WO2017164672A1 - 광학 모듈 - Google Patents

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Definitions

  • the embodiment provides an optical module.
  • the embodiment provides an optical module for narrow angle.
  • a light emitting diode may form a light emitting source using compound semiconductor materials such as GaAs series, AlGaAs series, GaN series, InGaN series, and InGaAlP series.
  • Such a light emitting diode is packaged and used as a light emitting device that emits various colors, and the light emitting device is used as a light source in various fields such as a lighting indicator, a color display, and an image display that display color.
  • UV LEDs ultraviolet light emitting diodes
  • an optical exposure apparatus uses an exposure apparatus that uses light in an ultraviolet region, and uses an ultraviolet LED as a light source.
  • the embodiment provides an optical module having a light emitting diode emitting an ultraviolet wavelength.
  • the embodiment provides an optical module for narrow angle having an ultraviolet light emitting diode.
  • the embodiment provides an optical module for exposure or narrow angle having a directing angle of 15 degrees or less.
  • an optical module includes a body including a concave recess and a side surface having a curved surface concave outwardly around the recess; A light emitting module having a light emitting diode under the recess of the body; And an optical lens including an incidence portion disposed on the body and a lens portion having a convex curved surface on the incidence portion, wherein the incidence portion is disposed on an upper surface of the body and the recess, and the incidence portion is the body A first region in a vertical direction overlapped with an upper surface of the first region, and a second region overlapped in a vertical direction with an upper portion of the recess along an outer circumference of the lens unit, wherein the lens unit overlaps the recess in a vertical direction, An upper portion of the recess has a maximum first diameter, a lower portion of the lens portion has a maximum second diameter, the second diameter is smaller than the first diameter, and a lower portion of the recess is smaller than the second diameter.
  • the body may include a housing in which the light emitting module is disposed and the bottom of the recess is open, and the light emitting module includes a circuit board disposed in the bottom of the housing and electrically connected to the light emitting diode.
  • the bottom center of the accommodating part may be aligned with the center of the lens part.
  • the lens portion has an aspherical shape
  • the second diameter is 80% or more of the first diameter
  • the bottom area of the second area at the incidence part is smaller than the bottom area of the first area.
  • the height of the optical lens is smaller than the depth of the recess
  • the ratio of the first diameter and the second diameter has a range of 1: 0.81 to 1: 0.91
  • the incident portion of the optical lens is flat
  • the incident angle of the light emitted from the optical lens having one incident surface may be 15 degrees or less.
  • the first light emitted from the light emitting diode is incident directly to the lens unit at a first incident angle with respect to the optical axis and is emitted at the first exit angle through the lens unit
  • the second light emitted from the light emitting diode Is reflected at the side of the recess at a second incident angle with respect to the optical axis and exits at a second exit angle through the incidence portion disposed outside the lens unit
  • the first incident angle is 35 degrees or less with respect to the optical axis
  • the second incident angle is greater than 35 degrees with respect to the optical axis
  • the first and second emission angles may include 15 degrees or less with respect to the optical axis or the vertical axis.
  • the first light emitted from the light emitting diode is incident directly to the lens unit at a first incident angle with respect to the optical axis and is emitted at the first exit angle through the lens unit
  • the second light emitted from the light emitting diode Is reflected at the side of the recess at a second incident angle with respect to the optical axis and exits at a second exit angle through the incidence portion disposed outside the lens unit, and the ratio of the first incident angle and the first exit angle is 1.7.
  • the ratio between the second incident angle and the second exit angle may be 0.375 or less.
  • the body may include a ceramic material or an aluminum material, and the recess may have a circular top view shape, and the diameter of the recess may be gradually smaller as it is closer to the light emitting diode.
  • the curved surface of the recess may have a radius of curvature of 1.5 mm or less
  • the lower surface of the incidence portion may include a flat horizontal surface
  • the lower surface area of the incidence portion may be larger than the upper surface area of the recess.
  • the light emitting diode emits light having an ultraviolet wavelength
  • the recess has a circular top view shape, and the diameter of the recess decreases gradually as it is adjacent to the light emitting diode, and is emitted from the optical lens.
  • the directed angle of the light may be 15 degrees or less.
  • the light emitting diode emits light having an ultraviolet wavelength
  • the recess has a circular top view shape, and the diameter of the recess decreases gradually as it is adjacent to the light emitting diode.
  • the circuit board may include a ceramic material, the width of the circuit board may be smaller than the width of the receiving portion.
  • the embodiment can provide a narrow angle of 15 degrees or less for the optical directivity angle of the optical module.
  • the embodiment can improve the reliability of the optical device for exposure.
  • the embodiment can reduce the number of ultraviolet light emitting diodes disposed in the optical module.
  • the embodiment can improve the reliability in the exposure apparatus by providing an optical module for exposure having a narrower angle than the Lambertian light distribution.
  • FIG. 1 is a perspective view of a light emitting module according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the coupling of the optical module of FIG.
  • FIG. 3 is a plan view of the optical module of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the A-A side of the optical module of FIG.
  • FIG. 5 is a view for explaining the structure of the recess and the optical lens of the body in the optical module of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram for describing an optical path in the optical module of FIG. 4.
  • FIG. 7 is a detailed configuration diagram of a light emitting diode of the optical module according to the embodiment.
  • FIG. 8 is another configuration diagram of a light emitting diode of the optical module according to the embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a direction angle distribution of light emitted from an optical module according to an embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a light emitting module according to an embodiment
  • FIG. 2 is a side view of the coupling of the optical module of FIG. 1
  • FIG. 3 is a plan view of the optical module of FIG. 2
  • FIG. 4 is a cross-sectional view at the AA side of the optical module of FIG. 3.
  • 5 is a view for explaining the recess of the reflector and the structure of the optical lens in the optical module of Figure 4
  • Figure 6 is a view for explaining the optical path in the optical module of FIG.
  • the optical module 100 includes a body 110 having a recess 111, a light emitting module 130 disposed on the bottom of the recess 111, and the body 110. And an optical lens 160 disposed thereon.
  • the body 110 may be a reflector made of a reflective material.
  • the body 110 may be formed of a metal material, for example, aluminum.
  • the body 110 may be metal or may be plated with aluminum on its surface.
  • the body 110 may be formed of a material that is 100% aluminum.
  • the body 110 may optionally include a metal, for example, aluminum (Al), platinum (Pt), titanium (Ti), copper (Cu), nickel (Ni), gold (Au), and tantalum (Ta). It may be formed in a single layer or multiple layers.
  • the body 110 may be formed of a metal having a reflectance of 80% or more of the wavelength emitted from the light emitting module 130.
  • the body 110 may include an insulating material or a conductive material.
  • the body 110 may include a ceramic material, and a metal layer, for example, an aluminum material may be formed on the side surface 116 of the recess 111.
  • the top view shape of the body 110 may be a polygonal shape, for example, a rectangular shape, and may be a circular shape as another example.
  • the body 110 may have a polyhedron shape, but is not limited thereto.
  • the body 110 may be equal to or different from each other in length or length X1 at the top surface 112 or the bottom surface 113, but is not limited thereto.
  • the area of the bottom surface 113 of the body 110 may be equal to or larger than the area of the top surface 112.
  • the height T1 of the body 110 may be smaller than the horizontal length X1 of the body 110.
  • the body 110 has a recess 111 having an open upper portion and an accommodating portion 121 disposed below the recess 111, and the light emitting module 130 is disposed at the accommodating portion 121. Is placed.
  • the recess 111 is recessed to a predetermined depth from the upper surface 112 of the body 110 and is connected to the accommodating part 121, and the accommodating part 121 has an open lower portion of the body 110. It may be an open area.
  • the recess 111 may be formed in a shape that gradually narrows downward, for example, a hemispherical shape or a container shape.
  • the recess 111 may be formed in a rotationally symmetrical shape or an axial symmetrical shape with respect to the optical axis perpendicular to the bottom center.
  • the recess 111 may be an empty space.
  • the recess 111 may have a circular shape having an upper shape having a maximum first diameter X4, and the bottom shape may have a polygonal shape or a circular shape.
  • the recess 111 may have a shape in which the diameter gradually decreases downward, and may be connected to the accommodating part 121 at a lower end of the recess 111.
  • the side surface 116 of the recess 111 may be a reflective surface, and the reflective surface may be formed of a metal reflective material different from the body 110, or may be formed of a material of the body 110.
  • the side surface 116 of the recess 111 may include a curved surface that is concave outward, and the curved surface may be a surface that is concave outward than a straight line connecting the upper and lower ends of the recess 111.
  • the curved surface may be formed in a parabolic shape or a quadratic curve shape between the top and bottom of the recess 111.
  • the upper end of the recess 111 may be a boundary point with the upper end of the body 110, and the lower end may be a boundary point with the accommodating part 121.
  • the radius of curvature may be in the range of 1.5 mm or less, for example, 1.2 mm to 1.5 mm, and the light reflection efficiency may be deteriorated when it is out of the radius of curvature.
  • a diameter of the recess 111 may gradually decrease as it contacts the light emitting diode 133.
  • the depth D1 of the recess 111 may be greater than the height H1 of the optical lens 160.
  • the depth D1 may be 1.4 times or more, for example 1.4 times to 1.8 times the height H1. It can be a range.
  • the depth D1 may be in the range of 3.5 mm or more, for example, 3.5 mm to 4.2 mm.
  • the recess 111 having the depth D1 can diffuse the light sufficiently.
  • a lower surface area of the incident part 161 of the optical lens 160 may be larger than an upper surface area of the recess 111.
  • the accommodating part 121 may have a top view shape having a polygonal shape or a circular shape, and may have a predetermined height D2 from the bottom surface 113 of the body 110.
  • the width D3 of the accommodating part 121 may be in the range of 1.8 mm to 2.5 mm, and this range may be changed according to the width D4 of the light emitting diode 133.
  • the height D2 of the accommodating part 121 is greater than the thickness of the light emitting module 130, and an upper end of the accommodating part 121 or a boundary point with the recess 116 is formed of the light emitting diode 133. It may be disposed above the top surface.
  • An upper surface of the light emitting diode 133 may be lower than a straight line connecting the lower end of the concave curved surface of the recess 111.
  • the accommodating part 121 may vary according to the size of the light emitting module 130, and the light emitted from the light emitting module 130 may not be lost in the accommodating part 121. It may be formed such that light may be reflected through the side surface 116.
  • the light emitting module 130 includes a circuit board 131 and a light emitting diode 133 on the circuit board 131.
  • the circuit board 131 may include a resin substrate, a ceramic substrate, or a metal base substrate.
  • the circuit board 131 may be a rigid board or a flexible board.
  • the circuit board 131 may have a circuit pattern and supply power to the light emitting diode 133.
  • the width of the circuit board 131 may be equal to or less than the width of the accommodating part 121. When the width of the circuit board 131 is less than or equal to the width of the accommodating part 121, the circuit board 121 may be in close contact with the sidewall of the accommodating part 121.
  • the circuit board 121 When the width of the circuit board 121 is larger than the width of the accommodating part 121, the circuit board 121 may extend from the bottom of the accommodating part 121 to the lower surface of the body 110.
  • the bottom surface of the circuit board 131 may be disposed in the same horizontal plane as the bottom surface of the body 110.
  • the light emitting diode 133 may include an optional peak wavelength within a range of ultraviolet to visible wavelengths.
  • the light emitting diode 133 may emit, for example, an ultraviolet wavelength, and may be applied to an exposure apparatus or a sterilizing or curing apparatus.
  • the light emitting diode 133 may be formed of a compound semiconductor of group II and group VI elements, or a compound semiconductor of group III and group V elements.
  • the light emitting diode 133 is an ultraviolet LED chip, and may be an LED chip having a wavelength in a range of 100 nm to 400 nm.
  • it may optionally include a semiconductor device manufactured using a compound semiconductor of a series such as AlInGaN, InGaN, AlGaN, GaN, GaAs, InGaP, AllnGaP, InP, InGaAs.
  • the light emitting diode 133 may include an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, and an active layer, and the active layer may be InGaN / GaN, InGaN / AlGaN, InGaN / InGaN, GaN / AlGaN, InAlGaN / InAlGaN, AlGaAs / GaAs, InGaAs / GaAs, InGaP / GaP, AlInGaP / InGaP, and InP / GaAs can be implemented in pairs.
  • the light emitting diode 133 may be a horizontal chip or a vertical chip.
  • the light emitting diode 133 may be disposed on the circuit board 131 and electrically connected to a connection member such as a wire. It does not limit to this.
  • the thickness T3 of the light emitting diode 133 may range from 0.13 mm ⁇ 0.03 mm.
  • the width D4 of the light emitting diode 133 may be 1.3 mm ⁇ 0.4 mm as the length of one side, but is not limited thereto.
  • the light emitting diode 133 may have a distance G3 from the sidewall of the accommodating part 121 to be less than 0.5 mm, for example, 0.32 mm to 0.42 mm.
  • the light emitting diode 133 is spaced apart from the light emitting diode 133 by the sidewall of the accommodating part 121 at the interval G3, so that the light emitted from the light emitting diode 133 is reflected and re-reflected by the sidewall of the accommodating part 121.
  • the directivity angle of the light emitting diode 133 may be 110 degrees or more, for example, 110 to 130 degrees, and the width D3 of the accommodating part 121 may vary according to the distribution of the directivity angle of the light emitting diode 133. But it is not limited thereto.
  • the optical lens 160 is disposed on the body 110 and is refracted to emit light emitted from the light emitting diode 133.
  • the optical lens 160 may be attached to an upper surface of the body 110 with an adhesive (not shown).
