KR100785449B1 - 전류 과부하가 방지되는 ｌｅｄ 패키지 장치 - Google Patents

전류 과부하가 방지되는 ｌｅｄ 패키지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 패키지 장치에 관한 것으로서, 온도 증가에 따라 전기 저항값이 증가하는 온도가변 저항소자를 구비하여 전류 과부하 및 이에 따른 LED칩의 과도한 온도 상승을 방지할 수 있는 LED 패키지 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 LED 패키지 장치는, LED칩과, 상기 LED칩을 전원연결단자에 전기적으로 연결시키기 위한 제 1 및 제 2 리드프레임과, 상기 제 1 리드프레임에 전기적으로 연결되며, 온도 증가시에 전기 저항이 증가하여 상기 LED칩에 흐르는 전류를 낮추는 온도가변 저항소자를 포함한다.
PTC, LED, 리드프레임, 리드부, 접촉, 가변저항, PCB

Description

전류 과부하가 방지되는 ＬＥＤ 패키지 장치{LED PACKAGE DEVICE WITH CURRENT OVERLOAD PREVENTED}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 패키지 장치의 개략적인 전기회로도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 패키지 장치의 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 LED 패키지 장치를 리드프레임의 단면을 따라 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 LED 패키지 장치의 사시도.
(도면의 주요부호에 대한 간략한 설명)
12: LED칩 14a, 14b: 리드프레임
142a, 142b: 리드부 30: PCB
32: 핀홀 40: PTC 소자
42: 핀 34: 도전성 패턴
본 발명은 LED 패키지 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전류 과부하 에 의한 LED칩의 온도 상승 및 이에 따른 LED칩의 발광 효율 저하를 막기 위한 LED 패키지 장치에 관한 것이다.
최근, 광원으로 발광 다이오드(light emitting diode; LED)의 사용이 증가하고 있다. 일반적으로, 조명용 광원과 같은 용도로 사용되기 위해서는, 발광 다이오드(이하, 'LED'라 함)가 수십 루멘 이상의 광출력(luminous power)을 가질 것이 요구된다. LED의 광출력은 대체로 입력전력(input power) 또는 전류에 비례한다. 따라서, LED에 입력되는 전력 또는 전류를 높이면 높은 광출력을 얻을 수 있으며, 이러한 LED의 구동을 위해서, LED와 직렬로 연결되는 저항 또는 정전류 IC 등이 이용된다.
그러나 정격 전류값보다 높은 전류가 LED에 인가되거나, 전류가 과도하게 오랜 시간 LED에 인가되는 경우에는 LED의 접합 온도(junction temperature)가 크게 높아진다. LED의 접합 온도의 증가는, 입력 에너지가 가시광으로 변환되는 정도를 나타내는, 발광 효율(photometric efficiency)의 감소로 이어지며, 심지어는, LED 또는 전기회로에 큰 손상을 주어 LED의 발광 작용을 멎게 할 수도 있다.
이에 따라, LED의 접합 온도 증가를 방지하기 위한 기술이 필요하며, 이에 따라 제안된 것 중 하나가 히트싱크를 이용하여 LED의 열을 방출시키는 기술이다. 이러한 종래의 기술은 "표면 실장 LED 패키지(surface mountable led package)"라는 제목으로 카레이 등(Carey et al.)에 의해 출원, 등록된 미국특허 제6,274,924(B1)호 등에 개시되어 있다.
위와 같은 종래의 기술은, 히트싱크가 LED칩에 열적으로 연결되어서 그 LED 칩에서 발생되는 열 일부를 방출시키므로, LED칩의 과도한 열화를 막아주는데 효과적으로 이용되고 있다. 그러나 열전도성에 의해 정해지는 히트싱크의 열 방출 성능은 항상 일정하고 제한적일 수밖에 없으므로 정격 전류값 이상의 전류 및/또는 과도한 전류 인가 시간에 대응하여 전류 과부하와 이에 따른 LED칩의 온도 상승을 막는데에는 한계가 있다. 따라서, 전술한 히트싱크와 함께 또는 독자적으로 LED칩의 과도한 온도 상승 및 이를 일으키는 과전류 부하를 막기 위한 LED 패키지의 개발이 시급하다.
