KR20070117636A - Light emitting devices for liquid crystal displays - Google Patents
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Abstract
Description
이 출원은 하기의 미국 가특허 출원, 즉 2003년 4월 15일에 출원된 제60/462,889호, 2003년 5월 29일에 출원된 제60/474,199호, 2003년 6월 4일에 출원된 제60/475,682호, 2003년 9월 17일에 출원된 제60/503,653호, 2003년 9월 17일 출원된 제60/503,654호, 2003년 9월 17일에 출원된 제60/503,661호, 2003년 9월 17일에 출원된 제60/503,671호, 2003년 9월 17일에 출원된 제60/503,672호, 2003년 10월 23일에 출원된 제60/513,807호, 2003년 10월 27일에 출원된 제60/514,764호, 2004년 3월 16일에 출원된 제60/553,894호, 2004년 8월 20일에 출원된 제60/603,087호, 2004년 8월 31일에 출원된 제60/605,733호, 2005년 1월 21일 출원된 제60/645,720호, 2005년 1월 21일 출원된 제60/645,721호, 2005년 3월 8일 출원된 제60/659,861호, 2005년 3월 11일에 출원된 제60/660,921호, 2005년 3월 8일에 출원된 제60/659,810호, 및 2005년 3월 8일에 출원된 제60/659,811호를 참조로 포함한다. 이 출원은 또한 하기의 미국 특허 출원, 즉 2003년 11월 26일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 소자"인 제10/723,987호, 2003년 11월 26일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 소자"인 제10/724,004호, 2003년 11월 26일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 소자"인 제10/724,033호, 2003년 11월 26일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 소자"인 제10/724,006호, 2003년 11월 26일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 소자"인 제10/724,029호, 2003년 11월 26일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 소자" 제10/724,015호, 2003년 11월 26일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 소자"인 제10/724,005호, 2003년 12월 12일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 시스템"인 제10/735,498호, 2004년 3월 5일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 소자 방법"인 제10/794,244호, 2004년 3월 5일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 소자 방법"인 제 10/794,452호, 2004년 6월 18일에 출원되고 발명의 명칭이 "광학 디스플레이 시스템 및 방법"인 제10/872,335호, 2004년 6월 18일에 출원되고 발명의 명칭이 "전자 소자 접점 구조"인 제10/871,877호, 및 2004년 6월 18일에 출원되고 발명의 명칭이 "발광 다이오드 시스템"인 제10/872,336호를 참조로 포함한다.This application claims the following U.S. Provisional Patent Application: 60 / 462,889, filed April 15, 2003, 60 / 474,199, filed May 29, 2003, filed June 4, 2003 60 / 475,682, filed September 17, 2003, filed 60 / 503,653, filed September 17, 2003, filed 60 / 503,654, filed September 17, 2003, 60 / 503,671 filed September 17, 2003, 60 / 503,672 filed September 17, 2003, 60 / 513,807 filed October 23, 2003, October 27, 2003 60 / 514,764, filed March 16, 2004, 60 / 553,894, filed August 20, 2004, 60 / 603,087, filed August 31, 2004 60 / 605,733, filed January 21, 2005, filed 60 / 645,720, filed January 21, 2005, filed 60 / 645,721, filed March 8, 2005, filed 60 / 659,861, 2005 3 60 / 660,921, filed March 11, 60 / 659,810 filed March 8, 2005, and 60 / 659,811 filed March 8, 2005. It comprises a. This application is also filed in the following U.S. patent application, ie, November 26, 2003, filed 10 / 723,987, entitled "Light Emitting Device," November 26, 2003, and entitled "
본 발명은 발광 소자, 및 관련 구성 요소, 공정, 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a light emitting device and related components, processes, systems and methods.
발광 다이오드(LED)는 종종 백열 광원 및/또는 형광 광원보다 더 효율적인 방식으로 광을 제공할 수 있다. LED와 관련된 비교적 높은 출력 효율은 다양한 조명 적용예에서 통상적인 광원을 대체하기 위하여 LED를 이용하는 데에 있어 관심을 유발하였다. 예를 들면, 일부 예에서 LED는 신호등으로 사용되고 있고 휴대폰 키패드 및 디스플레이를 조명하는 데 이용되고 있다.Light emitting diodes (LEDs) can often provide light in a more efficient manner than incandescent and / or fluorescent light sources. The relatively high power efficiency associated with LEDs has generated interest in using LEDs to replace conventional light sources in various lighting applications. For example, in some examples LEDs are used as traffic lights and to illuminate cell phone keypads and displays.
통상적으로, LED는 다중 층으로 형성되는데, 이 다중 층의 적어도 일부는 상이한 재료로 형성된다. 일반적으로, 이들 층으로 선택된 재료 및 두께는 LED에 의 해서 방출되는 광의 파장(들)을 결정한다. 또한, 이들 층의 화학적 조성은 주입된 전하 캐리어를 광학 출력으로의 비교적 효율적인 변환을 위해 구역(일반적으로 양자 우물로 불림)으로 분리하기 위하여 노력하도록 선택될 수 있다. 일반적으로, 양자 우물이 성장된 접합부(junction)의 일 측면 상의 층은 높은 전자 밀도를 유발하도록 도너 원자(donor atom)로 도핑되고(이러한 층은 n-타입 층으로 일반적으로 불린다), 대향 측면 상의 층은 비교적 높은 홀 밀도를 유발하는 억셉터 원자(acceptor atom)로 도핑된다(이러한 층은 일반적으로 p-타입 층으로 불린다).Typically, LEDs are formed of multiple layers, at least some of which are formed of different materials. In general, the material and thickness selected for these layers determine the wavelength (s) of light emitted by the LED. In addition, the chemical composition of these layers can be chosen to try to separate the injected charge carriers into zones (generally called quantum wells) for a relatively efficient conversion to optical output. In general, the layer on one side of the junction where the quantum well is grown is doped with donor atoms to induce high electron density (these layers are commonly referred to as n-type layers) and on opposite sides The layer is doped with acceptor atoms that cause a relatively high hole density (such layers are commonly referred to as p-type layers).
LED를 제조하는 일반적인 방법은 다음과 같다. 재료의 층이 웨이퍼의 형태로 준비된다. 전형적으로, 층은 초기에 적층된 층이 성장 기재 상에 형성되는 금속 유기 화학 증착(MOCVD)과 같은 에피택셜 증착 기술을 이용하여 형성된다. 이어서, 층은 다양한 에칭 및 금속화 기술에 노출되어 전류 주입을 위한 접점을 형성하고, 그 후 웨이퍼는 개별 LED 칩으로 절단된다. 대개, LED 칩은 패키지화된다.The general method of manufacturing the LED is as follows. A layer of material is prepared in the form of a wafer. Typically, the layers are formed using epitaxial deposition techniques such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) in which the initially stacked layers are formed on a growth substrate. The layer is then exposed to various etching and metallization techniques to form contacts for current injection, after which the wafer is cut into individual LED chips. Usually, LED chips are packaged.
사용 중, 전기 에너지가 일반적으로 LED 내로 주입되고, 이어서 전자기 방사(광)로 변환되는데, 이들 중 일부가 LED로부터 추출된다.In use, electrical energy is generally injected into the LEDs and then converted into electromagnetic radiation (light), some of which are extracted from the LEDs.
본 발명은 발광 소자 및 관련 구성 요소, 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to light emitting devices and related components, systems and methods.
일부 실시예에서, 시스템은 소정 두께를 갖는 에지를 구비하는 패널을 포함한다. 시스템은 또한 발광 소자로부터 방출된 광이 패널의 에지 상에 충돌하도록 배치된 발광 소자를 구비하는데, 이 발광 소자는 소정의 표면을 갖는다. 패널의 에지의 두께에 대한 발광 소자의 표면의 폭의 비가 약 0.5 내지 약 1.1이다.In some embodiments, the system includes a panel having an edge having a predetermined thickness. The system also has a light emitting element disposed such that light emitted from the light emitting element impinges on an edge of the panel, which has a predetermined surface. The ratio of the width of the surface of the light emitting element to the thickness of the edge of the panel is about 0.5 to about 1.1.
실시예는 하기의 하나 이상을 포함할 수 있다.Embodiments may include one or more of the following.
패널은 액정 디스플레이(LCD)일 수 있다. 발광 소자의 표면의 길이는 적어도 약 1㎜일 수 있다. 발광 소자의 표면의 길이는 적어도 약 2㎜일 수 있다. 발광 소자의 표면의 길이는 적어도 약 3㎜일 수 있다. 발광 소자의 표면의 길이는 적어도 약 5㎜일 수 있다. 발광 소자의 표면의 길이는 적어도 약 10㎜일 수 있다.The panel may be a liquid crystal display (LCD). The length of the surface of the light emitting device can be at least about 1 mm. The length of the surface of the light emitting device can be at least about 2 mm. The length of the surface of the light emitting device can be at least about 3 mm. The length of the surface of the light emitting device can be at least about 5 mm. The length of the surface of the light emitting device can be at least about 10 mm.
패널의 에지의 두께에 대한 발광 소자의 표면의 폭의 비는 약 0.75 내지 약 1.05일 수 있다. 패널의 에지의 두께에 대한 발광 소자의 표면의 폭의 비는 약 0.9 내지 약 1일 수 있다.The ratio of the width of the surface of the light emitting element to the thickness of the edge of the panel may be about 0.75 to about 1.05. The ratio of the width of the surface of the light emitting element to the thickness of the edge of the panel may be about 0.9 to about 1.
시스템은 발광 소자와 패널 사이에 배치된 적어도 하나의 광학 구성 요소를 또한 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광학 구성 요소는 광 균질기일 수 있다. 발광 소자는 비램버시안(non-lambertian) 발광 소자일 수 있다. 발광 소자는 광자 격자 발광 소자일 수 있다.The system may also include at least one optical component disposed between the light emitting element and the panel. At least one optical component may be an optical homogenizer. The light emitting device may be a non-lambertian light emitting device. The light emitting device may be a photon lattice light emitting device.
발광 소자는 광발생 구역 및 광발생 구역에 의해서 지지되는 제1 층을 포함하는 재료의 다중 층 스택(stack)을 포함할 수 있고, 제1 층의 표면은 광발생 구역에 의해서 발생된 광이 제1 층의 표면을 통해 발광 소자로부터 나올 수 있도록 구성된다. 제1 층의 표면은 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있고, 패턴은 이상적인 격자 상수 및 영(0)보다 큰 값을 갖는 디튜닝 변수(detuning parameter)를 갖는다. 제1 층의 표면은 비주기 패턴(nonperiodic pattern)에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 복합 주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 발광 소자는 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 소자는 단일 발광 소자일 수 있다.The light emitting device may comprise a multi-layer stack of material comprising a photo-generating zone and a first layer supported by the photo-generating zone, the surface of the first layer being subtracted by the light generated by the photo-generating zone. It is configured to emerge from the light emitting element through the surface of the first layer. The surface of the first layer can have a dielectric function that varies spatially with the pattern, and the pattern has a detuning parameter with an ideal lattice constant and a value greater than zero. The surface of the first layer may have a dielectric function that varies spatially according to a nonperiodic pattern. The surface of the first layer may have a dielectric function that varies spatially according to a complex periodic pattern. The surface of the first layer can have a dielectric function that varies spatially with the periodic pattern. The light emitting device may include a light emitting diode. The light emitting device may be a single light emitting device.
발광 소자는 복수의 발광 소자를 포함할 수 있다. 복수의 발광 소자는 패널의 에지를 따라 톱니 모양의 배열(serrated arrangement)로 배치될 수 있다. 복수의 발광 소자는 복수의 컬럼으로 배치될 수 있다. 복수의 컬럼은 적어도 제1 컬럼 및 제2 컬럼을 포함할 수 있다. 제1 컬럼은 제1 색의 광을 방출하도록 구성된 복수의 발광 소자를 포함할 수 있고, 제2 컬럼은 제2 색의 광을 방출하도록 구성된 복수의 발광 소자를 포함할 수 있고, 여기서 제1 색 및 제2 색의 광은 상이하다. 시스템은 또한 제3 색의 광을 방출하도록 구성된 복수의 발광 소자를 포함하는 제3 컬럼을 포함할 수 있고, 여기서 제1, 제2 및 제3 색의 광은 상이하다. 제1, 제2 및 제3 색은 적색, 녹색 및 청색으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다. 에지는 제1 에지일 수 있고, 패널은 또한 소정의 두께를 갖는 제2 에지를 포함할 수 있다. 시스템은 또한 발광 소자로부터 방출된 광이 패널의 제2 에지 상에 충돌하도록 배치된 발광 소자를 포함할 수 있다.The light emitting device may include a plurality of light emitting devices. The plurality of light emitting elements can be arranged in a serrated arrangement along the edge of the panel. The plurality of light emitting devices may be arranged in a plurality of columns. The plurality of columns may include at least a first column and a second column. The first column may comprise a plurality of light emitting elements configured to emit light of a first color, and the second column may comprise a plurality of light emitting elements configured to emit light of a second color, wherein the first color And the light of the second color is different. The system may also include a third column comprising a plurality of light emitting elements configured to emit light of a third color, wherein the lights of the first, second and third colors are different. The first, second and third colors may be selected from the group consisting of red, green and blue. The edge can be a first edge and the panel can also include a second edge having a predetermined thickness. The system may also include a light emitting device disposed such that light emitted from the light emitting device impinges on the second edge of the panel.
시스템은 또한 사용 중에 발광 다이오드의 온도를 조절하도록 구성된 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 발광 소자는 히트 싱크 장치 상에 장착될 수 있다.The system may also include a cooling system configured to adjust the temperature of the light emitting diode during use. The light emitting element can be mounted on a heat sink device.
일부 실시예에서, 시스템은 에지를 갖는 패널과, 발광 소자로부터 방출된 광이 패널 상에 충돌하도록 배치된 발광 소자의 어레이를 포함할 수 있다. 발광 소자의 어레이는 제1 에지 및 제1 에지에 대략 직각인 제2 에지를 갖는 발광 소자의 제1 컬럼과, 제1 에지, 제2 에지 및 제3 에지를 갖는 발광 소자의 제2 컬럼을 가질 수 있고, 제2 컬럼의 제1 및 제2 에지는 제1 컬럼의 제1 에지에 대략 평행하고, 제2 컬럼의 제2 에지는 제1 컬럼의 제2 에지에 대략 평행하고, 제2 컬럼의 제2 에지는 제1 컬럼의 제2 에지에 대략 직각인 방향으로 제1 컬럼의 제2 에지로부터 적어도 약 0.05㎜만큼 오프셋(offset)될 수 있다.In some embodiments, the system can include a panel having an edge and an array of light emitting devices disposed such that light emitted from the light emitting devices impinges on the panel. The array of light emitting devices has a first column of light emitting devices having a first edge and a second edge approximately perpendicular to the first edge, and a second column of light emitting devices having a first edge, a second edge, and a third edge. Wherein the first and second edges of the second column are approximately parallel to the first edge of the first column, the second edge of the second column is approximately parallel to the second edge of the first column, and The second edge may be offset by at least about 0.05 mm from the second edge of the first column in a direction substantially perpendicular to the second edge of the first column.
실시예는 하기의 하나 이상을 포함할 수 있다.Embodiments may include one or more of the following.
시스템은 제1 에지 및 제2 에지를 갖는 발광 소자의 제3 컬럼을 포함할 수 있고, 제3 컬럼의 제1 에지는 제2 컬럼의 제3 에지에 대략 평행하고, 제3 컬럼의 제2 에지는 제2 컬럼의 제2 에지에 대략 평행하고, 제3 컬럼의 제2 에지는 제1 컬럼의 제2 에지에 대략 직각인 방향으로 제2 컬럼의 제2 에지로부터 적어도 약 0.05㎜만큼 오프셋될 수 있다. 패널은 액정 디스플레이(LCD)를 포함할 수 있다. 제1 컬럼은 제1 색의 광을 방출하도록 구성된 복수의 발광 소자를 포함할 수 있고, 제2 컬럼은 제2 색의 광을 방출하도록 구성된 복수의 발광 소자를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 색의 광은 상이할 수 있다. 제3 컬럼은 제3 색의 광을 방출하도록 구성된 복수의 발광 소자를 포함할 수 있고, 제1, 제2 및 제3 색의 광은 상이할 수 있다. 제1, 제2 및 제3 색은 적색, 녹색 및 청색으로 구성된 그룹으로부터 선택될 수 있다.The system can include a third column of light emitting devices having a first edge and a second edge, the first edge of the third column being approximately parallel to the third edge of the second column, and the second edge of the third column Is approximately parallel to the second edge of the second column, and the second edge of the third column may be offset by at least about 0.05 mm from the second edge of the second column in a direction approximately perpendicular to the second edge of the first column. have. The panel may comprise a liquid crystal display (LCD). The first column may include a plurality of light emitting elements configured to emit light of a first color, and the second column may include a plurality of light emitting elements configured to emit light of a second color. The light of the first and second colors may be different. The third column may comprise a plurality of light emitting elements configured to emit light of a third color, and the light of the first, second and third colors may be different. The first, second and third colors may be selected from the group consisting of red, green and blue.
제1 컬럼은 제1 폭을 가질 수 있고, 제2 컬럼은 제2 폭을 가질 수 있고, 제3 컬럼은 제3 폭을 가질 수 있다. 패널의 에지의 두께에 대한 제1, 제2 및 제3 폭의 합의 비는 약 0.5 내지 약 1.1일 수 있다. 발광 소자의 어레이 내의 발광 소자 중 적어도 하나는 광발생 구역에 의해서 지지되는 제1 층을 포함할 수 있고, 제1 층의 표면은 광발생 구역에 의해서 발생된 광이 제1 층의 표면을 통해 발광 소자로부터 나올 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 층의 표면은 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있고, 이 패턴은 이상적인 격자 상수와 영(0)보다 큰 값을 갖는 디튜닝 변수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 비주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 복합 주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다.The first column may have a first width, the second column may have a second width, and the third column may have a third width. The ratio of the sum of the first, second and third widths to the thickness of the edge of the panel can be from about 0.5 to about 1.1. At least one of the luminous means in the array of luminous means may comprise a first layer supported by the light generating zone, the surface of the first layer emitting light generated by the light generating zone through the surface of the first layer It can be configured to come out of the device. The surface of the first layer may have a dielectric function that varies spatially with the pattern, and the pattern may have a detuning variable with an ideal lattice constant and a value greater than zero. The surface of the first layer may have a dielectric function that varies spatially with the aperiodic pattern. The surface of the first layer may have a dielectric function that varies spatially according to a complex periodic pattern. The surface of the first layer can have a dielectric function that varies spatially with the periodic pattern.
제2 컬럼은 제1 및 제3 컬럼으로부터 적어도 약 0.1㎜만큼 오프셋될 수 있다. 제2 컬럼은 제1 및 제3 컬럼으로부터 적어도 약 0.2㎜만큼 오프셋될 수 있다. 제2 컬럼은 제1 및 제3 컬럼으로부터 적어도 약 0.3㎜만큼 오프셋될 수 있다. 제2 컬럼은 제1 및 제3 컬럼으로부터 적어도 약 0.5㎜만큼 오프셋될 수 있다. 제2 컬럼은 제1 및 제3 컬럼으로부터 적어도 약 1㎜만큼 오프셋될 수 있다.The second column may be offset by at least about 0.1 mm from the first and third columns. The second column may be offset by at least about 0.2 mm from the first and third columns. The second column may be offset by at least about 0.3 mm from the first and third columns. The second column may be offset by at least about 0.5 mm from the first and third columns. The second column may be offset by at least about 1 mm from the first and third columns.
시스템은 또한 발광 소자와 패널 사이에 배치된 적어도 하나의 광학 구성 요소를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광학 구성 요소는 광 균질기일 수 있다. 발광 소자는 비램버시안 발광 소자일 수 있다. 발광 소자는 광자 격자 발광 소자일 수 있다. 발광 소자는 발광 다이오드일 수 있다. 발광 다이오드의 어레이는 적색 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 다이오드의 어레이는 적색 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 소자의 어레이는 패널의 에지를 따라 톱니 모양의 배열로 배치될 수 있다. 시스템은 또한 사용 중에 발광 다이오드의 어레이의 온도를 조절하도록 구성된 냉각 시스템을 포함할 수 있다.The system may also include at least one optical component disposed between the light emitting element and the panel. At least one optical component may be an optical homogenizer. The light emitting device may be a non-lamberian light emitting device. The light emitting device may be a photon lattice light emitting device. The light emitting device may be a light emitting diode. The array of light emitting diodes can include at least one light emitting diode selected from the group consisting of red light emitting diodes, blue light emitting diodes, and green light emitting diodes. The array of light emitting diodes can include red light emitting diodes, blue light emitting diodes, and green light emitting diodes. The array of light emitting elements can be arranged in a serrated arrangement along the edge of the panel. The system may also include a cooling system configured to regulate the temperature of the array of light emitting diodes during use.
부가적인 실시예에서, 시스템은 에지를 갖는 패널과, 그 주변에 의해서 한정된 면적을 갖는 표면을 갖는 발광 소자와, 이 발광 소자로부터 패널의 에지까지의 광학 경로에 배치된 광학 구성 요소를 포함하고, 이 광학 구성 요소는 그 주변에 의해서 한정된 면적을 갖는 개구(aperture)를 포함하고, 개구의 면적에 대한 발광 소자의 표면의 면적의 비는 약 0.5 내지 약 1.1이다.In an additional embodiment, the system includes a panel having an edge, a light emitting element having a surface defined by its periphery, and an optical component disposed in an optical path from the light emitting element to the edge of the panel, This optical component comprises an aperture having an area defined by its periphery, and the ratio of the area of the surface of the light emitting element to the area of the opening is about 0.5 to about 1.1.
실시예는 하기의 하나 이상을 포함할 수 있다.Embodiments may include one or more of the following.
패널은 액정 디스플레이(LCD)를 포함할 수 있다. 개구의 주변은 직사각형일 수 있고 발광 소자는 직사각형일 수 있다. 개구의 주변은 원형일 수 있고 발광 소자는 원형일 수 있다. 개구의 주변은 사다리꼴일 수 있고 발광 소자는 사다리꼴일 수 있다. 개구의 주변은 삼각형일 수 있고 발광 소자는 삼각형일 수 있다. 개구의 주변은 정사각형일 수 있고, 발광 소자는 정사각형일 수 있다. 개구의 주변은 다각형일 수 있고 발광 소자는 원형일 수 있다. 개구의 주변은 다각형일 수 있고 발광 소자는 다각형일 수 있다. 개구의 주변은 육각형일 수 있고 발광 소자는 육각형일 수 있다. 개구는 팔각형일 수 있고 발광 소자는 팔각형일 수 있다.The panel may comprise a liquid crystal display (LCD). The perimeter of the opening can be rectangular and the light emitting device can be rectangular. The perimeter of the opening can be circular and the light emitting device can be circular. The perimeter of the opening can be trapezoidal and the light emitting device can be trapezoidal. The perimeter of the aperture can be triangular and the light emitting device can be triangular. The perimeter of the aperture can be square, and the light emitting device can be square. The perimeter of the opening can be polygonal and the light emitting device can be circular. The perimeter of the aperture can be polygonal and the light emitting device can be polygonal. The perimeter of the opening can be hexagonal and the light emitting device can be hexagonal. The opening may be octagonal and the light emitting element may be octagonal.
발광 소자는 비램버시안 발광 소자일 수 있다. 발광 소자는 광자 격자 발광 소자일 수 있다. 발광 소자는 광발생 구역 및 광발생 구역에 의해 지지된 제1 층을 포함하는 재료의 다중 층 스택을 포함할 수 있고, 제1 층의 표면은 광발생 구역에 의해서 발생된 광이 제1 층을 통해 발광 소자로부터 나올 수 있도록 구성된다. 제1 층의 표면은 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있고, 이 패턴은 이상적인 격자 상수 및 영(0)보다 큰 값을 갖는 디튜닝 변수를 갖는다. 제1 층의 표면은 비주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 복합 주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 발광 소자는 발광 다이오드일 수 있다.The light emitting device may be a non-lamberian light emitting device. The light emitting device may be a photon lattice light emitting device. The light emitting device can comprise a multi-layer stack of material comprising a photo-generating zone and a first layer supported by the photo-generating zone, the surface of the first layer having the light generated by the photo-generating zone being the first layer. It is configured to come out from the light emitting device through. The surface of the first layer can have a dielectric function that varies spatially with the pattern, which pattern has a detuning variable with an ideal lattice constant and a value greater than zero. The surface of the first layer may have a dielectric function that varies spatially with the aperiodic pattern. The surface of the first layer may have a dielectric function that varies spatially according to a complex periodic pattern. The surface of the first layer can have a dielectric function that varies spatially with the periodic pattern. The light emitting device may be a light emitting diode.
광학 구성 요소는 LED로부터 방출되는 광을 균질화하도록 구성될 수 있다. 광학 구성 요소는 패널의 에지를 따라 LED로부터의 광을 분산시키도록 구성될 수 있다. 시스템은 또한 사용 중에 발광 소자의 온도를 조절하도록 구성된 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 발광 소자는 히트 싱크 장치 상에 장착될 수 있다.The optical component can be configured to homogenize the light emitted from the LED. The optical component can be configured to disperse light from the LED along the edge of the panel. The system may also include a cooling system configured to adjust the temperature of the light emitting element during use. The light emitting element can be mounted on a heat sink device.
특정 실시예에서, 시스템은 에지를 갖는 패널과, 발광 소자의 어레이의 외측 주변에 의해서 한정된 조합된 표면적을 갖는 발광 소자의 어레이와, 발광 소자로부터 패널의 에지까지의 광학 경로 내에 배치되고 개구의 주변에 의해서 한정된 면적을 갖는 개구를 포함하는 광학 구성 요소를 포함하고, 개구의 면적에 대한 발광 소자의 조합된 표면적의 비는 약 0.5 내지 약 1.1이다.In a particular embodiment, a system includes a panel having an edge, an array of light emitting elements having a combined surface area defined by an outer periphery of the array of light emitting elements, and an optical periphery disposed in an optical path from the light emitting element to the edge of the panel. And an optical component comprising an opening having an area defined by A; wherein the ratio of the combined surface area of the light emitting element to the area of the opening is about 0.5 to about 1.1.
실시예는 하기의 하나 이상을 포함할 수 있다.Embodiments may include one or more of the following.
패널은 액정 디스플레이(LCD)일 수 있다. 개구의 주변은 직사각형일 수 있고 발광 소자의 어레이의 주변은 직사각형일 수 있다. 개구의 주변은 육각형일 수 있고 발광 소자의 어레이의 주변은 육각형일 수 있다. 발광 소자의 어레이는 6개의 발광 소자를 포함할 수 있고 발광 소자의 어레이 내의 각각의 발광 소자는 삼각형 형상을 한정하는 주변을 가질 수 있다. 개구의 주변은 팔각형일 수 있고 발광 소자의 어레이의 주변은 팔각형일 수 있다. 발광 소자의 어레이는 8개의 발광 소자를 포함할 수 있고 발광 소자의 어레이 내의 각각의 발광 소자는 삼각형 형상을 한정하는 주변을 가질 수 있다. 개구의 주변은 원형일 수 있고, 발광 소자의 어레이의 주변은 원형일 수 있다. 발광 소자의 어레이는 4개의 발광 소자를 포함할 수 있고 발광 소자의 어레이 내의 각각의 발광 소자는 원의 대략 1/4의 형상을 한정하는 주변을 가질 수 있다. 발광 소자의 어레이는 2개의 발광 소자를 포함할 수 있고 발광 소자의 어레이 내의 각각의 발광 소자는 원의 약 1/2의 형상을 한정하는 주변을 가질 수 있다. 발광 소자의 어레이는 6개의 발광 소자를 포함할 수 있고 발광 소자의 어레이 내의 각각의 발광 소자는 원의 약 1/6의 형상을 한정하는 주변을 가질 수 있다. 발광 소자의 어레이는 8개의 발광 소자를 포함할 수 있고 발광 소자의 어레이 내의 각각의 발광 소자는 원의 약 1/8의 형상을 한정하는 주변을 가질 수 있다. 개구의 주변은 사다리꼴일 수 있고 발광 소자의 어레이의 주변은 사다리꼴일 수 있다. 개구의 주변은 삼각형일 수 있고 발광 소자의 어레이의 주변은 삼각형일 수 있다. 개구의 주변은 정사각형일 수 있고 발광 소자의 어레이의 주변은 정사각형일 수 있다.The panel may be a liquid crystal display (LCD). The perimeter of the aperture can be rectangular and the perimeter of the array of light emitting devices can be rectangular. The perimeter of the opening can be hexagonal and the perimeter of the array of light emitting devices can be hexagonal. The array of light emitting devices can include six light emitting devices and each light emitting device in the array of light emitting devices can have a perimeter defining a triangular shape. The perimeter of the aperture can be octagonal and the perimeter of the array of light emitting devices can be octagonal. The array of light emitting devices can include eight light emitting devices and each light emitting device in the array of light emitting devices can have a perimeter defining a triangular shape. The perimeter of the aperture can be circular, and the perimeter of the array of light emitting devices can be circular. The array of light emitting devices can include four light emitting devices and each light emitting device in the array of light emitting devices can have a perimeter defining a shape of approximately one quarter of a circle. The array of light emitting devices can include two light emitting devices and each light emitting device in the array of light emitting devices can have a perimeter defining a shape of about one half of a circle. The array of light emitting devices can include six light emitting devices and each light emitting device in the array of light emitting devices can have a perimeter defining a shape of about one sixth of a circle. The array of light emitting devices can include eight light emitting devices and each light emitting device in the array of light emitting devices can have a perimeter defining a shape of about one eighth of a circle. The perimeter of the aperture can be trapezoidal and the perimeter of the array of light emitting devices can be trapezoidal. The perimeter of the aperture can be triangular and the perimeter of the array of light emitting devices can be triangular. The perimeter of the aperture can be square and the perimeter of the array of light emitting devices can be square.
적어도 하나의 발광 소자는 비램버시안 발광 소자일 수 있다. 적어도 하나의 발광 소자는 광자 격자 발광 소자일 수 있다. 발광 소자의 어레이 내의 발광 소자의 적어도 하나는 광발생 구역에 의해서 지지된 제1 층을 포함할 수 있고, 제1 층의 표면은 광발생 구역에 의해서 발생된 광이 제1 층의 표면을 통해 발광 소자로부터 나올 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 층의 표면은 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있고, 패턴은 이상적인 격자 상수 및 영(0)보다 큰 값을 갖는 디튜닝 변수를 갖는다. 제1 층의 표면은 비주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 복합 주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 주기 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수를 가질 수 있다.At least one light emitting device may be a non-lamberian light emitting device. At least one light emitting device may be a photon lattice light emitting device. At least one of the luminous means in the array of luminous means may comprise a first layer supported by the light generating zone, the surface of the first layer emitting light generated by the light generating zone through the surface of the first layer It can be configured to come out of the device. The surface of the first layer can have a dielectric function that varies spatially with the pattern, and the pattern has a detuning variable with an ideal lattice constant and a value greater than zero. The surface of the first layer may have a dielectric function that varies spatially with the aperiodic pattern. The surface of the first layer may have a dielectric function that varies spatially according to a complex periodic pattern. The surface of the first layer can have a dielectric function that varies spatially with the periodic pattern.
적어도 하나의 발광 소자는 발광 다이오드일 수 있다. 발광 다이오드의 어레이는 적색 발광 다이오드, 청색 발광 다이오드 및 녹색 발광 다이오드로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 발광 다이오드의 어레이는 적어도 하나의 적색 발광 다이오드, 적어도 하나의 청색 발광 다이오드 및 적어도 하나의 녹색 발광 다이오드를 포함할 수 있다. 광학 구성 요소는 LED로부터 방출되는 광을 균질화하도록 구성될 수 있다. 광학 구성 요소는 패널의 에지를 따라 LED로부터의 광을 분산시키도록 구성될 수 있다. 시스템은 또한 사용 중에 발광 다이오드의 온도를 조절하도록 구성된 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 발광 소자의 어레이는 히트 싱크 장치 상에 장착될 수 있다.At least one light emitting device may be a light emitting diode. The array of light emitting diodes can include at least one light emitting diode selected from the group consisting of red light emitting diodes, blue light emitting diodes, and green light emitting diodes. The array of light emitting diodes can include at least one red light emitting diode, at least one blue light emitting diode, and at least one green light emitting diode. The optical component can be configured to homogenize the light emitted from the LED. The optical component can be configured to disperse light from the LED along the edge of the panel. The system may also include a cooling system configured to adjust the temperature of the light emitting diode during use. The array of light emitting elements can be mounted on a heat sink device.
본 발명의 구성 및 이점은 상세한 설명, 도면 및 청구범위에 있다.The construction and advantages of the invention are in the detailed description, drawings and claims.
도1은 발광 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a light emitting system.
도2a 내지 도2d는 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.2A-2D are schematic views of an optical display system.
도3은 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.3 is a schematic diagram of an optical display system.
도4a는 LED의 개략 평면도이다.4A is a schematic plan view of the LED.
도4b는 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.4B is a schematic diagram of an optical display system.
도5는 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.5 is a schematic diagram of an optical display system.
도6은 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.6 is a schematic diagram of an optical display system.
도7은 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.7 is a schematic diagram of an optical display system.
도8a 및 도8b는 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.8A and 8B are schematic views of an optical display system.
도9는 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.9 is a schematic diagram of an optical display system.
도10은 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.10 is a schematic diagram of an optical display system.
도11은 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.11 is a schematic diagram of an optical display system.
도12a는 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.12A is a schematic diagram of an optical display system.
도12b는 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.12B is a schematic diagram of an optical display system.
도13은 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.13 is a schematic diagram of an optical display system.
도14a는 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.14A is a schematic diagram of an optical display system.
도14b는 LED의 어레이의 평면도이다.14B is a top view of an array of LEDs.
도15는 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.15 is a schematic diagram of an optical display system.
도16은 LED의 어레이의 평면도이다.16 is a top view of an array of LEDs.
도17은 LED의 어레이의 평면도이다.17 is a top view of an array of LEDs.
도18은 LED의 어레이의 평면도이다.18 is a top view of an array of LEDs.
도19는 LED의 어레이의 평면도이다.19 is a top view of an array of LEDs.
도20은 LED의 어레이의 평면도이다.20 is a top view of an array of LEDs.
도21은 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.21 is a schematic diagram of an optical display system.
도22a는 광학 구성 요소 및 LED의 어레이의 개략도이다.22A is a schematic diagram of an optical component and an array of LEDs.
도2bB는 도22a의 LED의 어레이의 단면도이다.FIG. 2BB is a cross-sectional view of the array of LEDs of FIG. 22A.
도22c는 도22a의 광학 구성 요소의 단면도이다.22C is a cross-sectional view of the optical component of FIG. 22A.
도23a는 광학 구성 요소 및 LED의 어레이의 개략도이다.23A is a schematic diagram of an optical component and an array of LEDs.
도23b는 도23a의 LED의 어레이의 단면도이다.Figure 23B is a cross sectional view of the array of LEDs of Figure 23A.
도23c는 도23a의 광학 구성 요소의 단면도이다.FIG. 23C is a cross-sectional view of the optical component of FIG. 23A.
도24a는 광학 구성 요소 및 LED의 어레이의 개략도이다.24A is a schematic diagram of an optical component and an array of LEDs.
도24b는 도24a의 LED의 어레이의 단면도이다.24B is a cross-sectional view of the array of LEDs of FIG. 24A.
도24c는 도24a의 광학 구성 요소의 단면도이다.24C is a cross-sectional view of the optical component of FIG. 24A.
도25a는 광학 구성 요소 및 LED의 어레이의 개략도이다.25A is a schematic diagram of an optical component and an array of LEDs.
도25b는 도25a의 LED의 어레이의 단면도이다.FIG. 25B is a cross-sectional view of the array of LEDs of FIG. 25A.
도25c는 도25a의 광학 구성 요소의 단면도이다.25C is a cross-sectional view of the optical component of FIG. 25A.
도26a는 광학 구성 요소 및 LED의 어레이의 개략도이다.26A is a schematic diagram of an optical component and an array of LEDs.
도26b는 도26a의 LED의 어레이의 단면도이다.FIG. 26B is a cross-sectional view of the array of LEDs of FIG. 26A.
도26c는 도26a의 광학 구성 요소의 단면도이다.FIG. 26C is a cross sectional view of the optical component of FIG.
도27a는 광학 구성 요소 및 LED의 어레이의 개략도이다.27A is a schematic diagram of an optical component and an array of LEDs.
도27b는 도27a의 LED의 어레이의 단면도이다.Figure 27B is a cross sectional view of the array of LEDs of Figure 27A.
도27c는 도27a의 광학 구성 요소의 단면도이다.FIG. 27C is a cross-sectional view of the optical component of FIG. 27A.
도28a는 광학 구성 요소 및 LED의 어레이의 개략도이다.28A is a schematic diagram of an optical component and an array of LEDs.
도28b는 도28a의 LED의 어레이의 단면도이다.FIG. 28B is a cross sectional view of the array of LEDs of FIG.
도28c는 도28a의 광학 구성 요소의 단면도이다.FIG. 28C is a cross-sectional view of the optical component of FIG. 28A.
도29a는 광학 구성 요소 및 LED의 어레이의 개략도이다.29A is a schematic diagram of an optical component and an array of LEDs.
도29b는 도29a의 LED의 어레이의 단면도이다.FIG. 29B is a cross sectional view of the array of LEDs of FIG. 29A; FIG.
도29c는 도29a의 광학 구성 요소의 단면도이다.FIG. 29C is a cross-sectional view of the optical component of FIG. 29A.
도30은 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.30 is a schematic diagram of an optical display system.
도31은 광학 디스플레이 시스템의 개략도이다.31 is a schematic diagram of an optical display system.
도32는 패턴화된 표면을 갖는 LED의 단면도이다.32 is a cross-sectional view of an LED having a patterned surface.
도33은 도12의 LED의 패턴화된 표면의 평면도이다.33 is a top view of a patterned surface of the LED of FIG. 12.
도34는 디튜닝 변수의 함수로서 패턴화된 표면을 갖는 LED의 추출 효율의 그래프이다.34 is a graph of extraction efficiency of LEDs with patterned surfaces as a function of detuning variables.
도35는 LED의 패턴화된 표면의 푸리에 변환의 개략도이다.35 is a schematic of the Fourier transform of the patterned surface of the LED.
도36은 최인접 거리(nearest neighbor distance)의 함수로서 패턴화된 표면을 갖는 LED의 추출 효율의 그래프이다.FIG. 36 is a graph of extraction efficiency of LEDs with patterned surfaces as a function of nearest neighbor distance.
도37은 채움 인자(filling factor)의 함수로서 패턴화된 표면을 갖는 LED의 추출 효율의 그래프이다.FIG. 37 is a graph of extraction efficiency of an LED with a patterned surface as a function of filling factor.
도38은 LED의 패턴화된 표면의 평면도이다.38 is a top view of a patterned surface of the LED.
도39는 상이한 표면 패턴을 갖는 LED의 추출 효율의 그래프이다.39 is a graph of extraction efficiency of LEDs having different surface patterns.
도40은 상이한 표면 패턴을 갖는 LED의 추출 효율의 그래프이다.40 is a graph of extraction efficiency of LEDs having different surface patterns.
