KR20100061562A - 광전 소자 - Google Patents

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KR20100061562A
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랄프 워스
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오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하
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Abstract

제1파장 영역의 전자기 복사를 방출하도록 제공된 적어도 하나의 반도체 몸체(1); 상기 반도체 몸체(1)가 탑재된 내부의 복사 투과성 몰드부(2); 상기 내부 몰드부(2)의 외측에 위치하며, 상기 제1파장 영역의 복사를 상기 제1파장 영역과 다른 제2파장 영역의 복사로 변환하기에 적합한 파장 변환 물질(8)을 함유하는 파장 변환층(6); 그리고 상기 내부 몰드부(2) 및 파장 변환층(6)이 탑재된 외결합 렌즈(10)를 포함하고, 이 때 상기 외결합 렌즈(10)는 반지름(Rconversoin)을 가진 내부 반구형면에 의해 둘러싸이는 내측 및 반지름(Routside)을 가진 외부 반구형면을 둘러싸는 외측을 포함하며, 상기 반지름들(Rconversoin, Routside)은 바이어스트라스 조건, 즉 Routside ≥Rconversoin * nlense/ nair를 충족하고, nlense는 외결합 렌즈의 굴절률을, nair는 상기 외결합 렌즈의 주변 굴절률을 나타내는 것을 특징으로 하는 광전 소자가 개시된다.

Description

광전 소자{OPTOELECTRONIC COMPONENT}
본 특허 출원은 독일 특허 출원 DE 10 2007 046 699 및 DE 10 2007 049 799을 기초로 우선권을 주장하며, 이의 개시 내용은 각각 참조로 포함된다.
본 발명은 광전 소자에 관한 것이다.
일반적으로, 제1파장 영역의 복사를 방출하는 반도체 몸체를 구비한 광전 소자는 혼합색, 가령 백색의 광을 생성하기 위해 파장 변환 물질을 포함한다. 파장 변환 물질은 반도체 몸체로부터 방출된 제1파장 영역의 복사의 일부를 상기 제1파장 영역과 다른 제2파장 영역의 복사로 변환한다. 이러한 소자는 예컨대 문헌 WO 02/056390 A1, WO 2006/034703 A1 및 Journal of Display Technology, Vol. 3, No 2, 2007년 6월, 155 - 159쪽에 기재되어 있다. 파장 변환 물질은 예컨대 반도체 몸체의 수지캐스팅부에 삽입되거나, 층의 형태로 반도체 몸체상에 직접 도포될 수 있다.
본 발명은 파장 변환 물질을 포함한 고효율 광전 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제는 제 1항의 특징들을 포함한 광전 소자를 통해 해결된다.
광전 소자의 유리한 실시예들 및 다른 특징들은 종속 청구항들에 제공된다.
광전 소자는, 특히,
- 제 1 파장 영역의 전자기 복사를 방출하도록 제공된 적어도 하나의 반도체 몸체,
- 상기 반도체 몸체가 탑재된 복사 투과성 내부 몰드부,
- 상기 내부 몰드부의 외측에 위치하며, 상기 제 1 파장 영역의 복사를 상기 제 1 파장 영역과 다른 제 2 파장 영역의 복사로 변환하기에 적합한 파장 변환 물질을 함유한 파장 변환층, 및
- 상기 내부 몰드부 및 파장 변환층이 탑재된 외결합 렌즈를 포함하고,
- 상기 외결합 렌즈는 반지름 Rconversion 을 가진 내부 반구형면에 의해 둘러싸인 내측 및 반지름 Routside을 가진 외부 반구형면을 둘러싸는 외측을 포함하고, 상기 반지름들 Rconversion 및 Routside은 바이어스트라스 조건(Weierstrass condition), 즉 Routside ≥ Rconversion * nlense / nair를 충족하며, 상기 nlense는 외결합 렌즈의 굴절률을, 상기 nair는 상기 외결합 렌즈 주변의 굴절률, 통상적으로 공기의 굴절률을 나타낸다.
이 부분에서, 특히, 상기 내부 및 외부 반구형면은 가상면이며, 소자에서 주요 특징으로서 반드시 형성되어야 할 필요는 없다는 점을 밝혀둔다.
특히, 외결합 렌즈는, 반지름(Rconversion)을 가진 내부 반구형면 및 반지름(Routside)을 가진 외부 반구형면으로 형성되는 바이어스트라스 반구형볼(hemispherical bowl) 전체가 상기 외결합 렌즈내에 위치하는 경우 상기 기술한 바이어스트라스 조건을 충족한다.
더욱 바람직하게는, 바이어스트라스 반구형볼은 파장 변환층을 포함하지 않는다.
외결합 렌즈가 바이어스트라스 조건을 충족한다는 것은, 바꾸어 말하면 외결합 렌즈의 외측 형성, 그리고 복사 방출 반도체 몸체로부터의 이격 배치와 관련하여, 상기 외결합 렌즈의 외측이 상기 반도체 몸체의 각 점에 대해 특히 작은 각도를 이루어, 상기 외결합 렌즈의 외측에서 전반사가 발생하지 않도록 하는 경우를 말한다. 그러므로, 바이어스트라스 조건을 따르는 외결합 렌즈는 외측에서의 전반사에 의한 복사 손실이 매우 낮다. 유리하게도, 광전 소자의 외결합 효율은 증가한다.
광전 소자에서, 파장 변환 물질은 반도체 몸체의 복사 방출 전면측으로부터 이격되어 배치되는 것이 유리하다. 파장 변환층의 파장 변환 물질과 반도체 몸체간의 공간은 실질적으로 내부 몰드부로 채워진다. 더욱 바람직하게, 파장 변환층과 반도체 몸체간의 공간은 완전히 내부 몰드부로 채워진다. 더욱 바람직하게, 내부 몰드부는 수지 캐스팅부로 제공된다. 파장 변환 물질은 반도체 몸체의 복사 방출 전면측으로부터 이격되어 배치되므로, 파장 변환 물질의 온도 부하는 유리하게 낮게 유지된다. 이러한 점 역시 소자의 효율을 증가시킨다.
외결합 렌즈는 별도로 제조된 부재로서, 예컨대 절삭, 스핀 또는 사출 성형되고, 실장 단계를 통해 광전 소자에 고정된 부재일 수 있다.
또한, 외결합 렌즈가 예컨대 광전 소자상의 수지 캐스팅부로서 제조되면서 상기 외결합 렌즈가 광전 소자상에 제조될 수도 있다.
