KR20080054402A - 가변 컬러 발광 장치와, 그를 포함하는 조명 시스템, 조명시스템 네트워크 및 어셈블리, 및 그를 위한 제어기 및제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광을 위한 발광 다이오드(12)를 포함하는 가변 컬러 발광 장치(10)에 관한 것이며, 상기 다이오드는 복수의 도전층들(14, 16, 18)을 포함하는데, 이들 중 적어도 하나는 다이오드에서의 횡방향 전류 확산이 제한되어 적어도 두 개의 독립적으로 전기적 어드레스 가능한 세그먼트들(36)을 형성하도록 구성되어, 선택적인 수의 세그먼트들의 발광(lumination)을 가능하게 한다. 상기 세그먼트들 중 적어도 하나에는 연관된 세그먼트로부터 방출된 광의 적어도 일부를 변환하여 소정의 원색 광을 생성하도록 구성된 파장 변환기(34)가 제공된다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 그러한 발광 장치를 포함하는 시스템들 및 그러한 발광 장치를 제어하는 방법에 관한 것이다.

발광 다이오드, 가변 컬러 발광 장치, 다이오드, 도전층, 세그먼트, 파장 변환기

Description

가변 컬러 발광 장치와, 그를 포함하는 조명 시스템, 조명 시스템 네트워크 및 어셈블리, 및 그를 위한 제어기 및 제어 방법{VARIABLE COLOR LIGHT EMITTING DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 가변 컬러 발광 장치, 적어도 하나의 그러한 발광 장치를 포함하는 시스템, 및 그러한 발광 장치를 제어하는 방법에 관한 것이다.

한 컬러의 투사된 광과 다른 컬러의 투사된 광을 조합하여 제3 컬러의 생성을 야기시키는 것이 공지되어 있다. 또한, 가장 통상적으로 사용된 삼원색들(즉, 적색, 녹색 및 청색)이 상이한 비율로 조합되어 가시 스펙트럼 내의 거의 모든 컬러를 생성할 수 있는 것도 공지되어 있다.

이러한 이해는, 정해진 방식들로 원색들을 혼합하여 상이한 컬러들이 생성될 수 있는 다양한 가변 컬러 조명 시스템(variable color lighting systems)에서 널리 이용된다. 그러한 시스템들은 예를 들면 조명을 위하여 이용된다. 그런 시스템 중 하나가 특허문헌 US6016038에 개시되어 있다. US6016038, 및 다른 공지된 가변 컬러 조명 시스템들 및 멀티 컬러 발광 장치들에서는, 개별적인 광원, 즉 LED(light emitting diode)가 이용되어 각각의 원색을 생성한다. 즉, 시스템은 각각 단일의 컬러를 제공하는 복수의 광원들을 포함한다. 다른 예가 특허 문헌 US5952681에 개시되어 있는데, 여기에서는 멀티 컬러 LED가 기판 상에 배치된 세 개의 개별 LED 칩들을 포함하며, 상기 LED는 파장 변화층들과 조합되어 적색, 녹색, 및 청색 광을 방출할 수 있다.

그러나, 기존 시스템들 및 장치들의 한 가지 단점은 개별 광원들로부터의 원색들의 혼합이 어려운 것이다. 광원들은 공간적으로 분리되어 있기 때문에(예를 들면 US5952681에서와 같이, 광원들은 보통은 서로 옆에 배치되고 횡방향으로 분리되어 있음), 광을 혼합하고 방출된 빔 전체에서 균일한 컬러 혼합을 보장하기 위하여 모든 종류의 광학적 해결책들이 적용된다. 예를 들면, 빔 스플릿터/조합기들, 이색성 미러들(dichroic mirrors), 확산판들 등이 사용된다. 그러한 광학적 해결책은, 특히 개별 광원들이 서로에 대하여 오정렬되어 있을 수 있기 때문에, 비용이 많이 들고/거나 조명 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 광원들은 회전 또는 기울어질 수 있어서, 특히 소위 인광체 변환된(phosphor converted) LED들에서 컬러 및 강도 불균일성을 초래할 것이다.

또한, 컬러 조명 시스템에서 각각 원색을 생성하는 수 개의 개별 광원들을 사용하는 경우에는, 균일한 컬러 조명 시스템을 달성하기 위하여 비닝(binning) 문제들을 고려해야 한다. 즉, 개별 광원들이 밝기, 방출광(emitted radiation)의 파장 등에 관하여 매칭되는 것을 확실히 해야 한다.

수개의 개별 광원들을 이용하는 것의 또 다른 단점은 불필요하게 큰 공간을 차지할 수 있다는 것이다. 예를 들어, US5952681에서는, 각각의 칩에 대한 N형 전극들의 반복적인 사용으로 인하여 비교적 큰 비발광(non-radiative) 영역이 존재한 다.

본 발명의 목적은 이 문제들을 경감시키고, 향상된 가변 컬러 발광 장치를 제공하는 것이다.

