KR20210052514A - Phosphor conversion LED with high color quality - Google Patents
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Abstract
발광 다이오드(LED) 디바이스는 기판 상에 제1 표면을 갖는 LED 다이를 포함할 수 있다. LED 다이의 제2 표면 및 측면들 상에 제1 인광체 층이 형성될 수 있다. 제2 표면은 제1 표면에 대향할 수 있다. 제1 인광체 층 상에 제2 인광체 층이 형성될 수 있다. 제2 인광체 층은 LED 다이의 피크 방출 파장(LpkD)과 제1 인광체 층의 피크 방출 파장(Lpk1) 사이에 위치하는 피크 방출 파장(Lpk2)을 가질 수 있다.A light emitting diode (LED) device can include an LED die having a first surface on a substrate. A first phosphor layer may be formed on the second surface and sides of the LED die. The second surface can be opposite the first surface. A second phosphor layer may be formed on the first phosphor layer. A second phosphor layer may have a peak emission wavelength (L pk 2) positioned between the peak emission wavelength (L pk D) and the first phosphor layer in the emission peak wavelength (L pk 1) LED die.
Description
관련 출원들에 대한 교차 참조Cross reference to related applications
본 출원은 2018년 10월 19일자로 출원된 유럽 특허 출원 제18201516.4호 및 2018년 8월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/119,688호에 대한 우선권의 이익을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.This application claims the benefit of priority to European Patent Application No. 18201516.4 filed Oct. 19, 2018 and U.S. Patent Application No. 16/119,688 filed Aug. 31, 2018, each of which is in its entirety. Is incorporated herein by reference.
인광체 변환 백색 LED 발광 다이오드(LED) 디바이스들은 전형적으로 청색 LED 광을 부분적으로 흡수하고 녹색, 황색, 및 적색 광을 방출하는 발광 재료(luminescent material)들의 층으로 덮인 청색 LED를 사용한다. 발광 재료들은 통상적으로 무기 재료들의 혼합 분말을 포함한다. 연색 지수(color rendering index, CRI)로서 CIE(Commission on Illumination)에 의해 정의된 높은 컬러 품질의 경우, LED로부터 방출된 광의 스펙트럼 전력 분포(spectral power distribution, SPD)는 백색 기준 광의 SPD를 근접하게 따라야 한다. LED로부터 방출된 광이 카메라 시스템들과 조합하여(예를 들어, 플래시로서) 사용되는 경우, SPD에서 날카로운 피크 및 최소치를 피하는 것이 특히 중요할 수 있다.Phosphor converted white LED light emitting diode (LED) devices typically use a blue LED covered with a layer of luminescent materials that partially absorbs blue LED light and emits green, yellow, and red light. The luminescent materials typically include a mixed powder of inorganic materials. In the case of high color quality defined by Commission on Illumination (CIE) as a color rendering index (CRI), the spectral power distribution (SPD) of the light emitted from the LED must closely follow the SPD of the white reference light. do. When the light emitted from the LED is used in combination with camera systems (eg, as a flash), it can be particularly important to avoid sharp peaks and minimums in the SPD.
발광 다이오드(LED) 디바이스는 기판 상에 제1 표면을 갖는 LED 다이를 포함할 수 있다. LED 다이의 제2 표면 및 측면들 상에 제1 인광체 층이 형성될 수 있다. 제2 표면은 제1 표면에 대향할 수 있다. 제1 인광체 층 상에 제2 인광체 층이 형성될 수 있다. 제2 인광체 층은 LED 다이의 피크 방출 파장(LpkD)과 제1 인광체 층의 피크 방출 파장(Lpk1) 사이에 위치하는 피크 방출 파장(Lpk2)을 가질 수 있다.A light emitting diode (LED) device can include an LED die having a first surface on a substrate. A first phosphor layer may be formed on the second surface and sides of the LED die. The second surface can be opposite the first surface. A second phosphor layer may be formed on the first phosphor layer. A second phosphor layer may have a peak emission wavelength (L pk 2) positioned between the peak emission wavelength (L pk D) and the first phosphor layer in the emission peak wavelength (L pk 1) LED die.
발광 다이오드(LED) 디바이스는 기판 상에 제1 표면을 갖는 LED 다이를 포함할 수 있다. LED 다이의 제2 표면 상에 제1 인광체 층이 형성될 수 있다. 제2 표면은 제1 표면에 대향할 수 있다. 제1 인광체 층 상에 제2 인광체 층이 형성될 수 있다. 제2 인광체 층은 LED 다이의 피크 방출 파장(LpkD)과 제1 인광체 층의 피크 방출 파장(Lpk1) 사이에 위치하는 피크 방출 파장(Lpk2)을 가질 수 있다. LED 다이의 측면들, 제1 인광체 층의 측면들, 및 제2 인광체 층의 측면들 상에 반사 코팅이 형성될 수 있다.A light emitting diode (LED) device can include an LED die having a first surface on a substrate. A first phosphor layer may be formed on the second surface of the LED die. The second surface can be opposite the first surface. A second phosphor layer may be formed on the first phosphor layer. A second phosphor layer may have a peak emission wavelength (L pk 2) positioned between the peak emission wavelength (L pk D) and the first phosphor layer in the emission peak wavelength (L pk 1) LED die. A reflective coating may be formed on the sides of the LED die, the sides of the first phosphor layer, and the sides of the second phosphor layer.
