KR20010089504A - 얇은 형광 변환막을 포함하는 발광 다이오드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LED에 의해서 방사된 주된 광을 하나이상의 파장의 광으로 변환하여 특정 색의 광을 생성하는 하나이상의 형광체 박막을 포함하는 형광 변환 LED 디바이스(a phosphor-converted LED device)를 제공한다. 형광체 박막은 각기 상기 주된 광의 형광체 변환이 예측가능하며 도펀트의 농도 및 박막의 두께에 의해서 제어되는 방식으로 통계적으로 공간적으로 분포하는 도펀트 이온(dopant ions)을 포함한다. 그러므로, 형광체 변환 LED 디바이스에 의해서 생성된 광의 색의 변화는 제거될 수 있으며, 이로 인하여 생성된 색광의 질에 있어서의 균질성이 보장되는 것을 가능하게 한다. 본 발명의 한 실시예에 따르면, 단일 형광체 박막은 LED 디바이스에 의해서 구성된다. 박막은 주된 청색광의 일부가 박막을 통과하도록 하면서 주된 방사의 일부를 황색광으로 변환한다. 주된 광 및 황색광은 결합하여 백색광을 생성한다. 이와 달리, 각기 상이한 색의 광을 방사하는 다수의 형광체 박막이 LED 디바이스내에 포함될 수 있다. 박막은 각기 주된 방사의 일부를, 예를 들면 적색 또는 녹색 광과 같은 특정 색의 광으로 변환한다. 적색광, 녹색광 및 비변환 주된 광은 결합하여 백색광을 형성한다. 이와 달리, 박막중 하나는 주된 방사를 완전히 흡수하여 이를 청색광으로 변환한다. 그런 다음, 이러한 변환된 청색광은 하나이상의 다른 형광체 박막을 통하여 형광체 변환을 겪어 백색광을 생성하는 주된 광으로 기능한다. 하나이상의 박막이 이러한 방식으로 이용되어 혀광체 변환을 수행하여 청색광과 같이 백색광이 아닌 다른 색의 광을 생성할 수 있다.

Description

얇은 형광 변환막을 포함하는 발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE COMPRISING A THIN PHOSPHOR-CONVERSION FILM}
청색(blue) 또는 자외선(UV) 광을 방사하는 효율적인 LED가 발전함에 따라, LED의 주된 방사의 일부의 보다 긴 파장으로의 형광체 변환을 통하여 백색광(white light)을 생성하는 LED를 생성하는 것이 실행 가능해졌다. LED의 주된 방사의 보다 긴 파장으로의 변환은 통상적으로 주된 방사의 다운 변환(down-conversion of the primary emission)으로 불린다. 주된 방사의 비변환부(an unconverted portion of the primary emission)는 보다 긴 파장의 광과 화합하여 백색광을 생성한다. 백색광을 생성하는 LED는 신호(signaling) 및/또는 조사(illumination)의목적에 유용하다.
현재, 본 기술 분야의 LED의 주된 방사의 일부의 형광체 변환은 LED 램프내에 LED를 위치시키는 반사기 컵(reflector cup)을 충진하는 데에 이용되는 에폭시(epoxy)내에 형광체를 위치함으로써 얻어진다. 형광체는 에폭시를 하기 경화시키기 전에 에폭시에 혼합된 분말(powder)의 형태이다. 그런 다음, 형광체 분말을 포함하는 경화되지 않은 에폭시 슬러리(uncured epoxy slurry)는 LED상에 증착되며 이어서 경화된다.
경화된 에폭시내의 형광체 입자는 통상적으로 임의의 방향을 향하며 에폭시내에 산재한다. LED에 의해서 방사된 주된 광의 일부(a portion of the primary light emitted by the LED)는 형광체 입자와 부딪히지 않고서 에폭시를 통과하며, LED에 의해서 방사된 주된 광의 일부는 형광체 입자와 부딪히는데, 이와 인하여 형광체 입자가 광(complimentary light)을 방사한다. 주된 청색광(primary blue light)과 형광체 방사 광(phosphor-emitted light)의 조합은 백색광을 생성한다. 형광체 입자를 포함하는 에폭시를 이용하는 한가지 단점은 불가능하지는 않더라도 LED에 의해서 방사된 백색광의 균일성(uniformity)을 획득하기 어렵다는 점이다. 이러한 비균일성은 에폭시 슬러리에 혼합된 형광 입자의 크기에 있어서의 비균일성에 의해서 야기된다. 현재, 균일한 형광체 입자 크기를 가지는 형광체 분말은 통상적으로 이용가능하지 않다. 형광 분말이 에폭시 슬러리내에 혼합되는 때에, 보다 큰 형광체 입자는 보다 작은 형광체 입자보다 빨리 가라앉는다. 형광체 입자의 공간적인 분포에 있어서의 이러한 비균일성은 일단 경화되고 나면 에폭시에 존재한다.
