KR20220009426A - 조명 유닛, 조명 유닛을 제조하기 위한 방법, 광전자 부품을 위한 변환체 요소, led 및 변환체 요소를 갖는 복사선 소스, 커플링-아웃 구조, 및 광전자 장치 - Google Patents

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Abstract

조명 유닛은: 광 출사 표면을 통해 전자기 복사를 방출하는 적어도 하나의 광전자 이미터 유닛, 및 광 출사 표면을 통해 나오기 전에, 전자기 복사의 빔 성형을 위한 광자 구조를 포함하고, 광자 구조는 전자기 복사가 결정된 원거리 장 특성을 갖도록 전자기 복사를 성형한다.

Description

조명 유닛, 조명 유닛을 제조하기 위한 방법, 광전자 부품을 위한 변환체 요소, LED 및 변환체 요소를 갖는 복사선 소스, 커플링-아웃 구조, 및 광전자 장치
본 특허 출원은 2019년 5월 14일자 독일 특허 출원 DE 10 2019 112 639.8의 우선권, 2019년 5월 14일자 독일 출원 DE 10 2019 112 616.9의 우선권, 2019년 6월 12일자 독일 출원 DE 10 2019 115 991.1의 우선권, 2019년 6월 14일자 독일 출원 DE 10 2019 116 313.7의 우선권, 2019년 7월 5일자 독일 출원 DE 10 2019 118 251.4의 우선권, 및 2020년 1월 29일자 국제 출원 PCT/EP2020/052191의 우선권을 주장하며, 그 개시 내용은 여기에 참조로 포함된다.
본 발명은 적어도 하나의 광전자 이미터 유닛을 갖는 조명 유닛에 관한 것이다.
본 발명은 또한 광 출사 표면을 통해 복사선을 방출하는 적어도 하나의 이미터 유닛, 및 적어도 일부 섹션에서 광 출사 표면에 연결되고, 이미터 유닛으로부터 방출되는 복사선이 편광 요소를 통과할 때 이 복사선의 편광 및/또는 강도를 변경시키는 편광 요소를 갖는 조명 유닛에 관한 것이다.
본 발명은 또한 광전자 부품을 위한 변환체 요소, LED 및 변환체 요소를 갖는 복사선 소스, 및 대응되는 복사선 소스를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 장치, 특히 광전자 부품, 특히 발광 다이오드에 관한 것이다.
본 발명은 광을 생성하기 위한 복수의 광원을 갖는 조립체가 제공되는 광전자 장치에 관한 것이다. 이러한 조립체는 예를 들어 하나의 픽셀이 각각 광원을 형성하는 예를 들어 픽셀화된 LED 어레이일 수 있다.
광전자 이미터 유닛의 발광 이미터로서, 특히 LED(Light Emitting Diode = 발광 다이오드)가 고려된다. LED는 일반적으로 램버시안 라디에이터이다. 광 출사 표면을 통해 방출된 광은 지향성이 아니다. 따라서 광 방출은 일반적으로 광 출사 표면에 인접한 전체 입사각 영역에서 이루어진다.
많은 적용 분야에서는, 원하는 방출 특성을 갖는 광전자 이미터 유닛을 갖는 조명 유닛이 바람직할 것이다. 예를 들어 높은 해상도 디스플레이 또는 엔터테인먼트 전자 장치 분야의 적용을 위한 구성 요소에서와 같은 매우 작은 구성 요소의 경우, 결정된 공간 각도에서는 지향된 방출을 허용하고 다른 공간 각도에서는 방출을 가능한 한 억제하는 조명 유닛이 바람직하다.
조명 유닛의 광 출사 표면으로부터 이미 나온 전자기 복사의 빔 성형을 위한 기술적 솔루션은 종래 기술로부터 알려져 있다. 예를 들어, 광학 장치, 특히 렌즈가 사용되어, 공간에서 자유롭게 전파되는 전자기 복사를 시준할 수 있다. 광 출사 표면의 하류에 배열된 광학 장치를 갖는 이러한 조명 유닛은 비교적 대형일 수 있다. 이것은 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명의 목적은 특히 램버시안 라디에이터와 비교하여 개선된 방출 특성을 갖는 조명 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 조명 유닛은 광 출사 표면을 통해 전자기 복사를 방출하는 적어도 하나의 광전자 이미터 유닛, 및 광 출사 표면을 통해 나오기 전에 전자기 복사의 빔 성형을 위한 광자 구조를 포함하고, 여기서 광자 구조는 전자기 복사가 결정된 원거리 장을 갖도록 전자기 복사를 성형한다.
따라서, 광자 구조로 인해, 조명 유닛의 방출 특성은 램버시안 라디에이터로부터 원거리 장에서 정의된 방출 특성으로 변경된다. 전자기 복사가 결정된 원거리 장을 갖는다는 표현은 따라서 특히 방출 특성이 원거리 장에서 정의되고 램버시안 라디에이터의 방출 특성과 다르다는 것을 의미한다. 이 경우, 원거리 장이라 함은, 적용 분야에 따라 조명 유닛으로부터 적어도 몇 센티미터 또는 또한 몇 미터 떨어져 위치하는 영역을 의미한다.
광자 구조는 특히 광 출사 표면 아래 및/또는 광전자 이미터 유닛과 광 출사 표면 사이의 층에 배열될 수 있다. 따라서 광자 구조는 조명 유닛에 통합될 수 있으며, 이에 의해 컴팩트하게 형성될 수 있다. 광자 구조는 또한 광 출사 표면에 통합될 수 있거나 또는 광자 구조의 단부면이 광 출사 표면을 형성할 수 있다.
광전자 이미터 유닛은 적어도 하나의 LED를 포함할 수 있다. 광전자 이미터 유닛은 또한 어레이라고도 하는 LED의 필드를 포함할 수 있다.
광자 구조는 광결정, 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조일 수 있다. 광결정이라 함은, 광학 굴절률의 주기적인 변화를 통해 광자에 대한 밴드 구조를 생성하는 주기적인 구조를 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 밴드 구조는 특정 주파수 범위에서 밴드 갭을 가질 수 있다. 이러한 특성은 대안적으로 또한 비-주기적이지만 그럼에도 불구하고 정렬된 구조로 생성될 수도 있다. 이러한 구조는 특히 준-주기적 구조 또는 결정론적 비-주기적 구조이다. 이것은 예를 들어 나선형 형상의 광자 배열체일 수 있다.
광자 구조는 1 차원 광자 구조, 특히 1 차원 광결정일 수 있다. 1 차원 광결정은 하나의 방향을 따라 굴절률의 주기적인 변화를 갖는다. 이러한 방향은 특히 광 출사 평면에 평행하게 연장될 수 있다.
1 차원 구조를 통해 빔 성형이 제 1 공간 방향으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 광자 구조에서 단 몇 주기만으로 광자 효과를 얻을 수 있다. 광자 구조는 예를 들어 전자기 복사가 제 1 공간 방향에 대해 적어도 대략 시준되도록 설계될 수 있다. 따라서 적어도 제 1 공간 방향에 대해 시준된 빔이 생성될 수 있다.
방출 방향으로 볼 때 광 출사 표면의 하류에 시준 광학 장치가 배열될 수 있고, 여기서 광학 장치는 전자기 복사를 제 1 공간 방향에 직교하게 연장되는 추가의 제 2 공간 방향으로 시준하도록 설계된다. 제 1 방향 및 제 2 방향은 평면의 광 출사 표면에 평행하게 연장되는 상호 직교 방향일 수 있다. 따라서, 양방향으로 시준되는 빔이 생성될 수 있으며, 이 빔은, 광 출사 표면으로부터 멀리 지향되고 제 1 및 제 2 방향 모두에 대해 직교하게 연장되는 주 방출 방향을 따라 지향된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 특히 1 차원 광결정으로 설계되는 광자 구조는 전자기 복사의 주 방출 방향이 광 출사 표면의 법선에 대해 각도를 이루어 연장되도록 설계될 수 있고, 여기서 이 각도는 0 도가 아닌 각도이다. 따라서, 주 방출 방향은 광 출사 표면의 법선에 대해 경사지게 연장될 수 있다. 따라서, 적어도 한 방향으로 시준된 빔은 예를 들어 광 출사 표면으로부터 기울어져서 나올 수 있다.
1 차원 광결정으로 형성되는 광자 구조는 광 출사 표면 아래, 특히 광 출사 표면 바로 아래의 층에 배열될 수 있다. 이 경우, 1 차원 광결정은 상이한 광학 굴절률을 갖는 2 개의 재료의 일 방향으로 연장되는 주기적으로 반복되는 시퀀스를 가질 수 있다. 재료는 각각 직사각형 또는 평행 사변형 단면을 가질 수 있다. 이 경우, 재료의 서로 인접하는 경계면은 광 출사 표면에 대해 경사지게 위치할 수 있다.
이러한 구조는 예를 들어, 서로 평행하게 연장되는 트렌치가 광 출사 표면을 갖는 기판에서 광 출사 표면에 대해 기울어지게 에칭됨으로써 형성될 수 있다. 트렌치는 에칭된 기판 재료와 다른 광학 굴절률을 갖는 재료로 채워질 수 있다. 이 경우, 각도는 광 출사 표면에 대한 트렌치의 기울기에 따라 달라질 수 있으며, 트렌치의 폭 또는 트렌치들 사이에 남아있는 기판 재료의 폭은 광자 구조가 효과적인 파장에 영향을 준다. 트렌치의 폭 및 트렌치들 사이에 놓인 기판 재료의 폭은 일반적으로 전자기 복사의 파장에 맞게 조정된다.
광자 구조는 2 차원 광자 구조, 특히 2 차원 광결정일 수 있다. 2 차원 광자 구조의 단부면은 조명 유닛의 광 출사 표면을 형성할 수 있거나, 또는 2 차원 광자 구조는 광 출사 표면 아래의 층에 배열될 수 있다.
2 차원 구조, 특히 2 차원 광결정은 전자기 복사가 원거리 장에서 정의된, 특히 이산적인 패턴을 형성하는 방식으로 전자기 복사에 영향을 주도록 설계될 수 있다. 따라서, 조명 유닛은 이를 통해 예를 들어 얼굴 인식과 같은 예를 들어 표면 토포그래피 시스템에서 사용될 수 있다.
언급된 바와 같이, 광자 구조는 광 출사 표면 아래의 층에 배열될 수 있거나, 또는 광자 구조의 단부면이 광 출사 표면을 형성할 수 있으므로, 광자 구조는 광 출사 표면 바로 아래에 위치하며 이를 포함한다.
광자 구조는 또한 광전자 이미터 유닛의 반도체 층에 형성될 수 있다.
광전자 이미터 유닛은 변환체 재료를 갖는 층을 포함할 수 있고, 광자 구조는 변환체 재료를 갖는 층에 또는 변환체 재료를 갖는 층과 광 출사 표면 사이의 층에 형성될 수 있다.
광전자 이미터 유닛은 예를 들어 VCSEL(vertical-cavity surface-emitting laser)(수직 캐비티 표면 방출 레이저)과 같은 적어도 하나의 광전자 레이저를 포함할 수 있다. 복수의 레이저 필드도 또한 고려될 수 있다.
본 발명은 또한 표면 토포그래피 인식 시스템에 관한 것으로서: 광 출사 표면을 통해 전자기 복사를 방출하는 적어도 하나의 광전자 이미터 유닛, 및 광 출사 표면을 통해 나오기 전에, 전자기 복사의 빔 성형을 위한 광자 구조를 포함하는 조명 유닛을 포함하고, 광자 구조는 전자기 복사가 결정된 원거리 장을 갖도록 전자기 복사를 성형하고, 광자 구조는 2 차원 광자 구조, 특히 2 차원 광결정이고, 2 차원 광자 구조는 전자기 복사가 원거리 장에서 정의된, 특히 이산적인 패턴을 생성하도록 설계되고, 표면 토포그래피 인식 시스템은 원거리 장에서 패턴을 검출하도록 설계된, 특히 카메라를 갖는 검출 유닛을 더 포함한다.
표면 토포그래피 인식 시스템은 미리 설정된 기준 패턴에 대한 패턴의 왜곡을 결정하도록 설계된 분석 장치를 포함할 수 있다.
분석 장치는 결정된 왜곡에 따라 패턴에 의해 조명되는 물체의 형태 및/또는 구조를 결정하도록 설계될 수 있다.
본 발명은 또한 물체를 스캐닝하기 위한 스캐너에 관한 것으로서, 스캐너는 바람직하게 물체의 라인별 검출에 사용될 수 있는 본 발명에 따른 적어도 하나의 조명 장치를 포함한다.
적어도 하나의 이미터로부터 방출되는 복사선, 특히 가시광선의 편광 및/또는 강도의 변화가 비교적 간단한 수단에 의해 가능하도록 하는 방식으로 조명 유닛을 개발하는 것도 또한 목적으로 간주될 수 있다. 여기에서 해당 조명 유닛은 가능한 한 공간을 절약하고 에너지 효율적으로 설계되어야 한다는 점이 중요할 수 있고, 여기서 특히 추가 광학 요소를 사용할 필요성이 감소되어야 한다.
또한, 큰 문제없이 다른 조명 유닛과 조합될 수 있고, 필요에 따라 편광된 전자기 복사를 방출하기 위한 간단하고 안전하며 견고한 조명 유닛을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 또한,조명 유닛은 산업적 규모로 제조되는 것이 가능해야 하며, 바람직하게는 이미 알려진 제조 공정을 사용하여 제조되는 것이 가능해야 한다. 따라서, 특히 공간 절약형으로 설계되고 높은 광 수율로 에너지 효율적인 작동을 가능하게 하고 경제적으로 합리적인 프레임 내에서 제조될 수 있는 기술 솔루션을 제공하는 것이 바람직할 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 조명 장치의 바람직한 구성은 광 출사 표면을 통해 복사선을 방출하는 적어도 하나의 이미터 유닛, 및 적어도 일부 섹션에서 광 출사 표면에 연결되고, 이미터 유닛으로부터 방출되는 복사선이 편광 요소를 통과할 때 이 복사선의 편광 및/또는 강도를 변경시키는 편광 요소를 갖는 조명 유닛에 관한 것이다. 조명 유닛은 편광 요소가 3 차원 광자 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
편광 요소가 편광을 변경시키는 공식은 또한 비 편광된 복사선으로부터 편광된 복사선을 생성하는 것도 포함한다. 편광 요소는 또한, 편광을 생성하거나 또는 변경하지 않고, 경우에 따라, 파장 의존적 복사선 강도 변화만을 발생시킬 수 있다. 따라서, "편광 요소"라는 용어는 모든 실시예에서 편광의 변화 또는 생성이 제공되어야 한다는 의미에서 좁게 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 따른 실시예에 기초하여, 예를 들어 LED와 같은 이미터에 의해 생성된 복사선이 편광 요소에 직접 도달하여, 필요에 따라 편광된 복사선을 제공하기 위한 특히 컴팩트한 유닛이 구현되고, 이는 차례로 적어도 하나의 추가 조명 유닛 및/또는 편광 요소, 바람직하게는 상보적 특성을 갖는 적어도 하나의 편광 요소와 유리하게 조합될 수 있는 조명 유닛이 제공된다.
전자기 복사를 편광시키기 위해 - 바람직하게는 가시광이 편광됨 - 조명 유닛에 대해 3 차원 광자 구조, 특히 광결정을 사용하는 주요 이점은, 이미터의 광 출사 표면 영역에서 광자 구조의 조립체에 의해, 특히 컴팩트한 공간 절약형 해결 방안이 제공된다는 점에 있다. 광 출사 표면에 인접하여 특별히 설계된 편광 요소에 의해, 전자기 복사를 목표한 대로 편광시키고 그럼에도 불구하고 편광이 편광 요소의 편광 방향과 일치하지 않는 복사선의 손실을 최소화하는 것이 가능할 수 있다. 일반적으로, 광자 구조는 광 출사 표면 상에 배열되거나, 또는 광 출사 표면이 위치하거나 또는 광 출사 표면이 빔 방향으로 연결되는 반도체 층에 적절한 방식으로 광자 구조가 형성되는 것이 고려될 수 있다.
여기에서 특히 유리하게는, 편광 요소로 사용되는 3 차원 구조는 편광 특성과 관련하여 특히 효과적인 방식으로 조명 유닛의 방출 특성을 변경시키므로, 다른 편광 특성 또는 방출 방향을 통해 서로 다른 파장의 구별이 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미터 유닛은 적어도 하나의 LED를 포함한다. 이와 관련하여, LED는 바람직하게는, 편광 요소로 방사되어 편광 요소에 의해 복사선이 일 진동 방향으로 편광되는 백색, 적색, 녹색 또는 청색 광을 방출하는 것이 고려될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이미터 유닛, 특히 LED 및 편광 요소가 층 스택에서 서로 중첩되어 배열되는 상이한 층으로 형성되는 것이 제공된다. 이미터의 적어도 하나의 층에서 생성된 복사선은, 이 복사선이 층 스택으로부터 주변 환경으로 방출되기 전에, 마찬가지로 층 형태의 편광 요소에 도달하는 것이 필수적이다. 이러한 맥락에서 유리하게는, 편광 요소로 사용되는 3 차원 구조가 이미터 유닛과 동일한 반도체 칩 상에 또는 그 안에 위치하는 것이 고려될 수 있다. LED를 갖는 이미터 유닛을 사용할 때, 광자 구조가 LED 칩에 적용되거나 또는 LED 칩의 적어도 일부인 것도 고려될 수 있다. 이러한 본 발명의 실시예에 의해, 이를 위해 하류에 배치된 빔 경로에 추가 광학 요소를 배치할 필요 없이, 편광된 복사선이 칩 레벨에서 직접 생성되는 특히 공간 절약적이고 에너지 효율적인 조명 유닛이 제공될 수 있다. 따라서 이러한 기술 솔루션은 편광된 복사선을 제공하기 위한 비용 효율적이고 공간 절약적이며 에너지 효율적인 기술적 솔루션을 나타낸다.
본 발명의 추가 실시예에서, 편광 요소는 나선형 및/또는 막대 형태의 구조 요소를 갖는다. 이 경우, 3 차원 광자 구조는 이미터 유닛, 특히 LED에 의해 방출된 광이 특정 편광만을 가지고 광자 구조로부터 나가도록 설계된다. 광 출사 표면 영역에 나선형 및/또는 막대 형태의 구조 요소를 갖는 상응하는 3 차원 광자 구조는 특별한 편광 방향을 갖는 복사선에 의해서만 투과된다. 구조의 구성 및 치수는 바람직하게는 이미터 유닛, 특히 LED에 의해 각각 방출되는 복사선에 맞게 조정된다. 나선형 구조를 사용하면, 원형 편광이 이루어지며, 막대 형태의 구조는 구조를 통과하는 복사선의 선형 편광을 발생시킨다.
