KR101484488B1 - 조명 장치 패키지 - Google Patents

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KR101484488B1
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쉐인 하라
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 조명 장치 패키지의 가스 제거를 가능하게 하도록 구성된 조명 장치 패키지를 제공한다. 상기 조명 장치 패키지는 하나 이상의 발광 소자들이 유효하게 마운팅되어 있는 기판 및 상기 기판에 연결되고 상기 하나 이상의 발광 소자들의 경계를 정하도록 구성된 유지 구조를 포함한다. 또한, 상기 조명 장치 패키지는 광학 투과 소자를 포함하고, 상기 광학 투과 소자와 상기 기판 또는 유지 구조 사이에 분리를 제공하도록 2개 이상의 서포트들이 구성된다. 상기 기판, 유지 구조 및 상기 광학 투과 소자에 의해 정의된 볼륨은 캡슐화 재료로 부분적으로 또는 완전히 채워져서, 상기 조명 장치 패키지를 형성한다. 특히, 상기 서포트들은 상기 기판, 유지 구조 및 상기 광학 투과 소자에 의해 정의된 상기 볼륨에 대하여 일련의 개구들을 생성하고, 이들 개구들은 그를 통한 유체의 이동을 가능하게 한다.
조명 장치 패키지, 발광 소자, 광학 투과 소자

Description

조명 장치 패키지{LIGHTING DEVICE PACKAGE}
본 발명은 조명에 관한 것으로 특히 조명 장치 패키지의 설계에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 동작 조건들 하에서 그 LED 내에서 발생되는 광을 효과적으로 추출하도록 LED 패키지가 적절히 설계된다면 더욱 효과적일 수 있다. 장치 설계자의 관점에서, 효과적인 광 추출은 LED 다이로부터의 광이 원하는 방향으로 LED 패키지에서 떠날 수 있도록 효과적으로 가이드되는 가능성을 개선하는 문제일 수 있다. 다수의 설계 특징들이 반사 계면들의 방위 및 위치와 같은 광학 경로 및 반사의 유형이 정반사성(specular) 성질을 갖는지 확산 성질을 갖는지에 영향을 미칠 수 있다. 또한, LED 패키지의 엘리먼트들의 굴절 특성들은 광 추출의 효율에 영향을 미칠 수 있다.
현재의 LED 패키지들과 관련된 문제점들 중 하나는 인캡슐런트가 채워진 공동(encapsulant-filled cavity)을 커버하는 렌즈를 위한 마운팅 에지(mounting edge) 또는 시팅 셸프(seating shelf)가 있는 패키지들에서 발생한다. 이 구성은 인캡슐런트를 에워싸는 볼륨을 밀봉하여 가스 제거(degassing)를 손상시킬 수 있다. 따라서 인캡슐런트 내에 포획(entrap)된 기포들은 불필요한 광의 산란을 초래 하여, 패키지의 광 출력의 열화를 초래할 수 있다.
현재의 LED 패키지들의 추가의 불리점은 마운팅 에지보다는 상기 렌즈를 위한 마운팅 표면이 있는 패키지들에서 존재한다. 렌즈와 마운팅 표면 사이의 계면의 평면 성질로 인해, 인캡슐런트는 그 안의 기포들과 함께, 이 계면 내에 쉽게 포획(trap)될 수 있다. 이는 다시 패키지의 광 출력의 열화를 초래할 수 있다.
그러므로 알려진 설계의 결점들 중 일부를 극복하는 새로운 조명 장치 패키지가 요구되고 있다.
이 배경 정보는 본 출원인이 본 발명과 관련이 있을 수 있다고 믿는 정보를 밝히기 위해 제공된다. 전술한 정보의 어느 것이라도 본 발명에 대한 종래 기술을 구성한다는 어떠한 승인도 반드시 의도되지 않고, 그렇게 해석되어서도 안 된다.
[발명의 요약]
본 발명의 목적은 조명 장치 패키지를 제공하는 것이다. 본 발명의 한 양태에 따르면, 조명 장치 패키지가 제공되고, 이 조명 장치 패키지는, 기판; 상기 기판에 유효하게 연결된 하나 이상의 발광 소자들; 상기 기판에 연결되고 상기 하나 이상의 발광 소자들의 경계를 정하는(circumscribing) 유지 구조(retaining structure); 상기 기판에 연결되고 상기 하나 이상의 발광 소자들에 의해 방사된 전자기 라디에이션의 경로와 교차하도록 배치된 광학 투과 소자(optically transmissive element); 상기 기판, 상기 광학 투과 소자 및 상기 유지 구조에 의해 정의된 볼륨 내에 배치된 광 투과 캡슐화 재료(light transmissive encapsulation material) ― 상기 캡슐화 재료는 그에 의해 상기 하나 이상의 발광 소자들을 그 안에 적어도 부분적으로 캡슐화함 ―; 및 상기 광학 투과 소자와 상기 기판 사이에 적어도 부분적으로 연장하는 2개 이상의 서포트(support)들 ― 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 광학 투과 소자를 지지하도록 구성됨 ― 을 포함하고; 상기 2개 이상의 서포터들은 상기 볼륨에 대하여 그를 통한 유체의 이동을 위한 2개 이상의 개구들을 제공하도록 배치된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 조명 장치 패키지가 제공되고, 이 조명 장치 패키지는, 기판; 상기 기판에 유효하게 연결된 하나 이상의 발광 소자들; 상기 기판에 연결되고 상기 하나 이상의 발광 소자들의 경계를 정하는 유지 구조; 상기 기판에 연결되고 상기 하나 이상의 발광 소자들에 의해 방사된 전자기 라디에이션의 경로와 교차하도록 배치된 광학 투과 소자; 상기 기판, 상기 광학 투과 소자 및 상기 유지 구조에 의해 정의된 볼륨 내에 배치된 광 투과 캡슐화 재료 ― 상기 캡슐화 재료는 그에 의해 상기 하나 이상의 발광 소자들을 그 안에 적어도 부분적으로 캡슐화함 ―; 및 상기 광학 투과 소자를 지지하기 위해 상기 광학 투과 소자와 상기 기판 사이에 적어도 부분적으로 연장하는 2개 이상의 서포트들 ― 상기 2개 이상의 서포트들 각각은 단면 및 접촉 표면을 갖고, 상기 단면은 상기 접촉 표면보다 작음 ― 을 포함하고; 상기 2개 이상의 서포터들은 상기 볼륨에 대하여 그를 통한 유체의 이동을 위한 2개 이상의 개구들을 제공하도록 배치된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치 패키지의 단면도를 개략 도시한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치 패키지의 컴포넌트들의 단면도를 개략 도시한다.
