KR101141470B1 - 발광소자 패키지 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 발광소자 패키지는 패키지 구조물의 성형이 용이한 구조를 갖도록, 실시 예는, 발광소자, 상기 발광소자가 배치되는 리드프레임 및 성형틀에 주입된 사출물에 의해 성형되며, 상기 리드프레임을 고정시키는 패키지 구조물;을 포함하고, 상기 패키지 구조물의 하부에는, 상기 사출물이 주입되며 상부와 하부의 폭이 서로 다르게 성형된 사출물돌출부가 형성된 발광소자 패키지를 제공한다.

Description

발광소자 패키지{Light-emitting element package}
실시 예는 발광소자 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 패키지 구조물의 성형이 용이한 구조를 갖는 발광소자 패키지에 관한 것이다.
LED(Light Emitting Diode; 발광 다이오드)는 화합물 반도체의 특성을 이용해 전기 신호를 적외선, 가시광선 또는 빛의 형태로 변환시키는 소자로, 가정용 가전제품, 리모콘, 전광판, 표시기, 각종 자동화 기기 등에 사용되고, 점차 LED의 사용 영역이 넓어지고 있는 추세이다.
보통, 소형화된 LED는 PCB(Printed Circuit Board) 기판에 직접 장착하기 위해서 표면실장소자(Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있고, 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 LED 램프도 표면실장소자 형으로 개발되고 있다. 이러한 표면실장소자는 기존의 단순한 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등표시기용, 문자표시기 및 영상표시기 등으로 사용된다.
이와 같이 LED의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등에 요구되는 휘도가 높이지는 바, LED의 발광휘도를 증가시키는 것이 중요하다.
실시 예의 목적은, 패키지 구조물의 성형이 용이한 구조를 갖는 발광소자 패키지를 제공함에 있다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 발광소자, 상기 발광소자가 배치되는 리드프레임 및 성형틀에 주입된 사출물에 의해 성형되며, 상기 리드프레임을 고정시키는 패키지 구조물을 포함하고, 상기 패키지 구조물의 하부에는, 상기 사출물이 주입되며 상부와 하부의 폭이 서로 다르게 성형된 사출물돌출부가 형성된다.
실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 패키지 구조물을 형성하는 사출물 성형시, 패키지 구조물의 하부에 형성된 사출물돌출부의 상부와 하부의 폭을 서로 다르게 경사각을 이루도록 형성함으로써, 사출물주입 후 성형시 성형틀과의 분리가 용이한 이점이 있다.
또한, 실시 예에 따른 발광소자 패키지는, 패키지 구조물이 인쇄회로기판에 고정시 패키지 구조물을 지지하는 지지돌출부를 형성함으로써, 인쇄회로기판 상에 리드프레임 납땜시, 패키기 구조물을 지지하여 리드프레임과 인쇄회로기판 상의 냉땜을 방지할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 'A' 블록을 나타내는 확대도이다.
도 3는 도 1에 나타낸 발광소자 패키지가 인쇄회로기판에 접촉된 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 4는 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 조명장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6는 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트 장치에 대한 제1 실시 예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 실시 예에 따른 발광소자 어레이를 포함하는 백라이트 장치에 대한 제2 실시 예를 나타낸 사시도이다.
실시 에 대한 설명에 앞서, 본 명세서에서 언급하는 각 층(막), 영역, 패턴, 또는 구조물들의 기판, 각 층(막) 영역, 패드, 또는 패턴들의 "위(on)", "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와, "아래(under)"는 직접(directly)", 또는 "다른 층을 개재하여(indirectly)" 형성되는 모든것을 포함한다. 또한, 각 층의 위, 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서, 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의, 및 명확성을 위하여 과장되거나, 생략되거나, 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에서 발광소자 패키지의 구조를 설명하는 과정에서 언급하는 각도와 방향은 도면에 기재된 것을 기준으로 한다. 명세서에서 발광소자 패키지를 이루는 구조에 대한 설명에서, 각도에 대한 기준점과 위치관계를 명확히 언급하지 않은 경우, 관련 도면을 참조하도록 한다.