추가 개발예에 따르면, 조명 유닛이 이미터 유닛으로서 LED를 포함하고, LED에 의해 방출된 복사선이 여기 복사선으로서 변환체 재료를 갖는 변환체 요소에 입사하고, 이는 변환된 복사선의 방출을 발생시키는 것이 또한 고려될 수 있다. 이러한 경우 일반적으로, 여기 복사선 및/또는 변환된 복사선을 적절한 방식으로 편광시키는 3 차원 광자 구조가 빔 경로에서 LED와 변환체 요소 사이에 및/또는 변환체 요소 이후에 배열되는 것이 고려될 수 있다. 동일한 층에서 변환체 요소와 3 차원 광자 구조의 조합도 또한 구현될 수 있다. 이를 통해, 직접 편광되고 변환된 광을 생성할 수 있다.
예를 들어, 변환체 재료는 3 차원 광자 구조에 채워질 수 있다. 변환체 재료는 Ce3+ (세륨의 경우 Ce), Eu2+ (유로퓸의 경우 Eu), Mn4+ (망간의 경우 Mn) 또는 네오디뮴 이온으로 도핑될 수 있다. 예를 들어 YAG 또는 LuAG를 호스트 재료로 사용할 수 있다. YAG는 여기서 이트륨-알루미늄-가닛을 의미한다. LuAG는 루테튬-알루미늄-가넷을 의미한다.
양자점이 또한 변환체 재료로서 3 차원 광자 구조에 채워질 수도 있다.
양자점은 예를 들어 10 nm 범위로 매우 작을 수 있다. 따라서 이것은 3 차원 광자 구조를 채우는데 특히 적합하다. 일반적으로, 이 구조가 형성되어야 하는 층으로부터 재료를 에칭함으로써 이 구조가 생성되는 것이 고려될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 리세스는 그 후 예를 들어 양자점을 포함하는 변환체 재료로 채워질 수 있다. 예를 들어, 양자점은 리세스에 채워지는 액체 재료에 도입될 수 있다. 액체 재료는 적어도 부분적으로 증발될 수 있으므로, 양자점은 리세스에 남아 있다. 이 경우, 일부 액체 재료는 고화될 수 있다. 따라서, 양자점은 매트릭스에 매립될 수 있다.
본 발명의 추가 실시예에서, 편광 요소는 적어도 하나의 3 차원 광결정을 갖는다. 또한, 편광 요소는 편광 요소를 관통하는 복사선의 빔 경로를 따라 연속적으로서 배열되는 적어도 2 개의 2 차원 광결정을 갖는 것도 고려될 수 있다.
바람직하게는 3 차원 광결정 또는 빔 경로에서 연속적으로 배열된 적어도 2 개의 2 차원 광결정이 사용될 수 있으므로, 복사선이 닿는 구조는 특정 파장 또는 복수의 특별한 파장을 갖는 복사선에 대해 투명하고 및/또는 이를 특정 방향으로만 투과시킨다. 이러한 방식으로, 편광 요소에 입사하는 복사선의 원하는 편광이 또한 설정될 수 있다. 이러한 맥락에서, 이 구조를 변환체 재료에 직접 제조하거나 또는 다른 재료로 이루어진 추가 층에 도입하는 것이 고려될 수 있다. 이 경우, 3 차원 광자 구조의 특성은 바람직하게는 투과 조건이 상이한 파장에 따라 달라지도록 설계된다. 이러한 방식으로, 예를 들어 변환된 복사선은 여기 복사선이 편향되는 동안 방해받지 않고 편광 요소를 통과할 수 있다. 또한, 복사선 중 적어도 하나, 즉, 한편으로는 여기 복사선 및 다른 한편으로는 변환된 복사선이 특정 편광에 의해서만 편광 요소를 투과하는 것도 고려될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 또한, 편광 요소가 편광 요소를 통과하는 복사선의 파장에 따라 적어도 2 개의 상이한 투과도를 갖는 것이 제공된다. 이러한 맥락에서 특별한 개발예는, 이미터 유닛이 LED, 및 LED에 의해 방출된 여기 복사선에 의해 여기될 때 변환된 복사선을 방출하는 변환체 재료를 갖는 변환체 요소를 포함하고, 편광 요소에 입사하는 여기 복사선은, 편광 요소를 통과할 때 통과하는 변환된 복사선과 비교하여 상이하게 편광되고 및/또는 상이한 강도로 흡수되는 것을 제공한다.
따라서, 3 차원 광자 구조의 특성은 투과 조건이 상이한 파장에 따라 달라지도록 설계된다. 이러한 경우, 예를 들어, 변환된 광은 여기 복사선이 편향되는 동안 방해받지 않고 3 차원 광자 구조를 통과할 수 있는 것이 고려될 수 있다. 또한, 변환된 복사선이 특정 편광을 통해서만 3 차원 광자 구조에서 나오는 것도 고려될 수 있다.
또한, 상이한 파장을 갖는 2 개의 복사선 중 하나는 편광 및 전파 방향과 관련하여 편광 요소의 상이한 특성에 의해 구별되는 것이 고려될 수 있다. 따라서 바람직하게는, 완전한 변환을 구현하는 LED와 변환체 요소의 조합에서, 여기 복사선의 일부는 특별한 파장을 갖는 비교적 작은 복사선 성분을 제외하고 필터링되며, 이로 인해 변환체 재료의 더 얇은 층이 사용될 수 있는 것이 제공된다.
본 발명의 이점은, LED를 갖는 이미터 유닛이 제공되고 편광 요소의 3 차원 구조가 LED 칩, 바람직하게는 LED의 반도체 층 - 이 층을 통해 생성된 복사선이 광 출사 표면에 도달함 - 에 직접 적용되는 경우 특히 유리한 방식으로 사용될 수 있다. 이러한 실시예에 따르면, 3 차원 광자 구조는 LED 칩 상에 또는 LED 칩 내에 직접 위치된다. 이러한 기술적 해결 방안을 사용하면, 편광된 복사선 방출로 인해, 이미지 생성의 해상도를 향상시킬 수 있으며, 빔 생성을 위한 구성 요소는 비교적 작게 설계될 수 있다. 이는 예를 들어 상보적인 특성을 갖는 복수의 구성 요소 또는 복수의 조명 유닛에서 방출되는 복사선이 공통 광학 장치를 통해 이미징됨으로써 달성될 수 있다. 따라서 이러한 방식으로 설계된 조명 유닛은 특히 엔터테인먼트 전자 장치의 분야에서 사용될 수 있다.
본 발명은 또한 광 출사 표면을 통해 복사선을 방출하는 적어도 하나의 이미터 유닛, 및 적어도 일부 섹션에서 광 출사 표면에 연결되고, 이미터 유닛으로부터 방출되는 복사선이 편광 요소를 통과할 때 복사선의 편광 및/또는 강도를 변경시키는 편광 요소를 갖는 조명 유닛을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이 방법은 이미터 유닛으로서 LED를 갖는 칩이 제공되고, LED의 광 출사 표면 상에 편광 요소로서 예를 들어 2 광자 리소그래피 또는 빗각 증착법(Glancing-Angle-Deposition)에 의해 3 차원 광자 구조가 적용되고 및/또는 광자 구조는 광 출사 표면에 인접한 LED의 반도체 층에 도입됨으로써 개발되었다.
본 방법의 특별한 개발예에 따르면, 3 차원 구조는 LED에 의해 방출되는 복사선의 파장에 따라 치수가 결정된다.
유리하게는, 본 발명에 기초한 예시적인 실시예들 중 적어도 하나에 따라 설계되는 조명 유닛은 특히 디스플레이, 모니터 또는 스크린 상에서의 표현을 위해 3 차원 이미지를 생성하기 위한 장치에서 사용될 수 있다.
특히 유리하게는, 본 발명에 따라 구현된 조명 유닛은 또한 3 차원 이미지의 컴퓨터 지원 생성을 위해 사용될 수 있다. 여기서 유리하게는, 편광 요소로서 3 차원 광자 구조를 갖는 본 발명에 따른 조명 유닛은 편광 특성과 관련하여 LED의 방출 특성을 변경시키고, 따라서 상이한 파장-특이성 편광 특성 또는 방출 방향에 기초하여 상이한 파장의 구별이 구현될 수 있다.
편광된 복사선, 특히 편광된 광이 특히 LED 칩의 레벨에서 이미터 유닛을 갖는 기판 상에 직접 생성될 수 있거나 또는 완전 변환의 경우 선택성이 개선될 수 있다는 것이 여기서 큰 이점이다. 목표한 대로 편광된 복사선의 방출로 인해, 3 차원 표현의 해상도가 향상될 수 있으며, 이와 동시에 이미지 생성에 필요한 구성 요소 또는 조명 유닛이 감소될 수 있다. 이것은, 상보적인 특성을 갖는 복수의 구성 요소로부터의 광이 공통 광학 장치를 통해 디스플레이 또는 스크린에 이미징됨으로써 유리한 방식으로 달성될 수 있다. 특히 엔터테인먼트 전자 장치의 분야에서, 상보적 편광 요소를 조합함으로써 특히 바람직하게는 3 차원 이미지가 생성될 수 있다.
여기 복사선을 방출하기 위한 이미터 및 변환체 요소로 구성되어, 개별 요소의 특히 공간 절약형 조립체 및 이에 따라 복사선 소스의 특히 작은 설계가 가능하게 되도록, 광전자 구성 요소를 위한 변환체 요소 및 이러한 변환체 요소를 갖는 복사선 소스를 개발하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 여기서, 복사선 소스에 의해 방출된 복사선은 특정 공간 영역으로 목표한 대로 방출되는 반면, 다른 영역으로의 방출은 신뢰 가능하고 비교적 간단한 방식으로 방지되는 것이 매우 중요할 수 있다. 또한, 높은 에너지 효율 및 이에 따라 공지된 기술적 솔루션과 비교하여 비교적 양호한 광 수율을 특징으로 하는 기술적 솔루션이 바람직할 수 있다.
또한, 여기 복사선을 생성하기 위한 이미터 및 변환된 복사선을 생성하기 위한 변환체 요소로 구성된 복사선 소스가 제조 기술적인 면에서, 특히 공지된 제조 방법을 사용하여 간단하고 비용 효율적으로 구현될 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 이와 관련하여 복사선 소스를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 또한 입사 여기 복사선에 의해 여기될 때 변환된 복사선을 방출 영역으로 방출하는 변환체 재료를 갖는 적어도 하나의 층을 포함하는 광전자 부품을 위한 변환체 요소에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 변환체 요소는, 층이, 적어도 일부 섹션에 변환체 재료가 배열되고 복사선이 지향된 빔 번들로서 방출 영역으로 방출되도록 설계되는 구조를 적어도 일부 영역에 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명의 본질적인 특징은, 적절한 방식으로 구조화된 층을 제공하는 것이고, 여기서 여기 또는 펌프 복사선에 의해 여기될 때 변환된 복사선을 방출하는 변환체 재료가 구조 내에 또는 구조 상에 도포된다. 한편으로는 컴포넌트 변환체 재료 그리고 다른 한편으로는 목표한 대로 빔 안내 및/또는 빔 성형하기 위한 구조화된 층을 연결함으로써, 복사선 소스의 방출 영역으로 복사선을 원하는 공간 영역으로 제한되게 목표한 대로 방출하는 것을 가능하게 하는 요소가 특히 공간 절약 방식으로 생성된다. 이러한 맥락에서, 변환체 요소에 의해 방출되는 변환된 복사선뿐만 아니라 여기 복사선도 적절한 방식으로 지향되어, 복사선은 특정 방향으로만 방출되고, 다른 방향 및/또는 영역에서의 이러한 복사선의 방출은 배제되는 것이 고려될 수 있다.
일반적으로, 본 명세서에서 광자 구조라고도 지칭되는 구조가 적어도 일부 영역에서 적절한 변환체 재료로 코팅되고 및/또는 적어도 구조의 개별 영역, 예를 들어 오목부가 적절한 변환체 재료로 채워지는 것이 고려될 수 있다. 이 구조는 여기서 방출된 변환된 복사선이 방출 영역의 원하는 방향으로 빔 번들로서 방출되도록 설계된다. 이러한 맥락에서, 빔 번들이 방출되는 상이한 영역들이 존재하도록 적절한 방식으로 구조를 설계하는 것이 고려될 수 있다. 이러한 방식으로, 이들이 사용되는 광전자 부품의 방출 특성을 필요에 따라 조정하는 변환체 요소가 제공될 수 있다. 특히, 층의 적절한 구조화로 인해, 방출이 더 이상 램버시안 법칙에 따라 이루어지지 않고, 오히려 목표한 대로 하나의 방향으로 지향된 빔 또는 빔 번들이 생성되도록, 변환체 요소가 사용되는 광전자 부품의 방출 프로파일을 변경시킬 수 있는 변환체 요소를 제공하는 것이 가능하다.
변환체 재료는 Ce3+(세륨의 경우 Ce), Eu2+(유로퓸의 경우 Eu), Mn4+(망간의 경우 Mn) 또는 네오디뮴 이온으로 도핑될 수 있다. 예를 들어 YAG 또는 LuAG가 호스트 재료로 사용될 수 있다. YAG는 여기서 이트륨-알루미늄-가넷을 나타낸다. LuAG는 루테튬-알루미늄-가넷을 나타낸다.
변환체 재료로서 양자점이 또한 사용될 수 있다. 이들은 예를 들어 10 nm 범위로 매우 작다. 따라서, 이들은 광자 구조에서 위에서 언급된 오목부를 채우기 위해 특히 적합하다. 일반적으로, 광자 구조가 형성될 층으로부터 오목부를 에칭함으로써 광자 구조를 제조하는 것이 고려될 수 있다. 그런 다음 오목부는 예를 들어 양자점을 포함하는 변환체 재료로 채워질 수 있다. 예를 들어, 양자점은 오목부가 채워지는 액체 재료에 도입될 수 있다. 액체 재료는 적어도 부분적으로 증발될 수 있으므로, 양자점은 오목부에 남게 될 수 있다. 이 경우, 액체 재료의 일부가 고화될 수 있다. 따라서 양자점은 매트릭스에 매립될 수 있다.
광자 구조는 일반적으로 양자점의 스펙트럼 특성을 변경시키지 않는다. 그러나, 양자점은 협대역 방출 스펙트럼을 가지고 있다. 광자 구조는 이러한 협대역 방출 스펙트럼에 적응될 수 있으며, 이를 통해 광자 구조에 의해 발생하는 방향 선택성이 향상될 수 있다. 따라서, 광자 구조를 사용하면, 변환체로서 양자점의 방출 특성이 매우 효율적으로 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 구조가 준-주기적으로 또는 결정론적 비-주기적으로 배열된 구조 요소를 포함하는 것이 제공된다. 이와 같은 규칙적인 구조는, 변환체 요소의 광학적 특성이 해당 구조화된 층을 사용하여 특히 신뢰성 있게, 안전하게 그리고 재현 가능한 방식으로 설정될 수 있다는 이점을 제공한다. 이 구조는 여기서 유리하게는, 특정 파장 또는 특정 파장 범위의 복사선이 목표된 미리 설정된 방향으로는 층을 투과할 수 있는 반면, 이 복사선은 다른 방향으로는 층을 투과할 수 없도록 설계된다. 대안적으로 또는 추가적으로, 구조화된 층은 적어도 넓은 영역에 걸쳐 특정 파장의 복사선에 대해 투명하거나 또는 비 투과성인 방식으로 설계될 수 있다.
본 발명의 발전예에 따르면, 층이 적어도 하나의 광결정을 포함하는 것이 제공된다. 적합한 광결정을 사용함으로써, 선택된 파장 또는 파장 범위의 복사선의 전파, 적어도 특정 방향으로의 그 전파는 목표한 대로 차단될 수 있고, 따라서 변환된 복사선의 빔 또는 빔 번들은 필요에 따라 이를 위해 제공된 공간 영역 또는 방출 영역으로 지향되어 방출될 수 있다. 결정론적 비-주기적 구조 및 준-주기적 구조는 광결정과 동일한 기능을 가질 수 있다. 그러나, 원거리 장에는 약간 다른 특성이 존재할 수 있다. 따라서 여기에서 광결정이 언급되면, 이는 결정론적 비-주기적 구조 및/또는 준-주기적 구조에 대해서도 또한 그에 상응하게 적용되어야 한다.
광결정이라 함은, 광학 굴절률의 주기적인 변화를 통해 광자에 대한 밴드 구조를 생성하는 주기적인 구조를 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 밴드 구조는 특정 주파수 범위에서 밴드 갭을 가질 수 있다. 대안적으로, 이러한 특성은 또한 비-주기적이지만 그럼에도 불구하고 정렬된 구조로 생성될 수도 있다. 이러한 구조는 특히 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조이다. 이는 예를 들어 나선형 형태의 배열체일 수 있다.
더욱이, 구조가 변환체 재료가 위치하는 적어도 하나의 오목부를 갖는 것이 유리하다. 이러한 맥락에서, 바람직하게는, 구조가 복수의 융기부 및 오목부를 갖는 것이 제공되며, 여기서 오목부는 적절한 변환체 재료로 적어도 부분적으로 채워진다. 이러한 방식으로, 본 발명에 따라 제공된 구조가 변환체 재료와 조합되어 변환된 복사선이 목표된 제한된 방출 영역으로만 방출되므로 특별히 목표한 대로 지향되어 방출되는 변환체 요소가 비교적 간단한 방식으로 구현될 수 있다. 원칙적으로, 이러한 맥락에서, 변환체 요소는 여기 복사선이 구조에 의해 이를 위해 제공된 변환체 재료의 영역으로 목표한 대로 지향되도록 및/또는 변환된 복사선이 구조에 닿고 목표한 대로 방출된 빔 번들로서 원하는 방출 영역으로 방출되도록 설계되는 것이 고려될 수 있다.
