KR20090099543A - 에지 방출 발광 다이오드 어레이 및 그의 제조 및 사용 방법 - Google Patents

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KR20090099543A
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브라이언 티. 매이어스
제프리 카벡
와지흐 사디
조지 엠. 화이트사이즈
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나노 테라 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 에지 방출 발광 다이오드 어레이, 그 에지 방출 발광 다이오드 어레이를 제조하는 프로세스, 및 그 프로세스에 의해 준비된 프로세스 제조물에 관한 것이다.
Figure 112009040699326-PCT00002
에지 방출 발광 다이오드(edge-emitting light-emitting diode), 돌출부(protrusion), 계면 경계(interfacial boundary), 비간섭성 광(incoherent light)

Description

에지 방출 발광 다이오드 어레이 및 그의 제조 및 사용 방법{EDGE-EMITTING LIGHT-EMITTING DIODE ARRAYS AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME}
본 발명은 에지 방출(edge-emitting) 발광 다이오드("LED") 어레이, 그 에지 방출 LED 어레이를 제조하는 프로세스, 및 그 프로세스에 의해 준비된 프로세스 제조물에 관한 것이다.
발광 다이오드("LED")는 고도로 효율적인 광 생성 수단을 제공한다. LED는 수명이 길고, 에너지 효율이 좋고, 크기가 작기 때문에 상업용 장치들은 오랫동안 LED를 채용해왔다. 그러나, 대부분의 내부 조명 응용들은 계속해서 백열 또는 형광 조명 장치들을 사용하고 있는데, 이는 이들 기술들의 휘도가 더 높고 비용은 더 저렴하기 때문이다. 따라서 간단하고 비용 효율적인 프로세스에 의해 준비될 수 있는 고휘도 백색 LED가 요구되고 있다.
LED의 외부 양자 효율(external quantum efficiency)인 ηext는 다음 수학식 1에 의해 요약될 수 있다.
Figure 112009040699326-PCT00001
여기서 γ는 장치의 활성 영역 내의 전하 결합(즉, 전자-정공 쌍의 형성)의 내부 양자 효율(internal quantum efficiency)을 나타내고, ηr은 상기 전자-정공 쌍으로부터 단일 여기자를 형성하는 양자 효율(quantum efficiency)을 나타내고, φ는 상기 단일 여기자로부터의 방출 양자 수득률(quantum yield of emission)을 나타내고, ηoc는 광 방출 출력 결합 효율(light emission output coupling efficiency)(예를 들면, 광이 장치를 떠나는 효율)을 나타낸다. 수학식 1에서 처음 3개의 항은 100% 효율에 접근하는 값들을 갖지만, 광의 출력 결합의 효율인 ηoc는 LED의 상업용 개발에 큰 장애를 나타낸다.
종래의 LED 장치로부터는 내부에서 생성된 광의 약 2% 내지 약 20%만이 방출된다. 이러한 낮은 출력 효율에는 몇 가지 이유가 있는데, 가장 일반적인 것은 내부 도파(internal waveguiding)로 인한 장치 내에서 생성된 광의 내부 전반사(total internal reflection)이다. 아웃커플링 효율(outcoupling efficiency)을 향상시키기 위한 다수의 LED 장치 구조들이 제공되었다(예를 들면, 미국 특허 번호 4,324,944 및 6,980,710; 및 다양한 반사성 엘리먼트들을 갖는 LED들을 설명하는, 미국 특허 공개 번호 2005/0190559 및 2006/0104060을 참조). 또한, 출력 결합 효율을 향상시키기 위해 층류의(laminar) 고굴절률 및 저굴절률 재료들의 도파관 효과(waveguide effect)도 이용되었다(예를 들면, 미국 특허 번호 4,376,946 및 5,907,160; 및 미국 특허 공개 번호 2003/0015770을 참조).
에지 방출 LED는 출력 결합 효율을 증가시키기 위해 도파관 효과를 이용하는 수단의 다른 예시를 제공한다. 미국 특허 번호 4,590,501 및 6,160,273은 전극들 및 활성 영역들의 스택(stack)이 광이 방출되는 스택의 측면으로 광의 흐름을 돌리는(channel) 도파관으로서 효과적으로 작용하는 에지 방출 LED 구조들을 설명하고 있다. 그러나, 이들 에지 방출 LED에 대한 제조 프로세스들은 장치 동작, 대량 생산, 및 패키징에 관하여 그들 자체의 난제들(challenges)을 제공한다. 예를 들면, 광이 기판에 평행으로 나오기 때문에, 그 LED들은 특수화된 프로세스들을 이용하여 다이싱(dice) 및 패키징되어야 한다.
따라서 간단한 제조 프로세스에 의해 제조될 수 있는 에지 방출 LED가 요구되고 있다.
[발명의 간단한 요약]
본 발명은 기판에 평행하지 않은 각도로 광이 방출되는 에지 방출 LED를 제공한다. 따라서, 본 발명의 에지 방출 LED는 전통적인 프로세스들을 이용하여 패키징될 수 있고, 종래의 LED들보다 더욱 효율적인 광의 아웃커플링을 제공한다. 또한, 본 발명의 에지 방출 LED의 구조적 특징들은 고밀도의 픽셀들을 갖는 디스플레이 장치들이 제조되는 것을 허용하고, 뿐만 아니라 조명 장치에서 공간적으로 밀접하여 배열된 적색, 녹색, 및 청색 방출 LED들을 갖는 조명 장치의 제조를 허용하여, 고도로 효율적인 밝은 백색광의 광원을 제공한다.
본 발명은 에지 방출 LED에 관한 것으로, 이 에지 방출 LED는, 평면에 평행하게 배향된 기판; 및 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 계면 경계(interfacial boundary)를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함하는 활성 영역을 포함한다. 이 배열에 따르면, 상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 광을 방출하고, 상기 LED로부터 상기 기판에 평행하지 않은 방향으로 비간섭성 광(incoherent light)이 방출된다. 일부 실시예들에서, 상기 에지 방출 LED들로부터 방출되는 광은 상기 계면 경계에 실질적으로 평행하다.
본 발명은 에지 방출 LED에 관한 것으로, 이 에지 방출 LED는,
(a) 적어도 하나의 돌출부(protrusion)를 그 위에 갖는 기판;
(b) 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면과 컨포멀하게(conformally) 접촉하는 제1 도전층;
(c) 상기 제1 도전층과 컨포멀하게 접촉하는 활성 영역 ― 상기 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및
(d) 상기 활성 영역과 컨포멀하게 접촉하는 제2 도전층을 포함하고,
상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 LED로부터 방출된다.
본 발명은 에지 방출 LED 어레이에 관한 것으로, 이 에지 방출 LED 어레이는,
(a) 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 포함하는 기판;
(b) 복수의 에지 방출 LED 엘리먼트들을 포함하고, 상기 에지 방출 LED 엘리먼트들은,
(i) 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면과 접촉하는 제1 도전층;
(ii) 상기 제1 도전층과 접촉하는 활성 영역 ― 상기 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및
(iii) 상기 활성 영역과 접촉하는 제2 도전층을 포함하고,
상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 LED로부터 방출되고, 상기 적어도 하나의 돌출부의 표면으로부터 상기 에지 방출 LED들 중 적어도 일부가 부재하고, 그에 의해 이산(discrete) 에지 방출 LED 엘리먼트들의 어레이를 형성한다.
본 발명은 또한 에지 방출 LED를 제조하는 프로세스에 관한 것으로, 이 프로세스는,
(a) 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 갖는 기판을 제공하는 단계;
(b) 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면을 컨포멀하게 덮는 제1 도전층을 형성하는 단계;
(c) 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함하는 활성 영역을 상기 제1 도전층 상에 형성하는 단계 ― 상기 활성 영역은 상기 제1 도전층을 컨포멀하게 덮음 ―; 및
(d) 상기 활성 영역의 적어도 일부를 컨포멀하게 덮는 제2 도전층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 활성 영역에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면 에 평행하지 않은 방향으로 상기 LED로부터 방출된다.
일부 실시예들에서, 상기 비간섭성 광은 상기 계면 경계에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 LED로부터 방출된다.
일부 실시예들에서, 상기 기판은 전기 절연 재료를 포함한다.
돌출부들은 직선의 다각형(rectilinear polygon), 원통, 삼각 피라미드(trigonal pyramid), 사각 피라미드(square pyramid), 원뿔, 및 그의 조합들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 3차원 형상들을 포함할 수 있다. 돌출부들은 또한 사인 곡선 옆모습, 포물선 옆모습, 직선의 옆모습, 톱니 모양 옆모습, 및 그의 조합들과 같은, 그러나 이제 제한되지 않는 옆모습(profile)을 갖는 리지 특징들(ridged features)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 갖는 기판은 격자(grating)를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 적어도 하나의 돌출부는 약 500 nm 내지 약 1 cm의 적어도 하나의 가로 치수(lateral dimension)를 갖는다.
일부 실시예들에서, 상기 계면 경계 및 상기 기판의 평면은 서로에 대하여 약 10°내지 90°의 각도로 배향된다. 일부 실시예들에서, 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 관하여 약 10°내지 90°의 각도로 상기 LED로부터 방출된다.
일부 실시예들에서 상기 에지 방출 LED는 제1 전극 및 제2 전극을 더 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 활성 영역의 상기 p형 부분과 접촉하고 상기 제2 전극은 상기 활성 영역의 상기 n형 부분과 접촉한다.
일부 실시예들에서, 상기 활성 영역은 방출층(emissive layer)을 더 포함하 고, 상기 방출층은 상기 p형 부분과 상기 n형 부분 사이의 상기 계면 경계에 위치한다.
일부 실시예들에서, 상기 에지 방출 LED는 도파관 층을 더 포함한다.
본 발명은 또한 본 발명의 에지 방출 LED들을 포함하는 디스플레이 장치들 및 조명 장치들에 관한 것이다.
