KR101241528B1 - 발광 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 장치에 관한 것이다.
본 발명 실시 예에 따른 발광 장치는 기판; 상기 기판의 제 1 영역에 위치한 백색 발광부; 상기 기판의 제 2 영역에 위치한 다색 발광부를 포함한다.

Description

발광 장치{Light Emitting device}
도 1의 (a)(b)는 종래 발광 다이오드 패키지의 구조를 나타낸 정면도 및 그 측 단면도.
도 2는 본 발명 제 1실시 예에 따른 발광 장치를 나타낸 정면도.
도 3은 도 2의 측 단면도.
도 4는 도 3의 발광 다이오드들의 전극 연결 구조를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명 제 2실시 예에 따른 발광 장치를 나타낸 정면도.
도 6은 본 발명 제 3실시 예에 따른 발광 장치를 나타낸 정면도.
도 7은 도 6의 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 발광 장치에서 핀 배열의 제 1예로서, (a)는 2단자 구조의 기판 바텀 면을 나타낸 도면이며, (b)(c)는 2단자 회로 구성도.
도 9는 본 발명에 따른 발광 장치에서 핀 배열의 제 2예로서, (a)는 5단자 구조의 기판 바텀 면을 나타낸 도면이며, (b)는 5단자 회로 구성도.
도 10은 본 발명에 따른 발광 장치에서 핀 배열의 제 3예로서, (a)는 6단자 구조의 기판 바텀 면을 나타낸 도면이며, (b)는 6단자 회로 구성도.
도 11은 본 발명에 따른 발광 장치에서 핀 배열의 제 4예로서, (a)는 8단자 구조의 기판 바텀 면을 나타낸 도면이며, (b)는 8단자 회로 구성도.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100,200,300 : 발광 다이오드 패키지
101,201,301 : 기판 110,210,310 : 백색 발광부
111,133,211,233,243,311,333 : 청색 발광 다이오드
131,231,241,331: 적색 발광 다이오드
132,232,242,332 : 녹색 발광 다이오드
113,138,213,238,313,338 : 몰드 부재
115,116,135,136,215,216,235,236,315,336 : 전극패드
112,212,312 : 와이어
본 발명은 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드(light emitting diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaN 및 AlGaInP 등의 화합물 반도체 재료를 이용하여 발광 원을 구성함으로써 다양한 색을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.
일반적으로, 발광 다이오드 소자의 특성을 결정하는 기준으로는 색(color) 및 휘도, 휘도 세기의 범위 등이 있고, 이러한 발광 다이오드 소자의 특성은 1차적으로는 발광 다이오드 소자에 사용되고 있는 화합물 반도체 재료에 의해 결정되지 만, 2차적인 요소로 칩을 실장하기 위한 패키지의 구조에 의해서도 큰 영향을 받는다. 고 휘도와 사용자 요구에 따른 휘도 각 분포를 얻기 위해서는 재료개발 등에 의한 1차적인 요소만으로는 한계가 있어 패키지 구조 등에 많은 관심을 갖게 되었다.
특히, 발광 다이오드는 정보 통신 기기의 소형화, 슬림화(slim) 추세에 따라 기기의 각종 부품인 저항, 콘덴서, 노이즈 필터 등은 더욱 소형화되고 있으며, PCB(Printed Circuit Board: 이하 PCB라고 함) 기판에 직접 장착된 표면실장(SMD: Surface Mount Device)형으로 만들어지고 있다. 이에 따라 표시소자로 사용되고 있는 발광 다이오드도 SMD 형으로 개발되고 있다. 이러한 SMD형의 발광 다이오드는 기존의 점등 램프를 대체할 수 있으며, 이것은 다양한 칼라를 내는 점등 표시기, 문자 표시기 및 영상 표시기 등으로 사용된다.
상기와 같이 발광 다이오드의 사용 영역이 넓어지면서, 생활에 사용되는 전등, 구조 신호용 전등 등 요구되는 휘도량이 갈수록 높아져서, 최근에는 고출력 발광 다이오드가 널리 쓰이고 있다.
