KR20110034695A - 편광 감응 발광 다이오드들을 기초로 하는 조정가능한 백색 광 - Google Patents

편광 감응 발광 다이오드들을 기초로 하는 조정가능한 백색 광 Download PDF

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KR20110034695A
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polarized
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나탈리 엔. 펠로우즈-드밀
히사시 마스이
스티븐 피. 덴바스
슈지 나카무라
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더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아
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Abstract

편광된 백색 광을 방출하는 발광 장치는, 하나 또는 그 이상의 제1 파장들을 포함하고 제1 편광 방향을 가지는 1차 광을 방출하는 적어도 제 1광원; 및 하나 또는 그 이상의 제2 파장들을 을 포함하는 2차 광을 제1 편광 방향으로 방출하는 적어도 제2 광원;을 포함하고, 제1 광과 2차 광은 편광된 백색 광을 형성하도록 결합된다. 발광 장치는 1차 광의 강도를 제어하는 편광기를 더 포함할 수 있고, 편광기의 회전은 제1 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 편광기를 통하여 1차 광의 전달을 변화시키고, 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어한다.

Description

편광 감응 발광 다이오드들을 기초로 하는 조정가능한 백색 광{Tunable white light based on polarization sensitive light-emitting diodes}
본 발명은 발광 다이오드들을 기초로 하는 편광된 백색 광원에 관련된다.
<관련출원들에 대한 상호참조>
본 출원은 이하의 동시 계류중(co-pending)이고 공통 양도된(commonly-assigned) 하기의 출원들의 미국특허출원의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장한다.
나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 히사시 마수이(Hisashi Masui), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년8월5일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/086,428호의 "편광 감응 발광 다이오드들을 기초로 하는 조정가능한 백색 광(TUNABLE WHITE LIGHT BASED ON POLARIZATION SENSITIVE LIGHT-EMITTING DIODES)," 대리인 문서 번호 30794.277-US-P1 (2008-653-1); 및
나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 히사시 마수이(Hisashi Masui), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년10월16일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/106,035호의 "편광된 발광을 가지는 백색 발광 반도체 소자들(WHITE LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES WITH POLARIZED LIGHT EMISSION)," 대리인 문서 번호 30794.277-US-P2 (2008-653-1); 상기 출원들은 본 명세서의 참조로서 결합된다.
본 출원은 하기의 동시 계류중이고 공통 양도된 미국특허출원들과 관련이 있다:
히사시 마수이(Hisashi Masui), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2005년6월21일 출원된 미국 임시특허출원번호 제60/692,514호의 "편광된 발광 다이오드의 제조를 위한 패키지 기술(PACKAGING TECHNIQUE FOR THE FABRICATION OF POLARIZED LIGHT EMITTING DIODES)," 대리인 문서 번호 30794.139-US-P1 (2005-614-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하고, 히사시 마수이(Hisashi Masui), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2006년6월21일 출원된 미국 특허출원번호 제11/472,186호의 "편광된 발광 다이오드의 제조를 위한 패키지 기술(PACKAGING TECHNIQUE FOR THE FABRICATION OF POLARIZED LIGHT EMITTING DIODES)," 대리인 문서 번호 30794.139-US-U1 (2005-614-2)의 계속 출원이고 미국법 제35호(특허법)제120조에 의거한 이익을 주장하는, 히사시 마수이(Hisashi Masui), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2008년11월17일 출원된 미국 특허출원번호 제12/272,588호의 "편광된 발광 다이오드의 제조를 위한 패키지 기술(PACKAGING TECHNIQUE FOR THE FABRICATION OF POLARIZED LIGHT EMITTING DIODES)," 대리인 문서 번호 30794.139-US-U1 (2005-614-2);
히사시 마수이(Hisashi Masui), 히사시 야마다(Hisashi Yamada), 겐지 이소(Kenji Iso), 제임스 스펙(James S. Speck), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2008년2월1일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/025,592호의 "증가된 인듐 함량에 의한 질화물 발광 다이오드들의 광학 편광의 강화(ENHANCEMENT OF OPTICAL POLARIZATION OF NITRIDE LIGHT-EMITTING DIODES BY INCREASED INDIUM INCORPORATION)," 대리인 문서 번호 30794.259-US-P1 (2008-323-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 히사시 마수이(Hisashi Masui), 히사시 야마다(Hisashi Yamada), 겐지 이소(Kenji Iso), 제임스 스펙(James S. Speck), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2009년2월2일 출원된 미국 특허출원번호 제12/364,258호의 "증가된 인듐 함량에 의한 질화물 발광 다이오드들의 광학 편광의 강화(ENHANCEMENT OF OPTICAL POLARIZATION OF NITRIDE LIGHT-EMITTING DIODES BY INCREASED INDIUM INCORPORATION)," 대리인 문서 번호 30794.259-US-U1 (2008-323-2);
히사시 마수이(Hisashi Masui), 히사시 야마다(Hisashi Yamada), 겐지 이소(Kenji Iso), 아사코 히라이(Asako Hirai), 마코토 사이토(Makoto Saito), 제임스 스펙(James S. Speck), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2008년2월1일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/025,600호의 "웨이퍼 비축 절단에 의한 질화물 발광 다이오드들의 광학 편광의 강화(ENHANCEMENT OF OPTICAL POLARIZATION OF NITRIDE LIGHT-EMITTING DIODES BY WAFER OFF-AXIS CUT)," 대리인 문서 번호 30794.260-US-P1 (2008-361-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 히사시 마수이(Hisashi Masui), 히사시 야마다(Hisashi Yamada), 겐지 이소(Kenji Iso), 아사코 히라이(Asako Hirai), 마코토 사이토(Makoto Saito), 제임스 스펙(James S. Speck), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2009년2월2일 출원된 미국 특허출원번호 제12/364,272호의 "웨이퍼 비축 절단에 의한 질화물 발광 다이오드들의 광학 편광의 강화(ENHANCEMENT OF OPTICAL POLARIZATION OF NITRIDE LIGHT-EMITTING DIODES BY WAFER OFF-AXIS CUT)," 대리인 문서 번호 30794.260-US-U1 (2008-361-2);
히로시 사토(Hitoshi Sato), 히로히코 히라사와(Hirohiko Hirasawa), 로이 청(Roy B. Chung), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년4월4일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/042,644호의 "반극성 (Al,In,Ga,B)N계 발광 다이오드들의 제조 방법(METHOD FOR FABRICATION OF SEMIPOLAR (Al,In,Ga,B)N BASED LIGHT EMITTING DIODES)," 대리인 문서 번호 30794.264-US-P1 (2008-415-1) 의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 히로시 사토(Hitoshi Sato), 히로히코 히라사와(Hirohiko Hirasawa), 로이 청(Roy B. Chung), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 제임스 스펙(James S. Speck), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2009년4월6일 출원된 미국 특허출원번호 제12/419,119호의 "반극성 (Al,In,Ga,B)N계 발광 다이오드들의 제조 방법(METHOD FOR FABRICATION OF SEMIPOLAR (Al,In,Ga,B)N BASED LIGHT EMITTING DIODES)," 대리인 문서 번호 30794.264-US-U1 (2008-415-2);
히사시 마수이(Hisashi Masui), 나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2008년5월7일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/051,279호의 "편광된 광원들로서 발광 다이오드들로부터 측벽 발광의 이용(UTILIZATION OF SIDEWALL EMISSION FROM LIGHT-EMITTING DIODES AS POLARIZED LIGHT SOURCES)," 대리인 문서 번호 30794.268 -US-P1 (2008-467-1);
히사시 마수이(Hisashi Masui), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2008년5월7일 출원된 미국 임시특허출원번호 제60/051,286호의 "웨이브 가이드 플레이트들을 유지하는 광학 편광의 도입(INTRODUCTION OF OPTICAL-POLARIZATION MAINTAINING WAVEGUIDE PLATES)," 대리인 문서 번호 30794.269-US-P1 (2008-468-1);
히사시 마수이(Hisashi Masui), 나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년8월12일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/088,251호의 "발광 소자들을 위한 갈륨 질화물계 섬유 아연석 반도체들의 (1122) 면을 이용하는 잇점(ADVANTAGES OF USING THE (1122) PLANE OF GALLIUM NITRIDE BASED WURTZITE SEMICONDUCTORS FOR LIGHT-EMITTING DEVICES)," 대리인 문서 번호 30794.278-US-P1 (2008-654-1); 및
나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년8월5일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/086,431호의 "액정 디스플레이들에의 사용을 위한 편광된 형광체 발광 스크린들과 연결된 선형 편광된 백 광원(LINEARLY POLARIZED BACKLIGHT SOURCE IN CONJUNCTION WITH POLARIZED PHOSPHOR EMISSION SCREENS FOR USE IN LIQUID CRYSTAL DISPLAYS)," 대리인 문서 번호 30794.282-US-P1 (2008-802-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 본 명세서와 동일자에 출원된 미국 특허출원번호 제xx/xxx,xxx호의 "액정 디스플레이들에의 사용을 위한 편광된 형광체 발광 스크린들과 연결된 선형 편광된 백 광원(LINEARLY POLARIZED BACKLIGHT SOURCE IN CONJUNCTION WITH POLARIZED PHOSPHOR EMISSION SCREENS FOR USE IN LIQUID CRYSTAL DISPLAYS)," 대리인 문서 번호 30794.282-US-U1 (2008-802-2);
상기 출원들은 모두 본 명세서에서 참조로서 결합된다.
