KR102435866B1 - Led 어레이들을 위한 파장 변환 층 패터닝 - Google Patents

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Abstract

크기가 50-500nm이고 세륨 비함유 YAG 쉘들로 캡슐화된 복수의 인광체 그레인들 및 복수의 형광체 그레인을 결합하는 바인더 재료를 포함하는 파장 변환 층이 개시되어 있으며, 5-20 미크론의 두께를 갖는 파장 변환 층은 발광 표면에 부착된다.

Description

LED 어레이들을 위한 파장 변환 층 패터닝
정밀 제어 조명 응용들은 발광 다이오드(LED) 픽셀 시스템들의 생산 및 제조를 필요로 할 수 있다. 이러한 LED 픽셀 시스템들의 제조는 시스템들 사이의 작은 레인 공간 및 픽셀들의 작은 크기로 인한 재료의 정확한 퇴적을 필요로 할 수 있다. 이러한 LED 픽셀 시스템들에 사용되는 컴포넌트들의 소형화는 더 큰 LED 픽셀 시스템들에 존재하지 않는 의도되지 않은 영향들을 초래할 수 있다.
LED들, RCLED(resonant cavity light emitting diode)들, VCSEL(vertical cavity laser diode)들, 및 에지 방출 레이저들을 포함하는 반도체 발광 디바이스들은 현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들 중 하나이다. 가시 스펙트럼(visible spectrum)에 걸쳐 동작이 가능한 고휘도(high-brightness) 발광 디바이스들의 제조에서 현재 관심있는 재료계들은 III-V족 반도체들, 특히 갈륨, 알루미늄, 인듐, 및 질소의 2원(binary), 3원(ternary), 및 4원(quaternary) 합금들(alloys)을 포함하며, 이들은 또한 III-질화물 재료들로 지칭된다. 전형적으로, III-질화물 발광 디바이스들은 MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), 또는 그 외의 에피택셜 기술들에 의해 사파이어, 실리콘 탄화물, III-질화물, 합성물, 또는 다른 적절한 기판 상의 서로 다른 조성들 및 도펀트 농도들의 반도체 층들의 스택을 에피택셜하게 성장시킴으로써 제조된다. 스택은 종종 기판 위에 형성되고 예를 들어, Si로 도핑된 하나 이상의 n-형 층, n-형 층 또는 n-형 층들 위에 형성되는 활성 영역 내의 하나 이상의 발광층, 그리고 활성 영역 위에 형성되고 예를 들어, Mg로 도핑된 하나 이상의 p-형 층을 포함한다. 전기적 콘택트들(electrical contacts)은 n-형 및 p-형 영역들 상에 형성된다.
III-질화물 디바이스들은 반전형 또는 플립 칩 디바이스로 종종 형성되며, n-형 및 p-형 콘택트들 둘 모두는 반도체 구조체의 같은 측면 상에 형성되고, 대부분의 광은 콘택트들 반대쪽의 반도체 구조체 측면으로부터 추출된다.
크기가 50-500nm이고 세륨 비함유 YAG 쉘들로 캡슐화된 복수의 인광체 그레인들 및 복수의 인광체 그레인을 결합하는 바인더 재료를 포함하는 파장 변환 층이 개시되어 있으며, 5-20 미크론의 두께를 갖는 파장 변환 층은 발광 표면에 부착된다.
첨부 도면들과 관련하여 예시적으로 주어지는 아래의 설명으로부터 더 세밀한 이해가 얻어질 수 있다:
도 1a는 3x3 픽셀 매트릭스의 평면도이고;
도 1b는 10x10 픽셀 매트릭스의 평면도이고;
도 1c는 사파이어 기판 상의 3x3 픽셀 매트릭스의 도면이고;
도 1d는 LED 어레이의 단면도이고;
도 1e는 발광 디바이스들의 단면도이고;
도 1f는 파장 변환 층 세그먼트들을 생성하는 방법이고;
도 1g는 실록산 화합물의 도면이고;
도 1h는 변환기 재료 상의 나노임프린트 리소그래피 몰드의 도면이고;
도 1i는 도 1h의 변환기 재료 상의 나노임프린트 리소그래피 몰드의 중간 단계의 도면이고;
도 1j는 메시의 평면도이고;
도 1k는 도 1j의 메시의 단면도이고;
도 2a는 일 실시예에서 LED 디바이스 부착 영역에서 기판에 부착된 LED 어레이를 갖는 전자 장치 보드의 평면도이고;
도 2b는 회로 보드의 2개의 표면 상에 장착된 전자 컴포넌트들을 갖는 2개의 채널 통합 LED 조명 시스템의 일 실시예의 도면이고;
도 2c는 예시적인 차량 헤드램프 시스템이고;
도 3은 예시적인 조명 시스템을 도시한다.
상이한 광 조명 시스템들 및/또는 발광 다이오드("LED") 구현들의 예들이 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 보다 충분히 설명될 것이다. 이러한 예들은 상호 배타적이지 않고, 하나의 예에서 발견된 특징들은 추가적인 구현들을 달성하기 위해 하나 이상의 다른 예들에서 발견된 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면들에 나타난 예들은 단지 예시적 목적들을 위해 제공되고 그들은 본 개시내용을 어떤 방식으로든 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 유사한 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 지칭한다.
비록 용어들 제1, 제2, 제3 등이 여러 요소를 기술하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있을지라도, 이러한 요소들은 이러한 용어들로 국한되지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 이러한 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 제1 요소는 제2 요소라고 지칭될 수 있고 제2 요소는 제1 요소라고 지칭될 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 관련된 열거된 항목 중 하나 이상의 임의의 조합 및 모든 조합을 포함한다.
층, 영역, 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상(on)"에 있거나 다른 요소 "상으로(onto)" 확장된다고 언급될 때, 이 요소는 그 다른 요소 상에 직접 있거나 그 다른 요소 상으로 직접 확장되거나, 또는 중간 요소들이 존재할 수도 있다는 것이 이해될 것이다. 반면에, 요소가 다른 요소 "상에 직접(directly on)" 있거나 다른 요소 "상으로 직접(directly onto)" 확장된다고 언급될 때, 중간 요소들이 존재하지 않을 수 있다. 또한, 요소가 다른 요소에 "연결된" 또는 "결합된"것으로 언급될 때, 그것은 다른 요소에 직접 연결 또는 결합될 수 있고/있거나 하나 이상의 중간 요소를 통해 다른 요소에 연결 또는 결합될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 대조적으로, 요소가 다른 요소에 "직접 연결된" 또는 "직접 결합된"것으로 언급될 때, 요소와 다른 요소 사이에 중간 요소들이 존재하지 않는다. 이러한 용어들은 도면들에 도시된 어떤 배향 이외에도 요소의 상이한 배향들을 포함하고자 한다는 것을 이해할 것이다.
"아래", "위", "상부", "하부", "수평" 또는 "수직"과 같은 상대 용어들은 본 명세서에서 도면들에 예시된 바와 같은 다른 요소, 층, 또는 영역에 대한 하나의 요소, 층, 또는 영역의 관계를 설명하는데 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면들에 도시된 배향 이외에도 디바이스의 상이한 배향들을 포함하고자 한다는 것을 이해할 것이다.
