KR20190002747A - 발광 장치 - Google Patents

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KR20190002747A
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제이알. 맥다니엘 도널드 엘.
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루미너스 디바이시즈, 아이엔씨.
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Abstract

발광 소자 어레이, 및 관련 부품, 프로세스, 시스템 및 방법이 개시된다.

Description

발광 장치{LIGHT EMITTING APPARATUS}
(관련 출원)
본 출원은, 2009년 10월 1일자로 출원되고 그 전체가 본 명세서에 원용되는 미국 가출원 제61/247,862호를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 발광 소자, 및 관련 부품, 프로세스, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 보통 백열 광원 및/또는 형광 광원보다 효과적으로 광을 제공할 수 있다. LED와 연관된 비교적 높은 전력 효율은 다양한 조명 적용에 있어서 LED를 사용하여 종래 광원을 대체하는 것에 대한 관심을 끌고 있다. 예를 들어, 일부 예에서 LED는 교통신호등으로서 사용되고 있으며 휴대폰 키패드 및 디스플레이를 조명하기 위해 사용되고 있다.
통상적으로, LED는 다수의 층으로 형성되며, 이들 층의 적어도 일부는 상이한 재료로 형성된다. 일반적으로, 이들 층에 대해 선택되는 재료와 두께는 LED에 의해 방출되는 광의 파장을 결정짓는다. 또한, 이들 층의 화학적 조성은 주입된 전하 캐리어를 비교적 효과적으로 광파워(optical power)로 변환하기 위해 (보통 양자 우물로 지칭되는) 지역으로 격리시키기 위해 선택될 수 있다. 일반적으로, 양자 우물이 성장되는 접합부의 일 측에 있는 층은 높은 전자 농도를 초래하는 도너(donor) 원자로 도핑되며(이러한 층은 보통 n-형 층으로 지칭됨), 반대 측에 있는 층은 비교적 높은 정공(hole) 밀도를 초래하는 억셉터 원자로 도핑된다(이러한 층은 보통 p-형 층으로 지칭된다).
LED를 준비하기 위한 보편적인 방법은 다음과 같다. 재료의 층이 웨이퍼 형태로 준비된다. 통상적으로, 이들 층은 유기-금속 화학기상증착법(MOCVD)과 같은 에피택셜 증착 기술을 사용하여 형성되며, 초기에 증착된 층은 성장 기판 상에 형성된다. 이들 층은 이후 전류 주입용 접점을 형성하기 위해 다양한 에칭 및 금속화 기술에 노출되며, 이어서 웨이퍼는 개별 LED 칩으로 분할된다. 대개, LED 칩은 패키징된다.
사용 중에, 전기 에너지는 대개 LED에 주입되며 이후 전자기 방사선(광)으로 변환되고, 그 일부가 LED로부터 추출된다.
종래 시스템은 발광 소자 어레이가 발광 면적(emitting area)이 동일하고 종종 그 표면의 종횡비가 동일한 발광 소자를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 네 개의 발광 소자로 구성된 어레이에서 각각의 발광 소자는 12㎟의 발광 면적을 가지며 3×4의 표면 종횡비를 갖는다. 이러한 시스템은, 특히 특정 컬러 포인트 또는 색도를 갖는 각각의 발광 소자를 선택하고 동시에 광출력을 최대화함으로써 특정 색상을 갖는 발광이 이루어질 때 최적하지 않은 발광 효율을 가질 수 있다.
도 3, 도 3a 및 도 3b는 종래 기술에 채용되는 멀티-칩 어레이에 대한 예시적인 발광 소자(LED) 다이 배향을 도시한다. 도 3은 한 줄로 배열되는 두 개의 LED(102, 104)를 구비하는 발광 소자 어레이(100)를 도시한다. LED(102)의 발광 면적은 LED(104)의 발광 면적과 동일하다. 도 3a는 2×2 행렬로 배열(즉, 2행 2열로 배열)되는 네 개의 LED(112, 114, 116, 118)를 구비하는 발광 소자의 어레이(110)를 도시한다. 이 어레이는 어레이 내의 각각의 LED가 상호 동일한 발광 면적을 갖도록[LED(112)의 발광 면적이 LED(114), LED(116) 및 LED(118)의 발광 면적과 동일하도록] 구성된다. 도 3b는 3×4 행렬로 배열(즉, 3행 4열로 배열)되는 열두 개의 LED(122, 123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133)를 구비하는 발광 소자의 어레이(120)를 도시한다. 이 어레이는 어레이 내의 각각의 LED가 상호 동일한 발광 면적을 갖도록[LED(122)의 발광 면적이 LED(123, 124, 125, 126, 127, 128, 129, 130, 131, 132, 133)의 발광 면적과 동일하도록] 구성된다.
