WO2012091312A1 - 광소자 및 이를 이용한 발광 다이오드 패키지, 백라이트 장치 - Google Patents

광소자 및 이를 이용한 발광 다이오드 패키지, 백라이트 장치 Download PDF

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WO2012091312A1
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이영주
송기창
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엘지전자 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to an optical device, and more particularly to an optical device for use in a light emitting diode package.
  • a light emitting diode is a semiconductor device that emits light when a forward voltage is applied due to an electroluminescent effect, and is high in efficiency, and has a longer life than a fluorescent lamp or an incandescent light bulb, and thus is a light source such as a liquid crystal display. And examples of use as lighting devices are increasing rapidly.
  • a method of implementing a white light source by a light emitting diode a method of properly combining a red light emitting diode, a green light emitting diode, and a blue light emitting diode emitting three primary colors such as red, green, and blue, and a predetermined wavelength of light Background Art
  • a technique for configuring a phosphor material to be shifted to a wavelength band in a light emitting area of a light emitting diode package and having a similar characteristic to white is widely used.
  • the present invention has been made to solve the above problems, a transparent thin plate-shaped optical element that can suppress the degradation of the semiconductor nanoparticles, which are quantum dot particles that emit light by converting the wavelength of the excitation light and a light emitting diode package using the optical element To provide that purpose.
  • An optical device includes a substrate, a first transparent thin film layer formed on one surface of the substrate, a quantum dot layer formed on top of the first transparent thin film layer, and a quantum dot layer made of quantum dot particles, and an upper surface or a lower surface of the quantum dot layer. It may include a barrier member formed on at least one surface, the barrier member formed on the upper surface of the first transparent thin film layer in order to set the protective layer made of metal oxide nanoparticles and the region in which the quantum dot layer and the protective layer is formed.
  • the quantum dot layer may have quantum dot particles having different band gaps mixed and dispersed at a predetermined ratio.
  • the metal oxide nanoparticles, ZnO, TiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , MgO, NiO, Cr 2 O 3 , WO 3 , VO x It may include.
  • the partition member may further include a plurality of pillar or lattice-shaped protrusions formed at predetermined intervals through the quantum dot layer and the protective layer.
  • According to an embodiment of the present invention may further include a second transparent thin film layer formed on the uppermost layer of the optical device.
  • the LED package according to another embodiment of the present invention is a light emitting diode, a bottom portion on which the light emitting diode is mounted, is formed to protrude upward from the bottom portion, a side wall portion surrounding the light emitting diode, and light emission formed in an open upper portion It includes a housing having a portion and a transparent thin plate-shaped optical element including a quantum dot particles bonded to the light emitting portion, the quantum dot particles to convert a portion of the light emitted by the light emitting diode to emit light.
  • the optical device is a substrate, a first transparent thin film layer formed on one surface of the substrate, a quantum dot layer formed on the first transparent thin film layer, consisting of quantum dot particles, the quantum dot It may include a barrier member formed on at least one of the upper surface or the lower surface of the layer and for setting a protective layer made of metal oxide nanoparticles and a region in which the quantum dot layer and the protective layer are formed.
  • the quantum dot layer may be dispersed by mixing quantum dot particles having different band gaps in a predetermined ratio. LED package.
  • the metal oxide nanoparticles are ZnO, TiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , MgO, NiO, Cr 2 O 3 , WO 3 , VO x It may include.
  • the partition member further includes a plurality of pillar or lattice-shaped protrusions formed at predetermined intervals through the quantum dot layer and the protective layer.
  • the optical device further includes a second transparent thin film layer formed on the uppermost layer of the optical device.
  • the substrate or the second transparent thin film layer may be bonded to the light output unit.
  • it further comprises a reflective surface formed on the inner surface of the side wall portion.
  • the inner space surrounded by the sidewall portion may be filled with a transparent refractive index matching material to improve the light extraction efficiency of the light emitting diode.
  • it further comprises a light intensity control unit formed on the optical device.
  • the light intensity adjusting unit may be any one of a dome-shaped lens, a fine lens array, or an uneven layer.
  • a backlight device may be configured by applying the above-described LED package.
  • the reliability of the quantum dot particles by depositing or applying a protective layer made of transparent nanoparticles, in particular inorganic particles based nanoparticles, on at least one surface of the quantum dot layer made of quantum dot particles
  • a protective layer made of transparent nanoparticles in particular inorganic particles based nanoparticles
  • durability in particular, there is an advantage that can suppress the deterioration of performance due to moisture, oxygen and ultraviolet light.
  • the optical device according to the present invention is configured by stacking a quantum dot layer or the like on a transparent substrate, so that a plurality of optical devices may be manufactured in a chip form from a large-area transparent substrate and then divided and used, thereby reducing manufacturing cost and reducing each optical cost. The variation between the elements can be reduced.
  • the light emitting diode package according to the present invention integrates an optical device including quantum dot particles that emit light by converting light emitted from the light emitting diode into a light emitting diode chip, thereby facilitating miniaturization of the package and assembling a chip-shaped component. Since it is implemented in such a way that mass production is advantageous, there is an advantage of reducing the manufacturing cost.
  • the LED package according to the present invention provides a white light composed of three primary colors having a narrow half width, and thus can display a higher purity color, have high color rendering properties, and easy color temperature adjustment.
  • FIG. 1A and 1B are perspective views for schematically illustrating an optical device according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B are cross-sectional views of optical devices according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating an embodiment of a light emitting diode package according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing an emission spectrum of the LED package according to an embodiment of the present invention.
  • 5A and 5B are a perspective view and a cross-sectional view of another embodiment of a light emitting diode package according to the present invention.
  • 6A and 6B are a perspective view and a cross-sectional view of another embodiment of a light emitting diode package according to the present invention.
  • FIG. 7A and 7B are a perspective view and a cross-sectional view of another embodiment of a light emitting diode package according to the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view of another embodiment of a light emitting diode package according to the present invention.
  • FIG. 1A and 1B are perspective views for schematically illustrating an optical device according to an embodiment of the present invention.
  • the optical devices 100 and 100-1 according to the present invention have a transparent thin chip shape having a quantum dot layer.
  • a quantum dot is a semiconductor particle having a diameter of about nanometers (nm) and is a material having photoluminescence (photoluminescence) property.
  • Light emission of quantum dots is generated when the excited electrons are transferred from the conduction band to the valence band.
