KR101399997B1 - 헥사 구조를 갖는 ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 단일 패키지에서 색온도와 광색을 가변 제어하고, 색혼합 효율이 증가할 수 있도록 주광원과 보조광원을 헥사 구조로 배치한 헥사 구조를 갖는 LED 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 헥사 구조를 갖는 LED 패키지로서, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 형성된 복수의 리드 프레임; 상기 인쇄회로기판의 상부에 설치되고, 헥사(Hexagon) 형상을 갖는 복수의 헥사 캐비티 홈을 형성한 캐비티; 상기 리드 프레임에 전기적으로 접속되고, 상기 헥사 캐비티 홈에 설치되어 빛을 발광하는 복수의 LED 칩; 및 상기 LED 칩을 보호하는 봉지재를 포함하고, 상기 헥사 캐비티 홈은 벌집 모양으로 배치된 것을 특징으로 한다. 본 발명은 단일 패키지에서 색온도와 광색을 가변 제어할 수 있고, 단일 패키지에서 주광원과 보조광원을 헥사 구조로 배치하여 색혼합 효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.

Description

헥사 구조를 갖는 ＬＥＤ 패키지{LED PACKAGE WITH HEXAGONAL STRUCTURE}
본 발명은 헥사 구조를 갖는 LED 패키지에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 단일 패키지에서 색온도와 광색을 가변 제어하고, 주 광원과 보조 광원을 헥사 구조로 배치하여 색혼합 효율을 증가시켜 자연광에 가까운 빛을 제공하는 헥사 구조를 갖는 LED 패키지에 관한 것이다.
최근 눈부신 반도체기술의 발달로 LED의 수명 및 효율은 점차 높아가고 있으며, 곧 기존의 조명기구들을 대체하게 될 것으로 전망된다.
긴 수명을 가지는 LED 조명은 유지보수가 어려운 환경에서 사용되는 기존의 조명기구를 대체하게 될 것으로 예견되며, 높은 연색지수 및 좁은 영역에 빛을 집속하는 것도 가능하여, 상가에서 상품전시를 위한 조명으로 널리 활용되고 있으며, 적은 소비전력으로 인하여 점차 모든 가정의 조명기구들을 대체할 것으로 기대된다.
도 1은 일반적인 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 통상의 LED 패키지(10)는 기판(11)과, 상기 기판(11) 상에 설치된 리드 프레임(12)과, 상기 리드 프레임(12)에 설치되어 빛을 발광하는 LED 칩(13)과, 상기 LED 칩(13)과 리드 프레임(12)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(14)와, 상기 LED 칩(13)으로부터 발광된 빛을 반사시키는 리플렉터(15)와, 상기 LED 칩(13)과 본딩 와이어(14)를 밀봉하는 봉지재(16)를 포함하여 구성된다.
한편, LED 패키지를 이용하여 백색광을 구현하는 방식에는 일반적으로 청색 LED에 형광체를 도포하여 패키지 레벨에서 백색광을 구현하는 방법과, 적색(Red color), 청색(Blue color), 녹색(Green color)의 LED 소자를 인접하게 설치함으로써, 각 LED 소자로부터 발광된 빛이 혼합하여 백색광을 구현하는 삼색 LED 방식이 있다.
도 2는 청색, 녹색, 적색 LED 소자의 스팩트럼 분포를 나타낸 파형도로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 LED는 460nm 부근에서 피크를 이루는 청색 LED, 520nm부근에서 피크를 이루는 녹색 LED 및 630nm 부근에서 피크를 이루는 적색 LED가 주종을 이루고 있다.
그러나 이러한 삼색 LED는 각 발광 소자들 간의 상이한 광학적 특성으로 인하여 균일한 혼색 즉, 청색, 녹색 및 적색 LED들의 피크 사이에서는 스펙트럼 영역이 매우 좁기 때문에 가시광 영역을 모두 포함하는 자연광에 가까운 백색광이 구현되지 못하는 문제점이 있다.
한편, 단색을 가지는 LED 패키지를 이용하여 연색 지수(Color Rendering Index: CRI)가 매우 높은 백색광을 구현하기 위해서는 복수(3개 이상)의 색을 방출하는 LED의 중심파장과 각각 LED 소자로부터의 광 출력 또는 루미넌스(luminance)를 조절하여 가시광 영역 전체에서 조명등의 방출 스펙트럼을 조절하여야 한다.
그러나 연색 지수(CRI)값과 각 LED에서 방출하는 광 출력 간의 관계는 비선형적 관계를 가지기 때문에 실험적으로 각 LED에 주입되는 전류의 제어를 통하여 원하는 연색 지수(CRI)를 얻는 것은 거의 불가능에 가깝다고 할 수 있다.
