KR20030085499A - 발광 다이오드 - Google Patents

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KR20030085499A
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다까하시유지
후꾸모또시게루
아라까네가쯔노리
히라노아쯔오
하다메구니히로
오바라구니히꼬
마에다도시히데
기따하라히로미
고야겐이찌
야마노우찌요시노부
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도요다 고세이 가부시키가이샤
마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

발광 다이오드에서, 발광 소자로부터 방사 광을 직접 수용하는 산란 재료 함유 도광/산란층이 구비된다. 도광/산란층에 함유된 산란 재료는 입사광을 불규칙적으로 반사하고 산란한다. 산란된 광은 인광체 재료를 함유한 투명 결합제로 형성된 형광 발광층으로 안내된다. 형광 발광층에 함유된 인광체 재료로 직접 발광 소자로부터 방사된 고 광학 밀도를 가진 광의 입사 확률은 낮아지고, 광은 전체 형광 발광층으로부터 방출될 수 있다. 따라서, 원하는 색상을 갖는 균일한 광이 발광 다이오드로부터 고효율로 방출될 수 있다.

Description

발광 다이오드{LIGHT EMITTING DIODE}
본 출원은 일본 특허 출원 제2002-128790호 및 제2002-276184호를 기초로 하며, 전체 내용은 본 명세서에 참고로 병합되어 있다.
본 발명은 예를 들어, 감광 장치(photosensor), 프린터 및 다양한 디스플레이의 백라이트 용 광원으로 사용할 수 있는 발광 다이오드에 관한 것이다. 특히,본 발명은 발광 소자와 인광체 재료를 포함하는 발광 다이오드에 관한 것이고, 원하는 균일한 색상의 광은 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 발광 다이오드로부터 방출될 수 있다.
본 실시예에서, LED 칩 그 자체는 "발광 소자"로 언급되고, LED 칩 장착 패키지 수지 또는 렌즈 시스템 또는 다른 광학 시스템을 포함하는 전체 시스템은 "발광 다이오드"로 언급된다.
원하는 색상의 광을 방사하기 위한 인광체 및 발광 소자를 사용하는 종래의 발광 다이오드는 도1에 개략적으로 도시된다. 이러한 발광 다이오드는 한 쌍의 리드 프레임(102, 103)을 포함한다. 리드 프레임(102)은 그 선단부에 오목부를 갖는다. 발광 소자(101)는 오목부의 바닥부에 장착된다. 발광 소자(101)는 인광체 혼합 수지(104)로 덮인다. 더욱이, 오목부 내의 공간은 인광체 혼합 수지(104)로 충진된다. 인광체 혼합 수지(104)는 인광체가 혼합된 투명 에폭시 수지와 같은 수지이다. 이러한 인광체는 발광 소자(101)로부터 방사 광을 흡수하고 흡수된 광의 파장 변환을 수행하며, 흡수된 광과 상이한 파장을 갖는 광을 방출한다. 전체 조립체는 밀봉 수지(105)로 밀봉된다.
상기 구조를 갖는 발광 다이오드에서, 예를 들어, 발광 소자(101)가 청색 발광 소자이고 인광체가 청색 발광 소자로부터 방사된 청색광을 흡수하고 청색광의 파장 변환을 수행하여 황색광을 방출한다고 가정하면, 청색 발광 소자로부터 방사된 청색광은 인광체로부터 방출된 황색광과 혼합된다. 따라서, 이론적으로, 백색광은 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 발광 다이오드의 외측으로 방출될 수있다.
그러나, 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 이러한 발광 다이오드는 발광 다이오드로부터 방출된 광의 색상이 발광 다이오드의 방사 관찰면의 위치에 따라 변하는 문제를 갖는다. 상술한 바람직하지 않은 현상은 이하에서 "방사 광 색상의 비균일성"으로 언급된다. 이러한 문제는 다음의 사실에 기인한다. 일부의 광은 발광 소자(101) 바로 위의 방향에서 발광 소자(101)로부터 방출된다. 다른 부분의 광은 발광 소자(101)의 상부면 또는 측면에서 경사져서 방출된다. 더욱이, 발광 소자(101)로부터 방사 후에, 일부의 광은 오목부의 내부벽으로부터 반사된다. 따라서, 인광체 혼합 수지(104)에서 발광 소자로부터의 광의 방사와 발광 다이오드로부터의 광의 출현(emergence) 사이의 기간에 광이 통과하는 인광체의 양은 광이 통과되고 발광 다이오드의 외측으로 방출되는 광학 경로에 따라 변한다. 인광체 양의 이러한 변화는 이하에서 "광학 경로들 중의 광 투과 인광체의 양의 차이"로서 종종 언급된다. 이러한 경우에, 발광 다이오드의 방사 관찰면 측면에서 볼 때, 발광 소자(101) 바로 위 일부의 방사 관찰면은 백색광을 방사하는 것으로 인지되고, 발광 소자(101) 바로 위 부분의 둘레 부분은 황색 광을 방사하는 것으로 인지된다. 따라서, 발광 다이오드로부터 방출된 광은 색상의 균일성이 부족하다.
특히, 최근에, 발광 다이오드의 크기 및 두께에서의 감소에 대해 점점 증가하는 요구가 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위해, 예를 들어, 쉘 형상 또는 SMD(표면 장착된 장치) 형태의 발광 다이오드가 본 기술 분야에 요구되고 있다. 이러한 경우에, 작고 얇은 발광 다이오드를 실현하기 위해 발광 소자를 덮고 오목부 내의 공간을 충진하는 인광체 혼합 수지의 인광체의 농도는 증진되어야 한다. 인광체 혼합 수지에서 인광체 농도에서의 증진은 발광 다이오드의 크기 및 두께에서의 감소에 대한 요구를 충분히 충족시킬 수 있다. 그러나, 이러한 경우에 광학 경로 중 광 투과 인광체의 양에서의 차이는 더 증가된다. 따라서, 방출된 광의 색상의 비균일성은 더욱 심각해진다.
일본 특허 제3065263호는 방출된 광의 색상의 비균일성을 감소시키는 발광 다이오드를 제안한다. 이러한 발광 다이오드는 도2에 도시된다. 도2에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드는 오목부를 갖는 반사 부재(127)를 포함한다. 발광 소자(123)는 오목부의 바닥부에 장착된다. 발광 소자(123)는 (도시되지 않은) 한 쌍의 전극을 구비한다. 이러한 전극은 전기 연결 부재(126)를 통해 외부 전극(124)에 각각 결합된다. 발광 소자(123)와 전기 연결 부재(126)는 덮여서 제1 수지(121)에 파묻힌다. 제1 수지(121)는 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 오목 구면에 있다. 제1 수지(121)에서 오목부의 잔류 공간은 인광체 혼합 수지인 제2 수지(122)로 충진된다. 이러한 구조의 청구된 장점은 광학 경로 중 광 투과 인광체 양의 차이를 실질적으로 감소시켜서 발광 다이오드로부터 방출된 광 색상의 비균일성을 감소시키는 것이다.
