KR101645327B1 - 색 편차가 감소되는 발광다이오드 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 발광다이오드 장치는, 빈 공간의 수용부(101)를 가지되 수용부의 측벽(102)이 위로 갈수록 바깥쪽으로 기울어지도록 설치되는 반사몸체(110); 및 수용부(101) 내에 설치되는 발광다이오드(120); 를 포함하여 이루어지고, 발광다이오드(120)에서 옆으로 방출되는 광이 수용부의 측벽(102)에서 다양한 방향으로 산란되도록 수용부의 측벽(102)에 산란수단(S)이 설치되는 것을 특징으로 한다. 발명에 의하면, 산란수단(S)에 의하여 수용부 측벽(102)에서 다양한 방향으로 산란이 일어나기 때문에 발광다이오드(120)에서 방출되는 광이 수용부(101)의 공간 전체에 대해 종래보다 균일하게 미치게 되어 각도에 따른 색 편차가 감소된다.

Description

색 편차가 감소되는 발광다이오드 장치{Light-emitting diode device of which the color deviation is decreased}
본 발명은 발광다이오드 장치에 관한 것으로서, 특히 발광다이오드의 측 방향으로 방출되는 광을 비스듬한 반사측벽을 이용하여 위로 반사시켜 광 추출효율을 향상시키고자 할 때 반사각의 한계로 인하여 각도에 따른 색 편차가 발생하게 되는데 이러한 색 편차를 감소시킬 수 있는 발광다이오드 장치에 관한 것이다.
종래에는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 3색의 발광다이오드를 동시에 사용하여 이들 각각에서 나오는 빛이 중첩되도록 함으로써 백색광을 구현하였으나, 이 경우 발광다이오드 3개가 설치되어야 하는 문제가 있어, 최근에는 발광다이오드와 형광물질의 조합을 통하여 백색광이 구현되도록 함으로써 1개의 발광다이오드를 통해서 백색광이 구현되도록 하고 있다.
예를 들어, 430nm-480nm의 파장을 발광하는 청색 발광다이오드 상부에 그 청색광의 일부를 여기원으로 하여 황록색 또는 황색을 발광하는 형광층을 배치시킴으로써, 발광다이오드의 청색 발광과 그로부터 여기되어 발생되는 형광층의 황록색 또는 황색 발광이 중첩되도록 하여 백색광을 얻는다.
이 때, 대한민국 등록특허 제1273481호(2013.06.17.공고), 대한민국 공개실용신안 제2014-4505호(2014.07.30.공개) 등에서와 같이 발광다이오드의 광추출 효율을 향상시키기 위해서 반사측벽을 이용하는 경우가 있는데, 이 경우 반사각의 한계로 인하여 각도에 따른 색 편차가 발생하여 문제이다.
도 1은 종래의 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 상기 공개실용신안 제2014-4505호(2014.07.30.공개)을 참조한 것이다. 여기서 도 1a는 와이어 본딩 타입(wire bonding type)에 대한 것이고, 도 1b은 플립 칩 타입(flip chip type)에 대한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반사몸체(10)는 발광다이오드(20)를 수용하기 위한 빈 공간의 수용부(1)를 가지며, 수용부 측벽(2)은 위로 갈수록 바깥쪽으로 기울어지도록 설치된다. 수용부(1)의 저면에는 리드프레임(11)이 노출되도록 설치되고, 발광다이오드(20)는 도 1a에서와 같이 본딩 와이어(21)을 통해서 리드프레임(11)에 전기적으로 접속되거나 도 1b에서와 같이 범프(22)를 통하여 리드프레임(11)에 전기적으로 접속되도록 설치된다.
발광다이오드(20) 상에는 수용부(1) 입구 전체를 막도록 고체형광시트(30)가 설치되는데, 도 1a와 같은 와이어 본딩 타입의 경우에는 본딩 와이어(21)가 훼손되지 않도록 발광다이오드(20)에서 어느 정도 이격되어 설치되고, 도 1b와 같은 플립 칩 타입의 경우에는 굳이 이격시킬 필요가 없기 때문에 발광다이오드(20) 바로 위에 설치된다. 고체형광시트(30) 상에는 투명봉지재(40)가 설치된다.
