KR20100050043A - Ｌｅｄ 패키지 - Google Patents

Ｌｅｄ 패키지

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KR20100050043A
KR20100050043A KR1020080109131A KR20080109131A KR20100050043A KR 20100050043 A KR20100050043 A KR 20100050043A KR 1020080109131 A KR1020080109131 A KR 1020080109131A KR 20080109131 A KR20080109131 A KR 20080109131A KR 20100050043 A KR20100050043 A KR 20100050043A
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KR
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blue light
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이근정
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

본 발명은 광로상의 형광체의 농도 분포를 최적화하고, 색무라 없이 균일한 발광이 가능하도록 구성한 LED 패키지에 관한 것으로서, 수납 홈을 갖는 패키지 본체와, 상기 수납 홈의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체에 형성된 적어도 한쌍의 제1 및 제2전극구조와, 적어도 한쌍의 제1 및 제2전극구조에 전기적으로 접속되도록 상기 수납 홈의 저면에 실장된 적어도 하나의 청색 발광다이오드 칩과, 상기 청색 발광다이오드 칩을 매립하고 황색 형광체를 함유한 제1수지포장부, 및 상기 제1수지포장부의 가장자리영역을 따라 형성되어 상기 청색 발광다이오드 칩으로부터 제공된 빛을 확산시키는 광확산 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
불 아이(Bull's eye), 무라, 광확산 패턴

Description

ＬＥＤ 패키지{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE}
본 발명은 LED 패키지에 관한 것으로서, 더 자세하게는 광로상의 형광체의 농도 분포를 최적화하고, 색무라 없이 균일한 발광이 가능하도록 구성한 LED 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드(LED)는 우수한 단색성 피크 파장을 가지며 광 효율성이 우수하고 소형화가 가능하다는 장점 때문에 주로 패키지 형태로서 다양한 디스플레이장치 및 광원으로서 널리 이용되고 있다. 특히 조명장치 및 디스플레이 장치의 백라이트(backlight)를 대체할 수 있는 고효율, 고출력 광원으로서 적극적으로 개발되고 있는 추세에 있다.
도 1(a)은 종래 LED 패키지의 단면도이고, 도 1(b)은 도 1(a)의 발광스펙트럼을 나타내는 도면이며, 도 1(c)은 도 1(a)의 색온도 분포를 나타내는 도면이다.
도 1(a)에 도시된 바와 같이, 종래의 발광다이오드 패키지는 패키지 본체(11)와, 발광다이오드 칩(17)을 포함한다. 패키지 본체(11)에는 발광다이오드 칩(17)을 실장하기 위한 실장부(12)가 형성되어 있고, 그 실장부(12)를 둘러싼 측벽에는 반사면(15)이 형성되어 있다. 또한, 실장부(12)의 바닥에는 리드전극(13, 14)이 배치되어 있고, 패키지 내에 실장된 발광다이오드 칩(17)은 와이어에 의해 상기 리드전극(13, 14)과 전기적으로 접속될 수 있다. 그리고, 실장된 발광다이오드 칩(17)은 에폭시 수지 또는 실리콘 수지 등으로 이루어진 수지 포장부(19)에 의해 봉지되어 있다.
종래 LED를 사용하여 백색발광장치를 구현하는 방법 중 가장 널리 사용되고 있는 방법은 청색 LED상에 황색 형광체를 도포하는 방법이다. 이와 같이 황색 형광체로서 백색광 등 원하는 파장대의 출력광을 얻기 위하여 수지 포장부(19) 내에는 형광체 입자들이 분산되어 있는데, 예컨대 YAG계 황색 형광체가 실리콘 수지 내에 분산되어 분포될 수 있다.
이와 같은 황색 형광체로는 YAG계 이외에도 TAG계 또는 규산염 형광체도 사용될 수 있는데, 특히 YAG계나 TAG계는 Ce 발광특성을 이용한 우수한 형광체로서 청색광을 여기광으로 사용하고 있다.
