KR20120079666A

KR20120079666A - 발광소자 패키지

Info

Publication number: KR20120079666A
Application number: KR1020110000985A
Authority: KR
Inventors: 박천호; 유재성
Original assignee: 삼성엘이디 주식회사
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2012-07-13
Also published as: EP2475017A2; US20120168798A1; CN102593315A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지는,
발광소자; 상기 발광소자가 복수개 실장되는 기판; 및 상기 발광소자를 덮어 봉지하도록 상기 기판 상에 장착되며, 상기 기판과 접하는 하면은 상기 발광소자를 수용하는 수용홈이 형성되고, 상면은 상기 발광소자와 마주하는 위치에 오목부가 형성되는 렌즈;를 포함하고, 상기 오목부는 상기 렌즈의 광축상에서 곡률반경을 가지며 상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 함몰형성된다.

Description

발광소자 패키지{LED Package}

본 발명은 발광소자 패키지에 관한 것이다.

현재 박형 표시장치의 주류를 이루고 있는 액정표시장치(Liquid Crystal Display : LCD)는 박형의 벽걸이형 텔레비젼, 노트북 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터용 모니터, 항법 장치, PDA, 휴대형 전화기, 게임기에 이르기까지 다양한 장치에 응용이 이루어지고 있다. 이와 같은 액정표시장치의 표시소자를 구성하는 액정은 스스로 발광하지 못하고, 인가되는 전기신호에 따라 단순히 빛을 투과시키거나 차단하는 기능을 수행할 뿐이다.

따라서, 액정패널에 정보를 표시하기 위해서는 액정패널을 후방에서 조명하기 위한 면발광장치 소위 백라이트 유닛(Back Light Unit)이 액정표시장치 내에 별도로 마련되어야 한다. 이와 같은 백라이트 유닛은 빛의 휘도를 높이고 고른 면광원을 형성하여 액정패널을 균일하게 조사하여야 하며, 이는 제품의 품질면에서 매우 중요하다고 할 수 있다.

일반적인 백라이트 유닛은 소형이고 수명이 길며, 전기 에너지가 빛에너지로 직접 변환하기 때문에 에너지 효율이 높음과 동시에 낮은 동작전압을 갖는다는 장점을 가지는 발광소자(LED)가 광원으로 사용되고 있다.

액정패널의 밑에 위치한 면광원으로부터 액정패널을 직접 조광하는 직하형 타입의 경우 발광소자에서 출사되는 광의 확산분포가 랑베르(Lambertian) 분포 형태가 되어 지향각이 120도 수준이며, 광원에서 액정패널 까지의 거리가 멀어 다수의 발광소자를 사용해야만 밝고 휘도 균일도가 좋은 화면을 얻을 수 있었다.

본 발명의 목적 중 하나는 출사되는 광속의 배광분포를 넓게 하여 제품의 두께를 줄이고, 아울러 발광소자의 사용 개수를 줄일 수 있는 발광소자 패키지를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지는,

발광소자; 상기 발광소자가 복수개 실장되는 기판; 및 상기 발광소자를 덮어 봉지하도록 상기 기판 상에 장착되며, 상기 기판과 접하는 하면은 상기 발광소자를 수용하는 수용홈이 형성되고, 상면은 상기 발광소자와 마주하는 위치에 오목부가 형성되는 렌즈;를 포함하고, 상기 오목부는 상기 렌즈의 광축상에서 곡률반경을 가지며 상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 함몰형성될 수 있다.

또한, 상기 수용홈을 채우며, 상기 발광소자를 에워싸는 형광체층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 렌즈는 상기 상면이 상기 오목부를 중심으로 양 측의 단면이 포물면 형상을 갖는 곡면으로 형성되며, 상기 포물면 형상의 곡면은 상기 수용홈 보다 높은 위치에 형성될 수 있다.

또한, 상기 렌즈는 다음의 조건식 1을 만족할 수 있다.

(조건식 1) 0.4 < Tc/Tt < 0.85

여기서, Tc: 광축상에서의 렌즈의 하면에서부터 상면까지의 거리

Tt: 렌즈의 하면을 기준으로 높이가 가장 높은 상면까지의 거리

또한, 상기 렌즈는 다음의 조건식 2를 만족할 수 있다.