그러므로, 형광체 입자의 크기의 비균일성에 기인하여 에폭시내의 형광체 입자의 균일한 분포를 얻는 것은 불가능하지는 않더라도 매우 어렵다. 형광체 입자의 크기 및 에폭시내의 이들의 위치를 제어할 수 없기 때문에, 백색광을 일관되게 방사하는 LED 램프를 생성하는 것은 어렵다. 그러므로, LED 램프에 의해서 생성된 백색광의 질은 특정 제조자에 의해서 제조된 주어진 모델에 있어서도 램프마다 다르게 될 것이다.
형광체 유기 염료 막을 LED를 둘러싸는 렌즈상에 위치시킴으로써 에폭시에 혼합된 형광체 분말을 이용하는 단점을 극복하려는 시도가 이루어졌다. 염료는 특정 위치에서 렌즈상에 조심스럽게 위치하여 여기에 부딪히는 모든 주된 광을 전적으로 흡수하여 주된 광을 보다 긴 파장의 광으로 변환한다. 방사된 주된 광의 일부는 염료에 부딪히지 않고서 렌즈를 통과한다. 그러면 염료에 부딪히지 않는 주된 광은 보다 긴 파장의 광과 결합하여 백색광을 생성한다. 염료는 이에 부딪히는 주된 광을 전적으로 흡수하므로, 보다 긴 파장의 광과 합해지는 주된 광의 일부에서의 변화는 제거될 것이다.
그러나, 이러한 후에 기술된 접근 방식 또한 몇몇 단점을 가진다. 염료의 렌즈상의 배치는 제조의 불명확성에 민감하여 생성된 백색광에서의 변화를 초래한다. 또한, 긴 시간동안 안정한 염료는 통상적으로 얻을 수 없다. 결과적으로, 파장 변환 염료(wavelength-converting dyes)의 광범위한 이용은 이용되지 않는다.
따라서, 이들 문제점들과 단점들을 극복하는 형광체 변환 LED에 대한 필요성이 존재하게된다.
발명의 개요
본 발명은 LED에 의해서 방사된 주된 광을 하나이상의 파장의 광으로 변환하여 특정 색의 광을 생성하는 하나이상의 형광체 박막을 포함하는 형광체 변환 LED 디바이스를 제공한다. 본 발명의 형광체 박막은 공간적으로 광학적으로 균질의 방식으로 분포된 도펀트(dopant)를 포함한다. 박막내의 도펀트의 이러한 광학적으로 균질인 공간적인 분포는 주되 광의 형광체 변환이 예측가능하며 제어가능한 방식으로 이루어지도록 한다. 그러므로, 형광체 변환 LED 디바이스에 의해서 생성된 광의 색의 변화는 제어될 수 있으며, 이로 인하여 LED 디바이스에 의해서 생성된 색 광(colored light)의 질의 일관성이 획득된다. 바람직하게, LED 디바이스에 의해서 생성된 특정 색의 광은 백색광이다. 그러나, 본 발명의 형광체 변환 LED 디바이스는 녹색광과 같은 다른 색의 광을 생성하도록 형광체 변환을 수행하게 설계될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따르면, 단일 형광체 박막은 LED 디바이스에 의해서 구성된다. 박막은 주된 광의 일부는 박막을 통과하도록 하면서 청색 주된 광의 일부(a portion of the blue primary light)를 황색광(yellow light)으로 변환한다. 주된 광 및 황색광은 결합하여 백색광을 생성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 각기 상이한 색의 광을 방사하는 적어도 2개의 형광체 박막이 LED 디바이스내에 포함된다. 이 실시예에 따르면, 박막은 바람직하게 하나의 박막이 다른 박막의 위에 배치된다. 각각의 박막은 주돈 광의 일부를 특정 색의 광으로 변환한다. 예를 들면, 하나의 박막은 주된 광을 녹색광으로 변환할 수 있으며, 막중 다른 하나는 주된 광을 적색광(red light)으로 변환할 수 있다. 적색광, 녹색광 및 비변환 주된 광은 결합하여 백색광을 형성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 2개의 형광체 박막이 이용되며, 박막 중 하나는 주된 광을 완전히 흡수하여 청색광으로 변환한다. 그런 다음 다른 박막은 제 1 박막에 의해서 방사된 청색광의 일부를 환한 황색 방사로 변환한 후에 청색 방사와 결합하여 백색광을 생성한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점과 이의 변형은 아래의 상세한 설명, 도면 및 청구항으로부터 자명해 질 것이다.
본 발명은 발광 다이오드(a light emitting diodes(LEDs))에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 하나이상의 형광 박막을 이용하여 LED에 의해서 방사된 주된 광(primary light)을 하나이상의 다른 주파수의 광으로 변환하여 백색광(white light)을 생성하는 형광 변환 LED 디바이스(a phosphor-converted LED device)에 관한 것이다.
