KR100698928B1 - 발광 다이오드 - Google Patents

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KR100698928B1
KR100698928B1 KR1020050043153A KR20050043153A KR100698928B1 KR 100698928 B1 KR100698928 B1 KR 100698928B1 KR 1020050043153 A KR1020050043153 A KR 1020050043153A KR 20050043153 A KR20050043153 A KR 20050043153A KR 100698928 B1 KR100698928 B1 KR 100698928B1
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김경남
박상미
서은정
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서울반도체 주식회사
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Abstract

본 발명은 적색, 녹색, 청색을 각각 발광하는 적어도 세 개의 발광 다이오드 칩, 상기 각각의 발광 다이오드 칩에 대응하여 형성된 제 1 전극과, 상기 각각의 발광 다이오드 칩의 일단에 연결되는 제 2 전극이 마련된 기판 및 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하고 황색 형광체가 포함된 몰딩부를 포함하는 발광 다이오드를 제공한다. 본 발명의 발광 다이오드는 다양한 색상과 백색광을 구현할 수 있으며, 각 발광 다이오드 칩으로부터 발광되는 색상에 상기 백색광을 혼합함으로써 파스텔 계열의 색상과 같이 색감이 부드럽고 따스한 느낌을 줄 수 있는 색을 발광할 수 있는 장점이 있다.
발광 다이오드, LED, 백색 발광, RGB, 7컬러 다이오드, 파스텔

Description

발광 다이오드 {Light emitting diode}
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한 평면도와 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 변형예를 도시한 평면도.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시한 평면도와 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 적색 발광 다이오드 칩의 구동시 나타나는 발광 스펙트럼.
도 5는 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 녹색 발광 다이오드 칩의 구동시 나타나는 발광 스펙트럼.
도 6은 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 청색 발광 다이오드 칩의 구동시 나타나는 발광 스펙트럼.
도 7은 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 적색과 녹색 발광 다이오드 칩의 동시 구동시 나타나는 발광 스펙트럼.
도 8은 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 적색과 청색 발광 다이오드 칩의 동시 구동시 나타나는 발광 스펙트럼.
도 9는 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 녹색과 청색 발광 다이오드 칩의 동시 구동시 나타나는 발광 스펙트럼.
도 10은 본 발명에 따른 발광 다이오드에 있어서 적색과 녹색과 청색 발광 다이오드 칩의 동시 구동시 나타나는 발광 스펙트럼.
도 11은 종래 7컬러 발광 다이오드와 본 발명의 발광 다이오드에 의해 구현할 수 있는 색재현 범위를 나타낸 색좌표를 비교한 도표.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 적색 발광 다이오드 칩 20 : 녹색 발광 다이오드 칩
30 : 청색 발광 다이오드 칩 40 : 형광체
50 : 기판 61, 62, 63 : 제 1 전극
71, 72, 73, 74 : 제 2 전극 80 : 몰딩부
90 : 와이어 100 : 반사기
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 새로운 파스텔 계열의 색상을 포함하여 색감이 부드럽고 깨끗하며 다양한 색을 구현할 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드는 화합물 반도체의 p-n 접합 구조를 이용하여 주입된 소수 캐리어(전자 또는 정공)를 만들어내고, 이들의 재결합에 의하여 소정의 빛을 발산하는 소자를 지칭한다. 이는 소모 전력이 작고 수명이 길고 내구성이 우수하여 다양한 제품 분야에 응용되고 있으며, 단일 칩 또는 멀티 칩을 사용하여 원하는 색의 발광을 구현할 수 있다.
예를 들어 단일 칩의 경우, GaAsP 등을 이용한 발광 다이오드 칩을 사용하여 적색을 발광하고, GaP 등을 이용한 발광 다이오드 칩을 사용하여 녹색을 발광하고, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero) 구조를 이용한 발광 다이오드 칩을 사용하여 청색을 발광할 수 있다. 또한 예를 들어 멀티 칩의 경우, 적색, 녹색, 청색을 발광하는 발광 다이오드 칩을 동시에 사용하여 백색 발광을 구현할 수 있다.