  • the optical lens 160 may be formed as a flat horizontal plane or an upwardly convex surface.
  • the optical lens 160 may include a lens shape in which an emission surface is convex, and the convex lens shape may emit light by refracting incident light incident on the incident surface.
  • the optical lens 160 may have a thickness H1 smaller than the height T1 of the body 110, and may have a thickness of 3 mm or less, for example, in a range of 2 mm to 3 mm.
  • the horizontal and vertical lengths X2 of the optical lens 160 may be the same or different from each other, and may be the same or different from the horizontal and vertical lengths X1 of the body 110.
  • the horizontal and vertical lengths X2 of the optical lens 160 may be disposed in a range of 8 mm or less, for example, 6.5 mm to 8 mm, and may vary according to the size of the body 110.
  • the optical lens 160 may be formed of a transparent material, for example, a glass material.
  • the optical lens 160 may be formed of, for example, a borosilicate glass material.
  • the optical lens 160 includes an incident part 161 and a lens part 165 on the incident part 161.
  • the incidence part 161 is disposed on the upper surface 112 of the body 110, and the lens part 165 has a lens shape protruding convexly from the incidence part 161.
  • the incident part 161 is a flange and is disposed at a thickness T2 of 30% or less, for example, 10% to 30% of the thickness H1 of the optical lens 160 to transmit incident light. And support the optical lens 160 on the body 110.
  • the lower surface of the incident part 161 may include a flat incident surface.
  • the incident part 161 may have a first region (A1 of FIG. 3) overlapping with an upper surface of the body 110 in a vertical direction, and an upper portion of the recess 111 along an outer circumference of the lens unit 165. And a second region (A2 of FIG. 3) overlapping with each other in the vertical direction.
  • an area of a lower surface of the second area A2 may be smaller than an area of the lower surface of the first area A1. This may support the optical lens 160 through the first area A1 and adjust the amount of leakage light traveling through a path other than the lens unit 165 through the second area A2.
  • the lens unit 165 of the optical lens 160 may be formed in a convex lens shape which is convex upward from the incidence part 161, and a surface thereof may be formed in a curved or aspherical shape.
  • the center of the lens unit 165 may be aligned with the bottom center of the recess 111.
  • the thickness H2 of the lens unit 165 may have a range of 70% to 90% of the thickness H1 of the optical lens 160, and the radius of curvature may be 2 mm or less, for example, 1.80 mm to 2 mm. Can be.
  • the thickness H2 and the radius of curvature of the lens unit 165 may vary depending on the size of the light emitting diode 133.
  • the lens unit 165 may have a second diameter X3 which is a maximum diameter of the lower portion.
  • the second diameter X3 may be smaller than the first diameter X4, and may have a range of less than 6 mm, for example, 5.32 mm to 5.42 mm.
  • the second diameter X3 of the lens unit 165 is smaller than the range, the directivity angle of the light emitted through the incidence unit 161 disposed around the outer side of the lens unit 165 may be increased, and the range If larger, light loss may occur due to total reflection in the lens unit 165.
  • the second diameter X3 may be smaller than the first diameter X3 and 80% or more.
  • the ratio of the first diameter (X4) and the second diameter (X3) may have a range of 1: 0.81 to 1: 0.91, the difference between the first diameter (X4) and the second diameter (X3) is 0.7mm Greater than less than 1 mm, for example, from 0.76 mm to 0.86 mm.
  • the second diameter X3 may be smaller than the first diameter and larger than the third diameter D3.
  • the fourth diameter may be smaller than the second diameter X3.
  • the lower area (except for the incident part) of the lens unit 165 may be smaller than the upper surface area of the recess 111.
  • the optical lens 160 is incident on the lens unit 165 by the difference G1 between the first and second diameters X4 and X3 and is emitted to the lens unit 165 and the reflection incident to the outside of the incident unit 161.
  • the light may have a direction angle distribution for narrow angles.
  • the lens unit 165 and the incidence unit 161 may be provided in a direction angle distribution of 15 degrees or less using incident light.
  • the optical lens 160 may emit light having a directivity angle in a range of 10% to 14% relative to the directivity angle of the light emitting diode 133. As shown in FIG.
  • the optical module 100 may provide a light directivity angle distribution of 15 degrees or less.
  • the optical module having such a direct angle distribution may be applied to a device for condensing a specific region, for example, an exposure apparatus.
  • the number of light emitting diodes 133 under the recess 111 may be reduced in the optical module.
  • the bottom center Pc of the light emitting diode 133 may be aligned with the vertex P1 of the lens unit 165 of the optical lens 160 on the optical axis Z0.
  • the bottom center Pc of the light emitting diode 133 may be the top center of the circuit board 131.
  • a straight line connecting the bottom center Pc of the light emitting diode 133 and the upper end P2 of the side surface 116 of the recess 111 is a first angle E2 based on the optical axis Z0.
  • the straight line connecting the bottom center Pc of the light emitting diode 133 and the outer bottom P4 of the lens unit 165 of the optical lens 160 may be the second angle E1 based on the optical axis Z0. have.
  • the second angle E2 may be larger than the first angle E1 and may emit some light through a region between the first and second angles E1 and E2.
  • the difference between the first and second angles E1 and E2 may be in the range of 7.3 ⁇ 0.7 degrees.
  • the first angle E1 may be disposed at an angle of 35 degrees or less, for example, 31 degrees to 35 degrees.
  • the distance D11 from the bottom center Pc of the light emitting diode 133 or the upper surface of the circuit board 131 to the incident surface of the optical lens 160 is equal to the first diameter of the recess 111.
  • the radius D12 may be greater than the radius D12, and the radius D12 of the first diameter may be greater than the thickness H1 of the optical lens 160.
  • the ratio of the radius D12 of the first diameter and the radius D12 of the lens unit 165 may have a ratio of 1: 0.81 to 1: 0.91.
  • the lens unit 165 is controlled by controlling the path of the reflected light and the transmitted light by the ratio difference between the size of the incident surface of the optical lens 160, the lower diameter of the lens unit 165, and the upper diameter of the recess 111.
  • the distribution of light propagating to the surface of) may have a narrow directivity angle.
  • the straight line connecting the high point P1 of the optical lens 160 and the outer low point P4 of the lens unit 165 has a third angle E3 based on the optical axis Z0, and the optical lens 160
  • the straight line connecting the high point (P1) and the upper end side P2 of the recess 111 may be disposed at a fourth angle (E4) with respect to the optical axis (Z0).
  • the third angle E3 may be larger than the fourth angle E4, and the difference between the third and fourth angles E3 and E4 may be 2 degrees or more, for example, in a range of 2 degrees to 4 degrees, and such a difference.
  • the light incident on the lens unit 165 and the light not incident may be distinguished from each other.
  • the third angle E3 may be in the range of 50 to 52 degrees.
  • the ratio of the third and fourth angles E3 and E4 may be in a range of 1.02: 1 or more, for example, 1.02: 1 to 1.2: 1.
  • the third angle E3 may vary depending on the size of the recess 111 and the radius of curvature of the lens unit 165.
  • the optical lens 160 may refract light incident to the lens unit 165 through the recess 111 to provide a light distribution having a direct angle of about 15 degrees or less.
  • the optical lens 160 may emit light having a light intensity transmitted through the outer incidence portion 161 of the lens unit 165 to 15 degrees or less, thereby providing a directivity of 15 degrees or less.
  • the lens unit 165 of the optical lens 160 has first incident angles R1 and R2 with respect to the optical axis Z0 among the light emitted from the light emitting diode 133.
  • Light L1 and L2 proceeding directly to the first and second light beams L1 and L2 are refracted by the lens unit 165 and are emitted at first emission angles R5 and R6 of 15 degrees or less with respect to the vertical axis Z.
  • the first incident angles R1 and R2 are angles between the light beams L1 and L2 emitted from the top center P0 of the light emitting diode 133 and the optical axis Z0.
  • the maximum angles of the first incident angles R1 and R2 may be angles at which light emitted from the light emitting diodes 133 is incident to the outer bottom points P4 and P5 of the lens unit 165.
  • the maximum angles of the first incident angles R1 and R2 may be emitted at an angle of 35 degrees or less based on the optical axis Z0.
  • a ratio between the first incidence angles R5 and R6 and the first incidence angles R1 and R2 (R5 / R1 and R6 / R2). ) May be emitted to the lens unit 165 having a ratio of 1.7 or less.
  • the ratios R5 / R1 and R6 / R2 of the first emission angles R5 and R6 and the first incident angles R1 and R2 exceed the above range, there is a problem in that the directivity angle is greater than 15 degrees.
  • the partial light L3 and L4 traveling to the side surface 116 of the recess 111 at the second incident angles R3 and R4 based on the optical axis Z0 may be generated. It is reflected from the side surface 116 of the recess 111 and exits between the upper side surfaces P2 and P3 of the recess 111 and the outer point P4 of the lens unit 165. In this case, the second incident angles R3 and R4 proceed at an angle exceeding 35 degrees with respect to the optical axis Z0.
  • the light L3 and L4 emitted at the second incident angles R3 and R4 are refracted through the incident part 161 to be emitted at the second exit angles R7 and R8, and the second exit angles R7 and R4 are emitted.
  • R8 proceeds to 15 degrees or less with respect to the vertical axis Z.
  • the second incident angles R3 and R4 are angles between the light beams L3 and L4 emitted from the upper center P0 of the light emitting diode 133 and the optical axis Z0.
  • the light (L3, L4) emitted to the outer incidence portion 161 of the lens unit 165 of the optical lens 160 has a second incident angle (R3, R4) of more than 35 degrees relative to the optical axis (Z0) It may have a second emission angle (R7, R8) of 15 degrees or less with respect to the vertical axis (Z).
  • the second emission angles R7 and R8 and the second angle are formed.
  • the ratios R7 / R3 and R8 / R4 of the two incident angles R3 and R4 may be 0.375 or less. If the ratio (R7 / R3, R8 / R4) of the second exit angle (R7, R8) and the second incident angle (R3, R4) exceeds the above range, there is a problem that the orientation angle exceeds 15 degrees.
  • light outside the direction angle for example, light exceeding 65 degrees (for example, when the direction angle is 130 degrees) with respect to the optical axis Z0, is outside the direction angle distribution of the light.
  • the effect on light distribution can be minimal.
  • the light L1 and L2 of 35 degrees or less with respect to the optical axis Z0 proceed to the lens unit 165 of the optical lens 160. In the section of 60 degrees or less, it is emitted to the outside through the incident part 161 of the optical lens 160.
  • the optical module 100 receives the first light L1 and L2 and the second incident angle R3 and R4 that are directly incident from the light emitting module 130 to the lens unit 165 at the first incident angle R1 and R2. And the light L3 and L4 reflected by the side surface 116 of the recess 111 and emitted to the incidence portion 161, the narrow angle module as shown in FIG. 9 can be provided as a narrow angle module. have.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a light emitting diode according to an embodiment.
  • the light emitting diode includes a light emitting structure 10 having a plurality of semiconductor layers 11, 12, and 13, a first electrode layer 20 and a first electrode layer 20 under the light emitting structure 10.
  • a second electrode layer 50, an insulating layer 41, and a pad 25 may be included between the first and second electrode layers 20 and 50.
  • the light emitting structure 10 may include a first semiconductor layer 11, an active layer 12, and a second semiconductor layer 13.
  • the active layer 12 may be disposed between the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 13.
  • the active layer 12 may be disposed under the first semiconductor layer 11, and the second semiconductor layer 13 may be disposed under the active layer 12.
  • the first semiconductor layer 11 may include an n-type semiconductor layer to which a first conductive dopant, for example, an n-type dopant is added
  • the second semiconductor layer 13 may include a second conductive dopant, for example, p. It may include a p-type semiconductor layer to which a type dopant is added.
  • the first semiconductor layer 11 may be formed of a p-type semiconductor layer
  • the second semiconductor layer 13 may be formed of an n-type semiconductor layer.
  • the light emitting structure 10 may be selectively formed from a compound semiconductor of Group II to Group V elements and Group III to Group V elements, and may emit a predetermined peak wavelength within a wavelength range of the ultraviolet band to the visible light band. For example, ultraviolet light can be emitted.
  • the light emitting structure 10 includes a first semiconductor layer 11, a second semiconductor layer 13, and an active layer 12 formed between the first semiconductor layer 11 and the second semiconductor layer 13.
  • another semiconductor layer may be further disposed on at least one of the upper and lower portions of each of the layers 11, 12, and 13, but is not limited thereto.
  • the first semiconductor layer 11 comprises a composition formula of In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the first semiconductor layer 11 may be selected from compound semiconductors of group III-V elements, such as GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, and AlGaInP.
  • the first conductive dopant is an n-type dopant and includes a dopant such as Si, Ge, Sn, Se, Te, or the like.
  • the active layer 12 is disposed below the first semiconductor layer 11, and optionally includes a single quantum well, a multiple quantum well (MQW), a quantum wire structure or a quantum dot structure. Cycles of well and barrier layers.
  • the period of the well layer / barrier layer is, for example, InGaN / GaN, GaN / AlGaN, AlGaN / AlGaN, InGaN / AlGaN, InGaN / InGaN, AlGaAs / GaA, InGaAs / GaAs, InGaP / GaP, AlInGaP / InGaP, InP / GaAs At least one of the pairs.
  • the second semiconductor layer 13 is disposed below the active layer 12.
  • the second semiconductor layer 13 is a second conductive type dopant is doped semiconductor, for example, In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇
  • the composition formula of 1) is included.