도 3은 종래 기술에 따른 백색 LED의 스팩트럼 분포를 나타낸 파형도로서, 일반적인 청색, 녹색 및 적색 LED를 이용한 백색 LED는 매우 좁은 선폭을 갖고 있어서 혼색하여 발광할 경우 점선과 같이 가시광 영역 전체를 골고루 발광하는 태양광의 그래프와는 다르게 일부에 영역에서 발광이 부족하여 조도는 높지만 연색 지수(CRI)가 낮아 태양광에 유사한 백색광을 제공하지 못하는 문제점이 있다.
또한, 자연광을 형성하기 위해 많은 형광체를 사용할 경우 광색을 조절하는 것이 어렵고 광 효율이 감소하는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 단일 패키지에서 색온도와 광색을 가변 제어하고, 주 광원과 보조 광원을 헥사 구조로 배치하여 색혼합 효율을 증가시켜 자연광에 가까운 빛을 제공하는 헥사 구조를 갖는 LED 패키지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 헥사 구조를 갖는 LED 패키지로서, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판에 형성된 복수의 리드 프레임; 상기 인쇄회로기판의 상부에 헥사(Hexagon) 형상을 갖는 제 1 내지 제 7 헥사 캐비티 홈이 형성되고, 상기 제 1 헥사 캐비티 홈을 중심으로 제 2 내지 제 7 헥사 캐비티 홈을 주변에 배치한 캐비티; 상기 리드 프레임에 전기적으로 접속되고, 상기 제 1 헥사 캐비티 홈에 설치되어 3000K, 4500K, 6000K 중 어느 하나의 색온도를 형성하며 백색을 발광하는 주광원과, 단일 LED 칩으로 상기 제 2 헥사 캐비티 홈, 제 4 헥사 캐비티 홈 및 제 6 헥사 캐비티 홈에 설치되어 적색, 청색 및 녹색 중 하나를 발광하는 제 1 보조 광원과, 제 3 헥사 캐비티 홈, 제 5 헥사 캐비티 홈 및 제 7 헥사 캐비티 홈에 설치되어 390nm 이상의 빛을 발광하는 LED 칩에 피크 파장이 470nm, 500nm, 680nm 중 어느 하나의 피크 파장을 갖는 형광체가 포함된 제 2 보조 광원을 구비한 복수의 LED 칩; 및 상기 LED 칩을 보호하는 봉지재를 포함하고, 상기 제 1 내지 제 7 헥사 캐비티 홈은 벌집 모양으로 배치되어 주 광원, 제 1 보조 광원 및 제 2 보조 광원에서 발광되는 빛을 혼합시켜 색혼합 효율과, 연색 지수와, 색 재현도가 향상되도록 한 것을 특징으로 한다.
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본 발명은 단일 패키지에서 색온도와 광색을 가변 제어할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 단일 패키지에서 주 광원과 보조 광원을 헥사 구조로 배치하여 색혼합 효율을 증가시켜 자연광에 가까운 빛을 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1 은 일반적인 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
도 2 는 일반적인 청색, 녹색, 적색 LED의 스팩트럼 분포를 나타낸 파형도.
도 3 은 종래 기술에 따른 백색 LED의 스팩트럼 분포를 나타낸 파형도.
도 4 는 본 발명에 따른 헥사 구조를 갖는 LED 패키지를 나타낸 평면도.
도 5 는 도 4에 따른 헥사 구조를 갖는 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 헥사 구조를 갖는 LED 패키지의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 헥사 구조를 갖는 LED 패키지를 나타낸 평면도이고, 도 5는 도 4에 따른 헥사 구조를 갖는 LED 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 헥사 구조를 갖는 LED 패키지(100)는 인쇄회로기판(110)과, 다수의 리드 프레임(120, 120')과, 캐비티(130)와, 제 1 내지 제 7 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146)과, 봉지재(150)를 포함하여 구성된다.
상기 인쇄회로기판(110)은 복수의 리드 프레임(120, 120')과 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146)이 설치되어 고정되도록 하고, 상기 복수의 리드 프레임(120, 120')은 인쇄회로기판(110) 상에 형성된 임의의 회로 패턴과 전기적으로 접속된다.
상기 리드 프레임(120, 120')은 제 1 내지 제 7 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146)과 전기적으로 접속되어 외부에서 공급되는 제어 전류가 상기 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146)에 공급되도록 하는 구성으로서, + 전극이 연결되는 리드 프레임(120)은 리드 프레임 1 내지 7(121, 122, 123, 124, 125, 126, 127)로 이루어지고, - 전극이 연결되는 리드 프레임(120')은 리드 프레임 8 내지 14(121', 122', 123', 124', 125', 126', 127')로 이루어진다.
