KR20090030130A - 발광 다이오드 패키지 - Google Patents

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KR20090030130A
KR20090030130A KR1020070095475A KR20070095475A KR20090030130A KR 20090030130 A KR20090030130 A KR 20090030130A KR 1020070095475 A KR1020070095475 A KR 1020070095475A KR 20070095475 A KR20070095475 A KR 20070095475A KR 20090030130 A KR20090030130 A KR 20090030130A
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led chip
molding
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light emitting
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인치억
김동수
최화경
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알티전자 주식회사
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Abstract

개시된 발광 다이오드 패키지는 일면에 LED 칩이 실장되는 히트 싱크를 전극 형성과 함께 스탬핑 공정을 거친 후, 딥 다운셋 공정에 의해 형성하여 히트 싱크의 타면이 외부로 노출되도록 함으로써, 방열 경로를 단축시킬 수 있다. 또한, 수용 공간을 형성하는 하우징의 내벽에 단턱을 형성함으로써, 2층 구조를 마련할 수 있으며, 단턱의 모서리 부분이 상부로 돌출되도록 돌출부를 형성함으로써, 1층의 수용 공간에 채워지는 몰딩부의 영역을 한정하고, 몰딩부를 돔 형태로 형성할 수 있어 빛의 색감 조정이 용이할 수 있다.
발광 다이오드 패키지, 몰딩부, 히트 싱크

Description

발광 다이오드 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 발광 다이오드 패키지에 관한 것으로서, 특히 몰딩부의 돔 형태 형성을 위한 하우징에 관한 것이다.
정보통신의 발달과 더불어 화합물 반도체 기술의 발전은 새로운 빛의 혁명을 예고하고 있다.
LED(light emitting diode)로 잘 알려진 발광 다이오드는 전자 제품에서 문자나 숫자 등을 표시하기 위한 것으로, 반도체의 p-n 접합부에 전류가 흐르면 빛을 내는 금속간 화합물 접합 다이오드를 말한다.
도 1은 종래 일반적인 발광 다이오드 패키지를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(10)는 LED 칩(chip;11)이 실장된 리드 프레임(lead frame;12)과, 하우징(housing;13) 및 몰딩부(molding;14)를 포함할 수 있다.
상기 리드 프레임(12)은 전극 및 방열 경로로 기능할 수 있으며, 상기 LED 칩(11)에 접속되어 LED 칩(11)에 전압을 인가하고, LED 칩(11) 작동 시 발생하는 열을 외부로 방열한다.
즉, 상기 리드 프레임(12)은 인쇄회로기판과 같은 외부 기기(미도시)와 접속하기 위해 하우징(13) 측면으로 단부가 관통되는데, 상기 리드 프레임(12)의 단부는 LED 칩(11)에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 기능도 아울러 갖는다.
상기 하우징(13)은 발광 다이오드 패키지(10)의 외장재로서, 상부는 몰딩부(14)를 수용하기 위한 수용 공간이 형성되며, 상기 수용 공간을 형성하는 하우징(13) 상부의 내벽은 반사판(13a)으로 기능한다.
상기 몰딩부(14)는 상기 LED 칩(11)을 외부로부터 보호하고, 형광체가 함유되어 발광 다이오드 패키지(10)에서 발생되는 빛의 색감을 조절할 수 있다.
상기 몰딩부(14)는 2층 구조로 하우징(13)의 수용 공간에 채워질 수 있는데, 상기 LED 칩(11)과 접하는 1층의 몰딩부(14a)는 LED 칩(11)과 리드 프레임(12)을 접속시키는 전도성 와이어(wire;15)의 파손 등을 방지하기 위하여 겔(gel)과 같은 소프트(soft)한 물질이 사용되고, 1층 몰딩부(14a) 상에 채워지는 2층 몰딩부(14b)는 외부로부터 1층 몰딩부(14a)를 보호하기 위하여 하드(hard)한 물질이 사용된다.
상기와 같은 구조의 발광 다이오드 패키지(10)에 의하면, 방열을 위하여는 하우징(13) 측면을 관통한 리드 프레임(12)의 단부를 이용하는데, 상기와 같이 리드 프레임(12)의 단부를 이용하게 되면, 방열 경로가 길어져 방열 효율이 저하되는 문제점이 있다.
몰딩부(14)를 2층 구조로 형성하는 경우, 1층 몰딩부(14a)는 소프트한 물질을 사용하게 되므로, 표면 장력에 의하여 하우징(13)의 내벽 측은 그 높이가 상승하는 등, 전체적으로 물결 형태가 될 수 있다.