그런데, 이와 같이 청색의 발광다이오드 칩과 황색 형광체를 사용하는 LED 패키지는 발광소자의 배향 특성 및 발광체의 농도분포의 영향을 받기 쉬워, 예컨대 LED 패키지의 광축상의 광로(a), 발광소자측 상면으로부터 출발된 광로(b) 및 발광소자측 단면으로부터 출발된 광로(c)는 각 광로상에 개재되는 형광체에 의한 광변환을 받아 도 1(b) 및 도 1(c)과 같은 발광 스펙트럼 및 색온도 분포를 갖게 된다. 이는 일반적으로 불 아이(bull's eye)라 불리는 현상이다.
이같은 현상으로 인해 보통 백색 LED 패키지에 있어서 물체에 광조사를 한 경우 백색에 무라가 발생하게 되는데, 예컨대 카메라의 플레쉬용 광원 등에 사용될 때 피사체의 색 무라와 같은 부자연스러운 현상이 발생하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 광로상의 형광체의 농도 분포를 최적화하고, 색무라 없이 균일한 발광이 가능한 LED 패키지를 제공하려는데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 패키지는 수납 홈을 갖는 패키지 본체와, 상기 수납 홈의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체에 형성된 제1 및 제2전극구조와, 상기 제1 및 제2전극구조에 전기적으로 접속되도록 상기 수납 홈의 저면에 실장된 적어도 하나의 청색 발광다이오드 칩과, 상기 청색 발광다이오드 칩을 매립하고 황색 형광체를 함유한 제1수지포장부, 및 상기 제1수지포장부의 가장자리영역을 따라 형성되어 상기 청색 발광다이오드 칩으로부터 제공된 빛을 확산시키는 광확산 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 수납 홈을 갖는 패키지 본체와, 상기 수납 홈의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체에 형성된 제1 및 제2전극구조와, 상기 제1 및 제2전극구조에 전기적으로 접속되도록 상기 수납 홈의 저면에 실장된 적어도 하나의 청색 발광다이오드 칩, 및 상기 청색 발광다이오드 칩을 매립하고 황색 형광체를 포함하며 가장자리영역을 따라 형성되어 상기 청색 발광다이오드 칩으로부터 제공된 빛을 확산시키는 광 확산부가 구비된 수지포장부를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기와 같이 발광다이오드 칩을 매립하는 수지포장부의 외곽으로 광확산 패턴 혹은 광 확산부를 형성함으로써 본 발명에 따른 LED 패키지는 광로상의 형광체의 농도 분포가 최적화되고, 색무라 없이 균일한 발광이 가능하게 될 것이다.
이하, 도면을 참조하여 상기 구성과 관련해 좀더 구체적으로 살펴보고자 한다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도이고, 도 3은 도 2의 평면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 패키지는 수납 홈을 갖는 패키지 본체(110)와, 상기 수납 홈의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체(110)에 형성된 적어도 한쌍의 제1 및 제2전극구조(113, 114)와, 적어도 한쌍의 제1 및 제2전극구조(113, 114)에 전기적으로 접속되도록 상기 수납 홈의 저면에 실장된 적어도 하나의 청색 발광다이오드 칩(117)과, 상기 청색 발광다이오드 칩(117)을 매립하고 황색 형광체가 함유된 수지포장부(118)와, 상기 수지포장부(118)의 가장자리영역을 따라 형성되어 상기 청색 발광다이오드 칩(117)으로부터 제공된 빛을 확산시키는 광확산 패턴(120), 및 상기 광확산 패턴(120)을 매립하여 형성된 투명수지층(121)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 외부의 프레임을 이루고 있는 패키지 본체(110)는 플라스틱 재질로 하여 사출 성형에 의해 형성될 수 있는데, 그 가운데 영역에는 상측을 향해 개방된 오목한 수납 홈을 형성하고 있다. 이때, 수납 홈의 측벽에는 청색 발광다이오드 칩(117)으로부터 제공된 빛을 반사시킬 수 있도록 반사 물질이 추가적으로 형성될 수 있다.