도 1은 실시 예에 따른 발광소자 패키지의 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광소자 패키지(100)는 캐비티(s)가 형성된 패키지 구조물(110), 패키지 구조물(110) 내에 배치되는 제1, 2 리드프레임(120, 130) 및 캐비티(s) 내에서 제1 리드프레임(120) 상에 배치되는 발광소자(140)를 포함할 수 있다.
이때, 패키지 구조물(110)은 폴리프탈아미드(PPA:Polyphthalamide)와 같은 수지 재질, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 알루미늄 나이트라이드(AlN), AlOx, 액정폴리머(PSG, photo sensitive glass), 폴리아미드9T(PA9T), 신지오택틱폴리스티렌(SPS), 금속 재질, 사파이어(Al2O3), 베릴륨 옥사이드(BeO), 인쇄회로기판(PCB, Printed Circuit Board) 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 실시 예에 따른 패키지 구조물(110)은 사출 성형에 의해 형성되는 것으로 설명하며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
또한, 패키지 구조물(110)의 상면 형상은 발광소자(130)의 용도 및 설계에 따라 삼각형, 사각형, 다각형 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
캐비티(s)의 단면 형상은 컵 형상, 오목한 용기 형상 등으로 형성될 수 있으며, 캐비티(s)의 내 측면은 하부에 대해 수직한 측면이거나 경사진 측면이 될 수 있다.
또한, 캐비티(s)의 전면 형상은 원형, 사각형, 다각형, 타원형 등의 형상일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
여기서, 제1, 2 리드프레임(120, 130)은 금속 재질, 예를 들어, 티타늄(Ti), 구리(Cu), 니켈(Ni), 금(Au), 크롬(Cr), 탄탈늄(Ta), 백금(Pt), 주석(Sn), 은(Ag), 인(P), 알루미늄(Al), 인듐(In), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 하프늄(Hf), 루테늄(Ru), 철(Fe) 중에서 하나 이상의 물질 또는 합금을 포함할 수 있다.
또한, 제1, 2 리드프레임(120, 130)은 단층 또는 다층 구조를 가지도록 형성될 수 있으며, 이에 대해 한정하지는 않는다.
여기서, 제1, 2 리드프레임(120, 130) 각각은 캐비티(s)내에 배치되는 제1 프레임(122, 132) 및 패키지 구조물(110)의 하부에 배치되는 제2 프레임(124, 134)을 포함할 수 있다.
즉, 제1 프레임(122, 132) 중 어느 하나에는 발광소자(140)가 배치될 수 있으며, 제1 프레임(122, 132) 각각에 발광소자(140)의 전극(미도시)이 배치될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이때, 제2 프레임(124, 134)는 패키지 구조물(110)의 하부에 배치되어, 인쇄회로기판(미도시)의 형성된 동막에 접촉하여 전원을 공급받는다.
그리고, 패키지 구조물(110)의 하부에는 성형틀에 주입된 사출물에 의해 성형된 사출물돌출부(112) 및 제1, 2 리드프레임(120, 130)이 상기 인쇄회로기판에 접촉되는 경우 패키기 구조물(110)을 지지하는 지지돌출부(114)를 포함할 수 있다.
여기서, 사출물돌출부(112)는 상기 성형틀에 형성되어 상기 사출물이 주입되는 사출물주입구와 동일한 형상을 갖게 되며, 성형이 완료된 후 상기 성형틀에서 분리된다.
사출물돌출부(112)와 지지돌출부(114)에 대한 자세한 설명은 하기에서 기술하기로 한다.
그리고, 캐비티(s)에는 봉지재(150)에 의해 밀봉되며, 봉지재(150)는 이중몰딩 또는 3중 몰딩이 가능할 것이며, 봉지재(50)에는 형광체(미도시)를 포함하는 실리콘 재질을 포함할 수 있으며, 상기 형광체를 포함하지 않는 실리콘 재질이 사용될 수 있을 것이며, 이에 한정을 두지 않는다.
도 2는 도 1에 나타낸 'A' 블록을 나타내는 확대도이다.
도 2는 패키지 구조물(110)의 하부를 나타낸 것이며, 이때 도 2를 참조하면, 사출물돌출부(112)는 제1 높이(h1)으로 형성될 수 있으며, 지지돌출부(114)는 제2 높이(h2)로 형성될 수 있으며, 제1 리드프레임(120)의 제2 프레임(124)은 제3 높이(h3)로 배치될 수 있다.
