KR20160098580A - 광학 소자 및 이를 포함하는 광원 모듈 - Google Patents

광학 소자 및 이를 포함하는 광원 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈은, 광원; 및 상기 광원의 광이 입사되는 입사면을 갖는 제1면 및 상기 입사면을 통해 입사된 광을 외부로 방출하는 제2면을 갖는 광학 소자를 포함하며, 상기 입사면은 광축이 지나는 중앙이 상기 제2면을 향해 함몰되어 오목한 곡면을 갖는 제1곡면 및 상기 제1곡면의 가장자리로부터 연장되어 상기 제1면과 연결되는 볼록한 곡면을 갖는 제2곡면을 포함하며, 상기 제1곡면과 제2곡면이 만나는 지점에 변곡점을 가질 수 있다.

Description

광학 소자 및 이를 포함하는 광원 모듈{OPTICAL DEVICE AND LIGHT SOURCE MODULE HAVING THE SAME}
본 발명은 광학 소자 및 이를 포함하는 광원 모듈에 관한 것이다.
발광소자 패키지에 사용되는 렌즈 중 광(廣)지향각 렌즈는 굴절을 이용하여 중심부에서 광을 측방향의 넓은 영역으로 확산시키는데 사용된다. 다만, 패키지의 다양한 광원 형태에 따라서 렌즈로 입사되는 광이 균일하게 확산되지 못하고 일부 영역에서 휘도 분포가 증가할 수 있다. 이와 같이, 확산되는 광의 불균일한 분포에 의해 조명 장치 또는 디스플레이 장치에서 얼룩(mura)과 같은 균일도(Optical Uniformity) 불량이 발생할 수 있다.
이에 당 기술분야에서는 얼룩의 발생을 방지하고 휘도 분포의 균일도를 향상시킬 수 있는 방안이 요구되고 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자는, 광이 입사되는 입사면을 갖는 제1면; 및 상기 입사면을 통해 입사된 광을 외부로 방출하는 제2면을 포함하며, 상기 입사면은 광축이 지나는 중앙이 상기 제2면을 향해 함몰되어 오목한 곡면을 갖는 제1곡면 및 상기 제1곡면의 가장자리로부터 연장되어 상기 제1면과 연결되는 볼록한 곡면을 갖는 제2곡면을 포함하고, 상기 제1곡면과 제2곡면이 만나는 지점에 변곡점을 가지며, 상기 제1면이 하부 방향으로 볼록하게 돌출되고, 상기 제1면과 반대에 배치되는 상기 제2면이 상부 방향으로 볼록하게 돌출된 양면 볼록 렌즈(bi-convex lens) 구조를 가질 수 있다.
상기 제1면은 상기 광축이 지나는 중앙에 상기 제2면을 향해 함몰되어 상기 입사면을 형성하는 홈부를 구비할 수 있다.
상기 입사면의 형상은 다음의 조건1 내지 조건3을 만족할 수 있다.
조건1: θ≤55°의 범위에서 dR/dθ＜0
조건2: 55°＜θ＜65°의 범위에서 dR/dθ=0
조건3: 65°≤θ의 범위에서 dR/dθ＞0
여기서, 광원의 발광면과 상기 광축의 교점을 기준점 'O'으로 할 경우, 'R'은 상기 기준점과 상기 입사면의 임의의 점을 연결하는 직선이고, 'θ'는 상기 직선 'R'과 상기 광축이 이루는 각임.
상기 입사면의 형상은 다음의 조건4 내지 조건6을 만족할 수 있다.
조건4: θ1≤55°의 범위에서 θ2/θ1＞1
조건5: 55°＜θ1＜65°의 범위에서 θ2/θ1=1
조건6: 65°≤θ1의 범위에서 θ2/θ1＜1
여기서, 'θ1'은 상기 광원으로부터 출사되는 임의의 광이 상기 광축과 이루는 출사각이고, 'θ2'는 상기 출사각을 갖는 광이 상기 입사면에서 상기 제2면으로 굴절되어 상기 광축과 이루는 굴절각임.
상기 제1면과 제2면 사이에 상기 광학 소자의 테두리에 해당하는 플렌지부를 구비하며, 상기 광학 소자의 바닥면에서 상기 플렌지부의 중심까지의 두께(Tf)가 상기 광학 소자의 전체 두께(Tt)의 1/3 내지 1/2에 해당할 수 있다.
상기 입사면은 상기 광이 굴절되는 방향이 역전하는 구간을 구비할 수 있다.
상기 제1면에 구비되는 지지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자는, 광축이 지나는 중앙에 홈부를 갖는 제1면; 및 상기 제1면과 반대에 배치되는 제2면을 포함하며, 상기 홈부의 표면은 광이 입사되는 입사면을 정의하며, 상기 입사면은 광축이 지나는 중앙이 상기 제2면을 향해 함몰되어 오목한 곡면을 갖는 제1곡면 및 상기 제1곡면의 가장자리로부터 연장되어 상기 제1면과 연결되는 볼록한 곡면을 갖는 제2곡면을 포함하고, 상기 제1곡면과 제2곡면이 만나는 지점에 변곡점을 가지며, 상기 제1면이 하부 방향으로 볼록하게 돌출되고, 상기 제1면과 반대에 배치되는 상기 제2면이 상부 방향으로 볼록하게 돌출된 양면 볼록 렌즈(bi-convex lens) 구조를 가질 수 있다.
상기 입사면은 단면이 'S'자 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈은, 광원; 및 상기 광원 상에 배치되며 광축이 지나는 중앙에 홈부를 갖는 제1면 및 상기 제1면과 반대에 배치되는 제2면을 갖는 광학 소자를 포함하며, 상기 홈부의 표면은 상기 광원의 광이 입사되는 입사면을 정의하며, 상기 입사면은 광축이 지나는 중앙이 상기 제2면을 향해 함몰되어 오목한 곡면을 갖는 제1곡면 및 상기 제1곡면의 가장자리로부터 연장되어 상기 제1면과 연결되는 볼록한 곡면을 갖는 제2곡면을 포함하고, 상기 제1곡면과 제2곡면이 만나는 지점에 변곡점을 가지며, 상기 제1면이 하부 방향으로 볼록하게 돌출되고, 상기 제1면과 반대에 배치되는 상기 제2면이 상부 방향으로 볼록하게 돌출된 양면 볼록 렌즈(bi-convex lens) 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 얼룩의 발생을 방지하고 휘도 분포의 균일도를 향상시킬 수 있는 광학 소자 및 이를 포함하는 광원 모듈이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자를 포함하는 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도이다.
도 3은 도 2에서 입사면을 확대하여 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3의 입사면에서 입사각과 굴절각 사이의 관계를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 2의 광학 소자에서 광원의 광 경로를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 광학 소자의 제1면에서 광이 굴절되어 외부로 방출되는 광 경로를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 단면도 및 평면도이다.
도 8은 도 7에서 기판 상에 광원과 광학 소자가 실장된 상태를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 광원을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명에 채용가능한 파장변환물질을 설명하기 위한 CIE1931 좌표계이다.
도 11은 양자점(quantum dot, QD)의 단면 구조를 나타내는 개략도이다.
도 12는 광원으로 사용될 수 있는 LED 칩의 일 예를 나타내는 단면도이다.
도 13a는 광원으로 채용될 수 있는 LED 칩의 다른 예를 나타내는 평면도이다.
도 13b는 도 13a에 도시된 LED 칩을 I-I'선으로 절취한 측단면도이다.
도 14는 광원으로 사용될 수 있는 LED 칩의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 15는 광원으로 사용될 수 있는 LED 칩의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 16에서는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(벌브형)를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치(L램프형)를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자를 포함하는 광원 모듈을 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자를 포함하는 광원 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광원 모듈(1)은 광원(10) 및 상기 광원(10) 상에 배치되는 광학 소자(20)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 광원(10) 및 상기 광학 소자(20)가 장착되는 기판(30)을 더 포함할 수 있다.
상기 광원(10)은 외부에서 인가되는 구동 전원에 의해 소정 파장의 광을 발생시키는 광전소자일 수 있다. 예를 들어, n형 반도체층 및 p형 반도체층과 이들 사이에 배치된 활성층을 갖는 반도체 발광다이오드(LED)를 포함할 수 있다(도 12 내지 도 15 참조).
상기 광원(10)은 함유되는 물질 또는 형광체와의 조합에 따라서 청색 광, 녹색 광 또는 적색 광을 발광할 수 있으며, 백색 광, 자외 광 등을 발광할 수도 있다. 상기 광원(10)의 구체적인 구성 및 구조에 대해서는 추후 구체적으로 설명한다.