도41은 상이한 표면 패턴을 갖는 LED의 추출 효율의 그래프이다.41 is a graph of extraction efficiency of LEDs having different surface patterns.
도42는 상이한 표면 패턴을 갖는 LED의 추출 효율의 그래프이다.42 is a graph of extraction efficiency of LEDs having different surface patterns.
도43은 LED의 방사 방출 스펙트럼과 비교된 상이한 패턴화된 표면을 갖는 2개의 LED의 푸리에 변환의 개략도이다.43 is a schematic of the Fourier transform of two LEDs with different patterned surfaces compared to the emission emission spectrum of the LEDs.
도44는 각도의 함수로서 상이한 표면 패턴을 갖는 LED의 추출 효율의 그래프이다.44 is a graph of extraction efficiency of LEDs having different surface patterns as a function of angle.
도45는 패턴화된 표면 상에 패턴화된 표면 및 형광체 층을 갖는 LED의 측면도이다.45 is a side view of an LED having a patterned surface and phosphor layer on the patterned surface.
도46은 다중 층 스택(multi-layer stack)의 단면도이다.Figure 46 is a cross sectional view of a multi-layer stack.
도47은 다중 층 스택의 단면도이다.47 is a cross sectional view of a multi-layer stack.
도48은 다중 층 스택의 단면도이다.48 is a cross sectional view of a multi-layer stack.
도49는 다중 층 스택의 단면도이다.49 is a cross-sectional view of a multi-layer stack.
도50은 기재 제거 공정의 측면도를 도시한다.50 shows a side view of a substrate removal process.
도51은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.51 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도52는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.52 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도53은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.53 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도54는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.54 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도55는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.55 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도56은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.56 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도57은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.57 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도58은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.58 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도59는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.59 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도60은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.60 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도61은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.61 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도62는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.62 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도63은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.63 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도64는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.64 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도65는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.65 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도66은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.66 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도67은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.67 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도68은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.68 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도69는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.69 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도70은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.70 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도71은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.71 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도72는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.72 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도73은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.73 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도74는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.74 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도75는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.75 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도76은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.76 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도77은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.77 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도78은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.78 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도79는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.79 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도80은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.80 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도81은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.81 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도82는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.82 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도83은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.83 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도84는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.84 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도85는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.85 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도86은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.86 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도87은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.87 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도88은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.88 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도89는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.89 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도90은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.90 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도91은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.91 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도92는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.92 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도93은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.93 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도94는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.94 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도95는 웨이퍼의 사시도이다.95 is a perspective view of a wafer.
도96은 웨이퍼의 사시도이다.96 is a perspective view of a wafer.
도97a는 LED의 사시도이다.97A is a perspective view of an LED.
도97b는 LED의 평면도이다.97B is a plan view of the LED.
도98a는 LED의 평면도이다.98A is a plan view of the LED.
도98b는 LED의 부분 단면도이다.98B is a partial cross-sectional view of the LED.
도98c는 등가 회로 다이어그램이다.98C is an equivalent circuit diagram.
도99a는 LED의 평면도이다.99A is a plan view of the LED.
도99b는 등가 회로도이다.99B is an equivalent circuit diagram.
도100a는 LED의 평면도이다.100A is a plan view of the LED.
도100b는 등가 회로도이다.100B is an equivalent circuit diagram.
도101a는 LED의 평면도이다.101A is a plan view of the LED.
도101b는 LED의 부분 단면도이다.101B is a partial cross-sectional view of the LED.
도101c는 LED의 부분 단면도이다.101C is a partial cross-sectional view of an LED.
도102는 접합 전류 밀도의 그래프이다.102 is a graph of junction current density.
도103a는 다중 층 스택의 평면도이다.103A is a top view of a multi-layer stack.
도103b는 LED의 부분 단면도이다.103B is a partial cross-sectional view of the LED.
도104는 접점의 도면이다.104 is a view of a contact.
도105는 패키지화된 LED의 다이어그램이다.105 is a diagram of a packaged LED.
도106은 패키지화된 LED 및 히트 싱크의 다이어그램이다.106 is a diagram of a packaged LED and a heat sink.
도107은 저항의 그래프이다.107 is a graph of resistance.
도108은 접합 온도의 그래프이다.108 is a graph of junction temperature.
도109는 패키지화된 LED의 다이어그램이다.109 is a diagram of a packaged LED.
도110a는 LED의 부분 단면도이다.110A is a partial cross-sectional view of an LED.
도110b는 LED의 패턴화된 표면의 평면도이다.110B is a top view of a patterned surface of the LED.
도110c는 LED의 패턴화된 표면의 평면도이다.110C is a top view of a patterned surface of the LED.
도110d는 LED의 패턴화된 표면의 평면도이다.110D is a top view of the patterned surface of the LED.
도111은 LED의 부분 단면도이다.111 is a partial sectional view of an LED.
도112는 LED의 부분 단면도이다.112 is a partial cross-sectional view of an LED.
도113은 LED의 부분 단면도이다.113 is a partial cross-sectional view of an LED.
도114는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.114 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도115는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.115 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도116은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.116 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도117은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.117 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도118은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.118 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도119는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.119 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도120은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.120 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도121은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.121 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도122는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.122 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도123은 LED의 부분 단면도이다.123 is a partial cross-sectional view of an LED.
도124는 LED의 부분 단면도이다.124 is a partial cross-sectional view of an LED.
도125는 LED의 부분 단면도이다.125 is a partial cross-sectional view of an LED.
도126은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.126 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도127은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.127 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도128은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.128 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도129는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.129 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도130은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.130 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도131은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.131 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도132는 다중 층 스택의 부분 단면도이다.132 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도133은 다중 층 스택의 부분 단면도이다.133 is a partial cross-sectional view of a multi-layer stack.
도134는 LED의 부분 단면도이다.134 is a partial cross-sectional view of an LED.
도135는 LED의 부분 단면도이다.135 is a partial cross-sectional view of an LED.
도136a 및 도136b는 반사 표면의 개략도이다.136A and 136B are schematic views of reflective surfaces.
도137은 발광 대 파장(light emission versus wavelength)의 그래프이다.137 is a graph of light emission versus wavelength.
도138a는 반사 표면의 개략도이다.138A is a schematic representation of a reflective surface.
도138b는 반사 표면의 개략도이다.138B is a schematic representation of the reflective surface.
도139a는 경계 조건의 개략도이다.139A is a schematic diagram of a boundary condition.
도139b는 차단 주파수의 그래프이다.139B is a graph of cutoff frequency.
도140은 발광 대 파장의 그래프이다.140 is a graph of luminescence versus wavelength.
도141은 발광 대 파장의 그래프이다.141 is a graph of luminescence versus wavelength.
다양한 도면에서 유사한 참조 기호는 유사한 요소를 지시한다.Like reference symbols in the various drawings indicate like elements.
도1은 그 내부에 LED(100)의 어레이(60)를 갖는 발광 시스템(50)의 개략도이다. 어레이(60)는 사용 중에 LED(100)(아래의 설명 참조)로부터 나온 광이 표 면(55)을 거쳐서 시스템(50)으로부터 나오도록 구성된다.1 is a schematic diagram of a
발광 시스템의 예는 프로젝터(예를 들면, 후방 프로젝션 프로젝터, 전방 프로젝션 프로젝터), 휴대형 전자 장치(예를 들면, 휴대폰, 개인 디지털 보조기, 랩톱 컴퓨터), 컴퓨터 모니터, 큰 면적 도로 표지(예를 들면, 고속도로 표지), 차량 내부 조명(예를 들면, 대시보드 조명), 차량 외부 조명(예를 들면, 색상 변경가능한 전조등을 포함하는 차량 전조등), 일반적인 조명(예를 들면, 사무실 천정 조명), 고휘도 조명(예를 들면, 가로등), 카메라 플래쉬, 의료 장치(예를 들면, 내시경), 원거리통신(예를 들면, 짧은 범위 데이터 전송용 플라스틱 섬유), 보안 감지(예를 들면, 생물 측정), 집적된 광전자 공학(예를 들면, 인트라칩 및 인터칩 광학 상호접속부 및 광학 시간 측정), 군용 원거리 통신(예를 들면, 지점 대 지점 통신), 바이오센싱(예를 들면, 유기 또는 무기 기재의 광 검출), 광역학적 치료(예를 들면, 피부 치료), 야간용 고글, 태양열 교통 조명, 비상 조명, 공항 활주로 조명, 항공기 조명, 수술용 고글, 착용가능한 광원(예를 들면, 구명 조끼)을 포함한다. 후방 프로젝션 프로젝터의 예는 후방 프로젝션 텔레비전이다. 전방 프로젝션 프로젝터의 예는 스크린 또는 벽과 같은 표면 상에 디스플레이하기 위한 프로젝터이다. 일부 실시예에서, 랩톱 컴퓨터는 전방 프로젝션 프로젝터를 포함할 수 있다.Examples of light emitting systems include projectors (eg rear projection projectors, front projection projectors), portable electronic devices (eg mobile phones, personal digital assistants, laptop computers), computer monitors, large area road signs (eg, Highway signs), vehicle interior lights (e.g. dashboard lights), vehicle exterior lights (e.g. vehicle headlights including color changeable headlights), general lighting (e.g. office ceiling lights), high brightness lighting (E.g. street lights), camera flash, medical devices (e.g. endoscopes), telecommunications (e.g. plastic fibers for short range data transmission), security sensing (e.g. biometrics), integrated Optoelectronics (e.g. intrachip and interchip optical interconnects and optical time measurement), military telecommunications (e.g. point-to-point communication), biosensing (e.g. organic or non- Light detection of substrate), photodynamic therapy (e.g. skin treatment), night goggles, solar traffic lights, emergency lights, airport runway lights, aircraft lights, surgical goggles, wearable light sources (e.g. life jackets) ). An example of a rear projection projector is a rear projection television. An example of a front projection projector is a projector for displaying on a surface such as a screen or a wall. In some embodiments, the laptop computer may include a front projection projector.
통상적으로, 표면(55)은 LED(100)로부터 나와서 표면(55) 상에 충돌하는 광의 적어도 약 20%(예를 들면, 적어도 약 30%, 적어도 약 40%, 적어도 약 50%, 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%)를 투과시키는 재료로 형성된다. 표면(55)이 형성될 수 있는 재료의 예는 유 리, 실리카, 석영, 플라스틱, 및 폴리머를 포함한다.Typically,
일부 실시예에서, 각각의 LED(100)로부터 나오는 광(예를 들면, 전체 광 세기, 파장의 함수로서의 광 세기 및/또는 피크 방출 파장)이 실질적으로 동일한 것이 바람직할 수 있다. 일 예는 (예를 들면, 선명한 풀 컬러 디스플레이를 달성하기 위한) 디스플레이 용도에서 실질적으로 단색 광원(예를 들면, LED)의 타임 시퀀싱(time sequencing)이다. 다른 예는 광학 시스템이 광원으로부터 광 가이드 그리고 광 가이드로부터 디텍터로 이동하는 광의 특정 파장을 갖는 것이 유리할 수 있는 원격 통신에서이다. 추가 예는 색상으로 신호를 나타내는 차량등이다. 부가적인 예는 의료 용도에 있다(예를 들면, 파장 또는 색상 반응이 유리할 수 있는 감광성 약물 활성화 또는 바이오센싱 용도).In some embodiments, it may be desirable for the light coming from each LED 100 (eg, total light intensity, light intensity as a function of wavelength and / or peak emission wavelength) to be substantially the same. One example is the time sequencing of substantially monochromatic light sources (eg, LEDs) in display applications (eg, to achieve a clear full color display). Another example is in telecommunications where it may be advantageous for the optical system to have a particular wavelength of light traveling from the light source to the light guide and from the light guide to the detector. A further example is a vehicle light which signals in color. Additional examples are in medical applications (eg, photosensitive drug activation or biosensing applications where wavelength or color responses may be advantageous).
일부 실시예에서, LED(100)의 적어도 일부로부터 나온 광(예를 들면, 전체 광 세기, 파장의 함수로서의 광 세기 및/또는 피크 방출 파장)은 상이한 LED(100)로부터 나온 광(예를 들면, 전체 광 세기, 파장의 함수로서의 광 세기 및/또는 피크 방출 파장)과는 상이한 것이 바람직할 수 있다. 예는 일반적인 조명에서이다(예를 들면, 다중 파장이 색상 렌더링 지수(CRI)를 개선할 수 있다). CRI는 비교가능한 상호관련된 온도의 기준 조명 시스템(예를 들면, 일광) 하에서 관찰될 때 이들 동일한 물체의 색상과 비교되는 발광 시스템에 의해서 조명될 때 물체가 경험하는 색상 변이(color shift)의 양의 측정이다. 다른 예는 카메라 플래쉬이다(예를 들면, 정오 일광의 CRI에 실질적으로 근접한 실질적으로 높은 CRI는 촬영되는 물체 또는 대상의 현실적인 렌더링을 위하여 바람직하다). 추가적인 예는 의료 장 치이다(예를 들면, 실질적으로 일치하는 CRI는 세포, 장기, 분비액 등의 차이 및/또는 식별을 위하여 유리하기 때문이다). 다른 예는 백라이트 디스플레이에 있다(예를 들면, 일부 CRI 백색광은 사람의 눈에 종종 더 즐겁거나 자연스럽다).In some embodiments, light from at least a portion of LED 100 (eg, total light intensity, light intensity as a function of wavelength, and / or peak emission wavelength) is light from different LEDs 100 (eg, , Total light intensity, light intensity as a function of wavelength and / or peak emission wavelength). An example is in general illumination (eg, multiple wavelengths can improve color rendering index (CRI)). CRI is a measure of the amount of color shift that an object experiences when illuminated by a luminescent system that is compared to the color of these same objects when viewed under a comparable correlated temperature reference illumination system (eg, daylight). Measurement. Another example is a camera flash (eg, a substantially high CRI substantially close to the CRI of noon daylight is preferred for realistic rendering of the object or object being photographed). A further example is a medical device (eg, because substantially matching CRI is advantageous for the identification and / or differences in cells, organs, secretions, etc.). Another example is in a backlit display (eg, some CRI white light is often more pleasant or natural to the human eye).
비록 어레이의 형태인 것으로 도1에 도시되지만, LED(100)는 상이하게 구성될 수 있다. 예로서, 일부 실시예에서, 시스템(50)은 단일 LED(100)를 포함한다. 다른 예로서, 특정 실시예에서 어레이는 다양한 광원으로부터의 광을 동일한 지점 상으로 각지게 향하는 것을 돕기 위하여 굴곡져 있다(예를 들면, 렌즈와 같은 광학 기구). 추가 예로서, 일부 실시예에서 장치의 어레이는 밀접한 패킹 및 고효율 표면 밝기를 허용하기 위하여 육각형으로 분포된다. 추가적인 예로서, 특정 실시예에서 소자는 어레이 내의 LED로부터 광을 결합 또는 반사하는 미러(예를 들면, 이색성 미러) 둘레에 분포된다.Although shown in FIG. 1 as being in the form of an array, the
도1에서, LED(100)로부터 나온 광은 LED(100)로부터 표면(55)으로 직접 이동하는 것으로 도시된다. 그러나, 일부 실시예에서 LED(100)로부터 나온 광은 LED(100)로부터 표면(55)으로의 간접적인 경로로 이동할 수 있다. 예로서, 일부 실시예에서 시스템(50)은 단일 LED(100)를 포함한다. 다른 예로서, 일부 시스템에서 LED(100)로부터의 광은 마이크로디스플레이 상으로(예를 들면, 디지털 광 프로세서(DLP) 또는 액정 디스플레이(LCD)와 같은 광 밸브 상으로) 집속(focus)된다. 추가적인 예로서, 일부 실시예에서는, 광은 다양한 광학 기구, 미러 또는 편광기(예를 들면, LCD용)를 통해서 안내된다. 부가적인 예로서, 일부 실시예에서 광은 예컨대 렌즈 또는 일 세트의 렌즈와 같은 1차 또는 2차 광학 기구를 통해서 투사된 다.In FIG. 1, light emitted from
도2a는 비램버시안 LED(1110)(아래 설명 참조), 렌즈(1120) 및 마이크로디스플레이(1130)를 포함하는 광학 디스플레이 시스템(1100)(상기 설명 참조)을 도시한다. LED(1110)는 렌즈(1120)로부터 거리(L1)만큼 이격되고, 마이크로디스플레이(1130)는 렌즈(1120)로부터 거리(L2)만큼 이격된다. 거리(L1) 및 거리(L2)는 렌즈(1120) 상에 충돌하는 LED(1110)에 의해 방출된 광에 대하여, 렌즈(1120)의 이미지 평면이 LED(1110)에 의해서 방출되는 광이 충돌하는 마이크로디스플레이(1130)의 표면과 일치하도록 선택된다.FIG. 2A shows an optical display system 1100 (see description above) that includes a non-lambertian LED 1110 (see description below), a
이러한 구성으로, 시스템(1100)은 LED(1110)에 의해서 방출되는 광을 LED(1110)에 의해서 방출되는 광에 의해서 조명되는 마이크로디스플레이(1130)의 표면의 형상과 대략 동일한 광을 방출하는 LED(1110)의 표면의 형상으로 마이크로디스플레이(1130)의 표면을 비교적 효율적으로 조명하는 데 이용할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서 마이크로디스플레이(1130)의 어스펙스비에 대한 LED(1110)의 어스펙스비의 비는 대략 0.5 내지 대략 2(예를 들면, 약 9/16 내지 약 16/9, 약 3/4 내지 약 4/3, 약 1)일 수 있다. 마이크로디스플레이(1130)의 어스펙트비는, 예를 들면 1920×1080, 640×480, 800×600, 1024×700, 1024×768, 1024×720, 1280×720, 1280×768, 1280×960 또는 1280×1064 일 수 있다.In this configuration, the
일반적으로, 마이크로디스플레이(1130)의 표면 및/또는 LED(1110)의 표면은 임의의 원하는 형상을 가질 수 있다. 이러한 형상의 예는 정사각형, 원형, 직사각형, 삼각형, 사다리꼴 및 육각형을 포함한다.In general, the surface of
일부 실시예에서, 광학 디스플레이 시스템은 LED(1110)에 의해서 방출된 광에 의해서 조명되는 마이크로디스플레이(1130)의 표면의 형상과 대략 동일한 광을 방출하는 LED(1110)의 표면의 형상을 여전히 가지면서 LED(1110)과 마이크로디스플레이(1130) 사이의 렌즈가 없이도 마이크로디스플레이(1130)의 표면을 효과적으로 조명할 수 있다. 예를 들면, 도2b는 정사각형 LED(1110)가 LED(1110)와 마이크로디스플레이(1130) 사이에 렌즈가 없이 정사각형 마이크로디스플레이(1130) 상으로 투영되는 시스템(1102)을 도시한다. 다른 예로서, 도2c는 사각형 LED(1110)가 LED(1110)와 마이크로디스플레이(1130) 사이에 렌즈를 갖지 않고 사각형 마이크로디스플레이(1130)(유사하게 비례되는 어스펙트비를 가짐) 상으로 투영될 수 있는 광학 디스플레이 시스템(1104)을 도시한다.In some embodiments, the optical display system still has the shape of the surface of the
특정 실시예에서, 애너모픽 렌즈가 LED(1110)와 마이크로디스플레이(1130) 사이에 배치될 수 있다. 이는 예를 들면 LED(1110)의 어스펙트비가 마이크로디스플레이(1130)의 어스펙트비와 실질적으로 상이한 때에 바람직할 수 있다. 예로서, 도2d는 실질적으로 정사각형 표면을 갖는 LED(1110), 실질적으로 직사각형 표면(예를 들면, 약 16:9 또는 약 4:3)을 갖는 마이크로디스플레이(1130) 및 LED(1110)와 마이크로디스플레이(1130) 사이에 배치된 애너모픽 렌즈(1120)를 포함하는 시스템(1106)을 도시한다. 이 예에서, 애너모픽 렌즈(1120)는 LED(1110)에 의해서 방출된 광의 형상을 마이크로디스플레이(1130)의 표면의 형상과 실질적으로 일치하도록 변환하는 데 이용될 수 있다. 이는 LED(1110)의 표면에 의해서 방출되어 마이크로디스플레이(1130)의 표면 상에 충돌하는 광의 양을 증가시킴으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.In certain embodiments, an anamorphic lens may be disposed between the
도3은 LED(1110), 렌즈(1120) 및 마이크로디스플레이(1130)를 포함하는 광학 디스플레이 시스템(1200)을 도시한다. LED(1110)의 발광 표면은 전기 리드(1115)가 부착되는 접점 구역을 갖는다(아래 설명 참조). LED(1110)는 렌즈(1120)로부터 거리(L3)만큼 이격되고, 마이크로디스플레이(1130)는 렌즈(1120)로부터 거리(L4)만큼 이격된다. 리드(1115)는 광이 LED(1110)의 접점 구역으로부터 방출되는 것을 차단한다. 만일 LED(1110)에 의해서 방출된 광이 충돌하는 마이크로디스플레이(1130)의 표면의 평면이 렌즈(1120)의 이미지 평면과 일치하면, LED(1110)의 발광 표면의 접점 구역에 대응하는 한 세트의 다크 스팟(1202)이 마이크로디스플레이(1130)의 이러한 표면 상에 나타날 수 있다. 다크 스팟(dark spot)으로 덮이는 마이크로디스플레이(1130)의 이러한 표면의 면적을 감소시키기 위하여, 거리(L3, L4)는 렌즈(1120) 상에 충돌하는 LED(1110)에 의해서 방출된 광에 대하여, 렌즈(1120)의 이미지 평면이 LED(1110)에 의해서 방출된 광이 충돌하는 마이크로디스플레이(1130)의 표면의 평면과 일치하지 않도록 선택된다(즉, LED(1110)에 의해서 방출된 광이 충돌하는 마이크로디스플레이(1130)의 표면의 평면과 렌즈(1120)의 이미지 평면 사이에는 거리(ΔL)가 존재한다). 이 구성으로, LED(1110)로부터의 광이 LED(1110)에 의해서 방출된 광이 충돌하는 마이크로디스플레이(1130)의 표면의 평면에서 초점이 흐려지게 되고, 광의 결과적인 강도는 렌즈(1120)의 이미지 평면에서보다는 마이크로디스플레이(1130)의 이러한 표면 상에서 더 균일해진다. LED와 마이크로디스플레이(1130) 사이의 전체 거리는 LED(1110)와 이미지 평면(1150) 사이의 거리(L5) 더하기 거리(ΔL)로서 표현될 수 있다. 일반적으로, LED(1110)와 마이크로디스플레이(1130) 사이의 거리를 증가함에 따라서 ΔL이 증가되기 때문에, 다크 스팟의 강도는 감소되지만 마이크로디스플레이(1130)의 표면 상에 충돌하는 LED(1110)에 의해서 방출된 광의 강도는 감소된다. 다르게는, 마이크로디스플레이는 LED(1110)와 마이크로디스플레이(1130) 사이의 거리가 감소하도록 이동될 때, 강도는 이미지 평면에서의 강도보다 더 커지지만, 마이크로디스플레이는 단지 부분적으로 조명될 수도 있다. 일부 실시예에서, ΔL/L5의 절대값은 대략 0.00001 내지 대략 1(예를 들면, 대략 0.00001 내지 대략 0.1, 대략 0.00001 내지 대략 0.01, 대략 0.00001 내지 대략 0.001, 또는 대략 0.00001 내지 대략 0.0001)이다. 일부 실시예에서, 다수의 LED가 단일 마이크로디스플레이(예를 들면, 3×3 매트릭스의 LED)를 조명하기 위하여 이용될 수도 있다. 이러한 시스템은 다수의 LED가 단일 마이크로디스플레이를 조명하기 위하여 배열될 때, 만일 하나의 LED가 고장일 때도 시스템은 여전히 이용가능할 수 있기 때문에 바람직할 수 있다(그러나 다크 스팟이 특정 LED로부터의 광의 부재에 기인하여 발생될 수도 있다). 만일 다수의 LED가 단일 마이크로디스플레이를 조명하기 위하여 이용된다면, 광학 시스템은 다크 스팟이 마이크로디스플레이의 표면 상에 보이지 않도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 마이크로디스플레이는 LED 사이의 영역이 다크 스팟을 유발하지 않도록 이미지 평면의 외부로 이동될 수 있다.3 shows an
일부 실시예에서, 마이크로디스플레이(1130)의 표면 상의 다크 스팟의 강도는 LED(1110)의 표면의 접점 구역을 적절하게 구성함에 의해서 감소될 수 있다. 예를 들면, 도4a는 접점 구역이 LED(1110)의 주변 둘레에 배치된 LED(1110)의 평면도이다. 이 구성으로, 렌즈의 존재의 유무로(디포커싱의 유무로), 광학 디스플레이 시스템은 표면(1130) 상의 LED(1110)의 표면의 접점 구역에 의해서 생성된 다크 스팟의 강도가 비교적 작도록 구성될 수 있다(예를 들면, 마이크로디스플레이(1130)의 표면의 영역을 적절하게 함으로써). 이 방법은 다수의 LED(예를 들면, 3×3 매트릭스의 LED)를 포함하는 시스템에도 이용될 수도 있다.In some embodiments, the intensity of the dark spot on the surface of the
다른 예로서, 도4b는 LED(1110) 및 마이크로디스플레이(1130)를 포함하는 광학 디스플레이 시스템(300)을 도시한다. LED(1110)는 다크 스팟(1202)이 마이크로디스플레이(1130)의 표면 상에 투영되지 않는 구역에서 나타나도록 선택된 리드(1115)에 의해서 형성된 접점 구역을 포함한다. 이 예에서, 마이크로디스플레이(1130)의 표면은 다크 스팟이 렌즈(1120)의 이미지 평면에서 마이크로디스플레이 상에 투영되는 영역의 외부에 있도록 렌즈(1120)의 이미지 평면에 위치될 수 있다. 만일 LED(1110)의 형상이 마이크로디스플레이(1130)의 형상과 일치한다면, 리드(1115)는 예를 들면 이의 주변부 둘레에 LED(1110)의 표면 상에 배치될 수 있다. 이 예에서, 표면(1110)의 접점 구역 내부의 영역은 마이크로디스플레이(1130)의 표면에 일치한다(예를 들면, 어스펙트비가 유사하다). 이 방법은 다수의 LED(예를 들면, 3×3 매트릭스의 LED)를 포함하는 시스템에 이용될 수 있다.As another example, FIG. 4B shows an
추가 예로서, 도5는 LED(1110) 및 마이크로디스플레이(1130)를 포함하는 광학 디스플레이 시스템(1700)을 도시한다. LED(1110)는 또한 렌즈(1120)에 LED(1110)로부터 방출된 광을 안내하는 균질기(1702)(또한 광 터널 또는 광 파이프 로 불림) 및 리드(1115)에 의해서 형성된 접점 구역을 포함한다. 균질기(1702)의 내부 표면을 벗어나 LED(1110)에 의해서 방출된 광의 전체 내부 반사는 광의 실질적으로 균일한 출력 분포를 생성할 수 있고 마이크로디스플레이(1130)가 LED(1110)에 의해서 실질적으로 균일하게 조명되도록 리드(1115)에 의해서 유발되는 다크 스팟의 출현을 감소시킬 수 있다(예를 들면, 이미지 평면(1131) 내에 생성된 이미지는 실질적으로 균일하다).As a further example, FIG. 5 shows an
선택적으로, 시스템(1700)은 하나 이상의 부가적인 광학 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 광학 디스플레이 시스템(1700)은 또한 균질기 내로 광을 집중시키기 위하여 균질기보다 앞의 경로에 배치된 렌즈를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 균질기(1702)의 개구의 어스펙트비는 LED(1110)가 균질기(1702)에 밀접하게 근접하여 장착될 때 부가적인 렌즈가 필요하지 않도록 또는 균질기(1702)로의 광의 더 효율적인 결합이 균질기(1702) 이전의 렌즈로 가능하도록 LED(1110)의 것에 일치한다.Optionally,
부가적인 예로서, 도6은 LED(1110) 및 마이크로디스플레이(1130)를 포함하는 광학 디스플레이 시스템(1710)을 도시한다. LED(1110)는 또한 리드(1115)에 의해서 형성된 접점 구역 및 LED(1110)와 렌즈(1120) 사이에 배치된 한 세트의 다수의 렌즈(1712)를 포함한다. 렌즈(1712)는 크기, 형상 및 개수가 변할 수 있다. 예를 들면, 렌즈(1712)의 개수 및 크기는 LED(1110)의 단면적에 비례할 수 있다. 일부 실시예에서, 렌즈(1712)는 예를 들면 대략 1㎜에서 대략 10㎝까지 변하는 크기를 갖는 대략 1 내지 대략 100 렌즈의 일 세트를 포함한다. LED(1110)에 의해서 방출 된 광은 렌즈(1712)로 들어가서 굴절된다. 렌즈(1712)의 표면이 만곡되어 있기 때문에, 광은 렌즈(1712)로부터 나온 비임이 중첩되게 하는 상이한 각도로 굴절한다. 비임의 중첩은 마이크로디스플레이(1130)가 LED(1110)에 의해서 실질적으로 균일하게 조명되도록 리드(1115)에 의해서 유발된 다크 스팟의 출현을 감소시킨다(예를 들면, 이미지 평면(1131)에 생성된 이미지는 실질적으로 균일하다).As an additional example, FIG. 6 shows an
광학 디스플레이 시스템이 단일 렌즈를 갖는 것으로 기술되지만, 일부 실시예에서 다수의 렌즈가 사용될 수 있다. 또한, 어떤 실시예에서, 렌즈(들) 이외에 하나 이상의 광학 구성 요소가 사용될 수 있다. 이러한 광학 구성 요소의 예는 미러, 리플렉터, 편광 비임 스플리터, 프리즘, 전체 내부 반사 프리즘, 광섬유, 광 가이드 및 비임 균질기를 포함한다. 시스템의 구성 요소의 대응하는 배열 뿐만 아니라 적절한 광학 구성 요소의 선택이 당업자에게 공지되어 있다.Although the optical display system is described as having a single lens, in some embodiments multiple lenses may be used. Also, in some embodiments, one or more optical components may be used in addition to the lens (s). Examples of such optical components include mirrors, reflectors, polarizing beam splitters, prisms, total internal reflective prisms, optical fibers, light guides, and beam homogenizers. The selection of appropriate optical components as well as the corresponding arrangement of the components of the system is known to those skilled in the art.
더욱이, 비록 광학 디스플레이 시스템이 하나의 비램버시안 LED를 포함하는 것으로 기술되었지만, 일부 실시예에서 하나 이상의 비램버시안 LED가 마이크로디스플레이(1130)를 조명하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, 도7은 마이크로디스플레이(1130)의 표면과 광학적으로 연통하는 청색 LED(대략 450 내지 480㎚의 주 출력 파장을 갖는 LED)(1410), 녹색 LED(대략 500 내지 550㎚의 주 출력 파장을 갖는 LED)(1420), 및 적색 LED(대략 610 내지 650㎚의 주 출력 파장을 갖는 LED)(1430)를 포함하는 시스템(1500)을 도시한다. LED(1410, 1420, 1430)는 동시에, 순차적으로 또는 둘 모두로 활성화되도록 배열될 수 있다. 다른 실시예에서, LED의 적어도 일부가 별도의 마이크로디스플레이 표면과 광학적으로 연통할 수도 있다.Moreover, although the optical display system has been described as including one non-lamberian LED, in some embodiments one or more non-lamberian LEDs may be used to illuminate the
일부 실시예에서, LED(1410, 1420, 1430)는 순차적으로 활성화된다. 이러한 실시예에서, 관찰자의 눈은 일반적으로 다수의 색상의 LED에 의해서 생성된 이미지를 보유 및 합성한다. 예를 들면, 만일 프레임의 특정 픽셀(또는 픽셀의 세트) 또는 마이크로디스플레이(또는 마이크로디스플레이의 부분)가 자주색으로 의도된다면, 마이크로디스플레이의 표면은 리프레쉬 사이클의 적절한 부분 동안 적색 LED(1430) 및 청색 LED(1410)로 조명될 수 있다. 관찰자의 눈은 적색 및 청색을 결합하여 자주색 마이크로디스플레이를 "본다". 인간이 LED의 순차적인 조명을 알아채지 못하도록, 적절한 주파수(예를 들면 120㎐보다 큰 리프레쉬율) 갖는 리프레쉬 사이클이 이용될 수 있다.In some embodiments, the
LED(1410, 1420, 1430)는 변하는 강도 및 휘도를 가질 수도 있다. 예를 들면, 녹색 LED(1420)는 적색 LED(1430) 또는 청색 LED(1410)보다 낮은 효율을 가질 수도 있다. 낮은 효율을 갖는 특정 LED(예를 들면 녹색 LED(1420)) 때문에, 비교적 낮은 효율 LED(예를 들면, LED(1420))에 의해서 방출된 광의 색(예를 녹색)의 충분하게 높은 휘도로 마이크로디스플레이의 표면을 조명하기 어려울 수 있다. 효율의 이러한 불균등을 보상하기 위하여(광 휘도의 차이 때문에 왜곡되지 않은 이미지를 생성하기 위하여), 다수의 LED의 활성화 사이클이 조정될 수 있다. 예를 들면, 최저 효율 LED는 더 높은 효율 LED보다 긴 활성화 시간(즉, 더 긴 시간 동안 온)이 할당될 수도 있다. 특정 예에서, 적색/녹색/청색 프로젝션 시스템에 대하여, 1/3:1/3:1/3 듀티 사이클 할당 대신에, 사이클은 1/6:2/3:1/6(적색:녹색:청색) 의 비율일 수도 있다. 다른 예에서, 사이클은 0.25:0.45:0.30(적색:녹색:청색)의 비율일 수도 있다. 다른 예에서, 녹색 LED의 활성화에 제공된 듀티 사이클은 더 증가될 수도 있다. 예를 들면, 녹색 LED(1420)를 투영하는 데 제공된 듀티 사이클은 약 40% 초과(예를 들면, 약 45% 초과, 약 50% 초과, 약 60% 초과, 약 70% 초과, 약 80% 초과, 약 90 % 초과)일 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 LED에 대한 듀티 사이클은 상이하다. 예로서, 적색 LED(1430)에 대한 듀티 사이클은 청색 LED(1410)에 대한 듀티 사이클보다 클 수 있다. 비록 LED의 강도 및/또는 휘도에 기초하여 선택되는 시스템이 설명되지만, 일부 시스템에서 LED의 활성화 시간은 하나 이상의 변수에 기초하여 선택될 수도 있다. 일부 예에서, 최저 효율 발광 소자의 활성화 시간은 다른 발광 소자의 활성화 시간의 적어도 약 1.25 배(예를 들면, 적어도 약 1.5 배, 적어도 약 2배, 적어도 약 3배)이다.The
도8a는 관련 LCD 패널(1728, 1730, 1732)의 표면과 광학적으로 연통하는 (예를 들면, 전술된 것과 같은) 청색 LED(1410), 녹색 LED(1420) 및 적색 LED(1430)를 포함하는 액정 디스플레이(LCD)기반 광학 디스플레이 시스템(1720)의 실시예를 도시한다. 광학 디스플레이 시스템(1720)은 또한 LED(1410, 1420, 1430) 사이의 대응하는 광학 경로에 렌즈(1722, 1724, 1726)와 관련 LCD 패널(1728, 1730, 1732)을 포함한다. 렌즈(1722, 1724, 1726)는 관련 LCD 패널(1728, 1730, 1732) 상으로 광을 집중시킨다. 광학 디스플레이 시스템(1720)은 투사 렌즈(1735) 또는 다른 디스플레이로 안내될 수 있는 단일 비임(1736)(화살표로 지시됨)으로 LCD 패널(1728, 1730, 1732)로부터의 광의 다수의 비임을 결합하는 장치(1734)(예를 들면, x-큐브) 를 더 포함한다. 선택적으로, 광학 디스플레이 시스템(1720)은 다른 편광(예를 들면 's' 편광)을 반사하면서 원하는 편광(예를 들면 'p' 편광)을 전달하는 편광기를 포함할 수 있다. 편광기는 LED(1410, 1420, 1430)와 관련 렌즈(1722, 1724, 1726) 사이의 경로, 렌즈(1722, 1724, 1726)와 관련 LCD 패널(1728, 1730, 1732) 사이의 경로, 또는 광학 경로를 따른 다른 위치에 배치될 수 있다. 도8b에 도시된 것과 같이, 일부 실시예에서, LED(예를 들면, LED(1430))의 어스펙트비는 전술한 것과 같이 마이크로디스플레이(예를 들면, 마이크로디스플레이(1732)의 어스펙트비에 일치될 수 있다.8A includes a
도9는 관련 렌즈(1722, 1724, 1726)(전술된 것과 같음)와 광학적으로 각각 연통하는 청색 LED(1410), 녹색 LED(1420) 및 적색 LED(1430)(전술된 것과 같음)를 포함하는 디지털 광 프로세서(DLP)계 광학 디스플레이 시스템(1750)의 실시예를 도시한다. LED(1410, 1420, 1430)로부터 방출된 광은 관련 렌즈(1722, 1724, 1726)를 통과하고 LED(1410, 1420, 1430)에 의해서 방출된 광의 다수의 비임을 전체 내부 반사(TIR) 프리즘(1752)으로 안내될 수 있는 단일 비임으로 결합하는 장치(1734)에 의해서 수집된다. 예를 들면, x-큐브(1734)로부터 나온 광은 미러(1754) 또는 광 가이드와 같은 다른 장치에 의해서 TIR 프리즘(1752)로 안내될 수 있다. TIR 프리즘(1752)은 광을 반사하여 광을 LDP 패널(1756)로 안내한다. DLP 패널(1756)은 특정 이미지를 생성하도록 작동될 수 있는 복수의 미러를 포함한다. 예를 들면, 특정 미러는 광이 프로젝션(1755)으로 안내되도록 광(1760)(화살표로 지시됨)을 반사하거나 또는 광이 프로젝션 렌즈(1755)로부터 멀리 반사되도록 할 수 있다. LED(1410, 1420, 1430) 및 DLP 패널(1756)의 조합은 신호의 더 큰 제어를 허용한다. 예를 들면, LDP(1756) 상으로 보내진 데이터의 양은 DLP 패널(1756) 내의 미러에 부가하여 LED(1410, 1420, 1430)를 온 오프 절환함에 의해서 감소될 수 있다(더 큰 절환 주파수를 허용). 예를 들면, 만일 특정 이미지에서 적색이 필요하지 않으며, 적색 LED(1430)는 오프 절환될 수 있어 관련 미러를 절환하기 위하여 LDP(1752)로 신호를 보낼 필요를 없앨 수 있다. LED를 조정하는 능력은 예를 들면 색 품질, 이미지 품질 또는 대조를 개선할 수 있다.9 includes a
도10은 관련 편광 비임 스플리터(1774, 1778, 1782)와 각각 광학적으로 연통하는 청색 LED(1410), 녹색 LED(1420), 및 적색 LED(1430)(전술된 것과 같음)을 포함하는 액정 온 실리콘(LCOS)계 광학 디스플레이 시스템(1770)의 특정 실시예를 도시한다. LED(1410, 1420, 1430)로부터 방출된 광은 관련 편광 비임 스플리터(1774, 1778, 1782)를 통과하고 관련 LCOS 패널(1772, 1776, 1780) 상으로 투사된다. LCOS 패널(1772, 1776, 1780)이 광의 모든 편광에 민감하지 않기 때문에, 편광 비임 스플리터(1774, 1778, 1782)는 LCOS 패널(1772, 1776, 1780)의 민감도에 기초하여 특정 편광으로 광을 편광시킨다(예를 들면, 원하는 편광(예를 들면 'p' 편광)을 투과시키고 다른 편광(예를 들면, 's' 편광)은 반사시킴으로써 일부 광의 편광 및 다른 편광을 통과시킴). LCOS 패널(1772, 1776, 1780)로부터 반사된 광은 프로젝션 렌즈(1795)로 안내되는 비임(1790)(화살표에 의해 지시됨)을 생성하기 위하여 다수의 LCOS 패널(1772, 1776, 1780)로부터의 광의 비임을 결합하는 장치(1734)(예를 들면 x-큐브)에 의해서 수집된다.10 illustrates a liquid crystal on silicon comprising a
비록 상기 예에서 광학 디스플레이 시스템은 적색, 녹색 및 청색 발광 소자를 포함하지만, 다른 색 및 조합이 가능하다. 예를 들면, 시스템은 오직 3개의 색을 가질 필요는 없다. 황색과 같은 부가적인 색이 포함되고 듀티 사이클의 일부가 할당될 수도 있다. 다르게는, 상이한 주 파장을 갖는 다수의 LED가 결과적인 색을 생성하도록 광학적으로 결합될 수도 있다. 예를 들면, 청색-녹색 LED(예를 들면, 청색과 녹색의 파장 사이의 주 파장을 갖는 LED)는 "녹색" 광을 생성하기 위하여 황색 LED와 결합될 수 있다. 일반적으로 LED의 수 및 각각의 LED의 색은 원하는 데로 선택될 수 있다. 부가적인 마이크로디스플레이가 또한 포함될 수 있다.Although the optical display system in this example includes red, green and blue light emitting elements, other colors and combinations are possible. For example, the system does not have to have only three colors. Additional colors such as yellow may be included and a portion of the duty cycle may be assigned. Alternatively, multiple LEDs with different main wavelengths may be optically combined to produce the resulting color. For example, blue-green LEDs (eg, LEDs having a primary wavelength between blue and green wavelengths) can be combined with yellow LEDs to produce "green" light. In general, the number of LEDs and the color of each LED can be selected as desired. Additional microdisplays may also be included.