또한, 그 수납 홈의 바닥에는 외부로부터 관통하여 유입된 혹은 수납 홈의 저면에 노출되도록 복수 쌍의 정극성(+) 및 부극성(-)의 제1 및 제2전극구조(113, 114)가 형성되어 있다. 이러한 복수 쌍의 제1 및 제2전극구조(113, 114)는 외부의 전원부와 전기적으로 접속되며 이를 통해 외부로부터 전압이 인가되게 된다.
그리고, 패키지 본체(110)의 수납 홈(혹은 수납 홈 내에 형성된 별도의 실장부)에는 청색 발광다이오드 칩(117)이 실장되어 있다. 이때, 청색의 발광다이오드 칩(117)은 제1 및 제2전극구조(113, 114)와 접촉하는 각각의 도전 와이어를 추가적으로 포함할 수 있을 것이다.
상기 패키지 본체(110)의 수납 홈에는 청색 발광다이오드 칩(117)을 매립하여 그 주변으로는 황색(Y) 형광체를 포함하는 수지포장부(118)가 형성되어 있다. 이때, 수지포장부(118)는 예컨대 YAG계의 황색 형광체를 함유하는 젤 형태의 에폭시 수지 혹은 YAG계의 황색 형광체를 함유하는 젤 형태의 실리콘 수지를 패키지 본체(110)의 수납 홈에 주입 한 후, UV(ultraviolet) 경화나 열경화를 통해 형성되고 있다.
그리고, 수납 홈에 구비된 수지포장부(118)의 가장자리영역을 따라서는 광투과성을 갖는 광확산 패턴(120)이 형성되어 있다. 이때, 광확산 패턴(120)은 수지포장부(118)의 가장자리영역을 따라 원형상을 유지하여 2등분된 도너츠 형태, 혹은 원형상을 유지하여 2등분된 고리 형태를 띠어 일체로 형성되어 있다. 이러한 광확산 패턴(120)은 투명수지를 수지포장부(118)의 가장자리영역을 따라 디스펜싱(dispensing)함으로써 얻을 수 있다.
여기서, 실질적으로 광확산 패턴(120)은 수지포장부(118)의 가장자리영역 중에서도 광로상에서 광이 적게 출사되는 영역의 근접한, 혹은 주변영역으로 형성되는 것이 더욱 바람직해 보인다. 이럴 경우 그 광확산 패턴(120)을 통해 광이 적게 출사되는 영역으로 광이 확산될 수 있기 때문이다.
이때, 광확산 패턴(120)은 그 내부에 형광체를 추가적으로 포함할 수도 있는데, 이의 경우 그 형광체의 농도는 수지포장부(118)의 농도보다 낮은 것이 바람직하다. 이로 인해 수지포장부(118)의 내부에 포함된 형광체의 부족 부분을 광확산 패턴(120)의 형광체를 통해 보완함으로써 LED 패키지에 포함된 전체 형광체의 최적화를 이룰 수 있을 것이다. 다시 말하면, 광로상의 형광체의 농도 분포가 최적화되도록 형성되는 것이다.
더 나아가서, 광확산 패턴(120)은 광로의 분산을 위하여 소정의 분산제를 더 포함할 수도 있다. 이러한 분산제를 통해 청색 발광다이오드 칩(117)으로부터 제공된 빛은 1차적으로 분산제를 통해 확산이 이루어지고, 광확산 패턴(120)을 투과하면서 다시 확산이 이루어지게 될 것이다.
상기 광확산 패턴(120)을 매립하여서는 투명한 재질의 투명수지층(121)이 형성되어 있다. 이러한 투명수지층(121)은 그 광확산 패턴(120)을 외부로부터 보호하고, 아울러 광확산 패턴(120)을 통해 확산된 빛을 서로 균일한 휘도를 갖도록 혼합 하는 역할을 하게 된다. 물론 투명수지층(121)은 앞서의 수지포장부(118)와 마찬가지로 에폭시 수지 혹은 실리콘 수지로 이루어질 것이다.