도 1은 형광체 박막이 위에 증착되기 전의 본 발명의 발광 다이오드 디바이스의 사시도(a perspective view),
도 2는 제 1 실시예에 따른 본 발명의 발광 다이오드 디바이스의 측면도,
도 3은 제 2 실시예에 따른 본 발명의 발광 다이오드 디바이스의 측면도,
도 4는 제 3 실시예에 따른 본 발명의 발광 다이오드 디바이스의 측면도,
도 5는 제 4 실시예에 따른 본 발명의 발광 다이오드 디바이스의 측면도.
도 1은 본 발명에 따라 하나이상의 형광체 박막이 합체되기에 적합한 발광 다이오드(LED)(1)의 사시도이다. 그러나, 본 발명의 LED는 특정 LED에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 본 기술 분야의 당업자는 다양한 공지된 LED가 본 발명에 이용되기에 적합함을 이해할 것이다.
LED(1)의 통상적인 구성 성분을 기술하기 위하여, 위에 형광체 박막이 배치되지 않은 LED(1)가 도시되었다. LED(1)는, 예를 들면 2개의 n-GaN 층(3,4), SQW 또는 MQW GaInN 층(5), p-AlGaN 층(6) 및 p-GaN 층(7)을 포함하는 발광 구조물(2)을 포함할 것이다. 발광 구조물(2)은 n 전극 본드 패드(an n-electrode bond pad)(8), n 전극(3), p 전극 본드 패드(a p-electrode bond pad)(11) 및 p 전극(12) 또한 포함한다. 이후에 보다 상세히 설명될 바와 같이, n 전극(3)은 GaN으로 구성되며 p 전극(12)은 투과적(transmissive)이거나 반사적(reflective)이다. 전극 본드 패드(8,11)는 전력원(도시되지 않음)에 접속되는 때에 바이어싱 전류(biasing current)를 제공하여 LED가 광을 방사하도록 한다.
발광 구조물(2)은 기판(13)상에 위치하는데, 다른 물질이 기판(13)으로 이용될 수 있지만, 바람직하게 사파이어(sapphire)이다. 발광 다이오드(1)를 생성하는 데에 이용되는 물질은 도 1을 참조하여 상기 논의된 물질에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 본 기술 분야의 당업자는 발광 다이오드(1)가 다양한 타입의 물질로 구성될 수 있음을 이해할 것이다. 상기 언급된 바와 같이, 발광 다이오드(1)는 특정 타입의 발광 다이오드로 한정되지 않는데, 예외적으로 본 발명에 따라 이용되는발광 다이오드 디바이스는 아래에 상세히 설명될 바와 같이 청색 또는 자외선중 하나인 주된 광을 방사한다. 본 기술 분야의 당업자는 다양한 발광 다이오드가 이러한 목적에 적합한 것으로 알려져 있음을 이해할 것이다.
청색 또는 UV의 주된 방사(primary emission)를 생성하는 발광 구조물(2)은 바람직하게 사파이어(즉, Al2O3) 또는 실리콘 탄화물(silicon carbide)(즉,SiC) 기판상에 에피텍셜 방식으로(epitaxially) 성장된다. 이들 기판 물질 모두는 주된 방사의 방사(primary radiation emission)에 투명하므로(transparent), LED는 헤더(a header)(도시되지 않음)상에, 또는 반사기 컵(a reflector cup)(도시되지 않음)내에 본 기술 분야의 당업자에게 알려진 "표준" 마운팅 구성("normal" mounting configuration) 또는 "플립 칩" 마운팅 구성("flip-chip" mounting configuration)으로 마운트(mount)될 수 있다. 아래에 보다 상세히 논의될 바와 같이, 몇몇 경우에서는 기판 물질은 투과적(transmissive)일 수 있으며, 다른 경우에는 불투명성(opaque)일 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 많은 기판 물질이 이들 목적에 적합함을 이해할 것이다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 본 발명의 LED 디바이스의 측면도이다. LED 디바이스(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 기판(13) 및 LED 구조물(2)을 포함한다. 본 발명의 이러한 실시예에 따르면, 단일 형광체 박막(21)이 기판(13)과 접촉하는 발광 구조물(2)의 표면의 반대편의 발광 구조물(2)의 표면상에 위치한다. 형광체 박막(21)은 공지된 다수의 방법에 의해서 발광 구조물(2)상에 위치할 수 있다. 형광체 박막은 주로 박막 전기장 발광 디스플레이 산업(thin film electroluminescent display industry)에 이용되었다. 형광체 박막을 증착하는 데에, 예를 들면 전자 빔 증발법(electron beam evaporation), 열적 증발법(thermal evaporation), RF 스퍼터링(rf-sputtering), 화학 기상 증착법(chemical vapor deposition) 및 원자 층 에피텍시(atomic layer epitaxy)와 같은 몇몇 공지된 기술이 이용될 수 있을 것이다.
