KR101803004B1 - 발광 패키지 및 조명장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 패키지 및 이를 채용한 조명장치에 대한 것으로서, 상기 패키지는 기판; 상기 기판 상에 실장되는 복수의 발광 다이오드 칩; 및 상기 복수의 발광 다이오드 칩 각각을 봉지하고, 서로 다른 곡률을 갖는 복수의 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하여, 본 발명에 따른 조명장치는 광추출 효율이 증가되고 지향각이 조절됨은 물론, 색편차 현상이 개선된 것을 특징으로 한다.

Description

발광 패키지 및 조명장치{LIGHT-EMITTING PACKAGE AND LIGHTING DEVICE}
본 발명은 발광 패키지 및 조명장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 복수의 발광 다이오드 칩 각각을 봉지하고, 서로 다른 곡률을 갖는 복수의 몰딩부를 갖는 칩 온 보드(Chip on Board; COB)형 LED 패키지 및 이를 채용한 조명장치에 관한 것이다.
발광다이오드(Light Emitting Diode; LED)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)구조에서 전자와 정공이 재결합할 때 전위차에 의해서 빛을 발하는 반도체 발광 장치로서 친환경, 저 전압, 긴 수명 및 저 가격 특징을 가지며 종래에는 표시용 램프나 숫자와 같은 단순 정보표시에 많이 응용되어 왔으나, 최근에는 산업기술의 발전, 특히 정보표시 기술과 반도체 기술의 발전으로 디스플레이 분야, 조명 장치, 자동차 헤드램프, 프로젝터 등 다방면에 걸쳐서 사용되기에 이르렀다.
최근 발광다이오드를 응용한 제품들의 기술적 과제는 LED 제품의 고열 발생으로 인한 성능 저하 내지 제품수명 저하의 방지에 있으며, LED 패키지의 크기를 감소시키면서도 원활한 열방출 구조를 갖도록 하는 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 기술 중의 하나가 LED칩을 PCB기판에 직접 실장하는 COB(Chip on Board) 기술이다. COB 기술은 칩에서 발생한 열이 빠져나가는 경로를 줄여 방열 효과를 증대시키고, 패키지 자체의 높이를 줄여 소형화가 가능한 장점이 있다.
도 1의 (a) 및 (b)는 COB형 LED 패키지의 일례를 도시한다. 도 1을 참조하면, COB형 LED 패키지는 베이스 금속(10), 절연층(11), 배선층(12), PSR(photo imageable soler resist;13)을 포함하는 하부 기판과, 다이 접착제(14)에 의해 상기 하부 기판의 상부에 접착된 LED 칩(1)과, 상기 LED 칩(1) 및 배선(15)을 일체로 봉지하며 LED 칩(1)으로부터 출사되는 광의 지향각 등을 조절시키는 렌즈의 역할을 하는 몰딩부(20)를 포함할 수 있다. 여기서, 도면의 간략화를 위하여 도시를 생략하였으나, LED 칩(1)의 상부와 그 측면을 둘러싸는 영역에는 예를들어, 컨포멀 코팅(conformal phosphor coating) 방식에 의해 형성된 형광체층(미도시)이 배치될 수 있다.
상기 COB형 LED 패키지는 예를들어, 청색 발광 다이오드 칩(이하, 블루 LED 칩)(1)에 의한 청색광과, 상기 형광체층(미도시)을 통과한 광의 혼합에 의해 전체적으로 백색광을 출사시킬 수 있다. 도면에서, 상기 COB형 LED 패키지 내부에는 단일 LED 칩(1)이 실장되는 것으로 도시하였으나, 실시예에 따라서는, 복수개의 LED 칩들이 어레이를 형성하며 상기 몰딩부(20) 내부에 실장되는 구조를 취할 수도 있다.
한편, 도 1의 (a)의 경우, LED 칩(1)과 하부 기판의 베이스 금속(10) 사이에 열전도도가 크게 떨어지는 절연층(11)이 배치되어 열방출이 제한적인 문제가 있으므로, 도 1의 (b)의 경우와 같이, LED 칩(1)과 베이스 금속(10) 사이의 절연층(12)을 부분적으로 제거한 구조가 시도되기도 한다.
다만, 도 1의 (a) 또는 (b)와 같은 구조를 취하는 LED 패키지의 경우, 통상, 광추출 효율 향상을 위하여 LED 칩(1) 상부에 돔 형상의 몰딩부(20)를 형성하는데, 상기 몰딩부(20)의 형성에 의하여 패키지의 광추출 효율은 향상되는 반면, 공간적인 색 불균일도, 즉 색편차가 심해지는 문제가 있다.