한편, 단일 칩의 경우에 화합물 반도체의 발광 다이오드 칩과, 발광 다이오드 칩에서 방출되는 1차 광을 파장변환하는 형광 물질을 이용하여 원하는 색의 발광을 구현할 수 있다. 예를 들어, 청색으로 발광하는 발광 다이오드 칩 위에 그 광의 일부를 여기원으로서 황록색 또는 황색을 발광하는 형광체를 도포하여 발광 다이오드 칩의 청색 발광과 형광체의 황록색 또는 황색 발광에 의해 백색을 얻을 수 있다. 또한, 자외선을 발광하는 발광 다이오드 칩 위에 발광된 자외선을 흡수하여 녹색에서 적색까지의 가시광선을 발광하도록 형광체를 도포함으로서 가시광선으로의 파장 변환이 가능하다.
백색 광의 발광 다이오드는 신호(signaling)와 조명의 목적을 위해 많이 사용되며, 자동차용 및 조명용 제품에 응용되면서 그 수요가 증대하고 있다.
종래 상술한 바와 같이 다수 개의 발광 다이오드 칩을 이용한 멀티 칩의 경우에, 각각의 발광 다이오드 칩을 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드 칩으로 구성하게 되면 각각 전류를 가하여 7가지 색을 구현할 수 있는데, 일반적으로 이러한 발광 다이오드를 7컬러 발광 다이오드라고 한다. 기판 상에 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드 칩이 실장되고, 상기 각각의 발광 다이오드 칩에 대응하여 전극이 형성되 어 각 발광 다이오드 칩에 독립적으로 전류를 인가할 수 있도록 구성된다. 또한, 투명 에폭시 수지를 사용하여 상기 발광 다이오드 칩들을 봉지하는 몰딩부를 포함한다. 이러한 종래 7컬러 발광 다이오드는 선택적으로 전기 연결하여 다양한 색을 구현할 수 있으며, 동시에 모든 전극에 전류를 인가하여 적색, 녹색, 청색의 조합으로 인한 백색을 구현할 수 있다. 7컬러 발광 다이오드는 키보드 및 키패드 등에 사용되는 인디케이터, 핸드폰 뿐만 아니라 일반 전자 제품 등에서 지시등과 장식용 등으로 사용된다.
뛰어난 색감과 함께 긴 수명, 높은 소비 효율을 갖는 발광 다이오드는 일반 조명을 대체할 광원으로 주목받고 있으며, 다양한 색상에 대한 소비자의 욕구는 증대하고 있다. 특히 최근에는 기존에 색순도가 높은 좌표를 갖는 색보다는 파스텔 계열과 같이 색감이 부드러운 색을 선호하는 경향이 있다. 이에 따라 더욱 다양하고 부드러운 느낌의 색을 구현할 수 있는 발광 다이오드의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다양한 색상을 구현할 수 있고, 새로운 재료나 공정의 추가 없이 단순한 공정을 통해 색감이 부드럽고 따스한 느낌의 색상을 구현할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 적색, 녹색, 청색을 각각 발광하는 적어도 세 개의 발광 다이오드 칩, 상기 각각의 발광 다이오드 칩에 대응하여 형성된 제 1 전극과, 상기 각각의 발광 다이오드 칩의 일단에 연결되는 제 2 전극이 마련된 기판 및 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하고 황색 형광체가 포함된 몰딩부를 포함하는 발광 다이오드를 제공한다.
상기 황색 형광체는 (Ba, Sr, Ca)2SiO4:Eu 또는 YAG:Ce를 포함할 수 있으며, 상기 몰딩부는 에폭시 또는 실리콘 수지로 이루어질 수 있다. 상기 청색 발광 다이오드 칩에서 방출되는 청색 광과, 상기 청색 광이 상기 황색 형광체에 의해 여기되는 광이 혼색되어 발광하는 백색광의 색좌표가 0.2≤x≤0.4, 0.2≤y≤0.4의 범위인 것을 특징으로 한다.
상기 몰딩부는 트랜스퍼 몰딩 방법으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 기판 상부에 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸며 내측벽에 소정의 기울기를 갖도록 형성되는 반사기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 발광 다이오드는 상기 발광 다이오드 칩을 선택적으로 발광시켜 7가지 컬러를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1a와 도 1b는 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한 평면도와 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(50)과, 상기 기판(50) 상에 형성된 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)과, 각각 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)과, 상기 기판(50)의 상부에 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)을 봉지하는 몰딩부(80)를 포함한다.