박막을 증착하는 데에 이용되는 방법은 박막의 원하는 특성에 의존할 것이다. 예를 들면, 박막이 LED에 의해서 방사된 모든 주된 방사를 흡수하고자 한다면 한가지 특정 증착 기술이 이용될 수 있으며, 박막이 소정의 비율의 주된 방사가 박막을 통과하도록 하고자 한다면 다른 기술이 이용될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 원하는 특성을 가지는 박막을 얻기 위하여 어느 타입의 기술이 이용될 지를 이해할 것이다.
바람직하게, 도 2에 도시된 박막(21)을 증착하는 방법은 RF 스퍼터링이다. 이러한 방법에 따르면, 형광체 분말은 LED 웨이퍼 지름을 약간 초과하는 지름의 타겟(target)으로 압착되어 형광체 막의 균질 분포가 보장된다. 본 기술 분야의 당업자에게 이해될 바와 같이, 스퍼터 기체 특성(sputter gas characteristics)은 변할 수 있으나, 바람직하게 스퍼터 기체는 주로 아르곤을 포함하며, 약 1% 내지 약 3%의 산소 또한 포함한다. 압력 및 RF 전력 입력은 정합되어 박막(21)에 최적의 두께 및 균질성(homogeneity)을 제공한다. 타겟과 기판사이의 거리는 바람직하게 약 5 내지 10㎝이다. 형광체 분말은 바람직하게 세륨이 도핑된 이트륨-알루미늄-가닛(Cerium-doped Yttrium-Aluminum_Garnet)(Y3Al5O12:Ce3+)으로 YAG:Ce으로도 표시된다. 본 기술 분야의 당업자는 본 발명이 박막에 대하여 특정 타입의 형광체를 이용하는 데에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 본 기술 분야의 당업자는 이러한 목적에 적당한 다른 타입의 형광체가 존재함을 이해할 것이다.
바람직하게, 형광체 박막은 발광 구조물(2)이 기판(13)상에 성장한 후에 증착된다. 그러나, 이것이 항상 가능한 것은 아닌데, 이는 증착 조건이 발광 구조물(2)의 무결성(integrity)을 유지하기 위한 요구 사항과 양립할 수 없을 것이라는 사실에 기인한다. 그러므로, 몇몇 경우에는 발광 구조물이 성장하기 전에 박막을 증착하는 것이 필요하다.
혼합물의 균질성 및 박막의 두께는 LED 웨이퍼를 이심 원과 같은 특정 궤적상에서, 또는 보다 복잡한 궤적상에서 회전함으로써 더욱 향상될 수 있는데, 이는 종종 "행성 운동(planetary motion)"라고 불린다. 이러한 웨이퍼를 회전하여 물질의 균질성을 향상시키는 기술은 본 기술 분야에서 공지되어 있다. 원하는 균질성을 가지는 형광체 박막이 생성되어 증착되는 방식은 공지되어 있으므로 이것이 획득되는 방식은 여기서 더 이상 기술되지 않을 것이다.
동작중에, 발광 구조물(2)은 주된 청색 방사를 생성한다. 주된 방사는 박막(21)에 부딪힌다. 주된 방사의 일부는 박막내의 도펀트를 여기하지 않고서 박막(21)을 통과한다. 박막(21)에 부딪히는 주된 방사의 일부는 박막내에 포함된 도펀트에 의해서 흡수되어 황색광으로 변환된다. 이러한 황색광은 박막으로부터 방사되어 비변환 주된 방사의 일부와 결합하여 백색광을 형성한다. 도펀트는 원자의 크기로 형광체 박막(21)에 합체된다. 이들 도펀트가 주된 방사에 의해서 여기될 때에, 도펀트는 황색광을 방사한다.
박막내의 전체 도펀트의 양은 이들의 농도 및 박막의 두께에 의해서 결정된다. 박막내의 도펀트의 공간적인 분포는 매우 정확하게 제어될 수 있다. 이러한 목적에 이용되는 기술은 본 산업에서 이용되는 박막 증착 프로세스에 공통적이며 본 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있다. 본 기술 분야의 당업자는 박막내의 발광 도펀트의 양 및 도펀트의 공간적인 분포가 정확하게 제어되는 방식을 이해할 것이다. 박막의 이들 특성을 정확하게 제어함으로써, 변환되지 않고서 박막을 통과할 주된 방사의 부분은 예측가능하며 제어될 수 있다. 그러므로, 발광 다이오드 디바이스(20)에 의해서 생성된 백색광의 특성이 보장될 수 있다. 따라서, 제조에 있어서의 불확실성은 제어되어 높은 품질과 일관성을 가지는 LED 디바이스가 얻어질 수 있다.
