KR101645858B1 - 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자 - Google Patents

형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자 Download PDF

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KR101645858B1
KR101645858B1 KR1020150032299A KR20150032299A KR101645858B1 KR 101645858 B1 KR101645858 B1 KR 101645858B1 KR 1020150032299 A KR1020150032299 A KR 1020150032299A KR 20150032299 A KR20150032299 A KR 20150032299A KR 101645858 B1 KR101645858 B1 KR 101645858B1
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Abstract

본 발명은 하나의 발광소자를 패시브하여 개별 발광이 가능한 복수의 발광영역을 형성하고, 상기 발광영역에 서로 다른 색상의 형광체 시트를 설치하여 다양한 색 구현을 제공하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해, 본 발명은 개별 발광 제어가 되는 복수의 발광영역을 구비한 발광소자; 및 상기 발광소자의 발광영역에 접하여 서로 다른 색상의 빛이 상기 발광영역에서 발광되도록 광 변환하는 형광체 시트부를 포함한다. 따라서 본 발명은 하나의 발광소자를 패시브하여 개별 발광이 가능한 복수의 발광영역을 형성하고, 상기 발광영역에 서로 다른 색상의 형광체 시트를 설치함으로써, 하나의 발광소자를 이용하여 트루 컬러(True color)와 백색 등의 다양한 색상을 구현할 수 있는 장점이 있다.

Description

형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자{PASSIVE TYPE LUMINOUS ELEMENT USING PHOSPHOR SHEET}
본 발명은 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 하나의 발광소자를 패시브하여 개별 발광이 가능한 복수의 발광영역을 형성하고, 상기 발광영역에 서로 다른 색상의 형광체 시트를 설치하여 다양한 색 구현을 제공하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자에 관한 것이다.
반도체의 III-V족 화합물 반도체 물질을 이용한 발광 다이오드(Light Emitting Diode)나 레이저 다이오드와 같은 발광소자는 박막 성장 기술 및 소자 재료의 개발로 적색, 녹색, 청색 및 자외선 등 다양한 색을 구현할 수 있으며, 형광 물질을 이용하거나 색을 조합함으로써 효율이 좋은 백색 광선도 구현이 가능하며, 형광등, 백열등 등 기존의 광원에 비해 저소비전력, 반영구적인 수명, 빠른 응답속도, 안전성, 환경친화성의 장점을 가진다.
따라서, 광 통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL: Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 발광 다이오드 백라이트, 형광등이나 백열 전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치, 자동차 헤드 라이트 및 신호등에까지 응용이 확대되고 있다.
도 1은 일반적인 발광소자 패키지의 구조를 나타낸 단면도로서, 발광소자 패키지(10a)는 몸체(11)와, 상기 몸체(11)에 설치되는 발광소자(20)와, 상기 발광소자(20)의 상부에 설치되는 봉지부(30)를 포함하여 구성된다.
이러한 종래의 발광소자 패키지(10a)는 발광소자(20)에서 출력되는 적색, 녹색, 청색 등의 단일 색상의 빛을 출력하므로 다양한 색상의 빛을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점은 형광체를 이용하여 개선되었는데, 도 2는 종래 기술에 따른 형광체를 이용한 발광소자 패키지의 구조를 나타낸 단면도로서, 발광소자 패키지(10b)는 몸체(11)와, 상기 몸체(11)에 설치되는 복수 개의 발광소자(20)와, 상기 발광소자(20)와, 상기 발광소자(20)의 상부에 설치되는 봉지부(30)와, 상기 봉지부(30)의 상부에 설치되는 형광체층(40)을 포함하여 구성된다.
상기 형광체층(40)은 발광소자(20)에서 발광되는 빛의 파장을 변화시키는 구성으로서, 상기 복수 개의 발광소자(20)는 청색을 발광하는 LED이며, 상기 형광체층(30)은 녹색 계열의 형광체(41)와, 적색 계열의 형광체(42)를 함께 포함하여 발광소자 패키지(10b)는 전체적으로 백색 광을 방출하게 된다.
그러나, 이러한 발광소자 패키지(10b)는 녹색 계열의 형광체(41)에 의해 발광된 빛이 적색 계열의 형광체(42)에 의해 흡수되어 광 손실이 발생하는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2014-0092090호(발명의 명칭: 발광소자 패키지)는 발광소자의 상부에 형광체층을 형성하고, 각각의 발광소자들을 제어하여 백색광을 출력할 수 있도록 구성되었다.
