KR20120086143A - 발광다이오드 패키지 - Google Patents

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KR20120086143A
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Abstract

발광다이오드 패키지를 제공한다.
본 발명은 적어도 하나의 엘이디 칩 ; 상기 엘이디 칩이 실장되는 리드 프레임과 일체로 성형되고, 상기 엘이디 칩이 배치되는 캐비티를 형성하는 패키지 본체 ; 상기 패키지 본체의 내부면에 형성된 피결합부에 결합되는 결합부를 외부면에 구비하여 상기 패키지 본체에 교체가능하게 조립되는 렌즈 ;를 포함한다.

Description

발광다이오드 패키지{Lens Changing Type LED Package}
본 발명은 렌즈를 교체할 수 있는 발광다이오드 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세히는 파손된 렌즈를 간편하고 신속하게 교체할 수 있고, 다양한 발광색을 구현할 수 있는 발광다이오드 패키지에 관한 것이다.
일반적으로 발광다이오드인 엘이디(LED, Light Emitting Diode)는 GaAs, AlGaAs, GaN, InGaInP 등의 화합물 반도체(compound semiconductor) 재료의 변경을 통해 발광원을 구성함으로써, 다양한 색의 빛을 구현할 수 있는 반도체 소자를 말한다.
이러한 엘이디는 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.
종래 LED를 사용하여 백색발광장치를 구현하는 방법 중 가장 널리 사용되고 있는 방법은 청색 LED 칩 주위를 황색 형광체(yellow phosphor)가 일정 비율로 배합된 수지 포장부로 밀봉함으로써 백색광 등 원하는 파장대의 출력광을 얻는 것이며, YAG계 황색 형광체가 실리콘 및 에폭시 계열의 수지 내에 분산되어 분포될 수 있다.
도 4는 종래기술에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 구성도로서, 종래의 발광다이오드 패키지(1)는 한쌍의 리드단자를 갖는 리드프레임(10)과, 상기 리드프레임(10)에 실장되어 한쌍의 리드단자에 금속와이어(25)를 매개로 와이어본딩되는 엘이디 칩(20) 및 상기 리드프레임이 외부로 돌출되고 상기 엘이디 칩이 배치되는 캐비티를 형성하도록 수지재로 성형되는 패키지 본체(30)를 포함하며, 상기 패키지 본체의 상부에는 상기 엘이디 칩(20)을 외부환경으로부터 보호하면서 빛을 높은 광효율로 발산하기 위한 렌즈(40)가 투명성 수지재로서 성형된다.
그러나, 백색광을 포함하는 다양한 발광색을 구현하기 위해서는 상기 엘이디 칩의 자체 발광색을 변경하도록 선택적으로 실장하거나 다양한 발광색에 맞추어 형광체를 선택적으로 사용해야만 하기 때문에 작업공정이 복잡해지고, 수지재에 형광체를 배합하는 과정에서 형광체가 수지재내에 균일하게 분산되도록 배합하는 것이 곤란할 뿐만 아니라 가정용 또는 산업용 조명으로 사용할 때 다색성을 부각시키는데 한계가 있었다.
또한, 상기 엘이디 칩(20)을 덮도록 실리콘 수지재를 이용하여 돔형상으로 성형되는 렌즈(40)가 손상되는 경우 손상된 렌즈(40)만을 교체하지 못하고 패키지 전체를 폐기해야 하는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 렌즈의 간단한 교체에 의해서 형광체를 사용하지 않고 다양한 색상을 구현할 수 있으며, 엘이디 칩의 발광색과의 조합에 의하여 다양한 색상을 구현할 수 있는 발광다이오드 패키지를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로서 본 발명은, 적어도 하나의 엘이디 칩 ; 상기 엘이디 칩이 실장되는 리드 프레임과 일체로 성형되고, 상기 엘이디 칩이 배치되는 캐비티를 형성하는 패키지 본체 ; 상기 패키지 본체의 내부면에 형성된 피결합부에 결합되는 결합부를 외부면에 구비하여 상기 패키지 본체에 교체가능하게 조립되는 렌즈 ;를 포함하는 발광다이오드 패키지를 제공한다.
