KR102572630B1 - 가시광 통신을 위한 iii-질화물 다중-파장 led - Google Patents

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Abstract

발광 다이오드(LED) 어레이는 기판 상의 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 포함할 수 있다. 제1 픽셀 및 제2 픽셀은 하나 이상의 LED 상에 하나 이상의 터널 접합을 포함할 수 있다. LED 어레이는 제1 픽셀과 제2 픽셀 사이에 제1 트렌치를 포함할 수 있다. 트렌치는 기판으로 연장될 수 있다.

Description

가시광 통신을 위한 III-질화물 다중-파장 LED{III-NITRIDE MULTI-WAVELENGTH LED FOR VISIBLE LIGHT COMMUNICATION}
본 출원은 2017년 12월 22일자로 출원된 미국 가출원 제62/609,447호, 2017년 12월 22일자로 출원된 미국 가출원 제62/609,359호, 2018년 3월 22일자로 출원된 유럽 특허 출원 제18163287.8호, 2018년 3월 26일자로 출원된 유럽 특허 출원 제18163994.9호, 2018년 12월 20일자로 출원된 미국 정규출원 제16/228,211호, 및 2018년 12월 20일자로 출원된 미국 정규출원 제16/228,311호의 이익을 주장하며, 이들 출원의 내용들은 본 명세서에 참고로 포함된다.
마이크로-LED들(uLED들)은 적색, 청색 및 녹색 파장들의 uLED들이 매우 근접하게 정렬될 수 있을 때 초고해상도 컬러 디스플레이들을 생성하는데 사용될 수 있는 작은 크기의 LED들(전형적으로 직경이 ~50㎛ 이하)일 수 있다. uLED 디스플레이의 제조는 일반적으로 별개의 청색, 녹색 및 적색 WL 웨이퍼들로부터 싱귤레이팅된 uLED들을 픽킹(picking)하고 이들을 디스플레이 상에 교대로 매우 근접하게 정렬하는 것을 포함한다. 각각의 uLED의 작은 크기로 인해, 이 픽킹, 정렬, 및 부착 어셈블리 시퀀스는 느리고 실패하기 쉽다. 더 나쁜 것은, 해상도를 개선하려면 일반적으로 uLED 크기를 감소시키는 것이 필요하기 때문에, 고해상도 uLED 디스플레이를 채우는데 필요한 픽 앤 플레이스(pick and place) 동작들의 복잡성 및 어려움은 광범위하게 사용하기에 너무 비싸게 만들 수 있다
발광 다이오드(LED) 어레이는 기판 상의 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 포함할 수 있다. 제1 픽셀 및 제2 픽셀은 하나 이상의 LED 상에 하나 이상의 터널 접합을 포함할 수 있다. LED 어레이는 제1 픽셀과 제2 픽셀 사이에 제1 트렌치를 포함할 수 있다. 트렌치는 기판으로 연장될 수 있다.
첨부 도면들과 관련하여 예시적으로 주어지는 아래의 설명으로부터 더 세밀한 이해가 얻어질 수 있다.
도 1a는 다중 양자 우물 발광 다이오드(LED)를 도시하고;
도 1b는 하나 이상의 채널을 형성하기 위해 제1 LED, 제2 LED, 제3 LED, 제1 터널 접합, 및 제2 터널 접합을 에칭하는 것을 도시하고;
도 1c는 제1 LED, 제1 터널 접합, 제2 LED, 제2 터널 접합, 및 제3 LED의 상이한 부분들을 제거하는 것을 도시하고;
도 1d는 제3 에칭 단계가 픽셀들을 추가로 정의할 수 있는 것을 도시하고;
도 1e는 블랭킷 등각 유전체 층을 형성하는 것을 도시하고;
도 1f는 등각 유전체 층 내에 개구들을 형성하는 것을 도시하고;
도 1g는 개구들 내에 콘택들을 형성하는 것을 도시하고;
도 1h는 LED 어레이를 형성하기 위해 개구 내에 다른 콘택을 형성하는 것을 도시하고;
도 1i는 LED 어레이를 LED 디바이스 부착 영역에 부착하는 것을 도시하고;
도 1j는 LED 어레이의 다른 예를 도시하고;
도 1k는 가시광 통신(VLC) 시스템의 일부를 형성하는 LED 어레이를 도시하고;
도 1l은 VLC 수신기를 도시하고;
도 1m은 사용 방법을 나타내는 흐름도이고;
도 1n은 디바이스를 형성하는 방법을 나타내는 흐름도이고;
도 2a는 발광 다이오드(LED) 디바이스를 도시하는 도면이고;
도 2b는 다수의 LED 디바이스를 도시하는 도면이고;
도 2c는 이차 광학계를 갖는 LED 시스템을 도시하는 도면이고;
도 3은 일 실시예에 따른 통합 LED 조명 시스템을 위한 전자 장치 보드의 평면도이고;
도 4a는 일 실시예에서 LED 디바이스 부착 영역에서 기판에 부착된 LED 어레이를 갖는 전자 장치 보드의 평면도이고;
도 4b는 회로 보드의 2개의 표면 상에 장착된 전자 컴포넌트들을 갖는 2개의 채널 통합 LED 조명 시스템의 일 실시예의 도면이며;
도 5는 예시적인 응용 시스템의 도면이다.
상이한 광 조명 시스템들 및/또는 발광 다이오드 구현들의 예들이 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 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 도시된 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 파워를 방출하는 디바이스들과 같은 반도체 발광 디바이스들 또는 광 파워 방출 디바이스들은 현재 이용가능한 가장 효율적인 광원들 중 하나이다. 이러한 디바이스들은 발광 다이오드들, 공진 공동 발광 다이오드들, 수직 공동 레이저 다이오드들, 에지 방출 레이저들 등(이하 "LED들"로서 지칭됨)을 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) 조명을 위해, 디스플레이용 백라이트로서, 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.
본 개시내용은 일반적으로 자유-공간 가시광 통신들을 위해 큰 대역폭을 갖는 마이크로 발광 다이오드(uLED) 디스플레이들 및 다중-파장 발광기들의 제조에 관한 것이다. 에피택셜 터널 접합들은 단일 LED 디바이스 내의 다수의 방출 파장들을 결합하는데 사용될 수 있다.
상이한 파장들을 방출하는 둘 이상의 활성 영역이 단일 웨이퍼 내에 통합될 수 있다면, uLED들의 제조가 단순화될 수 있다. 이러한 접근법은 AlInGaN 재료 시스템 내에서 가능할 수 있는데, 이는 이 시스템에서 청색, 녹색 및 적색 LED들이 모두 만들어질 수 있다는 것이 입증되었기 때문이다. 그러나, uLED 디스플레이에서 멀티-컬러 칩의 사용은 단일 에피택셜 성장 실행 내에서 상이한 파장들로 방출할 수 있는 다수의 층을 적층하는 것을 요구할 뿐만 아니라, 상이한 파장들의 방출기들 사이의 각각의 방출 강도 비율들을 변경하는 능력을 요구한다.
멀티컬러 uLED 칩을 만들기 위한 하나의 가능한 방법은 단일 활성 영역 내에서, 즉, 하나의 p-n 접합의 p-층과 n-층 사이에서 적색, 녹색, 및 청색 광을 방출할 수 있는 MQW(multiple quantum wells)를 형성하는 것일 수 있다. 다중 양자 우물들의 최적화된 성장 순서로 인해, 구동 전류에 따라 변경될 수 있는 하나의 우세 컬러를 갖는 LED는, 예를 들어, 낮은 전류에서는 주로 적색으로 나타날 수 있고, 중간 전류에서는 주로 녹색으로 나타나며, 높은 전류에서는 주로 청색으로 나타날 수 있다. 그러나, 이러한 타입의 컬러 제어 메커니즘은 LED의 표면 방사 휘도(surface radiance) 및 우세 파장을 서로 독립적으로 조정하는 것을 어렵게 하고, 결과적으로 컬러 순도를 열악하게 할 수 있다.
