(57)【要約】高電圧ＳＳＬダイを有する固体照明（「ＳＳＬ」）アセンブリの種々の実施形態および製造方法を、本願に記載する。一実施形態では、ＳＳＬダイのアレイアセンブリは、入力電圧（Ｖｏ）を受けるように構成される第１の端子および第２の端子を含む。アレイアセンブリはまた、第１の端子と第２の端子との間に結合される複数のＳＳＬダイを含み、そのうちの少なくともいくつかは、並列に結合される高電圧ＳＳＬダイである。
2014501453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体照明（ＳＳＬ）ダイのアレイアセンブリであって、
第１の端子と、
第２の端子であって、前記第１の端子および前記第２の端子が入力電圧（Ｖｏ）を受けるように構成される、第２の端子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に結合される複数のＳＳＬダイであって、少なくとも一対の前記ＳＳＬダイが並列に結合される、ＳＳＬダイと、
を備え、
前記複数のＳＳＬダイは、個別に、前記入力電圧（Ｖｏ）未満またはこれとほぼ等しい合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）を有する複数の接合部を含み、
前記個別のＳＳＬダイは、光束／ダイ面積の目標値（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）の閾値内である光束／ダイ面積の値（Ｊ／Ａ）を有する、アレイアセンブリ。
【請求項２】
前記複数のＳＳＬダイの数は、以下のとおり、
【数１０】
2014501453.tif 000012
合計目標光束（Ｊｔｏｔ）を前記光束／ダイ面積の目標値（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）で除算したものと等しく、式中、ｎは前記複数のＳＳＬダイの数であり、
前記個別のＳＳＬダイは、前記入力電圧（Ｖｏ）とほぼ等しい合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）を有し、
前記個別のＳＳＬダイの接合部の数は以下のとおりであり、
【数１１】
2014501453.tif 000013
式中、ｍは前記個別のＳＳＬダイの前記接合部の数であり、ΔＶは単一の接合部の接合順電圧であり、
前記複数のＳＳＬダイのすべてが、互いに並列に前記第１の端子と前記第２の端子との間に結合される、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項３】
前記複数のＳＳＬダイは、個別に、直列に結合される複数の接合部を含み、
前記個別のＳＳＬダイの前記合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）は、以下のとおりであり、
【数１２】
2014501453.tif 000014
式中、ｍは前記個別のＳＳＬダイの接合部の数であり、ΔＶは単一の接合部の接合順電圧である、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項４】
前記複数のＳＳＬダイの数は、以下のとおり、
【数１３】
2014501453.tif 000015
合計目標光束（Ｊｔｏｔ）を前記光束／ダイ面積の目標値（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）で除算したものと等しく、式中、ｎは前記複数のＳＳＬダイの数である、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項５】
前記複数のＳＳＬダイの数は、以下のとおり、
【数１４】
2014501453.tif 000016
合計目標光束（Ｊｔｏｔ）を前記光束／ダイ面積の目標値（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）で除算したものと等しく、式中、ｎは前記複数のＳＳＬダイの数である、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項６】
前記複数のＳＳＬダイの数は、以下のとおり、
【数１５】
2014501453.tif 000017
合計目標光束（Ｊｔｏｔ）を前記光束／ダイ面積の目標値（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）で除算したものと等しく、式中、ｎは、前記複数のＳＳＬダイの数である、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項７】
前記個別のＳＳＬダイの接合部の数は、以下のとおりであり、
【数１６】
2014501453.tif 000018
式中、ｍは前記個別のＳＳＬダイの前記接合部の数であり、ΔＶは単一の接合部の接合順電圧であり、
