KR101453748B1 - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광다이오드 패키지를 개시한다.
본 발명에 따르면, LED 패키지의 방열성능을 획기적으로 개선할 수 있고, 반사판의 열화방지를 통해 뛰어난 반사성능 및 방사패턴을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

발광다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는, LED 패키지의 방열성능을 획기적으로 개선할 수 있고 반사판의 열화방지를 통해 뛰어난 반사성능 및 방사패턴을 유지할 수 있는 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode, 이하 LED)를 이용하는 광원은 기존의 광원(백열램프, 형광램프, 할로겐 등)에 비해 고효율, 장수명, 저전력소비, 친환경적인 점 등 많은 장점을 갖는다.
도 1은 LED 패키지를 나타낸 것이다. LED 패키지는, 합성수지 사출물인 프레임(1)에 의해 고정된 리드 전극(2) 상에 LED 칩(chip, 3)을 실장한 후 와이어 본딩에 의해 리드 전극(2a, 2b)과 전기적으로 연결하고, LED 칩(3) 상부에 형광체 및 봉지재를 충진하여 이루어진다. 리드 전극(2a, 2b)은 (+)극성을 갖는 리드 전극(2a) 및 (-)극성을 갖는 리드 전극(2b)을 포함하며, LED 칩(3)은 (-)극성을 갖는 리드 전극(2b) 상에 실장될 수 있다. 이러한 LED 패키지는 사용되는 조명 형태에 따라 다양하게 변형되고 다수의 LED 패키지를 이용하여 하나의 LED 광원이 완성된다.
LED 광원의 효율을 증대시키기 위해서는 LED 칩(3)의 성능자체가 중요하지만 LED 패키지의 방열기능, 반사성능, 방사패턴 등의 요소도 중요한 역할을 한다. 특히, 방열기능은 LED 칩(3)의 성능을 가감시키는 결정적인 역할을 한다.
도 2는 COB(Chip on Board) 타입의 LED 패키지를 형성하기 위한 알루미늄(AL) PCB를 나타낸 것이다. AL PCB Base(4)상에 절연층(5), 구리(Cu)패턴층(6) 및 PSR(Photo Solder Resist)필름층(7)이 순차적으로 적층된다. 이후 어떠한 LED 패키지를 형성하느냐에 따라 적층되는 구조물이 상이하게 변형될 수 있다.
도 3은 도 2의 AL PCB 상에 도 1의 LED 패키지를 SMT(표면실장기술, Surface Mount Technology)로 실장한 것이다. 도 3과 같은 COB 타입의 LED 패키지는 LED 칩(3)과 인접한 AL PCB Base(4)로 인해 방열성능을 개선하는 등의 효과를 얻을 수 있다.
그러나, 상기 종래기술 등에 의한 LED 패키지는 리드 전극(2b)과 AL PCB Base(4) 사이에 절연층(5)이 형성되어 있는 구조로써, 절연층의 열전도능력에 따라 패키지의 성능이 결정될 수 있다. 또한, LED 칩(3)에서 발생하는 열로 인해 프레임(1)에 열화가 생김으로써 반사성능이 저하됨과 동시에 방사패턴도 나빠지게 된다.
따라서, 보다 활용가치가 높은 COB 타입 LED 패키지기술은, 방열성능 개선을 통한 효율증대와, 반사성능, 방사패턴, 열화방지기능 등을 두루 갖추어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, LED 패키지의 방열성능을 획기적으로 개선하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
또한, LED 칩에서 발생하는 열로 인한 열화를 근본적으로 방지함으로써, 뛰어난 반사성능 및 방사패턴을 유지할 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 발광다이오드 패키지는, LED 칩이 실장되는 금속리드프레임 베이스; 상기 LED 칩과 전기적으로 연결되고, 상기 LED 칩으로부터 발생하는 빛을 원하는 방사패턴으로 반사시키며, 금속재질로 형성되는 금속반사전극; 및 상기 금속리드프레임 베이스 및 상기 금속반사전극을 일체 결합시키고 합성수지 사출물로 형성되는 프레임을 포함한다.
바람직하게는, 상기 금속리드프레임 베이스는 전기적으로 무극성 공극으로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 금속리드프레임 베이스 및 상기 금속반사전극은 구리로 형성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 금속반사전극은, 상기 LED 칩의 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되기 위하여, 양극 및 음극으로 분리될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 하나의 패키지마다 최소한 하나 이상의 LED 칩이 실장되며, 복수의 패키지가 형성되는 각 위치마다 상기 LED 칩의 실장 위치가 설정되고, 전기적으로 무극성 공극으로 형성되는 금속리드프레임 베이스; 상기 복수의 패키지가 형성되는 각 위치마다 실장된 상기 LED 칩의 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되기 위하여 양극 및 음극으로 분리되고, 상기 LED 칩으로부터 발생하는 빛을 원하는 방사패턴으로 반사시키며, 금속재질로 형성되는 금속반사전극; 및 상기 금속리드프레임 베이스 및 상기 금속반사전극을 일체 결합시키고 합성수지 사출물로 형성되는 프레임을 포함하여 발광다이오드 패키지 모듈을 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면, LED 패키지의 방열성능을 획기적으로 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, LED 패키지에서 반사판의 열화방지를 통해 뛰어난 반사성능 및 방사패턴을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 LED 패키지에 대한 단면도이고,
도 2는 종래의 COB 타입 LED 패키지에 사용되는 AL PCB의 단면도이고,
도 3은 종래의 COB 타입 LED 패키지에 대한 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지에 대한 단면도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지가 복수개로 연이어 형성된 일예이고,
도 6은 도 5의 형태를 분해하여 개념화한 사시도이고,
도 7은 도 5의 A-A' 단면도이고,
도 8은 본 발명에 따른 LED 패키지의 설계 변경 예이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명에 대하여 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지가 복수개로 연이어 형성된 일예이고, 도 6은 도 5의 분해사시된 개념도이고, 도 7은 도 5의 A-A' 단면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 LED 패키지가 복수개로 연이어 형성된 다른 예이다.
도 4에 나타낸 LED 패키지의 특징은, 합성수지 사출물인 프레임(30)에 의해 금속리드프레임 베이스(20a) 및 금속반사전극(20b)이 일체 결합되어 공정이 효율적으로 이루어진다는 점이다. 또한, 고열이 발생하는 LED 칩(10)으로부터의 반사판의 열화를 방지하는 기능과, LED 칩(10)으로부터 발생하는 빛을 반사시키고 원하는 방사패턴을 유지하면서도, LED 칩(10)과 전기적으로 연결시키는 전극기능을 동시에 수행할 수 있는 금속반사전극(20b)도 매우 중요한 특징이다. 특히, LED 칩(10)과 금속리드프레임 베이스(20a)가 직접 맞닿아 있으므로 LED 칩(10)에서 발생하는 고열을 매우 효과적으로 방출할 수 있다는 점이다.
도 4를 보면, 금속리드프레임 베이스(20a) 및 금속반사전극(20b)은 모두 금속으로 형성되므로 합성수지에 비해 방열성능이 우수하고 열화 및 변색에 강하다. 금속리드프레임 베이스(20a)는 Cu 로 구성될 수 있으며, 일정 이상의 높은 방열 성능을 갖는 AL, Cu 합금, SUS 소재 등을 이용하여 구성되는 것도 가능하다. 금속반사전극(20b)은 Cu 로 구성될 수 있으며, 일정 이상의 높은 방열 성능을 갖는 AL, Cu 합금, SUS 소재 등을 이용하여 구성되는 것도 가능하다. 금속리드프레임 베이스(20a) 및 금속반사전극(20b)은 동일한 금속으로 구성될 수 있으며, 일정 이상의 높은 방열 성능을 갖는 다른 금속으로 구성되는 것도 가능하다. 프레임(30)은 고내열성 수지로 구성될 수 있다.
도 4에 나타낸 LED 패키지는, 합성수지 사출물인 프레임(30)에 의해 금속리드프레임 베이스(20a) 및 금속반사전극(20b)을 고정한 후, 금속리드프레임 베이스(20a)의 돌출부위 상에 LED 칩(10)을 실장한 후, 와이어 본딩에 의해 금속반사전극(20b)과 LED 칩(10)이 전기적으로 연결된다. 이 후, LED 칩(10) 상부에 형광체 및 봉지재를 충진하여 이루어진다. 이 때, 금속리드프레임 베이스(20a)는 극성이 없다(공극).
본 발명에 따른 LED 패키지는, 기존의 PCB 베이스를 기반으로 형성된 반사판 및 방열 영역을, 리드프레임 베이스를 기반으로 반사판 및 방열 영역을 형성한 점에 주목하여야 한다. 이로 인하여 광효율 및 방열 성능이 대폭적으로 향상될 수 있다. 또한, 기존 레진(resin)을 이용한 반사판을 금속(metal) 재료의 반사판을 사용함으로써 레진의 열화로 인한 광효율 저하의 문제점을 동시에 개선하여 신뢰성 면에서도 크게 향상될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 LED 패키지가 복수개로 연이어 형성된 일예이다. 도 6은, 도 4에 도시된 구성을 토대로 도 5의 형태를 분해하여 개념화한 사시도이다. 도 6을 통하여, 프레임(30)이 금속리드프레임 베이스(20a) 및 금속반사전극(20b)을 고정하여 패키지화 됨을 알 수 있다. 도 7은 도 5의 A-A' 단면도이다. 도 7을 통하여, 다수의 패키지가 연이어 형성됨을 알 수 있다. 도 8은 본 발명에 따른 LED 패키지의 설계 변경 예이다. 방사패턴에 따라 다양한 설계 변경이 가능한 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: LED 칩 20a: 금속리드프레임 베이스
20b: 금속반사전극 30: 프레임