바람직하게, 반도체 몸체의 복사 방출 전면측은 파장 변환층을 포함하지 않는다. 더욱 바람직하게, 내부 몰드부 및/또는 외결합 렌즈는 실질적으로 파장 변환 물질을 포함하지 않는데, 즉 내부 몰드부 및/또는 외결합 렌즈는 오염도가 낮은 한 파장 변환 물질을 포함하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 광전 소자는 전자기 복사를 방출하도록 제공된 복수 개의 반도체 몸체들을 포함한다. 하나의 반도체 몸체에 대해서만 기재된 특징들은, 광전 소자가 복수 개의 반도체 몸체들을 포함한 경우, 일부 또는 전체의 반도체 몸체들에 대해서도 참조될 수 있다.
광전 소자가 복수 개의 반도체 몸체들을 포함한 경우, 상기 반도체 몸체들은 바람직하게는 대칭 패턴, 더욱 바람직하게는 점대칭 패턴으로 배치된다. 반도체 몸체들은 예컨대 하나의 선을 따르거나 규칙적 격자를 따라 배치될 수 있다. 규칙적 격자는 예컨대 사각형 또는 육각형 격자 방식으로 형성될 수 있다.
광전 소자가 복수 개의 반도체 몸체들을 포함한 경우, 상기 반도체 몸체들은 반드시 동일한 파장 영역의 복사를 방출할 필요는 없다. 오히려, 반도체 몸체들은 서로 다른 파장 영역들의 복사를 방출할 수 있다. 이러한 경우, 일 파장 영역만 변환되지 않고, 복수 개의 파장 영역들이 변환될 수 있다. 이를 위해, 소자는 다양한 복수 개의 파장 변환 물질들을 포함하는 것이 일반적이다.
광전 소자의 다른 실시예에 따르면, 내부 몰드부는 반지름 Rinside을 가진 다른 반구형면에 의해 둘러싸이고, 반도체 몸체의 복사 방출 전면측은 면적(A)을 가진다. 바람직하게는, A/π*Rinside 2 비는 1/2 이상 1/20 이하이다.
상기 내부 및 외부 반구형면과 마찬가지로, 상기 다른 반구형면도 가상의 추상적 반구형면으로, 소자에서 주요 특징으로 반드시 형성될 필요는 없다.
광전 소자가 복수 개의 반도체 몸체들을 포함한다면, 반도체 몸체들은 면적(A')에 포함될 수 있고, A'/π*Rinside 2 비는 1/2 이상 1/20 이하인 것이 바람직하다. 상기 면(A')은 예컨대 반도체 몸체를 아우르는 원일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 면(A')은 광전 소자의 모든 반도체 몸체를 포함한 최소면이다.
일 실시예에 따르면, 내부 몰드부의 외측은 상기 다른 반구형면과 함께 적어도 한 점에서 만난다.
다른 실시예에 따르면, 내부 몰드부의 외측은 상기 다른 반구형면과 일치한다.
일 실시예에 따르면, 내부 몰드부는 반구형으로 형성된다. 이러한 경우, 내부 몰드부의 외측은 다른 반구형면과 일치한다. 상기 실시예에서, 더욱 바람직하게는, 내부 몰드부는 반구 부분이 반도체 몸체상에서 중심을 맞추도록(centralized) 배치된다. 즉, 반도체 몸체의 복사 방출 전면측의 면 중심 및 상기 반구 부분의 중심점이 상기 광전 소자의 광학축에 위치하고, 이 때 상기 광학축은 상기 반도체 몸체의 복사 방출 전면측에 대해 수직이다. 광전 소자가 복수 개의 반도체 몸체들을 포함하면, 상기 실시예에서 반도체 몸체들은 점대칭 패턴으로 배치되는 것이 바람직하며, 이때 상기 패턴의 중심 및 반구 부분의 중심점은 상기 광학축에 위치한다. 일반적으로, 상기 패턴의 중심은 상기 패턴의 대칭점이기도 하다.
일 실시예에 따르면, 반지름 Rconversion을 가진 내부 반구형면은 외결합 렌즈의 내측과 적어도 한 점에서 만난다.
다른 실시예에 따르면, 외결합 렌즈의 내측은 내부 반구형면과 일치한다.
다른 실시예에 따르면, 외결합 렌즈의 외측도 외부 반구형면과 적어도 한 점에서 만난다.
다른 실시예에 따르면, 외결합 렌즈의 외측은 외부 반구형면과 일치한다.
일 실시예에 따르면, 파장 변환층은 내부 몰드부와 직접 접촉하며 도포되는데, 즉 파장 변환층은 내부 몰드부와 공통의 경계면을 형성한다.
다른 실시예에 따르면, 파장 변환층은 실질적으로 일정한 두께를 가진다. 더욱 바람직하게는, 파장 변환층은 반구형볼 형태로 내부 몰드부상에 도포되며, 상기 내부 몰드부 역시 반구체로 형성된다. 이러한 경우, 파장 변환층내에서 제1파장 영역의 복사의 주행 길이는 실질적으로 일정하다.
다른 실시예에 따르면, 외결합 렌즈는 파장 변환층상에 직접 접촉하며 도포되는데, 즉 외결합 렌즈는 파장 변환층과 공통의 경계면을 형성한다.
다른 실시예에 따르면, 외결합 렌즈는 반구형볼 형태로 형성되며, 반도체 몸체상에서 중심을 맞추어 배치되는데, 즉 반도체 몸체의 복사 방출 전면측의 면 중심 및 반구형볼의 중심점이 광전 소자의 광학축에 배치된다. 광전 소자가 복수 개의 반도체 몸체들을 포함하면, 상기 실시예에서 반도체 몸체들은 점대칭 패턴으로 배치되는 것이 바람직하며, 이 때 일반적으로 상기 패턴의 대칭점이기도 한 패턴의 중심 및 반구형볼의 중심점은 광전 소자의 광학축에 위치한다.
다른 실시예에 따르면, 반도체 몸체는 캐리어상에 도포되고, 이 때 캐리어는 적어도 반도체 몸체의 측면에서 거울을 포함한다. 거울의 역할은, 광전 소자의 후측으로 방출되는 제1 및/또는 제2파장 영역의 복사를 상기 후측에 대향된 광전 소자의 복사 방출 전면측으로 편향시키는 것이다. 광전 소자의 후측은 예컨대 캐리어로 형성될 수 있다. 소자의 복사 방출 전면측은 예컨대 외결합 렌즈의 외측으로 형성될 수 있다. 또한, 외결합 렌즈의 외측에 다른 부재, 예컨대 반사 방지 코팅 또는 UV 흡수층이 배치될 수 있다.
거울은 반도체 몸체의 하부에서 상기 반도체 몸체와 캐리어 사이에 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 거울의 반사도는 제1 및/또는 제2파장 영역의 복사에 대해 적어도 0.9이다. 더욱 바람직하게는, 상기 거울의 반사도는 제1 및/또는 제2파장 영역의 복사에 대해 적어도 0.98이다.