상기 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)은 상기 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)이 각각 실장되는 제 1 전극(61, 62, 63)과, 상기 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)의 일단에 각각 연결되는 제 2 전극(71, 72, 73)을 포함한다. 상기 기판(50) 상에 형성되는 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)은 인쇄 기법을 통하거나, 접착제를 이용하여 형성할 수 있다. 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)은 전도성이 우수한 구리 또는 알루미늄을 포함한 금속 물질로 형성하되, 제 1 전극(61, 62, 63)과 제 2 전극(71, 72, 73)은 전기적으로 서로 단전되도록 형성한다. 본 실시예의 발광 다이오드 칩의 개수는 이에 한정되지 않고 다수 개로 구성할 수 있으며, 기판 상에 형성되는 전극 패턴의 개수와 형상 역시 도시한 바와 같이 한정되지 않고 칩의 실장 위치와 구성에 따라 다양하게 형성 가능하다. 예를 들어, 발광 다이오드 칩의 개수에 따라, 또는 삼색광의 혼합을 위한 최적 위치에 따라 형성되는 전극 패턴의 수와 형상이 달라질 것이다.
상기 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)은 각각의 제 1 전극(61, 62, 63) 상에 실장되며, 은 페이스트를 이용하여 실장될 수 있다. 각 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)은 와이어(90)를 통하여 제 2 전극(71, 72, 73)에 연결된다.
도 1a의 Ⅰ-Ⅰ′의 단면을 도시한 도 1b에서 볼 수 있듯이, 상기 기판(50) 상부에는 상기 다수 개의 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)을 봉지하기 위한 몰딩부(80)가 형성된다. 몰딩부(80) 내에는 청색광에 의해서만 여기될 수 있는 황색 형광체(40)가 균일하게 혼합되어 있다.
형광체(40)는 임자결정(Host Lattice)과 적절한 위치에 불순물이 혼입된 활성 이온으로 구성되는데, 활성 이온들의 역할은 발광 과정에 관여하는 에너지 준위를 결정함으로써 발광색을 결정하며, 그 발광색은 결정 구조 내에서 활성 이온이 갖는 기저 상태와 여기 상태의 에너지 차(Energy Gap)에 의해 결정된다. 즉, 활성 이온을 갖는 형광체(40)가 갖는 발광 중심색은 궁극적으로 활성 이온들의 전자 상태 즉, 에너지 준위에 의해 결정된다.
본 발명에 따른 황색 형광체(40)로서는 (Ba, Sr, Ca)2SiO4:Eu 또는 YAG:Ce를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 형광체(40)는 청색 스펙트럼의 파장을 흡수하여 황색 스펙트럼의 파장으로 여기 발광된다.
그리하여 청색 발광 다이오드 칩(30)에서 발생되는 1차 광들과, 몰딩부(80) 내에 고르게 분포된 각 형광체(40)들에 의해 파장변환된 2차광들이 혼색되어, 원하는 스펙트럼 영역의 색이 구현되는 것이다. 이 때 구현되는 백색광의 색좌표 범위 가 0.2≤x≤0.4, 0.2≤y≤0.4의 범위를 만족하도록 황색 형광체(40)의 농도를 조절한다.
본 실시예는 이와 같은 형광체(40)들을 액상 에폭시 수지에 일정 비율로 혼합하여 그 혼합물을 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)의 상부에 도포하고, 도포된 혼합물의 외형이 일정 형상을 갖도록 격벽을 가진 성형기로 혼합물의 상부를 누른 후 장시간에 걸쳐 경화시켜 몰딩부(80)를 형성할 수 있다. 또한, 에폭시 수지와 형광체(40)의 혼합 분말로 제작된 태블릿을 이용하여 트랜스퍼 몰딩 방법을 사용하여 몰딩부(80)를 형성할 수도 있다. 즉, 분말 에폭시 수지와 형광체(40)를 골고루 혼합하여 소정 압력으로 압축하여 형성한 태블릿을 트랜스퍼 몰딩기에 투입하면, 소정 온도와 압력이 가해져 트랜스퍼 몰딩기의 금형 형태에 따라 상기 기판(50) 상부에 몰딩부(80)를 형성한다. 이는 에폭시 수지 뿐 아니라 실리콘 수지를 사용할 수도 있다.