유리하게는, 구조를 갖는 층은 이 층이 적어도 하나의 광학 밴드 갭을 갖도록 설계된다. 이러한 맥락에서, 밴드 갭은 가전자대와 전도대 사이에 있는 고체 재료를 포함하는 층의 범위로 이해된다. 밴드 갭으로 인해, 층을 위해 사용되는 고체 및 이에 따라 층을 구비하는 변환체 요소는 특정 주파수 범위에서 복사선에 대해 투명하다. 따라서, 변환체 요소의 광학적 특성은 밴드 갭을 목표한 대로 조정하고 및/또는 고체 재료를 선택함으로써 목표한 대로 조정될 수 있다. 특히, 입사 복사선의 일부만이 층을 통과하여 방출 영역으로 방출되도록 층을 설계하는 것이 가능하다. 층의 구조가 적어도 500 nm의 평균 두께를 갖는 경우 매우 유리할 수 있다. 유리하게는, 이 경우, 광자 구조, 특히 광결정, 준-주기적 구조 또는 결정론적 비-주기적 구조가 선택되며, 이는 적어도 500 nm의 층 두께를 가지므로, 이를 통해 광학 밴드 갭이 생성된다.
본 발명의 발전예에 따르면, 구조를 갖는 층은 지향된 빔 번들이 층이 배열되어 있는 평면에 대해 수직으로 방출되는 방식으로 설계되는 것이 제공된다. 이러한 실시예에 따르면, 방출 영역으로 방출된 복사선이 층 평면에 수직으로 배열되는 것이 제공된다. 반면, 다른 공간 영역으로 방출되는 복사선 부분은 신뢰 가능하게 억제된다.
또한, 광학 필터 요소가 층의 적어도 하나의 측면에 배열되는 경우, 본 발명의 유리한 발전예가 나타날 수 있다. 바람직하게는, 이러한 필터 요소는 변환체 재료를 갖는 구조화된 층에 편평하게 적용되는 필터 층으로서 설계된다. 이러한 필터 요소 또는 이러한 필터 층에 의해, 복사선의 특정 부분만이 변환체 재료를 갖는 층에 닿거나 또는 변환체 재료를 갖는 구조화된 층에 의해 방출된 변환된 복사선의 특정 부분만이 원하는 공간 영역으로 방출되는 것이 가능하다.
따라서, 필터 요소, 특히 필터 층은 바람직하게는, 복사선의 해당 부분만이 여기 복사선으로 필요하거나 또는 목표한 대로 방출 영역으로 방출되어야 하는 필터 요소 또는 필터 층을 통과할 수 있도록 설계된다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따라 구현되는 변환체 요소의 이전에 설명된 예시적인 실시예 중 적어도 하나에 따라 설계되는 변환체 요소로 여기 복사선을 방사하는 LED를 갖는 복사선 소스에 관한 것이다. 변환체 요소는 다시 변환체 재료를 갖는 적어도 하나의 층을 가지며, 이는 LED에 의해 방출된 여기 복사선에 의해 여기될 때 변환된 복사선을 방출 영역으로 방출하도록 여기된다. 이러한 맥락에서, LED는 LED에 의해 방출된 전체 여기 복사선이 변환된 복사선으로 변환되거나 또는 LED에 의해 방출된 여기 복사선의 일부만 변환된 복사선으로 변환되는 방식으로 변환체 요소와 조합되는 것이 고려될 수 있다. 복사선 소스의 복사선 영역으로 방출되는 복사선이 원하는 공간 영역으로만 지향되는 것이 또한 필수적이다. 따라서 복사선 소스는 목표한 선택된 방향으로 또는 목표한 선택된 방출 영역으로 방출되는 지향된 빔 또는 지향된 빔 번들을 생성한다.
본 발명의 발전예에 따르면, 변환체 재료를 갖는 구조화된 층은 LED의 반도체 기판의 일부이다. 유리하게는 여기서 구조는 LED의 반도체 기판에 형성된다. 이러한 맥락에서 또한 바람직하게는, 구조가 LED 반도체 기판의 목표된 에칭에 의해 제조되고 구조가 또한 적어도 부분적으로 변환체 재료로 코팅되고 및/또는 변환체 재료가 구조의 에칭된 오목부에 채워지는 것도 고려될 수 있다.
또한, 유리하게는, 변환된 복사선이 반도체 기판이 배열되는 평면에 수직으로 방출 영역으로 방출되는 방식으로 변환체 재료를 갖는 구조가 설계되는 것이 제공된다. 구조는 여기서 밴드 갭 효과로 인해 변환된 복사선이 LED 칩의 표면에 수직인 방출 영역으로만 방출되도록 설계된다. 이러한 기술 해결 방안으로 인해, 변환체 요소에서 방출되는 변환된 복사선의 높은 방향성이 달성된다. 이러한 맥락에서, 예를 들어 광결정 형태의 구조, 특히 광자 구조가 LED의 반도체 재료의 최상층에만 배열되거나 또는 또한 적어도 부분적으로 활성 영역에 배열되는 것이 고려될 수 있다. 구조가 광학 밴드 갭을 안정적으로 생성하기 위해 적어도 500 nm의 층 두께를 갖는 것이 또한 유리하다.
특별한 실시예에서는, 구조화된 층의 일 측면에 배열되는 적어도 하나의 필터 층이 제공되는 것이 제안된다. 이러한 맥락에서, 필터 층에 의해, LED로부터 생성된 여기 복사선이 특정 파장 범위에서 억제되는 것이 또한 고려될 수 있다. 이러한 방식으로, 여기 복사선의 완전한 변환을 기반으로 하는 특히 에텐듀 제한 시스템은 변환체 요소의 구조화된 층에서 지향성 복사선 생성에 의해 알려진 기술 해결 방안에 비해 훨씬 더 효율적으로 될 수 있다.
본 발명의 발전예에 따르면, 복사선 소스는 RGB 색 공간의 특징인 컬러, 즉, 적색, 녹색 및 청색으로 가시적인 백색 광 또는 가시적인 변환된 광을 방출하도록 설계된다.
추가 실시예에 따르면, 복사선 소스는 LED 또는 복수의 LED를 갖는다. 이것들은 어레이 형상으로 나란히 배열될 수 있고, 개별적으로 제어될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 복사선 소스는 예를 들어 더 큰 구성 요소의 개별 픽셀이 개별적으로 스위칭-온 및 스위칭-오프될 수 있는 픽셀화된 어레이일 수 있다.
위에서 언급한 LED와 같은 매우 작은 LED 또는 픽셀화된 어레이와 조합하여 본 명세서에 설명된 바와 같은 광자 구조의 사용은 유리한데, 왜냐하면 렌즈와 같은 고전적인 광학 장치는 작은 치수로 매우 제한된 정도로만 사용될 수 있기 때문이다. 또한, 광자 구조에 의해, 이를 통해 제공되는 방향성으로 인해 인접한 픽셀들 사이의 콘트라스트가 개선될 수 있다.
추가 실시예에 따르면, 복사선 소스는 또한 칩-크기 패키지로서 설계될 수 있다. 이는 특히 적절한 하우징이 없는 구성 요소이다. 이러한 구성 요소에 대해, 여기에 설명된 광학 요소의 유형이 특히 유리한데, 왜냐하면 고전적인 렌즈는 매우 컴팩트한 구성 요소에는 양호하게 장착될 수 없거나 또는 구성 요소를 크게 확대할 수 있기 때문이다.
더욱이, 본 발명은 또한 전술한 특별한 특성 중 적어도 하나를 갖는 복사선 소스를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 LED의 반도체 기판에서 적어도 하나의 에칭 단계에 의해 구조가 형성되는 것을 특징으로 한다. 여기서, 구조, 특히 구조의 특히 목표한 대로 선택된 리세스가 변환체 재료로 적어도 부분적으로 채워지면 유리하다.
반도체 본체로부터 커플링-아웃, 특히 광 커플링-아웃을 제공할 수 있는 구조가 필요할 수 있다.
제 1 양태에 따르면, 장치, 특히 전자 부품, 특히 광전자 부품, 특히 발광 다이오드를 제조하기 위한 방법이 제공되고, 여기서 장치를 제공하는 반도체 본체의 표면 영역에서 특히 광학 커플링-아웃 구조를 생성하기 위해, 표면 영역의 구조화 단계 및 표면 영역의 평탄화된 표면을 얻기 위해 구조화된 표면 영역을 평탄화하는 단계가 수행된다. 평탄화는 특히 평면도(planarity)라고도 지칭될 수 있는 평탄도의 형성을 의미한다.
제 2 양태에 따르면, 장치, 특히 전자 부품, 특히 광전자 부품, 특히 발광 다이오드가 제안되고, 여기서 표면 영역을 구조화하고 표면 영역의 평탄화된 표면을 얻기 위해 구조화된 표면 영역을 평탄화함으로써, 장치를 제공하는 반도체 본체의 표면 영역에 커플링-아웃 구조가 생성된다.
제안된 커플링-아웃 구조를 사용하면, 광은 표면으로부터 이에 대해 수직으로 지향되어 방출될 수 있다.
제안된 실시예에 따르면, 다이라고도 지칭될 수 있는 반도체 본체의 표면 영역의 구조화는 표면 영역에 랜덤 토폴로지를 생성함으로써 수행될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 랜덤 토폴로지의 생성은 제 1 재료를 갖는 반도체 본체의 표면 영역의 표면을 직접 거칠게 함으로써 수행될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 특히 2보다 큰 높은 굴절률을 갖는 투명한 제 2 재료, 특히 Nb2O5를 표면 영역에 도포하고, 제 2 재료를 거칠게 함으로써 랜덤 토폴로지를 생성하는 단계가 수행될 수 있다. 이러한 제 2 재료는 표면 영역에 층으로서 도포될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 반도체 본체의 표면 영역의 구조화는 표면 영역 상에 정렬된 토폴로지를 생성함으로써 수행될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 정렬된 토폴로지의 생성은 특히 2보다 큰 높은 굴절률을 갖는 투명한 제 2 재료, 특히 Nb2O5를 도포하고, 이러한 재료에서 수행되는 바와 같이 주기적 광결정 또는 비-주기적 광자 구조, 특히 준-주기적 또는 결정론적 비주기적 광자 구조를 제 2 재료에 구조화함으로써 수행될 수 있다. 제 2 재료는 층으로서 도포될 수 있다.
광결정이라 함은, 광학 굴절률의 주기적인 변화를 통해 광자에 대한 밴드 구조를 생성하는 주기적인 구조를 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 밴드 구조는 특정 주파수 범위에서 밴드 갭을 가질 수 있다. 대안적으로, 이러한 특성은 비-주기적이지만 그럼에도 불구하고 정렬된 구조로 생성될 수도 있다. 이러한 구조는 특히 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조이다. 이것은 예를 들어 나선형 형태의 배열체일 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 반도체 본체의 표면 영역의 평탄화는 특히 1.5보다 작은 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료, 특히 SiO2를 표면 영역에 도포함으로써 수행될 수 있다. 제 3 재료는 층으로서 도포될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료로서 SiO2를 도포하는 것은 TEOS(테트라에틸오르토실리케이트)에 의해 수행될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 표면이 반도체 본체의 제 1 재료 또는 높은 굴절률을 갖는 제 2 재료 내의 가장 높은 융기부와 평평하게 및/또는 매끄럽게 종단될 때까지, 낮은 굴절률을 갖는 제 3 재료를 박형화하는 단계가 수행될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 박형화하는 단계는 화학적-기계적 연마(CMP)에 의해 수행될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 장치의 전사는 스탬프 기술에 의해 수행될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 평탄화된 표면은 평평하고 및/또는 매끄러우며, 평균 표면 파라미터로서 20 나노미터 미만, 특히 1 나노미터 미만 범위의 거칠기를 포함할 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 커플링-아웃 구조는 부품의 반도체의 거칠어진 제 1 재료 상에 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료, 특히 SiO2를 포함할 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 커플링-아웃 구조는 높은 굴절률을 갖는 거칠어진 투명한 제 2 재료, 특히 Nb2O5 상에, 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료, 특히 SiO2를 포함할 수 있고, 여기서 제 2 재료는 부품의 반도체의 제 1 재료 상에 도포될 수 있다.
추가로 제안된 실시예에 따르면, 커플링-아웃 구조는 높은 굴절률을 갖는 투명한 제 2 재료 상에, 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료, 특히 SiO2를 포함할 수 있고, 여기서 제 2 재료는 부품의 반도체의 제 1 재료 상에 도포되고, 주기적 광결정 또는 비-주기적 광자 구조, 특히 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조를 포함할 수 있다.
방출 표면에 적어도 실질적으로 수직인 광을 방출하는 개선된 광전자 장치를 제공하는 것이 또한 바람직할 수 있다.
본 발명은 또한 광전자 장치의 광 출사 표면으로부터 나오는 광을 생성하기 위한 복수의 광원을 갖는 조립체를 포함하고, 또한 광 출사 표면과 복수의 광원 사이에 배열되는 적어도 하나의 광자 구조를 포함하는 광전자 장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 기둥 구조라고도 지칭되는 특히 필러 구조 또는 광결정일 수 있는 적어도 하나의 광자 구조에 의해, 광이 광 출사 표면을 통해 장치를 떠나기 전에, 방출된 광의 빔 성형이 발생될 수 있다.
광자 구조는 특히 광원에 의해 생성된 광의 빔 성형을 위해 설계될 수 있다. 이 경우, 광자 구조는 특히 광이 광 출사 표면으로부터 적어도 실질적으로 수직으로 나오는 방식으로 설계될 수 있다. 따라서, 방출된 광의 방향성이 향상될 수 있다.
광결정은 그 자체로 알려져 있다. 이들은 특히 투명한 고체에서 발생하거나 또는 생성되는 광학 굴절률의 주기적인 구조이다. 특히, 서로 수직인 2 개의 공간 방향에서, 특히 광 출사 표면에 평행하게 연장되고 서로 수직인 2 개의 공간 방향에서 광학 굴절률의 주기적인 변화를 갖는 소위 2 차원 광결정이 여기서 관련된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 조립체는 층에 배열되는 복수의 픽셀을 광원으로서 포함하는 어레이이고, 광결정이 그 층에 배열되거나 또는 형성된다. 따라서 광결정은 어레이의 픽셀이 배열되는 층에 직접 배열될 수 있다. 이 경우, 광결정은 광원 위의 층에 배열될 수 있으므로, 광결정은 광원과 광 출사 표면 사이에 위치한다.
특히, 층은 반도체 재료를 포함할 수 있고, 광결정은 반도체 재료에서 구조화될 수 있다. 여기에서 예를 들어 GaN 또는 AlInGaP-재료 시스템이 반도체 재료로서 고려된다. 여기서 GaN은 질화갈륨(Galliumnitrid)을 나타내고, 여기서 AlInGaP는 알루미늄-인듐-갈륨-인화물(Aluminium-Indium-Gallium-Phosphid)을 나타낸다. 다른 가능한 재료 시스템의 예는 AlN(질화알루미늄의 경우) 및 InGaAs(인듐-갈륨-비소의 경우)이다.
광결정은 반도체 재료의 광학 굴절률의 주기적인 변화를 형성함으로써 구현될 수 있고, 여기서 이를 위해 예를 들어 Nb2O5(산화니오븀(V))과 같이 굴절률이 높은 재료를 사용하여 반도체 재료에 적절하게 도입될 수 있다. 광결정은 여기서 바람직하게는 2 차원 광결정으로 설계되며, 이는 광 출사 방향에 평행하게 연장되는 평면에서 서로 수직인 2 개의 공간 방향으로 광학 굴절률의 주기적 변화를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 조립체는 제 1 층에 배열되는 복수의 픽셀을 광원으로서 포함하는 어레이이고, 광결정이 추가의 제 2 층에 배열되며, 여기서 제 2 층은 제 1 층과 광 출사 표면 사이에 위치한다. 따라서, 광결정은 복수의 픽셀을 갖는 층 위의 추가의 제 2 층에 배열되거나 또는 수용될 수 있다.
광결정은 여기서 또한 예를 들어 2 차원 광결정으로 설계될 수 있다. 광결정은 예를 들어 Nb2O5와 같이 높은 굴절률을 갖는 재료에 도입되는 구멍 또는 리세스에 의해 구현될 수 있다. 따라서, 광결정은 높은 굴절률을 갖는 재료에 상응하는 구조화를 형성함으로써 형성되거나 또는 형성이 수행될 수 있다. 광자 구조는 예를 들어 이산화규소와 같이 굴절률이 낮은 재료로 채워질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 조립체는 광원으로서 복수의 LED를 포함하며, 여기서 LED는 제 1 층에 배열되고, 광결정이 추가의 제 2 층에 배열되거나 또는 형성되며, 여기서 제 2 층은 제 1 층과 광 출사 표면 사이에 위치한다. 특히 어레이 형태의 LED 조립체와 조합되어, LED를 갖는 제 1 층 위의 추가의 제 2 층에 광결정이 제공될 수 있다. 이것은 바람직하게는 2 차원 광결정으로 설계되고, 광 출사 표면에 평행하고 서로 수직으로 연장되는 두 개의 공간 방향에서 광학 굴절률의 주기적 변화의 형태로 구현된다. 높은 굴절률을 갖는 재료의 예로서 Nb2O5가 여기서 다시 언급될 수 있으며, 광결정은 높은 굴절률을 갖는 재료의 구멍 또는 리세스에 의해 구조화될 수 있다. 광자 구조는 굴절률이 낮은 재료, 예를 들어 이산화규소로 채워질 수 있다.
LED의 경우, 수평 및 수직 LED 간에는 구분이 이루어질 수 있다. 수평 LED의 경우, 전기 연결부는 광 출사 표면을 등지고 있는 LED의 후면에 위치한다. 반대로, 수직 LED의 경우에는, 전면에 하나의 전기 연결부가 있고, LED의 후면에 하나의 전기 연결부가 있다. 이 경우, 전면은 광 출사 표면을 향한다.