여기서, 사출물돌출부(112) 및 지지돌출부(114) 중 적어도 하나는 상부와 하부 사이에 곡률을 형성할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
이때, 제1, 2, 3 높이(h1, h2, h3)는 패키지 구조물(110)의 하부 선상을 기점으로 나타낸 것임을 명시한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 높이(h1)는 제2, 3 높이(h2, h3) 보다 낮게 형성되는 것으로 나타내었으나, 제1 높이(h1)은 제2 높이(h2)와 동일하게 형성될 수 있으며, 이때의 사출물돌출부(112)는 지지돌출부(114)와 동일하게 패키지 구조물(110)을 지지할 수 있을 것이다.
여기서, 제2 높이(h2)는 제3 높이(h3) 보다 높게 형성되어, 제2 프레임(124, 134)이 인쇄회로기판(미도시)에 접촉시 지지돌출부(114)가 패키지 구조물(110)을 지지할 수 있다.
제3 높이(h3)는 제1, 2 리드프레임(120, 130)의 제2 프레임(124, 134) 중 높이가 큰 것을 나타낸 것이며, 서로 동일할 수 있을 것이다.
여기서, 사출물돌출부(112)의 상부와 하부 사이의 제1 경사각(θ1)은 50도 내지 89도인 것이 바람직하며, 이는 제1 경사각(θ1)에 의해 성형틀에 사출물 주입후 성형이 완료된 후 패키지 구조물(110)의 분리를 용이하게 할 수 있다.
즉, 사출물돌출부(112)는 제1 경사각(θ1)에 의해 하부폭(d1)이 상부폭(d2)에 비하여 좁게 형성되어, 성형이 완료되면 성형틀에서 패키지 몸체(110)의 분리가 용이한 이점이 있다.
이와 같이, 제1 경사각(θ1)이 50도인 경우 사출물돌출부(112)의 하부폭(d1)은 제1 높이(h1)에 의해 최대 상부폭(d2) 대비 0.5배가 될 수 있을 것이며, 하부폭(d1)과 상부폭(d2)는 제1 높이(h1) 및 제1 경사각(θ1)에 의해 결정될 수 있을 것이다.
이때, 제1 경사각(θ1)은 지지돌출부(114)의 상부와 하부 사이의 제2 경사각(θ2)와 동일한 경사각을 갖거나, 또는 제2 경사각(θ2) 보다 작은 경사각을 가질 수 있으며 이에 한정을 두지 않는다.
도 3는 도 1에 나타낸 발광소자 패키지가 인쇄회로기판에 접촉된 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 3은 복수의 발광소자 패키지(100)가 인쇄회로기판(160)의 동막(d) 패턴에 실장된 것을 나타낸 발광소자 어레이를 나타낸 것이다.
여기서, 도 3을 참조하면, 발광소자 패키지(100)는 패키지 구조물(110)의 하부에 형성된 지지돌출부(114)가 인쇄회로기판(150)의 동막(d)에 인접한 부분에 접촉되어, 동막(d)과 제1, 2 리드프레임(120, 130)을 이격 또는 접촉시키며, 패키지 구조물(110)을 지지할 수 있다.
즉, 지지돌출부(114)는 동막(d)과 제1, 2 리드프레임(120, 130)의 제2 프레임(124, 134)의 납땜 이전에 패키지 구조물(110)의 뒤틀림 또는 기울임을 방지하며 패키지 구조물(110)을 안정되게 배치되도록 할 수 있다.
이후, 납땜(p)이 완료되면, 제2 프레임(124, 134)과 동막(d) 사이에는 납땜(p)이 배치될 수 있으므로, 제2 프레임(124, 134)과 동막(d) 사이의 냉땜을 방지할 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 조명장치를 나타낸 사시도이며, 도 5는 도 4에 나타낸 조명장치의 A-A' 단면을 나타낸 단면도이다.