前記複数のＳＳＬダイのすべてが、互いに並列に前記第１の端子と前記第２の端子との間に結合される、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項８】
前記複数のＳＳＬダイは、個別に、直列に結合された複数のＳＳＬダイを有する複数の列として配列され、
前記個別のＳＳＬダイは、前記入力電圧（Ｖｏ）未満である合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）を有する、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項９】
前記複数のＳＳＬダイは、個別に、直列に結合された複数のＳＳＬダイを有する複数の列として配列され、
前記個別のＳＳＬダイは、前記入力電圧（Ｖｏ）未満である合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）を有し、
前記個別のＳＳＬダイの接合部の数は、以下のとおりであり、
【数１７】
2014501453.tif 000019
式中、ｍは前記個別のＳＳＬダイの前記接合部の数であり、ΔＶは単一の接合部の接合順電圧である、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項１０】
前記複数のＳＳＬダイのすべてが、同じ接合部の数を含む、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項１１】
前記複数のＳＳＬダイのうちの少なくともいくつかは、他のＳＳＬダイとは異なる接合部の数を含む、請求項１に記載のアレイアセンブリ。
【請求項１２】
固体照明（ＳＳＬ）ダイのアレイアセンブリであって、
第１の端子と、
第２の端子であって、前記第１の端子および前記第２の端子が入力電圧（Ｖｏ）を受けるように構成される、第２の端子と、
前記第１の端子と前記第２の端子との間に結合される複数のＳＳＬダイであって、前記複数のＳＳＬダイは、個別に、直列に結合される複数の接合部を有し、合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）は、単一の接合部の接合順電圧（ΔＶ）よりも大きいが、前記入力電圧（Ｖｏ）以下である、ＳＳＬダイと、を備える、アレイアセンブリ。
【請求項１３】
前記個別のＳＳＬダイの前記合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）は、以下のとおりであり、
【数１８】
2014501453.tif 000020
式中、ｍは前記個別のＳＳＬダイの接合部の数であり、ΔＶは単一の接合部の接合順電圧である、請求項１２に記載のアレイアセンブリ。
【請求項１４】
前記複数のＳＳＬダイのすべてが互いに並列に結合され、
前記個別のＳＳＬダイの前記合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）は以下のとおりであり、
【数１９】
2014501453.tif 000021
前記個別のＳＳＬダイの接合部の数は、以下のとおりであり、
【数２０】
2014501453.tif 000022
式中、は前記個別のＳＳＬダイの前記接合部の数である、請求項１２に記載のアレイアセンブリ。
【請求項１５】
前記ＳＳＬダイのうちの少なくともいくつかは直列に結合され、
前記入力電圧（Ｖｏ）は、以下のとおり、
【数２１】
2014501453.tif 000023
前記個別のＳＳＬダイの前記合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）の倍数であり、式中、ｋは正の整数であり、
前記個別のＳＳＬダイの接合部の数は、以下のとおりであり、
【数２２】
2014501453.tif 000024
式中、ｍは前記個別のＳＳＬダイの前記接合部の数である、請求項１２に記載のアレイアセンブリ。
【請求項１６】
前記複数のＳＳＬダイのすべてが、ほぼ同様の光束／ダイ面積の値（Ｊ／Ａ）を有する、請求項１２に記載のアレイアセンブリ。
【請求項１７】
前記複数のＳＳＬダイのうちの少なくとも１つは、他のＳＳＬダイとは異なる光束／ダイ面積の値（Ｊ／Ａ）を有する、請求項１２に記載のアレイアセンブリ。
【請求項１８】
固体照明（ＳＳＬ）ダイのアレイアセンブリを製造する方法であって、
前記アレイアセンブリの合計光束（Ｊｔｏｔ）、目標光束／ダイ面積（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）、および入力電圧（Ｖｏ）を決定することと、
前記合計光束（Ｊｔｏｔ）および前記目標光束／ダイ面積（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）に少なくとも一部基づいて、前記アレイアセンブリのＳＳＬダイの数を計算することと、
前記入力電圧（Ｖｏ）に少なくとも一部基づいて、前記個別のＳＳＬダイの接合部の数を決定することと、