  • the second semiconductor layer 13 may be formed of at least one of compound semiconductors such as GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, and AlGaInP.
  • the second semiconductor layer 119 is a p-type semiconductor layer, and may include Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba as a p-type dopant.
  • An upper surface of the first semiconductor layer 11 may be formed of a rough uneven portion 11A, and the uneven surface 11A may improve light extraction efficiency.
  • the side cross section of the uneven surface 11A may include a polygonal shape or a hemispherical shape.
  • the first electrode layer 20 is disposed between the light emitting structure 10 and the second electrode layer 50, is electrically connected to the second semiconductor layer 13 of the light emitting structure 10, and the second electrode layer. Electrically insulated with 50.
  • the first electrode layer 20 includes a first contact layer 15, a reflective layer 17, and a capping layer 19, and the first contact layer 15 includes the reflective layer 17 and a second semiconductor layer ( 13, and the reflective layer 17 is disposed between the first contact layer 15 and the capping layer 19.
  • the first contact layer 15, the reflective layer 17, and the capping layer 19 may be formed of different conductive materials, but are not limited thereto.
  • the first contact layer 15 may be in contact with the second semiconductor layer 13, for example, to form an ohmic contact with the second semiconductor layer 13.
  • the first contact layer 15 may be formed of, for example, a conductive oxide film, a conductive nitride, or a metal.
  • the first contact layer 15 may include, for example, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc oxide (IZON), aluminum zinc oxide (AZO), and aluminum gallium zinc oxide (AZZO).
  • IZTO Indium Zinc Tin Oxide
  • IAZO Indium Aluminum Zinc Oxide
  • IGZO Indium Gallium Zinc Oxide
  • IGTO Indium Gallium Tin Oxide
  • ATO Antimony Tin Oxide
  • GZO Gallium Zinc Oxide
  • IZON IZO Nitride
  • ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Pt, Ag, Ti may be formed of at least one.
  • the reflective layer 17 may be electrically connected to the first contact layer 15 and the capping layer 19.
  • the reflective layer 17 may function to increase the amount of light extracted to the outside by reflecting light incident from the light emitting structure 10.
  • the reflective layer 17 may be formed of a metal having a light reflectance of 70% or more.
  • the reflective layer 17 may be formed of a metal or an alloy including at least one of Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, and Hf.
  • the reflective layer 17 may be formed of indium-tin-oxide (ITO), indium-zinc-oxide (IZO), indium-zinc-tin-oxide (IZTO), and indium-aluminum-zinc- (AZO).
  • Transmissive conductive materials such as Oxide), Indium-Gallium-Zinc-Oxide (IGZO), Indium-Gallium-Tin-Oxide (IGTO), Aluminum-Zinc-Oxide (AZO), and Antimony-Tin-Oxide (ATO) It can be formed in multiple layers.
  • Oxide Indium-Gallium-Zinc-Oxide
  • IGTO Indium-Gallium-Tin-Oxide
  • AZO Aluminum-Zinc-Oxide
  • ATO Antimony-Tin-Oxide
  • the reflective layer 17 may include at least one of Ag, Al, Ag-Pd-Cu alloy, or Ag-Cu alloy.
  • the reflective layer 17 may be formed by alternately forming an Ag layer and a Ni layer, and may include a Ni / Ag / Ni, Ti layer, or Pt layer.
  • the first contact layer 15 may be formed below the reflective layer 17, and at least a portion thereof may pass through the reflective layer 17 to be in contact with the second semiconductor layer 13.
  • the reflective layer 17 may be disposed under the first contact layer 15, and a portion of the reflective layer 17 may contact the second semiconductor layer 13 by passing through the first contact layer 15. .
  • the light emitting diode may include a capping layer 19 disposed under the reflective layer 17.
  • the capping layer 19 is in contact with the lower surface of the reflective layer 17, the contact portion 34 is coupled to the pad 25, and serves as a wiring layer for transferring power supplied from the pad 25.
  • the capping layer 19 may be formed of a metal, and may include at least one of Au, Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, and Mo materials.
  • the contact portion 34 of the capping layer 19 is disposed in an area that does not overlap with the light emitting structure 10 in the vertical direction, and vertically overlaps the pad 25.
  • the contact portion 34 of the capping layer 19 is disposed in an area which does not overlap in the vertical direction with the first contact layer 15 and the reflective layer 17.
  • the contact portion 34 of the capping layer 19 may be disposed at a lower position than the light emitting structure 10 and may be in direct contact with the pad 25.
  • the pad 25 may be formed in a single layer or a multilayer, and the single layer may be Au, and in the case of the multilayer, the pad 25 may include at least two of Ti, Ag, Cu, and Au.
  • the multilayer structure may be a stacked structure of Ti / Ag / Cu / Au or a Ti / Cu / Au stacked structure. At least one of the reflective layer 17 and the first contact layer 15 may directly contact the pad 25, but is not limited thereto.
  • the pad 25 may be disposed in an area between the outer sidewall of the first electrode layer 20 and the light emitting structure 10.
  • the protective layer 30 and the light transmitting layer 45 may be in contact with the circumference of the pad 25.
  • the protective layer 30 may be disposed on the bottom surface of the light emitting structure 10, may be in contact with the bottom surface of the second semiconductor layer 13 and the first contact layer 15, and may be in contact with the reflective layer 17. Can be.
  • An inner part of the protective layer 30 overlapping the light emitting structure 10 in the vertical direction may be disposed to overlap the area of the protrusion 16 in the vertical direction.
  • the outer portion of the protective layer 30 extends over the contact portion 34 of the capping layer 19 and is disposed to overlap the contact portion 34 in a vertical direction.
  • the outer portion of the protective layer 30 may be in contact with the pad 25, for example, may be disposed on the circumferential surface of the pad 25.
  • the inner portion of the protective layer 30 is disposed between the light emitting structure 10 and the first electrode layer 20, and the outer portion is disposed between the light transmitting layer 45 and the contact portion 34 of the capping layer 19. Can be.
  • the outer portion of the protective layer 30 may extend to an outer region of the sidewall of the light emitting structure 10 to prevent moisture from penetrating.
  • the protective layer 30 may be defined as a channel layer, a low refractive material, or an isolation layer.
  • the protective layer 30 may be formed of an insulating material, for example, oxide or nitride.
  • the protective layer 30 is at least one in the group consisting of SiO 2 , Si x O y , Si 3 N 4 , Si x N y , SiO x N y , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlN, and the like. Can be selected and formed.
  • the protective layer 30 may be formed of a transparent material.
  • the light emitting diode may include an insulating layer 41 which electrically insulates the first electrode layer 20 from the second electrode layer 50.
  • the insulating layer 41 may be disposed between the first electrode layer 20 and the second electrode layer 50. An upper portion of the insulating layer 41 may contact the protective layer 30.
  • the insulating layer 41 may be formed of, for example, oxide or nitride.
  • the insulating layer 41 is at least one of a group consisting of SiO 2 , Si x O y , Si 3 N 4 , Si x N y , SiO x N y , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlN, and the like. Can be selected and formed.
  • the insulating layer 41 may be formed to a thickness of 100 nanometers to 2000 nanometers. If the thickness of the insulating layer 41 is formed to be less than 100 nanometers may cause a problem in the insulating properties, if the thickness of the insulating layer 41 is formed in more than 2000 nanometers are broken in a later process step This can be caused.
  • the insulating layer 41 is in contact with the lower surface of the first electrode layer 20 and the upper surface of the second electrode layer 50, and the protective layer 30, the capping layer 19, the contact layer 15, and the reflective layer (17) It may be formed thicker than each thickness.
  • the second electrode layer 50 is a diffusion barrier layer 52 disposed below the insulating layer 41, a bonding layer 54 disposed below the diffusion barrier layer 52 and a bonding layer 54 disposed below the diffusion layer 52. It may include a conductive support member 56, it may be electrically connected to the first semiconductor layer (11). In addition, the second electrode layer 50 may optionally include one or two of the diffusion barrier layer 52, the bonding layer 54, and the conductive support member 56, and the diffusion barrier layer 52 or At least one of the bonding layers 54 may not be formed.
  • the diffusion barrier layer 52 may include at least one of Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, and Mo materials.
  • the diffusion barrier layer 52 may function as a diffusion barrier layer between the insulating layer 41 and the bonding layer 54.
  • the diffusion barrier layer 52 may be electrically connected to the bonding layer 54 and the conductive support member 56, and may be electrically connected to the first semiconductor layer 11.
  • the diffusion barrier layer 52 may function to prevent the material included in the bonding layer 54 from diffusing in the direction of the reflective layer 17 in the process of providing the bonding layer 54.
  • the diffusion barrier layer 52 may prevent a material such as tin (Sn) included in the bonding layer 54 from affecting the reflective layer 17.
  • the bonding layer 54 may include a barrier metal or a bonding metal, and for example, at least one of Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Pd, or Ta. It may include.
  • the conductive support member 56 may support the light emitting structure 10 according to the embodiment and perform a heat dissipation function.
  • the bonding layer 54 may include a seed layer.
  • the conductive support member 56 may be a metal or carrier substrate, for example Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W, or a semiconductor substrate in which impurities are implanted (eg, Si, Ge , GaN, GaAs, ZnO, SiC, SiGe, etc.).
  • the conductive support member 56 is a layer for supporting the light emitting diode, and the thickness thereof is 80% or more of the thickness of the second electrode layer 50, and may be formed to be 30 ⁇ m or more.
  • the second contact layer 33 is disposed in the first semiconductor layer 11 and is in contact with the first semiconductor layer 11.
  • An upper surface of the second contact layer 33 may be disposed above the lower surface of the first semiconductor layer 11, electrically connected to the first semiconductor layer 11, and the active layer 12 and the second semiconductor. It is insulated from the layer 13.
  • the second contact layer 33 may be electrically connected to the second electrode layer 50.
  • the second contact layer 33 may be disposed through the first electrode layer 20, the active layer 12, and the second semiconductor layer 15.
  • the second contact layer 33 is disposed in a recess 2 disposed in the light emitting structure 10, and is formed in the active layer 12, the second semiconductor layer 15, and the protective layer 30. Insulated by The plurality of second contact layers 33 may be disposed spaced apart from each other.
  • the second contact layer 33 may be connected to the protrusion 51 of the second electrode layer 50, and the protrusion 51 may protrude from the diffusion barrier layer 52.
  • the protrusion 51 may pass through the hole 41A disposed in the insulating layer 41 and the protective layer 30, and may be insulated from the first electrode layer 20.
  • the second contact layer 33 may include at least one of Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, and Mo.
  • the protrusion 501 may include at least one of materials forming the diffusion barrier layer 52 and the bonding layer 54, but is not limited thereto.
  • the protrusion 51 may include at least one of Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Pd, or Ta.
  • the pad 25 may be electrically connected to the first electrode layer 20 and may be exposed to a region outside the sidewall of the light emitting structure 10.
  • One or more pads 25 may be disposed.
  • the pad 25 may include at least one of Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, and Mo materials.
  • the light transmitting layer 45 may protect the surface of the light emitting structure 10, may insulate the pad 91 from the light emitting structure 10, and may contact the peripheral portion of the protective layer 30. have.
  • the light transmission layer 45 may have a lower refractive index than the material of the semiconductor layer constituting the light emitting structure 10, and may improve light extraction efficiency.
  • the light transmitting layer 45 may be formed of, for example, oxide or nitride.
  • the light-transmitting layer 45 is at least one in the group consisting of Si0 2 , Si x O y , Si 3 N 4 , Si x N y , SiO x N y , Al 2 O 3 , TiO 2 , AlN, etc. Can be selected and formed.
  • the light transmission layer 45 may be omitted depending on the design.
  • the light emitting structure 10 may be driven by the first electrode layer 20 and the second electrode layer 50.
  • the light emitting diode includes a substrate 311, a first semiconductor layer 312, a light emitting structure 310, an electrode layer 331, an insulating layer 333, a first electrode 335, and a second electrode ( 337).
  • the substrate 311 may be a light transmissive, insulating or conductive substrate, for example, sapphire (Al 2 O 3 ), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga 2 O 3 At least one may be used. A plurality of convex portions (not shown) may be formed on the top surface of the substrate 311 to improve light extraction efficiency.
  • the substrate 311 may be removed, and in this case, the first semiconductor layer 312 or the first conductive semiconductor layer 313 may be disposed as a top layer.
  • a first semiconductor layer 312 may be disposed under the substrate 311.
  • the first semiconductor layer 312 may be formed using a compound semiconductor of Group II to Group V elements.
  • the first semiconductor layer 312 may include, for example, at least one of GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP.
  • the first semiconductor layer 312 may be formed of at least one of a buffer layer and an undoped semiconductor layer, and the buffer layer may reduce the difference in lattice constant between the substrate and the nitride semiconductor layer, and the undoped semiconductor The layer can improve the crystal quality of the semiconductor.
  • the first semiconductor layer 312 may not be formed.
  • the light emitting structure 310 may be disposed under the first semiconductor layer 312 or the substrate 311.
  • the light emitting structure 310 may be selectively formed from a compound semiconductor of Group II to Group V elements and Group III-V elements, and may emit a predetermined peak wavelength within a wavelength range of the ultraviolet band to the visible light band.
  • the light emitting structure 310 is disposed between the first conductive semiconductor layer 313, the second conductive semiconductor layer 315, the first conductive semiconductor layer 313 and the second conductive semiconductor layer 315.
  • the active layer 314 is included.
  • the first and second conductive semiconductor layers 313 and 315 may be formed in a single layer or a multilayer structure.