도 3은 도 2에 도시된 조명 장치 패키지의 상면도를 개략 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치 패키지의 컴포넌트들의 단면도를 개략 도시한다.
정의
용어 "발광 소자"(light-emitting element)는, 예를 들면, 그것을 가로질러 전위차를 인가하거나 그것을 통하여 전류를 통과시키는 것에 의해 작동될 때, 예를 들면, 가시 영역, 적외선 및/또는 자외선 영역 등의 전자기 스펙트럼의 파장 영역 또는 파장 영역들의 조합 내에서 라디에이션을 방사하는 소자를 포함하는 장치를 나타내기 위해 사용된다. 예를 들면, 발광 소자는 단색(monochromatic), 준단색(quasi-monochromatic), 다색(polychromatic) 또는 광대역 스펙트럼 방사 특성들을 가질 수 있다. 발광 소자들의 예로는, 무기 또는 유기 고체 상태, 유기 또는 중합체/중합 발광 다이오드, 광학 펌핑(optically pumped) 형광체 코팅된 발광 다이오드, 광학 펌핑 나노결정 발광 다이오드 또는 이 기술분야의 숙련자가 쉽게 이해할 다른 유사한 장치들을 포함한다.
여기서 사용될 때, 용어 "약"은 공칭 값으로부터 +/-10% 변동을 나타낸다. 그것이 명확하게 언급되든 아니든 간에, 그러한 변동은 여기서 제공되는 임의의 주어진 값에 항상 포함된다는 것을 이해해야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어들은 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 발명은 조명 장치 패키지의 가스 제거를 가능하게 하도록 구성된 조명 장치 패키지를 제공한다. 상기 조명 장치 패키지는 하나 이상의 발광 소자들이 유효하게 마운팅되어 있는 기판 및 상기 기판에 연결되고 상기 하나 이상의 발광 소자들의 경계를 정하도록 구성된 유지 구조를 포함한다. 또한, 상기 조명 장치 패키지는 상기 하나 이상의 발광 소자들 위에 배치된, 광학 투과 소자, 예를 들면, 렌즈를 포함하고, 상기 광학 투과 소자와 상기 기판 또는 유지 구조 사이에 분리를 제공하도록 2개 이상의 서포트들이 구성된다. 상기 기판, 유지 구조 및 상기 광학 투과 소자에 의해 정의된 볼륨은 캡슐화 재료로 부분적으로 또는 완전히 채워져서, 상기 조명 장치 패키지를 형성한다. 특히, 상기 서포트들은 상기 기판, 유지 구조 및 상기 광학 투과 소자에 의해 정의된 상기 볼륨에 대하여 일련의 개구들을 생성하고, 이들 개구들은 그를 통한 유체의 이동을 가능하게 한다. 상기 유체는 가스, 예를 들면, 상기 볼륨 내에 포획된 가스, 상기 광 투과 캡슐화 재료, 물, 또는 이 기술분야의 숙련자라면 쉽사리 이해할 그런 종류의 다른 것일 수 있다. 따라서 이들 개구들은 상기 조명 장치 패키지의 가스 제거를 위한 위치들을 제공한다. 예를 들면, 이들 개구들은 상기 볼륨으로부터 가스의 배출을 위한 위치들을 제공할 수 있다.
일 실시예에서 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 광학 투과 소자와 관련될 수 있다. 일 실시예에서 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 광학 투과 소자와 일체로 형성되어 그것을 상기 기판 또는 상기 유지 구조에 연결한다. 다른 실시예들에서, 상기 서포트들은 상기 광학 투과 소자보다는, 상기 기판 또는 유지 구조와 관련된다. 일부 실시예들에서, 상기 서포트들은 상기 기판 또는 유지 구조와 일체로 형성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치 패키지의 단면도를 도시한다. 발광 소자들(30)이 기판(10)의 금속화 패드들(20)에 마운팅되어 전기적으로 접속되고 상기 발광 소자들(30)은 또한 와어어 본드들(25)에 의해 상기 기판의 회로 트레이스들(15)에 전기적으로 접속되어 상기 발광 소자들의 활성화를 가능하게 한다. 상기 기판(10)에는 상기 기판에 유효하게 연결된 상기 발광 소자들의 경계를 정하는 유지 벽(retaining wall)(40) 형태의 유지 구조가 연결되어 있다. 렌즈(45) 형태의 광학 투과 소자가 상기 렌즈의, 서포트 피트(support feet)(50)의 서포트들에 의해 상기 기판에 연결되어 있다. 2개 이상의 서포트 피트(50)가 렌즈와 관련되고, 이 서포트 피트는 렌즈와 기판 사이에 일련의 개구들을 생성한다. 상기 조명 장치 패키지는 상기 기판, 렌즈 및 유지 벽에 의해 정의된 볼륨을 채워, 상기 발광 소자들을 그 안에 캡슐화하는 캡슐화 재료(35)를 더 포함한다. 상기 서포트 피트에 의해 생성되는, 이 볼륨에 대한 개구들은 상기 조명 장치 패키지의 가스 제거를 위한 위치들, 예를 들면, 상기 캡슐화 재료에 또는 상기 볼륨 내에 존재하는 기포들의 배출을 위한 위치들을 제공한다.
