KR20080040788A - 광전 소자 - Google Patents

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KR20080040788A
KR20080040788A KR1020087007486A KR20087007486A KR20080040788A KR 20080040788 A KR20080040788 A KR 20080040788A KR 1020087007486 A KR1020087007486 A KR 1020087007486A KR 20087007486 A KR20087007486 A KR 20087007486A KR 20080040788 A KR20080040788 A KR 20080040788A
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허벌트 브루너
키르스틴 피터센
조그 스트라우스
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 광전 소자에 관한 것으로, 상기 소자는 광전 소자의 구동 중에 제1 파장의 전자기파를 방출하는 반도체 몸체(3) 및 반도체 몸체(3)의 방사 방향으로 상기 반도체 몸체와 이격하여 배치된 별도의 광학 부재(9)를 포함한다. 상기 광학 부재(9)는 적어도 하나의 제1 파장 변환 물질(10)을 포함하고, 상기 파장 변환 물질은 제1 파장의 광을 상기 제1 파장과 구분되는 제2 파장의 광으로 변환시킨다.
파장 변환 물질, 방사 특성, 광학 부재, 혼합 광, CIE-표색계

Description

광전 소자{OPTOELECTRONIC COMPONENT}
본 발명은 파장 변환 물질을 포함한 광전 소자에 관한 것이다.
파장 변환 물질을 포함한 광 방출성 광전 소자는 예컨대 국제 특허 WO 97/50132 에 기재된 바 있다. 상기와 같은 광전 소자는 구동 중에 전자기파를 방출하는 반도체 몸체 및, 상기 반도체 몸체의 커버(cover)에 삽입되거나, 반도체 몸체 위에 있는 소정의 층에 배치된 파장 변환 물질을 포함한다. 파장 변환 물질은 반도체 몸체로부터 방출된 전자기파의 일부를 또 다른 파장, 일반적으로 더 큰 파장으로 변환시켜서, 소자로 하여금 혼합 광을 방출하도록 한다.
예컨대 독일 특허 DE 102 61 428에 기재된 바로는, 광 방출성 반도체 몸체에 서로 다른 파장 변환 물질을 가진 다수의 층들이 후속하여 배치됨으로써, 광 방출성 반도체 몸체로부터 방출되는 서로 다른 광은 서로 다른 파장 변환 층들을 이용하여 서로 다른 스펙트럼 영역을 가진 광으로 변환된다.
종래 기술에서는, 파장 변환 물질을 가진 광전 소자의 효율성을 개선하기 위해, 한편으로는 반도체 몸체 및 파장 변환 물질의 효율성을 증가시키고, 다른 한편으로는 이와 관련하여 소자 하우징(housing)의 기하학적 형태를 보다 양호하게 하는 것이 시도되었다.
본 발명의 과제는, 파장 변환 물질을 가진 광전 소자에 있어서, 보다 높은 효율성을 가진 소자를 제공하는 것에 있다. 본 발명의 또 다른 과제는, 고 효율성을 가지고 동시에 양호한 연색 지수(color rendering)를 가진 파장 변환 물질을 포함하는 광전 소자를 제공하는 것에 있다.
상기 과제는 특허 청구 범위 1항의 특징을 가지는 광전 소자로 인해 해결된다. 광전 소자의 바람직한 실시예는 종속 청구항 2항 내지 25항에 기재된다.
고 효율성을 가진 광전 소자는:
- 구동 중에 제1 파장의 전자기파를 방출하는 반도체 몸체 및
- 상기 반도체 몸체의 방사 방향으로 상기 몸체에 이격되어 후속 배치된, 별도의 광학 부재를 포함하고, 여기서 상기 광학 부재는 적어도 하나의 파장 변환 물질을 포함하여, 상기 물질은 제1 파장의 광으로 하여금 상기 제1 파장과 구분되는 제2 파장의 광으로 변환되도록 한다.
"이격되어"란 말은 광학 부재가 반도체 몸체로부터 공간적으로 분리되어 있다는 것을 의미하는 데, 이 때 반도체 몸체와 광학 부재 사이에 파장 변환 물질을 포함하지 않은 소정의 중간 공간이 형성된다.
광 방출성 반도체 몸체로부터 이격하여 배치된 광학 부재에 제1 파장 변환 물질이 포함되므로, 제1 파장 변환 물질도 광 방출성 반도체 몸체로부터 이격하여 배치된다. 이는, 반도체 몸체, 특히 상기 몸체의 광 방출성 전면측에서 예컨대 반도체 몸체의 커버 또는 층의 내부에 파장 변환 물질이 직접 인접하여 배치되는 광전 소자에 비해, 소자의 효율성이 비교적 증가된다. 그 밖에도, 파장 변환 물질이 광학 부재에 주입되는 것이 바람직한데, 상기 광학 부재는 빔 형성(beam formation)에 기여하고, 실질적으로 소자의 방사 특성을 결정한다. 따라서, 일반적으로, 방사 특성은 단순히 증가될 뿐만 아니라 균일하게도 될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에 따르면, 파장 변환 물질은 입자를 포함하고 광학 부재는 상기 입자가 매립된 매트릭스 물질을 포함한다. 반도체 몸체로부터 방출된 광 및 파장 변환 물질에 의해 변환된 광은 일반적으로 상기 입자들에서 산란되고, 파장 변환 물질은 광선을 임의의 방향으로 방출시키므로, 입자를 포함한 파장 변환 물질은 일반적으로 소자의 방사 특성의 균일화를 증가시킨다. 또한, 별도의 광학 부재 내에서 특정한 기하학적 형태를 가진 제1 파장 변환 물질의 입자를 반도체 몸체로부터 이격 하여 배치하는 것은, 파장 변환 물질이 반도체 몸체에 직접 인접하는 파장 변환 부재의 내부 즉 예컨대 층 또는 커버에 포함되는 경우에 비해, 상기 입자들에서 산란하여 반도체 몸체로 향하게 되고 그 자리에서 흡수되는 광선 특히 변환된 광선량이 적다.
바람직한 실시예에 따르면, 제1 파장은 자외선, 청색 및/또는 녹색 스펙트럼 영역에서 발생한다. 일반적으로, 파장 변환 물질은 광을 더 큰 파장으로 변환시키므로, 가시 광선 스펙트럼 영역 및 자외선 스펙트럼 영역의 단파 말단부의 파장들은, 파장 변환 물질과 결합하여 사용되기에 적합하다.