도 3은 종래 기술에 따른 형광체를 이용한 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 단면도로서, 발광소자 패키지(10c)는 몸체(11)와, 상기 몸체(11)에 설치된 복수 개의 발광소자(20)와, 상기 발광소자(20)와, 상기 발광소자(20)의 상부에 설치되는 봉지부(30)와, 상기 봉지부(30)의 상부에 설치되는 제 1 형광체층(40a)과, 상기 발광소자(20)에 설치한 제 2 형광체층(50)을 포함하여 구성된다.
즉 제 1 내지 제 3 발광소자(20a, 20b, 20c)로 이루어진 발광소자(20) 중 임의의 발광소자 예를 들면, 제 2 발광소자(20a)와, 제 3 발광소자(20c)에 제 1 파장 변환부(50a)와 제 2 파장 변환부(50b)를 각각 설치하여 물리적으로 분리된 발광 구조가 형성되도록 구성하였다.
그러나 이러한 종래 기술은 각각의 발광소자들이 물리적으로 분리된 발광 구조를 형성해야만 하여 발광소자 패키지의 제조공정이 복잡해지고, 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.
한국 공개특허공보 공개번호 제10-2014-0092090호(발명의 명칭: 발광소자 패키지)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 하나의 발광소자를 패시브하여 개별 발광이 가능한 복수의 발광영역을 형성하고, 상기 발광영역에 서로 다른 색상의 형광체 시트를 설치하여 다양한 색 구현을 제공하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 개별 발광 제어가 되는 복수의 발광영역을 구비한 발광소자; 및 상기 발광소자의 발광영역에 접하여 서로 다른 색상의 빛이 상기 발광영역에서 발광되도록 광 변환하는 형광체 시트부를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 발광소자의 발광영역은 패시브(Passive)층을 통해 구획한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 발광영역은 전원을 공급하는 제 1 전극 및 제 2 전극을 각각 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 발광소자는 단일 칩으로 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 발광소자는 청색, 녹색, 적색 중 적어도 하나의 빛을 출력하는 LED 칩인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 발광소자는 플립형 LED 칩, 수평형 LED 칩, 수직형 LED 칩 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 패시브층은 빛 누설 방지를 위한 빛 흡수재 또는 확산재 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 형광체 시트부는 상기 발광영역에 대응하는 복수의 광 변환부를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 광 변환부는 투명, 적색 광 변환 형광체, 녹색 광 변환 형광체, 황색 광 변환 형광체 중 적어도 하나를 설치한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 광 변환부는 상기 발광영역과 대응하는 위치에 임의의 형광체를 일정 패턴으로 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 형광체 시트부는 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중 적어도 하나를 이용하여 박막의 필름으로 형성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 형광체 시트부는 전극의 노출을 위해 중앙 홀과 상기 중앙 홀로부터 일정 거리 이격하여 복수의 전극 홀을 형성하고, 상기 중앙 홀 및 전극 홀은 펀칭, 몰딩, 프레싱 중 적어도 하나의 공정을 통해 형성한 것을 특징으로 한다.
본 발명은 하나의 발광소자를 패시브하여 개별 발광이 가능한 복수의 발광영역을 형성하고, 상기 발광영역에 서로 다른 색상의 형광체 시트를 설치함으로써, 하나의 발광소자를 이용하여 트루 컬러(True color)와 백색 등의 다양한 색상을 구현할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 일반적인 발광소자 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2 는 종래 기술에 따른 형광체를 이용한 발광소자 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
도 3 은 종래 기술에 따른 형광체를 이용한 발광소자 패키지의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 제 1 실시예를 나타낸 사시도.
도 5 는 제 1 실시예에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 6 은 제 1 실시예에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 구조를 나타낸 단면도.
도 7 은 제 1 실시예에 따른 패시브형 발광소자를 나타낸 단면도.
도 8 은 본 발명에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 제 2 실시예를 나타낸 사시도.
도 9 는 제 2 실시예에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 구성을 나타낸 분해 사시도.
도 10 은 본 발명에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 제 3 실시예를 나타낸 평면도.