일부 실시예에서, 덜 효율적인 LED(예를 들면, 녹색)를 위한 듀티 사이클은 다양한 데이터 압축 기술 및 알고리듬에 의해서 증가될 수 있다. 예를 들면, 각각의 이미지를 재구성하는 데 요구되는 전체 정보가 아닌 이전 이미지로부터 이미지 정보의 차이만을 보내는 것은 데이터 비율의 증가를 허용한다. 이 방법을 이용하면, 적은 데이터가 보내지는 것이 필요해서, 주어진 리프레쉬 사이클에 대한 더 높은 데이터 비율 및 상보적인 색을 위한 감소된 듀티 사이클을 허용한다.In some embodiments, the duty cycle for less efficient LEDs (eg, green) may be increased by various data compression techniques and algorithms. For example, sending only the difference of the image information from the previous image, rather than the entire information required to reconstruct each image, allows for an increase in the data rate. Using this method, less data needs to be sent, allowing a higher data rate for a given refresh cycle and a reduced duty cycle for complementary colors.
주어진 마이크로디스플레이를 조명하는 데 다수의 LED가 사용되는 실시예에서, 광학 구성 요소는 하나 이상의 LED와 마이크로디스플레이 사이의 광 경로를 따라 존재할 수도 존재하지 않을 수도 있다. 예를 들면, x-큐브 또는 한 세트의 이색성 미러가 단일 마이크로디스플레이 상으로 다수의 LED로부터의 광을 결합하는 데 사용될 수 있다. 광학 구성 요소가 광 경로를 따라서 존재하는 실시예에서, 상이한 광학 구성 요소가 각각의 LED에 대해 사용될 수 있고(예를 들면 만일 LED의 표면이 상이한 크기 또는 형상이면), 또는 같은 광학 구성 요소가 하나 이상의 LED를 위하여 사용될 수 있다.In embodiments in which multiple LEDs are used to illuminate a given microdisplay, optical components may or may not be present along the light path between one or more LEDs and the microdisplay. For example, an x-cube or a set of dichroic mirrors can be used to combine light from multiple LEDs onto a single microdisplay. In embodiments where optical components are present along the light path, different optical components may be used for each LED (eg, if the surface of the LEDs are of different size or shape), or the same optical component is one It can be used for the above LED.
일부 실시예에서, 이미지의 원하는 색도에 기초하여 특정 색에 대한 휘도를 다르게 하는 것이 특정 LED에 할당되는 활성화 시간의 일부분에 대해서 디스플레이를 조명함에 의해서 달성될 수도 있다. 예를 들면, 진한 청색을 얻기 위하여, 청색 LED는 전체 할당된 활성화 시간 동안 활성화될 수 있고 덜 진한 청색을 얻기 위하여 전체 할당된 활성화 시간 중 오직 일부분 동안 활성화된다. 디스플레이를 조명하기 위하여 이용되는 활성화 시간의 일부는 예를 들면 마이크로디스플레이에 광을 통과시키도록 또는 마이크로디스플레이로부터 멀리 광을 반사하도록 위치설정될 수 있는 한 세트의 미러에 의해서 조정될 수 있다.In some embodiments, varying the luminance for a particular color based on the desired chromaticity of the image may be achieved by illuminating the display for a portion of the activation time allocated to the particular LED. For example, to get dark blue, the blue LED can be activated for the entire assigned activation time and only for a portion of the total assigned activation time to get less dark blue. Part of the activation time used to illuminate the display can be adjusted by a set of mirrors that can be positioned to, for example, pass light through the microdisplay or reflect light away from the microdisplay.
특정 실시예에서, 가동 마이크로디스플레이의 어레이(예를 들면, 가동 미러)가 원하는 강도를 생성하도록 작동된다. 예를 들면, 각각의 마이크로미러가 픽셀을 나타내고 픽셀의 강도가 마이크로디스플레이의 위치설정에 의해서 결정될 수 있다. 예를 들면, 마이크로미러가 온 또는 오프 상태일 수 있고 LED의 특정 색상의 활성화 시간 동안 온 상태에서 보내는 시간의 부분이 이미지의 강도를 결정한다.In certain embodiments, an array of movable microdisplays (eg, movable mirrors) is operated to produce the desired intensity. For example, each micromirror represents a pixel and the intensity of the pixel can be determined by positioning of the microdisplay. For example, the micromirror may be on or off and a portion of the time spent in the on state during the activation time of a particular color of LED determines the intensity of the image.
일반적으로, 다수의 LED가 사용되는 실시예에서, 하나 이상의 LED(예를 들면, 각각의 LED)가 마이크로디스플레이(1130)의 어스펙트비에 대하여 전술된 어스펙트비 관계를 가질 수 있다.In general, in embodiments where multiple LEDs are used, one or more LEDs (eg, each LED) may have the aspect ratio relationship described above with respect to the aspect ratio of the
도11은 LED(1110), 마이크로디스플레이(1130), 냉각 시스템(1510) 및 LED(1110)와 열 연통하고 냉각 시스템(1510)과 전기적으로 연통하는 센서(1520)를 포함하여 시스템(1600)의 사용 동안 센서(1520)와 냉각 시스템(1510)이 LED(1110)의 온도를 조절하기 위하여 이용될 수 있는 광학 디스플레이 시스템(1600)을 도시한다. 이는 예를 들면 LED(1110)가 비교적 큰 LED(아래 설명 참조)일 때 이러한 LED가 상당한 양의 열을 발생시킬 수 있기 때문에 바람직할 수 있다. 도11에 도시된 구성으로, LED(1110)로의 파워 입력의 양은 LED(1110)를 냉각시키기 위한 센서(1520) 및 냉각 시스템(1510)의 사용을 통해서 LED(1110)를 손상시킬 위험을 감소시키면서 (주로, 높은 구동 전료에서 증가된 작동 효율로) 증가될 수 있다. 냉각 시스템의 예는 열 전기 쿨러, 팬, 히트 파이프 및 액체 냉각 시스템을 포함한다. 센서(1520)는 예를 들면 수동으로 제어되거나 또는 컴퓨터로 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 센서를 포함하지 않을 수도 있다(예를 들면, 냉각 시스템(1510)은 영구적으로 온일 수 있고 또는 수동으로 제어될 수도 있다). 냉각 시스템의 사용은 과도한 온도로부터 기인한 LED로의 손상의 가능성을 감소시키고 더 높은 구동 전류에서 LED의 효율을 증가시키는 것과 같은 다수의 이점을 제공할 수 있다. 냉각 시스템은 또한 온도에 의해서 유발되는 파장의 시프트를 감소시킬 수도 있다.11 illustrates a
일부 실시예에서, 비램버시안 LED를 사용하는 것은 광의 불균일한 각도 분포를 일으킨다. 이러한 실시예에서, 마이크로디스플레이는 각도의 비균일성의 출현을 감소시키기 위하여 이미지 평면으로부터 멀리 이동될 수 있다. 특정 실시예에서, 마이크로디스플레이로의 정보 흐름은 전기적인 또는 광학적인 접속을 이용함에 의해서 달성될 수 있다. 일부 예에서, 정보 흐름의 속도는 광학 접속을 이용함에 의해서 증가될 수 있다.In some embodiments, using a non-lambertian LED results in non-uniform angular distribution of light. In such an embodiment, the microdisplay can be moved away from the image plane to reduce the appearance of non-uniformity of the angle. In certain embodiments, the flow of information to the microdisplay can be accomplished by using an electrical or optical connection. In some examples, the speed of information flow can be increased by using optical connections.
일부 실시예에서, PLLED 또는 다른 비램버시안 소스의 크기는 증가될 수 있고 광은 더 작은 각도에서 수집될 수 있다. 이는 디스플레이 상에서 이미지의 휘도를 증가시킬 수 있다.In some embodiments, the size of the PLLED or other non-lamberian source may be increased and light may be collected at smaller angles. This may increase the brightness of the image on the display.
도12a 및 도12b는 다수의 LED(2202), 광 균질기(2208) 및 액정 디스플레이(LCD) 패널(2212)을 포함하는 광학 디스플레이 시스템(2200)을 도시한다. LED(2202)는 LCD 패널(2212)의 에지(2211)를 따라 배치되고 LCD 패널(2212)을 조명하기 위하여 광을 방출하여(화살표(2206)로 표시됨), LCD 패널(2212)이 이미지를 표시하는 것을 허용한다. LED(2202)에 의해서 방출된 광(2206)은 LCD 패널(2212)로 광(2206)을 안내하는(화살표(2210)에 의해서 표시됨) 광 균질기(2208)(예를 들면, 광 터널, 광 파이프) 상에 충돌한다. 균질기(2208)의 내측 표면에서 벗어난 광(2206)의 전체 내부 반사는 LCD 패널(2212)이 LED(2202)에 의해서 실질적으로 균일하게 조명되도록 광(2210)의 실질적으로 균일한 출력 분포를 생성한다(예를 들면, LCD 패널(2212)의 에지(2211)로 들어가는 광의 분포는 실질적으로 균일하다). 예를 들면, 일부 실시예에서, 실질적으로 균일한 광 분포는 에지(2211) 상의 상이한 위치에서 최대 약 20%(예를 들면, 최대 약 10%, 최대 약 5%, 최대 약 1%)만큼 변하는 에지(2211)로 들어가는 광의 강도 및/또는 색 분포를 갖는 광 분포를 포함한다. LCD 패널(2212)의 에지(2211)로 들어가는 것에 이어서, 광(2211)은 LCD 패널(2212)의 내부 표면을 벗어나서 및/또는 중심에서 산란하여 반사되고(화살표(2215)에 의해서 표시됨) LCD 패널(2212)의 전방 표면으로부터 나온다(화살 표(2217)에 의해서 표시됨).12A and 12B show an
LED(2202)는 상이한 파장의 광(예를 들면, 적색, 녹색, 청색, 시안, 황색, 마젠타)을 방출하는 또는 단색 광(예를 들면 실질적으로 백색)을 방출하는 다수의 장치를 포함할 수 있다. 비록 도12a 및 도12b에 도시된 광학 디스플레이 시스템(2200)에서, LED(2202)으로부터 방출된 광(2206)이 도13에 도시된 것과 같이 균질기(2208)를 통과하지만, 일부 실시예에서 LED(2202)로부터 방출된 광(화살표(2214)로 표시됨)이 부가적인 광학 구성 요소를 통과하지 않고 LCD 패널(2212)의 에지(2211)에 충돌한다. 일부 실시예에서, 실질적으로 균일한 광 분포는 광이 오프 반사 표면을 바운스하거나 또는 LCD 패널(2212) 내에서 중심을 산란시키는 것과 같이 LCD 패널(2212) 내부에서 LED(2202)에 의해서 방출된 상이한 파장 또는 색의 광을 혼합함에 의해서 형성될 수 있다고 믿어진다(도12b에 도시된 것과 같음).
도14a는 LCD 패널(2212)에 조명을 제공하는 다수의 LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d)를 포함하는 광학 디스플레이 시스템(2219)을 도시한다. 도14b는 광이 이를 통해 나오는 LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d)의 표면(2222)의 평면도를 도시한다. 패널(2212)의 에지(2211)를 따른 LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d)의 형상 및 배치가 원하는 데로 변경될 수 있다. 도14a 및 도14b는 다수의 직사각형 다이가 패널(2212)의 에지(2212)를 따라 배열된 예시적인 배열을 나타낸다. LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d)는 에지(2211)로부터 거리(2230)에 장착될 수 있다. 예로서, 거리(2230)는 비교적 작을 수 있다(예를 들면, 약 1 밀리미터 이하, 약 2 밀리미터 이하, 약 3 밀리미터 이하, 약 5 밀리미터 이하 또는 약 10 밀리미 터). 선택적으로, 도15에 도시된 것과 같이, LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d)는 LCD 패널(2212) 상에 직접 부착 및/또는 매설될 수 있다.14A shows an optical display system 2219 that includes a number of
광학 디스플레이 시스템(2229)은 다양한 색의 광을 방출하는 LED를 포함할 수 있다. 예를 들면, 광학 디스플레이 시스템(2229)은 LCD 패널(2212)의 에지(2211)와 광학적으로 연통하는 청색 LED(대략 450 내지 480㎚의 주 출력 파장을 갖는 LED), 녹색 LED(대략 500 내지 550㎚의 주 출력 파장을 갖는 LED), 및 적색 LED(대략 610 내지 650㎚의 주 출력 파장을 갖는 LED)를 포함할 수 있다. 다른 색 및 조합이 가능하다. 예를 들면, 시스템은 모두 3색을 갖거나 또는 오직 3색을 가질 필요가 없다. 황색(약 570 내지 약 600㎚의 주 출력 파장을 갖는 LED) 및/또는 시안(약 480 내지 약 500㎚의 주 출력 파장을 갖는 LED)과 같은 추가적인 색이 포함될 수도 있다. 5색 LED 시스템(적색, 녹색, 청색, 황색, 시안)에서, 약 430 내지 480의 청색을 위한 주 출력 파장이 바람직할 수도 있다.
전술한 것과 같이, 다양한 색의 LED가 변하는 강도 및/또는 휘도를 가질 수도 있다. 예를 들면, 녹색 LED는 적색 또는 청색 LED보다 낮은 효율을 가질 수도 있다. 낮은 효율을 갖는 특정 LED에 기인하여, 일부 실시예에서, 효율의 불균형을 보상하기 위하여 특정 색상의 LED의 수 및 크기를 증가시키는 것이 유리할 수도 있다. 예를 들면, 최소 효율 LED가 더 효율적인 LED보다 방출 면적의 더 큰 비율이 할당될 수도 있다(예를 들면 더 큰 전체 표면적을 가짐). 예로서, 광학 디스플레이 시스템(2229)에서, LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d)는 하나의 적색 LED, 하나이 청색 LED, 그리고 2개의 녹색 LED를 포함할 수도 있다. 색의 개수 및 조합은 원하는 데로 변할 수 있다.As mentioned above, LEDs of various colors may have varying intensity and / or brightness. For example, a green LED may have a lower efficiency than a red or blue LED. Due to certain LEDs having low efficiency, in some embodiments, it may be advantageous to increase the number and size of LEDs of a particular color to compensate for an imbalance in efficiency. For example, a minimum efficiency LED may be assigned a larger percentage of emitting area than a more efficient LED (eg having a larger total surface area). As an example, in the
일부 실시예에서, 광학 디스플레이 시스템(2229)은 LCD 패널(2212)의 두께(2224)와 조화되도록 구성된 폭(2220)을 갖는 하나 이상의 다이(예를 들면, LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d) 중 하나 이상)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 두께(2224)에 대한 폭(2220)의 비는 약 0.5 내지 약 1.3(예를 들면, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.8, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.2, 약 1.3)일 수 있다.In some embodiments,
LED의 폭은 LCD 패널 내로 결합하는 증가된 광이 LED의 조명 프로파일에 대하여 일어날 수 있도록 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d)는 LED로부터 방출된 광이 LCD 내로 실질적으로 결합되도록 LCD 패널(2212)의 두께(2224)보다 작은 폭(2220)을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 폭(2220)은 적어도 약 0.5 밀리미터(예를 들면, 적어도 약 일 밀리미터, 적어도 약 2 밀리미터, 적어도 약 3 밀리미터, 적어도 약 4 밀리미터, 적어도 약 5 밀리미터)만큼 두께(2224)보다 작을 수 있다. 일부 실시예에서, LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d)는 LED로부터 방출된 광이 LCD 패널(2212)의 전체 에지(2211)에 또는 상당한 부분 상에 충돌하도록 LCD 패널(2212)의 두께(2224)보다 큰 폭(2220)을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 폭(2220)은 LCD 패널(2212)의 두께(2224)보다 적어도 약 1 밀리미터(예를 들면, 약 1.5 밀리미터, 적어도 약 2 밀리미터, 적어도 약 2.5 밀리미터, 적어도 약 3 밀리미터, 적어도 약 5 밀리미터, 적어도 약 10 밀리미터)만큼 클 수 있다. LED의 길이(2221)는 LCD 패널(2212)의 전체 길이(2226) 또는 폭(2228) 및 에지(2211)에 따라 배치된 LED의 수와 같은 다양한 인자에 따라 변할 수 있다.The width of the LED may be selected such that increased light coupling into the LCD panel can occur for the illumination profile of the LED. In some embodiments, it may be desirable for the
일부 실시예에서, 패턴을 갖는 표면을 LED는 LED로부터 광의 추출을 증가시킬 수 있다(아래에 설명되는 것과 같이). 증가된 광 추출은 LCD 패널의 더 나은 조명을 제공할 수 있다.In some embodiments, the LED having a patterned surface may increase the extraction of light from the LED (as described below). Increased light extraction can provide better illumination of the LCD panel.
도14a 및 도14b에 도시된 광학 디스플레이 시스템(2229)은 LCD 패널(2212)의 두께(2224)에 대략 같은 폭(2220)을 갖는 다수의 LED(2216a, 2216b, 2216c, 2216d)를 포함하지만, 다른 다이 형상 및 어레이 배치가 가능하다.The
일부 실시예에서, LCD(2212)의 에지(2211)의 치수는 단일 LED를 이용하여 LCD(2212)를 조명하는 것이 바람직하고 및/또는 가능할 정도로 충분히 작을 수 있다. 이러한 충분히 작은 LCD패널의 예는 핸드헬드 디스플레이, 시계, 손목시계, 휴대폰, 핸드헬드 게임 및 개인 디지털 어시스턴트를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도16은 이를 통해 광이 LED(2236)로부터 나오는 LED(2236)의 표면의 평면도를 도시한다. LED(2236)는 LCD 패널(2212)의 에지(2211)를 따라 배치될 수 있고 LCD 패널(2212)을 위한 조명을 제공한다. LED(2236)는 LCD 패널(2212)의 두께(2224)와 대략 같은 폭(2220)을 갖는다. 예를 들면, LCD 패널(2212)의 두께(2224)에 대한 LED(2236)의 폭(2237)의 비는 약 0.5 내지 약 1.3(예를 들면, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.8, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.2, 약 1.3)일 수 있다. LED(2236)는 LCD 패널(2212)의 길이(2226)와 대략 같은 길이(2238)를 갖는다. 예를 들면, LCD 패널(2212)의 길이(2226)에 대한 LED(2236)의 길이(2238)의 비는 약 0.1 내지 약 1.2(예를 들면, 약 0.1, 약 0.2, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.8, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.2)일 수 있다. LED(2236)는 상이한 파장의 광(예를 들면, 적색, 녹색, 청색, 시안, 황색, 마젠타)을 방출하거나 또는 단색 광(예를 들면, 실질적으로 백색)을 방출할 수 있다.In some embodiments, the dimensions of
다른 예에서, 도17은 각각 관련된 폭(2244a, 2244b, 2244c)을 개별적으로 갖는 길고 얇은 LED(2242a, 2242b, 2242c)의 어레이(2240)의 표면의 평면도를 도시한다. 어레이(2240)는 LCD 에지(2211)를 따라 위치설정될 수 있고, 어레이(2240)의 전체 폭(2245)(예를 들면, 폭(2244a), 폭(2244b), 폭(2244c)과 LED(2242a, 2242b, 2242c) 사이에 배치된 임의의 간격의 합)은 대략 LCD 패널(2212)의 두께(2224)와 대략 같다. 예를 들면, LCD 패널(2212)의 두께(2224)에 대한 전체 폭(2245)의 비는 약 0.5 내지 약 1.3(예를 들면, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.8, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.2, 약 1.3)일 수 있다. LED(2242a, 2242b, 2242c)는 LCD 패널(2212)의 길이(2226)와 대략 같은 관련 길이(2243)를 가질 수 있다. 예를 들면, LCD 패널(2212)의 길이(2226)에 대한 LED(2242a, 2242b, 2242c)의 길이(2243)의 비는 약 0.1 내지 약 1.2(예를 들면, 약 0.1, 약 0.2, 약 0.3, 약 0.4, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.8, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.2)일 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 도18에 도시된 것과 같이 일부 실시예에서, LED(2242a, 2242b, 2242c)는 LCD 패널(2212)의 길이(2226)보다 작은 길이(2239)를 가질 수 있고, LED의 다수의 어레이(2247a, 2247b, 2247c, 2247d, 2247e, 2247f)가 LCD 패널(2212)의 에지(2211)를 따라 배치될 수 있다.In another example, FIG. 17 shows a top view of the surface of an
어레이(2240, 2241) 내의 LED는 상이한 파장의 광(예를 들면, 적색, 녹색, 청색, 시안, 황색, 마젠타)을 방출하거나 또는 단색 광(예를 들면, 실질적으로 백색)을 방출하는 다수의 LED를 포함할 수 있다. 특정 컬럼의 LED는 동일한 파장을 방출하거나 또는 상이한 파장을 방출할 수 있고, 컬럼은 다른 컬럼의 LED와 비교하여 동일한 파장을 방출하는 또는 상이한 파장을 방출하는 LED를 포함할 수 있다.LEDs in
일부 실시예에서, 도19 및 도20에 도시된 것과 같이, 다수의 컬럼을 갖는 LED의 어레이에서 컬럼 중 하나 이상을 오프셋시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 컬럼 중 하나 이상을 오프셋시키는 것은 더 나은 오버랩 및 광 균일성을 허용할 수 있다.In some embodiments, as shown in FIGS. 19 and 20, it may be desirable to offset one or more of the columns in an array of LEDs having multiple columns. For example, offsetting one or more of the columns can allow for better overlap and light uniformity.
일부 실시예에서, 도19에 도시된 것과 같이, LED의 어레이(2246)는 오프셋 배열로 배치될 수 있다. 어레이(2246)는 3개의 컬럼(2248a, 2248b, 2248c)으로 배열된 다수의 LED를 포함한다. 컬럼(2248a, 2248b, 2248c) 중 적어도 하나는 거리(2252)(예를 들면, 약 0.1㎜, 약 0.5㎜, 약 1㎜, 약 2㎜, 약 3㎜ 만큼의 오프셋)만큼 컬럼(2248a, 2248b, 2248c) 중 다른 하나로부터 오프셋된다. 도19의 예시적인 실시예에서, 컬럼(2248b)의 LED는 컬럼(2248a, 2248c)의 LED로부터 길이(2252)만큼 오프셋된다.In some embodiments, as shown in FIG. 19, the
컬럼(2248a, 2248b, 2248c) 내의 LED는 각각 관련된 폭(2250a, 2250b, 2250c)을 갖는다. 폭(2250a, 2250b, 2250c) 및 LED 사이에 배치된 임의의 간격의 합은 LCD 패널(2212)의 두께(2224)와 대략 동일하다. 예를 들면, LCD 패널(2212)의 두께(2224)에 대한 폭(2250a, 2250b, 2250c) 및 LED 사이에 배치된 임의의 간격의 합의 비(화살표(2253)로 표시됨)는 약 0.5 내지 1.3(예를 들면, 약 0.5, 약 0.6, 약 0.7, 약 0.8, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.2, 약 1.3)일 수 있다.The LEDs in
어레이(2246) 내의 LED는 상이한 파장의 광(예를 들면, 적색, 녹색, 청색, 시안, 황색, 마젠타)을 방출하거나 또는 단색 광(예를 들면, 실질적으로 백색)을 방출하는 다수의 LED를 포함할 수 있다. 특정 컬럼의 LED는 동일한 파장을 방출하거나 또는 상이한 파장을 방출할 수 있고 그리고/또는 컬럼은 다른 컬럼의 LED와 비교하여 동일한 파장을 방출하는 또는 상이한 파장을 방출하는 LED를 포함할 수 있다.The LEDs in the
다른 예에서, 도20은 오프셋 배열로 배치된 LED의 어레이(2254)의 표면의 평면도를 도시한다. 어레이(2254)는 3개의 컬럼(예를 들면 컬럼(2264a) 컬럼(2264b), 컬럼(2264c)) 내에 배열된 다수의 LED를 포함한다. 컬럼(2264b)은 거리(2258)(예를 들면, 약 0.1㎜, 약 0.5㎜, 약 1㎜, 약 2㎜, 약 3㎜ 만큼의 오프셋)만큼 컬럼(2264a)으로부터 오프셋된다. 컬럼(2264c)은 거리(2260)(예를 들면, 약 0.1㎜, 약 0.5㎜, 약 1㎜, 약 2㎜, 약 3㎜ 만큼의 오프셋)만큼 컬럼(2264b)으로부터 오프셋되고 길이(2258) 및 길이(2260)의 합만큼 컬럼(2264a)으로부터 오프셋된다. 어레이(2254) 내의 LED는 상이한 파장의 광(예를 들면, 적색, 녹색, 청색, 시안, 황색, 마젠타)을 방출하거나 또는 단색 광(예를 들면, 실질적으로 백색)을 방출하는 다수의 LED를 포함할 수 있다. 특정 컬럼의 LED는 동일한 파장을 방출하거나 또는 상이한 파장을 방출할 수 있고/있거나 컬럼은 다른 컬럼의 LED와 비교하여 동일한 파장을 방출하는 또는 상이한 파장을 방출하는 LED를 포함할 수 있다.In another example, FIG. 20 shows a top view of the surface of an
비록 도17, 도18, 도19 및 도20은 LCD 패널(2212)의 대략의 두께(2224)와 합 이 같은 폭을 갖는 3컬럼의 LED를 도시하지만, LED의 어레이는 더 적은 또는 더 많은 수의 컬럼을 포함할 수 있다(예를 들면, 2컬럼의 LED, 4컬럼의 LED, 5컬럼의 LED, 6컬럼의 LED, 7컬럼의 LED, 10컬럼의 LED).Although Figures 17, 18, 19, and 20 show three columns of LEDs having a width equal to the
도21은 LED(2272)(일부 실시예에서, 시스템(2270)은 단일 LED(2272)에 대향하는 LED의 어레이를 포함할 수 있다), 색 혼합기(2274), 웨지형 광학기계(2276) 및 LCD 패널(2280)을 포함하는 시스템(2270)을 도시한다. 사용 중, LED(2272)에 의해서 생성된 광(화살표(2282)에 의해서 표시됨)은 색 혼합기(2274)를 통과하고 웨지형 광학기계(2276) 내로 들어간다. 웨지형 광학기계(2276)는 광(2282)을 LCD 패널(2280)의 에지(2281) 내로 안내한다. LCD 패널(2280) 내로 광을 안내하기 위한 웨지형 광학기계(2276)의 사용은 LED(2272)가 LCD 패널(2280)의 에지(2281)로부터 오프셋되는 것을 허용한다. 일부 실시예에서, 색 혼합기는 웨지형 광학기계(2276) 내부에 포함될 수 있다.21 shows an LED 2822 (in some embodiments,
주문 형상의 LED가 다이 사이에서 인접하는 간격을 감소시키고 색 혼합기(2274)에 의해서 수집되는 LED로부터 방출된 광의 양을 증가시키기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들면, LED는 결정학적인 방향을 따라 절개되거나 및/또는 다이아몬드 톱 또는 레이저 다이싱 시스템을 이용하여 다이싱됨에 의해서 성형될 수 있다. 도22b, 도23b, 도24b, 도25b, 도26b, 도27b, 도28b 및 도29b는 다양한 패킹 배열 및 LED 다이의 표면의 평면도를 도시한다. 도22c, 도23c, 도24c, 도25c, 도26c, 도27c, 도28c 및 도29c는 LED로부터 방출된 광을 수집하는 데 이용되는 색 혼합기(2274)의 개구의 단면도이다. 일부 실시예에서, LED의 어레이는 LED 어레이의 주변이 개구의 주변과 조합하도록 성형될 수 있다. 예를 들면, 개구의 단면적에 대한 LED 어레이의 단면적의 비는 약 0.5 내지 1.3(예를 들면, 약 0.5, 약 0.7, 약 0.9, 약 1, 약 1.1, 약 1.3)일 수 있다. 개구의 주변은 사각형, 육각형, 삼각형, 오각형, 원형, 사다리꼴 및 정사각형과 같은 다양한 형상일 수 있고 LED의 어레이의 주변 또는 LED의 형상은 개구의 형상과 조화될 수 있다.Custom shaped LEDs can be used to reduce adjacent spacing between dies and to increase the amount of light emitted from the LEDs collected by
예를 들면, 도22a 내지 도22c, 도23a 내지 도23c, 및 도24a 내지 도24c에 도시된 것과 같이, 개구의 주변은 원형일 수 있고 LED의 어레이의 주변은 원형일 수 있다. 원형 어레이에서, LED의 어레이 내의 각각의 어레이는 2개의 직선 에지(예를 들면 에지(2290, 2292)) 및 하나의 둥근 에지(예를 들면, 에지(2294))에 의해서 한정된 파이 형상을 가질 수 있다.For example, as shown in FIGS. 22A-22C, 23A-23C, and 24A-24C, the perimeter of the opening can be circular and the perimeter of the array of LEDs can be circular. In a circular array, each array in the array of LEDs may have a pie shape defined by two straight edges (eg, edges 2290 and 2292) and one rounded edge (eg, edges 2294). have.
어떤 실시예에서, 도25a 내지 도25c 및 도26a 내지 도26c에 도시된 것과 같이, 개구는 원형 형상이고, 오각형, 육각형(도26b), 7각형, 8각형(도25b), 9각형 또는 10각형 형상의 LED의 어레이가 원형 개구에 조화될 수 있다. 다각형 어레이이의 이용이 제조를 위한 다양한 이점을 제공할 수 있다고 믿어진다. 예를 들면, 다각형 어레이는 다수의 삼각형 형상의 LED 다이로 형성된다. 삼각형 형상의 다이는 삼각형 형상은 오직 직선 에지(예를 들면, 에지(2296, 2298, 2300))만을 필요로 하고 만곡된 에지의 형성을 필요로 하지 않기 때문에 파이 형상의 다이보다 제조하기가 더 쉬울 수도 있다. 특정 실시예에서, 도27c 및 도28c에 도시된 것과 같이, 개구는 육각형(도27b) 또는 8각형(도28b) 어레이에 조화시키기 위하여 6각형 또는 8각형일 수 있다.In some embodiments, as shown in FIGS. 25A-25C and 26A-26C, the opening is circular in shape, pentagonal, hexagonal (FIG. 26B), octagonal, octagonal (FIG. 25B), hexagonal or 10. An array of angular shaped LEDs can be matched to the circular openings. It is believed that the use of polygonal arrays can provide various advantages for manufacturing. For example, a polygonal array is formed of a plurality of triangular shaped LED dies. Triangle shaped dies are easier to manufacture than pie shaped dies because triangle shapes only require straight edges (eg, edges 2296, 2298, 2300) and do not require the formation of curved edges. It may be. In certain embodiments, as shown in FIGS. 27C and 28C, the openings may be hexagonal or octagonal to match hexagonal (FIG. 27B) or octagonal (FIG. 28B) arrays.
어떤 실시예에서, 도29a 내지 도29c에 도시된 것과 같이, 어레이는 프리즘 형상의 개구(도29c)에 조화시키기 위하여 프리즘 형상(도29b)으로 배열된 다수의 LED를 포함할 수 있다.In some embodiments, as shown in FIGS. 29A-29C, the array may include multiple LEDs arranged in a prism shape (FIG. 29B) to match the prism-shaped openings (FIG. 29C).
전술된 실시예에서, LED 다이는 별도로 패키지화될 수 있거나 또는 다수의 LED 다이가 단일 패키지 내에 포함될 수 있다. 어레이는 동일 또는 상이한 색의 다이를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 더 큰 다이 및/또는 다수의 다이를 위한 방출 파장이 완전한 어레이의 스펙트럼 출력을 균형잡기 위하여 선택될 수 있다.In the embodiments described above, the LED dies may be packaged separately or multiple LED dies may be included in a single package. The array may include dies of the same or different colors. In some embodiments, emission wavelengths for larger dies and / or multiple dies may be selected to balance the spectral output of the complete array.