자외선, 청색 및/또는 녹색 광선을 방출하는 반도체 몸체는 바람직하게는 활성 층 시퀀스(layer sequence)를 포함하는데, 상기 층 시퀀스는 각 스펙트럼 영역에서 전자기파를 방출하는 데 적합하고, 질화물 또는 인화물을 기반으로 한 화합물 반도체 물질로 구성된다.
여기서, "질화물을 기반으로 한 화합물 반도체 물질"이란, 활성 층 시퀀스 또는 그 일부가 질화물-Ⅲ-화합물 반도체 물질, 바람직하게는 AlnGamInl -n- mN 을 포함하고, 이 때 0≤n≤1, 0≤m≤1, n+m≤1에 해당하는 것을 의미한다. 이 때, 상기 물질은 상기 수식에 따른 수학적으로 정확한 구성을 포함할 필요는 없다. 오히려 AlnGamInl -n- mN의 물리적 특성을 실질적으로 변화시키지 않는 단일 또는 다수의 도핑 성분 및 추가적인 구성 요소가 포함될 수 있다. 그러나, 결정 격자(Al, Ga, In, N)의 실질적인 구성 요소는 부분적으로 미량의 또 다른 물질로 대체될 수 있다고 하더라도 상기 수식을 포함하는 것이 간단하다.
여기서, "인화물을 기반으로 한 화합물 반도체 물질"이란, 활성 층 시퀀스 또는 그 일부가 인화물-Ⅲ-화합물 반도체 물질, 바람직하게는 AlnGamInl -n- mP 을 포함하고, 이 때 0≤n≤1, 0≤m≤1, n+m≤1에 해당하는 것을 의미한다. 이 때, 상기 물질은 상기 수식에 따른 수학적으로 정확한 구성을 포함할 필요는 없다. 오히려 AlnGamInl -n- mP의 물리적 특성을 실질적으로 변화시키지 않는 단일 또는 다수의 도핑 성분 및 추가적인 구성 요소가 포함될 수 있다. 그러나, 결정 격자(Al, Ga, In, P)의 실질적인 구성 요소는 부분적으로 미량의 또 다른 물질로 대체될 수 있다고 하더라도 상기 수식을 포함하는 것이 간단하다.
반도체 몸체의 활성 층 시퀀스는 바람직하게는 에피택시얼(epitaxial) 성장을 하고, 광을 발생시키기 위해 pn-접합부, 더블 이종 구조, 단일-양자 우물 또는 특히 바람직하게는 다중-양자 우물 구조(MQW)를 포함한다. 양자 우물 구조란 명칭은 양자화의 차원성에 대해 지시하진 않는다. 상기 명칭은 특히 양자 우물, 양자선, 양자점 및 상기 구조의 각 조합을 포괄한다.
예컨대, 발광 다이오드 칩(약어로-"LED-칩") 또는 박막 발광 다이오드 칩(약어로 "박막-LED-칩")을 반도체 몸체로서 사용할 수 있다. 그러나, 레이저 다이오드와 같이 소자에 적용하기에 적합한 또 다른 광 방출성 반도체 몸체도 가능하다.
박막-발광 다이오드-칩은 특히 이하의 특징들 중 적어도 하나를 포함한다:
- 광을 발생시키는 에피택시 층 시퀀스의 제1 주요(main) 면의 캐리어 부재를 향한 면에는, 반사층이 적층 또는 형성되고, 상기 반사층은 에피택시 층 시퀀스에서 발생하는 전자기파의 일부를 상기 층 시퀀스에 재반사하며,
- 에피택시 층 시퀀스의 두께는 20 ㎛ 이하, 특히 10 ㎛ 이하의 영역에 존재한다.
또한 바람직하게는, 에피택시 층 시퀀스는 혼합 구조를 가진 적어도 하나의 면을 가진 반도체 층을 포함하는데, 상기 혼합구조는 이상적인 경우에 에피택시 층 시퀀스에서 빛이 거의 에르고드적(ergodic)으로 분배되도록 유도하고, 상기 빛의 분배는 가능한한 에르고드적인 확률적 산란 처리를 포함한다.
박층-발광 다이오드 칩의 기본 원리는 예컨대 1993년 10월 18일, 아이 슈닛처 외 (I. Schnitzer et al.)가 쓴 Appl. Phys. Lett. 63(16),p2174-2176에 기재되어 있고, 이의 개시 내용은 본문에서 반복적으로 기재된다.
박막-발광 다이오드-칩은 근접하게 말하자면 람베르트(lambert) 단위의 표면 방사기이며, 예컨대 탐조등과 같은 광학 시스템의 적용에 적합하다.
제1 파장이 가시 광선 스펙트럼 영역에서 발생한다면, 소자는 다색의(polychrometic) 혼합광을 방출하는데, 상기 혼합광은 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광을 포함한다. "다색의 혼합광"이란 개념은 본문에서 다양한 색의 광선을 포함하는 혼합광을 의미한다. 특히 바람직하게는, 혼합광의 색 위치가 CIE-표색계의 백색 영역에 놓인다. 파장 변환 물질의 선택 및 농도에 따라, 색 위치가 백색 영역에 놓이는 소자가 제조된다.
특히 바람직하게는, 청색 스펙트럼 영역의 광선을 방출하는 반도체 몸체는 상기 청색의 광선을 황색 광선으로 변환시켜주는 파장 변환 물질과 결합한다. 이러한 방법으로, CIE-표색계의 백색 영역의 색 위치를 가진 혼합광을 방출하는 광전 소자가 달성된다.
그러나, 반도체 몸체가 예컨대 UV-영역으로부터 비-가시적 광선을 방출한다면, 상기 비 가시적 광선은 소자의 휘도에 기여하지 않으므로 가능한한 변환되어야 한다. 더욱이, UV-광선과 같은 단파의 광선은 인간의 눈에 부정적 영향을 끼칠 수 있다. 이러한 이유로, 상기와 같은 소자들에 있어서는, 소자가 단파의 광선을 방출하는 것을 방지해주는 처리 수단이 필요하다. 예컨대 흡수 입자 또는 반사 부재가 이러한 처리 수단이 될 수 있는데, 이들은 반도체 몸체의 방사 방향에서 제1 파장 변환 물질에 후속하여 배치되어, 예기치 않은 단파의 광선을 흡수하거나 상기 파장 변환 물질에 재반사한다.
