KR101472153B1 - 전자기 복사를 방출하는 광전 소자 및 광전 소자의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유효 복사를 방출하는 광전 소자에 관한 것이다. 상기 광전 소자는 하우징 캐비티를 구비한 하우징 기본 몸체를 포함한 하우징, 및 상기 하우징 캐비티에 배치된 발광 다이오드칩을 포함한다. 하우징 기본 몸체의 적어도 하나의 기본 몸체 물질은 상기 하우징 기본 몸체의 반사도를 감소시키기 위해 복사 흡수 입자들을 포함한다. 소자의 일 실시예에 따르면, 상기 하우징은 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질을 추가적 또는 대안적으로 포함하며, 상기 하우징 물질은 상기 하우징의 반사도를 감소시키기 위해 복사 흡수 입자들을 포함한다. 또한, 이러한 소자의 제조 방법도 제공된다.
복사 흡수, 카본 블랙, LSCB, 디퓨저

Description

전자기 복사를 방출하는 광전 소자 및 광전 소자의 제조 방법{OPTOELECTRONICAL COMPONENT EMITTING ELECTROMAGNETIC RADIATION AND METHOD FOR PRODUCING AN OPTOELECTRONICAL COMPONENT}
본 출원은 독일 특허 출원 10 2007 015 474.9의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 본문에서 참조로 포함된다.
본 발명은 특허 청구 범위 1항의 전제부에 따른 광전 소자 및 그러한 광전 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
미국 특허 제5,040,868호에는 발광 광전 소자가 개시되어 있다. 상기 소자는 커버를 구비한 하우징 기본 몸체를 포함하며, 상기 커버는 리드프레임의 2개의 전기적 도전로들을 변형하고, 리세스를 포함하며, 상기 리세스에 전자기 복사를 방출하는 발광 다이오드칩이 전기 전도적으로, 그리고 기계적으로 실장된다. 리세스는 복사 투과성인 캐스팅 성형용 컴파운드로 캐스팅되고, 상기 컴파운드를 통해 발광 다이오드칩으로부터 전자기 복사의 아웃 커플링이 개선되며, 발광 다이오드칩이 외부의 영향으로부터 보호받는다. 개시된 실시예에 따르면, 하우징 기본 몸체의 커버는 고 반사성 플라스틱으로 구성된다.
본 발명의 과제는, 서두에 언급한 종류의 대안적 광전 소자를 제공하되, 특수한 응용의 경우에 종래의 소자에 비해 이점이 있는 소자를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 그러한 광전 소자의 제조 방법을 제공하는 것이기도 하다.
상기 과제는 독립 청구항들에 따른 광전 소자 및 방법을 통해 해결된다. 상기 소자 및 방법의 유리한 실시예들 및 바람직한 발전예들은 종속 청구항들의 주제이다.
제공되는 광전 소자는 유효 복사(useful radiation)를 방출한다. 상기 소자는 하우징 캐비티를 구비한 하우징 기본 몸체를 가진 하우징 및 상기 하우징 캐비티에 배치되는 발광 다이오드칩을 포함한다. 하우징 기본 몸체의 적어도 하나의 물질은 상기 하우징 몸체의 반사도를 감소시키기 위해 복사 흡수 입자들을 포함한다.
일부 응용예에서, 광전 소자의 하우징에서의 외부 광의 반사가 장애 요소로 작용할 수 있다. 이러한 반사의 세기는 복사 흡수 입자들이 기본 몸체 물질에 첨가됨으로써 현저히 감소할 수 있다. 복사 흡수 입자들이 기본 몸체 물질에 삽입됨으로써 매우 양호한 흡수 효과가 나타날 수 있다.
기본적으로, 상기 효과는, 예를 들면 복사 투과성 및/또는 고 반사성인 하우징 기본 몸체가 예를 들면 검은색의 층과 같은 복사 흡수층을 외면에만 구비한 경우에 비해 더 나을 수 있다. 특히, 상기와 같이 기본 몸체상에 마련되는 복사 흡수층은 생략될 수 있다. 또는, 적어도 소자의 외면 부분들에서 기본 몸체에 복사 흡수층이 더 구비될 수 있다.
소자의 다른 실시예에 따르면, 하우징은 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질을 추가적 또는 대안적으로 포함하고, 상기 하우징 물질은 하우징의 반사도를 감소시키기 위해 복사 흡수 입자들을 포함한다. 하우징 물질뿐만 아니라 기본 몸체 물질도 복사 흡수 입자들을 포함하는 경우, 상기 물질들을 위해 동일하거나 서로 다른 복사 흡수 입자들이 사용될 수 있다.
본 출원과 관련하여 "복사 흡수 입자들"이란, 발광 다이오드로부터 방출되는 제1 파장 영역의 복사를 흡수하고, 상기 복사에 의해 여기되어, 제1 파장 영역과 다른 제2 파장 영역의 전자기 복사를 방출하는 발광체를 의미하지 않는다. 바꾸어 말하면, 복사 흡수 입자들은 소자의 전자기 유효 복사를 흡수하는 한 광학적 복사를 재방출하지 않는다. 그에 반해, 복사 흡수 입자들이 유효 복사를 흡수할 뿐만 아니라 부분적으로 산란시킬 수도 있다.