도30은 LED(2314), LCD 패널(2212, 1130) 및 냉각 시스템(2316)을 포함하는 광학 디스플레이 시스템(2310)을 도시한다. LED(2314)는 시스템(2310)의 사용 중 냉각 시스템(2316)이 LED(2314)의 온도를 조절하기 위하여 이용될 수 있도록 냉각 시스템(2316)과 열 연통한다. 냉각 시스템의 예는 열 전기 쿨러, 팬, 히트 파이프 및 액체 냉각 시스템을 포함한다. 일부 실시예에서, 냉각 유닛(2314)은 패널의 주변 둘레에 하나 이상의 냉각 튜브를 포함할 수 있다(유체 또는 가스 흐름). 일부 실시예에서, 냉각 유닛(2314)은 연속적인 튜브가 LCD 패널(2312) 둘레에 배치되는 단일 루프 시스템 또는 다수의 튜브가 LCD 패널(2312) 둘레에 배치되는(예를 들면, 하나의 루프가 LCD 패널(2212)의 각각의 측면에 배치된다) 다수의 루프 시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 냉각 유닛(2316)은 핀이 형성된 히트 싱크를 포함할 수 있다. 냉각 시스템의 사용은 과도한 온도로부터 기인한 LED(2314)의 손상의 가능성을 감소시키고 높은 구동 전류에서 LED(2314)의 효율을 증가시키는 것 과 같은 다수의 이점을 제공할 수 있다고 믿어진다. 냉각 시스템은 또한 온도에 의해서 유발되는 파장의 시프트(shift)를 감소시킬 수도 있다.30 shows an
비록 광학 디스플레이 시스템(2310)의 LED가 LCD 패널(2212)의 모든 4개의 에지를 따라 배치되지만, LED는 LCD의 에지를 둘러싸는 냉각 유닛이 채용된 상태로 LCD 패널의 단일 예지 또는 다수의 에지(예를 들면, 1 에지, 2 에지, 3 에지, 4 에지 모든 에지)를 따라 배치될 수 있다.Although the LEDs of the
비록 도14a 및 도15에 도시된 실시예에서 LED 다수의 사각형 다이가 LED의 표면(2222)이 패널(2212)의 에지의 표면(2211)을 대략 평행하도록 패널(2212)의 에지(2211)를 따라 배열되지만, 다른 배열도 가능하다. 예를 들면, 도31에 도시된 것과 같이, 다수의 LED(2330)가 밀집 배열로 패널(2212)의 에지(2211)를 따라 배열도리 수 있다. LED(2330)는 제1 LED(2338)의 표면(2334)이 제1 평면에 놓이고 제2 LED(2340)의 표면(2336)이 제2 평면에 놓이고 평면은 각도(2332)로 교차하도록 배열될 수 있다. 이러한 톱니 모양의 배열로 LED를 배열하는 것은 더 많은 및/또는 더 큰 LED가 LCD 패널(2212)의 에지(2211)를 따라 위치되는 것을 허용할 수 있다. 비록 톱니 모양의 배열이 도21에 도시되지만, LCD 패널(2212)의 에지를 따라 배열된 LED(2330)의 표면 영역을 증가시킬 수 있는 다른 형상의 돌출부가 가능하다. 일부 실시예에서, 다수의 LED는 패널의 LED를 따라 톱니 모양의 에지의 각각에 배치될 수 있다.Although in the embodiment shown in FIGS. 14A and 15, a number of rectangular dies of LEDs may have an
도32는 패키지화된 다이의 형상의 LED(100)의 측면도이다. LED(100)는 서브마운트(120) 상에 배치된 다중 층 스택(122)을 포함한다. 다중 층 스택(122)은 상 부 표면(110)에 개구(150)의 패턴을 갖는 320㎚ 두께의 실리콘 도핑된(n-도핑된) GaN층(134)을 포함한다. 다중 층 스택(122)은 또한 접합 층(124), 100㎚ 두께의 실버층(126), 40㎚ 두께의 마그네슘 도핑된(p-도핑된) GaN층(128), 다수의 InGaN/GaN 양자 우물로 형성된 120㎚ 두께의 광발생 구역(130), 및 AlGaN층(132)을 포함한다. n측 접점 패드(136)는 층(134) 상에 배치되고 p측 접점 패드(138)는 층(126) 상에 배치된다. 피막재 재료(1.5의 굴절률을 갖는 에폭시)(144)가 층(134)과 커버 슬립(140)과 지지체(142) 사이에 존재한다. 층(144)은 개구(150) 상으로 연장되지 않는다.32 is a side view of an
광은 LED(100)에 의해서 다음과 같이 생성된다. P측 접점 패드(138)는 n측 접점 패드(136)에 대하여 양전위에서 유지되어 전류가 LED(100) 내로 주입되게 한다. 전류가 광발생 구역(130)을 통과하면서, n-도핑된 층(134)으로부터의 전자가 구역(130)에서 p-도핑된 층(128)과 결합하고, 이는 구역(130)이 광을 발생하게 한다. 광발생 구역(130)은 광발생 구역(130)이 형성된 재료의 파장 특정의 스펙트럼을 갖는 광을 구역(130) 내부에서 (예를 들면, 등방성으로) 방출하는 다수의 포인트 다이폴 방사 소스를 포함한다. InGaN/GaN 양자 우물의 경우, 구역(130)에 의해서 발생된 광의 파장의 스펙트럼은 약 445 나노미터(㎚)의 피크 파장 및 약 30㎚의 반치폭(FWHM)을 가질 수 있다.Light is generated by the
p-도핑된 층(126) 내의 전하 캐리어는 n-도핑된 반도체층(134) 내의 전하 캐리어에 비교할 때 비교적 낮은 이동성을 갖는 것에 주목하자. 그 결과, n-도핑된 층(128)의 표면을 따라 실버 층(126)(도전성임)을 위치시키는 것은 p-도핑된 층(128) 및 광발생 구역(130) 내로의 접점 패드(138)로부터의 전하 주입의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이는 또한 장치(100)의 전기 저항을 감소시킬 수 있고 및/또는 장치(100)의 주입 효율을 증가시킬 수 있다. n-도핑된 층(134)의 비교적 높은 전하 캐리어 이동성 때문에, 전자는 층(132, 134)을 통해 n측 접점 패드(136)로부터 비교적 빠르게 퍼질 수 있어, 광발생 구역(130) 내부의 전류 밀도가 구역(130)에 걸쳐서 실질적으로 균일하다. 또한 실버 층(126)이 비교적 높은 열 전도성을 가져서 층(126)이 LED(100)를 위한 히트 싱크로서 작용하는 것(다중 층 스택(122)으로부터 서브마운트(120)로 수직으로 열을 전달하는 것)을 허용하는 것에 주목하자.Note that the charge carriers in the p-doped
구역(130)에 의해서 발생된 광의 적어도 일부는 실버 층(126)을 향해 지향된다. 이 광은 층(126)에 의해서 반사되어 표면(110)을 거쳐 LED(100)로부터 나올 수 있고, 또는 층(126)에 의해서 반사된 후 LED(100) 내의 반도체 재료 내부에 흡수되어 구역(130) 내에서 결합될 수 있는 전자-홀 쌍을 생성하여, 구역(130)이 광을 발생하도록 할 수 있다. 마찬가지로, 구역(130)에 의해서 발생된 광의 적어도 일부는 패드(136)를 향해서 지향된다. 패드(136)의 하측은 광발생 구역(130)에 의해서 발생된 광의 적어도 일부를 반사할 수 있는 재료(예를 들면, Ti/Al/Ni/Au 합금)로 형성된다. 따라서, 패드(136)로 지향된 광은 패드(136)에 의해서 반사되어 이어서 표면(110)을 거쳐 LED로부터 나올 수 있고, 또는 패드(136)로 지향된 광은 패드(136)에 의해서 반사되고 그런 후 LED(100) 내의 반도체 재료 내부에 흡수되어 구역(130) 내에서 결합되는 전자-홀 쌍을 생성하여, 구역(130)이 광을 발생할 수 있게 할 수 있다(예를 들면, 실버 층(126)에 의한 반사 또는 반사 없이).At least a portion of the light generated by the
도32 및 도33에 도시된 것과 같이, LED(100)의 표면(110)은 편평하지 않고 개구(150)의 변형된 삼각형 패턴으로 구성된다. 일반적으로, 다양한 값이 개구(150)의 깊이에 대하여 선택될 수 있지만, 개구(150)의 직경 및 개구(150)에서 최근 이웃 사이의 간격은 변할 수 있다. 달리 언급하지 않는다면, 수치적인 산출의 결과를 나타내는 아래의 숫자의 목적으로, 개구(150)는 대략 280㎚에 같은 깊이(146), 약 160㎚의 영이 아닌(non-zero) 직경, 약 220㎚의 최근 이웃 사이의 간격 및 1.0의 굴절률을 가진다. 삼각형 패턴은 패턴(150) 내에서 최근 이웃이 (a-Δa)와 (a+Δa) 사이의 값을 갖는 중심간 거리를 갖도록 디튜닝(detuned)되고, 여기서 "a"는 이상적인 삼각형 패턴에 대한 격자 상수이고, "Δa"는 길이의 치수를 갖는 디튜닝 변수이고 디튜닝이 임의 방향으로 일어날 수 있다. LED(100)로부터 광 추출을 향상시키기 위하여(아래 설명 참조), 디튜닝 변수 Δa는 일반적으로 이상적인 격자 상수(a)의 적어도 약 1 퍼센트(예를 들면, 적어도 약 2퍼센트, 적어도 약 3퍼센트, 적어도 약 4퍼센트, 적어도 약 5퍼센트)이고, 및/또는 이상적인 격자 상수의 최대 25%(예를 들면, 최대 약 20%, 최대 약 15%, 최대 약 10%)이다. 일부 실시예에서, 최인접 간격은 (a-Δa)와 (a+Δa) 사이에서 실질적으로 임의로 변경되고, 패턴(150)은 실질적으로 임의로 디튜닝된다.As shown in Figures 32 and 33, the
개구(150)의 변형된 삼각형 패턴에 대하여, 영이 아닌 디튜닝 변수는 LED(100)의 추출 효율을 향상시킨다는 것이 발견되었다. 전술된 LED(100)에 대하여, 디튜닝 변수(Δa)는 영(0)에서 약 0.15a까지 증가되고, LED(100)에서 전자기장 의 수치적인 모델링(아래에 기재됨)은 장치의 추출 효율이 도34에 도시된 것과 같이 약 0.60에서부터 0.70까지 증가하는 것을 나타낸다.For the modified triangular pattern of the
도34에 도시된 추출 효율은 LED(100)의 내부 및 외부의 광에 대한 맥스웰 방정식에 근사해로의 3차원 유한차분시간구역(FDTD) 방법을 이용하여 산출된다. 예를 들면, K.S. Kunz 및 R.J. Luebbers의 유한차분시간구역 방법(CRC, Boca Taton, FL, 1993); A. Taflove의 전산 전자역학: 유한차분시간구역 방법(Artech House, London, 1995)을 참조하고, 이들 둘 다는 여기에 참고로 포함된다. 특정 패턴(150)을 갖는 LED(100)의 광학 거동을 나타내기 위하여, FDTD 계산의 입력 변수는 광발생 구역(130)의 포인트 다이폴 방사 소스에 의해서 방사된 광의 중심 주파수 및 대역폭, 다중 층 스택(122) 내부의 층의 치수 및 유전 특성, 및 패턴(150) 내의 개구 사이의 최인접 거리(NND), 직경 및 깊이를 포함한다.The extraction efficiency shown in FIG. 34 is calculated using a three-dimensional finite difference time zone (FDTD) method as an approximation to the Maxwell's equation for light inside and outside the
특정 실시예에서, LED(100)의 추출 효율은 FDTD 방법을 이용하여 아래와 같이 산출된다. FDTD 방법은 완전 벡터 시간 의존 맥스웰 방정식을 풀기 위하여 이용된다.In a particular embodiment, the extraction efficiency of the
여기서 편광성 은 광발생 구역(130)의 양자 우물, p-상수 층(126) 및 LED(100) 내의 다른 층의 주파수 의존 응답을 캡쳐(capture)한다. 개별 항은 재료의 전체 분극에 대한 상이한 기여의 경험상 유도된 값이다(예를 들면, 바운드 전자 진동에 대한 분극 응답, 자유 전자 진동에 대한 분극 응답). 특히,Where polarization Captures the frequency dependent response of the quantum wells in the
여기서 분극은 유전 상수에 대응한다.Polarization here corresponds to the dielectric constant.
수치적인 계산을 위하여, 고려되는 층은 피막재층(144), 실버층(126) 및 피막재층(144)과 실버층(126) 사이의 층들만이다. 이 근사는 피막재층(144) 및 층(126)이 주변층이 LED(100)의 광학 성능에 영향을 주지 않을 정도로 충분히 두껍다는 가정에 기초한다. 주파수 의존 절연 상수를 갖는 것으로 가정된 LED(100) 내의 관련 구조는 실버층(126) 및 광발생 구역(130)이다. LED(100) 내의 다른 관련 층은 주파수 의존 절연 상수를 갖지 않는 것으로 가정된다. LED(100)가 피막재층(144)과 실버층(126) 사이에 부가적인 금속 층을 갖는 실시예에서 각각의 부가적인 금속 층은 대응하는 주파수 의존 유전 상수를 가질 것이라는 것에 주목하자. 또한 실버층(126)(및 LED(100) 내의 임의의 다른 금속 층)은 바운드 전자 및 자유 전자 모두에 대하여 주파수 의존 항을 가지고 광발생 구역(130)은 바운드 전자에 대한 주파수 의존 항을 갖지만 자유 전자에 대한 주파수 의존 항은 갖지 않는다는 것에 주목하자. 어떤 실시예에서, 유전 상수의 주파수 의존성을 모델링할 때 다른 항이 포함될 수 있다. 이러한 항은 예를 들면 전자-음자 상호작용, 원자 분극, 이 온 분극 및/또는 분자 분극을 포함할 수도 있다.For numerical calculation, the layers considered are only the encapsulant layer 144, the
광발생 구역(130)의 양자 우물 구역으로부터 광의 방출은 광발생 구역(130) 내부의 다수의 임의 위치된, 일정한 전류 다이폴 소스를 포함함에 의해서 모델링되고, 각각은 각각 임의의 초기 위상 및 시작 시간을 갖고 실제 양자 우물의 것과 동일한 스펙트럼 폭의 짧은 가우시안 펄스를 방출한다.The emission of light from the quantum well zone of the
LED(100)의 표면(110) 내의 개구(150)의 패턴에 대처하기 위하여, 측방향으로 큰 수퍼셀이 주기적인 경계 조건과 함께 이용된다. 이는 비교적 큰(예를 들면 에지에서 0.01㎜보다 큰) 장치 크기를 시뮬레이션하는 것을 도울 수 있다. 완전 전개 방정식은 모든 다이폴 소스가 그들의 에너지를 방출한 오랜 후에, 시스템 내에 에너지가 남아 있지 않을 때까지, 시간으로 풀린다. 시뮬레이션 동안, 방출된 전체 에너지, 상부 표면(110)을 통해 추출되는 에너지 플럭스, 양자 우물 및 n-도핑된 층에 의해서 흡수되는 에너지가 모니터링된다. 시간 및 공간 모두에서의 푸리에 변환을 통해서, 추출된 플럭스의 주파수 및 각 분석된 데이터가 얻어지고, 따라서 각 및 주파수 분석된 추출 효율이 계산될 수 있다. 광발생 구역(130)의 실험적으로 알려진 발광과 방출된 전체 에너지를 조화시킴으로써, 주어진 전기 입력에 대한 루멘/솔리드 앵글/칩 면적으로 절대적인 각-분석된 추출이 얻어진다.In order to cope with the pattern of the
이론에 의해 제한되는 것을 바라지 않고, 디튜닝된 패턴(150)은 개구(150)가 패턴(150)에 따라서 층(134) 내에서 공간적으로 변하는 유전 함수를 생성하기 때문에 구역(130)에서 발생된 광이 표면(110)을 거쳐 LED(100)로부터 나오는 효율을 향상시킬 수 있다고 믿어진다. 이는 LED(100) 내의 방사 모드(즉, 표면(110)으로부 터 나오는 광의 모드) 및 안내 모드(즉, 다중 층 스택(122) 내부에서 제한되는 광 모드)의 밀도를 변경하는 것으로 믿어지고, LED(100) 내부에서 방사 모드 및 안내 모드의 밀도의 변경은, 패턴(150)의 부재 시에 안내 모드 내로 달리 방출될 일부 광이 방사 모드 내로 누설될 수 있는 모드 내로 분산되는(예를 들면, 브래그 분산되는) 것을 유발하는 것으로 믿어진다. 어떤 실시예에서, 패턴(150)(예를 들면, 위에서 설명된 패턴, 또는 아래에서 설명되는 패턴 중 하나)은 LED(100) 내부의 안내 모드의 전부를 없앨 수 있는 것으로 믿어진다.Without wishing to be bound by theory, the
격자의 디튜닝의 효과는 포인트 산란 사이트를 갖는 격자의 브래그 산란 오프를 고려함에 의해서 이해될 수 있다고 믿어진다. 거리(d)만큼 이격된 격자 평면에 배열된 완전한 격자에 대하여, 파장(λ)의 단색 광이 브래그 조건, nλ=2dsinθ에 따라 각도(θ)를 통해 산란되고, 여기서 n은 산란의 차수를 주는 정수이다. 그러나, 스펙트럼 대역폭(Δλ/λ)을 갖고 입체각(ΔΘ) 내로 방출하는 광원에 대해서는, 브래그 조건은 디튜닝 변수(Δa)만큼 격자 사이트 사이의 간격을 디튜닝함에 의해서 완화될 수 있는 것으로 믿어진다. 격자를 디튜닝하는 것은 소스의 공간적인 방출 프로파일 및 스펙트럼 대역폭에 걸친 패턴의 산란 효율 및 각도 수용성을 증가시키는 것으로 믿어진다.It is believed that the effect of detuning of the grating can be understood by considering the Bragg scattering off of the grating with point scattering sites. For a complete grating arranged in the grating planes spaced apart by a distance d, the monochromatic light of wavelength λ is scattered through the angle θ according to the Bragg condition, nλ = 2dsinθ, where n gives the order of scattering Is an integer. However, for a light source having a spectral bandwidth Δλ / λ and emitting into the solid angle ΔΘ, it is believed that the Bragg condition can be relaxed by detuning the spacing between the grating sites by the detuning variable Δa. Detuning the grating is believed to increase the scattering efficiency and angular acceptability of the pattern over the spatial emission profile and spectral bandwidth of the source.
비록 LED(100)로부터 광 추출을 향상시킬 수 있는 영이 아닌 디튜닝 변수(Δa)를 갖는 변형된 삼각형 패턴(150)이 설명되었지만, 다른 패턴도 또한 LED(100)로부터 광 추출을 향상시키기 위하여 사용될 수도 있다. 주어진 패턴이 LED(100)의 광 추출을 향상시키는 지 및/또는 개구의 어떤 패턴이 LED(100)의 광 추출 효율을 향상시키는 데에 이용될 수도 있는 지를 결정할 때, 물리적인 직관이 우선 이러한 수치적인 계산을 수행하기 전에 광 추출을 향상시킬 수 있는 기본 패턴을 근사화하는 데 이용될 수도 있다.Although a modified
LED(100)의 추출 효율은 패턴(150)에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수의 푸리에 변환을 고려함에 의해서 더욱 이해될 수 있다(예를 들면, 약한 산란 기간). 도35는 이상적인 삼각형 격자를 위한 푸리에 변환을 도시한다. 평면내 파동벡터(k)로 특정 방향으로의 광의 추출이 역격자 벡터 G의 가산 또는 감산에 의해서(즉, k=k'±G) k에 비교되는 평면내 파동벡터(k')와 모든 이들 모드 내로의 소스 방출(Sk')에 관련된다. 추출 효율은 다음 식에 의해서 주어지는 유전 함수(εG)의 대응하는 푸리에 성분(Fk)의 크기에 비례한다.The extraction efficiency of the
재료 내를 전파하는 광이 방정식 k2(평면내)+k2(수직)=ε(ω/c)2 을 일반적으로 만족하기 때문에, 고려되는 최대 G는 광발생 구역의 유전 상수 및 광발생 구역에 의해서 방출되는 주파수(ω)에 의해서 고정된다. 도35에 도시된 것과 같이, 이는 광 라인으로 종종 불리는 역공간 내의 링을 한정한다. 광 라인은 광발생 구역의 유한한 대역폭 때문에 환형일 것이고 명료하게 하기 위하여 단색 소스의 광 라인을 도시한다. 마찬가지로, 피막재 내부를 전파하는 광은 광 라인(도35의 내부 원)에 의해서 제한된다. 따라서, 추출 효율은 재료 광 라인 내에 놓이는 G 포인트 에 대하여 산란 강도(εG)를 증가시키고 피막재 광 라인 내부의 G 포인트의 수를 증가시키는 것에 상당하는 피막재 광 라인 내부에 놓인 모든 방향(k)에 대한 Fk를 증가시킴으로써 증가된다. 물리적인 직관이 추출 효율을 증가시킬 수 있는 패턴을 선택할 때 이용될 수 있다.Since the light propagating in the material generally satisfies the equation k 2 (in-plane) + k 2 (vertical) = ε (ω / c) 2 , the maximum G considered is the dielectric constant of the light generating zone and the light generating zone. It is fixed by the frequency ω emitted by. As shown in Figure 35, this defines a ring in inverse space, often called an optical line. The light lines will be annular due to the finite bandwidth of the light generating zone and show the light lines of the monochromatic source for clarity. Similarly, the light propagating inside the coating material is limited by the light line (inner circle in Fig. 35). Thus, the extraction efficiency is increased in all directions (k) within the encapsulant light line, corresponding to increasing the scattering intensity ε G with respect to the G point lying within the material light line and increasing the number of G points within the encapsulant light line. Increase by increasing F k ). Physical intuition can be used when selecting a pattern that can increase extraction efficiency.
예로서, 도36은 이상적인 삼각형 패턴에 대한 격자 상수를 증가시키는 효과를 도시한다. 도36의 데이터는 방출된 광이 450㎚의 피크 파장 및 구멍의 깊이, 구멍의 직경 및 n-도핑된 층(134)이 최인접 거리(a)와의 축적으로서 1.27a, 0.72a 및 1.27a±40㎚를 갖는 것을 제외하고는 도32에 도시된 LED(100)에 대해 주어진 변수를 사용하여 산출된다. 격자 상수를 증가시키는 것은, 피막재의 광 라인 내부의 G 포인트의 밀도를 증가시킨다. NND를 갖는 추출 효율의 명백한 경향이 관찰된다. 최대 추출 효율이 진공에서의 광의 파장과 대략 동일한 NND에 대하여 일어난다는 것이 믿어진다. 최대치가 얻어지는 이유는 NND가 광의 파장보다 훨씬 크게 됨에 따라 재료가 보다 균일해지기 때문에 산란 효과가 감소되기 때문이다.As an example, Figure 36 shows the effect of increasing the lattice constant for an ideal triangular pattern. The data in Fig. 36 shows that the emitted light is 1.27a, 0.72a and 1.27a ± as the peak wavelength of 450 nm and the depth of the hole, the diameter of the hole and the accumulation of the n-doped
다른 예로서, 도37은 구멍 크기 또는 채움 인자를 증가시키는 효과를 도시한다. 삼각형 패턴에 대한 채움 효과는 (2π/√3)*(r/a)2 으로 주어지고, r은 구멍의 반경이다. 도37에 도시된 데이터는 개구의 직경이 그래프의 x축 상에 주어진 채움 인자 값에 따라 변경되는 것을 제외하고는, 도32에 도시된 LED(100)에 대해 주어진 변수를 사용하여 계산된다. 추출 효율은 산란 강도(εG)가 증가됨에 따라 채움 인자와 함께 증가된다. 최대치는 약 48%의 채움 효과에서 이 특정 시스템에 대하여 관찰된다. 어떤 실시예에서, LED(100)는 적어도 약 10%(예를 들면, 적어도 약 15%, 적어도 약 20%) 및/또는 최대 90%(예를 들면, 최대 약 80%, 최대 약 70%, 최대 약 60%)의 채움 인자를 갖는다.As another example, Figure 37 shows the effect of increasing the hole size or fill factor. The filling effect for the triangular pattern is given by (2π / √3) * (r / a) 2 , where r is the radius of the hole. The data shown in FIG. 37 is calculated using the variables given for the
비록 변형된 삼각형 패턴은 디튜닝 변수가 이상적인 삼각형 격자 내의 위치로부터 패턴의 개구의 위치설정에 관련되는 것으로 기재되지만, 변형된(디튜닝된) 삼각형 패턴은 또한 이상적인 삼각형 패턴을 위한 위치에 중심을 유지하면서 이상적인 삼각형 패턴 내에 구멍을 변형함에 의해서 달성될 수도 있다. 도38은 이러한 패턴의 실시예를 도시한다. 광 추출의 향상, 대응하는 수치 계산을 수행하는 방법 및 도38에 도시된 패턴을 갖는 발광 소자를 위한 향상된 광 추출의 물리적인 설명은 위에서 설명된 것과 전체적으로 동일하다. 일부 실시예에서, 변형된(디튜닝된) 패턴은 이상적인 위치로부터 변위된 개구 및 이상적인 위치이지만 가변 직경을 갖는 개구를 가질 수 있다.Although the deformed triangular pattern is described as the detuning variable relates to the positioning of the opening of the pattern from the position in the ideal triangular grid, the deformed (detuned) triangular pattern is also centered in the position for the ideal triangular pattern. It can also be achieved by modifying the holes in the ideal triangular pattern. 38 shows an embodiment of this pattern. The physical description of the improvement of the light extraction, the method of performing the corresponding numerical calculation and the improved light extraction for the light emitting element having the pattern shown in FIG. 38 are the same as those described above. In some embodiments, the deformed (detuned) pattern may have openings displaced from the ideal position and openings with the ideal position but variable diameter.
다른 실시예에서, 발광 소자로부터의 향상된 광 추출은 예를 들면 복합 주기 패턴 및 비주기 패턴을 포함하는 다양한 형태의 패턴을 이용함에 의해서 달성될 수 있다. 여기서 참조된 것과 같이, 복합 주기 패턴은 주기적인 방식으로 반복되는 각각의 단위 셀 내에 하나 이상의 모양을 갖는 패턴이다. 복합 주기 패턴의 예는 허니컴 패턴, 허니컴 베이스 패턴, (2×2) 베이스 패턴, 링 패턴 및 아르키메데스 패턴을 포함한다. 아래에서 설명되는 것과 같이, 일부 실시예에서, 복합 주기 패턴은 하나의 직경을 갖는 어떤 개구와 더 작은 직경을 갖는 다른 개구를 포함할 수 있다. 여기서 참조되는 것과 같이, 비주기 패턴은 구역(130)에 의해서 발생된 광 의 피크 파장의 적어도 50배인 길이를 갖는 단위 셀에 걸쳐서 병진 대칭성을 갖지 않는 패턴이다. 비주기 패턴의 예는 비반복성 패턴, 준결정 패턴, 로빈슨 패턴 및 암만 패턴을 포함한다.In another embodiment, improved light extraction from the light emitting device can be achieved by using various types of patterns including, for example, complex periodic patterns and aperiodic patterns. As referred to herein, a compound periodic pattern is a pattern having one or more shapes in each unit cell repeated in a periodic manner. Examples of the compound periodic pattern include a honeycomb pattern, a honeycomb base pattern, a (2 × 2) base pattern, a ring pattern, and an Archimedes pattern. As described below, in some embodiments, the compound periodic pattern may include some openings with one diameter and other openings with a smaller diameter. As referred to herein, the aperiodic pattern is a pattern that does not have translational symmetry over unit cells having a length that is at least 50 times the peak wavelength of the light generated by
도39는 패턴 내의 어떤 개구가 특정 직경을 갖고 패턴 내의 다른 개구가 더 작은 직경을 갖는 2개의 상이한 복합 주기 패턴에 대한 LED(100)를 위한 수치 계산을 도시한다. 도39에 도시된 수치 계산은 작은 구멍(dR)의 직경이 0㎚에서부터 95㎚까지 변화됨에 따른 추출 효율의 거동을 도시한다(80 ㎚의 직경을 갖는 큰 구멍). 도37에 도시된 데이터는 개구의 직경이 그래프의 x축 상에 주어진 채움 인자 값에 따라 변화되는 것을 제외하고는 도32에 도시된 LED(100)에 대해 주어진 변수를 이용하여 계산된다. 이론에 의해 제한되는 것을 바라지 않고, 다수의 구멍 크기는 패턴 내부에서 다수의 주기성으로부터의 산란을 허용하여, 따라서 패턴의 각도 허용성 및 스펙트럼 효율을 증가시킨다. 광 추출의 향상, 대응하는 수치 계산을 수행하는 방법 및 도39에 도시된 패턴을 갖는 발광 소자를 위한 향상된 광 추출의 물리적인 설명은 전술된 것과 전체적으로 동일하다.39 shows numerical calculations for the
도40은 상이한 링 패턴(복합 주기 패턴)을 갖는 LED(100)를 위한 수치 계산을 나타낸다. 중앙 구멍을 둘러싸는 제1 링의 구멍의 개수는 상이한 링 패턴에 대하여 상이하다(6, 8 또는 10). 도40에 도시된 데이터는 방출된 광이 450㎚의 피크 파장을 갖는 것을 제외하고는 도32에 도시된 LED(100)에 대해 주어진 변수를 이용하여 산출된다. 도40에 나타낸 수치 계산은 단위 셀을 가로질러 반복되는 단위 셀당 링 패턴의 개수가 2에서 4로 변경됨에 따른 LED(100)의 추출 효율을 나타낸다. 광 추출의 향상, 대응하는 수치 계산을 수행하는 방법 및 도40에 도시된 패턴을 갖는 발광 소자를 위한 향상된 광 추출의 물리적인 설명은 전술된 것과 일반적으로 동일하다.40 shows numerical calculations for
도41은 아르키메데스 패턴을 갖는 LED(100)를 위한 수치 계산을 나타낸다. 아르키메데스 패턴(A7)은 최인접 거리(a)를 갖는 7개의 동일하게 이격된 구멍의 육각형 단위 셀(230)로 구성된다. 단위 셀(230) 내부에, 6개의 구멍이 규칙적인 육각형의 형상으로 배열되고 7번째 구멍이 6개의 구멍이 육각형의 중심에 위치된다. 이어서, 육각형 단위 셀(230)은 LED의 전체 표면을 패턴화하기 위하여 a'=a*(1+√3)의 단위 셀 사이의 중심간 거리로 이들의 에지를 따라 서로 맞춰진다. 이는 7개의 구멍이 단위 셀을 구성함으로 A7 타일링(tiling)으로 알려져 있다. 마찬가지로, 아르키메데스 타일링(A19)은 a의 NND를 갖는 19개의 동일하게 이격된 구멍으로 구성된다. 구멍은 7개의 구멍을 갖는 내측 육각형과, 12개의 구멍을 갖는 외측 육각형과, 내측 육각형 내의 중앙 구멍의 형상으로 배열된다. 육각형 단위 셀(230)은 LED의 전체 표면을 패턴화하기 위하여 a'=a*(3+√3)의 단위 셀 사이의 중심간 거리로 이들의 에지를 따라 서로 맞춰진다. 광 추출의 향상, 대응하는 수치 계산을 수행하는 방법 및 도41에 도시된 패턴을 갖는 발광 소자를 위한 향상된 광 추출의 물리적인 설명은 전술된 것과 일반적으로 동일하다. 도41에 도시된 것과 같이 A7 및 A19에 대한 추출 효율은 대략 77%이다. 도41에 도시된 데이터는 방출된 광이 450㎚의 피크 파장을 갖고 NND가 개별 셀 내의 개구 사이의 거리로서 한정되는 것을 제외하고는 도32에 도시된 LED에 대해 주어진 변수를 이용하여 산출된다.41 shows numerical calculations for an
도42는 준결정 패턴을 갖는 LED(100)에 대한 수치 산출 데이터를 나타낸다. 준결정 패턴은 예를 들면 여기에 참조로 포함된 M. Senechal의 준결정 및 기하학적 형상(캠브리지 대학 프레스, 캠브리지, 잉글랜드 1996)에 기재되어 있다. 수치 산출은 8배 기준 유사 주기 구조의 분류(class of 8-fold based quasi-periodic structure)가 변경됨에 따른 추출 효율의 거동을 나타낸다. 준결정 패턴은 이러한 구조에 의해서 허용되는 높은 정도의 평면내 회전 대칭성 때문에 높은 추출 효율을 보이는 것으로 믿어진다. 광 추출의 향상, 대응하는 수치 계산을 수행하는 방법 및 도42에 도시된 패턴을 갖는 발광 소자를 위한 향상된 광 추출의 물리적인 설명은 전술된 것과 일반적으로 동일하다. 도22에 도시된 FDTD 계산의 결과는 준결정 구조의 추출 효율이 약 82%에 달하는 것을 나타낸다. 도42에 도시된 데이터는 방출된 광이 450㎚의 피크 파장을 갖고 NND가 개별 셀 내부의 개구 사이의 거리로서 한정되는 것을 제외하고는 도32에 도시된 LED(100)에 대하여 주어진 변수를 이용하여 산출된다.42 shows numerical calculation data for the
비록 패턴의 특정 예가 본원에서 설명되지만, 다른 패턴도 만일 그 패턴이 위에서 설명된 기본적인 원칙을 만족시키면 LED(100)로부터의 광 추출을 향상시킬 있다는 것이 믿어진다. 예를 들면, 준결정 또는 복합 주기 구조에 디튜닝을 부가하는 것은 추출 효율을 증가시킬 수 있는 것으로 믿어진다.Although specific examples of patterns are described herein, it is believed that other patterns may improve light extraction from
일부 실시예에서, LED(100)로부터 나오는 광발생 구역(130)에 의해서 발생된 광의 전체 양의 적어도 45%(예를 들면, 적어도 약 50%, 적어도 약 55%, 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 적어도 약95%)가 표 면(110)을 거쳐 나온다.In some embodiments, at least 45% (eg, at least about 50%, at least about 55%, at least about 60%, at least about) the total amount of light generated by the
특정 실시예에서, LED(100)의 단면적이 비교적 크지만, 여전히 LED(100)로부터 효율적인 광 추출을 나타낸다. 예를 들면, LED(100)의 하나 이상의 에지는 적어도 약 일 밀리미터(예를 들면, 적어도 약 1.5밀리미터, 적어도 약 2밀리미터, 적어도 약 2.5밀리미터, 적어도 약 3밀리미터)일 수 있고, 광발생 구역(130)에 의해서 발생된 광의 전체 양의 적어도 약 45%(예를 들면, 적어도 약 50%, 적어도 약 55%, 적어도 약 60%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%)가 표면(110)을 거쳐서 나온다. 이는 LED가 양호한 파워 변환 효율을 나타내는 동시에 비교적 큰 단면(예를 들면, 적어도 약 1 밀리미터 × 적어도 약 1 밀리미터)을 가지는 것을 허용할 수 있다. In certain embodiments, the cross-sectional area of
일부 실시예에서, LED(100)의 디자인을 갖는 LED의 추출 효율은 LED의 에지의 길이와 실질적으로 무관하다. 예를 들면, LED(100)의 디자인을 갖고 약 0.25 밀리미터의 길이를 갖는 하나 이상의 에지를 갖는 LED의 추출 효율과 LED(100)의 디자인을 갖고 일 밀리미터의 길이를 갖는 하나 이상의 에지를 갖는 LED의 추출 효율 사이의 차이는 약 10% 미만(예를 들면, 약 8% 미만, 약 5% 미만, 약 3 % 미만) 만큼 변할 수 있다. 여기서 참조되는 것과 같이, LED의 추출 효율은 소자에 의해서 발생된 광의 양(에너지 또는 광자로 측정될 수 있음)에 대한 LED에 의해서 방출된 광의 비이다. 이는 LED가 양호한 파워 변환 효율을 나타내는 동시에 비교적 큰 단면(예를 들면, 적어도 약 1 밀리미터 × 적어도 약 1 밀리미터)을 가지는 것을 허용할 수 있다.In some embodiments, the extraction efficiency of the LED with the design of the
특정 실시예에서, LED(100)의 디자인을 갖는 LED의 양자 효율은 LED의 에지의 길이와 실질적으로 무관하다. 예를 들면, LED(100)의 디자인을 갖고 약 0.25 밀리미터의 길이를 갖는 하나 이상의 에지를 갖는 LED의 양자 효율과 LED(100)의 디자인을 갖고 일 밀리미터의 길이를 갖는 하나 이상의 에지를 갖는 LED의 양자 효율 사이의 차이는 약 10% 미만(예를 들면, 약 8% 미만, 약 5% 미만, 약 3 % 미만) 만큼 변할 수 있다. 여기서 참조되는 것과 같이, LED의 양자 효율은 LED에서 일어나는 전자-홀 재결합에 대한 LED에 의해서 발생된 광자의 수의 비이다. 이는 LED가 양호한 파워 변환 효율을 나타내는 동시에 비교적 큰 단면(예를 들면, 적어도 약 1 밀리미터 × 적어도 약 1 밀리미터)을 가지는 것을 허용할 수 있다.In certain embodiments, the quantum efficiency of an LED with the design of
일부 실시예에서, LED(100)의 디자인을 갖는 LED의 월 플러그(wall plug) 효율은 LED의 에지의 길이와 실질적으로 무관하다. 예를 들면, LED(100)의 디자인을 갖고 약 0.25 밀리미터의 길이를 갖는 하나 이상의 에지를 갖는 LED의 월 플러그 효율과 LED(100)의 디자인을 갖고 일 밀리미터의 길이를 갖는 하나 이상의 에지를 갖는 LED의 월 플러그 효율 사이의 차이는 약 10% 미만(예를 들면, 약 8% 미만, 약 5% 미만, 약 3 % 미만) 만큼 변할 수 있다. 여기서 참조되는 것과 같이, LED의 월 플러그 효율은 LED의 주입 효율(장치의 광발생 구역에서 재결합하는 캐리어의 수에 대한 장치 내로 주입된 캐리어의 수의 비), LED의 방사 효율(전자-홀 재결합의 전체 수에 대한 방사 이벤트를 일으킨 전자-홀 재결합의 비) 및 LED의 추출 효율(생성된 광자의 전체 수에 대한 LED로부터 추출되는 광자의 비)의 곱이다. 이는 LED가 양호한 파워 변환 효율을 나타내는 동시에 비교적 큰 단면(예를 들면, 적 어도 약 1 밀리미터 × 적어도 약 1 밀리미터)을 가지는 것을 허용할 수 있다.In some embodiments, the wall plug efficiency of an LED with the design of the
일부 실시예에서, 표면(110)을 거쳐서 LED(100)로부터 나오는 광의 각도 분포를 조작하는 것이 바람직할 수도 있다. 주어진 입체 각(예를 들면, 표면(110)에 대해 직각인 방향 둘레의 입체각으로)으로의 추출 효율을 증가시키기 위하여 패턴(150)에 따라 공간적으로 변하는(전술된 것과 같음) 유전 함수의 푸리에 변환을 검사한다. 도43은 상이한 격자 상수의 2개의 이상적인 삼각형 격자를 위한 푸리에 변환 구성을 도시한다. 광 추출 효율을 증가시키기 위하여, 재료 광 라인 내의 G 포인트(εG)의 산란 강도 및 피막재 광 라인 내의 G 포인트의 수를 증가시키는 것을 시도한다. 이는 도36에 도시된 효과를 달성하기 위하여 NND를 증가시키는 것을 포함할 것이다. 그러나, 여기서 접선 방향 둘레에 중심을 둔 입체 각 내로 추출 효율을 증가시키는 것에 관심이 있다. 따라서, G>(ω(ne))/c 의 크기와 같이 피막재 광 라인의 반경을 감소시킴에 의해서 더 높은 차수의 G 포인트의 도입을 또한 제한하고자 한다. 피막재의 굴절률(거의 최소는 피막재를 모두 함께 제거하는 것이다)을 감소시킴으로써 더 큰 NND를 허용하고 따라서 피막재 내의 더 높은 차수(경사진 각도) 내로 회절을 동시에 회피하면서 법선 방향(Fk =0)으로의 추출에 기여할 수 있는 재료 광 라인 내부의 G 포인트의 수를 증가시키는 것을 알 수 있다. 입체 각 내로의 추출 효율을 도시하는 위의 경향은 도44에 도시된다(다이어그램에서 수집 반각에 의해서 주어짐). 도44에 도시된 데이터는 방출된 광이 530㎚의 피크 파장 및 34㎚의 대역폭을 갖고, 피막재의 굴절률이 1.0이었고, p-도핑된 층의 두께가 160㎚이고, 광발생 층이 30㎚의 두께이고, 3개의 곡선에 대한 NND(a)가 도44에 도시되고, 깊이, 홀 직경 및 n-도핑된 층의 두께는 a로 축적하면 각각 1.27a, 0.72a 및 1.27a±40㎚인 것을 제외하고는 도32에 도시된 LED(100)에 대해 주어진 변수를 이용하여 계산된다. 격자 상수가 증가됨에 따라, 좁은 각도에서 추출 효율은 모든 각도 내로의 전체 추출 효율과 함께 증가된다. 그러나, 더 큰 격자 상수에 대하여 피막재 내의 더 높은 차수 모드로의 회절은 전체 추출 효율이 모든 각도 내로 증가되는 경우에서 좁은 각도에서의 추출 효율을 제한한다. 460㎚의 격자 상수에 대하여, 우리는 30°의 수집 반각 내로 25% 보다 큰 추출 효율을 계산했다. 즉, 추출된 광의 약 절반이 입체 각의 상반부의 오직 13.4% 내부에서 수집되어, 패턴의 시준 효과를 증명했다. 피막재 광 라인 내부의 G 포인트의 수를 k=0에서 G 포인트만으로 제한하면서 재료 광 라인 내부의 G 포인트의 수를 증가시키는 임의의 패턴은 법선 방향 둘레에 중심을 둔 입체 각 내에서의 추출 효율을 개선할 수 있다고 믿어진다.In some embodiments, it may be desirable to manipulate the angular distribution of light exiting the
접근법은 종종 n2에 비례하는 것으로 믿어지는 소스 연장을 감소시키기 위해 특히 적용될 수 있고, 여기서 n은 주변 재료(예를 들면, 피막재)의 굴절률이다. 따라서 LED(100)의 피막재 층의 반사율을 감소시키는 것은 보다 시준된 방출, 낮은 소스 연장, 및 따라서 더 높은 표면 휘도(여기서 소스의 연장 내로 추출된 전체 루멘으로 정의됨)로 이어진다. 일부 실시예에서, 공기의 피막재를 사용하는 것은 소스 연장을 감소시키고 법선 방향 둘레에 중심을 둔 주어진 수집 각도 내로의 추출 효율을 증가시킬 것이다.The approach can be particularly applied to reduce source extension, which is often believed to be proportional to n 2 , where n is the refractive index of the surrounding material (eg, encapsulant). Reducing the reflectance of the encapsulant layer of
특정 실시예에서, 구역(130)에 의해서 발생된 광이 표면(110)을 거쳐서 LED(100)로부터 나올 때, 광의 분포는 램버시안 분포보다 더욱 시준된다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 구역(130)에 의해서 발생된 광이 표면(110)을 거쳐서 LED(100)로부터 나올 때, 유전 층의 표면을 거쳐서 나오는 광의 적어도 약 40%(예를 들면, 적어도 약 50%, 적어도 약 70%, 적어도 약 90%)는 표면(110)에 직각인 각의 최대 30°(예를 들면, 최대 약 25°, 최대 약 20°, 최대 약 15°) 내에서 나온다.In certain embodiments, when light generated by
원하는 각도 만으로부터 또는 비교적 높은 광 추출과 결합하여 비교적 높은 퍼센티지의 광을 추출하는 능력은 주어진 웨이퍼 상에 비교적 높은 밀도의 LED가 준비되는 것을 허용할 수 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서, 웨이퍼는 제곱 센티미터당 적어도 약 5개의 LED(예를 들면, 적어도 약 25개의 LED, 적어도 약 50개의 LED)를 갖는다.The ability to extract relatively high percentages of light from only the desired angle or in combination with relatively high light extraction may allow a relatively high density of LEDs to be prepared on a given wafer. For example, in some embodiments, the wafer has at least about 5 LEDs (eg, at least about 25 LEDs, at least about 50 LEDs) per square centimeter.
