균일 방사 ＬＥＤ 패키지 document_id A220623066970

발광 다이오드(LED)는 전기 에너지를 광으로 변환하는 고체 상태 장치들이며 일반적으로, 서로 대향하는 피도핑 층들 사이에 끼어넣어진 반도체 재료의 1 이상의 액티브 층들을 포함한다. 피도핑 층들 양단에 바이어스가 인가되면, 정공들 및 전자들이 액티브 층 내에 주입되며, 여기서 이들은 광을 생성하도록 재결합된다. 액티브 층으로부터 그리고 LED의 모든 표면으로부터 전방향으로 광을 방사시킨다. 보통 p 타입인 LED의 상단면 방향으로 유용한 광을 일반적으로 방사시킨다. 통상의 LED들은 자신의 액티브 층들로부터 백색광을 발생시킬 수 없다. 통상의 LED들로부터 백색광을 생성하기 위한 한 방법은 서로 다른 LED들로부터의 서로 다른 컬러를 결합하는 것이다. 예를 들어, 적색, 녹색, 청색 LED들로부터의 광 또는 청색 및 노란색 LED들로부터의 광을 결합시켜, 백색 광을 생성할 수 있다. 또한, 서로 다른 컬러들의 광이 서로 다른 유형의 LED들로부터 종종 발생시키는데, 서로 다른 유형의 LED들은 하나의 장치로 결합하기 위해 복잡한 제조를 필요로 할 수 있다. 서로 다른 다이오드 유형들이 서로 다른 제어 전압들을 필요로 할 수 있기 때문에 그 결과적인 장치는 또한 복잡한 제어 전자 장치를 필요로 한다. 또한, 이들 장치의 장기간의 파장과 안정성은 서로 다른 LED들의 서로 다른 노화 양태에 의해 열화된다. 보다 최근에는, LED를 노란색 인광 물질, 폴리머 또는 염료로 둘러싸여 단일의 청색 발광 LED로부터의 광을 백색광으로 변환하였다. [노란색 인광성 분말에 의해 둘러싸인 청색 LED를 포함하는, 니시아 회사 제품의 백색 LED, 부품 번호 NSPW300BS, NSPW312BS 등을 참조; 또한 Hayden 등의 발명의 명칭이 "Multiple Encapsulation of Phosphor-LED Devices"인 미국 특허 제5959316호를 또한 참조한다.] 둘러싸는 물질은 LED 광의 일부분의 파장을 "하향변환"하여 그 컬러를 변경시킨다. 예를 들어, 질화물계 청색 발광 LED는 노란색 인광 물질에 의해 둘러싸이며, 청색 광의 일부분은 변경없이 인광 물질을 통과하는 반면, 나머지 광은 노란색으로 하향변환될 것이다. LED는 청색광 및 노란색광 양쪽 모두를 방사시키는데, 이들은 결합하여 백색광을 생성한다. 이러한 접근 방식을 이용하는 LED들의 다른 예는 Vriens 등의 미국 특허 제5,813,753호와 Lowery 등의 미국 특허 제5,959,316호를 포함한다. 통상의 유형의 LED 패키징은 "글로브 인 어 컵(glob-in-a-cup)" 방법으로 알려져 있으며, 여기서, LED는 컵형 오목부의 바닥부에 존재한다. 인광 물질 함유 매트릭스 재료(예를 들어, 실리콘 또는 에폭시와 같은 캡슐화제에 분산되어 있는 인광성 분말)가 컵 내에 주입되어 컵을 충전시키고 LED를 둘러싸 캡슐화한다. 그 후, 이러한 매트릭스 재료는 경화되어, LED 주변의 캡슐화제를 경화시킨다. 그러나, 이러한 패키징은 패키지에 대하여 서로 다른 시야각들에서 방사된 광의 컬러 및 색조의 상당한 변동을 갖는 LED 패키지를 발생시킬 수 있다. 이러한 컬러 변동은 인광 물질 함유 매트릭스 재료가 LED가 존재하는 컵의 "가장자리" 상으로 연장되는 패키지들에 특히 나타날 수 있어, 변환 광이 측면에서 높은 시야각(예를 들어 광축으로부터 90°)으로 지배적으로 방사되게 한다. 이러한 문제는 비변환 LED의 제한된 광량이 높은 시야각에서 방사함으로써 악화될 수 있다. 비변환 LED 광은 일반적으로 컵의 측벽들에 의해 높은 시야각에서부터 반사되어, 소량의 대응하는 비변환 광이 이들 각도에서 방사하게 된다. LED들을 패키징하는 다른 방법은 인광성 입자들을 LED의 표면 상에 직접 결합시키는 것을 포함한다. 이러한 "화이트 칩(white chip)" 방법은 시야각의 함수로서 컬러 균일성의 상당한 개선을 가져올 수 있는데, 이러한 개선에 대한 한 이유로는, 변환광원과 및 비변환광원이 공간적으로 동일한 점에 가깝게 있다는 점에 있다. 예를 들어, 노란색 변환 물질에 의해 덮여 있는 청색 발광 LED는 변환 물질과 LED가 공간적으로 동일한 점에 가깝게 있기 때문에 실질적으로 균일한 백색광을 제공할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 LED 상에 직접 균일한 인광 물질의 코팅을 실현하기 위해 전착법과 같은 복잡하고 비용이 많이 드는 처리를 필요로 한다.