KR101496425B1 - 조명 디바이스 패키지 - Google Patents

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KR101496425B1
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셰인 하라
인고 스페이어
필리페 쉬크
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코닌클리케 필립스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 기판에 동작적으로 결합되는 하나 이상의 발광 소자 및 하나 이상의 발광 소자 주위에 적어도 부분적으로 배치되는 프레임을 구비하는 조명 디바이스 패키지를 제공한다. 프레임 및 기판은 하나 이상의 발광 소자가 내부에 배치되는 공동을 정의하며, 이 공동은 광 투과 시스템에 의해 실질적으로 둘러싸일 수 있다. 공동의 적어도 일부는 캡슐 재료로 채워질 수 있다. 프레임은 하나 이상의 통로를 정의하며, 각 통로는 공동을 외부 포트를 통해 외부와 상호접속한다. 예를 들어, 외부 포트는 조명 디바이스 패키지가 조립 상태에 있을 때 주위로부터 액세스될 수 있으며, 따라서 공동 내로 그리고/또는 밖으로의 캡슐 재료의 유체 이동을 가능하게 한다.
조명 디바이스 패키지, 발광 소자, 기판, 프레임, 공동, 캡슐 재료

Description

조명 디바이스 패키지{LIGHTING DEVICE PACKAGE}
본 발명은 조명에 관한 것으로서, 구체적으로는 조명 디바이스 패키지의 설계에 관한 것이다.
발광 다이오드(LED)는 LED 패키지가 동작 조건들 하에서 LED 내에 생성되는 광을 효과적으로 추출하도록 적절히 설계되는 경우에 보다 효과적일 수 있다. 디바이스 설계자의 관점에서, 효과적인 광 추출은 LED 다이들로부터의 광이 효과적으로 안내되어 LED 패키지로부터 원하는 방향으로 방출될 수 있는 기회를 향상시키는 문제일 수 있다. 반사 계면들의 배향 및 위치, 그리고 반사 타입이 거울과 같은 성질을 갖는지 또는 확산하는 성질을 갖는지와 같은 다수의 설계 특징들이 광학 경로들에 영향을 미칠 수 있다. 더욱이, LED 패키지의 굴절성은 광 추출의 효율에 영향을 미칠 수 있다. 다수의 공보들이 예를 들어 구조 및 구성과 같은 인자들을 포함하는 LED 패키지들을 설계하는 방법을 기술하고 있다.
PCT 출원 공보 번호 WO 2005/067063은 복수의 도전성 트레이스를 구비하는 기판을 포함하되, 적어도 하나의 발광 디바이스 표면이 기판 상에 실장되고 제1 및 제2 전극을 이용하여 도전성 트레이스들에 접속되는 배열을 설명하고 있다. 하나의 링이 발광 디바이스를 둘러싸도록 기판 상에 배치되고, 기판에 부착되는 하부면 및 발광 디바이스에 의해 방출되는 광을 원하는 방향으로 반사하도록 설계되는 상부면을 포함한다. 이러한 링은 광의 수집 및 재반사를 가능하게 하며, 캡슐, 또는 캡슐의 일부일 수 있고 발광 디바이스의 상부 및 측벽들로부터 전달된 캡슐로부터의 열 에너지를 흡수하는 렌즈의 정밀한 배치를 가능하게 할 수 있다.
미국 특허 제6,940,704호는 낮은 열 저항을 제공하기에 충분한 질량을 갖는 금속 리드 프레임, 적어도 하나의 애노드 접촉 패드 및 적어도 하나의 캐소드 접촉 패드를 구비하는 표면 실장 패키지를 포함하는 발광 다이오드를 설명하고 있다. LED는 또한 패키지 내에 배치된 반사기, 반도체 다이 및 옵션인 집광 돔을 포함한다. 반도체 다이는 투명 기판 및 반도체 컴포넌트를 포함하며, 반도체 컴포넌트 및 기판이 반사기 상방에 나란히 배열되도록 패키지 내에 배치되거나, 기판이 반도체 컴포넌트의 상부에 위치하도록 패키지 내에 배치된다.
미국 특허 제6,982,522호는 개방된 상부면 및 반사면을 구성하는 내벽면을 갖는 리세스를 구비하는 베이스; 리세스의 내측 하부에 배치된 LED 칩; 리세스를 채우고, LED 칩으로부터 방출되는 광의 일부를 흡수하여 광을 변환하여 방출하는 인광체들을 포함하는 수지; 및 반사면 상에 형성되고 인광체들을 포함하는 인광체 층을 포함하는 LED 디바이스를 기술하고 있다.
미국 특허 제6,949,771호는 중심 배치된 개구를 갖는 평면 기판을 포함하는 광 소스를 기술하고 있다. 발광 다이오드가 개구의 하부를 커버하는 금속 층 상에 실장되며, 투명 캡슐 재료에 의해 캡슐화된다. 금속층은 발광 다이오드에 의해 발생하는 열에 대한 열 경로를 제공한다.
미국 특허 제6,590,235호 및 제6,204,523호는 녹색에서 근 자외선까지의 파장 범위의 광을 방출하는 LED 컴포넌트를 기술하고 있다. 발광 반도체 다이는 단단한 외부 쉘, 내부 겔 또는 탄성 층, 또는 이들 양자를 포함하는 하나 이상의 실리콘 수지 화합물로 캡슐화된다. 실리콘 수지 재료는 온도 및 습도 범위들에 대해, 그리고 주변 UV 방사선에 대한 노출에 대해 안정적이다.
미국 특허 제6,995,402호는 통합된 반사기 컵을 포함하는 반도체 발광 디바이스용의 마운트를 설명하고 있다. 반사기 컵은 발광 디바이스로부터 방출되는 측면광을 디바이스/마운트 조합의 수직축을 따라 반사하도록 정형되고 배치되는, 마운트 상에 형성된 벽을 포함한다.
미국 특허 제6,897,486호는 발광 다이 패키지 및 이를 제조하는 방법을 설명하고 있다. 다이 패키지는 그루브들을 갖는 스템 기판, 그루브들에 부착된 와이어 리드 및 스템 기판에 실장된 LED를 포함한다. 기판에는 슬리브, 반사기 및 렌즈가 결합된다. 발광 다이 패키지를 제조하기 위해, 긴 기판이 형성되고, 와이어 리드들이 기판에 부착된다. 부착된 와이어 리드들을 포함하는 기판은 개별 스템 기판들을 형성하도록 소정 길이들로 절단된다. 각각의 스템 기판에 대해 LED, 반사기 및 렌즈가 결합된다.
미국 특허 제6,610,563호는 광전자 송신기 및/또는 수신기가 리세스 내에 배열된 베이스 본체를 준비하는 단계, 투명한 경화 가능 주조 화합물로 베이스 본체의 리세스를 채우는 단계, 및 광학 디바이스가 주조 화합물과 접촉하도록 광학 디바이스를 베이스 본체 상에 배치하는 단계를 포함하는 표면 실장 광전자 컴포넌트 의 제조 방법을 설명하고 있다.
