KR20100066768A - Ｌｅｄ 패키지 및 이를 구비한 ｌｅｄ 패키지 장치 - Google Patents

Ｌｅｄ 패키지 및 이를 구비한 ｌｅｄ 패키지 장치 Download PDF

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KR20100066768A
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삼성엘이디 주식회사
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Abstract

본 발명은 색온도 조정이 가능하도록 구성한 LED 패키지에 관련된 것으로서, 가운데 영역에 오목한 수납 홈을 갖는 패키지 본체와, 상기 패키지 본체의 수납 홈 저면에 노출되도록 형성된 복수의 제1 및 제2전극구조와, 상기 제1 및 제2전극구조에 접속되어 수납 홈의 저면에 실장되고 특정 색에서 제1피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제1발광다이오드 칩과, 상기 제1 및 제2전극구조에 접속되어 상기 제1발광다이오드 칩에 이웃하도록 수납 홈의 저면에 실장되고 상기 제1발광다이오드 칩과 동일 색의 범주에 속하여 제1피크 파장과 서로 다른 제2피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제2발광다이오드 칩, 및 상기 제1 및 제2발광다이오드 칩을 매립하고 단색의 형광체가 포함된 수지포장부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
색온도 조정, 색좌표, 단색 형광체

Description

ＬＥＤ 패키지 및 이를 구비한 ＬＥＤ 패키지 장치{LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE AND LIGHT EMITTING DIODE PACKAGE DEVICE HAVING IT}
본 발명은 색온도 조절이 가능하도록 구성한 LED 패키지 및 이를 구비한 LED 패키지 장치에 관한 것이다.
현재 전세계적으로 활발하게 진행되고 있는 질화갈륨(GaN) 백색 LED 제조방법은 아주 다양하지만, 패키지에 실장되는 칩의 개수에 따라 크게 단일 칩 형태와 복수 칩 형태로 구분되고 있다. 이때, 단일 칩 형태로서 청색이나 혹은 UV LED 칩상에 황색 형광체 혹은 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 형광물질을 결합하여 백색을 얻는 각각의 방법과, 멀티 칩 형태로서 2개 혹은 3개의 LED칩을 서로 조합하여 백색을 얻는 방법 등이 알려져 있다.
그 중 멀티 칩 형태로서 백색 LED를 구현하는 방법으로 처음 시도된 것은 R, G, B의 3개 칩을 조합하여 제작하는 것으로서, 이러한 방식은 피사체 고유의 색을 구현할 수 있는 연색성이라든가, 혹은 액정표시장치 등의 영상 구현시 원하는 최적의 색을 얼마나 잘 구현해 내는가를 나타내는 색재현률이 뛰어난 장점을 가지는 반면, 각각의 칩마다 동작 전압이 서로 달라 회로의 구성이 복잡해지거나, 주변 온도 에 따라 각각의 칩의 출력 특성이 변해 색 좌표가 달라지는 현상 등이 문제점으로 대두되었다.
이를 위해, 종래에는 주변 온도에 따라 변한 각 칩의 출력 특성을 바로잡기 위하여 회로적으로 각 칩의 구동전류를 조절함으로써 그러한 색좌표 특성을 보정해 왔다.
그런데, 최근들어 LED 패키지를 구비한 카메라 폰 등이 점점더 대중화되고 있고, 또 그런 제품에 대한 소비자들의 욕구가 더욱더 다양화되면서 그 중 색온도 조정에 따른 다양한 색감의 사진촬영이 가능하도록 하려는 시도가 이루어지고 있다.
이때, 종래에서와 같이 R, G, B 3개의 칩을 사용하여 카메라 폰의 플레쉬 등을 구성하는 경우 사용자의 모드 선택에 따라 색온도 조정이 가능하도록 하기 위한 회로 설계와 더불어 주변 온도의 변화에 따라 칩의 색온도 조정을 하는 설계가 함께 요구되므로 시스템적으로 매우 복잡해지고 이는 결국 비용 증가로 이어지게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 동일 색의 범주에 해당되는 복수의 발광다이오드 칩과 단일 색의 형광체가 포함된 수지포장부를 통해 색온도 조정이 가능하도록 하되, 종래 R, G, B가 혼합된 LED 패키지 대비 보다 단순화된 LED 패키지 및 이를 구비한 LED 패키지 장치를 제공하려는데 있다.
