特許 7507828 光分解を低減したＬＥＤのＤＢＲ構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-20

(45)【発行日】2024-06-28

(54)【発明の名称】光分解を低減したＬＥＤのＤＢＲ構造

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/60 20100101AFI20240621BHJP

   H01L 33/10 20100101ALI20240621BHJP

   H01L 33/08 20100101ALI20240621BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20240621BHJP

   H01L 33/62 20100101ALI20240621BHJP

   G09F 9/33 20060101ALI20240621BHJP

【ＦＩ】

H01L33/60

H01L33/10

H01L33/08

H01L33/50

H01L33/62

G09F9/33

【請求項の数】 19

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022168551

(22)【出願日】2022-10-20

(62)【分割の表示】P 2021576926の分割

【原出願日】2020-06-26

(65)【公開番号】P2023024424

(43)【公開日】2023-02-16

【審査請求日】2022-12-15

(31)【優先権主張番号】16/455,051

(32)【優先日】2019-06-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500507009

【氏名又は名称】ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】シミズ，ケン

(72)【発明者】

【氏名】増井 久志

(72)【発明者】

【氏名】ワンゲンスティーン，テッド

【審査官】高椋 健司

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１４／１２２７０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－０８７９９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７２９９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２８６７５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／４６

Ｈ０１Ｓ ５／００－ ５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
基板と、
前記基板に面する側とは反対側に位置付けられる第１の光出力表面を含む、前記基板上に配置される半導体ダイオード構造と、
前記半導体ダイオード構造に隣接して前記基板上に配置されるＤＢＲ構造と、を含み、
前記ＤＢＲ構造は、
酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む高屈折率層と、
高炭素領域と、前記高屈折率層と接触する少なくとも１つの低炭素領域とを有する、低屈折率層と、を含む、
ＬＥＤデバイス。

【請求項2】

前記半導体ダイオード構造上に配置され、前記半導体ダイオード構造の前記第１の光出力表面に面する側とは反対側に位置付けられる第２の光出力表面を含む、波長変換層を更に含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。

【請求項3】

前記半導体ダイオード構造に隣接し、前記ＤＢＲ構造を含む、側壁を更に含み、
前記ＤＢＲ構造は、前記半導体ダイオード構造から放射される光を前記波長変換層内に反射し且つ／或いは前記波長変換層によって変換される光を前記波長変換層の外方に反射するように構成される、
請求項２に記載のＬＥＤデバイス。

【請求項4】

前記半導体ダイオード構造に隣接して前記基板上に配置される第２のＤＢＲ構造を更に含み、
前記第２のＤＢＲ構造は、
酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む第２の高屈折率層と、
第２の高炭素領域と、前記第２の高屈折率層と接触する第２の低炭素領域とを有する、第２の低屈折率層とを含む、
請求項３に記載のＬＥＤデバイス。

【請求項5】

当該ＬＥＤデバイスは、５０ミクロン以下の幅を有する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。

【請求項6】

前記高屈折率層及び前記低屈折率層の複数の層が、１０ミクロン未満の厚さに積層され、前記高屈折率層及び前記低屈折率層のそれぞれの層の各々は、０．２ミクロン未満の厚さを有する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。

【請求項7】

前記低屈折率層は、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２のうちの少なくとも１つを含み、前記低屈折率層の前記高炭素領域は、有機金属を前駆体として使用して形成されたＡｌ_２０_３を更に含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。

【請求項8】

前記高屈折率層は、前記低屈折率層と第２の低屈折率層との間にあり、前記低屈折率層の前記少なくとも１つの低炭素領域と前記第２の低屈折率層の第２の低炭素領域との間にあり、且つ前記第２の低炭素領域と直接的に接触する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。

【請求項9】

前記少なくとも１つの低炭素領域は、前記低屈折率層の両側にある２つの低炭素領域を含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。

【請求項10】

発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイであって、
基板と、
複数のＬＥＤと、を含み、
前記ＬＥＤの各々は、
前記基板に面する側とは反対側に位置付けられる第１の光出力表面を含む、前記基板上に配置される半導体ダイオード構造と、
前記半導体ダイオード構造に隣接して前記基板上に配置される１つ以上のＤＢＲ構造と、を含み、
前記１つ以上のＤＢＲ構造は、
酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む高屈折率層と、
高炭素領域と、前記高屈折率層と接触する少なくとも１つの低炭素領域とを有する、低屈折率層と、を含む
ＬＥＤアレイ。

【請求項11】

前記半導体ダイオード構造上に配置され、前記半導体ダイオード構造の前記第１の光出力表面に面する側とは反対側に位置付けられる第２の光出力表面を含む、波長変換層を更に含む、請求項１０に記載のＬＥＤアレイ。