도 11 은 제 3 실시예에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 구성을 나타낸 단면도.
도 12 는 본 발명에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 형광체 시트부의 제 1 형광체 인쇄과정을 나타낸 예시도.
도 13 은 본 발명에 따른 형광체 시트부의 제 2 형광체 인쇄과정을 나타낸 예시도.
도 14 는 본 발명에 따른 형광체 시트부의 제 3 형광체 인쇄과정을 나타낸 예시도.
도 15 는 본 발명에 따른 형광체 시트부의 가공과정을 나타낸 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(제 1 실시예)
도 4는 본 발명에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 제 1 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 5는 제 1 실시예에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 구성을 나타낸 분해 사시도이며, 도 6은 제 1 실시예에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 7은 제 1 실시예에 따른 패시브형 발광소자를 나타낸 단면도이다.
도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자(100)는 발광소자(110)와 형광체 시트부(120)와, 인쇄회로기판(130)을 포함하여 구성된다.
상기 발광소자(110)는 개별 발광 제어가 되는 복수의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)을 구비한 구성으로서, 상기 발광소자(110)는 복수의 화합물 반도체층, 예를 들면 III족-V족 원소의 반도체층을 이용한 LED(Light Emitting Diode)를 포함하고, 상기 발광소자(110)는 단일 칩으로 형성된 LED 칩이며, 바람직하게는 플립칩 형태로 이루어진 LED 칩이다.
또한, 상기 발광소자(110)는 청색 계열, 녹색 계열 또는 적색 계열과 같은 빛을 발광하는 유색 LED 일 수도 있고, 바람직하게는 청색 계열 빛을 발광하며, 상기 LED의 발광 색상은 다양한 반도체를 이용하여 구현될 수 있으며, 이에 대하여 한정되지 않는다.
상기 발광소자(110)는 기판(101)과, 상기 기판(101)의 상면에 제 1 반도체층(102)과, 활성층(103)과, 제 2 반도체층(104)과, 오믹콘택트층(105)과, 절연층(107)과, 제 1 전극(112)과 제 2 전극(113)을 포함하는 발광 구조물로 이루어지고, 상기 발광소자(110)의 발광 구조물은 패시브(Passive)층(111)을 통해 복수의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)으로 구획된다.
상기 기판(101)은 투명기판으로 사파이어(Al2O3), 질화갈륨(GaN), 실리콘카바이드(SiC), 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 중 어느 하나로 이루어지고, 바람직하게는 사파이어(Al2O3)로 이루어진다.
상기 제 1 반도체층(102)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 III-V족 등의 화합물 반도체로 형성될 수 있고, 제 1 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제 1 반도체층(102)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제 1 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서 Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함할 수 있고, 상기 제 1 반도체층(102)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제 1 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 제 1 반도체층(102)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있고, 자외선 영역의 빛을 방출하는 자외선 발광소자인 경우, 상기 제 1 반도체층(102)은 Al을 포함하여 이루어질 수도 있다.
상기 제 2 반도체층(104)은 반도체 화합물로 형성될 수 있으며, 예를 들어 III-V족 등의 화합물 반도체로 형성될 수 있고, 제 2 도전형 도펀트가 도핑될 수 있다.
상기 제 2 반도체층(104)이 p형 반도체층인 경우, 상기 제 2 도전형 도펀트는 p형 도펀트로서 Mg, Zn, Ca, Sr, Ba 등을 포함할 수 있고, 상기 제 2 반도체층(104)이 n형 반도체층인 경우, 상기 제2 도전형 도펀트는 n형 도펀트로서 Si, Ge, Sn, Se, Te 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 제 2 반도체층(104)은 GaN, InN, AlN, InGaN, AlGaN, InAlGaN, AlInN, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, GaP, AlGaP, InGaP, AlInGaP, InP 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있고, 자외선 영역의 빛을 방출하는 자외선 발광소자인 경우, 상기 제 2 반도체층(104)은 Al을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 패시브층(111)은 단일 칩으로 형성된 발광소자(110)가 개별 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에서 발광될 경우 내부 전반사를 통한 빛의 누설 방지기능을 하는 빛 흡수 또는 CNT, 반사금속, TiO2, 세라믹 파우더 등의 확산물질로 이루어지고, 기판(101)상에 형성된 홈(101c)에 스핀코팅, 증착공정 등을 통해 삽입된다.
