KR100999712B1 - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 백색광을 만들기 위해서 발광 다이오드에 형광 프레임을 결합함으로써, 발광 효율을 향상시키고 균일한 광출력을 얻을 수 있는 발광 다이오드 패키지를 개시한다. 개시된 본 발명은 발광 다이오드 칩들이 실장되어 있는 PCB: 상기 발광 다이오드 칩들과 결합되어 있는 형광체 프레임; 및 상기 형광체 프레임 상에 형성되어 있는 에폭시 몰드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 발광 다이오드는 상기 PCB 상에 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩되어 있고, 상기 형광체 프레임은 상기 발광 다이오드의 전극 영역에 대응하는 부분이 개방된 구조를 하고 있는 것을 특징으로 한다.

발광, 다이오드, 백색, 프레임, 플립칩

Description

발광 다이오드 패키지{LED PACKAGE}

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 도시한 도면.

도 2는 일반적으로 사용되는 발광 다이오드 칩의 구조를 도시한 도면.

도 3은 본 발명에 사용되는 형광 프레임의 구조를 도시한 도면.

도 4는 본 발명에 따라 형광 프레임이 결합된 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예 따라 플립칩 본딩 발광 다이오드에 형광 프레임이 결합된 구조를 도시한 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

20, 30: 형광체 프레임 31: 사파이어 기판

33: N형 질화갈륨층 35: 활성층

37: P형 질화갈륨층 39: TM 층

41: P 전극 43: N 전극

본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 발광 다 이오드에 형광 프레임을 결합함으로써, 백색광의 발광 효율을 향상시키면서 균일한 광출력을 얻을 수 있는 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.

일반적으로, 발광 다이오드는 주입된 전자와 정공이 재결합할 때 과잉 에너지를 빛으로 방출하는 다이오드로서, GaAsP 등을 이용한 적색 발광 다이오드, GaP 등을 이용한 녹색 발광 다이오드, InGaN/AlGaN 더블 헤테로(double hetero)구조를 이용한 청색 발광 다이오드 등이 있다.

이러한, 발광 다이오드는 저전압, 저전력이란 장점으로 인해 숫자 문자 표시소자, 신호등 센서, 광결합 소자용 광원 등 여러 분야에 광범위하게 사용되고 있다.

이와 같이 양질의 발광 다이오드를 제조하기 위해서는 다음 4가지 사항을 만족하여야 한다.

첫째는 휘도가 좋아야 하고, 둘째는 수명이 길어야 하며, 셋째는 열적 안정성이 있어야 하고, 넷째는 저전압에서 동작하여야 한다.

그 중에서도 휘도는 소자의 소비전력과 밀접한 관계를 가지고 있기 때문에 현재 발광 다이오드의 휘도를 높이기 위하여 다양한 방향으로 개발 중이다.

현재 가장 보편적으로 사용하는 LED는 5㎜(T 1 3/4) 플라스틱 패키지(Package)나 특정 응용 분야에 따라 새로운 형태의 패키지를 개발하고 있다. LED에서 방출하는 빛의 색깔은 반도체 칩 구성원소의 배합에 따라 파장을 만들며 이러한 파장이 빛의 색깔을 결정 짓는다.

특히, LED는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화(slim) 추세에 따라 기기의 각 종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등은 더욱 소형화되고 있으며 PCB(Printed Circuit Board: 이하 PCB라고 함) 기판에 직접 장착하기 위하여 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있다.

이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 SMD 형으로 개발되고 있다. 이러한 SMD는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.

상기와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전동 등 요구되는 휘도의 량도 갈수록 높아져서, 최근에는 고출력 발광 다이오드가 널리 쓰이고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 캐소드(1a)와 애노드 전극(1b) 역할을 하는 단자 중 상기 애노드 전극(1b) 상에 발광 다이오드 칩(3)에 실장되어 있다.

그리고 상기 발광 다이오드 칩(3)의 P 전극과 N 전극은 각각 애노드 전극(1b)과 캐소드 전극(1a)에 와이어를 이용하여 전기적으로 연결되어 있다.

상기와 같이 발광 다이오드 칩(3)이 와이어 본딩되면 에폭시 수지를 이용하여 몰딩 작업을 실시하는데, 상기 에폭시 몰드(5)는 상기 발광 다이오드 칩(3)의 활성층에서 발생하는 광을 외부로 출력하도록 하면서, 상기 발광 다이오드 칩(3)을 외부로부터 보호하는 역할을 한다.

또한, 상기에서와 같이 실장된 발광 다이오드 칩(3) 상에 에폭시 몰딩 작업이 이루어지면 발광 다이오드 패키지(10)가 완성되는데, 특히 청색 발광 다이오드 칩을 이용하여 백색광을 얻기 위해서는 도면에 도시된 바와 같이, 상기 에폭시 몰드(5) 둘레를 따라 형광체(7)를 코팅한다.

상기 발광 다이오드 패키지(10)는 애노드 전극(1b) 상에 실장되어 있는 청색 발광 다이오드에 전원이 인가되어 청색광이 발생하면, 상기 에폭시 몰드(5)를 통하여 외부로 발광하는데, 상기 청색광은 상기 에폭시 몰드(5) 상에 형성되어 있는 상기 형광체(7)를 통과하면서 백색광으로 변환된다.