두 개의 극성의 전기 접촉부가 후면에 있는 픽셀화된 어레이의 경우, 전체 어레이 표면은, 특히 이 경우 메사 트렌치 또는 접촉 영역을 리세싱하지 않고, 예를 들어 광결정 형태로 구조화될 수 있다. 캐리어 기판 아래의 수평 발광 다이오드의 배열에 대해 유사한 조립체가 생성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광원과 전기적으로 접촉 형성하기 위한 수평 발광 다이오드의 어레이 또는 조립체에서, 생성된 광을 반사하는 접촉 형성 층을 통해 두 개의 극이 각각 전기적으로 연결될 수 있으며, 여기서 접촉 형성 층은 위에 있는 광 출사 표면으로부터 볼 때 광자 구조 및 광원 아래에 위치한다. 이 경우, 접촉 형성 층은 극들 사이의 단락을 회피하기 위해 적어도 2 개의 전기적으로 분리된 영역을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광원과 전기적으로 접촉 형성하기 위한 수직 발광 다이오드의 조립체에서, 광 출사 표면을 등지고 있는 특히 양의 제 1 극은 생성된 광을 반사하는 접촉 형성 층에 전기적으로 연결될 수 있고, 여기서 접촉 형성 층은 위에 있는 광 출사 표면으로부터 볼 때 광자 구조 및 광원 아래에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광 출사 표면을 향하는 다른, 특히 음의 제 2 극은 각각 전기 전도성 및 광학적으로 투명한 재료, 특히 ITO의 층에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 층과 반사성 접촉 형성 층 사이에 충전 재료가 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 광원은 재결합 영역을 가질 수 있고, 광결정은, 광결정이 재결합 영역의 범위에 존재하는 광학 상태 밀도를 변경시키도록, 특히 광 출사 표면에 평행한 및/또는 작은 각도 하의 전파 방향을 갖는 적어도 하나의 광학 모드에 대해 밴드 갭이 생성되도록, 재결합 영역에 가깝게 위치할 수 있다. 재결합 영역의 범위에서 광학 밴드 갭을 발생시키기 위해, 광결정이 재결합 영역에 매우 가깝게 위치하는 경우 바람직하다. 또한, 광 출사 표면에 수직인 방향에서 볼 때 광결정의 높이가 큰 경우, 특히 300 nm 이상인 경우, 밴드 갭의 형성을 위해 유리하다. 따라서, 광결정을 통해, 이미 광 생성 영역에서 방출된 광에 대해 방향성이 얻어질 수 있는데, 왜냐하면 광 출사 표면에 평행한 및/또는 작은 각도를 이루는 전파 방향을 갖는 광의 방출이 억제될 수 있기 때문이다. 광의 생성은 이 경우 광 출사 표면에 수직인 제한된 방출 원뿔에서만 이루어진다. 이 경우, 방출 원뿔의 개방 각도는 광결정에 따라 달라지며, 작은 값, 예를 들어 최대 20°, 최대 15°, 최대 10° 또는 최대 5°일 수 있다.
광결정은 광점의 위치 결정에 관계없이 광 출사 표면에 평행하게 연장되는 평면에 대해 배열될 수 있다.
광결정은 그 자체로 알려진 리소그래피 기술에 의해 제조될 수 있다. 그 자체로 알려진 가능한 기술은 예를 들어 나노 임프린트 리소그래피 또는 침지 EUV 스테퍼이고, 여기서 EUV는 극 자외선 복사선을 나타낸다.
광자 구조는 광 출사 표면과 복수의 광원 사이에서 적어도 부분적으로 연장되는 복수의 필러 구조를 포함할 수 있고, 여기서 각각의 경우에 하나의 필러가 광원에 할당되어 광 출사 표면에 수직인 방향으로 볼 때 이것과 정렬되어 배향된다.
필러는 또한 기둥으로 지칭될 수도 있다. 필러 또는 기둥은 바람직하게는 광 출사 표면에 수직으로 연장되는 길이 방향 축을 갖는다. 필러 및 할당된 광원이 정렬되어 배향된 경우, 이는 특히 필러의 긴 길이 방향 축이 광원의 중심과 교차한다는 것을 의미한다.
길이 방향 축에 대해 횡 방향으로 볼 때 필러는 원형, 정사각형 또는 다각형 단면을 가질 수 있다. 필러는 바람직하게는 적어도 3:1의 높이 대 직경의 종횡비를 갖는다. 이 경우, 높이는 필러의 길이 방향 축의 방향으로 측정된다.
특히 필러는 예를 들어 Nb2O5와 같이 굴절률이 높은 재료로 형성된다. 주변 재료에 비해 굴절률이 높기 때문에, 필러의 길이 방향 축에 평행한 방향으로의 발광이 다른 공간 방향에 비해 증가할 수 있다. 필러는 도파관으로서 역할을 한다. 이 경우, 광은 다른 전파 방향을 따른 것보다 필러의 길이 방향 축을 따라 더 효율적으로 커플링-아웃된다. 따라서 광의 길이 방향 축의 방향으로의 방향성이 개선될 수 있다. 광의 길이 방향 축은 바람직하게는 광 출사 표면에 수직으로 연장되기 때문에, 광 출사 표면에 수직으로 개선된 광 커플링-아웃이 또한 달성될 수 있다.
이 조립체는 제 1 층에 배열되는 복수의 픽셀을 광원으로서 포함하는 어레이일 수 있고, 필러는 추가의 제 2 층에 배열될 수 있으며, 여기서 제 2 층은 제 1 층과 광 출사 표면 사이에 위치한다. 따라서, 필러는 픽셀화된 어레이의 표면에 배열될 수 있다. 이 경우, 필러 또는 기둥 구조는 굴절률이 높은 재료로 독립적으로 형성될 수 있다. 추가적으로, 필러들 사이의 자유 공간은 낮은 굴절률을 갖는 예를 들어 이산화규소와 같은 충전 재료로 채워질 수 있다.
조립체는 제 1 층에 배열되는 복수의 LED를 광원으로서 포함할 수 있고, 필러는 추가의 제 2 층에 배열되거나 또는 형성될 수 있으며, 여기서 제 2 층은 제 1 층과 광 출사 표면 사이에 위치한다.
조립체는 제 1 층에 배열되는 복수의 픽셀을 광원으로서 포함하는 어레이일 수 있고, 필러도 마찬가지로 제 1 층에 배열될 수 있다. 특히, 필러는 필러의 적어도 각각의 부분이 필러에 할당된 광원보다 광 출사 표면에 더 가깝도록 제 1 층에 배열될 수 있다. 따라서, 필러는 광원과 광 출사 표면 사이에서 광 도파관으로 작용할 수 있다. 필러는 제 1 층에 제공된 어레이의 반도체 재료로 형성될 수 있으며, 여기서 반도체 재료는 높은 굴절률을 갖는다. 특히, 제 1 층의 반도체 재료는 필러가 남아있는 방식으로 에칭에 의해 제거될 수 있다. 필러 사이의 자유 공간은 또한 낮은 굴절성의 재료로 채워질 수 있다.
조립체는 특히 LED 형태의 복수의 픽셀을 광원으로서 포함하는 어레이일 수 있고, 여기서 픽셀은 필러에 형성된다. 따라서 개별 픽셀이 필러 형태를 갖도록 어레이가 생성될 수 있다. 이 경우, 각 필러는 바람직하게는 LED이고, 단일 픽셀로 기능한다. 필러의 길이 방향 축에 대해 볼 때 필러의 길이는 방출된 광의 파장의 절반에 해당할 수 있으며, 필러에 의해 형성된 LED의 재결합 영역은 바람직하게는 필러의 중심에 있다. 따라서, 재결합 영역은 광자 상태 밀도의 국부적 최대값에 있다. 이에 따라 필러의 길이 방향에 평행한 발광이 크게 증가될 수 있다. 도파관 효과로 인해, 전파 방향이 길이 방향 축에 평행한 광은 다른 전파 방향의 광보다 더 효과적으로 커플링-아웃된다.
필러의 높이 대 직경의 종횡비는 바람직하게는 3:1이다. 일반적인 방출 파장에서, 필러의 높이는 약 100 nm이고, 직경은 30 nm이다. 업스케일된 더 큰 높이 또는 직경도 또한 가능하며, 이는 제조가 더 용이하다. 광원을 포함하는 필러들 사이의 사이 공간은 예를 들어 필러를 위한 반도체 재료보다 굴절률이 낮은 예를 들어 이산화규소와 같은 재료로 채워질 수 있다.
광원을 갖는 필러의 경우, 광 출사 표면을 등지고 있는 필러의 하부면에 p-접촉부가 생성될 수 있다. 예를 들어 n-접촉부는 필러의 상부면의 필러의 절반 높이에 생성될 수 있다. n-접촉부는 투명 전도성 재료를 통해, 특히 충전 재료의 중간 층 또는 필러 위의 상부 층으로서 생성될 수 있다. n-접촉부 층에 대한 하나의 가능한 재료는 예를 들어 ITO(인듐 주석 산화물)이다. n- 및 p-접촉부의 역 배열도 또한 가능하다.
특히, 전기 접촉 형성을 위한 필러 또는 기둥으로 형성된 특히 수직의 발광 다이오드의 조립체의 경우, 각각 하나의, 특히 양의, 제 1 극이 발광 다이오드의 제 1 길이 방향 단부 상에 및/또는 이를 따라 형성될 수 있는 반사 접촉 형성 층에 전기적으로 연결될 수 있다.
각각의 다른, 특히 음의, 제 2 극은 전기 전도성 및 광학적으로 투명한 재료, 특히 ITO로 제조된 추가 층에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 층은 필러 또는 기둥의 중간에 또는 필러의 제 2 길이 방향 단부 상에 및/또는 이를 따라 중간 층으로서 배열될 수 있고, 여기서 제 2 길이 방향 단부는 제 1 길이 방향 단부에 대향한다.
추가 양태에 따르면, 특히 평면형의, 픽셀을 갖는 어레이로부터 또는 발광 다이오드의 조립체로부터, 방출 표면에 수직으로 지향되는 광의 방출을 생성하기 위한 광전자 장치가 제안되고, 여기서 광학적으로 효과적인 구조, 특히 광결정 또는 필러 구조와 같은 나노 구조는 광의 수직으로 지향되는 방출을 위해 전체 방출 표면을 따라 구조화된다.
추가 양태에 따르면, 특히 평면형의 픽셀화된 어레이로부터 또는 발광 다이오드의 조립체로부터 방출 표면에 수직으로 지향된 광의 방출을 생성하기 위한 광전자 장치를 제조하기 위한 방법이 제안되고, 여기서 광학적으로 효과적인 구조는 광의 수직으로 지향된 방출을 위해 전체 방출 표면을 따라 구조화된다.
특히 평면 어레이를 평평한 어레이라고 한다. 어레이 또는 필드의 표면도 또한 바람직하게는 매끄럽다. 픽셀화된 어레이는 특히 모놀리식 픽셀화된 어레이이다.
언급된 모든 재료, 특히 광결정, 필러 또는 충전 재료의 재료는 바람직하게는 낮은 흡수 계수를 갖는다. 여기서 흡수 계수는 특히 전자기 복사가 주어진 재료를 통과할 때의 강도의 감소에 대한 정도이다.
다음에서는 본 발명의 예시적인 변형 실시예가 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 조명 유닛의 제 1 변형예의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 조명 유닛의 제 2 변형예의 단면도를 도시한다.
도 3은 도 2의 복수의 조명 유닛의 조립체를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 조명 유닛의 제 4 변형예의 사시도를 도시한다.
도 5는 도 4의 조명 유닛을 갖는 표면 토포그래피 인식 시스템의 블록도를 도시한다.
도 6은 3 차원 광자 구조를 갖는 편광 요소가 적용된 광 출사 표면을 포함하는 이미터 유닛을 갖는 조명 유닛을 도시한다.
도 7은 복수의 나선형 형상의 구조 요소를 갖는 3 차원 광자 구조의 표현을 도시한다.
도 8은 파장 선택 특성을 갖는 3 차원 광자 구조를 갖는 편광 요소가 적용된 광 출사 표면을 포함하는 이미터 유닛을 갖는 조명 유닛을 도시한다.
도 9는 이미터 유닛, 및 변환체 재료가 채워진 3 차원 광자 구조를 갖는 조명 유닛을 도시한다.
도 10은 변환체 재료로 채워지고 LED 반도체 재료의 최상층에만 위치하는 구조화된 층에 의해 형성되는 변환체 요소 및 LED를 갖는 복사선 소스의 평면도 및 단면도를 도시한다.
도 11은 변환체 재료로 채워지고 LED 반도체 재료의 최상층에만 위치하는 구조화된 층에 의해 형성되는 변환체 요소, LED, 및 LED 반도체 재료의 최상층에 적용된 필터 층을 갖는 복사선 소스를 통한 단면도를 도시한다.
도 12는 변환체 재료로 채워지고 LED 반도체 재료의 활성 영역까지 연장되는 구조화된 층에 의해 형성되는 변환체 요소 및 LED를 갖는 복사선 소스의 평면도 및 단면도를 도시한다.
도 13은 변환체 재료로 채워지고 LED 반도체 재료의 활성 영역까지 연장되는 구조화된 층에 의해 형성되는 변환체 요소, LED, 및 LED 반도체 재료의 최상층에 적용된 필터 층을 갖는 복사선 소스를 통한 단면도를 도시한다.
도 14는 제안된 장치의 일 실시예를 나타낸다.
도 15는 제안된 장치의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 16은 제안된 장치의 또 다른 예시적인 실시예를 도시한다.
도 17은 제안된 방법의 예시적인 실시예를 나타낸다.
도 18의 a는 제 1 제안된 장치를 평면도로 나타낸다.
도 18의 b는 제 1 제안된 장치의 단면도로 나타낸다.
도 19의 a는 제 2 제안된 장치를 평면도로 나타낸다.
도 19의 b는 제 2 제안된 장치의 단면도로 나타낸다.
도 20의 a는 제 3 제안된 장치를 평면도로 나타낸다.
도 20의 b는 제 3 제안된 장치의 단면도로 나타낸다.
도 21의 a는 제 4 제안된 장치를 평면도로 나타낸다.
도 21의 b는 제 4 제안된 장치의 단면도로 나타낸다.
도 22의 a는 제 5 제안된 장치를 평면도로 나타낸다.
도 22의 b는 제 5 제안된 장치를 단면도로 나타낸다.
도 23의 a는 제 6 제안된 장치를 평면도로 나타낸다.
도 23의 b는 제 6 제안된 장치의 단면도로 나타낸다.
도 24의 a는 제 7 제안된 장치를 평면도로 나타낸다.
도 24의 b는 제 7 제안된 장치의 단면도로 나타낸다.
도 25의 a는 제 8 제안된 장치를 평면도로 나타낸다.
도 25의 b는 제 8 제안된 장치의 단면도로 나타낸다.
도 26의 a는 제 9 제안된 장치를 평면도로 나타낸다.
도 26의 b는 제 9 제안된 장치의 단면도로 나타낸다.
도 27은 본 발명에 따른 장치의 다른 변형예의 단면도를 나타낸다.
도 1에 도시된 조명 유닛(11)은 광 출사 표면(15)을 통해 예를 들어 특정 파장의 가시광선 또는 적외선과 같은 전자기 복사(19)를 방출하도록 설계된 적어도 하나의 광전자 이미터 유닛(13)을 포함한다. 여기서, 광 출사 표면(15)을 통해 나오기 전에 전자기 복사의 빔 성형을 위해 광자 구조(17)가 제공된다. 광자 구조(17)는 전자기 복사(19)가 원거리 장(21)에서 정의된 특성(23)을 갖도록 전자기 복사(19)를 성형한다.
특히, 도 1의 조명 유닛(11)의 광자 구조(17)는 1 차원 광결정(25)이다. 이것은 도시된 변형예에서 광 출사 표면(15)까지 연장된다. 광결정(25)의 단부면은 따라서 광 출사 표면(15)을 형성한다. 1 차원 광결정(25)은 제 1 방향(R1)을 따라 광학 굴절률의 주기적인 변화를 갖는다.
결정(25) 또는 주기적 변화는 이들이 이미터 유닛의 광원(도시되지 않음)으로부터 방출되는 전자기 복사를 빔 성형하도록 설정된다. 특히, 제 1 방향(R1)을 따른 광의 전파가 차단된다. 그 결과, 원거리 장(21)에서 방출된 복사선(19)은 제 1 방향(R1)을 따라 약간의 범위만을 갖는다. 따라서, 좁은 스트립(27)을 형성하는 것은 원거리 장(21)에서 전자기 복사(19)의 특징이다. 따라서, 전자기 복사(19)는 제 1 방향(19)에 대해 시준된다.
광원은 특히 LED이다. 이것은 일반적으로 램버시안 라디에이터이다. 광자 구조(17) 및 이로부터 발생하는 빔 성형을 사용함으로써, 지향성 시준 전자기 복사(19)가 생성될 수 있다.
도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 방출된 전자기 복사(19)는 본질적으로 제 2 방향(R2)을 따라 퍼지는 광 원뿔의 형태로 이미터 유닛(13)을 떠난다. 광 원뿔의 중심 축은 이 경우 광 출사 표면(15)에 수직으로 연장되는 주 방출 방향(H)을 따라 연장된다. 주 방출 방향(H)에서 볼 때 광 출사 표면(15)의 하류에 배열되어 시준을 수행하는 선택적 광학 장치는 도시되지 않는다. 광학 장치에 의해, 전자기 복사(19)는 제 1 공간 방향(R1)에 직교하여 연장되는 제 2 공간 방향(R2)으로 시준될 수 있다. 따라서 전자기 복사(19)는 2 개의 방향(R1, R2)에 대해 원거리 장(21)에서 시준될 수 있다. 발광점이 생성된다.
도 1에 따른 조명 장치(11)는 특히 광학 스캐너에 사용하기에 적합하다. 이 경우, 원거리 장(21)의 스트립 형상의 광 이미지 때문에, 조명 장치(11)는 특히 라인 스캐닝 적용에 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 조명 장치(11)의 경우, 이미터 유닛(13)의 상부면에는 1 차원 광결정(25)이 형성되어 있다. 결정(25)의 단부면은 전자기 복사를 위한 광 출사 표면(15)을 형성하고, 이는 광전자 광원(도시되지 않음), 예를 들어 LED에 의해 생성되고, 광 출사 표면(25)을 통해 광결정(25)에 의해 방출된다.
도 1에 따른 변형예와는 대조적으로, 도 2의 조명 유닛에서 전자기 복사(19)의 주 방출 방향(H)은 광 출사 표면(15)의 법선(N)에 대해 각도(α)로 연장된다. 여기서, 각도(α)는 0 도와는 같지 않다. 각도(α)는 예를 들어 30 도 내지 60 도의 범위에 있을 수 있다. 이것은 1 차원 광결정(25)이 제 1 방향(R1)으로 연장되는 상이한 광학 굴절률을 갖는 2 개의 재료(31, 33)의 주기적으로 반복되는 시퀀스를 포함함으로써 달성된다. 재료(31, 33)는 평행 사변형과 같은 단면을 가지며, 재료(31, 33)의 서로 인접하는 경계면은 직교하지 않고 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같이 오히려 광 출사 표면(15)에 대해 기울어지게 연장된다.
