KR100903309B1 - 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징 상부에 렌즈를 갖는 발광다이오드 패키지를 제공한다. 이 패키지는 공동을 갖는 하우징과, 상기 공동에 실장된 엘이디 칩과, 상기 엘이디 상에 상기 하우징 상부로 돌출되어 원추형 렌즈면을 형성하는 렌즈를 포함한다. 본 발명에 따르면, 원추형의 렌즈면을 갖는 렌즈를 형성함으로써 국지 조명이 요구되는 적용분야에 지향각이 작은 조명을 제공할 수 있다.

Description

발광다이오드 패키지 및 그 제조방법{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 광학소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 발광다이오드 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

발광다이오드는 전력소모가 적고 소형화가 가능하다는 점에서 최근 조명 분야에 다양하게 적용되고 있다.

통상적으로 발광 다이오드 패키지는 리드 프레임 또는 PCB 기판 상에 실장된 LED칩과, 상기 LED칩을 보호하는 하우징을 포함하고, 상기 LED칩 상부에는 빛의 굴절을 위한 렌즈가 형성된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 빛의 분포 각도(지향각)이 좁은 발광다이오드 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 내구성이 우수한 렌즈를 갖는 발광다이오드 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 렌즈 위치의 오차를 방지할 수 있는 발광다이오드 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 하우징 상부에 렌즈를 갖는 발광다이오드 패키지를 제공한다. 이 패키지는 공동을 갖는 하우징; 상기 공동에 실장된 엘이디 칩; 및 상기 엘이디 상기 하우징 상부로 돌출되어 원추형 렌즈면을 갖는 렌즈를 포함한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 하우징 상부에 렌즈를 갖는 발광다이오드 패키지의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 공동을 갖는 하우징을 형성하는 단계; 상기 공동에 엘이디 칩을 실장하는 단계; 및 상기 엘이디 칩 상에 상기 하우징 상부로 돌출되어 원추형 렌즈면을 갖는 렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.

상기 렌즈는 별도로 제작하여 상기 엘이디 칩 상에 부착하거나, 상기 엘이디 칩 상에 투광성 재료를 주입하여 상기 엘이디 칩 상에 렌즈를 형성할 수도 있다.

사출방식으로 상기 엘이디 칩 상에 렌즈를 형성하는 경우, 렌즈 위치의 오차를 줄일 수 있고, 결합력도 강화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따르면, 공동을 갖는 하우징에 원추형 렌즈면을 갖는 렌즈를 형성함으로써, 원추형 렌즈면을 갖는 렌즈에 의해 빛의 지향각을 줄여 국지 조명이 요구되는 기기에 적용하여 집광효율을 증가시킬 수 있다.

또한, 투광성 재료를 주입하여 렌즈를 형성하는 경우 별도로 제작된 렌즈를 부착하는 것에 비해 렌즈 형성 위치의 오차를 줄일 수 있고, 렌즈가 분리되는 것을 막을 수 있다.

투광성 재료를 주입하여 렌즈를 형성하는 경우, 상기 하우징은 공동을 가지기 때문에 상기 렌즈와 상기 하우징의 접촉면적은 평판의 하우징 상에서 렌즈의 접촉면적에 비해 증가할 수 있다. 따라서, 상기 렌즈와 상기 하우징의 접합이 우수하여 내구성이 현저히 향상될 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한, 층이 다른 층 또는 기판 "상"에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 평면도이고, 도 1b는 도 1의 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 공동(16)을 갖는 하우징(10)과 상기 공동(16)에 실장된 LED칩(20) 및 상기 LED 칩(20)을 덮는 렌즈(30)를 포함한다.

상기 공동(16)은 상기 하우징(10)의 가장자리 상부면보다 낮은 영역이고, 그 측벽(12)은 경사를 가질 수 있다. 도시하지는 않았지만, 적어도 상기 공동(16)의 측벽에는 반사판이 형성될 수 있다.