도 2는 이러한 색편차 현상을 설명하기 위한 그래프로서, 전술한 바와 같이, 황색 계열(YAG)의 컨포멀 형광체층이 형성된 블루 LED 칩(1)을 포함하는 COB형 LED 패키지에서 발생하는 색편차 현상을 나타낸다. 다만, 실험은 복수개의 블루 LED 칩들이 패키지 내에서 어레이를 형성하는 경우가 아닌, 하나의 블루 LED 칩이 패키지 내에 포함된 경우로 진행하였다.
도면을 참조하면, 도 2의 (a)는 몰딩부(20)가 없는 경우, 광지향 방향에 따른 CIE(Commission Internationale de I'Eclairage) x, y 색좌표의 균일성을 측정한 그래프로서, 중심(각도 0)에서 좌우 양측 방향으로 90°까지의 x 색좌표의 차이(△x) 및 y 색좌표의 차이(△y), 즉 색편차가 작게 나타났다. 반면, 도 2의 (b)는 몰딩부(20)가 있는 경우의 그래프로서, 도 2의 (a)에 비하여, 중심(각도 0)으로부터 양측 방향으로 색좌표 차이가 크게 생기는 것을 알 수 있다. 즉, COB형 LED 패키지가 몰딩부(20)를 포함하게 되는 경우, 색편차가 심화됨을 알 수 있다.
한편, 도 3은 도 2의 경우와 달리, 단일 COB 패키지 내에 복수개의 LED 칩들이 포함된 경우의 색편차 현상을 설명하기 위한 그래프이다. 도 3을 참조하면, 도 2의 경우와 유사하게, 몰딩부가 없는 경우(도 3의 (a) 참조)에 비하여, 몰딩부가 있는 경우(도 3의 (b) 참조)에 색편차가 심해짐을 알 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 복수개의 칩을 포함하는 COB형 LED 패키지에 있어서, 광추출 효율은 증가시키면서도 색편차 현상을 줄일 수 있는 몰딩부를 갖는 패키지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상이한 곡률을 갖는 몰딩부를 채용하여 색편차 현상의 개선은 물론, 지향각을 조절할 수 있고, 이로써, 지향각 조절을 위한 별도의 2차 광학계를 구비할 필요가 없는 COB형 LED 패키지 및 이를 채용한 조명장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 칩 온 보드형 LED 패키지는, 기판과, 상기 기판 상에 실장되는 복수의 발광 다이오드 칩과, 상기 복수의 발광 다이오드 칩 각각을 봉지하고, 서로 다른 곡률을 갖는 복수의 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 바람직하게, 상기 복수의 발광 다이오드 칩들 중, 중앙부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률이 주변부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률보다 작을 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 주변부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률은 상기 중앙부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률보다 약 15~45% 더 클 수 있다.
한편, 바람직하게, 상기 복수의 발광 다이오드 칩은 황색계열의 형광체층이 형성된 청색 발광 다이오드 칩(blue LED chip)을 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 발광 패키지는 적색광을 출사시키는 복수의 발광 다이오드 칩을 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 적색광을 출사시키는 복수의 발광 다이오드 칩은 적색 발광 다이오드 칩(red LED chip) 또는 적색계열의 형광체층이 형성된 청색 발광 다이오드 칩(blue LED chip)을 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 적색 발광 다이오드 칩 중 일부는 백색광을 출사시키는 청색 발광 다이오드 칩의 배열들 사이에 배치될 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 적색 발광 다이오드 칩의 몰딩부는 적어도 하나 이상의 적색 발광 다이오드 칩을 동시에 봉지할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 조명장치는, 광원 모듈; 및 상기 광원 모듈과 열적으로 결합된 히트싱크를 포함하며,
상기 광원 모듈은, 기판에 실장된 복수의 발광 다이오드 칩; 및 상기 복수의 발광 다이오드 칩 각각을 봉지하고, 서로 다른 곡률을 갖는 복수의 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 바람직하게, 상기 복수의 발광 다이오드 칩은 황색계열의 형광체층이 형성된 청색 발광 다이오드 칩(blue LED chip)을 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 조명장치는 적색광을 출사시키는 복수의 발광 다이오드 칩을 더 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 복수의 발광 다이오드 칩들 중, 중앙부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률이 주변부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률보다 작을 수 있다.
또한, 바람직하게, 상기 주변부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률은 상기 중앙부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률보다 약 15~45% 더 클 수 있다.
본 발명에 따르면, 형광체층이 형성된 복수개의 LED 칩을 포함하여 백색광을 방출하는 COB형 LED 패키지에 있어서, 상이한 곡률을 갖는 복수개의 몰딩부를 적용하여 광추출 효율을 향상시키고, 몰딩부의 곡률에 따라 패키지의 지향각을 조절할 수 있으며, 이와 동시에, 종래 패키지의 문제점으로 지적되었던 색편차 현상을 상당히 개선할 수 있다. 또한, COB형 LED 패키지로부터 출사되는 광의 지향각은 복수개의 몰딩부의 곡률에 의해 조절될 수 있으므로 별도의 지향각 조절용 2차 광학계를 사용할 필요가 없어, 패키지의 제조 비용을 절감하고 제조 공정을 단순화할 수 있다.
