KR100691440B1 - Ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

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KR100691440B1
KR100691440B1 KR1020050108909A KR20050108909A KR100691440B1 KR 100691440 B1 KR100691440 B1 KR 100691440B1 KR 1020050108909 A KR1020050108909 A KR 1020050108909A KR 20050108909 A KR20050108909 A KR 20050108909A KR 100691440 B1 KR100691440 B1 KR 100691440B1
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light emitting
emitting chip
light
led package
cavity
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이선구
최명수
송창호
박영삼
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삼성전기주식회사
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Abstract

LED 패키지를 제공한다.
본 발명은, 전원인가시 빛을 발생시키는 발광칩; 상기 발광칩과 와이어를 매개로 전기적으로 연결되고 상기 발광칩이 탑재되는 프레임부; 상기 프레임부를 고정하고 상기 발광칩이 배치되는 캐비티를 형성하며, 상부면에 돌출형성되는 양각돌출부를 구비하도록 성형되는 몰드부 ; 및 상기 캐비티내로 투광성 수지를 채워 상기 양각 돌출부의 외측테두리를 경계로 하여 상기 양각 돌출부로부터 위로 볼록한 원형 돔형상으로 구비되는 렌즈부; 를 포함한다.
본 발명에 의하면, 발광칩에서 발생되는 빛의 지향각을 충분히 확보하면서 광추출 효율을 증대시키고, 조립공정을 단순화하여 대량생산이 가능하고 제조원가를 절감할 수 있다.
LED, 발광칩, 프레임부, 몰드부, 투광성 수지, 양각 돌출부, 돔

Description

ＬＥＤ 패키지{LED Package}
도 1은 종래 LED 패기지의 몸체중앙을 종단면한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 패키지를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A방향에서 바라본 측면도이다.
도 4은 본 발명에 따른 LED 패키지를 도시한 평면도이다.
* 도면의 주요 부분의 부호의 설명 *
110 : 발광칩 115 : 와이어
120 : 프레임부 121,122 : 제1,2 리드 프레임
130 : 몰드부 135 : 양각 돌출부
137 : 반사부재 140 : 렌즈부
H : 형성높이
본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로, 보다 상세히는 발광칩에서 발생되는 빛의 지향각을 충분히 확보하면서 광추출 효율을 증대시키고, 조립공정을 단순화하여 대량생산이 가능하고 제조원가를 절감할 수 있는 LED 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전류가 흐를 때 빛을 내는 반도체 소자이며, GaAs, GaN 광반도체로 이루어진 PN 접합 다이오드(junction diode)로 전기에너지를 빛에너지로 바꾸어 주는 것이다.
이러한 LED로부터 나오는 빛의 영역은 레드(630nm~700nm)로부터 블루-Violet(400nm)까지로 블루, 그린 및 화이트까지도 포함하고 있으며, LED는 백열전구와 형광등과 같은 기존의 광원에 비해 저전력소비, 고효율, 장시간 동작 수명등의 장점을 가지고 있어 그 수요가 지속적으로 증가하고 있는 실정이다.
최근에 LED는 모바일 단말기의 소형조명에서 실내외의 일반조명, 자동차 조명, 대형 LCD(Liquid Crystal Display)용 백라이트(Backlight)로 그 적용범위가 점차 확대되고 있다.
도 1은 종래 LED 패키지의 몸체중앙을 종단면한 사시도로서, 종래 LED 패키지(10)는 도시한 바와 같이, 반도체 소자인 발광칩(11)과, 이를 상부면 중앙에 탑재하는 방열체(12)를 구비한다.
상기 발광칩(11)은 외부전원과 연결되어 전류가 인가되도록 복수개의 금속 와이어(13)를 매개로 하여 리드 프레임(14)과 전기적으로 연결된다.
상기 방열체(12)는 상기 발광칩(11)의 발광시 발생되는 열을 외부로 방출하여 냉각하는 수단이며, 열전도성이 우수한 소재로 이루어진 접착수단(12a)을 매개 로 하여 기판(19)상에 장착된다.