상기와 같은 물결 형태는 1층 몰딩부(14a)에 형광체가 함유된 경우, LED 칩에서 발광 시, 상기 1층 몰딩부(14a)를 투과하는 빛의 진행 경로에 차이가 생겨 색 조절이 용이하지 않고, 1층 몰딩부(14a) 표면에서의 전반사가 많아져 광효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 방열 효율을 향상시키고, 몰딩부를 돔 형태로 형성하여 LED 칩에서 발생된 빛의 색 조절 및 균일도를 향상시킬 수 있는 개선된 발광 다이오드 패키지를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 발광 다이오드 패키지는 일면에 LED 칩이 실장되는 히트 싱크를 전극과 함께 금속판 등에 의하여 스탬핑을 하는 과정을 거친 후, 딥 다운셋 공정에 의해 형성함으로써, 상기 히트 싱크의 타면이 외부로 노출되어 방열 경로를 단축시킬 수 있다.
수용 공간을 형성하는 하우징의 내벽에 단턱을 형성함으로써, 2층 구조를 마련할 수 있으며, 상기 단턱의 모서리 부분이 상부로 돌출되도록 돌출부를 형성함으로써, 1층의 수용 공간에 채워지는 몰딩부의 영역을 한정하고, 몰딩부를 돔 형태로 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 딥 다운셋 공정에 의하여 전극을 형성하기 위한 금속판 등에 의하여 히트 싱크를 함께 제조하므로 공정이 단순해지고, 경제적인 장점이 있다.
단턱의 돌출부에 의하여 몰딩부를 돔 형태의 2층 구조로 형성하되, 내부의 층은 소프트하게, 외부의 층은 하드하게 형성함으로써, LED 칩에서 발생된 빛의 색 조절을 용이하게 하고, LED 칩과 전극을 접속시키는 부재에 스트레스 영향을 줄일 수 있으며, 외부 환경으로부터 LED 칩 및 몰딩부의 형태를 보호할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도이다.도 3은 도 2의 저면도이다. 도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ´에 따라 나타낸 단면 사시도이다. 도 5는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ´에 따라 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 발광 다이오드 패키지(100)는 LED 칩(110)과, 히트 싱크(heat sink;120)와, 전극(130)과, 하우징(140) 및 몰딩부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 LED 칩(110)은 발광 다이오드 패키지(100)의 광원으로, R(red), G(green), B(blue) 세가지 색상 또는 Y(yellow) 등을 더 포함하여 이루어질 수 있으며, 상기 히트 싱크(120)의 일면에 실장되고, 상기 전극(130)과 접속할 수 있다.
상기 LED 칩(110)은 상기 색상의 혼합에 의하여 백색광을 발광할 수 있고, 각 색상의 LED 칩(110)에 인가 전압을 다르게 하여 특정의 색광을 발광할 수 있으며, 단일 또는 혼합 색의 LED 칩(110)과 형광체에 의하여 백색광을 발광할 수 있다.
상기 히트 싱크(120)는 LED 칩(110)에서 발생되는 열을 외부로 방열하여, 열에 의한 LED 칩(110)의 손상을 방지하고, 광효율을 향상시킬 수 있다.
상기 히트 싱크(120)는 금속판의 스탬핑(stamping) 공정에 의하여 전극(130)과 함께 형성되며, 딥 다운셋(deep downset) 공정에 의하여 LED 칩(110)이 실장되 는 부분이 상기 전극(130)보다 낮은 높이를 가질 수 있다.
상기 딥 다운셋 공정은, 예컨대 평평한 판의 특정 부분에 대해 상부에서 압력을 가하여 특정 부분이 인접한 부분보다 아래로 내려가도록 하는 공정이다.
상기 딥 다운셋 공정에 의하여 형태가 완성된 히트 싱크(120)는 LED 칩(110)이 실장되는 면의 반대 면이 외부로 노출될 수 있다.
상기 LED 칩(110)에서 발생된 열은 LED 칩(110)이 실장된 상기 히트 싱크(120)의 일면에서 흡수되어, 외부로 노출된 히트 싱크(120)의 타면을 통해 방열될 수 있기 때문에 종래 기술에 비하여 방열 경로를 단축시킬 수 있다.
상기 하우징(140)은 발광 다이오드 패키지(100)의 외장재로서, 상기 발광 다이오드 패키지(100)를 지지할 수 있다.
상기 하우징(140)은 상기 히트 싱크(120) 및 상기 전극(130)을 둘러싸되, 상부에 몰딩부(150)를 수용하기 위한 수용 공간(160)이 형성될 수 있고, 하부로는 상기 히트 싱크(120)의 타면이 노출될 수 있다.