또한, 거울의 거칠기 피크(roughness peak)의 높이는 최대 40 nm인 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게는, 거울은 적어도 반도체 몸체의 측면에서 제1 및/또는 제2파장 영역의 복사를 거울 반사(specular reflection)하도록 형성된다.
거울은 예컨대 금속층을 포함하거나 금속층으로 구성될 수 있다. 금속층은 예컨대 알루미늄을 포함하거나 알루미늄으로 구성될 수 있다.
또한, 거울은 금속층 및 브래그 거울을 포함하거나, 금속층 및 브래그 거울로 구성될 수 있다.
거울은 반사력을 향상시키는 산화물계 층 시스템으로 형성될 수 있다. 반사 향상 산화물계 층 시스템은 산화물을 포함하거나 산화물로 구성된 적어도 하나의 층을 포함한다. 예컨대, 반사 향상 산화물계 층 시스템은 산화물을 포함하는 2개의 층들을 포함하는데, 예컨대 산화 티타늄층 및 산화 규소층이다.
거울이 금속층 및 브래그 거울을 포함하는 경우, 바람직하게는, 상기 금속층 및 브래그 거울의 배치는 상기 거울의 표면이 브래그 거울로 형성되도록 이루어진다. 일반적으로, 표면이 브래그 거울로 형성된 거울은 거칠기 피크가 40 nm을 초과하지 않는 낮은 거칠기를 가진다. 또한, 일반적으로, 이러한 거울은 제1 및/또는 제2파장 영역의 복사를 거울 반사하도록 형성된다.
브래그 거울은 예컨대 각각 2개의 산화 규소층들 및 2개의 산화 티타늄층들로 교번적으로 구성되는데, 즉 브래그 거울은 번갈아 배치되는 2개의 산화 규소층들 및 2개의 산화 티타늄층들을 포함한다. 산화 규소층들은 산화 규소를 포함하거나 산화 규소로 구성된다. 산화 티타늄층들은 산화 티타늄을 포함하거나 산화 티타늄으로 구성된다.
다른 실시예에 따르면, 반도체 몸체는 캐리어의 반사체 영역에 배치된다. 반사체 영역은 예컨대 캐리어 내부의 함몰부로 형성되며, 바람직하게는, 상기 함몰부는 경사 측벽을 포함한다.
상기 캐리어는 가령 금속 코어 회로 기판과 같은 도체판을 의미할 수 있다. 또한, 캐리어는 구리, 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 중 하나를 포함하거나 그것으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 파장 변환 물질은, 희토류 금속으로 도핑된 가닛, 희토류 금속으로 도핑된 알칼리토술피드, 희토류 금속으로 도핑된 티오갈레이트, 희토류 금속으로 도핑된 알루미네이트, 희토류 금속으로 도핑된 오르토실리케이트, 희토류 금속으로 도핑된 클로로실리케이트, 희토류 금속으로 도핑된 알칼리토질화규소, 희토류 금속으로 도핑된 질산화물 및 희토류 금속으로 도핑된 질산화알루미늄으로 구성된 군으로부터 적어도 하나의 물질을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 파장 변환 물질은 본딩제에 탑재된다.
또는, 파장 변환 물질은 층의 형태로 내부 몰드부상에 도포될 수 있으며, 예컨대 전기 영동을 이용한다.
일 실시예에 따르면, 내부 몰드부 및/또는 외결합 렌즈 및/또는 본딩제는 실리콘을 포함하거나 그것으로 구성된다.
내부 몰드부 및/또는 파장 변환층은 방출 특성을 개선하기 위해 산란 입자들을 포함할 수 있다.
산란 입자들은 예컨대 산화 알루미늄, 산화 티타늄 중 적어도 하나의 물질을 포함하거나 그것으로 구성된다.
일반적으로, 반도체 몸체는 활성 영역을 포함하고, 상기 활성 영역은 복사 생성을 위해 예컨대 종래의 pn접합, 이중 이종구조, 단일 양자우물 구조 또는 다중 양자우물 구조를 포함한다. 그러한 다중 양자 우물구조에 대한 예는 예컨대 문헌 WO 01/39282, WO 98/31055, US 5,831,277, EP 1 017 113 및 US 5,684,309에 기재되어 있으며, 이의 개시 내용은 참조로 포함된다.
반도체 몸체로부터 방출된 제1파장 영역의 복사가 가시복사만을 포함하는 경우, 일반적으로, 파장 변환 물질은 제1파장 영역의 상기 복사의 일부분만 제2파장 영역의 복사로 변환하는 반면, 상기 반도체 몸체로부터 방출된 제1파장 영역의 복사의 다른 부분이 변환되지 않은채로 파장 변환층을 통과하는 것이 필요하다. 이러한 경우, 광전 소자는 제1파장 영역의 복사 및 제2파장 영역의 복사를 포함한 혼합광을 방출한다.
반도체 몸체가 예컨대 청색 스펙트럼 영역으로부터의 가시광을 방출하는 경우, 상기 제1파장 영역의 청색 가시 복사의 일부는 파장 변환 물질을 이용하여 황색 복사로 변환될 수 있어서, 광전 소자가 방출하는 혼합광의 색 위치는 CIE 표색계의 백색 영역에 있다.
일 실시예에 따르면, 파장 변환층은 반도체 몸체의 측면에 위치한 파장 변환층의 외부 영역내에서보다, 반도체 몸체상에 배치된 내부 영역내에서 더 두껍게 실시된다. 바람직하게는, 파장 변환층의 외부 영역은 적어도 부분적으로 상기 파장 변환층의 내부 영역의 둘레에 원주형으로 배치된다. 상기 실시예에서, 바람직하게는, 제1파장 영역은 청색 복사를 포함하는 반면, 제2파장 영역은 황색 복사를 포함한다. 바람직하게는, 소자가 방출하는 혼합광의 색 위치는 CIE 표색계의 백색 영역에서 있다. 일반적으로, 반도체 몸체의 측면에 위치한 외부 영역내에서보다 반도체 몸체상의 내부 영역내에서 더 두꺼운 파장 변환층에 의해, 광전 소자는 색 위치와 관련하여 매우 균일한 방출 특성을 가진다.
다른 실시예에 따르면, 반도체 몸체는 자외 복사를 포함한 제1파장 영역의 복사를 방출한다. 제1파장 영역의 자외 복사는 파장 변환층의 파장 변환 물질에 의해 적어도 부분적으로 가시 복사로 변환된다. 따라서, 제2파장 영역은 가시 복사를 포함한다. 반도체 몸체가 자외 스펙트럼 영역으로부터 전자기 복사를 방출하는 경우, 일반적으로, 제1파장 영역의 자외 복사의 가능한한 많은 비율을 가시 복사로 변환하는 것이 필요한데, 상기 자외 복사는 인지 가능한 소자의 밝기에 기여하지 않고, 더욱이 육안에 유해할 수 있기 때문이다.
