KR100583159B1 - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 패키지 내부를 계단형 구조를 제작하여, 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue)의 색 혼합 특성을 향상시키고, 패키지를 소형화할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 개시한다. 개시된 본 발명은 계단형 구조의 반사판이 형성된 서브 마운트; 상기 서브 마운트 상에 실장되어 있는 다수개의 다이오드; 및 상기 다이오드들이 실장되어 있는 서브 마운트 상에 배치된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
여기서, 상기 다이오드는 레드, 블루, 그린 다이오드로 구성되어 있고, 상기 레드 LED가 실장되어 있는 서브 마운트의 두께는 블루, 그린 LED가 실장되어 있는 서브 마운트보다 얇으며, 상기 레드 LED, 블루 LED 및 그린 LED들에서 발생하는 광은 상기 서브 마운트 상에 있는 각각의 반사 영역에서 반사가 이루어져 광효율을 향상시킨 것을 특징으로 한다.
발광 다이오드, 패키지, 반사, 렌즈, 서브 마운트

Description

발광 다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지 구조를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 2단 반사 과정을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 다양한 형태를 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 발광 다이오드 패키지 101: 서브 마운트
103a: 블루 LED 103b: 레드 LED
103c: 그린 LED 105: 렌즈
본 발명은 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패키지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발광 다이오드 패키지 내에 실장된 레드(Red), 그린(Green), 블루(Blue) 발광 다이오드의 색혼합 특성을 향상시키고, 발광 효율을 개선시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 LED(Light Emitting Diode)란 발광 다이오드라고도 부르며, 이는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시켜 신호를 보내고 받는 데 사용되는 소자이다.
보통 LED의 사용 범위는 가정용 가전 제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 종류는 크게 IRED(Infrared Emitting Diode)와 VLED(Visible Light Emitting Diode)로 나뉘어 진다.
상기의 LED의 구조는 사파이어 기판 상에 N형 GaN 층이 형성되고, 상기 N형 GaN 층 표면의 일측 상에 N-메탈이 있고, 상기 N-메탈이 형성된 영역 이외에 활성층으로 구성되고, 상기 활성층으로부터 P 메탈을 통하여 전송되어 오는 정공과 N 메탈을 통하여 전송해오는 전자가 결합하여 광을 발생시킨다.
특히, LED는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화(slim) 추세에 따라 기기의 각종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등은 더욱 소형화되고 있으며 PCB(Printed Circuit Board: 이하 PCB라고 함) 기판에 직접 장착하기 위하여 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있다.
상기와 같은 LED는 출력되는 광의 세기에 따라, 가정용 가전 제품, 전광판 등에 사용된다.
이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 SMD 형으로 개발되고 있다. 이러한 SMD는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지 구조를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 LED 패키지(10) 구조는 평면 형상의 반사판이 형성된 서브 마운트(1) 상에 레드 LED(3b), 블루 LED(3a), 그린 LED(3c)를 각각 실장하고, 에폭시(epoxy)를 주입하여 렌즈(5)를 형성하였다.
그리고 도시하지는 않았지만, 상기 서브 마운트(1) 하부에는 PCB 기판으로부터 전원을 인가 받기 위한 전극 리드가 형성되어 있다.
상기 레드 LED(3b)는 상기 발광 다이오드 패키지(10) 중심 영역에 와이어 본딩(wire bonding)에 의하여 실장되어 있고, 상기 그린 LED(3c)와 블루 LED(3a)는 각각 플립칩 본딩 처리되어 실장되어 있다.
상기와 같은 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지(10)는 1개의 LED 소자의 휘도를 최대로 높이기 위한 것으로서, 패키지(10)의 종류에 따라 다르지만, 휘도는 최대 수 cd 정도가 보통이다.
특히, LED들(3a, 3b, 3c)의 휘도를 높이기 위하여 다수개의 LED들(3a, 3b, 3c)을 패키지(10) 내부에 조합하여 실장하였고, 이들의 전극 리드들은 상기 발광 다이오드 패키지(10) 외측에 형성하였다.