(유의 사항: 본 명세서는 명세서의 전체에 걸쳐서 대괄호, 즉 [x] 내에 표시된 하나 또는 그 이상의 참조 번호들에 의하여 표시된 바와 같은 다른 많은 공개 문헌들을 참조한다. 이러한 참조 번호들에 따라서 배열된 다른 공개 문헌들의 목록은 "참조 문헌들"로 표시된 구역에서 찾을 수 있다. 이러한 공개 문헌들 각각은 본 명세서와 참조로서 결합된다.)
본 발명의 사용은 발광 다이오드들(LED들) 및 레이저 다이오드들(LD들)과 같은 반도체 발광 소자들을 기초로 하여 편광된 백색 광을 얻는 것이다. 상기 LED는 LED와 유사한 소자인 초발광 다이오드들(Super Luminescent Diodes)(SLD들)을 포함한다. 본 발명의 실시예의 적용들은 균일한 색상 발광을 요구하는 디스플레이 백라이팅, 2 차원 및 3 차원 이미지 프로젝터들, 및 건축 구조적 발광 응용들을 포함하고, 이에 한정되는 것은 아니다.
많은 LED들은 자신의 물질 특성들에 따라 강하게 편광된 광 방출을 보여준다. 본 발명에 앞서서, 편광된 백색 광의 선택 사항들은 편광되지 않은 백색 광원과 함께 편광기(편광된 폴리머 막들)의 사용을 포함하였다. 이러한 해결법의 문제점은 에너지 비효율(편광기에 의한 광 흡수에 기인함) 및 높은 제조비용(추가적인 구성요소들에 기인함)이다.
본 기술분야에 필요한 것은 편광된 백색 광을 방출하는 개선된 소자들 및 상기 소자들을 제조하는 개선된 방법이다. 본 발명은 편광된 백색 광 소자들의 제조를 간단하게 하고, 비용을 절감시키는 요구를 충족하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 LED들을 기초로 하여 다양한 색조들의 백색광을 형성하도록 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예의 응용들은 균일한 색상 발광을 요구하는 일반적인 고상 발광, 백라이팅, 및 건축 구조적 발광 응용들을 포함할 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 앞서서, 조정가능한 백색 광의 선택 사양들은, 많은 다른 색상의 LED들(적색, 녹색, 청색)을 사용하는 것과 개별적으로 강도를 변화시키는 것 [1], 양자 우물 발광 층들로서 다른 색상, 형광체, 유기물 염료들을 도입하는 것 [2], 또는 변화된 하이브리드 폴리머들을 [3] 포함하였다. 이러한 해결법들의 문제점들은 제조가 어렵고, 낮은 효율(예를 들어 유기물 염료들 내의), 및 첫 번째 경우의 다중 발광체에 의존하는 것이다 [1].
본 기술분야에 필요한 것은 조정가능한 백색 광을 방출하는 개선된 소자들 및 상기 소자들을 제조하는 개선된 방법이다. 본 발명은 조정가능한 백색 광 소자들의 제조를 간단하게 하고, 비용을 절감시키는 요구를 충족하는 것에 목적이 있다.
본 발명은 편광된 백색 광 소자들의 제조를 간단하게 하고, 비용을 절감시키는 요구를 충족하는 것에 목적이 있다.
본 발명은 조정가능한 백색 광 소자들의 제조를 간단하게 하고, 비용을 절감시키는 요구를 충족하는 것에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 종래 기술의 한계들과 본 발명의 상세한 설명을 읽고 이해하면 명백하게 되는 다른 한계들을 극복하기 위하여, 본 발명은 백색 발광 소자들을 형성하기 위하여 LED들(또한, SLD들 및 LD들)의 편광 특성들의 사용 및 추가적인 형광 물질들의 사용을 개시한다.
또한, 본 발명은 편광 요소를 도입함에 따라 색상 랜더링 특성들(즉, 백색의 그림자)를 변화시킬 수 있는 백색 LED들을 생성하도록 LED의 편광 특성을 사용한다. 상업적으로 이용가능한 백색 LED들은 제조항 후에 고정된 색상 좌표를 가지므로, 본 발명은 LED의 제조를 종료한 후에 색상을 용이하게 변화시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 청색 LED 칩 및 형광체 층에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 다른 형광체들을 이용하는 경우를 포함하며, 또한 형광체들을 갖지 않을 수 있는 다중 편광 감응 LED 칩들 및 LD들을 이용하는 경우를 포함한다. 본 발명은 편광된 광을 방출할 수 있는 LED들(또는 SLD들 및 LD들)을 사용할 수 있다(즉, LED, SLD, 및 LD 자체가 편광된 광의 광원임)
따라서, 상술한 바와 같은 종래 기술의 한계들과 본 발명의 상세한 설명을 읽고 이해하면 명백하게 되는 다른 한계들을 극복하기 위하여, 본 발명은 편광된 백색 광을 방출하는 백색 발광 소자를 개시하고, 상기 백색 발광 소자는 편광된 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 LED들, SLD들, 또는 LD들을 포함한다. 상기 소자는 편광된 백색 광을 방출하기 위하여 상기 LED들, LD들, 또는 SLD들의 편광 특성을 이용하고, 예를 들어, 편광된 광 및 추가적인 광원으로의 추가적인 편광된 광의 조합은 편광된 백색 광을 생성한다.
상기 LED들, SLD들, 또는 LD들은 III족-질화물계 물질들을 포함하는 비극성 또는 반극성 LED들, SLD들, 또는 LD들일 수 있고, 상기 비극성 LED들, SLD들, 또는 LD들은 섬유 아연석(wurtzite) III족-질화물계 기판 또는 III족-질화물 이종-에피택셜 템플렛의 m-면 또는 a-면 상에 일반적으로 제조되고, 또한 상기 반극성 LED들, SLD들, 또는 LD들은 섬유 아연석 III족-질화물계 기판 또는 III족-질화물 이종-에피택셜 템플렛의 c-면, m-면, 및 a-면과는 다른 결정면 상에 일반적으로 형성된다. 결과적으로, 비극성 또는 반극성 LED들, SLD들, 또는 LD들의 발광 활성층은, III족-질화물의 c-축을 따라 성장한 극성 발광 다이오드 소자의 발광 활성층과 비교하여, 감소된 분극 유도 장(polarization induced field)들 및 감소된 양자 구속 스타르크 효과(quantum confined stark effect)을 나타낼 수 있다. 상기 분극 유도 장들은 활성층과의 계면들에서 일반적으로 감소된다.
상기 소자는 복수의 LED들, SLD들, 또는 LD들을 더 포함할 수 있고, 각각의 LED, SLD, 또는 LD는 다른 LED들, SLD들, 또는 LD들에 의하여 방출된 광과는 다른 색상 또는 파장을 가지는 편광된 광을 방출하고, 또한 다른 색상 또는 파장을 가지는 광의 조합은 편광된 백색 광이다.
또한, 대체적으로, 또는 추가적으로, 상기 소자는 단일 색상의 1차 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 LED들, SLD들, 또는 LD들을 더 포함할 수 있고, 또한 상기 1차 광에 의하여 광학적으로 펌핑될 때에, 2차 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 형광체들을 더 포함할 수 있고, 상기 1차 광과 상기 2차 광의 조합은 상기 1차 광과 동일한 편광을 가지는 편광된 백색 광이다.
상기 2차 광이 상기 1차 광의 편광을 가지도록, 상기 형광체들은 상기 1차 광의 편광을 유지하는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 형광체들은, 0.5 보다 큰 편광 비율을 가지는 2차 광을 방출하도록, 충분히 결정성이 될 수 있다.
따라서, 본 발명은 백색 발광 소자의 제조 방법 및 편광된 백색 광을 방출하는 방법을 개시하고, 상기 방법은 형광체 광을 방출하도록 하나 또는 그 이상의 형광체들을 여기하는 편광된 LED 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드들을 제공하는 단계를 포함하고, 상기 LED 광의 편광과 상기 형광체 광의 편광은 동일한 방향이다. 상기 하나 또는 그 이상의 LED들은, 하나 또는 그 이상의 형광체들에 의하여 긴 파장의 편광된 광으로 변환되는 짧은 파장의 편광된 광을 방출할 수 있고, 상기 짧은 파장의 편광된 광과 상기 긴 파장의 편광된 광의 결과적인 혼합은 백색 광으로서 나타난다.
본 발명은 백색 광을 방출하는 발광 장치를 더 개시하고, 상기 장치는, (a) 하나 또는 그 이상의 제1 파장들을 포함하고, 제1 편광 방향을 가지는 1차 광을 방출하는 제1 광원; (b) 하나 또는 그 이상의 제2 파장들을 포함하는 2차 광을 방출하는 제2 광원으로서, 상기 1차 광과 상기 2차 광은 백색 광을 형성하기 위하여 결합되는 상기 제2 광원; 및 (c) 상기 1차 광의 강도를 제어하는 편광기;를 포함하고, 상기 편광기의 회전은 상기 제1 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 편광기를 통하여 상기 1차 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어한다.
상기 제1 광원 및/또는 상기 제2 광원은 비극성 또는 반극성 III족-질화물계 LED와 같은 LED일 수 있다. 상기 제2 광원은 상기 제1 광원에 의하여 광학적으로 펌핑된 형광체일 수 있고, 상기 제1 광원은 청색 광을 방출하고, 상기 제2 광원은 황색 광을 방출한다. 대체적으로, 예를 들어, 상기 제1 파장들은 400 nm 내지 500 nm의 범위일 수 있고, 상기 제2 파장들은 500 nm 이상일 수 있다.