첨부 도면들과 함께 예시적으로 주어지는 다음의 설명으로부터 더 상세한 이해가 얻어질 수 있고, 도면들에서 유사한 참조 번호들은 유사한 요소들을 나타내며, 여기서:
도 1은 기판 상의 LED 다이를 예시하는 단면도이고;
도 2는 LED 상에 제1 인광체 층을 형성하는 것을 예시하는 단면도이고;
도 3은 LED 디바이스를 형성하기 위해 제1 인광체 층 상에 제2 인광체 층을 형성하는 것을 예시하는 단면도이고;
도 4는 선택적으로 LED 디바이스 주위에 렌즈를 형성하는 것을 예시하는 단면도이고;
도 5는 선택적으로 LED 디바이스로부터 제1 인광체 층 및 제2 인광체 층의 부분들을 제거하는 것을 예시하는 단면도이고;
도 6은 LED 디바이스를 형성하기 위해 LED 다이, 제1 인광체 층의 나머지 부분, 및 제2 인광체 층의 나머지 부분의 측면들 상에 반사 코팅을 형성하는 것을 예시하는 단면도이고;
도 7은 선택적으로 LED 디바이스 주위에 렌즈를 형성하는 것을 예시하는 단면도이고;
도 8은 제1 인광체 층만으로 코팅된 LED 다이와 제1 인광체 층 및 제2 인광체 층 둘 다로 코팅된 LED 다이를 비교하는 방출 스펙트럼을 예시하는 차트이고;
도 9는 제2 인광체 층과 LED 다이의 방출 스펙트럼을 예시하는 차트이다.A more detailed understanding can be obtained from the following description given by way of example in conjunction with the accompanying drawings, in which like reference numbers in the drawings indicate like elements, wherein:
1 is a cross-sectional view illustrating an LED die on a substrate;
2 is a cross-sectional view illustrating forming a first phosphor layer on an LED;
3 is a cross-sectional view illustrating forming a second phosphor layer on the first phosphor layer to form an LED device;
4 is a cross-sectional view illustrating selectively forming a lens around an LED device;
5 is a cross-sectional view illustrating selectively removing portions of a first phosphor layer and a second phosphor layer from an LED device;
6 is a cross-sectional view illustrating forming a reflective coating on the sides of the LED die, the remaining portion of the first phosphor layer, and the remaining portion of the second phosphor layer to form an LED device;
7 is a cross-sectional view illustrating selectively forming a lens around an LED device;
8 is a chart illustrating emission spectra comparing an LED die coated with only a first phosphor layer and an LED die coated with both a first phosphor layer and a second phosphor layer;
9 is a chart illustrating the emission spectra of a second phosphor layer and an LED die.
상이한 발광 다이오드("LED") 구현들의 예들이 첨부 도면들을 참조하여 이하에서 더 완전히 설명될 것이다. 이 예들은 상호 배타적이지 않고, 추가적인 구현들을 달성하기 위해 하나의 예에서 발견된 특징들은 하나 이상의 다른 예에서 발견된 특징들과 조합될 수 있다. 따라서, 첨부 도면들에 도시한 예들은 단지 예시적 목적들을 위해 제공되고, 그것들은 본 개시내용을 어떤 방식으로든 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 동일한 번호들은 전체에 걸쳐 동일한 요소들을 지칭한다.Examples of different light emitting diode ("LED") implementations will be described more fully below with reference to the accompanying drawings. These examples are not mutually exclusive, and features found in one example may be combined with features found in one or more other examples to achieve additional implementations. Accordingly, it will be understood that the examples shown in the accompanying drawings are provided for illustrative purposes only, and they are not intended to limit the present disclosure in any way. The same numbers refer to the same elements throughout.
제1, 제2 등의 용어들이 본 명세서에서 다양한 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이 요소들은 이 용어들에 의해 제한되어서는 안 된다는 것을 이해할 것이다. 이 용어들은 하나의 요소를 다른 요소와 구별하는 데만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 요소를 제2 요소라고 부를 수 있고, 마찬가지로, 제2 요소를 제1 요소라고 부를 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 나열된 항목들 중 하나 이상의 항목의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다.Although terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements herein, it will be understood that these elements should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element from another. For example, without departing from the scope of the present invention, a first element may be referred to as a second element, and similarly, a second element may be referred to as a first element. As used herein, the term “and/or” includes any and all combinations of one or more of the associated listed items.
층, 영역 또는 기판과 같은 요소가 다른 요소 "상에" 있거나 다른 요소 "상으로" 연장되는 것으로 지칭될 때, 다른 요소 상에 직접 있거나 다른 요소 상으로 직접 연장될 수 있거나 또는 개재 요소(intervening element)들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반대로, 요소가 다른 요소 "상에 직접(directly on)" 있거나 다른 요소 "상으로 직접(directly onto)" 연장되는 것으로 지칭될 때, 개재 요소들은 존재하지 않는다. 한 요소가 다른 요소에 "접속(connected)" 또는 "결합(coupled)"되는 것으로 지칭될 때, 한 요소가 다른 요소에 직접 접속 또는 결합될 수 있거나 또는 중재 요소들이 존재할 수 있다는 것을 또한 이해할 것이다. 반대로, 한 요소가 다른 요소에 "직접 접속(directly connected)" 또는 "직접 결합(directly coupled)"되는 것으로 지칭될 때, 중간 요소들은 존재하지 않는다. 이 용어들은 도면들에 도시한 임의의 배향 이외에 요소의 상이한 배향들을 포괄하기 위한 것이라는 것을 이해할 것이다.When an element such as a layer, region or substrate is referred to as being “on” or extending “on” another element, it may be directly on the other element or may extend directly onto the other element, or an intervening element It will be understood that) can also exist. Conversely, when an element is referred to as being “directly on” or extending “directly onto” another element, the intervening elements are absent. It will also be appreciated that when an element is referred to as being “connected” or “coupled” to another element, one element may be directly connected or coupled to another element, or intervening elements may be present. Conversely, when one element is referred to as being “directly connected” or “directly coupled” to another element, the intermediate elements are absent. It will be understood that these terms are intended to encompass different orientations of an element other than any orientation shown in the figures.
"아래에(below)" 또는 "위에(above)" 또는 "상부(upper)" 또는 "하부(lower)" 또는 "수평(horizontal)" 또는 "수직(vertical)"과 같은 상대적인 용어들이 도면들에 도시된 바와 같이 한 요소, 층 또는 영역과 다른 요소, 층 또는 영역의 관계를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 이 용어들은 도면들에 도시된 배향 이외에 디바이스의 상이한 배향들을 포괄하기 위한 것이라는 것을 이해할 것이다.Relative terms such as "below" or "above" or "upper" or "lower" or "horizontal" or "vertical" are used in the drawings. As shown, it may be used herein to describe the relationship between one element, layer, or region and another element, layer, or region. It will be understood that these terms are intended to encompass different orientations of the device other than the orientation shown in the figures.