일부 실시예에서, 광발생 구역(130)에 의해서 발생된 광의 파장(들)에 비교하여 패키지화된 LED(100)로부터 나오는 광이 파장(들)을 변형하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 도45에 도시된 것과 같이, 형광체 재료(180)를 함유하는 LED(300)가 표면(110) 상에 배치될 수 있다. 형광체 재료는 원하는 파장(들)에서 광을 제공하기 위하여 구역(130)에 의해서 발생된 파장(들)에서 광과 상호작용할 수 있다. 일부 실시예에서, 패키지화된 LED(100)로부터 나오는 광이 실질적으로 백색 광인 것이 바람직할 수 있다. 이러한 실시예에서, 층(180) 내의 형광체 재료 는 예를 들면 (Y,Gd)(Al,Ga)G:Ge3+ 또는 "YAG"(이트륨, 알루미늄, 가닛) 형광체로 형성될 수 있다. 광발생 구역(130)으로부터 방출된 청색 광에 의해서 펌핑된 때, 층(180) 내의 형광체 물질은 활성화되어 황색 파장 주위에 중심을 둔 넓은 스펙트럼을 갖는 광을 (예를 들면, 등방성으로) 방출할 수 있다. 패키지화된 LED(100)로부터 나오는 전체 광 스펙트럼의 관찰자는 황색 형광체의 폭넓은 방출 스펙트럼 및 청색 InGaN의 좁은 방출 스펙트럼을 보고 통상적으로 2가지 스펙트럼을 혼합하여 백색을 감지한다.In some embodiments, it may be desirable for the light coming from the packaged
특정 실시예에서, 층(180)은 표면(110) 상에 실질적으로 균일하게 배치될 수 있다. 예를 들면, 패턴(150)의 상부(151)와 층(180)의 상부(181) 사이의 거리는 표면(110)에 걸쳐서 약 20% 미만(예를 들면, 약 10% 미만, 약 5% 미만, 약 2% 미만)만큼 변할 수 있다.In certain embodiments,
일반적으로, 층(180)의 두께는 통상적으로 약 1 밀리미터(㎜) × 1㎜인 LED(100)의 표면(130)의 단면 치수와 비교될 때 작다. 층(180)이 표면(110) 상에서 실질적으로 균일하게 적층되므로, 층(180) 내의 형광체 재료는 표면(110)을 거쳐서 나오는 광에 의해서 실질적으로 균일하게 펌핑될 수 있다. 형광체 층(180)은 LED(100)의 표면(110)의 치수에 비교하여 비교적 얇아서, 광발생 구역(130)에 의해서 방출되는 광이 LED(100)의 전체 표면(110)에 걸쳐서 대략 균일하게 형광체 층(180) 내부에서 낮은 파장의 광으로 변환된다. 따라서, 비교적 얇고 균일한 형광체 층(180)은 표면(110) 상에 위치의 함수로서 LED(100)로부터 방출되는 백색 광 의 균일한 스펙트럼을 생성한다.In general, the thickness of
일반적으로, LED(100)는 원하는 데로 제조될 수 있다. 통상적으로 LED(100)의 제조는 다양한 증착, 레이저 처리, 리소그래피 및 에칭 단계를 포함한다.In general, the
예를 들면, 도46은 기재(예를 들면, 사파이어, 화합물 반도체, 산화아연, 탄화규소, 규소)(502) 상에 적층된 재료의 LED 층 스택을 함유하는 LED 웨이퍼(500)를 나타낸다. 이러한 웨이퍼는 상업적으로 입수가능하다. 예시적인 상업적 공급자는 에피스타 코포레이션, 아리마 옵토일렉트로닉스 코포레이션 및 사우쓰 에피택시 코포레이션을 포함한다. 기재(502) 상에는, 버퍼층(504)(예를 들면, GaN 층, AlN 층, AlGaN 층과 같은 질화물 함유 층), n-도핑된 반도체층(예를 들면, n-도핑된 Si:GaN) 층(506), 전류 확산층(508)(예를 들면, AlGaN/GaN 헤테로 접합 또는 초격자), 발광 구역(510)(예를 들면, InGaN/GaN 다중 양자 우물 구역), 및 반도체층(512)(예를 들면, p-도핑된 Mg:GaN 층)이 연속적으로 적층된다. 웨이퍼(500)는 일반적으로 적어도 약 2인치(예를 들면, 대략 2인치 내지 대략 12인치, 약 2인치 내지 약 6인치, 약 2인치 내지 약 4인치, 약 2인치 내지 약 3인치)의 직경을 갖는다.For example, FIG. 46 shows an
도47은 아래와 기술되는 것과 같이 압력 및/또는 열 접합될 수 있는 재료로 형성된, 층(520, 522, 524, 526) 뿐만 아니라 층(502, 504, 506, 508, 510, 512)을 포함하는 다중 층 스택(550)을 도시한다. 예를 들면, 층(520)은 니켈 층(예를 들면, 전자-비임 증착됨), 층(522)은 실버 층(예를 들면, 전자-비임 증착됨), 층(524)은 니켈 층(예를 들면, 전자-비임 증착됨)이고, 그리고 층(526)은 금 층(예 를 들면, 전자-비임 증착됨)일 수 있다. 일부 실시예에서, 층(520)은 비교적 얇은 층일 수 있고, 층(524)은 비교적 두꺼운 층일 수 있다. 층(524)은 예를 들면 층(520, 522) 및/또는 층(524) 그 자체로의 오염물(예를 들면, 금)의 확산을 감소시키기 위한 확산 장벽으로 작용할 수 있다. 층(520, 522, 524, 526)의 적층 후에, 다중 층 스택(520)은 오믹 접점을 달성하도록 처리될 수 있다. 예를 들면, 스택(550)은 적절한 가스 환경(예를 들면, 질소, 산소, 공기, 형성 가스) 내에서 소정 시간(예를 들면, 약 30초 내지 약 300초) 동안 어닐링(예를 들면, 약 400℃ 내지 약 600℃의 온도에서)될 수 있다.Figure 47 includes
도48은 그 상에 적층된 층(604, 606, 608, 610)을 갖는 서브마운트(예를 들면, 게르마늄(다결정 게르마늄과 같은), 규소(다결정 규소와 같은), 탄화규소, 구리, 구리-텅스텐, 다이아몬드, 니켈-코발트)(602)를 포함하는 다중 층 스택(600)을 도시한다. 서브마운트(602)는 예를 들면, 스퍼터링 또는 전기주조에 의해서 형성될 수 있다. 층(604)은 접점층이며 예를 들면, 알루미늄(예를 들면, 전자 증착됨)으로부터 형성될 수 있다. 층(606)은 확산 장벽이고 예를 들면, Ni(예를 들면, 전자 증착됨)로부터 형성될 수 있다. 층(608)은 금 층(예를 들면, 전자-비임 증착됨)일 수 있고, 층(610)은 층(608) 상으로의 AuSn 접합 층(예를 들면, 열 증착되거나 스퍼터링됨)일 수 있다. 층(604, 606, 608, 610)의 적층 후에, 다중 층 스택(600)은 오믹 접점을 달성하기 위하여 처리될 수 있다. 예를 들면, 스택(600)은 적절한 가스 환경(예를 들면, 질소, 산소, 공기, 형성 가스) 내에서 소정 시간(예를 들면, 약 30초 내지 약 300초) 동안 어닐링(예를 들면, 약 350℃ 내지 약 500℃ 의 온도에서)될 수 있다.48 shows a submount (eg, germanium (such as polycrystalline germanium)), silicon (such as polycrystalline silicon), silicon carbide, copper, copper—with
도49는 층(526)과 층(610)을 함께 접합함에 의해서(예를 들면, 솔더 접합을 이용하여, 공융 접합을 이용하여, 포정 접합을 이용하여) 형성된 다중 층 스택(650)을 도시한다. 층(526, 610)은 예를 들면 열-기계 프레싱을 이용하여 접합될 수 있다. 예로서, 층(526, 610)을 접촉시킨 후에, 다중 층 스택(650)은 프레스 내에 넣어져서 가압되고(예를 들면, 최대 약 5㎫의, 최대 약 2㎫의 압력을 이용하여) 가열될 수 있다(약 200℃ 내지 약 400℃의 온도까지). 스택(650)은 그런 후 냉각되고(예를 들면, 실온까지) 프레스로부터 제거될 수 있다.Figure 49 illustrates a
기재(502) 및 버퍼층(504)은 그런 후 적어도 부분적으로 스택(650)으로부터 제거된다. 일반적으로 이는 임의의 원하는 방법을 이용하여 달성될 수 있다. 예를 들면, 도50에 도시된 것과 같이, 일부 실시예에서, 기재(502)는 부분적으로 층(504)을 분해시키기 위하여 적절한 파장에서의 전자기 방사에 스택(650)(예를 들면, 기재(502)의 표면(501)을 통해서)을 노출함에 의해서 제거된다. 이는 층(504)의 국부 가열을 유발하여, 층(504) 및 기재(502)의 경계부에 인접하는 층(504)의 재료의 부분적인 분해를 일으켜서, 그에 의해서 스택(650)으로부터 기재(502)의 제거를 허용한다고 믿어진다. 예를 들면, 층(504)이 질화갈륨에 의해 형성되는 실시예에서, 갈륨 및 질소 가스를 포함하는 구성이 형성되는 것으로 믿어진다. 일부 실시예에서, 스택(650)은 전자기 방사로의 표면(501)의 노출 동안 가열될 수 있다(예를 들면, 스택(650) 내부의 변형을 감소시키기 위하여). 스택(650)은 스택(650)을 예를 들면, 열판에 위치시키고/시키거나 스택(650)을 부가적인 레이저 소스(예를 들면, CO2 레이저)에 노출시킴으로써 가열될 수 있다. 전자기 방사로의 표면(501)의 노출 동안 스택(650)을 가열하는 것은 예를 들면 액체 갈륨이 재응고되는 것을 감소(예를 들면, 방지)할 수 있다. 이는 갈륨의 재응고 시에 일어나는 스택(650) 내부에서 변형의 누적을 감소시킬 수 있다.
특정 실시예에서, 전자기 방사로의 노출 후에 잔류 갈륨이 존재하고 기재(502)를 스택(650) 내에 접합되어 유지한다. 이러한 실시예에서, 스택(650)은 기재(502)가 스택으로부터 제거되는 것을 허용하기 위하여 갈륨의 녹는점을 초과하여 가열될 수 있다. 어떤 실시예에서, 스택(650)은 잔류 갈륨을 부식시키고 기재(502)를 제거하기 위하여 부식액(예를 들면, HCl과 같은 화학적 부식액)에 노출될 수도 있다. 잔류 갈륨을 제거하는 다른 방법(예를 들면, 물리적인 방법)이 사용될 수도 있다.In certain embodiments, residual gallium is present after exposure to electromagnetic radiation and the
예로서, 특정 실시예에서, 표면(501)은 층(504)의 흡수 파장(예를 들면, 약 248 나노미터, 약 355 나노미터)을 포함하는 레이저 방사에 노출된다. 레이저 방사 공정은 예를 들면 본 명세서에 참고로 포함된 미국 특허 제6,420,242호 및 제6,071,795호에 개시된다. 다중 층 스택은 그런 후 갈륨의 녹는점을 초과하여 가열되고, 이 녹는점에서 기재(502)와 버퍼층(504)은 기재(502)에 측방향 힘을 가함으로써(예를 들면, 커튼 스왑을 이용하여) 스택으로부터 제거된다.By way of example, in certain embodiments,
일부 실시예에서, 표면(501)의 다수의 부분이 동시에 전자기 방사에 노출된다. 어떤 실시예에서, 표면(501)의 다수의 부분이 순차적으로 전자기 방사에 노출 된다. 동시 또는 순차 노출의 조합이 이용될 수 있다. 또한, 전자기 방사는 패턴의 형상으로(예를 들면, 꾸불꾸불한 패턴, 원형 패턴, 나선형 패턴, 그리드, 격자, 삼각형 패턴, 기본적인 패턴, 무작위 패턴, 복합 패턴, 주기 패턴, 비주기 패턴) 표면(501) 상에 노출될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자기 방사가 표면(501)의 하나 이상의 부분에 걸쳐서 래스터(raster)될 수 있다. 어떤 실시예에서, 표면(501)은 전자기 방사의 중첩 필드에 노출된다.In some embodiments, multiple portions of
일부 실시예에서, 전자기 방사는 표면(501)에 도달하기 전에 마스크를 통과한다. 예로서, 전자기 방사는 표면(501)에 도달하기 전에 마스크(예를 들면, 몰리브덴 마스크, 구리-베릴륨 마스크와 같은 높은 열 전도성 마스크)를 포함하는 광학 시스템을 통과할 수 있다. 일부 실시예에서, 마스크는 (예를 들면, 비임을 절단 또는 성형하기 위한) 개구이다. 광학 시스템은 예를 들면 그 사이에 배치된 마스크를 갖는 적어도 2개의 렌즈를 포함할 수 있다. 다른 예로서, 마스크는 마스크가 표면(501)의 어떤 부분을 노출되게 하고 표면(501)의 일부 부분을 노출되지 않게 한 상태에서, 표면(501) 상의 재료의 패턴으로서 형성될 수 있다. 이러한 마스크는 예를 들면 리소그래피 공정을 거쳐서 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자기 방사는 마스크의 하나 이상의 부분을 거쳐서 래스터될 수 있다.In some embodiments, electromagnetic radiation passes through the mask before reaching the
이론에 의해서 제한되는 것을 바라지 않고, 표면(501)의 주어진 영역 내부에 전자기 방사에 노출된 표면(501) 상에 구역의 적어도 하나의 치수를 감소시키는 것은 기재(502)와 버퍼 층(504) 사이의 경계부에서 크랙 전파를 여전히 허용하는 동시에, 기재(502)의 제거 동안 층(504), 층(506) 또는 스택(650)의 다른 층과 같은 원하지 않는 크랙 전파를 제한할 수 있다고 믿어진다. 만일 표면(501) 상의 전자기 방사의 구성의 크기가 너무 크다면, 원하지 않는 크랙을 유발하는 국부화된 압력을 생성할 수 있는 가스성 버블(예를 들면, 질소 버블)이 형성될 수도 있다고 믿어진다. 예를 들면, 표면(501)이 표면(501) 상에 스팟 또는 라인을 형성하는 레이저 방사에 노출되는 실시예에서, 스팟 또는 라인의 적어도 하나의 치수의 최대는 많아야 약 일 밀리미터(예를 들면, 많아야 약 500미크론, 많아야 약 100미크론, 많아야 약 25미크론, 많아야 약 10미크론)일 수 있다. 일부 실시예에서, 스팟 크기는 약 5 미크론에서부터 약 1 밀리미터까지(예를 들면, 약 5 미크론에서부터 약 100 미크론, 약 5미크론에서부터 약 25미크론까지, 약 5미크론에서부터 약 10미크론까지)이다.Without wishing to be bound by theory, reducing at least one dimension of a region on a
특정 실시예에서, 스택(650)은 표면(501)이 전자기 방사에 노출되는 동안 진동된다. 이론에 의해서 제한되는 것을 바라지 않고, 스택(650)을 전자기 방사에 노출시키는 동안 스택(650)을 진동시키는 것은 층(504)과 기재(502) 사이의 경계부를 따른 크랙 전파를 향상시킬 수 있다고 믿어진다. 일반적으로, 층(504) 내로의 크랙의 전파를 제한하도록(예를 들면, 층(504, 506) 및 스택(650)의 나머지 내로는 실질적으로 크랙이 전파되지 않도록) 조건이 선택된다.In certain embodiments,
기재(502)의 제거 후에, 버퍼층(504)의 부분은 통상적으로 층(506)의 표면의 적어도 일부분 상에 잔류한다. 기재(502)로부터의 재료의 잔류물(예를 들면, 알루미늄 및/또는 산소를 함유하는)은 또한 버퍼 층(504)의 나머지 부분 상에 및/또는 층(506)의 표면 상에 존재할 수 있다. 버퍼 층(504)의 나머지 부분 및 기재(502) 로부터의 임의의 잔류물을 제거하고, 층(506)의 표면을 노출시키고 그리고 층(506)의 노출된 표면을 깨끗하게 하는 것은, 층(506)(통상적으로 n-도핑된 반도체 재료로 형성됨)이 전기 접점의 이어지는 형성을 위하여 양호한 전기 특성(예를 들면, 바람직한 접점 저항)을 나타낼 수 있기 때문에 일반적으로 바람직하다. 하나 이상의 처리 단계가 존재하는 임의의 잔류물 및/또는 버퍼 층(504)의 나머지 부분을 제거하고 그리고 층(506)의 표면을 깨끗하게 하는 데(예를 들면, 유기물 및/또는 입자와 같은 불순물을 제거하기 위하여) 일반적으로 이용된다. 처리(들)가 다양한 기술 및/또는 기술의 조합을 이용하여 수행될 수 있다. 그 예는 화학 기계적 폴리싱, 기계적 폴리싱, 반응성 이온 에칭(예를 들면, 실질적으로 화학적으로 에칭 성분을 가짐), 물리적 에칭, 그리고 습식 에칭을 포함한다. 이러한 방법은 예를 들면 본 명세서에 참고로 포함된 Ghandhi, S.의 VLSI 제조 원리: 실리콘 & 갈륨 비화물(1994)에 개시된다. 특정 실시예에서, 버퍼 층(504)은 완전하게 제거되지 않는다. 대신에, 이러한 실시예에서 이들 처리는 전기적인 리드가 이어서 배치될(예를 들면, 자체 정렬 처리를 이용하여) 위치에 대응하는 버퍼 층(504)의 부분들 상에만 제거하기 위하여 이용될 수 있다.After removal of the
종종, 기재(502)가 제거될 때, 스택(650) 내의 변형의 양(예를 들면, 스택(650) 내의 층들 사이에서 격자 부정합 및 열 부정합에 기인하여)이 변경될 수 있다. 예를 들면, 만일 스택(650) 내의 변형의 양이 감소되면, 구역(510)의 피크 출력 파장이 변경될 수 있다(예를 들면, 증가한다). 다른 예로서, 만일 스택(650) 내의 변형의 양이 증가되면, 구역(510)의 피크 출력 파장이 변경될 수 있다(예를 들면, 감소한다).Often, when the
기재(502)의 제거 동안 바람직하지 않는 크랙을 제한하기 위하여, 일부 실시예에서, 양 기재(502)의 열팽창 계수, 서브마운트(602)의 열팽창 계수, 층(504, 506, 508, 510, 512)의 결합된 두께, 및/또는 층(504, 506, 508, 510, 512)의 열팽창 계수에 대하여 고려된다. 예로서, 일부 실시예에서, 서브마운트(602)의 열팽창 계수가 기재(502)의 열팽창 계수와 약 15% 미만(예를 들면, 약 10% 미만, 약 5% 미만)만큼 다르도록 기재(502) 및 서브마운트(602)가 선택된다. 다른 예로서, 어떤 실시예에서, 서브마운트(602)의 두께가 기재(502)의 두께보다 실질적으로 크도록 기재(502) 및 서브마운트(602)가 선택된다. 부가적인 예로서, 일부 실시예에서, 반도체층(504, 506, 508, 510, 512) 및 서브마운트(602)는 서브마운트(602)의 열팽창 계수가 하나 이상의 층(504, 506, 508, 510, 512)의 열팽창 계수와 약 15% 미만(예를 들면, 약 10% 미만, 약 5% 미만)만큼 다르도록 반도체 층(504, 506, 508, 510, 512) 및 서브마운트(602)가 선택된다.In order to limit undesirable cracking during removal of the
일반적으로, 기재(502) 및 서브마운트(602)는 임의의 원하는 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 기재(502)는 최대 약 5 밀리미터(예를 들면, 최대 약 3 밀리미터, 최대 약 1 밀리미터, 최대 약 0.5 밀리미터) 두께이다. 어떤 실시예에서, 서브마운트(602)는 최대 약 10 밀리미터(예를 들면, 최대 약 5밀리미터, 최대 약 일 밀리미터, 약 0.5 밀리미터) 두께이다. 일부 실시예에서, 서브마운트(602)는 기재(502)보다 두껍고, 어떤 실시예에서는, 기재(502)가 서브마운트(602)보다 두껍다.In general,
버퍼 층(504)의 제거 및 층(506)의 표면을 노출/세척한 후에, 층(506)의 두께는 발광 소자에 이용하기 위한 원하는 최종 두께로 감소될 수 있다. 이는 예를 들면 기계적인 에칭 처리 만을 이용하여 또는 에칭 처리와 조합식으로 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 층(506)의 노출된 표면을 에칭/세척한 후에, 층(506)의 표면은 비교적 높은 정도의 편평도(예를 들면, 사용될 리소그래피 레티클의 스케일에서 비교적 높은 정도의 편평도)를 갖는다. 예로서, 일부 실시예에서, 층(506)의 노출된 표면을 에칭/세척한 후에, 층(506)의 표면은 6.25 제곱 센티미터당 최대 약 10 미크론(예를 들면, 6.25 제곱 센티미터당 최대 약 5 미크론, 6.25 제곱 센티미터당 최대 약 1 미크론)의 편평도를 갖는다. 다른 예로서, 어떤 실시예에서, 층(506)의 노출된 표면을 에칭/세척한 후에, 층(506)의 표면은 제곱 센티미터당 최대 약 10 미크론(예를 들면, 제곱 센티미터당 최대 약 5 미크론, 제곱 센티미터당 최대 약 1 미크론)의 편평도를 갖는다. 어떤 실시예에서, 층(506)의 노출된 표면을 에칭/세척한 후에, 층(506)의 표면은 최대 약 50 나노미터(예를 들면, 최대 약 25 나노미터, 최대 약 10 나노미터, 최대 약 5 나노미터, 최대 약 1 나노미터)의 RMS 조도를 갖는다.After removing the
일부 실시예에서, 층(506)의 표면 내에 패턴에 따른 공간적으로 변하는 유전 함수를 형성하기 전에, 층(506)의 노출된 표면은 너무 거칠고 및/또는 불충분하게 편평하여 충분한 정확도 및/또는 재현성을 갖는 패턴을 형성하기 위한 나노리소그래피를 이용할 수 없다. 층(506)의 표면 내에 정확하게 및/또는 재현가능하게 패턴을 형성하는 능력을 향상시키기 위하여, 나노리소그래피 처리는 층(506)의 표면 상에 평탄화층을 그리고 평탄화층의 표면 상에 리소그래피 층을 적층시키는 것을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 도51은 평탄화층(702)이 층(506)의 표면 상에 배치되고 리소그래피 층(704)이 층(702)의 표면 상에 배치되고, 층(506)을 세척/에칭한 후에 층(506)의 노출된 표면(505)이 비교적 거칠 수 있는(예를 들면, 약 10 나노미터 이상의 RMS 조도) 실시예를 도시한다. 일부 실시예에서, 평탄화층(702)은 순차적으로 적층되는 다수의 층(예를 들면, 동일 재료)으로 형성된다.In some embodiments, prior to forming a spatially varying dielectric function according to the pattern within the surface of
평탄화층(702)이 선택될 수 있는 재료의 예는 폴리머(예를 들면, Brewer Science로부터의 DUV-30J, 반사 방지 코팅, 높은 점도의 성형가능한 폴리머)를 포함하고, 리소그래피 층(704)이 선택될 수 있는 재료의 예는 UV-경화성 폴리머(예를 들면, Molecular Imprints, Inc.로부터 입수가능한 저점도 MonoMatTM)를 포함한다. 층(702, 704)은 예를 들면, 스핀 코팅, 증착 등과 같은 임의의 원하는 기술을 이용하여 형성될 수 있다.Examples of materials from which
층(702)은 예를 들면 적어도 약 100 나노미터 두께(예를 들면, 적어도 약 500 나노미터 두께), 및/또는 최대 약 5 미크론 두께(예를 들면, 최대 약 1 미크론 두께)일 수 있다. 층(704)은 예를 들면 적어도 약 1 나노미터 두께(예를 들면, 적어도 약 10 나노미터 두께), 및/또는 최대 약 1 미크론 두께(예를 들면, 최대 약 0.5 미크론 두께)일 수 있다.
원하는 패턴의 일부분을 한정하는 몰드는 그런 후 리소그래피층 내로 그리고 (통상적으로 몰드 및/또는 층(704)의 가열 또는 UV-경화로) 가압되고, 층(506)의 표면 내의 원하는 패턴에 대응하는 층(704)(도52) 내의 만입부를 형성하도록 부분별 처리 방식(portion-by-portion manner)으로 층(704)의 표면을 가로질러 나아간다. 일부 실시예에서, 단일 스텝은 전체 웨이퍼를 커버한다(예를 들면, 전체 웨이퍼 나노리소그래피 기술). 층(704)은 그런 후 층(704)(도53)의 만입된 부분이었던 것에 대응하는 층(702)의 표면의 노출된 부분으로 에칭(예를 들면, 반응성 이온 에칭, 습식 에칭을 이용하여)된다. 이러한 임프린트/에칭 처리의 예가 예를 들면 미국 특허 제5,722,905호 및 Zhang 등의 Applied Physics Letters Vol. 83, No. 8, pp. 1632-34에 개시되고, 이들 둘 다는 본원에 참조로 포함된다. 통상적으로, 층(704) 내의 패턴은 이후에 또는 처리 흐름에서 n-접점을 적층하기 위한 구역을 또한 남긴다. 대체 실시예에서, 다른 기술(예를 들면, x-레이 리소그래피, 딥 자외선 리소그래피, 익스트림 자외선 리소그래피, 침지 리소그래피, 간섭 리소그래피, 전자 비임 리소그래피, 포토리소그래피, 마이크로콘택 프린팅, 자기 조립 기술)이 층(704) 내에 패턴을 생성하기 위하여 이용될 수 있다.The mold defining a portion of the desired pattern is then pressed into the lithography layer (typically by heating or UV-curing the mold and / or layer 704) and corresponding layer in the surface of the
도54에 도시된 것과 같이, 패턴화된 층(704)은 평탄화층(702) 내로 패턴을 전사하기 위한 마스크로서 이용된다(예를 들면, 건식 에칭, 습식 에칭). 건식 에칭 방법의 예는 반응성 이온 에칭이다. 도55를 참조하면, 층(702, 704)은 이어서 층(506)의 표면 내로 패턴을 전사하는 마스크로서 이용된다(예를 들면, 건식 에칭, 습식 에칭을 이용하여). 도56에 도시된 것과 같이, 층(506)의 에칭에 이어서, 층(702, 704)은 제거된다(예를 들면, 산소계 반응성 이온 에칭액, 습식 용매 에칭액을 이용하여).As shown in Figure 54, the patterned
도57을 참조하면, 일부 실시예에서, 처리는 층(702, 704)의 에칭된 부분(예를 들어, 증착에 의해서)에 그리고 층(704)의 표면 상에 재료(708)(예를 들면, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 텅스텐과 같은 금속)를 배치시키는 것을 포함한다. 도58에 도시된 것과 같이, 층(702, 704)은 그런 후 에칭되어(예를 들면, 반응성 이온 에칭, 습식 에칭), 층(506)의 표면 내로 패턴을 에칭하기 위한 마스크로서 작용할 수 있는 층(506)의 표면 상에 에칭 저항성 재료(708)를 남긴다(도59). 도60을 참조하면, 에칭 저항성 재료(708)는 그런 후 제거될 수 있다(에칭, 습식 에칭을 이용하여).Referring to FIG. 57, in some embodiments, the treatment is performed on the etched portions (eg, by deposition) of the
일부 실시예에서, 처리는 층(704) 내에 만입부를 형성한 후에, 층(704)의 표면 상에 그리고 층(704)의 만입부 내에 에칭 저항성 재료(예를 들면, Si-도핑된 폴리머)(710)를 배치(예를 들면, 스핀 코팅)시키는 것을 포함할 수 있고, 재료(710)는 층(704) 내에 만입부 내의 에칭 저항성 재료를 유지하면서 층(704)의 표면을 노출시키기 위하여 다시 에칭된다(예를 들면, 건식 에칭을 이용하여). 도62에 도시된 것과 같이, 층(702, 704)의 부분은 그런 후 에칭되고(예를 들면, 반응성 이온 에칭, 습식 에칭을 이용하여), 층(506)의 표면 내로 패턴을 에칭하기 위한 마스크로서 작용할 수 있는 에칭 저항성 재료(710) 및 재료(710) 아래의 층(702, 704)의 부분을 남긴다(도63). 도64를 참조하면, 에칭 저항성 재료(710) 뿐만 아니라 층(702, 704)의 나머지 부분도 그런 후 제거될 수 있다(예를 들면, 반응성 이온 에칭, 건식 에칭, 습식 에칭을 이용하여). 일부 실시예에서, 층(708)을 제거하는 것은 플라즈마 처리(예를 들면 불소 플라즈마 처리)의 사용을 포함할 수 있다.In some embodiments, after the treatment forms an indent in
패턴이 n-도핑된 층(506)으로 전사된 후, 형광체 재료의 층이 n-도핑된 층(506)의 패턴화된 표면 상으로 선택적으로 배치될 수 있다(예를 들면, 스핀 코팅됨). 일부 실시예에서, 형광체는 패턴화된 표면과 일치하게 코팅될 수 있다(패턴화된 표면 내의 개구의 바닥 및 측벽을 따라 실질적으로 공극이 없게 코팅됨). 다르게는, 피막재 재료의 층이 패턴화된 n-도핑된 층(506)의 표면 상으로 배치될 수 있다(예를 들면, CVD, 스퍼터링, 이어서 증착되는 액체 바인더에 의한 현탁(suspension)에 의해서). 일부 실시예에서, 피막재가 하나 이상의 형광체 재료를 함유할 수 있다. 일부 실시예에서, 형광체가 형광체의 평균 두께의 약 20% 미만, 약 15% 미만, 약 10% 미만, 약 5% 미만, 약 2% 미만의 두께 균일도를 달성하기 위하여 압축될 수 있다. 일부 실시예에서, 형광체 함유 피막재가 패턴화된 표면을 일치식으로 코팅할 수 있다.After the pattern is transferred to the n-doped
유전 함수 패턴이 n-도핑된 층(506) 내에 생성된 후에, 개별 LED 다이스는 웨이퍼로부터 절단될 수 있다. 일단 웨이퍼 처리 및 웨이퍼 테스팅이 완료되면, 개별 LED 다이스는 분리되고 패키징 및 테스팅을 위하여 준비된다. 측벽 패시베이션 단계 및/또는 예비 분리 딥 메사 에칭 단계가 웨이퍼 절단 중에 일어나는 패턴화된 LED의 전기적인 및/또는 광학적인 특성에 대한 잠재적인 손상을 감소시키기 위하여 이용될 수도 있다. 개별 LED는 웨이퍼 자체의 크기까지 임의의 크기가 될 수 있지만, 개별 LED는 측면이 약 0.5㎜ 내지 5㎜ 사이의 길이를 갖는 정사각형 또는 직사각형이다. 다이스를 생성하기 위하여 표준적인 포토리소그래피가 장치에 동력을 주기 위한 웨이퍼 상의 접점 패드의 위치를 한정하기 위하여 사용되고, 오 믹 접점이 원하는 위치 상으로 증착된다(예를 들면, 전자 비임 증착을 이용하여).After the dielectric function pattern is created in the n-doped
비록 LED(100)를 제조하는 특정 실시예가 설명되지만, 다른 제조 방법이 또한 사용될 수도 있다. 예를 들면, 일부 실시예에서 LED(100)는 단일 메사(예를 들면, 다른 LED 또는 다른 장치를 포함하는 다른 메사로부터 분리됨) 상에 형성될 수 있다.Although specific embodiments of manufacturing the
도65는 기재(2008), 층(2006), 층(2004) 및 층(2002)을 갖는 다중 층 스택을 포함하는 LED 웨이퍼(2000)를 도시한다. 기재(2008)는 전체적으로 기재(500)에 관하여 위에서 설명된 것일 수 있고, 층(2006, 2004, 2002)은 각각 일반적으로 층(506, 510, 512)에 관하여 위에서 설명된 것일 수 있다.65 shows an
도66은 전술된 것과 같은 층(2002, 2004, 2006) 및 기재(2008)를 포함하는 다중 층 스택(2010)을 도시한다. 다중 층 스택(2010)은 또한 패턴화된 레지스트층(2012)을 포함한다. 패턴화된 레지스트층(2012)은 선택적인 재료 적층(예를 들면, 금속 적층)을 위한 마스크를 제공한다. 패턴화된 레지스트층(2012)은 또한 메사로부터 형성된 LED의 결과적인 단면 형상을 결정하는 반복적인 패턴(예를 들면, 정사각형, 직사각형, 원형, 육각형 또는 다른 원하는 형상)을 형성할 수 있다.66 shows a
도67은 다중 층 스택(2010) 및 층(2018, 2020)을 포함하는 다중 층 스택(2016)을 도시한다. 예를 들면, 층(2018, 2020)은 다중 층 스택(2010)의 상부 표면 상으로 적층된 금속층일 수 있다. 층(2018, 2020)은 일반적으로 p-도핑된 GaN 층(2002)으로의 접점을 형성할 수 있고 접합할 수 있도록 선택된다. 예를 들면, 층(2020)은 접점을 형성하고 p-접점 금속 층(예를 들면, Ni, 인듐-주석-산화 물(ITO), Ag, Al, Ti, Cu, Rh, Pt 또는 이들의 합금) 및 미러 층(예를 들면, Ag, Al, ITO, Cu, W, Pt, TiN 또는 이들의 합금)을 포함하도록 선택될 수 있다. 부가적으로, 확산층(예를 들면, Pt 또는 Ti-N)이 또한 층을 이룬 스택 내에 임의의 금속 사이의 확산 또는 화학적 반응을 방지 또는 제한하기 위하여 포함될 수 있다. 예를 들면, 확산층은 접합층으로부터 Sn의 비교적 빠른 확산을 방지할 수 있다. 부가적으로, 다양한 점착 층(예를 들면, Ti)이 다중 층 스택의 다양한 층 사이의 q부착(sticking)을 돕기 위하여 적층될 수 있다. 층(2018)은 일반적으로 접합 특성에 기초하여 선택될 수 있고 접합 경계층으로서 기능한다. 예를 들면, 층(2018)은 Au, Ag, AgSn, Au-Sn, Pb-Sn, Pd-In 또는 Au-Ge를 포함할 수 있다. 층(2018, 2020)은 다양한 금속 적층 처리(예를 들면, e-비임, 스퍼터링, 열/저항 증착 또는 전기도금)를 이용하여 적층될 수 있다. 일부 실시예에서, 층(2018)은 스퍼터링 기술을 이용하여 적층되고 층(2020)은 e-비임 처리를 이용하여 적층된다. 부가적으로, 확산층(예를 들면, Pt 또는 Ti-N)이 포함될 수 있다. 확산층은 층을 이룬 스택 내에 임의의 금속 사이의 확산 또는 화학적 반응을 방지 또는 제한할 수 있다. 부가적으로, 다양한 점착 층(예를 들면, Ti)이 다중 층 스택의 다양한 층 사이의 부착을 돕기 위하여 적층될 수 있다.67 shows a
도68은 패턴화된 레지스트층(2012) 및 패턴화된 레지스트층(2012)에 의해서 층(2018, 2020)이 지지되는 구역(예를 들면, 레지스트의 층이 층(2020)과 층(2002) 사이에 적층된 구역)을 제거하기 위하여 다중 층 스택(2016) 상에서 리프트오프 처리를 수행하여 형성된 다중 층 스택(2024)을 도시한다. 층(2002) 상으로 금속이 적층되도록 레지스트층을 갖지 않는 구역(예를 들면, 레지스트가 패턴화되고 층(2018, 2020)의 적층 전에 제거된 구역)에 적층된 금속층(2018, 2020)은 남는다. 따라서, 금속층(2018, 2020)은 다중 층 스택(2024)의 표면 상에 레지스트 패턴의 음화(negative image)를 형성한다.Figure 68 illustrates a region where
도69는 다중 층 스택(2024)의 구역에 걸쳐서 레지스트층(2028)을 적층시킴으로써 형성된 다중 층 스택(2026)을 도시한다. 레지스트층(2028)은 금속층(2018, 2020)의 에지를 지나서 연장하고 이어지는 에칭 동안 금속층(2018, 2020)을 마스킹한다.FIG. 69 shows a multilayer stack 2026 formed by depositing a resist
도70은 기재(2008)에 의해서 지지되는 메사(2032)를 포함하는 다중 층 스택(2030)을 도시한다. 메사(2032)는 예를 들면 다중 층 스택(2026) 내로 금속층(2018, 2020)의 패턴을 전사하도록 다중층(2026)의 에칭층(2002, 2004, 2006)을 에칭함에 의해서 형성될 수 있다. 예를 들면, 메사(2032)는 Cl2, Ar, BCl3 또는 SiCl4를 포함하는 염소계 에칭액을 이용하여 에칭된다. 메사(2032)의 높이는 초기 다중 층 스택(2000) 및 증착된 층(2018, 2020)의 두께에 의해서 결정된다. 예를 들면, 메사(2032)는 적어도 약 1㎜ 높이(예를 들면, 적어도 약 2㎜ 높이, 적어도 약 3 ㎜ 높이, 적어도 약 4㎜ 높이, 적어도 약 5㎜ 높이, 적어도 약 6㎜ 높이, 적어도 약 7㎜ 높이, 적어도 약 8㎜ 높이, 적어도 약 9㎜ 높이, 적어도 약 10㎜ 높이)일 수 있다. 메사(2032)를 형성하는 층(2002, 2004, 2006)의 에칭은 다중 층 스택(2030) 및 메사(2032)를 포함하는 웨이퍼의 가요성을 증가시킬 수 있다. 웨이 퍼의 가요성의 증가는 아래에 설명되는 것과 같이 서브마운트에 다중 층 스택(2030)을 접합할 때 이점을 제공할 수 있다. 메사(2032)를 형성하기 위한 층(2002, 2004, 2006)의 에칭은 다중 층 스택(2030) 및 메사(2032)를 포함하는 웨이퍼 내의 채널의 연결된 네트워크를 형성할 수 있다. 웨이퍼 내의 채널의 연결된 네트워크는 또한 아래에서 설명되는 것과 같이 서브마운트에 다중 층 스택(2030)을 접합하는 데 이점을 제공할 수 있다.70 shows a
도71은 기재(2008)에 의해서 지지되는 메사(2035)를 포함하는 다중 층 스택(2036)을 도시한다. 메사(2035)는 메사(2032)로부터 레지스트층(2028)을 제거함에 의해서 형성된다. 층(2018)의 상부 표면은 접합 준비 처리될 수 있다. 예를 들면, 층(2018)의 표면은 접합을 위한 층을 준비하기 위하여 화학적으로 세척되고, 기계적으로 세척되고 또는 플라즈마, 화학적 또는 가스로 처리된다.71 shows a
도72는 적층된 접합 층(2040)을 갖는 서브마운트(2042)를 포함하는 다중 층 스택(2038)을 도시한다. 다중 층 스택(2038)은 도48에 도시된 다중 층 스택(600) 내의 층과 유사한 층을 포함하고 전술된 것과 유사한 처리를 이용하여 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 서브마운트는 솔더(예를 들면, AgSn 솔더, Au-Sn 솔더, Pb-Sn 솔더, Pd-In 솔더, 또는 Au-Ge 솔더)를 포함할 수 있다.FIG. 72 shows a
도73은 다중 층 스택(2038)의 층(2040)에 다중 층 스택(2036)의 층(2018)을 접합함에 의해서 형성된 다중 층 스택(2046)을 도시한다. 층(2018, 2036)은 예를 들면 열 기계적 프레싱 처리를 이용하여 접합될 수 있다. 다양한 온도 및 압력이 도49에 도시된 처리에 대하여 전술한 것과 같이 선택될 수 있다. 메사(2035)에 기 인한 웨이퍼의 증가된 가요성은 접합된 웨이퍼의 웨이퍼 바우(wafer bow) 및 평탄도에 큰 정도의 공차를 허용한다. 메사(2035) 사이의 공간은 접합 경계부에 포획된 가스가 메사(2035) 사이의 에칭된 채널 내로 확산되는 것을 허용할 수 있고, 따라서 접합 경계부에서 포획된 가스에 기인한 접합 층에서의 공극 형성을 잠재적으로 감소시킨다. 이론에 의해서 제한되는 것을 바라지 않고, 공극 형성이 접합 층의 열 전도성을 감소시키고 발광 소자의 효율을 감소시킬 수 있다고 믿어진다.FIG. 73 illustrates a
도74 및 도75는 전자기 방사(화살표(2048)로 표시됨)로의 접합된 다중 층 스택(2046)의 노출 및 기재(2008)의 제거를 도시한다. 전자기 방사(2048)로의 노출 및 기재(2008)의 제거는 전술된 처리와 유사하다. 비록 도65 및 도64에는 도시되지 않았지만, 일부 실시예에서, 반도체층(예를 들면, 층(504)에 대하여 전술된 것과 비슷함)은 기재(2008)와 층(2006) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 전자기 방사(2048)로의 노출은 기재(2008)가 제거될 수 있도록 기재(2008)와 층(2006) 사이의 반도체층을 적어도 부분적으로 분해한다. 특정 실시예에서, 반도체층은 층(2006)과 기재(2008) 사이에 존재하지 않고 층(2006)의 일부는 방사(2048)에 의해서 분해된다.74 and 75 show the exposure of the bonded
전자기 방사로의 노출 동안 반도체 재료의 분해는 다중 층 스택 내에 변형을 일으킬 수 있다. 부가적으로, 가스(예를 들면, 질소)가 분해의 생성물로서 형성될 수 있다. 이 가스가 특히 분해된 층에 포획된다면 변형을 일으킬 수 있고, 만일 변형이 충분히 크다면 크래킹 또는 다른 원하지 않은 결과가 일어날 수 있다. 메사(2035) 사이의 구역의 존재는 가스가 메사(2035)로부터 확산되고 에칭된 채널 또 는 메사(2035) 사이의 공간(또한 가스 축적 구역으로 불림) 내에 축적되는 것을 허용한다. 그렇지 않았다면 포획되었을 가스의 확산 및 누출은 반도체층의 분해 동안 다중 층 스택 내의 변형을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 메사(2035) 사이의 채널은 웨이퍼를 가로질러 채널의 네트워크를 형성하여, 웨이퍼의 에지로 연장하는 개구를 통해서 가스가 채널로부터 누설되는 것을 허용한다.Degradation of the semiconductor material during exposure to electromagnetic radiation can cause deformation in the multilayer stack. In addition, gas (eg, nitrogen) can be formed as a product of decomposition. If this gas is trapped in the decomposed layer, in particular, it may cause deformation, and if the deformation is large enough, cracking or other undesirable consequences may occur. The presence of the zones between