도 2는 일반적으로 사용되는 발광 다이오드 칩의 구조를 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 발광 다이오드 칩(10)의 구조는 일반적으로 사파이어 기판(15) 상에 GaN 버퍼층(GaN buffer layer), 언더(Under) GaN 층, n형 도펀트 GaN 층, 활성층 및 P형 질화갈륨층을 차례대로 성장시켜 층을 이루고 있는 구조이다.

상기 P형 질화갈륨층 상에는 상기 활성층에서 발생하는 광을 외부로 전달시키기 위하여 TM(TM: Transparent Metal) 층을 성장시키고, 상기 언더 GaN층 상에는 N 전극(13)이 형성되어 있고, P형 질화갈륨층 상에는 P 전극(11)이 형성되어 있다.

상기와 같은 구조를 갖는 LED의 동작원리는 특정 원소의 반도체에 순방향 전압을 가하면 양극과 음극(Positive-negative)의 접합(junction) 부분을 통해 전자와 정공이 이동하면서 서로 재결합하는데, 전자와 정공의 결합에 의하여 에너지 준위가 떨어져 빛이 방출된다.

또한, LED는 보편적으로 0.25㎟로 매우 작으며 크기로 제작되며, 엑폭시 몰드와 리드 프레임 및 PCB에 실장된 구조를 하고 있다.

그러나, 상기 도 2에서 설명한 발광 다이오드 칩을 애노드 전극 상에 실장한 도 1의 도면에서와 같이, 발광 다이오드 패키지를 형성하기 위하여 에폭시 몰드(5)상에 형광체(7)를 코팅하는 경우에는 에폭시 몰드 상에 균일하게 형광체가 코팅되지 않아 균일한 백색광을 발생시키기 어려운 단점이 있다.

상기 불 균일한 백색광을 개선하기 위하여 형광체의 양을 높일 경우에는 투과율 감소로 인하여, 발광 다이오드에서 최초로 발생하는 광에 대한 효율이 저하되는 문제가 있다.

또한, 종래 발광 다이오드 패키지는 다양한 칼라별로 몰드의 형태를 여러 가지로 변화시킬 수 있도록 하였는데, 상기 발광 다이오드 칩 상에서 광색을 설정하여야 손실을 최소화하여 광출력을 할 수 있는데, 이와 같은 문제를 해결하기 어려운 단점이 있다.

본 발명은, 발광 다이오드 패키지 제작때 균일한 두께로 형성된 형광체 프레임을 발광 다이오드 칩에 결합함으로써, 균일한 광을 발생시킬 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지는,

발광 다이오드 칩들이 실장되어 있는 PCB:

상기 발광 다이오드 칩들과 결합되어 있는 형광체 프레임; 및

상기 형광체 프레임 상에 형성되어 있는 에폭시 몰드;를 포함하는 것을 특징 으로 한다.

여기서, 상기 발광 다이오드는 상기 PCB 상에 와이어 본딩 또는 플립칩 본딩되어 있고, 상기 형광체 프레임은 상기 발광 다이오드의 전극 영역에 대응하는 부분이 개방된 구조를 하고 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 형광체 프레임은 일측이 개방된 구조를 하고 있고, 상기 형광체 프레임은 사각형, 원형, 오각형, 육각형 중 어느 하나의 형상을 갖으며, 상기 형광체 프레임은 백색, 청색, 녹색, 적색 중 어느 하나의 색을 생성할 수 있는 형광체를 사용하여 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 발광 다이오드 칩과 일체로 결합될 수 있도록 균일한 두께로 형성된 형광체 프레임을 결합함으로써, 형광체의 양을 적절하게 조절할 수 있으며, 아울러 균일한 광을 형성할 수 있는 이점이 있다.

이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 자세히 설명하도록 한다.

도 3은 본 발명에 사용되는 형광 프레임의 구조를 도시한 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 청색광을 발생하는 발광 다이오드 칩에 PCB 상에 실장되면, 에폭시 몰딩 후 형광체를 몰딩하거나 에폭시 몰드와 형광체를 혼합하여 몰딩을 실시하는데, 본 발명에서는 몰딩되는 형광체를 에폭시 몰드와 혼합하지 않고, 상기 발광 다이오드 칩에 결합하여 일체가 될 수 있는 형광체 프레임(20)을 제작한다.

상기 형광체 프레임(20)의 구조는 백색광을 발생시키기 위하여 에폭시 몰드 에 혼합시키는 형광체를 발광 다이오드 칩 형태의 사각형 프레임으로 제작하였다.

상기 형광체 프레임(20)은 발광 다이오드와 결합되어 하측 일면을 제외한 좌우전후 및 상부의 5개 면을 커버할 수 있는 형태로 되어 있고, 와이어 본딩 작업을 위하여 상기 발광 다이오드 칩의 P 전극과 N 전극 영역을 개방하였다.

