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KR20170066257A - 파장 변환 물질 및 이의 응용 - Google Patents

파장 변환 물질 및 이의 응용 Download PDF

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KR20170066257A
KR20170066257A KR1020160162205A KR20160162205A KR20170066257A KR 20170066257 A KR20170066257 A KR 20170066257A KR 1020160162205 A KR1020160162205 A KR 1020160162205A KR 20160162205 A KR20160162205 A KR 20160162205A KR 20170066257 A KR20170066257 A KR 20170066257A
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KR
South Korea
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light emitting
quantum dot
inorganic perovskite
perovskite quantum
emitting diode
Prior art date
Application number
KR1020160162205A
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English (en)
Inventor
린 신-잉
왕 헝-치아
탕 안-시
리우 루-시
짜이 총-리앙
리 유-춘
첸 칭-이
통 헝-천
Original Assignee
렉스타 일렉트로닉스 코포레이션
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Publication date
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Abstract

파장 변환 물질 및 이의 응용이 제공된다. 상기 파장 변환 물질은 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식을 가지며, 상기 식에서,
Figure pat00083
인 전(全)-무기 페로브스카이트 양자점을 포함한다.

Description

파장 변환 물질 및 이의 응용{WAVELENGTH-CONVERTING MATERIAL AND APPLICATION THEREOF}
본 발명은 일반적으로 파장 변환 물질 및 이의 응용에 관한 것이며, 상세하게는 전(全)-무기 페로브스카이트 양자점을 포함하는 파장 변환 물질 및 이의 응용에 관한 것이다.
현재, 일반적인 발광 물질은 보통 인광체 분말(phosphor powder) 및 양자점(quantum dot)을 사용한다. 그러나, 인광체 분말 시장은 포화 상태에 거의 가깝다. 인광체 분말의 방출 스펙트럼(emission spectrum)의 반치전폭(full width at half maximum, FWHM)은 대개 넓고, 극적으로 개선하기 어렵다. 이는 장치를 위한 응용의 기술적 한계를 초래한다. 따라서, 연구 동향은 양자점 분야로 향한다.
나노 물질은 1 내지 100nm의 입자 크기를 가지며, 크기에 따라 더 분류될 수 있다. 반도체 나노 결정(nano crystal, NCs)을 양자점이라고 하며, 이것의 입자 크기는 영 차원(zero dimension)의 나노 물질로 분류된다. 상기 나노 물질은 발광 다이오드(light emitting diode), 태양 전지(solar cell), 바이오마커(biomarker) 등의 응용에 널리 사용된다. 이것의 광학적, 전기적 및 자기적 특성의 독특한 물성은 상기 나노 물질을 새롭게 개발되는 산업을 위한 연구 대상이 되게 한다.
양자점은 좁은 FWHM을 가지는 방출 특성을 가진다. 따라서, 양자점은 종래 인광체 분말의 불충분한 넓은 색 영역(color gamut)의 문제를 해결하기 위해 발광 다이오드 장치에 적용될 수 있으며, 특히 주목을 받고 있다.
본 개시는 파장 변환 물질 및 이의 응용에 관한 것이다.
본 개시의 일 개념에 따르면, 발광 장치(light emitting device)가 제공된다. 상기 발광 장치는 발광 다이오드 칩(light emitting diode chip) 및 파장 변환 물질(wavelength-converting material)을 포함한다. 상기 파장 변환 물질은 상기 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 제1 광에 의해 여기될 수 있으며 상기 제1광의 파장과 상이한 파장을 가지는 제2 광을 방출한다. 상기 파장 변환 물질은 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤a≤1이고 0≤b≤1)을 가지는 전(全)-무기 페로브스카이트 양자점(all-inorganic perovskite quantum dot)을 포함한다.
본 개시의 다른 일 개념에 따르면, 파장 변환 물질이 제공된다. 상기 파장 변환 물질은 상이한 특성을 가지고 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤a≤1이고 0≤b≤1)을 가지는 적어도 2 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함한다.
본 발명의 상기 및 상이한 양태는 바람직한 그러나 비제한적인 실시예(들)의 하기의 상세한 설명과 관련하여 더 잘 이해될 것이다. 하기 설명은 첨부된 도면을 참조하여 이루어진다.
도 1은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 7은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 8은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 12는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 13은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 14는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 15는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 16은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 17은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체를 도시한다.
도 18은 일 실시예에 따른 사이드형 백라이트 모듈을 도시한다.
도 19는 일 실시예에 따른 직하형 백라이트 모듈을 도시한다.
도 20은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체의 입체도를 도시한다.
도 21은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체의 투시도를 도시한다.
도 22는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체의 입체도를 도시한다.
도 23 내지 도 26은 일 실시예에 따른 발광 장치의 제조 방법을 도시한다.
도 27은 일 실시예에 따른 플러그인 발광 유니트를 도시한다.
도 28은 일 실시예에 따른 플러그인 발광 유니트를 도시한다.
도 29는 일 실시예에 따른 플러그인 발광 유니트를 도시한다.
도 30은 일 실시예에 따른 발광 장치를 도시한다.
도 31은 일 실시예에 따른 일 화소에 대응하는 발광 장치의 일부의 입체도를 도시한다.
도 32는 일 실시예에 따른 일 화소에 대응하는 발광 장치의 일부의 단면도를 도시한다.
도 33은 실시예들에 따른 전-무기 페로브스카이트 양자점의 엑스-레이 회절 패턴들을 나타낸다.
도 34는 실시예들에 따른 전-무기 페로브스카이트 양자점의 광루미네선스(PL) 스펙트럼을 나타낸다.
도 35는 실시예들에 따른 CIE 다이어그램에서의 전-무기 페로브스카이트 양자점들의 위치를 나타낸다.
도 36은 실시예들에 따른 전-무기 페로브스카이트 양자점들의 엑스-레이 회절 패턴들을 나타낸다.
도 37은 실시예들에 따른 전-무기 페로브스카이트 양자점들의 PL 스펙트럼을 나타낸다.
도 38은 실시예들에 따른 CIE 다이어그램에서의 전-무기 페로브스카이트 양자점들의 위치를 나타낸다.
도 39는 실시예들에 따른 전-무기 페로브스카이트 양자점들의 PL 스펙트럼을 나타낸다.
도 40은 일 실시예에 따른 황색 인광체 분말과 함께 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점을 갖는 청색 발광 다이오드 칩을 포함하는 발광 다이오드 패키지 구조체의 PL 스펙트럼을 나타낸다.
도 41은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체의 CIE 다이어그램에서의 색 영역을 나타낸다.
도 42는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩에 의해 여기된 CsPbBr3 및 CsPbI3의 전-무기 페로브스카이트 양자점의 PL 스펙트럼이다.
도 43은 발광 다이오드 칩에 의해 여기된 CsPbBr3 및 CsPbI3의 전-무기 페로브스카이트 양자점의 CIE 다이어그램에서의 색 영역을 나타낸다.
본 개시의 실시예는 파장 변환 물질 및 이의 응용에 관한 것이다. 상기 파장 변환 물질은 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식을 가지는 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함한다. 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점으로부터 방출된 광의 파장은 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점의 조성 및/또는 크기에 따라 조절될 수 있으므로, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 폭넓은 응용에 적합하다. 또한, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 좁은 반치전폭(full width at half maximum, FWHM)을 가지는 방출 스펙트럼(emission spectrum) 및 양호한 색 순도(pure quality of color)를 나타낼 수 있다. 따라서, 연색성(color rendering), 색의 정확성(accuracy), 색 영역(color gamut) 등과 같은 방출 효과를 향상시키기 위해, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 광원(light source)와 같은 발광 장치 또는 디스플레이 장치 등의 용도에 적용될 수 있다.
도면들은 반드시 일정 비율로 그려지는 것은 아니며, 구체적으로 도시되지 않은 본 개시의 다른 실시예가 있을 수 있다. 따라서, 본 명세서 및 도면들은 제한적인 의미라기 보다는 예시적인 의미로 간주되어야 한다. 또한, 상세한 구성, 제조 단계 및 재료 선택과 같은 본 개시의 실시예들에서 개시된 설명들은 단지 설명을 위한 것이며, 본 개시의 보호 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 실시예들의 세부 단계들 및 요소들은 현실적인 응용의 실제 요구에 따라 변형되거나 변경될 수 있다. 본 개시는 실시예들의 설명에 제한되지 않는다. 도면은 동일하거나 유사한 요소들을 설명하기 위해 동일하거나 유사한 부호들을 사용한다.
실시예들에 있어서, 상기 발광 장치는 발광 다이오드 칩 및 상기 파장 변환 물질을 포함한다. 상기 파장 변환 물질은 상기 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 제1 광에 의해 여기될 수 있으며 상기 제1 광과 상이한 파장을 가지는 제2 광을 방출할 수 있다.
실시예들에 있어서, 상기 파장 변환 물질은 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤a≤1이고 0≤b≤1)을 가지는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함한다. 실시예들에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 양호한 양자 효율(quantum efficiency)을 가지고, 좁은 반치전폭(FWHM)을 가지는 방출 스펙트럼 및 양호한 색 순도를 나타내며, 상기 발광 장치에 적용됨에 따라 발광 효과를 향상시킬 수 있다.
상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 조성 및/또는 크기가 조절될 수 있어, 밴드 갭(band gap)을 조정하여 방출광의 색(상기 제2 광의 파장)을 예를 들면, 청색, 녹색, 적색의 색영역(color gamut)으로 적용 분야에 따라 유연하게 변화시킬 수 있다.
상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 나노미터 크기를 가진다. 예를 들어, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 1 내지 100nm 범위, 예를 들면 약 1 내지 20nm 범위의 입자 지름을 가진다.
예를 들면, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(ClaBr1-a)3의 화학식(식 중, 0<a≤1)을 가진다. 대안적으로, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤b≤1)을 가진다.
실시예들에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 청색 양자점(청색 전-무기 페로브스카이트 양자점)일 수 있다. 예를 들어, CsPb(ClaBr1-a)3의 화학식을 가지는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점의 일 예에 있어서, 0<a≤1을 만족하거나/만족하고, 약 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 가질 때 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 청색 양자점이다. 일 실시예에 있어서, 상기 여기된 청색 양자점으로부터 방출된 상기 (제2) 광은 약 400 내지 500nm 위치의 파장 피크를 가지거나/가지고, 약 10 내지 30nm의 반치전폭(FWHM)을 가진다.
실시예들에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 적색 양자점(적색 전-무기 페로브스카이트 양자점)일 수 있다. 예를 들어, CsPb(Br1-bIb)3의 화학식을 가지는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점의 일 예에 있어서, 0.5≤b≤1을 만족하거나/만족하고, 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가질 때 적색 양자점이다. 일 실시예에 있어서, 상기 여기된 적색 양자점으로부터 방출된 상기 (제2) 광은 약 570 내지 700nm 위치의 파장 피크를 가지거나/가지고, 약 20 내지 60nm의 FWHM을 가진다.
