KR20110137380A - 광전 반도체 소자 및 디스플레이 장치 - Google Patents

광전 반도체 소자 및 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

광전 반도체 소자(1)의 적어도 일 실시예에서, 상기 광전 반도체 소자는 적어도 2개의 광전 반도체칩(2)을 포함하고, 상기 반도체칩은 구동 시 서로 다른 파장 영역에서 전자기 복사를 방출하도록 설계된다. 반도체칩(2)은 공통 캐리어(4)의 실장면(40)상에 설치된다. 또한, 광전 반도체 소자(1)는 비 회전 대칭으로 형성된 적어도 2개의 렌즈 몸체(3)를 포함하고, 상기 렌즈 몸체는 상기 실장면(40)에 대해 평행하면서 서로 직각인 2개의 방향(H, V)을 따라 복사를 서로 상이한 방출각(α)으로 형성하도록 설계된다. 상기 렌즈 몸체(3) 중 하나는 방출 방향(z)으로 각각의 반도체칩들(2) 상에 배치되거나 그에 부속한다.

Description

광전 반도체 소자 및 디스플레이 장치{OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR COMPONENT AND DISPLAY DEVICE}
광전 반도체 소자가 제공된다. 또한, 이러한 광전 반도체 소자를 포함한 디스플레이 장치가 제공된다.
문헌 DE 10 2004 057499 A1은 광 생성 장치에 관한 것이다.
해결하려는 과제는 큰 각도 범위에서 색 위치와 관련하여 균일한 방출 특성을 가진 광전 반도체 소자를 제공하는 것이다. 또한, 해결하려는 과제는 이러한 광전 반도체 소자를 포함한 디스플레이 장치를 제공하는 것이기도 하다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 반도체 소자는 적어도 2개의 광전 반도체칩을 포함한다. 예를 들면, 반도체칩은 발광다이오드, 약어로 LED, 레이저 다이오드 또는 초발광 다이오드로 형성된다. 바람직하게는, 광전 반도체 소자는 정확히 3개 또는 정확히 4개의 광전 반도체칩을 포함한다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 적어도 2개의 광전 반도체칩은 구동 시 서로 다른 파장 영역에서 전자기 복사를 방출하도록 설계된다. 광전 반도체칩은 서로 다르게 형성될 수 있어서, 반도체칩의 활성층들에서 서로 다른 파장의 복사가 생성된다. 대안적 또는 부가적으로, 광전 반도체칩은 동일한 파장을 가진 1차 복사를 각각 방출하고, 반도체칩 중 적어도 하나의 반도체칩보다 뒤에 변환 수단이 배치되며, 상기 변환 수단은 상기 반도체칩으로부터 방출된 복사를 적어도 부분적으로 다른 파장의 복사로 변환하는 경우가 가능하다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 상기 반도체 소자는 실장면을 구비한 캐리어를 포함한다. 캐리어는 예를 들면 플라스틱 물질을 포함하여 형성되고, 반도체칩의 전기적 접촉을 위한 연결 장치를 포함한다. 또한, 캐리어는 반도체 소자를 기계적으로 지지하는 유닛을 나타낸다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체칩은 캐리어의 실장면에 설치된다. 캐리어는 모든 반도체칩을 위한 공통의 캐리어이다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 반도체 소자는 적어도 2개의 렌즈 몸체를 포함한다. 렌즈 몸체의 적어도 하나의 경계면에, 특히 반도체칩과 다른 방향을 향해있는 경계면에서 상기 반도체칩으로부터 방출된 복사가 굴절된다. 바람직하게는, 렌즈 몸체는 회전 대칭으로 형성되지 않는다. 바꾸어 말하면, 렌즈 몸체는 바람직하게는 최대 2개의 대칭면을 포함하고, 상기 대칭면과 관련하여 렌즈 몸체는 거울 대칭으로 형성된다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 렌즈 몸체는 실장면에 대해 평행하면서 서로 직각인 2개의 방향을 따라 복사를 서로 다른 방출각으로 형성하도록 설계된다. 바꾸어 말하면, 서로 직각인 2개의 방향을 따르는 렌즈 몸체에 의해 서로 다른 빔 확산 또는 빔 집속이 이루어진다. 실장면에 대해 평행하게란, 서로 직각인 2개의 방향에 의해 펼쳐지는 평면이 반도체 소자의 주 방출 방향에 대해 수직으로 배향되거나/배향되고 상기 면이 실장면에 대해 탄젠트면을 나타낸다는 것을 의미할 수 있다. 실장면에 대해 평행하다는 것이 실장면이 평편하게 형성된다는 의미를 반드시 포괄하지는 않는다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 렌즈 몸체들 중 하나는 방출 방향으로 각각의 반도체칩 상에 배치된다. 특히, 각각의 반도체칩에는 정확히 하나의 렌즈 몸체가 일대일 방식으로 부속한다. 방출 방향은 특히, 반도체 소자로부터 방출된 출력이 최대를 나타내는 방향이다. 바람직하게는, 방출 방향은 서로 직각인 두 방향에 대해 수직으로 배향된다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에서, 광전 반도체 소자는 적어도 2개의 광전 반도체칩을 포함하고, 상기 반도체칩은 구동 시 서로 다른 파장 영역에서 전자기 복사를 방출하도록 설계된다. 반도체칩은 공통 캐리어의 실장면에 설치된다. 또한, 광전 반도체 소자는 비 회전 대칭으로 형성된 적어도 2개의 렌즈 몸체를 포함하고, 상기 렌즈 몸체는 실장면에 대해 평행하면서 서로 직각인 2개의 방향을 따라 복사를 서로 다른 방출각으로 형성하도록 설계된다. 렌즈 몸체 중 하나는 방출 방향으로 각각의 반도체칩 상에 배치되거나 그에 부속한다.
