KR100849887B1 - The struction of white led chip - Google Patents
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Abstract
Description
도 1는 종래의 InGaN/Al2O3 구조의 블루 발광다이오드 칩을 도시한 단면도이고,1 is a cross-sectional view illustrating a conventional blue light emitting diode chip having an InGaN / Al 2 O 3 structure.
도 2는 종래의 InGaN/Al2O3 구조의 블루다이오드 칩과 형광체를 이용한 백색 발광다이오드 소자의 단면도이며,2 is a cross-sectional view of a white light emitting diode device using a blue diode chip and a phosphor having a conventional InGaN / Al 2 O 3 structure,
도 3은 본 발명에 대표적인 백색 발광다이오드 칩의 단면도이고,3 is a cross-sectional view of a representative white light emitting diode chip according to the present invention;
도 4는 본 발명에 의한 또 다른 실시예의 백색 발광다이오드 칩의 단면도이며,4 is a cross-sectional view of a white light emitting diode chip according to another embodiment of the present invention;
도 5 본 발명의 또 다른 실시에 따른 백색 발광다이오드 단면도이다.5 is a cross-sectional view of a white light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
- 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명--Explanation of the codes for the main parts of the drawings-
1 : InGaN/Al2O3 구조의 블루 발광 다이오드 칩(Blue Chip)1: Blue chip with InGaN / Al 2 O 3 structure
111 : 청색(Blue)발광다이오드칩의 양극전극111: anode electrode of a blue light emitting diode chip
112 : 청색 발광다이오드칩의 음극전극112: cathode of a blue light emitting diode chip
113 : p형 클레드층113: p-type cladding layer
114 : 청색 발광다이오드 칩의 활성층(Active Layer)114: active layer of a blue light emitting diode chip
115 : 청색 발광다이오드 칩의 완충제층(Buffer Layer)115: Buffer layer of the blue light emitting diode chip
116 : 청색 발광다이오드 칩의 서브스트레이트(Substrate)116: substrate of the blue light emitting diode chip
117 : 청색 발광다이오드 칩의 형광체 층117: phosphor layer of a blue light emitting diode chip
118 : 청색 발광다이오드의 Al 반사층
119 : n형 클레드층118: Al reflection layer of the blue light emitting diode
119 n-type cladding layer
211 : 접착제211: adhesive
3 : 발광다이오드 소자의 음극 리드 3: cathode lead of light emitting diode element
31 : 발광다이오드 소자의 음극 칩 패드(Pad) 31: cathode chip pad of light emitting diode device
4 : 발광다이오드 소자의 음극 리드4: cathode lead of light emitting diode element
41 : 발광다이오드 소자의 음극 칩 패드(Pad)41: cathode chip pad of light emitting diode device
5 : 골드 와이어5: gold wire
61 : 사출 반사판61: injection reflector
8 : 형광체 에폭시/실리콘 수지8: phosphor epoxy / silicone resin
10 : 발광 광자10: light emitting photon
본 발명은 청색 발광다이오드의 칩에 형광체 층을 만들어 주어 고휘도를 실현한 백색 발광다이오드 칩(Chip)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 청색 발광다이오드 칩에서 Al2O3의 서브스트레이트(Substrate)층 하단부에 형광체층과 Al반사층을 만들어 주어 백색광을 얻는 청색칩과 형광체를 이용한 백색 발광다이오드 칩에 관한 것이다.The present invention relates to a white light emitting diode chip that realizes high brightness by forming a phosphor layer on a chip of a blue light emitting diode, and more particularly, to a lower portion of a substrate layer of Al 2 O 3 in a blue light emitting diode chip. The present invention relates to a blue chip for forming a phosphor layer and an Al reflection layer on the substrate to obtain white light, and a white light emitting diode chip using the phosphor.
일반적으로 발광다이오드는 전기적인 신호를 받아 광학적 신호로 변경해 주는 역할을 하는데, 이때 전기적 신호가 가해지면 발광다이오드 칩은 빛을 발산하며, 칩의 종류에 따라 청색(Blue), 적색(Red), 황색(Green)으로 발광한다.In general, the light emitting diode receives an electric signal and converts it into an optical signal. When the electric signal is applied, the light emitting diode chip emits light, depending on the type of chip, blue, red, and yellow. Glow in (Green).
한편, 종래에는 청색칩(Blue Chip)에 형광체를 도포하는 방식으로 백색 발광다이오드를 구현했다. 이때, 청색칩을 접착제(211)을 이용하여 다이 패드(Pad; 31)에 부착하고, 골드와이어를 이용하여 전극을 형성시켜주고, 청색칩의 상층부의 사출 반사판(61) 내부에 형광체와 에폭시 또는 실리콘을 섞어 준 형광체를 채워 주는 방식으로 백색 발광다이오드 소자를 만들었으나, 이는 발광다이오드의 양자 효율을 떨어드리고 순백색의 발광다이오드 구현하기가 어렵다. 또한, 발광다이오드 사출 반사판 안에 에폭시 수지부에 형광체를 도포하는 공정이 부가됨으로써 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.Meanwhile, conventionally, a white light emitting diode was implemented by coating a phosphor on a blue chip. At this time, the blue chip is attached to the
또한, 사출 반사판 안에 채워주는 양 및 시간, 점도의 변화에 민감함으로 작업시마다 다른 색의 발광다이오드가 만들어져 공정의 수율을 떨어뜨리기도 하는데, 이는 결국 발광다이오드 소자의 가격 및 두께를 상승시키는 문제점을 유발한다.In addition, it is sensitive to changes in the amount, time, and viscosity of filling the injection reflector, and thus, different colors of light emitting diodes are produced at each operation, which lowers the yield of the process, which in turn raises the cost and thickness of the light emitting diode elements. do.
