KR20080001287A - Stacked light emitting diode and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 발광 장치를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.1 is a side cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to an embodiment of the prior art.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 측단면도이다.2 is a side cross-sectional view schematically showing a stacked light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드 칩으로부터 발열되는 열의 전산모사를 나타내는 개략도 및 각 부분의 발열 온도표이다.3 is a schematic view showing a computer simulation of the heat generated from the stacked light emitting diode chip according to an embodiment of the present invention and a heat generation temperature table of each part.
도 4 및 도 5는 종래 기술의 일 실시예에 따른 단일 발광 다이오드 칩으로부터 발열되는 열의 전산모사를 나타내는 개략도 및 각 부분의 발열 온도표이다.4 and 5 are schematic diagrams showing the computer simulation of the heat generated from a single light emitting diode chip according to an embodiment of the prior art and the heat generation temperature table of each part.
도 6은 상기 도 3 내지 도 5의 결과를 개략적으로 나타내는 그래프이다.6 is a graph schematically illustrating the results of FIGS. 3 to 5.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드 칩으로부터 발산되는 빛의 광학 전산모사를 나타내는 개략도 및 그래프이다.7 is a schematic diagram and graph showing an optical simulation of light emitted from a stacked LED chip according to an embodiment of the present invention.
{도면의 주요부분에 대한 부호의 설명} } Explanation of symbols for main part of drawing
100 : 발광 다이오드 패키지100: light emitting diode package
101, 102 : 적색, 청색 발광 다이오드 칩101, 102: red and blue light emitting diode chip
103 : 금속 와이어103: metal wire
104, 105, 106 : 적색광, 자색광, 청색광104, 105, 106: red light, purple light, blue light
200 : 발광 다이오드 패키지 컵의 바닥면200: bottom surface of the LED package cup
201 : 회로기판(PCB)201: Circuit Board (PCB)
202 : 리플렉터와 P형 전극부202: reflector and P-type electrode
203 : 금속합금층(Metal Alloy)203: metal alloy layer
204 : 인듐갈륨질소(InGaN)층 또는 질화갈륨(GaN)층204: Indium gallium nitrogen (InGaN) layer or gallium nitride (GaN) layer
205 : 금-주석 범프(Au-Sn Bump)205 Au-Sn Bump
206 : 알루미늄인듐갈륨인(AlGaInP)층 또는 질화갈륨(GaN)층206: aluminum indium gallium phosphorus (AlGaInP) layer or gallium nitride (GaN) layer
207 : 갈륨인(GaP) 또는 실리콘카바이드(SiC) 기판207 gallium phosphorus (GaP) or silicon carbide (SiC) substrate
본 발명은 적층형 발광 다이오드에 관한 것으로서, 발광 다이오드 칩을 둘 이상 수직으로 적층함으로서 파장이 같을 경우에는 광출력이 증폭되고, 파장이 다를 경우에는 빛을 효과적으로 혼합하는 발광장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a stacked light emitting diode, wherein a light emitting device is amplified by stacking two or more light emitting diode chips vertically so that light output is amplified when the wavelengths are the same, and light is mixed effectively when the wavelengths are different.
최근 발광 다이오드(Light-Emitting Diode, 이하 'LED')는 표시용 광원에서 휴대폰용 백라이트 유닛(BLU), LCD TV용 백라이트 유닛, 광치료용으로 사용되고 있 거나 시장진입이 이루어지고 있다. 또한 향후에는 백열전구나 형광등과 같은 일반조명 분야에도 서서히 응용분야를 넓혀 반도체 조명시대가 도래한다고 한다. Recently, light-emitting diodes (“LEDs”) are being used in display light sources for mobile phone backlight units (BLUs), LCD TV backlight units, and phototherapy, or have entered the market. In the future, it is said that the semiconductor lighting era is coming by gradually expanding its application fields to general lighting fields such as incandescent lamps and fluorescent lamps.
일반적으로 LED는 단층의 칩에 전류를 인가하여 구동하고, 여러 개의 칩을 구동할 때에는 수평으로 배치하여 구동한다. 대표적인 경우가 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD)용 백라이트 유닛이며, 수평적으로 배치하기 때문에 빛의 혼합이 가장 큰 기술적 해결과제가 되고 있다. In general, LEDs are driven by applying a current to a single chip, and are arranged horizontally when driving a plurality of chips. A typical case is a backlight unit for a liquid crystal display (LCD), and since it is disposed horizontally, mixing of light has become the biggest technical problem.