  • the first conductive semiconductor layer 313 may be implemented as a semiconductor, for example, an n-type semiconductor layer doped with a first conductive dopant. And the first conductive semiconductor layer 313 comprises a composition formula of In x Al y Ga 1 -x- y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the first conductive semiconductor layer 313 may be selected from compound semiconductors of Group III-V elements, such as GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, and AlGaInP.
  • the first conductive dopant is an n-type dopant and includes a dopant such as Si, Ge, Sn, Se, Te, or the like.
  • the active layer 314 is disposed under the first conductive semiconductor layer 313 and optionally includes a single quantum well, a multi quantum well (MQW), a quantum wire structure, or a quantum dot structure. And the cycle of the well and barrier layers.
  • the period of the well layer / barrier layer is, for example, InGaN / GaN, GaN / AlGaN, AlGaN / AlGaN, InGaN / AlGaN, InGaN / InGaN, AlGaAs / GaA, InGaAs / GaAs, InGaP / GaP, AlInGaP / InGaP, InP / GaAs At least one of the pairs.
  • the second conductive semiconductor layer 315 is disposed under the active layer 313.
  • the second conductive semiconductor layer 315 may be a semiconductor doped with a second conductive dopant, for example, In x Al y Ga 1 -xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇
  • the composition formula of 1) is included.
  • the second conductive semiconductor layer 315 may be formed of at least one of compound semiconductors such as GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, and AlGaInP.
  • the second conductive semiconductor layer 315 is a p-type semiconductor layer, and the first conductive dopant is a p-type dopant and may include Mg, Zn, Ca, Sr, and Ba.
  • the light emitting structure 310 may include a p-type semiconductor layer as the first conductive semiconductor layer 313 and an n-type semiconductor layer as the second conductive semiconductor layer 315.
  • a third conductive semiconductor layer having a polarity opposite to that of the second conductive type may be formed under the second conductive semiconductor layer 315.
  • the light emitting structure 310 may be implemented as any one of an n-p junction structure, a p-n junction structure, an n-p-n junction structure, a p-n-p junction structure.
  • the electrode layer 331 is formed under the second conductive semiconductor layer 315.
  • the electrode layer 331 may include a reflective layer, and the reflective layer may further include an ohmic layer in contact with the light emitting structure 310.
  • the reflective layer may be selected from a material having a reflectance of 70% or more, for example, a metal of Al, Ag, Ru, Pd, Rh, Pt, Ir, or an alloy of two or more of the above metals.
  • the electrode layer 331 may include a single layer or a multilayer structure, and may include, for example, a laminated structure of a transparent electrode layer / reflective layer.
  • a light extraction structure such as roughness may be formed on a surface of at least one of the second conductive semiconductor layer 315 and the electrode layer 331, and the light extraction structure may change a critical angle of incident light. It can improve the light extraction efficiency. Light reflected by the electrode layer 331 may be emitted through the substrate 311.
  • the first electrode 335 may be disposed under a portion of the first conductive semiconductor layer 313, and the second electrode 337 may be disposed under a portion of the electrode layer 331.
  • the first electrode 335 is electrically connected to the first conductive semiconductor layer 315, and the second electrode 337 is connected to the second conductive semiconductor layer 315 through the electrode layer 331. Can be electrically connected.
  • the first electrode 335 and the second electrode 337 are made of at least one or an alloy of Cr, Ti, Co, Ni, V, Hf, Ag, Al, Ru, Rh, Pt, Pd, Ta, Mo, and W. Can be formed.
  • the first electrode 335 and the second electrode 337 may have the same stacked structure or different stacked structures, and may have a single layer or a multilayer structure.
  • the insulating layer 333 is disposed under the electrode layer 331, a lower surface of the second conductive semiconductor layer 315, side surfaces of the second conductive semiconductor layer 315 and the active layer 314, and It may be disposed in a portion of the first conductive semiconductor layer 313.
  • the insulating layer 333 is formed in the lower region of the light emitting structure 310 except for the electrode layer 331, the first electrode 335, and the second electrode 337. The lower part is electrically protected.
  • the insulating layer 333 includes an insulating material or an insulating resin formed of at least one of an oxide, nitride, fluoride, and sulfide having at least one of Al, Cr, Si, Ti, Zn, and Zr.
  • the insulating layer 333 may be selectively formed of, for example, SiO 2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , or TiO 2 .
  • the insulating layer 333 is formed to prevent an interlayer short of the light emitting structure 310 when forming a metal structure for flip bonding under the light emitting structure 310.
  • a phosphor layer (not shown) may be disposed on the light emitting diode, and the phosphor layer may be disposed on an upper surface of the light emitting diode or on an upper surface / side surface thereof.
  • the phosphor layer may improve the wavelength conversion efficiency of light emitted from the light emitting diode.
  • the phosphor layer may include at least one of a red phosphor, a green phosphor, a blue phosphor, and a yellow phosphor, but is not limited thereto.
  • the phosphor may be selectively formed among, for example, YAG, TAG, Silicate, Nitride, and Oxy-nitride-based materials.
  • the optical module according to the embodiment may be provided in one unit or may be provided in a form in which a plurality of optical modules are arranged.
  • the optical module according to the embodiment may be applied to the UV lamp of the exposure or curing machine.
  • the present invention can provide an ultraviolet optical module.
  • the present invention provides an ultraviolet optical module having a narrow beam angle, and can be applied to industrial and industrial lamps.
  • the present invention can be applied to an ultraviolet light module having a narrow directivity angle as a lamp of an exposure machine or a curing machine.

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Abstract

실시 예에 개시된 광학 모듈은, 상면으로부터 소정 깊이로 함몰된 리세스 및 상기 리세스의 둘레에 외측으로 오목한 곡면을 갖는 측면을 포함하는 몸체; 상기 몸체의 리세스 하부에 발광 다이오드를 갖는 발광 모듈; 및 상기 몸체 상에 배치된 입사부 및 상기 입사부 상에 비구면 형상의 렌즈부를 포함하는 광학 렌즈를 포함하며, 상기 리세스의 상부는 최대 제1직경을 가지며, 상기 렌즈부의 하부는 최대 제2직경을 가지며, 상기 제2직경은 상기 제1직경보다 작다.

Description

광학 모듈
실시 예는 광학 모듈을 제공한다.
실시 예는 협각용 광학 모듈을 제공한다.
발광 다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 GaAs 계열, AlGaAs 계열, GaN 계열, InGaN 계열 및 InGaAlP 계열 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 패키지화되어 다양한 색을 방출하는 발광 소자로 이용되고 있으며, 발광 소자는 칼라를 표시하는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등의 다양한 분야에 광원으로 사용되고 있다.
특히, 자외선 발광 다이오드(UV LED)의 경우, 단파장의 경우, 살균, 정화 등에 사용되며, 장파장의 경우 노광 장치 또는 경화 장치 등에 사용될 수 있다. 다양한 종류의 노광 장치 중에 광학계 노광 장치는 자외선 영역의 빛을 이용하는 노광 장치가 있으며, 광원으로서 자외선 LED를 사용하고 있다.
실시 예는 자외선 파장을 방출하는 발광 다이오드를 갖는 광학 모듈을 제공한다.
실시 예는 자외선 발광 다이오드를 갖는 협각용 광학 모듈을 제공한다.
실시 예는 15도 이하의 지향각을 갖는 노광용 또는 협각용 광학 모듈을 제공한다.
실시 예에 따른 광학 모듈은, 오목한 리세스 및 상기 리세스의 둘레에 외측으로 오목한 곡면을 갖는 측면을 포함하는 몸체; 상기 몸체의 리세스 하부에 발광 다이오드를 갖는 발광 모듈; 및 상기 몸체 상에 배치된 입사부 및 상기 입사부 상에 볼록한 곡면을 갖는 렌즈부를 포함하는 광학 렌즈를 포함하며, 상기 입사부는 상기 몸체의 상면 및 상기 리세스 상에 배치되며, 상기 입사부는 상기 몸체의 상면과 중첩된 수직 방향으로 제1영역과, 상기 렌즈부의 외측 둘레를 따라 상기 리세스의 상부와 수직 방향으로 중첩된 제2영역을 포함하며, 상기 렌즈부는 상기 리세스와 수직 방향으로 중첩되며, 상기 리세스의 상부는 최대 제1직경을 가지며, 상기 렌즈부의 하부는 최대 제2직경을 가지며, 상기 제2직경은 상기 제1직경보다 작으며, 상기 리세스의 하부는 상기 제2직경보다 작은 제3직경을 가지며, 상기 발광 다이오드의 상면은 상기 리세스의 곡면 하단을 연결한 수평한 직선보다 낮게 배치될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 몸체는 상기 발광 모듈이 배치되며 상기 리세스의 바닥이 개방된 수납부를 포함하며, 상기 발광 모듈은 상기 수납부의 바닥에 배치되며 상기 발광 다이오드에 전기적으로 연결된 회로 기판을 포함하며, 상기 수납부의 바닥 중심은 상기 렌즈부의 중심에 정렬될 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 렌즈부는 비구면 형상을 포함하며, 상기 제2직경은 상기 제1직경의 80% 이상이며, 상기 입사부에서 상기 제2영역의 하면 면적은 상기 제1영역의 하면 면적보다 작을 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 광학 렌즈의 높이는 상기 리세스의 깊이보다 작으며, 상기 제1직경과 상기 제2직경의 비율은 1:0.81 내지 1:0.91의 범위를 가지며, 상기 광학 렌즈의 입사부는 플랫한 입사면을 가지며, 상기 광학 렌즈로부터 출사된 광의 지향각은 15도 이하일 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 다이오드로부터 방출된 제1광은 광축을 기준으로 제1입사각으로 상기 렌즈부로 직접 입사되고 상기 렌즈부를 통해 제1출사각으로 출사되며, 상기 발광 다이오드로부터 방출된 제2광은 광축을 기준으로 제2입사각으로 상기 리세스의 측면에서 반사되고 상기 렌즈부의 외측에 배치된 상기 입사부를 통해 제2출사각으로 출사되며, 상기 제1입사각은 광축을 기준으로 35도 이하이며, 상기 제2입사각은 광축을 기준으로 35도 초과되며, 상기 제1,2출사각은 광축 또는 수직한 축을 기준으로 15도 이하를 포함할 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 다이오드로부터 방출된 제1광은 광축을 기준으로 제1입사각으로 상기 렌즈부로 직접 입사되고 상기 렌즈부를 통해 제1출사각으로 출사되며, 상기 발광 다이오드로부터 방출된 제2광은 광축을 기준으로 제2입사각으로 상기 리세스의 측면에서 반사되고 상기 렌즈부의 외측에 배치된 상기 입사부를 통해 제2출사각으로 출사되며, 상기 제1입사각과 상기 제1출사각의 비율은 1.7 이하이며, 상기 제2입사각과 상기 제2출사각의 비율은 0.375 이하일 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 몸체는 세라믹 재질 또는 알루미늄 재질을 포함하며, 상기 리세스는 탑뷰 형상이 원 형상을 가지며, 상기 리세스의 직경은 상기 발광 다이오드에 인접할수록 점차 작아질 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 리세스의 곡면은 곡률 반경이 1.5mm 이하이며, 상기 입사부의 하면은 평탄한 수평 면을 포함하며, 상기 입사부의 하면 면적은 상기 리세스의 상면 면적보다 클 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 다이오드는 자외선 파장의 광을 발광하며, 상기 리세스는 탑뷰 형상이 원 형상을 가지며, 상기 리세스의 직경은 상기 발광 다이오드에 인접할수록 점차 작아지며, 상기 광학 렌즈로부터 출사된 광의 지향각은 15도 이하일 수 있다.
실시 예에 의하면, 상기 발광 다이오드는 자외선 파장의 광을 발광하며, 상기 리세스는 탑뷰 형상이 원 형상을 가지며, 상기 리세스의 직경은 상기 발광 다이오드에 인접할수록 점차 작아지며, 상기 회로 기판의 하면은 상기 몸체의 하면과 동일 수평 면으로 배치되고 상기 수납부 내에 배치되며, 상기 회로 기판은 세라믹 재질을 포함하며, 상기 회로 기판의 너비는 상기 수납부의 너비보다 작을 수 있다.
실시 예는 광학 모듈의 광 지향각을 15도 이하의 협각을 제공할 수 있다.
실시 예는 노광용 광학장치의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
실시 예는 광학 모듈 내의 배치되는 자외선 발광 다이오드의 개수를 줄여줄 수 있다.
실시 예는 램버시안(Lambertian) 배광 분포보다 좁은 지향각을 갖는 노광용 광학 모듈을 제공함으로써, 노광 장치에서의 신뢰성을 개선시켜 줄 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광 모듈의 사시도이다.
도 2는 도 1의 광학 모듈의 결합 측면도이다.
도 3은 도 2의 광학 모듈의 평면도이다.
도 4는 도 3의 광학 모듈의 A-A측 단면도이다.
도 5는 도 4의 광학 모듈에서 몸체의 리세스 및 광학 렌즈의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 4의 광학 모듈에서의 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 실시 예에 따른 광학 모듈의 발광 다이오드의 상세 구성도이다.
도 8은 실시 예에 따른 광학 모듈의 발광 다이오드의 다른 구성도이다.