따라서, 본 발명은 온도 증가에 따라 전기 저항값이 증가하는 온도가변 저항소자를 구비하여 전류 과부하 및 이에 따른 LED칩의 과도한 온도 상승을 방지할 수 있는 LED 패키지 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 온도 증가에 따라 전기 저항값이 증가하는 온도가변 저항소자를 구비하여 전류 과부하 및 이에 따른 LED칩의 과도한 온도 상승을 방지할 수 있되, 그 온도가변 저항소자가 LED칩 및/또는 이를 포함하는 회로의 온도를 매우 정확히 반영할 수 있는 위치에 간단한 방식으로 설치될 수 있는 LED 패키지 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따른 LED 패키지 장치는, LED칩과, 상기 LED칩을 전원연결단자에 전기적으로 연결시키기 위한 제 1 및 제 2 리드프레임과, 상기 제 1 리드프레임에 전기적으로 연결되며, 온도 증가시에 전기 저항이 증가하여 상기 LED칩에 흐르는 전류를 낮추는 온도가변 저항소자를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 LED 패키지 장치는, LED칩과, 상기 LED칩을 전원연결단자에 전기적으로 연결시키기 위한 제 1 및 제 2 리드프레임과, 상기 전원연결단자가 형성되며 상기 제 1 리드프레임 선단의 리드부가 부착되는 PCB(Printed circuit Board)와, 상기 PCB에 장착된 채 상기 리드부와 상기 전원연결단자 사이에 전기적으로 연결되며, 온도 증가시에 전기 저항이 증가하여 상기 LED칩에 흐르는 전류를 낮추는 온도가변 저항소자를 포함한다.
본 발명에 따라, 상기 온도가변 저항소자는, 상기 리드부와 접촉됨으로써 상기 리드프레임과 전기적으로 연결되거나, 또는, 상기 PCB 상의 도전성 패턴 의해 상기 리드프레임과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다. 그리고 상기 온도가변 저항소자는 PTC 소자인 것이 바람직하다.
이때, 상기 LED 패키지 장치는 복수개의 LED칩을 포함할 수 있으며, 또한 제 1 및 제 2 리드프레임을 각각 복수개로 포함할 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
<실시예>
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 패키지 장치의 개략적인 전기회로도이고, 도 2는 및 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 LED 패키지 장치의 구조를 설명하기 위한 도면들이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 패키지 장치(1)는, LED칩(12)을 포함하며, 그 LED칩(12)은 서로 다른 극성을 갖는 두 전원연결단자(2a, 2b)에 전기적으로 연결되어 하나의 전기회로를 형성한다. 따라서, 상기 LED칩(12)은 전원(미도시됨)이 두 전원연결단자(2a, 2b) 사이에 접속되어 전기 회로에 전류가 흐를 때 그 전류에 비례하는 고출력의 광을 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 LED 패키지 장치(1)는 상기 전기회로 상에 고정 저항소자(3)와 온도가변 저항소자(40)를 포함한다. 상기 고정 저항소자(3)는 LED 패키지 장치(1)의 제작 과정에서 소정의 정격 전류를 세팅하기 위해 마련된다. 또한, 상기 온도가변 저항소자(40)는 온도 변화에 따라 전류를 가변 제어하는 것으로서, 특히, 정격 전류값보다 높은 전류가 LED칩(12)에 인가되거나 전류가 과도하게 오랜 시간 LED칩(12)에 인가되는 경우 감지된 온도 증가에 따른 전기저항 증가에 의해 LED칩(12)에 흐르는 전류를 낮춰 주는 역할을 한다.
이때, 상기 온도가변 저항소자(40)로는 응답성이 좋은, 즉, 단시간 동안 흐르는 전류에 대해 민감하게 반응하면서 자체 전기저항이 증가하는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자가 이용되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 PTC 소자(40)는 LED칩(12)의 접합온도와 장치 주변의 온도를 매우 정확하게 반영할 수 있 는 리드프레임, 특히, 리드프레임의 리드부에 연결되는 것이 바람직하며 이는 도 2 및 도 3을 참조로 하여 이하에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 LED 패키지 장치(1)는, LED칩(12)과 제 1 및 제 2 리드프레임(14a, 14b)을 포함하는 LED 패키지(10)가 PCB(30)상에 장착되어 이루어진다. 그리고, 상기 PCB(30)에는 상기 LED 패키지(10)에 전류를 인가하기 위한 제 1 및 제 2 전원연결단자(2a, 2b; 도 1 참조)가 제공된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 LED 패키지(10)는, LED칩(12)의 열을 외부로 방출하기 위한 히트싱크(13)와, 리드프레임들(14a, 14b) 및 히트싱크(13)를 지지하기 위한 패키지 본체(11)를 포함한다. 상기 히트싱크(13) 상에는 LED칩(12)이 장착되는데, 상기 LED칩(12)은 (Al,In,Ga)N의 화합물 반도체로 제조될 수 있으며 요구되는 파장의 광을 방출할 수 있는 것으로 선택된다.
