(57)【要約】  実施例に開示された光学モジュールは、上面から所定深さで陥没したリセス及び前記リセスの周りに外側に凹んだ曲面を有する側面を含む本体と、前記本体のリセスの下部に発光ダイオードを有する発光モジュールと、前記本体の上に配置された入射部及び前記入射部の上に非球面形状のレンズ部を含む光学レンズと、を含み、前記リセスの上部は最大第１直径を有し、前記レンズ部の下部は最大第２直径を有し、前記第２直径は前記第１直径より小さい。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹状のリセス及び前記リセスの周りに外側に凹んだ曲面を有する側面を含む本体と、
前記本体のリセスの下部に発光ダイオードを有する発光モジュールと、
前記本体の上に配置された入射部及び前記入射部の上に凸状の曲面を有するレンズ部を含む光学レンズと、を含み、
前記入射部は、前記本体の上面及び前記リセスの上に配置され、
前記入射部は、前記本体の上面と重なった垂直方向に第１領域と、前記レンズ部の外側周りに沿って前記リセスの上部と垂直方向に重なった第２領域を含み、
前記レンズ部は、前記リセスと垂直方向に重なり、
前記リセスの上部は、最大第１直径を有し、
前記レンズ部の下部は、最大第２直径を有し、
前記第２直径は、前記第１直径より小さく、
前記リセスの下部は、前記第２直径より小さい第３直径を有し、
前記発光ダイオードの上面は、前記リセスの曲面の下端を連結した水平な直線より低く配置される、光学モジュール。
【請求項２】
前記本体は、前記発光モジュールが配置され、前記リセスの底が開放された収納部を含み、
前記発光モジュールは、前記収納部の底に配置され、前記発光ダイオードに電気的に連結された回路基板を含み、
前記収納部の底の中心は、前記レンズ部の中心に整列する、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記レンズ部は、非球面形状を含み、
前記第２直径は、前記第１直径の８０％以上であり、
前記入射部において、前記第２領域の下面面積は、前記第１領域の下面面積より小さい、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記光学レンズの高さは、前記リセスの深さより小さく、
前記第１直径と前記第２直径の比率は、１：０.８１〜１：０.９１の範囲を有し、
前記光学レンズの入射部は、フラットな入射面を有し、
前記光学レンズから出射した光の指向角は、１５度以下である、請求項３に記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記発光ダイオードから放出された第１光は、光軸を基準に第１入射角で前記レンズ部に直接入射して、前記レンズ部を通じて第１出射角で出射し、
前記発光ダイオードから放出された第２光は、光軸を基準に第２入射角で前記リセスの側面で反射され、前記レンズ部の外側に配置された前記入射部を通じて第２出射角で出射し、
前記第１入射角は、光軸を基準に３５度以下であり、
前記第２入射角は、光軸を基準に３５度以上であり、
前記第１、２出射角は、光軸または垂直な軸を基準に１５度以下である、請求項１から４のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記発光ダイオードから放出された第１光は、光軸を基準に第１入射角で前記レンズ部に直接入射して、前記レンズ部を通じて第１出射角で出射し、
前記発光ダイオードから放出された第２光は、光軸を基準に第２入射角で前記リセスの側面で反射され、前記レンズ部の外側に配置された前記入射部を通じて第２出射角で出射し、
前記第１入射角と前記第１出射角の比率は、１.７以下であり、
前記第２入射角と前記第２出射角の比率は、０.３７５以下である、請求項１から４のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記本体は、セラミック材質またはアルミニウム材質を含み、
前記リセスは、上方から見た形状が円形状を有し、
前記リセスの直径は、前記発光ダイオードに隣接するほど漸減する、請求項１から４のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項８】
前記リセスの曲面は、曲率半径が１.５mm以下であり、
前記入射部の下面は、平坦な水平面を含み、
前記入射部の下面面積は、前記リセスの上面面積より大きい、請求項１から４のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項９】
前記発光ダイオードは、紫外線波長の光を発光し、
前記リセスは、上方から見た形状が円形状を有し、
前記リセスの直径は、前記発光ダイオードに隣接するほど漸減し、
前記光学レンズから出射した光の指向角は、１５度以下である、請求項１から４のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項１０】
前記発光ダイオードは、紫外線波長の光を発光し、
前記リセスは、上方から見た形状が円形状を有し、
前記リセスの直径は、前記発光ダイオードに隣接するほど漸減し、
前記回路基板の下面は、前記本体の下面と同一水平面に配置され、前記収納部内に配置され、
前記回路基板は、セラミック材質を含み、
前記回路基板の幅は、前記収納部の幅より小さい、請求項２に記載の光学モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施例は、光学モジュールを提供する。
【０００２】
実施例は、狭角用光学モジュールを提供する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード(LED：Light Emitting Diode)は、GaAs系、AlGaAs系、GaN系、InGaN系及びInGaAlP系等の化合物半導体材料を利用して発光源を構成することができる。
【０００４】
このような発光ダイオードは、パッケージ化されて多様な色を放出する発光素子として利用されており、発光素子は、カラーを表示する点灯表示器、文字表示器及び映像表示器等の多様な分野で光源として用いられている。
【０００５】
特に、紫外線発光ダイオード(UV LED)の場合、短波長の場合、殺菌、浄化等に使用され、長波長の場合、露光装置または硬化装置等に使用される。多様な種類の露光装置のうち光学系露光装置としては紫外線領域の光を利用する露光装置があり、光源として紫外線LEDを使用している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施例は、紫外線波長を放出する発光ダイオードを有する光学モジュールを提供しようとする。
【０００７】
実施例は、紫外線発光ダイオードを有する狭角用光学モジュールを提供しようとする。
【０００８】
実施例は、１５度以下の指向角を有する露光用または狭角用光学モジュールを提供しようとする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施例に係る光学モジュールは、凹状のリセス及び前記リセスの周りに外側に凹んだ曲面を有する側面を含む本体と、前記本体のリセスの下部に発光ダイオードを有する発光モジュールと、前記本体の上に配置された入射部及び前記入射部の上に凸状の曲面を有するレンズ部を含む光学レンズとを含み、前記入射部は、前記本体の上面及び前記リセスの上に配置され、前記入射部は、前記本体の上面と重なった垂直方向に第１領域と、前記レンズ部の外側周りに沿って前記リセスの上部と垂直方向に重なった第２領域を含み、前記レンズ部は、前記リセスと垂直方向に重なり、前記リセスの上部は、最大第１直径を有し、前記レンズ部の下部は、最大第２直径を有し、前記第２直径は、前記第１直径より小さく、前記リセスの下部は、前記第２直径より小さい第３直径を有し、前記発光ダイオードの上面は、前記リセスの曲面の下端を連結した水平な直線より低く配置される。
【００１０】
実施例によれば、前記本体は、前記発光モジュールが配置され、前記リセスの底が開放された収納部を含み、前記発光モジュールは、前記収納部の底に配置され、前記発光ダイオードに電気的に連結された回路基板を含み、前記収納部の底の中心は、前記レンズ部の中心に整列する。
【００１１】
実施例によれば、前記レンズ部は、非球面形状を含み、前記第２直径は、前記第１直径の８０％以上であり、前記入射部において、前記第２領域の下面面積は、前記第１領域の下面面積より小さい。
【００１２】