실시예들에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 녹색 양자점(녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점)일 수 있다. 예를 들어, CsPb(Br1-bIb)3의 화학식을 가지는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점의 일 예에 있어서, 0≤b<0.5에 만족하거나/만족하고, 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가질 때 녹색 양자점이다. 일 실시예에 있어서, 상기 여기된 녹색 양자점으로부터 방출된 상기 (제2) 광은 약 500 내지 570nm 위치의 파장 피크를 가지거나/가지고 약 15 내지 40nm의 FWHM을 가진다.
실시예들에 있어서, 상기 발광 장치에 사용되는 상기 파장 변환 물질(또는 파장 변환층)은 1 종의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점에 제한되지 않는다. 즉, 상이한 특성을 가지는 1 종 이상(예를 들면, 2 종, 3 종, 4 종 또는 그 이상의 종류)의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점이 사용될 수 있다. 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점의 특성은 화학식 및/또는 크기에 따라 조절될 수 있다.
예를 들면, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 서로 상이한 특성을 가지며 함께 혼합되는 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 제3 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 제4 전-무기 페로브스카이트 양자점 등을 더 포함할 수 있으며, 각각은 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점, 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점과 상이한 특성을 가지고, 함께 혼합될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 상이한 입자 지름을 가질 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점의 입자 지름과 상이한 입자 지름을 가지는 상기 제3 전-무기 페로브스카이트 양자점, 상기 제4 전-무기 페로브스카이트 양자점 등을 더 포함할 수 있다.
몇몇의 실시예에 있어서, 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 모두 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤a≤1이고 0≤b≤1)을 가진다. 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 상이한 a 및/또는 상이한 b 를 가진다. 이러한 개념은 3 종, 4 종 또는 그 이상의 종류의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점을 사용하는 예들에도 적용될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식(식 중, 0.5≤b≤1)을 가지는 적색 (전-무기 페로브스카이트) 양자점, CsPb(Br1-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤b<0.5)을 가지는 녹색 (전-무기 페로브스카이트) 양자점 및 CsPb(ClaBr1-a)3의 화학식(식 중, 0<a≤1)을 가지는 청색 (전-무기 페로브스카이트) 양자점으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 선택적으로, 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 갖는 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점, 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 갖는 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 약 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 가지는 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 조명 램프 또는 스마트폰, 텔레비전 스크린 등의 디스플레이 스크린을 위한 디스플레이의 발광 모듈(예를 들면 프론트라이트 모듈(front light module), 백라이트 모듈(back light module)), 디스플레이 패널의 화소(pixel) 또는 서브 화소(sub pixel)과 같은 발광 장치의 다양한 응용에 사용될 수 있다. 또한, 다른 조성들을 가진(즉, 방출 파장(emission wavelength)이 더 상이한) 다양한 종류의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점이 사용되면, 상기 발광 장치는 넓은 방출 스펙트럼(emission spectrum), 심지어 요구에 따른 풀 스펙트럼(full spectrum)을 달성할 수 있다. 따라서, 본 개시에 따른 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점을 디스플레이 장치에 사용하는 것은 색 영역(color gamut), 색 순도(color purity), 색 정확성(color trueness), NTSC 등을 향상시킬 수 있다.
예를 들면, 몇몇의 실시예들에 있어서, 상기 발광 장치는 90% 이상의 NTSC를 가질 수 있도록, 적어도 2 종의 상이한 특성의 화학식 CsPb(Br1-bIb)3을 가지는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함할 수 있다. 몇몇의 실시예들에 있어서, 상기 발광 장치는 적어도 75의 일반 연색 지수(general color rendering index, Ra)를 나타낼 수 있도록, 적어도 4 종의 상이한 특성의 화학식 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식을 가지는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 발광 장치는 발광 다이오드 패키지 구조체에 적용될 수 있다. 백색 발광 다이오드 패키지 구조체의 일 예로, 상기 파장 변환 물질은 상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되는 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함할 수 있거나; 상기 파장 변환 물질은 상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되는 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 황색 인광체 분말을 포함할 수 있거나; 상기 파장 변환 물질은 상기 청색 발광 다이오드에 의해 여기되는 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 적색 인광체 분말을 포함할 수 있거나; 상기 파장 변환 물질은 UV 발광 다이오드에 의해 여기되는 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함할 수 있다.
상기 파장 변환 물질(또는 상기 파장 변환층)은 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점과 함께 사용되는 무기 인광 물질(phosphor material) 및/또는 유기 인광 물질을 포함하는 다른 종류들의 인광 물질을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 무기 인광 물질/상기 유기 인광 물질은 상기 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 전-무기 페로브스카이트 양자점과 구별되는 양자점 구조 및/또는 비-양자점 구조의 인광 물질을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상기 무기 인광 물질은 알루미네이트(aluminate) 인광체 분말(예를 들면, LuYAG, GaTAG, YAG 등), 실리케이트(silicate) 인광체 분말, 설파이드(sulfide) 인광체 분말, 나이트라이드(nitride) 인광체 분말, 플루오라이드(fluoride) 인광체 분말 등을 포함할 수 있다. 상기 유기 인광 물질은 단분자 구조, 다분자 구조, 올리고머 또는 중합체를 포함할 수 있다. 상기 유기 인광 물질의 화합물은 페릴렌(perylene)계, 벤즈이미다졸(benzimidazole)계, 나프탈렌(naphthalene)계, 안트라센(anthracene)계, 페난트렌(phenanthrene)계, 플루오렌(fluorene)계, 9-플루오렌온(9-fluorenone)계, 카바졸(carbazole)계, 글루타르이미드(glutarimide)계, 1,3-디페닐벤젠(1,3-diphenylbenzene)계, 벤조피렌(benzopyrene)계, 피렌(pyrene)계, 피리딘(pyridine)계, 싸이오펜(thiophene)계 2,3-디하이드로-1H-벤조[de]이소퀴놀린-1,3-디온(2,3-dihydro-1H-benzo[de]isoquonoline-1,3-dione)계, 벤즈이미다졸(benzimidazole)계 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, YAG:Ce와 같은 황색 인광 물질 및/또는 옥시나이트라이드(oxynitride), 실리케이트(silicate) 또는 나이트라이드(nitride)를 포함하는 무기 황색 인광체 분말 및/또는 유기 황색 인광체 분말. 예를 들면, 상기 적색 인광체 분말은 A2[MF6]:Mn4 +를 포함하는 플루오라이드를 포함할 수 있으며, 상기 A는 Li, Na, K, Rb, Cs, NH4 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되며, 상기 M은 Ge, Si, Sn, Ti, Zr 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다. 선택적으로, 상기 적색 인광체 분말은 (Sr, Ca)S:Eu, (Ca, Sr)2Si5N8:Eu, CaAlSiN3:Eu, (Sr, Ba)3SiO5:Eu를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(102)을 도시한다. 발광 다이오드 칩(102)은 기판(104), 에피택셜 구조체(epitaxial structure)(106), 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)을 포함한다. 에피택셜 구조체(106)는 기판(104)으로부터 순서대로 적층된 제1 형 반도체층(108), 활성층(110) 및 제2 형 반도체층(112)을 포함한다. 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)은 제1 형 반도체층(108) 및 제2 형 반도체층(112)에 각각 연결된다. 기판(104)는 절연 물질(예를 들면, 사파이어 물질) 또는 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 형 반도체층(108) 및 제2 형 반도체층(112)은 반대되는 전도성 타입을 가진다. 예를 들면, 제1 형 반도체층(108)은 N-형 반도체층을 구비하는 반면, 제2 형 반도체층(112)은 P-형 반도체층을 구비하며, 제1 전극(114)은 N 전극이고, 제2 전극(116)은 P 전극이다. 예를 들면, 제1 형 반도체층(108)은 P-형 반도체층인 반면, 제2 형 반도체층(112)은 N-형 반도체층이며, 제1 전극(114)는 P 전극이고, 제2 전극(116)은 N 전극이다. 발광 다이오드 칩(102)는 페이스업(face-up) 방식 또는 플립칩(flip-chip) 방식으로 배치될 수 있다. 상기 플립칩 방식에 관한 일 예로, 발광 다이오드 칩(102)은 거꾸로(upside down) 배치되어 제1 전극(114) 및 제2 전극(116)이 회로 기판과 같은 베이스 기판과 마주하며, 땜납(solder)을 통해 접촉 패드(contact pad)에 결합된다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 발광 다이오드 칩(202)을 도시한다. 발광 다이오드 칩(202)는 수직형 발광 다이오드 칩이다. 발광 다이오드 칩(202)는 기판(204) 및 에피택셜 구조체(106)를 포함한다. 에피택셜 구조체(106)는 기판(204)으로부터 순서대로 적층된 제1 형 반도체층(108), 활성층(110) 및 제2 형 반도체층(112)을 포함한다. 제1 전극(214) 및 제2 전극(216)은 기판(204) 및 제2 형 반도체층(112)에 각각 연결된다. 기판(204)의 재료는 금속, 합금, 전도체, 반도체 또는 이들의 조합을 포함한다. 기판(204)은 제1 형 반도체층(108)의 전도성 타입과 같은 전도성 타입을 가지는 반도체 물질; 또는 금속 등과 같은 제1 형 반도체층(108)에 저항 접촉(ohmi contact)을 형성할 수 있는 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1 형 반도체층(108)은 N-형 반도체층을 구비하는 반면, 제2 형 반도체층(112)는 P-형 반도체층을 구비할 수 있으며, 상기 제1 전극(214)은 N 전극이고, 상기 제2 전극(216)은 P-전극이다. 예를 들면, 제1 형 반도체층(108)은 P-형 반도체층을 구비하는 반면, 제2 형 반도체층(112)은 N-형 반도체층을 구비하며, 상기 제1 전극(214)은 P 전극이고, 상기 제2 전극(216)은 N 전극이다.
일 실시예에 있어서, 상기 P-형 반도체층은 P-형 GaN 물질일 수 있고, 상기 N-형 반도체층은 N-형 GaN 물질일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 P-형 반도체층은 P-형 AlGaN 물질일 수 있고, 상기 N-형 반도체층은 N-형 AlGaN 물질일 수 있다. 활성층(110)은 다중 양자 우물 구조체(multiple quantum dot well structure)를 구비한다.
일 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩(102, 202)으로부터 방출된 상기 제1 광은 약 220 내지 480nm의 파장을 가진다. 일 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩(102, 202)은 약 200 내지 400nm의 파장을 가지는 상기 제1 광을 방출할 수 있는 UV 발광 다이오드 칩일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩(102, 202)은 약 430 내지 480nm의 파장을 가지는 상기 제1 광을 방출할 수 있는 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다.
실시예들에 있어서, 상기 발광 장치의 상기 파장 변환 물질은 상기 파장 변환층에 포함될 수 있거나/포함될 수 있고, 투명 물질 내에 도핑될(doped) 수 있다. 몇몇의 실시예들에 있어서, 상기 파장 변환 물질은 상기 발광 다이오드 칩의 발광 측(light emitting side) 상에 코팅될 수 있다. 상기 파장 변환 물질을 사용하는 상기 발광 장치들의 예들은 하기에 개시된다.