  • the gap between the conduction band and the valence band is called a band gap, and the quantum dot has a property of varying the band gap according to its size. That is, in the case where the quantum dots emit wavelength-converted light with respect to the same excitation light, the smaller the size of the quantum dots is, the larger the band gap is, and thus light is emitted from shorter wavelengths. You can get light.
  • Such quantum dot particles emit light by converting high-energy light that is excited into light having a longer wavelength corresponding to a band gap determined according to the particle size. For example, when blue light is irradiated to quantum dot particles whose energy value of the band gap corresponds to green light by controlling the particle size, green light is emitted, and the energy value of the band gap is applied to the quantum dot particles corresponding to red light. When blue light is irradiated, it is converted into red light and emits light.
  • the quantum dot particles are arranged so that the particle size of the quantum dot is uniform, light emission by the quantum dot exhibits a property of emitting light close to the primary color having a very narrow full width half maxima (FWHM) in a desired wavelength region.
  • FWHM full width half maxima
  • the optical devices 100 and 100-1 according to the present invention have a shape in which a photoluminescence phenomenon is expressed by quantum dots, but FIG. 1A shows a circle and FIG. 1B shows a quadrangle, but is not limited thereto. It can be molded into various shapes suitable for the application of the photoluminescence phenomenon of the optical device including a.
  • the optical devices 100 and 100-1 according to the present invention include the substrate 110 and the partition members 130 and 130-1.
  • the substrate 110 may be implemented with glass or an optical transparent film.
  • the optical transparent film may include various plastic materials having transparency such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), and acrylic, but are not limited thereto.
  • the partition members 130 and 130-1 are molded to set the light emitting region in which the quantum dot layers and the like are stacked.
  • the optical devices 100 and 100-1 according to the present invention are formed by stacking quantum dot layers or the like on a substrate, thereby manufacturing a plurality of optical devices in a chip form on a large-area substrate similarly to a silicon integrated circuit device manufacturing process.
  • the partition members 130 and 130-1 may be used as split reference lines of respective optical device chips arranged on a substrate.
  • the multilayer structure laminated in the area set by the partition members 130 and 130-1 will be described in detail with reference to FIGS. 2A and 2B.
  • FIG. 2A and 2B are cross-sectional views of optical devices according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating a detailed structure of a partial region S of FIG. 2A.
  • the optical device 100 includes a substrate 110, a first transparent thin film layer 120, a partition member 130, a quantum dot layer 140, a protective layer 150, The second transparent thin film layer 160 is included.
  • the substrate 110 may include glass or an optical transparent film having transparency such as polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), and acrylic.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PC polycarbonate
  • acrylic acrylic
  • the first transparent thin film layer 120 is formed on one surface of the substrate 110.
  • the first transparent thin film layer 120 may form a hydrophobic transparent thin film on one surface of the substrate 110 by deposition, coating, or printing.
  • the first transparent thin film layer 120 is a component for preventing the quantum dot particles constituting the quantum dot layer 140 from being agglomerated or unevenly dispersed due to surface tension or the like. That is, the first transparent thin film layer 120 may secure uniformity of quantum dot particles dispersed in the quantum dot layer 140.
  • the partition member 130 is formed on an upper surface of the first transparent thin film layer 120 to set a region in which the quantum dot layer 140 and the protective layer 150 are stacked.
  • the partition member 130 is formed by integrating the surface of the first transparent thin film layer 120 by a fine patterning technique such as a photolithography process or by forming a processed film into the first transparent thin film layer 120. It can form by bonding to the surface.
  • the partition member 130 may further include a plurality of pillar or lattice-shaped protrusions 131 formed through the quantum dot layer 140 and the protective layer 150 at predetermined intervals.
  • the partition member 130, the pillar, or the protrusion 131 is formed to have the same height as the thickness of the quantum dot layer 140 and the protective layer 150.
  • the partition member 130 and the pillar or protrusion 131 structure included therein may improve the uniformity of the quantum dot particles dispersed in the quantum dot layer 140. That is, in the process of stacking the quantum dot layer 140 and the protective layer 150, the surface gap during the self-alignment function and the bonding of the second transparent thin film layer 160 formed on the uppermost layer of the optical device 100. It can help maintain and play a mechanical role in improving uniformity.
  • the quantum dot layer 140 is made of quantum dot particles and is formed on the top surface of the first transparent thin film layer 120.
  • the quantum dot layer 140 is composed of quantum dot particles in a solid state by drying a solution in which the quantum dot particles are dispersed. By controlling the size of the quantum dot particles it is possible to control the band gap, it is possible to obtain light of various wavelengths in the quantum dot layer 140.
  • the quantum dot layer 140 may be configured such that quantum dot particles having the same size are dispersed to emit monochromatic light, and quantum dot particles having different band gaps (that is, quantum dot particles having different sizes) have a predetermined ratio. It can be configured to be mixed and dispersed as.
  • first quantum dot layer in which quantum dot particles having a first band gap are dispersed a second quantum dot layer in which quantum dot particles having a second band gap are dispersed,.
  • the n-th quantum dot layer in which the quantum dot particles having the n-th band gap are dispersed may be stacked.
  • first quantum dot particles 141 for converting blue excitation light into red light and emitting light and second quantum dot particles 143 for converting blue excitation light into green light and emitting light may be provided.
  • the quantum dot layer 140 formed by mixing and dispersing at a ratio is illustrated. When blue light is excited to the quantum dot layer 140, the quantum dot layer 140 may emit high purity white light having a narrow half-width by adjusting the mixing ratio of quantum dot particles having different sizes.
  • the quantum dot particles forming the quantum dot layer 140 may be composed of core grains of nano-crystal grains such as CdSe / ZnS, and the like.
  • Compounds of the Group 2 Auxiliary Group-6 elements are CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, and binary elements selected from the group consisting of mixtures thereof, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS CdZnSe is selected from the group consisting of CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, and an isotopic compound selected from the group consisting of a mixture thereof.
  • the Group III-Group 5 elemental compound is GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, and a binary element selected from the group consisting of a mixture thereof, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, and three-element compounds selected from the group consisting of GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, and an element selected from the group consisting of a mixture thereof, the Group 4 element-6 Group element compounds are binary elements selected from the group consisting of
  • the protective layer 150 is formed on at least one surface of the top or bottom surface of the quantum dot layer 140, and is formed by dispersing transparent nanoparticles 151 based on an inorganic material.
  • the transparent nanoparticles may include metal oxide-based nanoparticles having a diameter of several nanometers.
