KR20100082252A - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

Abstract

발광다이오드 패키지가 개시된다. 캐비티가 형성된 기판부; 캐비티에 실장되는 발광다이오드; 발광다이오드를 커버하도록 캐비티의 내부에 충전되는 투과성 몰딩수지; 및 발광다이오드의 상측에 배치되는 광자결정필름을 포함하는 발광다이오드 패키지는, 파장의 특성에 따라 초점이 변경 가능하고, 발광다이오드 소자 광 특성을 개선할 수 있으며, 발광다이오드가 백라이트로 사용될 경우 특정한 파장의 빛이 이 강하게 사용될 수 있도록 설정하여 디스플레이 상의 선명도를 개선할 수 있다.

발광다이오드, 광자 결정, 렌즈

Description

발광다이오드 패키지{light emitting diode package}

본 발명은 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.

지난 수 년간 GaN 기반 발광다이오드는 많은 발전을 해 왔으며 특히 청색, 자외선 발광다이오드의 특성 개선을 통하여 다양한 색 구현이 가능해 졌다. 이러한 결과를 바탕으로 다양한 발광다이오드 적용 제품들이 나타나고 있다.

종래기술에 따르면, 발광다이오드의 광 추출 및 포커싱으로는 기존의 실리콘 수지를 통한 반도체 면에서의 광 추출 향상과 실리콘을 사용한다. 이때에 사용되는 실리콘 수지는 각 파장 별로 굴절률(refractive index)에 의해 최적화가 가능하며, 렌즈로는 구형 렌즈를 사용한다.

여러 파장의 빛을 내는 소자들(형광체를 이용하거나, 두 가지 이상의 발광다이오드를 이용하는 방법으로)의 경우, 색수차에 의한 디포커싱(defocusing) 문제가 나타날 수 있으며 이는 발광다이오드 패키지의 형상 인자의 변경이나 형광체 또는 칩의 형상 변화를 통하여 해결 가능하다. 하지만 이러한 방법들은 칩 또는 형광체가 변경되었을 때 수정 기간이 길어지고 전체적인 소자 구조의 변경 역시 필요하게 되는 문제를 가지고 있다.

본 발명은 발광다이오드 상에 초점 조절 렌즈(focus tunable lens)를 장착하여 파장의 특성에 따라 초점이 변경 가능하도록 하고, 발광다이오드 소자 광 특성을 개선할 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 캐비티가 형성된 기판부; 캐비티에 실장되는 발광다이오드; 발광다이오드를 커버하도록 캐비티의 내부에 충전되는 투과성 몰딩수지; 및 발광다이오드의 상측에 배치되는 광자결정필름을 포함하는 발광다이오드 패키지를 제공할 수 있다.

광자결정필름은 발광다이오드의 상부 표면에 배치될 수도 있으며, 발광다이오드로부터 이격되어 투과성 몰딩수지의 상면에 배치될 수도 있다. 이 경우, 기판부의 상부에 형성되어, 광자결정필름의 측면을 지지하는 돌기; 및 돌기에 진동을 가하는 진동자가 구비될 수도 있다.

광자결정필름은, 필름 형상의 폴리머; 및 폴리머의 내부에 규칙적으로 배치되며, 폴리머보다 큰 굴절률을 갖는 무기물 어레이를 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들면, 폴리머는 굴절률이 1.8 미만이고, 무기물은 굴절률이 1.8 초과일 수 있 다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파장의 특성에 따라 초점이 변경 가능하고, 발광다이오드 소자 광 특성을 개선할 수 있으며, 발광다이오드가 백라이트로 사용될 경우 특정한 파장의 빛이 이 강하게 사용될 수 있도록 설정하여 디스플레이 상의 선명도가 개선될 수 있다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 발광다이오드 패키지의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 광자결정필름을 나타내는 사시도이다. 도 1을 참조하면, 폴리머(12)와 그 내부에 규칙적으로 배치되어 어레이를 형성하는 무기물(14)로 이루어지는 광자결정필름(10)이 도시되어 있다.