주된 광은 하나이상의 파장을 포함할 수 있음에 주의하여야 한다. 이와 유사하게, 주된 광에 의한 여기(excitation)에 응답하여 방사된 광은 하나이상의 파장을 가지는 광을 포함할 수 있다. 예를 들면, 박막(21)에 의해서 방사된 청색광은 스펙트럼 밴드(spectral band)를 구성하는 다수의 파장에 해당할 수 있다. 그러면 이러한 스펙트럼 밴드의 파장은 비변환 주된 광과 결합하여 백색광을 생성할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 개념을 설명하기 위하여 개별적인 파장이 논의되고 있지만, 여기서 논의되는 여기(excitation)는 방사되는 다수의 파장 또는 스펙트럼밴드를 초래함임이 이해될 것이다. 그러면, 스펙트럼 밴드의 파장은 결합하여 백색광을 생성할 수 있다. 따라서, "스펙트럼 밴드(spectral band)"라는 용어는 적어도 하나의 파장과 잠재적인 많은 파장의 밴드를 나타내기 위한 것이며, "파장(wavelength)"이라는 용어는 스펙트럼 밴드의 최대 강도의 파장(the wavelength of the peak intensity of spectral band)을 나타내기 위한 것이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 본 발명의 발광 다이오드 디바이스(30)의 측면도이다. 이 실시예에 따르면, 반사 전극 본드 패드(a reflective electrode bond pad)(25)가 발광 구조물(2)의 표면상에 위치하며, 형광체 박막(21)이 발광 구조물(2)과 접촉을 이루는 기판(13)의 표면의 반대편의 기판(13)의 표면상에 위치한다. 상기 언급된 바와 같이, 바람직한 기판 물질은 투명하다. 그러므로, 반사 전극 본드 패드(25)상에 부딪히는 발광 구조물(2)로부터 방사된 주된 방사(primary radiation)는 발광 구조물(2) 및 기판(13)을 통하여 형광체 박막(21)으로 반사된다. 일단 주된 방사가 형광체 박막(21)에 부딪히면, 그 결과는 도 2의 LED 디바이스(20)의 동작을 참조하여 상기 논의된 바와 필연적으로 동일하다. 도 3에 도시된 형광 박막은 도 2에 도시된 형광 박막과 동일할 것이며, 또한 상기 논의된 RF 스퍼터링 기술을 이용하여 생성될 수 있을 것이다.
본 실시예에 따르면, 형광체 박막(21)은 기판(13)상에 직접적으로 증착되므로, 형광체 박막(21)은 발광 구조물(2)이 생성되기 전에 또는 생성된 이후에, 그리고 반사 전극 본드 패드(25)가 생성되기 전에 또는 생성된 이후에 증착될 것이다.
도 4는 LED 디바이스(40)가 적어도 2개의 형광체 박막(31,33)을 포함하는 다른 실시예에 따른 본 발명의 발광 다이오드 디바이스(40)의 측면도이다. 박막(31,33)은 발광 구조물(2)이 위치할 기판(13)의 반대측의 기판(13)의 측상에 증착된다. 본 실시예에 따르면, 형광체 박막(31,33)은 바람직하게 원자 층 에피텍시(atomic layer epitaxy)를 이용하여 증착된다. 바람직하게, 박막(31)은 기판(13)상에 위치하여 박막(31)에 포함된 발광 도펀트에 부딪히는 청색 또는 자외선 주된 방사에 응답하여 적색 방사(red emissions)를 생성한다. 형광체 박막(31)상에 위치한 형광체 박막(33)은 박막(33)내에 포함된 도펀트에 부딪히는 청색 또는 자외선 주된 방사에 응답하여 녹색광을 방사한다.
박막(31)에 의해서 방사된 적색광은 박막(33)에 의해서 흡수되지 않는다. 그러나, 박막(33)에 의해서 방사된 녹색광은 박막(31)에 의해서 부분적으로 흡수되어 적색광으로 변환된다. 박막층 모두는 발광 구조물(2)에 의해서 방사된 청색광의 일부가 박막을 통과하도록 한다. 이러한 비변환 주된 청색광은 각기 박막층(31,33)에 의해서 방사된 적색 및 녹색 광과 결합하여 백색광을 생성한다.
녹색광을 방사하는 박막(33)은 바람직하게 SrS:Ce으로 구성되며, 적색광을 방사하는 박막(31)은 바람직하게 SrS:Eu으로 구성된다. 그러나, 본 기술 분야의 당업자는 본 발명이 이들 박막에 이용된 물질 또는 이들 박막이 증착되는 방식에 대하여 한정되지 않음을 이해할 것이다. 반사 전극 본드 패드(25)는 발광 구조물(2)에 의해서 생성된 주된 광을 박막(31,33)을 향하여 반사하여 LED 디바이스(40)의 효율을 향상시킨다.