한편, 치료용 LED는 좁은 면적에 높은 광파워가 요구되는데 이러한 경우에도 여러 개의 칩을 장착하여 높은 광출력을 내고 있다. On the other hand, therapeutic LEDs require high optical power in a small area, and even in this case, multiple chips are mounted to give high light output.
그러나 상기 언급한 방식은 여러 개의 LED 칩을 측면으로 수평적으로 배치하기 때문에 빛을 한곳으로 모으는게 중요한 기술적 이슈가 되고 있다. However, in the above-mentioned method, since several LED chips are horizontally arranged side by side, gathering light in one place becomes an important technical issue.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 발광 장치를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 상기 도 1은 발광 다이오드의 종래 발광 방식을 LED 패키지의 구조적으로 이해할 수 있게 도시하고 있다. 1 is a side cross-sectional view schematically showing a light emitting device according to an embodiment of the prior art. FIG. 1 illustrates a conventional light emitting method of a light emitting diode in a structurally understandable manner.
상기 실시예에서 LED 패키지 구조는 적색 LED 칩(101), 청색 LED 칩(102), 주로 금(Au)을 재료로 하는 금속 와이어(103), 및 LED 패키지(100)를 포함한다. LED 칩은 빛을 발산하는 기능을 담당하고, LED 패키지는 칩을 보호하는 역할을 하며, 금속 와이어는 전극을 통해 LED 칩에 전원을 공급하는 역할을 한다. In this embodiment, the LED package structure includes a
상기 실시예에서, 적색 LED 칩과 청색 LED 칩을 일반적인 배열방식으로 수평적으로 배치하였으므로, 발산되는 빛은 적색 LED 칩(101) 쪽에서는 적색 빛(104)이 방출되고, 청색 LED 칩(102) 쪽에서는 청색 빛(106)이 방출된다. 한편, 적색 빛과 청색 빛의 중간 부분은 양 빛이 혼합되는 영역이므로 적색과 청색이 혼합된 보라색의 빛(105)이 방출된다.In the above embodiment, since the red LED chip and the blue LED chip are horizontally arranged in a general arrangement manner, the emitted light is emitted with the
일반적으로 상기와 같은 LED는 LCD 백라이트 유닛, 자동차 후미등, 표시등, 각종 조명기구 등에 사용된다.Generally, such LEDs are used in LCD backlight units, car tail lights, indicator lights, and various lighting fixtures.
특히, 휴대폰이나 LCD TV 등의 백라이트 유닛은 광원의 배치 형태에 따라 직하 발광형(direct light type)과 가장자리 발광형(edge light type)으로 분류할 수 있는데, 어느 경우이든지 사용되는 LED로부터 방출되는 빛의 혼합이나 광도는 매우 중요하다.In particular, a backlight unit such as a mobile phone or an LCD TV can be classified into a direct light type and an edge light type according to the arrangement of the light source. In any case, the light emitted from the LED is used. Mixing and brightness are very important.
LED로부터 방출되는 광출력을 증폭하거나 빛의 혼합이 용이하도록 하기 위한 종전의 기술로는 한 개의 패키지에 여러 개의 칩을 반원 모양으로 배치하여 빛의 확산각을 조절하는 방법이 있으며(미국 특허출원번호 US 2001-895354), 측면 LED 칩과 표면 LED 칩들을 3차원적으로 배치하여 광파워를 증가시키는 방법(미국 특허등록번호 US 6,452,217)이 있다.Conventional techniques for amplifying the light output emitted from the LED or to facilitate the mixing of light include a method of controlling the spreading angle of light by placing several chips in a package in a semicircle shape (US Patent Application No. US 2001-895354), a three-dimensional arrangement of side LED chips and surface LED chips to increase the optical power (US Patent No. US 6,452,217).
유기 EL 분야에서는 적색, 녹색, 청색 색상을 순차적으로 발광시키는 필드 시퀀셜 칼라 방식을 이용한 자체 발광형으로서 면광원으로 사용 가능한 적녹청(RGB) 삼색의 발광층을 가진 적층형 유기 발광 소자에 관한 기술(국내 특허출원번호 2004-0027687)이 있다.In the field of organic EL, a technology of a stacked organic light emitting device having a red-green-blue (RGB) tricolor emitting layer that can be used as a surface light source as a self-emission type using a field sequential color method that emits red, green, and blue colors sequentially (Domestic Patent) Application No. 2004-0027687.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 발광 다이오드의 광파워의 개선과 광 혼 합방식에 대한 문제점을 해결하기 위하여 발광 다이오드의 배치와 구조를 변화시킴으로서 발산되는 빛이 균일하게 혼합되거나 광출력이 증폭된 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to change the arrangement and structure of the light emitting diode in order to improve the optical power and the light mixing method of the conventional light emitting diode as described above, the light emitted is uniformly mixed or the light output is amplified It is to provide a light emitting diode.