이하의 설명으로부터 자명할 이러한 그리고 다른 목적들은, 첨부된 청구범위에 따른, 가변 컬러 발광 장치, 적어도 하나의 그러한 발광 장치를 포함하는 시스템들, 및 그러한 발광 장치의 제어 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 발광을 위한 발광 다이오드를 포함하고, 상기 다이오드는, 복수의 도전 층들(14, 16, 18)을 포함하고, 복수의 도전 층들 중 적어도 하나는 상기 다이오드 내에서 횡방향 전류 확산이 적어도 두 개의 독립적으로 전기적 어드레스 가능한 세그먼트들(36)을 형성하도록 제한되어 선택적인 수의 상기 세그먼트들의 발광(lumination)을 가능하게 하며, 상기 세그먼트들 중 적어도 하나에는 그 연관된 세그먼트로부터 방출된 광의 적어도 일부를 변환하여 소정의 원색 광을 생성하도록 구성되는 파장 변환기(34)가 제공되는 가변 컬러 발광 장치가 제공된다.

본 발명은 다이오드에서의 전류 확산을 제한함으로써 독립적 또는 개별적으로 어드레스 가능한 수 개의 세그먼트들 또는 부분들로 분할될 수 있는 것에 대한 이해에 기초한다. 다이오드는, 적절한 파장 변환기들과 조합되어, 복수의 상이한 컬러들을 가변적으로 방출하는데 이용될 수 있으며, 상기 컬러들은 원하는 전체 출력광으로 조합 또는 혼합될 수 있다. 하나의 세그먼트, 수 개의 세그먼트들, 또는 모든 세그먼트들은 임의의 주어진 시간에 발광할 수 있으며, 각각의 세그먼트의 발광(lumination)의 강도는 바람직하게는, 원하는 전체 출력 컬러 및 전력에 따라, 가변될 수 있다. 각각의 파장 변환기는 그 연관된 세그먼트와 공간적 및 기하학적으로 매칭된다.

적어도 두 개의 세그먼트들을 갖는 것은(그 중 하나에는 파장 변환기가 제공됨) 발광 장치가 적어도 두 개의 원색들(제3 컬러로 조합 또는 혼합될 수 있음)을 방출할 수 있는 것을 의미한다. 예를 들어 발광 장치가 두 개의 세그먼트들을 포함하는 것을 가정한다. 이 경우, 두 세그먼트들의 각각에는 상이한 파장 변환기가 제공될 수 있어, 두 개의 상이한 원색들이 생성될 수 있다. 대안적으로, 하나의 세그먼트에는 소정의 원색을 생성하는 파장 변환기가 제공되는 한편, 다른 컬러(원색)는 다른 세그먼트로부터 직접 방출된 광의 컬러이다.

본 발명에 따른 가변 컬러 발광 장치의 장점은 원색들이 동일한 광원(대부분의 응용들에서는 실질적으로 점광원에 근접함)으로부터 발생되어, 방출된 원색들을 혼합하기 위한 값비싸거나 비효율적인 광학 시스템들에 대한 필요성을 감소시킨다는 것이다. 그러한 가변 컬러 발광 장치는 또한 거의 공간을 차지하지 않으며, 발광 장치의 발광 영역은 상당히 증가된다. 또한, 하나의 다이오드를 갖는 발광 장치를 사용하는 경우, 전술된 대부분의 비닝 문제들이 경감된다.

다이오드는 바람직하게는 N형 층과 P형 층 사이에 개재된 단일의 연속적인 활성층을 포함한다. 또한, 상기 적어도 두 개의 독립적으로 전기적 액세스 가능한 세그먼트들은 바람직하게는 동일한 단일의 연속적인 활성층을 공유한다. 즉, 단일의 연속적인 활성층의 상이한 부분들은 상이한 세그먼트들에 속한다.

또한, 다이오드는 바람직하게는 모놀리식 성장된다. 본 발명에 따른 수 개의 개별적으로 어드레스 가능한 세그먼트들을 갖는 단일의(모놀리식 성장된) 다이오드와, 기판에 장착된 모놀리식 다이오드들의 앙상블(ensemble)을 포함하는 종래 기술의 장치들 간의 차이점이 주목되어야 한다. 전자는 단일의 실체(entity)의 구성인 한편, 후자는 개별 실체들의 구성이다.

전술된 전류 제한은 다양한 방법들로 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 다이오드는 적어도 하나의 고저항 영역을 포함하는데, 그 연장부(extension)가 세그먼트들을 한정한다. 여기에서 저항은 전류의 흐름을 방해하는 것을 의미한다. 따라서, 상기 적어도 하나의 고저항 영역은 다이오드에서의 전류 확산을 제한한다. 상기 적어도 하나의 고저항 영역은 예를 들면, 다이오드 내에서 분리부(separation)를 에칭하거나 채널들을 차단(blocking)함으로써 달성될 수 있다. 기계적인 연마(abrasion) 또는 레이저 절제(ablation)도 이용될 수 있다. 대안으로, 다이오드의 호스트 재료 내에 도펀트를 패시베이팅(passivating)하는 것을 구현함으로써 다이오드의 영역들을 전기적으로 패시베이팅할 수 있다.