  • the transparent nanoparticles are metal oxides ZnO, TiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , MgO, NiO, Cr 2 O 3 , WO 3 (tungsten trioxide), VO x (vanadium oxide: vanadium oxide) It may be applied to any one or two or more, such as), or may be configured by stacking one or more nanoparticle components in order.
  • the semiconductor nanoparticles which are the materials of the quantum dots constituting the quantum dot layer 140, are typically degraded due to moisture, external air containing oxygen, and ultraviolet rays emitted from the outside.
  • the protective layer 150 may suppress performance deterioration of the quantum dot particles, thereby improving reliability and durability of the optical device 100 and providing stable expression of light conversion efficiency.
  • 2A and 2B illustrate an example in which the protective layer 150 is stacked on the top surface of the quantum dot layer 140, the protective layer 150 may be stacked on the bottom surface of the quantum dot layer 140, or The upper and lower surfaces of the 140 may be formed.
  • the second transparent thin film layer 160 may be formed on the uppermost layer of the optical device 100 according to the present invention to protect the quantum dot layer 140 and the protective layer 150 from the external environment.
  • the second transparent thin film layer 160 may be formed of any one of a transparent organic material or an inorganic material, or may be formed by laminating or bonding two materials.
  • the second transparent thin film layer 160 may include a resin.
  • the first transparent thin film layer 120 formed on the substrate 110 and the second transparent thin film layer 160 which may be selectively formed on the uppermost layer of the optical device 100, may include a quantum dot layer 140 formed in a space therebetween, and The airtight sealing characteristic of the protective layer 150 can be improved.
  • FIG 3 is a perspective view for schematically illustrating a light emitting diode package according to the present invention.
  • the light emitting diode package 300 according to the present invention is formed by bonding the optical device 100 described with reference to FIGS. 1A to 2B to a light emitting diode chip, except that the optical device 100 will be described below. The same description as described in the above to 2b will be omitted.
  • the light emitting diode package 300 includes a light emitting diode chip 200 and an optical device 100 according to the present invention.
  • FIG. 3 illustrates an optical device 100 including a circular light emitting area set by the partition member 130
  • the shape of the light emitting area and the partition member 130 of the optical device 100 is limited thereto. It is not.
  • the light emitting diode chip 200 may include a light emitting diode 210 emitting a first light, a bottom portion on which the light emitting diode is mounted, and a sidewall portion 230 protruding upward from the bottom portion and surrounding the light emitting diode; It includes a housing having a light output portion 220 formed in the open upper portion.
  • a reflection surface may be formed on the sidewall portion 230.
  • the reflective surface reflects the first light generated from the light emitting diode 210, so that the first light can be emitted to the outside more efficiently through the light output unit 220.
  • the optical device 100 is bonded to the light output unit 220 of the LED chip 200.
  • 3 illustrates a case in which the second transparent thin film layer 160 of the optical device 100 is bonded to the light output unit 220 so that the substrate 110 becomes the upper surface of the LED package 300.
  • the substrate 110 of the optical device 100 may be bonded to the light emitting unit 220 such that the upper surface of the light emitting diode package 300 is the second transparent thin film layer 160.
  • the inner space surrounded by the side wall portion 230 of the housing, that is, the space between the light emitting diode 210 and the optical device 100 may be configured to be empty, or the light extraction efficiency of the light emitting diode 210 may be reduced.
  • the LED package 300 according to the present invention may be implemented by, for example, bonding the optical device 100 to the LED chip 200 including the blue LED.
  • the quantum dot layer of the optical device 100 may convert first blue quantum dot particles to convert blue excitation light to emit red light and second second quantum dots to convert blue excitation light to emit green light.
  • the particles may be mixed at a predetermined rate.
  • a part of the blue light emitted from the blue light emitting diode is converted into green light or red light. That is, when the optical device 100 including the quantum dot layer is bonded to the LED chip 200 including the blue light emitting diode, the blue light, the red light, and the green light are mixed to emit white light.
  • the light emitting diode package 300 according to the present invention may be applied to a white light source device such as a liquid crystal display device by adjusting the mixing ratio of the quantum dot particles, and may be applied to lighting devices of various colors.
  • FIG. 4 is a view showing an emission spectrum of the LED package according to an embodiment of the present invention.
  • the emission spectrum is the emission spectrum of the LED package in which the optical device 100 including the quantum dot layer 140 as shown in FIG. 2B is bonded to a blue LED chip. That is, the emission spectrum is emitted by converting the blue spectrum of the red wavelength band by the quantum dot particles 141 and the blue excitation light emitted from the blue light emitting diode by converting the blue excitation light into red light to the green light
  • the optical spectrum of the green wavelength band by the quantum dot particles 143 is normalized.
  • (a) is a spectrum of blue light emitted from a blue light emitting diode
  • (b) is a spectrum of green light emitted by wavelength conversion in the quantum dot layer 140
  • (c) is a quantum dot layer 140. Shows the spectrum of red light emitted by wavelength conversion in.
  • FIG. 4 it can be seen that the light spectrum of each primary color wavelength band of blue, green, and red has a narrow half-value width and high purity.
  • a white light source with high color purity is applied to a backlight such as a liquid crystal display, the color gamut becomes wider, which makes it possible to express colors closer to natural colors.
  • the color rendering index represented can be implemented at the level of the conventional light emitting diode illumination, and color temperature can be easily adjusted.
  • 5A and 5B are a perspective view and a cross-sectional view of an embodiment of a light emitting diode package according to the present invention.
  • the LED package 310 includes a light emitting diode chip 200 and an optical device 100.
  • 5A and 5B illustrate a light emitting diode package 310 in which a substrate of the optical device 100 is bonded to a light emitting portion of the light emitting diode chip 200. That is, compared to the light emitting diode package 300 shown in FIG. 3, the portion of the optical device 100 bonded to the light emitting portion of the light emitting diode chip 200 is different, and thus the upper surface of the light emitting diode package 310 is different. The case where it becomes the 2nd transparent thin film layer 160 of this optical element 100 is shown.
  • 6A and 6B are a perspective view and a cross-sectional view of another embodiment of a light emitting diode package according to the present invention.
  • the LED package 320 includes a LED chip 200 and an optical device 100-1.
  • the light emitting region set by the partition member has a rectangular shape.
  • FIGS. 6A and 6B illustrate a light emitting diode package 320 in which a second transparent thin film layer of the optical device 100-1 is bonded to a light emitting portion of the light emitting diode chip 200. That is, the case where the upper surface of the light emitting diode package 320 becomes the substrate 110 of the optical device 100-1 is illustrated.