본 발명의 다른 목적은 발광장치에서 발광 다이오드가 차지하는 실장 면적을 크게 줄임과 동시에 하나의 발광장치로 기존의 발광장치를 두 개 이상 합친 것보다 더 높은 효율을 내는 발광 다이오드를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a light emitting diode that can reduce the mounting area occupied by a light emitting diode in a light emitting device, and at the same time, provide a higher efficiency than combining two or more conventional light emitting devices with one light emitting device.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 적층형 발광다이오드는 2개 이상의 발광 다이오드 칩들이 수직으로 적층되는 것을 포함한다.In order to achieve the above object, the stacked LED of the present invention includes two or more LED chips stacked vertically.
본 발명에서 상기 적층되는 발광 다이오드 중 최상부의 발광 다이오드 칩은 투명한 기판 위에 반도체 층이 형성된 칩인 것을 포함한다.In the present invention, the LED chip on the top of the stacked LEDs includes a chip having a semiconductor layer formed on a transparent substrate.
본 발명에서 바람직하게는 상기 적층되는 발광 다이오드 칩들은 형광체를 포함하거나 혹은 포함되지 않은 봉지재로 패키징된다.In the present invention, preferably, the stacked light emitting diode chips are packaged in an encapsulant with or without phosphors.
본 발명에서 상기 적층되는 발광 다이오드 칩들은 각자 방출하는 파장이 같거나 또는 다른 것을 포함한다.In the present invention, the stacked light emitting diode chips each include the same or different wavelengths.
본 발명에서, 상기 적층되는 발광 다이오드 칩들은 각각의 크기가 서로 같거나 또는 다른 것을 포함한다.In the present invention, the stacked light emitting diode chips each include the same size or different.
본 발명에서, 상기 발광 다이오드의 칩들은 바람직하게는 P-N-P-N형의 수직접합 또는 N-P-N-P형의 수직접합인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the chips of the light emitting diode are preferably characterized in that the vertical junction of the P-N-P-N type or the vertical junction of the N-P-N-P type.
본 발명에서, 상기 발광 다이이드 칩들은 납-주석(PbSn) 합금 솔더, 금-주석(AuSn) 합금 솔더, 주석-은-구리(SnAgCu) 합금 솔더, 주석에 비스무스, 아연, 인듐, 니켈 중에서 1종 이상을 선택하여 혼합한 무연 솔더 및 전도성 접착제로 구성된 그룹에서 선택한 어느 하나로 접착한다.In the present invention, the light emitting die chips are selected from lead-tin (PbSn) alloy solder, gold-tin (AuSn) alloy solder, tin-silver-copper (SnAgCu) alloy solder, tin to bismuth, zinc, indium and nickel. Select one or more species and bond them to any one selected from the group consisting of mixed lead-free solder and conductive adhesive.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 적층형 발광 다이오드의 제조방법은 회로기판 위에 P형 전극부가 하부에 부착된 발광 다이오드 칩을 접속하는 단계와, 상기 칩 위에 상기 발광 다이오드 칩과 파장이 같거나 혹은 다른 발광 다이오드 칩을 하나 이상 수직으로 접속하는 단계와, 상기 적층된 발광 다이오드 칩의 최상부 칩에 와이어 본딩하는 단계 및 상기 발광 다이오드 칩을 봉지재로 패키징하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, there is provided a method of manufacturing a stacked light emitting diode according to the present invention, comprising: connecting a light emitting diode chip having a P-type electrode attached to a lower portion on a circuit board, and having the same or different wavelength as that of the light emitting diode chip on the chip; Connecting at least one light emitting diode chip vertically, wire bonding the top chip of the stacked light emitting diode chip, and packaging the light emitting diode chip with an encapsulant.
본 발명에서, 상기 적층된 발광 다이오드 칩의 최상부 칩은 투명한 기판 위에 반도체 층이 형성된 발광 다이오드 칩으로서, 투명한 기판이 위로 향하도록 접착되는 것을 포함한다.In the present invention, the top chip of the stacked light emitting diode chip is a light emitting diode chip in which a semiconductor layer is formed on a transparent substrate, and includes bonding the transparent substrate upward.