본 발명은 발광 소자, 및 관련 부품, 프로세스, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 어레이 내의 발광 소자 중 적어도 하나가 어레이 내의 다른 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 모든 발광 소자가 서로 상이한 발광 면적을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 동일하지 않은 발광 면적을 갖는 두 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 세 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 LED 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 상기 발광 소자 어레이는 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 발광 소자가 상기 두 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 세 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 2열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 3열(one row and three columns)을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 세 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 상기 어레이의 세 개의 발광 소자가 서로 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 세 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 2열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 네 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 세 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 발광 소자가 상기 세 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 네 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 2열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 4열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 네 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 어레이 내의 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 가지며 상기 두 개의 발광 소자의 발광 면적이 상기 다른 두 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이하도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 네 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 2열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 4열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 네 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 두 개의 발광 소자는 서로 상이하며 상기 두 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 네 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 2열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 4열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 네 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 어레이의 네 개의 발광 소자가 서로 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 네 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 2열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 4열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 다섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 어레이 내의 네 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 발광 소자가 상기 네 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 다섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 5열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 다섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 세 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 가지며 상기 세 개의 발광 소자의 발광 면적이 상기 다른 두 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이하도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 다섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 5열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 다섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 세 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 두 개의 발광 소자는 서로 상이하며 상기 세 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 다섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 5열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 다섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 세 개의 발광 소자는 서로 상이하며 상기 두 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 다섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 5열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 다섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 가지며 첫 번째 두 개의 발광 소자의 발광 면적이 상기 다른 두 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이하도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 다섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 5열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 다섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 상기 어레이의 다섯 개의 발광 소자가 서로 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 다섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 행렬로 배열되거나, 또는 1행 5열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 상기 어레이 내의 다섯 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 발광 소자가 상기 다섯 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 네 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 가지며 상기 네 개의 발광 소자의 발광 면적이 상기 다른 두 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이하도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 네 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 두 개의 발광 소자는 서로 상이하며 상기 네 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 네 개의 발광 소자는 서로 상이하며 상기 두 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 세 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 세 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 가지며 상기 세 개의 발광 소자의 발광 면적이 상기 다른 세 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이하도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 세 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 세 개의 발광 소자는 서로 상이하며 상기 세 개의 발광 소자의 발광 면적과 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고 다른 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 가지며 다른 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적을 갖고, 각각의 발광 소자 쌍의 발광 면적은 서로 상이하도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적(면적 1)을 갖고 다른 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적(면적 2)을 갖지만 다른 두 개의 발광 소자는 동일하지 않은 발광 면적(면적 3 및 면적 4)을 갖고 발광 면적 1, 2, 3, 4는 상호 동일하지 않도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 세 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적(면적 1)을 갖고 다른 두 개의 발광 소자가 동일한 발광 면적(면적 2)을 가지며 다른 발광 소자가 각각의 발광 소자 쌍과 상이한 발광 면적(면적 3)을 갖고 발광 면적 1, 2, 3은 상호 동일하지 않도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 여섯 개의 발광 소자를 포함한다. 상기 발광 소자 어레이는 상기 어레이의 여섯 개의 발광 소자가 서로 상이한 발광 면적을 갖도록 구성된다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 여섯 개의 발광 소자는 랜덤하게 배열되거나, 2행 3열을 갖는 장방형 행렬로 배열되거나, 또는 1행 6열을 갖는 장방형 행렬로 배열될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED, 및 백색 LED 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 상기 어레이는 녹색 LED의 발광 면적에 대한 적색 LED의 발광 면적의 비율이 0.7 내지 1.3의 범위에 있도록 구성된다. 일부 경우에, 상기 어레이는 적색 LED의 발광 면적에 대한 청색 LED의 발광 면적의 비율이 0.15 내지 0.75의 범위에 있도록 구성된다. 일부 경우에, 상기 어레이는 녹색 LED의 발광 면적에 대한 청색 LED의 발광 면적의 비율이 0.15 내지 0.75의 범위에 있도록 구성된다. 일부 경우에, 상기 어레이는 백색 LED의 발광 면적에 대한 청색 LED의 발광 면적의 비율이 0.3 내지 0.9의 범위에 있도록 구성된다. 일부 경우에, 상기 어레이는 적색 LED의 발광 면적에 대한 백색 LED의 발광 면적의 비율이 0.45 내지 1.05의 범위에 있도록 구성된다. 일부 경우에, 상기 어레이는 녹색 LED의 발광 면적에 대한 백색 LED의 발광 면적의 비율이 0.45 내지 1.05의 범위에 있도록 구성된다. 어레이는 상기 비율 전부를 포함하는 상기 발광 면적의 비율 중 하나 또는 그 임의의 조합을 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 시스템은 기판 및 상기 기판에 의해 지지되는 발광 소자 어레이를 구비한다. 상기 발광 소자 어레이는 약 12㎟의 발광 면적을 갖는 적색 LED, 약 12㎟의 발광 면적을 갖는 녹색 LED, 약 5.4㎟의 발광 면적을 갖는 청색 LED, 및 약 9㎟의 발광 면적을 갖는 백색 LED로 구성된다.
일부 실시예는 기판 및 발광 소자 어레이를 구비하는 패키지를 더 포함할 수 있다. 상기 패키지는 발광 소자로부터 나와서 층 상에 부딪치는 광의 약 75% 이상이 층을 통과하도록 구성된 층을 가질 수 있으며, 상기 층은 발광 소자 어레이의 표면과 상기 발광 소자 어레이의 표면에 가장 가까운 층의 표면 사이의 거리가 약 5 미크론 내지 약 400 미크론이도록 배치된다.