일부 실시예들에서, 상기 도전층들 중 하나 이상은 상기 활성 영역에 의해 방출되는 광의 파장을 반사하는 재료를 포함한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 도전층들은 상기 활성 영역에 의해 방출되는 광의 파장에 투명한 도체를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 에지 방출 LED는 상기 제2 도전층과 접촉하는 제2 활성 영역 ― 상기 제2 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및 상기 제2 활성 영역과 접촉하는 제3 도전층을 더 포함하고, 상기 제2 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 제2 활성 영역에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 LED로부터 방출된다.
일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 실질적으로 유사한 파장을 갖는다. 일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 실질적으로 상이한 파장을 갖는다.
일부 실시예들에서, 상기 에지 방출 LED는 상기 제3 도전층과 접촉하는 제3 활성 영역 ― 상기 제3 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및 상기 제3 활성 영역과 접촉하는 제4 도전층을 더 포함하고, 상기 제3 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 제3 활성 영역으로부터 방출된다.
일부 실시예들에서, 상기 제1, 제2, 및 제3 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 실질적으로 유사한 파장을 갖는다. 일부 실시예들에서, 상기 제1, 제2, 및 제3 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 실질적으로 상이한 파장을 갖는다. 일부 실시예들에서, 상기 제1, 제2, 및 제3 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 가시광선 스펙트럼의 적색, 녹색, 및 청색 컬러들을 포함하는 파장들을 갖는다.
본 발명의 프로세스의 일부 실시예들에서, 상기 제1 도전층을 형성하는 단계는 상기 돌출부의 적어도 하나의 측벽 상에 도전성 재료를 선택적으로 퇴적(deposit)하는 단계를 포함한다.
본 발명의 프로세스의 일부 실시예들에서, 상기 제2 도전층을 형성하는 단계는 상기 활성 영역 상에 도전성 재료를 선택적으로 퇴적하는 단계; 및 상기 돌출부의 상부 표면, 및 그 위에 퇴적된 임의의 층으로부터 임의의 도전성 재료를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 프로세스의 일부 실시예들에서, 상기 돌출부의 상부 표면 및 그 위에 퇴적된 임의의 층으로부터 임의의 도전성 재료를 제거하는 단계는, 상기 도전 성 재료를 접착성 기판과 컨포멀하게 접촉시키는 것, 상기 도전성 재료를 건식 에칭하는 것, 상기 도전성 기판을 습식 에칭하는 것, 및 그의 조합들로부터 선택된 프로세스에 의해 수행된다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 프로세스는 상기 활성 영역의 상기 p형 부분과 상기 n형 부분 사이의 상기 계면 경계에 위치하는 방출층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 프로세스의 일부 실시예들에서, 상기 활성 영역을 퇴적하는 단계는, 진공 퇴적(vacuum deposition), 화학 기상 퇴적(chemical vapor deposition), 열 퇴적(thermal deposition), 스핀 코팅, 용액으로부터의 주조(casting from solution), 스퍼터링, 원자층 퇴적(atom layer deposition), 및 그의 조합들로부터 선택된 프로세스에 의해 수행된다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 프로세스는 상기 제2 도전층 상에 제2 활성 영역을 형성하는 단계 ― 상기 제2 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및 상기 제2 활성 영역의 적어도 일부를 덮는 제3 도전층을 형성하는 단계를 더 포함하고; 상기 제2 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 제2 활성 영역에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 LED로부터 방출된다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 프로세스는 상기 제3 도전층 상에 제3 활성 영역을 형성하는 단계 ― 상기 제3 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및 상기 제3 활성 영역의 적어도 일부를 덮는 제4 도전층을 형성하는 단계를 더 포함하고; 상기 제3 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 제3 활성 영역에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 LED로부터 방출된다.
본 발명은 또한 본 발명의 프로세스에 의해 준비되는 제조물에 관한 것이다. 일부 실시예들에서, 상기 제조물은 반도체 장치, 디스플레이 장치, 조명 장치, 및 그의 조합들로부터 선택된다.
본 발명의 추가의 실시예들, 특징들, 및 이점들뿐만 아니라 본 발명의 다양한 실시예들의 구조 및 동작에 대해서 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 상세히 설명한다.
여기에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 도시하고, 본 설명과 함께, 본 발명의 원리들을 설명하고 관련 기술의 숙련자가 본 발명을 만들고 사용할 수 있게 하는 데 도움이 된다.
도 1A, 1B, 1C, 및 1D는 본 발명에서 사용하기에 적합한 돌출부들을 그 위에 갖는 기판들의 개략 단면 표현들을 제공한다.
도 2는 본 발명에서 사용하기에 적합한 돌출부들을 그 위에 갖는 곡선 모양 기판의 개략 단면 표현을 제공한다.
도 3A 및 3B는 본 발명에서 사용하기에 적합한 돌출부들을 그 위에 갖는 기 판들의 개략 단면 표현들을 제공한다.
도 4A, 4B, 및 4C는 본 발명의 에지 방출 LED들의 개략 단면 표현들을 제공한다.
도 5A 및 5B는 본 발명의 에지 방출 LED들의 추가 실시예들의 개략 단면 표현들을 제공한다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 에지 방출 LED들을 제조하기에 적합한 프로세스들의 개략 표현들을 제공한다.
이제 본 발명의 하나 이상의 실시예들을 첨부 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 유사한 참조 번호들은 동일한 또는 기능적으로 유사한 요소들을 나타낼 수 있다. 또한, 참조 번호의 가장 왼쪽 숫자(들)는 그 참조 번호가 처음 나타나는 도면을 식별할 수 있다.
이 명세서는 이 발명의 특징들을 통합하는 하나 이상의 실시예들을 개시한다. 개시된 실시예(들)는 단지 본 발명을 예시한다. 본 발명의 범위는 개시된 실시예(들)에 제한되지 않는다. 본 발명은 여기에 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.
설명된 실시예(들), 및 본 명세서에서 "일 실시예", "실시예", "예시 실시예" 등의 언급들은 설명된 실시예(들)가 특정 특징, 구조, 또는 특성을 포함할 수 있지만, 어느 실시예나 다 반드시 그 특정 특징, 구조, 또는 특성을 포함하는 것은 아닐 수 있다는 것을 나타낸다. 또한, 그러한 문구들은 반드시 동일한 실시예를 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조, 또는 특성이 어떤 실시예와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 기술되어 있든 아니든 간에 그러한 특징, 구조, 또는 특성을 다른 실시예들과 관련하여 실행하는 것은 본 기술 분야의 숙련자의 지식 내에 있다는 것은 말할 것도 없다.
에지 방출 LED를 위한 기판
본 발명의 에지 방출 LED들은 기판 상에 형성된다. 기판은 그의 형상 및 크기가 특히 제한되지 않고, 적합한 기판은 평면, 곡선 모양, 원형, 물결 모양(wavy), 및 표면 형상학적으로 패턴화된(topographically patterned) 기판을 포함한다. 평면 기판에 제한되는 것은 아니지만, 본 발명의 기판은 평면에 관하여 배향되는 것이 가능하다. 플렉시블(flexible) 기판, 또는 곡선 모양 표면 형상(curved topography)을 갖는 기판에 있어서, 그 기판들은 그 기판의 곡선에 대한 접선이 평면에 관하여 배향되도록 배향될 수 있다.
본 발명에서 사용하기 위한 기판들은 조성에 의해 특히 제한되지 않는다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 기판들은, 금속, 합금, 합성물, 결정질 재료, 비결정질 재료, 도체, 반도체, 절연체(즉, 전기 절연 재료), 옵틱(optics), 글라스, 세라믹, 제올라이트(zeolites), 플라스틱, 막(films), 박막(thin films), 적층물(laminates), 포일(foils), 플라스틱, 폴리머, 광물(minerals), 및 그의 조합들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 또한, 적합한 기판들은 단단한 재료 및 유연한 재료 둘 다를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 기판은, 결정질 실리콘, 다결정질 실리콘, 비결정질 실리콘, p-도핑된 실리콘, n-도핑된 실리콘, 실리콘 산화물, 실리콘 게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비화물, 갈륨 비소 인화물(gallium arsenide phosphide), 인듐 주석 산화물, 및 그의 조합들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 반도체를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 기판은, 도핑되지 않은 실리카 글라스(SiO2), 플루오르화 실리카 글라스(fluorinated silica glass), 붕규산염 글라스(borosilicate glass), 보로포스포로실리케이트 글라스(borophosphorosilicate glass), 오가노실리케이트 글라스(organosilicate glass), 다공성(porous) 오가노실리케이트 글라스, 및 그의 조합들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 글라스를 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 기판은, 실리콘 탄화물, 수소화된(hydrogenated) 실리콘 탄화물, 실리콘 질화물, 실리콘 탄질화물(silicon carbonitride), 실리콘 산질화물(silicon oxynitride), 실리콘 산탄화물(silicon oxycarbide), 및 그의 조합들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 세라믹을 포함한다.
일부 실시예들에서, 상기 기판은, 플라스틱, 합성물, 적층물, 박막, 금속 포일, 및 그의 조합들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 유연한 재료를 포함한다.
일부 실시예들에서, 본 발명에서 사용하기 위한 기판은 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 갖는 기판을 포함한다. 여기서 사용될 때, "돌출부"(protrusion)는 그 돌출부를 둘러싸는 기판의 영역과 접촉하고(contiguous) 그 영역과 표면 형상학적으로 구별 가능한 기판의 영역을 지칭한다. 또한, 일부 실시예들에서 돌출부는 그 돌출부의 조성, 또는 그 돌출부를 둘러싸는 기판의 영역과 다른 돌출부의 다른 특성에 기초하여, 그 돌출부를 둘러싸는 기판의 영역과 구별될 수 있다. 일부 실시예들에서, 돌출부는, 직선의 다각형(rectilinear polygon), 원통, 피라미드(예를 들면, 삼각 피라미드(trigonal pyramid), 사각 피라미드(square pyramid), 오각 피라미드(pentagonal pyramid), 육각 피라미드(hexagonal pyramid) 등), 사다리꼴, 원뿔, 및 그의 조합들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 3차원 형상들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 돌출부들은 사인 곡선 옆모습, 포물선 옆모습, 직선의 옆모습, 톱니 모양 옆모습, 및 그의 조합들과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 옆모습(profile)을 갖는 리지 특징들(ridged features)을 포함한다. 기판이 다수의 돌출부를 포함하는 실시예들에서, 본 발명은 대칭, 비대칭, 정연한(ordered), 및 무작위의 배열을 포함하는 기판 상의 돌출부들의 모든 가능한 공간적 배열을 포함한다.
