KR20080088218A - 색 편차를 줄인 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

색 편차를 줄인 발광 다이오드 패키지 Download PDF

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Abstract

발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩, 옆면이 경사지고 바닥면은 대체적으로 평평하지만 상기 바닥면의 일부에 상기 발광 다이오드 칩을 얹을 수 있도록 단이 형성된 오목부를 가지는 실장부, 그리고 상기 발광 다이오드 칩이 몰입되도록 상기 실장부의 오목부에 충진되며 미세한 분말 상의 형광입자들을 갖는 봉지재를 포함한다. 발광 다이오드의 윗면, 및 옆면에 비교적 균일한 두께로 형광입자 층이 형성되기 때문에, 조사(照射) 방향에 따라 빛의 색이 달라지는 현상을 줄일 수 있다.

Description

색 편차를 줄인 발광 다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE WITH REDUCED CHROMATIC DEVIATION}
도 1은 종래의 발광 다이오드 패키지의 발광부의 구조 및 방출되는 광선의 경로를 예시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 개략적인 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110, 210, 310 : 발광 다이오드 칩
120, 220 : 실장부
221 : 단
130, 230, 330 : 봉지재
131, 231 : 형광입자
132, 232 : 밀집층
140, 240, 340 : 본딩 와이어
320, 350 : 제1 및 제2 리드 전극
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 램프형 백색광 발광 다이오드 패키지에 관한 것이다.
발광 다이오드는 초기에는 녹색, 적색 등 비교적 긴 파장의 빛을 방출하는데 그쳤으나, 기술의 급격한 발전에 따라 최근에는 청색이나 심지어 근자외선에 해당하는 짧은 파장 대역의 빛을 안정적으로 방출할 수 있는 발광 다이오드가 개발되었거나 개발되고 있다. 청색광 발광 다이오드는 이로써 다른 단색광 발광 다이오드와 함께 천연색을 표현할 수 있기도 하지만, 근자외선 발광 다이오드와 마찬가지로, 방출된 청색광 또는 근자외선광을 다양한 파장의 빛으로 변환할 수 있는 형광물질층에 통과시킴으로써 백색광을 구현할 수 있다는 점에서 각광받고 있다.
한편, 백색광 발광 다이오드는 발광 효율이 높아지는 반면 전력 소모는 줄어드는 추세로 기술 개발이 이뤄지고 있는데, 형광등을 대체할 수 있을 정도의 밝기와 소모 전력, 수명, 신뢰성을 가지는 발광 다이오드가 가능한 것으로 알려져 있다.
도 1은 종래의 발광 다이오드 패키지에서 발광 다이오드 칩을 중심으로 한 일부분을 상기 발광 다이오드 칩에서 방출되는 광선의 경로와 함께 예시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(100)는 발광 다이오드 칩(110)과, 옆면이 경사지고 바닥면은 평평한 컵(cup) 모양의 오목부(recess)를 가지며 상기 오목부의 바닥면 상에 상기 발광 다이오드 칩(110)을 얹을 수 있는 실장부(120), 상기 발광 다이오드 칩(110)을 둘러싸서 보호하고 미세한 분말 상의 형광입자(131)를 포함한 상태로 상기 실장부(120)의 오목부에 충진되는 수지 재질의 봉지재(130) 및 상기 발광 다이오드 칩의 한 전극층과 외부의 리드 전극(미도시)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(140)를 포함한다.
상기 발광 다이오드 칩(110)은 하나의 본딩 와이어만 필요로 하는 수직형 발광 다이오드의 구조를 갖는다. 상기 실장부(120)는 전기 전도성인 리드 프레임의 일부로서, 상기 실장부(120)의 오목부 바닥면과 경사면은 은(Ag)으로 코팅되어 있거나 하여 상기 발광 다이오드 칩(110)에서 방출되는 빛을 대부분 반사시킬 수 있다.
상기 봉지재(130)는 액체 상태로 상기 실장부(120)의 오목부에 주입되며 시간이 경과하면 일정한 형상으로 경화된다. 이때, 분말 상태의 형광입자(131)들은 액체 상태의 봉지재(130)에 미리 혼합된다.