발광다이오드(20)에서 방출되는 청색광의 일부에 의해서 고체형광시트(30)의 형광물질이 여기되어 황색광이 방출되고, 이에 기여하지 못한 청색광의 나머지는 고체형광시트(30)를 그대로 통과하게 되는데, 이로 인해 외부에서 볼 때에는 황색광과 청색광이 합쳐져 백색광으로 보이게 된다. 이 때, 발광다이오드(20)에서 옆으로 방출되는 광도 수용부 측벽(2)에 의해 반사되어 고체형광시트(30)쪽으로 향하게 되므로 광 추출 효율이 향상되는 것이다.
그러나 상술한 종래의 발광다이오드 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 수용부 측벽(2)에 부딪혀 위로 반사되는 광이 수용부(1)의 입구 가장자리(A) 쪽으로는 제대로 도달하지 못하는 단점이 있다. 따라서 수용부(1)의 입구 가장자리(A)와 중앙부에서의 백색광 구현이 차이가 나며, 이로 인해, 외부에서 발광다이오드 장치를 똑바로 보았을 때와 비스듬하게 보았을 때에 각도에 따라 색 편차가 크게 발생하는 문제점을 갖는다.
대한민국 등록특허 제1273481호(2013.06.17.공고) 대한민국 공개실용신안 제2014-4505호(2014.07.30.공개)
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 색 편차가 감소되도록 발광다이오드를 수용하기 위한 수용부의 측벽을 개량함으로써 상술한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 발광다이오드 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일예에 따른 발광다이오드 장치는,
빈 공간의 수용부를 가지되 상기 수용부의 측벽이 위로 갈수록 바깥쪽으로 기울어지도록 설치되는 반사몸체; 및
상기 수용부 내에 설치되는 발광다이오드; 를 포함하여 이루어지고,
상기 발광다이오드에서 옆으로 방출되는 광이 상기 수용부의 측벽에서 다양한 방향으로 산란되도록 상기 수용부의 측벽에 산란수단이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 산란수단은 상기 수용부의 측벽에 볼록한 렌즈패턴이 복수개 설치되어 이루어질 수 있다.
상기 렌즈패턴은 윗부분이 밑부분보다 더 경사가 급하게 상기 수용부의 측벽에서 돌출되도록 형성되는 것이 바람직하다.
상기 렌즈패턴은 상기 수용부의 측벽이 기울어지지 않고 똑바로 세워지는 가상의 수직선에 비하여 상기 렌즈패턴의 밑부분에 대한 접선이 더 바깥쪽으로 기울어지도록 설치되는 것이 바람직하다.
상기 렌즈패턴은 위아래로 길쭉한 형상을 하는 것이 바람직하다.
상기 반사몸체는 사출성형에 의해서 형성되는 것이 바람직하다.
상기 렌즈패턴은 상기 수용부의 측벽에서 상대적으로 위에 위치할수록 더 큰 크기를 가지거나, 상기 수용부의 측벽에서 상대적으로 위에 위치할수록 더 많은 개수로 설치되는 것이 바람직하다.
상기 산란수단은 상기 수용부의 측벽에 산란제 레진을 도포하여 얻어질 수 있다.
상기 산란제 레진은 복수개의 반사성 입자를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 반사성 입자로는 Ag와 같은 금속입자 뿐만 아니라 SiO2, ZrO2, 또는 TiO2 와 같은 무기물 입자가 선택될 수 있다.