자외선(UV) 또는 적외선(IR) 광 전력을 방출하는 디바이스들과 같은 반도체 발광 디바이스들(LED들) 또는 광학 전력 방출 디바이스들은 현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들 중 하나이다. 이러한 디바이스들(이하, "LED들")은 발광 다이오드들, 공진 캐비티 발광 다이오드들, 수직 캐비티 레이저 다이오드들, 에지 방출 레이저들 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 소형 크기 및 더 낮은 전력 요건들로 인해, LED들은 많은 상이한 응용들에 대한 매력적인 후보들일 수 있다. 예를 들어, 이들은 카메라들 및 셀 폰들과 같은 핸드헬드 배터리 전력공급형 디바이스들에 대한 광원들(예를 들어, 플래시 라이트들 및 카메라 플래시들)로서 사용될 수 있다. 이들은 예를 들어, 자동차 조명, HUD(heads up display) 조명, 원예 조명, 거리 조명, 비디오용 토치, 일반 조명(예를 들어, 가정, 상점, 사무실 및 스튜디오 조명, 극장/무대 조명 및 건축 조명), AR(augmented reality) 조명, VR(virtual reality) 조명, 디스플레이용 백라이트, 및 IR 분광법에 사용될 수도 있다. 단일 LED는 백열 광원보다 덜 밝은 광을 제공할 수 있고, 따라서 다중-접합 디바이스들 또는 LED들의 어레이들(예를 들어, 모놀리식 LED 어레이들, 마이크로 LED 어레이들 등)은 더 많은 밝기가 요구되거나 필요한 응용들에 사용될 수 있다.
개시된 주제의 실시예들에 따르면, LED 어레이들(예를 들어, 마이크로 LED 어레이들)은 도 1a, 도 1b 및/또는 도 1c에 도시된 바와 같은 픽셀들의 어레이를 포함할 수 있다. LED 어레이들은 LED 어레이 세그먼트들의 정밀도 제어를 필요로 하는 것들과 같은 임의의 응용들에 사용될 수 있다. LED 어레이 내의 픽셀들은 개별적으로 어드레싱가능할 수 있고, 그룹/서브세트로 어드레싱가능할 수 있거나, 어드레싱가능하지 않을 수 있다. 도 1a에는, 픽셀들(111)을 갖는 LED 어레이(110)의 평면도가 도시되어 있다. LED 어레이(110)의 3x3 부분의 분해도도 도 1a에 도시되어 있다. 3x3 부분 분해도에 도시된 바와 같이, LED 어레이(110)는 대략 100㎛ 이하(예를 들어, 40㎛)의 폭 w1를 갖는 픽셀들(111)을 포함할 수 있다. 픽셀들 사이의 레인들(113)은 대략 20㎛ 이하(예를 들어, 5㎛)의 폭 w2만큼 분리될 수 있다. 레인들(113)은 도 1b 및 도 1c에 도시되고 본 명세서에 추가로 개시된 바와 같이, 픽셀들 사이에 에어 갭을 제공하거나 다른 재료를 포함할 수 있다. 하나의 픽셀(111)의 중심으로부터 인접 픽셀(111)의 중심까지의 거리 d1는 대략 120㎛ 이하(예를 들어, 45㎛)일 수 있다. 본 명세서에 제공된 폭들 및 거리들은 단지 예들이고, 실제 폭들 및/또는 치수들은 변경될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
대칭 매트릭스로 배열된 직사각형 픽셀들이 도 1a, 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있지만, 임의의 형상 및 배열의 픽셀들이 본 명세서에 개시된 실시예들에 적용될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 도 1a의 LED 어레이(110)는 100x100 매트릭스, 1200x50 매트릭스, 대칭 매트릭스, 비대칭 매트릭스 등과 같은 임의의 적용가능한 배열의 10,000개 초과의 픽셀을 포함할 수 있다. 또한, 다수 세트의 픽셀, 매트릭스, 및/또는 보드가 본 명세서에 개시된 실시예들을 구현하기 위해 임의의 적용가능한 포맷으로 배열될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
도 1b는 예시적인 LED 어레이(1000)의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 픽셀들(1010, 1020, 및 1030)은 분리 섹션들(1041) 및/또는 n-형 콘택트들(1040)이 픽셀들을 서로 분리하도록 LED 어레이 내의 3개의 상이한 픽셀들에 대응한다. 실시예에 따르면, 픽셀들 사이의 공간은 에어 갭에 의해 점유될 수 있다. 도시된 바와 같이, 픽셀(1010)은 예를 들어, 에피택셜 층(1011)으로부터 제거될 수 있는 사파이어 기판과 같은 임의의 적용가능한 기판 상에 성장될 수 있는 에피택셜 층(1011)을 포함한다. 콘택트(1015)로부터 멀리 떨어진 성장 층의 표면은 실질적으로 평면일 수 있거나 패터닝될 수 있다. p-형 영역(1012)은 p-콘택트(1017)에 근접하여 위치될 수 있다. 활성 영역(1021)은 n-형 영역 및 p-형 영역(1012)에 인접하여 배치될 수 있다. 대안적으로, 활성 영역(1021)은 반도체 층 또는 n-형 영역 및 p-형 영역(1012) 사이에 있을 수 있고, 활성 영역(1021)이 광 빔들을 방출하도록 전류를 수신할 수 있다. p-콘택트(1017)는 SiO2 층들(1013 및 1014)뿐만 아니라 도금된 금속 층(1016)(예를 들어, 도금된 구리)과 접촉할 수 있다. n-형 콘택트들(1040)은 Cu와 같은 적용가능한 금속을 포함할 수 있다. 금속 층(1016)은 반사성일 수 있는 콘택트(1015)와 접촉할 수 있다.
특히, 도 1b에 도시된 바와 같이, n-형 콘택트(1040)는 픽셀들(1010, 1020, 및 1030) 사이에 생성된 트렌치들(1130) 내에 퇴적될 수 있고, 에피택셜 층을 넘어 연장될 수 있다. 분리 섹션들(1041)은 파장 변환 층(1050) 모두(도시된 바와 같이) 또는 그 일부를 분리할 수 있다. LED 어레이는 이러한 분리 섹션들(1041)없이 구현될 수 있거나 분리 섹션들(1041)은 에어 갭에 대응할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 분리 섹션들(1041)은 n-형 콘택트들(1040)의 연장부일 수 있어서, 분리 섹션들(1041)은 n-형 콘택트들(1040)과 동일한 재료(예를 들어, 구리)로 형성된다. 대안적으로, 분리 섹션들(1041)은 n-형 콘택트들(1040)과 상이한 재료로 형성될 수 있다. 실시예에 따르면, 분리 섹션들(1041)은 반사성 재료를 포함할 수 있다. 분리 섹션들(1041) 및/또는 n-형 콘택트(1040)의 재료는 예를 들어, n-형 콘택트(1040) 및/또는 분리 섹션들(1041)의 퇴적을 포함하거나 허용하는 메시 구조를 적용하는 것과 같은 임의의 적용가능한 방식으로 퇴적될 수 있다. 파장 변환 층(1050)은 도 1d의 파장 변환 층(205)과 유사한 특징들/특성들을 가질 수 있다. 본 명세서에 언급된 바와 같이, 하나 이상의 추가 층은 분리 섹션들(1041)을 코팅할 수 있다. 이러한 층은 반사 층, 산란 층, 흡수 층, 또는 임의의 다른 적용가능한 층일 수 있다. 하나 이상의 패시베이션 층(1019)은 n-콘택트(1040)를 에피택셜 층(1011)으로부터 완전히 또는 부분적으로 분리할 수 있다.