한편, 실시 예에 따른 조명장치의 형상을 보다 상세히 설명하기 위해, 조명장치의 길이방향(Z)과, 길이방향(Z)과 수직인 수평방향(Y), 그리고 길이방향(Z) 및 수평방향(Y)과 수직인 높이방향(X)으로 설명하기로 한다.
즉, 도 5는 도 4의 조명장치(200)를 길이방향(Z)과 높이방향(X)의 면으로 자르고, 수평방향(Y)으로 바라본 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 조명장치(200)는 몸체(210), 몸체(210)와 체결되는 커버(230) 및 몸체(210)의 양단에 위치하는 마감캡(250)을 포함할 수 있다.
몸체(210)의 하부면에는 발광소자모듈(240)이 체결되며, 몸체(210)는 발광소자(244)에서 발생된 열이 몸체(210)의 상부면을 통해 외부로 방출할 수 있도록 전도성 및 열발산 효과가 우수한 금속재질로 형성될 수 있다.
발광소자 패키지(244)는 인쇄회로기판(242) 상에 다색, 다열로 실장될 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라 다양한 이격 거리를 가지고 실장될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 또한, 효과적인 방열을 위해 인쇄회로기판(242)는 금속(Metal)기판일 수 있다.
한편, 발광소자 패키지(244)는 인쇄회로기판(242) 상에 다색, 다열로 실장 될 수 있으며, 동일한 간격으로 실장되거나 또는 필요에 따라 다양한 이격 거리를 가지고 실장 될 수 있어 밝기 등을 조절할 수 있다. 또한, 효과적인 방열을 위해 인쇄회로기판(242)은 금속(Metal) 기판일 수 있다.
커버(230)는 몸체(210)의 하부면을 감싸도록 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
커버(230)는 내부의 발광소자모듈(240)을 외부의 이물질 등으로부터 보호한다. 또한, 커버(230)는 후술하는 바와 같이 발광소자 패키지(244)에서 발생한 광의 눈부심을 방지하고, 외부로 광을 균일하게 방출할 수 있도록 확산입자를 포함할 수 있으며, 또한 커버(230)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 프리즘 패턴 등이 형성될 수 있으며, 커버(230)의 내면 및 외면 중 적어도 어느 한 면에는 형광체가 도포될 수도 있다.
한편, 발광소자 패키지(244)에서 발생한 광은 커버(230)를 통해 외부로 방출되므로 커버(230)는 광투과율이 우수하여야하며, 발광소자(244)에서 발생한 열에 견딜 수 있도록 충분한 내열성을 구비하고 있어야 하는바, 커버(230)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylen Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA) 등을 포함하는 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
마감캡(250)은 몸체(210)의 양단에 위치하며 전원장치(미도시)를 밀폐하는 용도로 사용될 수 있다. 또한 마감캡(250)에는 전원핀(252)이 형성되어 있어, 본 발명에 따른 조명장치(200)는 기존의 형광등을 제거한 단자에 별도의 장치 없이 곧바로 사용할 수 있게 된다.
도 6는 실시 예에 따른 발광소자 패키지를 포함하는 백라이트 장치에 대한 제1 실시 예를 나타낸 사시도이다.
도 6는 수직형 백라이트 장치를 나타내며, 도 6를 참조하면 백라이트 장치는 하부 수납 부재(350), 반사판(320), 복수의 발광소자모듈(340) 및 다수의 광학 시트(330)를 포함할 수 있다.
이때, 발광소자모듈(340)은 복수의 발광소자 패키지(344)와 복수의 발광소자 패키지(344)가 실장되어 어레이를 이룰 수 있도록 인쇄회로기판(342)을 포함할 수 있다.
한편, 발광소자 패키지(344)의 바닥면에는 다수의 돌기 등이 형성될 수도 있어, 적색 광, 녹색 광 및 청색 광의 색 혼합효과를 향상시킬 수 있다.