상기 광학 소자(20)는 광원(10) 상에 배치되어 상기 광원(10)을 덮을 수 있다. 상기 광학 소자(20)는 상기 광원(10)에서 방출되는 광의 지향각을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 광학 소자(20)는 상기 광원(10)의 광을 확산시켜 넓은 지향각을 구현하는 광(廣)지향각 렌즈를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4에서는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 광학 소자(20)를 개시하고 있다. 도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 광학 소자(20)는 상기 광원(10)의 광이 입사되는 입사면(23)을 갖는 제1면(21) 및 상기 입사면(23)을 통해 입사된 광을 외부로 방출하는 제2면(22)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 광학 소자(20)는 상기 제1면(21)과 제2면(22) 사이에 상기 광학 소자(20)의 테두리에 해당하는 플렌지부(25)를 구비할 수 있다. 상기 플렌지부(25)는 상기 광학 소자(20)의 둘레를 따라서 소정 두께를 가지며 최외곽으로 돌출된 부분을 형성할 수 있다. 상기 제1면(21)과 제2면(22)은 상기 플렌지부(25)를 사이에 두고 서로 분리될 수 있다.
상기 광학 소자(20)는, 상기 광원(10)과 마주하는 상기 제1면(21)이 상기 광원(10)을 향해 볼록하게 돌출되고, 상기 제1면(21)과 반대에 배치되는 상기 제2면(22)이 상기 광원(10)과 반대 방향으로 볼록하게 돌출되어 전체적으로 양면 볼록 렌즈(bi-convex lens) 구조를 가질 수 있다.
상기 광학 소자(20)는 바닥면에서 상기 플렌지부(25)의 중심까지의 두께(Tf)가 상기 광학 소자(20)의 전체 두께(Tt)의 1/3 내지 1/2에 해당하는 구조를 가질 수 있다.
상기 제1면(21)은 상기 광원(10) 상에 배치되어 상기 광원(10)과 마주하는 면으로 상기 광학 소자(20)의 바닥면에 해당된다. 상기 제1면(21)의 광축(Z)이 지나는 중앙에는 상기 제2면(22)을 향해 함몰되어 상기 입사면(23)을 형성하는 홈부(24)가 구비될 수 있다.
상기 홈부(24)는 상기 광학 소자(20)의 중심을 지나는 상기 광축(Z)에 대해 회전대칭을 이루는 구조를 가지며, 상기 홈부(24)의 표면은 상기 광원(10)의 광이 입사되는 입사면(23)으로 정의될 수 있다. 따라서, 상기 광원(10)에서 발생된 광은 상기 입사면(23)을 통과하여 상기 광학 소자(20)의 내부로 진행하게 된다.
상기 홈부(24)는 상기 제1면(21)에서 외부로 개방되며, 상기 제1면(21)으로 노출되는 단면의 크기가 상기 광원(10)보다 크도록 형성될 수 있다. 그리고, 상기 광원(10)을 덮는 형태로 상기 광원(10)의 상부에서 상기 광원(10)과 마주하여 배치될 수 있다.
상기 입사면(23)은 제1곡면(23a) 및 제2곡면(23b)를 포함하며, 상기 제1곡면(23a)과 제2곡면(23b)이 만나는 지점에 변곡점을 가질 수 있다. 상기 제1곡면(23a)은 상기 광축(Z)이 지나는 중앙이 상기 제2면(22)을 향해 함몰되어 오목한 곡면일 수 있다. 상기 제2곡면(23b)은 상기 제1곡면(23a)의 가장자리로부터 연장되어 상기 제1면(21)과 연결되는 볼록한 곡면일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 입사면(23)은 단면 형태가 상기 광축(Z)을 기준으로 좌우 대칭을 이루며, 상기 입사면(23)의 반쪽은 단면 형태가 전체적으로 'S'자 형상의 구조를 가질 수 있다.
도 3 및 도 4에서는 상기 입사면(23) 부분을 보다 확대해서 나타내고 있다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 상기 입사면(23)의 형상은 다음의 조건1 내지 조건3을 만족하는 구조로 형성될 수 있다.
조건1: 0°≤θ≤55°의 범위에서 dR/dθ＜0
조건2: 55°＜θ＜65°의 범위에서 dR/dθ=0
조건3: 65°≤θ의 범위에서 dR/dθ＞0
여기서, 상기 광축(Z)과 상기 광원(10)의 발광면의 교점을 기준점(O)으로 할 경우, 'R'은 상기 기준점(O)과 상기 입사면의 임의의 점을 연결하는 직선, 'θ'는 상기 직선 'R'과 상기 광축(Z)이 이루는 각을 의미한다.
즉, θ=0°인 경우를 기준으로 'R'의 길이 변화는 대략 θ≤55°의 범위에서 θ가 증가함에 따라 감소하고, θ≥65°의 범위에서는 θ가 증가함에 따라 증가하는 구조를 가질 수 있다. 그리고, 55°＜θ＜65°의 범위에서는 변화량이 없는 구조를 가질 수 있다. 즉, 55°＜θ＜65°의 범위에서 구배가 역전되는 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 상기 입사면(23)의 형상은 상기 조건1 내지 조건3과 연계하여, 또는 단독으로 다음의 조건4 내지 조건6을 만족하는 구조로 형성될 수 있다.
조건4: 0°≤θ1≤55°의 범위에서 θ2/θ1＞1
조건5: 55°＜θ1＜65°의 범위에서 θ2/θ1=1
조건6: 65°≤θ1의 범위에서 θ2/θ1＜1
여기서, 'θ1'은 상기 광원(10)으로부터 출사되어 상기 입사면(23)으로 입사되는 임의의 광(L)이 상기 광축(Z)과 이루는 입사각이고, 'θ2'는 상기 입사각을 갖는 광(L)이 상기 입사면(23)에서 상기 제2면(22)으로 굴절되어 상기 광축(Z)과 이루는 굴절각을 의미한다.
즉, 0°≤θ1≤55°의 범위에서 광원(10)의 광은 입사면(23)에서 확산되고, 55°＜θ1＜65°의 범위에서는 입사면(23)에 수직하게 입사하며, 65°≤θ1의 범위에서는 입사면에서 수렴하는 광 경로를 가질 수 있다. 즉, 상기 입사면(23)은 상기 광원(10)의 광이 굴절되는 방향이 역전하는 구간을 구비하는 구조를 가질 수 있다.
도 5, 도 6a 및 도 6b에서는 상기 광학 소자(20)에서의 광 경로를 개략적으로 나타내고 있다.
도 5에서 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 광학 소자(20)의 기판(30)과 마주하는 바닥면에 해당하는 제1면(21)의 중앙에는 입사면(23)이 위치하며 상기 입사면(23)은 변곡점으로 연결된 제1곡면(23a)과 제2곡면(23b)을 갖는다. 상기 입사면(23)의 단면 형태가 거의 'S'자 형상을 가질 수 있다. 이러한 입사면(23)은 상기 광원(10)에서 작은 각도로 발산하는 광은 상기 입사면(23)을 통해 확산되고, 큰 각도로 발산하는 광은 반대로 수렴하여(굴절 방향이 역전함) 광학 소자(20)의 안쪽으로 모이게 되는 광 경로를 구현할 수 있다. 따라서, 일률적으로 확산만 되는 일반적인 확산 렌즈와 달리 굴절 방향이 역전되는 구간(B)을 구비함으로써 휘도 분포의 중앙영역에서의 균일도를 보다 고르게 할 수 있다.
또한, 도 6a 및 도 6b에서 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 광학 소자(20)의 바닥면에 해당하는 제1면(21)이 광출사면에 해당하는 제2면(22)과 같이 볼록한 형태를 가지기 때문에 광원(10)의 광(L1) 중 제2면(22)에서 반사되는 일부 광(L2)을 상기 제1면(21)에서 재반사시키지 않고 굴절시켜 직접 외부로 방출되도록 함으로써 측방향으로 보다 넓은 영역으로 광이 조사될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 상기 제1면(21)이 부분적으로 광출사면으로서 기능을 할 수 있고, 광학 소자(20)가 실장되는 기판(30)과의 거리를 확보할 수 있어서 광학 소자(20)가 구현하는 휘도 분포의 중앙부의 균일도를 보다 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 제1면(21)에는 상기 광학 소자(20)를 지지하는 지지부(25)가 더 구비될 수 있다. 상기 지지부(25)는 복수개가 상기 홈부(24)의 둘레를 따라서 서로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 광학 소자(20)는 상기 지지부(25)를 통해, 예를 들어, 회로기판 상에 장착될 수 있다(도 7 및 도 8 참조).