이 지점에서 비록 구체적으로 설명하지 않더라도 말해두어야 할 것은, 반도체 몸체가 비 가시적 광선을 방출하는 경우에도 다색의 혼합광을 방출할 수 있다는 점이다. 이를 위해, 적어도 두 개의 서로 다른 파장 변환 물질이 사용되는데, 상기 변환 물질은 입사된 광선을 서로 다른 파장으로 변환시킨다. 반도체 몸체가 비 가시적 광선을 방출하는 경우, 상기 실시예는 비 가시적 광선을 제2의 파장으로 변환시키는 것에 비해 특히 바람직하다. 소자가 다수의 파장 변환 물질들을 포함한다면, 소자가 단파 광선을 방출하지 않도록 하는 처리 수단이 바람직하게는 반도체 몸체의 방사 방향에서 모든 파장 변환 물질에 후속하여 배치된다.
광전 소자의 바람직한 실시예에 따르면, 반도체 몸체는 커버를 구비하여, 상기 커버는 소자로부터 방출되는 광에 대해 투과성을 가진다. 여기서, 반도체 몸체는 소자의 하우징의 리세스(recess), 예컨대 리플렉터 터브(reflector tub) 내에 배치될 수 있다. 대안적으로, 반도체 몸체는 도체판 또는 도체판의 냉각 부재 위에 실장될 수 있다. 상기의 커버는, 한편으로는 반도체 몸체를 보호하고 다른 한편으로는 광학 부재와 반도체 몸체 사이의 중간 공간을 채움으로써 반도체 몸체로부터 광학 부재까지의 광선의 경로에서 굴절 균열이 감소하도록 하여, 경계면의 반사 작용으로 발생하는 광의 손실을 감소시킨다.
바람직하게는, 커버는 실리콘 물질, 에폭시 물질, 하이브리드 물질 또는 귤절률 조절 물질을 가지는 매트릭스 물질을 포함한다. 굴절률-조절 물질이란, 상기 물질의 굴절률이 그에 인접한 물질들의 굴절률의 사이값을 가지고, 본문에서 반도체 물질의 굴절률과 광학 부재의 매트릭스 물질의 굴절률의 사이값을 가지는 물질을 의미한다.
광전 소자의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 커버는 제1 파장 변환 물질과 구분되는 제2 파장 변환 물질을 포함한다. 제2 파장 변환 물질은 바람직하게는 제1 파장의 광을 제1 파장 및 제2 파장과 구분되는 제3 파장의 광으로 변환시키는데, 이 때 소자는 제2 파장과 제3 파장, 그리고 경우에 따라서 제1 파장의 혼합광을 방출한다.
제1 파장 변환 물질과 제2 파장 변환 물질을 공간적으로 서로 이격하여 배치함으로써, 이미 파장 변환 물질에 의해 변환된 광선이 또 다른 파장 변환 물질에 흡수되는 일이 감소한다. 이러한 위험은, 특히 파장 변환 물질이 광선을 또 다른 파장 변환 물질의 여기(excite) 파장에 근접해 있는 파장으로 변환시키는 경우 발생한다. 기재된 바에 따라 두 개의 파장 변환 물질을 배치하고 공간적으로 서로 분리시켜 놓는 것은, 소자의 효율성 및 색 인상(color impression)의 균일화, 대량 생산에 있어서 이러한 파라미터의 재 생산성을 증가시킨다.
광전 소자의 이러한 실시예에 있어서는, 특히 자외선 영역에서 비-가시 광선만을 방출하는 반도체 몸체가 적합하다. 이러한 경우, 바람직하게는 반도체 몸체로부터 방출되는 광의 일부는 제2 파장 변환 물질을 투과하여 커버 내에서 제3 파장의 광으로 변환된다. 반도체 몸체로부터 방출되는 광의 또 다른 일부 및 경우에 따라서는 잔류한 일부는 변환되지 않은 채로 커버를 투과하여, 광학 부재 내에 있는 제1 파장 변환 물질에 의해 제2 파장의 광으로 변환되고, 따라서 소자는 제2 및 제3 파장의 광으로 구성된 다색의 혼합광을 방출한다.
또한 이러한 실시예에 따르면, 제2 파장 변환 물질은 바람직하게는 커버의 매트릭스 물질에 매립된 입자를 포함한다.
또한 이러한 실시예에 따르면, 반도체 몸체 및 두 개의 파장 변환 물질은 서로 동조(synchronize)하여, 제1 파장의 광이 청색 스펙트럼 영역에서 발생하는데, 제2 파장 변환 물질은 상기 청색 광선의 일부를 적색 광선으로, 제1 파장 변환 물질은 남은 청색 광선의 또 다른 일부를 녹색 광선으로 변환시킨다. 따라서, 소자는 적색, 녹색 및 청색의 쿼터(quota)를 가진 백색의 혼합광을 방출한다. 파장 변환 물질의 양을 조절하여, 백색의 혼합광의 색 위치가 소기의 값에 특히 정확하게 맞춰진다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 커버와 광학 부재 사이에 커플링 층(coupling layer)이 배치되고, 상기 커플링 층의 굴절률은 광학 부재의 매트릭스 물질의 굴절률과 커버의 굴절률 사이 값을 가짐으로써, 바람직하게는 경계면에서 수행되는 반사 작용으로 인한 광의 손실이 방지된다. 또한, 커플링 층은 커버와 광학 부재의 기계적 결합을 위해 기능할 수 있다.
커버 내의 제2 파장 변환 물질에 대해 추가적으로 또는 대안적으로, 반도체 몸체 위에 파장 변환 층이 적층될 수 있고, 상기 파장 변환 층은 제1 파장 변환 물질 및 경우에 따라서 제2 파장 변환 물질과도 구분되는 제3 파장 변환 물질을 포함한다. 이러한 제3 파장 변환 물질은 바람직하게는 제1의 광을 제4의 광으로 변환시키는데, 따라서 소자는 제3, 제4 파장의 혼합 광을, 경우에 따라서는 제2 파장의 혼합 광을, 경우에 따라서는 제1 파장의 혼합 광을 방출하게 된다.
커버 내의 제2 파장 변환 물질에 대해 대안적으로 반도체 위에 파장 변환 층을 적용하면, 반도체 몸체 및 두 개의 파장 변환 물질이 서로 동조하도록 하여, 제1 파장의 광은 청색 스펙트럼 영역으로부터 발생하고, 제3 파장 변환 물질은 상기 광선의 일부를 적색 광선으로 변환시키며, 제1 파장 변환 물질은 남은 광선의 일부를 녹색 광선으로 변환시킨다. 따라서, 소자는 적색, 녹색 및 청색의 쿼터를 가진 백색의 혼합 광을 방출시킨다.