상기 산란수단은 상기 수용부의 측벽 표면을 물리적 또는 화학적으로 가공함으로써 얻어지는 요철부를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 수용부의 측벽 상에 중간패드층이 더 형성되고, 상기 가공이 상기 중간패드층에 대해 이루어져서 상기 요철부가 상기 중간패드층에 형성될 수 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 발광다이오드 장치는,
빈 공간의 수용부를 제공하며 상기 수용부의 측벽이 위로 갈수록 바깥쪽으로 기울어지면서 바깥쪽으로 볼록한 곡률을 갖도록 설치되는 반사몸체; 및
옆으로 방출되는 광이 상기 수용부의 측벽에서 반사되어 상기 수용부의 상부를 향하도록 상기 수용부 내에 설치되는 발광다이오드; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 산란수단 등에 의하여 수용부 측벽에서 다양한 방향으로 산란이 일어나기 때문에 발광다이오드에서 방출되는 광이 수용부의 공간 전체에 대해 종래보다 균일하게 미치게 되어 각도에 따른 색 편차가 감소된다.
도 1 및 도 2는 종래의 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면들;
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면;
도 4 내지 도 7은 도 3의 렌즈패턴(150)을 설명하기 위한 도면들;
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면;
도 9은 본 발명의 제3실시예에 따른 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면;
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
[실시예 1]
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 반사몸체(110)는 발광다이오드(120)를 수용하기 위한 빈 공간의 수용부(101)를 가진다. 수용부(101)는 측벽(102)이 위로 갈수록 바깥쪽으로 기울어지도록 설치되어 전체적으로 볼 때 마치 깔때기처럼 위로 갈수록 벌어지는 형상을 한다.
리드프레임(111)은 수용부(101)에 노출되도록 설치되고, 발광다이오드(120)는 범프(122)를 통하여 리드프레임(111)에 전기적으로 접속되도록 설치된다. 수용부(101) 내에는 투명봉지재(140), 예컨대 실리콘 레진이 채워지는데, 이는 빛을 분산시키는 역할 뿐만 아니라 발광다이오드(120)에 수분이나 산소가 침투되는 것을 방지하는 역할도 겸한다. 도 3a은 수용부(101)에 대한 이해의 편의를 위해서 투명봉지재(140)가 생략된 상태로 도시된 것이다.
도 3에서는 형광층(130)이 발광다이오드(120) 상에만 적층되게 설치되는 경우가 도시되었지만 이에 한하지 않고 종래와 같이 수용부(101) 입구 전체를 막도록 설치될 수도 있다.
발광다이오드(120)와 리드프레임(111)의 전기적 접속은 앞서 종래기술에서 설명한 바와 같이 범프(122) 외에 본딩 와이어를 통해서도 이루어질 수 있는데, 도 3에서와 같이 형광층(130)이 발광다이오드(20)의 바로 위에 적층되는 형태로 설치되는 경우에는 본딩 와이어를 연결시킬 부위가 발광다이오드(120)에 적절히 마련되기 어려우므로 이와 같이 플립 칩 방식(flip chip type)을 채용하는 것이 바람직하다.
발광다이오드(120)에서 옆으로 방출되는 광이 수용부 측벽(102)에서 다양한 방향으로 산란되도록 수용부 측벽(102)에는 산란수단(S)이 설치된다. 산란수단(S)은 다양한 형태로 구현될 수 있는데 도 3에서는 수용부 측벽(102)에 볼록한 렌즈패턴(150)이 복수개 설치되어 이루어지는 경우가 예로서 도시되었다.
도 4 내지 도 7은 도 3의 렌즈패턴(150)을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 렌즈패턴(150)이 존재하게 되면 발광다이오드(120)에서 옆으로 방출되는 광이 렌즈패턴(150)에 의하여 다양한 방향으로 산란되기 때문에 발광다이오드(120) 상부공간에서 발광다이오드(120)에 의한 청색광과 형광층(130)에 의한 황색광의 혼합이 이루어질 때 이러한 혼합이 수용부(101)의 공간 전체에 대해서 종래보다 균일하게 이루어져 색 편차가 줄어들게 된다.