일 실시예에 따르면, 하우징 물질뿐만 아니라 기본 몸체 물질에도 복사 흡수 입자들이 포함된 경우, 기본 몸체 물질에서의 복사 흡수 입자들의 농도가 복사 투과 하우징 물질에서의 농도보다 크다. 일 실시예에서, 상기 농도는 적어도 2배로 크며, 다른 실시예에서는, 기본 몸체 물질에서의 농도가 하우징 물질에서의 농도에 비해 적어도 5배만큼 크다.
다른 실시예에 따르면, 적어도 하나의 다른 발광 다이오드칩 또는 적어도 2개의 다른 발광 다이오드칩이 하우징 캐비티에 더 배치된다. 하우징 캐비티에 배치된 발광 다이오드칩은 실질적으로 동일한 파장 스펙트럼의 전자기 복사를 방출하는 동일한 종류의 칩을 말할 수 있다. 대안적으로, 발광 다이오드칩들 중 적어도 하나는 서로 다른 종류이며, 동작 시 나머지 발광 다이오드칩의 방출 스펙트럼과 다른 파장 스펙트럼의 전자기 복사를 방출한다. 또한, 모든 발광 다이오드칩이 서로 다른 방출 스펙트럼을 가질 수 있다. 소자의 실시예에서, 모든 발광 다이오드칩은 동작 시 전자기 복사를 방출하며, 상기 전자기 복사의 적어도 일부분은 육안으로 인지될 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 소자의 경우, 하우징 캐비티에 유효 복사의 산란을 위한 산란 입자들이 배치된다. 추가적 또는 대안적으로, 유효 복사의 산란을 위한 산란 입자들은 상기 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질에 포함된다. 산란 입자들은 당 분야에 디퓨저(diffuser) 입자로 불린다. 상기와 같은 산란 입자들을 통해, 광전 소자의 복사 특성이 더 균일해진다. 특히, 산란 입자를 포함하지 않은 소자에 비해, 산란 입자를 포함하는 광전 소자는 더욱 효과적인 방출면을 갖게 된다.
산란 입자들과 복사 흡수 입자들을 조합하여, 한편으로는 외부 복사에 대한 반사도를 감소시키고, 다른 한편으로는 일부 응용에 있어 유리한 유효 복사 출사 특성을 구현할 수 있다. 상기와 같은 조합 시, 산란 입자들 및 복사 흡수 입자들은 상호 작용한다.
소자의 다른 실시예에 따르면, 기본 몸체 물질의 복사 흡수 입자들은 유효 복사의 일부 또는 전체의 파장 스펙트럼을 흡수한다. 일 실시예에서, 유효 복사의 파장 스펙트럼은 육안을 위해 가시적인 영역을 포함한다. 추가적 또는 대안적으로, 기본 몸체 물질의 복사 흡수 입자들은 동작 시 발광 다이오드칩 또는 발광 다이오드칩들로부터 방출되는 복사의 일부 또는 전체의 파장 스펙트럼을 흡수한다.
또 다른 실시예에 따르면, 하우징 물질의 복사 흡수 입자들은 유효 복사 및/또는 발광 다이오드칩의 일부 또는 전체의 파장 스펙트럼 영역에 대해 흡수 역할을 한다.
소자의 일 실시예에서, 유효 복사의 전체 스펙트럼에서 기본 몸체 물질 및/또는 하우징 물질의 복사 흡수 입자들의 흡수 계수는 10% 미만으로 변화된다. 특히, 관련 파장 영역에서 상기 입자들은 흡수와 관련하여 근소한 정도의 파장 종속성을 가진다.
소자의 다른 실시예에서, 하우징 물질 및/또는 기본 몸체 물질의 복사 흡수 입자들은 그을음을 포함한다. 일반적으로, 그을음은 연소 공정의 부산물로 알려져있다. 또한, 그을음은 산업적으로 제조되기도 하며, 색소, 특히 보강 충전제로서 자동차 타이어에 사용된다. 일반적으로, 그을음의 흡수 거동은 상대적으로 높은 파장 종속성을 가지며, 이는 특히 가시광인 경우에 그러하다. 그러나, 특정한 형의 그을음은 가시적 파장 영역에서 흡수 거동과 관련하여 매우 낮은 파장 종속성을 가지는 것으로 확인되었다.
카본 블랙은 다양하게 정의된 기술적 특성을 갖고 제조된다. 그을음은 복수 개의 1차 입자들로 구성된 응집체 형태로 제공된다. 복사 흡수 입자로서 응용되는 경우, 1차 입자 크기가 매우 작은 그을음이 특히 적합하다. 이를 위해, 콤팩트한 응집체 구조를 가진 카본 블랙이 사용되는 것이 유리할 수 있다. 상기와 같은 그을음 종류는 당 분야에서 영문 표현으로 "LSCB(low structure carbon black)"라 한다. 소자의 일 실시예에서, 상기 응집체는 1 ㎛이하의 평균 범위를 가진다.