에피택셜 층(1011)은 사파이어, SiC, GaN, 실리콘을 포함하여 여기될 때 광자들을 방출하도록 임의의 적용가능한 재료로 형성될 수 있고, 보다 구체적으로 AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 III-V 반도체들, ZnS, ZnSe, CdSe, CdTe를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 II-VI 반도체들, Ge, Si, SiC를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 IV족 반도체들, 및 이들의 혼합물들 또는 합금들로 형성될 수 있다. 이러한 예시적인 반도체들은 이들이 존재하는 LED들의 전형적인 방출 파장들에서 약 2.4 내지 약 4.1 범위의 굴절률들을 가질 수 있다. 예를 들어, GaN과 같은 III-질화물 반도체들은 500nm에서 약 2.4의 굴절률을 가질 수 있고, InGaP와 같은 III-인화물 반도체들은 600nm에서 약 3.7의 굴절률을 가질 수 있다. LED 디바이스(1200)에 결합된 콘택트들은 AuSn, AuGa, AuSi 또는 SAC 솔더들과 같은 솔더로 형성될 수 있다.
n-형 영역은 성장 기판 상에 성장될 수 있고, 예를 들어, 버퍼 또는 핵생성 층들과 같은 준비 층들, 및/또는 성장 기판의 제거를 용이하게 하도록 설계된 층들을 포함하는 상이한 조성들 및 도펀트 농도들을 포함하는 하나 이상의 반도체 재료 층을 포함할 수 있다. 이러한 층들은 n-형이거나 의도적으로 도핑되지 않을 수 있거나, 심지어 p-형 디바이스 층들일 수도 있다. 층들은 발광 영역이 효율적으로 광을 방출하기에 바람직한 특정한 광학적, 재료적, 또는 전기적 특성들을 갖도록 설계될 수 있다. 유사하게, p-형 영역(1012)은 의도적으로 도핑되지 않은 층들, 또는 n-형 층들을 포함하여, 상이한 조성, 두께, 및 도펀트 농도들의 다수의 층을 포함할 수 있다. 전류는 p-n 접합(예를 들어, 비아 콘택트들)을 통해 흐르게 될 수 있고, 픽셀들은 재료들의 밴드갭 에너지에 의해 적어도 부분적으로 결정된 제1 파장의 광을 생성할 수 있다. 픽셀은 광(예를 들어, 정규 또는 다이렉트 방출 LED)을 직접 방출할 수 있거나, 제2 파장의 광을 출력하도록 방출된 광의 파장을 추가로 수정하도록 작용하는 파장 변환 층(1050)(예를 들어, 인광체 변환된 LED, "PCLED" 등)내로 광을 방출할 수 있다.
도 1b는 예시적인 배열로 픽셀들(1010, 1020, 및 1030)을 갖는 예시적인 LED 어레이(1000)를 도시하고 있지만, LED 어레이 내의 픽셀들은 다수의 배열 중 임의의 하나로 제공될 수 있다는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 픽셀들은 플립 칩 구조, VTF(vertical injection thin film) 구조, 다중-접합 구조, TFFC(thin film flip chip), 측면 디바이스들 등일 수 있다. 예를 들어, 측면 LED 픽셀은 플립 칩 LED 픽셀과 유사할 수 있지만, 전극들을 기판 또는 패키지에 직접 연결하기 위해 꺼꾸로 뒤집히지 않을 수 있다. TFFC는 또한 플립 칩 LED 픽셀과 유사할 수 있지만, 제거된 성장 기판을 가질 수 있다(박막 반도체 층들을 지지하지 않은 채로 남겨둔다). 대조적으로, 성장 기판 또는 다른 기판은 플립 칩 LED의 일부로서 포함될 수 있다.
활성 영역(1021)에 의해 방출되는 광이 하나 이상의 중간 층(예를 들어, 광자 층)을 통해 횡단할 수 있도록 파장 변환 층(1050)은 활성 영역(1021)에 의해 방출되는 광의 경로에 있을 수 있다. 실시예들에 따르면, 파장 변환 층(1050)은 LED 어레이(1000)에 존재하지 않을 수 있다. 파장 변환 층(1050)은 예를 들어, 투명 또는 반투명 바인더 또는 매트릭스 내의 인광체 입자들, 또는 하나의 파장의 광을 흡수하고 상이한 파장의 광을 방출하는 세라믹 인광체 요소와 같은 임의의 발광 재료를 포함할 수 있다. 파장 변환 층(1050)의 두께는 LED 어레이(1000) 또는 개별 픽셀들(1010, 1020, 및 1030)이 배열되는 응용/파장 또는 그에 사용된 재료에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 파장 변환 층(1050)은 대략 20㎛, 50㎛ 또는 1200㎛일 수 있다. 파장 변환 층(1050)은 도시된 바와 같이 각각의 개별 픽셀 상에 제공될 수 있거나, 전체 LED 어레이(1000) 위에 위치될 수 있다.
일차 광학계(1022)는 하나 이상의 픽셀(1010, 1020, 및/또는 1030) 상에 또는 그 위에 있을 수 있고, 광이 일차 광학계를 통해 활성 영역(101) 및/또는 파장 변환 층(1050)으로부터 통과하는 것을 허용할 수 있다. 일차 광학계를 통한 광은 일반적으로 이상적인 확산 라디에이터로부터 관찰될 때, 일차 광학계(1022)를 통해 방출되는 광의 광도가 입사광의 방향과 표면 법선 사이의 각도의 코사인에 정비례하도록 램버시안 분포 패턴에 기초하여 방출될 수 있다. 일차 광학계(1022)의 하나 이상의 특성이 램버시안 분포 패턴과 상이한 광 분포 패턴을 생성하도록 수정될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
렌즈(1065)와 도파관(1062) 중 하나 또는 둘 다를 포함하는 이차 광학계들에는 픽셀들(1010, 1020, 및/또는 1030)이 제공될 수 있다. 이차 광학계들이 다수의 픽셀을 갖는 도 1b에 도시된 예에 따라 논의되지만, 이차 광학계들이 단일 픽셀들에 제공될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 이차 광학계들은 인커밍 광을 확산시키거나(발산 광학계들) 인커밍 광을 시준된 빔으로 수집하는데 사용될 수 있다(시준 광학계들). 도파관(1062)은 유전체 재료, 금속화 층 등으로 코팅될 수 있고 입사광을 반사 또는 재지향시키기 위해 제공될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 조명 시스템은 파장 변환 층(1050), 일차 광학계들(1022), 도파관(1062), 및 렌즈(1065) 중 하나 이상을 포함하지 않을 수 있다.
렌즈(1065)는 SiC, 알루미늄 산화물, 다이아몬드 등 또는 이들의 조합과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 임의의 적용가능한 투명 재료로 형성될 수 있다. 렌즈(1065)는 렌즈(1065)로부터의 출력 빔이 원하는 광도측정 사양을 효율적으로 충족시키도록 렌즈(1065) 내로 입력될 광 빔을 수정하는데 사용될 수 있다. 또한, 렌즈(1065)는 다수의 LED 디바이스들(1200B)의 조명된 및/또는 조명되지 않은 외관을 결정하는 것 등에 의해 하나 이상의 심미적 목적을 제공할 수 있다.
도 1c는 LED 어레이(1100)의 3차원 뷰의 단면을 도시한다. 도시된 바와 같이, LED 어레이(1100) 내의 픽셀들은 n-콘택트들(1140)을 형성하기 위해 채워지는 트렌치들에 의해 분리될 수 있다. 픽셀들은 기판(1114) 상에 성장될 수 있고 p-콘택트(1113), p-GaN 반도체 층(1112), 활성 영역(1111), 및 n-GaN 반도체 층(1110)을 포함할 수 있다. 이러한 구조는 단지 예로서 제공되고, 하나 이상의 반도체 또는 다른 적용가능한 층들이 추가, 제거, 또는 부분적으로 추가되거나 제거되어 본 명세서에 제공된 개시내용을 구현할 수 있다는 점이 이해될 것이다. 파장 변환 층(1117)은 반도체 층(1110)(또는 다른 적용가능한 층) 상에 퇴적될 수 있다.
도시된 바와 같이, 패시베이션 층들(1115)은 트렌치들(1130) 내에 형성될 수 있고, n-콘택트들(1140)(예를 들어, 구리 콘택트들)이 트렌치들(1130) 내에 퇴적될 수 있다. 패시베이션 층들(1115)은 n-콘택트들(1140)의 적어도 일부를 반도체의 하나 이상의 층으로부터 분리할 수 있다. 일 구현에 따르면, 트렌치들 내의 n-콘택트들(1140) 또는 다른 적용가능한 재료는 n-콘택트들(1140) 또는 다른 적용가능한 재료가 픽셀들 사이에 완전한 또는 부분적인 광학적 절연을 제공하도록 파장 변환 층(1117) 내로 연장될 수 있다.