방출 방향에서, 바람직하게는 서로 다른 색으로 방출하는 각각의 반도체칩 상에 고유의 렌즈가 배치된다. 각각의 색은 고유의 렌즈 몸체에 의해 그 방출 특성이 형성되고, 렌즈 몸체가 비 회전 대칭으로 형성됨으로써, 광전 반도체 소자로부터 방출된 총 복사의 높은 색 균일도가 폭 넓은 시야각에 걸쳐 달성될 수 있다. 또한, 방출 특성은 수평 및 수직 방향에서 서로 다르게 조절될 수 있다. 이를 통해, 반도체 소자는 표시 장치 또는 디스플레이에 사용될 수 있고, 이러한 장치에서는 수직 및 수평 방향에서 서로 다른 방출각이 필요하다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 반도체 소자는 소위 RGB 단위(unit)로서 형성된다. 바꾸어 말하면, 반도체칩 중 하나는 적색 스펙트럼 영역에서 방출하고, 반도체칩 중 적어도 하나는 녹색 스펙트럼 영역에서, 다른 반도체칩은 청색 스펙트럼 영역에서 방출한다. 동일한 색으로 복사를 방출하는 반도체칩은 바람직하게는 하나의 색 채널을 나타낸다. 또한 바람직하게는, 각각의 반도체칩 및/또는 각각의 색 채널은 개별적으로 전자 제어될 수 있다. 색 채널이 제어 될 수 있으므로 반도체 소자로부터 방출될 총 복사의 색 위치는 특히 시간에 따라 변하도록 조절될 수 있다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광학적 원거리장에서, 반도체 소자로부터 방출된 총 복사의 색 위치는 시야각에 의존하여 적어도 30°의 각도 범위에 걸쳐 CIELUV 표색계의 최대 0.02 단위만큼, 바람직하게는 최대 0.005 단위만큼 변경된다. 바꾸어 말하면, 육안으로 볼 시, 적어도 30°의 각도 범위에 걸쳐 총 복사의 색상은 시야각과 관련하여 균일하거나/균일하면서 동일하게 유지되는 것으로 보인다.
이때 광학적 원거리장에서란, 색 위치가 반도체 소자 또는 렌즈 몸체의 래터럴 규격에 비해 큰 간격이 측정된다는 것을 의미한다. 큰 간격이란, 상기 간격이 반도체 소자 또는 렌즈 몸체의 래터럴 규격에 비해 적어도 10배, 바람직하게는 적어도 100배에 상응한다는 것을 의미할 수 있다. 반도체 소자의 렌즈 몸체가 실장면을 따라 예를 들면 3 mm의 구간에 걸쳐 연장되면, 색 위치는 바람직하게는 적어도 300 mm의 간격에서 정해진다.
색 위치는 최대 0.02 단위만큼, 바람직하게는 최대 0.005 단위만큼 각도 범위에 걸쳐 변경된다는 것은, 상기 각도 범위의 모든 색 위치가 CIELUV 표색계의 영역에 위치하고, 상기 영역은 반경 0.02 단위를 가진 원으로 정의된다는 것을 의미할 수 있다. 바꾸어 말하면, CIELUV 표색계에서, 상기 각도 범위에서 복사의 2개의 색 위치들 사이의 간격은 최대 0.04 단위이다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 반도체 소자로부터 방출된 총 복사의 색 위치는 시야각에 따라, 서로 직각인 2개의 방향 중 제1방향, 특히 제1수평 방향을 따라 110°의 각도 범위내에서 표색계의 0.04 단위미만만큼, 특히 0.01 단위미만만큼 변경된다. 색 위치를 위한 기준은 바람직하게는 방출 방향 즉 캐리어에 대해 수직인 방향에서 반도체 몸체로부터 방출된 복사의 색 위치이다. 바꾸어 말하면, 제공된 각도 범위를 넘어서는 복사의 색 위치 편차는 방출 방향을 따른 복사의 색 위치와 관련하여 0.02 단위보다 작고, 특히 0.005 단위보다 작다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 서로 직각인 2개의 방향에서 제2방향, 특히 제2수직 방향을 따라 색 위치는 40°의 각도 범위내에서 표색계의 0.04 단위미만만큼, 바람직하게는 0.01 단위미만만큼 변경된다. 색 위치 변화는 바람직하게는 방출 방향을 따르는 복사의 색 위치와 관련된다. 바꾸어 말하면, 제공된 각도 범위를 넘어서는 복사의 색 위치 편차는 방출 방향을 따르는 복사의 색 위치와 관련하여 0.02 단위보다 작고, 특히 0.005 단위보다 작다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 렌즈 몸체의 종횡비는 상호 직각인 방향들과 관련하여 0.3 이상과 0.9 이하 사이이다. 바람직하게는, 종횡비는 0.35 이상과 0.6 이하 사이의 범위이다. 종횡비는 제2방향을 따르는 렌즈 몸체의 최대 치수를 제1방향을 따르는 렌즈 몸체의 최대 치수로 나눈 몫이다. 제2방향은, 서로 직각인 2개의 방향 중에 방출각이 제1방향과 관련하여 더 작은 방향이다. 바람직하게는, 각도 종속적 세기 분포의 종횡비는 그에 상응하는 값 범위를 가진다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 서로 직각인 방향을 따르는 렌즈 몸체의 최대 치수는, 해당 방향을 따르는 반도체칩의 최대 규격의 최대 9배이다. 바람직하게는 렌즈 몸체의 최대 치수는 그에 속한 반도체칩의 최대 규격의 최대 8배, 특히 최대 7배이다. 반도체칩이 예를 들면 제1방향을 따라 300 ㎛의 길이를 가지면, 제1방향을 따른 렌즈 몸체의 최대 치수는 최대 2.7 mm, 바람직하게는 최대 2.4 mm, 특히 최대 2.1 mm이다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 특히 방출 방향과 평행한 방향에서 렌즈 몸체의 높이는 상호 직각인 2개의 방향을 따르는 렌즈 몸체의 최대 치수의 0.25배 이상과 0.95배 이하 사이이다. 바람직하게는, 높이는 렌즈 몸체의 최대 치수의 0.5배 이상과 0.8배 이하 사이이다. 예를 들면 제1방향을 따르는 렌즈 몸체의 최대 치수는 1 mm이면, 렌즈 몸체의 높이는 바람직하게는 0.25 mm 이상과 0.95 mm 이하 사이, 특히 0.5 mm 이상과 0.8 mm 이하 사이이다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 인접한 렌즈 몸체들은 반도체칩으로부터 방출된 복사와 관련하여 광학적으로 서로 분리된다. 