그러나, 상기 발광 다이오드에서, 인광체 함유 제2 수지(122)의 두께는 발광 소자(123) 바로 위 부분에서 가장 크고 오목부의 측벽을 향해 점차 감소한다. 발광 소자(123)로부터 방사된 일부의 광은 발광 소자(123) 바로 위 방향에서 큰 두께 부분의 제2 수지(122)를 통해 발광 다이오드의 외측으로 방사된다. 반면, 발광 소자(123)로부터 방사된 다른 부분의 광은 반사 부재(127)의 내벽을 향해 진행하고, 오목부의 측벽으로부터 반사되며, 작은 두께 부분의 제2 수지(122)를 통해 발광 다이오드의 외측을 향해 진행한다. 따라서, 제2 수지(122)의 작은 두께 부분을 포함하는 광학 경로를 관통한 방사 광에 대하여, 광 투과 인광체의 양은 다른 광학 경로를 관통한 방사 광의 양보다 더 적다. 즉, 광학 경로 중 광 투과 인광체의 양에서의 차이가 존재하여 발광 다이오드로부터 방출된 광은 색상의 균일성이 부족하다. 다시 말해, 상기 발광 다이오드에서도, 단점으로 발광 다이오드로부터 방출된 광은 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 색상의 균일성이 부족하다.
더욱이, 상기 발광 다이오드에서, 발광 소자(123)로부터 방사 광은 고 광학 밀도 상태에서 인광체 혼합 제2 수지(122)로 직접 입사된다. 많은 인광체 재료에 대해 본 발명자에 의해 실행된 실험에 따르면, 방사 효율은 흡수된 광의 양(광학 밀도)을 증가시킴에 따라 감소한다. 결과적으로, 발광 소자로부터 방사 광의 휘도가 증가될 때에도 인광체 재료의 방사 효율은 소정의 수치로 포화되어 증진될 수 없다. 이러한 이유로, 상기 종래의 발광 다이오드에서, 고 방사 효율을 갖는 인광체 재료를 사용하여 파장 변환을 통해 소정의 색상을 갖는 광의 방출은 실현하기 어려웠다.
상기 환경에서, 본 발명이 형성되었고, 종래 기술에 포함된 방사 광의 색상 비균일성 문제를 제거할 수 있고 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 원하는 균일한 색상을 갖는 광을 방사할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명의 다른 목적은 고효율을 갖는 인광체 재료로부터 광의 방사를 실현할 수 있고 소정 색상의 고휘도 광을 실현할 수 있는 발광 다이오드를 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 특징에 따르면, 발광 다이오드는 오목부를 갖는 반사 미러와, 반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자와, 발광 소자를 덮도록 반사 미러의 오목부 내의 공간 안으로 충진된 제1 투광성 재료로 형성된 광 투과층과, 방사 관찰면 측면의 광 투과층 상에 제공된 형광 발광층을 포함하고, 상기 형광 발광층은 제1 투광성 재료와 상이한 제2 투광성 재료로 형성되고, 상기 제2 투광성 재료는 광 투과층을 관통하고 흡수된 광과 상이한 파장을 갖는 광을 방사하는 광을 흡수하는 인광체 재료를 함유한다.
상기 구성에 따르면, 제1 투광성 재료가 제2 투광성 재료와 상이하므로, 제1 투광성 재료의 굴절률과 제2 투광성 재료의 굴절률이 상이하기 때문에 광은 제1 투광성 재료와 제2 투광성 재료의 계면으로부터 불규칙하게 반사된다. 결과적으로, 형광 발광층에 함유된 인광체 재료로 직접 발광 소자로부터 방사된 고 광학 밀도를 갖는 광의 입사 확률은 낮아지는 대신 형광 방사층에 함유된 인광체 재료로 분산된 상태에서 이러한 광의 입사 확률은 증가된다. 따라서, 광은 전체 형광 발광층의 방사 효율을 증진시키기 위해 광 투과층으로부터 다양한 방향으로 형광 발광층으로 유도될 수 있고, 균일한 색상을 갖는 광은 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 발광 다이오드로부터 방출될 수 있다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 발광 다이오드는 오목부를 갖는 반사 미러와, 반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자와, 반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자의 상부면의 레벨로 반사 미러의 오목부 내의 공간 안으로 충진된 인광체 재료 함유 투광성 재료로 형성된 제1 층과, 방사 관찰면 측면 상에서 제1 층에 구비된 인광체 재료 함유 투광성 재료로 형성된 제2 층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 층에 함유된 인광체 재료는 흡수된 광과 상이한 파장을 갖는 광을 방사하고 발광 소자로부터 방사 광을 흡수할 수 있고, 제2 층의 인광체의 농도는 제1 층의 인광체의 농도보다 더 높다.
상기 구성에 따르면, 발광 소자로부터 다양한 방향에서 방사된 광은 제1 및 제2 층을 관통한 후에 발광 소자로부터의 방사와 발광 다이오드로부터의 방출 사이의 기간에 광이 통과하는 인광체의 양에서 서로 실질적으로 동일하다. 따라서, 제1 및 제2 층을 통해 통과하는 동안 파장 변환 후 인광체로부터 방출된 광은 인광체를 관통하지 않은 광과 균일하게 혼합될 수 있어서, 원하는 색상을 갖는 광은 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 발광 다이오드로부터 균일하게 방출될 수 있다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 발광 다이오드는 오목부를 갖는 반사 미러와, 반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자와, 발광 소자를 덮도록 반사 미러의 오목부 내의 공간 안으로 충진된 인광체 재료 함유 투광성 재료층을 포함하고, 상기 인광체 재료는 흡수된 광과 상이한 파장을 가진 광을 방사하고 발광 소자로부터 방사된 광을 흡수할 수 있고, 상기 인광체 재료는 발광 소자로부터 방사된 광이 관통되고 투광성 재료층의 상부면에 도달하는 광학 경로의 길이에 인광체 재료의 농도를 곱함으로써 얻어진 수치가 실질적으로 서로 동일하도록 상기 투광성 재료 층에 분배된다.
상기 구성에 따르면, 발광 소자로부터 다양한 방향으로 방사된 광은 투광성 재료를 통해 통과한 후 발광 소자로부터의 방사와 발광 다이오드로부터의 방출 사이의 기간에 광이 관통한 인광체의 양에서 서로 실질적으로 동일하다. 따라서, 투광성 재료를 통해 통과하는 동안 파장 변환 후에 인광체로부터 방출된 광은 인광체를 관통하지 않은 광과 균일하게 혼합될 수 있어서, 원하는 색상을 가진 광은 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 발광 다이오드로부터 균일하게 방출될 수 있다.