본 발명에 대해 설명하기에 앞서 광자결정에 대해 간략이 설명하면 다음과 같다.

광자결정(Photonic Crystal)은 광 파장에 해당하는 주기를 가지고 굴절률이 공간적으로 변하는 인공적인 구조물을 지칭한다. 광자 결정의 대표적인 특징으로는 광자띠 간격, 강한 비선형성 및 분산특성이 있다. 상기 광자 결정의 특징인 광자띠 간격은 주기적인 굴절률의 변화에 의해 광이 다중반사를 일으킴에 따라 광자 결정 내부로 광이 전파되지 않고, 모두 반사되어 버리는 주파수 영역을 말한다. 광자띠 간격 주위에서는 분산이 강하게 왜곡되어 기존의 균일한 매질에서는 일어나지 않는 특이한 현상, 예를 들면, 슈퍼프리즘 현상 및 광 진행이 느려지는 현상 등이 일어난다. 광자결정 소자란 광자띠 간격, 광의 국소화, 비선형성 및 강한 분산특성을 보이는 광자결정을 이용한 나노 광소자이다.

상기 광자 결정의 특징 중 광자띠 간격을 이용하면 광결정 다이오드와 전방향 거울 등을 제작할 수 있으며, 광의 국소화를 이용하면 광결정 레이저, 도파로, 필터, 광자결정 섬유 등을, 슈퍼프리즘(superprism) 현상을 이용하면 WDM(wavelength division multiplex) 분산기 등을, 비선형성을 이용하면 초소형 편광기 등을 제작할 수 있다.

광자결정필름(10)은 상대적으로 낮은 굴절률을 갖는 폴리머 계열 물질 내에, 상대적으로 높은 굴절률을 갖는 유전체(무기물)가 규칙적으로 배치되어 어레이(array)를 형성하는 구조를 가짐으로써, 렌즈로서의 기능을 수행할 수 있게 된다. 바람직하게는 폴리머는 굴절률이 1.8 미만의 재질로 이루어지고, 무기물은 굴절률이 1.8보다 큰 재질로 이루어질 수 있다.

이때에 초점조절은 외력에 의한 응력(stress)에 의해 가능하게 되며, 이 응력은 광자결정필름(10) 내의 광자결정 어레이의 주기를 변경시킴으로써 초점조절을 가능케 할 수 있다. 이러한 응력(mechanical stress)에 의한 초점 변경은 액정(liquid crystal)을 이용한 가변초점 렌즈(tunable lens)보다 민감하게 작용할 수 있으며, 더 큰 효과를 발휘할 수 있다.

상기와 같은 원리를 통해, 광자결정필름이 볼록렌즈로서의 기능을 수행하는 모습이 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 참조번호 1은 입사광을 나타내며, 참조번호 2는 광자결정필름에 의해 집광되는 투과광을 나타낸다. 참조번호 3은 외력에 이해 광자결정필름의 초점이 조절된 경우, 새롭게 집광되는 투과광을 나타낸다.

상기와 같은 광자결정필름을 구비한 발광다이오드 패키지의 모습이 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도이다. 도 3을 참조하면, 광자결정필름(10), 폴리머(12), 무기물(14), 기판부(20), 돌기(21), 경사면(22), 몰딩수지(30), 발광다이오드(40), 진동자(50)가 도시되어 있다.

본 실시예에 따른 발광다이오드 패키지는 전술한 구조의 광자결정필름(10)이 발광다이오드(40)로부터 방출되는 빛의 경로 상에 배치되어, 렌즈로서의 기능을 수행하는 구조를 갖는다.

기판부(20)에는 발광다이오드(40)가 실장되도록 오목한 형상의 캐비티가 형성된다. 발광다이오드(40)는 기판부(20)의 내측 즉, 캐비티의 하면에 직접 안착될 수도 있으며, 필요한 경우 별도의 서브마운트에 안착된 상태로 캐비티의 하면에 안착될 수도 있다. 이 경우, 서브마운트는 효율적인 방열기능 및 경제성을 고려하여, 알루미늄을 주된 재질로 하여 이루어질 수도 있다.