미국 특허 출원 공보 번호 2005/0221519는 발광 디바이스를 포함하는 공동 내에 제1 양의 캡슐 재료를 분배하는 단계를 포함하는 반도체 발광 디바이스 패키징 방법들을 기술하고 있다. 공동 내의 제1 양의 캡슐 재료는 선택된 형상을 갖는 단단한 상부면을 형성하도록 처리된다. 처리된 제1 양의 캡슐 재료의 상부면에 발광 변환 소자가 제공된다. 발광 변환 소자는 파장 변환 재료를 포함하며, 공동의 중간 영역에서 공동의 측벽 근처보다 큰 두께를 갖는다.
미국 특허 출원 공보 번호 2005/0269587은 발광 다이 패키지 및 그 제조 방법을 기술하고 있다. 다이 패키지는 리드 프레임, 적어도 하나의 LED, 성형된 본체 및 렌즈를 포함한다. 리드 프레임은 복수의 리드를 포함하고, 상측부 및 하측부를 갖는다. 리드 프레임의 일부는 실장 패드를 정의한다. LED 디바이스는 실장 패드 상에 실장된다. 성형 본체는 리드 프레임의 부분들과 함께 통합되며, 리드 프레임의 상측부 상에 실장 패드를 둘러싸는 개구를 정의한다. 성형 본체는 리드 프레임의 하측부 상의 래치들을 더 포함한다. 렌즈는 성형 본체에 결합된다. 복합 렌즈가 원하는 스펙트럼 및 발광 성능을 위해 LED(들)에 의해 방출되는 광을 수집하고 지향시키기 위한 반사기 및 이미징 도구 양자로서 사용된다.
미국 특허 출원 공보 번호 2005/0199884는 고반사율 금속으로 제조된 거의 평면인 제1 및 제2 리드 프레임들이 소정 갭으로 서로 이격되어 있는 고출력 LED 패키지를 기술하고 있다. LED 칩이 리드 프레임들 중 적어도 하나 상에 배치되며, 리드 프레임들에 전기적으로 접속되는 단자들을 갖는다. 수지로 제조된 패키지 본 체가 LED 칩을 밀봉하면서 그의 하부에 리드 프레임을 고정한다. 캡슐 재료가 제1 및 제2 리드 프레임들 간의 갭을 채운다.
미국 특허 출원 공보 번호 2005/0045904는 인쇄 회로 보드, 도전성 재료, LED 칩 및 화합물 수지를 포함하는 높은 열 방산성의 발광 다이오드를 기술하고 있다. 인쇄 회로 보드는 상부면 및 상부면에 대향하는 하부면을 구비한다. 비아 홀이 인쇄 회로 보드의 상부면에서 하부면으로 관통한다. 인쇄 회로 보드의 상부면에는 전극들이 형성된다. 도전성 재료는 인쇄 회로 보드의 비아 홀을 채운다. LED 칩은 인쇄 회로 보드의 상부면에 실장되며, 도전성 재료와 접촉한다. 화합물 수지는 LED 칩을 캡슐화한다.
미국 특허 출원 공보 번호 2004/0041222는 기판, 반사기 플레이트 및 렌즈를 포함하는 발광 다이 패키지를 기술하고 있다. 기판은 열 전도성이지만 전기 절연성인 재료로 제조된다. 기판은 외부 전원을 실장 패드에서 LED에 접속하기 위한 트레이스들을 구비한다. 반사기 플레이트는 기판에 결합되며, 실장 패드를 실질적으로 둘러싼다. 렌즈는 반사기 플레이트에 대해 자유롭게 이동하며, 그에 젖어 접착되는 캡슐 재료에 의해 상승 또는 하강되어 LED 칩(들)으로부터 최적 거리에 배치될 수 있다. 렌즈는 디바이스의 성능에 영향을 주는 화학 제품의 임의 광학 시스템으로 코팅될 수 있다.
유럽 특허 제1,453,107호는 전원 수단에 제공되는 발광 디바이스, 발광 디바이스를 광 투과 재료로 캡슐화하기 위한 캡슐화 수단, 발광 디바이스의 발광면에 대향하고, 발광 디바이스로부터 방출되는 광을 발광 디바이스의 중심축에 수직인 방향으로 또는 중심축에 대해 큰 각도로 반사하기 위한 반사면, 반사면으로부터 반사되는 광을 발광 디바이스의 중심축에 수직인 방향으로 또는 중심축에 대해 큰 각도로 측방 지향시키기 위한 측방 지향면을 구비하는 발광 다이오드, 및 발광 다이오드 주위에 배치되는 반사 미러를 포함하는 LED 조명을 기술하고 있다.
오늘날의 통상적인 LED 패키지들은 정확히 이행하는 광학 셋업을 실현하기 위해 기계적 셋업이 복잡하거나 제조가 어려운 많은 컴포넌트를 필요로 한다. 또한, 패키지의 LED들은 통상적으로 LED들을 둘러싸는 광학 렌즈의 실장 전에 캡슐 재료로 캡슐화된다. 이러한 구성은 바람직하지 않은, 예를 들어 너무 많거나 너무 적은 양의 캡슐 재료가 사용되게 할 수 있으며, LED 패키지의 광학 효율을 저하시킬 수 있다. 따라서, 새로운 조명 디바이스 패키지가 필요하다.
이러한 배경 정보는 본 발명에 대해 가능한 관련성이 있는 것으로 출원인에 의해 생각되는 정보를 개시하기 위해 제공된다. 전술한 어떠한 정보도 본 발명에 대한 종래 기술을 구성하는 것으로 반드시 인정할 의도도 없고 그렇게 해석되지도 않아야 한다.
<발명의 요약>
본 발명의 목적은 조명 디바이스 패키지를 제공하는 데 있다. 본 발명의 일 양태에 따르면, 조명 디바이스 패키지로서, 기판; 상기 기판 상에 배치되고 공동을 정의하는 프레임-상기 프레임은 그 안에 정의된 하나 이상의 통로를 포함하고, 상기 하나 이상의 통로 각각은 상기 공동을 관련된 외부 포트에 유체적으로(fluidically) 결합함-; 상기 공동 내에 동작적으로(operatively) 배치되는 하나 이상의 발광 소자; 및 상기 프레임 상에 배치되고 상기 하나 이상의 발광 소자에 광학적으로 결합되는 광 투과 시스템을 포함하고, 상기 공동은 적어도 부분적으로 광 투과 캡슐 재료로 채워지며, 상기 하나 이상의 통로는 상기 캡슐 재료의 유체 이동을 가능하게 하는 조명 디바이스 패키지가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 조명 디바이스 패키지를 제조하는 방법으로서, 기판을 제공하는 단계; 프레임을 상기 기판에 결합하여 공동을 정의하는 단계-상기 프레임은 상기 공동을 관련 외부 포트에 유체적으로 결합하는 둘 이상의 통로를 정의함-; 하나 이상의 발광 소자를 상기 기판에 동작적으로 결합하는 단계-상기 하나 이상의 발광 소자는 상기 공동 내에 배치됨-; 광 투과 시스템을 상기 프레임에 결합하는 단계; 및 원하는 양의 캡슐 재료를 상기 외부 포트를 통해 그리고 상기 둘 이상의 통로 중 하나 이상의 통로를 통해 상기 공동 내에 삽입하는 단계를 포함하고, 상기 하나 이상의 통로 중 하나의 통로는 상기 공동으로부터의 배기를 제공하는 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 디바이스 패키지의 단면을 개략적으로 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 디바이스 패키지의 프레임의 단면을 개략적으로 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 디바이스 패키지용의 통합된 프레임 및 광 투과 시스템의 단면을 개략적으로 나타내는 도면.