그리고 상기 형광체 프레임(20)의 형태는 사각형, 원형, 오각형, 육각형과 같이 다양한 형태로 제작하여 상기 발광 다이오드 칩에 결합시킬 수 있다.

상기 형광체 프레임(20)의 재질은 백색, 청색, 녹색, 적색 광을 발생시키기 위하여 사용되는 형광체들을 사용하여 프레임을 제작하여, 청색 발광 다이오드 뿐만 아니라 다양한 색을 발생하는 발광 다이오드 칩과 결합할 수 있다.

본 발명에서는 특히, 백색광을 형성하기 위하여 사용되는 형광체를 에폭시 수지와 함께 몰딩하지 않고, 독립적인 하나의 케이스 형태로 제작하여 상기 발광 다이오드와 결합할 수 있는 형태로 제작하였다.

도 4는 본 발명에 따라 형광 프레임이 결합된 발광 다이오드 패키지를 도시한 도면으로서, 도시된 바와 같이, 형광체 프레임(20)과 발광 다이오드 칩을 결합한 후에 와이어(24) 본딩 작업을 한 모습이다.

상기 발광 다이오드 칩이 PCB 상에 실장되거나, 혹은 서브 마운트 상에 실장되기 전에 상기 형광체 프레임(20)을 발광 다이오드 칩에 결합하고 와이어(24) 본딩을 실시한다.

상기 와이어(24) 본딩 작업시에는 금으로된 와이어(24)를 놓여 캐소드 전극 또는 애노드 전극에 연결하여야하므로 고온의 조건하에서 진행된다.

상기와 같이 고온의 조건 상태에서 와이어 본딩을 실시할 때, 상기 형광체 프레임(20)은 상기 발광 다이오드 칩과 열에 의한 합착이 이루어지게 된다.

따라서, 상기 형광체 프레임(20)과 발광 다이오드 칩이 갭이 없는 상태로 견고하게 결합되게 된다.

도면에 도시하였지만 설명하지 않은 21은 발광 다이오드의 P전극이고 24는 N 전극, 39는 투과층(TM)이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예 따라 플립칩 본딩 발광 다이오드에 형광 프레임이 결합된 구조를 도시한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 도 4에서 설명한 것과 달리 발광 다이오드 칩을 플립칩 본딩할 때에는 와이어 본딩을 할 때의 형광체 프레임(30) 형태가 아닌 상부와 좌우전후면이 밀폐되고, 하부가 개방된 프레임을 형태로 제작한다.

도면에 도시된 것 같이, 상기 형광체 프레임(30)을 플립칩 본딩되는 발광 다이오드 칩의 형태로 상부에서 하부쪽으로 결합할 수 있도록 한다.

상기 발광 다이오드 칩의 사파이어 기판(31) 배면으로 상기 형광체 프레임(30)이 결합되어 있고, 상기 발광 다이오드의 P전극(41), N 전극(43), 활성층(35), P형 질화갈륨층(37), N형 질화갈륨층(33)이 상기 형광체 프레임(30)의 개방 영역의 하부 방향으로 배치되어 있다.

상기 발광 다이오드 칩의 와이어 본딩 때와 마찬가지로 플립칩 본딩을 진행할 때, 고온의 열 조건을 필요로 하므로 이때 상기 형광체 프레임(30)과 발광 다이오드 칩이 열에 의하여 완전히 결합되게 된다.

또한, 와이어 본딩 발광 다이오드 패키지에서와 같이, 상기 형광체 프레임(30)의 형태는 사각형, 원형, 오각형, 육각형과 같이 다양한 형태로 제작하여 상기 발광 다이오드 칩에 결합시킬 수 있다.

상기 형광체 프레임(30)의 재질은 백색, 청색, 녹색, 적색 광을 발생시키기 위하여 사용되는 형광체들을 사용하여 프레임(30)을 제작하여, 청색 발광 다이오드 뿐만 아니라 다양한 색을 발생하는 발광 다이오드 칩과 결합할 수 있다.

본 발명에서는 기존의 발광 다이오드 패키지 제조방법을 그대로 적용하면서 균일한 형광체에 의하여 균일한 광을 발생시킬 수 있도록 하여 광효율을 향상시켰다.

이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명은 발광 다이오드 칩과 일체로 결합될 수 있도록 균일한 두께로 형성된 형광체 프레임을 결합함으로써, 형광체의 양을 적절하게 조절할 수 있으며, 아울러 균일한 광을 형성할 수 있는 이점이 있다.

본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (6)

1. 발광 다이오드 칩; 및

   상기 발광 다이오드 칩이 결합되며 형광체를 포함하는 형광체 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 발광 다이오드 칩은 상기 형광체 프레임 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 형광체 프레임은 상기 발광 다이오드 칩의 전극 영역에 대응하는 부분이 개방된 구조를 하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 형광체 프레임은 상기 발광 다이오드 칩의 전극이 위치하는 일측이 개방된 구조를 하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 형광체 프레임은 사각형, 원형, 오각형, 육각형 중 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 형광체는 백색, 청색, 녹색, 적색 중 어느 하나의 색을 생성할 수 있는 형광체를 사용하여 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.

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