KR101115536B1 - Multicolored light emitting diode - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고유의 발광층을 구비한 둘 이상의 반도체 발광다이오드 칩을 사용하여 삼원색 외의 중간색 및 다색 발광이 가능한 다색(多色) 발광 다이오드에 관한 것이다.
본 발명에 따른 상기 다색 발광 다이오드는 인쇄회로기판 또는 리드프레임과, 상기 인쇄회로기판 또는 리드프레임 상에 형성된 370~525nm 사이의 피크 파장을 갖는 적어도 하나의 제 1 발광다이오드 칩과, 상기 제 1 발광다이오드 칩보다 장파장의 피크파장을 갖는 적어도 하나의 제 2 발광다이오드 칩과, 상기 제 1 및 제 2 발광다이오드 칩을 덮도록 형성된 투명 화합물 수지와, 상기 투명 화합물 수지에 첨가되어 상기 370~525nm 사이의 피크 파장을 갖는 제 1 발광다이오드 칩과 보색관계의 파장을 갖는 형광체를 포함한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multicolor light emitting diode capable of emitting intermediate and multicolor light other than three primary colors by using two or more semiconductor light emitting diode chips having a unique light emitting layer.
The multicolor light emitting diode according to the present invention includes a printed circuit board or lead frame, at least one first light emitting diode chip having a peak wavelength between 370 nm and 525 nm formed on the printed circuit board or lead frame, and the first light emitting diode. At least one second light emitting diode chip having a longer peak wavelength than a diode chip, a transparent compound resin formed to cover the first and second light emitting diode chips, and added to the transparent compound resin, A first light emitting diode chip having a peak wavelength and a phosphor having a wavelength having a complementary color relationship are included.
Description
본 발명은 발광 다이오드에 관한 것으로서, 특히 고유의 발광층을 구비한 둘 이상의 반도체 발광다이오드 칩을 사용하여 삼원색 외의 중간색 및 다색 발광이 가능한 다색(多色) 발광 다이오드에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to light emitting diodes, and more particularly, to a multicolor light emitting diode capable of emitting intermediate and multicolor light in addition to the three primary colors by using two or more semiconductor light emitting diode chips having a unique light emitting layer.
발광다이오드는 높은 응답속도, 낮은 전력소모, 고신뢰성 등의 장점 및 환경 친화적인 발광원으로써 빠른 속도로 다양한 분야에서 활용이 이루어지고 있고, 에너지 절약 효과가 높아 차세대 조명용 광원으로 각광을 받고 있다. 또한 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 발광다이오드, GaP:N 계열을 녹색 발광다이오드 및 질화갈륨(GaN)계 청색 발광다이오드가 개발되면서 발광다이오드를 이용한 총천연색 디스플레이가 가능하다.
Light emitting diodes are used in various fields at high speed as advantages such as high response speed, low power consumption, high reliability, and environmentally friendly light emitting sources, and are attracting attention as next generation lighting sources due to their high energy saving effect. In addition, red light emitting diodes using GaAsP compound semiconductors, green light emitting diodes using GaP: N series, and gallium nitride (GaN) based blue light emitting diodes have been developed to enable full-color display using light emitting diodes.
일반적으로 발광다이오드는 도 1에 도시된 바와 같이 발광부가 형성된 소자(13)를 접착제(15)를 이용하여 리드 프레임(11)에 실장하고, 와이어 본딩하여 전기적으로 연결한 후, 상기 소자(13) 및 와이어(17)를 덮도록 투명 몰드(19)에 특정 파장에서 반응하는 형광체(18)를 일정 비율로 혼합하여 몰딩하여 제조한다. In general, the light emitting diode is mounted on the
그러나, 단수의 반도체 발광다이오드에서의 발광파장은 물질 고유의 에너지 밴드갭을 갖는 발광층에서 그 에너지 차이에 해당하는 파장만을 발광할 수밖에 없다. 따라서, 인위적으로 형광체로 에너지 밴드갭을 조정하여 단수의 발광다이오드에서 발광하는 파장을 한정된 범위만큼 조절할 수 있지만 동시에 여러 파장을 발광할 수는 없다. However, the light emission wavelength of a single semiconductor light emitting diode inevitably emits only a wavelength corresponding to the energy difference in a light emitting layer having a material energy band gap. Therefore, by artificially adjusting the energy bandgap with a phosphor, the wavelength of light emitted by a single light emitting diode can be controlled by a limited range, but several wavelengths cannot be emitted at the same time.