정의들
"발광 소자"라는 용어는 양단에 전위차가 인가되거나 전류를 통과시킴으로써 구동될 때 전자기 스펙트럼의 일 파장 영역 또는 파장 영역들의 조합, 예를 들어 가시 영역, 적외선 또는 자외선 영역의 방사선을 방출하는 소자를 포함하는 디바이스를 지칭하는 데 사용된다. 예를 들어, 발광 소자는 단색, 준 단색, 다색 또는 광대역 스펙트럼 방출 특성들을 가질 수 있다. 발광 소자들의 예는 무기 또는 유기 고체 발광 다이오드, 유기 또는 중합체/중합 발광 다이오드, 광 펌핑된 인광체 코팅 발광 다이오드, 광 펌핑된 나노 결정 발광 다이오드 또는 이 분야의 기술자가 쉽게 이해하는 바와 같은 다른 유사한 디바이스들을 포함한다. 또한, 발광 소자라는 용어는 방사선을 방출하는 특정 디바이스, 예를 들어 LED 다이 또는 기타 디바이스를 정의하는 데 사용된다.
본 명세서에서 사용될 때, "약"이라는 용어는 공칭 값으로부터 +/- 10%의 편차를 지칭한다. 이러한 편차는 명확하게 지칭되는지의 여부에 관계없이 본 명세서에 제공되는 임의의 주어지는 값에 항상 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적, 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 분야에서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.
본 발명은 기판에 동작적으로 결합되는 하나 이상의 발광 소자 및 하나 이상의 발광 소자 주위에 적어도 부분적으로 배치되는 프레임을 구비하는 조명 디바이스 패키지를 제공한다. 프레임 및 기판은 하나 이상의 발광 소자가 내부에 배치되는 공동을 정의하며, 이 공동은 광 투과 시스템에 의해 실질적으로 둘러싸일 수 있다. 공동의 적어도 일부는 캡슐 재료로 채워질 수 있다. 프레임은 하나 이상의 통로를 정의하며, 각 통로는 공동을 외부 포트를 통해 외부와 상호접속한다. 예를 들어, 외부 포트는 조명 디바이스 패키지가 조립 상태에 있을 때 주위로부터 액세스될 수 있으며, 따라서 캡슐 재료를 공동으로 삽입하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 하나 이상의 발광 소자는 동작 조건들 하에서 하나 이상의 발광 소자에 급전하기 위한 전원에 예를 들어 기판 상의 본드들, 볼 그리드들 또는 트레이스들을 통해 동작적으로 부착될 수 있다.
일 실시예에서, 캡슐 재료는 기판, 프레임 및 광 투과 시스템의 조립 동안 다양한 방식으로 배치되어, 원하는 양의 캡슐 재료로 채워지는 공동을 갖는 조명 디바이스 패키지를 구현할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 발광 소자가 기판 상에 배치된 후, 프레임이 기판 상에 배치될 수 있으며, 프레임은 하나 이상의 발광 소자의 외측 둘레를 측방으로 실질적으로 둘러쌀 수 있다. 이어서, 바람직하게 변환된, 예를 들어 액체 상태의 소정 양의 캡슐 재료가 하나 이상의 발광 소자 상에 또는 그에 인접하게 배치될 수 있으며, 이어서 광 투과 시스템이 프레임 상에 배치될 수 있다. 조립체는 하나 이상의 발광 소자를 완전히 둘러쌀 수 있으며, 하나 이상의 발광 소자는 예를 들어 캡슐 재료 및 기판 사이에 밀봉될 수 있다. 이러한 제조 시퀀스 동안, 필요한 경우에는, 여분의 캡슐 재료가 프레임 내에 정의된 하나 이상의 통로에 들어가서, 기판 및 프레임에 의해 정의된 공동 내에 원하는 양의 캡슐 재료를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 하나 이상의 발광 소자가 기판 상에 배치될 수 있고, 이어서 둘 이상의 통로를 정의하는 프레임이 하나 이상의 발광 소자를 실질적으로 측방으로 둘러싸도록 기판 상에 배치될 수 있으며, 광 투과 시스템이 프레임 상에 배치되어, 하나 이상의 발광 소자에 인접하는 빈 공동을 형성할 수 있다. 이어서, 캡슐 재료가 외부 포트로부터 프레임 내의 하나 이상의 통로를 통해 유입되어, 원하는 양의 캡슐 재료로 공동을 채울 수 있으며, 프레임에 의해 정의되는 하나의 통로는 공동 내의 캡슐 재료의 삽입 동안 공동과 연관된 실질적으로 둘러싸인 체적 내에 포함된 공기 또는 다른 기체의 배기를 가능하게 할 수 있다.
일 실시예에서, 조명 디바이스 패키지는 예를 들어 솔더링 또는 쉽게 이해되는 바와 같은 기타 열 전도 접속 기술에 의해 히트 싱크 또는 히트 파이프에 열 접속될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 디바이스 패키지(100)의 단면을 개략적으로 나타낸다. 조명 디바이스 패키지는 기판(110), 렌즈(120), 프레임(130) 및 발광 소자들(140)을 포함한다. 발광 소자들(140)은 기판(110) 및 프레임(130)에 의해 정의되는 공동(160) 내에 배치되며, 발광 소자들은 다이 부착 패드들(150)에 동작적으로 결합된다. 기판(110)은 발광 소자들(140)에 대한 전기적 접속들을 제공하는 트레이스들(112)을 구비한다. 프레임은 공동(160)과 외부 포트들(136) 사이의 통로들(134)을 포함하며, 통로들(134)은 공동(160)을 외부에 유체적으로 접속하며, 이러한 통로들(134)은 조명 디바이스 패키지의 제조 동안 공동(160) 내에 배치된 캡슐 재료의 이동을 가능하게 할 수 있다.
프레임
프레임은 기판에 동작적으로 결합되며, 기판과 함께 프레임은 하나 이상의 발광 소자가 배치되는 공동을 정의한다. 프레임은 또한 조명 디바이스 패키지의 외부에 위치하는 외부 포트와 공동 사이의 유체 접속을 제공하는 하나 이상의 통로를 정의한다.