모든 돌출부들은 적어도 하나의 가로 치수(lateral dimension)를 갖는다. 여기서 사용될 때, "가로 치수"는 기판의 평면에 가로놓인 돌출부의 치수를 나타낸다. 돌출부의 하나 이상의 가로 치수들은 돌출부가 차지하는 기판의 면적을 정의하거나, 그 면적을 정의하는 데 이용될 수 있다. 돌출부의 전형적인 가로 치수들은, 길이, 폭, 반경, 직경, 및 그의 조합들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 돌출부는 전형적으로 나노미터(nm), 마이크론(㎛), 밀리미터(mm) 등과 같은 길이의 단위로 정의되는 적어도 하나의 가로 및 적어도 하나의 수직 치수(vertical dimension)를 갖는다.
주위의 기판이 평면인 경우, 돌출부의 가로 치수는 돌출부의 반대 측면들에 위치하는 2개의 점들 사이의 벡터의 크기이고, 그 2개의 점들은 기판의 평면에 있고, 상기 벡터는 기판의 평면에 평행하다. 일부 실시예들에서, 대칭 돌출부의 가로 치수를 결정하기 위해 사용되는 2개의 점들도 그 대칭 돌출부의 거울면 상에 놓여 있다. 일부 실시예들에서, 비대칭 돌출부의 가로 치수는 그 돌출부의 적어도 하나의 에지에 대해 직각으로 상기 벡터를 정렬시킴으로써 결정될 수 있다. 예를 들면, 도 1A-1D에서 기판의 평면에 및 돌출부들(101, 111, 121, 및 131)의 반대 측면들에 놓여 있는 점들은 점선 화살표들(102 및 103; 112 및 113; 122 및 123; 및 132 및 133)에 의해 각각 나타내어져 있다. 이들 돌출부들의 가로 치수는 벡터들(104, 114, 124, 및 134)의 크기에 의해 각각 나타내어져 있다.
돌출부의 수직 치수는 기판의 평면에 있는 점과 돌출부의 최고 높이에 있는 점 사이의 기판에 대해 직각인 벡터의 크기이다. 예를 들면, 도 1A-1D에서 돌출부들의 수직 치수들은 벡터들(105, 115, 125, 및 135)의 크기에 의해 각각 나타내어져 있다. 여기서 사용될 때, 돌출부의 표면은, 측벽, 상부 표면, 및 그의 조합들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는, 돌출부의 임의의 표면을 지칭한다. 예를 들면, 도 1A-1D에서 돌출부들(101, 111, 121, 및 131)은 측벽들(106, 116, 126, 및 136)을 각각 갖는 것으로 나타내어져 있다. 돌출부의 측벽이 기판에 평행하게 배향된 평면에 대해 직각인 실시예들에서, 측벽의 높이는 돌출부의 수직 치수와 같다.
도 1A-1D에 개략적으로 도시된 돌출부들은 그 돌출부들(101, 111, 121, 및 131)이 주위의 기판과 다른 조성을 갖는 것을 나타내고 있지만, 본 발명은 기판과 비교하여 동일한 또는 상이한 화학 조성 둘 다를 갖는 돌출부들을 포함한다. 예를 들면, 돌출부는 가법 프로세스(additive process)(예를 들면, 퇴적), 감법 프로세스(subtractive process)(예를 들면, 에칭), 및 그의 조합들에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 돌출부는 "각이 진"(angled) 측벽을 갖는다. 여기서 사용될 때, "각이 진 측벽"(angled sidewall)은 기판에 평행하게 배향된 평면에 대해 직각이 아닌 측벽을 지칭한다. 측벽 각도는 돌출부의 에지와 교차하는 표면에 대해 직각인 벡터와 측벽의 표면에 평행한 동일 점에서의 돌출부의 에지와 교차하는 벡터 사이에 형성된 각도와 같다. 직각 측벽은 0°의 측벽 각도를 갖는다. 예를 들면, 도 1C 및 1D에서의 돌출부들(121 및 131)의 측벽 각도는 Θ로 나타내어져 있다. 일부 실시예들에서, 기판 상의 돌출부는 약 80°내지 약 -50°, 약 80°내지 약 -30°, 약 80°내지 약 -10°, 또는 약 80°내지 약 0°의 측벽 각도를 갖는다.
특정 이론에 의해 얽매이지 않고, 돌출부의 측벽 각도는 에지 방출 LED로부터 광이 방출되는 각도를 결정할 수 있다. 예를 들면, 20°의 측벽 각도를 갖는 본 발명의 에지 방출 LED는 기판의 평면에 평행하게 배향된 평면에 관하여 약 70°의 각도로 광을 방출할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광은 기판의 평면에 평행하게 배향된 평면에 관하여 약 10°내지 90°의 각도로 에지 방출 LED로부터 방출된다.
기판의 곡률 반경이 그 기판 상의 1 mm 이상의 거리에 걸쳐서, 또는 그 기판 상의 10 mm 이상의 거리에 걸쳐서 0이 아닌 경우 기판은 "곡선 모양"(curved)이다. 곡선 모양 기판에 있어서, 가로 치수는 돌출부의 반대 측면들 상의 2개의 점들을 연결하는 원의 원주의 단편(segment)의 크기로서 정의되고, 상기 원은 기판의 곡률 반경과 같은 반경을 갖는다. 다수의 또는 물결치는(undulating) 만곡(curvature) 또는 파상(waviness)을 갖는 곡선 모양 기판의 가로 치수는 다수의 원들로부터의 단편들의 크기를 합계함으로써 결정될 수 있다.
도 2는 돌출부(211)를 그 위에 갖는 곡선 모양 기판(200)의 단면 개략도를 나타낸다. 돌출부(211)의 가로 치수는 점들(212 및 213)을 연결할 수 있는 선분(line segment)(214)의 길이와 동등하다. 돌출부(211)는 벡터(215)의 크기에 의해 나타내어진 수직 치수를 갖는다.
일부 실시예들에서, 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 갖는 기판은 격자를 포함한다. 본 발명에서 기판으로서 사용하기에 적합한 격자들은, 콘택트 프린팅(contact printing), 임프린트 리소그래프(imprint lithograph), 및 마이크로콘택트 몰딩(microcontact molding)의 방법들에 의해 제조된 격자를 포함하는, 광학 기술 분야에서 일반적으로 알려진 것들을 포함한다(예를 들면, 그 전체가 참고로 여기에 통합되어 있는, 미국 특허 번호 5,512,131; 5,900,160; 6,180,239; 6,719,868; 6,747,285; 및 6,776,094, 및 미국 특허 출원 공개 번호 2004/0225954 및 2005/0133741을 참조).
도 3A 및 3B는 본 발명에서 사용하기에 적합한 격자들(300 및 350) 각각의 개략 단면 표현들을 제공한다. 도 3A를 참조하면, 본 발명에서 사용하기 위한 격자는, 옵션인 상부층(302)을 갖는 기판(301) ― 이들의 조성은 동일 또는 상이할 수 있음 ―, 및 높이(303), 폭(306), 및 주기성(즉, 반복 거리)(307)을 갖는 일련의 돌출부들(303)을 포함하는 격자를 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 격자의 반복 거리 및/또는 폭은 격자의 거리에 걸쳐서 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 격자의 측벽들은 각이 지고, 0°내지 약 80°의 "측벽 각도" 또는 "블레이즈 각도"(blaze angle) Θ를 갖는다. 본 발명에서 사용하기 위한 격자들은, 도 3A에 도시된 바와 같이, 직선의 옆모습을 가질 필요는 없고, 사인 곡선 옆모습, 포물선 옆모습, 직선의 옆모습, 톱니 모양 옆모습, 및 그의 조합들을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 3B는 사인 곡선 옆모습을 갖는 격자의 단면 개략 표현을 제공한다. 격자(350)는, 옵션인 상부층(352)을 갖는 기판(351) ― 이들의 조성은 동일 또는 상이할 수 있음 ―, 및 사인 곡선 형상과, 높이(355), 폭(356), 및 반복 거리(357)를 갖는 일련의 돌출부들(353)로 이루어진 격자를 포함한다.
일부 실시예들에서, 본 발명에서 사용하기 위한 기판은 약 50 nm 내지 약 1 cm의 가로 치수를 갖는 적어도 하나의 돌출부를 포함한다. 일부 실시예들에서, 본 발명에서 사용하기 위한 기판은 약 50 nm, 약 100 nm, 약 200 nm, 약 500 nm, 약 1 ㎛, 약 2 ㎛, 약 5 ㎛, 약 10 ㎛, 약 20 ㎛, 약 50 ㎛, 약 100 ㎛, 약 500 ㎛, 약 1 mm, 약 2 mm, 약 5 mm, 또는 약 1 cm의 최소 가로 치수를 갖는 적어도 하나의 돌출부를 포함한다.
일부 실시예들에서, 돌출부는 표면의 평면 또는 만곡 위에 약 100 nm 내지 1 cm의 고도(elevation)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 돌출부는 표면의 평면 또는 만곡 위에 약 100 nm, 약 200 nm, 약 300 nm, 약 500 nm, 약 1 ㎛, 약 2 ㎛, 약 5 ㎛, 약 10 ㎛, 약 20 ㎛, 약 50 ㎛, 약 100 ㎛, 또는 약 200 ㎛의 최소 고도를 갖는다. 일부 실시예들에서, 표면의 평면 위에 약 1 cm, 약 5 mm, 약 2 mm, 약 1 mm, 약 500 ㎛, 약 200 ㎛, 약 100 ㎛, 약 50 ㎛, 약 20 ㎛, 약 10 ㎛, 약 5 ㎛, 약 2 ㎛, 약 1 ㎛, 또는 약 500 nm의 최대 고도를 갖는다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 기판들, 및 그 위에 제조된 에지 방출 LED들은 반도체 장치 제조 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 알려진 분석적 방법들을 이용하여 구조적으로 및 조성적으로 특징지어질 수 있다.