도 3은 일 실시예들에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(318)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(318)는 발광 다이오드 칩(302), 베이스(base)(320), 파장 변환층(324) 및 반사벽(326)을 포함한다. 베이스(320)는 다이 본딩 영역(die bonding region)(321) 및 다이 본딩 영역(321)을 감싸고 수용 공간(323)을 정의하는 벽(322)을 포함한다. 발광 다이오드 칩(302)은 수용 공간(323) 내에 배치되며, 접착제를 통해 베이스(320)의 다이 본딩 영역(321) 상에 부착될 수 있다. 파장 변환층(324)는 발광 다이오드 칩(302)의 발광 측 상에 있다. 특히, 파장 변환층(324)는 발광 다이오드 칩(302)의 발광 표면(302s)에 대응하는 수용 공간(323) 위에 배치되며, 벽(322)의 상부 표면 상에 배치된다. 반사벽(326)은 파장 변환층(324)의 외측 벽을 감싸도록 배치되며, 벽(322)의 상부 표면 상에 배치된다. 반사벽(326)은 반사 유리(reflective glass), 석영(quartz), 광-반사성 부착 시트(light-reflection attaching sheet), 중합체 플라스틱 물질 또는 다른 적합한 물질과 같은 광-반사 특성 및 낮은 빛샘(light leakage)을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 상기 중합체 플라스틱 물질은 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리스티렌(polystyrene, PS), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리아미드(polyamide, PA), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 에폭시, 실리콘(silicone) 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 반사벽(326)의 광 반사성은 추가적인 충전재 입자(filler particle)를 첨가함에 따라 조절될 수 있다. 상기 충전재 입자는 상이한 입자 지름 또는 다른 물질을 구비하는 재료에 의해 형성된 복합 재료일 수 있다. 예를 들면, 상기 충전재 입자를 위한 상기 재료는 TiO2, SiO2, Al2O3, BN, ZnO 등을 포함할 수 있다. 이러한 개념은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 재차 설명하지 않는다. 상기 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩(302)은 벽(322)에 의해 정의된 수용 공간(323) 내의 에어 갭(air gap)에 의해 파장 변환층(324)으로부터 이격된다. 예를 들어, 액체 또는 고체 상태의 물질이 수용 공간(323) 내로 충전되어 발광 다이오드 칩(302)과 접촉하지 않는다.
실시예들에 있어서, 파장 변환층(324)은 1 종의 상기 파장 변환 물질 또는 그 이상의 상기 파장 변환 물질을 포함한다. 따라서, 발광 다이오드 패키지 구조체(318)의 방출 특성은 파장 변환층(324)을 통해 조절될 수 있다. 몇몇의 실시예들에 있어서, 파장 변환층(324)은 투명 물질을 그 안에 도핑된 상기 파장 변환 물질과 함께 포함할 수 있다. 예를 들면, 파장 변환층(324)는 상기 투명 물질 내에 도핑된 적어도 1 종의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3을 포함할 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 투명 물질은 투명 겔(transparent gel)을 포함한다. 상기 투명 겔은 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테리프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 에폭시, 실리콘 또는 이들의 조합 등을 포함할 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 투명 물질은 유리 물질 또는 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 양자점의 유리 박막 필름은 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 유리 물질을 혼합하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 양자점의 세라믹 박막 필름은 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 세라믹 물질을 혼합하는 단계를 포함하는 방법에 의해 형성될 수 있다.
몇몇의 실시예들에 있어서, 파장 변환층(324) 및 발광 다이오드 칩(302)은 서로 이격되며(이 예의 수용 공간(323)에 의해), 파장 변환층(324)이 발광 다이오드 칩(302)에 가까워지는 것을 방지한다. 따라서, 파장 변환층(324)은 발광 다이오드 칩(302)에 의해 영향을 받아 바람직한 열 안정성, 화학적 안정성을 가질 수 있다. 또한, 파장 변환층(324)의 수명은 연장될 수 있다. 발광 다이오드 패키지 구조체의 제품 신뢰성은 향상될 수 있다. 유사한 개념은 이후 반복되지 않을 것이다.
다른 변형 가능한 실시예들에 있어서, 벽(322)에 의해 정의된 수용 공간(323)의 상기 에어 갭은 투명 봉지 화합물(transparent encapsulating compound)(미도시)로 채워질 수 있다. 상기 투명 봉지 화합물은 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리디메틸실록산(PDMS), 에폭시, 실리콘 등 또는 이들의 조합 또는 다른 적합한 물질들을 포함할 수 있다. 몇몇의 실시예들에 있어서, 상기 투명 봉지 화합물은 1 종 이상의 상기 파장 변환 물질로 도핑될 수 있다. 다른 변형 가능한 실시예들에 있어서, 1 종 이상의 상기 파장 변환 물질은 발광 다이오드 칩(302)의 발광 표면 상에 코팅될 수 있다. 따라서, 파장 변환층(324)에 더하여, 발광 다이오드 패키지 구조체의 방출 특성은 상기 (투명) 봉지 화합물 내에 도핑된 상기 파장 변환 물질을 갖는 상기 (투명) 봉지 화합물에 의해서도 조절되거나/조절될 수 있고, 발광 다이오드 칩(302)의 상기 발광 표면 상의 상기 파장 변환 물질을 포함하는 코팅층에 의해 조절될 수 있다. 파장 변환층(324)의 상기 파장 변환 물질 및/또는 상기 봉지 화합물 및/또는 상기 코팅층의 종류들은 제품의 현실적인 요구에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 유사한 개념은 다른 실시예에 적용될 수 있으며, 이후 반복되지 않을 것이다.
도 4는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(418)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(418) 및 도 3에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(318) 사이의 차이점들은 하기에 개시된다. 발광 다이오드 패키지 구조체(418)는 파장 변환층(324)을 지지(supporting), 패키징(packaging) 또는 보호(protecting)하기 위한 구조 요소(428)를 더 포함한다. 상기 도면에 도시된 바와 같이, 구조 요소(428)는 파장 변환층(324)을 그 안에 수용하고 파장 변환층(324)의 상부, 하부 표면을 덮기 위한 수용 공간(428a)을 구비한다. 구조 요소(428)는 파장 변환층(324)을 지지할 수 있도록 벽(322)의 상부 표면에 배치되어 발광 다이오드 칩(302)의 발광 표면(302s)에 대응하는 수용 공간(323) 위에 있다. 구조 요소(428)는 파장 변환층(324)으로부터의 발광을 차단하는 것을 방지하기 위해 투명 물질 또는 광 투과성 물질에 의해 형성될 수 있다. 구조 요소(428)는 봉지 물질로서의 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 구조 요소(428)는 석영, 유리, 중합체 플라스틱 물질 등을 포함할 수 있다. 다른 측면에서, 구조 요소(428)는 수분, 산소 기체 등과 같은 파장 변환층(324)의 특성에 불리하게 영향을 미칠 외부 물질로부터 파장 변환층(324)를 보호하는 데 사용될 수 있다. 실시예들에 있어서, 구조 요소(428)는 파장 변환층(324)의 표면 상에 배치된 배리어 필름(barrier film) 및/또는 실리콘 티타늄 옥사이드(silicon titanium oxide)일 수 있어, 수분, 산소 기체 등과 같은 상기 외부 물질을 기피한다. 상기 실리콘 티타늄 옥사이드는 SiTiO4 등과 같은 유리 물질을 포함하며, 광 투과 특성 및 산화 방지 특성을 가지고, 코팅법(coating method) 또는 필름으로서의 부착 방법(sticking method)에 의해 파장 변환층(324)의 표면 상에 배치될 수 있다. 상기 배리어 필름은 금속/메탈로이드 옥사이드(예를 들면, SiO2, Al2O3 등) 또는 금속/메탈로이드 나이트라이드(예를 들면, Si3N3 등)와 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 상기 배리어 필름은 코팅법 또는 필름으로서의 부착 방법에 의해 파장 변환층(324)의 표면 상에 배치된 복층 배리어 필름일 수 있다. 유사한 개념은 다른 실시예들에 적용될 수 있으며, 이후 반복되지 않을 것이다. 반사벽(326)은 구조 요소(428)의 외측 벽을 감싸도록 배치될 수 있고, 벽(322)의 상부 표면 상에 배치될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(518)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(518) 및 도 4에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(418) 간의 차이점들은 하기에 개시된다. 발광 다이오드 패키지 구조체(518)는 반사벽(326) 및 구조 요소(428) 상에 배치된 광학층(optical layer)(530)을 더 포함한다. 광학층(530)은 방출된 광의 경로를 조절하는 데 사용된다. 예를 들면, 광학층(530)은 분산 입자(diffusion paricle)를 내부에 갖는 투명 겔일 수 있다. 상기 투명 겔은 1 이상의 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리디메틸실록산(PDMS), 에폭시, 실리콘 등 및 이들의 조합 등을 포함한다. 상기 분산 입자는 TiO2, SiO2, Al2O3, BN, ZnO 등을 포함할 수 있다. 상기 분산 입자는 균일하거나 다양한 입자 지름을 가질 수 있다. 유사한 개념은 다른 실시예들에도 적용될 수 있으며, 이후 반복되지 않을 것이다. 예를 들면, 광학층(530)은 도 3의 발광 다이오드 패키지 구조체(318), 도 6의 발광 다이오드 패키지 구조체(618), 도 10의 발광 다이오드 패키지 구조체(1018) 또는 다른 구조체 등의 응용에 있어서 방출된 광의 경로를 조절하기 위해 파장 변환층(324) 상에 배치될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(618)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(618) 및 도 3에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(318)의 차이점들은 하기에 개시된다. 발광 다이오드 패키지 구조체(618)는, 발광 다이오드 칩(302)을 가로지르며 파장 변환층(324)을 수용 및 지지하는 수용 영역(628a)을 구비하며 벽(322) 상에 배치되는 구조 요소(628)를 더 포함한다. 파장 변환층(324)의 하부 표면 상의 구조 요소(628)는 파장 변환층(324)으로부터의 발광을 차단하는 것을 방지하기 위해, 투명 물질 또는 광 투과성 물질에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 구조 요소(628)는 석영, 유리, 중합체 플라스틱 물질 또는 다른 적합한 물질을 포함할 수 있다. 유사한 개념은 다른 실시예들에도 적용될 수 있으며, 이후 반복되지 않는다.