前記計算された数のＳＳＬダイを前記決定された数の接合部と、第１の端子と第２の端子との間で並列に結合することと、を含む、方法。
【請求項１９】
ＳＳＬダイの数を計算することは、以下のとおり、
【数２３】
2014501453.tif 000025
前記アレイアセンブリの前記ＳＳＬダイの数を計算することを含み、式中、ｎは前記複数のＳＳＬダイの数である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ＳＳＬダイの数を計算することは、以下のとおり、
【数２４】
2014501453.tif 000026
前記アレイアセンブリの前記ＳＳＬダイの数を計算することを含み、式中、ｎは前記複数のＳＳＬダイの数である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
ＳＳＬダイの数を計算することは、以下のとおり、
【数２５】
2014501453.tif 000027
前記アレイアセンブリの前記ＳＳＬダイの数を計算することを含み、式中、ｎは前記複数のＳＳＬダイの数である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
ＳＳＬダイの数を計算することは、以下のとおり、
【数２６】
2014501453.tif 000028
前記アレイアセンブリのＳＳＬダイの数（ｎ）を計算することと、
以下のとおり、
【数２７】
2014501453.tif 000029
前記合計光束（Ｊｔｏｔ）および前記計算されたＳＳＬダイの数に基づいて、光束／ダイ面積の値（Ｊ／Ａ）を計算することと、
前記計算された光束／ダイ面積の値（Ｊ／Ａ）を光束／ダイ面積の目標値（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）と比較することと、
前記計算された光束／ダイ面積の値（Ｊ／Ａ）が前記光束／ダイ面積の目標値（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）の閾値内である場合に、前記ＳＳＬダイの数をｎに設定することと、
前記計算された光束／ダイ面積の値（Ｊ／Ａ）が、前記光束／ダイ面積の目標値（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）の前記閾値内にない場合、ｎ＝ｎ＋１またはｎ＝ｎ−１に設定することと、前記光束／ダイ面積の値（Ｊ／Ａ）の前記計算を繰り返すことと、前記計算された光束／ダイ面積の値（Ｊ／Ａ）を前記光束／ダイ面積の目標値（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）と比較することと、を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
接合部の数を決定することは、以下のとおり、
【数２８】
2014501453.tif 000030
前記個別のＳＳＬダイの前記接合部の数を決定することを含み、式中、ｍは前記個別のＳＳＬダイの前記接合部の数である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
接合部の数を決定することは、以下のとおり、
【数２９】
2014501453.tif 000031
前記個別のＳＳＬダイの前記接合部の数を決定することを含み、式中、ｍは前記個別のＳＳＬダイの前記接合部の数であり、ｋは正の整数である、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高電圧固体照明（「ＳＳＬ」）ダイを有するアレイアセンブリおよび関連する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
異なる種類の発光ダイオード（「ＬＥＤ」）は、異なるビルトイン順電圧（または接合電圧）を有し得る。例えば、窒化ガリウム／窒化ガリウムインジウム（ＧａＮ／ＩｎＧａＮ）ベースの青色および緑色ＬＥＤダイは、典型的には、約３ボルトの直流（「ＤＣ」）のビルトイン順電圧で動作する。アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＩｎＧａＰ）ベースのＬＥＤダイは、およそ２ボルトの直流のビルトイン順電圧を有してもよい。ＬＥＤダイに電力を供給するために、電力供給装置には、典型的には、ＡＣ／ＤＣ整流器、ＤＣ／ＤＣコンバータ、電力調整器、および／または他の適した構成要素が含まれる。しかしながら、かかる電力供給装置は、それらの出力電圧および入力電圧の間の差がより小さい場合により効率的に動作することができる。このため、多くの場合において、３ボルトのビルトイン順電圧より高い電圧（例えば２４ボルト、４８ボルト等）で動作するＬＥＤが所望される。
【０００３】
