KR101163492B1 - 발광 소자 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발광 소자 패키지에 관한 것으로 특히, 균일한 광을 발광할 수 있는 발광 소자 패키지에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 발광 소자 패키지에 있어서, 홈 형상의 상기 발광 소자의 장착부를 가지는 패키지 바디와; 상기 장착부에 장착되는 발광 소자와; 상기 발광 소자가 장착되는 장착부에 충진되는 충진재를 포함하여 구성되며, 상기 장착부는 상기 발광 소자 상측면으로부터의 높이가 상기 발광 소자 측단부와의 수평 단차와 동일하도록 형성되는 것이 바람직하다.

발광 소자, 패키지, LED, 장착부, 충진재.

Description

발광 소자 패키지 {LED package}

도 1은 일반적인 발광 소자 패키지의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 발광 소자 패키지의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명의 발광 소자 패키지의 일부 확대 단면도이다.

도 4는 본 발명의 장착부의 확대도이다.

도 5는 본 발명의 장착부의 평면도이다.

도 6은 일반적인 발광 소자 패키지의 발광 상태를 나타내는 사진이다.

도 7은 본 발명의 발광 소자 패키지의 발광 상태를 나타내는 사진이다.

도 8은 본 발명의 발광 소자 패키지의 광속 증가를 나타내는 그래프이다.

<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>

10 : 패키지 바디 11 : 장착부

12 : 상부 프레임 13 : 하부 프레임

20 : 발광 소자 30 : 리드

31 : 와이어 40 : 충진재

50 : 렌즈

본 발명은 발광 소자 패키지에 관한 것으로 특히, 균일한 광을 발광할 수 있는 발광 소자 패키지에 관한 것이다.

발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 전류를 빛으로 변환시키는 잘 알려진 반도체 발광 소자로서, 1962년 GaAsP 화합물 반도체를 이용한 적색 LED가 상품화 된 것을 시작으로 GaP:N 계열의 녹색 LED와 함께 정보 통신기기를 비롯한 전자장치의 표시 화상용 광원으로 이용되어 왔다.

이러한 LED에 의해 방출되는 광의 파장은 LED를 제조하는데 사용되는 반도체 재료에 따른다. 이는 방출된 광의 파장이 가전자대(valence band) 전자들과 전도대(conduction band) 전자들 사이의 에너지 차를 나타내는 반도체 재료의 밴드갭(band-gap)에 따르기 때문이다.

질화 갈륨 화합물 반도체(Gallium Nitride: GaN)는 높은 열적 안정성과 폭넓은 밴드갭(0.8 ~ 6.2eV)에 의해 고출력 전자소자 개발 분야에서 많은 주목을 받아왔다. 이에 대한 이유 중 하나는 GaN이 타 원소들(인듐(In), 알루미늄(Al) 등)과 조합되어 녹색, 청색 및 백색광을 방출하는 반도체 층들을 제조할 수 있기 때문이다.

이와 같이 방출 파장을 조절할 수 있기 때문에 특정 장치 특성에 맞추어 재료의 특징들에 맞출 수 있다. 예를 들어, GaN를 이용하여 광기록에 유익한 청색 LED와 백열등을 대치할 수 있는 백색 LED를 만들 수 있다.

또한, 종래의 녹색 LED의 경우에는 처음에는 GaP로 구현이 되었는데, 이는 간접 천이형 재료로서 효율이 떨어져서 실용적인 순녹색 발광을 얻을 수 없었으나, InGaN 박박성장이 성공함에 따라 고휘도 녹색 LED 구현이 가능하게 되었다.

이와 같은 이점 및 다른 이점들로 인해, GaN 계열의 LED 시장이 급속히 성장하고 있다. 따라서, 1994년에 상업적으로 도입한 이래로 GaN 계열의 광전자장치 기술도 급격히 발달하였다.

GaN 발광 다이오드의 효율은 백열등의 효율을 능가하였고, 현재는 형광등의 효율에 필적하기 때문에, GaN 계열의 LED 시장은 급속한 성장을 계속할 것으로 예상된다.