상기 제2면(22)은 상기 제1면(21)과 반대에 배치될 수 있다. 상기 제2면(22)은 상기 입사면(23)을 통해 상기 광학 소자(20) 내부로 들어온 광이 외부로 방출되는 광출사면으로 상기 광학 소자(20)의 상면에 해당된다.
도 2에서 도시하는 바와 같이, 상기 제2면(22)은 상기 제1면(21)의 가장자리로부터 상부 방향으로 돔 형태로 돌출되되 상기 광축(Z)이 지나는 중앙이 상기 홈부(24)를 향해 오목하게 함몰된 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 제2면(22)은 상기 광축(Z)을 따라 상기 제1면(21)을 향해 함몰되어 오목한 곡면을 가지는 오목부(22a)와, 상기 오목부(22a)의 가장자리로부터 상기 광학 소자(20)의 테두리까지 연속하여 연장되는 볼록한 곡면을 가지는 볼록부(22b)를 포함할 수 있다.
상기 제2면(22)에는 상기 광축(Z)에서 상기 테두리 방향으로 복수의 요철부(22c)가 주기적으로 배열될 수 있다. 상기 복수의 요철부(22c)는 상기 광학 소자(20)의 수평 단면 형상에 대응하는 링 형상의 구조를 가질 수 있으며, 상기 광축(Z)을 기준으로 동심원을 이룰 수 있다. 그리고, 상기 광축(Z)을 중심으로 상기 제2면(22)의 표면을 따라 주기적인 패턴을 이루며 방사상으로 확산되는 구조로 배열될 수 있다.
상기 복수의 요철부(22c)는 각각 일정한 주기(pitch)(P)로 이격되어 패턴을 이룰 수 있다. 이 경우, 상기 복수의 요철부(22c) 사이의 주기(P)는 대략 0.01mm 내지 0.04mm 사이의 범위를 가질 수 있다. 상기 복수의 요철부(22c)는 광학 소자(20)를 제조하는 과정에서 발생할 수 있는 미세한 가공 오차로 인하여 광학 소자(20)들 간의 성능의 차이를 상쇄할 수 있으며, 이를 통해 휘도 분포의 균일도를 향상시킬 수 있다.
상기 광학 소자(20)는 투광성을 갖는 수지 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 아크릴(acrylic) 등을 포함할 수 있다. 또한, 글라스 재질로 이루어질 수도 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 광학 소자(20)는 광분산 물질을 대략 3% 내지 15% 사이의 범위 내에서 함유할 수 있다. 상기 광분산 물질로는, 예를 들어, SiO2, TiO2 및 Al2O3로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다. 광분산 물질이 3%보다 적게 함유되는 경우에는 광이 충분히 분산되지 않아 광분산 효과를 기대할 수 없다는 문제가 발생한다. 그리고, 광분산 물질이 15% 이상 함유되는 경우에는 상기 광학 소자(20)를 통해 외부로 방출되는 광량이 감소하게 되어 광추출 효율이 저하되는 문제가 발생한다.
상기 광학 소자(20)는 유동성의 용제를 금형 내부로 주입하고 고형화하는 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 인젝션 몰딩(injection molding), 트랜스퍼 몰딩(transfer molding), 컴프레션 몰딩(compression molding) 등의 방식이 포함될 수 있다.
상기 기판(30)은 일반적인 FR4 타입의 인쇄회로기판(PCB) 혹은 변형이 쉬운 플렉서블(flexible) 인쇄회로기판일 수 있고, 에폭시, 트리아진, 실리콘, 및 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성될 수 있다. 또한, 실리콘 나이트라이드, AlN, Al2O3 등의 세라믹 소재로 형성되거나, MCPCB, MCCL 등과 같이 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있다.
도 7a 및 도 7b에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(30)은 길이 방향으로 길이가 긴 직사각형 형상의 바(bar) 구조를 가질 수 있다. 다만, 이는 일 실시 형태에 따른 기판(30)의 구조를 예시하는 것이며, 이에 한정하는 것은 아니다. 상기 기판(30)은 장착되는 제품의 구조에 대응하여 다양한 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 원형의 구조를 가지는 것도 가능하다.
도 8에서 도시하는 바와 같이, 상기 기판(30)에는 피두셜 마크(fiducial mark)(31) 및 광원 탑재영역(32)이 구비될 수 있다. 상기 피두셜 마크(31)와 광원 탑재영역(32)은 각각 상기 광학 소자(20) 및 광원(10)이 장착될 위치를 안내할 수 있다. 상기 피두셜 마크(31)는 복수개가 각 광원 탑재영역(32)의 둘레를 따라서 배치될 수 있다.
상기 광원(10)은 복수개가 상기 기판(30)의 일면 상에 구비되는 광원 탑재영역(32)에 각각 장착되고, 상기 기판(30)의 길이 방향을 따라서 배열될 수 있다. 그리고, 상기 광학 소자(20)는 상기 광원(10)과 대응되는 수량으로 구비될 수 있으며, 각 광원 탑재영역(32)에 대한 피듀셜 마크(31)를 통해 각 광원(10)을 덮는 구조로 상기 기판(30) 상에 장착될 수 있다.
상기 기판(30) 상에는 상기 복수의 광원(10)과 광학 소자(20) 외에 외부 전원과의 연결을 위한 커넥터(40)가 구비될 수 있다. 상기 커넥터(40)는 상기 기판(30)의 일측 단부 영역에 장착될 수 있다. 또한, 상기 기판(30)에는 상기 광원(10)과 전기적으로 접속되는 회로 배선(미도시)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 광원(10)은 다양한 구조의 발광다이오드(LED) 칩 또는 상기 발광다이오드 칩이 장착된 발광다이오드 패키지가 사용될 수 있다.
도 9에서는 상기 광원(10)을 개략적으로 나타내고 있다. 도 9에서 도시하는 바와 같이 상기 광원(10)은, 예를 들어, 반사컵(13)을 갖는 패키지 몸체(12) 내에 LED 칩(11)이 실장된 패키지 구조를 가질 수 있다. 그리고, LED 칩(11)은 형광체를 함유하는 봉지부(14)에 의해 커버될 수 있다. 본 실시 형태에서는 광원(10)이 LED 패키지 형태인 경우를 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 패키지 몸체(12)는 상기 LED 칩(11)이 실장되어 지지되는 베이스 부재에 해당하며, 광 반사율이 높은 백색 성형 복합재(molding compound)로 이루어질 수 있다. 이는 LED 칩(11)에서 방출되는 광을 반사시켜 외부로 방출되는 광량을 증가시키는 효과가 있다. 이러한 백색 성형 복합재는 고 내열성의 열경화성 수지 계열 또는 실리콘 수지 계열을 포함할 수 있다. 또한, 열 가소성 수지 계열에 백색 안료 및 충진제, 경화제, 이형제, 산화방지제, 접착력 향상제 등이 첨가될 수 있다. 또한, FR-4, CEM-3, 에폭시 재질 또는 세라믹 재질 등으로도 이루어질 수 있다. 또한, 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어지는 것도 가능하다.
상기 패키지 몸체(12)에는 외부 전원과의 전기적 연결을 위한 리드 프레임(15)이 구비될 수 있다. 상기 리드 프레임(15)은 전기 전도성이 우수한 재질, 예를 들어, 알루미늄, 구리 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다. 만일, 상기 패키지 몸체(12)가 금속 재질로 이루어지는 경우에는 상기 패키지 몸체(12)와 상기 리드 프레임(15) 사이에는 절연 물질이 개재될 수 있다.
상기 패키지 몸체(12)에 구비되는 상기 반사컵(13)에는 상기 LED 칩(11)이 실장되는 바닥면으로 상기 리드 프레임(15)이 노출될 수 있다. 그리고, 상기 LED 칩(11)은 상기 노출된 리드 프레임(15)과 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 반사컵(13)의 상기 패키지 몸체(12)의 상면으로 노출되는 단면의 크기는 상기 반사컵(13)의 바닥면의 크기보다 큰 구조를 가질 수 있다. 여기서, 상기 반사컵(13)의 상기 패키지 몸체(12)의 상면으로 노출되는 단면은 상기 광원(10)의 발광면을 정의할 수 있다.