도 1의 (a) 및 (b)는 COB형 LED 패키지의 일례를 도시한 단면도들이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 단일 칩을 포함하는 종래의 COB형 LED 패키지에서 발생하는 색편차 현상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 복수의 칩들을 포함하는 종래의 COB형 LED 패키지에서 발생하는 색편차 현상을 설명하기 위한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 COB형 LED 패키지를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 COB형 LED 칩과 형광체층을 도시한 도면이다.
도 6a, 6b, 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 COB형 LED 패키지의 지향각을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 COB형 LED 패키지를 설명하기 위한 상부 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위한 예시로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 명세서 내에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상부에" 또는 "위에" 있다고 표현되는 경우는 각 부분이 다른 부분의 "바로 상부" 또는 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 각 부분과 다른 부분의 사이에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하도록 의도된다.
그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있으며, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타내고 유사한 참조번호는 대응하는 유사한 구성요소를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 COB형 LED 패키지를 설명하기 위한 사시도이다. 본 실시예에 따르면, 상기 COB형 LED 패키지는 복수의 LED 칩(100, 200, 300)과, 복수의 상이한 곡률을 갖는 몰딩부(110, 210, 310) 및 하부 기판(500)을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 도면에 도시된 LED 칩들의 특정 개수 내지 배치 방식등으로 한정되는 것은 아님을 알아야 한다.
여기서, 상기 복수의 LED 칩들(100, 200, 300)들은 COB형 LED 패키지 방식으로 하부 기판(500) 상에 실장되며, 하부 기판(500)은 일반 인쇄 회로 기판일 수도 있으며, MCPCB일 수도 있다. 즉, 비제한적이나, 예를들어, 도 1의 (a) 및 (b)에서와 같이, 하부 기판(500)을 위하여, 메탈 코어 베이스 금속, 절연층 및 배선층을 포함하는 MCPCB를 하부 기판(500)으로서 채용할 수 있다. 또한, 바람직하게, LED 칩(100, 200, 300)과 하부 기판(500) 사이의 열방출 효율을 고려하여, MCPCB의 상면에 배치된 배선층 및 절연층(미도시)의 일부를 부분적으로 제거하고, 상부의 LED 칩(100, 200, 300)과 베이스 금속(미도시)이 직접 접촉하도록 할 수 있다(도 1의 (b) 참조).
한편, 복수의 LED 칩들(100, 200)은 각각 반지름이 상이한 원들, 즉 동심원 상으로 배열될 수 있다. 구체적으로, LED 칩(100)들이 원형을 이루며 배열되고, 상기 LED 칩(100)들을 둘러싸며 최외곽에 LED 칩(200)들이 원형으로 배치될 수 있다. 또한, LED 칩(100)들의 내부 공간, 즉 LED 칩 어레이의 중심부에 LED 칩(300)들이 추가로 배치될 수 있고, 이와 함께, LED 칩(100)들과 LED 칩(200)들 사이의 공간에 LED 칩(100)들을 둘러싸며 LED 칩(300)들이 원형으로 배치될 수 있다.
다만, 실시예에 따라서, LED 칩(300)들의 배열은 생략되고, LED 칩(100)과 LED 칩(200)들만이 동심원상으로 배열되는 것도 가능하다.또한, LED 칩(100, 200)은 예를들어, 황색계열(YAG)의 형광체층을 포함하여 전체적으로 백색광을 방출하는 블루 LED 칩으로서, 도 5의 (a)를 참조하면, 상기 형광체층(600)은 예를들어, 컨포멀 코팅 방식에 따라 상기 블루 LED 칩의 상부 및/또는 그 측면 상에 형성될 수 있다.
반면, LED 칩(300)은 적색 발광 다이오드 칩(이하, 레드 LED 칩)으로서 적색계열의 광을 출사시킬 수 있으며, 대안적으로, LED 칩(300)으로서 적색 계열의 형광체층이 형성된 블루 LED 칩을 사용할 수도 있다.
본 실시예에 따를 때, 상기 LED 칩(100, 200)으로부터 출사된 백색광과 LED 칩(300)으로부터 출사된 적색광의 혼합에 의해, COB형 LED 패키지 전체로부터 발생되는 광의 연색지수가 향상될 수 있다.