이에 더해, 본 발명의 LED 패키지는 수납 홈을 둘러싸며 패키지 본체(110)에 고정되어 형성된 (볼록)렌즈가 추가적으로 구성될 수 있다. 이와 같은 렌즈는 패키지 본체(110)의 수납 홈에 형성된 투명수지층(121)을 외부로부터 보호함과 동시에, 그 수납 홈에 실장된 청색 발광다이오드 칩(117)으로부터 제공된 광원을 혼합시켜 외부로 확산시키는 역할을 하게 된다.
도 4는 도 2의 LED 패키지의 발광스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 4를 도 2와 함께 참조하여 상기 LED 패키지의 동작상태를 살펴본다.
먼저, 패키지 본체(110)의 수납홈에 실장된 청색의 발광다이오드 칩(117)에는 외부로부터 제1 및 제2전극구조(113, 114)를 통해, 더 자세하게는 그 제1 및 제2전극구조(113, 114) 및/혹은 도전 와이어를 통해 전압이 인가된다.
이때, 청색의 발광 다이오드 칩(117)은 대략 450~470nm 파장대의 자외선, 즉 청색 광원을 제공하게 되고, 그 제공된 청색 광원을 패키지 본체(110)의 수납 홈에 형성된 수지포장부(118)의 황색 형광체가 흡수하여 여기 상태가 된다.
그리고, 그 여기된 각각의 황색 형광체는 특정 파장대에 해당되는 황색의 빛을 발광하게 된다.
그 결과, 본 발명의 LED 패키지는 청색 발광다이오드 칩(117)으로부터 직접 제공된 청색의 빛과, 황색 형광체를 통해 제공된 황색의 빛이 혼합되어 백색광, 더 정확하게는 옐로이쉬(yellowish)한 백색광이 구현된다.
그런데, 청색 발광다이오드 칩(117)을 매립하여 형성된 수지포장부(118)의 내부에 포함되어 있는 형광체의 불균일한 분포에 따라 LED 패키지로부터 출사된 빛 또한 불균일한 휘도를 갖게 된다.
그러나, 이같은 문제점은 청색 발광다이오드 칩(117)을 매립하여 수지포장부(118)의 가장자리영역을 따라 형성된 광확산 패턴(120)을 통해 특정영역(a'', c'')으로 집중되는 빛이 부족한 영역(b'')으로 확산됨으로써 도 4에서와 같이 전반적으로 균일한 발광스펙트럼을 가질 수 있게 된다.
더 나아가서는 그 광확산 패턴(120)이 내부에 소량의 형광체를 포함하게 될 경우 광로상의 형광체의 농도 분포가 최적화됨으로써 그에 따른 색 특성 또한 균일하게 변하게 될 것이다.
이와 같이 LED 패키지로부터 출사된 빛이 균일한 발광스펙트럼을 갖게 되면 상기의 LED 패키지를 카메라의 플레쉬 광원으로 사용하더라도 색 무라와 같은 부자연스러운 현상은 방지될 수 있을 것이다.
도 5는 도 2 및 도 3의 LED 패키지의 변형 예를 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형 예에 따른 LED 패키지의 광확산 패턴(220)은 전체적으로 사각형상을 이루어 형성되어 있다. 이는 패키지 본체(210)의 수납 홈의 형상에 의해 결정된 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 LED 패키지는 수납 홈이 원형인 경우 원형을 이루어 형성되는 것이 바람직하고, 또 그 수납 홈이 사각형인 경우에는 사각형상을 이루는 것이 바람직하다.
하지만, 더 나아가서 본 발명은 수납 홈이 원형으로 형성되었다 하더라도 전체적으로 사각형상의 광확산 패턴을 형성하는 것이 얼마든지 가능해 보이므로 그와 같은 광확산 패턴의 전체 형태가 어떠한 모양을 이루느냐에 특별히 한정하지는 않을 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지는 수납 홈을 갖는 패키지 본체(310)와, 상기 수납 홈의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체(310)에 형성된 적어도 한쌍의 제1 및 제2전극구조(313, 314)와, 적어도 한쌍의 제1 및 제2전극구조(313, 314)에 전기적으로 접속되도록 상기 수납 홈의 저면에 실장된 적어도 하나의 청색 발광다이오드 칩(317)과, 상기 청색 발광다이오드 칩(317)을 매립하고 황색 형광체를 포함하며 가장자리영역에 상기 청색 발광다이오드 칩(317)으로부터 제공된 빛을 확산시키는 광 확산부(318a)가 형성된 수지포장부(318)를 포함하고 있다.