소자의 또 다른 실시예에 따르면, 하우징 물질 및/또는 기본 몸체 물질의 복사 흡수 입자들은 전기 절연성이다. 따라서, 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질은 발광 다이오드칩에 직접 접할 수 있으며, 이 때 전기 전도 입자들에 의한 단락 형성의 위험은 없다. 대안적으로, 전기 전도 입자들이 사용될 수도 있다. 하우징 물질에서 상기 입자들의 농도가 충분히 낮은 경우, 단락 형성의 위험은 적어도 가능한 한 방지될 수 있다. 이 때, 최대 농도는 응집체 크기에 의존한다. 단락 형성의 위험이 동일한 경우, 일반적인 그을음 입자들에 비해 응집체 크기가 작은 LSCB는 더 높은 농도로 사용될 수 있다.
일반적으로, 하우징 물질 및/또는 기본 몸체 물질의 복사 흡수 입자들은 100 nm이하의 평균 입자 직경을 가지는 것이 유리하다(입자 평균). 상기와 같은 작은 입자는 하우징 물질에서 매우 양호하게 분산된다. 소자의 실시예에서, 그을음의 경우, 집합체(agglomerate)의 1차 입자들은 상기와 같은 작은 평균 입자 직경을 가진다.
또 다른 실시예에 따르면, 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질 및/또는 기본 몸체 물질은 캐스팅용 컴파운드 또는 압축용 컴파운드를 포함한다. 상기와 같은 물질들을 이용하면 소정의 형태 및 규격을 가진 하우징 부분들이 제조된다. 캐스팅용 컴파운드를 부어, 예를 들면 사출 성형 방법으로 성형한다. 압축용 컴파운드는 이송 성형 방법으로 가공될 수 있다.
적합한 실시예에서, 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질은 에폭시 수지, 아크릴레이트, 실리콘, 열 가소성 물질 및 상기 물질들 중 적어도 하나의 물질과의 하이브리드 물질로 구성된 군으로부터의 적어도 하나의 물질을 포함한다. 기본적으로, 다른 종류의 하이브리드 물질도 사용될 수 있으며, 즉, 에폭시 수지, 아크릴레이트, 실리콘 및 열 가소성 물질 중 어느 것도 포함하지 않는 하이브리드 물질도 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 발광 다이오드칩은 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질을 이용하여 봉지되거나 변형된다. 특히, 하우징 물질은 발광 다이오드칩에 직접 접할 수 있다.
소자의 일 실시예에서, 하우징 캐비티는 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질로 적어도 부분적으로 채워진다. 바람직하게는, 유효 복사에 대해 투과성인 컴파운드를 캐스팅하여 하우징 캐비티를 충전한다.
소자의 또 다른 실시예에서, 소자는 외면을 구비한 하우징 몸체를 포함한다. 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질은 적어도 하우징 몸체의 외면에 마련된다.
하우징 몸체의 외면에 마련된 하우징 물질은 필름 형태인 것이 적합할 수 있다. 상기 필름은 예를 들면 라미네이팅 또는 접착제를 이용하여 하우징 몸체의 외면상에 고정된다. 필름은 일정한 두께를 가지는 것이 유리하다. 상기 필름은 연성(flexible)으로 실시되는 것이 적합하다. 대안적으로, 필름의 두께는 가변적일 수 있다. 예를 들면, 필름이 일정한 두께를 가지도록 구조화될 수 있다.
추가적 또는 대안적으로, 복사 흡수성 입자들을 포함한 필름이 하우징 물질로서 사용될 수 있다.
유효 복사를 방출하는 광전 소자의 제조 방법이 제공된다. 상기 제조 방법에서, 하우징 캐비티 및 기본 몸체 물질을 포함한 하우징 몸체를 준비하거나 제조하고, 이 때 상기 기본 몸체 물질에는 목적에 맞게 복사 흡수 입자들을 포함시킨다. 또한, 발광 다이오드칩을 준비한다. 발광 다이오드칩을 하우징 캐비티에 실장한다.
방법의 일 실시예에서, 유효 복사에 대해 투과성인 물질을 더 준비하며, 상기 물질은 목적에 맞게 복사 흡수 입자들을 포함한다. 이어서, 발광 다이오드칩으로부터 동작 시 방출될 수 있는 전자기 복사의 빔 경로에 상기 유효 복사 투과성인 물질을 배치한다.
다른 실시예에 따르면, 유효 복사에 대해 투과성인 물질의 적어도 일 부분을 하우징 캐비티에 배치한다. 일 실시예에 따르면, 발광 다이오드칩을 유효 복사에 대해 투과성인 물질로 봉지하거나 변형한다.
방법의 또 다른 실시예에서, 발광 다이오드칩 및 하우징 기본 몸체를 포함한소자를 준비한다. 유효 복사에 대해 투과성인 컴파운드의 적어도 일 부분을 하우징 몸체의 외면에 마련한다.