본 발명에서, 상기 적층되는 발광 다이오드 칩은 P-N-P-N형의 수직접합 또는 N-P-N-P형의 수직접합인 것을 포함한다.In the present invention, the stacked light emitting diode chip includes a vertical junction of P-N-P-N type or a vertical junction of N-P-N-P type.
본 발명에서, 상기 발광 다이이드 칩들을 접속하는 것은 납-주석(PbSn) 합금 솔더, 금-주석(AuSn) 합금 솔더, 주석-은-구리(SnAgCu) 합금 솔더, 주석에 비스무스, 아연, 인듐, 니켈 중에서 1종 이상을 선택하여 혼합한 무연 솔더 및 전도성 접착제로 구성된 그룹에서 선택하여 사용한다.In the present invention, connecting the light emitting die chips include lead-tin (PbSn) alloy solder, gold-tin (AuSn) alloy solder, tin-silver-copper (SnAgCu) alloy solder, tin to bismuth, zinc, indium, It is selected and used in the group consisting of lead-free solder and conductive adhesive mixed with one or more selected from nickel.
본 발명에서, 상기 봉지재는 형광체를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.In the present invention, the encapsulant may or may not include a phosphor.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to the components of the following drawings, it is known that the same components, even if displayed on the other drawings to have the same reference numerals as possible and determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention Detailed description of functions and configurations will be omitted.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드를 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 2 is a side cross-sectional view schematically showing a stacked light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 소자의 구조물은, 하부에 위치하는 단색을 내는 발광다이오드 칩이 패키지 컵의 바닥면(200)에 전도성 접착제로 본딩되어 있다. 상기 발광 다이오드 칩은 회로기판(201) 위에 리플렉터와 P형 전극부(202)를 증착하고 그 위에 금속합금층(203)을 형성하고 난 후 그 위에 인듐갈륨질소층(204)으로 된 반도체층이 증착된 구조로 구성된다.Referring to FIG. 2, in the structure of the LED device according to the embodiment of the present invention, a light emitting diode chip having a lower color is bonded to the
도 2를 참조하면, 상기 단색광을 방출하는 발광 다이오드 칩 위에 같은 파장 또는 다른 파장을 발산하는 발광 다이오드 칩이 상부에 수직으로 적층되어 있다. 상기 실시예에서 상부층의 발광 다이오드 칩은 반도체층으로서 알루미늄인듐갈륨인(AlGaInP)층 또는 질화갈륨(GaN)층(206)을 포함하며, 이는 투명한 기판의 재료인 갈륨인(GaP) 또는 실리콘카바이드(SiC) 기판(110) 위에 형성되어 있다. Referring to FIG. 2, light emitting diode chips emitting the same wavelength or different wavelengths are vertically stacked on the light emitting diode chips emitting monochromatic light. In the above embodiment, the LED chip of the upper layer includes an aluminum indium gallium phosphorus (AlGaInP) layer or a gallium nitride (GaN)
상기 도 2에 따른 발명의 일 실시예에서 적층형 발광 다이오드는 투명한 기 판 위에 형성된 반도체층(206)을 가지는 발광 다이오드 칩이 뒤집어진 상태로 하부 발광 다이오드 칩의 반도체층(204)과 전도성의 접착물질인 금-주석 범프(205)로 접착되어 있다.In the exemplary embodiment of the present invention according to FIG. 2, the stacked LED has a conductive adhesive material with the
도 2에 따른 본 발명의 일 실시예인 적층형 발광 다이오드는 최상부 칩에 와이어 본딩하고, 형광체를 포함하거나 혹은 포함하지 않은 봉지재로 패키징함으로써 적층형 발광 장치를 형성할 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention according to FIG. 2, a stacked light emitting diode may be wire-bonded to a top chip and packaged with an encapsulant including or without a phosphor to form a stacked light emitting device.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드 칩으로부터 발열되는 열의 전산모사를 나타내는 개략도 및 각 부분의 발열 온도표이고, 도 4 및 도 5는 종래 기술의 일 실시예에 따른 단일 발광 다이오드 칩으로부터 발열되는 열의 전산모사를 나타내는 개략도 및 각 부분의 발열 온도표이다.3 is a schematic view showing a computer simulation of the heat generated from the stacked light emitting diode chip according to an embodiment of the present invention and the heating temperature table of each part, Figures 4 and 5 is a single light emitting diode according to an embodiment of the prior art A schematic diagram showing a computer simulation of heat generated from a chip and a heat generation temperature table of each part.