KR20050098032A - White-light led and method for regulating the generated light color of the white-light led - Google Patents
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Abstract
본 발명은 백색광 발광 다이오드(LED) 및 상기 LED로부터 발생된 광의 색상을 조정하는 방법을 개시한다. 여기서, 상기 LED는 적어도 하나의 InGaN 칩(30) 및 적어도 하나의 AlGaInP 칩(20)을 갖는다. 상기 InGaN 칩(30) 또는 AlGaInP 칩(20)에 순방향 바이어스 전압들이 인가될 때, 청색광 및 황녹색광이 발생되어, 이것들을 혼합하면, 백색광이 발생된다. 상기 LED에 인가된 외부 임피던스 값을 조정하여 상기 순방향 바이어스 전압들을 조정함으로써, 상기 청색광 및 황녹색광의 조절된 휘도의 세기에 근거하여 깨끗한 백색광이 생성될 수 있다.The present invention discloses a white light emitting diode (LED) and a method of adjusting the color of light generated from the LED. Here, the LED has at least one InGaN chip 30 and at least one AlGaInP chip 20. When forward bias voltages are applied to the InGaN chip 30 or AlGaInP chip 20, blue light and yellow green light are generated, and when these are mixed, white light is generated. By adjusting the forward bias voltages by adjusting an external impedance value applied to the LED, clean white light may be generated based on the intensity of the adjusted luminance of the blue light and the yellow green light.
Description
본 발명은 백색광 발광 다이오드(LED) 및 상기 LED로부터 발생된 광의 색상을 조정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 LED로부터 발생된 광의 색상은 상기 LED에 인가된 외부 임피던스 값을 조정함으로써 결정될 수 있다는 것이다.The present invention relates to a white light emitting diode (LED) and a method for adjusting the color of light generated from the LED, and more particularly, the color of light generated from the LED can be determined by adjusting an external impedance value applied to the LED. Is there.
종래의 발광 다이오드들의 개발 및 제조는, 비록 그 발광 다이오드들이 저전력 소비 및 긴 사용 수명으로 되어 있지만은, 휘도 및 색조 문제들을 갖는다. 그러나, 더 높은 휘도를 얻기 위한 제조 기술의 개선으로, 백색광을 발생시킬 수 있는 LED들이 최근 개발되어 조도 장치의 구성에 적용되었다.Development and manufacture of conventional light emitting diodes have brightness and color tone issues, although they are of low power consumption and long service life. However, with improvements in manufacturing technology to obtain higher luminance, LEDs capable of generating white light have recently been developed and applied to the construction of illuminance devices.
백색광 LED들을 발생시키기 위한 일부 공지된 기술들이 아래에 나열된다.Some known techniques for generating white light LEDs are listed below.
1. InGaN 칩에 의해 발광된 청색광과 YAG 형광체 파우더(phosphor powder)에 의해 발생된 황색광을 혼합하여 백색광을 발생시킨다.1. White light is generated by mixing the blue light emitted by the InGaN chip and the yellow light generated by the YAG phosphor powder.
2. 상기 InGaN 칩을 이용하여 R, G, B 색상들의 형광체 파우더를 여기시켜서, 백색광을 발생시킨다.2. The InGaN chip is used to excite phosphor powders of R, G and B colors to generate white light.
3. 자외선을 이용하여 R, G, B 색상들의 형광체 파우더를 여기시켜서, 백색광을 발생시킨다.3. The ultraviolet light is used to excite the phosphor powders of the R, G, and B colors to generate white light.
4. InGaN 칩에 의해 공급된 청색광과 GaP 칩에 의해 발생된 황색광을 혼합하여 백색광을 발생시킨다.4. White light is generated by mixing the blue light supplied by the InGaN chip and the yellow light generated by the GaP chip.
상기의 제 1 내지 제 3 기술들의 하나의 공통 특징으로는, 백색광을 생성하는 필수 원료로서 상기 형광체 파우더가 채택된다는 것에 주목할 필요가 있다. 그러나, 상기 LED에 코팅된 상기 형광체 파우더의 두께에 있어서의 경미한 변형들 또는 합성물의 퍼센티지 에러로 인해 상기 발생된 광의 색상 수차가 발생하게 된다. 따라서, 상기 발생된 광은 약한 황색 또는 청색을 띨 수 있다. 동일한 LED 제품들의 배치(batch)에 대해서도, 각 LED로부터 발생된 광의 색상은 서로 다를 수 있다. 따라서, 일관성있고 깨끗한 백색광을 얻는 것은 어렵다. 다른 문제로는, 이러한 LED들을 활성화시키는 구동 전압이 3볼트보다 더 높아야 한다는 것이다.As one common feature of the first to third techniques described above, it should be noted that the phosphor powder is adopted as an essential raw material for producing white light. However, slight aberrations in the thickness of the phosphor powder coated on the LED or a percentage error of the composite results in color aberration of the generated light. Thus, the generated light may be light yellow or blue. Even for batches of the same LED products, the color of light emitted from each LED may be different. Therefore, it is difficult to obtain a consistent and clean white light. Another problem is that the drive voltage to activate these LEDs must be higher than 3 volts.