본 실시예에서, 상기 히트싱크(13)는 열전도성 및 전기전도성이 뛰어난 물질로 형성되는데, 특히, 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al) 등의 금속 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 LED칩(12)은 자체로부터 직접 또는 히트싱크(13)를 거쳐 제 1 및 제 2 리드프레임(14a, 14b)에 이어지는 두개의 본딩 와이어(19a, 19b)에 의해 제 1 및 제 2 리드프레임(14a, 14b)과 전기적으로 연결된다.
본 실시예에서는, 두개의 본딩 와이어(19a, 19b)가 이용되지만, 상기 히트싱크(13)를 하나의 리드프레임(19a 또는 19b)에 직접 접촉시킨다면, 두개의 본딩 와 이어 중 하나의 본딩와이어(19a 또는 19b)를 생략하는 것도 가능하다. 그리고, 본 실시예에서는, 하나의 LED칩(12)이 이용되지만, 전기적으로 분리된 복수의 히트싱크를 이용하면 복수의 LED칩을 히트싱크들 각각에 장착하여 이용할 수 있다. 또한, 전술한 히트싱크(13)의 이용 없이 LED칩(12)을 리드프레임에 직접 연결하는 것도 가능하며, 이 경우에는 이하 자세히 설명되는 PTC 소자(40)가 히트싱크(13)의 방열 작용을 상당 부분 대신할 수 있다.
패키지 본체(11)는 내부 및 외부 하우징(11a, 11b)으로 이루어진 채 상기 히트싱크(13) 및 상기 제 1, 제 2 리드프레임(14a, 14b)을 지지한다. 그리고 상기 패키지 본체(11)는 그 상면에 링(ring) 형의 렌즈 수용홈(18)을 더 가질 수 있다. 상기 렌즈 수용홈(18)은 예를 들면, 수지 몰딩 방식으로 형성된 렌즈(15)를 수용, 고정하는데 이용된다.
상기 렌즈(15)는, LED칩(12)을 전체적으로 덮는 봉지재로서, 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 렌즈(15)는 LED칩(12)에서 방출된 광의 파장을 변환시키는 형광체를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 LED칩(12)이 청색광을 방출할 경우, 상기 렌즈(15)는 청색광을 황색광으로 변환시키거나, 청색광을 녹색광 및 적색광으로 변환시키는 형광체를 포함할 수 있다. 그 결과, 상기 LED칩(12)으로부터 백색광이 출사될 수 있다. 이에 더하여, 상기 패키지 본체(11)의 상부 내측면에는 금(Ag) 또는 은(Au)과 같이 반사성이 뛰어난 반사체(17)가 형성될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제 1 및 제 2 리드프레임(14a, 14b)이 패키지 본 체(11)의 내측으로부터 그 외측으로 연장되어 리드부(142a, 142b)에서 PCB(30)에 부착 연결됨으로써, 상기 LED 패키지(10)는 PCB(30) 상에 바람직하게 장착된다. 상기 PCB(30)는 도 1에 도시된 것과 같은 전원연결단자(2a, 2b; 도 2 및 도 3에는 미도시 됨)가 제공되는 부분이며, 상기 LED 패키지(10)와 함께 가변 저항 소자, 즉, PTC 소자(40)의 장착을 허용한다.
상기 PTC 소자(40)는, 한 쌍의 핀(42)을 양측면에 구비하여, 이 핀들(30)이 상기 PCB(30)에 형성된 핀홀(32)에 삽입된 채로 상기 PCB(30) 상에 장착 고정된다. 특히, 상기 PTC 소자(40)는 그 저면에서 제 1 리드프레임(14a)의 리드부(142a) 윗면과 전기적인 접촉을 유지한다. 그리고, 상기 핀들(42)은 상기 핀홀(32) 내측에 제공되는 도 1에 도시된 것과 같은 제 1 전원연결단자(2a)에 연결된다. 제 1 리드프레임(14a)과 제 1 전원연결단자(2a) 사이에 PTC 소자(40)가 전기적으로 개재되는 것과 달리, 상기 제 2 리드프레임(14b)은 리드부(14b)에서 제 2 전원연결단자(2b)와 직접적으로 전기 연결된다.