実施例によれば、前記光学レンズの高さは、前記リセスの深さより小さく、前記第１直径と前記第２直径の比率は、１：０.８１〜１：０.９１の範囲を有し、前記光学レンズの入射部は、フラットな入射面を有し、前記光学レンズから出射した光の指向角は、１５度以下である。
【００１３】
実施例によれば、前記発光ダイオードから放出された第１光は、光軸を基準に第１入射角で前記レンズ部に直接入射して、前記レンズ部を通じて第１出射角で出射し、前記発光ダイオードから放出された第２光は、光軸を基準に第２入射角で前記リセスの側面で反射され、前記レンズ部の外側に配置された前記入射部を通じて第２出射角で出射し、前記第１入射角は、光軸を基準に３５度以下であり、前記第２入射角は、光軸を基準に３５度以上であり、前記第１、２出射角は、光軸または垂直な軸を基準に１５度以下である。
【００１４】
実施例によれば、前記発光ダイオードから放出された第１光は、光軸を基準に第１入射角で前記レンズ部に直接入射して、前記レンズ部を通じて第１出射角で出射し、前記発光ダイオードから放出された第２光は、光軸を基準に第２入射角で前記リセスの側面で反射され、前記レンズ部の外側に配置された前記入射部を通じて第２出射角で出射し、前記第１入射角と前記第１出射角の比率は、１.７以下であり、前記第２入射角と前記第２出射角の比率は、０.３７５以下である。
【００１５】
実施例によれば、前記本体は、セラミック材質またはアルミニウム材質を含み、前記リセスは、上方から見た形状が円形状を有し、前記リセスの直径は、前記発光ダイオードに隣接するほど漸減する。
【００１６】
実施例によれば、前記リセスの曲面は、曲率半径が１.５mm以下であり、前記入射部の下面は、平坦な水平面を含み、前記入射部の下面面積は、前記リセスの上面面積より大きい。
【００１７】
実施例によれば、前記発光ダイオードは、紫外線波長の光を発光し、前記リセスは、上方から見た形状が円形状を有し、前記リセスの直径は、前記発光ダイオードに隣接するほど漸減し、前記光学レンズから出射した光の指向角は、１５度以下である。
【００１８】
実施例によれば、前記発光ダイオードは、紫外線波長の光を発光し、前記リセスは、上方から見た形状が円形状を有し、前記リセスの直径は、前記発光ダイオードに隣接するほど漸減し、前記回路基板の下面は、前記本体の下面と同一水平面に配置され、前記収納部内に配置され、前記回路基板は、セラミック材質を含み、前記回路基板の幅は、前記収納部の幅より小さい。
【発明の効果】
【００１９】
実施例は、光学モジュールの光指向角を１５度以下の狭角を提供することができる。
【００２０】
実施例は、露光用光学装置の信頼性を改善することができる。
【００２１】
実施例は、光学モジュール内に配置される紫外線発光ダイオードの個数を減らすことができる。
【００２２】
実施例は、ランバート(Lambertian)配光分布より狭い指向角を有する露光用光学モジュールを提供することで、露光装置における信頼性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】実施例に係る発光モジュールの斜視図である。
【図２】図１の光学モジュールの結合側面図である。
【図３】図２の光学モジュールの平面図である。
【図４】図３の光学モジュールのA-A線断面図である。
【図５】図４の光学モジュールにおいて本体のリセス及び光学レンズの構造を説明するための図面である。
【図６】図４の光学モジュールにおける光経路を説明するための図面である。
【図７】実施例に係る光学モジュールの発光ダイオードの詳細構成図である。
【図８】実施例に係る光学モジュールの発光ダイオードの別の構成図である。
【図９】実施例に係る光学モジュールから放出された光の指向角分布を示した図面である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施例を、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者が容易に実施できるように詳細に説明するが、本発明は多様な異なる形態で具現することができ、ここで説明される実施例に限定されるものではない。
【００２５】
明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」と記述される場合、これは特に反対となる記載がない限り他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。そして、図面において本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体にわたって類似部分に対しては類似図面符号を付する。
【００２６】
実施例の説明において、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上にある」と記述される場合、これは他の部分の「真上にある」場合だけでなく、その間にさらに他の部分がある場合も含む。反面、ある部分が他の部分の「真上にある」と記述される場合には、その間に他の部分がないことを意味する。
【００２７】
<発光モジュール>
図１は実施例に係る発光モジュールの斜視図であり、図２は図１の光学モジュールの結合側面図であり、図３は図２の光学モジュールの平面図であり、図４は図３の光学モジュールのA-A線断面図であり、図５は図４の光学モジュールにおいて反射体のリセス及び光学レンズの構造を説明するための図面であり、図６は図４の光学モジュールにおける光経路を説明するための図面である。
【００２８】
図１〜図６を参照すると、光学モジュール１００は、リセス１１１を有する本体１１０、前記リセス１１１の底に配置された発光モジュール１３０、及び前記本体１１０の上に配置された光学レンズ１６０を含む。
【００２９】
前記本体１１０は、反射材質からなって反射体からなることができる。前記本体１１０は、金属材質、例えばアルミニウム材質から形成される。前記本体１１０は、金属材質であるか、表面にアルミニウム材質でメッキされてもよい。前記本体１１０は、アルミニウムが１００％である材質から形成される。前記本体１１０は、金属、例えばアルミニウム(Al)、白金(Pt)、チタン(Ti)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、金(Au)、タンタル(Ta)を選択的に含むことができ、単層または多層に形成される。前記本体１１０は、発光モジュール１３０から放出された波長の８０％以上の反射率を有する金属から形成される。前記本体１１０は、絶縁材質または伝導性材質を含むことができる。前記本体１１０は、セラミック材質を含み、前記リセス１１１の側面１１６に、金属層、例えばアルミニウム材質が形成される。
【００３０】
図２及び図３のように、前記本体１１０の上方から見た形状は、多角形、例えば四角形形状を有することができ、別の例として円形状を有することができる。前記本体１１０は、外形が多面体形状を有することができるが、これに限定されるものではない。前記本体１１０は、上面１１２または底面１１３における横長または縦長Ｘ１が相互同一であってもよく、異なってもよいが、これに限定されるものではない。前記本体１１０の底面１１３の面積は、上面１１２の面積と同一であってもよく、より広くてもよい。前記本体１１０の高さＴ１は、前記本体１１０の横長または縦長Ｘ１より小さい。
【００３１】
前記本体１１０は、上部が開放されたリセス(Recess)１１１及び前記リセス１１１の下部に収納部１２１が配置され、前記収納部１２１には発光モジュール１３０が配置される。前記リセス１１１は、前記本体１１０の上面１１２から所定深さで陥没して前記収納部１２１まで連結され、前記収納部１２１は、前記本体１１０の下部が開放されたオープン領域からなることができる。
【００３２】
前記リセス１１１は、下部に向かうほど次第に狭くなる形状、例えば半球形状または容器形状に形成される。前記リセス１１１は、底の中心に垂直な光軸を基準に回転対称形状または軸対称形状に形成される。前記リセス１１１内は空いた空間からなることができる。
【００３３】
前記リセス１１１は、上部形状が最大第１直径Ｘ４を有する円形状を有することができ、前記底の形状が多角形または円形状を有することができる。前記リセス１１１は、下部に向かうほど直径が漸減する形状を有し、前記リセス１１１の下端で収納部１２１に連結される。前記リセス１１１の側面１１６は、反射面であってもよく、前記反射面は本体１１０と異なる金属反射物質から形成されるか、前記本体１１０の材質から形成される。前記リセス１１１の側面１１６は外側に凹んだ曲面を含み、前記曲面は、前記リセス１１１の上端と下端を連結した直線より外側に凹んだ面からなることができる。前記曲面は、リセス１１１の上端と下端の間に放物線形状または二次曲線形状に形成される。ここで、前記リセス１１１の上端は本体１１０の上端との境界地点であり、前記下端は収納部１２１との境界地点であってもよい。前記リセス１１１の側面１１６が曲面である場合、曲率半径が１.５mm以下、例えば１.２mm〜１.５mmの範囲を有することができ、前記曲率半径を超える場合、光の反射効率が低下することがある。前記リセス１１１は、上方から見た形状が円形状である場合、前記発光ダイオード１３３に接するほど直径が次第に小さくなる。