또한, 상기 렌즈는 상기 렌즈는 빛을 통과시키는 상부몸체와 상기 패키지본체와 결합되는 결합부를 구비하는 하부몸체를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 결합부는 상기 하부몸체의 외부면에 형성되는 수나사부로 구비되고, 상기 피결합부는 상기 수나사부가 나사결합되도록 상기 패키지 본체의 내부면에 형성되는 암나사로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 결합부는 상기 하부몸체의 외부면에 돌출형성되는 결합턱으로 구비되고, 상기 피결합부는 상기 결합턱이 대응결합되도록 상기 패키지 본체의 내부면에 함몰형성되는 결합홈으로 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 패키지 본체는 상부면에 상기 렌즈의 상부몸체와 하부몸체사이의 경계영역에 형성된 상부단턱과 밀착되는 하부실링부재를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 하부 실링부재는 상기 패키지 본체의 상부면에 형성되는 하부단턱에 구비되는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 렌즈는 상기 상부몸체와 하부몸체사이의 경계영역에 형성된 상부단턱에 상기 패키지 본체의 상부면과 밀착되는 상부실링부재를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌즈 또는 상부몸체는 표면에 상기 엘이디 칩에서 발생하는 빛을 유색광으로 파장변환시킬 수 있도록 일정두께의 형광층을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌즈 또는 상부몸체는 내부에 상기 엘이디 칩에서 발생하는 빛을 유색광으로 파장변환시킬 수 있도록 형광물질을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 렌즈 또는 상부몸체는 상기 엘이디 칩에서 발광하는 빛을 그대로 통과시키도록 투명소재로 구비되거나 발광색을 색변환시키도록 유색렌즈로 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 캐비티에 엘이디 칩이 배치된 패키지 본체에 렌즈가 교체가능하도록 구비됨으로써 렌즈 파손시 새로운 렌즈로 간편하게 신속하게 교체할 수 있기 때문에 패키지 전체를 폐기하지 않고 렌즈만을 교체하여 패키지를 재사용할 수 있다.
또한, 교체가능한 렌즈를 유색 렌즈로 구비하여 엘이디 칩에서 발생하여 렌즈를 통과하는 빛을 다양한 색상으로 구현할 수 있고, 수지재내에 균일하게 분산되도록 형광체를 배합하는 공정의 필요없이 패키지에서 발광색을 다양하게 구현할 수 있기 때문에 렌즈 색깔에 따라 실, 내외 조명을 다양하게 변경하고 응용분야를 확대할 수 있는 한편 패키지의 제조원가를 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 구성도로서,
(a)는 렌즈가 분리된 상태이고,
(b)는 렌즈가 결합된 상태이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 구성도로서,
(a)는 렌즈가 분리된 상태이고,
(b)는 렌즈가 결합된 상태이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 구성도로서,
(a)는 렌즈가 분리된 상태이고,
(b)는 렌즈가 결합된 상태이다.
도 4는 종래기술에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 구성도이다.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예와 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 도 1a 와 도 1b를 참조하여 본 발명의 제1실시 예에 대해서 설명한다.
본 발명의 제1실시 예에 따른 발광다이오드 패키지(100)는 엘이디 칩(110), 리드프레임(120), 패키지 본체(130) 및 렌즈(140)를 포함한다.
상기 엘이디 칩(110)은 외부에서 인가되는 전원에 의해 소정 파장의 빛을 출사하도록 발광하는 반도체소자의 일종이다.
본 발명에 따른 실시 예에 개시된 패키지 본체(130)에는 단일의 엘이디 칩이 중심부에 구비되는 것으로 도시하여 설명하고 있지만 이에 한정하지 않고 복수 개의 엘이디 칩을 구비하는 것도 가능하며, 이 경우 상기 엘이디 칩(110)은 청색 엘이디 칩, 적색 엘이디 칩 및 녹색 엘이디 칩 중 어느 하나가 독립적으로 구비되거나 복수 개가 조합으로 이루어질 수도 있다.