상기의 목적 달성을 위한 본 발명에 따른 LED 패키지는 가운데 영역에 오목한 수납 홈을 갖는 패키지 본체와, 상기 패키지 본체의 수납 홈 저면에 노출되도록 형성된 복수의 제1 및 제2전극구조와, 상기 제1 및 제2전극구조에 접속되어 수납 홈의 저면에 실장되고 특정 색에서 제1피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제1발광다이오드 칩과, 상기 제1 및 제2전극구조에 접속되어 상기 제1발광다이오드 칩에 이웃하도록 수납 홈의 저면에 실장되고 상기 제1발광다이오드 칩과 동일 색의 범주에 속하여 제1피크 파장과 서로 다른 제2피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제2발광다이오드 칩, 및 상기 제1 및 제2발광다이오드 칩을 매립하고 단색의 형광체가 포함된 수지포장부로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 LED 패키지 장치는 특정 색에서 제1피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제1발광소자와, 상기 제1발광소자와 동일 색의 범위에서 제1피크 파장과 서로 다른 제2피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제2발광소자, 및 외부로부터의 제어신호에 따라 상기 제1발광소자 및 제2발광소자 중 적어도 하나의 발광소자를 턴-온시키고 그 턴-온된 제1발광소자 및 제2발광소자의 구동전류 조절하여 색 온도를 변화시키는 구동제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 결과, 본 발명에 따른 LED 패키지 및 이를 구비한 LED 패키지 장치는 카메라 폰 등에 적용되는 경우 색감이 다른 사진 촬영 등이 가능하게 됨으로써 다양한 소비자의 욕구에 충족하여 그에 따른 제품의 수요 증대가 기대된다.
또한 종래 R, G, B의 발광다이오드 칩을 혼합하여 백색광을 구현하는 LED 패키지 대비 패키지 구조가 단순해지고, LED 패키지를 구동하기 위한 회로적으로도 구조가 단순화됨으로써 비용이 절감될 수 있다.
더 나아가서 종래 백색을 구현하기 위하여 제조되던 LED들 가운데 특정 규격 범위를 벗어나 불량으로 판정된 LED들을 색온도 조정이 가능한 LED 패키지 장치에 활용할 수 있게 됨으로써 그에 따른 수율 증대 효과가 기대된다.
이하, 도면을 참조하여 상기 구성들과 관련해 좀더 구체적으로 살펴보고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 패키지 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 제1 및 제2발광다이오드 칩의 피크 파장을 나타내는 그래프이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 패키지는 수납 홈을 구비하여 외면(外面)을 이루는 패키지 본체(110)와, 상기 패키지 본체(110)의 수납 홈 저면에서 외부로 노출되도록 형성된 복수의 제1전극구조(113) 및 제2전극구조(114)와, 상기 제1전극구조(113) 및 제2전극구조(114)에 전기적으로 접속되어 패키지 본체(110)의 수납 홈에 실장되고 특정 색의 제1피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제1발광다이오드 칩(117)과, 상기 제1전극구조(113) 및 제2전극구조(114)에 접속되어 상기 제1발광다이오드 칩(117)에 이웃하도록 수납 홈의 저면에 실장되고 상기 제1발광다이오드 칩(117)과 동색의 범위에서 제1피크 파장과 서로 다른 제2피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제2발광다이오드 칩(118), 및 상기 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)을 매립하고 단색의 형광체가 포함된 수지포장부(121)를 포함하고 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 예를 들어 서로 다른 피크 파장을 갖는 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)으로부터 제공된 빛을 반사시킬 수 있도록 반사 물질이 추가적으로 코팅되거나, 혹은 반사물질이 포장된 시트와 같은 반사부재(115)가 추가적으로 구비될 수 있다.
또한, 그 수납 홈의 바닥에는 외부로부터 관통하여 유입된 혹은 수납 홈의 저면에 노출된 정극성(+) 및 부극성(-)의 제1전극구조(113) 및 제2전극구조(114)가 형성되어 있다. 이러한 제1 및 제2전극구조(113, 114)는 외부의 전원부와 전기적으로 접속되며 이를 통해 외부로부터 전압이 인가되게 된다.