상기 리드 프레임(14)은 몸체중앙에 상기 방열체(12)를 삽입하여 조립할 수 있도록 성형시 조립공(15a)을 관통형성하는 몰드부(15)에 일체로 구비되며, 상기 몰드부(15)에는 상기 와이어(13)와의 와이어본딩이 이루어지도록 리드 프레임(14)의 일단이 노출되며, 상기 리드 프레임(14)의 타단은 패드(14a)를 매개로 하여 기판(19)상에 인쇄된 패턴회로(19a)와 전기적으로 연결된다.
상기 몰드부(15)의 상부면에는 상기 발광칩(11)의 발광시 발생된 빛을 외부로 보다 넓은 지향각으로 넓게 발산시킬 수 있도록 투명재질을 소재로 하여 별도로 제작된 렌즈(16)를 기계적 또는 화학적 방법으로 탑재하였다.
여기서, 상기 렌즈(16)의 재질은 다양한 형상구현이 가능하도록 사출이 용이하고 저가인 폴리머(polymer)계가 주종이지만 최근에는 열화를 고려하여 실리콘(silicone), 유리(glass)등이 적용되고 있다.
그리고, 상기 몰드부(15)와 상기 렌즈(16)사이의 공간에는 상기 발광칩(11)과 와이어(13)를 보호하면서 발광된 빛을 그대로 투사시킬 수 있도록 투명한 실리콘 수지로 이루어진 충진제(17)가 채워지게 된다.
그러나, 별도로 제작된 렌즈(16)를 몰드부(15)에 탑재하고, 상기 렌즈(16)와 몰드부(15)사이에는 충진제(17)를 채우는 공정이 복잡하여 작업생산성을 저하시키고, 상기 렌즈(16)의 탑재시 충진제(17)가 외부로 누출되거나 충진제내에 기포가 외부로 빠져나가지 못하여 광효율을 저하시키는 문제점이 있었다.
또한, 상기 렌즈(16)를 폴리머계로 구성하는 경우, 폴리머는 발광칩(11)에서 발생되는 높은 에너지의 빛에 의하여 열화되어 제품수명을 저하시키고, 실리콘으로 구성하는 경우, 실리콘은 제작단가가 높으며, 유리로 구성하는 경우 조립공정 및 취급시 깨지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로써, 그 목적은 발광칩에서 발생되는 빛의 지향각을 충분히 확보하면서 광추출 효율을 증대시키고, 조립공정을 단순화하여 대량생산이 가능하고 제조원가를 절감할 수 있는 LED 패키지를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 전원인가시 빛을 발생시키는 발광칩; 상기 발광칩과 와이어를 매개로 전기적으로 연결되고 상기 발광칩이 탑재되는 프레임부; 상기 프레임부를 고정하고 상기 발광칩이 배치되는 캐비티를 형성하며, 상부면에 돌출형성되는 양각돌출부를 구비하도록 성형되는 몰드부 ; 및 상기 캐비티내로 투광성 수지를 채워 상기 양각 돌출부의 외측테두리를 경계로 하여 상기 양각 돌출부로부터 위로 볼록한 원형 돔형상으로 구비되는 렌즈부; 를 포함하는 LED 패키지를 제공한다.
바람직하게, 상기 양각 돌출부는 내부면이 상기 캐비티의 내부면으로부터 연 장되고, 외부면은 상기 몰드부의 상부면과 직각을 형성하는 원형링 형상으로 구비된다.
보다 바람직하게, 상기 양각 돌출부의 내경중심은 상기 캐비티내에 배치되는 발광칩과 일치된다.
바람직하게, 상기 캐비티의 내부면에는 상기 발광칩에서 발생된 빛을 반사시킬 수 있도록 반사부재를 추가 포함한다.
바람직하게, 상기 렌즈부를 구성하는 투광성 수지에는 광산란제를 추가 포함한다.
보다 바람직하게, 상기 광산란제는 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone)중 어느 하나이다.
보다 바람직하게, 상기 광산란제는 티타산바륨(barium titanate), 티타늄 옥사이드(titanium oxide), 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide), 실리콘 옥사이드(silicone oxide)중 어느 하나이다.
바람직하게 상기 렌즈부의 형성높이는 수지의 흐름성에 영향을 주는 점도(Viscosity)와 수지의 형상을 유지하는데 영향을 주는 요변성 수치(Thixotropic Index)에 의해서 조절된다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 LED 패키지를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 A방 향에서 바라본 측면도이고, 도 4은 본 발명에 따른 LED 패키지를 도시한 평면도이다.