본 발명의 일 실시예에서, 공동은 공동 내에 배치된 하나 이상의 발광 소자를 함께 실질적으로 둘러싸는 기판, 프레임 및 광 투과 시스템에 의해 정의되는 실질적으로 둘러싸인 체적으로서 더 정의된다. 프레임 내에 정의되는 하나 이상의 통로는 캡슐 재료의 공동 내로의 삽입을 가능하게 하여, 원하는 양의 캡슐 재료의 공동 내의 배치를 가능하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 원하는 양의 캡슐 재료는 광 투과 시스템의 배치 전에 공동 내에 배치되며, 프레임에 의해 정의되는 하나 이상의 통로는 필요한 경우에 광 투과 시스템의 배치 동안 그를 통한 캡슐 재료의 이동을 가능하게 할 수 있다.
하나 이상의 통로는 다수의 방식으로 구성될 수 있는데, 예를 들어 통로는 선형, 곡선형, 또는 분할된 선형, 또는 분할된 곡선형, 또는 이 분야의 기술자가 쉽게 이해하는 바와 같은 기타 구성일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 통로의 단면 형상은 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형 또는 쉽게 이해되는 바와 같은 기타 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 하나 이상의 통로는 제조의 용이, 유체 이동 또는 쉽게 이해되는 바와 같은 기타 목적을 위해 선택될 수 있는 원하는 단면 형상을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 통로 각각은 동일한 단면 형상 또는 독립적인 단면 형상을 가질 수 있으며, 단면 형상은 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 달걀형, 팔각형 또는 쉽게 이해되는 바와 같은 기타 형상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 통로의 단면 형상은 균일하거나 그 길이를 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 통로는 프레임 및 기판에 의해 정의되는 공동 내로의 진입시에 그의 단면적이 감소할 수 있다. 이러한 통로 구성에서, 통로를 통한 캡슐 재료의 공동 내의 삽입 동안, 캡슐 재료와 연관된 압력은 통로의 단면적 제한으로 인해 공동 내로의 진입 전에 증가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 하나 이상의 발광 소자에 대면하는 프레임의 내부면은 주로 하나 이상의 발광 소자로부터 측방으로 방출되는 광을 반사하도록 의도된다. 예를 들어, 프레임의 적절히 설계된 반사 내부면은 조명 디바이스 패키지로부터의 효율적인 광 추출에 기여할 수 있다.
일 실시예에서, 프레임의 내부면은 발광 소자들에 대면하고 확산 또는 거울 반사형일 수 있다. 예를 들어, 프레임의 내부면은 백색이고, 혼합된 확산 및 거울 반사 특성들에 의해 특성화될 수 있다. 백색 표면들은 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있는데, 예를 들어 표면은 코팅되거나 페인팅될 수 있다. 일 실시예에서, 프레임의 일부 또는 전체 실질 프레임이 백색 재료, 예를 들어 백색 세라믹 또는 백색 플라스틱, 예를 들어 Amodel(상표) 플라스틱 등으로 제조되어, 프레임 내부면 상의 원하는 광학 특성들을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 프레임의 내부면은 예를 들어 거울 또는 확산 반사 특성들의 원하는 혼합을 갖는 미러를 구현하기 위해 금속화될 수 있다.
일 실시예에서, 프레임의 내부면 또는 기타 표면은 예를 들어 거울 반사성 Al, Ag 등의 층으로 코팅되거나 이러한 층을 갖도록 구성될 수 있다. 이러한 형태의 금속 층들은 예를 들어 스퍼터링, 어블레이션(ablation) 또는 증발 등을 포함하는 다양한 방법을 이용하여 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 프레임은 사출 성형되고, 예를 들어 내부면 상에 금속 층으로 코팅될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 프레임 또는 프레임의 내부면에 대한 재료는 하나 이상의 발광 소자를 캡슐화하기 위해 공동 내에 배치되는 캡슐 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 프레임의 내부면이 적절히 정형되고, 굴절률들이 적절히 선택되는 경우, 캡슐 재료 내로부터의 광은 내부면에서 효과적으로 내부 전반사되어 광 투과 시스템을 향해 지향됨으로써, 조명 디바이스 패키지로부터 원하는 레벨의 광 추출이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 프레임의 내부면과 기판 간의 교차각은 원하는 발광 패턴이 생성되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 이 교차각은 약 90도와 약 170도 사이일 수 있으며, 일 실시예에서 교차각은 약 135도일 수 있다.
프레임의 내부면은 다양한 구성 중 하나 이상의 구성으로 구성되거나 정형될 수 있다. 예를 들어, 내부면은 평면, 분할된 평면, 곡면, 타원면, 포물면, 다면 또는 기타 형태의 정형된 표면일 수 있다. 또한, 프레임은 규칙 또는 불규칙적인 다각형 또는 고리 형상인 단면 영역을 가질 수 있으며, 단면에 평행인 개방 또는 폐쇄 평면을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 프레임은 하나 이상의 발광 소자를 완전히 또는 부분적으로 둘러싸도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 프레임은 개별 컴포넌트이거나, 프레임은 광 투과 시스템의 하나 이상의 소자와 일체로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 듀얼 샷 성형 프로세스를 이용하여 일체 형성 또는 일체 접속 프레임 및 렌즈를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 프레임은 예를 들어 삽입 성형에서 행해지는 바와 같이 성형 프로세스 동안 주형의 일부로서 기판을 사용하여 기판 상에 프레임을 성형함으로써 기판 상에 직접 동작적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 프레임은 조명 디바이스 패키지의 광 투과 시스템의 배치 및 지지를 위한 위치를 제공할 수 있는 지지 구조를 포함한다. 예를 들어, 지지 구조는 렌즈 또는 기타 광 투과 시스템에 대한 지지 리세스를 제공할 수 있는 리세스 쇼울더(recessed shoulder)로서 구성될 수 있다. 지지 구조가 리세스로서 구성될 때, 지지 구조는 또한 프레임에 대한 광 투과 시스템의 이동을 기계적으로 제한할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 프레임은 기판의 상대 부착 영역들과 기계적으로 상호접속하도록 구성되는 둘 이상의 부착 디바이스를 포함한다. 예를 들어, 프레임은 기판에 대해 프레임을 기계적으로 배치하고 그리고/또는 이들 간의 기계적 접속을 가능하게 하는 데 사용되는 둘 이상의 페그(peg)들 또는 풋(foot)들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 둘 이상의 부착 디바이스는 접착제, 히트 스테이킹(heat staking) 또는 마찰 또는 가압 또는 억지 결합 접속을 이용하여 기판에 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프레임을 나타낸다. 프레임(330)의 내부면(332)은 오목 곡선 수직 형상을 갖는 단면을 갖는다. 내부면은 인접 발광 소자들에 의해 방출되어 그에 충돌하는 광에 대해 높은 지향적 반사율을 제공하도록 정형될 수 있다. 적절히 정형된 내부면은 원하는 발광 분포의 생성을 도울 수 있다. 프레임(330)은 예를 들어 렌즈와 같은 광 투과 시스템을 배치하기 위한 리세스(338)를 구비한다.