도 9는 실시 예에 다른 광학 모듈로부터 방출된 광의 지향각 분포를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
실시 예의 설명에 있어서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
<발광 모듈>
도 1은 실시 예에 따른 발광 모듈의 사시도이고, 도 2는 도 1의 광학 모듈의 결합 측면도이며, 도 3은 도 2의 광학 모듈의 평면도이고, 도 4는 도 3의 광학 모듈의 A-A측 단면도이며, 도 5는 도 4의 광학 모듈에서 반사체의 리세스 및 광학 렌즈의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 4의 광학 모듈에서의 광 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 광학 모듈(100)은 리세스(111)를 갖는 몸체(110), 상기 리세스(111)의 바닥에 배치된 발광 모듈(130), 및 상기 몸체(110) 상에 배치된 광학 렌즈(160)를 포함한다.
상기 몸체(110)는 반사 재질로 이루어진 반사체일 수 있다. 상기 몸체(110)는 금속 재질 예컨대, 알루미늄 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(110)는 금속 재질이거나 표면에 알루미늄의 재질로 도금될 수 있다. 상기 몸체(110)는 알루미늄이 100%인 재질로 형성될 수 있다. 상기 몸체(110)는 금속 예컨대, 알루미늄(Al), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 탄탈늄(Ta)을 선택적으로 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층으로 형성될 수 있다. 상기 몸체(110)는 발광 모듈(130)로부터 방출된 파장의 80% 이상의 반사율을 갖는 금속으로 형성될 수 있다. 상기 몸체(110)는 절연 재질 또는 전도성 재질을 포함할 수 있다. 상기 몸체(110)는 세라믹 재질을 포함하며, 상기 리세스(111)의 측면(116)에 금속 층 예컨대, 알루미늄 재질이 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3과 같이, 상기 몸체(110)의 탑뷰 형상은 다각형 예컨대, 사각형 형상일 수 있으며, 다른 예로서 원 형상일 수 있다. 상기 몸체(110)는 외 형상이 다면체 형상일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 몸체(110)는 상면(112) 또는 바닥 면(113)에서의 가로 또는 세로의 길이(X1)가 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 몸체(110)의 바닥 면(113)의 면적은 상면(112)의 면적과 같거나 더 넓을 수 있다. 상기 몸체(110)의 높이(T1)는 상기 몸체(110)의 가로 또는 세로의 길이(X1)보다 작을 수 있다.
상기 몸체(110)는 상부가 개방된 리세스(Recess)(111) 및 상기 리세스(111)의 하부에 수납부(121)가 배치되며, 상기 수납부(121)에는 발광 모듈(130)이 배치된다. 상기 리세스(111)는 상기 몸체(110)의 상면(112)으로부터 소정 깊이로 함몰되고 상기 수납부(121)까지 연결되며, 상기 수납부(121)는 상기 몸체(110)의 하부가 개방된 오픈 영역일 수 있다.
상기 리세스(111)는 하부로 내려갈수록 점차 좁아지는 형상 예컨대, 반구 형상 또는 용기 형상으로 형상될 수 있다. 상기 리세스(111)는 바닥 중심에 수직한 광축을 기준으로 회전 대칭 형상 또는 축 대칭 형상으로 형성될 수 있다. 상기 리세스(111) 내에는 빈 공간일 수 있다.
상기 리세스(111)는 상부 형상이 최대 제1직경(X4)을 갖는 원 형상일 수 있으며, 상기 바닥 형상이 다각형 또는 원 형상일 수 있다. 상기 리세스(111)는 하부로 내려갈수록 직경이 점차 작아지는 형상을 가지고, 상기 리세스(111)의 하단에서 수납부(121)에 연결될 수 있다. 상기 리세스(111)의 측면(116)은 반사 면일 수 있으며, 상기 반사 면은 몸체(110)와 다른 금속 반사 물질로 형성되거나, 상기 몸체(110)의 재질로 형성될 수 있다. 상기 리세스(111)의 측면(116)은 외측으로 오목한 곡면을 포함하며, 상기 곡면은 상기 리세스(111)의 상단과 하단을 연결한 직선보다 외측으로 오목한 면일 수 있다. 상기 곡면은 리세스(111)의 상단과 하단 사이에 포물선 형상 또는 이차 곡선 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 리세스(111)의 상단은 몸체(110)의 상단과의 경계 지점이며, 상기 하단은 수납부(121)과의 경계 지점일 수 있다. 상기 리세스(111)의 측면(116)이 곡면인 경우 곡률 반경이 1.5mm 이하 예컨대, 1.2mm 내지 1.5mm의 범위를 가질 수 있으며, 상기 곡률 반경을 벗어날 경우 광의 반사 효율이 저하될 수 있다. 상기 리세스(111)는 탑뷰 형상이 원 형상인 경우, 상기 발광 다이오드(133)에 접할수록 직경이 점차 작을 수 있다.
상기 리세스(111)의 깊이(D1)는 상기 광학 렌즈(160)의 높이(H1)보다 클 수 있으며, 예컨대 상기 깊이(D1)은 높이(H1)의 1.4배 이상 예컨대, 1.4배 내지 1.8배 범위일 수 있다. 상기 깊이(D1)는 3.5mm 이상 예컨대, 3.5mm 내지 4.2mm의 범위일 수 있다. 이러한 깊이(D1)을 갖는 리세스(111)는 광을 충분히 확산시켜 줄 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)의 입사부(161)의 하면 면적은 상기 리세스(111)의 상면 면적보다 클 수 있다.
상기 수납부(121)은 탑뷰 형상이 다각형 형상 또는 원 형상일 수 있으며, 상기 몸체(110)의 바닥 면(113)으로부터 소정 높이(D2)를 가지게 된다. 상기 수납부(121)의 너비(D3)는 1.8mm 내지 2.5mm의 범위일 수 있으며, 이러한 범위는 발광 다이오드(133)의 너비(D4)에 따라 변경될 수 있다. 상기 수납부(121)의 높이(D2)는 상기 발광 모듈(130)의 두께보다 크게 배치되고, 상기 수납부(121)의 상단 또는 리세스(116)와의 경계 지점은 상기 발광 다이오드(133)의 상면보다 위에 배치될 수 있다. 상기 발광 다이오드(133)의 상면은 상기 리세스(111)의 오목한 곡면의 하단을 연결한 직선보다 낮게 배치될 수 있다. 상기 수납부(121)은 상기 발광 모듈(130)의 사이즈에 따라 달라질 수 있으며, 상기 발광 모듈(130)로부터 방출된 광이 상기 수납부(121) 내에서 손실되지 않고 상기 리세스(111)의 측면(116)을 통해 광이 반사될 수 있도록 형성될 수 있다.
상기 발광 모듈(130)은 회로 기판(131) 및 상기 회로 기판(131) 상에 발광 다이오드(133)를 포함한다. 상기 회로 기판(131)은 수지 재질의 기판, 세라믹 재질의 기판, 또는 금속 베이스 재질의 기판을 포함할 수 있다. 상기 회로 기판(131)은 리지드(rigid)한 기판 또는 플렉시블(flexible)한 기판일 수 있다. 상기 회로 기판(131)은 회로 패턴을 갖고 상기 발광 다이오드(133)에 전원을 공급할 수 있다. 상기 회로 기판(131)의 너비는 상기 수납부(121)의 너비 이하이거나 클 수 있다. 상기 회로 기판(131)의 너비가 상기 수납부(121)의 너비 이하인 경우, 상기 회로 기판(121)이 상기 수납부(121)의 측벽에 밀착될 수 있다. 상기 회로 기판(121)의 너비가 상기 수납부(121)의 너비보다 큰 경우, 상기 수납부(121)의 아래에서 상기 몸체(110)의 하면으로 연장될 수 있다. 상기 회로 기판(131)의 하면은 상기 몸체(110)의 하면과 동일 수평 면으로 배치될 수 있다.
상기 발광 다이오드(133)는 자외선 파장부터 가시광선 파장의 범위 내에서 선택적인 피크 파장을 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(133)는 예컨대, 자외선 파장을 발광할 수 있으며, 노광용 장치 또는 살균용, 경화용 장치에 적용될 수 있다.
상기 발광 다이오드(133)는 II족과 VI족 원소의 화합물 반도체, 또는 III족과 V족 원소의 화합물 반도체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 다이오드(133)는 자외선 LED 칩으로서, 100nm 내지 400nm 범위의 파장을 가지는 LED 칩일 수 있다. 예컨대 AlInGaN, InGaN, AlGaN, GaN, GaAs, InGaP, AllnGaP, InP, InGaAs와 같은 계열의 화합물 반도체를 이용하여 제조된 반도체 소자를 선택적으로 포함할 수 있다. 상기 발광 다이오드(133)의 n형 반도체층, p형 반도체층, 및 활성층을 포함할 수 있으며, 상기 활성층은 InGaN/GaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, GaN/AlGaN, InAlGaN/InAlGaN, AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs와 같은 페어로 구현될 수 있다. 상기 발광 다이오드(133)는 수평형 칩 또는 수직형 칩일 수 있으며, 상기 회로 기판(131) 상에 배치되고 와이어(wire)와 같은 연결 부재로 전기적으로 연결될 수 있고, 플립 칩 형태로 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 발광 다이오드(133)의 두께(T3)는 0.13mm±0.03mm 범위일 수 있다. 상기 발광 다이오드(133)의 너비(D4)는 한 변의 길이로서 1.3mm±0.4mm 범위일 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 발광 다이오드(133)는 상기 수납부(121)의 측벽과의 간격(G3)이 0.5mm 미만 예컨대, 0.32mm 내지 0.42mm의 범위를 가질 수 있다. 상기 발광 다이오드(133)가 상기 수납부(121)의 측벽으로 상기 간격(G3)로 이격됨으로써, 상기 발광 다이오드(133)로부터 방출된 광이 상기 수납부(121)의 측벽에 의해 반사 및 재 반사되어 손실되는 것을 방지할 수 있다. 상기 발광 다이오드(133)의 지향각은 110도 이상 예컨대, 110도 내지 130도 범위일 수 있으며, 상기 발광 다이오드(133)의 지향각 분포에 따라 상기 수납부(121)의 너비(D3)가 달라질 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
도 2 내지 도 4와 같이, 상기 광학 렌즈(160)는 상기 몸체(110) 상에 배치되며, 상기 발광 다이오드(133)로부터 방출된 광을 굴절시켜 방출하게 된다. 상기 광학 렌즈(160)는 상기 몸체(110)의 상면에 접착제(미도시)로 접착될 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)는 입사 면이 플랫한 수평 면이거나 위로 볼록한 면으로 형성될 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)는 출사면이 볼록한 렌즈 형상을 포함할 수 있으며, 상기 볼록한 렌즈 형상은 상기 입사면으로 입사된 입사되는 광을 굴절시켜 출사할 수 있다. 여기서, 상기 광학 렌즈(160)는 상기 몸체(110)의 높이(T1)보다 작은 두께(H1)일 수 있으며, 3mm 이하의 두께 예컨대, 2mm 내지 3mm의 범위일 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)의 두께(H1)가 상기 범위보다 큰 경우 광학 모듈(100)의 사이즈가 커지게 되고 상기 범위보다 작은 경우 광 손실이 커질 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)의 가로 및 세로 길이(X2)는 서로 동일하거나 다를 수 있으며, 상기 몸체(110)의 가로 및 세로 길이(X1)와 동일하거나 다를 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)의 가로 및 세로 길이(X2)는 8mm 이하 예컨대, 6.5mm 내지 8mm의 범위에 배치될 수 있으며, 상기 몸체(110)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)는 투명한 재질 예컨대, 유리 재질로 형성될 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)는 예컨대 붕규산염(Borosilicate)계 유리 재질로 형성될 수 있다.
상기 광학 렌즈(160)는 입사부(161) 및 상기 입사부(161) 상에 렌즈부(165)를 포함한다. 상기 입사부(161)는 상기 몸체(110)의 상면(112)에 배치되며, 상기 렌즈부(165)는 상기 상기 입사부(161)로부터 볼록하게 돌출된 렌즈 형상을 갖는다. 상기 입사부(161)는 플랜지(Flange)로서, 상기 광학 렌즈(160)의 두께(H1)의 30% 이하 예컨대, 10% 내지 30% 범위의 두께(T2)로 배치되어, 입사되는 광을 투과시키고 상기 몸체(110) 상에서 상기 광학 렌즈(160)를 지지할 수 있다. 상기 입사부(161)의 하면은 플랫한 입사면을 포함할 수 있다.
상기 입사부(161)는 상기 몸체(110)의 상면과 수직 방향으로 중첩된 제1영역(도 3의 A1)과, 상기 렌즈부(165)의 외측 둘레를 따라 상기 리세스(111)의 상부와 수직 방향으로 중첩된 제2영역(도 3의 A2)을 포함할 수 있다. 상기 입사부(161)에서 상기 제2영역(A2)의 하면 면적은 상기 제1영역(A1)의 하면 면적보다 작을 수 있다. 이는 상기 제1영역(A1)을 통해 상기 광학 렌즈(160)을 지지하고 상기 제2영역(A2)을 통해 상기 렌즈부(165) 이외의 경로로 진행하는 누설 광량을 조절할 수 있다.
상기 광학 렌즈(160)의 렌즈부(165)는 상기 입사부(161)로부터 위로 볼록한 볼록 렌즈 형상으로 형성되며, 그 표면은 곡면 또는 비구면 형상으로 형성될 수 있다. 상기 렌즈부(165)의 중심은 상기 리세스(111)의 바닥 중심과 정렬될 수 있다. 상기 렌즈부(165)의 두께(H2)는 상기 광학 렌즈(160)의 두께(H1)의 70% 내지 90%의 범위를 가질 수 있으며, 그 곡률 반경은 2mm 이하 예컨대, 1.80mm 내지 2mm 범위일 수 있다. 상기 렌즈부(165)의 두께(H2) 및 곡률 반경은 상기 발광 다이오드(133)의 사이즈에 따라 달라질 수 있다.