바꾸어 말하면, 반도체칩 중 하나로부터 생성된 복사 비율은 상기 반도체칩에 부속하지 않은 렌즈 몸체에 도달하지 않거나 유의미하게 도달하지 않는다. 유의미하지 않다는 것은 예를 들면 반도체칩 중 하나의 복사속의 5%미만, 특히 1%미만이 인접한 렌즈 몸체에 도달한다는 것을 의미한다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 인접한 렌즈 몸체들 사이의 광학적 분리는 포팅 몸체상의 코팅 및/또는 렌즈 몸체 중 적어도 하나의 몸체상의 코팅에 의해 구현된다. 대안적 또는 부가적으로, 광학적 분리는 캐리어상에 설치되거나 포팅 몸체안에 및/또는 렌즈 몸체 중 적어도 하나안에 통합된 빔 덤프(beam dump)로 구현될 수 있다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 인접한 렌즈 몸체들 사이의 간격은 적어도 75 ㎛, 특히 적어도 100 ㎛이다. 바람직하게는, 인접한 렌즈 몸체들 사이의 간격은 특히 방출 방향을 따르는 렌즈 몸체의 높이의 적어도 5%, 바람직하게는 적어도 10%이다. 대안적 또는 부가적으로, 상기 간격은 상호 직각인 2개의 방향 중 하나를 따르는 렌즈 몸체의 최대 치수의 적어도 4%, 특히 적어도 8%이다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 렌즈 몸체의 집광각은 부속한 반도체칩으로부터 방출된 복사와 관련하여, 제1방향을 따라 적어도 145°, 바람직하게는 적어도 160°그리고 수직 방향을 따라 적어도 130°, 바람직하게는 적어도 145°이다. 이러한 집광각에 의해, 반도체칩으로부터 방출된 복사속의 적어도 80%, 바람직하게는 적어도 90%는 부속한 렌즈 몸체에 도달할 수 있다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 렌즈 몸체들은 각각 서로 다르게 형성된다. 바꾸어 말하면, 광전 반도체 소자는 제조 공차 범위내에서 동일한 기하학적인 형성을 가진 2개의 렌즈 몸체를 포함하지 않는다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 반도체 소자의 렌즈 몸체들 중 적어도 2개는 최대 1개, 특히 정확히 1개의 대칭면을 포함한다. 대칭면은 바람직하게는 거울 대칭면이다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 렌즈 몸체는 캐리어 실장면의 평면도에서 삼각형 또는 사각형 배열로 배치된다. 바람직하게는, 렌즈 몸체는 등변 삼각형에 상응하는 배열 또는 정사각형 배열로 존재한다. 바꾸어 말하면, 렌즈 몸체 및 바람직하게는 반도체 소자는 이러한 삼각형 또는 사각형의 꼭지점에 배치된다. 마찬가지로, 부가적인 반도체칩 및 그에 속한 렌즈 몸체가 중앙에, 특히 다른 반도체칩들에 의해 펼쳐지는 삼각형 또는 사각형의 면 중심내에 더 배치될 수 있다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 렌즈 몸체와 반도체칩 사이에 포팅 몸체가 위치한다. 또한 바람직하게는, 렌즈 몸체는 포팅 몸체와 적어도 간접적인 접촉을 하고 방출 방향에서 포팅 몸체보다 뒤에 배치된다. 특히, 포팅 몸체는 캐리어를 향해있는 반도체칩의 측을 제외하고 반도체칩을 완전히 둘러싼다. 바꾸어 말하면, 반도체칩은 캐리어 및 포팅 몸체에 의해 완전히 포위되어 있다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 렌즈 몸체는 포팅 몸체상에 접착되거나, 캐스팅되거나 용융된다. 렌즈 몸체 및 포팅 몸체는 예를 들면 서로 상이하게, 그리고 서로 무관하게 제조되며 차후에야 비로소 조립된다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 모든 렌즈 몸체, 또는 포팅 몸체가 있는 경우에는 모든 렌즈 몸체 및 포팅 몸체는 일체형으로 형성되고 동일한 물질로 구성된다. 예를 들면, 포팅 몸체 및 모든 렌즈 몸체는 캐스팅, 압축 또는 압축 성형에 의해 동일한 방법 단계에서 생성된다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 포팅 몸체 및 렌즈 몸체는 실리콘, 에폭시 또는 실리콘-에폭시 하이브리드 물질을 포함하거나 그것으로 구성된다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 광전 반도체 소자는 외부 복사에 대한 적어도 하나의 차폐부를 포함한다. 외부 복사는 광전 반도체 소자 자체에 의해 생성되지 않는 복사이다. 예를 들면, 외부 복사는 태양광으로 제공된다. 차폐부는 특히, 직접 입사된 태양광이 가령 반도체칩 또는 변환 수단에 도달하는 것을 방지한다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 렌즈 몸체 또는 모든 렌즈 몸체의 표면 형태는, 각각의 렌즈 몸체의 높이(T)의 최대 10%라는 z-값의 편차 내에서 이하의 등식을 따른다:
z(x, y) = -0.33866 x2 - 0.93234 y2 - 0.54136 x4 - 1.25032 x2y2 + 1.78606 y4 + 0.50057 x6 + 1.27170 x4y2 + 0.06042 x2y4 - 4.44960 y6 - 0.10344 x8 + 1.56205 x6y2 + 6.38833 x4y4 + 2.05268 x2y6 - 18.7818 y8 - 0.158501 x10 - 2.955774 x8y2 - 10.73336 x6y4 - 26.66134 x4y6 - 2.344646 x2y8 + 0.127770 y10.
