特表 2024-542721 中心でピークに達する表面輝度を有するＬＥＤダイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-15

(54)【発明の名称】中心でピークに達する表面輝度を有するＬＥＤダイ

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/08 20100101AFI20241108BHJP

   H01L 33/36 20100101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

H01L33/08

H01L33/36

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024532679

(86)(22)【出願日】2022-11-17

(85)【翻訳文提出日】2024-07-31

(86)【国際出願番号】 US2022050248

(87)【国際公開番号】W WO2023101825

(87)【国際公開日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】63/284,982

(32)【優先日】2021-12-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】100229448

【弁理士】

【氏名又は名称】中槇 利明

(72)【発明者】

【氏名】シェン，ユィ－チェン

(72)【発明者】

【氏名】ディマリア，ジェフリー ヴィンセント

(72)【発明者】

【氏名】モネスティエ，フローレント グレゴワール

(72)【発明者】

【氏名】ロペス ジュリア，アントニオ

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241CA02

5F241CA03

5F241CA13

5F241CA74

5F241CA76

5F241CA92

5F241CA93

5F241CB21

5F241FF11

(57)【要約】

発光ダイオードダイ（ＬＥＤダイ）は、ｐドープ半導体材料とｎドープ半導体材料との間のｐｎ接合を含むことができる。ＬＥＤダイは、ｐｎ接合に給電することができるビアを含むことができる。ビアは、任意で互いに並列に電気的に接続することができる。コントローラは、ＬＥＤダイに給電するために、ビアに電流を供給することができる。ビアは、ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク密度となり、ピーク密度から離れるにつれて減少する密度で分布させることができ、したがって、複数のビアが給電されると、ＬＥＤダイは、ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク表面輝度となり、ピーク表面輝度からの距離が増加するにつれて減少する表面輝度を有する光を放出する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

照明システムであって、
ｐドープ半導体材料とｎドープ半導体材料との間のｐｎ接合を含む発光ダイオードダイ（ＬＥＤダイ）を備え、
前記ＬＥＤダイは、ｐｎ接合に給電するように構成された複数のビアを含み、
前記複数のビアは、前記ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク密度となり、前記ピーク密度からの距離が増加するにつれて減少する密度で分布しており、したがって、前記複数のビアが給電されると、前記ＬＥＤダイは、前記ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク表面輝度となり、前記ピーク表面輝度からの距離が増加するにつれて減少する表面輝度を有する光を放出する、
照明システム。

【請求項2】

前記複数のビアのうちのビアは、互いに並列に電気的に接続されている、
請求項１記載の照明システム。

【請求項3】

前記複数のビアのうちのビアは、等辺三角形パターンで前記ＬＥＤダイの表面エリアにわたって分布している、
請求項１記載の照明システム。

【請求項4】

前記複数のビアのうちのビアは、隣接するビア間のセパレーションが、最小のビアセパレーション値の１５％以上の値だけＬＥＤダイ全体で変化するように、前記ＬＥＤダイの表面エリアにわたって分布している、
請求項１記載の照明システム。

【請求項5】

前記ＬＥＤダイは、前記ＬＥＤダイの中心に近接して配置される中心コンタクトパッドを含み、
前記中心コンタクトパッドは、前記複数のビアのうちのビアに電流を供給し、前記ＬＥＤダイから遠ざけるように熱を方向付けるように構成されている、
請求項１記載の照明システム。

【請求項6】

前記ＬＥＤダイの表面エリアにわたって少なくとも部分的に延在する導電層であって、前記複数のビアが給電されると、前記導電層と前記複数のビアとの間のｐｎ接合を介して電流が流れるように配置された導電層をさらに含む、
請求項１記載の照明システム。

【請求項7】

前記複数のビアは、前記ｎドープ半導体材料に電気的にコンタクトする第１の複数のビアであり、
前記照明システムは、
前記ｐドープ半導体材料に電気的にコンタクトする第２の複数のビアをさらに含み、したがって、前記複数のビアが給電されると、前記第１の複数のビアと前記第２の複数のビアとの間のｐｎ接合を介して電流が流れる、
請求項１記載の照明システム。

【請求項8】

前記複数のビアのうちのビアは、前記ｎドープ半導体材料に電気的にコンタクトするｎビアである、
請求項１記載の照明システム。

【請求項9】

前記ＬＥＤダイの周辺部にはビアがない、
請求項１記載の照明システム。

【請求項10】

前記ＬＥＤダイの高輝度エリアは、表面輝度がピークの表面輝度の８０％以上であるＬＥＤダイのエリアとして画定され、
前記高輝度エリアは、前記ＬＥＤダイの表面エリアの半分以下である、
請求項１記載の照明システム。

