KR100896068B1 - 정전기 방전 보호 기능을 갖는 발광다이오드 소자 - Google Patents

정전기 방전 보호 기능을 갖는 발광다이오드 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 정전기 방전 보호 기능을 가지는 발광다이오드 소자에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 발광다이오드 소자는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드, 지지 프레임, 발광다이오드 칩, 광투과성 수지층, 그라운드 전극 리드, 그리고 정전기 방전 보호 소자를 포함한다. 지지 프레임은 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 고정하고 전기 절연성 재질로 형성되며, 빛을 반사하는 반사면으로 둘러싸인 함몰부를 구비하는 반사컵을 포함한다. 발광다이오드 칩은 함몰부 내에 배치되며 그 한 쌍의 전극이 양극 전극 리드와 음극 전극 리드에 각각 전기적으로 연결된다. 광투과성 수지층은 발광다이오드 칩을 덮도록 함몰부에 채워져 형성된다. 그라운드 전극 리드는 지지 프레임에 장착된다. 정전기 방전 보호 소자는 음극 전극 리드와 그라운드 전극 리드에 그 한 쌍의 전극이 각각 전기적으로 연결된다. 그라운드 전극 리드가 구비되고 이 그라운드 전극 리드와 음극 전극 리드를 전기적으로 연결하는 정전기 방전 보호 소자가 구비됨으로써, 정전기 방전에 의해 발광다이오드 소자가 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
발광다이오드, 정전기 방전, 그라운드 전극 리드, 제너 다이오드

Description

정전기 방전 보호 기능을 갖는 발광다이오드 소자{LIGHT EMITTING DIODE DEVICE WITH ELECTROSTATIC DISCHARGE PROTECTION FUNCTION}
본 발명은 발광다이오드 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 정전기 방전 보호 기능을 가지는 발광다이오드 소자에 관한 것이다.
발광 다이오드 소자는 전기 신호를 광학 신호로 변환하는 장치이며, 전기 신호가 가해지면 발광 다이오드 소자는 빛을 발산하게 된다. 발광다이오드 소자는 발광다이오드 칩의 종류에 따라 청색, 적색, 녹색의 발광 파장에 해당하는 빛을 발산한다.
발광다이오드 소자는 우수한 단색성 피크(peak) 파장을 가지며 광효율이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점을 가지므로, 발광다이오드 소자는 다양한 디스플레이 장치 및 광원으로 널리 사용되고 있다.
예를 들어, 종래의 발광다이오드 소자는 전기 절연성 재질(예를 들어, 열가소성 플라스틱)로 형성되는 지지 프레임(frame)을 포함하며, 이 지지 프레임은 빛을 반사하는 반사면을 구비하는 반사컵을 형성한다. 한편, 음극 전극 리드와 양극 전극 리드가 지지 프레임에 의해 고정되며, 발광다이오드 칩이 반사컵 내에 위치한 상태에서 음극 전극 리드의 끝단에 구비되는 다이 패드(die pad)에 부착된다. 이때, 발광다이오드 칩의 음극 전극은 음극 전극 리드에 전기적으로 연결되고, 발광다이오드 칩의 양극 전극은 양극 전극 리드에 전기적으로 연결된다. 그리고 에폭시 수지층이나 실리콘 수지층과 같은 광투과성 수지층이 반사컵 내에 형성되며, 광투과성 수지층은 발광다이오드 칩을 보호할 수 있도록 발광다이오드 칩을 덮도록 형성된다.
발광다이오드 칩은 정전기 방전에 의해 손상될 수 있으며, 특히 발광다이오드 칩 중에서 InGaN, GaN계의 발광다이오드 칩은 정전기에 약한 산화알루미늄(Al2O3) 기판을 사용하므로 정전기 방전에 의한 불량률이 높은 문제가 있다.
종래에, 발광다이오드 칩을 정전기 방전으로부터 보호하기 위해, 발광다이오드 칩에 제너 다이오드(Zener diode)와 같은 정전기 방전 보호 소자를 설치하는 기술이 알려진 바 있다.