에지 방출 LED
본 발명은 에지 방출 LED에 관한 것으로, 이 에지 방출 LED는, 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 갖는 기판; 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면과 접촉하는 제1 도전층; 상기 제1 도전층과 접촉하는 활성 영역 ― 상기 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및 상기 활성 영역과 접촉하는 제2 도전층을 포함하고, 상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 LED로부터 광이 방출된다.
본 발명은 또한 에지 방출 LED에 관한 것으로, 이 에지 방출 LED는, 평면에 평행하게 배향된 기판, 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함하는 활성 영역을 포함하고, 상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 비간섭성 광은 상기 계면 경계에 실질적으로 평행한 방향으로 상기 LED로부터 방출된다.
여기서 사용될 때, "발광 다이오드"(light-emitting diode)는 p-n 접합으로부터 광을 방출하는 고상 장치(solid state device)를 지칭한다. 여기서 사용될 때 "에지 방출"(edge-emitting) LED는 p-n 접합의 p형 부분과 n형 부분을 분리하는 계면 경계에 실질적으로 평행한(즉, 그 계면 경계에 대해 수직이 아닌) 방향으로 p-n 접합으로부터 광을 방출하는 고상 장치를 지칭한다.
본 발명의 에지 방출 LED는 비간섭성 광을 방출하기에 적합하다. 여기서 사용될 때, "비간섭성"(incoherent) 광은 그의 광자들이 상이한 광학 특성들(예를 들면, 파장, 위상, 및/또는 방향)을 갖는 광을 지칭한다. 본 발명은 간섭성 광을 방출하는 것이 가능한 LED들(즉, 레이저 등)을 포함하지 않는다. 여기서 사용될 때, "광"(light)은 전자기 스펙트럼의 자외선(즉, 약 200 nm 내지 약 400 nm의 파장), 가시광선(즉, 약 400 nm 내지 약 750 nm의 파장), 및 적외선(즉, 약 750 nm 내지 약 2000 nm의 파장) 영역들 내의 방사를 지칭한다. 어떤 특정 이론에 의해 얽매이지 않고, 본 발명의 LED들에 의해 방사되는 파장들은 스펙트럼의 원하는 영역들에서 광을 방사하는 활성 영역 및/또는 방출 영역에 대한 재료들을 채용함으로써 선택될 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 LED들은 백색광 방출 장치 응용에서 사용하기에 적합한 파장들의 조합들을 방출할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 LED 어레이는 가시광선 스펙트럼의 청색(약 400 nm 내지 약 475 nm), 녹색(약 500 nm 내지 약 540 nm), 및 적색(약 630 nm 내지 약 750 nm) 파장들을 개별적으로 방출하는 LED들을 포함할 수 있다.
본 발명의 에지 방출 LED들은 장치들의 전방면(front plane) 또는 후방면(back plane)으로부터 광을 방출할 수 있다. 예를 들면, 투명 기판이 이용된다면, 반사성 평탄화 층 또는 컨포멀 층이 장치들 상에 퇴적(즉, 기판의 표면 및 장치들이 형성되는 상기 적어도 하나의 돌출부 상에 퇴적)될 수 있고, 그에 의해 상기 LED들에 의해 방출된 광이 기판을 통하여(즉, 장치의 "후방"(backside) 밖으로) 반사되도록 한다. 일부 실시예들에서, 기판은 투명하지 않고, 그 위에 형성된 본 발명의 에지 방출 LED들은 기판의 "전방"(front) 면으로부터 광을 방출한다. 일부 실시예들에서, 하나 이상의 투명 또는 반투명(semi-transparent) 층들이 에지 방출 LED들 위에, 예를 들면, 보호 코팅, 필터 등으로서 형성될 수 있다.
본 발명의 에지 방출 LED들은 활성 영역을 포함한다. 여기서 사용될 때, "활성 영역"은 전하 전송, 전하 결합, 및 광 방출이 일어나는 LED의 영역을 지칭한다. 활성 영역은 정공(즉, 전도하는 양의 전하)을 전송하기에 적합한 p형 부분 및 전하(즉, 전도하는 전자)를 전송하기에 적합한 n형 부분을 포함한다. 활성 영역 내에서의 정공들과 전자들의 결합으로 인해 광을 방출하는 활성화된 종(activated species)이 형성된다. 상기 활성 영역의 p형 부분 및 n형 부분 각각은 전하 전도, 전하 전송, 전하 결합 등을 강화 및/또는 최적화하는 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 따라서, 개별 층들을 포함하는 p형 및 n형 부분들 및 다수의 퇴적된 층들을 포함하는 층류의 구조들(laminar structures)은 둘 다 본 발명의 범위 내에 있다. 본 발명의 에지 방출 LED들의 활성 영역의 재료들로서(예를 들면, p형 부분, n형 부분, 및 방출층으로서) 사용하기에 적합한 재료들은, 예를 들면, 그 전체가 참고로 여기에 통합되어 있는, 미국 특허 번호 6,048,630; 6,329,085; 및 6,358,631, 및 Light - Emitting Diode, 제2판, Schubert, E.F., 케임브리지 대학 출판사, 뉴욕주(2006)에 개시된, 그러나 이에 제한되지 않는 재료들을 포함한다.
일부 실시예들에서, p형 부분, n형 부분, 방출층, 및 그의 조합들은 합금, 결정, 또는 원소와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 무기 재료들을 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 무기 재료들은, 그 전체가 참고로 여기에 통합되어 있는, High Brightness Light Emitting Diodes, Stringfellow, G.B. 및 Craford, M.G., 아카데믹 출판사, 샌디에이고, 캘리포니아주(1997)에 기재된 것들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, p형 부분, n형 부분, 방출층, 및 그의 조합들은 유기 재료(예를 들면, 유기 폴리머, 다환방향족 탄화수소(polyaromatic hydrocarbon), 및 그의 조합들 및 파생물들)를 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 유기 재료들은, 그 전체가 참고로 여기에 통합되어 있는, Organic Light - Emitting Diodes ( Optical Engineering ), Kalinowski, J., Marcel Dekker, 뉴욕, 뉴욕주(2005)에 기재된 것들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
에지 방출 LED의 활성 영역은 적어도 하나의 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함한다. 상기 계면 경계는 특정 형상 및 형태를 갖지 않고, 평면 또는 곡선 모양(예를 들면, 오목 또는 볼록)일 수 있고, 매끄럽거나, 거칠거나, 또는 다양한 조도(degree of roughness)를 가질 수 있다. 상기 계면 표면의 적어도 일부는 상기 기판의 표면과 비평면적(non-plarnar)이고(즉, 컨포멀하지 않고(non-conformal)), 또는 곡선 모양 표면에 있어서, 상기 계면 표면의 적어도 일부는 그 표면 위에 일정한 거리에 놓여 있는 라인(즉, 표면과 동심(concentric)인 라인)과 평행하지 않다.
일부 실시예들에서, 상기 활성층은 상기 적어도 하나의 돌출부의 적어도 일부 상에 컨포멀한 층을 형성한다. 일부 실시예들에서, 상기 활성층은 또한 상기 기판의 표면의 적어도 일부 상에 컨포멀한 층을 형성할 수 있다. 여기서 사용될 때, "컨포멀한 층"(conformal layer) 및 "컨포멀하게 접촉하는"(conformally contacting)은 그 층의 두께가 그 층의 두께를 가로질러 많아야 50%, 많아야 40%, 많아야 30%, 많아야 20%, 많아야 15%, 많아야 10%, 또는 많아야 5%만큼 변화하고, 따라서 그 층의 표면의 표면 형상(topography)이 그 층이 위에 퇴적되는 밑에 있는 표면 또는 표면들의 3차원 형상에 "같은 모양이 되는"(conform) 방식으로 기판의 표면 및/또는 돌출부의 표면 상에 퇴적된 층을 지칭한다. 컨포멀한 활성층의 두께는 약 10 nm 내지 약 10 ㎛일 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨포멀한 활성층은 약 10 nm, 약 20 nm, 약 50 nm, 약 100 nm, 약 150 nm, 약 200 nm, 약 250 nm, 약 300 nm, 약 400 nm, 약 500 nm, 약 600 nm, 약 800 nm, 약 1 ㎛, 약 2 ㎛, 약 5 ㎛, 또는 약 10 ㎛의 최소 두께를 가질 수 있다.
어느 특정 이론에 의해 얽매이지 않고, 상기 활성층 내의 계면 표면의 평행하지 않은 배향은 본 발명의 에지 방출 LED 장치들로부터의 광의 출력 결합(output coupling)을 용이하게 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 계면 표면은 (예를 들면, 상기 활성층의 층들이 상기 적어도 하나의 돌출부 및/또는 상기 기판의 표면과 컨포멀한 경우) 상기 p형 및 n형 부분들이 위에 형성되는 돌출부의 측벽과 실질적으로 평행하게 배향된다. 일부 실시예들에서, 상기 계면 표면은 상기 기판과 평행하게 배향된 평면에 관하여 약 10°내지 90°, 약 20°내지 90°, 약 45°내지 90°, 약 60°내지 90°, 또는 약 75°내지 90°의 각도로 배향된다. 또한 상기 LED 구조들은, 각각이 상기 기판에 평행하게 배향된 평면에 관하여 동일한 또는 상이한 각도로 배향된 복수의 계면 표면들을 포함하는 것도 본 발명의 범위 내에 있다.