도 1의 (a)(b)는 종래 발광 다이오드 패키지를 나타낸 정면도 및 그 측면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(10)의 기판(11) 상에는 반사컵(12)이 형성되며, 상기 반사컵(12) 내부에는 세 개의 청색 발광 다이오드(Blue LED)(20)가 실장되며, 상기 청색 발광 다이오드 주변에는 청색 광을 백색 광으로 여기시키는 형광체를 포함하는 투명 수지(30)가 채워진다.
이러한 발광 다이오드 패키지(10)는 하나의 패키지 내에서 단순히 백색 광만을 방출하게 되므로, 조명 또는 백 라이트 광원으로만 사용하고 있다.
본 발명은 발광 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 백색 발광부와 다색 발광부를 하나의 패키지로 구성할 수 있도록 한 발광 장치를 제공한다.
본 발명에 의한 발광 장치는, 기판; 상기 기판의 제 1 영역에 위치한 백색 발광부; 상기 기판의 제 2 영역에 위치한 다색 발광부를 포함한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 발광 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지(100)의 구조를 도시한 상측 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 LED 패키지(100)의 구조를 도시한 측 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(100)는 기판(101) 상에 백색 발광부(110)와 다색 발광부(130)를 포함하는 구성이다.
상기 기판(101)은 세라믹, PCB, 실리콘 재질로 구현될 수 있다. 본 발명의 실시 예 따르면 기판(101)은 다층(Multi-layer)으로 구현되는데, 그 다층 중에서 제 1영역(104)에는 백색 발광부(110)가 형성되며, 제 2영역(102)에는 다색 발광부(130)가 형성된다. 상기 백색 발광부(110)는 기판(101)의 일측에 위치하고, 다색 발광부(130)는 기판(101)의 타측에 형성된다.
상기 기판(101)에서의 제 1영역(104)은 식각 공정에 의해 형성되는 제 1반사컵(105) 내부에 위치하며, 상기 제 2영역(102)은 식각 공정에 의해 형성되는 제 2반사컵(103) 내부에 위치한다. 여기서, 제 1영역(104)은 제 2영역(102)과 단차지게 형성되는 층으로서, 제 2영역(102)의 일부가 식각되어 형성된 구조이다. 상기 제 1영역(104)과 제 2영역(102) 사이의 간격은 한 층 이상의 간격으로 형성할 수 있다.
상기 백색 발광부(110)는 제 1영역(104)에 하나 이상의 청색 발광 다이오드(111)가 실장되는데, 상기 청색 발광 다이오드(111)는 복수개가 일렬로 배열되거나 지그 재그 형태로 배열될 수 있으며, 각각이 어느 하나의 전극 패드(115,116)에 도전성 접착제에 의해 접착되고 와이어(112)를 이용하여 본딩된다. 여기서, 상기 청색 발광 다이오드(111)의 실장 방식은 플립 칩 본딩 또는 와이어 본딩으로 구현할 수도 있다.
상기 백색 발광부(110)의 제 1영역(104) 또는 제 1반사컵(105) 내부에는 형광체(미도시)를 포함하는 투명한 몰드 부재(103)가 채워진다. 상기 형광체는 청색 광을 백색 광으로 여기시키는 형광체이며, 투명한 몰드 부재(103)는 실리콘 또는 에폭시 재질을 포함한다.
여기서 상기 백색 발광부(110)에는 백색 발광 다이오드 및 투명한 몰드 부재를 이용하여, 백색 광을 방출할 수도 있다.
상기 다색 발광부(130)는 서로 다른 파장의 광을 발생하는 다이오드를 하나 이상 구성할 수 있다. 예를 들면, 삼색 발광 다이오드(Red LED, Green LED, Blue Led)(131,132,133) 중 2개 이상과 다른 색의 발광 다이오드를 추가적으로 구성할 수도 있다. 이하, 본 발명은 삼색의 발광 다이오드가 구현되는 구성으로 설명하기로 한다.