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드 칩과 종래의 단일형 청색 발광 다이오드 칩의 평균적인 Tj(junction temperature)의 발열온도를 그래프로 도시한 것이다. 즉 도 6은 상기 도 3 내지 도 5의 결과 중에서 청색 발광 다이오드 칩의 Tj에 대한 결과만을 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing an average heat generation temperature of a junction temperature (Tj) of a stacked light emitting diode chip and a conventional single blue light emitting diode chip according to an embodiment of the present invention. That is, FIG. 6 is a graph showing only results of Tj of the blue light emitting diode chip among the results of FIGS. 3 to 5.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드를 하부 칩에 0.1W, 상부 칩에 0.1W를 각각 구동하였을 때 발생하는 열의 분포를 전산모사한 것이다. 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드는 각각 청색과 적색광을 방출하는 2개의 발광 다이오드 칩으로 적층되며, 전체적으로 약 70℃의 온도 분포를 나타낸다. 도 3의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드에서 상 부는 알루미늄인듐갈륨인(AlGaInP)층으로 된 칩이 구성되고, 하부는 질화갈륨(GaN)층으로 된 칩이 구성되는데, 이들 각각 칩의 온도차는 없으며 평균 69.9℃를 나타낸다. 금속합금층의 평균온도는 69.8℃로서 칩의 온도와 큰 차이가 없으나, 회로기판의 평균온도는 64.3℃로서 다소 차이가 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 3, the distribution of heat generated when the stacked light emitting diode according to the exemplary embodiment of the present invention is driven at 0.1 W on the lower chip and 0.1 W on the upper chip is respectively simulated. The light emitting diode according to the exemplary embodiment of the present invention illustrated in FIG. 3 is laminated with two light emitting diode chips emitting blue and red light, respectively, and exhibits a temperature distribution of about 70 ° C. as a whole. In the stacked light emitting diode according to the exemplary embodiment of FIG. 3, a chip having an upper layer of an aluminum indium gallium phosphorus (AlGaInP) layer is formed, and a chip having a lower layer of a gallium nitride (GaN) layer is formed. No average 69.9 ° C. The average temperature of the metal alloy layer is 69.8 ° C., which is not significantly different from the temperature of the chip, but the average temperature of the circuit board is 64.3 ° C., which is slightly different.
종래 기술의 일 실시예에 따른 단일 발광 다이오드를 나타내는 도 4를 참조하면 0.1W로 구동하였을 경우 열 전산모사의 그림이 본 발명의 일 실시예인 도 3과 비교하여 현저하게 다른 형태를 보인다. 2개의 칩을 적층한 본 발명의 일 실시예의 평균온도보다 전체적으로 약 20℃ 가량 낮은 약 50℃의 발열 분포를 나타내었다.Referring to FIG. 4, which shows a single light emitting diode according to an exemplary embodiment of the prior art, when driven at 0.1 W, the picture of the thermal computer simulation is significantly different from that of FIG. 3, which is an embodiment of the present invention. An exothermic distribution of about 50 ° C., which is about 20 ° C. lower than the average temperature of an embodiment of the present invention in which two chips are stacked, is shown.
도 4를 참조하면 발광 다이오드 칩은 질화갈륨(GaN)층을 사용하였는데 평균온도가 51.0℃를 나타낸 바, 상기 도 3의 적층형 발광 다이오드의 질화갈륨층 온도에 비하여 현저하게 낮음을 알 수 있다. 이는 도 3의 적층형 발광 다이오드의 경우 모두 0.2W 의 전력이 인가된 것인데 반해 도 4의 적층형 발광 다이오드의 경우에는 0.1W 의 전력이 인가되었기 때문이다. Referring to FIG. 4, a gallium nitride (GaN) layer is used as the light emitting diode chip, and the average temperature is 51.0 ° C., indicating that the light emitting diode chip is significantly lower than the gallium nitride layer temperature of the stacked light emitting diode of FIG. 3. This is because 0.2W power is applied to all of the stacked light emitting diodes of FIG. 3, whereas 0.1W power is applied to the stacked light emitting diodes of FIG. 4.
그러나 동일한 구동 에너지 출력 당 발열량을 보면 도 4의 금속합금층의 평균온도는 51.0℃이고, 회로기판의 평균온도는 48.0℃이므로 전반적으로 적층되었을 때보다 단일 칩으로 구성된 발광 다이오드가 발열량이 더 높은 것을 알 수 있다.However, when the same heating energy output is generated, the average temperature of the metal alloy layer of FIG. 4 is 51.0 ° C and the average temperature of the circuit board is 48.0 ° C. Able to know.
