KR20110071577A - 발광 다이오드 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 발광 다이오드 칩의 상단 일부에 패턴을 갖는 투광성의 커버층을 형성함으로써 별도의 렌즈를 구비하지 않고도 지향각을 조절할 수 있도록 한 발광 다이오드 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 발광 다이오드 장치는 발광 다이오드 칩; 및 상기 발광 다이오드 칩의 상단에 제한적으로 형성된 투광성의 커버층을 포함하고, 상기 커버층의 상단에는 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
발광 다이오드, 제한, 커버층, 패턴, 오목, 볼록, 투광성, 면적

Description

발광 다이오드 장치{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 발광 다이오드 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 발광 다이오드 칩의 상단 일부에 패턴을 갖는 투광성의 커버층을 형성함으로써 별도의 렌즈를 구비하지 않고도 지향각을 조절할 수 있도록 한 발광 다이오드 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 발광다이오드(LED: Light Emitting Diode)는 전류 인가에 의해 P-N 반도체 접합(P-N junction)에서 전자와 정공이 만나 빛을 발하는 소자로서, LED는 저전압, 저전류로 연속 발광이 가능하고 소비전력이 작은 이점 등 기존의 광원에 비해 많은 이점을 갖고 있다.
발광 다이오드 칩은 각종 표시장치, 백라이트 광원 등에 널리 사용되고 있으며, 최근 적, 녹, 청색광을 각각 방출하는 3개의 발광 다이오드 칩들을 이용하거나, 또는 형광체를 사용하여 파장을 변환시킴으로써 백색광을 방출하는 기술이 개발되어 조명장치로도 그 적용 범위를 넓히고 있다.
이러한 발광 다이오드 칩은 통상 패키지 구조로 제조되며, 종래 발광 다이오드 장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 리드프레임(12, 13)을 포함 한다. 제 1 및 제 2 리드프레임(12, 13)은 패키지 몸체(11)에 의해 지지된다.
패키지 몸체(11)는 캐비티(15)를 구비하며, 캐비티(15)의 실장면에 발광 다이오드 칩(14)을 실장하고 와이어(W) 본딩을 한 상태에서 봉지부재(16)를 형성한다. 봉지부재(16)에는 형광체가 포함될 수 있다.
봉지부재(16)의 형상은 발광 다이오드 칩(14)에서 발생된 광의 지향각을 조절할 수 있기 때문에, 원하는 지향각을 갖도록 봉지부재(16)의 형상을 섬세하게 만들기가 어려웠다.
이에 따라, 종래의 발광 다이오드 장치(1)는 봉지부재(16)를 패키지 몸체(11)의 캐비티(15) 내에 형성하고, 봉지부재(16) 상부에 패턴을 갖는 광학부재(17)를 패키지 몸체(11)에 거치하도록 설치하였다.
그러나, 종래의 발광 다이오드 장치(1)는 광학부재(17)가 봉지부재(16)의 상단과 이격되게 패키지 본체(11)에 거치되기 때문에, 봉지부재(16)와 광학부재(17) 사이에 공기층(18)이 형성되고, 이러한 공기층(18)이 봉지부재(16) 상부에 설치된 광학부재(17)를 박리시킬 수 있다.
또한 발광 다이오드 칩(14)에서 발생된 광이 봉지부재(16), 공기층(18) 및 광학부재(17)를 거쳐 외부로 방출되는데 봉지부재(16)와 공기층(18) 사이의 굴절율 차이로 내부 전반사가 일어나 발광 다이오드 칩(14)에서 방출된 광의 손실이 발생되어, 광효율을 저하시킬 수 있다. 또한 봉지부재(16) 내에 포함된 형광체의 불균일한 분포로 인한 색 편차를 일으킬 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 발광 다이오드 칩의 상단 일부에 패턴을 갖는 투광성의 커버층을 형성함으로써 종래 봉지부재와 광학부재 사이에 발생되는 내부 전반사로 인해 야기된 광 손실을 줄일 수 있고 지향각 조절이 용이한 발광 다이오드 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제들을 이루기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 발광 다이오드 장치는 발광 다이오드 칩; 및 상기 발광 다이오드 칩의 상단에 제한적으로 형성된 투광성의 커버층을 포함하고, 상기 커버층의 상단에는 패턴이 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 커버층은 형광체를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 커버층의 상단은 오목한 형상, 볼록한 형상, 반구형, 돔형, 원추형, 다각뿔의 형상 중 적어도 하나의 패턴으로 형성된 것이 바람직하다.