【００３４】
前記リセス１１１の深さＤ１は、前記光学レンズ１６０の高さＨ１より大きく、例えば前記深さＤ１は高さＨ１の１.４倍以上、例えば１.４倍〜１.８倍の範囲を有することができる。前記深さＤ１は３.５mm以上、例えば３.５mm〜４.２mmの範囲を有することができる。このような深さＤ１を有するリセス１１１は、光を充分に拡散させることができる。前記光学レンズ１６０の入射部１６１の下面面積は、前記リセス１１１の上面面積より大きい。
【００３５】
前記収納部１２１は、上方から見た形状が多角形形状または円形状を有することができ、前記本体１１０の底面１１３から所定高さＤ２を有することになる。前記収納部１２１の幅Ｄ３は、１.８mm〜２.５mmの範囲を有することができ、このような範囲は、発光ダイオード１３３の幅Ｄ４に応じて変更することができる。前記収納部１２１の高さＤ２は、前記発光モジュール１３０の厚さより大きく配置され、前記収納部１２１の上端またはリセス１１６との境界地点は、前記発光ダイオード１３３の上面より上に配置される。前記発光ダイオード１３３の上面は、前記リセス１１１の凹んだ曲面の下端を連結した直線より低く配置される。前記収納部１２１は、前記発光モジュール１３０のサイズに応じて可変でき、前記発光モジュール１３０から放出された光が前記収納部１２１内で失われることなく、前記リセス１１１の側面１１６を通じて光が反射されるように形成される。
【００３６】
前記発光モジュール１３０は、回路基板１３１及び前記回路基板１３１の上に発光ダイオード１３３を含む。前記回路基板１３１は、樹脂材質の基板、セラミック材質の基板または金属ベース材質の基板を含むことができる。前記回路基板１３１は、リジッド(rigid)な基板またはフレキシブル(flexible)な基板からなることができる。前記回路基板１３１は、回路パターンを有し、前記発光ダイオード１３３に電源を供給することができる。前記回路基板１３１の幅は、前記収納部１２１の幅以下であってもよく以上であってもよい。前記回路基板１３１の幅が前記収納部１２１の幅以下である場合、前記回路基板１３１が前記収納部１２１の側壁に密着することができる。前記回路基板１３１の幅が前記収納部１２１の幅より大きい場合、前記収納部１２１の下で前記本体１１０の下面に延長される。前記回路基板１３１の下面は、前記本体１１０の下面と同一水平面に配置される。
【００３７】
前記発光ダイオード１３３は、紫外線波長から可視光線波長の範囲内で選択的なピーク波長を含むことができる。前記発光ダイオード１３３は、例えば紫外線波長を発光することができ、露光用装置または殺菌用、硬化用装置に適用することができる。
【００３８】
前記発光ダイオード１３３は、２族と６族元素の化合物半導体または３族と５族元素の化合物半導体から形成される。例えば、前記発光ダイオード１３３は、紫外線LEDチップとして、１００nm〜４００nmの範囲の波長を有するLEDチップからなることができる。例えばAlInGaN、InGaN、AlGaN、GaN、GaAs、InGaP、AllnGaP、InP、InGaAs系の化合物半導体を利用して製造された半導体素子を選択的に含むことができる。前記発光ダイオード１３３は、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層、及び活性層を含むことができ、前記活性層は、InGaN／GaN、InGaN／AlGaN、InGaN／InGaN、GaN／AlGaN、InAlGaN／InAlGaN、AlGaAs／GaAs、InGaAs／GaAs、InGaP／GaP、AlInGaP／InGaP、InP／GaAsのようなペアから具現することができる。前記発光ダイオード１３３は、水平型チップまたは垂直型チップからなることができ、前記回路基板１３１の上に配置されてワイヤー(wire)のような連結部材で電気的に連結され、フリップチップ形態で配置されるが、これに限定されるものではない。
【００３９】
前記発光ダイオード１３３の厚さＴ３は、０.１３mm±０.０３mmの範囲を有することができる。前記発光ダイオード１３３の幅Ｄ４は、一辺の長さとして１.３mm±０.４mmの範囲を有することができるが、これに限定されるものではない。前記発光ダイオード１３３は、前記収納部１２１の側壁との間隔Ｇ３が０.５mm未満、例えば０.３２mm〜０.４２mmの範囲を有することができる。前記発光ダイオード１３３が前記収納部１２１の側壁から前記間隔Ｇ３で離隔することで、前記発光ダイオード１３３から放出された光が前記収納部１２１の側壁によって反射及び再反射されて失われることを防止することができる。前記発光ダイオード１３３の指向角は、１１０度以上、例えば１１０度〜１３０度の範囲を有することができ、前記発光ダイオード１３３の指向角分布に応じて前記収納部１２１の幅Ｄ３を可変できるが、これに限定されるものではない。
【００４０】
図２〜図４のように、前記光学レンズ１６０は、前記本体１１０の上に配置され、前記発光ダイオード１３３から放出された光を屈折させて放出することになる。前記光学レンズ１６０は、前記本体１１０の上面に接着剤(図示されない)で接着される。前記光学レンズ１６０は、入射面がフラットな水平面または上方に膨らむ面に形成される。前記光学レンズ１６０は、出射面が凸状のレンズ形状を含むことができ、前記凸状のレンズ形状は、前記入射面に入射する光を屈折させて出射することができる。ここで、前記光学レンズ１６０は、前記本体１１０の高さＴ１より小さい厚さＨ１を有することができ、３mm以下の厚さ、例えば２mm〜３mmの範囲を有することができる。前記光学レンズ１６０の厚さＨ１が前記範囲より大きい場合、光学モジュール１００のサイズが大きくなり、前記範囲より小さい場合、光損失が大きくなる。前記光学レンズ１６０の横長及び縦長Ｘ２は、相互同一または異なってもよく、前記本体１１０の横長及び縦長Ｘ１と同一または異なってもよい。前記光学レンズ１６０の横長及び縦長Ｘ２は、８mm以下、例えば６.５mm〜８mmの範囲で配置され、前記本体１１０のサイズに応じて可変できる。前記光学レンズ１６０は、透明な材質、例えばガラス材質から形成される。前記光学レンズ１６０は、例えばほうけい酸塩(Borosilicate)系ガラス材質から形成される。
【００４１】
前記光学レンズ１６０は、入射部１６１及び前記入射部１６１の上にレンズ部１６５を含む。前記入射部１６１は、前記本体１１０の上面１１２に配置され、前記レンズ部１６５は、前記入射部１６１から凸状に突出したレンズ形状を有する。前記入射部１６１は、フランジとして、前記光学レンズ１６０の厚さＨ１の３０％以下、例えば１０％〜３０％範囲の厚さＴ２で配置され、入射する光を透過させ、前記本体１１０の上で前記光学レンズ１６０を支持することができる。前記入射部１６１の下面は、フラットな入射面を含むことができる。
【００４２】
前記入射部１６１は、前記本体１１０の上面と垂直方向に重なった第１領域(図３のＡ１)と、前記レンズ部１６５の外側周りに沿って前記リセス１１１の上部と垂直方向に重なった第２領域(図３のＡ２)を含むことができる。前記入射部１６１において、前記第２領域Ａ２の下面面積は、前記第１領域Ａ１の下面面積より小さい。これは、前記第１領域Ａ１を通じて前記光学レンズ１６０を支持し、前記第２領域Ａ２を通じて前記レンズ部１６５以外の経路に進行する漏洩光量を調節することができる。
【００４３】
前記光学レンズ１６０のレンズ部１６５は、前記入射部１６１から上方に膨らむ凸レンズ形状に形成され、その表面は曲面または非球面形状に形成される。前記レンズ部１６５の中心は、前記リセス１１１の底の中心と整列する。前記レンズ部１６５の厚さＨ２は、前記光学レンズ１６０の厚さＨ１の７０％〜９０％の範囲を有することができ、その曲率半径は２mm以下、例えば１.８０mm〜２mmの範囲を有することができる。前記レンズ部１６５の厚さＨ２及び曲率半径は、前記発光ダイオード１３３のサイズに応じて可変できる。
【００４４】