상기 반사판은 상기 세라믹 재질로 형성할 수 있으며, 상기 측벽(12)에 의해 정의되는 상기 공동(16)의 바닥에도 반사판이 형성될 수도 있다.

도시하지는 않았지만, 상기 하우징(10) 내에는 상기 LED칩(20)을 외부 기기와 전기적으로 연결하기 위한 전극들이 형성되어 있을 수 있다. 상기 LED칩(20)은 상기 전극에 본딩 와이어를 통해 접속되거나, 상기 LED칩(20)에 플립칩 기술이 적용된 경우, 상기 LED칩(20)은 범퍼를 통해 상기 전극에 접속될 수도 있다.

또한, 도시하지는 않았지만, 상기 LED칩(20)은 히트 싱크 상부에 실장될 수 있고, 상기 히트 싱크를 통하여 상기 LED칩(20)에서 발생되는 열을 분산할 수 있다.

상기 히트 싱크는 상기 LED칩(20)을 외부기기와 접속하기 위한 전극일 수도 있고, 상기 LED칩(20)과 전기적으로 연결되지 않은 열전도 물질일 수도 있다.

도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 하나의 LED칩(20)을 포함할 수 있다. 상기 LED칩(20)은 필요에 따라 적색, 녹색, 적색 또는 백색 LED칩 중 하나일 수 있다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 하나의 LED칩(20)을 포함하는데 국한되지 않고, 다수개의 LED칩을 포함할 수도 있다. 예컨대, 상기 발광다이오드 패키지는 적색, 녹색 및 청색 LED를 모두 포함하여 색혼합에 의해 백색광을 발광할 수도 있다.

상기 렌즈(30)는 상기 LED칩(20)이 실장된 상기 공동(16)을 채우며 렌즈면(30s)을 갖는다.

본 발명의 제 1 실시예에서 상기 렌즈면(30s)을 원추면으로 형성함으써, 상기 렌즈면(30s)을 지나 발산되는 빛은 좁은 지향각을 가질 수 있다. 원추면의 렌즈(30)는 국부 조명 또는 손전등과 같이 좁은 지향각이 요구되는 적용분야에 사용될 수 있다.

상기 공동(16)의 주변에는 테두리 홈(18)이 더 형성될 수 있다. 상기 테두리 홈(18)은 상기 공동(16)을 둘러싸는 링 형태이며, 상기 하우징(10)의 가장자리 상부면보다는 낮고 상기 공동(16)보다는 높은 영역이다.

상기 렌즈(30)는 상기 공동(16)과 상기 테두리 홈(18)에 연속적으로 채워진다.

상기 테두리 홈(18)은 상기 렌즈(30)의 가장자리를 한정한다. 즉, 상기 렌즈(30)는 상기 테두리 홈(18)의 측벽(14)으로 한정되는 영역 내에 형성되고, 상기 테두리 홈(18)의 측벽(14)에 접한다. 따라서, 상기 렌즈(30)에 수평방향으로 외력이 가해지더라도 상기 테두리 홈(18)의 측벽(14)에 의해 상기 렌즈(30)가 지지되어 상기 렌즈(30)가 분리되는 것을 막을 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에서, 상기 렌즈(30)는 투광성 재료로 형성된다. 예컨대 상기 렌즈(30)는 실리콘 또는 고분자 수지와 같이 성형가능하고 투명한 재질로 형성될 수 있다.

상술한 것과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광다이오드 패키지에서, 상기 렌즈(30)는 상기 공동(16)의 표면에 접하고 상기 공동(16)을 채우는 몰드 역할과 상기 렌즈 역할을 동시에 할 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 원추형 렌즈면을 갖는 렌즈를 포함하기 때문에, 국지 조명이 요구되는 기기에 적용하여 집광효율이 향상될 수 있다.

또한, 상기 하우징(10)은 공동(16)을 가지고 상기 공동(16) 상에 렌즈(30)가 형성되기 때문에 평면에 형성된 렌즈에 비해 하우징(10)과 렌즈(30)의 접촉면적이 넓어진다. 따라서, 상기 렌즈(30)와 상기 하우징(10)이 견고하게 결합하여 외력이나 계면 스트레스로 인한 렌즈의 분리를 억제할 수 있다.