대안으로서, 동일한 에피택셜 웨이퍼 내에서 여러개의 p-n 접합의 LED를 성장시킴으로써 동일한 디바이스 풋프린트에서의 상이한 파장들의 2개 이상의 픽셀이 형성될 수 있다. p-n 접합들 각각에 독립적인 전기적 콘택들을 만들기 위해 다단계 메사 에칭 절차가 실행될 수 있다. 상이한 파장들의 하나 이상의 방출기 층들은 별개의 전류 경로들을 갖는 별개의 p-n 접합들 내에 삽입될 수 있고, 따라서 파장 및 방사 휘도가 독립적으로 제어될 수 있다. 불행하게도, 현재의 에피택셜 후의 디바이스 처리 제한들이 주어지면, 그러한 다중 파장 uLED들을 제조하는 것이 어려울 수 있다. 건식 에칭은 매립된 층들을 접촉시키기 위한 비아들을 개방하기 위해 일반적으로 필요할 수 있다. 건식 에칭 프로세스는 도전형을 p-형에서 n-형으로 변경시키는 결정에 원자-수준의 손상을 일으킨다. 이 도전형 변환으로 인해, 건식 에칭에 의해 노출된 매립된 p-형 질화물 표면에 대한 낮은 저항의 옴 콘택을 획득하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 사실상, 에칭된 p-GaN 표면에 대한 비-옴 콘택을 생성하는 것은 활성 영역들 중 일부에 대해 1 볼트 이상의 순방향 전압 패널티(forward voltage penalty)를 야기할 수 있다. 이러한 큰 순방향 전압은 마이크로 디스플레이들의 전력 소비 요건들과 관련하여 실용적인 것으로 고려되지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 웨이퍼-스케일 uLED들에 적합한 다중 양자 우물 LED는 제1 파장의 광을 방출할 수 있는 양자 우물들의 그룹을 포함하는 제1 LED를 포함할 수 있다. 양자 우물들의 그룹을 포함하는 제2 LED가 또한 형성될 수 있고, 제2 LED는 제1 LED에 의해 방출되는 파장과는 별개의 제2 파장의 광을 방출할 수 있다. 터널 접합 층은 제1 LED와 제2 LED를 분리하도록 형성될 수 있다. LED들의 양자 우물들은 제1 및 제2 LED 각각으로 연장되는 독립적인 전기적 콘택들로부터 전류를 주입하는 광을 방출하게 될 수 있다. 일부 실시예들에서, RGB uLED들을 허용하기 위해 3개 이상의 LED가 정의될 수 있다.
다른 실시예에서, 다중 양자 우물 LED를 제조하는 방법은 기판 상에 양자 우물들의 그룹을 포함하는 제1 LED를 형성하는 단계를 포함한다. 터널 접합 층이 제1 LED 상에 형성될 수 있고, 제2 LED가 터널 접합 층 상에 형성될 수 있다. 측벽들을 갖는 적어도 하나의 채널은 제1 LED를 통해 에칭되어 다중 양자 우물 LED에서 적어도 2개의 광 방출 영역을 정의할 수 있다. 양자 우물들의 제1 및 제2 그룹들 각각에 독립적인 전기적 콘택들을 제공하기 위해 금속 콘택들이 적용될 수 있다. p-GaN 층들은 에칭 채널의 측벽을 통한 수소 확산을 촉진하는 어닐링 후에, 적어도 부분적으로 활성화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 측벽들을 갖는 채널은 기판을 통해 에칭될 수 있는 반면, 다른 실시예들에서, 에칭은 기판 상에 위치된 n-GaN 층으로만 진행한다.
도 1a는 LED를 형성하는데 사용될 수 있는 기판 상에 형성된 복수의 LED를 도시한다. LED는 다중 양자 우물들, LED를 상이한 픽셀들로 분리하는 다수의 정의된 채널들, 및/또는 VLC(visual light communication)을 위한 이산 파장 방출기 사이트들을 가질 수 있다. uLED 디바이스는 메사 구조 및 독립적인 전기적 콘택들을 포함할 수 있다.
이하의 설명에서, 용어들 광 방출, 컬러, 적색/녹색/청색, 및 RGB는 특정 파장을 주로 포함하거나, 이를 주된 대상으로 하거나, 또는 이를 주로 갖는 임의의 광을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 일부 실시예들에서, 광 방출은 또한 근거리 IR 및 UV 광을 포함하는 비-가시 광을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 다중 양자 우물들은 밀접하게 매칭되지만 여전히 별개의 방출 파장들(예를 들어, 각각의 430nm 및 460nm 피크 파장들을 갖는 독립적으로 변조된 이중 청색 방출기들)을 지원할 수 있다.
이제 도 1a를 참조하면, 다중 양자 우물 LED는 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 사파이어로 형성될 수 있는 기판(106)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 기판(106)은 폴리싱되어 디스플레이의 적어도 일부를 형성하는데 사용될 수 있다. 기판(106)은 양자 우물들의 하나 이상의 그룹을 개재하는 다수의 p 및 n-층들을 포함할 수 있는 발광 LED들을 지원할 수 있고, 양자 우물들의 적어도 일부는 광 방출이 가능한 활성 영역들을 형성한다. 예를 들어, 기판(106)은 제1 파장(예를 들어, 청색)의 광을 방출할 수 있는 제1 LED(101)를 형성하기 위해 n-GaN 층과 p-GaN 층 사이에 위치된 양자 우물들의 제1 그룹을 지원할 수 있다. 양자 우물들의 제2 그룹은 제1 파장과는 별개인 제2 파장(예를 들어, 녹색)의 광을 방출할 수 있는 제2 LED(103)를 형성하기 위해 n-GaN 층과 p-GaN 층 사이에 위치될 수 있고, 제1 터널 접합(102)은 제1 LED(101)과 제2 LED(103)를 분리한다. 제2 터널 접합 층(104)은 제2 LED(103) 상에 형성될 수 있고 양자 우물들의 제3 그룹은 제1 및 제2 파장들과는 별개인 제3 파장(예를 들어, 적색)의 광을 방출할 수 있는 제3 LED(105)를 형성하기 위해 n-GaN 층과 p-GaN 층 사이에 위치될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 독립적인 전기적 콘택들은 적절한 인쇄 회로 기판으로부터 제1 LED(101), 제2 LED(103), 및 제3 LED(105) 각각으로부터의 광 방출을 유도하기에 충분한 전압 및 전류를 제공하기 위해 콘택 쌍들로서 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 LED(101), 제2 LED(103), 및 제3 LED(105) 각각은 독립적으로 전압 바이어싱될 수 있다.
유리하게는, 종래의 단일-파장 uLED들로부터 만들어진 uLED 디스플레이에 비해, uLED 디스플레이들을 위한 소스 다이(source die)를 생성하는데 요구되는 에피택셜 성장 실행들의 수는 기존 방법들에 필요한 수 또는 실행들의 1/3(또는 단지 2개의 파장들만을 적층하는 경우 1/2)로 감소될 수 있어, 에피 제조 단계에서 비용을 감소시키고 처리량을 개선한다. 또한, 2개 또는 3개의 픽셀이 각각의 픽 앤 플레이스 동작으로 전달될 수 있기 때문에, 디스플레이를 채우는데 필요한 픽 앤 플레이스(pick and place) 동작의 수가 절반으로 또는 1/3로 삭감될 수 있다.
훨씬 더 효율적인 제조를 위해, 모든 필요한 파장들이 하나의 에피 웨이퍼 상에서 효율적으로 성장될 수 있게 하는 웨이퍼 스케일 실시예들에서, 필요한 픽 앤 플레이스가 존재하지 않을 수 있다. 디스플레이 uLED들은 uLED 디스플레이의 패키징의 일부를 형성할 수 있는 연속 폴리싱된 사파이어 지지체/기판 상에 남을 수 있다.
다른 장점으로서, 매립된 층들에 대한 모든 콘택들이 n-GaN 표면들에 만들어질 수 있기 때문에, 개시된 구조들 및 방법들은 에칭된 p-GaN 표면들에 대한 옴 전기적 콘택을 만드는 것과 연관된 문제들을 피하여, 동작 전압을 더 낮추고 벽-플러그 효율을 더 높인다. 모든 필요한 전기적 콘택들을 만들기 위한 에칭 단계들의 수가 또한 감소될 수 있고, 에칭 속도의 제어에 대한 제한들이 완화될 수 있는데, 그 이유는, 터널 접합 발명의 모든 에칭된 콘택들이 높은 LED 효율을 유지하면서도, (일반적으로 더 얇은 p-GaN 층들에 비해) 두꺼운 n-GaN 층들로 만들어질 수 있기 때문이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 다양한 파장들의 광 방출이 가능한 양자 우물들의 다수의 LED가 기판(106) 상에 형성될 수 있다. 기판(106)은 에피택셜 III-질화물 막 성장을 지원할 수 있다. 기판(106)은 예를 들어, 사파이어, 패터닝된 사파이어, 또는 실리콘 탄화물을 구성할 수 있다. 제1 LED(101)가 기판(106) 상에 형성될 수 있다. 제1 LED는 III-질화물 재료들로도 지칭되는, 갈륨, 알루미늄, 인듐, 및 질소의 이원, 삼원, 및 사원 합금을 포함하는 임의의ⅢⅤ족 반도체를 구성할 수 있다. 예에서, 제1 LED(101)는 GaN을 구성할 수 있다. 제1 LED(101)는 MOCVD(metal-organic chemical vapor deposition), MBE(molecular beam epitaxy), 또는 다른 에피택셜 기술들과 같은 종래의 퇴적 기술들을 사용하여 형성될 수 있다. 에피택셜 퇴적 프로세스에서, 하나 이상의 소스 가스에 의해 제공되는 화학 반응물질들이 제어될 수 있고, 시스템 파라미터들은 퇴적 원자들이 표면 상에서 이동하고 퇴적 표면의 원자들의 결정 배열로 배향하기에 충분한 에너지로 퇴적 표면에 도달하도록 설정될 수 있다. 따라서, 제1 LED(101)는 종래의 에피택셜 기술을 사용하여 기판(106) 상에 성장될 수 있다.