  • FIG. 7A and 7B are a perspective view and a cross-sectional view of another embodiment of a light emitting diode package according to the present invention.
  • the light emitting diode package 330 includes a light emitting diode chip 200 and an optical device 100-1.
  • the light emitting region set by the partition member has a rectangular shape.
  • FIG. 7A and 7B illustrate a light emitting diode package 330 in which a substrate of the optical device 100-1 is bonded to a light emitting portion of the light emitting diode chip 200. That is, the case where the upper surface of the light emitting diode package 330 becomes the second transparent thin film layer 160 of the optical device 100-1 is illustrated.
  • FIG. 8 is a perspective view of another embodiment of a light emitting diode package according to the present invention.
  • the LED package 340 includes an optical device 100, a light emitting diode chip 200, and a light intensity controller 240.
  • the light intensity controller 240 is configured to optimize light emission efficiency and light intensity distribution of the LED package 340.
  • the light intensity control unit 240 may be implemented by integrating and molding a dome-shaped lens, a fine lens array, or an uneven layer, or by assembling the lenses provided in the form of parts.

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Abstract

본 발명은 기판, 상기 기판의 일면에 형성되는 제1 투명 박막층, 상기 제1 투명 박막층의 상부에 형성되고, 양자점 입자들로 이루어진 양자점층, 상기 양자점층의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되고, 금속 산화물 나노 입자들이 분산되어 있는 보호층 및 상기 양자점층 및 상기 보호층이 형성되는 영역을 설정하기 위하여 상기 제1 투명 박막층의 상면에 형성되는 격벽 부재를 포함하는 광소자 및 이를 이용한 발광 다이오드 패키지, 백라이트 장치에 관한 것이다.

Description

광소자 및 이를 이용한 발광 다이오드 패키지, 백라이트 장치
본 발명은 광소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 발광 다이오드 패키지에 사용하기 위한 광소자에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode; LED)는 전계 발광(電界 發光) 효과에 의해 순방향 전압이 가해졌을 때, 빛을 발하는 반도체 소자로서 효율이 높고, 형광등이나 백열 전구에 비하여 수명이 길어 액정 디스플레이 등의 광원 및 조명 장치로의 사용 예가 급속히 늘어나고 있다.
발광 다이오드에 의해 백색 광원을 구현하는 방법으로는 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 각각 발하는 적색 발광 다이오드, 녹색 발광 다이오드 및 청색 발광 다이오드를 적절히 조합하여 구성하는 방법, 특정한 파장 대역의 빛을 소정의 상이한 파장 대역으로 천이 시키는 형광체 물질을 발광 다이오드 패키지의 광 출사 영역에 조립하여 구성함으로써 백색과 유사한 특성을 갖도록 구성하는 기술 등이 널리 활용되고 있다.
한편, 삼원색을 구성하는 적, 녹, 청 각각의 발광 다이오드를 다수 개 배열하여 혼색을 통해 백색 광원으로 활용하는 경우는 다수의 능동 발광 다이오드 소자를 조립하여 구성하므로 단가 상승, 전체 패키지 소형화에 대한 한계의 문제점, 각각의 발광 다이오드 소자 특성의 불균일성과 열화되는 양상의 차이 등으로 인하여 백색 광원 성능의 불균일성이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 청색 발광 다이오드 칩 패키지 상의 광 출사부에 황색 형광체 물질 등을 도포하여 청색 광과 형광체에 의해 색상이 천이되어 방사되는 혼합 광으로부터 백색 광과 유사한 스펙트럼 특성을 갖는 백색 발광 다이오드 패키지의 경우에는, 적색 및 녹색에 해당되는 스펙트럼이 뚜렷하게 나타나지 않아 액정 디스플레이 등의 광원으로 적용할 경우 색역이 상대적으로 좁아 적, 녹, 청 각각의 발광 다이오드를 적용한 광원에 비해 색상 표현 성능이 낮고, 일반 조명으로 적용할 경우에는 자연광과의 유사성을 나타내는 연색성 지수가 기존의 광원 수준을 충족시키기 어려우며, 조명의 색 온도를 소비자 기호에 맞게 조정하기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 여기 광의 파장을 변환시켜 발광하는 양자점 입자인 반도체 나노 입자의 열화를 억제할 수 있는 투명 박판 형상의 광소자 및 상기 광소자를 이용한 발광 다이오드 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 일실시예인 광소자는 기판, 상기 기판의 일면에 형성되는 제1 투명 박막층, 상기 제1 투명 박막층의 상부에 형성되고, 양자점 입자들로 이루어지는 양자점층, 상기 양자점층의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되고, 금속 산화물 나노 입자들로 이루어지는 보호층 및 상기 양자점층 및 상기 보호층이 형성되는 영역을 설정하기 위하여 상기 제1 투명 박막층의 상면에 형성되는 격벽 부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 양자점층은, 서로 다른 밴드 갭을 갖는 양자점 입자들이 소정의 비율로 혼합되어 분산될 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 금속 산화물 나노 입자들은, ZnO, TiO2, Al2O3, Ta2O5, MgO, NiO, Cr2O3, WO3, VOx 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 격벽 부재는, 상기 양자점층 및 보호층을 관통하여 소정의 간격으로 형성되는 복수의 기둥 또는 격자 형상의 돌기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일실시예의 일태양에 의하면 상기 광소자의 최상층에 형성되는 제2 투명 박막층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예인 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드, 상기 발광 다이오드가 실장되는 저면부, 상기 저면부로부터 상방으로 돌출되도록 형성되며 상기 발광 다이오드를 둘러싸고 있는 측벽부, 개방된 상부에 형성되는 광 출사부를 구비하는 하우징 및 상기 광 출사부에 접합되고, 상기 발광 다이오드가 출사하는 광의 일부를 파장 변환시켜 발광하는 양자점 입자들을 포함하는 투명 박판 형상의 광소자를 포함한다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 광소자는 기판, 상기 기판의 일면에 형성되는 제1 투명 박막층, 상기 제1 투명 박막층의 상부에 형성되고, 양자점 입자들로 이루어지는 양자점층, 상기 양자점층의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되고, 금속 산화물 나노 입자로 이루어지는 보호층 및 상기 양자점층 및 상기 보호층이 형성되는 영역을 설정하기 위한 격벽 부재를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 양자점층은 서로 다른 밴드 갭을 갖는 양자점 입자들이 소정의 비율로 혼합되어 분산될 수 있다. 있는 발광 다이오드 패키지.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 금속 산화물 나노 입자들은 ZnO, TiO2, Al2O3, Ta2O5, MgO, NiO, Cr2O3, WO3, VOx 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 격벽 부재는 상기 양자점층 및 보호층을 관통하여 소정의 간격으로 형성되는 복수의 기둥 또는 격자 형상의 돌기를 더 포함한다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 광소자는 상기 광소자의 최상층에 형성되는 제2 투명 박막층을 더 포함한다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 광소자는 상기 기판 또는 상기 제2 투명 박막층이 상기 광 출사부에 접합될 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 측벽부의 내면에 형성되는 반사 면을 더 포함한다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 측벽부로 둘러싸이는 내측 공간은 발광 다이오드의 광 추출 효율을 향상시키는 투명한 굴절률 정합 물질로 채워질 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 광소자의 상부에 형성되는 광도 조절부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 다른 실시예의 일태양에 의하면, 상기 광도 조절부는 돔 형상의 렌즈, 미세 렌즈 배열 또는 요철 형상층 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예인 백라이트 장치는 상기한 발광 다이오드 패키지를 적용하여 구성할 수 있다.