본 발명의 제 1 실시예에서, 상기 렌즈는 공동을 채우는 몰드를 주입하여 형성하는 것으로 기재하였으나, 상기 렌즈는 별도로 제작하여 부착할 수도 있다. 예컨대, 상기 공동을 채우는 몰드를 형성하고, 상기 몰드 상에 별도로 제작된 원추형 렌즈면을 갖는 렌즈를 부착함으로써 발광다이오드 패키지를 형성할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 상술한 제 1 실시예에 따른 발광다이오드 패키지와 그 구조에 있어서 유사하다.

제 1 실시예에 따른 발광다이오드 패키지와 달리 제 2 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 렌즈의 지지 및 고정 능력이 더 강한 구조를 가진다.

도시된 것과 같이, 상기 발광다이오드 패키지는 공동(16)을 갖는 하우징(60)과 상기 공동(16)에 실장된 LED 칩(20) 및 상기 LED칩(20)을 덮고 상기 공동(16)을 채우며 렌즈면(30s)을 갖는 렌즈(30)를 포함한다.

상기 공동(16) 주변의 상기 하우징(60) 상부면에는 테두리 홈(68)이 형성되어 있다. 상기 테두리 홈(68)은 상기 공동(16)보다는 높고 상기 하우징의 가장자리 상부면보다는 낮은 부분으로서, 측벽(64)을 가질 수 있다.

상기 렌즈(30)는 상기 측벽(64)으로 둘러싸인 영역에 형성되어 상기 테두리 홈(68)에 의해 한정되어 형성되어 있다.

상기 렌즈(30)는 상기 공동(16)에 의해 상기 하우징의 넓은 면적과 접하고, 그 가장자리가 상기 테두리 홈(68)의 측벽과 접하여 외력에 의한 분리를 막을 수 있다.

상기 테두리 홈의 측벽(64)은 횡방향으로 가해지는 외력으로부터 상기 렌즈(30)를 지지하여 상기 렌즈(30)와 상기 하우징(60)의 결합력을 강화하는 역할을 할 수 있다.

본 발명의 제 2 실시예는 상기 테두리 홈(68)을 가질 뿐만 아니라, 상기 테두리 홈(68) 상부에 걸림턱(66)이 더 형성되어 있다. 상기 걸림턱(66)은 상기 테두리 홈(68)으로부터 상방으로 신장되고 다시 횡방향으로 신장되어 그 하부에 갭을 가진다.

상기 렌즈(30)는 상기 공동(16), 상기 테두리 홈(68) 및 상기 걸림턱(66) 하부의 갭 영역까지 연속적으로 형성되어 상기 하우징(60)에 더욱 강하게 결합될 수 있다.

도시된 것과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 상기 제 1 실시예와 같이 원추형 렌즈면을 가질 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 3의 S1 단계 및 도 4의 (a)를 참조하면, 프레임 기판(110)을 제작한다. 상기 프레임 기판(110)은 전극들이 형성된 리드 프레임 또는 절연성 기판에 전극들이 형성된 기판일 수 있다. 일반적으로 복수개의 발광다이오드 패키지가 하나의 프레임 기판(110)에 형성된다.

도 3의 S2 단계 및 도 4의 (b)를 참조하면, 상기 프레임 기판(110)에 하우징(112)을 형성한다. 상기 하우징은 실리콘 또는 수지로 형성될 수 있다.