한 예를 들면, 제너 다이오드를 반사컵 내에 위치하는 양극 전극 리드의 끝단의 상면에 부착하고 제너 다이오드의 두 전극을 음극 전극 리드와 양극 전극 리드에 각각 전기적으로 연결하는 방식이 알려진 바 있다.
또 다른 예를 들면, 바리스터(varistor)를 반사컵의 아래의 위치에서 접착제로 양극 전극 리드와 음극 전극 리드의 하면에 각각 부착하는 방식이나 제너 다이오드를 반사컵의 아래의 위치에서 음극 전극 리드의 하면에 접착제로 부착하고 제너 다이오드의 전극 중 하나를 양극 전극 리드에 골드 와이어(gold wire)로 전기적 으로 연결하는 방식이 알려진 바 있다.
그런데, 제너 다이오드가 반사컵 내에서 양극 전극 리드의 끝단의 상면에 부착되는 경우, 제너 다이오드가 발광다이오드 칩에서 방사된 빛을 흡수하거나 산란시킴으로써 방사 방향으로 빛이 방사되는 것을 방해하고 이에 따라 발광다이오드 소자의 휘도가 저하되는 문제가 있다.
또한, 바리스터를 양극 전극 리드와 음극 전극 리드의 하면에 접착제로 부착하는 경우, 바리스터를 양극 및 음극 전극 리드에 부착한 후 사출 공정으로 반사컵을 구비하는 지지 프레임을 형성하게 되는 데 이 공정에서 접착제가 녹아내리는 현상이 발생할 수 있으며, 이에 따라 반사판 형성 공정의 수율이 떨어지고 그 결과 제조 원가 상승이 유발된다.
나아가, 제너 다이오드를 음극 전극 리드의 하면에 접착제로 부착하고 골드 와이어로 전극을 형성하는 경우, 제너 다이오드를 음극 전극 리드에 부착한 후 사출 공정으로 반사컵을 형성하는 공정에서 사출물이 분사되는 사출 게이트(gate)와 골드 와이어가 같은 위치에 존재하게 됨으로써 골드 와이어가 손상될 수 있으며, 이에 따라 반사컵 형성 공정의 수율이 떨어지고 그 결과 제조 원가 상승이 유발된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정전기 방전 보호 소자에 의한 휘도 저하를 방지하고 반사컵 형성 공정의 수율 저하를 방지할 수 있는 정전기 방전 보호 기능을 갖는 발광다이오드 소자를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 발광다이오드 소자는 양극 전극 리드와 음극 전극 리드, 지지 프레임, 발광다이오드 칩, 광투과성 수지층, 그라운드 전극 리드, 그리고 정전기 방전 보호 소자를 포함한다. 지지 프레임은 양극 전극 리드와 음극 전극 리드를 고정하고 전기 절연성 재질로 형성되며, 빛을 반사하는 반사면으로 둘러싸인 함몰부를 구비하는 반사컵을 포함한다. 발광다이오드 칩은 함몰부 내에 배치되며 그 한 쌍의 전극이 양극 전극 리드와 음극 전극 리드에 각각 전기적으로 연결된다. 광투과성 수지층은 발광다이오드 칩을 덮도록 함몰부에 채워져 형성된다. 그라운드 전극 리드는 지지 프레임에 장착된다. 정전기 방전 보호 소자는 음극 전극 리드와 그라운드 전극 리드에 그 한 쌍의 전극이 각각 전기적으로 연결된다.
정전기 방전 보호 소자는 반사컵의 함몰부의 외부에 위치할 수 있다.
그라운드 전극 리드는 음극 전극 리드에 인접하도록 반사컵의 함몰부의 외부에 위치할 수 있으며, 정전기 방전 보호 소자는 그라운드 전극 리드에 부착될 수 있다.
특히, 정전기 방전 보호 소자는 그라운드 전극 리드의 하면에 부착될 수 있다.
그라운드 전극 리드의 일단은 지지 프레임의 하단까지 연장되도록 형성될 수 있다.
정전기 방전 보호 소자는 제너 다이오드(Zener diode) 또는 바리스터(varistor)일 수 있다.