물론, 전술한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 COB형 LED 패키지는 LED 칩(300)을 포함하지 않고, 황색 계열의 형광체층이 형성된 블루 LED 칩들(100, 200)만을 이용하여 백색광을 출사시키도록 할 수도 있다. 또는, 이와 달리, 실시예에 따라, 적색 계열이 아닌 다른 파장의 광을 출사시키는 LED 칩을 LED 칩(300)대신 패키지 내에 추가로 포함시켜, 패키지 전체로부터 출사되는 빛의 색온도를 사용자의 요구에 맞게 조절할 수도 있다.
또한, LED 칩(100, 200, 300)들은 각각 돔 형상의 몰딩부(110, 210, 310)에 의해 각각 봉지되어 외부 충격 및 습기 등으로부터 보호될 수 있으며, 상기 몰딩부(110, 210, 310)의 곡률에 의하여 각 LED 칩(100, 200, 300)으로부터 생성된 빛들의 광량 및 지향각을 변경시킬 수 있다. 즉, 상기 몰딩부(110, 210, 310)는 봉지재의 역할 외에도 LED 칩(100, 200, 300)으로부터 출사되는 광의 광량 및 지향각 등을 조절시키는 렌즈의 역할을 겸할 수 있으며, 그러한 렌즈 특성이 몰딩부(110, 210, 310)의 곡률 변경에 의하여 조절될 수 있다. 다만, 상기 몰딩부(110, 210, 310)의 형상은 도시된 바와 같이 단면이 반구형상인 것 외에도, 원하는 렌즈 특성 등을 갖도록 하기 위해 단면이 반타원형, 비구면 등 실시예에 따라 다양하게 변형될 수 있음을 이해하여야 한다.
구체적으로, 하부 기판(500)에 실장된 복수의 LED 칩들, 즉, 어레이 중 중심부에 가깝게 위치한 LED 칩(100)들의 몰딩부(110)와, 주변부에 위치한 LED 칩(200)들의 몰딩부(210)의 곡률은(또는 곡률 반지름은) 서로 상이하며, 몰딩부들(110, 210)의 곡률을 상이하게 조절함으로써, 패키지 전체의 광량, 지향각 및 색편차 현상이 달라질 수 있다. 바람직하게는, 주변부에 위치한 몰딩부(210)의 곡률이 중심부에 위치한 몰딩부(110)의 곡률보다 클 수 있으며(즉, 몰딩부(210)의 곡률 반지름 R2 < 몰딩부(110)의 곡률 반지름 R1), 이렇게 할 경우, 패키지 전체의 광량은 증가되고 및 지향각은 넓어지면서도, 종래와 달리, 색편차 현상은 감소시키는 것이 가능해 질 수 있다.
바람직하게, 몰딩부(110)와 몰딩부(210)의 곡률 반지름의 차이는 약 15~45%일 수 있다. 구체적으로, 몰딩부(210)의 곡률 반지름의 크기를 100%로 하였을 때, 몰딩부(110)의 곡률 반지름의 크기는 약 115~145%로 할 수 있다. 따라서, 몰딩부들(110, 210) 사이의 곡률 반지름의 차이가 너무 작다면 색편차 개선과 광지향성 조절 및 광추출효율 향상 효과를 동시에 얻을 수 없다.
한편, 몰딩부들(110, 210)의 곡률 반지름이 클 경우 색편차는 작으나, 넓은 지향각을 갖게 되고, 광추출효율이 다소 낮을 수 있으며, 반면, 몰딩부들(110, 210)의 곡률 반지름이 작을 경우 지향각이 좁고, 광추출효율은 높을 수 있으나 색편차가 크게 발생하게 된다.
또한, 바람직하게, 곡률 반지름이 큰 몰딩부(110)를 갖는 칩의 비율은 전체 몰딩부들(110, 210,310) 중에서 약 20~50%를 차지하도록 형성될 수 있다.
또한, LED 칩(300)들의 몰딩부(310)의 곡률 반지름은 몰딩부들(110, 210)의 곡률 반지름보다 크거나 이들 사이의 값을 갖도록 형성될 수 있다.
이하, 도 6a 내지 6c를 참조하여, 몰딩부(110, 210)의 곡률 변화와 COB형 LED 패키지의 광량, 지향각 및 색편차의 변화를 를 설명하기로 한다. 도 6은 몰딩부(110, 210)의 곡률에 따른 지향각의 변화를 도시한 그래프이다.
즉, 도 6a~6c는 도 4와 같이 LED 칩(100, 200)들이 동심원상으로 배치된 상태에서, 몰딩부(110, 210)의 곡률을 동일하게 한 경우(즉, R1=R2 인 경우, 도 6a 및 6b 참조)와, 몰딩부(110, 210)의 곡률을 서로 상이하게 한 경우(즉, R1≠ R2 인 경우, 도 6c 참조) 각각의 지향각 차이를 나타낸 그래프이다.