다른 실시예에 따르면, 외결합 렌즈는 자외 스펙트럼 영역으로부터의 전자기 복사를 흡수하거나/흡수하고 반사하도록 형성된다. 이를 위해 예컨대, 외결합 렌즈는 유리를 포함하거나 유리로 구성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 외결합 렌즈의 내측에 반사층이 배치되며, 상기 반사층은 제1파장 영역의 복사를 반사하도록 형성된다. 더욱 바람직하게는, 그러한 반사층은 자외 스펙트럼 영역으로부터 복사를 방출하는 반도체 몸체와 병합하여 사용된다. 이러한 경우, 바람직하게는, 반사층은 제1파장 영역의 자외 복사에 대해 반사성으로, 제2파장 영역의 가시 복사에 대해 투과성으로 형성된다. 그러나, 반사층이 가시 복사를 방출하는 반도체 몸체와 병합되어 사용될 수 있는데, 예컨대 제1파장 영역의 복사가 제2파장 영역의 복사로 거의 완전히 변환될 필요가 있는 경우에 그러하다.
반사층은 예컨대 유전체 거울일 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 특징들, 유리한 형성예들 및 적합성들은 도면과 관련하여 기재된 실시예들로부터 도출된다.
도 1A는 제1실시예에 따른 광전 소자의 개략적 단면도를 도시한다.
도 1B는 도 1A의 실시예에 따른 광전 소자의 개략적 사시도를 도시한다.
도 2A는 제2실시예에 따른 광전 소자의 개략적 단면도를 도시한다.
도 2B는 제3실시예에 따른 광전 소자의 개략적 사시도를 도시한다.
도 3은 3개의 다양한 광전 소자들의 방출각(Θ)에 따른 색 위치에 대한 모의 Cx 좌표 곡선을 도시한다.
도 4는 제4실시예에 따른 광전 소자의 개략적 단면도를 도시한다.
도 5는 제5실시예에 따른 광전 소자의 개략적 단면도를 도시한다.
도 6A는 제6실시예에 따른 광전 소자의 개략적 평면도를 도시한다.
도 6B는 도 6A에 따른 광전 소자의 개략적 단면도를 도시한다.
실시예들 및 도면들에서 동일하거나 동일하게 작용하는 구성 요소들은 각각 동일한 참조 번호를 가진다. 도면에 도시된 요소들은 반드시 축척에 맞는 것으로 볼 수 없다. 오히려, 예컨대 층 두께와 같은 개별적 구성 요소들은 더 나은 이해를 위해 일부 과장되어 확대 도시될 수 있다.
도 1A 및 1B의 실시예에 따른 광전 소자는 제1파장 영역의 전자기 복사를 방출하도록 제공된 반도체 몸체(1)를 포함한다. 반도체 몸체(1)는 복사 투과성 내부 몰드부(2)에 탑재되되, 반도체 몸체(1)와 내부 몰드부(2)사이에 공기 충진된 공간이 없도록 탑재된다. 내부 몰드부(2)는 반지름(R1)을 가진 반구체로 형성되며, 반도체 몸체(1)상에서 중심을 맞추어 배치되는데, 즉 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)의 면 중심(M) 및 내부 몰드부(2)로 형성된 반구체의 중심점(M')은 광전 소자의 광학축(4)에 위치하고, 이 때 광학축(4)은 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)에 대해 수직이다.
내부 몰드부(2)의 외측(5)에 파장 변환층(6)이 도포된다. 파장 변환층(6)은 내부 몰드부(2)상에 직접 접촉하여 도포되는데, 즉 파장 변환층(6)은 내부 몰드부(2)와 공통의 경계면을 형성한다.
또한, 파장 변환층(6)은 실질적으로 일정한 두께(D)를 가진다. 파장 변환층(6)의 외측(7)은 반지름(R2)을 가진 반구형면을 형성한다. 상기 반지름 비(R1:R2)는 예컨대 0.5이상 0.99 이하이다. 바람직하게는, 상기 반지름 비(R1:R2)는 0.6 이상 0.95 이하이다. 더욱 바람직하게는, 상기 반지름 비(R1:R2)는 약 0.8이다.
파장 변환층(6)은, 반도체 몸체(1)로부터 방출된 제1파장 영역의 복사를 상기 제1파장 영역과 다른 제2파장 영역의 복사로 변환하기에 적합한 파장 변환 물질(8)을 포함한다.
파장 변환 물질(8)은 예컨대, 희토류 금속으로 도핑된 가닛, 희토류 금속으로 도핑된 알칼리토술피드, 희토류 금속으로 도핑된 티오갈레이트, 희토류 금속으로 도핑된 알루미네이트, 희토류 금속으로 도핑된 오르토실리케이트, 희토류 금속으로 도핑된 클로로실리케이트, 희토류 금속으로 도핑된 알칼리토질화규소, 희토류 금속으로 도핑된 질산화물 및 희토류 금속으로 도핑된 질산화알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된다.
파장 변환층(6)의 파장 변환 물질(8)은 본딩제(9)에 탑재된다. 본딩제(9)는 예컨대 실리콘을 의미할 수 있다.
또는, 파장 변환 물질(8)은 층의 형태로 내부 몰드부(2)상에 도포될 수 있으며, 예컨대 전기 영동을 이용한다.
또한, 도 1A 및 1B의 실시예에 따른 광전 소자는 굴절률(nLinse)을 가진 외결합 렌즈(10)를 포함하고, 상기 외결합 렌즈에 내부 몰드부(2) 및 파장 변환층(6)이 탑재되어 있다. 상기에서 외결합 렌즈(10)는 파장 변환층(6)과 공통의 경계면을 형성하는데, 즉 상기 외결합 렌즈(10)는 파장 변환층(6)과 직접 접촉한다. 상기에서, 외결합 렌즈(10)는 내부 반지름(R2) 및 외부 반지름(R3)을 가진 반구형볼로 형성된다.
광전 소자의 외결합 렌즈(10)는 이하에 설명되는 바와 같은 바이어스트라스 조건을 충족한다. 반지름(R2)을 가진 외결합 렌즈(10)의 내측(11)은 반지름 Rconversoin을 가진 내부 반구형면(Hinside)에 의해 둘러싸이는 반면, 외결합 렌즈(10)의 외측(12)은 반지름 Routside을 가진 외부 반구형면(Houtside)을 둘러싼다. 반지름들(Rconversoin, Routside)은 바이어스트라스 조건, 즉 Routside ≥ Rconversoin * nlense / nair를 충족하고, 이 때 nair는 외결합 렌즈 주변의 굴절률, 통상적으로 공기의 굴절률이다.