제 4 기술에 대해서, 상기 LED들의 제조 비용은 상기 GaP 칩 때문에 앞의 3가지 기술들의 비용보다 훨씬 더 높다. 또한, 휘도 성능은 전술한 3가지 종류의 기술들의 휘도 성능보다 떨어진다.For the fourth technique, the manufacturing cost of the LEDs is much higher than the cost of the previous three techniques because of the GaP chip. In addition, the luminance performance is lower than that of the three kinds of techniques described above.
이를 감안해볼 때, 백색광 LED들을 발생시키기 위한 앞서 제시한 종래의 기술들의 결함을 개선하기 위한 본 발명의 주요 목적은 휘도 성능을 높일 수 있고 제조 비용을 절감할 수 있는 등의 효과를 달성할 수 있는 "백색광 발광 다이오드(LED)"를 제공하는데 있다.In view of this, the main object of the present invention to improve the deficiencies of the conventional techniques presented above for generating white light LEDs is to achieve the effect of increasing the brightness performance, reducing the manufacturing cost, etc. It is to provide a "white light emitting diode (LED)".
본 발명의 목적은 백색광 발광 다이오드(LED) 및 상기 LED로부터 발생된 광의 색상을 조정하는 방법을 제공하는 것이고, 상기 발생된 광은 상기 LED에 인가된 외부 임피던스에 의해 제어된다.It is an object of the present invention to provide a method for adjusting the color of a white light emitting diode (LED) and light generated from the LED, the generated light being controlled by an external impedance applied to the LED.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 백색광 LED는,White light LED of the present invention to achieve the above object,
캐소드 단자 및 적어도 2개의 애노드 단자들에 의해 형성되는 지지 베이스(supporting base)와, 여기서 상기 캐소드 단자의 상부단 상에는 공동(cavity)이 정의되어 있는 지지 플랫폼(supporting platform)이 형성되고;A supporting base formed by a cathode terminal and at least two anode terminals, wherein a supporting platform on which the cavity is defined is formed on an upper end of the cathode terminal;
상기 지지 플랫폼의 공동에 장착되는 AlGaInP 칩과, 여기서 상기 캐소드 단자에는 상기 AlGaInP 칩의 캐소드 노드가 전기적으로 접속되고, 상기 적어도 2개의 애노드 단자들 중 하나에는 애노드 노드가 접속되고;An AlGaInP chip mounted in the cavity of the support platform, wherein a cathode node of the AlGaInP chip is electrically connected to the cathode terminal, and an anode node is connected to one of the at least two anode terminals;
상기 공동에 장착되는 적어도 하나의 InGaN 칩과, 여기서 상기 캐소드 단자에는 상기 적어도 하나의 InGaN 칩의 캐소드 노드가 전기적으로 접속되고, 상기 적어도 2개의 애노드 단자들 중 다른 하나에는 상기 InGaN 칩의 애노드가 접속되고;At least one InGaN chip mounted in the cavity, wherein a cathode node of the at least one InGaN chip is electrically connected to the cathode terminal, and an anode of the InGaN chip is connected to another one of the at least two anode terminals. Become;
상기 지지 베이스상에 상기 2개의 칩들을 포괄 밀봉(comprehensively seal)하도록 형성된 광 투과 몸체(light pervious body)와; 그리고A light pervious body formed to comprehensively seal the two chips on the support base; And
제 1 단부가 상기 AlGaInP 칩 또는 상기 적어도 하나의 InGaN 칩에 선택적으로 접속되고 제 2 단부가 포지티브 전압에 접속되는 적어도 하나의 저항을 포함한다.And at least one resistor, the first end of which is selectively connected to the AlGaInP chip or the at least one InGaN chip and the second end of which is connected to a positive voltage.