【請求項11】

前記ＬＥＤダイの高輝度エリアは、表面輝度がピークの表面輝度の８０％以上である前記ＬＥＤダイのエリアとして画定され、
前記高輝度エリアは周辺部を有し、
前記ピーク表面輝度を通過する線に沿って延在する、前記周辺部と前記ＬＥＤダイのエッジとの間の半径方向セパレーションは、前記高輝度エリアの前記周辺部における半径方向セパレーションの平均値の２０％未満で変化する、
請求項１記載の照明システム。

【請求項12】

前記ＬＥＤダイの表面エリアは、正六角形である、
請求項１記載の照明システム。

【請求項13】

前記ＬＥＤダイの表面エリアにわたって不均一に変化する表面輝度を有する光を生成するために、前記複数のビアを介してｐｎ接合を横切って電流を流すように構成されたコントローラと、
前記光をコリメートするように構成されたレンズと、をさらに備える、
請求項１記載の照明システム。

【請求項14】

前記ＬＥＤダイ及び前記レンズは、車両用ヘッドライト、スポットライト、懐中電灯のいずれかとして構成されている、
請求項１３記載の照明システム。

【請求項15】

照明システムであって：
発光ダイオードダイ（ＬＥＤダイ）であって、前記ＬＥＤダイの表面エリアにわたって変化する表面輝度を有する光を放出するように構成されており、前記表面輝度が、前記ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク表面輝度となり、前記ピーク表面輝度からの距離が増加するにつれて減少する、ＬＥＤダイと、
前記表面輝度が前記ピーク表面輝度の８０％以上である前記ＬＥＤダイのエリアとして画定される前記ＬＥＤダイの高輝度エリアであって、前記高輝度エリアは前記ＬＥＤダイの表面エリアの半分以下であり、前記高輝度エリアは周辺部を有する、高輝度エリアと、
前記ピーク表面輝度を通過する線に沿って延在する、前記周辺部と前記ＬＥＤダイのエッジとの間の半径方向セパレーションであって、前記高輝度エリアの前記周辺部の周りの半径方向セパレーションの平均値の２０％未満だけ変化する、半径方向セパレーションと、
を備える、照明システム。

【請求項16】

前記ＬＥＤダイの前記表面エリアは正六角形として形成されている、
請求項１５記載の照明システム。

【請求項17】

前記ＬＥＤダイは、ｐドープ半導体材料とｎドープ半導体材料との間のｐｎ接合を備え、
前記ＬＥＤダイは、ｐｎ接合に給電するように構成された複数のビアを含み、
前記複数のビアは、前記ＬＥＤダイの表面エリアにわたって、前記ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク密度となり、前記ピーク密度からの距離が増加するにつれて減少する密度で分布している、
請求項１５記載の照明システム。

【請求項18】

照明システムであって：
ｐドープ半導体材料とｎドープ半導体材料との間のｐｎ接合を含む発光ダイオードダイ（ＬＥＤダイ）であって、前記ＬＥＤダイは、互いに電気的に並列に接続された、ｐｎ接合に電力を供給するように構成された複数のビアを含み、前記複数のビアは、前記ＬＥＤダイの表面エリアにわたって、前記ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク密度となり、前記ピーク密度からの距離が増加するにつれて減少する密度で不均一に分布しており、したがって、前記複数のビアが給電されると、前記ＬＥＤダイは、前記ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク表面輝度となり、前記ピーク表面輝度からの距離が増加するにつれて減少する表面輝度を有する光を放出する、ＬＥＤダイと、
前記表面輝度が前記ピーク表面輝度の８０％以上である前記ＬＥＤダイのエリアとして画定される前記ＬＥＤダイの高輝度エリアであって、前記高輝度エリアは前記ＬＥＤダイの前記表面エリアの半分以下であり、前記高輝度エリアは周辺部を有する、高輝度エリアと、
前記ピーク表面輝度を通過する線に沿って延在する、前記周辺部と前記ＬＥＤダイのエッジとの間の半径方向セパレーションであって、前記高輝度エリアの前記周辺部の周りの半径方向セパレーションの平均値の２０％未満だけ変化する、半径方向セパレーションと、
を備える、照明システム。

【請求項19】

前記ＬＥＤダイの前記表面エリアは、正六角形である、
請求項１８記載の照明システム。

【請求項20】

前記ＬＥＤダイの前記表面エリアにわたって少なくとも部分的に延在する導電層であって、前記複数のビアが給電されると、前記導電層と前記複数のビアとの間のｐｎ接合を介して電流が流れるように配置された導電層をさらに含む、
請求項１８記載の照明システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２１年１２月１日に出願された米国仮出願第６３／２８４，９８２号の利益を主張するものであり、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
［技術分野］
本開示は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ、及びそのようなダイを使用する照明システム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