상기 홈(101c)은 레이저 스크라이빙 공정 등을 통해 기판(101)의 표면에 형성되고, 대략 기판(101) 두께의 80% 이내의 홈(101c)을 형성하여 상기 기판(101)의 표면이 제 1 표면(101a)과 제 2 표면(101b)으로 구획되게 함으로써, 상기 발광소자(110)가 서로 다른 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)들로 구분되어 발광될 수 있게 한다.
또한, 상기 패시브층(110)을 통해 구획된 복수의 개별 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에는 제 1 반도체층과 연결된 제 1 전극(112)과, 제 2 반도체층과 연결된 제 2 전극(113)이 형성되어 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 개별 동작을 위한 전원이 공급되도록 한다.
상기 형광체 시트부(120)는 발광소자(110)의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 접하여 서로 다른 색상의 빛이 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에서 발광되도록 광 변환하는 사각 형상의 부재로서, 상기 발광소자(110)의 상면에 접착되어 배치되며, 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 대응하는 복수의 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 형광체 시트부(120)는 발광소자(110)에서 발광된 빛이 통과할 수 있도록 투명재질의 수지(Resin)로서, 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중 적어도 하나의 재료를 이용한 박막의 필름으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)는 형광체 시트부(120)에 일정 영역으로 구획되도록 패터닝을 통해 형성되고, 발광소자(110)에서 발광된 빛의 일부를 흡수하여 여기(勵起)됨으로써 임의의 파장 영역(또는 색상)을 갖는 빛이 방출되도록 형광체로서, 세라믹계 형광체, 양자점 형광체, 가넷(Garnet)계 형광체, 실리케이트(Silicate)계 형광체, 니트라이드(Nitride)계 형광체, 또는 옥시니트라이드(Oxynitride)계 형광체 등을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 형광체는 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)과 대응하는 위치에서 광 변환이 발생할 수 있도록 일정 패턴으로 형성되는 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)에 적색 광 변환 형광체, 녹색 광 변환 형광체, 황색 광 변환 형광체 중 적어도 하나를 설치되거나 또는 광 변환 형광체가 포함되지 않은 투명한 상태로 이루어질 수 있다.
즉 상기 광 변환부(121, 121a, 122, 123)는 제 1 광 변환부(121), 제 2 광 변환부(122), 제 3 광 변환부(123) 및 제 4 광 변환부(121a)로 이루어지며, 발광소자(110)가 청색을 발광하는 경우, 도 12 및 도 13과 같이, 제 1 광 변환부(121)는 적색 광 변환 형광체, 제 2 광 변환부(122)는 녹색 광 변환 형광체, 제 3 광 변환부(123)는 투명, 제 4 광 변환부(121a)는 적색 광 변환 형광체를 각각 포함하여 구성함으로써, 적색 광 변환 형광체, 녹색 광 변환 형광체, 청색광을 이용한 광 변환으로 다양한 색상의 구현이 가능하게 된다.
또한, 상기 광 변환부(121, 121a, 122, 123a)는 제 1 광 변환부(121), 제 2 광 변환부(122), 제 3 광 변환부(123) 및 제 4 광 변환부(121a)로 이루어지고, 발광소자(110)가 청색을 발광하는 경우, 도 14와 같이, 제 1 광 변환부(121)는 적색 광 변환 형광체, 제 2 광 변환부(122)는 녹색 광 변환 형광체, 제 3 광 변환부(123a)는 황색 광 변환 형광체, 제 4 광 변환부(121a)는 적색 광 변환 형광체를 각각 포함하여 구성함으로써, 제 3 광 변환부(123a)에 의한 백색광 출력을 통해 연색성의 조절이 가능하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 형광체 시트부(120)는 일정 크기의 형광체 시트에 서로 다른 색상의 광 변환 형광체들을 일정 패턴을 형성하며 순차적으로 인쇄하는데, 투명 재질로 이루어진 형광체 형광체 시트부(120)상에 예를 들면, 제 1 광 변환부(121), 제 4 광 변환부(121a)에 적색 광 변환 형광체를 인쇄 등을 통해 설치하고, 상기 적색 광 변환 형광체의 경화가 완료되면 제 2 광 변환부(122)에 녹색 광 변환 형광체를 인쇄 등을 통해 설치하며, 상기 녹색 광 변환 형광체의 경화가 완료되면, 투명 상태 또는 황색 광 변환 형광체를 인쇄하여 경화되도록 한다.