【請求項12】

前記ＬＥＤの間で前記半導体ダイオード構造に隣接し、前記ＤＢＲ構造を含む、側壁を更に含み、
前記ＤＢＲ構造は、前記半導体ダイオード構造から放射される光を前記波長変換層内に反射し且つ／或いは前記波長変換層によって変換される光を前記波長変換層の外方に反射するように構成される、
請求項１１に記載のＬＥＤアレイ。

【請求項13】

前記半導体ダイオード構造に隣接して前記基板上に配置される第２のＤＢＲ構造を更に含み、
前記第２のＤＢＲ構造は、
酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む第２の高屈折率層と、
第２の高炭素領域と、前記第２の高屈折率層と接触する第２の低炭素領域とを有する、第２の低屈折率層とを含む、
請求項１０に記載のＬＥＤアレイ。

【請求項14】

前記ＬＥＤの各々は、５０ミクロン以下の幅を有し、１０ミクロン以下のレーンによって互いから離間される、請求項１０に記載のＬＥＤアレイ。

【請求項15】

前記高屈折率層及び前記低屈折率層の複数の層が、１０ミクロン未満の厚さに積層され、前記高屈折率層及び前記低屈折率層のそれぞれの層の各々は、０．２ミクロン未満の厚さを有する、請求項１０に記載のＬＥＤアレイ。

【請求項16】

前記低屈折率層は、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯ_２のうちの少なくとも１つを含み、前記低屈折率層の前記高炭素領域は、有機金属を前駆体として使用して形成されたＡｌ_２０_３を更に含む、請求項１０に記載のＬＥＤアレイ。

【請求項17】

前記高屈折率層は、前記低屈折率層と第２の低屈折率層との間にあり、前記低屈折率層の前記少なくとも１つの低炭素領域と前記第２の低屈折率層の第２の低炭素領域との間にあり、且つ前記第２の低炭素領域と直接的に接触する、請求項１０に記載のＬＥＤアレイ。

【請求項18】

前記複数のＬＥＤは、個々にアドレス指定可能なピクセルであり、当該ＬＥＤアレイは、モノリシックである、請求項１０に記載のＬＥＤアレイ。

【請求項19】

発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスであって、
サファイアを含む基板と、
前記基板に面する側とは反対側に位置付けられる第１の光出力表面を含む、前記基板上に配置される半導体ダイオード構造と、
前記半導体ダイオード構造に隣接して前記基板上に配置されるＤＢＲ構造と、を含み、
前記ＤＢＲ構造は、
酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む高屈折率層と、
高炭素領域と、前記高屈折率層と接触する少なくとも１つの低炭素領域とを有する、低屈折率層と、を含み、前記高炭素領域は、有機金属を前駆体として形成されたＡｌ _２ ０ _３ を含み、前記低炭素領域は、ハロゲン化物を前駆体として形成されたＡｌＣｌ _３ を含む、
ＬＥＤデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の参照）
この出願は、２０１９年６月２７日に出願された米国特許出願第１６／４５５，０５１号に対する優先権の利益を主張し、その全文を参照により本明細書に援用する。

【0002】

（技術分野）
本開示は、一般的には、分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ：distributed Bragg reflectors）の構造及び製造、具体的には、ＬＥＤパッケージ内のＤＢＲに関する。反射器の品質を向上させるために、低炭素前駆体(low carbon precursors)の特定のセットが使用される。

【背景技術】

【0003】

（本明細書において「ＬＥＤ」と総称する）半導体発光ダイオード及びレーザダイオードは、現在利用可能な最も効率的な光源の１つである。ＬＥＤの発光スペクトルは、典型的には、デバイスの構造によって並びにデバイスを構成する半導体材料の組成によって決定される波長で単一の狭いピークを示す。デバイス構造及び材料系の適切な選択によって、ＬＥＤは、紫外、可視又は赤外波長で作動するように設計されることがある。ＬＥＤは、ＬＥＤによって放射される光を吸収し、応答してより長い波長の光を放射する、１つ以上の波長変換材料（本明細書では一般的に「蛍光体(phosphors)」と呼ぶ）と組み合わされることがある。そのようなデバイスは、蛍光体変換ＬＥＤ（「ｐｃＬＥＤ(phosphor-converted LED)」）と呼ばれることがある。

【0004】

有用な光抽出効率を向上させるために光を方向変更することができる光反射側壁を有するＬＥＤを製造することは一般的である。例えば、側壁は、バインダと反射性粒子との様々な組み合わせで被覆されることができる。１つの頻繁に使用される反射器は、Ｔｉ０_２ナノ粒子を充填したシリコーンバインダに基づく。残念ながら、粒子サイズ及び光の相互作用の故に、そのような反射性コーティングは、コーティング内で吸収されるか或いは吸収をもたらす方向に方向変更される過剰な迷光を依然として生じ得る。