형광층(130)이 도 1의 참조번호 30과 같이 수용부(101) 입구 전체를 막도록 넓게 설치되는 경우에도 수용부 측벽(120)에 의해서 다양한 방향으로 광이 산란되기 때문에 발광다이오드(120)에서 방출되는 광이 형광층(130) 전체에 영향을 미치게 되어 색 편차 감소 효과를 마찬가지로 얻을 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 렌즈패턴(150)의 윗부분이 밑부분보다 더 경사가 급하게 돌출되도록 하면 렌즈패턴(150)의 윗부분에 부딪힌 광이 더욱 수용부(101)의 가장자리 쪽으로 산란될 수 있어 색 편차 감소가 배가될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 반사몸체(110)는 폴리카보네이트 등과 같은 수지물질로 이루어지고, 사출성형에 의해 제조될 것인데, 이렇게 사출성형에 의해 제조되는 경우에는 성형 후 금형을 제거할 수 있어야 한다.
이를 위해서는 도 6에 도시된 바와 같이, 렌즈패턴(150)의 밑부분에 대한 접선(151)이 수직선(152)보다 더 바깥쪽으로 기울어지도록 렌즈패턴(150)이 설치되는 것이 바람직하다. 여기서 수직선(152)이라 함은 수용부 측벽(2)이 기울어지지 않고 똑바로 세워지는 가상선을 말한다.
사출성형에 사용되는 금형의 측면에는 렌즈패턴(150)에 대응하도록 음각패턴이 형성되어 있을 것인데, 성형 후 금형을 반사몸체(110)에서 위로 들어 올려 떼어낼 때 렌즈패턴(150)이 이러한 음각패턴에서 쉽게 빠질 수 있어야 하기 때문이다. 이 때, 도 7과 같이 렌즈패턴(150)이 위아래로 길쭉한 형상(a < b)을 하는 것이 렌즈패턴(150)에서 금형이 빠져나오는데 있어 더욱 바람직하다.
수용부(101)는 마치 깔때기처럼 위로 갈수록 벌어지는 형상을 하기 때문에 수용부 측벽(102)의 면적은 위로 갈수록 넓어진다. 렌즈패턴(150)의 크기가 같을 경우에는 수용부 측벽(102)의 밑부분보다 윗부분에 더 많은 렌즈패턴(150)이 존재해야 할 것이고, 수용부 측벽(102)의 밑부분과 윗부분의 동일한 개수의 렌즈패턴(150)이 형성되는 경우라면 윗부분의 렌즈패턴(150)이 더 커야 할 것이다. 이렇게 수용부 측벽(102)의 밑부분과 윗부분에 대해서 렌즈패턴(150)이 차지하는 비율이 동일해야 균일한 산란이 이루어져 바람직하다.
[실시예 2]
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 산란수단(S)이 스프레이(161) 등을 통하여 산란제 레진을 도포하여 얻어지는 것을 특징으로 한다.
도 8에서는 반사몸체(110) 내에 발광다이오드(120)가 탑재된 상태에서 수용부(101)에 산란제 레진이 도포되어 수용부 측면(102) 뿐만 아니라 수용부 저면 및 발광다이오드(120) 상에도 산란제 레진층(160)이 형성되는 경우가 도시되었지만, 이에 한하지 않고, 발광다이오드(120)가 탑재되기 전이나 후에 마스크를 이용하여 수용부 측면(102)에만 산란제 레진의 도포가 이루어질 수도 있다.
산란제 레진은 산란제로서 복수개의 반사성 입자를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 그러면 이러한 반사성 입자의 분포에 의해 다양한 방향으로 산란이 이루어질 것이다. 이러한 반사성 입자로는 Ag와 같은 금속입자 뿐만 아니라 SiO2, ZrO2, 또는 TiO2 와 같은 무기물 입자가 선택될 수 있다.
[실시예 3]
도 9은 본 발명의 제3실시예에 따른 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 산란수단(S)이 수용부 측벽(102)의 표면을 물리적 또는 화학적으로 가공함으로써 얻어지는 요철부(170)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 경우에는 발광다이오드(120)가 물리적 또는 화학적 손상을 받지 않도록 요철부(170)를 먼저 형성시킨 후에 발광다이오드(120)가 설치되는 것이 바람직하다.
물리적 또는 화학적 가공을 통하여 수용부 측벽(102)에 거칠기(roughness)가 부여되어 다양한 방향으로의 산란이 이루어지는데, 이러한 화학적 가공의 예로는 식각액을 사용하여 수용부 측벽(102)을 화학적으로 에칭하는 경우 등을 들 수 있으며, 물리적 가공의 예로는 미세입자를 수용부 측벽(102)에 충돌(impingement)시키는 경우 등을 들 수 있다.