상기 발광 장치는 제2 편광 방향을 가지는 2차 광 및 상기 2차 광의 강도를 제어하는 추가적인 편광기를 더 포함하고, 상기 추가적인 편광기의 회전은 상기 2차 광의 상기 제2 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 추가적인 편광기를 통하여 상기 2차 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어한다.
상기 발광 장치는 하나 또는 그 이상의 추가적인 파장들을 포함하는 추가적인 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 추가적인 광원들을 더 포함하고, 개선된 색상 랜더링 특성들을 가지는 상기 백색 광을 형성하도록, 상기 1차 광, 상기 2차 광, 및 상기 추가적인 광이 결합된다. 이러한 경우에는, 상기 추가적인 광원은 추가적인 편광 방향을 가지고, 또한 상기 장치는, 상기 추가적인 광의 강도를 제어하는 추가적인 편광기를 더 포함하고, 상기 추가적인 편광기의 회전은 상기 추가적인 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 추가적인 편광기를 통하여 상기 추가적인 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어한다.
따라서, 본 발명은 백색 광을 방출하는 발광 장치를 제조하는 방법을 개시하고, 상기 방법은 (a) 하나 또는 그 이상의 제1 파장들을 포함하고 제1 편광 방향을 가지는 1차 광을 방출하는 제1 광원을 제공하는 단계; (b) 하나 또는 그 이상의 제2 파장들을 포함하는 2차 광을 방출하는 제2 광원을 제공하는 단계로서, 상기 1차 광과 상기 2차 광은 백색 광을 형성하기 위하여 결합되는 상기 제2 광원을 제공하는 단계; 및 (c) 상기 1차 광의 강도를 제어하는 편광기를 제공하는 단계;를 포함하고, 상기 편광기의 회전은 상기 제1 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 편광기를 통하여 상기 1차 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어하는 것을 특징으로 하는 백색 광을 방출한다.
본 발명은 편광 요소를 도입함에 따라 색상 랜더링 특성들(즉, 백색의 그림자)를 변화시킬 수 있는 백색 LED들을 생성하도록 LED의 편광 특성을 사용한다. 상업적으로 이용가능한 백색 LED들은 제조항 후에 고정된 색상 좌표를 가지므로, 본 발명은 LED의 제조를 종료한 후에 색상을 용이하게 변화시킬 수 있다.
도면들에서 동일한 부재 번호들은 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 부분을 지칭한다.
도 1(a)는 본 발명의 실시예에 따른 편광된 광을 방출하는 발광 소자의 개략적인 단면도이다.
도 1(b)는 본 발명의 실시예에 따른 편광된 광을 방출하는 발광 소자의 발광 활성층의 개략적인 단면도이다.
도 2(a)는 청색 광을 방출하는 반극성 (10-1-1) LED ((10-1-1) 면 상임) 및 황색 광을 방출하는 반극성 (11-22) LED ((11-22) 면 상임)를 포함하는 형광체가 없는 백색 램프의 상면 사진이고, 도 2(b)는 백색 램프 내의 반극성 (10-1-1) LED 및 반극성 (11-22) LED에 대한, 나노 미터(nm) 단위의 파장의 함수로서의 전계 발광(electroluminescence, EL) 강도(임의 단위, a.u.)의 그래프이고, 도 2(c)는 20 mA(milliamps) 구동 전류에 대한 446 nm에서의 적어도 16.4 mW(milliwatts)의 청색 광을 발광하는 반극성 (10-1-1) LED의 상면 사진이고, 도 2(d)는 20 mA 구동 전류에 대한 573 nm에서의 적어도 3.9 mW의 황색 광을 발광하는 반극성 (11-22) LED의 상면 사진이다.
도 3은 형광체를 포함하는 편광된 백색 광을 방츨하는 백색 발광 소자의 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 4는 예시적인 백색 LED의 발광 스펙트럼의 그래프이고, 파장(nm)의 함수로서 임의 단위(a.u.)로의 발광 강도를 도 (deg.)로 나타난 다른 편광기 각도들(90도, 60도, 30도 및 0도)에 대하여 도시한다(최상 곡선으로부터 최하 곡선까지임). 상기 각도들은 편광기 방위를 나타내고, 상기 스펙트럼은 황색 광(LED로부터 청색 광에 의하여 광학적으로 펌핑됨)을 발광하는 단결정 YAG:Ce 디스크와 결합된 III족-질화물계 m-면 청색 LED로부터 얻었고, 상기 측정은 백색 LED와 분광계(spectrometer) 사이에 편광기를 삽입하여 수행되었고, 또한 도 4는 광 구성요소들 양쪽(360 nm 내지 460 nm 범위의 파장을 가지고 방출하는 LED로부터의 청색 광 및 460 nm 내지 660 nm 범위의 파장을 가지고 방출하는 YAG 단결정 형광체로부터의 황색 광)이 동일한 편광 방향을 가짐을 명확하게 확인하고, YAG:Ce 결정으로부터의 황색 방출은 LED 청색 광의 편광을 유지하는 것을 제공한다.
도 5는 0도로부터 90도까지의 다른 편광기 각도들에 대한 파장의 함수로서 강도(a.u.)를 도시하는 그래프이고, 상기 비극성 LED에 의하여 방출되는 편광된 청색 광(400 nm 내지 500 nm 범위의 파장을 가짐)에 대하여 최상 곡선으로부터 최하 곡선까지(0도, 1 스텝, 2 스텝, 3 스텝, 4 스텝, 및 90도)이고, 상기 비극성 LED에 의하여 광학적으로 펌핑된 형광체에 의하여 방출되는 황색 광(500 nm 내지 800 nm 범위의 파장을 가짐)에 대하여 최상 곡선으로부터 최하 곡선까지(90도, 4 스텝, 3 스텝, 2 스텝, 1 스텝, 및 0도)이고, 여기에서 "스텝(step)"은, 분말 YAG:Ce 형광체들이 편광된 청색 LED와 결합되도록 사용될 때에, 0도에서 90도 범위의 편광기 각도의 증가에 상응하고, 상기 YAG으로부터의 황색 방출은 수직 방향으로 거의 편광되지 않거나 때때로 약하게 편광되고, 편광되지 않은 광은 본 발명의 명세서에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 유용하게 사용되지 않는다.
도 6은 형광체를 포함하는 조정가능한 백색 LED의 셋업의 개략적인 단면도이다.
도 7는 편광기의 다른 편광 각도들(각도들은 도(deg)로 측정됨)(
Figure pct00001
= 0도, 20도 40도, 60도, 80도, 및 90도)에 대한 형광체와 결합한 LED의 발광 스펙트럼을 도시하고, 다른 편광 각도들에 대한 파장(nm)의 함수로서 강도(a.u.)가 도시되어 있고, 비극성 LED에서 방출된 편광된 청색 광(400 nm 내지 500 nm의 파장을 가짐) (최상 곡선으로부터 최하 곡선까지
Figure pct00002
= 0도, 20도 40도, 60도, 80도, 및 90도)에 대하여 및 상기 비극성 LED에 의하여 광학적으로 펌핑될 때에, 형광체에 의하여 방출된 황색 광(500 nm 내지 800 nm의 파장을 가짐) (최하 곡선으로부터 최상 곡선까지
Figure pct00003
= 0도, 20도 40도, 60도, 80도, 및 90도)에 대함이다.
도 8(a)는 조정가능한 백색 광을 방출하는 발광 장치의 개략도이고, 렌즈, 광섬유, 및 상기 백색 광을 분석하는 분광계, 및 상기 발광 장치에 전력을 제공하는 전원 장치를 포함한다.
도 8(b)는 도 8(a)의 발광 장치 내의 비극성 청색 LED 및 반극성 황색 LED의 상면 사진이다.
도 8(c)는 도 8(a)의 장치를 이용하여 형성한 백색 광에 대한 x-색도 좌표(chromaticity co-ordinate)의 함수로서 y-색도 좌표를 다른 편광기 각도들 및 다른 샘플들에 대하여 도시한다: 1 mA 구동 전류에서 457 nm 에서 방출하는 청색 LED와 7 mA 에서 583 nm 에서 방출하는 황색 LED (삼각형들), 및 2 mA에서 467 nm 에서 방출하는 청색 LED와 26 mA에서 572 nm 에서 방출하는 황색 LED (사각형들)이고, 3600 K, 5000 K, 및 6500 K의 상기 연관된 색상 온도(CCT)가 또한 도시되어 있다.
도 8(d)는 본 발명의 발광 장치 내의 편광기의 회전을 개략적으로 도시한다.
도 8(e)는 도 8(a)의 발광 장치를 이용하여 얻은 도(deg.) 단위의 편광기 각도의 함수로서, 백색 광의 절대온도(K) 단위의 연관된 색상 온도를 도시한다.
도 9는 백색 발광 소자의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
하기의 바람직한 실시예의 설명에 있어서, 본 명세서의 부분을 구성하는 첨부된 도면들을 참조하기로 한다. 이러한 도면들은 본 발명이 구현될 수 있는 특정한 실시예를 도시하는 방식으로 도시되어 있다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 다른 실시예들도 구현가능하며, 구조적 변화들이 가능함을 이해할 수 있다.