본 발명의 일 실시예에서, 프레임은 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 이 분야의 기술자에게 공지된 바와 같은 기타 금속 또는 합금으로 형성된다. 많은 금속은 표면 부식, 예를 들어 산화가 제어된 방식으로 발생하는 경우에 가시광을 매우 잘 반사한다. 금속 프레임은 부식 또는 산화로부터 표면을 보호하기 위해 코팅될 수 있다. 표면 산화의 제어는 예를 들어 알루미늄을 제조된 프레임에 대해 특히 주요할 수 있다. 금속 프레임들의 사용은 기판과 연관된 하나 이상의 도전성 층을 전기적으로 절연하기 위해 기판의 상부에 폴리이미드와 같은 전기 절연 층들의 배치를 필요로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 조명 디바이스 패키지는 기판 상에 직접 성형될 수 있는 플라스틱 프레임을 포함한다. 예를 들어, 삽입 성형 프로세스를 이용하여, 먼저 기판이 주형 내에 삽입되고, 이어서 프레임을 제조하기 위해 원하는 성형 화합물이 채워진다. 프레임의 내부면들은 예를 들어 스퍼터링 또는 적절한 증착 프로세스를 이용하여 예를 들어 알루미늄 또는 은으로 선택적으로 코팅될 수 있다. 조명 디바이스 패키지의 전자 컴포넌트들을 단락시킬 수 있는 임의의 광 반사 및 전기 전도 재료를 배치하기 전에 전기 절연층이 기판 상에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 프레임은 적절한 굴절률의 캡슐 재료와 협력하여 내부 전반사를 발생시키기에 적합한 굴절률을 갖는 재료를 이용하여 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 프레임은 고온 저항 재료들로 제조된다. 조명 디바이스 패키지와 연관된 하나 이상의 발광 소자의 동작 동안 고온이 발생할 수 있다. 또한, 조명 디바이스 패키지의 조립 동안, 예를 들어 솔더링, 에폭시 경화 또는 열음향 본딩 프로세스들 동안 고온이 발생할 수 있다. 고온 저항 및 내구성을 가진 재료들의 예는 LCP 플라스틱 및 Amodel(상표) 플라스틱 등을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 프레임은 캡슐 재료의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖게 하는 재료로 형성된다. 이러한 실시예에서, 프레임은 그의 내부면 상에 코팅, 예를 들어 반사 금속화를 필요로 하지 않을 수 있다. 적절히 정형되는 경우, 프레임 재료의 보다 낮은 굴절률은 캡슐 재료로부터 나오는 광에 대해 프레임의 내부면에서 고도의 내부 전반사를 유발할 것이다. 조명 디바이스 패키지로부터의 광 추출을 효과적으로 향상시키도록 반사될 수 있는 광의 상대적인 양은 캡슐 재료와 프레임의 재료들의 굴절률의 비율에 의존한다. 적절히 정형된 내부면은 고도의 내부 전반사를 제공할 수 있으며, 이러한 광의 내부 전반사는 렌즈를 향해 지향될 수 있다.
기판
기판은 하나 이상의 발광 소자가 동작적으로 실장될 수 있는 구조를 제공한다. 기판은 다양한 방식으로 구성될 수 있으며, 다양한 방식으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 기판은 다층 회로 보드를 위한 인쇄 회로 보드(PCB), 예를 들어 금속 코어 기판 회로 보드(MCPCB) 또는 이 분야의 기술자가 쉽게 이해하는 바와 같은 기타 기판일 수 있다.
일 실시예에서, 기판은 높은 열 전도성을 갖는다. 예를 들어, 기판은 상부 및 하부 상에 금속화가 이루어진 AlN 세라믹의 하나 이상의 층을 포함하거나, 기판은 Cu/Mo/Cu 금속 베이스 상에 LTCC 세라믹을 갖는 PCB이거나, 이 분야의 기술자가 쉽게 이해하는 바와 같은 열 전도 기판을 제공하는 다른 방식으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 또한 예를 들어 LCP 플라스틱 또는 Amodel(상표) 플라스틱 등과 같은 성형된 플라스틱 재료를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 공동에 대면하는 기판의 표면, 또는 기판의 소정 영역들은 확산 또는 거울 반사성일 수 있다. 반사성은 금속, 예를 들어 알루미늄 또는 은 코팅으로부터 유발될 수 있으며, 이러한 기판의 광학 특성은 하나 이상의 발광 소자에 의해 방출되는 광의 광 투과 시스템을 향한 재지향을 도울 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기판은 하나 이상의 발광 소자, 다이 부착 패드 또는 기타 전기 디바이스들을 동작적으로 접속하기 위한 트레이스들 또는 비아들을 갖는 하나 이상의 층을 포함한다. 층들 또는 트레이스들은 예를 들어 구리, 은, 금, 알루미늄, 주석 등의 임의 조합을 포함하는 금속 합금들과 같은 다양한 재료를 포함할 수 있다.
예를 들어 도전성 트레이스들의 소정 조합과 같이 단락되지 않아야 하는 도전성 컴포넌트들, 예를 들어 발광 소자들을 포함하는 기판 층들은 광을 반사하지만 도전성을 갖는 층들과 전기적으로 절연되는 것이 필요하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는, 이 분야에 공지된 바와 같은 적절한 전기 절연 재료들을 사용하여, 예를 들어 도전성 트레이스들 또는 층들을 전기적으로 적절히 절연할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 기판의 상부면 상의 금속 트레이스들은 유전체 재료, 예를 들어 0.5 내지 2 mil 두께의 폴리이미드 또는 이 분야의 기술자가 쉽게 이해하는 바와 같은 기타 전기 절연 재료의 얇은 전기 절연층 아래에 매립되거나 그에 의해 커버될 수 있다. 일 실시예에서, 전기 절연층은 또한 도전성을 가질 수 있는 프레임을 전기적으로 절연하기 위해, 프레임에 의해 커버될 수 있는 기판의 영역들 상에 비선택적으로 또는 선택적으로 배치될 수 있다. 전기 절연 층의 배치는 예를 들어 기판과 프레임 간의 접속을 위해 보다 평탄하고 보다 균일한 계면을 제공할 수 있으므로 이익을 실현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기판은 PCB에, 플렉스 회로에, 또는 전기 구동 회로에 접속된 와이어들에 솔더링된다. 기판은 Au 또는 Au/Sn 또는 이 분야의 기술자가 쉽게 이해하는 바와 같은 기타 솔더 합금을 포함하는 하나 이상의 도전성 층을 구비할 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 필요한 또는 원하는 양의 전기 회로가 기판 상에 배치되도록 하기 위해 충분히 크다.
본 발명의 일 실시예에서, 프레임 및 기판은 일체로 형성되며, 기판은 그 안에 형성된 하나 이상의 오목부(indentation)를 포함하는데, 이 오목부는 반사 공동으로 사용될 수 있다. 오목부는 기판 재료에 따라 다양한 방법을 이용하여 기판 내에 형성될 수 있다. 예를 들어, 동시 소성(co-fired) 세라믹 기판 내의 오목부들은 기판의 제조 동안 형성될 수 있다. 동시 소성 세라믹 기판들에 오목부들을 재현가능하게 구현하기 위해서는 주의를 필요로 하는데, 이는 세라믹 재료들의 사전 형성된 본체들이 동시 소성 동안 그 형상을 상당히 변화시킬 수 있기 때문이다.