(조건식 2) 0.3 < Rt/Rmax < 0.75

여기서, Rt: 광축에서 렌즈의 상면 가장 높은곳까지의 거리

Rmax: 광축에서 렌즈 외곽면까지의 거리

또한, 상기 렌즈는 다음의 조건식 3을 만족할 수 있다.

(조건식 3) 0.1 < Rc

여기서, Rc: 렌즈 상면의 오목부의 광축상에서의 곡률반경

본 발명의 실시예에 따르면 발광소자에서 출사되는 광의 확산분포를 크게 하여 지향각이 130도 이상이 되게함으로써 실장되는 발광소자의 개수를 줄일 수 있어 원가 경쟁력을 확보하는 것이 가능하다.

또한, 발광소자에서 광학 필름까지의 거리를 짧게 할 수 있어 슬림화가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 발광소자 패키지에서 렌즈의 다양한 실시예에 따른 광도 분포를 개략적으로 나타내는 그래프이다.

본 발명의 실시예에 따른 발광소자 패키지에 관한 사항을 도면을 참조하여 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다.

따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 도면 상에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 참조부호를 사용할 것이다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지에 대해 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 발광소자 패키지를 개략적으로 나타내는 단면도이며, 도 3 내지 도 5는 도 1의 발광소자 패키지에서 렌즈의 다양한 실시예에 따른 광도 분포를 개략적으로 나타내는 그래프이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지(1)는 발광소자(10), 기판(20) 및 렌즈(30)를 포함하여 구성된다.

상기 발광소자(10)는 외부에서 인가되는 전기 신호에 의해 소정 파장의 빛을 출사하는 반도체 소자의 일종으로, LED 칩 자체를 포함하며, 함유되는 물질에 따라서 청색광, 적색광 또는 녹색광을 출사할 수 있으며, 백색광을 출사할 수도 있다. 상기 발광소자(10)는 복수개가 상기 기판(20) 상에 실장되어 배열을 이루도록 구비될 수 있다.

상기 기판(20)은 인쇄회로기판(PCB)의 일종으로 에폭시, 트리아진, 실리콘, 폴리이미드 등을 함유하는 유기 수지 소재 및 기타 유기 수지 소재로 형성되거나, AlN, Al₂O₃ 등의 세라믹 소재, 또는 금속 및 금속화합물을 소재로 하여 형성될 수 있으며, 구체적으로는 메탈 PCB의 일종인 MCPCB인 것이 방열 측면에서 바람직하다.

상기 발광소자(10)가 장착되는 상기 기판(20)에는 상기 발광소자(10)와 전기적으로 연결되는 회로 배선(미도시), 내전압 특성을 가진 절연층(미도시) 등이 구비될 수 있다.

상기 렌즈(30)는 상기 발광소자(10)를 각각 덮어 봉지하도록 상기 기판(20) 상에 장착된다. 상기 렌즈(30)는 상기 기판(20)과 접하는 하면(30a)에 상기 발광소자(10)를 수용하는 수용홈(31)이 형성되고, 상면(30b)에는 상기 발광소자(10)와 마주하는 위치에 오목부(32)가 형성된다. 상기 렌즈(30)는 투명한 재질의 실리콘, 플라스틱, 실리카 등의 재질로 형성될 수 있다.

상기 수용홈(31)은 상기 발광소자(10)보다 큰 크기로 형성되며, 상기 수용홈(31)의 내면과 상기 발광소자(10) 사이의 공간에는 상기 수용홈(31)을 채우며, 상기 발광소자(10)를 에워싸는 형광체층(40)이 구비될 수 있다. 상기 형광체층(40)은 적어도 한 종류의 형광물질을 함유하며, 이를 통해 상기 발광소자(10)에서 출사되는 빛의 파장을 원하는 색상의 파장으로 변환시킬 수 있다. 예를 들어, 청색광을 백색광으로 변환시킬 수 있다. 또한, 상기 형광체층(40)은 빛의 원활한 확산을 위해 확산물질을 더 함유할 수도 있다.

상기 렌즈 상면(30b)의 중앙부에 형성되는 상기 오목부(32)는 상기 렌즈(30)의 광축(O)상에서 소정의 곡률반경을 가지며 상기 상면(30b)으로부터 상기 하면(30a)을 향해 함몰형성된다. 그리고, 상기 렌즈(30)는 상기 상면(30b)이 상기 오목부(32)를 중심으로 양 측의 단면이 포물면 형상을 갖는 곡면(33)으로 형성되며, 상기 포물면 형상의 곡면(33)은 상기 수용홈(32) 보다 높은 위치에 형성된다.