본 발명의 제4 특징에 따르면, 발광 다이오드는 오목부를 가진 반사 미러와, 반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자와, 발광 소자를 덮도록 반사 미러의 오목부 내의 공간 안으로 충진된 투과 도광(light guiding)/산란층과, 방사 관찰면 측면에서 도광/산란층에 구비된 인광체 재료 함유 투과 형광 발광층을 포함하고, 상기 투과 도광/산란층은 발광 소자로부터 방사된 광을 다양한 방향으로 산란할 수 있고, 상기 인광체 재료는 발광 소자로부터 방사되고 도광/산란층을 관통하는 광을 흡수할 수 있고 흡수된 광과 상이한 파장을 가진 광을 방사할 수 있다.
상기 구성에 따르면, 발광 소자로부터 형광 발광층에 함유된 인광체 재료로 직접 방사된 고 광학 밀도를 갖는 광의 입사 확률은 낮고, 대신 형광 발광층에 함유된 인광체 재료로 분산된 상태에서 이러한 광의 입사 확률은 증가된다. 따라서, 광은 전체 형광 발광층의 방사 효율을 향상시키기 위해 도광/산란층으로부터 다양한 방향으로 형광 발광층 안으로 유도될 수 있고, 원하는 균일한 색상을 갖는 광은 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 발광 다이오드로부터 방출될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면과 관련해서 더욱 상세히 설명된다.
도1은 원하는 색상을 가진 광을 방출하기 위해 발광 소자 및 인광체를 사용한 종래의 발광 다이오드의 예의 단면도.
도2는 원하는 색상을 가진 광을 방출하기 위해 발광 소자 및 인광체를 사용한 종래의 발광 다이오드의 다른 예의 단면도.
도3a는 본 발명의 제1 양호한 실시예에서 발광 다이오드의 구조를 도시한 단면도.
도3b는 도3a에 도시된 발광 다이오드에 사용된 발광 소자로부터 방사 광의 광학 경로 길이를 도시한 다이어그램.
도4는 본 발명의 제1 양호한 실시예에서 발광 다이오드에 사용된 청색 발광 소자의 층 구조를 도시한 다이어그램.
도5는 본 발명의 제2 양호한 실시예에서 발광 다이오드의 구조를 도시한 단면도.
도6은 본 발명의 제3 양호한 실시예에서 발광 다이오드의 구조를 도시한 단면도.
도7은 본 발명의 제4 양호한 실시예에서 발광 다이오드의 구조를 도시한 개략 단면도.
도8은 본 발명의 제5 양호한 실시예에서 발광 다이오드의 구조를 도시한 개략 단면도.
도9는 본 발명의 제6 양호한 실시예에서 발광 다이오드의 구조를 도시한 개략 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 발광 다이오드
12, 13, 68, 102, 103 : 리드 프레임
12a , 69: 컵
14 : 금속 스템
16 : 과전압 보호 소자
17, 42 : 청색 발광 소자
17h : 광 반사 전극
18 : 장착부
20 : 금 범프
24, 25 : 수지층
27 : 인광체
29 : 외부 수지
62 : 내부 수지층
63 : 외부 수지층
64, 85 : 도광/산란층
66, 73 : 투명 결합제
67 : 형광 발광층
69 : 오목컵
61, 84, 101, 123 : 발광 소자
72 : 광 산란 재료
80 : 제너 다이오드
104 : 혼합 수지
105 : 밀봉 수지
121 : 제1 수지
122 : 제2 수지
124 : 외부 전극
126 : 전기 연결 부재
127 : 반사 부재
(제1 양호한 실시예)
도3a는 본 발명의 양호한 제1 실시예에서 발광 다이오드의 구조를 도시한 단면도이다.
이러한 도면에 도시된 발광 다이오드(10)는 쉘 타입이고 서로 전기적으로 절연된 두 개의 리드 프레임(12, 13)을 포함한다. 오목컵(12a)이 구비된 금속 스템(14)은 리드 프레임(12)의 선단부에 구비된다. 컵(12a)의 내벽 표면은 광을 반사하는 반사 미러로 작용한다. 플립 칩 타입의 발광 소자는 컵(12a)의 바닥부에 장착된다. 플립 칩 타입의 발광 소자는 과전압 보호 소자(16) 상에 장착된 플립 칩인 청색 발광 소자(17)를 포함한다. 특히, 과전압 보호 소자(16)는 도전성 페이스트의 장착부(18)를 통해 컵(12a)의 바닥부 상에 고정된다. 450 내지 550 nm의 파장을 가진 청색광을 방사하는 청색 발광 소자(17)는 과전압 보호 소자(16) 상에 장착된 플립 칩이다.
청색 발광 소자(17)의 층 구조는 도4에 도시된다. 도4에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 사파이어 기판(17a)은 투과 기판으로 구비된다. 예를 들어, 버퍼층(17b), n 타입 접촉층(17c), n 타입 클래딩층(17d), 발광층을 포함하는 층(17e), p 타입 클래딩층(17f) 및 p 타입 접촉층(17g)은 예를 들어, 사파이어 기판(17a) 상에 이 순서로 MOCVD(metal-organics chemical vapor deposition, 금속 유기 화학 증착)에 의해 질화물 반도체 층으로 형성된다. 예를 들어, 스퍼터링 또는 진공 증착에 의해, 광 비투과 및 광 반사 전극(17h)은 p 타입 접촉층(17g)의 전체면에 형성되고, p 전극(17i)은 광 비투과 및 광 반사 전극(17h)의 일부에 형성되고, n 전극(17j)은 n 타입 접촉층(17c)의 일부에 형성된다.
이러한 청색 발광 소자(17)의 플립 칩 장착은 다음과 같이 실행된다. 도3a에 도시된 바와 같이, 도4에 도시된 사파이어 기판(17a)의 하부면은 최상면으로서 제공된다. 도4에 도시된 청색 발광 소자(17)의 p 전극(17i)은 금 범프(gold bump, 19)를 통해 과전압 보호 소자(16)의 n층 상의 전극(16a)에 연결된다. n 전극(17j)은 금 범프(20)를 통해 과전압 보호 소자(16)의 p층 상에 전극(16b)에 연결된다. 과전압 보호 소자(16)의 전극(16b)은 결합 와이어(22)를 통해 리드 프레임(13)에 연결된다.
후술되는 더 낮은 인광체 농도를 갖는 수지층(24)은 청색 발광 소자(17)의 최상면의 레벨로 컵(12a) 내의 공간 안으로 충진된다. 더 높은 인광체 농도를 구비한 수지층(25)은 단면에서 중심부가 컵(12a)의 상부 레벨로부터 부풀어지는 레벨로 더 낮은 인광체 농도를 갖는 수지층(24)에 제공된다. 특히, 청색 발광 소자(17)의 상부 위로부터 볼 때, 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24)은 청색 발광 소자(17)의 최상면 주위에 링 형태로 구비된다. 단면에서 볼 때, 청색 발광 소자(17)의 양측면의 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24)의 상부면은 아치형으로 오목한 형태이다. 단면에서 볼 때, 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)의상부면은 청색 발광 소자(17) 바로 위 부분이 최고 레벨로 부풀려진 볼록 형태이다. 전체 조립체는 쉘 형상 발광 다이오드(10)를 형성하기 위해 외부 수지(29)로 밀봉된다.