이러한 엘이디 칩(110)은 적어도 하나 이상의 금속와이어(124)를 매개로 하여 리드 프레임(120)의 리드단자(121,122)와 와이어본딩되어 전기적으로 연결된다.
여기서, 상기 엘이디칩(110)이 P극과 N극을 상부면에 형성한 수평형으로 구비되는 경우, 도 1a와 도 1b에 도시한 바와 같이, 상기 엘이디 칩(110)은 한쌍의 리드 단자 중 어느 하나에 접착제를 매개로 탑재된 상태에서 2개의 금속 와이어(125)를 매개로 하여 상기 리드 단자프레임(121,122)과 전기적으로 연결되도록 와이어 본딩되는 구조를 갖지만 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 엘이디 칩이 P극과 N극을 상,하부면에 각각 형성한 수직형으로 구비되는 경우, 상기 엘이디 칩은 범프볼을 매개로 하여 한쌍의 리드단자 중 어느 하나와 플립칩본딩되고, 하나의 금속와이어(125)를 매개로 하여 나머지 리드단자과 전기적으로 연결되도록 와이어본딩되는 구조를 가질 수도 있다.
상기 패키지 본체(130)는 상기 엘이디 칩(110)이 배치되도록 하부면은 밀폐되고 상부면으로 개방된 캐비티를 형성하도록 수지재로 성형되는 성형구조물이다.
이러한 패키지 본체(130)에는 상기 캐비티를 통하여 리드프레임(120)의 한쌍의 리드단자(121,122)가 외부노출되면서 일정간격을 두고 이격되도록 배치된다.
상기 렌즈(140)는 상기 엘이디 칩(110)의 발광시 발생하는 빛을 외부로 넓은 방사각으로 조사하도록 상기 패키지 본체(130)에 교체가능하게 조립되는바, 이러한 렌즈(140)는 상기 패키지 본체(130)의 내부면에 형성된 피결합부(135)에 결합되는 결합부(145)를 외부면에 구비한다.
상기 결합부(145)는 반구단면상의 상부몸체(142)로부터 하부로 일정길이 연장되는 하부몸체(141)의 외부면에 형성되는 수나사부(145a)로 구비되고, 상기 피결합부(135)는 상기 수나사부(145a)가 나사결합되는 암나사부(135a)로 구비될 수 있다.
여기서, 상기 수나사부(145a)는 상기 하부몸체(141)의 외부면 전체 또는 국부적으로 형성될 수 있으며, 상기 암나사부(135a)도 상기 패키지 본체(130)의 내부면 전체 또는 국부적으로 형성될 수 있다.
상기 렌즈(140)는 수평면 또는 곡면상의 외부면을 갖도록 반구단면상 또는 돔형상으로 구비되어 빛을 통과시키는 상부몸체(142)와, 그 하부면으로부터 직하부로 일정길이 연장되어 외부면에 피결합부(145)를 형성하는 하부몸체(141)를 포함하여 유리 또는 수지재로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 렌즈(140) 또는 상부몸체(142)의 표면에는 상기 엘이디 칩(110)에서 발광하는 빛을 유색광으로 파장변환시킬 수 있도록 일정두께의 형광층을 구비할 수 있으며, 이러한 형광층은 렌즈 또는 상부몸체의 내,외부면에 선택적으로 코팅될 수 있다.
또한, 상기 렌즈(140) 또는 상부몸체(142)의 내부에는 상기 엘이디 칩(110)에서 발광하는 빛을 유색광으로 파장변환시킬 수 있도록 형광물질을 포함할 수 이 구비할 수 있다.
또한, 상기 렌즈(140) 또는 상부몸체(142)는 상기 엘이디 칩(110)에서 발광하는 빛을 그대로 통과시키도록 투명소재로 구비되거나 발광색을 색변환시키도록 유색렌즈로 구비될 수도 있다.