일 실시예에서, 세라믹 기판의 동시 소성 동안 포밍 툴(forming tool)을 사용하는 것이 기판 내의 오목부의 재현성을 위해 이로울 수 있다. 포밍 툴은 오목부들의 정형을 돕기 위해 동시 소성 동안 사전 형성 세라믹 본체에 대해 적용될 수 있는 소정 형상을 갖는 주형들을 제공할 수 있다. 포밍 툴이 적용될 수 있는 압력은 세라믹 본체의 균열 또는 파괴를 피하기 위해 동시 소성 프로세스 전반에서 주의 깊게 제어되어야 한다는 점에 유의한다. 포밍 툴의 형상은 오목부의 형상, 예를 들어 오목부의 쇼울더의 경사를 정하는 것을 도울 수 있다. 포밍 툴은 고온에 노출될 때에 충분히 정확한 형상 및 넓이를 유지하는 소정의 화합물 재료로 제조될 수 있다. 포밍 툴은 세라믹 재료에 바람직하지 않게 접착되거나, 세라믹 재료의 표면 상에 임의의 원하지 않는 재료를 영구적으로 배치하거나 그 안으로 배출하지 않아야 한다. 동시 소성 세라믹 기판들에 대한 다양한 방법 및 기술이 이 분야에 공지되어 있다.
일 실시예에서, 세라믹 기판은 동시 소성 동안의 차분 수축 및 연장을 고려하여 동시 소성 전에 오목부를 갖는 소정 형상으로 사전 형성될 수 있다. 결과적으로, 사전 형성된 기판들의 형상 및 넓이는 동시 소성된 기판의 형상 및 넓이와 다를 수 있다.
캡슐 재료
캡슐 재료는, 프레임 및 기판에 의해 정의되고 광 투광 시스템에 대한 접속시의 체적으로서 더 정의될 수 있는 공동의 적어도 일부를 채운다. 캡슐 재료는 기판 상에 실장된 하나 이상의 발광 소자를 둘러쌀 수 있으며, 캡슐 재료는 광 투과 시스템의 굴절률보다 큰 굴절률을 갖도록 선택될 수 있다.
예를 들어, 조명 디바이스 패키지 내의 내부 전반사는 하나 이상의 발광 소자, 예를 들어 LED가 광학 컴포넌트, 예를 들어 캡슐 재료와 실질적으로 직접 접촉할 때 감소될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 캡슐 재료는 발광 소자에 더 가까운 굴절률을 갖도록 선택될 수 있다. 발광 소자의 굴절률보다 약간만 작은 굴절률을 갖는 캡슐 재료는 발광 소자와 캡슐 재료 간의 광학 계면에서 내부 전반사되는 광선들의 비율을 감소시킬 수 있다.
일 실시예에서, 캡슐 재료는 열 팽창 계수들의 차이 및 열 동작 조건들의 변동으로 인한 광학 계면들에서 또는 그 근처에서의 열 유도 스트레스의 제어를 도울 수 있는 예를 들어 연성 또는 유동 재료들로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에서, 연성 또는 유동 캡슐 재료 또는 광학 실리콘 수지는 예를 들어 인접하는 광 투과 시스템, 예를 들어 렌즈와 기판 등의 다른 요소들 사이에 밀봉될 수 있다. 또한, 캡슐 재료는 하나 이상의 발광 소자와 직접 열 접촉할 수 있다.
통상적인 캡슐 재료들은 예를 들어 소정의 실리콘 수지 및 탄성 중합체 또는 Cl, K, Na 등과 같은 낮은 이온 불순물을 갖는 깨끗한 겔을 포함한다. 적절한 굴절률을 갖는 기타 캡슐 재료들은 예를 들어 가시광을 거의 흡수하지 않고 통상적으로 소정의 자외선(UV) 광만을 흡수하는 PMMA, 폴리카보네이트, 나일론 및 실리콘 수지를 포함한다. 이러한 타입의 재료들의 일부는 UV 광에 대한 긴 노출 하의 탈색에 대한 저항 및 적절한 굴절률 범위를 제공할 수 있다. 다수의 캡슐 재료가 이 분야에 공지되어 있으며, 예를 들어 Dow Corning(상표), Nye(상표) 또는 Nusil(상표)과 같은 상표명 하에 이용 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서, 발광 소자를 매립하거나 캡슐화하는 데 적합한 캡슐 재료들은 약 1.55 이하의 굴절률을 가질 수 있다.
광 투과 시스템
광 투과 시스템은 본질적으로 기판에 동작적으로 결합되는 하나 이상의 발광 소자에 대한 광학 투명 커버를 제공하며, 기판 및 프레임과 함께 하나 이상의 발광 소자를 실질적으로 둘러싸는 공동에 대한 체적을 정의하는데, 이 공동은 부분적으로 또는 완전히 캡슐 재료로 채워진다.
광 투과 시스템은 하나 이상의 발광 소자에 의해 생성되는 조명 디바이스 패키지로부터의 전자기 방사선의 조작 및 추출을 돕는다. 본 발명의 일 실시예에서, 광 투과 시스템은 렌즈, 예를 들어 돔 렌즈 또는 이 분야의 기술자가 쉽게 이해하는 바와 같은 기타 렌즈로서 구성된다.
하나 이상의 발광 소자에 대면하는 광 투과 시스템의 표면은 곡면이거나 편평할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 이 표면은 볼록 형상을 가짐으로써 이 광 투과 시스템의 표면과 캡슐 재료 사이에 기체가 포획될 가능성을 감소시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 광 투과 시스템은 광학 소자들의 조합을 포함하며, 이러한 광학 소자들은 크기가 다를 수 있다. 예를 들어, 서브 마이크로미터 내지 밀리미터 또는 보다 큰 크기의 렌티큘러 또는 기타 굴절 광학 소자들이 광 투과 시스템 내에 통합될 수 있다.
광 투과 시스템은 깨끗한 PMMA, COC, BK7 유리, 폴리카보네이트, 나일론, 실리콘 수지 고무 또는 이 분야의 기술자가 쉽게 이해하는 바와 같은 기타 재료로 제조될 수 있다. 광 투과 시스템은 옵션으로서 칼라 컴포넌트로서 구성되면서, 조명 디바이스 패키지의 필요한 광 투과 레벨을 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 광 투과 시스템 및 캡슐 재료에 적합한 굴절률을 갖는 재료들이 조명 디바이스 패키지로부터의 효율적인 광 추출을 구현하기 위해 선택된다. 이러한 재료들의 굴절률들의 적절한 선택은 예를 들어 캡슐 재료를 통해 조명 디바이스 패키지 내로, 이어서 광 투과 시스템 내로 전파되는 광이 내부 전반사되는 기회를 줄일 수 있다. 내부 전반사는 광이 보다 높은 굴절률을 갖는 광 투명 매체로부터 이동하여 보다 낮은 굴절률을 갖는 광 투명 매체와의 계면 상에 충돌할 때 광학 계면에서 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 광 투과 시스템은 프레임과 일체로 형성될 수 있으며, 예를 들어 프레임과 렌즈가 멀티 샷 성형 프로세스에서 함께 또는 순차적으로 성형될 수 있다. 예를 들어, 듀얼 샷 성형은 프레임의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 재료로 렌즈를 제조하는 능력을 제공할 수 있다. 프레임 및 렌즈의 형상에 따라, 성형 시퀀스가 다를 수 있다.