상기 적어도 하나의 고저항 영역은 바람직하게는 다이오드의 도전층들 중 적어도 하나에 포함된다. 그것은 예를 들면 P형 층에 포함될 수 있다. 고저항 영역(들)은 P형 층이 연속적이거나 불연속적이 되도록 P형 층 내에 연장부를 가질 수 있다. 여기서, 활성층 및 N형 층은 전기적으로 비구조화(unstructured)되며, 전류 확산은 P형 층 내의 고저항 영역(들)에 의해 결정된다. 고저항 영역(들)은 대안적으로 유사한 방법으로 N형 층에 포함될 수 있는데, 이 경우 활성층 및 P형 층은 전기적으로 비구조화된다.

대안적으로, 상기 적어도 하나의 고저항 영역은 활성층, 및 P형 층과 N형 층 중 적어도 하나에 포함될 수 있다. 이 경우, 상기 하나 이상의 고저항 영역은 활성층이 연속적으로 유지되도록, 즉 한 부분으로 형성되도록 활성층 내에 횡방향/수평방향 연장부를 가져야 한다. 상기 하나 이상의 고저항 영역은 예를 들면 P형 층 및 활성층 모두에 포함될 수 있다(이 경우 N형 층은 전기적으로 비구조화되고, 전류 확산은 두 개의 구조화 층들(즉, P형 층 및 활성층), 또는 모든 도전층들(즉, P형 층, 활성층, 및 N형 층) 내의 고저항 영역(들)에 의해 결정됨).

바람직하게는, 고저항 영역들은 그들이 포함되어 있는 모든 층들에서 동일한 수평방향 또는 횡방향 연장부를 갖는다. 이것은 단일의 마스크 및 단일의 에칭 스텝을 이용하여 달성될 수 있다. 그러나, 하나의 층 내의 고저항 영역(들)이 다른 층과는 상이한 횡방향 연장부 또는 패턴을 갖는 것도 가능하다. 이것은 두 개의 마스크들 및 두 개의 에칭 스텝들을 이용하여 달성될 수 있다. 예를 들면, 상기 두 개의 마스크들은 패턴의 일부에 대하여 중첩될 수도 있고, 하나가 처음 것의 연장부일 수도 있고, 두 개가 완전히 다른 것일 수도 있는 것, 등이다. 이것은 구조화되고 불연속적인 P형 층과 함께, 구조화되지만 연속적인 활성층을 가능하게 한다.

상기 적어도 하나의 고저항 영역이 모든 도전층들에 포함되는 경우, 구조화 활성층 및 N형 층은 연속적이어야 하는 한편, 구조화 P형 층은 연속적이거나 불연속적일 수 있다. 바람직하게는, 상기 적어도 하나의 고저항 영역은, 한 세그먼트와 N형 접촉부 사이의 전류 흐름이 완전히 차단되는 것을 피하기 위하여, N형 층의 단면의 부분을 통해 수직으로 연장한다.

다른 실시예에서, 전기적 접촉부들은 P형 층에 접속되며 P형 층의 두께는 다이오드 내에서의 전류 확산이 제한되도록 구성되어, 상기 세그먼트들은 접촉부들과 P형 층 간의 접촉부 영역에 의해 한정된다. 따라서, 다이오드 내에서의 횡방향 전류 확산은 P형 층의 두께 및 P형 층에 접속된 전기적 접촉부들의 크기 및 범위에 의해 결정된다.

다른 실시예에서, 상기 적어도 하나의 파장 변환기는 다이오드와 기계적 및 광학적으로 접촉한다. 이렇게 함으로써, 다이오드의 각종 컴포넌트들 간의 경계면들에서의 회절 및/또는 반사로 인하여 인접 세그먼트들과 연관된 파장 변환기들로 확산되는 한 세그먼트로부터의 발광량을 감소시키는 장점이 있다.