상술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 양자점 입자들로 이루어지는 양자점층의 적어도 일면에 투명 나노 입자들, 특히 무기(inorganic) 재료 기반의 나노 입자들로 이루어지는 보호층을 증착 또는 도포함으로써 양자점 입자의 신뢰성 및 내구성, 특히, 수분, 산소 및 자외선 등으로 인한 성능 열화를 억제할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 광소자는 투명 기판 상에 양자점층 등을 적층하여 구성함으로써, 대면적의 투명 기판으로부터 복수의 광소자를 칩 형태로 일괄 제조한 후 분할하여 사용할 수 있으므로, 제조 비용 절감 및 각 광소자 간의 편차를 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드로부터 출사되는 광을 파장 변환시켜 발광하는 양자점 입자들을 포함하는 광소자를 발광 다이오드 칩에 집적하여 구성함으로써, 패키지의 소형화가 용이하며, 칩 형태의 부품을 조립하는 방식으로 구현되므로 양산 적용이 유리하므로 제조 단가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는 반치 폭이 좁은 삼원색으로 구성되는 백색 광을 제공하므로, 보다 순도 높은 색상을 표시할 수 있고, 연색성이 높고 색 온도 조절이 용이한 이점이 있다.
도 1a 및 도1b는 본 발명의 일실시예에 따른 광소자를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 광소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 일실시예를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 다른 실시예의 사시도 및 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 다른 실시예의 사시도 및 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 다른 실시예의 사시도 및 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 다른 실시예의 사시도이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1a 및 도1b는 본 발명의 일실시예에 따른 광소자를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 광소자(100, 100-1)는 양자점층을 갖는 투명 박판 칩 형상을 가진다. 양자점(quantum dot)은 나노미터(nm) 수준의 직경을 갖는 반도체 입자로서, 광발광(광루미네선스; photoluminescence) 성질을 가지는 물질이다. 양자점의 발광은 들뜬 상태의 전자가 전도대에서 가전자대로 전이하면서 발생된다. 전도대와 가전자대의 간격을 밴드 갭(band gap)이라 하는데, 양자점은 그 크기에 따라 밴드 갭이 달라지는 성질을 나타낸다. 즉, 동일한 여기광에 대하여 양자점이 파장 변환된 광을 발광하는 경우에, 양자점의 크기가 작아질수록 밴드 갭이 커지고, 따라서 짧은 파장의 빛을 발광하기 때문에 양자점의 크기를 조절하여 원하는 파장 영역의 빛을 얻을 수 있다.
이러한 양자점 입자는 여기되는 높은 에너지의 광을 그 입자 크기에 따라 결정되는 밴드 갭에 대응하는 보다 파장이 긴 광으로 변환하여 발광하게 된다. 예를 들어, 입자 크기의 조절에 의해 밴드 갭의 에너지 값이 녹색 광에 해당되는 양자점 입자에 청색 광이 조사되면 녹색 광을 발광하게 되고, 밴드 갭의 에너지 값이 적색 광에 해당되는 양자점 입자에 청색 광이 조사되면 적색 광으로 변환하여 발광하게 된다. 양자점의 입자 크기가 균일하도록 양자점 입자들을 배열하여 구성하면, 양자점에 의한 발광은 원하는 파장 영역에서 매우 좁은 반치 폭(full width half maxima; FWHM)을 가지는 원색에 가까운 광을 발광하는 특성을 나타낸다.
본 발명에 따른 광소자(100, 100-1)는 양자점에 의한 광발광 현상이 발현되는 영역의 형태로서, 도 1a는 원형, 도 1b는 사각형을 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 양자점 입자를 포함하는 광소자의 광발광 현상을 응용하는 분야에 적합하게 다양한 형상으로 성형할 수 있다.
본 발명에 따른 광소자(100, 100-1)는 기판(110) 및 격벽 부재(130, 130-1)를 포함한다.
기판(110)은 유리 또는 광학용 투명 필름 등으로 구현될 수 있다. 상기 광학용 투명 필름의 예로서, PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PC(polycarbonate), 아크릴 등의 투명성을 가지는 다양한 플라스틱 재료가 이에 해당할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
격벽 부재(130, 130-1)는 양자점층 등이 적층되는 광발광 영역을 설정하도록 성형된다. 본 발명에 따른 광소자(100, 100-1)는 기판 상에 양자점층 등을 적층하여 구성함으로써, 실리콘 집적 회로 소자 제작 공정과 유사하게 대면적의 기판에 복수의 광소자를 칩 형태로 일괄 제조한 후 분할하여 사용하게 되는데, 격벽 부재(130, 130-1)는 기판에 배열되는 각 광소자 칩의 분할 기준선으로 이용될 수 있다. 격벽 부재(130, 130-1)에 의해 설정되는 영역 내에 적층되는 다층 구조에 대해서 도 2a 및 도 2b를 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 광소자의 단면도이다. 도 2b는 도 2a의 일부 영역(S)에 대한 상세 구조를 도시한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명에 따른 광소자(100)는 기판(110), 제1 투명 박막층(120), 격벽 부재(130), 양자점층(140), 보호층(150), 제2 투명 박막층(160)을 포함한다.