상기 발광 다이오드 칩은 패키지 몸체에 구비된 캐비티의 바닥면에 실장되고, 상기 커버층은 상기 캐비티 내벽면 및 상기 캐비티의 바닥면으로부터 떨어져 있는 것이 바람직하다.
상기 발광 다이오드 칩은 기판 상에 실장되고, 상기 커버층은 상기 기판의 바닥면으로부터 떨어져 있는 것이 바람직하다.
상기 커버층은 상기 발광다이오드 칩의 면적보다 크지 않은 것이 바람직하 다.
상기 커버층은 상기 발광 다이오드 칩의 상단에 마련된 본딩 패드 영역을 제외한 영역에 형성된 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면 발광 다이오드 칩의 상단 일부에 패턴을 갖는 투광성의 커버층을 형성함으로써 종래 봉지부재와 광학부재와의 간격으로 인한 내부 전반사로 인해 야기된 광 손실을 줄일 수 있어 발광 다이오드 칩에서 나오는 광 추출 효과를 증대시킬수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 형광체가 함유된 커버층을 발광 다이오드 칩의 상단에 형성함으로써 종래 봉지부재 내에 포함된 형광체의 불균일한 분포로 인한 색편차의 문제를 해결하였다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면 커버층의 면적을 발광 다이오드 칩의 면적 보다 작거나 크지 않게 형성됨에 따라 광원의 면적이 작기 때문에 2차 렌즈 설계가 용이하다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 다음에 소개되는 실시예들을 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 장치를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 장치(2)는 외부 전극들에 연결되는 제 1 및 제 2 리드프레임(22, 23) 및 이것과 일체로 성형된 패키지 몸체(21)를 구비한다. 패키지 몸체(21)는 전형적으로 열가소성 수지를 삽입 몰딩하여 형성될 수 있다. 이러한 패키지 몸체(21)의 재질은 세라믹 재질, PPA 재질을 포함할 수 있으며, 발광 다이오드 장치(2)의 내부 구조를 다양하게 설계할 수 있다.
제 1 및 제 2 리드프레임(22, 23)은 각각의 일단이 근접하여 대향하도록 배치되고, 타단이 서로 반대방향으로 연장하여 패키지 몸체(21)의 외부로 돌출되어 외부 전극에 각각 전기적으로 연결되나, 타단이 패키지 몸체(21)를 상하로 관통하는 비아(via, 미도시)를 통해 외부 전극에 각각 전기적으로 연결될 수도 있다.
패키지 몸체(21)는 제 1 및 제 2 리드프레임(22, 23)의 적어도 일부를 둘러싸서 제 1 및 제 2 리드프레임(22, 23)을 지지한다. 또한 패키지 몸체(21)는 제 1 및 제 2 리드프레임(22, 23)을 노출시키는 캐비티(25)를 구비한다. 캐비티(25)의 내벽(211)은 발광 다이오드 칩(24)에서 방출된 광을 외부로 반사하도록 일정한 경사면을 갖는 것이 바람직하다.