또한, 패키지 본체(110)의 수납 홈(혹은 수납 홈 내에 형성된 별도의 실장 부)에는 동일 색 범위, 즉 430~490nm의 파장 대역을 갖는 청색의 빛을 제공하되 서로 다른 피크 파장을 갖는 제1발광다이오드 칩(117) 및 제2발광다이오드 칩(118)이 실장되어 있다. 여기서, 제1및 제2발광다이오드 칩(117, 118)의 일측에 형성된 정극성 전극은 정극성 전압이 인가되는 제1전극구조(113)에 탑재 혹은 실장됨과 동시에 전기적으로 접속되고, 또 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)의 타측에 형성된 부극성 전극은 부극성 전압이 인가되는 제2전극구조(114)와 별도의 도전와이어(미표기)를 통해 전기적으로 접속될 수 있다.
그리고, 패키지 본체(110)의 수납 홈에 구비되어 대략 430~490nm 사이의 청색 파장 대역을 갖되, 서로 다른 피크 파장의 빛을 제공하는 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)은 예를 들어, 도 2에서와 같이 제1발광다이오드 칩(117)이 440nm의 제1피크 파장을 갖는 빛을 제공하도록 형성된다면, 제2발광다이오드 칩(118)은 460nm의 제2피크 파장을 갖는 빛을 제공하도록 형성될 것이다.
물론, 동색의 범위에서 서로 다른 피크 파장의 빛을 제공하는 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)과 관련해 본 발명에서는 청색 파장대역에서 서로 다른 피크 파장을 갖는 발광다이오드 칩을 예시하였지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 경우라면 적색 파장대역에 해당되되 서로 다른 피크 파장을 갖는 적색 발광다이오드 칩이나, 녹색 파장대역에 해당되되 서로 다른 피크 파장을 갖는 녹색 발광다이오드 칩, 그리고 더 나아가서 서로 다른 피크 파장을 갖는 자외선 발광다이오드 칩도 무관할 것으로 보인다.
다만, 본 발명은 최근 들어 백색광을 구현하기 위하여 청색 발광다이오드 칩 과 황색 형광체를 사용하는 방식에 있어서, 청색 발광다이오드 칩이 CIE 1931의 색좌표상에서 원하는 특정 범위, 즉 규격를 벗어나 종래에는 불량 처리될 수 있었던 것들을 본 발명에서와 같이 색온도 혹은 색좌표 조정이 가능한 LED 패키지에 활용함으로써 수율 증대 효과를 얻을 수도 있기 때문에 더욱 요구되는 것이다.
그러나, 본 발명에서는 이를 넘어 별도의 공정과정을 통해 동일 색의 범주에 속하되 서로 다른 피크 파장을 갖는 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)을 제조할 수도 있다. 물론 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)을 이루는 청색의 발광다이오드 칩은 일반적인 청색 발광다이오드 칩의 제조 공정과 같을 수 있겠지만, 예를 들어 한국등록특허 제0849887호에 개시된 바와 같이 형광체층과 알루미늄(Al) 반사층이 부가되는 구조를 가질 수도 있다. 즉, 발광다이오드 칩은 한 쌍의 정극성 전극(Anode Pad) 및 부극성 전극(Cathode Lead Frame)과, 상기 정극성 전극의 하측에 마그네슘(Mg)이 도핑(Doped)된 질화갈륨(GaN)계의 p형 클레드층과, 질화인듐갈륨(InGaN)계의 활성층(Active Layer)이 더블헤테로(Double Hetero) 구조를 이룰 수 있다. 이 활성층과 부극성 전극의 하단에는 규소(Si)가 도핑(Doped)된 n형 클레드층과, 클레드층 하단에 질화갈륨(GaN)계의 완충제층(Buffer Layer)과, 이 완충제층 하단에 사파이어(Al2O3)의 서브기판(Substrate)과, 서브기판의 하단부에 형광체를 도포한 형광층과, 이 형광층의 하단부에 알루미늄(Al)을 증착시킨 반사층으로 구성되어질 수 있다.
이때, 본 발명에서는 활성층을 형성하는 질화인듐갈륨(InGaN) 중 인(In)의 함량을 조절함으로써 동일 색, 즉 청색의 범위에서 서로 다른 피크 파장의 빛을 제 공하는 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)의 제조를 가능하게 할 수 있을 것이다.
또한, 상기 패키지 본체(110)의 수납 홈에는 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)을 매립하고 단일색의 형광체로서 예컨대 황색(Y) 형광체를 포함하는 수지포장부(121)가 형성되어 있다. 이때, 수지포장부(121)는 예컨대 YAG계의 황색 형광체를 함유하는 젤 형태의 에폭시 수지 혹은 YAG계의 황색 형광체를 함유하는 젤 형태의 실리콘 수지를 제1 및 제2발광다이오드 칩(117, 118)을 매립하도록 패키지 본체(110)의 수납 홈에 주입한 후, UV(ultraviolet) 경화나 열경화를 통해 형성될 수 있을 것이다.