위에서 설명한 바와 같이, 연색 지수(CRI)로서 CIE(Commission on Illumination)에 의해 정의된 높은 컬러 품질의 경우, LED로부터 방출된 광의 스펙트럼 전력 분포(SPD)는 백색 기준 광의 SPD를 밀접하게 따라야 한다. 높은 CRI를 실현하기 위해서는, 상이한 파장의 광을 방출하기 위하여 상이한 인광체 재료들이 적용되어야 할 수 있다. 더 짧은 파장에서 방출하는 인광체들로부터의 방출들은 더 긴 파장에서 방출하는 인광체들에 의해 흡수될 수 있다. 이 인광체-인광체 상호작용은 변환 프로세스들에서의 광자 손실들로 인해 효율을 감소시킬 수 있다. 인광체-인광체 상호작용은 또한, 방출된 광을 하나 이상의 LED 다이로 다시 재지향(redirection)시키는 것으로 인해 하나 이상의 LED 다이를 포함하는 LED 패키지에서 흡수 손실들을 증가시킬 수 있다.As described above, in the case of high color quality defined by Commission on Illumination (CIE) as a color rendering index (CRI), the spectral power distribution (SPD) of light emitted from the LED must closely follow the SPD of the white reference light. In order to realize a high CRI, different phosphor materials may have to be applied to emit light of different wavelengths. Emissions from phosphors emitting at shorter wavelengths can be absorbed by phosphors emitting at longer wavelengths. This phosphor-phosphor interaction can reduce efficiency due to photon losses in the conversion processes. The phosphor-phosphor interaction can also increase absorption losses in an LED package comprising one or more LED dies due to redirection of the emitted light back to one or more LED dies.
일부 응용들에서는, LED의 청색 방출 피크에 인접한 SPD에서 국부적 최소값을 감소시키는 것이 바람직할 수 있다. 인광체 성분의 방출 피크는 청색 LED의 방출 피크에 근접해야 할 수 있다. 인광체 재료가 광자를 흡수하면 에너지를 얻고 여기 상태(excited state)에 들어간다. 인광체 재료가 이완(relax)되는 한 가지 방법은, 광자를 방출하여 에너지를 잃는 것이다(다른 방법은 열로서 에너지를 잃는 것이다). 방출된 광자가 흡수된 광자보다 적은 에너지를 가질 때, 이 에너지 차이는 스토크스 시프트(Stokes shift)이다. 스토크스 형광(Stokes fluorescence)은 더 짧은 파장(더 높은 주파수 또는 에너지)의 광자를 흡수한 분자에 의한 더 긴 파장 광자(더 낮은 주파수 또는 에너지)의 방출이다. 즉, 스토크스 시프트는 흡수 최대 파장과 방출 최대 파장 사이의 거리일 수 있다. 스토크스 시프트로 인해, 큰 농도의 인광체 재료가 요구될 수 있다. 다른 인광체들에 의한 방출된 광의 재흡수는 가능한 많이 감소될 필요가 있을 수 있다.In some applications, it may be desirable to reduce the local minimum in the SPD adjacent to the blue emission peak of the LED. The emission peak of the phosphor component may have to be close to that of the blue LED. When a phosphor material absorbs photons, it gains energy and enters an excited state. One way a phosphor material relaxes is to lose energy by emitting photons (another way is to lose energy as heat). When the emitted photon has less energy than the absorbed photon, this energy difference is a Stokes shift. Stokes fluorescence is the emission of longer wavelength photons (lower frequency or energy) by molecules that absorb photons of shorter wavelength (higher frequency or energy). That is, the Stokes shift may be the distance between the maximum absorption wavelength and the maximum emission wavelength. Due to the Stokes shift, a large concentration of phosphor material may be required. The reabsorption of the emitted light by other phosphors may need to be reduced as much as possible.
다음의 설명은 가장 바깥쪽 인광체 층에 의해 방출된 광의 재흡수를 감소시키고 높은 CRI에서 LED의 효율을 증가시키기 위해 LED 상에 형성된 다수의 인광체 층들을 사용하기 위한 시스템들, 방법들, 및 장치들을 포함한다. 제1 인광체 층의 방출 피크와 LED의 방출 피크 사이에 위치하는 방출 피크를 갖는 제2 인광체 층을 사용함으로써, LED 방출들과 제1 인광체 층의 방출들 사이의 파장 갭이 효과적으로 채워질 수 있다.The following description describes systems, methods, and devices for using multiple phosphor layers formed on an LED to reduce the reabsorption of light emitted by the outermost phosphor layer and increase the efficiency of the LED at high CRI. Includes. By using a second phosphor layer having an emission peak positioned between the emission peak of the first phosphor layer and the emission peak of the LED, the wavelength gap between the LED emissions and the emission of the first phosphor layer can be effectively filled.