개괄
본 발명을 이용하여, 편광된 백색 광은 편광되지 않은 광원들에 의하여 방출된 광으로부터 편광된 광을 생성하는 종래의 편광 소자들(예를 들어, 폴리머 막들)을 이용하지 않고 구현될 수 있다(광의 에너지의 일부를 흡수함에 따름). 본 발명은 높은 에너지 효율을 가지고 더 조밀하게 편광되는 백색 광원들을 생성하고, 이들은, 예를 들어 이미지 디스플레이들 액정 기술들의 기초로 하는 3차원 프로젝터들에 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 본 발명에서 청구하는 백색 발광 소자들의 편광 특성들을 개선하기 위하여 사용될 수 있는 모든 편광 요소들을 배제하는 것은 아니다.
본 발명을 사용함에 따라, 조정가능한 백색 광이 또한 구현될 수 있고, 최종 소비자는 편광 요소를 단순히 회전함에 따라 백색 광을 위한 선호를 변경할 수 있다. 본 발명은 제품들의 완전히 새로운 라인을 허용할 수 있고, 주로 소비자에 의하여 색조가 변화될 수 있는 백색 발광이다. 또한, 더 낮은 공차(tolerance)들이 백색 광의 색상 좌표들(color coordinates)에 대하여 사용될 수 있으므로 비용을 절감할 수 있고, 이는 이들이 후속 공정을 변화시킬 수 있다.
명명법
본 명세서에 사용된 용어 "(Al,Ga,In)N" 또는 III족-질화물은 단일 종들의 질화물들, 예를 들어 Al, Ga, 및 In 각각을 포함할 뿐만 아니라 이러한 III족 금속 종들의 2원계, 3원계, 및 4원계를 포함하여 넓게 구성되도록 의도된다. 이에 따라, 용어 (Al, Ga, In)N는 이러한 명명법에 포함되는 종들로서, 화합물들 AlN, GaN, 및 InN, 뿐만 아니라 3원계 화합물들, AlGaN, GaInN, 및 AlInN, 및 4원계 화합물들 AlGaInN을 포괄한다. (Ga, Al, In) 화합물 종들의 둘 또는 그 이상이 존재하는 경우에는, 화학량적인 특성들 뿐만아니라 "비화학량적(off-stoichiometric)"인 특성들(조성에서 나타나는 (Ga, Al, In) 구성 종들 각각의 상대적인 몰 분율에 대함)을 포함하는 모든 가능한 조성들이 본 발명의 넓은 범위에 포함될 수 있다. 이에 따라, GaN 물질들을 참조하여 본 명세서에서 본 발명의 논의는 다양한 다른 (Al, Ga, In)N 물질 종들을 형성함에 적용될 수 있음을 이해할 수 있다. 또한, 본 발명의 사상에 포함되는 (Al,Ga,In)N 물질들은 도판트들 및/또는 다른 불순물 또는 개재된 물질들의 부차적인 물질을 더 포함할 수 있다.
기술적 설명
편광된 백색 광 실시예
본 발명의 실시예는 형광체 물질들을 가지거나 가지지 않는 편광 감응 LED들, SLD들, 및 LD들을 이용하여 수행된다. LED들(SLD들 및 LD들을 또한 포함함)은 결정 성장 및 웨이퍼 물질들에 적용된 포토리소그래피 공정들을 통하여 형성된다. 특정한 결정면들(예를 들어, 비극성 면들 및 반극성 면들)은 편광된 발광을 야기하는 결정 비대칭을 가진다. 편광된 발광은 LED에 편광 요소를 적용함으로써 실험적으로 확인할 수 있고, 이에 따라 상기 편광 요소의 방위에 의존하여 상기 LED로부터 방출된 광의 강도의 사인 곡선 의존(sinusoidal dependence)을 나타낸다.
III족-질화물계 반도체 결정들은 섬유 아연석 구조들을 형성한다. 상기 섬유 아연석 구조는 두 가지 구성 요소인 육방정 격자이고, 극성 면들(c 면)은 육방정 프리즘 축(c 축)에 수직인 결정면들을 한정한다. 비극성 면들은 상기 c 축에 평행인 결정면들이다; 주 비극성 면들은 m (10-10) 및 a (11-20) 면들이다. 반극성 면들은 상기 c 축에 대하여 0도 또는 90도가 아닌 다른 각도를 이루는 모든 면들이다. 주 반극성 면들은 (10-1-1) 면, (10-1-3) 면, 및 (11-22) 면이다.
도 1(a)는 편광된 백색 광을 방출하는 백색 발광 다이오드 소자에 이용될 수 있는 발광 다이오드 소자(100)를 도시하며, 발광 다이오드 소자(100)는 편광된 광(102a, 102b) (예를 들어, 백색 광, 예를 들어, 단일 색상의 1차 광과는 통상적으로 다를 수 있고, 반드시 이러한 것은 아님)을 방출하는 LED, SLD, 또는 LD를 포함한다. 발광 다이오드 소자(100)는 비극성 또는 반극성이고, III족-질화물계 물질들을 포함하고, 섬유 아연석 III족-질화물계 기판(106) (또는 섬유 아연석 III족-질화물계 이종-에피택셜 템플렛)의 결정면(104) 상에 위치한다. 결정면(104)이 비극성 면(예를 들어, a-면 또는 m-면)인 경우에 있어서, 발광 다이오드 소자(100)는 비극성(non-polar)이다. 결정면(104)이 섬유 아연석 III족-질화물계 기판 또는 이종-에피택셜 템플렛(106)의 c 면, m 면, 및 a 면이 아닌 다른 면인 경우에 있어서, 발광 다이오드 소자(100)는 반극성(semi-polar)이다. 또한, 상기 III족-질화물계 물질의 방위(108)이 도시되어 있고, 화살표(108)는 비극성 발광 다이오드 소자(100)의 경우에는 III족-질화물의 비극성 축(예를 들어, m-축 또는 a-축) 방향을 나타내고, 반극성 발광 다이오드 소자(100)의 경우에는 다른 모든 축(c-축이 아님) 방향을 나타낸다.
Fig. 1(b)는 장벽층들(112, 114)(예를 들어 GaN) 사이에 위치한 III족-질화물 발광 활성 영역(110)(통상적으로 인듐 함유 양자 우물이며, 예를 들어 InGaN이고, 이에 한정되는 것은 아님)을 통상적으로 더 포함하는 발광 다이오드 소자(100)를 도시한다. 활성 영역(110)은 광(102a, 102b)을 방출한다. 층들(110, 112, 114)은 III족-질화물 n-형 층 및 III족-질화물 p-형 층 사이에 통상적으로 위치하고, 예를 들어 상기 n-형 층, p-형 층, 층들(110-114)은 기판(106) 상에 위치할 수 있다. 반극성 또는 비극성 발광 다이오드 소자(100)의 발광 활성층(110)은 III족-질화물의 c-축을 따라 성장한 극성 발광 다이오드 소자의 극성 발광 활성층과 비교하여, 감소된 분극 유도 장(polarization induced field)들 및 감소된 양자 구속 스타르크 효과(quantum confined stark effect)을 나타낼 수 있다. 상기 분극 유도 장들은 활성층(110)과의 계면들(116)에서 일반적으로 감소되며, 계면들(116)은 III족-질화물의 반극성 면 또는 비극성 면이다.
발광된 광(102a, 102b)은 편광되고, 통상적으로 방향(118)과 편광 비율로 선형적으로 편광된다. 상기 광의 편광 비율(
Figure pct00004
)은 통상적으로 하기와 같이 정의된다.
Figure pct00005
여기에서, Ia 및 Ib 은 각각 면 내(in-plane) 방향 a 및 방향 b에 평행한 분극(전기장들)을 가지는 광(102a, 102b)의 강도이고, 방향 a 및 방향 b는 각각에 대하여 수직이고 동일한 면 내에 위치한다(예를 들어, 소자의 최상 표면(120)에 평행하거나 또는 그 내에 위치하고, 이에 한정되는 것은 아님). 다시 말하면, Ia 는 방향 a 에 편광을 가지는 광(102a, 102b)의 강도이고, Ib 는 방향 b 에 편광을 가지는 광(102a, 102b)의 강도이다.
Figure pct00006
이 0인 경우에는, 즉 Ia = Ib 인 경우에는, 광(102a, 102b)은 편광되지 않는다. Ia 가 Ib 와 동일하지 않는 경우에는, 광(102a, 102b)은 (부분적으로) 선형적으로 편광된다. Ia 또는 Ib 이 0인 경우에는(즉,
Figure pct00007
이 1인 경우임), 광(102a, 102b)은 완전히 선형적으로 편광된다. 편광 비율의 등가적인 정의는 하기와 같다.
Figure pct00008
여기에서,
Figure pct00009
는 편광기의 편광 축 (상기 편광기는 광(102a)의 편광을 측정하기 위하여 사용됨)에 수직인 편광 요소를 가지는 광(102a)의 강도이고,
Figure pct00010
는 상기 편광기의 편광 축에 평행인 편광을 가지는 광의 강도이며, 이는 [6]에 설명되어 있다.