본 발명에 따른 발광 장치는 예를 들면 활성층으로부터의 입사광의 적어도 일부를 적색광으로 변환시키도록 구성된 적어도 하나의 파장 변환기, 입사광의 적어도 일부를 녹색광으로 변환시키도록 구성된 적어도 하나의 파장 변환기, 및 입사광의 적어도 일부를 청색광으로 변환시키도록 구성된 적어도 하나의 파장 변환기를 포함하여 RGB 발광 장치를 형성할 수 있다. 다이오드의 활성층이 청색광을 방출하는 경우, 청색 파장 변환기(들)는 생략될 수 있다. 대안으로, 본 발명에 따른 발광 장치는 백색광을 생성하기 위하여, 예를 들면 활성층으로부터의 입사 청색광의 적어도 일부를 황색광으로 변환시키도록 구성된 적어도 하나의 파장 변환기를 포함할 수 있다. 그러나, 다양한 다른 컬러 조합들이 가능하다는 것이 주목되어야 한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 설명에 따른 적어도 하나의 가변 컬러 발광 장치, 및 적어도 하나의 제어기를 포함하는 가변 컬러 조명 시스템이 제공되는데, 상기 각각의 제어기는 적어도 하나의 가변 컬러 발광 장치에 연결되고, 입력 제어 신호에 응답하여 원하는 혼합 컬러를 생성하기 위하여 연관된 발광 장치(들)의 각각의 세그먼트의 발광의 강도를 가변시킬 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 설명에 따른 복수의 가변 컬러 발광 시스템들 - 상기 시스템들의 제어기들은 네트워크로 서로 연결됨 -, 및 사용자 인터페이스로부터의 명령들에 기초하여, 입력 제어 신호들을 상기 네트워크를 통하여 상기 제어기들에 제공하기 위한 중앙 프로세스를 포함하는 가변 컬러 조명 시스템 네트워크가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 설명에 따른 복수의 가변 컬러 발광 장치들을 포함하는 가변 컬러 발광 장치 어셈블리가 제공되는데, 상기 발광 장치들 중 하나 내의 임의의 파장 변환기와 조합되어 소정의 원색의 발광을 담당하는 세그먼트는 다른 발광 장치들 중 적어도 하나 내의 동일한 원색의 발광을 담당하는 세그먼트 또는 세그먼트들과 직렬 접속된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 가변 컬러 조명 시스템을 위한 제어기가 제공되며, 상기 시스템은 상기 설명에 따른 적어도 하나의 가변 컬러 발광 장치를 포함하며, 상기 제어기는 상기 가변 컬러 발광 장치들 중 적어도 하나에 연결되고, 입력 제어 신호에 응답하여 원하는 혼합 컬러를 생성하기 위하여 연관된 발광 장치(들)의 각각의 세그먼트의 발광의 강도를 가변하도록 구성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 설명에 따른 가변 컬러 발광 장치를 제어하기 위한 방법이 제공되는데, 상기 방법은 입력 제어 신호에 응답하여 원하는 혼합 컬러를 생성하기 위하여 발광 장치의 각각의 세그먼트의 발광의 강도를 가변시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 이러한 추가적인 양태들은 본 발명의 처음 설명된 양태와 유사한 장점들을 제공한다.

본 발명의 이러한 및 다른 양태들은 본 발명의 현재 바람직한 실시예들을 보여주는 첨부도면들을 참조하여, 더욱 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 컬러 발광 장치의 측부 단면도.

도 2는 도 1의 가변 컬러 발광 장치의 부분적인 저면도.

도 3a-3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 컬러 발광 장치의 측부 단면도.

도 4a-4b는 도 3a-3b의 가변 컬러 발광 장치들에 대한 예시적인 고저항 영역 패턴들을 도시하는 부분적인 저면도들.

도 5는 도 3a-3b의 가변 컬러 발광 장치들의 일 변형예의 측부 단면도.

도 6은 도 3a-3b의 가변 컬러 발광 장치들의 다른 변형예의 측부 단면도.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 컬러 발광 장치의 측부 단면 도.

도 8a-8m은 다양한 활성층 구조들을 도시하는 개략적인 상면도들.

도 9는 3×3 구성을 갖는 가변 컬러 발광 장치의 상면도.

도 10은 본 발명에 따른 가변 컬러 발광 장치를 포함하는 가변 컬러 조명 시스템을 도시하는 도면.

도 11은 도 10의 복수의 가변 컬러 발광 시스템들을 포함하는 가변 컬러 조명 시스템 네트워크를 도시하는 도면.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 컬러 발광 장치(10)의 측부 단면도이다. 발광 장치(10)는 LED(light emitting diode, 12)를 포함하며, 이것은 다시 N형 층(16)과 P형 층(18) 사이에 개재된 활성층(14)을 포함한다. 이 층들은 예를 들면 적절하게 도핑된 GaN 층들일 수 있다. 다이오드(12)는 다이오드를 구동하기 위한 회로(비도시)에 접속되는 전기적 접속부들(22)이 제공된 서브마운트(20) 상에 장착된다. N형 층(16)에는, 전기적 접속부들(22) 중 하나에 납땜되는(땜납 범프(26)에 의함) 접속부(24)가 제공되어, N형 층(16)을 다이오드 구동 회로에 접속한다. P형 층(18)은 유사하게, 접속부들(28a-28c), 땜납 범프들(30a-30c), 및 전기적 접속부들(22)을 통하여 상기 회로에 접속된다. N형 층(16) 상에는, 투명 기판(32)이 제공되며, 투명 기판(32) 상에는, 파장 변환기들(34a-34c)이 제공된다.

도 2는 도 1의 가변 컬러 발광 장치(10)의 부분적인 저면도로서, P형 층 접속부들(28a-28c), P형 층(18), 및 파장 변환기들(34a-34c)을 도시한다. 모든 저면 도들에서는, 예를 들면 상부의 파장 변환기들이 보일 수 있도록 구성요소들이 "피라미드" 방식으로 도시되는 점을 유의해야 한다. 그러나, 실제의 실시예들에서, 이 피라미드 구조가 반드시 적용되는 것은 아니다.