또 다른 실시예에 따르면, 유효 복사에 대해 투과성인 물질의 적어도 일 부분을 하우징 몸체의 외면에 마련하기 전에 예비 제조된 물질층의 형태로 준비한다. 추가적 또는 대안적으로, 유효 복사에 대해 투과성인 물질의 적어도 일 부분을 하우징의 외면에 마련하기 전에 필름의 형태로 준비한다.
이하, 상기 소자 및 방법의 다른 이점들, 바람직한 실시예들 및 발전예들은 도면들과 관련하여 설명된 실시예들에 제공된다.
도 1은 광전 소자의 제1 실시예의 개략적 단면도이다.
도 2는 광전 소자의 제2 실시예의 개략적 단면도이다.
도 3은 광전 소자의 제3 실시예의 개략적 단면도이다.
도 4는 복사 투과성 하우징 물질에서의 복사 흡수 입자들의 농도에 의존하는 다양한 광전 소자들의 상대적 복사 세기를 나타낸 다이어그램이다.
도 5는 광전 소자의 제4 실시예의 개략적 평면도이다.
실시예들 및 도면들에서 동일하거나 동일하게 작용하는 요소들은 각각 동일한 참조 번호를 가진다. 도시된 요소들 및 상기 요소들의 서로 간 크기 비율은 반드시 축척에 맞는 것으로 볼 수 없다. 오히려, 도면들의 일부 상세 내용은 더 나은 이해를 위해 과장되어 확대 도시되어 있다.
도 1에 도시된 광전 소자에서, 발광 다이오드칩(1)은 예를 들면 금속 땜납 또는 접착제와 같은 전기 전도 결합 수단을 이용하여 후방 접촉(11)에서 리드 프레임의 제1 전기 연결부(2)에 고정된다. 후방 접촉(11)과 반대 방향에 있는 측에서, 발광 다이오드칩(1)은 전방 접촉(12)을 포함하고, 상기 전방 접촉은 본딩 와이어(14)를 이용하여 리드 프레임의 제2 전기적 연결부(3)와 전기 전도적으로 연결된다.
발광 다이오드칩(1) 및 본딩 와이어(14)의 자유 표면들은 하우징 물질(5)에 의해 직접적으로 둘러싸이며, 상기 하우징 물질은 발광 다이오드칩(1)의 동작 시 상기 칩으로부터 방출된 전자기 복사에 대해 투과성이다. 하우징 물질(5)은 예를 들면 70 중량퍼센트보다 많은 에폭시 캐스팅 수지를 갖는 수지 캐스팅용 컴파운드이다. 또한, 수지 캐스팅용 컴파운드는 예를 들면 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, Tegopren 6875-45 및 Aerosil 200과 같은 다른 첨가물도 더 포함할 수 있다.
대안적 또는 추가적으로, 하우징 물질(5)은 예를 들면 적어도 하나의 하이브리드 물질을 포함한다. 하이브리드 물질을 이용하면, 다양한 물질의 긍정적 특성이 서로 조합될 수 있다. 이를 통해, 예를 들면 물질의 부정적 특성이 약화되거나 제거될 수 있다. 예를 들면 폴리머 하이브리드 물질이 사용된다. 하이브리드 물질로는 예를 들면 실리콘-개질 에폭시 수지가 고려되며, 상기 수지는 자외선 광의 작용 시 종래의 에폭시 수지보다 더 시효 안정적이나, 그 외에 실질적으로 종래의 에폭시 수지의 긍정적 물리적 특성도 갖고 있다. 적어도 하나의 에폭시 수지 및 적어도 하나의 실리콘들이 서로 혼합될 수 있다. 상기와 같은 적합한 하이브리드 물질들을 위한 예는 US 2002/0192477 A1 또는 US 2005/0129957 A1에 제공되어 있으며, 이의 개시 내용은 본문에서 참조로 포함된다.
실리콘과 아크릴레이트를 조합하거나 실리콘과 아크릴레이트 및 에폭시 수지를 조합할 수 있다. 물론, 하이브리드 물질을 사용하지 않고, 예를 들면 아크릴레이트, 실리콘 또는 열 가소성 물질을 하우징 물질(5)의 성분으로 사용할 수 있다.
예를 들면 복사 흡수 입자들(61)이 수지 캐스팅용 컴파운드(5)에 혼합된다.
도 1에 도시된 광전 소자의 실시예는 리세스(9)를 구비한 하우징 기본 몸 체(8)를 포함한다. 발광 다이오드칩(1)은 상기 리세스에서 리드 프레임의 제1 전기 연결부(2)상에 안착된다. 리세스(9)는 하우징 물질(5)로 채워지며, 상기 하우징 물질은 소자로부터 방출된 유효 복사에 대해 투과성이다.
하우징 기본 몸체(8)는 예를 들면 사출 성형 방법을 이용하여 형성되며, 이는 발광 다이오드칩(1)이 실장되기 전에 수행될 수 있다. 기본 몸체 물질은 예를 들면 폴리프탈아미드(PPA)를 포함하고, 일 실시예에서 유리 섬유 및/또는 미네랄 성분으로 채워질 수 있다. 상기 물질은 복사 흡수 입자들(62)을 포함한다.