본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 독창적인 특징들은 첨부 도면들을 참조로 한 다음의 상세한 설명으로부터 더 명백해질 것이다.Other objects, advantages and inventive features of the present invention will become more apparent from the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하면, 제 1 실시예에 따른 백색광 발광 다이오드(LED)는 주로 금속 지지 베이스(10), 알루미늄-갈륨-인듐 인화(AlGaInP) 칩(20), 인듐-갈륨 질화(InGaN) 칩(30) 및 광 투과 몸체(14)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the white light emitting diode (LED) according to the first embodiment mainly includes a metal support base 10, an aluminum-gallium-indium phosphide (AlGaInP) chip 20, and an indium-gallium nitride (InGaN) chip ( 30 and a light transmitting body 14.
상기 지지 베이스(10)는 캐소드 단자(11) 및 2개의 애노드 단자들(12, 13)에 의해 형성된다. 상기 캐소드 단자(11)의 상부단 상에는는 공동(112)이 정의되어 있는 지지 플랫폼(111)이 형성된다.The support base 10 is formed by a cathode terminal 11 and two anode terminals 12, 13. On the upper end of the cathode terminal 11 is formed a support platform 111 in which a cavity 112 is defined.
상기 AlGaInP 칩(20)은 상기 지지 플랫폼(111)의 상기 공동(112)에 장착되고, 여기서 본딩 와이어(bonding wire)를 통하여, 상기 캐소드 단자(11)에는 상기 AlGaInP 칩(20)의 캐소드 노드가 접속되고, 상기 애노드 단자들 중 제 1 애노드 단자에는 애노드 노드가 대응하여 접속된다.The AlGaInP chip 20 is mounted to the cavity 112 of the support platform 111, where a cathode node of the AlGaInP chip 20 is connected to the cathode terminal 11 through a bonding wire. An anode node is correspondingly connected to a first anode terminal of the anode terminals.
상기 InGaN 칩(30)은 또한 에폭시(epoxy) 또는 다른 유사 물질들을 통해 상기 공동(112)에 튼튼하게 장착되고, 여기서 다른 본딩 와이어를 통하여, 상기 캐소드 단자(11)에는 상기 InGaN 칩(30)의 캐소드 노드가 또한 접속되고, 상기 제 2 애노드 단자(13)에는 상기 InGaN 칩(30)의 애노드가 접속된다.The InGaN chip 30 is also firmly mounted to the cavity 112 via epoxy or other similar materials, where, via another bonding wire, the cathode terminal 11 is connected to the InGaN chip 30. A cathode node is also connected, and an anode of the InGaN chip 30 is connected to the second anode terminal 13.
상기 광 투과 몸체(14)는 상기 2개의 칩들(20, 30) 및 상기 본딩 와이어를 포괄 밀봉하도록 상기 지지 베이스(10)상에 형성된다.The light transmitting body 14 is formed on the support base 10 to comprehensively seal the two chips 20, 30 and the bonding wire.
도 2를 참조하면, 도 1의 상기 LED의 등가 회로가 도시된다. 상기 제 1 실시예에 있어서, 포지티브 전압원(V+)과 상기 AlGaInP 칩(20)에 전기적으로 접속해 있는 상기 애노드 단자(12) 사이를 접속하도록 하나의 외부 저항(15)이 제공된다. 상기 외부 저항(15)의 저항값을 적절하게 조정하여 상기 AlGaInP 칩(20)을 넘도록 순방향 바이어스 전압 레벨을 변경함으로써, AlGaInP 칩(20)에 의해 발생되는 바람직한 휘도를 갖는 황녹색광은 상기 InGaN 칩(30)으로부터 발광된 청색광과 혼합하여 깨끗한 백색광을 발생시킬 수 있다. 대안적으로, 상기 InGaN 칩(30)의 휘도는 또한 외부 저항을 이용하여 그의 순방향 바이어스를 조정함으로써 변경될 수 있다.Referring to FIG. 2, an equivalent circuit of the LED of FIG. 1 is shown. In the first embodiment, an external resistor 15 is provided to connect between the positive voltage source V + and the anode terminal 12 electrically connected to the AlGaInP chip 20. By appropriately adjusting the resistance value of the external resistor 15 to change the forward bias voltage level beyond the AlGaInP chip 20, the yellow green light having the desired luminance generated by the AlGaInP chip 20 is converted into the InGaN chip ( It can be mixed with the blue light emitted from 30) to generate clean white light. Alternatively, the brightness of the InGaN chip 30 can also be changed by adjusting its forward bias using an external resistor.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 상기 LED의 제 2 실시예는 캐소드 단자(41) 및 3개의 애노드 단자들(42, 43 및 44)을 구비한 금속 지지 베이스(40)를 가지며, 여기서 플랫폼(411)이 상기 캐소드 단자(41)의 상부에 일체로 형성되고, 상기 플랫폼(411)에는 공동(412)이 정의된다.3 and 4, a second embodiment of the LED of the present invention has a metal support base 40 having a cathode terminal 41 and three anode terminals 42, 43, and 44, Here, a platform 411 is integrally formed on top of the cathode terminal 41, and a cavity 412 is defined in the platform 411.
