KR20080065451A - Ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

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류근창
김용태
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Abstract

본 발명은 LED 패키지에 관한 것이며, 본 발명은, 실장 영역으로 제공되는 오목부를 구비하는 패키지 본체와, 상기 오목부의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체에 장착된 제1 및 제2 리드프레임과, 상기 제1 및 제2 리드프레임 각각에 전기적으로 접속되도록 상기 오목부의 저면에 실장된 LED 칩 및 투명수지와 형광체가 혼합되어 이루어지며, 상기 LED 칩을 둘러싸도록 상기 오목부 내에 형성된 봉지체를 포함하며, 상기 LED 칩의 상면으로부터 상기 봉지체의 상면까지의 거리는 상기 LED 칩의 높이의 1배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
본 발명에 따르면, 출광 방향에 따른 색편차가 감소되며 광추출효율이 향상된 LED 패키지를 얻을 수 있다.
LED 패키지(LED Package), 형광체, 코팅, 색균일, 색편차

Description

ＬＥＤ 패키지 {LED PACKAGE}
도1은 종래의 백색발광 LED 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도4는 도3의 실시 형태에 따른 LED 패키지와 종래 기술에 따른 LED 패키지의 광속효율을 비교하기 위한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호설명>
21,31: LED 칩 22,32: 패키지 본체
23a,33a: 제1 리드 프레임 23b,33b: 제2 리드 프레임
24,34: 봉지체 35: 렌즈
본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 출광 방향에 따른 색편차가 감소되며 광추출효율이 향상된 LED 패키지에 관한 것이다.
전자기기 산업이 발전함에 따라 소형이며 에너지 소비율이 적은 각종 표시장치들이 개발되고 있으며 이를 이용한 영상기기, 컴퓨터, 이동통신 단말기, 플래시 등과 같은 광장치가 개발되고 있는 추세이다.
일반적으로, 발광다이오드(Light Emitting Diode, 'LED')란 반도체에 전압을 가할 때 생기는 발광현상('전기장발광'이라고도 함)을 이용하여 빛을 발생시키는 발광소자이다. 상기 LED의 재료로는 발광파장이 가시 또는 근적외영역에 존재하고, 발광효율이 높으며, p-n 접합의 제작이 가능할 것 등의 조건을 만족시키는 재료들이 적합하다. 이러한 재료로는 질화갈륨(GaN), 비소화갈륨(GaAs), 인화갈륨(GaP), 갈륨-비소-인(GaAs1 - xPx), 갈륨-알류미늄-비소(Ga1 - xAlxAs), 인화인듐(InP), 인듐-갈륨-인(In1 - xGaxP) 등의 화합물 반도체들이 사용되고 있다.
LED는 종래의 광원에 비하여 소형이고, 수명이 길며, 전기 에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 에너지 효율이 높음과 동시에 낮은 동작전압을 갖는다는 장점이 있다. 따라서, 이러한 장점을 가진 LED가 LCD 백라이트 모듈의 광원으로서 사용되고 있다.
이러한 LED를 백색광원으로 사용하기 위해서는 LED에서 방출된 광의 파장을 변환하는 과정이 필요하며, 일반적으로 채용되는 기술은 청색 LED를 광원으로 사용하여 황색형광체를 여기 시킴으로써 백색을 구현하는 방법 또는 자외선 발광 LED를 광원으로 이용하여 삼원색 형광체를 여기시키는 방법을 들 수 있다.
도1은 종래의 백색발광 LED 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
도1에 따르면, 종래기술에 따른 LED 패키지(10)는 LED 칩(11), 패키지 본체(12), 제1 및 제2 리드 프레임(13a,13b), 와이어 및 패키지 본체의 오목부(16) 내에서 상기 LED 칩(11)을 덮도록 형성된 봉지체(15)를 구비하여 구성된다. 일반적으로 상기 봉지체(14)에는 백색광을 발광할 수 있도록 파장 변환용 형광체가 포함된다.
상기 봉지체(14)의 제조 공정과 관련하여, 상기 봉지체(14)는 상기 오목부(16) 내에 수지를 주입하여 형성되며, 이 경우, 주입 시간 차이 등으로 인해 종래 기술에 따른 LED 패키지(10)에서는 상기 봉지체(14)와 외부의 계면을 균일하게 형성하기가 어렵다.
이와 같이 상기 봉지체(14)와 외부의 계면이 불균일하게 되는 경우, 상기 LED 칩(11)에서 방출된 광(화살표로 도시)은 그 방출 방향에 따라 서로 간에 외부로 방출되기까지의 경로 차이가 크다. 따라서, 광의 방출 방향에 따라 형광체에 의해 파장이 변환되는 정도가 달라지며, 이에 따라, 외부에서 보는 방향에 따라 색편차 및 광추출효율 편차가 심화되는 문제가 있다.
따라서, LED 패키지에서 방출되는 광을 외부에서 바라보는 방향에 따라 색편차를 감소시킬 수 있는 방안이 요구된다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 출광 방향에 따른 색편차가 감소되며 광추출효율이 향상된 LED 패키지를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은,
실장 영역으로 제공되는 오목부를 구비하는 패키지 본체와, 상기 오목부의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체에 장착된 제1 및 제2 리드프레임과, 상기 제1 및 제2 리드프레임 각각에 전기적으로 접속되도록 상기 오목부의 저면에 실장된 LED 칩 및 투명수지와 형광체가 혼합되어 이루어지며, 상기 LED 칩을 둘러싸도록 상기 오목부 내에 형성된 봉지체를 포함하며, 상기 LED 칩의 상면으로부터 상기 봉지체의 상면까지의 거리는 상기 LED 칩의 높이의 1배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 LED 패키지를 제공한다.
이 경우, 상기 봉지체의 점도를 일정 수준 이상으로 유지시키기 위한 측면에서 상기 형광체는 상기 투명수지의 중량을 기준으로 30 ~ 300 wt% 에 해당하는 중량을 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 오목부의 저면의 폭은 상기 LED 칩의 폭의 1.5배 내지 3배일 수 있으며, 이에 따라, 상기 LED 칩의 측방으로 방출되는 광을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 봉지체의 높이는 상기 오목부의 깊이와 동일한 것이 바람직하다.