이러한 구조를 통해 상기 발광소자(10)에서 출사되는 광의 확산분포를 크게 하여 지향각이 130도 이상이 되게함으로써 실장되는 발광소자(10)의 개수를 줄일 수 있어 원가 경쟁력을 확보하는 것이 가능하다. 아울러, 발광소자(10)에서 미도시된 상부측의 광학 필름까지의 거리를 짧게 할 수 있어 슬림화가 가능하다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 발광소자 패키지의 렌즈(30)는 발광소자(10)로부터 출사되는 광의 배광분포를 넓게 함으로써 발광소자(10)의 사용 개수를 줄임과 동시에, 제품의 두께를 줄여 슬림화를 달성하기 위해서 상기한 구조적 특징과 함께 다음과 같은 조건식을 만족하는 범위 내에서 구현되도록 하는 것이 바람직하다.

우선, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(30)는 다음의 조건식 1을 만족시키는 범위 내에서 구현되는 것이 바람직하다.

(조건식 1) 0.4 < Tc/Tt < 0.85

여기서, Tc는 광축상에서의 렌즈의 하면에서부터 상면까지의 거리이고, Tt는 렌즈의 하면을 기준으로 높이가 가장 높은 상면까지의 거리이다.

상기 조건식 1은 렌즈(30)의 중앙부로 입사하는 광속을 전반사시키기 위한 조건이다. 상기 조건식 1의 상한을 벗어나게 되면 렌즈(30)의 중앙부로 입사하는 광속이 포물면 형상의 곡면(33)을 갖는 상면(30b), 즉 렌즈 면에서 전반사되지 않고 굴절되어 렌즈(30) 밖으로 빠져나가는 광속이 증가하게 되며, 따라서 광축(O) 근처에서의 광도가 증가하게 되어 화면에서 주변대비 아주 밝게 보이는 핫 스팟(hot spot)이 발생할 가능성이 크다. 그리고, 상기 조건식 1의 하한을 벗어나게 되면 렌즈(30)의 중앙부로 입사하는 광속이 상기 렌즈 면에서 지나치게 많이 전반사되며, 따라서 광축(O) 근처에서의 광도가 매우 감소하게 되어 화면 얼룩이 발생할 우려가 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(30)는 상기한 조건식 1과 함께 또는 독립적으로 다음의 조건식 2를 만족시키는 범위 내에서 구현되는 것이 바람직하다.

(조건식 2) 0.3 < Rt/Rmax < 0.75

여기서, Rt는 광축에서 렌즈의 상면 가장 높은 곳까지의 거리이고, Rmax는 광축에서 렌즈의 외곽면까지의 거리이다.

상기 조건식 2는 렌즈(30)의 하면(30a)을 기준으로 높이가 가장 높은 상면(30b)이 광축(O)에서 얼마나 떨어져 있는가를 제어하기 위한 조건이다. 상기 조건식 2의 상한을 벗어나게 되면 렌즈(30)의 중앙부로 입사하는 광속이 렌즈 면에서 바로 굴절되어 렌즈(30) 밖으로 진행하기 때문에 광축(O) 근처에서의 광도가 증가하게 되어 화면에서 발광소자(10)가 위치한 부근에서는 휘도가 우수하지만 발광소자(10)에서 떨어져 있는 부근에서의 휘도는 급격하게 떨어지는 현상이 발생한다. 그리고, 상기 조건식 2의 하한을 벗어나게 되면 렌즈(30)의 주변부로 입사하는 광속이 렌즈 면에서 바로 굴절되어 렌즈(30) 밖으로 진행하기 때문에 광축(O)에서 많이 떨어져 있는 쪽의 광도가 지나치게 높아지게 되어 화면의 휘도균일도가 저하하게 된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(30)는 상기 조건식 1 및 조건식 2 중 적어도 하나와 함께 또는 독립적으로 다음의 조건식 3을 만족시키는 범위 내에서 구현되는 것이 바람직하다.

(조건식 3) 0.1 < Rc

여기서, Rc는 렌즈 상면의 오목부의 광축상에서의 곡률반경이다.