상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 상기 계면 경계에 실질적으로 평행한 방향으로 광을 방출한다. 여기서 사용될 때, "실질적으로 평행한"(substantially parallel)은 계면 표면의 각도에 평행하게 배향된 평면에 관하여, 약 -45°내지 45°, 약 -30°내지 30°, 약 -20°내지 20°, 또는 약 -15°내지 15°의 각도를 형성하는 것으로서 상기 LED들로부터 광이 방출되는 벡터를 지칭한다.
일부 실시예들에서, 상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 광을 방출한다. 여기서 사용될 때, "기판에 평행하지 않은 방향"(a direction not parallel to the substrate)은 상기 기판의 평면에 평행하게 배향된 평면에 평행하지 않게 본 발명의 LED로부터 광이 방출되는 각도로 형성된 벡터를 지칭한다. 따라서, 상기 LED들을 구성하는 도전층, 활성층, 또는 도파관층(waveguide layer)의 에지로부터 광이 방출되고, 광 방출의 방향은 기판의 평면 밖으로이다. 일부 실시예들에서, 상기 기판에 평행하지 않은 방향은 상기 기판의 표면에 관하여 상기 기판의 영역의 평면 밖으로 적어도 약 10°, 적어도 약 15°, 적어도 약 20°, 적어도 약 25°, 적어도 약 30°, 적어도 약 40°, 적어도 약 50°, 적어도 약 60°, 또는 적어도 약 70°의 배향을 지칭한다.
일부 실시예들에서, 상기 활성 영역은 상기 계면 경계의 배향에 실질적으로 평행한 방향(예를 들면, 상기 계면 경계의 표면에 관하여 약 -30°내지 약 +30°, 또는 일부 실시예들에서는 상기 계면 경계의 표면에 관하여 약 -20°내지 약 +20°, 또는 일부 실시예들에서는 상기 계면 경계의 표면에 관하여 약 -10°내지 약 +10°의 배향)으로 광을 방출한다.
본 발명은 또한 에지 방출 LED 어레이에 관한 것으로, 이 에지 방출 LED 어레이는,
(a) 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 포함하는 기판;
(b) 복수의 에지 방출 LED 엘리먼트들을 포함하고, 상기 에지 방출 LED 엘리먼트들은,
(i) 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면과 접촉하는 제1 도전층;
(ii) 상기 제1 도전층과 접촉하는 활성 영역 ― 상기 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및
(iii) 상기 활성 영역과 접촉하는 제2 도전층을 포함하고,
상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 LED로부터 방출되고, 상기 적어도 하나의 돌출부의 표면으로부터 상기 에지 방출 LED들 중 적어도 일부가 부재하고, 그에 의해 이산(discrete) 에지 방출 LED 엘리먼트들의 어레이를 형성한다.
여기서 사용될 때, 용어 "상기 적어도 하나의 돌출부의 표면으로부터 상기 에지 방출 LED들 중 적어도 일부가 부재한다"(at least a portion of the edge-emitting light-emitting diodes are absent from a surface of the at least one protrusion"는 상기 적어도 하나의 돌출부의 적어도 하나의 표면으로부터 상기 제1 도전층, 상기 활성층의 p형 부분, 상기 활성층의 n형 부분, 상기 제2 도전층, 또는 그의 조합들 중 적어도 하나가 부재하는 것을 지칭한다. 상기 적어도 하나의 돌출부의 상기 적어도 하나의 표면은 상기 적어도 하나의 돌출부의 임의의 표면(예를 들면, 상기 적어도 하나의 돌출부의 측벽, 상기 적어도 하나의 돌출부의 상부 표면, 또는 그의 임의의 조합)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 활성 영역은 광 방출층(light emissive layer)을 더 포함하고, 상기 광 방출층은 상기 활성 영역의 p형 부분과 n형 부분 사이의 상기 계면 경계에 위치한다. 일반적으로, 본 발명의 방출층에 사용하기에 적합한 재료들은 높은 양자 효율로 신속 형광(rapid fluorescence)을 겪거나, 인광(phosphorescence)을 겪는다. 본 발명의 방출층에 사용하기에 적합한 재료들은, 그 전체가 참고로 여기에 통합되어 있는, 미국 특허 번호 5,962,971; 6,313,261; 6,967,437; 및 7,094,362에 기재된 것들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
전극들(양극 및 음극)은 활성 영역의 p형 부분 및 n형 부분에 각각 전기적으로 연결 또는 다른 식으로 결합된다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 전극 재료들은 금속성 또는 도핑된 다결정질 실리콘, 나노결정질 실리콘, 도전성 올리고머 및 폴리머, 및 이 기술 분야의 숙련자들에게 알려진 다른 도체들을 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 도전성 폴리머 및 올리고머는, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리티오펜(polythiophenes)(예를 들면, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리스티렌(polystyrenes)(예를 들면, 폴리(스티렌술포네이트)(poly(styrenesulfonate)), 폴리피롤(polypyrroles), 폴리플루오렌(polyfluorenes), 폴리나프탈렌(polynaphthalenes), 폴리페닐렌술파이드(polyphenylenesulfides), 폴리아닐린(polyanilines), 폴리페닐렌비닐렌(polyphenylenevinylenes), 및 그의 조합들 및 공중합체들(copolymers)을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서 상기 전극 재료는 상기 활성 영역에 의해 방출되는 광의 파장에 투명한 도전성 재료를 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 투명한 도전성 재료는, 인듐 주석 산화물("ITO"), 금속 도핑된 ITO, 탄소 나노튜브, 아연 옥시플루오라이드(zinc oxyfluoride), 및 그의 조합을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 본 발명에서 사용하기 위한 전극(즉, 양극 또는 음극)은 그룹 ⅠA 금속, 그룹 ⅡA 금속, 그룹 ⅢB 금속, 그룹 ⅣB 금속, 그룹 ⅤB 금속, 그룹 ⅥB 금속, 그룹 ⅦB 금속, 그룹 ⅧB 금속, 그룹 ⅠB 금속, 그룹 ⅡB 금속, 그룹 ⅢA 금속, 그룹 ⅣA 금속, 그룹 ⅤA 금속, 그룹 ⅥA 금속, 및 그의 조합들로부터 선택된 금속을 포함한다. 일부 실시예들에서, 전극은, Al, Ni, Au, Ag, Pd, Pt, Cr, LiF, 및 그의 조합들을 포함하지만, 이에 제한되지 않는 그룹으로부터 선택된 재료를 포함한다. 본 발명에서 사용하기에 적합한 전극 재료들은 또한, 그 전체가 참고로 여기에 통합되어 있는, Frontiers of Electrochemistry, the Electrochemistry of Novel Materials, Lipowski, J. 및 Ross, P.N. Eds., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 바인하임, 독일(1994)에 기재된 것들을 포함한다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 LED들은 도파관 층을 더 포함한다. 여기서 사용될 때, "도파관 층"(waveguide layer)은 LED의 활성 영역 또는 전극 중 적어도 하나에 인접한 재료를 지칭하고, 상기 도파관 층은 활성 영역에 의해 방출된 광의 파장에 투명하고, 상기 도파관 층은 인접한 층들의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖는다. 어떤 특정 이론에 의해 얽매이지 않고, 활성 영역으로부터 방출된 비간섭성 광은 상기 도파관 층에 더 많이 투과될 수 있고, 스넬의 법칙에 따르면, 상기 도파관과 인접한 재료 사이의 계면에 입사한 광은 그 광의 도파관 층의 측벽과의 입사각이 임계각보다 크다면 도파관 재료 내에서 내부 전반사(total internal reflection)를 겪을 것이다. 도파관의 바디 내에서 내부적으로 반사된 광은 그 후 도파관 재료의 에지로부터 방출될 수 있다. 본 발명에서 도파관 층의 재료 및 위치는 특히 제한되지 않는다. 도파관 층으로서 사용하기 위한 재료들은 약 1.6 이상, 약 1.8 이상, 약 2.0 이상, 약 2.1 이상, 또는 약 2.2 이상의 굴절률을 갖는 투명 금속 산화물, 폴리머, 모노머, 졸-겔, 및 그의 조합들을 포함한다. 도파관 층에 사용하기에 적합한 재료들은, 1.6 이상의 굴절률을 갖는 ITO, 실리콘 질화물, 및 기타 재료들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 상기 전극들 중 하나, 활성 영역의 p형 또는 n형 부분들, 또는 옵션인 필터가 도파관 층으로서 기능한다.
본 발명의 예시적인 에지 방출 LED들의 개략 단면 표현들이 도 4A, 4B, 및 4C에 나타내어져 있다. 에지 방출 LED들(400, 420, 및 450)은 각 돌출부(403, 423, 및 453)에 대하여 각각 1개, 2개, 및 3개의 활성 영역들을 갖는다. 예를 들면, 도 4A는 돌출부(403)를 그 위에 갖는 기판(401 및 402)을 갖는 LED 구조(400)를 포함한다. 일부 실시예들에서 층들(401 및 402)의 조성은 동일하다. 일부 실시예들에서, 기판 층들(401 및 402) 및 돌출부(403)의 조성은 동일하다. 일부 실시예들에서, 기판 층(401)은 옵션이다. 일부 실시예들에서, 층(401)은 단단한 백킹 층(rigid backing layer)을 포함하고, 층(402)은 그 위에 퇴적된 컨포멀한 층을 포함한다. 돌출부(403)는 그 위에 제1 도전성 재료(405)(예를 들면, 양극)가 형성되는 표면(즉, 측벽)(404)을 포함한다. 양극(405)과 음극(406) 사이에는, p형 부분(407), 및 n형 부분(408)을 포함하는 활성 영역이 형성된다. p형 및 n형 부분들은 그 사이에 계면 장벽(409)을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 에지 방출 LED들은 LED 장치들에 구조적 강성(rigidity)을 추가하기 위해 퇴적될 수 있는 필러 재료(410)를 더 포함한다. 광 hν은 활성 영역(413 및 416) 내에서 방출된다. 전극들(411 및 412)이 활성 영역에 의해 방출되는 광의 파장들을 반사하는 재료들을 포함하는 실시예들에서, 광은 상기 계면 표면(409)의 배향과 실질적으로 평행한 방향(414)으로 에지 방출 LED들로부터 방출된다. 적어도 하나의 전극(415)이 활성 영역에 의해 방출되는 광의 파장에 투명한 도전성 재료를 포함하는 실시예들에서, 그 투명 전극은 도파관으로서 기능할 수 있고, 활성 영역에 의해 방출되는 광은 상기 계면 표면(409)의 배향과 실질적으로 평행한 방향(415)으로 전극의 에지로부터 방출될 때까지 도파관 내에서 내부 반사를 겪을 수 있다.
