KR20210082255A

KR20210082255A - 매트릭스 광원을 포함하는 자동차용 조명 장치

Info

Publication number: KR20210082255A
Application number: KR1020217017503A
Authority: KR
Inventors: 사무엘 다루신; 즈드라브코 죠제스키
Original assignee: 발레오 비젼
Priority date: 2018-11-09
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2021-07-02
Also published as: CN112970333A; KR102633269B1; WO2020094812A1; FR3088408A1; EP3878242A1; US20210372583A1; JP2022506840A; FR3088408B1; JP7229352B2; US11378242B2

Abstract

본 발명은 전계발광 반도체 소자를 가진 기본 광원의 매트릭스를 갖는 매트릭스 광원을 포함하는 자동차용 조명 장치에 관한 것이다. 각각의 기본 광원은 0.2mm² 이하의 방출 표면을 가지고 있다. 본 발명에 의해 제안된 조치는 광원을 구성하는 기본 광원의 반도체 접합부의 과열로 인한 손상의 위험 없이 매트릭스 광원에 전력을 공급할 수 있도록 한다.

Description

매트릭스 광원을 포함하는 자동차용 조명 장치

본 발명은 전계발광 반도체 소자 기반 매트릭스 어레이 광원을 포함하는 자동차용 조명 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 매트릭스 어레이 광원을 구성하는 기본 광원(elementary light source)이 제한된 방출 영역을 갖는 이러한 조명 장치에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED)는 전류가 LED를 통해 흐르면 발광할 수 있는 반도체 전자 부품이다. 자동차 분야에서, LED 기술은 수많은 광 시그널링 솔루션에 점점 더 많이 사용되고 있다. LED는 주간 주행등, 신호등 등과 같은 조명 기능을 제공하는 데 사용된다. LED에 의해 방출되는 광도(light intensity)는 일반적으로 LED를 통해 흐르는 전류의 강도에 의존한다. 특히, LED는 전류 강도 임계값에 의해 특징지어진다. 이 최대 순방향 전류는 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소한다. 마찬가지로, LED가 발광할 때, 순방향 전압 또는 공칭 전압과 동일한 전압 강하가 단자에 걸쳐 관찰된다. 이를 통해 흐르는 전류의 평균 강도를 변화시키도록 발광 다이오드에 전력 공급을 구동함으로써, LED의 광도를 어둡게 할 수 있다. 이진 펄스 폭 변조(PWM) 제어 신호를 사용하여 LED를 제어함으로써 이 기능을 달성하는 것은 알려진 실행이다. LED의 작동은 발광 상태와 꺼짐 상태 사이에서 주기적으로 교번한다. LED의 온도는 방출 단계 동안 증가한다. 방출 영역이 1 제곱 밀리미터 이상인 LED의 경우, 이들의 열 시간 상수(thermal time constant)는 대략 20 밀리 초 이상 정도이다. 즉, 200, 100 또는 50Hz에서 PWM 사이클의 "방출" 단계 동안, LED의 온도는 20°C 미만으로 증가하고 이후 "꺼짐" 단계 동안 냉각된다. 이 정도의 온도 변화는 일반적으로 반도체 접합부에서 손상을 일으키지 않는다.

많은 수의 픽셀 또는 균등하게 각각 서브밀리미터 크기의 제한된 방출 영역을 갖는 기본 전계발광 광원을 포함하는 LED의 매트릭스 어레이를 사용하는 것은 다수의 응용 분야, 특히 자동차용 조명 및 시그널링 분야에서도 유용하다. LED의 매트릭스 어레이는 예를 들어, 헤드라이트 또는 주간 주행등과 같은 조명 기능에 유익한 광빔 형태를 생성하는 데 사용될 수 있다. 또한, 단일 매트릭스 어레이를 사용하여 복수의 서로 다른 조명 기능을 생성할 수 있으므로, 자동차 헤드라이트의 제한된 공간에서 물리적 부피를 줄일 수 있다.

기본 광원의 방출 영역은 일반적으로 알려진 LED보다 최대 100배 이상 작다. 따라서 기본 광원의 열 시간 상수도 더 작으며, 사용된 픽셀 제조 공정에 따라, 이 상수는 대략 밀리초 정도가 될 수 있다. 대략 200Hz 정도의 PWM 신호를 생성할 수있는 종래 기술에 알려진 LED용 제어 유닛의 사용은 PWM 신호의 "방출" 사이클 동안 매트릭스 어레이의 각각의 기본 광원의 접합부 온도가 20°C 이상으로 크게 증가할 수 있으며, 이어지는 "꺼짐" 사이클 동안 냉각되므로 그러한 픽셀의 매트릭스 어레이에는 적합하지 않다. 이 정도의 온도 변화는 기본 광원의 반도체 접합부에 지속적인 손상을 입히고 결국 고장날 위험이 있다.