더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24)은 청색 발광 소자(17)로부터 방사된 청색광을 흡수하고 황색광을 방출하는 인광체(27)가 수지층(25)에서 보다 더 낮은 농도로 혼합된 에폭시 수지 또는 실리콘 수지와 같은 광 투명 수지로 형성된다. 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)은 인광체(27)가 수지층(24)에서 보다 더 높은 인광체 농도로 혼합된 광 투명 수지로 형성된다. 인광체(27)는 Ce:YAG(이트륨-알루미늄-가닛) 인광체일 수 있다. 여기서 사용할 수 있는 첨가 인광체 재료의 예는 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd), 세륨(Ce)과 같은 희귀 원소 인광체, 무기 인광체, 유기 인광체, 형광 염료 및 형광 안료를 포함한다.
층(24, 25)의 형태 또는 층(24, 25)에서의 인광체(27)의 농도는 청색 발광 소자(17)로부터 방사된 광이 외부 수지(29)와 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)의 계면에 도달하는 광학 경로의 길이에 인광체(27)의 농도를 곱함으로써 얻어진 수치들이 서로 실질적으로 동일하도록 조절된다.
이것은 발광 소자로부터 방사된 광의 광학 경로의 길이를 도시한 도3b와 관련해서 설명된다. 예를 들어, 도3b에 도시된 세 개의 광학 경로(A, B, C)에 대해, 증가 수치(A', B', C')는 서로 실질적으로 동일하고, 여기서 A'은 인광체(27)의 농도에 의해 광학 경로(A)의 길이를 증가시킴으로써 얻어진 증가 수치를 나타내고, B'는 인광체(27)의 농도에 의해 광학 경로(B)의 길이를 증가시킴으로써 얻어진 증가 수치를 나타내고, C'는 인광체(27)의 농도에 의해 광학 경로(C)의 길이를 증가시킴으로써 얻어진 증가 수치를 나타낸다. 도3b에서, l1내지 l9각각은 광학 경로 길이를 나타내고, d1은 고농도를 나타내고, d2는 저농도를 나타내고, C1은 호형 부분을 나타내고, C2는 볼록 부분을 나타낸다. 이러한 경우에, 청색 발광 소자(17) 바로 위 방향으로 방사된 광의 경로(A)의 경우에, A'=l1x d1이다. 청색 발광 소자(17)의 측면으로부터 방사되고 다음에 컵(12a)의 측벽으로부터 반사되는 광의 경로(B)의 경우에, B'=(l2+ l3)d2+ l4x d1이다. 더욱이, 청색 발광 소자(17)의 측면으로부터 방사되고, 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24)을 관통하고, 다음에 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)의 호형 부분을 관통하고, 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24)을 더 관통하고, 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24)을 관통하는 반사된 광을 제공하기 위해 컵(12a)의 측벽으로부터 반사되고, 다음에 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)을 관통하는 광의 경로(C)의 경우에, C' = (l5+ l7+ l8)d2+ (l6+ l9)d1이다. 이러한 경우에, A', B' 및 C' 사이의 관계는 A'≒B'≒C'이다.
인광체(27)가 혼합된 수지는 예를 들어, 소정 비율로 광 투명 수지로서 주 작용제와 경화제를 함께 혼합하고 혼합물을 교반하고 디포밍(defoaming)하고 에어로실(Aerosil)을 가진 수지와 시레인(silane) 결합제를 함께 혼합하고 혼합물을 완전히 반죽(kneading)함으로써 준비된다. 수지가 층(24, 25)의 형성용으로 사용되는 실시예가 설명된다. 예를 들어, 컵(12a)의 깊이가 0.35mm이고 플립 칩 타입 발광 소자의 높이가 0.25mm라고 가정하면, 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24)에서의 인광체(27)의 농도는 20%이지만, 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)에서의 인광체(27)의 농도는 60%가 된다. 각각의 층(24, 25)의 형성에서, 경화는 한 시간동안 120℃로 수행된다.
상기 구성을 갖는 발광 다이오드(10)에서, 리드 프레임(12, 13)에 전압이 인가될 때, 청색 발광 소자(17)는 청색광을 방사한다. 이러한 경우에, 청색 발광 소자(17) 바로 위 방향으로 방사된 청색광은 청색 발광 소자(17)로부터의 방사 후 광이 층(24, 25)을 관통하는 광학 경로의 길이에서 컵(12a)의 내벽으로부터 반사된 청색광 또는 청색 발광 소자(17)의 측면 또는 상부면으로부터 경사져서 방사되는 청색광과 상이하다.
그러나, 상술된 바와 같이, 층(24, 25)의 형상 또는 층(24, 25)에서의 인광체(27)의 농도는 인광체(27)의 농도에 의해 광학 경로의 증가시킴으로써 얻어진 수치들이 서로 실질적으로 동일하도록 조절된다. 따라서, 청색 발광 소자(17)로부터 상기 각각의 방향으로 방사된 광은 청색 발광 소자(17)로부터의 방사와 층(24, 25)을 통과한 후 외부 수지(29)의 진입(entry) 사이의 기간에 광이 관통되는 인광체(27)의 양에서 서로 실질적으로 동일하다. 특히, 청색 발광 소자(17)로부터 방사된 광이 광학 경로(A, B, C)를 관통할 때, 광학 경로(A, B, C)는 광 투과 인광체(27)의 양에서 서로 실질적으로 동일하다. 각각의 광학 경로에서, 청색 발광 소자(17)로부터 방사된 광은 황색광을 방사하는 인광체(27)에서 파장 전환을 하기 쉽다. 황색광은 청색 발광 소자(17)로부터 방사되지만 인광체(27)를 관통하지 않는 청색광과 혼합된다. 따라서, 발광 다이오드(10)로부터 균일한 백색광의 방출은 발광 다이오드(10)의 방사 관찰면에서 볼 때 실현될 수 있다.
양호한 실시예에서, 광 비투명 및 광 반사 전극(17h)은 청색 발광 소자(17)에서 p 타입 접촉층(17g)의 상부면의 전체면에 형성된다. 이와 달리, 광 투과 전극은 광 비투명 및 광 반사 전극(17h) 대신에 사용될 수 있다.
(양호한 제2 실시예)
도5는 본 발명의 양호한 제2 실시예에서 발광 다이오드의 구조를 도시한 단면도이다. 양호한 제2 실시예에서 발광 다이오드를 도시한 도5 및 양호한 제1 실시예에서 발광 다이오드를 도시한 도3a에서, 유사한 부분은 동일한 참조 번호로 동일시되고, 그 중복된 설명은 생략된다.