구체적으로, 색편차 현상을 줄이기 위하여 LED 칩(100, 200)들에 대응하는 몰딩부(110, 210)의 곡률반지름을 모두 동일하게 하고, 그 값이 큰 값을 갖도록 한 경우(예를들어, R1= R2= 약 2.3mm)에는, 광량은 약 1302(루멘)이고, 광지향각은 약 166°로 나타났으며(도 6a참조), △x=0.038, △y=0.040로서, 즉, 색편차 값은 비교적 작으나 광추출 효율이 낮고, 큰 지향각을 나타내었다.
이와 달리, 패키지로부터의 광량을 증가시키고 광추출 효율을 향상시키기 위하여 LED 칩(100, 200)들에 대응하는 몰딩부(110, 210)의 곡률반지름을 모두 동일하게 하고, 그 값이 작은 값을 갖도록 한 경우(예를들어, R1=R2= 약 1.8mm)에는, 광량은 약 1334(루멘)이고, 광지향각은 약 144°로 나타났으며(도 6b 참조), △x=0.05, △y=0.042로서, 즉, 광추출효율은 (a) 타입의 경우보다 우수하고 지향각은 좁지만, 색편차 값이 크게 나타났다.
반면, 본 발명의 일 실시에에 따라, 광량을 증가시키고 광추출효율을 증가시킴은 물론 색편차 현상을 감소시키기 위해 LED 칩(100, 200)들에 대응하는 몰딩부(110, 210)의 곡률반지름을 서로 상이하게, 즉, 예를들어, 몰딩부(110)의 곡률반지름을 더 크게(예를들어, R1= 약 2.3mm)하고, 몰딩부(210)의 곡률 반지름은 작게(예를들어, R2= 약 1.8mm)한 경우에는, 광량은 약 1331(루멘)이고, 광지향각은 약 150°로 나타났으며(도 6c 참조), △x=0.033, △y=0.032로서, 즉, 광추출효율은 (a) 타입의 경우보다 우수하고 지향각도 (a) 타입보다 작으면서도, 색편차 값은 (a) 타입보다 줄어들었다. 즉, 본 발명에 따를 때, (a) 및 (b) 타입의 장점만을 살린 패키지를 구현하는 것이 가능하게 된다.
한편, 상기 몰딩부(110, 210, 310)는 광 투과성 수지로서, 에폭시 또는 실리콘과 같은 물질로 형성될 수 있으며, LED 칩(100, 200, 300) 상부에 디스펜싱하고 경화시켜 형성하거나, 돔 형상의 금형을 이용하여 형성할 수도 있다. 다만, 본 발명이 특정 몰딩 수지의 종류 및 그 형성방법으로 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 몰딩부(110, 210, 310) 내부에는 광특성을 조절하여 주는 첨가제로서 확산제 등을 포함할 수 있으며, 비제한적으로, 예를들어, 상기 LED 칩(100, 200)이 블루 LED 칩인 경우 YAG 등 황색 계통의 형광체층(600a)을 몰딩부(110, 210)의 표면상에 형성시킬 수도 있다(도 5의 (b) 참조).
또한, 도시한 바와 같이(도 4 참조), 각 몰딩부(110, 210)는 단지 하나의 LED 칩(100, 200)만을 봉지하도록 구성하고, 몰딩부(310)는 복수개의 LED 칩(300)을 한꺼번에 봉지하도록 할 수도 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 몰딩부(110, 210, 310) 내부에 배치되는 LED 칩들의 개수는 실시예에 따라 다양하게 조절될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 COB형 LED 패키지를 설명하기 위한 상부 평면도이다. LED 칩들의 어레이가 동심원상의 배열을 이루고 있는 도 4의 실시예와 달리, 본 실시예에 따른 COB형 LED 패키지는 LED 칩들의 어레이가 사각형의 대칭배열을 이루고 있다. 설명의 간략화를 위하여, 중복되는 부분의 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따른 COB형 LED 패키지는 복수의 LED 칩(100, 200)과, 복수의 상이한 곡률을 갖는 몰딩부(120, 220) 및 하부 기판(500)을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 도면에 도시된 LED 칩들의 특정 개수 내지 배치 방식 등으로 한정되는 것은 아님을 알아야 한다.
여기서, 상기 복수의 LED 칩들(100, 200)은 COB형 LED 패키지 방식으로 하부 기판(500) 상에 실장되며, 하부 기판(500)은 일반 인쇄 회로 기판일 수도 있으며, MCPCB일 수도 있다.