照明システムは、ＬＥＤを使用してシーンに光を供給することができる。

【発明の概要】

【0003】

無駄な光を減らし及び／又は照明システムの構成部品の光学材料を減らすなど、照明システムを改善するための努力が続けられている。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】図１は、いくつかの実施例による照明システムの一例の例示的側面図を示す図である。

【0005】

【図2】図２は、いくつかの実施例による照明システムの一例の例示的側面図を示す図である。

【0006】

【図3】図３は、いくつかの実施例による、図１及び図２のＬＥＤダイの正面図を示す図である。

【0007】

【図4】図４は、いくつかの実施例による、照明を提供する方法の一例のフローチャートを示す図である。

【0008】

対応する参照符号は、いくつかの図面の全体にわたって対応する部品を示す。図面中の要素は、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではない。図面に示される構成は、実施例に過ぎず、いかなる方法でも制限するものとして解釈されてはならない。

【発明を実施するための形態】

【0009】

一部の光学系、例えば、車両用ヘッドライトなどの自動車用光学系では、正方形又は矩形のＬＥＤダイの角から出る光は、光学系の性能指数に大きく寄与しない場合があることが分かっている。（性能指数とは、二乗平均平方根スポットサイズ、特定の空間周波数における変調伝達、検出器信号、ストレール比など、光学系の設計段階で最大化又は最小化される量である）。例えば、車両用ヘッドライトの場合、ＬＥＤダイの角からの光は、車両用ヘッドライトの目標位置から離れた場所に到達する可能性があります。その結果、正方形又は矩形のＬＥＤダイの角を利用すると、光学材料（例えば、ＬＥＤダイの角を形成する半導体材料）と電力（例えば、ＬＥＤダイの角を通過し、ＬＥＤダイの角で光を発生させる電流による）を浪費する可能性がある。

【0010】

無駄な光学材料と電力を削減するために、ＬＥＤダイは、正方形又は矩形の角に対応する表面積を削減又は除去する形状であることができる。ＬＥＤダイは、スクライビング、スコアリング、ブレーキング、ダイシング、レーザーアブレーション、及び／又は直線を含むことができる別の適切なステップを含むことができる単一化プロセス又はダイシングプロセスによってウェハレベルで製造することができるため、製造プロセスは多角形のＬＥＤダイ形状に適している。例えば、ＬＥＤダイは、五角形、七角形、八角形、九角形、十角形、又は別のｎ辺の多角形（ｎは５以上）の形状にすることができる。

【0011】

いくつかの例では、正六角形ＬＥＤダイ（例えば、六角形が等辺及び等角の両方である六角形ＬＥＤダイ）などの六角形ＬＥＤダイは、同等の正方形又は長方形ＬＥＤダイよりも少ない光学材料を使用でき、同等の正方形又は矩形のＬＥＤダイよりも少ない電力で動作できることが見出された。さらに、正六角形は、ウェハの面積などの平面の面積を効率的に埋めるためにタイル状にすることができるため、ＬＥＤを正六角形に成形することで、材料の無駄（例えば、ＬＥＤダイをｎ辺の多角形に成形した場合にＬＥＤダイに含まれない材料、ここで、ｎは５以上７以下である）を避けることができる。

【0012】

ＬＥＤダイを特定の方法で成形することに加えて、ＬＥＤダイの電気的接続は、表面輝度が、ＬＥＤダイの中心又はその近傍などでピークを形成し、ピークから離れるにつれて減少するように、調整されることができる。ＬＥＤダイの全表面エリア又はほぼ全表面エリアにわたって延在してＬＥＤダイの表面エリアにわたって概ね均一な表面輝度を生成することができるＬＥＤダイコンタクトと比較して、ＬＥＤダイは、ＬＥＤダイの表面エリアにわたって不均一に分布することができる複数のビアを含むことができる。ＬＥＤダイの中心などのピーク表面輝度を生成するために、ビアは、ＬＥＤダイの中心などのピーク位置でより高い密度を有し、ピーク位置から離れた位置でより低い密度を有するように分布することができる。

【0013】

ＬＥＤダイをこのように成形し、ダイの電気的接続をこのように形成することは、垂直薄膜（ＶＴＦ）、埋め込みコンタクト垂直薄膜、チップ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）、薄膜フリップ・チップ（ＴＦＦＣ）、又はその他の適切なダイ・タイプに使用できる。