일부 실시예에서, 발광 소자 어레이는 동일하지 않은 발광 면적을 갖는 임의의 주어진 LED 쌍에서 큰 LED의 발광 면적에 대한 작은 LED의 발광 면적의 비율이 0.07 내지 0.96의 범위에 있도록 구성된다.
일부 실시예에서, 발광 소자 어레이는 2*N 개의 발광 소자로 구성될 수 있으며, 여기에서 N은 양의 정수이고, 상기 2*N 개의 발광 소자는 N행 2열을 갖는 장방형 행렬로 배열된다.
일부 실시예에서, 발광 소자 어레이는 외주에 의해 규정되는 면적에 대한 발광 소자 어레이의 발광 소자 전체의 총면적 합계의 비율이 약 0.75 이상이도록 배치된다.
일부 실시예에서, 발광 소자 어레이는 어레이 내의 이웃하는 발광 소자의 최근접 에지 사이의 간격이 200 미크론 이하이도록 배치된다.
일부 실시예에서, 동일한 발광 면적을 갖는 발광 소자는 또한 상이한 표면 종횡비를 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 발광 소자 어레이 내의 발광 소자 중 적어도 하나는 광 발생 지역에 의해 지지되는 제1 층을 구비하는 복수 재료의 다층 스택을 구비할 수 있다. 제1 층의 표면은 광 발생 지역에 의해 발생된 광이 발광 소자로부터 제1 층의 표면을 거쳐서 나올 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 층의 표면은 패턴에 따라 공간적으로 변경되는 유전 함수를 가질 수 있다. 패턴은 제로 이상의 값을 갖는 이조(離調: detuning) 파라미터와 이상 격자 상수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 비주기적 패턴에 따라 공간적으로 변경되는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 준결정 패턴에 따라 공간적으로 변경되는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 복합 주기적 패턴에 따라 공간적으로 변경되는 유전 함수를 가질 수 있다. 제1 층의 표면은 주기적 패턴에 따라 공간적으로 변경되는 유전 함수를 가질 수 있다.
발광 소자는 약 1㎜ 이상 길이의 에지를 가질 수 있다. 발광 소자는 약 1.5㎜ 이상인 에지를 가질 수 있다.
상기 층은 적어도 하나의 광학 부품을 구비할 수 있다. 상기 광학 부품은 광 격자, 컬러 필터, 편광 선택층, 파장 변환층 및/또는 반사방지 코팅을 구비할 수 있다.
상기 패키지는 히트 싱크 층을 더 구비할 수 있다. 상기 패키지는 히트 싱크 장치 상에 장착될 수 있다. 상기 패키지는 히트 싱크 장치 상에 장착될 수 있다. 상기 패키지는 패키지 기판을 구비할 수 있다. 패키지 기판은 Al, N, Cu, C, Au 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 상기 패키지는 열전 냉각기 상에 장착될 수 있다. 발광 소자는 발광 다이오드일 수 있다. 발광 다이오드는 광격자 발광 다이오드일 수 있다. 발광 소자는 면발광 레이저(surface emitting laser)일 수 있다. 발광 소자는 발광 다이오드, 레이저, 광증폭기 및/또는 그 조합일 수 있다. 발광 소자는 OLED, 평면발광 LED, HBLED 및/또는 그 조합일 수 있다. 상기 시스템은 사용 중에 발광 다이오드의 온도를 조절하도록 구성된 냉각 시스템을 더 구비할 수 있다.
발광 소자 어레이는 전기적으로 직렬 연결되는 복수의 발광 소자를 구비할 수 있다. 발광 소자 어레이는 전기적으로 병렬 연결되는 복수의 발광 소자를 구비할 수 있다.
본 발명의 특징 및 장점은 명세서, 도면 및 청구범위에 나타나 있다.
일부 실시예에서는, 광속(luminous flux)을 최대화하면서 전체 다이 면적 및 장치 접합 온도를 최소화하기 위해 LED 시스템을 최적화하는 방법이 개시된다. 이 방법은 시스템이 최적화되는 백색점(white point)을 선택하는 단계, 백색 LED에 대한 컬러 빈(color bin)을 선택하는 단계, 타겟 최적 백색점(target optimized white point)을 달성하기 위해 얼마의 적색, 녹색, 청색 및 백색 루멘이 필요한지를 연산하는 단계, 해공간(solution space)을 더 제약하기 위해 각각의 원색에 대해 최소 광속 임계치를 확립하는 단계, 각각의 LED에 대해 전류 밀도에 대한 광속의 의존성을 결정하는 단계, 각각의 LED에 대해 전력에 대한 다이 온도의 의존성을 결정하는 단계, 및 광속을 최대화하고 시스템의 전체 다이 면적을 최소화하면서 각각의 LED에 대해 다이 면적 및 다이 접합 온도를 최적화함으로써 색도에 대한 최적화를 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 개요 및 하기 상세한 설명은 첨부도면과 함께 검토할 때 더 잘 이해될 것이다. 본 발명을 예시하기 위해, 현재 바람직한 실시예가 도면에 도시되어 있다. 그러나 본 발명은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되지 않는 것을 알아야 한다.
도 1은 발광 시스템의 개략도이다.
도 2는 패키징된 발광 소자의 단면도이다.