바꾸어 말하면, 표면 형태, 즉 캐리어와 다른 방향을 향해있는 렌즈 몸체의 경계면은 거의 상기 제공된 등식으로 설명할 수 있다. 이때 거의란, 실제로 렌즈 몸체의 표면 형태의 z'값은 각각 제공된 x 및 y에 대해 z - 0.1 T 이상 z + 0.1 T 이하의 범위내에서, 바람직하게는 z - 0.05 T 이상 z + 0.05 T 이하의 범위내에 있음을 의미할 수 있다. 실제적인 z'값은 제공된 등식에 의한 z 값에 비해 렌즈 몸체의 높이(T)의 최대 10%만큼, 바람직하게는 높이(T)의 최대 5%만큼 편차가 있다. 높이(T)는 렌즈 몸체의 최대 높이이다. 좌표 x 및 y를 위한 단위 길이의 선택에 의해 렌즈 몸체의 치수가 결정될 수 있다. 바람직하게는, 좌표 x 및 y를 위한 단위 길이는 동일한 값이고, 예를 들면 각각 1 mm이다.
광전 반도체 소자의 적어도 일 실시예에 따르면, 2개의 인접한 렌즈 몸체들 사이의 간격은 동일한 방향에서 인접한 렌즈 몸체 중 하나의 최대 치수의 적어도 10% 또는 적어도 156%이다.
또한, 표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 앞에 열거한 실시예들 중 하나 이상과 관련하여 설명된 바와 같은 광전 반도체 소자를 적어도 하나 포함한다. 광전 반도체 소자의 특징은 본 명세서에 설명된 표시 장치를 위해서도 개시되며 그 반대의 경우도 그러하다.
표시 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 표시 장치는 다수의 화소를 포함한다. 표시 장치는 예를 들면 디스플레이를 나타낸다.
표시 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 각각의 화소는 앞의 실시예들 중 하나에 따른 광전 반도체 소자로 형성된다.
표시 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 인접한 화소들 사이의 간격은 4 mm 이상과 75 mm 이하 사이이고, 바람직하게는 8 mm 이상과 50 mm 이하 사이이며, 특히 12 mm 이상과 23 mm 이하 사이이다.
표시 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 화소는 매트릭스 방식으로 행과 열로 배치된다. 또한 바람직하게는 각각의 화소는 개별적으로 제어될 수 있다.
표시 장치의 적어도 일 실시예에 따르면, 표시 장치는 마스크를 포함하지 않는다. 마스크는 특히, 시간 종속적으로 화소에서 생성된 복사의 색상 여과를 구현하도록 설계된 장치이다. 특히, 표시 장치는 액정 마스크, 약어로 LCD 마스크를 포함하지 않는다.
이하, 본 명세서에 기술된 광전 반도체 소자 및 본 명세서에 기술된 표시 장치는 도면을 참조하고 실시예에 의거하여 더 상세히 설명된다. 동일한 참조번호는 개별 도면에서 동일한 요소를 나타낸다. 그러나 척도에 맞는 참조가 도시되어 있진 않으며, 오히려 개별 요소는 더 나은 이해를 위해 과장되어 크게 도시되어 있을 수 있다.
도 1은 본 명세서에 기술된 광전 반도체 소자의 실시예를 개략도로 도시한다.
도 2는 본 명세서에 기술된 반도체 소자의 실시예에 있어 각도 종속적 세기 분포(A) 및 각도 종속적 색 위치 분포(B)를 개략도로 도시한다.
도 3 내지 8은 본 명세서에 기술된 반도체 소자의 다른 실시예를 개략도로 도시한다.
도 9는 본 명세서에 기술된 표시 장치의 실시예를 개략도로 도시한다.