복사 투과성 하우징 물질(5) 및/또는 기본 몸체(8)의 물질의 복사 흡수성 입자들(61, 62)은 예를 들면 산업적으로 제조되어 소정의 기술적 특징을 갖는 그을음을 말한다. 그을음 입자들은 복수 개의 1차 입자들로 구성되며, 상기 1차 입자들은 응집체 구조를 함께 형성한다. 응집체 구조는 가능한 한 콤팩트한 것이 바람직하다.
그을음 입자들의 1차 입자들은 100 nm이하의 평균 직경을 가진다. 예를 들면, 평균 직경은 50 내지 60 nm이다. 평균 직경이란 측정한 직경의 입자 평균을 의미한다. 응집체는 1 ㎛이하의 평균 직경을 가진다. 적합한 카본 블랙은 예를 들면 Degussa 사에서 제조되어 시판중인 "Printex 25"이다. 이 때, 소위 콤팩트한 응집체 구조를 갖는 "LSCB(low structure carbon black)"를 말한다.
1차 입자들 및 응집체들의 입자 크기는 서로 다른 방법으로 결정될 수 있다. 두 크기는 예를 들면 투과형 전자 현미경(transmission electron microscope, TEM)을 이용하여 결정될 수 있다. 응집체 크기는 예를 들면 산란광-세기 측정을 이용 하여 산출될 수 있다. 1차 입자 크기를 결정하기 위해, 예를 들면 미분형 전기 이동도 분석기(differential mobility analyzer, DMA)가 적합한데, 상기 분석기는, 일반적으로 나노 단위의 에어로졸의 전기적 이동 직경을 결정하기 위해 사용된다. 해당 입자 직경을 산출하기 위한 상기와 같은 측정 방법 및 다른 가능한 측정 방법은 당업자에게 공지되어 있다.
예를 들면 길게 연장된 응집체 구조와 달리, 콤팩트한 응집체 구조들의 이점은, 상기 구조가 혼합된 물질의 전기 전도성에 미치는 영향이 더 낮다는 것이다. LSCB 입자가 소위 HSCB(high structure carbon black)보다 4배인 용적 농도일 때 비로서, 매트릭스 물질의 비전도성 상태에서 전도성 상태로 천이를 야기한다는 것을 나타낸 연구가 있다. LSCB 입자들의 경우, 상기 천이는 예를 들면 용적 농도가 약 40 볼륨퍼센트부터 시작되는 반면, HSCB 입자들의 경우 이미 10 볼륨퍼센트의 농도인 경우에도 시작될 수 있다. 염을 포함함으로써, 상기 천이는 더 낮은 농도로 이동할 수 있다.
종종, 그을음 응집체들로 이루어진 집합체의 크기는 수 마이크로미터 또는 수십 마이크로 미터의 자릿수를 가질 수 있다. 상기와 같은 집합체는 가능한 한 방지되어야 한다. 그을음 입자를 경화되지 않은 수지 캐스팅용 컴파운드에 혼합하는 경우, 상기 그을음 입자는 매우 높은 속도로 동작하는 회전 혼합기를 이용하여 균일하게 삽입된다. 이러한 삽입 공정 시 큰 절단력이 발생하고, 상기 절단력은 일부의 집합체를 적어도 대부분 절단시킨다.
복사 흡수 입자들(61)은 예를 들면 0.01 중량퍼센트보다 크고, 0.06 중량퍼 센트 이하인 농도로 하우징 물질(5)에 혼합된다. 특히, 상기 농도는 0.04 중량퍼센트이하일 수 있다.
기본 몸체(8)의 물질에서 복사 흡수 입자들(62)의 농도는 예를 들면 하우징 물질(5)에서의 복사 흡수 입자들(61)의 농도보다 높다. 기본 몸체 물질에서 상기 농도는 예를 들면 0.1 중량퍼센트이상 및 20 중량퍼센트이하이며, 바람직하게는 0.2 중량퍼센트 내지 10 중량퍼센트이다.
그을음 입자들에 대해 대안적 또는 추가적으로, 하우징 물질(5) 및/또는 기본 몸체의 복사 흡수 입자들은 예를 들면 흑연 입자들을 포함할 수 있다.
하우징 물질(5)에 산란 입자들(16)이 더 혼합된다. 산란 입자들(16)의 농도는 예를 들면 최대 10 중량퍼센트이다. 상기 농도는 0.1 중량퍼센트이상 내지 5 중량퍼센트의 값, 특히 0.75 중량퍼센트 내지 4 중량퍼센트의 값을 가질 때가 유리하다. 예를 들면, 산란 입자들의 농도는 약 1.25 중량퍼센트 또는 3 중량퍼센트이다.
산란 입자들은 예를 들면 CaF-입자들 및/또는 TiO2-입자들을 포함하거나, 그러한 입자들로 구성된다. 이는 물론 산란 입자들을 위해 가능한 유일한 입자들을 나타내지는 않는다. 광전 공학 내지 광학 분야의 당업자라면 목적에 맞는 산란 입자들을 문제없이 찾을 것이며, 상기 입자들의 크기 및 물질 조성은 특히 산란되어야 할 복사의 파장에 의존할 수 있다. 적합한 디퓨저 입자들의 선택은 발광 다이오드칩(1)에 의해 방출되거나 수신될 전자기 복사의 파장에 의존할 것이다.