발광 다이오드 칩(24)은 N형 반도체층과 활성층 및 P형 반도체층을 포함하며, 패키지 몸체(21)에 구비된 실장면에 실장된다. 발광 다이오드 칩(24)은 도전성 접착제, 예컨대 은 에폭시(Ag epoxy)에 의해 캐비티(25)의 바닥면에 부착될 수 있다. 본 실시예에서는 캐비티(25)에 의해 노출된 제 1 리드프레임(22)에 발광 다이오드 칩(24)이 부착되고, 본딩와이어(W)를 통해 제 2 리드프레임(23)에 접속되어, 발광 다이오드 칩(24)이 제 1 및 제 2 리드프레임(22, 23)에 전기적으로 연결된다. 발광 다이오드 칩(24)의 상단에는 본딩 패드(미도시)가 마련될 수 있다.
발광 다이오드 칩(24)의 상단을 덮도록 투광성의 커버층(26)이 형성된다. 투광성의 커버층(26)은 투광성의 수지와 형광체의 조합으로 이루어질 수 있다. 특히, 커버층(26)은 발광 다이오드 칩(24)의 상단 일측에 형성되되, 본딩 패드가 위치한 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된다.
다른 실시예로는 제 1 및 제 2 리드프레임 사이에 위치한 서브마운트(미도시)에 발광 다이오드 칩(24)이 실장되고, 서브 마운트를 제 1 및 제 2 리드프레임과 두개의 본딩와이어를 통해 각각 연결할 수 있다. 이 경우, 투광성 커버층(26)은 발광 다이오드 칩(24)의 상단 일측을 전체적으로 덮는 형상일 수 있다. 또한 발광 다이오드 칩(24)을 플립 본딩하는 경우 투광성 커버층(26)은 발광 다이오드 칩(24)의 상단을 전체적으로 덮는 형상일 수 있다.
커버층(26)은 패키지 몸체(21)에 구비된 캐비티(25)의 내벽면 및 캐비티(25)의 바닥면으로부터 이격되게 위치하며, 캐비티(25)의 내벽면으로부터 일정간격 이격되게 위치할 수 있다. 커버층(26)의 두께는 패턴이 형성된 두께보다 작거나 같게 형성될 수 있다.
이러한 커버층(26)은 발광 다이오드 칩(24)의 상단에 예컨대, 접착제에 의해 접착될 수 있다. 커버층(26)의 하단은 발광 다이오드 칩(24)과 밀착 가능한 형태로 제작될 수 있다.
커버층(26)은 발광 다이오드 칩(24)의 면적보다 크지 않는 면적을 갖도록 발광 다이오드 칩(24)의 상단에만 제한적으로 형성된다. 이에 따라, 발광 다이오드 칩(24)과 커버층(26)을 포함하는 광원의 면적을 최소화할 수 있다. 광원 면적의 최소화는 2차 렌즈의 설치시 렌즈의 초점을 용이하게 맞출 수 있도록 해 준다.
이러한 커버층(26)의 상단은 도 4a 내지 도 4d와 같은 형상일 수 있다. 커버층(26)의 상단은 오목한 형상, 볼록한 형상, 반구형, 돔형, 원추형, 다각뿔의 형상 중 적어도 하나의 패턴으로 형성될 수 있으며, 적어도 하나의 패턴을 이루거나, 하나 또는 그 이상의 개수의 패턴을 갖도록 형성될 수 있다. 패턴의 형상은 볼록한 형상 또는 오목한 형상이 바람직하나, 도 5에 도시된 바와 같은 패턴이 일정간격을 두고 다수개 배열된 형상이 채택될 수도 있고 그 이외의 다른 형상도 채택될 수도 있다. 발광 다이오드 칩(24)의 두께를 고려해 볼때, 커버층(26)이 볼록 또는 오목한 형상의 직경보다 작은 높이 또는 깊이를 갖도록 형성됨이 더욱 바람직하다. 나아가, 적용 여건에 따라 볼록이면 볼록, 오목이면 오목한 형상만을 구현하는 것이 바람직하다.
이러한 패턴은 수지류를 예컨대 스프레이 방식으로 패터닝된 마스크 상에 뿌려서 형성되거나, 또는 마스크 패턴 상에 에칭 등의 방법을 통해 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 화학적/기계적 방법에 의하여 구현 가능하다. 이와 같은 커버층(26)의 상단 형상은 발광 다이오드 칩(24)에서 발생 된 광의 지향각을 조절할 수 있다.