기판(110)은 유리 또는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PC(polycarbonate), 아크릴 등의 투명성을 가지는 광학 투명 필름을 포함할 수 있다.
제1 투명 박막층(120)은 기판(110)의 일면에 형성된다. 제1 투명 박막층(120)은 소수성의 투명 박막을 기판(110)의 일면에 증착, 도포, 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있다. 제1 투명 박막층(120)은 양자점층(140)을 구성하는 양자점 입자들이 표면 장력 등에 의해서 서로 뭉치거나, 균일하지 않게 분산되는 것을 방지하기 위한 구성이다. 즉, 제1 투명 박막층(120)은 양자점층(140)에 분산되는 양자점 입자들의 균일도(uniformity)를 확보할 수 있다.
격벽 부재(130)는 제1 투명 박막층(120)의 상면에 형성되어 양자점층(140)과 보호층(150)이 적층되는 영역을 설정한다. 격벽 부재(130)는 제1 투명 박막층(120)의 표면에 사진 묘화(photolithography) 공정 등의 미세 성형(patterning) 기술로 집적하여 형성하거나, 형상이 가공된 필름을 제1 투명 박막층(120)의 표면에 접합하여 형성할 수 있다. 격벽 부재(130)는 양자점층(140) 및 보호층(150)을 관통하여 소정의 간격으로 형성되는 복수의 기둥 또는 격자 형상의 돌기(131)를 더 포함할 수 있다. 격벽 부재(130), 기둥 또는 돌기(131)는 양자점층(140) 및 보호층(150)이 적층되는 두께와 동일한 높이를 가지도록 형성된다. 격벽 부재(130) 및 이에 포함되는 기둥 또는 돌기(131) 구조는 양자점층(140)에 분산되는 양자점 입자들의 균일도를 향상시킬 수 있다. 즉, 양자점층(140) 및 보호층(150)이 적층되는 과정에서 자체 정렬(self-alignment) 기능과 광소자(100)의 최상층에 형성되는 제2 투명 박막층(160)의 접합 시의 표면 간극 유지에 도움을 주게 되어 균일도를 향상시키는 기구적인 역할을 수행할 수 있다.
양자점층(140)은 양자점 입자들로 이루어지고, 제1 투명 박막층(120)의 상면에 형성된다. 양자점층(140)은 양자점 입자들이 분산된 용액을 건조시켜 고체 상태의 양자점 입자들로 구성된다. 양자점 입자들의 크기를 조절함으로써 밴드 갭을 조절할 수 있게 되어, 양자점층(140)에서 다양한 파장대의 광을 얻을 수 있다. 양자점층(140)은 동일한 크기를 갖는 양자점 입자들이 분산되어 단색광을 발광할 수 있도록 구성될 수 있고, 서로 다른 밴드 갭을 갖는 양자점 입자들(즉, 크기가 서로 다른 양자점 입자들)이 소정의 비율로 혼합되어 분산되도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 밴드 갭을 갖는 양자점 입자들이 분산된 제1 양자점층, 제2 밴드 갭을 갖는 양자점 입자들이 분산된 제2 양자점층, …, 제n 밴드 갭을 갖는 양자점 입자들이 분산된 제n 양자점층이 적층되어 구성될 수 있다. 도 2b를 참조하면, 청색 여기 광을 적색 광으로 파장 변환하여 발광하는 제1 양자점 입자들(141)과 청색 여기 광을 녹색 광으로 파장 변환하여 발광하는 제2 양자점 입자들(143)이 소정의 비율로 혼합되어 분산되어 형성된 양자점층(140)을 예시하고 있다. 이와 같은 양자점층(140)에 청색 광을 여기하면, 양자점층(140)은 크기가 다른 양자점 입자들의 혼합 비율을 조정함으로써 좁은 반치 폭을 가지는 높은 순도의 백색 광을 발광할 수 있다.
양자점층(140)을 형성하는 양자점 입자로는 CdSe/ZnS등과 같이 중핵-껍질(core-shell) 구조의 나노 결정립으로 구성할 수 있고, 2족 원조-6족 원소의 화합물 반도체 나노 결정립, 3족 원소-5족 원소 화합물 반도체 결정립, 4족 원소-6족 원소 화합물 반도체 결정립 중의 하나이거나 상기 나노 결정립들 중 두 가지 이상의 조합으로 구성할 수 있다. 상기 2족 원조-6족 원소의 화합물은 CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO, HgS, HgSe, HgTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, CdSeS, CdSeTe, CdSTe, ZnSeS, ZnSeTe, ZnSTe, HgSeS, HgSeTe, HgSTe, CdZnS, CdZnSe, CdZnTe, CdHgS, CdHgSe, CdHgTe, HgZnS, HgZnSe, HgZnTe 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서선택되는 삼원소 화합물 및 CdZnSeS, CdZnSeTe, CdZnSTe, CdHgSeS, CdHgSeTe, CdHgSTe, HgZnSeS, HgZnSeTe, HgZnSTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 상기 3족 원소-5족 원소 화합물은 GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, InN, InP, InAs, InSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, GaNP, GaNAs, GaNSb, GaPAs, GaPSb, AlNP, AlNAs, AlNSb, AlPAs, AlPSb, InNP, InNAs, InNSb, InPAs, InPSb, GaAlNP, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물 및 GaAlNAs, GaAlNSb, GaAlPAs, GaAlPSb, GaInNP, GaInNAs, GaInNSb, GaInPAs, GaInPSb, InAlNP, InAlNAs, InAlNSb, InAlPAs, InAlPSb, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있고, 상기 4족 원소-6족 원소 화합물은 SnS, SnSe, SnTe, PbS, PbSe, PbTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 이원소 화합물, SnSeS, SnSeTe, SnSTe, PbSeS, PbSeTe, PbSTe, SnPbS, SnPbSe, SnPbTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 삼원소 화합물 및 SnPbSSe, SnPbSeTe, SnPbSTe, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 사원소 화합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
보호층(150)은 양자점층(140)의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되고, 무기(inorganic) 재료 기반의 투명 나노 입자들(151)이 분산되어 이루어진다. 상기 투명 나노 입자들은 수 나노 미터의 직경을 가지는 금속 산화물계 나노 입자들을 포함할 수 있다. 상기 투명 나노 입자들은 금속 산화물인 ZnO, TiO2, Al2O3, Ta2O5, MgO, NiO, Cr2O3, WO3(삼산화텅스텐:tungsten trioxide), VOx(산화바나듐:vanadium oxide) 등의 어느 하나 또는 두 가지 이상을 혼합하여 적용할 수도 있고, 하나 이상의 각각의 나노 입자 성분을 순서대로 적층하여 구성할 수 있다. 양자점층(140)을 구성하는 양자점의 재료인 반도체 나노 입자들은 통상적으로 수분, 산소를 포함하는 외기 및 외부에서 조사되는 자외선 등에 의하여 성능이 열화된다. 보호층(150)은 이러한 양자점 입자들의 성능 열화를 억제함으로써, 본 발명에 따른 광소자(100)의 신뢰성과 내구성을 향상시키고 광 변환 효율의 안정적인 발현을 제공할 수 있다. 도 2a 및 2b는 보호층(150)이 양자점층(140)의 상면에 적층된 예를 도시하고 있으나, 보호층(150)은 양자점층(140)의 하면에 적층될 수 있고, 또는 양자점층(140)의 상면 및 하면에 모두 형성될 수 있다.