이러한 기술의 발달로 디스플레이 소자뿐만 아니라 광통신 수단의 송신 모듈, LCD(Liquid Crystal Display) 표시 장치의 백라이트를 구성하는 냉음극관(CCFL; Cold Cathode Fluorescence Lamp)을 대체하는 LED 백라이트, 형광등이나 백열전구를 대체할 수 있는 백색 발광 다이오드 조명 장치 및 신호 등에까지 응용이 확대되고 있다.

한편, 직류 전원에 구동되는 LED 외에 일반 AC 전원에서도 작동하는 고전압 교류용 LED 칩도 개발되고 있는데, 이러한 목적으로 발광소자를 응용하기 위해서는 동일 전력에서 동작 전압은 높고 구동 전류는 낮아야 하며, 발광효율과 휘도가 높아야 한다.

이러한 LED 칩은 실리콘이나 세라믹으로 제작한 서브 마운트에 접합되어 패키지 형태로 사용하거나, 다른 패키지에 실장하여 사용하게 된다.

상술한 LED 칩을 이용하여 백색 광원을 만드는 방법에는 크게 2가지가 있는 데, 첫째는, 청색, 녹색 및 적색의 LED 칩을 이용하여 백색 광원을 만들거나, 청색 및 자색의 발광 소자에 형광체를 이용하여 백색 광원을 만드는 방법이 있다.

도 1 상술한 LED 칩을 이용한 백색 발광 소자 패키지의 일례를 나타낸다.

이러한 백색 발광 소자 패키지는, 장착부(2)가 형성되는 패키지 바디(3)에 LED 칩(1)이 본딩되고, 이러한 LED 칩(1)은 패키지 바디(3)에 결합된 리드(4)에 와이어 본딩된다.

이와 같이, LED 칩(1)이 본딩된 장착부(2)에는 형광체가 포함된 충진재(5)가 충진되고, 그 상측에는 렌즈(6)가 부착된다.

이러한 종래의 백색 발광 소자 패키지는 LED 칩(1)에서 나오는 광이 형광체와 수지로 형성된 층을 지나면서 형광체를 여기시켜 LED 칩(1)의 광과 형광체의 광이 합쳐져서 백색을 구현하게 되는데, 일정 두께의 형광체층을 지나게 되면 각 방향에 따라서 광경로는 큰 차이가 나게 된다.

이와 같이, 광경로가 짧은 쪽은 청색이 강하게 되고, 광경로가 긴 쪽은 황색이 강하게 되고, 결과적으로 LED 칩(1)의 상면은 형광체층을 통과하는 광경로가 짧아 푸른 백색을 발광 시키고, 각도가 넓은 부분은 노란 백색을 발광시킨다.

따라서, 이러한 백색 발광 소자 패키지에서 균일한 백색광이 발광되지 못하고 색상이 서로 다른 색띠가 발생되게 된다.

이와 같이, 표면에 도달할 때의 경로차가 발생하여 균일한 빛을 구할 수 없으며, 에폭시 내에 포함된 형광체의 불균일에 기인하여 색 재현성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 발광 소자 패키지의 색띠(Halo effect) 문제를 해결하여 발광 소자의 색의 균일도를 향상시킬 수 있는 발광 소자 패키지를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위해, 본 발명은, 발광 소자 패키지에 있어서, 홈 형상의 상기 발광 소자의 장착부를 가지는 패키지 바디와; 상기 장착부에 장착되는 발광 소자와; 상기 발광 소자가 장착되는 장착부에 충진되는 충진재를 포함하여 구성되며, 상기 장착부는 상기 발광 소자 상측면으로부터의 높이가 상기 발광 소자 측단부와의 수평 단차와 동일하도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 장착부에는, 반사면이 형성되어, 발광 소자에서 수직으로 발광되지 않는 빛을 반사하여 토출할 수 있도록 할 수 있다.

이때, 상기 발광 소자의 높이가 대략 100㎛이고 가로 및 세로의 길이가 대략 1mm임을 고려할 때, 상기 장착부의 깊이는 0.2 내지 0.6mm이고, 상기 장착부의 가로 또는 세로 길이는, 1.2 내지 2mm인 것이 바람직하다.

즉, 상기 장착부의 깊이는, 상기 발광 소자의 높이의 2 내지 6배이고, 상기 장착부의 가로 또는 세로 길이는, 상기 발광 소자의 가로폭 또는 세로폭의 1.2 내지 2배일 수 있다.