이때 본 발명의 LED 패키지는 상기 수지포장부(318)상에 형성된 투명수지층(321)을 포함하여 구성될 수 있고, 더 나아가서 광 확산부(318a)의 상측에는 수지포장부(318)에 포함된 형광체보다 적은 소량의 형광체가 추가적으로 형성될 수 있다. 즉, 이를 통해 광로상의 형광체의 농도 분포가 최적화되도록 형성되는 것이다.
여기서, 상기 수지포장부(318)의 가장자리영역을 따라 형성되어 청색 발광다이오드 칩(317)으로부터 제공된 빛을 확산시키는 광 확산부(318a)는 요철 형태를 이루고 있는데, 보통 YAG계의 황색 형광체를 함유하는 젤 형태의 에폭시 수지 혹은 YAG계의 황색 형광체를 함유하는 젤 형태의 실리콘 수지를 패키지 본체(310)의 수납 홈에 주입 한 후 금형 프레스를 압착함으로써 요철 형상을 떠낼 수 있다. 따라서, 본 발명의 광 확산부(318a)의 형성은 금형몰딩 방법이 바람직할 수 있다.
이러한 부분을 제외한 기타 자세한 내용들은 앞서서의 내용들로 대신하고자 한다.
도 1(a)은 종래 LED 패키지의 단면도
도 1(b)은 도 1(a)의 발광스펙트럼을 나타내는 도면
도 1(c)은 도 1(a)의 색온도 분포를 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도
도 3은 도 2의 평면도
도 4는 도 3의 LED 패키지의 발광스펙트럼을 나타내는 도면
도 5는 도 2 및 도 3의 LED 패키지의 변형 예를 나타내는 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 LED 패키지의 단면도

Claims (8)

  1. 수납 홈을 갖는 패키지 본체;
    상기 수납 홈의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체에 형성된 제1 및 제2전극구조;
    상기 제1 및 제2전극구조에 전기적으로 접속되도록 상기 수납 홈의 저면에 실장된 적어도 하나의 청색 발광다이오드 칩;
    상기 청색 발광다이오드 칩을 매립하고, 황색 형광체가 함유된 수지포장부; 및
    상기 수지포장부의 가장자리영역을 따라 형성되어 상기 청색 발광다이오드 칩으로부터 제공된 빛을 확산시키는 광확산 패턴을 포함하는 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 광확산 패턴을 매립하는 투명 수지층을 추가적으로 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 투명 수지층은 상측에 형성되어 빛을 확산시키는 반원형상의 볼록렌즈를 추가적으로 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광확산 패턴은 그 내부에 황색 형광체를 추가적으로 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 수납 홈을 갖는 패키지 본체;
    상기 수납 홈의 저면에 노출되도록 상기 패키지 본체에 형성된 제1 및 제2전극구조;
    상기 제1 및 제2전극구조에 전기적으로 접속되도록 상기 수납 홈의 저면에 실장된 적어도 하나의 청색 발광다이오드 칩; 및
    상기 청색 발광다이오드 칩을 매립하고, 황색 형광체를 포함하며, 가장자리영역에 상기 청색 발광다이오드 칩으로부터 제공된 빛을 확산시키는 광 확산부가 형성된 수지포장부를 포함하는 발광다이오드 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 수지포장부상에 형성된 투명 수지층을 추가적으로 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수지포장부는 그 상측에 형성되어 청색 발광다이오드 칩으로부터의 빛을 확산시키는 반원형상의 볼록렌즈를 추가적으로 구비할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 광 확산부는 적어도 일측에 형성된 황색 형광체를 추가적으로 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
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