도 3은 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 3a는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 3b는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 4는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 5는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 5a는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 6은 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 6a는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 7은 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 7a는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 8은 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 8a는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 9는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 9a는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 10은 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 10a는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 10b는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 11은 패키징된 발광 소자의 단면도이다.
도 12는 긴밀하게 패킹된 구조를 형성하는 발광 소자 어레이의 평면도이다.
도 13은 시스템 최적화 방법에 대응하는 블록선도이다.
도 1은 LED(100)의 어레이(60)가 통합된 발광 시스템(50)의 개략도이다. 어레이(60)는 사용 중에 LED(100)로부터 나오는 광이 시스템(50)으로부터 나오도록 구성된다.
발광 시스템의 예로는 프로젝터(예를 들면, 후방 투사 프로젝터, 전방 투사 프로젝터), 휴대용 전자 기기(예를 들면, 휴대폰, 휴대용 개인정보 단말기, 랩탑 컴퓨터), 컴퓨터 모니터, 대면적 표식(large area signage)(예를 들면, 고속도로 표식), 차량 내부 조명(예를 들면, 계기판 조명), 차량 외부 조명(예를 들면, 컬러 교체형 헤드라이트를 포함하는 차량 헤드라이트), 일반 조명(예를 들면, 사무실 오버헤드 조명), 고휘도 조명(예를 들면, 가로등), 카메라 플래시, 의료 기기(예를 들면, 내시경), 전기통신(예를 들면, 단거리 데이터 전송을 위한 플라스틱 섬유), 보안 감지(예를 들면, 생체인증), 집적 광전자(예를 들면, 인트라칩 및 인터칩 광학 상호접속 및 광학 클로킹), 군사 분야 통신(예를 들면, 2점간 통신), 바이오센싱(예를 들면, 유기물 또는 무기물의 광검출), 광역학 치료(예를 들면, 피부 치료), 야시(night vision) 안경, 태양 전지식 교통 조명, 비상 조명, 공항 활주로 조명, 항공기 조명, 수술 안경, 착용식 광원(예를 들면, 구명조끼)이 포함된다. 후방 투사 프로젝터의 일 예는 후방 프로젝터 텔레비전이다. 전방 투사 프로젝터의 일 예는 스크린 또는 벽과 같은 표면 상에 표시하기 위한 프로젝터이다. 일부 실시예에서, 랩탑 컴퓨터는 전방 투사 프로젝터를 구비할 수 있다.
도 2는 패키징된 다이 형태의 LED(100)의 측면도이다. LED(100)는 서브마운트(submount)(120) 상에 배치되는 다층 스택(122)을 구비한다. 다층 스택(122)은 그 상면(110)에 개구(150) 패턴을 갖는 320nm 두께의 규소 도핑된(n-도핑된) GaN 층(134)을 구비한다. 다층 스택(122)은 또한, 접합층(124), 100nm 두께의 은 층(126), 40nm 두께의 마그네슘 도핑된(p-도핑된) GaN 층(128), 다수의 InGaN/GaN 양자 우물로 형성된 120nm 두께의 광-발생 지역(130), 및 AlGaN 층(132)을 구비한다. 층(134) 상에는 n-측 접촉 패드(136)가 배치된다. 패키징된 LED(100)는 또한, 패키지 기판(151) 및 상기 기판(151)에 의해 지지되는 금속화 부분(152, 138)을 구비한다. 금속화 부분(152)은 커넥터(156), 예를 들어 와이어 본드를 사용하여 n-측 접점(136)에 전기적으로 연결된다. 금속화 부분(138)은 전도성 서브마운트(120)와 전기 접촉하며, p-도핑된 층(128)으로의 전류 경로를 형성한다. 프레임(142)은 기판(151)에 의해 지지된다. 프레임(142)은 투명 커버(140)를 지지한다. 통상적으로, 투명 커버(140)는 LED(100)로부터 나와서 투명 커버(140)에 부딪치는 광의 약 60% 이상(예를 들면, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 약 90% 이상, 약 95% 이상)을 투과시키는 재료로 형성된다.
광은 LED(100)에 의해 다음과 같이 발생된다. P-측 접점(138)은 n-측 접점(136)에 대해 양 전위로 유지되며, 이는 전류가 LED(100)에 주입되게 한다. 전류가 광-발생 지역(130)을 통과함에 따라, n-도핑된 층(134)으로부터의 전자는 p-도핑된 층(128)으로부터의 정공과 지역(130)에서 조합되며, 이는 지역(130)이 광을 발생하게 한다. 광-발생 지역(130)은 광-발생 지역(130)을 형성하는 재료의 파장 특징의 스펙트럼으로 지역(130) 내에서 (예를 들어, 등방성으로) 발광하는 다수의 점쌍극자 방사선 소스를 포함한다. InGaN/GaN 양자 우물에 있어서, 지역(130)에 의해 발생된 광의 파장의 스펙트럼은 약 445 나노미터의 피크 파장, 및 약 30nm의 반값전폭(full width at half maximum: FWHM)을 가질 수 있다.