도 3은 도 1의 LED 패키지를 구동하기 위한 LED 패키지 장치의 구성도이고, 도 4는 도 3의 구동회로에 의한 제1 및 제2발광다이오드 칩의 색좌표 조정 특성을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 패키지 장치는 특정 색에서 제1피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제1발광소자(217)가 구비된 제1발광부와, 제1발광소자(217)와 동일 색, 예컨대 청색의 범위에서 제1피크 파장과 서로 다른 제2피크 파장을 가지는 빛을 제공하는 제2발광소자(218)가 구비된 제2발광부, 및 외부로부터의 제어신호에 따라 상기 제1발광부의 제1발광소자(217) 및 제2발광부의 제2발광소자(218) 중 적어도 하나의 발광소자를 턴-온시키고 그 턴-온된 제1발광소자(217) 및 제2발광소자(218)의 구동전류를 조절하여 색 온도를 변화시키는 구동제어부(200)를 포함하고 있다.
여기서, 구동제어부(200)는 다양한 회로들이 집적화된 IC와, 그 IC의 주변회로들로 이루어질 수 있는데, 본 발명에서는 텍사스 인스트루먼트(Texas Instrument)社의 TPS 61300 모델을 예시한 것이다. 본 발명에서 물론 이러한 특정사의 구동제어부(200)를 한정하려는 것은 아니지만, 이러한 구동제어부(200)를 본 발명에 따른 LED 패키지 장치에 구성함으로써 LED 패키지의 색조정과 관련해 얼마든지 구동가능할 것으로 보고 있기 때문이다.
좀더 첨언하면, 상기의 구동제어부(200)는 외부의 제어신호에 따라 제1 및 제2발광소자(217, 218) 중 적어도 하나의 발광소자를 선택하여 구동시킬 수 있고, 더 나아가서 하나의 발광소자를 선택하여 구동하는 경우에 있어서도 그 구동전류를 조절할 수 있도록 구성됨으로써 제1 및 제2발광소자(217, 218)에 의한 색온도 조절이 가능하게 된다. 이때 가령, 제1 및 제2발광소자(217, 218)를 동시에 구동시키는 경우에는 제1발광소자(217) 혹은 제2발광소자(218)를 독립적으로 구동할 때 대비 발광 효율, 즉 휘도 또한 증가될 것이다.
여기서, 제1발광부를 이루는 제1발광소자(217)는 앞서서도 충분히 설명되었지만 예컨대 청색에 해당되는 435~445nm의 범위의 제1피크 파장에서 대략 440nm의 주 피크파장을 갖는 청색발광다이오드 칩과 황색의 형광체로 이루어져 있고, 이는 도 4에 나타낸 CIE 1931의 색좌표상에서 볼 때 대략 (0.4, 0.4)로 약간 우편향되어 있다.
또한, 제2발광부를 이루는 제2발광소자(218)는 제1발광소자(217)와 동일색의 범주에 해당되되, 제1피크 파장과 서로 다른 대략 460nm의 주 피크파장, 즉 455~465nm의 범위에 있는 제2피크 파장을 갖는 청색발광다이오드 칩과 황색의 형광체로 이루어져 있는데, 이는 도 4에서 볼 때 대략 (0.2, 0.2) 정도로 좌편향되어 있다.
따라서, 본 발명의 구동제어부(200)는 외부로부터의 제어신호, 가령 카메라 폰의 경우 사용자의 모드 선택에 따라 "00"과 같은 제1제어신호를 전달받아 제1발광소자(217) 및 제2발광소자(218) 중 제1발광소자(217)만을 턴-온(turn-on)시켜 구동할 수 있다. 이는 물론 구동부(200) 내의 스위칭 소자 등을 제어함으로써 이루어지겠지만, 이를 통해 다소 옐로이시(yellowish)한 색감이 가미된 백색광을 구현하게 되고, 그 결과 사진 촬영시 옐로이시한 색감의 사진을 볼 수 있게 될 것이다.
이때, 구동제어부(200)를 통해 제1발광소자(217)의 구동전류를 조절하게 되면 서로 다른 색온도 특성을 갖는 옐로이시한 색감의 백색광도 구현 가능하게 되고, 이로 인해 다양한 색온도의 옐로이시한 색감을 갖는 사진 촬영이 가능하게 된다.