가변 컬러 발광 장치(10)의 설계에 기인하여, 다이오드(12)는 수 개의 세그먼트들(36a-36c)로 분할되며, 상기 세그먼트들은 각각은 발광을 위하여 작동될 수 있다. 세그먼트(36) 내의 활성층(14)에 의한 발광은 그 연관된 파장 변환기(34)에 의해 변환된다. 발광 장치(10)의 동작시, 원하는 전체 출력에 따라, 적절한 세그먼트(들)를 어드레스함으로써 하나의 세그먼트, 수 개의 세그먼트들, 또는 모든 세그먼트들이 임의의 주어진 시간에 발광 중일 수 있다. 또한, 소정의 세그먼트로부터의 발광의 강도가 제어될 수 있다. 이런 식으로, 동일한 다이오드로부터 다양한 컬러들이 발광될 수 있다.

예를 들면 파장 변환기들(34a-34c)이 각각 적색, 녹색, 및 청색에 대응하는 것을 가정한다. 세그먼트(36a)를 작동 또는 어드레스함으로써, 적색광이 발광될 수 있다. 세그먼트(36a 및 36b)를 어드레스함으로써, 적색 및 녹색광이 발광될 수 있다. 모든 세 개의 세그먼트들(36a-36c)을 어드레스함으로써, 적색, 녹색 및 청색광이 발광될 수 있다.

다이오드의 별개 세그먼트들 또는 부분들을 개별적으로 발광시키는 것은 다이오드 내에서의 전류 확산을 제한함으로써 가능해진다. 다이오드 내에서의 전류 확산의 제한을 뒷받침하는 원리는 이하에서 설명될 것이다.

특정한 부피(volume) 내에서의 전류 확산은 부피 특징(표면적 대 깊이) 및 전자/정공 이동도(mobility)에 의해 결정된다. 반도체에서, 후자는 확산 계수들에 의해 설명된다. 가시광 발광 다이오드들의 기본 재료들인 AlInGaP 및 AlInGaN 재료계들을 포함하는 많은 화합물 반도체들(compound semiconductors)의 경우, 도핑 레벨에 따라, n형 재료의 전자 이동도와 p형 재료의 정공 이동도 간에는, 종종 한 자릿수를 초과하는 큰 차이가 존재한다. p 도핑 반도체 또는 n 도핑 반도체(예를 들면, P형 층(18) 또는 N형 층(16))에 걸쳐 외부 전계가 인가되는 경우에, 전하 전류(electrical charge current)는 드리프트(인가된 외부 전계에 의한)와 확산의 조합에 의해 설명된다. 이것은, 전형적인 도핑 레벨들(10¹⁷ - 10¹⁸ ㎤)의 경우, n형 영역에서의 강한 횡방향 전류 확산을 야기하며, p형 재료에서는 그러한 확산을 거의 야기시키지 않는다. 따라서, 충분한 횡방향 확산을 허용하기 위해서는 두꺼운 p도핑 영역이 필요하다.

도 1 및 2의 발광 장치(10)에서, P형 층(18)의 두께는 상기 층에서의 횡방향 전류 확산, 즉 도 1에서의 수평 방향으로의 전류 확산이 제한되도록 선택된다. 이 방식으로, 접촉부들(28)과 P형 층(14) 간의 접촉 면적에 의해 개별적으로 어드레스 가능한 세그먼트들(36)이 한정될 수 있다. 따라서, 도 1 및 2에 도시된 실시예에서는, 전류 확산은 P형 층(14)의 두께 및 접촉부들(28a-28c)의 크기 및 배치에 의해 결정된다. 도 1 및 2에서 알 수 있는 바와 같이, 접촉부들(28a-28c)의 크기는 세그먼트들(36a-36c)을 한정하는 것을 돕는다. 또한, 파장 변환기들(34a-34c)의 배치는 세그먼트들(36a-36c)에 대응한다.

도 1 및 2의 발광 장치(10)에서, 어떤 전류 확산은 상이한 세그먼트들(36) 사이에서 발생할 수 있다. 이것이 의미하는 바는, 제1 세그먼트가 작동되는 경우, 전류는 제2 인접 세그먼트로 확산할 수 있어, 이 제2 세그먼트의 적어도 일부도 발광 중이 된다. 이와 같이 원하지 않는 전류 확산은 다이오드 내에 고저항 영역들을 포함함으로써(도 3-6에 예시된 바와 같이) 감소될 수 있는데, 상기 고저항 영역들은 세그먼트들을 분리/한정하고 한 세그먼트 내의 전류가 임의의 인접하는 세그먼트와 상호작용하는 것을 차단한다.