상기 다색 발광부(130)의 삼색 다이오드(131,132,133)는 복수개의 전극 패드(135,136) 중 특정 패드에 도전성 접착제에 의해 접착되며, 와이어 본딩 또는 플립 칩 본딩됨으로써, 전극패드(135,136)와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 다색 발광부(130)가 형성되는 제 2영역(102) 또는 제 2반사컵(103) 내부에는 투명한 몰드 부재(138)가 채워진다. 상기 투명한 몰드 부재(138)는 실리콘 또는 에폭시 재질을 포함한다. 상기 제 2영역(102)의 몰딩 공정은 제 1영역의 몰드 부재가 경화된 후 수행된다.
상기 제 1영역(104)의 제 1반사컵(105), 제 2영역(102)의 제 2 반사컵(103)은 경사진 구조로 형성되며, 그 경사면에는 높은 반사 특성을 갖는 재질(예: Ag, Al)이 코팅되어 있어, 발광 다이오드에서 측면으로 방출되는 광을 다시 정면으로 반사시켜 줄 수 있다. 상기 제 1반사컵(105)은 백색 광과 다색 광이 서로 간섭하지 않을 수 있는 높이 및 경사 각도로 형성된다.
이러한 발광 다이오드 패키지(100)에서는 백색 광을 방출하고자 할 때, 백색 발광부(110)의 청색 발광 다이오드(111)와 다색 발광부(130)의 삼색 발광 다이오드(131,132,133)를 모두 구동시켜 주어 백색 광이 방출될 수 있도록 한다.
여기서, 상기 청색 발광 다이오드(111)의 각 전극 패드(115,116)와 삼색 발광 다이오드(131,132,133)의 전극패드(135,136)의 회로적인 연결 패턴에 따라 개별 구동 또는 전체 구동, 부분 구동 방식으로 구성할 수 있다.
개별 구동일 경우 백색, 적색, 녹색, 청색 광 중 어느 하나의 광이 방출될 수 있으며, 전체 구동일 경우 백색 광이 방출되며, 부분 구동일 경우 백색 광 및 적색, 녹색, 청색 광 중에서 2개 이상의 광이 혼합된 색이 방출될 수 있다.
상기 기판(101)의 제 1 영역 또는/및 제 2 영역의 바텀 면에는 비아 홀(미도시)을 형성하여, 발광 다이오드의 열 방출 통로로 이용할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 발광 다이오드 패키지에서의 전극 패턴 연결 예를 나타낸 도면이다. 도 2 및 도 4를 참조하면, 기판 내부의 회로 패턴에 의해 공통 캐소드 단자(K) 및 공통 애노드 단자(A)가 형성될 수 있다. 즉, 백색 발광부(110)의 청색 발광 다이오드(111)의 P 전극과 삼색 발광 다이오드(131,132,133)의 P 전극을 서로 연결하여, 공통 애노드 단자(A)로 구성할 수 있으며, 청색 발광 다이오드(111)의 N 전극과 삼색 발광 다이오드(131,132,133)의 N 전극을 서로 연결하여, 공통의 캐소드 단자(K)로 구성한다.
도 5는 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지의 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(200)의 백색 발광부(210)는 기판(201)의 중심부에 제 1반사컵(205)을 형성하여 제 1영역(204)을 구성하고, 제 1영역(204)에 청색 발광 다이오드(211)를 어느 하나의 패드(215,216)에 실장한 후 형광체를 포함하는 몰드 부재(213)를 충진함으로써, 백색 광이 방출될 수 있다. 여기서, 백색 발광부(210)에 청색 발광 다이오드 대신 백색 발광 다이오드와 투명한 몰드 부재를 이용하여 백색 광을 방출하게 할 수도 있다.
