KR100714602B1 - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 열방출기능을 향상시킨 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 제1 및 제2 본딩 패드가 형성된 상면을 갖는 서브 마운트 기판과, 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 및 제2 전극이 상기 제1 및 제2 본딩패드에 접속되도록 상기 서브마운트 기판 상에 실장된 발광다이오드와, 상기 발광다이오드가 실장된 공간을 둘러싸도록 상기 서브 마운트 기판 상에 형성된 상부 기판과, 상기 상부 기판 상에 형성되어 상기 발광다이오드의 실장공간을 밀봉하는 커버용 투명부재와, 상기 밀봉된 발광다이오드의 실장공간을 충전된 유동가능한 절연성 냉각재를 포함하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
발광다이오드(light emitting diode), 열방출(heat dissipation), 액정(liquid crystal)

Description

발광다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
도1은 종래의 발광다이오드 패키지의 측단면도이다.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 발광다이오드 패키지의 측단면도이다.
도3a 및 도3b는 각각 전압인가 전후를 나타내는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 발광다이오드 패키지의 측단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
22: 서브 마운트 기판 23: 반사용 상부기판
24: 발광다이오드 25a,25b: 제1 및 제2 본딩패드
26a,26b: 범프패드 27a,27b: 제1 및 제2 도전성 비아홀
28: 절연성 액상 냉각제 29: 커버
본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 우수한 열방출특성을 가지며 광추출방향의 제어기능을 개선한 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드 패키지는 높은 광효율과 우수한 열방출특성이라는 고유한 조건을 만족하는 것이 요구된다. 특히, 주로 조명분야에서 사용되는 고출력 발광다이오드 패키지는 이러한 특성이 매우 중요하다. 도1에는 종래의 발광다이오드 패키지의 일예가 도시되어 있다.
도1에 도시된 종래의 발광다이오드 패키지(10)는 제1 및 제2 배선라인(15a,15b)을 포함한 서브 마운트 기판(12)과, 상기 배선라인(15a,15b)에 연결되도록 상기 서브마운트 기판(12) 상에 실장된 발광다이오드(14)를 포함한다.
상기 서브 마운트 기판(12) 상에는 발광다이오드(14)로부터 생성된 광이 보다 효과적으로 추출되도록 반사구조로 제공되는 상부기판(13)이 제공된다. 상기 발광다이오드(14)가 실장된 영역은 적절한 수지(18)에 의해 봉합되며, 필요에 따라 파장변환용 형광체분말을 포함할 수 있다.
이러한 열방출특성을 고려하여 상기 서브 마운트 기판(12)의 재질로서 폴리머에 비해 상대적으로 열전도성이 우수한 실리콘과 같은 반도체 또는 세라믹이 사용된다. 또한, 상기 배선구조(15a,15b)가 열전도성이 우수한 금속이므로, 상기 배선구조(15a,15b)를 발광다이오드(14)의 실장영역에서 외부로 노출시킴으로써 보다 효과적인 열방출을 도모할 수 있다.
하지만, 이러한 열방출구조는 열싱크기능을 하는 고정부재의 열전도도와 그 부재와 발광다이오드의 간격에 의해 충분히 높은 방열효과를 기대하기 어렵다. 특히, 조명분야 등에 사용되는 고출력 발광다이오드인 경우에는 발열량이 증가하므로, 보다 향상된 열방출방안이 더욱 절실히 요구된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 그 목적은 발열원인 발광다이오드에 직접 접하는 유동성 부재의 대류효과를 이용하여 열을 보다 효과적으로 분산시키며, 나아가 원하는 방향으로 광을 방출시킴으로써 유효 광효율을 크게 향상시킬 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공하는데 있다.
상기한 기술적 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
제1 및 제2 본딩 패드가 형성된 상면을 갖는 서브 마운트 기판과, 제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 및 제2 전극이 상기 제1 및 제2 본딩패드에 접속되도록 상기 서브마운트 기판 상에 실장된 발광다이오드와, 상기 발광다이오드가 실장된 공간을 둘러싸도록 상기 서브 마운트 기판 상에 형성된 상부 기판과, 상기 상부 기판 상에 형성되어 상기 발광다이오드의 실장공간을 밀봉하는 커버용 투명부재와, 상기 밀봉된 발광다이오드의 실장공간을 충전된 유동가능한 절연성 냉각재를 포함하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
바람직하게, 상기 커버용 투명부재는 집광기능을 갖는 렌즈구조물일 수 있다. 이러한 광학적 렌즈구조물은 상기 절연성 냉각재의 대류영역이 충분히 보장되도록 상기 발광다이오드 위치에 대응되는 부분이 볼록한 렌즈구조물인 것이 바람직하다.