도 1d는 본 명세서에 개시된 기술들에 따라 제조된 예시적인 픽셀 어레이(1200)가 GaN 층(1250), 활성 영역(1290), 솔더(1280), 및 패턴 사파이어 기판(PSS) 패턴(1260)을 포함하는 발광 디바이스들(1270)을 포함할 수 있는 것을 도시한다. 파장 변환 층들(1220)은 픽셀들(1275)을 생성하기 위해 본 명세서에 개시된 기술들에 따라 발광 디바이스들(1270) 상에 배치될 수 있다.
광학적 절연 재료들(1230)은 파장 변환 층(1220)에 도포될 수 있다. 파장 변환 층은 패턴 사파이어 기판(PSS) 패턴(1260)을 통해 GaN 층(1250) 상에 장착될 수 있다. GaN 층(1250)은 활성 영역(1290)에 본딩되거나 그 위에 성장될 수 있고 발광 디바이스(1270)는 솔더(1280)를 포함할 수 있다. 광학적 절연 재료(1240)는 또한 GaN 층(1250)의 측벽들에 도포될 수 있다.
예로서, 도 1d의 픽셀들(1275)은 도 1b의 픽셀들(111)에 대응할 수 있다. 픽셀들(111 또는 1275)이 활성화될 때, 픽셀들의 각각의 활성 영역들(1290)은 광을 생성할 수 있다. 광은 파장 변환 층(1220)을 통과할 수 있고 파장 변환 층(1220)의 표면으로부터 실질적으로 방출될 수 있다.
도 1e는 파장 변환 층(1220)이 발광 디바이스들(1270) 상에 배치되기 전의 도 1d의 픽셀 어레이의 컴포넌트들을 도시한다.
도 1f는 졸-겔 또는 실록산 바인더를 갖는 파장 변환 층을 생성하기 위한 방법(1400)을 도시한다. 단계(1410)에 도시된 바와 같이, 파장 변환 층은 표면 상에 퇴적될 수 있다. 표면은 유리 지지 표면과 같은 지지 표면, 신축성 테이프와 같은 테이프, 청색 테이프, 백색 테이프, UV 테이프, 또는 파장 변환 층을 유지하도록 구성된 임의의 다른 표면과 같은 임의의 적용가능한 표면일 수 있다. 표면은 파장 변환 층 재료를 유지하기 위한 벽들을 포함할 수 있다.
파장 변환 층은 복수의 광학적 격리 입자, 이를테면, 이로 제한되는 것은 아니지만, 희토류 이온들로부터 활성화되거나 활성화되지 않은 인광체 그레인들, 아연 바륨 붕산염, 알루미늄 질화물, 알루미늄 산질화물(AlON), 황산 바륨, 티탄산 바륨, 티탄산 칼슘, 큐빅 지르코니아, 다이아몬드, GGG(gadolinium gallium garnet), PLZT(lead lanthanum zirconate titanate), PZT(lead zirconate titanate), 사파이어, SiAlON(silicon aluminum oxynitride), 탄화 규소, SiON(silicon oxynitride), 티탄산 스트론튬, 티타늄 산화물, YAG(yttrium aluminum garnet), 셀렌화 아연, 황화 아연, 및 텔루르화 아연, 다이아몬드, SiC(silicon carbide), 단결정 알루미늄 질화물(AlN), 갈륨 질화물 (GaN) 또는 알루미늄 갈륨 질화물(AlGaN) 또는 투명, 반투명 또는 산란 세라믹, 광학적 유리, 고굴절률 유리, 사파이어, 알루미나, 갈륨 인화물과 같은 III-V 반도체들, 황화 아연, 셀렌화 아연, 텔루르화 아연와 같은 II-VI 반도체들, IV족 반도체들 및 화합물들, 금속 산화물들, 금속 플루오라이드들, 다음의 것들 중 임의의 산화물: 알루미늄, 안티몬, 비소, 비스무트, 칼슘, 구리, 갈륨, 게르마늄, 란타늄, 납, 니오브, 인, 텔루륨, 탈륨, 티타늄, 텅스텐, 아연, 또는 지르코늄, 다결정 알루미늄 산화물(투명 알루미나), 알루미늄 산화물(AlON), 입방 지르코니아(CZ), GGG(gadolinium gallium garnet), 갈륨 인화물 (GaP), PZT(lead zirconate titanate), SiAlON(silicon aluminum oxynitride), SiC(silicon carbide), SiON(silicon oxynitride), 티탄산 스트론튬, YAG(yttrium aluminum garnet), ZnS(zinc sulfide), 스피넬, 쇼트 유리(Schott glass) LaFN21, LaSFN35, LaF2, LaF3, LaF10, NZK7, NLAF21, LaSFN18, SF59, 또는 LaSF3, 오하라 유리(Ohara glass) SLAM60 또는 SLAH51을 포함할 수 있고, 질화물 발광 재료, 가넷 발광 재료, 오르소실리케이트(orthosilicate) 발광 재료, SiAlON 발광 재료, 알루미네이트 발광 재료, 산질화물 발광 재료, 할로겐화물 발광 재료, 옥시할로겐화물 발광 재료, 황화물 발광 재료 및/또는 옥시황화물 발광 재료, 황화 카드뮴, 셀렌화 카드뮴, 황화 아연, 아연 셀렌화 아연으로부터 선택된 코어 재료를 포함하는 발광 양자점들을 포함할 수 있고, SrLiAl3N4:Eu (II)(스트론튬-리튬-알루미늄 질화물: 유로퓸 (II)) 클래스, (Ba,Sr,Ca)2Si5-xAlxOxN8:Eu, (Sr,Ca)SiAlN3:Eu 또는 SrLiAl3N4:Eu와 같은 Eu(II) 도핑된 질화물 인광체들 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택될 수 있다.
파장 변환 층은 바인더 재료가 실록산 재료 또는 졸-겔 재료이거나 또는 졸-겔 및 실록산의 하이브리드 조합들뿐만 아니라 실록산과 조합된 폴리실라잔 전구체 중합체들이 되도록 바인더 재료를 포함할 수 있다. 실록산 재료 및/또는 졸-겔 재료는 이러한 재료가 LED 픽셀들 및 픽셀 어레이들의 높은 플럭스 및 온도 요건들 하에서 기능을 유지하도록 구성될 수 있기에 바인더로서 있을 수 있다.
실록산 재료는 실록산 중합체일 수 있으며, 여기서 실록산은 화합물(1500)을 통해 도 1g에 도시된 바와 같이 Si-O-Si 연결을 갖는 유기실리콘(organosilicon) 화학 작용기이다. 부모 실록산은 화학식 H(OSiH2)nOH 및 (OSiH2)n를 갖는 올리고머 및 중합체 수소화물들을 포함할 수 있다. 실록산은 또한 분지형 화합물들을 포함할 수 있고, 그의 정의 특징은 각각의 실리콘 중심 쌍이 하나의 산소 원자에 의해 분리되는 것일 수 있다. 실록산 재료는 연결된 4면체("sp3-형") 중심에 대해 예상되는 구조들을 채택할 수 있다. Si-O 본드는 1.64Å(1.92Å의 Si-C 거리에 대해)일 수 있고, Si-O-Si 각도는 142.5°에서 개방될 수 있다. 실록산은 입체 장애가 낮기 때문에 Si-O 본드들에 대한 회전에 대해 낮은 장벽을 가질 수 있다.
실록산 바인더는 분자들이 물 또는 메탄올과 같은 부산물들로서 작은 분자들을 분실함으로써 함께 결합되도록 축합 반응을 통해 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 실록산 바인더는 추가의 순환 단량체들이 그의 링 시스템을 개방함으로써 반응하고 더 긴 중합체 체인을 형성할 수 있는 반응성 중심으로서 중합체 사슬의 말단 단부가 작용하도록 링-개방 중합을 통해 형성될 수 있다. 축합 반응 및/또는 링-개방 중합은 사슬-성장 중합의 형태로 간주될 수 있다.