본 발명의 하나의 목적은 종래 기술에 의해 제기된 문제 중 적어도 하나를 해결하는 것이다. 보다 정확하게는, 본 발명은 반도체 접합부의 과열로 인한 고장 발생 없이 매트릭스 어레이를 구성하는 각각의 기본 광원에 의해 방출되는 광도의 디밍을 허용하는 매트릭스 어레이 광원을 포함하는 조명 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 양상에 따르면, 자동차용 조명 장치가 제안된다. 장치는 전계발광 반도체 소자 기반 기본 광원의 매트릭스 어레이를 갖는 매트릭스 어레이 광원과, 적어도 하나의 기본 광원 그룹으로의 전력의 공급을 관리하는 회로를 포함하되, 전력의 공급을 관리하는 회로는 제어 유닛 및 그룹의 각각의 기본 광원마다 기본 광원을 전원에 선택적으로 연결하기 위한 스위치 요소를 포함하고, 제어 유닛은 또한 펄스 폭 변조 이진 제어 신호에 의해 스위치 요소의 개방 상태를 제어하기 위한 것이다. 장치는 기본 광원 각각의 발광 영역은 0.2mm² 이하이며, 제어 유닛은 300Hz 이상의 주파수를 갖는 제어 신호를 전송할 수 있다는 점에서 주목할 만하다.

바람직하게는, 제어 신호의 주파수는 1kHz 이상일 수 있다.

기본 광원 그룹은 바람직하게는 기본 광원의 매트릭스 어레이의 기본 광원 모두를 포함할 수 있다.

전력의 공급을 관리하는 회로는 바람직하게는 기본 광원의 매트릭스 어레이의 적어도 2개의 기본 광원 그룹의 스위치 요소의 개방 상태를 교대로 제어하도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 2개의 그룹은 별개일 수 있다. 바람직하게는, 기본 광원의 매트릭스 어레이의 행에서, 제1 그룹의 기본 광원은 제2 그룹의 기본 광원과 교번할 수 있다. 바람직하게는, 제1 그룹의 기본 광원의 매트릭스 어레이의 열에서 제 2 그룹의 기본 광원과 교번할 수 있다.

매트릭스 어레이 광원은 바람직하게는 광원의 매트릭스 어레이와 접촉하는 집적 회로를 포함할 수 있다. 집적 회로는 바람직하게는 기본 광원으로의 전력의 공급을 관리하는 회로의 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이들은 예컨대, 스위치 요소이다. 스위치 요소는 바람직하게는 MOSFET("metal-oxide-semiconductor field-effect transistor") 유형의 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.

집적 회로는 매트릭스 어레이 광원의 기본 광원의 매트릭스 어레이와 기계적 및 전기적으로 접촉하도록 되어 있다.

바람직하게는, 장치는 음향 주파수를 감쇠시키는 수단을 포함할 수 있다. 감쇠 수단은 예를 들어, 장치 외부로의 음향 주파수의 전송을 감쇠시키기 위해 종래 기술에서 그 자체로 알려진 음향 절연 재료를 포함할 수 있다.

집적 회로는 바람직하게는 기본 광원의 매트릭스 어레이의 기본 광원 각각마다, 제어 신호로부터 커맨드를 수신한 후 기본 광원으로의 전력의 공급을 사전결정된 지속시간만큼 지연시키도록 구성된 지연 유닛을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 각각의 기본 광원의 지연 유닛은 다른 기본 광원의 지연 유닛에 기능적으로 연결되고, 제1 기본 광원의 지연이 경과한 경우에만 제2 기본 광원에 대한 지연이 경과하기 시작하도록 배열된다.

각각의 기본 광원에 대한 지연은 바람직하게는 동일할 수 있다.

바람직하게는, 지연 유닛은 지연 값을 기록하는 메모리 요소를 포함할 수 있다. 지연 유닛은 바람직하게는 지연 라인을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 기본 광원 전부와 연관된 지연 라인은 동일한 클록 신호를 사용하여 클로킹될 수 있다.

기본 광원의 매트릭스 어레이는 바람직하게 기본 광원을 지지하는 공통 기판을 포함할 수 있다. 매트릭스 어레이의 공통 기판은 바람직하게는 SiC를 포함할 수 있다. 각각의 광원은 바람직하게는 전력 공급을 관리하기 위한 메모리 요소 및 이의 회로와 연관될 수 있으며, 상이한 기본 광원과 연관된 메모리 요소 및 관리 회로는 서로 독립적이다.

집적 회로는 바람직하게는 Si 기판을 포함할 수 있다. 집적 회로는 바람직하게는 기본 광원의 매트릭스 어레이, 예를 들어, 기본 광원을 지지하는 공통 기판에 납땜 또는 접착 본딩된다. 집적 회로는 바람직하게는 기본 광원을 포함하는 면의 반대쪽에 있는 공통 기판의 하부면에 납땜 또는 접착 본딩된다. 집적 회로는 바람직하게는 예를 들어, 고정 수단을 통해 기계적으로 접촉하고, 하부면에 전기 연결 영역을 갖는 공통 기판과 전기적으로 접촉한다.