제1 LED(101)는 여기될 때 광자들을 방출하기 위해 임의의 적용가능한 재료로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 LED(101)는 AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 III-V족 반도체들, ZnS, ZnSe, CdSe, CdTe를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 II-VI족 반도체들, Ge, Si, SiC를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 IV족 반도체들, 및 이들의 혼합물들 또는 합금들로부터 형성될 수 있다.
제1 LED(101)는 제1 반도체 층(107), 제1 반도체 층(107) 상의 활성 영역(108), 및 활성 영역(108) 상의 제2 반도체 층(109)을 포함할 수 있다. 제1 반도체 층(107)은 n-형 층, 및 예를 들어, 버퍼 또는 핵생성 층들과 같은 준비 층들(preparation layers), 및/또는 성장 기판의 제거를 용이하게 하도록 설계된 층들을 포함하는, 상이한 조성들 및 도펀트 농도들을 포함하는 반도체 재료의 하나 이상의 층일 수 있다. 이러한 층들은 n-형이거나 의도적으로 도핑되지 않을 수 있거나, 심지어 p-형 디바이스 층일 수도 있다. 층들은 발광 영역이 효율적으로 광을 방출하기에 바람직한 특정한 광학적, 재료, 또는 전기적 특성들을 위해 설계될 수 있다. 활성 영역(108)은 제1 반도체 층(107)과 제2 반도체 층(109) 사이에 있을 수 있고, 활성 영역(108)이 광 빔들을 방출하도록 전류를 수신할 수 있다. 제2 반도체 층(109)은 p-형 층일 수 있고, 의도적으로 도핑되지 않을 수 있는 층들, 또는 n-형 층들을 포함하는, 상이한 조성, 두께, 및 도펀트 농도들의 다수의 층을 포함할 수 있다. 활성 영역(108) 내의 p-n 접합(예를 들어, 비아 콘택들)을 통해 전류가 흐르게 될 수 있고 활성 영역(108)은 재료들의 밴드갭 에너지에 의해 적어도 부분적으로 결정된 제1 파장의 광을 생성할 수 있다. 제1 LED(101)는 하나 이상의 양자 우물을 포함할 수 있다.
제1 터널 접합(102)은 제1 LED(101) 상에 형성될 수 있다. 제1 터널 접합(102)은 얇은 절연 층 또는 전위와 같은 장벽 층일 수 있다. 제1 터널 접합은 2개의 전기 전도성 재료들 사이에 있을 수 있다. 전자들(또는 준입자들)은 양자 터널링의 프로세스에 의해 제1 터널 접합(102)을 통과할 수 있다. 제1 터널 접합(102)은 종래의 퇴적 기술들, 예컨대 MOCVD, MBE, 또는 다른 에피택셜 기술들을 사용하여 형성될 수 있다.
제2 LED(103)는 제1 터널 접합(102) 상에 형성될 수 있다. 제2 LED(103)는 제1 LED(101)와 유사할 수 있고 유사한 층들로 구성될 수 있다. 제2 LED(103)는 제1 LED(101)를 참조하여 전술한 것들과 유사한 기술들을 사용하여 형성될 수 있다.
제2 터널 접합(104)은 제2 LED(103) 상에 형성될 수 있다. 제2 터널 접합(104)은 제1 터널 접합과 유사할 수 있고 유사한 층들로 구성될 수 있다. 제2 터널 접합(104)은 제1 터널 접합(102)을 참조하여 전술한 것들과 유사한 기술들을 사용하여 형성될 수 있다.
제3 LED(105)는 제2 터널 접합(104) 상에 형성될 수 있다. 제3 LED(105)는 제1 LED(101)와 유사할 수 있고 유사한 층들로 구성될 수 있다. 제3 LED(105)는 제1 LED(101)를 참조하여 전술한 것들과 유사한 기술들을 사용하여 형성될 수 있다.
각각의 LED의 제1 반도체 층(107), 활성 영역(108), 및 제3 반도체 층(109)은 상이한 재료들로 구성될 수 있으며, 따라서 제1 LED(101), 제2 LED(103), 및 제3 LED(105) 중 하나 이상은 상이한 파장의 광을 방출한다. 예를 들어, 제1 LED(101), 제2 LED(103), 및 제3 LED(105)는 상이한 적색, 녹색 및 청색 광을 방출할 수 있다. 다른 예에서, 제1 LED(101), 제2 LED(103), 및 제3 LED(105)는 특정 컬러 범위(예를 들어, 420-480nm) 내에서 상이한 파장들(예를 들어, 대략 10-30nm만큼 분리됨)의 광을 방출할 수 있다.
상이한 LED들을 배열하는 임의의 순서가 가능할 수 있지만, 일 실시예에서, 최단 파장을 방출하는 활성 영역을 갖는 LED는 시퀀스에서 가장 먼저 성장된 것일 수 있다. 이러한 배열은 더 긴 파장들의 활성 영역들에 의한 청색 방출의 내부 흡수를 회피하거나 최소화할 수 있다.
에피택셜 성장 조건들은 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 사파이어 기판들을 사용하여 종래의 청색 LED 성장 실행에 필요한 것들과 유사할 수 있다. 청색 광을 방출할 수 있는 LED(101)를 집합적으로 형성하는 n-GaN 층, 청색-방출 다중 양자 우물들, 및 p-GaN 층의 순차적 성장을 완료한 후에, 제1 터널 접합(102)을 성장시키기 위해 성장 조건들이 변경될 수 있다.
제1 터널 접합(102)의 형성 후에, 녹색 광을 방출할 수 있는 제2 LED(103)가 형성될 수 있다. 제2 LED(103)는 또한 종래의 녹색 LED와 유사한 방식으로 성장될 수 있다. n-콘택 층의 두께 및/또는 성장 조건들은 추가로 수정될 수 있다. 제2 LED(103)의 제2 반도체 층(109)을 완료한 후에, 제2 터널 접합(104)이 성장될 수 있다.
제3 LED(105)는 적색 발광 InGaN LED일 수 있다. 제3 LED(105)의 성장은 종래의 적색 LED와과 유사할 수 있지만, n-콘택 층의 두께 및/또는 성장 조건들은 추가로 수정될 수 있다.
이해되는 바와 같이, 제1 터널 접합(102) 및 제2 터널 접합(104) 또는 LED 활성 영역들에 대한 다양한 설계들이 사용될 수 있다. 제1 터널 접합(102) 및 제2 터널 접합(104)은 측면 전류 확산을 도울 수 있고, 제1 반도체 층(107) 및 제2 반도체 층(109) 양쪽 모두에 대한 상이한 III족 원소 조성 및/또는 상이한 도핑 농도의 임의의 층을 포함할 수 있다. 제1 터널 접합(102) 및 제2 터널 접합(104)은 상이한 Ⅲ족 원소 조성들의 질화물 층들 사이의 계면들에서 자연스럽게 발생하는 분극 쌍극자(polarization dipole)들을 이용할 수 있다. 제1 터널 접합(102) 및 제2 터널 접합(104)은 중간 갭 상태들을 생성할 수 있는 다양한 불순물들과 함께 낮은 저항의 p-형 한정의 층들을 형성함으로써 생성될 수 있다.
이제 도 1b를 참조하면, 각각 다중 양자 우물들을 갖는 제1 LED(101), 제2 LED(103), 및 제3 LED(105), 및 제1 터널 접합(102)과 제2 터널 접합(104)이 에칭될 수 있다. 에칭은 하나 이상의 채널을 정의하기 위해 종래의 포토리소그래피 및 건식 에칭 프로세스들을 포함할 수 있다. 제1 채널(111)은 제1 픽셀(113) 및 제2 픽셀(114)을 정의할 수 있다. 제2 채널(112)은 제2 픽셀(114) 및 제3 픽셀(115)을 정의할 수 있다.
종래의 건식 에칭 프로세스들이 이용될 수 있지만, 마스크들 및 에칭 깊이들의 다양한 조합들이 필요할 수 있다. 종래의 포토레지스트 노광, 현상, 스트립, 및 세정 단계들은 본 기술분야에서 이해될 수 있으며 도면으로부터 생략되었다. 종래의 포토레지스트(116)의 층들은 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115) 상에 형성될 수 있다.
제1 채널(111) 및 제2 채널(112)은 에칭 동안 마스크되지 않은 LED들의 부분들을 남김으로써 형성될 수 있다. 이러한 위치들에 대해 기판(106) 아래 까지의 깊은 에칭이 요구될 수 있다. 제1 에칭 프로세스는 LED들의 에피택셜 층들에 비해 매우 느린 에칭 속도로 인해 사파이어 상에서 효과적으로 정지할 수 있다.
제1 LED(101) 내의 제1 반도체 층(107)의 표면은 제1 픽셀에 대한 n-콘택(110)으로서의 역할을 하기 위해 에칭 프로세스 동안 남겨질 수 있다.
이제 도 1c를 참조하면, 제1 LED(101), 제1 터널 접합(102), 제2 LED(103), 제2 터널 접합(104), 및 제3 LED(105)의 상이한 부분들을 제2 에칭 프로세스에서 제거하여 상이한 픽셀들을 추가로 정의할 수 있다.