도 5는 종래 기술의 일 실시예에 따른 단일 발광 다이오드의 칩을 0.2W로 구동하였을 때의 열 분포에 대한 전산모사 그림을 나타내었는데, 전체적인 평균온도가 71.1℃여서 단일 발광 다이오드 칩에 0.1W로 구동하였을 때보다 높은 발열을 나타냄을 알 수 있다.FIG. 5 shows a computer simulation of the heat distribution when a chip of a single light emitting diode according to an embodiment of the prior art is driven at 0.2W, and the overall average temperature is 71.1 ° C., so that it is 0.1W in a single light emitting diode chip. It can be seen that the heat generation is higher than when driven.
도 5를 참조하면, 종래 기술의 단일 발광 다이오드의 칩에 입력 파워를 2배로 올릴 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드의 발열 분포와 비슷한 분포 형태를 보임을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, it can be seen that when the input power is doubled on the chip of a single light emitting diode according to the related art, a distribution form similar to the heating distribution of the stacked light emitting diode according to the exemplary embodiment is shown.
도 6에서 그래프로써 상기 도 3 내지 도 5의 3가지 경우에 따른 열 발산 분포를 정리하였다. 도 6을 참조하면, 같은 입력 파워일 때 2 종류 칩의 열적 차이가 오차 범위 내에 있음을 알 수 있고, 이는 발광 다이오드 칩을 적층하여도 열적 손실 문제가 없는 것을 나타낸다.As a graph in FIG. 6, heat dissipation distributions according to the three cases of FIGS. 3 to 5 are summarized. Referring to FIG. 6, it can be seen that the thermal difference between two types of chips is within an error range at the same input power, which indicates that there is no thermal loss problem even when the LED chips are stacked.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드로서 적색광과 청색광을 발산하는 칩을 적층한 발광 다이오드로부터 발산되는 빛의 광학 전산모사를 나타내는 개략도 및 그래프이다. FIG. 7 is a schematic diagram and graph showing an optical simulation of light emitted from a light emitting diode in which a chip emitting red and blue light is stacked as a stacked light emitting diode according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 도 7을 참조하면, 광학적 측면에서 적색과 청색광이 잘 혼합하여 보라색의 빛으로 발산됨을 알 수 있다. 상기 실시예에서 적층형 발광 다이오드의 광추출 효율은 약 86%가 되므로 광학적 측면에서의 손실도 미미함을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen from the optical side that red and blue light are well mixed and emitted as purple light. In this embodiment, since the light extraction efficiency of the stacked light emitting diode is about 86%, it can be seen that the optical loss is insignificant.
본 발명의 일 실시예에 따르면 수직으로 적층되는 발광 다이오드 칩의 개수는 2개 이상 가능하다. 즉, 적층되는 발광 다이오드는 주로 단색광 또는 다색광을 방출하는 발광 다이오드를 포함하며, 방출되는 빛의 파장이 동일한 발광 다이오드 간의 적층일 수도 있고 파장을 달리하여 다른 색의 빛을 방출하는 발광 다이오드 간의 적층일 수도 있다. 적층되는 칩의 파장이 같은 경우에는 광출력의 향상 효과가 있으며 파장이 다를 경우에는 효과적으로 빛이 혼합된다. 특히 단색, 다색, 또 는 백색광을 방출하는 각각의 발광 다이오드가 적층됨에 따라 기존에 볼 수 없었던 특이한 색깔의 빛이 방출되는 효과가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드에 있어서, 적색광, 녹색광, 청색광을 각각 발산하는 칩을 적층하면 가시광선의 영역의 모든 빛이 발광 다이오드 칩 한 개가 차지하는 면적에서 발산하는 구조의 발광 다이오드를 얻을 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the number of vertically stacked light emitting diode chips may be two or more. That is, the stacked light emitting diodes mainly include light emitting diodes emitting monochromatic light or polychromatic light, and may be stacked between light emitting diodes having the same wavelength of emitted light, or stacked between light emitting diodes emitting different colors with different wavelengths. It may be. When the wavelengths of the stacked chips are the same, there is an effect of improving the light output. When the wavelengths are different, the light is effectively mixed. In particular, as each light emitting diode that emits monochromatic, multicolored, or white light is stacked, it is possible to emit light of a unique color that has not been seen previously. In the stacked light emitting diode according to an embodiment of the present invention, when the chips emitting red light, green light and blue light are stacked, a light emitting diode having a structure in which all the light in the visible light region emits in an area occupied by one light emitting diode chip is obtained. Can be.