상기 LED 칩(11)은 상기 패키지 몸체(12)의 반사컵(13) 내에 형성되는 봉지부(14)에 의해 밀봉될 수 있다. 상기 봉지부(14)에는 파장변환물질이 함유될 수 있다.
파장변환물질로는, 예컨대 상기 LED 칩(11)에서 발생된 광에 의해 여기되어 다른 파장의 광을 방출하는 형광체가 적어도 1종 이상 함유될 수 있다. 이를 통해 백색 광을 비롯해 다양한 색상의 광이 방출될 수 있도록 조절할 수 있다.
예를 들어, LED 칩(11)이 청색 광을 발광하는 경우, 황색, 녹색, 적색 및/또는 오랜지색의 형광체를 조합하여 백색 광을 발광하도록 할 수 있다. 또한, 보라색, 청색, 녹색, 적색 또는 적외선을 발광하는 LED 칩 중 적어도 하나를 포함하게 구성할 수도 있다. 이 경우, LED 칩(11)은 연색성(CRI)을 '40'에서 '100' 수준으로 조절할 수 있으며, 또한, 색온도를 2000K에서 20000K 수준으로 다양한 백색 광을 발생시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 보라색, 청색, 녹색, 적색, 오랜지색의 가시광 또는 적외선을 발생시켜 주위 분위기 또는 기분에 맞게 색을 조정할 수 있다. 또한, 식물 성장을 촉진할 수 있는 특수 파장의 광을 발생시킬 수도 있다.
청색 LED 칩에 황색, 녹색, 적색 형광체 및/또는 녹색 LED 칩과 적색 LED 칩의 조합으로 만들어지는 백색 광은 2개 이상의 피크 파장을 가지며, 도 10에서 도시하는 CIE 1931 좌표계의 (x, y) 좌표가 (0.4476, 0.4074), (0.3484, 0.3516), (0.3101, 0.3162), (0.3128, 0.3292), (0.3333, 0.3333)을 잇는 선분 상에 위치할 수 있다. 또는, 상기 선분과 흑체 복사 스펙트럼으로 둘러싸인 영역에 위치할 수 있다. 상기 백색 광의 색 온도는 2000K ~ 20000K사이에 해당한다.
형광체는 다음과 같은 조성식 및 컬러(color)를 가질 수 있다.
산화물계: 황색 및 녹색 Y3Al5O12:Ce, Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce
실리케이트계: 황색 및 녹색 (Ba,Sr)2SiO4:Eu, 황색 및 등색 (Ba,Sr)3SiO5:Ce
질화물계: 녹색 β-SiAlON:Eu, 황색 La3Si6N11:Ce, 등색 α-SiAlON:Eu, 적색 CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, SrSiAl4N7:Eu, SrLiAl3N4:Eu, Ln4 -x(EuzM1 -z)xSi12- yAlyO3 +x+ yN18 -x-y (0.5≤x≤3, 0<z<0.3, 0<y≤4) (단, 여기서 Ln은 IIIa 족 원소 및 희토류 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소이고, M은 Ca, Ba, Sr 및 Mg로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 한 종의 원소일 수 있다.)
플루오라이트(fluoride)계: KSF계 적색 K2SiF6:Mn4 +, K2TiF6:Mn4 +, NaYF4:Mn4 +, NaGdF4:Mn4+
형광체 조성은 기본적으로 화학양론(Stoichiometry)에 부합하여야 하며, 각 원소들은 주기율표상 각 족들 내 다른 원소로 치환이 가능하다. 예를 들어 Sr은 알카리토류(II)족의 Ba, Ca, Mg 등으로, Y는 란탄계열의 Tb, Lu, Sc, Gd 등으로 치환이 가능하다. 또한, 활성제인 Eu 등은 원하는 에너지 준위에 따라 Ce, Tb, Pr, Er, Yb 등으로 치환이 가능하며, 활성제 단독 또는 특성 변형을 위해 부활성제 등이 추가로 적용될 수 있다.
특히, 플루오라이트계 적색 형광체는 고온/고습에서의 신뢰성 향상을 위하여 각각 Mn을 함유하지 않는 불화물로 코팅되거나 형광체 표면 또는 Mn을 함유하지 않는 불화물 코팅 표면에 유기물 코팅을 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 플루어라이트계 적색 형광체의 경우 기타 형광체와 달리 40nm 이하의 협반치폭을 구현할 수 있기 때문에, UHD TV와 같은 고해상도 TV에 활용될 수 있다.
또한, 파장변환물질은 형광체 대체 물질로 양자점(Quantum Dot, QD) 등의 물질들이 적용될 수 있으며, 형광체와 QD를 혼합 또는 QD 단독으로 사용될 수 있다.
도 11은 QD의 단면 구조를 나타내는 개략도이다. QD는 III-V 또는 II-VI화합물 반도체를 이용하여 코어(Core)-쉘(Shell)구조를 가질 수 있다. 예를 들면, CdSe, InP 등과 같은 코어(core)와 ZnS, ZnSe과 같은 쉘(shell)을 가질 수 있다. 또한, 상기 QD는 코어 및 쉘의 안정화를 위한 리간드(ligand)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 코어 직경은 대략 1 ~ 30nm, 나아가 대략 3 ~ 10nm일 수 있다, 상기 쉘 두께는 대략 0.1 ~ 20nm, 나아가 0.5 ~ 2nm일 수 있다.
상기 양자점은 사이즈에 따라 다양한 컬러를 구현할 수 있으며, 특히 형광체 대체 물질로 사용되는 경우에는 적색 또는 녹색 형광체로 사용될 수 있다. 양자점을 이용하는 경우, 협반치폭(예, 약 35nm)을 구현할 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 파장변환물질이 상기 봉지부(14) 내에 함유된 형태로 구현되는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 필름 형상으로 미리 제조되어 상기 LED 칩(11)의 표면에 부착해서 사용할 수도 있다. 이 경우, 상기 파장변환물질은 균일한 두께의 구조로 원하는 영역에 용이하게 적용할 수 있다.
도 12 내지 도 15를 참조하여 본 발명에 따른 LED 칩의 다양한 실시예를 설명한다. 도 12 내지 도 15는 광원으로 사용될 수 있는 LED 칩의 다양한 예를 나타내는 단면도이다.
도 12를 참조하면, LED 칩(100)은 성장 기판(111)과, 상기 성장 기판(111)상에 순차적으로 배치된 제1 도전형 반도체층(114), 활성층(115) 및 제2 도전형 반도체층(116)을 포함할 수 있다. 상기 성장 기판(111)과 상기 제1 도전형 반도체층(114) 사이에 버퍼층(112)을 배치시킬 수 있다.
상기 성장 기판(111)은 사파이어와 같은 절연성 기판일 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않으며, 상기 성장 기판(111)은 절연성 외에도 도전성 또는 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 성장 기판(111)은 사파이어 외에도 SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다.
상기 버퍼층(112)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1)일 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(112)는 GaN, AlN, AlGaN, InGaN일 수 있다. 필요에 따라, 복수의 층을 조합하거나, 조성을 점진적으로 변화시켜 사용할 수도 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(114)은 n형 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체일 수 있으며, n형 불순물은 Si일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 도전형 반도체층(114)은 n형 GaN을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 제1 도전형 반도체층(114)은 제1 도전형 반도체 컨택층(114a)과 전류확산층(114b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체 컨택층(114a)의 불순물 농도는 2×1018 ㎝-3 내지 9×1019 ㎝-3 범위일 수 있다. 상기 제1 도전형 반도체 컨택층(114a)의 두께는 대략 1㎛ 내지 5㎛일 수 있다. 상기 전류확산층(114b)은 서로 다른 조성을 갖거나, 서로 다른 불순물 함량을 갖는 복수의 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x, y≤1, 0≤x+y≤1)층이 반복해서 적층되는 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 확산층(114b)은 대략 1nm 내지 500nm의 두께를 갖는 n형 GaN층 및/또는 AlxInyGazN (0≤x,y,z≤1, x=y=z=0 제외)으로 이루어진 조성이 다른 2이상의 층이 반복되어 적층된 n형 초격자층일 수 있다. 상기 전류확산층(114b)의 불순물 농도는 대략 2×1018 ㎝-3 내지 9×1019 ㎝-3 일 수 있다. 필요에 따라, 상기 전류확산층(114b)은 절연물질층이 추가적으로 도입될 수 있다.