캐비티의 측면에는 경사면(22)이 형성되는데, 이러한 경사면(22)은 발광다이오드(40)로부터 방출되는 빛을 반사하는 반사면으로서의 기능을 수행할 수 있게 되어 발광다이오드(40)의 광 집속 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 캐비티의 내측에는 투명한 재질의 몰딩수지(30)가 발광다이오드(40)를 지지함과 동시에 발광다이오드(40)로부터의 광 방출이 안정적으로 이루어지도록 할 수 있다. 몰딩수지(30)로는 실리콘 수지를 이용할 수 있으며, 이러한 몰딩수지(30)에는 발광다이오드(40)로부터 방출된 빛이 특정 색을 나타낼 수 있도록 하기 위한 형광체가 분산될 수 있다.

한편, 몰딩수지(30)의 상면에는 상술한 광자결정필름(10)이 배치된다. 발광다이오드(40)로부터 방출되는 발광다이오드(40)의 상면, 즉 캐비티의 상면을 향해 진행하게 되는데, 이러한 광 경로 상에 볼록렌즈로서의 기능을 수행할 수 있는 광자결정필름(10)을 배치함으로써, 광 집속 효율을 증대시킬 수 있게 된다.

전술한 바와 같이, 광자결정필름(10)이 경우, 외력에 의해 초점이 조절될 수 있다. 이와 같은 초점 조절을 구현하기 위하여, 본 실시예에서는 도 3에 도시된 바 와 같이, 기판부(20)의 상부에 돌기(21)를 형성하고 이러한 돌기(21)에 의해 광자결정필름(10)의 측면이 지지되는 구조를 제시한다. 그리고, 상기 돌기(21)에 진동을 가하는 진동자(50)를 구비함으로써, 돌기(21)를 통해 광자결정필름(10)에 외력이 가해질 수 있도록 한다.

이러한 구조를 통해 외력을 가함으로써, 광자 결정 어레이의 주기를 변경시킬 수 있게 되어, 렌즈로서의 기능을 수행하는 광자결정필름(10)의 초점을 조절할 수 있게 된다.

한편, 본 실시예에서는 몰딩수지(30)의 상면에 광자결정필름(10)이 배치되는 구조를 제시하였으나, 도 4에 도시된 바와 같이, 발광다이오드(40)의 상부 표면에 광자결정필름(10)을 배치할 수도 있음은 물론이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 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.

전술한 실시예 외의 많은 실시예들이 본 발명의 특허청구범위 내에 존재한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지의 광자결정필름을 나타내는 사시도.

도 2는 도 1의 광자결정필름이 렌즈로서의 기능을 수행하는 모습을 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 나타내는 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 광자결정필름 12: 폴리머

14: 무기물 20: 기판부

21: 돌기 22: 경사면

30: 몰딩수지 40: 발광다이오드

50: 진동자

Claims (6)

1. 캐비티가 형성된 기판부;

   상기 캐비티에 실장되는 발광다이오드;

   상기 발광다이오드를 커버하도록 상기 캐비티의 내부에 충전되는 투과성 몰딩수지; 및

   상기 발광다이오드의 상측에 배치되는 광자결정필름을 포함하는 발광다이오드 패키지.
2. 제1항에 있어서,

   상기 광자결정필름은 상기 발광다이오드의 상부 표면에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
3. 제1항에 있어서,

   상기 광자결정필름은, 상기 발광다이오드로부터 이격되어 상기 투과성 몰딩수지의 상면에 배치되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
4. 제3항에 있어서,

   상기 기판부의 상부에 형성되어, 상기 광자결정필름의 측면을 지지하는 돌기; 및

   상기 돌기에 진동을 가하는 진동자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
5. 제1항에 있어서,

   상기 광자결정필름은,

   필름 형상의 폴리머; 및

   상기 폴리머의 내부에 규칙적으로 배치되며, 상기 폴리머보다 큰 굴절률을 갖는 무기물 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
6. 제5항에 있어서,

   상기 폴리머는 굴절률이 1.8 미만이고,

   상기 무기물은 굴절률이 1.8 초과인 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.

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