상기 인쇄회로기판(130)은 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)과 접합하는 리드 패턴(131)이 형성되어 도전성 범프(미도시)를 통해 접합된 발광소자(110)가 고정되도록 한다.
(제 2 실시예)
도 8은 본 발명에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 제 2 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 9는 제 2 실시예에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시예에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자(100')는 발광소자(110')와 형광체 시트부(120')를 포함하여 구성된다.
상기 발광소자(110')는 개별 발광 제어가 되는 복수의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)을 형성한 단일 칩으로 구성된 LED 칩으로서, 탑뷰형 또는 수평형 발광구조를 형성한 LED 칩이다.
또한, 상기 발광소자(110')는 청색 계열, 녹색 계열 또는 적색 계열과 같은 빛을 발광하는 유색 LED 일 수도 있고, 바람직하게는 청색 계열 빛을 발광하며, 상기 LED의 발광 색상은 다양한 반도체를 이용하여 구현될 수 있으며, 이에 대하여 한정되지 않는다.
상기 발광소자(110')는 성장기판상에 위치하며 제 1 반도체층과, 활성층과, 제 2 반도체층을 포함하는 발광 구조물로 이루어지고, 상기 발광소자(110')의 발광 구조물은 패시브(Passive)층(111)을 통해 복수의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)으로 구획된다.
또한, 상기 패시브층(111)을 통해 구획된 복수의 개별 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에는 제 1 반도체층과 연결된 제 1 전극(112)과, 제 2 반도체층과 연결된 제 2 전극(113)이 형성되어 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)이 개별 동작될 수 있도록 전원을 공급한다.
상기 형광체 시트부(120')는 발광소자(110')의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 접하여 서로 다른 색상의 빛이 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에서 발광되도록 광 변환하는 사각 형상의 부재로서, 상기 발광소자(110')의 상면에 접착되어 배치되며, 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 대응하는 복수의 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)와, 제 1 및 제 2 전극(112, 113)이 노출될 수 있도록 중앙 홀(124)과 다수의 전극 홀(125)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 형광체 시트부(120')는 발광소자(110')에서 발광된 빛이 통과할 수 있도록 투명재질의 수지(Resin)로서, 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중 적어도 하나의 재료를 이용한 박막의 필름으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)는 형광체 시트부(120')에 일정 영역으로 구획되도록 패터닝을 통해 형성되고, 발광소자(110)에서 발광된 빛의 일부를 흡수하여 여기(勵起)됨으로써 임의의 파장 영역(또는 색상)을 갖는 빛이 방출되도록 형광체로서, 세라믹계 형광체, 양자점 형광체, 가넷(Garnet)계 형광체, 실리케이트(Silicate)계 형광체, 니트라이드(Nitride)계 형광체, 또는 옥시니트라이드(Oxynitride)계 형광체 등을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 형광체는 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)과 대응하는 위치에서 광 변환이 발생할 수 있도록 일정 패턴으로 형성되는 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)에 적색 광 변환 형광체, 녹색 광 변환 형광체, 황색 광 변환 형광체 중 적어도 하나를 설치되거나 또는 광 변환 형광체가 포함되지 않은 투명한 상태로 이루어질 수 있다.
상기 중앙 홀(124)과 전극 홀(125)은 발광소자(110')에 형성된 제 1 전극(112)과, 제 2 전극(113)이 노출되도록 미리 설정된 형광체 시트부(120')의 임의의 위치에 형성된다.
상기 중앙 홀(124)은 상기 형광체 시트부(120')의 중앙에 일정 크기로 형성되어 제 1 내지 제 4 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 각각 형성된 제 2 전극(113)이 노출되도록 한다.
상기 전극 홀(125)은 중앙 홀(124)로부터 일정 거리 이격되어 형성되고, 제 1 내지 제 4 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 각각 형성된 제 1 전극(112)이 노출되도록 한다.
상기 중앙 홀(124) 및 전극 홀(125)은 펀칭, 몰딩, 프레싱 중 적어도 하나의 공정을 통해 형광체 시트부(120')의 임의의 위치에 형성한다.