졸-겔 바인더는 습식-화학적 기술을 사용하는 졸-겔 프로세스를 통해 생성될 수 있다. 이러한 프로세스에서, 용액은 액체 상태와 고체 상태 둘 다를 포함하는 겔-형 네트워크의 형성을 향해 점진적으로 진화할 수 있다. 가수분해 및 중축합 반응을 겪은 금속 알콕시화물 및 금속 염화물과 같은 전구체들은, 졸-겔 프로세스 동안 사용될 수 있다. 용액(졸)은 콜로이드를 포함할 수 있고 콜로이드 분산액은 액체 매질 내에 다양한 정도로 분산된 고체 입자들을 함유하는 고체-액체 및/또는 액체/액체 혼합물일 수 있다. 졸-겔 바인더는 분자들이 물 또는 메탄올과 같은 부산물들로서 작은 분자들을 분실함으로써 함께 결합되도록 축합 반응을 통해 형성될 수 있다. 폴리실라잔들 및 폴리실라잔-실록산 하이브리드 재료들과 같은 전구체 중합체들이 또한 바인더들로서 사용될 수 있다. 폴리실라잔들은 암모니아(NH3)가 제거된 실록산 본드들(Si-O-)을 형성하기 위해 실라놀들(Si-OH) 및 알콜들(C-OH)과의 반응성이 높은 -HN-Si 모티프를 함유하는 전구체 중합체들이다. 폴리실라잔-기반 전구체 액체들은 "스핀-온-글래스(Spin-On-Glass)" 재료들로서 상업적으로 이용가능하다. 이들은 통상적으로 SiO2 유전체 필름들을 주조(cast)하는데 사용된다.
파장 변환 층을 바인딩하기 위한 바인더는 본 명세서에 개시된 바와 같이 나노임프린트 리소그래피(NIL) 프로세스를 용이하게 하기 위해 빠른 경화 및 낮은 휘발성을 겪을 필요가 있을 수 있다. 따라서, 파장 변환 층은 광개시제를 포함할 수 있고, 광개시제는 바인더의 경화 프로세스를 촉진시키는데 사용될 수 있다. 파장 변환 층에 NIL 프로세스를 적용하여, 파장 변환 층을 발광 디바이스들에 적용될 수 있는 파장 변환 층 세그먼트들로 세크먼트화할 수 있다. 도 1f에 도시된 바와 같이, 단계 1420에서, NIL 몰드가 파장 변환 층에 적용될 수 있다. 도 1h는 파장 변환 층(1620)에 도포되는 NIL 몰드(1610)의 단면도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 파장 변환 층(1620)이 그 형태를 몰드(1610)의 형태로 변경하도록 NIL 몰드(1610)가 퇴적될 수 있다. 몰드(1610)의 톱니들 사이의 공간은 파장 변환 층 세그먼트들을 이격된 발광 디바이스들 상에 배치하는데 필요한 간격에 대응할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
도 1f의 단계(1430)에서, 파장 변환 층은 경화될 수 있다. 경화는 UV 복사, 또는 UV 복사와 열 경화의 조합을 사용하여 수행될 수 있다. 파장 변환 층의 전부 또는 일부는 이들 섹션이 경화될 수 있도록 UV 복사에 노출될 수 있다. UV 광은 임의의 적용가능한 방향으로부터 파장 변환 층 상에 방출될 수 있고, 몰드가 완전히 또는 부분적으로 투명한 경우에 NIL 몰드를 통해 가해질 수 있다.
UV 광은 경화를 완료하는데 필요한 반응을 촉진하기 위해 촉매를 사용하여 빠른 경화 프로세스를 생성할 수 있다. UV 광은 파장 변환 층에 함유된 광개시제 상에 방출될 수 있고 광개시제는 UV 광과 반응할 수 있다. 광개시제는 예를 들어, 광탈카르복실화(photodecarboxylation)를 겪을 수 있는 산과 염기의 상호작용에 의해 생성된 염일 수 있다. 광개시제는 산 및 염기가 쌍을 이루어 중성 종들을 형성할 때 생성되는 염 화합물일 수 있다.
광개시제는 광개시제 상에 UV 광이 방출될 때 광탈카르복실화 프로세스를 겪도록 구성될 수 있다. 유기 산과 같은, 광개시제에 포함된 화합물은 이산화탄소(CO2)를 분실함으로써 분해되도록 광과 반응할 수 있다. 이러한 탈카르복실화는 광개시제로부터 산을 효과적으로 제거할 수 있고, 탈카르복실화의 부산물은 예를 들어, 다른 비-산성 잔류물들과 함께 초염기(super base)일 수 있다. 초염기는 예를 들어, 1,5-diazabicyclo [5.4.0] undec-5-ene (DBU), 1,5,7-triazabicyclo [4.4.0] dec-5-ene (TBD)일 수 있다. 초염기는 졸-겔 또는 실록산 바인더의 반응성 사슬 단부들 또는 교차결합가능 기판들 상에서 촉매 작용으로 이어질 수 있는 과잉 전자들을 다른 분자들이 파킹(park)할 수 있게 하는 특성들을 가질 수 있다.
초염기 또는 다른 비-산성 잔류물들은 열 경화 또는 포스트베이크(postbake) 동안 증발 또는 추가 분해에 의해 파장 변환 층으로부터 제거될 수 있다.
도 1f의 단계(1440)에 도시된 바와 같이, 나노임프린트 몰드는 파장 변환 층으로부터 제거될 수 있는데, 그 이유는 파장 변환 층이 경화 프로세스 동안 형상화된 파장 변환 층 세그먼트들을 포함할 수 있기 때문이다. 도 1f의 단계(1450)에서, 파장 변환 층 세그먼트들은 도 1e의 발광 디바이스들(1201)의 어레이와 같은 발광 디바이스들의 어레이에 부착되어 도 1d의 픽셀 어레이(1200)를 생성할 수 있도록 크기가 정해지고 배치될 수 있다. 파장 변환 층 세그먼트들을 형성하기 위해 파장 변환 층을 분리하는 분리 단계가 필요할 수 있고, 소잉(sawing), 에칭, 레이저 에칭 등과 같은 임의의 적용가능한 것을 포함할 수 있다는 점에 주목될 것이다. 또한, 파장 변환 층 세그먼트들은 예를 들어, 전사 테이프, 전사 기판 등을 사용함으로써 임의의 적용가능한 전사 방법을 통해 발광 디바이스들에 부착될 수 있다는 점에 주목될 것이다.
도 1i는 도 1i의 파장 변환 층(1620)에 도포되는 NIL 몰드(1610)의 단면도의 중간 단계를 도시한다. 도시된 바와 같이, 파장 변환 층(1620)은 파장 변환 층(1620)이 예를 들어, 광개시제가 탈카르복실화를 겪도록 UV 광을 통해 경화되는 부분에 대응하도록 부분적으로 형성될 수 있다. 제2 파장 변환 층(1630)은 탈카르복실화를 겪을 수 있도록 부분적으로 형성될 수 있다. 초염기(1631)의 부산물은 도시된 바와 같이 이 중간 단계에서 남겨질 수 있다.
개시된 주체의 구현에 따르면, 잉크젯 또는 유사한 인쇄 머신들을 사용하는 직접 인쇄는 발광 디바이스들 상에 파장 변환 층을 퇴적하는데 사용될 수 있다. 패턴은 포토리소그래피 또는 임프린트 리소그래피와 같은 방출가능 기판 상에 생성될 수 있다. ALD(atomic layer deposition)는 바람직하지 않은 영역들을 제거하기 위해 예를 들어, 리프트오프(liftoff)를 사용하여 층을 패터닝하는데 사용될 수 있다. 인광체 층 아래에 예를 들어, TiOx 층을 갖는 각각의 층을 인쇄하기 위해 카티바(Kateeva) 또는 유사 프린터들이 사용될 수 있다. 특히, 이러한 직접 인쇄는 인광체 입자들이 노즐들을 통해 이용가능한 공간보다 상당히 더 작을 것을 요구할 수 있다. 따라서, 이러한 퇴적을 위해 1um 이하의 인광체 입자 크기가 사용될 수 있다.