이와 달리, 박막(31)은 모든 주된 광을 전적으로 흡수하여 주된 광을 청색광으로 변환한다. 박막(33)은 일부 청색광을 통과시켜 일부 청색광을 황색광으로 변환한다. 도 2 및 3을 참조하여 상기 기술된 바와 동일한 방식으로 황색광 및 비변환 청색광은 결합하여 백색광을 형성한다.
도 5는 다른 실시예에 따른 본 발명의 발광 다이오드 디바이스(50)의 측면도이다. 본 발명의 이러한 실시예는 다수의 형광 박막(37,38)을 또한 이용한다. 그러나, 이러한 실시예에 따르면, 유전체 미러(a dielectric mirror)(36)는 박막(37)과 기판(13) 사이에 위치한다. 유전체 미러(36)는 발광 구조물(2)의 주된 방사에 완전히 투명하지만 형광체 박막(37,38)의 방사의 파장에서 매우 반사적(reflective)이다. 형광체 박막(37,38)은 도 4에 도시된 형광체 박막(31,33)과 동일할 것이다. 따라서, 형광체 박막(37,38)은 각기 적색 및 녹색 광 또는 청색 및 황색 광을 생성할 것이다. 바람직하게, 원자 층 에피텍시가 이용되어 박막(37,38)을 도 4를 참조하여 상기 논의된 방식으로 증착한다.
유전체 미러(36)를 LED 디바이스(50)에 합체시키면 발광 구조물(2)을 형광체 박막(37,38)에 의해서 생성된 루미너슨스 광(luminescence light)으로부터 격리함으로써 LED 디바이스(50)의 전체 효율이 증가하는데, 이 루미너슨스 광을 발광 구조물로부터 격리하지 않는다면 발광 구조물(2)에 의해서 재흡수될 것이다. 도 5의 박막(37,38)은 도 4의 박막(31,33)이 동작하여 백색광을 생성하는 방식과 필연적으로 동일한 방식으로 동작한다. 각기 박막(37,38)에 의해서 방사된 적색 및 녹색 광은 발광 구조물(2)에 의해서 방사된 비변환 주된 광과 결합하여 백색광을 생성한다.
형광체 박막(37)은 바람직하게 유전체 미러(36)상에 증착되고, 그런 다음 형광체 박막(38)이 형광체 박막(37)상에 증착된다. 본 발명은 LED 디바이스(50)의 층이 LED 디바이스(50)에 합체되는 순서에 대하여 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 예를 들면, 형광체 박막은 유전체 미러(36)가 기판상에 제조된 후에, 그러나 발광 구조물(2) 및 반사 전극(25)이 제조되기 전에 증착될 수 있다. 이와 달리, 형광체 박막(37,38)은 유전체 미러(36), 발광 구조물(2) 및 반사 전극(25)을 포함하는 다른 모든 층이 형성된 이후에 증착될 수 있다.
본 기술 분야의 당업자는 본 발명이 특정 실시예를 참조하여 기술되었으나, 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않음을 이해할 것이다. 본 기술 분야의 당업자는 상기 논의된 실시예에 본 발명의 범주내에 속하는 다양한 변형이 이루어 질 수 있음을 이해할 것이다. 상기 언급된 바와 같이, 본 발명은 LED 디바이스가 청색광 또는 자외선광인 주된 방사를 생성할 수 있어야 한다는 점을 제외하고는 LED 디바이스에 이용된 물질에 대하여 한정되지 않는다. 또한, 본 기술 분야의 당업자는 본 명세서에서 명확히 언급되지 않더라도 본 발명이 LED 디바이스의 층 또는 구성 요소가 형성되는 순서에 대하여 한정되지 않음을 이해할 것이다. 또한, 본 기술 분야의 당업자는 형광체 박막의 기하학적인 배열 또는 구성이 특정 배열에 한정되지 않음을 이해할 것이다.
예를 들면, 도 4 및 5를 참조하여 상기 기술된 방식으로 겹쳐지는 형광체 박막을 이용하지 않고서, 다수의 형광체 박막 세그먼트(phosphor thin film segments)에 부딪히는 청색 또는 자외선 주된 방사에 응답하여 각기 상이한 색의광을 발하는(luminesce) 다수의 형광체 박막 세그먼트가 공통 표면상에 증착될 수 있다. 예를 들면, 3개의 상이한 형광체 박막 세그먼트(도시되지 않음)가 도 5에 도시된 유전체 미러(36)상의 바둑판 무늬의 보드 구성(a checker-board configuration)내에 증착될 수 있다. 이러한 경우에, 주된 광이 UV인지 청색인지에 의존하여, 박막 세그먼트 중 하나는 적색광을 발할 것이며, 다른 하나는 녹색광을 발할 것이며, 다른 하나는 청색광을 발하거나 전할 것이다. 세그먼트는 발광 구조물(2)로부터 방사된 주된 방사의 전체 흡수에 영향을 미치도록 배열될 것이다. 그러면, 각각의 형광체 박막에 의해서 생성된 적색, 녹색 및 청색 광은 결합하여 백색광을 생성할 것이다. 본 기술 분야의 당업자는 얼마나 다양한 박막층 및 세그먼트의 구성이 LED 디바이스에 합체되어 백색광을 생성하는 LED 디바이스를 생성할 수 있는지를 이해할 것이다.