도 1에는 광전 반도체 소자(1)의 실시예가 도시되어 있으며, 도 1a의 3차원 도면, 도 1b의 전면도, 도 1c의 측면도, 도 1d의 평면도를 참조한다. 반도체 소자(1)는 실장면(40)을 구비한 캐리어(4)를 포함한다. 실장면(40)상에 3개의 반도체칩들(2a-c)이 적층된다. 반도체칩(2a-c)의 전기 접촉은 도 1에 미도시된 캐리어(4)의 전기적 연결 장치에 의해 이루어진다. 각각의 반도체칩(2a-c)은 서로 다른 스펙트럼 영역에서 방출한다. 예를 들면, 반도체칩(2a)은 적색광을, 반도체칩(2b)은 녹색광을, 반도체칩(2c)은 청색광을 방출한다. 또한, 반도체칩(2a-c)은 별도로 전기적으로 제어될 수 있어서, 반도체 소자(1)로부터 생성된 복사의 색 위치가 조절 가능하다.
반도체칩(2a-c) 및 실장면(7)이 위치한 캐리어(4)의 리세스(7)는 포팅 몸체(5)에 의해 채워지고 덮인다. 포팅 몸체(5)는 캐리어(4)와 함께 반도체칩(2a-c)을 완전히 둘러싼다. 도 1에 도시된 바와 달리, 반도체 소자(1)는 포팅 몸체를 포함하지 않을 수 있다. 이 경우, 반도체칩(2a-c)은 바람직하게는 렌즈 몸체(3a-c) 및 캐리어(4)에 의해 완전히 둘러싸인다. 포팅 몸체(5)는 렌즈 몸체(3a-c)를 위한 일종의 단상(platform)을 나타낸다.
캐리어(4)의 리세스(7)는 적어도 하나의 반사성층, 흡수성층 또는 유색층을 구비할 수 있다. 리세스(7)에 또는 전체 캐리어(4)에 또는 실장면(40)에만 위치한 상기 층에 의해 반도체 소자(1)의 외관상 및/또는 광학적 특성이 목적한 바대로 조절 가능하다.
캐리어(4)와 다른 방향을 향해있는 포팅 몸체(5)의 상측(50)에 3개의 렌즈 몸체(3a-c)가 위치한다. 렌즈 몸체(3a-c) 및 포팅 몸체(5)는 일체형으로 형성되고, 동일한 물질로 구성되며 예를 들면 실리콘, 에폭시 또는 실리콘-에폭시 하이브리드 물질로 구성된다. 각각의 반도체칩(2a-c)에 정확히 하나의 렌즈 몸체(3a-c)가 일대일 방식으로 부속한다. 렌즈 몸체(3a-c)는 수평 방향(H) 및 수직 방향(V)을 따라 서로 다른 규격 및 굴곡부를 가진다. 수평 방향(H) 및 수직 방향(V)에 의해 특히 실장면(40)에 대한 탄젠트면이 펼쳐지고, 상기 탄젠트면은 바람직하게는 방출 방향(z)에 대해 수직으로 배향된다. 방출 방향(z)은 특히 반도체 소자(1)의 주 방출 방향이며, 상기 방향에서 최대 복사속이 방출된다.
렌즈 몸체(3a-c)는 특히 방출 방향(z)과 관련하여 비 회전 대칭으로 형성된다. 수평 방향(H)을 따르는 방출 특성은 수직 방향(V)을 따르는 방출 특성과 다르게 조절될 수 있다. 예를 들면, 렌즈 몸체(3a-c)의 표면 형태는 이하의 등식을 따른다:
z(x, y) = -0.33866 x2 - 0.93234 y2 - 0.54136 x4 - 1.25032 x2y2 + 1.78606 y4 + 0.50057 x6 + 1.27170 x4y2 + 0.06042 x2y4 - 4.44960 y6 - 0.10344 x8 + 1.56205 x6y2 + 6.38833 x4y4 + 2.05268 x2y6 - 18.7818 y8 - 0.158501 x10 - 2.955774 x8y2 - 10.73336 x6y4 - 26.66134 x4y6 - 2.344646 x2y8 + 0.127770 y10.
x, y, z는 무차원수(unitless number)이다. x-축은 수평 방향(H)에 평행하게, y-축은 수직 방향(V)에 평행하게 배향된다. x축 및 y축은 각각의 렌즈 몸체와 관련하여 xy평면에서 교차하며, 특히 각각의 렌즈 몸체(3a-c)를 위한 z가 최대인 위치에서 교차한다.
도 2a에는 가령 도 1에 따른 광전 반도체 소자(1)로부터 방출된 전체 복사에 있어 수평 방향(H)을 따른 방출각(αH) 및 수직 방향(V)을 따른 방출각(αV)에 의존하는 세기 분포가 프로파일선분의 형태로 도시되어 있다.
최대 복사속은 방출 방향(z)으로 방출되는데, 즉 αH = αV = 0이다. 방출 방향(z)을 따른 복사속은 1로 정규화된다. 도 2a에 따르면, 총 복사속은 수직 방향(V) 및 수평 방향(H)과 관련하여 서로 상이하게 방출된다. 수직 방향(V)을 따라 약 -40°내지 +40°의 각도 범위에서, 즉 총 약 80°의 각도 범위에서 각도 종속적 복사속은 방출 방향(z)을 따른 복사속의 적어도 6%로 방출된다. 이러한 점은 수평 방향(H)을 따라, 약 -80°와 +80°사이의 각도에 있어서, 즉 약 160°라는 총 각도 범위에 걸쳐 이루어진다.