상기 조건식 3의 하한을 벗어나게 되면 렌즈(30) 형상 오차에 따른 성능 변화가 급격하게 발생되어 안정적인 품질 확보에 어려움이 있으며, 또한 금형 제작을 통하여 렌즈(30) 성형을 하는 경우에 미성형이 발생될 가능성이 크다.

이하, 구체적인 수치 실시예를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 렌즈(30)에 대해 살펴본다.

- 실시예 1 -

본 실시예 1에 따른 Tt는 1.27이고, Tc는 0.82이고, Rt는 0.85이고, Rmax는 1.77이고, Rc는 0.15이다.

상기 각 수치들의 적용에 따라 상기한 조건식들의 값은 다음과 같이 나타내어진다.

[조건식 1]: 0.65

[조건식 2]: 0.48

[조건식 3]: 0.15

- 실시예 2 -

본 실시예 2에 따른 Tt는 1.1이고, Tc는 0.68이고, Rt는 0.99이고, Rmax는 1.78이고, Rc는 0.17이다.

[조건식 1]: 0.59

[조건식 2]: 0.56

[조건식 3]: 0.17

- 실시예 3 -

본 실시예 3에 따른 Tt는 1.33이고, Tc는 0.85이고, Rt는 0.82이고, Rmax는 1.64이고, Rc는 0.16이다.

[조건식 1]: 0.64

[조건식 2]: 0.50

[조건식 3]: 0.16

이상의 실시예 1 내지 실시예 3은 상기 조건식 1 내지 조건식 3을 만족하는 범위 내에서의 시험값들임을 확인할 수 있으며, 도 3 내지 도 5에 도시된 그래프와 같이 렌즈(30)의 광축(O) 방향으로 출사되는 광속은 감소하게 되어 단위 입체각당 광속 밀도로 표현되는 광도는 작고, 렌즈(30)의 광축(O)과 각을 크게 이루는 방향으로 출사되는 광속은 증가하게 되어 광도는 커지게 됨을 알 수 있다.

이상의 실시예를 통하여 렌즈(30)의 중앙부에서 출사되는 빛은 상대적으로 적어지고, 렌즈(30)의 주변부로 출사되는 빛은 상대적으로 많아지게 되어 빛의 확산분포를 크게 할 수 있는 발광소자 패키지를 구성할 수 있다.

10... 발광소자 20... 기판
30... 렌즈 31... 수용홈
32... 오목부 40... 형광체층

Claims

발광소자;
상기 발광소자가 복수개 실장되는 기판; 및
상기 발광소자를 덮어 봉지하도록 상기 기판 상에 장착되며, 상기 기판과 접하는 하면은 상기 발광소자를 수용하는 수용홈이 형성되고, 상면은 상기 발광소자와 마주하는 위치에 오목부가 형성되는 렌즈;
를 포함하고,
상기 오목부는 상기 렌즈의 광축상에서 곡률반경을 가지며 상기 상면으로부터 상기 하면을 향해 함몰형성되는 발광소자 패키지.
제1항에 있어서,
상기 수용홈을 채우며, 상기 발광소자를 에워싸는 형광체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
제1항에 있어서,
상기 렌즈는 상기 상면이 상기 오목부를 중심으로 양 측의 단면이 포물면 형상을 갖는 곡면으로 형성되며, 상기 포물면 형상의 곡면은 상기 수용홈 보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
제1항에 있어서,
상기 렌즈는 다음의 조건식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
(조건식 1) 0.4 < Tc/Tt < 0.85
여기서, Tc: 광축상에서의 렌즈의 하면에서부터 상면까지의 거리
Tt: 렌즈의 하면을 기준으로 높이가 가장 높은 상면까지의 거리
제1항에 있어서,
상기 렌즈는 다음의 조건식 2를 만족하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.

(조건식 2) 0.3 < Rt/Rmax < 0.75
여기서, Rt: 광축에서 렌즈의 상면 가장 높은곳까지의 거리
Rmax: 광축에서 렌즈 외곽면까지의 거리
제1항에 있어서,
상기 렌즈는 다음의 조건식 3을 만족하는 것을 특징으로 하는 발광소자 패키지.
(조건식 3) 0.1 < Rc
여기서, Rc: 렌즈 상면의 오목부의 광축상에서의 곡률반경