도 7은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(718)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(718) 및 도 3에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(318)의 차이점들은 하기에 개시된다. 발광 다이오드 패키지 구조체(718)는 도 3의 파장 변환층(324) 및 반사벽(326)을 생략한다. 또한, 발광 다이오드 패키지 구조체(718)는 수용 공간(323)을 채우는 파장 변환층(724)을 포함한다. 파장 변환층(724)은 투명 겔 및 상기 파장 변환 물질을 포함할 수 있다. 상기 투명 겔은 봉지 화합물로서 사용될 수 있으며, 상기 파장 변환 물질은 상기 투명 겔 내에 도핑될 수 있다. 파장 변환층(724)은 발광 다이오드 칩(302) 위를 덮거나, 베이스(320)를 더 덮을 수 있다. 파장 변환층(724)의 상기 투명 겔은 1 이상의 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리스티렌(PS), 폴리프로필렌(PP), 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 폴리디메틸실록산(PDMS), 에폭시, 실리콘 등 및 이들의 조합 등을 포함할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(818)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(818) 및 도 7에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(718)의 차이점들은 하기에 개시된다. 발광 다이오드 패키지 구조체(818)는 벽(322) 상에 적층되고 파장 변환층(724)을 가로지르는 구조 요소(628)를 더 포함한다. 구조 요소(628)는 수분, 산소 기체 등과 같은 손상 효과를 유발할 수 있는 외부 물질로부터 파장 변환층(724)의 상기 파장 변환 물질을 보호하는 데 사용될 수 있다. 실시예들에 있어서, 구조 요소(628)는 수분, 산소 기체 등과 같은 외부 물질을 차단하기 위해 파장 변환층(724)의 표면 상에 배치된 배리어 필름 및/또는 실리콘 티타늄 옥사이드일 수 있다. 상기 실리콘 티타늄 옥사이드는 SiTiO4 등과 같은 유리 물질을 포함할 수 있고, 광 투과 특성 및 산화 방지 특성을 가지고, 코팅법 또는 필름으로서의 부착 방법에 의해 파장 변환층(724)의 표면 상에 배치될 수 있다. 상기 배리어 필름은 금속/메탈로이드 옥사이드(예를 들면, SiO2, Al2O3 등) 또는 금속/메탈로이드 나이트라이드(예를 들면, Si3N3 등)와 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 상기 배리어 필름은 코팅법 또는 필름으로서의 부착 방법에 의해 파장 변환층(724)의 표면 상에 배치된 복층의 배리어 필름일 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(918)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(918)는 베이스(320), 발광 다이오드 칩(302), 파장 변환층(324) 및 반사벽(326)을 포함한다. 발광 다이오드 칩(302)는 베이스(320)의 상기 다이 본딩 영역 상에 배치된다. 파장 변환층(324)은 발광 다이오드 칩(302)의 상기 발광 표면 상에 배치된다. 반사벽(326)은 파장 변환층(324)의 측벽(side wall) 상에 배치된다. 발광 다이오드 칩(302)은 파장 변환 층(324)의 개구부(opening)(미도시)를 관통하는 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 베이스(320)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(1018)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1018) 및 도 9에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(918)의 차이점들은 하기에 개시된다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1018)는 파장 변환층(324) 및 반사벽(326) 상에 배치된 광학층(530)을 더 포함한다. 발광 다이오드 칩(302)은 파장 변환 층(324) 및 광학층(530)의 개구부(opening, 미도시)를 관통하는 와이어 본딩(wire bonding)에 의해 베이스(320)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 와이어 본딩은 광학층(530)의 상부 표면 또는 측 표면을 통해 인출될 수 있다.
도 11는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(1118)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1118)는 발광 다이오드 칩(302), 파장 변환층(324) 및 반사벽(326)을 포함한다. 반사벽(326)은 발광 다이오드 칩(302)의 측벽을 감싸며, 공백 공간(spaced vacancy)(1134)을 정의한다. 반사벽(326)은 발광 다이오드 칩(302)보다 높다. 파장 변환층(324)은 반사벽(326)의 상부 표면(326s) 상에 배치된다. 파장 변환층(324) 및 발광 다이오드 칩(302)은 간격 거리를 두고 상기 공백 공간(1134)에 의해 서로 이격되며, 파장 변환층(324)이 발광 다이오드 칩(302)에 가까워지는 것을 방지한다. 따라서, 파장 변환층(324)은 발광 다이오드 칩(302)에 의해 영향을 받아 바람직한 열 안정성 및 화학적 안정성을 가질 수 있다. 또한, 파장 변환층(324)의 수명이 연장될 수 있다. 발광 다이오드 패키지 구조체의 제품 신뢰성이 향상될 수 있다. 유사한 개념은 다시 반복되지 않는다.
도 12는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(1218)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1218)는 파장 변환층(324)이 반사벽(326)의 내측 벽 상에 배치된다는 점에서 도 11에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(1118)와 다르다.
도 13은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(1318)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1318) 및 도 11에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(1118)의 차이점들은 하기에 개시된다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1318)는 파장 변환층(324)을 지지, 패키징 또는 보호하기 위해 구조 요소(428)를 구조 요소(428)에 의해 정의된 수용 공간(428a) 내에 배치된 파장 변환층(324)과 함께 더 포함한다. 파장 변환층(324)을 덮는 구조 요소(428)는 반사벽(326)의 상부 표면(326s) 상에 배치되어 공백 공간(1134)과 함께 발광 다이오드 칩(302)으로부터 이격된다. 구조 요소(428)는 파장 변환층(324)으로부터의 발광을 차단하는 것을 방지하기 위해 투명 물질 또는 광 투과성 물질에 의해 형성될 수 있다. 구조 요소(428)은 봉지 물질로서의 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 구조 요소(428)는 석영, 유리, 중합체 플라스틱 물질 등을 포함할 수 있다. 다른 측면에서, 구조 요소(428)는 수분, 산소 기체 등과 같은 파장 변환층(324)의 특성에 불리하게 영향을 미칠 외부 물질로부터 파장 변환층(324)을 보호하는 데 사용될 수 있다. 실시예들에 있어서, 구조 요소(428)는 파장 변환층(324)의 표면 상에 배치된 배리어 필름(barrier film) 및/또는 실리콘 티타늄 옥사이드(silicon titanium oxide)일 수 있어, 수분, 산소 기체 등과 같은 상기 외부 물질을 기피한다. 상기 실리콘 티타늄 옥사이드는 SiTiO4 등과 같은 유리 물질을 포함하며, 광 투과 특성 및 산화 방지 특성을 가지고, 코팅법(coating method) 또는 필름으로서의 부착 방법(sticking method)에 의해 파장 변환층(324)의 표면 상에 배치될 수 있다. 상기 배리어 필름은 금속/메탈로이드 옥사이드(예를 들면, SiO2, Al2O3 등) 또는 금속/메탈로이드 나이트라이드(예를 들면, Si3N3 등)와 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 상기 배리어 필름은 코팅법 또는 필름으로서의 부착 방법에 의해 파장 변환층(324)의 표면 상에 배치된 복층의 배리어 필름일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 공백 공간(1134)은 액체 또는 고체 상태의 물질이 충전되지 않은 빈 공간일 수 있다. 공백 공간(1134)은 파장 변환층(324)으로부터의 발광을 차단하는 것을 방지하기 위해 투명 물질 또는 광 투과성 물질에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 공백 공간(1134)는 석영, 유리, 중합체 플라스틱 물질 또는 다른 적합한 물질을 포함할 수 있다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(318, 418, 518, 618, 718, 818, 918, 1018, 1118, 1218 또는 1318)는 백색 광 방출용이다. 일 예로, 발광 다이오드 칩(302)은 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 파장 변환층(324)/파장 변환층(724)은 상기 황색 인광체 분말 YAG:Ce 및 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족하거나/만족하고, 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(318, 418, 518, 618, 718, 818, 918, 1018, 1118, 1218 또는 1318)는 백색 광 방출용이다. 일 예로, 발광 다이오드 칩(302)은 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 파장 변환층(324)/파장 변환층(724)은 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3 및 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(318, 418, 518, 618, 718, 818, 918, 1018, 1118, 1218 또는 1318)는 백색 광 방출용이다. 일 예로, 발광 다이오드 칩(302)은 UV 발광 다이오드 칩일 수 있다. 파장 변환층(324)/파장 변환층(724)은 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 추가적으로/선택적으로, 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0<a≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
도 14는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(1418)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1418)는 발광 다이오드 칩(302), 반사벽(326) 및 파장 변환층(324)을 포함한다. 반사벽(326)은 발광 다이오드 칩(302)의 측면 상에 배치된다. 파장 변환층(324)는 발광 다이오드 칩(302)의 상부 표면(발광 표면) 상에 배치된다. 파장 변환층(324)은 서로 상이한 특성을 가지는 제1 파장 변환층(324A) 및 제2 파장 변환층(324B)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 예를 들면, 제1 파장 변환층(324A)은 약 570 내지 700nm의 파장 위치에서 파장 피크를 가지는 광을 방출하기 위해 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함한다. 상기 제2 파장 변환층(324B)은 약 500 내지 570nm의 파장 위치에서 파장 피크를 가지는 광을 방출하기 위해 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다. 그러나, 본 개시는 그것에 제한되지 않는다. 발광 다이오드 칩(302)는 플립칩 방법에 의해 제1 전극(302a) 및 제2 전극(302b)으로 베이스 또는 회로 기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(1518)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1518)는 베이스(320), 발광 다이오드 칩(302), 파장 변환층(724) 및 반사벽(326)을 포함한다. 반사벽(326)은 베이스(320) 상에 배치되고, 수용 공간(1523)을 정의한다. 발광 다이오드 칩(302)는 수용 공간(1523) 내에 배치되며, 플립칩 방법에 의해 베이스(320) 상의 전도성 요소(conductive element)(1536)에 전기적으로 연결된다. 파장 변환층(724)이 수용 공간(1523) 내에 채워지며 발광 다이오드 칩(302)과 접촉한다.
도 16은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(1618)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1618) 및 도 15에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(1518)의 차이점들은 하기에 개시된다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1618)는 파장 변환층(724)을 패키징 또는 수분, 산소 기체 등과 같은 손상 효과를 유발하는 외부 물질로부터 보호하기 위해 파장 변환층(724) 및 반사벽(326) 상에 배치된 구조 요소(628)를 더 포함한다. 실시예들에 있어서 구조 요소(628)은 파장 변환층(724)의 표면 상에 배치된 배리어 필름(barrier film) 및/또는 실리콘 티타늄 옥사이드(silicon titanium oxide)일 수 있어, 수분, 산소 기체 등과 같은 상기 외부 물질을 기피한다. 상기 실리콘 티타늄 옥사이드는 SiTiO4 등과 같은 유리 물질을 포함하며, 광 투과 특성 및 산화 방지 특성을 가지고, 코팅법(coating method) 또는 필름으로서의 부착 방법(sticking method)에 의해 파장 변환층(724)의 표면 및 반사벽(326)의 표면 상에 배치될 수 있다. 상기 배리어 필름은 금속/메탈로이드 옥사이드(예를 들면, SiO2, Al2O3 등) 또는 금속/메탈로이드 나이트라이드(예를 들면, Si3N3 등)와 같은 무기 물질을 포함할 수 있다. 상기 배리어 필름은 코팅법 또는 필름으로서의 부착 방법에 의해 파장 변환층(724)의 표면 상에 배치된 복층의 배리어 필름일 수 있다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(1518 또는 1618)는 백색 광 방출용이다. 이 예에서, 발광 다이오드 칩(302)은 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 파장 변환층(724)은 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3 및 상기 황색 인광체 분말 YAG:Ce를 포함할 수 있다. 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족하거나/만족하고, 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(1518 또는 1618)는 백색 광 방출용이다. 이 예에서, 발광 다이오드 칩(302)은 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 파장 변환층(724)은 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3 및 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(1518 또는 1618)는 백색 광 방출용이다. 이 예에서, 발광 다이오드 칩(302)은 UV 발광 다이오드 칩일 수 있다. 파장 변환층(724)은 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 추가적으로/선택적으로, 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0<a≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
도 17은 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(1718)를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1718)는 베이스(320), 발광 다이오드 칩(302), 파장 변환층(324) 및 투명 겔(1737)을 포함한다. 발광 다이오드 칩(302)은 플립칩 방법에 의해 베이스(320)에 전기적으로 연결된다. 파장 변환층(324)은 발광 다이오드 칩(302)의 상기 상부 표면 및 상기 측 표면 상에 배치되며, 베이스(320)의 상부 표면으로 확장될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 예를 들면, 제1 파장 변환층(324A)은 약 570 내지 700nm의 파장 위치에서 파장 피크를 가지는 광을 방출하기 위해 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함한다. 상기 제2 파장 변환층(324B)은 약 500 내지 570nm의 파장 위치에서 파장 피크를 가지는 광을 방출하기 위해 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다. 그러나, 본 개시는 그것에 제한되지 않는다. 투명 겔(1737)은 봉지 화합물로 사용될 수 있어 파장 변환층(324) 및 베이스(320)를 덮는다.