이러한 구조는, 예를 들어, 서로 평행하게 연장되는 트렌치(29)가 광 출사 표면(15)을 갖는 기판(31) 내로 광 출사 표면(15)에 대해 경사지게 에칭됨으로써 형성될 수 있다. 트렌치(29)는 에칭된 기판 재료(33)와 다른 광학 굴절률을 갖는 재료(33)로 채워질 수 있다. 이 경우, 각도(α)는 광 출사 표면(15)에 대한 트렌치(29)의 경사에 의존할 수 있다. 트렌치(29)의 폭 및 2 개의 트렌치(29) 사이에 남아있는 각각의 기판 재료(31)의 폭은 광결정(25)이 영향을 미칠 수 있는 파장에 영향을 미친다. 일반적으로, 트렌치(29)의 폭 및 2 개의 트렌치 사이에 놓인 기판 재료(33)의 폭 및 이에 따라 광결정 구조(25)의 주기성은 광원 또는 광원과 광결정 사이에 배열된 변환체 재료에 의해 제공되는 전자기 복사의 파장에 맞게 조정된다.
1 차원 광결정(25)에 의해, 도 2의 조명 유닛(11)은 도 1을 참조하여 설명된 바와 같이, 원거리 장(21)에서 광 스트립(27)을 차례로 생성할 수 있다. 도 1의 변형예와 대조적으로, 도 2의 변형예에서 주 방출 방향(H)은 법선(N)에 대해 각도(α)만큼 기울어진다. 스트립(27)은 하류에 배열된 시준 광학 장치에 의해 원거리 장(21)에서 점 또는 원형 구조로 될 수 있다.
도 3에 도시된 변형예는 도 2의 복수의 조명 유닛(11)의 라인 형상 또는 어레이 형상의 배열을 포함한다. 개별 조명 유닛(11)에 의해 방출된 광 빔(19)은 동일한 주 방출 방향(H)을 갖는다. 광 빔(19)은 또한 추가의 시준 광학 장치(35), 특히 렌즈에 의해 또한 제 2 방향으로 시준될 수 있고, 이 제 2 방향은 도 2의 도면에서 이미지 평면에 수직으로 연장된다. 따라서 방출된 복사선(19)의 점 또는 원형 이미지가 광학 장치(35) 후방의 원거리 장에서 생성된다.
도 2 및 도 3에 따른 조명 장치(11)에서 광결정의 사용은 도 3에 따른 조명 장치(11)의 라인 형상 또는 어레이 형상의 배열에 대해 효과적으로 더 높은 해상도를 발생시킨다. 또한, 특히 원거리 장에서 광학 장치(35)의 하류에 배열되는 더 작은 빔 단면이 구현될 수 있다. 조명 장치(11)에 집적된 광결정(25)에 의해 제 1 방향(R1)으로 시준이 이루어짐으로써(도 2 참조), 광학 장치(35) 및 경우에 따라 추가로, 후속 광학 장치가 더 컴팩트하게 설계될 수 있다.
도 4의 변형예에서, 조명 유닛(11)은, 그 단부면이 광 출사 표면(15)을 형성하는 2 차원 광결정(37)인 광자 구조(17)를 포함한다. 광 출사 표면(15)에서 볼 때 선택적으로 변환체 재료를 갖는 적어도 하나의 광전자 광원이 광결정(37) 후방에 배열된다. 광결정(37)은 원거리 장(21)에서 정의된 개별 패턴(39)을 생성하는 방식으로 광 출사 표면을 통해 방출되는 전자기 복사(19)를 성형하도록 설계된다. 도시된 예에서, 패턴(39)은 복수의 분산된 광점(41)으로 구성되며, 여기서 다른 패턴도 또한 가능하다.
도 4의 조명 유닛(11)은 예를 들어 도 5의 블록도에 예시적으로 도시된 표면 토포그래피 인식 시스템(43)에서의 사용에 적합하다. 조명 유닛(11)에 추가하여, 시스템(43)은 물체(도시되지 않음)를 비출 때 패턴(39)을 검출하도록 설계된 카메라(47)를 갖는 검출 유닛(45)을 포함한다.
또한, 미리 설정된 기준 패턴에 대한 패턴(39)의 왜곡을 결정하도록 설계된 분석 장치(49)가 제공된다. 기준 패턴은 예를 들어 평평한 표면에 투사될 때 패턴(39)의 검출로부터 결정될 수 있다.
분석 장치(49)는 또한 패턴(39)의 결정된 왜곡에 따라 원거리 장(39)에서 패턴(39)에 의해 조명되는 물체의 형상 및/또는 구조를 결정하도록 설계된다. 따라서, 시스템(43)에 의해 예를 들어 얼굴 인식이 구현될 수 있다.
도 4에 따른 변형에서, 패턴(39)이 광결정(37)에 의해 이미 생성될 수 있기 때문에, 패턴을 생성하기 위해 하류에 배열된 광학 장치가 절약될 수 있다. 도 4에 따른 조명 장치(11) 및 이와 관련된 도 5에 따른 시스템(43)은 따라서 특히 컴팩트한 형태로 구현될 수 있다.
도 6은 3 차원 광자 구조를 갖는 편광 층의 형태로 편광 요소(4)가 적용되는 광 출사 표면(3)을 포함하는 이미터 유닛(2)을 갖는 조명 유닛(1)을 도시한다. 도 6에 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 이미터 유닛(2)은 가시광선 또는 경우에 따라 또한 자외선 파장 범위의 광을 방출하는 LED(5)이다. LED(5)에 의해 방출된 광은 3 차원 광자 구조로 지향되고, 여기서 구조의 설계 및 치수에 따라 특정 진동 방향으로 편광된다. 3 차원 광자 구조의 설계에 따라, 원형 또는 선형 편광이 발생할 수 있다. 중요한 것은, 조명 유닛(1)에서는 특정 편광을 갖는 광만이 방출되어야 한다는 것이다.
편광 요소(4)의 3 차원 광자 구조가 도 7에 도시된 바와 같이 나선형 구조 요소(6)를 갖는 경우, 원형 편광이 발생한다. 반면에 3 차원 광자 구조의 구조 요소가 막대 형태, 특히 소위 나노 로드로 설계되는 경우, 이것은 3 차원 광자 구조를 통해 안내된 복사선의 선형 편광을 발생시킨다.
도 6에 도시된 조명 유닛(1)의 제조는 2 광자 리소그래피 방법, 빗각 증착법, 레이저 간섭 리소그래피 또는 홀로그래픽 구조화를 사용하여 이루어진다. 이와 관련하여, 도 7에 도시된 나선형 구조 요소(6)는 빗각 증착법을 사용하여 제조되었다는 것이 참조된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 조명 유닛(1)은 유리하게는 상보적인 특성을 갖는 추가 조명 유닛과 조합될 수 있다. 따라서, 상이한 편광 및/또는 투과 특성을 갖는 조명 유닛들(1)이 이미지 생성을 위해 조합된다.
각각이 상보적인 특성을 갖는 복수의 조명 유닛을 사용하여 생성되고 서로 다른 진동 방향으로 편광되는 복사선은 바람직하게는 공통 광학 장치를 사용하여 디스플레이 또는 스크린에 이미징된다. 이러한 장치는 3 차원 이미지를 생성하기 위한 적용 분야에서 유리하게 사용될 수 있다.
도 6에 따라 LED 칩의 표면 또는 광 출사 표면(3)에 배열되어 편광 요소(4)를 형성하는 3 차원 광자 구조를 사용하여, 현재 알려진 LED에 의한 광과는 근본적으로 다른 특성, 특히 정의된 편광을 갖는 광을 생성하는 것이 가능하다. 여기서 큰 장점은, 칩 표면에 3 차원 광자 구조를 제공하기 때문에, 예를 들어 기존 편광 필터와 같은 추가 광학 부품이 필요하지 않다는 것이다. 따라서 조명 유닛을 비교적 작게 구현할 수 있다. LED(5)의 반도체 칩 상의 직접 구조화로 인해, 이러한 조명 유닛(1)은 또한 편광이 후속적으로 선택되는 공지된 조명 유닛보다 에너지 효율적이다. 그 특성으로 인해 3 차원 광자 구조를 통과하지 못한 모든 광자는 LED 칩에 남아 재흡수 과정을 통해 재방출될 수 있다.
도 8은 파장 선택 특성을 갖는 3 차원 광자 구조를 갖는 편광 요소(4)가 적용된 광 출사 표면(3)을 포함하는 이미터 유닛(2)을 구비한 조명 유닛(1)을 도시한다.
이러한 경우 광자 구조는 3 차원 광결정으로 설계된다. 대안적으로, 복수의 2 차원 광결정이 층이 서로 중첩되어 배열될 수 있다.
3 차원 광자 구조는 파장 별 투과도 및 편광 특성을 갖도록 설계된다. 이는 3 차원 광자 구조의 투과도 및 편광 특성이 입사 복사선의 파장에 따라 변한다는 것을 의미한다.
도 8에 도시된 조명 유닛(1)은 이미터 유닛을 갖고, 이 이미터 유닛은 차례로 LED(5)를 포함한다. 또한, 변환체 재료로 이루어진 층을 갖는 변환체 요소(7)가 제공된다. LED(5)에 의해 방출된 여기 복사선(8)에 의한 여기로 인해, 변환체 재료는 여기 복사선(8)의 파장과 다른 파장을 갖는 변환된 복사선(9)을 방출한다.
이제 변환되지 않은 여기 복사선(8) 및 변환된 복사선(9)이 모두 3 차원 광자 구조에 입사하면, 이러한 복사선은 투과 및 편광 측면에서 그 파장에 따라 다른 방식으로 영향을 받는다. 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 변환된 복사선(9)은 LED 칩의 표면에 수직으로 커플링-아웃되고, 여기 복사선(8)은 측면으로 편향된다.
이러한 조명 유닛은 바람직하게는 다른 파장을 갖는 복사선이 생성되는 구성 요소에서 사용될 수 있고, 여기서 LED 및 변환체 요소의 조합으로 다양한 기능이 구현될 수 있다. 3 차원 광자 구조의 설계 및 LED에 의해 각각 방출되는 여기 복사선(8)의 파장에 따라, 변환된 복사선(9)이 3 차원 광자 구조를 통해 방사하는 동안, 여기 복사선(8)의 완전한 억제를 달성하는 것이 가능하다. 또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 변환된 복사선(9)이 칩 표면에 대해 수직으로 커플링-아웃되는 동안 여기 복사선(8)은 편향되는 것도 고려될 수 있다. 물론 그 메커니즘은 또한 반대일 수도 있다. 또한, 여기 복사선(8)이 칩 표면을 통해 변하지 않고 빠져 나가는 동안, 변환된 복사선(9)을 특별한 방식으로 편광시키는 것도 마찬가지로 고려될 수 있다. 여기에서도 그 메커니즘은 반대일 수 있다.
도 9에 도시된 조명 유닛의 변형예는 여기서 다시 LED(15) 형태의 이미터 유닛, 및 예를 들어 나선형으로 구성된 3 차원 광자 구조(11)를 포함한다. 변환체 재료(13)는 구조(11)에 채워진다.
도 10은 LED 및 LED(7)의 반도체 기판(8)에 배열되고 적절한 변환체 재료를 갖는 구조(4)를 포함하는 층(2)을 갖는 복사선 소스(6)를 평면도 및 단면도로 도시한다. 변환체 재료를 갖는 구조화된 층(2)은 변환체 요소(1)를 형성하고, 여기서 변환체 재료는 LED(7)에 의해 방출된 여기 복사선에 의해 여기될 때 변환된 복사선을 복사선 소스(6)의 방출 영역(3)으로 방출한다.
변환체 재료를 갖는 층(2)에 제공된 구조(4)는 변환된 복사선이 지향되는 빔 번들로서만 특정 방출 영역(3)으로 방출되도록 설계된다.
도 10에 도시된 실시예에 따르면, 변환된 복사선은 반도체 기판을 갖는 LED 칩이 위치하는 평면에 수직으로 방출된다.
도 10에 도시된 구조화된 층(2)은 LED 반도체 기판에 에칭된 2 차원 광결정이다. 여기서 구조(4)의 개별적인 막대 형상의 리세스는 변환체 재료로 채워진다. 구조(4)의 층 두께는 적어도 500 nm이므로, 변환체 요소(1)에 의해 방출되는 변환된 복사선의 방향성을 발생시키는 밴드 갭이 결정질 고체 상태 재료에 생성된다.
이러한 광자 구조는 특히 에텐듀 제한 시스템의 방향성 및 이에 따라 효율성을 크게 증가시킬 수 있다. LED(7)의 표면에 직접 대응하는 구조(4) 및 적절한 변환체 재료를 갖는 층(2)을 제공함으로써, 그렇지 않으면 추가로 제공되는 광학 요소가 생략될 수 있고, 따라서 비교적 작게 설계된 복사선 소스가 본 발명을 이용함으로써 구현될 수 있다.
도 10에 도시된 복사선 소스(6)를 사용하여, 고 해상도 디스플레이를 위한 예를 들어 픽셀화된 LED 어레이 또는 예를 들어 엔터테인먼트 전자 장치 부문을 위한 통합된 구성 요소와 같은 매우 작은 구성 요소가 또한 구현될 수 있다.
또한, 한편으로는 LED 칩 표면에 수직으로 배열되지 않은 필요하지 않은 방향으로 광이 방출되지 않고 다른 한편으로는 변환된 모든 광이 사용될 수 있기 때문에, 에너지 면에서 특히 효율적인 복사선 소스가 제공될 수 있다. 또한, 활성 영역(9)에서 안내되고 LED(7)로부터의 낮은 추출 효율을 갖는, LED(7)에 의해 방출되는 여기 복사의 모드가 또한 효율적으로 변환될 수 있다.
또한, 도 11은 복사선 소스(6)의 단면도를 도시하고, 이는 도 10과 관련하여 설명된 바와 같이 구현되지만, 그러나 선택된 파장 범위의 복사선에 대해 불투과성인 필터 층(5)의 형태로 복사선 소스(6)의 최상층에 적용된 필터 요소(5)를 추가적으로 갖는다. 여기서 필터 층(5)은 바람직하게는 컬러 필터의 기능을 갖는다.
이러한 기술적 설계는 LED(7)에 의해 방출된 광이 완전히 변환되게 하는 방식으로 LED(7) 및 변환체 요소(1)가 조합되는 복사선 소스(6)에 특히 적합하다. 따라서, 적절하게 설계된 필터 층(5)을 사용하여, 방출 영역(3)으로 방출된 복사선은 원하는 파장을 갖는 복사선으로 제한될 수 있다. 또한, 이러한 필터 층(5)에 의해, 변환체 요소(1)에 의해 변환된 복사선으로 변환되지 않은, LED(7)에 의해 방출된 여기 복사선은 필요한 경우 필터 층(5)에 의해 방출 영역(3)으로 나가는 것이 방지되도록 보장될 수 있다.
도 12는 LED(7) 및 LED(7)의 반도체 기판(8) 상에 적용된 변환체 요소(1)를 갖는 복사선 소스(6)을 다시 도시한다. 변환체 요소(1)는 변환체 재료를 갖는 층(2) 및 LED(7)의 반도체 기판(8) 상에 적용되는 구조(4)를 갖는다. 구조화된 층(2)은 바람직하게는 광결정, 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조이다. 층(2)의 구조(4)는 적절한 변환체 재료로 채워진다.
도 10에 설명된 예시적인 실시예와 대조적으로, 구조화된 층(2)은 복사선 소스(6)의 상부 영역의 반도체 기판에 배열될 뿐만 아니라, LED(7)의 활성 영역(9)까지 연장된다. 차례로, 500 nm보다 큰 층 두께를 갖는 구조화된 층(2)이 제공되고, 이에 따라 광학 밴드 갭이 생성된다. 이러한 경우에도, 활성 영역(9)에서 안내되고 LED로부터의 낮은 추출 효율을 갖는, LED(7)에 의해 방출되는 여기 복사의 모드가 효율적으로 변환될 수 있다.
또한, 도 13은 복사선 소스(6)의 일 실시예를 도시하고, 이는 도 12에 도시된 바와 같이 구현되지만, 그러나 복사선 소스(6)의 최상층에 적용되고 컬러 필터로서 역할을 하는 필터 층의 형태로 설계된 필터 요소(5)를 더 갖는다. 이러한 컬러 필터는 LED(7)에 의해 방출된 여기 복사선이 완전히 변환되는 경우 방출 영역으로 변환된 복사선의 방출을 제한하거나 또는 완전하게 변환되지 않는 경우 변환되지 않은 여기 복사선의 방출을 선택적으로 억제할 가능성을 제공한다.
도 14는 제안된 장치의 일 실시예를 나타낸다. 도 14에 따르면, 제 1 재료(1)를 갖는 반도체 본체가 도시되어 있으며, 이는 또한 다이로도 지칭될 수 있고 여기에서는 발광 다이오드로 설계된다.
커플링 아웃 구조(A)가 형성된다. 장치를 제공하는 반도체 본체의 표면 영역(9) 상에 평탄화된 표면(7)이 형성된다. 표면 영역(9)은 이를 위해 구조화되고 그 후 평탄화된다.
반도체 본체는 표면 영역(9)이 캐리어(도시되지 않음)를 등지고 있는 방향으로 생성되는 방식으로 에피택셜로 생성될 수 있다. 원칙적으로, 장치를 제공하는 반도체 본체의 모든 표면 영역은 특히 광학적 커플링-아웃 구조(A)를 형성하기 위해 구조화될 수 있고, 그 후 평탄화될 수 있다. 전자기 복사의 다른 파장도 구조화 및 평탄화가 이에 부합하면 또한 커플링-아웃될 수 있다.
도 14는 반도체 본체의 표면 영역(9)의 구조화를 도시하며, 여기서 표면 영역(9)에 랜덤 토폴로지가 생성된다. 랜덤 토폴로지는 여기서 표면 영역(9) 상의 반도체 본체의 제 1 재료(1)를 직접 거칠게 함으로써 형성된다.
여기서 토폴로지는 특히 공간 구조이다.