도5에 도시된 발광 다이오드(10)는 양호한 제1 실시예에서 설명된 플립 칩 타입 발광 소자 대신에 청색 발광 소자(42)가 겉을 위로 한 방식(face-up manner)으로 장착부(18)를 통해 컵(12a)의 바닥부 위에 고정된다는 점에서 도3a에 도시된 발광 다이오드와 상이하다. 청색 발광 소자(42)는 광 반사 필름(42a)이 사파이어 기판(17a)의 하부면 상에 추가적으로 구비된 것을 제외하고 도4에 도시된 청색 발광 소자(17)와 동일하다. 더욱이, 청색 발광 소자(42)의 p 전극(17i)은 결합 와이어(21)를 통해 리드 프레임(12)으로 연결되고, 청색 발광 소자(42)의 n 전극(17j)은 결합 와이어(22)를 통해 리드 프레임(13)으로 연결된다. 이러한 청색 발광 소자(42)는 청색 발광 소자(42) 바로 아래 방향으로 방사된 광이 반사 필름(42a)으로부터 반사되고 발광 소자(42) 바로 위 방향으로 방출되도록 구성된다.
양호한 제1 실시예에 의하면, 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24)은 청색 발광 소자(42)의 최상면의 레벨로 컵(12a) 내의 공간 안으로 충진되고, 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)은 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24) 상에 구비되어 단면에서 볼 때 청색 발광 소자(42) 바로 위 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)의 중심부는 컵(12a)의 상부 레벨로부터 부풀려진다. 더욱이, 층(24, 25)에서 인광체(27)의 농도 및 층(24, 25)의 형상은 청색 발광 소자(42)로부터 방사된 광이 외부 수지(29) 및 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)의 계면에 도달하는 광학 경로의 길이에 인광체(27)의 농도를 곱함으로써 얻은 수치가 서로 실질적으로 동일하도록 조절된다.
상기 구성을 구비한 발광 다이오드(40)는 또한 양호한 제1 실시예에서 발광 다이오드(10)와 동일한 효과를 달성할 수 있다.
(양호한 제3 실시예)
도6은 본 발명의 양호한 제3 실시예에서 발광 다이오드의 구성을 도시한 단면도이다. 양호한 제3 실시예의 발광 다이오드를 도시한 도6 및 양호한 제2 실시예의 발광 다이오드를 도시한 도5에서, 유사한 부분은 동일한 참조 문자로 동일시되고 그 중복된 설명은 생략된다. 도6에 도시된 발광 다이오드(50)는 양호한 제2 실시예에서 상술된 청색 발광 소자(42) 대신에 도4에 도시된 바와 같은 청색 발광 소자(17)가 장착부(18)를 통해 컵(12a)의 바닥부 위에 고정된다는 점에서 도5에 도시된 발광 다이오드와 상이하다. 더욱이, 장착부(18)는 은(Ag) 필러 및인광체(27)를 함유한다. 특히, 청색 발광 소자(17) 바로 아래 방향으로 방사된 청색광은 황색광을 방사하는 장착부(18)에 함유된 인광체(27)에 의해 파장 전환되기 쉽다. 황색광은 장착부(18) 바로 위 방향으로 또는 경사진 방향으로 컵(12a)의 바닥부로부터 반사된다.
따라서, 이러한 양호한 실시예와 관련된 발광 다이오드는 양호한 제2 실시예의 발광 다이오드와 동일한 효과를 달성할 수 있고 다음의 추가적 효과를 더 달성할 수 있다. 특히, 청색 발광 소자(17) 바로 아래 방향으로 방사된 청색광은 황색광을 방출하는 장착부(18)에 함유된 인광체(27)에 의해 파장 전환되기 쉽다. 다음에 황색광은 장착부(18) 바로 위 방향으로 또는 경사진 방향으로 컵(12a)의 바닥부로부터 반사된다. 따라서, 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)에 함유된 인광체의 파장 변환되기 쉬운 광의 필요 용량은 장착부(18)에 함유된 인광체(27)의 파장 전환되기 쉬운 광의 용량에 의해 감소될 수 있어서, 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)의 두께는 감소될 수 있다. 더 높은 인광체 농도를 가진 수지층(25)의 두께의 감소는 발광 다이오드, 특히 SMD 타입 발광 다이오드의 두께의 더 많은 감소를 실현할 수 있다.
양호한 제1 내지 제3 실시예의 발광 다이오드에서, 구형 유리 비드와 같은 반사 작용제를 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24)으로 병합하는 것은 광의 균일성을 유지할 수 있는 광의 불규칙 반사를 야기한다.
양호한 제1 내지 제3 실시예의 발광 다이오드에서, 수지층은 두 개의 층, 즉 더 낮은 인광체 농도를 가진 수지층(24) 및 더 높은 인광체 농도를 가진수지층(25)으로 분할된다. 이와 달리, 상이한 인광체 농도를 가진 두 개 층의 구조 대신에, 광학 경로의 길이에 인광체(27)의 농도를 곱함으로서 얻어진 수치가 서로 실질적으로 동일하도록 인광체(27)의 농도가 점차 변화하는 단일층 광 투명 수지로 컵(12a) 내의 공간이 충진되는 구조가 형성될 수 있다.
상기 양호한 실시예에서, 청색 발광 소자는 발광 소자로 사용된다. 그러나, 발광 소자는 청색 발광 소자에 제한되지 않고 발광 소자가 인광체를 여기할 수 있는 파장을 가진 광을 방사하면 자외선 발광 소자를 포함하는 임의의 발광 소자일 수 있다. 더욱이, 상기 양호한 실시예의 발광 다이오드에서, 투명 에폭시 수지는 발광 소자 등을 밀봉하기 위해 투광성 재료로 사용된다. 그러나, 투명 실리콘 수지를 포함하는 다른 재료가 또한 사용될 수 있다.
(양호한 제4 실시예)
도7은 본 발명의 양호한 제4 실시예의 발광 다이오드의 구조를 도시한 개략 단면도이다.
도7에 도시된 바와 같이, 양호한 실시예의 발광 다이오드(60)는 리드 프레임(68)을 포함한다. 오목컵(69)은 리드 프레임(68)의 선단부에 구비된다. 발광 소자(61)는 발광 소자(61)로부터 방사된 광이 컵(69) 위 방향으로 방출될 수 있도록 컵(69) 내에 구비된다.