그리고 다양한 색을 구현하기 위해서는 레드 LED(3b), 블루 LED(3a) 및 그린 LED(3c)들을 조합하여 하나의 묶음 형태로 발광 다이오드 패키지(10)를 제조할 수 있었다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 발광 다이오드 패키지는 레드 LED의 높이가 블루 LED와 그린 LED의 높이에 두배 정도이기 때문에, 상기 레드 LED의 광이 렌즈부까지 진행하는 거리와 상기 블루 LED와 그린 LED의 광이 렌즈부까지 진행하는 거리가 달라 색혼합 특성이 저하되는 문제가 있다.
특히, 상기 레드 LED의 광의 장파장인 적색 광으로서 투과율은 높으나 단파장인 블루, 그린 LED 광들과 혼합되지 못하고, 색분리되는 컬러 밸런스(color balance)의 문제가 발생된다.
본 발명은, 레드 LED의 칩 높이와 적색광의 투과율 차이를 고려하여 상기 레드 LED, 블루 LED, 그린 LED가 실장되는 패키지의 서브 마운트를 계단형 반사판 구조로 형성함으로써, 색혼합 특성을 개선하면서 LED의 열화 현상을 방지할 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는,
계단형 구조의 반사판이 형성된 서브 마운트;
상기 서브 마운트 상에 실장되어 있는 다수개의 다이오드; 및
상기 다이오드들이 실장되어 있는 서브 마운트 상에 배치된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
여기서, 상기 다이오드는 레드, 블루, 그린 다이오드로 구성되어 있고, 상기 레드 LED가 실장되어 있는 서브 마운트의 두께는 블루, 그린 LED가 실장되어 있는 서브 마운트보다 얇으며, 상기 레드 LED, 블루 LED 및 그린 LED들에서 발생하는 광은 상기 서브 마운트 상에 있는 각각의 반사 영역에서 반사가 이루어져 광효율을 향상시킨 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 발광 다이오드 패키지의 형상은 원형, 타원형, 사각형, 삼각형, 오각형 및 육각형으로 이루어져 있고, 상기 레드 LED, 블루 LED 및 그린 LED는 상기 서브 마운트 상에서 플립칩 본딩 방식으로 실장되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 레드 LED의 칩 높이와 적색광의 투과율 차이를 고려하여 상기 레드 LED, 블루 LED, 그린 LED가 실장되는 패키지의 서브 마운트를 계단형 구조로 형성함으로써, 색혼합 특성을 개선하면서 LED의 열화 현상을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지 구조를 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 계단형 구조의 반사판이 형성되어 있는 서브 마운트(101) 상에 레드 LED(103b), 블루 LED(103a) 및 그린 LED(103c)가 각각 실장되어 있다.
여기서, 상기 서브 마운트(101)의 종류에 따라 자체로 반사판 역할도 하거나, 아니면 서브 마운트 상에 반사판을 실장할 수 도 있다.
즉, 상기 서브 마운트(101)의 물질이 반사판 역할도 할 수 있는 금속으로 형성될 경우에는 서브 마운트 상에 LED를 실장할 수 있지만, 광반사율이 낮은 물질일 경우에는 서브 마운트 상에 추가로 반사판을 형성한다.
상기 서브 마운트(101) 상의 중심 영역에는 레드 LED(103b)가 실장되어 있고, 상기 레드 LED(103b) 좌우측 영역에는 블루 LED(103a)와 그린 LED(103c)가 각각 실장되어 있다.
그리고, 상기 레드 LED(103b), 블루 LED(103a) 및 그린 LED(103c)가 실장되어 있는 상기 서브 마운트(101) 상에는 에폭시 수지에 의하여 몰딩된 렌즈(105)가 형성 배치되어 있다.
상기 서브 마운트(101)의 구조는 계단 형상을 하고 있는데, 중심부의 서브 마운트(101)의 두께가 양측의 서브 마운트의 두께보다 얇은 단차가 형성되어 있다.
상기 서브 마운트(101)의 양측 상에는 블루 LED(103a), 그린 LED(103c)가 각각 실장되고, 상기 서브 마운트(101)의 중심 영역에는 레드 LED(103b)가 실장되는데, 상기 레드 LED(103b)의 두께(200 마이크로 정도)가 상기 블루 LED(103a) 및 그린 LED(103c)의 두께(100 마이크로 정도)보다 두배 정도 두껍기 때문에 실장된 높이는 모두 동일하다.