LED들은 많은 구성들에서 백색 광을 구현하도록 사용될 수 있다. 본 발명은 두 가지 방법들을 사용한다. 백색 광을 형성하도록 다른 색상들의 광을 각각 방출하는 다중 LED들 (또는 SLD들, LD들)의 조합; 및 파장 변환기로서 작용하는 통상의 형광체 (또는 다중 형광체들)과 결합된 LED (또는 SLD, LD, 또는 복수의 칩들)이다. 형광체들은 종종 특정한 파장들을 흡수하고 낮은 에너지(또는 긴 파장들)에서 광을 재방출하는 구형 입자들(그럼에도 불구하고, 이들은 더 큰 단결정일 수 있음)일 수 있다. 청색 LED 칩에 의하여 여기되는 황색 형광체의 이용은 백색 광을 형성하는 하나의 방법이다. 또한, 이는 본 발명의 일 실시예에서 사용된 방법이다. 청색 LED 칩은 편광된 광을 방출한다(즉, LED 자체는 편광된 광의 광원임). 상기 시스템이 적절하게 설계되는 경우에 있어서, 입사되는 여기 광의 편광을 유지하면서 형광체 물질들은 2차 광을 방출할 수 있다.
다중 LED들을 이용한 편광된 백색 광
도 2(a)는 복수의 발광 다이오드 소자들(200, 202)을 포함하는 백색 발광 다이오드 소자의 실시예를 도시하고, 각각의 발광 다이오드 소자(200)는 다른 발광 다이오드 소자들(202)에 의하여 방출된 광(206)과는 다른 색상 또는 파장을 가지는 편광된 광(204)을 방출하고(예를 들어, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, LED(200)는 청색 광(204)을 방출하고, LED(202)는 황색 광(206)을 방출함), 또한 다른 색상 또는 파장을 가지는 광(204, 206)의 조합은 편광된 백색 광(208)이다. 도 2(c) 및 도 2(d)는 각각 분리된 헤더들(210, 212) 상에 각각 위치한 LED들(200, 202)을 도시한다. 도 2(a)에 있어서, LED들(200, 202)은 동일한 헤더(214)에 위치할 수 있고, 병렬(216)로 와이어 본딩될 수 있다.
발생된 백색 광의 본질을 고려하면, 많은 다른 색상들을 형성하기 위하여, 선행하는 방법(복수의 LED들(200, 202)을 사용함)이, 예를 들어, LED들을 개별적으로 동작시킴에 따라 풀-칼라 프로젝터에 적합하다. 이러한 방법을 위하여, 모든 LED들은 적절하게 정렬될 필요가 있고, 이에 따라 각각의 LED(200, 202)로부터 방출되는 광(204, 206)의 편광은 동일한 방향이고, 액정 셔터 요소가 기능할 수 있다. 다른 실시예들은 다중 비극성 또는 반극성 발광 활성층들을 포함하는 하나의 LED를 성장하는 것을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 발광 활성층들 각각은 백색 광을 생성하도록 조합될 수 있는 광의 다른 색상들 및 파장들을 방출할 수 있고, 이는, 예를 들어, [5]에 설명되어 있다.
형광체들을 이용한 편광된 백색 광
도 3은 백색 발광 다이오드 소자를 도시하며, 상기 백색 발광 다이오드 소자는 단일 색상의 1차 광(primary light)(302)을 방출하는 발광 다이오드 소자(300); 및 1차 광(302)에 의하여 광학적으로 펌핑되는 경우에 2차 광(secondary light)(306)을 방출하는 하나 또는 그 이상의 형광체(phosphor)들(304)을 포함하고, 1차 광(302)과 2차 광(306)의 조합은 1차 광(302)과 동일한 편광 방향을 가지는 편광된 백색 광(308)이다. 도 3은 형광체(304)가 코팅된 발광 다이오드 소자(300)를 도시한다고 하여도, 형광체(304)는 발광 다이오드 소자(300)로부터 이격되어 위치할 수 있다.
형광체들을 이용하는 상기 방법은 단색 또는 다중 색상 디스플레이들의 액정 디스플레이에 적합하다. 이러한 방법을 이용하여 편광된 백색 광(308)을 구현하기 위하여, LED(들)(300) 및 형광체들(304)은 적절하게 정렬될 필요가 있다. 예를 들어, 단결정 YAG 형광체는 특정한 편광축(310)을 가지며, LED(300)의 편광축(312)에 대하여 수직이어야 한다. 폴리머 형광 막이 형광체(304)로서 이용되는 경우에 있어서, 그의 편광축(310) (종종 막의 신장에 의하여 결정됨)은 LED(300)의 편광축(312)에 평행일 필요가 있다. 도 3에 있어서, 편광축들(310, 312)은 종이의 면에 수직일 수 있다.
도 4는 광 구성요소들(상기 LED로부터 청색 광 및 상기 형광체로부터 황색 광) 모두가 동일한 편광을 가지는 경우를 나타내고, 도 5는 두 개의 색상 구성요소들(상기 LED로부터 청색 광 및 상기 형광체로부터 황색 광)이 다른 편광을 가지는 경우를 나타낸다. 도 4에 있어서, 선(L)의 좌측의 방출 강도는 명백함을 위하여 10배 확대되었다.
본 발명은 편광되지 않은 백색 광을 방출하는 모든 종래의 백색 광원들과 구별된다. 통상적으로, 편광된 광이 필요한 경우에는, 예를 들어, 액정 디스플레이들에 있어서, 불필요한 편광 요소들을 흡수하고 폐기하도록 편광된 요소(예를 들어, 폴리머 막들)을 이용하고, 이에 따라 50% 이상의 에너지 손실이 불가피하다. 본 발명은 이제까지 존재하지 않은 편광된 백색 광원을 개시한다. 상기 백색 광원은 이미 편광된 백색 광을 방출하고, 이에 따라 에너지 효율은 편광되지 않은 광원들을 기초로 하는 종래의 소자들에 비하여 매우 높을 수 있다. 또한, 본 발명은 편광 요소들을 제거함에 따라 광원들을 더 작게 만들 수 있다. 현재의 편광된 백색 발광 소자들의 편광 특성들이 개선될 필요가 있는 경우에 있어서, 편광기(예를 들어, 편광 폴리머 막들)가 개선될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 편광기에 의한 에너지 손실은 편광되지 않은 백색 광원들의 경우에 비하여 여전히 작고, 따라서, 본 발명의 잇점은 에너지 절약을 제공한다.
조정가능한 백색 광 실시예
본 발명의 실시예는 편광 요소와 함께 편광 감응 LED들을 이용하여 구현된다. LED들은 결정 성장 및 웨이퍼 물질들에 적용된 포토리소그래피 공정들을 통하여 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 특정한 결정면들(예를 들어 비극성 면들 및 반극성 면들)은 전자 전이 속도들의 방향성 의존에 기인하여, 광학 편광을 나타낸다. 편광 요소가 이러한 결정 면들 상에 성장한 LED와 함께 사용되는 경우에 있어서(또는 이러한 결정면들을 사용함), 상기 편광 요소의 방위에 의존하여 상기 LED로부터 방출된 광의 강도의 사인 곡선 의존을 얻을 수 있다. 그러나, 많은 다른 LED들(SLD들, LD들)을 이용할 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이, LED들은 파장 변환기와 같은 통상적인 형광체를 이용하거나, 또는 복수의 LED들을 이용하는 많은 다른 구성들로 편광된 백색 광을 구현하도록 이용될 수 있다.
형광체들을 이용한 조정가능한 백색 광
도 6은 본 발명의 조정가능한 백색 광의 일 예를 도시하고, 편광된 광을 방출하는 편광된 LED(600)는 종래의 LED 마운트(mount)(602) 상에 위치하고, 형광체 층(604)은 편광된 LED(600)의 최상부 상에 위치한다. 결과적인 장치(606)는 편광기(610)를 포함하는 공초점 현미경(confocal microscope)(608) 셋업의 하측에 위치한다.
공초점 현미경(608) 셋업은 편광기(610)의 다양한 각도에서 장치(606)로부터 방출된 광의 스팩트럼을 측정하기 위하여 이용된다. 이러한 스펙트럼은 도 7에 도시되어 있고, 다른 편광기 각도들,
Figure pct00011
, 에 대하여 파장과 강도의 함수로서, m-면 비극성 GaN 계 LED(600)에 의하여 방출된 광의 강도(LED(600)의 <0001> 방향과 평행하게 편광된 청색 광을 방출함) 및 황색 광을 발광하는 형광체(604)(m-면 비극성 GaN 계 LED(600)로부터 청색광에 의하여 광학적으로 펌핑되는 경우임)에 의하여 방출된 광의 강도를 도시한다(여기에서,
Figure pct00012
는 상기 편광기 축과 상기 LED의 <11-20> 방향 사이의 각도임). LED(600)에 의하여 방출된 청색 광 및/또는 형광체(604)에 의하여 방출된 황색 광이 편광기(610)를 통과한 후에, 도 7의 스펙트럼이 측정된다. 상기 청색 광과 상기 황색 광은 백색 광으로서 나타난다.