예를 들면, 리드 프레임 1(121)과 리드 프레임 8(121')은 제 1 LED 칩(140)과 접속되고, 리드 프레임 2(122)와 리드 프레임 9(122')는 제 2 LED 칩(141)과 접속되며, 리드 프레임 3(123)과 리드 프레임 10(123')은 제 3 LED 칩(142)과 접속되고, 리드 프레임 4(124)와 리드 프레임 11(124')는 제 4 LED 칩(143)과 접속되며, 리드 프레임 5(125)와 리드 프레임 12(125')는 제 5 LED 칩(144)과 접속되고, 리드 프레임 6(126)과 리드 프레임 13(126')은 제 6 LED 칩(145)과 접속되며, 리드 프레임 7(127)과 리드 프레임 14(127')는 제 7 LED 칩(146)과 접속된다.
여기서 - 전극과 연결되는 리드 프레임 8 내지 14(121', 122', 123', 124', 125', 126', 127')는 공통 접지를 통해 하나의 전극으로 구성할 수도 있다.
상기 캐비티(130)는 인쇄회로기판(110)의 상부에 설치되고, 헥사(Hexagon, 또는 육각형) 형상을 갖는 제 1 내지 제 7 헥사 캐비티 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)이 형성되며, 상기 제 1 내지 제 7 헥사 캐비티 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)은 벌집 모양으로 배치된다.
상기 제 1 헥사 캐비티 홈(131)이 중앙에 위치하고, 나머지 제 2 내지 제 7 헥사 캐비티 홈(132, 133, 134, 135, 136, 137)은 상기 제 1 헥사 캐비티 홈(131)을 중심으로 주변에 각각 배치된다.
벌집 모양으로 배치된 상기 제 1 내지 제 7 헥사 캐비티 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)은 인접한 각각의 캐비티 홈과 근접하여 배치되됨으로써, 전체적으로 원 형태에 가장 가까우면서 공간의 낭비가 없도록 하고, 상기 제 1 내지 제 7 헥사 캐비티 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)이 원 형태로 배치됨으로써, 제 1 내지 제 7 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146)으로부터 발광되는 빛의 색혼합이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있게 한다.
한편, 도 6에 나타낸 바와 같이 캐비티(130')에 사각 형상의 캐비티 홈(131', 132')을 구성하여 배치한 경우 인접한 사각 형상의 캐비티 홈(131', 132') 사이의 간격(A)이 넓어 불필요한 공간의 낭비가 발생할 뿐만 아니라 상기 사각 형상의 캐비티 홈(131', 132')에 설치된 LED 칩(141', 142') 사이의 간격이 넓어서 각 LED 칩(141', 142')으로 발광된 빛의 색 혼합율이 낮아져서 효율이 감소하게 되는 문제점이 있다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제 1 내지 제 7 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146)은 리드 프레임(120, 120')에 전기적으로 접속되고, 상기 제 1 내지 제 7 헥사 캐비티 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)에 설치되어 빛을 발광하는 고휘도의 파워 LED이다.
상기 제 1 내지 제 7 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146)은 일정 색온도를 형성하며 백색을 발광하는 주 광원과, 적색, 청색 및 녹색을 발광하는 제 1 보조 광원과, 일정 파장의 빛을 발광하는 제 2 보조 광원으로 구분된다.
상기 주 광원은 캐비티(130)의 중앙에 위치한 제 1 헥사 캐비티 홈(131)에 설치된 제 1 LED 칩(140)으로서, 예를 들면 3000K, 4500K, 6000K의 색온도를 갖는 백색광을 출력한다.
상기 제 1 보조 광원은 제 2 헥사 캐비티 홈(132), 제 4 헥사 캐비티 홈(134) 및 제 6 헥사 캐비티 홈(136)에 설치된 제 2 LED 칩(141), 제 4 LED 칩(143) 및 제 6 LED 칩(145)으로서, 예를 들면 적색, 청색 및 녹색을 발광하는 단일 LED 칩이다.
상기 제 2 보조 광원은 제 3 헥사 캐비티 홈(133), 제 5 헥사 캐비티 홈(135) 및 제 7 헥사 캐비티 홈(137)에 설치된 제 3 LED 칩(142), 제 5 LED 칩(144) 및 제 7 LED 칩(146)으로서, 예를 들면 피크 파장이 470nm, 500nm, 680nm 중 어느 하나의 피크 파장을 갖는 형광체가 포함된 LED 칩이다.
즉 상기 제 2 보조 광원의 LED 칩은 390nm 이상의 청자색을 발광하고, 상기 형광체는 특정된 피크 파장 범위, 예를 들면 청색 형광체(450nm ~ 470nm)를 통해 시안색 파장 영역의 광도를 향상시키며, 녹색 형광체(500nm ~ 540nm) 및 적색 형광체(650nm ~ 680nm)를 사용하여 주 광원 및 제 1 보조 광원에서 발광되는 빛과 혼합되도록 한다.