상기 본 발명의 일 실시예에서 발광 다이오드는 일반적인 램프형 또는 표면실장장치(surface mount device, SMD)의 형태를 포함한다.In one embodiment of the present invention, the light emitting diode includes a general lamp type or a surface mount device (SMD).
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드는 2개 이상의 칩이 적층될 수 있으나 가장 최상부에 적층되는 칩은 기판이 투명한 것이 바람직하다. 투명한 기판은 주로 갈륨인(GaP) 기판 또는 실리콘카바이드(SiC) 기판이나, 이에 한정하지 않고 본 발명의 당업자라면 누구나 용이하게 알 수 있는 공지된 투명기판이면 무방하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기판을 투명한 것으로 하고 그 위에 반도체 층이 증착된 발광 다이오드가 최상부에 적층되는 경우에 빛이 혼합되어 혼색광이 외부로 방출될 수 있다. 이를 위하여 최상부에 적층되는 발광 다이오드 칩은 투명한 기판이 상부로 향하도록 뒤집은 상태로 하부의 칩들과 접착되도록 구성된다.In the stacked light emitting diode according to the exemplary embodiment of the present invention, two or more chips may be stacked, but the chip stacked on the top thereof is preferably a transparent substrate. The transparent substrate is mainly a gallium phosphorus (GaP) substrate or a silicon carbide (SiC) substrate, but is not limited thereto and may be a known transparent substrate that can be easily understood by those skilled in the art. According to one embodiment of the present invention, when the substrate is made transparent and a light emitting diode having a semiconductor layer deposited thereon is stacked on top, light may be mixed to emit mixed color light to the outside. To this end, the LED chip stacked on the top is configured to be bonded to the lower chips while the transparent substrate is turned upside down.
본 발명의 일 실시예에 따른 적측형 발광 다이오드 칩은 전류가 흐를 수 있는 전도성 물질로 접착한다. 상기 실시예에서 전도성 접착물질은 하부 발광 다이오드 칩과 상부 발광 다이오드 칩이 접착되는 면의 가장자리에 플레이팅되어 접착되는 것이 바람직하다.The red light-emitting diode chip according to the exemplary embodiment of the present invention is bonded with a conductive material through which current can flow. In the above embodiment, it is preferable that the conductive adhesive material is plated and adhered to the edge of the surface to which the lower LED chip and the upper LED chip are bonded.
2개 이상 수직으로 적층된 발광 다이오드 칩을 전류가 흐를 수 있도록 투명한 전도성 물질로 접착하면 적층된 발광 다이오드 칩 간 직렬로 접속된다. 상기 전도성 접착 물질은 주로 납이 함유된 합금 솔더류나 납이 함유되지 않은 무연 합금 솔더류, 전도성 접착제 등에서 선택하지만 반드시 이에 한정하지 아니하며 당업자에게 공지된 전도성 접착물질을 사용하면 무방하다.When two or more vertically stacked light emitting diode chips are bonded with a transparent conductive material to allow current to flow, they are connected in series between the stacked light emitting diode chips. The conductive adhesive material is mainly selected from lead-containing alloy solders, lead-free alloy solders containing no lead, conductive adhesives, and the like, but is not limited thereto. A conductive adhesive material known to those skilled in the art may be used.
특히 솔더류는 납-주석(PbSn) 합금 솔더, 금-주석(AuSn) 합금 솔더, 주석-은-구리(SnAgCu) 합금 솔더, 주석에 비스무스, 아연, 인듐, 니켈 중에서 1종 이상을 선택하여 혼합한 무연 솔더 등에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하고 이외의 솔더류도 가능하다.In particular, solders are selected from lead-tin (PbSn) alloy solder, gold-tin (AuSn) alloy solder, tin-silver-copper (SnAgCu) alloy solder, tin, and at least one selected from bismuth, zinc, indium, and nickel. It is preferable to select one lead-free solder or the like, and other solders are possible.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드는 주로 최상부 칩에 금속 와이어 본딩하여 최하부 칩과 전기적 직렬연결이 되므로 하부 칩에서 상부 칩으로 전원이 공급되도록 구성된다. The stacked LED according to the exemplary embodiment of the present invention is mainly configured to be electrically connected to the lowermost chip by metal wire bonding to the uppermost chip, so that power is supplied from the lower chip to the upper chip.