【0014】

図１は、いくつかの実施例による照明システム１００の例示的側面図である。

【0015】

照明システム１００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイ１０２を含むことができる。ＬＥＤダイ１０２は、ｐドープ半導体材料１０６とｎドープ半導体材料１０８との間のｐｎ接合１０４を含むことができる。ＬＥＤダイ１０２は、ｐドープ半導体材料１０６に電気的に接触する複数のｐビア１１０を含むことができる。ＬＥＤダイ１０２は、ｎドープ半導体材料１０８に電気的に接触する複数のｎビア１１２を含むことができる。ｐｎ接合１０４は、サファイア基板などの基板上に形成することができるが、明瞭化のために図１では省略している。

【0016】

複数のｐビア１１０及び複数のｎビア１１２は、ＬＥＤダイ１０２の表面エリアにわたって不均一に分布することができ、したがって、複数のｐビア１１０及び複数のｎビア１１２が給電されるとき、ＬＥＤダイ１０２は、ＬＥＤダイ１０２の表面エリアにわたって不均一に変化する表面輝度を有する光を放出することができる。

【0017】

いくつかの実施例では、複数のｐビア１１０のうちのｐビア１１０及び複数のｎビア１１２のうちのｎビア１１２は、ＬＥＤダイ１０２の中心又はその近傍（例えば、ＬＥＤダイ１０２の直径の５％以内、ＬＥＤダイ１０２の直径の１０％以内、又はＬＥＤダイ１０２の直径の２０％以内）にピークを有し、ＬＥＤダイ１０２のピークから離れるにつれて減少する密度で、ＬＥＤダイ１０２の表面エリアにわたって分布することができ、したがって、複数のｐビア１１０及び複数のｎビア１１２が給電されるとき、ＬＥＤダイ１０２は、ＬＥＤダイ１０２の中心又はその近傍で表面輝度１１４がピークとなり、表面輝度１１４のピークからの距離が増加するにつれて表面輝度１１４が減少する光を放出することができる。

【0018】

いくつかの実施例では、複数のｐビア１１０のうちのｐビア１１０及び複数のｎビア１１２のうちのｎビア１１２は、等辺三角形パターンでＬＥＤダイ１０２の表面エリア上に分布することができる。

【0019】

いくつかの実施例では、複数のｐビア１１０のうちのｐビア１１０は、隣接するｐビア１１０間のセパレーション（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）が、最小のｐビアセパレーション値の１５％以上、最小のｐビアセパレーション値の１０％以上、又は最小のｐビアセパレーション値の２０％以上の値だけ、ＬＥＤダイ１０２全体で（ａｃｒｏｓｓ）変化するように、ＬＥＤダイ１０２の表面エリアにわたって（ｏｖｅｒ）分布させることができる。ＬＥＤダイ１０２のシミュレーションは、１５％（又は１０％もしくは２０％などの約１５％）の値が、ＬＥＤダイ１０２の表面エリアを低減すること（したがって、材料及び電力を低減すること）と、ＬＥＤダイ１０２を使用する光学システムにおいて適切な高い性能指数を維持することとの間の妥当な妥協点を提供できることが示されている。

【0020】

いくつかの実施例では、複数のｎビア１１２のうちのｎビア１１２は、隣接するｎビア１１２間のセパレーションが、最小のｎビアセパレーション値の１５％以上、最小のｎビアセパレーション値の１０％以上、又は最小のｎビアセパレーション値の２０％以上の値だけ、ＬＥＤダイ１０２全体で変化するように、ＬＥＤダイ１０２の表面エリアにわたって分布することができる。

【0021】

いくつかの実施例では、ＬＥＤダイ１０２の周辺部（ｐｅｒｉｍｅｔｅｒ）は、ｐビア１１０及び－ビア１１２などの電気的接続を欠くことができる。例えば、ＬＥＤダイ１０２の直径の１％、５％、又は１０％以内の周辺部周りのエリア。

【0022】

いくつかの実施例では、複数のｐビア１１０のｐビア１１０は、互いに並列に電気的に接続され得る。ＬＥＤダイ１０２は、ＬＥＤダイ１０２の中心に近接して配置され（例えば、中心からＬＥＤダイ１０２の直径の１％未満、５％未満、又は１０％未満だけ離間され）、複数のｐビア１１０のうちのｐビア１１０に電流を供給することができる中心ｐコンタクトパッド１１６を含むことができる。いくつかの実施例では、中心のｐコンタクトパッド１１６は、ＬＥＤダイ１０２から遠ざけるように熱を方向付けることができる。

【0023】

いくつかの実施例では、複数のｎビア１１２のｎビア１１２は、互いに並列に電気的に接続され得る。ＬＥＤダイ１０２は、ＬＥＤダイ１０２の中心に近接して位置し、複数のｎビア１１２のうちのｎビア１１２に電流を供給することができる中心ｎコンタクトパッド１１８を含むことができる。いくつかの実施例では、中心のｎコンタクトパッド１１８は、ＬＥＤダイ１０２から遠ざけるように熱を方向付けることができる。