이와 같이 발광 다이오드 패키지(100) 상에 실장되는 레드 LED(103b), 블루 LED(103a) 및 그린 LED(103c)의 높이가 동일하게 하여, 레드, 블루, 그린 광의 색혼합 특성을 향상시켰다.
그리고 상기와 같이 레드 LED(103b), 블루 LED(103a) 및 그린 LED(103c)가 모두 동일한 높이를 유지하기 때문에, 와이어 본딩에 의한 실장을 할 경우 본딩 거리가 균일하여 작업 성능이 좋아진다.
도 3은 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 2단 반사 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 발광 다이오드 패키지(100)의 서브 마운트(101) 구조를 계단형 구조로 하여, 두께가 두꺼운 레드 LED(103b)를 서브 마 운트(101) 중심 영역에 실장하고, 두께가 얇은 블루 LED(103a), 그린 LED(103c)를 각각 서브 마운트(101) 양측에 실장하였다.
특히, 상기 레드 LED(103b)가 실장되는 서브 마운트(101)의 두께는 상기 블루 LED(103a)와 그린 LED(103c)가 실장된 서브 마운트(101)의 두께보다 얇아 외부로 방열이 용이하게 일어난다.
또한, 상기와 같이 서브 마운트(101) 내측에 단차를 형성함으로써, 상기 레드 LED(103b)가 실장되어 있는 영역에서 광반사가 일어나고, 상기 블루 LED(103a)와 그린 LED(103c)가 실장된 영역에서 또한 광반사가 일어나, 하나의 서브 마운트(101) 내에서 두 개의 독립적인 반사 영역이 형성되어 광효율이 향상된다.
또한, 상기 발광 다이오드 패키지(100)의 서브 마운트(101) 내에 실장된 레드 LED(103b), 블루 LED(103a) 및 그린 LED(103c)가 동일한 높이로 실장되기 때문에 발생된 광에 의한 색혼합 특성이 향상되는 장점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지의 다양한 형태를 도시한 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 패키지의 서브 마운트의 형상을 원형, 타원형, 사각형, 삼각형, 오각형, 육각형으로 형성함으로써, 다양한 형태의 발광 다이오드 패키지를 제작할 수 있다.
(a)에서와 같이, 서브 마운트의 구조를 원형으로 하고, 레드 LED가 실장되어 있는 중심 영역의 단차를 낮게 형성함으로써, 상기 그린 LED와 블루 LED가 동일한 높이를 유지한다.
(b)에서는 서브 마운트의 구조를 타원형으로 하고, 레드 LED가 실장되어 있는 중심 영역의 단차를 타원 형태로 낮게 형성함으로써, 상기 그린 LED와 블루 LED가 동일한 높이를 유지한다.
상기 (a), (b)와 같이 레드 LED, 블루 LED, 그린 LED가 동일한 높이를 유지하므로, 발생되는 광의 혼합 특성이 향상되는 이점이 있다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 레드 LED의 칩 높이와 적색광의 투과율 차이를 고려하여 상기 레드 LED, 블루 LED, 그린 LED가 실장되는 패키지의 반사판을 계단형 구조로 형성함으로써, 색혼합 특성을 개선하면서 LED의 열화 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 계단형 반사판에서 레드 LED, 블루 LED, 그린 LED에서 발생하는 광들이 각각 반사가 이루어져, 발광 다이오드 패키지의 광효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (6)

  1. 계단형 구조의 반사판이 형성된 서브 마운트;
    상기 서브 마운트 상에 실장되어 있는 다수개의 다이오드; 및
    상기 다이오드들이 실장되어 있는 서브 마운트 상에 배치된 렌즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이오드는 레드 LED, 블루 LED, 그린 LED를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레드 LED가 실장되어 있는 서브 마운트의 영역 두께는 블루LED 및 그린 LED가 실장되어 있는 서브 마운트의 영역 두께 보다 얇은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 레드 LED, 블루 LED 및 그린 LED들에서 발생하는 광은 상기 서브 마운트 상에 있는 각각의 반사 영역에서 반사가 이루어져 광효율을 향상시킨 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 발광 다이오드 패키지의 형상은 원형, 타원형 또는 다각형 중 어느 하나의 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 레드 LED, 블루 LED 및 그린 LED는 상기 서브 마운트 상에서 동일한 높이를 갖고 플립칩 본딩 방식으로 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
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