나아가, 발광 다이오드 칩(24) 및 커버층(26)을 보호하기 위한 봉지부재(미도시)가 패키지 몸체(21) 내에 캐비티(25)를 채우도록 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3을 참조하면 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치(3)는 패기판(31), 발광다이오드 칩(34), 본딩와이어(W), 투광성의 커버층(36)을 포함하여 구성된다.
앞선 실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 그 설명을 생략하고 상이한 부분을 위주로 설명한다.
기판(31)은 발광 다이오드 칩(34)과 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 리드(32, 33)를 구비하며, 기판(31)은 본 실시예에서 인쇄회로기판(이하, ‘PCB'라 한다)일 수 있다. 제 1 및 제 2 리드(32, 33)는 서로 이격되게 배치된다. 제 1 및 제 2 리드(32, 33)는 예를 들면, 구리 박막과 같은 전도성 박막 금속을 도금, 프린팅, 또는 기타 다른 방식을 통해 형성하여 이루어지는 것이다.
발광 다이오드 칩(34)은 기판(31)에 구비된 제 1 리드(32) 상에 부착되고 본딩와이어(W)에 의해 제 2 리드(33)와 전기적으로 연결된다.
앞선 실시예에서 설명된 투광성의 커버층(36)을 기판(31)의 바닥면으로부터 이격되게 발광 다이오드 칩(34)의 상단에 한정적으로 설치되며, 커버층(36)에는 적어도 하나의 형광체를 포함할 수 있다.
커버층(36)의 형상은 도 4a 내지 도 4b에 도시된 바와 같은 형상이 채택될 수 있고, 필요에 따라 다양한 패턴을 갖는 커버층(36)이 발광 다이오드 칩(34) 상단 일측에 예컨대 도전성 접착제에 의해 부착될 수 있다.
본 실시예에서도 커버층(36)이 발광 다이오드 칩(34)의 일부를 덮되, 발광 다이오드 칩(34)의 면적보다 커버층(36)의 면적이 크지 않도록 형성하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 발광 다이오드 칩(34)을 전체적으로 덮도록 구현할 수 있다.
선택적으로, 기판(31) 상에 봉지부재(미도시)를 더 형성하여 발광 다이오드 칩(34), 본딩와이어(W) 및 투광성의 커버층(36)을 보호할 수 있다.
도 1은 종래의 발광 다이오드 장치를 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 발광 다이오드 장치를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 발광 다이오드 장치를 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4d는 도 2 및 도 2에 적용되는 커버층을 도시한 단면도.
도 5는 도 2 및 도 3에 적용되는 커버층을 도시한 평면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
2 : 발광 다이오드 장치 21 : 패키지 몸체
22 : 제 1 리드프레임 23 : 제 2 리드프레임
24 : 발광 다이오드 칩 25 : 커버층
W : 본딩와이어

Claims (7)

  1. 발광 다이오드 칩; 및
    상기 발광 다이오드 칩의 상단에 제한적으로 형성된 투광성의 커버층을 포함하고,
    상기 커버층의 상단에는 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버층은 형광체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버층의 상단은 오목한 형상, 볼록한 형상, 반구형, 돔형, 원추형, 다각뿔의 형상 중 적어도 하나의 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 패키지 몸체에 구비된 캐비티의 바닥면에 실장되고,
    상기 커버층은 상기 캐비티 내벽면 및 상기 캐비티의 바닥면으로부터 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 발광 다이오드 칩은 기판 상에 실장되고,
    상기 커버층은 상기 기판의 바닥면으로부터 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버층은 상기 발광 다이오드 칩의 면적보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 커버층은 상기 발광 다이오드 칩의 상단에 마련된 본딩 패드 영역을 제외한 영역에 형성된 것을 특징으로 하는 발광 다이오드 장치.
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