한편, 복수의 LED 칩들(100, 200)은 하부 기판(500) 상에서 사각형의 대칭배열을 이룰 수 있다. 구체적으로, LED 칩(100)들이 중앙에서 사각형 배열을 이루고(도 7에서 점선 안쪽에 배열된 칩들), 상기 LED 칩(100)들을 둘러싸며 최외곽에 LED 칩(200)들이 사각형의 띠 형상으로 배치될 수 있다. 즉, LED 칩(100, 200)들에 의한 전체 LED 어레이의 형상은 대각선을 기준으로 하여 서로 대칭인 사각형의 형상을 취할 수 있다. 다만, 도면에서는 전체 LED 어레이가 정사각형의 배열을 취하는 것으로 도시하였으나, 장변과 단변의 길이가 상이한 직사각형의 배열을 취하는 것도 가능하다. 또한, 실시예에 따라서는, COB형 LED 패키지내의 LED 칩들의 어레이가 대칭배열을 이루고 있다면, 도면과 같은 사각형의 배열 방식 이외에도 육각형, 팔각형 등을 포함하는 다각형 형상으로 다양하게 변경할 수 있으며, 최외곽부를 포함하는 주변부에 위치한 LED 칩들이 그 내부에 배열된 LED 칩들과 곡률 반경이 상이한 몰딩부를 갖고 있는 경우라면 본 발명의 범위 내에 있다.
또한, 도시를 생략하였으나, 도 4에서와 유사한 방식으로, LED 칩(100)들과 LED 칩(200)들 사이의 공간에 LED 칩(100)들을 둘러싸며 LED 칩(300)들이 사각형으로 배치될 수도 있다. LED 칩(300)의 배열을 포함하는 경우, LED 칩(100)들과 LED 칩(200) 사이의 간격은 늘어나게 된다.
또한, LED 칩(100, 200)은 예를들어, 컨포멀 코팅 방식에 의해 형성된 황색계열(YAG)의 형광체층을 포함하여 전체적으로 백색광을 방출하는 블루 LED 칩으로서, 상기 형광체층은 상기 블루 LED 칩의 상부 및/또는 그 측면 상에 형성될 수 있다.
반면, 추가적인 LED 칩(300)은 적색계열의 광을 출사시키는 레드 LED 칩을 사용하거나, 이와 달리, 적색 계열의 형광체층이 칩의 상면과 측면에 형성된 블루 LED 칩을 사용할 수 있다.
본 실시예에 따를 때, 상기 LED 칩(100, 200)으로부터 출사된 백색광과 LED 칩(300)으로부터 출사된 적색광의 혼합에 의해, COB형 LED 패키지 전체로부터 발생되는 광의 연색지수가 향상될 수 있다. 한편, 실시예에 따라, 적색 계열이 아닌 다른 파장의 광을 출사시키는 LED 칩을 LED 칩(300) 대신 패키지 내에 추가로 포함시킬 수도 있는데, 이렇게 함으로써, 패키지 전체로부터 출사되는 빛의 색온도를 사용자의 요구에 맞게 조절할 수도 있다.
또한, LED 칩(100, 200)들은 각각 돔 형상의 몰딩부(120, 220)에 의해 각각 봉지되어 외부 충격 및 습기 등으로부터 보호될 수 있으며, 상기 몰딩부(120, 220)의 곡률에 의하여 각 LED 칩(100, 200)으로부터 생성된 빛들의 광학적 성질을 변경시킬 수 있다.
구체적으로, 하부 기판(500)에 실장된 복수의 LED 칩들, 즉, 어레이 중 중심부에 가깝게 위치한 LED 칩(100)들의 몰딩부(120)와, 주변부에 위치한 LED 칩(200)들의 몰딩부(220)의 곡률은(또는 곡률 반지름은) 서로 상이하며, 몰딩부들(120, 220)의 곡률을 상이하게 조절함으로써, 패키지 전체의 광량, 지향각 및 색편차 현상이 달라질 수 있다. 바람직하게는, 주변부에 위치한 몰딩부(220)의 곡률이 중심부에 위치한 몰딩부(120)의 곡률보다 클 수 있으며(즉, 몰딩부(220)의 곡률 반지름 R2 < 몰딩부(120)의 곡률 반지름 R1), 이렇게 할 경우, 패키지 전체의 광량은 증가되고 및 지향각은 넓어지면서도, 종래와 달리, 색편차 현상은 감소시키는 것이 가능해 질 수 있다.
다만, 몰딩부(120)와 몰딩부(220)의 곡률 반지름의 차이가 너무 작다면 색편차 개선 효과는 감소될 수 있고, 몰딩부들(120, 220) 사이의 곡률 반지름의 차이가 너무 크다면 전체적으로 고른 광량의 출사를 기대하기 어려우므로, 여러 광학성질을 모두 고려하여 몰딩부들(120, 220) 사이의 곡률 반지름의 차이를 정하도록 한다.
또한, 도 7과 같은 배열에 더하여 LED 칩(300)들이 추가되는 경우, LED 칩(300)의 몰딩부(미도시)의 곡률 반지름은 몰딩부들(120, 220)의 곡률 반지름보다 크거나 이들 사이의 값을 갖도록 형성될 수 있다.