도 4B는 도 4A에서 설명된 에지 방출 LED와 실질적으로 유사하고, 그 위에 제1 도전성 재료(425)(예를 들면, 양극)가 형성되는 표면(즉, 측벽)(424)을 포함하는 돌출부(423)를 그 위에 갖는 기판(421 및 422)을 갖는 LED 구조(420)를 포함한다. 양극(425)과 음극(426) 사이에는, p형 부분(428), 및 n형 부분(429)을 포함하는 활성 영역이 형성된다. p형 부분 및 n형 부분은 그 사이에 계면 장벽(430)을 더 포함한다. n형 부분(429)에 인접한, 음극(426)의 측면의 맞은편에는 제2 n형 부분(431) 및 제2 p형 부분(432)을 포함하는 제2 활성 영역이 있다. 제2 p형 부분의 맞은편에는 제2 양극(427)이 있다. 광 hν은 상기 계면 표면(430)의 각도와 실질적으로 평행한 방향으로 이 구조로부터 유사하게 방출된다. 도시된 장치(420)에서, hν 및 hν'는 광의 동일한 또는 상이한 파장(들)을 포함할 수 있다.
도 4C는 도 4B에서 설명된 에지 방출 LED와 실질적으로 유사하고, 그 위에 제1 도전성 재료(465)(예를 들면, 양극)가 형성되는 표면(즉, 측벽)(454)을 갖는 돌출부(453)를 그 위에 갖는 기판(451 및 452)을 갖는 LED 구조(450)를 포함한다. 양극(460)과 음극(461) 사이에는, p형 부분(464), 및 n형 부분(465)을 포함하는 활성 영역이 형성된다. p형 부분 및 n형 부분은 그 사이에 계면 장벽(466)을 더 포함한다. n형 부분(465)에 인접한, 음극(461)의 측면의 맞은편에는 제2 n형 부분(467) 및 제2 p형 부분(468)을 포함하는 제2 활성 영역이 있다. 제2 p형 부분(468)의 맞은편에는 제2 양극(462)이 있고, 그 옆에는 제3 p형 부분(469) 및 제3 n형 부분(470)을 포함하는 제3 활성 영역이 있다. 제3 n형 부분의 맞은편에는 제2 음극(463)이 있다. 광 hν, hν', 및 hν"는 제1, 제2, 및 제3 활성 영역들로부터 각각, p형 및 n형 부분들(464 및 465; 466 및 467; 및 468 및 469, 각각) 사이의 계면 장벽들과 실질적으로 평행한 방향으로 방출된다. 방출된 광 hν, hν', 및 hν"는, 각각, 동일한 또는 상이한 파장(들)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 hν, hν', 및 hν"의 파장들은, 예를 들면, 가시광선 스펙트럼의 적색, 녹색, 및 청색 영역들 내의 파장들과 같이, 실질적으로 상이하다. 따라서, 일부 실시예들에서 본 발명은 백색광을 사용하는 것이 바람직한 조명 장치들에서 사용하기에 적합하다. 또한, 본 발명의 에지 방출 LED들에서 사용하기 위한 방출 재료들의 적당한 선택은 전자기 스펙트럼의 UV, 가시광선, 및 IR 영역들의 광의 파장들을 포함하는 원하는 파장들의 조합들이 LED들로부터 방출되는 것을 허용한다.
도 5A는 본 발명의 에지 방출 LED 장치의 추가 실시예의 개략 단면 표현을 제공한다. 도 5A는 표면(즉, 측벽)(504)을 포함하는 돌출부(503)를 그 위에 갖는 기판(501 및 502)을 갖는 에지 방출 LED(500)를 포함한다. 일부 실시예들에서 층들(501 및 502)의 조성은 동일하다. 일부 실시예들에서, 기판 층들(501 및 502) 및 돌출부(503)의 조성은 동일하다. 일부 실시예들에서, 기판 층(501)은 옵션이다. 측벽(504)의 일부 상에 제1 도전성 재료(505)(예를 들면, 양극)가 형성된다. 양극(505)과 음극(506) 사이에는, p형 부분(507) 및 n형 부분(508)을 포함하는 활성 영역이 형성된다. p형 및 n형 부분들은 그 사이에 계면 장벽(511)을 더 포함한다. 이 실시예에서, 광 방출층(509)은, p형 및 n형 부분들 사이의 계면 장벽 내에 존재한다. 광 hν는 계면 장벽의 배향과 실질적으로 평행한 방향으로 상기 광 방출층으로부터 방출된다. 일부 실시예들에서, 에지 방출 LED 장치는 LED 구조에 강성(rigidity) 및 지지(support)를 추가할 수 있는 구조적 엘리먼트(510)를 더 포함한다.
도 5B는 본 발명의 다른 에지 방출 LED 장치의 추가 실시예의 개략 단면 표현을 제공한다. 도 5B는 표면(즉, 측벽)(524)을 포함하는 돌출부(523)를 그 위에 갖는 기판(521 및 522)을 갖는 에지 방출 LED(520)를 포함한다. 일부 실시예들에서 기판 층들(521 및 522)의 조성은 동일하다. 일부 실시예들에서, 기판 층들(521 및 522) 및 돌출부(523)의 조성은 동일하다. 일부 실시예들에서, 기판 층(521)은 옵션이다. 측벽(524)의 일부 상에 제1 도전성 재료(525)(예를 들면, 양극)가 형성된다. 양극(525)과, 투명 도전성 재료를 포함하는 음극(526) 사이에는, p형 부분(527) 및 n형 부분(528)을 포함하는 활성 영역이 형성된다. p형 및 n형 부분들은 그 사이에 계면 장벽(529)을 더 포함한다. 이 실시예에서, 광 방출층(530)은, p형 및 n형 부분들 사이의 계면 장벽 내에 존재하고, 도파관 층(531)은 음극에 인접하여 존재한다. 일부 실시예들에서, 에지 방출 LED 장치는 LED 구조에 강성 및 지지를 추가할 수 있는 구조적 엘리먼트(532)를 더 포함한다. 광 hν는 방출층(533) 내에서 방출되고, 방출층(530), 활성 영역의 n형 부분(528), 및 투명 음극(526)을 통해 전파하여 도파관 재료(531)에 들어간다. 방출된 광은 그 후 계면 장벽의 배향과 실질적으로 평행한 방향(534)으로 방출될 때까지 도파관 재료 내에서 내부 반사를 겪는다.
에지 방출 LED들을 준비하는 프로세스들
본 발명은 또한 에지 방출 LED를 제조하는 프로세스에 관한 것으로, 이 프로세스는,
(a) 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 갖는 기판을 제공하는 단계;
(b) 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면을 덮는 제1 도전층을 형성하는 단계;
(c) 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함하는 활성 영역을 상기 제1 도전층 상에 형성하는 단계; 및
(d) 상기 활성 영역의 적어도 일부를 덮는 제2 도전층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 LED로부터 방출된다.
본 발명의 프로세스는 돌출부의 적어도 하나의 표면을 덮는 제1 도전층을 형성하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이 형성 프로세스는 도전층의 형성이 돌출부의 측벽과 같은 단일 표면 상에서 일어나도록 선택적이다. 형성 프로세스들은, 기상 퇴적, 플라스마 기상 퇴적(plasma-enhanced vapor deposition), 열 퇴적, 산화, 환원, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 원자화(atomization), 에피택셜 성장, 랭뮤어(Langmuir) 프로세스, 및 그의 조합들, 및 박막 퇴적의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 알려진 다른 박막 퇴적 및 박막 형성 프로세스들을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 기판이 진공 또는 증기 반응기 내에 비스듬히 배치될 수 있고, 반응성 종(reactive species)이 돌출부의 단일 표면(예를 들면, 측벽) 상에 증기 퇴적될 수 있다. 예를 들면, 도 6은 본 발명의 LED에서 사용하기에 적합한 층(605)이, 돌출부(603)를 그 위에 갖는 기판(601 및 602)을 포함하는 재료(600) 상에 퇴적되는 퇴적 프로세스의 개략 표현을 제공한다. 기판 및 돌출부를 포함하는 상기 재료는 표준 평면(606)에 관하여 각도 Φ로 배향된다. 반응성 종(604)은 기상 퇴적 프로세스에 의해 돌출부(603)의 측벽 및 상부 표면 상에 퇴적한다. 배향의 각도 Φ는 돌출부의 3차원 형상에 따라서, 돌출부의 측벽의 제1 측면, 및 어쩌면 돌출부의 상부 표면 상에서만 퇴적이 일어나는 것을 보장한다. 본 발명의 LED를 형성하기 위해, 추가의 층들이 층(605) 상에 퇴적될 수 있다. 어떤 특정 이론에 의해 얽매이지 않고, 기판의 배향 각도 Φ는 돌출부 및/또는 기판의 어느 표면 상에 층이 퇴적되는지를 결정할 수 있다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 프로세스는 돌출부의 상부 표면으로부터 임의의 도전성 재료를 제거하는 단계를 더 포함한다. 돌출부의 상부 표면으로부터 도전층을 제거하는 것은 접촉 프로세스(예를 들면, 돌출부의 상부 표면을 접착성 필름과 접촉시키는 것), 건식 에칭 프로세스, 습식 에칭 프로세스, 및 그의 조합들에 의해 수행될 수 있다. 어떤 특정 이론에 의해 얽매이지 않고, 돌출부의 상부 표면으로부터 도전층을 제거하는 것은 장치들에서 투명하지 않은 도전성 재료들이 채용되는 것을 허용함으로써 본 발명의 에지 방출 LED들의 출력 효율을 향상시킬 수 있다.