본 발명에 의하면, 그라운드 전극 리드가 구비되고 이 그라운드 전극 리드와 음극 전극 리드를 전기적으로 연결하는 정전기 방전 보호 소자가 구비됨으로써, 정전기 방전에 의해 발광다이오드 소자가 손상되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
특히, 정전기 방전 보호 소자가 발광다이오드 칩이 장착되는 반사컵의 함몰부의 외부에 위치함으로써, 정전기 보호 소자에 의해 빛의 진로가 방해되는 것을 방지할 수 있고 이에 따라 발광다이오드 소자의 휘도가 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 사출 성형에 의해 지지 프레임을 형성하는 공정에서 정전기 보호 소자를 연결하는 전극이 손상되는 것을 방지하여 지지 프레임 형성 공정의 수율을 높일 수 있다.
나아가, 그라운드 전극 리드가 반사컵의 함몰부의 외측에 위치하고 정전기 방전 보호 소자가 그라운드 전극 리드에 장착됨으로써, 발광다이오드 소자의 휘도 저하를 방지하고 지지 프레임 형성 공정의 수율을 향상할 뿐만 아니라 정전기 방전 보호 소자를 장착하기가 용이해진다.
또한, 그라운드 전극 리드가 지지 프레임의 바닥까지 연장됨으로써, 발광다이오드 소자를 기판 등에 장착하는 경우 그라운드 단자에 보다 쉽게 연결할 수 있다.
그리고, 정전기 방전 보호 소자가 그라운드 전극 리드의 후면에 장착됨으로써, 정전기 방전 보호 소자가 보다 안정적으로 장착될 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 일부를 절개한 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 전기 회로도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자는 지지 프레임(9)을 포함하고, 양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)가 지지 프레임(9)에 고정된다.
지지 프레임(9)은 전기 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 전기 절연성의 플라스틱 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 지지 프레임(9)은 열가소성의 플라스틱 재질로 사출 성형에 의해 형성될 수 있다.
지지 프레임(9)의 상부에는 반사컵(92)이 형성된다. 반사컵(92)은 그 중심부에 아래 방향으로 함몰된 함몰부(94)를 구비하며, 이 함몰부(94)를 둘러싸는 반사컵(92)의 내면은 빛을 반사하는 반사면(96)으로 형성된다.
양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)는 전기 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)는 전기 전도성 금속으로 형성될 수 있다.
양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)는 지지 프레임(9)에 고정된다. 그리고, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)의 일부는 지지 프레임(9)의 외부로 노출되도록 각각 형성되며, 외부 전원이 양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)의 노출된 부분을 통해서 발광다이오드 소자로 인가된다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)의 일단은 반사컵(92)의 함몰부(94)에 각각 위치하며, 양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)는 서로 전기적으로 분리되도록 양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)의 마주하는 일단은 미리 설정된 거리만큼 서로 이격된 상태로 배치된다.
즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 양극 전극 리드(5) 및 음극 전극 리드(4)의 내측 끝단은 반사컵(92)의 함몰부(94)에 각각 위치하며, 양극 전극 리드(5) 및 음극 전극 리드(4)는 지지 프레임(9)을 통과하여 외측으로 연장되고, 양극 전극 리드(5) 및 음극 전극 리드(4)의 외측 끝단은 지지 프레임(9)의 외부로 노출되어 지지 프레임(9)의 하단까지 연장될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 칩(10)이 반사컵(92)의 함몰부(94)에 배치된다. 예를 들어, 발광다이오드 칩(10)은 반사컵(92)의 함몰부(94)에 위치하는 양극 전극 리드(5)의 끝단의 상면에 접착제에 의해 부착될 수 있다. 발광다 이오드 칩(10)은 미리 설정된 색의 광을 발산하는 종래의 임의의 발광다이오드 칩일 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 칩(10)의 한 쌍의 전극은 전기 전도성 와이어(11)에 의해 양극 전극 리드(5)와 음극 전극 리드(4)에 각각 전기적으로 연결된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 발광다이오드 칩(10)의 양극은 양극 전극 리드(5)에 전기적으로 연결되고 발광다이오드 칩(10)의 음극은 음극 전극 리드(4)에 전기적으로 연결된다.