상기 수용 공간(160)을 통해서는 상기 LED 칩(110) 및 LED 칩(110)과 접속하는 부분의 전극(130)이 노출될 수 있다.
상기 수용 공간(160)을 형성하는 하우징(140) 상부의 내벽면에는 단턱(141)이 형성될 수 있으며, 상기 단턱(141)에 의해 내벽면은 2층 구조를 형성할 수 있다.
즉, 상기 하우징(140)의 내벽면은 단턱에 의해 2층 계단의 형태를 이룰 수 있다.
상기 하우징(140)의 내벽면 중 LED 칩(110)과 인접한 내벽면은 반사벽(142)으로서, 상기 반사벽(142)은 소정 각도 경사진 형태를 가질 수 있다.
이는 LED 칩(110)에서 발생된 빛을 반사하여 상기 빛의 진행 경로를 변경할 수 있으며, 상기 반사벽(142)에 의해 형성된 공간(이하 제1 공간이라 한다;160a)에 채워지는 몰딩부(이하 제1 몰딩부라 한다;150a)의 형태 형성을 도울 수 있다.
상기 단턱(141)에 의하여 분리된 상기 반사벽(142) 상부의 내벽면은 몰딩벽(143)으로서, 상기 몰딩벽(143)도 소정 각도 경사질 수 있는데, 이는 몰딩벽(143)에 의하여 형성된 공간(이하 제2 공간이라 한다;160b)에 채워지는 몰딩부(이하 제2 몰딩부라 한다;150b)의 형태 형성을 도울 수 있다.
상기 제1 공간(160a)의 수평 폭은 상기 제2 공간(160b)의 수평 폭보다 작은데, 이에 의하여 제2 공간(160b)에 채워지는 제2 몰딩부(150b)에 의해 상기 제1 공간(160a)에 채워지는 제1 몰딩부(150a)를 보호할 수 있다.
상기 단턱(141)의 모서리 부분에는 상부로 돌출된 돌출부(144)가 형성될 수 있으며, 상기 돌출부(144)는 상기 제1 공간(160a)에 채워지는 제1 몰딩부(150a)의 영역을 한정하여 일정한 돔(dome) 형태의 제1 몰딩부(150a)를 형성할 수 있다.
즉, 상기 돌출부(144)를 형성함으로써, 종래와 같이 내벽면의 표면장력 상승으로 몰딩부(150)의 형태가 물결 모양으로 형성되는 것을 방지하여, LED 칩(110)에서 발생되는 빛의 진행 경로를 균일하게 할 수 있다.
상기 균일한 빛의 진행 경로 형성은 원하는 색상의 빛을 일정하게 발생시킬 수 있다.
상기 몰딩부(150) 중 제1 몰딩부(150a)는 겔과 같은 소프트한 몰딩재로 형성하여 LED 칩(110)과 전극(130)을 연결하는 전도성 와이어(111)의 파손이나, 몰딩부(150)의 크랙(crack), LED 칩(110)의 파손 등을 방지할 수 있다.
즉, 제1 몰딩부(150a)를 소프트한 재질에 의함으로서, 얇은 두께의 전도성 와이어(111)에 가해지는 압력을 줄일 수 있고, 또한 LED 칩(110)에서 발생되는 열에 의하여 전도성 와이어(111)가 열팽창할 경우, 상기 제1 몰딩부(150a)와의 사이에 발생될 수 있는 스트레스(stress)를 저감시킬 수 있다.
상기 몰딩부(150) 중 제2 몰딩부(150b)는 제1 몰딩부(150a) 상부의 제2 공간(160b)에 하드한 몰딩재로 형성하여 상기 소프트한 제1 몰딩부(150a)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
상기와 같은 구조의 발광 다이오드 패키지(100)에 의하면, 일면에 LED 칩(110)이 실장되는 히트 싱크(120)를 스탬핑 공정에 의하여 전극(130)과 함께 제작하고, 딥 다운셋 공정에 의하여 타면이 외부로 노출되도록 함으로써, LED 칩(110)에서 발생되는 열의 방열 경로를 단축하여 LED 칩(110)의 광효율을 향상시킬 수 있다.
상기 하우징(140)의 내벽면에 형성된 단턱(141)에 의하여 몰딩부(150)를 2층 구조로 형성할 수 있으며, 상기 단턱(141)의 모서리 부분에 돌출부(144)를 형성함으로써, 1층에 마련되는 제1 몰딩부(150a)를 돔 형태로 형성할 수 있다.