이러한 컴포넌트들을 일체로 형성하는 다른 프로세스가 이 분야의 기술자에 의해 쉽게 이해될 것이다. 예를 들어, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 디바이스 패키지 용의 프레임 및 렌즈를 나타낸다. 조명 디바이스 패키지의 프레임(230) 및 렌즈(220)는 지속적으로 연동할 수 있는 연동 소자들(232)을 구비한다. 프레임 및 렌즈의 재료들은 열 순환에 의해 유발될 수 있는 기계적 스트레스의 제어를 돕기 위해 적절히 유사한 열 팽창 계수들을 가져야 한다는 점에 유의한다. 렌즈 및 프레임 재료들은 이상적으로는 예를 들어 주변 습기로부터 공동 및 캡슐 재료를 적절히 환경적으로 밀봉하기 위해 양호한 접착성도 가져야 한다. 더욱이, 렌즈와 캡슐 재료 사이, 또한 프레임과 캡슐 재료 사이의 양호한 접착은 이들 컴포넌트 간의 박리화(delamination)를 방지하기 위해 필요하다. 박리화는 조명 디바이스 패키지의 컴포넌트들 사이의 광학 계면들에 바람직하지 않은 보이드들 및 갭들을 형성할 수 있는데, 이들은 반사율 특성, 결과적으로 조명 디바이스 패키지로부터의 광 추출 효율을 바람직하지 않게 변경할 수 있다.
발광 소자 부착
하나 이상의 발광 소자, 예를 들어 LED 다이는 원하는 전류를 공급받을 수 있도록 기판에 동작적으로 결합된다. 본 발명의 일 실시예에서, 기판은 하나 이상의 다이 부착 패드를 포함하며, 발광 소자는 다이 부착 패드에 부착, 예를 들어 솔더링된다. 다이 부착 패드는 금을 포함하는 솔더 합금들, 예를 들어 금 주석, 금 은 합금 등을 갖는 다이 부착 패드 접점들을 가질 수 있다. 발광 소자는 예를 들어, 금, 금-주석 또는 기타 합금들을 포함하는 다이 접점들을 가질 수 있다. 일 실시예에서는, 발광 소자의 접점들의 조성 및 다이 부착 패드의 조성에 따라, 발광 소자를 다이 부착 패드에 부착하기 위해 솔더 합금들이 상승된 온도에서 리플로우(용해)될 수 있다. 일 실시예에서는 발광 소자를 배치하기 전에 솔더 페이스트가 다이 부착 패드 상에 배치될 수 있다. 솔더 페이스트는 발광 소자와 다이 부착 패드 사이의 본드를 생성하기 위해 상승된 온도에서 리플로우될 수 있는 예를 들어 Au/Sn을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 전기 및 열 전도성 접착제를 사용하여 발광 소자를 다이 부착 패드에 부착할 수 있다. 이러한 접착제들은 예를 들어 Ag 함유 에폭시 등을 포함할 수 있다. 접착제의 종류에 따라서는, 솔더 합금 금속 다이 부착 패드들은 발광 소자와의 지속적인 기계 및 전기적 접촉을 확보하기 위해 기판 상에 필요하지 않을 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 기판 상의 다이 부착 패드들은 광 반사성이 큰 상부면을 제공할 수 있으며, 공통 기반 금속층에 열 접속될 수 있는데, 이러한 금속층들은 이 분야의 기술자에게 공지된 바와 같이 소정 세라믹 기판들에서 널리 사용된다.
일 실시예에서, 발광 소자들의 상이한 접점들은 기판 상의 다이 부착 패드 또는 그 외 다른 곳에 위치할 수 있는 그들 자신의 접촉 패드 또는 트레이스에 개별적으로 접속될 수 있다. 다이 부착 패드 상의 개별 접점들은 기판 상의 트레이스들에 동작적으로 접속될 수 있다.
본 발명은 이제 특정 예들을 참조하여 설명된다. 아래의 예는 본 발명의 실시예들을 설명하는 것을 의도하며, 어떤 식으로도 본 발명을 제한하고자 하는 의도는 없다는 것을 이해할 것이다.
예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 디바이스 패키지(100)의 단면을 개략적으로 나타낸다. 조명 디바이스 패키지는 기판(110), 렌즈(120), 프레임(130), 발광 소자들(140) 및 다이 부착 패드들(150)을 포함한다. 프레임의 내부면(132)과 기판의 표면 사이의 투영 교차각은 원하는 각도, 예를 들어 135도로 정의될 수 있다. 일반적으로, 상이한 각도들은 상이한 발광 패턴들의 생성을 용이하게 할 수 있으며, 이는 또한 조명 디바이스 패키지로부터 광을 추출하고 재지향하는 조명 디바이스 패키지의 능력을 변경한다. 기판(110)은 전기 접속들을 제공하는 트레이스들(112)을 구비한다. 옵션으로서, 기판은 전기 절연 코팅들(114) 및 반사 코팅들(116)의 조합을 갖는다. 내부면(132)은 직선, 직선 분할 또는 임의의 간단하거나 복잡한 곡선 수직 단면을 가질 수 있다. 수직은 기판의 측면과 90도인 임의 방향을 지시한다. 대안으로, 내부면은 다면 형상(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 프레임은 임의의 규칙적이거나 불규칙적인 다각형 또는 고리 형상의 개방 또는 폐쇄된 평면 평행 단면을 가질 수 있다. 프레임은 공동(160)과 외부 포트들(136) 간의 통로들(134)을 갖는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 프레임은 옵션으로서 기판 내의 각각의 홀들에 끼워질 수 있는 둘 이상의 예를 들어 원통형 또는 원추형 페그들(170)을 구비할 수 있다. 페그들 및 홀들은 프레임을 기판 상에 측면 배치하는 데 사용될 수 있다. 페그들은 옵션으로서 프레임을 기판에 지속적으로 부착하기 위해 홀들 내에 히트 스테이킹될 수 있다. 대안으로, 프레임은 접착제 층을 이용하여 부착될 수 있다.
프레임은 렌즈를 배치하기 위한 리세스 쇼울더(138)를 구비한다. 적절히 정형되는 경우, 쇼울더 및 렌즈는 지속적으로 서로 부착될 수 있다. 도시된 바와 같이, 조명 디바이스 패키지는 예를 들어 실리콘 수지 겔과 같은 캡슐 재료를 주입하는 데 사용될 수 있는 2개의 외부 포트를 제공한다. 하나의 외부 포트는 캡슐 재료를 주입하는 데 사용되는 반면, 다른 하나는 주입 동안 여분의 캡슐 재료를 누설하기 위한 탈출 통로를 제공한다. 여분의 캡슐 재료의 누설은 캡슐 재료의 흐름 및 공동 내의 압력의 제어를 도울 수 있다.