또한, 상기 형광체 시트부(120')는 일정 크기의 형광체 시트에 서로 다른 색상의 광 변환 형광체들을 일정 패턴을 형성하며 순차적으로 인쇄하는데, 투명 재질로 이루어진 형광체 형광체 시트부(120')상에 예를 들면, 제 1 광 변환부(121), 제 4 광 변환부(121a)에 적색 광 변환 형광체를 인쇄 등을 통해 설치한다.
또한, 상기 적색 광 변환 형광체의 경화가 완료되면 제 2 광 변환부(122)에 녹색 광 변환 형광체를 인쇄 등을 통해 설치하며, 상기 녹색 광 변환 형광체의 경화가 완료되면, 투명 상태 또는 황색 광 변환 형광체를 인쇄하여 경화되도록 한다.
또한, 상기 광 변환 형광체의 인쇄가 종료되면, 도 15에 나타낸 바와 같이, 펀칭, 몰딩, 프레싱 등을 통해 중앙 홀(124)과 전극 홀(125)을 형성하고, 미리 설정된 기준선(R1, R2)을 따라 제 1 내지 제 4 형광체 시트부(120a, 120b, 120c, 120d) 등의 개별 시트로 분리한 다음 발광소자(110')에 접합되도록 한다.
(제 3 실시예)
도 10은 본 발명에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 제 3 실시예를 나타낸 평면도이고, 도 11은 제 3 실시예에 따른 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 10 및 도 11에 나타낸 바와 같이, 제 3 실시예에 따른 패시브형 발광소자(100")는 개별 발광 제어가 되는 복수의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)을 형성한 단일 칩으로서, 수직형 발광구조를 형성한 LED 칩이고, 청색 계열, 녹색 계열 또는 적색 계열과 같은 빛을 발광하는 유색 LED 일 수도 있으며, 바람직하게는 청색 계열 빛을 발광한다.
또한, 상기 발광소자(110")는 전도성 기판상에 위치하며 제 1 반도체층과, 활성층과, 제 2 반도체층이 순차적으로 형성된 발광 구조물로 이루어지고, 상기 발광소자(110")의 발광 구조물은 패시브(Passive)층(111)을 통해 복수의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)으로 구획된다.
또한, 상기 패시브층(111)을 통해 구획된 복수의 개별 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에는 제 2 반도체층과 연결된 제 1 전극(112)이 형성되고, 제 1 반도체층은 임의의 패턴을 형성한 인쇄회로기판(130')상에 본딩 메탈 등을 이용하여 접합됨으로써, 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)이 개별 동작될 수 있도록 한다.
상기 형광체 시트부(120")는 발광소자(110")의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 접하여 서로 다른 색상의 빛이 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에서 발광되도록 광 변환하는 사각 형상의 부재로서, 상기 발광소자(110")의 상면에 접착되어 배치되며, 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 대응하는 복수의 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)와, 제 1 전극(112)이 노출될 수 있도록 다수의 전극 홀(125)을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 형광체 시트부(120")는 발광소자(110")에서 발광된 빛이 통과할 수 있도록 투명재질의 수지(Resin)로서, 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중 적어도 하나의 재료를 이용한 박막의 필름으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)는 형광체 시트부(120")에 일정 영역으로 구획되도록 패터닝을 통해 형성되고, 발광소자(110")에서 발광된 빛의 일부를 흡수하여 여기(勵起)됨으로써 임의의 파장 영역(또는 색상)을 갖는 빛이 방출되도록 형광체로서, 세라믹계 형광체, 양자점 형광체, 가넷(Garnet)계 형광체, 실리케이트(Silicate)계 형광체, 니트라이드(Nitride)계 형광체, 또는 옥시니트라이드(Oxynitride)계 형광체 등을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 형광체는 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)과 대응하는 위치에서 광 변환이 발생할 수 있도록 일정 패턴으로 형성되는 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)에 적색 광 변환 형광체, 녹색 광 변환 형광체, 황색 광 변환 형광체 중 적어도 하나를 설치되거나 또는 광 변환 형광체가 포함되지 않은 투명한 상태로 이루어질 수 있다.