위에 기재된 파장 변환 층은 필수적으로 반도체 몸체 위에 배치되어야 하는 것은 아니다. 오히려 커버와 광학 부재 사이에 파장 변환 층이 배치될 수도 있다. 또한, 소자는 단일 파장 변환 층만이 아니라, 바람직하게는 서로 다른 파장 변환 물질을 가진 다수의 파장 변환 층들을 포함할 수도 있다.
커버 내의 제2 파장 변환 물질에 대해 추가적으로 파장 변환 층을 적용하면, 종합적으로 세 개의 서로 다른 파장 변환 물질이 소자에 사용되는 것인데, 따라서 자외선 스펙트럼 영역으로부터 비 가시적 광선을 방출하는 반도체 몸체를 사용한다. 반도체 몸체의 비 가시적 광선의 일부는 반도체 몸체 위에 적층된 파장 변환 층의 제3 파장 변환 물질에 의해 적색 스펙트럼 영역의 광선으로 변환된다. 반면 반도체 몸체로부터 방출되는 비-가시적 광선의 또 다른 일부는 변환되지 않은 채로 파장 변환 층을 투과하고, 상기 변환되지 않은 광선의 또 다른 일부는 커버 내의 제2 파장 변환 물질에 의해 녹색 스펙트럼 영역의 광선으로 변환된다. 비 가시적 광선의 또 다른 일부는 변환되지 않은 채 상기 커버를 다시 투과해나간다. 마지막에 언급된, 변환되지 않은 채로 커버를 투과해 나가는 일부의 비 가시적 광선은 바람직하게는 청색 광선으로 완전히 변환됨으로써, 소자는 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼 영역으로부터 혼합광을 방출하되, 상기 혼합광은 CIE-표색계의 백색 영역에 놓인 색 위치를 가진다. 혼합광의 소기의 색 위치에 따라, 반도체 몸체의 광선이 각각 변환되는 또 다른 스펙트럼 영역이 고려될 수 있다.
예컨대 소자로부터 방출되는 혼합광에 대해 특정한 색 위치를 추구하는 경우, 가시적 스펙트럼 영역으로부터 광선을 방출하는 반도체 몸체와 관련하여 세 개의 파장 변환 물질을 사용하는 것이 중요할 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 파장 변환 층의 두께는 항수 값을 가지는데, 이는 상기 광선의 주행 거리(travel distance)가 파장 변환 층의 내부에서 통일되기 때문이다. 이러한 점은, 바람직하게는 광전 소자의 색 인상을 균일하게 한다.
소자가 제3 파장 변환 물질을 가진 파장 변환 층을 포함한다면, 상기 파장 변환 층은 매트릭스 물질 및 상기 매트릭스 물질에 매립된 제3 파장 변환 물질 입자를 포함한다.
파장 변환 층의 매트릭스 물질은 일반적으로 투명 경화성 폴리머를 포함하는데, 예컨대 에폭시, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄이 그러하고, 또는 폴리 염화 비닐과 같이 염소를 포함하거나 그것으로 구성된 폴리머가 그러하다. 또한, 일반적으로 실리콘, 에폭시 및 아크릴로 구성된 혼합 형태로 나타나는 하이브리드 물질들과 실리콘처럼 위에 언급한 물질들의 혼합도 매트릭스 물질로 사용하기에 적합하다. 일반적으로, 폴리실로산 체인(polysiloxan chain) 을 포함한 폴리머도 매트릭스 물질로 적합하다.
공간적으로 서로 분리되어 배치한 다수의 파장 변환 물질을 사용하면, 반도체 몸체로부터 그것의 방사 방향으로 보았을 때, 제1 파장의 광이 각 파장 변환 물질에 의해 변환이 되고 있는 파장은 반도체 칩의 방사 방향보다 선행하는 파장 변환 물질이 제1 파장의 광을 변환시키는 파장보다 짧다. 따라서, 이미 변환된 광이 반도체 칩의 방사 방향으로 후속하는 파장 변환 물질에 의해 흡수되는 일이 특히 효율적으로 방지된다.
제1, 제2 및 제3 파장 변환 물질은 예컨대 다음의 성분으로 형성된 그룹에서 선택된다: 희토류의 금속으로 도핑된 석류석, 희토류의 금속으로 도핑된 알칼리토 황화물, 희토류의 금속으로 도핑된 티오갈레이트(thiogalate), 희토류의 금속으로 도핑된 알루민산염, 희토류의 금속으로 도핑된 오르토규산염(orthosilicate), 희토류의 금속으로 도핑된 클로르금산규산염(chlorosilicate), 희토류의 금속으로 도핑된 알칼리토 규소 질화물, 희토류의 금속으로 도핑된 산화질화물, 희토류의 금속으로 도핑된 알루미늄 산화질화물.
특히 바람직하게는, 제1, 제2 또는 제3 파장 변환 물질로서 Ce-도핑된 YAG-파장 변환 물질(YAG-Ce)이 사용된다.
바람직하게는, 광학 부재는 렌즈, 특히 바람직하게는 볼록 렌즈이다. 광학 부재는 광전 소자의 방사 특성을 소기의 방법으로 형성하는데 기여한다. 이를 위해, 구면 렌즈 또는 비 구면 렌즈, 예컨대 타원형 렌즈가 사용될 수 있다. 또한, 빔 형성을 위해 또 다른 광학 부재를 사용하는 것도 고려할 수 있는데, 예컨대 상기 광학 부재의 전체 몸체는 복합 포물선형(parabolic) 집광기, 복합 타원형 집광기 또는 복합 쌍곡선 집광기의 방식에 따라 피라미드 모양이나 원뿔대 모양으로 형성된다.
광학 부재는 파장 변환 물질의 입자를 위한 매트릭스 물질로서 예컨대 다음의 물질들로 구성된 그룹의 물질 중에 선택된다: 유리, 폴리 메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 시클로 올레핀(COC), 실리콘 및 폴리 아크릴 에스테르 이미드(PMMI).
특히 바람직하게는, 각 파장 변환 물질은 실질적으로 광학 부재의 매트릭스 물질 및/또는 커버의 매트릭스 물질 및/또는 파장 변환 층의 매트릭스 물질 내에서 균일하게 분배된다. 파장 변환 물질의 분배가 실질적으로 균일하게 일어남에 따라, 바람직하게는 방사 특성 및 광전 소자의 색 인상이 매우 균일해진다. 본문에서 "실질적으로 균일하게"란 표현은, 기술적인 실현성의 틀에서 가능하고 의미가 있는 정도의 동일한 양으로 파장 변환 물질의 입자가 매트릭스 물질에서 분배된다는 의미이다. 특히, 상기 입자는 응집하지 않는다는 의미이다.