도 18은 일 실시예에 따른 사이드형(side type) 백라이트 모듈(1838)을 도시한다. 사이드형 백라이트 모듈(1838)은 프레임(1820), 광원(1822), 도광판(light guide plate)(1842)을 포함한다. 광원(1822)은 프레임(1820) 상에 회로 기판(1855) 및 회로 기판(1855) 상의 도 13에 도시된 복수의 발광 다이오드 패키지 구조체들(1318)을 포함한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1318)의 상기 발광 표면은 도광판(1842)의 광 입사면(light incident surface)(1842a)을 향한다. 프레임(1820)은 반사 시트(1840)를 포함한다. 반사 시트(1840)는 도광판(1842)을 향하는 발광 다이오드 패키지 구조체(1318)로부터 방출된 광을 집속(focusing)하는 것을 도울 수 있다. 도광판(1842)의 발광 표면(1842b)으로부터 방출된 광은 광학층(1830)(또는 디스플레이 패널) 위로 향한다. 예를 들면, 광학층(1830)은 광학층(1830A), 광학층(1830B), 광학층(1830C) 및 광학층(1830D)을 포함한다. 예를 들면, 광학층(1830A) 및 광학층(1830D)은 확산 시트(diffusion sheet)일 수 있다. 광학층(1830B) 및 광학층(1830C)은 밝기-향상 시트(brightness-enhancement sheet)일 수 있다. 반사 시트(1844)는 도광판(1842) 하에 배치될 수 있어 광을 광학층(1830A), 광학층(1830B), 광학층(1830C), 광학층(1830D)(또는 디스플레이 패널, 미도시) 위로 향하게 한다. 실시예들에 있어서, 상기 사이드형 백라이트 모듈은 도 13의 발광 다이오드 패키지 구조체(1318)를 사용하는데 제한되지 않는다. 다른 실시예들에 개시된 상기 발광 다이오드 패키지에 사용될 수 있다.
도 19는 일 실시예에 따른 직하형(direct type) 백라이트 모듈(1938)을 도시한다. 직하형 백라이트 모듈(1938)은 발광 다이오드 패키지 구조체(1318) 상의 2차 광학 요소(secondary optical element)(1946)를 포함한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(1318)의 상기 발광 표면은 광학층(1830)을 향한다. 반사 시트(1840)는 광학층(1830)(또는 디스플레이 패널)을 향하는 발광 다이오드 패키지 구조체(1318)로부터 방출된 광을 집속(focusing)하는 것을 도울 수 있다. 실시예들에 있어서, 상기 직하형 백라이트 모듈은 도 13에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(1318)를 사용하는데 제한되지 않는다. 다른 실시예들에 개시된 상기 발광 다이오드 패키지 구조체에 사용될 수 있다.
도 20 및 도 21은 각각 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(2018)의 입체도 및 투시도를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(2018)는 회로 기판(2155)의 연결 패드(2157)에 연결되는 것과 같은 외부 구성 요소에 전기적으로 연결되기 위한 제1 전극(2048) 및 제2 전극(2050)을 포함한다. 상기 도면에 도시된 바와 같이 제1 전극(2048) 및 제2 전극(2050)은 L자 모양을 가진다. 제1 전극(2048) 및 제2 전극(2050)의 기립부(2051)는 베이스(320)의 바닥부 상에 있고 베이스(320)에 의해 노출된다. 기립부(2051)에 연결된 측부(2053)는 벽(322) 내로 삽입되며 벽(322)에 의해 노출된다. 발광 다이오드 칩(302)의 양극 및 음극은 와이어 본딩을 통해 제1 전극(2048) 및 제2 전극(2050)의 기립부(2051)에 전기적으로 연결될 수 있다. 파장 변환층(724)은 베이스(320) 및 벽(322)에 의해 정의된 수용 공간(323) 내로 채워진다.
도 22는 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지 구조체(2218)의 입체도를 도시한다. 발광 다이오드 패키지 구조체(2218)는 L자 모양을 가지는 제1 전극(2048) 및 제2 전극(2050)의 기립부(2051)가 베이스(320) 및 벽(322)를 넘어 연장된다는 점에서 도 20, 도 21에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(2018)와 다르다. 또한, 기립부(2051)와 연결된 측부(2053)는 벽(322)으로 되돌아가는 방향을 향해 연장되며, 회로 기판(2155)의 연결 패드(2157)와 전기적으로 연결된다.
몇몇의 실시예들에 있어서, 도 20 및 도 21에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(2018), 도 22의 발광 다이오드 패키지 구조체(2218)의 베이스(320) 및 벽(322)은 상기 투명 물질에 의해 형성된다. 따라서, 발광 다이오드 칩(302)으로부터 방출된 광은 발광 표면을 통해(불투명 재료에 의해 차단되거나, 반사 물질에 의해 반사됨 없이) 직접 발광 다이오드 패키지 구조체(2018, 2218) 밖으로 나올 수 있다. 예를 들면, 광은 베이스(320)에 수직한 방향을 따라 발광 다이오드 패키지 구조체(2018, 2218)의 상부 표면 및 하부 표면으로부터 광각(wide angle)(예를 들면 180도 이상)으로 방출될 수 있다.
도 23 내지 도 26은 일 실시예에 따른 발광 장치 제조 방법을 도시한다.
도 23을 참조하면, 도전판(2352)은 서로 이격된 도전성 스트립(2354)을 형성하기 위해 패터닝된다. 도전판(2352)은 에칭법(etching method)을 포함하는 방법에 의해 패터닝될 수 있다. 이후, 도전성 스트립(2354)에 대응하는 발광 다이오드 패키지 구조체(2318)의 제1 전극 및 제2 전극(미도시)을 갖는 발광 다이오드 패키지 구조체(2318)가 도전판(2352) 상에 배치되어 발광 다이오드 패키지 구조체(2318)가 도전판(2352)에 전기적으로 연결된다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 리플로우 공정(reflow process)에 의해 서로 이격된 상이한 상기 도전성 스트립(2354)에 연결될 수 있다. 이후, 도전판(2352)은 도 24에 도시된 바와 같이 플러그인 발광 유니트(2356)를 형성하기 위해 절단된다. 일 실시예에 있어서, 상기 절단 단계는 펀치 방법(punch method)을 포함한다.
도 25를 참조하면, 이후, 플러그인 발광 유니트(2356)는 회로 기판(2555) 상에 삽입되어 라이트 바 구조(light bar structure)를 구비하는 발광 장치(2538)를 형성한다. 플러그인 발광 유니트(2356)는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로 사용되는 도전성 스트립(2354)을 통해 회로 기판(2555)에 전기적으로 연결될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 회로 기판(2555)은 플러그인 발광 유니트(2456)가 동작하는데 요구되는 전력을 공급하기 위한 구동 회로(driving circuit)를 포함한다.
도 26을 참조하면, 라이트 바 구조를 구비하는 발광 장치(2538)는 열 분산체(heat dispersion)(2660) 상에 배치되며, 램프 케이스(lamp casing)(2658)가 발광 장치(2358)를 덮고 튜브 램프 구조를 가지는 발광 장치(2638)를 형성하도록 배치된다.
실시예들에 있어서, 예를 들면, 도 3 내지 도 17에 도시된 발광 다이오드 패키지 구조체(318, 418, 518, 618, 718, 818, 918, 1018, 1118, 1218, 1318, 1418, 1518, 1618, 1718)는 발광 다이오드 패키지 구조체(2318)에 적용될 수 있다. 몇몇의 실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(2318)는 도 3 내지 도 8에 도시된 상기 투명 물질에 의해 형성된 베이스(320) 및 벽(322)을 포함하는 발광 다이오드 패키지 구조체(318, 418, 518, 618, 718, 818)를 사용할 수 있다. 따라서, 발광 다이오드 칩(302)에 의해 방출된 광은 직접적으로(불투명 재료에 의해 차단되거나 반사 물질에 의해 반사됨 없이) 상기 발광 표면을 통해 발광 다이오드 패키지 구조체(318, 418, 518, 618, 718, 818, 2318) 밖으로 방출된다. 예를 들면, 상기 광은 베이스(320)에 수직한 방향을 따라 방출될 수 있고, 발광 다이오드 패키지 구조체(318, 418, 518, 618, 718, 818, 2318)의 상부 표면 및 하부 표면으로부터 광각으로(예를 들면, 180도 보다 큰 각으로) 방출된다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(2318)/플러그인 발광 유니트(2456)는 백색 광 방출용이다. 이 예에서, 발광 다이오드 칩(302)은 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 상기 파장 변환 물질은 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3 및 상기 황색 인광체 분말 YAG:Ce를 포함할 수 있다. 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족하거나/만족하고, 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(2318)/플러그인 발광 유니트(2456)는 백색 광 방출용이다. 이 예에서, 발광 다이오드 칩(302)은 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 상기 파장 변환 물질은 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3 및 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(2318)/플러그인 발광 유니트(2456)는 백색 광 방출용이다. 이 예에서, 발광 다이오드 칩(302)은 UV 발광 다이오드 칩일 수 있다. 상기 파장 변환 물질은 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 추가적으로/선택적으로, 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0<a≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
도 27은 일 실시예에 따른 플러그인 발광 유니트(2756)를 도시한다. 플러그인 발광 유니트(2756)은 발광 다이오드 칩(302), 베이스(2761), 제1 전극 삽입발(inserting foot)(2766) 및 제2 전극 삽입발(2768)을 포함한다. 베이스(2761)는 제1 베이스 기판(2762), 제2 베이스 기판(2764) 및 절연층(2774)을 포함한다. 절연층(2774)은 제1 베이스 기판(2762) 및 제2 베이스 기판(2764) 사이에 배치되어 제2 베이스 기판(2764)으로부터 제1 베이스 기판(2762)을 전기적으로 절연한다. 발광 다이오드 칩(302)은 다이 본딩 기판으로서 사용되는 베이스(2761) 내에 포함된 다이 본딩 영역 상에 배치된다. 절연층(2774)과 교차하는 발광 다이오드 칩(302)는 플립칩 방법에 의해 제1 베이스 기판(2762)과 제2 베이스 기판(2764) 사이에 배치된다. 발광 다이오드 칩(302)의 양극 및 음극은 제1 베이스 기판(2762) 및 제2 베이스 기판(2764) 각각으로부터 연장된 제1 전극 삽입발(2766) 및 제2 전극 삽입발(2768)에 전기적으로 연결할 수 있도록 제1 베이스 기판(2762) 및 제2 베이스 기판(2764)의 제1 접촉 패드(2770) 및 제2 접촉 패드(2772)와 전기적으로 연결된다. 발광 다이오드 칩(302)은 땝납(미도시)을 통해 제1 접촉 패드(2770) 및 제2 접촉 패드(2772)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 28은 다른 일 실시예에 따른 플러그인 발광 유니트(2856)를 도시한다. 플러그인 발광 유니트(2856)는 투명 겔(2837) 및 도 27에 도시된 플러그인 발광 유니트(2756)를 포함한다. 투명 겔(2837)은 발광 다이오드 칩(302) 및 베이스(2761)의 전부를 덮으며, 제1 전극 삽입발(2766) 및 제2 전극 삽입발(2768)의 일부를 덮는다.