픽셀화된 광원, 또는 균등하게, 매트릭스 어레이 광원은 바람직하게는 적어도 하나의 전계발광 요소의 매트릭스 어레이(기본 광원)를 포함할 수 있으며, 모놀리식 어레이라고도 하며, 이 요소는 적어도 2 열 × 2 행으로 배열된다. 전계발광 소스는 바람직하게는 모놀리식 매트릭스 어레이라고도 하는 전계발광 요소의 적어도 하나의 모놀리식 매트릭스 어레이를 포함한다.

모놀리식 매트릭스 어레이에서, 전계발광 요소는 공통 기판으로부터 성장되고 전기적으로 연결되어 선택적으로, 개별적으로 또는 전계발광 요소의 서브세트에 의해 활성화될 수 있다. 따라서, 각각의 전계발광 요소 또는 전계발광 요소 그룹은 그것의 또는 그들의 재료에 전기가 공급될 때 발광할 수 있는 픽셀화된 광원의 기본 방출기 중 하나를 형성할 수 있다.

전계발광 요소가 공통 기판에 대해 실질적으로 수직인 주요 신장 치수 중 하나를 갖고, 전기적으로 함께 그룹화된 하나 이상의 전계발광 요소에 의해 형성되는 기본 방출기 사이의 간격이 인쇄 회로 모드에 납땜된 평평한 정사각형 칩의 알려진 배열에서 발견되는 간격에 비해 작으면, 전계발광 요소의 다양한 배열은 이러한 모놀리식 매트릭스 어레이의 정의를 충족할 수 있다.

기판은 주로 반도체 재료로 만들어질 수 있다. 기판은 하나 이상의 다른 재료, 예를 들어, 비반도체를 포함할 수 있다. 서브밀리미터 치수인 이들 전계발광 요소는 예를 들어, 육각형 단면의 로드(rod)를 형성하도록 기판으로부터 돌출되도록 배열된다. 전계발광 로드는 기판의 제1 면에서 시작된다. 여기에서 질화 갈륨(GaN)을 사용하여 형성된 각각의 전계발광 로드는 여기에서 실리콘으로 만들어진 기판에 수직으로 또는 실질적으로 수직으로 연장되어 기판으로부터 돌출되지만, 탄화 실리콘과 같은 다른 재료가 본 발명의 맥락에서 벗어남 없이 사용될 수 있다. 예를 들어, 전계발광 로드는 질화 알루미늄과 질화 갈륨의 합금(AlGaN) 또는 알루미늄, 인듐 및 갈륨 인광체의 합금(AlInGaP)으로 생성될 수 있다. 각각의 전계발광 로드는 높이를 정의하는 신장 축을 따라 연장되며, 각 로드의 베이스는 기판의 상부면의 평면에 배열된다.

주어진 모놀리식 매트릭스 어레이의 전계발광 로드는 유리하게는 동일한 형상 및 동일한 치수를 갖는다. 그들은 각각 종단면 및 로드의 신장 축을 따라 연장되는 원주 벽으로 구분된다. 전계발광 로드가 도핑되고 바이어스를 받을 때, 반도체 소스에서 출력되는 결과적인 광은 주로 원주 벽에서 방출되지만, 광선도 종단면에서 나올 수 있음을 이해할 것이다. 그 결과, 각각의 전계발광 로드는 단일 발광 다이오드 역할을 하고, 한편으로는 현재 전계발광 로드의 밀도와 다른 한편으로는 원주 벽에 의해 정의되고 따라서 로드의 전체 둘레와 전체 높이에 걸쳐 확장되는 조명 영역의 크기 때문에 이 소스의 밝기가 향상된다. 로드의 높이는 2 ~ 10μm, 바람직하게는 8μm일 수 있다. 로드의 종단면의 최대 치수는 2μm 미만, 바람직하게는 1μm 이하이다.

전계발광 로드를 형성할 때, 픽셀화된 광원의 한 영역에서 다음 영역까지 높이를 변경하여 로드의 평균 높이가 증가할 때 해당 영역의 밝기를 증가시킬 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 전계발광 로드의 그룹은 다른 전계 발광로드의 그룹과 상이한 높이 또는 높이들을 가질 수 있으며, 이 두 그룹은 서브밀리미터 치수의 전계발광 로드를 포함하는 동일한 반도체 광원의 구성요소이다. 전계발광 로드의 모양, 특히 로드의 단면의 모양과 종단면의 모양도 하나의 모놀리식 매트릭스 어레이에서 다른 모놀리식 매트릭스 어레이까지 다양할 수 있다. 로드는 일반적으로 원통형이며, 특히 다각형, 보다 구체적으로 육각형 단면을 가질 수 있다. 광이 원주 벽을 통해 방출될 수 있는 경우, 후자가 다각형 또는 원형 모양을 갖는 것이 중요하다는 것을 이해할 것이다.

더욱이, 종단면은 기판의 상부면에 실질적으로 평행하게 연장되도록 실질적으로 평면이고 원주 벽에 수직인 모양을 가질 수 있거나, 그렇지 않으면 이 종단면에서 나오는 광이 방출되는 방향을 증가시키도록 그 중심에서 만곡되거나 뾰족한 모양을 가질 수 있다.

