-Lichtemissionsvorrichtung mit einem externen Strukturkörper, wie einer Linse oder dergleichen, kombiniert wird, ist es möglich, die Licht verteilung mit einer höheren Genauigkeit als für den Fall, dass ein herkömmlicher Lichtemissionsvorrichtungschip verwendet wird, zu steuern.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine lichtemittierende Vorrichtung bereit. Die lichtemittierende Vorrichtung weist eine Lichtverteilung auf, wobei die Lichtverteilung I (θ, ϕ), die erhalten wird, wenn von einem Chip der lichtemittierenden Vorrichtung emittiertes Licht direkt gemessen wird, nicht von der Richtung ϕ abhängig ist und im wesentlichen durch I (θ, ϕ) = I (θ) dargestellt wird. I (θ, ϕ) steht für die Lichtintensitätsverteilung in der Richtung (θ, ϕ), θ steht für den Winkel zur Normalenrichtung zur Lichtextraktionsoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtung (0 ≤ θ ≤ 90°), ϕ steht für den Rotationswinkel um die Normale (0 ≤ ϕ ≤ 360°) und I (θ) steht für eine monoton abnehmende Funktion, die sich an 0 annähert, wenn θ = 90° erfüllt ist. In der lichtemittierenden Vorrichtung beträgt für einen den Chip der lichtemittierenden Vorrichtung aufbauenden Strukturkörper im Hinblick auf die Größe eines Bereichs des Strukturkörpers, der für von einer lichtemittierenden Schicht emittiertes Licht transparent ist, das Verhältnis (Seitenverhältnis) zwischen der Größe in seitlicher Richtung und der Größe in Dickenrichtung nicht weniger als 5 und eine Struktur mit einer Lichtstreufunktion ist auf einer Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips oder im Inneren des transparenten Bereichs des Strukturkörpers angebracht.

1: Saphirsubstrat
2: Lichtstreustruktur
3: Verbindungshalbleiterschicht
4: lichtemittierende Schicht
5: transparenter Strukturkörper
6: p-Elektrode
7: n-Elektrode
8: Klebeschicht
9: Metallsubstratansicht 1