상기 발광 다이오드 칩(110)에서 방출된 청색광은 형광입자(131)를 만나지 않고 외부로 출력되기도 하지만, 형광입자(131)를 만나면 더 긴 파장의 빛, 예를 들어 황색광으로 바뀌어 외부로 출력된다. 따라서 외부에서는 청색광과 황색광, 녹색광 등이 골고루 섞인 백색광으로 보일 수 있다.
상기 형광입자(131)들은 봉지재(130)가 액체 상태의 수지일 때에 수지 내에 균일하게 혼합되지만, 봉지재(130)가 경화되는 동안 그러한 균일한 상태는 유지되 기 어렵다. 실제로는, 상기 형광입자(131)들이 상기 봉지재(130)가 경화되는 동안 조금씩 가라앉기 때문에, 상기 오목부 옆면 아래쪽과 바닥, 그리고 상기 발광 다이오드 칩(110) 위에 상기 형광입자(131)들의 밀도가 높은 밀집층(132)이 형성된다. 상기 밀집층(132)은 오목부의 바닥 중에서 발광 다이오드 칩(110)의 주변에서 상대적으로 두껍게 형성된다.
이렇게 형광입자들의 밀집층(132)이 있는 상태에서는, 상기 발광 다이오드 칩(110)으로부터 방출된 빛은 일부 지향 방향 내에서는 백색광으로 인식되지 않을 수 있다.
예를 들어, 광선 경로에 따른 빛의 색을 고려해보면, 먼저 광선 경로(a1, a2)는 상기 발광 다이오드 칩(110)의 윗면에 형성된 밀집층(132)을 거친다. 이 광선 경로를 거친 빛은 형광입자들과 반응하여 황색광 등으로 변환된 빛과 청색광인 빛이 적당히 섞여 있어 백색광으로 보일 수 있다.
반면, 광선 경로(a3, a4)는 상기 발광 다이오드 칩(110)의 주변, 오목부의 밑면 위에 형성된 밀집층(132)을 거친다. 상기 광선 경로(a3, a4)에서 빛이 통과하는 밀집층(132)의 두께는 상기 광선 경로(a1, a2)의 경우에 비해 상당히 크기 때문에, 상기 발광 다이오드 칩(110)에서 방출된 빛이 상기 광선 경로(a3, a4)를 통과하는 동안 형광입자(131)와 반응할 확률도 상기 광선 경로(a1, a2)의 경우에 비해 크다. 따라서, 이러한 경로를 거쳐 나오는 빛은 청색광보다 황색광 등이 더 많을 것이고 결과적으로 황색을 띈 것으로 보일 수 있다.
즉, 광선 경로(a1, a2)를 거친 빛과 광선 경로(a3, a4)를 거친 빛은 형광입 자들과 반응할 확률이 서로 다르고, 결과적으로 외부에서 인식되는 빛의 색이 관찰 방향에 따라 다른 것으로 인식될 수 있다. 특히, 조명용으로 사용될 때 조사되는 위치에 따라 빛의 색과 밝기가 달라 보이는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 조사(照射) 방향에 따른 빛의 색 편차를 줄일 수 있는 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩, 옆면이 경사지고 바닥면은 대체적으로 평평하지만 상기 바닥면의 일부에 상기 발광 다이오드 칩을 얹을 수 있도록 단이 형성된 오목부를 가지는 실장부, 그리고 상기 발광 다이오드 칩이 몰입되도록 상기 실장부의 오목부에 충진되며 미세한 분말 상의 형광입자들을 갖는 봉지재를 포함한다.
실시예에 따라, 상기 실장부는 상기 단의 면적이 상기 발광 다이오드 칩의 밑면 면적보다 넓을 수 있다.