【0024】

図１に示す構成のようないくつかの実施例では、ＬＥＤダイ１０２は、ｐドープ半導体材料１０６に電流を供給するためにｐビア１１０を使用することができる。あるいは、ＬＥＤダイ１０２は、各ｐビアによってアクセスされ得るよりもｐドープ半導体材料のより広いエリアに電流を供給するために、ビアよりも大きい１つ以上のコンタクトパッドを使用することができる。いくつかの実施例では、ＬＥＤダイ１０２は、ｐドープ半導体材料１０６全体に電流を供給するために、ＬＥＤダイ１０２の全表面エリア又はほぼ全表面エリアにわたって延在するような大きな電気コンタクトを使用することができる。

【0025】

図１に示す構成などのいくつかの例では、ＬＥＤダイ１０２は、ｎドープ半導体材料１０８に電流を供給するためにｎビアを使用することができる。あるいは、ＬＥＤダイ１０２は、各ｎビアによってアクセスできるよりも大きなｎドープ半導体材料１０８のエリアに電流を供給するために、ビアよりも大きい１つ以上のコンタクトパッドを使用することができる。いくつかの実施例では、ＬＥＤダイ１０２は、ｎドープ半導体材料１０８全体に電流を供給するために、ＬＥＤダイ１０２の全表面エリア又はほぼ全表面エリアにわたって延在するような大きな電気コンタクトを使用することができる。

【0026】

図２は、いくつかの実施例による照明システム２００の例示的側面図である。図１の照明システム１００と比較して、照明システム２００は、ｐビア１１０を、ｐドープ半導体材料１０６に電気的にコンタクトする導電層１１０Ａに置き換える。導電層１１０Ａは、複数のｐビア１１０に電力が供給されると、導電層１１０Ａと複数のｎビア１１２との間のｐｎ接合１０４を介して電流が流れるように、ＬＥＤダイ１０２の表面エリア上に少なくとも部分的に延在することができる。

【0027】

さらなる代替案として、導電層１１０Ａがｎドープ半導体材料１０８に電気的にコンタクトし、ビアがｐドープ半導体材料１０６に電気的にコンタクトするｐビアであり、光がｐドープ半導体材料１０６からＬＥＤダイ１０２を出るように、ｐドープ半導体材料１０６とｎドープ半導体材料１０８との位置を入れ替えることができる。

【0028】

図３は、いくつかの実施例による、図１及び図２のＬＥＤダイの正面図である。

【0029】

いくつかの実施例では、ＬＥＤダイ１０２の表面エリアは、正六角形、等辺六角形、等角六角形などの六角形であることができる。あるいは、ｎ辺多角形、ここでｎは５以上の整数である、を含む他の形状を使用することもできる。

【0030】

いくつかの実施例では、ＬＥＤダイの高輝度エリア３０２は、表面輝度１１４が、表面輝度１１４のピークの８０％以上であるＬＥＤダイ１０２のエリアとして画定されることができる。他の閾値、例えば５０％、６０％、７０％、７５％、８５％、９０％、９５％、９８％、又は９９％が、使われることもできる。高輝度エリア３０２は、ＬＥＤダイ１０２の表面エリアの半分以下であることができる。

【0031】

高輝度エリア３０２は周辺部３０４を有する。表面輝度１１４のピークを通過する線に沿って延在する、周辺部３０４とＬＥＤダイ１０２のエッジとの間の半径方向セパレーションは、高輝度エリア３０２の周辺部３０４周りの平均半径方向セパレーション値の２０％などの閾値パーセンテージ未満だけ変化することができる。他の閾値、例えば４０％、３０％、２５％、１５％、１０％、５％、２％、又は１％が、使われることもできる。図３の実施例において、半径方向セパレーションは、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ９、Ｄ１０、Ｄ１１及びＤ１２の値を有するとして示される。Ｄ１乃至Ｄ１２の値は、値Ｄ１乃至Ｄ１２の平均値（ａｎ ａｖｅｒａｇｅ ｖａｌｕｅ ｏｒ ａ ｍｅａｎ ｖａｌｕｅ）の２０％などの閾値パーセンテージ未満で変化し得る。これは一例であり、他の適切な構成を使用することもできる。