【0005】

側壁及び基板は、反射性金属で被覆されることもできる。Ｔｉ０_２ナノ粒子と比較して反射率を向上させることができるが、製造の難しさは増大し、ＬＥＤパッケージへの比較的大量の金属の導入に起因する損傷の可能性は金属反射器の広範な使用を制限する。

【0006】

より良い反射器は、非金属分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ：distributed Bragg reflector）によって提供される。原子層蒸着を用いて、正確な厚さ並びに交互の低屈折率材料及び高屈折率材料の複数の層を作り出すことができる。１つの一般的な多層スタックは、低屈折率アルミナ（ＡＩ_２Ｏ_３）と高屈折率酸化チタン（Ｔｉ０_２）に基づく。これらの層は、従来のＬＥＤ処理温度及び１８０℃の典型的なＡＬＤ処理温度の両方に適合する。追加的な利点として、ＡＩ_２Ｏ_３のためのトリメチルアルミニウム及びＴｉＯ_２層形成のためのＴｉＣＬ_４／Ｈ_２Ｏを含む、様々な有機金属又はハロゲン化物前駆体が使用可能である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

残念ながら、そのようなＡＬＤプロセスによって作り出されるＴ１Ｏ_２のアモルファス層は、光触媒性である。ＬＥＤ及び熱によって生成される青色光の存在の下で、Ｔｉ０_２層は、有機金属前駆体からの炭素汚染と反応して黒鉛を作り出すことができる。時間の経過と共に、これはＬＥＤデバイスにおける有意な吸収損失につながる。この損傷を最小限に抑えるためには、炭素含有量を低減する非炭素前駆体及び低炭素膜製造技術が必要とされる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施形態によれば、基板上のＤＢＲ構造が、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む高屈折率層と、高炭素領域と、高屈折率層と接触する少なくとも１つの低炭素領域とを有する、低屈折率層とを含む。高屈折率層及び低屈折率層の複数の層は積層される。典型的には、高屈折率層及び低屈折率層の複数の層は１０ミクロン未満の厚さに積層される。例えば、ＬＥＤアレイ内の２つのピクセルは、高屈折率層及び低屈折率層の多層を含む１０ミクロン未満の厚さのＤＢＲ構造を備える側壁によって分離されてよい。高屈折率層及び低屈折率層のそれぞれの層の各々は、０．２ミクロン未満の厚さを有することができる。

【0009】

１つの実施形態において、低屈折率層は、トリメチルアルミニウムのような有機金属前駆体から形成されることができるＡＩ_２Ｏ_３を含む。炭素は、前駆体であり、低屈折率層の高炭素領域をもたらす。

【0010】

低屈折率層の接触する低炭素領域は、ＡｌＣｌ_３のようなハロゲン化物前駆体から形成されるＡＩ_２Ｏ_３を含むことができる。炭素を含まない前駆体の使用は、低屈折率層の低炭素領域をもたらす。

【0011】

幾つかの実施態様において、基板は、サファイアであるが、代替的に、ＧａＮ、ガラスもしくは誘電体構造、又は炭化ケイ素のような、半導体材料であることができる。

【0012】

１つの実施形態では、基板の上にＤＢＲ構造を形成するＡＬＤプロセスが、高炭素領域を有する第１の低屈折率層を堆積させるステップと、高炭素領域と接触する低炭素領域を備える第１の低屈折率層を堆積させるステップと、第１の低屈折率層の低炭素領域と接触する酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む高屈折率層を堆積させるステップと、高屈折率層と接触する低炭素領域を備える第２の低屈折率層を堆積させるステップと、高炭素領域を有する第２の低屈折率層を堆積させるステップとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0013】

本開示の非限定的かつ非網羅的な実施形態が以下の図を参照して記載され、図において、同等の参照番号は、特に断りのない限り、様々な図を通じて同等の部品を指している。

【0014】

【図1】例示的なｐｃＬＥＤの概略断面図を示している。

【0015】

【図2A】ｐｃＬＥＤのアレイの断面概略図を示している。

【図2B】ｐｃＬＥＤのアレイの断面頂面図を示している。

【図2C】ｐｃＬＥＤのモノリシックアレイの斜視図を示している。

【0016】

【図3A】ｐｃＬＥＤのアレイを実装することがある電子機器基板(electronics board)の概略頂面図を示している。

【図3B】図３Ａの電子基板(electronic board)上に実装されたｐｃＬＥＤのアレイを同様に示している。

【0017】

【図4A】導波管及び投影レンズに関して配置されたｐｃＬＥＤのアレイの概略断面図を示している。

【図4B】導波管を伴わない図４Ａと類似の構成を示している。

【0018】

【図5】ｐｃＬＥＤの例示的アレイの概略断面図を示している。

【0019】

【図6】取り付けられた高信頼性の分散型ブラッグ反射器を有するＬＥＤ基板側壁の１つの実施形態を図示している。

【0020】

【図7】高温動作寿命（ＨＴＯＬ）試験中の改良された性能を図示している。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下の詳細な記述は、図面を参照して読まれるべきであり、図面において、同一の参照番号は、異なる図を通じて同等の要素を指している。必ずしも縮尺通りではない図面は、選択的な実施形態を描いており、本発明の範囲を限定するものではない。詳細な記述は、本発明の原理を限定の目的ではなく例示の目的のために例示している。