p-도핑된 층(126) 내의 전하 캐리어는 n-도핑된 반도체 층(134) 내의 전하 캐리어에 비해 상대적으로 낮은 이동성을 갖는 것에 유의해야 한다. 그 결과, p-도핑된 층(128)의 표면을 따라서 은 층(126)(전도성)을 배치하는 것은 접점(138)으로부터 p-도핑된 층(128) 및 광-발생 지역(130)으로의 전하 주입의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이는 또한 소자(100)의 전기 저항을 감소시키고 및/또는 소자(100)의 주입 효율을 증가시킬 수 있다. n-도핑된 층(134)의 상대적으로 높은 전하 캐리어 이동성 때문에, 전자는 층(134) 전체에 걸쳐서 n-측 접촉 패드(136)로부터 비교적 빠르게 퍼져나갈 수 있으며, 따라서 광-발생 지역(130) 내의 전류 밀도는 지역(130)에 걸쳐서 실질적으로 균일하다. 은 층(126)은 상대적으로 높은 열전도성을 가지며 따라서 층(126)은 LED(100)용 히트 싱크[다층 스택(122)으로부터 서브마운트(120)로 열을 수직 전달하기 위함]로서 작용할 수 있다는 것에도 유의해야 한다.
지역(130)에 의해 발생되는 광의 적어도 일부는 은 층(126)을 향해서 인도된다. 이 광은 층(126)에 의해 반사되어 LED(100)로부터 표면(110)을 거쳐서 나올 수 있거나, 또는 층(126)에 의해 반사된 후 표면(110)을 거쳐서 LED(100) 내의 반도체 재료 내에 흡수될 수 있거나, 또는 층(126)에 의해 반사된 후 LED(100) 내의 반도체 재료 내에 흡수되어, 지역(130)에서 조합될 수 있는 전자-정공 쌍을 생성함으로써 지역(130)이 광을 발생하게 할 수 있다. 마찬가지로, 지역(130)에 의해 발생되는 광의 적어도 일부는 패드(136)를 향해서 인도된다. 패드(136)의 하측은 광-발생 지역(130)에 의해 발생된 광의 적어도 일부를 반사시킬 수 있는 재료(예를 들면, Ti/Al/Ni/Au 합금)로 형성된다. 따라서, 패드(136)로 인도되는 광은 패드(136)에 의해 반사되고 이후 [예를 들어, 은 층(126)으로부터 반사됨으로써] 표면(110)을 거쳐서 LED(100)로부터 나올 수 있거나, 또는 패드(136)로 인도되는 광은 패드(136)에 의해 반사된 후 LED(100) 내의 반도체 재료 내에 흡수되어, 지역(130)에서 조합될 수 있는 전자-정공 쌍을 생성함으로써 지역(130)이 광을 발생하게 할 수 있다[예를 들어, 은 층(126)에 의해 반사되거나 또는 반사되지 않은 상태로].
도 2에 도시하듯이, LED(100)의 표면(110)은 편평하지 않지만, 개구(150) 패턴으로 구성된다. 일반적으로, 개구(150)의 깊이, 개구(150)의 직경에 대해 다양한 값이 선택될 수 있으며, 가장 이웃한 개구(150) 사이의 간격은 변경될 수 있다. 표면으로 전사되는 패턴의 예로는 발광 소자로부터의 추출 효율을 증가시킬 수 있는 다양한 패턴이 포함된다. 예를 들어, 이조된 준결정 또는 복합 주기 구조를 갖는 패턴, 주기적 패턴, 및 비주기적 패턴이 포함된다. 복합 주기 패턴은 각각의 유닛 셀에 주기적으로 반복되는 하나보다 많은 특징부를 갖는 패턴이다. 복합 주기 패턴의 예로는 벌집 패턴, 벌집 베이스 패턴, (2×2) 베이스 패턴, 링 패턴, 및 아르키메데스 패턴이 포함된다. 복합 주기 패턴은 하나의 직경을 갖는 특정 개구, 및 작은 직경을 갖는 다른 개구를 가질 수 있다. 본 명세서에서 언급되듯이, 비주기적 패턴은 지역(130)에 의해 발생되는 광의 피크 파장의 50배 이상인 길이를 갖는 단위 셀 위에서 병진 대칭을 전혀 갖지 않는 패턴이다. 비주기적 패턴의 예로는 비주기적 패턴, 준결정성 패턴, 로빈슨(Robinson) 패턴, 및 암만(Amman) 패턴이 포함된다. 본 명세서에서 언급될 때, 이조 패턴은 패턴 내의 가장 가까운 이웃이 (a-Δa)와 (a+Δa) 사이의 값을 갖는 중심간 거리를 갖는 패턴이며, 여기에서 "a"는 패턴에 대한 격자 상수이고 "Δa"는 길이 치수를 갖는 이조 파라미터이며, 이조는 랜덤한 방향으로 일어날 수 있다. LED(100)로부터의 광 추출을 증진시키기 위해서, 이조 파라미터(Δa)는 일반적으로 이상 격자 상수(a)의 약 1퍼센트 이상(예를 들면, 약 2퍼센트 이상, 약 3퍼센트 이상, 약 4퍼센트 이상, 약 3퍼센트 이상, 약 5퍼센트 이상)이다. 일부 실시예에서, 가장 가까운 이웃 간격은 (a-Δa)와 (a+Δa) 사이에서 실질적으로 랜덤하게 변경되며, 따라서 패턴은 실질적으로 랜덤하게 이조된다.