前記レンズ部１６５は、下部の最大直径である第２直径Ｘ３を有することができる。前記第２直径Ｘ３は、第１直径Ｘ４より小さく、６mm未満、例えば５.３２mm〜５.４２mmの範囲を有することができる。前記レンズ部１６５の第２直径Ｘ３は、前記範囲より小さい場合、前記レンズ部１６５の外側周りに配置された入射部１６１を通じて出射した光の指向角が大きくなり、前記範囲より大きい場合、前記レンズ部１６５の内部で全反射されて光損失が発生することがある。前記第２直径Ｘ３は、前記第１直径Ｘ３より小さく、８０％以上を有することができる。前記第１直径Ｘ４と第２直径Ｘ３の比率は、１：０.８１〜１：０.９１の範囲を有することができ、前記第１直径Ｘ４と第２直径Ｘ３の差は、０.７mm以上１mm未満、例えば０.７６mm〜０.８６mmの範囲を有することができる。前記リセス１１１の下部直径が第３直径(例：Ｄ３)である場合、前記第２直径Ｘ３は、前記第１直径よりは小さく、前記第３直径Ｄ３よりは大きい。または前記リセス１１１の高さの１／２地点での直径を第４直径とは、前記第４直径は、前記第２直径Ｘ３よりは小さい。これは、前記第２直径Ｘ３を有するレンズ部１６５の外縁領域が、前記リセス１１１の側面１１６で反射される光と、前記リセス１１１の側面１１６を超えた光の経路との間の領域に配置される。
【００４５】
前記レンズ部１６５の下部面積(入射部除外)は、前記リセス１１１の上面面積より小さい。前記光学レンズ１６０は、前記第１、２直径Ｘ４、Ｘ３の差Ｇ１によって、前記レンズ部１６５に入射して出射する光と前記入射部１６１の外側に入射した反射光を利用して狭角用指向角分布を有することができる。例えば、前記レンズ部１６５及び入射部１６１は、入射する光を利用して１５度以下の指向角分布で提供することができる。前記光学レンズ１６０は、前記発光ダイオード１３３の指向角に対して１０％〜１４％範囲の指向角を有する光を出射することができる。前記光学モジュール１００は、図９のように、１５度以下の光指向角分布を提供することができる。このような指向角分布を有する光学モジュールは、特定領域に集光する装置、例えば露光装置等に適用される。また、光学モジュールで、リセス１１１の下の発光ダイオード１３３の個数を減らすことができる。
【００４６】
図５を参照すると、前記発光ダイオード１３３の底の中心Ｐｃと前記光学レンズ１６０のレンズ部１６５の頂点Ｐ１は光軸Ｚ０の上に整列する。前記発光ダイオード１３３の底の中心Ｐｃは、回路基板１３１の上面中心である。前記発光ダイオード１３３の底の中心Ｐｃと前記リセス１１１の側面１１６の上端Ｐ２を連結した直線は、光軸Ｚ０を基準に第２角度Ｅ２であり、前記発光ダイオード１３３の底の中心Ｐｃと前記光学レンズ１６０のレンズ部１６５の外縁底点Ｐ４を連結した直線は、光軸Ｚ０を基準に第１角度Ｅ１である。前記第２角度Ｅ２は第１角度Ｅ１より大きく配置され、前記第１、２角度Ｅ１、Ｅ２のの間の領域を通じて一部光を出射することができる。前記第１、２角度Ｅ１、Ｅ２の差は、７.３±０.７度の範囲を有することができる。前記第１角度Ｅ１は、３５度以下、例えば３１度〜３５度の範囲の角度で配置される。ここで、前記発光ダイオード１３３の底の中心Ｐｃまたは回路基板１３１の上面から前記光学レンズ１６０の入射面までの距離Ｄ１１は、前記リセス１１１の第１直径の半径Ｄ１２より大きく、前記第１直径の半径Ｄ１２は、前記光学レンズ１６０の厚さＨ１より大きい。ここで、前記第１直径の半径Ｄ１２と前記レンズ部１６５の半径Ｄ１３の比率は、１：０.８１〜１：０.９１の比率を有することができる。このような前記第１直径の半径Ｄ１２と前記レンズ部１６５の半径Ｄ１３の比率差によって、レンズ部１６５に入射した光と入射部１６１を通じて反射された光が透過するようにすることができる。本発明は、光学レンズ１６０の入射面のサイズ、レンズ部１６５の下部直径、リセス１１１の上部直径の比率差によって反射光と透過光の経路を制御することで、レンズ部１６５の表面に進行する光の分布が狭指向角を有することができる。
【００４７】
前記光学レンズ１６０の高点Ｐ１と前記レンズ部１６５の外縁底点Ｐ４を連結した直線は、光軸Ｚ０を基準に第３角度Ｅ３を有し、前記光学レンズ１６０の高点Ｐ１と前記リセス１１１の側面上端Ｐ２の間を連結した直線は、光軸Ｚ０を基準に第４角度Ｅ４で配置される。前記第３角度Ｅ３は第４角度Ｅ４より大きく、前記第３、４角度Ｅ３、Ｅ４の差は、２度以上、例えば２度〜４度の範囲を有することができ、このような差によって、レンズ部１６５に入射する光と入射しない光とに区分することができる。前記第３角度Ｅ３は、５０〜５２度の範囲を有することができる。前記第３、４角度Ｅ３、Ｅ４の比率は、１.０２：１以上、例えば１.０２：１〜１.２：１の範囲を有することができる。前記第３角度Ｅ３は、前記リセス１１１のサイズ及びレンズ部１６５の曲率半径に応じて可変できる。
【００４８】
前記光学レンズ１６０は、リセス１１１を通じてレンズ部１６５に入射した光を屈折させて、狭角、例えば１５度以下の指向角を有する光分布を提供することができる。光学レンズ１６０は、前記レンズ部１６５の外側入射部１６１を通じて透過した光も１５度以下で出射させることで、１５度以下の指向角で提供することができる。
【００４９】
図６を参照して光経路を基準に説明すると、発光ダイオード１３３から放出された光のうち、光軸Ｚ０に対して第１入射角Ｒ１、Ｒ２で前記光学レンズ１６０のレンズ部１６５に直接進行する光Ｌ１、Ｌ２は、前記レンズ部１６５によって屈折した後垂直な軸Ｚを基準に１５度以下の第１出射角Ｒ５、Ｒ６で出射することになる。前記第１入射角Ｒ１、Ｒ２は、発光ダイオード１３３の上面中心Ｐ０を基準に放出された光Ｌ１、Ｌ２と光軸Ｚ０との間の角度である。前記第１入射角Ｒ１、Ｒ２の最大角度は、前記発光ダイオード１３３から放出された光がレンズ部１６５の外縁底点Ｐ４、Ｐ５に入射する角度である。ここで、前記第１入射角Ｒ１、Ｒ２の最大角度は、光軸Ｚ０を基準に３５度以下の角度で出射する。前記第１入射角Ｒ１、Ｒ２が、例えば１０度〜３５度の区間である場合、前記第１出射角Ｒ５、Ｒ６と第１入射角Ｒ１、Ｒ２の比率Ｒ５／Ｒ１、Ｒ６／Ｒ２は、１.７以下の比率を有しレンズ部１６５に出射される。前記第１出射角Ｒ５、Ｒ６と第１入射角Ｒ１、Ｒ２の比率Ｒ５／Ｒ１、Ｒ６／Ｒ２が前記範囲を超える場合、１５度を越える指向角を有する問題がある。
【００５０】
前記発光ダイオード１３３から放出された光のうち、光軸Ｚ０を基準に第２入射角Ｒ３、Ｒ４で前記リセス１１１の側面１１６に進行する一部光Ｌ３、Ｌ４は、前記リセス１１１の側面１１６で反射して前記リセス１１１の側面上端Ｐ２、Ｐ３と前記レンズ部１６５の外縁地点Ｐ４の間を通じて出射される。このとき、前記第２入射角Ｒ３、Ｒ４は、光軸Ｚ０を基準に３５度を超えた角度で進行することになる。前記第２入射角Ｒ３、Ｒ４で放出された光Ｌ３、Ｌ４は、前記入射部１６１によって屈折されて第２出射角Ｒ７、Ｒ８で放出され、前記第２出射角Ｒ７、Ｒ８は、垂直な軸Ｚを基準に１５度以下で進行することになる。前記第２入射角Ｒ３、Ｒ４は、発光ダイオード１３３の上面中心Ｐ０を基準に放出された光Ｌ３、Ｌ４と光軸Ｚ０との間の角度である。ここで、前記光学レンズ１６０のレンズ部１６５の外側入射部１６１に出射した光Ｌ３、Ｌ４は、光軸Ｚ０を基準に３５度を超える第２入射角Ｒ３、Ｒ４を有し、垂直な軸Ｚを基準に１５度以下の第２出射角Ｒ７、Ｒ８を有することができる。前記第２入射角Ｒ３、Ｒ４で進行する光、例えば、光軸Ｚ０を基準に３６度〜６５度の区間の光Ｌ３、Ｌ４である場合、前記第２出射角Ｒ７、Ｒ８と第２入射角Ｒ３、Ｒ４の比率Ｒ７／Ｒ３、Ｒ８／Ｒ４は、０.３７５以下の比率を有することができる。前記第２出射角Ｒ７、Ｒ８と第２入射角Ｒ３、Ｒ４の比率Ｒ７／Ｒ３、Ｒ８／Ｒ４が前記範囲を超える場合、１５度を越える指向角を有する問題がある。
【００５１】
ここで、前記発光ダイオード１３３を通じて放出された光のうち指向角を超えた光、例えば、光軸Ｚ０を基準に６５度を超えた(例：指向角が１３０度である場合)光は、光の指向角分布を超えた光として、光分布に与える影響が微小である。
【００５２】
前記発光ダイオード１３３から出射した光のうち、光軸Ｚ０を基準に３５度以下の光Ｌ１、Ｌ２は、前記光学レンズ１６０のレンズ部１６５に進行し、前記３５度以上６０度以下の区間では、光学レンズ１６０の入射部１６１を通じて外部に出射される。このような光学モジュール１００は、発光モジュール１３０から前記レンズ部１６５に第１入射角Ｒ１、Ｒ２で直接入射する第１光Ｌ１、Ｌ２と第２入射角Ｒ３、Ｒ４を有し前記リセス１１１の側面１１６によって反射して入射部１６１に出射した光Ｌ３、Ｌ４を利用して、図９のような指向角分布を有する狭角用モジュールとして提供することができる。
【００５３】
図７は実施例に係る発光ダイオードの例を示した図面である。
【００５４】