【0022】

図１は、基板１０４上に配置された半導体ダイオード構造１０２（ＬＥＤ）と、ＬＥＤ上に配置された蛍光体層又は蛍光体構造１０６とを含む、個々のｐｃＬＥＤ１００(phosphor-converted LED)の例を示している。半導体ダイオード構造１０２は、典型的には、ｎ型層とｐ型層との間に配置された活性領域(アクティブ領域)を含む。ダイオード構造に亘る適切な順方向バイアスの印加は、活性領域からの光の放射をもたらす。放射される光の波長は、活性領域の組成及び構造によって決定される。

【0023】

ＬＥＤは、例えば、青色光、紫色光又は紫外光を放射するＩｌｌ－窒化物ＬＥＤであってよい。任意の他の適切な材料系から形成され且つ任意の他の適切な波長の光を放射するＬＥＤが使用されてもよい。他の適切な材料系は、例えば、ＩＩＩ－リン化物材料、ＩＩＩ－アルセニド材料、及びＩＩ－ＶＩ材料を含む。

【0024】

ｐｃＬＥＤからの所望の光出力に依存して、任意の適切な蛍光体材料が使用されてよい。

【0025】

図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、基板２０２上に配置されたｐｃＬＥＤ１００のアレイ２００の断面図及び頂面図を示している。そのようなアレイは、任意の適切な方法で配置された任意の適切な数のｐｃＬＥＤを含んでよい。図示の例において、アレイは、共有基板上にモノリシックに形成されたように描かれているが、代替的に、ｐｃＬＥＤのアレイは、別個の個々のｐｃＬＥＤから形成されてよい。基板２０２は、任意的に、ＬＥＤを駆動するためのＣＭＯＳ回路構成を含んでよく、任意の適切な材料から形成されてよい。

【0026】

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、ｐｃＬＥＤアレイ２００は、電力及び制御モジュール３０２と、センサモジュール３０４と、ＬＥＤ取付け領域３０６とを含む、電子機器基板３００(electronics board)上に取り付けられてよい。電力及び制御モジュール３０２は、外部ソースから電力及び制御信号を受信し、センサモジュール３０４からの信号を受信し、それに基づいて、電力及び制御モジュール３０２は、ＬＥＤの動作を制御する。センサモジュール３０４は、任意の適切なセンサ、例えば、温度センサ又は光センサから信号を受信してよい。代替的に、ｐｃＬＥＤアレイ２００は、電力及び制御モジュール並びにセンサモジュールとは別の基板（図示せず）に取り付けられてよい。

【0027】

個々のｐｃＬＥＤは、任意的に、蛍光体層に隣接して或いは蛍光体層上に配置されるレンズ又は他の光学素子との組み合わせにおいて組み込まれてよく或いは配置されてよい。図示されていないそのような光学素子を「一次光学素子(primary optical element)」と呼ぶことがある。加えて、図４Ａ及び４Ｂに示すように、（例えば、電子機器基板３００上に取り付けられる）ｐｃＬＥＤアレイ２００は、意図される用途における使用のための導波管、レンズ、又はそれらの両方のような、二次光学素子(secondary optical elements)と組み合わせにおいて配置されてよい。図４Ａにおいて、ｐｃＬＥＤ１００によって放射される光は、導波管４０２によって集光され、投影レンズ４０４に向けられる。投影レンズ４０４は、例えば、フレネルレンズであってよい。この構成は、例えば、自動車ヘッドライトにおける使用に適することがある。図４Ｂにおいて、ｐｃＬＥＤ１００によって放射される光は、介在する導波管の使用を伴わないで、投影レンズ４０４によって直接的に集光される。この構成は、ｐｃＬＥＤを互いに十分に近接して離間させ得るときに特に適することがあり、自動車のヘッドライトにおいて並びにカメラのフラッシュ用途において使用されてもよい。マイクロＬＥＤディスプレイ用途は、例えば、図４Ａ及び４Ｂに描く光学構成に類似する光学構成を使用してよい。一般的に、光学素子の任意の適切な構成は、所望の用途に依存して、本明細書に記載するｐｃＬＥＤとの組み合わせにおいて使用されてよい。