더욱이, 백색광이 본 발명의 LED 디바이스에 의해서 생성될 필요는 없음에 주의하여야 한다. 본 기술 분야의 당업자는 형광체 박막이 본 발명의 원리에 따라서 생성되고 이용되어 다른 색의 광을 생성하는 LED 디바이스를 얻을 수 있는 방식을 이해할 것이다. 본 기술 분야의 당업자는, 예를 들면 본 명세서에 제공된 바의 관점에서 청색 또는 UV 방사를 흡수함으로써 녹색광을 생성하는 형광체 박막이 어떻게 획득될 수 있는지를 이해할 것이다.

Claims (15)

  1. 특정 색의 광을 생성하는 발광 다이오드 디바이스(a light emitting diode device)에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는 기판-상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면의 반대편에 존재함-과,
    상기 기판의 제 1 표면상에 위치한 발광 구조물(a light emitting structure)-상기 발광 구조물은 상기 기판의 제 1 표면에 인접한 제 1 표면을 가지며, 상기 발광 구조물은 상기 발광 구조물의 제 1 표면의 반대편에 제 2 표면을 가지며, 상기 발광 구조물은 구동되었을 때에 주된 방사(primary radiation)를 방사함-과,
    상기 발광 구조물에 의해서 생성된 주된 방사를 수신하도록 위치한 형광체 박막(a phosphor thin film)-상기 주된 방사는 상기 형광체 박막상에 부딪히며, 상기 주된 방사의 제 1 부분은 상기 형광체 박막을 통과하며, 상기 주된 방사의 제 2 부분은 상이한 파장의 광으로 변환되며, 상기 형광체 박막에 의해서 방사된 광은 상기 형광체 박막을 통과하는 상기 주된 방사와 결합하여 특정 색의 광을 생성함-
    을 포함하는 발광 다이오드 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 형광체 박막은 상기 발광 구조물의 제 2 표면상에 위치하는 발광 다이오드 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주된 방사는 청색광인 발광 다이오드 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 투명하며(transparent), 상기 형광체 박막은 상기 기판의 제 2 표면상에 위치하며, 상기 발광 구조물로부터 방사된 상기 주된 방사는 상기 형광체 박막상에 부딪히기 전에 상기 투명 기판을 통과하는 발광 다이오드 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    반사 전극(a reflective electrode)이 상기 발광 구조물의 제 2 표면상에 위치하며, 상기 발광 구조물에 의해서 방사되어 상기 반사 전극에 부딪히는 주된 방사는 상기 반사 전극에 의해서 상기 발광 구조물을 향하여 반사되는 발광 다이오드 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 주된 방사는 청색광인 발광 다이오드 디바이스.
  7. 특정 색의 광을 생성하는 발광 다이오드에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는 기판-상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면의 반대편에 존재함-과,
    상기 기판의 제 1 표면상에 위치한 발광 구조물(a light emitting structure)-상기 발광 구조물은 상기 기판의 제 1 표면에 인접한 제 1 표면을 가지며, 상기 발광 구조물은 상기 발광 구조물의 제 1 표면의 반대편에 제 2 표면을 가지며, 상기 발광 구조물은 구동되었을 때에 주된 방사(primary radiation)를 방사함-과,
    상기 발광 구조물에 의해서 생성된 주된 방사를 수신하도록 위치한 제 1 형광체 박막-상기 주된 방사는 상기 제 1 형광체 박막상에 부딪히며, 상기 주된 방사의 제 1 부분은 상기 제 1 형광체 박막을 통과하며, 상기 주된 방사의 제 2 부분은 제 1 파장의 광으로 변환됨-과,
    상기 발광 구조물에 의해서 생성된 주된 방사의 제 3 및 제 4 부분을 수신하도록 위치한 제 2 형광체 박막-상기 주된 방사의 제 4 부분은 제 2 파장의 광으로 변환되며, 상기 주된 방사의 제 1 및 제 3 부분은 변환되지 않은 상태로 남아서 제1 및 제 2 형광체 박막에 의해서 각기 방사된 제 1 및 제 2 파장의 광과 결합하여 상기 특정 색의 광을 생성함-
    을 포함하는 발광 다이오드 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 형광체 박막은 상기 기판의 제 2 표면상에 위치하며, 상기 발광 다이오드 디바이스는 반사 전극(a reflective electrode)을 더 포함하며, 상기 반사 전극은 상기 발광 구조물의 제 2 표면상에 위치하며, 상기 발광 구조물에 의해서 방사된, 상기 반사 전극상에 부딪히는 주된 방사는 상기 발광 구조물을 향하여 반사되는 발광 다이오드 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 주된 방사는 청색광인 발광 다이오드 디바이스.