발광 소자(61)는 적외선에서 자외선 구역으로 임의의 파장을 가진 광을 방사할 수 있는 임의의 발광 소자일 수 있다. 특히, 자외선 구역 또는 자외선 구역 근처에서 광을 방사하는 발광 소자는 발광 소자로부터 방사 광이 관찰자에 의해 직접발광 소자(61)에 의해 방사된 광을 인식하지 않고 응시된(contemplated) 광으로 효율적으로 변환할 수 있기 때문에 적절하다. 현재 발명가들에 의해 수행된 실험의 결과는 자외선 근처 발광 소자가 비교적 짧은 파장으로 인해 후술되는 인광체 재료(65)를 여기하는 자외선 근처 광을 방출하기 위해 발광 소자(61)로 사용될 때, 에너지는 비교적 강하게 여기되어 향상된 방사 효율을 가져오는 것을 보여준다. 인간에게 해롭지 않은 360 내지 390 nm 범위의 방사 파장 밴드를 가진 질화 갈륨 합성 반도체 재료는 자외선 근처 발광 소자(61)에 사용될 수 있다. 발광 소자(61)는 (도시되지 않은) 리드 와이어를 통해 컵(69)에 전기적으로 연결된다.
투명 결합제는 내부 수지층(62)을 형성하기 위해 발광 소자(61)의 주연부 위로 코팅된다. 내부 수지층(62)은 에폭시 수지, 아크릴 수지, 소자 수지 또는 실리콘 수지 등과 같이 발광 소자(61)에 높은 접착성을 가진 재료로 형성된다. 내부 수지층(62)의 두께는 일반적으로 몇 십 마이크로미터이상이다. 그러나, 내부 수지층(62)의 두께는 내부 수지층을 구성하는 층의 수 및 그 층을 구성하는 재료의 굴절률과 같은 인자를 고려함으로써 적절하게 결정될 수 있다.
더욱이, 외부 수지층(63)은 내부 수지층(62)의 외주연부 상에 구비된다. 외부 수지층(63)은 내부 수지층(62)과 상이한 굴절률을 가진 재료로 형성된다. 외부 수지층(63)은 그 위에 형성된 내부 수지층(62)으로 발광 소자(61)와 컵(69)의 내벽에 의해 한정된 공간을 충진하고 그 위에 형성된 내부 수지층(62)으로 발광 소자(61)를 덮도록 컵(69) 내에 구비된다. 외부 수지층(63)은 또한 에폭시 수지, 아크릴 수지, 소자 수지 또는 실리콘 수지와 같은 재료로 형성될 수 있다.
이러한 양호한 실시예에서, 내부 수지층(62)과 외부 수지층(63)은 함께 도광/산란층(64)을 구성한다. 도광/산란층(64)의 두께는 50 내지 300㎛일 수 있다. 이러한 도광/산란층(64)에서, 내부 수지층(62)은 외부 수지층(63)과 상이한 재료로 형성된다. 이러한 구성에 따르면, 내부 수지층(62)에 접착된 상태로 있는 발광 소자(61)로부터 방사 광은 내부 수지층(62)에 직접 입사되어 높은 확률로 내부 수지층(62)과 외부 수지층(63) 사이의 계면 경계로부터 반사되어 산란되며 후술되는 형광 발광층(67)으로 안내된다. 도광/산란층(64)은 두 층 이상의 다층 구조 또는 비교적 높은 굴절률을 가진 재료로 형성될 수 있다. 더욱이, 발광 다이오드는 발광 소자의 주연부가 셀 형상의 발광 다이오드에서 렌즈 부분을 형성하기 위해 수지로 몰딩된 쉘 형상의 발광 다이오드의 형상을 취할 수 있다. 이러한 경우, 셀 형상 발광 다이오드의 형성에 사용되는 수지의 일부 또는 전체는 도광/산란층 또는 도광/산란층을 구성하는 층 중 하나로 구성될 수 있다.
내부에 배치된 발광 소자(61)를 가진 컵(64)의 도광/산란층(64) 상의 잔류 공간은 형광 발광층(67)으로 충진된다. 형광 발광층(67)은 원하는 색상을 가진 광을 방출하는 인광체 재료(65)를 함유한 투명 결합제(66)로 형성된다. 이트륨(Y), 가돌리늄(Gd) 및 세륨(Ce)과 같은 희귀 원소 인광체는 인광체 재료(65)로 사용될 수 있다. 여기서 사용가능한 다른 인광체 재료의 예는 무기 인광체, 유기 인광체, 형광 염료 및 형광 안료를 포함한다. 형광 발광층(67)은 에폭시 수지, 아크릴 수지, 소자 수지 또는 실리콘 수지와 같은 투명 결합제와 인광체 재료(65)의 미세한 분말을 함께 혼합하고 반죽함으로써 준비된 재료로 형성될 수 있다. 형광발광층(67)의 두께는 또한 10 내지 300㎛일 수 있다. 인광체 재료(65)는 투명 결합제(66)에 대해서 2 내지 20%의 부피 농도로 투명 결합제(66) 내로 혼합될 수 있다. 투명 결합제(66)의 인광체 재료(65)의 농도가 낮을 때 형광 발광층(67)은 큰 두께로 형성되지만, 투명 결합제(66)의 인광체 재료(65)의 농도가 높을 때 형광 발광층(67)은 작은 두께로 형성된다.
따라서, 이러한 양호한 실시예의 발광 다이오드(60)에서, 도광/산란층(64)에서, 발광 소자(61)로부터 방사되고 내부 수지층(62)으로 진입하는 광은 반사되고 내부 수지층(62)과 외부 수지층(63) 사이의 계면 경계에서 높은 확률로 산란되며 형광 발광층(67)으로 안내된다. 따라서, 발광 소자(61)로부터 형광 발광층(67)에 함유된 인광체 재료(65)로 직접 방사되는 고 광학 밀도를 가진 광의 입사 확률은 낮아지고, 형광 발광층(67)에 함유된 인광체 재료(65)에 분산 상태의 이러한 광의 입사 확률은 증가된다. 따라서, 광은 전체 형광 발광층(67)의 방사 효율을 향상시키기 위해 도광/산란층(64)으로부터 다양한 방향에서 형광 발광층(67)으로 주입될 수 있고, 원하는 균일한 색상을 가진 광은 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 발광 다이오드로부터 방출될 수 있다.
상술된 양호한 실시예에서, 도광/산란층(64)은 두 층 구조를 갖는다. 이와 달리, 도광/산란층(64)을 구성하는 층의 수는 광 산란 효율을 향상시키도록 증가될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에, 도광/산란층(64)을 구성하는 층의 수는 비용 효율면에서 2 내지 5가 바람직하다.
이러한 양호한 실시예에서, 임의의 인광체 재료는 도광/산란층(64)에 함유되지 않는다. 그러나, 인광체 재료의 적절한 양은 또한 도광/산란층(64)에 함유될 수 있다.
(양호한 제5 실시예)
도8은 본 발명의 양호한 제5 실시예에서 발광 다이오드의 구성을 도시한 개략 단면도이다. 본 발명의 양호한 제5 실시예의 발광 다이오드를 도시한 도8 및 본 발명의 양호한 제4 실시예의 발광 다이오드를 도시한 도7에서, 유사 부분은 동일한 참조 번호로 동일시되고, 그 중복된 설명은 생략된다.