【0028】

図２Ａ及び図２Ｂを再び参照すると、これらの図は、９個のｐｃＬＥＤの３×３アレイを示しているが、そのようなアレイは、例えば、数十個、数百個又は数千個のＬＥＤを含んでよい。個々のＬＥＤ（ピクセル）は、例えば、１ミリメートル（ｍｍ）以下、５００ミクロン以下、１００ミクロン以下又は５０ミクロン以下のアレイの平面内に幅（例えば、側面長(side lengths)）を有してよい。そのようなアレイにおけるＬＥＤは、例えば、数百ミクロン、１００ミクロン以下、５０ミクロン以下、１０ミクロン以下又は５ミクロン以下のアレイの平面内の幅を有するストリート(street)又はレーン(lane)によって互いに離間させられてよい。図示の例は、対称マトリクス内に配列された矩形ピクセルを示しているが、ピクセル及びアレイは、任意の適切な形状を有してよい。

【0029】

約５０ミクロン以下のアレイの平面内の寸法（例えば、側面長）を有するＬＥＤは、典型的には、マイクロＬＥＤ(microLED)と呼ばれ、そのようなマイクロＬＥＤのアレイは、マイクロＬＥＤアレイ(microLED array)と呼ばれることがある。

【0030】

ＬＥＤのアレイ又はそのようなアレイの部分は、個々のＬＥＤピクセルがトレンチ及び／又は絶縁材料によって互いに電気的に隔離されたセグメント化されたモノリシック構造(segmented monolithic structure)として形成されてよい。図２Ｃは、そのようなセグメント化されたモノリシックアレイ１１００の一例の斜視図を示している。このアレイ内のピクセルは、ｎ－コンタクト１１４０(n-contact)を形成するように充填されるトレンチ１１３０によって分離される。モノリシック構造は、基板１１１４上に成長又は配置される。各ピクセルは、ｐ－コンタクト１１１３、ｐ－ＧａＮ半導体層１１１２、活性領域１１１１、及びｎ－ＧａＮ半導体層１１１０を含む。波長コンバータ材料１１１７が、半導体層１１１０（又は他の適用可能な層）上に堆積されてよい。パッシベーション層１１１５が、ｎ－コンタクト１１４０の少なくとも一部分を半導体の１つ以上の層から分離するために、トレンチ１１３０内に形成されてよい。ｎ－コンタクト１１４０又はトレンチ内の他の材料は、ｎ－コンタクト１１４０又は他の材料がピクセル間に完全な又は部分的な光分離１１２０(optical isolation)を提供するように、コンバータ材料１１１７内に延びてよい。

【0031】

ＬＥＤアレイ内の個々のＬＥＤ（ピクセル）は、個々にアドレス指定可能であってよく、アレイ内のピクセルのグループ又はサブセットの一部としてアドレス指定可能であってよく、或いはアドレス指定可能でなくてよい。従って、発光ピクセルアレイは、光分布の微細粒子強度(fine-grained intensity)、空間的及び時間的制御を必要とする、或いはそれらから利益を受ける、任意の用途に有用である。これらの用途は、ピクセルブロック又は個々のピクセルから放射される光の正確な特別なパターン化を含むが、これらに限定されない。用途に依存して、放射される光は、スペクトル的に別個であってよく、経時的に適応的であってよく、且つ／或いは環境応答的であってよい。発光ピクセルアレイは、様々な強度、空間的又は時間的パターンで予めプログラムされた光分布を提供してよい。放射される光は、少なくとも部分的に受信するセンサデータに基づいてよく、光無線通信のために使用されてよい。関連する電子機器(エレクトロニクス)及び光学(optics)は、ピクセル、ピクセルブロック、又はデバイスレベルで別個であってよい。

【0032】

図５は、基板５３０上に配置された半導体ダイオード構造５００（ＬＥＤ）と、ＬＥＤ上に配置された蛍光体層又は構造５１０とを備える、ＬＥＤアレイの一例を示している。各半導体ダイオード構造５００は、反射器又は側壁５２０によって他のピクセルから分離された個々のＬＥＤ又はピクセルである。側壁５２０は、半導体ダイオード構造５００からの光を上方に蛍光体層５１０内に反射することがあり、蛍光体層５１０によって変換された光を上方に反射することがあるので、それは観察者によって見えるように放射されることがある。側壁５２０は、ＤＢＲ側壁であってよい。反射器は、後方散乱光が吸収又は誤った方向への放射によってデバイス内で失われるのを防止するように、半導体ダイオード構造の下方に配置されてもよい。例えば、基板５３０は、反射器であってよく、或いは反射器で被覆されてよく、その場合、反射器は、ＤＢＲである。すなわち、ピクセル又はＬＥＤアレイ内のＤＢＲ反射器又は側壁は、半導体ダイオード構造５００の左側及び右側に限定される必要はなく、所望の出力に依存して、半導体ダイオード構造５００の上方又は下方に配置されてよい。ＬＥＤアレイ内のＤＢＲ反射器は、以下に記載する反射器と類似するか或いは同じであってよい。