상기 제2 도전형 반도체층(116)은 p형 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체층일 수 있으며, p형 불순물은 Mg일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 단층 구조로 구현될 수도 있으나, 본 예와 같이, 서로 다른 조성을 갖는 다층 구조를 가질 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제2 도전형 반도체층(116)은 전자차단층(EBL)(116a)과 저농도 p형 GaN층(116b)과 컨택층으로 제공되는 고농도 p형 GaN층(116c)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층(116a)은 대략 5nm~100nm 사이인 복수의 서로 다른 조성의 InxAlyGa(1-x-y)N (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)이 적층된 구조이거나, AlyGa(1-y)N (0<y≤1)으로 구성된 단일층일 수 있다. 상기 전자차단층(116a)의 에너지 밴드갭(Eg)은 활성층(115)으로부터 멀어질수록 감소할 수 있다. 예를 들어, 상기 전자차단층(116a)의 Al 조성은 활성층(115)으로부터 멀어질수록 감소할 수 있다.
상기 활성층(115)은 양자우물층과 양자장벽층이 서로 교대로 적층된 다중 양자우물(MQW) 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 양자우물층과 양자장벽층은 서로 다른 조성을 갖는 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)일 수 있다. 특정 예에서, 상기 양자우물층은 InxGa1 - xN (0<x≤1)이며, 상기 양자장벽층은 GaN 또는 AlGaN일 수 있다. 양자우물층과 양자장벽층의 두께는 각각 대략 1nm ~ 50nm 범위일 수 있다. 상기 활성층(115)은 다중양자우물구조에 한정되지 않고, 단일양자우물(SQW) 구조일 수 있다.
상기 LED 칩(100)은, 상기 제1 도전형 반도체층(114)에 배치된 제1 전극(119a)과, 상기 제2 도전형 반도체층(116) 상에 순차적으로 배치된 오믹컨택층(118)과 제2 전극(119b)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(119a)은 이에 한정되지 않지만, Ag, Ni, Al, Cr, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, 단일층 또는 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다. 상기 제1 전극(119a) 상에 패드 전극층을 더 포함할 수 있다. 상기 패드 전극층은 Au, Ni, Sn 등의 물질 중 적어도 하나를 포함하는 층일 수 있다.
상기 오믹컨택층(118)은 칩 구조에 따라 다양하게 구현될 수 있다. 예를 들어 플립칩 구조인 경우에, 상기 오믹컨택층(118)은 Ag, Au, Al등과 같은 금속, ITO, ZIO, GIO등과 같은 투명 도전성 산화물을 포함할 수 있다. 이와 반대로 배치되는 구조인 경우에, 상기 오믹컨택층(118)은 투광성 전극으로 이루어질 수 있다. 상기 투광성 전극은 투명 전도성 산화물층 또는 질화물층 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), ZITO(Zinc-doped Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), ZTO(Zinc TinOxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Aluminium-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide), In4Sn3O12 및 Zn(1-x)MgxO(Zinc Magnesium Oxide, 0≤x≤1)로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 필요에 따라, 상기 오믹컨택층(118)은 그래핀(graphene)을 포함할 수도 있다. 상기 제2 전극(119b)은 Al, Au, Cr, Ni, Ti, Sn 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 13a는 본 발명에 채용될 수 있는 LED 칩의 일 예를 나타내는 평면도이며, 도 13b는 도 13a에 도시된 LED 칩을 I-I'선으로 절취한 측단면도이다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 LED 칩(200)은 조명용으로 고출력을 위한 대면적 구조일 수 있다. 상기 LED 칩(200)은 전류 분산의 효율 및 방열 효율을 높이기 위한 구조이다.
상기 LED 칩(200)은 발광적층체(S)와, 제1 전극(220), 절연층(230), 제2 전극(208) 및 도전성 기판(210)을 포함할 수 있다. 상기 발광적층체(S)는 순차적으로 적층된 제1 도전형 반도체층(204), 활성층(205), 제2 도전형 반도체층(206)을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(220)은 제1 도전형 반도체층(204)에 전기적으로 접속하기 위하여 제2 도전형 반도체층(206) 및 활성층(205)과는 전기적으로 절연되어 상기 제1 도전형 반도체층(204)의 적어도 일부 영역까지 연장된 하나 이상의 도전성 비아(280)를 포함할 수 있다. 상기 도전성 비아(280)는 제1 전극(220)의 계면에서부터 제2 전극(208), 제2 도전형 반도체층(206) 및 활성층(205)을 통과하여 제1 도전형 반도체층(204) 내부까지 연장될 수 있다. 이러한 도전성 비아(280)는 식각 공정, 예를 들어, ICP-RIE 등을 이용하여 형성될 수 있다
상기 제1 전극(220) 상에는 상기 제1 전극(220)이 상기 도전성 기판(210) 및 제1 도전형 반도체층(204)을 제외한 다른 영역과는 전기적으로 절연시키기 위한 절연층(230)이 제공된다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 상기 절연층(230)은 상기 제2 전극(208)과 제1 전극(220)의 사이뿐만 아니라 상기 도전성 비아(280)의 측면에도 형성된다. 이로써, 상기 도전성 비아(280)의 측면에 노출되는 상기 제2 전극(208), 제2 도전형 반도체층(206) 및 활성층(205)과 상기 제1 전극(220)을 절연시킬 수 있다. 절연층(230)은 SiO2, SiOxNy, SixNy과 같은 절연 물질을 증착시켜 형성될 수 있다.
상기 도전성 비아(280)에 의해 제1 도전형 반도체층(204)의 컨택영역(C)이 노출되며, 상기 제1 전극(220)의 일부 영역은 상기 도전성 비아(280)를 통해 상기 컨택영역(C)에 접하도록 형성될 수 있다. 이로써, 상기 제1 전극(220)은 상기 제1 도전형 반도체층(204)에 접속될 수 있다.
상기 도전성 비아(280)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치, 제1 및 제2 도전형 반도체층(204, 206)과의 접촉 직경(또는 접촉 면적) 등이 적절히 조절될 수 있으며(도 11a 참조), 행과 열을 따라 다양한 형태로 배열됨으로써 전류 흐름이 개선될 수 있다. 컨택영역(C) 면적은 발광적층체(S)의 평면 면적의 대략 0.1% 내지 20%의 범위가 되도록 도전성 비아(280)의 개수 및 접촉 면적이 조절될 수 있다. 예를 들어 0.5% 내지 15%이며, 나아가, 1% 내지 10%일 수 있다. 상기 면적이 0.1%보다 작으면 전류 분산이 균일하지 않아 발광 특성이 떨어지며, 또한 20% 이상으로 전극 면적이 증가하면 상대적으로 발광 면적의 감소로 발광 특성 및 휘도가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1 도전형 반도체층(204)과 접촉하는 영역의 도전성 비아(280)의 반경은 예를 들어, 1㎛ 내지 50㎛의 범위일 수 있으며, 도전성 비아(280)의 개수는 발광적층체(S) 영역의 넓이에 따라, 발광적층체(S) 영역 당 1개 내지 48000개일 수 있다. 도전성 비아(280)는 발광적층체(S) 영역의 넓이에 따라 다르지만, 예를 들어 2개 내지 45000개이며, 나아가 5개 내지 40000개이며, 더 나아가 10개 내지 35000개일 수 있다. 각 도전성 비아(280) 간의 거리는 10㎛ 내지 1000㎛ 범위의 행과 열을 가지는 매트릭스 구조일 수 있으며, 예를 들어 50㎛ 내지 700㎛ 범위일 수 있으며, 나아가 100㎛ 내지 500㎛범위일 수 있고, 더 나아가 150㎛ 내지 400㎛범위 일 수 있다.
각 도전성 비아(280) 간의 거리가 10㎛보다 작으면 비아의 개수가 증가하게 되고 상대적으로 발광면적이 줄어들어 발광 효율이 떨어지며, 거리가 1000㎛보다 커지면 전류 확산이 어려워 발광 효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다. 도전성 비아의 깊이는 제2 도전형 반도체층(206) 및 활성층(205)의 두께에 따라 다르게 형성될 수 있고, 예컨대, 0.1㎛ 내지 5.0㎛의 범위일 수 있다.
상기 제2 전극(208)은 도 11b에서 도시된 바와 같이 상기 발광적층체(S) 외부로 연장되어 노출된 전극형성영역(E)을 제공한다. 상기 전극형성영역(E)은 외부 전원을 상기 제2 전극(208)에 연결하기 위한 전극패드부(219)를 구비할 수 있다. 이러한 전극형성영역(E)을 1개로 예시되어 있으나, 필요에 따라 복수개로 구비할 수 있다. 상기 전극형성영역(E)은 도 11a에 도시된 바와 같이 발광면적을 최대화하기 위해서 상기 LED 칩(200)의 일측 모서리에 형성할 수 있다.