광학 투과 소자
상기 광학 투과 소자는 본질적으로 상기 기판에 유효하게 연결된 상기 하나 이상의 발광 소자들에 대한 커버를 제공하고, 상기 기판 및 상기 유지 구조와 함께 상기 하나 이상의 발광 소자들을 실질적으로 에워싸는 볼륨을 정의하고, 이 볼륨은 부분적으로 또는 완전히 캡슐화 재료로 채워진다.
일 실시예에서 상기 광학 투과 소자는 상기 하나 이상의 발광 소자들에 대하여 상기 광학 투과 소자의 배치를 위한, 예를 들면, 상기 기판 상에 또는 상기 유지 구조 상에 상기 광학 투과 소자의 배치를 위한 기계적 지지를 제공하는, 2개 이상의 서포트들을 포함한다. 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 기판, 상기 유지 구조 및 상기 광학 투과 소자에 의해 정의된 볼륨에 대하여 일련의 개구들을 생성하고, 이들 개구들은 상기 조명 장치 패키지의 제조 중에 상기 정의된 볼륨 내에 포획될 수 있는 가스의 배출을 위한 위치들을 제공할 수 있다.
상기 광학 투과 소자는 상기 하나 이상의 발광 소자들로부터 생성되는, 상기 조명 장치 패키지로부터의 전자기 방사선의 조작 및 추출을 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 광학 투과 소자는 렌즈, 예를 들면 돔 렌즈(dome lens) 또는 이 기술분야의 숙련자라면 쉽사리 이해할 다른 렌즈로서 구성된다.
본 발명의 일부 실시예에서, 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 광학 투과 소자보다는 상기 유지 구조 또는 상기 기판의 일체의 부분(integral portion)일 수 있다. 예를 들면, 상기 유지 구조는 상기 광학 투과 소자를 향하여 배치된 2개 이상의 서포트 피트를 가질 수 있고, 상기 광학 투과 소자의 일부는 이들 서포트 피트 상에 설치(seat)될 수 있다.
상기 2개 이상의 서포트들은 각종 모양들, 예를 들면, 서포트 피트, 서포트 월(support walls), 서포트 탭(support tabs) 또는 이 기술분야의 숙련자라면 쉽사리 이해할 다른 구성들로 구성될 수 있다. 상기 서포트들은 상기 광학 투과 소자의 측면에 배치된, 또는 상기 기판 또는 유지 구조의 표면 상에 배치된, 상기 기판과 마주하는 상기 광학 투과 소자의 표면 상에 위치할 수 있다.
각 서포트는 상기 서포트들이 상기 광학 투과 소자의 부분인 실시예들에서는 상기 기판 또는 상기 유지 구조와 접촉하는, 또는 상기 서포트들이 상기 기판 또는 유지 구조의 부분인 실시예들에서는 상기 광학 투과 소자와 접촉하는 접촉 표면을 갖는다. 이 접촉 표면은 원뿔형, 반구형, 원통형, 원뿔대형(frustoconical), 편평한 표면, 곡선 모양 표면, 볼록 표면 또는 이 기술분야의 숙련자라면 쉽사리 이해할 다른 표면 모양일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 서포트의 상기 접촉 표면은 서포트가 상기 광학 투과 소자의 부분인 실시예들에서는 서포트와 상기 기판 또는 상기 유지 구조 사이의, 또는 서포트가 상기 기판 또는 상기 유지 구조의 부분인 실시예들에서는 서포트와 상기 광학 투과 소자 사이의 접촉 면적을 최소화하도록 구성된다. 예를 들면, 서포트의 단면은 상기 접촉 표면을 향하여 감소한다. 일부 실시예들에서 상기 접촉 표면은 원뿔형 또는 반구형이도록 구성되어, 그 결과 실질적으로 접촉의 점(point of contact)이 생기고 또는 다른 실시예에서는 실질적으로 접촉의 라인 점(line point of contact)이 생기게 할 수 있는 원통형 표면이도록 구성된다. 접촉의 라인 점들은, 일부 실시예들에서, 상기 광학 투과 소자의 하부 표면의 중심 영역으로부터 실질적으로 방사상의 방향에 있을 수 있다. 이들 구성들에서, 접촉 면적의 감소는 상기 서포트 피트의 접촉 표면에 의해 인캡슐런트 재료의 포획의 가능성의 감소를 가능하게 할 수 있다.
일 실시예에서 상기 광학 투과 소자는 상기 기판 또는 상기 유지 구조 상에 상기 광학 투과 소자의 안정된 지지를 가능하게 할 수 있는 2개 이상의 서포트들을 포함하고, 서포트들의 수는 그의 모양에 의존할 수 있다. 예를 들면, 상기 서포트들이 각각 그 위에 상기 광학 투과 소자의 안정된 지지를 제공하기 위하여, 상기 기판 또는 상기 유지 구조와의 접촉의 점을 갖도록 구성된다면, 3개 이상의 서포트들이 요구될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예들에서, 상기 광학 투과 소자는, 상기 광학 투과 소자와 관련된 서포트들의 상대적 크기 및 개수가, 상기 기판, 상기 유지 구조 및 상기 광학 투과 소자에 의해 정의된 볼륨 내의 원하는 일련의 개구들이 상기 조명 장치 패키지의 원하는 레벨의 가스 제거를 가능하게 할 수 있도록 결정된다면, 3개, 4개, 5개, 6개, 또는 다른 개수의 서포트들을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 서포트들은 유연성, 연장성, 압축성, 또는 그의 조합의 정도를 갖도록 구성된다. 이 구성에서 상기 서포트들은 상기 기판에 대하여 상기 광학 투과 소자의 움직임을 가능하게 할 수 있어, 상기 조명 장치 패키지 내의 응력 보유(stress retention)를 감소시킬 수 있고, 그 결과 컴포넌트 분리 또는 상기 인캡슐런트 재료의 부분 층분리(partial delamination)가 생길 수 있다. 이들 잠재적인 응력들은, 예를 들면, 조명 장치 패키지를 형성하는 재료들의 차별적인 열팽창계수들에 의해 야기될 수 있다.