전계발광 로드는 바람직하게는 2차원 매트릭스 어레이로 배열될 수 있다. 이 배열은 로드가 엇갈리게 배치되는 것일 수 있다. 일반적으로, 로드는 기판에 규칙적인 간격으로 배열되고 매트릭스 어레이의 각 치수에서 바로 인접한 두 개의 전계발광 로드를 분리하는 거리는 각각의 로드의 원주 벽을 통해 방출된 광이 전계발광 로드의 매트릭스 어레이에서 나올 수 있도록 적어도 2μm, 바람직하게는 3μm와 10μm 사이여야 한다. 더욱이, 인접한 로드의 2개의 신장 축 사이에서 측정된 이러한 분리 거리는 100μm 이하로 제공된다.

대안으로서, 모놀리식 매트릭스 어레이는 예를 들어, 탄화 실리콘으로 만들어지고 하나의 동일한 기판으로부터 각각 발생하는 복수의 기본 방출기를 형성하도록 (연삭 및/또는 절제에 의해) 슬라이스되는 단일 기판 상에 에피택셜 전계발광 요소 층, 특히 n-도핑된 GaN의 제1층 및 p-도핑된 GaN의 제2층에 의해 형성된 전계발광 요소를 포함할 수 있다. 이러한 설계의 결과는 모두 하나의 동일한 기판에서 발생하고 서로 선택적으로 활성화될 수 있도록 전기적으로 연결된 복수의 전계발광 블록이다.

이 다른 실시예에 따른 하나의 예시적인 실시예에서, 모놀리식 매트릭스 어레이의 기판은 5㎛와 800㎛ 사이, 특히 200㎛의 두께를 가질 수 있고, 각각의 블록은 길이와 폭을 가질 수 있으며, 각각은 50μm와 500μm 사이, 바람직하게는 100μm와 200μm 사이이다. 일 변형에서, 길이와 폭은 동일하다. 각각의 블록의 높이는 500μm 미만, 바람직하게는 300μm 미만이다. 마지막으로, 각각의 블록의 출구 표면은 에피택시 반대쪽의 기판을 통해 형성될 수 있다. 두 기본 방출기 사이의 분리 거리. 각각의 연속적인 기본 방출기 사이의 거리는 1mm 미만, 특히 500μm 미만일 수 있으며, 바람직하게는 200μm 미만이다.

대안으로서, 전술한 바와 같이 하나의 동일한 기판으로부터 각각 돌출하여 연장되는 전계발광 로드 및 하나의 동일한 기판 상에 중첩된 전계발광 층을 슬라이스하여 획득된 전계발광 블록을 갖는 모놀리식 매트릭스 어레이는 전계발광 요소가 적어도 부분적으로 매립된 폴리머 재료의 층을 더 포함할 수 있다. 따라서, 층은 기판의 전체 범위에 걸쳐, 또는 주어진 전계발광 요소 그룹 주위에서만 연장될 수 있다. 특히 실리콘 기반일 수 있는 폴리머 재료는 광선의 확산을 방해하지 않고 전계발광 요소를 보호할 수 있는 보호 층을 생성한다. 더욱이, 이러한 폴리머 재료 층에 요소 중 하나에 의해 방출된 광선의 적어도 일부를 흡수하고 흡수된 여기 광의 적어도 일부를 여기 광과 다른 파장을 가진 방출 광으로 변환할 수 있는 파장 변환 수단, 예를 들어, 발광단을 통합하는 것이 가능하다. 발광단이 폴리머 재료의 덩어리에 매립되거나, 그렇지 않으면 이 폴리머 재료의 층의 표면에 배열되도록 구별없이 제공될 수 있다.

픽셀화된 광원은 광원의 출구 표면으로 광선을 편향시키기 위해 반사 재료의 코팅을 더 포함할 수 있다.

서브밀리미터 치수의 전계발광 요소는 기판에 실질적으로 평행한 평면에서 주어진 출구 표면을 정의한다. 이 출구 표면의 모양은 그것을 형성하는 전계발광 요소의 수와 배열에 따라 정의된다는 것을 이해할 것이다. 따라서 방출 표면의 실질적으로 직사각형인 모양을 정의하는 것이 가능하며, 후자는 본 발명의 맥락에서 벗어나지 않으면서 임의의 모양을 변경하고 채택할 수 있음을 이해해야 한다.