본 실시예와 같이, 전극패드부(219) 주위에는 에칭스톱용 절연층(240)에 배치될 수 있다. 상기 에칭스톱용 절연층(240)은 발광적층체(S) 형성 후 그리고 제2 전극(208)형성 전에 전극형성영역(E)에 형성될 수 있으며, 전극형성영역(E)를 위한 에칭공정시에 에칭스톱으로 작용할 수 있다.
상기 제2 전극(208)은 상기 제2 도전형 반도체층(206)과 오믹컨택을 이루면서도 높은 반사율을 갖는 물질이 사용될 수 있다. 이러한 제2 전극(208)의 물질로는 앞서 예시된 반사전극물질이 사용될 수 있다.
도 14는 본 발명에 채용될 수 있는 LED 칩의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
도 14를 참조하면, 상기 LED 칩(300)은 기판(301) 상에 형성된 반도체 적층체(310)을 포함한다. 상기 반도체 적층체(310)는 제1 도전형 반도체층(314), 활성층(315) 및 제2 도전형 반도체층(316)을 포함할 수 있다.
상기 LED 칩(300)은 상기 제1 및 제2 도전형 반도체층(314,316)에 각각 접속된 제1 및 제2 전극(322, 324)을 포함한다. 상기 제1 전극(322)은 제2 도전형 반도체층(316) 및 활성층(315)을 관통하여 제1 도전형 반도체층(314)과 접속된 도전성 비아와 같은 연결전극부(322a) 및 상기 연결전극부(322a)에 연결된 제1 전극 패드(322b)를 포함할 수 있다. 상기 연결전극부(322a)는 절연부(321)에 의하여 둘러싸여 활성층(315) 및 제2 도전형 반도체층(316)과 전기적으로 분리될 수 있다. 상기 연결전극부(322a)는 반도체 적층체(310)가 식각된 영역에 배치될 수 있다. 상기 연결전극부(322a)는 접촉 저항이 낮아지도록 개수, 형상, 피치 또는 제1 도전형 반도체층(314)과의 접촉 면적 등을 적절히 설계할 수 있다. 또한, 연결전극부(322a)는 반도체 적층체(310) 상에 행과 열을 이루도록 배열됨으로써 전류 흐름을 개선시킬 수 있다. 상기 제2 전극(324)은 제2 도전형 반도체층(316) 상의 오믹 콘택층(324a) 및 제2 전극 패드(324b)를 포함할 수 있다.
상기 연결전극부 및 오믹 콘택층(322a, 324a)은 각각 제1 및 제2 도전형 반도체층(314, 316)과 오믹 특성을 갖는 도전성 물질이 1층 또는 다층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, Ag, Al, Ni, Cr, 투명 도전성 산화물(TCO) 등의 물질 중 하나 이상을 증착하거나 스퍼터링하는 등의 공정으로 형성될 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극 패드(322b, 324b)는 각각 상기 연결전극부 및 오믹 콘택층(322a, 324b)에 각각 접속되어 상기 LED 칩(300)의 외부 단자로 기능할 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 전극 패드(322b, 324b)는 Au, Ag, Al, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn 또는 이들의 공융 금속일 수 있다.
상기 제1 및 제2 전극(322, 324)은 서로 동일한 방향으로 배치될 수 있으며, 리드 프레임 등에 소위, 플립칩 형태로 실장될 수 있다.
한편, 2개의 전극(322,324)은 절연부(321)에 의하여 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 절연부(321)는 전기적으로 절연 특성을 갖는 물질이면 어느 것이나 사용할 수 있으며, 전기 절연성을 갖는 물체라면 어느 것이나 채용 가능하지만, 광흡수율이 낮은 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, SiO2, SiOxNy, SixNy 등의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물을 이용할 수 있을 것이다. 필요에 따라, 광투과성 물질 내에 광 반사성 필러를 분산시켜 광반사 구조를 형성할 수 있다. 이와 달리, 상기 절연부(321)는 서로 다른 굴절률을 갖는 복수의 절연막들이 교대로 적층된 다층 반사구조일 수 있다. 예를 들어 이러한 다층 반사구조는 제1 굴절률을 갖는 제1 절연막과 제2 굴절률을 갖는 제2 절연막이 교대로 적층된 분산 브래그 반사기(DBR: Distributed Bragg Reflector)일 수 있다.
상기 다층 반사구조는 상기 굴절률이 서로 다른 복수의 절연막들이 2회 내지 100회 반복하여 적층될 수 있다. 예를 들어, 3회 내지 70회 반복하여 적층 될 수 있으며, 나아가 4회 내지 50회 반복하여 적층될 수 있다. 상기 다층 반사구조의 복수의 절연막은 각각 SiO2, SiN, SiOxNy, TiO2, Si3N4, Al2O3, TiN, AlN, ZrO2, TiAlN, TiSiN 등의 산화물 또는 질화물 및 그 조합일 수 있다. 예를 들어, 상기 활성층에서 생성되는 빛의 파장을 λ이라고 하고 n을 해당 층의 굴절률이라 할 때에, 상기 제1 절연막과 제2 절연막은, λ/4n의 두께를 갖도록 형성될 수 있으며, 대략 약 300Å 내지 900Å의 두께를 가질 수 있다. 이때, 상기 다층 반사구조는 상기 활성층(315)에서 생성된 빛의 파장에 대해서 높은 반사율(95% 이상)을 갖도록 각 제1 절연막 및 제2 절연막의 굴절률과 두께가 선택되어 설계될 수 있다.
상기 제1 절연막 및 제2 절연막의 굴절률은 약 1.4 내지 약 2.5 범위에서 결정될 수 있으며, 상기 제1 도전형 반도체층(314)의 굴절률 및 기판의 굴절률보다 작은 값일 수 있으나, 상기 제1 도전형 반도체층(314)의 굴절률보다는 작되 기판의 굴절률보다는 큰 값을 가질 수도 있다.
도 15는 본 발명에 채용될 수 있는 LED 칩의 다른 실시예를 나타내는 개략 사시도이다.
도 15를 참조하면, LED 칩(400)은, 제1 도전형 반도체 물질로 이루어진 베이스층(412)과 그 위에 배치된 다수의 나노 발광구조물(410)을 포함할 수 있다.
상기 LED 칩(400)은 상기 베이스층(412)이 배치된 상면을 갖는 기판(411)을 포함할 수 있다. 상기 기판(411)의 상면에는 요철(G)이 형성될 수 있다. 상기 요철(R)은 광추출효율을 개선하면서 성장되는 단결정의 품질을 향상시킬 수 있다. 상기 기판(411)은 절연성, 도전성 또는 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(411)은 사파이어, SiC, Si, MgAl2O4, MgO, LiAlO2, LiGaO2, GaN일 수 있다.
상기 베이스층(412)은 제1 도전형 질화물 반도체층을 포함하며, 상기 나노 발광구조물(410)의 성장면을 제공할 수 있다. 상기 베이스층(412)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x<1, 0≤y<1, 0≤x+y<1)을 만족하는 질화물 반도체일 수 있으며, Si와 같은 n형 불순물로 도프될 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스층(412)은 n형 GaN일 수 있다.
상기 베이스층(412) 상에는 나노 발광구조물(410)(특히, 나노 코어(404)) 성장을 위한 개구를 갖는 절연막(413)이 형성될 수 있다. 상기 개구에 의해 노출된 상기 베이스층(412) 영역에 나노 코어(404)가 형성될 수 있다. 상기 절연막(413)은 나노 코어(404)를 성장하기 위한 마스크로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연막(413)은 SiO2 또는 SiNx와 같은 절연물질일 수 있다.
상기 나노 발광구조물(410)은 육각기둥 구조를 갖는 메인부(M)와 상기 메인부(M) 상에 위치한 상단부(T)를 포함할 수 있다. 상기 나노 발광구조물(410)의 메인부(M)는 동일한 결정면인 측면들을 가지며, 상기 나노 발광구조물(410)의 상단부(T)는 상기 나노 발광구조물(410)의 측면들의 결정면과 다른 결정면을 가질 수 있다. 상기 나노 발광구조물(410)의 상단부(T)는 육각 피라미드형상을 가질 수 있다. 이러한 구조의 구분은 실제로 나노 코어(404)에 의해 결정될 수 있으며, 나노 코어(404)를 메인부(M)와 상단부(T)로 구분하여 이해할 수도 있다.