그리고 다색 발광부(230)는 기판의 중심 양측에 제 2반사컵(203) 내부에 제 2영역(202)을 형성하고, 상기 제 2영역에 삼색 발광 다이오드(231,232,233)(241,242,243)를 실장한 후, 제 2반사컵(203) 내부를 투명 몰드 부재로 충진함으로써, 삼색 발광 다이오드의 선택 구동에 따른 다색의 광이 방출될 수 있다.
여기서, 삼색 발광 다이오드(231,232,233)(241,242,243)는 복수개가 백색 발광부(210)의 좌/우측으로 각각 구성되며, 각각은 어느 하나의 전극 패드(235,236)에 부착되며, 와이어(252)에 의해 전극 패드와 전기적으로 연결된다.
도 6 및 도 7은 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지의 또 다른 예를 나타낸 도면이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(300)는 백색 발광부(310)와 다색 발광부(330)를 기판(301)의 동일 면(302) 상에 형성한 구성이다.
상기 백색 발광부(310)는 청색 발광 다이오드(312)와, 상기 청색 발광 다이오드의 외측으로 형광체를 갖는 투명한 몰드 부재(313)가 몰딩된다. 이때의 몰딩 부재(313)는 트랜스퍼 몰딩을 이용하여 청색 발광 다이오드(312)의 주변 영역에 일정 형상으로 성형할 수 있으며, 상기 몰딩 형상은 트랜스퍼 몰딩기의 금형 구조에 따라 원기둥 또는 다각 기둥 등의 형태로 형성될 수 있다.
여기서, 다색 발광부(330)의 삼색 발광 다이오드(331,332,333)를 상기 백색 발광부의 주변으로 삼각형 형상(또는 사각형)으로 배치하고, 전극패드(315,316)에 전기적으로 실장한 구성이다. 상기 다색 발광부 영역을 형성하는 반사컵(303) 내부에는 투명한 몰드 부재(338)가 형성되며, 상기 반사컵(303)은 반사 물질이 코팅되어 있고 경사진 구조로서, 백색 광 또는/및 다색의 광을 반사시켜 준다.
도 6과 같이 삼각형 구조로 배열된 삼색 발광 다이오드(331,332,333)와 백색 발광 다이오드(311)는 백색과 삼색을 동시 점등할 경우, 백색 색감의 편차를 최소화할 수 있으며, 기존 백색의 연색성 지수 및 백색 광 특성을 향상시킬 수 있다.
도 8의 (a)는 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지의 기판 바텀 면을 나타낸 2핀 구성이며, (b)(c)는 상기 패키지에 구성된 발광 다이오드들의 회로 구성도이다.
도 8의 (a)를 참조하면, 발광 다이오드 패키지의 기판 바텀면(401)에는 4개 이상의 발광 다이오드의 구동을 위해 두 개의 전극 단자(405,406)가 형성될 수 있다. 이러한 전극단자(405,406)는 캐소드 및 애노드 단자로서, 도 8의 (b)와 같이 각 다이오드(White LED, Red LED, Green LED, Blue LED)를 순 방향으로 병렬로 연결한 후 공통 애노드 단자(405)와 공통 캐소드 단자(406)를 구성하거나, 도 8의 (c)와 같이 삼색의 발광 다이오드(Red LED, Green LED, Blue LED)를 순 방향으로 연결하고, 백색 발광용 다이오드(White LED)만을 역 방향으로 연결하여, 순 방향 또는 역 방향의 구동 전류에 따라 삼색 발광 다이오드 또는 백색 발광용 다이오드를 선택적으로 구동시켜 줄 수 있다.
도 9의 (a)(b)는 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지의 기판 바텀면(401)을 나타낸 5단자 구성도이다. 기판 바텀면(411)에 5개의 전극 단자(412~416)가 형성되는데, 공통 애노드 단자(412)와 각 다이오드별 캐소드 단자(413~416)로 형성할 수 있다.