국내특허 2000-31643에서는 Ⅲ-Ⅴ족 화합물 반도체로 이루어지고 활성층을 가진 제 1 발광부와, 상기 제 1 발광부의 소정 영역이 노출되도록 상기 제 1 발광부 위에 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체로 이루어지고 활성층을 가진 제 2 발광부와, 상기 기판과, 상기 제 1 및 제 2 발광부의 소정 영역에 각각 형성된 전극으로 구성되어 단수 이상의 파장을 단일 칩에서 구현하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 제작 방법을 설명하고 있다. In Korean Patent 2000-31643, a first light emitting part made of a III-V compound semiconductor and having an active layer, and an II-VI compound semiconductor made of a II-VI compound semiconductor on the first light emitting part so as to expose a predetermined region of the first light emitting part. A light emitting diode fabrication method comprising a second light emitting unit having a light emitting unit, a substrate, and electrodes formed in predetermined regions of the first and second light emitting units are implemented in a single chip. .
그러나, 이와 같은 방법은 웨이퍼 에피택셜 공정 이후에 다시 건식 애칭 공정을 진행하고 다시 에피택셜 공정 이후에 다시 건식 에칭 칭 및 습식 에칭을 진행한 후 전극을 형성하는 복잡한 공정을 포함하고 있어, 수율 저하 및 제조비 상승을 초래하는 단점이 있다. However, such a method includes a complicated process of forming an electrode after the dry etching process again after the wafer epitaxial process and again after the dry etching and wet etching process after the epitaxial process, thereby reducing yield and There is a disadvantage that leads to an increase in manufacturing costs.
국내 특허 1999-27851에서는 요드, 염소, 브롬, 알루미늄, 갈륨 또는 인듐을 도프한 n형 ZnSe 단결정 기판에 ZnSe 또는 ZnSe-ZnCdSe계열 혼합 결정의 에피택셜 박막을 적층하여 활성층과 p-n 접합을 제작하고, 활성층으로부터의 청색, 청록색의 광과, 활성층의 광이 ZnSe 기판의 SA 발광중심을 여기하여 SA 발광해서 생긴 황색의 광을 합성하여 백색광을 얻는 방법을 제시하고 있다. In Korean Patent 1999-27851, an epitaxial thin film of ZnSe or ZnSe-ZnCdSe-based mixed crystals is laminated on an n-type ZnSe single crystal substrate doped with iodine, chlorine, bromine, aluminum, gallium, or indium to prepare an active layer and a pn junction. A method of obtaining white light by synthesizing blue light from blue and cyan light and yellow light generated by SA emission by excitation of the SA emission center of the ZnSe substrate by the light of the active layer is provided.
그러나, 상기 방법은 광출력이 낮거나 신뢰성, 양산성 및 재현성이 저하되는 기술적인 문제들로 아직 상용화가 이루어지지 않고 있다.However, the method has not been commercialized due to technical problems such as low light output or low reliability, mass productivity and reproducibility.