도 4, 도 5, 도 5a, 도 6, 도 6a, 도 7, 도 7a, 도 8, 도 8a, 도 9, 도 9a, 도 10, 도 10a, 도 10b, 도 11, 도 12는 멀티-칩 어레이에 대한 다이 배향을 도시하는 본 발명의 몇 가지 예시적인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예는 하나 이상의 발광 소자가 동일하지 않은 발광 면적을 갖는 발광 소자 어레이를 구비한다. 도시하듯이, 발광 면적은 광이 발광될 때 통과하는 표면(예를 들면, 소자의 상면)의 면적일 수 있다. 이는 필요한 설계 광도(루멘) 및 컬러 포인트 또는 색도를 달성하면서 어레이로부터의 효율을 개선시킬 수 있으며, 결국 종래 기술에서 사용되는 것보다 효과적이고 확실한 시스템이 얻어진다.
본 발명에 따른 다른 어레이 배열이 가능함을 알아야 한다.
이들 실시예 전부에서 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자, 및 그 조합 중에서 임의의 하나 이상을 구비할 수 있음에 유의해야 한다. 도 4는 한 줄로 배열된 두 개의 LED(132, 134)를 구비하는 발광 소자 어레이(130)를 도시한다. LED(132)의 발광 면적은 LED(134)의 발광 면적과 동일하지 않음에 유의해야 한다. 도 5는 한 줄로 배열된 세 개의 LED(142, 144, 146)를 구비하는 발광 소자 어레이(140)를 도시한다. 어레이 내의 모든 LED는 상호 동일하지 않은 발광 면적을 갖는다. 도 5a는 2×2 행렬로 배열된(즉, 2행 2열로 배열된) 세 개의 LED(152, 154, 156)를 구비하는 발광 소자 어레이(150)를 도시하며, 각각의 LED의 발광 면적은 상호 동일하지 않다. 도 6은 한 줄로 배열된 세 개의 LED(162, 164, 166)(즉, 1행 3열로 배열된)를 구비하는 발광 소자 어레이(160)를 도시하며, LED(164)의 발광 면적은 LED(166)의 발광 면적과 동일하고 LED(162)의 발광 면적과 동일하지 않다. 도 6a는 2×2 행렬로 배열된(즉, 2행 2열로 배열된) 세 개의 LED(172, 174, 176)를 구비하는 발광 소자 어레이(170)를 도시하며, LED(174)의 발광 면적은 LED(176)의 발광 면적과 동일하고 LED(172)의 발광 면적과 동일하지 않다. 도 7은 2×2 행렬로 배열된(즉, 2행 2열로 배열된) 네 개의 LED(182, 184, 186, 188)를 구비하는 발광 소자 어레이(180)를 도시하며, 각각의 LED의 발광 면적은 서로 다르다. 상기 어레이는 적색, 녹색, 청색, 백색, 자외선 발광 소자, 또는 그 조합으로 형성될 수 있다. 예를 들어, LED(182)는 적색 LED일 수 있고, LED(184)는 녹색 LED일 수 있으며, LED(186)는 청색 LED일 수 있고, LED(188)는 백색 LED일 수 있다. 각각의 LED에 대한 컬러의 선택은 어레이 내에서의 LED의 각 위치에 의해 제한되지 않는다[즉, 예를 들어 적색 LED는 LED(182) 또는 LED(184) 또는 LED(186) 또는 LED(188)일 수 있다]. 어레이 내의 네 개의 LED 전부가 동일한 색상일 수 있다[예를 들어, LED(182, 184, 186, 188)가 모두 적색 LED이다]. 어레이 내의 발광 소자는 도 7a에 도시하듯이 한 줄로 배열될 수 있다. 도 8은 2×2 행렬로 배열된(즉, 2행 2열로 배열된) 네 개의 LED(202, 204, 206, 208)를 구비하는 발광 소자 어레이(200)를 도시한다. LED(202, 204)의 발광 면적은 상호 동일하며, LED(206, 208)의 발광 면적은 상호 동일하지만 LED(202, 204)의 발광 면적과 상이하다. 어레이 내의 발광 소자는 도 8a에 도시하듯이 한 줄로 배열될 수 있다. 도 9에 도시된 다른 실시예에서, 발광 소자 어레이(220)는 2×2 행렬로 배열된 네 개의 LED를 구비하며, LED(226, 222, 228)의 발광 면적은 상호 동일하며 LED(224)의 발광 면적과 다르다. 어레이 내의 발광 소자는 도 9a에 도시하듯이 한 줄로 배열될 수 있다. 어레이 내의 발광 소자는 행렬로 또는 한 줄로 배치될 수 있거나, 또는 도 10b에 도시하듯이 랜덤하게 배열(즉, 다른 LED에 대해 수평으로 또는 수직으로 시프트)될 수 있으며, 예를 들어 LED(262, 244)는 LED(266, 268)에 대해 측방향으로 시프트되어 있고, 따라서 비행렬 구조로 배열되어 있다. 일반적으로, LED의 행렬에서의 행과 열의 개수는 필요에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 다섯 개 또는 여섯 개 LED의 어레이, 또는 LED의 N행(예를 들어, 제1 행, 제2 행, 및 제N 행) 및 M열(예를 들어, 제1 열, 제2 열, 제M 열)을 갖는 N×M 행렬로 배열된 N×M개 LED의 어레이(여기에서 N과 M은 모두 양의 정수임)가 선택될 수 있다. 일부 실시예에서, 멀티-칩 어레이 내에서의 각 LED의 배치 및 LED의 개수는 어레이의 폭에 대한 어레이의 길이로 정의되는 소정 종횡비를 형성하도록 선택될 수 있다. 소정 종횡비는 LED 다이를 적절히 사이징 및/또는 스페이싱함으로써 얻어질 수 있다.