図７を参照すると、発光ダイオードは、複数の半導体層１１、１２、１３を有する発光構造物１０、前記発光構造物１０の下に第１電極層２０、前記第１電極層２０の下に第２電極層５０、前記第１及び第２電極層２０、５０の間に絶縁層４１、及びパッド２５を含むことができる。
【００５５】
前記発光構造物１０は、第１半導体層１１、活性層１２、及び第２半導体層１３を含むことができる。前記活性層１２は、前記第１半導体層１１と前記第２半導体層１３の間に配置される。前記活性層１２は、前記第１半導体層１１の下に配置され、前記第２半導体層１３は、前記活性層１２の下に配置される。
【００５６】
例えば、前記第１半導体層１１は、第１導電型ドーパント、例えばｎ型ドーパントが添加されたｎ型半導体層を含み、前記第２半導体層１３は、第２導電型ドーパント、例えばｐ型ドーパントが添加されたｐ型半導体層を含むことができる。または、前記第１半導体層１１がｐ型半導体層で形成され、前記第２半導体層１３がｎ型半導体層で形成されてもよい。
【００５７】
前記発光構造物１０は、２族〜５族元素及び３族〜５族元素の化合物半導体から選択的に形成され、紫外線帯域から可視光線帯域の波長範囲内で所定のピーク波長を発光することができ、例えば、紫外線波長を発光することができる。前記発光構造物１０は、第１半導体層１１、第２半導体層１３、前記第１半導体層１１と前記第２半導体層１３の間に形成された活性層１２を含み、前記各層１１、１２、１３の上及び下の少なくともいずれか１つには他の半導体層がさらに配置されるが、これに限定されるものではない。
【００５８】
前記第１半導体層１１は、InxAlyGa1-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１の組成式を含む。前記第１半導体層１１は、３族〜５族元素の化合物半導体、例えば、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPから選択される。前記第１導電型ドーパントはｎ型ドーパントとして、Si、Ge、Sn、Se、Te等のようなドーパントを含む。
【００５９】
前記活性層１２は、第１半導体層１１の下に配置され、単一量子井戸、多重量子井戸(MQW)、量子線(quantum wire)構造または量子ドット(quantum dot)構造を選択的に含み、井戸層と障壁層の周期を含む。前記井戸層／障壁層の周期は、例えばInGaN／GaN、GaN／AlGaN、AlGaN／AlGaN、InGaN／AlGaN、InGaN／InGaN、AlGaAs／GaA、InGaAs／GaAs、InGaP／GaP、AlInGaP／InGaP、InP／GaAsのペアのうち少なくとも１つを含む。
【００６０】
前記第２半導体層１３は、活性層１２の下に配置される。前記第２半導体層１３は、第２導電型ドーパントがドーピングされた半導体、例えば、InxAlyGa1-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１の組成式を含む。前記第２半導体層１３は、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのような化合物半導体のうち少なくとも１つからなることができる。前記第２半導体層１１９がｐ型半導体層であり、ｐ型ドーパントとして、Mg、Zn、Ca、Sr、Baを含むことができる。
【００６１】
前記第１半導体層１１の上面は、ラフ(rough)な凹凸部１１Ａとして形成され、このような凹凸面１１Ａは、光抽出効率を改善することができる。前記凹凸面１１Ａの側断面は、多角形形状または半球形状を含むことができる。
【００６２】
前記第１電極層２０は、前記発光構造物１０と第２電極層５０の間に配置され、前記発光構造物１０の第２半導体層１３と電気的に連結され、前記第２電極層５０と電気的に絶縁される。前記第１電極層２０は、第１接触層１５、反射層１７及びキャッピング層１９を含み、前記第１接触層１５は、前記反射層１７と第２半導体層１３の間に配置され、前記反射層１７は、前記第１接触層１５と前記キャッピング層１９の間に配置される。前記第１接触層１５、反射層１７及びキャッピング層１９は、それぞれ異なる導電性物質から形成されるが、これに限定されるものではない。
【００６３】
前記第１接触層１５は、前記第２半導体層１３に接触し、例えば前記第２半導体層１３にオーミック接触を形成することができる。前記第１接触層１５は、例えば伝導性酸化膜、伝導性窒化物または金属から形成される。前記第１接触層１５は、例えばITO(Indium TiNOxide)、ITON(ITO Nitride)、IZO(Indium Zinc Oxide)、IZON(IZO Nitride)、AZO(Aluminum Zinc Oxide)、AGZO(Aluminum Gallium Zinc Oxide)、IZTO(Indium Zinc TiNOxide)、IAZO(Indium Aluminum Zinc Oxide)、IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)、IGTO(Indium Gallium TiNOxide)、ATO(Antimony TiNOxide)、GZO(Gallium Zinc Oxide)、IZON(IZO Nitride)、ZnO、IrOx、RuOx、NiO、Pt、Ag、Tiのうちの少なくとも１つから形成される。
【００６４】
前記反射層１７は、前記第１接触層１５とキャッピング層１９に電気的に連結される。前記反射層１７は、前記発光構造物１０から入射する光を反射させ、外部に抽出される光量を増加させる機能をすることができる。
【００６５】
前記反射層１７は、光反射率が７０％以上である金属から形成される。例えば、前記反射層１７は、Ag、Ni、Al、Rh、Pd、Ir、Ru、Mg、Zn、Pt、Cu、Au、Hfのうちの少なくとも１つを含む金属または合金から形成される。また、前記反射層１７は、前記金属または合金と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)等の透光性伝導性物質を利用して多層に形成される。
【００６６】
例えば、実施例で前記反射層１７は、Ag、Al、Ag-Pd-Cu合金またはAg-Cu合金のうち少なくともいずれか１つを含むことができる。例えば、前記反射層１７は、Ag層とNi層が交互に形成され、Ni／Ag／Ni、或はTi層、Pt層を含むことができる。別の例として、前記第１接触層１５は、前記反射層１７の下に形成され、少なくとも一部が前記反射層１７を通過して前記第２半導体層１３と接触することもできる。別の例として、前記反射層１７は、前記第１接触層１５の下に配置され、一部が前記第１接触層１５を通過して前記第２半導体層１３と接触することができる。
【００６７】
実施例に係る発光ダイオードは、前記反射層１７の下に配置されたキャッピング層(capping layer)１９を含むことができる。前記キャッピング層１９は、前記反射層１７の下面と接触し、接触部３４がパッド２５と結合されて、前記パッド２５から供給される電源を伝達する配線層として機能する。前記キャッピング層１９は、金属から形成され、例えばAu、Cu、Ni、Ti、Ti-W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも１つを含むことができる。
【００６８】
前記キャッピング層１９の接触部３４は、前記発光構造物１０と垂直方向にオーバーラップしない領域に配置され、前記パッド２５と垂直にオーバーラップする。前記キャッピング層１９の接触部３４は、前記第１接触層１５及び反射層１７と垂直方向にオーバーラップしない領域に配置される。前記キャッピング層１９の接触部３４は、前記発光構造物１０より低い位置に配置され、前記パッド２５と直接接触することができる。
【００６９】
前記パッド２５は単層または多層に形成され、単層はAuからなることができ、多層である場合Ti、Ag、Cu、Auのうち少なくとも２つを含むことができる。ここで、多層である場合、Ti／Ag／Cu／Auの積層構造またはTi／Cu／Auの積層構造を有することができる。前記反射層１７及び前記第１接触層１５の少なくとも１つがパッド２５と直接接触できるが、これに限定されるものではない。
【００７０】
前記パッド２５は、第１電極層２０の外側壁と前記発光構造物１０の間の領域に配置される。前記パッド２５の周りには、前記保護層３０及び投光層４５が接触することができる。
【００７１】
保護層３０は、前記発光構造物１０の下面に配置され、前記第２半導体層１３の下面及び前記第１接触層１５と接触することができ、前記反射層１７と接触することができる。
【００７２】