반사판(320)은 높은 광 반사율을 갖는 플레이트를 사용하여 광손실을 줄일 수 있다. 광학 시트(330)는 휘도 향상 시트(332), 프리즘 시트(334) 및 확산시트(336) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
확산 시트(336)는 발광소자모듈(340)로부터 입사된 광을 액정 표시 패널(미도시)의 정면으로 향하게 하고, 넓은 범위에서 균일한 분포를 가지도록 광을 확산시켜 액정 표시 패널(미도시)에 조사할 수 있다. 프리즘 시트(334)는 프리즘 시트(334)로 입사되는 광들 중에서 경사지게 입사되는 광을 수직으로 출사되게 변화시키는 역할을 한다. 즉, 확산 시트(336)로부터 출사되는 광을 수직으로 변환시키기 위해 적어도 하나의 프리즘 시트(334)를 액정 표시 패널(미도시) 하부에 배치시킬 수 있다. 휘도 향상 시트(332)는 자신의 투과축과 나란한 광은 투과시키고 투과축에 수직한 광은 반사시킨다.
도 7은 실시 예에 따른 발광소자 어레이를 포함하는 백라이트 장치에 대한 제2 실시 예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 엣지형 백라이트 장치을 도시하며, 도 7을 참조하면 백라이트 장치는 하부 수납 부재(400), 빛을 출력하는 발광소자모듈(410), 발광소자모듈(410)에 인접 배치된 도광판(420) 및 다수의 광학 시트(미도시)를 포함할 수 있다. 다수의 광학 시트(미도시)는 도광판(420) 상에 위치할 수 있으며, 이는 도 7에서 나타내고 설명한 다수의 광학 시트(430)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
발광소자모듈(410)은 복수의 발광소자 패키지(414)가 인쇄회로기판(412)상에 실장되어 어레이를 이룰 수 있다. 이러한 인쇄회로기판(412)으로는 MCPCB(Metal Core PCB) 또는 FR4 재질의 PCB를 사용할 수 있다. 또한 인쇄회로기판(412)은 사각 판 형태뿐만 아니라 백라이트 어셈블리의 구조에 따라 다양한 형태로의 제작이 가능하다.
도광판(420)은 발광소자 패키지(414)에서 출력한 빛을 면광원 형태로 변경시켜 액정표시패널(미도시)로 제공하며, 도광판(420)으로부터 제공된 빛의 휘도 분포를 균일하게 만들고 수직 입사성을 향상시키는 다수의 광학 필름(미도시) 및 도광판(420)의 후방으로 방출되는 빛을 도광판(420)으로 반사시키는 반사 시트(미도시)가 도광판(620)의 배면에 위치할 수 있다.
한편, 도 6에서 나타내고 설명한 수직형 백라이트 장치의 구조와 도 7에서 나타내고 설명한 엣지형 백라이트 장치의 구조는 혼합하여 사용이 가능함할 것이다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 발광소자;
    상기 발광소자가 배치된 리드프레임; 및
    상기 리드프레임을 고정하며 사출물에 의해 성형된 패키지 구조물;을 포함하고,
    상기 패키지 구조물의 하부에는,
    상기 사출물이 주입되며 상부와 하부의 폭이 서로 다르게 성형된 사출물돌출부 및 상기 사출물돌출부와 서로 다른 선상에 위치하며, 상기 패키지 구조물을 지지하는 지지돌출부가 형성되고,
    상기 사출물돌출부 및 상기 지지돌출부 중 적어도 하나의 하부의 폭은,
    상부의 폭 대비 0.5배 내지 0.9배이며,
    상기 사출물돌출부 및 상기 지지돌출부 중 적어도 하나의 상부와 하부 사이의 경사각은,
    50도 내지 89도인 발광소자 패키지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 상부와 상기 하부 사이에는,
    곡률을 갖는 발광소자 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드프레임은,
    상기 발광소자가 배치된 제1 프레임; 및
    상기 제1 프레임에 연결되며, 상기 패키지 구조물의 하부에 배치되는 제2 프레임;을 포함하고,
    상기 사출물돌출부의 상부 및 하부 사이의 높이는,
    상기 제2 프레임의 하부와 상기 패키지 구조물 사이의 높이 보다 낮은 발광소자 패키지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 지지돌출부의 상부 및 하부 사이의 높이는,
    상기 제2 프레임의 하부와 상기 패키지 구조물 사이의 높이 보다 높은 발광소자 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 사출물돌출부의 상부 및 하부 사이의 높이는,
    상기 지지돌출부의 상부 및 하부 사이의 높이 보다 낮은 발광소자 패키지.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
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