본 발명에서 제안하는 조치를 이용함으로써, 매트릭스 어레이 또는 픽셀화된 광원의 기본 반도체 광원이 기본 광원의 반도체 접합부에 대한 손상 위험이 없이 펄스 폭 변조(PWM) 유형 신호에 의해 제어될 수 있는 자동차용 조명 장치를 제공하는 것이 가능해진다. 높은 PWM 주파수, 특히 300Hz 이상, 바람직하게는 최소 1kHz를 채택함으로써, 2mm² 미만의 방출 영역을 갖는 기본 광원은 제어 신호의 "방출" 단계 동안 20°C 이상 가열될 위험이 없다. 본 발명의 몇몇 측면에 따르면, 픽셀화된 매트릭스 어레이의 복수의 기본 광원의 그룹은 시간-시프트 방식으로 PWM-유형 신호에 의해 제어된다. 이것은 반도체 접합부에서의 온도 상승을 더욱 감소시킬 수있게 한다. 특히, 기본 광원은 작고 공간적으로 서로 매우 가깝기 때문에, 전력이 공급된 이후의 각각의 광원의 가열은 잠재적으로 인접한 광원의 가열에 기여할 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다. 주어진 시간에 전력이 공급되는 이웃하는 기본 광원의 수를 제한함으로써, 이러한 상호 가열 기여는 적어도 부분적으로 완화될 수 있다. 본 발명의 일부 양상에 따른 매트릭스 어레이 광원은 특히 잠재적으로 각각의 기본 광원마다 수용하는 집적 회로, 밝기 설정점에 대응하는 값을 기록하는 메모리 요소, 및 기본 광원으로의 전력 공급을 관리하는 회로를 포함할 수 있다. 전력 공급을 관리하는 회로는 예를 들어, 문제의 기본 광원에 대한 펄스 폭 변조(PWM) 유형 제어 신호를 통해 전류의 평균 강도를 조정한다. 따라서 각각의 픽셀에 의해 방출되는 광도는 매트릭스 어레이 소스 자체에 의해 어두워진다. 밝기 설정점은 기본 광원으로의 전력 공급을 관리하는 회로가 기본 광원을 제어하는 데 필요한 유일한 외부 커맨드이다. 본 발명의 조치는 발광 다이오드의 픽셀화된 매트릭스 어레이의 반도체 접합부의 과열을 완화시키는 데 기여하므로, 본 발명은 제조가 비싸고 기술적으로 어려운 이들 구성요소의 수명을 증가시킬 수 있게 한다.

본 발명의 다른 특징 및 이점은 예 및 도면의 설명을 통해 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 조명 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 조명 장치를 통한 단면을 개략적으로 도시한다.

달리 명시되지 않는 한, 하나의 주어진 실시예에 대해 상세히 설명된 기술적 특징은 제한 없이 예로서 설명 된 다른 실시예의 맥락에서 설명되는 기술적 특징과 조합될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 걸쳐 유사한 개념을 설명하는 데 유사한 참조 번호가 사용될 것이다. 예를 들어, 참조 번호 100 및 200은 본 발명에 따른 조명 장치의 두 가지 실시예를 나타낸다.

설명은 본 발명의 이해에 필요한 자동차용 조명 장치의 요소에 초점을 맞추고 있다. 공지된 방식으로 그러한 장치의 일부를 형성하는 다른 요소는 상세히 언급되거나 설명되지 않을 것이다. 예를 들어, 조명 장치가 설명된 구성요소의 설치를 위한 구조적 요소 또는 예를 들어, 라디에이터와 같은 방열 요소를 포함한다는 것은 말할 필요도 없다.

도 1의 예시는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 픽셀화된 또는 매트릭스 어레이 광원(105)을 포함하는 조명 장치(100)를 도시한다. 매트릭스 어레이 광원(105)은 복수의 전계발광 반도체 요소 기반 기본 광원(110) 및 도시되지 않은 공통 기판을 포함한다. 각각의 기본 광원은 0.14 x 0.14 mm 이하로 확장되는 방출 영역을 포함한다. 이 크기의 기본 광원이 순방향 전류의 강도보다 크거나 같은 강도의 전류에 의해 이동되면, 수밀리 초, 심지어 1 밀리초 후에 20°C 정도의 온도 기울기를 경험한다.

매트릭스 어레이 광원(105)은 바람직하게는 모놀리식 매트릭스 어레이 구성요소를 포함하고, 여기서 기본 광원(110)의 반도체 층은 예를 들어, 공통 기판 상에 배열된다. 기본 광원(110)의 매트릭스 어레이는 바람직하게는 복수의 브랜치의 병렬 어셈블리를 포함하고, 각각의 브랜치는 전계발광 반도체 광원(110)을 포함한다.

장치(100)는 기본 광원 그룹으로의 전력의 공급을 관리하는 회로(130)를 포함한다. 도 1의 예에서, 이 그룹은 매트릭스 어레이(105)의 모든 광원을 포함하지만, 본 발명은 이 실시예로 제한되지 않는다. 관리 회로는 각각의 기본 광원마다 개방 상태 또는 폐쇄 상태를 취하도록 제어 신호(136)에 의해 제어되는 스위치 장치를 포함한다. 스위치가 폐쇄 상태일 때, 해당 기본 광원은 전원에 연결되지만, 개방 상태에서는 기본 광원이 전원에 연결되지 않는 구성이다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 기본 광원의 발광/꺼짐 상태를 제어하기 위한 다른 배열이 고려될 수 있다.