개시된 주체의 구현에 따르면, 도 1k는 도 1d의 픽셀 어레이를 제조할 때 도 1d의 파장 변환 층들(1220)을 위한 구조를 제공하기 위해 생성될 수 있는 메시 벽(1715)의 단면도를 도시하고 도 1j는 평면도를 도시한다. 메시 벽(1715)은 도 1e의 발광 디바이스들(1270) 사이의 공간에 대응하는 공간을 갖는 캐비티들(1714)을 포함할 수 있으며, 따라서 메시 벽은 도 1d의 파장 변환 층들(1220)을 부착하기 전에 캐비티들(1714)이 도 1e의 발광 디바이스들(1270)과 정렬되도록 이격된다. 메시 벽들은 나노임프린트(NIL) 리소그래피 프로세스 또는 콘택트 인쇄 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 표면 상에 메시 벽 재료를 퇴적하고 재료 상에 나노임프린트 몰드를 도포함으로써 메시 벽들을 생성하기 위해 NIL 프로세스가 사용될 수 있다. 메시 벽 재료는 열 경화를 사용하여 또는 UV 광을 사용하여 경화될 수 있고, 나노임프린트 몰드는 메시 벽 재료로부터 제거될 수 있다. 최종 메시 벽은 도 1d의 파장 변환 층들(1220)의 퇴적을 위한 지지체들을 생성하기 위해 픽셀 어레이 상에 퇴적될 수 있다. 대안적으로, 메시 필름은 예를 들어, 희생 PMMA 또는 UV 경화성 재료를 갖는 콘택트 인쇄 광자 열들로 생성될 수 있다.
도 2a는 일 실시예에서 LED 디바이스 부착 영역(318)에서 기판에 부착된 LED 어레이(410)를 갖는 전자 장치 보드의 평면도이다. LED 어레이(410)와 함께 전자 장치 보드는 LED 시스템(400A)을 나타낸다. 추가적으로, 전력 모듈(312)은 Vin(497)에서 전압 입력을 수신하고, 트레이스들(418B)을 통해 접속 및 제어 모듈(316)로부터 제어 신호들을 수신하고, 트레이스들(418A)을 통해 구동 신호들을 LED 어레이(410)에 제공한다. LED 어레이(410)는 전력 모듈(312)로부터의 구동 신호들을 통해 턴온 및 턴오프된다. 도 2a에 도시된 실시예에서, 접속 및 제어 모듈(316)은 트레이스(418C)를 통해 센서 모듈(314)로부터 센서 신호들을 수신한다. LED 어레이(410) 내의 픽셀들은 도 1f에 개략적으로 기술된 단계들에 따라 생성될 수 있고 도 1g 내지 도 1i에 관련된 본 명세서에 개시된 기술들에 기초할 수 있다.
도 2b는 회로 보드(499)의 2개의 표면 상에 장착된 전자 컴포넌트들을 갖는 2개의 채널 통합 LED 조명 시스템의 일 실시예를 도시한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, LED 조명 시스템(400B)은 조광기 신호들 및 AC 전력 신호들을 수신하기 위한 입력들을 갖는 제1 표면(445A) 및 그 위에 장착된 AC/DC 변환기 회로(412)를 포함한다. LED 시스템(400B)은 조광기 인터페이스 회로(415), DC-DC 변환기 회로들(440A 및 440B), 마이크로컨트롤러(472)를 갖는 접속 및 제어 모듈(416)(이 예에서는 무선 모듈), 및 그 위에 장착된 LED 어레이(410)를 갖는 제2 표면(445B)을 포함한다. LED 어레이(410)는 제1 채널(411A) 및 제2 채널(411B)과 같은 2개의 독립적인 채널들에 의해 구동된다. 대안적인 실시예들에서, 단일 채널은 구동 신호들을 LED 어레이에 제공하는데 사용될 수 있거나, 또는 임의의 개수의 다수의 채널은 LED 어레이에 구동 신호들을 제공하는데 사용될 수 있다.
LED 어레이(410)는 LED 디바이스들의 2개의 그룹을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 그룹 A의 LED 디바이스들은 제1 채널(411A)에 전기적으로 결합되고, 그룹 B의 LED 디바이스들은 제2 채널(411B)에 전기적으로 결합된다. 2개의 DC-DC 변환기들(440A 및 440B)은 각각 LED 어레이(410) 내의 LED들의 각각의그룹 A 및 B를 각각 구동하기 위한 단일 채널들(411A 및 411B)을 통해 각각의 구동 전류를 제공할 수 있다. LED 그룹들 중 하나의 LED들은 LED들의 제2 그룹 내의 LED와 상이한 색점을 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. LED 어레이(410)에 의해 방출되는 광의 복합 색점의 제어는 각각 단일 채널(411A 및 411B)을 통해 개별 DC/DC 변환기 회로들(440A 및 440B)에 의해 인가되는 전류 및/또는 듀티 사이클을 제어함으로써 범위 내에서 튜닝될 수 있다. 도 2b에 도시된 실시예가 (도 2a에서 설명된 바와 같이) 센서 모듈을 포함하고 있지 않지만, 대안적인 실시예는 센서 모듈을 포함할 수 있다.
도시된 LED 조명 시스템(400B)은 LED 어레이(410) 및 LED 어레이(410)를 동작시키기 위한 회로가 단일 전자 장치 보드 상에 제공되는 집적 시스템이다. 회로 보드(499)의 동일 표면 상의 모듈들 사이의 연결들은 트레이스들(431, 432, 433, 434 및 435)과 같은 표면 또는 서브-표면 인터커넥트들 또는 금속화들(도시되지 않음)에 의해, 예를 들어, 모듈들 사이의 전압들, 전류들, 및 제어 신호들을 교환하기 위해 전기적으로 결합될 수 있다. 회로 보드(499)의 대향 표면들 상의 모듈들 사이의 연결들은 비아들 및 금속화들(도시되지 않음)과 같은, 보드 인터커넥트들에 의해 전기적으로 결합될 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, LED 어레이(410) 내의 픽셀들은 도 1f에 개략적으로 기술된 단계들에 따라 생성될 수 있고 도 1g 내지 도 1i와 관련된 본 명세서에 개시된 기술들에 기초할 수 있다.
실시예들에 따르면, LED 어레이가 구동기 및 제어 회로와는 별도의 전자 장치 보드 상에 있는 LED 시스템들이 제공될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, LED 시스템은 구동기 회로와 분리된 전자 장치 보드 상의 전자 장치들 중 일부와 함께 LED 어레이를 가질 수 있다. 예를 들어, LED 시스템은 LED 어레이들와 별개인 전자 장치 보드 상에 위치된 전력 변환 모듈 및 LED 모듈을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, LED 시스템은 멀티-채널 LED 구동기 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, LED 모듈은 내장된 LED 캘리브레이션 및 설정 데이터, 및 예를 들어, 3개의 LED 그룹들을 포함할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 임의의 수의 LED 그룹들이 하나 이상의 응용과 일치하여 사용될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 각각의 그룹 내의 개별 LED들은 직렬 또는 병렬로 배열될 수 있고, 상이한 색점들을 갖는 광이 제공될 수 있다. 예를 들어, 따뜻한 백색 광은 제1 그룹의 LED들에 의해 제공될 수 있고, 차가운 백색 광은 제2 그룹의 LED들에 의해 제공될 수 있고, 중립 백색 광은 제3 그룹에 의해 제공될 수 있다.
도 2c는 데이터 버스(304)를 포함하는 차량 전력(302)을 포함하는 예시적인 차량 헤드램프 시스템(300)을 도시한다. 센서 모듈(307)은 환경 상태들(예를 들어, 주변 광 상태들, 온도, 시간, 비, 안개 등), 차량 상태(주차, 운전중, 속도, 방향), 다른 차량들의 존재/위치, 보행자들, 물체들 등과 관련된 데이터를 제공하기 위해 데이터 버스(304)에 연결될 수 있다. 센서 모듈(307)은 도 2a의 센서 모듈(314)과 유사하거나 동일할 수 있다. AC/DC 변환기(305)는 차량 전력(302)에 연결될 수 있다.