도 2b에는 반도체 소자(1)로부터 방출된 총 복사가 광학적 원거리장에서 가지는 색 위치와 관련하여 이에 해당하는 도면이 도시되어 있다. 원거리장이란, 색 위치가 각도 종속적으로 결정되는 간격이 렌즈 몸체(2a-c)의 래터럴 규격보다 현저히 크다는 것을 의미한다. 윤곽선내에서, 방출 방향 또는 주 방출 방향을 따른 복사와 관련하여, 다양한 각도로 방출된 복사의 색 위치의 최대 편차는 CIELUV 표색계에서 최대 0.020 단위이다. 도 2b에 따른 색 위치 편차는 αH = αV = 0을 위한 복사의 색 위치와 관련되며, αH = αV = 0에 있어서 편차는 0.000이다. 바꾸어 말하면, 도 2b에 도시된 윤곽선내에서 총 복사의 모든 색위치는 CIELUV 표색계에서 최대 0.040 단위라는 상호 간격을 가진다. 육안으로 볼 시, 윤곽선 각도 범위내에서 복사는 시야각과 무관하게 동일한 색상으로 보인다. 바꾸어 말하면, 반도체 소자(1)의 총 복사의 색 위치는 윤곽선내의 각도 범위에서 거의 시야각과 무관하다.
수직 방향(V)을 따른 방출각(αV)과 관련하여, 색 위치는 약 -40°내지 약 +40°의 각도 범위, 즉 약 80°의 각도 범위를 넘어서 거의 일정하다. 방출각(αH)과 관련하여 수평 방향(H)을 따라, 상기 균일도는 거의 전체 절반면에 걸쳐, 즉 거의 -85°내지 거의 +85°까지 구현된다.
도 3에 따른 반도체 소자(1)의 실시예에서, 인접한 렌즈 몸체들(3b, 3c) 사이에 빔 덤프(8)가 설치된다. 빔 덤프(8)는 예를 들면 복사를 흡수하는 불투광성 물질로 구성된다. 빔 덤프(8)는 캐리어(4)의 일부일 수 있거나, 별도의 부재로서 포팅부(5)에 삽입될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 달리, 빔 덤프(8)는 선택적으로 포팅 몸체(5)의 상측(50)까지 달할 수 있다.
반도체칩(2b)으로부터 생성된 복사의 빔 경로(R1, R2)는 화살표 선분으로 표시되어 있다. 포팅 몸체(5)의 상측(50)에 전반사가 일어날 수 있고, 따라서 반도체칩(2b)으로부터 생성된 복사는 인접한 렌즈 몸체(3c)에 도달할 수 있다.
도 3b에 따르면, 포팅 몸체(5)의 상측(50)에서 렌즈 몸체(3b, 3c)에 의해 덮이지 않은 영역들에 코팅물(9)이 설치된다. 코팅물(9)은 바람직하게는 반도체칩(2b)으로부터 생성된 복사와 관련하여 흡수 효과를 가진다. 코팅물(9)이 상측(50)에 적층되면, 선택적으로 빔 덤프(8)는 생략될 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 다르게, 복수 개의 코팅물(9)이 포팅 몸체(5)의 상측(50)에 포개어 적층될 수 있다. 반도체칩(2b)을 향해있는 제1코팅물은 예를 들면 흡수성으로 형성되고, 상측(50)에서 반도체칩(2b)을 향해있는 제2코팅물은 유색, 백색 또는 검은색으로 형성될 수 있다.
도 4에 따르면, 인접한 렌즈 몸체들(3)은 상호간 간격(w)을 가지고, 상기 간격은 예를 들면 100 ㎛이다. 간격(w)은 바람직하게는, 반도체칩(2a)으로부터 생성되며 부속한 렌즈 몸체(3a)에 도달하는 복사 중 어느 것도 인접한 렌즈 몸체들(3b)에 도달하지 않도록 선택된다. 따라서, 반도체칩(2a)으로부터 생성된 복사는 렌즈 몸체(3b)에 의해 가령 반사 또는 굴절에 의해 영향을 받지 않거나 거의 받지 않는다.
도 5에 따른 실시예에서, 렌즈 몸체(3)는 수직 방향을 따라 약 150°의 집광각(β)을 포함한다. 수평 방향(H)을 따른 집광각은 바람직하게는 적어도 160°이다. 이를 통해, 반도체칩(2)으로부터 방출된 복사속의 높은 비율은 렌즈 몸체(3)에 도달하고, 예를 들면 90%를 초과하는만큼 도달한다. 따라서, 반도체칩(2a)으로부터 방출된 전체 복사는, 거의, 렌즈 몸체(3a)에 의해 모사(copy)되거나 렌즈 몸체(3a)의 형상에 상응하여 방출 프로파일로 형성된다.
도 6에는 광전 소자(1)의 실시예가 도시되어 있으며, 3개의 렌즈 몸체(3a-c)는 각각 서로 다른 기하학적인 형상으로 형성되며, 도 6a의 개략적 단면도 및 도 6b의 평면도를 참조한다. 특히, 3개의 렌즈 몸체(3a-c)는 방출 방향(z)을 따라 서로 다른 높이(T1-3)를 가진다. 렌즈 몸체(3b)는 2개의 대칭면을 포함하고, 상기 대칭면은 방출 방향(z) 및 수직 방향(V)뿐만 아니라 방출 방향(z) 및 수평 방향(H)에 의해서도 정의된다. 렌즈 몸체(3a, 3c)는 각각 하나의 단일 대칭면만을 포함하고, 상기 대칭면은 수직 방향(V) 및 방출 방향(z)에 의해 정의된다.