반도체층의 분해 후에, 기재(2008)는 제거되어 전사된 메사(2053)(도75)를 지지하는 서브마운트(2042)를 포함하는 다중 층 스택(2050)을 형성한다. 기재(2008)로부터 서브마운트(2040)로의 메사(2053)의 전사 후에, 층(2006) 내에 포함된 n-도핑된 구역은 메사(2053)의 상부 근처에 위치된다. 기재(2008) 또는 기재(2008)의 일부분의 제거 후에, 잔류물(2052)은 메사(2053)에 남아 있을 수도 있다(도51 및 도52에 관하여 위에서 설명된 것을 참조). 도76에 도시된 것과 같이, 층(2052)을 제거하고 층(2006)의 표면을 세척하여, 메사(2055)를 생기게 하기 위하여 하나 이상의 단계가 이용될 수 있다. 잔류물(2052)을 제거하는 방법이 도61 및 도32를 참조하여 설명된다. 그 후, 메사(2055)의 층(2006)의 상부 표면은 메사(2055)의 전체 개수의 적어도 약 10 퍼센트(예를 들면, 적어도 약 20퍼센트, 적어도 약 30퍼센트, 적어도 약 40퍼센트, 적어도 약 50퍼센트, 적어도 약 60퍼센트, 적어도 약 70퍼센트, 적어도 약 80퍼센트, 적어도 약 90퍼센트)로부터 LED를 형성하기 위하여 패턴화될 수 있다. 다르게는, 웨이퍼 상의 모든 메사(2055)가 패턴화될 수 있다. 일부 실시예에서, LED 형성 공정은 전술된 공정과 비슷하고 전술된 것과 같은 처리에서의 변동을 포함할 수 있다. 일반적으로, 적어도 하나의 하드마 스크층(2060)(예를 들면, 저온 산화물(LTO), SiO2, 산화물, SiNx, Ni, 크롬)은 메사(2055) 상에 적층되거나 성장된다. 레지스트층(2058)은 도77에 도시된 것과 같은 다중 층 스택(2056)을 형성하기 위하여 적어도 하나의 하드마스크층(2060) 상으로 적층된다. 패턴은 전술된 것과 같은 임프린트 처리를 이용하여 레지스트층(2058) 내로 임프린트된다. 임프린트 처리는 메사별 처리(예를 들면, 패턴은 하나의 메사 내로 임프린트되고 그런 후 몰드(2062)는 다른 메사로 이동되고 패턴은 다른 메사 내로 임프린트됨)일 수도 있다. 만일 메사별 처리가 이용되면, 몰드(2062)는 임프린트 전에 메사(2063)의 배향 및 높이를 결정하기 위하여 메사(2063)에 정렬될 수도 있다. 선택적으로, 다른 리소그래피 기술이 표면을 패턴화하기 위하여 이용될 수 있다.After disassembly of the semiconductor layer, the
강성 몰드(2062)가 이용되는 실시예가 기술되었지만, 다르게는 패터닝 동안 메사 모양과 일치하는 가요성 마스크 또는 몰드가 사용될 수도 있다. 일치가능한 마스크는 가요성인 멤브레인 또는 다른 재료와 같은 층을 포함할 수도 있다. 예를 들면, 대략 0.5㎜와 100㎜ 사이의 두께를 갖는 Ni 층이 이용될 수 있다. 가요성 몰드를 사용하는 층(2058)의 패터닝 동안 몰드는 메사의 표면에 일치되고 패턴을 하나 이상의 메사의 층(2058)의 표면 내로 전사한다. 예를 들면, 가요성 몰드는 웨이퍼보다 클 수 있고 모든 메사는 단일 단계에서 패턴화될 수 있다. 몰드의 가요성 덕분에, 웨이퍼에 걸친 메사 높이의 차이는 마스크를 개별 메사에 정렬되게 할 필요없이 조절될 수 있다. 부가적으로, 서브마운트(2042)는 금속(예를 들면, CuW)과 같은 가요성 재료로 구성될 수 있어 메사(2055)를 포함하는 서브마운트(2042) 및 몰드 모두가 임프린트 동안 휘거나 일치되는 것을 허용한다.Although embodiments have been described in which
레지스트층(2058) 내의 패턴(도79에 도시됨)은 예를 들면 전술된 방법을 이용하여 적어도 하나의 하드마스크층(2060) 및 층(2006)의 일부분 내로 전사된다. 전술된 것과 같은 다양한 패턴이 층(2006)을 패턴화하는 데 이용될 수 있다.The pattern in resist layer 2058 (shown in FIG. 79) is transferred into at least one
층(2058, 2060)의 나머지 부분이 제거되고, 접점층이 이어서 적층된다. 도81은 층(2006)의 패턴화된 표면 및 적층된 접점층(2068, 2070)을 포함하는 다중 층 스택(2066)을 도시한다. 접점층(2068, 2070)은 전술된 것과 같이 적층될 수 있다. 접점층(2070)은 층(2006)으로의 오믹 접촉을 쉽게 한다. 일부 실시예에서, 접점층(2070)은 층(2006) 내의 패턴을 일치식으로 코팅한다. 층(2006)(예를 들면, Al, Ti, Ni, 인듐-주석-산화물(ITO), Ag, Cu, Rh, Pt, 또는 이들의 합금)은 또한 하나 이상의 점착 층(예를 들면, Ti) 및/또는 하나 이상의 확산 장벽(예를 들면, Ni, Ti-N, Pt)을 포함할 수도 있다. 이론에 의해서 제한되는 것을 바라지 않고, 접점층(2068)(예를 들면, Au, Al, Ag)은 전류 확산을 용이하게 하고 접점층에 따른 오믹 가열을 감소시킨다고 믿어진다. 선택적으로, 접점층은 도77 내지 도79에 관하여 위에서 설명된 패터닝 단계 전에 적층될 수 있다. 패터닝 전에 접점층이 적층되는 실시예에서, 층(2006)의 패턴화된 구역은 접점 구역으로부터 분리된다. 일부 실시예에서, 오믹 접점 적층 및 패터닝 단계는 자체 정렬된다.The remaining portions of
도82는 스크라이빙 및 클리빙 공정, 다이 소우 공정, 레이저 스크라이빙 공정 또는 다른 분리 기술에 의해서 서브마운트(2042)에 의해서 지지되는 다른 장치 로부터 분리된 개별 장치(2072a, 2072b)를 도시한다. 개별 장치(2072a, 2072b)가 패키지화될 수 있다. 개별 장치(2072a, 2072b)의 패키징은 LED에 전기 접점(예를 들면, 볼 본드, 웨지 본드)을 형성하기 위하여 패키지(예를 들면, Au, Al, Ag) 상의 금속 접점 구역으로부터 금속 패드 또는 트랙(예를 들면, Au, Al, Ag)으로 연장하는 와이어 본드(예를 들면, Au, Al)를 형성하는 것을 포함한다. 개별 장치(2072a, 2072b)의 패키징은 또한 패키지의 내부의 제 위치에 장치를 솔더링하는 것(예를 들면, 다이 부착 공정)을 포함한다. 다이 부착 공정에 이용되는 솔더는 예를 들면 AuSn, PbSn, Au-Ge, AgSn 또는 다른 솔더 재료일 수도 있다. 패키지는 또한 LED로부터 방출된 광이 보다 효율적으로 패키지를 벗어나도록 허용하는 반사방지 코팅된 윈도우(2068)를 포함할 수 있다.FIG. 82 shows
도65 내지 도82에서 전술된 공정은 LED를 메사별로 형성하기 위하여 메사(2063)의 표면을 노출 및 패터닝하는 것을 포함하지만, 다른 실시예는 다수의 메사의 표면을 동시에 패터닝하는 것을 포함한다. 예를 들면, 도83에 도시된 것과 같이, 평탄화층(2073)(예를 들면, 레지스트층, 폴리이미드층, 폴리머층, 또는 산화물층)이 메사(2055)를 지지하는 서브마운트(2042) 상으로 적층될 수 있다. 평탄화층(2073)은 도84에 도시된 것과 같이 메사(2055)와 거의 평평하게(예를 들면 층(2006)의 상부 표면에 대해 평평하거나 수평하게) 평탄화된다. 평탄화층(2073)을 평탄화하는 데 이용되는 기술은 일반적으로 층(2073)을 위해 선택된 재료에 따라 변한다. 예를 들면, 만일 평탄화층(2073)이 레지스트를 포함하면, 레지스트는 평면 층을 형성하기 위하여 기계적으로 또는 열 기계적으로 프레스될 수 있다. 다 른 실시예에서, 만일 평탄화층(2073)이 산화물을 포함한다면, 이 산화물은 층을 평탄화하고 층(2006)의 상부 표면을 노출시키기 위하여 연마될 수 있다(예를 들면, CMP 공정에 의해서).While the process described above in FIGS. 65-82 involves exposing and patterning the surface of
실질적으로 평면의 형성에 이어서, 하드마스크층(2076) 및 레지스트층(2075)은 다중 층 스택(2074) 상으로 적층된다. 레지스트층(2075)은 전술된 기술 중 하나를 이용하여 도86 및 도87에 도시된 것과 같이 패턴화된다. 이 공정은 웨이퍼의 상당한 부분으로 패턴을 전사한다. 예를 들면, 만일 마스크(2077)가 웨이퍼보다 크다면, 전체 웨이퍼는 단일 공정으로 패턴화된다. 만일 마스크(2077)가 전체 웨이퍼를 덮지 못한다면, 마스크(2077)는 레지스트층(2075) 내로 패턴을 전사하기 위하여 웨이퍼를 가로질러 이동될 수도 있다. 레지스트층(2075) 내에 노출된 패턴은 이어서 적어도 하나의 하드마스크층(2076) 및 층(2006)에 전술된 에칭 공정을 이용하여 전사된다. 층(2006)의 패턴화에 이어서 하드마스크층(2076) 및 평탄화층(2073)은 도88에 도시된 다중 층 스택(2077)을 형성하기 위하여 제거된다. 예를 들면, 평탄화층(2073)이 산소 플라즈마 에칭액, 용매 린스 또는 화학적 에칭액을 이용하여 제거될 수 있다.Subsequent to the formation of the substantially planar
도65 내지 도88에 설명된 공정은 리소그래피 기술을 이용하여 메사별로 LED를 형성하기 위하여 메사(2063)의 표면을 노출 및 패터닝하는 것을 포함하지만, 다른 실시예는 다른 기술을 이용하여 메사의 표면을 패터닝하는 것을 포함한다. 예를 들면, 도89 내지 도94에 도시된 것과 같이, 입자의 자기 조립된 단일층이 메사(2055)의 표면을 패턴화하기 위하여 이용될 수 있다. 다중 층 스택(2056)(도89) 은 미크론 크기의 콜로이드 입자 또는 비드(2092)(도90)의 구형 쉘을 포함하는 용액(2091) 내에 침지된다. 미크론 크기의 콜로이드 입자의 예는 폴리머 비드(예를 들면, 폴리스틸렌 비드) 및 유전 비드(예를 들면, 산화물 또는 사파이어 비드)를 포함한다. 선택적으로는, 액체는 스핀 코팅 공정 중에 다중 층 스택의 표면 상으로 분배될 수 있다. 입자는 전체 계면 에너지를 최소화하기 위하여 방울의 표면 상에 자기 조립된다(도91). 용액이 메사(2055)의 표면으로부터 증발됨에 따라, 비드(2092)의 단일층은 메사의 표면 상에 머문다. 비드의 자기 조립된 어레이의 순서는 예를 들면 용액(2091) 내의 비드(2092)의 온도, 백분율, 기재 또는 표면의 습도, 건조 비율 및 토폴로지(topology)를 포함하는 다수의 인자에 기초하여 다를 수 있다. 다수의 크기의 비드는 또한 규칙 격자 패턴을 제공하도록 제공될 수 있다. 부가적으로, 건조 기술에 기초하여, 자기 조립은 무질서한 그레인 경계를 갖는 규칙적인 그레인을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 비평형 건조 조건은 나노 입자가 복합 주기 패턴, 비주기 패턴, 준결정 패턴 또는 약간의 무질서를 갖는 주기 패턴으로 자기 조립되게 할 수 있다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 이러한 패턴은 효율적인 광 추출을 용이하게 하는 것으로 믿어진다. 메사(2055)의 표면 상에 비드(2092)의 자기 조립된 어레이를 형성하는 데 이어서, 재료(2093)의 얇은 층(예를 들면, Ni, Ti, W 또는 크롬과 같은 금속층)이 메사(2055)의 표면 상에(도92) 또는 SiO2와 같은 다른 하드마스크층 상에 적층된다. 비드(2092) 및 비드(2092)에 의해서 지지되는 층(2093)의 일부는 예를 들면 에칭 공정 또는 리프트 오프 공정을 이용하여 제거된다. 비드(2092)에 의해 지지되는 층(2093)의 일부의 제거는 층(2093)의 나머지 부분에서 비드 배열의 음화를 생성한다(도93). 층(2093)은 이어서 에칭층(2006)에 대한 마스크층으로서 사용될 수 있다. 층(2006) 상으로 패턴을 전사하는 데 이어서, 층(2093)은 도94에 도시된 것과 같은 다중 층 스택(2096)을 형성하기 위하여 제거될 수 있다. 구형 비드가 위에서 설명되지만, 보다 일반적으로 구형 비드는 유사한 자기 조립 공정에서 이용되는 임의의 형태의 나노 입자를 가리킬 수 있다. 일반적으로 나노 입자는 하나의 치수가 적어도 약 0.01㎜(예를 들면, 적어도 약 0.1㎜, 적어도 약 0.5㎜, 적어도 약 1㎜, 적어도 약 2㎜, 적어도 약 5㎜, 적어도 약 10㎜)의 길이를 갖는 입자로서 기술될 수 있다. 비록 전술된 입자가 구형 형상이지만, 다른 형상의 입자가 이용될 수 있다.The process described in Figures 65-88 involves exposing and patterning the surface of the
전술된 것과 같이, 기재(2008)는 전자기 방사에 층을 노출시킴으로써 다중 층 스택(2046) 내의 층을 분해함에 의해서 메사(2032)로부터 제거될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자기 방사 비임의 형상은 메사(2055)의 형상에 기초하여 선택된다. 예를 들면, 전자기 방사(2090)의 비임은 메사의 적어도 하나의 에지(예를 들면, 메사의 적어도 2개의 에지, 메사의 적어도 하나의 에지, 다른 메사의 다른 에지 등)와 중첩되도록 선택될 수 있다. 이 예에서, 신장된 비임이 메사의 부분(예를 들면, 부분(2080a 내지 2080d))을 순차적으로 노출시키기 위하여 이동된다. 다른 예에서, 도96에 도시된 것과 같이, 비임은 메사의 단면 형상과 일치하거나 또는 거의 일치하도록 성형된다. 이 예에서, 비임은 메사(2055)의 실질적인 부분을 덮거나 또는 메사와 중첩되고 메사는 메사별로 노출된다.As discussed above,
일부 실시예에서, 메사(2055)의 높이는 웨이퍼의 표면에 따라 변할 수도 있다. 예를 들면, 높이는 초기의 다중 층 스택(2000) 또는 다른 적층된 층(예를 들면, 층(2018, 2020)의 불균일한 적층 두께에 기인하여 상이할 수 있다. 메사(2055)의 높이는 불균일한 평탄화에 기인하여 또한 상이할 수 있다. 부가적으로, 메사(2055)의 높이 및 배향은 웨이퍼 내의 바우에 기인하여 웨이퍼에 걸쳐서 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 메사(2055)의 높이는 LED를 형성하기 위하여 메사(2055)의 표면을 패터닝하기 전에 맵핑된다. 리소그래피는 웨이퍼에 걸쳐서 메사(2055)의 높이 및 배향의 차이에 대응하기 위하여 보상된다. 예를 들면, 시스템은 웨이퍼에 걸쳐서 전체 두께 변동, 휨, 촛점 평면 벗어남, 또는 국부적인 두께 변동을 맵핑할 수 있고 측정에 기초하여 리소그래피를 조정할 수 있다.In some embodiments, the height of
일부 실시예에서, 초기 다중 층 스택(2000) 내에 존재하는 바우의 양은 서브마운트로의 다중 층 스택(2000)의 접합을 어렵게 할 수 있다. 이 예에서, 서브마운트(2042)에 다중 층 스택(2000)을 접합하기 전에 웨이퍼 내의 바우를 허용가능한 양으로 감소시키는 것이 유리할 수 있다. 다중 층 스택이 웨이퍼 상에 메사를 형성하기 위하여 에칭될 때, 적층된 층(예를 들면, 층(2002, 2004, 2006)) 내부의 응력이 감소되고 웨이퍼(2000)의 가요성은 증가된다. 웨이퍼의 가요성이 증가됨에 따라, 웨이퍼의 바우는 감소될 수 있다. 따라서, 바우를 허용가능한 레벨로 감소시키기 위하여, 다수의 메사가 선택되어 웨이퍼 내로 에칭될 수 있거나 (가능하게는 기재(2008) 내로 연장하는) 에칭의 깊이는 바우가 실질적으로 감소되게 선택될 수 있다. 메사를 형성하고 웨이퍼 비평탄성을 감소시키기 위한 웨이퍼(2000)의 선 택적인 에칭이 반복 공정일 수 있다. 예를 들면, 웨이퍼(2000)의 일부분이 바우 감소에 전용되고 LED 형성을 위해 이용되지 않을 수 있고, 다수의 에칭 채널이 웨이퍼(2000) 내의 바우가 적절하게 감소되기까지 웨이퍼(2000)의 전용되는 부분 내로 반복적으로 에칭될 수 있다. 다른 실시예에서, 메사 분리 에칭은 바우를 제거하기 위한 다른 구역이 아닌 휨을 제거하기 위한 웨이퍼(2000)의 부분에서 상이할 수도 있다(예를 들어, 상이한 깊이).In some embodiments, the amount of bow present in the
전술된 일부 실시예에서 단일 메사로부터 형성된 LED가 패키지화되지만, 상이한 인접하는 메사로부터 형성된 복수의 LED가 패키지화된 장치 내에 포함되도록 다수의 메사가 그룹지어지거나 일 그룹으로 분리될 수 있다. 이는 만일 일부 메사가 기능적인 장치를 형성하지 않거나 또는 사용중 고장일 때 패키지화된 장치는 여전히 광을 생성할 수 있도록 여분의 이점을 제공할 수 있다. 부가적으로, 이 기술은 다양한 사각형 형상(예를 들면 16×9, 4×3, 1×1)의 더 큰 LED를 제조하기 위하여 최종 LED 크기보다 작은 그리드(예를 들면 0.5㎜) 상에서 사용될 수 있다. 부가적으로, 광이 다양한 색(예를 들면, 적색, 녹색, 청색) 또는 파장을 발생시킬 수 있는 다수의 LED가 동일한 패키지 내에 패키지화될 수 있다.In some embodiments described above, LEDs formed from a single mesa are packaged, but multiple mesas may be grouped or separated into a group such that a plurality of LEDs formed from different adjacent mesas are included in the packaged device. This may provide an extra advantage if some mesas do not form a functional device or if a packaged device still generates light when in use and fails. Additionally, this technique can be used on grids smaller than the final LED size (e.g. 0.5mm) to produce larger LEDs of various rectangular shapes (e.g. 16x9, 4x3, 1x1). have. In addition, multiple LEDs may be packaged in the same package in which light may generate various colors (eg, red, green, blue) or wavelengths.
비록 전술된 실시예의 일부에서, 기재(예를 들면, 기재(2008))에 의해서 초기에 지지된 다수의 메사는 메사가 단일 서브마운트(예를 들면, 서브마운트(2042))에 의해서 지지되도록 전사되지만, 메사는 다르게는 다수의 상이한 서브마운트에 전사되거나 또는 다른 기재 또는 장치 상의 원하는 위치에 위치될 수 있다.Although in some of the embodiments described above, multiple mesas initially supported by a substrate (eg, substrate 2008) are transferred such that the mesas are supported by a single submount (eg, submount 2042). However, mesas may alternatively be transferred to a number of different submounts or located at desired locations on other substrates or devices.
일부 실시예에서, 메사의 형상은 마이크로디스플레이의 형상에 조화되거나 거의 조화되도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 메사의 어스펙트비는 유사하게 비례하는 마이크로디스플레이, 예를 들면 프로젝션 마이크로디스플레이에 조화되도록 16×9 또는 4×3으로 선택될 수 있다.In some embodiments, the shape of the mesa may be selected to match or nearly match the shape of the microdisplay. For example, the aspect ratio of the mesa may be chosen to be 16x9 or 4x3 to match a similarly proportional microdisplay, for example a projection microdisplay.
일부 실시예에서, 각각의 메사는 각각의 LED가 디스플레이, 예를 들면 프로젝션 디스플레이 내의 픽셀을 표시하는 방식으로 전기 네트워크 내에서 개별적으로 처리될 수 있다.In some embodiments, each mesa may be individually processed within the electrical network in such a way that each LED represents a pixel in a display, eg, a projection display.
비록 전술된 실시예에서 기재에 의해서 지지되는 적층된 층이 메사를 형성하기 위하여 에칭되지만, 일부 실시예에서 기재의 일부분이 또한 에칭될 수도 있다. 이는 웨이퍼의 가요성을 더욱 증가시킬 수 있다.Although the laminated layer supported by the substrate in the above embodiments is etched to form mesas, in some embodiments a portion of the substrate may also be etched. This may further increase the flexibility of the wafer.
일부 실시예에서, 도97a에 도시된 것과 같이, LED(1802)를 위한 접점 레이아웃은 2개의 도전성 패드(1804a, 1804b) 및 LED(1802)의 중앙 영역을 향하여 도전성 패드(1804a, 1804b)로부터 연장하는 도전성 바아(또는 핑거)(1806)를 포함한다. 도전성 패드(1804a, 1804b)에 접속된 와이어 본드(도시 생략)는 LED(1802)에 전류 및 전압을 제공한다. 도전성 패드(1804a, 1804b)로부터 LED(1802)의 상부 표면(1808)으로 전류를 확산시킨다. 바아(1806)는 접점에 의해서 덮인 표면(1808)의 양을 제한하면서 상부 표면(1808)을 가로질러 전류가 충분하게 확산되는 것을 허용한다.In some embodiments, as shown in FIG. 97A, the contact layout for the
도97b는 도전성 패드(1804a, 1804b) 및 도전성 바아(1806)를 포함하는 LED(1802)의 평면도이다. 일부 실시예에서, 도전성 패드(1804a, 1804b)의 폭은 도전성 바아(1806)의 폭보다 클 수 있다. 패드(1804a, 1804b)의 더 큰 폭은 패 드(1804a, 1804b)가 파워 버스로서 기능하는 것을 허용하고 비교적 큰 양의 파워를 버스를 통해서 바아(1806)로 퍼지게 할 수 있다. 패드(1804a, 1804b) 및 바아(1806)의 폭은 LED(1802)의 크기에 대응될 수 있고/있거나 리소그래피 및 처리 변수와 같은 다른 인자에 기초할 수 있다.97B is a top view of an
예를 들면, LED는 일 측면 상에서 대략 0.5㎜ 내지 1㎝의 크기의 범위일 수도 있다. 전술된 것과 같이, LED(1802)의 어스펙트비는 또한 변할 수 있다. 도전성 패드(1804a, 1804b)의 폭은 예를 들면 약 50㎛ 내지 약 500㎛일 수 있고, 바아(1806)의 폭은 예를 들면 약 1㎛ 내지 약 50㎛일 수 있다. 도전성 패드(1804a, 1804b) 및 바아(1806)의 높이는 예를 들면 LED에 공급되는 전류 및 파워에 기초하여 또는 적층 및 처리 변수에 기초하여 변할 수 있다. 예를 들면, 도전성 패드(1804a, 1804b) 및 바아(1806)는 높이가 약 0.1㎛ 내지 약 10㎛일 수 있다.For example, the LED may range in size from approximately 0.5 mm to 1 cm on one side. As mentioned above, the aspect ratio of the
일반적으로, 바아(1806)는 길이 및 형상 모두가 원하는 데로 변할 수 있다. 도97b에 도시된 것과 같이, 바아(1806)는 사각형이고 LED(1802)의 중앙 구역을 향해서 도전성 패드(1804a, 1804b)로부터 연장할 수 있다. 선택적으로는, 바아(1806)는 정사각형, 삼각형 또는 사다리꼴과 같은 상이한 형상을 가질 수 있다.In general,
도98a 내지 도98c는 접점 구조의 다른 예를 도시한다. 이 예에서, 다수의 바아(1812)는 LED(1810)의 전체 길이에 걸쳐서 연장하여, 도전성 패드(1804a)를 도전성 패드(1804b)에 연결한다. 접점 바아(1812)는 관련된 저항률(rm), 두께(tb) 및 길이(l)를 갖는다. 도전성 패드(1804a, 1804b) 및 접점 바아(1812)에 기초한 LED(1810)에 대한 전류 분포 특성은 도98c에 도시된 것과 같은 등가 회로 모델로 구조를 단순화함에 의해서 계산될 수 있다.98A-98C show another example of the contact structure. In this example, a number of
LED(1810)의 어스펙트비는 시스템의 전류 소산에 영향을 미칠 수 있다. LED(1810)의 어스펙트비('L')는 아래에 나타낸 것과 같은 다음의 방정식에 따라 계산될 수 있다.The aspect ratio of the
L=√(Ab/a)L = √ (Ab / a)
여기서, A는 다이의 표면적(예를 들면, 길이 곱하기 폭)이고 a 및 b는 다이의 어스펙트비이다. 16×9 어스펙트비를 갖는 LED를 위한 예의 경우, a는 16이고 b는 9이다.Where A is the surface area of the die (eg, length times width) and a and b are the aspect ratios of the die. For an example for an LED with a 16x9 aspect ratio, a is 16 and b is 9.
전술된 것과 같이, LED에서 발생된 광이 표면을 통해서 방출되는 것을 허용하기 위하여, 접점 바아(1812)는 LED(1810)의 전체 표면을 덮지 않는다. 접점은 LED(1810)의 표면의 오직 일부분만을 덮기 때문에, 접점 저항은 다음의 방정식에 도시된 것과 같이 표면 커버리지 비(f)에 의해서 나누어진다.As described above, the
접합부를 가로지르는 전류 밀도는 아래에 나타낸 바와 같은 다음 방정식에 따라 개산(estimate)될 수 있다.The current density across the junction can be estimated according to the following equation as shown below.
여기서, J0는 접합 포화 전류이고 T는 절대 온도이다. 상기 개산은 측방향 전류 확산에서 n-타입 재료의 기여를 무시한다. 그러나 일반적으로 전류 확산은 접점의 도전성이 n-타입 재료의 도전성보다 훨씬 크기 때문에 금속 접점 내에서 우세하게 일어나고 있다. 예를 들면, n-타입 재료 도전성에 대한 접점 도전성의 비는 약 100 내지 약 500의 범위에 있을 수 있다.Where J 0 is the junction saturation current and T is the absolute temperature. The estimate ignores the contribution of the n-type material in the lateral current spreading. In general, however, current spreading prevails within metal contacts because the conductivity of the contacts is much higher than that of n-type materials. For example, the ratio of contact conductivity to n-type material conductivity can range from about 100 to about 500.
유사한 시스템(그러나 패드 사이에 무한 분리를 가짐)에서, 만일 계산이 포워드 바이어스에서 수행되고(예를 들면, Vj≫kT/e), 그리고 만일 직렬 저항에 걸친 전압 강하는 kT/e(예를 들면, ) 보다 훨씬 크고, 그런 후 접합부에서 전류 밀도 분포의 선형 근사는 다음의 방정식에 따라 개산될 수 있다.In a similar system (but with infinite separation between pads), if the calculation is performed at forward bias (e.g., V j > kT / e), and if the voltage drop across the series resistance is kT / e (e.g. For A linear approximation of the current density distribution at the junction can then be estimated according to the equation
여기서, J1은 패드 아래의 전류 밀도, x는 패드로부터의 거리, Ls는 다음 방정식에 나타낸 것과 같은 전류 확산 길이이다.Where J 1 is the current density under the pad, x is the distance from the pad, and L s is the current spreading length as shown in the following equation.
이 개산은 패드 사이의 무한 분리를 가정한다. 그러나, 유한 분리를 갖는 선형 근사의 경우, 개별 패드를 위한 해(solution)는 함께 더해질 수 있다. 전술된 과정은 다이 중심에 근사하는 에러를 유발하지만 물리적인 경향을 크게 변화시키지 않는다고 믿어진다.This estimate assumes infinite separation between pads. However, in the case of linear approximations with finite separation, the solutions for the individual pads can be added together. It is believed that the process described above causes an error that approximates the die center but does not significantly change the physical tendency.
최대 전류 밀도는 장치의 중심 x=L/2에서 일어날 수 있고 다음 방정식에 따라 개산될 수 있다.The maximum current density can occur at the center x = L / 2 of the device and can be estimated according to the following equation.
여기서, 방정식에서 나타낸 것과 같이 균일성 인자가 개산된다.Here, the uniformity factor is estimated as shown in the equation.
정사각형 형상에서 접점 바아가 작은 측면을 따라 있는 어스펙트비(a, b)를 갖는 사각형 형상으로 절환하는 동일한 표면적의 다이의 경우, 최소 전류 밀도가 증가되고 균일성 인자는 다음 방정식에서 도시된 것과 같이 변형된다.For dies of the same surface area that switch from square shape to square shape with aspect ratios (a, b) along the small side, the minimum current density is increased and the uniformity factor is shown in the following equation: Is deformed.
따라서, 균일성 증가 인자는 방정식에서 나타낸 것과 같이 개산될 수 있다.Thus, the uniformity increasing factor can be estimated as shown in the equation.
예를 들면, 균일성 증가 인자 'S'는 정사각형 경우(예를 들면, a=b)에 최소값 S=1을 갖는다. 16×9 사각형의 경우, 다음의 값: ρm=2.2×10-6Ω㎝(금), ρp-c=1.0·10-3Ω㎠, ρp=5.0Ω㎝, ρn-c=1.0· 10-4Ω㎠, ρn=5.0·10-3Ω㎝, n-접점 표면 커버리지 10%, 및 p-, n- 및 금속에 대한 두께, 0.3㎛, 3.0㎛ 및 2.0㎛(10% 커버리지에서)을 가정한다. 그러면 Ls는 1.4㎜와 같다. 만일 다이가 A=25㎟의 표면적을 갖는다. 정사각형인 경우 U=0.325, 16×9인 경우 U'=0.5 또는 균일성 증가 인자 S=1.54, 즉 전류 균일성의 54% 증가이다.For example, the uniformity increasing factor 'S' has a minimum value of S = 1 in the square case (eg a = b). For 16 × 9 squares, the following values: ρ m = 2.2 × 10 -6 Ωcm (gold), ρ pc = 1.0 · 10 -3 Ω㎠, ρ p = 5.0Ωcm, ρ nc = 1.0 · 10 − 4
따라서, 이론에 의해서 제한되는 것을 바라지 않고, LED에 대하여 직사각형 형상을 이용하는 것은 전류 확산에 이점을 제공할 수 있다고 믿어진다. 접점 저항성은 선택적으로 또는 부가적으로 접점의 일부분의 아래의 절연층(1820)(예를 들면, 산화물층, 도99a)을 포함함에 의해서 전류 확산을 향상시키도록 변경될 수 있다. 도99a 및 도67b에 도시된 것과 같이, 절연층(1820)(점선에 의해서 지시됨)은 바아(1812)의 일부분 아래에 포함된다. 절연층(1820)은 바아의 상부에서 더 큰 폭을 갖고(예를 들면, 패드(1804)에 근접하여) 다이의 중앙 영역을 향해서 더 얇아진다. 등가 회로도가 도99b에 도시된다.Thus, without wishing to be bound by theory, it is believed that using rectangular shapes for LEDs can provide an advantage in current spreading. Contact resistance can be altered to enhance current spreading selectively or additionally by including an insulating layer 1820 (eg, an oxide layer, FIG. 99A) underneath a portion of the contact. As shown in Figures 99A and 67B, an insulating layer 1820 (indicated by the dashed lines) is included under a portion of the
접점 저항은 일반적으로 접점 면적에 비례한다. 예를 들면, 접점 저항은 다음 방정식에서 나타낸 것과 같이 접점 면적이 감소됨에 따라 증가된다.Contact resistance is generally proportional to the contact area. For example, the contact resistance increases as the contact area decreases as shown in the following equation.
W는 바아의 반복 비율이다(예를 들면, 단위 면적당 바아의 개수). 밑에 있는 절연층(1820) 때문에, 접점의 면적은 패드(1804a, 1804b)에 가장 근접한 접점의 에지에서 작아지고 패드(1804a, 1804b)에서의 거리가 증가됨에 따라서 증가된다. 접점 면적의 차이 때문에, 접점 저항은 패드(1804a, 1804b)에 근처에서 더 높아지고 LED의 중앙을 향해서 점진적으로 감소한다. 접점 저항의 차이는 전류가 더 멀리 전해지게 하여, 전류 편중을 감소시키고, 표면을 통한 광 방출의 균일성을 증가시키고 성능 열화를 감소시킨다. 전류 확산 길이는 다음의 방정식에 따라 개산될 수 있다.W is the repetition rate of the bars (eg number of bars per unit area). Because of the underlying insulating
다이에 따른 접합 전류 밀도는 다음 방정식에 의해서 개산될 수 있고,The junction current density along the die can be estimated by the equation
장치의 중심(예를 들면, x=L/2에서)에서 최소 전류는 다음 방정식에 따라 개산될 수 있다.The minimum current at the center of the device (eg at x = L / 2) can be estimated according to the following equation.
도99b에 도시된 구조에 대한 전류 균일화 인자는 다음 방정식에 따라 개산될 수 있다.The current equalization factor for the structure shown in Fig. 99B can be estimated according to the following equation.
전술된 것과 같이, 산화물 층(1820)은 전류가 접점의 단부를 향하게(예를 들 면, 다이의 중앙 영역을 향하게) 하여 전류 확산을 증가시킬 수 있다. 산화물층(1820)은 또한 광 흡수 접점 아래의 광발생을 감소시켜서 더 많은 퍼센티지의 발생된 광이 LED의 표면으로부터 나오는 것을 허용한다.As discussed above,
도100a 및 도100b는 패드(1804a, 1804b), 접점(1830) 및 산화물 층(1820)(점선으로 지시되고 접점(1830) 아래에 배치됨)의 추가 구성을 도시한다. 여기서, 접점(1830)은 또한 테이퍼진다. 비록 도100a에서 선형적으로 테이퍼지게 도시되지만, 다른 테이퍼짐이 이용될 수 있다. 선형 테이퍼짐은 패드에서 접점 폭이 도99a에 도시된 폭의 3배 이상인 동시에 다이 중심에서 접점 폭이 바아(1812)(도99a)의 폭의 대략 절반인 상태에서 도99a에 도시된 접점(1812)의 접점 면적과 비슷한 전체 접점 면적을 유지한다. 산화물은 접점 저항이 패드에서 최대 및 다이 중앙에서 최소가 되도록 더 높은 각도로 테이퍼질 수 있다. 접점 저항은 다이를 향해서 감소하고, 바아 저항은 패드에 가까울수록 감소한다. 접점 및 절연층 모두의 테이퍼짐은 전류가 다이 중심을 향하게 하는 데 기여한다. 국부 확산 길이는 다음 방정식에 따라 개산될 수 있다.100A and 100B show additional configurations of
전술된 것과 같이 전류 분포에 대한 유사한 적분 공식이 도100a 및 도100b에 도시된 구조를 위한 전류 분포를 개산하는 데 사용될 수 있다.Similar integration formulas for the current distribution as described above can be used to estimate the current distribution for the structure shown in FIGS. 100A and 100B.