도 7은 컨포멀 퇴적 방법들을 이용하여 본 발명의 에지 방출 LED들을 형성하는 프로세스의 개략 표현을 제공한다. 돌출부(703)를 그 위에 갖는 기판(701 및 702)을 포함하는 재료(700)가, 제1 도전층(705), p형 부분(707), n형 부분(708), 및 제2 도전층(706)을 각각 컨포멀하게 퇴적하는 연속적인 컨포멀 퇴적 프로세스들(751, 752, 753, 및 754)을 겪는다. 옵션으로, 적절한 "갭-필"(gap-fill) 퇴적 프로세스(예를 들면, 플라스마 CVD 또는 스핀 코팅)를 이용하여 상기 컨포멀하게 퇴적된 층들 상에 필러 재료 또는 구조적 재료(710)가 퇴적될 수 있다. 그 결과로 생긴 컨포멀한 층류 구조(conformal laminar structure)(720)는 그 후, 돌출부의 상부 표면(704)의 평면 위에 있는 컨포멀한 층들(705, 706, 707, 및 708)의 부분들을 제거하는, 평탄화 공정(755)을 겪는다. 그 결과로 생긴 LED 장치들(730)은 활성 영역(711) 내의 계면 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 광 hν를 방출한다.
기판의 상이한 영역들 상에 양극, 음극 또는 활성 영역의 임의의 부분을 선택적으로 퇴적하기 위해 퇴적 프로세스 동안에 섀도우-마스크들(shadow-masks)이 채용될 수 있다. 예를 들면, 다양한 층들의 선택적 퇴적은 양극 및 음극과 손쉬운 전기적 접촉이 이루어지는 것을 허용하고, 그에 의해 전극들에 바이어스가 가해질 때 광을 방출하는 기판의 방출 영역을 정의한다.
기판의 표면 면적은 특히 제한되지 않고 전극들 및 활성 영역을 퇴적하기에 적합한 장비의 적당한 설계에 의해 용이하게 스케일(scale)될 수 있고, 약 10 cm2에서 약 10 m2까지 다양할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 기판 및/또는 돌출부는, 에지 방출 LED의 도전성 및/또는 활성 영역들의 하나 이상을 퇴적하기 전에, 기능화(functionalize), 유도체화(derivatize), 텍스처(texture)되거나, 또는 다르게 전처리(pre-treate)될 수 있다. 여기서 사용될 때, "전처리하는 것"(pre-treating)은 도포 또는 퇴적 전에 기판을 화학적으로 또는 물리적으로 변경하는 것을 지칭한다. 전처리하는 것은, 클리닝하는 것, 산화하는 것, 환원하는 것, 유도체화하는 것, 기능화하는 것, 표면을 반응성 기체, 플라스마, 열 에너지, 자외선 방사, 및 그의 조합들에 노출시키는 것을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 어떤 특정 이론에 의해 얽매이지 않고, 기판을 전처리하는 것은 2개의 층들 사이의 접착성 상호 작용을 증가 또는 감소시키거나, 층들 사이의 전도성을 증가시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 하나 이상의 층들의 퇴적 후에, 기판은 후처리(post-treat)될 수 있다. 후처리는, LED의 층을 소결(sinter), 교차 결합(cross-link), 또는 경화(cure)할 수 있을 뿐만 아니라, 전도성, 층간 접착, 밀도, 및 그의 조합들을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에서, 상기 층들 중 하나 이상의 층은 컨포멀한 방식으로 퇴적된다. 여기서 사용될 때, "컨포멀한"(conformal)은 밑에 있는 특징들(underlying features)의 형상(geometry)에 관계없이 실질적으로 균일한 두께를 갖는 층 또는 코팅을 지칭한다. 따라서, 다양한 크기 및 형상의 돌출부들의 컨포멀한 코팅은 실질적으로 유사한 크기 및 형상을 갖는 에지 방출 LED들을 생성할 수 있고, 그 결과로 생긴 에지 방출 LED 장치들의 크기는 기판 상의 돌출부의 치수들(예를 들면, 격자의 간격 및 치수들)을 선택함으로써 제어될 수 있다. 컨포멀한 퇴적은, 화학 기상 퇴적, 스핀 코팅, 용액으로부터의 주조, 딥 코팅(dip-coating), 원자층 퇴적, 셀프 어셈블리(self-assembly), 및 그의 조합들을 포함하지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
일부 실시예들에서, 본 발명의 프로세스는 상기 에지 방출 LED들의 외부로 향하는 표면(outward-facing surface) 상에 투명한 보호층을 퇴적하는 것을 더 포함한다.
본 발명의 LED들은 조명 디스플레이 장치들뿐만 아니라, 광원이 요구되는 임의의 전자 장치들에서 사용하기에 적합하다. 예를 들면, 일부 실시예들에서, 본 발명의 LED들은 과학 장치(예를 들면, 분석 장치, 마이크로유체(microfluidic) 장치 등) 내의 광 방출 엘리먼트로서 기능할 수 있다. 본 발명의 LED들은 집적 회로 장치 엘리먼트들과 함께(예를 들면, 그에 인접하여, 그 위에, 또는 그 밑에) 퇴적될 수 있다. 일부 실시예들에서, 집적 회로 장치(예를 들면, 트랜지스터)는 본 발명의 LED에 대한 제어 엘리먼트로서 기능할 수 있다.
예시
예시 1
본 발명의 에지 방출 LED는 도 8의 개략 표면에 의해 아웃라인된 프로세스에 의해 준비될 것이다. 격자(803)를 그 위에 갖는 기판(801 및 802)이 진공 반응기 내에 배치될 것이다. 퇴적 동안에 상기 기판을 기울임으로써, 양극(예를 들면, 알루미늄)과, 그 다음으로 니켈의 얇은(~100 nm) 층이 격자(803)의 하나의 측벽 상에 선택적으로 퇴적되고, 섀도우-마스크의 사용을 통해 기판의 선택된 부분 상에 선택적으로 퇴적될 것이다. 격자의 상부 표면 상에 퇴적된 임의의 금속은 그 격자의 상부 표면을 접착성 표면과 접촉시킴으로써 제거되어, 격자의 하나의 측면 상에만 금속 전극이 퇴적되어 있는 격자가 생성될 것이다(820). 그 후 전체 격자 위에 활성 영역들(804)이 진공 퇴적될 것이다. 그 다음으로 음극(예를 들면, LiF와 그 다음으로 Al)이 퇴적될 것이고, 그것은 다시 격자를 기울이고, 섀도우-마스크를 이용해, 양극이 퇴적될 영역으로부터 오프셋된, 기판 및 격자의 영역(805) 위에 음극을 퇴적함으로써 수행될 것이다. 격자의 상부 표면 상에 퇴적된 임의의 금속은 다시 그 격자의 상부 표면을 예를 들면 접착성 표면과 접촉시킴으로써 제거될 수 있다. 양극 및 음극을 접지된 전원(807)에 접속함으로써 에지 방출 LED 장치가 생성될 것이다. 최종 에지 방출 LED 장치는 양극과 음극 퇴적들이 서로 겹치는 기판 상의 영역에 의해 정의된 방출 표면 영역(806)을 가질 것이다.
결론
이들 예시들은 본 발명의 가능한 실시예들을 설명한다. 위에서는 본 발명의 다양한 실시예들이 설명되었지만, 그것들은 제한이 아니라 단지 예시로 제공되었을 뿐이라는 것을 이해해야 한다. 관련 기술 분야의 숙련자들은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어남이 없이 형태 및 상세의 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것을 명백히 알 것이다. 따라서, 본 발명의 폭 및 범위는 위에 설명한 예시적인 실시예들 중 어느 것에 의해서도 제한되지 않고, 다음의 청구항들 및 그들의 균등물들에 따라서만 정의되어야 한다.
청구항들을 해석하는 데에는 요약 및 요약서 부분들이 아니라, 상세한 설명 부분이 이용될 것이라는 것을 알 것이다. 요약 및 요약서 부분들은 본 발명자(들)가 심사숙고하는 본 발명의 하나 이상의 예시적인 실시예를 제시할 수는 있지만, 모든 예시적인 실시예들을 제시하지는 않으므로, 본 발명 및 첨부된 청구항들을 결코 제한하게 되어 있지 않다.
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Claims (22)

  1. 에지 방출 발광 다이오드(edge-emitting light-emitting diode)로서,
    (a) 적어도 하나의 돌출부(protrusion)를 그 위에 포함하는 기판;
    (b) 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면과 컨포멀하게(conformally) 접촉하는 제1 도전층;
    (c) 상기 제1 도전층과 컨포멀하게 접촉하는 활성 영역 ― 상기 활성 영역은 계면 경계(interfacial boundary)를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및
    (d) 상기 활성 영역과 컨포멀하게 접촉하는 제2 도전층
    을 포함하고,
    상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광(incoherent light)을 방출하고, 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 에지 방출 발광 다이오드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 돌출부는, 직선의 다각형(rectilinear polygon), 원통, 삼각 피라미드(trigonal pyramid), 사각 피라미드(square pyramid), 원뿔, 사인 곡선 옆모습(sinusoidal profile)을 갖는 리지 특징(ridged feature), 포물선 옆모습을 갖는 리지 특징, 직선의 옆모습을 갖는 리지 특징, 톱니 모양 옆모습을 갖는 리지 특징, 및 그의 조합들로부터 선택된 3차원 형상인 에 지 방출 발광 다이오드.
  3. 제2항에 있어서, 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 갖는 상기 기판은 격자(grating)를 포함하는 에지 방출 발광 다이오드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 돌출부는 약 500 nm 내지 약 1 mm의 적어도 하나의 가로 치수(lateral dimension)를 갖는 에지 방출 발광 다이오드.