상기와 같은 산란 입자들(16)을 이용하면, 상기 입자들이 발광 다이오드칩들로부터 방출된 복사에만 영향을 미칠 뿐만 아니라, 외부로부터 입사되는 외부 복사에도 영향을 미친다는 이점이 있다. 산란 입자들(16) 없이 투명한(clear) 수지 캐스팅용 컴파운드와 달리, 외부 복사는 재반사되는 것이 아니라 확산 반사된다. 따라서, 복사 흡수 입자들뿐만 아니라, 추가적 또는 대안적으로 산란 입자들(16)에 의해서도 소자의 콘트라스트가 개선될 수 있다.
하우징의 반사도를 줄임으로써, 소자에서 예를 들면 장애 요소적인 태양광 반사가 감소될 수 있다.
발광 다이오드칩은 예를 들면 질화물 화합물 반도체 물질계인 반도체 층 시퀀스(7)를 포함한다. 질화물 화합물 반도체 물질들은 질소를 포함하며, 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1인 InxAlyGa1-x-yN의 체계로 이루어진 화합물 반도체 물질들이다. 질화물 화합물 반도체 물질계인 복사 방출 발광 다이오드칩에는, 특히, 반도체 층 시퀀스(7)가 질화물 화합물 반도체 물질계의 물질을 함유하는 적어도 하나의 개별층을 포함하는 발광 다이오드칩이 해당한다.
대안적으로, 반도체 층 시퀀스(7)는 예를 들면 인화물 화합물 반도체 물질계 또는 비화물 화합물 반도체 물질계이다. 이에 해당하는 물질은 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1인 InxAlyGa1 -x- yP계 또는 0≤x≤1, 0≤y≤1, x+y≤1인 InxAlyGa1 -x- yAs계 물질들이다.
반도체 층 시퀀스(7)는 예를 들면 종래의 pn 접합, 이중 이종 구조, 단일 양 자 우물 구조(SQW-구조) 또는 다중 양자 우물 구조(MQW-구조)를 포함할 수 있다. 이러한 구조들은 당업자에게 공지되어 있으므로 이 부분에서 더 이상 설명하지 않는다.
도 2 및 도 3에서 확인할 수 있는 소자의 실시예는 도 1에 따라 설명된 상기 실시예에 비해, 하우징 기본 몸체(8)의 리세스(9)가 각각 복사 흡수 입자들을 포함하지 않은 충전재(15)로 채워진다는 점에서 구분된다. 리세스(9)는 예를 들면 충전재(15)로 채워져서, 상기 리세스(9)에 실장된 발광 다이오드칩(1)은 하우징 물질(15)로 봉지된다.
내부 충전재(15)는 예를 들면 발광 다이오드 기술에서 종래에 사용된 에폭시 수지, 실리콘 수지 또는 아크릴 수지나 예를 들면 무기 유리와 같은 다른 적합한 복사 투과 물질로 구성된다. 도 2를 참조하면, 충전재(15)는 예를 들면 산란 입자들(16)을 포함한다.
이러한 충전재(15)상에 하우징 물질(5)이 마련되고, 상기 하우징 물질은 복사 흡수 입자들(61)을 포함한다. 하우징 물질(5) 및 복사 흡수 입자들은 도 1과 관련하여 설명된 상기 실시예와 같이 구성될 수 있다. 이는 하우징 기본 몸체(8) 및 상기 몸체 내에 포함된 복사 흡수 입자들(62)의 경우에도 동일하게 해당된다. 도 2 또는 도 3을 참조하면, 하우징 기본 몸체(8)는 예를 들면 발광 다이오드칩(1)과 반대 방향에 있는 전기 연결부의 측에서 복사 흡수 입자들(61)을 포함하지 않는다.
도 2 또는 도 3에 도시된 실시예에 대한 대안으로서, 발광 다이오드칩(1)을 직접 둘러싸는 하우징 부분은 복사 흡수 입자들(61)을 포함할 수 있고, 상기 부분상에 다시 투명한 충전재가 마련될 수 있으며, 상기 충전재는 복사 흡수 입자들을 포함하지 않는다.
도 2 및 도 3에 도시된 소자에서, 하우징 기본 몸체(8) 및 충전재(15)는 하우징 몸체를 형성한다. 이러한 하우징 몸체의 외면에 또 다른 하우징 물질(5)이 더 마련된다.
도 2에 도시된 소자에서, 복사 흡수 입자들(6)을 포함하는 하우징 물질(5)은 하우징 몸체(8, 15)의 외면에서 층의 형태로 마련된다. 소자의 제조 시, 하우징 물질(5)은 하우징 몸체(8, 15)의 외면에 마련되기 전에, 예를 들면 일정한 두께를 가지며 예비 제조된 층으로서 준비될 수 있다. 상기 마련 단계는 예를 들면 접착제 또는 라미네이팅을 이용한다. 특히, 층의 형태인 하우징 물질(5)은 필름으로서 준비될 수 있고, 상기 필름은 연성이어서, 하우징 몸체의 평편하지 않은 외면에도 마련된다. 상기 마련 이후, 상기 필름은 예를 들면 경화되어 본래의 연성을 상실할 수 있다.