3개의 반도체칩(2a-c)은 방출 방향(z)을 따라 각각 서로 다른 높이를 보여준다. 이러한 점은 마찬가지로 상이한 높이(T1-3)를 가진 렌즈 몸체(3a-c)에 의해 보상될 수 있어서, 반도체칩(2a-c)으로부터 방출된 복사 각각은 동일한 방식으로 또는 유사한 방식으로 방출된다.
인접한 렌즈 몸체들(3a-c) 사이의 간격(w)은 예를 들면 렌즈 몸체(3b)의 수직 방향(V)을 따른 최대 치수(L1)의 적어도 10%이다. 각각의 렌즈 몸체(3a-c)의 높이(T1-3)는 바람직하게는 수평 방향(H)을 따른 부속 렌즈 몸체(3b)의 최대 규격(L2)의 0.25배 이상과 0.95배 이하 사이이다. 최대 규격들(L1, L2)의 몫으로 정해지는 종횡비는 바람직하게는 0.3 이상과 0.95 이하 사이이다. 또한, 렌즈 몸체(3a-c)의 최대 치수(L1, L2)는 특히 부속 반도체칩(2a-c)의 최대 규격(C1, C2)의 최대 6배이다.
수평 방향(H)을 따르는 최대 치수(L2)는 예를 들면 1 mm 이상과 2 mm 이하 사이이며, 수직 방향을 따르는 렌즈 몸체(3)의 최대 규격(L1)은 예를 들면 0.5 mm 이상과 1.5 mm 이하 사이이다. 높이(T2)는 바람직하게는 1 mm이하이다. 전체 반도체 소자(1)의 래터럴 규격은 예를 들면 1.5 mm x 1.5 mm와 6 mm x 6 mm사이, 특히 약 3 mm x 3 mm이다.
도 7a, 7b, 7c에 따르면, 렌즈 몸체(3a-c) 및 반도체칩(2a-c)은 캐리어(4)의 평면도에서 볼 때 삼각형 배열 또는 사각형 배열로 배치된다. 도 7b에 따르면, 반도체 소자(1)는 4개의 반도체칩(2a-c)뿐만 아니라 4개의 렌즈 몸체(3a-c)도 포함한다. 반도체칩들(2b)은 예를 들면 녹색 스펙트럼 영역에서, 반도체칩(2a)은 적색 스펙트럼 영역에서, 반도체칩(2c)은 청색 스펙트럼 영역에서 방출한다. 도 7b에 따른 반도체 소자(1)는 소위 RGGB 단위이다. 도 7b에 따르면, 부가적으로 반도체칩(2d) 및 렌즈 몸체(3d)가 반도체칩(2a-c) 및 렌즈 몸체(2a-c)에 의해 펼쳐진 사각형의 면 중심에 배치된다.
도 8에 따른 실시예에서, 광전 반도체 소자(1)는 각각 적어도 하나의 외부 복사 차폐부(6)를 포함한다. 외부 복사는 예를 들면 직접적인 태양 조사로 제공된다.
도 8a에 따르면, 반도체 소자(1)는 정확히 하나의 차폐부(6)를 포함하고, 차폐부는 렌즈 몸체(3)와 분리되어 캐리어(4)상에 적층된다. 도 8b에 따르면, 각각의 렌즈 몸체(3a, 3b)에 차폐부(6a, 6b)가 부속한다. 도 8c에 따른 반도체 소자(1)에서, 차폐부(6a, 6b)는 렌즈 몸체(3a, 3b)에 맞춰지거나 맞추어 성형된다. 마찬가지로, 차폐부(6a, 6b)는 렌즈 몸체(3a, 3b)에 의해 포함되어 있거나 렌즈 몸체에 통합되어 있을 수 있다. 도 8d의 평면도에 따르면, 차폐부(6)는 길쭉하면서 굴곡진 수평 단면을 포함한다.
도 9에는 표시 장치(10)의 실시예가 도시되어 있다. 예를 들면 도 1 및 3 내지 8 중 어느 하나에 따라 형성된 다수의 광전 반도체 소자(1)는 매트릭스형 2차원 배열로 실장된다. 반도체 소자(1)에 의해 표시 장치(10)의 화소가 구현된다. 인접한 화소들사이, 그리고 인접한 반도체 소자들(1) 사이의 간격(D)은 예를 들면 12 mm 이상과 23 mm 이하 사이이다. 특히, 표시 장치(10)는 유색의 영상 및/또는 필름을 표시하도록 설계된다.
종래의 표시 장치에서는, 예를 들면 공통 실장 캐리어상에 위치한 복수 개의 칩 이후에 단일의 렌즈가 배치되어 있는 반도체 소자가 사용된다. 이를 통해, 칩으로부터 생성되며 특히 다양한 색을 가진 복사는 렌즈에 의해 서로 상이하게 굴절되는데, 칩은 예를 들면 렌즈의 광학축과 관련하여 서로 다른 위치에 있기 때문이다. 복수 개의 칩들이 단일의 렌즈에 의해 덮이는 이러한 배열에서, 얻을 수 있는 색 균일도는 방출각과 관련하여 제한된다. 이를 통해, 시야각에 의존하여 서로 다른 색 인상이 발생할 수 있다.