본 발명은 이와 같은 것을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 청색(Blue)광자의 효율을 최대한으로 이용하면서 공정을 획기적으로 줄이는 고효율의 백색 발광다이오드 칩(White LED Chip)을 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, to provide a high-efficiency white LED chip that significantly reduces the process while maximizing the efficiency of blue (photon) photons.
본 발명의 다른 목적은 청색(Blue)광자를 백색광으로 만들어 주기 위한 별도의 형광 에폭시 수지부를 삭제함으로써 백색 발광다이오드 소자의 두께를 줄일 수 있는 발광다이오드 소자를 제공할 수 있다.Another object of the present invention can provide a light emitting diode device that can reduce the thickness of the white light emitting diode device by eliminating a separate fluorescent epoxy resin for making a blue photon to white light.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에서는 먼저, 일반적인 청색 발광다이오드 칩의 제조 공정과 같으나, 형광체층과 Al 반사층이 부가되는 특징이 있다. 발광다이오드 칩은 한 쌍의 양극전극(Anode Pad) 및 음극전극(Cathode Lead Frame)과, 상기 양극전극의 하측에 Mg가 도핑(Doped)된 GaN계의 p형 클레드층과, InGaN계의 활성층(Active Layer)이 더블헤테로(Double Hetero) 구조를 하고 있다. 이 활성층과 음극전극의 하단에는 Si이 도핑(Doped)된 n형 클레드층과, 클레드층 하단에 GaN계의 완충제층(Buffer Layer)과, 이 완충제층 하단에 Al2O3(사파이어)의 서브스트레이트(Substrate)와, 서브스트레이트 하단부에 형광체를 도포한 형광층과, 이 형광층을 하단부에 Al으로 증착시킨 반사층으로 구성되어 진다. 이로써 전자(-)와 정공(+)의 이동으로는 420nm ~ 470nm대의 청색광자가 발광된 후 형광층을 통하여 백색광이 된다. 이 백색광은 Al 반사층을 통하여 전면부로 고 휘도의 백색광을 방출한다. 이로써, 종래의 형광체를 별도 공정에 삽입하여 제작해 주던 백색 발광다이오드 제작 방법의 고가의 비용 및 저 효율, 고가의 시설 투자비 등의 단점을 보완한 백색 발광다이오드 칩을 제공하는 것이다.In the present invention for achieving the above object, it is the same as the manufacturing process of a general blue light emitting diode chip, but it is characterized in that the phosphor layer and the Al reflection layer is added. The light emitting diode chip includes a pair of anode pads and a cathode lead frame, a GaN p-type cladding layer doped with Mg under the anode electrode, and an InGaN active layer. (Active Layer) has a double hetero structure. Si-doped n-type cladding layer at the bottom of the active layer and the cathode electrode, GaN-based buffer layer at the bottom of the cladding layer, and Al 2 O 3 (sapphire) at the bottom of the buffer layer. The substrate is composed of a substrate, a fluorescent layer coated with a phosphor at the lower end of the substrate, and a reflective layer in which the fluorescent layer is deposited with Al at the lower end. As a result, the electrons (-) and holes (+) are moved, and blue photons in the 420 nm to 470 nm bands emit white light through the fluorescent layer. This white light emits high brightness white light through the Al reflecting layer to the front portion. Accordingly, the present invention provides a white light emitting diode chip that compensates for disadvantages such as high cost, low efficiency, and expensive facility investment of the white light emitting diode manufacturing method, which is manufactured by inserting a conventional phosphor into a separate process.