광투과성 수지층(15)이 반사컵(92)의 함몰부(94)에 형성된다. 즉, 광투과성 수지층(15)은 반사컵(92)의 함몰부(94)에 위치하는 발광다이오드 칩(10)과 전기 전도성 와이어(11)를 덮도록 반사컵(92)의 함몰부(94)에 채워진다.
광투과성 수지층(15)은 빛을 투과할 수 있는 임의의 재질로 형성될 수 있으며, 예를 들어 에폭시 수지나 실리콘 수지 등으로 형성될 수 있다. 광투과성 수지층(15)은 발광다이오드 칩(10)에서 발산된 빛이 원하는 방향으로 진행할 수 있도록 함과 동시에 발광다이오드 칩(10)과 전기 전도성 와이어(11)를 보호한다.
이와 같은 구조를 가진 발광다이오드 소자의 작동을 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 지지 프레임(9)의 외부로 노출된 양극 전극 리드(5)과 음극 전극 리드(4)에 외부 전원이 인가되면, 외부 전원의 전압이 전기 전도성 와이어(11)를 통해서 발광다이오드 칩(10)에 인가된다. 이에 따라 발광다이오드 칩(10)은 미리 설정된 색의 빛을 발산하며, 발광다이오드 칩(10)에서 발산된 빛은 광투과성 수지층(15)을 통과하여 외부로 직접 발산되거나 반사컵(92)의 반사면(96)에 의해 반사 되어 외부로 발산된다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자는 그라운드(ground) 전극 리드(41)를 포함한다. 그라운드 전극 리드(41)는 전기 전도성 재질로 형성될 수 있으며, 발광다이오드 소자가 실제 장착되는 경우 외부의 접지 단자에 연결된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 그라운드 전극 리드(41)는 지지 프레임(9)의 내부에 장착되며, 그라운드 전극 리드(41)의 외측 단은 지지 프레임(9)의 외부로 노출된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 그라운드 전극 리드(41)는 반사컵(92)의 함몰부(94)의 외부에 위치하도록 배치된다. 그라운드 전극 리드(41)는 음극 전극 리드(4)에 인접하게 배치되며 음극 전극 리드(4)로부터 이격되도록 배치된다. 즉, 그라운드 전극 리드(41)는 반사컵(92)의 함몰부(94)의 외측에 위치한 상태로 지지 프레임(9) 내에 위치하도록 고정되고, 그 외측 단의 일부는 지지 프레임(9)의 외부로 노출된다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 발광다이오드 소자는 정전기 방전 보호 소자(Z)를 포함한다. 정전기 방전 보호 소자(Z)는 제너 다이오드(Zener diode)일 수 있다.
정전기 방전 보호 소자(Z)의 한 쌍의 전극은 음극 전극 리드(4)와 그라운드 전극 리드(41)에 각각 전기적으로 연결된다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 정전기 방전 보호 소자(Z)가 제너 다이오드인 경우, 제너 다이오드의 양극은 음극 전극 리드(4)에 전기 전도성 와이어(13)에 의해 전기적으로 연결되고 제너 다이오드의 음극은 그라운드 전극 리드(41)에 전기적으로 연결된다.
이때, 정전기 방전 보호 소자(Z)는 반사컵(92)의 함몰부(94)의 외부에 위치하도록 지지 프레임(9)에 장착될 수 있다. 더욱 구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 정전기 방전 보호 소자(Z)는 반사컵(92)의 함몰부(94)의 외부에 위치하는 그라운드 전극 리드(41)에 부착될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 실시예에서는 정전기 방전 보호 소자(Z)가 그라운드 전극 리드(41)의 상면에 부착되나, 정전기 방전 보호소자는 그라운드 전극 리드의 하면에 부착될 수도 있다.