ＬＥＤにおいて高い入力電圧を実現する従来の一技術は、アレイ内の複数のＬＥＤダイを直列に結合することである。例えば、４つのＧａＮ／ＩｎＧａＮのＬＥＤダイを１２ボルトで動作するように直列に結合してもよく、または８つのＧａＮ／ＩｎＧａＮのＬＥＤダイを２４ボルトで動作するように直列に結合してもよい。しかしながら、こうした技術によって、可能なアレイ構成の数が制限される。例えば、３ボルトのＧａＮ／ＩｎＧａＮのＬＥＤダイでは、アレイ内の可能なＬＥＤダイの数は、４８ボルトの入力電圧で１６または３２、６０ボルトの入力電圧で２０または４０にする必要がある。
【０００４】
ＬＥＤダイは、典型的には、ＬＥＤダイの特定の電流密度に対応する効率性がピークに達することにより、（通常、ルーメン／ダイ面積として表される）ユニット面積当たりの「最適な」光束レベル前後で最も効率的に動作する。入力電圧に基づいてアレイ内の可能なＬＥＤダイの数を制限することにより、ＬＥＤダイが「最適な」光束レベルで動作しなくなる可能性がある。例えば、２４ボルトで動作する７００ルーメンアレイにおいて、アレイは、８または１６のＬＥＤダイを含む可能性があり、各ＬＥＤダイはそれぞれ、８４または４２のルーメン／ダイ面積の光束レベルを有する。「最適な」光束レベルが６０ルーメン／ダイ面積である場合、いずれの構成も「最適」ではない。したがって、少なくともユニット面積当たりの「最適な」光束レベルに近づけながら、高入力電圧に適合するＳＳＬデバイスのアレイを形成するための改良された技術が望ましかろう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】本技術の実施形態に従うＳＳＬダイのアレイアセンブリの略ブロック図である。
【図１Ｂ】本技術の実施形態に従うＳＳＬダイのアレイアセンブリの略ブロック図である。
【図２Ａ】本技術のさらなる実施形態に従うＳＳＬダイのアレイアセンブリの略ブロック図である。
【図２Ｂ】本技術のさらなる実施形態に従うＳＳＬダイのアレイアセンブリの略ブロック図である。
【図３Ａ】図１Ａ〜図２Ｂのアレイアセンブリで使用するために適した多接合部ＳＳＬダイの平面図である。
【図３Ｂ】図３ＡにおけるＳＳＬダイの断面図である。
【図４】本技術の実施形態に従うＳＳＬダイのアレイアセンブリを製造するための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
ＳＳＬデバイス、アセンブリ、および製造方法の種々の実施形態について、以下に記載する。本明細書の以下で用いられているように、「ＳＳＬデバイス」という用語は、一般的に、ＬＥＤ、レーザーダイオード（「ＬＤ」）、および／または電気的フィラメント、プラズマ、またはガス以外の他の適した照明源を有するデバイスを指す。「ビルトイン電圧」または「接合電圧」という用語は、一般的に、空乏平衡（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ  ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ）であるまたは空乏平衡付近の、半導体材料内の空乏領域における電位を指す。関連分野における当業者は、本技術はさらなる実施形態を有してもよく、図１Ａ〜図４を参照して以下に記載されている実施形態の詳細のいくつかがなくとも、本技術を実施してもよいことを理解するであろう。
【０００７】
図１Ａは、本技術の実施形態に従うＳＳＬダイ１１０のアレイアセンブリ１００の略ブロック図である。図１Ａに示されるように、アレイアセンブリ１００は、第１の端子１０２、第２の端子１０４、および第１の端子１０２と第２の端子１０４との間に並列に結合される複数のＳＳＬダイ１１０を含む。第１および第２の端子１０２、１０４は、外部電源（図示せず）から入力電圧（Ｖｏ）を受けるように構成される。
【０００８】
例示の実施形態では、ＳＳＬダイ１１０は、互いに並列である第１の列１０６ａおよび第２の列１０６ｂとして配列される。第１および第２の列１０６ａ、１０６ｂは、個別に、互いに並列である複数の分岐１０８を含み、各分岐１０８は対応するＳＳＬダイ１１０を担持する。このため、ＳＳＬダイ１１０は、すべて、互いに並列に配列される。他の実施形態では、ＳＳＬダイ１１０は、単一の列で配列されてもよい、および／または他の適した構成を有してもよい。さらなる実施形態では、分岐１０８のうちの少なくとも１つは、図１Ｂを参照して以下にさらに詳細に記載されるように、直列である複数のＳＳＬダイを担持してもよい。
【０００９】
個別のＳＳＬダイ１１０は、単一のＳＳＬデバイスの接合電圧よりも高い電圧レベルで動作するように構成できる。以下の記載において、約３ボルトの接合電圧を有するＧａＮ／ＩｎＧａＮのＬＥＤダイが、単一のＳＳＬデバイスの一例として使用される。関連技術の当業者は、以下に記載される種々のＳＳＬアレイ構成および製造方法が、同様のまたは異なる接合電圧を有する他のＳＳＬデバイスに等しく適用可能であってもよいことを理解されよう。
【００１０】