이때, 청색칩(Blue Chip)(1)은 420nm ∼ 470nm 발광 스펙트럼 피크(peak) 파장을 발광하고, 이 청색광자와 형광층의 형광체는 520nm ~ 620nm 파장으로 변환해 주는 특징을 가지고 있다.At this time, the
이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명에 의한 발광다이오드 칩의 요부 단면도로서 양극전극(Anode Pad; 111) 및 음극전극(Cathode Lead Frame; 112)과, 상기 양극전극(111)의 하측에 마그네슘(Mg)이 도프된(Doped) GaN계의 p형 클레드층(113)과, InGaN계의 활성층(Active Layer; 114)이 더블헤테로(Double Hetero)구조를 하고 있다. 이 활성층 하단과 상기 음극전극(112)의 하단에는 Si이 도프(Doped)된 n형 클레드층(119)과 이 클레드층 하단에 GaN계의 완충제층(Buffer Layer)(115)과, 이 완충제층(115) 하단에 Al2O3(사파이어)의 서브스트레이트(Substrate; 116)와, 서브스트레이트(116) 하단에는 형광체를 도포한 형광층(117)과, 이 형광층의 하단부에 Al으로 증착시킨 반사층(118)으로 구성되어 있다.3 is a cross-sectional view of a main part of a light emitting diode chip according to the present invention, in which an
도 4는 본 발명에 의한 발광다이오드 칩의 요부 단면도로서 양극전극(111)과 음극전극(112)과, 상기 양극전극(111)의 하측에 Mg가 도핑된 GaN계의 p형 클레드층(113)과, InGaN계의 활성층(Active Layer)(114)이 더블헤테로(Double Hetero)구조를 하고 있다.4 is a cross-sectional view illustrating main parts of a light emitting diode chip according to the present invention. ) And an InGaN-based
이 활성층(Active Layer)층과 상기 음극전극(112)의 하단에는 Si이 도핑(Doped)된 n형 클레드층(119)과, 클레드층 하단에 GaN계의 완충제층(Buffer Layer)(115)과, 이 완충제층(115) 하단에 Al2O3(사파이어)의 서브스트레이트(116)와, 서브스트레이트(116) 하단부와 발광다이오드 칩의 측면 부까지 확장하여 형광체를 도포한 형광층(117)과, 이 형광층의 하단부와 이 발광다이오드 칩의 측면 부까지 확장하여 Al으로 증착시킨 반사층(118)으로 구성되어 있다.The n-
도 5는 본 발명에 의한 발광다이오드 칩의 요부 단면도로서 양극전극(111) 및 음극전극(112)과, 상기 양극 전극(111)의 하측에 Mg가 도핑(Doped)된 GaN계의 p형 클레드층(113)과, InGaN계의 활성층(114)이 더블헤테로(Double Hetero) 구조를 하고 있다.5 is a cross-sectional view of a main part of a light emitting diode chip according to the present invention, and a GaN p-type clad with Mg doped under the
이 활성층(Active Layer)층과 상기 음극전극(112)의 하단에는 Si이 도핑된 n형 클레드층(119)과, 클레드층 하단에 GaN계의 완충제층(115)과, 이 완충제층(115) 하단에 Al2O3(사파이어)의 서브스트레이트(116)와, 서브스트레이트(116) 하단부와 발광다이오드 칩의 측면 부와 발광다이오드 칩의 상측면부까지 확장하여 형광체를 도포한 형광층(117)과, 이 형광층의 하단부와 이 발광다이오드 칩의 측면부까지 확장하여 Al으로 증착시킨 반사층(118)으로 구성되어 있다.The n-
이와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 먼저 전자(-)와 정공(+)의 이동으로는 420nm~470nm대의 청색 광자가 발광된 후 형광층을 통하여 백색광이 된다.According to the present invention having such a configuration, first, when the electrons (-) and the holes (+) are moved, blue photons in the 420 nm to 470 nm bands emit white light through the fluorescent layer.
이 백색광은 Al 반사층(118)을 통하여 전면부로 고휘도의 백색광을 방출한다. 이로써, 종래의 형광체를 별도 공정에 삽입하여 제작해 주던 백색 발광다이오드 제작 방법의 고가의 비용 및 저 효율, 고가의 시설 투자비 등의 단점을 보완한 백색 발광다이오드 칩을 제공하는 것이다. This white light emits high brightness white light through the
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예와 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and drawings, and various substitutions, modifications, and alterations within the scope not departing from the technical spirit of the present invention are possible in the art to which the present invention pertains. It will be clear to those who have it.
이상과 같은 본 발명에 의한 백색 발광다이오드 칩은 자체적으로 백색광을 발광함으로써 일반적인 백색 발광다이오드 소자를 만들기 위한 공정을 삭제할 수 있어 제조 원가 절감과 공정 투자 비용을 줄여주는 효과가 있다. 또 다른 특징으로는 백색광을 내는 칩으로서 백색광을 칩에서 구현함으로써, 청색(Blue) 광자 효율 최대한 백색광자로 만들기에 고 휘도를 구현할 수 있다. As described above, the white light emitting diode chip according to the present invention can delete a process for making a general white light emitting diode device by emitting white light by itself, thereby reducing manufacturing cost and reducing process investment cost. Another feature is that a chip that emits white light and implements white light in the chip, so that high luminance can be realized to make the blue photon efficiency as white photons as much as possible.
이에 본 발명에서는 형광체층을 발광다이오드 칩의 하단부, 상단부, 측면부에 형광체 삽입하는 공정을 통하여 청색(Blue)광자를 백색(White)광자로 변환해 준다. 따라서 발광효율을 극대화하고 고 신뢰성의 백색광을 구현할 수 있는 것이 다.Accordingly, the present invention converts the blue photons into white photons by inserting the phosphor layer into the lower end, the upper end, and the side of the light emitting diode chip. Therefore, the luminous efficiency can be maximized and high reliability white light can be realized.
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