정전기 방전 보호 소자(Z)가 음극 전극 리드(4)와 그라운드 전극 리드(41)에 전기적으로 연결됨으로써, 발광다이오드 칩(10)의 양단에 높은 전압이 걸리는 경우 전류가 피뢰침 효과 등에 의해 정전기 방전 보호 소자(Z)와 그라운드 전극 리드(41)를 통해서 흐르게 되어 발광다이오드 칩(10)에 과전류가 흐르는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 발광다이오드 칩(10)이 정전기 방전에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자에 대해 설명한다. 설명의 편의를 위해 상기한 실시예와 동일한 부분에 대한 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 일부 절개 단면도이고, 도 5는 도 4의 발광다이오드 소자의 전기 회로도이다.
본 실시예는 정전기 방전 보호 소자(7)가 바리스터(varistor)인 경우이다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 정전기 방전 보호 소자, 즉 바리스터(7)의 양 단이 음극 전극 리드(4)와 그라운드 전극 리드(41)에 각각 전기적으로 연결된다. 바리스터(7)도 위에서 설명한 제너 다이오드와 유사하게 작동하여 발광다이오드 칩(10)에 과전류가 흐르는 것을 방지한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 소자의 사시도이다.
본 실시예에서는 그라운드 전극 리드(41)의 일단이 지지 프레임(9)의 하단까지 연장된다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 지지 프레임(9)의 외측으로 노출된 그라운드 전극 리드(41)가 아래 방향으로 연장되어 지지 프레임(9)의 바닥까지 연장된다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전기 방전 보호 기능을 갖는 발광다이오드 소자의 사시도이다.
도 2는 도 1의 발광다이오드 소자의 지지 프레임의 일부가 절개된 상태의 사시도이다.
도 3은 도 1의 발광다이오드 소자의 전기 회로도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전기 방전 보호 기능을 갖는 발광다이오드 소자의 지지 프레임의 일부가 절개된 상태의 사시도이다.
도 5는 도 4의 발광다이오드 소자의 전기 회로도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전기 방전 보호 기능을 갖는 발광다이오드 소자의 사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
4: 음극 전극 리드 5: 양극 전극 리드
9: 지지 프레임 92: 반사컵
10: 발광다이오드 칩 11: 전기 전도성 와이어
15: 광투과성 수지층 41: 그라운드 전극 리드
Z: 제너 다이오드 7: 바리스터

Claims (6)

  1. 양극 전극 리드와 음극 전극 리드,
    상기 양극 전극 리드와 상기 음극 전극 리드를 고정하고 전기 절연성 재질로 형성되며 빛을 반사하는 반사면으로 둘러싸인 함몰부를 구비하는 반사컵을 포함하는 지지 프레임,
    상기 함몰부 내에 배치되며 그 한 쌍의 전극이 상기 양극 전극 리드와 상기 음극 전극 리드에 각각 전기적으로 연결되는 발광다이오드 칩,
    상기 발광다이오드 칩을 덮도록 상기 함몰부에 채워지는 광투과성 수지층,
    상기 지지 프레임에 장착되는 그라운드 전극 리드, 그리고
    상기 음극 전극 리드와 상기 그라운드 전극 리드에 그 한 쌍의 전극이 각각 전기적으로 연결되는 정전기 방전 보호 소자를 포함하는 발광다이오드 소자.
  2. 제1항에서,
    상기 정전기 방전 보호 소자는 상기 반사컵의 함몰부의 외부에 위치하는 발광다이오드 소자.
  3. 제1항에서,
    상기 그라운드 전극 리드는 상기 음극 전극 리드에 인접하도록 상기 반사컵의 함몰부의 외부에 위치하며,
    상기 정전기 방전 보호 소자는 상기 그라운드 전극 리드에 부착되는 발광다이오드 소자.
  4. 제3항에서,
    상기 정전기 방전 보호 소자는 상기 그라운드 전극 리드의 하면에 부착되는 발광다이오드 소자.
  5. 제1항에서,
    상기 그라운드 전극 리드의 일단은 상기 지지 프레임의 하단까지 연장되도록 형성되는 발광다이오드 소자.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에서,
    상기 정전기 방전 보호 소자는 제너 다이오드(Zener diode) 또는 바리스터(varistor)인 발광다이오드 소자.
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