상기 나노 발광구조물(410)은 제1 도전형 질화물 반도체로 이루어진 나노 코어(404)와, 상기 나노 코어(404)의 표면에 순차적으로 배치되며 활성층(405) 및 제2 도전형 질화물 반도체층(406)을 가질 수 있다.
상기 LED 칩(400)은 상기 제2 도전형 질화물 반도체층(406)과 접속된 콘택 전극(416)을 포함할 수 있다. 본 실시예에서 채용되는 콘택 전극(416)은 투광성을 갖는 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 콘택 전극(416)은 나노 발광구조물 측(기판측과 반대인 방향)으로의 광방출을 보장할 수 있다. 이에 한정되지는 않으나, 상기 콘택 전극(416)은 투명 전도성 산화물층 또는 질화물층 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, ITO(Indium Tin Oxide), ZITO(Zinc-doped Indium Tin Oxide), ZIO(Zinc Indium Oxide), GIO(Gallium Indium Oxide), ZTO(Zinc TinOxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AZO(Aluminium-doped Zinc Oxide), GZO(Gallium-doped Zinc Oxide),In4Sn3O12 및 Zn(1-x)MgxO(Zinc Magnesium Oxide, 0≤x≤1)로부터 선택된 적어도 하나일 수 있다. 필요에 따라, 상기 콘택 전극(416)은 그래핀(graphene)을 포함할 수도 있다.
상기 콘택 전극(416)은 투광성 물질에 한정되지 않으며, 필요에 따라 반사 전극 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 콘택 전극(416)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au 등의 물질을 포함할 수 있으며, Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag. Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt 등과 같이 2층 이상의 구조로 채용될 수 있다. 이러한 반사성 전극구조를 채용하여 플립칩 구조로 구현될 수 있다.
상기 나노 발광구조물(410) 상에는 절연성 보호층(418)이 형성될 수 있다. 이러한 절연성 보호층(418)은 상기 나노 발광구조물(410)을 보호하기 위한 페시베이션일 수 있다. 또한, 절연성 보호층(418)은 나노 발광구조물(410)로부터 생성된 광이 추출되도록 광투과성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우에, 상기 절연성 보호층(418)은 적절한 굴절률을 갖는 물질을 선택하여 광추출 효율을 향상시킬 수도 있다.
본 실시형태와 같이, 콘택 전극(416)을 형성한 후에, 복수의 나노 발광구조물 사이의 공간을 상기 절연성 보호층(418)으로 충전할 수 있다. 이러한 절연성 보호층(418)으로는 SiO2 또는 SiNx과 같은 절연물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연성 보호층(418)으로는, TEOS(TetraEthylOrthoSilane), BPSG(BoroPhospho Silicate Glass), CVD-SiO2, SOG(Spin-on Glass), SOD(Spin-on Delectric) 물질이 사용될 수 있다.
물론, 절연성 보호층(418)이 나노 발광구조물(410) 사이의 공간을 충전하는 수단으로 채용되는 것으로 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 다른 형태에서, 나노 발광구조물(410) 사이의 공간은 콘택 전극(416)과 같은 전극 요소(예, 반사성 전극물질)에 의해 충전될 수도 있다.
상기 LED 칩(400)은 제1 및 제2 전극(419a,419b)을 포함할 수 있다. 상기 제1 전극(419a)은 제1 도전형 반도체로 이루어진 베이스층(412)의 일부가 노출된 영역에 배치될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극(419b)은 상기 콘택 전극(416)이 연장되어 노출된 영역에 배치될 수 있다. 전극 배열은 이에 한정되지 않으며, 사용환경에 따라 다양한 다른 전극배열을 가질 수 있다.
이러한 LED 칩(400)은 코어(core)/쉘(shell)형 나노 구조로서, 결합 밀도가 작아서 상대적으로 열 발생이 작을 뿐만 아니라, 나노 구조체를 활용하여 발광면적을 늘려 발광 효율을 높일 수 있으며, 비극성 활성층을 얻을 수 있어 분극에 의한 효율저하를 방지할 수 있으므로, 드룹(droop) 특성을 개선할 수 있다.
또한, 복수의 나노 발광 구조물(410)은 상기 마스크층의 복수의 오픈 영역의 직경 또는 간격(피치) 또는 나노 발광 구조체의 활성층(405)에 혼입된 인듐(In) 성분 또는 도핑 농도를 달리하여 2개 이상의 다른 파장의 광을 방출할 수 있다. 다른 파장의 광을 적절히 조절하여 단일 소자에서 형광체를 사용하지 않고도 백색광을 구현할 수 있으며, 이러한 소자와 함께 다른 LED 칩을 결합하거나 또는 형광체와 같은 파장변환물질을 결합하여 원하는 다양한 색깔의 광 또는 색온도가 다른 백색광을 구현할 수 있다.
도 16 내지 도 18을 참조하여 본 발명의 광원 모듈을 채용하는 다양한 실시 형태에 따른 조명 장치를 설명한다.
도 16에서는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치를 개략적으로 나타낸다. 도 16을 참조하면, 조명 장치(1000)는 일 예로서 면 광원 타입의 구조를 가질 수 있으며, 직하형 백라이트 유닛일 수 있다.
조명 장치(1000)는 광학시트(1040) 및 상기 광학시트(1040) 하부에 배열된 광원 모듈(1010)을 포함할 수 있다.
상기 광학시트(1040)는 확산시트(1041), 집광시트(1042), 보호시트(1043) 등을 포함할 수 있다.
상기 광원 모듈(1010)은 인쇄회로기판(1011), 상기 인쇄회로기판(1011) 상면에 실장된 복수의 광원(1012) 및 상기 복수의 광원(1012) 상부에 각각 배치도는 복수의 광학 소자(1013)를 포함할 수 있다. 본 실시 형태에서 광원 모듈(1010)은 상기 도 1의 광원 모듈(1)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 특히, 상기 복수의 광학 소자(1013)는 양면 볼록 렌즈(bi-convex lens) 구조를 가지며, 입사면의 단면이 'S'자 형상을 가지기 때문에 휘도 분포의 중앙부의 균일도를 보다 향상시킬 수 있다. 상기 광원 모듈(1010)의 각 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명된 실시 형태(예를 들어, 도 7 참조)를 참조하여 이해될 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 벌브형 램프를 간략하게 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(1100)는 소켓(1110), 전원부(1120), 방열부(1130), 광원 모듈(1140) 및 광학부(1150)를 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적 실시예에 따라, 광원 모듈(1140)은 발광소자 어레이를 포함할 수 있고, 전원부(1120)는 발광소자 구동부를 포함할 수 있다.
상기 소켓(1110)은 기존의 조명 장치와 대체 가능하도록 구성될 수 있다. 상기 조명 장치(1100)에 공급되는 전력은 상기 소켓(1110)을 통해서 인가될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 전원부(1120)는 제1 전원부(1121) 및 제2 전원부(1122)로 분리되어 조립될 수 있다. 상기 방열부(1130)는 내부 방열부(1131) 및 외부 방열부(1132)를 포함할 수 있고, 내부 방열부(1131)는 상기 광원 모듈(1140) 및/또는 전원부(1120)와 직접 연결될 수 있고, 이를 통해 외부 방열부(1132)로 열이 전달되게 할 수 있다. 상기 광학부(1150)는 내부 광학부(미도시) 및 외부 광학부(미도시)를 포함할 수 있고, 광원 모듈(1140)이 방출하는 빛을 고르게 분산시키도록 구성될 수 있다.
상기 광원 모듈(1140)은 상기 전원부(1120)로부터 전력을 공급받아 상기 광학부(1150)로 빛을 방출할 수 있다. 상기 광원 모듈(1140)은 광학 소자를 갖는 하나 이상의 광원(1141), 회로기판(1142) 및 컨트롤러(1143)를 포함할 수 있고, 컨트롤러(1143)는 광원(1141)들의 구동 정보를 저장할 수 있다.
본 실시 형태에서 광원 모듈(1140)은 상기 도 1의 광원 모듈(1)과 유사한 구조를 가질 수 있다. 특히, 각 광원(1141) 상에 배치되는 광학 소자는 양면 볼록 렌즈(bi-convex lens) 구조를 가지며, 입사면의 단면이 'S'자 형상을 가지기 때문에 휘도 분포의 중앙부의 균일도를 보다 향상시킬 수 있다. 상기 광원 모듈(1140)의 각 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 앞서 설명된 실시 형태(예를 들어, 도 7 참조)를 참조하여 이해될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 조명 장치로서 바(bar) 타입의 램프를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이다.