상기 렌즈부(165)는 하부의 최대 직경인 제2직경(X3)을 가질 수 있다. 상기 제2직경(X3)은 제1직경(X4)보다 작을 수 있으며, 6mm 미만 예컨대, 5.32mm 내지 5.42mm의 범위를 가질 수 있다. 상기 렌즈부(165)의 제2직경(X3)은 상기 범위보다 작을 경우 상기 렌즈부(165)의 외측 둘레에 배치된 입사부(161)를 통해 출사된 광의 지향각이 커질 수 있고, 상기 범위보다 클 경우 상기 렌즈부(165)의 내부에서 전 반사되어 광 손실이 발생될 수 있다. 상기 제2직경(X3)은 상기 제1직경(X3)보다 작고 80% 이상일 수 있다. 상기 제1직경(X4)과 제2직경(X3)의 비율은 1:0.81 내지 1:0.91의 범위를 가질 수 있으며, 상기 제1직경(X4)과 제2직경(X3)의 차이는 0.7mm 초과 1mm 미만 예컨대, 0.76mm 내지 0.86mm의 범위를 가질 수 있다. 상기 리세스(111)의 하부 직경이 제3직경(예: D3)인 경우, 상기 제2직경(X3)은 상기 제1직경보다는 작고 상기 제3직경(D3)보다는 클 수 있다. 또는 상기 리세스(111)의 높이의 1/2 지점에서의 직경을 제4직경이라고 하면, 상기 제4직경은 상기 제2직경(X3)보다는 작을 수 있다. 이는 상기 제2직경(X3)을 갖는 렌즈부(165)의 외곽 영역이 상기 리세스(111)의 측면(116)에서 반사되는 광과, 상기 리세스(111)의 측면(116)을 벗어난 광의 경로 사이의 영역에 배치될 수 있다.
상기 렌즈부(165)의 하부 면적(입사부 제외)은 상기 리세스(111)의 상면 면적보다 작을 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)는 상기 제1,2직경(X4,X3)의 차이(G1)에 의해 상기 렌즈부(165)로 입사되어 출사되는 광과 상기 입사부(161)의 외측으로 입사된 반사 광을 이용하여 협각용 지향각 분포를 가질 수 있다. 예컨대, 상기 렌즈부(165) 및 입사부(161)는 입사되는 광을 이용하여 15도 이하의 지향각 분포로 제공할 수 있다. 상기 광학 렌즈(160)는 상기 발광 다이오드(133)의 지향각 대비 10% 내지 14% 범위의 지향각을 가지는 광을 출사할 수 있다. 상기 광학 모듈(100)은 도 9와 같이, 15도 이하의 광 지향각 분포를 제공할 수 있다. 이러한 지향각 분포를 갖는 광학 모듈은 특정 영역에 집광하는 장치 예컨대, 노광 장치 등에 적용될 수 있다. 또한 광학 모듈에서 리세스(111) 아래의 발광 다이오드(133)의 개수를 줄여줄 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 발광 다이오드(133)의 바닥 중심(Pc)은 상기 광학 렌즈(160)의 렌즈부(165)의 정점(P1)은 광축(Z0) 상에 정렬될 수 있다. 상기 발광 다이오드(133)의 바닥 중심(Pc)은 회로 기판(131)의 상면 중심일 수 있다. 상기 발광 다이오드(133)의 바닥 중심(Pc)과 상기 리세스(111)의 측면(116)의 상단(P2)을 연결한 직선은 광축(Z0)을 기준으로 제1각도(E2)이며, 상기 발광 다이오드(133)의 바닥 중심(Pc)과 상기 광학 렌즈(160)의 렌즈부(165)의 외곽 저점(P4)은 연결한 직선은 광축(Z0)을 기준으로 제2각도(E1)일 수 있다. 상기 제2각도(E2)는 제1각도(E1)보다 크게 배치되어, 상기 제1,2각도(E1,E2)의 사이의 영역을 통해 일부 광을 출사할 수 있다. 상기 제1,2각도(E1,E2)의 차이는 7.3±0.7도 범위일 수 있다. 상기 제1각도(E1)는 35도 이하 예컨대, 31도 내지 35도 범위의 각도로 배치될 수 있다. 여기서, 상기 발광 다이오드(133)의 바닥 중심(Pc) 또는 회로 기판(131)의 상면에서 상기 광학 렌즈(160)의 입사 면까지의 거리(D11)는 상기 리세스(111)의 제1직경의 반경(D12)보다 클 수 있고, 상기 제1직경의 반경(D12)은 상기 광학 렌즈(160)의 두께(H1)보다 클 수 있다. 여기서, 상기 제1직경의 반경(D12)과 상기 렌즈부(165)의 반경(D12)의 비율은 1:0.81 내지 1:0.91의 비율을 가질 수 있다. 이러한 상기 제1직경의 반경(D12)과 상기 렌즈부(165)의 반경(D12)의 비율 차이를 통해 렌즈부(165)로 입사된 광과 입사부(161)를 통해 반사된 광이 투과되도록 할 수 있다. 본 발명은 광학 렌즈(160)의 입사면의 크기, 렌즈부(165)의 하부 직경, 리세스(111)의 상부 직경의 비율 차이에 의해 반사 광과 투과 광의 경로를 제어함으로써, 렌즈부(165)의 표면으로 진행하는 광의 분포가 협 지향각을 가질 수 있다.
상기 광학 렌즈(160)의 고점(P1)과 상기 렌즈부(165)의 외곽 저점(P4)을 연결한 직선은 광축(Z0)을 기준으로 제3각도(E3)를 가지며, 상기 광학 렌즈(160)의 고점(P1)과 상기 리세스(111)의 측면 상단(P2) 사이를 연결한 직선은 광축(Z0)을 기준으로 제4각도(E4)로 배치될 있다. 상기 제3각도(E3)는 제4각도(E4)보다 클 수 있으며, 상기 제3,4각도(E3,E4)의 차이는 2도 이상 예컨대, 2도 내지 4도 범위일 수 있고, 이러한 차이를 통해 렌즈부(165)로 입사되는 광과 입사되지 않는 광으로 구분할 수 있다. 상기 제3각도(E3)는 50 내지 52도의 범위에 있을 수 있다. 상기 제3,4각도(E3,E4)의 비율은 1.02:1 이상 예컨대, 1.02:1 내지 1.2:1의 범위를 가질 수 있다. 상기 제3각도(E3)는 상기 리세스(111)의 사이즈 및 렌즈부(165)의 곡률 반경에 따라 달라질 수 있다.
상기한 광학 렌즈(160)는 리세스(111)를 통해 렌즈부(165)로 입사된 광을 굴절시켜 협각 예컨대, 15도 이하의 지향각을 갖는 광 분포를 제공할 수 있다. 광학 렌즈(160)는 상기 렌즈부(165)의 외측 입사부(161)을 통해 투과된 광도 15도 이하로 출사시켜 줌으로써, 15도 이하의 지향각으로 제공할 수 있다.
도 6을 참조하여 광 경로를 기준으로 설명하면, 발광 다이오드(133)로부터 방출된 광 중에서 광축(Z0)에 대해 제1입사각(R1,R2)으로 상기 광학 렌즈(160)의 렌즈부(165)로 직접 진행하는 광(L1,L2)은 상기 렌즈부(165)에 의해 굴절된 후 수직한 축(Z)을 기준으로 15도 이하의 제1출사각(R5,R6)으로 출사하게 된다. 상기 제1입사각(R1,R2)은 발광 다이오드(133)의 상면 중심(P0)을 기준으로 방출된 광(L1,L2)과 광축(Z0) 사이의 각도이다. 상기 제1입사각(R1,R2)의 최대 각도는 상기 발광 다이오드(133)로부터 방출된 광이 렌즈부(165)의 외곽 저점(P4,P5)으로 입사되는 각도가 될 수 있다. 여기서, 상기 제1입사각(R1,R2)의 최대 각도는 광축(Z0)기준으로 35도 이하의 각도로 출사될 수 있다. 상기 제1입사각(R1,R2)이 예컨대, 10도 내지 35도의 구간인 경우, 상기 제1출사각(R5,R6)과 제1입사각(R1,R2)의 비율(R5/R1, R6/R2)은 1.7 이하의 비율을 갖고 렌즈부(165)로 출사될 수 있다. 상기 제1출사각(R5,R6)과 제1입사각(R1,R2)의 비율(R5/R1, R6/R2)이 상기 범위를 초과할 경우 15도 초과되는 지향각을 갖는 문제가 있다.
상기 발광 다이오드(133)로부터 방출된 광 중에서 광축(Z0)을 기준으로 제2입사각(R3,R4)으로 상기 리세스(111)의 측면(116)으로 진행하는 일부 광(L3,L4)은 상기 리세스(111)의 측면(116)에서 반사되고 상기 리세스(111)의 측면 상단(P2,P3)과 상기 렌즈부(165)의 외곽 지점(P4) 사이를 통해 출사된다. 이때 상기 제2입사각(R3,R4)은 광축(Z0)을 기준으로 35도 초과된 각도로 진행하게 된다. 상기 제2입사각(R3,R4)으로 방출된 광(L3,L4)은 상기 입사부(161)를 통해 굴절되어 제2출사각(R7,R8)으로 방출되며, 상기 제2출사각(R7,R8)은 수직한 축(Z)을 기준으로 15도 이하로 진행하게 된다. 상기 제2입사각(R3,R4)은 발광 다이오드(133)의 상면 중심(P0)을 기준으로 방출된 광(L3,L4)과 광축(Z0) 사이의 각도이다. 여기서, 상기 광학 렌즈(160)의 렌즈부(165)의 외측 입사부(161)로 출사된 광(L3,L4)은 광축(Z0)으로 기준으로 35도 초과의 제2입사각(R3,R4)을 갖고, 수직한 축(Z)을 기준으로 15도 이하의 제2출사각(R7,R8)을 가질 수 있다. 상기 제2입사각(R3,R4)으로 진행하는 광 예컨대, 광축(Z0)을 기준으로 36도 내지 65도의 구간의 광(L3,L4)들인 경우, 상기 제2출사각(R7,R8)과 제2입사각(R3,R4)의 비율(R7/R3, R8/R4)은, 0.375 이하의 비율일 수 있다. 상기 상기 제2출사각(R7,R8)과 제2입사각(R3,R4)의 비율(R7/R3, R8/R4)이 상기 범위를 초과할 경우 15도 초과되는 지향각을 갖는 문제가 있다.
여기서, 상기 발광 다이오드(133)를 통해 방출된 광 중에서 지향각을 벗어난 광 예컨대, 광축(Z0)을 기준으로 65도 초과(예: 지향각이 130도인 경우)된 광들은 광의 지향각 분포를 벗어난 광들로서, 광 분포에 주는 영향이 미미할 수 있다.
상기 발광 다이오드(133)로부터 출사된 광 중에서 광축(Z0)을 기준으로 35도 이하의 광(L1,L2)들은 상기 광학 렌즈(160)의 렌즈부(165)로 진행하게 되며, 상기 35도 초과 60도 이하의 구간에서는 광학 렌즈(160)의 입사부(161)를 통해 외부로 출사된다. 이러한 광학 모듈(100)은 발광 모듈(130)로부터 상기 렌즈부(165)로 제1입사각(R1,R2)으로 직접 입사되는 제1광(L1,L2)과 제2입사각(R3,R4)을 갖고 상기 리세스(111)의 측면(116)에 의해 반사되어 입사부(161)로 출사된 광(L3,L4)을 이용하여, 도 9와 같은 지향각 분포를 갖는 협각용 모듈로 제공할 수 있다.
도 7은 실시 예에 따른 발광 다이오드의 예를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 발광 다이오드는 복수의 반도체층(11,12,13)을 갖는 발광구조물(10), 상기 발광 구조물(10) 아래에 제1 전극층(20), 상기 제1전극층(20) 아래에 제2 전극층(50), 상기 제1 및 제2전극층(20,50) 사이에 절연층(41), 및 패드(25)를 포함할 수 있다.
상기 발광구조물(10)은 제1 반도체층(11), 활성층(12), 및 제2 반도체층(13)을 포함할 수 있다. 상기 활성층(12)은 상기 제1반도체층(11)과 상기 제2 반도체층(13) 사이에 배치될 수 있다. 상기 활성층(12)은 상기 제1 반도체층(11) 아래에 배치될 수 있으며, 상기 제2 반도체층(13)은 상기 활성층(12) 아래에 배치될 수 있다.
예로서, 상기 제1 반도체층(11)은 제1 도전형 도펀트 예컨대, n형 도펀트가 첨가된 n형 반도체층을 포함하고, 상기 제2 반도체층(13)은 제2 도전형 도펀트 예컨대, p형 도펀트가 첨가된 p형 반도체층을 포함할 수 있다. 또한 반대로, 상기 제1 반도체층(11)이 p형 반도체층으로 형성되고, 상기 제2 반도체층(13)이 n형 반도체층으로 형성될 수도 있다.
상기 발광 구조물(10)은 II족 내지 V족 원소 및 III족 내지 V족 원소의 화합물 반도체 중에서 선택적으로 형성되며, 자외선 대역부터 가시 광선 대역의 파장 범위 내에서 소정의 피크 파장을 발광할 수 있으며, 예컨대, 자외선 파장을 발광할 수 있다. 상기 발광 구조물(10)은 제1반도체층(11), 제2반도체층(13), 상기 제1반도체층(11)과 상기 제2반도체층(13) 사이에 형성된 활성층(12)을 포함하며, 상기 각 층(11,12,13)의 위 및 아래 중 적어도 하나에는 다른 반도체층이 더 배치될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1반도체층(11)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제1반도체층(11)은 III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 도펀트를 포함한다.