特定の実施形態では、個別のＳＳＬダイ１１０は、直列に結合された複数のＬＥＤ接合部を含んでもよい。例示の実施形態では、ＳＳＬダイ１１０のそれぞれの動作電圧は、第１および第２の端子１０２、１０４における入力電圧（Ｖｏ）と等しい。こうして、接合部の合計接合順電圧（Ｖｔｏｔ）は、入力電圧（Ｖｏ）と等しく、ＳＳＬダイ１１０のそれぞれにおける接合部の数は以下のように計算できる。
【００１１】
【数１】
2014501453.tif 000003
式中、ｍは接合部の数である。例えば、入力電圧（Ｖｏ）が２４ボルトである場合、約３ボルトの接合電圧を有する個別のＳＳＬダイ１１０は、単一のＳＳＬダイ１１０において形成される８つのＧａＮ／ＩｎＧａＮのＬＥＤ接合部を含んでもよい。第１の端子および第２の端子における入力電圧（Ｖｏ）が４８ボルトである場合、単一のＳＳＬダイ１１０に、３ボルトのＧａＮ／ＩｎＧａＮのＬＥＤ接合部を１６形成してもよい。他の実施形態では、個別のＳＳＬダイ１１０は、図１Ｂを参照して以下に詳細に記載されるように、他の数の接合部を含んでもよく、組み合わせられた接合順電圧（Ｖｔｏｔ）は、入力電圧（Ｖｏ）未満である。
【００１２】
特定の実施形態では、アレイアセンブリ１００におけるＳＳＬダイ１１０の数を、以下のように、アレイアセンブリ１００の合計目標光束（Ｊｔｏｔ）およびＳＳＬダイ１１０のダイ面積当たりの目標光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）に基づいて計算してもよい。
【００１３】
【数２】
2014501453.tif 000004
式中、ｎは複数のＬＥＤダイの数である。例えば、以下の設計条件が所望されると想定し、
合計目標光束（Ｊｔｏｔ）＝４８０ルーメン
ダイ面積当たりの目標光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）＝６０ルーメン／ｍｍ２
次いで、ＳＳＬダイ１１０（ｎ）の数を以下のように計算してもよい。
【００１４】
【数３】
2014501453.tif 000005
したがって、アレイアセンブリ１００は、８つの互いに並列に配列されたＳＳＬダイ１１０を含んでもよい。
【００１５】
上記の例において、合計目標光束（Ｊｔｏｔ）は、ダイ面積当たりの目標光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）によって整除可能である。他の例において、合計目標光束（Ｊｔｏｔ）は、ダイ面積当たりの目標光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）によって整除可能でなくてもよく、したがって、アレイアセンブリ１００内のＳＳＬダイ１１０の数を反復的に決定してもよい。例えば、以下の設計条件が所望されると想定し、
合計目標光束（Ｊｔｏｔ）＝７００ルーメン
ダイ面積当たりの目標光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）＝６０ルーメン／ｍｍ２
次いで、合計目標光束（Ｊｔｏｔ）をダイ面積当たりの目標光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）で除算することにより、１１．６６７が得られる。したがって、ＳＳＬダイ１１０の最初の数（ｎ）を１１に設定することにより、ダイ面積当たりの実際の光束（Ｊ／Ａ）を、以下のように計算できる。
【００１６】
【数４】
2014501453.tif 000006
次いで、ダイ面積当たりの実際の光束が目標値の所定の閾値内であるかどうかを決定するために、ダイ面積当たりの実際の光束（Ｊ／Ａ）をダイ面積当たりの目標光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）と比較することができる。
【００１７】
ダイ面積当たりの実際の光束（Ｊ／Ａ）が所定の閾値内である場合は、ＳＳＬダイ１１０の数の現在の値を使用してもよく、そうではない場合には、ダイ面積当たりの実際の光束（Ｊ／Ａ）が収束するまで、ＳＳＬダイ１１０の数を調整してもよい。例えば、所定の閾値が２ルーメン／ｍｍ２である場合、６３．６４ルーメン／ｍｍ２のダイ面積当たりの実際の光束（Ｊ／Ａ）の値は閾値を超える。このため、ＳＳＬダイ１１０（ｎ）の数を調整してもよい。一実施形態では、ＳＳＬダイ１１０の数（ｎ）を、所定の大きさ（例えば１、２、または他の適した整数）だけ増やしてもよい。他の実施形態では、ＳＳＬダイ１１０（ｎ）の数を、所定の大きさだけ減らしてもよい。さらなる実施形態では、ＳＳＬダイ１１０の数（ｎ）を、交互に増やしたり減らしてもよい。
【００１８】
一例において、ＳＳＬダイ１１０の数（ｎ）を１増やされる。こうして、ダイ面積当たりの実際の光束（Ｊ／Ａ）を、以下のように計算できる。
【００１９】
【数５】
2014501453.tif 000007