물론, 배제할 수 없는 점은, 각 매트릭스 물질이 경화되는 동안 입자의 침전 작용에 의해, 매트릭스 물질 내에서 입자의 배치가 이상적인 동일 분배와는 약간 다를 수 있다는 점이다.
바람직한 실시예에 따르면, 광학 부재의 매트릭스 물질 및/또는 커버의 매트릭스 물질 및/또는 파장 변환 층의 매트릭스 물질은 빛을 산란하는 입자를 포함한다. 상기 입자는 바람직하게는 방사 특성을 균일화하거나 소자의 광학 특성이 소기의 목적에 맞도록 영향을 줄 수 있다.
이 지점에서 말해두어야 할 것은, 반도체 몸체는 일반적으로 단일의 제1 파장의 광만을 방출하는 것이 아니라, 제1 파장과 서로 다르지만 제1 파장 영역에 공통적으로 포함되는 다수의 파장의 광을 방출한다는 점이다. 제1, 제2 또는 제3 파장 변환 물질은 적어도 단일의 제1 파장의 광을 또 다른 제2, 제3 또는 제4 파장의 광으로 변환시킨다. 일반적으로, 제1, 제2 또는 제3 파장 변환 물질은 다수의 제1 파장의 광을 다수의 또 다른 제2, 제3 또는 제4 파장의 광으로 변환시키는데, 여기서, 다수의 제1 파장이란 바람직하게는 제1 파장 영역에 공통적으로 포함되는 파장을 의미하며, 다수의 또 다른 제2, 제3 또는 제4 파장도 또 다른 제2, 제3 또는 제4 파장 영역에 공통적으로 포함되는 파장을 의미한다.
본 발명은 도 1A 및 1B, 도 2 내지 도 6과 관련한 5 개의 실시예에 따라서 보다 구체적으로 이하에서 설명된다.
도 1A는 제1 실시예에 따른 광전 소자의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 1B는 도 1A에 따른 광전 소자의 하우징의 단면도로서 개략적으로 도시한다.
도 2 내지 도 5는 또 다른 4개의 실시예에 따른 광전 소자의 단면도를 개략적으로 도시한다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 광전 소자의 분해도(exploded view)를 개략적으로 도시한다.
실시예들 및 도면들에서 동일하거나 동일하게 작용하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 가진다. 도시된 요소들은 축척에 꼭 맞는 것으로 볼 수 없으며, 보다 이해를 돕기 위해 층 두께와 같은 개별적 요소는 과장되거나 확대되어 도시될 수 있다.
도 1A의 실시예에 따른 광전 소자는 리세스(recess)(2)를 가진 소자 하우징(1)을 포함하는데, 상기 리세스에서 발광 다이오드 칩(3)은 칩 실장 영역(4)에 실장된다. 본문에서, 발광 다이오드 칩 및 광전 소자의 "전면측"은 광을 방출하는 측을 의미하며, "후면측"은 상기 전면측의 맞은편에 놓인 측을 의미한다.
도 1B에 도시된 바와 같이, 소자 하우징(1)은 기본 몸체(5)와 도체 프레임(6)을 가진다. 도체 프레임(6)은 열적인(thermic) 연결부(61) 및 두 개의 날개 모양의 전기적 연결부들(62, 63)을 포함하고, 상기 전기적 연결부는 기본 몸체(5)로부터 측면에서 돌출된다. 열적 연결부(61)는 전기적으로 도전성을 가지며, 칩 실장 영역(4)의 바닥면을 형성한다. 일 전기적 연결부(62)는 열적 연결부(61)와 도전성을 가지며 결합되고, 반면 또 다른 전기적 연결부(63)는 기본 몸체(5)의 와이어 연결 영역(7)과 도전성을 가지며 결합된다. 발광 다이오드 칩(3)은 칩 실장 영역(4)에 실장될 때 상기 칩의 후면측이 도전성이 있는 열적 연결부(61)와 도전적으로 결합되고, 또 다른 실장 단계에서 상기 칩의 전면측은 와이어 본딩을 이용하여 와이어 연결 영역(7)과 전기적으로 접촉된다(도시되지 않음). 도 1B의 소자 하우징(1)에 따르면, 발광 다이오드 칩(3)이 실장되는 리세스(2)는 리플렉터 터브로서 형성되어 빔 형성에 기여한다.
국제 특허 WO 02/084749 A2에는 적합한 소자 하우징(1)이 기재되어 있으며, 이의 개시 내용은 본문에서 반복적으로 기재된다.
본문에서 반도체 칩이란, 갈륨 질화물을 기반으로 하는 발광 다이오드 칩(3) 을 의미하는데, 상기 발광 다이오드 칩은 제1 파장 즉 청색 스펙트럼 영역에서 전자기파를 방출한다. 발광 다이오드 칩(3)이 실장되는 소자 하우징(1)의 리세스(2)는 커버(8)로 채워지고, 상기 커버는 예컨대 매트릭스 물질(81)로서 실리콘 럼프(silicon lump)를 포함한다.별도로 제조된 렌즈(9)는 발광 다이오드 칩(3)의 방사 방향으로 상기 커버(8)에 후속하여 배치된다. 상기 렌즈는 소자 하우징(1)의 기본 몸체(5) 위에 실장된다. 본문에서, 렌즈(9)는 매트릭스 물질(91)로서 폴리카보네이트를 포함한다. 또한, 렌즈(9)의 매트릭스 물질(91)로는 실리콘, PAAI 또는 폴리 우레탄(PU)도 적합하다. 또한, 렌즈(9)는 그 내부에 제1 파장 변환 물질(10)의 입자를 포함하는데, 상기 제1 파장 변환 물질은 발광 다이오드 칩(3)의 제1 파장 즉 청색 스펙트럼 영역의 광선을 부분적으로 제2 파장 즉 황색 스펙트럼 영역의 광선으로 변환시킴으로써, 소자는 자체의 전면측에서 종합적으로 백색 광선을 방출하게 된다. 이 때, 제1 파장 변환 물질(10)의 입자는 실질적으로 서로 응집하지 않고 렌즈(9)의 매트릭스 물질 내에서 균일하게 분배된다. 제1 파장 변환 물질(10)은 예컨대 YAG:Ce가 사용될 수 있다.
본문에서, 광학 부재(9) 내에서 제1 파장 변환 물질(10)을 서로 이격하여 배치하는 것은 변환된 광선이 제1 파장 변환 물질(10)의 입자에서 리플렉터 터브로 형성된 리세스(2)로 후방 산란(back scatter)하는 것이 증가하도록 한다. 이를 통해 소자의 효율성이 증대된다.