상기 활성층(12)은 제1반도체층(11) 아래에 배치되고, 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함하며, 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, AlGaAs/GaA, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 제2반도체층(13)은 활성층(12) 아래에 배치된다. 상기 제2반도체층(13)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제2반도체층(13)은, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2반도체층(119)이 p형 반도체층이고, p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
상기 제1반도체층(11)의 상면은 러프(rough)한 요철부(11A)로 형성될 수 있으며, 이러한 요철 면(11A)는 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 요철 면(11A)의 측 단면은 다각형 형상, 또는 반구형 형상을 포함할 수 있다.
상기 제1전극층(20)은 상기 발광 구조물(10)과 제2전극층(50) 사이에 배치되며, 상기 발광 구조물(10)의 제2반도체층(13)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2전극층(50)과 전기적으로 절연된다. 상기 제1전극층(20)은 제1 접촉층(15), 반사층(17) 및 캡핑층(19)를 포함하며, 상기 제1 접촉층(15)는 상기 반사층(17)과 제2반도체층(13) 사이에 배치되며, 상기 반사층(17)은 상기 제1 접촉층(15)과 상기 캡핑층(19) 사이에 배치된다. 상기 제1 접촉층(15), 반사층(17) 및 캡핑층(19)은 서로 다른 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 제1 접촉층(15)은 상기 제2 반도체층(13)에 접촉되며, 예컨대 상기 제2 반도체층(13)에 오믹 접촉을 형성할 수 있다. 상기 제1 접촉층(15)은 예컨대 전도성 산화막, 전도성 질화물 또는 금속으로 형성될 수 있다. 상기 제1 접촉층(15)은 예로서 ITO(Indium Tin Oxide), ITON(ITO Nitride), IZO(Indium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), AZO(Aluminum Zinc Oxide), AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide), IZTO(Indium Zinc Tin Oxide), IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide), IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide), IGTO(Indium Gallium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), GZO(Gallium Zinc Oxide), IZON(IZO Nitride), ZnO, IrOx, RuOx, NiO, Pt, Ag, Ti 중에서 적어도 하나로 형성될 수 있다.
상기 반사층(17)은 상기 제1 접촉층(15)과 캡핑층(19)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 반사층(17)은 상기 반사층(17)은 상기 발광구조물(10)로부터 입사되는 빛을 반사시켜 외부로 추출되는 광량을 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
상기 반사층(17)은 광 반사율이 70% 이상인 금속으로 형성될 수 있다. 예컨대 상기 반사층(17)은 Ag, Ni, Al, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Cu, Au, Hf 중 적어도 하나를 포함하는 금속 또는 합금으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 반사층(17)은 상기 금속 또는 합금과 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide), IZTO(Indium-Zinc-Tin-Oxide), IAZO(Indium-Aluminum-Zinc-Oxide), IGZO(Indium-Gallium-Zinc-Oxide), IGTO(Indium-Gallium-Tin-Oxide), AZO(Aluminum-Zinc-Oxide), ATO(Antimony-Tin-Oxide) 등의 투광성 전도성 물질을 이용하여 다층으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 실시 예에서 상기 반사층(17)은 Ag, Al, Ag-Pd-Cu 합금, 또는 Ag-Cu 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 반사층(17)은 Ag 층과 Ni 층이 교대로 형성될 수도 있고, Ni/Ag/Ni, 혹은 Ti 층, Pt 층을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 상기 제1 접촉층(15)은 상기 반사층(17) 아래에 형성되고, 적어도 일부가 상기 반사층(17)을 통과하여 상기 제2반도체층(13)과 접촉될 수도 있다. 다른 예로서, 상기 반사층(17)은 상기 제1 접촉층(15)의 아래에 배치되고, 일부가 상기 제1 접촉층(15)을 통과하여 상기 제2반도체층(13)과 접촉될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 다이오드는 상기 반사층(17) 아래에 배치된 캡핑층(capping layer)(19)을 포함할 수 있다. 상기 캡핑층(19)은 상기 반사층(17)의 하면과 접촉되고, 접촉부(34)가 패드(25)와 결합되어, 상기 패드(25)로부터 공급되는 전원을 전달하는 배선층으로 기능한다. 상기 캡핑층(19)은 금속으로 형성될 수 있으며, 예컨대 Au, Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, Mo 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 캡핑층(19)의 접촉부(34)는 상기 발광 구조물(10)과 수직 방향으로 오버랩되지 않는 영역에 배치되며, 상기 패드(25)와 수직하게 오버랩된다. 상기 캡핑층(19)의 접촉부(34)는 상기 제1 접촉층(15) 및 반사층(17)과 수직 방향으로 오버랩되지 않는 영역에 배치된다. 상기 캡핑층(19)의 접촉부(34)는 상기 발광 구조물(10)보다 낮은 위치에 배치되며, 상기 패드(25)와 직접 접촉될 수 있다.
상기 패드(25)는 단층 또는 다층으로 형성될 수 있으며, 단층은 Au일 수 있고, 다층인 경우 Ti, Ag, Cu, Au 중 적어도 2개를 포함할 수 있다. 여기서, 다층인 경우 Ti/Ag/Cu/Au의 적층 구조이거나, Ti/Cu/Au 적층 구조일 수 있다. 상기 반사층(17) 및 상기 제1 접촉층(15) 중 적어도 하나가 패드(25)와 직접 접촉될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
상기 패드(25)는 제1전극층(20)의 외 측벽과 상기 발광 구조물(10) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 상기 패드(25)의 둘레에는 상기 보호층(30) 및 투광층(45)이 접촉될 수 있다.
보호층(30)은 상기 발광구조물(10)의 하면에 배치되며, 상기 제2반도체층(13)의 하면 및 상기 제1 접촉층(15)과 접촉될 수 있고, 상기 반사층(17)과 접촉될 수 있다.
상기 보호층(30) 중 상기 발광 구조물(10)과 수직 방향으로 오버랩되는 내측부는 상기 돌출부(16)의 영역과 수직 방향으로 오버랩되게 배치될 수 있다. 상기 보호층(30)의 외측부는 상기 캡핑층(19)의 접촉부(34) 위로 연장되며 상기 접촉부(34)와 수직 방향으로 오버랩되게 배치된다. 상기 보호층(30)의 외측부는 상기 패드(25)와 접촉될 수 있으며, 예컨대 상기 패드(25)의 둘레 면에 배치될 수 있다.
상기 보호층(30)의 내측부는 상기 발광 구조물(10)과 상기 제1전극층(20) 사이에 배치되며, 외측부는 투광층(45)과 상기 캡핑층(19)의 접촉부(34) 사이에 배치될 수 있다. 상기 보호층(30)의 외측부는 상기 발광구조물(10)의 측벽보다 외측 영역으로 연장되어, 습기가 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 보호층(30)은 채널층, 또는 저 굴절 재질, 아이솔레이션층으로 정의될 수 있다. 상기 보호층(30)은 절연물질로 구현될 수 있으며, 예컨대 산화물 또는 질화물로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 보호층(30)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다. 상기 보호층(30)은 투명한 재질로 형성될 수 있다.
실시 예에 따른 발광 다이오드는 상기 제1 전극층(20)과 상기 제2 전극층(50)을 전기적으로 절연시키는 절연층(41)을 포함할 수 있다. 상기 절연층(41)은 상기 제1 전극층(20)과 상기 제2 전극층(50) 사이에 배치될 수 있다. 상기 절연층(41)의 상부는 상기 보호층(30)에 접촉될 수 있다. 상기 절연층(41)은 예컨대 산화물 또는 질화물로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 절연층(41)은 SiO2, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다.
상기 절연층(41)은 예로서 100 나노미터 내지 2000 나노미터의 두께로 형성될 수 있다. 상기 절연층(41)의 두께가 100 나노미터 미만으로 형성될 경우 절연 특성에 문제가 발생 될 수 있으며, 상기 절연층(41)의 두께가 2000 나노미터 초과로 형성될 경우에 후 공정 단계에서 깨짐이 발생 될 수 있다. 상기 절연층(41)은 상기 제1 전극층(20)의 하면과 상기 제2전극층(50)의 상면에 접촉되며, 상기 보호층(30), 캡핑층(19), 접촉층(15), 반사층(17) 각각의 두께보다는 두껍게 형성될 수 있다.
상기 제2 전극층(50)은 상기 절연층(41) 아래에 배치된 확산 방지층(52), 상기 확산 방지층(52) 아래에 배치된 본딩층(54) 및 상기 본딩층(54) 아래에 배치된 전도성 지지부재(56)를 포함할 수 있으며, 상기 제1반도체층(11)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제2 전극층(50)은 상기 확산 방지층(52), 상기 본딩층(54), 상기 전도성 지지부재(56) 중에서 1 개 또는 2 개를 선택적으로 포함하고, 상기 확산 방지층(52) 또는 상기 본딩층(54) 중 적어도 하나는 형성하지 않을 수 있다.
상기 확산 방지층(52)은 Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, Mo 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 확산 방지층(52)은 절연층(41)과 본딩층(54) 사이에서 확산 장벽층으로 기능할 수도 있다. 상기 확산 방지층(52)은 본딩층(54) 및 전도성 지지부재(56)와 전기적으로 연결되고, 상기 제1반도체층(11)과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 확산 방지층(52)은 상기 본딩층(54)이 제공되는 공정에서 상기 본딩층(54)에 포함된 물질이 상기 반사층(17) 방향으로 확산되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 확산 방지층(52)은 상기 본딩층(54)에 포함된 주석(Sn) 등의 물질이 상기 반사층(17)에 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
상기 본딩층(54)은 베리어 금속 또는 본딩 금속 등을 포함하며, 예를 들어, Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Pd 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 전도성 지지부재(56)는 실시 예에 따른 상기 발광구조물(10)을 지지하며 방열 기능을 수행할 수 있다. 상기 본딩층(54)은 시드(seed) 층을 포함할 수도 있다.
상기 전도성 지지부재(56)는 금속 또는 캐리어 기판 예를 들어, Ti, Cr, Ni, Al, Pt, Au, W, Cu, Mo, Cu-W 또는 불순물이 주입된 반도체 기판(예: Si, Ge, GaN, GaAs, ZnO, SiC, SiGe 등) 중에서 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다. 상기 전도성 지지부재(56)은 발광 다이오드를 지지하기 위한 층으로서, 그 두께는 제2전극층(50)의 두께의 80% 이상이며, 30㎛ 이상으로 형성될 수 있다.
한편, 제2접촉층(33)은 상기 제1 반도체층(11)의 내부에 배치되고 상기 제1반도체층(11)과 접촉된다. 상기 제2접촉층(33)의 상면은 상기 제1반도체층(11)의 하면보다 위에 배치될 수 있으며, 제1반도체층(11)과 전기적으로 연결되고, 상기 활성층(12) 및 제2반도체층(13)과 절연된다.
상기 제2 접촉층(33)은 상기 제2 전극층(50)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 접촉층(33)은 상기 제1전극층(20), 상기 활성층(12) 및 상기 제2반도체층(15)을 관통하여 배치될 수 있다. 상기 제2 접촉층(33)은 상기 발광 구조물(10) 내에 배치된 리세스(recess)(2)에 배치되고, 상기 활성층(12) 및 제2반도체층(15)과 보호층(30)에 의해 절연된다. 상기 제2 접촉층(33)는 복수개가 서로 이격되어 배치될 수 있다.
상기 제2 접촉층(33)은 제2전극층(50)의 돌기(51)에 연결될 수 있으며, 상기 돌기(51)는 상기 확산 방지층(52)으로부터 돌출될 수 있다. 상기 돌기(51)은 절연층(41) 및 보호층(30) 내에 배치된 홀(41A)을 통해 관통되고, 제1전극층(20)과 절연될 수 있다.
상기 제2 접촉층(33)는 예컨대 Cr, V, W, Ti, Zn, Ni, Cu, Al, Au, Mo 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 돌기(501)는 다른 예로서, 상기 확산 방지층(52) 및 본딩층(54)을 구성하는 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지 않는다. 예컨대 상기 돌기(51)은 예로서 Ti, Au, Sn, Ni, Cr, Ga, In, Bi, Cu, Ag, Nb, Pd 또는 Ta 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
패드(25)는 상기 제1 전극층(20)에 전기적으로 연결되며, 상기 발광구조물(10)의 측벽 외측의 영역에 노출될 수 있다. 상기 패드(25)는 하나 또는 복수로 배치될 수 있다. 상기 패드(25)는 예컨대 Cu, Ni, Ti, Ti-W, Cr, W, Pt, V, Fe, Mo 물질 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
투광층(45)은 상기 발광구조물(10)의 표면을 보호하고, 상기 패드(91)와 상기 발광구조물(10)의 사이를 절연시킬 수 있고, 상기 보호층(30)의 주변부와 접촉될 수 있다. 상기 투광층(45)은 상기 발광 구조물(10)을 구성하는 반도체층의 물질보다 낮은 굴절률을 가지며, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 투광층(45)은 예컨대 산화물 또는 질화물로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 투광층(45)은 Si02, SixOy, Si3N4, SixNy, SiOxNy, Al2O3, TiO2, AlN 등으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 선택되어 형성될 수 있다. 한편, 상기 투광층(45)은 설계에 따라 생략될 수도 있다. 실시 예에 의하면, 상기 발광구조물(10)은 상기 제1 전극층(20)과 상기 제2 전극층(50)에 의해 구동될 수 있다.