Claims

Lichtemittierende Vorrichtung mit einer Lichtverteilung, wobei die Lichtverteilung I (θ, ϕ), die erhalten wird, wenn Licht von einem Chip der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert wird, nicht von der Richtung ϕ abhängig ist und im wesentlichen durch I (θ, ϕ) = I (θ) dargestellt wird, wobei I (θ, ϕ) für die Lichtintensitätsverteilung in der Richtung (θ, ϕ) steht, θ für den Winkel zur Normalenrichtung zur Lichtextraktionsoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtung (0 ≤ θ ≤ 90°) steht, ϕ für den Rotationswinkel um die Normale (0 ≤ ϕ ≤ 360°) steht und I (θ) für eine monoton abnehmende Funktion, die sich an 0 annähert, wenn θ = 90° erfüllt ist, steht.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Lichtverteilung, wobei I (θ) im wesentlichen durch I (θ) = I₀cosⁿθ dargestellt wird, wobei I₀ für die Lichtintensität in der Richtung θ = 0° steht und n für eine positive Zahl steht.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei n nicht weniger als 0,5 und nicht mehr als 2 beträgt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Größe der Variationen der Lichtverteilung I (θ, ϕ) von direktem Licht, das von dem Chip der lichtemittierenden Vorrichtung emittiert wird, in einem Bereich von 360° in Richtung ϕ in der gleichen Richtung θ nicht mehr als 20% des Mittelwerts von I (θ) in einem Bereich von 360° in der Richtung ϕ beträgt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei für einen den Chip der lichtemittierenden Vorrichtung aufbauenden Strukturkörper im Hinblick auf die Größe eines Bereichs des Strukturkörpers, der für von einer lichtemittierenden Schicht emittiertes Licht transparent ist, das Verhältnis (Seitenverhältnis) zwischen der Größe in seitlicher Richtung und der Größe in Dickenrichtung nicht weniger als 5 beträgt und eine Struktur mit einer Lichtstreufunktion auf einer Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips oder im Inneren des transparenten Bereichs des Strukturkörpers bereitgestellt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Struktur mit der Lichtstreufunktion eine Struktur, bei der feine Teilchen auf der Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips oder in einer Ebene in dem transparenten Strukturkörper angeordnet sind, oder eine Struktur, bei der die feinen Teilchen in einem Halbleiterkristall dispergiert sind, aufweist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Struktur mit der Lichtstreufunktion mehrere Rauigkeitsstrukturen aufweist, die auf einer Chipoberfläche oder an einer Grenzfläche zwischen verschiedene Brechungsindizes aufweisenden Materialien, die im wesentlichen parallel zu einer Lichtextraktionsoberfläche ist, im Inneren des Chips ausgebildet sind und in Bezug auf die Chipoberfläche oder die Grenz fläche geneigte Seitenoberflächen aufweisen.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der mittlere Durchmesser feiner Teilchen nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 10000 nm beträgt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 8, wobei die Hauptkomponente der einzelnen feinen Teilchen eine beliebige von einem Oxid, Nitrid, Carbid, Borid und Chalcogenid ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 6, 8 oder 9, wobei die einzelnen feinen Teilchen aus einem beliebigen von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Yttriumaluminiumgranat bestehen.
Lichtemittierende Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei für einen den Chip der lichtemittierenden Vorrichtung aufbauenden Strukturkörper im Hinblick auf die Größe eines Bereichs des Strukturkörpers, der für von einer lichtemittierenden Schicht emittiertes Licht transparent ist, das Verhältnis (Seitenverhältnis) zwischen der Größe in seitlicher Richtung und der Größe in Dickenrichtung nicht weniger als 5 beträgt und eine Dispersionsschicht eines teilchenförmigen Leuchtstoffs, die von der lichtemittierenden Schicht emittiertes Licht absorbiert und Licht bei einer unterschiedlichen Wellenlänge emittiert, auf einer Oberfläche des lichtemittierenden Chips oder im Inneren des transparenten Bereichs des Strukturkörpers ausgebildet ist.
Lichtemittierende Vorrichtung, wobei für einen den Chip einer lichtemittierenden Vorrichtung aufbauenden Strukturkörper im Hinblick auf die Größe eines Bereichs des Strukturkörpers, der für von einer lichtemittierenden Schicht emittiertes Licht transparent ist, das Verhältnis (Seitenverhältnis) zwischen der Größe in seitlicher Richtung und der Größe in Dickenrichtung nicht weniger als 5 beträgt und eine Struktur mit einer Lichtstreufunktion auf einer Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips oder im Inneren des transparenten Bereichs des Strukturkörpers bereitgestellt ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Struktur mit der Lichtstreufunktion eine Struktur, bei der feine Teilchen auf der Oberfläche des Lichtemissionsvorrichtungschips oder in einer Ebene in dem transparenten Strukturkörper angeordnet sind, oder eine Struktur, bei der die feinen Teilchen in einem Halbleiterkristall dispergiert sind, aufweist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Struktur mit der Lichtstreufunktion mehrere Rauigkeitsstrukturen aufweist, die auf einer Chipoberfläche oder an einer Grenzfläche zwischen verschiedene Brechungsindizes aufweisenden Materialien, die im wesentlichen parallel zu einer Lichtextraktionsoberfläche ist, im Inneren des Chips ausgebildet sind und in Bezug auf die Chipoberfläche oder die Grenzfläche geneigte Seitenoberflächen aufweisen.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der mittlere Durchmesser feiner Teilchen nicht weniger als 10 nm und nicht mehr als 10000 nm beträgt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 15, wobei die Hauptkomponente der einzelnen feinen Teilchen eine beliebige von einem Oxid, Nitrid, Carbid, Borid und Chalcogenid ist.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 13, 15 oder 16, wobei die einzelnen feinen Teilchen aus einem beliebigen von Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Titandioxid, Ceroxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zinnoxid und Yttriumaluminiumgranat bestehen.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei für einen den Chip der lichtemittierenden Vorrichtung aufbauenden Strukturkörper im Hinblick auf die Größe eines Bereichs des Strukturkörpers, der für von der lichtemittierenden Schicht emittiertes Licht transparent ist, das Verhältnis (Seitenverhältnis) zwischen der Größe in seitlicher Richtung und der Größe in Dickenrichtung nicht weniger als 5 beträgt und eine Dispersionsschicht eines teilchenförmigen Leuchtstoffs, die von der lichtemittierenden Schicht emittiertes Licht absorbiert und Licht bei einer unterschiedlichen Wellenlänge emittiert, auf einer Oberfläche des lichtemittierenden Chips oder im Inneren des transparenten Bereichs des Strukturkörpers ausgebildet ist.