도 1A 및 1B에 따른 광전 소자와 달리, 도 2의 제2 실시예의 광전 소자에 따르면, 렌즈(9)와 커버(8) 또는 소자 하우징(1)의 기본 몸체(5) 사이에 커플링 층(11)이 배치된다. 또한, 제2 파장 변환 물질(12)은 발광 다이오드 칩(3)의 투명한 커버(8)의 매트릭스 물질(81)에 매립되어 구비되는데, 상기 커버는 기본 몸체(5)의 리세스(2)를 채운다. 커플링 층(11)은 실리콘을 기반으로 한 물질을 포함하고, 굴절률이 1.4 와 1.5 사이 값이다. 커플링 층(11)은 커버(8)의 매트릭스 물질(81)과 렌즈(9)의 매트릭스 물질(91) 사이의 굴절 균열을 방지하기 위한 목적 외에도 상기 커버(8) 내지는 소자 하우징(1)의 기본 몸체(5) 위에서 렌즈(9)를 기계적으로 고정하는 목적을 가진다.
도 1의 제1 파장 변환 물질(10)과 달리, 도 2의 제1 파장 변환 물질(10)은 발광 다이오드 칩(3)의 청색 광선의 일부를 예컨대 녹색 스펙트럼 영역에 놓인 제2 파장의 광선으로 변환시킨다. 반면, 제2 파장 변환 물질(12)은 청색 스펙트럼 영역의 제1 파장을 가진 발광 다이오드 칩(3)의 광선의 일부를 예컨대 적색 스펙트럼 영역의 제3 파장의 광선으로 변환시킨다. 도 2에 따른 소자는 다색의(polycgromatic) 혼합광을 방출하는데, 상기 혼합광은 제2 파장 변환 물질(12)에 의해 변환된 적색 광선, 제1 파장 변환 물질(10)에 의해 변환된 녹색 광선 및 발광 다이오드 칩(3)의 변환되지 않은 청색 광선을 포함한다. 이러한 혼합광의 색 위치는 CIE-표색계의 백색 영역에 있다. 청색 광선의 일부를 녹색 스펙트럼 영역의 광선으로 변환시키는 데 적합한 제1 파장 변환 물질(10)은 녹색으로 방출되는 Eu-도핑된 질화물이 사용될 수 있다. 반면, 청색 광선의 일부를 적색 스펙트럼 영역의 광선으로 변환시키는 데 적합한 제2 파장 변환 물질(12)은 적색으로 방출되는 Eu-도핑된 질화물이 사용될 수 있다.
도 3의 실시예의 광전 소자에 따르면, 두 개의 파장 변환 물질들(10, 14)이 사용된다. 앞서 기재된 두 개의 실시예와 마찬가지로, 제1 파장 변환 물질(10)은 렌즈(9)의 매트릭스 물질(91)에서 실질적으로 균일하게 분배된다. 제2 실시예와 같이, 제1 파장 변환 물질(10)은 발광 다이오드 칩(3)의 청색 스펙트럼 영역의 제1 파장의 광을 녹색 스펙트럼 영역의 제2 파장의 광으로 부분적 변환시킨다. 도 2의 실시예와 달리, 발광 다이오드 칩(3)의 커버(8)의 매트릭스 물질(81) 내에는 어떠한 파장 변환 물질도 포함되지 않는다. 그 대신, 발광 다이오드 칩(3)의 전면 측에 매트릭스 물질(131)을 포함한 파장 변환 층(13)이 적층되고, 상기 매트릭스 물질(131) 내에 제3 파장 변환 물질(14)이 매립된다. 제3 파장 변환 물질(14)은 발광 다이오드 칩(3)으로부터 방출되는 청색 스펙트럼 영역의 제1 파장의 광의 또 다른 일부를 적색 스펙트럼 영역의 제4 파장의 광으로 변환시킨다.
제3 파장 변환 물질(14)을 포함한 파장 변환 층(13)의 두께는 본문에서 실질적으로 항수 값을 가지며, 따라서 청색 광선의 주 거리는 파장 변환 층(13)에서 실질적으로 항수 값을 가지고, 제3 파장 변환 물질(14)에 의해 변환된 광선량은 파장 변환 층(13)에서 변환기능을 가진 입자의 위치에 대해 독립적이다. 이는 소자의 균일한 색 인상을 위해 기여한다. 도 2에 따른 소자와 마찬가지로, 도 3에 따른 소자는 청색, 적색 및 녹색 스펙트럼 쿼터(quota)를 가진 혼합광을 방출하고, 상기 혼합광의 색 위치는 CIE-표색계의 백색 영역에 놓인다.
위에 언급한 실시예와 달리, 도 4의 실시예에 따른 광전 소자는 제1 파장의 광선이 자외선 영역으로부터 방출되는 발광 다이오드 칩(3)을 사용한다. 또한, 이 러한 소자에는 세 개의 파장 변환 물질들(10, 12, 14)이 사용되는데, 상기 물질들에 의해 자외선 광선의 일부가 가시 광선의 또 다른 스펙트럼 영역으로 변환된다. 제1 파장 변환 물질(10)은 렌즈(9)의 매트릭스 물질(91) 내에서 실질적으로 균일하게 분배되고, 자외선 광선의 일부를 가시적 청색 스펙트럼 영역으로부터 나오는 제1 파장의 광으로 변환시킨다. 커버(8)의 매트릭스 물질(81) 내에 포함되어 실질적으로 균일하게 분배되는 제2 파장 변환 물질(12)은 발광 다이오드 칩(3)의 자외선 광선의 또 다른 일부를 가시적 녹색 스펙트럼 영역을 가진 제3 파장의 광으로 변환시킨다. 발광 다이오드 칩(3)으로부터 방출되는 자외선 광선의 나머지 일부는 제3 파장 변환 물질(14)에 의해 가시적 적색 스펙트럼 영역을 가진 제4 파장의 광으로 변환된다. 이 때 제3 파장 변환 물질은 발광 다이오드 칩(3) 위에 위치한 파장 변환 층(13) 내에 구비된다. 도 2 및 도 3에 따른 실시예와 마찬가지로, 소자는 백색의 혼합광을 방출하고, 상기 혼합광은 적색, 녹색 및 청색 스펙트럼 쿼터(quota)를 포함한다. 도 2 및 도 3의 실시예와 다른 점은, 발광 다이오드 칩(3)의 광선은 파장 변환 물질들(10, 12, 14)에 의해 가시 광선으로 이상적으로 완전히 변환된다는 점이다.