그 다음, 특히 1.5보다 작은 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5)를 도포함으로써 반도체 본체의 표면 영역(9)의 평탄화가 수행된다. 이어서, 구조화된 표면 영역(9)의 표면(7)이 반도체 본체의 제 1 재료(1) 내의 가장 높은 융기부와 평평하게 및/또는 매끄럽게 종단될 때까지, 낮은 굴절률을 갖는 도포된 투명한 제 3 재료(5)를 박형화하는 단계가 수행된다. 제 3 재료(5)는 층으로서 도포될 수 있다.
박형화하는 단계는 화학적-기계적 연마(CMP)를 통해 수행될 수 있다.
표면 영역(9)에 엠보싱된 가능한 구조는 예를 들어 거칠어진 표면과 같은 랜덤 토폴로지일 수 있다. 예를 들어 거칠어진 표면과 같은 랜덤 토폴로지는 이미 더 큰 LED에 사용된다.
광의 커플링-아웃은 평탄화된 표면(7)을 갖는 커플링-아웃 구조(A)에 의해 개선된다. 이를 위해, 도 14에 따르면, 우선 예를 들어 LED 반도체 또는 LED 다이의 제 1 재료(1)는 직접 구조화된다.
평탄화를 위해 사용되는 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5)는 SiO2일 수 있고, 이것은 특히 TEOS(테트라에틸오르토실리케이트)에 의해 도포될 수 있다.
굴절률, 또한 굴절지수 또는 광학 밀도(이전에는 굴절도이라고도 함)는 광학적 재료 특성이다. 이것은 진공에서의 광의 파장 대 재료에서의 광의 파장의 비이며, 따라서 진공에서의 광의 위상 속도 대 재료에서의 광의 위상 속도의 비이다. 굴절률은 무차원이며, 일반적으로 광의 주파수에 따라 달라지고, 이는 분산이라고 한다. 광은 굴절률이 다른 2 개의 매질 사이의 경계면에서 굴절되고 반사된다. 이 경우, 굴절률이 큰 매질을 광학 밀도가 높은 매질이라고 한다.
작은 굴절률은 특히 1.5 미만일 수 있다. 낮은 굴절률을 갖는 추가로 사용 가능한 재료는 예를 들어 굴절률이 예를 들어 1.46인 크라운 유리, 굴절률이 예를 들어 1.49인 PMMA, 및 굴절률이 예를 들어 1.46인 석영 유리이다. 이러한 굴절률들은 나트륨-D-라인의 파장 589 nm에서 발생한다. 이산화규소의 굴절률은 예를 들어 1.458이다. 다른 재료들도 또한 사용될 수 있다.
모든 도면들에서 동일한 참조 기호는 동일한 특징을 나타낸다.
도 15는 제안된 장치의 제 2 실시예를 나타낸다.
광의 커플링-아웃을 개선하기 위해, 도 15에 따른 예시적인 실시예에 대한 대안으로서, 높은 굴절률을 갖는 투명한 제 2 재료(3)가 발광 다이오드에 적용될 수 있고, 적절한 방식으로 구조화될 수 있다. 높은 굴절률을 갖는 적절한 제 2 재료(3)는 예를 들어 Nb2O5이다. 이러한 대안은 도 15 및 도 16에 도시되어 있다.
높은 굴절률은 특히 2보다 클 수 있다. 높은 굴절률을 갖는 추가로 사용 가능한 재료는 예를 들어 굴절률이 2.37인 황화 아연, 굴절률이 예를 들어 2.42인 다이아몬드, 굴절률이 예를 들어 2.52인 이산화 티타늄, 예를 들어 2.65의 굴절률을 갖는 탄화 규소 및 예를 들어 3.10의 굴절률을 갖는 이산화 티타늄이다. 이러한 굴절률은 특히 나트륨-D-라인의 파장 589 nm에서 발생한다. 산화니오븀(V)의 굴절률은 예를 들어 2.3이다. 다른 재료도 마찬가지로 사용될 수 있다.
장치를 제공하는 반도체 본체의 표면 영역(9)에 커플링-아웃 구조(A)가 형성된다. 또한 여기서 표면 영역(9)의 구조화도 수행된다.
표면 영역(9)의 구조화는 도 14의 경우와 마찬가지로 표면 영역(9)에 랜덤 토폴로지를 생성함으로써 이루어진다. 도 14에 따르면 랜덤 토폴로지의 생성은 제 1 재료(1)를 갖는 반도체 본체의 표면 영역(9)의 표면(7)을 직접 거칠게 함으로써 수행되지만, 도 15에 따르면 랜덤 토폴로지는 특히 2보다 큰 높은 굴절률을 갖는 투명한 제 2 재료(3)를 표면 영역(9) 상에, 특히 층별로 도포하고 제 2 재료(3)를 거칠게 함으로써 형성된다.
구조화된 표면 영역(9)에 낮은 굴절률, 특히 1.5 미만의 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5)를 특히 층별로 도포함으로써 평탄화가 수행된다. 제 3 재료(5)는 층으로서 도포될 수 있다. 그 후, 구조화된 표면 영역(9)의 표면(7)이 높은 굴절률을 갖는 제 2 재료(3) 내의 가장 높은 융기부와 평평하게 및/또는 매끄럽게 종단될 때까지 낮은 굴절률을 갖는 도포된 투명한 제 3 재료(5)를 박형화하는 단계가 수행된다.
낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5)는 SiO2일 수 있고, 이것은 특히 TEOS(테트라에틸오르토실리케이트)에 의해 도포된다. 박형화하는 단계는 화학적-기계적 연마(CMP)를 통해 수행될 수 있다.
도 16은 제안된 장치의 일 실시예를 나타낸다.
대안적으로, 표면 영역(9)을 구조화하기 위해 표면 영역(9) 상에 정렬된 토폴로지가 또한 생성될 수도 있다.
여기서, 정렬된 토폴로지를 생성하는 단계는 특히 2보다 큰 높은 굴절률을 갖는 투명한 제 2 재료(3)를 표면 영역(9)에, 특히 층별로 도포하고, 제 2 재료(3)에 주기적 광결정 또는 비-주기적 광자 구조, 특히 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조를 구조화함으로써 수행된다.
대안적으로, 주기적 광결정 또는 비-주기적 광자 구조, 특히 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조는, 제 2 재료(3) 없이, 반도체 본체의 제 1 재료(1)에 원칙적으로 직접 구조화될 수 있다. 이 경우, 커플링-아웃 구조(A)를 갖는 장치가 형성될 수 있고, 여기서 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5), 특히 SiO2가 부품의 반도체의 제 1 재료(1) 상에 도포되고, 제 1 재료(1)에는 주기적 광결정 또는 비-주기적 광자 구조, 특히 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조가 구조화될 수 있다.
광결정은 구조화된 반도체, 유리 또는 중합체로 구성되며, 대부분 마이크로일렉트로닉스에서 알려진 공정을 통해 제조된다. 이들은 광이 그 특정 구조를 통해, 구성 요소 기능에 필요한 방식으로 매체에서 전파되도록 강요한다. 이를 통해, 파장의 크기 정도의 차원으로 광을 안내하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 필터링하고 파장 선택적인 방식으로 반사시키는 것도 가능하다.
이는 반도체 결정의 주기적인 전위가 전자의 전파에 영향을 미치는 것과 유사한 방식으로 전자기파의 전파에 영향을 미치는 방식으로 설정되는 주기 길이를 갖는 주기적인 유전 구조이다. 따라서 이들은 예를 들어 가시광선의 브래그 반사와 같은 독특한 광학 특성을 나타낸다.
특히, 전자 밴드 구조의 형성과 유사하게, 결정 내에서 전자파가 전파될 수 없는 금지 에너지 영역을 가질 수 있는 광자 밴드 구조가 생성된다(광자 밴드 갭(PBG)(photonic band gap)). 따라서 광결정은 특정 방식으로 전자 반도체의 광학 유사체, 즉 "광학 반도체"로 간주될 수 있다.
주기적 광결정 또는 비-주기적 광자 구조, 특히 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조를 구조화한 후, 평탄화를 위해 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5)가 구조화된 표면 영역(9) 상에, 특히 층별로 도포된다. 이를 위해, TEOS(테트라에틸오르토실리케이트)에 의해 적층되는 예를 들어 SiO2가 적합하다. 그 다음, 제 3 재료(5)는 표면(7)이 고 굴절 제 2 재료(3) 내의 가장 높은 융기부와 매끄럽게 종단될 때까지 얇아진다.
박형화하는 단계를 위한 적합한 공정은 마이크로미터 및 나노미터 범위의 두께를 갖는 층들을 균일하게 제거하는 화학적-기계적 연마(CMP)이다. 이를 통해 생성된 표면은 평평하고 및/또는 매끄럽다. 거칠기는 특히 평균 표면 파라미터(rms)보다 수 나노미터 더 작은 범위에 있다. 생성된 평탄화된 표면(7)은 발광 다이오드를 전사하기 위해 통상적으로 사용되는 스탬프 기술과 함께 사용될 수 있다.
이러한 방식으로, 처리되지 않은 표면에 비해 커플링-아웃 효율이 향상될 수 있다. 스탬프 기술을 사용한 전사 공정이 여전히 가능하다.
도 17은 제안된 방법의 예시적인 실시예를 나타낸다.
제 1 단계(S1)에서, 커플링-아웃 구조(A)를 형성하기 위해, 장치를 제공하는 반도체 본체의 표면 영역(9)의 구조화가 수행된다. 제 2 단계(S2)에서, 표면 영역(9)의 평탄화된 표면(7)을 얻기 위해 구조화된 표면 영역(9)의 평탄화가 수행된다. 평탄화는 2 개의 하위 단계를 포함한다.
제 1 하위 단계(S2.1)에 의해, 특히 1.5보다 작은 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5)를 구조화된 표면 영역(9)에, 특히 층별로 도포하는 단계가 수행된다.
제 2 하위 단계(S2.2)에 의해, 구조화된 표면 영역(9)의 표면(7)이 반도체 본체의 제 1 재료(1) 또는 높은 굴절률을 갖는 제 2 재료(3) 내의 가장 높은 융기부와 평평하게 및/또는 매끄럽게 종단될 때까지 낮은 굴절률을 갖는 도포된 투명한 제 3 재료(5)를 박형화하는 단계가 수행된다.
제 3 단계(S3)에 의해, 스탬프 기술을 사용하여 장치의 전사가 수행될 수 있고, 여기서 반도체 본체는 평탄화된 표면(7)에서 리프트-오프된다.
이하에서 설명되는 모든 예시적인 실시예에 따르면, 반도체 재료로서, 특히 GaN, AlInGaP, AlN 또는 InGaAs 재료 시스템이 사용될 수 있다.
도 18의 a 및 도 18의 b는 바람직하게는 광 출사 표면(21)으로부터 수직으로 나오는 광의 방출을 위한 광전자 장치를 도시한다. 이 장치는 픽셀을 포함하는 어레이(11)를 포함하고, 여기서 광결정(K) 형태의 광학적으로 작용하는 나노 구조가 광 출사 표면(21)의 전체 방출 표면에 걸쳐 형성된다. 어레이(11)는 또한 재결합 평면(1)에 놓인 재결합 영역(2)을 각각 포함하는 어레이 형상의 광원 조립체를 포함한다.
재결합 영역(2)은 어레이(11)의 광학 활성 반도체 재료(3)의 제 1 층에 형성된다. 반도체 재료(3)를 갖는 이러한 층에서, 광결정 또는 광결정 구조(K)는 특히 2 차원 광결정의 형태로 구조화된다. 이 경우, 광결정(K)은 재결합 영역(2)과 광 출사 표면(21) 사이에 놓인다. 이 경우, 광결정 구조(K)는 개별 픽셀의 위치 결정에 독립적으로 배열될 수 있으며, 이 경우 도시된 예에서 하나의 픽셀이 재결합 영역(2)을 갖는 하나의 광원에 대응한다.
광학적으로 작용하는 광결정 구조(K)는 공기 중에 독립적으로 형성되거나 또는, 도시된 바와 같이, 반도체 재료(3)의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는 특히 전기적으로 절연되고 광학적으로 투명한 제 1 충전 재료(7), 특히 SiO2로 채워진다. 충전 재료(7)는 또한 바람직하게는 작은 흡수 계수를 갖는다.
어레이(11)의 경우, 광원의 전기적 접촉 형성을 위해, 광 반사성 접촉 형성 층(5)에 의해 각 광원의 두 개의 전기 극이 전기적으로 연결된다. 접촉 형성 층(5)은 광학적으로 작용하는 광결정 구조(K)를 등지고 있는 광학적 활성 반도체 재료(3)의 측면에 위치하고, 도 1b의 예시에 따르면 아래에 배열된다. 이러한 접촉 형성은 매우 강력한 국부화된 재결합 영역(2)을 가능하게 한다. 이 경우, 접촉 형성 층(5)은 극을 전기적으로 서로 분리하여 연결할 수 있도록 전기적으로 분리된 적어도 2 개의 영역을 갖는다.
광결정(K)은 전체 방출 표면(21)에 걸쳐 구조화될 수 있으므로, 적어도 대략적으로 표면(21)에 수직인 전파 방향을 갖는 광만이 부품을 떠날 수 있다. 광결정(K)이 재결합 평면(1)에 가깝게 위치하고 광결정(K)의 층 두께가 재결합 영역(2)으로부터의 거리에 비해 크면, 광 발생 영역에서 광학 상태 밀도도 추가적으로 변화한다.
이를 통해, 전파 방향이 평행하고 특히 평면인, 즉 특히 평평하고 및/또는 매끄러운 픽셀을 갖는 어레이(11)의 표면에 대해 작은 각도로 진행되는 광학 모드에 대한 완전한 밴드 갭이 생성된다. 이 경우, 방출 표면에 평행한 전파 방향을 갖는 광의 방출이 완전히 억제된다.
특히 광결정(K)에 의해 미리 설정된 제한된 방출 원뿔의 광이 생성될 수 있다. 이러한 경우 이미 광 생성 레벨에서 방향성이 보장되어, 이를 통해 각도 선택성 광학 요소에 비해 효율성이 효과적으로 증가되는데, 왜냐하면 이러한 요소는 광의 커플링-아웃에만 영향을 미치기 때문이다.
광결정(K)의 정렬은 개별 픽셀의 위치 결정과는 무관하므로, 특히 광자 구조(K)에 대한 픽셀 구조의 정렬이 필요하지 않고 전체 웨이퍼 표면의 처리가 가능할 수 있다.
장치가 어레이(11)의 전체 표면에 걸쳐 광학적 특성이 균일하거나 또는 광결정(K)의 광학 환경을 방해하지 않도록 약간만 변한다면, 유리하다.
도 19의 a 및 도 19의 b는 제 2 제안된 광전자 장치를 각각 평면도 및 단면도로 도시한다. 픽셀화된 어레이(11)에서, 도 18의 a 및 도 18의 b에 따른 예시적인 실시예에 대한 대안으로서, 광결정(K)은 광학 활성 반도체 재료(3)로 이루어진 제 1 층 위에 재료(9), 특히 Nb2O5로 이루어진 제 2 층에 배열된다. 이 경우, 재료(9)는 큰 광학 굴절률을 가지며, 반도체 재료(3)의 평평하고 및/또는 매끄러운 표면 상에 배열된다. 재료(9)는 또한 바람직하게는 낮은 수준의 흡수율을 갖는다.
광결정(K)은 차례로 전술한 재료(9)로 이루어진 2 차원 광결정으로서 독립적으로 형성될 수 있고, 여기서 이 경우 자유 공간에 공기가 존재한다. 도시된 바와 같이, 자유 공간은 차례로 더 작은 굴절률을 갖는 재료(7)로 채워질 수 있다. 가능한 충전 재료는 예를 들어 SiO2이다.
접촉 형성은 도 18의 a 및 도 18의 b에 따른 것과 유사하고, 매우 강력한 국부화된 재결합 영역(2)을 가능하게 한다.
도 20의 a 및 도 20의 b는 제 3 제안된 광전자 장치를 각각 평면도 및 단면도로 나타낸다. 도시된 장치는 광원으로서 수직 발광 다이오드(13)의 조립체, 및 그 위에 위치된 층에 배열되고 전체 방출 표면(21) 아래로 연장되며 높은 굴절률을 갖는 재료(9)로 형성되는 2 차원 광결정 구조(K)를 포함한다. 구조(K)의 자유 공간은 차례로 낮은 광학 굴절률을 갖는 충전 재료(7)로 채워진다.
수직 발광 다이오드(13)는 광 출사 표면(21)에 수직으로 연장되는 수직으로 배향된 길이 방향 축을 따라 상부 및 하부 전기 접촉부를 갖는다. 따라서 발광 다이오드는 전면에 전기 접촉부를 갖고, 그 후면에 전기 접촉부를 갖는다. 여기서, 광 출사 표면(21)을 등지고 있는 LED(13)의 측면을 후면이라고 부르고, 전면은 광 출사 표면(21)을 향하는 것이다.
이 장치는 LED(13)의 후면에 있는 접촉부와 전기적으로 접촉 형성하기 위해 생성된 광을 반사하는 전기 전도성 접촉 형성 층(5)을 포함한다. LED(13)의 전면 상의 접촉부와 전기적으로 접촉 형성하기 위해, 전기 전도성이고 광학적으로 투명한 재료(17), 예를 들어 ITO를 갖는 제 3 층이 제공된다. 전원의 대응하는 극에 대한 전기적 연결은 본딩 와이어(19)를 통해 제조될 수 있다.
재결합 평면(1) 내에서 그리고 이 재결합 평면을 따라, 추가의 특히 전기 절연성 충전 재료(15)가 제 3 층과 광학 반사 접촉 형성 층(5) 사이에 배열될 수 있다.
도 21의 a 및 도 21의 b는 제 4 제안된 광전자 장치를 각각 평면도 및 단면도로 도시한다. 이 장치는 각각의 재결합 영역(2)을 갖는 수평 발광 다이오드(LED)(13)의 조립체 및 전체 방출 표면(21) 아래에서 광학적으로 작용하는 2 차원 광결정 구조(K)를 포함한다. 광결정 구조(K)는 예를 들어 Nb2O5와 같은 높은 굴절률을 갖는 재료(9)로 이루어진 층에 놓인다. 자유 공간은 차례로 더 낮은 광학 굴절률을 갖는 예를 들어 이산화규소와 같은 충전 재료(7)로 채워진다.
수평 발광 다이오드(13)의 경우, 두 개의 전기 접촉부는 발광 다이오드(13)의 후면에 있다. 각각의 경우에, LED(13)의 두 개의 극은 서로 전기적으로 분리된 광학 반사성 접촉 형성 층(5)의 영역에 의해 전기적으로 연결된다.