상기 광학 투과 소자가 상기 기판 또는 유지 구조 상에 마운팅되는 실시예들에서, 그 마운팅은 캡슐화 재료, 실리콘, 에폭시, 또는 이 기술분야의 숙련자라면 알 그런 종류의 다른 것에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 상기 광학 투과 소자 및 상기 2개 이상의 서포트들은 일체로 형성된다. 다른 실시예에서 상기 광학 투과 소자 및 상기 2개 이상의 서포트들은 개별적으로 형성되고 그 후 기계적으로 접속될 수 있다. 예를 들면, 상기 서포트들은 개별적으로 형성되고 그 후 상기 광학 투과 소자에 기계적으로 연결될 수 있다. 상기 서포트들이 상기 유지 구조 또는 상기 기판의 부분인 실시예들에서, 상기 서포트들은 일체로 형성되거나, 개별적으로 형성되고 그 후 기계적으로 접속될 수 있다. 예를 들면, 상기 서포트들은 개별적으로 형성되고 그 후 상기 유지 구조 또는 상기 기판의 어느 한쪽에 기계적으로 연결될 수 있다.
상기 하나 이상의 발광 소자들과 마주하는 상기 광학 투과 소자의 표면은 곡선 모양이거나 편평할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 표면은 모양이 볼록하여 상기 광학 투과 소자의 이 표면과 상기 캡슐화 재료 사이에 가스가 포획되는 가능성을 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 광학 투과 소자는 광학 소자들의 조합을 포함하고, 이들 광학 소자들은 크기가 다를 수 있다. 예를 들면 마이크로미터 이하(sub-micrometer) 내지 밀리미터 또는 더 큰 크기의 렌즈 모양 또는 다른 굴절 광학 소자들이 상기 광학 투과 소자에 포함될 수 있다.
상기 광학 투과 소자는 몰딩(mould)된 플라스틱, 투명한 PMMA, COC, BK7 글라스, 폴리카보네이트, 나일론, 실리콘, 실리콘 고무 또는 이 기술분야의 숙련자라면 쉽사리 이해할 다른 재료로 만들어질 수 있다. 상기 광학 투과 소자는 옵션으로 조명 장치 패키지에 대한 필요한 레벨의 광 투과율을 유지하면서 착색된 컴포넌트로서 구성될 수 있다.
캡슐화 재료
캡슐화 재료는 상기 기판, 유지 구조 및 상기 광학 투과 소자에 의해 정의된 볼륨 또는 공동을 부분적으로 또는 완전히 채우고, 그에 의해 적어도 부분적으로 상기 하나 이상의 발광 소자들을 캡슐화한다. 상기 캡슐화 재료는 상기 하나 이상의 발광 소자들로부터의 증가된 레벨의 광 추출을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 캡슐화 재료의 광 투과율은 파장에 따라 다를 수 있다. 예를 들면, 파장에 대한 투과율의 변화는 클 수 있고 또는 그것은 캡슐화 재료의 원하는 목적을 위해 하찮을 수 있다. 예를 들면, 상기 캡슐화 재료 및 상기 광학 투과 소자의 굴절률들은 광이 상기 하나 이상의 발광 소자들로부터 대기로 효율적으로 추출될 수 있도록 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 캡슐화 재료 및 상기 광 투과 소자는 동일한 굴절률을 갖도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 캡슐화 재료의 귤절률은 상기 광학 투과 소자의 굴절률보다 크다.
일 실시예에서, 상기 캡슐화 재료는, 예를 들면, 실리콘 겔과 같은 광학적으로 투명한 재료들로부터 선택될 수 있다. 적합한 굴절률들을 갖는 다른 캡슐화 재료들은, 예를 들면, PMMA, 폴리카보네이트, 나일론, 실리콘 고무 및 실리콘 겔을 포함하고, 그것은 전형적으로 가시광은 거의 흡수하지 않고 전형적으로 특정 자외선(UV) 광만을 흡수한다. 이러한 유형의 재료들 중 일부는 UV 광에 길게 노출되었을 때 얼마간의 변색에 대한 내성(resistance to discoloration)을 제공할 수 있고 그것들은 적합한 굴절률들의 범위에서 이용 가능하다.
상기 캡슐화 재료는 원하는 양의 캡슐화 재료로 채워진 볼륨 또는 공동을 갖는 조명 장치 패키지를 실현하기 위해 상기 기판, 유지 구조, 및 광학 투과 소자의 조립 중에 많은 상이한 방법들로 퇴적될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 발광 소자들이 기판 상에 퇴적될 수 있고, 그 후 상기 하나 이상의 발광 소자들의 외주(outer permimeter)를 옆으로 둘러싸는, 상기 유지 구조가 상기 기판 상에 퇴적될 수 있다. 원하는 변경의, 예를 들면, 액체 상태의, 미리 정해진 양의 캡슐화 재료가 상기 하나 이상의 발광 소자들 상에 또는 그에 인접하여 퇴적될 수 있고, 그 후 상기 기판 또는 상기 유지 구조 상에 광학 투과 소자가 퇴적될 수 있다. 예를 들면, 상기 조명 장치 패키지가 완전히 조립되면, 상기 캡슐화 재료는 상기 하나 이상의 발광 소자들의 노출된 부분들을 완전히 캡슐화할 수 있고, 상기 기판, 유지 구조 및 상기 광학 투과 소자에 의해 정의된 볼륨 또는 공동이 완전히 채워질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 캡슐화 재료는 그 후 경화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 액체 캡슐화 재료 내의 기포들의 배출을 가속하기 위하여, 상기 조명 장치 패키지는 가스 제거 프로세스로서 감소된 압력 분위기에 일시적으로 노출될 수 있다. 이 가스 제거 프로세스에 이어서, 상기 액체 캡슐화 재료는, 원하는 재료 특성을 달성하기 위해 필요하다면, 예를 들면, 열 또는 UV 광에의 노출을 통하여, 경화될 수 있다.