본 발명의 LED 패키지(100)는 도 2 내지 4에 도시한 바와 같이, 별도로 제작된 렌즈를 조립하는 공정의 필요없이 발광원을 덮도록 채워지는 수지를 상부로 볼록한 돔형상으로 구비하여 제조공정을 단순화하고 지향각을 보다 넓힐 수 있는 것으로, 이는 발광칩(110), 프레임부(120), 몰드부(130) 및 렌즈부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 발광칩(110)는 전원인가시 빛을 발생시키고, 발광시 열을 발생시키는 반도체 소자이다.
이러한 발광칩은 활성층과 이를 감싸는 클래드층으로 이루어지는 GaAlAs계, 고밀도 광디스크의 적색반도체 레이저소자에 사용되는 AlGaIn계, AlGaInP계, AlGaInPAs계와, 트랜지스터등의 전자디바이스에 사용되는 GaN계등과 같은 재료를 이용하여 구성되지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 반도체 재료로 다양하게 구성될 수 있다.
상기 프레임부(120)는 상기 몰드부(130)의 성형시 그 내부에 고정되고 상기 몰드부(130)의 캐비티(C)를 통하여 상부면 일부가 노출되는 한쌍의 제1,2 리드 프레임(121)(122)으로 구비되며, 이러한 제1,2 리드 프레임(121)(122)은 상기 발광칩(110)과 전기적으로 연결되는 전도성 금속구조물로 구성된다.
이에 따라, 상기 제1,2 리드 프레임(121)(122)은 구리, 니켈, 철중 어느 하나의 금속재 또는 이들을 적어도 하나이상 포함하는 합금재로 구성되고, 그 외부면은 니켈, 은, 금중 어느 하나의 금속재 또는 이들을 적어도 하나 이상 포함하는 합금재로 도금처리된다.
여기서, 상기 발광칩(110)이 P극과 N극을 상,하부면에 각각 형성한 수직형 반도체 소자로 구비되거나 P극과 N극을 상부면에 동시에 형성한 수평형 반도체소자로 구비된다.
이에 따라, 수직형 발광칩(110)은 금속재를 매개로 하여 제1 리드프레임(121)에 유테틱본딩(Eutectic Bonding), 솔더링(Soldering)되거나 전도성 접착제를 매개로 하여 제1 리드 프레임(121)에 본딩되고, 금속와이어(115)를 매개로 하여 상기 제2 리드 프레임(122)과 전기적으로 연결된다.
또한, 수평형 발광칩은 상기 제1 리드 프레임(121)상에 접착제를 매개로 탑재된 상태에서 2개의 금속 와이어(115)를 매개로 하여 상기 제 1,2 리드 프레임(121)(122)과 전기적으로 각각 연결되는 와이어 본딩 구조를 갖는다.
상기 몰드부(130)는 몸체중앙에 상기 발광칩(110)이 배치되는 캐비티(C)를 형성하면서 상기 프레임부(120)와 일체화되어 이를 고정하도록 사출성형되는 수지재이며, 상기 프레임부(120)의 제1,2 리드 프레임(121)(122)의 상부면 일부는 상기 캐비티(C)의 바닥면을 통하여 외부노출되며, 상기 제1,2 리드 프레임(121)(122)의 하부면 일부는 외부전원과의 전기적인 연결이 용이하도록 상기 몰드부(130)의 바닥 면으로 노출된다.
이러한 몰드부(130)는 다양한 형상을 구현할 수 있고, 사출공정이 용이한 폴리머(Polymer)계 수지를 이용하여 성형되지만 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 수지재가 소재로 이용될 수 있다.
상기 발광칩(110)이 배치되는 캐비티(C)의 내부면에는 상기 발광칩(110)에서 발생된 빛을 반사시켜 광추출효율을 보다 높일 수 있도록 반사부재(137)를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 반사부재(137)는 상기 캐비티(C)의 경사진 내부면 전체에 광반사율이 높은 알루미늄(Al), 은(Ag), 백금(Pt), 티탄(Ti), 크롬(Cr) 및 구리(Cu)중 어느 하나로 이루어진 반사물질을 고르게 코팅 또는 증착하여 구비할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니며, 광반사율이 높은 알루미늄(Al), 은(Ag), 백금(Pt), 티탄(Ti), 크롬(Cr) 및 구리(Cu)중 어느 하나로 이루어진 판재를 별도로 접착하여 구비될 수도 있다.