도 29는 다른 일 실시예에 따른 플러그인 발광 유니트(2956)를 도시한다. 플러그인 발광 유니트(2956)는 투명 겔(2837)이 발광 다이오드 칩(302)의 전부를 덮고, 그 위에 발광 다이오드 칩(302)을 구비하는 베이스(2761)의 표면의 일부를 덮지만, 제1 전극 삽입발(2766) 및 제2 전극 삽입발(2768)은 덮지 않는다는 점에서 도 28에 도시된 플러그인 발광 유니트(2856)와는 다르다.
실시예들에 있어서, 플러그인 발광 유니트(2856 또는 2956)는 투명 겔(2837) 내에 도핑된 상기 파장 변환 물질을 포함할 수 있거나, 상기 파장 변환 물질을 포함하고 발광 다이오드 칩(302)의 표면 상에 배치된 상기 파장 변환층을 포함할 수 있다. 실시예들에 있어서, 투명 겔(2837)은 적합한 투명 중합체 물질, 예를 들면 PMMA, PET, PEN, PS, PP, PA, PC, PI, PDMS, 에폭시, 실리콘 또는 다른 적합한 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 투명 겔(2837)은 실제 요구에 따라 방출 광 특성을 다르게 하기 위하여 다른 물질로 도핑될 수 있다. 예를 들면, 상기 분산 입자는 방출 광의 경로를 변경하기 위해 투명 겔(2837) 내에 도핑될 수 있다. 상기 분산 입자는 TiO2, SiO2, Al2O3, BN, ZnO 등을 포함할 수 있거나/포함할 수 있고, 동일한 입자 지름 또는 상이한 입자 지름을 가질 수 있다.
도 30은 일 실시예에 따른 발광 장치(3038)를 도시한다. 전구 램프 구조를 구비하는 발광 장치(3038)는 도 29에 도시된 플러그인 발광 유니트(2956), 케이싱 몸체(casing body)(3076), 투명 램프 커버(3078) 및 회로 기판(3038)을 포함한다. 플러그인 발광 유니트(2956)는 회로 기판(3038) 내로 삽입되고, 회로 기판(3038)의 구동 회로(3082)에 전기적으로 연결될 수 있도록 회로 기판(3038)에 전기적으로 연결된다. 플러그인 발광 유니트(2956)는 케이싱 몸체(3076) 및 케이싱 몸체(3076)에 연결된 투명 램프 커버(3078)에 의해 정의된 수용 공간 내에 회로 기판(3038)과 함께 배치된다.
본 개시에 도시된 상기 투명 겔은 적합한 투명 중합체 물질, 예를 들면 PMMA, PET, PEN, PS, PP, PA, PC, PI, PDMS, 에폭시, 실리콘 또는 다른 적합한 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 투명 겔은 실제 요구에 따라 방출 광 특성을 다르게 하기 위하여 다른 물질로 도핑될 수 있다. 예를 들면, 상기 분산 입자는 방출 광의 경로를 변경하기 위해 투명 겔(2837) 내로 도핑될 수 있다. 상기 분산 입자는 TiO2, SiO2, Al2O3, BN, ZnO 등을 포함할 수 있거나/포함할 수 있고, 동일한 입자 지름 또는 상이한 입자 지름을 가질 수 있다.
본 개시의 발광 장치는 전술한 실시예들에 제한되지 않으며, 다른 종류의 발광 다이오드 패키지 구조체를 포함할 수 있거나, 백라이트 모듈 또는 프론트라이트 모듈과 같은 다스플레이 장치의 발광 모듈 또는 튜브 램프, 전구 램프와 같은 발광 장치에 적용될 수 있거나, 다른 유형의 구조체들을 구비할 수 있다.
상기 단일 유니트의 발광 다이오드 패키지 구조체는 오직 단일 유니트의 발광 다이오드 칩에 제한되지 않으며, 동일 색/파장 또는 상이한 색/파장의 광을 방출하기 위해 2 이상의 유니트의 발광 다이오드 칩을 사용할 수 있다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(2018, 2218) 및 플러그 발광 유니트(2856, 2956)는 백색광 방출용이다. 이 예에서, 발광 다이오드 칩(302)은 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 상기 파장 변환 물질은 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3 및 상기 황색 인광체 분말 YAG:Ce를 포함할 수 있다. 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족하거나/만족하고, 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(2018, 2218) 및 플러그 발광 유니트(2856, 2956)는 백색광 방출용이다. 이 예에서, 발광 다이오드 칩(302)은 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다. 상기 파장 변환 물질은 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3 및 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
실시예들에 있어서, 발광 다이오드 패키지 구조체(2018, 2218) 및 플러그 발광 유니트(2856, 2956)는 백색광 방출용이다. 이 예에서, 발광 다이오드 칩(302)은 UV 발광 다이오드 칩일 수 있다. 상기 파장 변환 물질은 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 추가적으로/선택적으로, 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0<a≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0≤b<0.5를 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 0.5≤b≤1을 만족한다. 추가적으로/선택적으로, 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가진다. 추가적으로/선택적으로, 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점은 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가진다.
실시예들에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함하는 상기 파장 변환 물질은 종래 발광 다이오드보다 작은 크기의 마이크로 발광 다이오드(Micro LED)와 같은 마이크로 크기의 발광 장치에 적용될 수 있다.
예를 들면, 도 31 및 도 32는 각각 일 실시예에 따른 발광 장치의 입체도 및 단면도를 도시한다. 실시예들에 있어서, 발광 장치(3184)는 발광 다이오드 칩(3102), 파장 변환층(3124) 및 간격층(S)을 포함하는 마이크로 발광 다이오드 장치일 수 있다. 발광 다이오드 칩(3102)은 대향하는(opposing) 표면(3102S1) 및 표면(3102S2)을 포함한다. 표면(3102S1)은 발광 다이오드 칩(3102)의 발광 표면이다. 파장 변환층(3124)은 발광 다이오드 칩(3102)의 발광 측 상에 있다. 파장 변환층들(3124)은 서로 이격되고, 발광 다이오드 칩(3102)의 표면(3102S1) 상에 배치된다. 발광 다이오드 칩(3102)의 표면(3102S1) 상의 간격층들(S)은 각각 파장 변환층들(3124) 사이에 배치된다.
일 실시예에 있어서, 발광 다이오드 칩(3102)은 각 표면(3102S1) 및 표면(3102S2) 상의 제1 전극(3214) 및 제2 전극(3216)을 포함하는 수직형 발광 다이오드 칩일 수 있다. 발광 다이오드 칩(3102)의 상기 발광 측 및 제1 전극(3214)은 발광 장치(3184)의 동일 측 상에 있다.
일 실시예에 있어서, 파장 변환층(3124)은 적어도 파장 변환층(3124R), 파장 변환층(3124G), 파장 변환층(3124B)을 포함한다. 파장 변환층(3124R)은 발광 다이오드 칩(3102)에 의해 여기될 수 있어 적색 광을 방출한다. 파장 변환층(3124G)은 발광 다이오드 칩(3102)에 의해 여기될 수 있어 녹색 광을 방출한다. 파장 변환층(3124B)은 발광 다이오드 칩(3102)에 의해 여기될 수 있어 청색 광을 방출한다. 이 구성은 별개의 서브 화소로서의 별개의 파장 변환층들(3124)과 함께 디스플레이에서의 응용을 위한 화소로서 사용될 수 있다. 즉, 파장 변환층(3124R)은 적색 서브 화소에 대응한다. 파장 변환층(3124G)은 녹색 서브 화소에 대응한다. 또한, 파장 변환층(3124B)은 청색 서브 화소에 대응한다.
실시예들에 있어서, 파장 변환층(3124)은 백색 서브 화소에 대응하는 파장 변환층(3124W)을 더 포함할 수 있다. 파장 변환층(3124W)은 간격층(S)에 의해 파장 변환층들(3124R, 3124G, 3124B)로부터 이격될 수 있으며, 발광 다이오드 칩의 표면(3102S1) 상에 배치될 수 있다.
상기 화소는 적어도 상기 적색 서브 화소, 상기 녹색 서브 화소 및 상기 청색 서브 화소를 포함한다. 상기 화소는 설계들에 따라 상기 백색 서브 화소를 더 포함할 수 있다. 복수의 화소들 또는 서브 화소들은 배열 설계에 따라 배열될 수 있다.
실시예들에 있어서, 간격층(S)은 광흡수 물질 또는/및 반사 물질을 포함하는 물질을 포함할 수 있으며, 상이한 색들의 상기 서브 화소들의 광들 사이의 영향을 방지하여 디스플레이의 디스플레이 효과를 향상시킨다. 예를 들면, 상기 광흡수 물질은 검은색 겔 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 반사 물질은 흰색 겔 등 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
또한, 제1 전극(3214)은 각각 상기 적색 서브 화소, 상기 녹색 서브 화소, 상기 청색 서브 화소 및 상기 백색 서브 화소에 대응하는 제1 전극(3214R), 제1 전극(3214G), 제1 전극(3214B) 및 제1 전극(3214W)을 포함할 수 있다. 제2 전극(3216)은 상기 적색 서브 화소, 상기 녹색 서브 화소, 상기 청색 서브 화소 및 상기 백색 서브 화소의 공통 전극일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 제1 전극들(3214)과 유사하며, 상이한 색들의 상기 서브 화소들에 대응하고 서로 이격된 전극들이 사용될 수 있다. 상기 상이한 색들의 서브 화소들은 상기 별개의 대응 전극들에 의해 독립적으로 제어되어 광을 방출하도록 처리되거나 유도될 수 있다.
실시예들에 있어서, 예를 들면, 발광 다이오드 칩(3102)는 약 200 내지 400nm의 파장을 가지는 상기 제1 광을 방출하기 위한 UV 발광 다이오드 칩일 수 있다. 다른 측면에서, 발광 다이오드 칩(3102)은 약 430nm 내지 480nm의 파장을 가지는 상기 제1 광을 방출하기 위한 청색 발광 다이오드 칩일 수 있다.