이제 도 1을 참조하면, 기판(104) 상의 LED 다이(104)를 예시하는 단면도가 도시되어 있다. LED 다이(104)의 제1 표면은 기판(102) 상에 위치할 수 있고 LED 다이의 제2 표면은 제1 표면에 대향하여 위치할 수 있다. LED 다이(104)는 임의의 타입의 종래의 반도체 발광 디바이스일 수 있고, 기판(102) 상에 형성되거나, 부착되거나, 성장될 수 있다. 도 1은 아래의 설명을 제한하도록 의도되지 않으며 사용될 수 있는 LED 다이(104)의 타입의 예시적인 예를 도시한다. LED 다이(104)는 본 기술분야에 알려진 타입 Ill-질화물 LED일 수 있다. 전형적으로, III-질화물 LED들은 금속-유기 화학 기상 퇴적(metal-organic chemical vapor deposition, MOCVD), 분자선 에피택시(molecular beam epitaxy, MBE), 또는 다른 에피택셜 기법들에 의해 사파이어, 실리콘 탄화물, III-질화물, 또는 다른 적합한 기판 상에 상이한 조성들 및 도펀트(dopant) 농도들의 반도체 층들의 스택을 에피택셜적으로(epitaxially) 성장시킴으로써 제조된다. 스택은 종종 기판 위에 형성된, 예를 들어, 실리콘으로 도핑된 하나 이상의 n-타입 층, n-타입 층 또는 층들 위에 형성된 활성 영역(예를 들어, p-n 다이오드) 내의 하나 이상의 발광 층, 및 활성 영역 위에 형성된, 예를 들어, 마그네슘으로 도핑된 하나 이상의 p-타입 층을 포함한다. 전기적 콘택들(electrical contacts)은 n-타입 및 p-타입 영역들 상에 형성된다.Referring now to FIG. 1, a cross-sectional view illustrating an
아래의 예들에서, LED 다이(104)는 청색 또는 UV 광을 방출할 수 있다. 그러나, 레이저 다이오드들과 같은 LED들 이외의 반도체 발광 디바이스들, 및 다른 Ill-V 재료들, Ill-인화물, Ill-비화물, II-VI 재료들, ZnO, 또는 Si계 재료들과 같은 다른 재료 시스템들로부터 만들어진 반도체 발광 디바이스들이 사용될 수 있다.In the examples below, the LED die 104 can emit blue or UV light. However, semiconductor light emitting devices other than LEDs such as laser diodes, and other materials such as Ill-V materials, Ill-prints, Ill-arsenides, II-VI materials, ZnO, or Si-based materials Semiconductor light emitting devices made from systems can be used.
도 1의 디바이스는 본 기술분야에 알려진 바와 같이 기판(102) 상에 타입 III-질화물 반도체 구조체를 성장시킴으로써 형성될 수 있다. 기판(102)은 사파이어 또는, 예를 들어, SiC, Si, GaN, 또는 복합 기판과 같은 임의의 적합한 기판일 수 있다. 타입 III-질화물 반도체 구조체가 성장되는 기판(102)의 표면은 성장 전에 패터닝, 조면화(roughened), 또는 텍스처링(textured)될 수 있으며, 이는 디바이스로부터의 광 추출을 개선시킬 수 있다. 성장 표면 반대쪽의 기판(102)의 표면(즉, 그를 통해 대부분의 광이 플립 칩(flip chip) 구성으로 추출되는 표면)은 성장 전 또는 후에 패터닝, 조면화, 또는 텍스처링될 수 있으며, 이는 디바이스로부터의 광 추출을 개선시킬 수 있다.The device of FIG. 1 may be formed by growing a type III-nitride semiconductor structure on a
반도체 구조체는 n-타입 영역과 p-타입 영역 사이에 끼워진 발광 또는 활성 영역을 포함한다. n-타입 영역(16)이 먼저 성장될 수 있고, 상이한 조성 및 도펀트 농도의 다수의 층들을 포함할 수 있다. n-타입 영역(16)은 버퍼 층들 또는 핵생성 층들과 같은 준비 층들, 및/또는 n-타입 또는 의도적으로 도핑되지 않을 수 있는 성장 기판의 제거를 용이하게 하도록 설계된 층들, 및 발광 영역이 효율적으로 광을 방출하기에 바람직한 특정 광학, 재료, 또는 전기적 속성들을 위해 설계된 n-타입 또는 심지어 p-타입 디바이스 층들을 포함할 수 있다. 발광 또는 활성 영역(18)이 n-타입 영역(16) 위에 성장된다. 적합한 발광 영역들(18)의 예들은 단일의 두꺼운 또는 얇은 발광 층, 또는 장벽 층들에 의해 분리된 다수의 얇은 또는 두꺼운 발광 층들을 포함하는 다중 양자 우물 발광 영역(multiple quantum well light emitting region)을 포함한다. 다음으로, p-타입 영역(20)이 발광 영역 위에 성장될 수 있다. n-타입 영역과 마찬가지로, p-타입 영역은 의도적으로 도핑되지 않은 층들 또는 n-타입 층들을 포함한, 상이한 조성, 두께, 및 도펀트 농도의 다수의 층들을 포함할 수 있다.The semiconductor structure includes a light emitting or active region sandwiched between an n-type region and a p-type region. The n-
성장 후에, p-타입 영역(18)의 표면 상에 p-콘택이 형성될 수 있다. p-콘택(21)은 반사성 금속, 및 반사성 금속의 일렉트로마이그레이션(electromigration)을 방지 또는 감소시킬 수 있는 가드 금속(guard metal)과 같은 다수의 전도성 층들을 포함할 수 있다. 반사성 금속은 종종 은이지만 임의의 적합한 재료 또는 재료들이 사용될 수 있다. p-콘택(21), p-타입 영역(20), 및 활성 영역(18)의 일부는 n-콘택(22)이 형성되는 n-타입 영역(16)의 일부를 노출시키기 위해 제거될 수 있다. n-콘택(22)과 p-콘택(21)은 실리콘의 산화물 또는 임의의 다른 적합한 재료와 같은 유전체로 채워질 수 있는 갭(25)에 의해 서로 전기적으로 격리될 수 있다. 다수의 n-콘택 비아들이 형성될 수 있다. n-콘택(22)과 p-콘택(21)은 도 1에 도시된 배열로 제한되지 않는다. n-콘택(22)과 p-콘택(21)은 본 기술분야에 알려진 바와 같이 유전체/금속 스택을 갖는 본드 패드들을 형성하도록 재분배될 수 있다.After growth, a p-contact may be formed on the surface of the p-