또한, 상기 발광 소자로부터의 높이 및 상기 발광 소자와의 수평 단차는, 상기 발광 소자의 높이의 1 내지 5배, 또는 상기 발광 소자의 가로폭 또는 세로폭의 0.1 내지 0.5배인 것이 바람직하다.

상기 장착부의 측부는 경사지게 형성될 수 있으며, 이러한 장착부 측부의 경사는 0 내지 30도인 것이 바람직하다.

한편, 상기 충진재에는, 형광체가 포함되어 형성될 수 있다.

상기 기술적 과제를 이루기 위한 다른 관점으로서, 본 발명은, 발광 소자 패키지에 있어서,

홈 형상의 상기 발광 소자의 장착부를 가지는 패키지 바디를 포함하여 구성되며, 상기 장착부는 깊이가 상기 발광 소자의 높이의 2 내지 6배이고, 좌우 폭이 상기 발광 소자의 가로폭 또는 세로폭의 1.2 내지 2배인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 패키지는, 장착부(11)가 형성되는 패키지 바디(10)에 발광 소자(20)가 장착된다.

상기 패키지 바디(10)는 리드(30)와 결합되며 플라스틱으로 형성되는 상부 프레임(12)과, 이러한 상부 프레임(12)과 결합되며 상기 장착부(11) 하측에 위치하는 하부 프레임(13)으로 이루어질 수 있다.

이때, 상기 하부 프레임(13)은 알루미늄과 같은 전도성 재질로 형성되어 히트 싱크(heat sink)로서 작용할 수 있다.

이와 같은 구조에서 상기 발광 소자(20)는 와이어(31)에 의하여 리드(30)와 전기적으로 연결된다.

상기 발광 소자(20)가 장착된 장착부(11)에는 충진재(40)가 충진된다. 이러한 충진재(40)에는 형광체가 혼입될 수 있다.

즉, 에폭시 또는 실리콘 젤과 같은 충진재(40)에 형광체가 혼합되어 장착부(11)에 충진될 수 있다.

이러한 발광 소자(20)와 형광체의 조합의 일례로는, 발광 소자(20)가 청색 광을 발광하고 형광체는 이러한 청색 광을 일부 흡수하여 황색 광을 방출하는 형광체를 이용함으로써, 이러한 청색 광과 황색 광이 혼합되어 백색 광을 방출하는 백색 발광 소자 패키지를 구현할 수 있다.

이러한 청색 광을 발광하는 발광 소자(20)는 질화갈륨(GaN)계 발광 소자(20)를 이용할 수 있다.

그 외에도 다양한 색을 방출하는 발광 소자(20)와 형광체가 이용될 수 있다.

이와 같이, 충진재(40)가 충진된 장착부(11)의 상측에는 렌즈(50)가 설치될 수 있다.

도 3은 상기 발광 소자(20)가 장착되는 장착부(11)의 확대된 부분을 도시하고 있다.

이때, 상기 발광 소자(20)가 장착되는 장착부(11)는, 도 4 및 도 5에서 도시하는 바와 같이, 발광 소자(20)의 상측면으로부터의 높이(X)가 발광 소자(20)의 측단부와 수평 단차(X)가 동일하도록 형성된다.

즉, 상기 장착부(11)의 깊이는 발광 소자(20)의 상측면으로부터의 거리가 X가 되도록 형성되고, 장착부(11)의 내측면의 폭은 발광 소자(20)의 측단부와 장착 부(11)의 내측면 단부까지의 거리도 X가 되도록 형성되는 것이다.

도 5에서 도시하는 바와 같이, 발광 소자(20)가 4각형의 면을 가질 경우에 이러한 발광 소자(20)의 측단부와 장착부(11)의 내측면 단부의 네 면이 모두 X의 거리를 가지도록 장착부(11)가 형성될 수 있다.

이때, 상기 발광 소자(20)의 높이가 대략 100㎛이고 가로 및 세로의 길이가 대략 1mm임을 고려할 때, 상기 장착부(11)의 깊이는 0.2 내지 0.6mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 장착부(11)의 가로 또는 세로 길이는, 1.2 내지 2mm인 것이 바람직하다.