제2 투명 박막층(160)은 본 발명에 따른 광소자(100)의 최상층에 형성되어 양자점층(140) 및 보호층(150)을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 제2 투명 박막층(160)은 투명 유기(organic) 재료 또는 무기(inorganic) 재료 중 어느 하나로 이루어지거나 두 가지 재료가 적층 또는 접합되어 구성될 수 있으며, 예를 들어 레진을 포함할 수 있다. 기판(110) 상에 형성된 제1 투명 박막층(120)과 광소자(100)의 최상층에 선택적으로 형성될 수 있는 제2 투명 박막층(160)은 그 사이의 공간에 형성되는 양자점층(140) 및 보호층(150)의 기밀 봉지 특성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지를 개략적으로 설명하기 위한 사시도이다. 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(300)는 도 1a 내지 2b에서 설명한 광소자(100)를 발광 다이오드 칩에 접합되어 이루어지는 것으로서, 광소자(100)에 대하여 이하에서 별도로 설명하는 것을 제외하고는 도 1a 내지 2b에서 설명한 것과 동일한 설명은 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(300)는 발광 다이오드 칩(200)과 본 발명에 따른 광소자(100)를 포함한다.
도 3에는 격벽 부재(130)에 의해 설정되는 원형의 광발광 영역을 포함하는 광소자(100)가 도시되었지만, 광소자(100)의 광발광 영역 및 격벽 부재(130)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다.
발광 다이오드 칩(200)은 제1광을 발광하는 발광 다이오드(210), 상기 발광 다이오드가 실장되는 저면부와 상기 저면부로부터 상방으로 돌출되도록 형성되며 상기 발광 다이오드를 둘러싸고 있는 측벽부(230) 및 개방된 상부에 형성되는 광 출사부(220)를 구비하는 하우징을 포함한다.
측벽부(230)에는 반사면이 형성될 수 있다. 상기 반사면은 발광 다이오드(210)로부터 발생한 제1광을 반사시켜, 상기 제1광이 광 출사부(220)를 통하여 보다 효율적으로 외부로 발광될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(300)는 발광 다이오드 칩(200)의 광 출사부(220)에 광소자(100)가 접합되어 이루어진다. 도 3에는, 광 출사부(220)에 광소자(100)의 제2 투명 박막층(160)이 접합되어, 기판(110)이 발광 다이오드 패키지(300)의 상부 면이 되는 경우가 도시되어 있다. 이에 대하여, 발광 다이오드 패키지(300)의 상부 면이 제2 투명 박막층(160)이 되도록, 광소자(100)의 기판(110)이 광 출사부(220)에 접합되는 경우도 구현될 수 있다.
상기 하우징의 측벽부(230)로 둘러싸이는 내측 공간, 즉 발광 다이오드(210)와 광소자(100) 사이의 공간은, 비어 있는 상태로 구성될 수 있고, 또는 발광 다이오드(210)의 광 추출 효율을 향상시키는 투명한 굴절률 정합 물질로 채워질 수 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(300)는 예를 들어, 청색 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 칩(200)에 광소자(100)를 접합하여 구현할 수 있다. 광소자(100)의 양자점층은 도 2b에 도시된 바와 같이, 청색 여기 광을 파장 변환하여 적색 광을 발광하는 제1 양자점 입자들과 청색 여기 광을 파장 변환하여 녹색 광을 발광하는 제2 양자점 입자들이 소정의 비율로 혼합되어 이루어질 수 있다. 이에 따라 청색 발광 다이오드에서 출사되는 청색 광의 일부가 녹색 광 또는 적색 광으로 변환된다. 즉, 청색 발광 다이오드를 포함하는 발광 다이오드 칩(200)에 상기와 같은 양자점층을 포함한 광소자(100)를 접합하게 되면, 청색광, 적색 광, 녹색 광이 혼합되어 결과적으로 백색 광을 발광하게 된다. 따라서 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지(300)는 상기 양자점 입자들의 혼합 비율을 조절함으로써, 액정 표시 장치 등의 백색 광원 장치로 적용될 수 있으며, 다양한 색상의 조명 장치로도 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
도 4에는 청색 발광 다이오드 칩에 본 발명에 따른 광소자를 접합하여 구성한 발광 다이오드 패키지의 발광 스펙트럼이 도시되어 있다. 상기 발광 스펙트럼은 도 2b에 도시한 바와 같은 양자점층(140)을 포함하는 광소자(100)를 청색 발광 다이오드 칩에 접합한 발광 다이오드 패키지의 발광 스펙트럼이다. 즉, 상기 발광 스펙트럼은 청색 발광 다이오드에서 출사되는 청색 여기 광을 적색 광으로 파장 변환하여 발광하는 양자점 입자들(141)에 의한 적색 파장 대역의 광 스펙트럼과 청색 여기 광을 녹색 광으로 파장 변환하여 발광하는 양자점 입자들(143)에 의한 녹색 파장 대역의 광 스펙트럼을 평준화(normalize)하여 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, (a)는 청색 발광 다이오드에서 출사되는 청색 광의 스펙트럼이고, (b)는 양자점층(140)에서 파장 변환되어 발광되는 녹색 광의 스펙트럼이며, (c)는 양자점층(140)에서 파장 변환되어 발광되는 적색 광의 스펙트럼을 나타낸다. 도 4를 참조하면, 청색, 녹색 및 적색의 각 원색 파장 대역의 광 스펙트럼이 좁은 반치 폭을 가지며, 순도가 높은 것을 알 수 있다. 이와 같이 색 순도가 높은 백색 광원을 액정 표시 장치 등의 백라이트로 적용할 경우, 색역(color gamut)이 넓어져 보다 자연색에 가까운 색상 표현이 가능하며, 일반 조명으로 적용할 경우에는 자연광과의 유사성을 나타내는 연색성 지수(color rendering index)를 기존의 발광 다이오드 조명 수준으로 구현할 수 있으며, 색 온도(color temperature) 조절이 용이하게 된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 일실시예의 사시도 및 단면도이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(310)는 발광 다이오드 칩(200)과 광소자(100)를 포함한다. 도 5a 및 도 5b는 광소자(100)의 기판이 발광 다이오드 칩(200)의 광 출사부에 접합되어 이루어지는 발광 다이오드 패키지(310)를 도시하고 있다. 즉, 도 3에 도시된 발광 다이오드 패키지(300)와 비교하여, 발광 다이오드 칩(200)의 광 출사부에 접합되는 광소자(100)의 부위가 상이하여, 발광 다이오드 패키지(310)의 상부 면이 광소자(100)의 제2 투명 박막층(160)이 되는 경우를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 다른 실시예의 사시도 및 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(320)는 발광 다이오드 칩(200)과 광소자(100-1)를 포함한다. 광소자(100-1)는 격벽 부재에 의하여 설정되는 광발광 영역이 사각형 형상으로 이루어진다.