광추출효율을 향상시키기 위한 측면에서, 상기 오목부는, 상기 저면에 대하여 상부를 향해 경사진 내부 측벽을 갖는 것이 바람직하다.
바람직하게는 상기 오목부의 횡단면은 원형 또는 사각형인 것일 수 있다.
한편, 상기 형광체는 상기 LED 칩에서 방출된 광을 흡수하여 백색광을 방출할 수 있도록 서로 다른 파장 광을 방출하는 복수 종의 물질로 이루어진 것이 바람직하다.
마지막으로, 발광효율의 향상을 위해 상기 패키지 본체 상부에서 상기 오목부를 덮도록 형성된 렌즈를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 보다 상세하게 설명한다.
도2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 단면도이다.
본 실시 형태에 따른 LED 패키지(20)는 LED 칩(21), 패키지 본체(22), 제1 및 제2 리드 프레임(23a,23b), 상기 패키지 본체(22)의 오목부 내에 형성된 봉지체(24)를 포함하는 구조이다.
상기 LED 칩(21)은 제1 및 제2 전극을 구비하며, 상기 제1 및 제2 전극은 와이어(W)에 의해 각각 제1 및 제2 리드 프레임(23a,23b)에 연결된다. 또한, 상기 제1 및 제2 리드 프레임(23a,23b)은 길이방향으로 패키지 본체(32)의 외부에 연장되어 외부 단자를 형성한다.
상기 패키지 본체(22)는 통상 고반사율 수지를 성형하여 이루어진 것으로, 제1 및 제2 리드 프레임(23a,23b)이 장착된다. 또한, 상기 패키지 본체(22)에는 상기 LED 칩(21)을 실장하기 위한 오목부와 그 둘레의 측벽이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서, 광추출효율을 향상시키기 위해 상기 오목부는, 저면에 대하여 상부를 향해 경사진 내부 측벽을 갖는 구조이며, 이는 상기 LED 칩(21)에서 방출된 빛을 상부 방향으로 안내하기 위함이다.
한편, 상기 오목부의 내부에는 투명 수지가 채워져 LED 칩(21)을 외부로부터 밀봉하기 위한 봉지체(24)가 형성되며, 상기 봉지체(24)는 투명수지와 LED 칩(21)에서 발생하는 청색광 또는 자외광 등을 백색광으로 변환시킬 수 있는 형광체가 혼합되어 이루어진다. 이 경우, 상기 형광체는 상기 LED(21) 칩에서 방출된 광을 흡수하여 백색광을 방출할 수 있도록 서로 다른 파장 광을 방출하는 복수 종의 물질로 이루어질 수 있다.
본 실시 형태에서 상기 봉지체(24)에 포함된 형광체는 상기 투명수지의 중량을 기준으로 30 ~ 300 wt% 에 해당하는 중량을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 상기 봉지체(24)에 포함된 형광체의 함량이 높으면 점도가 증가하게 되며, 상기 LED 칩(21) 상에 얇게 코팅된 효과를 볼 수 있어 외부에서 보는 방향에 따른 색편차를 감소시키는데 기여할 수 있다.
또한, 점도가 증가함에 따라 상기 LED 칩(21)의 측부에 가라앉는 형광체의 비율을 줄일 수 있다. 플립칩 등의 구조와 달리 Thin GaN LED의 경우, 상부 방향으로 나가는 광이 전체 광량의 약 97% 정도로서, 높은 점도에 의해 형광체 LED 칩의 상부에 집중시킬 수 있으므로, 색변환효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에서 상기 봉지체(24)의 크기와 관련하여, 도2에 도시된 바와 같이, 상기 봉지체(24)의 높이는 상기 오목부의 깊이와 동일한 것이 공정의 효율성 측면에서 바람직하다. 이 경우, 상기 LED 칩(21)의 상면으로부터 상기 봉지체(24)의 상면까지의 거리(h2)는 상기 LED 칩의 높이(h1)의 1배 내지 5배 정도로서 패키지 본체(22)의 오목부 구조에 의해 상기 봉지체(24)가 상기 LED 칩(21)을 얇게 코팅한 형태가 되도록 할 수 있다. 이에 따라, 상술한 바와 같이 LED 칩의 방출되는 광이 대부분 상부 방향으로 나가는 경우에는 상기 봉지체(24)의 코팅 두께가 얇아짐으로써 광추출효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 오목부의 저면의 폭(W2)은 상기 LED 칩의 폭(W1)의 1.5배 내지 3배가 되는 것이 바람직하며, 이에 따라, 상기 LED 칩(21)의 측방으로 방출되어 손실되는 광을 최소화할 수 있다.
한편, 도2에 도시되지는 않았으나 상기 오목부의 횡단면은 원형 또는 사각형으로 형성될 수 있다.
도3은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 LED 패키지를 설명하기 위한 단면도이다. 본 실시 형태에 따른 LED 패키지(30)은 도2에서 설명한 실시 형태와 마찬가지로 LED 칩(31), 패키지 본체(32), 제1 및 제2 리드 프레임(33a,33b), 패키지 본체에 형성된 오목부를 채우는 봉지체(34)를 포함하며, 여기에 상기 패키지 본체 상부 에 형성된 렌즈(35)를 더 포함하는 구조이다.
다른 구성요소는 도2에서 설명한 바와 같으며, 상기 렌즈(35)는 상기 본체 상부에서 상기 오목부를 덮도록 형성되어 상기 LED 칩(31)에서 발생된 광이 일정한 지향각 내로 출사되도록 굴절시켜 광추출효율을 향상시키는 기능을 한다. 이 경우, 상기 렌즈(35)는 반구면 형상으로서 플라스틱, 유리 등의 투명 소재로 이루어질 수 있다.
도4는 도3의 실시 형태에 따른 LED 패키지와 종래 기술에 따른 LED 패키지의 광속효율을 비교하기 위한 그래프이다.
도4를 참조하면, 실시예로 표현된 도3의 실시 형태 LED 패키지는 색온도(CCT, Correlated Color Temperature)가 5900 ~ 6200K 로 측정되어 광속효율이 72lm/W 가 되었다. 이와 비교하여, 비교예로 표현된 도1의 실시 형태(상부에 렌즈 추가 결합된 구조임)에 따른 LED 패키지는 색온도가 6000 ~ 6200K 로 측정되어 광속효율이 60lm/W 가 되었다. 즉, 도3의 실시 형태와 같은 구조를 갖는 경우, 높은 광속효율을 갖는 것을 볼 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 출광 방향에 따른 색편차가 감소되며 광추출효율이 향상된 LED 패키지를 얻을 수 있다.