내부 반구형면(Hinside) 및 외부 반구형면(Houtside)은 도면에 점선으로 표시된 가상면이다.
상기에서, 내부 반구형면(Hinside)은 외결합 렌즈(10)의 내측(11)과 일치하고, 이 때 R2 = Rconversoin이다. 외부 반구형면(Houtside)은 외결합 렌즈(10)의 외측(12)과 일치하고, R3 = Routside이다.
외결합 렌즈(10)가 약 1.46의 굴절률(nlense)을 가진 실리콘을 포함하는 경우, 예컨대 반지름(Rconversoin, Routside)의 값이 Rconversoin = 2.2 mm, Routside = 4 mm일 때 바이어스트라스 조건을 충족한다.
상기에서, 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)은 사각형으로 형성되고, 면적(A)을 가진다. 내부 몰드부(2)는, 반지름(Rinside)을 가지며 마찬가지로 가상면인 다른 반구형면(H3)에 의해 둘러싸인다. 상기에서 내부 몰드부(2)의 외측(13)은 상기 다른 반구형면(H3)과 일치하고, Rinside = R1이다. 이 때 바람직하게는, A/π*Rinside 2비는 1/2이상 1/20이하이다. 상기 조건은 예컨대, 반구형 내부 몰드부의 반지름(R1)이 2 mm이고, 반도체 몸체의 사각형 복사 방출 전면측의 변 길이(l)가 1 mm인 경우 충족된다.
내부 몰드부(2)는 예컨대 수지캐스팅부로서 실시될 수 있다. 내부 몰드부는 예컨대 실리콘 및/또는 에폭시를 포함하거나, 이러한 물질들 중 하나 또는 이러한 물질들의 혼합물로 구성될 수 있다.
마찬가지로, 외결합 렌즈(10)는 예컨대 에폭시 또는 실리콘을 포함하거나 그러한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다. 또한, 외결합 렌즈(10)는 유리를 포함하거나 유리로 구성될 수 있다. 유리 소재의 외결합 렌즈(10)는 예컨대 별도로 제조되어 소자상에 도포될 수 있는 반면, 실리콘이나 에폭시와 같은 수지 캐스팅 물질 소재의 외결합 렌즈(10)는 예컨대 캐스팅이나 사출 성형을 이용하여 소자상에 생성되는 것이 일반적이다.
내부 몰드부(2), 파장 변환층(6) 및 외결합 렌즈(10)는 예컨대 순차적인 사출 성형 방법으로 제조될 수 있다. 이러한 경우, 파장 변환 물질(8)은 일반적으로 본딩제(9)에 삽입되며, 외결합 렌즈(10)는 가령 실리콘과 같은 사출 성형용 물질을 포함한다.
도 1A 및 1B의 실시예에 따른 광전 소자의 반도체 몸체(1)는 캐리어(14)상에 도포된다. 캐리어(14)란 예컨대 도체판을 의미할 수 있다. 캐리어(14)는 산화 알루미늄, 질화 알루미늄 중 하나를 포함하거나 이러한 물질들 중 하나로 구성될 수 있다.
상기에서, 캐리어(14)상의 반도체 몸체(1)의 측면에 거울(15)이 배치되며, 상기 거울은 반도체 몸체(1)와 캐리어(14) 사이에 형성된다. 바람직하게는, 거울(15)은 제1 및/또는 제2파장 영역의 복사에 대해 적어도 0.9의 반사도를 가진다. 더욱 바람직하게는, 제1 및/또는 제2파장 영역의 복사에 대한 거울(15)의 반사도가 적어도 0.98이다.
거울(15)은 예컨대 금속층(26)으로 형성될 수 있다. 또한, 거울(15)은 금속층(26) 및 브래그 거울(27)을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 금속층(26)은 캐리어(14)와 브래그 거울(27) 사이에 배치되는 것이 바람직한 반면, 브래그 거울(27)은 거울(15)의 표면을 형성한다. 이 경우에, 일반적으로, 거울(15)의 표면은 높이가 40 nm이 넘지 않는 거칠기 피크들을 포함한다. 그러한 거울(15)은 특히 가시 복사에 대해 거울 반사하도록 형성되는 것이 일반적이다.
금속층(26)은 예컨대 알루미늄을 포함하거나 알루미늄으로 구성될 수 있다.
브래그 거울(27)은 각각 2개의 산화 규소층들 및 2개의 산화 티타늄층들로 교번적 구성되는데, 즉 브래그 거울은 번갈아 배치된 2개의 산화 규소층들 및 2개의 산화 티타늄층들을 포함한다. 산화 규소층들은 산화 규소를 포함하거나 산화 규소로 구성된다. 산화 티타늄층들은 산화 티타늄을 포함하거나 산화 티타늄으로 구성된다.
도 1B에 도시된 바와 같이, 도 1A 및 1B의 실시예에 따른 소자에서 거울(15)은 반지름(Rmirror)을 가지며 원형으로 형성된다. 반도체 몸체(1)는 원형 거울(15)상에서 중심을 맞추어 배치되는데, 즉 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)의 면 중심(M) 및 원형 거울(15)의 중심점은 광전 소자의 광학축(4)에 위치하고, 상기 광학축은 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)에 대해 수직이다.
외결합 렌즈(10), 파장 변환층(6) 및 내부 몰드부(2)는 중심을 맞추어 반도체 몸체(1)상에 도포되는데, 즉 내부 몰드부(2), 파장 변환층(6) 및 외결합 렌즈(10)로 형성되는 반구형볼 또는 반구체의 중심점(M'), 그리고 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)의 면 중심(M)은 광전 소자의 광학축(4)에 위치한다. 또한, 상기에서, 외결합 렌즈(10)의 외측(12)의 반지름(R3)은 거울(15)이 형성하는 원의 반지름(Rmirror)과 일치한다. 외결합 렌즈(10)는 측면에서 거울(15)로 이어진다.
또한, 반도체 몸체(1), 내부 몰드부(2), 파장 변환층(6) 및 외결합 렌즈(10)는 광전 소자의 광학축(4)에 대해 회전 대칭으로 배치된다.
도 1B에 도시된 바와 같이, 광전 소자는 2개의 외부 전기적 연결부들(16)을 더 포함하고, 상기 연결부들은 광전 소자를 전기적으로 접촉하도록 제공된다.
도 1A 및 1B의 실시예에 따른 광전 소자와 달리, 도 2A에 따른 광전 소자는 가변적 두께(D)를 가진 파장 변환층(6)을 포함한다. 반복을 피하기 위해, 이하에서는 도 2A에 따른 소자와 도 1A 및 1B에 따른 소자간의 차이점만 기술한다. 가령 캐리어(14) 또는 거울(15)과 같이 더 상세히 기술되지 않는 부재들이나 특징들은 예컨대 도 1A 및 1B에 의거하여 이미 기재된 바와 같이 실시될 수 있다.