LED 다이(104)에 대해 전기적 접속들을 형성하기 위해, 하나 이상의 인터커넥트(26 및 28)가 n-콘택(22) 및 p-콘택(21) 상에 형성되거나 전기적으로 접속될 수 있다. 인터커넥트(26)는 n-콘택(22)에 전기적으로 접속될 수 있다. 인터커넥트(28)는 p-콘택(21)에 전기적으로 접속될 수 있다. 인터커넥트들(26 및 28)은 유전체 층(24) 및 갭(27)에 의해 n-콘택(22) 및 p-콘택(21)으로부터 그리고 서로로부터 전기적으로 격리될 수 있다. 인터커넥트들(26 및 28)은, 예를 들어, 땜납(solder), 스터드 범프(stud bump), 금 층, 또는 임의의 다른 적합한 구조체일 수 있다. 반도체 구조체, n-콘택(22), p-콘택(21), 및 인터커넥트들(26 및 28)은 다음의 도면들에서 LED 구조체(104)로서 도시된다. 기판(102)은 박형화(thinned)되거나 완전히 제거될 수 있다. 박형화에 의해 노출되는 기판(102)의 표면은 광 추출을 개선시키기 위해 패터닝, 텍스처링, 또는 조면화된다.To make electrical connections to the LED die 104, one or
이제 도 2를 참조하면, LED 다이(104) 상에 제1 인광체 층(202)을 형성하는 것을 예시하는 단면도가 도시되어 있다. 제1 인광체 층(202)은 LED 다이(104)의 제2 표면 및 측면들에 도포될 수 있다. 제1 인광체 층(202)은 대략 1㎛ 내지 대략 150㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다.Turning now to FIG. 2, a cross-sectional view is shown illustrating forming the
제1 인광체 층(202)은 종래의 퇴적 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 일 예에서, 제1 인광체 층(202)은 LED 다이(104) 맨 위에 배치되고 나서 LED 다이(104)의 형상을 따르도록 처리된 시트(sheet)일 수 있다. 진공과 열의 조합을 사용하여 제1 인광체 층(202)을 LED 다이(104)에 라미네이트(laminate)할 수 있다.The
본 기술분야의 통상의 기술자는 제1 인광체 층(202)이 라미네이트 시트(laminate sheet)의 형태일 필요가 없다는 것을 인식할 것이다; 그것은 스프레이 코팅, 몰딩, 스크린 프린팅 등을 통해 액체 또는 페이스트 형태로 도포될 수 있다. 예를 들어, 제1 인광체 층(202)은 CVD(chemical vapor deposition), PECVD(plasma-enhanced CVD), ALD(atomic layer deposition), 증발(evaporation), 스퍼터링, 화학 용액 퇴적(chemical solution deposition), 스핀-온 퇴적(spin-on deposition), 또는 다른 유사한 프로세스들과 같은 종래의 퇴적 프로세스를 사용하여 LED 다이(104) 상에 등각으로(conformally) 형성될 수 있다.One of ordinary skill in the art will recognize that the
제1 인광체 층(202)은, 예를 들어, 종래의 인광체들, 유기 인광체들, 양자점들(quantum dots), 유기 반도체들, II-VI 또는 Ill-V 반도체들, II-VI 또는 Ill-V 반도체 양자점들 또는 나노결정들, 염료들, 중합체들, 또는 발광하는 다른 재료들일 수 있는 파장 변환 재료를 포함할 수 있다. 제1 인광체 층(202)은 파장 변환 재료와 혼합된 실리콘과 같은 투명 재료를 포함할 수 있다.The
파장 변환 재료는 LED 다이(104)에 의해 방출된 광을 흡수할 수 있고 하나 이상의 상이한 파장의 광을 방출할 수 있다. LED 다이(104)에 의해 방출된 변환되지 않은 광이 구조체로부터 추출된 광의 최종 스펙트럼의 일부일 수 있지만, 그럴 필요는 없다.The wavelength converting material can absorb light emitted by the LED die 104 and can emit one or more different wavelengths of light. The unconverted light emitted by the LED die 104 may be part of the final spectrum of light extracted from the structure, but need not.
일 예에서, LED 다이(104)는 LpkD의 피크 방출 파장을 갖는 청색-방출 LED일 수 있다.In one example, LED die 104 may be a blue-emitting LED with a peak emission wavelength of L pk D.
일 예에서, 제1 인광체 층(202)은 Lpk1의 조합된 피크 방출 파장을 갖는 황색-방출 파장 변환 재료, 녹색-방출 파장 변환 재료, 및 적색-방출 파장 변환 재료를 포함할 수 있다.In one example, the
제1 인광체 층(202)은 실리콘 내의 하나 이상의 인광체 분말을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 인광체 층(202)은 GaLuAG, SCASN, 및 CASN을 포함할 수 있다. 제1 인광체 층(202) 내의 재료들의 질량 비율은 대략 20% SCASN : 80% CASN일 수 있다. 제1 인광체 층(202)에서 총 적색 질량에 대한 GaLuAG의 비율은 대략 8.47일 수 있다.The