이러한 몰딩부(80)의 제조 방법은 상술한 바에 한정되지 않으며, 다양한 공정과 제조 방법으로 형성할 수 있다.
또한, 몰딩부(80)는 평면상에 광학 렌즈가 형성된 형상으로 형성하되, 이에 한정되지 않고, 광학 렌즈 형태, 평판 형태 및 표면에 소정의 요철을 갖는 형태 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
상기 형광체(40)가 균일하게 분포된 몰딩부(80)가 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)을 봉지하고, 상기 몰딩부(80)의 외부로 제 1 및 제 2 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)의 소정 영역이 노출된다. 이를 통해 제 1 및 제 2 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)과 외부 전류 입력 단자를 전기적으로 연결하여 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 상기 다수 개의 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)에 각각의 전기 연결이 가능하기 때문에, 각 발광 다이오드를 독립적으로 구동할 수 있다. 예를 들어 적색 발광 다이오드 칩(10)이 실장된 제 1 전극(61)에 양(+)의 전압을 인가하고, 적색 발광 다이오드 칩(10)이 연결된 제 2 전극(71)에 음(-)의 전압을 인가하는 경우에, 도 4에서 볼 수 있듯이 620nm를 발광 피크로 하는 적색광을 얻을 수 있다. 녹색 발광 다이오드 칩(20)이 실장된 제 1 전극(62)에 양(+)의 전압을 인가하고, 녹색 발광 다이오드 칩(20)이 연결된 제 2 전극(72)에 음(-)의 전압을 인가하는 경우에, 도 5에서 볼 수 있듯이 520nm를 발광 피크로 하는 녹색광을 얻을 수 있다. 또한, 청색 발광 다이오드 칩(30)이 실장된 제 1 전극(63)에 양(+)의 전압을 인가하고, 청색 발광 다이오드 칩(30)이 연결된 제 2 전극(73)에 음(-)의 전압을 인가하는 경우에, 도 6에서 볼 수 있듯이 청색 발광 다이오드 칩(30)으로부터 발생된 1차 광과 방출된 1차 광의 일부를 형광체(40)가 흡수, 여기하여 방출되는 2차 광이 혼색되어 백색이 구현됨을 알 수 있다.
뿐만 아니라, 하나 이상의 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)에 전기 연결하여 각 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)으로부터 방출되는 색상의 조합으로 인한 광의 혼색 발광으로 더욱 다양한 색상을 구현할 수 있다. 예를 들어, 적색 발광 다이오드 칩(10)이 실장된 제 1 전극(61)과 녹색 발광 다이오드 칩(20)이 실장된 제 1 전극(62)에 동시에 양(+)의 전압을 인가하고, 적색 발광 다이오드 칩(10)과 녹색 발광 다이오드 칩(20)이 각각 연결된 제 2 전극(71, 72)에 동시에 음(-)의 전압을 인가하는 경우에, 도 7에 나타낸 바와 같은 발광 스펙트럼을 얻을 수 있으며, 적색광과 녹색광이 혼합되어 황색 발광을 얻을 수 있다. 적색 발광 다이오드 칩(10)과 청색 발광 다이오드 칩(30)이 각각 실장된 제 1 전극(61, 63)에 동시에 양(+)의 전압을 인가하고, 적색 발광 다이오드 칩(10)과 청색 발광 다이오드 칩(30)이 각각 연결된 제 2 전극(71, 73)에 동시에 음(-)의 전압을 인가하는 경우에, 도 8에 나타낸 바와 같은 발광 스펙트럼을 얻을 수 있으며, 백색과 적색이 혼합되어 핑크색 계열의 발광을 얻을 수 있다. 또한, 녹색 발광 다이오드 칩(20)과 청색 발광 다이오드 칩(30)이 각각 실장된 제 1 전극(62, 63)에 동시에 양(+)의 전압을 인가하고, 녹색 발광 다이오드 칩(20)과 청색 발광 다이오드 칩(30)이 각각 연결된 제 2 전극(72, 73)에 동시에 음(-)의 전압을 인가하는 경우에 도 9에 나타낸 바와 같은 발광 스펙트럼을 얻을 수 있으며, 백색과 녹색이 혼합되어 파스텔 계열의 녹색 발광을 얻을 수 있다.