상기 청색 광이 편광되므로, 청색 LED 광의 강도는 다른 편광기 각도들에 따라 변화할 수 있고, 다른 색상 좌표들로 나타난다. 도 7에 있어서, 상기 편광기 각도는 편광기(610)의 편광 축과 m-면 GaN LED(600)의 <0001> 방향 사이의 각도이고, 상기 편광기 각도
Figure pct00013
는 0도 내지 90도 범위에서 변화하였고, 0도는 편광기(610)의 위치에 상응하고, 편광기(610)의 상기 편광 축은 LED(600)의 <0001> 방향에 수직이고, 또한, 상기 LED에 의하여 방출되는 광의 편광 방향이다. 따라서, 광의 편광이 편광기(610)의 편광 축과 평행한 경우에 있어서, 편광기(610)에 입사되는 실질적으로 모든 광은 편광기(610)를 통하여 전달된다. 도 7은, LED(600)로부터의 상기 청색 광이 편광되므로, 상기 백색 광의 청색 광 요소의 강도는 청색 광의 편광 방향과 정렬되거나 또는 정렬되지 않도록 편광기(610)의 편광 축을 회전하여 변화되는 것을 도시하고, 이에 따라 편광기(610)는 편광된 청색 광을 더 많이 또는 더 적게 차단하거나 전달한다.
따라서, 백색 광은 LED(예를 들어, 편광된 청색 광을 방출하는 m-면 GaN 계 LED)로부터 방출된 편광된 광과 상기 LED에 의하여 광학적으로 펌핑된 형광체(예를 들어, YAG 형광체)에 의하여 방출된 광의 조합에 의하여 얻을 수 있다. 상기 백색 광의 색상은, 예를 들어, 상기 편광기에 의하여 상기 청색 광을 소멸시킴에 따라, 변화할 수 있다(예를 들어, 차가운 백색(cool white)에서 따뜻한 백색(warm white으로). 상기 형광체들에 의하여 방출된 광은, 예를 들어, 상기 LED의 편광의 방위에 대하여 수직 또는 수평으로, 편광될 수 있다. 이것이 LED를 제조한 후에 조정될 수 있는 제1 백색 발광 LED이다.
다중 LED들을 이용한 조정가능한 백색 광
도 8(a)는 백색 광을 방출하는 발광 장치(800)를 도시하고, 상기 발광 장치는, (a) 하나 또는 그 이상의 제1 파장들을 포함하는 1차 광(804)을 방출하는 제1 광원(802) (예를 들어, LED)(도 8(b)에 도시됨); (b) 하나 또는 그 이상의 제2 파장들을 을 포함하는 2차 광(808)을 방출하는 제2 광원(806) (예를 들어, LED) (도 8(b)에 도시됨)으로서, 1차 광(804)과 2차 광(808)은 백색 광을 형성하도록 결합된(도 8(c)에 도시됨) 제2 광원(806); 및 1차 광(804)의 강도를 제어하고 및/또는 2차 광(818)의 강도를 제어하는 편광기(810)를 포함한다.
백색 광을 특정하기 위하여, 렌즈(812)(예를 들어 100 밀리미터의 초점 거리)가, 백색 광을 분광계(spectrometer)(816)에 전달하는 광섬유(814) 내로 백색광을 초점이 형성되도록 이용될 수 있다. PS1 및 PS2는 각각 LED들(802, 806)의 전원 장치이다. LED들(802, 806) 모두는 3 개의 렌즈를 가지는 단일 헤더(header)에 부착된다(다이들(802, 806)은 공통 네거티브를 공유함)
도 8(d)는 편광기(810)의 회전(818), 예를 들어, 광학 축(820)에 대한(광(804)의 전달 방향) 상기 회전에 의하여 1차 광(804)의 제1 편광 방향(824)에 대한 편광기(810)의 편광축(822)의 정렬을 변화하는 것을 도시하고, 편광기(810)를 통하여 1차 광(804)의 전달이 변화하고, 도 8(e)에 도시된 바와 같이 상기 백색 광의 색상 좌표(color coordinate) 또는 색조(hue)가 제어된다.
하나의 편광기(810)를 사용하는 것을 대신하여, 장치(800)는 2차 광(808)의 강도를 제어하기 위하여 추가적인 편광기를 더 포함할 수 있다(도 8(d)에 도시된 원리를 이용함). 또한, 상기 장치는 추가적인 광원들(예를 들어, 추가적인 LED들)을 더 포함할 수 있고, 1차 광(804), 2차 광(808), 및 추가적인 광원에서의 추가적인 광은 백색 광과 개선된 색상 랜더링 특성들을 형성하도록 결합된다. 추가적인 편광기(들)은 도 8(d)에 도시된 원리를 또한 사용하여 상기 추가적인 광의 강도를 제어하도록 사용될 수 있다.
제조 방법
도 9는 편광된 백색 광을 방출하는 백색 발광 소자를 제조하는 방법을 도시하는 흐름도이다. 상기 방법은 하나 또는 그 이상의 하기의 단계들을 포함한다.
블록 900은 하나 또는 그 이상의 제1 파장들을 포함하고, 제1 편광 방향을 가지는 1차 광을 방출하는 제1 광원을 제공하는 단계를 도시하며, 상기 제1 광원은, 예를 들어 편광된 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 제1 발광 다이오드 소자들이다. 상기 발광 다이오드 소자들은 하나 또는 그 이상의 LED들, SLD들, 또는 LD들일 수 있고, 예를 들어 III족-질화물계 물질들을 포함하는 비극성 또는 반극성 발광 다이오드 소자들일 수 있다. 상기 비극성 발광 다이오드 소자는 섬유 아연석 III족-질화물계 기판 또는 III족-질화물 이종-에피택셜 템플렛의 m-면 또는 a-면 상에 형성될 수 있다. 상기 반극성 발광 다이오드 소자는 섬유 아연석 III족-질화물계 기판 또는 III족-질화물 이종-에피택셜 템플렛의 c-면, m-면, 및 a-면과는 다른 결정면 상에 형성될 수 있다. 상기 III족-질화물 이종-에피택셜 템플렛들은 이종 기판들 상에 마련된 III족-질화물 결정 막들일 수 있다. 이종 기판들은 사파이어(sapphire), 스피넬(spinel), 실리콘(silicon), 갈륨비소(GaAs), 또는 유리(glass), 등과 같은 비-III족-질화물 물질들을 포함할 수 있다.
블록 902는 하나 또는 그 이상의 제2 파장들을 포함하는 2차 광을 방출하는 제2 광원을 제공하는 단계를 도시하고, 상기 1차 광과 상기 2차 광은 백색 광을 형성하기 위하여 결합될 수 있다. 상기 제2 광원은 하나 또는 그 이상의 형광체들일 수 있고, 상기 편광된 제1 광원의 광 또는 발광 다이오드 소자의 광은 하나 또는 그 이상의 형광체들이 형광체 광을 방출하도록 여기시키거나 또는 광학적으로 펌핑시키고, 또한 발광 다이오드 소자의 상기 광의 편광과 상기 형광체 광의 편광은 동일한 방향이다. 일 례에 있어서, 상기 발광 다이오드 소자들은 하나 또는 그 이상의 형광체들에 의하여 긴 파장의 편광된 광으로 변환되는 짧은 파장의 편광된 광을 방출하고, 상기 짧은 파장의 편광된 광과 상기 긴 파장의 편광된 광의 결과적인 혼합은 백색 광으로서 나타난다. 또는, 상기 제2 광원은 비극성 또는 반극성 III족-질화물계 LED와 같은 제2 발광 다이오드 소자일 수 있고, 상기 제2 발광 다이오드 소자는 상기 제1 발광 다이오드 소자들로부터 방출된 광과는 다른 색상 또는 파장을 가지는 편광된 광을 방출하고, 다른 색상 또는 파장을 가지는 광의 조합 및 상기 제1 발광 다이오드 소자들로부터 방출된 편광된 광은 편광된 백색 광이다.
블록 904는 상기 1차 광의 강도를 제어하는 제1 편광기를 제공하는 단계를 도시하고, 상기 편광기의 회전은 상기 제1 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 편광기를 통하여 상기 1차 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어한다.
블록 906은 상기 2차 광의 강도를 제어하는 추가적인 (또는 제2) 편광기를 제공하는 단계를 도시하고, 상기 추가적인 (또는 제2) 편광기의 회전은 상기 2차 광의 제2 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시킬 수 있고, 상기 추가적인 (또는 제2) 편광기를 통하여 상기 2차 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어한다(도 8(d)에 도시된 원리를 이용함).
블록 908은 하나 또는 그 이상의 추가적인 파장들을 포함하는 추가적인 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 추가적인 광원들을 제공하는 단계를 도시하고, 개선된 색상 랜더링(color rendering) 특성들을 가지는 백색 광을 형성하도록, 상기 1차 광, 상기 2차 광, 및 상기 추가적인 광이 결합될 수 있다.
블록 910은 추가적인 광의 강도를 제어하는 추가적인 (제3) 편광기를 제공하는 단계를 도시하고, 상기 추가적인 (제3) 편광기의 회전은 상기 추가적인 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시킬 수 있고, 상기 추가적인 (제3) 편광기를 통하여 상기 추가적인 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어한다.
블록 912는 상기 방법의 결과로서 백색 발광 소자를 도시한다. 그러나, 블록 900 내지 블록 910의 모든 단계들이 필요한 것은 아니다. 예를 들어, 백색 발광 소자는, 블록 900과 블록902 만을 이용하거나, 블록 900, 블록 902와 블록 904 만을 이용하거나, 블록 900, 블록 902, 블록 904와 블록 906 만을 이용하거나, 블록 900, 블록 902과 블록 908 만을 이용하거나, 블록 900, 블록 902, 블록 908과 블록910 만을 이용하여 형성할 수 있다.