광전 소자는 청색 가시 복사를 포함한 제1파장 영역의 광을 방출하기에 적합한 반도체 몸체(1)를 포함한다.
파장 변환층(6)의 파장 변환 물질(8)은 제1파장 영역의 청색 복사의 일부를 황색 가시 복사를 포함한 제2파장 영역의 복사로 변환한다. 이를 위해, 파장 변환 물질(8)로서 예컨대 YAG:Ce가 적합하다. 반도체 몸체(1)로부터 방출된 청색 복사의 다른 부분은 변환되지 않은 채로 파장 변환층(6)을 통과한다. 광전 소자는 전면측(17)에서 혼합광을 방출하고, 상기 혼합광은 제1파장 영역의 청색 복사의 비율 및 제2파장 영역의 황색 복사의 비율을 포함한다. 상기 전면측은 외결합 렌즈(10)의 외측(12)으로 형성된다. 바람직하게는, 상기 혼합광의 색 위치는 CIE표색계의 백색 영역에 있다.
상기에서, 파장 변환층(6)은 반도체 몸체(1)의 측면의 외부 영역(19)에 비해 상기 반도체 몸체(1)상의 내부 영역(18)에서 더 두껍게 형성된다. 바람직하게는, 내부 영역(18)에서 파장 변환층(6)의 두께(D) 및 외부 영역(19)에서 파장 변환층(6)의 두께(D)의 비는 약 5.5이다.
파장 변환층(6)의 두께 변화에 따라, 파장 변환층(6)을 외부 영역(19)에서 통과하는 청색 복사에 비해, 파장 변환층(6)의 내부 영역(18)을 통과하는 제1파장 영역의 청색 복사의 더 많은 부분이 파장 변환 물질(8)에 의해 제2파장 영역의 황색 복사로 변환된다. 그러나, 반도체 몸체(1)는 제1파장 영역의 청색 복사를 실질적으로 전면측(3)으로부터 방출하므로, 외부 영역(19)의 방향으로 진행하는 복사의 비율보다 내부 영역(18)의 방향으로 방출되는 청색 복사의 비율이 더 크다. 파장 변환층(6)의 두께(D) 변화에 따라, 광전 소자의 방출 특성은 색 위치와 관련하여 균일해진다.
또한, 파장 변환층(6)은, 변환되지 않은 제1파장 영역의 복사 및 변환된 제2파장 영역의 복사를 혼합하도록 제공된 산란 입자들(25)을 포함할 수 있다. 대안적 또는 부가적으로, 내부 몰드부(2)는 산란 입자들(25)을 포함할 수 있다. 산란 입자들(25)은 예컨대 산화 알루미늄 또는 산화 티타늄을 포함하거나 이러한 물질들 중 하나로 구성된다.
도 1A 및 1B에 따른 실시예의 경우와 같이, 외결합 렌즈(10)의 외측(12)은 반지름(R3)을 가진 반구형면으로 형성된다. 외결합면이 - 도 1A 및 1B에 따른 실시예와 마찬가지로 - 파장 변환층(6)상에 직접 접촉하여 도포되므로, 외결합 렌즈(110)의 내측(11)은 파장 변환층(6)의 외측(7)에 맞춰진다. 외결합 렌즈(10)의 내측(11)은, 상기 파장 변환층(6)의 내부 영역(19)에 상응하는 내부 영역내에서 반구형면에 비해 평편해진다.
그러나, 외결합 렌즈(10)는 도 1A 및 1B의 실시예에 따른 외결합 렌즈(10)와 마찬가지로, 이하에 설명되는 바와 같은 바이어스트라스 조건에 부합한다. 외부 반구형면(Houtside)은 외결합 렌즈(10)의 외측(12)과 일치하고, R3 = Routside이다. 외결합 렌즈(10)의 내측(11)은 반지름(Rconversoin)을 가진 내부 반구형면(Hinside)에 의해 둘러싸이며 Routside ≥ Rconversoin * nlense/nair이다. 특히, 내부 반구형면(Hinside) 및 외부 반구형면(Houtside)으로 형성된 바이어스트라스 반구형볼은 파장 변환층(6)을 포함하지 않는다.
파장 변환층(6)은 내부 몰드부(2)상에 직접 접촉하며 도포되므로, 내부 몰드부(2)의 형상은 도 1A 및 1B에 의거하여 기술되었던 내부 몰드부(2)의 형상과 다르다. 내부 몰드부(2)의 외측(13)은 반구형면에 비해 평편해진다.
또한, 반도체 몸체(1), 내부 몰드부(2), 파장 변환층(6) 및 외결합 렌즈(10)는 광전 소자의 광학축(4)에 대해 회전 대칭으로 배치되며, 상기 광학축은 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)에 대해 수직이다.
도 2A의 실시예에 따른 소자와 같이, 도 2B의 실시예에 따른 소자는 가변적 두께(D)를 가진 파장 변환층(6)을 포함한다. 이하, 반복을 피하기 위해, 도 2A에 따른 소자 및 도 2B애 따른 소자간의 차이점만 기술한다. 도 2B에 따른 나머지 부재들 및 특징들은 예컨대 도 2A에 의거하여 이미 기술한 바와 같이 형성될 수 있다.
도 2A에 따른 소자의 파장 변환층(6)은 반도체 몸체(1)의 측면의 외부 영역(19)에서보다 반도체 몸체(1)상의 내부 영역(18)에서 더 두껍게 형성된다. 따라서, 내부 몰드부(2)의 외측(5)은 반구형 형상과 다르다. 파장 변환층(6)의 외측(7)은 반지름(R2)을 가진 반구형면이 되도록 형성된다. 파장 변환층(6)상에 직접 접촉하여 도포된 외결합 렌즈(10)의 내측(11)도 마찬가지로 반구형면을 형성한다. 외결합 렌즈(10)는 바이어스트라스 조건, 즉 Routside ≥ Rconversoin * nlense / nair를 충족하고, 이 때 반지름(Rconversoin)을 가진 내부 반구형면(Hinside)은 외결합 렌즈(10)의 내측(11)과 일치하고, Rconversoin = R2이다. 외부 반구형면(Houtside)은 외결합 렌즈(10)의 외측(12)과 일치하고, Routside = R3이다.
내부 영역(18)에서 파장 변환층(6)의 두께(D) 및 반지름(R2)간의 비는 예컨대 약 0.44인 반면, 외부 영역(19)내에서 파장 변환층(6)의 두께(D) 및 반지름(R2)간의 비는 예컨대 약 0.08이다. 파장 변환층(6)의 두께(D)에 있어서 내부 영역(18) 및 외부 영역(19)은 연속적으로 이어지는 것이 일반적으로 연속적이다.