제1 채널(111) 및 제2 채널(112) 각각은 기판(106)을 노출시키기 위해 확장될 수 있다. 제1 픽셀(113)은 제2 LED(103) 내의 제1 반도체 층(107)의 상부 표면(117)을 노출시키도록 에칭될 수 있다. 표면(117)은 제1 픽셀(113)에 대한 p-형 콘택의 역할을 할 수 있고, 제2 픽셀(114)은 역시 제2 LED(103) 내의 제1 반도체층(107)의 상부 표면(117)을 노출시키도록 에칭될 수 있다. 표면(118)은 제2 픽셀(114)에 대한 n-형 콘택의 역할을 할 수 있다.
이제 도 1d를 참조하면, 제3 에칭 단계가 픽셀들을 추가로 정의하기 위해 수행될 수 있다. 제2 픽셀(114)은 제3 LED(105) 내의 제1 반도체 층(107)의 상부 표면(119)을 노출시키기 위해 에칭될 수 있다. 표면(119)은 제2 픽셀(114)에 대한 p-형 콘택의 역할을 할 수 있다.
제3 픽셀(115)은 제3 LED(105) 내의 제1 반도체 층(107)의 상부 표면(120)을 노출시키기 위해 에칭될 수 있다. 표면(120)은 제3 픽셀(115)에 대한 n-형 콘택으로서 역할을 할 수 있다. 제3 LED(105) 내의 에칭되지 않은 제2 반도체 층(109)은 제3 픽셀(115)에 대한 n-콘택(120)으로서 역할을 할 수 있다. 사실상, 제1 픽셀(113) 및 제2 픽셀(114)에 대한 p-콘택에 대한 에칭들은 그 픽셀들에 대한 광 흡수층들을 제거할 수 있다(예를 들어, 녹색 및 적색 LED들은 청색 LED로부터 방출된 광을 흡수할 수 있다).
제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115)은 임의의 조합으로 그리고 임의의 구성으로 형성될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115) 중 2개 이상이 서로 인접할 수 있다. 또한, 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115)은 제1 픽셀(113)이 제3 픽셀(115)에 인접하도록 배열될 수 있다. 또한, 한 타입의 픽셀, 2가지 타입의 픽셀, 또는 3가지 타입의 픽셀을 포함하는 디바이스가 형성될 수 있다. 또한, 전술한 LED들 및 터널 접합들의 수는 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
예에서, p-GaN 활성화는 에칭된 채널들의 측벽들을 통한 수소의 측면 확산을 용이하게 함으로써 달성될 수 있고, 어닐링은 포토레지스트 스트립 및 세정 후에(즉, 도 1d에 도시된 제3 건식 에칭의 완료 후에) 수행될 수 있다. 프로세스에서 이전보다는, 이 시점에서 어닐링하는 것이 유리할 수 있는데, 그 이유는 픽셀들 사이의 정의된 채널들이 p-GaN 층들로부터의 수소의 측면 확산 및 탈출을 위한 효율적인 경로를 제공할 수 있기 때문이다. 수소 확산을 촉진하는 활성화 어닐링 프로세스 조건들은 종래의 LED의 것과 유사하거나 상이할 수 있으며, 여기서는 특수 어닐링 조건들이 청구되지 않을 수 있다. 대안적으로, 최소 수소를 이용한 에피택셜 프로세스들(예를 들어, MBE 또는 RPCVD)은 터널 접합들을 성장시키기 위해 사용될 수 있고 측면 확산에 의해 수소를 제거하기 위한 어닐링은 필요하지 않을 것이다.
p-GaN 활성화 어닐링 후에, 픽셀들에의 전기적 연결들을 정의하기 위해 다양한 추가적인 처리 단계들이 필요할 수 있다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 등각 유전체 층(122)은 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115) 상에 형성될 수 있다. 등각 유전체 층(122)은 플라즈마-강화 화학 기상 퇴적과 같은 종래의 퇴적 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 등각 유전체 층(122)은 실리콘 이산화물과 같은 유전체 재료를 구성할 수 있다. 등각 유전체 층(122)이 형성될 수 있다. 전기적 절연된 등각 유전체 층(122)은 메사 측벽들을 패시베이션하고, 나중의 프로세스 단계들에서 퇴적될 금속 콘택 패드들을 서로로부터 격리시킬 수 있다.
이제 도 1f를 참조하면, 등각 유전체 층(122) 내에 개구들이 형성될 수 있다. 등각 유전체 층(122)의 부분들은 도 1d를 참조하여 위에 도시한 바와 같이 레지스트(116)로 마스킹될 수 있고, 부분들은 노출된 채로 있을 수 있다. 노출된 부분들은 건조 액션과 같은 종래의 에칭 프로세스를 사용하여 제거될 수 있다. 제1 LED(101)의 제1 반도체 층(107)을 노출시키기 위해 제1 픽셀(113) 상에 제1 개구(123)가 형성될 수 있다. 제2 LED(103)의 제1 반도체 층(107)을 노출시키기 위해 제1 픽셀(113) 상에 제2 개구(124)가 형성될 수 있다. 제2 LED(103)의 제1 반도체 층(107)을 노출시키기 위해 제2 픽셀(114) 상에 제3 개구(125)가 형성될 수 있다. 제4 개구(126)는 제3 LED(105)의 제1 반도체층(107)을 노출시키기 위해 제2 픽셀(114) 상에 형성될 수 있다. 제5 개구(127)는 제3 LED(105)의 제1 반도체 층(107)을 노출시키기 위해 제3 픽셀(115) 상에 형성될 수 있다. 제6 개구(128)는 제3 LED(105)의 제2 반도체 층(109)을 노출시키기 위해 제3 픽셀(115) 상에 형성될 수 있다.
이제 도 1g를 참조하면, 금속, 예를 들어, 알루미늄/금 이중층이 금속화를 위해 증발되고 리프트-오프에 의해 패터닝되어 제1 콘택(129a), 제2 콘택(129b), 제3 콘택(129c), 제4 콘택(129c), 및 제5 콘택(129d) 중 하나 이상을 형성할 수 있다. 리프트-오프 마스크 개구들은 도 1g에 도시된 바와 같이 유전체 내의 개구들과 일치할 수 있다. 제1 콘택(129a)은 제1 개구(123)에 형성될 수 있고 제1 LED(101)의 제1 반도체 층(107) 상에 있을 수 있다. 제1 콘택(129a)은 제1 픽셀(113)에 대한 n-형 콘택일 수 있다. 제2 콘택(129b)은 제2 개구(124) 내에 형성될 수 있고 제1 픽셀(113) 내의 제2 LED(103)의 제1 반도체층(107) 상에 있을 수 있다. 제2 콘택(129b)은 제1 픽셀(113)에 대한 p-형 콘택일 수 있다.
제3 콘택(129c)은 제3 개구(125) 내에 형성될 수 있고 제2 픽셀(114) 내의 제2 LED(103)의 제1 반도체 층(107) 상에 있을 수 있다. 제3 콘택(129c)은 제2 픽셀(114)에 대한 n-형 콘택일 수 있다. 제4 콘택(129d)은 제4 개구(126) 내에 형성될 수 있고 제2 픽셀(114) 내의 제3 LED(105)의 제1 반도체층(107) 상에 있을 수 있다. 제4 콘택(129d)은 제2 픽셀(114)에 대한 p-형 콘택일 수 있다.
제5 콘택(129d)은 제5 개구(127) 내에 형성될 수 있고 제3 픽셀(115) 내의 제3 LED(105)의 제1 반도체층(107) 상에 있을 수 있다. 제5 콘택(129d)은 제3 픽셀(115)에 대한 n-타입 콘택일 수 있다.
도 1h에 도시된 바와 같이, 제6 콘택(130)은 금속화 프로세스를 사용하여 제3 픽셀(115) 상의 제6 개구(128) 내에 형성될 수 있다. 제6 콘택(130)은 은을 구성할 수 있고, 유사하게 제3 LED(105)의 제2 반도체 층(109) 상에 증발되고 패터닝되어, 도 1h에 도시된 바와 같이 LED 어레이(121)를 형성할 수 있다.
도 1i와 참조하여 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 싱귤레이션 후에, LED 어레이(121)는 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이 LED 디바이스 부착 영역(318)에 부착될 수 있다. 예에서, LED 디바이스 부착 영역(318)은 LED 어레이(121) 상에 형성된 콘택들에 대응하는 금속 상호접속 본딩을 갖는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 집적 회로(IC) 어레이일 수 있다. LED 디바이스 부착 영역(318)의 제1 표면은 픽셀들 상의 콘택들에 대응하는 하나 이상의 상호접속 범프를 가질 수 있다. 상호접속 범프들은 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115)과 매칭하도록 정의된 상이한 높이들을 가질 수 있어, 실질적으로 동일한 크기의 상호접속 본딩 구조들의 사용을 가능하게 한다. 다른 변형들에서, LED 디바이스 부착 영역(318)의 제1 표면은 실질적으로 평탄할 수 있고, 상이한 높이의 인터포저들 또는 연결 필러들이 사용될 수 있다. 도 4b와 함께 후술하는 드라이버 회로는 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115)의 각각의 콘택 쌍이 원하는 전압에서 독립적으로 바이어싱될 수 있도록 LED 디바이스 부착 영역(318)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 드라이버 회로는 제1 쌍의 콘택들(129a 및 129b)에 결합된 제1 쌍의 전극들(152), 제2 쌍의 콘택들(129c 및 129d)에 결합된 제2 쌍의 전극들(154), 및 제3 쌍의 콘택들(129e 및 130)에 결합된 제3 쌍의 전극들(156)에 제1 구동 전류를 제공하도록 구성된 드라이버를 포함할 수 있다.