도8에 도시된 발광 다이오드(70)에서, 내부에 병합된 광 산란 재료(72)를 가진 투명 결합제(73)로 형성된 도광/산란층(64)은 도7에 도시된 바와 같이 발광 소자(61)의 주연부에 형성된다.(양호한 제4 실시예)
입사광을 산란하기 위한 광 산란 재료(72)는 산화 알루미늄, 산화 티타늄, 티탄산염 바륨 및 산화 실리콘 또는 그들 중 두 개 이상의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 부재일 수 있다.
발광 소자(61)에 높은 접착성을 갖는 재료는 투명 결합제(73)로 선택된다. 투명 결합제(73)로 사용될 수 있는 재료의 예는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 소자 수지 및 실리콘 수지와 같은 합성 수지 및 합성 고무를 포함한다.
도광/산란층(64)은 투명 결합제(73)와 산란 재료(72)를 함께 혼합하고 반죽하여 컵(69) 내에 배치된 발광 소자(61) 주위의 공간 안으로 반죽된 혼합물을 쏟음으로써 형성될 수 있다. 도광/산란층(64)의 두께는 도광/산란층(64)의 산란 재료(72)의 함유물에 따라 적절하게 결정될 수 있다.
도8에서, 도광/산란층(64)은 호형 형상 또는 볼록 렌즈 형상 즉, 중심부의 두께가 더 크고 주연부의 두께가 더 작은 방식으로 발광 소자(61)에 구비된다. 도광/산란층의 이러한 형상을 적용하는 이유는 다음과 같다. 발광 소자(61)의 접착을 유지할 수 있는 비교적 높은 표면 장력을 갖는 투명 결합제(73)가 사용될 때와 발광 소자(61)로부터 방사된 광의 밀도가 높은 경우 그 부분의 두께가 크게 형성될 때, 광학 밀도는 균질화되고 내부로 혼합된 광 산란 재료(72)를 가진 투명 결합제(73)로 형성된 도광/산란층(64)으로부터 방출된 광의 휘도는 향상될 수 있다. 도광/산란층(64)의 상부면은 컵(69)의 개구와 평행한 레벨(평행면)로 형성될 수 있다. 도광/산란층(64)의 두께는 50 내지 300㎛일 수 있다. 양호한 제4 실시예에서, 형광 발광층(67)은 도광/산란층(64)의 상부면에 구비된다.
따라서, 본 양호한 실시예의 발광 다이오드(70)에 따르면, 도광/산란층(64)에 함유된 광 산란 재료(72)는 다양한 방향으로 입사광을 불규칙하게 반사하고 산란하며 그 산란된 광을 형광 발광층(67)으로 안내할 수 있다. 따라서, 양호한 제4 실시예에서, 도광/산란층(64)을 마련하여, 형광 발광층(67)에 함유된 인광체 재료(65)로 직접 발광 소자(61)로부터 방사된 고 광학 밀도를 가진 광의 입사 확률은 낮아지고, 형광 발광층(67)에 함유된 인광체 재료(65)로 분산된 상태에서 이러한 광의 입사 확률은 증가된다. 따라서, 광은 전체 형광 발광층(67)의 방사 효율을 향상시키기 위해 도광/산란층(64)으로부터 다양한 방향으로 형광 발광층(67) 안으로 주입될 수 있고, 원하는 균일한 색상을 가진 광은 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 발광 다이오드로부터 방출될 수 있다.
(양호한 제6 실시예)
도9는 본 발명의 양호한 제6 실시예의 발광 다이오드의 구성을 도시한 개략 단면도이다. 본 발명의 양호한 제6 실시예의 발광 다이오드를 도시한 도9 및 본 발명의 양호한 제4 및 제5 실시예의 발광 다이오드를 도시한 도7 및 도8에서, 유사 부분은 동일한 참조 번호로 동일시되고, 그 중복된 설명은 생략된다.
도9에 도시된 발광 다이오드(90)에서, 플립 칩 구조를 가진 발광 소자(84)가 사용된다. 발광 소자(84)는 금 볼 범프(84a)를 통해 제너 다이오드(80)의 상부면과 평행하게 연결된다. 제너 다이오드(80)는 전기 도전성 은 혼합된 에폭시 수지(81)를 통해 리드 프레임(68)의 선단부에 구비된 오목컵의 내부면에 배치된다. 따라서, 제너 다이오드(80)는 리드 프레임(68)의 컵(69)에 전기적 및 기계적으로 연결된다. 제너 다이오드(80)의 타단부는 리드(83)를 통해 리드 프레임(82)에 연결된다. 즉, 발광 소자(84)는 발광 소자(84)로부터 방사된 광이 컵(69)의 바로 위 방향 및 제너 다이오드(80) 측면으로 방출되도록 컵(69) 내에 배치된다.
도광하고 산란하기 위해 (도8에 도시된 광 산란 재료(72)와 동일한) 광 산란 재료를 가진 (도8에 도시된 투명 결합제(73)와 동일한) 투명 결합제로 형성된 도광/산란층(85)은 발광 소자(84)의 주연부에 구비된다. 도광/산란층(85)은 또한 제너 다이오드(80)와 발광 소자(84) 사이에 구비된다. 투명 합성 수지 재료 또는 투명 합성 고무 재료에서 광을 산란할 수 있는 재료는 또한 광 산란 재료로 사용될 수 있다. 광 산란 재료는 물론 광에 부분적으로 침투가능하거나 또는 완전 광을 반사한다. 도광/산란층(85)의 광 산란 재료의 농도는 투명 결합제에 대하여 2 내지 20%의 부피 범위가 적절하다. 그러나, 도광/산란층(85)의 두께뿐만 아니라 도광/산란층(85)의 광 산란 재료의 농도는 적절하게 조절될 수 있다.
도9에서, 발광 소자(84)에 접착성을 유지할 수 있는 비교적 낮은 표면 장력을 가진 투명 결합제(73)가 사용되고, 도광/산란층(85)은 발광 소자(84)의 주연부를 둘러싸도록 구비된다. 도광/산란층(85)의 두께는 응시 효과의 관점에서 바람직하게는 50 내지 300㎛이다.
형광 발광층(86)은 도광/산란층(85)에 구비된다. 형광 발광층(86)은 그 안으로 혼합된 소정의 색상을 방출할 수 있는 (도8에 도시된 인광체 재료(65)와 동일한) 인광체 재료를 가진 (도8에 도시된 투명 결합제(66)와 동일한) 투명 결합제로 형성된다. 인광체 재료, 투명 결합제 및 형광 발광층은 양호한 제4 및 제5 실시예의 것들과 동일할 수 있다.