이상, 본 명세서 상에서 설명된 실시예들은 동심원 배열, 사각형 배열 등 특정 LED 어레이 형상을 갖는 COB형 LED 패키지를 예로 들어 설명하였으나, 패키지 내에 포함되는 복수의 LED칩(100, 200, 300)들은 특정 형상의 배열을 이루지 않고 랜덤하게 배치되는 것도 가능하다. 예를들어, 지그 재그형의 배열 또는 규칙성이 없는 배열도 가능하다. 다만, 이러한 경우라도, 본 발명에 따라 LED 어레이의 최외곽부에는 큰 곡률을 갖는 몰딩부들을 배치함으로써 LED 칩들로부터 발생된 광이 패키지 중앙부를 향하여 수렴하도록 하여야 색편차 현상을 개선하는 것이 가능하다. 따라서, COB형 LED 패키지 내부에 형광체층이 형성된 복수개의 발광 다이오드 칩이 실장되고, 실장된 발광 다이오드 칩들을 봉지하고 있는 몰딩부의 곡률을 차별화시켜, 패키지내의 최외곽부 발광 다이오드 칩들로부터 출사되는 광을 패키지의 중앙부로 수렴시켜 색편차를 개선하는 경우라면, 발광 다이오드 칩 및 이를 봉지하는 몰딩부의 배열은 본 발명의 범위 내에서 다양하게 변경이 가능하다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조명 장치는 COB형 LED 패키지를 채용한 광원모듈(2000), 광학부(1100), 히트싱크(1300), 및 소켓 베이스(1400)를 포함할 수 있다.
상기 히트싱크(1300)는 표면적을 증가시키기 위해 요철 패턴(1310)을 가질 수 있으며, 또한 광학부(1100)를 결합하기 위한 요철 패턴(1320)을 가질 수 있다. 또한, 상기 히트싱크(1300)는 광원모듈(2000)을 장착하기 위한 캐비티(1330)를 가질 수 있으며, 방열 하우징으로서 제공될 수 있다. 상기 요철 패턴(1310)은 도시한 바와 같이 히트싱크(1300)의 표면에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다수의 핀형으로 히트싱크(1300)의 하부에 형성될 수도 있다. 히트싱크(1300)는 방열 특성이 우수한 금속, 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성될 수 있다.
상기 히트싱크(1300)는 소켓 베이스(1400)와 광원모듈(2000)을 전기적으로 연결하기 위해 피복 전선(도시하지 않음)이 통과하는 관통홀들(미도시)을 가질 수 있다.
상기 광원모듈(2000)은 본 발명에 따른 COB형 LED 패키지(2100) 및 상기 COB형 LED 패키지(2100) 내의 복수의 발광 다이오드 칩(100, 200, 300)을 구동하기 위한 구동 집적회로 소자(2200)가 형성된 기판(2300)을 포함하며, 히트싱크(1300) 상에 열적으로 결합된다. 즉, 본 실시예에 따른 광원모듈(2000)의 기판(2300) 상에는 복수의 발광 다이오드 칩(100, 200, 300)을 구동시키는 주변 회로부가 IC 칩화되어 상기 구동 집적회로 소자(2200)로서 실장될 수 있다. 또한, 여기서, COB형 LED 패키지(2100) 내의 복수의 발광 다이오드 칩(100, 200, 300)들의 몰딩부의 곡률은 상이하게 조절되며, 중심부에 위치한 몰딩부의 곡률을 더 작게 할 수 있다. 또한, 광원모듈(2000)은 히트싱크(1300) 상에 직접 장착될 수 있으며, 이를 위해 상기 히트싱크(1300)는 광원모듈(2000)을 수용하기 위한 안착홈을 가질 수 있다. 예컨대, 광원모듈(2000)은 상기 히트싱크(1300)의 캐비티(1330)의 바닥면에 놓일 수 있으며, 상기 바닥면에 안착홈이 형성되어 광원모듈(2000)의 위치가 고정될 수 있다.
한편, 광학부(1100)가 상기 광원모듈(2000) 상에서 히트싱크(1300)에 고정된다. 광학부(1100)는 반사기(1110)와 상기 반사기(1110)를 히트싱크(1300)에 결합하기 위한 결합부(1120)을 포함할 수 있다. 결합부(1120)에는 히트싱크(1300)의 요철패턴(1320)에 대응하여 홈들(1125)이 마련될 수 있다.
상기 반사기(1110)는 광원모듈(2000)의 상부에 배치되며, COB형 LED 패키지(2210)에서 방출된 광을 조명 장치의 외부로 반사시키고 광원모듈(2000)로부터 출사되는 광의 지향각을 좁힐 수 있다. 실시예에 따라서, 상기 반사기(1110) 대신에 또는 그에 더하여 광학 렌즈가 결합될 수도 있다.