유지 구조
유지 구조는 상기 기판에 연결되고 상기 기판에 유효하게 연결된 하나 이상의 발광 소자들의 경계를 정하도록 구성된다. 상기 유지 구조는 상기 캡슐화 재료를 원하는 영역에 유지하기 위한 수단을 제공할 수 있는 경계 또는 주계를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유지 구조는 상기 하나 이상의 발광 소자들 둘레에 유지 벽(retaining wall)을 형성하고, 오로지 상기 벽에 의해 정의된 공동 내에 상기 캡슐화 재료를 유지하는 구조를 제공하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 유지 구조는 상기 하나 이상의 발광 소자들 둘레에 유지 벽을 형성하고 상기 벽에 의해 정의된 공동 내에 상기 캡슐화 재료를 유지하는 구조를 제공하고 또한 광학 투과 소자의 마운팅을 위한 지지 구조를 제공하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유지 구조의 내부 벽은 수직 벽, 또는 프로파일된 벽(profiled wall), 예를 들면 경사진 또는 곡선 모양의 벽으로서 구성되고, 상기 광학 투과 소자는 상기 기판 상에 지지되거나, 또는 상기 유지 구조의 상부에 지지될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 유지 구조의 내부 벽은 계단 모양의 벽으로서 구성되고, 상기 계단은 상기 광학 투과 소자에 대한 지지 표면을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 서포트들은 상기 유지 구조 내에 일체로 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 광학 투과 소자에 연결하기 위한 일체의 서포트들을 갖는 유지 구조를 제조하기 위해 몰딩 프로세스가 채용될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유지 구조는 개별 컴포넌트일 수 있고 또는 그것은 광학 시스템의 하나 이상의 엘리먼트들, 예를 들면 상기 광학 투과 소자와 일체로 형성될 수 있고 서포트들이 상기 둘러싸인 볼륨에 대한 개구들을 정의한다. 예를 들면, 일체로 형성된 또는 일체로 접속된 유지 구조 및 렌즈를 제조하기 위해 듀얼 샷 몰딩 프로세스(dual shot moulding process)가 채용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 유지 구조는, 예를 들면, 삽입 몰딩(insert moulding)에서 행해지는 바와 같이, 몰딩 프로세스 중에 몰드의 일부로서 상기 기판을 이용하여 상기 기판 상에 상기 유지 구조를 몰딩함으로써 상기 기판 상에 직접 그리고 유효하게 배치될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서 상기 유지 구조는 상기 기판 내에 일체로 형성된다.
상기 유지 구조는 각종 재료들, 예를 들면, 세라믹, 폴리머, 폴리이미드, 글라스, 몰딩된 플라스틱, 몰딩된 실리콘, 금속, 상기 캡슐화 재료의 디스펜싱(dispensing) 또는 삽입 전에 경화되는 디스펜스된 에폭시 또는 실리콘 비드(bead), 또는 이 기술분야의 숙련자라면 쉽사리 이해할 다른 재료로부터 제조될 수 있다. 상기 유지 구조의 상기 기판에의 연결은 접착제, 열 축적(heat stacking), 일체 형성(integral forming), 또는 이 기술분야의 숙련자라면 쉽사리 이해할 다른 방법들에 의해 제공될 수 있다.
상기 유지 구조는 반사, 불투명, 반투명, 투명 또는 비반사(non-reflective)이도록 구성될 수 있고, 상기 유지 구조의 구성은 상기 유지 구조가 상기 하나 이상의 발광 소자들에 의해 방사되는 전자기 방사선에 미치는 원하는 영향에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 유지 구조의 내부 표면은 주로 상기 발광 소자들로부터 옆으로 방사되는 광을 반사하도록 의도되어 있다. 적절히 설계되고 고도로 반사하는 내부 표면이 조명 장치 패키지로부터의 효율적인 광 추출에 기여할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 하나 이상의 발광 소자들과 마주하는 상기 유지 구조의 내부 표면은 확산 또는 정반사성 반사(specular reflective)일 수 있다. 예를 들면, 상기 내부 표면은 백색이고 혼합된 확산 및 정반사성 반사 특성들을 특징으로 할 수 있다. 백색 표면은 다양한 상이한 방법들로 실현될 수 있다. 예를 들면, 상기 표면은 코팅 또는 페인팅될 수 있다. 상기 유지 구조의 표면의 일부 또는 전체 유지 구조는 백색 재료, 예를 들면, 백색 세라믹 또는 백색 플라스틱, 예를 들면, AmodelTM 플라스틱 또는 쉽사리 이해될 다른 재료들로 만들어질 수 있다. 다르게는, 상기 유지 구조의 내부 표면은, 예를 들면, 원하는 혼합의 정반사성 또는 확산 반사 특성들을 갖는 거울을 실현하도록 금속화될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유지 구조의 내부 표면 또는 다른 표면은, 예를 들면, 정반사성 반사 알루미늄 또는 은의 층을 포함할 수 있다. 금속층들은, 예를 들면, 스퍼터링, 삭마(ablation) 또는 증발(evaporation)을 포함하는 다양한 방법들을 이용하여 퇴적될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 유지 구조는 사출 성형되고, 예를 들면, 그 내부 표면 상에 금속층이 코팅될 수 있다. 다르게는, 상기 유지 구조 또는 상기 유지 구조의 내부 표면에 대한 재료는 상기 캡슐화 재료보다 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 상기 내부 표면이 적절히 형상화되고 그 굴절률들이 적당히 선택되면, 캡슐화 재료 내부로부터의 광은 상기 내부 표면에서 광학 시스템을 향하여 효과적으로 내부 전반사(totally internally reflected; TIR)될 수 있다.