실시예들에 있어서, 상기 적색 서브 화소에 대응하는 파장 변환층(3124R)의 상기 파장 변환 물질은 0.5≤b≤1을 만족하거나/만족하고 약 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가지는 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 상기 녹색 서브 화소에 대응하는 파장 변환층(3124G)의 상기 파장 변환 물질은 0≤b<0.5를 만족하거나/만족하고, 약 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가지는 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 포함할 수 있다. 상기 청색 서브 화소에 대응하는 파장 변환층(3124B)의 상기 파장 변환 물질은 0<a≤1을 만족하거나/만족하고, 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 가지는 상기 청색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3 및/또는 청색 인광체 분말을 포함할 수 있다. 상기 파장 변환 물질은 상기 투명 물질 내에 도핑될 수 있다.
상기 청색 발광 다이오드 칩이 되는 발광 다이오드 칩(3102)의 일 예에 있어서, 상기 청색 서브 화소에 대응하는 파장 변환층(3124B)은 투명 물질일 수 있어, 상기 청색 서브 화소로부터 방출된 청색 광은 발광 다이오드 칩(3102)에 의해 직접적으로 제공된다. 상기 백색 서브 화소에 대응하는 파장 변환층(3124W)은 발광 다이오드 칩(3102)으로부터 방출된 상기 제1 광(약 430 내지 480nm의 파장을 가지는 청색 광)의 일부에 의해 여기됨에 따라 황색 광을 방출할 수 있는 YAG:Ce와 같은 상기 황색 인광체 분말을 포함할 수 있고, 상기 황색 광은 상기 잔존하는 청색 광과 혼합되어 방출하는 백색 광을 형성한다.
실시예들에 있어서, 도 31 및 도 32에 도시된 상기 마이크로 발광 다이오드는 마이크로 발광 다이오드 디스플레이(Micro LED display)에 적용될 수 있다. 종래의 발광 다이오드 기술과 비교하면, 상기 마이크로 발광 다이오드는 더 작은 크기를 가지며, 인접한 두 화소 사이의 갭 거리(gap distance)는 밀리미터 수준의 크기에서 마이크로미터 수준의 크기로 감소될 수 있다. 따라서, 단일 집적 회로 칩 상에 고밀도 및 소형 특징의 발광 다이오드 어레이를 형성할 수 있다. 색을 정확하게 제어하는 것이 더 용이하다. 장치는 고효율, 고휘도, 고신뢰성 및 빠른 응답 시간과 같은 상기 발광 다이오드의 장점들을 이용하여 더 긴 수명, 더 높은 휘도, 안정적인 재료 안정성 또는 수명, 더 적은 잔상 등의 장점을 가질 수 있다. 백라이트 광원을 사용하지 않는 자기 발광 장치(self light emitting device)는 에너지 절약, 간단한 구조, 작은 체적, 얇은 모듈 등의 장점을 가질 수 있다. 또한, 마이크로 발광 다이오드 기술을 사용하여 고해상도를 달성할 수 있다.
본 개시는 하기의 실시예들을 참조하여 더 잘 이해될 것이다.
[전-무기 페로브스카이트 양자점의 제조]
Cs2CO3 0.814g, 옥타데켄(octadecene, ODE) 40mL 및 올레산(OA) 2.5mL이 100mL의 삼목병(three-necked bottle)에 넣어졌고, 이에 탈수 단계가 진공 조건 및 120℃에서 1시간 동안 수행되었다. 다음으로, Cs 전구 물질(Cs-올레에이트 전구 물질)을 얻을 수 있도록 상기 Cs2CO3 및 상기 올레산이 완전하게 반응될 때까지 상기 삼목병은 질소 기체 시스템 내에서 150℃까지 가열되었다.
다음으로, ODE 5mL 및 PbX2 0.188mmol(X= 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 내에 함유된 할로겐 원소에 따라 결정된 Cl, Br 또는 I 또는 이들의 조합)이 25mL의 삼목병에 넣어지고, 이에 탈수 단계가 진공 조건 및 120℃에서 1시간 동안 수행되었다. 다음으로, 올레일아민(oleylamine) 0.5mL 및 OA 0.5mL이 상기 삼목병 내로 주입되었다. 상기 용액이 맑게 된 후, 가열 온도가 140 내지 200℃(상기 전-무기 페로브스카이트 양자점의 입자 크기를 조절함에 따라 결정된다)까지 증가되었다. 다음, 상기 Cs-올레에이트 전구 물질 0.4mL가 상기 삼목병 내로 빠르게 주입되었다. 5초 간 기다린 후, 상기 반응 시스템은 냉각수 수조에서 냉각되었다. 다음, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3를 얻을 수 있도록 원심 분리 정제가 수행되었다.
[적색/녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br 1-b I b ) 3 ]
도 33은 실시예들에 따른 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3의 엑스-레이 회절(X-ray diffraction) 패턴들을 보여준다. 도 33의 하단부터 상단까지의 상기 XRD 패턴들은 순서대로 CsPbI3, CsPb(Br0.2I0.8)3, CsPb(Br0.3I0.7)3, CsPb(Br0.4I0.6)3, CsPb(Br0.5I0.5)3, CsPb(Br0.6I0.4)3에 대응되며, 이들의 핵형성 온도(nucleation temperature)는 전부 180℃이다. Br 및 I의 비율을 달리한 상기 합성된 페로브스카이트 양자점들의 XRD 패턴들 및 입방상의 CsPbI3와 CsPbBr3의 기준(standard) XRD 패턴들의 비교로부터, 상기 합성된 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3의 모든 피크 위치는 입방상의 상기 기준 패턴(standard pattern)들과 동일함을 알 수 있고, 상기 합성된 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3은 모두 입방상을 가짐을 나타낸다.
도 34는 약 460nm의 방출 광에 의해 여기된 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3의 정규화(normalized)된 광루미네선스(photoluminescence, PL) 스펙트럼들을 보여준다. 피크 위치(가장 강한 강도의 위치) 및 반치전폭(full with at half maximum, FWHM)의 데이터는 표 1에 나열된다. 도 35는 CIE 다이어그램에서의 전-무기 페로브스카이트 양자점들 CsPb(Br1-bIb)3의 위치들을 보여준다.
Figure pat00001
도 34, 도 35 및 표 1의 결과로부터, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3은 상기 I 원소 함량의 증가 및 상기 Br 원소 함량의 감소의 변화, 예를 들면 b의 0.4에서 1로의 증가에 따라 적색 편이 효과(red shift effect)(예를 들면, 피크 위치가 약 557nm에서 약 687nm로 점진적으로 편이)를 가짐을 알 수 있다. 상기 현상은 양자 감금 효과(quantum confinement effect)로 설명될 수 있다. 즉, I 이온 지름은 Br 이온 지름보다 크기 때문에, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3의 방출 스펙트럼의 적색 편이는 상기 I 원소 함량이 증가함에 따라 커지는 물질 크기에 의해 기인한다.
b=0.5 내지 1을 만족하는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3은 적색 양자점이다. 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br0.4I0.6)3은 약 625nm의 가장 강한 방출 위치를 가지며, 일반적인 시장 조건에서 적색 방출 파장 범위를 준수한다. 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br0.4I0.6)3은 일반적인 상용 적색 인광체 분말보다 좁은 35nm의 FWHM을 가지며, 더 나은 색 순도를 가짐을 나타낸다. 따라서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점이 발광 장치에 적용됨에 따라, 제품의 방출 효율이 향상될 수 있다. 다른 측면에서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점이 다른 종류의 인광체 물질과 함께 발광 장치에 적용될 때, 제품의 연색성(color rendering)이 향상될 수 있다.
상기 전-무기 페로브스카이트 양자점들 CsPb(Br1-bIb)3 중 b=0.4를 만족하는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점(CsPb(Br0.6I0.4)3)은 녹색 양자점이다. 일반적인 시장 조건에서의 녹색 방출 파장 범위를 만족하면서, 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br0.6I0.4)3은 557nm에서 가장 강한 방출 위치를 가진다. 상기 녹색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br0.6I0.4)3은 일반적인 상용 녹색 인광체 분말보다 좁은 27nm의 FWHM을 가지며, 더 나은 색 순도를 가짐을 나타낸다. 따라서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점이 발광 장치에 적용됨에 따라, 제품의 방출 효율이 향상될 수 있다. 다른 측면에서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점이 다른 종류의 인광체 물질과 함께 발광 장치에 적용될 때, 제품의 연색성이 향상될 수 있다.
[전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Cl a Br 1-a ) 3 ]
도 36은 실시예들에 따른 a=0, 0.5, 1을 만족하는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3의 엑스-레이 회절 패턴들을 보여준다. 상기 합성된 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3의 XRD 패턴들 및 입방상의 CsPBr3와 CsPbCl3의 기준 XRD 패턴들의 비교로부터, 상기 합성된 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3의 모든 피크 위치는 입방상의 상기 기준 패턴(standard pattern)들과 동일함을 알 수 있고, 상기 합성된 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1 - a)3은 모두 입방상을 가짐을 나타낸다. 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3의 핵형성 온도는 모두 180℃이다.
도 37은 파장 380nm의 광에 의해 여기된 실시예들에 따른 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3(a = 0, 0.5, 1)의 정규화(normalized)된 PL 스펙트럼들을 보여준다. 피크 위치(가장 강한 강도의 위치) 및 반치전폭(FWHM)의 데이터는 표 2에 나열된다. 도 38은 CIE 다이어그램에서의 전-무기 페로브스카이트 양자점들 CsPb(ClaBr1-a)3의 위치들을 보여준다.
Figure pat00002
도 37, 도 38 및 표 2의 결과로부터, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3은 상기 Cl 원소 함량의 감소 및 상기 Br 원소 함량의 증가의 변화, 예를 들면 a의 1에서 0으로의 감소에 따라 적색 편이 효과(예를 들면, 피크 위치가 약 406nm에서 약 514nm로 점진적으로 편이)를 가짐을 알 수 있다. 상기 현상은 양자 감금 효과로 설명될 수 있다. 즉, Cl 이온 지름은 Br 이온 지름보다 작기 때문에, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3의 방출 스펙트럼의 적색 편이는 상기 Cl 원소 함량이 감소함에 따라 커지는 물질 크기에 의해 기인한다. 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(ClaBr1-a)3 중, a=0을 만족하는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점(CsPbBr3, b=1을 만족하는 상기 화학식 CsPb(Br1-bIb)3과 동등)은 녹색 양자점이고, a=0.5, 1을 만족하는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점(CsPb(Cl0.5Br0.5)3, CsPbCl3)은 청색 양자점이다.
도 39는 도 34 및 도 37의 정규화된 PL 스펙트럼을 합친 정규화된 PL 스펙트럼을 보여준다. 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점들 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3은 상이한 Cl, Br, I의 함량에 따라 다양한 발광 특성을 가진다. 방출 광은 적색, 녹색 및 청색의 범위를 포함하며, 각 FWHM은 좁다. 따라서 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점의 조성은 예상되는 피크 위치의 방출광을 얻도록 적절히 조절될 수 있다. 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점을 사용하는 발광 장치는 우수한 광전자 특성을 나타낸다.