前記保護層３０のうち前記発光構造物１０と垂直方向にオーバーラップする内側部は、前記突出部１６の領域と垂直方向にオーバーラップするように配置される。前記保護層３０の外側部は、前記キャッピング層１９の接触部３４の上に延長され、前記接触部３４と垂直方向にオーバーラップするように配置される。前記保護層３０の外側部は、前記パッド２５と接触することができ、例えば前記パッド２５の周面に配置される。
【００７３】
前記保護層３０の内側部は、前記発光構造物１０と前記第１電極層２０の間に配置され、外側部は投光層４５と前記キャッピング層１９の接触部３４の間に配置される。前記保護層３０の外側部は、前記発光構造物１０の側壁より外側領域に延長され、湿気が浸透することを防止することができる。
【００７４】
前記保護層３０は、チャネル層または低屈折材質、アイソレーション層と定義することができる。前記保護層３０は、絶縁物質で具現することができ、例えば酸化物または窒化物で具現することができる。例えば、前記保護層３０は、SiO２、SixOy、Si３N４、SixNy、SiOxNy、Al２O３、TiO２、AlN等からなる群から少なくとも１つが選択されて形成される。前記保護層３０は、透明な材質から形成される。
【００７５】
実施例に係る発光ダイオードは、前記第１電極層２０と前記第２電極層５０を電気的に絶縁させる絶縁層４１を含むことができる。前記絶縁層４１は、前記第１電極層２０と前記第２電極層５０の間に配置される。前記絶縁層４１の上部は、前記保護層３０に接触することができる。前記絶縁層４１は、例えば酸化物または窒化物で具現することができる。例えば、前記絶縁層４１は、SiO２、SixOy、Si３N４、SixNy、SiOxNy、Al２O３、TiO２、AlN等からなる群から少なくとも１つが選択されて形成される。
【００７６】
前記絶縁層４１は、例えば１００nm〜２０００nmの厚さに形成される。前記絶縁層４１の厚さが１００nm未満に形成される場合、絶縁特性に問題が発生することがあり、前記絶縁層４１の厚さが２０００nm以上に形成される場合、後工程段階で割れが発生することがある。前記絶縁層４１は、前記第１電極層２０の下面と前記第２電極層５０の上面に接触し、前記保護層３０、キャッピング層１９、接触層１５、反射層１７のそれぞれの厚さよりは厚く形成される。
【００７７】
前記第２電極層５０は、前記絶縁層４１の下に配置された拡散防止層５２、前記拡散防止層５２の下に配置されたボンディング層５４及び前記ボンディング層５４の下に配置された伝導性支持部材５６を含むことができ、前記第１半導体層１１と電気的に連結される。また、前記第２電極層５０は、前記拡散防止層５２、前記ボンディング層５４、前記伝導性支持部材５６のうちの１つまたは２つを選択的に含み、前記拡散防止層５２または前記ボンディング層５４の少なくとも１つは形成しなくてもよい。
【００７８】
前記拡散防止層５２は、Cu、Ni、Ti、Ti-W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも１つを含むことができる。前記拡散防止層５２は、絶縁層４１とボンディング層５４の間で拡散障壁層として機能することもできる。前記拡散防止層５２は、ボンディング層５４及び伝導性支持部材５６と電気的に連結され、前記第１半導体層１１と電気的に連結される。
【００７９】
前記拡散防止層５２は、前記ボンディング層５４が提供される工程で、前記ボンディング層５４に含まれた物質が前記反射層１７の方向に拡散することを防止する機能をすることができる。前記拡散防止層５２は、前記ボンディング層５４に含まれた錫(Sn)等の物質が前記反射層１７に影響を及ぼすことを防止することができる。
【００８０】
前記ボンディング層５４は、バリア金属またはボンディング金属等を含み、例えば、Ti、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag、Nb、PdまたはTaの少なくとも１つを含むことができる。前記伝導性支持部材５６は、実施例に係る前記発光構造物１０を支持して放熱機能をすることができる。前記ボンディング層５４は、シード(seed)層を含むこともできる。
【００８１】
前記伝導性支持部材５６は、金属またはキャリア基板、例えば、Ti、Cr、Ni、Al、Pt、Au、W、Cu、Mo、Cu-Wまたは不純物が注入された半導体基板(例：Si、Ge、GaN、GaAs、ZnO、SiC、SiGe等)のうち少なくともいずれか１つから形成される。前記伝導性支持部材５６は、発光ダイオードを支持するための層として、その厚さは第２電極層５０の厚さの８０％以上であり、３０μｍ以上に形成される。
【００８２】
一方、第２接触層３３は、前記第１半導体層１１の内部に配置され、前記第１半導体層１１と接触する。前記第２接触層３３の上面は、前記第１半導体層１１の下面より上に配置され、第１半導体層１１と電気的に連結され、前記活性層１２及び第２半導体層１３と絶縁される。
【００８３】
前記第２接触層３３は、前記第２電極層５０に電気的に連結される。前記第２接触層３３は、前記第１電極層２０、前記活性層１２及び前記第２半導体層１５を貫通して配置される。前記第２接触層３３は、前記発光構造物１０内に配置されたリセス(recess)２に配置され、前記活性層１２及び第２半導体層１５と保護層３０によって絶縁される。前記第２接触層３３は、複数個が相互離隔して配置される。
【００８４】
前記第２接触層３３は、第２電極層５０の突起５１に連結され、前記突起５１は、前記拡散防止層５２から突出することができる。前記突起５１は、絶縁層４１及び保護層３０内に配置されたホール４１Ａを通じて貫通し、第１電極層２０と絶縁される。
【００８５】
前記第２接触層３３は、例えばCr、V、W、Ti、Zn、Ni、Cu、Al、Au、Moのうち少なくとも１つを含むことができる。前記突起５０１は、別の例として、前記拡散防止層５２及びボンディング層５４を構成する物質のうち少なくとも１つを含むことができるが、これに限定されるものではない。例えば、前記突起５１は、例えばTi、Au、Sn、Ni、Cr、Ga、In、Bi、Cu、Ag、Nb、PdまたはTaの少なくとも１つを含むことができる。
【００８６】
パッド２５は、前記第１電極層２０に電気的に連結され、前記発光構造物１０の側壁外側の領域に露出される。前記パッド２５は、１つまたは複数配置される。前記パッド２５は、例えばCu、Ni、Ti、Ti-W、Cr、W、Pt、V、Fe、Mo物質のうち少なくとも１つを含むことができる。
【００８７】
投光層４５は、前記発光構造物１０の表面を保護し、前記パッド９１と前記発光構造物１０の間を絶縁させることができ、前記保護層３０の周辺部と接触することができる。前記投光層４５は、前記発光構造物１０を構成する半導体層の物質より低い屈折率を有し、光抽出効率を改善することができる。前記投光層４５は、例えば酸化物または窒化物で具現することができる。例えば、前記投光層４５は、Si０２、SixOy、Si３N４、SixNy、SiOxNy、Al２O３、TiO２、AlN等からなる群から少なくとも１つが選択されて形成される。一方、前記投光層４５は、設計によって省略することもできる。実施例によれば、前記発光構造物１０は、前記第１電極層２０と前記第２電極層５０によって駆動される。
【００８８】
図８は実施例に係る発光ダイオードの別の例である。
【００８９】
図８を参照すると、発光ダイオードは基板３１１、第１半導体層３１２、発光構造物３１０、電極層３３１、絶縁層３３３、第１電極３３５及び第２電極３３７を含む。
【００９０】
前記基板３１１は、透光性、絶縁性または導電性基板を利用することができ、例えば、サファイア(Al２O３)、SiC、Si、GaAs、GaN、ZnO、Si、GaP、InP、Ge、Ga２O３の少なくとも１つを利用することができる。前記基板３１１のトップ面には複数の凸部(図示されない)が形成されて、光抽出効率を改善することができる。ここで、前記基板３１１は除去することができ、この場合、前記第１半導体層３１２または第１導電型半導体層３１３がトップ層に配置される。
【００９１】
前記基板３１１の下には第１半導体層３１２が配置される。前記第１半導体層３１２は、２族〜５族元素の化合物半導体を利用して形成される。前記第１半導体層３１２は、例えばGaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInP、GaPの少なくとも１つを含むことができる。前記第１半導体層３１２は、バッファ層及びアンドープ(undoped)半導体層の少なくとも１つから形成され、前記バッファ層は、前記基板と窒化物半導体層の間の格子定数の差を減らすことができ、前記アンドープ半導体層は、半導体の結晶品質を改善することができる。ここで、前記第１半導体層３１２は形成しなくてもよい。