이에 따라, 상기 수나사부(145a)를 갖는 렌즈(140)는 패키지 본체(130)의 내부면에 형성되는 암나사부(135a)와 수나사부(145a)와의 나사결합에 의해서 패키지 본체(130)에 교체가능하도록 조립되는 것이며, 전원인가시 상기 엘이디 칩(110)에서 발생한 빛은 상기 렌즈(140) 또는 상부몸체(142)를 통하여 색변환없이 그대로 외부로 조사되거나 표면에 구비되는 형광층 또는 내부에 포함된 형광물질에 의해서 파장변환되어 다양한 발광색으로 구현할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 렌즈(140)의 하부몸체(141)는 패키지 본체(130)와의 조립완료시 엘이디 칩(110)과의 접촉 및 간섭을 방지하도록 중공형태로 구비되며, 이러한 하부몸체(141)는 상기 패키지 본체(130)의 내부면에 정방향 회전조작에 의한 나사결합 및 역방향 회전조작에 의한 분해가 가능하도록 중공원통단면으로 구비되는 것이 바람직하다.
도 2a와 도 2b는 본 발명의 제2실시 예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 구성도이다.
본 발명의 제2실시 예에 따른 발광다이오드 패키지(100a)에 구비되는 결합부(145)는 상기 렌즈(140)를 구성하는 하부몸체(141)의 외부면에 돌출형성되는 결합턱(145b)으로 구비되고, 상기 피결합부(135)는 상기 결합턱(145b)이 대응결합되도록 상기 패키지 본체의 내부면에 함몰형성되는 결합홈(145b)으로 구비될 수 있다.
이러한 결합턱(145b)은 상기 하부몸체(141)의 외부면에 돌출형성되고, 상기 결합홈(135b)은 상기 패키지 본체의 내부면에 함몰형성되는 것으로 도시하고 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며 서로 반대로 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 렌즈(140)의 하부몸체(141)를 패키지 본체(130)의 내부면으로 직하부의 가압력에 의해서 가압하게 되면, 가압력에 의해서 상기 하부몸체(141)의 외경은 수축되고 상기 패키지 본체의 내부면 내경은 확장되어 상기 결합턱(145b)은 결합홈(135b)에 탄력적으로 결합되는 것이며, 가압력에 의해서 탄성변형되어 있던 하부몸체(141)와 패키지 본체(130)는 결합턱(145b)과 결합홈(135b)간의 결합시 탄성복원되면서 상기 하부몸체(141)의 외부면(141)은 패키지 본체(130)의 내부면에 밀착되는 것이다.
여기서, 상기 렌즈의 하부몸체(141)는 패키지 본체(130)와의 조립완료시 엘이디 칩(110)과의 접촉 및 간섭을 방지하도록 중공형태로 구비되며, 이러한 하부몸체(141)는 상기 패키지 본체(130)의 내부면 단면형상에 맞추어 중공 원통단면 또는 중공 사각단면상으로 구비될 수 있다.
도 3a와 도 3b는 본 발명의 제3실시 예에 따른 발광다이오드 패키지를 도시한 구성도이다.
본 발명의 제3실시 예에 따른 발광다이오드 패키지(100b)는 상기 렌즈(140)와 패키지 본체(130)간의 결합시 상기 엘이디 칩(110)이 실장되는 패키지 내부공간으로 수분이 외부로부터 침투되는 것을 최대한 방지할 수 있도록 상기 패키지 본체(130)의 상부면에 구비되어 상기 패키지 본체(130)와 결합되는 렌즈(140)에 밀착되는 하부실링부재(136)를 구비하거나 상기 패키지 본체(130)의 상부면과 대응하는 렌즈(140)의 외부면에 형성된 상부단턱(146a)에 구비되어 상기 렌즈(140)와 결합되는 패키지 본체(130)의 상부면에 밀착되는 상부실링부재(146)를 구비할 수 있다.
여기서, 상기 상부실링부재(146)는 상기 렌즈(140)를 구성하는 상부몸체(142)와 하부몸체(141)사이의 경계영역에 형성되는 상부단턱(146a)에 원주방향으로 연속하여 구비되고, 상기 하부실링부재(136)는 상기 패키지 본체의 상부면에 연속하여 구비되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 하부 실링부재(136)는 상기 패키지 본체(130)의 상부면에 형성되는 하부단턱(136a)에 구비될 수도 있다.