또한, 다수 개의 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)이 실장된 모든 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73) 패턴에 전기 연결하는 경우에 도 10에 나타낸 바와 같은 발광 스펙트럼을 얻을 수 있으며, 백색과 녹색과 적색이 혼합되어 백황색 계열의 발광을 얻을 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 다수 개의 적색, 청색, 녹색의 발광 다이오드 칩을 독립적으로 구동하여 다양한 색을 구현할 수 있고, 청색광에 의해서만 여기될 수 있는 황색 형광체를 포함하여 청색 발광 다이오드 칩의 전기 연결시 백색광을 구현 할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 백색광을 혼합하여 색을 구현함으로써, 파스텔 계열과 같은 부드럽고 따뜻한 느낌의 색감의 표현이 가능하다. 황색 형광체는 다수 개의 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부 내에 균일하게 분포되어 있기 때문에, 본 실시예는 균일한 색상을 구현하며 재현성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 다양한 색의 발광과 새로운 광 특성을 구비한 발광 다이오드를 제조함에 따라, 사용 용도를 다양하게 할 수 있으며 다기능의 발광 다이오드 역할이 가능하다. 또한, 새로운 재료나 공정의 추가 없이 기존 공정을 응용하여 단순한 공정을 통해 본 발명의 발광 다이오드를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 변형예를 도시한 평면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(50)과, 상기 기판(50) 상에 형성된 전극(61, 62, 63, 74)과, 각각 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)과, 상기 기판(50)의 상부에 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)을 봉지하는 몰딩부(80)를 포함하고, 몰딩부(80) 내에는 청색광에 의해서만 여기될 수 있는 황색 형광체(40)가 균일하게 혼합되어 있다. 이는 상기 제 1 실시예의 구성과 거의 동일하며, 단지 기판(50) 상에 형성된 전극(61, 62, 63, 74) 패턴이 상기 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)이 각각 실장되는 제 1 전극(61, 62, 63)과, 상기 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)의 일단에 공통적으로 연결되는 제 2 전극(74)을 포함한다. 이에 대한 구체적 설명은 도 1a 내지 도 1b에 관련된 상술로 대신한다. 이와 같이 전극 패턴의 개수나 형상은 한정되지 않고 공정 상의 편의에 따라 다양하게 형성 가능하다. 또한 도 2의 변형예는 도시된 바와 같이 한정되지 않고 다른 실시예에도 적용될 수 있다.
도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 제 2 실시예를 도시한 평면도와 단면도이다.
도면을 참조하면, 발광 다이오드는 기판(50)과, 상기 기판(50) 상에 형성된 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)과, 각각 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)과, 상기 기판(50)의 상부에 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)을 둘러싸도록 형성된 반사기(100)와, 상기 반사기(100)의 중앙 홀 내부에 형광체(40)를 포함하여 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)를 봉지하는 몰딩부(80)를 포함한다.
상기 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)은 상기 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)이 각각 실장되는 제 1 전극(61, 62, 63)과, 상기 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)의 일단에 각각 연결되는 제 2 전극(71, 72, 73)을 포함한다. 상기 적색, 녹색, 청색 발광하는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)은 각각의 제 1 전극(61, 62, 63) 상에 실장되며, 각 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)은 와이어(90)를 통하여 제 2 전극(71, 72, 73)에 연결된다. 이는 상기 제 1 실시예의 구성과 거의 동일하며, 이에 대한 구체적 설명은 도 1a 내지 도 1b에 관련된 상술로 대신한다.
마찬가지로 본 실시예의 발광 다이오드 칩의 개수는 이에 한정되지 않고 다수 개로 구성할 수 있으며, 기판 상에 형성되는 전극 패턴의 개수와 형상 역시 도시한 바와 같이 한정되지 않고 칩의 실장 위치와 구성에 따라 다양하게 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 2와 같은 변형예를 제 2 실시예에 적용할 수 있을 것이다.