【００９２】
前記第１半導体層３１２または前記基板３１１の下には発光構造物３１０が配置される。前記発光構造物３１０は、２族〜５族元素及び３族〜５族元素の化合物半導体から選択的に形成され、紫外線帯域から可視光線帯域の波長範囲内で所定のピーク波長を発光することができる。
【００９３】
前記発光構造物３１０は、第１導電型半導体層３１３、第２導電型半導体層３１５、前記第１導電型半導体層３１３と前記第２導電型半導体層３１５の間に活性層３１４を含む。前記第１、２導電型半導体層３１３、３１５は単層または多層構造に形成される。
【００９４】
前記第１導電型半導体層３１３は、第１導電型ドーパントがドーピングされた半導体、例えば、ｎ型半導体層で具現される。前記第１導電型半導体層３１３は、InxAlyGa1-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１の組成式を含む。前記第１導電型半導体層３１３は、３族〜５族元素の化合物半導体、例えば、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPから選択される。前記第１導電型ドーパントはｎ型ドーパントとして、Si、Ge、Sn、Se、Te等のようなドーパントを含む。
【００９５】
前記活性層３１４は第１導電型半導体層３１３の下に配置され、単一量子井戸、多重量子井戸(MQW)、量子線(quantum wire)構造または量子ドット(quantum dot)構造を選択的に含み、井戸層と障壁層の周期を含む。前記井戸層／障壁層の周期は、例えばInGaN／GaN、GaN／AlGaN、AlGaN／AlGaN、InGaN／AlGaN、InGaN／InGaN、AlGaAs／GaA、InGaAs／GaAs、InGaP／GaP、AlInGaP／InGaP、InP／GaAsのペアのうち少なくとも１つを含む。
【００９６】
前記第２導電型半導体層３１５は、前記活性層３１３の下に配置される。前記第２導電型半導体層３１５は、第２導電型ドーパントがドーピングされた半導体、例えば、InxAlyGa1-x-yN(０≦x≦１、０≦y≦１、０≦x+y≦１の組成式を含む。前記第２導電型半導体層３１５は、GaN、InN、AlN、InGaN、AlGaN、InAlGaN、AlInN、AlGaAs、GaP、GaAs、GaAsP、AlGaInPのような化合物半導体のうち少なくとも１つからなることができる。前記第２導電型半導体層３１５がｐ型半導体層であり、前記第１導電型ドーパントはｐ型ドーパントとして、Mg、Zn、Ca、Sr、Baを含むことができる。
【００９７】
前記発光構造物３１０は、別の例として、前記第１導電型半導体層３１３がｐ型半導体層、前記第２導電型半導体層３１５はｎ型半導体層で具現される。前記第２導電型半導体層３１５の下には、前記第２導電型と反対極性を有する第３導電型半導体層を形成することもできる。また、前記発光構造物３１０はn-p接合構造、p-n接合構造、n-p-n接合構造、p-n-p接合構造のうちいずれか１つの構造に具現することができる。
【００９８】
前記第２導電型半導体層３１５の下には電極層３３１が形成される。前記電極層３３１は反射層を含み、前記反射層は発光構造物３１０と接触したオーミック層をさらに含むことができる。前記反射層は、反射率が７０％以上である物質、例えばAl、Ag、Ru、Pd、Rh、Pt、Irの金属と前記の金属のうち２以上の合金から選択される。前記電極層３３１は、単層または多層構造を含み、例えば、透光性電極層／反射層の積層構造を含むことができる。前記第２導電型半導体層３１５及び前記電極層３３１の少なくとも１つの表面にはラフネスのような光抽出構造が形成され、このような光抽出構造は、入射する光の臨界角を変化させて、光抽出効率を改善することができる。前記電極層３３１によって反射された光は基板３１１を通じて放出される。
【００９９】
前記第１導電型半導体層３１３の一部領域の下には第１電極３３５が配置され、前記電極層３３１の一部の下には第２電極３３７が配置される。
【０１００】
前記第１電極３３５は、前記第１導電型半導体層３１５と電気的に連結され、前記第２電極３３７は、前記電極層３３１を通じて前記第２導電型半導体層３１５と電気的に連結される。前記第１電極３３５及び第２電極３３７は、Cr、Ti、Co、Ni、V、Hf、Ag、Al、Ru、Rh、Pt、Pd、Ta、Mo、Wの少なくとも１つまたは合金から形成される。前記第１電極３３５と前記第２電極３３７は、同じ積層構造または異なる積層構造に形成され、単層または多層構造を有することができる。
【０１０１】
前記絶縁層３３３は、前記電極層３３１の下に配置され、前記第２導電型半導体層３１５の下面、前記第２導電型半導体層３１５及び前記活性層３１４の側面、前記第１導電型半導体層３１３の一部領域に配置される。前記絶縁層３３３は、前記発光構造物３１０の下部領域のうち前記電極層３３１、第１電極３３５及び第２電極３３７を除いた領域に形成され、前記発光構造物３１０の下部を電気的に保護することになる。前記絶縁層３３３は、Al、Cr、Si、Ti、Zn、Zrの少なくとも１つを有する酸化物、窒化物、フッ化物及び硫化物のうち少なくとも１つから形成された絶縁物質または絶縁性樹脂を含む。前記絶縁層３３３は、例えばSiO２、Si３N４、Al２O３、TiO２から選択的に形成される。前記絶縁層３３３は、発光構造物３１０の下にフリップボンディングのための金属構造物を形成するとき、前記発光構造物３１０の層間ショートを防止するために形成される。
【０１０２】
実施例は、発光ダイオードの上に蛍光体層(図示されない)が配置され、前記蛍光体層は発光ダイオードの上面に配置されるか、上面／側面に配置される。前記蛍光体層は、前記発光ダイオードから放出された光の波長変換効率を改善することができる。前記蛍光体層は、赤色蛍光体、緑色蛍光体、青色蛍光体、黄色蛍光体の少なくとも１つを含むことができるが、これに限定されるものではない。前記蛍光体は、例えばYAG、TAG、Silicate、Nitride、Oxy-nitride系物質から選択的に形成される。
【０１０３】
実施例に係る光学モジュールは、１つのユニットとして提供されてもよく、複数の光学モジュールが配列される形態で提供されてもよい。実施例に係る光学モジュールは、露光機または硬化機のUVランプに適用することができる。
【０１０４】
以上の実施例で説明された特徴、構造、効果等は少なくとも１つの実施例に含まれ、必ず１つの実施例のみに限定されるものではない。さらに、各実施例で例示された特徴、構造、効果等は、実施例が属する分野で通常の知識を有する者によって別の実施例に組合せまたは変形して実施可能である。従って、そのような組合せと変形に係る内容は、実施例の範囲に含まれると解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、紫外線光学モジュールを提供することができる。
【０１０６】
本発明は、狭指向角を有する紫外線光学モジュールを提供して、産業用、工業用のランプに適用することができる。
【０１０７】
本発明は、狭指向角を有する紫外線モジュールとして露光機または硬化機のランプに適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年9月25日(2018.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面、前記上面の反対側に下面、前記本体の上面から下面に向かって凹んだリセスを含む本体と、
前記本体のリセスの下に発光ダイオードを有する発光モジュールと、
前記本体の上に入射面を有する入射部と、前記入射部から凸状に突出した曲面を有するレンズ部を含む光学レンズと、を含み、
前記入射部は、前記本体の上面及び前記リセスの上に配置され、
前記入射部は、前記本体の上面と垂直方向に重なった第１領域と、前記レンズ部の外側周りに沿って前記リセスの上部と垂直方向に重なった第２領域を含み、
前記第２領域は、前記第１領域と前記レンズ部と垂直方向にオーバーラップされた領域との間に配置され、
前記レンズ部は、前記リセスと垂直方向に重なり、
前記リセスの上部は、最大第１直径を有し、
前記レンズ部の下部は、最大第２直径を有し、
前記第２直径は、前記第１直径より小さく、
前記リセスの下部は、前記第２直径より小さい第３直径を有し、
前記本体は、前記リセスの下部と前記本体の底面が垂直に貫通する収納部と、前記リセスの周りに曲率を有する凹んだ側面を含み、