따라서, 본 발명의 목적은 복수 개의 발광다이오드 칩을 사용하여 단일 발광다이오드 제품을 제조하여 단일 파장 및 중간색 파장을 갖는 다색 발광다이오드를 제공함에 있다. Accordingly, an object of the present invention is to manufacture a single light emitting diode product using a plurality of light emitting diode chips to provide a multicolor light emitting diode having a single wavelength and a medium wavelength.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다색 발광다이오드는 단일 제품의 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 상에 파장이 서로 다른 복수개의 발광다이오드 칩을 접착제를 이용하여 각각 실장하는 단계와, 상기 복수 개의 발광다이오드 칩을 와이어 본딩하여 연결하는 단계와, 상기 복수 개의 발광다이오드 칩을 덮도록 일정 파장에 반응하는 형광체가 첨가된 투명 몰드로 몰딩하는 단계와, 개개의 다이오드로 다이싱하는 단계를 포함하여 이루어진다.In order to achieve the above object, a multicolor light emitting diode according to the present invention comprises mounting a plurality of light emitting diode chips having different wavelengths using an adhesive on a printed circuit board or a lead frame of a single product, and the plurality of light emitting diodes. And bonding the chips by wire bonding, molding a transparent mold containing phosphors reactive to a predetermined wavelength to cover the plurality of light emitting diode chips, and dicing into individual diodes.
상기 다색 발광 다이오드는 인쇄회로기판 또는 리드프레임과, 상기 인쇄회로기판 또는 리드프레임 상에 형성된 370~525nm 사이의 피크 파장을 갖는 적어도 하나의 제 1 발광다이오드 칩과, 상기 제 1 발광다이오드 칩보다 장파장의 피크파장을 갖는 적어도 하나의 제 2 발광다이오드 칩과, 상기 제 1 및 제 2 발광다이오드 칩을 덮도록 형성된 투명 화합물 수지와, 상기 투명 화합물 수지에 첨가되어 상기 370~525nm 사이의 피크 파장을 갖는 제 1 발광다이오드 칩과 보색관계의 파장을 갖는 형광체를 포함한다.The multicolor light emitting diode includes a printed circuit board or lead frame, at least one first light emitting diode chip having a peak wavelength between 370 nm and 525 nm formed on the printed circuit board or lead frame, and a longer wavelength than the first light emitting diode chip. At least one second light emitting diode chip having a peak wavelength of, a transparent compound resin formed to cover the first and second light emitting diode chips, and added to the transparent compound resin to have a peak wavelength between 370 and 525 nm. And a phosphor having a wavelength having a complementary color relationship with the first light emitting diode chip.
따라서, 본 발명에서는 선택적 파장 변환이 가능한 형광체와 복수 이상의 칩을 이용하여 공정이 용이한 저가의 다색 및 중간색 발광다이오드를 제공할 수 있는 이점이 있다. Therefore, in the present invention, there is an advantage in that a low cost multicolor and intermediate light emitting diode can be provided by using a phosphor capable of selective wavelength conversion and a plurality of chips.
도 1은 종래의 발광다이오드의 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다색 발광다이오드의 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다색 발광다이오드의 평면도.
도 4는 CIE 색좌표에 의한 중간색.1 is a cross-sectional view of a conventional light emitting diode.
2 is a cross-sectional view of a multicolor light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a multi-color light emitting diode according to another embodiment of the present invention.
4 is a neutral color by CIE color coordinates.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다색 발광다이오드를 개략적으로 도시하는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다색 발광다이오드를 도시하는 평면도이며, 도 4는 CIE 색좌표에서 중간색의 범위를 나타내는 그림이다.2 is a cross-sectional view schematically showing a multicolor light emitting diode according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a plan view showing a multicolor light emitting diode according to another embodiment of the present invention, and FIG. This figure shows the range.
