KR20190003658A - 고 휘도 크리스프 백색 led 광원 - Google Patents

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Abstract

발광 다이오드 또는 디바이스(LED) 패키지는 기판, 기판 위의 백색 LED, 및 백색 LED의 파장 변환기 위에 있거나 또는 파장 변환기로부터 측방향으로 오프셋되어 있는 자색 LED 또는 레이저를 포함한다.

Description

고 휘도 크리스프 백색 LED 광원
본 개시내용은 반도체 발광 다이오드들 또는 디바이스들(LED들)에 관한 것으로, 특히 LED 램프들에 관한 것이다.
일광(daylight)에 의해 조명될 때, 천연 섬유로 만들어진 직물과 같은 비처리된 백색 물품들은 육안으로 황색 또는 아이보리색으로 보이는 경향이 있다. 이들 섬유는 입사 백색 광 중 청색 성분을 흡수하여, 결국 황색으로 보이는 반사 광을 발생한다.
설계자들은 직물들을 밝게 보이게 하기 위해 염료들, 잉크들 및 심지어 세탁용 세제 내에 형광 증백제들(Fluorescent Whitening Agents)(FWA들)을 포함시킨다. 이들 증백제는 사람의 눈으로는 보기 어려운 근자외선, 자색, 및 짙은 청색 스펙트럼의 파장들을 갖는 광자들을 흡수한다. 흡수된 광자들의 에너지는 전형적으로 청색 스펙트럼에서, 더 긴 파장을 갖는 광자들의 형태로 직물에 의해 재방출된다. 직물들 내에 FWA들을 포함시킴으로써, 설계자들은 백색 직물들로부터 반사된 광에서의 청색 스펙트럼 성분의 자연적 결손을 보상할 수 있다.
전통적인 백색 발광 다이오드들 또는 디바이스들(LED들)은 황색 방출 인광체로 덮혀진 청색 방출 LED들로부터 백색 광을 발생한다. 이러한 백색 LED들은 백색 물체들 내의 FWA들을 활성화시키기 위해 근자외선, 자색, 및 짙은 청색 스펙트럼 내의 충분한 스펙트럼 성분을 갖지 않는다.
US 2015/0049459는 400-440㎚의 파장 범위 내의 방출 피크를 갖는 제1 발광 요소 및 440-460㎚의 파장 범위 내의 방출 피크를 갖는 제2 발광 요소들을 갖는 발광 모듈을 개시하고 있다. 제1 및 제2 발광 요소는 파장 변환 요소 아래에 배치된다. 파장 변환 요소는 제1 발광 요소로부터 광을 수신하도록 배열되고 녹색 내지 적색 파장 범위 내의 방출 피크를 갖는 광을 방출할 수 있다. 모듈은 백색 광에 "크리스프 백색(crisp white)" 효과를 제공한다.
본 개시내용의 하나 이상의 예, 발광 다이오드 또는 디바이스(LED) 패키지는 기판, 기판 위의 백색 LED, 및 백색 LED의 파장 변환기 위에 있거나 또는 파장 변환기 위에 측방향으로 오프셋되어 있는 자색 LED를 포함한다.
도 1은 백색 발광 다이오드 또는 디바이스(LED) 패키지의 방출 스펙트럼을 도시한다.
도 2는 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 인광체들에 대한 흡수 스펙트럼과 사람 눈 감도 곡선을 도시한다.
도 3은 본 개시내용의 예들에서 자색 LED를 갖는 그러한 LED 패키지의 방출 스펙트럼을 도시한다.
도 4, 5, 6, 7, 및 8은 본 개시내용의 예들에서의 LED 패키지들을 도시한다.
상이한 도면들에서 동일한 참조 번호들을 사용하여 유사하거나 동일한 요소들을 표시한다.
도 1은 백색 발광 다이오드 또는 디바이스(LED) 패키지의 방출 스펙트럼을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 430나노미터(㎚) 아래의 스펙트럼 성분은 매우 낮다. "백색도 W"라고 하는 이 파장 범위 내의 스펙트럼 성분에 대한 측정이 다음 식에 따라 계산된다.
Figure pct00001
표 1은 도 1에 도시한 방출 스펙트럼에 대한 성능 데이터를 제공한다.
Figure pct00002
San Jose, California의 Lumileds로부터의 CrispWhite Technology를 갖는 LUXEON 칩 온 보드(Chip on Board)(CoB)는 거의 모든 옷, 직물들, 및 페인트들에서 발견되는 형광 증백제들을 활성화시키도록 짙은 청색 스펙트럼에 보다 많은 광을 제공하도록 설계된다. 전통적인 백색 LED들과 같이, CrispWhite Technology를 갖는 LUXEON CoB는 455㎚의 전형적인 피크 파장을 갖는 청색 LED들에 의존하고 황색-녹색 및 적색 파장들을 방출하기 위해 그들을 인광체들로 코팅한다. 청색, 황색-녹색, 및 적색 광의 조합은 원하는 백색 광을 생성한다.