다른 예에서, 제1 인광체 층(202)은 녹색-방출 파장 변환 재료와 적색-방출 파장 변환 재료의 혼합물을 포함할 수 있다. 녹색-방출 파장 변환 재료는 (Y,Gd,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce의 화학적 조성을 갖는 세륨으로 활성화되는 가넷들을 포함할 수 있다. 녹색-방출 파장 변환 재료는 유로퓸으로 활성화되는, SiAlON와 같은, 실리케이트들(silicates) 및 옥시니트라이드들(oxynitrides)을 포함할 수 있다. 적색-방출 파장 변환 재료는 유로퓸으로 활성화되는, CASN, SCASN 및 BSSN과 같은, 니트라이드들(nitrides)과, 양자점들을 포함할 수 있다.In another example, the
다른 예에서, 제1 인광체 층(202)은 녹색-방출 파장 변환 재료들과 적색-방출 파장 변환 재료들의 혼합물을 포함할 수 있다. 녹색-방출 파장 변환 재료는 GaLuAG 및 GaYAG를 포함할 수 있다. 적색-방출 파장 변환 재료들은 SCASN 및 CASN을 포함할 수 있고, 여기서 SCASN 대 CASN의 질량 비율은 대략 20:80이다. 적색-방출 파장 변환 재료들의 총 질량에 대한 녹색-방출 파장 변환 재료들의 총 질량의 비율은 대략 8.47이고 5 내지 10의 범위일 수 있다.In another example, the
이제 도 3을 참조하면, LED 디바이스(300)를 형성하기 위해 제1 인광체 층(202) 상에 제2 인광체 층(302)을 형성하는 것을 예시하는 단면도가 도시되어 있다. 제2 인광체 층(302)은 제1 인광체 층(202)의 상단 및 측면들에 도포될 수 있다. 제2 인광체 층(302)은 제1 인광체 층(202)의 형성을 참조하여 전술한 기법들 중 임의의 기법을 사용하여 형성될 수 있다. 제2 인광체 층(302)은 대략 10㎛ 내지 대략 150㎛ 범위의 두께를 가질 수 있다.Referring now to FIG. 3, a cross-sectional view is shown illustrating forming a
제2 인광체 층(302)은, 예를 들어, 종래의 인광체들, 유기 인광체들, 양자점들(quantum dots), 유기 반도체들, II-VI 또는 Ill-V 반도체들, II-VI 또는 Ill-V 반도체 양자점들 또는 나노결정들, 염료들, 중합체들, 또는 발광하는 다른 재료들일 수 있는 파장 변환 재료를 포함할 수 있다. 제2 인광체 층(302)은 파장 변환 재료와 혼합된 실리콘과 같은 투명 재료를 포함할 수 있다.The
파장 변환 재료는 LED 다이(104) 및/또는 제1 인광체 층(202)에 의해 방출된 광을 흡수할 수 있고 하나 이상의 상이한 파장의 광을 방출할 수 있다. LED 다이(104) 및/또는 제1 인광체 층(202)에 의해 방출된 변환되지 않은 광이 구조체로부터 추출된 광의 최종 스펙트럼의 일부일 수 있지만, 그럴 필요는 없다.The wavelength converting material may absorb light emitted by the LED die 104 and/or the
제2 인광체 층(302)은 LpkD와 Lpk1 사이에 있는 피크 방출 파장 Lpk2(즉, LpkD < Lpk2 < Lpk1)를 갖는 하나 이상의 인광체 재료를 포함할 수 있다. 일 예에서, 피크 방출 파장 Lpk2은 LpkD보다 대략 100㎚ 더 크고 Lpk1보다 대략 100㎚ 더 작을 수 있다(즉, LpkD + 100nm < Lpk2 < Lpk1 - 100nm). 다른 예에서, 피크 방출 파장 Lpk2은 LpkD보다 대략 50㎚ 더 크고 Lpk1보다 대략 50㎚ 더 작을 수 있다(즉, LpkD + 50nm < Lpk2 < Lpk1 - 50nm).The
다른 예에서, 피크 방출 파장 Lpk2은 LpkD보다 대략 10㎚ 더 크고 Lpk1보다 대략 10㎚ 더 작을 수 있다(즉, LpkD + 10nm < Lpk2 < Lpk1 - 10nm). 이러한 범위의 Lpk2는 제1 인광체 층(202)이 녹색:적색의 질량 비율≥1인 녹색-방출 파장 변환 재료(녹색)와 적색-방출 파장 변환 재료(적색)의 혼합물을 포함할 때 바람직할 수 있다.In another example, the peak emission wavelength L pk 2 may be approximately 10 nm larger than L pk D and approximately 10 nm smaller than L pk 1 (i.e., L pk D + 10 nm <L pk 2 <L pk 1-10 nm). . This range of L pk 2 is desirable when the
다른 예에서, 제2 인광체 층의 피크 방출 파장은 대략 460nm이다. 제2 인광체 층의 피크 방출 파장은 LpkD보다 대략 10nm, 20nm, 30nm, 또는 40nm 더 클 수 있다. 제2 인광체 층의 피크 방출 파장은 LpkD보다 대략 10-20nm 더 길 수 있다. 다른 실시예에서, Lpk2은 LpkD보다 대략 10-30nm 더 길 수 있다. 다른 실시예에서, Lpk2은 LpkD보다 대략 20-40nm 더 길 수 있다. 바람직하게는, Lpk2는 440nm 내지 490nm 내에, 더 바람직하게는 450nm 내지 470nm 내에, 그리고 가장 바람직하게는 455nm 내지 465nm 내에 있다.In another example, the peak emission wavelength of the second phosphor layer is approximately 460 nm. The peak emission wavelength of the second phosphor layer may be approximately 10 nm, 20 nm, 30 nm, or 40 nm greater than L pk D. The peak emission wavelength of the second phosphor layer may be approximately 10-20 nm longer than L pk D. In another embodiment, L pk 2 may be approximately 10-30 nm longer than L pk D. In another embodiment, L pk 2 may be approximately 20-40 nm longer than L pk D. Preferably, L pk 2 is within 440 nm to 490 nm, more preferably within 450 nm to 470 nm, and most preferably within 455 nm to 465 nm.