만일 제1 몰딩부(150a)가 칙소성이 낮은 재질인 경우, 상기 제1 몰딩부(150a)는 낮은 표면장력에 의하여 상기 돌출부(144)의 외측 끝부분까지 점유할 수 있다.
즉, 낮은 표면장력을 가진 제1 몰딩부(150a)는 상기 돌출부(144)의 수직 면과의 접촉각이 증가하여, 상기 돌출부(144)의 외측으로 제1 몰딩부(150a)가 넘치지 않고 돔 형태가 형성될 수 있다.
상기 칙소성은 외부에서 일정한 힘 이상이 가해지지 않는 한 모양이 변형되지 않는 성질을 일컫는다.
상기 돔 형태는 LED 칩(110)에서 발생된 빛의 진행 경로를 균일하게 함으로써, 빛의 색상 조절을 용이하게 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 패키지를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 발광 다이오드 패키지(200)는 일면에 LED 칩(210)이 실장된 기판(220)과, 상기 기판(220) 상부의 외곽에 마련되며, 수용 공간(250)이 형성된 반사판(230) 및 상기 수용 공간(250)에 채워지는 몰딩부(240)를 포함할 수 있다.
상기 기판(220)은 내열 특성을 가진 세라믹(ceramic) 재질이 사용될 수 있으며, 일면 상에는 복수의 전극 패드(electrode pad;221)가 마련될 수 있고, 타면에는 복수의 솔더링 패드(soldering pad;222)가 마련될 수 있다.
상기 전극 패드(221)와 상기 솔더링 패드(222)는 기판(220)을 관통하는 비아 패턴(via pattern;223)에 의하여 접속될 수 있다.
상기 LED 칩(210)은 복수의 전극 패드(221) 중 어느 한 전극 패드(이하 제1 전극 패드라 한다;221a) 상에 실장될 수 있고, 다른 전극 패드(이하 제2 전극 패드라 한다;221b)와는 전도성 와이어(211) 등에 의하여 전기적으로 접속될 수 있다.
상기 LED 칩(210)이 실장되는 제1 전극 패드(221a)와 솔더링 패드(222a)를 접속하는 어느 비아 패턴(이하 제1 비아 패턴이라 한다;223a)은 다른 비아 패턴(이하 제2 비아 패턴이라 한다;223b)보다 기판(220)에서 차지하는 단면적이 넓게 형성될 수 있다.
상기 제1 비아 패턴(223a)은 기본적인 기능인 전기적 접속뿐만 아니라, LED 칩(210)에서 발생된 열을 외부로 방열하기 위한 히트 싱크로의 기능을 아울러 수행할 수 있다.
상기 히트 싱크로의 기능을 위해 상기 제1 비아 패턴(223a)의 단면적뿐만 아니라, 상기 제1 비아 패턴(223a)과 접속된 솔더링 패드(222a)의 단면적 역시 상기 기판(220) 상에서 넓은 범위를 점유할 수 있다.
상기 반사판(230)은 상기 LED 칩(210)에서 발생된 빛의 진행 경로를 변경하여 LED 칩(210)의 광효율을 향상시키기 위한 것으로, 내벽에 단턱(231)이 형성될 수 있다.
상기 단턱(231)은 상기 반사판(230)의 내벽면을 반사벽(232)과 몰딩벽(233)의 2층 계단 형태로 분리할 수 있는데, 상기 반사벽(232)은 상기 LED 칩(210)과 인접한 내벽면이고, 상기 몰딩벽(233)은 반사벽(232) 상부의 내벽면일 수 있다.
상기 단턱(231)의 모서리 부분에는 상부로 돌출된 돌출부(234)가 형성되는데, 상기 돌출부(234)에 의하여 상기 몰딩부(240)를 제1 몰딩부(240a) 및 제2 몰딩 부(240b)로 이루어진 2층 구조의 돔 형태로 채울 수 있다.
즉, 상기 돌출부(234)는 상기 제1 몰딩부(240a)를 돔 형태로 형성함과 더불어, 상기 제1 몰딩부(240a)와 상기 제2 몰딩부(240b)를 분리하기 위한 기능을 수행할 수 있다.
상기와 같이 제1 몰딩부(240a)를 돌출부(234)에 의하여 돔 형태로 형성하면 빛의 진행 경로가 균일해져 색상 조절이 용이해질 수 있다.
상기 몰딩부(240) 중 1층을 이루는 제1 몰딩부(240a)는 겔과 같은 소프트한 재질이 사용될 수 있는데, 이에 의해 LED 칩(210)과 전극 패드(221)를 접속시키는 전도성 와이어(211) 등의 파손이나 스트레스를 줄일 수 있다.