예를 들어, LED 디바이스 부착 영역(318)은 전압을 제1 픽셀(113)의 제1 콘택(129a) 및 제2 콘택(129b)(집합적으로 제1 쌍의 콘택들이라고 지칭됨)에만 제공하고, 전압을 제2 픽셀(114)의 제3 콘택(129c) 및 제4 콘택(129d)(집합적으로 제2 쌍의 콘택들이라고 지칭됨)에만 제공하며, 전압을 제3 픽셀(115)의 제5 콘택(129e) 및 제6 콘택(130)(집합적으로 제3 쌍의 콘택들이라고 지칭됨)에만 제공하도록 구성될 수 있다. LED 디바이스 부착 영역(318)은 전술한 것들의 임의의 조합으로 전압들을 제공하도록 구성될 수 있다. LED 디바이스 부착 영역(318)은 도 3을 참조하여 아래에 설명된 LED 디바이스 부착 영역(318)에 결합될 수 있다.
제1 파장의 광은 제1 픽셀(113)로부터 방출될 수 있고, 제2 파장의 광은 제2 픽셀(114)로부터 방출될 수 있으며, 제3 파장의 광은 기판(106)을 통해 제3 픽셀로부터 방출될 수 있다.
이제 도 1j를 참조하면, LED 어레이(138)의 다른 예가 도시되어 있다. LED 어레이(138)는 전술한 바와 같이 동일하거나 유사한 에피택셜 성장 프로세스들 및 웨이퍼 처리 단계들을 사용하여 형성될 수 있지만, 상이한 층들을 에칭하기 위해 상이한 마스크 세트를 사용하여 형성될 수 있다. 이 실시예에 사용되는 마스크들은 기판(106) 아래까지 채널이 에칭되는 것을 방지하도록 수정될 수 있다.
채널들(136, 137 및 139)은 모든 에칭 단계들에 대해 마스킹될 수 있지만, 위에서 설명된 금속 퇴적 단계들에 대해서는 마스킹되지 않은 채로 남겨질 수 있다. 이것은 제1 픽셀(113)의 p-콘택 및 제2 픽셀(114)의 n-콘택에 사용될 수 있는 제1 공통 전극(132) 및 제2 픽셀(114)의 p-콘택 및 제3 픽셀(115)의 n-콘택에 사용될 수 있는 제2 공통 전극(133)을 갖는 LED 어레이(138)를 초래할 수 있다. 접지 전극(134)에 대해 구동 전극들(132, 133, 또는 135)에 적절한 바이어스를 인가함으로써 개별 활성 영역들 중 임의의 하나 또는 이들의 임의의 조합(3개 모두를 포함함)으로부터 전계발광을 생성하는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 구동 전압은 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115)의 조명을 함께 야기하는 3/6/9V의 조합일 수 있다. 3/3/6V의 조합은 제2 픽셀(114)을 통해 어떠한 전류도 통과시키지 않고 제3 픽셀(115) 및 제1 픽셀(113)의 조명을 초래할 수 있다.
제1 LED(101), 제2 LED(103), 및 제3 LED(105)가 동시에 광을 방출할 때 잠재적으로 더 큰 전압들을 요구하지만, LED 어레이(138)는 LED 어레이(138)의 전체 풋프린트의 감소로 인해 더 높은 픽셀 해상도를 지원할 수 있다(즉, 단일 uLED는 이전에 3개의 uLED를 생성하기 위해 필요로 했던 모든 파장을 생성할 수 있다). 더 작은 풋프린트는 더 작은 필요한 전기적 콘택 면적, 및 개별 파장들의 픽셀들 사이의 격리된 갭들의 결여에 대한 결과일 수 있다. 인쇄 회로 기판의 복잡성도 감소될 수 있다.
무선 통신들을 사용하여 송신되는 계속 증가하는 데이터 트래픽의 볼륨을 지원하기 위해, Gbit/sec급 통신 시스템들의 개발이 필요하다. 그러나, 현재 Gbit/sec 범위의 속도들을 가진 무선-주파수 무선 시스템들을 개발하기에는 이용가능한 무선 스펙트럼이 불충분하다. 무선 주파수 무선에 대한 하나의 대안은 스펙트럼의 가시 영역 내의 파장들을 사용하는 VLC(visible light communications)에 의해 제공된다. VLC는 140과 800 THz 사이의 가시광(780-375 nm)을 사용하는 데이터 통신 변형이다. VLC는 광 무선 통신 기술들의 서브세트이다. VLC는 신호들을 10 kbit/s로 송신하는 형광 램프들(예를 들어, 특수 통신 디바이스들이 아닌 일반 램프들), 또는 단거리에 걸쳐서 최대 112 Mbit/s인 LED들을 사용할 수 있다. 시스템들은 1-2 킬로미터(0.6-1.2 mi)의 거리에 걸쳐 최대 이더넷 속도(10 Mbit/s)로 송신할 수 있다.
일반적으로 포토다이오드를 포함하는 특수 설계된 전자 디바이스들이 광원들로부터 신호들을 수신할 수 있지만, 일부 경우에는 종래의 셀 폰 카메라들 또는 디지털 카메라들로도 충분할 수 있다. 이러한 디바이스들에서 사용되는 이미지 센서는 포토다이오드들(예를 들어, 픽셀들)의 어레이일 수 있고, 일부 응용들에서, LED 어레이들의 사용은 단일 포토다이오드보다 바람직할 수 있다. 그러한 센서는 다중-채널(예를 들어, 1 픽셀=1 채널) 또는 다수의 광원의 공간적 인식을 제공할 수 있다.
VLC는 잠재적으로 비허가 대역폭의 THz/sec 정도를 제공할 수 있고, 고도의 공간 재사용을 지원하며, 고유한 인터셉트의 어려움들로 인해 보다 높은 보안을 허용할 수 있다. 또한, VLC는 비교적 작은 자본 투자로 추가적인 무선 송신 용량을 가능하게 할 수 있는 조명을 위해 설계된 기존 인프라스트럭처를 사용할 수 있다.
종래의 인광체-변환 백색 LED들(phosphor-converted white LEDs)로 가능한 데이터 송신 속도들은 일반적으로 다른 인자들 중에서 인광체의 느린 시간적 응답으로 인해 100 MBps 미만으로 제한될 수 있다. 한편, 2개 이상의 독립적으로 변조된 LED 소스로부터 방출된 파장들을 혼합하는 백색 광원은 증가된 대역폭을 가지며, 최대 5GBps의 데이터 송신 속도가 가능하다.
3개의 별개의 청색, 녹색, 및 적색 LED 칩들로 구성된 백색 광원은 조명 및 고 대역폭 VLC 응용들 양쪽 모두에 대한 요건들을 충족시킬 수 있다. 대안적으로, 피크 파장들(WL들)이 20nm 이상 상이한 다수의 청색 칩들(각각이 백색 광을 만드는 인광체를 구비함)을 단일 패키지에 배치하여 각각의 검출기 상에 사용되는 필터들로 대역폭을 증가시킬 수 있는데, 이는 상이한 청색 소스들 사이의 크로스토크를 방지하기 위한 것이다. 불행하게도, 이러한 대안들 모두에 대해, 다수의 별개의 칩의 조립에 필요한 상당한 양의 공간은 콤팩트한 방향성이 높은 VLC 시스템들의 설계를 방해한다.
전술한 디바이스들은 VLC 응용들을 지원할 수 있다. 제1 콘택(129a), 제2 콘택(129b), 제3 콘택(129c), 제4 콘택(129c), 제5 콘택(129d), 및 제6 콘택(130)은 VLC 프로토콜들을 지원하기 위해, 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115) 각각으로부터의 광 방출을 정의하도록 독립적으로 구동될 수 있다.
이제 도 1k를 참조하면, 결합된 디스플레이 및 VLC 시스템(140)을 나타내는 도면이 도시되어 있다. 디스플레이(141), VLC 방출기(142) 및 VLC 수신기(143)(확대된 밑그림을 스케일 조정하지 않은 채 도시함)를 갖는 스마트폰(402)은 천장에 장착된 LED 광(144) 또는 Li-Fi와 같은 VLC 프로토콜들을 지원하는 다른 스마트폰(145)과 같은 다른 디바이스들과 상호작용하는데 사용될 수 있다.
VLC 방출기(142)는 디스플레이의 역할도 할 수 있지만, 디스플레이과 VLC 기능은 분리될 수 있다. VLC 방출기(142)는 전술한 LED 어레이(121) 및 LED 어레이(138)를 포함할 수 있다.