여기서, 상기 상부실링부재(146)와 하부실링부재(136)는 고무와 같은 폴리머소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 렌즈(140)의 하부몸체(141)를 패키지 본체(130)의 내부면에 나사방식으로 결합하게 되면서 상기 렌즈(140)의 상부몸체(142)와 하부몸체(141)사이의 경계영역이 패키지 본체(130)의 상부면에 접하게 되면, 상기 상부몸체(142)와 하부몸체(141)사이의 경계영역인 상부단턱(146a)에 구비되는 상부실링부재(146)가 패키지 본체(130)의 상부면에 밀착되거나 상기 패키지 본체(130)의 상부면에 구비되는 하부실링부재(136)가 상기 렌즈(140)의 상부단턱(146a)에 밀착되거나 상부실링부재(146)와 하부실링부재(136)가 서로 밀착되기 때문에 상기 렌즈(140)와 패키지 본체(130)간의 결합시 이들의 조립부위를 통하여 수분이 외부로부터 유입되는 것을 완벽하게 차단할 수 있는 것이다.
또한, 실,내외 조명조건에 맞추어 발광색을 변경하거나 렌즈(140)가 파손되는 경우, 상기 패키지 본체(130)의 암나사부(145a)에 나사조립되거나 패키지본체(130)의 결합홈(135b)에 결합된 렌즈(140)를 패키지 본체로부터 간편하게 분리한 다음, 원하는 색상 구현이 가능한 새로운 렌즈로 간편하고 신속하게 교체할 수 있는 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 첨부된 특허 청구 범위에 속하는 것은 당연하다.
110 : 엘이디 칩 120 : 리드프레임
121,122 : 리드단자 125 : 금속와이어
130 : 패키지 본체 136 : 하부실링부재
135 : 피결합부 135a : 암나사부
135b : 결합홈 136a : 하부단턱
140 : 렌즈 141 : 하부몸체
142 : 상부몸체 145 : 결합부
145a : 수나사부 145b : 결합홈
146 : 상부실링부재 146a : 상부단턱

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 엘이디 칩 ;
    상기 엘이디 칩이 실장되는 리드 프레임과 일체로 성형되고, 상기 엘이디 칩이 배치되는 캐비티를 형성하는 패키지 본체 ;
    상기 패키지 본체의 내부면에 형성된 피결합부에 결합되는 결합부를 외부면에 구비하여 상기 패키지 본체에 교체가능하게 조립되는 렌즈 ;를 포함하는 발광다이오드 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는 빛을 통과시키는 상부몸체와 상기 패키지본체와 결합되는 결합부를 구비하는 하부몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결합부는 상기 하부몸체의 외부면에 형성되는 수나사부로 구비되고, 상기 피결합부는 상기 수나사부가 나사결합되도록 상기 패키지 본체의 내부면에 형성되는 암나사로 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 결합부는 상기 하부몸체의 외부면에 돌출형성되는 결합턱으로 구비되고, 상기 피결합부는 상기 결합턱이 대응결합되도록 상기 패키지 본체의 내부면에 함몰형성되는 결합홈으로 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패키지 본체는 상부면에 상기 렌즈의 상부몸체와 하부몸체사이의 경계영역에 형성된 상부단턱과 밀착되는 하부실링부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부 실링부재는 상기 패키지 본체의 상부면에 형성되는 하부단턱에 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  7. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈는 상기 상부몸체와 하부몸체사이의 경계영역에 형성된 상부단턱에 상기 패키지 본체의 상부면과 밀착되는 상부실링부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  8. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 또는 상부몸체는 표면에 상기 엘이디 칩에서 발생하는 빛을 유색광으로 파장변환시킬 수 있도록 일정두께의 형광층을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
  9. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 또는 상부몸체는 내부에 상기 엘이디 칩에서 발생하는 빛을 유색광으로 파장변환시킬 수 있도록 형광물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 발광다이오드 패키지.
  10. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 렌즈 또는 상부몸체는 상기 엘이디 칩에서 발광하는 빛을 그대로 통과시키도록 투명소재로 구비되거나 발광색을 색변환시키도록 유색렌즈로 구비되는 것을 특징으로 하는 발광다이오드 패키지.
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