도101a는 부가적인 접점 구조(1801)의 평면도를 도시하고 도101b 및 도101c는 이의 단면도를 도시한다. 도전성 접점(1836)은 다이의 중심을 향해서 연장되지 만 패드(1804a, 1804b) 사이의 LED의 상부 표면을 연속적으로 덮지 않는다. 절연층(1834)은 접점의 내부 부분 내에서 LED 및 금속 접점(1836)의 상부 사이에 위치된다. 접점(1836) 및 절연층(1834) 모두가 테이퍼진다. 화살표(1837)는 금속 접점(1836)으로부터 다이의 표면 내로 확산되는 전류를 나타낸다.101A shows a top view of an
도102는 상기의 방정식에 기초하여 다양한 접점 및 다이 구성에 대한 패드(1804a, 1804b) 사이의 정규화된 거리의 함수로서 개산된 정규화 접합 전류 밀도의 그래프(1850)를 도시한다. 라인(1856)은 직사각형 바아를 갖고 산화물 없는 정사각형 다이를 위한 전류 밀도를 나타내고, 라인(1858)은 직사각형 바아를 갖고 산화물 없는 직사각형 다이에 대한 전류 밀도를 나타내고, 라인(1860)은 직사각형 바아와 테이퍼진 산화물을 갖는 직사각형 다이에 대한 전류 밀도를 나타내고, 라인(1862)은 테이퍼진 바아와 테이퍼진 산화물을 갖는 직사각형 다이에 대한 전류 밀도를 나타낸다. 그래프(1850)는 접점의 일부분 아래의 직사각형 칩 및 산화물 층 모두에 대한 전류 밀도 분포의 개선을 도시한다.FIG. 102 shows a
도103a는 부가적인 접점 구조(1803)의 평면도를 도시하고 도103b는 이의 단면도를 도시한다. 절연 층(1805a, 1805b)은 각각 LED의 상부와 금속 패드(1804a, 1804b) 사이에 위치된다. 절연 층(1805a, 1805b)은 금속 패드(1804a, 1804b)의 일부분이 절연층(1805a, 1805b)에 의해서 지지되도록 다이의 에지를 향해서 각각 금속 패드(1804a, 1804b)의 일부분 아래에 위치되고, 금속 패드(1804a, 1804b)는 발광 다이오드의 상부 표면에 의해서 지지된다. 산화물층(1805a, 1805b)은 광 흡수 금속 패드(1804a, 1804b) 아래에서 광발생을 감소시켜서 더 많은 비율의 발생된 광 이 LED의 표면으로부터 나오는 것을 허용한다.103A shows a top view of an
전술된 실시예가 금속 패드(1804a, 1804b)로부터 연장하는 단일 세트의 접점을 포함하지만, 다수의 세트의 접점이 사용될 수 있다. 예를 들면, 접점의 제2 세트는 금속 패드(1804) 등에 연결된 접점의 세트로부터 연장될 수 있다. 더욱이, 산화물층이 설명되지만, 가장 일반적으로는 층이 임의의 적절한 전자적 절연 재료(예를 들면, 질화물)로 형성될 수 있다.Although the embodiment described above includes a single set of contacts extending from the
도104는 접점(1899)의 예의 치수를 도시하고 n-접점 내부의 전기적 수송을 개산하기 위하여 이용될 수 있다. 접점(1899)이 접점 주기(D)(1870) 내부에서 균일한 전류 밀도(J0)를 분배하는 것으로 가정된다. 접점에 의해서 운반될 전체 전류는 다음 방정식에 나타낸 것과 같이 개산될 수 있다.104 illustrates the dimensions of an example of
최대 전류는 다음 방정식에서 나타낸 것 같이 개산될 수 있는 전류 밀도에 대응하는 접점의 상부에서(패드에서) 흐르고 있다.The maximum current flows on the pad (at the top of the contact) corresponding to the current density that can be estimated as shown in the following equation.
바아의 단부로부터 임의의 거리(x)에서, 전류 밀도는 다음 방정식으로 나타낸 바와 같이 개산될 수 있다.At any distance x from the end of the bar, the current density can be estimated as shown by the following equation.
단위 길이당 전압 강하는 다음 방정식에 나타낸 바와 같이 개산될 수 있으며,The voltage drop per unit length can be approximated as shown in the equation
그리고 단위 길이당 발생되는 열은 다음 방정식에 의해서 나타낸 것과 같이 개산될 수 있다.And the heat generated per unit length can be estimated as shown by the following equation.
상기 방정식을 적분하면 전체 전압 강하가 다음 방정식에 나타낸 것과 같이 개산될 수 있으며,Integrating the above equation, the total voltage drop can be estimated as shown in the following equation,
그리고 바아에서 발생되는 열은 다음 방정식에 나타낸 것과 같이 개산될 수 있다.And the heat generated at the bar can be estimated as shown in the following equation.
발생된 전체 열이 중요하게 될 때, 균일한 전류 가정은 깨어질 수 있고, 소자의 성능도 마찬가지일 수 있다(예를 들면, 소자가 과열된다). 따라서, 최대 전류 밀도(전류 밀도는 일반적으로 길이에 선형적으로 비례함), 전압 강하(전압 강하 는 일반적으로 길이의 제곱에 비례함), 및/또는 발생된 열(발생된 열은 일반적으로 길이의 세제곱에 비례함)을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 관계에 기초하여, 더 많지만 더 짧은 바아를 갖는 사각형 9×16 다이는 3/4, 9/16 및 27/64의 인자로 감소된 a, b 및 c를 각각 갖는다. 바아의 수가 4/3의 인자에 의해서 증가되기 때문에, 발생되는 전체 열은 9/16의 인자로 감소될 수 있다.When the total heat generated becomes important, uniform current assumptions can be broken, and so can the performance of the device (eg, the device is overheated). Thus, the maximum current density (current density is generally linearly proportional to length), voltage drop (voltage drop is generally proportional to the square of the length), and / or heat generated (generated heat is generally length It may be desirable to minimize (in proportion to the cube of). Based on this relationship, a square 9 × 16 die with more but shorter bars has a, b and c reduced by factors of 3/4, 9/16 and 27/64. Since the number of bars is increased by a factor of 4/3, the total heat generated can be reduced by a factor of 9/16.
도105는 패키지화된 LED 장치(1890)를 도시한다. 일반적으로, 패키지는 다이에 기계적인 그리고 환경적인 보호를 제공하고 다이 내에 발생된 열이 소산되는 것을 허용하는 동시에 광 수집을 쉽게 할 수 있어야만 한다. 전술된 것과 같이, LED(1890)는 전류가 다수의 접점 핑거(1812)로 퍼지고 LED 표면으로 소산되는 것을 허용하는 도전성 패드(1804a, 1804b)를 포함한다. 다수의 와이어 본드(1892)가 LED와 패키지 사이에서 전류 경로를 제공한다. 와이어 본드(1892)는 금, 알루미늄, 은, 백금, 구리 및 다른 금속 또는 금속 합금과 같은 다양한 도전성 재료로 만들어질 수 있다. 패키지는 또한 회로 기판 상에서 표면 장착을 용이하게 하기 위하여 패키지의 바닥 표면으로부터 패키지의 상부 표면으로 전류를 수송하기 위하여 다수의 캐스털레이션(castellation; 1894)을 포함한다. 캐스털레이션(1894)은 중심 구역과 도금층을 포함한다. 중심 구역은 예를 들면 텅스텐과 같은 내화성 금속으로 구성될 수 있고 비교적 두꺼울 수 있다(예를 들면, 약 100㎛ 내지 약 1㎜). 중심 구역은 금과 같은 전기 도전성 재료로 도금될 수 있다. 도금은 약 0.5㎛ 내지 약 10㎛의 두께 범위일 수 있고 비교적 높은 파워 레벨을 지원하는 전류 경로를 제공한다. 부가적으로, 패키지는 피막재가 사용되지 않을 때 패턴화된 표면 (506)(도56)을 보호하기 위하여 LED 상에 패키지화된 투명 커버(1896)를 포함한다. 투명 커버(1896)는 예를 들면 노에서 용융된 유리 프릿(frit)을 이용하여 패키지에 부착된다. 선택적으로, 커버(1896)는 예를 들면 캡 용접 또는 에폭시를 이용하여 연결될 수 있다. 투명 커버(1896)는 광 전달을 증가시키기 위하여 하나 이상의 반사 방지 코팅으로 추가 코팅될 수 있다. 이론에 의해서 제한되는 것을 바라지 않고, 피막재층이 없음으로써 LED(100)의 패턴화된 표면 내의 단위 면적당 더 높은 허용가능한 파워 부하가 가능한 것으로 믿어진다. 피막재의 열화는 표준 LED에 대한 흔한 고장 메커니즘일 수 있고 피막재층을 이용하지 않음으로써 회피된다. 패키지화된 장치(1890)는 회로 기판 상에, 다른 장치 상에 또는 직접 히트 싱크 상에 장착될 수 있다.105 shows a packaged
도106은 히트 싱크 장치 상에 위치된 패키지화된 장치(1890)를 위한 열 소산 모델을 도시한다. 패키지화된 장치(1890)는 히트 싱크에 부착된 절연성 및 전기 도전성 구역(예를 들면, Al 또는 Cu와 같은 금속을 이용하는 도전성 구역)을 포함하는 코어 보드(1900)에 의해서 지지된다. 예를 들면, 패키지화된 장치(1890)는 솔더(솔더의 예는 AuSn 솔더, PbSn 솔더, NiSn 솔더, InSn 솔더, InAgSn 솔더, 및 PbSnAg 솔더를 포함함)를 이용하여 또는 전기 도전성 에폭시(예를 들면, 은 충전 에폭시)를 이용하여 코어 보드(1900)에 부착될 수 있다. 코어 보드(1900)는 히트 싱크 금속(1902)의 층 또는 히트 싱크 핀(1904)에 의해서 지지된다. 예를 들면, 코어 보드(1900)는 솔더(솔더의 예는 AuSn 솔더, PbSn 솔더, NiSn 솔더, InSn 솔더, InAgSn 솔더, 및 PbSnAg 솔더를 포함함)를 이용하여 또는 에폭시(예를 들면, 은 충전 에폭시)를 이용하여 히트 싱크 금속(1902)에 부착될 수 있다. 이 모델에서 열이 히트 싱크를 향해서 소산됨에 따라 열은 패키지화된 장치(1890)로부터 확산되는 것으로 가정된다. 확산 각도(1906)는 열이 패키지화된 장치(1890)의 밖으로 소산되는 각도를 나타낸다. 확산 각도(1906)는 일반적으로 재료 특성 및 시스템의 수직 레이아웃에 따라서 변한다. 확산 각도(1906)는 히트 싱크 내의 상이한 층에 대하여 변할 수 있다. 두께(dx)를 갖는 슬라이스의 열 저항은 다음 방정식에 따라서 개산될 수 있다.106 shows a heat dissipation model for a packaged
여기서, K0는 열 전도율이고 S'는 요소의 상부에서 열 전방의 치수이다. 적분에 의해 저항에 대한 다음 방정식이 얻어진다.Where K 0 is the thermal conductivity and S 'is the dimension of the heat front at the top of the element. By integration, the following equation for resistance is obtained.
사각형의 경우, 저항이 계산되어 도107에 도시된 결과를 산출할 수 있다. 도107은 큰 두께의 그리고 45°의 확산각을 갖는 시스템에 대하여 Rth_사각형/Rth_정사각형의 산출된 비(여기서, Rth는 열 저항임)를 도시한다. 어스펙트비가 증가할수록, 열 저항은 떨어질 수 있다. 예를 들면, 만일 정사각형 다이 시스템이 20℃/W의 열 저항을 갖고 3W의 파워를 소산하는 것이 바람직하다면, 접합 온도(25℃의 주변 온도를 가정)는 25+20*3=85℃ 일 수 있다. 그러나, 동일 면적 및 동일 소 산된 열의 사각형 다이는 낮은 접합 온도를 가질 것이다. 도108은 어스펙트비의 함수로서 접합 온도의 그래프를 도시한다. 낮은 접합 온도가 감소된 파장 시프트 및 더 높은 장치 효율을 위하여 바람직하다고 믿어진다.In the case of a square, the resistance can be calculated to yield the result shown in FIG. FIG. 107 shows the calculated ratio of Rth_square / Rth_square, where Rth is thermal resistance, for a system of large thickness and having a diffusion angle of 45 °. As the aspect ratio increases, the thermal resistance may drop. For example, if the square die system has a thermal resistance of 20 ° C./W and it is desirable to dissipate 3 W of power, the junction temperature (assuming an ambient temperature of 25 ° C.) may be 25 + 20 * 3 = 85 ° C. have. However, square dies of the same area and the same dissipated heat will have a low junction temperature. 108 shows a graph of junction temperature as a function of aspect ratio. It is believed that low junction temperatures are desirable for reduced wavelength shifts and higher device efficiency.
전술된 바와 같이, LED를 위해 사각형 형상을 이용하는 것은 (예를 들면, 정사각형에 비교할 때) 특정 이점을 제공할 수 있다. 이러한 이점은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 직사각형 LED는 단위 면적당 더 많은 수의 와이어 본드를 허용하여 LED 내로 입력될 수 있는 파워를 증가시킬 수 있다. 사각형 형상은 픽셀 또는 마이크로디스플레이의 특정 어스펙트비와 조화되도록 선택될 수 있고, 따라서 복잡한 비임 형성 광학기구에 대한 요구를 없앨 수 있다. 직사각형 형상은 또한 LED로부터 열 소산을 개선시키고 소자 과열에 기인한 고장의 가능성을 감소시킬 수 있다.As mentioned above, using a rectangular shape for an LED can provide certain advantages (eg, as compared to square). Such advantages may include one or more of the following. Rectangular LEDs can allow more wire bonds per unit area to increase the power that can be input into the LEDs. The rectangular shape can be chosen to match the specific aspect ratio of the pixel or microdisplay, thus eliminating the need for complex beam forming optics. The rectangular shape can also improve heat dissipation from the LED and reduce the likelihood of failure due to device overheating.
웨이퍼로부터 절단된 개별 LED의 단면이 LED의 발광 표면적보다 단지 약간 크기 때문에, 많은 개별 및 분리되어 처리가능한 LED는 어레이 내에 함께 밀접하게 포장될 수 있다. 만일 하나의 LED가 기능하지 않는다면(예를 들면, 큰 결함 때문에), 개별 장치가 밀접하게 포장되기 때문에 어레이의 성능을 심각하게 줄이지는 않는다.Since the cross section of the individual LEDs cut from the wafer is only slightly larger than the light emitting surface area of the LEDs, many individual and separately processable LEDs may be closely packed together in an array. If one LED is not functioning (for example due to a large defect), the performance of the array will not be seriously reduced because the individual devices are tightly packed.
비록 특정 실시예가 설명되었지만, 다른 실시예가 가능하다.Although specific embodiments have been described, other embodiments are possible.
예로서, 발광 소자 및 관련 층의 특정 두께가 위에서 설명되었지만, 다른 두께도 또한 가능하다. 일반적으로, 발광 소자는 임의의 원하는 두께를 가질 수 있고 발광 소자 내부의 개별 층은 임의의 원하는 두께를 가질 수 있다. 통상적으로, 다중 층 스택(122) 내부의 층의 두께는 구역(130)에서 발생된 광으로부터 출력을 증가시키기 위하여 광발생 구역(130)과 광학 모드의 공간적인 중첩을 증가시키도록 선택된다. 발광 소자 내의 임의의 층에 대한 예시적인 두께는 다음을 포함한다. 일부 실시예에서, 층(134)은 적어도 약 100㎚(예를 들면 적어도 약 200㎚, 적어도 약 300㎚, 적어도 약 400㎚, 적어도 약 500㎚) 및/또는 최대 약 10 미크론(예를 들면, 최대 약 5 미크론, 최대 약 3 미크론, 최대 약 1 미크론)의 두께를 가질 수 있다. 특정 실시예에서, 층(128)은 적어도 약 10㎚(예를 들면, 적어도 약 25㎚, 적어도 약 40㎚) 및/또는 최대 약 1 미크론(예를 들면, 최대 약 500㎚, 최대 약 100㎚)의 두께를 갖는다. 일부 실시예에서, 층(126)은 적어도 약 10㎚(예를 들면, 적어도 약 50㎚, 적어도 약 100㎚) 및/또는 최대 약 1 미크론(예를 들면, 최대 약 500㎚, 최대 약 250㎚)의 두께를 갖는다. 특정 실시예에서, 광발생 구역(130)은 적어도 약 10㎚(예를 들면, 적어도 약 25㎚, 적어도 약 50㎚, 적어도 약 100㎚) 및/또는 최대 약 500㎚(예를 들면, 최대 약 250㎚, 최대 약 150㎚)의 두께를 갖는다.As an example, while the specific thickness of the light emitting element and associated layer has been described above, other thicknesses are also possible. In general, the luminous means can have any desired thickness and the individual layers inside the luminous means can have any desired thickness. Typically, the thickness of the layer inside the
예로서, 발광 다이오드가 설명되었지만, 전술된 구성(예를 들면, 패턴, 공정)을 갖는 다른 발광 소자가 이용될 수 있다. 이러한 발광 소자는 레이저 및 광학 증폭기를 포함한다.As an example, although light emitting diodes have been described, other light emitting devices having the above-described configuration (eg, patterns, processes) can be used. Such light emitting devices include lasers and optical amplifiers.
다른 예로서, 비록 전류 확산층(132)이 n-도핑된 층(134)으로부터 분리된 층으로 기재되었지만, 일부 실시예에서, 전류 확산층은 층(134)(예를 들면, 이의 일부분)과 일체일 수도 있다. 이러한 실시예에서, 전류 확산층은 2D 전자 가스를 형성하기 위하여 층(134)의 비교적 높은 n-도핑된 부분 또는 (예를 들면, AlGaN/GaN) 사이의 헤테로 접합일 수도 있다.As another example, although current spreading
추가 예로서, 특정 반도체 재료가 기재되었지만, 다른 반도체 재료가 또한 사용될 수도 있다. 일반적으로 임의의 반도체 재료(예를 들면, Ⅲ-Ⅴ 반도체 재료, 유기 반도체 재료, 규소)가 발광 소자 내에서 사용될 수 있다. 다른 발광 재료의 예는 InGaAsP, AlInGaN, AlGaAs, InGaAlP를 포함한다. 유기 발광 재료는 알루미늄 tris-8-하이드록시퀴놀린(Alq3) 및 폴리[2-메톡시-5-(2-에틸헥실옥시)-1,4-비닐렌페닐렌] 또는 MEH-PPV와 같은 복합 폴리머를 포함한다.As a further example, while certain semiconductor materials have been described, other semiconductor materials may also be used. In general, any semiconductor material (eg, III-V semiconductor material, organic semiconductor material, silicon) can be used in the light emitting device. Examples of other light emitting materials include InGaAsP, AlInGaN, AlGaAs, InGaAlP. The organic light emitting material is a composite such as aluminum tris-8-hydroxyquinoline (Alq3) and poly [2-methoxy-5- (2-ethylhexyloxy) -1,4-vinylenephenylene] or MEH-PPV Polymers.
부가적인 예로서, 큰 영역 LED가 설명되었지만, LED는 또한 작은 영역 LED(예를 들면, 에지가 표준적인 약 300 미크론보다 작은 LED)일 수 있다. As an additional example, although large area LEDs have been described, the LEDs may also be small area LEDs (eg, LEDs whose edges are less than about 300 microns standard).
예로서, 구멍이 형성된 패턴에 따라 공간적으로 변하는 유전 함수가 설명되었지만, 패턴은 또한 다른 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 패턴은 적절한 층 내의 연속적인 베인(vein) 및/또는 불연속적인 베인으로 형성될 수 있다. 더욱이, 유전 함수를 변화시키는 패턴은 구멍 또는 베인을 이용하지 않고 달성될 수 있다. 예를 들면, 상이한 유전 함수를 갖는 재료는 적절한 층 내에 패턴화될 수 있다. 이러한 패턴의 조합이 또한 이용될 수 있다.By way of example, while a dielectric function has been described that varies spatially with a pattern in which a hole is formed, the pattern can also be formed in other ways. For example, the pattern may be formed of continuous vanes and / or discontinuous vanes in a suitable layer. Moreover, the pattern of changing the dielectric function can be achieved without using holes or vanes. For example, materials with different dielectric functions can be patterned in appropriate layers. Combinations of these patterns can also be used.
추가 예로서, 층(126)이 은으로 형성된 것으로 기재되었지만, 다른 재료가 또한 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 층(126)은 반사 재료의 층 상에 충돌하는 광발생 구역에 의해서 생성된 광의 적어도 약 50%를 반사할 수 있는 재료로 형성되고, 반사 재료는 재료의 다중 층 스택과 지지체 사이에 있다. 이러한 재료의 예는 분포된 브래그 리플렉터 스택 및 알루미늄 및 알루미늄 코팅 합금과 같은 다양 한 금속 및 합금을 포함한다.As a further example, although
다른 예로서, 지지체(120)는 다양한 재료로 형성될 수 있다. 지지체(120)가 형성될 수 있는 재료의 예는 구리, 구리-텅스텐, 질화알루미늄, 탄화규소, 산화베릴륨, 다이아몬드, TEC 및 알루미늄을 포함한다.As another example, the
부가적인 예로서, 층(126)이 히트 싱크 재료로 형성되는 것으로 기재되었지만, 일부 실시예에서 발광 소자는 히트 싱크로서 역할을 하는 별도의 층(예를 들면, 층(126)과 서브마운트(120) 사이에 배치됨)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 층(126)은 히트 싱크로서 작용할 수 있는 재료를 포함할 수도 또는 포함하지 않을 수도 있다.As an additional example, although
추가 예로서, 유전 함수의 다양한 기능이 n-도핑된 층(134) 내로만 연장하는 것으로 기재되었지만(표면 재결합 캐리어 손실의 가능성을 실질적으로 감소시킬 수 있음) 전체 광발생 구역의 이용에 부가하여 일부 실시예에서 유전 함수의 다양한 패턴이 n-도핑된 층을 넘어(예를 들면, 전류 확산층(132), 광발생 구역(130), 및/또는 p-도핑된 층(128) 내로) 연장할 수 있다.As a further example, the various functions of the dielectric function are described as extending only into the n-doped layer 134 (which may substantially reduce the likelihood of surface recombination carrier loss) but in addition to the use of the entire photogeneration zone. In embodiments, various patterns of dielectric function may extend beyond the n-doped layer (eg, into the current spreading
다른 예로서, 공기가 표면(110)과 커버 슬립(140) 사이에 배치되는 실시예가 기재되었지만, 일부 실시예에서 공기 이외의 또는 이에 부가하여 다른 재료가 표면(110)과 커버 슬립(140) 사이에 배치될 수 있다. 일반적으로, 이러한 재료는 적어도 약 1 및 약 1.5 미만(예를 들면, 1.4 미만, 약 1.3 미만, 약 1.2 미만, 약 1.1 미만)의 굴절률을 갖는다. 이러한 재료의 예는 질소, 공기 또는 일부 높은 열 전도성 가스를 포함한다. 이러한 실시예에서, 표면(110)은 패턴화되거나 되지 않 을 수도 있다. 예를 들면, 표면(110)은 패턴화되지 않지만 거칠게 될 수도 있다(즉, λ/5 보다 작은 다양한 크기 및 형상의 임의로 분포된 모양을 갖는다).As another example, while embodiments have been described in which air is disposed between
다른 예로서, 평탄화 및 리소그래피 층의 적층 및 에칭을 포함하는 실시예가 설명되었지만, 일부 실시예에서 미리 패턴화된 에칭 마스크는 n-도핑된 반도체층의 표면 상에 놓일 수 있다.As another example, embodiments have been described that include planarization and lamination and lithography of layers, but in some embodiments a pre-patterned etch mask can be placed on the surface of an n-doped semiconductor layer.
추가 예로서, 일부 실시예에서, 에칭 마스크는 n-도핑된 반도체층과 평탄화층 사이에 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서, 본 방법은 (예를 들면, n-도핑된 반도체층의 패턴에 대응하는 에칭 정지층에 패턴을 형성하기 위하여) 에칭 마스크 층의 적어도 일부분을 제거하는 것을 포함할 수 있다.As a further example, in some embodiments, an etch mask may be disposed between the n-doped semiconductor layer and the planarization layer. In such embodiments, the method may include removing at least a portion of the etch mask layer (eg, to form a pattern in the etch stop layer corresponding to the pattern of the n-doped semiconductor layer).
부가적인 예로서, 표면(110)이 패턴화되고 매끈하게 된 실시예가 개시되었지만, 일부 실시예에서, 표면(110)은 패턴화되고 거칠 수도 있다(즉, λ/5 미만, λ/2 미만, λ 미만의 다양한 크기 및 형상의 임의로 분포된 모양을 가짐). 또한 특정 실시예에서, 개구(150)의 측벽은, 거친 표면(110)을 갖거나 갖지 않고, 거칠 수 있다(즉, λ/5 미만, λ/2 미만, λ 미만의 다양한 크기 및 형상의 임의로 분포된 모양을 가짐). 더욱이, 일부 실시예에서, 개구(150)의 바닥 표면은 거칠 수 있다(즉, λ/5 미만, λ/2 미만, λ 미만의 다양한 크기 및 형상의 임의로 분포된 모양을 가짐). 표면(110), 개구(150)의 측벽 및/또는 개구(150)의 바닥 표면은 예를 들면 에칭(예를 들면, 습식 에칭, 건식 에칭, 반응성 이온 에칭)을 이용하여 거칠어질 수 있다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 개구(150)의 거친 표면(110) 및/또는 측벽은 원자적으로 매끄러운 표면에 관하여 광선이 스넬의 법칙에 의해서 주어진 임계각보다 적은 각도에서 결국 타격하고 추출될 가능성을 증가시킬 수도 있다고 믿어진다.As an additional example, an embodiment has been disclosed in which the
다른 예로서, 일부 실시예에서 서브마운트는 스프링형 구조를 포함하도록 기계 가공될 수 있다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 이러한 스프링형 구조는 기재의 제거 동안 크랙 형성을 감소시킬 수도 있다고 믿어진다.As another example, in some embodiments the submount may be machined to include a spring-like structure. Without wishing to be bound by theory, it is believed that such spring-like structures may reduce crack formation during removal of the substrate.
추가 예로서, 일부 실시예에서 서브마운트는 음향 흡수 플랫폼(예를 들면, 폴리머 포옴)에 의해서 지지될 수 있다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 이러한 음향 흡수 구조는 기재의 제거 동안 크랙 형성을 감소시킬 수도 있다고 믿어진다.As a further example, in some embodiments the submount may be supported by an acoustic absorbing platform (eg, polymer foam). Without wishing to be bound by theory, it is believed that such sound absorbing structure may reduce crack formation during removal of the substrate.
부가적인 예로서, 일부 실시예에서 기재는 제거되기 전에 처리된다(예를 들면, 에칭되거나, 연마되거나, 샌드블라스팅된다). 특정 실시예에서, 기재는 제거되기 전에 패턴화될 수도 있다. 일부 실시예에서, 층의 두께는 다중 층 스택의 기계적인 중립축이 p-도핑된 반도체층과 접합층 사이의 경계면에 실질적으로 근접하여(예를 들면, 약 500 미크론 미만, 약 100 미크론 미만, 약 10 미크론 미만, 약 5 미크론 미만) 위치되도록 선택된다. 특정 실시예에서, 기재의 일부는 (예를 들면, 크랙의 가능성을 감소시키기 위하여) 별도로 제거된다.As an additional example, in some embodiments the substrate is processed (eg, etched, polished or sandblasted) before being removed. In certain embodiments, the substrate may be patterned before being removed. In some embodiments, the thickness of the layer is such that the mechanical neutral axis of the multilayer stack is substantially close to the interface between the p-doped semiconductor layer and the bonding layer (eg, less than about 500 microns, less than about 100 microns, about Less than 10 microns, less than about 5 microns). In certain embodiments, portions of the substrate are removed separately (eg to reduce the likelihood of cracking).
다른 예에서, 버퍼층이 n-도핑된 반도체층으로부터 분리된 실시예가 기재되었지만(예를 들면, n-도핑된 반도체층이 버퍼 상에서 별도로 성장되는 상태에서 버퍼층은 기재 상에서 성장함), 일부 실시예에서는 대신에 단일 층일 수 있다. 예를 들면, 단일 층은 기재 상에 비교적 낮게 도핑된(예를 들면, 도핑되지 않은) 반도체 재료를 먼저 적층시키고 이어서 (일 공정에서) 비교적 높게 도핑된(n-도핑된) 반도체 재료를 증착시킴에 의해서 형성될 수 있다.In another example, an embodiment in which the buffer layer is separated from the n-doped semiconductor layer is described (eg, the buffer layer grows on the substrate with the n-doped semiconductor layer grown separately on the buffer), but in some embodiments instead May be a single layer. For example, a single layer first deposits a relatively low doped (eg undoped) semiconductor material on a substrate and then deposits a relatively high doped (n-doped) semiconductor material (in one process). It can be formed by.
추가 예로서, 기재가 전자기 방사(예를 들면, 레이저 광)에 기재의 표면을 노출시키는 것을 포함하는 공정에 의해서 제거되는 실시예가 기재되었지만, 일부 실시예에서 기재를 제거하기 위하여 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 기재의 제거는 에칭 및/또는 기재를 랩핑(lapping)하는 것을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서, 기재는 에칭 및/또는 랩핑될 수 있고, 이어서 전자기 방사(예를 들면, 레이저광)에 노출될 수 있다.As a further example, while embodiments have been described in which the substrate is removed by a process that includes exposing the surface of the substrate to electromagnetic radiation (eg, laser light), in some embodiments other methods may be used to remove the substrate. have. For example, removal of the substrate may include etching and / or lapping the substrate. In some embodiments, the substrate may be etched and / or wrapped and then exposed to electromagnetic radiation (eg, laser light).
부가적인 예로서, 일부 실시예에서 평탄화층을 증착한 후에 그러나 리소그래피층을 증착하기 전에, 평탄화층의 상부 표면이 편평하게 될 수 있다. 예를 들면, 광학적 평면과 같은 편평한 물체가 평탄화층을 가열하면서(예를 들면, 열판으로) 평탄화층의 상부 표면 상에 위치될 수 있다. 일부 실시예에서, 편평화 공정을 돕기 위하여 (예를 들면, 물리적인 중량물 또는 프레스를 이용하여) 압력이 가해질 수 있다.As an additional example, in some embodiments the top surface of the planarization layer may be flattened after depositing the planarization layer but before depositing the lithography layer. For example, a flat object, such as an optical plane, may be placed on the top surface of the planarization layer while heating the planarization layer (eg, with a hot plate). In some embodiments, pressure may be applied (eg, using a physical weight or press) to assist in the flattening process.
다른 예로서, 기재가 제거되기 전에 처리될 수 있다. 예를 들면, 기재는 에칭, 연마, 그라인딩 및 샌드블라스팅으로부터 선택된 하나 이상의 공정에 노출될 수 있다. 특정 실시예에서, 기재를 처리하는 것은 기재를 패터닝하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 기재를 처리하는 것은 기재 상에 반사방지 코팅을 적층시키는 것을 포함한다. 이러한 반사방지 코팅은 코팅이 전자기 방사의 반사를 감소시킬 수 있기 때문에 예를 들면 비교적 큰 구역의 기재가 전자기 방사에 기재 를 노출시키는 것을 포함하는 기재 제거 공정을 이용하여 제거되는 것을 허용할 수 있다. 특정 실시예에서, 기재의 표면 상의 패턴은 또한 반사방지 효과를 달성하기 위하여 이용될 수 있다.As another example, the substrate may be treated before it is removed. For example, the substrate may be exposed to one or more processes selected from etching, polishing, grinding and sandblasting. In certain embodiments, treating the substrate may include patterning the substrate. In some embodiments, treating the substrate includes laminating an antireflective coating on the substrate. Such antireflective coatings may allow a relatively large area of substrate to be removed using a substrate removal process, including, for example, exposing the substrate to electromagnetic radiation because the coating may reduce the reflection of electromagnetic radiation. In certain embodiments, patterns on the surface of the substrate may also be used to achieve antireflective effects.
일부 실시예에서, 발광 소자 또는 시스템이 선형으로 편광된 광을 제공하는 것이 바람직할 수도 있다. 본원에서 언급하는 바와 같이, 편광은 전체 광의 약 60%가 선형 편광 그리고 전체 광의 약 40%가 직교 편광(예를 들면, 전체 광의 약 65%가 선형 편광 그리고 전체 광의 약 35%가 직교 편광, 전체 광의 약 70%가 선형 편광 그리고 전체 광의 약 30%가 직교 편광, 전체 광의 약 75%가 선형 편광 그리고 전체 광의 약 25%가 직교 편광, 전체 광의 약 80%가 선형 편광 그리고 전체 광의 약 20%가 직교 편광, 전체 광의 약 90%가 선형 편광 그리고 전체 광의 약 10%가 직교 편광)인 광을 말한다.In some embodiments, it may be desirable for the light emitting device or system to provide linearly polarized light. As mentioned herein, polarization includes about 60% of the total light linearly polarized light and about 40% of the total light orthogonal polarized light (e.g., about 65% of the total light linearly polarized light and about 35% of the total light orthogonal polarized light, totally About 70% of the light is linearly polarized and about 30% of the total light is orthogonal polarization, about 75% of the total light is linearly polarized and about 25% of the total light is orthogonal polarization, about 80% of the total light is linearly polarized and about 20% of the total light is Orthogonal polarization, about 90% of the total light is linearly polarized light, and about 10% of the total light is orthogonal polarized light).
본원에서 언급하는 바와 같이, 비편광은 편광되지 않은 광을 나타낸다.As mentioned herein, unpolarized light refers to light that is not polarized.
일반적으로, 광발생 구역(예를 들면, 전술한 바와 같은 광발생 구역)은 비편광을 발생시킨다. 아래에 기재되는 것과 같이, 편광을 발생시키기 위하여, 재료는 하나의 편광을 전달하고 다른 편광을 반사(그리고 가능하게는 재활용)하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 하나의 편광의 광의 발생이 억제될 수도 있다.In general, the light generating zone (eg, the light generating zone as described above) generates unpolarized light. As described below, in order to generate polarization, the material may be configured to transmit one polarization and reflect (and possibly recycle) the other polarization. Optionally, generation of light of one polarization may be suppressed.
도109는 패키지(3004) 내에 담겨진 LED(3002)를 포함하는 시스템(3000)을 도시한다. 일반적으로, 패키지(3004)는 또한 다이의 기계적인 그리고 환경적인 보호를 제공하는 동시에 광 수집을 용이하게 할 수 있어야만 한다. 패키지(3006)는 디스플레이와 LED(3002) 사이에 배치된 투명 커버(3006)를 포함한다. 사용 중 패키 지(3004)로부터 나오는 LED(3002)(광발생 구역(3003)에서)에 의해서 발생된 광은 편광을 선택적으로 전달하는 커버(3006)를 통해서 전달된다. 예를 들면, 커버(3006)는 하나 이상의 상이한 편광(예를 들면, 하나 이상의 직교 편광)을 반사하면서 하나 이상의 편광을 전달할 수 있다.109 shows a
일부 실시예에서, 커버(3006)는 광을 필터링하기 위한 하나 이상의 코팅을 포함할 수 있다. 예를 들면, 코팅은 다른 배향이 흡수되거나 반사되는 동시에 필터 내의 슬롯과 정렬되지 않은 광파의 일부가 통과되도록 필터를 형성하는 슬롯을 포함할 수 있다. 이 선택적인 투과는 패키지화된 LED 장치(3000)로부터 편광 방출을 생성한다. 예를 들면, 화학적 필름이 커버(3006)의 투명한 플라스틱 또는 유리 표면에 인가될 수 있다. 화학적 합성물은 이들의 정렬에 일치하는 임의의 광을 흡수하는 극히 작은 필터를 생성하는 서로에 대하여 평행하게 자연스럽게 정렬된 분자로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 재료는 커버(3006) 상에서 선형 격자를 형성하도록 패턴화될 수 있다. 편광 선택성 재료의 다른 예는 편광 선택성 미러, 편광 재료 및 복굴절 재료의 다중층 필름을 포함한다.In some embodiments, cover 3006 may include one or more coatings for filtering light. For example, the coating may include slots that form the filter such that a portion of the light waves that are not aligned with the slots in the filter are passed while other orientations are absorbed or reflected. This selective transmission produces polarized light emission from the packaged
일부 실시예에서, 광을 필터링하는 커버(3006)에 부가하여, 커버(3006)는 또한 커버(3006)를 통해 전달되지 않는 광을 반사한다. 도109에 도시된 것과 같이, 광은 LED(3002)의 표면으로부터 (화살표(3010, 3012)에 의해서 표시된) 다수의 배향 또는 편광으로 방출될 수 있다. 커버(3006)는 광의 제1 부분(화살표(3014)로 표시됨)은 커버(3006)를 통과하도록 일부 편광을 선택적으로 여과한다. 커버(3006)를 통해서 전달되지 않는 광은 커버(3006)에 의해서 반사된다(화살 표(3016)에 의해서 표시됨). 반사된 광의 일부분은 발광 소자(3002)의 양자 우물 포함 구역에 흡수된다(화살표(3018)에 의해서 표시됨). 흡수된 광자는 이어서 LED(3002)에 의해서 재방출(예를 들면 재활용)된다. 재방출된 광자는 각 편광의 동일한 확률을 가지고 커버를 통해서 전달되거나 또는 이어서 LED(3002)에 의해서 재반사될 수도 있다. 일부 실시예에서, LED(3002)는 상부 표면(3015) 내에 개구(150)의 패턴을 갖는다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 패턴은 반사된 광이 발광 소자(3002)의 양자 우물 포함 구역에서 흡수될 수 있도록 LED(3002) 내로 반사된 광을 결합시키는 것을 용이하게 할 수 있다.In some embodiments, in addition to cover 3006 that filters light, cover 3006 also reflects light that is not transmitted through cover 3006. As shown in FIG. 109, light can be emitted from a number of orientations or polarizations (indicated by
일부 실시예에서, (예를 들면, 패키지의 외부에 편광 선택성 미러를 위치시키는 대신에) 편광 선택성 미러 또는 다른 편광 선택성 소자 또는 재료를 패키지의 커버(3006)와 일체화하는 것은 반사된 편광의 재활용을 가능하게 하고 패키지화된 LED 장치(3000)의 선택적인 편광의 효율 및/또는 효율적인 조명을 증가시킨다. 효율은 발광 소자(3002)에 이용되는 재료의 내부 양자 효율에 의존할 수 있다. 일부 실시예에서, 투명 커버(3006)는 광 투과성을 증가시키기 위하여 하나 이상의 반사방지 코팅으로 추가로 코팅될 수 있다.In some embodiments, integrating the polarization selective mirror or other polarization selective element or material with the cover 3006 of the package (eg, instead of placing the polarization selective mirror outside of the package) may facilitate recycling of reflected polarization. And increase the efficiency of selective polarization and / or efficient illumination of the packaged
도110a는 광의 편광에 기초하여 광을 반사/투과하도록 설계된 패턴화된 층(3031)을 포함하는 LED(3030)를 도시한다. 광발생 구역(3040)에서 발생된 광은 광의 편광에 기초하여 패턴화된 층(3031)에 의해서 반사 또는 투과된다. 예시적인 패턴이 도110b, 도110c 및 도110d에 도시된다. 패턴은 층(3031)의 표면 내로 에칭된 구멍의 배열을 포함한다. 구멍의 적어도 일부는 층(3031)과 동일 평면 방향(예 를 들면, 층(3031)의 표면에 법선에 대략 직각인 방향)으로 신장될 수 있다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 구멍의 신장은 일부 편광이 LED(3030)의 표면을 통해서 전달되고 다른 편광이 LED(3030)으로부터 반사되고 전달되지 않도록 광의 편광을 분리 또는 필터링하는 것으로 믿어진다. 전술된 것과 같이, 반사된 광의 적어도 일부는 재활용되어 LED(3030)로부터 재방출된다.110A shows an
비록 도110b, 도110c 및 도110d에 도시된 패턴이 신장된 타원을 포함하지만, 직사각형과 같은 다른 신장된 형상이 이용될 수도 있다. 일부 실시예에서, 격자 또는 다른 선형 패턴이 이용될 수 있다. LED(3030)에 의해서 방출된 광을 편광화하는 것에 더하여, 패턴(3032)은 (예를 들어, 전술된 하나 이상의 방법에 따라) 광 추출 및 시준을 또한 용이하게 할 수 있다. 부가적으로, 패턴(3032)은 각각이 시준, 추출, 편광화 또는 이의 조합을 용이하게 하는 다수의 패턴으로 구성될 수 있다.Although the patterns shown in FIGS. 110B, 110C, and 110D include elongated ellipses, other elongated shapes, such as rectangles, may be used. In some embodiments, gratings or other linear patterns may be used. In addition to polarizing light emitted by the
도109 및 도110에 도시된 실시예가 LED의 광발생 구역에 의해서 발생된 광을 필터링함으로써 편광 비임을 발생하지만, 광은 또한 다른 편광에 대하여 특정 편광의 광발생을 억제함에 의해서 편광될 수 있다. 예를 들면, 발광 소자는 특정 편광을 갖는 광의 적어도 약 60%(예를 들면, 적어도 약 65%, 적어도 약 70%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%)을 갖는 광을 발생시킬 수 있다.Although the embodiment shown in Figures 109 and 110 generates a polarization beam by filtering the light generated by the light generating zones of the LEDs, the light can also be polarized by suppressing the light generation of certain polarizations relative to other polarizations. For example, a light emitting device can generate light having at least about 60% (eg, at least about 65%, at least about 70%, at least about 80%, at least about 90%) of light having a particular polarization.