【0032】

照明システム１００は、ＬＥＤダイ１０２の表面エリアにわたって不均一に変化する表面輝度１１４を有する光を生成するために、ｐｎ接合１０４を横切って電流を流すことができるコントローラ１２０を任意選択でさらに含むことができる。照明システム１００は、オプションとして、指定された光分布１２４をターゲットに向けて方向付けるように光をコリメートすることができるレンズ１２２をさらに含むことができる。いくつかの実施例では、ＬＥＤダイ１０２及びレンズは、車両のヘッドライト、スポットライト、懐中電灯、又は方向ビーム（ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ｂｅａｍ）を使用することができる他の適切なアプリケーションとして構成することができる。

【0033】

図４は、いくつかの実施例による、照明を提供する方法４００の一例のフローチャートを示す。方法４００は、照明システム１００、照明システム２００、又は別の適切なシステムによって実行することができる。照明を提供するための方法４００は、照明を提供するための一つの方法であり、他の適切な方法を使用することもできる。

【0034】

動作４０２において、発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイが提供される。ＬＥＤダイは、ｐドープ半導体材料とｎドープ半導体材料との間のｐｎ接合を含むことができる。ＬＥＤダイは、ｐドープ半導体材料１０６に電気的にコンタクトする複数のｐビアを含むことができる。ＬＥＤダイは、ｎドープ半導体材料に電気的にコンタクトする複数のｎビアを含むことができる。複数のｐビア及び複数のｎビアは、ＬＥＤダイの表面エリアにわたって不均一に分布することができる。

【0035】

動作４０４において、複数のｐビア及び複数のｎビアは、ＬＥＤダイの表面エリアにわたって不均一に変化する表面輝度を有する光をＬＥＤダイに放出させるように、給電されることができる。

【0036】

いくつかの実施例では、複数のｐビアのうちのｐビア及び複数のｎビアのうちのｎビアは、ＬＥＤダイの中心又はその近傍で密度がピークとなり、密度のピークから離れるにつれて減少する密度で、ＬＥＤダイの表面エリアにわたって分布することができ、したがって、複数のｐビア及び複数のｎビアが給電されると、ＬＥＤダイは、ＬＥＤダイの中心又はその近傍で、表面輝度がピークとなり、表面輝度のピークから離れるにつれて表面輝度が減少する光を放出する。いくつかの実施例では、ＬＥＤダイの高輝度エリアは、表面輝度がピーク表面輝度の８０％以上であるＬＥＤダイのエリアとして画定されることができる。高輝度エリアは、ＬＥＤダイの表面エリアの半分以下であることができる。高輝度エリアは、周辺部を有することができる。ピーク表面輝度を通過する線に沿って延在する、ＬＥＤダイの周辺部とエッジとの間の半径方向セパレーション（ｒａｄｉａｌ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）は、高輝度エリアの周辺部周りの半径方向セパレーションの平均値の２０％未満だけ変化することができる。いくつかの実施例では、ＬＥＤダイの表面エリアは、正六角形である。

【0037】

不均一な表面輝度を有する光を放出することができる、かかるＬＥＤダイを製造する方法について説明する。六角形などの所定の多角形形状のダイを作成するために、ダイ及び基板を単一化又はダイシングすることができる。ダイの単一化の方法には、スクライブ＆ブレイク、ステルスダイス（例えば、ブレードではなくレーザーを使用するダイス）＆ブレイク、ブレードダイシング、レーザーアブレーションなどがある。ダイシングの方法によっては、ウェハを横切って互いに平行なカットを使用することができる。正六角形のダイの場合、スクライブ＆ブレイクは、３つの異なるスクライブ軸を互いに１２０度の方向で使用することができる。ポリゴンによっては、ウェハ上の他のダイを介するスクライブを防止するために、追加の技術を使用することができる。

【0038】

製造技術の一例として、半導体活性領域（メサ）は、エピタキシャル材料の活性領域を所望の形状を介してドライエッチング（ＩＣＰ、ＲＩＥ）を用いて、画定されることができる（メサエッチング）。このようなドライエッチングにより、活性領域を六角形、八角形、その他のｎ角形などの特定の空間分布に成形することができる。第２エッチングは、メサ境界に適合し得るエピタキシャル材料の境界を画定する（トレンチエッチング）。基板が除去されたＶＴＦダイやＴＦＦＣダイの場合、この技術を用いて任意の形状のダイを画定することができる。基板がデバイス上に残るＣＳＰダイでは、ダイレベル又はウェハレベルでのレーザー切断やその他の技術により、余分な基板を除去することができる。この技術により、ＶＴＦダイやＴＦＦＣダイを三角形の格子状に並べることができ、ウェハの全領域を最も効率的に使用することができる。ＣＳＰダイも三角格子構成に配置することができ、基板のレーザーアブレーションによる単一化が可能です。レーザーアブレーションは、ステルススクライブ＆ブレイク技術よりも高いレーザー出力とダイ間の広いストリート幅を使用できる。