도 3a-3b 내의 발광 장치들은 P형 층(18)이 고저항 영역들(40)에 의해 구조화되는 것을 제외하고는, 도 1의 경우와 유사하다. 도 3a에서, 고저항 영역들(40)은 P형 층(18) 내의 "채워진(filled)" 홈들로서 포함된다. 즉, 고저항 영역들(40)은 P형 층(18)의 단면의 부분을 통해 수직으로 연장하여, P형 층은 연속적인 것이 유지된다. 대안으로, 고저항 영역들(40)은, 도 3b에 도시된 바와 같이, P형 층(18)의 단부 전체를 통하여 활성층(14)까지 수직으로 연장할 수 있다.

P형 층 내의 고저항 영역들(40)의 수평 방향 또는 횡방향 연장의 예들은 도 4a-4b에 도시된다. 도 4a에서, 고저항 영역들은 P형 층의 거의 전체 폭에 걸쳐 연장한다. 도 4b에서, 고저항 영역들은 P형 층의 전체 폭에 걸쳐 연장한다. 도 3a-3b 및 4a-4b)에서 알 수 있는 바와 같이, 고저항 영역들(40)의 연장부는 세그먼트들(36)을 제한/한정한다. 고저항 영역들(40)은 예를 들면, 에칭, 이온 주입, 등에 의해 구현될 수 있다.

도 3b 및 도 4b에 도시된 변형예들을 조합하는 것은 불연속 P형 층을 야기시 킨다는 것이 주목되어야 한다. 불연속 P형 층은 향상된 전류 한정을 제공한다.

세그먼트들 간의 원하지 않는 전류 확산을 더 감소시키기 위하여, 도 5에 도시된 바와 같은 활성층(14), 또한 도 6에 도시된 바와 같은 N형 층(16) 내로 고저항 영역들이 연장될 수도 있다. 도 6에서, 고저항 영역(40)은 N형 층(16)의 단면의 부분을 통해 수직으로 연장한다. N형 접촉부(24) 및 회로(22)로부터 임의의 세그먼트(36)가 완전히 전기적으로 컷오프되는 것을 피하기 위하여, N형 층(16)은 연속적인 것을 유지한다. 고저항 영역들은 층들 내에 동일하거나 상이한 횡방향 연장부들을 가질 수 있다. 예를 들어, P형 층 내의 고저항 영역들은 P형 층이 불연속적으로 되도록 하는 연장부를 가질 수 있는 한편, 활성층 내의 고저항 영역들은 활성층이 연속적인 것을 유지하도록, 즉 하나의 단일 부분으로 형성되도록 하는 연장부를 가질 수 있다. 활성층(14) 내의 고저항 영역(들)(40)의 설계들의 예들이, 결과적인 세그먼트들과 함께, 도 8a-8m에 도시되어 있다. 도 8a-8d의 각각은 직사각형 활성층을 도시하는데, 여기에서는 적어도 하나의 고저항 영역이 활성층의 단변에 평행하게 연장한다. 도 8e-8g는 정사각형 활성층을 도시하는데, 여기에서는 고저항 영역(들)의 전체적인 설계는 주로 교차형이다. 도 8h-8m의 각각은 원형 활성층을 도시하고, 도 8h-8i에서는, 고저항 영역(들)이 전체적으로 성상(star-shaped) 형태를 갖고, 도 8j에서는, 고저항 영역이 나선형 형태를 가지며, 도 8k-8m에서는, 고저항 영역이 교차형 형태를 갖는다.

전술된 바와 같이 세그먼트들 간의 전류 확산을 제외하고는, 픽셀들 간에 광학적 "크로스토크(crosstalk)"가 존재할 수 있다. 즉, N형 층 및 투명 기판을 통 하여 변환기들로 방출되는, 활성층으로부터의 발광은 다이오드의 각종 컴포넌트들 간의 계면들에서 회절 및/또는 반사될 수 있다. 회절/반사 후, 방사는 인접 세그먼트와 연관된 파장 또는 컬러 변환기에 도달할 수 있다. 이 광학적 "크로스토크"를 감소시키기 위하여, 다이오드의 관련 컴포넌트들이 인덱스 매칭되어 회절/반사를 피할 수 있다. 또한, N형 층과 변환기들 사이에서 투명 기판을 제거함으로써 광학적 "크로스토크" 효과가 감소될 수 있어, 변환기들은 다이오드와 광학적 및 기계적으로 접촉한다(도 7 참조). 도 7에서, 변환기들은 N형 층에 직접 장착된다. 투명 기판은 도 1-6에 도시된 발광 장치들 중 어느 하나에서 유사한 방식으로 제거될 수 있다.

또한, 3×1 구성을 갖는 발광 장치가 상기에 설명되었지만(예를 들어 도 2 참조), 본 발명에 따른 발광 장치는 더 많은 세그먼트들을 포함할 수 있다(예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이 3×3 구성에서 9개의 세그먼트들). 도 9의 발광 장치(10)는 하나의 청색 변환기의 한 세트(34c), 4개의 적색 변환기들의 한 세트(34a), 및 4개의 녹색 변환기들의 한 세트(34b)를 포함한다. 따라서, 아래에 있는 다이오드는 9개의 어드레스 가능한 세그먼트들로 분할된다.