FWA들을 여기시키기 위해, CrispWhite Technology를 갖는 LUXEON CoB는 430㎚보다 적은 낮은 피크 파장을 갖는 자색 광을 방출하고, 인광체들로 청색과 자색 LED들 둘 다를 덮는 일부 다이를 포함한다. 제2 피크는 400㎚와 415㎚ 사이의 짙은 청색이다. 이 파장은 FWA들을 자극하기에 충분히 짧을 뿐만 아니라 FWA들로 처리되지 않은 물품들에 인지된 광에 거의 영향을 주지 않는 눈의 파장 감도 곡선의 에지 쪽으로 충분히 멀다.
인광체들 아래에 청색과 자색 LED들 둘 다를 배치한 LED 패키지는 광속(flux) 및 휘도(luminance)가 전체 방출 면적을 보통 차지하는 청색 LED의 크기에 의해 제한되기 때문에 그것의 백색 광속이 감소된다는 단점을 갖는다. 자색 LED는 인광체들이 430㎚보다 적은 파장들을 갖는 광을 거의 흡수하지 않고 사람 눈 감도는 430㎚보다 적은 파장을 갖는 광에 대해 낮기 때문에 기여하지 않는다. 도 2는 이트륨 알루미늄 가넷(YAG) 인광체들에 대한 흡수 스펙트럼과 사람 눈 감도 곡선을 도시한다.
본 개시내용의 예들에서, LED 패키지는 청색 LED, 청색 LED 위의 파장 변환기, 및 파장 변환기 위에 있거나 또는 파장 변환기로부터 측방향으로 변위(displace)되어 있는 자색 LED를 포함한다. 도 3은 본 개시내용의 예들에서 예를 들어, 405㎚에서의 피크 방출을 갖는 자색 LED를 갖는 그러한 LED 패키지의 방출 스펙트럼을 도시한다.
표 2는 도 3에 도시한 방출 스펙트럼에 대한 성능 데이터를 제공한다.
Figure pct00003
표 1 및 표 2에서의 두 방출 스펙트럼에 대한 데이터를 비교하면, 색 점(color point)은 아주 조금 시프트되고, 백색도 W는 0.13으로부터 2.49로 증가되고, 방출된 광속은 실질적으로 일정하게 유지된다는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 개시내용의 예들에서의 LED 패키지(400)를 도시한다. 패키지(400)는 기판(402), 기판(402) 위의 백색 방출 LED(404), 및 백색 LED(404) 위의 자색 방출 LED(406)를 포함한다. 여기서 사용된 것과 같이, "위의"는 다른 요소 바로 위에 장착된 요소를 포함한다.
기판(402)은 서브마운트 또는 회로 보드일 수 있다.
백색 방출 LED(404)는 430 내지 480㎚와 같은, 430㎚보다 큰 피크 파장(예를 들어, 455㎚)을 갖는다. 백색 방출 LED(404)는 청색 방출 LED 다이(408) 및 청색 LED 다이(408) 위의 파장 변환기(410)를 포함한다. 청색 방출 LED 다이(408)는 패턴 사파이어 기판(PSS) 상에 형성된 수직 또는 박막 플립-칩(TFFC) 다이일 수 있다.
자색 방출 LED(406)는 파장 변환기(410) 위에 배치된다. 자색 방출 LED(406)는 백색 광을 갖는 자색 광을 산란 및 방출하는, 파장 변환기(410) 상으로 자색 광을 방출한다. 일부 경우들에서, 파장 변환기(410)는 자색 광의 일부를 흡수하고 적색 광을 방출하는 인광체들(예를 들어, 적색 인광체들)을 포함할 수 있다. 자색 방출 LED(406)는 400 내지 415㎚와 같은, 430㎚보다 적은 피크 파장(예를 들어, 405㎚)을 갖는다. 자색 방출 LED(406)는 백색 방출 LED(404)에 의해 방출된 광에 투명하다. 자색 LED(406)는 기판(402) 내의 접점들에 (본딩 와이어들에 의해) 전기적으로 접속될 수 있는, 다이의 상부 측 상에 전기적 접점들을 갖는 측방 다이일 수 있다.
파장 변환기(410)는 황색-녹색-인광체들, 적색 인광체들, 또는 황색-녹색과 적색 인광체들의 조합을 포함한다. 파장 변환기(410)는 San Jose, California의 Lumileds로부터의 Lumiramic과 같은, YAG 세라믹 인광체 플레이트일 수 있다.