수용부 측벽(102)의 직접적인 가공이 어려울 경우에는 수용부 측벽(102) 상에 가공이 용이한 중간패드층을 스프레이 방식 등으로 먼저 형성시킨 후에, 중간패드층의 표면을 물리적 또는 화학적으로 가공하여 요철부(170)를 형성시킬 수도 있다.
[실시예 4]
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 발광다이오드 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 수용부 측면(102)에 곡률을 부여함으로써 색 편차를 감소시키는 경우를 나타낸 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 수용부 측벽(102)이 위로 갈수록 바깥쪽으로 기울어지면서 바깥쪽으로 볼록한 곡률을 갖는 것을 특징으로 한다. 그러면 이러한 곡률이 없는 종래의 경우에 비하여 더욱 수용부(101)의 가장자리까지 광이 도달할 수 있어 색 편차 감소가 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 산란수단(S) 등에 의하여 수용부 측벽(102)에서 다양한 방향으로 산란이 일어나기 때문에 발광다이오드(110)에서 방출되는 광이 수용부(101)의 공간 전체에 대해 종래보다 균일하게 미치게 되어 각도에 따른 색 편차가 감소된다.
1, 101: 수용부 2, 102: 수용부 측벽
10, 110: 반사몸체 11, 111: 리드프레임
20,120: 발광다이오드 21: 본딩 와이어
22, 122: 범프 30: 고체형광시트
40, 140: 투명봉지재 130: 형광층
150: 렌즈패턴 151: 접선
152: 수직선 160: 산란제 레진층
161: 스프레이 170: 요철부
S: 산란수단

Claims (14)

  1. 빈 공간의 수용부를 가지되 상기 수용부의 측벽이 위로 갈수록 바깥쪽으로 기울어지도록 설치되는 반사몸체;
    상기 수용부 내에 설치되는 발광다이오드; 및
    상기 발광다이오드에서 옆으로 방출되는 광이 상기 수용부의 측벽에서 다양한 방향으로 산란되도록 상기 수용부의 측벽에 설치되는 복수개의 볼록한 렌즈패턴; 을 포함하고,
    상기 렌즈패턴의 윗부분이 밑부분보다 더 경사가 급하게 상기 수용부의 측벽에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 장치.
  2. 빈 공간의 수용부를 가지되 상기 수용부의 측벽이 위로 갈수록 바깥쪽으로 기울어지도록 설치되는 반사몸체;
    상기 수용부 내에 설치되는 발광다이오드; 및
    상기 발광다이오드에서 옆으로 방출되는 광이 상기 수용부의 측벽에서 다양한 방향으로 산란되도록 상기 수용부의 측벽에 설치되는 복수개의 볼록한 렌즈패턴; 을 포함하고,
    상기 렌즈패턴은 상기 수용부의 측벽에서 상대적으로 위에 위치할수록 더 큰 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 장치.
  3. 빈 공간의 수용부를 가지되 상기 수용부의 측벽이 위로 갈수록 바깥쪽으로 기울어지도록 설치되는 반사몸체;
    상기 수용부 내에 설치되는 발광다이오드; 및
    상기 발광다이오드에서 옆으로 방출되는 광이 상기 수용부의 측벽에서 다양한 방향으로 산란되도록 상기 수용부의 측벽에 설치되는 복수개의 볼록한 렌즈패턴; 을 포함하고,
    상기 렌즈패턴은 상기 수용부의 측벽에서 상대적으로 위에 위치할수록 더 많은 개수로 설치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈패턴은 상기 수용부의 측벽이 기울어지지 않고 똑바로 세워지는 가상의 수직선에 비하여 상기 렌즈패턴의 밑부분에 대한 접선이 더 바깥쪽으로 기울어지도록 설치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 렌즈패턴이 위아래로 길쭉한 형상을 하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 반사몸체가 사출성형에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 장치.
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