상기 상부기판은 상기 발광다이오드의 실장공간을 둘러싸는 내부 측벽이 상부를 향해 경사진 구조일 수 있다. 특히, 이러한 경사진 내부측벽에 도포된 반사성 금속층을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 열방출특성을 고려하여, 상기 서브 마운트 기판은 열전도성을 갖는 세라믹 또는 반도체물질일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 절연성 냉각재는 액정(liquid crystal)일 수 있다. 상기 액정은 액상과 유사한 유동성을 가지므로, 대류작용을 통해 발광다이오드의 열을 효과적으로 방출할 수 있을 뿐만 아니라, 인가되는 전압양에 따라 일정한 방향으로 배열되는 TN(twisted nematic)특성을 가지므로, 이를 이용하여 발광방향을 제어할 수 있다.
이러한 액정의 방향성을 제어하기 위해서, 상기 서브 마운트 기판은 상기 액정의 방향성을 제어할 수 있는 전압을 인가할 수 있는 추가적인 배선라인을 포함할 수 있다. 다만, 상기 액정방향성을 독립적으로 제어하기 위해서, 액정에 관련된 전압은 상기 발광다이오드의 구동전압보다 큰 것이 바람직하다.
이와 달리, 본 발명에서 냉각제로 사용되는 액정은 상기 제1 및 제2 본딩패드를 통해 상기 발광다이오드에 인가되는 구동전압에 의해 제어될 수도 있다. 이 경우에, 상기 액정은 상기 구동전압의 인가시에 상기 제1 및 제2 본딩패드의 배열방향과 수직인 방향으로 배열된 것이 바람직하다. 이러한 배열을 통해, 발광다이오드로부터 생성된 광을 상기 수직방향으로 한정하여 안내할 수 있으며, 이로써 원하는 방향에서의 휘도를 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 일실시형태에 따른 발광다이오드 패키지의 측단면도이다.
도2에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 발광다이오드 패키지(20)는 배선라인을 갖는 서브 마운트 기판(22)과, 상기 서브 마운트 기판(22) 상에 실장된 발광다이오드(24)를 포함한다. 상기 서브 마운트 기판(22)의 배선구조는 그 상면에 형성된 제1 및 제2 본딩 패드(25a,25b)와, 하면에 형성된 제1 및 제2 범프패드(26a,26b) 및, 제1 및 제2 본딩패드(25a,25b)와 제1 및 제2 범프패드(26a,26b)를 연결하는 제1 및 제2 도전성 비아홀(27a,27b)로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도1에 도시된 배선라인 구조를 채용할 수도 있다. 여기서, 상기 발광다이오드(24)는 제1 및 제2 전극(미도시)이 상기 제1 및 제2 본딩패드(25a,25b)에 각각 와이어 본딩된다. 여기서, 상기 서브 마운트 기판(22)은 열전도성을 갖는 세라믹 또는 반도체물질일 수 있다.
또한, 상기 발광다이오드 패키지(20)는 상기 서브 마운트 기판(22) 상에 형성된 상부 기판(23)을 포함한다. 상기 상부 기판(23)은 상기 발광다이오드(24)가 실장된 공간을 둘러싸는 캐비티영역을 갖는다. 상기 캐비티의 내부 측벽은 광이 반사되어 상부를 향할 수 있도록 경사진 구조를 가질 수 있다. 추가적으로 반사특성을 향상시키기 위해 상기 상부기판의 내부측벽에는 반사성 금속층(미도시)이 도포될 수 있다.
상기 상부 기판(23)은 그 내부측벽을 따라 둘러싸인 발광다이오드(24)의 실장공간을 커버용 투명부재(29)와 함께 밀봉한다. 상기 커버용 투명부재(29)는 도시된 바와 같이 집광기능을 갖는 광학적 렌즈 구조물일 수 있다. 상기 밀봉된 발광다이오드(25)의 실장공간에는 유동가능한 절연성 냉각재(28)가 충전된다. 본 발명에서 채용되는 절연성 냉각제(28)는 화살표로 표시된 바와 같이 유동이 가능하므로, 발광다이오드(24)로부터 발생된 열을 다른 열전달 가능한 매체를 통해 보다 효과적으로 방출시킬 수 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 광학적 렌즈구조물(29)은 상기 절연성 냉각재(28)의 대류영역이 충분히 보장되도록 상기 발광다이오드(24) 위치에 대응되는 부분이 볼록한 형태일 수 있다.
이러한 절연성 냉각제(28)는 충분한 유동성이 보장되면서 높은 비저항 또는 절연성을 갖는 액체가 사용될 수 있으며, 이에 한정되지는 않으나, 물, 액체 규소수지 등일 수 있다. 특히, 액정(liquid crystal)은 구동전압에 따른 배열특성을 기 반하여 광출사방향에 따라 굴절율을 조정할 수 있으므로, 광출사방향을 제어하는 장점을 제공한다. 이에 대해서는 도3a 및 도3b에서 후술하기로 한다.
도3a 및 도3b는 각각 전압인가 전후를 나타내는 본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 발광다이오드 패키지의 측단면도이다.
본 실시형태에 따른 발광다이오드 패키지(30)는 도2와 유사하게 배선라인을 갖는 서브 마운트 기판(32)과, 상기 서브 마운트 기판(32) 상에 실장된 발광다이오드(34)를 포함한다. 또한, 상기 서브 마운트 기판(32) 상에는 상기 발광다이오드(34)를 둘러싸는 캐비티영역이 마련된 반사기능을 갖는 상부 기판(33)이 형성된다.