  5. 제1항에 있어서,
    (e) 상기 제2 도전층과 접촉하는 제2 활성 영역 ― 상기 제2 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및
    (f) 상기 제2 활성 영역과 접촉하는 제3 도전층을 더 포함하고,
    상기 제2 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 제2 활성 영역에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 에지 방출 발광 다이오드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 실질적으로 유사한 파장을 갖는 에지 방출 발광 다이오드.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 실질적으로 상이한 파장을 갖는 에지 방출 발광 다이오드.
  8. 제5항에 있어서,
    (g) 상기 제3 도전층과 접촉하는 제3 활성 영역 ― 상기 제3 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및
    (h) 상기 제3 활성 영역과 접촉하는 제4 도전층을 더 포함하고,
    상기 제3 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 제3 활성 영역으로부터 방출되는 에지 방출 발광 다이오드.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 실질적으로 유사한 파장을 갖는 에지 방출 발광 다이오드.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 실질적으로 상이한 파장을 갖는 에지 방출 발광 다이오드.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1, 제2, 및 제3 활성 영역들에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 스펙트럼의 적색, 녹색, 및 청색 컬러들로부터의 파장들을 포함하는 에지 방출 발광 다이오드.
  12. 제1항의 에지 방출 발광 다이오드를 포함하는 디스플레이 장치.
  13. 제1항의 에지 방출 발광 다이오드를 포함하는 조명 장치.
  14. 에지 방출 발광 다이오드 어레이로서,
    (a) 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 포함하는 기판; 및
    (b) 복수의 에지 방출 발광 다이오드 엘리먼트들
    을 포함하고,
    상기 에지 방출 발광 다이오드 엘리먼트들은,
    (i) 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면과 접촉하는 제1 도전층;
    (ii) 상기 제1 도전층과 접촉하는 활성 영역 ― 상기 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및
    (iii) 상기 활성 영역과 접촉하는 제2 도전층을 포함하고,
    상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 발광 다이오드로부터 방출되고, 상기 적어도 하나의 돌출부의 표면으로부터 상기 에지 방출 발광 다이오드들 중 적어도 일부가 부재하고(absent), 그에 의해 이산(discrete) 에지 방출 발광 다이오드 엘리먼트들의 어레이를 형성하는 에지 방출 발광 다이오드 어레이.
  15. 에지 방출 발광 다이오드를 제조하는 프로세스로서,
    (a) 적어도 하나의 돌출부를 그 위에 갖는 기판을 제공하는 단계;
    (b) 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면을 컨포멀하게 덮는 제1 도전층을 형성하는 단계;
    (c) 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함하는 활성 영역을 상기 제1 도전층 상에 형성하는 단계 ― 상기 활성 영역은 상기 제1 도전층을 컨포멀하게 덮음 ―; 및
    (d) 상기 활성 영역의 적어도 일부를 컨포멀하게 덮는 제2 도전층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 활성 영역에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 에지 방출 발광 다이오드 제조 프로세스.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1 도전층을 형성하는 단계는,
    (i) 상기 돌출부의 적어도 하나의 표면 상에 도전성 재료를 선택적으로 퇴적(deposit)하는 단계를 포함하는 에지 방출 발광 다이오드 제조 프로세스.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제2 도전층을 형성하는 단계는,
    (i) 상기 활성 영역 상에 도전성 재료를 선택적으로 퇴적하는 단계; 및
    (ii) 상기 돌출부의 상부 표면, 및 그 위에 퇴적된 임의의 층으로부터 임의의 도전성 재료를 제거하는 단계를 포함하는 에지 방출 발광 다이오드 제조 프로세스.
  18. 제15항에 있어서, 상기 활성 영역의 상기 p형 부분과 상기 n형 부분 사이의 상기 계면 경계에 위치하는 방출층(emissive layer)을 형성하는 단계를 더 포함하는 에지 방출 발광 다이오드 제조 프로세스.
  19. 제15항에 있어서,
    (e) 상기 제2 도전층 상에 제2 활성 영역을 형성하는 단계 ― 상기 제2 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및
    (f) 상기 제2 활성 영역의 적어도 일부를 덮는 제3 도전층을 형성하는 단계를 더 포함하고;
    상기 제2 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 제2 활성 영역에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 에지 방출 발광 다이오드 제조 프로세스.
  20. 제15항에 있어서,
    (g) 상기 제3 도전층 상에 제3 활성 영역을 형성하는 단계 ― 상기 제3 활성 영역은 계면 경계를 사이에 갖는 p형 부분 및 n형 부분을 포함함 ―; 및
    (h) 상기 제3 활성 영역의 적어도 일부를 덮는 제4 도전층을 형성하는 단계를 더 포함하고;
    상기 제3 활성 영역은 정공들 및 전자들이 그 안에서 결합할 때 비간섭성 광을 방출하고, 상기 제3 활성 영역에 의해 방출되는 상기 비간섭성 광은 상기 기판의 평면에 평행하지 않은 방향으로 상기 발광 다이오드로부터 방출되는 에지 방출 발광 다이오드 제조 프로세스.
  21. 제15항의 프로세스에 의해 준비된 제조물.
  22. 제21항에 있어서, 상기 제조물은 반도체 장치, 디스플레이 장치, 조명 장치, 및 그의 조합들로부터 선택되는 제조물.
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7947579B2 (en) * 2006-02-13 2011-05-24 Stc.Unm Method of making dense, conformal, ultra-thin cap layers for nanoporous low-k ILD by plasma assisted atomic layer deposition
BRPI0923595A2 (pt) * 2008-12-23 2016-01-26 Mtn Mobile Money Sa Pty Ltd método para processar seguramente uma transação, sistema para processar uma transação, e, dispositivo de comunicações móveis
US20120112218A1 (en) * 2010-11-04 2012-05-10 Agency For Science, Technology And Research Light Emitting Diode with Polarized Light Emission
US20120146069A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 International Business Machines Corporation Oxide Based LED BEOL Integration
CN102856460B (zh) * 2011-06-27 2015-08-05 台达电子工业股份有限公司 发光二极管元件、其制作方法以及发光装置
JP5911132B2 (ja) * 2012-02-27 2016-04-27 株式会社ナノマテリアル研究所 半導体デバイス
KR20130106690A (ko) * 2012-03-20 2013-09-30 삼성전자주식회사 백색 발광 다이오드
KR102455039B1 (ko) * 2016-03-18 2022-10-17 삼성디스플레이 주식회사 신축성 디스플레이 장치
EP3531459A1 (en) 2018-02-23 2019-08-28 Forschungsverbund Berlin e.V. Semiconductor device with at least one functional element containing multiple active regions, and method of manufacturing thereof
US11698326B2 (en) * 2019-08-16 2023-07-11 Corning Incorporated Nondestructive imaging and surface quality inspection of structured plates
CN113471352B (zh) * 2021-06-30 2023-03-10 上海天马微电子有限公司 一种显示面板及显示装置
CN113488571B (zh) * 2021-06-30 2023-07-04 上海天马微电子有限公司 一种显示面板及显示装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52137279A (en) * 1976-05-12 1977-11-16 Hitachi Ltd Semiconductor device for optical coupling
US4204222A (en) * 1978-06-19 1980-05-20 Antoine Zacharie High output LED matrix color TV screen with vertical triad and tricolor faceplate
CA1139412A (en) * 1980-09-10 1983-01-11 Northern Telecom Limited Light emitting diodes with high external quantum efficiency
US4376946A (en) * 1980-11-28 1983-03-15 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Superluminescent LED with efficient coupling to optical waveguide
US4590501A (en) * 1983-09-15 1986-05-20 Codenoll Technology Corporation Edge-emitting light emitting diode
US6358631B1 (en) * 1994-12-13 2002-03-19 The Trustees Of Princeton University Mixed vapor deposited films for electroluminescent devices
US5907160A (en) * 1996-12-20 1999-05-25 Xerox Corporation Thin film organic light emitting diode with edge emitter waveguide
US6111270A (en) * 1998-04-27 2000-08-29 Motorola, Inc. Light-emitting apparatus and method of fabrication
US6160273A (en) * 1998-07-15 2000-12-12 Xerox Corporation Diode pumped solid state edge emitting light source
US6853663B2 (en) * 2000-06-02 2005-02-08 Agilent Technologies, Inc. Efficiency GaN-based light emitting devices
US6980710B2 (en) * 2001-03-09 2005-12-27 Waveguide Solutions Inc Process for efficient light extraction from light emitting chips
JP2002343562A (ja) * 2001-05-11 2002-11-29 Pioneer Electronic Corp 発光ディスプレイ装置及びその製造方法
US20030015770A1 (en) * 2001-07-20 2003-01-23 Motorola, Inc. Optical waveguide trenches in composite integrated circuits
US6921920B2 (en) * 2001-08-31 2005-07-26 Smith & Nephew, Inc. Solid-state light source
US6677918B2 (en) * 2001-09-21 2004-01-13 Yuji Yuhara Light emitting diode display system
US6933520B2 (en) * 2002-02-13 2005-08-23 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light emitting device
US8294172B2 (en) * 2002-04-09 2012-10-23 Lg Electronics Inc. Method of fabricating vertical devices using a metal support film
DE10250383B4 (de) * 2002-10-29 2007-05-10 Diemount Gmbh Leuchtdiodenanordnung mit Reflektor
US6876009B2 (en) * 2002-12-09 2005-04-05 Nichia Corporation Nitride semiconductor device and a process of manufacturing the same
EP1616349B1 (en) * 2003-04-24 2019-05-22 Oracle America, Inc. Method and apparatus for optically aligning integrated circuit devices
US7662706B2 (en) * 2003-11-26 2010-02-16 Qunano Ab Nanostructures formed of branched nanowhiskers and methods of producing the same
US20060203871A1 (en) * 2005-03-10 2006-09-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride semiconductor light emitting device and fabrication method thereof
KR100649769B1 (ko) * 2005-12-28 2006-11-27 삼성전기주식회사 반도체 발광 다이오드 및 그 제조 방법
JP4978009B2 (ja) * 2006-01-16 2012-07-18 ソニー株式会社 ＧａＮ系半導体発光素子及びその製造方法

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