VLC 수신기(143)는 애벌랜치 포토다이오드를 포함할 수 있거나, 더 민감한 동작이 요구될 때, SPAD(single photon avalanche diode)를 포함할 수 있다. 스마트폰(402)은 송신을 필요로 하는 데이터를 선택된 VLC 방출기들의 적합한 구동 변조로 변환하는 회로를 포함할 수 있다. 스마트폰(402)은 또한 VLC 수신기로부터의 수신된 광 변조들을 이용가능한 데이터로 변환하는 회로를 포함할 수 있다. VLC 수신기(143)는 도 3을 참조하여 후술되는 센서 모듈(314)일 수 있다.
이제 도 1l을 참조하면, VLC 수신기(143)를 나타내는 도면이 도시되어 있다. VLC 수신기(143)는 증폭 회로(149) 및 광학 필터 및 광학 집광기들(146)을 포함할 수 있다. 넓은 영역들을 조명하는 것으로 인해 LED들에서 빔 발산이 발생하여 감쇠를 초래할 수 있다. 광학 집광기(146)는 이러한 타입의 감쇠를 보상하는데 사용될 수 있다. 또한, VLC는 태양광 및 다른 조명과 같은 다른 소스들로부터의 간섭에 취약할 수 있다. 따라서, 광학 필터들(146)은 수신된 신호에 존재하는 DC 잡음 성분들을 완화시키는데 사용될 수 있다.
VLC 수신기(143)에서, 광은 포토다이오드(147)를 사용하여 검출될 수 있고 광 전류로 변환될 수 있다. 포토다이오드는 실리콘 포토다이오드, PIN 다이오드, 및 애벌랜치 포토다이오드 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 포토다이오드(451)는 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 광전류는 클록 및 데이터 복구(CDR) 유닛(148)에 의해 수신될 수 있다. CDR 유닛(148)은 VLC 시스템(140) 내의 하나 이상의 회로에 출력을 제공할 수 있다.
광은 광학 필터 및 광학 집광기들(146)을 통과할 수 있고 포토다이오드(147)에 의해 검출될 수 있다. 증폭 회로(149)는 신호를 증폭하고 이를 신호를 디코딩 및 처리할 수 있는 CDR 유닛(148)에 제공한다.
IEEE802.15.7 또는 다른 적절한 무선 프로토콜들을 사용하여 고속 광 강도 변조 및 데이터 송신을 허용하기 위해 제1 픽셀(113), 제2 픽셀(114), 및 제3 픽셀(115)에 대해 독립적인 전기적 연결들이 이루어질 수 있다. 다중 파장이 지원될 수 있기 때문에, O-OFDM(optical orthogonal frequency-division multiplexing ) 변조에 기초한 개선된 프로토콜들이 사용될 수 있다. VLC 신호는 상이한 파장의 광을 방출하는 적층된 활성 영역들을 갖는 LED 어레이에 관한 것일 수 있다. 각각의 픽셀은 상이한 파장들을 방출할 수 있거나, 대안적으로 각각의 픽셀은 2개 이상의 파장을 방출할 수 있다.
LED 어레이(121) 및 LED 어레이(138)와 같은 다중 파장 시스템의 사용은 약 100 Mbps까지만 전달할 수 있는 인광체 코팅된 백색 LED들에 비해 유리하게, 약 5 Gbps까지의 데이터 송신 속도를 갖는 연결들을 전달할 수 있다.
IEEE802.15.7에 요약된, CSK(color shift keying)는 VLC에 대한 강도 변조 기반 변조 방식이다. CSK는 변조된 신호가 3개의 RGB LED 순시 강도의 물리적 합과 동일한 순시 컬러를 취하기 때문에, 강도-기반이다. 이 변조된 신호는 심볼에서 심볼로, 상이한 가시 컬러들에 걸쳐 순간적으로 점프한다. 따라서, CSK는 주파수 시프팅의 형태로서 해석될 수 있다. 그러나, 사람 시력의 제한된 시간적 감도 때문에, 송신된 컬러의 이러한 순시 변화는 사람이 인식할 수 없을 수 있다. CFF(critical flicker fusion threshold) 및 CCF(critical color fusion threshold)는 사람들이 0.01초보다 짧은 시간 변화를 해결하는 것을 제한할 수 있다. LED 어레이(121) 및 LED 어레이(138)로부터의 송신들은 특정 시간-상수 컬러로 (CFF 및 CCF를 통해) 시간-평균내도록 미리 설정될 수 있다. 사람들은 일정하게 시간이 경과함에 따라 보이는 미리 설정된 컬러는 인지할 수 있지만, 빠르게 시간이 경과함에 따라 변하는 순시 컬러는 인지할 수 없다. 다시 말해서, CSK 송신은 심볼 시퀀스가 색도 면에서 빠르게 변하더라도 일정한 시간-평균화된 광속을 유지할 수 있다.
이제 도 1m을 참조하면, LED 어레이의 사용을 위한 방법을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다. 단계 180에서, 제1 전압이 LED 어레이의 제1 픽셀에 제공될 수 있다. 단계 182에서, 제2 전압이 LED 어레이의 제2 픽셀에 제공될 수 있다. 제1 픽셀 및 제2 픽셀은 기판으로 연장되는 제1 트렌치에 의해 분리될 수 있다. 단계 184에서, 제3 전압이 LED 어레이의 제3 픽셀에 제공될 수 있다. 제2 픽셀 및 제3 픽셀은 기판으로 연장되는 제2 트렌치에 의해 분리될 수 있다.
이제 도 1n을 참조하면, 디바이스를 형성하는 방법을 나타내는 흐름도가 도시되어 있다. 단계 190에서, 하나 이상의 LED 및 하나 이상의 터널 접합이 기판 상에 형성될 수 있다. 단계 192에서, 제1 픽셀 및 제2 픽셀을 정의하기 위해 하나 이상의 터널 접합 및 하나 이상의 LED를 통해 제1 트렌치가 형성될 수 있다. 제1 트렌치는 기판으로 연장될 수 있다. 선택적 단계 194에서, 제2 픽셀 및 제3 픽셀을 정의하기 위해 하나 이상의 터널 접합 및 하나 이상의 LED를 통해 제2 트렌치가 형성될 수 있다.
도 2a는 예시적인 실시예에서의 LED 디바이스(200)의 도면이다. LED 디바이스(200)는 기판(202), 활성 층(204), 파장 변환 층(206), 및 일차 광학계(208)를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, LED 디바이스는 파장 컨버터 층 및/또는 일차 광학계들을 포함하지 않을 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 활성 층(204)은 기판(202)에 인접하고 여기될 때 광을 방출할 수 있다. 기판(202) 및 활성 층(204)을 형성하는데 사용되는 적절한 재료들은 사파이어, SiC, GaN, 실리콘을 포함하고, 보다 구체적으로, AlN, AlP, AlAs, AlSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, InN, InP, InAs, InSb를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 III-V족 반도체들, ZnS, ZnSe, CdSe, CdTe를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 II-VI족 반도체들, Ge, Si, SiC를 포함하지만, 이에 한정되지 않는 IV족 반도체들, 및 이들의 혼합물들 또는 합금들로부터 형성될 수 있다.
파장 변환층(206)은 활성 층(204)으로부터 멀리 떨어져 있거나, 그에 근접하거나, 또는 바로 위에 있을 수 있다. 활성 층(204)은 파장 변환 층(206) 내로 광을 방출한다. 파장 변환 층(206)은 활성 층(204)에 의해 방출된 광의 파장을 추가로 변경하는 역할을 한다. 파장 변환 층을 포함하는 LED 디바이스들은 종종 인광체 변환된 LED("PCLED")라고 칭한다. 파장 변환 층(206)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.
일차 광학계(208)는 LED 디바이스(200)의 하나 이상의 층 상에 또는 그 위에 있을 수 있고 광이 일차 광학계(208)를 통해 활성 층(204) 및/또는 파장 변환 층(206)으로부터 통과하게 한다. 일차 광학계(208)는 하나 이상의 층을 보호하고, LED 디바이스(200)의 출력을 적어도 부분적으로 형성하도록 구성된 렌즈 또는 캡슐화 장치일 수 있다. 일차 광학계(208)는 투명 및/또는 반투명 재료를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 일차 광학계를 통한 광은 램버트 분포 패턴(Lambertian distribution pattern)에 기초하여 방출될 수 있다. 일차 광학계(208)의 하나 이상의 특성이 램버트 분포 패턴과 상이한 광 분포 패턴을 생성하도록 수정될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2b는 예시적인 실시예에서의 픽셀들(201A, 201B 및 201C)을 갖는 LED 어레이(210)뿐만 아니라 이차 광학계들(212)를 포함하는 조명 시스템(220)의 단면도를 도시한다. LED 어레이(210)는 각각의 파장 변환 층(206B), 활성 층(204B), 및 기판(202B)을 각각 포함하는 픽셀들(201A, 201B 및 201C)을 포함한다. LED 어레이(210)는 웨이퍼 레벨 처리 기술들, 500 미크론 이하의 치수를 갖는 마이크로 LED 등을 사용하여 제조된 모놀리식 LED 어레이일 수 있다. LED 어레이(210) 내의 픽셀들(201A, 201B, 및 201C)은 어레이 분할을 사용하여 형성될 수 있거나, 대안적으로 픽 앤 플레이스 기술들을 사용하여 형성될 수 있다.