【0033】

発光ピクセルアレイは、広範囲の用途を有する。発光ピクセルアレイ照明器具(luminaires)は、選択的ピクセル活性化及び強度制御に基づいて異なる照明パターンを投影するようにプログラムされることができる光固定具(light fixtures)を含むことができる。そのような照明器具は、可動部品を使用しない単一の照明デバイスから複数の制御可能なビームパターンを送達することができる。典型的には、これはＩＤ又は２Ｄアレイ内の個々のＬＥＤの輝度(brightness)を調整することによって行われる。光学系は、共有であれ個々であれ、任意的に、光を特定の標的領域に向けることができる。

【0034】

発光ピクセルアレイは、改良された視覚ディスプレイのために或いは照明コストを低減するために建物又は領域を選択的かつ適応的に照明するために使用されてよい。加えて、発光ピクセルアレイは、装飾的な動き又はビデオ効果のためにメディアファサード(media facades)を投影するために使用されてよい。追跡センサ及び／又はカメラと共に、歩行者の周囲の領域の選択的照明も可能なことがある。スペクトル的に異なるピクセルが、照明の色温度を調節するために並びに波長特異な園芸照明をサポートするために使用されてよい。

【0035】

街路照明は、発光ピクセルアレイの使用から大きな利益を得ることがある重要な用途である。単一タイプの発光アレイが、様々な街路照明タイプを模倣して、例えば、選択されるピクセルの適切な活性化又は非活性化によって、タイプＩ直線街路光とタイプＩＶ半円街路光との間の切り替えを可能にするように使用されてよい。加えて、街路照明のコストが、環境条件又は使用時間に従って光強度又は分布面積を調整することによって低下させることがある。例えば、光強度及び分布面積は、歩行者がいないときに減少させられてよい。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に別個であるならば、光の色温度は、それぞれの昼光(daylight)、薄明(twilight)又は夜間条件に従って調整されてよい。

【0036】

発光アレイは、直接又は投影ディスプレイを必要とする用途をサポートするのにも適している。例えば、警告、緊急、又は情報標識は、全て、発光アレイを用いて表示又は投影されてよい。これは、例えば、変化する色又は閃光を放つ出口標識が投影されることを可能にする。発光アレイが多数のピクセルから構成されるならば、テキスト又は数値情報が提示されてよい。指向性矢印又は類似のインジケータが提供されてもよい。

【0037】

車両用ヘッドランプは、大きなピクセル数及び高いデータリフレッシュ速度を必要とする発光アレイ用途である。道路の選択された部分のみを能動的に照らす自動車ヘッドライトは、対向車の運転手のグレア(glare)又は眩しさ(dazzling)に関連する問題を軽減するために使用されることができる。赤外線カメラをセンサとして用いて、発光ピクセルアレイは、道路を照明するために必要とされるピクセルのみをアクティブ化させる一方で、歩行者又は対向車両の運転手を眩しくさせることがあるピクセルを非アクティブ化させる。加えて、一般道路外の歩行者、動物、又は標識は、運転手の環境意識を向上させるために選択的に照明されてよい。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に別個であるならば、光の色温度は、それぞれの昼光、薄明又は夜間条件に従って調整されてよい。幾つかのピクセルは、光無線車両間通信のために使用されてよい。

【0038】

典型的には、ＬＥＤ、ＬＥＤのアレイ、ｐｃＬＥＤ、及びｐｃＬＥＤのアレイについての上記用途は、ＬＥＤ内の光生成及びＬＥＤからの光抽出の改良された効率から利益を得る。これらの用途は、典型的には、光が活性領域から放射される方向及び光がＬＥＤから抽出される方向のより大きな制御からも利益を得る。これらの利点は、典型的には、デバイスが波長変換構造を含むか否かに拘わらず生じる。

【0039】

図６は、取り付けられた高信頼性の分散型ブラッグ反射器を備えるＬＥＤ基板側壁６００の１つの実施形態を示している。図のように、サファイア基板６０２は、交互の低屈折率層及び高屈折率層から形成された取り付けられたＤＢＲ側壁を有する。半導体、炭化ケイ素、ガラス、又はＤＢＲミラーの取り付けから利益を得ることができる他の誘電体基板を含む他の基板を使用することもできる。