그리고, 상기 몰드부(130)는 상부면에 발광칩(110)을 중심으로 하여 상부로 일정높이(H) 돌출되는 원형링 형상의 양각 돌출부(135)를 구비하며, 상기 양각 돌출부(135)는 내부면이 상기 캐비티(C)의 내부면으로부터 연장되고, 외부면은 상기 몰드부(130)의 상부면과 직각을 형성하도록 구비된다.
여기서, 상기 몰드부(130)의 상부면에 원형링 형상으로 구비되는 양각 돌출부(135)의 내경중심은 상기 캐비티내에 배치되는 발광칩(110)과 일치되는 것이 바 람직하다.
상기 렌즈부(140)는 상기 캐비티(C)내의 발광칩(110)을 외부환경으로부터 보호하면서 상기 발광칩(110)에서 발생되는 빛을 외부로 넓은 지향각으로 발산할 수 있도록 상기 캐비티(C)내에 채워진 후 경화되어 돔형상으로 구비되는 투명성 수지이다.
이러한 렌즈부(140)는 상기 몰드부(130)의 양각 돌출부(135)의 외측테두리를 경계로 하여 상기 양각 돌출부(135)로부터 위로 볼록한 원형 돔(dome)형상으로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 투명성 수지는 별도의 디스펜서를 이용하는 디스펜싱 공정이나 스텐실공정에 의해 상기 캐비티(C)내에 채워지며, 상기 양각 돌출부(135)의 최상단까지 채워진 투명성 수지는 흐름성에 의해서 상기 양각 돌출부(135)의 수평한 상부면과 수직한 외부면사이의 경계부위까지 이동된다.
이때, 점도성이 있는 투명성 수지는 표면장력에 의해서 양각돌출부(135)의 수직한 외부면을 타고 몰드부(130)의 상부면까지 흘러내리지 않게 된다.
이러한 상태에서 투명성 수지의 공급이 계속하여 이루어지면 상기 양각 돌출부(135)의 상부면과 최대정점간의 형성높이(H)가 서서히 커지는 원형 돔형상의 렌즈부(140)를 형성하게 되고, 상기 렌즈부(140)가 사전에 설정된 형성높이(H)에 이르면 상기 투명성 수지를 공급하는 것을 중단하다.
여기서, 상기 렌즈부(140)의 형성높이(H)는 광추출효율과 지향각에 영향을 주는바, 상기 투명성 수지로 구성되는 렌즈부(140)의 형성높이(H)가 높아지면 광추출효율을 높일 수 있는 장점이 있지만 지향각이 좁아지는 단점이 있으며, 반대로 렌즈부(140)의 형성높이(H)를 양각 돌출부까지 낮추면 지향각을 넓힐 수 있는 장점이 있지만 광추출효율이 낮아지는 단점이 있다.
이때, LED 패키지를 조명용으로 사용하고자 하는 경우, 상기 발광칩(110)으로부터 외부로 방사되는 빛의 지향각은 120 내지 180도이어야 하며, 일반 플래쉬용으로 사용하고자 하는 경우, 빛의 지향각은 80 내지 120도이며, 고휘도 플래쉬용으로 사용하고자 하는 경우 빛의 지향각은 80도이하 이어야 한다.
이에 따라, LED 패키지로부터 얻고자 하는 광추출 효율과 조명, 플래쉬 용도에 따라 가변되는 지향각을 고려하여 렌즈부(140)의 형성높이(H)를 결정해야만 하고, 그 형성높이(H)는 수지의 흐름성에 영향을 주는 점도(Viscosity)와 수지의 형상을 유지하는데 영향을 주는 요변성 수치(Thixotropic Index)에 의해서 조절할 수 있는 것이다.
즉, 수지의 점도가 일정한 상태에서 렌즈부(140)의 형성높이(H)를 높이기 위해서는 수지의 요변성 수치를 높여야 하며, 반대로 렌즈부(140)의 형성높이(H)를 낮추기 위해서는 수지의 요변성 수치를 낮추어야 하는 것이다.