前記収納部の側壁は、前記リセスの側面から前記リセスの底部に延長された段差構造を有し、
前記収納部の幅は、前記第３直径と同一であり、
前記発光モジュールは、前記収納部内に配置され、
前記発光ダイオードの上面は、前記リセスの側面の下端を連結した水平な直線より低く配置され、
前記リセスの深さは、前記収納部の高さより大きい、光学モジュール。
【請求項２】
前記発光モジュールは、前記収納部の底に配置された回路基板を含み、
前記発光ダイオードは、前記回路基板の上に配置されて前記回路基板と電気的に連結され、
前記回路基板の幅は、前記収納部の幅より小さい、請求項１に記載の光学モジュール。
【請求項３】
前記レンズ部は、非球面形状を含み、
前記入射部において、前記第２領域の下面面積は、前記第１領域の下面面積より小さい、請求項１または２に記載の光学モジュール。
【請求項４】
前記光学レンズの高さは、前記リセスの深さより小さく、
前記第１直径と前記第２直径の比率は、１：０.８１〜１：０.９１の範囲を有し、
前記光学レンズの入射部は、フラットな入射面を有し、
前記光学レンズから出射した光の指向角は、１５度以下である、請求項３に記載の光学モジュール。
【請求項５】
前記収納部の底部の中心と前記レンズ部の中心は光軸上に整列し、
前記発光ダイオードから放出された第１光は、前記光軸を基準に第１入射角で前記レンズ部に直接入射して、前記レンズ部を通じて第１出射角で出射し、
前記発光ダイオードから放出された第２光は、光軸を基準に第２入射角で前記リセスの側面で反射され、前記レンズ部の外側に配置された前記入射部を通じて第２出射角で出射し、
前記第１入射角は、光軸を基準に３５度以下であり、
前記第２入射角は、光軸を基準に３５度以上であり、
前記第１、２出射角は、光軸または垂直な軸を基準に１５度以下である、請求項１から４のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項６】
前記発光ダイオードから放出された第１光は、光軸を基準に第１入射角で前記レンズ部を通じて直接入射して、前記レンズ部を通じて第１出射角で出射し、
前記発光ダイオードから放出された第２光は、光軸を基準に第２入射角で前記リセスの側面で反射され、前記レンズ部の外側に配置された前記入射部を通じて第２出射角で出射し、
前記第１入射角と前記第１出射角の比率は、１.７以下であり、
前記第２入射角と前記第２出射角の比率は、０.３７５以下である、請求項１から４のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項７】
前記本体は、セラミック材質またはアルミニウム材質を含み、
前記リセスは、上方から見た形状が円形状を有し、
前記リセスの直径は、前記発光ダイオードに隣接するほど漸減する、請求項１から６のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項８】
前記リセスの曲面は、曲率半径が１.５mm以下であり、
前記入射部の下面は、平坦な水平面を含み、
前記入射部の下面面積は、前記リセスの上面面積より大きい、請求項１から６のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項９】
前記発光ダイオードは、紫外線波長の光を発光する、請求項１から７のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項１０】
前記発光ダイオードは、紫外線波長の光を発光し、
前記回路基板の下面は、前記本体の下面と同一水平面に配置され、
前記回路基板は、セラミック材質を含む、請求項２から６のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項１１】
前記第２直径は、前記第１直径より小さく、前記第１直径の８０％以上である、請求項１から１０のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項１２】
上面、前記上面の反対側に下面、前記本体の上面から下面に向かって凹んだリセスを含む本体と、
前記収納部の底部に回路基板及び前記回路基板の上に発光ダイオードを有する発光モジュールと、
前記本体の上に入射面を有する入射部と、前記入射部から凸状に突出した曲面を有するレンズ部を含む光学レンズと、を含み、
前記入射部は、前記本体の上面及び前記リセスの上に配置され、
前記レンズ部は、前記リセスと垂直方向に重なり、
前記リセスの上部は、最大第１直径を有し、
前記レンズ部の下部は、最大第２直径を有し、
前記第２直径は、前記第１直径より小さく、
前記リセスの下部は、前記第２直径より小さい第３直径を有し、
前記収納部の幅は、前記第３直径と同一であり、
前記収納部は、前記リセスの下部と前記本体の底面が垂直に貫通し、
前記リセスは、周りに曲率を有する凹んだ側面を含み、
前記収納部の側壁は、前記リセスの側面の下端から前記本体の底部に向かって垂直に延長され、
前記発光モジュールは、前記収納部内に配置され、
前記発光ダイオードの上面は、前記リセスの側面の下端を連結した水平な直線より低く配置され、
前記リセスの深さは、前記収納部の高さより大きく、
前記収納部の高さは、前記発光モジュールの厚さより大きい、光学モジュール。
【請求項１３】
前記入射部は、前記本体の上面と垂直方向に重なった第１領域と、前記レンズ部の外側周りに沿って前記リセスの上部と垂直方向に重なった第２領域を含み、
前記第２領域は、前記第１領域と前記レンズ部と垂直方向にオーバーラップされた領域との間に配置され、
前記第２直径は、前記第１直径より小さく、前記第１直径の８０％以上である、請求項１２に記載の光学モジュール。
【請求項１４】
前記発光ダイオードは、１００nm〜４００nmの範囲の波長を発光し、
前記リセスの直径は、前記発光ダイオードに隣接するほど小さくなり、
前記本体は、セラミック材質またはアルミニウム材質を含む、請求項１３に記載の光学モジュール。
【請求項１５】
前記回路基板は、前記発光ダイオードと電気的に連結され、
前記発光ダイオードは、前記収納部の側壁との間隔が０.５mm未満である、請求項１２から１４のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項１６】
前記リセスの深さは、前記光学レンズの高さより大きく、
前記光学レンズは、前記本体の厚さより小さい厚さを有し、
前記入射部の厚さは、前記光学レンズの厚さの３０％以下である、請求項１３から１５のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項１７】
前記第２直径は、６mm未満であり、
前記第１直径と前記第２直径の比率は１：０.８１〜１：０.９１の範囲を有する、請求項１３から１６のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項１８】
前記リセスの下部の直径は、第３直径であり、
前記リセスの高さの１／２地点での直径は、第４直径であり、
前記第３直径は、前記第１直径よりは小さく、前記第３直径よりは大きく、
前記第４直径は、前記第２直径よりは小さい、請求項１３から１７のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項１９】
前記発光ダイオードの底部の中心と前記光学レンズのレンズ部の頂点は光軸上に整列し、
前記発光ダイオードの底部の中心と前記リセスの側面の上端を連結した直線は、前記光軸を基準に第１角度で配置され、
前記発光ダイオードの底部の中心と前記光学レンズのレンズ部の外縁の底点を連結した直線は、前記光軸を基準に第２角度で配置され、
前記第２角度は、前記第１角度より大きく配置され、
前記第１及び第２角度の差は７.３±０.７度の範囲である、請求項１３から１７のいずれかに記載の光学モジュール。
【請求項２０】
前記第１角度は、３５度以下であり、
前記光学レンズの高点と前記レンズ部の外縁の底点を連結した直線は、前記光軸を基準に第３角度で配置され、
前記光学レンズの高点と前記リセスの側面の上端の間を連結した直線は、前記光軸を基準に第４角度で配置され、
前記第３角度は、前記第４角度より大きく、
前記第３と前記第４角度の差は２度〜４度の範囲であり、
前記第１直径の半径と前記レンズ部の半径の比率は１：０.８１〜１：０.９１の範囲である、請求項１７に記載の光学モジュール。
【国際調査報告】
2019511127.tif 000012
2019511127.tif 000013
2019511127.tif 000014
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