  10. 미리 결정된 색의 광을 생성하는 발광 다이오드 디바이스에 있어서,
    제 1 표면 및 제 2 표면을 포함하는 기판-상기 제 1 표면은 상기 제 2 표면의 반대편에 존재함-과,
    상기 기판의 제 1 표면상에 위치한 발광 구조물(a light emitting structure)-상기 발광 구조물은 상기 기판의 제 1 표면에 인접한 제 1 표면을 가지며, 상기 발광 구조물은 상기 발광 구조물의 제 1 표면의 반대편에 제 2 표면을 가지며, 상기 발광 구조물은 구동되었을 때에 주된 방사(primary radiation)를 방사함-과,
    상기 기판의 제 2 표면상에 위치한 유전체 미러(a dielectric mirror)-상기 유전체 미러는 적어도 하나의 제 1 및 제 2 표면을 포함하며, 상기 유전체 미러의 제 1 표면은 상기 유전체 미러의 제 2 표면의 반대편에 존재하며, 상기 유전체 미러의 제 1 표면은 상기 기판의 제 2 표면과 접촉을 이루며, 상기 유전체 미러는 상기 주된 방사에 투명함-와,
    상기 유전체 미러의 제 2 표면상에 위치한 제 1 형광체 박막-상기 주된 방사는 상기 제 1 형광체 박막에 부딪히며, 상기 주된 방사의 제 1 부분은 상기 제 1 형광체 박막을 통과하며, 상기 주된 방사의 제 2 부분은 제 1 파장의 광으로 변환되며, 상기 유전체 미러는 상기 제 1 파장의 광에 반사적(reflective)임-과,
    상기 제 1 형광체 박막에 인접한 제 2 형광체 박막-상기 주된 방사의 제 1 부분은 상기 제 2 형광체 박막을 통과하며, 상기 주된 방사의 제 2 부분은 제 2 파장의 광으로 변환되며, 상기 제 1 및 제 2 형광체 박막을 통과하는 주된 광의 부분은 상기 제 1 형광체 박막으로부터 방사된 광과 상기 제 2 형광체 박막으로부터 방사된 광을 결합하여 상기 특정 색의 광을 생성함-
    을 포함하는 발광 다이오드 디바이스.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 디바이스는 반사 전극을 더 포함하며, 상기 반사 전극은 상기 발광 구조물의 제 2 표면상에 위치하며, 상기 발광 구조물에 의해서 방사된 상기 반사 전극에 부딪히는 주된 방사는 상기 발광 구조물을 향하여 반사되는 발광 다이오드 디바이스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 주된 방사는 청색광인 발광 다이오드 디바이스.
  13. 특정 색의 광을 생성하는 발광 다이오드 디바이스에 있어서,
    적어도 제 1 표면 및 제 2 표면을 가지는 기판-상기 제 1 표면은 상기 제 2 표명의 반대편에 존재함-과,
    상기 기판의 제 1 표면상에 위치한 발광 구조물-상기 발광 구조물은 상기 기판의 제 1 표면과 접촉하는 제 1 표면을 가지며, 상기 발광 구조물은 상기 발광 구조물의 제 1 표면의 반대편에 존재하는 제 2 표면을 가짐-과,
    상기 발광 다이오드 디바이스상에 위치한 제 1 형광체 박막-상기 발광 구조물은 구동될 때에 주된 광을 방사하며, 상기 주된 방사는 상기 제 1 형광체 박막상에 부딪히며, 상기 제 1 형광체 박막상에 부딪히는 모든 주된 방사는 청색광으로 변환되며, 상기 청색광은 상기 제 1 형광체 박막에 의해서 방사됨-과,
    상기 제 1 형광체 박막상에 위치한 제 2 형광체 박막-상기 청색광의 일부는 상기 제 2 형광체 박막을 통과하며, 상기 제 2 형광체 박막에 부딪히는 상기 청색광의 일부는 황색광으로 변환되며, 상기 제 2 형광체 박막을 통과하는 상기 청색광의 일부는 상기 제 2 형광체 박막으로부터 방사된 상기 황색광과 결합하여 상기 특정 색의 광을 생성함-
    을 포함하는 발광 다이오드 디바이스.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 형광체 박막은 상기 기판의 제 2 표면상에 위치하며, 상기 발광 다이오드 디바이스는 반사기 전극을 더 포함하며, 상기 반사기 전극은 상기 발광 구조물의 제 2 표면상에 위치하며, 상기 발광 구조물에 의해서 방사된 상기 반사기 전극상에 부딪히는 주된 방사는 상기 발광 구조물을 향하여 반사되는 발광 다이오드 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 주된 방사는 자외선 방사(ultraviolet radiation)인 발광 다이오드 디바이스.
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