많은 캡슐 재료는 원하지 않는 함유물들, 예를 들어 공기, 가스 또는 기포를 제거하기 위해 탈가스 처리될 수 있다. 이러한 제거는 분배 전에는 물론, 옵션으로서 공동 내로의 주입 후에 조립 프로세스의 소정 단계들에서 수행될 수 있다. 공지된 바와 같이, 분위기의 감압과 적절한 열 순환의 조합은 기포 및 함유물의 제거를 도울 수 있다.
렌즈는 렌즈 플랜지(122) 및 프레임을 히트 스테이킹함으로써 프레임에 부착될 수 있다. 공지된 바와 같이, 컴포넌트들을 가열하기 위해 양호하게 국부화된 방식으로, 예를 들어 쇼울더 및 렌즈 플랜지들 내에 그리고 그에 인접하게 에너지가 제공될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들은 예들이며 다양한 방식으로 변경될 수 있다는 것은 명백하다. 그러한 현재 또는 미래의 변형들은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나는 것으로 간주되지 않아야 하며, 이 분야의 기술자에게 자명한 그러한 모든 변형들은 아래의 청구항들의 범위 내에 포함되는 것을 의도한다.

Claims (23)

  1. 조명 디바이스 패키지로서,
    a) 기판;
    b) 상기 기판 상에 배치되고 그 안에 규정되는(defined) 적어도 하나의 통로를 가지는 프레임;
    c) 하나 이상의 발광 소자; 및
    d) 상기 프레임 상에 배치되고 상기 하나 이상의 발광 소자에 광학적으로 결합되는 광 투과 시스템
    을 포함하고,
    상기 프레임은 상기 광 투과 시스템의 하부면으로부터 상기 기판의 상부면으로 연장하는 내부면을 갖고, 상기 프레임의 내부면은 상기 광 투과 시스템의 하부면 및 상기 기판의 상부면과 함께 공동을 규정하고,
    상기 공동은 상기 광 투과 시스템, 상기 프레임, 상기 기판에 의해 상기 통로를 제외하고 완전히 밀봉되며,
    상기 하나 이상의 발광 소자는 상기 공동 내에 배치되어 동작하고(operatively disposed),
    상기 공동은 적어도 부분적으로 광 투과 캡슐 재료로 채워지고,
    상기 프레임에 규정된 상기 통로는 상기 프레임을 통해 상기 공동으로부터 상기 프레임의 표면 상에 제공된 관련된 외부 포트로 연장하여 상기 기판으로부터 떨어져 대면하고,
    상기 통로는 상기 공동과 상기 관련된 외부 포트 사이에서 상기 캡슐 재료의 유체 이동을 가능하게 하는 조명 디바이스 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내부면은 광을 반사하는 조명 디바이스 패키지.
  3. 조명 디바이스 패키지로서,
    a) 기판;
    b) 상기 기판 상에 배치되고 공동을 규정하는 프레임 - 상기 프레임은 그 안에 규정된 하나 이상의 통로를 포함하고, 상기 하나 이상의 통로 각각은 상기 공동을 관련된 외부 포트에 유체 이동 가능하도록 결합함(fluidically coupling)-;
    c) 상기 공동 내에 배치되어 동작하는 하나 이상의 발광 소자; 및
    d) 상기 프레임 상에 배치되고 상기 하나 이상의 발광 소자에 광학적으로 결합되는 광 투과 시스템
    을 포함하고,
    상기 공동은 상기 광 투과 시스템, 상기 프레임, 상기 기판에 의해 상기 통로를 제외하고 완전히 밀봉되며,
    상기 공동은 적어도 부분적으로 광 투과 캡슐 재료로 채워지며, 상기 하나 이상의 통로는 상기 캡슐 재료의 유체 이동을 가능하게 하고,
    상기 프레임은 상기 공동에 대면하는 내부면을 포함하고, 상기 내부면은 광을 반사하고,
    상기 내부면은 혼합된 확산 및 거울 반사 특성들을 갖는 조명 디바이스 패키지.
  4. 제2항에 있어서, 상기 내부면은 거울 반사 재료로 코팅되는 조명 디바이스 패키지.
  5. 제2항에 있어서, 상기 캡슐 재료는 제1 굴절률을 갖고, 상기 내부면은 상기 제1 굴절률보다 낮은 제2 굴절률을 갖는 조명 디바이스 패키지.
  6. 제2항에 있어서, 상기 내부면은 타원면, 포물면 및 다면을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 표면 형상을 갖는 조명 디바이스 패키지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 프레임은 상기 광 투과 시스템을 원하는 위치에 지지하고 기계적으로 유지하도록 구성된 지지 구조를 포함하는 조명 디바이스 패키지.
  8. 제1항에 있어서, 상기 프레임 및 상기 광 투과 시스템은 일체로 형성되는 조명 디바이스 패키지.
  9. 제8항에 있어서, 상기 프레임은 제1 재료로 형성되고, 상기 광 투과 시스템은 제2 재료로 형성되는 조명 디바이스 패키지.
  10. 제1항에 있어서, 상기 프레임은 상기 기판과 연관된 각각의 상대 부착 영역들과 기계적으로 상호접속하도록 구성된 둘 이상의 부착 디바이스들을 포함하는 조명 디바이스 패키지.
  11. 제1항에 있어서, 상기 프레임은 상기 기판과 전기적으로 절연되는 조명 디바이스 패키지.
  12. 제1항에 있어서, 상기 프레임 및 상기 기판은 일체로 형성되는 조명 디바이스 패키지.
  13. 제1항에 있어서, 상기 통로는 선형, 곡선형, 분할된 선형 및 분할된 곡선형을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 형상을 갖도록 구성되는 조명 디바이스 패키지.
  14. 제1항에 있어서, 상기 통로는 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 달걀형 및 팔각형을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 단면을 갖는 조명 디바이스 패키지.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서, 상기 통로는 단면 및 길이를 갖고, 상기 단면은 상기 통로가 상기 공동과 인터페이스하는 좁은 단면 및 상기 통로가 상기 외부 포트와 인터페이스하는 큰 단면을 갖도록 상기 길이를 따라 변하는 조명 디바이스 패키지.
  18. 제1항에 있어서, 상기 프레임은 상기 공동을 제2 관련 외부 포트들에 유체 이동 가능하도록 결합하는 제2 통로를 규정하고, 상기 두 개의 통로 중 하나 이상은 기체가 상기 공동으로부터 배기되는 것을 가능하게 하도록 구성되는 조명 디바이스 패키지.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제1항에 있어서, 상기 캡슐 재료는 제1 굴절률을 갖고 상기 하나 이상의 발광 소자는 상기 제1 굴절률보다 큰 제2 굴절률을 갖는 조명 디바이스 패키지.
  22. 제1항에 있어서, 상기 캡슐 재료는 제1 굴절률을 갖고 상기 광 투과 시스템은 상기 제1 굴절률보다 작지 않은 제2 굴절률을 갖는 조명 디바이스 패키지.
  23. 제1항에 있어서, 상기 내부면은 혼합된 확산 및 거울 반사 특성들을 갖는 조명 디바이스 패키지.
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