따라서, 전류는 전원(미도시됨)으로부터, 제 2 전원연결단자(2b), 제 2 리드프레임(14b), LED칩(12), 제 1 리드프레임(14a), PTC(40), 그리고, 제 1 전원연결단자(2a)를 거쳐 흐른다. 이 과정에서, PTC(40)는, 전류 과부하 및/또는 LED칩(12)의 과도한 접합 온도 상승을 감지하게 되고, 이에 따라, 전기 저항이 상승하여 LED칩(12)으로 흐르는 전류를 낮추어 줄 수 있다.
이때, 상기 PTC 소자(40)는 전기회로의 온도 상승, LED칩(12)의 접합 온도 상승 및/또는 외부 온도 상승을 잘 반영하는 리드부(142a)에 연결됨으로써 전류 과 부하를 보다 신뢰성 있게 막아줄 수 있으며, 또한, 상기 리드부(142a)와 전기 연결이 간단한 접촉 방식으로 이루어지므로 LED 패키지 장치(1)의 조립성을 향상시키는데 기여한다.
앞선 실시예의 설명에서, 상기 PTC 소자(40)가 LED칩(12)의 전력 출력측에 마련되는 것으로 설명되었지만, 이는 하나의 실시예이며, LED칩(12)의 전력 입력측에 마련되는 것 또한 본 발명의 범위 내에 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지 장치를 도시한 사시도이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예의 PTC 소자(40)는, 표면실장형(SMD type) 구조로 이루어지며, 제 1 리드프레임(14a)의 리드부(142a)와 인접하게 PCB(30) 상에 장착된다. 또한, 상기 PCB(30) 상에는 리드부(142a)와 PTC(40)를 전기적으로 연결하는 도전성 패턴(34)이 형성된다. 이 도전성 패턴(34)은 전기 전도성 및 열전도성이 뛰어난 금속물이 PCB 상에 소정의 패턴을 갖고 형성되어 이루어진 것으로서 전류의 큰 손실(loss) 없이 리드부(142a)의 온도를 거의 그대로 PTC(40)에 전달할 수 있다. 따라서, 상기 PTC(40)는 앞선 실시예와 마찬가지로 정격 전류값 이상의 전류 인가 또는 과도한 전류 인가에 대응하여 전류 과부하 및 이에 따른 LED칩 및 전기회로의 과도한 온도 상승을 막아줄 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전류 과부하에 의한 LED칩의 온도 상승을 막아주어, LED칩의 발광 효율 저하, 더 나아가서는, LED칩 및/또는 전기회로 손상에 의한 LED 패키지 장치의 고장을 막아준다.
또한, 본 발명에 따른 LED 패키지 장치는, 전류 과부하 방지를 위한 온도가변 저항소자가 LED칩의 접합온도, 외부 온도 등을 잘 반영할 수 있는 리드프레임의 리드부에 직접 접촉식으로 또는 도전성 물질에 의해 연결되어, 보다 신뢰성 있게 LED칩의 온도 상승을 막아주고 또한 매우 간단한 방식으로 제조 가능하다는 이점을 갖는다.

Claims (5)

  1. LED칩과;
    패키지 본체에 의해 지지되며, 상기 LED칩을 상기 패키지 본체 외측의 전원연결단자에 전기적으로 연결시키기 위한 제 1 및 제 2 리드프레임과;
    상기 제 1 리드프레임에 전기적으로 연결되며, 온도 증가시에 전기 저항이 증가하여 상기 LED칩에 흐르를 전류를 낮추는 온도가변 저항소자를 포함하되,
    상기 제 1 리드프레임 선단의 리드부는 상기 패키지 본체 외측으로 연장하여 상기 전원연결단자에 부착되고, 상기 온도가변 저항소자는 상기 리드부와 접촉됨으로써 상기 제 1 리드프레임과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 장치.
  2. LED칩과;
    상기 LED칩을 전원연결단자에 전기적으로 연결시키기 위한 제 1 및 제 2 리드프레임과;
    상기 전원연결단자가 형성되며 상기 제 1 리드프레임 선단의 리드부가 부착되는 PCB와;
    상기 PCB에 장착된 채 상기 리드부와 상기 전원연결단자 사이에 전기적으로 연결되며, 온도 증가시에 전기 저항이 증가하여 상기 LED칩에 흐르는 전류를 낮추는 온도가변 저항소자를 포함하되,
    상기 온도가변 저항소자는 상기 리드부와 접촉됨으로써 상기 제 1 리드프레임과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 LED 패키지 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 온도가변 저항소자는 PTC 소자인 것을 특징으로 하는 LED 패키지 장치.
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