５８．３３ルーメン／ｍｍ２のダイ面積当たりの計算された実際の光束（Ｊ／Ａ）を、６０ルーメン／ｍｍ２のダイ面積当たりの目標光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）と比較することにより、計算された値が、目標値から２ルーメン／ｍｍ２の閾値内であることが示される。したがって、ＳＳＬダイ１１０の数の現在の値（つまり１２）を、アレイアセンブリ１００で使用してもよい。
【００２０】
個別のＳＳＬダイ１１０の動作電圧からＳＳＬダイ１１０の数の分だけ分離することにより、アレイアセンブリ１００のいくつかの実施形態を従来のアレイよりも効率的にすることができる。例えば、背景のセクションにおいて上述したように、２４ボルトで動作する７００ルーメンの従来のアレイにおいて、アレイは、８または１６のＬＥＤダイを含むことができ、各ＬＥＤダイは、それぞれ８４または４２のルーメン／ダイ面積の光束レベルを有する。２４ボルトの入力電圧（Ｖｏ）がアレイ内に存在するべきダイ数（つまり８、１６、または他の８の倍数）を決定するため、従来のアレイは他のダイ構成を有することはできない。対照的に、上記の例においては、同じ光束レベルを実現するために、アレイアセンブリ１００は、それぞれが８つのＬＥＤ接合部を有し、８４または４２のルーメン／ダイ面積ではなく６０ルーメン／ｍｍ２のダイ面積当たりの目標光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）にずっと近い、５８．３３ルーメン／ｍｍ２の光束レベルを有する、１２のＳＳＬダイ１１０を含むことができる。このため、アレイアセンブリ１００は、従来のアレイよりも効率的に動作し得る。
【００２１】
アレイアセンブリ１００のいくつかの実施形態は、異なる合計目標光束（Ｊｔｏｔ）値に適合するために従来のアレイよりも柔軟にすることができる。例えば、合計目標光束（Ｊｔｏｔ）が、現在８００ルーメンである場合、従来のアレイにおいて、定格入力電圧（Ｖｏ）のためにＬＥＤダイの数を変更することはできない。したがって、従来のアレイ内の各ＬＥＤダイを、それぞれ、１００または５０ルーメン／ダイ面積の光束レベルに変更する必要がある。これらの光束レベルは、６０ルーメン／ｍｍ２のダイ面積当たりの目標の光束（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）からはいまだかけ離れている。対照的に、アレイアセンブリ１００のいくつかの実施形態においては、８００ルーメンを実現するために、アレイアセンブリ１００は、他の１２のＳＳＬダイ１１０に対して並列に結合されるＳＳＬダイ１１０をさらに１つ含んでもよい。ＳＳＬダイ１１０のそれぞれは、従来のアレイよりも効率的な動作を示す、６１．５３ルーメン／ｍｍ２の光束レベルを有する。
【００２２】
図１Ａのアレイアセンブリ１００は、図１Ｂに示されるように、各分岐１０８において１つのＳＳＬダイ１１０を含むが、他の実施形態では、分岐１０８（それぞれ、第１、第２、第３、および第４の分岐１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃ、および１０８ｄとして個別に識別される）のうちの少なくとも１つは、直列に結合される２つのＳＳＬダイ１１０を含んでもよい。例示の実施形態では、第１、第２、および第３の分岐１０８ａ、１０８ｂ、および１０８ｃは、２つの低電圧ＳＳＬダイ１１０’を担持し、第４の分岐１０８ｄは、第２の列１０６ｂにおいて１つの高電圧ＳＳＬダイ１１０を担持する。本明細書の以下で用いられるように、「高電圧」および「低電圧」という語句は、互いに相対的な電圧レベルを示す。したがって、単一の電圧レベル（例えば１２ボルト）は他の電圧が６ボルトである場合には「高電圧」であるが、他の電圧が２４ボルトである場合には「低電圧」であると考えられ得る。他の実施形態では、アレイアセンブリ１００は、３、４、またはいずれか他の所望される数の低電圧ＳＳＬダイ１１０’を担持する分岐１０８を含んでもよい。
【００２３】
例示の実施形態では、個別の低電圧ＳＳＬダイ１１０’は、入力電圧（Ｖｏ）の半分の動作電圧を有する。個別の高電圧ＳＳＬダイ１１０は、入力電圧（Ｖｏ）とほぼ等しい動作電圧を有する。高電圧および低電圧ＳＳＬダイ１１０、１１０’が異なる動作電圧レベルを有していても、個別の高電圧および低電圧ＳＳＬダイ１１０、１１０’は、ダイ面積値当たりほぼ同様の光束を有することができる。例えば、図１Ｂのアレイアセンブリ１００は、高電圧および低電圧ＳＳＬダイ１１０、１１０’が混合する１１のダイを含む。したがって、高電圧および低電圧ＳＳＬダイ１１０、１１０’の両方のダイ面積当たりの光束を、６３．６４ルーメン／ｍｍ２にすることができる。他の実施形態では、高電圧および低電圧ＳＳＬダイ１１０および１１０’は、ダイ面積値当たりの異なる光束を有することができる。
【００２４】