도 8은 실시 예에 따른 발광 다이오드의 다른 예이다.
도 8을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(311), 제1반도체층(312), 발광 구조물(310), 전극층(331), 절연층(333), 제1전극(335) 및 제2전극(337)을 포함한다.
상기 기판(311)은 투광성, 절연성 또는 도전성 기판을 이용할 수 있으며, 예컨대, 사파이어(Al2O3), SiC, Si, GaAs, GaN, ZnO, Si, GaP, InP, Ge, Ga2O3 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 기판(311)의 탑 면에는 복수의 볼록부(미도시)가 형성되어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 기판(311)은 제거될 수 있으며, 이 경우 상기 제1반도체층(312) 또는 제1도전형 반도체층(313)이 탑 층으로 배치될 수 있다.
상기 기판(311) 아래에는 제1반도체층(312)이 배치될 수 있다. 상기 제1반도체층(312)은 II족 내지 V족 원소의 화합물 반도체를 이용하여 형성될 수 있다. 상기 제1반도체층(312)은 예컨대, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP, GaP 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 제1반도체층(312)은 버퍼층 및 언도프드(undoped) 반도체층 중 적어도 하나로 형성될 수 있으며, 상기 버퍼층은 상기 기판과 질화물 반도체층 간의 격자 상수의 차이를 줄여줄 수 있고, 상기 언도프드 반도체층은 반도체의 결정 품질을 개선시켜 줄 수 있다. 여기서, 상기 제1반도체층(312)은 형성하지 않을 수 있다.
상기 제1반도체층(312) 또는 상기 기판(311)의 아래에는 발광 구조물(310)이 배치될 수 있다. 상기 발광 구조물(310)은 II족 내지 V족 원소 및 III족-V족 원소의 화합물 반도체 중에서 선택적으로 형성되며, 자외선 대역부터 가시 광선 대역의 파장 범위 내에서 소정의 피크 파장을 발광할 수 있다.
상기 발광 구조물(310)은 제1도전형 반도체층(313), 제2도전형 반도체층(315), 상기 제1도전형 반도체층(313)과 상기 제2도전형 반도체층(315) 사이에 활성층(314)을 포함한다. 상기 제1,2도전형 반도체층(313,315)은 단층 또는 다층 구조로 형성될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(313)은 제1도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제1도전형 반도체층(313)은 InxAlyGa1 -x- yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제1도전형 반도체층(313)은 III족-V족 원소의 화합물 반도체 예컨대, GaN, AlN, AlGaN, InGaN, InN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP 중에서 선택될 수 있다. 상기 제1도전형 도펀트는 n형 도펀트로서, Si, Ge, Sn, Se, Te 등과 같은 도펀트를 포함한다.
상기 활성층(314)은 제1도전형 반도체층(313) 아래에 배치되고, 단일 양자 우물, 다중 양자 우물(MQW), 양자 선(quantum wire) 구조 또는 양자 점(quantum dot) 구조를 선택적으로 포함하며, 우물층과 장벽층의 주기를 포함한다. 상기 우물층/장벽층의 주기는 예컨대, InGaN/GaN, GaN/AlGaN, AlGaN/AlGaN, InGaN/AlGaN, InGaN/InGaN, AlGaAs/GaA, InGaAs/GaAs, InGaP/GaP, AlInGaP/InGaP, InP/GaAs의 페어 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 제2도전형 반도체층(315)은 상기 활성층(313) 아래에 배치된다. 상기 제2도전형 반도체층(315)은 제2도전형 도펀트가 도핑된 반도체 예컨대, InxAlyGa1 -x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1)의 조성식을 포함한다. 상기 제2도전형 반도체층(315)은, GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, GaP, GaAs, GaAsP, AlGaInP와 같은 화합물 반도체 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(315)이 p형 반도체층이고, 상기 제1도전형 도펀트는 p형 도펀트로서, Mg, Zn, Ca, Sr, Ba을 포함할 수 있다.
상기 발광 구조물(310)은 다른 예로서, 상기 제1도전형 반도체층(313)이 p형 반도체층, 상기 제2도전형 반도체층(315)은 n형 반도체층으로 구현될 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(315) 아래에는 상기 제2도전형과 반대의 극성을 갖는 제3도전형 반도체층이 형성할 수도 있다. 또한 상기 발광 구조물(310)은 n-p 접합 구조, p-n 접합 구조, n-p-n 접합 구조, p-n-p 접합 구조 중 어느 한 구조로 구현할 수 있다.
상기 제2도전형 반도체층(315) 아래에는 전극층(331)이 형성된다. 상기 전극층(331)은 반사층을 포함하며, 상기 반사층은 발광 구조물(310)과 접촉된 오믹층을 더 포함할 수 있다. 상기 반사층은 반사율이 70% 이상인 물질 예컨대, Al, Ag, Ru, Pd, Rh, Pt, Ir의 금속과 상기의 금속 중 2 이상의 합금 중에서 선택될 수 있다. 상기 전극층(331)은 단층 또는 다층 구조를 포함하며 예컨대, 투광성 전극층/반사층의 적층 구조를 포함할 수 있다. 상기 제2도전형 반도체층(315) 및 상기 전극층(331) 중 적어도 한 층의 표면에는 러프니스와 같은 광 추출 구조가 형성될 수 있으며, 이러한 광 추출 구조는 입사되는 광의 임계각을 변화시켜 주어, 광 추출 효율을 개선시켜 줄 수 있다. 상기 전극층(331)에 의해 반사된 광은 기판(311)을 통해 방출될 수 있다.
상기 제1도전형 반도체층(313)의 일부 영역 아래에는 제1전극(335)이 배치되며, 상기 전극층(331)의 일부 아래에는 제2전극(337)이 배치될 수 있다.
상기 제1전극(335)는 상기 제1도전형 반도체층(315)과 전기적으로 연결되며, 상기 제2전극(337)은 상기 전극층(331)을 통해 상기 제2도전형 반도체층(315)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1전극(335) 및 제2전극(337)은 Cr, Ti, Co, Ni, V, Hf, Ag, Al, Ru, Rh, Pt, Pd, Ta, Mo, W 중 적어도 하나 또는 합금으로 형성될 수 있다. 상기 제1전극(335)과 상기 제2전극(337)은 동일한 적층 구조이거나 다른 적층 구조로 형성될 수 있으며, 단층 또는 다층 구조일 수 있다.
상기 절연층(333)은 상기 전극층(331) 아래에 배치되며, 상기 제2도전형 반도체층(315)의 하면, 상기 제2도전형 반도체층(315) 및 상기 활성층(314)의 측면, 상기 제1도전형 반도체층(313)의 일부 영역에 배치될 수 있다. 상기 절연층(333)은 상기 발광 구조물(310)의 하부 영역 중에서 상기 전극층(331), 제1전극(335) 및 제2전극(337)을 제외한 영역에 형성되어, 상기 발광 구조물(310)의 하부를 전기적으로 보호하게 된다. 상기 절연층(333)은 Al, Cr, Si, Ti, Zn, Zr 중 적어도 하나를 갖는 산화물, 질화물, 불화물, 및 황화물 중 적어도 하나로 형성된 절연물질 또는 절연성 수지를 포함한다. 상기 절연층(333)은 예컨대, SiO2, Si3N4, Al2O3, TiO2 중에서 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 절연층(333)은 발광 구조물(310)의 아래에 플립 본딩을 위한 금속 구조물을 형성할 때, 상기 발광 구조물(310)의 층간 쇼트를 방지하기 위해 형성된다.
실시 예는 발광 다이오드 상에 형광체층(미도시)이 배치될 수 있으며, 상기 형광체층은 발광 다이오드의 상면에 배치되거나, 상면/측면에 배치될 수 있다. 상기 형광체층은 상기 발광 다이오드로부터 방출된 광의 파장 변환 효율이 개선될 수 있다. 상기 형광체층은 적색 형광체, 녹색 형광체, 청색 형광체, 황색 형광체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다. 상기 형광체는 예컨대, YAG, TAG, Silicate, Nitride, Oxy-nitride 계 물질 중에서 선택적으로 형성될 수 있다.
실시 예에 따른 광학 모듈은 하나의 유닛으로 제공되거나, 복수의 광학 모듈이 배열되는 형태로 제공될 수 있다. 실시 예에 따른 광학 모듈은 노광기 또는 경화기의 UV 램프에 적용될 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 자외선 광학 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명은 협 지향각을 갖는 자외선 광학 모듈을 제공하여, 산업용, 공업용의 램프로 적용될 수 있다.
본 발명은 협 지향각을 갖는 자외선 모듈로 노광기 또는 경화기의 램프로 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 오목한 리세스 및 상기 리세스의 둘레에 외측으로 오목한 곡면을 갖는 측면을 포함하는 몸체;
    상기 몸체의 리세스 하부에 발광 다이오드를 갖는 발광 모듈; 및
    상기 몸체 상에 배치된 입사부 및 상기 입사부 상에 볼록한 곡면을 갖는 렌즈부를 포함하는 광학 렌즈를 포함하며,
    상기 입사부는 상기 몸체의 상면 및 상기 리세스 상에 배치되며,
    상기 입사부는 상기 몸체의 상면과 중첩된 수직 방향으로 제1영역과, 상기 렌즈부의 외측 둘레를 따라 상기 리세스의 상부와 수직 방향으로 중첩된 제2영역을 포함하며,
    상기 렌즈부는 상기 리세스와 수직 방향으로 중첩되며,
    상기 리세스의 상부는 최대 제1직경을 가지며,
    상기 렌즈부의 하부는 최대 제2직경을 가지며,
    상기 제2직경은 상기 제1직경보다 작으며,
    상기 리세스의 하부는 상기 제2직경보다 작은 제3직경을 가지며,
    상기 발광 다이오드의 상면은 상기 리세스의 곡면 하단을 연결한 수평한 직선보다 낮게 배치되는 광학 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 상기 발광 모듈이 배치되며 상기 리세스의 바닥이 개방된 수납부를 포함하며,
    상기 발광 모듈은 상기 수납부의 바닥에 배치되며 상기 발광 다이오드에 전기적으로 연결된 회로 기판을 포함하며,
    상기 수납부의 바닥 중심은 상기 렌즈부의 중심에 정렬되는 광학 모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 렌즈부는 비구면 형상을 포함하며,
    상기 제2직경은 상기 제1직경의 80% 이상이며,
    상기 입사부에서 상기 제2영역의 하면 면적은 상기 제1영역의 하면 면적보다 작은 광학 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광학 렌즈의 높이는 상기 리세스의 깊이보다 작으며,
    상기 제1직경과 상기 제2직경의 비율은 1:0.81 내지 1:0.91의 범위를 가지며,
    상기 광학 렌즈의 입사부는 플랫한 입사면을 가지며, 상기 광학 렌즈로부터 출사된 광의 지향각은 15도 이하인 광학 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 다이오드로부터 방출된 제1광은 광축을 기준으로 제1입사각으로 상기 렌즈부로 직접 입사되고 상기 렌즈부를 통해 제1출사각으로 출사되며,
    상기 발광 다이오드로부터 방출된 제2광은 광축을 기준으로 제2입사각으로 상기 리세스의 측면에서 반사되고 상기 렌즈부의 외측에 배치된 상기 입사부를 통해 제2출사각으로 출사되며,
    상기 제1입사각은 광축을 기준으로 35도 이하이며,
    상기 제2입사각은 광축을 기준으로 35도 초과되며,
    상기 제1,2출사각은 광축 또는 수직한 축을 기준으로 15도 이하를 포함하는 광학 모듈.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 다이오드로부터 방출된 제1광은 광축을 기준으로 제1입사각으로 상기 렌즈부로 직접 입사되고 상기 렌즈부를 통해 제1출사각으로 출사되며,
    상기 발광 다이오드로부터 방출된 제2광은 광축을 기준으로 제2입사각으로 상기 리세스의 측면에서 반사되고 상기 렌즈부의 외측에 배치된 상기 입사부를 통해 제2출사각으로 출사되며,
    상기 제1입사각과 상기 제1출사각의 비율은 1.7 이하이며,
    상기 제2입사각과 상기 제2출사각의 비율은 0.375 이하인 광학 모듈.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 몸체는 세라믹 재질 또는 알루미늄 재질을 포함하며,
    상기 리세스는 탑뷰 형상이 원 형상을 가지며,
    상기 리세스의 직경은 상기 발광 다이오드에 인접할수록 점차 작아지는 광학 모듈.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리세스의 곡면은 곡률 반경이 1.5mm 이하이며, 상기 입사부의 하면은 평탄한 수평 면을 포함하며,
    상기 입사부의 하면 면적은 상기 리세스의 상면 면적보다 큰 광학 모듈.
  9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발광 다이오드는 자외선 파장의 광을 발광하며,
    상기 리세스는 탑뷰 형상이 원 형상을 가지며,
    상기 리세스의 직경은 상기 발광 다이오드에 인접할수록 점차 작아지며,
    상기 광학 렌즈로부터 출사된 광의 지향각은 15도 이하인 광학 모듈.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 자외선 파장의 광을 발광하며,
    상기 리세스는 탑뷰 형상이 원 형상을 가지며,
    상기 리세스의 직경은 상기 발광 다이오드에 인접할수록 점차 작아지며,
    상기 회로 기판의 하면은 상기 몸체의 하면과 동일 수평 면으로 배치되고 상기 수납부 내에 배치되며,
    상기 회로 기판은 세라믹 재질을 포함하며,
    상기 회로 기판의 너비는 상기 수납부의 너비보다 작은 광학 모듈.
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