도 6a 및 도 6b는 광소자(100-1)의 제2 투명 박막층이 발광 다이오드 칩(200)의 광 출사부에 접합되어 이루어지는 발광 다이오드 패키지(320)를 도시하고 있다. 즉, 발광 다이오드 패키지(320)의 상부 면이 광소자(100-1)의 기판(110)이 되는 경우를 도시한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 다른 실시예의 사시도 및 단면도이다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(330)는 발광 다이오드 칩(200)과 광소자(100-1)를 포함한다. 광소자(100-1)는 격벽 부재에 의하여 설정되는 광발광 영역이 사각형 형상으로 이루어진다.
도 7a 및 도 7b는 광소자(100-1)의 기판이 발광 다이오드 칩(200)의 광 출사부에 접합되어 이루어지는 발광 다이오드 패키지(330)를 도시하고 있다. 즉, 발광 다이오드 패키지(330)의 상부 면이 광소자(100-1)의 제2 투명 박막층(160)이 되는 경우를 도시한다.
도 8은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 다른 실시예의 사시도이다.
도 8을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(340)는 광소자(100), 발광 다이오드 칩(200) 및 광도 조절부(240)를 포함한다.
광도 조절부(240)는 발광 다이오드 패키지(340)의 광 출사 효율 및 광도 분포 최적화를 위한 구성이다. 광도 조절부(240)는 돔(dome) 형상의 렌즈, 미세 렌즈 배열 또는 요철 형상층 등을 집적하여 성형하거나, 부품 형태로 제공되는 렌즈 등을 정렬 조립함으로써 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 다음의 특허청구범위뿐만 아니라 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (17)

  1. 기판;
    상기 기판의 일면에 형성되는 제1 투명 박막층;
    상기 제1 투명 박막층의 상부에 형성되고, 양자점 입자들로 이루어지는 양자점층;
    상기 양자점층의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되고, 금속 산화물 나노 입자들로 이루어지는 보호층; 및
    상기 양자점층 및 상기 보호층이 형성되는 영역을 설정하기 위하여 상기 제1 투명 박막층의 상면에 형성되는 격벽 부재를 포함하는 광소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양자점층은,
    서로 다른 밴드 갭을 가지는 양자점 입자들이 소정의 비율로 혼합되어 분산되어 있는 광소자.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 나노 입자들은,
    ZnO, TiO2, Al2O3, Ta2O5, MgO, NiO, Cr2O3, WO3, VOx 중 적어도 하나를 포함하는 광소자.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 격벽 부재는,
    상기 양자점층 및 보호층을 관통하여 소정의 간격으로 형성되는 복수의 기둥 또는 격자 형상의 돌기를 더 포함하는 광소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 광소자의 최상층에 형성되는 제2 투명 박막층을 더 포함하는 광소자.
  6. 발광 다이오드;
    상기 발광 다이오드가 실장되는 저면부, 상기 저면부로부터 상방으로 돌출되도록 형성되며 상기 발광 다이오드를 둘러싸고 있는 측벽부, 개방된 상부에 형성되는 광 출사부를 구비하는 하우징; 및
    상기 광 출사부에 접합되고, 상기 발광 다이오드가 출사하는 광의 일부를 파장 변환시켜 발광하는 양자점 입자들을 포함하는 투명 박판 형상의 광소자를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광소자는,
    기판;
    상기 기판의 일면에 형성되는 제1 투명 박막층;
    상기 제1 투명 박막층의 상부에 형성되고, 양자점 입자들로 이루어지는 양자점층;
    상기 양자점층의 상면 또는 하면 중 적어도 일면에 형성되고, 금속 산화물 나노 입자로 이루어지는 보호층; 및
    상기 양자점층 및 상기 보호층이 형성되는 영역을 설정하기 위한 격벽 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 양자점층은,
    서로 다른 밴드 갭을 갖는 양자점 입자들이 소정의 비율로 혼합되어 분산되어 있는 발광 다이오드 패키지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 금속 산화물 나노 입자들은,
    ZnO, TiO2, Al2O3, Ta2O5, MgO, NiO, Cr2O3, WO3, VOx 중 적어도 하나를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 격벽 부재는,
    상기 양자점층 및 보호층을 관통하여 소정의 간격으로 형성되는 복수의 기둥 또는 격자 형상의 돌기를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 광소자는,
    상기 광소자의 최상층에 형성되는 제2 투명 박막층을 더 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광소자는,
    상기 기판 또는 상기 제2 투명 박막층이 상기 광 출사부에 접합되는 발광 다이오드 패키지.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 측벽부의 내면에 형성되는 반사 면을 더 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  14. 제6항에 있어서,
    상기 측벽부로 둘러싸이는 내측 공간은 발광 다이오드의 광 추출 효율을 향상시키는 투명한 굴절률 정합 물질로 채워지는 발광 다이오드 패키지.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 광소자의 상부에 형성되는 광도 조절부를 더 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광도 조절부는 돔 형상의 렌즈, 미세 렌즈 배열 또는 요철 형상층 중 어느 하나인 발광 다이오드 패키지.
  17. 제7항의 발광 다이오드 패키지를 적용한 백라이트 장치.
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