도 3a의 Ⅱ-Ⅱ′의 단면을 도시한 도 3b에서 볼 수 있듯이, 본 실시예는 상기 기판(50)의 상부에 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)을 둘러싸도록 형성된 반사기(100)를 포함하며, 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)의 보호를 위해 상기 반사기(100)의 중앙 홀에 액상 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등을 충진한 몰딩부(80)를 포함한다. 몰딩부(80) 내에는 청색광에 의해서만 여기될 수 있는 황색 형광체(40)가 균일하게 혼합되어 있다.
본 발명에 따른 황색 형광체(40)로서는 (Ba, Sr, Ca)2SiO4:Eu 또는 YAG:Ce를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 형광체(40)는 청색 스펙트럼의 파장을 흡수하여 황색 스펙트럼의 파장으로 여기 발광된다. 그리하여 청색 발광 다이오드 칩(30)에서 발생되는 1차 광들과, 몰딩부(80) 내에 고르게 분포된 각 형광체(40)들에 의해 파장변환된 2차광들이 혼색되어, 원하는 스펙트럼 영역의 색이 구현되는 것이다. 이 때 구현되는 백색광의 색좌표 범위가 0.2≤x≤0.4, 0.2≤y≤0.4의 범위에 포함되도록 황색 형광체(40)의 농도를 조절한다.
먼저 기판(50) 상부에 반사기(100)를 형성한 뒤, 반사기(100)의 중앙 홀에 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)을 봉지하기 위한 몰딩부(80)를 형성한다. 몰딩부(80)는 상기 형광체(40)들을 액상 에폭시 수지 또는 실리콘 수지에 일정 비율로 혼합하고 그 혼합물을 상기 반사기(100)의 중앙 홀에 충진하여 소정 시간 동안 가열 경화시켜 형성할 수 있다. 물론 이러한 몰딩부(80)의 제조 방법은 한정되지 않고 다양한 공정과 제조 방법으로 형성할 수 있다.
이 때 광의 휘도 및 집광 능력을 향상시키기 위해 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)을 둘러싸는 반사기(100)의 내측벽이 소정 기울기를 갖도록 형성할 수 있다. 이는 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)에서 발광하는 광의 반사를 극대화하고 발광 효율을 증대시키기 위해 바람직하다.
또한, 몰딩부(80)는 반사기(100)의 중앙 홀 내부에 평판 형태로 형성하되, 이에 한정되지 않고, 광학 렌즈 형태 및 표면에 소정의 요철을 갖는 형태 등 다양한 형상으로 형성할 수 있다.
상기 형광체(40)가 균일하게 분포된 몰딩부(80)가 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)을 봉지하고, 상기 몰딩부(80)와 반사기(100)의 외부로 제 1 및 제 2 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)의 소정 영역이 노출된다. 이를 통해 제 1 및 제 2 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73)과 외부 전류 입력 단자를 전기적으로 연결하여 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)에 외부 전류를 인가할 수 있다.
이러한 발광 다이오드는 상기 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로 다수 개의 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)에 각각의 전기 연결이 가능하기 때문에, 각 발광 다이오드를 독립적으로 구동할 수 있다. 즉, 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)에 독립적으로 전기 연결하여 각각 적색, 녹색, 백색 발광을 얻을 수 있다. 이 때 청색 발광 다이오드 칩(30)에 전기 연결시, 청색 발광 다이오드 칩(30)으로부터 발생된 1차 광과 방출된 1차 광의 일부를 황색 형광체(40)가 흡수, 여기하여 방출되는 2차 광이 혼색되어 백색을 구현한다.
또한, 하나 이상의 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)에 전기 연결하여 각 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)으로부터 방출되는 색상의 조합으로 인한 광의 혼색 발광으로 더욱 다양한 색상을 구현할 수 있다. 즉, 적색과 녹색 발광 다이오드 칩(10, 20)에 동시에 전기 연결하여 적색광과 녹색광이 혼합된 황색 발광을 얻을 수 있다. 또한, 적색과 청색 발광 다이오드 칩(10, 30)에 동시에 전기 연결하여 적색광과 백색광이 혼합된 핑크색 계열의 발광을 얻을 수 있고, 녹색과 청색 발광 다이오드 칩(20, 30)에 동시에 전기 연결하여 백색광과 녹색광이 혼합된 파스텔 계열의 녹색 발광을 얻을 수 있다.