상기 공동(412)에는 2개의 AlGaInP 칩들(21, 22)이 장착되고, 여기서, 본딩 와이어를 통하여, 상기 캐소드 단자(41)에는 각 AlGaInP 칩(21, 22)의 캐소드가 전기적으로 접속되고, 대응하는 애노드 단자(42, 44)에는 각 AlGaInP 칩(21, 22)의 애노드가 전기적으로 접속된다.Two AlGaInP chips 21 and 22 are mounted in the cavity 412, and a cathode of each AlGaInP chip 21 and 22 is electrically connected to the cathode terminal 41 through a bonding wire. The anodes of the AlGaInP chips 21 and 22 are electrically connected to the anode terminals 42 and 44.
상기 공동(412)에, 그리고 상기 2개의 AlGaInP 칩들(21, 22)의 사이에 장착된 하나의 InGaN 칩(31)은 상기 캐소드 단자(41) 및 상기 애노드 단자(43)에 각각 접속되는 캐소드 노드 및 애노드를 갖는다.One InGaN chip 31 mounted in the cavity 412 and between the two AlGaInP chips 21, 22 is a cathode node connected to the cathode terminal 41 and the anode terminal 43, respectively. And an anode.
상기 3개의 칩들(21, 22, 31) 및 상기 본딩 와이어를 포괄 밀봉하도록 상기 지지 베이스(10)상에 광 투과 몸체(45)가 형성된다.A light transmitting body 45 is formed on the support base 10 to comprehensively seal the three chips 21, 22, 31 and the bonding wire.
도 5를 참조하면, 도 3의 상기 LED의 등가 회로가 도시된다. 포지티브 전압원(V+)과, 상기 2개의 AlGaInP 칩들(21, 22)의 상기 애노드 노드들이 함께 접속해 있는 공통 노드의 사이를 제 1 외부 저항(46)이 접속하여, 상기 2개의 칩들(21, 22)을 넘도록 순방향 바이어스 전압 레벨을 조정한다. 상기 포지티브 전압원(V+)과 상기 애노드 단자(43)의 사이에 제 2 외부 저항(47)이 접속되어, 상기 InGaN 칩(31)의 휘도를 제어한다.Referring to FIG. 5, an equivalent circuit of the LED of FIG. 3 is shown. A first external resistor 46 is connected between a positive voltage source V + and a common node to which the anode nodes of the two AlGaInP chips 21 and 22 are connected together, so that the two chips 21 and 22 are connected. Adjust the forward bias voltage level above. A second external resistor 47 is connected between the positive voltage source V + and the anode terminal 43 to control the brightness of the InGaN chip 31.
도 6을 참조하면, 상기 칩들(21, 22, 31)에 2.7볼트의 DC 전력이 인가되고, 상기 제 1 외부 저항(46)의 바람직한 값은 8.5Ω이고, 상기 제 2 외부 저항은 20Ω이다. 각 칩(21, 22, 31)의 휘도를 동시에 조정함으로써, 깨끗한 백색광이 발생될 수 있다.Referring to FIG. 6, DC power of 2.7 volts is applied to the chips 21, 22, and 31, and a preferable value of the first external resistor 46 is 8.5Ω and the second external resistor is 20Ω. By simultaneously adjusting the luminance of each chip 21, 22, 31, clean white light can be generated.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 3개의 칩들(21, 22, 31)은 선형으로 배열되지만, 상기 공동(412)내의 장착 위치들은 임의의 바람직한 형태로 변경될 수 있다. 상기 공동(412)에의 상기 칩들의 양은 또한 가변적임을 주목할 필요가 있다. 예를 들면, 4개의 AlGaInP 칩들이 직사각형으로 놓일 수 있고, 하나의 InGaN 칩이 이 AlGaInP 칩들의 중앙 위치에 장착된다.As shown in FIGS. 3 and 4, the three chips 21, 22, 31 are arranged linearly, but the mounting positions within the cavity 412 can be changed to any desired form. It should be noted that the amount of chips in the cavity 412 is also variable. For example, four AlGaInP chips can be placed in a rectangle, and one InGaN chip is mounted at the central position of these AlGaInP chips.