도 3의 S3 단계 및 도 4의 (c)를 참조하면, 상기 프레임 기판(110) 상에 LED 칩(114)을 실장하고, 상기 프레임 기판(110)과 상기 LED 칩(114)을 전기적으로 연결한다. 도면에서는, 상기 LED칩(114)의 하부면에 제 1 전극이 형성되고 상기 LED칩(114)의 상부면에 본딩와이어(116)이 연결된 것이 도시되었다. 그러나, 상기 LED칩(114)은 상부에 2극의 본딩 패드가 형성되어 2극 모두 본딩 와이어로 프레임 기판(110)에 연결되거나, 범퍼를 갖는 플립칩 구조의 LED칩인 경우 본딩와이어 없이 상기 프레임 기판의 전극에 직접 접속될 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 프레임 기판(110)의 전극 상에 상기 LED칩(114)이 실장되었으나, 상기 LED칩(114)은 상기 하우징(112)의 하단에 형성된 히트 싱크(도시 안함) 상에 실장되고 본딩 와이어에 의해 상기 프레임 기판(110)의 전극에 전기적으로 접속되는 구조를 가질 수도 있다.

도 3의 S4 단계 및 도 4의 (d)를 참조하면, 상기 LED 칩(114)이 형성된 하우징(112) 상부에 렌즈(118)를 형성한다. 상기 렌즈(118)는 상기 하우징(112) 상부를 덮고 상기 렌즈(118)의 형상을 갖는 형틀을 사용하여 형성할 수 있다.

상기 형틀은 상기 하우징(112) 상부에 상기 렌즈(118)에 대응되는 렌즈공간을 가지도록 형성하고, 상기 렌즈 공간 내에 투광성 재료를 주입하여 상기 렌즈(118)를 성형할 수 있다.

도 3의 S5 단계 및 도 4의 (e)를 참조하면, 상기 렌즈(118)가 형성된 프 레임 기판(110)을 절단하여 발광다이오드 패키지(200)를 분리한다. 상기 발광다이오드 패키지(200)는 상기 하우징(112) 외부로 신장된 전극(120)을 포함할 수 있다.

도시된 것과 같이 상기 전극들(120)은 상기 하우징(112)의 측벽으로부터 신장된 구조를 가질 수 있다. 도시하지는 않았지만, 상기 전극들(120)의 절곡 단계를 더 포함하여 상기 전극들(120)이 상기 하우징(112)의 측벽을 따라 굽혀진 구조를 가질 수도 있다.

도 1a는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 평면도

도 1b는 도 1의 I-I'를 따라 취해진 단면도

도 2은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 설명하기 위한 도면

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드의 제조 방법을 설명하기 위한 도면

Claims (9)

1. 공동을 갖는 하우징;

   상기 공동에 실장된 엘이디 칩; 및

   상기 엘이디 칩 상에 상기 하우징 상부로 돌출되어 원추형 렌즈면을 형성하는 렌즈를 포함하며,

   상기 하우징의 주변에 상기 렌즈의 가장자리 경계를 한정하는 테두리 홈을 포함하되,

   상기 렌즈는 상기 공동 및 상기 테두리 홈을 채우는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 공동의 측벽은 경사를 가지고 반사판이 형성된 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 하우징은:

   하부에 갭을 가지며 상기 테두리 홈의 상부에서 횡방향으로 신장된 걸림턱을 더 포함하되,

   상기 렌즈는 상기 걸림턱 하부의 갭을 채우는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
6. 청구항 1, 청구항 2 및 청구항 5 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 렌즈는 상기 엘이디 칩을 덮으며 상기 공동을 채우는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
7. 공동을 갖는 하우징을 형성하는 단계;

   상기 공동에 엘이디 칩을 실장하는 단계; 및

   상기 엘이디 칩 상에 상기 하우징 상부로 돌출되어 원추형 렌즈면을 갖는 렌즈를 형성하는 단계를 포함하되,

   상기 렌즈를 형성하는 단계는:

   상기 공동 상부에 상기 렌즈면을 정의하는 형틀을 덮어 렌즈 공간을 형성하는 단계; 및

   상기 렌즈 공간에 투광성 재료를 주입하여 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 발광다이오드 패키지 제조방법.
8. 삭제
9. 청구항 7에 있어서,

   상기 투광성 재료는 실리콘 또는 고분자 수지인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지 제조방법.

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