자외선 광선의 일부를 청색 스펙트럼 영역의 광선으로 변환시키는 데 적합한 제1 파장 변환 물질(10)은 예컨대 바륨-마그네슘-알루민산염이 사용될 수 있고, 반면 자외선 광선의 일부를 녹색 스펙트럼 영역의 광선으로 변환시키는 데 적합한 제2 파장 변환 물질(12)은 녹색으로 방출되는 Eu-도핑된 질화물이 사용될 수 있다. 자외선 스펙트럼 영역의 광선을 적색 스펙트럼 영역의 광선으로 변환시키는 데 적 합한 제3 파장 변환 물질(14)은 예컨대 적색으로 방출되는 Eu-도핑된 질화물이 사용될 수 있다.
도 5의 실시예에 따르면, 소자는 렌즈(9)에 포함된 제1 파장 변환 물질(10) 외에 또 다른 제2 파장 변환 물질(12)(이하에서 제2 파장 변환 물질로 명명한다)을 더 포함하는데, 제2 파장 변환 물질은 발광 다이오드 칩(3)의 커버(8)와 렌즈(9) 사이에서 제1 및 제2 파장 변환 층(13) 내부에 배치된다. 이러한 실시예에 따르면, 발광 다이오드 칩(3)은 제1 파장의 광을 청색 스펙트럼 영역으로부터 방출하기에 적합해진다. 발광 다이오드 칩(3)의 커버(8) 위에 배치된 제1 파장 변환 층(13)의 제2 파장 변환 물질(12)은 발광 다이오드 칩(3)으로부터 발생하는 청색 스펙트럼 영역의 제1 파장의 광을 적색 스펙트럼 영역의 제4 파장의 광으로 변환시킨다. 발광 다이오드 칩(3)으로부터 방출되는 청색 광선의 일부는 변환되지 않은 채로 제1 파장 변환 층(13)을 투과하여, 제1 파장 변환 층(13)의 위에 배치된 제2 파장 변환 층(13)에 입사된다. 제2 파장 변환 층(13)은 또 다른 제2 파장 변환 물질(12)을 포함하고, 상기 물질은 발광 다이오드 칩(3)으로부터 방출되는 제1 파장의 광의 또 다른 일부를 황색 스펙트럼 영역의 또 다른 제2 파장의 광으로 변환시키는 데 적합하다. 발광 다이오드 칩(3)으로부터 방출되는 청색 광선의 또 다른 일부는 변환되지 않은 채로 제2 파장 변환 층(13)을 투과하여, 광학 부재(9) 내의 제1 파장 변환 물질(10)에 의해 녹색 스펙트럼 영역의 제2 파장의 광으로 변환된다. 발광 다이오드 칩(3)으로부터 방출되는 제1 파장의 광의 일부는 변환되지 않은 채로 광학 부재(9)를 투과한다. 따라서, 소자는 황색, 녹색, 청색 및 적색 스펙트럼 영역의 광 선을 방출하는 혼합 광을 방출한다. 황색 스펙트럼 영역의 광선의 혼합에 의해, 혼합색 광선의 색 위치가 CIE-표색계의 난백색(warm white) 영역에 놓일 수 있다.
위에 기재된 소자들과 달리, 도 6의 실시예에 따른 소자는 소자 하우징(1)을 갖지 않는다. 이러한 실시예에 따르면, 알루미늄 프레임(15) 안의 네 개의 발광 다이오드 칩들(3)이 열 싱크(16) 위에 실장된다. 상기 열 싱크는 도체판(17) 위에 구비되는데, 상기 도체판은 본문에서 금속 코어의 인쇄 회로 기판을 의미한다. 열 싱크(16)는 예컨대 구리와 같이 열 전도성이 양호한 물질로 구성되고, 발광 다이오드 칩(3)의 구동 중에 발생하는 열을 상기 칩으로부터 유도해내는 역할을 한다. 별도로 제조된 렌즈(9)는 발광 다이오드 칩(3)의 방사 방향에서 발광 다이오드 칩(3)을 포함한 알루미늄 프레임(15)에 후속하여 배치된다. 렌즈는 제1 파장 변환 물질(10)을 포함한다. 도 1A의 실시예와 마찬가지로, 발광 다이오드 칩(3)은 청색 스펙트럼 영역의 제1 파장의 광을 방출하는데, 상기 광선은 제1 파장 변환 물질(10)에 의해 황색 스펙트럼 영역의 제2 파장의 광선으로 부분적으로 변환된다. 따라서, 소자는 황색과 청색의 스펙트럼 쿼터를 가진 다색의 혼합광을 방출한다.
본 발명한 소자에 있어서, 알루미늄 프레임(15)의 사용은 선택적이다. 알루미늄 프레임은, 커버(8)를 채우는 데 적합하며(도시되지 않음), 상기 커버는 발광 다이오드 칩(3)을 보호하고, 발광 다이오드 칩(3)과 그것의 주변부 사이의 굴절 균열을 감소시킨다. 또한, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 커버(8) 내에 제2 파장 변환 물질(12)이 포함될 수 있다.
또한, 알루미늄 프레임(15)의 내부 플랭크들(flanks)은 빔 형성에 기여하는 리플렉터로서 형성될 수 있다.
발광 다이오드 칩(3)의 후면 측에서 전기적 접촉을 위해, 열 싱크(16) 위에 전기적으로 도전성을 가진 접촉 지점들(18)이 구비된다. 상기 지점들은 도체판(17) 위의 대응되는 전기적 연결 지점(19)과 와이어 본딩에 의해 열 싱크(16)의 측면에서 도전적으로 결합한다. 발광 다이오드 칩(3)은 전면 측에서도 대응되는 전기적 연결 지점(19)과 와이어 본딩에 의해 도전적으로 결합된다.
전기적 연결 지점(19)은 도전로(20)에 의해 또 다른 전기적 연결 지점(21)과 연결되고, 상기 또 다른 전기적 연결 지점은 외부 연결부(23)의 핀(22)과 전기적 결합을 생성한다. 전기적 연결부(23)는 플러그에 의해 외부와 접촉되어야 하는 경우에 적합하다.
광전 소자의 실장을 위해, 도체판(17) 위에 직선핀을 위한 홀(24)이 구비된다. 그 밖에도, 도체판(17)은 소자를 정전기 방전으로부터 보호(ESD-보호)하기 위한 배리스터(25)를 포함한다.