도 2에서 보는 바와 같이 인쇄회로기판 이나 리드 프레임(21)에 각각의 다른 파장을 발광하는 제 1 및 제 2 발광다이오드 칩(22)(23)을 접착제(24)(25)로 각각 고정하고 소정 시간 열을 가하여 경화시킨 후, 전기적 회로 구성을 위하여 전도성 와이어(27)로 와이어 본딩을 한다. 상기 다른 피크 파장을 발광하는 제 1 및 제 2 발광 다이오드 칩(22)(23)은 각각 인쇄회로기판 또는 리드 프레임(21)의 서로 다른 전극상에 형성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the first and second light emitting
다음에 제품 보호와 지향각 및 광출력 개선을 위해 몰딩 화합물(29)로 투명한 몰드를 성형한 후 개별 제품으로 칩 LED를 제조한다. 도면에는 두 상부전극 구조를 갖는 발광다이오드 칩에 대한 두개의 와이어 본딩에 대하여 도시되었으나, 한 개의 와이어 본딩을 실시하는 발광다이오드 칩을 복수개 사용하는 구조에도 적용이 가능하다.Next, a transparent mold is formed from the
상기에서 몰딩 화합물(29)은 투명 화합물 수지에 370 ～ 525 ㎚ 범위의 특정 파장에 반응하는 형광체(28), 예를 들어, 상기 제 1 발광다이오드 칩(22)이 청색 범위의 것이라면 단파장의 광에 의해서만 여기되는 형광체인 (Y, Ce)3Al5O12 또는 (Y, Gd, Ce)3Al5O12를 첨가하여 몰딩하면, 상기 제 1 발광다이오드 칩에서 발광하는 파장이 형광안료와 반응하여 색 변환되고, 동시에 형광안료와 반응하지 않은 제 2 발광다이오드 칩은 특정한 파장 변환 없이 고유 파장을 내보내는 선택적 파장 변환 다색 칩 발광다이오드가 구현된다. In the above, the
상기 형광 안료는 (Y, Ce)3Al5O12 또는 (Y, Gd, Ce)3Al5O12를 투명 에폭시 컴파운드 고체 분말에 대하여 10 ～ 25 % 혼합한 것으로 수지 몰드에 상기 혼합 안료는 단파장의 광에 의해서만 여기되며, 여기되는 파장보다도 다른 색도도(white point)의 X = 0.3127, Y = 0.329 부근 및 피크에미션 파장(λd) = 550 ㎚의 백색 발광 다이오드를 얻을 수 있다.The fluorescent pigment is a mixture of (Y, Ce) 3 Al 5 O 12 or (Y, Gd, Ce) 3 Al 5 O 12 10 to 25% with respect to the transparent epoxy compound solid powder, the mixed pigment is short wavelength in the resin mold A white light emitting diode having a chromaticity diagram of X = 0.3127, Y = 0.329, and a peak emission wavelength lambda d = 550 nm which is excited only by light of?
본 발명의 다른 실시 예는 도 3에 도시된 바와 같이 인쇄회로기판 또는 리드프레임(31) 단일 제품상에 적, 청, 그리고 녹색의 3개 발광다이오드 칩(33)(35)(37)을 탑재하고 각각의 발광다이오드 칩을 와이어(39)로 연결한 후, 상기 제 1 내지 제 3 발광다이오드(33)(35)(37) 및 와이어(39)를 덮도록 일정한 파장에만 여기되는 형광체를 첨가한 몰딩 화합물을 이용하여 몰딩 성형한다. 상기 적, 청, 그리고 녹색의 3개 발광다이오드 칩(33)(35)(37)은 각각 인쇄뢰로기판 또는 리드프레임(31)의 다른 전극상에 형성될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3, three light emitting
상기의 경우에도 예를 들어, 상기 형광체가 제 1 발광다이오드 칩에서 발광되는 파장에 대해 여기가 일어나는 물질이라면 상기 제 1 발광다이오드 칩에서의 발광이 선택적으로 형광체에 흡수되고, 형광체에서 흡수된 파장과 보색관계의 파장을 방출시켜 백색 발광이 동시에 일어난다. 즉, 백색 파장과 제 2 발광다이오드 칩 발광파장이 혼합된 중간색 발광이 가능하며, 또한, 제 3 발광다이오드 칩의 발광파장이 혼합된 중간색 발광 역시 가능하다. Even in the above case, for example, if the phosphor is a substance that excitation occurs with respect to the wavelength emitted from the first LED chip, the light emitted from the first LED chip is selectively absorbed by the phosphor, and the wavelength absorbed from the phosphor White light emission occurs at the same time by emitting complementary wavelengths. That is, intermediate light emission in which the white wavelength and the second light emitting diode chip light emitting wavelengths are mixed is possible, and intermediate light emission in which the light emitting wavelengths of the third light emitting diode chip is mixed is also possible.