기판
일 실시예에서, 상기 기판은 고도로 열전도성이다. 상기 기판은, 예를 들면, 상부 및 하부에 금속화를 갖는 AlN 세라믹의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 상기 기판은, 예를 들면, Cu/Mo/Cu 금속 베이스 상에 저온 동시 소성된 세라믹(low temperature co-fired ceramic)일 수 있다. 일 실시예에서, 상기 기판은 또한, 예를 들면, 액정 폴리머 플라스틱 또는 AmodelTM 플라스틱과 같은 몰딩된 플라스틱 재료를 포함할 수 있다. 상기 기판은 또한 금속 베이스 PC 보드로서 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 발광 소자 부착의 영역, 또는 그의 특정 영역들과 마주하는 상기 기판의 표면은 확산 또는 전반사성 반사일 수 있다. 그 반사 특성들은 금속, 예를 들면, 알루미늄 또는 은 코팅으로부터 생길 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기판은 상기 발광 소자들, 다이 부착 패트들 또는 다른 전기 장치들을 접속하기 위한 트레이스들 또는 비아들을 갖는 하나 이상의 층들을 제공할 수 있다. 상기 층들 또는 트레이스들은, 예를 들면, 구리, 은, 금, 알루미늄, 니켈, 또는 주석의 조합을 포함한 금속 합금 등의 다양한 재료들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 기판은, 전기 전도성 및 전기 절연성 층들을 포함하는, 다층 구조로서 구성될 수 있다. 예를 들면, 전기 전도성 트레이스들의 특정 조합들과 같이 단락(short-circuit)되어서는 안 되는, 전기 전도성 컴포넌트들, 예를 들면 발광 소자들을 포함하는 하나 이상의 층들은 광학적으로 반사하지만 또한 전기적으로 전도성인 층들로부터 전기적으로 절연될 필요가 있을 수 있다. 적합한 절연 재료들은 이 기술분야에 잘 알려져 있다. 예를 들면, 기판의 상부 표면 상의 금속 트레이스들은 유전 재료의 얇은 전기 절연층, 예를 들면, 0.5 내지 2 밀(mil) 두께의 폴리이미드 아래에 매립될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 절연층은, 전기 전도성일 수 있는, 상기 유지 구조에 의해 커버된 영역들을 또한 포함하여 비선택적으로 또는 선택적으로 퇴적될 수 있다. 다른 실시예에서는, 예를 들면, 상기 기판과 상기 유지 구조 사이에 보다 매끄러운 보다 평탄한 계면을 실현하도록 절연층이 퇴적될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 기판은 PC 보드, 플렉스 회로(flex circuit)에 납땜되거나 또는 전기 구동 회로에 접속된 와이어들에 납땜될 수 있다. 상기 기판은 Au 또는 Au/Sn 또는 다른 솔더 합금을 포함하는 하나 이상의 전기 전도성 층들을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 조명 장치 패키지는 열 싱크(heat sink) 또는 열 파이프(heat pipe)에 열적으로 접속될 수 있다. 열적 연결(termal coupling)은 솔더, 열전도성 에폭시 또는 이 기술분야의 숙련자라면 쉽사리 이해할 다른 열적 접속 수단에 의해 제공될 수 있다.
발광 소자 부착
본 발명의 일 실시예에서, 발광 소자들, 예를 들면 LED 다이들은, 상기 기판 상의 다이 부착 패트들에 부착, 예를 들면 납땜될 수 있다. 상기 다이 부착 패드들은 금을 포함하는 솔더 합금, 예를 들면, 금 주석 또는 금 은 합금을 갖는 다이 부착 패드 콘택트들을 가질 수 있다. 발광 소자들은, 예를 들면, 금, 금-주석 또는 다른 합금을 포함하는 다이 콘택트들을 가질 수 있다. 발광 소자들의 콘택트들의 조성 및 다이 패드들의 조성에 따라서, 상기 발광 소자들을 상기 다이 부착 패드들에 부착하기 위해 상승된 온도에서 솔더 합금들이 리플로(reflow)(액화(liquefy))될 수 있다. 다르게는 상기 발광 소자들을 배치하기 전에 상기 다이 부착 패드들 상에 솔더 페이스트가 퇴적될 수 있다. 솔더 페이스트는, 예를 들면, 접합을 생성하기 위해 상승된 온도에서 리플로될 수 있는 Au/Sn을 포함할 수 있다.
일 실시예에서는, 상기 발광 소자들을 상기 다이 부착 패드들에 부착하기 위해 전기 및 열 전도성 접착제가 사용될 수 있다. 그러한 접착제들은, 예를 들면, 에폭시를 함유하는 Ag를 포함할 수 있다. 접착제의 종류에 따라서, 내구성 있는 기계 및 전기 접촉을 확립하기 위해 솔더 합금 금속 다이 부착 패드들이 요구되지 않을 수도 있다. 상기 기판 상의 다이 부착 패드들은 고도로 광학적으로 반사하는 상부 표면을 제공할 수 있고 공통의 하부의 금속화 층에 열적으로 잘 접속될 수 있다. 그러한 금속화 층들은 특정 세라믹 기판들에서 널리 사용된다. 필요하다면, 상기 발광 소자들의 상이한 콘택트들이, 다이 부착 패드 상에 또는 기판 상의 다른 곳에 위치할 수 있는 그들 자신의 콘택트 패드 또는 트레이스에 개별적으로 접속될 수 있다. 다이 부착 패드 상의 개별 콘택트들은 기판 상의 트레이스들에 유효하게 접속될 수 있다.
이 기술분야의 숙련자라면 상기 하나 이상의 발광 소자들의 부착을 위한 다른 적합한 방법들을 쉽사리 이해할 것이다.