반면, 본 발명의 구동제어부(200)는 사용자의 모드 선택에 따라 "01"과 같은 제어신호를 전달받아 제1발광소자(217) 및 제2발광소자(218) 중 제2발광소자(218)만을 턴-온시켜 구동시킬 수 있다. 이러한 경우에는 블루이시(bluish)한 색감이 많이 가미된 백색광을 구현하게 되고, 그 결과 사진 촬영시 블루이시한 색감의 사진을 볼 수 있게 된다.
물론, 이의 경우에도 앞서서와 마찬가지로 구동부(200)를 통해 제2발광소자(218)의 구동전류를 조절하게 되면 서로 다른 색온도 특성을 갖는 블루이시한 색 감의 백색광도 구현할 수 있을 것이고, 이로 인해 다양한 색온도의 블루이시한 색감을 갖는 사진의 감상이 가능하게 된다.
더 나아가서, 본 발명의 구동제어부(200)는 사용자의 모드 선택에 따라 "10"과 같은 제어신호를 전달받아 제1 및 제2발광소자(217, 218)를 동시에 턴-온시키고, 그 제1 및 제2발광소자(217, 218)의 구동전류를 서로 조절함으로써 도 4에 나타낸 CIE 1931의 색좌표에서 볼 때 대략 (0.3, 0.3)에 위치하는 연색성이 우수한 백색광을 구현할 수도 있을 것이다.
이의 경우에는 연색성이 우수한 백색광의 구현과 더불어 제1발광소자(217) 혹은 제2발광소자(218)를 단독적으로 구동할 때 대비 전체 밝기, 즉 휘도도 상당히 증대될 것이다.
상기한 내용들에 근거해 볼 때, 본 발명은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 물론 아니고, 이후 기술되는 청구범위에 의하여 한정되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 LED 패키지 구조를 나타내는 도면
도 2는 도 1의 제1 및 제2발광다이오드 칩의 주 피크 파장을 나타내는 그래프
도 3은 도 1의 LED 패키지를 구동하기 위한 LED 패키지 장치의 구성도
도 4는 도 3의 구동회로에 의한 제1 및 제2발광다이오드 칩의 색좌표 조정 상태를 나타내는 도면

Claims (8)

  1. 가운데 영역에 오목한 수납 홈을 갖는 패키지 본체;
    상기 패키지 본체의 수납 홈 저면에 노출되도록 형성된 복수의 제1 및 제2전극구조;
    상기 제1 및 제2전극구조에 접속되어 수납 홈의 저면에 실장되고, 특정 색에서 제1피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제1발광다이오드 칩;
    상기 제1 및 제2전극구조에 접속되어 상기 제1발광다이오드 칩에 이웃하도록 수납 홈의 저면에 실장되고, 상기 제1발광다이오드 칩과 동일 색의 범주에 속하여 제1피크 파장과 서로 다른 제2피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제2발광다이오드 칩; 및
    상기 제1 및 제2발광다이오드 칩을 매립하고 단색의 형광체가 포함된 수지포장부로 구성되는 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1발광다이오드 칩 및 제2발광다이오드 칩은 청색 발광다이오드 칩이고,
    상기 단색의 형광체는 황색의 형광체인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 청색 발광다이오드 칩의 파장 대역은 430~ 490nm인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1발광다이오드 칩의 피크파장은 435~445nm이고,
    제2발광다이오드 칩의 피크파장은 455~465nm인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 특정 색에서 제1피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제1발광소자;
    상기 제1발광소자와 동일 색의 범위에서 제1피크 파장과 서로 다른 제2피크 파장을 갖는 빛을 제공하는 제2발광소자; 및
    외부로부터의 제어신호에 따라 상기 제1발광소자 및 제2발광소자 중 적어도 하나의 발광소자를 턴-온시키고, 그 턴-온된 제1발광소자 및 제2발광소자의 구동전류 조절하여 색 온도를 변화시키는 구동제어부를 포함하여 구성되는 발광다이오드 패키지 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1발광소자 및 제2발광소자는 청색 발광다이오드 칩과, 황색의 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 청색 발광다이오드 칩의 파장 대역은 430~ 490nm인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제1발광소자의 피크파장은 435~445nm이고,
    제2발광소자의 피크파장은 455~465nm인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지 장치.
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