그러나 각 층의 칩들에 각기 와이어 본딩을 한다면 각각의 칩이 개별적으로 구동할 수 있다.However, if each chip is wire bonded to each layer, each chip can be driven individually.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드는 발광 다이오드 칩을 봉지재로 패키지한다. 일반적인 봉지재의 재료는 에폭시 혹은 세라믹 물질이 사용되는데 특히 플라스틱 에폭시 수지로는 페닐-메틸-실리콘으로 된 실리콘 수지에 비정질 실리카(SiO2)를 넣어 만든 실리콘 플라스틱이 사용된다.The stacked light emitting diode according to an embodiment of the present invention packages the light emitting diode chip into an encapsulant. In general, the encapsulant material is epoxy or ceramic material. In particular, a plastic epoxy resin is a silicone plastic made by adding amorphous silica (SiO 2 ) to a silicone resin made of phenyl-methyl-silicon.
본 발명의 일 실시예는 적층형 발광 다이오드를 봉지함에 있어 봉지재의 재 료에 형광체를 포함할 수도 있고 혹은 포함하지 않을 수도 있다. 특히 상기 형광체는 발광 다이오드로부터 발생하는 빛을 장파장으로 변화시키는 파장변형형 형광체가 사용될 수 있다.An embodiment of the present invention may or may not include a phosphor in the material of the encapsulation material in encapsulating the stacked light emitting diode. In particular, the phosphor may be a wavelength modified phosphor for changing the light emitted from the light emitting diode to a long wavelength.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드는 두 개의 와이어가 상면에 접합하는 타입 또는 한 개의 와이어가 상면에 접합하는 타입의 일반 발광 다이오드 및 램프형 구조를 갖는 발광 다이오드 장치에 모두 용이하게 적용될 수 있다.Multi-layered light emitting diode according to an embodiment of the present invention can be easily applied to both a light emitting diode device having a common light emitting diode and a lamp-type structure of the type in which two wires are bonded to the upper surface or one wire is bonded to the upper surface. have.
본 발명의 일 실시예에 따른 적층형 발광 다이오드는 칩들의 수직접합 구조이므로 실질적으로 한 개의 칩이 차지하는 면적만을 필요로 하므로 경박소형의 전자제품에 유용하게 이용될 수 있다. 즉, 본 발명의 적층형 발광 다이오드가 차지하는 실장면적은 한 개의 칩에 대한 면적이면서 동시에 두 배의 광파워를 낼 수 있어 종래 발광 다이오드의 단점이 낮은 광 출력을 개선할 수 있다. 또한, 적층구조이므로 개별 칩에서 발산하는 광의 혼합이 용이하다.Since the stacked light emitting diode according to the exemplary embodiment of the present invention requires only an area occupied by one chip since the vertical junction structure of the chips may be usefully used in light and small type electronic products. That is, the mounting area occupied by the stacked light emitting diode of the present invention is an area for one chip and at the same time can produce twice the optical power, thereby improving the light output with low disadvantages of the conventional light emitting diode. In addition, because of the stacked structure, it is easy to mix light emitted from individual chips.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허등록청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art can vary the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be appreciated that modifications and variations can be made.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 발광 다이오드 칩들을 2개 이상 수직으 로 적층함으로서 발광 다이오드에서 방출되는 각 파장의 빛을 다양하게 혼합할 수 있고 혼합비율이 높아지는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by stacking two or more light emitting diode chips vertically, the light of each wavelength emitted from the light emitting diode can be mixed in various ways and the mixing ratio is increased.
그리고, 적층되는 발광 다이오드 칩의 열 손실 및 광 손실이 거의 없으면서 동시에 발광 디이오드 칩에서 발생하는 광 출력이 증폭되어 광파워가 집적되는 효과가 있다.In addition, there is little heat loss and light loss of the stacked light emitting diode chips, and at the same time, the light output generated from the light emitting diode chip is amplified, so that the optical power is integrated.
또한, 기존의 발광 다이오드 칩이 배치된 멀티 칩 발광장치에 비하여 좁은 면적에서도 광 배합과 광출력이 높은 효과가 발현되므로 경박소형의 발광장치에 효율적으로 사용될 수 있는 장점을 가진다.In addition, compared with the conventional multi-chip light emitting device in which the light emitting diode chip is disposed, the effect of high light mixing and light output is exhibited even in a small area, which has the advantage that it can be efficiently used for light and small sized light emitting devices.
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