【0039】

あるいは、単一化技術の別の例では、スクライブ／ブレイクは、他のダイの上にスクライブ／ブレイクしないように、平行なスクライブ／ブレイクラインをスキップすることができる。このアプローチでは、１２０度離れてオフセットされた３つのスクライブ軸を使用して、中心の六角形を形成するが、３つおきのスクライブ／ブレイクラインをスキップすることができる。３つおきのスクライブ／ブレイクラインをスキップすると、六角形ダイと、２つの追加のダイ形状（三角形とダイヤモンド）の境界とが生成され、これらは廃棄物として廃棄されるか、他のアプリケーションで使用されてウェハ全体を活用できる。

【0040】

別の手法では、ＧａＮをサファイア基板までエッチングし、サファイアをステルスダイシングすることができる。サファイアのクラックが他のダイを介して延在するのを避けるため、多角形の角や点をステルスダイシングしてから、多角形の直線状のエッジをステルスダイシングする。この技術により、クラックが多角形の点を越えて広がるのを防ぐことができる。特に、六角形はハニカム構造にすることで、エピタキシャル材料の無駄を減らし、最小限に抑えることができる。

【0041】

本明細書に開示されるシステム及び関連方法をさらに説明するために、実施例の非限定的なリストを以下に提供する。以下の非限定的な実施例の各々は、それ自体で自立することができ、又は他の実施例のいずれか１つ以上と任意の順列又は組み合わせで組み合わせることができる。

【0042】

実施例１において、照明システムは：
ｐドープ半導体材料とｎドープ半導体材料との間のｐｎ接合を含む発光ダイオードダイ（ＬＥＤダイ）を含むことができ、
ＬＥＤダイは、ｐｎ接合に給電するように構成された複数のビアを含み、複数のビアは、ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク密度となり、ピーク密度からの距離が増加するにつれて減少する密度で分布しており、したがって、複数のビアが給電されると、ＬＥＤダイは、ＬＥＤダイの中心又はその近傍で、ピーク表面輝度となり、ピーク表面輝度からの距離が増加するにつれて表面輝度が減少する光を放出する。

【0043】

実施例２では、実施例１の照明システムは、任意で次のように構成されることができ：複数のビアのビアは、互いに並列に電気的に接続されている。

【0044】

実施例３では、実施例１又は２のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：複数のビアのうちのビアは、等辺三角形パターンでＬＥＤダイの表面エリアにわたって（ｏｖｅｒ）分布している。

【0045】

実施例４では、実施例１乃至３のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：複数のビアのうちのビアは、隣接するビア間のセパレーションが、最小のビアセパレーション値の１５％以上の値だけＬＥＤダイ全体で（ａｃｒｏｓｓ ｔｈｅ ＬＥＤ ｄｉｅ）変化するように、ＬＥＤダイの表面エリアにわたって分布している。

【0046】

実施例５では、実施例１乃至４のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：ＬＥＤダイは、ＬＥＤダイの中心に近接して配置される中心コンタクトパッドを含み、中心コンタクトパッドは、複数のビアのうちのビアに電流を供給し、ＬＥＤダイから遠ざけるように熱を方向付けるように構成されている。

【0047】

実施例６では、実施例１乃至１３のいずれかの照明システムは、任意で：ＬＥＤダイの表面エリアにわたって少なくとも部分的に延在する導電層であって、複数のビアが給電されると、導電層と複数のビアとの間のｐｎ接合を介して電流が流れるように配置された導電層をさらに含む。

【0048】

実施例７では、実施例１乃至６のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：複数のビアは、ｎドープ半導体材料に電気的にコンタクトする第１の複数のビアであり、照明システムは、ｐドープ半導体材料に電気的にコンタクトする第２の複数のビアをさらに含み、したがって、複数のビアが給電されると、第１の複数のビアと第２の複数のビアとの間のｐｎ接合を介して電流が流れる。

【0049】

実施例８では、実施例１乃至７のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：複数のビアのうちのビアは、ｎドープ半導体材料に電気的にコンタクトするｎビアである。

【0050】

実施例９では、実施例１乃至８のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：ＬＥＤダイの周辺部にはビアがない。

【0051】

実施例１０では、実施例１乃至９のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：ＬＥＤダイの高輝度エリアは、表面輝度がピークの表面輝度の８０％以上であるＬＥＤダイのエリアとして画定され、高輝度エリアは、ＬＥＤダイの表面エリアの半分以下である。

【0052】

実施例１１では、実施例１乃至１０のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：ＬＥＤダイの高輝度エリアは、表面輝度がピーク表面輝度の８０％以上であるＬＥＤダイのエリアとして画定され；高輝度エリアは周辺部を有し；ピーク表面輝度を通過する線に沿って延在する、周辺部とＬＥＤダイのエッジとの間の半径方向セパレーションは、高輝度エリアの周辺部の周りの半径方向セパレーションの平均値の２０％未満で変化する。