[예시]
예시 1:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치 패키지의 단면도를 도시한다. 발광 소자들(30)이 기판(10)의 금속화 패드들(20)에 마운팅되어 전기적으로 접속되고 상기 발광 소자들(30)은 또한 와이어 본드들(25)에 의해 상기 기판의 회로 트레이스들(15)에 전기적으로 접속되어 상기 발광 소자들의 활성화를 가능하게 한다. 상기 기판(10)에는 상기 기판에 유효하게 연결된 상기 발광 소자들의 경계를 정하는 유지 벽(40) 형태의 유지 구조가 연결되어 있다. 렌즈(45) 형태의 광학 투과 소자가 그 렌즈를 기판에 연결하는 서포트 피트(50) 형태의 서포트들을 갖는다. 이 실시예에서는 서포트 피트의 구성에 기초하여, 렌즈를 안정되게 지지하기 위하여 3개 이상의 서포트 피트(50)가 렌즈와 관련되고, 상기 서포트 피트는 렌즈와 기판 사이에 일련의 개구들을 생성한다. 상기 조명 장치 패키지는 상기 기판, 렌즈 및 유지 벽에 의해 정의된 볼륨을 채워, 상기 발광 소자들을 그 안에 캡슐화하는 캡슐화 재료(35)를 더 포함한다. 상기 서포트 피트에 의해 생성되는, 이 볼륨에 대한 개구들은 상기 조명 장치 패키지의 가스 제거를 위한 위치들, 예를 들면, 액체 캡슐화 재료에 형성할 수 있는 기포들의 배출을 위한 위치들을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 이들 기포들의 배출을 가속하기 위하여, 상기 조명 장치 패키지는 가스 제거 프로세스로서 감소된 압력 분위기에 일시적으로 노출될 수 있다. 이 가스 제거 프로세스에 이어서, 상기 액체 캡슐화 재료는, 원하는 재료 특성을 달성하기 위해 필요하다면, 예를 들면, 열 또는 UV 광에의 노출을 통하여, 경화될 수 있다.
예시 2:
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조명 장치 패키지의 단면도를 도시하고, 도 3은 그의 상면도를 도시한다. 발광 소자들(120)이 기판(100)의 금속화 패드들(110)에 마운팅되어 전기적으로 접속되고 상기 발광 소자들(120)은 또한 와이어 본드들(115)에 의해 상기 기판의 회로 트레이스들(105)에 전기적으로 접속되어 상기 발광 소자들의 활성화를 가능하게 한다. 상기 기판(100)에는 상기 기판에 유효하게 연결된 상기 발광 소자들의 경계를 정하는 유지 벽(125) 형태의 유지 구조가 연결되어 있다. 렌즈(130) 형태의 광학 투과 소자가 서포트 탭들(support tabs)(140) 형태의 서포트들에 의해 상기 유지 벽의 상부에 마운팅되어 있다. 2개 이상의 서포트 탭들(140)이 상기 렌즈와 관련될 수 있고 그의 원하는 안정성을 제공할 수 있고, 상기 서포트 탭들은 상기 렌즈와, 상기 기판, 상기 유지 벽 및 상기 렌즈에 의해 정의된 볼륨 사이에 일련의 개구들을 생성한다. 예를 들면, 도 2와 관련하여, 개구들은 탭(140)의 앞에 또는 뒤에 위치할 수 있다. 또한 그리고 도 3과 관련하여, 개구들(145)은 렌즈(130)의 외부 에지(175)와 유지 벽(125)의 내부 에지(185) 사이에 위치할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 4개의 서포트 탭들이 렌즈와 관련되어, 4개의 개구들(145)을 생성한다. 조명 장치 패키지는 상기 기판, 렌즈 및 유지 벽에 의해 정의된 볼륨을 채워, 상기 발광 소자들을 그 안에 캡슐화하는 캡슐화 재료(135)를 더 포함한다. 상기 서포트 탭들에 의해 생성되는, 이 볼륨에 대한 개구들(145)은 상기 조명 장치 패키지의 가스 제거를 위한 위치들, 예를 들면, 캡슐화 재료에 존재할 수 있는 기포들의 배출을 위한 위치들을 제공한다.
예시 3:
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 조명 장치 패키지의 단면도를 도시한다. 발광 소자들(230)이 기판(200)의 금속화 패드들(225)에 마운팅되어 전기적으로 접속되고 상기 발광 소자들(230)은 또한 와이어 본드들(220)에 의해 상기 기판의 회로 트레이스들(205)에 전기적으로 접속되어 상기 발광 소자들의 활성화를 가능하게 한다. 상기 기판(200)에는 상기 기판에 유효하게 연결된 상기 발광 소자들의 경계를 정하는 유지 벽(210) 형태의 유지 구조가 연결되어 있다. 유지 벽(210)은 시팅 셸프(seating shelf)(215)와 함께 형성된다. 렌즈(240) 형태의 광학 투과 소자가 서포트 피트(235) 형태의 서포트들에 의해 유지 벽에 구체적으로 시팅 셸프에 연결된다. 일 실시예에서는, 렌즈를 안정되게 지지하기 위하여 2개 이상의 서포트 피트(235)가 렌즈와 관련되고, 상기 서포트 피트는 렌즈와 기판 사이에 일련의 개구들을 생성한다. 다른 실시예에서는 3개 이상의 서포트 피트가 렌즈와 관련될 수 있다. 상기 조명 장치 패키지는 상기 기판, 렌즈 및 유지 벽에 의해 정의된 볼륨을 채워, 상기 발광 소자들을 그 안에 캡슐화하는 캡슐화 재료(245)를 더 포함한다. 상기 서포트 피트에 의해 생성되는, 이 볼륨에 대한 개구들은 상기 조명 장치 패키지의 가스 제거를 위한 위치들, 예를 들면, 캡슐화 재료에 존재할 수 있는 기포들의 배출을 위한 위치들을 제공한다.