Claims (6)

  1. LED 칩이 돌출부위 상에 실장되고, 전기적으로 무극성 공극인 금속리드프레임 베이스;
    상기 LED 칩의 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되기 위하여 양극 및 음극으로 분리되고, 상기 LED 칩으로부터 발생하는 빛을 원하는 방사패턴으로 반사시키며, 금속재질로 형성되는 금속반사전극; 및
    상기 금속리드프레임 베이스 및 상기 금속반사전극을 일체 결합시키고 합성수지 사출물로 형성되는 프레임
    을 포함하는 발광다이오드 패키지.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 금속리드프레임 베이스 및 상기 금속반사전극은 구리로 형성됨을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항으로 이루어진 발광다이오드 패키지의 복수개가 연이어 이루어지는 발광다이오드 패키지 모듈.
  6. 하나의 패키지마다 최소한 하나 이상의 LED 칩이 실장되며, 복수의 패키지가 형성되는 각 위치마다 상기 LED 칩의 실장 위치가 돌출부위 상에 설정되고, 전기적으로 무극성 공극으로 형성되는 금속리드프레임 베이스;
    상기 복수의 패키지가 형성되는 각 위치마다 실장된 상기 LED 칩의 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되기 위하여 양극 및 음극으로 분리되고, 상기 LED 칩으로부터 발생하는 빛을 원하는 방사패턴으로 반사시키며, 금속재질로 형성되는 금속반사전극; 및
    상기 금속리드프레임 베이스 및 상기 금속반사전극을 일체 결합시키고 합성수지 사출물로 형성되는 프레임
    을 포함하는 발광다이오드 패키지 모듈.
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