전원은 예를 들어, 배터리와 같은 자동차 내부의 소스에 의해 전달되는 입력 전류/전압을 매트릭스 어레이(105)에 전력을 공급하기에 적합한 강도/값을 갖는 부하 전류/전압으로 변환하도록 구성된 변환기 회로를 포함할 수 있다.

제어 유닛(132)은 제어 신호(136)를 생성한다. 신호는 스위치 요소(134)가 취할 수 있는 2개의 별개의 상태에 대응하는 이진 외관을 갖는다. 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 신호이며, 신호의 주파수는 300Hz 이상, 바람직하게는 1kHz 이상이다. 이 주파수에서, 스위치(134)가 닫히고 대응하는 기본 광원(110)이 발광하고 가열되는 단계는 기본 광원의 반도체 접합부가 20℃ 이상 가열되지 않을만큼 충분히 짧다. 이것은 접합부의 손상을 방지한다. 기본 광원에 지속적으로 전력이 공급되는 지속시간과 균등한 가열 단계는 기본 광원의 열 시간 상수를 초과하지 않는다. 방금 설명한 PWM 신호를 생성할 수 있는 전자 회로는 그 자체로 알려져 있으며 그들의 배열 및 동작은 본 발명의 맥락에서 더 자세히 설명되지 않을 것이다.

매트릭스 어레이 광원이 전압 구동될 때, 각각의 기본 소스의 구동 또는 균등하게 각각의 픽셀의 구동은 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이 스위치 장치(134)를 제어하는 것만 수반한다. 장치(134)의 상태를 제어함으로써, 기본 광원(110)은 전압원(Vin)에 선택적으로 연결될 수 있다. 스위치 장치는 예를 들어 MOSFET 유형의 전계 효과 트랜지스터에 의해 형성되며, 바람직하게는 드레인 단자와 소스 단자 사이의 낮은 전압 강하를 특징으로 하며, 전력(132)의 공급을 관리하는 회로로부터의 제어 신호(136)에 의해 제어된다. 제어 신호(136)는 펄스 폭 변조(PWM) 신호이다. 이것은 순환 이진 신호이다. 듀티 사이클의 선택, 즉 사이클의 0이 아닌 위상과 0 위상의 각각의 지속시간은 신호의 극값 사이에 있는 신호의 평균값에 직접적으로 영향을 준다. 순환 신호(136)는 스위치 장치(134)를 개폐하기위한 일련의 이진 커맨드를 형성한다. 기본 광원(110)을 통해 흐르는 전류의 평균 강도와, 이에 따라 이 기본 광원에 의해 방출되는 평균 광도는 PWM 제어 신호(136)의평균 값을 반영한다.

예로서 그리고 제한 없이, 기본 광원(105)의 매트릭스 어레이는 기판의 두께를 따라 기본 광원(110)의 위치 반대쪽에 있는 단부에서 시작하여 전기 절연 기판 상에 증착 된 제1 전기 전도 층을 포함한다. 그 다음에는 두께가 0.1 ~ 2μm 인 n-도핑된 반도체 층이 이어진다. 이 두께는 알려진 발광 다이오드의 두께보다 훨씬 더 작으며, 해당 층의 두께는 대략 1 내지 2 μm 정도이다. 다음 층은 약 30nm의 두께를 갖는 활성 양자 우물 층, 그 다음에는 전자 차단 층, 그리고 마지막으로 약 300nm의 두께를 갖는 p-도핑된 반도체 층이다. 바람직하게는, 제1층은 (Al)GaN:Si 층이고, 제2층은 n-GaN:Si 층이며, 활성 층은 GaN으로 제조된 장벽과 번갈아 나타나는 InGaN으로 제조된 양자 우물을 포함한다. 차단 층은 바람직하게는 AlGaN:Mg로 제조되고 p-도핑된 층은 바람직하게는 p-GaN:Mg로 제조된다. n-도핑된 질화 갈륨은 저항률이 0.0005 ohm/cm인 반면, p-도핑된 질화 갈륨은 저항률이 1 ohm/cm이다. 제안된 층의 두께는 n-도핑된 층이 알려진 LED에 비해 두껍지 않고 짧은 증착 시간을 필요로 하므로 특히 기본 소스의 내부 직렬 저항을 증가시키면서 동시에 제조 시간을 크게 단축할 수 있다. 예로서, n 층이 2μ인 표준 구성 LED를 위한 MOCVD 증착에는 전형적으로 5 시간의 시간이 필요하며, n 층의 두께를 0.2μ로 줄이면 이 시간을 50%까지 줄일 수 있다.