상기 제1 몰딩부(240a) 상에 마련되는 제2 몰딩부(240b)를 하드한 재질로 형성하면, 소프트한 제1 몰딩부(240a)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
상기와 같은 구조의 발광 다이오드 패키지(200)에 의하면, 별도의 히트 싱크를 마련함이 없이, 비아 패턴(223a)에 의하여 LED 칩(210)에서 발생하는 열을 외부로 방열할 수 있으므로 경제적이며, 제조 공정이 단순해질 수 있는 장점이 있다.
2층 구조의 몰딩부(240)를 형성하는 경우, 종래에는 반사판의 내벽면의 표면 장력에 의하여 제1 몰딩부의 형태가 일정하지 않았으나, 본 발명과 같이 돌출부(234)를 형성함으로써, 제1 몰딩부(240a)를 일정한 돔 형태로 구현할 수 있어 빛의 색상 조절이 용이해질 수 있다.
도 1은 종래 발광 다이오드 패키지를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 발광 다이오드 패키지를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 발광 다이오드 패키지를 나타낸 저면도.
도 4는 도 2의 Ⅰ-Ⅰ´에 따라 나타낸 단면 사시도.
도 5는 도 2의 Ⅱ-Ⅱ´에 따라 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 나타낸 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100,200... 발광 다이오드 패키지 110,210... LED 칩
120... 히트 싱크 130... 리드 프레임
140... 하우징 141,231... 단턱
142,232... 반사벽 143,233... 몰딩벽
144,234... 돌출부 150,240... 몰딩부
220... 기판 221... 전극 패드
222... 솔더링 패드 223... 비아 패턴
230... 반사판

Claims (12)

  1. LED 칩;
    일면 상에 상기 LED 칩이 실장되며, 타면이 외부로 노출된 히트 싱크;
    상기 히트 싱크 양측 상부에 마련되며, 상기 LED 칩과 접속하는 전극;
    상기 히트 싱크 및 상기 전극을 둘러싸되, 상부에 공간이 형성되어 상기 LED 칩이 실장되는 부분의 히트 싱크 및 상기 LED 칩과 접속하는 부분의 전극을 노출시키는 하우징; 및 상기 공간에 채워지는 몰딩부를 포함하되,
    상기 공간을 형성하는 상기 하우징의 내벽은 단턱에 의하여 반사벽 및 몰딩벽으로 분리되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사벽에 의하여 형성된 공간의 수평 폭은 상기 몰딩벽에 의하여 형성된 공간의 수평 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반사벽은 상기 LED 칩으로부터 발생된 빛의 진행 경로를 변경하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단턱의 모서리 부분에는 상부로 돌출된 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 몰딩부는 상기 단턱의 돌출부에 의하여 한정된 공간에 채워진 제1 몰딩부 및 상기 제1 몰딩부 상의 공간에 채워진 제2 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 몰딩부는 소프트한 몰딩재로 이루어지고, 상기 제2 몰딩부는 하드한 몰딩재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 히트 싱크는 금속판에 상기 전극 및 상기 히트 싱크를 스탬핑한 후, 딥 다운셋 공정에 의하여 형성하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  8. 일면에 복수의 전극 패드가 마련되고, 타면에 복수의 솔더링 패드가 마련되며, 상기 전극 패드들과 상기 솔더링 패드들을 접속시키는 복수의 비아 패턴이 마련된 기판;
    상기 기판 일면의 외곽에 마련되며, 수용 공간이 형성된 반사판;
    상기 전극 패드들 중 어느 한 전극 패드 상에 실장되고, 다른 전극 패드와 접속하는 LED 칩; 및
    상기 수용 공간에 채워지며, 제1 몰딩부 및 제2 몰딩부의 복층 구조를 갖는 몰딩부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사판의 내벽면에는 단턱이 형성되며, 상기 단턱에 의하여 반사벽과 몰딩벽으로 구분되는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단턱의 모서리에는 상부로 돌출된 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 반사벽에 의하여 형성된 수용 공간의 수평 폭은 상기 몰딩벽에 의하여 형성된 수용 공간의 수평 폭보다 작은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1 몰딩부는 소프트한 몰딩재로 이루어지고, 상기 제2 몰딩부는 하드한 몰딩재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 패키지.
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US8987022B2 (en) 2011-01-17 2015-03-24 Samsung Electronics Co., Ltd. Light-emitting device package and method of manufacturing the same

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