재결합 평면(1)의 영역에서, 특히 전기적으로 절연된 충전 재료(15)가 재료 층(9)과 접촉 형성 층(5) 사이에 배열된다.
광 발생에 관한 효율은 도 18의 a 내지 도 21의 b에 따른 실시예에서 상대적으로 높을 수 있는데, 왜냐하면 특히 광결정(K)의 밴드 구조를 통해 광 출사 표면에 수직인 방향으로 광을 방출하기 위해 재결합 영역(2)의 구역에서 더 높은 광자 상태 밀도를 얻을 수 있는 경우, 이러한 예시적인 실시예에서 광 생성 중에 이미 광의 방향성 또는 지향성이 달성될 수 있기 때문이다. 또 다른 장점은 광결정(K)이 전체 웨이퍼에 걸쳐 균일하게 구조화될 수 있다는 점일 수 있다. 개별 픽셀 또는 발광 다이오드에 대한 광결정의 특정 위치 결정 또는 배향은 필요하지 않다. 이것은 특히 구조가 각 픽셀 위에 개별적으로 배치되는 대안적인 접근 방식과 비교할 때, 제조 복잡성을 크게 감소시킬 수 있다.
도 22의 a 및 도 22의 b는 제 5 제안된 광전자 장치를 평면도 및 단면도로 도시한다. 이 장치는 픽셀화된 어레이(11), 및 특히 전체 방출 표면(21)에 걸쳐 구조화된 필러 또는 기둥을 갖는 광학적으로 작용하는 필러 구조(P)를 포함한다. 어레이(11)는 바람직하게는 매끄럽고 평평하다.
픽셀화된 어레이(11)는 각각의 재결합 영역(2)을 포함하는 광원을 각각 갖는 픽셀을 포함한다. 이 경우, 픽셀의 재결합 영역(2)은 재결합 평면(1)에 놓이고, 광학 활성 반도체 재료(3)를 갖는 제 1 층에 배열된다.
필러 구조(P)는 이러한 제 1 층 위에 형성된다. 이 경우, 필러(P)가 광원에 할당되어, 각 필러(P)는 할당된 광원의 재결합 영역(2) 바로 위에 배열된다. 각 필러(P)의 길이 방향 축(L)은 여기서 특히 할당된 광원(2)의 재결합 영역(2)의 중심(M)을 통해 연장된다.
필러(P)는 예를 들어 Nb2O5와 같이 굴절률이 높은 재료(9)로 구성된다. 필러들(P) 사이의 사이 공간에는, 예를 들어 이산화규소와 같이 굴절률이 낮은 충전 재료(7)가 배열될 수 있다.
필러(P)는 특히 어레이(11) 위에 필러(P)를 추가적으로 적용함으로써 광원을 갖는 층 위에 배열될 수 있다. 대안적으로, 필러는 반도체 재료(3)에 에칭될 수 있다. 이를 위해 반도체 재료 층은 그에 상응하게 높게 설계되어야 한다. 반도체 재료는 일반적으로 높은 굴절률을 갖기 때문에, 재료는 필러(9)가 유지되는 방식으로 에칭될 수 있다. 에칭에 의해 자유롭게 된 영역은 굴절률이 낮은 재료로 채워질 수 있다.
필러(P)는 광을 길이 방향 축(L)의 방향으로 위쪽으로 안내하는 도파관과 같이 작용하므로, 필러(P)는 광 출사 표면(21)에 수직인 방향으로 개선된 광 방출을 발생시킬 수 있다.
어레이(11)의 경우, 광원과 재결합 영역(2) 사이의 전기적 접촉 형성을 위해, 광원의 두 개의 전기 극이 각각 반사 접촉 형성 층(5)에 의해 전기적으로 연결된다. 접촉 형성 층(5)은 광학적으로 작용하는 필러 구조(P)를 등지고 있는 반도체 재료(3)의 측면 상에 형성된다. 접촉 형성 층(5)은 2 개의 극을 서로 분리하여 전기적으로 접촉시킬 수 있도록, 2 개의 분리된 영역을 가질 수 있다. 이러한 유형의 접촉 형성은 매우 강력한 국부화된 재결합 영역(2)을 가능하게 한다.
도 23의 a 및 도 23의 b는 제 6 제안된 광전자 장치를 각각 평면도 및 단면도로 도시한다. 이 장치는 LED라고도 지칭되는 수직 발광 다이오드(13)의 조립체를 포함한다. 특히 필러 또는 기둥을 갖는 광학적으로 작용하는 필러 구조(P)는 발광 다이오드(13)를 갖는 조립체 위에 배열된다. 이 경우, 필러(P)의 길이 방향 축(L)은 적어도 본질적으로 LED(13)의 재결합 영역(2)의 중심을 통해 연장된다.
필러 구조(P)는 공기 중에 독립적으로 배열되거나, 또는 특히 발광 다이오드 위에 전기적으로 절연되고 광학적으로 투명한 제 1 충전 재료(7)로 채워질 수 있다. 충전 재료(7)는 필러(P)의 재료(9) 및/또는 LED(3)의 반도체 재료(3)의 굴절률보다 더 작은 굴절률을 가질 수 있다.
이미 언급된 바와 같이, LED는 수직 발광 다이오드(13)이다. 이들은 반사 접촉 형성 층(5)을 향하는 후면에 특히 전기적 음극을 갖고, 필러(P)를 향하는 전면에 추가 전기 극을 갖는다.
광원의 전면에 있는 극은 전기 전도성 및 광학적으로 투명한 재료(17)의 층, 특히 ITO 및 접촉 와이어(19)에 의해 대응하는 전류 공급부(도시되지 않음)에 전기적으로 연결된다. 재료(17)를 갖는 층은 도시된 바와 같이 광원과 필러(17) 사이에 배열된다.
이 경우, 제 2 충전 재료(15)가 LED(13)의 층 내의 자유 공간에 배열될 수 있으며, 따라서 재료(17)를 갖는 층과 접촉 형성 층(5) 사이에 배열될 수 있다.
필러 구조(P)의 치수는 발광 다이오드(13) 또는 어레이(11)의 픽셀의 치수에 대응할 수 있다.
도 24의 a 및 도 24의 b는 제 7 제안된 광전자 장치를 각각 평면도 및 단면도로 도시한다. 도 23의 a 및 도 23의 b의 변형예와는 대조적으로, 도 24의 a 및 도 24의 b에 따른 장치는 수평 발광 다이오드(13)의 조립체를 포함하고, 이 수평 발광 다이오드의 전기 극은 발광 다이오드(13)의 후면에 있다. 전기적 접촉 형성을 위해, 광원의 두 개의 전기 극은 따라서 서로 전기적으로 분리된 반사 접촉 형성 층(5)의 두 개의 영역을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 수직 발광 다이오드를 갖는 상기 설명된 변형예에서와 같이 재료(17)를 갖는 중간층은 필요하지 않다.
도 18 내지 도 21에 따른 광결정 구조(K)를 갖는 조립체와 비교하여, 필러(P)를 갖는 변형예에서, 최대 1 ㎛ 이상의 직경을 갖는 구조 크기가 훨씬 더 크기 때문에, 표준 기술을 사용하여 더 간단한 방식으로 제조가 가능할 수 있다. 따라서, 공정 요구 사항이 낮고, 필러를 제조하기 위해 높은 해상도 리소그래피로 충분할 수 있다.
광학 활성 반도체 재료(3) 또는 가능한 한 높은 굴절률을 갖는 재료(9)로 이루어진 필러 구조, 특히 필러 또는 기둥은 어레이(11)의 개별 픽셀 위에 또는 수직 발광 다이오드(13) 위에(도 23의 a 및 도 23의 b) 또는 수평 발광 다이오드(13) 위에(도 24의 a 및 도 24의 b) 정확하게 구조화될 수 있다. 개별 픽셀 또는 발광 다이오드(13)는 직경이 1 ㎛보다 작을 수 있고, 필러는 적어도 3:1의 높이:직경 종횡비를 가질 수 있다. 필러들은, 제 3 층(17)이 도 23의 b에 따라 형성되지 않기 때문에, 바람직하게는 도 22의 a 및 도 22의 b 및 도 24의 a 및 도 24의 b에서 가능한 바와 같이 반도체 재료(3)로 직접 에칭되거나, 또는 이것들은 어레이(11)의 표면에 적용되는 높은 굴절률 및 바람직하게는 낮은 흡수율을 갖는 다른 재료(9)로 구성된다. 굴절률이 높은 가능한 재료는 예를 들어 Nb2O5이다. 필러 구조는 독립형이거나 또는 굴절률이 낮은 재료(7)로 채워질 수 있다. 굴절률이 낮은 가능한 충전 재료는 예를 들어 SiO2이다. 주변 재료에 비해 필러의 굴절률이 더 크기 때문에, 필러의 길이 방향 축에 평행한 방출이 다른 공간 방향에 비해 증가한다. 도파관 효과에 의해, 광은 다른 전파 방향의 광보다 필러의 길이 방향 축을 따라 더 효율적으로 커플링-아웃된다. 그 결과, 방출되는 광의 방향성 또는 지향성이 향상될 수 있다.
도 25의 a 및 도 25의 b는 제 8 제안된 광전자 장치를 각각 평면도 및 단면도로 보여준다. 이 장치는 발광 다이오드(13)의 조립체를 포함하며, 이들은 각각 필러(P)로서 이에 따라 기둥 형태로 설계된다.
필러(P)의 길이는 반도체 재료(3)에서 방출된 광의 절반 파장에 대응할 수 있고, 재결합 영역(2)은 바람직하게는 각각의 필러의 중심(M)에 놓일 수 있고, 따라서 광자 상태 밀도의 국부적 최대값에 위치할 수 있다. 필러(P)의 종횡비 높이:직경은 적어도 3:1일 수 있다.
도시된 조립체에서, 필러(P)는 높이가 약 100 nm일 수 있고, 직경이 약 30 nm에 불과하다. 이를 위해서는 매우 미세한 해상도 구조화 기술이 필요하며, 웨이퍼 수준에서 현재 제조 기술을 사용하여 많은 노력을 기울여 구현될 수 있다.
대안적으로 제조를 단순화하기 위해 치수가 확장될 수 있고, 여기서 필러 구조화의 크기가 증가함에 따라 방출된 광의 방향성이 감소한다. 필러(P)의 길이는 바람직하게는 반도체 재료에서 방출된 광의 파장의 절반의 배수이고, 각각의 재결합 영역(2)은 광자 상태 밀도의 최대값에 위치할 수 있다.
발광 다이오드(13)의 필러 구조화로 인해, 필러(P)의 길이 방향 축에 평행한 방출은 더 큰 광자 상태 밀도에 의해 효과적으로 강화된다. 도파관 효과에 의해, 필러(P)의 길이 방향 축을 따라 전파 방향을 갖는 광은 다른 전파 방향을 갖는 광보다 더 효율적으로 추가적으로 커플링-아웃된다. 필러(P) 사이의 사이 공간은 바람직하게는 매우 작은 흡수 계수 및 반도체 재료(3)보다 작은 굴절률을 갖는 재료(7)로 채워진다. 굴절률이 낮은 가능한 충전 재료는 예를 들어 SiO2이다.
필러(P) 또는 기둥으로 형성된 이러한 특히 수직 발광 다이오드(13)의 조립체에서, 재결합 평면(1)에 배열된 재결합 영역(2)의 접촉 형성을 위해 하나, 특히 양의 제 1 극이 각각 반사 접촉 형성 층(5)에 의해 전기적으로 연결된다. 접촉 형성 층(5)은 발광 다이오드(13)의 하부 제 1 길이 방향 단부 상에 형성된다.
각각의 다른, 특히 음의 제 2 극은 전도성 투명 재료(17)의 제 3 층, 특히 ITO에 전기적으로 연결되고, 예를 들어 본딩 와이어(19)를 통해 전류 공급부의 대응하는 극에 연결된다.
이러한 조립체에 따르면, 제 3 층은 필러(P) 또는 기둥으로 형성된 발광 다이오드(13)의 길이 방향 중심에서 재결합 평면(1) 내에 그리고 이를 따라 형성된다.
도 26의 a 및 도 26의 b는 제 9 제안된 광전자 장치를 각각 평면도 및 단면도로 도시한다. 도 25의 a 및 도 25의 b의 변형예와는 대조적으로, 도 26의 a 및 도 26의 b에 따른 장치는 필러(P)로서 설계되는 수직 LED를 포함한다.
아래에 놓인 전기 접촉부, 특히 p-접촉부는 필러(P)의 하부면을 통해, 특히 접촉 형성 층(5)과 접촉함으로써 제조된다.
위에 놓인 전기 접촉부, 특히 n-접촉부는 필러(P)의 상부면에 위치한다. 접촉부는 광학적으로 투명한 전기 전도성 재료(17)를 갖는 상부 층을 통해 제조된다. 상부 층은 필러(P) 및 이러한 필러(P) 사이의 자유 공간을 채우는 제 1 충전 재료(7) 위로 연장된다. 상부 층에 가능한 재료(17)는 예를 들어 ITO(인듐 주석 산화물)이다. 본딩 와이어(19)를 통해 전류 공급부에 대한 연결부가 제조될 수 있다.
필러(P)에 있는 발광 다이오드의 전기적 접촉 형성은 매우 강한 국부화된 재결합 영역(2)을 가능하게 하고, 여기서 상부 접촉부, 특히 n-접촉부는 재결합 영역(2)의 레벨에 또는 필러(P)의 상부면에 형성될 수 있다. 각 필러(P)는 개별 픽셀을 생성한다.
도 25의 a 내지 도 26의 b에 따른 필러 형태의 발광 다이오드(13)의 길이 방향 축에 평행한 광의 방출은 증가된다. 이는 종횡비가 작은 기존의 발광 다이오드에 비해 방출된 광의 방향성을 향상시킨다. 도 22의 a 내지 도 24의 b에 따른 조립체와 비교하여, 광 생성 과정은 도 25의 a 내지 도 26의 b에 따른 조립체에 의해 훨씬 더 강하게 영향을 받을 수 있고, 이를 통해 높은 방향성 및 효율성을 얻을 수 있다.
도 27은 2 차원 광결정(K)이 재결합 영역(2)을 갖는 광원의 어레이 형상의 배열을 가지고 층 위에 배열되는 추가 광전자 장치의 단면도를 도시한다. 이 경우 광결정(K)은 재결합 영역(2)에 가깝게 배열되어, 광결정(K)은 재결합 영역(2)의 영역에 존재하는 광학 상태 밀도를 변경시켜, 특히 광 출사 표면(21)에 평행한 및/또는 작은 각도를 이루는 전파 방향을 갖는 적어도 하나의 광학 모드에 대해 밴드 갭이 생성되고 및/또는 전파 방향이 광 출사 표면(21)에 대해 수직인 적어도 하나의 광학 모드에 대한 상태 밀도가 증가한다.
이것은 특히 광결정(K)의 높이(H)가 적어도 300 내지 500 nm, 바람직하게는 최대 1 ㎛가 됨으로써 달성될 수 있다. 광결정의 높이(H)는 광결정의 높은 굴절률을 갖는 재료에 따라 달라질 수 있다.
또한 바람직하게는, 재결합 영역(2)의 중심(M)과 광결정(K)의 하부면 사이의 거리(A)는 최대 1 ㎛이고, 바람직하게는 수 nm이다.
광결정(K)을 갖는 모든 설명된 실시예는 바람직하게는 서로 수직으로 진행되고 광 출사 표면에 평행하게 진행되는 두 개의 공간 방향으로 광학 굴절률의 주기적인 변화를 갖는 2 차원 광결정이다. 또한, 필러(P) 또는 기둥의 어레이 형상의 배열을 갖는 필러 구조인 것이 바람직하고, 여기서 필러(P)의 길이 방향 축(L)은 광 출사 표면(21)에 수직으로 연장된다.
본 명세서에 설명된 장치의 가능한 적용 분야들은 예를 들어 자동차 부문, 모든 유형의 조명, 엔터테인먼트 전자 제품, 비디오 벽이다.
실시예들 및/또는 청구범위와 관련하여 언급된 특징들은 다른 실시예 및/또는 청구범위와 관련하여 언급되지 않더라도 이들 다른 실시예 및/또는 청구범위와 또한 조합될 수도 있다.