일부 실시예에서, 발광 소자의 적어도 하나의 재료 층에 유도된 변형은 상이한 에너지 전이가 재료에서 일어나도록 재료의 전자 밴드 구조를 변경한다. 변형은 바람직한 편광의 광을 발생시키는 에너지 전이를 분리하는 데 이용될 수 있다. 변형은 다양한 방식으로 하나 이상의 층 내로 도입될 수 있다. 예를 들면, 변형은 2개의 재료의 격자 부정합에 기초하여 또는 온도와 적층 속도와 같은 처리 변수에 기초하여 성장 동안 도입될 수 있다. 다른 예에서, 기재 배향, 온도 사이클, 재료 선택과 같은 접합 변수 또는 다른 처리 변수가 하나 이상의 층에 변형을 도입한다. 다른 예에서, 변형은 하나 이상의 층에서 물리적인 응력을 도입하기 위하여 장치를 구부림으로써 LED의 제조에 수반하여 재료 내로 도입된다. 다른 예에서, 변형은 에칭, 연마, 또는 화학 기계적 연마에 의해서 도입된다. 또 다른 예에서, 미리 도입된 변형(예를 들면, 반도체층에서 다양한 결정학적인 축에 따른 더 많은 또는 더 적은 인장 변형, 더 많은 또는 더 적은 압축 변형)이 조절된다. 예를 들면, 이러한 기술은 성장 동안 도입된 변형을 함유한 후처리 웨이퍼에서 유용할 수 있다고 믿어진다.In some embodiments, the induced deformation in at least one material layer of the light emitting device changes the electron band structure of the material such that different energy transitions occur in the material. The modification can be used to separate the energy transitions that produce light of the desired polarization. Variations can be introduced into one or more layers in a variety of ways. For example, deformation can be introduced during growth based on the lattice mismatch of the two materials or based on processing variables such as temperature and lamination rate. In another example, bonding variables such as substrate orientation, temperature cycles, material selection, or other processing variables introduce deformation into one or more layers. In another example, the strain is introduced into the material following the manufacture of the LED by bending the device to introduce physical stress in one or more layers. In another example, the deformation is introduced by etching, polishing, or chemical mechanical polishing. In another example, the strain introduced in advance (eg, more or less tensile strain, more or less compressive strain along various crystallographic axes in the semiconductor layer) is adjusted. For example, it is believed that this technique may be useful in post-process wafers containing strains introduced during growth.
도111은 n-도핑된 층(3052), 양자 우물 포함 구역(3054), p-도핑된 층(3056), 및 접점층(3058)을 포함하는 LED(3050)를 도시한다. n-도핑된 층(3052)에 에칭된 다수의 구멍(3060), 양자 우물 포함 구역(3054), p-도핑된 층(3056)은 에칭된 패턴을 갖는 광자 격자를 형성한다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 양자 우물 포함 구역(3054)을 통해서 에칭된 구멍(3060)은 특정 편광 모드 주변에서 광학 밴드 갭(예를 들면, 완전한 광자 밴드 갭, 부분적인 광자 밴드 갭)을 발생하는 것으로 믿어진다. 허용된 모드에서 갭은 LED(3050)가 다른 편광을 억제하는 동시에 특정 편광을 방출하도록 허용한다. 구멍(3060)은 축을 따라 신장될 수도 있다(예를 들면, 타원형 또는 직사각형 형상을 형성한다). 구멍의 신장은 하 나의 모드가 광발생을 위한 밴드 갭의 밖으로 적어도 부분적으로 이동하고 다른 모드가 광발생을 위한 밴드 갭 내에서 적어도 부분적으로 이동하도록 광발생의 모드를 분리한다(예를 들면, 광발생의 모드를 퇴화시킨다). 광발생 구역이 특정 모드를 갖는 광을 발생시키고 다른 모드를 갖는 광을 억제하기 때문에, LED(3050)는 편광을 방출한다. 광발생의 퇴화 모드의 대칭성을 파괴하는 부가적인 선형 패턴이 가능하다. 원하는 극성이 생성되기 때문에(바람직하지 않은 편광은 적어도 부분적으로 억제됨), 전술된 것과 같은 편광 필름 또는 표면이 편광된 광을 발생시키기 위해 필요하지 않다. 그러나, 일부 실시예에서, 전술된 것과 같은 편광 필름 또는 표면이 편광의 정도를 더욱 향상시키기 위하여 이용될 수 있다.111 shows an
구멍(3062)은 특정 편광 모드 주위에 광자 밴드 갭을 생성하는 동시에, 구멍(3062)은 또한 캐리어가 재결합하는 것을 허용하는 비방사 표면 상태를 도입할 수 있어 잠재적으로 효율을 감소시키고 열을 발생시킨다. 구멍은 표면 재결합 속도를 감소시키도록 패시베이션될 수도 있다(예를 들면, 화학적인 증기로의 노출에 의한 화학적인 패시베이션). 구멍(3062)은 (예를 들면, 패시베이션을 용이하게 하기 위해) 공기, 유전체 또는 다른 재료로 채워질 수도 있다.Hole 3062 creates a photon band gap around a particular polarization mode, while hole 3062 can also introduce non-radiative surface conditions that allow carriers to recombine, potentially reducing efficiency and generating heat. . The holes may be passivated to reduce the surface recombination rate (eg, chemical passivation by exposure to chemical vapor).
전술된 실시예에서, n-도핑된 층(3052)을 통해 에칭된 구멍(3062), 양자 우물 포함 구역(3054), p-도핑된 층(3056)이 바람직하지 않은 편광을 억제하였지만, 다른 편광 억제 방법이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 도112에 도시된 것과 같이 배면 패터닝은 광이 다른 편광에 대하여 일부 편광이 억제된 상태로 발생되는 것을 허용한다.In the above-described embodiment, the holes 3062 etched through the n-doped
도112는 n-도핑된 층(3052), 양자 우물 포함 구역(3054) 및 p-도핑된 층(3056)을 포함하는 LED(3070)를 도시한다. p-도핑된 층(3074)에서 에칭된 한 세트의 구멍(3074)은 바람직하지 않은 편광 모드 주위에 광자 밴드 갭을 생성한다. 구멍(3074)은 p-도핑된 층(3056)을 통해 부분적으로 또는 완전하게 연장할 수 있다. 일부 실시예에서, 구멍(3074)은 양자 우물 포함 구역(3054) 내로 또는 n-도핑된 층(3052) 내로 연장할 수도 있다. 구멍(3074)은 공기 또는 다른 유전 재료로 채워질 수 있다. 구멍(3074)은 광을 시준하는 패턴으로 부가적으로 정렬될 수 있다. LED(3070)는 전술된 하나 이상의 방법 또는 구성을 이용하여 시준, 광 추출 또는 편광 선택을 더욱 향상시키기 위하여 n-도핑된 층(3052) 내로 에칭된 패턴을 추가로 가질 수 있다. n 도핑 및 p 도핑된 층이 역전된 다른 실시예가 예상된다.112 shows an
도113은 n-도핑된 층(3206), 양자 우물 포함 구역(3204), p-도핑된 층(3202) 및 패턴화된 반사 층(3231)을 포함하는 LED(3200)를 도시한다. 패턴화된 반사층(3231)은 패시베이션 구역(3230) 및 반사 구역(3214)을 포함한다. 예를 들면, 반사 구역(3214)(예를 들면, 패턴화된 영역)은 에칭되어 절연 재료로 채워질 수 있다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 패시베이션 구역(3230) 및 반사 구역(3214)의 주기성은 미러의 반사율에 영향을 미치는 것으로 믿어진다. 반사율의 변경은 미러가 편광에 민감하게 하고 다수의 정상파(standing wave)가 층(3206)의 상부 표면과 패턴화된 접점층(3231) 사이에 형성되는 것을 가능하게 하는 것으로 믿어진다. 패턴은 노드가 하나의 편광(예를 들면, 파동(3090))을 위하여 양자 우물 포함 구역(3204)에서 형성하고 피크가 다른 편광(예를 들면, 파동(3092))을 위 한 양자 우물 포함 구역(3204)에서 형성하도록 설계될 수 있다.113 shows an
일반적으로, LED(3200)는 원하는 데로 제조될 수 있다. 일반적으로 LED(3200)는 다양한 적층, 레이저 처리, 리소그래피 및 에칭 단계를 포함한다.In general, the
일부 실시예에서, LED(3200)는 도114 내지 도102에 도시된 방법에 의해서 제조된다. 도114는 기재(3208), 층(3206), 층(3204) 및 층(3202)을 포함하는 다중 층 스택으로 형성된 LED(3201)를 도시한다. 기재(3208)는 일반적으로 기재(500)에 관하여 전술된 것과 같고, 층(3206, 3204, 3202)은 층(506, 510, 512)에 대하여 전술된 것과 같을 수 있다.In some embodiments, the
도115는 전술된 것과 같이 층(3206, 3204, 3202) 및 기재(3208)를 포함하는 다중 층 스택(3210)을 도시한다. 다중 층 스택(3210)은 또한 금속층(3212)을 포함한다. 금속층(3212)은 반사 재료의 단일층(예를 들면, Ag, Al, Cu, W, Pt, Ti, 또는 이들의 합금)으로 구성될 수 있고, 층(3212)은 다수의 층을 포함할 수 있다. 예를 들면, 층(3212)은 층(3202)(예를 들면, Ni, ITO, Ag, Al, Ti, Cu, Rh, Pt 또는 이들의 합금) 및 오믹 접점층(예를 들면, Ag로 구성된 층)에 의해서 지지된 반사 층에 의해서 지지된 오믹 접점층을 포함할 수 있다. 부가적으로, 확산 장벽(예를 들면, Pt 또는 Ti-N으로 구성된 층)은 또한 층을 이룬 스택에서 임의의 금속 사이에서 확산 또는 화학적 반응을 방지 또는 제한하도록 포함될 수 있다(예를 들면, 반사 층에 의해서 지지됨). 부가적으로 다양한 점착 층(예를 들면, Ti로 구성된 층)은 다중 층 스택(3210)의 상이한 층들 사이의 점착을 돕기 위하여 적층될 수 있다.115 illustrates a
도116에 도시된 것과 같이, 층(3212)은 (예를 들면, 나노-임프린트, 딥-UV, e-비임 및 홀로그래픽 리소그래피를 이용하여) 패턴화되고, (예를 들면, 반응성 이온 에칭, 습식 에칭을 이용하여) 에칭되어 반사 구역(3214)을 형성하고 그에 의해서 층(3202)의 표면(3216)의 부분을 노출시킨다.As shown in FIG. 116,
도117에 도시된 것과 같이, 층(3326)은 반사 구역(3214) 상으로 적층된다. 층(3226)은 발광 층(예를 들면, Si3N4, SiO2, TiO2, ITO 또는 Ru2O3로 구성된 층)으로부터 방출된 광에 투과성일 수 있다. 층(3226)은 다양한 방식으로 적층될 수 있다. 예를 들면, 층(3226)은 CVD 원자층 적층(ALD) 또는 스퍼터링을 이용하여 적층될 수 있다.As shown in FIG. 117,
도118에 도시된 것과 같이, 층(3226)은 (예를 들면, 건식 에칭 또는 CMP를 이용하여) 에칭되어 반사 구역(3214) 사이의 만입부 내에 투명한 재료를 유지하면서 반사 구역(3214)의 표면을 노출하고, 그에 의해서 발광 층으로부터 방출된 광에 투명 구역(3230)을 형성한다. 투명 구역(3230) 및 반사 구역(3214)은 패턴화된 반사 층(3231)을 함께 형성한다.As shown in FIG. 118,
도119에 도시된 것과 같이, 일부 실시예에서, 금속층(3232)(예를 들면, Ag/Pt/Ti/Ni/Au로 구성된 층)은 패턴화된 반사 층(3231) 상으로 적층된다. 층(3232)은 접합 서브마운트로의 다중 층 스택(3234)의 점착을 증진할 수 있다. 일부 실시예에서, 층(3232)은 반사성이다(예를 들면, 층(3232)은 층(3232)과 층(3230) 사이의 경계에 반사 표면을 형성할 수 있다). 도120에 도시된 것과 같 이, 다중 층 스택(3234)은 접합된 다중 층 스택(3244)(도121)을 형성하기 위하여 금속 층(3242)(예를 들면, AuSn/Au/Ti로 형성된 층)을 포함하는 서브마운트(3240)에 이어서 접합된다. 다중 층 스택(3234)을 서브마운트(3240)에 접합한 후에, 기재(3208)는 도122에 도시된 것과 같이 다중 층 스택(3250)을 형성하기 위하여 (예를 들면, 에칭, LLO, 연마 또는 에피택셜 리프트오프를 이용하여) 제거된다.As shown in FIG. 119, in some embodiments, a metal layer 3322 (eg, a layer composed of Ag / Pt / Ti / Ni / Au) is deposited onto the patterned
다른 실시예에서, 도123에 도시된 것과 같이, 발광 구역으로부터 방출된 광에 투명 재료의 층이 투명 구역(3264)을 형성하기 위하여 p-도핑된 반도체층(3262) 상에 적층되고 에칭된다. 반사 층(3266)은 에칭된 표면 위로 적층되어 조절된 반사 표면(3268)을 형성한다. 부가적인 금속 층(예를 들면, 확산 적층 및 점착 층)이 적층될 수 있다. 접합 및 기재 제거는 전술된 것과 같이 일어날 수 있다. 부가적인 실시예에서, 전류 확산층(예를 들면, Ni, ITO, Au 또는 RuO2로 구성된 층)은 투명 층의 적층 전에 p-도핑된 층 상에 적층된다. 일부 실시예에서, 전류 확산층은 투명 층을 에칭하면서 에칭 정지부로서 사용될 수 있다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 에칭 정지부로서의 전류 확산층의 이용은 p-표면 오믹 접점의 일체성(integrity)을 보존하는 것을 도울 수 있다. 부가적으로, 메사 두께는 투명 재료를 위해 이용되는 적층 방법에 기초하여 제어될 수 있다. 일부 실시예에서, 점착 층은 반사 층 전에 합체될 수도 있다.In another embodiment, as shown in FIG. 123, a layer of transparent material in the light emitted from the light emitting zone is deposited and etched on the p-doped
도124는 n-도핑된 층(3110), 양자 우물 포함 구역(3112), p-도핑된 층(3114) 및 반사 층(3118)을 포함하는 LED(3100)를 도시한다. 반사 층(3118)은 화살 표(3120)에 의해서 지시된 것과 같이 더 작은 두께의 구역을 형성하기 위하여 그리고 화살표(3122)에 의해서 지시된 것과 같이 더 큰 두께의 구역을 형성하기 위하여 패턴화된다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 층(3118)의 패터닝의 주기성은 층의 저항률에 영향을 미칠 수 있다. 양자 우물 포함 구역(3112)과 반사 층(3118) 사이의 거리는 거리(3102, 3104)에 의해서 지시된 것과 같이 층(3118) 내의 패턴에 기인하여 변한다고 믿어진다.124 shows an
거리(3102, 3104)는 층(3118)과 양자 우물 포함 구역(3112) 사이의 더 큰 거리를 갖는 구역에서 LED(3100) 내의 정상파의 형성을 최적화 또는 향상시키기 위하여 선택될 수 있고 층(3118)과 양자 우물 포함 구역(3112) 사이의 더 작은 거리를 갖는 구역(3102)을 위한 LED(3100) 내의 정상파의 형성을 최소화 또는 감소시킬 수 있다(또는 그 역도 같음).
도125는 n-도핑된 층(3302), 양자 우물 포함 구역(3304), p-도핑된 층(3306) 및 패턴화된 반사 층(3314)을 포함하는 LED(3300)를 도시한다. LED(3300)는 또한 패턴화된 반사 층(3314)의 패턴화된 구역 내에 배치된 복수의 절연 층(3316)을 포함한다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 패터닝은 반사 층(3314)의 저항률에 영향을 미쳐서 패턴화된 반사 층이 편광 민감성(polarization sensitive)이 되게 한다고 믿어진다.125 shows an
일반적으로, LED(3300)은 원하는 데로 제조될 수 있다. 통상적으로, LED(3300)의 제조는 다양한 적층, 레이저 처리, 리소그래피 및 에칭 단계를 포함한다.In general, the
일부 실시예에서, LED(3300)는 도126 내지 도113에 도시된 방법에 의해서 제조된다. 도125는 기재(3308), 층(3306), 층(3304) 및 층(3302)을 포함하는 다중 층 스택을 포함하는 LED 웨이퍼(3301)를 도시한다. 기재(3308)는 일반적으로 기재(500)에 관하여 전술된 것과 같을 수 있고 층(3306, 3304, 3302)은 각각 층(506, 510, 512)에 관하여 위에서 기재된 것과 같을 수 있다.In some embodiments, the
도127은 전술된 것과 같이 층(3306, 3304, 3302) 및 기재(3308)를 포함하는 다중 층 스택(3310)을 도시한다. 다중 층 스택(3310)은 또한 금속층(3312)을 포함한다. 금속층(3312)은 일반적으로 금속층(3212)에 대하여 전술된 것과 같을 수 있다. 도128에 도시된 것과 같이, 층(3312)은 (예를 들면, 나노-임프린트, 딥-UV, e-비임 및 홀로그래픽 리소그래피를 이용하여) 패턴화되고, (예를 들면, 반응성 이온 에칭, 습식 에칭을 이용하여) 에칭되어 패턴화된 층(3314)을 형성한다. 에칭은 패턴이 층(3302) 내에 형성되도록 층(3302) 내로 연장한다.127 shows a
도129에 도시된 것과 같이, 패시베이션 층(3326)(예를 들면, Si3N4, SiO2, TiO2, ITO로 구성된 층)이 패턴화된 층(3314) 상으로 적층된다. 층(3326)은 층(3326)이 에칭된 구역(3325)의 측벽 및 바닥상으로 적층되도록 일치가능한 층일 수 있다. 도130에 도시된 것과 같이, 층(3326)은 층(3314)의 상부 표면이 노출된 상태로 에칭된 구역(3325)의 바닥 및 측벽 상으로 패턴화된 패시베이션층(3328)을 형성하기 위하여 에칭된다. 도131에 도시된 것과 같이, 금속층(3332)은 패턴화된 패시베이션층(3328) 및 패턴화된 반사 층(3314)의 상부 표면 상으로 적층된다. 금 속층(3332)은 다중 층 스택(3334)의 표면을 적어도 부분적으로 평탄화할 수 있다. 도132에 도시된 것과 같이, 다중 층 스택(3334)은 접합된 다중 층 스택(3344)(도133)을 형성하기 위하여 금속층(3342)(예를 들면, AuSn/Au/Ti로 구성된 층)을 포함하는 서브마운트(3340)에 접합된다. 서브마운트(3340)에 다중 층 스택(3334)을 접합한 후에, 기재(3308)는 도125에 도시된 것과 같이 다중 층 스택(3300)을 형성하기 위하여 제거된다.As shown in FIG. 129, a passivation layer 3326 (e.g., a layer consisting of Si 3 N 4 , SiO 2 , TiO 2 , ITO) is deposited onto the patterned
도125 내지 도133에 도시된 것과 같이, 에칭된 구역은 층(3302) 내로 연장하지만(도128), 일부 실시예에서 에칭된 구역은 층(3304) 내로 또는 층(3304)을 통해서 층(3302) 내로 더욱 연장한다.As shown in FIGS. 125-133, the etched region extends into layer 3302 (FIG. 128), but in some embodiments, the etched region is
도134 및 도135는 배면 패턴이 다른 편광에 대하여 하나의 편광의 발광을 억제하는 부가적인 실시예를 도시한다. 보다 구체적으로, 도134는 미러(예를 들면, 금속 미러)가 한 세트의 공기 구멍을 갖고 패턴화되는 실시예를 도시한다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 공기 구멍의 패턴은 재료 특성의 차이에 기인하여 더 강한 섭동(perturbation)을 생성하여 하나의 편광의 다른 편광에 대한 더 큰 억제를 초래할 수 있다. 도135는 배면 패턴이 미러 또는 접점층을 지나서 연장하는 실시예를 도시한다. 일반적으로, 구멍은 다양한 깊이로 연장될 수 있다. 예를 들면, 구멍은 접점층을 지나 연장하지 못할 수 있고, 구멍은 접점층 및 미러층 모두로 연장할 수도 있고, 또는 구멍은 접합층으로 연장할 수도 있다. 구멍은 공기 또는 예를 들면 다른 층으로부터의 재료를 포함하는 다른 재료일 수 있다. 일부 실시예에서, Ni 함유 재료는 접점을 형성하기 위하여 사용되고 Ag 함유 재료는 Ni층 내에 구멍을 다시 채우기 위하여 사용된다. 접합층으로 연장하는 패턴을 갖는 소자를 제조하는 것이 제조 공정에 의하면 유리할 수도 있다.134 and 135 show additional embodiments in which the back pattern suppresses light emission of one polarization with respect to another polarization. More specifically, Figure 134 illustrates an embodiment in which the mirror (e.g., metal mirror) is patterned with a set of air holes. Without wishing to be bound by theory, the pattern of air holes may create stronger perturbations due to differences in material properties, resulting in greater suppression of one polarization to another. 135 illustrates an embodiment in which the back pattern extends beyond the mirror or contact layer. In general, the holes may extend to various depths. For example, the hole may not extend beyond the contact layer, the hole may extend to both the contact layer and the mirror layer, or the hole may extend to the bonding layer. The hole may be air or other material, including for example a material from another layer. In some embodiments, Ni-containing material is used to form contacts and Ag-containing material is used to refill holes in the Ni layer. It may be advantageous according to the manufacturing process to manufacture an element having a pattern extending to the bonding layer.
이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 예컨대 금속 미러와 같은 반사 층을 이용하여 공간의 균일성을 깨뜨리는 것은 상태의 밀도를 변경할 수 있다고 믿어진다. 일반적으로, 사용 중에 LED 내의 전자 및 홀이 여기 상태에서 포획된다. 전자 및 홀은 (예를 들면, 광 방출에 의한) 방사 공정 또는 (예를 들면, 열 소산에 의한) 비방사성 공정을 통해서 여기 상태로부터 완화될 수 있다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 상태의 상대 밀도의 변경은 2개의 완화 공정의 상대 강도를 변경할 수 있다고 믿어진다. 만일 다수의 방사 공정이 존재한다면(예를 들면, 상이한 편광을 갖는 광의 방사), 각각의 편광의 방출은 상태의 대응하는 밀도에 비례할 수 있다. 일부 실시예에서, 상태의 밀도를 변경시켜 제1 편광을 갖는 광의 방출을 증가시키거나 최대화시키고 다른 편광(예를 들면, 직교 편광)을 갖는 광의 방출을 감소 또는 최소화하는 것이 유리할 수 있다.Without wishing to be bound by theory, it is believed that breaking the uniformity of space using a reflective layer, such as a metal mirror, can alter the density of states. In general, electrons and holes in the LED are captured in an excited state during use. Electrons and holes can be relaxed from the excited state through a radiation process (e.g., by light emission) or a non-radioactive process (e.g. by heat dissipation). Without wishing to be bound by theory, it is believed that changing the relative density of states can change the relative strength of the two relaxation processes. If there are multiple emission processes (eg, emission of light with different polarizations), the emission of each polarization may be proportional to the corresponding density of the states. In some embodiments, it may be advantageous to alter the density of states to increase or maximize the emission of light with the first polarization and to reduce or minimize the emission of light with other polarizations (eg, orthogonal polarization).
이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 전술한 바와 같이, 상태의 밀도를 변경하는 하나의 방법은 후속 계산에서 기재된 것과 같이 공간의 균일성을 깨뜨리는 것이다. 후속 계산을 위하여, 수평 방출 평면 광원은 수평 미러로부터 거리(d)에 위치설정된다. 미러 표면에서 평행한 전기장을 0으로 설정하는 경계 조건이 이용된다. 더욱이, 반사 시에 광은 π 위상 시프트를 경험하는 것으로 가정된다. 이들 경계 조건에 기초하여, 미러로부터 1/4 파장의 거리의 광원은 반사된 파와 보강 간섭을 경험할 것이고 반 파장의 거리의 광원은 반사된 파와 상쇄 간섭을 경험 할 것이다. 상태의 전체 개수가 보존되어야만 하는 것으로 가정하면, 보강 간섭하는 파에 대한 상태의 밀도는 거의 두 배가 될 것이고 상쇄 간섭하는 파에 대한 상태의 밀도는 거의 0일 것이다. 보강 및 상쇄 간섭에 기초하여, 반사 표면으로부터 특정 거리에서 방출이 억제되는 파장이 존재하고, 또는 등가로, 주어진 파장에 대하여 방출이 억제되는 거리가 존재할 것이다.Without wishing to be bound by theory, as mentioned above, one way of changing the density of states is to break the uniformity of the space as described in subsequent calculations. For subsequent calculations, the horizontal emitting planar light source is positioned at a distance d from the horizontal mirror. A boundary condition is used that sets the parallel electric field to zero at the mirror surface. Moreover, it is assumed that upon reflection the light experiences a π phase shift. Based on these boundary conditions, light sources at a quarter wavelength distance from the mirror will experience constructive interference with reflected waves and light sources at half wavelength distance will experience canceled interference with reflected waves. Assuming that the total number of states must be preserved, the density of states for constructive interfering waves will nearly double and the density of states for destructive interfering waves will be nearly zero. Based on constructive and destructive interference, there will be a wavelength at which emission is suppressed at a certain distance from the reflective surface, or equivalently, there will be a distance at which emission is suppressed for a given wavelength.
도137에 나타낸 데이터는 넓은 주파수 범위의 백색 광을 방출하는 평면 광원을 이용하여 계산되었다. 유한차분시간구역(FDTD)을 이용한 계산은 광원에 의해서 방출된 에너지가 상태의 국부 밀도에 직접적으로 비례한다고 가정한다. 도136a에 도시된 것과 같이, 자유 공간에 위치설정된 광원(3400)은 양 방향의 광원으로부터 방출된 스펙트럼 에너지 E0(λ)(3402a, 3402b)를 계산하기 위하여 이용될 수 있다. 도136b에 도시된 것과 같이, 반사 표면(3408)(예를 들면, Ag 미러)으로부터 거리(3406)만큼 떨어져 위치설정된 광원(3404)은 미러로부터 떨어지는 방향으로 광원으로부터 방출된 스펙트럼 에너지 E(λ)(3410)를 계산하기 위하여 사용될 수 있다(예를 들면, 미러는 광학적으로 두껍다고 가정함). 도137에 도시된 데이터는 광원이 반사 표면으로부터 다양한 거리에서 위치설정될 때 광의 다양한 파장에 대하여 자유 공간(3402a) 내에 광원의 스펙트럼 에너지에 의해서 분할된 스펙트럼 에너지(3410)의 비율의 계산에 대응한다. 라인(3414)은 광원이 반사 표면으로부터 100㎚의 거리에서 위치설정될 때 E(λ)/E0(λ)을 나타낸다. 라인(3416)은 광원이 반사 표면으로부터 200㎚의 거리에서 위치설정될 때 E(λ)/E0(λ)을 나타낸다. 라 인(3418)은 광원이 반사 표면으로부터 1000㎚의 거리에서 위치설정될 때 E(λ)/E0(λ)을 나타낸다.The data shown in FIG. 137 was calculated using a planar light source emitting white light in a wide frequency range. Calculations using the finite difference time zone (FDTD) assume that the energy emitted by the light source is directly proportional to the local density of the state. As shown in FIG. 136A, the
도137에 도시된 데이터에서, 2개의 등가 편광 사이에는 차이가 없다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 편광원은 반사 표면의 대칭성을 파괴함에 의해서 발생될 수 있다고 믿어진다. 예를 들면, 대칭성은 도138a 및 도138b에 도시된 것과 같이 반사 표면(3422) 내의 상승된 부분(3420) 및 홈(3424)의 패턴을 도입함에 의해서 파괴될 수 있다. 반사 표면(3422)은 상승된 부분(3420) 사이의 폭(3426)과 홈(3424) 및 상승된 부분(3420)의 표면 사이의 높이(3428)를 갖는 패턴을 갖는다. 패턴화된 반사 표면(3422) 때문에, 2개의 편광은 상이한 효율적인 미러를 보고, 따라서 반사 표면(3422)과 상호작용한 후에 상이한 위상을 얻을 수 있다.In the data shown in FIG. 137, there is no difference between the two equivalent polarizations. Without wishing to be bound by theory, it is believed that the polarization source can be generated by destroying the symmetry of the reflective surface. For example, symmetry can be broken by introducing a pattern of raised
도140 및 도141은 반사 표면(3422)으로부터 떨어진 거리에 위치설정된 광원을 이용함으로써 계산되었다. 도140 및 도141에 도시된 계산은 평행한 전기장의 연속 및 금속 측벽(3430)(도139a)에서 직각의 변위 필드의 경계 조건을 가정한다. 이들 경계 조건은 평행한 편광(3432)에 대한 주파수 컷오프(cut-off)를 도입하고, 그 아래에서 전파 상태는 허용되지 않는다. 부가적으로, 이들 경계 조건은 직각 편광(3434) 상에 제한을 부과하지 않고, 따라서 (도139b에 도시된 것과 같이) 전파 조건이 다수의 주파수에 대하여 존재한다. 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 컷오프(3438) 위에서 양 편광은 홈(3424)을 통과할 수 있지만 편광은 상이한 전파 상수를 갖고 상이한 위상을 얻을 것으로 믿어진다. 컷오프(3438) 아래에서 2개의 편광 중 오직 하나의 편광이 홈(3424)을 통과할 수 있다. 따라서, 직각 편광(3434)은 미러의 바닥(예를 들면, 홈(3424))에서 반사할 것이고 평행 편광(3432)은 미러의 상부(예를 들면, 상승된 부분(3420))에서 반사할 것이다. 일부 실시예에서, 미러는 평행한 편광(3432)이 홈(3424) 내로 관통할 수 없고 반사될 것이기 때문에 상부 측면 상에는 필요하지 않다고 믿어진다. 일부 실시예의 경우, 반사성이 아닐 수 있는 더 적절한 오믹 접점을 사용하는 것이 유리할 수도 있다.140 and 141 have been calculated by using a light source positioned at a distance away from the
도140 및 도141에 도시된 데이터는 200㎚에서 미러의 바닥(예를 들면, 홈(3424))과 광원 사이의 피치 또는 거리를 유지하는 양 편광에 대해 계산되었다. 도140은 220㎚의 피치, 110㎚의 폭(3426) 및 100㎚의 높이(3428)를 갖는 패턴을 갖는 반사 표면에 대한 E(λ)/E0(λ)의 도면(plot)을 도시한다. 도141은 220㎚의 피치, 110㎚의 폭(3426) 및 50㎚의 높이(3428)를 갖는 패턴을 갖는 반사 표면에 대한 E(λ)/E0(λ)의 도면을 도시한다. 양 경우에, 계산은 하나의 편광이 완전하게 억제되고 다른 것이 최대 향상(예를 들면, 화살표(3440, 3442)에 의해서 지시되는 것과 같음)을 갖는 파장을 나타낸다. 부가적으로, 특정 파장에 대하여 하나의 편광에서 광 방출을 향상시키고 다른 편광에서 광 방출을 억제하는 다수의 기하학적 형상 및 파장이 있다.The data shown in FIGS. 140 and 141 were calculated for both polarizations maintaining a pitch or distance between the bottom of the mirror (e.g., groove 3424) and the light source at 200 nm. FIG. 140 shows a plot of E (λ) / E 0 (λ) for a reflective surface with a pattern having a pitch of 220 nm, a
도140 및 도141에 도시된 계산은 평면파 소스에 기초하지만 다른 소스가 이용될 수 있다. 예를 들면, 다이폴 소스가 모든 방향으로의 방출을 도입할 수 있 다. 간섭 조건은 상이한 입사 방향에 대하여 변경될 수 있지만, 그러나 이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고 패턴화된 층이 다른 편광에 비교하여 일 편광으로의 광 방출을 적어도 부분적으로 억제하기 위하여 사용될 수 있다고 믿어진다.The calculations shown in FIGS. 140 and 141 are based on plane wave sources, but other sources may be used. For example, a dipole source can introduce emissions in all directions. Interference conditions may vary for different incidence directions, but without wishing to be limited by theory, it is believed that the patterned layer can be used to at least partially suppress light emission into one polarization compared to other polarizations.
이론에 의해서 제한되기를 바라지 않고, 이를 통해서 광이 방출되는 상부 표면을 패터닝하는 것은 하나의 원하는 편광의 추출을 향상시킬 수 있고 상이한 편광의 반사를 향상할 수 있다. 예를 들면, 상부 표면 패턴에 평행하게 편광된 광(그러나 패턴의 평면 내의 임의의 방향으로)은 패턴에 직각인 방향으로 우세하게 전파되고 따라서 추출될 것이고, 패턴에 직각으로 편광된 광은 상부 표면 패턴에 평행한 방향으로 우세하게 전파될 것이고 따라서 우세하게 안내될 것이다.Without wishing to be bound by theory, patterning the top surface through which light is emitted can improve the extraction of one desired polarization and improve reflection of different polarizations. For example, light polarized parallel to the top surface pattern (but in any direction within the plane of the pattern) will predominantly propagate and thus be extracted in a direction perpendicular to the pattern, and light polarized at right angles to the pattern will It will propagate predominantly in a direction parallel to the pattern and will therefore be guided predominantly.
일부 실시예에서, 발광 소자는 반사 층 패턴을 편광시키는 것, 표면 패턴을 편광시키는 것, 그리고/또는 윈도우를 편광시키는 것의 조합을 가질 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로는, 윈도우 또는 LED 표면은 또한 1/4 파장판으로 작용하는 복굴절 재료의 층(들)을 포함할 수 있고 선형으로 편광된 광을 원형으로 편광된 광으로 전환할 것이다.In some embodiments, the light emitting device can have a combination of polarizing the reflective layer pattern, polarizing the surface pattern, and / or polarizing the window. Alternatively or additionally, the window or LED surface may also include layer (s) of birefringent material that acts as a quarter wave plate and will convert linearly polarized light into circularly polarized light.
일부 실시예에서, LED는 다수의 패턴화된 층을 포함할 수 있다. 다수의 패턴화된 층의 패턴은 원하는 효과(예를 들면, 추출, 시준, 편광)를 향상시키거나 달성하기 위하여 선택될 수 있다. 예를 들면, LED는 LED의 표면으로부터 나오는 광의 시준을 증가시키는 패턴을 갖는 제1 패턴화된 층과 특정 편광을 갖는 광의 방출을 향상 또는 억제하는 제2 패턴을 포함할 수 있다.In some embodiments, the LED can include a plurality of patterned layers. The pattern of multiple patterned layers can be selected to enhance or achieve the desired effect (eg, extraction, collimation, polarization). For example, the LED may include a first patterned layer having a pattern that increases collimation of light coming from the surface of the LED and a second pattern that enhances or suppresses emission of light having a particular polarization.
일부 실시예에서, 발광 소자는 표면(110), 커버층(140) 및 지지체(142) 상에 코팅된 형광체 재료의 층을 포함할 수 있다.In some embodiments, the light emitting device can include a layer of phosphor material coated on the
특정 실시예에서, 발광 소자는 그 내부에 배치된 형광체 재료를 갖는 커버 층(140)을 포함할 수 있다. 이러한 실시예에서, 표면(110)은 패턴화되거나 패턴화되지 않을 수도 있다.In a particular embodiment, the light emitting device can include a cover layer 140 having a phosphor material disposed therein. In such embodiments,
일부 실시예에서, 반사 층의 패턴은 2개의 편광 사이의 전파 상수에 (예를 들면, 이방성 재료를 이용하여) 비등방성을 도입하는 다른 방법이 사용될 수 있다. 이들 재료는 반사 층과 부가적으로 결합될 수 있다.In some embodiments, other methods of introducing anisotropy (eg, using an anisotropic material) to the propagation constant between two polarizations can be used. These materials may additionally be combined with the reflective layer.
다른 실시예에서, 광발생 구역(130)에 의해서 방출된 광은 UV(또는 보라 또는 청색)이고 형광체층(180)은 적색 형광체 재료(예를 들면, L2O2S:Eu3 +), 녹색 형광체 재료(예를 들면, ZnS:Cu,Al,Mn) 및 청색 형광체 재료(예를 들면, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl:Eu2+)를 포함한다.In another embodiment, the light emitted by the light-generating
다른 실시예는 청구의 범위에 존재하고 있다.Other embodiments are present in the claims.
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