뿐만 아니라 다수 개의 발광 다이오드 칩(10, 20, 30)이 실장된 모든 전극(61, 62, 63, 71, 72, 73) 패턴에 전기 연결하여 백색광과 녹색광과 적색광이 혼합된 백황색 계열의 발광을 얻을 수 있다.
이와 같이 본 실시예는 다수 개의 적색, 청색, 녹색의 발광 다이오드 칩을 독립적으로 구동하여 다양한 색을 구현할 수 있으며, 청색광에 의해서만 여기될 수 있는 황색 형광체를 포함하여 청색 발광 다이오드 칩의 전기 연결시 백색광을 구현할 수 있다. 뿐만 아니라 상기 백색광을 혼합하여 색을 구현함으로써, 파스텔 계열과 같은 부드럽고 따뜻한 느낌의 색감의 표현이 가능하다. 황색 형광체는 다수 개의 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부 내에 균일하게 분포되어 있기 때문에, 본 실시예는 균일한 색상을 구현하며 재현성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 다양한 색의 발광과 새로운 광 특성을 구비한 발광 다이오드를 제조함에 따라, 사용 용도를 다양하게 할 수 있으며 다기능의 발광 다이오드 역할이 가능하다. 또한, 새로운 재료나 공정의 추가 없이 기존 공정을 응용하여 단순한 공 정을 통해 본 발명의 발광 다이오드를 제조할 수 있다는 장점이 있다.
도 11은 종래 7컬러 발광 다이오드와 본 발명의 발광 다이오드에 의해 구현할 수 있는 색재현 범위를 나타낸 색좌표를 비교한 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드 칩과 상기 발광 다이오드 칩을 봉지하는 몰딩부에 황색 형광체를 균일하게 분포시킴으로써, 선택되어진 영역의 색좌표 구현이 가능하다. 즉, 각 발광 다이오드 칩으로부터 발광되는 색상에 백색광이 혼합되어 발광함으로써, 종래 7컬러 발광 다이오드에 비해 파스텔 계열과 같은 부드럽고 따뜻한 느낌의 색감의 색을 구현할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 발광 다이오드는 적색, 녹색, 청색 발광 다이오드를 하나의 공간에 마련하여 독립적으로 구동가능함으로써 다양한 색상을 구현하고, 다양한 색상의 구현으로 인해 사용 용도가 다양한 장점이 있다. 또한 청색광에 의해서만 여기될 수 있는 황색 형광체를 균일하게 포함하여 백색광을 구현할 수 있고, 각 발광 다이오드 칩으로부터 발광되는 색상에 상기 백색광을 혼합함으로써 파스텔 계열의 색상과 같이 색감이 부드럽고 따스한 느낌을 줄 수 있는 색을 발광할 수 있는 장점이 있다.
또한 본 발명의 발광 다이오드는 새로운 재료나 공정의 추가 없이 기존의 공정을 응용하여 단순한 방법에 의해 다양하고 새로운 색을 구현하는 발광 다이오드를 제조할 수 있으며, 이는 다양한 제품 분야에 응용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 적색, 녹색, 청색을 각각 발광하는 적어도 세 개의 발광 다이오드 칩;
    상기 각각의 발광 다이오드 칩에 대응하여 형성된 제 1 전극과, 상기 각각의 발광 다이오드 칩의 일단에 연결되는 제 2 전극이 마련된 기판; 및
    상기 발광 다이오드 칩을 봉지하고 황색 형광체가 포함되며, 트랜스퍼 몰딩 방법으로 형성된 몰딩부를 포함하는 발광 다이오드.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 황색 형광체는 (Ba, Sr, Ca)2SiO4:Eu 또는 YAG:Ce를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 몰딩부는 에폭시 또는 실리콘 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 청색 발광 다이오드 칩에서 방출되는 청색 광과, 상기 청색 광이 상기 황색 형광체에 의해 여기되는 광이 혼색되어 발광하는 백색광의 색좌표가 0.2≤x≤ 0.4, 0.2≤y≤0.4의 범위인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기판 상부에 상기 발광 다이오드 칩을 둘러싸며 내측벽에 소정의 기울기를 갖도록 형성되는 반사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 또는 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩을 선택적으로 발광시켜 7가지 컬러를 발생시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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