실시예에 따라, 상기 발광 다이오드 칩은 제1 및 제2 전극층과, 상기 제1 및 제2 전극층 사이에 형성된 활성층을 포함하고, 상기 실장부는 전기 전도성을 가지며 제2 전극층과 전기적으로 연결되며, 상기 발광 다이오드 패키지는 상기 제1 전극층을 외부의 리드 전극과 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예에서는 상기 발광 다이오드 칩은 제1 및 제2 전극층과, 상기 제1 및 제2 전극층 사이에 형성된 활성층을 포함하고, 상기 실장부는 전기 절연성을 가 지며, 상기 발광 다이오드 패키지는, 상기 제1 전극층을 외부의 제1 리드 전극과 전기적으로 연결하는 제1 본딩 와이어, 그리고 상기 제2 전극층을 외부의 제2 리드 전극과 전기적을 연결하는 제2 본딩 와이어를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 실장부는 오목부의 옆면, 바닥면의 일부 또는 전부가 빛을 반사시킬 수 있도록 형성되고, 또는, 상기 발광 다이오드 칩의 밑면 및 상기 실장부의 단의 윗면 사이에 접착층, 반사층 중 어느 한 층 또는 모두를 더 포함할 수 있다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(200)는 발광 다이오드 칩(210)과, 옆면이 경사지고 바닥면은 대체적으로 평평한 컵 모양의 오목부와 상기 오목부의 바닥면에 소정의 크기와 높이로 형성된 단(221)을 가지며 상기 단(221) 위에 상기 발광 다이오드 칩(210)을 얹을 수 있는 실장부(220), 상기 발광 다이오드 칩(210)을 둘러싸서 보호하고 미세한 분말 상의 형광입자(231)를 포함한 상태로 상기 실장부(220)의 오목부에 충진되는 수지 재질의 봉지재(230) 및 상기 발광 다이오드 칩의 한 전극층과 외부의 리드 전극(미도시)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(240)를 포함한다.
상기 실장부(220)는 전기 전도성으로서, 상기 실장부(220)의 오목부 바닥면과 경사면은 은(Ag)으로 코팅되어 있거나 하여 상기 발광 다이오드 칩(210)에서 방출되는 빛을 대부분 반사시킬 수 있다. 상기 실장부(220)와 상기 발광 다이오드 칩(210) 사이에는 접착층(미도시), 반사층(미도시) 중 어느 한 층 또는 모두가 더 개재될 수 있다.
상기 봉지재(230)는 분말 상태의 형광입자(231)들이 균일하게 혼합된 액체 상태로 상기 실장부(220)의 오목부에 주입되며, 시간이 경과하면 일정한 형상으로 경화된다. 이때, 처음에는 균일하게 혼합되어 있던 상기 형광입자(231)들은 봉지재(230)가 경화되는 동안 조금씩 가라앉는다. 이에 따라 상기 오목부 옆면 아래쪽과 바닥, 그리고 상기 단(221) 위에 놓인 상기 발광 다이오드 칩(210) 위에 상기 형광입자(231)들의 밀도가 높은 밀집층(232)이 형성된다. 도 2에서 상기 봉지재(230) 내의 형광입자(231)들은 정확한 분포를 나타낸 것은 아니며, 설명의 편의를 위해 과장된 것일 수 있다.
상기 밀집층(232)은 오목부의 바닥 중에서 발광 다이오드 칩(210)의 주변에서는 여전히 상대적으로 두껍게 형성되지만, 상기 단(221)과 그 위의 상기 발광 다이오드 칩(210) 윗면 및 옆면에서는 비교적 균일한 두께로 형성된다. 상기 단(221)이 상기 발광 다이오드 칩(210)의 밑면 면적보다 상대적으로 넓게 형성될 경우에는 상기 발광 다이오드 칩(210)의 주변에서 밀집층(232)의 두께가 더 균일하게 형성될 수 있다.
상기 발광 다이오드 칩(210)은 하나의 본딩 와이어(240)만 필요로 하는 수직형 발광 다이오드의 구조로 예시되어 있으나, 실시예에 따라 두 개의 본딩 와이어를 가지는 수평형(lateral type) 발광 다이오드일 수도 있다. 이 경우, 상기 실장부(220)는 반드시 전기 전도성일 필요는 없다.
상기 발광 다이오드 패키지는 램프(Lamp)형의 발광 다이오드 패키지의 경우를 예시한 것이나, 형광물질을 포함한 봉지재를 도포하는 방법을 이용하는 발광 다 이오드 패키지라면 모두 적용할 수 있다.