[발광 다이오드 패키지 구조체]
도 40은 일 실시예에 따른 상용 황색 인광체 분말 YAG:Ce와 함께 CsPb(Br0.4I0.6)3의 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점을 갖는 청색 발광 다이오드 칩을 포함하는 발광 다이오드 패키지 구조체의 정규화된 PL 스펙트럼을 보여준다. 상기 적색 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br0.4I0.6)3은 625nm의 방출 파장을 가진다. 상기 황색 인광체 분말 YAG:Ce는 560nm의 방출 파장을 가진다. 도 41은 흑체 복사(black body radiation)와 유사하고, 상업적 사용에 적합한 상기 발광 다이오드 패키지 구조체의 CIE 다이어그램에서의 색 영역을 보여준다. 표 3에 나열된 바와 같이, 발광 다이오드 패키지 구조체는 온백색(warm white color)에 대응하는 4010K의 상관 색온도(correlated color temperature, CCT), 56Im/W의 방출 효율, 83.9의 일반 연색 지수(CRI Ra), 40의 연색도 R9를 가진다. 따라서, 패키지 제품은 향상된 연색도를 가질 수 있다.
Figure pat00003
[전-무기 페로브스카이트 양자점의 다양한 종류의 용도]
표 4는 실시예 1 내지 실시예 5의 조건 및 방출 결과를 나열한다. 각 실시예들에 있어서, 발광 다이오드 칩은 다양한 종류의 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3의 조합을 여기시키는데 사용된다. 표 4에 보여진 바와 같이, 실시예 1은 각각 b=0.3-0.4 및 b=0.7-0.8인 2 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 사용하며, 40의 일반 연색 지수(Ra)를 가지는 스펙트럼을 나타낸다. 실시예 2는 각각 b=0.1-0.2, b=0.5-0.6 및 b=0.6-0.7인 3 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 사용하며, 60의 Ra를 가지는 스펙트럼을 나타낸다. 실시예 3은 각각 b=0-0.1, b=0.2-0.3, b=0.4-0.5 및 b=0.6-0.7인 4 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 사용하며, 75의 Ra를 가지는 스펙트럼을 나타낸다. 실시예 4는 각각 b=0-0.1, b=0.3-0.4, b=0.5-0.6, b=0.7-0.8 및 b=0.8-0.9인 5 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 사용하며, 90의 Ra를 가지는 스펙트럼을 나타낸다. 실시예 5는 각각 b=0-0.1, b=0.2-0.3, b=0.5-0.6, b=0.6-0.7, b=0.7-0.8 및 b=0.9-1인 6 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 사용하며, 95의 Ra를 가지는 스펙트럼을 나타낸다.
Figure pat00004
다른 실시예들에 있어서, 도 42 및 도 43에 도시된 바와 같이, 실시예들에 따른 발광 다이오드 칩에 의해 여기된 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPbBr3 및 CsPbI3의 PL 스펙트럼 및 CIE 다이어그램에서의 색 영역을 각각 보여준다. 상기 발광 다이오드 칩에 의해 여기된 적어도 2 종의 조성의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 CsPb(Br1-bIb)3을 사용하는 것은 90% 이상의 NTSC를 달성할 수 있다. 예를 들면 상기 발광 다이오드 칩에 의해 여기된 2 종의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점 (CsPbBr3 및 CsPbI3)의 조합은 119%의 NTSC를 달성할 수 있다.
상기 개시된 실시예들에 따르면, CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤a≤1이고 0≤b≤1)을 가지는 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 좁은 FWHM 및 양호한 색 순도를 가지는 양호한 방출 스펙트럼 특성을 나타낼 수 있으며, 상기 발광 장치에 적용됨에 따라 발광 장치의 방출 효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예(들)의 관점에서 예시적으로 설명되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다는 것을 이해해야한다. 반대로, 본 발명은 다양한 수정 및 유사한 배열 및 절차를 포괄하는 것으로 의도되며, 따라서 첨부된 청구항들의 범위는 그러한 모든 수정 및 유사한 배열 및 절차를 포함하도록 넓게 해석되어야 한다.

Claims (28)

  1. 발광 다이오드 칩; 및
    상기 발광 다이오드 칩으로부터 방출된 제1 광에 의해 여기될 수 있어 상기 제1 광의 파장과 상이한 파장을 갖는 제2 광을 방출하는 파장 변환 물질을 포함하고,
    상기 파장 변환 물질은 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤a≤1이고 0≤b≤1)을 갖는 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함하는, 발광 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식(식 중, 0.5≤b≤1)을 가지며,
    상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 적색 양자점인, 발광 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 적색 양자점으로부터 방출된 상기 제2 광은 570 내지 700nm의 파장 피크를 갖고, 20nm 내지 60nm의 반치전폭(FWHM)을 갖는, 발광 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤b<0.5)을 가지며,
    상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 녹색 양자점인, 발광 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 녹색 양자점으로부터 방출된 상기 제2 광은 500 내지 570nm의 파장 피크를 갖고, 15 내지 40nm의 FWHM을 갖는, 발광 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(ClaBr1-a)3의 화학식(식 중, 0<a≤1)을 가지며,
    상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 청색 양자점인, 발광 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 청색 양저점으로부터 방출된 상기 제2 광은 400 내지 500nm의 파장 피크를 갖고, 10 내지 30nm의 FWHM을 갖는, 발광 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 갖는 적색 양자점 또는 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 갖는 녹색 양자점 또는 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 갖는 청색 양자점인, 발광 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함하며,
    상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤a≤1이고 0≤b≤1)을 갖고,
    상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 상이한 특성을 가지고, 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점이 상이한 a 또는 상이한 b를 가지거나, 상이한 입자 지름을 가지는, 발광 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 상이한 특성을 갖는 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식(식 중, 0.5≤b≤1)을 갖는 적색 양자점, CsPb(Br1-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤b<0.5)을 갖는 녹색 양자점 및 CsPb(ClaBr1-a)3의 화학식(식 중, 0<a≤1)을 갖는 청색 양자점으로 이루어진 군에서 선택된 것인, 발광 장치.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 상이한 특성을 가지는 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가지는 적색 양자점, 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가지는 녹색 양자점 및 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 가지는 청색 양자점으로 이루어진 군에서 선택된, 발광 장치.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 상이한 특성을 가지는 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점 및 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식을 가지며, 상기 제1 전-무기 페로브스카이트 양자점의 상기 b는 0이고, 상기 제2 전-무기 페로브스카이트 양자점의 상기 b는 1인, 발광 장치.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩의 발광 측 상에 파장 변환층을 포함하고,
    상기 파장 변환층은 상기 파장 변환 물질을 포함하는, 발광 장치.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩의 발광 측 상의 서로 이격된 복수의 상기 파장 변환층; 및
    광흡수 물질 또는 반사 물질을 포함하며 상기 복수의 파장 변환층 사이의 간격층;을 포함하는, 발광 장치.
  15. 청구항 14에 있어서, 마이크로 발광 다이오드인, 발광 장치.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩은 상기 발광 다이오드 칩의 서로 대향하는 측에 제1 전극 및 제2 전극을 구비하고, 상기 발광 다이오드 칩의 발광 측 및 상기 제1 전극은 상기 발광 다이오드 칩의 동일 측에 있는, 발광 장치.
  17. 청구항 14에 있어서, 디스플레이에 적용되며, 적어도 적색 서브 화소, 녹색 서브 화소 및 청색 서브 화소를 각각 포함하는 화소들을 포함하고,
    상기 적색 서브 화소, 상기 녹색 서브 화소 및 상기 청색 서브 화소는 각각 상기 복수의 파장 변환층 중 하나를 포함하며,
    상기 적색 서브 화소에 대응되는 상기 파장 변환층의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식(식 중, 0.5≤b≤1) 또는 10 내지 14nm 범위의 입자 지름을 가지거나,
    상기 녹색 서브 화소에 대응되는 상기 파장 변환층의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤b<0.5) 또는 8 내지 12nm 범위의 입자 지름을 가지거나,
    상기 청색 서브 화소에 대응되는 상기 파장 변환층의 상기 전-무기 페로브스카이트 양자점은 CsPb(ClaBr1-a)3의 화학식(식 중, 0<a≤1) 또는 7 내지 10nm 범위의 입자 지름을 가지는, 발광 장치.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 화소들 각각은, 상기 복수의 파장 변환층 중 다른 하나를 포함하며 상기 간격층에 의해 상기 적색 서브 화소, 상기 녹색 화소 및 상기 청색 서브 화소와 분리된 백색 서브 화소를 더 포함하는, 발광 장치.
  19. 청구항 13에 있어서, 상기 파장 변환층은 투명 물질을 더 포함하며, 상기 파장 변환 물질이 상기 투명 물질 내에 도핑된, 발광 장치.
  20. 청구항 13에 있어서, 적층되고, 서로 상이한 방출 파장을 가지는 복수의 상기 파장 변환층을 포함하는, 발광 장치.
  21. 청구항 13에 있어서, 상기 파장 변환층 및 상기 발광 다이오드 칩을 패키징하는 투명 겔을 더 포함하는, 발광 장치.
  22. 청구항 13에 있어서, 하기 설계에서 선택된 배열에 따라 배치된 구조 요소를 더 포함하는 발광 장치:
    내부에 상기 파장 변환층이 수용된 수용 영역을 구비하고, 상기 파장 변환층을 지지, 패키징, 보호하기 위해 상기 파장 변환층의 상면 및 하면을 덮는 구조 요소;
    상기 파장 변환층의 하면 상에 있고, 내부에 상기 파장 변환층이 수용된 수용 영역을 구비하며, 상기 파장 변환층을 지지하는 구조 요소; 및
    상기 파장 변환층을 보호하기 위해 상기 파장 변환층의 상면에 있는 구조 요소.
  23. 청구항 13에 있어서, 상기 파장 변환층 외측의 반사벽을 더 포함하는, 발광 장치.
  24. 청구항 1에 있어서, 백라이트 모듈, 디스플레이의 화소 또는 서브 화소, 또는 조명 장치에 적용되는, 발광 장치.
  25. 청구항 1에 있어서, 상이한 b를 가지는 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식을 가지는 적어도 2 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함하고, NTSC가 90% 이상인, 발광 장치.
  26. 청구항 1에 있어서, 상이한 b를 가지는 CsPb(Br1-bIb)3의 화학식을 가지는 적어도 4 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함하고,
    75 이상의 일반 연색 지수(Ra)를 가지는, 발광 장치.
  27. 상이한 특성을 가지고, CsPb(ClaBr1-a-bIb)3의 화학식(식 중, 0≤a≤1이고 0≤b≤1)을 가지는 적어도 2 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점을 포함하는 파장 변환 물질.
  28. 청구항 27에 있어서, 상기 상이한 특성을 가지는 적어도 2 종의 전-무기 페로브스카이트 양자점은 상이한 a 또는 상이한 b를 가지거나, 상이한 입자 지름을 가지는, 파장 변환 물질.
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