전술했듯이, 다중 LED는 어레이 내에 긴밀하게 패킹될 수 있다. 도 12에 도시하듯이, 다중 LED(429, 426, 428, 430)는 기판(420)에 의해 지지된다. LED는 인접한 LED 사이의 간격이 감소 또는 최소화되도록 기판(420) 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, LED(429, 426, 428, 430)는 LED 어레이 내의 이웃하는 다이의 최근접 에지 사이의 간격[예를 들면, 간격(436) 및/또는 간격(438)]이 비교적 작도록 배열될 수 있다. 예를 들어, 간격(436 또는 438)은 약 250 미크론 이하(예를 들면, 약 200 미크론 이하, 약 150 미크론 이하, 약 100 미크론 이하, 약 75 미크론 이하, 약 50 미크론 이하)일 수 있다.
일부 추가 실시예에서, LED(429, 426, 428, 430)는 LED(429, 426, 428, 430) 사이에 배치된 표면적(면적 434로 표시됨)의 양을 감소 또는 최소화하도록 도 12에 도시하듯이 기판(420) 상에 배열될 수 있다. 일반적으로, LED 어레이의 전체 면적은 LED의 외주에 의해 둘러싸인 면적(예를 들면 점선 432에 의해 표시)에 의해 규정될 수 있다. LED의 전체 표면적은 LED 어레이 내의 각 LED의 면적의 합계[예를 들면, LED(429, 426, 428, 430)의 면적의 합계]와 대략 동일할 수 있다. 긴밀하게 패킹된(closely packed) LED 어레이에서, 발광 소자 어레이 내의 LED는 전체 면적(432)에 대한 어레이내 발광 소자 전체의 총 면적의 합계[예를 들면, LED(429, 426, 428, 430)의 면적의 합계]의 비율이 약 0.8 이상(예를 들면, 약 0.85 이상, 약 0.9 이상, 약 0.95이상)이도록 배치될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 전체 면적(432)에 대한 어레이내 발광 소자 전체의 총 면적의 합계의 비율은 약 0.5 이상(예를 들면 약 0.6 이상, 약 0.7 이상)일 수 있다.
일부 실시예에서, 어레이는 녹색 LED의 발광 면적에 대한 적색 LED의 발광 면적의 비율이 0.7 내지 1.3의 범위에 있고, 적색 LED의 발광 면적에 대한 청색 LED의 발광 면적의 비율이 0.15 내지 0.75의 범위에 있으며, 녹색 LED의 발광 면적에 대한 청색 LED의 발광 면적의 비율이 0.15 내지 0.75의 범위에 있고, 백색 LED의 발광 면적에 대한 청색 LED의 발광 면적의 비율이 0.3 내지 0.9의 범위에 있으며, 적색 LED의 발광 면적에 대한 백색 LED의 발광 면적의 비율이 0.45 내지 1.05의 범위에 있고, 녹색 LED의 발광 면적에 대한 백색 LED의 발광 면적의 비율이 0.45 내지 1.05의 범위에 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 발광 소자의 어레이는 약 12㎟의 발광 면적을 갖는 적색 LED, 약 12㎟의 발광 면적을 갖는 녹색 LED, 약 5.4㎟의 발광 면적을 갖는 청색 LED, 및 약 9㎟의 발광 면적을 갖는 백색 LED로 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 발광 소자 어레이는 동일하지 않은 발광 면적을 갖는 임의의 주어진 LED 쌍에 있어서 큰 LED의 발광 면적에 대한 작은 LED의 발광 면적의 비율이 0.07 내지 0.96의 범위에 있도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 어레이 내의 LED(429)(도 12)가 1㎟의 발광 면적을 갖고 어레이 내의 다른 LED(430)가 12㎟의 발광 면적을 가지면, 큰 LED의 발광 면적에 대한 작은 LED의 발광 면적의 비율은 0.08이 될 것이다.