상기 전극 홀(125)은 발광소자(110")에 형성된 제 1 전극(112)이 노출되도록 미리 설정된 형광체 시트부(120")의 임의의 위치에 펀칭, 몰딩, 프레싱 중 적어도 하나의 공정을 통해 형성된다.
또한, 상기 형광체 시트부(120")는 일정 크기의 형광체 시트에 서로 다른 색상의 광 변환 형광체들을 일정 패턴을 형성하며 순차적으로 인쇄하는데, 투명 재질로 이루어진 형광체 형광체 시트부(120")상에 예를 들면, 제 1 광 변환부(121), 제 4 광 변환부(121a)에 적색 광 변환 형광체를 인쇄 등을 통해 설치하고, 상기 적색 광 변환 형광체의 경화가 완료되면 제 2 광 변환부(122)에 녹색 광 변환 형광체를 인쇄 등을 통해 설치하며, 상기 녹색 광 변환 형광체의 경화가 완료되면, 투명 상태 또는 황색 광 변환 형광체를 인쇄하여 경화되도록 한다.
따라서 하나의 발광소자를 패시브하여 개별 발광이 가능한 복수의 발광영역을 형성하고, 상기 발광영역에 서로 다른 색상의 형광체 시트를 설치함으로써, 하나의 발광소자를 이용하여 트루 컬러(또는 풀 컬러)와 백색 등의 다양한 색상을 구현할 수 있게 된다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : 발광소자 패키지 110 : 발광소자
110a : 제 1 발광영역 110b : 제 2 발광영역
110c : 제 3 발광영역 110d : 제 4 발광영역
111 : 패시브(Passive)층 112 : 제 1 전극
113 : 제 2 전극 120, 120' : 형광체 시트부
120a : 제 1 형광체 시트부 120b : 제 2 형광체 시트부
120c : 제 3 형광체 시트부 120d : 제 4 형광체 시트부
121 : 제 1 광 변환부 122 : 제 2 광 변환부
123 : 제 3 광 변환부 123a : 제 4 광 변환부
124 : 중앙 홀(Hole) 125 : 전극 홀
130 : 인쇄회로기판 131 : 리드 패턴

Claims (13)

  1. 개별 발광 제어가 되는 복수의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)을 구비하고, 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)은 빛 누설 방지를 위한 빛 흡수재 또는 확산재 중 어느 하나를 구비한 패시브(Passive)층(111)을 통해 구획되며, 단일 칩으로 형성된 발광소자(110, 110', 110"); 및
    상기 발광소자(110)의 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에 접하여 서로 다른 색상의 빛이 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)에서 발광되도록 광 변환하는 형광체 시트부(120, 120', 120")를 포함하고,
    상기 형광체 시트부(120, 120', 120")는 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)과 대응하는 위치에 임의의 형광체를 일정 패턴으로 형성한 복수의 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)를 구비한 것을 특징으로 하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)은 전원을 공급하는 제 1 전극(112) 및 제 2 전극(113)을 각각 구비한 것을 특징으로 하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광소자(110, 110', 110")는 청색, 녹색, 적색 중 적어도 하나의 빛을 출력하는 LED 칩인 것을 특징으로 하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 발광소자(110, 110', 110")는 플립형 LED 칩, 수평형 LED 칩, 수직형 LED 칩 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)는 투명, 적색 광 변환 형광체, 녹색 광 변환 형광체, 황색 광 변환 형광체 중 적어도 하나를 설치한 것을 특징으로 하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 변환부(121, 121a, 122, 123, 123a)는 상기 발광영역(110a, 110b, 110c, 110d)과 대응하는 위치에 임의의 형광체를 일정 패턴으로 형성한 것을 특징으로 하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 시트부(120, 120', 120")는 실리콘, 에폭시 또는 아크릴 중 적어도 하나를 이용하여 박막의 필름으로 형성한 것을 특징으로 하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 시트부(120')는 전극의 노출을 위해 중앙 홀(124)과 상기 중앙 홀(124)로부터 일정 거리 이격하여 복수의 전극 홀(125)을 형성한 것을 특징으로 하는 형광체 시트를 이용한 패시브형 발광소자.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 중앙 홀(124) 및 전극 홀(125)은 펀칭, 몰딩, 프레싱 중 적어도 하나의 공정을 통해 형성한 것을 특징으로 하는 패시브형 발광소자.
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