Claims (8)

  1. 실장 영역으로 제공되는 오목부를 구비하는 패키지 본체;
    상기 오목부의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체에 장착된 제1 및 제2 리드프레임;
    상기 제1 및 제2 리드프레임 각각에 전기적으로 접속되도록 상기 오목부의 저면에 실장된 LED 칩; 및
    투명수지와 형광체가 혼합되어 이루어지며, 상기 LED 칩을 둘러싸도록 상기 오목부 내에 형성된 봉지체;를 포함하며,
    상기 LED 칩의 상면으로부터 상기 봉지체의 상면까지의 거리는 상기 LED 칩의 높이의 1배 내지 5배인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형광체는 상기 투명수지의 중량을 기준으로 30 ~ 300 wt% 에 해당하는 중량을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 저면의 폭은 상기 LED 칩의 폭의 1.5배 내지 3배인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 봉지체의 높이는 상기 오목부의 깊이와 동일한 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오목부는, 상기 저면에 대하여 상부를 향해 경사진 내부 측벽을 갖는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 오목부의 횡단면은 원형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 형광체는 상기 LED 칩에서 방출된 광을 흡수하여 백색광을 방출할 수 있도록 서로 다른 파장 광을 방출하는 복수 종의 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 본체 상부에서 상기 오목부를 덮도록 형성된 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 패키지.
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