도 11은 패키징된 다이(170) 형태의 LED(174)의 측면도이다. 패키지는 LED(174)를 지지하는 기판(172)을 구비한다. 패키지는 또한 프레임(176) 및 상기 프레임(176)에 의해 지지되는 투명 커버(178)를 구비한다. 통상적으로, 투명 커버(178)는 LED(174)로부터 나와서 투명 커버(178)에 부딪치는 광의 약 60% 이상(예를 들면, 약 70% 이상, 약 80% 이상, 약 90% 이상, 약 95% 이상)을 투과시키는 재료로 형성된다. 투명 커버(178)를 형성할 수 있는 재료의 예로는 유리, 실리카, 석영, 플라스틱, 및 폴리머가 포함된다. 일반적으로, 패키지는 광을 투과시킬 수 있을 뿐 아니라, LED(174)의 기계적 및 환경적 보호를 제공하고 LED(174)에서 발생되는 열을 방산시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 투명 커버(178)는 광 투과율을 증대시키기 위해 하나 이상의 반사방지 코팅으로 코팅될 수 있다. 일부 실시예에서는, 추가 광학 부품이 투명 커버(178)에 포함되거나 투명 커버에 의해 지지될 수 있다. 이러한 광학 부품의 예로는 렌즈, 미러, 반사기, 콜리메이터, 빔 스플리터, 빔 결합기(combiner), 이색성(dichroic) 미러, 필터, 편광기, 편광 빔 스플리터, 프리즘, 내부전반사 프리즘, 광섬유, 광 가이드, 및 빔 균질화기(homogenizer)가 포함된다.
일부 실시예에서, 투명 커버(178)는 LED(174)의 상면(175)에 밀착하여 배치된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, LED(174)의 상면(175)과 이 LED(174)의 상면(175)에 가장 가까운 투명 커버(178)의 하면(173) 사이의 간격(190)은 비교적 작을 수 있다. 예를 들어, 간격(190)은 약 1 미크론 내지 약 500 미크론(예를 들면, 약 500 미크론 이하, 약 400 미크론 이하, 약 300 미크론 이하, 약 250 미크론 이하, 약 150 미크론 이하, 약 100 미크론 이하, 약 50 미크론 이하, 약 25 미크론 이하)일 수 있다. 일부 실시예에서, 투명 커버(178)는 LED(174)의 상면(175)의 적어도 일부와 접촉하여 배치된다.
특히 고객들이 발광체로부터 가능한 한 더 많은 빛을 받는 것에 관심을 갖는 엔터테인먼트 조명 용도에 효과적인 LED 시스템을 설계하기 위해 어레이 내의 발광 소자의 하나 이상(예를 들면, 전부)의 크기를 개별적으로 최적화하는 것은 유익할 수 있다. 특히, "백색" 모드에서의 성능이 중요한데, 그 이유는 LED 발광체는 포화색을 생성하는데 탁월한(백열 감색 시스템에서와 같이 필터링으로 손실되는 빛이 전혀 없음) 반면에 백색의 필터링되지 않은 램프에 비해 약하게 보일 수 있기 때문이다. 엔터테인먼트 라이트에 대해서는 두 가지 파라미터가 최적화되어야 한다. 첫 번째로, 최상의 컬러 혼합을 위해 컬러 발광 개구의 전체 크기가 최소화되어야 한다. 두 번째로, 적색 다이 접합 온도가 백색 컬러 모드에서 작동하는 시스템 출력을 비가변적으로 제한하기 때문에 적색 다이에 대한 열부하가 최소화되어야 한다. 허용가능한 최대 접합 온도는 신뢰도 예상치에 의해 설정되어야 한다. 광속을 최대화하면서 전체 다이 면적 및 소자 접합 온도를 최소화하기 위해 LED 시스템을 최적화하는 방법이 도 13에 도시하듯이 본 발명에 의해 개시되어 있다. 이 방법은 시스템이 최적화되는 백색점을 선택하는 단계, 백색 LED에 대한 컬러 빈을 선택하는 단계, 타겟 최적 백색점을 달성하기 위해 얼마의 적색, 녹색, 청색 및 백색 루멘이 필요한지를 연산하는 단계, 해공간을 더 제약하기 위해 각각의 원색에 대해 최소 광속 임계치를 확립하는 단계, 각각의 LED에 대해 전류 밀도에 대한 광속의 의존성을 결정하는 단계, 각각의 LED에 대해 전력에 대한 다이 온도의 의존성을 결정하는 단계, 및 광속을 최대화하고 시스템의 전체 다이 면적을 최소화하면서 각각의 LED에 대해 다이 면적 및 다이 접합 온도를 최적화함으로써 색도에 대한 최적화를 수행하는 단계를 포함한다. 따라서, 광속을 LED 전류 밀도의 관점에서 표현하고 다이 온도를 LED 전류 및 공칭 순방향 전압(하나의 다이에서 다른 다이로의 열적 누화를 고려함)의 관점에서 표현하게 되면, 색도 최적화를 각각의 LED의 면적의 관점에서 파라미터화할 수 있고 광속을 최대화하면서 다이 면적 및 적색 다이 접합 온도를 최소화하기 위해 최적화할 수 있다.
본 발명은 그 취지 또는 주요 특징을 벗어나지 않으면서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음을 알아야 한다. 따라서 상기 예와 실시예는 모든 점에서 예시적이며 비제한적인 것으로 간주되어야 하고, 본 발명은 본 명세서에 제공된 세부 내용에 한정되지 않아야 한다.

Claims (1)

  1. 기판, 및
    상기 기판에 의해 지지되고 GaN 층을 포함하는 발광 소자 어레이를 포함하는 발광 장치이며,
    상기 발광 소자 어레이는 발광 소자 중 적어도 하나가 어레이 내의 다른 발광 소자의 직사각형 발광 면적과 상이한 직사각형 발광 면적을 갖도록 구성되고,
    상기 어레이 내의 모든 발광 소자는 상이한 발광 면적을 갖는 발광 장치.
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