도 2c의 전력 모듈(312)(AC/DC 변환기)은 도 2b의 AC/DC 변환기(412)와 동일하거나 유사할 수 있고 차량 전력(302)으로부터 AC 전력을 수신할 수 있다. AC-DC 변환기(412)가 도 2b에서 설명된 바와 같이 AC 전력을 DC 전력으로 변환할 수 있다. 차량 헤드 램프 시스템(300)은 AC/DC 변환기(305), 접속 및 제어 모듈(306), 및/또는 센서 모듈(307)에 의해 또는 이에 기초하여 제공되는 하나 이상의 입력을 수신하는 액티브 헤드 램프(331)를 포함할 수 있다. 예로서, 센서 모듈(307)은 보행자가 잘 조명되지 않도록 보행자의 존재를 검출할 수 있으며, 이는 운전자가 보행자를 볼 가능성을 감소시킬 수 있다. 이러한 센서 입력에 기초하여, 접속 및 제어 모듈(306)은 AC/DC 변환기(305)로부터 제공된 전력을 사용하여 액티브 헤드 램프(331)에 데이터를 출력하여 출력 데이터가 액티브 헤드 램프(331) 내에 포함된 LED 어레이 내의 LED들의 서브세트를 활성화시킬 수 있다. LED 어레이 내의 LED들의 서브세트는 활성화될 때, 센서 모듈(307)이 보행자의 존재를 감지하는 방향으로 광을 방출할 수 있다. 이러한 LED들의 서브세트는 비활성화될 수 있거나 또는 그들의 광 빔 방향은 센서 모듈(207)이 보행자가 차량 헤드 램프 시스템을 포함하는 차량의 경로에 더 이상 있지 않다는 것을 확인하는 갱신된 데이터를 제공한 후에 다른 방식으로 수정될 수 있다. 액티브 헤드 램프(331) 내의 LED 어레이 내의 픽셀들은 도 1f에 개략적으로 기술된 단계들에 따라 생성될 수 있고 도 1g 내지 도 1i에 관련된 본 명세서에 개시된 기술들에 기초할 수 있다.
도 3은 응용 플랫폼(560), LED 시스템들(552 및 556), 및 광학계들(554 및 558)을 포함하는 예시적인 시스템(550)을 도시한다. LED 시스템들(552 및 556) 내의 픽셀들은 도 1f에 개략적으로 기술된 단계들에 따라 생성될 수 있고, 도 1g 내지 도 1i에 관련된 본 명세서에 개시된 기술들에 기초할 수 있다. LED 시스템(552)은 화살표들(561a 및 561b) 사이에 도시된 광 빔들(561)을 생성한다. LED 시스템(556)은 화살표들(562a 및 562b) 사이에 광 빔들(562)을 생성할 수 있다. 도 3에 도시된 실시예에서, LED 시스템(552)으로부터 방출된 광은 이차 광학계들(554)을 통과하고, LED 시스템(556)으로부터 방출된 광은 이차 광학계들(558)을 통과한다. 대안적인 실시예들에서, 광 빔들(561 및 562)은 임의의 이차 광학계를 통과하지 않는다. 이차 광학계는 하나 이상의 광 가이드일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 광 가이드는 에지 발광일 수 있거나, 광 가이드의 내부 에지를 정의하는 내부 개구를 가질 수 있다. LED 시스템들(552 및/또는 556)은 그들이 하나 이상의 광 가이드의 내부 에지(내부 개구 광 가이드) 또는 외부 에지(에지 발광 광 가이드) 내로 광을 주입하도록 하나 이상의 광 가이드의 내부 개구들에 삽입될 수 있다. LED 시스템들(552 및/또는 556) 내의 LED들은 광 가이드의 일부인 베이스의 둘레 주위에 배열될 수 있다. 일 구현에 따르면, 베이스는 열 전도성일 수 있다. 일 구현에 따르면, 베이스는 광 가이드 위에 배치되는 열 소산 요소에 결합될 수 있다. 열 소산 요소는 열 전도성 베이스를 통해 LED들에 의해 발생된 열을 수신하고 수신된 열을 소산시키도록 배열될 수 있다. 하나 이상의 광 가이드는 LED 시스템들(552 및 556)에 의해 방출된 광이, 예를 들어, 기울기, 챔퍼링된 분포, 좁은 분포, 넓은 분포, 각도 분포 등과 같은 원하는 방식으로 성형되도록 할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 시스템(550)은 카메라 플래시 시스템의 모바일 폰, 실내 주거용 또는 상업용 조명, 거리 조명과 같은 실외 광, 자동차, 의료 디바이스, AR/VR 디바이스들, 및 로봇 디바이스들일 수 있다. 도 2a에 도시된 LED 시스템(400A) 및 도 2c에 도시된 차량 헤드 램프 시스템(300)은 예시적인 실시예들에서의 LED 시스템들(552 및 556)을 나타낸다.
응용 플랫폼(560)은 본 명세서에서 논의된 바와 같이 라인(565) 또는 다른 적용가능한 입력을 통해 전력 버스를 통해 LED 시스템들(552 및/또는 556)에 전력을 제공할 수 있다. 또한, 응용 플랫폼(560)은 LED 시스템(552) 및 LED 시스템(556)의 동작을 위해 라인(565)을 통해 입력 신호들을 제공할 수 있으며, 이 입력은 사용자 입력/선호도, 감지된 판독, 미리 프로그래밍된 또는 자율적으로 결정된 출력 등에 기초할 수 있다. 하나 이상의 센서는 응용 플랫폼(560)의 하우징의 내부 또는 외부에 있을 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 도 2a의 LED 시스템(400)에 도시된 바와 같이, 각각의 LED 시스템(552 및 556)은 그 자신의 센서 모듈, 접속 및 제어 모듈, 전력 모듈, 및/또는 LED 디바이스들을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 응용 플랫폼(560) 센서들 및/또는 LED 시스템(552 및/또는 556) 센서들은 시각 데이터(예를 들어, LIDAR 데이터, IR 데이터, 카메라를 통해 수집된 데이터 등), 오디오 데이터, 거리 기반 데이터, 움직임 데이터, 환경 데이터 등 또는 이들의 조합과 같은 데이터를 수집할 수 있다. 데이터는 물체, 개인, 차량 등과 같은 물리적 아이템 또는 엔티티와 관련될 수 있다. 예를 들어, 감지 장비는 ADAS/AV 기반 응용에 대한 물체 근접 데이터를 수집할 수 있으며, 이는 물리적 아이템 또는 엔티티의 검출에 기초하여 검출 및 후속 액션을 우선순위화할 수 있다. 데이터는 예를 들어, IR 신호와 같은, LED 시스템(552 및/또는 556)에 의해 광 신호를 방출하고, 방출된 광 신호에 기초하여 데이터를 수집하는 것에 기초하여 수집될 수 있다. 데이터는 데이터 수집을 위해 광 신호를 방출하는 컴포넌트와 상이한 컴포넌트에 의해 수집될 수 있다. 예를 계속하면, 감지 장비는 자동차 상에 위치될 수 있고 VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser)를 사용하여 빔을 방출할 수 있다. 하나 이상의 센서는 방출된 빔 또는 임의의 다른 적용가능한 입력에 대한 응답을 감지할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 응용 플랫폼(560)은 자동차를 나타낼 수 있고 LED 시스템(552) 및 LED 시스템(556)은 자동차 헤드라이트들을 나타낼 수 있다. 다양한 실시예들에서, 시스템(550)은 조향가능한 광 빔들을 갖는 자동차를 나타낼 수 있고, 여기서 조향가능한 광을 제공하기 위해 LED들이 선택적으로 활성화될 수 있다. 예를 들어, LED들의 어레이는 형상 또는 패턴을 정의하거나 투영하거나, 또는 도로의 선택된 섹션들만을 조명하는데 사용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, LED 시스템들(552 및/또는 556) 내의 적외선 카메라들 또는 검출기 픽셀들은 조명을 필요로 하는 장면(도로, 보행자 교차로 등)의 부분들을 식별하는 센서들(예를 들어, 도 2a의 센서 모듈(314) 및 도 2c의 센서 모듈(307)과 유사함)일 수 있다.