図１Ａおよび図１Ｂに特定の列／分岐構成のみが図示されているが、他の実施形態において、アレイアセンブリ１００は、他の適した列および／または分岐構成を有することができる。例えば、図２Ａに示されるように、第２の列１０６ｂの分岐１０８ａ〜１０８ｄのそれぞれは、２つの低電圧ＳＳＬダイ１１０’を担持する。図２Ｂに示されるように、アレイアセンブリ１００は第１、第２、および第３の列１０６ａ〜１０６ｃを含むことができ、第３の列１０６ｃは、それぞれ２つの低電圧ＳＳＬダイ１１０’を担持する、分岐１０８ａ〜１０８ｄを有する。
【００２５】
図３Ａは、図１Ａ〜図２Ｂのアレイアセンブリで使用するために適した多接合部ＳＳＬダイ１１０の平面図である。図３Ｂは、図３ＡのＳＳＬダイ１１０の断面図である。図３Ａおよび図３Ｂを共に参照すると、ＳＳＬダイ１１０は、絶縁材料１２３によって互いに電気的に絶縁されている（それぞれ第１〜第４のＳＳＬ構造１２１ａ〜１２１ｄとして個別に識別される）複数のＳＳＬ構造１２１を担持する基板１２２を含むことができる。図３にはＳＳＬ構造１２１ａ〜１２１ｄの４つのみが示されているが、他の実施形態では、ＳＳＬダイ１１０は、２つ、３つ、５つ、および／または他の適した数のＳＳＬ構造１２１を含むことができる。さらなる実施形態では、ＳＳＬダイ１１０は、レンズ、鏡、および／または他の適した光学的および／または電気的構成要素を含むこともできる。
【００２６】
一実施形態では、基板１２２は、金属、金属合金、ドープしたケイ素、および／または他の電気伝導性の基板材料を含有することができる。例えば、一実施形態では、基板１２２は、銅、アルミニウム、および／または他の適した金属を含有することができる。他の実施形態では、基板１２２は、さらに、セラミック材料、ケイ素、ポリシリコン、および／または他の一般的に非伝導性である基板材料を含有することができる。基板１２２はＳＳＬ構造１２１１つのみを担持するように示されているが、他の実施形態では、基板１２２上に２つ、３つ、またはいずれか他の所望される数のＳＳＬ構造１２１を形成してもよい。
【００２７】
特定の実施形態では、絶縁材料１２３は、熱酸化、化学気相蒸着（「ＣＶＤ」）、原子層蒸着（「ＡＬＤ」）、および／または他の適した技術によって基板１２２上に形成される酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、および／または他の適した非伝導性の材料を含むことができる。他の実施形態では、絶縁材料１２３は、ポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレンおよび／または他のテトラフルオロエチレンのフッ素重合体）、エポキシ、および／または他のポリマー材料を含むことができる。
【００２８】
図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、ＳＳＬ構造１２１は、隣接するＳＳＬ構造１２１を分離するチャネル１３８（図３Ａ）を有する、２×２アレイで配列される。個別のＳＳＬ構造１２１は、第１の半導体材料１２４の一部が露出するノッチ１４２を含む。（それぞれ第１〜第３の相互接続１３４ａ〜１３４ｃとして個別に識別される）相互接続１３４は、対応するノッチ１４２を通り、２つの隣接するＳＳＬ構造１２１を電気的に接続する。このため、第１〜第４のＳＳＬ構造１２１ａ〜１２１ｄは互いに直列的に結合される。
【００２９】
ＳＳＬ構造１２１は、印加された電圧に応答して、光および／または他の種類の電磁放射を発するように構成される。図３Ｂに例示の実施形態において、ＳＳＬ構造１２１は、個別に、第１の半導体材料１２４、活性領域１２６、および第２の半導体材料１２８を含む。ＳＳＬ構造１２１は、第１の電極１３０（図３Ａ）および第２の電極１３２をさらに含む。第１の電極１３０は、活性領域１２６内の隙間１３６を通る第１の半導体材料１２４および第４のＳＳＬ構造１２１ｄ内の第２の半導体材料１２８上に配置される。第２の電極１３２は、第１のＳＳＬ構造１２１ａの第２の半導体材料１２８上に配置される。他の実施形態では、ＳＳＬ構造１２１は、窒化ケイ素、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、および／または他の適した中間材料を含むこともできる。
【００３０】
特定の実施形態では、第１の半導体材料１２４は、（例えばケイ素（Ｓｉ）をドープした）Ｎ型のＧａＮを含有することができ、第２の半導体材料１２８は、（例えばマグネシウム（Ｍｇ）をドープした）Ｐ型のＧａＮを含有することができる。他の実施形態では、第１の半導体材料１２４はＰ型のＧａＮを含有することができ、第２の半導体材料１２８は、Ｎ型のＧａＮを含有することができる。さらなる実施形態では、第１および第２の半導体材料１２４、１２８は、個別に、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）、ガリウム（ＩＩＩ）リン（ＧａＰ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、および／または他の適した半導体材料のうちの少なくとも１つを含有することができる。