LED 디바이스들(200B)의 하나 이상의 픽셀(201A, 201B, 및 201C) 사이에 나타난 공간들(203)은 에어 갭을 포함할 수 있거나, 콘택(예를 들어, n-콘택)일 수 있는 금속 재료와 같은 재료로 채워질 수 있다.
이차 광학계들(212)은 렌즈(209)와 도파관(207) 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 이차 광학계들이 도시된 예에 따라 논의되지만, 예시적인 실시예들에서, 이차 광학계들(212)은 인커밍 광(발산 광학계들)을 확산시키는데 사용될 수 있거나 인커밍 광을 시준된 빔(시준 광학계들) 내로 수집하는데 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예시적인 실시예들에서, 도파관(207)은 집광기일 수 있고, 포물선 형상, 원뿔 형상, 경사진 형상 등과 같은 광을 집중시키기 위한 임의의 적용가능한 형상을 가질 수 있다. 도파관(207)은 입사광을 반사 또는 재지향시키는데 사용되는 유전체 재료, 금속화 층 등으로 코팅될 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 조명 시스템은 파장 변환 층(206B), 일차 광학계(208B), 도파관(207), 및 렌즈(209) 중 하나 이상을 포함하지 않을 수 있다.
렌즈(209)는 SiC, 알루미늄 산화물, 다이아몬드 등 또는 이들의 조합과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 임의의 적용가능한 투명 재료로 형성될 수 있다. 렌즈(209)는 렌즈(209)로부터의 출력 빔이 원하는 광 측정 사양을 효율적으로 충족시킬 수 있도록 렌즈(209) 내로 입력되는 광 빔을 수정하는데 사용될 수 있다. 또한, 렌즈(209)는 예를 들어, LED 어레이(210)의 픽셀들(201A, 201B 및/또는 201C)의 점등 및/또는 미점등 외관을 결정함으로써, 하나 이상의 심미적 목적을 제공할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 통합 LED 조명 시스템을 위한 전자 장치 보드(310)의 평면도이다. 대안의 실시예들에서, 2개 이상의 전자 장치 보드들은 LED 조명 시스템에 사용될 수 있다. 예를 들어, LED 어레이가 개별 전자 장치 보드 상에 있을 수 있거나, 센서 모듈이 개별 전자 장치 보드 상에 있을 수 있다. 도시된 예에서, 전자 장치 보드(310)는 전력 모듈(312), 센서 모듈(314), 접속 및 제어 모듈(316), 및 기판(320)에의 LED 어레이의 부착을 위해 남겨둔 LED 부착 영역(318)을 포함한다.
기판(320)은 트랙들, 트레이스들, 패드들, 비아들, 및/또는 와이어들과 같은 전도성 커넥터를 사용하여 전기적 컴포넌트들, 전자 컴포넌트들 및/또는 전자 모듈들을 기계적으로 지원하고, 전기적 결합을 제공할 수 있는 임의의 보드일 수 있다. 전력 모듈(312)은 전기적 및/또는 전자 요소들을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 전력 모듈(312)은 AC/DC 변환 회로, DC/DC 변환 회로, 조광 회로, 및 LED 드라이버 회로를 포함한다.
센서 모듈(314)은 LED 어레이가 구현되는 응용에 필요한 센서들을 포함할 수 있다.
접속 및 제어 모듈(316)은 시스템 마이크로컨트롤러 및 외부 장치로부터 제어 입력을 수신하도록 구성된 임의의 타입의 유선 또는 무선 모듈을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 모듈은 하나 이상의 전자 장치 보드들(310)에 납땜될 수 있는 개별 회로 보드들 상에 배치되는 전기적 및/또는 전자 컴포넌트들을 지칭할 수 있다. 그러나, 용어 모듈은 또한 유사한 기능을 제공하지만, 동일한 영역에서 또는 상이한 영역들에서 하나 이상의 회로 보드들에 개별적으로 납땜될 수 있는 전기적 및/또는 전자 컴포넌트들을 지칭할 수 있다.
도 4a는 일 실시예에서의 LED 디바이스 부착 영역(318)에서 기판(320)에 LED 어레이(410)가 부착된 전자 장치 보드(310)의 평면도이다. 전자 장치 보드(310)는 LED 어레이(410)와 함께 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 수신하며, 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 4a에 도시된 실시예에서, 접속 및 제어 모듈(316)은 트레이스(418C)를 통해 센서 모듈(314)로부터 센서 신호들을 수신한다.
도 4b는 회로 보드(499)의 2개의 표면 상에 장착된 전자 컴포넌트들을 갖는 2개의 채널 통합 LED 조명 시스템의 일 실시예를 도시한다. 도 4b에 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 컨버터 회로(412)를 포함한다. LED 시스템(400B)은 조광기 인터페이스 회로(415), DC-DC 컨버터 회로들(440A 및 440B)을 갖는 제2 표면(445B), 마이크로컨트롤러(472)를 갖는 접속 및 제어 모듈(416)(이 예에서는 무선 모듈), 및 그 위에 장착된 LED 어레이(410)를 포함한다. LED 어레이(410)는 2개의 독립 채널(411A 및 411B)에 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 2개의 그룹의 LED 디바이스들을 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 컨버터들(440A 및 440B) 각각은 LED 어레이(410) 내의 LED들의 각 그룹(A 및 B)을 각각 구동하기 위한 단일 채널들(411A 및 411B)을 통해 각각의 구동 전류를 제공할 수 있다. LED들의 그룹들 중 하나 내의 LED들은 제2 그룹의 LED들 내의 LED들과 상이한 컬러 포인트를 갖는 광을 방출하도록 구성될 수 있다. LED 어레이(410)에 의해 방출되는 광의 복합 컬러 포인트의 제어는 각각 단일 채널(411A 및 411B)을 통해 개별 DC/DC 컨버터 회로들(440A 및 440B)에 의해 인가되는 전류 및/또는 듀티 사이클을 제어함으로써 범위 내에서 튜닝될 수 있다. 도 4b에 도시된 실시예가 (도 3 및 도 4a에서 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 통합 시스템이다. 회로 보드(499)의 동일 표면 상의 모듈들 사이의 연결들은 트레이스들(431, 432, 433, 434 및 435) 또는 금속화들(도시되지 않음)과 같은 표면 또는 서브-표면 상호접속들에 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 상호접속들에 의해 전기적으로 결합될 수 있다.
실시예들에 따르면, LED 어레이가 드라이버 및 제어 회로로부터 개별 전자 장치 보드 상에 있는 LED 시스템들이 제공될 수 있다. 다른 실시예들에 따르면, LED 시스템은 드라이버 회로와 분리된 전자 장치 보드 상의 전자 장치들 중 일부와 함께 LED 어레이를 가질 수 있다. 예를 들어, LED 시스템은 LED 어레이들과는 별개의 전자 장치 보드 상에 위치된 전력 변환 모듈 및 LED 모듈을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, LED 시스템은 다중-채널 LED 드라이버 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, LED 모듈은 내장된 LED 캘리브레이션 및 설정 데이터와, 예를 들어, 3개의 그룹의 LED들을 포함할 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 임의의 수의 그룹의 LED들이 하나 이상의 응용과 일치하여 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 각각의 그룹 내의 개별 LED들은 직렬 또는 병렬로 배열될 수 있고, 상이한 컬러 포인트들을 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 있으며, 중립적인 백색 광은 제3 그룹에 의해 제공될 수 있다.
도 5는 애플리케이션 플랫폼(560), LED 시스템들(552 및 556), 및 이차 광학계들(554 및 558)을 포함하는 예시적인 시스템(550)을 도시한다. LED 시스템(552)은 화살표들(561a, 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 5에 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 광학계들을 통과하지 않는다. 이차 광학계들은 하나 이상의 광 가이드일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 하나 이상의 광 가이드는 에지 조명될(edge lit) 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 조명 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 형성되게 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 3에 도시된 통합 LED 조명 시스템, 도 4a에 도시된 LED 시스템(400A)은 예시적인 실시예들에서의 LED 시스템들(552 및 556)을 나타낸다.
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 4a에 도시된 LED 시스템(400A) 및 도 4b에 도시된 LED 시스템(400B)은 예시적인 실시예들에서의 LED 시스템들(552 및 556)을 나타낸다.
애플리케이션 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, 애플리케이션 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 애플리케이션 플랫폼(560)의 하우징의 내부 또는 외부에 있을 수 있다.
다양한 실시예들에서, 애플리케이션 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, 애플리케이션 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 센서들일 수 있다.
실시예들을 상세하게 설명하였지만, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본 설명이 주어지면, 본 발명의 개념의 사상으로부터 벗어나지 않고 본 명세서에 설명된 실시예들에 대한 수정들이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 도시되고 설명된 특정한 실시예들에 제한되는 것으로 의도되지 않는다.