평편하지 않은 외면을 가진 하우징 몸체(8, 15)는 예를 들면 도 3에 도시되어 있다. 상기 외면에 예를 들면 필름으로 형성되며 복사 흡수 입자들(6)을 포함한 하우징 물질(5)이 마련된다. 그러나 이러한 가능성은 도 3에 도시되어 있지 않다. 도시된 실시예에서, 리세스(9)는 부분적으로만 충전재(15)로 채워진다. 이러한 하우징 물질(15)의 외면은 오목형 만곡부를 포함하여, 수조형 또는 대야형의 함몰부를 형성한다. 이러한 함몰부에 복사 흡수 입자들(6)을 포함한 하우징 물질(5)이 채워진다. 함몰부의 충전 단계는, 예를 들면 하우징 물질(5)을 경화되지 않은 컴파운드 형태로 준비하고, 충전재(15)의 외면으로 형성된 상기 함몰부에 상기 컴파운드를 캐스팅한 후, 상기 하우징 물질(5)을 경화시킴으로써 수행한다.
도 3에 도시된 소자에서, 하우징 물질(5)은 층의 형태를 가지긴 하나, 일정한 두께를 갖지는 않는다. 소자의 광학적 축의 범위에서, 하우징 물질(5)은 예를 들면 최대 두께를 가지며, 상기 최대 두께는 소자의 광학 축과 거리가 커지면서 점차 작아진다. 상기와 같이 가변적 두께를 가진 하우징 물질층들(5)에 의해, 소자로부터 방출된 광 세기 또는 복사 세기뿐만 아니라, 소자의 복사 특성도 목적에 맞게 조절된다. 하우징 물질(5)의 두께 변화는 물론 기본적으로 임의적일 수 있으며, 경우에 따라서 소자 및 원하는 복사 특성에 맞춰진다.
도 3에 도시된 예에 대한 대안으로서, 하우징 물질층(5)이 외부 영역들에서는 중앙보다 더 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
모든 실시예들에서, 예를 들면 복사 흡수 입자들(61)을 포함한 하우징 물질의 이용에 대해 대안적 또는 추가적으로, 발광 다이오드칩이 복사 흡수 입자들을 함유한 필름을 포함할 수도 있다. 상기 필름은 예를 들면 실리콘 또는 에폭시 수지를 가진 하이브리드 물질을 포함한다. 복사 흡수 입자들은 상기에 이미 기술된 바와 같이 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 측정 결과는 도 1에 이미 기술된 바와 같이 실시된 광전 소자를 이용하여 얻은 것이다. 다양한 소자들에 대한 상대적 복사 세기(상대적 밝기) IV/IV0를 측정하였다. 도 4에서, 측정 결과는 하우징 물질(5)에서 복사 흡수 입자들의 농도(conc)에 따른 그래프로 나타내며, 이 때 상기 농도는 중량퍼센트로 제공된다.
3개의 서로 다른 일련의 측정을 수행하였으며, 여기서 각각 하우징 물질(5)에 포함된 산란 입자들(16)의 농도는 실질적으로 일정하다. 제1 측정에서, 하우징 물질(5)에는 산란 입자들이 포함되어 있지 않다. 제2 측정에서 약 5 중량퍼센트의 산란 입자들이 하우징 물질(5)에 포함되며, 제3 측정에서 약 10 중량퍼센트의 산란 입자들이 하우징 물질(5)에 포함된다.
복사 흡수 입자들의 수가 동일한 경우, 복사 세기는 산란 입자들의 수가 증가할 때 감소하는 것으로 확인되었다. 마찬가지로, 산란 입자들의 수가 동일한 경우, 복사 세기는 복사 흡수 입자들의 수가 증가할 때 감소하였다.
상기 소자에서, 방출된 복사 세기에 있어서, 산란 입자들에 의해 복사 특성은 더 균일해지고, 복사 흡수 입자들에 의해 외부로부터의 외부 복사의 반사도는 현저히 낮아진다. 상기와 같은 소자는, 절대 복사 세기가 중요한 경우뿐만 아니라, 특히 소자의 동작 시 및 비 동작 시에 콘트라스트가 중요한 경우에 유리할 수 있다.
도 5는 리세스(9)에 3개의 발광 다이오드칩(1)이 배치된 소자의 평면도를 도시한다. 이에 상응하여, 하우징은 모두 6개의 전기 연결부들(2, 3)을 포함하고, 즉 3개의 제1 전기 연결부들(2) 및 3개의 제2 전기 연결부들(3)을 포함한다. 리세 스에서의 산란 입자들을 이용하여, 발광 다이오드칩(1)의 방출면이 별도로 인지되는 것을 방지할 수 있다. 발광 다이오드칩은 동일한 종류로, 또는 서로 다르게 형성될 수 있다.