또한, 수지의 요변성 수치가 일정한 상태에서 수지의 점도가 높으면 돔형상의 렌즈부(140)를 형성하기 위하여 투광성 수지의 도팅(Dotting)후 수지의 테일(tail)이 사라지는데 시간이 많이 걸리므로 작업성이 떨어지게 되고, 반대로 수지의 점도가 낮으면 돔형상이 변형될수 있어 수지경화를 신속하게 수행해야만 하는 것이다.
그리고, 상기 양각 돌출부(135)에 의해 원형 돔형상으로 구비되는 렌즈부(140)는 자연경화시커나 인위적으로 경화시켜 몰드부(130)와 일체화한다.
이러한 투명성 수지는 실리콘, 에폭시 등이 선택적으로 사용될 수 있으며, 낮은 파장의 빛에 열화가 적은 실리콘이 이상적이다.
한편, 상기 원형 돔형상의 렌즈부(140)를 구성하는 투광성 수지에는 발광칩(110)으로부터 출사되는 빛의 노이즈(noise)를 감소시키고 보다 부드러운 빛으로 출사되도록 광산란제를 첨가하는 것이 바람직하다.
이러한 광산란제로는 레진(resine)계열의 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone)중 어느 하나를 선택하거나 오팔(opal)계열의 티타산바륨(barium titanate), 티타늄 옥사이드(titanium oxide), 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide), 실리콘 옥사이드(silicone oxide)중 어느 하나를 선택할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예와 관련하여 도시되고 설명되었지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 발광칩이 배치되는 캐비티내로 채워지 는 투광성 수지가 표면장력에 의해서 몰드부로 흘러내리지 않도록 몰드부의 상부면에 원형링 형상의 양각 돌출부를 갖추어 상부로 볼록한 원형 돔을 몰드부의 상부에 형성함으로서, 별도로 제작된 렌즈를 몰드부에 조립하고 렌즈와 몰드부사이에 충진제를 충진하는 작업을 몰드부상에 주입되어 원형 돔으로 구비되는 투명성 수지로 대체할 수 있기 때문에 조립공정을 단순화하여 작업생산성을 향상시키고, 제품을 대량으로 생산할 수 있는 한편, 제조원가를 절감할 수 있다.
또한, 발광칩에서 발생되는 빛의 지향각을 충분히 넓게 하고, 광추출 효율을 증대시켜 광효율을 높일 수 있는 효과가 얻어진다.
그리고, 렌즈부를 구성하는 점도(Viscosity)와 요변성 수치(Thixotropic Index)를 조절하여 다양한 형태의 원형돔 형상의 렌즈부를 형성할 수 있기 때문에 렌즈의 설계 자유도를 넓힐 수 있는 효과가 얻어진다.

Claims (8)

  1. 전원인가시 빛을 발생시키는 발광칩;
    상기 발광칩과 와이어를 매개로 전기적으로 연결되고 상기 발광칩이 탑재되는 프레임부;
    상기 프레임부를 고정하고 상기 발광칩이 배치되는 캐비티를 형성하며, 상부면에 돌출형성되는 양각돌출부를 구비하도록 성형되는 몰드부 ; 및
    상기 캐비티내로 투광성 수지를 채워 상기 양각 돌출부의 외측테두리를 경계로 하여 상기 양각 돌출부로부터 위로 볼록한 원형 돔형상으로 구비되는 렌즈부; 를 포함하는 LED 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양각 돌출부는 내부면이 상기 캐비티의 내부면으로부터 연장되고, 외부면은 상기 몰드부의 상부면과 직각을 형성하는 원형링 형상으로 구비됨을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양각 돌출부의 내경중심은 상기 캐비티내에 배치되는 발광칩과 일치됨을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 캐비티의 내부면에는 상기 발광칩에서 발생된 빛을 반사시킬 수 있도록 반사부재를 추가 포함함을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부를 구성하는 투광성 수지에는 광산란제를 추가 포함함을 특징으로 하는 LED 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 광산란제는 에폭시(epoxy), 실리콘(silicone)중 어느 하나임을 특징으로 하는 LED 패키지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 광산란제는 티타산바륨(barium titanate), 티타늄 옥사이드(titanium oxide), 알루미늄 옥사이드(aluminum oxide), 실리콘 옥사이드(silicone oxide)중 어느 하나임을 특징으로 하는 LED 패키지.
  8. 삭제
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