도 3은 3개의 서로 다른 광전 소자들의 방출각에 따른 색 위치의 모의 Cx좌표 곡선을 도시한다.
한편으로는, 종래 소자의 방출각(Θ)에 따른 색 위치의 모의 Cx값이 도시되어 있는데, 이 때 파장 변환층(6)은 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)에 직접 도포된다(곡선 1). 이러한 소자로부터 방출된 복사의 색 위치는 방출각(Θ)에 따라 현저히 달라진다. 방출각(Θ)이 작은 경우의 색 위치에 대한 Cx값은 방출각(Θ)이 큰 경우에 비해 현저히 작다. 이는, 광전 소자의 복사 방출 전면측의 내부 영역이 청색의 색감을 가지는 반면, 광전 소자의 복사 방출 전면측의 외부 영역은 관찰자에게 황색의 색감을 남긴다는 것을 의미한다.
또한, 도 3은 상기 도 1A 및 1B에 의거하여 기술된 바와 같이 내부 몰드부(2), 상기 내부 몰드부상에 위치한 일정한 두께(D)의 파장 변환층(6) 및 외결합 렌즈를 포함한 광전 소자의 색 위치에 대한 모의 Cx값 곡선(곡선 2)도 도시한다. 이러한 광전 소자의 Cx값은 방출각(Θ)에 따른 편차가 낮다. 그러나, 상기 편차는 종래 소자에 비해 현저히 감소된 것이다.
도 3의 그래프에서 제3곡선(곡선 3)은 도 2A 및 2B에 의거하여 기술된 바와 같이 측면에서보다 반도체 몸체(1)상에서의 파장 변환층(6)이 더 두껍게 형성된 소자의 방출각(Θ)에 따른 모의 Cx값 곡선을 도시한다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 소자의 방출 특성은 색 위치와 관련하여 거의 균일하게 형성된다.
상기 기술한 실시예들과 달리, 도 4의 실시예에 따른 소자는 반도체 몸체(1)가 도포되어 있는 반사체 영역(20)을 구비한 캐리어(14)를 포함한다.
반사체 영역(20)은 캐리어(14)의 나머지 표면들에 비해 낮다. 상기에서, 반사체 영역(20)은 경사 측벽(21)을 포함한 캐비티로 형성된다. 반사체 영역은, 반도체 몸체의 복사를 광전 소자의 복사 방출 전면측으로 편향하도록 제공된다. 따라서, 거울(15)은 특히 캐리어(14)의 반사체 영역(20)에 형성된다. 상기에서, 반사체 영역은 소자의 광학축(4)에 대해 회전 대칭으로 형성되고, 상기 광학축은 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)에 대해 수직이며, 반도체 몸체(1)의 복사 방출 전면측(3)의 면 중심(M)을 관통한다.
상기에서, 반도체 몸체(1)는 몰드부(2)에 탑재되되, 반도체 몸체(1) 및 내부 몰드부(2)사이에 공기 충진된 공간이 없도록 탑재된다. 이는, 캐리어(14)의 반사체 영역(20)으로 형성된 캐비티가 내부 몰드부(2)로 완전히 채워진다는 것을 의미한다. 또한, 내부 몰드부(2)의 외측(5)은 반지름(R1 = Rinside)을 가진 반구형면을 따라 형성된다. 도 1A 및 1B에 따른 실시예에서와 같이 파장 변환층(6) 및 외결합 렌즈(10)는 반구형볼들로 실시되며, 상기 반구형볼들 각각은 상호간에 또는 내부 몰드부와 직접 접촉하며 도포된다. 그러나, 도 1A 및 1B의 실시예와 달리, 파장 변환층(6) 및 외결합 렌즈(10)로 형성된 반구형볼들의 중심점(M')은 반사체 영역(20)때문에 반도체 몸체(1)의 방출 방향으로 반도체 몸체(1)상에 위치한다. 그러나, 바이어스트라스 조건은 외결합 렌즈(10)에 대해서도 적용된다. 즉, 내부 반구형면(Hinside)의 반지름(Rconversoin) 및 외부 반구형면(Houtside)의 반지름(Routside)은 바이어스트라스 조건, 즉 Routside ≥ Rconversoin * nlense / nair를 충족한다.
상기에서, 내부 반구형면(Hinside)은 외결합 렌즈(10)의 내측(11)과 일치하며, R2 = Rconversoin이다. 외부 반구형면(Houtside)은 외결합 렌즈(10)의 외측(12)과 일치하며, R3 = Routside이다.
도 4에 따른 소자의 나머지 부재들이나 특징들은 예컨대 도 1A 및 1B의 실시예들에 따른 광전 소자의 경우와 같이 실시될 수 있다. 반복을 피하기 위해, 더 이상 기술하지 않는다.
도 1A 및 1B의 실시예에 따른 광전 소자와 달리, 도 5의 실시예에 따른 광전 소자는 외결합 렌즈(10)를 포함하고, 상기 외결합 렌즈의 외측(12)은 반구형면과 다르다. 외결합 렌즈(10)의 외측(12)은 내부 영역(22)에서 구형으로 휘어지며, 이 때 곡률 반경(Rcurve)은 가상 바이어스트라스 반구형볼의 외부 반지름(Routside)보다 크다. 또한, 외결합 렌즈(10)는 경사 측면들(23)을 포함하고, 상기 경사 측면들은 외결합 렌즈(10)의 내부 영역을 측면에서 한정한다.
굴절률(nlense)을 가진 외결합 렌즈(10)는 이하에 설명되는 바와 같은 바이어스트라스 조건을 따른다. 반지름(R2)을 가진 외결합 렌즈(10)의 내측(11)은 반구형면(Hinside)과 일치하고, Rconversoin = R2인 반면, 외결합 렌즈(10)의 외측(12)은 반지름(Routside)을 가진 외부 반구형면(Houtside)을 둘러싼다. 상기 반지름들(Rconversoin, Routside)은 바이어스트라스 조건, 즉 Routside ≥ Rconversoin * nlense / nair을 충족하고, 이 때 nair는 공기의 굴절률이다.
도 5에 따른 소자의 나머지 부재들이나 특징들은 예컨대 도 1A 및 1B의 실시예에 따른 광전 소자의 경우와 같이 실시될 수 있다. 따라서, 반복을 피하기 위해 더 이상 설명하지 않는다.
도 1A 및 1B의 실시예에 따른 광전 소자와 달리, 도 6A 및 6B에 따른 광전 소자는 복수 개의 반도체 몸체들(1)을 포함한다. 반복을 피하기 위해, 이하에선 도 6A 및 6B에 따른 소자와 도 1A 및 1B에 따른 소자간의 차이점만 기술한다. 기술하지 않는 부재들이나 특징들은 예컨대 도 1A 및 1B의 실시예의 소자와 같을 수 있다.