가능한 변형들과 변화들
본 발명에 이용된 발광 다이오드 소자들은 LED들, LD들, 및 SLD들을 포함한다. SLD들은 LED들과 유사한 광전자 소자들이다. 종래의 LED들이 자발적인 방출을 이용하는 반면, SLD들은 활성화된 방출을 이용한다. 그럼에도 불구하고, SLD들은 캐비티 구조들을 가지지 않는 점에서 LD들과 다르다(LD들은 레이저 캐비티로부터 얻은 활성화된 방출을 이용함). 결과적으로, SLD들에서의 발광은 스팩트럼에서 좁으며 정합되지 않고, 이에 따라 레이저 프로젝션 디스플레이들의 영상 장애를 종종 생성하는 반점(speckle)이 억제된다. SLD들은 종종 LD들과 같은 에지 방출 소자들이고, 광학 편광은 그들의 소자 구조에 의하여 제공된 웨이브 가이드 효과에 기인하여 일반적으로 높다. 동일한 이유로서, 발광의 방향성은 LED들에 비하여 우수하고, 디스플레이 응용들에서 잇점이다. 그럼에도 불구하고, LD들은 본 발명의 기술을 기초로 하는 백색광을 형성하기 위하여 형광체들을 여기할 수 있고, 따라서 LD은 본 발명에 포함된다.
본 발명의 변형들은 하기의 것들을 포함한다: 다른 파장들에서의 반극성 및 비극성 LED들(GaN, InGaN, AlGaN, InN, AlN)의 이용, 편광기의 위치의 변화(형광체와 발광 칩 사이 또는 형광체 및 칩 모두를 지난 후에), 형광체의 위치의 변화(콘포말(conformal) 코팅, LED, SLD, 또는 LD 상에 직접적으로 적용함, 이격된 위치, 예를 들어 LED, SLD, 또는 LD 칩으로부터 형광체의 이격 위치 또는 공간적 분리) 및 형광체 층의 제거와 색상이 있고 편광된 칩들의 이용 등이다.
상기 형광체들은 어떠한 결정 구조를 가질 수 있고, 예를 들어, 단결정들 또는 단결정, 다결정체, 비정질체, 또는 박막 등일 수 있다. 상기 형광체들은 다른 물질들을 포함할 수 있고, 예를 들어, 형광 물질, 또는 하나 또는 그 이상의 가넷(garnet)계 물질들(예를 들어, YAG 또는 세륨(Ce) 도핑된 YAG)을 포함할 수 있다. 상기 형광체들은 통상적으로 상기 형광체를 광학적으로 펌핑하는 1차 광의 편광을 유지하는 구조를 가지며, 이에 따라 상기 형광체에 의하여 방출되는 2차 광은 상기 1차 광의 편광을 가진다. 예를 들어, 상기 형광체들은 0.5 보다 큰 편광 비율을 가지는 2차 광을 방출하도록 충분히 결정성이 될 수 있다.
상기 형광체들은 깨끗한 모재(clear matrix) 내에 부유(suspend)될 수 있다. 상기 깨끗한 모재는, 예를 들어 하나 또는 그 이상의 폴리머 시트들, 에폭시, 또는 유리, 또는 이와 유사한 물질, 등일 수 있다.
상기 형광체들은 하나 또는 그 이상의 높은 광추출 효율 구조들로 변형될 수 있고, 예를 들어 원형들, 원뿔형들, 로드형들(rods), 또는 격자형들(gratings) 등과 같으며, 상기 형광체들은 예를 들어 거칠게 될 수 있다.
LED들, SLD들, 또는 LD들을 포함하는 상기 발광 다이오드 소자들은 자외선(UV), 자색 광, 360 nm 내지 470 nm 범위의 파장들의 청색 광, 또는 500 nm 이상의 파장들의 광을 방출할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 광원에 의하여 방출된 제1 파장들은 400 nm 내지 500 nm 범위일 수 있고(예를 들어, 청색 광), 또한 상기 제2 광원에 의하여 방출된 제2 파장들은 500 nm 이상일 수 있다(예를 들어, 황색 광). 그러나, 다른 파장들을 방출하는 LED들, SLD들, 또는 LD들이 또한 사용될 수 있다.
장점들 및 개선점들
본 발명의 잇점들은 광원으로부터 편광되지 않은 발광이 사용되는 종래 기술에 비하여 편광된 백색광을 얻는 더 높은 효율성을 포함한다. 또한, 본 발명은 더 밀집된 편광된 백색 광원들을 가능하게 한다. LED 칩의 편광 특성을 이용하는 LED계 백색 발광이 없으므로, 본 발명은 새로운 기술이다.
참조 문헌들
하기의 참조 문헌들은 본 명세서에 참조로서 결합된다.
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[4] 편광된 광은 하기에 개시된 기술을 이용하여 LED들로부터 얻을 수 있다: H. Masui et al., Semicond. Sci. Technol. 23, 072001 (2008); 및 히사시 마수이(Hisashi Masui), 나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2008년5월7일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/051,279호의 "편광된 광원들로서 발광 다이오드들로부터 측벽 발광의 이용(UTILIZATION OF SIDEWALL EMISSION FROM LIGHT-EMITTING DIODES AS POLARIZED LIGHT SOURCES)," 대리인 문서 번호 30794.268 -US-P1 (2008-467-1).
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[6] 단결정 발광 물질 분극과 형광체 분극은 하기에 개시되어 있다: 나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년8월5일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/086,431호의 "액정 디스플레이들에의 사용을 위한 편광된 형광체 발광 스크린들과 연결된 선형 편광된 백 광원(LINEARLY POLARIZED BACKLIGHT SOURCE IN CONJUNCTION WITH POLARIZED PHOSPHOR EMISSION SCREENS FOR USE IN LIQUID CRYSTAL DISPLAYS)," 대리인 문서 번호 30794.282-US-P1 (2008-802-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 본 명세서와 동일자에 출원된 미국 특허출원번호 제xx/xxx,xxx호의 "액정 디스플레이들에의 사용을 위한 편광된 형광체 발광 스크린들과 연결된 선형 편광된 백 광원(LINEARLY POLARIZED BACKLIGHT SOURCE IN CONJUNCTION WITH POLARIZED PHOSPHOR EMISSION SCREENS FOR USE IN LIQUID CRYSTAL DISPLAYS)," 대리인 문서 번호 30794.282-US-U1 (2008-802-2).
[7] III족-질화물 비극성 LED들의 편광은 하기에 개시되어 있다: H. Masui et al., Jpn. J. Appl. Phys. 44, L1329 (2005); 히사시 마수이(Hisashi Masui), 히사시 야마다(Hisashi Yamada), 겐지 이소(Kenji Iso), 아사코 히라이(Asako Hirai), 마코토 사이토(Makoto Saito), 제임스 스펙(James S. Speck), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2008년2월1일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/025,600호의 "웨이퍼 비축 절단에 의한 질화물 발광 다이오드들의 광학 편광의 강화(ENHANCEMENT OF OPTICAL POLARIZATION OF NITRIDE LIGHT-EMITTING DIODES BY WAFER OFF-AXIS CUT)," 대리인 문서 번호 30794.260-US-P1 (2008-361-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 히사시 마수이(Hisashi Masui), 히사시 야마다(Hisashi Yamada), 겐지 이소(Kenji Iso), 아사코 히라이(Asako Hirai), 마코토 사이토(Makoto Saito), 제임스 스펙(James S. Speck), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2009년2월2일 출원된 미국 특허출원번호 제12/364,272호의 "웨이퍼 비축 절단에 의한 질화물 발광 다이오드들의 광학 편광의 강화(ENHANCEMENT OF OPTICAL POLARIZATION OF NITRIDE LIGHT-EMITTING DIODES BY WAFER OFF-AXIS CUT)," 대리인 문서 번호 30794.260-US-U1 (2008-361-2); 및 히사시 마수이(Hisashi Masui), 히사시 야마다(Hisashi Yamada), 겐지 이소(Kenji Iso), 제임스 스펙(James S. Speck), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 에 의하여 2008년2월1일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/025,592호의 "증가된 인듐 함량에 의한 질화물 발광 다이오드들의 광학 편광의 강화(ENHANCEMENT OF OPTICAL POLARIZATION OF NITRIDE LIGHT-EMITTING DIODES BY INCREASED INDIUM INCORPORATION)," 대리인 문서 번호 30794.259-US-P1 (2008-323-1)의 미국법 제35호(특허법)제119조(e)에 의거한 이익을 주장하는, 히사시 마수이(Hisashi Masui), 히사시 야마다(Hisashi Yamada), 겐지 이소(Kenji Iso), 제임스 스펙(James S. Speck), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2009년2월2일 출원된 미국 특허출원번호 제12/364,258호의 "증가된 인듐 함량에 의한 질화물 발광 다이오드들의 광학 편광의 강화(ENHANCEMENT OF OPTICAL POLARIZATION OF NITRIDE LIGHT-EMITTING DIODES BY INCREASED INDIUM INCORPORATION)," 대리인 문서 번호 30794.259-US-U1 (2008-323-2).
[8] III족-질화물 반극성 LED들의 편광과 잇점들은 하기에 개시되어 있다: H. Masui et al., J. Appl. Phys. 100, 113109 (2007); 및 히사시 마수이(Hisashi Masui), 나탈리 펠로우스(Natalie N. Fellows), 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars), 및 수지 나카무라(Shuji Nakamura)에 의하여 2008년8월12일 출원된 미국 임시특허출원번호 제61/088,251호의 "발광 소자들을 위한 갈륨 질화물계 섬유 아연석 반도체들의 (1122) 면을 이용하는 잇점(ADVANTAGES OF USING THE (1122) PLANE OF GALLIUM NITRIDE BASED WURTZITE SEMICONDUCTORS FOR LIGHT-EMITTING DEVICES)," 대리인 문서 번호 30794.278-US-P1 (2008-654-1).