도 2를 참조하여 광선 경로를 살펴보면 다음과 같다. 먼저 광선 경로(b1, b2)는 상기 발광 다이오드 칩(210)의 윗면에 형성된 밀집층(232)을 거친다. 광선 경로(b3, b4)는 상기 발광 다이오드 칩(210)의 옆면에 형성된 밀집층(232)을 거친다. 상기 광선 경로(b1, b2)에서 빛이 통과하는 밀집층(232)의 두께는 상기 광선 경로(b3, b4)의 경우와 거의 같다. 따라서, 상기 발광 다이오드 칩(210)에서 방출된 빛이 형광입자(231)과 반응할 확률도 상기 광선 경로(b1, b2)의 경우와 광선 경로(b3, b4)의 경우가 거의 비슷하다.
즉, 광선 경로(b1, b2)를 거친 빛과 광선 경로(b3, b4)를 거친 빛은 형광입자들과 반응할 확률이 거의 같고, 결과적으로 외부에서 보았을 때 빛의 색이 관찰 방향에 상관없이 거의 차이가 없다.
이렇게 발광 다이오드 칩 주변에 형광입자의 밀집층이 균일하게 형성됨으로써 형광입자에 의해 변환되는 빛의 파장이 가시광선 대역에 균일하게 분포하게 되며, 빛의 조사 방향에 무관하게 시각적으로 균일한 색의 빛을 얻을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(300)는 수직형 발광 다이오드로서, 발광 다이오드 칩(310), 제1 리드 전극(320), 봉지재(330), 본딩 와이어(340), 제2 리드 전극(350) 및 밀봉 수지(360)를 포함한다.
상기 제1 리드 전극(320)은 컵 모양의 오목부를 가지는데, 상기 오목부는 옆 면이 경사지고 바닥면은 대체적으로 평평하며, 상기 오목부의 바닥면에 소정의 크기와 높이로 단(321)이 형성되어 있다. 상기 단(321) 위에 상기 발광 다이오드 칩(310)을 얹을 수 있다. 본딩 와이어(340)는 상기 발광 다이오드 칩(310)과 제2 리드 전극(350)을 전기적으로 연결할 수 있다. 상기 밀봉 수지(360)는 상기 발광 다이오드 칩(310)과 제1 및 제2 리드 전극(320, 350) 등을 모두 포함하도록 형성되며, 다른 구성요소들을 충격이나 습기 등으로부터 보호함과 동시에 적당한 광학적 특성을 제공할 수 있다.
도 3에서는 수직형 발광 다이오드를 예로 들어 설명하였지만, 본 발명의 사상은 수평형 발광 다이오드에도 매우 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지는 발광 다이오드 칩의 윗면, 및 옆면에 비교적 균일한 두께로 형광입자 층이 형성되기 때문에, 조사(照射) 방향에 따라 빛의 색이 달라지는 현상을 줄일 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. 발광 다이오드 칩;
    옆면이 경사지고 바닥면은 대체적으로 평평하지만 상기 바닥면의 일부에 상기 발광 다이오드 칩을 얹을 수 있도록 단이 형성된 오목부를 가지는 실장부; 및
    상기 발광 다이오드 칩이 몰입되도록 상기 실장부의 오목부에 충진되며 미세한 분말 상의 형광입자들을 갖는 봉지재를 포함하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 실장부는 상기 단의 윗면 면적이 상기 발광 다이오드 칩의 밑면 면적보다 넓은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 제1 및 제2 전극층과, 상기 제1 및 제2 전극층 사이에 형성된 활성층을 포함하고, 상기 실장부는 전기 전도성을 가지며 제2 전극층과 전기적으로 연결되며,
    상기 발광 다이오드 패키지는 상기 제1 전극층을 외부의 리드 전극과 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 제1 및 제2 전극층과, 상기 제1 및 제2 전극층 사이에 형성된 활성층을 포함하고, 상기 실장부는 전기 절연성을 가지며,
    상기 발광 다이오드 패키지는,
    상기 제1 전극층을 외부의 제1 리드 전극과 전기적으로 연결하는 제1 본딩 와이어; 및
    상기 제2 전극층을 외부의 제2 리드 전극과 전기적을 연결하는 제2 본딩 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 실장부는 오목부의 옆면, 바닥면의 일부 또는 전부가 빛을 반사시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 발광 다이오드 칩의 밑면 및 상기 실장부의 단의 윗면 사이에 접착층, 반사층 중 어느 한 층 또는 모두를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
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