제2 인광체 층(302)은 실리콘 내의 Sr3MgSi2O8:Eu 분말을 포함할 수 있다. 질량 실리콘에 대한 제2 인광체 층(302)의 질량 인광체는 1과 같을 수 있다.The
이제 도 4를 참조하면, 선택적으로 LED 디바이스(300) 주위에 렌즈(402)를 형성하는 것을 예시하는 단면도가 도시되어 있다. 렌즈(402)는 기판(102) 및 제2 인광체 층(302)과 접촉할 수 있다. 렌즈(402)는 LED 디바이스(300)를 넘어서 측방향으로 연장될 수 있다. 렌즈(402)는 LED 디바이스(300)로부터의 광의 추출을 개선시키기 위해 투명 재료를 포함할 수 있다. 렌즈(402)는 종래의 퇴적 기법들을 사용하여 형성될 수 있다. 렌즈(402)는 PMMA, 폴리카보네이트, 실리콘, HRPC 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 렌즈의 하나 이상의 부분은 알루미늄 코팅될 수 있다.Referring now to FIG. 4, a cross-sectional view is shown illustrating selectively forming a
이제 도 5를 참조하면, 선택적으로 도 3에 도시된 LED 디바이스(300)로부터 제1 인광체 층(202) 및 제2 인광체 층(302)의 부분들을 제거하는 것을 예시하는 단면도가 도시되어 있다.Referring now to FIG. 5, a cross-sectional view illustrating selectively removing portions of the
제1 인광체 층(202) 및 제2 인광체 층(302)의 부분들은 종래의 에칭 또는 블라스팅 프로세스를 사용하여 제거될 수 있다. 예를 들어, 제1 인광체 층(202) 및 제2 인광체 층(302)의 부분들은 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE), 플라즈마 에칭, 또는 선택적 에칭 프로세스를 사용하여 제거될 수 있다.Portions of the
제1 인광체 층(202)의 나머지 부분은 LED 다이(104)의 측벽들(502)과 실질적으로 동일 높이인 측벽들(504)을 가질 수 있다. 제2 인광체 층(302)의 나머지 부분은 LED 다이(104)의 측벽들(502)과 실질적으로 동일 높이인 측벽들(506)을 가질 수 있다.The remainder of the
이제 도 6을 참조하면, LED 디바이스(600)를 형성하기 위해 LED 다이(104), 제1 인광체 층(202)의 나머지 부분, 및 제2 인광체 층(302)의 나머지 부분의 측면들 상에 반사 코팅(602)을 형성하는 것을 예시하는 단면도가 도시되어 있다.Referring now to FIG. 6, reflection on the sides of the LED die 104, the remaining portion of the
반사 코팅(602)은 종래의 퇴적 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 일 예에서, 반사 코팅(602)은 LED 다이(104)와 제1 인광체 층(202) 및 제2 인광체 층(302)의 나머지 부분들의 측면들 상에 배치되고 나서 LED 다이(104)와 제1 인광체 층(202) 및 제2 인광체 층(302)의 나머지 부분들에 부착되도록 처리되는 시트일 수 있다. 진공과 열의 조합을 사용하여 LED 다이(104)와 제1 인광체 층(202) 및 제2 인광체 층(302)의 나머지 부분들에 반사 코팅(602)을 라미네이트할 수 있다.The
본 기술분야의 통상의 기술자는 반사 코팅(602)이 라미네이트 시트의 형태일 필요가 없다는 것을 인식할 것이다; 그것은 스프레이 코팅, 몰딩, 스크린 프린팅 등을 통해 액체 또는 페이스트 형태로 도포될 수 있다. 예를 들어, 제1 반사 코팅(602)은 CVD, PECVD, ALD, 증발, 스퍼터링, 화학 용액 퇴적, 스핀-온 퇴적, 또는 다른 유사한 프로세스들과 같은 종래의 퇴적 프로세스를 사용하여 LED 다이(104)에 인접한 기판(102) 상에 형성될 수 있다.One of ordinary skill in the art will recognize that the
반사 코팅(602)은 Ti, Au, Ag 등과 같은 금속을 포함할 수 있다. 일 예에서, 반사 코팅(602)은 실리콘 매트릭스 내의 TiO2 분말을 포함할 수 있다.The
반사 코팅(602)은 제2 인광체 층(302)의 나머지 부분의 상부 표면과 실질적으로 동일 높이인 상부 표면을 가질 수 있다.The
이제 도 7을 참조하면, 선택적으로 LED 디바이스(600) 주위에 렌즈(702)를 형성하는 것을 예시하는 단면도가 도시되어 있다. 렌즈(702)는 기판(102), 반사 코팅(602), 및 제2 인광체 층(302)과 접촉할 수 있다. 렌즈(702)는 LED 디바이스(600)를 넘어서 측방향으로 연장될 수 있다. 렌즈(702)는 LED 디바이스(600)로부터의 광의 추출을 개선시키기 위해 투명 재료를 포함할 수 있다. 렌즈(702)는 종래의 퇴적 기법들을 사용하여 형성될 수 있다. 렌즈(702)는 PMMA, 폴리카보네이트, 실리콘, HRPC 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 렌즈의 하나 이상의 부분은 알루미늄 코팅될 수 있다.Referring now to FIG. 7, a cross-sectional view is shown illustrating selectively forming a
이제 도 8을 참조하면, 제1 인광체 층(202)만으로 코팅된 LED 다이(104)의 제1 방출 스펙트럼(802) 및 제1 인광체 층(202)과 제2 인광체 층(302) 둘 다로 코팅된 LED 다이(104)의 제2 방출 스펙트럼(804)을 예시하는 차트가 도시되어 있다. 제1 방출 스펙트럼(802)과 제2 방출 스펙트럼(804)은 동일한 LED 파장 및 동일한 컬러 좌표들을 나타낼 수 있다.Referring now to FIG. 8, a
제1 방출 스펙트럼(802)과 제2 방출 스펙트럼(804)은 청색 LED 다이(104) 방출로 정규화될 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 제1 인광체 층(202)과 조합된 LED 다이(104) 및 제1 인광체 층(202)과 제2 인광체 층(302) 둘 다와 조합된 LED 다이(104)는 둘 다 청색 광(450-490nm)과 적색 광(635-700nm) 사이의 스펙트럼 피크들을 갖는 광을 방출한다. 제1 방출 스펙트럼(802)을 생성하기 위해 사용되는 제1 인광체 층(202)과 제2 방출 스펙트럼(804)을 생성하기 위해 사용되는 제1 인광체 층(202)은 동일한 인광체 재료들로 구성될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 그러나, 각각의 제1 인광체 층(202)의 특정 인광체 농도들은 동일한 컬러 포인트를 생성하도록 달라질 수 있다. 또한, 제2 인광체 층(302)의 도포는 제1 인광체 층(202)에 의해 흡수되고 변환될 수 있는 광의 반사로 인해 제1 인광체 층(202)의 방출을 변경할 수 있다는 점에 유의해야 한다.The
두 인광체 층을 갖는 대략 470 nm에서 LED 다이(104)의 청색 방출 피크를 따르는 SPD의 국부적 최소값은 제1 인광체 층(202)만을 갖는 경우와 비교하여 증가될 수 있다. 이것은 아래의 표 1에서 볼 수 있다.The local minimum of the SPD along the blue emission peak of the LED die 104 at approximately 470 nm with two phosphor layers can be increased compared to the case with only the
두 인광체 층을 갖는 LED 다이(104)의 SPD에 대한 연색 지수 CRI(Ra)는 제1 인광체 층(202)만을 갖는 LED 다이(104)에 대한 91.4의 CRI(Ra)와 비교하여 94.2의 CRI(Ra)로 증가한다. 두 인광체 층을 갖는 LED 다이(104)의 청색 방출 피크를 따르는 SPD의 국부적 최소값은 제1 인광체 층(202)만을 갖는 LED 다이(104)의 LED 피크 높이의 38.2%와 비교하여 LED 피크의 48%로 증가할 수 있다.The color rendering index CRI(Ra) for the SPD of the LED die 104 with two phosphor layers is a CRI of 94.2 compared to the CRI(Ra) of 91.4 for the LED die 104 with only the