즉, 상기 장착부(11)의 깊이는, 상기 발광 소자(20)의 높이의 2 내지 6배이고, 상기 장착부(11)의 가로 또는 세로 길이는, 상기 발광 소자(20)의 가로폭 또는 세로폭의 1.2 내지 2배일 수 있다.

또한, 상기 장착부(11)의 상기 발광 소자(20)가 설치된 부분으로부터의 높이는 상기 발광 소자(20)의 높이의 1 내지 5배일 수 있고, 상기 장착부(11)와 발광 소자(20)와의 수평 단차는, 발광 소자(20)의 가로폭 또는 세로폭의 0.1 내지 0.5배일 수 있다.

상기 장착부(11)의 내측의 측부는, 도 4에서와 같이, 일정 각도(θ)를 이루도록 경사지게 형성될 수 있으며, 이러한 장착부(11) 측부의 경사는 0 내지 30도인 것이 바람직하다.

도 6과 도 7은 각각 종래의 발광 소자 패키지와 본 발명의 발광 소자 패키지 를 발광시킨 상태를 도시하고 있다.

도시하는 바와 같이, 본 발명의 발광 소자 패키지가 밝기 및 빛의 균일성에서 우수함을 알 수 있다.

또한, 도 8은 각각 종래의 발광 소자 패키지와 본 발명의 발광 소자 패키지의 광속 데이터를 나타내고 있으며, 도시된 바와 같이, 본 발명의 발광 소자 패키지의 광속(Flux)이 10% 정도 증가한 것을 알 수 있다.

상기 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구체적으로 설명하기 위한 일례로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 다양한 형태의 변형이 가능하고, 이러한 기술적 사상의 여러 실시 형태는 모두 본 발명의 보호범위에 속함은 당연하다.

이상과 같은 본 발명은 다음과 같은 효과가 있는 것이다.

첫째, 발광 소자로부터 방출된 모든 빛에 대하여 동일한 경로차를 갖도록 함으로써 백색광의 색좌표 균일도를 크게 향상시킬 수 있다.

둘째, 발광 소자가 장착되는 장착부의 형상을 변경함으로써, 재현성이 우수한 백색광원을 얻을 수 있다.

Claims (10)

1. 발광 소자 패키지에 있어서,

   홈 형상의 상기 발광 소자의 장착부를 가지는 패키지 바디와;

   상기 장착부에 장착되는 발광 소자와;

   상기 발광 소자가 장착되는 장착부에 충진되는 충진재를 포함하여 구성되며,

   상기 장착부는 상기 발광 소자 상측면으로부터의 높이가 상기 발광 소자 측단부와의 수평 단차와 동일하도록 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
2. 제 1항에 있어서, 상기 장착부에는, 반사면이 형성된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
3. 제 1항에 있어서, 상기 발광 소자로부터의 높이 및 상기 발광 소자와의 수평 단차는, 상기 발광 소자의 높이의 1 내지 5배, 또는 상기 발광 소자의 가로폭 또는 세로폭의 0.1 내지 0.5배인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
4. 제 1항에 있어서, 상기 장착부의 깊이는, 상기 발광 소자의 높이의 2 내지 6배인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
5. 제 1항에 있어서, 상기 장착부의 가로 또는 세로 길이는, 상기 발광 소자의 가로폭 또는 세로폭의 1.2 내지 2배인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
6. 제 1항에 있어서, 상기 장착부의 측부는 경사진 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
7. 제 6항에 있어서, 상기 장착부 측부의 경사는 0 내지 30도인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
8. 제 1항에 있어서, 상기 충진재에는, 형광체가 포함된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
9. 발광 소자 패키지에 있어서,

   홈 형상의 상기 발광 소자의 장착부를 가지는 패키지 바디를 포함하여 구성되며,

   상기 장착부는 깊이가 상기 발광 소자의 높이의 2 내지 6배이고, 좌우 폭이 상기 발광 소자의 가로폭 또는 세로폭의 1.2 내지 2배인 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.
10. 제 1항에 있어서, 상기 장착부에는, 형광체가 포함된 충진재가 충진된 것을 특징으로 하는 발광 소자 패키지.

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