Claims (75)

  1. 조명 유닛으로서:
    광 출사 표면(15)을 통해 전자기 복사(19)를 방출하는 적어도 하나의 광전자 이미터 유닛(13), 및
    상기 광 출사 표면(15)을 통해 나오기 전에, 상기 전자기 복사(19)의 빔 성형을 위한 광자 구조(17)
    를 포함하고,
    상기 광자 구조(17)는 상기 전자기 복사(19)가 결정된 원거리 장(21)을 갖도록 상기 전자기 복사(19)를 성형하는, 조명 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광자 구조(17)는 1 차원 광자 구조, 특히 1 차원 광결정(25)인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 광자 구조(17)는, 상기 방출된 전자기 복사(19)가 제 1 공간 방향(R1)으로 적어도 대략 시준되도록, 특히 1 차원 광결정(25)으로 설계되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    주 방출 방향(H)에서 볼 때 상기 광 출사 표면(15)의 하류에 시준 광학 장치(35)가 배열되고, 상기 광학 장치(35)는 상기 전자기 복사(19)를 상기 제 1 공간 방향(R1)에 직교하여 연장되는 추가의 제 2 공간 방향(R2)으로 시준하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    특히 1 차원 광결정(25)으로 설계된 상기 광자 구조(17)는 상기 전자기 복사(19)의 주 방출 방향(H)이 상기 광 출사 표면(15)의 법선(N)에 대해 각도(α)를 이루어 연장되도록 구성되고, 상기 각도(α)는 0 도가 아닌 각도인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서,
    1 차원 광결정(25)으로 설계된 상기 광자 구조(17)는 상기 광 출사 표면(15) 아래의 층에 배열되고, 상기 1 차원 광결정(25)은 제 1 방향(R1)으로 연장되는, 상이한 광학 굴절률을 갖는 2 개의 재료(31, 33)의 주기적으로 반복하는 시퀀스를 포함하며, 상기 재료(31, 33)는 상기 광 출사 표면(15)에 대해 직교하지 않고 경사지게 연장되는 서로 인접하는 경계면을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광자 구조(17)는 2 차원 광자 구조, 특히 2 차원 광결정(37)인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 2 차원 광자 구조(37)는 상기 전자기 복사(19)가 상기 원거리 장(21)에서 정의된, 특히 이산적인 패턴(39)을 생성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광자 구조(17)는 상기 광 출사 표면(15) 아래의 층, 특히 반도체 층에 배열되고, 및/또는
    상기 광자 구조(17)는 상기 광전자 이미터 유닛(13)의 반도체 층에 형성되고, 및/또는
    상기 광전자 이미터 유닛(13)은 변환체 재료를 갖는 층을 포함하고, 상기 광자 구조(17)는 변환체 재료를 갖는 상기 층에 형성되거나 또는 변환체 재료를 갖는 상기 층과 상기 광 출사 표면(15) 사이의 층에 형성되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광자 구조(17)는, 특히 광결정 대신에, 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조인 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  11. 표면 토포그래피 인식 시스템으로서:
    광 출사 표면(15)을 통해 전자기 복사(19)를 방출하는 적어도 하나의 광전자 이미터 유닛(13), 및
    상기 광 출사 표면(15)을 통해 나오기 전에, 상기 전자기 복사(19)의 빔 성형을 위한 광자 구조(17)
    를 포함하는 조명 유닛(11)을 포함하고,
    상기 광자 구조(17)는 상기 전자기 복사(19)가 결정된 원거리 장(21)을 갖도록 상기 전자기 복사(19)를 성형하고,
    상기 광자 구조(17)는 2 차원 광자 구조, 특히 2 차원 광결정(37)이고,
    상기 2 차원 광자 구조(37)는 상기 전자기 복사(19)가 상기 원거리 장(21)에서 정의된, 특히 이산적인 패턴(39)을 생성하도록 설계되고,
    상기 표면 토포그래피 인식 시스템(43)은:
    상기 원거리 장(21)에서의 상기 패턴(39)을 검출하도록 설계된, 특히 카메라(37)를 갖는 검출 유닛(45)을 더 포함하는, 표면 토포그래피 인식 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    미리 설정된 기준 패턴에 대한 상기 패턴(39)의 왜곡을 결정하도록 설계된 분석 장치(49)를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 토포그래피 인식 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 분석 장치(49)는 상기 결정된 왜곡에 따라 상기 패턴(39)에 의해 조명되는 물체의 형태 및/또는 구조를 결정하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 표면 토포그래피 인식 시스템.
  14. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 조명 장치를 포함하는, 물체를 스캐닝하기 위한 스캐너.
  15. 광 출사 표면(3)을 통해 복사선을 방출하는 적어도 하나의 이미터 유닛(2), 및 적어도 일부 섹션에서 상기 광 출사 표면(3)에 연결되고, 상기 이미터 유닛(2)으로부터 방출되는 복사선이 편광 요소(4)를 통해 통과할 때 상기 복사선의 편광 및/또는 강도를 변경시키는 상기 편광 요소(4)를 갖는 조명 유닛(1)에 있어서,
    상기 편광 요소(4)는 광자 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  16. 제 15 항에 있어서,
    이것은 3 차원 광자 구조이고 및/또는 상기 편광 요소(4)는 상기 광 출사 표면(3) 상의 적어도 일부 영역에 배열되는 층의 형태로 설계되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 이미터 유닛(2)은 적어도 하나의 LED(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미터 유닛(2)은 상기 편광 요소(4)로 방사되는 광, 특히 적색, 녹색, 청색, 자외선 또는 적외선 광을 방출하는 LED(5)를 포함하고,
    상기 편광 요소(4)는 상기 편광 요소(4)를 통과할 때 상기 복사선을 하나의 진동 방향으로 편광시키는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광 요소(4)는 나선형 및/또는 막대 형태의 구조 요소(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미터 유닛(2)은 LED(5)로부터 방출되는 여기 복사선(8)에 의해 여기될 때 변환된 복사선(9)을 방출하는 변환체 재료를 갖는 적어도 하나의 변환체 요소(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  21. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광 요소(4)는 적어도 하나의 3 차원 광결정(11)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  22. 제 15 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광 요소(4)는 상기 편광 요소(4)를 투과하는 상기 복사선의 빔 경로를 따라 연속적으로 배열되는 적어도 2 개의 2 차원 광결정을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  23. 제 15 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 편광 요소(4)는 상기 편광 요소(4)를 통과하는 상기 복사선의 파장에 따라 적어도 2 개의 상이한 편광 특성 및/또는 투과도를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  24. 제 15 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미터 유닛(2)은 LED(5) 및 변환체 재료를 갖는 변환체 요소(7)를 포함하고, 상기 변환체 재료는 상기 LED(5)로부터 방출되는 여기 복사선(8)에 의해 여기될 때 변환된 복사선(9)을 방출하며,
    상기 편광 요소(4)에 입사하는 여기 복사선(8)은, 상기 편광 요소(4)를 통과할 때 통과하는 변환된 복사선(9)과 비교하여 상이하게 편광되고 및/또는 상이한 강도로 흡수되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  25. 제 15 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이미터 유닛(2)은 LED(5)를 포함하고, 상기 편광 요소(4)의 3 차원 구조는 상기 광 출사 표면(3)에 인접한 상기 LED(5)의 반도체 층으로 적어도 부분적으로 도입되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  26. 제 15 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    이것은 3 차원 광자 구조(11)이고, 변환체 재료(13)가 상기 3 차원 광자 구조(11)로 배열되는 것을 특징으로 하는 조명 유닛.
  27. 광 출사 표면(3)을 통해 복사선을 방출하는 적어도 하나의 이미터 유닛(2), 및 적어도 일부 섹션에서 상기 광 출사 표면(3)에 연결되고, 상기 이미터 유닛(2)으로부터 방출되는 복사선이 상기 편광 요소(4)를 통과할 때 상기 복사선의 편광 및/또는 강도를 변경시키는 상기 편광 요소(4)를 갖는 조명 유닛(1)을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    이미터 유닛(2)으로서 LED(5)를 갖는 칩이 제공되고, 상기 LED의 광 출사 표면(3) 상에 편광 요소(4)로서, 특히 2 광자 리소그래피 또는 빗각 증착법(Glancing-Angle-Deposition)에 의해, 특히 3 차원 광자 구조가 적용되고 및/또는 상기 광자 구조는 상기 광 출사 표면에 인접한 상기 LED(5)의 반도체 층에 배열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 광자 구조는 상기 LED(5)로부터 방출되는 상기 복사선의 파장에 따라 치수가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 3 차원 이미지를 생성하기 위한 장치에서 제 15 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 조명 유닛(1)의 사용.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 15 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 따른 상기 조명 유닛(1)은 3 차원 이미지의 컴퓨터 지원 생성을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 사용.
  31. 입사 여기 복사선에 의해 여기될 때 변환된 복사선을 방출 영역(3)으로 방출하는 변환체 재료를 갖는 적어도 하나의 층(2)을 포함하는 광전자 부품을 위한 변환체 요소(1)에 있어서,
    상기 층(2)은, 적어도 일부 섹션에 상기 변환체 재료가 배열되고 상기 복사선이 지향된 빔 번들로서 상기 방출 영역(3)으로 방출되도록 설계되는 구조(4)를, 적어도 일부 영역에 포함하는 것을 특징으로 하는 변환체 요소.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 구조(4)는 준-주기적으로 또는 결정론적 비-주기적으로 설계되는 것을 특징으로 하는 변환체 요소.
  33. 제 31 항 또는 제 32 항에 있어서,
    상기 층(2)은 적어도 하나의 광결정, 준-주기적 광자 구조 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 변환체 요소.
  34. 제 31 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조(4)는 상기 변환체 재료가 위치하는 적어도 하나의 오목부를 포함하는 것을 특징으로 하는 변환체 요소.
  35. 제 31 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 층(2)은 광학 밴드 갭을 포함하는 것을 특징으로 하는 변환체 요소.
  36. 제 31 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조(4)는 적어도 500 nm의 평균 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 변환체 요소.
  37. 제 31 항 내지 제 36 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조(4)를 갖는 상기 층(2)은, 상기 지향된 빔 번들이 상기 층(2)이 배열되어 있는 평면에 수직으로 방출되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 변환체 요소.
  38. 제 31 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 층(2)의 일 측면 상에 광학 필터 요소(5)가 배열되는 것을 특징으로 하는 변환체 요소.
  39. 제 31 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 따른 변환체 요소(1) 및 LED(7)를 갖는 복사선 소스(6)에 있어서,
    상기 LED(7)는 여기 복사선을 상기 변환체 요소(1)로 방사하도록 설계되고, 상기 변환체 요소(1)는 변환체 재료를 갖는 적어도 하나의 층(2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 복사선 소스.
  40. 제 39 항에 있어서,
    상기 층(2)은 상기 LED(7)의 반도체 기판(8)의 일부인 것을 특징으로 하는 복사선 소스.
  41. 제 39 항 또는 제 40 항에 있어서,
    상기 구조는 상기 LED(7)의 상기 반도체 기판(8)에 형성되는 것을 특징으로 하는 복사선 소스.
  42. 제 39 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 변환체 재료를 갖는 상기 구조(4)는, 상기 변환된 복사선이 상기 반도체 기판(8)이 배열되어 있는 평면에 수직으로 상기 방출 영역(3)으로 방출되도록 설계되는 것을 특징으로 하는 복사선 소스.
  43. 제 39 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조(4)는 상기 LED(7)의 활성 층(9)에 적어도 부분적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 복사선 소스.
  44. 제 39 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 따른 복사선 소스(6)를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 구조(4)는 상기 LED(7)의 반도체 기판(8)에 적어도 하나의 에칭 단계에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 구조(4)는 상기 변환체 재료로 적어도 부분적으로 채워지는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 장치, 특히 전자 부품, 특히 광전자 부품, 특히 발광 다이오드를 제조하기 위한 방법에 있어서,
    상기 장치를 제공하는 반도체 본체의 표면 영역(9)에서,
    상기 표면 영역(9)을 구조화하는 단계(S1) 및
    상기 표면 영역(9)의 평탄화된 표면(7)을 얻기 위해 상기 구조화된 표면 영역(9)을 평탄화하는 단계(S2)
    를 통해, 커플링-아웃 구조(A)를 생성하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  47. 제 46 항에 있어서,
    상기 표면 영역(9)에 랜덤 토폴로지를 생성하는 단계를 통해 상기 표면 영역(9)을 구조화하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  48. 제 47 항에 있어서,
    제 1 재료(1)를 포함하는 상기 반도체 본체의 상기 표면 영역(9)의 상기 표면(7)을 직접 거칠게 하는 단계를 통해 상기 랜덤 토폴로지를 생성하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  49. 제 47 항에 있어서,
    특히 2보다 큰 높은 굴절률을 갖는 투명한 제 2 재료(3)를 상기 표면 영역(9)에, 특히 층별로 도포하고 상기 제 2 재료(3)를 거칠게 하는 단계를 통해 상기 랜덤 토폴로지를 생성하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  50. 제 46 항에 있어서,
    상기 표면 영역(9)에 정렬된 토폴로지를 생성하는 단계를 통해 상기 표면 영역(9)을 구조화하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  51. 제 50 항에 있어서,
    특히 2보다 큰 높은 굴절률을 갖는 투명한 제 2 재료(3)를 상기 표면 영역(9)에, 특히 층별로 도포하고, 상기 제 2 재료(3)에 주기적 광결정 또는 비-주기적 광자 구조, 특히 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조를 구조화하는 단계를 통해 상기 정렬된 토폴로지를 생성하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  52. 제 49 항 또는 제 51 항에 있어서,
    상기 높은 굴절률 갖는 상기 투명한 제 2 재료(3)는 Nb2O5를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제 46 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,
    특히 1.5보다 작은 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5)를 상기 구조화된 표면 영역(9)에, 특히 층별로 도포하는 제 1 하위 단계(S2.1)를 통해 평탄화하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  54. 제 53 항에 있어서,
    상기 구조화된 표면 영역(9)의 상기 표면(7)이 상기 반도체 본체의 상기 제 1 재료(1) 또는 높은 굴절률을 갖는 상기 제 2 재료(3) 내의 가장 높은 융기부와 평평하게 및/또는 매끄럽게 종단될 때까지, 낮은 굴절률을 갖는 상기 도포된 투명한 제 3 재료(5)를 박형화하는 제 2 하위 단계(S2.2)를 통해 평탄화하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  55. 제 53 항 또는 제 54 항에 있어서,
    낮은 굴절률을 갖는 상기 투명한 제 3 재료(5)는 SiO2를 포함하고, 특히 TEOS(테트라에틸오르토실리케이트)에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제 54 항 또는 제 55 항에 있어서,
    화학적-기계적 연마(CMP)를 통해 박형화하는 단계를 특징으로 하는 방법.
  57. 제 54 항 내지 제 56 항 중 어느 한 항에 있어서,
    스탬프 기술에 의해 상기 장치를 전사하는 단계(S3)를 특징으로 하는 방법.
  58. 장치, 특히 전자 부품, 특히 광전자 부품, 특히 발광 다이오드에 있어서,
    상기 장치를 제공하는 반도체 본체의 표면 영역(9)에서,
    상기 표면 영역(9)을 구조화하는 단계(S1) 및
    상기 표면 영역(9)의 평탄화된 표면(7)을 얻기 위해 상기 구조화된 표면 영역(9)을 평탄화하는 단계(S2)
    를 통해, 커플링-아웃 구조(A)가 생성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  59. 제 58 항에 있어서,
    상기 평탄화된 표면(7)은 평평하고 및/또는 매끄러우며, 평균 표면 파라미터로서 20 나노미터 미만, 특히 1 나노미터 미만 범위의 거칠기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  60. 제 58 항 또는 제 59 항에 있어서,
    상기 커플링-아웃 구조(A)는 상기 부품의 상기 반도체의 거칠어진 제 1 재료(1) 상에 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5), 특히 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  61. 제 58 항 또는 제 59 항에 있어서,
    상기 커플링-아웃 구조(A)는 높은 굴절률을 갖는 거칠어진 투명한 제 2 재료(3), 특히 Nb2O5 상에 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5), 특히 SiO2를 포함하고, 상기 제 2 재료(3)는 상기 부품의 상기 반도체의 제 1 재료(1) 상에 도포되는 것을 특징으로 하는 장치.
  62. 제 58 항 또는 제 59 항에 있어서,
    상기 커플링-아웃 구조(A)는 높은 굴절률을 갖는 투명한 제 2 재료(3) 상에 낮은 굴절률을 갖는 투명한 제 3 재료(5), 특히 SiO2를 포함하고, 상기 제 2 재료(3)는 상기 부품의 상기 반도체의 제 1 재료(1) 상에 도포되고, 주기적 광결정 또는 비-주기적 광자 구조, 특히 준-주기적 또는 결정론적 비-주기적 광자 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  63. 광전자 장치로서:
    상기 광전자 장치의 광 출사 표면으로부터 나오는 광을 생성하기 위한 복수의 광원을 갖는 조립체(11), 및
    상기 광 출사 표면과 상기 복수의 광원 사이에 배열되는 적어도 하나의 광자 구조(K, P)
    를 포함하는, 광전자 장치.
  64. 제 63 항에 있어서,
    상기 광자 구조는, 특히 상기 광이 적어도 실질적으로 상기 광 출사 표면으로부터 수직으로 나오도록, 상기 광원에 의해 생성된 상기 광의 빔 성형을 위해 설계되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  65. 제 63 항 또는 제 64 항에 있어서,
    상기 광자 구조는 광결정(K)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  66. 제 63 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조립체(11)는 층에 배열된 복수의 픽셀을 광원으로서 포함하는 어레이이고, 광결정이 상기 층에 배열되거나 또는 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  67. 제 63 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조립체(11)는 제 1 층에 배열된 복수의 픽셀을 광원으로서 포함하는 어레이이고, 광결정이 추가의 제 2 층에 배열되며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 광 출사 표면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  68. 제 63 항 내지 제 65 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조립체(11)는 제 1 층에 배열된 복수의 LED를 광원으로서 포함하고, 광결정이 상기 추가의 제 2 층에 배열되며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 광 출사 표면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  69. 제 63 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광원 각각은 재결합 영역을 포함하고, 상기 광결정이 상기 재결합 영역에 가깝게 위치하여, 상기 광결정은 상기 재결합 영역의 범위에 존재하는 광학 상태 밀도를 변경시켜, 특히 상기 광 출사 표면에 대해 평행하게 및/또는 작은 각도로 전파 방향을 갖는 적어도 하나의 광학 모드에 대해 밴드 갭이 생성되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  70. 제 65 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광결정(K)은 광점의 위치 결정에 관계없이 상기 광 출사 표면에 평행하게 연장되는 평면에 대해 배열되고, 및/또는
    상기 광결정은, 상기 평면에 걸쳐 있는 서로 수직인 2 개의 공간 방향으로 광학 굴절률의 주기적인 변화를 갖는 2 차원 광결정인 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  71. 제 63 항 내지 제 70 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광자 구조는 적어도 부분적으로 상기 광 출사 표면과 상기 복수의 광원 사이에서 연장되는 복수의 필러(pillar) 구조(P)를 포함하고, 하나의 필러가 각각 하나의 광원에 할당되고, 상기 광 출사 표면에 수직인 방향으로 볼 때 상기 광 출사 표면에 수직인 방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  72. 제 71 항에 있어서,
    상기 조립체(11)는 제 1 층에 배열된 복수의 픽셀을 광원으로서 포함하는 어레이이고, 상기 필러는 추가의 제 2 층에 배열되며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 광 출사 표면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  73. 제 71 항에 있어서,
    상기 조립체(11)는 제 1 층에 배열된 복수의 LED를 광원으로서 포함하고, 상기 필러는 추가의 제 2 층에 배열되거나 또는 형성되며, 상기 제 2 층은 상기 제 1 층과 상기 광 출사 표면 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  74. 제 71 항에 있어서,
    상기 조립체(11)는 복수의 픽셀을 광원으로서 포함하는 어레이이고, 하나의 픽셀이 각각 하나의 필러에 의해 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치.
  75. 광전자 장치, 특히 제 63 항 내지 제 74 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 광전자 장치의 광 출사 표면으로부터 나오는 광을 생성하기 위한 복수의 광원을 갖는 조립체(11)가 제공되거나 또는 제조되고,
    상기 광 출사 표면과 상기 복수의 광원 사이에 적어도 하나의 광자 구조(K, P)가 배열되는, 방법.
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