또한, 상기 설명된 유형의 수 개의 조명 장치들이 결합될 수 있다. 예를 들면, 3개의 3×1 발광 장치들이 조합되어 3×3 발광 장치를 형성할 수 있다. 이 경우, 상이한 3×1 발광 장치들 내의 세그먼트들이 직렬 접속될 수 있다. 예를 들어, 각각의 3×1 발광 장치가 적색 컬러 변환기가 제공된 세그먼트를 포함한다면, 이 3개의 "적색 세그먼트들"은 직렬 접속되어, 단일 구동기에 의한 단일 구동 전류 에 의해 전원이 공급될 수 있는 적색 "컬러 채널"을 형성할 수 있다. 즉, 수 개의 세그먼트들이 그룹으로 어드레스될 수 있다. 직렬 구성을 사용하는 것(병렬 접속을 이용하여 각각의 세그먼트들을 개별적으로 어드레스하는 대신)의 장점은 전류가 아닌 전압이 증가되는 것인데, 이는 구동기들에게 바람직한 것이다. 또한, 수 개의 세그먼트들에 대한 단일 접속은 요구된 접속들의 수를 감소시킨다.

본 출원에 개시된 가변 컬러 발광 장치들은 바람직하게는 가변 컬러 조명 시스템에 포함될 수 있는데, 그 예는 도 10에 예시된다.

도 10은 가변 컬러 발광 장치(10)를 포함하는 가변 컬러 조명 시스템(50)을 도시한다. 가변 컬러 발광 장치(10)는 상기 설명된 임의의 유형을 가질 수 있다. 발광 장치(10)는 제어기(52)에 연결된다. 제어기(52)는 입력 제어 신호(54)에 기초하여 그 관련된 발광 장치를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어기(52)는 입력 제어 신호에 응답하여 원하는 혼합 컬러를 생성하기 위하여 그 연관된 발광 장치의 각각의 세그먼트로부터의 발광의 강도를 가변할 수 있다.

가변 컬러 조명 시스템(50)은 발광 장치(10)의 출력을 조정하도록 구성된 각종 광학장치(56)를 더 포함할 수 있다. 상기 광학 장치는 예를 들면 빔형성 광학장치, 혼합 광학장치, 균일화 광학장치, 등일 수 있다.

또한, 가변 컬러 조명 시스템(50)은 발광 장치의 출력의 실제 컬러 및 플럭스, 발광 장치의 온도 등과 같은, 발광 장치(10)의 각종 특성들을 측정하도록 구성된 센서들(58)을 포함할 수 있다. 이러한 측정들의 이유는 발광 장치들의 광학적 특성들은 동작 중 온도가 상승하면 변화할 수 있기 때문이다. 실제 출력의 측정치 들은 그 후, 실제 출력이 원하는 출력에 가급적 일치하도록 제어기가 발광 장치를 조정하기 위하여 사용하는 피드백 값들로서 사용될 수 있다. 따라서, 발광 장치의 출력 정확도가 개선된다.

또한, 가변 컬러 조명 시스템(50)은, 동작 중 온도를 낮게 유지하기 위한 능동 및/또는 수동 냉각 구성요소들, 오류 검출을 위한 전압 및/또는 전류 검출기들 등과 같은 많은 부가적인 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

수 개의 가변 컬러 조명 시스템들(50)은 추가로 함께 연결되어, 도 11에 예시된 바와 같은 가변 컬러 조명 시스템 네트워크를 형성할 수 있다. 도 11에서, 컬러 가변 조명 시스템 네트워크(64)는 3개의 가변 컬러 조명 시스템들(50a-c)을 포함하는데, 이들의 제어기들(52a-c)은 네트워크로 중앙 프로세서(60)에 연결된다. 제어기들(52a-c)은 예를 들면 통상의 데이터 버스에 연결되고, 이 데이터 버스는 이어서 중앙 프로세서(60)에 연결될 수 있다. 중앙 프로세서(60)와 제어기들(52a-c) 간에, 또는 제어기들 간에 데이터를 전송하기 위하여 각종의 상이한 프로토콜들(예를 들면, DMX, DALI, 등) 중 어느 하나가 이용될 수 있다.

중앙 프로세서(60)는 또한 사용자 인터페이스(62)에 연결된다.

조명 시스템 네트워크(64)의 동작시, 사용자는, 사용자 인터페이스(62)를 통하여, 조명 시스템 네트워크에 대하여 원하는 컬러(들), 원하는 플럭스 출력(들), 조명 시스템, 등을 설정한다. 사용자 입력은 중앙 프로세서(60)에 전송되고, 상기 중앙 프로세서는 이어서 대응하는 입력 제어 신호들(54a-c)을 제어기들(52a-c)에 제공한다. 각각의 제어기(52)는, 상기 설명된 바와 같이, 입력 제어 신호에 따라 그 연관된 발광 장치(10)를 제어한다.