본 발명은 실시예들에 따른 발명의 기술에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히 특허 청구 범위에서의 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라도 그러하다. 그을음 외에도, 기본적으로 소자에서 복사 흡수 입자들로 사용되기에 적합한 다양한 다른 물질들이 있다.

Claims (21)

  1. 유효 복사를 방출하는 광전 소자에 있어서,
    기본 몸체 물질 및 하우징 캐비티를 구비한 하우징 기본 몸체, 및 상기 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질을 포함한 하우징; 및
    상기 하우징 캐비티에 배치된 발광 다이오드칩
    을 포함하고,
    상기 하우징 물질뿐만 아니라 상기 기본 몸체 물질도 반사도를 줄이기 위한 목적으로 복사 흡수 입자들을 포함하고,
    상기 하우징 물질 및 상기 기본 몸체 물질의 복사 흡수 입자는 그을음을 포함하고,
    상기 그을음은 콤팩트한 응집체 구조를 구비한 카본 블랙(LSCB, "low structure carbon black")인 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    적어도 하나의 추가 발광 다이오드칩이 상기 하우징 캐비티에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징 캐비티에 상기 유효 복사의 산란을 위한 산란 입자가 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유효 복사의 산란을 위한 산란 입자는 상기 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질에 포함되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징 물질 및/또는 상기 기본 몸체 물질의 복사 흡수 입자는 상기 유효 복사의 전체 파장 스펙트럼 또는 상기 파장 스펙트럼의 일부를 흡수하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징 물질 및/또는 상기 기본 몸체 물질의 복사 흡수 입자는 상기 발광 다이오드칩의 동작 시 상기 칩으로부터 방출되는 복사의 전체 파장 스펙트럼 또는 상기 파장 스펙트럼의 일부를 흡수하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질 및/또는 상기 기본 몸체 물질은 캐스팅용 컴파운드 또는 압축용 컴파운드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질은 에폭시 수지, 아크릴레이트, 실리콘, 열 가소성 물질 및 상기 물질들 중 적어도 하나를 가진 하이브리드 물질로 구성되는 군으로부터의 적어도 하나의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 콤팩트한 응집체 구조를 구비한 카본 블랙은 복수 개의 1차 입자들로 구성된 응집체를 포함하고,
    상기 응집체는 1㎛ 이하의 평균 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  10. 청구항 9 항에 있어서,
    상기 1차 입자는 100 nm이하의 평균 입자 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징 물질 및/또는 상기 기본 몸체 물질의 복사 흡수 입자들의 흡수 계수는 상기 유효 복사의 전체 스펙트럼에서 10% 미만으로 변화하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 하우징 캐비티는 상기 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질로 적어도 부분적으로 채워지는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 발광 다이오드칩은 상기 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질을 이용하여 봉지되거나 변형되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 유효 복사에 대해 투과성인 하우징 물질은 상기 하우징 기본 몸체의 외면에 적어도 부분적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  15. 유효 복사를 방출하는 광전 소자의 제조 방법에 있어서,
    하우징 캐비티, 및 목적에 따라 복사 흡수 입자들이 혼합된 기본 몸체 물질을 포함하는 하우징 기본 몸체를 제조하거나 준비하는 단계;
    적어도 하나의 발광 다이오드칩을 준비하는 단계;
    상기 유효 복사에 대해 투과성이면서 목적에 따라 복사 흡수 입자들이 혼합된 물질을 준비하는 단계;
    상기 하우징 캐비티에 상기 발광 다이오드칩을 실장하는 단계; 및
    상기 유효 복사에 대해 투과성인 물질을 상기 발광 다이오드칩의 동작 시 상기 칩으로부터 방출될 전자기 복사의 빔 경로에 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 하우징 물질 및 상기 기본 몸체 물질의 상기 복사 흡수 입자는 그을음을 포함하고,
    상기 그을음은 콤팩트한 응집체 구조를 구비한 카본 블랙(LSCB, "low structure carbon black")인 것을 특징으로 하는 광전 소자의 제조 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 유효 복사에 대해 투과성인 물질의 적어도 일 부분을 상기 하우징 캐비티에 배치하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 발광 다이오드칩을 상기 유효 복사에 대해 투과성인 물질로 봉지하거나 변형시키는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  18. 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드칩 및 상기 하우징 기본 몸체를 포함한 소자를 준비하고, 상기 유효 복사에 대해 투과성인 컴파운드의 적어도 일 부분을 상기 하우징의 외면에 마련하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 유효 복사에 대해 투과성인 물질의 적어도 일 부분을 상기 외면에 마련하기 전에 예비 제조된 물질층의 형태로 준비하는 것을 특징으로 하는 광전 소자의 제조 방법.
  20. 청구항 15 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 콤팩트한 응집체 구조를 구비한 카본 블랙은 복수 개의 1차 입자들로 구성된 응집체를 포함하고,
    상기 응집체는 1㎛ 이하의 평균 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 광전 소자의 제조 방법.
  21. 청구항 20 항에 있어서,
    상기 1차 입자는 100 nm이하의 평균 입자 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 광전 소자의 제조 방법.
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