상기에 논의된 바와 같이, 본 발명은 InGaN 칩 및 AlGaInP 칩에 의해 각각 발생된 청색광 및 황녹색광을 이용하여, 상기 2개의 색상들을 적절하게 혼합함으로써 깨끗한 광을 얻는다. 상기 AlGaInP 칩이 상기 GaP 칩보다 훨씬 더 싸기 때문에, 본 발명의 백색광 LED는 대량 생산에 매우 적합한다. 상기 외부 저항들은 단지 백색광을 발생시키도록 인가되지만, 또한 상기 LED를 조정하여 필요한 경우 바람직한 백색-황색광 또는 백색-청색광을 발생시키는데 이용될 수 있다. 또한, 상기 칩들의 휘도를 조정하기 위해서 오직 저 동작 전압이 채택된다.As discussed above, the present invention uses blue light and yellow green light generated by the InGaN chip and the AlGaInP chip, respectively, to obtain clean light by appropriately mixing the two colors. Since the AlGaInP chip is much cheaper than the GaP chip, the white light LED of the present invention is well suited for mass production. The external resistors are only applied to generate white light, but can also be used to adjust the LED to generate the desired white-yellow light or white-blue light if necessary. In addition, only a low operating voltage is employed to adjust the brightness of the chips.
그러나, 비록 전술한 설명에는 본 발명의 구조 및 기능의 세부사항들과 함께, 본 발명의 다수의 특성들 및 장점들이 정의되었지만은, 이 개시는 단지 예시적인 것일 뿐이고, 첨부된 청구항들에 기재된 용어들의 광범위한 의미로 나타낸 전체 범위로 본 발명의 원리들 내에서 부품들의 모양, 크기 및 구성의 문제들에 있어서 변경들이 이루어질 수 있다.However, although a number of features and advantages of the invention have been defined in the foregoing description, along with the details of the structure and function of the invention, this disclosure is merely exemplary and is the term set forth in the appended claims. Changes may be made in matters of shape, size and configuration of the parts within the principles of the invention in its broadest sense.
상술한 설명을 거쳐, 종래의 백색광 발광 다이오드 제조 기술들과 비교해보면, 본 발명은 제조 비용을 절감시킬 수 있고 휘도 성능이 더 우수한 다이오드를 제조할 수 있는 효과가 있다. 결론적으로, 본 발명은 상기의 다양한 장점을 가지고 있음이 분명하고, 앞서 제시한 종래의 백색광 발광 다이오드 제조 기술들에 비해 상대적으로 현저하게 개선된 효과를 지니고 있다.Compared with the conventional white light emitting diode manufacturing techniques through the above description, the present invention has the effect of reducing the manufacturing cost and can produce a diode having better brightness performance. In conclusion, it is clear that the present invention has various advantages as described above, and has a relatively remarkably improved effect compared to the conventional white light emitting diode manufacturing techniques presented above.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 백색광 발광 다이오드(LED)의 평면도이고;1 is a plan view of a white light emitting diode (LED) according to a first embodiment of the present invention;
도 2는 도 1의 상기 LED의 등가 회로도이고;2 is an equivalent circuit diagram of the LED of FIG. 1;
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 백색광 발광 다이오드(LED)의 단면도이고;3 is a cross-sectional view of a white light emitting diode (LED) according to a second embodiment of the present invention;
도 4는 도 3의 상기 LED의 상부 평면도이고;4 is a top plan view of the LED of FIG. 3;
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 백색광 발광 다이오드(LED)의 등가 회로도이고; 그리고5 is an equivalent circuit diagram of a white light emitting diode (LED) according to a third embodiment of the present invention; And
도 6은 도 5의 상기 LED에 인가된 DC 전압을 나타낸 회로도이다.FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a DC voltage applied to the LED of FIG. 5.
<도면 내 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts in the drawing>
10 : 금속 지지 베이스 11 : 캐소드 단자10 metal support base 11 cathode terminal
12, 13 : 애노드 단자들 14 : 광 투과 몸체12, 13 anode terminals 14 light transmitting body
20 : AlGaInP 칩 30 : InGaN 칩20: AlGaInP chip 30: InGaN chip
111 : 지지 플랫폼 112 : 공동111: support platform 112: cavity
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