따라서, 양호한 제5 실시예에서, 양호한 본 실시예의 발광 다이오드(90)에 따르면, 도광/산란층(85)은 다양한 방향으로 입사광을 불규칙하게 반사하고 산란할 수 있고 그 산란된 광을 형광 발광층(86)으로 안내할 수 있다. 따라서, 발광 소자(84)로부터 형광 발광층(86)으로 직접 방사되는 고 광학 밀도를 구비한 광의 입사 확률은 낮아지고, 분산된 상태의 광은 형광 발광층(86)으로 입사된다. 이것은 전체 형광 발광층(86)으로부터 광의 방사를 실현할 수 있어서 방사 효율을 향상시킬 수 있고 원하는 균일한 색상을 가진 광은 발광 다이오드의 방사 관찰면으로부터 볼 때 발광 다이오드로부터 방출될 수 있다.
더욱이, 본 양호한 실시예에서, 사용되는 발광 소자(84)는 플립 칩 구조를갖는다. 따라서, 발광 소자(84)로부터 상향으로 방사 광은 기판을 통해 상향으로 직접 방출된다. 반면, 광 방출 소자(84)로부터 하방으로 방출된 광은 제너 다이오드(80)의 상부면으로부터 반사되고 상향으로 안내된다. 따라서, 방사 광의 밀도는 도광/산란층(85)에서 더 균질화될 수 있고, 다음에 광은 컵(69)의 개구를 통해 상향으로 방출된다. 따라서, 도광/산란층(85)으로부터 방출된 광의 휘도가 더 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 발광 다이오드의 개개 부분의 경우, 주조, 형상, 필요 수, 재료, 치수, 연결 관계 등은 상술한 양호한 실시예의 것들에 제한되지 않는다.
본 발명은 특정 양호한 실시예를 참조하여 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에서 설명된 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 변화 및 변경이 일어날 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명에 의하면 방사된 광의 색상 비균일성 문제를 제거할 수 있고 발광 다이오드의 방사 관찰면에서 볼 때 원하는 균일한 색상을 갖는 광을 방사할 수 있으며, 고효율을 갖는 인광체 재료로부터 광의 방사를 실현할 수 있어 소정 색상의 고휘도 광을 실현할 수 있는 발광 다이오드를 제공할 수 있다.

Claims (17)

  1. 오목부를 가진 반사 미러와,
    반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자와,
    발광 소자를 덮도록 반사 미러의 오목부 내의 공간 안으로 충진된 제1 투광성 재료로 형성된 광 투과층과,
    광 투과층에서 방사 관찰면 측면으로 구비된 형광 발광층을 포함하고, 상기 형광 발광층은 제1 투광성 재료와 상이한 제2 투광성 재료로 형성되고, 상기 제2 투광성 재료는 광 투과층을 통해 통과한 광을 흡수하고 흡수된 광과 상이한 파장을 가진 광을 방사하는 인광체 재료를 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  2. 오목부를 가진 반사 미러와,
    반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자와,
    반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자의 상부면의 레벨로 반사 미러의 오목부 내의 공간 안으로 충진된 인광체 재료 함유 투광성 재료로 형성된 제1 층과,
    방사 관찰면 측면으로 제1 층에 구비된 인광체 재료 함유 투광성 재료로 형성된 제2 층을 포함하고,
    제1 및 제2 층에 함유된 상기 인광체 재료는 흡수된 광과 사이한 파장을 가진 광을 방사하고 발광 소자로부터 방사된 광을 흡수할 수 있고, 제2 층의 인광체의 농도는 제1 층의 인광체의 농도보다 더 높은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 층에 함유된 인광체의 농도는 발광 소자로부터 방사된 광이 통과되어 제2 층의 상부면에 도달하는 광학 경로의 길이에 인광체 농도를 곱함으로써 얻어진 수치가 서로 실질적으로 동일하도록 분배하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  4. 제2항에 있어서, 제1 층의 두께와 제2 층의 두께는 발광 소자로부터 방사된 광이 통과되어 제2 층의 상부면에 도달하는 광학 경로의 길이에 인광체 농도를 곱함으로써 얻어진 수치가 서로 실질적으로 동일한 요구사항을 충족시키는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  5. 제2항에 있어서, 단면에서 볼 때, 제1 층의 상부면은 발광 소자의 상부면의 엣지와 반사 미러의 오목부의 내벽 사이에 정확한 오목링 형상으로 구비되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  6. 제2항에 있어서, 상기 제1 층은 광을 불규칙하게 반사하는 반사제를 함유한 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  7. 제2항에 있어서, 상기 발광 소자는 플립 칩 타입 발광 소자인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  8. 제2항에 있어서, 상기 발광 소자는 페이스 업 타입 발광 소자이고 발광 소자에 광 반사 필름은 접착제에 의해 고정되는 고정면에 구비되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  9. 제2항에 있어서, 상기 발광 소자는 인광체가 혼합되는 접착제에 의해 반사 미러의 오목부 내에 고정되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  10. 오목부를 가진 반사 미러와,
    반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자와,
    발광 소자를 덮도록 반사 미러의 오목부 내의 공간 안으로 충진된 인광체 재료 함유 투광성 재료층을 포함하고, 상기 인광체 재료는 흡수된 광과 상이한 파장으로 광을 방사하고 발광 소자로부터 방사된 광을 흡수할 수 있고,
    상기 인광체 재료는 발광 소자로부터 방사 광이 통과되어 투광성 재료층의 상부면에 도달하는 광학 경로의 길이에 인광체 재료의 농도를 곱함으로써 얻어진 수치가 서로 실질적으로 동일하도록 상기 투광성 재료층에 분배되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  11. 오목부를 가진 반사 미러와,
    반사 미러의 오목부 내에 배치된 발광 소자와,
    발광 소자를 덮도록 반사 미러의 오목부 내의 공간 안으로 충진되고 발광 소자로부터 방사 광을 다양한 방향으로 산란할 수 있는 투명 도광/산란층과,
    도광/산란층에서 방사 관찰면 측면으로 구비되는 투명 형광 발광층을 함유하고 발광 소자로부터 방사되어 도광/산란층을 통해 통과되는 광을 흡수할 수 있고 그 흡수된 광과 상이한 파장을 가진 광을 방사할 수 있는 인광체 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  12. 제11항에 있어서, 상기 도광/산란층은 굴절률이 상이한 투광성 재료로 각각 형성된 두 개 이상의 층의 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  13. 제11항에 있어서, 상기 도광/산란층은 고굴절률을 가진 투광성 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  14. 제11항에 있어서, 상기 도광/산란층은 광 산란 재료 함유 투광성 재료층인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  15. 제14항에 있어서, 광 산란 재료는 산화 알루미늄, 산화 티타늄, 티탄산염 바륨 및 산화 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 부재인 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  16. 제14항에 있어서, 투광성 재료의 광 산란 재료의 농도는 투광성 재료에 대하여 2 내지 20%의 부피 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
  17. 제14항에 있어서, 상기 도광/산란층은 50 내지 300㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드.
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