휘도를 증가시키기 위해, 패키지(400)는 백색 방출 LED(404)의 측방 표면들 상에(즉, 청색 방출 LED 다이(408) 및 파장 변환기(410)의 측방 표면들 상에) 반사 측면 코팅(412)을 포함할 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 예들에서의 LED 패키지(500)를 도시한다. 패키지(500)는 기판(402), 기판(402) 위의 백색 방출 LED(404), 및 자색 방출 LED(502), 및 광학계(504)를 포함한다.
자색 방출 LED(502)는 백색 방출 LED(404)의 파장 변환기(410)로부터 측방향으로 오프셋되어 있다. 자색 LED(502)는 백색 방출 LED(404)에 의해 방출된 광에 투명하다. 자색 LED(502)는 다이의 상부 측 상에 전기적 접점들을 갖는 측방 다이일 수 있다.
광학계(504)는 자색 LED(502)로부터의 자색 광을 파장 변환기(410) 상으로 비추게 한다. 광학계(504)는 영상 미러일 수 있다.
파장 변환기(410)는 황색-녹색-인광체들, 적색 인광체들, 또는 황색-녹색과 적색 인광체들의 조합을 포함한다. 파장 변환기(410)는 실리콘 매트릭스 재료와 혼합된 YAG 인광체들일 수 있다.
패키지(500)는 백색 방출 LED(404)의 측방 표면들 상에(즉, 청색 방출 LED 다이(408) 및 파장 변환기(410)의 측방 표면들 상에) 반사 측면 코팅(412)을 포함할 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 예들에서의 LED 패키지(600)를 도시한다. 패키지(600)는 기판(402), 기판(402) 위의 백색 방출 LED(404), 및 자색 방출 LED(602), 및 이색성 조합기(604)를 포함한다.
자색 방출 LED(602)는 백색 방출 LED(404)의 파장 변환기(410)로부터 측방향으로 오프셋되어 있다. 자색 방출 LED(602)는 백색 방출 LED(404) 옆의 기판(402) 위에 장착된다. 일부 예들에서, 이색성 조합기(604)는 그들의 광을 조합하기 위해 백색 방출 LED(404)의 수평 방출 표면 및 자색 방출 LED(602)의 수직 방출 표면과 각(예를 들어, 45도)이 지게 장착된 이색성 플레이트 또는 미러일 수 있다. 다른 예들에서, 이색성 조합기(604)는 백색 방출 LED(404)와 자색 방출 LED들(702)의 방출 표면들과 각각 대면하는 하부 및 측방 표면들을 갖는 이색성 큐브일 수 있다.
패키지(600)는 백색 방출 LED(404)의 측방 표면들 상에(즉, 청색 방출 LED 다이(408) 및 파장 변환기(410)의 측방 표면들 상에) 반사 측면 코팅(412)을 포함할 수 있다.
도 7은 본 개시내용의 예들에서의 LED 패키지(700)를 도시한다. 패키지(700)는 기판(402), 기판(402) 위의 백색 방출 LED(404), 자색 방출 레이저(702), 광 가이드(704), 및 포커스 렌즈(706)를 포함한다.
자색 방출 레이저(702)는 광 가이드(704)의 한 단부에 결합되고, 포커스 렌즈(706)는 광 가이드(704)의 다른 단부에 결합된다. 자색 방출 레이저(702)는 백색 LED(404))의 파장 변환기(410) 상으로 포커스 렌즈(706)에 의해 지향된, 광 가이드(704) 내로 자색 광을 방출한다. 파장 변환기(410)는 백색 광을 갖는 자색 광을 산란 및 방출한다.
패키지(700)는 백색 방출 LED(404)의 측방 표면들 상에(즉, 청색 방출 LED 다이(408) 및 파장 변환기(410)의 측방 표면들 상에) 반사 측면 코팅(412)을 포함할 수 있다.
도 8은 본 개시내용의 예들에서의 LED 패키지(800)를 도시한다. 패키지(800)는 기판(402), 기판(402) 위의 백색 방출 LED(404), 및 자색 방출 LED(802), 및 포커스 렌즈(804)를 포함한다.
자색 방출 LED(802)는 백색 방출 LED(404) 옆의 기판(402) 위에 장착된다. 자색 방출 LED(802)는 그것의 방출 표면이 백색 LED(404)의 방출 표면을 향해 지향되도록 각이 지게 장착된다. 포커스 렌즈(804)는 자색 방출 LED(802)의 방출 표면에 장착된다. 자색 방출 LED(802)는 백색 LED(404)의 파장 변환기(410) 상으로 포커스 렌즈(804)에 의해 지향된 자색 광을 방출한다. 파장 변환기(410)는 백색 광을 갖는 자색 광을 산란 및 방출한다.