【0053】

実施例１２では、実施例１乃至１１のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：ＬＥＤダイの表面エリアは、正六角形である。

【0054】

実施例１３では、実施例１乃至１３のいずれかの照明システムは、任意でさらに次のものを備えることができ：ＬＥＤダイの表面エリアにわたって不均一に変化する表面輝度を有する光を生成するために、複数のビアを介してｐｎ接合を横切って電流を流すように構成されたコントローラ、及び、光をコリメートするように構成されたレンズ。

【0055】

実施例１４では、実施例１乃至１３のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：ＬＥＤダイ及びレンズは、車両用ヘッドライト、スポットライト、懐中電灯（ｆｌａｓｈｌｉｇｈｔ）のいずれかとして構成されている。

【0056】

実施例１５では、照明システムは：
発光ダイオードダイ（ＬＥＤダイ）であって、ＬＥＤダイの表面エリアにわたって変化する表面輝度を有する光を放出するように構成されており、表面輝度が、ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク表面輝度となり、ピーク表面輝度からの距離が増加するにつれて減少する、ＬＥＤダイと、
表面輝度がピーク表面輝度の８０％以上であるＬＥＤダイのエリアとして画定される、ＬＥＤダイの高輝度エリアであって、ＬＥＤダイの高輝度エリアはＬＥＤダイの表面エリアの半分以下であり、高輝度エリアは周辺部を有する、高輝度エリアと、
ピーク表面輝度を通過する線に沿って延在する、周辺部とＬＥＤダイのエッジとの間の半径方向セパレーションであって、高輝度エリアの周辺部周りの半径方向セパレーションの平均値の２０％未満だけ変化する半径方向セパレーションと、を含むことができる。

【0057】

実施例１６では、実施例１５の照明システムは、任意で次のように構成されることができ：ＬＥＤダイの表面エリアは、正六角形として形成されている。

【0058】

実施例１７では、実施例１５乃至１６のいずれかの照明システムは、任意で次のように構成されることができ：ＬＥＤダイは、ｐドープ半導体材料とｎドープ半導体材料との間のｐｎ接合を備え；ＬＥＤダイは、ｐｎ接合に給電するように構成された複数のビアを含み；複数のビアは、ＬＥＤダイの表面エリアにわたって、ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク密度となり、ピーク密度からの距離が増加するにつれて減少する密度で分布している。

【0059】

実施例１８では、照明システムは：
ｐドープ半導体材料とｎドープ半導体材料との間のｐｎ接合を含む発光ダイオードダイ（ＬＥＤダイ）であって、ＬＥＤダイは、互いに電気的に並列に接続され、ｐｎ接合に電力を供給するように構成された複数のビアを含み、複数のビアは、ＬＥＤダイの表面エリアにわたって、ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク密度となり、ピーク密度からの距離が増加するにつれて減少する密度で不均一に分布しており、したがって、複数のビアが給電されると、ＬＥＤダイは、ＬＥＤダイの中心又はその近傍でピーク表面輝度となり、ピーク表面輝度からの距離が増加するにつれて減少する表面輝度を有する光を放出する、ＬＥＤダイと、
表面輝度がピーク表面輝度の８０％以上であるＬＥＤダイのエリアとして画定される、ＬＥＤダイの高輝度エリアであって、高輝度エリアは、ＬＥＤダイの表面エリアの半分以下であり、高輝度エリアは周辺部を有する、高輝度エリアと、
ピーク表面輝度を通過する線に沿って延在する、周辺部とＬＥＤダイのエッジとの間の半径方向セパレーションであって、高輝度エリアの周辺部周りの半径方向セパレーションの平均値の２０％未満だけ変化する、半径方向セパレーションと、を含むことができる。

【0060】

実施例１９では、実施例１８の照明システムは、任意で次のように構成されることができ：ＬＥＤダイの表面エリアは、正六角形である。

【0061】

実施例２０では、実施例１８乃至１９のいずれかの照明システムは、任意でさらに次のものを備えることができ：ＬＥＤダイの表面エリアにわたって少なくとも部分的に延在する導電層であって、複数のビアが給電されると、導電層と前記複数のビアとの間のｐｎ接合を介して電流が流れるように配置された導電層。

【0062】

本明細書ではシステム及び方法の特定の特徴のみが図示され説明されているが、当業者であれば多くの修正及び変更が生じるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのような修正や変更をすべて網羅することを意図していることを理解されたい。方法の動作は、実質的に同時に、又は異なる順序で実行することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】