【００３１】
活性領域１２６は、単一の量子井戸（「ＳＱＷ」）、複数の量子井戸（ＭＱＷ）、および／またはバルク半導体材料を含有することができる。本明細書の以下に用いられるように、「バルク半導体材料」は、一般的には、約１０ナノメートルより大きく約５００ナノメートル以下である厚さの単一結晶粒半導体材料（例えばＩｎＧａＮ）を指す。特定の実施形態では、活性領域１２６は、ＩｎＧａＮ  ＳＱＷ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ、および／またはＩｎＧａＮバルク材料を含有することができる。他の実施形態では、活性領域１２６は、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）、および／または他の適した材料または構成を含むことができる。
【００３２】
特定の実施形態では、第１の半導体材料１２４、活性領域１２６、および第２の半導体材料１２８のうちの少なくとも１つを、金属有機化学蒸着（「ＭＯＣＶＤ」）、分子線エピタキシ（「ＭＢＥ」）、液相エピタキシ（「ＬＰＥ」）、および水素化物気相エピタキシ（「ＨＶＰＥ」）によって、基板材料１２２上に形成できる。他の実施形態では、ＳＳＬ構造１２１の上記の構成要素および／または他の適した構成要素（図示せず）のうちの少なくとも１つを、他の適したエピタキシャル成長技術によって形成してもよい。
【００３３】
図４は、本技術の実施形態に従うＳＳＬダイのアレイアセンブリを製造する方法２００のフローチャートである。図４に示されるように、方法２００の最初のステージ（ブロック２０２）は、合計光束（Ｊｔｏｔ）、目標光束／ダイ面積（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）、およびアレイアセンブリへの入力電圧（Ｖｏ）を決定することを含むことができる。一実施形態では、製品の仕様、市場の需要、および／または他の条件によって、上記のパラメータを決定してもよい。他の実施形態では、上記のパラメータのうちの少なくとも１つは、反復計算において初期化された値を有してもよい。
【００３４】
方法２００の別のステージ（ブロック２０４）は、少なくとも一部、合計光束（Ｊｔｏｔ）および目標光束／ダイ面積（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）に基づいて、アレイアセンブリのＳＳＬダイの数を計算することを含む。一実施形態では、アレイアセンブリのＬＥＤダイの数は、以下のように計算できる。
【００３５】
【数６】
2014501453.tif 000008
式中、ｎは複数のＬＥＤダイの数である。別の実施形態では、アレイアセンブリのＳＳＬダイの数は、以下のように計算できる。
【００３６】
【数７】
2014501453.tif 000009
式中、角括弧［  ］は、Ｊｔｏｔ／（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）の整数の商を示す。さらなる実施形態では、ＳＳＬダイの数は、［Ｊｔｏｔ／（Ｊ／Ａｔａｒｇｅｔ）］＋１であってもよい、または図１Ａを参照して上記により詳細に記載されるように、反復的な技術を用いて決定される他の適した値を有してもよい。
【００３７】
方法２００のさらなるステージ（ブロック２０６）は、少なくとも一部、入力電圧（Ｖｏ）に基づいて、個別のＳＳＬダイ内の接合部の数を決定することを含むことができ、別のステージ（ブロック２０８）は、計算された数のＳＳＬダイを決定された数の接合部と並列に結合することを含むことができる。一実施形態では、個別のＬＥＤダイの接合部の数は、以下のように決定することができる。
【００３８】
【数８】
2014501453.tif 000010
式中、ｍは個別のＳＳＬダイの接合部の数であり、ΔＶは単一の接合部の接合順電圧である。他の実施形態では、個別のＳＳＬダイの接合部の数は、以下のように決定することができる。
【００３９】
【数９】
2014501453.tif 000011
式中、ｋは正の整数である。
【００４０】
上記から、本技術の特定の実施形態が例示のために本明細書に記載されたが、本開示から逸脱せずに、種々の修正を行うことができることは理解されたい。さらに、一実施形態の要素のうちの多くは、他の実施形態の要素に加えて、またはこれの代わりに、他の実施形態と組み合わせてもよい。したがって、本開示は、添付の請求項による場合を除き、制限されない。
【図１Ａ】
2014501453.tif 000032
【図１Ｂ】
2014501453.tif 000033
【図２Ａ】
2014501453.tif 000034
【図２Ｂ】
2014501453.tif 000035
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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