이제 도 9를 참조하면, 제2 인광체 층(302)과 LED 다이(104)의 방출 스펙트럼들을 예시하는 차트가 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 제2 인광체 층(302)은 LED 다이(104)의 LpkD와 제1 인광체 층(202)의 Lpk1 사이에 있는 피크 방출 파장 Lpk2(즉, LpkD < Lpk2 < Lpk1)를 갖는 하나 이상의 인광체 재료를 포함할 수 있다. 이 차트는 Lpk2가 대략 460nm 또는 LpkD + 20nm인 예를 도시한다. Lpk2는 또한 대략 LpkD + 10nm일 수 있다.Referring now to FIG. 9, a chart illustrating the emission spectra of the
특징들 및 요소들이 위에서 특정한 조합들로 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 각각의 특징 또는 요소가 단독으로 또는 다른 특징들 및 요소들과의 임의의 조합으로 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 또한, 본 명세서에서 설명된 방법들은 컴퓨터 또는 프로세서에 의한 실행을 위해 컴퓨터 판독가능 매체에 통합되는 컴퓨터 프로그램, 소프트웨어, 또는 펌웨어로 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체들의 예들은 전자 신호들(유선 또는 무선 접속들을 통해 송신됨) 및 컴퓨터 판독가능 저장 매체를 포함한다. 컴퓨터 판독가능 저장 매체들의 예들은 판독 전용 메모리(read only memory, ROM), 랜덤 액세스 메모리(random access memory, RAM), 레지스터, 캐시 메모리, 반도체 메모리 디바이스들, 자기 매체들, 예컨대, 내부 하드 디스크들 및 제거식 디스크들, 자기 광 매체들, 및 광 매체들, 예컨대, CD-ROM 디스크들, 및 디지털 다목적 디스크(digital versatile disk, DVD)들을 포함하지만, 이들에 제한되지 않는다.While features and elements have been described in specific combinations above, one of ordinary skill in the art will understand that each feature or element may be used alone or in any combination with other features and elements. In addition, the methods described herein may be implemented as a computer program, software, or firmware incorporated in a computer-readable medium for execution by a computer or processor. Examples of computer-readable media include electronic signals (transmitted over wired or wireless connections) and computer-readable storage media. Examples of computer-readable storage media include read only memory (ROM), random access memory (RAM), registers, cache memory, semiconductor memory devices, magnetic media such as internal hard disks. And removable disks, magnetic optical media, and optical media such as CD-ROM disks, and digital versatile disks (DVDs).
Claims (20)
피크 방출 파장(peak emission wavelength)을 갖는 청색 또는 UV 광을 방출하도록 구성되는 LED 다이;
상기 LED 다이 상에 배치되고, 녹색, 황색, 및 적색 광을 방출하도록 구성되는 제1 인광체 층; 및
상기 제1 인광체 층 상에 배치되고, 상기 LED 다이의 피크 방출 파장으로부터 대략 10 내지 50 나노미터의 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되는 제2 인광체 층
을 포함하는, LED 디바이스.As a light emitting diode (LED) device,
An LED die configured to emit blue or UV light having a peak emission wavelength;
A first phosphor layer disposed on the LED die and configured to emit green, yellow, and red light; And
A second phosphor layer disposed on the first phosphor layer and configured to emit light having a peak emission wavelength of approximately 10 to 50 nanometers from the peak emission wavelength of the LED die
Containing, LED device.
상기 LED 다이, 상기 제1 인광체 층, 및 상기 제2 인광체 층을 둘러싸는 렌즈를 추가로 포함하는, LED 디바이스.The method of claim 1,
The LED device further comprising a lens surrounding the LED die, the first phosphor layer, and the second phosphor layer.
상기 제1 인광체 층과 접촉하는 제1 표면을 갖는 상기 LED 다이; 상기 제2 인광체 층과 접촉하는 제2 표면을 갖는 상기 제1 인광체 층 - 상기 제2 표면은 상기 제1 표면에 대향함 - ; 및
상기 LED 다이의 측면들, 상기 제1 인광체 층의 측면들, 및 상기 제2 인광체 층의 측면들 상에 형성된 반사 코팅
을 추가로 포함하는, LED 디바이스.The method of claim 1,
The LED die having a first surface in contact with the first phosphor layer; The first phosphor layer having a second surface in contact with the second phosphor layer, the second surface facing the first surface; And
A reflective coating formed on side surfaces of the LED die, side surfaces of the first phosphor layer, and side surfaces of the second phosphor layer
Further comprising, the LED device.
청색 또는 UV 광을 방출하도록 구성되는 LED 다이;
상기 LED 다이 상에 배치되고, 녹색, 황색, 및 적색 광을 방출하도록 구성되는 제1 인광체 층; 및
상기 제1 인광체 층 상에 배치되고, 440 나노미터보다 크고 490 나노미터보다 작은 피크 방출 파장을 갖는 광을 방출하도록 구성되는 제2 인광체 층
을 포함하는, LED 디바이스.As a light emitting diode (LED) device,
An LED die configured to emit blue or UV light;
A first phosphor layer disposed on the LED die and configured to emit green, yellow, and red light; And
A second phosphor layer disposed on the first phosphor layer and configured to emit light having a peak emission wavelength greater than 440 nanometers and less than 490 nanometers
Containing, LED device.
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