도 6A 및 6B의 실시예에 따른 소자의 반도체 몸체들(1)은 규칙적 패턴, 상기에서 사각형 격자(24)에 따라 배치된다. 반도체 몸체들(1)은 각각 복사 방출 전면측(3)의 면 중심(M)과 함께 사각형 격자(24)의 격자점에 위치한다. 또는, 반도체 몸체들(1)은 예컨대 육각형 격자에 따라 배치될 수 있다. 반도체 몸체들(1)은 중심을 맞추어 내부 몰드부(2) 하부에 배치되는데, 즉 사각형 격자(24)의 중심(S) 및 내부 몰드부(2)로 형성된 반구체의 중심점(M')이 광전 소자의 광학축(4)에 위치하고, 상기 광학축은 거울(15)에 대해 수직이다. 외결합 렌즈(10)도 중심을 맞추어 반도체 몸체들(1)상에 배치되는데, 즉 사각형 격자(24)의 중심(S) 및 외결합 렌즈(10)가 형성하는 반구형볼의 중심점(M')은 광전 소자의 광학축(4)에 위치한다. 상기에서, 사각형 격자(24)의 중심(S)은 격자(24)의 대칭점이기도 하다.
도 6A 및 6B의 실시예에 따른 광전 소자의 4개의 반도체 몸체들(1)은 면적(A')을 가진 원내에 둘러싸이며, 이 때 각각 반도체 몸체(1)의 외부 모서리는 상기 반도체 몸체를 둘러싸는 원내에 위치한다. 내부 몰드부(2)는 마찬가지로 가상면인 다른 반구형면(H3)에 의해 둘러싸인다. 상기 다른 반구형면은 반지름(Rinside)을 가진다. 상기에서, 내부 몰드부(2)의 외측(13)은 다른 반구형면(H3)과 일치하고, Rinside = R1이다. 이 때 바람직하게는, A'/π*Rinside 2 비는 1/2이상 1/20이하이다.
반도체 몸체들(1)은 예컨대 자외 복사를 방출하는데, 즉 제1파장 영역은 자외 복사를 포함한다. 이 경우, 일반적으로 제1파장 영역의 자외 복사가 파장 변환 물질(8)에 의해 가시 복사로 완전히 변환될 필요가 있다. 또한, 이 경우, 외결합 렌즈(10)는 유리를 포함하여 자외 복사를 흡수하도록 형성된다. 또한, 도 6B에 도시된 바와 같이, 이 경우 바람직하게는, 외결합 렌즈(10)의 내측(11)에 반사층(28)이 배치되고, 상기 반사층은 자외 복사에 대해 반사성으로, 가시 복사에 대해 투과성으로 형성된다. 반사층(18)이란 예컨대 유전체 거울을 의미할 수 있다.
본 발명은 실시예들에 의거한 기재에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각각의 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이는 특히 특허 청구 범위에서 특징들의 각 조합을 포함하며, 비록 이러한 특징 또는 이러한 특징들의 조합이 그 자체로 명백하게 특허 청구 범위 또는 실시예들에 제공되지 않더라도 그러하다.
1: 반도체 몸체
2: 내부 몰드부
5: 파장 변환층
8: 파장 변환 물질
10: 외결합 렌즈

Claims (15)

  1. 제 1 파장 영역의 전자기 복사를 방출하도록 제공된 적어도 하나의 반도체 몸체(1);
    상기 반도체 몸체(1)가 탑재되어 있는 복사 투과성의 내부 몰드부(2);
    상기 내부 몰드부(2)의 외측(5)에 위치하며, 상기 제 1 파장 영역의 복사를 상기 제 1 파장 영역과 다른 제 2 파장 영역의 복사로 변환하기에 적합한 파장 변환 물질(8)을 함유한 파장 변환층(6); 및
    상기 내부 몰드부(2) 및 파장 변환층(6)이 탑재되어 있는 외결합 렌즈(10)를 포함하고, 상기 외결합 렌즈(10)는 반지름 Rconversoin 을 가진 내부 반구형면에 의해 둘러싸인 내측 및 반지름 Routside을 가진 외부 반구형면을 둘러싸는 외측을 포함하며, 상기 반지름들 Rconversoin 및 Routside은 바이어스트라스 조건:
    Routside ≥ Rconversoin * nlense / nair
    을 만족하고, 상기 nlense는 상기 외결합 렌즈의 굴절률이고, 상기 nair는 상기 외결합 렌즈 주변의 굴절률인 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    전자기 복사를 방출하도록 제공된 복수 개의 반도체 몸체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 내부 몰드부(2)는 반지름 Rinside을 가진 다른 반구형면에 의해 둘러싸이고,
    상기 반도체 몸체(1)는 면적(A)을 가진 복사 방출 전면측(3)을 포함하며, 그리고
    A/π*Rinside 2비는 1/2 이상 1/20 이하인 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 몰드부(2)는 반구형으로 형성되고, 반도체 몸체(1)상에서 중심을 맞추어(centralized) 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장 변환층(6)은 상기 내부 몰드부(2)상에 직접 접촉하여 도포된 반구형볼로 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외결합 렌즈(10)는 반구형볼으로 형성되고, 중심을 맞추어 반도체 몸체(1)상에 배치되며, 상기 파장 변환층(6)상에 직접 접촉하여 도포되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 몸체(1)는 캐리어(14) 상에 도포되고, 상기 캐리어(14)는 적어도 상기 반도체 몸체(1)의 측면에서 거울(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 거울(15)은 상기 제 1 및/또는 제 2 파장 영역의 복사에 대해 0.98의 반사도를 가지는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 거울(15)은 적어도 상기 반도체 몸체(1)의 측면에서 상기 제 1 및/또는 상기 제 2 파장 영역의 복사에 대해 거울 반사하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 몸체(1)는 상기 캐리어(14)의 반사체 영역(20)에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  11. 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 몰드부(2) 및/또는 상기 파장 변환층(6)은 산란 입자들(25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파장 변환층(6)은 상기 반도체 몸체(1)의 측면에 위치한 외부 영역(19)내에서보다 상기 반도체 몸체(1)상의 내부 영역(18)내에서 더 두껍게 실시되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 영역은 가시 스펙트럼 영역의 청색 복사를, 제 2 파장 영역은 가시 스펙트럼 영역의 황색 복사를 방출하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 파장 영역은 자외 스펙트럼 영역으로부터의 복사를 방출하는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외결합 렌즈(10)의 내측(11)에 반사층(28)이 배치되고, 상기 반사층은 상기 제 1 파장 영역의 복사를 반사하며 상기 제 2 파장 영역의 복사를 투과시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 소자.
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