당업자는 본 발명은 결코 상기 설명된 바람직한 실시예들로 제한되는 것이 아님을 인식한다. 오히려, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 많은 수정들 및 변형들이 가능하다. 예를 들어, 상기 예들은 플립-칩 구성을 도시하지만, 예를 들어 다이오드의 상부에 접촉 패드들을 갖는 와이어 본딩 다이오드를 사용하는 것도 가능하다.

또한, 도 11은 3개의 가변 컬러 발광 장치들을 포함하는 네트워크를 도시하지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 임의의 수의 발광 장치들이 조명 시스템에서 사용될 수 있다.

Claims (15)

1. 발광을 위한 발광 다이오드를 포함하고, 상기 다이오드는 복수의 도전 층들(14, 16, 18)을 포함하고, 상기 복수의 도전층들 중 적어도 하나는 상기 다이오드 내에서의 횡방향 전류 확산이 적어도 두 개의 독립적으로 전기적 어드레스 가능한 세그먼트들(36)을 형성하도록 제한되어, 선택적인 수의 상기 세그먼트들의 발광(lumination)을 허용하며, 상기 선택적인 수의 세그먼트들 중 적어도 하나에는 파장 변환기(34)가 제공되고, 상기 파장 변환기는 자신에 연관된 세그먼트로부터 방출된 광의 적어도 일부를 변환하여 소정의 원색 광을 생성하도록 구성되는 가변 컬러 발광 장치(10).
2. 제1항에 있어서, 상기 다이오드는 N형 층(16)과 P형 층(18) 사이에 개재된 단일 연속 활성층(14)을 포함하는 가변 컬러 발광 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 적어도 두 개의 독립적으로 전기적 어드레스 가능한 세그먼트들은 동일한 상기 단일 연속 활성층을 공유하는 가변 컬러 발광 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이오드는 적어도 하나의 고저항 영역(40)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 고저항 영역의 연장부가 상기 세그먼트들을 한정하는 가변 컬러 발광 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고저항 영역은 상기 P형 층에 포함되는 가변 컬러 발광 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고저항 영역은 상기 N형 층에 포함되는 가변 컬러 발광 장치.
7. 제4항에 있어서, 상기 적어도 하나의 고저항 영역은 상기 활성층과, 상기 P형 층 및 N형 층 중 적어도 하나에 포함되는 가변 컬러 발광 장치.
8. 제2항에 있어서, 상기 P형 층에 전기적 접촉부들(28)이 접속되고, 상기 P형 층의 두께는 상기 다이오드에서의 횡방향 전류 확산이 제한되도록 구성되어, 상기 세그먼트들은 상기 접촉부들과 상기 P형 층 사이의 접촉부 영역에 의해 한정되는 가변 컬러 발광 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 다이오드는 모놀리식 성장되는 가변 컬러 발광 장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파장 변환기는 상기 다이오드와 기계적 및 광학적으로 접촉되는 가변 컬러 발광 장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 가변 컬러 발광 장치(10), 및

    각각이 적어도 하나의 가변 컬러 발광 장치에 연결되며, 입력 제어 신호(45)에 응답하여 원하는 혼합 컬러를 생성하기 위해 연관된 발광 장치(들)의 각각의 세그먼트의 발광(lumination) 강도를 변화시킬 수 있는 적어도 하나의 제어기(52)

    를 포함하는 가변 컬러 조명 시스템(50).
12. 제11항에 따른 복수의 가변 컬러 발광 시스템들(50) - 상기 가변 컬러 발광 시스템들의 제어기들은 네트워크로 함께 연결됨 - , 및

    사용자 인터페이스(62)로부터의 명령들에 기초하여, 입력 제어 신호들을, 상기 네트워크를 통해 상기 제어기들에 제공하기 위한 중앙 프로세서(60)

    를 포함하는 가변 컬러 조명 시스템 네트워크(64).
13. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복수의 가변 컬러 발광 장치들(10)을 포함하며, 상기 발광 장치들 중 하나의 임의의 파장 변환기와 협조하여 소정의 원색 광을 방출하는 것을 담당하는 세그먼트는, 상기 발광 장치들 중 적어도 다른 하나의 동일한 원색 광을 방출하는 것을 담당하는 세그먼트 또는 세그먼트들에 직렬 접속되는 가변 컬러 발광 장치 어셈블리.
14. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 가변 컬러 발광 장 치(10)를 포함하는 가변 컬러 조명 시스템을 위한 제어기(52)로서,

    상기 가변 컬러 발광 장치들 중 적어도 하나에 연결되고, 입력 제어 신호(54)에 응답하여 원하는 혼합 컬러를 생성하기 위하여 연관된 발광 장치(들)의 각각의 세그먼트의 발광 강도를 가변하도록 구성되는 제어기.
15. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 가변 컬러 발광 장치(10)를 제어하는 방법으로서,

    입력 제어 신호(54)에 응답하여 원하는 혼합 컬러를 생성하기 위하여 상기 발광 장치의 각각의 세그먼트의 발광 강도를 가변시키는 단계를 포함하는 제어 방법.

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