상기 봉지재(150)는 제 1 내지 제 7 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146)을 보호하는 구성으로서, 주 광원인 제 1 LED 칩(140)과 제 1 보조 광원인 제 2 LED 칩(141), 제 4 LED 칩(143) 및 제 6 LED 칩(145)이 설치된 제 1 헥사 캐비티 홈(131), 제 2 헥사 캐비티 홈(132), 제 4 헥사 캐비티 홈(134) 및 제 6 헥사 캐비티 홈(136)에는 실리콘 또는 에폭시로 구성된 봉지재가 주입되고, 제 2 보조 광원인 제 3 LED 칩(142), 제 5 LED 칩(144) 및 제 7 LED 칩(146)이 설치된 제 3 헥사 캐비티 홈(133), 제 5 헥사 캐비티 홈(135) 및 제 7 헥사 캐비티 홈(137)에는 각각 470nm, 500nm, 680nm 중 어느 하나의 피크 파장을 갖는 형광체가 포함된 실리콘 또는 에폭시가 봉지재로 주입된다.
따라서 주 광원과 제 1 보조 광원과 제 2 보조 광원에서 발광되는 빛이 밀집된 벌집 구조의 헥사 캐비티 홈에서 반사되어 혼합됨으로써, 색혼합 효율이 향상되어 평균 연색 지수(CRI)가 개선되고 색재현도가 향상되어 자연광과 유사한 스펙트럼을 갖는 백색광이 출력되도록 한다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있으며, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
100 : LED 패키지 110 : 인쇄회로기판
120 : 리드 프레임 120' : 리드 프레임
121 : 리드 프레임 1 121' : 리드 프레임 8
122 : 리드 프레임 2 122' : 리드 프레임 9
123 : 리드 프레임 3 123' : 리드 프레임 10
124 : 리드 프레임 4 124' : 리드 프레임 11
125 : 리드 프레임 5 125' : 리드 프레임 12
126 : 리드 프레임 6 126' : 리드 프레임 13
127 : 리드 프레임 7 127' : 리드 프레임 14
130 : 캐비티 131 : 제 1 헥사 캐비티 홈
132 : 제 2 헥사 캐비티 홈 133 : 제 3 헥사 캐비티 홈
134 : 제 4 헥사 캐비티 홈 135 : 제 5 헥사 캐비티 홈
136 : 제 6 헥사 캐비티 홈 137 : 제 7 헥사 캐비티 홈
140 : 제 1 LED 칩 141 : 제 2 LED 칩
142 : 제 3 LED 칩 143 : 제 4 LED 칩
144 : 제 5 LED 칩 145 : 제 6 LED 칩
146 : 제 7 LED 칩 150 : 봉지재

Claims (5)

  1. 헥사 구조를 갖는 LED 패키지로서,
    인쇄회로기판(110);
    상기 인쇄회로기판(110)에 형성된 복수의 리드 프레임(120, 120');
    상기 인쇄회로기판(110)의 상부에 헥사(Hexagon) 형상을 갖는 제 1 내지 제 7 헥사 캐비티 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)이 형성되고, 상기 제 1 헥사 캐비티 홈(131)을 중심으로 제 2 내지 제 7 헥사 캐비티 홈(132, 133, 134, 135, 136, 137)을 주변에 배치한 캐비티(130);
    상기 리드 프레임(120, 120')에 전기적으로 접속되고, 상기 제 1 헥사 캐비티 홈(131)에 설치되어 3000K, 4500K, 6000K 중 어느 하나의 색온도를 형성하며 백색을 발광하는 주광원과, 단일 LED 칩으로 상기 제 2 헥사 캐비티 홈(132), 제 4 헥사 캐비티 홈(134) 및 제 6 헥사 캐비티 홈(136)에 설치되어 적색, 청색 및 녹색 중 하나를 발광하는 제 1 보조 광원과, 제 3 헥사 캐비티 홈(133), 제 5 헥사 캐비티 홈(135) 및 제 7 헥사 캐비티 홈(137)에 설치되어 390nm 이상의 빛을 발광하는 LED 칩에 피크 파장이 470nm, 500nm, 680nm 중 어느 하나의 피크 파장을 갖는 형광체가 포함된 제 2 보조 광원을 구비한 복수의 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146); 및
    상기 LED 칩(140, 141, 142, 143, 144, 145, 146)을 보호하는 봉지재(150)를 포함하고,
    상기 제 1 내지 제 7 헥사 캐비티 홈(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137)은 벌집 모양으로 배치되어 주 광원, 제 1 보조 광원 및 제 2 보조 광원에서 발광되는 빛을 혼합시켜 색혼합 효율과, 연색 지수와, 색 재현도가 향상되도록 한 것을 특징으로 하는 헥사 구조를 갖는 LED 패키지.
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