즉, 상술한 본 발명에 의해 제조된 다색 발광다이오드는 도 4의 CIE(Commission International de I’Ecrailage ; 국제조명위원회) 색좌표에서 중간색의 범위를 나타내는 빗금친 부분의 중간색, 제 1 발광다이오드 칩에서 구현되는 백색과 제 2 및 제 3 발광다이오드 칩에 해당하는 중간색의 발광을 얻어낼 수 있다.That is, the multicolor light emitting diode manufactured according to the present invention described above is embodied in the first light emitting diode chip of the shaded portion showing the range of the middle color in the CIE (Comission International de I'Ecrailage) color coordinate of FIG. 4. It is possible to obtain light emission of white and intermediate colors corresponding to the second and third LED chips.
Claims (9)
상기 인쇄회로기판 또는 리드프레임 상에 탑재된 청색 발광다이오드 칩;
상기 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 상에 탑재된 녹색 발광다이오드 칩;
상기 인쇄회로기판 또는 리드 프레임 상에 탑재된 적색 발광다이오드 칩;
상기 청색 발광다이오드 칩을 덮도록 형성된 투명 화합물 수지; 및
상기 투명 화합물 수지에 첨가되어 상기 청색 발광다이오드 칩과 보색관계의 파장을 갖는 형광체를 포함하는 다색 발광다이오드. A printed circuit board or lead frame;
A blue light emitting diode chip mounted on the printed circuit board or lead frame;
A green light emitting diode chip mounted on the printed circuit board or lead frame;
A red light emitting diode chip mounted on the printed circuit board or lead frame;
A transparent compound resin formed to cover the blue light emitting diode chip; And
A multicolor light emitting diode comprising a phosphor added to the transparent compound resin having a wavelength of a complementary color relationship with the blue light emitting diode chip.
상기 청색, 녹색 및 적색 발광다이오드 칩을 인쇄회로기판 또는 리드프레임에 고정하는 접착제를 더 포함하는 다색 발광다이오드.The method according to claim 1,
A multicolor light emitting diode further comprising an adhesive for fixing the blue, green and red LED chips to a printed circuit board or a lead frame.
상기 청색, 녹색 및 적색 발광다이오드 칩은 상기 접착제를 통하여 상기 인쇄회로기판 또는 리드프레임과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 다색 발광다이오드.The method according to claim 2,
The blue, green, and red LED chips are electrically connected to the printed circuit board or lead frame through the adhesive.
상기 형광체는 (Y, Ce)3Al5O12 또는 (Y,Gd, Ce)3Al5O12인 것을 특징으로 하는 다색 발광다이오드.The method according to claim 1,
The phosphor is (Y, Ce) 3 Al 5 O 12 or (Y, Gd, Ce) 3 Al 5 O 12 characterized in that the multi-color light emitting diode.
상기 형광체는 상기 적색 발광다이오드 칩에 의하여 여기되지 않는 것을 특징으로 하는 다색 발광다이오드.The method according to claim 1,
Wherein said phosphor is not excited by said red light emitting diode chip.
상기 청색, 녹색 및 적색 발광다이오드 칩은 서로 다른 전극 상에 형성된 것을 특징으로 하는 다색 발광다이오드.
The method according to claim 1,
The blue, green, and red LED chips are formed on different electrodes.
상기 형광체는 상기 녹색 발광다이오드 칩에 의하여 여기되지 않는 것을 특징으로 하는 다색 발광다이오드.
The method according to claim 1,
Wherein said phosphor is not excited by said green LED chip.
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