동종 두께를 가진 반도체 층을 갖는 기본 광원(110)을 달성하기 위해, 모놀리식 구성요소(105)는 바람직하게는 이를 덮도록 기판 표면의 적어도 일부 위에 층을 동질적으로 균일하게 증착함으로써 제조된다. 층은 예를 들어 금속 산화물 화학 기상 증착(MOCVD) 방법을 사용하여 증착된다. 이를 구현하기 위한 이러한 방법 및 반응기는 예를 들어, 특허 문헌 WO 2010/072380 A1 또는 WO 01/46498 A1로부터 기판 상에 반도체 층을 증착하는 것으로 알려져 있다. 따라서 이들의 구현에 대한 세부사항은 본 발명의 맥락에서 설명되지 않을 것이다. 그 다음에 이렇게 형성된 층은 픽셀화된다. 예로서 및 제한 없이, 공지된 리소그래피 방법을 사용하고 기판 상의 기본 광원(110) 사이의 공간에 후속적으로 대응하는 위치에서 에칭함으로써 층이 제거된다. 각각의 개별 픽셀마다 1 제곱 밀리미터보다 작은 영역을 갖고, 2 제곱 밀리미터보다 큰 총 영역을 가지며, 동종 두께를 가진 반도체 층을 가지므로 동종의 높은 내부 직렬 저항을 가진 복수의 수십, 수백 또는 수천 개의 픽셀(110)이 매트릭스 어레이 광원(105)의 기판 상에 생성될 수 있다. 일반적으로, 각각의 LED 픽셀의 크기가 감소할수록 직렬 저항이 증가하고, 이 픽셀은 전압원에 의해 구동될 수 있다. 대안으로서, 기판 표면의 적어도 일부를 덮는 에피택셜 층을 포함하는 기판은 기본 광원으로 절단되거나 분할되며, 기본 광원 각각은 내부 직렬 저항의 측면에서 유사한 특성을 갖는다.

본 발명은 또한 다른 구성의 반도체 층을 포함하는 반도체 소자 기반 기본 광원의 유형에 관한 것이다. 특히 기판, 층의 반도체 재료, 층의 배열, 층의 두께 및 층 사이의 임의의 비아는 방금 설명된 예와 다를 수 있다.

도 2의 예시는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 픽셀화된 광원 또는 매트릭스 어레이 광원(205)을 포함하는 조명 장치(200)를 도시한다. 매트릭스 어레이 광원(205)은 LED 유형의 복수의 전계발광 반도체 소자 기반 기본 광원(210) 및 도시되지 않은 공통 기판을 포함한다. 각각의 기본 광원은 0.14 x 0.14 mm 이하로 확장되는 방출 영역을 포함한다. 이 크기의 기본 광원이 순방향 전류의 강도보다 크거나 같은 전류에 의해 이동될 때 수 밀리초, 심지어 1 밀리초 이하의 시간 후에 대략 20°C 정도의 온도 기울기를 경험한다.

장치(200)는 두 그룹의 기본 광원으로의 전력의 공급을 관리하는 회로(230)를 포함한다. 도 2의 예에서, 제1 그룹의 기본 광원(210)은 제2 그룹의 기본 광원 (210')과 교번한다. 관리 회로는 각각의 기본 광원마다 개방 상태 또는 폐쇄 상태를 취하도록 각각 제어 신호(236, 236')에 의해 제어되는 스위치 장치(234, 234')를 포함한다. 스위치가 폐쇄 상태에 있을 때 해당 기본 광원은 전원에 연결되지만, 개방 상태에서는 기본 광원은 전원에 연결되지 않는 구성이다.

제어 유닛(232)은 제어 신호(236)를 생성한다. 신호는 스위치 요소(234)가 취할 수 있는 2개의 별개의 상태에 대응하는 이진 외관을 갖는다. 신호는 펄스 폭 변조(PWM) 신호이며, 주파수는 300Hz 이상, 바람직하게는 1kHz 이상이다. 이 주파수에서, 스위치(234)가 닫히고 대응하는 기본 광원(210)이 광을 방출하고 가열되는 단계는 기본 광원의 반도체 접합부가 20℃ 이상 가열되지 않을 정도로 충분히 짧다. 이것은 접합부의 손상을 방지한다.

제어 유닛(232)은 또한 제2 그룹의 광원(210')을 위해 의도된 PWM 유형 제어 신호(236)를 생성한다. 신호(236 및 236')는 두 그룹의 기본 광원(210, 210')이 항상 전원에 함께 연결되는 것은 아니다. 예를 들어, 신호(236)는 50%의 듀티 사이클을 가질 수 있으며 스위치 장치를 제어하기 위한 절반 사이클로 형성되어 스위치 장치가 폐쇄 상태를 취하도록 한 다음 스위치 장치를 제어하기 위한 제2 절반 사이클로 형성되어 개방 상태를 취하게 할 수 있다. 신호(236')는 신호(236)의 절반 사이클만큼 시프트된 사본일 수 있는바, 기본 광원(210, 210')의 그룹에는 교대로 전기가 공급된다. 이 경우에 신호(236')는 종래 기술에 알려진 지연 회로에 의해 신호(236)에 기초하여 생성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 실시예가 가능하다. 이 배열의 장점은 한 그룹의 기본 광원(210)이, 기본 광원이 제1 그룹의 기본 광원에 공간적으로 매우 가까운 다른 그룹의 기본 광원(210')의 가열에 항상 기여하는 것은 아니라는 것이다. 이 배열은 매트릭스 어레이(205) 내의 더 큰 복수의 기본 소스 그룹에도 적용된다.