특징들 및 요소들이 위에서 특정한 조합들로 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 각각 특징 또는 요소가 단독적으로, 또는 다른 특징들 및 요소들과 임의의 조합으로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에 설명된 방법들은 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행하기 위한 컴퓨터 판독가능 매체 내에 통합된 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어, 또는 펌웨어에서 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체들의 예들은 (유선 또는 무선 연결들을 통해 송신되는) 전자 신호들 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체들을 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체의 예들은 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 레지스터, 캐시 메모리, 반도체 메모리 디바이스들, 내부 하드 디스크들과 착탈식 디스크들 등의 자기 매체, 광 자기 매체, 및 CD-ROM 디스크들과 디지털 다목적 디스크들(DVD들) 등의 광 매체를 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다.

Claims (36)

  1. 방법으로서,
    표면 상에 파장 변환 층을 퇴적하는 단계 -상기 파장 변환 층은 광개시제 및 바인더 재료를 포함함-; 및
    나노임프린트 리소그래피 프로세스를 상기 파장 변환 층에 적용함으로써 상기 파장 변환 층을 패터닝하는 단계를 포함하고, 상기 나노임프린트 리소그래피 프로세스는:
    상기 파장 변환 층 상에 나노임프린트 몰드를 도포하는 단계;
    상기 광개시제가 탈카르복실화(decarboxylation)를 겪도록 상기 파장 변환 층을 경화시키는 단계; 및
    상기 경화 후에 상기 파장 변환 층으로부터 상기 나노임프린트 몰드를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환 층의 패터닝은 파장 변환 픽셀들의 어레이를 정의하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 어레이 내의 픽셀들은 100 미크론 이하의 폭들, 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들, 또는 100 미크론 이하의 폭들과 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들을 갖는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    발광 반도체 다이오드들의 어레이를 파장 변환 픽셀들의 어레이와 정렬하고 각각의 파장 변환 픽셀을 대응하는 발광 반도체 다이오드에 부착하는 단계를 포함하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 재료는 실록산 재료, 폴리실라잔, 또는 졸-겔 재료 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 광개시제는 염인 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파장 변환 층을 경화시키는 단계는 상기 탈카르복실화를 일으키기 위해 상기 광개시제에 의해 흡수되는 자외선으로 상기 파장 변환 층을 조명하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 나노임프린트 몰드를 통해 투과된 자외선으로 상기 파장 변환 층을 조명하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탈카르복실화된 광개시제는 상기 바인더 재료의 반응성 사슬 단부들 또는 교차결합가능 기판들의 반응을 촉진시키는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 탈카르복실화된 광개시제는 상기 바인더 재료의 축합 중합 또는 링 개구 중합을 촉진시키는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 탈카르복실화는 초염기(super base)를 생성하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 바인더의 경화 후에 상기 초염기의 증발 또는 열 분해에 의해 상기 초염기를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 바인더 재료는 실록산 재료, 폴리실라잔, 또는 졸-겔 재료 중 하나 이상을 포함하고;
    상기 광개시제는 염이고;
    상기 파장 변환 층을 경화시키는 단계는 상기 광개시제의 상기 탈카르복실화를 일으키기 위해 상기 광개시제에 의해 흡수되는 자외선으로 상기 파장 변환 층을 조명하는 단계를 포함하고;
    상기 광개시제의 탈카르복실화는 초염기를 생성하는 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 초염기는 상기 바인더 재료의 사슬 단부들 또는 교차결합가능 기판들의 반응을 촉진시키는 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 초염기는 상기 바인더 재료의 축합 중합 또는 링 개구 중합을 촉진시키는 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 바인더의 경화 후에 상기 초염기의 증발 또는 열 분해에 의해 상기 초염기를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장 변환 층의 패터닝은 파장 변환 픽셀들의 어레이를 정의하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 어레이 내의 픽셀들은 100 미크론 이하의 폭들, 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들, 또는 100 미크론 이하의 폭들과 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들을 갖는 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    발광 반도체 다이오드들의 어레이를 파장 변환 픽셀들의 어레이와 정렬하고 각각의 파장 변환 픽셀을 대응하는 발광 반도체 다이오드에 부착하는 단계를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 어레이 내의 픽셀들은 100 미크론 이하의 폭들, 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들, 또는 100 미크론 이하의 폭들과 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들을 갖는 방법.
  21. 방법으로서,
    광개시제 및 경화성 재료를 포함하는 층을 표면 상에 퇴적하는 단계;
    상기 경화성 재료의 층 상에 나노임프린트 몰드를 도포하여 캐비티들을 정의하는 교차 벽들을 포함하는 메시를 형성하는 단계;
    상기 나노임프린트 몰드를 도포한 후에, 상기 광개시제의 탈카르복실화를 일으키는 광으로 상기 메시를 조명하여 상기 경화성 재료의 경화를 개시하는 단계;
    상기 경화성 재료를 경화한 후에, 상기 나노임프린트 몰드를 제거하는 단계; 및
    상기 나노임프린트 몰드를 제거한 후에, 상기 캐비티들에 파장 변환 재료를 퇴적하여 파장 변환 픽셀들의 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 어레이 내의 픽셀들은 100 미크론 이하의 폭들, 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들, 또는 100 미크론 이하의 폭들과 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들을 갖는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    발광 반도체 다이오드들의 어레이를 파장 변환 픽셀들의 어레이와 정렬하고 각각의 파장 변환 픽셀을 대응하는 발광 반도체 다이오드에 부착하는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 경화성 재료는 실록산 재료, 폴리실라잔, 또는 졸-겔 재료 중 하나 이상을 포함하는 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 광개시제는 염인 방법.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 탈카르복실화된 광개시제는 상기 경화성 재료의 사슬 단부들 또는 교차결합가능 기판들의 반응을 촉진시키는 방법.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 탈카르복실화된 광개시제는 상기 경화성 재료의 축합 중합 또는 링 개구 중합을 촉진시키는 방법.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 탈카르복실화는 초염기를 생성하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 경화성 재료의 경화 후에 상기 초염기의 증발 또는 열 분해에 의해 상기 초염기를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  30. 제21항에 있어서,
    상기 경화성 재료는 실록산 재료, 폴리실라잔, 또는 졸-겔 재료 중 하나 이상을 포함하고;
    상기 광개시제는 염이고;
    상기 경화성 재료를 경화시키는 단계는 상기 광개시제의 상기 탈카르복실화를 일으키기 위해 상기 광개시제에 의해 흡수되는 자외선으로 상기 파장 변환 층을 조명하는 단계를 포함하고;
    상기 광개시제의 탈카르복실화는 초염기를 생성하는 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 초염기는 상기 경화성 재료의 사슬 단부들 또는 교차결합가능 기판들의 반응을 촉진시키는 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 초염기는 상기 경화성 재료의 축합 중합 또는 링 개구 중합을 촉진시키는 방법.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 경화성 재료의 경화 후에 상기 초염기의 증발 또는 열 분해에 의해 상기 초염기를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  34. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어레이 내의 픽셀들은 100 미크론 이하의 폭들, 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들, 또는 100 미크론 이하의 폭들과 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들을 갖는 방법.
  35. 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서,
    발광 반도체 다이오드들의 어레이를 파장 변환 픽셀들의 어레이와 정렬하고 각각의 파장 변환 픽셀을 대응하는 발광 반도체 다이오드에 부착하는 단계를 포함하는 방법.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 어레이 내의 픽셀들은 100 미크론 이하의 폭들, 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들, 또는 100 미크론 이하의 폭들과 20 미크론 이하인 인접 픽셀들 사이의 간격들을 갖는 방법.
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