본 발명의 전술한 실시예들은 예시들이고 다수의 점에서 변경될 수 있다는 것은 명백하다. 그러한 현재 또는 장래의 변형들은 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하고, 이 기술분야의 숙련자에게는 명백할 모든 그러한 변형들은 다음의 청구항들의 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (26)

  1. 조명 장치 패키지로서,
    기판;
    상기 기판에 유효하게(operatively) 연결된 하나 이상의 발광 소자들;
    상기 기판에 연결되고, 상기 하나 이상의 발광 소자들의 경계를 정하는(circumscribing) 유지 구조(retaining structure);
    상기 기판에 연결되고, 상기 하나 이상의 발광 소자들에 의해 방출된 전자기 라디에이션(electromagnetic radiation)의 경로와 교차하도록 배치된 광학 투과 소자(optically transmissive element);
    상기 기판, 상기 광학 투과 소자 및 상기 유지 구조에 의해 정의된 볼륨 내에 배치된 광 투과 캡슐화 재료(light transmissive encapsulation material) ― 상기 캡슐화 재료는 그에 의해 상기 하나 이상의 발광 소자들을 그 안에 적어도 부분적으로 캡슐화함 ―; 및
    상기 광학 투과 소자와 상기 기판 사이에 적어도 부분적으로 연장하는, 서포트 피트(support feet)의 형태의 2개 이상의 서포트들 ― 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 광학 투과 소자를 지지하도록 구성됨 ―
    을 포함하고,
    상기 2개 이상의 서포트들은 유체의 이동을 위해 상기 볼륨에 대하여 2개 이상의 개구들을 제공하도록 배치되고, 상기 2개 이상의 서포트들 각각은 단면 및 접촉 표면을 갖고, 상기 접촉 표면 부근의 상기 단면의 면적은 상기 단면의 다른 부분의 면적보다 작고, 상기 접촉 표면은 접촉의 점(point of contact)인 조명 장치 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 유연성이 있거나, 압축 가능하거나, 연장 가능하거나, 또는 그의 조합인 조명 장치 패키지.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 각 서포트는 접촉 표면을 갖고, 상기 접촉 표면은 원뿔형, 반구형, 원통형, 원뿔대형(frustoconical), 편평함(flat), 곡선형 및 볼록형을 포함하는 그룹으로부터 선택된 형상을 갖는 조명 장치 패키지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 유지 구조는 상기 광학 투과 소자와 일체로 형성되는 조명 장치 패키지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 유지 구조는 상기 기판 상에 유효하게 배치되는 조명 장치 패키지.
  9. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 광학 투과 소자와 일체로 형성되는 조명 장치 패키지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 광학 투과 소자에 연결되는 조명 장치 패키지.
  11. 제9항에 있어서, 상기 서포트들은 상기 기판 및 상기 유지 구조 중 하나 이상과 접촉하는 조명 장치 패키지.
  12. 제10항에 있어서, 상기 서포트들은 상기 기판 및 상기 유지 구조 중 하나 이상과 접촉하는 조명 장치 패키지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 유지 구조는 상기 2개 이상의 서포트들에 대한 지지 표면을 제공하도록 계단 형상의 벽(stepped wall)으로서 구성된 내부 벽을 포함하는 조명 장치 패키지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 기판과 일체로 형성되는 조명 장치 패키지.
  15. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 기판에 연결되는 조명 장치 패키지.
  16. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 유지 구조와 일체로 형성되는 조명 장치 패키지.
  17. 제1항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 유지 구조에 연결되는 조명 장치 패키지.
  18. 제1항에 있어서, 상기 광학 투과 소자는 상기 발광 소자들에 대향하는 표면을 갖고, 상기 표면은 볼록형인 조명 장치 패키지.
  19. 조명 장치 패키지로서,
    기판;
    상기 기판에 유효하게 연결된 하나 이상의 발광 소자들;
    상기 기판에 연결되고, 상기 하나 이상의 발광 소자들의 경계를 정하는 유지 구조;
    상기 기판에 연결되고, 상기 하나 이상의 발광 소자들에 의해 방출된 전자기 라디에이션의 경로와 교차하도록 배치된 광학 투과 소자;
    상기 기판, 상기 광학 투과 소자 및 상기 유지 구조에 의해 정의된 볼륨 내에 배치된 광 투과 캡슐화 재료 ― 상기 캡슐화 재료는 그에 의해 상기 하나 이상의 발광 소자들을 그 안에 적어도 부분적으로 캡슐화함 ―; 및
    상기 광학 투과 소자를 지지하기 위해 상기 광학 투과 소자와 상기 기판 사이에 적어도 부분적으로 연장하는, 서포트 탭(support tabs)의 형태의 2개 이상의 서포트들 ― 상기 2개 이상의 서포트들 각각은 단면 및 접촉 표면을 갖고, 상기 접촉 표면 부근의 상기 단면의 면적은 상기 단면의 다른 부분의 면적보다 작음 ―
    을 포함하고,
    상기 2개 이상의 서포트들은 유체의 이동을 위해 상기 볼륨에 대하여 2개 이상의 개구들을 제공하도록 배치되고, 상기 접촉 표면은 접촉의 라인 점인 조명 장치 패키지.
  20. 제19항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 유연성이 있거나, 압축 가능하거나, 연장 가능하거나, 또는 그의 조합인 조명 장치 패키지.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제19항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 유지 구조와 일체로 형 성되는 조명 장치 패키지.
  24. 제19항에 있어서, 상기 2개 이상의 서포트들은 상기 기판과 일체로 형성되는 조명 장치 패키지.
  25. 제19항에 있어서, 상기 유지 구조는 상기 광학 투과 소자와 일체로 형성되는 조명 장치 패키지.
  26. 제19항에 있어서, 상기 접촉의 라인 점은 상기 광학 투과 소자의 중심 영역으로부터 방사상의 방향으로 배치되는 조명 장치 패키지.
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