Claims (20)

  1. 발광 다이오드(LED) 어레이로서,
    제2 픽셀에 인접하는 제1 픽셀 - 상기 제2 픽셀은 제3 픽셀에 인접하고,
    상기 제1 픽셀은 제1 스택을 포함하고 제1 쌍의 콘택들을 갖고, 상기 제1 쌍의 콘택들은 제1 픽셀 반도체 층 상의 적어도 하나의 제1 콘택을 포함하며, 상기 제1 픽셀 반도체 층은 제1 픽셀 터널 접합 상에 있고, 상기 제1 픽셀 터널 접합은 기판 상의 제1 픽셀 LED 상에 있고,　
    상기 제2 픽셀은 제2 스택을 포함하고 제2 쌍의 콘택들을 갖고, 상기 제2 쌍의 콘택들은 제2 픽셀 반도체 층 상의 적어도 하나의 제2 콘택을 포함하고, 상기 제2 픽셀 반도체 층은 제2 픽셀 제2 터널 접합 상에 있으며, 상기 제2 픽셀 제2 터널 접합은 제2 픽셀 제2 LED 상에 있고, 상기 제2 픽셀 제2 LED는 제2 픽셀 제1 터널 접합 상에 있으며, 상기 제2 픽셀 제1 터널 접합은 상기 기판 상의 제2 픽셀 제1 LED 상에 있고,　
    상기 제3 픽셀은 제3 스택을 포함하고 제3 쌍의 콘택들을 갖고, 상기 제3 쌍의 콘택은 제3 픽셀 제3 LED 상의 적어도 하나의 제3 콘택을 포함하고, 상기 제3 픽셀 제3 LED는 제3 픽셀 제2 터널 접합 상에 있고, 상기 제3 픽셀 제2 터널 접합은 제3 픽셀 제2 LED 상에 있고, 상기 제3 픽셀 제2 LED는 제3 픽셀 제1 터널 접합 상에 있고, 상기 제3 픽셀 제1 터널 접합은 상기 기판 상의 제3 픽셀 제1 LED 상에 있음 -;
    상기 제1 픽셀과 상기 제2 픽셀을 분리하는 제1 트렌치;
    상기 제3 픽셀과 상기 제2 픽셀을 분리하는 제2 트렌치; 및
    상기 제1 픽셀, 상기 제2 픽셀, 및 상기 제3 픽셀의 적어도 일부분 위에 형성되는 유전체 층
    을 포함하는 LED 어레이.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 콘택들은 상기 제2 픽셀 및 상기 제3 픽셀과 독립적으로 제1 전압을 수신하도록 구성되는, LED 어레이.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 쌍의 콘택들은 상기 제1 픽셀 및 상기 제3 픽셀과 독립적으로 제2 전압을 수신하도록 구성되는, LED 어레이.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 쌍의 콘택들은 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀과 독립적으로 제3 전압을 수신하도록 구성되는, LED 어레이.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 픽셀은 제1 파장의 광을 방출하도록 구성되고,
    상기 제2 픽셀은 제2 파장의 광을 방출하도록 구성되며,
    상기 제3 픽셀은 제3 파장의 광을 방출하도록 구성되는, LED 어레이.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유전체 층의 적어도 일부는 등각(conformal)인, LED 어레이.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 쌍의 콘택들 및 상기 제2 쌍의 콘택들은 n-형 반도체에 대한 콘택들을 포함하고, 상기 제3 쌍의 콘택들 중 제1 콘택은 n-형 반도체에 대한 콘택을 포함하고, 상기 제3 쌍의 콘택들 중 제2 콘택은 p-형 반도체에 대한 콘택을 포함하는, LED 어레이.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 파장은 최단 파장이고, 상기 제3 파장은 최장 파장이고, 상기 제2 파장은 상기 제1 파장과 상기 제3 파장 사이의 파장인, LED 어레이.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 픽셀 제3 LED 상의 제3 픽셀 제3 터널 접합을 더 포함하는, LED 어레이.
  10. 시스템으로서,
    제1항의 LED 어레이;
    상기 제1 픽셀 상의 상기 제1 쌍의 콘택들에 결합된 제1 쌍의 전극들, 상기 제2 픽셀 상의 상기 제2 쌍의 콘택들에 결합된 제2 쌍의 전극들, 및 상기 제3 픽셀 상의 상기 제3 쌍의 콘택들에 결합된 제3 쌍의 전극들을 갖는 LED 디바이스 부착 영역; 및
    상기 제1 쌍의 전극들, 상기 제2 쌍의 전극들, 및 상기 제3 쌍의 전극들 중 하나 이상에 독립적인 전압들을 제공하도록 구성된 드라이버 회로
    를 포함하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 픽셀은 제1 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되고,
    상기 제2 픽셀은 제2 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되고,
    상기 제3 픽셀은 제3 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되는, 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 시스템은, LED 기반 조명기구, 발광 스트립, 발광 시트, 광학 디스플레이 및 마이크로LED 디스플레이로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    수신된 광을 데이터 신호들로 변환하도록 구성된 VLC 수신기
    를 더 포함하고,
    상기 VLC 수신기는 증폭 회로, 광학 필터 및 집광기, 포토다이오드, 및 클록 및 데이터 복구(CDR) 유닛을 포함하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 포토다이오드는 상기 제1 픽셀, 상기 제2 픽셀, 및 상기 제3 픽셀 중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 파장은 최단 파장이고, 상기 제3 파장은 최장 파장이고, 상기 제2 파장은 상기 제1 파장과 상기 제3 파장 사이의 파장인, 시스템.
  16. 방법으로서,
    전송 데이터를 수신하는 단계;
    상기 전송 데이터를 복수의 구동 변조 신호들로 변환하는 단계;
    상기 복수의 구동 변조 신호들에 기초하여 발광 다이오드(LED) 어레이의 제1 픽셀에 제1 전압을 제공하는 단계 - 상기 제1 픽셀은 제1 스택을 포함하고 제1 쌍의 콘택들을 가지며, 상기 제1 쌍의 콘택들은 제1 픽셀 터널 접합 상의 제1 픽셀 반도체 층 상의 적어도 하나의 제1 콘택을 포함하고, 상기 제1 픽셀 터널 접합은 기판 상의 제1 픽셀 LED 상에 있음 -;
    상기 복수의 구동 변조 신호에 기초하여 상기 LED 어레이의 제2 픽셀에 제2 전압을 제공하는 단계 - 상기 제1 픽셀 및 상기 제2 픽셀은 상기 기판으로 연장되는 제1 트렌치에 의해 분리되고, 상기 제2 픽셀은 제2 쌍의 콘택들을 갖는 제2 스택을 포함하고, 상기 제2 쌍의 콘택들은 제2 픽셀 제2 터널 접합 상의 제2 픽셀 반도체 층 상의 적어도 하나의 제2 콘택을 포함하고, 상기 제2 픽셀 제2 터널 접합은 제2 픽셀 제2 LED 상에 있고, 상기 제2 픽셀 제2 LED는 제2 픽셀 제1 터널 접합 상에 있고, 상기 제2 픽셀 제1 터널 접합은 상기 기판 상의 제2 픽셀 제1 LED 상에 있음 -; 및
    상기 복수의 구동 변조 신호들에 기초하여, 상기 LED 어레이의 제3 픽셀에 제3 전압을 제공하는 단계 - 상기 제3 픽셀은 제3 쌍의 콘택들을 갖는 제3 스택을 포함하고, 상기 제3 쌍의 콘택은 제3 픽셀 제2 터널 접합 상의 제3 픽셀 제3 LED 상의 적어도 하나의 제3 콘택을 포함하고, 상기 제3 픽셀 제2 터널 접합은 제3 픽셀 제2 LED 상에 있고, 상기 제3 픽셀 제2 LED는 제3 픽셀 제1 터널 접합 상에 있고, 상기 제3 픽셀 제1 터널 접합은 상기 기판 상의 제3 픽셀 제1 LED 상에 있음 -
    를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 전압, 상기 제2 전압, 및 상기 제3 전압은 서로 독립적인, 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 전압은 상기 제1 픽셀로 하여금 제1 파장의 광을 방출하게 하고,
    상기 제2 전압은 상기 제2 픽셀로 하여금 제2 파장의 광을 방출하게 하며,
    상기 제3 전압은 상기 제3 픽셀로 하여금 제3 파장의 광을 방출하게 하는, 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 파장의 광, 상기 제2 파장의 광, 및 상기 제3 파장의 광 중 하나 이상은 상기 기판을 통해 이동하고, 상기 제1 파장은 최단 파장이고, 상기 제3 파장은 최장 파장이고, 상기 제2 파장은 상기 제1 파장과 상기 제3 파장 사이의 파장인, 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1 쌍의 콘택들 및 상기 제2 쌍의 콘택들은 n-형 반도체에 대한 콘택들을 포함하고, 상기 제3 쌍의 콘택들 중 제1 콘택은 n-형 반도체에 대한 콘택을 포함하고, 상기 제3 쌍의 콘택들 중 제2 콘택은 p-형 반도체에 대한 콘택을 포함하는, 방법.
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