패키지(800)는 백색 방출 LED(404)의 측방 표면들 상에(즉, 청색 방출 LED 다이(408) 및 파장 변환기(410)의 측방 표면들 상에) 반사 측면 코팅(412)을 포함할 수 있다.
개시된 실시예들의 특징들의 다양한 다른 개조들 및 조합들은 본 발명의 범위 내에 있다. 수많은 실시예들이 다음의 청구범위에 의해 포함된다.

Claims (15)

  1. 발광 다이오드 또는 디바이스(LED) 패키지로서,
    기판;
    상기 기판 위에 있고, 파장 변환기를 포함하는 백색 LED; 및
    자색 LED 또는 레이저
    를 포함하고,
    상기 자색 LED 또는 레이저는 상기 파장 변환기 위에 배치되거나 또는 상기 파장 변환기 위에 측방향으로 오프셋되어 있는, 발광 다이오드 또는 디바이스(LED) 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 백색 LED는 상기 기판 상에 장착된 청색 LED 다이를 추가로 포함하고;
    상기 파장 변환기는 상기 청색 LED 다이 상에 장착되고;
    상기 자색 LED는 상기 파장 변환기 상에 장착되는, 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 자색 LED는 상기 다이의 상부 측 상에 전기적 접점들(electrical contacts)을 갖는 측방 다이(lateral die)를 포함하는, 구조체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 파장 변환기는 세라믹 인광체(ceramic phosphor)를 포함하는, 구조체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 청색 LED 및 상기 파장 변환기의 측방 표면들 상에 반사 측면 코팅(reflective side coating)을 추가로 포함하는, 구조체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 자색 LED로부터의 광을 상기 파장 변환기 상으로 지향시키는 광학계(optic)를 추가로 포함하고, 상기 광학계는 상기 자색 LED 또는 미러의 방출 표면 상에 장착된 포커스 렌즈(focus lens)를 포함하는, 구조체.
  7. 제1항에 있어서, 상기 자색 LED 및 상기 백색 LED로부터의 광을 조합하는 이색성 조합기(dichroic combiner)를 추가로 포함하고, 상기 이색성 조합기는
    상기 백색 LED 및 상기 자색 LED의 방출 표면들에 대해 각이 지게 장착된 플레이트; 또는
    상기 백색 LED 또는 상기 자색 LED의 방출 표면들과 각각 대면하는 하부 및 측방 표면들을 갖는 이색성 큐브(dichroic cube)를 포함하는, 구조체.
  8. 제1항에 있어서, 광 가이드 및 포커스 렌즈를 추가로 포함하고,
    상기 자색 레이저는 상기 광 가이드의 제1 단부에 장착되고;
    상기 포커스 렌즈는 상기 광 가이드의 제2 단부에 장착되고;
    상기 포커스 렌즈는 상기 자색 레이저로부터의 광을 상기 파장 변환기 상으로 지향시키는, 구조체.
  9. 발광 다이오드 또는 디바이스(LED) 패키지가 광을 발생하는 방법으로서,
    백색 LED로 백색 광을 발생하는 단계 - 상기 백색 LED는 파장 변환기를 포함함 - ; 및
    자색 LED 또는 레이저로 자색 광을 발생하는 단계
    를 포함하고,
    상기 자색 LED 또는 레이저는 상기 파장 변환기 위에 배치되거나 또는 상기 파장 변환기 위에 측방향으로 오프셋되어 있는, 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 백색 LED는 상기 기판 상에 장착된 청색 LED 다이를 추가로 포함하고;
    상기 파장 변환기는 상기 청색 LED 다이 상에 장착되고;
    상기 자색 LED는 상기 파장 변환기 상에 장착되는, 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 자색 LED는 상기 백색 LED에 의해 방출된 광에 투명한, 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 자색 LED는 상기 다이의 상부 측 상에 전기적 접점들을 갖는 측방 다이를 포함하는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 파장 변환기는 세라믹 인광체를 포함하는, 방법.
  14. 제13항에 있어서, 반사 측면 코팅을 갖는 상기 청색 LED 및 상기 파장 변환기의 측방 표면들 상에 광을 반사하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  15. 제11항에 있어서, 상기 자색 LED로부터의 광을 상기 파장 변환기 상으로 지향시키거나 또는 상기 백색 LED 및 상기 자색 LED에 의해 방출된 광을 이색성 플레이트 또는 큐브로 조합하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
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