【0040】

図６はまた、サファイア基板６０２に取り付けられた高炭素領域を有する第１の低屈折率層６１０も示している。高炭素領域が存在するのは、有機金属前駆体が製造に使用されるからである。１つの実施形態において、高炭素領域を有する低屈折率層６１０は、前駆体としてトリメチルアルミニウムを用いて作られたアルミナ（ＡＩ_２Ｏ_３）である。代替的に、有機金属前駆体で形成されたＳｉＯ_２を使用することができる。低炭素領域６２０を有する第１の低屈折率層は、低屈折率層６１０の高炭素領域と接触する。例えば、低炭素領域６２０は、高炭素領域よりも低い炭素含有量を有する。１つの実施形態では、低炭素領域６２０を備える低屈折率層を、ＡｌＣｌ_３のようなハロゲン化アルミニウム前駆体から形成することができる。低炭素層６２０を備えるこの低屈折率層は、次に、酸化チタン（ＴｉＯ_２）を含む高屈折率層６１２と接触する。低炭素領域６２２を備える第２の低屈折率層が、高屈折率層６１２と接触し、次に、高炭素領域６１４（例えば、別のアルミナ層）を有する第２の低屈折率層、及び低炭素層６２４を備える別の低屈折率層と接触する。中間の低屈折率層及び低炭素層を用いて高屈折率層から高炭素低屈折率層を分離することによって炭素媒介劣化を防止して、交互の低屈折率層及び高屈折率層（例えば、ＴｉＯ_２と交互するＡＩ_２Ｏ_３又はＳ１Ｏ_２）のこのパターンを複数回繰り返すことができる。これは様々な記載された層における相対的な炭素量を示す関連する炭素レベルグラフによって図示されている。

【0041】

幾つかの実施態様において、ＴｉＣｌ_４（又は他のＴｉハロゲン化物）及びＨ_２Ｏは、ＴｉＯ_２層形成のための前駆体である。ＴｉＯ_２層内のＡｌＣｌ_３（又は他のＡｌハロゲン化物）及びＨ２Ｏを用いて、ＴｉＯ２層内の結晶化傾向が減少した薄い（ｌｎｍの）ＡＩ_２Ｏ_３を形成することができる。典型的には、結果として得られるＤＢＲは、従来的なＡＬＤ処理を用いて形成される高屈折率層（ＴｉＯ２）及び低屈折率層（Ａｌ_２Ｏ_３）の３～５ｕｍの多層スタックである。ＡＬＤは、１８０℃で操作されることができ、ＴｉＣｌ_４、Ｈ_２Ｏ（又はオゾン）、及びＡｌＣｌ_３、Ｈ_２Ｏ及びＴＭＡ、Ｈ_２Ｏのパルスを、順次チャンバ内に放出して、１つずつ単一原子層を生成することができる。（基板、半導体ダイ、及び蛍光体プレートレットを含む）ＬＥＤは、ＡＬＤチャンバが１５０～２００℃に加熱される間に、テープキャリアによって所定の場所に保持されることができる。これらの温度で、ＴｉＯ_２は、ＡｌＣｌ_３（又は他の不均一酸化物）の置換層がアモルファス膜を確実にする合金状構造を形成することなく結晶化する。炭素捕捉(carbon entrapment)は、ＴｉＯ_２層の付近又は隣に堆積される層のための非炭素前駆体の使用によって解消される。

【0042】

上述の交互層は重要である。何故ならば、トリメチルアルミニウムで成長させた如何なるＡＩ_２Ｏ_３の高炭素領域もないＡｌＣｌ_３で完全に成長させたＡＩ２Ｏ３層は、亀裂及び剥離することが観察されたからである。すなわち、一貫して低炭素であるＡｌＣｌ_３で成長させた隣接するＡＩ_２Ｏ_３層は、高応力のマイナス面を経験する。本発明の実施形態は、アルミナの高炭素領域で低炭素領域の高い応力の均衡を取る一方で、劣化が少ないか劣化がない低炭素領域でアルミナの高炭素領域によって引き起こされる劣化の均衡を取る。

【0043】

図７は、高温動作寿命（ＨＴＯＬ：high temperature operating life）試験中の改良された性能を示している。グラフから明らかなように、改良された低炭素ＤＢＲ前駆体から形成されたＬＥＤは、従来的な有機金属ＤＢＲ前駆体から形成された側壁を有するＬＥＤよりも一層低い故障率を有する。

【0044】

発光ピクセルアレイ（すなわち、アドレス指定可能なＬＥＤセグメント）は、記載の低炭素ＡＬＤ ＤＢＲ側壁コーティングから特に利益を得ることがある。嵩張るシリコーンバインダ及びＴｉ０_２ナノ粒子側壁と比較して、ＡＬＤ ＤＢＲ側壁は、効率を向上させ、正確な光投影と干渉する可能性があり且つ極めて薄い（例えば、１０ミクロン未満）可能性があるピクセルクロストーク間の効率を大幅に低下させて、密接にパックされた発光ピクセルアレイにおける使用を可能にする。