본문에서, 별도의 렌즈(9)는 일체로 형성된 핀(92)을 더 포함하는데, 알루미늄 프레임(15) 위에 렌즈(9)가 안착할 때 상기 핀은 그에 대응되는 도체판(17)의 홀(26)에 삽입되어 맞물림으로써 렌즈(9)가 고정된다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 102006020529.4 및 102005041063.4 의 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 본문에서 반복적으로 기재된다.
본 발명은 실시예에 따른 기재 내용에만 제한되지 않는다. 오히려 본 발명은 새로운 특징 및 각 특징들의 조합을 포괄하며, 특히 특징들의 조합은 특허 청구 범 위에 포함된다. 비록 이러한 특징들 또는 그 조합이 그 자체로 특허 청구 범위 또는 실시예들에 명확하게 제공되지 않더라도 말이다.
특히 본 발명은 특정한 파장 변환 물질, 파장, 광 방출성 다이오드 또는 광학 부재에 제한되지 않는다.

Claims (25)

  1. 구동 중에 제1 파장의 전자기파를 방출하는 반도체 몸체(3);
    상기 반도체 몸체(3)의 방사 방향으로 상기 반도체 몸체와 이격하여 배치된 별도의 광학 부재(9); 및
    상기 광학 부재(9)에 포함된 적어도 하나의 제1 파장 변환 물질(10)을 포함하는 것으로서, 상기 파장 변환 물질은 제1 파장의 광을 상기 제1 파장과 구분되는 제2 파장의 광으로 변환시키는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 물질(10)은 입자를 포함하고, 상기 광학 부재(9)는 매트릭스 물질(91)을 포함하여, 상기 제1 파장 변환 물질(10)의 입자는 상기 매트릭스 물질에 매립되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 파장은 자외선, 청색 및/또는 녹색 스펙트럼 영역으로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소자는 다색의(polychromatic) 혼합 광을 방출하고, 상기 혼합광은 제1 파장의 광 및 제2 파장의 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 혼합 광은 CIE-표색계의 백색 영역에 그 색 위치를 가지는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 파장은 청색 스펙트럼 영역에서 발생하고, 상기 제2 파장은 황색 스펙트럼 영역에서 발생하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 몸체(3)는 소자의 광에 대해 투과성을 가지는 커버(8)를 구비하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 커버(8)는 매트릭스 물질(81)을 포함하고, 상기 매트릭스 물질은 실리콘 물질 및/또는 굴절률 조절 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
    상기 커버(8)는 상기 제1 파장 변환 물질과 구분되는 적어도 하나의 제2 파 장 변환 물질(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제2 파장 변환 물질(12)은 제1 파장의 광을 상기 제1 및 제2 파장과 구분되는 제3 파장의 광으로 변환시킴으로써, 소자는 상기 제2 파장, 상기 제3 파장, 경우에 따라서 상기 제1 파장의 광을 포함하는 혼합 광을 방출하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 제2 파장 변환 물질(12)은 상기 커버(8)의 상기 매트릭스 물질(81)에 매립된 입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  12. 청구항 7 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    굴절률 조절 물질을 가지는 커플링 층(11)은 상기 커버(8)와 상기 별도의 광학 부재(9) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 몸체(3) 위에 파장 변환 층(13)이 적층되고, 상기 파장 변환 층은 제1 파장 변환 물질(10) 및 경우에 따라서 제2 파장 변환 물질(12)과도 구분되는 제3 파장 변환 물질(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제3 파장 변환 물질(14)은 제1 파장의 광을 제1, 제2 및 경우에 따라서 제3 파장과도 구분되는 제4 파장의 광으로 변환시킴으로써, 소자는 혼합 광을 방출하는데, 상기 혼합 광은 제3 파장의 광, 제4 파장의 광, 경우에 따라서 제2 파장의 광, 경우에 따라서 제1 파장의 광을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 파장 변환 층(13)의 두께는 항수 값을 가지는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  16. 청구항 13 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 파장 변환 물질(14)은 입자를 포함하고, 상기 파장 변환 층(13)은 매트릭스 물질(131)을 포함하여, 상기 제3 파장 변환 물질(14)의 입자가 상기 매트릭스 물질 내에 매립되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  17. 청구항 9 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 물질(10), 상기 제2 파장 변환 물질(12) 및 경우에 따라서 상기 제3 파장 변환 물질(14)은, 제1 광이 각 파장 변환 물질(10, 12, 14)에 의해 변환되는 파장이 상기 반도체 칩의 방사 방향과 관련하여 그보다 선행한 파장 변환 물질(10, 12, 14)이 제1 광을 변환 시키는 파장보다 반도체 몸체(3)로부터 그것의 방사 방향으로 보았을 때 더 짧도록 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  18. 청구항 9 내지 청구항 17 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 파장은 녹색 스펙트럼 영역으로부터 발생되고, 상기 제3 또는 제4 파장은 적색 스펙트럼 영역으로부터 발생되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  19. 청구항 1 내지 청구항 18 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 물질(10) 및/또는 상기 제2 파장 변환 물질(12) 및/또는 상기 제3 파장 변환 물질(14)은 이하의 성분: 희토류의 금속으로 도핑된 석류석, 희토류의 금속으로 도핑된 알칼리토 황화물, 희토류의 금속으로 도핑된 티오갈레이트(thiogalate), 희토류의 금속으로 도핑된 알루민산염, 희토류의 금속으로 도핑된 오르토규산염(orthosilicate), 희토류의 금속으로 도핑된 클로르금산규산염(chlorosilicate), 희토류의 금속으로 도핑된 알칼리토 규소 질화물, 희토류의 금속으로 도핑된 산화질화물, 희토류의 금속으로 도핑된 알루미늄 산화질화물;으로 형성된 그룹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 물질(10) 또는 상기 제2 파장 변환 물질(12) 또는 상기 제3 파장 변환 물질(14)은 YAG:Ce가 사용되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  21. 청구항 1 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 별도의 광학 부재(9)는 렌즈가 사용되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 별도의 광학 부재(9)는 볼록 렌즈가 사용되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  23. 청구항 2 내지 청구항 22 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 부재의 매트릭스 물질(91)은 이하의 성분: 유리, 폴리 메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC), 시클로 올레핀(COC), 실리콘 및 폴리 아크릴 에스테르 이미드(PMMI);으로 형성된 그룹으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  24. 청구항 2 내지 청구항 23 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 파장 변환 물질(10)의 입자는 상기 광학 부재(9)의 상기 매트릭스 물질(91) 내에서 실질적으로 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  25. 청구항 11 내지 청구항 24 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 파장 변환 물질(12)의 입자는 상기 커버(8)의 상기 매트릭스 물질(81) 내에서 실질적으로 균일하게 분배되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
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