도 2의 실시예에서, 전력 공급을 관리하는 회로(230)는 공통 기판의 하부면에 납땜되고, 그 상부면에 기본 광원(210, 210')을 수용하는 집적 회로(220)에 의해 수용되어, 기판과 기본 광원과의 기계적 및 전기적 접촉을 수립한다.

기본 광원이 상주하는 기판과 기계적 및 전기적으로 접촉하는 집적 회로(120)를 사용하면 유선 연결이 필요없을 수 있으며, 그 수는 매트릭스 어레이 광원의 픽셀의 수와 적어도 동일할 것이다. 관리 회로(230)가 기본 광원(210, 210')의 매트릭스 어레이(205)에 공간적으로 가깝기 때문에, 제어 시간을 무시할 수 있다. 구체적으로, 회로(230)의 구성요소는 기본 광원의 수 마이크로미터 아래에 위치한다.

바람직하게는, 모놀리식 구성요소(205)가 제조될 때 전원 공급 회로가 기판에 통합될 수 있다.

도시되지 않은 다른 실시예에 따르면, 기본 광원 그룹(도 2의 경우 210, 210')의 각각의 작동 시간 사이의 시프트는 각각의 광원 아래에 통합된 지연 유닛에 의해 생성된다. 다른 실시예에 대해 방금 설명한 것과 같은 PWM 유형 제어 신호가 기본 광원을 제어하는 데 사용된다. 그러나, 각각의 기본 광원의 지연 유닛은 그들 각각의 지연이 경과한 후에만 제어를 적용한다. 바람직하게는, 지연 유닛이 체인으로 기능적으로 연결되고, 하나의 기본 광원의 지연이 체인의 선행 기본 광원의 지연이 경과한 후에만 경과하기 시작하도록 배열될 수 있다. 이러한 방식으로 모든 기본 광원의 동시 가열도 감소한다.

집적 회로가 매트릭스 어레이 광원 및/또는 기본 광원과 관련하여 다른 기능에 사용되는 다른 전자 회로 및/또는 메모리 요소를 포함할 수 있다는 것은 당연하다. 이는 기본 광원의 단락 또는 개방 회로 오류를 검출하는 회로를 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.

보호 범위는 청구범위에 의해 정의된다.

Claims

자동차용 조명 장치(100, 200)로서,
전계발광 반도체 소자 기반 기본 광원(110, 210)의 매트릭스 어레이를 갖는 매트릭스 어레이 광원(105, 205)과,
적어도 하나의 기본 광원 그룹으로의 전력의 공급을 관리하는 회로(130, 230)를 포함하되,
상기 전력의 공급을 관리하는 회로는 제어 유닛(132, 232) 및 상기 그룹의 각각의 기본 광원마다 상기 기본 광원을 전원에 선택적으로 연결하기 위한 스위치 요소(134, 234, 234')를 포함하고, 상기 제어 유닛은 또한 펄스 폭 변조 이진 제어 신호(136, 236, 236')에 의해 상기 스위치 요소의 개방 상태를 제어하기 위한 것이며,
상기 기본 광원 각각의 발광 영역은 0.2mm² 이하이며, 상기 제어 유닛은 300Hz 이상의 주파수를 갖는 제어 신호를 전송하는 것이 가능한
조명 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어 신호(136, 236, 236')의 주파수는 1kHz 이상인
조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 기본 광원 그룹은 상기 기본 광원의 매트릭스 어레이의 상기 기본 광원(110) 모두를 포함하는
조명 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전력의 공급을 관리하는 회로는 상기 기본 광원의 매트릭스 어레이의 적어도 2개의 기본 광원 그룹(210, 210')의 상기 스위치 요소(234, 234')의 상기 개방 상태를 교대로 제어하도록 구성되는
조명 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 매트릭스 어레이 광원은 상기 광원의 매트릭스 어레이(205)와 접촉하는 집적 회로(220)를 포함하고, 상기 집적 회로는 상기 기본 광원으로의 전력의 공급을 관리하는 회로(230)의 적어도 일부를 포함하는
조명 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조명 장치는 음향 주파수를 감쇠시키는 수단을 포함하는
조명 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 집적 회로는 상기 기본 광원의 매트릭스 어레이의 상기 기본 광원 각각마다, 상기 제어 신호로부터 커맨드를 수신한 후 상기 기본 광원으로의 전력의 공급을 사전결정된 지속시간만큼 지연시키도록 구성된 지연 유닛을 포함하는
조명 장치.
제7항에 있어서,
각각의 기본 광원의 상기 지연 유닛은 다른 기본 광원의 상기 지연 유닛에 기능적으로 연결되고, 제1 기본 광원의 지연이 경과한 경우에만 제2 기본 광원에 대한 지연이 경과하기 시작하도록 배열되는
조명 장치.
제7항 또는 제8항에 있어서,
각각의 기본 광원에 대한 지연은 동일한
조명 장치.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 지연 유닛은 지연 값을 기록하는 메모리 요소를 포함하는
조명 장치.