상기 배선구조는 제1 및 제2 본딩 패드(35a,35b)와, 제1 및 제2 범프패드(36a,36b) 및, 이를 연결하는 제1 및 제2 도전성 비아홀(37a,37b)로 구성될 수 있다. 상기 발광다이오드(34)는 상기 제1 및 제2 본딩패드(35a,35b)에 의해 전기적으로 구동될 수 있도록 와이어 본딩된다.
상기 상부 기판(33) 상에는 상기 발광다이오드(34)가 실장된 공간이 밀봉될 수 있도록 커버용 투명부재(39)가 형성되며, 상기 실장공간에는 상기 발광다이오드와 직접 접할 수 있도록 유동성을 갖는 절연성 냉각재로서 액정(38)이 충전된다.
본 실시형태에서 채용되는 액정(38)은 충분한 유동성을 가지므로, 발광다이 오드(34)로부터 발생된 열을 보다 효과적으로 방출시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에 선택된 액정(38)은 상기 발광다이오드(34)의 구동전압에 의해 일정한 방향성을 가질 수 있다.
도3a의 경우에는 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸다. 이 경우에는 절연성 냉각재로 사용된 액정(38)은 불규칙적인 배열을 갖는다. 하지만, 구동전압이 인가된 제1 및 제2 본딩패드(35a,35b)에 구동전압이 인가되면, 상기 액정(38)은 그 인가전압에 의해 일정한 방향성을 가질 수 있다. 이러한 액정(38)의 방향성에 따라 광출사방향이 정의될 수 있다. 특히, 도3b에 도시된 바와 같이, 상부방향으로 배열되도록 선택된 액정(38)을 사용하는 경우에는, 상부방향으로 광의 출사방향을 한정할 수 있다. 이러한 광출사방향의 제어방식을 통해 원하는 방향으로의 발광효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 상기 액정(38)은 유동성 냉각제로서 사용될 뿐만 아니라, 상기 구동전압의 인가시에는 발광다이오드(34)로부터 생성된 광을 액정(38)의 배열방향에 따라 결정되는 방향으로 한정하여 안내할 수 있다.
본 실시형태에서는 액정이 발광다이오드의 구동전압에 의해 작용하는 형태를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라 광출사방향을 제어하기 위해서 액정의 배열방향을 결정하는 전압 인가용 배선라인을 서브 마운트 기판 상에 추가로 형성할 수 있다. 이 경우에는 발광다이오드의 구동전압에 의해 액정이 배열 되지 않도록 적어도 그 구동전압보다 높은 전압에서 작용하는 액정을 사용하는 것이 요구된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 발열원인 발광다이오드에 직접 접하는 유동성 냉각재의 대류효과를 통해 열을 보다 효과적으로 분산시킴으로써 발광다이오드 패키지의 열방출특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유동성 냉각재로서 액정을 사용하는 경우에, 전압에 따라 발광방향을 액정배열방향으로 제어함으로써 유효 발광효율을 크게 증가시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 제1 및 제2 본딩 패드가 형성된 상면을 갖는 서브 마운트 기판;
    제1 및 제2 전극을 가지며, 상기 제1 및 제2 전극이 상기 제1 및 제2 본딩패드에 접속되도록 상기 서브마운트 기판 상에 실장된 발광다이오드;
    상기 발광다이오드가 실장된 공간을 둘러싸도록 상기 서브 마운트 기판 상에 형성된 상부 기판;
    상기 상부 기판 상에 형성되어 상기 발광다이오드의 실장공간을 밀봉하는 커버용 투명부재; 및,
    상기 밀봉된 발광다이오드의 실장공간을 충전된 유동가능한 절연성 냉각재를 포함하며,
    상기 절연성 냉각재는 액정(liquid crystal)인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버용 투명부재는 상기 발광다이오드로부터 방출되는 광을 집광시킬 수 있는 렌즈구조물인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 광학적 렌즈구조물은 상기 발광다이오드 위치에 대응되는 부분이 볼록한 렌즈구조물인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부기판은 상기 발광다이오드의 실장공간을 둘러싸는 내부 측벽이 상부를 향해 경사진 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부기판은 내부측벽에 도포된 반사성 금속층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 서브 마운트 기판은 열전도성을 갖는 세라믹 또는 반도체물질인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 액정은 상기 제1 및 제2 본딩패드를 통해 상기 발광다이오드에 인가되는 구동전압에 의해 일정한 배열 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 액정은 상기 구동전압의 인가시에 상기 제1 및 제2 본딩패드의 배열방향과 수직방향으로 배열되며, 이로써 발광다이오드로부터 생성된 광이 그 수직방향으로 진행하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 서브 마운트 기판은 상기 액정의 방향성을 제어할 수 있는 전압을 인가할 수 있는 추가적인 배선라인을 포함하며, 상기 액정방향성을 제어하는 전압은 상기 발광다이오드의 구동전압보다 큰 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
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