또한, 종래 표시 장치는 발광다이오드를 포함할 수 있고, 방출 방향에서 상기 발광다이오드 이후에 렌즈가 배치되지 않거나 방사 대칭 렌즈만 배치된다. 방출은 마찬가지로 통상적으로 회전 대칭적으로, 약 120°의 개구각을 가진 광원뿔에서 이루어진다. 표시 장치에 있어서 이러한 방출각은 특히 수직 방향에서 너무 크다. 따라서, 예를 들면 수평 방향에서 110°와 수직 방향에서 40°라는 원하는 각도 범위에서의 복사 세기는 감소한다.
또한, 종래의 표시 장치는 소위 방사형 LED를 포함한다. 방사형 LED의 실장 시, 실장 캐리어와 방사형 LED간의 각도와 관련하여 비교적 큰 공차가 발생한다. 이를 통해, 일종의 사시(squint), 소위 디더링 효과가 발생할 수 있다. 특히 비디오 디스플레이를 위해 이러한 효과는 불필요하다.
본 명세서에 기술된 발명은 실시예에 의거한 설명에 의하여 이러한 실시예에 한정되지 않는다. 오히려, 본 발명은 각 새로운 특징 및 특징들의 각 조합을 포함하고, 이러한 점은 특히, 비록 이러한 특징 또는 이러한 조합이 그 자체로 명백하게 특허청구범위 또는 실시예에 제공되지 않더라도, 특허청구범위에서의 특징들의 각 조합을 포괄한다.
본 특허 출원은 독일 특허 출원 10 2009 015313.6의 우선권을 청구하고, 그 공개 내용은 참조로 포함된다.

Claims (15)

  1. 구동 시 서로 다른 파장 영역에서 전자기 복사를 방출하도록 설계되며 공통 캐리어(4)의 실장면(40)에 설치된 적어도 2개의 광전 반도체칩들(2),
    상기 실장면(40)에 대해 평행하면서 상호 직각인 2개의 방향(H, V)을 따라 복사를 서로 다른 방출각(α)으로 형성하도록 설계되며 비 회전 대칭으로 형성된 적어도 2개의 렌즈 몸체들(4)
    을 포함하고,
    상기 렌즈 몸체들(3) 중 하나는 방출 방향(z)으로 각각의 반도체칩들(2) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반도체 소자(1)로부터 방출된 전체 복사의 색 위치는 광학적 원거리장에서, 시야각에 따라, 적어도 30°의 각도 범위에 걸쳐 CIELUV 표색계의 최대 0.02 단위만큼 변경되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 반도체 소자(1)로부터 방출된 전체 복사의 색 위치는 시야각에 따라 제1방향(H)에서는 110°의 각도 범위내에서, 제2방향(V)에서는 40°의 각도 범위내에서 상기 CIELUV 표색계의 0.04 단위미만만큼 변경되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체(3)의 종횡비는 상호 직각인 방향들(H, V)과 관련하여 0.3 이상과 0.9 이하 사이인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상호 직각인 방향들(H, V)을 따라 상기 렌즈 몸체(3)의 최대 치수(L1, L2)는 해당 방향들(H, V)을 따라 상기 반도체칩들(2)의 최대 규격(C1, C2)의 최대 9배인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체(3)의 높이(T)는 상호 직각인 방향들(H, V)을 따라 상기 렌즈 몸체(3)의 최대 치수(L2)의 0.25배 이상과 0.95배 이하 사이인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 렌즈 몸체들(3)은 상기 반도체칩들(2)로부터 방출된 복사와 관련하여 광학적으로 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체(3)의 집광각(β)은 부속한 반도체칩(2)으로부터 방출된 복사와 관련하여 상기 수평 방향(H)을 따라서 적어도 145°, 상기 수직 방향(V)을 따라서 적어도 130°인 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체들(3)은 각각 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  10. 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체(3)는 상기 실장면(40)의 평면도에서 삼각형 배열, 사각형 배열, 또는 부가적인 중앙 렌즈 몸체(3)를 포함하는 사각형 배열로 제공되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  11. 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체들(3)과 반도체칩들(2) 사이에 포팅 몸체(5)가 위치하고, 이때 방출 방향에서 볼 때 상기 렌즈 몸체(3)는 상기 포팅 몸체(5)상에 위치하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  12. 청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    모든 렌즈 몸체(3) 또는 모든 렌즈 몸체(3) 및 포팅 몸체(5)는 일체형으로 형성되고 동일한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전 반도체 소자는 외부 복사에 대해 적어도 하나의 차폐부(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 몸체(3) 중 적어도 하나 또는 모든 렌즈 몸체의 표면 형태는 각각의 렌즈 몸체의 높이(T)의 최대 10%라는 z값의 편차내에서 이하의 등식:
    z(x, y) = -0.33866 x2 - 0.93234 y2 - 0.54136 x4 - 1.25032 x2y2 + 1.78606 y4 + 0.50057 x6 + 1.27170 x4y2 + 0.06042 x2y4 - 4.44960 y6 - 0.10344 x8 + 1.56205 x6y2 + 6.38833 x4y4 + 2.05268 x2y6 - 18.7818 y8 - 0.158501 x10 - 2.955774 x8y2 - 10.73336 x6y4 - 26.66134 x4y6 - 2.344646 x2y8 + 0.127770 y10.
    을 따르는 것을 특징으로 하는 광전 반도체 소자(1).
  15. 다수의 화소를 포함한 표시 장치(10)에 있어서,
    화소들 중 적어도 하나의 화소는 청구항 1 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 따른 광전 반도체 소자(1)로 형성되고, 그리고
    인접한 화소들 사이의 간격(D)은 4 mm 이상과 75 mm 이하 사이인 것을 특징으로 하는 표시 장치(10).
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