【0045】

記載の改良されたＤＢＲ側壁を備える発光ピクセルアレイは、低クロストーク、微細粒子強度、光分布の改良された空間的及び時間的な制御から利益を得る用途をサポートすることがある。これは、ピクセルブロック又は個々のピクセルから放射される光の正確な空間パターン化を含むことがあるが、これに限定されない。用途に依存して、放射される光は、スペクトル的に別個であることがあり、経時的に適応的であることがあり、且つ／或いは環境応答性であることがある。発光ピクセルアレイは、様々な強度、空間的又は時間的パターンにおいて予めプログラムされた光分布を提供することがある。放射される光は、少なくとも部分的には、受信されるセンサデータに基づいてよく、光無線通信のために使用されてよい。関連する光学(optics)は、ピクセル、ピクセルブロック、又はデバイスレベルで別個であってよい。例示的な発光ピクセルアレイは、関連する共通のレンズ(optic)を備える高強度ピクセルの共通に制御される中央ブロックを有するデバイスを含むことがあるのに対し、エッジピクセルは、個々の光学を有することがある。改良されたＤＢＲ側壁を備える発光ピクセルアレイによってサポートされる一般的な用途は、カメラフラッシュ、自動車ヘッドライト、建築及び領域照明、街路照明、及び情報ディスプレイを含む。

【0046】

改良されたＤＢＲ側壁を備える発光ピクセルアレイは、モバイルデバイス用のカメラフラッシュ用途に良く適している。典型的には、高輝度ＬＥＤからの光の強い短時間のフラッシュが、画像キャプチャをサポートするために使用される。残念なことに、従来的なＬＥＤフラッシュでは、光の殆どは、既に十分に照明されているか或いはさもなければ照らされる必要のない領域の照明に浪費される。発光ピクセルアレイの使用は、一定の時間の間、シーンの部分の制御された照明を提供することがある。これは、カメラフラッシュが、例えば、ローリングシャッタキャプチャの間に撮像される領域のみを照明し、キャプチャされる画像に亘る信号対雑音比を最小限に抑え且つ人間もしくは標的物体上の又は人間もしくは標的物体に亘る影を最小限に抑える均一な照明を提供し、且つ／或いは影を強調する高コントラスト照明を提供することを可能にすることがある。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に別個であるならば、フラッシュ照明の色温度は、所望の色調(color tones)又は暖かみ(warmth)を提供するように動的に調整されることがある。

【0047】

道路の選択されたセクションのみを能動的に照らす自動車ヘッドライトも改良されたＤＢＲ側壁を備える発光ピクセルアレイによってサポートされる。赤外線カメラをセンサとして用いて、発光ピクセルアレイは、道路を照らすのに必要なピクセルのみをアクティブ化させる一方で、歩行者又は対向車両の運転手を眩しくさせることがあるピクセルを非アクティブ化させる。加えて、一般道路外の歩行者、動物又は標識は、運転手の環境意識を向上させるために、選択的に照らされてよい。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に別個であるならば、光の色温度は、それぞれの昼光、薄明又は夜間条件に従って調整されてよい。幾つかのピクセルは、光無線車両間通信のために使用されてよい。

【0048】

建築照明及び領域照明も、改良されたＤＢＲ側壁を備える発光ピクセルアレイから利益を得ることがある。発光ピクセルアレイは、改良された視覚ディスプレイのために或いは照明コストを低減するために建物又は領域を選択的かつ適応的に照明するために使用されてよい。加えて、発光ピクセルアレイは、装飾的な動き又はビデオ効果のためにメディアファサードを投影するために使用されてよい。追跡センサ及び／又はカメラと共に、歩行者の周囲の領域の選択的照明が可能なことがある。スペクトル的に別個のピクセルは、照明の色温度を調整するために並びに波長特異的な園芸照明をサポートするために使用されてよい。

【0049】

街路照明は、改良されたＤＢＲ側壁を備える発光ピクセルアレイの使用から大きな利益を得ることがある重要な用途である。単一タイプの発光アレイは、様々な街路光タイプを模倣するために使用されて、例えば、選択されるピクセルの適切なアクティブ化又は非アクティブ化によってタイプＩ直線街路光とタイプＩＶ半円街路光との間の切り替えが可能にされてよい。加えて、環境条件又は使用時間に従って光ビーム強度又は分布を調整することによって、街路照明コストが低下されることがある。例えば、歩行者が存在しないとき、光強度及び分布面積は削減されてよい。発光ピクセルアレイのピクセルがスペクトル的に別個であるならば、光の色温度は、それぞれの昼光、薄明又は夜間条件に従って調整されてよい。

【0050】

改良されたＤＢＲ側壁を備える発光アレイは、直接又は投影ディスプレイを必要とする用途をサポートするのも良く適している。例えば、警告、緊急、又は情報標識は、全て、発光アレイを用いて表示又は投影されてよい。これは、例えば、色を変えること、又は閃光する出口標識を投影することを可能にする。改良されたＤＢＲ側壁を備える発光アレイが多数のピクセルから構成されるならば、テキスト情報又は数値情報が提供されてよい。方向矢印又は類似のインジケータが提供されてもよい。

【0051】

本発明を詳細に記載したが、当業者は、本開示を考慮して、本明細書に記載する発明的な概念の精神から逸脱することなく、本発明に修正が加えられる場合があることを理解するであろう。従って、本発明の範囲が図示及び記載される特定の実施形態に限定されることは意図されていない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】