구체적으로, 조명 장치(1200)는 방열 부재(1210), 커버(1220), 광원 모듈(1230), 제1 소켓(1240) 및 제2 소켓(1250)을 포함할 수 있다. 상기 방열 부재(1210)의 내부 또는/및 외부 표면에 다수개의 방열 핀(1211, 1212)이 요철 형태로 형성될 수 있으며, 상기 방열 핀(1211, 1212)은 다양한 형상 및 간격을 갖도록 설계될 수 있다. 상기 방열 부재(1210)의 내측에는 돌출 형태의 지지대(1213)가 형성되어 있다. 상기 지지대(1213)에는 상기 광원 모듈(1230)이 고정될 수 있다. 상기 방열 부재(1210)의 양 끝단에는 걸림 턱(1214)이 형성될 수 있다.
상기 커버(1220)에는 걸림 홈(1221)이 형성되어 있으며, 상기 걸림 홈(1221)에는 상기 방열 부재(1210)의 걸림 턱(1214)이 후크 결합 구조로 결합될 수 있다. 걸림 홈(1221)과 걸림 턱(1214)이 형성되는 위치는 서로 바뀔 수도 있다.
상기 광원 모듈(1230)은 광원 어레이를 포함할 수 있다. 상기 광원 모듈(1230)은 인쇄회로기판(1231), 광학 소자를 갖는 광원(1232) 및 컨트롤러(1233)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 컨트롤러(1233)는 광원(1232)의 구동 정보를 저장할 수 있다. 인쇄회로기판(1231)에는 광원(1232)을 동작시키기 위한 회로 배선들이 형성되어 있다. 또한, 광원(1232)을 동작시키기 위한 구성 요소들이 포함될 수도 있다. 본 실시 형태에서 광원 모듈(1230)은 상기 도 1의 광원 모듈(1)과 실질적으로 동일하다. 따라서, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제1, 2 소켓(1240, 1250)은 한 쌍의 소켓으로서 방열 부재(1210) 및 커버(1220)로 구성된 원통형 커버 유닛의 양단에 결합되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 제1 소켓(1240)은 전극 단자(1241) 및 전원 장치(1242)를 포함할 수 있고, 제2 소켓(1250)에는 더미 단자(1251)가 배치될 수 있다. 또한, 제1 소켓(1240) 또는 제2 소켓(1250) 중의 어느 하나의 소켓에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 예를 들어, 더미 단자(1251)가 배치된 제2 소켓(1250)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수 있다. 다른 예로서, 전극 단자(1241)가 배치된 제1 소켓(1240)에 광센서 및/또는 통신 모듈이 내장될 수도 있다.
발광소자를 이용한 조명 장치는 그 용도에 따라 크게 실내용(indoor) 과 실외용(outdoor)으로 구분될 수 있다. 실내용 LED 조명 장치는 주로 기존 조명 대체용(Retrofit)으로 벌브형 램프, 형광등(LED-tube), 평판형 조명 장치가 여기에 해당되며, 실외용 LED 조명 장치는 가로등, 보안등, 투광등, 경관등, 신호등 등이 해당된다.
또한, LED를 이용한 조명 장치는 차량용 내외부 광원으로 활용 가능하다. 내부 광원으로는 차량용 실내등, 독서등, 계기판의 각종 광원등으로 사용 가능하며, 차량용 외부 광원으로 전조등, 브레이크등, 방향지시등, 안개등, 주행등 등 모든 광원에 사용 가능하다.
아울러, 로봇 또는 각종 기계 설비에 사용되는 광원으로 LED 조명 장치가 적용될 수 있다. 특히, 특수한 파장대를 이용한 LED 조명은 식물의 성장을 촉진시키고, 감성 조명으로서 사람의 기분을 안정시키거나 병을 치료할 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1... 광원 모듈
10... 광원
20... 광학 소자
30... 기판

Claims (10)

  1. 광이 입사되는 입사면을 갖는 제1면; 및
    상기 입사면을 통해 입사된 광을 외부로 방출하는 제2면을 포함하며,
    상기 입사면은 광축이 지나는 중앙이 상기 제2면을 향해 함몰되어 오목한 곡면을 갖는 제1곡면 및 상기 제1곡면의 가장자리로부터 연장되어 상기 제1면과 연결되는 볼록한 곡면을 갖는 제2곡면을 포함하고, 상기 제1곡면과 제2곡면이 만나는 지점에 변곡점을 가지며,
    상기 제1면이 하부 방향으로 볼록하게 돌출되고, 상기 제1면과 반대에 배치되는 상기 제2면이 상부 방향으로 볼록하게 돌출된 양면 볼록 렌즈(bi-convex lens) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1면은 상기 광축이 지나는 중앙에 상기 제2면을 향해 함몰되어 상기 입사면을 형성하는 홈부를 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 입사면의 형상은 다음의 조건1 내지 조건3을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
    조건1: θ≤55°의 범위에서 dR/dθ＜0
    조건2: 55°＜θ＜65°의 범위에서 dR/dθ=0
    조건3: 65°≤θ의 범위에서 dR/dθ＞0
    여기서, 광원의 발광면과 상기 광축의 교점을 기준점 'O'으로 할 경우, 'R'은 상기 기준점과 상기 입사면의 임의의 점을 연결하는 직선이고, 'θ'는 상기 직선 'R'과 상기 광축이 이루는 각임.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 입사면의 형상은 다음의 조건4 내지 조건6을 만족하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
    조건4: θ1≤55°의 범위에서 θ2/θ1＞1
    조건5: 55°＜θ1＜65°의 범위에서 θ2/θ1=1
    조건6: 65°≤θ1의 범위에서 θ2/θ1＜1
    여기서, 'θ1'은 상기 광원으로부터 출사되는 임의의 광이 상기 광축과 이루는 출사각이고, 'θ2'는 상기 출사각을 갖는 광이 상기 입사면에서 상기 제2면으로 굴절되어 상기 광축과 이루는 굴절각임.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1면과 제2면 사이에 상기 광학 소자의 테두리에 해당하는 플렌지부를 구비하며,
    상기 광학 소자의 바닥면에서 상기 플렌지부의 중심까지의 두께(Tf)가 상기 광학 소자의 전체 두께(Tt)의 1/3 내지 1/2에 해당하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 입사면은 상기 광이 굴절되는 방향이 역전하는 구간을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1면에 구비되는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  8. 광축이 지나는 중앙에 홈부를 갖는 제1면; 및
    상기 제1면과 반대에 배치되는 제2면을 포함하며,
    상기 홈부의 표면은 광이 입사되는 입사면을 정의하며,
    상기 입사면은 광축이 지나는 중앙이 상기 제2면을 향해 함몰되어 오목한 곡면을 갖는 제1곡면 및 상기 제1곡면의 가장자리로부터 연장되어 상기 제1면과 연결되는 볼록한 곡면을 갖는 제2곡면을 포함하고, 상기 제1곡면과 제2곡면이 만나는 지점에 변곡점을 가지며,
    상기 제1면이 하부 방향으로 볼록하게 돌출되고, 상기 제1면과 반대에 배치되는 상기 제2면이 상부 방향으로 볼록하게 돌출된 양면 볼록 렌즈(bi-convex lens) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 입사면은 단면이 'S'자 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 광학 소자.
  10. 광원; 및
    상기 광원 상에 배치되며 광축이 지나는 중앙에 홈부를 갖는 제1면 및 상기 제1면과 반대에 배치되는 제2면을 갖는 광학 소자를 포함하며,
    상기 홈부의 표면은 상기 광원의 광이 입사되는 입사면을 정의하며,
    상기 입사면은 광축이 지나는 중앙이 상기 제2면을 향해 함몰되어 오목한 곡면을 갖는 제1곡면 및 상기 제1곡면의 가장자리로부터 연장되어 상기 제1면과 연결되는 볼록한 곡면을 갖는 제2곡면을 포함하고, 상기 제1곡면과 제2곡면이 만나는 지점에 변곡점을 가지며,
    상기 제1면이 하부 방향으로 볼록하게 돌출되고, 상기 제1면과 반대에 배치되는 상기 제2면이 상부 방향으로 볼록하게 돌출된 양면 볼록 렌즈(bi-convex lens) 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 광원 모듈.
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