[9] 웨이브 가이드 기술 및 편광된 광의 전달은 하기에 개시되어 있다: 히사시 마수이(Hisashi Masui), 수지 나카무라(Shuji Nakamura), 및 스티븐 덴바스(Steven P. DenBaars)에 의하여 2008년5월7일 출원된 미국 임시특허출원번호 제60/051,286호의 "웨이브 가이드 플레이트들을 유지하는 광학 편광의 도입(INTRODUCTION OF OPTICAL-POLARIZATION MAINTAINING WAVEGUIDE PLATES)," 대리인 문서 번호 30794.269-US-P1 (2008-468-1).
[10] 비극성 LED들의 디스플레이 적용의 가능성은 하기에 도시되고 개시되어 있다: H. Masui et al., J. Soc. Information Display 16, 571 (2008).
[11] 두 가지 색상들을 가지는 편광된 백색 LED들에 대하여 하기에 개시되어 있다: N. N. Fellows et al., "Dichromatic color tuning with InGaN-based light-emitting diodes," Appl. Phys. Lett. 93 121112 (2008).
결론
이는 본 발명의 바람직한 실시예의 설명에 대한 결론이다. 본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들의 상술한 설명은 이해와 설명을 위한 목적으로서 개시되어 있다. 개시된 정확한 형상으로 본 발명을 배제하거나 한정하려는 목적이 아님을 유의한다. 많은 변형들과 변화들이 상술한 가르침 내에서 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 상세한 설명에 의하여 한정되는 것이 아니고, 하기에 첨부된 청구항들에 의하여 한정된다.
100: 발광 다이오드 소자, 102a, 102b: 편광된 광, 104: 결정면,
106: 섬유 아연석 III족-질화물계 기판, 108: 방위, 110: 활성 영역,
112, 114: 장벽층, 116: 계면, 120: 표면

Claims (26)

  1. 편광된 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드들(LED들), 초발광 다이오드들(SLD들), 또는 레이저 다이오드들(LD들)을 포함하는 편광된 백색광을 방출하는 백색 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 LED들, SLD들, 또는 LD들은 III족-질화물계 물질들을 포함하는 비극성 또는 반극성 LED들, SLD들, 또는 LD들인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 비극성 LED들, SLD들, 또는 LD들은 섬유 아연석(wurtzite) III족-질화물계 기판 또는 III족-질화물 이종-에피택셜 템플렛(template)의 m-면 또는 a-면 상에 형성된 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 반극성 LED들, SLD들, 또는 LD들은 섬유 아연석 III족-질화물계 기판 또는 III족-질화물 이종-에피택셜 템플렛의 c-면, m-면 또는 a-면과는 다른 결정면 상에 형성된 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  5. 제 2 항에 있어서,
    III족-질화물의 c-축을 따라 성장한 극성 발광 소자의 발광 활성층과 비교하여, 감소된 분극 유도 장(polarization induced field)들 및 감소된 양자 구속 스타르크 효과(quantum confined stark effect)을 나타내는 상기 비극성 또는 반극성 LED들, SLD들, 또는 LD들의 발광 활성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 분극 유도 장들은 활성층과의 계면들에서 감소된 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  7. 제 1 항에 있어서,
    복수의 LED들, SLD들, 또는 LD들을 더 포함하고,
    각각의 LED, SLD, 또는 LD는 다른 LED들, SLD들, 또는 LD들에 의하여 방출된 광과는 다른 색상 또는 파장을 가지는 상기 편광된 광을 방출하고,
    다른 색상 또는 파장을 가지는 광의 조합은 편광된 백색 광인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 또는 그 이상의 LED들, SLD들, 또는 LD들은 단일 색상의 1차 광을 방출하고,
    상기 1차 광에 의하여 광학적으로 펌핑될 때에, 2차 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 형광체들을 더 포함하고,
    상기 1차 광과 상기 2차 광의 조합은 상기 1차 광과 동일한 편광(polarization)을 가지는 편광된 백색 광인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 2차 광이 상기 1차 광의 편광을 가지도록, 상기 형광체들은 상기 1차 광의 편광을 유지하는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 형광체들은, 0.5 보다 큰 편광 비율을 가지는 2차 광을 방출하도록, 충분히 결정성인 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자는, 상기 편광된 백색 광을 방출하도록, 상기 LED들, LD들, 또는 SLD들의 편광 특성을 이용하는 것을 특징으로 하는 백색 발광 소자.
  12. (a) 형광체 광을 방출하도록 하나 또는 그 이상의 형광체들을 여기하는 편광된 LED 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드들(LED들)을 제공하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 LED 광의 편광과 상기 형광체 광의 편광은 동일한 방향인 것을 특징으로 하는 편광된 백색 광을 방출하는 방법.
  13. (a) 하나 또는 그 이상의 형광체들에 의하여 긴 파장의 편광된 광으로 변환되는 짧은 파장의 편광된 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 발광 다이오드들(LED들)을 제공하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 짧은 파장의 편광된 광과 상기 긴 파장의 편광된 광의 결과적인 혼합은 백색 광으로서 나타나는 것을 특징으로 하는 편광된 백색 광을 방출하는 백색 발광 소자의 제조 방법.
  14. (a) 하나 또는 그 이상의 제1 파장들을 포함하고, 제1 편광 방향을 가지는 1차 광을 방출하는 제1 광원;
    (b) 하나 또는 그 이상의 제2 파장들을 을 포함하는 2차 광을 방출하는 제2 광원으로서, 상기 1차 광과 상기 2차 광은 백색 광을 형성하기 위하여 결합되는 상기 제2 광원; 및
    (c) 상기 1차 광의 강도를 제어하는 편광기;
    를 포함하고,
    상기 편광기의 회전은 상기 제1 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 편광기를 통하여 상기 1차 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표(color coordinate) 또는 색조(hue)를 제어하는 것을 특징으로 하는 백색 광을 방출하는 발광 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 광원은 발광 다이오드(LED)인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 LED는 비극성 또는 반극성 III족-질화물계 LED인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 광원은 발광 다이오드(LED)인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 LED는 비극성 또는 반극성 III족-질화물계 LED인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2 광원은 상기 제1 광원에 의하여 광학적으로 펌핑된 형광체인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 제1 광원은 청색 광을 방출하고,
    상기 제2 광원은 황색 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제1 파장들은 400 nm 내지 500 nm의 범위이고,
    상기 제2 파장들은 500 nm 이상인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 2차 광은 제2 편광 방향을 가지고,
    상기 장치는, 상기 2차 광의 강도를 제어하는 추가적인 편광기를 더 포함하고,
    상기 추가적인 편광기의 회전은 상기 2차 광의 상기 제2 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 추가적인 편광기를 통하여 상기 2차 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  23. 제 14 항에 있어서,
    하나 또는 그 이상의 추가적인 파장들을 포함하는 추가적인 광을 방출하는 하나 또는 그 이상의 추가적인 광원들을 더 포함하고,
    개선된 색상 랜더링(color rendering) 특성들을 가지는 상기 백색 광을 형성하도록, 상기 1차 광, 상기 2차 광, 및 상기 추가적인 광이 결합된 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 추가적인 광원은 추가적인 편광 방향을 가지고,
    상기 장치는, 상기 추가적인 광의 강도를 제어하는 추가적인 편광기를 더 포함하고,
    상기 추가적인 편광기의 회전은 상기 추가적인 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 추가적인 편광기를 통하여 상기 추가적인 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  25. (a) 제1 광원으로부터 하나 또는 그 이상의 제1 파장들을 포함하고 제1 편광 방향을 가지는 1차 광을 방출하는 단계;
    (b) 제2 광원으로부터 하나 또는 그 이상의 제2 파장들을 포함하는 2차 광을 방출하는 단계로서, 상기 1차 광과 상기 2차 광은 백색 광을 형성하기 위하여 결합되는 상기 2차 광을 방출하는 단계; 및
    (c) 편광기를 이용하여 상기 1차 광의 강도를 제어하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 편광기의 회전은 상기 제1 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 편광기를 통하여 상기 1차 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어하는 것을 특징으로 하는 백색 광을 방출하는 방법.
  26. (a) 하나 또는 그 이상의 제1 파장들을 포함하고 제1 편광 방향을 가지는 1차 광을 방출하는 제1 광원을 제공하는 단계;
    (b) 하나 또는 그 이상의 제2 파장들을 포함하는 2차 광을 방출하는 제2 광원을 제공하는 단계로서, 상기 1차 광과 상기 2차 광은 백색 광을 형성하기 위하여 결합되는 상기 제2 광원을 제공하는 단계; 및
    (c) 상기 1차 광의 강도를 제어하는 편광기를 제공하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 편광기의 회전은 상기 제1 편광 방향에 대하여 자신의 편광축의 정렬을 변화시키고, 상기 편광기를 통하여 상기 1차 광의 전달을 변화시키고, 상기 백색 광의 색상 좌표 또는 색조를 제어하는 것을 특징으로 하는 백색 광을 방출하는 발광 장치의 제조 방법.
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