도 10의 (a)(b)는 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지의 기판 바텀면(421)을 나타낸 6단자 구성도이다. 도 10을 참조하면, 기판 바텀 면(421)에 6개의 전극 단자(422~427)를 형성하게 되는데, 백색 발광을 위한 다이오드를 독립적으로 2개의 전극 단자(422,425)로 구성하고, 삼색 발광 다이오드(Red LED, Green LED, Blue LED)의 공통 애노드 단자(423)와 개별 캐소드 단자(424,426,427)로 구성할 수 있다.
도 11의 (a)(b)는 본 발명 실시 예에 따른 발광 다이오드 패키지의 기판 바텀 면을 나타낸 8단자 구성도이다. 도 11를 참조하면, 기판 바텀 면(431)에 8개의 전극 단자를 형성하게 되는데, 이는 4개의 발광 다이오드의 개별 애노드 단자(432,433,434,435)와 개별 캐소드 단자(436,437,438,439)를 독립적으로 구동할 수 있도록 한 구성이다.
이러한 본 발명은 기판 내부에서의 회로 패턴, 전극 패드의 구성, 발광 다이오드의 개수 및 구동 방식 등에 따라 단자 배치 구조가 달라질 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 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.
본 발명 실시 예에 따른 발광 장치에 의하면, 백색 광과 삼색 광의 개별 구동이 가능한 다이오드들을 하나의 패키지에 제공함으로써, 휴대 단말기의 플레쉬 광원과 다색을 하나의 패키지에서 모두 제공할 수 있다.
또한 백색 발광시 패키지 내의 백색 및 삼색 다이오드를 구동함으로써, 기존 패키지에 비해 연색성 부분을 개선하고 광도를 향상시켜 줄 수 있다.
또한 다색 광원을 이용하여 지시용 패키지로도 사용할 수 있다.

Claims (15)

  1. 기판;
    상기 기판의 제 1 영역에 위치한 백색 발광부;
    상기 기판의 제 2 영역에 위치한 다색 발광부;
    상기 제 1 영역에 배치된 복수의 제 1 리드 프레임;
    상기 제 2 영역에 배치된 복수의 제 2 리드 프레임; 을 포함하고,
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역은 단차를 두고 서로 다른 높이에 형성되고, 상기 복수의 제 1 리드 프레임 중의 애노드 단자와 상기 복수의 제 2 리드 프레임 중의 애노드 단자가 상기 기판 내부에 배치된 회로 패턴에 의하여 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 제 1 리드 프레임 중의 캐소드 단자와 상기 복수의 제 2 리드 프레임 중의 캐소드 단자가 상기 기판 내부에 배치된 회로 패턴에 의하여 전기적으로 연결된 발광 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 백색 발광부는 상기 제 1 영역에 실장된 하나 이상의 발광 다이오드와, 상기 제 1영역에 형성되는 몰드 부재를 포함하는 발광 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 발광 다이오드는 청색 또는 백색 발광 다이오드를 포함하는 발광 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 몰드 부재는 형광체를 포함하는 발광 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 다색 발광부에는 Red/Blue/Green LED 중 적어도 2개 이상이 실장되는 발광 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 다색 발광부는 제 2영역에 형성되는 몰드 부재를 포함하는 발광 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 백색 발광부 및 다색 발광부는 기판 내부의 좌/우에 각각 형성되는 발광 장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 백색 발광부는 기판 중앙에 설치되고, 다색 발광부는 백색 발광부의 둘레에 하나 이상이 설치되는 발광 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1영역의 둘레에 형성된 제 1반사컵과, 제 2영역의 둘레에 형성된 제 2반사컵을 포함하는 발광 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 백색 발광부 및 다색 발광부는 공통 또는 개별적으로 온/오프 구동되는 몰드 부재를 포함하는 발광 장치.
  13. 제 6항에 있어서,
    상기 Red LED, Green LED, Blue LED는 하나 이상이 동시에 온/오프 구동되는 발광 장치.
  14. 삭제
  15. 제 5항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 몰드 부재는 트랜스퍼 몰딩되는 발광 장치.
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