다만, 본 발명에 따를 때, 광원모듈(2000)을 구성하는 COB형 LED 패키지(2210)의 발광 다이오드 칩(100,200,300)들의 몰딩부의 곡률이 상이하게 조정됨으로써, 광원모듈(2000)로부터 발생되는 광의 지향각이 조절될 수 있기 때문에 상기 반사기(1110)는 생략될 수도 있다. 이렇게 하는 경우, 별도의 지향각 조절용 2차 광학계를 사용할 필요가 없어져, 조명장치의 제조 비용이 절감되고 제조 공정이 단순화될 수 있다.
한편, 소켓 베이스(1400)는 히트싱크(1300)의 하부에 결합된다. 상기 소켓 베이스(1400)는 실리더 형태의 몸체(1410), 히트싱크(1300)에 끼워맞춤하기 위한 결합부(1430) 및 소켓 단자들(1420)을 가질 수 있다. 소켓 베이스(1400)는 사용 용도에 따라 GU10 베이스, GZ10 베이스 등 다양하게 선택될 수 있다. 상기 소켓 베이스는 예를들어, 두개의 소켓 단자(1420)를 포함할 수 있으며, 이들 소켓 단자(1420)는 피복 전선(미도시) 등에 의해 광원모듈(2000)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이상, 본 실시예에 따른 조명 장치는 광원모듈(2000)로서, 복수의 발광 다이오드 칩들의 몰딩부의 곡률을 차별화함으로써, 광추출 효율을 증가시킬 수 있고 색편차 현상을 줄일 수 있으며, 지향각 조절을 위한 별도의 2차 광학계를 구비할 필요가 없어진다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등물로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1, 100, 200, 300: LED 칩 20, 110, 210, 310: 몰딩부
500: 하부 기판

Claims (13)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 실장되는 복수의 발광 다이오드 칩; 및
    상기 복수의 발광 다이오드 칩 각각을 봉지하고, 서로 다른 곡률을 갖는 복수의 몰딩부를 포함하되,
    상기 복수의 몰딩부는 상기 기판의 중앙부에 배치된 복수의 제1 몰딩부 및 상기 복수의 제1 몰딩부의 외측을 둘러싸도록 상기 복수의 제1 몰딩부의 주변에 배치된 복수의 제2 몰딩부를 포함하며,
    상기 제2 몰딩부는 상기 제1 몰딩부보다 큰 곡률을 갖는 발광 패키지.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 주변에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률은 상기 중앙부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률보다 15~45% 더 큰 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 복수의 발광 다이오드 칩은 황색계열의 형광체층이 형성된 청색 발광 다이오드 칩(blue LED chip)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 발광 패키지는 적색광을 출사시키는 복수의 발광 다이오드 칩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 적색광을 출사시키는 복수의 발광 다이오드 칩은 적색 발광 다이오드 칩(red LED chip) 또는 적색계열의 형광체층이 형성된 청색 발광 다이오드 칩(blue LED chip)을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 적색 발광 다이오드 칩 중 일부는 백색광을 출사시키는 청색 발광 다이오드 칩의 배열들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 적색 발광 다이오드 칩의 몰딩부는 적어도 하나 이상의 적색 발광 다이오드 칩을 동시에 봉지하는 것을 특징으로 하는 발광 패키지.
  9. 광원 모듈; 및
    상기 광원 모듈과 열적으로 결합된 히트싱크를 포함하며,
    상기 광원 모듈은,
    기판에 실장된 복수의 발광 다이오드 칩; 및
    상기 복수의 발광 다이오드 칩 각각을 봉지하고, 서로 다른 곡률을 갖는 복수의 몰딩부를 포함하되,
    상기 복수의 몰딩부는 상기 기판의 중앙부에 배치된 복수의 제1 몰딩부 및 상기 복수의 제1 몰딩부의 외측을 둘러싸도록 상기 복수의 제1 몰딩부의 주변에 배치된 복수의 제2 몰딩부를 포함하며,
    상기 제2 몰딩부는 상기 제1 몰딩부보다 큰 곡률을 갖는 조명장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 복수의 발광 다이오드 칩은 황색계열의 형광체층이 형성된 청색 발광 다이오드 칩(blue LED chip)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 조명장치는 적색광을 출사시키는 복수의 발광 다이오드 칩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조명장치.
  12. 삭제
  13. 청구항 9에 있어서, 상기 주변에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률은 상기 중앙부에 배치된 발광 다이오드 칩의 몰딩부의 곡률보다 15~45% 더 큰 것을 특징으로 하는 조명장치.
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JP2001332770A (ja) 2000-05-23 2001-11-30 Koha Co Ltd Ｌｅｄチップの樹脂封止方法
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